JP2013041146A

JP2013041146A - Wavelength-selective multimode interference waveguide device

Info

Publication number: JP2013041146A
Application number: JP2011178379A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mizumoto; 哲弥水本
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-28

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multimode interference waveguide device having a wavelength selective function.SOLUTION: A wavelength-selective multimode interference waveguide device (10) includes: a multimode interference waveguide part (3), a first waveguide (1) connected to the center of one end of the multimode interference waveguide part (3); and a second waveguide (2) connected to the center of the other end that faces the one end of the multimode interference waveguide part (3). The width and the length of the multimode interference waveguide part (3) is determined such that a transmission factor of a light wave with a predetermined wavelength that is the light wave entering from the first waveguide (1), transmitting through the multimode interference waveguide part (3) and exits to the second waveguide (2) satisfies required specifications that are determined by an intended purpose of the device, in a connecting part between the multimode interference waveguide part (3) and the second waveguide (2).

Description

本発明は、特定の波長の伝搬を阻止する帯域阻止フィルタとして機能し得る、波長選択性多モード干渉導波路デバイスに関する。 The present invention relates to a wavelength-selective multimode interference waveguide device that can function as a band-stop filter that blocks propagation of a specific wavelength.

一般に、複数の波長を用いて、波長ごとに独立した信号を伝送する波長多重通信システムでは、特定の波長成分を選択的に分離することは、必須の要素技術として位置づけられる。波長成分を選択的に分離する代表的な素子として、従来、次の素子が知られている。
ａ．干渉膜フィルタ
ｂ．回折格子
ｃ．マッハツェンダ干渉計形フィルタ
ｄ．分布反射形（ＤＦＢ）導波路フィルタ
ｅ．導波路アレイ回折格子（ＡＷＧ） In general, in a wavelength division multiplexing communication system that uses a plurality of wavelengths and transmits independent signals for each wavelength, selectively separating specific wavelength components is positioned as an essential element technology. The following elements are conventionally known as typical elements for selectively separating wavelength components.
a. Interference film filter b. Diffraction grating c. Mach-Zehnder interferometric filter d. Distributed reflection (DFB) waveguide filter e. Waveguide array diffraction grating (AWG)

上記ａ及びｂは、いわゆるバルク形光学素子（非導波路形）であり、空間を伝搬する空間ビーム光で光入出力を行い、波長に応じて出力方向が変わることで波長成分を選択するものである。一方、ｃ〜ｅは導波路形光学素子で、光導波路を伝搬する光に対して波長によって出力ポートが選択されて、波長成分が分離されるものである。 The above a and b are so-called bulk type optical elements (non-waveguide type), which perform light input / output with spatial beam light propagating in space, and select the wavelength component by changing the output direction according to the wavelength. It is. On the other hand, c to e are waveguide-type optical elements, and output ports are selected according to the wavelength for light propagating through the optical waveguide, and wavelength components are separated.

ここで、ｂ及びｅでは、波長成分ごとに異なる方向あるいは異なる出力ポートに出力されるため、特定の波長成分を光路から伝搬阻止するという本発明の目的とは異なる使い方になる。また、ｃは波長成分ごとに異なる二つのポートに出力を分離する素子であるが、分離特性は波長に対して周期的に現れるため、狭い波長範囲の光波の伝搬を阻止するという目的には不適当である。したがって、特定の波長成分を光路から伝搬阻止する目的に合致する従来技術としては、ａ及びｄが相当する。 Here, b and e are output in different directions or different output ports for each wavelength component, which is different from the purpose of the present invention for blocking propagation of a specific wavelength component from the optical path. In addition, c is an element that separates the output into two different ports for each wavelength component. However, since the separation characteristic appears periodically with respect to the wavelength, it is not suitable for the purpose of preventing the propagation of light waves in a narrow wavelength range. Is appropriate. Accordingly, a and d correspond to conventional techniques that meet the purpose of blocking propagation of a specific wavelength component from the optical path.

ａは、支持体となる透明板の表面に、異なる屈折率をもつ２種類の薄膜をある定められた周期で交互に積層することで、透過及び反射の波長特性に所望の特性を与える。薄膜の積層の仕方によって、様々な波長特性を実現することができる。（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｔｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｏｐｔｉｃａｌ＿ｃｏａｔｉｎｇ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｇｋｋ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｐｄｆ／０１−１３−ｆｉｌｔｅｒｓ／０１１３−４６４７．ｐｄｆ参照。） a gives desired characteristics to the wavelength characteristics of transmission and reflection by alternately laminating two kinds of thin films having different refractive indexes on a surface of a transparent plate serving as a support at predetermined intervals. Various wavelength characteristics can be realized depending on how the thin films are stacked. (E.g., http://www.nitto-optical.co.jp/products/optical_coating/index.html, http://www.mgkk.com/products/pdf-01-13-filters.0113-46. reference.)

この中で、「帯域阻止」特性をもつフィルタは、ノッチフィルタとも呼ばれる。このデバイスを導波路で構成される光集積回路中に用いるためには、導波路を横断する溝を形成し、その溝にフィルタチップを挿入する必要があり、通常の導波路デバイス製造工程とは異なる工程が必要となる。特に、多くのフィルタチップを挿入する場合には、この製造工程の複雑化の問題が顕在化する。 Among these, a filter having a “band rejection” characteristic is also called a notch filter. In order to use this device in an optical integrated circuit composed of a waveguide, it is necessary to form a groove crossing the waveguide and insert a filter chip into the groove. What is the normal waveguide device manufacturing process? Different processes are required. In particular, when many filter chips are inserted, the problem of complication of the manufacturing process becomes obvious.

一方、本発明と同様に導波路形デバイスに位置付けられるｄは、導波路中、あるいは導波路の表面もしくは側面に、光波の伝搬方向に沿って周期的な屈折率変化（回折格子）を形成することで実現される。すなわち、導波路を伝搬してきた光波が周期的屈折率変化部分に入射すると、屈折率変化の周期と導波路の実効屈折率で決まる特定の波長の光波成分のみが入射導波路側に反射されるため、導波路の透過出力側にはこの波長成分が出力されない（＝分布反射器）。すなわち、特定の波長成分の伝搬を阻止する帯域阻止フィルタとして機能する。 On the other hand, d positioned in the waveguide device as in the present invention forms a periodic refractive index change (diffraction grating) in the waveguide or on the surface or side surface of the waveguide along the propagation direction of the light wave. This is realized. That is, when a light wave propagating through a waveguide is incident on a periodic refractive index change portion, only a light wave component having a specific wavelength determined by the period of refractive index change and the effective refractive index of the waveguide is reflected to the incident waveguide side. Therefore, this wavelength component is not output to the transmission output side of the waveguide (= distributed reflector). That is, it functions as a band rejection filter that blocks propagation of a specific wavelength component.

