特開 2023-40871 光導波路素子および光集積回路

(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】P2023040871

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】光導波路素子および光集積回路

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/125 20060101AFI20230315BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

G02B6/125

G02B6/125 301

G02B6/122 311

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021148061

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】戸田 帆志彦

【テーマコード（参考）】

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H147AB29

2H147BB02

2H147BD01

2H147BE11

2H147BE13

2H147BE15

2H147BE22

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

(57)【要約】

【課題】製造ばらつきの影響が小さい構成の光導波路素子において高次モード成分の除去効率を改善する。
【解決手段】光導波路素子は、曲率が連続的に変化する曲線形状を有する曲線導波路を備え、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する。曲線導波路の一方の端部には第１の導波路が結合され、曲線導波路の他方の端部には第２の導波路が結合される。第１の導波路と曲線導波路とが結合する結合点において第１の導波路の曲率と曲線導波路の曲率は互いに一致し、第２の導波路と曲線導波路とが結合する結合点において第２の導波路の曲率と曲線導波路の曲率は互いに一致する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する光導波路素子であって、
曲率が連続的に変化する曲線形状を有する曲線導波路を備え、
前記曲線導波路の一方の端部には第１の導波路が結合され、
前記曲線導波路の他方の端部には第２の導波路が結合され、
前記第１の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第１の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致し、
前記第２の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第２の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光導波路素子。

【請求項2】

前記第１の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記曲線導波路の曲率はゼロであり、
前記第２の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記曲線導波路の曲率はゼロである
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】

前記曲線導波路は、前記第１の導波路に結合する第１の緩和曲線導波路、前記第２の導波路に結合する第２の緩和曲線導波路、および前記第１の緩和曲線導波路と前記第２の緩和曲線導波路との間に形成される円弧導波路から構成される
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4】

前記第１の緩和曲線導波路と前記円弧導波路とが結合する結合点において前記第１の緩和曲線導波路の曲率と前記円弧導波路の曲率は互いに一致し、
前記第２の緩和曲線導波路と前記円弧導波路とが結合する結合点において前記第２の緩和曲線導波路の曲率と前記円弧導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする請求項３に記載の光導波路素子。

【請求項5】

前記曲線導波路は、基本モード光および高次モード光が伝搬するマルチモード導波路である
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】

前記曲線導波路は、基本モード光のみが伝搬するシングルモード導波路である
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7】

曲率が連続的に変化する曲線形状を有する第２の曲線導波路をさらに備え、
前記第２の曲線導波路の一方の端部は前記第２の導波路に結合され、
前記第２の曲線導波路の他方の端部には第３の導波路が結合され、
前記第２の導波路と前記第２の曲線導波路とが結合する結合点において前記第２の導波路の曲率と前記第２の曲線導波路の曲率は互いに一致し、
前記第３の導波路と前記第２の曲線導波路とが結合する結合点において前記第３の導波路の曲率と前記第２の曲線導波路の曲率は互いに一致する
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8】

前記第１の導波路を介して光が伝搬する方向と前記第２の導波路を介して光が伝搬する方向は互いに直交し、
前記第２の導波路を介して光が伝搬する方向と前記第３の導波路を介して光が伝搬する方向は互いに直交する
ことを特徴とする請求項７に記載の光導波路素子。

【請求項9】

伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する光導波路素子であって、
曲率が連続的に変化する曲線形状を有する曲線導波路を備え、
前記曲線導波路の一方の端部には入力導波路が結合され、
前記曲線導波路の他方の端部には光デバイスが結合され、
前記入力導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記入力導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光導波路素子。

【請求項10】

伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する光導波路素子であって、
直列に結合されたＮ（Ｎは、２以上の整数）個の曲線導波路を備え、
各曲線導波路は、曲率が連続的に変化する曲線形状を有し、
前記Ｎ個の曲線導波路のうちの１番目の曲線導波路の一方の端部には、第１の導波路が結合され、
前記１番目の曲線導波路の一方の端部において、前記１番目の曲線導波路の曲率と前記第１の導波路の曲率は互いに一致し、
前記Ｎ個の曲線導波路のうちのｉ（１＜ｉ≦Ｎ）番目の曲線導波路の一方の端部には、それぞれ、前記Ｎ個の曲線導波路のうちのｉ－１番目の曲線導波路の他方の端部が結合され、
前記ｉ番目の曲線導波路と前記ｉ－１番目の曲線導波路とが結合する結合点において、前記ｉ番目の曲線導波路の曲率と前記ｉ－１番目の曲線導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光導波路素子。

【請求項11】

前記Ｎ個の曲線導波路のうちのＮ番目の曲線導波路の他方の端部には、第２の導波路が結合され、
前記Ｎ番目の曲線導波路の他方の端部において、前記Ｎ番目の曲線導波路の曲率と前記第２の導波路の曲率は互いに一致する
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Ｎ番目の曲線導波路の他方の端部には光デバイスが結合される
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13】

前記ｉ番目の曲線導波路の一方の端部と前記ｉ－１番目の曲線導波路の他方の端部とは、それぞれ、直線導波路を介して結合される
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14】

第１の導波路と、
前記第１の導波路に結合し、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する曲線導波路と、
前記曲線導波路に結合する第２の導波路と、
前記第２の導波路に結合する光デバイスと、を備え、
前記第１の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第１の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致し、
前記第２の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第２の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光集積回路。

【請求項15】

入力導波路と、
前記入力導波路に結合し、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する曲線導波路と、
前記曲線導波路に結合する光デバイスと、を備え、
前記入力導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記入力導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光集積回路。

【請求項16】

前記光デバイスは、１×２光カプラまたは２×２光カプラである
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光集積回路。

