(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な製造法で作製可能で高効率な光結合を実現可能なスポットサイズ変換器を提供する。【解決手段】スポットサイズ変換器は、基板１上に第１クラッド層２を挟んで設けられた第１コア３と、第１コアの鉛直上方に第２クラッド層４を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第２コア５と、を備える。第２クラッド層は第１コア及び第２コアを覆っており、第１コアは基板の第１端面から離間した第１位置から基板の第２端面まで延び、第２コアは基板の第１端面から基板の第２端面の手前の第２位置まで延びる。第１コアは、第１コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが基板の第１端面から離れるにつれて大きくなるテーパ構造を有し、第２コアは、第２コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが基板の第１端面から第２位置まで一定であり、さらに、第２コアの屈折率は、第１コアの屈折率よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１クラッド層を挟んで設けられた第１コアと、
前記第１コアの鉛直上方に第２クラッド層を挟んで設けられ、前記基板及び前記第１コアと平行に延びる第２コアと、を備え、
前記第２クラッド層は前記第１コア及び第２コアを覆っており、
前記第１コアは前記基板の第１端面から離間した第１位置から前記基板の第２端面まで延び、
前記第２コアは前記基板の第１端面から前記基板の第２端面の手前の第２位置まで延び、
前記第１コアは、前記第１コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが前記基板の第１端面から離れるにつれて大きくなるテーパ構造を有し、
前記第２コアは、前記第２コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが前記基板の第１端面から前記第２位置まで一定であり、
前記第２コアの屈折率は、前記第１コアの屈折率よりも小さく前記第１クラッド層及び第２クラッド層の屈折率よりも大きい、スポットサイズ変換器。
【請求項２】
前記第２コアの前記第２位置は、少なくとも前記第１コアの前記テーパ構造の端部と同じ位置あるいは当該位置よりも前記基板の第２端面に近い位置にある、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項３】
前記第２コアの断面は、一辺が０.２６〜０.３４μｍの正方形からなる、請求項１または２に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項４】
前記第１コアと前記第２コアの間隔は、０.７５μｍ以上である、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項５】
前記第１コアの前記テーパ構造は、３００μｍ以上の長さを有する、請求項４に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項６】
前記第１コアはＳｉからなり、前記第２コアはＳｉＮxまたはａ-Ｓｉ：Ｈからなる、請求項１〜５のいずれかに記載のスポットサイズ変換器。
【請求項７】
前記基板は、Ｓｉ基板またはＳＯＩ基板である、請求項６に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項８】
前記第１クラッド層はＳｉＯ2からなり、前記第２クラッド層は、ＳｉＯx、ＳｉＯＣＨ、又はＳｉＯＮからなる、請求項７に記載のスポットサイズ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポットサイズ変換器に関し、より具体的には、簡単な製造法で作製可能な、高結合効率スポットサイズ変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンフォトニクス又はフォトニック結晶といった、シリコンの微細加工技術を利用して、ＳＯＩ(Silion On Insulator)基板上に光導波路を形成する技術の研究が進められている。シリコンそのものには発光機構がないため、シリコンフォトニクス又はフォトニック結晶では、ファイバ等により外部光をＳＯＩ基板上の光回路を構成する光導波路へ入力する必要がある。
【０００３】
