特開 2024-61993 基板型光導波路素子及び光通信装置

(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】P2024061993

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】基板型光導波路素子及び光通信装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20240430BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20240430BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240430BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240430BHJP

   H04B 10/40 20130101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 311

G02B6/125

G02B6/12 321

G02B6/122 311

G02B6/42

H04B10/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169702

(22)【出願日】2022-10-24

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸田 帆志彦

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

5K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AB06

2H137AB08

2H137AB11

2H137BA52

2H137BA53

2H137BA54

2H137BB02

2H147AB05

2H147AB28

2H147AB29

2H147BA01

2H147BA02

2H147BA05

2H147BB02

2H147BD01

2H147BD02

2H147CA18

2H147DA10

2H147EA05A

2H147EA05B

2H147EA12A

2H147EA12B

2H147EA13A

2H147EA14A

2H147EA14B

5K102PB01

5K102PH31

(57)【要約】

【課題】基本モードの伝搬損失を小さくしながら、不要モードを除去できる小型の基板型光導波路素子等を提供する。
【解決手段】基板型光導波路素子は、基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の曲げ導波路を有する。更に、基板型光導波路素子は、前記曲げ導波路の外周部に配置され、前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から除去する除去部を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の曲げ導波路と、
前記曲げ導波路の外周部に配置され、前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から除去する除去部と、
を有することを特徴とする基板型光導波路素子。

【請求項2】

前記曲げ導波路は、
曲率が連続的に変化する緩和曲線に沿うリブ型の光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路素子。

【請求項3】

前記除去部は、
前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から光遷移させて放射することで、前記曲げ導波路から前記スラブモードを除去することを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路素子。

【請求項4】

前記除去部は、
前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から光遷移させて吸収することで、前記曲げ導波路から前記スラブモードを除去する吸収部であることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路素子。

【請求項5】

前記除去部は、
前記曲げ導波路の外周部に配置されるスラブに備えられ、前記曲げ導波路のリブから漏れる前記不要モードが前記スラブのスラブ端へ入射する入射進行方向と前記スラブ端の法線とのなす角である入射角が、全反射が生じる閾値である臨界角度以下になるように形成される余剰スラブで構成することを特徴とする請求項３に記載の基板型光導波路素子。

【請求項6】

前記除去部は、
前記余剰スラブの導波路幅がスラブ端に向けて徐々に狭くなるテーパ形状にしたことを特徴とする請求項５に記載の基板型光導波路素子。

【請求項7】

前記除去部の近傍に配置され、前記余剰スラブを伝搬する前記スラブモードを吸収する吸収部を有することを特徴とする請求項５に記載の基板型光導波路素子。

【請求項8】

前記除去部内に配置され、前記余剰スラブを伝搬する前記スラブモードを吸収する吸収部を有することを特徴とする請求項５に記載の基板型光導波路素子。

【請求項9】

前記吸収部は、
前記曲げ導波路の外周部に配置された外側スラブ近傍に配置され、前記曲げ導波路からの前記スラブモードを吸収する吸収体であることを特徴とする請求項４に記載の基板型光導波路素子。

【請求項10】

前記スラブモードは、
前記曲げ導波路の入力部から導波する不要モードが前記曲げ導波路にて変換される第１のスラブモードと、
前記曲げ導波路の出力部から導波する不要モードが前記曲げ導波路にて変換される第２のスラブモードと、を有し、
前記除去部は、
前記第１のスラブモードを放射する第１の放射部と、
前記第２のスラブモードを放射する第２の放射部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の基板型光導波路素子。

【請求項11】

前記吸収部は、
前記曲げ導波路の外周部に配置されたスラブの内、一部の領域がＮドープされた前記スラブ、一部の領域がＰドープされた前記スラブ、前記スラブ上に配置されたゲルマニウム材、又は前記スラブ上に配置された金属材で構成することを特徴とする請求項４に記載の基板型光導波路素子。

