JP5559381B1 - Optical waveguide - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の導波モードの光が導波可能とされた光導波路において、高次モードの光による問題が解消できるようにする。
【解決手段】下部クラッド層101の上に形成された第1コア102と、第1コア102を覆って下部クラッド層101の上に形成された上部クラッド層103とを備える。加えて、導波方向が変更される第1コア102の屈曲部111において、第1コア102に並列して部分的に配置された第2コア104を備える。第2コア104は、第1コア102に沿って伝搬する複数のモードの光のうち高次モードの光に対して影響を与える状態とされている。
【選択図】 図1AIn an optical waveguide capable of guiding a plurality of light beams in a guided mode, a problem caused by light in a higher mode can be solved.
A first core 102 formed on a lower clad layer 101 and an upper clad layer 103 formed on the lower clad layer 101 so as to cover the first core 102 are provided. In addition, the bent portion 111 of the first core 102 in which the waveguide direction is changed includes a second core 104 partially disposed in parallel with the first core 102. The second core 104 is in a state of affecting higher-order mode light among a plurality of modes of light propagating along the first core 102.
[Selection] Figure 1A
Description
本発明は、複数の導波モードの光が導波可能とされている光導波路に関する。 The present invention relates to an optical waveguide capable of guiding light of a plurality of waveguide modes.
近年、光回路の小型化をめざし、シリコン細線光導波路の研究開発が盛んに進められている。従来のシリコン細線光導波路の構成を図6A,図6Bに示す。この光導波路は、下部クラッド層601と、コア602と、上部クラッド層603とから構成されている。なお、図6Aは、平面図であり、図6Bは、導波方向に垂直な断面図である。また、図6Aでは、上部クラッド層603を省略して示している。 In recent years, research and development of silicon optical waveguides have been actively promoted with the aim of miniaturizing optical circuits. The configuration of a conventional silicon fine wire optical waveguide is shown in FIGS. 6A and 6B. This optical waveguide is composed of a lower clad layer 601, a core 602, and an upper clad layer 603. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view perpendicular to the waveguide direction. In FIG. 6A, the upper clad layer 603 is omitted.
下部クラッド層601,上部クラッド層603は、例えば、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマーなどから構成され、コア602は、シリコンから構成されている。なお、図6A,図6Bでは、いわゆるチャンネル型光導波路を例示しているが、リブ型光導波路も用いられている。 The lower cladding layer 601 and the upper cladding layer 603 are made of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, epoxy-based polymer, polyimide-based polymer, and the like, and the core 602 is made of silicon. 6A and 6B illustrate a so-called channel type optical waveguide, but a rib type optical waveguide is also used.
このような光導波路では、偏向に伴う光の損失やモード変換を防止するために、コア断面は単一モード条件を実現する寸法としている。光導波路を伝搬する光の波長は、シリコンが透明であり、かつ光源が容易に入手できる、1200〜1700nmが良く用いられ、この波長の場合、チャンネル型光導波路のコア断面寸法は、幅450nm,高さ200nm程度が単一モード条件の上限値である(非特許文献1の図1.2参照)。また、このような、コア断面寸法が数百nmの微小シリコン光導波路においては、光導波路コア側壁凹凸による光散乱の影響が大きく、最新のシリコン加工技術を用いても伝搬損失が1.2dB/cm程度である(非特許文献1の図1.11参照)。 In such an optical waveguide, the core cross section has a dimension that realizes a single mode condition in order to prevent light loss and mode conversion accompanying deflection. The wavelength of light propagating through the optical waveguide is preferably 1200 to 1700 nm, in which silicon is transparent and the light source is easily available. For this wavelength, the core cross-sectional dimension of the channel-type optical waveguide is 450 nm in width, A height of about 200 nm is the upper limit value of the single mode condition (see FIG. 1.2 of Non-Patent Document 1). In addition, in such a micro silicon optical waveguide having a core cross-sectional dimension of several hundreds of nanometers, the influence of light scattering due to the irregularities on the core side wall of the optical waveguide is large, and the propagation loss is 1.2 dB / s even using the latest silicon processing technology. It is about cm (see FIG. 1.11 of Non-Patent Document 1).