このｄにおいては、所望の阻止波長幅と阻止レベルを実現するためには、導波路の形状、導波路に形成する屈折率変化の大きさなどを正確に制御する必要がある。また、導波路と屈折率変化を形成するためには、一般に複数回のパターン形成やエッチング工程などが必要となり、製造工程の複雑化という問題が発生する。 In this d, in order to realize a desired blocking wavelength width and blocking level, it is necessary to accurately control the shape of the waveguide, the magnitude of the refractive index change formed in the waveguide, and the like. Further, in order to form the waveguide and the refractive index change, in general, a plurality of pattern formations and etching processes are required, which causes a problem that the manufacturing process is complicated.

なお、分布反射器の帯域阻止フィルタとしての機能を記述した代表的な文献として、以下の非特許文献１があり、また、導波路形デバイスの代表例である多モード干渉結合器（ＭＭＩカプラ）の文献として、非特許文献２が挙げられる。 As a typical document describing the function of the distributed reflector as a band rejection filter, there is the following Non-Patent Document 1, and a multimode interference coupler (MMI coupler) which is a typical example of a waveguide device. Non-patent document 2 can be cited as the document.

Ｋ．Ｗａｇａｔｓｕｍａ，Ｈ．Ｓａｋａｋｉ，ａｎｄＳ．Ｓａｉｔｏ， “Ｍｏｄｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇｏｆｏｂｌｉｑｕｅｌｙｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｓｉｎｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅｆｉｌｔｅｒｓ，” ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．ＱＥ−１５，ｎｏ．７，ｐｐ．６３２−６３７，１９７９．K. Wagatsuma, H .; Sakaki, and S.K. Saito, “Mode conversion and optical filtering of obligate incident waves in correlated filters,” IEEE Journal of Quantol. QE-15, no. 7, pp. 632-637, 1979. Ｌ．Ｂ．ＳｏｌｄａｎｏａｎｄＥ．Ｃ．Ｍ．Ｐｅｎｎｉｎｇｓ， “Ｏｐｔｉｃａｌｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｅｖｉｃｅｓｂａｓｅｄｏｎｓｅｌｆ−ｉｍａｇｉｎｇ：ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，” ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１３，ｐｐ．６１５−６２７，ｎｏ．４，１９９５．L. B. Soldano and E.I. C. M.M. Pennings, “Optical multi-mode interference devices based on self-imagining: principals and applications,” Journal of Lightwave Technology. 13, pp. 615-627, no. 4, 1995.

従って、本発明は、特定の波長の伝搬を阻止する帯域阻止フィルタとしての機能を備えかつ製造が容易な、波長選択性多モード干渉導波路デバイスを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength-selective multimode interference waveguide device that has a function as a band rejection filter that blocks propagation of a specific wavelength and is easy to manufacture.

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、多モード干渉導波路部と、前記多モード干渉導波路部の一端の中心に接続される第１の導波路と、前記多モード干渉導波路部の前記一端に対向する他端の中心に接続される第２の導波路と、を備える、多モード干渉導波路導波路デバイスにおいて、前記第１の導波路から入射し前記多モード干渉導波路部を伝搬して前記第２の導波路に出射する光波であって、所定の波長を有する光波の透過率が、前記多モード干渉導波路部と前記第２の導波路との接続部において当該デバイスの使用目的によって決まる要求仕様を満たすように、前記多モード干渉導波路部の幅及び長さが決定されていることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイスを提供する。 In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a multimode interference waveguide section, a first waveguide connected to the center of one end of the multimode interference waveguide section, and the multimode A multimode interference waveguide device comprising: a second waveguide connected to the center of the other end of the interference waveguide portion opposite to the one end; and the multimode incident from the first waveguide. A light wave propagating through the interference waveguide part and emitted to the second waveguide, the transmittance of the light wave having a predetermined wavelength is the connection between the multimode interference waveguide part and the second waveguide. Provided is a wavelength selective multimode interference waveguide device in which the width and length of the multimode interference waveguide portion are determined so as to satisfy the required specifications determined by the purpose of use of the device in the section To do.

上記第１の態様において、上記要求仕様を少なくとも１０ｄＢとしても良い。また、第１の導波路から入射する前記光波の透過率を−１０ｄＢ以下とすることによって、当該デバイスを、前記波長における帯域阻止フィルタとして機能させるようにしても良い。 In the first aspect, the required specification may be at least 10 dB. In addition, the device may function as a band rejection filter at the wavelength by setting the transmittance of the light wave incident from the first waveguide to −10 dB or less.

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様では、多モード干渉導波路部と、前記多モード干渉導波路部の一端の中心に接続される第１の導波路と、前記多モード干渉導波路部の前記一端に対向する他端の中心から一定の距離に、互いに対称となるように配置された第２及び第３の導波路と、を備える、多モード干渉導波路導波路デバイスにおいて、前記第１の導波路から入射し前記多モード干渉導波路部を伝搬して前記第２の導波路と第３の導波路に出射する光波であって、所定の波長を有する前記光波の透過率が、前記多モード干渉導波路部と前記第２及び第３の導波路との接続部において当該デバイスの使用目的によって決まる要求仕様を満たすように、前記多モード干渉導波路部の幅及び長さ、さらに前記一定の距離が決定されていることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイスを提供する。 In order to solve the above problems, in the second aspect of the present invention, a multimode interference waveguide section, a first waveguide connected to the center of one end of the multimode interference waveguide section, and the multimode A multimode interference waveguide device comprising: a second waveguide and a third waveguide arranged symmetrically with each other at a constant distance from the center of the other end facing the one end of the interference waveguide section. The light wave is incident on the first waveguide, propagates through the multimode interference waveguide section, and is emitted to the second waveguide and the third waveguide, and has a predetermined wavelength. The width of the multimode interference waveguide section and the width of the multimode interference waveguide section so that the transmittance meets the required specifications determined by the purpose of use of the device at the connection between the multimode interference waveguide section and the second and third waveguides. The length, and the constant distance is determined Characterized in that there is provided a wavelength selective multimode interference waveguide device.

上記態様において、前記要求仕様は、少なくとも１０ｄＢ以上としても良い。また、前記第１の導波路から入射する前記光波の透過率を−１０ｄＢ以下とすることによって、当該デバイスを、前記波長における帯域阻止フィルタとして機能させるようにしても良い。 In the above aspect, the required specification may be at least 10 dB or more. In addition, the device may function as a band rejection filter at the wavelength by setting the transmittance of the light wave incident from the first waveguide to −10 dB or less.

