特許 6771606 光波長フィルタ

(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】6771606

(24)【登録日】2020年10月1日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】光波長フィルタ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20201012BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20201012BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/12 331

   G02B6/126

   G02F1/01 C

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-25461(P2019-25461)

(22)【出願日】2019年2月15日

(65)【公開番号】特開2020-134619(P2020-134619A)

(43)【公開日】2020年8月31日

【審査請求日】2019年2月15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３０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】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１３３７９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０１１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０５４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０４４７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０８７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６５１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０４６６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５６５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３９４１３１０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 中国特許出願公開第１１０３４６８７３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０− ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２− ６／４３

Ｇ０２Ｆ １／００− １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に形成されるクラッドと、
前記クラッド中に埋設され、前記支持基板の上面に平行に設けられる、第１光導波路コア及び第２光導波路コアと
を備え、
前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアが所定の間隔で並列配列された偏波変換部が設けられ、
前記偏波変換部において、
前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアは、互いに幅が異なっており、
前記第２光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、
前記第２光導波路コアと、該第２光導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成されており、
前記第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ）偏波及びＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇａｎｅｔｉｃ）偏波の一方の偏波の光が、他方の偏波に変換されて前記第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第１光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項2】

前記偏波変換部において、
前記第２光導波路コアより厚さが小さく、かつ、前記第２光導波路コアと一体に形成されたスラブ導波路を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項3】

前記偏波変換部において、
前記第２光導波路コアの側面が、前記支持基板の上面に対して傾いて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項4】

前記偏波変換部において、
前記クラッドの前記第２光導波路コアの上側の部分が空気である
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項5】

前記偏波変換部において、
前記第２光導波路コアが設けられている領域の前記クラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項6】

前記偏波変換部において、
前記第１光導波路コアの幅が、前記第２光導波路コアの幅より大きく、
前記第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＭ偏波の光が、ＴＥ偏波の光に変換されて前記第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第１光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項7】

前記偏波変換部において、
前記第１光導波路コアの幅が、前記第２光導波路コアの幅より小さく、
前記第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＥ偏波の光が、ＴＭ偏波の光に変換されて前記第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、前記第１光導波路コアの出力端から出力される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の偏波変換型の光波長フィルタ。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか一項に記載された偏波変換型の光波長フィルタである第１素子及び第２素子を備えて構成され、
前記第１素子が備える前記偏波変換部である第１偏波変換部と、前記第２素子が備える前記偏波変換部である第２偏波変換部とが直列に配置され、
前記第１偏波変換部に含まれる前記第１光導波路コアの出力端と、前記第２偏波変換部に含まれる前記第２光導波路コアの入力端とが接続され、
前記第１偏波変換部に含まれる前記第２光導波路コアの入力端と、前記第２偏波変換部に含まれる前記第１光導波路コアの出力端とが接続されている
ことを特徴とする偏波無依存型の光波長フィルタ。

【請求項9】

前記第１偏波変換部に含まれる前記第１光導波路コアの出力端と、前記第２偏波変換部に含まれる前記第２光導波路コアの入力端との間に幅テーパ導波路が設けられ、
前記第１偏波変換部に含まれる前記第２光導波路コアの入力端と、前記第２偏波変換部に含まれる前記第１光導波路コアの出力端との間に幅テーパ導波路が設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の偏波無依存型の光波長フィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、１本の光ファイバで異なる複数の波長を用いて伝送するために用いることができる、光の合分波を行う光波長フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、加入者系光アクセスシステムとして、受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｃｉａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が主流となっている。ＰＯＮでは、１つの局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）と複数の加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）が、光ファイバ及びスターカプラを介して接続されていて、１つのＯＬＴを複数のＯＮＵが共有する。ＰＯＮでは、ＯＬＴからＯＮＵへ向けた下り通信とＯＮＵからＯＬＴに向けた上り通信とが相互に干渉し合わないように、下り通信に使われる光信号波長と上り通信に使われる光信号波長とを違えている。

