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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】P2025094787
(43)【公開日】2025-06-25
(54)【発明の名称】光学素子
(51)【国際特許分類】
G02B 6/122 20060101AFI20250618BHJP
G02B 6/14 20060101ALI20250618BHJP
G02B 6/124 20060101ALI20250618BHJP
【ＦＩ】
G02B6/122
G02B6/14
G02B6/124
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023210538
(22)【出願日】2023-12-13
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504173471
【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】藤原 直樹
(72)【発明者】
【氏名】御手洗 拓矢
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 剛
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147AB28
2H147BB03
2H147BD15
2H147BD16
2H147BE11
2H147BE20
2H147BG04
2H147BG06
2H147CA11
2H147EA13C
2H147EA14B
2H147FC03
2H147FD20
(57)【要約】
【課題】光の損失を抑制することが可能な光学素子を提供する。
【解決手段】面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子。
【選択図】 図２
【解決手段】面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、
光を入力するための第１導波路と、
光を出力するための第２導波路と、を具備し、
前記第２領域は前記第１領域を囲み、
前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、
前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、
前記第２層に複数の孔が設けられ、
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、
前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子。
光を入力するための第１導波路と、
光を出力するための第２導波路と、を具備し、
前記第２領域は前記第１領域を囲み、
前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、
前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、
前記第２層に複数の孔が設けられ、
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、
前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子。
【請求項2】
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２０以上、１／２以下である請求項１に記載の光学素子。
【請求項3】
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／５以上、２／５以下である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項4】
前記第１層は酸化シリコンで形成され、
前記第２層はシリコンで形成されている請求項１または請求項２に記載の光学素子。
前記第２層はシリコンで形成されている請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項5】
前記孔の平面形状は矩形である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項6】
前記第１領域の平面形状は矩形である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項7】
１つの前記第１導波路と、
複数の前記第２導波路と、を具備する請求項１または請求項２に記載の光学素子。
複数の前記第２導波路と、を具備する請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項8】
前記第１導波路に入力される前記光のモードは、前記第２導波路から出力される前記光のモードとは異なる請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項9】
前記第１導波路および前記第２導波路の少なくとも一方に接続されたグレーティングカプラを具備し、
前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、
前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しい請求項１または請求項２に記載の光学素子。
前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、
前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しい請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項10】
前記第１領域の側面および上面を覆い、前記第２領域の上面を覆う絶縁膜を具備する請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は光学素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