多モード干渉導波路を伝搬する光波では、入射光の波長に依存して多モード干渉が現れる周期が変化する。即ち、入射光の波長によって、多モード干渉の周期が異なる。この周期の違いを利用し、多モード干渉導波路を、その出射端で特定の波長を有する光波の透過率（出力光パワー／入射光パワー）が、例えば−１０ｄＢ以下となるような構造とすることによって、入射光から特定の波長成分のみを阻止するデバイスを作成することが出来る。 In a light wave propagating through a multimode interference waveguide, the period in which multimode interference appears varies depending on the wavelength of incident light. That is, the period of multimode interference differs depending on the wavelength of incident light. By utilizing this difference in period, the multimode interference waveguide is structured such that the transmittance (output light power / incident light power) of a light wave having a specific wavelength at its output end is, for example, -10 dB or less. This makes it possible to create a device that blocks only a specific wavelength component from incident light.

複数の波長を用いて、波長ごとに独立した信号を伝送する波長多重通信システムでは、特定の波長を選択的に分離することは、必要な要素技術と位置づけられている。その中で、本発明に係る、特定の波長の伝搬を阻止するデバイスは、不要波長成分を阻止する波長フィルタとして用いることができる。例えば、伝送システムの動作を監視するために、監視用の光として信号光とは異なる波長の光を用いるが、信号光に混じって監視用の光を受信すると困るので、受信端では監視用の波長成分を阻止する必要がある。本発明に係る波長選択性デバイスは、このような用途に対して有用である。 In a wavelength division multiplexing communication system that transmits an independent signal for each wavelength using a plurality of wavelengths, selectively separating specific wavelengths is positioned as a necessary elemental technology. Among them, the device for blocking propagation of a specific wavelength according to the present invention can be used as a wavelength filter for blocking unnecessary wavelength components. For example, in order to monitor the operation of the transmission system, light having a wavelength different from that of the signal light is used as the monitoring light. However, it is difficult to receive the monitoring light mixed with the signal light. It is necessary to block the wavelength component. The wavelength selective device according to the present invention is useful for such applications.

なお、本発明の多モード干渉導波路デバイスは、導波路を形成する工程で帯域阻止機能を実現する多モード干渉導波路も同時に形成されるため、背景技術の項で説明した、ｄの分布反射形（ＤＦＢ）導波路フィルタで発生する、製造工程の複雑化という問題は発生しない。 In the multimode interference waveguide device of the present invention, since the multimode interference waveguide that realizes the band rejection function is formed at the same time as the step of forming the waveguide, the distributed reflection of d explained in the background art section. The problem of complication of the manufacturing process that occurs in the type (DFB) waveguide filter does not occur.

本発明の第１の実施形態に係る、１入力１出力導波路形デバイスの概略構成を示す斜視図。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a 1-input 1-output waveguide device according to a first embodiment of the present invention. 図１に示すデバイスの上面図。FIG. 2 is a top view of the device shown in FIG. 1. 図１及び２に示すデバイスの、多モード干渉導波路部における光波伝搬に伴って生じる光パワー分布を示す図。The figure which shows the optical power distribution which arises with the light wave propagation | transmission in the multimode interference waveguide part of the device shown to FIG. （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るデバイスの構成原理を説明するための図。(A) And (b) is a figure for demonstrating the structure principle of the device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. （ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るデバイスにおいて、多モード干渉導波路部の幅を１．０μｍとした場合の、多モード干渉導波路部の長さに対する透過率の関係を示し、（ｂ）は、幅を１．６μｍとした場合の、多モード干渉導波路部の長さに対する透過率の関係を示す図。(A) shows the relationship of the transmittance with respect to the length of the multimode interference waveguide section when the width of the multimode interference waveguide section is 1.0 μm in the device according to the first embodiment of the present invention. (B) is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to the length of a multimode interference waveguide part when a width | variety is 1.6 micrometers. （ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るデバイスにおいて、多モード干渉導波路部の幅を１．０μｍとしその長さを変化させた場合の、波長に対する透過率の関係を示し、（ｂ）は、多モード干渉導波路部の幅を１．６μｍとしその長さを変化させた場合の、波長に対する透過率の関係を示す図。(A) shows the relationship of the transmittance with respect to the wavelength when the width of the multimode interference waveguide section is 1.0 μm and the length is changed in the device according to the first embodiment of the present invention; (B) is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to a wavelength at the time of setting the width | variety of a multimode interference waveguide part to 1.6 micrometers, and changing the length. 本発明の第２の実施形態に係る、１入力２出力デバイスの概略構造を示す斜視図。The perspective view which shows schematic structure of the 1 input 2 output device based on the 2nd Embodiment of this invention. 図７に示すデバイスの上面図。FIG. 8 is a top view of the device shown in FIG. 7. 図７及び８に示すデバイスの、多モード干渉導波路部における光波伝搬にともなって生じる光パワー分布を示す図。The figure which shows the optical power distribution which arises with the light wave propagation | transmission in the multimode interference waveguide part of the device shown to FIG. 本発明の第２の実施形態に係るデバイスの構成原理を説明するための図。The figure for demonstrating the structure principle of the device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るデバイスにおいて、多モード干渉導波路部の幅を１．０μｍとした場合の、多モード干渉導波路部の長さに対する透過率の関係を示し、（ｂ）は、幅を１．６μｍとした場合の、多モード干渉導波路部の長さに対する透過率の関係を示す図。(A) shows the relationship of the transmittance with respect to the length of the multimode interference waveguide section when the width of the multimode interference waveguide section is 1.0 μm in the device according to the second embodiment of the present invention. (B) is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to the length of a multimode interference waveguide part when a width | variety is 1.6 micrometers. （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るデバイスにおいて、多モード干渉導波路部の幅を１．０μｍとしその長さを変化させた場合の、波長に対する透過率の関係を示し、（ｂ）は、多モード干渉導波路部の幅を１．６μｍとしその長さを変化させた場合の、波長に対する透過率の関係を示す図。(A) shows the relationship of the transmittance with respect to the wavelength when the width of the multimode interference waveguide section is 1.0 μm and the length is changed in the device according to the second embodiment of the present invention; (B) is a figure which shows the relationship of the transmittance | permeability with respect to a wavelength at the time of setting the width | variety of a multimode interference waveguide part to 1.6 micrometers, and changing the length.

以下に、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明するが、これらの実施形態は単に一例であって本発明を限定するものでは無い。また、全図面を通して、同じ符号は同一又は類似の構成要素を示すので、重複した説明は行わない。更に、各図は本発明の実施形態の説明のみを目的としており、従って各部分の図面上の大きさが実際の縮尺に対応するものではない。 Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, these embodiments are merely examples and do not limit the present invention. Moreover, since the same code | symbol shows the same or similar component through all the drawings, the overlapping description is not performed. Further, each drawing is only for the purpose of explaining the embodiment of the present invention, and therefore the size of each part on the drawing does not correspond to the actual scale.