【請求項12】

前記曲げ導波路の入力部に第１の変換部、前記曲げ導波路の出力部に第２の変換部を有し、
前記第１の変換部は、
前記曲げ導波路の入力部に第１のチャネル導波路と接続され、前記第１のチャネル導波路から前記曲げ導波路に向かってスラブ幅が広くなるテーパ導波路であり、
前記第２の変換部は、
前記曲げ導波路の出力部に第２のチャネル導波路と接続され、前記曲げ導波路から前記第２のチャネル導波路に向かってスラブ幅が狭くなるテーパ導波路であることを特徴とする請求項３に記載の基板型光導波路素子。

【請求項13】

基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の第１の曲げ導波路と、
前記第１の曲げ導波路の外周部に配置され、前記第１の曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記第１の曲げ導波路から光遷移させ放射することで前記第１の曲げ導波路から前記不要モードを除去する第１の放射部と、
前記第１の放射部の近傍に配置され、前記第１の放射部で放射された前記スラブモードを吸収する第１の吸収部と、
前記基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の第２の曲げ導波路と、
前記第２の曲げ導波路の外周部に配置され、前記第２の曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記第２の曲げ導波路から光遷移させ放射することで前記第２の曲げ導波路から前記不要モードを除去する第２の放射部と、
前記第２の放射部の近傍に配置され、前記第２の放射部で放射された前記スラブモードを吸収する第２の吸収部と、を有し、
前記第１の曲げ導波路と前記第２の曲げ導波路の曲げ方向は、光進行方向に対して反対側であり、前記第１の曲げ導波路と前記第２の曲げ導波路との間を接続することでＳ字の曲げ導波路を形成することを特徴とする基板型光導波路素子。

【請求項14】

光源と、
送信信号を用いて光源からの光を光変調して送信光を送信する光送信器と、
前記光源からの光を用いて受信光から受信信号を受信する光受信器と、
前記光送信器及び前記光受信器内で前記光を導波路する基板型光導波路素子と、を有する光通信装置であって、
前記基板型光導波路素子は、
基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の曲げ導波路と、
前記曲げ導波路の外周部に配置され、前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から除去する除去部と、
を有することを特徴とする光通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板型光導波路素子及び光通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年では、動画配信サービスなどの普及により、データ通信料が増加の一途をたどっているため、これらを支えるネットワーク通信の大容量化が求められている。そこで、ＳｉＰｈ(Silicon Photonics)は、高密度集積が可能である点から注目を浴びている。ＳｉＰｈ(Silicon Photonics)を用いたＰＩＣ(Photonic Integrated Circuit)では、主に導波モードの最低次数のモードである基本モードを通信に使用している。光導波路の基本モードとしては、例えば、ＴＥ（Transverse Electric）偏波のＴＥ０モードやＴＭ（Transverse Magnetic）偏波のＴＭ０モードがある。ＴＥ偏波の基本モード（ＴＥ０）以外のＴＥのｘ次のモードはＴＥｘ、ＴＭ偏波の基本モード（ＴＭ０）以外のＴＭのｘ次のモードはＴＭｘと表記する。

【0003】

また、ＳｉＰｈでは、光導波路の伝搬損失が高くなるため、光導波路の導波路幅を広げることで光導波路の伝搬損失を下げるのが一般的な方法である。しかしながら、導波路幅を広げた場合、基本モード以外のモードである高次のモード、例えば、ＴＥ１モードも光導波路に伝搬されてしまうことになる。

【0004】

例えば、導波路幅が５００ｎｍ、導波路厚が２２０ｎｍのチャネル型の光導波路に伝搬するモードが、例えば、ＴＥ０、ＴＥ１及びＴＭ０の３つのモードとなり、ＴＥ０を主信号とした場合、ＴＥ１及びＴＭ０は本来通信には不必要なモードであることから、これらを不要モードと呼ぶこととする。

【0005】

そこで、不要モードが主信号とともに、基板型光導波路素子内に入力された場合に、基板型光導波路素子内でのモード変換等により、不要モードが主信号に変換されてしまうことがある。その結果、変換された主信号によって基板型光導波路素子が意図しない動作が発生する。

