JP6379245B1 - 光導波路素子及び受信回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】偏波分離機能及び偏波回転機能を有しかつ容易に製造可能である光導波路素子及び受信回路を提供する。【解決手段】第１光導波路コア３０は、ｋ次モードの、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モードの他方の偏波、ｐ次モードの他方の偏波を伝播させる第１結合部３２と、第１結合部と接続されたブラッグ反射部３４とを有する。第２光導波路コア４０は第２結合部４１を有する。ブラッグ反射部は、入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部３７と、リブ導波路部よりも小さい厚さで、それぞれリブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部３８ａ、３８ｂとを含む。結合領域６０では、第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、第２結合部を伝播するｍ次モードの他方の偏波とが結合される。【選択図】図１

Description

この発明は、ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波とＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波との経路を切り換える光導波路素子、及びこの光導波路素子を含む受信回路に関する。
情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の装置間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線の帯域制限を改善することができる。
光デバイスは、光送信器や光受信器等の光学素子を備えて構成される。これらの光学素子は、各光学素子の中心位置（受光位置あるいは発光位置）を設計位置に合せるための複雑な光軸合わせを行った上で、例えばレンズを用いて互いに空間結合することができる。
各光学素子を結合するための手段として、レンズの代わりに光導波路素子を利用する技術がある。光導波路素子を利用する場合には、光が光導波路内に閉じ込められて伝搬するため、レンズを利用する場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、光デバイスの組立工程が簡易となるため、量産に適する形態として有利である。
ここで、光導波路素子は、例えばシリコン（Ｓｉ）を導波路材料とすることができる。Ｓｉを材料とする光導波路素子（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酸化シリコン（ＳｉＯ２）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、曲げ半径を例えば数μｍ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。
しかも、Ｓｉ導波路を利用する場合には、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の製造過程を流用することによって、多様な機能を有する素子を同一基板上にモノシリック集積した光デバイスを、大量生産することが可能である。従って、Ｓｉ導波路を利用する光デバイスは、小型化及び低コスト化に有利である（例えば、非特許文献１及び２参照）。
一方で、Ｓｉ導波路では、コアとクラッドとの比屈折率差が大きいことに起因して、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とで導波モードの等価屈折率の差及び群屈折率の差が大きくなりやすい。そのため、Ｓｉ導波路には、偏波依存性があるという欠点がある。
従って、Ｓｉ導波路で構成されたマッハツェンダ干渉計、リング共振器、グレーティング及びＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）等の波長フィルタでは、同一波長であっても両偏波間の波長応答特性の乖離が大きくなる。このような特性の乖離は、例えばファイバ伝送システムにおける受信側デバイス等において、チャネル間クロストークが発生する原因となる。
また、Ｓｉ導波路を利用する受光素子は、Ｓｉ導波路上に例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等の光吸収層を堆積させて構成される。この受光素子で変換される光電流の大きさには、偏波によってばらつきが生じる。
このようなＳｉ導波路における偏波依存性の問題を解消するために、同一波長を取り出すＴＥ偏波用のバンドパスフィルタ及びＴＭ偏波用のバンドパスフィルタをそれぞれ用意するシステムがある（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、ＴＥ偏波用及びＴＭ偏波用のバンドパスフィルタを並列又は直列に接続する。そして、これらバンドパスフィルタから取り出したＴＥ偏波及びＴＭ偏波を偏波合波器で合波する。これによって、特許文献１のシステムは、偏波無依存で特定の波長を取り出すことができる波長フィルタとして機能する。
しかしながら、特許文献１のシステムでは、偏波合波器で合波された光にＴＥ偏波及びＴＭ偏波が含まれる。従って、このシステムの後段に例えば受光素子を設置しても、上述した受光素子における偏波依存性の問題（すなわち光電流の大きさがばらつくという問題）が残る。
また、Ｓｉ導波路における偏波依存性の問題を解消する他の構造として、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、特許文献２参照）。
