(57)【要約】【課題】偏波回転を行う状態とそれを行わない状態とを選択することができる偏波切替え回路を提供すること。【解決手段】偏波切替え回路は、２つの異なる偏波のモード光に応じて調整されるモード光を出力する第１の偏波変換回路１０と、第１の偏波変換回路１０の出力が予め設定された偏波のモード光のときに、当該モード光をそのまま出力し、あるいは当該モード光を入れ替えて出力するように設定するモード切替え回路１１と、モード切替え回路１１の出力に応じて調整されるモード光を出力する第２の偏波変換回路１２とを備える。【選択図】図３
2016053685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの異なる偏波のモード光に応じて調整されるモード光を出力する第１の偏波変換回路と、
前記第１の偏波変換回路の出力が予め設定された偏波のモード光のときに、当該モード光をそのまま出力し、あるいは当該モード光を入れ替えて出力するように設定するモード切替え回路と、
前記モード切替え回路の出力に応じて調整されるモード光を出力する第２の偏波変換回路と
を含むことを特徴とする偏波切替え回路。
【請求項２】
前記モード切替え回路は、前記第１偏波変換回路の出力を分岐させる１×２光スプリッタと、前記１×２光スプリッタの出力の位相差を遅延させる位相シフタと、前記位相シフタおよび前記１×２光スプリッタの各出力を入力する２×１スプリッタとを含むことを特徴とする請求項１に記載の偏波切替え回路。
【請求項３】
前記第１の偏波変換回路は、入力したＴＥ偏波の0次モード光をTE偏波の0次モード光のまま出力し、入力したTM偏波の0次モード光をTE偏波の1次モード光に変換して出力し、
前記モード切替え回路は、入力したTE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光を、TE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光のまま出力し、または、
入力したTE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光をTE偏波の1次モード光およびTE偏波の0次モード光に入れ替えて出力し、
前記第２の偏波変換回路は、入力したTE偏波の0次モード光をTE偏波の0次モード光のまま出力し、入力したTE偏波の1次モード光をTM偏波の0次モード光に変換して出力することを特徴とする請求項１に記載の偏波切替え回路。
【請求項４】
前記位相シフタは、導波路に設けられたヒータによって機能することを特徴とする請求項２に記載の光偏波切替え回路。
【請求項５】
前記ヒータの両側に形成された断熱溝をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の光偏波切替え回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏波を切り替える回路に関し、詳細にはシリコン導波路で形成された平面型の光偏波切替え回路に関する。
【０００２】
シリコン導波路による光回路は、石英などの材料に比べて回路サイズを飛躍的に小さくできる利点があり、研究開発が盛んに行われている。通過する光の偏波の制御、特に偏波回転および偏波分離は、光回路の重要な機能である。
【０００３】
偏波回転回路は、入力されたある偏波の光に対し、その偏波と直交する偏波の光を出力する回路である。平面基板上に形成される光回路においては、基板に水平な電界成分を有するＴＥ（Transverse Electric）偏波の光を、基板に垂直な電界成分を有するＴＭ（Transverse Magnetic）偏波の光に変換する光回路としたり、あるいはＴＭ偏波の光をＴＥ偏波に変化する光回路としたりするのが一般的である。 
【０００４】
従来の偏波回転回路としては、シリコン導波路の上部にSiOx材料等で形成された第２コアの構造を付加する回路が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
図１は、従来の偏波回転回路の構成を示す図であって、（ａ）は偏波回転回路全体の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ’の断面図、（ｃ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ’の断面図、を示す。
【０００６】
図１（ａ）において、偏波回転回路は、シリコンで形成された入力導波路９１０１、シリコンで形成された出力導波路９１０６、テーパ導波路９１０２，９１０５と、導波路９１０３と、導波路９１０３の第２コア９１０４と、出力導波路９１０６とを備える。各導波路９１０１〜９１０３，９１０５，９１０６はシリコンで形成され、第２コア９１０４はSiOx材料で形成された導波路のコアである。
【０００７】
入出力導波路９１０１，９１０６の各コア幅は０.５μmである。導波路９１０３のコア幅は０.２２μm、長さは８０μmである。テーパ導波路９１０２，９１０５の各コア幅は、幅の異なる導波路９１０１，９１０６の各々と導波路９１０３とを光学的に接続するように０．５μmから０．２２μｍまで変化する。テーパ導波路９１０２，９１０５の各長さは１００μmである。
【０００８】
第２コア９１０４の長さは、導波路９１０３と同じ８０μmである。第２コア９１０４のコア幅は３μmである。第２コア９１０４の一端は、導波路９１０３のコアの一端と一致するように形成される。
【０００９】
図１（ｂ）において、偏波回転回路は、上部クラッド９１０７と、下部クラッド９１０８と、シリコン基板９１０９とを備える。各クラッド９１０７，９１０８は、石英で形成される。上部クラッド９１０７の厚さは７μmで、下部クラッド９１０８の厚さは３μmである。
【００１０】
シリコン導波路９１０３のコア厚さは０.２２μm、第２コア９１０４のコア厚は３μｍである。
【００１１】
図１（ｂ）に示したものと同様に、図１（ｃ）においても、各クラッド９１０７，９１０８が形成される。図１（ｃ）において、入出力導波路９１０１のコア厚さは０.２２μmである。
【００１２】
次に、この偏波回転回路における偏波回転の動作原理について、図１を参照して説明する。実際に、この偏波回転を実現するのは、導波路コアが２重に形成される導波路９１０３および第２コア９１０４における部分である。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、SiOxで形成された正方形の第２コア９１０４の中において、中心が偏った状態で、シリコンで形成された正方形の第１コアが存在する。SiOx材料の屈折率は石英の屈折率とシリコンの屈折率と中間に設計される。このとき、図１（ｂ）に示すように、２重コア９１０３，９１０４と周囲のクラッド９１０７，９１０８とで構成される導波路は、シリコン基板の水平方向に対して電界が４５度傾いた固有モードpと、この固有モードｐと直交する固有モードqとを有する．
【００１４】
ここで、ＴＥ偏波（シリコン基板に水平な電界の偏波）の光波が、テーパ導波路９１０２を経て、２重コア９１０３，９１０４に進入すると、光波のエネルギーは、モードｐとモードｑとに等分配される。
