特開 2020-204666 合分波素子および光源モジュール

(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2020-204666(P2020-204666A)

(43)【公開日】2020年12月24日

(54)【発明の名称】合分波素子および光源モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20201127BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20201127BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20201127BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20201127BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20201127BHJP

   G02B 27/10 20060101ALN20201127BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/12 331

   G02B6/125 301

   G02B6/122 311

   G02B6/12 301

   G02B6/42

   H01S5/022

   G02B6/12 371

   G02B27/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2019-111330(P2019-111330)

(22)【出願日】2019年6月14日

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 淳一

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H137AA17

2H137AB11

2H137BA41

2H137BA44

2H137BA52

2H137BB02

2H137BB17

2H147AA04

2H147AB04

2H147AB17

2H147BB02

2H147BC03

2H147BD02

2H147BE22

2H147CD02

2H147EA13C

2H147EA14A

2H147EA14B

2H147EA14C

2H147EA32A

2H147EA35A

2H147GA10

5F173MC01

5F173MF03

5F173MF25

5F173MF27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型の合分波素子および光源モジュールを提供する。
【解決手段】合分波素子１０は、可視光を導波する第１導波路と１１ａ、可視光を導波する第２導波路１１ｂと、可視光を導波する第３導波路１１ｄ、１１ｅと、長手方向に延伸し、可視光を導波する多モード干渉導波路１１ｃと、を備え、第１導波路および第２導波路は、多モード干渉導波路の長手方向における一方の端部に光学的に接続されており、第３導波路は、多モード干渉導波路の長手方向における他方の端部に光学的に接続されており、多モード干渉導波路は、長手方向における両端部１１ｃａ１、１１ｃａ２と、両端部よりも幅が狭い狭幅部１１ｃａ５を有する単位導波路１１ｃａを少なくとも一つ含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可視光を導波する第１導波路と、
可視光を導波する第２導波路と、
可視光を導波する第３導波路と、
長手方向に延伸し、可視光を導波する多モード干渉導波路と、
を備え、
前記第１導波路および前記第２導波路は、前記多モード干渉導波路の前記長手方向における一方の端部に光学的に接続されており、
前記第３導波路は、前記多モード干渉導波路の前記長手方向における他方の端部に光学的に接続されており、
前記多モード干渉導波路は、長手方向における両端部と、前記両端部よりも幅が狭い狭幅部を有する単位導波路を少なくとも一つ含むことを特徴とする合分波素子。

【請求項2】

前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記多モード干渉導波路は、前記第１導波路および前記第２導波路のそれぞれから入力された互いに波長が異なる可視光が、前記多モード干渉導波路において合波されて、前記第３導波路から出力する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の合分波素子。

【請求項3】

前記多モード干渉導波路は、前記長手方向に配列された、複数の前記単位導波路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の合分波素子。

【請求項4】

前記複数の単位導波路は、前記多モード干渉導波路の前記一方の端部から前記他方の端部に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されていることを特徴とする請求項３に記載の合分波素子。

【請求項5】

前記第１導波路および前記第２導波路のそれぞれから入力される前記可視光は、赤色光、緑色光および青色光のいずれか２つ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の合分波素子。

【請求項6】

前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記多モード干渉導波路は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の合分波素子。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか一つに記載の合分波素子と、
前記第１導波路と光学的に接続されており、前記第１導波路に入力される可視光を出力する第１可視光源と、
前記第２導波路と光学的に接続されており、前記第２導波路に入力される可視光を出力する第２可視光源と、
を備えることを特徴とする光源モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、合分波素子および光源モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などの開発が加速しており、走査型レーザ投射装置の超小型化が強く求められている。走査型レーザ投射装置の主要部品として、可視光源である赤色光源、緑色光源、青色光源のそれぞれから出力された光を合波する合波モジュールがある。可視光源と合波モジュールとを含んで光源モジュールが構成される。