【請求項17】

前記光デバイスは、光の伝搬方向においてコアの幅が連続的に変化するテーパ導波路であり、
前記テーパ導波路が形成される基板に垂直な方向において前記テーパ導波路の断面の形状は非対称であり、
前記テーパ導波路の入力端において、ＴＭ０モードの実効屈折率を表す第１の実効屈折率がＴＥｍ（ｍ≧１）モードの実効屈折率を表す第２の実効屈折率より大きいときは、前記テーパ導波路の出力端において前記第１の実効屈折率が前記第２の実効屈折率より小さく、前記入力端において前記第１の実効屈折率が前記第２の実効屈折率より小さいときは、前記出力端において前記第１の実効屈折率が前記第２の実効屈折率より大きい
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光集積回路。

【請求項18】

第１の光デバイスと、
第２の光デバイスと、
前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとに間に設けられる、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する第１の曲線導波路と、
前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとに間に設けられる、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する第２の曲線導波路と、を備え、
前記第１の曲線導波路および前記第２の曲線導波路は、前記第１の光デバイスと前記第２の光デバイスとに間で互いに直列に結合され、
前記第１の曲線導波路および前記第２の曲線導波路は、それぞれ、曲率が連続的に変化する曲線形状を有し、
前記第１の曲線導波路の一方の端部には、第１の導波路が結合され、
前記第１の曲線導波路と前記第１の導波路とが結合する結合点において、前記第１の曲線導波路の曲率と前記第１の導波路の曲率は互いに一致し、
前記第１の曲線導波路の他方の端部と前記第２の曲線導波路の一方の端部とが結合する結合点において、前記第１の曲線導波路の曲率と前記第２の曲線導波路の曲率は互いに一致し、
前記第２の曲線導波路の他方の端部には、第２の導波路が結合され、
前記第２の曲線導波路と前記第２の導波路とが結合する結合点において、前記第２の曲線導波路の曲率と前記第２の導波路の曲率は互いに一致する
ことを特徴とする光集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子および光導波路素子を含む光集積回路に係わる。

【背景技術】

【0002】

近年、通信の大容量化の要求により、小型および／または高密度集積が可能な光集積素子の開発が進められている。シリコンフォトニクスにおいては、たとえば、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）ウエハの表面領域に光導波路が形成される。この場合、コアは、例えばＳｉで形成され、クラッドは、例えばＳｉＯ２等で形成される。ここで、Ｓｉの屈折率とＳｉＯ２の屈折率との差は大きいので、光導波路を伝搬する光はコア内に強く閉じ込められる。よって、光導波路素子の小型化が実現される。

【0003】

シリコンフォトニクスにおいては、伝搬損失の主要因は導波路の側壁荒れによるものである。よって、側壁に集まる電界を少なくして伝搬損失を小さくするために、多くのケースにおいて、幅の広い光導波路が使用される。すなわち、基板上にマルチモード光導波路が形成される。このため、光デバイス内の光導波路において、信号を運ぶために使用される基本モード光（例えば、ＴＥ０）だけでなく、他のモードの光（例えば、ＴＥ１）も伝搬してしまう。

【0004】

なお、ＴＥ（Transverse Electric）モードは、光の伝搬方向に垂直な断面における電界の主成分が基板に対して水平方向である導波モードである。ＴＥ０およびＴＥ１は、それぞれ、ＴＥモードの中で、実効屈折率が最も大きい導波モード（ＴＥ０）および２番目に大きい導波モード（ＴＥ１）を表す。以下の記載において、ＴＥｉ（ｉ＞０）を「高次モード」と呼ぶことがある。

【0005】

高次モード光が光デバイスに入力すると、好ましくない影響が発生することがある。例えば、１×２カプラを用いて基本モード光を分岐するときに、基本モード光および高次モード光が１×２カプラに入力すると、入力された高次モードの一部が基本モードへと変換され、入力された基本モードと干渉が生じる。そうすると、基本モード光の分岐比が設計値からずれてしまう。

【0006】

このため、高次モードを除去または抑制する方法が提案されている。例えば、２種以上の伝搬モードが導波可能な導波路が光分波器の前段に接続された光導波路素子において、光分波器の前段の光導波路からモード分離が可能なモードスプリッタを備える構成が提案されている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２～３においても高次モード成分を抑制する構成が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４－０４１２５３号公報（特許第５７０２７５７号）

【特許文献2】特開２０１２－０６８５３１号公報

【特許文献3】特開２００８－０８９８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したモードスプリッタは、例えば、方向性結合器により実現される。方向性結合器は、互いに隣接する２本の光導波路（主導波路および副導波路）を含む。そして、主導波路を伝搬する高次モード光を副導波路に移すことにより、主導波路から高次モード成分を除去する。ただし、製造ばらつき等に起因して２本の光導波路の構造（例えば、幅）が互いに異なるときには、主導波路から副導波路に移る高次モード成分の量が少なくなる。すなわち、高次モード成分を十分に除去できないことがある。

【0009】

また、方向性結合器の構成によっては、コアからクラッドへの光漏れに起因して、主導波路から副導波路に移った高次モード成分が主導波路に戻ってしまうことがある。この問題は、例えば、方向性結合器を構成する光導波路の曲げ半径を大きくすることで緩和される。ただし、光導波路の曲げ半径を大きくすると高次モードを除去するための素子（ここでは、方向性結合器）のサイズが大きくなってしまい、光集積素子の小型化を実現するうえで好ましくない。

【0010】

本発明の１つの側面に係わる目的は、製造ばらつきの影響が小さい構成の光導波路素子において高次モード成分の除去効率を改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の１つの態様に係わる光導波路素子は、曲率が連続的に変化する曲線形状を有する曲線導波路を備え、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能を有する。前記曲線導波路の一方の端部には第１の導波路が結合され、前記曲線導波路の他方の端部には第２の導波路が結合され、前記第１の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第１の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致し、前記第２の導波路と前記曲線導波路とが結合する結合点において前記第２の導波路の曲率と前記曲線導波路の曲率は互いに一致する。

