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(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】P2022082852
(43)【公開日】2022-06-03
(54)【発明の名称】光導波路素子
(51)【国際特許分類】
G02B 6/12 20060101AFI20220527BHJP
G02B 6/126 20060101ALI20220527BHJP
G02B 6/122 20060101ALI20220527BHJP
【ＦＩ】
G02B6/12 341
G02B6/126
G02B6/122 311
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020193989
(22)【出願日】2020-11-24
【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１７条の適用を受ける特許出願）
(71)【出願人】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(71)【出願人】
【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
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147AB16
2H147AB21
2H147AC05
2H147BB02
2H147BC05
2H147BC13
2H147BE15
2H147CA22
2H147CA23
2H147CB03
2H147DA11
2H147EA13A
2H147EA13C
2H147EA14B
2H147FC03
(57)【要約】
【課題】構成を複雑にすることなく、それぞれの偏波に対する特性のばらつきを低減する。
【解決手段】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、光導波路コアとを備えて構成され、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波の特定の波長を選択する、第１波長選択部と、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う偏波変換部と、ＴＥ偏波の特定の波長を選択する、第２波長選択部とをこの順に直列に配置して構成される。
【選択図】図１
【解決手段】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、光導波路コアとを備えて構成され、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波の特定の波長を選択する、第１波長選択部と、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う偏波変換部と、ＴＥ偏波の特定の波長を選択する、第２波長選択部とをこの順に直列に配置して構成される。
【選択図】図１
【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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
特定の波長の、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波を選択する、第１波長選択部と、
ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う偏波変換部と、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
特定の波長の、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波を選択する、第１波長選択部と、
ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う偏波変換部と、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
【請求項2】
前記第１波長選択部及び前記第２波長選択部は、
交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項3】
前記偏波変換部において、
前記光導波路コアが、前記基板の上面に直交する深さ方向、及び、前記深さ方向と光の伝播方向に直交する横方向に関して、いずれも非対称である
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
前記光導波路コアが、前記基板の上面に直交する深さ方向、及び、前記深さ方向と光の伝播方向に直交する横方向に関して、いずれも非対称である
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項4】
前記偏波変換部において、
前記光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、
前記第１コアに沿って、第１偏波変換素子、第１接続部及び第２接続部をこの順に備え、
前記第２コアに沿って、第３接続部、第４接続部及び第２偏波変換素子をこの順に備え、
前記第１偏波変換素子は、０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させて、前記第１接続部に送り、
前記第１接続部及び前記第３接続部は、前記第１接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第２接続部に送り、及び、前記第１接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、前記第３接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成し、
前記第２接続部及び前記第４接続部は、前記第２接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第２偏波変換素子に送り、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を前記第２偏波変換素子に送る、第２方向性結合器を構成し、
前記第２偏波変換素子は、１次モードのＴＥ偏波を０次モードのＴＭ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させて、前記第２波長選択部に送る
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
前記光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、
前記第１コアに沿って、第１偏波変換素子、第１接続部及び第２接続部をこの順に備え、
前記第２コアに沿って、第３接続部、第４接続部及び第２偏波変換素子をこの順に備え、
前記第１偏波変換素子は、０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させて、前記第１接続部に送り、
前記第１接続部及び前記第３接続部は、前記第１接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第２接続部に送り、及び、前記第１接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、前記第３接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成し、
前記第２接続部及び前記第４接続部は、前記第２接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第２偏波変換素子に送り、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を前記第２偏波変換素子に送る、第２方向性結合器を構成し、
前記第２偏波変換素子は、１次モードのＴＥ偏波を０次モードのＴＭ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させて、前記第２波長選択部に送る
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路素子。
【請求項5】
前記第１波長選択部及び前記第２波長選択部は、
