特許 7023317 光波長フィルタ及び波長分離光回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-10

(45)【発行日】2022-02-21

(54)【発明の名称】光波長フィルタ及び波長分離光回路

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20220214BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20220214BHJP

   G02B 6/124 20060101ALI20220214BHJP

   G02F 1/01 20060101ALN20220214BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 331

G02B6/12 311

G02B6/126

G02B6/124

G02B6/12 301

G02F1/01 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020083650

(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公開番号】P2021179483

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2020-05-12

【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）

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【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

【審査官】井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】特表平０９－５０８７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５９２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３３１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８５４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５５８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３０１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３８５７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】OKAYAMA, Hideaki et al.，Asymmetric directional coupler type contra-directional polarization rotator Bragg grating: design，Japanese Journal of Applied Physics，The Japan Society of Applied Physics，2019年05月13日，Vol. 58, No. 068002，pp.068002-1 - 068002-4

【文献】OKAYAMA, H. et al.，Polarization conversion Si waveguide Bragg grating for polarization independent wavelength filter，11th International Conference on Group IV Photonics (GFP)，IEEE，2014年08月29日，ThD5，pp. 145 - 146

【文献】ONAWA, Y. et al.，Polarisation insensitive wavelength de-multiplexer using arrayed waveguide grating and polarisation rotator/splitter，Electronics Letters，IET，2019年04月18日，Vol. 55, No. 8，pp. 475-476

【文献】HUANG, Tianye et al.，Compact polarization beam splitter assisted by subwavelength grating in triple-waveguide directional coupler，Applied Optics，OSA，2019年03月20日，Vol. 58, No. 9，pp. 2264 - 2268

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｓｃｏｐｕｓ

(57)【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、
前記光導波路コアは、所定の間隔で、この順に並列配列された、第１導波路コア、中心導波路コア及び第２導波路コアを備え、
前記中心導波路コアと、前記第１導波路コアとは、前記中心導波路コアに入力される入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波光を、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ）偏波光に変換して前記第１導波路コアの出力端から出力する偏波変換部を構成し、
前記中心導波路コアと、前記第２導波路コアとは、前記中心導波路コアに入力される入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＥ偏波光を分離して、前記第２導波路コアの出力端から出力する偏波分離部を構成し、
前記偏波変換部において、
前記第１導波路コアの幅は、前記中心導波路コアの幅より小さく、
前記第１導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、
前記第１導波路コアと、該第１導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成され、
前記偏波分離部において、
前記第２導波路コアの幅は、前記中心導波路コアの幅より小さく、
前記第２導波路コアには、左右で対称のグレーティングが設けられている
ことを特徴とする光波長フィルタ。

【請求項2】

前記偏波変換部において、
前記第１導波路コアより厚さが小さく、かつ、前記第１導波路コアと一体に形成されたスラブ導波路を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ。

【請求項3】

前記偏波変換部において、
前記第１導波路コアの側面が、前記支持基板の上面に対して傾いて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ。

【請求項4】

前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアが設けられている領域の前記クラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光波長フィルタ。

【請求項5】

前記偏波変換部において、
前記クラッドの、前記第１導波路コアの上側の部分が空気である
ことを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか一項に記載の光波長フィルタで構成される波長フィルタ部と、
波長選択部と
を備え、
前記波長選択部は、前記波長フィルタ部から送られるＴＥ偏波光から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する
ことを特徴とする波長分離光回路。

【請求項7】

複数の受光素子を含む受光部をさらに備え、
前記波長選択部は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長のＴＥ偏波光を、波長ごとに異なる前記受光素子に送り、
各前記受光素子は、前記波長選択部から送られるＴＥ偏波光を受光する
ことを特徴とする請求項６に記載の波長分離光回路。

【請求項8】

前記波長フィルタ部及び前記波長選択部が設けられている領域の前記クラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の波長分離光回路。

【請求項9】

請求項５に記載の光波長フィルタで構成される波長フィルタ部と、
波長選択部と
を備え、
前記波長選択部は、前記波長フィルタ部から送られるＴＥ偏波光から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する
ことを特徴とする波長分離光回路。

【請求項10】

複数の受光素子を含む受光部をさらに備え、
前記波長選択部は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長のＴＥ偏波光を、波長ごとに異なる前記受光素子に送り、
各前記受光素子は、前記波長選択部から送られるＴＥ偏波光を受光する
ことを特徴とする請求項９に記載の波長分離光回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、異なる複数の波長の光を１本の光ファイバで伝送するために用いることができる、光の合分波を行う光波長フィルタと、この光波長フィルタを有する波長分離光回路に関する。