【0003】

従って、下り通信と上り通信のそれぞれに使われる互いに波長の異なる光信号を分波し、かつ合波するために合分波素子が必要である。一般に、ＯＬＴやＯＮＵは、波長の異なる光信号を送受信する機能を実現させるために、合分波素子としての光波長フィルタ、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、レーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を空間結合して構成される。

【0004】

空間結合させるためには、光波長フィルタ、ＰＤ、ＬＤ間で光軸を合わせるためのアライメント作業が必要となる。これに対し、この光軸合わせのための作業を不要とするため、導波路を利用して構成される光波長フィルタが開発されている。また、この光波長フィルタを形成するに当たり、小型化と量産性に優れることから、シリコン系素材を導波路材料として用いるシリコン（Ｓｉ）導波路が注目されている(例えば、特許文献１〜５参照)。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式を利用したＰＯＮでは、ＯＮＵごとに異なる受信波長が割り当てられる。ＯＬＴ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、光波長フィルタが使用される。そして、光波長フィルタを、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。

【0008】

Ｓｉ導波路を用いる光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導波路を用いる光波長フィルタとして、リング共振器（例えば特許文献６〜８参照）や、グレーティング型（例えば特許文献９参照）又は方向性結合器型（例えば特許文献１０参照）の光波長フィルタがある。これらの光波長フィルタは、出力波長を可変にでき、素子構造が簡単であるため使いやすいという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許第４，８６０，２９４号明細書

【特許文献2】米国特許第５，７６４，８２６号明細書

【特許文献3】米国特許第５，９６０，１３５号明細書

【特許文献4】米国特許第７，０７２，５４１号明細書

【特許文献5】特開平０８−１６３０２８号公報

【特許文献6】特開２００３−２１５５１５号公報

【特許文献7】特開２０１３−０９３６２７号公報

【特許文献8】特開２００６−２７８７７０号公報

【特許文献9】特開２００６−３３０１０４号公報

【特許文献10】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】

【0010】

光通信では、信号光が光ファイバ中の長距離を伝播するために、偏波状態が不特定になる。このため、光通信で使用する、波長多重又は波長分離を行う光波長フィルタとして、偏波変換型又は偏波無依存型の光導波路素子が要求される。

【0011】

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、構造が簡単なグレーティング型の光導波路素子であって、偏波変換型又は偏波無依存型の光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、この発明の偏波変換型の光波長フィルタは、支持基板と、支持基板上に形成されるクラッドと、クラッド中に埋設され、支持基板の上面に平行に設けられる、第１光導波路コア及び第２光導波路コアとを備えて構成され、第１光導波路コア及び第２光導波路コアが所定の間隔で並列配列された偏波変換部が設けられている。

【0013】

偏波変換部において、第１光導波路コア及び第２光導波路コアは、互いに幅が異なっており、第２光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、第２光導波路コアと、第２光導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成されている。第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ）偏波及びＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇａｎｅｔｉｃ）偏波の一方の偏波の光が、他方の偏波に変換されて第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第１光導波路コアの出力端から出力される。

【0014】

この発明の偏波変換型の光波長フィルタの好適な実施形態によれば、偏波変換部において、第２光導波路コアより厚さが小さく、かつ、第２光導波路コアと一体に形成されたスラブ導波路をさらに備える。偏波変換部において、第２光導波路コアの側面が、支持基板の上面に対して傾いて形成されていてもよい。また、偏波変換部において、クラッドの第２光導波路コアの上側の部分が空気であってもよい。

【0015】

また、この発明の偏波変換型の光波長フィルタの他の好適な実施形態によれば、偏波変換部において、第２光導波路コアが設けられている領域のクラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている。