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え
、
前記第１波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記第２波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記偏波変換部は、
０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させ、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え
、
前記第１波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記第２波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記偏波変換部は、
０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させ、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項6】
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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と、
ＴＥ偏波の特定の波長を、ＴＭ偏波に変換して反射させる第１偏波変換部と、
ＴＭ偏波の特定の波長を、ＴＥ偏波に変換して反射させる第２偏波変換部と、
前記第１波長選択部が接続される第１入出力端、前記第２波長選択部が接続される第２入出力端、前記第１偏波変換部が接続される第３入出力端、及び、前記第２偏波変換部が接続される第４入出力端を有する偏波分離素子と
を備え、
前記偏波分離素子は、前記第１入出力端に入力された光を偏波分離して、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波をそれぞれ第３及び第４入出力端から出力し、前記第３及び第４入出力端からそれぞれ入力されたＴＭ偏波及びＴＥ偏波を第２入出力端から出力する
ことを特徴とする光導波路素子。
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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と、
ＴＥ偏波の特定の波長を、ＴＭ偏波に変換して反射させる第１偏波変換部と、
ＴＭ偏波の特定の波長を、ＴＥ偏波に変換して反射させる第２偏波変換部と、
前記第１波長選択部が接続される第１入出力端、前記第２波長選択部が接続される第２入出力端、前記第１偏波変換部が接続される第３入出力端、及び、前記第２偏波変換部が接続される第４入出力端を有する偏波分離素子と
を備え、
前記偏波分離素子は、前記第１入出力端に入力された光を偏波分離して、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波をそれぞれ第３及び第４入出力端から出力し、前記第３及び第４入出力端からそれぞれ入力されたＴＭ偏波及びＴＥ偏波を第２入出力端から出力する
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項7】
前記第１波長選択部及び前記第２波長選択部は、
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項６に記載の光導波路素子。
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項６に記載の光導波路素子。
【請求項8】
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、光導波路コアと
を備える光導波路素子であって、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝播させる偏波変換部と、
特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
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、光導波路コアと
を備える光導波路素子であって、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝播させる偏波変換部と、
特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
【請求項9】
前記第１波長選択部及び前記第２波長選択部は、
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記第１波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記第２波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記偏波変換部は、
０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させ、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換する
ことを特徴とする請求項８に記載の光導波路素子。
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記第１波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、１次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の１次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記第２波長選択部は、
前記グレーティング部が、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
前記キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ように構成され、
前記偏波変換部は、
０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝搬させ、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換する
ことを特徴とする請求項８に記載の光導波路素子。
【請求項10】
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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝播させる偏波変換部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
１次モードのＴＥ偏波を０次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換するモード変換部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
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、光導波路コアとを備える光導波路素子であって、
０次モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波をそのまま伝播させる偏波変換部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、
１次モードのＴＥ偏波を０次モードのＴＥ偏波に変換し、０次モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換するモード変換部と、
特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と
をこの順に直列に配置したことを特徴とする光導波路素子。
【請求項11】
前記第１波長選択部及び前記第２波長選択部は、
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項１０に記載の光導波路素子。
交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、