【0003】

合波モジュールとして、ダイクロイックミラー等の空間結合技術を用いて作製されたものがある。しかしながら、空間結合型の合波モジュールは、レンズ等の複数部品をきわめて精密に実装しなければならない、モジュールサイズの大型化を引き起こす、さらに、アセンブリ時の軸ずれによる光学系の損失増大が発生する場合がある。そこで、半導体プロセスを利用して作製可能な石英系ガラス導波路で構成される、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）型の合波素子が、上記の課題を解決できる手段として注目されている（特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１９５６０３号公報

【特許文献2】特開２０１９−３５８７６号公報

【特許文献3】国際公開第２０１７／０６５２２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

合波素子には、さらなる小型化が求められている。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型の合分波素子および光源モジュール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】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る合分波素子は、可視光を導波する第１導波路と、可視光を導波する第２導波路と、可視光を導波する第３導波路と、長手方向に延伸し、可視光を導波する多モード干渉導波路と、を備え、前記第１導波路および前記第２導波路は、前記多モード干渉導波路の前記長手方向における一方の端部に光学的に接続されており、前記第３導波路は、前記多モード干渉導波路の前記長手方向における他方の端部に光学的に接続されており、前記多モード干渉導波路は、長手方向における両端部と、前記両端部よりも幅が狭い狭幅部を有する単位導波路を少なくとも一つ含む。

【0008】

前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記多モード干渉導波路は、前記第１導波路および前記第２導波路のそれぞれから入力された互いに波長が異なる可視光が、前記多モード干渉導波路において合波されて、前記第３導波路から出力する構成を有してもよい。

【0009】

前記多モード干渉導波路は、前記長手方向に配列された、複数の前記単位導波路を含んでもよい。

【0010】

前記複数の単位導波路は、前記多モード干渉導波路の前記一方の端部から前記他方の端部に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されていてもよい。

【0011】

前記第１導波路および前記第２導波路のそれぞれから入力される前記可視光は、赤色光、緑色光および青色光のいずれか２つ以上であってもよい。

【0012】

前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記多モード干渉導波路は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を含んでもよい。

【0013】

本発明の一態様に係る光源モジュールは、前記合分波素子と、前記第１導波路と光学的に接続されており、前記第１導波路に第１可視光を入力する第１可視光源と、前記第２導波路と光学的に接続されており、前記第２導波路に第２可視光を入力する第２可視光源と、を備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、小型の合分波素子および光源モジュールを実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態１に係る合分波素子の模式的構成図である。

【図2】図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図3】図３は、比屈折率差Δとコアサイズとの関係の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態２に係る合分波素子の模式的構成図である。

【図5】図５は、実施形態３に係る光源モジュールの模式的構成図である。

【図6】図６は、作製した合分波素子の透過特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0017】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る合分波素子の模式的構成図である。図１（ａ）に示す合分波素子１０は、石英系ガラスからなるＰＬＣで構成されている。

【0018】

合分波素子１０は、第１導波路１１ａと、第２導波路１１ｂと、多モード干渉（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ）導波路１１ｃと、第３導波路１１ｄ、１１ｅと、クラッド１２とを備えている。

【0019】

クラッド１２は、第１導波路１１ａ、第２導波路１１ｂ、多モード干渉導波路１１ｃと、第３導波路１１ｄ、１１ｅを取り囲んでいる。図２ではクラッド１２が多モード干渉導波路１１ｃを取り囲んでいる状態を示している。クラッド１２は、各導波路の下方に位置する下部クラッド１２ａと、各導波路の上方および側方に位置する上部クラッド１２ｂとを備えている。クラッド１２は、たとえば不図示のシリコン基板やガラス基板上に形成されている。

【0020】

多モード干渉導波路１１ｃは、長手方向に延伸している。第１導波路１１ａおよび第２導波路１１ｂは、多モード干渉導波路１１ｃの長手方向における一方の端部に光学的に接続されている。第３導波路１１ｄ、１１ｅは、多モード干渉導波路１１ｃの長手方向における他方の端部に光学的に接続されている。

