特開 2024-61994 光デバイス、光送信器及び光受信器

(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】P2024061994

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】光デバイス、光送信器及び光受信器

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20240430BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20240430BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240430BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122 311

G02B6/125 301

G02B6/42

G02F1/01 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169703

(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】杉山 昌樹

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

2K102

【Ｆターム（参考）】

2H137AB11

2H137BA35

2H137BA45

2H137BA52

2H137BA53

2H137BB02

2H137BC73

2H147AB24

2H147BA14

2H147BB02

2H147BE19

2H147BG09

2H147CB01

2H147CB02

2H147CB03

2H147DA10

2H147EA12A

2H147EA12B

2H147EA13A

2H147EA14A

2H147EA14B

2K102BA02

2K102BA40

2K102BD01

2K102DA04

2K102EA21

2K102EB16

2K102EB20

(57)【要約】

【課題】断熱変換部までの間で放射損失や反射損失を抑制できる光デバイス等を提供する。
【解決手段】光デバイスは、第１のアッセンブリ層と、第２のアッセンブリ層とを有する。光デバイスは、第１のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第１の導波路と、第２のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第２の導波路と、第１の導波路の間及び第２の導波路の間に配置された第３の導波路と、を有する。第１の導波路は、第１のテーパ導波路と、第２のテーパ導波路とを有する。第３の導波路は、第２のテーパ導波路と並走する第３のテーパ導波路を有する。第１のテーパ導波路は、第２のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる。第２のテーパ導波路は、第１のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる。第３のテーパ導波路は、導波路幅が徐々に広くなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上の近い側に形成された第１のアッセンブリ層と、
前記基板から離れた側に形成された第２のアッセンブリ層と、を有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第２の導波路と、
前記第１の導波路の間及び前記第２の導波路の間に配置された１本の第３の導波路と、を有し、
前記第１の導波路は、
第１のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と接続する第２のテーパ導波路とを有し、
前記第３の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と並走する第３のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と離れる側の前記第３のテーパ導波路と接続する第４の導波路とを有し、
前記第１のテーパ導波路は、
前記第２のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて前記第１のテーパ導波路の始点まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第２のテーパ導波路は、
前記第１のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第３のテーパ導波路は、
前記第４の導波路の接合点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有することを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

前記第１のアッセンブリ層と前記基板との間に配置された第３のアッセンブリ層を有し、
前記第３の導波路は、
前記第３のアッセンブリ層に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路を被覆するクラッドの材料の屈折率は前記第１の導波路及び前記第２の導波路の材料の屈折率よりも小さく、前記第１の導波路の材料の屈折率は前記第３の導波路の材料の屈折率よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記第１の導波路は、
前記第１のテーパ導波路の始点における２本の第１のテーパ導波路同士の第１の間隔が、前記第１のテーパ導波路と前記第２のテーパ導波路との接続部位における２本の第１のテーパ導波路同士の第２の間隔に比較して広くなる構造にしたことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記第１の導波路は、
前記第２のテーパ導波路の終点での２本の第２のテーパ導波路同士の第３の間隔が、前記第２の間隔に比較して狭くなる構造にしたことを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記基板上に配置され、前記第１の導波路、前記第２の導波路及び前記第３の導波路を被覆するクラッドと、
前記基板及び前記クラッドに形成され、前記基板と前記クラッドとの間を分離する分離領域と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項7】

前記分離領域内に充填された充填層を有することを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。

【請求項8】

前記第１のアッセンブリ層と前記基板との間に配置された第３のアッセンブリ層を有し、
前記第３の導波路は、
前記第３のアッセンブリ層に配置されたことを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。

【請求項9】

前記第１のアッセンブリ層に配置され、並列した状態で配置された２本の第１の導波路間に配置された第５の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に配置され、並列した状態で配置された２本の第２の導波路間に配置された第６の導波路と、
前記第５の導波路は、
第４のテーパ導波路と、前記第４のテーパ導波路と接続する第５のテーパ導波路とを有し、
前記第４のテーパ導波路は、
前記第５のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて前記第４のテーパ導波路の始点まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第５のテーパ導波路は、
前記第４のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、かつ、前記第３の導波路上に配置することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項10】

光源と、
送信信号を用いて前記光源からの光を光変調して送信光を送信する光変調部と、
前記光変調部内で前記光を導波する光デバイスと、を有する光送信器であって、
前記光デバイスは、
基板上の近い側に形成された第１のアッセンブリ層と、
前記基板から離れた側に形成された第２のアッセンブリ層と、を有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第２の導波路と、
前記第１の導波路の間及び前記第２の導波路の間に配置された１本の第３の導波路と、を有し、
前記第１の導波路は、
第１のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と接続する第２のテーパ導波路とを有し、
前記第３の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と並走する第３のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と離れる側の前記第３のテーパ導波路と接続する第４の導波路とを有し、
前記第１のテーパ導波路は、
前記第２のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて前記第１のテーパ導波路の始点まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第２のテーパ導波路は、
前記第１のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第３のテーパ導波路は、
前記第４の導波路の接合点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有することを特徴とする光送信器。

【請求項11】

光源と、
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部と、
前記光受信部内で前記光を導波路する光デバイスと、を有する光受信器であって、
前記光デバイスは、
基板上の近い側に形成された第１のアッセンブリ層と、
前記基板から離れた側に形成された第２のアッセンブリ層と、を有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第２の導波路と、
前記第１の導波路の間及び前記第２の導波路の間に配置された１本の第３の導波路と、を有し、
前記第１の導波路は、
第１のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と接続する第２のテーパ導波路とを有し、
前記第３の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と並走する第３のテーパ導波路と、前記第１のテーパ導波路と離れる側の前記第３のテーパ導波路と接続する第４の導波路とを有し、
前記第１のテーパ導波路は、
前記第２のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて前記第１のテーパ導波路の始点まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第２のテーパ導波路は、
前記第１のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有し、
前記第３のテーパ導波路は、
前記第４の導波路の接合点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有することを特徴とする光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイス、光送信器及び光受信器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、通信容量の増加に伴って、光ファイバ通信の需要が増大しているため、電気信号を光信号に変換する小型の光デバイスが使用されている。そこで、近年、シリコンフォトニクスに代表される超小型の基板型光導波路素子(単に、光デバイスと称する)の開発が盛んに行われている。光デバイスでは、同じチップ上に異なる材料から成る２つ以上の導波路を集積できるエッジカプラである。