基板の面内に配置された複数の孔を有する、モザイク型の光学素子が開発されている（非特許文献１など）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】“Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｅｎａｂｌｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｔｒａｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍａｔｒｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ” Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｊ．Ｄｉｎｓｄａｌｅ ｅｔ．ａｌ． ＡＣＳ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ２０２１，８，２８３－２９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
穴のパターンに応じて、特定の分岐比で光を分岐させることができる光学素子が知られている。しかし、穴によって光の損失が増加する恐れがある。そこで、光の損失を抑制することが可能な光学素子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】
【0005】
本開示に係る光学素子は、面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、光の損失を抑制することが可能な光学素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【0009】
本開示の一形態は、（１）面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子である。光の損失を抑制することができる。
（２）上記（１）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２０以上、１／２以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／５以上、２／５以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第１層は酸化シリコンで形成され、前記第２層はシリコンで形成されてもよい。光の損失を抑制することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記孔の平面形状は矩形でもよい。光の損失を抑制することができる。
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第１領域の平面形状は矩形でもよい。矩形の第１領域に光を閉じ込め、損失を抑制することができる。
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、１つの前記第１導波路と、複数の前記第２導波路と、を具備してもよい。光を分岐することができる。
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記第１導波路に入力される前記光のモードは、前記第２導波路から出力される前記光のモードとは異なってもよい。光のモードを変換することができる。
（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記第１導波路および前記第２導波路の少なくとも一方に接続されたグレーティングカプラを具備し、前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しくてもよい。孔と凹凸とを同時に形成することができる。
（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、前記第１領域の側面および上面を覆い、前記第２領域の上面を覆う絶縁膜を具備してもよい。第１領域の第２層に光を閉じ込めることができる。
（２）上記（１）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２０以上、１／２以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／５以上、２／５以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第１層は酸化シリコンで形成され、前記第２層はシリコンで形成されてもよい。光の損失を抑制することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記孔の平面形状は矩形でもよい。光の損失を抑制することができる。
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第１領域の平面形状は矩形でもよい。矩形の第１領域に光を閉じ込め、損失を抑制することができる。
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、１つの前記第１導波路と、複数の前記第２導波路と、を具備してもよい。光を分岐することができる。
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記第１導波路に入力される前記光のモードは、前記第２導波路から出力される前記光のモードとは異なってもよい。光のモードを変換することができる。
（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記第１導波路および前記第２導波路の少なくとも一方に接続されたグレーティングカプラを具備し、前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しくてもよい。孔と凹凸とを同時に形成することができる。
（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、前記第１領域の側面および上面を覆い、前記第２領域の上面を覆う絶縁膜を具備してもよい。第１領域の第２層に光を閉じ込めることができる。
【0010】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光学素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態に係る光学素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0011】