【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。ＰＯＮでは、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。

【0003】

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。

【0004】

空間結合させるためには、光波長フィルタ、ＰＤ、ＬＤ間で光軸を合わせるためのアライメント作業が必要となる。これに対し、この光軸合わせのため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当たり、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）。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

ところで、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術を利用した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ＯＮＵ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。

【0008】

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回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）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、リング共振器型、グレーティング型又は方向性結合器型の、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を有する可変波長フィルタがある（例えば、特許文献２参照）。しかし、これら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ものである。

【0009】

さらに、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波及びＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波の双方に対応すべく、光波長フィルタの前段に偏波分離素子及び偏波回転素子を設ける構造がある（例えば非特許文献１又は２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】米国特許第４，８６０，２９４号明細書

【文献】特開２００３－２１５５１５号公報

【非特許文献】

【0011】

【文献】Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２６，ｐ．Ｂ４９３－Ｂ５００，２０１２年１２月１０日

【文献】Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１０，ｐ．１２８４０－１２８４９，２０１５年５月１８日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上述したＡＷＧや可変波長フィルタは、複数の異なる波長帯域の光を繰り返して出力する特性を持つため、複数の自由スペクトル領域（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有している。従って、これらを用いて特定の波長の光を取り出すためには、単一の波長帯域のＦＳＲを切り出す波長フィルタを別途用意する必要がある。

【0013】

また、これらＡＷＧや可変波長フィルタには偏波依存性がある。このため、偏波無依存で使用するためには、例えば上述した偏波分離素子及び偏波回転素子を用いて、偏波を揃える必要がある。

【0014】

この発明は、上述の従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、偏波を分離する素子を別途用意することなく、できるだけ少ない要素で、偏波無依存の波長選択を実現する光波長フィルタ、及び、この光波長フィルタを有する波長分離光回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上述した目的を達成するために、この発明の光波長フィルタは、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る。光導波路コアは、所定の間隔で、この順に並列配列された、第１導波路コア、中心導波路コア及び第２導波路コアを備える。

【0016】

中心導波路コアと、第１導波路コアとは、中心導波路コアに入力される入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＭ偏波光を、ＴＥ偏波光に変換して第１導波路コアの出力端から出力する偏波変換部を構成する。中心導波路コアと、第２導波路コアとは、中心導波路コ
アに入力される入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＥ偏波光を分離して、第２導波路コアの出力端から出力する偏波分離部を構成する。

【0017】

この発明の光波長フィルタの好適な実施形態によれば、偏波変換部において、第１導波路コアの幅は、中心導波路コアの幅より小さく、第１導波路コアには、左右で反対称のグレーティングが設けられ、第１導波路コアと、第１導波路コアの周囲のクラッドとで構成される光導波路は、上下で非対称になるように構成されている。

【0018】

また、この発明の光波長フィルタのさらなる好適な実施形態によれば、第１導波路コア及び第２導波路コアが設けられている領域のクラッド上に、ヒータ用の電極が設けられている。

【0019】

また、この発明の波長分離光回路は、上述の光波長フィルタで構成される波長フィルタ部と、波長選択部とを備えて構成される。波長選択部は、波長フィルタ部から送られる、ＴＥ偏波光から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する。

【0020】

また、この発明の波長分離光回路の好適な実施形態によれば、複数の受光素子を含む受光部をさらに備える。波長選択部は、取り出した互いに異なる複数の特定の波長のＴＥ偏波光を、波長ごとに異なる受光素子に送り、各受光素子は、波長選択部から送られるＴＥ偏波光を受光する。

【発明の効果】

【0021】

この発明の光波長フィルタ及び波長分離光回路によれば、偏波を分離する素子を別途用意することなく、できるだけ少ない要素で、偏波無依存の波長選択を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図2】光波長フィルタの特性を評価するシミュレーション結果を示す図である。

【図3】波長分離光回路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】

【0023】

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。

【0024】

また、以下の説明及び各図では、グレーティングの幅及び周期が一定の例を示しているが、これは、グレーティングの構成を模式的に表現したものである。実際に光波長フィルタを設計・製造する場合は、グレーティングの幅及び周期が必ずしも一定である必要はない。