特許文献２の構造では、まず、偏波分離素子によって、光を互いに直交するＴＥ偏波とＴＭ偏波とに分離する。次に、偏波回転素子によって、一方の偏波を９０°回転させる。その結果、波長フィルタに入力される光が、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波のいずれかに統一される。従って、波長フィルタの設計を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波のいずれかに対してのみ行えばよく、偏波依存性が解消される。また、特許文献２の構造を用いれば、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波のいずれかに統一できるため、上述した受光素子における偏波依存性の問題についても解消できる。
偏波分離素子は、例えば、並んで配置された２つのＳｉ導波路を有する方向性結合器を利用して構成することができる。方向性結合器を利用した偏波分離素子では、扁平な断面形状でＳｉ導波路のコアを形成する。これによって、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とに対する、方向性結合器の結合作用長に差を生じさせる。その結果、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを異なる経路で出力することができる。
また、偏波回転素子は、屈折率の異なる２つの光導波路コアを重ねる、所謂偏心二重コア構造により構成される。この構造では、下部光導波路コア上に、下部光導波路コアよりも屈折率の小さい上部光導波路コアが形成される。さらに、上部光導波路コアは、上部光導波路コアよりも屈折率の小さいクラッドで被覆される。その結果、下部光導波路コアに対する光の伝播中心と上部光導波路コアに対する光の伝播中心とが一致しない光導波路素子が構成される。このような偏心二重コア構造の偏波回転素子では、一定距離伝播する光に対して、任意の回転量を与えることができる。
特開平６−２０１９４２号公報 特開２００９−２４４３２６号公報
IEEE Journal of selected topics quantum electronics, vol.11, 2005 p.232-240 IEEE Journal of selected topics quantum electronics, vol.12, No.6, November/December 2006 p.1371-1379
しかしながら、方向性結合器を利用した偏波分離素子では、製造誤差の影響を受けやすい（すなわち、製造トレランスが小さい）という欠点がある。例えば、方向性結合器を構成する２つのＳｉ導波路の幅に誤差が生じた場合、各Ｓｉ導波路間における結合効率が劣化する。その結果、ＴＥ偏波とＴＭ偏波とを分離しきれず、一方の偏波を出力すべき経路に、他方の偏波が混入する恐れがある。
また、偏心二重コア構造の偏波回転素子では、屈折率の異なる２つの光導波路コアを形成する必要がある。従って、製造に際して、少なくとも２回の光導波路コア形成プロセスを行う必要がある。さらに、設計した回転量を光に与えるために、下部光導波路コアと上部光導波路コアとの偏心量を高精度に加工調整する必要がある。
この発明の目的は、偏波依存性を解消する光導波路素子として、偏波分離機能及び偏波回転機能を有し、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造可能な光導波路素子、及びこの光導波路素子を含む受信回路を提供することにある。
上述した課題を解決するために、この発明による光導波路素子は、第１光導波路コアと第２光導波路コアと第３光導波路コアと第４光導波路コアとを備えている。第１光導波路コアは、ｋ次モード（ｋは０以上の整数）の、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モード（ｈは０以上の整数）の他方の偏波、並びにｐ次モード（ｐはｈとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第１結合部と、第１結合部と接続された第１ブラッグ反射部とを有する。第２光導波路コアは第２結合部を有する。第１ブラッグ反射部は、入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部と、リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつリブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部とを含む。また、第１結合部と第２結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、結合領域が設定されている。結合領域では、第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、第２結合部を伝播するｍ次モード（ｍは０以上の整数）の他方の偏波とが結合される。
第３光導波路コアは、ｋ次モードの、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｐ次モードの他方の偏波、並びにｑ次モード（ｑはｐとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第３結合部と、第３結合部と接続された第２ブラッグ反射部とを有する。第４光導波路コアは第４結合部を有する。第２ブラッグ反射部には、入力されるｐ次モードの他方の偏波をｑ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力される一方の偏波を透過させるグレーティングが形成されている。第３結合部と第４結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第２結合領域が設定されている。第２結合領域では、第３結合部を伝播するｑ次モードの他方の偏波と、第４結合部を伝播するｒ次モード（ｒは０以上の整数）の他方の偏波とが結合される。第２ブラッグ反射部の、第３結合部と接続されているのとは反対側と、第１結合部の、第１ブラッグ反射部と接続されているのとは反対側とが接続されている。