＜第１実施形態＞
（光学素子）
図１は第１実施形態に係る光学素子１を例示する平面図である。光学素子１は、基板１０、合分波器１００、導波路２０、導波路２２および導波路２４、３つのグレーティングカプラ２６を有する。平面図においては、光学素子１を覆うクラッド層を透視している。
（光学素子）
図１は第１実施形態に係る光学素子１を例示する平面図である。光学素子１は、基板１０、合分波器１００、導波路２０、導波路２２および導波路２４、３つのグレーティングカプラ２６を有する。平面図においては、光学素子１を覆うクラッド層を透視している。
【0012】
基板１０は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。基板１０の２つの辺は、Ｘ軸方向に平行である。別の２つの辺は、Ｙ軸方向に平行である。基板１０の上面は、ＸＹ平面に平行である。Ｚ軸方向は、基板１０の法線方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は互いに直交する。基板１０のＸ軸方向の長さＬ１は例えば３００μｍである。Ｙ軸方向の長さＬ２は例えば１５０μｍである。
【0013】
基板１０は領域３０（第１領域）と領域３２（第２領域）とを有する。領域３０は基板１０の中央に位置する。領域３２は、領域３０の外に位置し、領域３０を囲む。領域３０に合分波器１００が設けられている。
【0014】
導波路２０、導波路２２および導波路２４は、合分波器１００に光学的に結合されている。導波路２０（第１導波路）は、合分波器１００の１つの端部に接続されている。導波路２２および導波路２４（第２導波路）は、合分波器１００の別の端部に接続されている。導波路２０、導波路２２および導波路２４それぞれの合分波器１００とは反対の部分にグレーティングカプラ２６が接続されている。導波路２０、導波路２２、導波路２４、およびグレーティングカプラ２６は、領域３２に設けられている。グレーティングカプラ２６のＸ軸方向の長さＬａは例えば６０μｍである。Ｙ軸方向の長さＬｂは例えば３０μｍである。
【0015】
本開示の一例において、合分波器１００はパワー合分波器である。パワー合分波器とは、入力される光をある強度の割合で分岐して、複数の光として出力する素子、または入力される複数の光を合成して１つまたは複数の光として出力する素子である。本開示の別の例では、合分波器はモードディバイダである。モードディバイダとは、特定の偏波を有する光が入力されたとき、その光の一部をある割合で別の偏波を有する光に変換して、特定の偏波を有する光と別の偏波を有する光とに分岐して出力する素子である。本開示のさらに別の例においては、合分波器はモード変換器である。モード変換器とは、特定の偏波を有する光が入力されたとき、その光を別の偏波を有する光に変換して出力する素子である。
【0016】
（合分波器）
図２は合分波器１００を拡大した模式的な平面図である。合分波器１００は基板１０の領域３０に設けられている。領域３０の平面形状は矩形である。領域３０の外に領域３２が位置する。
図２は合分波器１００を拡大した模式的な平面図である。合分波器１００は基板１０の領域３０に設けられている。領域３０の平面形状は矩形である。領域３０の外に領域３２が位置する。
【0017】
合分波器１００は、モザイク型の受動型光学素子である。モザイク型とは複数の孔４０が面内に２次元配列されている構成を意味する。合分波器１００は、入射された特定の波長を有する光を分岐して出射する、または入射された互いに同じ波長を有する複数の光を合波して出射する。合分波器１００の平面形状は例えば矩形である。合分波器１００のＸ軸方向の長さＬ３は、例えば３２μｍである。Ｙ軸方向の長さＬ４は例えば６μｍである。
【0018】
合分波器１００は複数の孔４０を有する。複数の孔４０は、ＸＹ面内に２次元状に配列され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って並ぶ。孔４０の平面形状は例えば矩形である。孔４０の一辺の長さＬ５は例えば４００ｎｍである。孔４０の個数および位置は、合分波器１００の特性に応じて決められる。特性とは、例えば分岐比、出力光のモードなどである。
【0019】
図３Ａは図２の線Ａ－Ａに沿った断面図である。図３Ｂは図２の線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、基板１０はＳＯＩ基板であり、基板１２、ボックス層１４（第１層）、およびシリコン層１６（第２層）を有する。
【0020】
図３Ａに示すように、基板１０の領域３０に合分波器１００が形成されている。領域３０にはシリコン層１６が設けられている。基板１２の１つの面にボックス層１４が積層されている。シリコン層１６は、ボックス層１４の基板１２とは反対の面に積層されている。シリコン層１６のうち厚い部分の厚さＴ１は例えば２２０ｎｍである。シリコン層１６のボックス層１４とは反対の面にクラッド層１８（絶縁膜）が積層されている。基板１２およびシリコン層１６はシリコン（Ｓｉ）で形成されている。ボックス層１４およびクラッド層１８は酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁体で形成されている。ボックス層１４の厚さは例えば３μｍである。シリコンの屈折率は波長１．５５μｍにおいて約３．４６である。ＳｉＯ２の屈折率は波長１．５５μｍにおいて約１．４６である。シリコン層１６の屈折率はボックス層１４およびクラッド層１８の屈折率よりも高い。Ｙ軸方向において、領域３０に接する領域３２にはシリコン層１６は設けられておらず、基板１２およびボックス層１４が設けられている。
【0021】
図３Ａに示すように、シリコン層１６に複数の孔４０が設けられている。シリコン層１６のうち孔４０が設けられていない部分をテラス１７とする。テラス１７の位置におけるシリコン層１６の厚さがＴ１である。Ｚ軸方向において、孔４０はテラス１７よりも窪んでいる。テラス１７の上面を基準とする孔４０の深さＤ１は、シリコン層１６の厚さＴ１の１／２以下である。厚さＴ１が２２０ｎｍの場合、深さＤ１は１１０ｎｍ以下であり、例えば５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下でもよいし、７０ｎｍとしてもよい。
【0022】