しかし、シリコン光導波路の寸法は、伝搬光の単一モード性を保つために例えば約４００ｎｍ程度の幅を有するものとなっており、一般的な外部光(ファイバ)のスポットサイズ(例えば数μｍ〜１０μｍ程度)とミスマッチが生じてしまう。このため、ファイバとシリコン光導波路の結合損失は大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、例えば、非特許文献１に例示されるように、光導波路の入出力端面に、逆テーパ構造を有するシリコン細線光導波路を覆う大口径の絶縁材料(ポリマー、酸化シリコン等)コアを有するスポットサイズ変換器を設けて、光のスポットサイズを広げ、外部光のスポットサイズとのミスマッチを解消し、結合損失を低減する技術が提案されている。
【０００５】
しかし、非特許文献１に例示されるようなスポットサイズ変換器では、絶縁材料コアのサイズが数μｍのオーダの大きさ(厚さ)にする必要があり、標準的な集積回路の製造プロセス(例えば、ＣＭＯＳプロセス)をそのまま利用することができない。その結果、例えばＳＯＩ基板を用いた光集積回路の一部としてスポットサイズ変換器を形成することは容易ではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Shoji, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, K. Yamada and H. Morita, “Low loss mode size converter from 0.3pm square Si wire waveguides to single mode fibers”, IEEE, ELECTRONICS LETTERS, 5th December 2002, Vol. 38, No.25, pp. 1669-1670
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題に鑑みなされたものであり、標準的な集積回路の製造プロセスを用いた比較的簡単な製造方法で作製可能な、高結合効率スポットサイズ変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスポットサイズ変換器は、基板上に第１クラッド層を挟んで設けられた第１コアと、第１コアの鉛直上方に第２クラッド層を挟んで設けられ、基板及び第１コアと平行に延びる第２コアと、を備える。第２クラッド層は第１コア及び第２コアを覆っており、第１コアが基板の第１端面から離間した第１位置から基板の第２端面まで延び、第２コアが基板の第１端面から基板の第２端面の手前の第２位置まで延びる。第１コアは、第１コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが基板の第１端面から離れるにつれて大きくなるテーパ構造を有し、第２コアは、第２コアが延びる方向と垂直な断面のサイズが基板の第１端面から第２位置まで一定であり、さらに、第２コアの屈折率は、第１コアの屈折率よりも小さく第１クラッド層及び第２クラッド層の屈折率よりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスポットサイズ変換器によれば、テーパ構造を有する第１コア(屈折率ｎ１)と、その鉛直上方に離間して一定断面を有する第２コア(屈折率ｎ２＜ｎ１)を配置するといった単純な構成を備えることにより、標準的な半導体プロセス(例えばＣＭＯＳプロセス)での製造を可能にしつつ、高効率なモード変換効率／ファイバ結合効率を達成することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の構成を示す俯瞰図である。
【図２】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態のファイバとスポットサイズ変換器の結合の様子を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の第２コアのサイズとファイバ結合効率との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器のモード変換効率の第１コアのテーパ長及びコア間の間隔の依存性を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の基板吸収損失とコア間の間隔との関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器のファイバ結合損失及びモード変換損失と波長との関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器のモード変換のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器のモード変換のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の第１コアのテーパ構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器１００の構成を示す俯瞰図である。