特許 6335238 波長フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6335238

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】波長フィルタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/124 20060101AFI20180521BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/124

   G02B6/12 341

   G02B6/12 361

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-191890(P2016-191890)

(22)【出願日】2016年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-54936(P2018-54936A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2016年9月29日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２５年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513065077

【氏名又は名称】技術研究組合光電子融合基盤技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100141955

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100085419

【弁理士】

【氏名又は名称】大垣 孝

(72)【発明者】

【氏名】岡山 秀彰

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１５６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１５６９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６６９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５２６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 岡山 秀彰、他，Ｓｉ細線導波路による偏波変換Ｂｒａｇｇグレーティングにおける１次モード回折に関する検討，＜第６２回＞応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，２０１５年 ３月，ｐ．０４−４６７

【文献】 岡山秀彰、他，偏波無依存Ｓｉ導波路Ｂｒａｇｇグレーティングの検討，応用物理学関係連合講演会講演予稿集，２０１２年 ３月，p.05-124

【文献】 A.Liu, et al.，Power-Efficient Thermo-Optic Tunable Filters Based on Polymeric Waveguide Bragg Gratings，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，２０１４年 ２月 １日，Vol.26, No.3，p.313-315

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１−１／３９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む光導波路コアと、
前記光導波路コアを包含するクラッドと
を備え、
前記変換部には、グレーティングが形成されており、
前記変換部は、特定の波長のＴＥ偏波を、ＴＭ偏波に変換して反射し、かつ特定の波長のＴＭ偏波を、ＴＥ偏波に変換して反射し、
前記キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ偏波又はＴＭ偏波の位相を整合させ、
前記クラッドを介して前記キャビティ部を被覆する位置に、前記キャビティ部に熱を与えるための電極が形成されている
ことを特徴とする波長フィルタ。

【請求項2】

前記グレーティングは、基本領域、第１回折領域及び第２回折領域を含み、
前記基本領域、前記第１回折領域及び前記第２回折領域は、それぞれ前記変換部の長さ方向に沿って延在して設けられており、
前記第１回折領域及び前記第２回折領域は、前記基本領域を挟んでそれぞれ前記基本領域と隣接して設けられており、
前記第１回折領域には、前記基本領域と厚さが等しい第１凸部と前記基本領域よりも厚さが小さい第１凹部とが交互にかつ周期的に複数形成されており、
前記第２回折領域には、前記基本領域と厚さが等しい第２凸部と前記基本領域よりも厚さが小さい第２凹部とが交互に、かつ前記第１回折領域の前記第１凸部及び前記第１凹部と同一周期で複数形成されており、
前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記基本領域に対して互いに反対称となる位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の波長フィルタ。

【請求項3】

前記グレーティングは、特定の波長λに対し、前記第１凸部及び前記第１凹部並びに前記第２凸部及び前記第２凹部の周期をΛ、ＴＥ偏波に対する等価屈折率をｎ_ＴＥ、ＴＭ偏波に対する等価屈折率ｎ_ＴＭ、として、２π／Λ＝２π（ｎ_ＴＥ＋ｎ_ＴＭ）／λを満たす
ことを特徴とする請求項２に記載の波長フィルタ。

【請求項4】

前記変換部の長さが、一部又は全部の前記変換部で異なる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の波長フィルタ。

【請求項5】

前記キャビティ部は、特定の波長のＴＥ偏波及びＴＭ偏波双方について、πの整数倍の位相が生じる長さとされている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長フィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、波長フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型化や量産性に有利な光デバイスの開発に当たり、Ｓｉ（シリコン）を導波路の材料として用いるＳｉ導波路が注目を集めている。

【0003】

Ｓｉ導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Ｓｉを材料として形成する。そして、Ｓｉよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば１μｍ程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。

【0004】

また、Ｓｉ導波路では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置の製造過程を流用することが可能である。そのため、チップ上に電子機能回路と光機能回路とを一括形成する光電融合（シリコンフォトニクス）の実現が期待されている。

