特開 2017-227828 微小光回路および光モード変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-227828(P2017-227828A)

(43)【公開日】2017年12月28日

(54)【発明の名称】微小光回路および光モード変換器

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20171201BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/122 311

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-125575(P2016-125575)

(22)【出願日】2016年6月24日

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】石倉 徳洋

(72)【発明者】

【氏名】阪本 真一

【テーマコード（参考）】

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H147AB21

2H147AB24

2H147BB02

2H147BB09

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147FC01

2H147FD20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】互いに高さが異なる２つ微小光導波路を有し、これら２つの微小光導波路同士の光接続効率が高い微小光回路、および、この微小光回路を備えた光モード変換器を提供する。
【解決手段】第一微小光導波路２及び第一微小光導波路が接続される境界面３ｅを有する第二微小光導波路３を備える微小光回路１であって、平面視において、第二微小光導波路の中心線と境界面との交点は、第二微小光導波路の側面における第一微小光導波路との２つの接続点を通る第一直線と、第二微小光導波路を横断する第二直線と、の間の領域に存在している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一底面と、前記第一底面から第一の高さにある第一表面と、前記第一底面と前記第一表面とに略直交する第一側面及び第二側面と、を有する第一微小光導波路と、
第二底面と、前記第二底面から前記第一の高さよりも高い第二の高さにある第二表面と、前記第二底面と前記第二表面とに略直交する第三側面及び第四側面と、前記第一微小光導波路が接続される境界面と、を有する第二微小光導波路と、
を備える微小光回路であって、
前記第一側面は、平面視において、第一接続点で前記第三側面に接続し、
前記第二側面は、平面視において、第二接続点で前記第四側面に接続し、
平面視において、前記第三側面および前記第四側面から等距離にある中心線と前記境界面との交点は、前記第一接続点および前記第二接続点を通る第一直線と、前記第一微小光導波路を横断しないように前記第二微小光導波路を横断する第二直線と、の間の領域に存在している、微小光回路。

【請求項2】

前記境界面の全ては、平面視において、前記第一直線と前記第二直線と、の間の領域に存在している、請求項１に記載の微小光回路。

【請求項3】

前記境界面の全ては、平面視において、前記第一直線と、前記中心線と前記境界面との交点を通る第三直線と、の間の領域に存在している、請求項１又は２に記載の微小光回路。

【請求項4】

前記境界面は、前記中心線からの前記境界面の距離が前記境界面のうちの前記第二直線ｓ２に最も近い点Ｂに向かって単調に減少する区間を有し、
前記区間は前記点Ｂを含み、
前記区間において、前記距離の減少の割合は前記点Ｂに近いほど大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小光回路。

【請求項5】

前記境界面は、平面視において、前記中心線に対して対称である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の微小光回路。

【請求項6】

前記第三側面および前記第四側面間の距離は、実質的に一定である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小光回路。

【請求項7】

前記第三側面と前記第四側面との距離は、前記第一微小光導波路から離れるにしたがって増加又は減少している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小光回路。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載の微小光回路と、
前記微小光回路を覆うクラッドと、
を備える光モード変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は微小光回路および光モード変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

光回路の高密度集積のために、サブミクロンスケールの微小光導波路を含む微小光回路が使用される。
一般に、微小光導波路におけるコアとクラッドとの屈折率差は大きいため、微小光導波路内を伝搬する光は微小領域に強固に閉じ込められる。閉じ込めの指標であるモード径は微小光導波路において１μｍを大きく下回る。このような小さなモード径の微小光導波路は、光回路の高密度集積において非常に優位である。

【0003】

一方で、微小光導波路と光ファイバとの接続においては、両者のモード径の差を補う必要がある。微小光導波路のモード径は、通常の光ファイバのモード径１０μｍの１／１０以下である。

【0004】

上述したモード径の差を補う方法として、T. Shoji, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, K. Yamada, and H. Morita, “Low loss mode size converter from 0.3 μm square Si wire waveguides to singlemode fibres,” Electronics Letters, vol. 38, no. 25, pp. 1669-1670, Dec. 2002は、カットオフ条件以下の寸法を有する光導波路において、光モードをコアからクラッドに染み出させて、当該光導波路のモード径を拡げる構造を開示している。