【0021】

第１導波路１１ａ、第２導波路１１ｂ、多モード干渉導波路１１ｃおよび第３導波路１１ｄ、１１ｅは、屈折率を高めるドーパントであるジルコニア（ＺｒＯ_２）を含む石英系ガラスからなる。一方、クラッド１２はたとえば純石英ガラスからなる。ここで、純石英ガラスとは、不純物を含まない石英ガラスと、不純物を含むが石英ガラスの屈折率を変化させる不純物を含まない石英ガラスとを含むものと規定する。第１導波路１１ａ、第２導波路１１ｂ、多モード干渉導波路１１ｃおよび第３導波路１１ｄ、１１ｅの、クラッド１２に対する比屈折率差Δは特に限定されないが、本実施形態では０．４５％であり、ゲルマニア（ＧｅＯ_２）をドーパントして使用する場合よりも低濃度で高比屈折率差を実現できる。

【0022】

第１導波路１１ａ、第２導波路１１ｂおよび第３導波路１１ｄ、１１ｅは、所定の波長の可視光をシングルモードで導波する条件に、その断面サイズと比屈折率差Δとの関係が設定されている。ただし、断面サイズと比屈折率差Δとの関係は、所定の波長の可視光をマルチモードで導波する条件に設定されていてもよい。多モード干渉導波路１１ｃは、所定の波長の可視光を所定のマルチモードで導波する条件に、その断面サイズと比屈折率差Δとの関係および長さが設定されている。

【0023】

図３は、比屈折率差Δとコアサイズとの関係の一例を示す図である。コアサイズとは、導波路の長手方向に垂直な断面における断面形状を正方形とした場合の、正方形の一辺の長さである。コアサイズは波長λの光をシングルモードで導波することができる値を示している。波長λとして、通信において使用される１５５０ｎｍの場合と、可視光領域のうち比較的短波である４６０ｎｍの場合を示している。図３に示すように、１５５０ｎｍの場合と比較して、４６０ｎｍの場合、コアサイズを大幅に小さくする必要がある。たとえば、比屈折率差Δが０．４５％の場合、コアサイズは波長１５５０ｎｍでは一辺が７．５μｍであるものが、波長４６０ｎｍでは一辺が３μｍである。図３はシングルモード導波の場合を示すが、マルチモード導波の場合も、コアサイズの大小の波長依存性は同様の傾向を示す。

【0024】

図１に戻って、本実施形態では、第１導波路１１ａは、青色光Ｌ２をシングルモードで導波する構成を有する。青色光Ｌ２の波長はたとえば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍである。第２導波路１１ｂは、赤色光Ｌ１をシングルモードで導波する構成を有する。赤色光Ｌ１の波長はたとえば６２０ｎｍ〜７５０ｎｍである。多モード干渉導波路１１ｃは、第１導波路１１ａおよび第２導波路１１ｂのそれぞれから入力された青色光Ｌ２と赤色光Ｌ１とがそれぞれマルチモードで、互いに干渉しながら導波し、第３導波路１１ｄとの接続位置においてシングルモードで結像する構成を有する。これにより、多モード干渉導波路１１ｃは、赤色光Ｌ１と青色光Ｌ２とを合波し、第３導波路１１ｄに出力する。第３導波路１１ｄは、入力された赤色光Ｌ１と青色光Ｌ２とを導波し、出力する。

【0025】

多モード干渉導波路１１ｃについてより具体的に説明する。多モード干渉導波路１１ｃは、破線で互いの境界を示すように６個の単位導波路を含んでいる。これらの単位導波路は長手方向に配列している。

【0026】

図１（ｂ）は、単位導波路のうちの１つを示している。この単位導波路１１ｃａは、長手方向における両端部として、端部１１ｃａ１、１１ｃａ２を有する。単位導波路１１ｃａは、その側面１１ｃａ３、１１ｃａ４の間の距離である導波路幅が、長手方向において変化している。具体的には、単位導波路１１ｃａは、端部１１ｃａ１から端部１１ｃａ２に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなるバタフライ形状を有している。これにより、単位導波路１１ｃａは、端部１１ｃａ１、１１ｃａ２よりも幅が狭い狭幅部１１ｃａ５を有する形状となっている。狭幅部１１ｃａ５は、本実施形態では単位導波路１１ｃａの長手方向における中央付近に位置する。すなわち、単位導波路１１ｃａは長手方向において中央付近が窪んでいる。ただし、窪みの位置は中央付近に限られない。また、後述するように本実施形態では端部１１ｃａ１、１１ｃａ２の幅は互いに異なる。また、本実施形態では側面１１ｃａ３、１１ｃａ４がいずれも曲面状であり、単位導波路１１ｃａの幅は滑らかに変化している。ただし、少なくとも一方の側面が２つの平面を組み合わせた形状でもよい。また、本実施形態では側面１１ｃａ３、１１ｃａ４の曲面の稜線は図面と垂直方向に延びており、これらの稜線は単位導波路１１ｃａの長手方向において同じ位置にあるが、長手方向においてずれた位置にあってもよい。