【００１５】
モードｐとモードｑは、各々の実効屈折率が僅かに異なるため、光波が進行するに従い、分配された各モードの光波には位相差が生じる。しかし、位相差がちょうど９０度になるよう２重コア９１０３，９１０４の長さを設定した場合は、光波がテーパ導波路９１０５に進入する際に、光のエネルギーはすべてＴＭ偏波（シリコン基板に垂直な電界の偏波）に結合して伝搬する。
【００１６】
同様に、テーパ導波路９１０２からＴＭ偏波の光波が進入する場合には、テーパ導波路９１０５へはＴＥ偏波の光波が出力される。このようにして、２重コア９１０３，９１０４の部分では、４５度傾斜した２つの固有モード間の干渉を利用することで、偏波回転が実現される。
【００１７】
偏波分離回路は、同時に入力されたＴＥ偏波およびＴＭ偏波の光に対し、ＴＥ偏波をＴＭ偏波に分離して出力する回路である。特に、出力する偏波を入れ替えることができる回路は偏波分離スイッチとも呼ばれる。
【００１８】
従来の偏波分離スイッチとしては、石英導波路で形成されたマッハツェンダ干渉回路の双方のアーム導波路に特定の複屈折を与えておき、一方のアーム導波路上に位相シフタを設置する回路が提案されている（非特許文献１）。
【００１９】
図２は、従来の偏波分離スイッチの構成を示す図であって、（ａ）は偏波分離スイッチ全体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示したＣ−Ｃ´の断面、（ｃ）は（ａ）に示したＤ−Ｄ´の断面、を示す。
【００２０】
図２（ａ）において、偏波分離スイッチは、マッハツェンダ干渉（ＭＺＩ）回路である。この偏波分離スイッチは、石英系材料で形成された入出力導波路９２０１，９２０２と、石英系材料で形成された２x２のカプラ９２０３，９２０４と、石英系材料で形成されたMZIのアーム導波路９２０５，９２０６とを備える。
【００２１】
図２（ａ）において、アーム導波路９２０６上には、薄膜ヒータ９２０７が形成され、アーム導波路９２０５上にはアモルファスシリコン膜９２０８が形成される。
【００２２】
アーム導波路９２０５，９２１０６の各導波路幅は８μｍ、薄膜ヒータの長さは５０００μmである。アモルファスシリコン膜９２０８の幅は５０μm、長さは５０００μmである。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、偏波分離スイッチは、石英で形成された上部クラッド９２０９と、石英で形成された下部クラッド９２１０と、シリコン基板９２１１とを備える。
上部クラッド９２０９の厚さは２５μm、下部クラッド９２１０の厚さは２５μmである。アーム導波路９２０５のコア厚さは８μmである。アモルファスシリコン膜９２０８は上部クラッド９２０９上に形成され、その厚さは７μmである。
【００２４】
図２（ｂ）に示したものと同様に、図２（ｃ）においても、偏波分離スイッチは、上部クラッド９２０９と、下部クラッド９２１０と、シリコン基板９２１１とを備える。アーム導波路９２０６のコア厚さは８μmであり、薄膜ヒータ９２０７は上部クラッド９２０９上に形成される。
【００２５】
次に、この偏波分離スイッチの動作原理について、図２を参照して説明する。ＭＺＩ回路のアーム導波路９２０５，９２０６は等長に設計されている。薄膜ヒータ９２０７）に電力が印加されておらず、仮にアモルファスシリコン膜９２０８が無い場合には、入出力導波路９２０１の上方のポートから入力された光は、その偏光に依らず、入出力導波路９２０２の下方のポートから１００％出力される。
【００２６】
ここで、アモルファスシリコン膜９２０８によって生じる応力は、その下部にあるアーム導波路９２０５の実効屈折率を増加させ、かつ大きな複屈折を生じさせる。図２ではアモルファスシリコン膜９２０８の下部のアーム導波路９２０５を通過した光波は、アーム導波路９２０５を通過する光波に対して、ＴＥ偏波では位相１８０度（１波長の1／2）、ＴＭ偏波では位相３６０度（１波長）の遅延が生じるよう設計されている。よって、薄膜ヒータ９２０７に電力が印加されていなければ、入出力導波路９２０１の上方のポートから入力されたＴＥ偏波の光は、入出力導波路９２０２の上方のポートから１００％出力され、入出力導波路９２０１の上方のポートから入力されたＴＭ偏波の光は、入出力導波路９２０２の下方のポートから１００％出力される。すなわち、偏波分離が実現される。
【００２７】
更に、薄膜ヒータ９２０７に電力を印加すると、加熱によって下部にあるアーム導波路９２０６の実効屈折率を増加させることができる。この屈折率増加は、殆ど偏波に依存しない。これは、アモルファスシリコン膜９２０８によって与えられた遅延量を減少させることになる。
【００２８】
薄膜ヒータ９２０７に徐々に電力を印加し、印加しない状態に比べて光波を位相１８０度まで遅延させる。その時、ＴＥ偏波の光が、入出力導波路９２０１の上方のポートから入力された場合、印加する電力に従って、ＴＥ偏波の光は入出力導波路９２０２の上方のポートから出力される強度が減少し、下方のポートから出力される強度が増加する。一方、ＴＭ偏波の光が、入出力導波路９２０１の上方のポートから入力された場合、ＴＭ偏波の光は、入出力導波路９２０２の下方のポートから出力される強度が減少し、上方のポートから出力される強度が増加して、最終的には、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の各光を出力するポートが入れ替わる。すなわち、偏波分離スイッチングが実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００６-３３０１０９号
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】M. Okuno et al, “Birefringence control of silica waveguide on Si and its application to a polarization-beam splitter/switch”, Journal of Lightwave Technology, Vol. 12, pp.625-633, 1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
従来の偏波回転回路は、完全に受動的な光回路であり、常に入力した偏波を直交する偏波に回転させて出力する。しかしながら、偏波回転を行う状態と行わない状態とを選択する偏波の切替えができなかった。
【００３２】
また、従来の偏波分離スイッチは、直交する偏波が２つの出力のいずれかに出力するかを切り替えることができる。しかしながら、入力偏波と出力偏波は常に同じとなっており、偏波回転を行う状態とそれを行わない状態とを切替えることができないという問題があった。