【0025】

（光波長フィルタ）
図１を参照して、この発明の一実施形態に係る光波長フィルタを説明する。図１は、光波長フィルタを説明するための模式図である。図１（Ａ）は、光波長フィルタを示す概略平面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す光波長フィルタをＩ－Ｉ線で切り取った概略的端面図である。ここで、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。

【0026】

なお、以下の説明では、各構成要素について、光伝播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さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

【0027】

光波長フィルタは、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。

【0028】

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。

【0029】

クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａ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（ＳｉＯ_２）を材料として形成されている。

【0030】

光導波路コア３０は、支持基板１０の上面１０ａ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、ＳｉＯ_２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播方向に伝播する。

【0031】

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。例えば、１５５０ｎｍの波長帯域で使用する場合は、光導波路コア３０の厚みを３００ｎｍにすることができる。ここで、光導波路コア３０を伝播する光が支持基板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。

【0032】

この光波長フィルタは、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に示す光波長フィルタの製造方法の一例を説明する。

【0033】

先ず、支持基板層、ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２層が積層され、さらにＳｉＯ_２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。

【0034】

次に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ＳｉＯ_２層上に、ＳｉＯ_２を、光導波路コア３０を被覆して形成する。その結果、ＳＯＩ基板のＳｉＯ_２層と、この上に形成されたＳｉＯ_２によりクラッド２０が形成され、光波長フィルタとして用いられる光導波路素子が得られる。

【0035】

なお、ここでは、Ｓｉ導波路の例を説明したが、化合物半導体を用いても実現可能である。

【0036】

光波長フィルタは、光導波路コア３０の部分として、所定の間隔で、この順に並列配列された、第１導波路コア５０、中心導波路コア４０及び第２導波路コア６０を備えている。この例では、第１導波路コア５０、中心導波路コア４０及び第２導波路コア６０は、互いに平行に、近接して配置されている。

【0037】

中心導波路コア４０と、第１導波路コア５０とは、偏波変換部３２を構成する。偏波変換部３２では、中心導波路コア４０及び第１導波路コア５０は、互いに幅が異なっている
。ここでは、中心導波路コア４０の幅を、第１導波路コア５０の幅よりも広く設定している。対称モードのＴＭ偏波光は、幅の広い導波路、ここでは、中心導波路コア４０に励起される。一方、反対称モードのＴＥ偏波光は、幅の狭い導波路、ここでは、第１導波路コア５０に励起される。なお、中心導波路コア４０及び第１導波路コア５０の幅の差が大きいほど、励起される導波路への光の集中度合いが大きくなる。これにより、中心導波路コア４０を伝播する光が、第１導波路コア５０に余分な固有モードを励起して、方向性結合作用で不要なパワー移行が生じることが抑制される。

【0038】

第１導波路コア５０には、グレーティングが形成されている。第１導波路コア５０は、基部５２と突出部５４ａ及び５４ｂとを一体的に含んで構成されている。基部５２は、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成されていて、突出部５４ａ及び５４ｂは、基部５２の両側面５２ａ及び５２ｂに、一定の周期Λ１で、周期的に複数形成されていて、いわゆるグレーティングを構成する。

【0039】

基部５２の一方の側面（この例では、５２ａ）に形成された突出部５４ａと、他方の側面（この例では、５２ｂ）に形成された突出部５４ｂとは、半周期（すなわちΛ１／２）ずらして配置されている。すなわち、長手方向のある位置について、一方の側面５２ａに突出部５４ａが配置されているとき、他方の側面５２ｂに突出部５４ｂが配置されておらず、一方の側面５２ａに突出部５４ａが配置されていないとき、他方の側面５２ｂに突出部５４ｂが配置されている。この結果、グレーティングは、左右で反対称となっている。また、基部５２と、突出部５４ａ及び５４ｂとは、同じ厚さで形成されている。

【0040】

光の伝播方向に隣り合う突出部５４ａ又は５４ｂの間のグレーティング溝の底部には、スラブ導波路５６として、基部５２と、突出部５４ａ及び５４ｂより小さい厚さのＳｉが形成されている。この結果、第１導波路コア５０とその周囲のクラッド２０とで構成される、グレーティングを有する光導波路は、上下で非対称となっている。

【0041】

なお、図１（Ａ）では、突出部５４ａ又は５４ｂの間にのみスラブ導波路５６が形成されている例を示しているが、これに限定されない。スラブ導波路５６が、突出部５４ａ又は５４ｂの間以外のところにも存在する構成にしても良い。