【0016】

ここで、偏波変換部において、第１光導波路コアの幅が、第２光導波路コアの幅より大きく設定されていれば、第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＭ偏波の光が、ＴＥ偏波の光に変換されて第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第１光導波路コアの出力端から出力される。一方、偏波変換部において、第１光導波路コアの幅が、第２光導波路コアの幅より小さく設定されていれば、第１光導波路コアの入力端に入力された光のうち、特定波長の、ＴＥ偏波の光が、ＴＭ偏波の光に変換されて第２光導波路コアの出力端から出力され、それ以外の光は、第１光導波路コアの出力端から出力される。

【0017】

また、この発明の偏波無依存型の光波長フィルタは、上記偏波変換型の光波長フィルタである第１素子及び第２素子を備えて構成される。第１素子が備える上記偏波変換部である第１偏波変換部と、第２素子が備える上記偏波変換部である第２偏波変換部とが直列に配置されている。第１偏波変換部に含まれる第１光導波路コアの出力端と、第２偏波変換部に含まれる第２光導波路コアの入力端とが接続され、第１偏波変換部に含まれる第２光導波路コアの入力端と、第２偏波変換部に含まれる第１光導波路コアの出力端とが接続されている。

【0018】

また、この偏波無依存型の光波長フィルタの他の好適な実施形態によれば、第１偏波変換部に含まれる第１光導波路コアの出力端と、第２偏波変換部に含まれる第２光導波路コアの入力端との間に幅テーパ導波路が設けられる。また、第１偏波変換部に含まれる第２光導波路コアの入力端と、第２偏波変換部に含まれる第１光導波路コアの出力端との間に幅テーパ導波路が設けられている。

【発明の効果】

【0019】

この発明によれば、所定の間隔で並列配列された第１光導波路コア及び第２光導波路コアの幅が、互いに異なっており、第２光導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられていることで、特定の波長で偏波変換する偏波変換型の光波長フィルタが得られる。

【0020】

また、この偏波変換型の光波長フィルタを２つ直列に配置することで、偏波無依存型の光波長フィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図2】第１光波長フィルタの他の構成例を説明するための模式図（１）である。

【図3】第１光波長フィルタの他の構成例を説明するための模式図（２）である。

【図4】第１光波長フィルタの特性を評価するシミュレーション結果を示す図（１）である。

【図5】第１光波長フィルタの特性を評価するシミュレーション結果を示す図（２）である。

【図6】第２光波長フィルタを説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

（第１光波長フィルタ）
図１を参照して、この発明の第１実施形態に係る光波長フィルタ（以下、第１光波長フィルタ）を説明する。図１は、第１光波長フィルタを説明するための模式図である。図１（Ａ）は、第１光波長フィルタを示す概略平面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す第１光波長フィルタをＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。ここで、図１（Ａ）では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。

【0024】

なお、以下の説明では、各構成要素について、光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。

【0025】

第１光波長フィルタは、支持基板１０、クラッド２０、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を備えて構成されている。

【0026】

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。

【0027】

クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆して形成されている。クラッド２０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を材料として形成されている。

【0028】

第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、支持基板１０の上面１０ａに平行に、クラッド２０中に埋設されている。

【0029】

第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、ＳｉＯ_２のクラッド２０の屈折率（１．４５）よりも高い屈折率（３．５）を有する、例えばシリコン（Ｓｉ）を材料として形成されている。その結果、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、光の伝送路として機能し、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０に入力された光は、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。

【0030】

第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の厚みは、深さ方向でシングルモード条件を達成できる値である、２００〜５００ｎｍであることが望ましい。例えば、１５５０ｎｍの波長帯域で使用する場合は、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の厚みを３００ｎｍにすることができる。

【0031】

ここで、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、支持基板１０から少なくとも１μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。

【0032】

第１光波長フィルタには、偏波変換部９０が設けられている。偏波変換部９０では、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０が、所定の間隔で並列配列、この例では、互いに平行に、近接して配置されている。