【0005】

ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用した受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）毎に異なる受信波長が割り当てられる。局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）は、各ＯＮＵへの下り光信号を、送り先の受信波長に対応した送信波長でそれぞれ生成し、これらを多重して送信する。各ＯＮＵは、複数の波長で多重された下り光信号から、自身に割り当てられた受信波長の光信号を選択的に受信する。ＯＮＵでは、各々の受信波長の下り光信号を選択的に受信するために、波長フィルタが使用される。そして、波長フィルタを、上述したＳｉ導波路によって構成する技術が実現されている。

【0006】

Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとしては、例えば、マッハツェンダー干渉器を用いたものやアレイ導波路グレーティングを用いたものがある。また、Ｓｉ導波路を用いる波長フィルタとして、リング共振器（例えば特許文献１〜３等）や、グレーティング型（例えば特許文献４等）又は方向性結合器型（例えば特許文献５等）の波長フィルタがある。これらの波長フィルタは、電極を設け、電極の発熱を利用することによって、出力波長を可変にできるという利点がある。

【0007】

ここで、グレーティング型又は方向性結合器型の波長フィルタでは、出力光の波長ピークが単峰性である。これに対し、リング共振器は、出力光の波長ピークが多峰性である。そのため、リング共振器では、出力光の複数の波長ピークを利用したバーニア効果によって、波長可変域を拡大することができるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００３−２１５５１５号公報

【特許文献2】特開２０１３−０９３６２７号公報

【特許文献3】特開２００６−２７８７７０号公報

【特許文献4】特開２００６−３３０１０４号公報

【特許文献5】特開２００２−３５３５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

Ｓｉ導波路を用いるリング共振器は、Ｓｉを材料としたリング導波路部分及び方向性結合器部分を含んで構成される。

【0010】

そして、リング共振器は、方向性結合器部分において、作製誤差の影響を受けやすいという欠点がある。方向性結合器部分では、作製誤差に起因して、所望の分岐比からのずれが生じやすい。従って、リング共振器では、所望の波長の光を高い消光比で取り出すことが難しい。

【0011】

そこで、この発明の目的は、電極を設けることによって、出力波長を可変にできる波長フィルタであって、作製誤差の影響を受けにくく、かつ出力光の波長ピークが多峰性である波長フィルタを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述した目的を達成するために、この発明による波長フィルタは、交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む光導波路コアと、光導波路コアを包含するクラッドとを備える。変換部には、グレーティングが形成されている。変換部は、特定の波長のＴＥ偏波を、ＴＭ偏波に変換して反射し、かつ特定の波長のＴＭ偏波を、ＴＥ偏波に変換して反射する。キャビティ部は、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ偏波又はＴＭ偏波の位相を整合させる。クラッドを介してキャビティ部を被覆する位置に、キャビティ部に熱を与えるための電極が形成されている。

【発明の効果】

【0013】

この発明による波長フィルタは、変換部からの透過光のうち、キャビティ部の長さに応じて位相が整合する波長の光を出力する、波長フィルタとして使用することができる。

【0014】

また、この発明による波長フィルタは、キャビティ部に電圧を印可する電極を設ける場合、変換部からの透過光に対し、キャビティ部によって位相整合させる波長を変化させることができる。

【0015】

さらに、この発明による波長フィルタは、方向性結合器を構成として含まないため、出力光の波長ピークが多峰性であるリング共振器と等価な機能を有しつつ、リング共振器と比べて作製誤差の影響を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（Ａ）は、この発明の波長フィルタを示す概略的平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、この発明の光導波路素子を示す概略的端面図である。

【図2】この発明の波長フィルタがｎ個の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む場合の構成例を示す概略的端面図である。

【図3】波長フィルタとリング共振器の動作を説明するための概略的平面図であり、（Ａ）は、この発明の波長フィルタを示す概略的端面図であり、（Ｂ）は、リング共振器を示す概略的平面図である。

【図4】この発明の波長フィルタの特性評価に関するシミュレーションの結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

【0018】

（構造）
図１を参照して、この発明の実施の形態による波長フィルタについて説明する。図１（Ａ）は、波長フィルタを示す概略的斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す波長フィルタをＩ−Ｉ線で平面方向に切り取った概略的端面図である。なお、図１（Ｂ）では、後述する光導波路コアのみを示してあり、クラッドを省略している。また、図１（Ｂ）では、ハッチングを省略している。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示す波長フィルタをＩＩ−ＩＩ線で厚さ方向に切り取った概略的端面図である。