【0042】

グレーティングの上下非対称の構造が、ＴＥ偏波光とＴＭ偏波光の間の回折に必要である。また、グレーティングを左右反対称に構成することで、基本モードのＴＥ偏波光と、基本モードのＴＭ偏波光の回折が起きるようにする。この基本モードのＴＥ偏波光と、基本モードのＴＭ偏波光の組み合わせを選ぶことで、他のモードへの回折が生じるのを抑制できる。

【0043】

ここでは、スラブ導波路５６を備えることで、グレーティングを上下非対称にする構成を説明したが、これに限定されない。第１導波路コア５０の側面が、支持基板１０の上面１０ａに対して傾いて形成されている、斜め側壁構造にしてもよい。また、クラッドの、グレーティングが形成されている第１導波路コア５０の上側の部分を空気にして、グレーティングを有する光導波路を、上下で非対称にしてもよい。

【0044】

中心導波路コア４０の入力端４０ａに入力された光のうち、特定の波長帯域のＴＭ偏波光が、ＴＥ偏波光に変換されて第１ＴＥ偏波光として、第１導波路コア５０の出力端５０ａから出力される。

【0045】

中心導波路コア４０と、第２導波路コア６０とは、偏波分離部３４を構成する。偏波変換部３４では、中心導波路コア４０及び第２導波路コア６０は、互いに幅が異なっている。ここでは、中心導波路コア４０の幅を、第２導波路コア６０の幅よりも広く設定してい
る。なお、中心導波路コア４０及び第２導波路コア６０の幅の差が大きいほど、励起される導波路への光の集中度合いが大きくなる。これにより、中心導波路コア４０を伝播する光が、第２導波路コア６０に余分な固有モードを励起して、方向性結合作用で不要なパワー移行が生じることが抑制される。

【0046】

第２導波路コア６０には、グレーティングが形成されている。第２導波路コア６０は、基部６２と突出部６４ａ及び６４ｂとを一体的に含んで構成されている。基部６２は、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成されていて、突出部６４ａ及び６４ｂは、基部６２の両側面６２ａ及び６２ｂに、一定の周期Λ２で、周期的に複数形成されていて、いわゆるグレーティングを構成する。

【0047】

基部６２の一方の側面（この例では、６２ａ）に形成された突出部６４ａと、他方の側面（この例では、６２ｂ）に形成された突出部６４ｂとは、長手方向の位置を揃えて配置されている。すなわち、長手方向のある位置について、一方の側面６２ａに突出部６４ａが配置されているとき、他方の側面６２ｂにも突出部６４ｂが配置されており、一方の側面６２ａに突出部６４ａが配置されていないとき、他方の側面６２ｂにも突出部６４ｂが配置されていない。この結果、グレーティングは、左右で対称となっている。また、基部６２と、突出部６４ａ及び６４ｂとは、同じ厚さで形成されている。

【0048】

また、光の伝播方向に隣り合う突出部６４ａ又は６４ｂの間のグレーティング溝の底部には、スラブ導波路が形成されておらず、第２導波路コア６０とその周囲のクラッド２０とで構成される、グレーティングを有する光導波路は、上下で対称となっている。

【0049】

中心導波路コア４０の入力端４０ａに入力された光のうち、ＴＥ偏波光が、第２導波路コア６０にもしみ出し、特定の波長帯域のＴＥ偏波光が、グレーティングで回折されて、第２ＴＥ偏波光として、第２導波路コア６０の出力端６０ａから出力される。

【0050】

この発明の光波長フィルタによれば、中心導波路コアの入力端から入力された光のうち、特定の波長のＴＭ偏波光が、偏波変換部３２において、ＴＥ偏波光に変換されて、第１ＴＥ偏波光として第１導波路コア５０の出力端から出力され、特定の波長帯域のＴＥ偏波光が、偏波分離部３４において分離されて、第２ＴＥ偏波光として第２導波路コア６０の出力端から出力される。このように、この発明の光波長フィルタは、特定の波長帯域の光を、偏波を揃えて取り出す機能を奏する。