また、この発明の第１の要旨による受信回路は、上述した光導波路素子と、前段接続導波路コアと、波長フィルタ部と、後段接続導波路コアと、受光素子とを備えている。前段接続導波路コアは、一端側で第２結合部と接続され、他端側で第４結合部と接続される。前段接続導波路コアの一端からは、第２結合部を伝播する他方の偏波が入力され、かつ前段接続導波路コアの他端からは、第４結合部を伝播する他方の偏波が入力される。波長フィルタ部は、前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して後段接続導波路コアに送る。後段接続導波路コアは、波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、受光素子に送る。
また、この発明の第２の要旨による受信回路は、光導波路素子と、第１前段接続導波路コアと、第２前段接続導波路コアと、第１波長フィルタ部と、第２波長フィルタ部と、第１後段接続導波路コアと、第２後段接続導波路コアと、受光素子とを備えている。光導波路素子は、第１光導波路コアと第２光導波路コアとを備えている。第１光導波路コアは、ｋ次モードの、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モードの他方の偏波、並びにｐ次モードの他方の偏波を伝播させる第１結合部と、第１結合部と接続された第１ブラッグ反射部とを有し、第２光導波路コアは第２結合部を有し、第１ブラッグ反射部は、入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部と、リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつリブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部とを含み、第１結合部と第２結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第１結合領域が設定されており、第１結合領域では、第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、第２結合部を伝播するｍ次モードの他方の偏波とが結合される。第１前段接続導波路コアは、第１ブラッグ反射部の、第１結合部と接続されているのとは反対側と接続される。第１前段接続導波路コアには、第１ブラッグ反射部を透過する他方の偏波が入力される。第２前段接続導波路コアは、第２結合部と接続される。第２前段接続導波路コアには、第２結合部を伝播する他方の偏波が入力される。第１波長フィルタ部は、第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して第１後段接続導波路コアに送る。第２波長フィルタ部は、第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して第２後段接続導波路コアに送る。第１後段接続導波路コアは、第１波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、受光素子に送る。第２後段接続導波路コアは、第２波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、受光素子に送る。
また、この発明の第３の要旨による受信回路は、上述した第１導波路コアと第２光導波路コアを備える光導波路素子と、第１前段接続導波路コアと、第２前段接続導波路コアと、第１波長フィルタ部と、第２波長フィルタ部と、第１後段接続導波路コアと、第２後段接続導波路コアと、受光素子とを備えている。第１前段接続導波路コアは、第２結合部と接続される。第１前段接続導波路コアには、第２結合部を伝播する他方の偏波が入力される。第２前段接続導波路コアは、第４結合部と接続される。第２前段接続導波路コアには、第４結合部を伝播する他方の偏波が入力される。第１波長フィルタ部は、第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して第１後段接続導波路コアに送る。第２波長フィルタ部は、第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して第２後段接続導波路コアに送る。第１後段接続導波路コアは、第１波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、受光素子に送る。第２後段接続導波路コアは、第２波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、受光素子に送る。
この発明の光導波路素子では、ブラッグ反射部がリブ導波路部並びにスラブ導波路部を含むことによって、ブラッグ反射部を伝播する光の電界分布は厚さ方向で偏心し、上下で非対称となる。この結果、ブラッグ反射部に形成されたグレーティングにおいて、入力される一方の偏波を他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力される他方の偏波を透過させることができる。従って、出力される光をＴＥ偏波又はＴＭ偏波のいずれかに揃えることができる。そのため、この発明の光導波路素子は、従来の偏波分離素子及び偏波回転素子に代えて使用することが可能である。
そして、実質的に偏波分離機能及び偏波回転機能を有するブラッグ反射部は、方向性結合器を含まず、また、屈折率の異なる２つの光導波路コアを形成する必要がない。従って、この発明の光導波路素子及びこれを備える受信回路は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造可能である。