【0019】

なお、以下の説明では、各構成要素について、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

【0020】

波長フィルタ１００は、支持基板１０、クラッド２０、光導波路コア３０及び電極４０を備えて構成されている。

【0021】

支持基板１０は、例えば単結晶Ｓｉを材料とした平板状体で構成されている。

【0022】

クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆し、かつ光導波路コア３０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ_２を材料として形成されている。

【0023】

光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、光導波路コア３０は、実質的な光の伝送路として機能し、入力された光が光導波路コア３０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、光導波路コア３０は、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、支持基板１０から例えば少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。

【0024】

また、ここでは、光導波路コア３０は、厚さ方向でのシングルモード条件を達成すべく、例えば１５０〜５００ｎｍの厚さで形成するのが好ましい。

【0025】

また、光導波路コア３０は、第１変換部３１、キャビティ部３３及び第２変換部３５がこの順に直列に接続されて構成されている。

【0026】

第１変換部３１には、全長に渡ってグレーティングが形成されている。このグレーティングにより、第１変換部３１は、入力される特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、基本モードのＴＭ偏波に変換して反射する。そして、第１変換部３１は、その他の波長のＴＥ偏波を、基本モードのＴＥ偏波のままで透過させる。また、第１変換部３１は、入力される特定の波長の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。そして、第１変換部３１は、その他の波長のＴＭ偏波を、基本モードのＴＭ偏波のままで透過させる。

【0027】

グレーティングにおける位相整合条件は、グレーティング周期をΛ、基本モードのＴＥ偏波に対する等価屈折率をｎ_ＴＥ０、基本モードのＴＭ偏波に対する等価屈折率をｎ_ＴＭ０として、下式（１）で表される。

【0028】

２π／Λ＝２π（ｎ_ＴＥ０＋ｎ_ＴＭ０）／λ ・・・（１）
グレーティングでは、上式（１）が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長のＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方が、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の他方に変換されてブラッグ反射される。

【0029】

グレーティングは、基本領域５１、第１回折領域５３及び第２回折領域５５を含んで構成されている。基本領域５１、第１回折領域５３及び第２回折領域５５は、それぞれ第１変換部３１の長さ方向に沿って延在して設けられている。また、第１回折領域５３及び第２回折領域５５は、基本領域５１を挟んでそれぞれ基本領域５１と隣接して設けられている。

【0030】

第１回折領域５３には、基本領域５１と厚さが等しい第１凸部５３ａと基本領域５１よりも厚さが小さい第１凹部５３ｂとが交互にかつ周期的に複数形成されている。また、第２回折領域５５には、基本領域５１と厚さが等しい第２凸部５５ａと基本領域５１よりも厚さが小さい第２凹部５５ｂとが交互に、かつ第１回折領域５３と同一周期で複数形成されている。

【0031】

第１凸部５３ａと第２凸部５５ａとは、基本領域５１に対して互いに反対称となる位置に形成されている。また、第１凹部５３ｂと第２凹部５５ｂとは、基本領域５１に対して互いに反対称となる位置に形成されている。

【0032】

基本領域５１、第１回折領域５３及び第２回折領域５５の幅、第１凹部５３ｂと第２凹部５５ｂの厚さ、第１凸部５３ａ及び第１凹部５３ｂ並びに第２凸部５５ａ及び第２凹部５５ｂの周期（グレーティング周期）Λは、反射すべき波長λに応じて上式（１）が成立するように設計される。

【0033】

キャビティ部３３は、ここでは、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波に対してシングルモード条件を達成する幅で形成される。

【0034】

また、キャビティ部３３は、このキャビティ部３３を伝播する光のうち、特定の波長の光の位相を整合させる。キャビティ部３３の長さは、位相整合させる波長に応じて設計される。