＜第１の実施形態：１入力１出力導波路デバイス＞
以下に、本発明の第１の実施形態に係る、１入力１出力導波路形の波長選択性多モード干渉導波路デバイスについて説明する。このデバイスは、特定の波長の入射光を、当該デバイスの使用目的によって決まる要求仕様を満たす程度、例えば、入射光のパワー（強度）と出射光のパワー（強度）の比（出射光パワー／入射光パワー）を−１０ｄＢ程度まで低下させることが可能な、波長帯域阻止特性を有する。 <First embodiment: 1-input 1-output waveguide device>
A 1-input 1-output waveguide type wavelength selective multimode interference waveguide device according to the first embodiment of the present invention will be described below. In this device, the incident light of a specific wavelength satisfies the required specifications determined by the intended use of the device, for example, the ratio of the incident light power (intensity) to the outgoing light power (intensity) (outgoing light power / incident It has a wavelength band blocking characteristic that can reduce the optical power) to about −10 dB.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る多モード干渉デバイス１０の概略構造を示す斜視図である。このデバイス１０は、１入力導波路１出力導波路形のデバイスであり、後述するように、特定の波長の光の通過を阻止する、波長選択性デバイスである。波長選択性多モード干渉導波路デバイス１０は、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハのシリコン層に形成される多モード干渉導波路部３とシングルモードの入力導波路１、出力導波路２とで構成されている。４はシリコン基板、５はＳｉＯ₂クラッド層を示す。図示はしていないが、多モード干渉導波路デバイス１０を構成する多モード干渉導波路部３と入力導波路１、出力導波路２はＳｉＯ₂のクラッド層５によって埋設されている。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a multimode interference device 10 according to a first embodiment of the present invention. This device 10 is a 1-input waveguide 1-output waveguide type device, and is a wavelength-selective device that blocks the passage of light of a specific wavelength, as will be described later. The wavelength selective multimode interference waveguide device 10 includes a multimode interference waveguide section 3 formed in a silicon layer of an SOI (Silicon On Insulator) wafer, a single mode input waveguide 1, and an output waveguide 2. ing. 4 is a silicon substrate, and 5 is a SiO ₂ cladding layer. Although not shown, the multimode interference waveguide section 3, the input waveguide 1, and the output waveguide 2 constituting the multimode interference waveguide device 10 are buried with a cladding layer 5 of SiO ₂ .

図２に、デバイス１０の構造を定義するためのパラメータを示す。多モード干渉導波路部３の幅方向の端部に沿ってｘ軸を設定し、長さ方向にｚ軸を設定している。これによって、入力導波路１、出力導波路２は、ｘ方向に対称な位置（ｘ＝０）に配置される。入出力導波路１、２の断面の幅をＷで示し、多モード干渉導波路部３の幅をＷ_MMI、長さをＬ_MMI、厚さをＷ_T（図１参照）で示す。入出力導波路１、２及び多モード干渉導波路部３の厚さＷ_Tは、通常、同じとされている。 FIG. 2 shows parameters for defining the structure of the device 10. The x-axis is set along the end of the multimode interference waveguide section 3 in the width direction, and the z-axis is set in the length direction. As a result, the input waveguide 1 and the output waveguide 2 are arranged at positions (x = 0) symmetrical in the x direction. The width of the cross section of the input / output waveguides 1 and 2 is denoted by W, the width of the multimode interference waveguide section 3 is denoted by W _MMI , the length is denoted by L _MMI , and the thickness is denoted by W _T (see FIG. 1). The thicknesses W _T of the input / output waveguides 1 and 2 and the multimode interference waveguide section 3 are usually the same.

本発明者等は既に、多モード干渉導波路部３におけるこのような光強度分布の周期、即ち、多モード干渉の周期が、多モード干渉導波路部３の幾何学的構造（幅、長さ、厚さ）、材料、更に入射する光の偏波に基づいて変化することを報告している（特願２０１１−１３００９３）が、その中で、多モード干渉の周期がさらに波長に基づいて変化することにも言及している。本実施形態では、このような多モード干渉周期の波長依存性を利用して、特定の波長の光を阻止することが可能な、１入力１出力導波路デバイスを構成する。 The inventors have already determined that the period of such light intensity distribution in the multimode interference waveguide section 3, that is, the period of multimode interference is the geometric structure (width, length) of the multimode interference waveguide section 3. (Thickness), material, and further change based on the polarization of incident light (Japanese Patent Application No. 2011-130093). Among them, the period of multimode interference further changes based on wavelength. It also mentions to do. In the present embodiment, a 1-input 1-output waveguide device capable of blocking light of a specific wavelength is configured by utilizing the wavelength dependence of such a multimode interference period.

図３は、図１及び図２に示す構造の波長選択性多モード干渉導波路デバイス１０において、導波路１からある波長を有する光波を入力した場合の、多モード干渉導波路部３における光波分布のシミュレーション結果を示す。このシミュレーション結果は、ＴＥモードの偏波に対するものである。また、シミュレーションはモード整合法を用いて行っている。図３において、３ａで示した部分は光強度が高い部分、３ｂで示した部分は光強度が最も高い部分であり、３ｃで示す部分は光強度が最も低い部分を示す。図示するように、光波の伝搬にともなって、ｘ方向の光強度分布が周期性を持って変化する様子が理解される。 3 shows a light wave distribution in the multimode interference waveguide section 3 when a light wave having a certain wavelength is input from the waveguide 1 in the wavelength selective multimode interference waveguide device 10 having the structure shown in FIGS. The simulation results are shown. This simulation result is for the TE mode polarization. The simulation is performed using a mode matching method. In FIG. 3, the portion indicated by 3a is a portion having a high light intensity, the portion indicated by 3b is a portion having the highest light intensity, and the portion indicated by 3c is a portion having the lowest light intensity. As shown in the figure, it is understood that the light intensity distribution in the x direction changes with periodicity as the light wave propagates.

図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示すような光強度分布を有する多モード干渉導波路デバイスを、特定の波長λを遮断する波長選択性導波路デバイスとして機能させるための原理を説明する図である。図４（ａ）は、多モード干渉導波路部３を、図３の伝搬距離ｚ＝ｚ₁の位置で切断し、ｘ＝０の位置に出力導波路２を接続した場合を示す。この位置では、ｘ＝０に光波パワーはほとんど存在しないため、ｘ＝０に出力導波路２を設置しても出力導波路２からは光波が出力されない。この状態の多モード干渉導波路部３の長さを、Ｌ_MMIとする。 4 (a) and 4 (b) show the principle for causing a multimode interference waveguide device having a light intensity distribution as shown in FIG. 3 to function as a wavelength selective waveguide device that blocks a specific wavelength λ. It is a figure explaining. FIG. 4A shows a case where the multimode interference waveguide section 3 is cut at the position of the propagation distance z = z ₁ in FIG. 3 and the output waveguide 2 is connected to the position of x = 0. At this position, almost no light wave power exists at x = 0, so that no light wave is output from the output waveguide 2 even if the output waveguide 2 is installed at x = 0. The length of the multimode interference waveguide section 3 in this state is _{defined as LMMI} .