【発明の効果】

【0012】

上述の態様によれば、製造ばらつきの影響が小さい構成の光導波路素子において高次モード成分の除去効率が改善する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係わる光集積回路の一例を示す図である。

【図2】高次モードの影響を説明する図である。

【図3】テーパ導波路の一例を示す図である。

【図4】高次モード除去構造の一例を示す図である。

【図5】高次モード除去構造の他の例を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係わる高次モード除去構造の一例を示す図である。

【図7】クロソイド曲線について説明する図である。

【図8】本発明の実施形態の効果の一例を示す図である。

【図9】高次モード除去構造の出力側に光デバイスが実装される光集積回路の例を示す図である。

【図10】本発明の実施形態のバリエーションを示す図である。

【図11】本発明の実施形態の他のバリエーションを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明の実施形態に係わる光集積回路の一例を示す。本発明の実施形態に係わる光集積回路１は、基板１０の表面に形成される。基板１０は、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板である。この場合、光導波路のコアは、例えばＳｉで形成され、クラッドは、例えばＳｉＯ２等で形成される。

【0015】

光集積回路１は、光導波路１１（１１ａ、１１ｂ）および光デバイス１２を含む。光導波路１１は、入力光を光デバイス１２に導く。ここで、基板１０上での伝搬損失を小さくするためには、光導波路の幅を広くすることが好ましい。ただし、光導波路の幅を広くすると、信号を運ぶために使用される基本モード光（例えば、ＴＥ０）だけでなく、高次モード光（例えば、ＴＥ１）も伝搬してしまう。

【0016】

光デバイス１２は、特に限定されるものではないが、例えば、１×２光カプラである。１×２光カプラは、入力光を分岐することができる。すなわち、１×２光カプラは、入力光を所定の分岐比で分岐する光スプリッタとして使用することができる。ただし、入力光が高次モード成分を含むときには、１×２光カプラの分岐比が目標値からずれることがある。

【0017】

図２は、高次モードの影響を説明する図である。このケースでは、図２（ａ）に示すように、入力光が１×２光カプラにおいて分岐される。ただし、ＴＥ０モード光およびＴＥ１モード光が１×２光カプラに入力する。ＴＥ０モード光の入力パワーが「１」であるとき、ＴＥ１モード光の入力パワーが「ε」であるものとする。なお、この１×２光カプラは、ＴＥ１モード光が無いときに、分岐比が５０：５０となるように設計されているものとする。

【0018】

ＴＥ０モード光およびＴＥ１モード光が１×２光カプラに入力すると、ＴＥ１モードの一部がＴＥ０モードへと変換され、入力されたＴＥ０モードと変換により生じたＴＥ０モードとの間で干渉が発生し、ＴＥ０モード光の分岐比が影響を受ける。具体的には、図２（ｂ）に示すように、ＴＥ１モード光の入力パワーεが小さいときは、分岐比は約０．５（即ち、５０：５０）である。これに対して、ＴＥ１モード光の入力パワーεが大きくなると、分岐比は約０．６（即ち、６０：４０）まで劣化する。そして、分岐比が目標値からずれると、光信号の品質が劣化することがある。例えば、光変調器がマッハツェンダ干渉計を備え、入力ＣＷ光が１×２光カプラにより分岐されてマッハツェンダ干渉計のＩアームおよびＱアームに導かれる場合、この光変調器により生成される光信号の消光比が悪くなる。

【0019】

他のケースとして、光デバイス１２は、光導波路の幅を変更するためのテーパ導波路を含んでもよい。テーパ導波路は、例えば、幅が異なる２つの光導波路の間に設けられる。図３（ａ）に示す例では、光導波路２１と光導波路２２との間にテーパ導波路が設けられている。

【0020】

テーパ導波路は、図３（ａ）に示すように、光の伝搬方向においてコアの幅が連続的に変化するように形成される。また、テーパ導波路のコアの断面の形状は、図３（ｂ）に示すように、テーパ導波路が形成される基板に垂直な方向において非対称である。具体的には、コアの上端部の幅よりも下端部の幅の方が広くなっている。

【0021】

上記構成のテーパ導波路にＴＥモードの高次モード成分（ＴＥｍ（ｍ≧１））が入力すると、そのＴＥｍモード成分がＴＭ０モード成分に変換することがある。具体的には、下記の２つの条件が満たされるとき、ＴＥｍモードがＴＭ０モードに変換する。以下では、ｍ＝１であるケースについて記載するが、ｍ＞２であるときも同様である。
条件１：ＴＭ０モードの実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０とＴＭ１モードの実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ１との大小関係が、テーパ導波路の入力端と出力端との間で互いに反対になっている。
条件２：テーパ導波路が形成される基板に垂直な方向において、テーパ導波路の断面内での屈折率の分布が非対称。

【0022】

ここで、条件１は、下記の２つのケースを含む。
（１）テーパ導波路の入力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ１より大きいときは、出力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より小さい。
（２）テーパ導波路の入力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ１より小さいときは、出力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より大きい。
条件１は、テーパ導波路の形状により満たされることがある。また、条件２は、テーパ導波路のコアの断面形状により実現される。なお、テーパ導波路によるモード変換については、例えば、Daoxin Dai et al., Mode conversion in tapered submicron silicon
ridge optical waveguides. Optics Express, Vol.20, Issue 12, pp.13425-13439に記載されている。

【0023】

テーパ導波路においてＴＥｍモード光からＴＭ０モード光が生成されると、光信号の品質が劣化することがある。例えば、ＴＥモードおよびＴＭモードを使用する偏波多重通信においては、信号を伝送するＴＭ０モード光とテーパ導波路において発生するＴＭ０モード光が干渉するので、偏波間のクロストークにより偏波多重光信号の品質が劣化することがある。