【0027】

また、図１（ａ）に示すように、６個の単位導波路は、多モード干渉導波路１１ｃの一方の端部である第１導波路１１ａ側の端部から、他方の端部である第３導波路１１ｄ側の端部に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されている。具体的には、破線ＢＬ１は、多モード干渉導波路１１ｃの両端部に位置する単位導波路の、幅が広い方の端部の幅であるＷ１ａを示している。なお、多モード干渉導波路１１ｃの両端部に位置する単位導波路の、幅が狭い方の端部の幅をＷ２ａとする。一方、破線ＢＬ２は、多モード干渉導波路１１ｃの長手方向において配列する単位導波路の端部の幅を示している。破線ＢＬ２が示すように、６個の単位導波路は、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されている。破線ＢＬ１から破線ＢＬ２の最も幅が狭い部分までの最短距離をｄａとする。本実施形態では、破線ＢＬ１から破線ＢＬ２の最も幅が狭い部分は、多モード干渉導波路１１ｃの長手方向における中央付近にある。配列した６個の単位導波路の長手方向における長さはＬａである。また、本実施形態では、多モード干渉導波路１１ｃは、長手方向に垂直な中心面に対して面対称な形状を有している。

【0028】

合分波素子１０は、多モード干渉導波路が単位導波路を含むことによって、小型化が可能であり、特に長手方向における長さを短くできる。以下、ビーム伝搬法(Beam Propagation Method:ＢＰＭ)を用いたシミュレーション計算結果を参照して説明する。

【0029】

はじめに、比較計算例１として、平面視で矩形の多モード干渉導波路を備えた合分波素子について、その大きさを計算した。なお、比屈折率差Δは０．４５％とした。第１〜第４導波路のコアサイズは３μｍ×３μｍとした。多モード干渉導波路の幅は６μｍとした。その結果、波長４５５ｎｍの青色光と波長６４５ｎｍの赤色光とを合波する設計では、多モード干渉導波路の長さが４．５ｍｍであった。

【0030】

つづいて、計算例１として、合分波素子１０について、その大きさを計算した。なお、比屈折率差Δは０．４５％とした。第１〜第４導波路のコアサイズは３μｍ×３μｍとした。ｄａは１μｍ以下０．１μｍ以上程度で調整した。その結果、波長４５５ｎｍの青色光と波長６４５ｎｍの赤色光とを合波する設計では、幅Ｗ１ａが６μｍ、幅Ｗ２ａが５．２μｍであり、Ｌａが０．９ｍｍであり、比較計算例１に対して長さを１／５とできた。

【0031】

以上説明したように、本実施形態１に係る合分波素子１０は、小型化が可能であり、特に長手方向における長さを短くできる。

【0032】

なお、合分波素子１０と、第１導波路１１ａに光学的に接続され、第１導波路１１ａに青色光Ｌ２を出力する可視光源と、第２導波路１１ｂに光学的に接続され、第２導波路１１ｂに赤色光Ｌ１を出力する可視光源と、によって、小型の光源モジュールを構成することができる。

【0033】

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る合分波素子の模式的構成図である。図４に示す合分波素子１０Ａは、石英系ガラスからなるＰＬＣで構成されている。

【0034】

合分波素子１０Ａは、第１導波路１１Ａａと、第２導波路１１Ａｂと、多モード干渉導波路１１Ａｃと、第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅと、クラッド１２Ａとを備えている。

【0035】

クラッド１２Ａは、第１導波路１１Ａａ、第２導波路１１Ａｂ、多モード干渉導波路１１Ａｃおよび第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅを取り囲んでいる。