【0033】

偏波変換部９０では、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、互いに幅が異なっている。ここでは、第１光導波路コア３０の幅を、第２光導波路コア４０の幅よりも広く設定している。対称モードのＴＭ偏波は、幅の広い導波路、ここでは、第１光導波路コア３０に励起される。一方、反対称モードのＴＥ偏波は、幅の狭い導波路、ここでは、第２光導波路コア４０に励起される。

【0034】

なお、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の幅の差が大きいほど、励起される導波路への光の集中度合いが大きくなる。

【0035】

偏波変換部９０の第２光導波路コア４０には、グレーティングが形成されている。偏波変換部９０の第２光導波路コア４０は、基部４２と突出部４４ａ及び４４ｂとを一体的に含んで構成されている。基部４２は、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成されていて、突出部４４ａ及び４４ｂは、基部４２の両側面４２ａ及び４２ｂに、同じ周期Λで、周期的に複数形成されていて、いわゆるグレーティングを構成する。

【0036】

基部４２の一方の側面（この例では、４２ａ）に形成された突出部４４ａと、他方の側面（この例では、４２ｂ）に形成された突出部４４ｂとは、半周期（すなわちΛ／２）ずらして配置されている。すなわち、長手方向のある位置について、一方の側面４２ａに突出部４４ａが配置されているとき、他方の側面４２ｂに突出部４４ｂが配置されておらず、一方の側面４２ａに突出部４４ａが配置されていないとき、他方の側面４２ｂに突出部４４ｂが配置されている。この結果、グレーティングは、左右で反対称となっている。
また、基部４２と、突出部４４ａ及び４４ｂとは、同じ厚さで形成されている。

【0037】

光の伝播方向に隣り合う突出部４４ａ又は４４ｂの間のグレーティング溝の底部には、スラブ導波路４６として、基部４２と、突出部４４ａ及び４４ｂより小さい厚さのＳｉが形成されている。この結果、偏波変換部９０の第２光導波路コア４０とその周囲のクラッド２０とで構成される、グレーティングを有する光導波路は、上下で非対称となっている。

【0038】

なお、図１（Ａ）では、突出部４４ａ又は４４ｂの間以外のところにもスラブ導波路４６が形成されている例を示しているが、これに限定されない。スラブ導波路４６が、突出部４４ａ又は４４ｂの間にのみ存在する構成にしても良い。あるいは、スラブ導波路４６の幅を大きくしても良い。

【0039】

グレーティングの上下非対称の構造が、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の間の回折に必要である。また、グレーティングを左右反対称に構成することで、基本モードのＴＥ偏波と、基本モードのＴＭ偏波の回折が起きるようにする。この基本モードのＴＥ偏波と、基本モードのＴＭ偏波の組み合わせを選ぶことで、他のモードへの回折が生じるのを抑制できる。

【0040】

ここでは、スラブ導波路４６を備えることで、グレーティングを上下非対称にする構成を説明したが、これに限定されない。第２光導波路コア４０の側面が、支持基板１０の上面１０ａに対して傾いて形成されている、斜め側壁構造にしてもよい。また、クラッドの、グレーティングが形成されている第２光導波路コア４０の上側の部分が空気であってもよい。

【0041】

グレーティングでの位相整合条件は、ブラッグ波長をλ０、グレーティング周期をΛ、ＴＥ偏波の反対称モードの等価屈折率をＮＴＥ０、ＴＭ偏波の対称モードの等価屈折率をＮＴＭ０として、以下の式（１）で表すことができる。

【0042】

２π（ＮＴＥ０＋ＮＴＭ０）／λ０＝２π／Λ （１）
上記式（１）を満足する設計にすると、波長λ０で、反対称モードのＴＥ偏波と、対称モードのＴＭ偏波の回折が起きる。