【0024】

このように、光デバイス１２に高次モード光が入力すると、光信号の品質が劣化することがある。そこで、光集積回路１は、光デバイス１２の入力側に高次モード除去構造１３を備える。具体的には、高次モード除去構造１３は、光導波路１１を伝搬する高次モード成分を除去する。なお、以下の記載では、高次モード除去構造１３の入力側に結合する光導波路を「入力導波路１１ａ」と呼ぶことがある。また、高次モード除去構造１３の出力側に結合する光導波路を「出力導波路１１ｂ」と呼ぶことがある。

【0025】

高次モード除去構造１３は、光導波路１１を介して基本モード光（ＴＥ０）および高次モード光（ＴＥｍ（ｍ≧１））が伝搬するときに、高次モード光を除去する。なお、以下の記載において、「除去」は、高次モード成分の発生を抑制する作用を含むものとする。

【0026】

図４は、高次モード除去構造１３の一例を示す。この例では、高次モード除去構造１３は、方向性結合器３０により実現される。方向性結合器３０は、互いに隣接する２本の光導波路（主導波路３１および副導波路３２）を含む。主導波路３１と副導波路３２との間の間隔、及び、主導波路３１および副導波路３２の幅は、主導波路３１と副導波路３２との間でＴＥ１モードが結合するように設計される。この場合、主導波路３１を介してＴＥ０モード光およびＴＥ１モード光が伝搬するとき、ＴＥ１モード成分が主導波路３１から副導波路３２に移る。すなわち、主導波路３１からＴＥ１モード成分が除去される。

【0027】

ただし、ＴＥ１モード成分を十分に除去するためには、主導波路３１および副導波路３２が適切に形成される必要がある。一例としては、主導波路３１および副導波路３２の幅が互いに一致していることが要求される。換言すると、製造ばらつき等に起因して主導波路３１および副導波路３２の幅が互いに異なると、主導波路３１から副導波路３２にＴＥ１モード成分が十分に移らず、主導波路３１にＴＥ１モード成分が残留してしまう。尚、この問題は、高次モード除去構造１３が２本の光導波路を備える構成であることに起因している。

【0028】

図５は、高次モード除去構造１３の他の例を示す。この例では、高次モード除去構造１３は、曲線導波路４１を含む光導波路素子４０により実現される。曲線導波路４１の一方の端部には、入力導波路１１ａが結合されている。また、曲線導波路４１の他方の端部には、出力導波路１１ｂが結合されている。すなわち、入力導波路１１ａを介して光導波路素子４０に入力される光は、曲線導波路４１を伝搬した後、出力導波路１１ｂを介して出力される。

【0029】

曲線導波路４１の形状は、円弧である。この実施例では、円周の４分の１に相当する円弧に光導波路を形成することで曲線導波路４１が実現されている。なお、入力導波路１１ａ、曲線導波路４１、および出力導波路１１ｂは、同じ製造工程により一体的に形成される。すなわち、曲線導波路４１は、入力導波路１１ａの入力端から出力導波路１１ｂの出力端に至る１本の光導波路の一部である。

【0030】

ここで、光が光導波路を伝搬するとき、基本モード光はコア内に強く閉じ込められる。換言すると、基本モード光と比較すると、高次モード光の閉じ込めは弱い。このため、光が所定の曲率を有する光導波路に入力されると、基本モード光はコア内に閉じ込められたまま伝搬するが、高次モード光はコア外に放射される。したがって、所定の曲率を有する円弧状の光導波路で曲線導波路４１を実現すれば、高次モード成分を除去できる。図５に示す例では、入力導波路１１ａを介してＴＥ０モード光およびＴＥ１モード光が入力されると、曲線導波路４１においてＴＥ１モード成分が除去され、出力導波路１１ｂを介してＴＥ０モード光が出力される。

【0031】

このように、図５に示す光導波路素子４０は、曲線導波路４１の曲率を適切に設定することにより、高次モード成分を除去できる。ここで、図４に示す構成と異なり、光導波路素子４０は１本の光導波路で実現される。このため、製造ばらつき等に起因して光導波路の形状（特に、コアの幅）が設計値からずれたとしても、高次モード成分を除去する効果はほとんど低下しない。

【0032】

ただし、本件出願人は、図５に示す構成では、高次モード成分の除去効果に限界があることに気づいた。そして、本件出願人は、この現象が、直線導波路と曲線導波路との境界において生じる電界分布のミスマッチに起因することを見出した。

【0033】

すなわち、入力導波路１１ａと曲線導波路４１との境界、及び、曲線導波路４１と出力導波路１１ｂとの境界において、それぞれ、光導波路の曲率が光の伝搬方向において不連続に変化している。具体的には、入力導波路１１ａおよび出力導波路１１ｂは、それぞれ直線導波路であり、その曲率は実質的にゼロである。これに対して、曲線導波路４１の曲率は、円弧の半径がＲであるとき、１／Ｒである。そして、光導波路の曲率が光の伝搬方向において不連続に変化する構成においては、その不連続点において、光の電界分布のミスマッチが発生する。

【0034】

電界分布のミスマッチが発生すると、基本モード光ＴＥ０のパワーの一部が高次モード光（主に、ＴＥ１）に変換される。例えば、曲線導波路４１の構造が下記の通りであるものとする。
コアの材料：Ｓｉ
クラッドの材料：ＳｉＯ２
コアの厚さ：０．２２μｍ
コアの幅：０．４８μｍ
円弧の半径Ｒ：５μｍ
また、入力光の波長が１．５４７５μｍであるものとする。この場合、入力ＴＥ０モード光の－２１．８ｄＢがＴＥ１モード光に変換される。すなわち、曲線導波路４１において高次モード成分が十分に除去されるとしても、－２１．８ｄＢのＴＥ１モード光が出力されることになる。したがって、図５に示す構成では、高次モード成分の除去効率に限界がある。なお、電界分布のミスマッチに起因するＴＥ１モード光は、各光導波路素子４０において発生するので、複数の光導波路素子４０を直列に接続しても除去効率の限界は改善されない。