【0051】

第１導波路コア５０及び第２導波路コア６０の上側のクラッド２０上に電極（図示を省略する。）を形成してもよい。電極に電流を流すことで、ジュール熱を発生して、熱光学効果によって、グレーティングの屈折率を変化させることができる。その結果、第１導波路コア５０及び第２導波路コア６０のグレーティングにおいて位相整合条件を満たす波長を変化させることができる。なお、電極の配置箇所は、発熱によりグレーティングの屈折率を変化させる位置であればよく、光導波路コアの構造等に応じて、任意好適な箇所に配置することができる。

【0052】

この例では、中心導波路コア４０の入力端４０ａには、テーパ導波路７２を介して入力導波路８２が接続され、第１導波路コア５０の出力端５０ａには、テーパ導波路７４を介して第１出力導波路８４が接続され、及び、第２導波路コア６０の出力端６０ａには、テーパ導波路７６を介して第２出力導波路８６が接続されている。中心導波路コア４０、第１導波路コア５０、及び、第２導波路コア６０と、入力導波路８２、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６との接続部での損失を抑制するために、これらテーパ導波路７２、７４及び７６を設けるのが好ましい。また、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６は、それぞれ、第１導波路コア５０の出力端５０ａ及び第２導波路コア６０の出力端６
０ａからの距離が大きくなるにつれて、徐々に、入力導波路８２との間隔を大きくするのが良い。このように構成すると、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６に、余分な固有モードが励起されるのを抑制することができる。

【0053】

（特性評価）
図２を参照して、３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて行った、光波長フィルタの特性を評価するシミュレーションを説明する。

【0054】

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では、横軸に波長(μｍ)を取って示し、縦軸に出力強度（ａ．ｕ．）を取って示している。また、図２（Ａ）は、入力光としてＴＥ偏波光を入力したときの結果であり、図２（Ｂ）は、入力光としてＴＭ偏波光を入力したときの結果である。

【0055】

図２（Ａ）及び（Ｂ）では、中心導波路コア４０を透過して、入力端４０ａとは反対側の端部から出力される透過光を曲線Ｉ、第１導波路コア５０の出力端５０ａから出力されるＴＭ回折光を曲線ＩＩ、第２導波路コア６０の出力端６０ａから出力されるＴＥ回折光を曲線ＩＩＩで示している。ここで、ＴＭ回折光は、入力光のうちのＴＭ偏波光がＴＥ偏波光に偏波変換されて回折された光を示す。また、ＴＥ回折光は、入力光のうちのＴＥ偏波光が分離されて回折された光を示す。

【0056】

ここでは、中心導波路コア４０の幅を５４０ｎｍとし、第１導波路コア５０及び第２導波路コア６０の幅を３４０ｎｍとした。また、中心導波路コア４０と第１導波路コア５０とのギャップ、及び、中心導波路コア４０と第２導波路コア６０とのギャップを３００ｎｍとした。なお、第１導波路コア５０の幅は、中心導波路コア５０側の側面の平均位置と、中心導波路コア４０とは反対側の側面の平均位置との距離で与えられる。第２導波路コア６０の幅も同様である。中心導波路コア４０とのギャップについてもこれらの平均位置から与えられる。中心導波路コア４０、第１導波路コア５０の基部５２及び凸部５４ａ及び５４ｂ、第２導波路コア６０の厚みを２２０ｎｍとし、スラブ導波路５６の厚みを１５０ｎｍとしている。

【0057】

第１導波路コア５０のグレーティングの周期Λ１を３９９．９ｎｍ、第２導波路コア６０のグレーティングの周期Λ２を３７３．７ｎｍとし、グレーティングの掘り込み、すなわち、突出部の幅方向の長さを１５０ｎｍとしている。また、中心導波路コア、第１導波路コア５０、及び、第２導波路コア６０の長さを７７μｍとした。

【0058】

ＴＥ偏波光を入力した場合は、図２（Ａ）に示されるように、ＴＥ回折光（ＩＩＩ）について、波長１．６μｍ付近に、きれいな波長選択ピークがみられる。また、ＴＭ偏波光を入力した場合は、図２（Ｂ）に示されるように、ＴＭ回折光（ＩＩ）について、１．６μｍ付近に、きれいな波長選択ピークがみられる。また、図２（Ａ）のＴＥ回折光及び図２（Ｂ）のＴＭ回折光の、回折効率はほぼ同等である。