【0006】

モード変換は、例えば、ＭＭＩ（Multi-Mode Interference)内の導波路や、直線導波路と円弧の導波路との間の導波路内において、導波路構造が不連続となり、その接続点の前後で、伝搬モードの電界分布が光の進行方向にとって不連続となる部分で発生する。このモード変換が生じると、ＴＥ０とともにＴＥ１が伝搬している場合、ＴＥ１がＴＥ０へと変換される。主信号のＴＥ０と高次モードであるＴＥ１から変換されたＴＥ０は干渉し、それにより波長リップルを生じてしまい、意図通りの動作とならない。従って、基板型光導波路素子を意図した通りに動作させる場合には、不要モードを除去する構造が必要となる。

【0007】

また、不要モードの影響を受ける基板型光導波路素子としては、例えば、１×２カプラがある。図２７は、従来の１×２カプラ１００の一例を示す説明図、図２８は、ＴＥ１モードの混入量と１×２カプラの分岐比との関係の一例を示す説明図である。図２７に示す１×２カプラ１００では、１入力側の入力から主信号のＴＥ０の他に不要モードＴＥ１が入力されると、ＴＥ０とＴＥ１とが干渉し、不要モードＴＥ１の混入量εに応じて分岐比が変化する。図２８に示すように、不要モードＴＥ１の混入量εが多くなるに連れて分岐比が徐々に大きくなる。このような１×２カプラ１００をＭＺＭ(Mach-Zenhnder Modulator)に使用した場合には、分岐比の変動が消光比の劣化等を引き起こし、例えば、送信機の信号品質の劣化に繋がる。

【0008】

また、１×２カプラ１００の２入力側から主信号のＴＥ０及び不要モードＴＥ１が入力された場合でも、これら入力されたＴＥ０とＴＥ１とが干渉し合うことで分岐比が変化してしまう。このような不具合は、例えば、２×２カプラの場合も同様の事象が発生する。

【0009】

また、不要モードの影響を受けるデバイスとして、入力から出力に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ導波路がある。図２９は、従来のテーパ導波路１１０の一例を示す略平面図、図３０は、図２９に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２９に示すテーパ導波路１１０の入力部１１１及び出力部１１２では、ＴＥ１とＴＭ０の実効屈折率の大小が入れ替わり、かつ、入力部１１１と出力部１１２との間が上下非対称な屈折率断面分布を有する。テーパ導波路１１０は、チャネル導波路である。

【0010】

図３０に示すテーパ導波路１１０は、ＳｉＯ₂のボックス層１１５Ｂと、ボックス層１１５Ｂ上に配置されたチャネル型のコア１１３と、ボックス層１１５Ｂ及びコア１１３上に積層されたＳｉＯ₂のクラッド層１１５Ａとを有する。テーパ導波路１１０では、入力部１１１から、例えば、ＴＥ１が入力された場合、ＴＥ１がＴＭ０に変換されることで、出力部１１２からＴＭ０が出力されることになる。

【0011】

また、光導波路の伝搬損失を低減する方法として、導波路幅を広くする方法が知られている。しかしながら、導波路幅を広げる際にテーパ導波路が使用されており、このテーパ導波路にＴＥ１及びＴＭ０が入力されると、一部がＴＭ０及びＴＥ１にモード変換されることになるため、偏波多重通信を行う光送信機ではクロストークとなり信号品質の劣化につながる。尚、ここでは、チャネル型導波路を例示したが、リブ型の導波路でも同様な事象が起こる。従って、導波路内の不要モードを除去する方法が求められている。