【0035】

第２変換部３５には、第１変換部３１と同様のグレーティングが全長に渡って形成されている。このグレーティングにより、第２変換部３５は、入力される特定の波長の基本モードのＴＥ偏波を、基本モードのＴＭ偏波に変換して反射する。そして、第２変換部３５は、その他の波長のＴＥ偏波を、基本モードのＴＥ偏波のままで透過させる。また、第２変換部３５は、入力される特定の波長の基本モードのＴＭ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して反射する。そして、第２変換部３５は、その他の波長のＴＭ偏波を、基本モードのＴＭ偏波のままで透過させる。

【0036】

第２変換部３５のグレーティングにおける、基本領域６１、第１回折領域６３及び第２回折領域６５の幅、第１凹部６３ｂと第２凹部６５ｂの厚さ、第１凸部６３ａ及び第１凹部６３ｂ並びに第２凸部６５ａ及び第２凹部６５ｂの周期Λは、第１変換部３１のグレーティングと同じ条件で、反射すべき波長λに対して上式（１）を満たすように設計される。

【0037】

なお、第２変換部３５の長さ（すなわちグレーティングの長さ）は、第１変換部３１の長さと異なるように設定することができる。

【0038】

電極４０は、クラッド２０を介して、キャビティ部３３を被覆する位置に形成される。電極４０に電流を流すことでジュール熱を発生させることができ、この発熱による熱光学効果によって、キャビティ部３３の屈折率を変化させる。その結果、キャビティ部３３によって位相整合させる、第１変換部３１及び第２変換部３５のグレーティングからの透過光の波長を変化させることができる。

【0039】

波長フィルタ１００では、第１変換部３１から入力され、第１変換部３１のグレーティングを透過する光、及び第２変換部３５のグレーティングで反射され第１変換部３１で反射される光のうち、キャビティ部３３の長さに応じて位相が整合する波長の光が、第２変換部３５から出力される。

【0040】

従って、波長フィルタ１００は、キャビティ部３３によって位相整合する、特定の波長の光を取り出す波長フィルタとして使用することができる。

【0041】

また、キャビティ部３３を、出力させる所望の波長の基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波双方について、πの整数倍の位相が生じる長さとすることによって、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波双方について、共通の特定の波長の光を取り出すことができる。すなわち、波長フィルタを偏波無依存とすることができる。さらに、キャビティ部３３を、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波双方について、πの２以上の整数倍の位相が生じる長さとすることによって、キャビティ部３３を伝播する光に対して、複数の波長の位相を整合させることができる。従って、波長フィルタ１００は、出力光の波長ピークを多峰性とすることができる。

【0042】

また、波長フィルタ１００では、電極４０を用いてキャビティ部３３に熱を与えることができる。そのため、キャビティ部３３が位相整合させる光の波長を変化させることができる。従って、波長フィルタ１００は、出力波長が可変である。

【0043】

また、この実施の形態では、光導波路コア３０が、２つの変換部（第１変換部３１及び第２変換部３５）と１つのキャビティ部３３を含む構成について説明した。しかし、光導波路コア３０が、ｎ個（ｎは２以上の整数）の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む構成とすることもできる。図２を参照して、波長フィルタが、ｎ個の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む場合の構成について説明する。図２は、ｎ個の変換部とｎ―１個のキャビティ部とを含む波長フィルタ（波長フィルタ１５０）を示す概略的端面図であり、図１（Ｂ）に対応する平面に沿った端面を示している。なお、図２では、クラッドを省略して示してある。

【0044】

ｎ個の変換部１６０とｎ―１個のキャビティ部１６５とは、交互に直列に接続される。

【0045】

各変換部１６０には、上述した第１変換部３１及び第２変換部３５と同様のグレーティングが全長に渡って形成されている。このグレーティングにより、各変換部１６０は、入力される特定の波長のＴＥ偏波を、ＴＭ偏波に変換して反射する。また、各変換部１６０は、入力される特定の波長のＴＭ偏波を、ＴＥ偏波に変換して反射する。そして、第１変換部３１は、その他の波長のＴＥ偏波及びＴＭ偏波を、そのままで透過させる。