（Ａ）は、この発明の第１の光導波路素子を示す概略的平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す構造体をＩ-Ｉ線で切り取った概略的端面図である。 （Ａ）は、ブラッグ反射部を説明するための概略的平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す構造体をＩＩ−ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。 グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。 グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。 厚さ方向において幅が一定である光導波路を伝播するＴＥ偏波又はＴＭ偏波の電界分布を示す図である。 第１の光導波路素子のブラッグ反射部を伝播するＴＥ偏波又はＴＭ偏波の電界分布を示す図である。 グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。 結合領域を説明するための概略的平面図である。 第１結合部を伝播する光の伝播定数及び第２結合部を伝播する光の伝播定数と、伝播軸座標との関係を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１の光導波路素子の特性を評価するシミュレーションの結果を示す図である。 この発明の第２の光導波路素子を示す概略的平面図である。 第２の光導波路素子の特性を評価するシミュレーションの結果を示す図である。 この発明の第１の受信回路を示す概略的平面図である。 この発明の第１の受信回路の変形例を示す概略的平面図である。 この発明の第２の受信回路を示す概略的平面図である。 この発明の第２の受信回路の変形例を示す概略的平面図である。 この発明の第３の受信回路を示す概略的平面図である。 この発明の第４の受信回路を示す概略的平面図である。
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。
（第１の光導波路素子）
図１を参照して、この発明の第１の実施の形態による光導波路素子（以下、第１の光導波路素子とも称する）について説明する。図１（Ａ）は、第１の光導波路素子を示す概略平面図である。なお、図１（Ａ）では、後述する支持基板及びクラッドを省略して示してある。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す構造体をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。
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、支持基板の厚さに沿った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。
第１の光導波路素子１００は、支持基板１０とクラッド２０と第１光導波路コア３０と第２光導波路コア４０を備えて構成されている。第１光導波路コア３０は、直列に接続された、第１ポート部３１、第１結合部３２、第１接続部３３、ブラッグ反射部３４、第２接続部３５及び第２ポート部３６を有している。第２光導波路コア４０は、直列に接続された、第２結合部４１及び第３ポート部４２を有している。また、第１結合部３２と第２結合部４１とが互いに離間しかつ並んで配置された結合領域６０が設定されている。
第１の光導波路素子１００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて出力する素子として使用される。ここでは、一例として、第１ポート部３１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モード（０次モード）の光信号を入力し、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第２ポート部３６から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート４２から出力する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第１光導波路コア３０の第１ポート部３１に入力され、第１結合部３２及び第１接続部３３を経てブラック反射部３４に送られる。光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、ブラッグ反射部３４に形成されたグレーティングにおいて、１次モードのＴＥ偏波に変換されてブラッグ反射され、第１接続部３３を経て再び第１結合部３２に送られる。また、第１接続部３３から送られる、光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、モード変換及び偏波変換されずに、ブラッグ反射部３４を透過して第２ポート３６から出力される。ブラッグ反射部３４のグレーティングで反射され、第１結合部３２を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、結合領域６０において、基本モードのＴＥ偏波に変換されて、第２光導波路コア４０の第２結合部４１へ送られる。第２結合部４１へ送られた基本モードのＴＥ偏波は、第３ポート４２から出力される。
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。
クラッド２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面を被覆し、かつ第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を包含して形成されている。クラッド２０は、例えばＳｉＯ２を材料として形成されている。
第１光導波路コア３０は、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第１光導波路コア３０は、光の伝送路として機能し、第１光導波路コア３０に入力された光が第１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。
第２光導波路コア４０は、第１光導波路コア３０と同様に、クラッド２０よりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第２光導波路コア４０は、光の伝送路として機能し、第２光導波路コア４０に入力された光が第２光導波路コア４０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