クラッド層１８はシリコン層１６の上面および側面を覆う。孔４０の内部はクラッド層１８で埋められてもよいし、クラッド層１８によって埋められず、空気が含まれてもよい。孔４０の位置および個数は、特性に応じて決められる。孔４０の個数は例えば数十個、数百個または千個以上である。
【0023】
図３Ｂに示すように、導波路２０はシリコン層１６で形成されている。導波路２０の断面形状は矩形である。導波路２０の幅Ｗ１は例えば１μｍである。導波路２０の厚さは、シリコン層１６のテラス１７の厚さと同じであり、例えば２２０ｎｍである。導波路２０の上面および側面はクラッド層１８によって覆われる。導波路２２および導波路２４は、導波路２０と同じ構成を有する。
【0024】
（グレーティングカプラ）
図３Ｃはグレーティングカプラ２６を例示する断面図である。グレーティングカプラ２６はシリコン層１６に設けられ、凹凸を有する。すなわち、複数の凸部２６ａと複数の凹部２６ｂとが交互に並ぶ。凸部２６ａにおけるシリコン層１６の厚さはテラス１７の厚さＴ１に等しい。凸部２６ａの上面から凹部２６ｂの底面までの深さＤ２は、孔４０の深さＤ１に等しく、例えば７０ｎｍである。
図３Ｃはグレーティングカプラ２６を例示する断面図である。グレーティングカプラ２６はシリコン層１６に設けられ、凹凸を有する。すなわち、複数の凸部２６ａと複数の凹部２６ｂとが交互に並ぶ。凸部２６ａにおけるシリコン層１６の厚さはテラス１７の厚さＴ１に等しい。凸部２６ａの上面から凹部２６ｂの底面までの深さＤ２は、孔４０の深さＤ１に等しく、例えば７０ｎｍである。
【0025】
図１に示すように、合分波器１００には３つの導波路２０、導波路２２および導波路２４が接続されている。グレーティングカプラ２６から導波路２０に光を入射する。図２に矢印で示すように、光は導波路２０を伝搬し、合分波器１００に入力される。孔４０の内部はＳｉＯ２のクラッド層１８で埋められている。孔４０の屈折率は、シリコン層１６の屈折率とは異なる。光は基板１０およびクラッド層１８を含む面内で散乱され、分岐される。光の一部は導波路２２から出力される。光の別の一部は導波路２４から出力される。光の分岐比をγとすると、強度１の光が導波路２０に入力されたとき、導波路２４から出力される光の強度がγであり、導波路２２から出力される光の強度が１－γである。γは１以下の数値である。導波路２２および導波路２４からの出射光は、グレーティングカプラ２６を通じて出力される。
【0026】
所望の分岐比に応じて複数の孔４０の配置を設計すればよい。孔４０のパターンを変えつつ、分岐比を繰り返しシミュレーション計算することで、所望の分岐比に対応するパターンを設計してもよい。
【0027】
【0028】
図４Ａに示すように、シリコン層１６の上面にレジストを塗布し、ステッパを用いてフォトリソグラフィを行い、レジストマスク５０を形成する。設計された孔４０の配置に応じて、レジストマスク５０がパターニングされ、開口部５２が形成される。開口部５２からシリコン層１６が露出する。
【0029】
図４Ｂに示すように、ドライエッチングを行い、シリコン層１６に孔４０を形成する。シリコン層１６のうち、レジストマスク５０の開口部５２から露出する部分がエッチングされ、孔４０が形成される。エッチング深さはシリコン層１６の厚さの半分以下であり、例えば７０ｎｍである。孔４０の底面とボックス層１４の上面との間には、厚さ１５０ｎｍのシリコン層１６が残る。シリコン層１６のうちレジストマスク５０で覆われた部分はエッチングされない。
【0030】
図示は省略するが、グレーティングカプラ２６が製造される部分においても、レジストマスク５０は開口部を有する。シリコン層１６のうち当該開口部から露出する部分を、例えば深さ７０ｎｍまでドライエッチングする。孔４０の製造と同時に、グレーティングカプラ２６の凹部２６ｂも形成される。この工程では導波路は形成されない。孔４０および凹部２６ｂの製造後、レジストマスク５０を除去する。
【0031】
図５Ａに示すように、シリコン層１６の上面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィを行い、レジストマスク５４を形成する。レジストマスク５４は矩形であり、領域３０を覆う。Ｙ軸方向において、領域３０に接する領域３２のシリコン層１６は、レジストマスク５４から露出する。
【0032】
図５Ｂに示すように、ドライエッチングを行い、シリコン層１６のうちレジストマスク５４から露出する部分を取り除く。領域３２からはシリコン層１６が除去され、ボックス層１４が露出する。領域３０にはシリコン層１６が残る。
【0033】
図示は省略するが、導波路が製造される部分においても、レジストマスク５４がパターニングされる。レジストマスク５４は、シリコン層１６のうち導波路が形成される部分を覆う。ドライエッチング後、シリコン層１６が残存する部分に導波路が形成される。ドライエッチングの後、レジストマスク５４を除去する。クラッド層１８を成膜する。クラッド層１８は領域３０の上面および側面、領域３２の上面、および導波路を覆う。以上の工程で光学素子１が製造される。
【0034】
（比較例）
図６は比較例に係る合分波器１１０を例示する断面図である。基板１０は領域３１を有する。領域３１に複数の孔４０が設けられている。孔４０の深さＤ３は、図３Ａにおける深さＤ１より大きく、シリコン層１６の厚さＴ１の１／２よりも大きい。厚さＴ１が２２０ｎｍである場合、深さＤ３は例えば１１０ｎｍより大きい。シリコン層１６はリブ１９を有する。リブ１９は、ＸＹ平面内において領域３１よりも外に突出している。リブ１９の上面からテラス１７の上面までの距離は、例えば深さＤ３に等しい。
図６は比較例に係る合分波器１１０を例示する断面図である。基板１０は領域３１を有する。領域３１に複数の孔４０が設けられている。孔４０の深さＤ３は、図３Ａにおける深さＤ１より大きく、シリコン層１６の厚さＴ１の１／２よりも大きい。厚さＴ１が２２０ｎｍである場合、深さＤ３は例えば１１０ｎｍより大きい。シリコン層１６はリブ１９を有する。リブ１９は、ＸＹ平面内において領域３１よりも外に突出している。リブ１９の上面からテラス１７の上面までの距離は、例えば深さＤ３に等しい。
【0035】
比較例の孔４０は深いため、合分波器１１０を導波する光のモードが、Ｚ軸方向において上下対称に近づく。しかし、Ｚ軸方向において、光のモードの半分程度がクラッド層１８に染み出す。深い孔４０によって光が強く散乱され、かつシリコンのリブ１９があるため、散乱された光が、ＸＹ平面内において合分波器１１０の外に染み出す。光の損失が増加してしまう。
【0036】