【００３３】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、偏波回転を行う状態とそれを行わない状態とを選択することができる偏波切替え回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記の課題を解決するための発明は、２つの異なる偏波のモード光に応じて調整されるモード光を出力する第１の偏波変換回路と、前記第１の偏波変換回路の出力が予め設定された偏波のモード光のときに、当該モード光をそのまま出力し、あるいは当該モード光を入れ替えて出力するモード切替え回路と、前記モード切替え回路の出力に応じて調整されるモード光を出力する第２の偏波変換回路と含む。
【００３５】
前記モード切替え回路は、前記第１偏波変換回路の出力を分岐させる１×２光スプリッタと、前記１×２光スプリッタの出力の位相差を遅延させる位相シフタと、前記位相シフタおよび前記１×２光スプリッタの各出力を入力する２×１スプリッタとを含むようにしてもよい。
【００３６】
前記第１の偏波変換回路は、入力したＴＥ偏波の0次モード光をTE偏波の0次モード光のまま出力し、入力したTM偏波の0次モード光をTE偏波の1次モード光に変換して出力し、前記モード切替え回路は、入力したTE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光を、TE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光のまま出力し、または、入力したTE偏波の0次モード光およびTE偏波の1次モード光をTE偏波の1次モード光およびTE偏波の0次モード光に入れ替えて出力し、前記第２の偏波変換回路は、入力したTE偏波の0次モード光をTE偏波の0次モード光のまま出力し、入力したTE偏波の1次モード光をTM偏波の0次モード光に変換して出力するようにしてもよい。
【００３７】
前記位相シフタは、導波路に設けられたヒータによって機能するようにしてもよい。
【００３８】
前記発明は、前記ヒータの両側に形成された断熱溝をさらに含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、偏波回転を行う状態とそれを行わない状態とを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の偏波回転回路の構成を示す図である。
【図２】従来の偏波分離スイッチの構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の偏波切替え回路の全体的な機能構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態の偏波切替え回路のうちの一部の構成例を示す平面図である。
【図５】図４に示したＡ−Ａ’における偏波切替え回路の断面図である。
【図６】図４に示したＢ−Ｂ’における偏波切替え回路の断面図である。
【図７】図４に示したＣ−Ｃ’における偏波切替え回路の断面図である。
【図８】第１および第２の偏波変換回路において、リブ型導波路の周辺部コア幅に対する実効屈折率の一例を説明するための図である。
【図９】図８に示した第２モードにおける導波路幅と実効屈折率との関係から、ＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分の強度比率を表した図である。
【図１０】第１実施形態の偏波切替え回路において、図４に示した部分以外の構成例を示す図である。
【図１１】図１０に示したＥ−Ｅ’におけるモード切替スイッチの断面図である。
【図１２】第１実施形態における偏波切替え回路の変形例１を示す模式図である。
【図１３】第１実施形態における偏波切替え回路の変形例２を示す模式図である。
【図１４】第２実施形態における偏波切替え回路の変形例３を示す平面図である。
【図１５】図１６に示したＦ−Ｆ’断面図である。
【図１６】第２実施形態の偏波切替え回路の構成例を示す平面図である。
【図１７】図１４に示した偏波切替え回路のＧ−Ｇ’断面図である。
【図１８】第２実施形態における偏波切替え回路の変形例１を示す平面図である。
【図１９】第２実施形態における偏波切替え回路の変形例２を示す平面図である。
【図２０】第３実施形態の偏波切替え回路の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の一実施形態における偏波切替え回路について説明する。
【００４２】
［偏波切替え回路の全体構成］
図３は、偏波切替え回路の全体的な機能構成例を示す図であって、（ａ）は偏波切替え回路の全体的な構成、（ｂ）は状態１の場合の偏波切替え回路の切り替えの様子、（ｃ）は状態２の場合の偏波切替え回路の切り替えの様子、を示す。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、偏波切替え回路は、２つの偏波変換回路１０，１２と、モード切替えスイッチ１１とを縦列に接続して構成される。
【００４４】
各偏波変換回路１０，１２およびモード切替えスイッチ１１はいずれも、１入力１出力の回路である。
【００４５】
偏波変換回路１０は、入力したＴＥ０次モード光をＴＥ０次モードのまま出力する。また、偏波変換回路１０は、入力したＴＭ０次モード光をＴＥ１次モードに変換して出力する。
【００４６】
偏波変換回路１２は、入力したＴＥ０次モード光をＴＥ０次モードのまま出力する。また、偏波変換回路１０は、入力したＴＥ１次モード光をＴＭ０次モードに変換して出力する。
【００４７】
モード切替えスイッチ１１は、入力したＴＥ０次モード光をＴＥ０次モードのまま出力する。また、モード切替えスイッチ１１は、ＴＥ１次モード光をＴＥ１次モードのまま出力する。この実施形態の説明では、この切り替え状態を、「状態１」と称する（図３（ｂ））。
【００４８】
さらに、モード切替えスイッチ１１は、入力したＴＥ０次モード光をＴＥ１次モードに変換して出力する。また、モード切替スイッチ１１は、ＴＥ１次モード光をＴＥ０次モードに変換して出力する。この実施形態の説明では、この切り替え状態を、「状態２」と称する（図３（ｃ））。
【００４９】
この切り替えを実現するための偏波切替え回路について、図４を参照して説明する。図４は、偏波切替え回路のうちの偏波変換回路１０，１２の構成例を示す平面図であって、（ａ）は第１の偏波変換回路１０に対応する構成、（ｂ）は第２の偏波変換回路１２に対応する構成、を示す。
【００５０】
図４に示すように、この偏波切替え回路は、入力導波路１１０１と、出力導波路１１２０とを備える。これらの導波路１１０１，１１２０は、矩形のコアから成るチャネル型の導波路である。この実施形態では、入出力導波路１１０１，１１２０の幅は、それぞれ０.５μmに設定する。
【００５１】
第１の偏波変換回路１１０４は、コアの厚い中央部と、コアの薄い周辺部から成るリブ型シリコン導波路とで形成される。周辺部のコア幅はｗ１からｗ２まで広がるテーパ導波路となる。
【００５２】
第１の偏波変換回路１１０４では、入力したＴＥ偏波の０次モード光をそのままＴＥ偏波の０次モード光として出力する。また、第１の偏波変換回路１１０４では、ＴＭ偏波の０次モード光を、ＴＥ偏波の１次モード光に変換して出力する。
【００５３】
第２の偏波変換回路１１１７は、第１の偏波変換回路１１０４と左右対称な構造となっており、コアの厚い中央部と、コアの薄い周辺部から成るリブ型シリコン導波路とで形成される。周辺部のコア幅は幅がｗ２からｗ１まで狭まるテーパ導波路となる。
