特許 7023318 光波長フィルタ

(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

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20220214BHJP

   G02B 6/124 20060101ALI20220214BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20220214BHJP

   G02F 1/01 20060101ALN20220214BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 331

G02B6/12 311

G02B6/124

G02B6/126

G02F1/01 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020083651

(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公開番号】P2021179484

(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

(72)【発明者】

【氏名】太縄 陽介

【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２０１３－２０５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５９２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３３１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７００５６（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, 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】NI, Bin et al.，Subwavelength-grating-based compact and broadband TE-pass polarizer for slot waveguides on a SOI platform，Journal of the Optical Society of America B，OSA，2019年07月18日，Vol. 36, No. 8，pp. 2126 - 2133

【文献】HALIR, Robert et al.，Subwavelength-Grating Metamaterial Structures for Silicon Photonic Devices，Proceedings of the IEEE，IEEE，2018年12月，Vol. 106, No. 12，pp. 2144 - 2157

【文献】LIU, Lu et al.，Subwavelength-grating-assisted broadband polarization-independent directional coupler，Optics Letters，OSA，2016年04月01日，Vol. 41, No. 7，pp. 1648 - 1651

【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

(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、所定の間隔で並列配列された、第１導波路コア及び第２導波路コアを備え、
前記第１導波路コアの幅と前記第２導波路コアの幅は、互いに異なっており、
前記第１導波路コアの、前記第２導波路コアと反対側の側面にグレーティングが設けられており、
前記第２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２導波路コアと、該第２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おり、
前記光導波路コアは、所定の間隔で並列配列された、第１結合導波路及び第２結合導波路をさらに備え、
前記第１結合導波路は、前記第１導波路コアに接続されており、
前記第１結合導波路を介して前記第１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）偏波光の０次モードを、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ）偏波光の０次モードに変換して前記第２導波路コアの出力端から出力し、
前記入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＥ偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の１次モードに変換して前記第２結合導波路の出力端から出力する
ことを特徴とする光波長フィルタ。

【請求項2】

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、所定の間隔で並列配列された、第１導波路コア、及び、第２導波路コアを備え、
前記第１導波路コアの幅と前記第２導波路コアの幅は、互いに異なっており、
前記第１導波路コアの、前記第２導波路コアと反対側の側面にグレーティングが設けられており、
前記第２導波路コアの、前記第１導波路コアと反対側の側面にグレーティングが設けられており、
前記第２導波路コアと、該第２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おり、
前記光導波路コアは、所定の間隔で並列配列された、第１結合導波路及び第２結合導波路をさらに備え、
前記第１結合導波路は、前記第１導波路コアに接続されてされており、
前記第１結合導波路を介して前記第１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偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の０次モードに変換して前記第２導波路コアの出力端から出力し、
前記入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＥ偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の１次モードに変換して前記第２結合導波路の出力端から出力する
ことを特徴とする光波長フィルタ。

【請求項3】

前記第２結合導波路は、前記第１結合導波路及び前記第１導波路コアに対して、前記第２導波路コアと反対側に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長フィルタ。

【請求項4】

前記第２結合導波路は、前記第１結合導波路及び前記第１導波路コアに対して、前記第２導波路コアと同じ側に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長フィルタ。

【請求項5】

前記第２導波路コアより厚さが小さく、かつ、前記第２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１～４のいずれか一項に記載の光波長フィルタ。

【請求項6】

前記第２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１～４のいずれか一項に記載の光波長フィルタ。

【請求項7】

前記クラッドの前記第２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１～４のいずれか一項に記載の光波長フィルタ。