【0035】

＜実施形態＞
上述したように、光導波路の曲率が光の伝搬方向において不連続に変化すると、基本モード光のパワーの一部が高次モード光に変換される。そこで、本発明の実施形態に係わる光導波路素子の曲線導波路は、入力導波路から曲線導波路を介して出力導波路に至る経路の曲率が光の伝搬方向において連続的に変化するように形成される。

【0036】

図６は、本発明の実施形態に係わる高次モード除去構造の一例を示す。本発明の実施形態においては、高次モード除去構造１３は、図６（ａ）に示すように、曲線導波路５１を含む光導波路素子５０により実現される。図５に示す構成と同様に、曲線導波路５１の一方の端部には、入力導波路１１ａが結合されている。また、曲線導波路５１の他方の端部には、出力導波路１１ｂが結合されている。すなわち、入力導波路１１ａを介して光導波路素子５０に入力される光は、曲線導波路５１を伝搬した後、出力導波路１１ｂを介して出力される。なお、入力導波路１１ａは、不図示のレーザ光源により生成される連続光を伝搬する。あるいは、入力導波路１１ａは、光集積回路１内で生成される光信号を伝搬してもよい。さらに、入力導波路１１ａは、光集積回路１が受信する光信号を伝搬してもよい。

【0037】

図６（ｂ）は、曲線導波路５１の断面の構造を示す。曲線導波路５１のコアおよびクラッドは、この例では、それぞれＳｉおよびＳｉＯ２で形成される。また、コアの厚さＨおよび幅Ｗは、この例では、それぞれ０．２２μｍおよび０．４８μｍである。なお、入力導波路１１ａおよび出力導波路１１ｂの断面の構造は、特に限定されるものではないが、この実施例では、それぞれ曲線導波路５１と同じである。また、入力導波路１１ａ、曲線導波路５１、および出力導波路１１ｂは、同じ製造工程により一体的に形成される。すなわち、曲線導波路５１は、入力導波路１１ａの入力端から出力導波路１１ｂの出力端に至る１本の光導波路の一部である。

【0038】

曲線導波路５１は、図６（ａ）に示すように、３つの導波路部分から構成される。すなわち、曲線導波路５１は、円弧導波路５１ａ、緩和曲線導波路５１ｂ、および緩和曲線導波路５１ｃから構成される。なお、円弧導波路５１ａ、緩和曲線導波路５１ｂ、および緩和曲線導波路５１ｃは、同じ製造工程により一体的に形成される。

【0039】

円弧導波路５１ａの形状は、半径Ｒの円弧である。したがって、円弧導波路５１ａの曲率は１／Ｒである。そして、円弧導波路５１ａは、緩和曲線導波路５１ｂと緩和曲線導波路５１ｃとの間に設けられる。緩和曲線導波路５１ｂは、入力導波路１１ａと円弧導波路５１ａとの間に設けられる。緩和曲線導波路５１ｃは、円弧導波路５１ａと出力導波路１１ｂとの間に設けられる。すなわち、入力導波路１１ａと出力導波路１１ｂとの間に、緩和曲線導波路５１ｂ、円弧導波路５１ａ、および緩和曲線導波路５１ｃが順番に設けられる。緩和曲線は、直線と円弧との間に設けられるときに、その曲率が直線の曲率（すなわち、ゼロ）から円弧の曲率（ここでは、１／Ｒ）まで連続的に変化する曲線を意味する。また、緩和曲線は、例えば、クロソイド曲線により実現される。

【0040】

したがって、緩和曲線導波路５１ｂの入力端の曲率は入力導波路１１ａと同じであり、緩和曲線導波路５１ｂの出力端の曲率は円弧導波路５１ａと同じである。ここで、入力導波路１１ａは直線導波路なので、緩和曲線導波路５１ｂの入力端の曲率はゼロである。また、緩和曲線導波路５１ｂの出力端の曲率は１／Ｒである。そして、緩和曲線導波路５１ｂの曲率は、ゼロから１／Ｒまで連続的に変化する。

【0041】

同様に、緩和曲線導波路５１ｃの入力端の曲率は円弧導波路５１ａと同じであり、緩和曲線導波路５１ｃの出力端の曲率は出力導波路１１ｂと同じである。したがって、緩和曲線導波路５１ｃの入力端の曲率は１／Ｒである。また、出力導波路１１ｂは直線導波路なので、緩和曲線導波路５１ｃの出力端の曲率はゼロである。そして、緩和曲線導波路５１ｃの曲率は、１／Ｒからゼロまで連続的に変化する。

【0042】

曲線導波路５１は、２つの設計パラメータ（Ｒ、Ａ）により定義される。なお、この実施例では、緩和曲線導波路５１ｂの長さおよび緩和曲線導波路５１ｃの長さは互いに同じであるものとする。すなわち、円弧導波路５１ａは、曲線導波路５１の中央に形成されている。また、この実施例では、入力導波路１１ａおよび出力導波路１１ｂは互いに直交している。すなわち、曲線導波路５１の曲げ角度は９０度である。さらに、緩和曲線導波路５１ｂ、５１ｃの形状がそれぞれクロソイド曲線であるものとする。

【0043】

この場合、円弧導波路５１ａは、図７（ａ）に示すように定義される。すなわち、設計パラメータＲは、円弧導波路５１ａの半径を表す。また、円弧導波路５１ａの角度θは、下式で表される。

【0044】

【数1】

そうすると、設計パラメータＡは、下式で表される。

【0045】

【数2】

また、クロソイド曲線Ｐは、図７（ｂ）に示すＸ－Ｙ座標系においては、下式で表される。

【0046】

【数3】

ここで、Ｒの値が大きすぎると、曲線導波路５１において高次モード成分が除去されない。他方、Ｒの値が小さすぎると、曲線導波路５１において基本モード成分がコア外に放射されるおそれがある。したがって、円弧導波路５１ａの半径Ｒは、曲線導波路５１において高次モード成分が十分に除去され、且つ、基本モード成分がコア内に閉じ込められるように決定される。例えば、Ｃバンド（１５３０～１５６５ｎｍ）を使用して光信号を伝送する通信システムでは、円弧導波路５１ａの半径Ｒを３～５μｍで設計してもよい。これにより、伝搬する光の高次モード成分を除去または抑制する機能が実現される。