【0005】

モード径を拡げる目的では光導波路の寸法は可能な限り小さいほうがよい。特に、光導波路の高さが小さいほど、光導波路の高さ方向における電界振幅成分が強いＴＭモードについてより高効率な光接続を実現できる。しかしながら、光導波路の高さをモード径の変換のみを考慮して決定すると、他の光部品との整合が困難になることがある。
そこで、高さが段階的に変化する光導波路の構造が検討されている。

【0006】

特許文献１には、互いに寸法の異なる入力端及び出力端を有するスポットサイズ変換器が開示されている。このスポットサイズ変換器では、互いに高さが異なり、幅が連続的に変化する２つ光導波路が用いられている。このような構造によれば、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波の両方についてモード変換損失を低減できると記載されている。

【0007】

特許文献２には、シリコンからなる第一のコアと、ポリマーからなり第一のコアを覆うように配置された第二のコアと、これらコアを覆うオーバークラッドと、を有する光モジュールが開示されている。このような構造によれば、オーバークラッドの屈折率を調整することにより、光ファイバとの接続損失を低減できると記載されている。

【0008】

非特許文献１には、互いに高さが異なる２つの光導波路を有するモード径変換器が開示されている。このような構成によれば、他の光部品（一端にあるＳｉＯ_２導波路、及び他端にあるＳｉ導波路）との整合をとることができる旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１５−１９１０２９号公報

【特許文献2】特開２００４−１３３４４６号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】QING FANG; TSUNG-YANG LIOW; JUN FENG SONG; CHEE WEI TAN; MING BIN YU; GUO QIANG LO; DIM-LEE KWONG: “Suspended optical fiber-to-waveguide mode size converter for silicon photonics”, OPTICS EXPRESS, vol. 18, no. 8, pages 7763-7769, (2010)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１に開示されているスポットサイズ変換器では、モード変換損失の偏波依存性を低減すために、光導波路の高さを特定の値に設定する必要がある。したがって、光導波路に接続される光部品の設計自由度を損なう場合がある。

【0012】

特許文献２に開示されている光モジュールでは、シリコンからなる微細なシリコン線を露出させる必要がある。したがって、機械的強度の点で問題となることがある。もしくは、シリコンからなるコアとポリマーからなるコアを重ねる必要がある。このような異種材料の組合せた構造では、製造工程の煩雑さが問題となる場合がある。

【0013】

非特許文献１に開示されている光モジュールでは、光導波路の高さが光の伝搬方向に直交する境界面で不連続に変化している。このため、光導波路の境界面におけるＴＥ偏波およびＴＭ偏波の間の大きな損失の差が問題となる場合がある。

【0014】

本発明は、互いに高さが異なる２つ微小光導波路を有し、これら２つ微小光導波路同士の光接続効率が高い微小光回路、および、この微小光回路を備えた光モード変換器の提供を一つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

（１）本発明の一態様に係る微小光回路は、第一底面と、前記第一底面から第一の高さにある第一表面と、前記第一底面と前記第一表面とに略直交する第一側面及び第二側面と、を有する第一微小光導波路と、第二底面と、前記第二底面から前記第一の高さよりも高い第二の高さにある第二表面と、前記第二底面と前記第二表面とに略直交する第三側面及び第四側面と、前記第一微小光導波路が接続される境界面と、を有する第二微小光導波路と、を備え、前記第一側面は、平面視において、第一接続点で前記第三側面に接続し、前記第二側面は、平面視において、第二接続点で前記第四側面に接続し、平面視において、前記第三側面および前記第四側面から等距離にある中心線と前記境界面との交点は、前記第一接続点および前記第二接続点を通る第一直線と、前記第一微小光導波路を横断しないように前記第二微小光導波路を横断する第二直線と、の間の領域に存在している。