第１実施形態によれば、基板１０は領域３０と領域３２とを有する。図３Ａに示すように、領域３０では、ボックス層１４とシリコン層１６とが積層されている。図２に示すように、シリコン層１６には複数の孔４０が設けられている。孔４０の深さＤ１は、シリコン層１６のテラス１７の位置における厚さＴ１の１／２以下である。光のモードが厚さ方向に染み出しにくい。深い孔による散乱に比べ、浅い孔４０による光の散乱が弱い。図３Ａに示すように、Ｙ軸方向の断面では、合分波器１００の近傍の領域３２において基板１０はシリコン層１６を有さない。ＸＹ平面内において光が領域３０に強く閉じ込められ、外に染み出しにくい。領域３０内で浅い孔４０によって光が散乱されるため、光の損失を抑制することができる。
【0037】
浅い孔４０による散乱は、深い孔による散乱よりも弱い。第１実施形態によれば、光が領域３０に閉じ込められるため、光が外に漏洩しにくい。領域３０に閉じ込められた光が、複数の孔４０によって散乱されることで、所望の分岐比で光を分岐することができる。
【0038】
孔４０の深さＤ１は、シリコン層１６の厚さＴ１の１／２０以上、１／２以下でもよいし、厚さＴ１の１／５以上、２／５以下でもよい。厚さＴ１が２２０ｎｍならば、深さＤ１は１１ｎｍ以上、１１０ｎｍ以下、４４ｎｍ以上、８８ｎｍ以下などである。光の損失を抑制することができる。
【0039】
図３Ａに示すように、基板１０は例えばＳＯＩ基板であり、基板１２、ボックス層１４およびシリコン層１６を有する。領域３０には、基板１２、ボックス層１４およびシリコン層１６が順番に積層されている。領域３２には、基板１２とＳｉＯ２のボックス層１４とが積層されている。合分波器１００の近傍には導波路２０、導波路２２および導波路２４を除いてシリコン層１６は設けられていない。光を領域３０に強く閉じ込め、合分波器１００内で散乱させることができる。光の損失を抑制し、かつ光を分岐させることができる。
【0040】
図２に示すように、基板１０の領域３０の平面形状は矩形である。領域３２は領域３０を囲む。矩形の領域３０内に光を閉じ込め、損失を抑制することができる。領域３０は矩形以外に、多角形、円形、楕円形の形状を有してもよい。基板１０はＳＯＩ基板以外の基板でもよい。基板１０に含まれる層が、ＳｉＯ２およびＳｉ以外で形成されてもよい。基板１０の１つの層が領域３０に設けられ、当該１つの層に複数の孔４０が設けられていればよい。
【0041】
図２に示すように、孔４０の平面形状は矩形である。矩形の孔４０を複数個２次元配列することで、光を分岐させることができる。孔４０の平面形状は円形、楕円形、多角形などでもよい。
【0042】
孔４０の１辺の長さＬ５は、数百ｎｍであり、例えば４００ｎｍである。分岐比の設計値が同一であるならば、孔４０の大きさが変わっても、複数の孔４０の位置は大きく変化しない。しかし、孔４０が大きすぎると、分岐比が設計値から外れることがある。孔４０が小さすぎると、ドライエッチングなどで精度よく製造することが困難である。孔４０の長さＬ５を、例えば５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下とする。孔４０を製造し、分岐比を設計値に近づけることができる。
【0043】
合分波器１００は、１入力２出力の素子であり、導波路２０、導波路２２および導波路２４を有する。導波路２０から光を入力する。複数の孔４０によって光が散乱される。導波路２２および導波路２４から光を出力する。所望の分岐比で光を分岐することができる。導波路２２および導波路２４から入力する光を、合成して導波路２０から出力してもよい。出力導波路の個数は１個でもよいし、２個以上でもよい。
【0044】
導波路２０に入力される光のモードは、導波路２２から出力される光のモードおよび導波路２４から出力される光のモードと同じでもよいし、出力モードの少なくとも一方と異なってもよい。
【0045】
図１に示すように、導波路にはグレーティングカプラ２６が結合されている。グレーティングカプラ２６の凹部２６ｂの深さＤ２は、孔４０の深さＤ１に等しくてもよい。一度のエッチングにより、孔４０と凹部２６ｂとを同時に製造することができる。グレーティングカプラ２６は全ての導波路に結合されてもよいし、少なくとも１つの導波路に結合されてもよい。光学素子１はグレーティングカプラを含まなくてもよい。導波路２０、導波路２２および導波路２４は、光学素子１の端面まで延伸し、端面を経由して光学素子１への光の入射および出射が行われてもよい。
【0046】
クラッド層１８は、領域３０の側面および上面を覆い、領域３２の上面を覆う。シリコン層１６の屈折率は、クラッド層１８およびボックス層１４の屈折率よりも高い。光を領域３０のシリコン層１６に強く閉じ込め、損失を抑制することができる。
【0047】
孔４０は空洞でもよいし、クラッド層１８が埋め込まれてもよい。孔４０の屈折率は、シリコンの屈折率とは異なる。基板１０の面内において屈折率が変化する。光を分岐することができる。
【0048】
＜第２実施形態＞
（Ｄ１＝７０ｎｍの例）
第２実施形態では、分岐比γを特定の値に定め、その分岐比に応じて合分波器を設計する。図７Ａから図７Ｃは第２実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。
（Ｄ１＝７０ｎｍの例）
第２実施形態では、分岐比γを特定の値に定め、その分岐比に応じて合分波器を設計する。図７Ａから図７Ｃは第２実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【0049】
基板１０の領域３０はシリコン層１６を有する。領域３２は、領域３０の外に位置し、合分波器のＹ軸方向の近傍ではシリコン層１６を有さない。基板１０のシリコン層１６のＸ軸方向の長さは３２μｍであり、Ｙ軸方向の長さは６μｍである。領域３０のシリコン層１６を、４００ｎｍ×４００ｎｍのピクセルに分割する。ピクセルの個数は１５×８０である。ピクセルのうち一部がエッチングされ、孔４０となる。ピクセルのうち別の一部はエッチングされず、テラス１７となる。孔４０の深さＤ１の設計値を７０ｎｍとし、かつ分岐比γの設計値を０．２、０．３、および０．４とする。図７Ａから図７Ｃのように、分岐比に応じて複数の孔４０の配置が設計される。隣り合う複数の孔４０は、連続し、１つの凹部を形成する。
【0050】
図７Ａの合分波器は、分岐比を０．２とした例である。図７Ｂの合分波器は、分岐比を０．３とした例である。図７Ｃの合分波器は、分岐比を０．４とした例である。図７Ａの例では、合分波器に導波路２０から光が入力されると、理想的には８０％の光が導波路２２から出力され、２０％の光が導波路２４から出力される。他の合分波器も分岐比に応じて光を出力する。これらの合分波器を、図１の光学装置１に適用することができる。