【００５４】
第２の偏波変換回路１１１７では、入力したＴＥ偏波の０次モード光をそのままＴＥ偏波の０次モード光として出力する。また、第２の偏波変換回路１１１７では、ＴＥ偏波の１次モード光を、ＴＭ偏波の０次モード光に変換して出力する。
【００５５】
この実施形態では、偏波変換回路１１０４，１１１７の長さは１００μm、中央部のコア幅は０.１５μm、周辺部のコア幅はｗ１＝０.９μm、ｗ２＝２.２μmである。
【００５６】
リブ型−チャネル型変換導波路１１０２，１１０３は、それぞれ、入力導波路１１０１と第１の偏波変換回路１１０４とに光学的に接続される。リブ型−チャネル型変換導波路１１１８，１１１９は、それぞれ、第２の偏波変換回路１１１７と出力導波路１１２０とに光学的に接続される。各変換導波路１１０２，１１１９は、チャネル型からリブ型に導波路構造を変換するように構成され、各変換導波路１１０３，１１１８は、リブ型導波路の中央部のコア幅を変化させるように構成される。
【００５７】
一般に、他の回路と接続するために、入出力導波路は、本実施形態のものと同様に、チャネル型とする場合が多いが、本実施形態では、チャネル型である入出力導波路１１０１，１１２０は、リブ型導波路構造である各偏波変換回路１１０４，１１１７と直接接続される。そのため、導波路構造の非連続性のために大きな損失や反射を生じる。この観点から、これらの損失や反射を抑制し、導波路同士を効率良く接続するため、各偏波変換回路１１０４，１１１７は、リブ型−チャネル型変換導波路（１１０２，１１０３）あるいは（１１１８，１１１９）が用いられる。
【００５８】
上述の変換導波路１１０２，１１０３において、導波路１１０２の長さは５０μm、中央部のコア幅は０.５μm、周辺部のコア幅は０.５μm〜０.９μmとなる。
【００５９】
導波路１１０３の長さは１００μm、中央部のコア幅は０.５μm〜０.１５μm、周辺部のコア幅は０.９μmとなる。
【００６０】
また、変換導波路１１１８，１１１９においては、導波路１１１８の長さは１００μm、中央部のコア幅は０.１５μm〜０.５μm、周辺部のコア幅は０.９μmとなる。
【００６１】
導波路１１１９の長さは５０μm、中央部のコア幅は０.５μm、周辺部のコア幅は０.９μm〜０.５μmとなる。
【００６２】
光スプリッタ１１０６は１入力２出力を構成し、光カプラ１１１５は２入力１出力を構成する。１×２光スプリッタ１１０６および２×１光カプラ１１１５は、厚いコア部を２つ有するリブ型の導波路である。
【００６３】
導波路１１０５は、第１の偏波変換回路１１０４と光スプリッタ１１０６とを光学的に接続する中間導波路である。なお、導波路１１０５は不要とすることもできるが、偏波変換回路１１０４と光スプリッタ１１０６とが構造上、不連続性を有するので、発生する損失や反射を抑制するため、導波路１１０５を設けるのが好ましい。
【００６４】
中間導波路１１０７，１１０８は、１×２光スプリッタ１１０６と、その後段のリブ型導波路１１０９，１１１０と光学的に接続するように構成される。
【００６５】
第１の偏波変換回路１１０４から中間導波路１１０５を経て、ＴＥ偏波の０次モード光が光スプリッタ１１０６に入力すると、２つの同位相であるＴＥ偏波の０次モード光に分離される。
【００６６】
また、ＴＥ偏波の１次モード光が光スプリッタ１１０６に入力した場合には、２つの位相がπ異なるＴＥ偏波の０次モード光に分離される。このとき分離された２つのＴＥ偏波の０次モード光は、２つの厚いコア部にそれぞれエネルギーが集中するように分離される。
【００６７】
中間導波路１１０７，１１０８は、それぞれリブ型の導波路であり、リブ型導波路１１０６で分離されたＴＥ偏波の０次モード光を後続する導波路に伝搬させる。この実施形態では、後続するリブ型導波路１１０９，１１１０と光学的に接続するために、リブ型導波路１１０６では、リブ構造の厚いコアの幅を変化させるように構成される。
【００６８】
中間導波路１１０７，１１０８は、周辺部の薄いコアの幅を変化させるテーパ導波路になっている。
【００６９】
光スプリッタであるリブ型導波路１１０６の長さは２５μm、２つの厚いコア部のテーパ形状幅はそれぞれ０．１５μm〜０．５μｍとなる。コア部間の間隔は１．２μm、周辺部のコア幅は２.２μmに設定される。リブ型のテーパ導波路１１０７，１１０８の長さは１０μm、中央の厚いコアの幅は０.５μmで、周辺部のコア幅は１.０μm〜０.８μmとなる。
【００７０】
リブ型導波路１１０９，１１１０は中央の厚いコア幅が０.５μm、周辺部のコア幅は０.８μmである。
【００７１】
図４において、中間導波路１１１３，１１１４、光カプラ１１１５および中間導波路１１１６は、構成要素１１０５〜１１０８と左右対称の構造を有する。リブ型導波路１１１３，１１１４は、前段の導波路１１１１，１１１２と、２つの厚いコア部を有するリブ型導波路１１１５と光学的に接続するテーパ導波路である。
【００７２】
リブ型導波路１１１５は、２つの厚いコア部それぞれにエネルギーを集中させて２つのＴＥ偏波の０次モード光を伝搬させるが、２つのＴＥ偏波の０次モード光が同位相である場合、後続する中間導波路１１１６から第２の偏波変換回路１１１７に入力すると、合流して１つのＴＥ偏波の０次モード光になる。
【００７３】
一方、２つのＴＥ偏波の０次モード光の位相がπ異なっている場合、後続する中間導波路１１１６から第２の偏波変換回路１１１７に入力すると、合流して１つのＴＥ偏波の1次モード光になる。
【００７４】
図５は、図４に示した入力導波路１１０１のＡ-Ａ’断面を示している。
【００７５】
図５において、シリコン基板１１２３上には、基板側から、下部クラッド１１２２、上部クラッド１１２１が順に形成される。各クラッド１１２１，１１２２は、石英ガラスで形成される。
【００７６】
入力導波路１１０１は、チャネル型導波路のコアである。この入力導波路１１０１は、シリコンで形成される。入力導波路１１０１のコア厚さは０.２２μm、上部クラッド１１２１の厚さは１.５μm、下部クラッド１１２２の厚さは２μmである。
【００７７】
図６は、図４に示した偏波変換回路１１０４のＢ-Ｂ’断面を示している。
【００７８】
図６においても、図５に示したものと同様に、シリコン基板１１２３上には、基板側から、下部クラッド１１２２、上部クラッド１１２１が順に形成される。各クラッド１１２１，１１２２は、石英ガラスで形成される。
【００７９】
リブ型導波路の中央部コア１１０４ａは、シリコンで形成され、中央部コア１１０４ａの周辺には周辺部コア１１０４ｂが中央部コア１１０４ａと同様にシリコンで形成される。
【００８０】
上部クラッド１１２１の厚さは１.５μm、下部クラッド１１２２の厚さは２μmである。
【００８１】
図７は、図４に示したリブ型導波路１１０９，１１１０のＣ-Ｃ’断面を示している。
【００８２】
図７においても、図５に示したものと同様に、シリコン基板１１２３上には、基板側から、下部クラッド１１２２、上部クラッド１１２１が順に形成される。各クラッド１１２１，１１２２は、石英ガラスで形成される。
【００８３】