【0043】

第１光導波路コア３０の一方の端部である入力端３０ａに、第１入力導波路５２が接続されている。また、第１光導波路コア３０の他方の端部である出力端３０ｂに、第１出力導波路６２が接続されている。同様に、第２光導波路コア４０の一方の端部である入力端４０ａに、第２入力導波路５４が接続されている。また、第２光導波路コア４０の他方の端部である出力端４０ｂに、第２出力導波路６４が接続されている。第２光導波路コア４０の入力端４０ａは、第１光導波路コア３０の出力端３０ｂと同じ側に配置され、第２光導波路コア４０の出力端４０ｂは、第１光導波路コア３０の入力端３０ａと同じ側に配置されている。

【0044】

なお、第２入力導波路５４及び第２出力導波路６４と、第２光導波路コア４０との間をスムーズにつなぐため、スラブ導波路４６の、第２光導波路コア４０の入力端４０ａ側及び出力端４０ｂ側の双方に、スラブ導波路４６と同じ厚さの幅テーパ導波路７６が設けられている。

【0045】

この第１光波長フィルタの第１入力導波路５２から、基本モードのＴＭ偏波を入力すると、第１光導波路コア３０に主に光が存在する、対称基本モードが励起される。第１光導波路コア３０を伝播する光は、グレーティングの作用により、第２光導波路コア４０に主に光が存在する、ＴＥ偏波の反対称基本モードに回折反射される。第２光導波路コア４０を伝播するＴＥ偏波は、第２出力導波路６４から出力される。回折反射されない光は、第１光導波路コア３０をそのまま伝播し、第１出力導波路６２から出力される。

【0046】

図２を参照して、第１光波長フィルタの他の構成例を説明する。図２は、第１光波長フィルタの他の構成例を示す概略平面図である。図２では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。

【0047】

図１に示す実施形態では、第１光導波路コア３０の幅を、第２光導波路コア４０の幅よりも大きく設定しているが、図２に示す実施形態では、偏波変換部１９０において、第１光導波路コア１３０の幅を、第２光導波路コア１４０の幅より小さく設定している。

【0048】

この第１光波長フィルタの他の構成例の第１入力導波路５２から、基本モードのＴＥ偏波を入力すると、第１光導波路コア１３０に主に光が存在する、ＴＥ偏波の反対称基本モードが励起される。第１光導波路コア１３０を伝播する光は、グレーティングの作用により、第２光導波路コア１４０に主に光が存在する、ＴＭ偏波の対称基本モードに回折反射される。第２光導波路コア１４０を伝播するＴＭ偏波は、第２出力導波路６４から出力される。回折反射されない光は、第１光導波路コア１３０をそのまま伝播し、第１出力導波路６２から出力される。

【0049】

図１及び図２に示す実施形態では、スラブ導波路４６を、光の伝播方向に隣り合う突出部の間に設けた例、すなわち、第２光導波路コアの両側に設けて第１光導波路コアの両側には設けない構成を示しているが、図３に示すように、スラブ導波路を第１光導波路コア及び第２光導波路コアの間にわたって設けてもよい。図３は、第１光波長フィルタの他の構成例を示す概略平面図である。

【0050】

図３（Ａ）は、偏波変換部２９０において、第１光導波路コア２３０の幅を、第２光導波路コア２４０の幅よりも大きく設定している例を示し、図３（Ｂ）は、偏波変換部３９０において、第１光導波路コア３３０の幅を、第２光導波路コア３４０の幅よりも小さく設定している例を示している。図３に示す実施形態では、第１光導波路コア２３０及び３３０並びに第２光導波路コア２４０及び３４０の両側、及び、第１光導波路コア２３０及び３３０並びに第２光導波路コア２４０及び３４０の間にわたって、スラブ導波路２４６が設けられている。

【0051】

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成例の光波長フィルタは、スラブ導波路の構成を除いて、それぞれ、図１及び図２に示す構成例の光波長フィルタと同様の構成なので説明を省略する。また、動作についても同様なので説明を省略する。