スポットサイズ変換器１００は、基板１上に第１クラッド層２を挟んで設けられた第１コア３と、第１コア３の鉛直上方に第２クラッド層４を挟んで設けられ、基板１及び第１コア３と平行に延びる第２コア５を備える。第２クラッド層４は第１コア３及び第２コア５を覆っている。第１コア３と第２コア５は所定の間隔Ｓ、すなわち両者の間の第２クラッド層の厚さＳを空けて配置されている。
【００１２】
第１コア３は基板の一方のＸＹ断面に相当する第１端面６から離間した第１位置Ｐ１から基板の第２端面７まで延びている。第２コア５は、基板の第１端面６から基板の他方のＸＹ断面に相当する第２端面７の手前の第２位置Ｐ２まで延びている。第１コア３は、第１コア３が延びる方向と垂直な断面のサイズが基板の第１端面６から離れるにつれて大きくなるテーパ構造(より正確には逆テーパ構造、以下単に「テーパ構造」と呼ぶ)１３を有している。テーパ構造１３は、第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３までの長さＬｔを有している。第２コア５は、第２コアが延びる方向と垂直な断面１５のサイズＷ１が基板の第１端面６から第２位置Ｐ２まで一定である。
【００１３】
図２は、図１の本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の断面図である。上段のＸＺ断面(上面)図と中段のＹＺ断面(側面)図において、第１コア３は基板の第１端面６からＬ１距離離れた第１位置Ｐ１から基板の第２端面７まで延びている。第１コア３の断面の幅は、第１位置Ｐ１での幅Ｗ２からテーパ長Ｌｔの位置まで徐々に大きくなり、その位置以降は一定の幅Ｗ３長を有する。第２コア５は、基板の第１端面６から基板の第２端面７から距離Ｌ３だけ手前の第２位置Ｐ２まで延びている。第２コア５は、第１コア３のテーパ長Ｌｔの端部(図１ではＰ３)から長さＬ２だけオーバーラップしている。
【００１４】
第２コア５の断面は、その長さ全体に渡って一定の幅Ｗ１を有する。ＹＺ断面(側面)図において、第１コア３と第２コア５は、間隔(第２クラッド厚さ)Ｓだけ垂直方向で離間している。下段のＸＹ断面図において、基板１上の第１クラッド層２は厚さＤ１を有し、その上の第１コア３は高さ(厚さ)Ｄ２を有し、間隔Ｓを空けて配置される第２コア５は正方形の断面を有するので上述した一定の幅Ｗ１と同じ高さ(厚さ)Ｗ１を有している。なお、第２コア５の断面形状は正方形に限定されず、例えば長方形などの他の形状であってもよい。
【００１５】
スポットサイズ変換器１００を構成する各エレメントの屈折率は、モード変換を行うために以下の関係(条件)を満たす必要がある。なお、ここで言うモード変換とは、第２コア５にシングルモードファイバを介して入射された光(ＴＥまたはＴＭの基本モード光)が第１コア３へ伝播すること、及びその際に光のモードフィールド径(ＭＦＤ)、言いかえればスポットサイズが変化することを意味する。第２コア５の屈折率ｎ２は、第１コア３の屈折率ｎ１よりも小さく、かつ第１クラッド層２の屈折率ｎ３及び第２クラッド層４の屈折率ｎ４よりも大きい必要がある。
【００１６】
また、第２クラッド層４の屈折率ｎ４は、第１クラッド層２の屈折率ｎ３と同じかあるいはそれ以上であること、好ましくは第１クラッド層２の屈折率ｎ３に対して１〜２％程度大きいことが望ましい。その理由は、第２クラッド層４の屈折率ｎ４を少し大きくすることで、第２コア５のモードフィールドを垂直上方に上げて、基板１への光の吸収損失を低減するためである。
【００１７】
上述した屈折率の関係を満たす各エレメントを含むスポットサイズ変換器は、従来からある半導体プロセスを用いた製造方法によって製造することができる。例えば、Ｓｉプロセス、より具体的には例えばＣＭＯＳプロセスを用いて、以下に例示する材料の組み合わせによりスポットサイズ変換器を製造することができる。
＜材料の組み合わせ例＞
基板１：Ｓｉ(ｎ＝３.５)、またはＳＯＩ
第１クラッド層２：ＳｉＯ2(ｎ３＝１.４５)、ＳＯＩ基板を用いた場合、ＳｉＯ2(ｎ３＝１.４５)として基板中の埋め込み酸化膜(ＢＯＸ)を利用
第１コア３：Ｓｉ(ｎ１＝３.５)