【0003】

光デバイスを構成する光部品は、例えば、材料屈折率によって得られる特性が異なるため、光部品毎に適切な材料の導波路を使用することで、光デバイスの特性の向上を図ることができる。そこで、異なる材料の導波路を使用する光デバイスでは、異なる導波路間で光を断熱的に光遷移する構造がある。

【0004】

図２２は、従来例１の光デバイス１００の一例を示す説明図である。図２２に示す光デバイス１００は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス１００は、ＳｉＯ_２等で形成されたクラッド１１１と、クラッド１１１で被覆された、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４(単に、ＳｉＮ（Silicon Nitride）等で形成された第１の導波路１０２と、を有する。光デバイス１００は、クラッド１１１で被覆された、例えば、Ｓｉ等で形成された第２の導波路１０４と、第１の導波路１０２と第２の導波路１０４との間で光が断熱的に光遷移する断熱変換部１０５と、を有する。

【0005】

第１の導波路１０２は、第１のテーパ導波路１０２Ａと、第１のテーパ導波路１０２Ａと接続する第２のテーパ導波路１０２Ｂとを有する。第１のテーパ導波路１０２Ａは、第２のテーパ導波路１０２Ｂの接合点から離れるに連れて第１のテーパ導波路１０２Ａの始点であるチップ端面Ｄ１１まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。第２のテーパ導波路１０２Ｂは、第１のテーパ導波路１０２Ａの接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。

【0006】

第２の導波路１０４は、第２のテーパ導波路１０２Ｂの下に配置された第３のテーパ導波路１０４Ａと、第３のテーパ導波路１０４Ａと接続する直線導波路１０４Ｂとを有する。第３のテーパ導波路１０４Ａは、第２のテーパ導波路１０２Ｂの始点の下から直線導波路１０４Ｂの接合点に近づくに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。直線導波路１０４Ｂは、第３のテーパ導波路１０４Ａの接合点からチップ端面Ｄ１２までの導波路幅が一定の直線導波路である。

【0007】

図２３Ａは、図２２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２３Ａに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、Ｓｉ基板１１２上に積層されたクラッド１１１と、を有する。図２３Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、第１のテーパ導波路１０２Ａが配置された光デバイス１００の断面部位である。更に、光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２上の近い側に形成された第１のアッセンブリ層１２１Ａと、Ｓｉ基板１１２から離れた側に形成された第２のアッセンブリ層１２１Ｂと、を有する。第２のアッセンブリ層１２１Ｂは、第１の導波路１０２内の第１のテーパ導波路１０２Ａが配置されている。

【0008】

図２３Ｂは、図２２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２３Ｂに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、クラッド１１１と、第１のアッセンブリ層１２１Ａと、第２のアッセンブリ層１２１Ｂとを有する。図２３Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部１０５の始点が配置された光デバイス１００の断面部位である。第１のアッセンブリ層１２１Ａには、第２の導波路１０４内の第３のテーパ導波路１０４Ａが配置されている。第２のアッセンブリ層１２１Ｂには、第１の導波路１０２内の第１のテーパ導波路１０２Ａと第２のテーパ導波路１０２Ｂとの接合点が配置されている。

【0009】

図２３Ｃは、図２２に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２３Ｃに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、クラッド１１１と、第１のアッセンブリ層１２１Ａと、第２のアッセンブリ層１２１Ｂとを有する。図２３Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、直線導波路１０４Ｂが配置された光デバイス１００の断面部位である。第１のアッセンブリ層１２１Ａには、第２の導波路１０４内の直線導波路１０４Ｂが配置されている。

【0010】

図２２に示す光デバイス１００の断熱変換部１０５では、第２の導波路１０４の導波路幅がテーパ状に変化する。第１の導波路１０２は、第２の導波路１０４に比較して屈折率が低いので光のモードフィールドを大きくでき、光ファイバとの結合損失を小さくできる。

【0011】

しかしながら、図２２に示す光デバイス１００では、第２の導波路１０４のモードフィールドが光ファイバのモードフィールドに比較して小さいため、モードフィールドのミスマッチにより結合損失が発生することになる。そこで、光ファイバとの結合損失を低減する従来例２の光デバイス１００Ａが知られている。

【0012】

図２４は、従来例２の光デバイス１００Ａの一例を示す説明図である。図２４に示す光デバイス１００Ａは、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス１００Ａは、第１の導波路１５２と、第２の導波路１５４と、第１の導波路１５２及び第２の導波路１５４を被覆する、クラッド１６１とを有する。更に、光デバイス１００Ａは、第１の導波路１５２と第２の導波路１５４との間で光を光遷移する断熱変換部１５５Ａと、２本の第３の導波路１５３とを有する。第１の導波路１５２は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４（以下、単にＳｉＮと称する）で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第２の導波路１５４は、例えば、Ｓｉで形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。クラッド１６１は、例えば、ＳｉＯ_２で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＯ_２の材料屈折率は１．４４である。