前記グレーティング部は、特定の波長の０次モードのＴＥ偏波を、２次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、及び、特定の波長の２次モードのＴＥ偏波を、０次モードのＴＥ偏波に変換して反射させ、
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０次モードのＴＥ偏波の位相を整合させる
ことを特徴とする請求項１０に記載の光導波路素子。
【請求項12】
前記モード変換部が、干渉器で構成される
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光導波路素子。
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光導波路素子。
【請求項13】
前記モード変換部において、
前記光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、
前記第１コアに沿って、第１接続部及び第２接続部をこの順に備え、
前記第２コアに沿って、第３接続部及び第４接続部をこの順に備え、
前記第１接続部及び前記第３接続部は、前記第１接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第２接続部に送り、及び、前記第１接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、前記第３接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成し、
前記第２接続部及び前記第４接続部は、前記第２接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波として取り出して出力し、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を出力する、第２方向性結合器を構成する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光導波路素子。
前記光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、
前記第１コアに沿って、第１接続部及び第２接続部をこの順に備え、
前記第２コアに沿って、第３接続部及び第４接続部をこの順に備え、
前記第１接続部及び前記第３接続部は、前記第１接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第２接続部に送り、及び、前記第１接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、前記第３接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波として取り出して前記第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成し、
前記第２接続部及び前記第４接続部は、前記第２接続部を伝播する０次モードのＴＥ偏波を、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波として取り出して出力し、前記第４接続部を伝播する１次モードのＴＥ偏波を出力する、第２方向性結合器を構成する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光導波路素子。
【請求項14】
前記第２波長選択部から出力された光を受光する受光素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載の光導波路素子。
【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の光を伝送するために、光の合分波を行う素子に用いて好適な光導波路素子に関する。
【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。
【0003】
ＰＯＮでは、ＯＬＴとスターカプラの間において、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、通常、一本の光ファイバで行われる。このため、下り通信と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。
【0004】
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。
【0005】
空間結合させるためには、光波長フィルタ、ＰＤ、ＬＤ間で光軸合わせの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あたり、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１参照）。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
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。
【0009】
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、例えば、リング共振器（例えば、特許文献２～４参照）や、グレーティング型（例えば、特許文献５参照））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】
【0010】
【特許文献1】特開平０８－１６３０２８号公報
【特許文献2】特開２００３－２１５５１５号公報
【特許文献3】特開２０１３－０９３６２７号公報
【特許文献4】特開２００６－２７８７７０号公報
【特許文献5】特開２００６－３３０１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上述の光波長フィルタは、いずれも特定の偏波のみで動作する。このため、偏波分離して、偏波を揃えてから光波長フィルタに導入する方法がよく用いられる。
【0012】
このように偏波分離する場合、構成が複雑になること、及び、それぞれの偏波に対応して経路が異なることから、特性にばらつきが出る可能性がある。
【0013】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされた。この発明の目的は、同一の経路をそれぞれの偏波が通るようにすることで上述の懸念を低減する光導波路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上述した目的を達成するためにこの発明の光導波路素子は、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、光導波路コアとを備えて構成され、特定の波長のＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波を選択する、第１波長選択部と、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う偏波変換部と、特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部とをこの順に直列に配置して構成される。
【0015】
この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、第１波長選択部及び第２波長選択部は、交互に直列に接続された、ｎ個（ｎは２以上の整数）のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、グレーティング部は、特定の波長の、０次モードのＴＥ偏波の光（ＴＥ０）を、１次モードのＴＥ偏波の光（ＴＥ１）に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ１をＴＥ０に変換して反射させ、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ＴＥ０の位相を整合させる。
【0016】
さらに、この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、偏波変換部が、光導波路コアが、基板の上面に直交する深さ方向、及び、深さ方向と光の伝播方向に直交する横方向に関して、いずれも非対称である。
【0017】
また、この発明の光導波路素子の他の好適実施形態によれば、偏波変換部において、光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、第１コアに沿って、第１偏波変換素子、第