【0016】

（２）上記（１）の微小光回路において、前記境界面の全ては、平面視において、前記第一直線と前記第二直線と、の間の領域に存在していてもよい。
（３）上記（１）又は（２）の微小光回路において、前記境界面の全ては、平面視において、前記第一直線と、前記中心線と前記境界面との交点を通る第三直線と、の間の領域に存在していてもよい。
（４）上記（１）〜（３）の微小光回路において、前記境界面は、前記中心線からの前記境界面の距離が前記境界面のうちの前記第二直線ｓ２に最も近い点Ｂに向かって単調に減少する区間を有し、前記区間は前記点Ｂを含み、前記区間において、前記距離の減少の割合は前記点Ｂに近いほど大きくてもよい。
（５）上記（１）〜（４）の微小光回路において、前記第三側面および前記第四側面間の距離は、実質的に一定であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）の微小光回路において、前記第三側面と前記第四側面との距離は、前記第一微小光導波路から離れるにしたがって増加又は減少していてもよい。
（７）本発明の一態様に係る光モード変換器は、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の微小光回路と、前記微小光回路を覆うクラッドと、を備える。

【発明の効果】

【0017】

上記本発明のいくつかの態様によれば、互いに高さが異なる２つ微小光導波路を有し、これら２つ微小光導波路同士の光接続効率が高い微小光回路、および、この微小光回路を備えた光モード変換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る微小光回路および光モード変換器を模式的に示す斜視図である。

【図2】図１に示す微小光回路を模式的に示す平面図である。

【図3】図１に示す微小光回路の中心線に沿う縦断面を模式的に示す断面図である。

【図4】第一変形例に係る微小光回路を模式的に示す平面図である。

【図5】第二変形例に係る微小光回路を模式的に示す平面図である。

【図6】第三変形例に係る微小光回路を模式的に示す平面図である。

【図7A】一実施形態に係る微小光回路及び従来例に係る微小光回路のＴＥモード光及びＴＭモード光に対する透過率を示すグラフである。

【図7B】一実施形態に係る微小光回路及び従来例に係る微小光回路のＴＥモード光及びＴＭモード光に対する透過率を示すグラフである。

【図7C】一実施形態に係る微小光回路及び従来例に係る微小光回路のＴＥモード光及びＴＭモード光に対する透過率を示すグラフである。

【図8】一実施形態に係る微小光回路におけるＴＥモード光の分布およびＴＭモード光の分布の変化を示すシミュレーション画像である。

【図9】従来例に係る微小光回路におけるＴＥモード光の分布およびＴＭモード光の分布の変化を示すシミュレーション画像である。

【図10】従来例に係る微小光回路を模式的に示す平面図である。

【図11】従来例に係る微小光回路の中心線に沿う縦断面を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態に係る微小光回路および光モード変換器を、添付図面を参照しながら説明する。

【0020】

図１は、一実施形態に係る微小光回路および光モード変換器を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す微小光回路の上面を示す平面図である。図３は、図１に示す微小光回路の中心線に沿う縦断面を示す断面図である。

【0021】

図１〜図３を参照して、微小光回路１は、第一微小光導波路２と第二微小光導波路３とを備えている。第一微小光導波路２は、第一底面２ｂと、第一底面２ｂから第一の高さｈ１にある第一表面２ａと、第一底面２ｂと第一表面２ａとに略直交する第一側面２ｃ及び第二側面２ｄと、を有している。

【0022】

第二微小光導波路３は、第二底面３ｂと、第二底面３ｂから第一の高さｈ１よりも高い第二の高さｈ２にある第二表面３ａと、第二底面３ｂと第二表面３ａとに略直交する第三側面３ｃ及び第四側面３ｄと、第一微小光導波路２が接続される境界面３ｅと、を有している。
第一側面２ｃは、平面視において、第一接続点ｃ１で第三側面３ｃに接続している。第二側面２ｄは、平面視において、第二接続点ｃ２で第四側面３ｄに接続している。

【0023】

図１〜図３に示す微小光回路１において、第一表面２ａ、第二表面３ａ、第一底面２ｂ、及び第二底面３ｂは互いに略平行であり、境界面３ｅは第一表面２ａ（第二表面３ａ）及び第一底面２ｂ（３ｂ）に略垂直である。しかしながら、これら面の関係は、後述する効果が得られる限りにおいて、適宜に変更できる。