【0013】

第１の導波路１５２は、３本の第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２、１５２Ａ３と、３本の第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２、１５２Ａ３と接続する第２のテーパ導波路１５２Ｂとを有する。第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２、１５２Ａ３は、始点Ｘ１１であるチップ端面Ｄ１１から接合点Ｘ１２までの導波路幅が一定となる導波路である。第２のテーパ導波路１５２Ｂは、第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２、１５２Ａ３の接合点Ｘ１２から終点Ｘ１３に向けて導波路幅が徐々に狭くなるテーパ構造を有する導波路である。第２のテーパ導波路１０２Ｂの始点である接合点Ｘ１２の導波路幅は、第２のテーパ導波路１５２Ｂの終点Ｘ１３の導波路幅に比較して広い。第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２、１５２Ａ３及び第２のテーパ導波路１５２Ｂのコアの厚みは、同一とする。第１の導波路１５２の始点Ｘ１１は、光ファイバのコアと光結合する光デバイス１００Ａのチップ端面Ｄ１１を起点とする。

【0014】

第３の導波路１５３は、２本の第４のテーパ導波路１５３Ａ１及び１５３Ａ２を有する。第４のテーパ導波路１５３Ａ１及び１５３Ａ２は、チップ端面Ｄ１１を起点にして第２のテーパ導波路１５２Ｂに向けて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。第４のテーパ導波路１５３Ａ１は、第１の直線導波路１５２Ａ３上に配置すると共に、第４のテーパ導波路１５３Ａ２は、第１の直線導波路１５２Ａ３下に配置する。

【0015】

第２の導波路１５４は、第３のテーパ導波路１５４Ａと、第３のテーパ導波路１５４Ａと接続する直線導波路１５４Ｂとを有する。第３のテーパ導波路１５４Ａは、始点Ｙ１１から直線導波路１５４Ｂの接合点Ｙ１２に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ構造を有する導波路である。直線導波路１５４Ｂは、第３のテーパ導波路１５４Ａからチップ端面Ｄ１２に向けて導波路幅が一定の導波路である。直線導波路１５４Ｂ及び第３のテーパ導波路１５４Ａのコアの厚みは、同一とする。

【0016】

断熱変換部１５５Ａは、第２のテーパ導波路１５２Ｂと第３のテーパ導波路１５４Ａとの間を上下方向に離間した状態で第２のテーパ導波路１５２Ｂの下に第３のテーパ導波路１５４Ａを重ねて配置することで構成する。尚、第２のテーパ導波路１５２Ｂと第３のテーパ導波路１５４Ａとの間の間隔は一定とする。

【0017】

図２５Ａは、図２４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２５Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、第１の導波路１５２の３本の第１の直線導波路１５２Ａ１、１５２Ａ２及び１５２Ａ３が配置された光デバイス１００Ａの断面部位である。光デバイス１００Ａは、Ｓｉ基板１６２と、Ｓｉ基板１６２上に積層されたクラッド１６１と、第１のアッセンブリ層１８１Ａと、第２のアッセンブリ層１８１Ｂと、第３のアッセンブリ層１８１Ｃとを有する。

【0018】

第１のアッセンブリ層１８１Ａは、第２のアッセンブリ層１８１Ｂと第３のアッセンブリ層１８１Ｃとの間に配置されたアッセンブリ層である。第３のアッセンブリ層１８１Ｃは、Ｓｉ基板１６２と第１のアッセンブリ層１８１Ａとの間に配置されたアッセンブリ層である。

【0019】

第１のアッセンブリ層１８１Ａは、第１の導波路１５２の３本の第１の直線導波路１５２Ａ１、１５２Ａ２及び１５２Ａ３が配置されている。第２のアッセンブリ層１８１Ｂは、第３の導波路１５３内の第４のテーパ導波路１５３Ａ１が配置されている。第３のアッセンブリ層１８１Ｃは、第３の導波路１５３内の第４のテーパ導波路１５３Ａ２が配置されている。

【0020】

図２５Ｂは、図２４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２５Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部１５５Ａが配置された光デバイス１００Ａの断面部位である。光デバイス１００Ａは、Ｓｉ基板１６２と、クラッド１６１と、第１のアッセンブリ層１８１Ａと、第２のアッセンブリ層１８１Ｂと、第３のアッセンブリ層１８１Ｃとを有する。

【0021】

第１のアッセンブリ層１８１Ａは、第１の導波路１５２の第２のテーパ導波路１５２Ｂが配置されている。第３のアッセンブリ層１８１Ｃは、第２の導波路１５４内の第３のテーパ導波路１５４Ａが配置されている。

【0022】

図２５Ｃは、図２４に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２５Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、第２の導波路１５４内の直線導波路１５４Ｂが配置された光デバイス１００Ａの断面部位である。光デバイス１００Ａは、Ｓｉ基板１６２と、クラッド１６１と、第１のアッセンブリ層１８１Ａと、第２のアッセンブリ層１８１Ｂと、第３のアッセンブリ層１８１Ｃとを有する。第３のアッセンブリ層１８１Ｃは、第２の導波路１５４内の直線導波路１５４Ｂが配置されている。

【0023】

断熱変換部１５５Ａの始点は、第２のテーパ導波路１５２Ｂの導波路幅が広く、第３のテーパ導波路１５４Ａの導波路幅が狭く、終点では、第２のテーパ導波路１５２Ｂの導波路幅が狭く、第３のテーパ導波路１５４Ａの導波路幅が広くなる構造とする。つまり、第２のテーパ導波路１５２Ｂの導波路幅が始点から終点に向けて徐々に狭く、第３のテーパ導波路１５４Ａの導波路幅が始点から終点に向けて徐々に広くなる構造にした。一般的に、導波路の導波路幅が広いほど、コアへの光閉じ込めが強くなるため、コアの材料屈折率の影響を受けて実効屈折率は大きくなる。