一方、ｚ＝ｚ_１の位置で切断した場合であっても、入力導波路１から、波長λ以外の波長の光波を入力した場合、その波長での多モード干渉の周期は波長λの周期とは異なるため、図４（ｂ）に示すように、出力導波路２に光出力が現れるようになる。これにより、図３の伝搬距離ｚ＝ｚ₁の位置で多モード干渉導波路部３を切断したデバイスを、波長λの入射光の伝搬を阻止する波長選択素子として機能させることが出来る。なお、このような波長帯域阻止特性は、多モード干渉導波路長が長い方が透過率の変化が急峻となる。即ち、入射光の波長がλから僅かに相違すると、透過率が急激に高くなる。従って、透過率の変化において必要な急峻さが得られるように、多モード干渉導波路部３の長さＬ_MMIを選択する。 On the other hand, when a light wave having a wavelength other than the wavelength λ is input from the input waveguide 1 even when it is cut at the position of z = z ₁ , the period of multimode interference at that wavelength is the period of the wavelength λ. Therefore, as shown in FIG. 4B, an optical output appears in the output waveguide 2. Thereby, the device in which the multimode interference waveguide section 3 is cut at the position of the propagation distance z = z ₁ in FIG. 3 can function as a wavelength selection element that blocks the propagation of incident light having the wavelength λ. Note that in such a wavelength band rejection characteristic, the change in transmittance becomes steeper as the multimode interference waveguide length is longer. That is, when the wavelength of incident light is slightly different from λ, the transmittance increases rapidly. Accordingly, the length L _MMI of the multimode interference waveguide section 3 is selected so that the necessary steepness can be obtained in the change in transmittance.

なお、図３及び図４の光波分布は、ＴＥモードに対するシミュレーションに基づいているが、ＴＭモードの場合も、ＴＥモードとは長さ方向の周期が変化するだけで、殆ど同じ分布傾向を有する。従って、多モード干渉導波路デバイス１０を波長λの遮断デバイスとして機能させるための定性的議論には、ＴＥモードとＴＭモードを区別して考える必要はない。 3 and FIG. 4 is based on a simulation for the TE mode, but the TM mode also has almost the same distribution tendency as the TE mode, only the period in the length direction changes. Therefore, it is not necessary to distinguish between the TE mode and the TM mode in the qualitative discussion for causing the multimode interference waveguide device 10 to function as a cutoff device of the wavelength λ.

次に、図１に示す多モード干渉導波路デバイス１０を、波長λの遮断デバイスとして機能させるための設計手順について、以下に説明する。 Next, a design procedure for causing the multimode interference waveguide device 10 shown in FIG. 1 to function as a cutoff device having the wavelength λ will be described below.

１）先ず、遮断波長λを決定し、多モード干渉導波路部３の材料と高さＷ_Tを設定する。高さＷ_Tは通常、入出力導波路１、２の高さと同じであり、また、デバイスの常識的な値として選択可能である。 1) First, the cutoff wavelength λ is determined, and the material and height W _T of the multimode interference waveguide section 3 are set. The height W _T is usually the same as the height of the input / output waveguides 1 and 2 and can be selected as a common sense value of the device.

２）多モード干渉導波路部３の幅Ｗ_ＭＭＩを設定し、多モード干渉導波路部３の長さに対する透過率をシミュレーションによって計算する。図５（ａ）は、多モード干渉導波路部３の幅Ｗ_ＭＭＩ＝１．０μｍに設定し、図５（ｂ）はＷ_ＭＭＩ＝１．６μｍに設定してシミュレーションを行った結果を示している。これらの図から明らかなように、多モード干渉導波路部３の長さ（Ｌ_MMI）に対して透過率は周期的に変化する。即ち、図５（ａ）の、Ｗ_ＭＭＩ＝１．０μｍに設定した場合は、周期１．２５μｍの奇数倍で、図５（ｂ）のＷ_ＭＭＩ＝１．６μｍに設定した場合は、周期３．１６μｍの奇数倍で、透過率が周期的に変化することが分かる。また、図５（ａ）と図５（ｂ）を比較することによって、得られる遮断レベル（最小の透過率）が、多モード干渉導波路部３の幅によって変化することが理解される。具体的には、図５（ａ）に示すように、多モード干渉導波路部３の幅Ｗ_ＭＭＩが１．０μｍの場合は、遮断レベルが−５．５ｄＢであり、図５（ｂ）に示すように幅Ｗ_ＭＭＩが１．６μｍの場合は、遮断レベルは少なくとも（最低）−１５ｄＢとなる。従って、デバイスを設計する場合、必要な遮断レベルに応じて多モード干渉導波路部３の幅を決定すれば良い。 2) The width W _MMI of the multimode interference waveguide section 3 is set, and the transmittance with respect to the length of the multimode interference waveguide section 3 is calculated by simulation. FIG. 5A shows the result of simulation with the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 3 set to 1.0 μm, and FIG. 5B set to W _MMI = 1.6 μm. Yes. As apparent from these drawings, the transmittance periodically changes with respect to the length ( _LMMI ) of the multimode interference waveguide section 3. That is, when W _MMI is set to 1.0 μm in FIG. 5A, the period is an odd multiple of 1.25 μm, and when W _MMI is set to 1.6 μm in FIG. It can be seen that the transmittance periodically changes at an odd multiple of 16 μm. Further, by comparing FIG. 5A and FIG. 5B, it is understood that the obtained cutoff level (minimum transmittance) varies depending on the width of the multimode interference waveguide section 3. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 3 is 1.0 μm, the cutoff level is −5.5 dB, and FIG. As shown, when the width W _MMI is 1.6 μm, the cutoff level is at least (minimum) −15 dB. Therefore, when designing a device, the width of the multimode interference waveguide section 3 may be determined in accordance with the required cutoff level.

３）次に、多モード干渉導波路部３の長さ（Ｌ_MMI）を変化させて、透過率の波長特性をシミュレーションによって求める。図６（ａ）は、多モード干渉導波路部３の幅Ｗ_ＭＭＩが１．０μｍである場合に、多モード干渉導波路部３の長さ（Ｌ_MMI）を、２９，６μｍ、５１．０μｍ及び９８．４μｍとして、透過率の波長依存性を計算したグラフである。同様に、図６（ｂ）は、多モード干渉導波路部３の幅Ｗ_ＭＭＩが１．６μｍの場合に、多モード干渉導波路部３の長さ（Ｌ_MMI）を４０．７μｍ、９１．６μｍ及び２７５．２μｍとして、透過率の波長依存性を計算したグラフである。これらの図からわかるように、多モード干渉導波路部３の長さ（Ｌ_MMI）が長くなると、遮断する波長幅が狭くなる。従って、デバイス設計の目的とする遮断波長幅に応じて、適切に、多モード干渉導波路部の長さを決定すれば良い。 3) Next, the wavelength characteristic of the transmittance is obtained by simulation by changing the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 3. FIG. 6A shows a case where the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 3 is 29,6 μm, 51.0 μm when the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 3 is 1.0 μm. It is the graph which computed the wavelength dependence of the transmittance | permeability as 98.4 micrometers. Similarly, FIG. 6B shows that when the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 3 is 1.6 μm, the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 3 is 40.7 μm, 91. It is the graph which computed the wavelength dependence of the transmittance | permeability as 6 micrometers and 275.2 micrometers. As can be seen from these figures, when the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 3 becomes longer, the wavelength width to be cut off becomes narrower. Therefore, the length of the multimode interference waveguide section may be appropriately determined according to the cutoff wavelength width intended for device design.