【0024】

第一微小光導波路２および第二微小光導波路３は、同種の材料から形成され、たとえばシリコン等の半導体材料により形成される。たとえば、シリコン（Ｓｉ）−シリカ（ＳｉＯ_２）−シリコン（Ｓｉ）からなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の最上層のシリコン（Ｓｉ）層を加工して、シリカ上に第一微小光導波路２および第二微小光導波路３、を一体に且つ同じプロセスで形成することができる。シリコンの加工には、エッチング等の公知の方法を用いることができる。
第一微小光導波路２およびその周囲のクラッド５からなる光導波路は、カットオフ条件を満たさない微小光導波路である。換言すれば、第一微小光導波路２の寸法よりも大きなモード径を有する光導波路である。たとえば、第一微小光導波路２をシリコン、クラッド５を石英で形成し、波長１．５５μｍの光導波に用いる場合、第一微小光導波路２の幅（図のＸ方向における寸法）は、たとえば、０．２μｍ以下にすればよい。

【0025】

微小光回路１の平面視において、第三側面３ｃおよび第四側面３ｄから等距離にある中心線（中心軸）Ｃと境界面３ｅとの交点Ｋは、第一接続点ｃ１および第二接続点ｃ２を通る第一直線ｓ１と、第一微小光導波路２を横断しないように第二微小光導波路３を横断する第二直線ｓ２と、の間の領域（ただし、第一直線ｓ１上を除く）に存在している。図２の例に示されているように、境界面３ｅの全ては、平面視において、第一直線ｓ１と第二直線ｓ２と、の間の領域に存在していてもよい。さらに、境界面３ｅの全ては、平面視において、第一直線ｓ１と、交点Ｋを通る第三直線ｓ３と、の間の領域に存在していてもよい。
図２の例において、第一微小光導波路２および第二微小光導波路３は、境界面３ｅの近傍において、幅ｗ１を有している。境界面３ｅは、接続点ｃ１及びｃ２から、第一直線ｓ１に沿って距離ｗ２延びている。距離（幅）ｗ２は実質的に０であってもよい。
境界面３ｅの水平方向における中央部分は、奥行き方向（すなわち、図のＺ方向）に向かって凹んでいる。図２に示すように、境界面３ｅの最も奥にある点Ｂは、中心線Ｃ上にあってもよい。

【0026】

図４〜図６を参照しながら、上述した微小光回路１のいくつかの変形例について説明する。上述した微小光回路１と同じ構造を有する要素については説明を省略する。
図４は、第一変形例に係る微小光回路１０を模式的に示す平面図である。微小光回路１０は、境界面３ｅの形状を除いて、微小光回路１と同様の構造を有している。
微小光回路１０の境界面３ｅは、接続点ｃ１及びｃ２から、第一微小光導波路２（すなわち、図の−Ｚ方向）に向かって延びている。すなわち、境界面３ｅは、第三側面３ｃ及び第四側面３ｄの近傍において、第一直線ｓ１と第三直線ｓ３との間の領域に存在していない。
境界面３ｅの最も奥にある点Ｂは、中心線Ｃからずれており、第二直線ｓ２と第三直線ｓ３との間の領域に存在している。

【0027】

図５は、第二変形例に係る微小光回路２０を模式的に示す平面図である。微小光回路２０は、境界面３ｅの形状を除いて、微小光回路１と同様の構造を有している。
微小光回路２０の境界面３ｅは、接続点ｃ１及びｃ２から、第一直線ｓ１に沿って距離ｗ２延びている。距離（幅）ｗ２は実質的に０であってもよい。境界面３ｅの最も奥にある点Ｂは、中心線Ｃからずれており、第二直線ｓ２と第三直線ｓ３との間の領域に存在している。

【0028】

図６は、第三変形例に係る微小光回路３０を模式的に示す平面図である。微小光回路３０は、境界面３ｅの形状を除いて、微小光回路１と同様の構造を有している。
微小光回路２０の境界面３ｅは、接続点ｃ１及びｃ２から、第一直線ｓ１に沿って距離ｗ２延びている。距離（幅）ｗ２は実質的に０であってもよい。
境界面３ｅの水平方向における中央部分は、奥行き方向（すなわち、図の＋Ｚ方向）に向かって凹んでいる。より具体的に、境界面３ｅは、中心線Ｃからの境界面３ｅの距離ｗｈが境界面３ｅのうちの第二直線ｓ２に最も近い点Ｂに向かって単調に減少する区間Ｐを有している。区間Ｐは点Ｂを含んでいる。区間Ｐにおいて、距離ｗｈの減少の割合は点Ｂに近いほど大きい。換言すると、第一微小光導波路２と第二微小光導波路３とが混在する、境界面３ｅの近傍において、奥行き方向の単位長さに占める第二微小光導波路３の面積は境界面３ｅの中央近傍において単調に減少し、その現象の割合は境界面３ｅの中央近傍に近いほど大きい。