第２コア５：ＳｉＮx(ｎ２＝２.０)
第２クラッド層４：ＳｉＯx(ｎ３＝１.４７)
【００１８】
材料の組み合わせは上記の＜材料の組み合わせ例＞に限定されず、基本的に上述した屈折率の関係を満たす限りにおいて任意の材料の組み合わせを採用することができる。例えば、第２コア５としてＳｉＮxに代えてアモルファスＳｉ(ａ-Ｓｉ：Ｈ)を用いることができ、第２クラッド層４としてＳｉＯxに代えてＳｉＯＣＨ、あるいはＳｉＯＮを用いることができる。ＳｉＯx、ＳｉＮx、あるいはａ-Ｓｉ：Ｈなどを用いる場合は、その成膜条件(組成割合)を変えることにより、上述した屈折率の関係を満たす範囲において屈折率を微妙に調整することができる。上述した第２クラッド層４の屈折率ｎ４を第１クラッド層２の屈折率ｎ３に対して１〜２％程度大きくすることもこの屈折率(成膜条件)の調整により得ることができる。なお、基板１としてＳｉまたはＳＯＩを用いるのは、電子回路をも含む光集積回路の一部としてスポットサイズ変換器１００を利用するためであって、その利用形態によっては従来から光通信用に用いられている石英基板などを用いることもできる。石英基板を用いる場合は、第１クラッド層２を設けることなく基板上に直接第１コア３(例えばａ-Ｓｉ：Ｈ)を形成することができる。
【００１９】
図面を参照しながらスポットサイズ変換器１００を構成する各エレメントのパラメータ(サイズ、間隔など)及びその決め方について説明する。図３は、本発明の一実施形態のファイバとスポットサイズ変換器(特に第２コアの部分)の結合の様子(モデル)を示す図である。(ａ)は、シングルモードファイバ２０の断面図であり、コア２２をクラッド２１が覆う一般的なファイバ構成を示している。(ｂ)は、上面図(図２で言うＸＺ断面図)であり、ファイバ２０のクラッド２１中のコア２２とスポットサイズ変換器の第２クラッド層２５中の第２コア２６との結合の様子を示している。(ｃ)は、第２クラッド層２５中の第２コア２６の断面図(図２で言うＸＹ断面図)であり、第２コア２６は、一辺の長さがＷ１の正方形断面を想定している。
【００２０】
図１及び図２のスポットサイズ変換器の構成と、図３のファイバとスポットサイズ変換器(特に第２コアの部分)の結合モデルを用いて、本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の第２コアのサイズＷ１とファイバ結合効率との関係を計算により求めた。計算は、有限差分法を用いて伝搬モードを求め、さらに伝搬方向のモードオーバーラップを求めることにより、ファイバ結合構造の結合効率を計算した。その際に、上述した＜材料の組み合わせ例＞を用い、ファイバから伝播する光の波長は１.５５μｍとした。図４にファイバ結合効率の計算結果を示す。
【００２１】
図４の(ａ)はＴＥモードでの計算結果を示し、(ｂ)はＴＭモードでの計算結果を示している。いずれのもモードでもモードフィールド径(ＭＦＤ)を３、４、５、９μｍと変えた時の計算結果を示している。図４から、モードフィールド径(ＭＦＤ)が大きくなるにつれて最適なファイバ結合効率を得ることができる第２コアのサイズＷ１は小さくなる傾向がある。例えばＭＦＤ＝４μｍの場合、いずれのモードでも第２コアのサイズＷ１＝０.３１μｍにおいて結合効率９５％を得ることができる。また、例えばＭＦＤ＝９μｍの場合、(ａ)ＴＥモードではＷ１＝０.２８μｍにおいて結合効率９０％を得ることができ、(ｂ)ＴＭモードではＷ１＝０.２６μｍにおいて結合効率９５％を得ることができる。
【００２２】
各モードフィールド径(ＭＦＤ)において、さらには伝播する光のモードがＴＥモードかＴＭモードかにおいて、最適な、すなわち例えば９０％以上の結合効率を得ることができる第２コアのサイズＷ１の範囲は変わってくる。したがって、スポットサイズ変換器を設計する際は、使用する光のモード及びモードフィールド径(ＭＦＤ)に対応する第２コアのサイズＷ１の値(範囲)を選択する必要がある。例えば９０％以上の結合効率を得るためには、大枠として、すなわち両モードを含めた場合として、第２コアのサイズＷ１を約０.２６〜約０.３４μｍの範囲で選択する必要がある。
【００２３】
具体的には、例えばＭＦＤ＝４μｍの場合は、両モードにおいてＷ１が約０.２９〜約０.３４μｍの範囲にあれば良く、ＭＦＤ＝５μｍの場合は、両モードにおいてＷ１が約０.２８〜約０.３２μｍの範囲にあれば良い。また、ＭＦＤ＝９μｍの場合は、ＴＥモードではＷ１を約０.２６μｍ及びその近傍値にする必要があり、ＴＭモードではＷ１は約０.２６〜０.２８の範囲であればよい。このように、第２コアのサイズＷ１に求められる約０.２６〜約０.３４μｍは、例えば標準的なＣＭＯＳプロセス(Ｓｉプロセス)を用いて製造できる膜厚であり、これにより高いファイバ結合効率を得ることができる。