なお、伝播する光が支持基板１０へ逃げるのを防止するために、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０は、支持基板１０から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第１ポート部３１は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１ポート部３１は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
第１結合部３２は、一端３２ａ側で第１ポート部３１と、他端３２ｂ側で第１接続部３３と、それぞれ接続されている。なお、第１結合部３２の幾何学的な設計については後述する。
第１接続部３３は、第１結合部３２及びブラッグ反射部３４間を接続する。第１接続部３３の幅は、光の伝播方向に沿って、第１結合部３２の他端３２ｂの幅からブラッグ反射部３４の一端３４ａにおけるリブ導波路部３７の幅へ、連続的に変化するように設定されている。第１接続部３３を設けることによって、第１結合部３２及びブラッグ反射部３４間を伝播する光の反射を緩和することができる。
ブラッグ反射部３４は、リブ導波路部３７並びにスラブ導波路部３８ａ及び３８ｂを含んでいる。図２を参照して、ブラッグ反射部３４について説明する。図２（Ａ）は、ブラッグ反射部３４を説明するための概略的平面図である。なお、図２（Ａ）では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す構造体をＩＩ−ＩＩ線で切り取った概略的端面図である。
リブ導波路部３７には、グレーティングが形成されている。グレーティングは、基部５１と突出部５３ａ及び５３ｂとを一体的に含んで構成されている。基部５１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る。突出部５３ａは、基部５１の一方の側面に、周期的に複数形成されている。突出部５３ｂは、基部５１の他方の側面に、突出部５３ａと同じ周期で複数形成されている。これら突出部５３ａ及び５３ｂは、基部５１を挟んで対称となる位置に形成されている。
この実施の形態では、グレーティングは、入力される特定の波長のＴＭ偏波について、基本モードと１次モードとを変換し、かつＴＥ偏波に変換してブラッグ反射する。また、グレーティングは、入力される基本モードのＴＥ偏波を透過させる。
波長λ１のＴＭ偏波について、基本モードと１次モードとを変換し、かつＴＥ偏波に変換してブラッグ反射する条件は、ＴＭ偏波の基本モードの等価屈折率をＮＴＭ０、ＴＥ偏波の１次モードの等価屈折率をＮＴＥ１、及びグレーティング周期（突出部５３ａ及び５３ｂの形成周期）をΛ１として下式（１）で表される。
（ＮＴＭ０＋ＮＴＥ１）Λ１＝λ１ ・・・（１）
ここで、グレーティングの変形例として、周期Λ１を一定に設定し、突出部５３ａ及び４５ｂの突出量Ｄが周期毎に変化する構成とすることができる。図３を参照して、グレーティングの変形例について説明する。図３は、グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図３では、ブラッグ反射部のリブ導波路部のみを示してあり、支持基板、クラッド及びスラブ導波路部を省略して示してある。
図３に示す構成例では、突出部５３ａ及び５３ｂの突出量（突出部５３ａ及び５３ｂの幅方向の寸法）Ｄがそれぞれ固有の突出量を持ち、突出量Ｄに少なくとも２以上の値がある。ここでは、第１周期目の突出部５３ａ及び５３ｂの突出量Ｄ＝Ｄ０に対して、周期毎に突出量Ｄが一定の変化量でΔＤずつ増加する。従って、第ｎ周期では、突出部５３ａ及び５３ｂの突出量ＤがＤ０＋ΔＤ（ｎ−１）となる。
突出部５３ａ及び５３ｂの突出量Ｄが変化することによって、上式（１）を満足するブラッグ波長λが変化し、それに伴い等価屈折率が変化する。従って、突出量Ｄを変化させることによって、グレーティングにおいてブラッグ反射される波長帯域（ブラッグ反射帯域）を拡大することができる。
周期毎のブラッグ波長のシフト量Δλは、突出量Ｄの変化量ΔＤを用いて、近似的に下式（２）で表すことができる。なお、Ｎ０は基本モードの等価屈折率を、Ｎ１は１次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。この実施の形態では、グレーティングが、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換してブラッグ反射する構成例であるため、Ｎ０はＴＭ偏波の基本モードの等価屈折率に、Ｎ１はＴＥ偏波の１次モードの等価屈折率に、それぞれ対応する。
Figure 0006379245
ΔＤを調整し、各周期のブラッグ波長がオーバーラップするようにΔλを設定することによって、ブラッグ反射帯域を拡大することができる。例えばｎ周期のグレーティングを形成する場合には、突出量Ｄが一定である場合と比して、ブラッグ反射帯域をΔλ×ｎ程度拡大することができる。その結果、ブラッグ反射の波長依存性を緩和することができる。
また、グレーティングにおけるブラッグ反射帯域を拡大する、他の変形例として、突出部５３ａ及び５３ｂの突出量Ｄ及びデューティ比を一定として、周期Λ１が周期毎に変化する（すなわち光の伝播方向に沿って隣り合う突出部間５３ａ同士及び５３ｂ同士の離間距離が、光の伝播方向に沿って一定の変化量で変化する）構成とすることもできる。この変形例を図４に示す。図４は、グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図４では、ブラッグ反射部のリブ導波路部のみを示してあり、支持基板、クラッド及びスラブ導波路部を省略して示してある。
図４に示す構成例では、第１周期目の周期Λ１＝Λ０に対して、周期毎に周期Λ１が一定の変化量でΔΛずつ増加する。従って、第ｎ周期では、周期Λ１がΛ０＋ΔΛ（ｎ−１）となる。
周期Λ１が変化することによって、上式（１）を満足するブラッグ波長λが変化し、それに伴い等価屈折率が変化する。従って、周期Λ１を変化させることでも、グレーティングにおいてブラッグ反射帯域を拡大することができる。周期毎のブラッグ波長のシフト量Δλは、周期Λ１の変化量ΔΛを用いて、近似的に下式（３）で表すことができる。
Figure 0006379245