【0036】

多モード干渉導波路１１Ａｃは、長手方向に延伸している。第１導波路１１Ａａおよび第２導波路１１Ａｂは、多モード干渉導波路１１Ａｃの長手方向における一方の端部に光学的に接続されている。第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅは、多モード干渉導波路１１ｃの長手方向における他方の端部に光学的に接続されている。

【0037】

第１導波路１１Ａａ、第２導波路１１Ａｂ、多モード干渉導波路１１Ａｃおよび第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅは、ジルコニアを含む石英系ガラスからなる。一方、クラッド１２Ａはたとえば純石英ガラスからなる。第１導波路１１Ａａ、第２導波路１１Ａｂ、多モード干渉導波路１１Ａｃおよび第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅの、クラッド１２に対する比屈折率差Δは特に限定されないが、本実施形態では０．４５％である。

【0038】

第１導波路１１Ａａ、第２導波路１１Ａｂおよび第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅは、所定の波長の可視光をシングルモードで導波する条件に、その断面サイズと比屈折率差Δとの関係が設定されている。ただし、断面サイズと比屈折率差Δとの関係は、所定の波長の可視光をマルチモードで導波する条件に設定されていてもよい。多モード干渉導波路１１ｃは、所定の波長の可視光を所定のマルチモードで導波する条件に、その断面サイズと比屈折率差Δとの関係および長さが設定されている。

【0039】

本実施形態では、第１導波路１１Ａａは、赤色光Ｌ１および青色光Ｌ２をシングルモードで導波する構成を有する。第２導波路１１Ａｂは、緑色光Ｌ３をシングルモードで導波する構成を有する。緑色光Ｌ３の波長はたとえば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍである。多モード干渉導波路１１Ａｃは、第１導波路１１Ａａおよび第２導波路１１Ａｂのそれぞれから入力された赤色光Ｌ１と青色光Ｌ２と緑色光Ｌ３とがそれぞれマルチモードで、互いに干渉しながら導波し、第３導波路１１Ａｅとの接続位置においてシングルモードで結像する構成を有する。これにより、多モード干渉導波路１１Ａｃは、赤色光Ｌ１と青色光Ｌ２と緑色光Ｌ３とを合波し、第３導波路１１Ａｅに出力する。第３導波路１１Ａｅは、入力された赤色光Ｌ１と青色光Ｌ２と緑色光Ｌ３とを導波し、ＲＧＢ光Ｌ４として出力する。

【0040】

多モード干渉導波路１１Ａｃは、１２個の単位導波路を含んでいる。これらの単位導波路は長手方向に配列している。これらの単位導波路は、実施形態１の単位導波路と同様に、導波路幅が、長手方向において変化しており、両端部の一方から他方に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなるバタフライ形状を有している。これにより、単位導波路は、両端部よりも幅が狭い狭幅部を有する形状となっている。狭幅部は、本実施形態では単位導波路の長手方向における中央付近に位置する。すなわち、単位導波路は長手方向において中央付近が窪んでいる。ただし、窪みの位置は中央付近に限られない。また、後述するように本実施形態では両端部の幅は互いに異なる。また、本実施形態では単位導波路の幅は滑らかに変化している。ただし、少なくとも一方の側面が２つの平面を組み合わせた形状でもよい。また、本実施形態では単位導波路の側面の曲面の稜線は図面と垂直方向に延びており、これらの稜線は単位導波路の長手方向において同じ位置にあるが、長手方向においてずれた位置にあってもよい。

【0041】

また、１２個の単位導波路は、多モード干渉導波路１１Ａｃの一方の端部である第１導波路１１Ａａ側の端部から、他方の端部である第３導波路１１Ａｅ側の端部に向かって、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されている。具体的には、破線ＢＬ３は、多モード干渉導波路１１Ａｃの両端部に位置する単位導波路の、幅が広い方の端部の幅であるＷ１ｂを示している。なお、多モード干渉導波路１１Ａｃの両端部に位置する単位導波路の、幅が狭い方の端部の幅をＷ２ｂとする。一方、破線ＢＬ４は、多モード干渉導波路１１Ａｃの長手方向において配列する単位導波路の端部の幅を示している。破線ＢＬ４が示すように、１２個の単位導波路は、幅が一旦狭くなり、その後広くなる順番で配列されている。破線ＢＬ３から破線ＢＬ４の最も幅が狭い部分までの最短距離をｄｂとする。本実施形態では、破線ＢＬ３から破線ＢＬ４の最も幅が狭い部分は、多モード干渉導波路１１Ａｃの長手方向における中央付近にある。配列した１２個の単位導波路の長手方向における長さはＬｂである。また、本実施形態では、多モード干渉導波路１１Ａｃは、長手方向に垂直な中心面に対して面対称な形状を有している。