【0029】

なお、本図の例において、点Ｂは中心線Ｃ上にあり、境界面３ｅは中心線Ｃに対して対称であるが、上述したような区間Ｐを有する限り、点Ｂの位置及び境界面３ｅの対称性は適宜に変更できる。また、区間Ｐは、点Ｂを含む境界面３ｅの一部にあればよい。
区間Ｐにおける境界面３ｅの形状の一例として、２次以上の高次多項式で表される形状が挙げられる。

【0030】

上述したような微小光回路（微小光導波路）内を伝搬する光のモード（電界強度）は、中心軸（中心線Ｃ）に垂直な断面における中心において最も強く、中心から遠ざかるにつれて弱くなる。微小光回路１，１０，２０，及び３０では、奥行き方向（図のＺ方向）において中心線Ｃ近傍の境界面３ｅが第三側面３ｃ及び第四側面３ｄ近傍の境界面３ｅよりも奥にあるため、微小光導波路の中央近傍を伝搬する光モードのより強い光が境界面３ｅにおいて受ける変化を小さくすることができる。

【0031】

すなわち、上述した微小光回路１，１０，２０，及び３０によれば、平面視において、中心線Ｃと境界面３ｅとの交点Ｋが第一直線ｓ１と第二直線ｓ２との間の領域（ただし、第一直線ｓ１上を除く）に存在しているため、境界面３ｅにおいて第一微小光導波路２及び第二微小光導波路３内を伝搬する光のモード形状の変化を緩やかにできる。したがって、互いに高さの異なる２つの微小光導波路２及び３間において、高効率な（損失の少ない）モード径の変換を実現できる。
特に、微小光導波路２及び微小光導波路３の高さ方向（すなわち、図のＹ方向）に電界が振幅するＴＭモードについて、微小光導波路２及び微小光導波路３間の高さの差によるモード径の変化をより緩やかにできる。

【0032】

上述した微小光回路１，２０，及び３０では、境界面３ｅの全てが奥行き方向（図のＺ方向）において接続点ｃ１及びｃ２と同じかそれらよりも奥にあるため、微小光導波路内を伝搬する光が境界面３ｅにおいて受ける変化をより緩やかにすることができる。
すなわち、上述した微小光回路１，２０，及び３０によれば、境界面３ｅの全てが、平面視において、第一直線ｓ１と第二直線ｓ２と、の間の領域に存在しているため、境界面３ｅにおいて微小光導波路２及び微小光導波路３内を伝搬する光のモード径の変化をより緩やかにできる。したがって、互いに高さの異なる２つの微小光導波路２及び３間において、より高効率なモード径の変換を実現できる。

【0033】

上述した微小光回路１及び３０では、境界面３ｅの最も奥にある点Ｂが中心線Ｃ上にあるため、微小光導波路の中心を伝搬する光モードの最も強い光が境界面３ｅにおいて受ける変化をより効果的に低減することができる。
すなわち、上述した微小光回路１及び３０によれば、境界面３ｅの全てが、平面視において、第一直線ｓ１と第三直線ｓ３と、の間の領域に存在しているため、境界面３ｅにおいて微小光導波路２及び微小光導波路３内を伝搬する光のモード径の変化をさらに小さくできる。したがって、互いに高さの異なる２つの微小光導波路２及び３間において、さらに高効率なモード径の変換を実現できる。

【0034】

上述した微小光回路３０では、境界面３ｅの近傍において、奥行き方向の単位長さに占める第二微小光導波路３の面積が境界面３ｅの中央近傍において単調に減少している。その減少の割合は境界面３ｅの中央近傍に近いほど大きい。このため、微小光導波路の中心を伝搬する光モードの最も強い光が境界面３ｅにおいて受ける変化をさらに小さくすることができる。したがって、互いに高さの異なる２つの微小光導波路２及び３間において、より高効率なモード径の変換を実現できる。
特に、図６に例示されているように、点Ｂが中心線Ｃ上にある場合、上述した効果が最も顕著に得られる。