【0024】

光デバイス１００Ａでは、第１のアッセンブリ層１８１Ａに第１の導波路１５２の３本の第１の直線導波路１５２Ａ１、１５２Ａ２及び１５２Ａ３を配置、第２のアッセンブリ層１８１Ｂに第３の導波路１５３内の第４のテーパ導波路１５３Ａ１を配置する。更に、光デバイス１００Ａでは、第３のアッセンブリ層１８１Ｃに第３の導波路１５３内の第４のテーパ導波路１５３Ａ２を配置する。その結果、従来の光デバイス１００Ａに比較して、第１の導波路１５２のモードフィールドを光ファイバのモードフィールドに近づけることで、光ファイバとの間の結合損失を抑制できる。

【0025】

第４のテーパ導波路１５３Ａ１及び第４のテーパ導波路１５３Ａ２をテーパ状に細くしたので、第１のアッセンブリ層１８１Ａの第１の導波路１５２内の第１の直線導波路１５２Ａ３に光を遷移させる。更に、第１のアッセンブリ層１８１Ａの３つに分かれた第２のテーパ導波路１５２Ｂを１つに結合し、そのうえで第３のテーパ導波路１５４Ａに断熱的に光を遷移させることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0026】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／００６７２５９号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／０３６９３３３号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１７／０３７１１０２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0027】

光デバイス１００Ａでは、第４のテーパ導波路１５３Ａ１の終端、第４のテーパ導波路１５３Ａ２の終端、３本の第１の直線導波路１５２Ａ１，１５２Ａ２及び１５２Ａ３の終端と断熱変換部１５５Ａ内の第２のテーパ導波路１５２Ｂと接続する。しかしながら、これら接続する断熱変換部１５５Ａ内の第２のテーパ導波路１５２Ｂとの接合部分が不連続箇所となるために光のモードフィールドが急激に変化してしまう。その結果、断熱変換部１０５までの間で光の放射損失及び反射損失が発生することになる。

【0028】

一つの側面では、チップ端面でのファイバとの結合損失を低減しながら、断熱変換部までの間で放射損失や反射損失を抑制できる光デバイス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】

【0029】

一つの態様の光デバイスは、基板上の近い側に形成された第１のアッセンブリ層と、基板から離れた側に形成された第２のアッセンブリ層と、を有する。光デバイスは、第１のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第１の導波路と、第２のアッセンブリ層に並列した状態で配置された２本の第２の導波路と、第１の導波路の間及び第２の導波路の間に配置された１本の第３の導波路と、を有する。第１の導波路は、第１のテーパ導波路と、第１のテーパ導波路と接続する第２のテーパ導波路とを有する。第３の導波路は、第２のテーパ導波路と並走する第３のテーパ導波路と、第１のテーパ導波路と離れる側の第３のテーパ導波路と接続する第４の導波路とを有する。第１のテーパ導波路は、第２のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて第１のテーパ導波路の始点まで導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。第２のテーパ導波路は、第１のテーパ導波路の接合点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。第３のテーパ導波路は、第４の導波路の接合点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。

【発明の効果】

【0030】

一つの側面によれば、チップ端面でのファイバとの結合損失を低減しながら、断熱変換部までの間で放射損失や反射損失を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、実施例１の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図2A】図２Ａ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2B】図２Ｂは、図１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2C】図２Ｃは、図１に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図2D】図２Ｄは、図１に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図3】図３は、実施例２の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図4A】図４Ａは、図３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4B】図４Ｂは、図３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4C】図４Ｃは、図３に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図4D】図４Ｄは、図３に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施例３の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図6A】図６Ａは、図５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6B】図６Ｂは、図５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6C】図６Ｃは、図５に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図6D】図６Ｄは、図５に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図6E】図６Ｅは、図５に示すＥ－Ｅ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図7】図７は、実施例４の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図8A】図８Ａは、図７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8B】図８Ｂは、図７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8C】図８Ｃは、図７に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図8D】図８Ｄは、図７に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図8E】図８Ｅは、図７に示すＥ－Ｅ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図9】図９は、実施例５の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図10A】図１０Ａは、図９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10B】図１０Ｂは、図９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10C】図１０Ｃは、図９に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図10D】図１０Ｄは、図９に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図10E】図１０Ｅは、図９に示すＥ－Ｅ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図11】図１１は、実施例６の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図12A】図１２Ａは、図１１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12B】図１２Ｂは、図１１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13】図１３は、実施例７の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図14A】図１４Ａは、図１３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14B】図１４Ｂは、図１３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14C】図１４Ｃは、図１３に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図15】図１５は、実施例８の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図16】図１６は、図１５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17】図１７は、実施例９の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図18A】図１８Ａは、図１７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18B】図１８Ｂは、図１７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18C】図１８Ｃは、図１７に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図18D】図１８Ｄは、図１７に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図19】図１９は、光デバイスを内蔵した光通信装置の一例を示す説明図である。

【図20】図２０は、比較例の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図21A】図２１Ａは、図２０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21B】図２１Ｂは、図２０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21C】図２１Ｃは、図２０に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図22】図２２は、従来例１の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図23A】図２３Ａは、図２２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23B】図２３Ｂは、図２２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23C】図２３Ｃは、図２２に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図24】図２４は、従来例２の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図25A】図２５Ａは、図２４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25B】図２５Ｂは、図２４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25C】図２５Ｃは、図２４に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

そこで、チップ端面でのファイバとの結合損失を低減しながら、断熱変換部までの間で放射損失や反射損失を抑制できる光デバイスについて説明する。
＜比較例＞
図２０は、比較例の光デバイス８０の一例を示す説明図である。図２０に示す光デバイス８０は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス８０は、第１の導波路８２と、第２の導波路８４と、第１の導波路８２及び第２の導波路８４を被覆する、クラッド８１とを有する。更に、光デバイス８０は、第１の導波路８２と第２の導波路８４との間を断熱的に光遷移する断熱変換部８５を有する。第１の導波路８２は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４（以下、単にＳｉＮと称する）で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第２の導波路８４は、例えば、Ｓｉで形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。クラッド８１は、例えば、ＳｉＯ_２で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＯ_２の材料屈折率は１．４４である。