【0042】

実施形態１と同様に、合分波素子１０Ａは、多モード干渉導波路が単位導波路を含むことによって、小型化が可能であり、特に長手方向における長さを短くできる。以下、ビーム伝搬法を用いたシミュレーション計算結果を参照して説明する。

【0043】

はじめに、比較計算例２として、平面視で矩形の多モード干渉導波路を備えた合分波素子について、その大きさを計算した。なお、比屈折率差Δは０．４５％とした。第１〜第４導波路のコアサイズは３μｍ×３μｍとした。多モード干渉導波路の幅は６μｍとした。その結果、波長４５５ｎｍの青色光と波長６４５ｎｍの赤色光と波長５２５ｎｍの緑色光とを合波する設計では、多モード干渉導波路の長さが１０ｍｍであった。

【0044】

つづいて、計算例２として、合分波素子１０について、その大きさを計算した。なお、比屈折率差Δは０．４５％とした。第１〜第４導波路のコアサイズは３μｍ×３μｍとした。ｄａは１μｍ以下０．１μｍ以上程度で調整した。その結果、波長４６５ｎｍの青色光と波長６３０ｎｍの赤色光と波長５２０ｎｍの緑色光とを合波する設計では、幅Ｗ１ｂが６μｍ、幅Ｗ２ｂが５．３μｍであり、Ｌｂが２ｍｍであり、比較計算例２に対して長さを１／５とできた。

【0045】

以上説明したように、本実施形態２に係る合分波素子１０Ａは、小型化が可能であり、特に長手方向における長さを短くできる。

【0046】

なお、合分波素子１０Ａと、第１導波路１１Ａａに光学的に接続され、第１導波路１１Ａａに青色光Ｌ２と赤色光Ｌ１とを出力する可視光源と、第２導波路１１Ａｂに光学的に接続され、第２導波路１１Ａｂに緑色光Ｌ３を出力する可視光源と、によって、小型の光源モジュールを構成することができる。

【0047】

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る光源モジュールの模式的構成図である。光源モジュール１００は、合分波素子１０Ｂと、可視光源２１、２２および２３とを備えている。合分波素子１０Ｂは、実施形態１の第１導波路１１ａ、第２導波路１１ｂ、多モード干渉導波路１１ｃおよび第３導波路１１ｄ、１１ｅと、実施形態２の第１導波路１１Ａａ、第２導波路１１Ａｂ、多モード干渉導波路１１Ａｃおよび第３導波路１１Ａｄ、１１Ａｅと、これらの導波路を取り囲むクラッド１２Ｂとを備えている。

【0048】

第３導波路１１ｅは、第１導波路１１Ａａと光学的に接続している。

【0049】

可視光源２２は、第１導波路１１ａと光学的に接続しており、第１導波路１１ａに青色光Ｌ２を出力する。可視光源２１は、第２導波路１１ｂと光学的に接続しており、第２導波路１１ｂに赤色光Ｌ１を出力する。可視光源２３は、第２導波路１１Ａｂと光学的に接続しており、第２導波路１１Ａｂに緑色光Ｌ３を出力する。可視光源２１、２２、２３は、合分波素子１０Ｂにバットジョイント接続されていてもよい。