これに対し、光デバイスを構成するシリコンチップは、近年25mm角程度の大きさがあり、従って、このシリコンチップの中に複雑な光回路を形成する場合、光導波路の長さはチップの外周長程度となる100mm程度は必要となる。この場合、最新の加工技術による伝搬損失1.2dB/cmを仮定すると、伝搬損失は12dBとなり、光強度は約1/16に減衰することになる。 On the other hand, a silicon chip constituting an optical device has a size of about 25 mm square in recent years. Therefore, when a complicated optical circuit is formed in this silicon chip, the length of the optical waveguide is the outer peripheral length of the chip. About 100 mm is required. In this case, assuming a propagation loss of 1.2 dB / cm by the latest processing technology, the propagation loss is 12 dB, and the light intensity is attenuated to about 1/16.
このような光導波路の伝搬損失を低減するためには、光導波路のコア幅を広くしてコア側壁の凹凸の影響を少なくすることが有効である(非特許文献1の図1.12参照)。また、非特許文献1によれば、コアの断面サイズが厚さ200nmの場合、コア幅440nmの単一モード光導波路に比べ、コア幅500nmの光導波路では伝搬損失はほぼ半減できることが示されている。 In order to reduce the propagation loss of such an optical waveguide, it is effective to widen the core width of the optical waveguide to reduce the influence of irregularities on the core side wall (see FIG. 1.12 of Non-Patent Document 1). . Further, according to Non-Patent Document 1, it is shown that when the cross-sectional size of the core is 200 nm, the propagation loss can be almost halved in the optical waveguide with the core width of 500 nm as compared with the single mode optical waveguide with the core width of 440 nm. Yes.
しかしながら、コアの幅が500nmなど単一モード光導波路に比較してコア幅が広い光導波路は、複数の導波モードの光が導波可能とされた多モード光導波路であり、偏向部や長距離伝搬する間に、わずかではあるが高次モードを励起する。この高次モード伝搬光は、基本モードと干渉し、光導波路の透過特性が波長で変化する問題が生じる。また、伝搬定数が、基本モードと異なるため、波長フィルターが正常に動作しないなどの問題がある。 However, an optical waveguide having a wider core width than a single mode optical waveguide having a core width of 500 nm, for example, is a multimode optical waveguide capable of guiding light of a plurality of waveguide modes. During the distance propagation, a small but higher order mode is excited. This higher-order mode propagation light interferes with the fundamental mode, causing a problem that the transmission characteristic of the optical waveguide varies with wavelength. Further, since the propagation constant is different from the fundamental mode, there is a problem that the wavelength filter does not operate normally.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数の導波モードの光が導波可能とされた光導波路において、高次モードの光による問題が解消できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an optical waveguide in which a plurality of waveguide modes of light can be guided, the problem due to the light of higher-order modes can be solved. The purpose is to.
本発明に係る光導波路は、下部クラッド層の上に形成されたシリコンから構成されたコアと、コアを覆って下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層と、導波方向が変更されるコアの屈曲部においてコアに並列して部分的に所定のギャップで配置されたシリコンからなるコア状構造体とを備え、上記ギャップは、コアにおける入力基本モードからの高次モードへの変換効率が最も小さくなる範囲のギャップとされている。 An optical waveguide according to the present invention includes a core which is comprised of silicon formed on the lower cladding layer, and an upper clad layer formed on the lower cladding layer covering the core, the guiding direction is changed and a core-like structure Turkey a bent portion odor Te made of silicon arranged in partially predetermined gap in parallel to the core, the gap, the higher order modes from the input fundamental mode in the core The gap is in the range where the conversion efficiency is the smallest .
上記光導波路において、コア状構造体は、コアと同じ高さに形成されているとよい。 In the above optical waveguide, the core-like structures, may be formed at the same height as the core.