リブ型導波路の中央部コア１１０９ａ，１１１０ａは、それぞれシリコンで形成され、中央部コア１１０９ａ，１１１０ａの周辺には、それぞれ周辺部コア１１０９ｂ，１１１０ｂが中央部コア１１０９ａ，１１１０ａと同様にシリコンで形成される。
【００８４】
上部クラッド１１２１の厚さは１.５μm、下部クラッド１１２２の厚さは２μmである。
【００８５】
図８は、偏波変換回路１１０４，１１１７の変換機能の概略を説明するための図である。図８において、横軸はリブ型導波路の周辺部コア幅ｗ、横軸はｗに対する実効屈折率、を示す。各部材の材料および導波路の断面構造は、図６のＢ-Ｂ’断面と同様である。図８では、周辺部のコア幅ｗだけを変化させ、「ｗ」に応じた実効屈折率を３つ算出した。
【００８６】
第１モードは、「ｗ」によらずＴＥ偏波の基底モードが保持されるが、第２モードおよび第３モードは「ｗ」の変化によってＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分とが混合した複合モードとなる。
【００８７】
「ｗ」が０.８μm付近のときは、第２モードはほぼＴＭ偏波の０次モード、第３モードはほぼＴＥ偏波の１次モードとなる。一方、「ｗ」が２.４μm付近のときは、第２モードはほぼＴＥ偏波の１次モード、第３モードはほぼＴＭ偏波の基底モードになる。
【００８８】
図９は、図８に示した特に第２モードの計算結果から、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分との強度比を表している。
【００８９】
「ｗ」が大きくなるにつれ、ＴＭ偏波成分の強度比が減少する一方、ＴＥ偏波成分の強度比が増加する。つまり、ＴＭとＴＥとで偏波成分が入れ替わる。
【００９０】
偏波変換回路１１０４，１１１７では、狭い方のコア幅ｗ１と広い方のコア幅ｗ２が、第２モードの偏波成分が入れ替わる領域をなるべく含むように設計される。このような「ｗ１」と「ｗ２」の値は、ｗ１=０.９μm、ｗ２=２.２μmである。
【００９１】
図４において、偏波変換回路１１０４にＴＭ偏波の０次モード光が紙面左側から入力した場合、コア幅がｗ１からｗ２に徐々に拡大することで、伝搬する光波は、ＴＥ偏波の１次モードに変換され、紙面右側から出力する。また、中間導波路１１１７の紙面左側からＴＥ偏波の１次モード光が入力した場合、コア幅がｗ２からｗ１に徐々に縮小することで、伝搬する光波は、ＴＭ偏波の０次モードに変換され、紙面右側から出力する。
【００９２】
図１０は、図４と同様の偏波切替え回路であって、図４に示した部分以外の構成を示す図である。
【００９３】
リブ導波路１１０９，１１１０，１１１１，１１１２は、図４に示したものと同様である。
【００９４】
リブ導波路１１０９と接続される第１のアーム導波路１１３１、および、リブ導波路１１１０と接続される第２のアーム導波路１１３２は、各々の両端が、中間導波路１１０７，１１０８を介して１×２光スプリッタ１１０６と、中間導波路１１１３，１１１４を介して２×１光カプラ１１１５とに接続される。
【００９５】
また、図１０において、ヒータ１１３３は、第１のアーム導波路１１３１上に形成される。ヒータ１１３３に電力が印加されることによって、第１のアーム導波路１１３１の一部を加熱して実効屈折率を増加させて伝搬する光を位相遅延させる。すなわち、ヒータ１１３３は、位相シフタの機能を有する。
【００９６】
図１１は、図１０に示したＥ-Ｅ’断面を示している。
【００９７】
図１１において、シリコン基板１１３９上には、基板側から、下部クラッド１１３８、上部クラッド１１３７が順に形成される。各クラッド１１３７，１１３８は、石英ガラスで形成される。
【００９８】
リブ型導波路の中央部コア１１３１ａは、シリコンで形成され、中央部コア１１３１ａの周辺には周辺部コア１１３１ｂが中央部コア１１３１ａと同様にシリコンで形成される。
【００９９】
またヒータ１１３３は上部クラッド１１３７の更に上部に形成される。
【０１００】
第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２ともに、リブ型の導波路で等しい長さに設計される。各アーム導波路１１３１，１１３２において、中央の厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。ヒータ１１３３の長さは１００μm、幅は３μmである。
【０１０１】
図４および図１０において、光スプリッタ１１０６、中間導波路１１０７，１１０８、光カプラ１１１５、中間導波路１１１３，１１１４、第１のアーム導波路１１３１、および第２のアーム導波路１１３２は、干渉計を構成しており、位相シフタであるヒータ１１３３を加えることで、モード切替えスイッチとして機能する。
【０１０２】
［モード切替えスイッチの動作］
上述したモード切替えスイッチの動作について図４および図１０を参照して説明する。
【０１０３】
スプリッタ１１０６にＴＥ偏波の０次モードが入力した場合、２つの同位相であるＴＥ偏波の０次モード光に分離され、分離された光が、それぞれ、第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２に入力される。
【０１０４】
また、スプリッタ１１０６にＴＥ偏波の１次モードが入力した場合、２つの逆位相である（π位相が異なる）ＴＥ偏波の０次モード光に分離され、分離された光が、それぞれ、第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２に入力される。各アーム導波路１１３１，１１３２は等長に設計されているため、位相シフタに電力を印加しない状態では、アームの導波路間の光の位相差は保たれ、光は、２×１光カプラ１１１５に到達する。
【０１０５】
光カプラ１１１５では、前述のように、２つの同位相であるＴＥ偏波の０次モード光が入力した場合には、ＴＥ偏波の０次モード光に合流され、２つの逆位相であるＴＥ偏波の０次モード光が入力した場合には、ＴＥ偏波の１次モード光に合流され、出力する。すなわち、位相シフタに電力を印加しない状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光は、ＴＥ偏波の０次モード光のまま、ＴＥ偏波の１次モード光はＴＥ偏波の１次モード光のまま出力される。
【０１０６】
ここで、位相シフタに電力を印加し、第１のアーム導波路１１３１を通過する光が、第２のアーム導波路１１３２を通過する光に対して位相πの差がつくように調整される。この場合、同位相で、第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２の入力したＴＥ偏波の０次モード光は、位相シフタを経て、逆位相で光カプラ１１１５に到達する。また、逆位相で、第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２の入力したＴＥ偏波の０次モード光は、同位相で光カプラ１１１５に到達し、合流されて出力される。すなわち、位相πを与えるよう位相シフタに電力を印加した状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光はＴＥ偏波の１次モード光に、ＴＥ偏波の１次モード光はＴＥ偏波の０次モード光に、それぞれモード変換されて出力される。