１接続部及び第２接続部をこの順に備え、第２コアに沿って、第３接続部、第４接続部及び第２偏波変換素子をこの順に備える。
１接続部及び第２接続部をこの順に備え、第２コアに沿って、第３接続部、第４接続部及び第２偏波変換素子をこの順に備える。
【0018】
第１偏波変換素子は、０次モードのＴＭ偏波の光（ＴＭ０）をＴＥ１に変換し、ＴＥ０をそのまま伝搬させて、第１接続部に送る。第１接続部及び第３接続部は、第１接続部を伝播するＴＥ０を、第２接続部に送り、及び、第１接続部を伝播するＴＥ１を、第３接続部を伝播するＴＥ０として取り出して第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成する。また、第２接続部及び第４接続部は、第２接続部を伝播するＴＥ０を、第４接続部を伝播するＴＥ１として取り出して第２偏波変換素子に送り、第４接続部を伝播するＴＥ１を第２偏波変換素子に送る、第２方向性結合器を構成する。第２偏波変換素子は、ＴＥ１をＴＭ０に変換し、ＴＥ０の光をそのまま伝搬させて、第２波長選択部に送る。
【0019】
また、この発明の光導波路素子の他の好適実施形態によれば、第１波長選択部は、グレーティング部が、特定の波長のＴＥ０を、ＴＥ１に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ１を、ＴＥ０に変換して反射させ、キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ０の位相を整合させるように構成される。また、第２波長選択部は、グレーティング部が、特定の波長のＴＥ１を、２次モードのＴＥ偏波（ＴＥ２）に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ２を、ＴＥ１に変換して反射させ、キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ１の位相を整合させるように構成される。偏波変換部は、ＴＥ０をそのまま伝搬させ、ＴＭ０をＴＥ１に変換する。
【0020】
また、この発明の光導波路素子は、特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第１波長選択部と、特定の波長のＴＥ偏波を選択する、第２波長選択部と、特定の波長のＴＥ偏波を、ＴＭ偏波に変換して反射させる第１偏波変換部と、特定の波長のＴＭ偏波を、ＴＥ偏波に変換して反射させる第２偏波変換部と、第１波長選択部が接続される第１入出力端、第２波長選択部が接続される第２入出力端、第１偏波変換部が接続される第３入出力端、及び、第２偏波変換部が接続される第４入出力端を有する偏波分離素子とを備えて構成されてもよい。偏波分離素子は、第１入出力端に入力された光を偏波分離して、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波をそれぞれ第３及び第４入出力端から出力し、第３及び第４入出力端からそれぞれ入力されたＴＭ偏波及びＴＥ偏波を第２入出力端から出力する構成にされてもよい。
【0021】
また、この発明の光導波路素子の他の好適実施形態によれば、第１波長選択部及び第２波長選択部は、交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備え、グレーティング部は、特定の波長のＴＥ０を、ＴＥ１に変換して反射し、及び、特定の波長のＴＥ１を、ＴＥ０に変換して反射させ、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ＴＥ０の位相を整合させる。
【0022】
また、この発明の光導波路素子は、ＴＭ０をＴＥ１に変換し、ＴＥ０をそのまま伝播させる偏波変換部と、特定の波長のＴＥ１を選択する、第１波長選択部と、特定の波長のＴＥ０を選択する、第２波長選択部とをこの順に直列に配置して構成されてもよい。
【0023】
この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、第１波長選択部及び第２波長選択部は、交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備えて構成される。
【0024】
第１波長選択部は、グレーティング部が、特定の波長のＴＥ１を、ＴＥ２に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ２を、ＴＥ１に変換して反射させ、キャビティ部が、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ１の位相を整合させるように構成される。また、第２波長選択部は、グレーティング部が、特定の波長のＴＥ０を、ＴＥ２に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ２を、ＴＥ０に変換して反射させ、キャビティ部が
、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ０の位相を整合させるように構成される。偏波変換部は、ＴＥ０をそのまま伝搬させ、ＴＭ０をＴＥ１に変換する。
、当該キャビティ部を伝播する、特定の波長のＴＥ０の位相を整合させるように構成される。偏波変換部は、ＴＥ０をそのまま伝搬させ、ＴＭ０をＴＥ１に変換する。
【0025】
また、この発明の光導波路素子は、ＴＭ０をＴＥ１に変換し、ＴＥ０をそのまま伝播させる偏波変換部と、特定の波長のＴＥ０を選択する、第１波長選択部と、ＴＥ１をＴＥ０に変換し、ＴＥ０をＴＥ１に変換するモード変換部と、特定の波長のＴＥ０を選択する、第２波長選択部とをこの順に直列に配置して構成されてもよい。
【0026】
この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、第１波長選択部及び第２波長選択部は、交互に直列に接続された、ｎ個のグレーティング部とｎ－１個のキャビティ部とを備えて構成される。グレーティング部は、特定の波長のＴＥ０を、ＴＥ２に変換して反射させ、及び、特定の波長のＴＥ２を、ＴＥ０に変換して反射させ、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ＴＥ０の位相を整合させる。
【0027】
この発明の光導波路素子の好適実施形態によれば、モード変換部が、干渉器で構成される。また、この発明の光導波路素子の他の好適実施形態によれば、モード変換部が、モード変換部において、前記光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備え、第１コアに沿って、第１接続部及び第２接続部をこの順に備え、第２コアに沿って、第３接続部及び第４接続部をこの順に備え、第１接続部及び第３接続部は、第１接続部を伝播するＴＥ０を、第２接続部に送り、及び、第１接続部を伝播するＴＥ１を、第３接続部を伝播するＴＥ０として取り出して第４接続部に送る、第１方向性結合器を構成する。また、第２接続部及び第４接続部は、第２接続部を伝播するＴＥ０を、第４接続部を伝播するＴＥ１として取り出して出力し、第４接続部を伝播するＴＥ１を出力する、第２方向性結合器を構成する。
【0028】
また、この発明の光導波路素子のさらなる好適実施形態によれば、第２波長選択部から出力された光は、受光素子で受光される。
【発明の効果】
【0029】
この発明の光導波路素子によれば、同一の経路をそれぞれの偏波が通るようにすることで、構成が複雑になること、及び、それぞれの偏波に対応して経路が異なることによる特性のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】第１光導波路素子を説明するための模式図である。
【図2】第２光導波路素子を説明するための模式図である。
【図3】第３光導波路素子を説明するための模式図である。
【図4】第４光導波路素子を説明するための模式図である。
【図5】第５光導波路素子を説明するための模式図である。
【図6】第６光導波路素子を説明するための模式図である。
【図7】第７光導波路素子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】
【0031】
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。
【0032】
（第１光導波路素子）