【請求項8】

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、所定の間隔で並列配列された、第１導波路コア及び第２導波路コアを備え、
前記第１導波路コアの幅と前記第２導波路コアの幅は、互いに異なっており、
前記第１導波路コア及び前記第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、
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ており、
前記光導波路コアは、所定の間隔で並列配列された、第１結合導波路及び第２結合導波路をさらに備え、
前記第１結合導波路は、前記第１導波路コアに接続されており、
前記第１結合導波路を介して前記第１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偏波光の０次モードを、前記第２導波路コアの出力端から出力し、
前記入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＭ偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の１次モードに変換して前記第２結合導波路の出力端から出力する
ことを特徴とする光波長フィルタ。

【請求項9】

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８に記載の光波長フィルタ。

【請求項10】

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８に記載の光波長フィルタ。

【請求項12】

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１～６及び８～１０のいずれか一項に記載の光波長フィルタ。

【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、偏波無依存の波長分離を実現する光波長フィルタ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、所定の間隔で並列配列された、第１導波路コア及び第２導波路コアを備える。第１導波路コアの幅と第２導波路コアの幅は、互いに異なっており、第１導波路コアの、第２導波路コアと反対側の側面にグレーティングが設けられており、第２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２導波路コアと、第２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。光導波路コアは、所定の間隔で並列配列された、第１結合導波路及び第２結合導波路をさらに備え、第１結合導波路は、第１導波路コアに接続されている。

【0016】

この発明の光波長フィルタの他の実施形態によれば、第２導波路コアに左右で反対称のグレーティングを設ける替わりに、第２導波路コアの、第１導波路コアと反対側の側面にのみグレーティングが設けられる。

【0017】

上述の光波長フィルタでは、第１結合導波路を介して第１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偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の０次モードに変換して第２導波路コアの出力端から出力し、入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＥ偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の１次モードに変換して第２結合導波路の出力端から出力する。

【0018】

また、この発明の光波長フィルタの他の実施形態によれば、上述の第１導波路コア及び第２導波路コアの構成に替えて、第１導波路コア及び第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、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。

【0019】

この光波長フィルタでは、第１結合導波路を介して第１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偏波光の０次モードを、第２導波路コアの出力端から出力し、入力光に含まれる、特定の波長帯域のＴＭ偏波光の０次モードを、ＴＥ偏波光の１次モードに変換して第２結合導波路の出力端から出力する。

【発明の効果】

【0020】

この発明の光波長フィルタによれば、偏波を分離する素子を別途用意することなく、偏波無依存の波長分離を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図2】第２光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図3】第３光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図4】第４光波長フィルタを説明するための模式図である。

【図5】第１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6】第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。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

（第１光波長フィルタ）
図１を参照して、この発明の第１実施形態に係る光波長フィルタ（以下、第１光波長フ
ィルタとも称する。）を説明する。図１は、第１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、第１光波長フィルタを示す概略平面図である。また、図１（Ｂ）は、光波長フィルタの概略的な切断端面図である。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。

【0025】

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。

【0026】

第１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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

この第１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。

【0032】

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。

【0033】

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、クラッド２０によって光導波路コア３０が包含され、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。

【0034】

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。

【0035】

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

【0036】

第１導波路コア４０には、グレーティングが形成されている。第１導波路コア４０は、基部４２と突出部４４を一体的に含んで構成されている。基部４２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４４は、基部４２の、第２導波路コア５０とは反対側の側面４２ａ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。このグレーティングにより、第１導波路コア４０を伝搬する、位相整合条件を満たす特定の波長帯域の、ＴＥ偏波光の０次モード（ＴＥ０）は、ＴＥ偏波光の１次モード（ＴＥ１）に変換される。

【0037】

第２導波路コア５０には、グレーティングが形成されている。第２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。

【0038】

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Λ２／２）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。

【0039】

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。

【0040】

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の間以外の領域にも存在する構成にしても良い。

【0041】

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。

【0042】

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２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２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。