【０１０７】
このようにして、モード切替えスイッチでは、位相シフタに電力を印加することにより、ＴＥ偏波の０次モード光および１次モード光のスイッチング（切替え）が実現される。
【０１０８】
次に、本実施形態の偏波切替え回路の変形例について説明する。変形例の以下の説明では、特に記述しない限り、本実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【０１０９】
（変形例１）
以上では、図１０を参照して、本実施形態の偏波切替え回路の構成について説明した。これとは別に、図１０に示した構成に代えて、図１２に示すように構成してもよい。
【０１１０】
図１２は、図４と同様の偏波切替え回路であって、図４に示した部分以外の構成例を示す図である。
【０１１１】
図１２が図１０と異なるのは、第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２の各長さが異なる点である。それ以外の構成は、図１０と同じである。
【０１１２】
各アーム導波路１１３１，１１３２は、リブ型の導波路である。各アーム導波路１１３１，１１３２において、図１０に示したものと同様に、中央の厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。
【０１１３】
一方、図１０に示したものと異なり、第２のアーム導波路１１３２は、第１のアーム導波路１１３１よりも、０.３０６μm長く設定される。これにより、波長１．５５μｍ付近の光に対して、位相πの遅延を与えることができる。
【０１１４】
このとき、位相シフタに電力を印加しない状態では、第１のアーム導波路１１３１と第２のアーム導波路１１３２とに入力した同位相のＴＥ偏波の０次モード光は、逆位相になって各アーム導波路から出力される。一方、逆位相のＴＥ偏波の０次モード光が入力した場合には、同位相になって各アーム導波路から出力される。これにより、位相シフタに電力を印加しない状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光はＴＥ偏波の１次モード光に、ＴＥ偏波の１次モード光はＴＥ偏波の０次モード光に、それぞれモード変換されて出力される。
【０１１５】
位相シフタに電力を印加し、第１のアーム導波路１１３１を通過する光に位相πが付与されるよう調整すると、同位相で第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２の各々に入力したＴＥ偏波の０次モード光は、そのまま同位相で出力される。
【０１１６】
逆位相で第１のアーム導波路１１３１および第２のアーム導波路１１３２の各々に入力したＴＥ偏波の０次モード光は、逆位相のままで出力される。すなわち、位相πを与えるよう位相シフタに電力を印加した状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光はそのままＴＥ偏波の０次モード光に、ＴＥ偏波の１次モード光はそのままＴＥ偏波の１次モード光に、それぞれモード変換されて出力される。
【０１１７】
このように、図１２の変形例１のモード切替えスイッチでは、無電力でＴＥ偏波の０次モード光と１次モード光とが切替わる状態において、位相シフタに電力を印加することにより、ＴＥ偏波の０次モード光と１次モード光とを切替えずにそのまま通過する状態になる。
【０１１８】
（変形例２）
図１３は、図４と同様の偏波切替え回路であって、図４に示した部分以外の構成例を示す図である。構成要素１１０９〜１１１２，１１３１〜１１３３は、図１０に示したものと同様である。
【０１１９】
図１３に示した変形例２が図１０と異なるのは、第２のアーム導波路の途中に中央部コアの幅が広い箇所が設けられている点である。
【０１２０】
各アーム導波路１１３１，１１３２は、リブ型の導波路である。各アーム導波路１１３１，１１３２において、図１０に示したものと同様に、中央の厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。
【０１２１】
一方、図１０に示したものと異なり、第２のアーム導波路１１３２において、中央部コア幅の広い導波路１１３５と、この導波路１１３５の前後でアーム導波路の他の部分と光学的に接続するためのテーパ導波路１１３４，１１３６とが設けられる。
【０１２２】
導波路１１３５の長さは７μmで、中央部のコア幅は０.６μm、周辺部のコア幅は０.８μmある。テーパ導波路１１３４，１１３６の長さはそれぞれ２.５μｍである。導波路１１３４〜１１３６の構造により、波長が１.５５μｍ付近の光に対して、位相πの遅延を与えることができる。
【０１２３】
この図１３に示した変形例２におけるモード切替えスイッチの動作は、図１２に示したものと同様であるものの、第２のアーム導波路１１３２の長さを長くすることなく位相の遅延を付加できるので、回路の小型化が実現できる。
【０１２４】
（変形例３）
図１４は、図４と同様の偏波切替え回路であって、図４に示した部分以外のアーム導波路近傍の構成例を示す図である。
【０１２５】
導波路３１０１，３１０２，３１０８，３１０９はリブ導波路である。リブ導波路３１０１，３１０２はそれぞれ、図４に示した中間導波路１１０７、１１０８を介して光スプリッタ１１０６に接続され、リブ導波路３１０８，３１０９はそれぞれ、中間導波路１１１３、１１１４を介して光カプラ１１１５に接続される。
【０１２６】
第１のアーム導波路３１０３および第２のアーム導波路３１０４は、それぞれリブ型の導波路構造を有する。ヒータ３１０５は第１のアーム導波路３１０３上に形成され、位相シフタとして機能する。
【０１２７】
断熱溝３１０６，３１０７は、ヒータ３１０５の両側に形成される。
【０１２８】
各アーム導波路３１０３，３１０４は、リブ型の導波路で等しい長さに設定されており、中央の厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。
【０１２９】
ヒータ３１０５の長さは１００μm、幅は３μmである。断熱溝３１０６，３１０７の幅はそれぞれ１０μmである。断熱溝３１０６，３１０７間の距離は５μｍである。
【０１３０】
図１５は、図１４の第１のアーム導波路３１０３のＦ-Ｆ’断面が示されている。
【０１３１】
シリコン基板３１１２上には、基板側から、下部クラッド３１１１と上部クラッド３１１０とが順に形成される。各クラッド３１１０，３１１１は、石英ガラスで形成される。断熱溝３１０６，３１０７は、各クラッド３１１０，３１１１を取り除くことで形成される。
【０１３２】
導波路のコア３１０３ａの厚さは０.２２μm、周辺コア３１０３ｂの厚さは０.０６μmである。上部クラッド２１１５の厚さは１.５μm、下部クラッド２１１６の厚さは２μmである。
【０１３３】