なお、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）は、１）の段階で決定される遮断波長λを、ＴＥモードに対して１．２７μｍとし、多モード干渉導波路部３の高さＷ_Tを０．３μｍとし、多モード干渉導波路部３をＳｉで構成した場合の、シミュレーション結果を示している。 5 (a), 5 (b) and FIGS. 6 (a), 6 (b), the cutoff wavelength λ determined in step 1) is 1.27 μm for the TE mode, and multimode interference the waveguide portion 3 a height W _T and 0.3 [mu] m, in the case of a multimode interference waveguide portion 3 is constituted by Si, shows the simulation results.

以上の手順により、設定された波長λの光波成分を、所望の遮断レベルでかつ所望の遮断波長幅で遮断することが可能な、１入力１出力デバイスを設計することができる。例えば、多モード干渉導波路部３の高さＷ_T（＝入力導波路の高さ）を０．３μｍとし、幅Ｗ_ＭＭＩを１．６μｍ、長さＬ_MMIを９１．６μｍとした１入力１出力デバイスによって、図６（ｂ）から明らかなように、ＴＥモードの遮断中心波長λが１．２７２μｍで、かつ、波長１．２７２μｍの±４ｎｍの波長幅で透過率が−１０ｄＢ以下となるフィルタ特性を備えた、通過帯域阻止形フィルタを構成することができる。 By the above procedure, a one-input one-output device that can block the light wave component of the set wavelength λ at a desired cutoff level and a desired cutoff wavelength width can be designed. For example, the multimode interference waveguide section 3 has a height W _T (= input waveguide height) of 0.3 μm, a width W _MMI of 1.6 μm, and a length L _MMI of 91.6 μm. As shown in FIG. 6 (b), the output device has a TE mode cutoff center wavelength λ of 1.272 μm and a transmittance of −10 dB or less at a wavelength width of ± 4 nm of a wavelength of 1.272 μm. A passband rejection filter having characteristics can be configured.

以下の表１に、１入力１出力デバイスで構成した、通過帯域阻止形フィルタの構造の一例を要約する。
Table 1 below summarizes an example of the structure of a passband rejection filter composed of one input and one output device.

＜第２の実施形態：１入力２出力デバイス＞
図７及び８に、本発明の第２の実施形態に係る波長選択型の１入力２出力デバイスを示す。本実施形態に係るデバイス２０は、シングルモードの導波路２１、２２、２３と多モード干渉導波路部２４とを備えており、これらは、シリコン基板２５上に形成したＳｉＯ₂クラッド層２６中に埋め込まれている。なお、図７及び８では、導波路２１、２２、２３及び多モード干渉導波路部２４を被覆するクラッド層を省略して示している。このデバイス２０は、導波路２１から入力し、導波路２２及び２３に出力する分岐動作、逆に、導波路２２及び２３から入力し、導波路２１に出力する結合動作を行う、ＭＭＩ結合器を構成する。光波伝搬の相反性から、分岐動作と結合動作は同じように動作するので、以下においては分岐動作のみについてその構成を説明する。 <Second Embodiment: 1-input 2-output device>
7 and 8 show a wavelength-selective one-input two-output device according to the second embodiment of the present invention. The device 20 according to the present embodiment includes single mode waveguides 21, 22, and 23 and a multimode interference waveguide section 24, which are included in a SiO ₂ cladding layer 26 formed on a silicon substrate 25. Embedded. 7 and 8, the clad layer covering the waveguides 21, 22, 23 and the multimode interference waveguide section 24 is omitted. This device 20 includes an MMI coupler that performs a branching operation that is input from the waveguide 21 and output to the waveguides 22 and 23, and conversely, that performs a coupling operation that is input from the waveguides 22 and 23 and output to the waveguide 21. Configure. Because of the reciprocity of the light wave propagation, the branching operation and the coupling operation operate in the same manner, so that only the branching operation will be described below.

図９は、図７及び８の構成を有するデバイス２０において、導波路２１から波長λの光波を入力した場合の、多モード干渉導波路部２４における光波分布のシミュレーション結果を示す。シミュレーションはモード整合法を用いて行った。光波の伝搬にともなって、ｘ方向の光強度分布が周期的に変化する様子が図から読み取れる。 FIG. 9 shows the simulation result of the light wave distribution in the multimode interference waveguide section 24 when the light wave having the wavelength λ is input from the waveguide 21 in the device 20 having the configuration of FIGS. The simulation was performed using the mode matching method. It can be seen from the figure that the light intensity distribution in the x direction periodically changes as the light wave propagates.

ここで、適当な位置で多モード干渉導波路を切断し、２本の出力導波路（導波路２２及び２３）を接続する。例えば、図９の伝搬距離ｚ＝ｚ₂で多モード干渉導波路部２４を切断して、Ｐ_x＝±ｘ₁の位置に出力導波路２２及び２３を接続すると、ｚ＝ｚ₂では、ほとんどの光波パワーがｘ＝０の位置に集中しているので、図１０に示すように、出力導波路２２及び２３には多モード干渉導波路部２４から殆ど光波が出力されない。一方、デバイス２０に、λ以外の波長を有する光波を入射すると、図９の光波パターンが入射光波長の変化に対応してずれるため、出力導波路２２、２３には多モード干渉導波路部２４から光波の出力が現れるようになる。 Here, the multimode interference waveguide is cut at an appropriate position, and the two output waveguides (waveguides 22 and 23) are connected. For example, when the multi-mode interference waveguide section 24 is cut at the propagation distance z = z ₂ in FIG. 9 and the output waveguides 22 and 23 are connected to the position of P _x = ± x ₁ , almost all are obtained at z = z ₂ . Therefore, almost no light wave is output from the multimode interference waveguide section 24 to the output waveguides 22 and 23, as shown in FIG. On the other hand, when a light wave having a wavelength other than λ is incident on the device 20, the light wave pattern in FIG. 9 is shifted in response to a change in the incident light wavelength, so that the output waveguides 22 and 23 have a multimode interference waveguide section 24. The light wave output comes out from.