図１を参照して、この発明の第１実施形態に係る光導波路素子（以下、第１光導波路素子とも称する）を説明する。図１は、第１光導波路素子を説明するための模式図である。図１（Ａ）は、第１光導波路素子の概略平面図である。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。図１（Ｂ）は、第１光導波路素子の動作を説明するための模式図である。図１（Ｃ）は、第１光導波路素子の切断端面を示す図である。また、ここでは、光導波路素子の光伝搬方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の上面に直交する方向を厚み方向とする。また、長さ方向及び厚み方向に直交する方向を幅方向とする。
図１を参照して、この発明の第１実施形態に係る光導波路素子（以下、第１光導波路素子とも称する）を説明する。図１は、第１光導波路素子を説明するための模式図である。図１（Ａ）は、第１光導波路素子の概略平面図である。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。図１（Ｂ）は、第１光導波路素子の動作を説明するための模式図である。図１（Ｃ）は、第１光導波路素子の切断端面を示す図である。また、ここでは、光導波路素子の光伝搬方向に沿った方向を長さ方向とする。また、支持基板の上面に直交する方向を厚み方向とする。また、長さ方向及び厚み方向に直交する方向を幅方向とする。
【0033】
光導波路素子１００は、支持基板１０、クラッド２０、及び、光導波路コア３０を備えて構成されている。
【0034】
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。
【0035】
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面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（ＳｉＯ２）を材料として形成されている。
【0036】
光導波路コア３０は、支持基板１０の上面に平行に、クラッド２０中に埋設されている。光導波路コア３０は、ＳｉＯ２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、光導波路コア３０は、光の伝送路として機能し、光導波路コア３０に入力された光は、光導波路コア３０の平面形状に応じた伝搬方向に伝搬する。
【0037】
光導波路コア３０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、２００～４００ｎｍであることが望ましい。
【0038】
ここで、光導波路コア３０を伝搬する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、光導波路コア３０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。
【0039】
この光導波路素子は、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（Ｃ）に示す光導波路素子の製造方法の一例を説明する。
【0040】
先ず、支持基板層、ＳｉＯ２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行い、Ｓｉ層をパターニングする。この結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ２層が積層され、さらにＳｉＯ２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。なお、後述するように、光導波路コア３０には、厚みの大きい部分と、小さい部分とがある。従って、ドライエッチングは、例えば、２段階で行われる。
【0041】
次に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＯ２層上に、ＳｉＯ２を、光導波路コア３０を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって光導波路コア３０が包含され、光導波路素子が得られる。
【0042】
また、クラッド２０上には、ヒータ電極４０が設けられる。ヒータ電極４０に電流を流すことで発熱させ、光導波路コアとその周囲のクラッドで構成される光導波路の屈折率を変化させることができる。ヒータ電極４０の形成方法については、任意好適な従来公知の方法を用いればよく、ここでは説明を省略する。
【0043】
なお、ここでは、Ｓｉ導波路の光導波路素子の例を説明したが、化合物半導体を用いても実現可能である。
【0044】
第１光導波路素子は、第１波長選択部１２０、偏波変換部１４０及び第２波長選択部１６０をこの順に直列に配置して構成される。
【0045】
第１波長選択部１２０には、入力導波路１１０から、０次モードのＴＥ偏波（ＴＥ０）及び０次モードのＴＭ偏波（ＴＭ０）を含む入力光が入力される。入力導波路１１０は、ＴＥ０及びＴＭ０が伝播する幅及び厚さで構成される。入力導波路１１０と、第１波長選択部１２０のグレーティング部１２２との接続箇所での損失を低減するために、入力導波路１１０と第１波長選択部１２０は、テーパ導波路１１２を介して接続されるのがよい。
【0046】
第１波長選択部１２０は、入力導波路１１０と接続された側（一方の側）から入力された入力光に対し、特定の波長のＴＥ０を選択して、偏波変換部１３０と接続された側（他方の側）から出力する。また、第１波長選択部１２０は、一方の側から入力されたＴＭ０をそのまま伝播させて他方の側から出力する。
【0047】
第１波長選択部１２０は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のグレーティング部１２２と、ｎ－１個のキャビティ部１２８とが交互に直列に接続されて構成される。
【0048】
グレーティング部１２２は、特定の波長λのＴＥ０を、１次モードのＴＥ偏波（ＴＥ１）に変換して反射させる。また、グレーティング部１２２は、特定の波長λのＴＥ１をＴＥ１０に変換して反射させる。各グレーティング部１２０のグレーティングの突出部１２６ａ及び１２６ｂの周期は、反射すべき波長λに対して以下の式（１）を満たすように設計される。
【0049】
２π／Λ＝２π（ｎ０＋ｎ１）／λ ・・・（１）
ここで、グレーティング周期をΛ、ＴＥ０に対する等価屈折率をｎ０、ＴＥ１に対する等価屈折率ｎ１としている。
ここで、グレーティング周期をΛ、ＴＥ０に対する等価屈折率をｎ０、ＴＥ１に対する等価屈折率ｎ１としている。
【0050】
グレーティング部１２２は、基部１２４と突出部１２６ａ及び１２６ｂとを一体的に含んで構成されている。基部１２４は、グレーティング部１２２の長さ方向に延在して形成されている。また、基部１２４は、長さ方向の両端から中央に向かって連続的に幅が縮小する。従って、基部１２４は、長さ方向の両端において２つの最大幅、及び中央において１つの最小幅を有する。換言すれば、基部１２４は、連続的に幅が縮小する部分と連続的に幅が拡大する部分とが、１つずつ長さ方向に沿ってこの順に連結されて構成されている。
【0051】
突出部１２６ａは、基部１２４の一方の側面に周期的に複数形成されている。突出部１２６ｂは、基部１２４の他方の側面に周期的に複数形成されている。ＴＥ０とＴＥ１の変換を行うために、これら突出部１２６ａ及び１２６ｂは、基部１２４を挟んで反対称となる位置に形成されている。突出部１２６ａ及び１２６ｂの周期Λは、反射すべき波長λに対して上式（１）が成立するように設計される。
【0052】
また、突出部１２６ａ及び１２６ｂの突出量（突出部１２６ａ及び１２６ｂの幅方向の寸法）Ｄには少なくとも２以上の値がある。ここでは、基部１２４の長さ方向における中央付近に形成されている突出部１２６ａ及び１２６ｂほど、突出量が大きく、長さ方向の両端付近に形成されている突出部１２６ａ及び１２６ｂほど、突出量が小さい。
【0053】
このように、基部１２４の幅を中央に向かって縮小させ、かつ、突出部１２６ａ及び１２６ｂの突出量Ｄに異なる値を持たせた結果、グレーティング部１２２は、長さ方向（光伝播方向）の各位置における等価屈折率を一定にすることができる。これにより、グレーティング部１２２を透過する光のピークの形状が崩れるのを防止できる。なお、突出量Ｄの変化量は、反射すべき波長λ及び所望する透過特性に応じて設計される。
【0054】
キャビティ部１２８は、図のように一定幅で形成されるとは限らない。キャビティ部１２８の幅は、ＴＥ０及びＴＥ１を伝播させることができるように設定される。
【0055】