【００２４】
次に、図２のスポットサイズ変換器の構成を用いて、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間でのモード変換効率を固有モード展開法により計算した。その際、図３の計算結果から得られた第２コア(ＳｉＮxコア)５のコアサイズＷ１＝０.３１を用い、さらに図２の各パラメータの長さを以下のように設定して計算を行った。
＜パラメータ値＞
Ｌ１＝Ｌ２＝２０μｍ
Ｌ３＝３０μｍ
Ｗ１＝０.３１μｍ
Ｗ２＝０.０８μｍ
Ｗ３＝０.４２μｍ
Ｄ１＝３.０μｍ
Ｄ２＝０.２２μｍ
【００２５】
図５に、モード変換効率の計算結果を示す。図５では、図２に示した第１コア(Ｓｉコア)３のテーパ長さＬｔと、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓに対するモード変換効率の変化の様子を示している。(ａ)はＴＥモードでの計算結果を示し、(ｂ)はＴＭモードでの計算結果を示している。いずれのモードの場合でも破線で囲まれた領域Ａで９５％以上のモード変換効率を得ることができる。すなわち、領域Ａ内のテーパ長さＬｔと間隔Ｓの組み合わせを選択することにより９５％以上のモード変換効率を得ることができる。その場合、第１コア(Ｓｉコア)３のテーパ長さＬｔは少なくとも約３００μｍ以上あれば良く、また第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓは少なくとも約０.７５μｍ以上あれば良いことになる。その結果、テーパ長さＬｔと間隔Ｓの設計マージン／製造マージンを大きくとることができる。
【００２６】
なお、テーパ長さＬｔの上限は、スポットサイズ変換器の設計仕様として求められるサイズに応じて選択することができ、例えば５００μｍ、７５０μｍなどの設計仕様に適合する任意の値を選択／設定することができる。同様に、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓの上限も、スポットサイズ変換器の設計仕様あるいは製造工程の簡素化(層形成時間の短縮化)等の観点から、例えば１.０μｍあるいは１.２μｍなどの任意の値を選択／設定することができる。
【００２７】
図６に第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓに対する基板(Ｓｉ)への光の吸収損失の関係について計算した結果を示す。計算に際して、図２のＸＹ断面図での各パラメータに上述した＜パラメータ値＞の値を用いて計算を行った。図６から、例えば９５％以上のモード変換効率を得ることができる最小の間隔Ｓ＝０.７５μｍの場合でも、ＴＥモードで約０.３ｄＢ／ｃｍ、ＴＭモードで約１.６ｄＢ／ｃｍの吸収損失に留まり、全体の長さが数百μｍ(１０-4ｃｍ)しかない本実施形態のスポットサイズ変換器の構造では無視できる小さい値であることがわかった。
【００２８】
図４から図６に示した計算結果はいずれも光の波長１.５５μｍの場合の結果を示しているが、図７に波長を変化させた場合のファイバ結合損失(ａ)とモード変換損失(ｂ)の計算結果を示す。その計算に際して、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓを１μｍ、第１コア(Ｓｉコア)３のテーパ長さＬｔを５００μｍとして計算を行った。
【００２９】
図７(ａ)から、ファイバと第２コア(ＳｉＮxコア)間のファイバ結合損失は、波長１.３３μｍ以上であれば１ｄＢ以下に抑えることができる。図７(ｂ)から、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)の間でのモード変換損失は、Ｏバンド〜Ｌバンドの光通信波長帯(１.２６〜１.６２μｍ)の全域で１ｄ以下に抑えることができる。その結果、本発明の実施形態のスポットサイズ変換器の構造は、波長１.５５μｍのみならず光通信で利用可能な広帯域で有効(高効率)に使用することができる。
【００３０】