以上説明したように、本発明によれば、屈曲部において第1コアに並列して部分的に第2コアを配置するようにしたので、高次モードの励起が抑制され、複数の導波モードの光が導波可能とされた光導波路において、高次モードの光による問題が解消できるようになるというすぐれた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, since the second core is partially arranged in parallel with the first core in the bent portion, the excitation of higher-order modes is suppressed, and a plurality of waveguide modes In the optical waveguide in which the light can be guided, the excellent effect that the problem due to the light in the higher order mode can be solved is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1A,図1Bを用いて説明する。図1Aは、本発明の実施の形態1における光導波路の構成を示す平面図であり、図1Bは、本発明の実施の形態1における光導波路の構成を示す断面図である。図1Bは、導波方向に垂直な断面を示している。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. 1A is a plan view showing the configuration of the optical waveguide according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the optical waveguide according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1B shows a cross section perpendicular to the waveguide direction.
この光導波路は、下部クラッド層101の上に形成されたコア102と、コア102を覆って下部クラッド層101の上に形成された上部クラッド層103とを備える。加えて、導波方向が変更されるコア102の屈曲部111において、コア102に並列して部分的に配置されたコア構造体104を備える。コア構造体104は、コア102に沿って伝搬する複数のモードの光のうち高次モードの光に対して影響を与える状態とされている。ここで、コア構造体104は、高次モードの光に対して影響を与えて高次モードの励振が抑制されるように配置する。実施の形態1では、屈曲部111は、導波方向を90°変更している。また、実施の形態1では、コア102から見て、屈曲部111における所定の曲率の円弧の中心側に、コア構造体104が配置されている。 The optical waveguide includes a core 102 formed on the lower clad layer 101 and an upper clad layer 103 that covers the core 102 and is formed on the lower clad layer 101. In addition, the bent portion 111 of the core 102 that the guiding direction is changed, comprises a core structure 104 which is partially disposed in parallel to the core 102. The core structure 104 is in a state of affecting higher-order mode light among a plurality of modes of light propagating along the core 102. Here, the core structure 104 is arranged so as to influence higher-order mode light and to suppress higher-order mode excitation. In the first embodiment, the bent portion 111 changes the waveguide direction by 90 °. In the first embodiment, the core structure 104 is arranged on the center side of the arc of a predetermined curvature in the bent portion 111 when viewed from the core 102.
下部クラッド層101,上部クラッド層103は、例えば、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマーなどから構成されている。また、コア102およびコア構造体104は、例えば、シリコンから構成されている。例えば、よく知られたSOI(Silicon on Insulator)基板を用い、埋め込み酸化膜を下部クラッド層101とし、表面シリコン層をパターニングすることでコア102およびコア構造体104とすればよい。例えば、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したマスクパターンを用い、公知のドライエッチングにより表面シリコン層を選択的にエッチングすることで、コア102およびコア構造体104が形成できる。 The lower cladding layer 101 and the upper cladding layer 103 are made of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, epoxy polymer, polyimide polymer, or the like. The core 102 and the core structure 104 are made of, for example, silicon. For example, a well-known SOI (Silicon on Insulator) substrate may be used, the buried oxide film may be the lower cladding layer 101, and the surface silicon layer may be patterned to form the core 102 and the core structure 104. For example, the core 102 and the core structure 104 can be formed by selectively etching the surface silicon layer by a known dry etching using a mask pattern formed by a known photolithography technique.
また、上部クラッド層103は、例えば、よく知られた化学的気相成長(CVD)法やスパッタ法などの堆積技術により、コア102およびコア構造体104を形成した後で、酸化シリコンを堆積することにより形成すればよい。また、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマーなどの樹脂を塗布することで、上部クラッド層103を形成してもよい。 The upper cladding layer 103 is formed by depositing silicon oxide after forming the core 102 and the core structure 104 by a deposition technique such as a well-known chemical vapor deposition (CVD) method or sputtering method. What is necessary is just to form. Further, the upper clad layer 103 may be formed by applying a resin such as an epoxy polymer or a polyimide polymer.
ここで、コア構造体104は、屈曲部111を伝搬する間に、基本モードより励起する高次モードが励起されにくくなるように、高次モードの光に対して変調を加える。コア構造体104の存在により、基本モードの光に対しては影響を与えないようにする。なお、コア構造体104は、コア102と同じ下部クラッド層101の上(表面)に形成されていればよい。また、上部クラッド層103は、コア102およびコア構造体104を覆って下部クラッド層101の上に形成されている。 Here, the core structure 104 modulates the higher-order mode light so that the higher-order mode excited from the fundamental mode is less likely to be excited while propagating through the bent portion 111. The presence of the core structure 104 does not affect the fundamental mode light. The core structure 104 only needs to be formed on the same surface (lower surface) of the lower cladding layer 101 as the core 102. The upper cladding layer 103 is formed on the lower cladding layer 101 so as to cover the core 102 and the core structure 104.