【0012】

不要モードを除去する方法として、リブ型導波路では、リブ型導波路のスラブにドーピングを実施し、ドーピングされたスラブの光吸収により不要モードを除去する方法が知られている。図３１は、従来のリブ型導波路１２０の一例を示す略断面図である。図３１に示すリブ型導波路１２０は、ボックス層１２３Ｂと、ボックス層１２３Ｂ上に配置されたリブ１２１及びスラブ１２２と、リブ１２１、スラブ１２２及びボックス層１２３Ｂ上に積層されたクラッド層１２３Ａとを有する。スラブ１２２は、ドーピングが実施されているため、スラブ１２２の光吸収により不要モードを除去できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／０１６６７０２号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１７／００９０１１８号明細書

【特許文献3】特開２０１７－２１５５２６号公報

【特許文献4】特開２００４－１４５１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

しかしながら、従来のリブ型導波路１２０では、ＴＥ１モードの損失が１４８ｄＢ／ｍｍのため、３０ｄＢの光損失を与えて、ＴＥ１モードの除去効果を得るためには、リブ型導波路１２０の導波路長を約２００ｕｍ程度の長さにする必要がある。その結果、基板型光導波路素子自体が大型化してしまう。

【0015】

従来のリブ型導波路１２０では、基本モードの伝搬損失を低下させるべく、導波路幅を広くすると、同一モードであっても、スラブ１２２へ漏れる光が少なくなるため、不要モードの除去効果が小さくなる。その結果、導波路長を長くする必要があり、低損失化のために導波路幅を広げた効果は打ち消され、基本モードの伝搬損失が大きくなる。

【0016】

一つの側面では、基本モードの伝搬損失を小さくしながら、不要モードを除去できる小型の基板型光導波路素子等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】

【0017】

一つの態様の基板型光導波路素子は、基本モードを導波すると共に、前記基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換するリブ型の曲げ導波路を有する。更に、基板型光導波路素子は、前記曲げ導波路の外周部に配置され、前記曲げ導波路にて変換された前記スラブモードを前記曲げ導波路から除去する除去部を有する。

【発明の効果】

【0018】

一つの側面によれば、基本モードの伝搬損失を小さくしながら、不要モードを除去できる小型の基板型光導波路素子等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施例１の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図3A】図３Ａは、曲げ導波路の構成の一例を示す説明図である。

【図3B】図３Ｂは、曲げ導波路内の第３の曲線導波路の一例を示す説明図である。

【図3C】図３Ｃは、曲げ導波路内の第１の曲線導波路及び第２の曲線導波路の一例を示す説明図である。

【図4A】図４Ａは、余剰スラブなしの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。

【図4B】図４Ｂは、余剰スラブありの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施例１の基板型光導波路素子と従来の基板型光導波路素子との比較例を示す説明図である。

【図6】図６は、実施例１の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図7】図７は、円弧に沿った曲げ導波路の一例を示す説明図である。

【図8】図８は、実施例２の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図9】図９は、実施例２の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図10】図１０は、実施例３の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図11A】図１１Ａは、実施例３の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図11B】図１１Ｂは、実施例３の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図12】図１２は、実施例４の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図13】図１３は、実施例５の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図14A】図１４Ａは、実施例５の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図14B】図１４Ｂは、実施例５の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図15】図１５は、実施例６の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図16A】図１６Ａは、吸収部なしの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。

【図16B】図１６Ｂは、吸収部ありの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。

【図17】図１７は、実施例６の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図18】図１８は、実施例７の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図19】図１９は、曲げ吸収体ありの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。

【図20A】図２０Ａは、実施例７の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図20B】図２０Ｂは、実施例７の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図20C】図２０Ｃは、実施例７の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図21】図２１は、実施例８の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図22】図２２は、実施例９の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図23】図２３は、実施例９の他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図24】図２４は、実施例１０の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図25A】図２５Ａは、実施例１１の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図25B】図２５Ｂは、他の形態の基板型光導波路素子の構成の一例を示す略平面図である。