図４および図１４において、光スプリッタ１１０６、中間導波路１１０７、１１０８、リブ導波路３１０１、３１０２、光カプラ１１１５、中間導波路１１１３、１１１４、リブ導波路３１０８、３１０９、第１のアーム導波路３１０３、および第２のアーム導波路３１０４は干渉計を構成しており、位相シフタであるヒータ３１０５によって、モード切替えスイッチとして機能する。その動作は第１実施形態において説明した通りである。本変形例では断熱溝３１０６，３１０７によって、スイッチングに要するヒータへの印加電力を低減することができる。第１実施形態においてスイッチング（波長1.55μｎmで位相差πを与える）に要する電力は20mWであったが、本変形例においては8mWと50%以下に低減できた。
【０１３４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の偏波切替え回路は、第１および第２のアーム導波路として、チャネル型導波路を採用した点が第１実施形態と異なる。チャネル型導波路は、リブ型導波路に比べて小さい曲げ半径で曲線導波路を設計できるため、より一層の回路の小型化が実現できる。
【０１３５】
本実施形態における偏波切替え回路について、図４および図１６を参照して説明する。
【０１３６】
図１６は、本実施形態における偏波切替え回路のアーム導波路近傍の構成を示す平面図である。
【０１３７】
図１６において、リブ導波路２１０１，２１０２，２１１０，２１１１はリブ導波路である。リブ導波路２１０１，２１０２はそれぞれ、中間導波路１１０７，１１０８を介して光スプリッタ１１０６に接続され、リブ導波路２１１０，２１１１はそれぞれ、中間導波路１１１３，１１１４を介して光カプラ１１１５に接続される。
【０１３８】
第１のアーム導波路２１０５および第２のアーム導波路２１０６は、それぞれチャネル型の導波路構造を有する。ヒータ２１０７は第１のアーム導波路２１０５上に形成され、位相シフタとして機能する。
【０１３９】
中間導波路２１０３，２１０４，２１０８，２１０９は、リブ型−チャネル型の導波路を光学的に接続するように構成される。
【０１４０】
各アーム導波路２１０５，２１０６は、互いに等しい長さに設定されており、導波路コアの幅は０．５μmである。リブ導波路２１０１，２１０２，２１１０，２１１１の各中央部において、厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。
【０１４１】
中間導波路２１０３，２１０４，２１０８，２１０９は、それぞれ長さが２５μm、中央部コアの幅は０.５μm、周辺部のコア幅は０.５μm（チャンネル導波路）〜０.８μmとなる。ヒータ２１０７の長さは１００μmで、幅は３μmである。
【０１４２】
光スプリッタ１１０６、中間導波路１１０７，１１０８、リブ導波路２１０１，２１０２、中間導波路２１０３，２１０４、光カプラ１１１５、中間導波路１１１３，１１１４、リブ導波路２１１０，２１１１、中間導波路２１０８，２１０９、第１のアーム導波路２１０５、および第２のアーム導波路２１０６は干渉計を構成しており、位相シフタであるヒータ２１０７によって、モード切替えスイッチとして機能する。このモード切替えスイッチの動作は第１実施形態において説明した通りである。
【０１４３】
図１７は、図１４の第１のアーム導波路２１０５のＧ-Ｇ’断面を示されている。
【０１４４】
シリコン基板２１１７上には、基板側から、下部クラッド２１１６と上部クラッド２１１５とが順に形成される。各クラッド２１１５，２１１６は、石英ガラスで形成される。
【０１４５】
アーム導波路のコア２１０５は、シリコンで形成されたチャネル型導波路であるアーム導波路のコアである．コア２１０５の厚さは０.２２μm、上部クラッド２１１５の厚さは１.５μm、下部クラッド２１１６の厚さは２μmである。
【０１４６】
本実施形態では、アーム導波路２１０５，２１０６としてチャネル型導波路を採用することにより、第１実施形態で示したリブ型導波路に比べて、より小さい曲げ半径で曲線導波路を設計できるため、より小型に回路をレイアウトできる。
【０１４７】
次に、本実施形態の偏波切替え回路の変形例について説明する。変形例の以下の説明では、特に記述しない限り、本実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【０１４８】
（変形例１）
図１８は、本実施形態の変形例１の構成例を示す図である。
【０１４９】
図１８が図１６と異なるのは、アーム導波路２１０５，２１０６の長さが異なる点である。それ以外の構成は、図１６と同じである。
【０１５０】
各アーム導波路２１０５，２１０６は、チャネル型の導波路である。各アーム導波路２１０５，２１０６において、図１６に示したものと同様に、中央の厚いコアの幅は０.５μmである。
【０１５１】
一方、図１６に示したものと異なり、第２のアーム導波路２１０６は、第１のアーム導波路２１０５よりも、０.３１４μm長く設定される。これにより、波長１．５５μｍ付近の光に対して、位相πの遅延を与えることができる。
【０１５２】
このとき、位相シフタに電力を印加しない状態では、第１のアーム導波路２１０６および第２のアーム導波路２１０５の各々に入力した同位相のＴＥ偏波の０次モード光は、逆位相になって各アーム導波路から出力される。一方、逆位相のＴＥ偏波の０次モード光が第１のアーム導波路２１０６および第２のアーム導波路２１０５の各々に入力した場合には、同位相になって各アーム導波路から出力される。これにより、位相シフタに電力を印加しない状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光はＴＥ偏波の１次モード光に、ＴＥ偏波の１次モード光はＴＥ偏波の０次モード光に、それぞれモード変換されて出力される。
【０１５３】
位相シフタに電力を印加し、第１のアーム導波路２１０５を通過する光に位相πが付与されるよう調整すると、同位相で、第１のアーム導波路２１０５および第２のアーム導波路２１０６の各々に入力したＴＥ偏波の０次モード光は、そのまま同位相で出力される。
【０１５４】
また、逆位相で、第１のアーム導波路２１０５および第２のアーム導波路２１０６の各々に入力したＴＥ偏波の０次モード光は、逆位相のままで出力される。すなわち、位相πを与えるよう位相シフタに電力を印加した状態では、モード切替えスイッチに入力したＴＥ偏波の０次モード光はそのままＴＥ偏波の０次モード光に、ＴＥ偏波の１次モード光はそのままＴＥ偏波の１次モード光に、それぞれモード変換されて出力される。
【０１５５】
このように、変形例１は、モード切替えスイッチは無電力でＴＥ偏波の０次モード光と１次モード光とが切替わる状態において、位相シフタに電力を印加することにより、ＴＥ偏波の０次モード光と１次モード光とを切替えずにそのまま通過する状態になる。
【０１５６】
（変形例２）
図１９は、本実施形態の変形例２の構成例を示す図である。構成要素２１０１〜２１１１は、図１６に示したものと同様である。
【０１５７】
図１９が図１６と異なるのは、第２のアーム導波路において、中央部コアの幅が広い箇所が設けられている点である。
【０１５８】
各アーム導波路２１０５，２１０６はチャネル型の導波路である。各アーム導波路２１０５，２１０６において、図１６に示したものと同様に、中央の厚いコアの幅は０.５μmである。
【０１５９】