基本モードの光強度および高次モードの光強度は、図2に示すように分布する。図2は、周囲を酸化シリコンからなるコアで覆われたコア幅500nm,コア高さ(厚さ)200nmのシリコンコアにより光導波路を伝搬するTE偏波の基本モード(a)および高次モード(b)の、断面における光強度分布を示す分布図である。図2の(b)に示すように、高次モードは、基本モードに比べてコアへの光閉じ込めが弱い。 The light intensity in the fundamental mode and the light intensity in the higher order mode are distributed as shown in FIG. FIG. 2 shows a fundamental mode (a) and a higher-order mode (a) of TE polarized waves propagating through an optical waveguide through a silicon core having a core width of 500 nm and a core height (thickness) of 200 nm covered with a core made of silicon oxide. It is a distribution map which shows the light intensity distribution in the cross section of b). As shown in FIG. 2B, the higher-order mode has a weaker light confinement in the core than the fundamental mode.
従って、コア102,下部クラッド層102,および上部クラッド層103の各々の形状と屈折率によって一意に決定される光導波路の基本モードと高次モードに対し、コア102の側部に設けられるコア構造体104によって、基本モードに与える変調は小さい状態を維持し、高次モードには大きな変調を与えることができる。このとき、コア102とコア構造体103との位置関係を適切に設定することで、基本モードによる高次モードの励振が可能な限り小さくなる状態に高次モードに変調が与えられる。 Therefore, the core structure provided on the side of the core 102 with respect to the fundamental mode and the higher order mode of the optical waveguide uniquely determined by the shape and refractive index of the core 102, the lower cladding layer 102, and the upper cladding layer 103. By means of the body 104, the modulation applied to the fundamental mode can be kept small and the higher order modes can be provided with a large modulation. At this time, by appropriately setting the positional relationship between the core 102 and the core structure 103, the higher-order mode is modulated so that the excitation of the higher-order mode by the fundamental mode is as small as possible.
次に、コア構造体104を設けたことによる効果について図3を用いて説明する。図3は、導波方向を90度変更する曲率半径5μmの屈曲部を備えるシリコンからなるコア102による光導波路に、基本モードの光を入射した際の、コア構造体104の有無による出力光における基本モードおよび励起された高次モードの状態を示す特性図である。図3において、横軸は、コア102とコア構造体104とのギャップの変化である。ここでは、コア102のコア断面を、コア幅500nm,コア高さ(厚さ)200nmとしている。また、ここでは、コア構造体104も、コア断面をコア幅500nm,コア高さ200nmとしている。 Next, the effect obtained by providing the core structure 104 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the output light depending on the presence or absence of the core structure 104 when light of the fundamental mode is incident on the optical waveguide made of the core 102 made of silicon having a bent portion with a curvature radius of 5 μm that changes the waveguide direction by 90 degrees. It is a characteristic view which shows the state of a fundamental mode and the excited higher order mode. In FIG. 3, the horizontal axis represents the change in the gap between the core 102 and the core structure 104. Here, the core cross section of the core 102 has a core width of 500 nm and a core height (thickness) of 200 nm. Here, the core structure 104 also has a core cross section with a core width of 500 nm and a core height of 200 nm.
図3に示す結果を求める計算においては、フィルムモードマッチング法を用いて固有モードを算出し、さらに固有モード展開法を用いて各固有モードの透過および固有モード間のモード変換を表すSマトリックスを算出し、入力基本モードからの出力基本モードへの透過効率、および入力基本モードからの高次モードへの変換効率を求めた。 In the calculation for obtaining the results shown in FIG. 3, the eigenmode is calculated using the film mode matching method, and the S matrix representing the transmission of each eigenmode and the mode conversion between eigenmodes is calculated using the eigenmode expansion method. Then, the transmission efficiency from the input basic mode to the output basic mode and the conversion efficiency from the input basic mode to the higher order mode were obtained.