キャビティ部１２８は、このキャビティ部１２８を伝播する光のうち、特定の波長のＴＥ０の位相を整合させる。キャビティ部１２８の長さは、位相整合させる波長に応じて設計される。なお、電極４０を用いてキャビティ部１２８に熱を与えることにより、位相整合させる波長を変化させることができる。
【0056】
２つのグレーティング部１２２と、その間に設けられたキャビティ部１２８とは、リング共振器と等価な波長フィルタとして機能する。この場合、グレーティング部１２２が、リング共振器の方向性結合器部分に対応する。また、キャビティ部１２８が、リング共振器のリング導波路部分に対応する。
【0057】
ここで、グレーティング部１２２及びキャビティ部１２８を多段に接続することによって、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。図１は、ｎが３の場合、すなわち、二段に接続した例を示している。
【0058】
第１波長選択部１２０から出力された、特定の波長のＴＥ０と、ＴＭ０は、第１接続導波路１３０を経て、偏波変換部１４０に送られる。この第１接続導波路１３０は、入力導波路１１０と同様に、ＴＥ０及びＴＭ０が伝播する幅及び厚さで構成される。第１接続導波路１３０と、第１波長選択部１２０及び偏波変換部１４０との接続部分での損失を低減するために、第１接続導波路１３０と、第１波長選択部１２０及び偏波変換部１４０とは、それぞれ、テーパ導波路１３２及び１３４を介して接続されるのがよい。
【0059】
偏波変換部１４０は、ＴＭ偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う。すなわち、偏波変換部１４０において、特定の波長のＴＥ０は、特定の波長のＴＭ０に変換され、ＴＭ０はＴＥ０に変換される。偏波変換部１４０において変換された、特定の波長のＴＭ０と、ＴＥ０は、第２波長選択部１６０に送られる。
【0060】
偏波変換部１４０は、ＴＭ偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行うために、厚み方向及び幅方向の両方で非対称な構造となっている。この厚み方向及び幅方向の両方で非対称な構造は、例えば、光の伝播方向に沿って延在する基部１４４の片側に、基部よりも厚みの小さいテラス導波路１４６が設けられる構造によって得られる。
【0061】
偏波変換部１４０から出力された、特定の波長のＴＭ０と、ＴＥ０は、第２接続導波路１５０を経て、第２波長選択部１６０に送られる。この第２接続導波路１５０は、第１接続導波路１３０と同様に構成される。なお、第２接続導波路１５０と、偏波変換部１４０及び第２波長選択部１６０との接続部分での損失を低減するために、第２接続導波路１５０と、偏波変換部１４０及び第２波長選択部１６０とは、それぞれ、テーパ導波路１５２及び１５４を介して接続されるのがよい。
【0062】
第２波長選択部１６０には、偏波変換部１４０から、ＴＥ０と特定の波長のＴＭ０が入力される。第２波長選択部１６０は、ＴＥ０の特定の波長を選択する。第２波長選択部１６０は、特定の波長のＴＭ０をそのまま伝播させる。
【0063】
第２波長選択部１６０で選択された特定の波長のＴＥ０と、第２波長選択部１６０を伝搬する特定の波長のＴＭ０は、例えば、出力導波路１７０を経て、受光素子１８０に送られる。第２波長選択部１６０は、第１波長選択部１２０と同じ構成及び機能とすることができるので、ここでは、重複する説明を省略する。出力導波路１７０は、入力導波路１１０と同様に、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波が伝播する幅及び厚さで構成される。
【0064】
受光素子１８０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）で構成され、特定の波長のＴＥ０及びＴＭ０を電気信号に変換する。
【0065】
第１光導波路素子によれば、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波が同一の経路を通るので、光導波路素子の構成が複雑になることを抑制し、かつ、それぞれの偏波に対する特性のばらつきを低減できる。
【0066】
（第２光導波路素子）
図２を参照して、この発明の第２実施形態に係る光導波路素子（以下、第２光導波路素子とも称する）を説明する。図２は、第２光導波路素子を説明するための模式図である。図２では、光導波路コアの平面形状を示している。ここで、第２光導波路素子は、偏波変換部の構成が第１光導波路素子と異なっている。偏波変換部以外の構成は、第１光導波路素子と同様なので、図示及び重複する説明を省略する。
図２を参照して、この発明の第２実施形態に係る光導波路素子（以下、第２光導波路素子とも称する）を説明する。図２は、第２光導波路素子を説明するための模式図である。図２では、光導波路コアの平面形状を示している。ここで、第２光導波路素子は、偏波変換部の構成が第１光導波路素子と異なっている。偏波変換部以外の構成は、第１光導波路素子と同様なので、図示及び重複する説明を省略する。
【0067】
偏波変換部において、光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備える。偏波変換部は、第１コアに沿って、第１偏波変換素子２４２、第１接続部２５２、及び、第２接続部２５４をこの順に備える。また、第２コアに沿って、第３接続部２５６、第４接続部２５８、及び、第２偏波変換素子２６２をこの順に備える。なお、第１偏波変換素子２４２、第１接続部２５２、及び、第２接続部２５４の間を接続する接続導波路や、第３接続部２５６、第４接続部２５８、及び、第２偏波変換素子２６２を接続する接続導波路、あるいは、テーパ導波路については、説明を省略する。
【0068】
第１偏波変換素子２４２は、ＴＭ０をＴＥ１に変換し、ＴＥ０をそのまま伝搬させて、第１接続部２５２に送る。第１偏波変換素子２４２は、ＴＥ０及びＴＭ０を伝播させる幅から、ＴＥ１を伝播させる幅まで、幅が順次拡大するテーパ導波路構造の基部２４４を有している。光の伝播方向に沿って延在する基部２４４の両側に、基部２４４よりも厚みの小さいテラス導波路２４６が設けられている。このテラス導波路２４６により、厚み方向が非対称になるので、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の間の結合が生じる。
【0069】
この結果、この第１偏波変換素子２４２に入力されたＴＥ０はそのまま第１偏波変換素子２４２を伝搬して第１接続部２５２に送られる。一方、ＴＭ０は、ＴＥ１に変換されて、このＴＥ１も第１接続部２５２に送られる。
【0070】
第１接続部２５２と第３接続部２５６とは、方向性結合器を構成する。第１接続部２５２は、ＴＥ１を伝播させる幅で構成される。第３接続部２５６は、ＴＥ０を伝播させる幅まで順次幅が拡大するテーパ構造で構成される。第１接続部２５２を伝播するＴＥ１と、第３接続部２５６を伝播するＴＥ０とが位相整合するように設計すれば、第１接続部２５２を伝播するＴＥ１は、第３接続部２５６にＴＥ０として移行する。第１接続部２５２を伝播するＴＥ０は、第２接続部２５４に送られる。また、第３接続部２５６を伝播するＴＥ０は、第４接続部２５８に送られる。
【0071】
第２接続部２５４と第４接続部２５８とは、方向性結合器を構成する。第４接続部２５８は、第１接続部２５２と同様に、ＴＥ１を伝播させる幅で構成される。第２接続部２５
４は、ＴＥ０を伝播させる幅から順次幅が縮小するテーパ構造で構成される。
４は、ＴＥ０を伝播させる幅から順次幅が縮小するテーパ構造で構成される。
【0072】
第４接続部２５８を伝播するＴＥ１と、第２接続部２５４を伝播するＴＥ０が位相整合するように設計すれば、第２接続部２５４を伝播するＴＥ０は、第４接続部２５８に移行してＴＥ１として伝播する。第４接続部２５８を伝播する、ＴＥ０及びＴＥ１は、第２偏波変換素子２６２に送られる。
【0073】
第２偏波変換素子２６２は、第１偏波変換素子２４２と同様に構成され、入力側及び出力側を反転して設けられる。従って、第２偏波変換素子２６２に送られた、ＴＥ０は、そのまま第２偏波変換素子２６２を伝播して、第２波長選択部に送られ、ＴＥ１は、ＴＭ０に変換されて、第２波長選択部に送られる。
【0074】
このように、第２光導波路素子も、第１光導波路素子と同様に機能する。
【0075】
（第３光導波路素子）