一方、図１６に示したものと異なり、第２のアーム導波路２１０６において、中央部コア幅の広い導波路２１１３と、この導波路２１１３の前後でアーム導波路の他の部分と光学的に接続するためのテーパ導波路２１１２，２１１４とが設けられる。
【０１６０】
導波路２１１３の長さは５μmで、コア幅は０.６μmである。テーパ導波路２１１２，２１１４の長さはそれぞれ２.５μｍである。各導波路２１１２〜２１１４によって、波長１.５５μｍ付近の光に対して、位相πの遅延を与えることができる。この変形例２のモード切替えスイッチにより、第２のアーム導波路２１０６の長さを長くすることなく位相の遅延を付加できるので、回路の小型化が実現できる。
【０１６１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態における偏波切替え回路は、位相シフタであるヒータの近傍に断熱溝が形成されている点が、上記第１または第２実施形態と異なる。これにより、各実施形態の効果を有するほか、ヒータ直下のアーム導波路をより効率的に加熱することができ、より低い消費電力でスイッチング動作を実現できる。
【０１６２】
本実施形態における偏波切替え回路について、図４および図２０を参照して説明する。
【０１６３】
図２０は、本実施形態における偏波切替え回路のアーム導波路近傍の構成例を示す平面図である。導波路３２０１，３２０２，３２１０，３２１１はリブ導波路である。
【０１６４】
導波路３２０１，３２０２はそれぞれ、中間導波路１１０７、１１０８を介して光スプリッタ１１０６に接続され、導波路３２１０，３２１１はそれぞれ、中間導波路１１１３、１１１４を介して光カプラ１１１５に接続される。
【０１６５】
第１のアーム導波路３２０５および第２のアーム導波路３２０６は、それぞれチャネル型の導波路構造を有する。チャネル型導波路は、リブ型導波路に比べて、小さい曲げ半径で曲線導波路を設計できるため、より小型に回路をレイアウトできる。
【０１６６】
中間導波路３２０３，３２０４，３２０８，３２０９は、リブ型−チャネル型の導波路と光学的に接続するように構成される。
【０１６７】
ヒータ３２０７は第１のアーム導波路３２０５上に形成され、位相シフタとして機能する。断熱溝３２１２，３２１３は、ヒータ３２０７の両側に形成される。
【０１６８】
各アーム導波路３２０５，３２０６は等しい長さに設定される。導波路コアの幅は０.５μmである。リブ導波路３２０１，３２０２，３２１０，３２１１において、中央部の厚いコアの幅は０.５μm、コアの薄い周辺部の幅は０.８μmである。
【０１６９】
中間導波路３２０３，３２０４，３２０８，３２０９はそれぞれ長さ２５μm、中央部コアの幅は０.５μm、周辺部のコア幅は０.５μm（チャンネル導波路）〜０.８μmである。
【０１７０】
ヒータ３２０７の長さは１００μm、幅は３μmである。断熱溝３２１２，３２１３の幅はそれぞれ１０μmである。断熱溝３２１２，３２１３の間の距離は５μｍである。
【０１７１】
図４および図２０において、光スプリッタ１１０６、中間導波路１１０７，１１０８、リブ導波路３２０１，３２０２、中間導波路３２０３，３２０４、光カプラ１１１５、中間導波路１１１３，１１１４、リブ導波路３２１０，３２１１、中間導波路３２０８，３２０９、第１のアーム導波路３２０５、および第２のアーム導波路３２０６は干渉計を構成しており、位相シフタであるヒータ３２０７によって、モード切替えスイッチとして機能する。その動作は上記各実施形態において説明した通りである。
【０１７２】
本実施形態ではヒータ３２０７の両側に断熱溝３２１２，３２１３が形成されていることで、スイッチングに要するヒータへの印加電力を低減することができる。第２実施形態においてスイッチング（波長1.55μｎmで位相差πを与える）に要する電力は20mWであったが、本実施形態においては8mWと50%以下に低減できた。
【０１７３】
このように、本実施形態の偏波切替え回路においても、偏波回転を行う状態と行わない状態とを選択することができる。また、断熱溝３２１２，３２１３によって、スイッチングに要するヒータへの印加電力を低減させることができる。
【０１７４】
上記各実施形態および各変形例では、上部クラッドおよび下部クラッドとして石英ガラスを用いたが、これに限られず、シリコンより屈折率の低い材料を用いるようにすれば良い。
【０１７５】
また、上部クラッドおよび下部クラッドの厚さは、各実施形態および各変形例に限られず、変更してもよい。
【０１７６】
上記各実施形態および上記各変形例の偏波切替え回路では、シリコン導波路の設計パラメータを特定の値に設定した場合について例示したが、このパラメータは変更することができる。ＴＭの基底モード光とＴＥの１次モード光との間で変換が生じるシリコン導波路の幅は、導波路コアの厚さと、上部クラッドおよび下部クラッドの各材料の屈折率とによって決まる。テーパ導波路の端点の導波路幅ｗ１，ｗ２は、変換が生じる導波路幅の変化領域をなるべく包含するよう設定すれば良い。
上記各実施形態および上記各変形例の偏波切替え回路では、光スプリッタ、第１および第２のアーム導波路、および光カプラの設計パラメータを設定したが、パラメータは変更することができる。
【０１７７】
上記各実施形態および上記各変形例では、位相シフタとしてヒータによる加熱を適用したが、この方法に限定されるものではない。例えば、シリコン導波路の屈折率を変調する任意の手法が適用可能である。第１または第２のアーム導波路のコアの一部にイオンを注入してＰ型とＮ型の領域を形成してダイオードを構成し、電流を注入して屈折率を変化させる手法や、逆電圧をかけて屈折率を変化させる手法は一般に知られている。これらの手法は、導波路の伝搬損失が増大する一方で、高速に位相をシフトできる利点があり、用途に応じて適用可能である。
【符号の説明】
【０１７８】
１１０１  入力導波路
１１２０  出力導波路
１１０２，１１０３，１１１８，１１１９，２１０３，２１０４，２１０８，２１０９，３２０３，３２０４，３２０８，３２０９  リブ型−チャネル型導波路変換回路
１１０４，１１１６  偏波変換回路
１１０４ａ，１１０９ａ，１１１０ａ，１１３１ａ，３１０３ａ  中央部コア
１１０４ｂ，１１０９ｂ，１１１０ｂ，１１３１ｂ，３１０３ｂ  周辺部コア
１１０５，１１１７  中間導波路
１１２１，１１３７，２１１５，３１１０  上部クラッド
１１２２，１１３８，２１１６，３１１１  下部クラッド
１１２３，１１３９，２１１７，３１１２  シリコン基板
１１０７，１１０８，１１１３，１１１４  テーパ導波路
１１０６  光スプリッタ
１１１５  光カプラ
１１３１〜１１３６，２１０５，２１１２〜２１１４，３１０３，３２１５  第１のアーム導波路
１１３１，１１３２，２１０６，３１０４，３２０６  第２のアーム導波路
１１３２，１１３３，２１０７，３１０５，３２０７  ヒータ
３１０６，３１０７，３２１２，３２１３  断熱溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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