ΔΛを調整し、各周期のブラッグ波長がオーバーラップするようにΔλを設定することによって、ブラッグ反射帯域を拡大することができる。突出量Ｄを変化させる場合と同様に、例えばｎ周期のグレーティングを形成する場合には、周期Λ１が一定である場合と比して、ブラッグ反射帯域をΔλ×ｎ程度拡大することができる。その結果、ブラッグ反射の波長依存性を緩和することができる。
スラブ導波路部３８ａ及び３８ｂは、リブ導波路部３７よりも小さい厚さで、かつリブ導波路部３７の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれリブ導波路部３７と一体的に形成されている。
リブ導波路部３７並びにスラブ導波路部３８ａ及び３８ｂを含むことによって、ブラッグ反射部３４を伝播する光の電界分布は厚さ方向で偏心し、上下で非対称となる。このようなブラッグ反射部３４において上式（１）が成立することによって、グレーティングは、入力される光の偏波を変換して反射することができる。この原理について、図５及び図６を参照して説明する。
図５は、スラブ導波路部を設けない光導波路、すなわち厚さ方向において幅が一定である光導波路（以下、比較用導波路とも称する）を伝播するＴＥ偏波又はＴＭ偏波の電界分布を示す図であり、ブラッグ反射部３４との比較用の図である。図６は、ブラッグ反射部３４を伝播するＴＥ偏波又はＴＭ偏波の電界分布を示す図である。図５及び図６では、それぞれ基本モードのＴＥ偏波（図５及び図６中に示すＴＥ０の列）、１次モードのＴＥ偏波（図５及び図６中に示すＴＥ１の列）及び基本モードのＴＭ偏波（図５及び図６中に示すＴＭ０の列）につき、電界分布の幅方向に沿ったＥｘ成分、厚さ方向に沿ったＥｙ成分及び長さ方向に沿ったＥｚ成分をそれぞれ示してある。なお、図中に示す矢印は、各電界分布のピークの正負の向きを表している。そして、正の値をとるピークを上向きの矢印で、また、負の値をとるピークを下向きの矢印で示している。
ＴＥ偏波とＴＭ偏波とは、互いに直交関係にあるため、両偏波間でモード結合を生じさせるためには、結合に関する導波モードの電界分布を考慮する必要がある。ここで、２つのモード（第１のモード及び第２のモード）間における結合係数κは、角周波数をω、真空中の誘電率をε０、第１のモードの幅方向に沿った電界分布成分をＥ１ｘ、第２のモードの幅方向に沿った電界分布成分をＥ２ｘ、第１のモードの厚さ方向に沿った電界分布成分をＥ１ｙ、第２のモードの厚さ方向に沿った電界分布成分をＥ２ｙ、第１のモードの長さ方向に沿った電界分布成分をＥ１ｚ、第２のモードの長さ方向に沿った電界分布成分をＥ２ｚ、及びグレーティングにおける基部からの誘電率の変動項をδεとして、下式（４）で表される。
κ＝（１／４）ωε０∫（Ｅ１ｘＥ２ｘ＋Ｅ１ｙＥ２ｙ＋Ｅ１ｚＥ２ｚ）δε・ｄＳ ・・・（４）
まず、図５に係る比較用導波路において、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間、又は１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間の結合を考える。
Ｅｚ成分に着目すると、基本モードのＴＥ偏波のＥｚ成分は、幅方向において反対称分布であり、厚さ方向に対称分布である。これに対して、基本モードのＴＭ偏波のＥｚ成分は、幅方向において対称分布であり、厚さ方向に反対称分布である。このため、上式（４）のモードオーバーラップ項（Ｅ１ｘＥ２ｘ＋Ｅ１ｙＥ２ｙ＋Ｅ１ｚＥ２ｚ）におけるＥ１ｚＥ２ｚが、両モード間で打ち消し合って０となる。同様に、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間では、Ｅｘ成分及びＥｙ成分についても、対称分布×反対称分布の関数となり、モードオーバーラップ項が０となる。このため、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間では結合係数κが０となる。従って、比較用導波路では、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間の結合ができない。
また、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波においても、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波の場合と同様に、モードオーバーラップ項が０となり、結合係数κが０となる。従って、比較用導波路では、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間の結合もできない。
次に、図６に係るブラッグ反射部３４において、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間の結合を考える。
Ｅｚ成分に着目すると、１次モードのＴＥ偏波のＥｚ成分は、幅方向において対称分布であり、厚さ方向に非対称分布である。また、基本モードのＴＭ偏波のＥｚ成分は、幅方向において対称分布であり、厚さ方向に非対称分布である。このため、上式（４）のモードオーバーラップ項におけるＥ１ｚＥ２ｚは、両モード間で打ち消し合わない。同様に、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間では、Ｅｘ成分及びＥｙ成分についても、打ち消し合いが生じない。このため、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間では結合係数κが０以外の有意な数値となる。従って、ブラッグ反射部３４では、１次モードのＴＥ偏波と基本モードのＴＭ偏波とを結合することができる。
このように、リブ導波路部３７並びにスラブ導波路部３８ａ及び３８ｂを含むブラッグ反射部３４では、グレーティングにおいて、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換することができる。ここで、偶数次モード（基本モードを含む）及び奇数次モード間の結合であれば、上式（４）のモードオーバーラップ項が０とならない。従って、ブラッグ反射部３４のグレーティングでは、基本モードのＴＭ偏波及び１次モードのＴＥ偏波間に限らず、偶数次モード（基本モードを含む）及び奇数次モード間において、モード変換及び偏波変換を行うことができる。