【0051】
孔４０の配置を設計時のものに維持したうえで、孔４０の深さを２０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、および１２０ｎｍに変化させて、分岐比および光の損失を計算する。基板１０はＳＯＩ基板であり、孔４０が形成されていない部分のシリコン層１６の厚さは２２０ｎｍとしている。光の波長は１５５０ｎｍとしている。
【0052】
図８Ａから図８Ｃは分岐比の計算結果を例示する図である。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ（ＳＲ）を表す。分岐比をγとすると、ＳＲは次式で表される。
ＳＲ＝γ／（１－γ） （１）
γが０．２ならばＳＲは０．２５である。γが０．３ならばＳＲは約０．４３である。γが０．４ならばＳＲは約０．６７である。分岐比γが設計された値（理想値）ならば、ＳＲも上記の理想値となる。分岐比γが理想値から外れると、ＳＲも理想値とは異なる値となる。図８Ａから図８Ｃにおいて、実線はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏの理想値を表す。点線はＳＲの計算結果を表す。
ＳＲ＝γ／（１－γ） （１）
γが０．２ならばＳＲは０．２５である。γが０．３ならばＳＲは約０．４３である。γが０．４ならばＳＲは約０．６７である。分岐比γが設計された値（理想値）ならば、ＳＲも上記の理想値となる。分岐比γが理想値から外れると、ＳＲも理想値とは異なる値となる。図８Ａから図８Ｃにおいて、実線はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏの理想値を表す。点線はＳＲの計算結果を表す。
【0053】
図８Ａは、分岐比γの設計値を０．２とした場合の分岐比の計算結果である。孔４０の深さが２０ｎｍの場合、ＳＲが１を超える。分岐比γが０．２から外れているためである。深さが５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍおよび１２０ｎｍの各例において、ＳＲは理想値に近い。分岐比γが設計値０．２に近いためである。
【0054】
図８Ｂは、分岐比γの設計値を０．３とした場合の分岐比の計算結果である。孔４０の深さが２０ｎｍの場合、ＳＲが１を超える。深さが５０ｎｍの場合、ＳＲは０．６から０．７の間である。深さが７０ｎｍ、１００ｎｍおよび１２０ｎｍの各例において、ＳＲは理想値に近い。すなわち、分岐比γが設計値０．３に近い。
【0055】
図８Ｃは、分岐比γの設計値を０．４とした場合の分岐比の計算結果である。孔４０の深さが２０ｎｍの場合、ＳＲが１を超える。深さが設計値の７０ｎｍに近いほど、ＳＲは理想値に近づく。分岐比γが設計値０．４に近い。
【0056】
図９は光の損失の計算結果を例示する図である。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸は合分波器における光の損失を表す。実線は分岐比の設計値γが０．２の場合の損失を表す。点線はγ＝０．３の場合の損失を表す。破線はγ＝０．４の場合の損失を表す。図９に示すように、いずれの分岐比においても、孔４０が深いと損失が大きくなる。深さが２０ｎｍ、５０ｎｍおよび７０ｎｍにおいて損失が少なくなる。
【0057】
図９に示すように、孔４０の深さが１００ｎｍ以上ならば損失が増加してしまう。深さが２０ｎｍの場合、損失を低減することができる。しかし図８Ａから図８Ｃに示すように、分岐比が理想値から外れてしまう。深さが５０ｎｍから７０ｎｍにおいて、分岐比が理想値に近づき、かつ損失も抑制することができる。
【0058】
（再設計）
次に、孔４０の深さごとに合分波器の再設計を行い、分岐比および損失の計算を行う。孔４０の深さＤ１を２０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、または１２０ｎｍに定め、かつ分岐比γの設計値を０．１、０．２、０．３、０．４または０．５として、深さおよび分岐比ごとに合分波器を設計する。つまり、各深さにおいて、分岐比が所望の分岐比γになるべく近づくように、複数の孔４０の配置を再設計する。
次に、孔４０の深さごとに合分波器の再設計を行い、分岐比および損失の計算を行う。孔４０の深さＤ１を２０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、または１２０ｎｍに定め、かつ分岐比γの設計値を０．１、０．２、０．３、０．４または０．５として、深さおよび分岐比ごとに合分波器を設計する。つまり、各深さにおいて、分岐比が所望の分岐比γになるべく近づくように、複数の孔４０の配置を再設計する。
【0059】
図１０Ａから図１０Ｃは孔４０の深さＤ１を２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。図１１Ａから図１１Ｅは孔４０の深さＤ１を７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。図１２Ａから図１２Ｃは孔４０の深さＤ１を１２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。図１１Ａは分岐比γの設計値を０．１とした例である。図１０Ａ、図１１Ｂおよび図１２Ａは分岐比γの設計値を０．２とした例である。図１０Ｂ、図１１Ｃおよび図１２Ｂは分岐比γの設計値を０．３とした例である。図１０Ｃ、図１１Ｄおよび図１２Ｃは分岐比γの設計値を０．４とした例である。図１１Ｅは分岐比γの設計値を０．５とした例である。Ｄ１＝５０ｎｍの合分波器、およびＤ１＝１００ｎｍの合分波器の図示は省略する。
【0060】
例えば図１０Ａ、図１１Ｂおよび図１２Ａに示すように、同一の分岐比（γ＝０．２）で比較すると、孔４０が浅いほど孔４０の個数が多くなり、孔４０が深いほど個数は少なくなる。浅い孔４０に比べ、深い孔４０によって光が強く散乱される。このため少ない個数の孔４０によって所望の分岐比が実現される。浅い孔４０による散乱は弱いため、より多くの孔４０によって所望の分岐比が実現される。
【0061】