【0035】

上述した微小光回路１，１０，２０，及び３０において、第三側面３ｃと第四側面３ｄとが互いに略平行であってもよい。この場合、第二微小光導波路３内において、より損失の少ない光の伝搬を実現できる。

【0036】

上述した微小光回路１，１０，２０，及び３０において、前記第三側面と前記第四側面との距離は、前記第一微小光導波路から離れるにしたがって増加又は減少していてもよい。この場合、第二微小光導波路２の幅を、第二微小光導波路３の端部に接続される光部品のモード径に応じて調整することができる。

【0037】

上述した微小光回路１及び３０において、境界面３ｅが平面視において中心線Ｃに対して対称であってもよい。この場合、上述した高効率なモード径の変換を、微小光回路内においてより均一に実現できる。
なお、上述した微小光回路１，１０，２０，及び３０において、第一直線ｓ１は中心線Ｃと直交していてもよく、直交していなくてもよい。即ち、第一接続点ｃ１を通って且つ中心線Ｃに直交する直線上に第二接続点ｃ２があってもよく、なくてもよい。また、境界面３ｅは、第一直線ｓ１と点Ｂとの間において、１または２以上の屈曲点を有していてもよい。
また、境界面３ｅは、点Ｂの代わりに、中心線Ｃに略直交する直線部を有していてもよい。たとえば図２において、境界面３ｅは、点Ｂの代わりに、中心線Ｃに略直交して且つ第三直線ｓ３上にある直線部を有していてもよい。

【0038】

光モード変換器１００は、図１に例示されるように、上述した微小光回路１と、微小光回路１を覆うクラッド５と、を備えている。光モード変換器１００は、上述した微小光回路１０，２０，又は３０を備えていてもよい。

【0039】

クラッド５には、第一微小光導波路２及び第二微小光導波路３の材料よりも屈折率の低い材料を用いることができる。たとえば、第一微小光導波路２及び第二微小光導波路３をシリコン（Ｓｉ）により形成する場合、クラッド５をシリカ（ＳｉＯ_２）により形成できる。
クラッド５の端面５ｅには、光ファイバのような光部品を接続できる。なお、クラッド５には、端面５ｅに接続される光部品の構造に応じて、適宜の構造体を付与できる。

【0040】

上述した光モード変換器１００によれば、高効率にモード径を変化できる微小光回路（１，１０，２０，３０）を備えているため、高効率な光モード変換を可能とする光モード変換器を提供することができる。

【0041】

［実施例］
上述した微小光回路１の変換効率の評価をシミュレーションにより行った。比較のために、従来例に係る微小光回路についても同様の評価を行った。

【0042】

図１０及び図１１を参照して、従来例に係る微小光回路５０は、第一微小光導波路２が接続される第二微小光導波路３の境界面を除いて、上述した微小光回路１と同様の構造を有している。
微小光回路５０の境界面１３ｅの中央は、第一微小光導波路２に向かって突出している。すなわち、中心線Ｃと境界面１３ｅとの交点Ｋは、第一直線ｓ１と、第二微小光導波路３を横断しないように第二微小光導波路２を横断する第四直線ｓ４と、の間の領域に存在している。

【0043】

なお、微小光回路５０の第一微小光導波路２および第二微小光導波路３は、境界面１３ｅの近傍において、幅ｗ１１を有している。また、境界面１３ｅは、中心線Ｃに対して対称であり、中心線Ｃ近傍において幅ｗ１２の区間を有している。

【0044】

このような微小光回路５０及び上述した微小光回路１について、境界面における光の透過率及び光モード（電界強度）の変化を評価した。なお、微小光回路１及び５０はいずれもシリコンで形成され、石英で形成されたクラッド５により覆われている。ｗ２＝ｗ１２＝０．１４μｍであり、ｈ２＝ｈ１２＝０．２２μｍであり、微小光回路１及び５０内を伝搬する光の波長は１．５５μｍである。

【0045】

有限要素法を用いて、境界面３ｅ近傍における第一微小光導波路２の光モード分布（電界強度分布）と第二微小光導波路３光モード分布との一致度（重なり積分値）を求めた。この一致度から、微小光回路１の境界面３ｅにおける透過率をＴＥモード光及びＴＭモード光のそれぞれについて求めた。同様に、微小光回路５０の境界面１３ｅにおける透過率を求めた。