従って、波長λの入射光を遮断し、それ以外の波長の入射光を透過する多モード干渉導波路デバイスの構造を特定できれば、帯域阻止型のフィルタとして機能する１入力２出力デバイスを得ることが出来る。以下に、図７に示す多モード干渉導波路デバイス２０を、波長λの帯域阻止型のフィルタとして機能させるための設計手順を説明する。 Therefore, if the structure of a multimode interference waveguide device that blocks incident light of wavelength λ and transmits incident light of other wavelengths can be specified, a 1-input 2-output device that functions as a band-stopping filter can be obtained. I can do it. In the following, a design procedure for causing the multimode interference waveguide device 20 shown in FIG. 7 to function as a band rejection filter having the wavelength λ will be described.

１）先ず、遮断波長λを決定し、多モード干渉導波路部２４の厚さを常識的なデバイスの値として設定する。
２）多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩを設定し、多モード干渉導波路部２４の長さＬ_ＭＭＩに対する透過率を計算する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、この計算結果をグラフに表したものであって、横軸は多モード干渉導波路部２４の長さＬ_(MMI)をμｍ単位で示し、縦軸は透過率をｄＢで示している。図１１（ａ）の計算結果は、多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩを１．０μｍとして得たものであり、図１１（ｂ）は１．６μｍとして得たものである。これらの図から明らかなように、多モード干渉導波路部２４の長さ（Ｌ_MMI）に対して透過率は周期的に変化する。即ち、図１１（ａ）に示すように、多モード干渉導波路部２４の幅がＷ_ＭＭＩ＝１．０μｍの場合は、周期２．３μｍの偶数倍で、図１１（ｂ）に示すように、多モード干渉導波路部２４の幅がＷ_ＭＭＩ＝１．６μｍの場合は、周期６．２μｍの偶数倍で、透過率が最小となる。 1) First, the cutoff wavelength λ is determined, and the thickness of the multimode interference waveguide section 24 is set as a common-sense device value.
2) The width W _MMI of the multimode interference waveguide section 24 is set, and the transmittance with respect to the length L _MMI of the multimode interference waveguide section 24 is calculated. FIGS. 11A and 11B are graphs showing the calculation results. The horizontal axis indicates the length L _(MMI) of the multimode interference waveguide section 24 in μm, and the vertical axis The axis indicates the transmittance in dB. The calculation results of FIG. 11A are obtained when the width W _MMI of the multimode interference waveguide section 24 is 1.0 μm, and FIG. 11B is obtained when the width W _MMI is 1.6 μm. As is apparent from these drawings, the transmittance periodically changes with respect to the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 24. That is, as shown in FIG. 11A, when the width of the multimode interference waveguide section 24 is W _MMI = 1.0 μm, the period is an even multiple of 2.3 μm, as shown in FIG. When the width of the multi-mode interference waveguide section 24 is W _MMI = 1.6 μm, the transmittance is minimized at an even multiple of a period of 6.2 μm.

ここで、１入力２出力デバイスの場合には、透過状態における透過率（出力が大きくなる長さＬ_MMIにおける透過率）が最大になるように出力導波路の位置Ｐｘを決める。多モード干渉導波路部２４の幅がＷ_ＭＭＩ＝１．０μｍの場合（図１１（ａ））は、Ｐｘ＝０．３μｍ、幅Ｗ_ＭＭＩ＝１．６μｍの場合（図１１（ｂ））は、Ｐｘ＝０．４４μｍとなる。 Here, in the case of a one-input two-output device, the position Px of the output waveguide is determined so that the transmittance in the transmissive state (the transmittance at the length L _MMI at which the output increases) is maximized. When the width of the multimode interference waveguide section 24 is W _MMI = 1.0 μm (FIG. 11A), when Px = 0.3 μm and the width W _MMI = 1.6 μm (FIG. 11B) , Px = 0.44 μm.

図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較することによって、１入力１出力デバイスの場合と同様に、得られる遮断レベル（最小の透過率）が多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩによって変化することが理解される。即ち、多モード干渉導波路の幅Ｗ_ＭＭＩ＝１．０μｍの場合（図１１（ａ））は−９．８ｄＢ、Ｗ_ＭＭＩ＝１．６μｍの場合（図１１（ｂ））は最低−１５ｄＢの遮断レベルが決まる。したがって、デバイスを設計にあたって、必要な遮断レベルに応じて多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩを決定すれば良い。 By comparing FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), the obtained cutoff level (minimum transmittance) is the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 24, as in the case of the 1-input 1-output device. It is understood that it changes depending on. That is, when the width W _MMI of the multimode interference waveguide is 1.0 μm (FIG. 11 (a)), −9.8 dB, and when W _MMI = 1.6 μm (FIG. 11 (b)), the minimum is −15 dB. The blocking level is determined. Therefore, when designing the device, the width W _MMI of the multimode interference waveguide section 24 may be determined in accordance with the required cutoff level.

３）次に、多モード干渉導波路部２４の長さを変化させて透過率の波長特性をシミュレーションによって求める。図１２（ａ）は、多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩが１．０μｍの場合に、多モード干渉導波路部２４の長さ（Ｌ_MMI）を、３０．８μｍ、５４．４μｍ、９４．７μｍとして、透過率の波長依存性を計算したグラフである。同様に、図１２（ｂ）は、多モード干渉導波路部２４の幅Ｗ_ＭＭＩが１．６μｍの場合に、多モード干渉導波路部２４の長さ（Ｌ_MMI）を３１．６μｍ、１２６．４μｍ、２５２．９μｍとして、透過率の波長依存性を計算したグラフである。これらの図からわかるように、１入力１出力デバイスと同様に、多モード干渉導波路部２４の長さ（Ｌ_MMI）が長くなると遮断する波長幅が狭くなる。例えば、図１２（ｂ）のＷ_ＭＭＩ＝１．６μｍの場合、透過率が−１０ｄＢ以下となる波長幅は、Ｌ_MMI＝３１．６μｍの場合に３１ｎｍ、Ｌ_MMI＝１２６．４μｍの場合に９ｎｍ、Ｌ_MMI＝２５２．９μｍの場合に５ｎｍとなる。これによって、デバイス設計の目的とする遮断波長幅に応じて、適切に、多モード干渉導波路部の長さを決定すれば良い。 3) Next, the wavelength characteristic of the transmittance is obtained by simulation by changing the length of the multimode interference waveguide section 24. FIG. 12A shows that when the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 24 is 1.0 μm, the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 24 is 30.8 μm, 54.4 μm, It is the graph which computed the wavelength dependence of the transmittance | permeability as 94.7 micrometers. Similarly, FIG. 12B shows that when the width W _{MMI of the} multimode interference waveguide section 24 is 1.6 μm, the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 24 is 31.6 μm, 126. It is the graph which computed the wavelength dependence of the transmittance | permeability as 4 micrometers and 252.9 micrometers. As can be seen from these drawings, the wavelength width to be cut off becomes narrower as the length (L _MMI ) of the multimode interference waveguide section 24 becomes longer as in the case of the 1-input 1-output device. For example, if the _W MMI = 1.6 [mu] m in FIG. 12 (b), the wavelength width in which the transmittance is equal to or less than -10dB is, 31 nm in the case of L _MMI = 31.6μm, 9nm in the case of L _MMI = 126.4μm , L _MMI = 52.9 nm when 252.9 μm. Thus, the length of the multimode interference waveguide section may be appropriately determined according to the cutoff wavelength width intended for device design.