【図26】図２６は、本実施例の基板型光導波路素子を内蔵した光通信装置の一例を示す説明図である。

【図27】図２７は、従来の１×２カプラの一例を示す説明図である。

【図28】図２８は、ＴＥ１モードの混入量と１×２カプラの分岐比との関係の一例を示す説明図である。

【図29】図２９は、従来のテーパ導波路の一例を示す略平面図である。

【図30】図３０は、図２９に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図31】図３１は、従来のリブ型導波路の一例を示す略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に基づいて、本願の開示する基板型光導波路素子等の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

【実施例0021】

図１は、実施例１の基板型光導波路素子１の構成の一例を示す略平面図、図２は、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１に示す基板型光導波路素子１は、リブ型の曲げ導波路２と、曲げ導波路２の外周部に配置された幅広の余剰スラブ１１とを有する。リブ型の曲げ導波路２は、基本モードを導波すると共に、基本モード以外の不要モードをスラブモードに変換する。尚、説明の便宜上、曲げ導波路２を導波するモードをＴＥ０，ＴＥ１とし、主信号モードをＴＥ０とした場合、不要モードをＴＥ１とする。余剰スラブ１１は、曲げ導波路２の外周部に配置され、曲げ導波路２にて変換されたスラブモードを曲げ導波路２から光遷移させることで、曲げ導波路２から不要モードを除去する除去部としての機能も有する。

【0022】

図２に示すリブ型の曲げ導波路２は、ボックス層５Ａと、ボックス層５Ａ上に配置されたリブ２Ａ及びスラブ３と、リブ２Ａ、スラブ３及びボックス層５Ａ上に積層されたクラッド層５Ｂとを有する非対称リブ型導波路構造である。リブ２Ａのリブ厚は、スラブ３のスラブ厚に比較して厚く、例えば、２２０ｎｍであるのに対し、スラブ厚は、例えば、９０ｎｍである。曲げ導波路２は、入力部２０Ａから出力部２０Ｂへと信号光を導波するリブ型の光導波路である。曲げ導波路２は、主に基本モード以外のモードをスラブモードに変換する。尚、主信号モードは、曲げ導波路２のリブ２Ａに電界が集中しているのに対し、高次モードは、曲げ導波路２のスラブ３に電界が集中している。このスラブ３に電界が集中している高次モードをスラブモードとする。

【0023】

曲げ導波路２内のスラブ３は、リブ２Ａの内周部に配置された内側スラブ３Ａと、リブ２Ａの外周部に配置された外側スラブ３Ｂとを有する。余剰スラブ１１は、通常のリブ型導波路の外側スラブ３Ｂのスラブ幅に比較して広くしたスラブである。

【0024】

余剰スラブ１１は、曲げ導波路２にて変換されたスラブモードを余剰スラブ１１内で伝搬させ、曲げ導波路２から不要モードを除去する除去部４である。

【0025】

例えば、不要モードのうち、リブ２Ａに電界が集まっているモード、例えば、ＴＥ１は、基本モードよりも光の閉じ込めが弱い。そこで、曲げ導波路２では、急峻な曲げ構造であるため、ＴＥ１がリブ２Ａに閉じ込め切れなくなり、ＴＥ１がスラブモード(スラブを伝搬するより高次のモード)に変換される。つまり、曲げ導波路２では、リブ２Ａにある不要モードＴＥ１をスラブモードへと変換することになる。

【0026】

図３Ａは、曲げ導波路２の構成の一例を示す説明図である。図３Ａに示す曲げ導波路２は、第１のクロソイド曲線に沿う第１の曲線導波路２Ａ１１と、第２のクロソイド曲線に沿う第２の曲線導波路２Ａ１２と、円弧に沿う第３の曲線導波路２Ａ１３と、を有する。曲げ導波路２は、第１の曲線導波路２Ａ１１と第２の曲線導波路２Ａ１２との間を第３の曲線導波路２Ａ１３で接続することで構成する。つまり、曲げ導波路２は、曲率が連続的に変化する緩和曲線に沿うリブ型の光導波路である。