【0046】

図７Ａは、ｈ１＝０．０８μｍの微小光回路１（実施例１）及びｈ１１＝０．０８μｍの微小光回路５０（比較例１）について、第一微小光導波路２の幅ｗ１（ｗ１１）に対する透過率を示している。図７Ｂは、ｈ１＝０．１０μｍの第一微小光導波路２（実施例２）及びｈ１１＝０．１０μｍの微小光回路５０（比較例２）について、第一微小光導波路２の幅ｗ１（ｗ１１）に対する透過率を示している。図７Ｃは、ｈ１＝０．１２μｍの第一微小光導波路２（実施例３）及びｈ１１＝０．１２μｍの微小光回路５０（比較例３）について、第一微小光導波路２の幅ｗ１（ｗ１１）に対する透過率を示している。

【0047】

図７Ａ〜図７Ｃから、ｈ１（ｈ１１）が０．０８μｍ以上０．１２μｍ以下、及び、ｗ１（ｗ１１）が１．０μｍ以上１．６μｍ以下の範囲において、ＴＥモード光及びＴＭモード光のいずれに対しても、微小光回路１の透過率が微小光回路５０の透過率よりも高いことが分かる。特にＴＭモード光に対して、透過率の差が顕著である。これは、境界面において、微小光導波路の高さが不連続に変化していることに起因すると考えられる。
また、図７Ａ〜図７Ｃの比較より、ｈ１（ｈ１１）が０．１０μｍ（図７Ｂ）の場合に、透過率の差が最も大きいことが分かる。

【0048】

図８は、ｗ１＝１．２μｍ及びｈ１＝０．１０μｍの微小光回路１（実施例２）の境界面３ｅ近傍における、第一微小光導波路２及び第二微小光導波路３内の光モード分布のシミュレーション結果を示している。（ａ）は第一微小光導波路２内におけるＴＥモード光の分布を、（ｂ）は第一微小光導波路２内におけるＴＭモード光の分布を、（ｃ）は第二微小光導波路３内におけるＴＥモード光の分布を、（ｄ）は第二微小光導波路３内におけるＴＭモード光の分布を、それぞれ示している。
図９は、ｗ１１＝１．２μｍ及びｈ１１＝０．１０μｍの微小光回路５０（比較例２）の境界面１３ｅ近傍における、第一微小光導波路２及び第二微小光導波路３内の光モード分布のシミュレーション結果を示している。同様に、（ａ）は第一微小光導波路２内におけるＴＥモード光の分布を、（ｂ）は第一微小光導波路２内におけるＴＭモード光の分布を、（ｃ）は第二微小光導波路３内におけるＴＥモード光の分布を、（ｄ）は第二微小光導波路３内におけるＴＭモード光の分布を、それぞれ示している。
図８及び図９において、（ａ）から（ｂ）への変化が境界面３ｅ（１３ｅ）におけるＴＥモード光の分布の変化示し、（ｃ）から（ｄ）への変化が境界面３ｅ（１３ｅ）におけるＴＭモード光の分布の変化示している。

【0049】

これら結果から、微小光回路１及び微小光回路５０のいずれにおいても、境界面におけるＴＥモード光の分布の変化は比較的小さいことが分かる。
境界面におけるＴＭモード光の分布の変化は、特に、微小光回路５０において顕著であり、境界面において大きな損失が発生していることが分かる。これに比較して、微小光回路１の境界面３ｅにおけるＴＭモード光の分布の変化は、非常に限定的である。
微小光回路１の境界面３ｅは、光モードが集中する微小光導波路の中央近傍において凹んでおり、光モードが少ない側面近傍において突出しているために、伝搬光のモード径の変化が境界面３ｅにおいて緩やかになり、その結果、ＴＭモード光の変化が小さくなっていると考えられる。

【0050】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0051】

１，１０，２０，３０…微小光回路、２…第一微小光導波路、２ａ…第一表面、２ｂ…第一底面、２ｃ…第一側面、２ｄ…第二側面、３…第二微小光導波路、３ａ…第二表面、３ｂ…第二底面、３ｃ…第三側面、３ｄ…第四側面、３ｅ…境界面、５…クラッド、１００…光モード変換器、Ｃ…中心線、ｃ１…第一接続点、ｃ２…第二接続点、Ｋ…境界面と中心線との交点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】