なお、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間については、ブラッグ反射部３４においても比較用導波路と同様に、上式（４）のモードオーバーラップ項が０となるため、結合することができない。しかし、ブラッグ反射部３４では、グレーティングの設計を変更することによって、基本モードのＴＥ偏波と基本モードのＴＭ偏波とを結合することができる。図７を参照して、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間でモード変換及び偏波変換を行う場合のグレーティングの変形例について説明する。図７は、グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図７では、ブラッグ反射部のみを示してあり、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
図７に示す構成例では、モード変換及び偏波変換を行う場合には、基部５１の一方の側面に形成された突出部５３ａと、他方の側面に形成された突出部５３ｂとが、半周期（すなわちΛ／２）ずらして配置されている。この場合には、ブラッグ反射部３４を伝播する光の電界分布が幅方向で偏心する。この結果、上式（４）のモードオーバーラップ項が０とならないため、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間でモード変換及び偏波変換が可能となる。ここで、図７に示すグレーティングでは、偶数次モード及び偶数次モード間又は奇数次モード及び奇数次モード間の結合であれば、上式（４）のモードオーバーラップ項が０とならない。従って、図７に示すグレーティングでは、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波間に限らず、偶数次モード及び偶数次モード間、又は奇数次モード及び奇数次モード間において、モード変換及び偏波変換を行うことができる。
従って、グレーティングの設計は、ブラッグ反射部３４において変換するモード次数に応じて、図２に係る構成又は図７に係る構成のいずれかを選択することができる。なお、ここでは、ブラッグ反射部３４が基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換する構成であるため、図２に係る構成でグレーティングを形成する。
第２接続部３５は、ブラッグ反射部３４及び第２ポート部３６間を接続する。第２接続部３５の幅は、光の伝播方向に沿って、ブラッグ反射部３４の他端３４ｂにおけるリブ導波路部３７の幅から第２ポート部３６の幅へ、連続的に変化するように設定されている。第２接続部３５を設けることによって、ブラッグ反射部３４及び第２ポート部３６間を伝播する光の反射を緩和することができる。
第２ポート部３６は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２ポート部３６は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２結合部４１は、第１光導波路コア３０の第１結合部３２と、互いに離間し、かつ並んで配置されている。なお、第２結合部４１の幾何学的な設計については後述する。
第３ポート部４２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第３ポート部４２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１の光導波路素子１００では、第１光導波路コア３０の第１結合部３２と、第２光導波路コア４０の第２結合部４１とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域６０が設定されている。図８及び図９を参照して、結合領域６０について説明する。
図８は、結合領域を説明するための概略的平面図である。なお、図８では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
図９は、第１結合部３２を伝播する光の伝播定数及び第２結合部４１を伝播する光の伝播定数と、伝播軸座標（結合領域６０の長さ方向における座標）との関係を示す図である。図９では、縦軸に伝播定数を、また、横軸に伝播軸座標をそれぞれ任意単位でとって示している。ここでは、第１結合部３２の一端３２ａ及び第２結合部４１の一端４１ａ側の、結合領域６０の一端を伝播軸座標のＺａとしている。また、第１結合部３２の他端３２ｂ及び第２結合部４１の他端４１ｂ側の、結合領域６０の他端を伝播軸座標のＺｂとしている。なお、図９において、曲線βｍｉ＋１は第１結合部３２を伝播するｉ＋１次モード（ｉは１以上の整数）の光の伝播定数を示している。また、曲線βｍｉは第１結合部３２を伝播するｉ次モードの光の伝播定数を示している。また、曲線βｍｉ−１は第１結合部３２を伝播するｉ−１次モードの光の伝播定数を示している。また、曲線βｓｊは第２結合部４１を伝播するｊ次モード（ｊは０以上の整数）の光の伝播定数を示している。
結合領域６０において、第１結合部３２は、一端３２ａから他端３２ｂへ、幅が連続的に変化（拡大）するテーパ形状とされている。また、結合領域６０において、第２結合部４１は、一端４１ａから他端４１ｂへ、幅が連続的に変化（縮小）するテーパ形状とされている。そして、結合領域６０において、第１結合部３２の一端３２ａ及び第２結合部４１の一端４１ａの面位置が一致し、かつ第１結合部３２の他端３２ｂ及び第２結合部４１の他端４１ｂの面位置が一致している。
図９に示すように、座標Ｚａにおいてβｍｉ＜βｓｊ＜βｍｉ−１を満たし、かつ座標Ｚｂにおいてβｍｉ＋１＜βｓｊ＜βｍｉを満たすように、第１結合部３２の一端３２ａの幅Ｗ１及び他端３２ｂの幅Ｗ２、並びに第２結合部４１の一端４１ａの幅Ｗ３及び他端４１ｂの幅Ｗ４を設計することによって、第１結合部３２を伝播するｉ次モードの他方の偏波と、第２結合部４１を伝播するｊ次モードの他方の偏波とが結合される。