【0027】

図３Ｂは、曲げ導波路２内の第３の曲線導波路２Ａ１３の一例を示す説明図である。第３の曲線導波路２Ａ１３は、図３Ｂに示す円弧の曲線導波路である。第３の曲線導波路２Ａ１３は、導波路中心を通る円が半径Ｒの円弧に沿うリブ型の曲線導波路である。

【0028】

図３Ｃは、曲げ導波路２内の第１の曲線導波路２Ａ１１及び第２の曲線導波路２Ａ１２の一例を示す説明図である。第１の曲線導波路２Ａ１１及び第２の曲線導波路２Ａ１２は、クロソイド曲線に沿うリブ型の曲線導波路である。クロソイド曲線（Ａ，Ｒ）のポリゴンは、図３Ｃに示すＰinnerとＰouterで囲まれた点の集合である。ＰinnerとＰouterは（数式１）で定義する。

【0029】

【数1】

【0030】

Ｐcenter＝（Ｘ,Ｙ）は（数式２）の通りである。

【0031】

【数2】

【0032】

そして、クロソイド曲線に使用する角度θ_０は（数式３）で算出する。

【0033】

【数3】

【0034】

（数式１）、（数式２）及び（数式３）に基づき、円弧の第３の曲線導波路２Ａ１３に応じたクロソイド曲線を計算し、円弧及びクロソイド曲線を含む緩和曲線に沿ってリブ型の曲げ導波路２のリブ２Ａをボックス層５Ａ上に配置する。

【0035】

従って、緩和曲線に沿ったリブ２Ａは、曲率が連続的に変化するため、出力部２０Ｂでのモードミスマッチが小さく、基本モードの損失を低減できると共に、高次モード除去の効率が高くなる。

【0036】

余剰スラブ１１は、曲げ導波路２内のリブ２Ａの外周部に配置される外側スラブ３Ｂに形成される。更に、余剰スラブ１１は、リブ２Ａから漏れる不要モードが余剰スラブ１１のスラブ端へ入射する入射進行方向Ｘ１とスラブ端の法線Ｘ２とのなす角である入射角が、全反射が生じる閾値である臨界角度以下になるように形成される。

【0037】

図４Ａは、余剰スラブ１１なしの場合の基板型光導波路素子のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。リブ型の曲げ導波路の内側スラブ及び外側スラブのスラブ幅は、断面構造の連続性を保つため、一定幅で固定されるのが一般的である。余剰スラブ１１なしの曲げ導波路２では、リブに閉じ込められている不要モード（ＴＥ１）が一時的にスラブモードに変換されるものの、スラブ端で反射する。更に、そのスラブモードが導波路進行方向へと向かい、不要モード（ＴＥ１）に変換されリブ型の曲げ導波路２を再び伝搬する。その結果、余剰スラブ１１なしの曲げ導波路のみでは、不要モード（ＴＥ１）を除去できる量は少ない。

【0038】

そこで、曲げ導波路２の外周部に余剰スラブ１１を配置することで、曲げ導波路２で一時的にスラブモードに変換された信号光を導波路進行方向へ反射することを防ぎ、そのスラブ端にて除去（放射）する。図４Ｂは、余剰スラブ１１ありの場合の基板型光導波路素子１のＴＥ１モード入力時の電界分布の一例を示す説明図である。余剰スラブ１１ありの曲げ導波路２では、リブ２Ａに閉じ込められている不要モードが一時的にスラブモードに変換されるものの、スラブ端が余剰スラブ１１にあるため、スラブモードはそのスラブ端にて放射する。スラブモードが放射されることで、曲げ導波路２からスラブモードを除去できる。その結果、曲げ導波路２の導波路進行方向へのスラブモードの進行を抑制して、そのスラブモードが不要モード（ＴＥ１）に変換されリブ型の曲げ導波路２を再び伝搬することを防止できる。

【0039】

また、リブ２Ａと並走するスラブ３は、曲げを有していないため、スラブ３上を伝搬するスラブモードは余剰スラブ１１に直進し、曲げ導波路２の導波路進行方向へ伝搬せず、不要モードを除去できる。