【0047】

また、Ａの値を小さくすると、τ₀が小さくなるので、円弧導波路５１ａが長くなる。反対に、Ａの値を大きくすると、τ₀が大きくなるので、円弧導波路５１ａが短くなる。すなわち、設計パラメータＡは、円弧導波路５１ａの長さを指定する。なお、設計パラメータＡは、シミュレーションまたは測定により決定することが好ましい。

【0048】

図８は、本発明の実施形態の効果の一例を示す。横軸は、高次モード除去構造１３を通過する光の波長を表す。縦軸は、高次モード除去構造１３の出力光に残留する高次モード成分の量を表す。

【0049】

破線Ａ１、Ａ２は、高次モード除去構造１３が図４に示す方向性結合器３０で実現されるときの残留高次モード成分の量を表す。方向性結合器３０を構成する各光導波路の幅および厚さは、それぞれ５００ｎｍおよび２２０ｎｍである。また、２本の光導波路の間隔は５００ｎｍである。「Ａ２：製造ばらつき有り」は、一方の光導波路の幅が５１０ｎｍであり、他方の光導波路の幅が４９０ｎｍである。

【0050】

高次モード除去構造１３が図４に示す方向性結合器３０で実現されるケースでは、光導波路の製造ばらつきが無ければ、破線Ａ１で示すように、高次モード成分は十分に除去される。しかし、光導波路の製造ばらつきが発生すると、破線Ａ２で示すように、高次モード成分の除去効果が低くなる。例えば、方向性結合器３０を通過する光の波長が１．５２ｎｍであるときは、在留する高次モード成分は約－１．２ｄＢである。

【0051】

実線Ｂ１、Ｂ２は、高次モード除去構造１３が図６に示す光導波路素子５０により実現されるときの残留高次モード成分の量を表す。なお、この例では、高次モード除去構造１３は、図６に示す光導波路素子５０を２個直列に接続することで実現されている。各光導波路素子５０を構成する曲線導波路５１の幅および厚さは、それぞれ４８０ｎｍおよび２２０ｎｍである。クロソイド曲線を表す設計パラメータＲおよびＡは、いずれも３μｍである。「Ｂ２：製造ばらつき有り」は、導波路の幅および厚さの誤差がそれぞれ２５ｎｍおよび１０ｎｍである。

【0052】

高次モード除去構造１３が図６に示す光導波路素子５０で実現されるケースでは、光導波路の製造ばらつきが発生した場合であっても、高次モード成分は十分に除去される。例えば、光導波路素子５０を通過する光の波長が１．５２ｎｍであるときは、実線Ｂ２で示すように、残留する高次モード成分は約－１２ｄＢである。

【0053】

このように、本発明の実施形態に係わる光導波路素子５０は、図４に示す方向性結合器と異なり、１本の光導波路で構成される。このため、製造ばらつき等に起因して光導波路の形状（主に、幅）が目標値からずれた場合であっても、高次モード成分を効率よく除去できる。

【0054】

加えて、本発明の実施形態に係わる光導波路素子５０においては、入力導波路１１ａから曲線導波路５１を経由して出力導波路１１ｂに至る経路の曲率が連続的に変化する。このため、光導波路を伝搬する光の電界分布のミスマッチは小さい。この結果、光導波路素子５０において基本モード光から高次モード光への変換が抑制される。

【0055】

例えば、曲線導波路５１の構造が下記の通りであるものとする。
コアの材料：Ｓｉ
クラッドの材料：ＳｉＯ２
コアの厚さ：０．２２μｍ
コアの幅：０．４８μｍ
円弧導波路５１ａの半径Ｒ：５μｍ
円弧導波路５１ａの角度：３２．７度
クロソイド曲線のパラメータＡ：５μｍ
曲線導波路５１の長さ：１２．８５μｍ

【0056】

また、入力光の波長が１．５４７５μｍであるものとする。この場合、曲線導波路５１におけるＴＥ０モード光およびＴＥ１モード光の損失は、それぞれ０．０１ｄＢおよび１０．０ｄＢである。また、入力ＴＥ０モード光の－５４．５ｄＢがＴＥ１モード光に変換される。これに対して、図５に示す光導波路素子（即ち、曲線導波路が円弧導波路のみで構成された光導波路素子）においては、上述したように、入力ＴＥ０モード光の－２８．１ｄＢがＴＥ１モード光に変換される。すなわち、本発明の実施形態によれば、高次モード光の発生が抑制される。

【0057】

なお、高次モード除去構造１３は、例えば、図１に示すように、光デバイス１２の入力側に設けられる。すなわち、本発明の実施形態に係わる光導波路素子５０の出力側には、光デバイス１２が設けられる。

【0058】

光デバイス１２は、例えば、図９（ａ）に示すように、出力導波路１１ｂを介して光導波路素子５０に結合される。ここで、光デバイス１２の入力端に光導波路が形成されているときは、出力導波路１１ｂと光デバイス１２の光導波路との結合点において、出力導波路１１ｂの曲率と光デバイス１２の光導波路の曲率が互いに同じであることが好ましい。

【0059】

また、光デバイス１２は、図９（ｂ）に示すように、光導波路素子５０を構成する曲線導波路５１に直接的に結合されるようにしてもよい。この場合、曲線導波路５１と光デバイス１２の光導波路との結合点において、曲線導波路５１の曲率と光デバイス１２の光導波路の曲率が互いに同じであることが好ましい。