【0043】

また、第１光波長フィルタは、光導波路コア３０の部分として、所定の間隔で並列配列された、第１結合導波路６２及び第２結合導波路６４を備えている。この例では、第１結合導波路６２及び第２結合導波路６４は、互いに平行に、近接して配置されている。第２結合導波路６４の幅は、第１結合導波路６６を伝搬するＴＥ１と位相整合して、ＴＥ１を第２結合導波路６４に移行させるように設定される。

【0044】

第１結合導波路６２の一方の端部６２ａには、第１導波路コア４０が接続されている。また、第１結合導波路６２の他方の端部６２ｂには、テーパ導波路７２を介して入力導波路８２が接続されている。

【0045】

第２導波路コア５０の一方の端部５０ａには、テーパ導波路７４を介して第１出力導波路８４が接続されている。また、第２結合導波路６４の一方の端部６４ａには、第２出力導波路８６が接続されている。

【0046】

入力導波路８２を経て第１光波長フィルタに入力された入力光は、第１結合導波路６２及び第１導波路コア４０を伝搬し、第１導波路コア４０に設けられたグレーティングで、入力光のうち特定の波長帯域のＴＥ０がＴＥ１に変換され、第１結合導波路６２に送られる。第１結合導波路６２に送られたＴＥ１は、第２結合導波路６４に移行し、第２出力導波路８６から出力される。

【0047】

一方、入力光のうちＴＭ偏波光の０次モード（ＴＭ０）は、第１結合導波路６２及び第１導波路コア４０を伝搬し、第２導波路コア４０に移行する。このとき、特定の波長帯域のＴＭ０が、ＴＥ０に変換される。このＴＥ０は、第１出力導波路８４から出力される。

【0048】

このように、第１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有する。

【0049】

ここで、第１導波路コア４０と、第２導波路コア５０とは、互いに幅が異なっている。ここでは、第１導波路コア４０の幅を、第２導波路コア５０の幅よりも広く設定している。なお、第１導波路コア４０及び第２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、第１導波路コア４０を伝播する光が、第２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。

【0050】

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２導波路コア５０及び第２結合導波路６４から離れるにつれて、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。

【0051】

第１導波路コア４０及び第２導波路コア５０の上側のクラッド２０上にヒータ用の電極（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４０及び第２導波路コア５０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３０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】

（第２光波長フィルタ）
図２を参照して、第２実施形態にかかる波長フィルタ（以下、第２光波長フィルタとも称する。）を説明する。図２は、第２光波長フィルタを説明するための概略平面図である。ここで、図２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。

【0053】

第２光波長フィルタは、第１光波長フィルタと比べて、第２導波路コアに形成されているグレーティングの構造が異なる。他の構成は、図１を参照して第１光波長フィルタと同
様なので、重複する説明を省略する。

【0054】

第２光波長フィルタでは、第２導波路コア５１は、基部５２と突出部５４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５４は、基部５２の、第１導波路コア４０とは反対側の側面５２ｃ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。また、光の伝播方向に隣り合う突出部５４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５４より小さい厚さのＳｉが形成されている。この結果、第２導波路コア５１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。

【0055】

この第２光波長フィルタは、第１光波長フィルタ同様に動作する。

【0056】

（第３光波長フィルタ）
図３を参照して、第３実施形態にかかる波長フィルタ（以下、第３光波長フィルタとも称する。）を説明する。図３は、第３光波長フィルタを説明するための模式図である。図３は、第３光波長フィルタの概略平面図である。図３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。

【0057】

図３に示すように、第３光波長フィルタでは、第２導波路コア５０と第２結合導波路６５が、第１導波路コア４０及び第１結合導波路６３と同じ側に配置されている点が、図１を参照して説明した第１光波長フィルタと異なっている。すなわち、第１光波長フィルタでは、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６が、入力導波路８２の両側に配置されているのに対し、第３光波長フィルタでは、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６が、入力導波路８２の片側に配置されている。他の構成は、図１を参照して説明した第１光波長フィルタと同様なので、重複する説明を省略する。