また、図3の(a)は、コア構造体104がない場合の基本モード光の透過効率の変化を示し、図3の(b)は、コア構造体104を設けた場合の基本モード光の透過効率の変化を示している。これらには、左側の縦軸が対応している。一方、図3の(c)は、コア構造体104がない場合の高次モード光への変換効率の変化を示し、図3の(d)は、コア構造体104を設けた場合の高次モード光への変換効率の変化を示している。これらには、右側の縦軸が対応している。 3A shows a change in the transmission efficiency of the fundamental mode light when the core structure 104 is not provided, and FIG. 3B shows the fundamental mode light when the core structure 104 is provided. The change in transmission efficiency is shown. These correspond to the left vertical axis. On the other hand, FIG. 3C shows a change in conversion efficiency to higher-order mode light when the core structure 104 is not provided, and FIG. 3D shows a higher order when the core structure 104 is provided. It shows the change in conversion efficiency to mode light. These correspond to the right vertical axis.
図3に示すように、コア構造体104を設けない場合、出力高次モードへの変換効率は−33dBである。これに対し、コア102とコア構造体104との間隔(ギャップ)を300nm程度とすることで、出力高次モードへの変換効率を、−40dB以下に抑制することができるようになる。また、この効果は、コア構造体104を、コア102と同じコア高さとした場合に得られている。 As shown in FIG. 3, when the core structure 104 is not provided, the conversion efficiency to the output higher-order mode is −33 dB. On the other hand, by setting the gap (gap) between the core 102 and the core structure 104 to about 300 nm, the conversion efficiency to the output higher-order mode can be suppressed to −40 dB or less. This effect is obtained when the core structure 104 has the same core height as the core 102.
以上に説明したように、実施の形態1によれば、導波方向が変更されるコアの屈曲部においてコアに並列して部分的にコア構造体を配置するようにしたので、高次モードが励振されにくくなる。この結果、従来は抑制できなかったコアの屈曲部での高次モード励振が抑制できるようになり、複数の導波モードの光が導波可能とされた光導波路において、高次モードの光による問題が解消できるようになる。また、コア構造体は、コアと同時に作製することが容易であり、特殊な材料や追加プロセスを用いる必要がないため、生産性に優れる。 As described above, according to the first embodiment, since the core structure is partially arranged in parallel with the core at the bent portion of the core where the waveguide direction is changed, It becomes difficult to be excited. As a result, high-order mode excitation at the bent portion of the core, which could not be suppressed in the past, can be suppressed, and in the optical waveguide in which light of a plurality of waveguide modes can be guided, The problem can be solved. In addition, the core structure can be easily manufactured at the same time as the core, and it is not necessary to use a special material or an additional process, so that the productivity is excellent.
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図4A,図4Bを用いて説明する。図4Aは、本発明の実施の形態2における光導波路の構成を示す平面図であり、図4Bは、本発明の実施の形態2における光導波路の構成を示す断面図である。図4Bは、導波方向に垂直な断面を示している。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. 4A is a plan view showing the configuration of the optical waveguide according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the configuration of the optical waveguide according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4B shows a cross section perpendicular to the waveguide direction.
この光導波路は、下部クラッド層101の上に形成されたコア102と、コア102を覆って下部クラッド層101の上に形成された上部クラッド層103とを備える。加えて、導波方向が変更されるコア102の屈曲部111において、コア102に並列して部分的に配置されたコア構造体204を備える。コア構造体204は、コア102に沿って伝搬する複数のモードの光のうち高次モードの光に対して影響を与える状態とされている。ここで、コア構造体304は、高次モードの光に対して影響を与えて高次モードの励振が抑制されるように配置する。なお、実施の形態2でも、屈曲部111は、導波方向を90°変更している。また、実施の形態2では、コア102から見て、屈曲部111における所定の曲率の円弧の中心より離れた外側に、コア構造体204が配置されている。 The optical waveguide includes a core 102 formed on the lower clad layer 101 and an upper clad layer 103 that covers the core 102 and is formed on the lower clad layer 101. In addition, the bent portion 111 of the core 102 that the guiding direction is changed, comprises a core structure 204 which is partially disposed in parallel to the core 102. The core structure 204 is in a state of affecting higher-order mode light among a plurality of modes of light propagating along the core 102. Here, the core structure 304 is arranged so as to influence the higher-order mode light and to suppress the higher-order mode excitation. Also in the second embodiment, the bent portion 111 changes the waveguide direction by 90 °. In the second embodiment, the core structure 204 is arranged outside the center of the arc of a predetermined curvature in the bent portion 111 when viewed from the core 102.