【0060】

光デバイス１２は、例えば、入力光を所定のパワー比で分岐する光スプリッタである。光スプリッタは、例えば、１×２カプラ、２×２カプラにより実現される。１×２カプラは、１×２ＭＭＩ（Multi-Mode Interference）光導波路またはＹ分岐光導波路で実現してもよい。ここで、光スプリッタの入力光に高次モード光が混入していると、図２を参照して説明したように、分岐比が目標値からずれてしまう。そこで、本発明の光集積回路１は、光スプリッタの入力側に光導波路素子５０を備える。そうすると、光スプリッタの入力光から高次モード成分が除去される。したがって、光スプリッタは、所定の分岐比で入力光を分岐できる。

【0061】

また、光デバイス１２は、図３に示すテーパ導波路であってもよい。ここで、図３に示すテーパ導波路にＴＥ１モード光が入力すると、ＴＭ０モード光が発生することがある。そこで、本発明の光集積回路１は、テーパ導波路の入力側に光導波路素子５０を備える。そうすると、テーパ導波路におけるＴＭ０モード光の発生が抑制される。したがって、ＴＥ０およびＴＭ０を利用して偏波多重を行う光通信においては、偏波間のクロストークが抑制される。

【0062】

＜バリエーション＞
図１０は、本発明の実施形態のバリエーションを示す。なお、図６に示す実施例では、光導波路素子５０が１個の曲線導波路５１を備えるが、光導波路素子５０は複数の曲線導波路５１を備えてもよい。

【0063】

図１０（ａ）に示す例では、高次モード除去構造１３として作用する光導波路素子は、２個の曲線導波路５１を備える。図１０（ｂ）に示す例では、光導波路素子は３個の曲線導波路５１を備える。図１０（ｃ）に示す例では、光導波路素子は４個の曲線導波路５１を備える。なお、光導波路素子が複数の曲線導波路５１を備えるときは、それら複数の曲線導波路５１は直列に接続される。また、曲線導波路５１と曲線導波路５１との間は、直線導波路で結合される。

【0064】

図１０（ａ）に示す構成では、曲線導波路５１Ｘの一方の端部に導波路６１ｘが結合され、曲線導波路５１Ｘの他方の端部に導波路６１ｙが結合されている。曲線導波路５１Ｙの一方の端部に導波路６１ｙが結合され、曲線導波路５１Ｙの他方の端部に導波路６１ｚが結合されている。すなわち、光導波路素子５０が曲線導波路５１Ｘ、５１Ｙを備える場合、導波路６１ｘおよび導波路６１ｚがそれぞれ入力導波路および出力導波路として使用される。導波路６１ｘ、６１ｙ、６１ｚは、特に限定されるものではないが、この実施例では、直線導波路である。

【0065】

なお、導波路６１ｘおよび導波路６１ｙは、曲線導波路５１Ｘにとって入力導波路および出力導波路として使用される。同様に、導波路６１ｙおよび導波路６１ｚは、曲線導波路５１Ｙにとって入力導波路および出力導波路として使用される。また、各曲線導波路５１（５１Ｘ、５１Ｙ）の角度は、この実施例では９０度である。この場合、導波路６１ｘを介して伝搬する光の方向と導波路６１ｙを介して伝搬する光の方向は互いに直交し、導波路６１ｙを介して伝搬する光の方向と導波路６１ｚを介して伝搬する光の方向は互いに直交する。

【0066】

各曲線導波路５１において高次モード成分が除去される。ここで、各曲線導波路５１において基本モードから高次モードへ変換される光のパワーは十分に小さい。よって、曲線導波路５１の個数を増やすことにより、高次モード成分を所望のレベルに削減できる。また、複数の曲線導波路５１を接続することにより、入力光を所望の方向に導くことができる。例えば、図１０（ａ）または図１０（ｃ）に示す構成においては、出力光の伝搬方向は入力光と同じである。また、図１０（ｂ）に示す構成においては、出力光の伝搬方向は入力光に直交する方向である。

【0067】

図１１は、本発明の実施形態の他のバリエーションを示す。なお、このバリエーションにおいても、光導波路素子５０は複数の曲線導波路５１を備える。

【0068】

図１１に示す例では、光導波路素子５０は、３個の曲線導波路５１（５１Ｘ～５１Ｚ）を備える。曲線導波路５１Ｘ～５１Ｚの構成は、互いに実質的に同じである。すなわち、各曲線導波路５１Ｘ～５１Ｚは、図６に示す曲線導波路５１と同様に、円弧導波路５１ａおよび緩和曲線導波路５１ｂ、５１ｃから構成される。また、曲線導波路５１Ｘ～５１Ｚは、直列に結合される。

【0069】

各曲線導波路５１の一方の端部に形成される緩和曲線導波路５１ｂは、隣接する曲線導波路５１の他方の端部に形成される緩和曲線導波路５１ｃに結合される。具体的には、曲線導波路５１Ｙの緩和曲線導波路５１ｂは、曲線導波路５１Ｘの緩和曲線導波路５１ｃに結合され、曲線導波路５１Ｚの緩和曲線導波路５１ｂは、曲線導波路５１Ｙの緩和曲線導波路５１ｃに結合されている。この場合、緩和曲線導波路５１ｂと緩和曲線導波路５１ｃとの結合点において、緩和曲線導波路５１ｂの曲率と緩和曲線導波路５１ｃの曲率は互いに一致する。この実施例では、緩和曲線導波路５１ｂと緩和曲線導波路５１ｃとの結合点において、緩和曲線導波路５１ｂの曲率および緩和曲線導波路５１ｃの曲率はいずれもゼロである。

【0070】

直列に接続される３個の曲線導波路５１のうちの一方の端部に設けられている曲線導波路５１（ここでは、曲線導波路５１Ｘ）の緩和曲線導波路５１ｂは、導波路６２に結合されている。この場合、緩和曲線導波路５１ｂと導波路６２との結合点において、緩和曲線導波路５１ｂの曲率と導波路６２の曲率は互いに一致する。この実施例では、導波路６２は直線導波路であり、緩和曲線導波路５１ｂと導波路６２との結合点において、緩和曲線導波路５１ｂの曲率および導波路６２の曲率はいずれもゼロである。