【0033】

第１の導波路８２は、第２のアッセンブリ層８５Ｂに並列配置された２本の第１の直線導波路８２Ａと、第１のアッセンブリ層８５Ａに並列配置された２本の第２の直線導波路８２Ｂとを有する。第１の直線導波路８２Ａは、チップ端面Ｄ２１の始点から終点までの導波路幅が一定となる導波路である。第２の直線導波路８２Ｂは、チップ端面Ｄ２１の始点から終点までの導波路幅が一定となる導波路である。第１の直線導波路８２Ａ及び第２の直線導波路８２Ｂのコアの厚みは、同一とする。第２の直線導波路８２Ｂは、第１の直線導波路８２Ａ上に配置する。

【0034】

第２の導波路８４は、第３のアッセンブリ層８５Ｃに配置されている。第２の導波路８４は、第１のテーパ導波路８４Ａと、第１のテーパ導波路８４Ａと接続する直線導波路８４Ｂとを有する。第１のテーパ導波路８４Ａは、始点から終点に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ構造を有する導波路である。直線導波路８４Ｂは、始点から終点に向けて導波路幅が一定の導波路である。直線導波路８４Ｂ及び第１のテーパ導波路８４Ａのコアの厚みは、同一とする。第２の導波路８４の直線導波路８４Ｂの終点は、光デバイス８０のチップ端面Ｄ２１と対向するチップ端面Ｄ２２を終点とする。

【0035】

断熱変換部８５は、第１の導波路８２と第１のテーパ導波路８４Ａとの間を離間した状態で第１の導波路８２間に第１のテーパ導波路８４Ａを配置することで構成する。

【0036】

図２１Ａは、図２０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２１Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、第１の導波路８２が配置された光デバイス８０の断面部位である。光デバイス８０は、Ｓｉ基板８３と、Ｓｉ基板８３上に積層されたクラッド８１と、第１のアッセンブリ層８５Ａと、第２のアッセンブリ層８５Ｂと、第３のアッセンブリ層８５Ｃとを有する。

【0037】

第１のアッセンブリ層８５Ａは、第２のアッセンブリ層８５Ｂと第３のアッセンブリ層８５Ｃとの間に配置されたアッセンブリ層である。第３のアッセンブリ層８５Ｃは、Ｓｉ基板８３と第１のアッセンブリ層８５Ａとの間に配置されたアッセンブリ層である。

【0038】

第１のアッセンブリ層８５Ａは、第１の導波路８２の２本の第２の直線導波路８２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層８５Ｂは、第１の導波路８２の２本の第１の直線導波路８２Ａが配置されている。

【0039】

図２１Ｂは、図２０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２１Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部８５が配置された光デバイス８０の断面部位である。光デバイス８０は、Ｓｉ基板８３と、Ｓｉ基板８３上に積層されたクラッド８１と、第１のアッセンブリ層８５Ａと、第２のアッセンブリ層８５Ｂと、第３のアッセンブリ層８５Ｃとを有する。

【0040】

第１のアッセンブリ層８５Ａは、第１の導波路８２の２本の第２の直線導波路８２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層８５Ｂは、第１の導波路８２の２本の第１の直線導波路８２Ａが配置されている。第３のアッセンブリ層８５Ｃは、第２の導波路８４の第１のテーパ導波路８４Ａが配置されている。

【0041】

図２１Ｃは、図２０に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２１Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、第２の導波路８４内の直線導波路８４Ｂが配置された光デバイス８０の断面部位である。光デバイス８０は、Ｓｉ基板８３と、Ｓｉ基板８３上に積層されたクラッド８１と、第１のアッセンブリ層８５Ａと、第２のアッセンブリ層８５Ｂと、第３のアッセンブリ層８５Ｃとを有する。第３のアッセンブリ層８５Ｃは、第２の導波路８４の直線導波路８４Ｂが配置されている。

【0042】

断熱変換部８５の始点は、２本の第１の直線導波路８２Ａ間及び、２本の第２の直線導波路８２Ｂ間に配置されている第２の導波路８４内の第１のテーパ導波路８４Ａの始点である。断熱変換部８５の終点は、２本の第１の直線導波路８２Ａ間及び、２本の第２の直線導波路８２Ｂ間に配置されている第２の導波路８４内の第１のテーパ導波路８４Ａの終点である。

【0043】

比較例の断熱変換部８５では、２本の第１の直線導波路８２Ａ（２本の第２の直線導波路８２Ｂ）間に第１のテーパ導波路８４Ａを配置したので、第１の直線導波路８２Ａ（第２の直線導波路８２Ｂ）から第１のテーパ導波路８４Ａに光を断熱的に遷移する。その結果、第１の導波路８２内で不連続箇所がなくなるため、光の放射損失や反射損失の発生を抑制できる。

【0044】

しかしながら、断熱変換部８５では、２本の第１の直線導波路８２Ａ及び２本の第２の直線導波路８２Ｂの光の閉じ込めが弱く、第１の導波路８２内の第１のテーパ導波路８４Ａの始点における放射損失が大きくなる。その結果、第２の導波路８４と第１の導波路８２とが離間した状態で並列配置される断熱変換部８５の長さをある程度確保する必要があるため、部品サイズが大きくなる。

【0045】

そこで、このような事態を解消する光デバイスの実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明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0046】

図１は、実施例１の光デバイス１の一例を示す説明図である。図１に示す光デバイス１は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス１は、第１の導波路２と、第２の導波路３と、第３の導波路４と、第１の導波路２、第２の導波路３及び第３の導波路４を被覆する、クラッド１１とを有する。更に、光デバイス１は、第１の導波路２及び第２の導波路３と、第３の導波路４との間を断熱的に光遷移する断熱変換部５を有する。