図３を参照して、この発明の第３実施形態に係る光導波路素子（以下、第３光導波路素子とも称する）を説明する。図３は、第３光導波路素子を説明するための模式図である。図３（Ａ）は、第３光導波路素子の概略平面図である。図３（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。図３（Ｂ）は、第３光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
図３を参照して、この発明の第３実施形態に係る光導波路素子（以下、第３光導波路素子とも称する）を説明する。図３は、第３光導波路素子を説明するための模式図である。図３（Ａ）は、第３光導波路素子の概略平面図である。図３（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。図３（Ｂ）は、第３光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
【0076】
第３光導波路素子は、偏波変換部３４０及び第２波長選択部３６０の構成が第１光導波路素子と異なっている。それ以外の構成は、第１光導波路素子と同様なので、重複する説明を省略する。
【0077】
偏波変換部３４０は、図２を参照して説明した、第２光導波路素子が備える第１偏波変換素子と同様に構成される。
【0078】
偏波変換部３４０は、ＴＭ偏波とＴＥ偏波の間の偏波変換を行う。すなわち、特定の波長のＴＥ０は、偏波変換部をそのまま伝播し、ＴＭ０はＴＥ１に変換される。偏波変換部において変換された、特定の波長のＴＥ０と、ＴＥ１は、第２波長選択部に送られる。
【0079】
第２波長選択部３６０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交互に直列に接続されて構成される。
【0080】
グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ１を、２次モードのＴＥ偏波（ＴＥ２）に変換して反射させる。また、グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ２を、ＴＥ１に変換して反射させる。ここでは、キャビティ部が、一定幅で形成される例を示している。キャビティ部の幅は、０次モード～２次モードのＴＥ偏波、すなわち、ＴＥ０～ＴＥ２を伝播させることができるように設定される。キャビティ部は、このキャビティ部を伝播する光のうち、特定の波長のＴＥ１の位相を整合させる。
【0081】
第２波長選択部３６０から出力された、ＴＥ０と、ＴＥ１は、出力導波路３７０を経て、受光素子３８０に送られる。
【0082】
（第４光導波路素子）
図４を参照して、この発明の第４実施形態に係る光導波路素子（以下、第４光導波路素子とも称する）を説明する。図４は、第４光導波路素子を説明するための模式図である。図４は、光導波路素子の概略平面図である。図４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。
図４を参照して、この発明の第４実施形態に係る光導波路素子（以下、第４光導波路素子とも称する）を説明する。図４は、第４光導波路素子を説明するための模式図である。図４は、光導波路素子の概略平面図である。図４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。
【0083】
第４光導波路素子は、第１波長選択部４２０と、第２波長選択部４７０と、第１偏波変換部４５０と、第２偏波変換部４６０と、偏波分離素子４４０とを備えて構成される。
【0084】
第１波長選択部４２０及び第２波長選択部４７０は、第１光導波路素子の第１波長選択部１２０及び第２波長選択部１６０と同様に構成されるので、ここでは、重複する説明を省略する。
【0085】
第１偏波変換部４５０は、ＴＥ偏波を、ＴＭ偏波に変換して反射させる。また、第２偏波変換部４６０は、ＴＭ偏波を、ＴＥ偏波に変換して反射させる。第１偏波変換部４５０及び第２偏波変換部４６０は、横方向が反対称であり、厚み方向が非対称であるグレーティング構造を備えて構成することができる。
【0086】
偏波分離素子４４０は、第１～第４入出力端４４２、４４４、４４６及び４４８を有している。第１入出力端４４２は、第１波長選択部４２０に接続されている。第２入出力端４４４は、第２波長選択部４７０に接続されている。第３入出力端４４６は、第１偏波変換部４５０に接続されている。また、第４入出力端４４８は、第２偏波変換部４６０に接続されている。
【0087】
第１波長選択部４２０から出力された、特定の波長のＴＥ０と、ＴＭ０は、偏波分離素子４４０に送られる。ＴＥ０は、第３入出力端４４６から出力されて、第１偏波変換部４５０に送られる。そして、第１偏波変換部４５０は、ＴＥ０をＴＭ０に変換して反射させる。ＴＭ０は偏波分離素子４４０の第３入出力端４４６に入力される。第３入出力端４４６に入力されたＴＭ０は、第２入出力端４４４から出力されて、第２波長選択部４７０に送られる。一方、ＴＭ０は、偏波分離素子４４０第４入出力端４４８から出力されて、第２偏波変換部４７０に送られる。そして、第２偏波変換部４７０は、ＴＭ０をＴＥ０に変換して反射させる。ＴＥ０は偏波分離素子４４０の第４入出力端４４８に入力される。第４入出力端４４８に入力されたＴＥ０は、偏波分離素子４４０の第２入出力端４４から出力されて、第２波長選択部４７０に送られる。
【0088】
その後の動作は、第１光導波路素子と同様なので重複する説明を省略する。すなわち、この第４光導波路素子は、偏波分離素子、第１偏波変換部及び第２偏波変換部が、第１光導波路素子の偏波変換部と同様の機能を奏する。
【0089】
（第５光導波路素子）
図５を参照して、この発明の第５実施形態に係る光導波路素子（以下、第５光導波路素子とも称する）を説明する。図５は、第５光導波路素子の偏波変換部を説明するための模式図である。図５（Ａ）は、光導波路素子の概略平面図である。図５（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。図５（Ｂ）は、第５光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
図５を参照して、この発明の第５実施形態に係る光導波路素子（以下、第５光導波路素子とも称する）を説明する。図５は、第５光導波路素子の偏波変換部を説明するための模式図である。図５（Ａ）は、光導波路素子の概略平面図である。図５（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。図５（Ｂ）は、第５光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
【0090】
第５光導波路素子は、偏波変換部５２０、第１波長選択部５３０及び第２波長選択部５４０をこの順に直列に配置して構成される。
【0091】
偏波変換部５２０は、第３光導波路素子の偏波変換部と同様に構成され、同様に動作する。すなわち、ＴＥ０は、偏波変換部５２０をそのまま伝播し、ＴＭ０はＴＥ１に変換される。ＴＥ０と、偏波変換部５２０において変換されたＴＥ１は、第１波長選択部５３０に送られる。
【0092】
第１波長選択部５３０は、第３光導波路素子の第２波長選択部と同様に構成され、同様
に動作する。すなわち、第１波長選択部５３０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交互に直列に接続されて構成される。
に動作する。すなわち、第１波長選択部５３０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交互に直列に接続されて構成される。
【0093】
グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ１を、ＴＥ２に変換して反射させる。また、グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ２を、ＴＥ１に変換して反射させる。キャビティ部６５は、一定幅で形成される。キャビティ部６５の幅は、０次モード～２次モードのＴＥ偏波を伝播させることができるように設定される。キャビティ部は、このキャビティ部を伝播する光のうち、特定の波長のＴＥ１の位相を整合させる。
【0094】
第２波長選択部５４０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交互に直列に接続されて構成される。
【0095】
グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ０を、ＴＥ２に変換して反射させる。また、グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ２を、ＴＥ０に変換して反射させる。この場合、グレーティング部では、偶数次数から偶数次数への変換がなされるため、突出部は、基部を挟んで対称となる位置に形成されている。