【0052】

電極７０は、クラッド２０を介して、第２光導波路コア（グレーティング）４０の一部又は全部を被覆する位置に形成される。グレーティング上に電極７０を形成しておくと、電極７０に電流を流すことで、ジュール熱を発生して、熱光学効果によって、グレーティングの屈折率を変化させることができる。その結果、グレーティングにおいて位相整合条件を満たす波長を変化させることができる。

【0053】

なお、図１（Ｂ）では、電極７０がグレーティング上に設けられる例を示しているが、電極７０の配置箇所はこれに限定されない。発熱によりグレーティングの屈折率を変化させる位置であればよく、第２光導波路コア４０及びクラッド２０により構成される光導波路の構造等に応じて、任意好適な箇所に配置することができる。

【0054】

（製造方法）
この光波長フィルタは、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、図１に示す構成例の第１光波長フィルタの製造方法の一例を説明する。

【0055】

先ず、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、例えばドライエッチングを２段階で行い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、厚みの大きい基部及び突出部と、厚みの小さいグレーティング溝の部分を形成する。この結果、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層上に第１光導波路コア３０、第２光導波路コア４０及びスラブ導波路４６が形成された構造体を得ることができる。

【0056】

次に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２を、第１光導波路コア３０、第２光導波路コア４０及びスラブ導波路４６を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって第１光導波路コア３０、第２光導波路コア４０及びスラブ導波路４６が包含され、光波長フィルタとして用いられる光導波路素子が得られる。

【0057】

なお、ここでは、Ｓｉ導波路の例を説明したが、化合物半導体を用いても実現可能である。

【0058】

（特性評価）
図４及び図５を参照して、３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて行った、第１光波長フィルタの特性を評価するシミュレーションを説明する。

【0059】

図４及び図５では、横軸に波長(ｎｍ)を取って示し、縦軸に出力強度（ｄＢ）を取って示している。

【0060】

図４（Ａ）は、図１に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図４（Ａ）では、第１入力導波路５２にＴＭ偏波を入力したとき、第１出力導波路６２から出力されるＴＭ偏波を曲線Ｉで示し、第２出力導波路６４から出力されるＴＥ偏波を曲線ＩＩで示している。

【0061】

ここで、第１光導波路コア３０の幅を５００ｎｍとし、第２光導波路コア４０の幅を３００ｎｍとしている。なお、第２光導波路コア４０の幅は、基部４２と突出部４４ａ及び４４ｂを含めた構造の、平均的な幅である。また、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の厚みを２２０ｎｍとし、スラブ導波路４６の厚みを１５０ｎｍとしている。

【0062】

グレーティングの周期Λを４１４ｎｍとし、グレーティングの掘り込み、すなわち、突出部の幅方向の長さを１５０ｎｍとしている。さらに、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の間隔を４００ｎｍとしている。このとき、スラブ導波路４６と第１光導波路コア３０の間隔は３２５ｎｍである。

【0063】

図４（Ａ）に示すように、図１に示す構成例では、第２出力導波路６４から特定波長のＴＥ偏波を取り出すことができる。

【0064】

図４（Ｂ）は、図２に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図４（Ｂ）では、第１入力導波路５２にＴＥ偏波を入力したとき、第１出力導波路６２から出力されるＴＥ偏波を曲線Ｉで示し、第２出力導波路６４から出力されるＴＭ偏波を曲線ＩＩで示している。

【0065】

ここで、第１光導波路コア１３０の幅を３００ｎｍとし、第２光導波路コア１４０の幅を５００ｎｍとし、グレーティングの周期Λを４３９ｎｍとしている。その他の条件は、図４（Ａ）と同じなので説明を省略する。