図１３Ａから図１３Ｃは分岐比の計算結果を例示する図である。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ（ＳＲ）を表す。各図において、実線はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏの理想値を表す。点線はＳＲの計算結果を表す。
【0062】
図１３Ａは、分岐比γの設計値を０．２とした場合の分岐比の計算結果である。いずれの深さにおいても、計算されたＳＲは理想値から０．０１程度ずれている。図１３Ｂは、分岐比γの設計値を０．３とした場合の分岐比の計算結果である。孔４０が深いほどＳＲの理想値からのずれが大きい。孔４０が浅いほどＳＲは理想値に近づく。図１３Ｃは、分岐比γの設計値を０．４とした場合の分岐比の計算結果である。孔４０の深さが１００ｎｍおよび１２０ｎｍの場合、ＳＲの計算値は理想値から大きくずれる。深さが５０ｎｍの場合、ＳＲの計算値が最も理想値に近い。
【0063】
図１４は光の損失の計算結果を例示する図である。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸は合分波器における光の損失を表す。実線は分岐比γの設計値が０．２の場合の損失を表す。点線はγ＝０．３の場合の損失を表す。破線はγ＝０．４の場合の損失を表す。図１４に示すように、γ＝０．２の例では、いずれの深さでも損失が０．６ｄＢから０．４ｄＢの範囲内である。γ＝０．３の例およびγ＝０．４の例では、深さが１２０ｎｍになると損失が大きい。深さが２０ｎｍから１００ｎｍでは、損失が抑制される。
【0064】
図１３Ｂおよび図１３Ｃに示すように、深さＤ１が２０ｎｍ、５０ｎｍおよび７０ｎｍの場合、分岐比は理想値に近い。図１４に示すように、深さＤ１が１２０ｎｍの場合は損失が大きい。孔４０が浅いと損失が抑制され、Ｄ１＝７０ｎｍおよびＤ１＝１００ｎｍでは特に損失が低減される。図１３Ａから図１３Ｃに示すように、深さＤ１を変えて理想値に近づく孔４０の配置を探索したとしても、分岐比γは必ずしも理想値には一致しない。深さＤ１が７０ｎｍ付近では、他の深さに比べて、いずれの分岐比においてもＳＲの計算値が理想値から大きくは外れていない。複数の分岐比γを有する合分波器を同じ孔の深さＤ１で設計する場合には、深さＤ１は７０ｎｍ付近が好ましい。
【0065】
（波長依存性）
光の波長を１５２０ｎｍから１６００ｎｍまで変化させ、合分波器の特性の測定および計算を行う。孔４０の深さＤ１は７０ｎｍとする。分岐比γを０．１、０．３および０．５に定め、合分波器を設計する。
光の波長を１５２０ｎｍから１６００ｎｍまで変化させ、合分波器の特性の測定および計算を行う。孔４０の深さＤ１は７０ｎｍとする。分岐比γを０．１、０．３および０．５に定め、合分波器を設計する。
【0066】
図１５から図１７はスペクトルを例示する図である。横軸は光の波長を表す。縦軸は光の透過率または反射率を表す。反射率、導波路２２からの透過率、導波路２４からの透過率が図示されている。破線は導波路２２の透過率の計算結果を表す。点線は導波路２２の透過率の測定結果を表す。一点鎖線は導波路２４の透過率の計算結果を表す。実線は導波路２４の透過率の測定結果を表す。細い実線は反射率の計算結果を表す。反射率とは、導波路２０から光を入力したとき、導波路２０に反射される光の割合である。
【0067】
図１５はγ＝０．１の例であり、図１１Ａの合分波器におけるスペクトルを表す。透過率の比は理想的には－０．４６ｄＢ：－１０ｄＢである。図１６はγ＝０．３の例であり、図１１Ｃの合分波器におけるスペクトルを表す。透過率の比は理想的には－１．５４ｄＢ：－５．２３ｄＢである。図１７はγ＝０．５の例であり、図１１Ｅの合分波器におけるスペクトルを表す。透過率の比は理想的には－３ｄＢ：－３ｄＢである。図１５から図１７の各例において、透過率の測定結果は計算結果に近い。１５２０ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲において、分岐比が所望の値に近いことがわかる。
【0068】
第２実施形態によれば、分岐比γに応じて孔４０の個数および位置を設計することで、所望の分岐比を得ることができる。図９に示すように、孔４０が深くなると損失が増加する。深さＤ１が５０ｎｍから７０ｎｍにおいて、分岐比が理想値に近くなり、かつ損失を抑制することができる。図１４に示すように、深さＤ１が１２０ｎｍの場合は損失が大きい。孔４０が浅いと損失が抑制される。すなわち、孔４０の深さＤ１を、シリコン層１６の厚い部分における厚さＴ１の１／２以下とする。厚さＴ１が２２０ｎｍの場合、深さＤ１を例えばＴ１の１／２０以上（１１ｎｍ以上）、１／５以上（４４ｎｍ以上）、２／５以下（８０ｎｍ以下）とする。光の損失を抑制することができる。図１５から図１７に示すように、深さＤ１を７０ｎｍとした場合、１５２０ｎｍから１６００ｎｍまでの波長範囲で、所望の分岐比が実現される。
【0069】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る合分波器はモードディバイダであり、光のモードを変換し、モードごとに光を分岐する。第１実施形態または第２実施形態と同じ構成については説明を省略する。合分波器は図２と同様の構成を有する。合分波器の平面形状、Ｘ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の長さ、および孔４０の一辺の長さは、第１実施形態および第２実施形態の合分波器１００と同じである。導波路の幅、およびシリコン層１６の厚さは、第１実施形態および第２実施形態と同じである。複数の孔４０の配置は、第１実施形態および第２実施形態とは異なる。
第３実施形態に係る合分波器はモードディバイダであり、光のモードを変換し、モードごとに光を分岐する。第１実施形態または第２実施形態と同じ構成については説明を省略する。合分波器は図２と同様の構成を有する。合分波器の平面形状、Ｘ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の長さ、および孔４０の一辺の長さは、第１実施形態および第２実施形態の合分波器１００と同じである。導波路の幅、およびシリコン層１６の厚さは、第１実施形態および第２実施形態と同じである。複数の孔４０の配置は、第１実施形態および第２実施形態とは異なる。
【0070】
例えば、導波路２０に入力される光のモードはＴＥ０モードである。導波路２４から出力される光のモードはＴＥ０モードである。導波路２２から出力される光のモードはＴＥ１モードである。分岐比をγとすると、強度１の光が導波路２０に入力されたとき、導波路２４から出力される光の強度がγであり、導波路２２から出力される光の強度が１－γである。