【0059】

このように、シミュレーションの結果は、この発明の光波長フィルタが、特定の波長帯域の光を、偏波を揃えて取り出す機能を有することを示している。

【0060】

（波長分離光回路）
図３を参照して、この発明の波長分離光回路を説明する。図３は、波長分離光回路の概略構成図である。

【0061】

波長分離光回路は、波長フィルタ部１００、波長選択部２００及び受光部３００を備え
て構成される。波長フィルタ部１００は、図１を参照して説明した光波長フィルタで構成される。波長選択部２００は、例えば、ＡＷＧで構成される。受光部３００は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の受光素子３１０を備えて構成される。ここでは、Ｎ＝４の場合、すなわち、受光部３００が、４個の受光素子３１０を備える例を説明する。

【0062】

波長選択部２００には、波長フィルタ部１００の第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６が接続されている。

【0063】

また、波長選択部２００は、受光素子３１０のそれぞれと、第１接続導波路群３３０を構成する接続導波路３３２、及び、第２接続導波路群３４０を構成する接続導波路３４２によって接続されている。ここでは、波長選択部２００と第１受光素子３１０－１との間が、第１接続導波路群３３０に含まれる第１接続導波路３３２－１、及び、第２接続導波路群３４０に含まれる接続導波路３４２－１によって接続されている。また、波長選択部２００と第２受光素子３１０－２との間が、第１接続導波路群３３０に含まれる第２接続導波路３３２－２、及び、第２接続導波路群３４０に含まれる第２接続導波路３４２－２によって接続されている。また、波長選択部２００と第３受光素子３１０－３との間が、第１接続導波路群３３０に含まれる第３接続導波路３３２－３、及び、第２接続導波路群３４０に含まれる第３接続導波路３４２－３によって接続されている。また、波長選択部２００と第４受光素子３１０－４との間が、第１接続導波路群３３０に含まれる第４接続導波路３３２－４、及び、第２接続導波路群３４０に含まれる第４接続導波路３４２－４によって接続されている。このように、波長選択部２００と第ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）受光素子３１０－ｋの間が、第１接続導波路群３３０に含まれる第ｋ接続導波路３３２－ｋ、及び、第２接続導波路群３４０に含まれる第ｋ接続導波路３４２－ｋによって接続されている。

【0064】

ＡＷＧに含まれる２つのスラブ導波路の一方に、第１出力導波路８４と第２接続導波路群３４０を構成する接続導波路３４２が接続され、２つのスラブ導波路の他方に、第２出力導波路８６と第１接続導波路群３３０を構成する接続導波路３３２が接続される。

【0065】

波長選択部２００は、波長フィルタ部１００の第１出力導波路８４を経て送られる、特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する。出力された各波長の基本モードのＴＥ偏波は、波長に応じた第１接続導波路群３３０に含まれる第１～第４接続導波路３３２－１～４のいずれかを経て、対応する第１～第４受光素子３１０－１～４に送られる。

【0066】

また、波長選択部２００は、波長フィルタ部１００の第２出力導波路８６を経て送られる、特定の波長帯域の基本モードのＴＥ偏波光から、互いに異なる複数の特定の波長を取り出して出力する。出力された各波長の基本モードのＴＥ偏波光は、波長に応じた第２接続導波路群３４０に含まれる第１～第４接続導波路３４２－１～４のいずれかを経て、対応する第１～第４受光素子３１０－１～４に送られて、受光される。

【0067】

このように波長分離光回路では、波長フィルタ部１００によって取り出された単一の波長帯域の光を、波長選択部２００に入力することによって、単一の波長帯域のＦＳＲに含まれる、複数の異なる波長の光を取り出すことができる。

【0068】

ここで、波長フィルタ部１００及び波長選択部２００の上側のクラッド２０上に電極を形成してもよい。電極に電流を流すことで、ジュール熱を発生して、熱光学効果によって、選択波長を変化させることができる。なお、電極の配置箇所は、光導波路コアの構造等に応じて、任意好適な箇所に配置することができる。

【符号の説明】

【0069】

１０ 支持基板
２０ クラッド
３０ 光導波路コア
３２ 偏波変換部
３４ 偏波分離部
４０ 中心導波路コア
５０ 第１導波路コア
５２、６２ 基部
５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ 突出部
５６ スラブ導波路
６０ 第２導波路コア
７２、７４、７６ テーパ導波路
８２ 入力導波路
８４ 第１出力導波路
８６ 第２出力導波路
１００ 波長フィルタ部
２００ 波長選択部
３００ 受光部
３１０ 受光素子
３３０ 第１接続導波路群
３３２、３４２ 接続導波路
３４０ 第２接続導波路群

【図1】

【図2】

【図3】