【0050】

合分波素子１０Ｂは、第１導波路１１ａに入力された青色光Ｌ２、第２導波路１１ｂに入力された赤色光Ｌ１および第２導波路１１Ａｂに入力された緑色光Ｌ３を合波して、第３導波路１１ＡｅからＲＧＢ光Ｌ４として出力する。すなわち、可視光源２２は、第１導波路１１ａ、１１Ａａに対して第１可視光源として機能し、可視光源２１は、第２導波路１１ｂに対して第２可視光源として機能し、かつ、第１導波路１１Ａａに対して第１可視光源として機能し、可視光源２３は、第２導波路１１Ａｂに対して第２可視光源として機能する。

【0051】

光源モジュール１００は、合分波素子１０Ｂを備えており、合分波素子１０Ｂは、実施形態１の多モード干渉導波路１１ｃと実施形態２の多モード干渉導波路１１Ａｃとを備えているので、小型化が可能であり、特に長手方向における長さを短くできる。

【0052】

本実施形態３の合分波素子１０Ｂの構成を有する合分波素子を作製したところ、そのサイズは幅が０．５ｍｍ、長さが５ｍｍであり、きわめて小型であった。

【0053】

図６は、作製した合分波素子の透過特性を示す図である。領域Ｒ１は、矢印で示す波長４５５ｎｍを中心として±１０ｎｍの青色領域を示している。領域Ｒ２は、矢印で示す波長５２５ｎｍを中心として±１０ｎｍの緑色領域を示している。領域Ｒ３は、矢印で示す波長６４５ｎｍを中心として±１０ｎｍの赤色領域を示している。凡例におけるＲ→Ｃは第２導波路（図５では１１ｂ）から第３導波路（図５では１１Ａｅ）までの透過特性を示している。凡例におけるＢ→Ｃは第１導波路（図５では１１ａ）から第３導波路（図５では１１Ａｅ）までの透過特性を示している。凡例におけるＧ→Ｃは第２導波路（図５では１１Ａｂ）から第３導波路（図５では１１Ａｅ）までの透過特性を示している。

【0054】

作製した合分波素子では、光損失が、領域Ｒ１の青色領域において０．３ｄＢ〜０．７ｄＢ、領域Ｒ２の緑色領域において０．３ｄＢ〜０．７ｄＢ、領域Ｒ３の赤色領域において０．３ｄＢ〜０．８ｄＢであり、実用上好ましい値であった。

【0055】

なお、上記実施形態では、多モード干渉導波路は複数の単位導波路を含むが、１つの単位導波路を含むものでもよい。また、複数の単位導波路が同じ形状であってもよい。この場合、配列した複数の単位導波路は、前記多モード干渉導波路の長手方向において幅が一定であり、たとえば図１に示すｄａはゼロである。

【0056】

また、第１導波路および第２導波路のそれぞれから入力される可視光は、上記実施形態の組み合わせに限られず、赤色光、緑色光および青色光のいずれか２つ以上とできる。

【0057】

また、上記実施形態では、各導波路はジルコニアを含んでいるが、ゲルマニアを含んでいてもよい。屈折率を高めるドーパントよらず合分波素子の小型化が実現される。

【0058】

また、上記実施形態に係る合分波素子は、可視光の合波機能と分波機能とを有する。たとえば、実施形態３に係る合分波素子は、第３導波路１１ＡｅからＲＧＢ光Ｌ４をすると、第１導波路１１ａから青色光Ｌ２を出力し、第２導波路１１ｂから赤色光Ｌ１を出力し、第２導波路１１Ａｂから緑色光Ｌ３を出力する。

【0059】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0060】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 合分波素子
１１ａ、１１Ａａ 第１導波路
１１ｂ、１１Ａｂ 第２導波路
１１ｃ、１１Ａｃ 多モード干渉導波路
１１ｄ、１１ｅ、１１Ａｄ、１１Ａｅ 第３導波路
１１ｃａ 単位導波路
１１ｃａ１、１１ｃａ２ 端部
１１ｃａ３、１１ｃａ４ 側面
１１ｃａ５ 狭幅部
１２、１２Ａ、１２Ｂ クラッド
１２ａ 下部クラッド
１２ｂ 上部クラッド
２１、２２、２３ 可視光源
１００ 光源モジュール
ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３、ＢＬ４ 破線
Ｌ１ 赤色光
Ｌ２ 青色光
Ｌ３ 緑色光
Ｌ４ ＲＧＢ光
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】