【0066】

図４（Ｂ）に示すように、図２に示す構成例では、第２出力導波路６４から特定波長のＴＭ偏波を取り出すことができる。図４（Ａ）と図４（Ｂ）を比較すると、図１に示す構成例に対応する図４（Ａ）では、図４（Ｂ）に比べて、ピークの高さが高くなり、回折効率が優れている。また、不要なピークの発生が抑えられている。

【0067】

図５（Ａ）は、図３（Ａ）に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図５（Ａ）では、第１入力導波路５２にＴＭ偏波を入力したとき、第１出力導波路６２から出力されるＴＭ偏波を曲線Ｉで示し、第２出力導波路６４から出力されるＴＥ偏波を曲線ＩＩで示している。

【0068】

ここで、第１光導波路コア２３０の幅を５００ｎｍとし、第２光導波路コア２４０の幅を３００ｎｍとしている。また、第１光導波路コア２３０及び第２光導波路コア２４０の厚みを２２０ｎｍとし、スラブ導波路２４６の厚みを１５０ｎｍとしている。

【0069】

グレーティングの周期Λを３７３ｎｍとし、グレーティングの掘り込み、すなわち、突出部の幅方向の長さを１５０ｎｍとしている。また、第１光導波路コア２３０及び第２光導波路コア２４０の間隔を５００ｎｍとしている。

【0070】

図５（Ａ）に示すように、図３（Ａ）に示す構成例では、第２出力導波路６４からＴＥ偏波が１６００ｎｍ付近に予定通りに取り出されている。なお、第１出力導波路６２からの出力として、所望な特性は得られていない。しかし、第１光波長フィルタのこの構成例は、特定の波長の偏波変換に限定すれば使用可能である。

【0071】

図５（Ｂ）は、図３（Ｂ）に示す構成例に対するシミュレーション結果である。図５（Ｂ）では、第１入力導波路５２にＴＥ偏波を入力したとき、第１出力導波路６２から出力されるＴＥ偏波を曲線Ｉで示し、第２出力導波路６４から出力されるＴＭ偏波を曲線ＩＩで示している。

【0072】

ここで、第１光導波路コア３３０の幅を３００ｎｍとし、第２光導波路コア３４０の幅を５００ｎｍとし、グレーティングの周期Λを３７５ｎｍとしている。その他の条件は、図５（Ａ）と同じなので説明を省略する。なお、第１光導波路コア３３０及び第２光導波路コア３４０の間隔を５００ｎｍとしている。

【0073】

図５（Ｂ）に示すように、図３（Ｂ）に示す構成例では、第２出力導波路６４からＴＭ偏波が１６００ｎｍ付近に予定通りに取り出されている。なお、メインの回折ピークの両脇に別の次数への不要な回折ピークがみられるが、ある程度抑えられている。

【0074】

また、図１及び図２に示す構成に比べて、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成は、スラブ導波路の幅が広く設定されている。このため、ドライエッチングを２段階で行う際の位置合わせに対する自由度が高くなるなど、製造が容易になる。

【0075】

以上説明したように、第１光波長フィルタは、グレーティングでの位相整合条件を満たす、特定の波長の光を、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の間で、偏波変換して出力する、偏波変換型の光波長フィルタとして機能する。ここで、スラブ導波路の幅を狭くすると、特に、グレーティングでの、ＴＭ偏波からＴＥ偏波又はＴＥ偏波からＴＭ偏波への回折効率を向上させることができる。また、スラブ導波路の幅を広くすると、製造が容易になる。

【0076】

（第２光波長フィルタ）
図６を参照して、この発明の第２実施形態に係る光波長フィルタ（以下、第２光波長フィルタ）を説明する。図６は、第２光波長フィルタを説明するための模式図である。図６は、第２光波長フィルタを示す概略平面図である。ここで、図６では、光導波路コアの平面形状を示し、他の構成要素を省略して示してある。