【0047】

第１の導波路２は、２本の第１のテーパ導波路２Ａと、２本の第２のテーパ導波路２Ｂとを有する、例えば、ＳｉＮ(Silicon Nitride)導波路である。第１の導波路２は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４（以下、単にＳｉＮと称する）で形成し、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第１のテーパ導波路２Ａは、始点Ｘ１から終点Ｘ２に向けて徐々に広くなる構造を有する導波路である。第２のテーパ導波路２Ｂは、始点Ｘ２から終点Ｘ３に向けて徐々に狭くなる構造を有する導波路である。第１のテーパ導波路２Ａの終点Ｘ２と第２のテーパ導波路２Ｂの始点Ｘ２とを接続することで、第１のテーパ導波路２Ａと第２のテーパ導波路２Ｂとの間を接続する。第１のテーパ導波路２Ａ及び第２のテーパ導波路２Ｂのコアの厚みは同一とする。第１の導波路２の始点Ｘ１は、光ファイバのコアと光結合する光デバイス１のチップ端面Ｄ１を起点とする。

【0048】

第２の導波路３は、第１の導波路２上に配置する直線状の導波路である。第２の導波路３は、例えば、ＳｉＮ(Silicon Nitride)導波路である。第２の導波路３は、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。

【0049】

第３の導波路４は、第３のテーパ導波路４Ａと、第３のテーパ導波路４Ａと接続する直線導波路４Ｂとを有する、例えば、Ｓｉ（Silicon）導波路である。第３の導波路４は、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。ＳｉＮの材料屈折率は、Ｓｉの材料屈折率よりも小さい。第３のテーパ導波路４Ａは、始点Ｙ１から終点Ｙ２に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ構造を有する導波路である。直線導波路４Ｂは、始点Ｙ２から終点に向けて導波路幅が一定の導波路である。直線導波路４Ｂ及び第３のテーパ導波路４Ａのコアの厚みは、同一とする。第３の導波路４の直線導波路４Ｂの終点は、光デバイス１のチップ端面Ｄ１と対向するチップ端面Ｄ２を終点とする。

【0050】

クラッド１１は、例えば、ＳｉＯ_２で形成する層である。光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉＯ_２の材料屈折率は１．４４である。

【0051】

断熱変換部５は、２本の第２のテーパ導波路２Ｂの間及び２本の第２の導波路３の間に第３のテーパ導波路４Ａを離間した状態で配置して構成する。尚、第１の導波路２は、第２の導波路３の真上になくても、モードフィールドは２本の第２のテーパ導波路２Ｂ及び２本の第２の導波路３を中心に跨っているため、第１の導波路２及び第２の導波路３から第３の導波路４に光が断熱的に遷移することになる。

【0052】

断熱変換部５は、始点Ｘ２（Ｙ１）と、終点Ｙ２と、始点Ｘ２（Ｙ１）と終点Ｙ２との間である中間部とを有する。図２Ａ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２Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、第１の導波路２内の２本の第１のテーパ導波路２Ａが配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａは、Ｓｉ基板１２上の近い側に形成されたアッセンブリ層である。第２のアッセンブリ層１３Ｂは、Ｓｉ基板１２から離れた側に形成されたアッセンブリ層である。第３のアッセンブリ層１３Ｃは、Ｓｉ基板１２と第１のアッセンブリ層１３Ａとの間のアッセンブリ層である。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａが配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。

【0053】

図２Ｂは、図１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２Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部５の始点が配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａ及び第２のテーパ導波路２Ｂの結合部分が配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の第３のテーパ導波路４Ａが配置されている。断熱変換部５は、２本の第２のテーパ導波路２Ｂの間で第３のテーパ導波路４Ａが並走する構造である。

【0054】

図２Ｃは、図１に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、断熱変換部５の終点が配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の第３のテーパ導波路４Ａが配置されている。

【0055】

図２Ｄは、図１に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ｄに示すＤ－Ｄ線の略断面部分は、第３の導波路４内の直線導波路４Ｂが配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の直線導波路４Ｂが配置されている。

【0056】

実施例１の光デバイス１では、第１の導波路２内の２本の第１のテーパ導波路２Ａの導波路幅を徐々に広くしたので、光の閉じ込めを強くできる。その結果、断熱変換部５の始点での第３の導波路４の先端における放射損失が小さくなるため、断熱変換部５の長さを小さくできる。しかしながら、第１の導波路２の閉じ込めが強いままだと断熱変換部５の変換効率が波長や偏波により異なるので、変換効率に対する波長及び偏波の依存性が高くなる。

【0057】

そこで、光デバイス１の断熱変換部５では、第１の導波路２内の２本の第１のテーパ導波路２Ａの導波路幅を徐々に狭くしたので、変換効率に対する波長及び偏波の依存性を小さくできる。

【0058】

断熱変換部５では、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ（第２の導波路３）間に第３のテーパ導波路４Ａを配置したので、第２のテーパ導波路２Ｂ（第２の導波路３）から第３のテーパ導波路４Ａに光を断熱的に遷移する。その結果、第１の導波路２内で不連続箇所がなくなるため、光の放射損失や反射損失の発生を抑制できる。

【0059】

光デバイス１では、第１のアッセンブリ層１３Ａに２本の第１の導波路２、第２のアッセンブリ層１３Ｂに２本の第２の導波路３をチップ端面Ｄ１側に配置する。その結果、第１の導波路２及び第２の導波路３のモードフィールドを光ファイバのモードフィールドに近づけることで、ある程度の光ファイバとの間の結合損失を抑制できる。