以下の表２に、１入力２出力デバイスで構成した通過帯域阻止形フィルタの構造の一例を示す。このフィルタは、波長幅５ｎｍに渡って透過率が−１０ｄＢ以下を確保することができるように設計された帯域阻止フィルタである。
Table 2 below shows an example of the structure of a passband rejection filter composed of one input and two output devices. This filter is a band rejection filter designed to ensure a transmittance of −10 dB or less over a wavelength width of 5 nm.

上記実施形態１及び２は、シリコンを導波層として用い、その周りをＳｉＯ₂クラッドで囲んだ導波路構造において、導波層厚３００ｎｍの導波路部構造で、ＴＥモードの特定の波長を遮断する多モード干渉導波路デバイスを設計する事例に関しているが、ＴＭモードの特定の波長を遮断する多モード干渉導波路デバイスに対しても、この設計手法を同様に適用することができる。また、他の導波路厚、多モード干渉導波路幅に対しても、この設計手法を同様に適用することができる。さらに、シリコンを導波層として用い、その周りをＳｉＯ₂クラッドで囲んだ導波路構造以外の、任意の導波路部構造に対しても、この設計手法を同様に適用することができる。 In the first and second embodiments, silicon is used as a waveguide layer, and the surrounding structure is surrounded by a SiO ₂ clad, and a waveguide portion structure having a waveguide layer thickness of 300 nm is used to block a specific wavelength of the TE mode. This design technique can be similarly applied to a multimode interference waveguide device that blocks a specific wavelength of the TM mode. In addition, this design method can be similarly applied to other waveguide thicknesses and multimode interference waveguide widths. Furthermore, this design method can be similarly applied to any waveguide structure other than the waveguide structure in which silicon is used as the waveguide layer and the periphery thereof is surrounded by SiO ₂ cladding.

１入力導波路
２出力導波路
３多モード干渉導波路部
４シリコン基板
５ＳｉＯ₂クラッド層
１０１入力１出力導波路デバイス
２０１入力２出力導波路デバイス
２１入力導波路
２２、２３出力導波路
２４多モード干渉導波路部
２５シリコン基板
２６ＳｉＯ₂クラッド層 1 input waveguide 2 output waveguide 3 multimode interference waveguide portion 4 silicon substrate 5 SiO ₂ cladding layer 10 1 inputs and one output waveguide device 20 1 Input 2 Output waveguide device 21 input waveguides 22 and 23 output waveguides 24 Multimode interference waveguide 25 Silicon substrate 26 SiO ₂ cladding layer

Claims

多モード干渉導波路部と、
前記多モード干渉導波路部の一端の中心に接続される第１の導波路と、
前記多モード干渉導波路部の前記一端に対向する他端の中心に接続される第２の導波路と、を備える、多モード干渉導波路デバイスにおいて、
前記第１の導波路から入射し前記多モード干渉導波路部を伝搬して前記第２の導波路に出射する光波であって、所定の波長を有する前記光波の透過率が、前記多モード干渉導波路部と前記第２の導波路との接続部において当該デバイスの使用目的によって決まる要求仕様を満たすように、前記多モード干渉導波路部の幅及び長さが決定されていることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 A multimode interference waveguide section;
A first waveguide connected to the center of one end of the multimode interference waveguide section;
A multi-mode interference waveguide device comprising: a second waveguide connected to the center of the other end opposite to the one end of the multi-mode interference waveguide section;
A light wave that enters from the first waveguide, propagates through the multimode interference waveguide section, and exits to the second waveguide, and the transmittance of the lightwave having a predetermined wavelength is the multimode interference. The width and length of the multimode interference waveguide section are determined so as to satisfy the required specifications determined by the purpose of use of the device at the connection section between the waveguide section and the second waveguide. A wavelength selective multimode interference waveguide device.

請求項１に記載のデバイスにおいて、前記要求仕様が少なくとも１０ｄＢである、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 2. The wavelength selective multimode interference waveguide device according to claim 1, wherein the required specification is at least 10 dB.

請求項１に記載のデバイスにおいて、前記第１の導波路から入射する前記光波の透過率を−１０ｄＢ以下とすることによって、当該デバイスを前記波長における帯域阻止フィルタとして機能させることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 The device according to claim 1, wherein the device functions as a band rejection filter at the wavelength by setting the transmittance of the light wave incident from the first waveguide to −10 dB or less. Wavelength selective multimode interference waveguide device.

多モード干渉導波路部と、
前記多モード干渉導波路部の一端の中心に接続される第１の導波路と、
前記多モード干渉導波路部の前記一端に対向する他端の中心から一定の距離に、互いに対称となるように配置された第２及び第３の導波路と、を備える、多モード干渉導波路導波路デバイスにおいて、
前記第１の導波路から入射し前記多モード干渉導波路部を伝搬して前記第２の導波路と第３の導波路に出射する光波であって、所定の波長を有する前記光波の透過率が、前記多モード干渉導波路部と前記第２及び第３の導波路との接続部において当該デバイスの使用目的によって決まる要求仕様を満たすように、前記多モード干渉導波路部の幅及び長さ、さらに前記一定の距離が決定されていることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 A multimode interference waveguide section;
A first waveguide connected to the center of one end of the multimode interference waveguide section;
A multimode interference waveguide comprising: second and third waveguides arranged symmetrically with each other at a constant distance from the center of the other end facing the one end of the multimode interference waveguide section; In waveguide devices:
A light wave that is incident from the first waveguide, propagates through the multimode interference waveguide section, and exits to the second waveguide and the third waveguide, and has a transmittance for the light wave having a predetermined wavelength. The width and length of the multimode interference waveguide section so that the required specifications determined by the intended use of the device are satisfied at the connection between the multimode interference waveguide section and the second and third waveguides. Further, the wavelength selective multimode interference waveguide device, wherein the certain distance is determined.

前記請求項４に記載のデバイスにおいて、前記要求仕様は少なくとも１０ｄＢである、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 5. A wavelength selective multimode interference waveguide device according to claim 4, wherein the required specification is at least 10 dB.

請求項４に記載のデバイスにおいて、前記第１の導波路から入射する前記光波の透過率を−１０ｄＢ以下とすることによって、当該デバイスを前記波長における帯域阻止フィルタとして機能させることを特徴とする、波長選択性多モード干渉導波路デバイス。 The device according to claim 4, wherein the device functions as a band rejection filter at the wavelength by setting the transmittance of the light wave incident from the first waveguide to -10 dB or less. Wavelength selective multimode interference waveguide device.