【0077】

第２光波長フィルタは、直列に接続された、第１素子９１及び第２素子９２を備えて構成される。ここで、第１素子９１及び第２素子９２は互いに同じ構成であり、上述した第１光波長フィルタの偏波変換部が用いられる。図６では、図１を参照して説明した第１光波長フィルタの偏波変換部を用いる場合を示している。

【0078】

ここでは、第１素子９１及び第２素子９２における、第１光導波路コア３１及び３２の幅を、第２光導波路コア４１及び４２の幅よりも大きく設定している。

【0079】

第１素子９１が備える第１光導波路コア３１の出力端３１ｂと、第２素子９２が備える第２光導波路コア４２の入力端４２ａとが接続される。また、第１素子９１が備える第２光導波路コア４１の入力端４１ａと、第２素子９２が備える第１光導波路コア３２の出力端３２ｂとが接続されている。

【0080】

第１素子９１の第１光導波路コア３１と第２素子９２の第２光導波路コア４２の間、及び、第１素子９１の第２光導波路４１と第２素子９２の第１光導波路コア３２の間での光の損失を減らすために、幅テーパ導波路７４を用いるのがよい。この場合、第１素子９１の第１光導波路コア３１の出力端３１ｂに、幅テーパ導波路７４を介して、第２素子９２の第２光導波路コア４２の入力端４２ａが接続される。また、第１素子９１の第２光導波路コア４１の入力端４１ａに、幅テーパ導波路７４を介して、第２素子９２の第１光導波路コア３２の出力端３２ｂが接続される。幅テーパ導波路７４の幅の同じ部分において、光が導波路間で移行するのを防止するためには、幅テーパ導波路７４間に低屈折率領域７８を設けたり、曲線導波路をつないで導波路間隔を広げたりするなどの工夫が必要である。

【0081】

また、第１素子９１の第１光導波路コア３１の入力端３１ａに、第１入力導波路５２が接続されている。また、第２素子９２の第２光導波路コア４２の出力端４２ｂに、第１出力導波路６２が接続されている。同様に、第２素子９２の第１光導波路コア３２の入力端３２ａに、第２入力導波路５４が接続されている。また、第１素子９１の第２光導波路コア４１の出力端４１ｂに、第２出力導波路６４が接続されている。

【0082】

第２光波長フィルタでは、第１入力導波路５２から、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を入力すると、第１素子９１において、特定の波長のＴＭ偏波が回折されてＴＥ偏波に変換される。この変換されたＴＥ偏波は、第１素子９１の第２導波路コア４１を伝播し、第２出力導波路６４から出力される。第１入力導波路５２に入力されたＴＥ偏波は、第１素子９１の第１光導波路コア３１をそのまま伝播し、第２素子９２の第２光導波路コア４２に入力される。

【0083】

第２素子９２では、特定の波長のＴＥ偏波が回折されてＴＭ偏波に変換される。この変換されたＴＭ偏波は、第２素子９２の第１光導波路コア３２を伝播し、第１素子９１の第２光導波路コア４１に送られる。第１素子９１に送られたＴＭ偏波は、第１素子９１の第２光導波路コア４１を伝播し、第２出力導波路６４から出力される。

【0084】

この結果、第２出力導波路６４からは、特定波長のＴＥ偏波及びＴＭ偏波が出力される。このように、第２光波長フィルタは、偏波無依存型の光波長フィルタとして機能する。

【符号の説明】

【0085】

１０ 支持基板
２０ クラッド
３０、３１、３２、１３０、２３０、３３０ 第１光導波路コア
４０、４１、４２、１４０、２４０、３４０ 第２光導波路コア
４２ 基部
４４ａ、４４ｂ 突出部
４６、２４６ スラブ導波路
５２ 第１入力導波路
５４ 第２入力導波路
６２ 第１出力導波路
６４ 第２出力導波路
７０ 電極
７４、７６ 幅テーパ導波路
７８ 低屈折率領域
９０、１９０、２９０、３９０ 偏波変換部
９１ 第１素子
９２ 第２素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】