【0058】

偏波無依存の波長分離光回路に光波長フィルタを用いる場合、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６が同じＡＷＧに接続されることがある。この場合に、第３光波長フィルタでは、第１出力導波路８４及び第２出力導波路８６が、入力導波路８２の同じ側に配置されているので、第３光波長フィルタとＡＷＧとの接続が容易となる。

【0059】

また、第３光波長フィルタでは、複数の第３光波長フィルタを直列に接続することも容易となる。第３光波長フィルタを直列に接続する場合、例えば、１つの第３光波長フィルタ１０１の第１導波路コア４０の入力端４０ａとは反対側の端部４０ｂに、テーパ導波路７８を介して、他の第３光波長フィルタ１０２の入力導波路８２を接続すればよい。このようにして、第３光波長フィルタを容易に直列に接続できる。

【0060】

なお、第２導波路コアと第２結合導波路が、第１導波路コア及び第１結合導波路と同じ側に配置される構成は、第２光波長フィルタにも適用可能である。

【0061】

（第４光波長フィルタ）
図４を参照して、第４実施形態にかかる波長フィルタ（以下、第４光波長フィルタとも称する。）を説明する。図４は、第４光波長フィルタを説明するための概略平面図である。ここで、図４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。

【0062】

第４光波長フィルタは、第１光波長フィルタと、第１導波路コア及び第２導波路コアの構成が異なっている。その他の構成は、第１光波長フィルタと同様なので重複する説明を省略する場合がある。

【0063】

第１導波路コア１４０には、グレーティングが形成されている。第１導波路コア１４０は、基部４２と突出部４４ａ及び４４ｂを一体的に含んで構成されている。基部４２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４４ａ及び４４ｂは、基部４２の両方の側面に、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。

【0064】

また、光の伝播方向に隣り合う突出部４４ａ及び４４ｂの間のグレーティング溝の底部には、スラブ導波路４６として、基部４２と、突出部４４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４１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。

【0065】

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対称に構成することで、ＴＭ０とＴＥ１の回折が起きる。

【0066】

なお、図４では、突出部４４ａ及び４４ｂの間にのみスラブ導波路４６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４６が、突出部４４の間以外の領域にも存在する構成にしても良い。

【0067】

ここでは、スラブ導波路４６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１４０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１４０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。

【0068】

第２導波路コア１５０には、グレーティングが形成されている。第２導波路コア１５０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。

【0069】

入力導波路８２を経て第４光波長フィルタに入力された入力光は、第１結合導波路６２及び第１導波路コア１４０を伝搬し、第１導波路コア１４０に設けられたグレーティングで、入力光のうち所定の波長帯域のＴＭ０がＴＥ１に変換され、第１結合導波路６２に送られる。第１結合導波路６２に送られたＴＥ１は、第２結合導波路６４に移行し、第２出力導波路８６から出力される。一方、入力光のうちＴＥ０は、第２導波路コア１５０に移行し、特定の波長帯域のＴＥ０が、第１出力導波路８４から出力される。

【0070】

このように、第４光波長フィルタは、特定の波長の光を、偏波を揃えて取り出す機能を有する。

【0071】

ここで、第１導波路コア１４０と、第２導波路コア１５０とは、互いに幅が異なっている。ここでは、第１導波路コア１４０の幅を、第２導波路コア１５０の幅よりも広く設定している。なお、第１導波路コア１４０及び第２導波路コア１５０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、第１導波路コア１４０を伝播する光が、第２導波路コア１５０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。

【0072】

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２導波路コア１５
０及び第２結合導波路６４から離れるにつれて、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。

【0073】

なお、第３光波長フィルタと同様に、第２導波路コアと第２結合導波路を、第１導波路コア及び第１結合導波路と同じ側に配置してもよい。

【0074】

（特性評価）
図５及び図６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。

【0075】

図５（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図６（Ａ）及び（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５は、第１光波長フィルタの構成に対するシミュレーション結果であり、図６は、第２光波長フィルタの構成に対するシミュレーション結果である。図５（Ａ）及び図６（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６（Ａ）及び（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。