【0071】

直列に接続される３個の曲線導波路５１のうちの他方の端部に設けられている曲線導波路５１（ここでは、曲線導波路５１Ｚ）の緩和曲線導波路５１ｃは、導波路６３に結合されている。この場合、緩和曲線導波路５１ｃと導波路６３との結合点において、緩和曲線導波路５１ｃの曲率と導波路６３の曲率は互いに一致する。この実施例では、導波路６３は直線導波路であり、緩和曲線導波路５１ｃと導波路６３との結合点において、緩和曲線導波路５１ｃの曲率および導波路６３の曲率はいずれもゼロである。

【0072】

図１１に示す光導波路素子５０は、例えば、光デバイス７１の入力側に設けられる。この場合、光デバイス７１は、例えば、図２に示す光カプラ／光スプリッタ、或いは、図３に示すテーパ導波路であってもよい。光導波路素子５０は、図１１に示す例では、導波路６３を介して光デバイス７１に結合されているが、光導波路素子５０と光デバイス７１との間に導波路６３を設けなくてもよい。すなわち、曲線導波路５１Ｚの緩和曲線導波路５１ｃに光デバイス７１が直接結合されるようにしてもよい。

【0073】

また、導波路６２の端部に光デバイス７２を設けてもよい。すなわち、光集積回路は、２個の光デバイス（７１、７２）の間に複数の曲線導波路５１を備える構成であってもよい。なお、図１１に示す例では、光デバイス間に３個の曲線導波路が設けられているが、任意の数の曲線導波路５１を光デバイス間に設けることができる。

【0074】

このように、図１０～図１１に示す実施例では、光導波路素子５０は、直列に結合される複数の曲線導波路５１を備える。ここで、本発明の実施形態においては、光導波路素子５０内で導波路の曲率が連続的に変化し、且つ、光導波路素子５０と光導波路素子５０に結合する導波路との結合点においても曲率が連続的に変化する。よって、光が光導波路素子５０を通過するときに高次モード成分は実質的に発生しない。他方、各曲線導波路５１において高次モード成分が除去される。したがって、曲線導波路５１の段数を増やすことにより、高次モード成分を所望のレベルまで抑制できる。

【0075】

また、図６に示す実施例では、曲線導波路５１は、円弧導波路５１ａおよび緩和曲線導波路５１ｂ、５１ｃから構成され、円弧導波路５１ａは曲線導波路５１の中央に設けられている。すなわち、緩和曲線導波路５１ｂ、５１ｃの長さは互いに同じである。ただし、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。即ち、円弧導波路５１ａは、曲線導波路５１の中央からシフトした位置に設けられてもよい。この場合、緩和曲線導波路５１ｂ、５１ｃの長さは互いに異なることになる。

【0076】

さらに、図６に示す実施例では、導波路１１ａを介して光が光導波路素子５０に入力され、光導波路素子５０を通過する光が導波路１１ｂを介して出力されるが、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。具体的には、導波路１１ｂを介して光が光導波路素子５０に入力され、光導波路素子５０を通過する光が導波路１１ａを介して出力されるようにしてもよい。すなわち、光導波路素子５０は、曲線導波路５１を介していずれの方向に伝搬する光であっても、高次モード成分を除去できる。

【0077】

図６に示す実施例では、曲線導波路５１は曲げ角度は９０度であるが、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。すなわち、円弧導波路５１ａの曲げ角度は、９０度より大きくてもよいし、９０度より小さくてもよい。

【0078】

曲線導波路５１は、例えば、基本モード光および高次モード光が伝搬し得るマルチモード導波路で構成される。この場合、伝搬損失が小さくなる。ただし、曲線導波路５１は、基本モード光のみが伝搬し得るシングルモード導波路であってもよい。この場合、曲線導波路５１の入力側に、基本モード光および高次モード光が伝搬し得るマルチモード導波路が接続されてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１ 光集積回路
１０ 基板
１１ 光導波路
１１ａ 入力導波路
１１ｂ 出力導波路
１２ 光デバイス
１３ 高次モード除去構造
５０ 光導波路素子
５１（５１Ｘ、５１Ｙ） 曲線導波路
５１ａ 円弧導波路
５１ｂ、５１ｃ 緩和曲線導波路
６１ｘ～６１ｚ、６２、６３ 導波路
７１、７２ 光デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2022-08-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0021】

上記構成のテーパ導波路にＴＥモードの高次モード成分（ＴＥｍ（ｍ≧１））が入力すると、そのＴＥｍモード成分がＴＭｎ（ｎ≧０）モード成分に変換することがある。具体的には、下記の２つの条件が満たされるとき、ＴＥｍモードがＴＭｎ（ｎ≧０）モードに変換する。以下では、ｍ＝１であるケースについて記載するが、ｍ＞２であるときも同様である。
条件１：ＴＭ０モードの実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０とＴＥ１モードの実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１との大小関係が、テーパ導波路の入力端と出力端との間で互いに反対になっている。
条件２：テーパ導波路が形成される基板に垂直な方向において、テーパ導波路の断面内での屈折率の分布が非対称。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0022】

ここで、条件１は、下記の２つのケースを含む。
（１）テーパ導波路の入力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より大きいときは、出力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より小さい。
（２）テーパ導波路の入力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より小さいときは、出力端において実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＭ０が実効屈折率Ｎｅｆｆ＠ＴＥ１より大きい。
条件１は、テーパ導波路の形状により満たされることがある。また、条件２は、テーパ導波路のコアの断面形状により実現される。なお、テーパ導波路によるモード変換については、例えば、Daoxin Dai et al., Mode conversion in tapered submicron silicon ridge optical waveguides. Optics Express, Vol.20, Issue 12, pp.13425-13439に記載されている。

【手続補正3】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図3】