なお、下部クラッド層101,コア102,上部クラッド層103は、前述した実施の形態1と同様である。また、材料については、コア構造体204を含め、前述した実施の形態1と同様である。例えば、よく知られたSOI基板を用い、埋め込み酸化膜を下部クラッド層101とし、表面シリコン層をパターニングすることでコア102およびコア構造体204とすることができる。 The lower cladding layer 101, the core 102, and the upper cladding layer 103 are the same as those in the first embodiment. The material is the same as that of the first embodiment described above, including the core structure 204. For example, the core 102 and the core structure 204 can be formed by using a well-known SOI substrate, using the buried oxide film as the lower cladding layer 101, and patterning the surface silicon layer.
実施の形態2においても、コア構造体204は、屈曲部111を伝搬する間に、基本モードより励起する高次モードが励起されにくくなるように、高次モードの光に対して変調を加える。コア構造体204の存在により、基本モードの光に対しては影響を与えないようにする。なお、コア構造体204は、コア102と同じ下部クラッド層101の上(表面)に形成されていればよい。また、上部クラッド層103は、コア102およびコア構造体204を覆って下部クラッド層101の上に形成されている。 Also in the second embodiment, the core structure 204 modulates the higher-order mode light so that the higher-order mode excited from the fundamental mode is less likely to be excited while propagating through the bent portion 111. The presence of the core structure 204 does not affect the fundamental mode light. The core structure 204 only needs to be formed on the same surface (lower surface) of the lower cladding layer 101 as the core 102. The upper cladding layer 103 is formed on the lower cladding layer 101 so as to cover the core 102 and the core structure 204.
次に、実施の形態2におけるコア構造体204を設けたことによる効果について図5を用いて説明する。図5は、導波方向を90度変更する曲率半径5μmの屈曲部を備えるシリコンからなるコア102による光導波路に、基本モードの光を入射した際の、コア構造体204の有無夜出力光における基本モードおよび励起された高次モードの状態を示す特性図である。図5において、横軸は、コア102とコア構造体204とのギャップの変化である。ここでは、コア102のコア断面を、コア幅500nm,コア高さ(厚さ)200nmとしている。また、コア構造体204も、コア断面をコア幅500nm,コア高さ200nmとしている。 Next, the effect of providing the core structure 204 in Embodiment 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the presence or absence of the core structure 204 in the night output light when the fundamental mode light is incident on the optical waveguide made of the core 102 made of silicon having a bent portion with a curvature radius of 5 μm that changes the waveguide direction by 90 degrees. It is a characteristic view which shows the state of a fundamental mode and the excited higher order mode. In FIG. 5, the horizontal axis represents the change in the gap between the core 102 and the core structure 204. Here, the core cross section of the core 102 has a core width of 500 nm and a core height (thickness) of 200 nm. The core structure 204 also has a core cross section with a core width of 500 nm and a core height of 200 nm.
図5に示す結果を求める計算においては、フィルムモードマッチング法を用いて固有モードを算出し、さらに固有モード展開法を用いて各固有モードの透過および固有モード間のモード変換を表すSマトリックスを算出し、入力基本モードからの出力基本モードへの透過効率、および入力基本モードからの高次モードへの変換効率を求めた。 In the calculation for obtaining the result shown in FIG. 5, the eigenmode is calculated using the film mode matching method, and the S matrix representing the transmission of each eigenmode and the mode conversion between eigenmodes is calculated using the eigenmode expansion method. Then, the transmission efficiency from the input basic mode to the output basic mode and the conversion efficiency from the input basic mode to the higher order mode were obtained.