【0046】

各変換部１６０の基本領域１６１、第１回折領域１６３及び第２回折領域１６５の幅、第１凹部１６３ｂと第２凹部１６５ｂの厚さ、第１凸部１６３ａ及び第１凹部１６３ｂ並びに第２凸部１６５ａ及び第２凹部１６５ｂの周期Λは、反射すべき波長λに応じて上式（２）及び（３）が成立するように設計される。

【0047】

なお、各変換部１６０の長さ（すなわちグレーティングの長さ）は、一部又は全部が異なるように設定することができる。異なる長さのグレーティングを含むことによって、透過光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。

【0048】

各キャビティ部１６５は、それぞれを伝播するＴＥ偏波及びＴＭ偏波のうち、キャビティ部１６５の長さに応じた特定の波長のＴＥ偏波及びＴＭ偏波の位相を整合させる。

【0049】

このように、変換部１６０及びキャビティ部１６５を多段に接続することによって、出力光の波長ピークのフラットトップ特性を向上させることができる。

【0050】

また、この実施の形態の波長フィルタは、周知のリング共振器と等価な波長フィルタと見なすことができる。ここで、図３を参照して、この実施の形態の波長フィルタとリング共振器と動作を比較する。図３は、波長フィルタとリング共振器の動作を説明するための概略的平面図である。図３（Ａ）は、波長フィルタを示す概略的端面図であり、図１（Ｂ）に対応する平面に沿った端面を示している。また、図３（Ａ）では、ハッチングを省略している。また、図３（Ｂ）は、リング共振器を示す概略的平面図である。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）では、クラッド及び支持基板を省略し、光導波路コアのみを示してある。

【0051】

図３（Ａ）に示す構成例では、この実施の形態の波長フィルタ（波長フィルタ２００）は、３つの変換部（第１変換部３１、第２変換部３５及び第３変換部３９）及び２つのキャビティ部（第１キャビティ部３３及び第２キャビティ部３７）を備えている。

【0052】

一方、図３（Ｂ）に示す構成例では、リング共振器３００は、２つの入出力部（第１入出力部３０１及び第２入出力部３０７）及び２つのリング導波路部（第１リング導波路部３０３及び第２リング導波路部３０５）を備えている。第１入出力部３０１は、第１ポート３０１ａ及び第２ポート３０１ｂを含んでいる。また、第２入出力部３０７は、第３ポート３０７ａ及び第４ポート３０７ｂを含んでいる。さらに、リング共振器３００では、第１入出力部３０１及び第１リング導波路部３０３間において第１方向性結合器３１１が、第１リング導波路部３０３及び第２リング導波路部３０５間において第２方向性結合器３１３が、第２リング導波路部３０５及び第２入出力部３０７間において第３方向性結合器３１５が、それぞれ構成されている。

【0053】

リング共振器３００では、例えば第１入出力部３０１の第１ポート３０１ａからＴＥ偏波が入力される。ＴＥ偏波は、第１方向性結合器３１１、第２方向性結合器３１３及び第３方向性結合器３１５によって、第１リング導波路部３０３、第２リング導波路部３０５及び第２入出力部３０７に順次移行する。そして、第１リング導波路部３０３及び第２リング導波路部３０５の径に応じて、第１リング導波路部３０３及び第２リング導波路部３０５と共振する波長のＴＥ偏波が、第２入出力部３０７の第４ポート３０７ｂから出力される。また、リング共振器３００では、例えば第２入出力部３０７の第３ポート３０７ａからＴＭ偏波が入力される。ＴＭ偏波は、第３方向性結合器３１５、第２方向性結合器３１３及び第１方向性結合器３１１によって、第２リング導波路部３０５、第１リング導波路部３０３及び第１入出力部３０１に順次移行する。そして、第２リング導波路部３０５及び第１リング導波路部３０３の径に応じて共振する波長のＴＭ偏波が、第１入出力部３０１の第２ポート３０１ｂから出力される。なお、光の経路は可逆なので、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波ともに上記とは逆の順に伝播させることもできる。