【0040】

余剰スラブ１１にあるスラブ端により、リブ２Ａ内を進行する不要モードは放射されることになる。リブ２Ａ内を進行する不要モードが放射されることで、不要モードがリブ型の曲げ導波路２を伝搬することを防止できる。また、不要モードは、スラブ端にて、導波路外へ放射される。

【0041】

また、曲げ導波路２の内周部に配置された内側スラブ３Ａもスラブ幅が通常の内側スラブに比較して広くなっている。

【0042】

図５は、実施例１の基板型光導波路素子１と従来の基板型光導波路素子との比較例を示す説明図である。従来の基板型光導波路素子は、導波する信号光の波長を１．５５μｍ、製造誤差なし、スラブ厚を１５０ｎｍ、コア厚を２２０ｎｍとし、リブからＴＥ１を３７ｄＢ削減する場合、２４８ｎｍの導波路長が必要になる。

【0043】

これに対して、実施例１の基板型光導波路素子１は、導波する信号光の波長を１．５５μｍ、製造誤差なし、スラブ厚を９０ｎｍ、コア厚を２２０ｎｍとし、リブ２ＡからＴＥ１を３７ｄＢ削減する場合、３９ｎｍの導波路長で済む。つまり、リブ２ＡからＴＥ１を３７ｄＢ削減する場合には、導波路長が３９μｍで済むため、従来技術に比較して導波路長を短くすることで基板型光導波路素子１の小型化に寄与できる。

【0044】

実施例１の基板型光導波路素子１では、曲げ導波路２で不要モードをスラブモードに変換し、余剰スラブ１１を用いてスラブモードを水平方向に放射して曲げ導波路２から不要モードを除去する。その結果、従来に比較して導波路長を短くして小型化を図ることができる。

【0045】

基板型光導波路素子１は、曲げ導波路２が、曲率が連続的に変化する緩和曲線に沿ったリブ型導波路であるため、曲げ導波路２を導波する不要モードをスラブモードに変換できる。基本モードの曲げ導波路２における損失が小さく、出力部２０Ｂでのモードミスマッチも小さくなり基本モードの損失を低減できる。また、出力部２０Ｂにおけるモードミスマッチが小さくなった結果、基本モードの不要モードへの変換が抑制され、不要モード除去の効率が高くなる。

【0046】

尚、図１に示す基板型光導波路素子１内の余剰スラブ１１の形状は限定されるものではなく、適宜変更可能である。図６は、実施例１の他の形態の基板型光導波路素子１Ａの構成の一例を示す略平面図である。図６に示す基板型光導波路素子１Ａ内の余剰スラブ１１Ａは、図１に示す基板型光導波路素子１の余剰スラブ１１に比較して長くする構造にした。余剰スラブ１１Ａは、曲げ導波路２内のリブ２Ａの外周部に配置される外側スラブ３Ｂに形成される。そして、余剰スラブ１１Ａは、リブ２Ａから漏れる不要モードが余剰スラブ１１Ａのスラブ端へ入射する入射進行方向とスラブ端の法線とのなす角である入射角が、全反射が生じる閾値である臨界角度以下になるように形成する。

【0047】

基板型光導波路素子１Ａでは、従来の導波路長に比較して導波路長を短くすることで小型化できる。更に、基板型光導波路素子１Ａでは、余剰スラブ１１Ａで不要モードを含むスラブモードが水平方向に放射されることになるため、曲げ導波路２から不要モードを除去できる。

【0048】

尚、実施例１の曲げ導波路２は、緩和曲線に沿ったリブ型の曲げ導波路２を例示したが、円弧に沿った曲げ導波路２Ｂでも良く、適宜変更可能である。しかしながら、曲げ導波路を円弧に沿った場合には若干の問題がある。図７は、円弧に沿った曲げ導波路２Ｂの一例を示す説明図である。円弧に沿った曲げ導波路２Ｂのリブ２Ａでは、出力部２０Ｂでのモードミスマッチが緩和曲線の場合よりも大きくなるため、基本モードの損失が生じる。