次に、図８と図９に示した光モードプロファイルの等高線図(電磁界(光)強度分布図)を参照しながら、図１、図２のスポットサイズ変換器１００におけるスポットサイズ変換の動作について説明する。図８はＴＥモ−ドでのモード変換のシミュレーション結果を示す図である。図９はＴＭモ−ドでのモード変換のシミュレーション結果を示す図である。以下では、図１、図２の端面(ＸＹ断面)６が光入力面(入射面)となり、即ち、第２コア(ＳｉＮxコア)５の端面が光入力端(入射端)となり、ここに図３に例示したファイバ２０からモードフィールド径(スポットサイズ)の大きい光(例えば、ＭＦＤ：４〜９μｍ)が入力され、第１コア(Ｓｉコア)３の端面７からモードフィールド径(スポットサイズ)が小さくなった光(例えば、ＭＦＤ：約０.４μｍ)が出力される場合を例に挙げて説明する。なお、図８と図９のシミュレーション(計算)は、図７の場合と同様に、第１コア(Ｓｉコア)３と第２コア(ＳｉＮxコア)５の間隔Ｓを１μｍ、第１コア(Ｓｉコア)３のテーパ長さＬｔを５００μｍとして行った。
【００３１】
図８において、端面(ａ)に入射した光は、第２コア(ＳｉＮxコア)５を伝播しながら、位置(ｂ)から平行して延びる第１コア(Ｓｉコア)３にも光が徐々に漏れ伝播していく。第１コア(Ｓｉコア)３はその断面(幅)が徐々に大きくなるテーパ構造を有しているので、ＸＹ断面の各位置での光モードプロファイルの等高線図に示されるように、光を吸収しながら位置(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)と進むにつれて下側の第１コア(Ｓｉコア)３のスポットサイズが徐々に大きくなっていく。位置(ｅ)、(ｆ)では光の多くが第１コア(Ｓｉコア)３に集約された状態になり、第１コア(Ｓｉコア)３の端面７から所定のスポットサイズ(ＭＦＤ)となって出力する。
【００３２】
図９のＴＭモ−ドの場合も、基本的に図８のＴＥモ−ドでのモード変換と同様であり、光が第２コア(ＳｉＮxコア)５から第１コア(Ｓｉコア)３に徐々に伝播していき、位置(ｅ)、(ｆ)では光の多くが第１コア(Ｓｉコア)３に集約された状態になり、第１コア(Ｓｉコア)３の端面７から所定のスポットサイズ(ＭＦＤ)となって出力する。
【００３３】
図１０は、本発明の一実施形態のスポットサイズ変換器の第１コア３のテーパ構造を示す図である。(ａ)はテーパ形状が２段階で変わる例であり、(ｂ)はテーパ形状が３段階で変わる例である。(ａ)において、領域１はモード変換領域 (第１コア＜−＞第２コア: 双方向有り)であり、第２コア５の光導波路と第１コア３の光導波路が結合し、モードが変換する。図８、９のＸＹ断面の電磁界強度分布(ｂ)〜(ｅ)の間に相当する。低損失な断熱的モード変換を促進するために緩やかなテーパとなっている。領域２は、モード変換領域外であり、第２コア５の光導波路と第１コア３の光導波路はほとんど結合しておらず、モード変換に寄与していない。図８、９のＸＹ断面の電磁界強度分布(ｅ)〜(ｆ)の間に相当する。この場合、光の閉じ込めを担保できる範囲でテーパ長を短くすることができる。
【００３４】
２段階テーパを用いることにより、通常の(１段階)テーパを用いた場合に比べ、テーパ長を半分以下にすることが可能である。例えば、２つのコア(光導波路)間の間隔Ｓ＝１.０μｍの場合について、モード変換領域が終了する第１コア(Ｓｉ導波路)幅２２０ｎｍ(図８、９の位置(ｅ))を境に、領域１の長さを１７５μｍ、領域２の長さを２０μｍとする２段階テーパ(全長で１９５μｍ)のモード変換効率の計算を行った結果、長さ５００μｍの線形テーパと同等のモード変換効率が得られることがわかった。
【００３５】
図１０(ｂ)の３段階テーパは、例えば８０ｎｍより細い導波路(コア)幅が存在した場合に適用することができる。領域１、２の機能は上述した(ａ)の場合と同様である。領域０は、モード変換領域外であり、第２コア５の光導波路と第１コア３の光導波路はほとんど結合しておらず、モード変換に寄与していない。この場合も光の閉じ込めを担保できる範囲でテーパを短くすることできる。
【００３６】
本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。さらに、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のスポットサイズ変換器は、モード多重導波路、多層導波路型光入出力端子として、あるいは光回路あるいは光集積回路の一部として利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１：基板
２：第１クラッド層
３：第１コア
４、２５：第２クラッド層
５、２６：第２コア
６、７：端面
１３：テーパ構造
１５：断面
２０：ファイバ
２１：クラッド
２２：コア
１００：スポットサイズ変換器
【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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