【0060】

つまり、光デバイス１では、チップ端面でのファイバとの結合損失を低減しながら、断熱変換部までの間で放射損失や反射損失を抑制できる。

【0061】

しかしながら、実施例１の光デバイス１では、光ファイバのコアと光結合する２本の第１のテーパ導波路２Ａの始点Ｘ１間の間隔を若干狭くした構造である。その結果、チップ端面Ｄ１での光デバイス１のモードフィールドが小さく、光ファイバのコアのモードフィールドが大きく、光デバイス１の光ファイバのコアとの結合効率が低下することも考えられる。そこで、光デバイス１に比較して、光ファイバのコアとの結合効率を高くできる実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。

【実施例0062】

図３は、実施例２の光デバイス１Ａの一例を示す説明図である。尚、実施例１の光デバイス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。第１の導波路２は、２本の第１のテーパ導波路２Ａ１と、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１とを有する、例えば、ＳｉＮ導波路である。第１の導波路２は、例えば、ＳｉＮで形成し、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第１のテーパ導波路２Ａ１は、始点Ｘ１から終点Ｘ２に向けて徐々に広くなる構造を有する導波路である。第２のテーパ導波路２Ｂ１は、始点Ｘ２から終点Ｘ３に向けて徐々に狭くなる構造を有する導波路である。第１のテーパ導波路２Ａ１の終点Ｘ２と第２のテーパ導波路２Ｂ１の始点Ｘ２とを接続することで、第１のテーパ導波路２Ａ１と第２のテーパ導波路２Ｂ１との間を接続する。第１のテーパ導波路２Ａ１及び第２のテーパ導波路２Ｂ１のコアの厚みは同一とする。第１の導波路２の始点Ｘ１は、光ファイバのコアと光結合する光デバイス１のチップ端面Ｄ１を起点とする。

【0063】

第２の導波路３は、第１の導波路２上に配置する直線状の導波路である。第２の導波路３は、例えば、ＳｉＮ導波路である。第２の導波路３は、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。

【0064】

第３の導波路４は、第３のテーパ導波路４Ａ１と、第３のテーパ導波路４Ａ１と接続する直線導波路４Ｂ１とを有する、例えば、Ｓｉ導波路である。第３の導波路４は、光波長を１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。ＳｉＮの材料屈折率は、Ｓｉの材料屈折率よりも小さい。第３のテーパ導波路４Ａ１は、始点Ｙ１から終点Ｙ２に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ構造を有する導波路である。直線導波路４Ｂ１は、始点Ｙ２から終点に向けて導波路幅が一定の導波路である。直線導波路４Ｂ１及び第３のテーパ導波路４Ａ１のコアの厚みは、同一とする。第３の導波路４の直線導波路４Ｂ１の終点は、光デバイス１のチップ端面Ｄ１と対向するチップ端面Ｄ２を終点とする。

【0065】

始点Ｘ１における第１のテーパ導波路２Ａ１のコア中心と終点Ｘ２における第１のテーパ導波路２Ａ１のコア中心とを結ぶラインを第１の中心線ＣＬ１とする。尚、第１のテーパ導波路２Ａ１の終点Ｘ２と第２のテーパ導波路２Ｂ１の始点Ｘ２とは同じである。始点Ｘ２における第２のテーパ導波路２Ｂ１のコア中心と終点Ｘ３における第２のテーパ導波路２Ｂ１のコア中心とを結ぶラインを第２の中心線ＣＬ２とする。

【0066】

そして、一方の第１のテーパ導波路２Ａ１の始点Ｘ１のコア中心と他方の第１のテーパ導波路２Ａ１の始点Ｘ１のコア中心との間の距離を第１の間隔Ｌ１とする。言い換えれば、第１の間隔Ｌ１は、第１のテーパ導波路２Ａ１の始点Ｘ１における２本の第１の導波路２同士の間隔である。一方の第１のテーパ導波路２Ａ１の終点Ｘ２のコア中心と他方の第１のテーパ導波路２Ａ１の終点Ｘ２のコア中心との間の距離を第２の間隔Ｌ２とする。言い換えれば、第２の間隔Ｌ２は、第１のテーパ導波路２Ａ１と第２のテーパ導波路２Ｂ１との接続部位における２本の第１の導波路２同士の間隔である。一方の第２のテーパ導波路２Ｂ１の終点Ｘ３のコア中心と他方の第２のテーパ導波路２Ｂ１の終点Ｘ３のコア中心との間の距離を第３の間隔Ｌ３とする。そして、第１の間隔Ｌ１、第２の間隔Ｌ２及び第３の間隔Ｌ３の関係は、Ｌ１＞Ｌ２、Ｌ１＞Ｌ３及びＬ２＝Ｌ３が成立する。言い換えれば、第１の導波路２は、第１の間隔Ｌ１が第２の間隔Ｌ２に比較して広くなる構造である。

【0067】

光デバイス１Ａは、光ファイバのコアと光結合するチップ端面Ｄ１の第１の導波路２の部位を広くし、光ファイバのコアのモードフィールドに近づけるべく、２本の第１のテーパ導波路２Ａ１間の距離を第１の間隔Ｌ１とした。その結果、チップ端面Ｄ１での光デバイス１Ａのモードフィールドが光ファイバのコアのモードフィールドに近づくことで、光デバイス１Ａの光ファイバのコアとの結合効率が良好となる。

【0068】

第３の導波路４は、第３のテーパ導波路４Ａ１と、第３のテーパ導波路４Ａ１と接続する直線導波路４Ｂ１とを有する。第３のテーパ導波路４Ａ１は、始点Ｙ１から終点Ｙ２に向けて導波路幅が徐々に広くなるテーパ構造を有する導波路である。言い換えれば、第３のテーパ導波路４Ａ１は、直線導波路４Ｂ１に向かうにつれて導波路幅が徐々に広くなる構造である。直線導波路４Ｂ１は、始点Ｙ２から終点に向けて導波路幅が一定の導波路である。言い換えれば、直線導波路４Ｂ１は、第３のテーパ導波路４Ａ１の第１のテーパ導波路２Ａ１が設けられている側と反対側に接続する導波路である。第３のテーパ導波路４Ａ１及び直線導波路４Ｂ１のコアの厚みは同一とする。第３の導波路４の直線導波路４Ｂ１の終点は、光デバイス１Ａのチップ端面Ｄ１と対向するチップ端面Ｄ２を終点とする。