【0049】

高次モードは、リブ２Ａへの光閉じ込めが基本モード(ＴＥ０等)に比較して弱いため、急峻な曲げ導波路を通過すると、基本モード（ＴＥ０）に比較して伝搬損失が大きくなる。しかしながら、円弧に沿った曲げ導波路２Ｂでは、円弧に沿った曲げ導波路２Ｂ３と直線導波路２Ｂ１及び２Ｂ２との間の曲率が異なることで電界ミスマッチが発生する。例えば、円弧の曲げ半径を１５ｕｍ、信号光の波長を１５５０ｎｍの場合、曲率の不連続部（電界ミスマッチ）でＴＥ０からＴＥ１への変換率が－２５．３ｄＢになる。その結果、電界ミスマッチによって、基本モードＴＥ０が不要モードＴＥ１にモード変換されるため、基本モードの伝搬損失が生じると共に、高次モード除去の効率が低くなる。

【0050】

そこで、実施例１では、円弧ではなく、緩和曲線に沿ったリブ型の曲げ導波路２を有するため、曲率が連続的に変化し、曲率の不連続部を無くすことで、基本モードの伝搬損失および高次モード除去の効率が改善されることになる。しかしながら、円弧に沿った曲げ導波路２Ｂの外周部に余剰スラブ１１を配置した場合でも、不要モードを曲げ導波路２Ｂから除去できることは言うまでもない。

【0051】

尚、実施例１の基板型光導波路素子１は、余剰スラブ１１のスラブ端の導波路幅が一定の同一幅で構成する場合を例示した。しかしながら、余剰スラブ１１のスラブ端の導波路幅が不要モードの放射方向に対して徐々に狭くなるテーパ導波路にしても良く、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。尚、実施例１の基板型光導波路素子１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

【実施例0052】

図８は、実施例２の基板型光導波路素子１Ｂの構成の一例を示す略平面図である。図８に示す基板型光導波路素子１Ｂの余剰スラブ１１Ｂと実施例１の基板型光導波路素子１の余剰スラブ１１とが異なるところは、余剰スラブ１１Ｂのスラブ端の導波路幅が不要モードの放射方向に対して徐々に狭くなるテーパ導波路にした点にある。

【0053】

テーパ導波路の余剰スラブ１１Ｂは、スラブ端に向かって導波路幅が徐々に狭くなっているので、スラブ端におけるスラブモードの反射量が少なくなる。従って、スラブモードの反射光を抑制しながら、そのスラブモードが不要モード（ＴＥ１）に変換されリブ型の曲げ導波路２を再び伝搬することを防止できる。

【0054】

尚、実施例２の基板型光導波路素子１Ｂの余剰スラブ１１Ｂは、図８に示す形状に限定されるものではなく、適宜変更可能である。図９は、実施例２の他の形態の基板型光導波路素子１Ｂ１の構成の一例を示す略平面図である。尚、図８に示す基板型光導波路素子１Ｂと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図９に示す基板型光導波路素子１Ｂ１は、リブ２Ａの外周部の外側スラブ３Ｂに配置された余剰スラブ１１Ｂ１を有する。余剰スラブ１１Ｂ１は、スラブ端の導波路幅がスラブモードの放射方向に対して徐々に狭くなるテーパ導波路である。

【0055】

テーパ導波路の余剰スラブ１１Ｂは、スラブ端に向かって導波路幅が徐々に狭くなっているので、スラブ端におけるスラブモードの反射量が少なくなる。従って、スラブモードの反射光を抑制しながら、そのスラブモードが不要モード（ＴＥ１）に変換されリブ型の曲げ導波路２を再び伝搬することを防止できる。

【0056】

尚、実施例１の基板型光導波路素子１の余剰スラブ１１は、不要モードをスラブ端から導波路外へ放射する場合を例示したが、導波路外に放射された不要モードが導波路外の他の素子に影響を与える場合も考えられる。そこで、このような事態に対処すべく、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。