【0076】

図５（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図６（Ａ）及び（Ｂ）では、第１導波路コア４０を透過して、入力端４０ａとは反対側の端部４０ｂから出力される透過光を曲線Ｉ、第１出力導波路８４から出力されるＴＥ０及びＴＭ０をそれぞれ曲線ＩＩ及び曲線ＩＩＩ、並びに、第２出力導波路８６から出力されるＴＥ１を曲線ＩＶで示している。

【0077】

ここでは、第１導波路コア４０の幅を６００ｎｍとし、第２導波路コア５０及び５１の幅を３４０ｎｍとした。また、第１導波路コア４０と第２導波路コア５０及び５１とのギャップを３００ｎｍとした。なお、第１導波路コア４０の幅は、側面の平均位置から与えられる。第２導波路コア５０及び５１の幅も同様である。第１導波路コア４０と第２導波路コア５０及び５１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。第１導波路コア４０の基部及び突出部、並びに、第２導波路コア５０及び５１の基部及び突出部の厚みを２２０ｎｍとし、スラブ導波路５６の厚みを１５０ｎｍとしている。

【0078】

第１導波路コア４０のグレーティングの周期Λ１を３８４．６ｎｍ、第２導波路コア５０及び５１のグレーティングの周期Λ２を３９７．３ｎｍとし、第１導波路コア４０の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。第２導波路コア５０及び５１のグレーティングの掘り込みについては、第１光波長フィルタでは１５０ｎｍ、第２光波長フィルタでは２２５ｎｍとした。第１導波路コア４０並びに第２導波路コア５０及び５１の長さを７０μｍとした。

【0079】

なお、１．５～１．６μｍの波長帯域で使用する場合は、第１結合導波路６２の幅を５９０ｎｍとしたとき、第２結合導波路６４及び６５を、幅１５０～４００ｎｍのテーパ形状とし、長さを２０～４０μｍとすることができる。

【0080】

第１光波長フィルタにＴＥ偏波光を入力した場合は、図５（Ａ）に示すように第２出力導波路８６から出力されるＴＥ１（ＩＶ）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、第１光波長フィルタにＴＭ偏波光を入力した場合は、図５（Ｂ）に示すように第１出力導波路８４から出力されるＴＥ０（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５（Ａ）のＴＥ１及び図５（Ｂ）のＴＥ０の回折効率はほぼ同等である。

【0081】

同様に、第２光波長フィルタにＴＥ偏波光を入力した場合は、図６（Ａ）に示すように第２出力導波路８６から出力されるＴＥ１（ＩＶ）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、第２光波長フィルタにＴＭ偏波光を入力した場合は、図６（Ｂ）に示すように第１出力導波路８４から出力されるＴＥ０（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。なお、図６（Ａ）のＴＥ１に比べて、図６（Ｂ）のＴＥ０の回折効率は低くなっている。これは、第２導波路コア５１のグレーティングが片側のみに形成されているためと考えられる。

【0082】

ただし、第２光波長フィルタは、スラブ導波路５６が、第１導波路コア４０及び第２導波路コア５１の間にないため、作成が容易である。また、ＴＥ１とＴＥ０の回折効率をそろえることはグレーティングの設計により可能である。

【0083】

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。

【符号の説明】

【0084】

１０ 支持基板
２０ クラッド
３０ 光導波路コア
４０、１４０ 第１導波路コア
４２、５２ 基部
４４、４４ａ、４４ｂ、５４、５４ａ、５４ｂ 突出部
４６、５６ スラブ導波路
５０、５１、１５０ 第２導波路コア
６２、６３ 第１結合導波路
６４、６５ 第２結合導波路
７２、７４、７６、７８ 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
１０１、１０２ 第３光波長フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】