また、図5の(a)は、コア構造体204がない場合の基本モード光の透過効率の変化を示し、図5の(b)は、コア構造体204を設けた場合の基本モード光の透過効率の変化を示している。これらには、左側の縦軸が対応している。一方、図5の(c)は、コア構造体204がない場合の高次モード光への変換効率の変化を示し、図5の(d)は、コア構造体204を設けた場合の高次モード光への変換効率の変化を示している。これらには、右側の縦軸が対応している。 5A shows a change in the transmission efficiency of the fundamental mode light when the core structure 204 is not provided, and FIG. 5B shows the fundamental mode light when the core structure 204 is provided. The change in transmission efficiency is shown. These correspond to the left vertical axis. On the other hand, FIG. 5C shows a change in conversion efficiency to higher-order mode light when the core structure 204 is not provided, and FIG. 5D shows a higher order when the core structure 204 is provided. It shows the change in conversion efficiency to mode light. These correspond to the right vertical axis.
図5に示すように、コア構造体204を設けない場合、出力高次モードへの変換効率は−33dBである。これに対し、コア102とコア構造体204との間隔(ギャップ)を510nm程度とすることで、出力高次モードへの変換効率を、−50dB以下に抑制することができるようになる。また、この効果は、コア構造体204を、コア102と同じコア高さとした場合に得られている。 As shown in FIG. 5, when the core structure 204 is not provided, the conversion efficiency to the output higher-order mode is −33 dB. On the other hand, by setting the gap (gap) between the core 102 and the core structure 204 to about 510 nm, the conversion efficiency to the output higher-order mode can be suppressed to −50 dB or less. This effect is obtained when the core structure 204 has the same core height as the core 102.
以上に説明したように、実施の形態2においても、導波方向が変更されるコアの屈曲部においてコアに並列して部分的にコア構造体を配置するようにしたので、高次モードが励振されにくくなる。この結果、従来は抑制できなかったコアの屈曲部での高次モード励振が抑制できるようになり、複数の導波モードの光が導波可能とされた光導波路において、高次モードの光による問題が解消できるようになる。また、コア構造体は、コアと同時に作製することが容易であり、特殊な材料や追加プロセスを用いる必要がないため、生産性に優れる。 As described above, also in the second embodiment, since the core structure is partially arranged in parallel with the core at the bent portion of the core where the waveguide direction is changed, the higher-order mode is excited. It becomes difficult to be done. As a result, high-order mode excitation at the bent portion of the core, which could not be suppressed in the past, can be suppressed, and in the optical waveguide in which light of a plurality of waveguide modes can be guided, The problem can be solved. In addition, the core structure can be easily manufactured at the same time as the core, and it is not necessary to use a special material or an additional process, so that the productivity is excellent.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、コア構造体は、下部クラッド層,コア,上部クラッド層の積層方向に、コアの上側またはコアの下側に配置されていてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the core structure may be arranged on the upper side of the core or the lower side of the core in the stacking direction of the lower clad layer, the core , and the upper clad layer.
101…下部クラッド層、102…コア、103…上部クラッド層、104…コア構造体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lower clad layer, 102 ... Core , 103 ... Upper clad layer, 104 ... Core structure .
Claims (2)
前記コアを覆って前記下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層と、
導波方向が変更される前記コアの屈曲部において前記コアに並列して部分的に所定のギャップで配置されたシリコンからなるコア状構造体と
を備え、
前記ギャップは、前記コアにおける入力基本モードからの高次モードへの変換効率が最も小さくなる範囲のギャップとされている
ことを特徴とする光導波路。 A core composed of silicon formed on the lower cladding layer;
And an upper clad layer formed on the lower cladding layer before covering Kiko A,
And a core-like structure made of silicon, which is arranged in a predetermined gap to partially parallel before logger A at the bent portion of the front Kiko A waveguiding direction is changed,
The optical waveguide is characterized in that the gap is a gap in a range in which the conversion efficiency from the input fundamental mode to the higher order mode in the core is minimized.
前記コア状構造体は、前記コアと同じ高さに形成されていることを特徴とする光導波路。 The optical waveguide according to claim 1,
It said core-like structure, the optical waveguide, characterized in that it is formed prior to the same height as the Kiko A.
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