【0071】
図１８は分岐比の計算結果を表す図である。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸はＳｐｌｉｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ（ＳＲ）を表す。Ｄ１＝２０ｎｍ、５０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍにおいて合分波器を設計し、分岐比を計算している。光の波長は１５５０ｎｍである。Ｄ１＝５０ｎｍにおけるＳＲが理想値から最も離れている。Ｄ１＝２０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍ、および１２０ｎｍになると、ＳＲが理想値に近づく。
【0072】
図１９は光の損失の計算結果を表す。横軸は孔４０の深さＤ１を表す。縦軸は光の損失の計算結果を表す。Ｄ１＝２０ｎｍ、７０ｎｍ、１２０ｎｍにおいて損失を計算している。図１９に示すように、孔４０が浅いほど損失が抑制される。
【0073】
図２０Ａ、図２１Ａ、および図２２Ａはスペクトルを例示する図である。横軸は光の波長を表す。縦軸は光の透過率または反射率を表す。反射率、導波路２２からの透過率、導波路２４からの透過率が図示されている。破線は導波路２２の透過率の計算結果を表す。一点鎖線は導波路２２の透過率の測定結果を表す。実線は導波路２４の透過率の測定結果を表す。点線は導波路２４の透過率の計算結果を表す。細い実線は反射率の計算結果を表す。孔４０の深さＤ１は７０ｎｍである。図２０Ｂ、図２１Ｂ、図２２Ｂは第３実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
【0074】
図２０Ａおよび図２０Ｂはγ＝０．１の例である。図２１Ａおよび図２１Ｂはγ＝０．５の例である。図２２Ａおよび図２２Ｂはγ＝０．９の例である。図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ａの各例において、透過率の測定結果は計算結果に近い。１５２０ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲において、分岐比が所望の値に近いことがわかる。
【0075】
第３実施形態によれば、合分波器はモードディバイダであり、光を分岐し、かつ光のモードを変換させる。導波路２０に入力される光のモードが、導波路２４から出力される光のモードとは異なる。図１９に示すように、モードディバイダにおいて、孔４０の深さＤ１をシリコン層１６の厚さの半分以下とすることで、損失を抑制することができる。図２０Ａ、図２１Ａ、図２２Ａに示すように、波長１５２０ｎｍから１６００ｎｍにおいて、分岐比を所望の大きさに近づけることができる。第３実施形態のモードディバイダは、第１実施形態および第２実施形態のパワー分配器と比較して、孔４０の配置および深さは変えて設計されるが、それ以外のパラメータは同様である。多くの同じパラメータを用いつつ、孔４０の配置および深さという少ないパラメータを設計で決める。これにより、パワー分配器とモードディバイダという異なる機能を生じさせることができる。
【0076】
＜第４実施形態＞
第４実施形態はモード変換器の例である。第１実施形態から第３実施形態のいずれかと同じ構成については説明を省略する。
第４実施形態はモード変換器の例である。第１実施形態から第３実施形態のいずれかと同じ構成については説明を省略する。
【0077】
図２３は第４実施形態に係るモード変換器４００を例示する平面図である。モード変換器４００は、導波路２０と導波路２２とを有する。導波路２０は入力用の導波路である。導波路２２は出力用の導波路である。例えば、導波路２０にＴＥ０モードが入力される。モード変換器４００は、光のモードをＴＥ１モードまたはＴＥ２モードに変換し、導波路２２から出射する。モード変換器４００のＸ軸方向の長さは３３．２μｍである。
【0078】
図２４Ａおよび図２５Ａはスペクトルを例示する図である。横軸は光の波長を表す。縦軸は光の透過率または反射率を表す。ＴＥ０モード、ＴＥ１モードおよびＴＥ２モードの透過率、および反射率が図示されている。孔４０の深さＤ１は７０ｎｍである。図２４Ｂおよび図２５Ｂは第４実施形態に係るモード変換器を例示する平面図である。
【0079】
図２４Ａでは、点線はＴＥ１モードの透過率の測定結果（ＴＥ１測定）を表す。一点鎖線はＴＥ１モードの透過率の計算結果（ＴＥ１計算）を表す。破線はＴＥ２モードの透過率の計算結果（ＴＥ２計算）を表す。実線はＴＥ０モードの透過率の測定結果（ＴＥ０測定）を表す。二点鎖線はＴＥ０モードの透過率の計算結果（ＴＥ０計算）を表す。細い実線は反射率の計算結果を表す。ＴＥ１モードの透過率の測定結果は、計算結果に近い。
【0080】
【0081】
第４実施形態によれば、ＴＥ０モードの光をＴＥ１モードまたはＴＥ２モードに変換し、出射する。図２４Ａに示すように、ＴＥ０モードおよびＴＥ２モードの透過率に比べて、ＴＥ１モードの透過率が高い。図２５Ａに示すように、ＴＥ０モードおよびＴＥ１モードの透過率に比べて、ＴＥ２モードの透過率が高い。孔４０の深さを７０ｎｍとすることで、損失を抑制し、所望のモードの光を出射することができる。
【0082】
第３実施形態および第４実施形態において、入力されるモードはＴＥ０モード以外でもよい。出力されるモードはＴＥ１モードおよびＴＥ２モード以外でもよい。
【0083】
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0084】
１ 光学素子
１０、１２ 基板
１４ ボックス層
１６ シリコン層
１７ テラス
１８ クラッド層
１９ リブ
２０、２２、２４ 導波路
２６ グレーティングカプラ
２６ａ 凸部
２６ｂ 凹部
３０、３１、３２ 領域
４０ 孔
５０、５４ レジストマスク
５２ 開口部
１００、１１０ 合分波器
４００ モード変換器
１０、１２ 基板
１４ ボックス層
１６ シリコン層
１７ テラス
１８ クラッド層
１９ リブ
２０、２２、２４ 導波路
２６ グレーティングカプラ
２６ａ 凸部
２６ｂ 凹部
３０、３１、３２ 領域
４０ 孔
５０、５４ レジストマスク
５２ 開口部
１００、１１０ 合分波器
４００ モード変換器
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】