【0069】

断熱変換部５Ａは、第１の導波路２内の２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１と、第３の導波路４内の第３のテーパ導波路４Ａ１とを有する。断熱変換部５Ａは、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１の間に第３のテーパ導波路４Ａ１を配置し、第２のテーパ導波路２Ｂ１の下に第３のテーパ導波路４Ａ１を離間した状態で並走して配置することで構成する。尚、第１の導波路２は、モードフィールドが２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１を中心に跨っているため、第１の導波路２から第３の導波路４に光が断熱的に遷移することになる。

【0070】

断熱変換部５Ａは、始点Ｘ２（Ｙ１）と、終点Ｘ３（Ｙ２）と、始点Ｘ２（Ｙ１）と終点Ｘ３（Ｙ２）との間である中間部とを有する。図４Ａは、図３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４Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、第１の導波路２内の２本の第１のテーパ導波路２Ａ１が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａ１が配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。

【0071】

図４Ｂは、図３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４Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部５の始点が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａ１及び第２のテーパ導波路２Ｂ１の結合部分が配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の第３のテーパ導波路４Ａ１が配置されている。断熱変換部５Ａは、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１の間で第３のテーパ導波路４Ａ１が並走する構造である。

【0072】

図４Ｃは、図３に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、断熱変換部５Ａの終点が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層１３Ａには、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂ１が配置されている。第２のアッセンブリ層１３Ｂには、第２の導波路３が配置されている。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の第３のテーパ導波路４Ａ１が配置されている。

【0073】

図４Ｄは、図３に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ｄに示すＤ－Ｄ線の略断面部分は、第３の導波路４内の直線導波路４Ｂ１が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、クラッド１１と、Ｓｉ基板１２と、第１のアッセンブリ層１３Ａと、第２のアッセンブリ層１３Ｂと、第３のアッセンブリ層１３Ｃとを有する。第３のアッセンブリ層１３Ｃには、第３の導波路４内の直線導波路４Ｂ１が配置されている。

【0074】

断熱変換部５Ａの始点は、第２のテーパ導波路２Ｂ１の始点Ｘ２と第３のテーパ導波路４Ａ１の始点Ｙ１とが配置される箇所である。第２のテーパ導波路２Ｂ１の始点Ｘ２の導波路幅は、第３のテーパ導波路４Ａ１の始点Ｙ１の導波路幅に比較して広くしている。断熱変換部５Ａは、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１の間で下方に第３のテーパ導波路４Ａ１が並走する構造である。

【0075】

断熱変換部５Ａの終点は、第２のテーパ導波路２Ｂ１の終点Ｘ３と第３のテーパ導波路４Ａ１の終点Ｙ２とが配置される箇所である。第２のテーパ導波路２Ｂ１の終点Ｘ３の導波路幅は、第３のテーパ導波路４Ａ１の終点Ｙ３の導波路幅に比較して狭くしている。

【0076】

実施例２の光デバイス１Ａの断熱変換部５Ａでは、２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１間に第３のテーパ導波路４Ａ１を配置したので、第２のテーパ導波路２Ｂ１と第３のテーパ導波路４Ａ１との間で光を断熱的に遷移する。その結果、第１の導波路２内で不連続箇所がなくなるため、光の放射損失や反射損失の発生を抑制できる。

【0077】

光デバイス１Ａでは、第１の導波路２内の２本の第１のテーパ導波路２Ａ１の導波路幅を徐々に広くしたので、光の閉じ込めを強くできる。その結果、断熱変換部５Ａの始点での第３の導波路４の先端における放射損失が小さくなるため、断熱変換部５Ａの長さを短くできる。

【0078】

更に、光デバイス１Ａでは、第１の導波路２内の２本の第２のテーパ導波路２Ｂ１の導波路幅を徐々に狭くしたので、第１の導波路２の実効屈折率が小さくなることで、変換効率に対する波長及び偏波の依存性を小さくしながら、変換効率の低下を抑制できる。

【0079】

更に、光デバイス１Ａは、２本の第１のテーパ導波路２Ａ１間の間隔が始点Ｘ１から終点Ｘ２にかけて徐々に狭くなるように変化した構造にした。光デバイス１Ａでは、光ファイバのコアと光結合するチップ端面Ｄ１の第１の導波路２の部位を広くし、第１の間隔Ｌ１が第２の間隔Ｌ２よりも広くした。その結果、チップ端面Ｄ１での光デバイス１Ａのモードフィールドが光ファイバのコアのモードフィールドに近づくことで、光デバイス１Ａの光ファイバのコアとの結合効率が改善して光挿入損失を抑制できる。

【0080】

説明の便宜上、光デバイス１Ａは、第１の間隔Ｌ１が第２の間隔Ｌ２に比較して長くした。しかしながら、チップ端面Ｄ１での光デバイス１Ａのモードフィールドが光ファイバのコアのモードフィールドに近づくように第１の間隔Ｌ１を広くすればよく、第１の間隔が第２の間隔に比較して短くしても良い。

【0081】

尚、実施例２の光デバイス１Ａでは、第２の間隔Ｌ２及び第３の間隔Ｌ３の関係がＬ２＝Ｌ３であるため、断熱変換部５Ａのモードフィールドが広く、断熱変換部５Ａと光結合する第３の導波路４内の直線導波路４Ｂ１のモードフィールドに近づけることができない。その結果、断熱変換部５Ａでの第３の導波路４との間のモードフィールドのミスマッチにより結合損失が発生する場合が考えられる。そこで、このような事態に対処する実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。