【0096】
ここでは、キャビティ部が、一定幅で形成される例を示している。キャビティ部の幅は、０次モード～２次モードのＴＥ偏波を伝播させることができるように設定される。キャビティ部は、このキャビティ部を伝播する光のうち、特定の波長のＴＥ０の位相を整合させる。
【0097】
（第６光導波路素子）
図６を参照して、この発明の第６実施形態に係る光導波路素子（以下、第６光導波路素子とも称する）を説明する。図６は、第６光導波路素子を説明するための模式図である。図６（Ａ）は、第６光導波路素子の概略平面図である。図６（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。図６（Ｂ）は、第６光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
図６を参照して、この発明の第６実施形態に係る光導波路素子（以下、第６光導波路素子とも称する）を説明する。図６は、第６光導波路素子を説明するための模式図である。図６（Ａ）は、第６光導波路素子の概略平面図である。図６（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。図６（Ｂ）は、第６光導波路素子の動作を説明するための模式図である。
【0098】
第６光導波路素子は、偏波変換部６２０、第１波長選択部６３０、モード変換部６４０及び第２波長選択部６５０をこの順に直列に配置して構成される。
【0099】
偏波変換部６２０は、第３光導波路素子の偏波変換部と同様に構成され、同様に動作する。すなわち、ＴＥ０は、偏波変換部６２０をそのまま伝播し、ＴＭ０はＴＥ１に変換される。ＴＥ０と、偏波変換部６２０において変換されたＴＥ１は、第１波長選択部６３０に送られる。
【0100】
第１波長選択部６３０は、第５光導波路素子の第２波長選択部と同様に構成され、同様に動作する。すなわち、第１波長選択部６３０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交互に直列に接続されて構成される。
【0101】
グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ０を、ＴＥ２に変換して反射させる。また、グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ２を、ＴＥ０に変換して反射させる。ここでは、キャビティ部が、一定幅で形成される例を示している。キャビティ部の幅は、０次モード～２次モードのＴＥ偏波を伝播させることができるように設定される。
【0102】
モード変換部６４０は、ＴＥ１をＴＥ０に変換し、ＴＥ０をＴＥ１に変換する。第６光導波路素子では、モード変換部６４０が干渉器で構成されている。
【0103】
第２波長選択部６５０は、ｎ個のグレーティング部と、ｎ－１個のキャビティ部とが交
互に直列に接続されて構成される。
互に直列に接続されて構成される。
【0104】
グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ０を、ＴＥ２に変換して反射させる。また、グレーティング部は、特定の波長λのＴＥ２を、ＴＥ０に変換して反射させる。キャビティ部は、一定幅で形成される。キャビティ部の幅は、０次モード～２次モードのＴＥ偏波を伝播させることができるように設定される。この場合、グレーティング部では、偶数次数から偶数次数への変換がなされるため、突出部は、基部を挟んで対称となる位置に形成されている。
【0105】
（第７光導波路素子）
図７を参照して、この発明の第７実施形態に係る光導波路素子（以下、第７光導波路素子とも称する）を説明する。図７は、第７光導波路素子を説明するための模式図である。図７は、光導波路素子を説明するための概略平面図である。図７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。
図７を参照して、この発明の第７実施形態に係る光導波路素子（以下、第７光導波路素子とも称する）を説明する。図７は、第７光導波路素子を説明するための模式図である。図７は、光導波路素子を説明するための概略平面図である。図７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。
【0106】
第７光導波路素子は、モード変換部の構成が第６光導波路素子と異なっている。モード変換部以外の構成は、第６光導波路素子と同様なので、重複する説明を省略する。
【0107】
モード変換部６４１は、方向性結合器を備えて構成される。モード変換部６４１において、光導波路コアは、第１コア及び第２コアを備える。
【0108】
第１コアに沿って、第１接続部６４２及び第２接続部６４４をこの順に備える。また、第２コアに沿って、第３接続部６４６及び第４接続部６４８をこの順に備える。
【0109】
第１接続部６４２と第３接続部６４６とは、方向性結合器を構成する。第１接続部６４２は、ＴＥ１を伝播させる幅で構成される。第３接続部６４６は、ＴＥ０を伝播させる幅まで順次幅が拡大するテーパ構造で構成される。第１接続部６４２を伝播するＴＥ１と、第３接続部６４６を伝播するＴＥ０が位相整合するように設計すれば、第１接続部６４２を伝播するＴＥ１は、ＴＥ０として第３接続部６４６に移行して伝播する。第１接続部６４２を伝播するＴＥ０は、第２接続部６４４に送られる。また、第３接続部６４６を伝播する、ＴＥ０は、第４接続部６４８に送られる。
【0110】
第２接続部６４４と第４接続部６４８とは、方向性結合器を構成する。第４接続部６４８は、第１接続部６４２と同様に、ＴＥ１を伝播させる幅で構成される。第２接続部６４４は、ＴＥ０を伝播させる幅から順次幅が縮小するテーパ構造で構成される。
【0111】
第４接続部６４８を伝播するＴＥ１と、第２接続部６４４を伝播するＴＥ０が位相整合するように設計すれば、第２接続部６４４を伝播するＴＥ０は、ＴＥ１として第４接続部に移行して伝播する。第４接続部６４８を伝播する、ＴＥ０及びＴＥ１は、第２波長選択部６５０に送られる。
【0112】
このように、第７光導波路素子も、第６光導波路素子と同様に機能する。なお、第７光導波路素子は、干渉計での干渉条件を考える必要がないので、第６光導波路素子に比べて、設計が簡単で、動作が安定する。
【符号の説明】
【0113】
１０ 支持基板
２０ クラッド
３０ 光導波路コア
４０ 電極
１１０、３１０、４１０、５１０ 入力導波路
１１２、１３２、１３４、１５２、１５４ テーパ導波路
１２０、３２０、４２０、５３０、６３０ 第１波長選択部
１２２ グレーティング部
１２４、１４４、２４４、３４４ 基部
１２６ 突出部
１２８ キャビティ部
１３０ 第１接続導波路
１４０、３４０、５２０、６２０ 偏波変換部
１４６、２４６、３４６ テラス導波路
１５０ 第２接続導波路
１６０、３６０、４７０、５４０、６５０ 第２波長選択部
１７０、３７０、５７０，６７０、６８０ 出力導波路
１８０、３８０、４８０、５８０ 受光素子
２４２ 第１偏波変換素子
２５２、６４２ 第１接続部
２５４、６４４ 第２接続部
２５６、６４６ 第３接続部
２５８、６４８ 第４接続部
２６２ 第２偏波変換素子
３３０ 接続導波路
４４０ 偏波分離素子
４５０、４６０ 偏波変換部
６４０、６４１ モード変換部
２０ クラッド
３０ 光導波路コア
４０ 電極
１１０、３１０、４１０、５１０ 入力導波路
１１２、１３２、１３４、１５２、１５４ テーパ導波路
１２０、３２０、４２０、５３０、６３０ 第１波長選択部
１２２ グレーティング部
１２４、１４４、２４４、３４４ 基部
１２６ 突出部
１２８ キャビティ部
１３０ 第１接続導波路
１４０、３４０、５２０、６２０ 偏波変換部
１４６、２４６、３４６ テラス導波路
１５０ 第２接続導波路
１６０、３６０、４７０、５４０、６５０ 第２波長選択部
１７０、３７０、５７０，６７０、６８０ 出力導波路
１８０、３８０、４８０、５８０ 受光素子
２４２ 第１偏波変換素子
２５２、６４２ 第１接続部
２５４、６４４ 第２接続部
２５６、６４６ 第３接続部
２５８、６４８ 第４接続部
２６２ 第２偏波変換素子
３３０ 接続導波路
４４０ 偏波分離素子
４５０、４６０ 偏波変換部
６４０、６４１ モード変換部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】