【0054】

波長フィルタ２００の、偏波変換を行う３つの変換部（第１変換部３１、第２変換部３５及び第３変換部３９）は、リング共振器３００の、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の経路を定める３つの方向性結合器（第１方向性結合器３１１、第２方向性結合器３１３及び第３方向性結合器３１５）に対応する。また、波長フィルタ２００の、出力させる波長について位相整合を行う２つのキャビティ部（第１キャビティ部３３及び第２キャビティ部３７）は、リング共振器３００の、共振波長を定める２つのリング導波路部（第１リング導波路部３０３及び第２リング導波路部３０５）に対応する。従って、波長フィルタ２００は、リング共振器３００と等価な波長フィルタとして使用することができる。

【0055】

ここで、リング共振器３００は、方向性結合器３１１、３１３及び３１５において作製誤差の影響を受けやすい。これに対し、波長フィルタ２００は、方向性結合器を構成として含まない。従って、波長フィルタ２００は、リング共振器３００と等価な機能を有しつつ、リング共振器３００と比べて作製誤差の影響を受けにくい。

【0056】

また、波長フィルタ２００は、変換部及びキャビティ部を直列に接続した１本の直線導波路として構成することができる。従って、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを別の経路を伝播させることなく、また、曲線的なリング導波路を設けることなく、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波双方に対して特定の波長を出力できる。

【0057】

（特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて、この実施の形態の波長フィルタの特性を評価するシミュレーションを行った。

【0058】

このシミュレーションでは、図３（Ａ）に示す、３つの変換部と２つのキャビティ部を備える波長フィルタ２００について、第１変換部３１から基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を入力し、変換部を透過して第３変換部３９から出力される基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波の強度、及び変換部で偏波変換されつつ反射されて第１変換部３１から出力される基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波の強度を解析した。

【0059】

このシミュレーションでは、以下のように波長フィルタを設計した。すなわち、光導波路コア３０は、３つの変換部及び２つのキャビティ部を含め全体的に厚さを０．３μｍ、幅を０．６μｍとした。また、各変換部には、第１回折領域５３及び第２回折領域５５の幅がそれぞれ０．１５μｍ、第１凹部５３ｂと第２凹部５５ｂの厚さがそれぞれ０．２２μｍ、第１凸部５３ａ及び第１凹部５３ｂ並びに第２凸部５５ａ及び第２凹部５５ｂの周期Λがそれぞれ０．２８９μｍのグレーティングを形成した。

【0060】

また、３つの変換部のうち両端に位置する第１変換部３１及び第３変換部３９は、長さを１１．５６μｍとした。また、３つの変換部のうち中央に位置する第２変換部３５は、長さを１８．４９６μｍとした。また、第１キャビティ部３３及び第２キャビティ部３７は、それぞれ長さを２５．４３２μｍとした。

【0061】

シミュレーションの結果を、図４に示す。図４では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図４において、曲線４１１は、第３変換部３９から出力されるＴＥ偏波の、また、曲線４１３は、第１変換部３１から出力されるＴＥ偏波の、また、曲線４２１は、第３変換部３９から出力されるＴＭ偏波の、また、曲線４２３は、第１変換部３１から出力されるＴＭ偏波の強度を示している。

【0062】

図４に示すように、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波ともに第３変換部３９から出力される出力光として、複数のフラットトップの波長ピークが確認できる。また、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波で、第３変換部３９から出力される透過光及び第１変換部３１から出力される反射光のピークが一致しており、波長フィルタを偏波無依存に使用できることが確認できる。

【0063】

（製造方法）
この実施の形態による波長フィルタは、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することによって、簡易に製造することができる。以下、波長フィルタの製造方法について説明する。

【0064】

すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ_２層、及びＳｉ層が順次積層されて構成されたＳＯＩ基板を用意する。次に、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、光導波路コア３０を形成する。その結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ_２層が積層され、さらにＳｉＯ_２層上に光導波路コア３０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２を、光導波路コア３０を被覆して形成する。その結果、ＳｉＯ_２のクラッド２０によって光導波路コア３０が包含される。次に、クラッド２０上に電極４０を形成して、波長フィルタを製造することができる。

【符号の説明】

【0065】

１０：支持基板
２０：クラッド
３０：光導波路コア
３１：第１変換部
３３：キャビティ部
３５：第２変換部
４０：電極
１００、１５０、２００：波長フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】