ここでは、第１結合部３２を他端３２ｂから一端３２ａの方向へ伝播する１次モードのＴＥ偏波と、第２結合部４１を他端４１ｂから一端４１ａの方向へ伝播する基本モードのＴＥ偏波を結合する。従って、第１結合部３２の一端３２ａの幅Ｗ１は、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を伝播させ、かつ１次モード以上のＴＥ偏波を伝播させない伝播定数に対応して設定される。また、第１結合部３２の他端３２ｂの幅Ｗ２は、基本モードのＴＥ偏波、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を伝播させる伝播定数に対応して設定される。また、第２結合部４１の一端４１ａの幅Ｗ３及び他端４１ｂの幅Ｗ４は、それぞれ基本モードのＴＥ偏波を伝播させ、かつ１次モード以上のＴＥ偏波を伝播させない伝播定数に対応して設定される。
このように、第１結合部３２の一端３２ａの幅Ｗ１及び他端３２ｂの幅Ｗ２、並びに第２結合部４１の一端４１ａの幅Ｗ３及び他端４１ｂの幅Ｗ４を設計することによって、結合領域６０では、第１結合部３２の１次モードのＴＥ偏波の伝播定数と、第２結合部４１の基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致する点が存在する。その結果、第１結合部３２を伝播する１次モードのＴＥ偏波と、第２結合部４１を伝播する基本モードのＴＥ偏波とを結合することができる。
以上説明した第１の光導波路素子１００では、ブラッグ反射部３４のグレーティングによって、入力されるＴＭ偏波をＴＥ偏波に変換して反射し、かつ入力されるＴＥ偏波を透過させることができる。従って、第２ポート３６及び第３ポート４２から出力される光を、ともにＴＥ偏波に揃えることができる。従って、従来の偏波分離素子及び偏波回転素子に代えて使用することが可能である。
そして、実質的に偏波分離機能及び偏波回転機能を有するブラッグ反射部３４は、方向性結合器を含まず、また、屈折率の異なる２つの光導波路コアを形成する必要がない。従って、第１の光導波路素子１００は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ１回の光導波路コア形成プロセスを行うのみで簡易に製造可能である。
なお、ここでは、ブラッグ反射部３４のグレーティングが、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換してブラッグ反射する構成について説明した。しかしながら、第１の光導波路素子１００は、この構成に限定されない。
下式（５）が成立するように設計することによって、入力される波長λ１のｋ次モード（ｋは０以上の整数）のＴＥ偏波をｈ次モード（ｈは０以上の整数）のＴＭ偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるＴＭ偏波を透過させるグレーティングを形成することができる。なお、ＮＴＥｋはＴＥ偏波のｋ次モードの等価屈折率を、ＮＴＭｈはＴＭ偏波のｈ次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。
（ＮＴＥｋ＋ＮＴＭｈ）Λ１＝λ１ ・・・（５）
あるいは、下式（６）が成立するように設計することによって、入力される波長λ１のｋ次モードのＴＭ偏波をｈ次モードのＴＥ偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるＴＥ偏波を透過させるグレーティングを形成することもできる。なお、ＮＴＭｋはＴＭ偏波のｋ次モードの等価屈折率を、ＮＴＥｈはＴＥ偏波のｈ次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。
（ＮＴＭｋ＋ＮＴＥｈ）Λ１＝λ１ ・・・（６）
また、結合領域６０についても、基本モードのＴＥ偏波と１次モードのＴＥ偏波とを結合する構成に限定されない。第１結合部３２の一端３２ａの幅Ｗ１及び他端３２ｂの幅Ｗ２、並びに第２結合部４１の一端４１ａの幅Ｗ３及び他端４１ｂの幅Ｗ４を適宜設定することによって、第１結合部３２を伝播するｈ次モードのいずれかの偏波と、第２結合部４１を伝播するｍ次モード（ｍは０以上の整数）のいずれかの偏波とを結合することができる。
（特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）を用いて、第１の光導波路素子１００の特性を評価するシミュレーションを行った。
このシミュレーションでは、第１ポート部３１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合における、第２ポート部３６及び第３ポート部４２からの出力光の強度、並びに第１ポート部３１から基本モードのＴＭ偏波を入力した場合における、第２ポート部３６及び第３ポート部４２からの出力光の強度を、それぞれ解析した。
また、このシミュレーションでは、以下のように第１の光導波路素子１００を設計した。すなわち、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を、全体的に厚さを０．２μｍとした。なお、ブラッグ反射部３４においては、リブ導波路部３７の厚さを０．２μｍとし、スラブ導波路部３８ａ及び３８ｂの厚さを０．１３μｍとした。また、スラブ導波路部３８ａ及び３８ｂの幅（スラブ導波路部３８ａの外側側面からスラブ導波路部３８ｂの外側側面までの寸法）を１μｍとした。
また、ブラッグ反射部３４のグレーティングについては、ブラッグ波長λ１を１．５５μｍとして、基本モードのＴＭ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換して反射するように設計した。ここでは、図４に係る、周期Λ１が変化する構造を採用し、４００周期のグレーティングを形成し、周期Λ１を０．３９４±０．０１２μｍの範囲で変化させた。そして、基部５１の幅を０．４８μｍ及び突出部５３ａ及び５３ｂの突出量Ｄを０．１７μｍとした。
また、結合領域６０については、第１結合部３２を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して第２結合部４１へ移行するように設計した。第１結合部３２の一端３２ａの幅Ｗ１を０．４６μｍ、第１結合部３２の他端３２ｂの幅Ｗ２を０．５８μｍ、第２結合部４１の一端４１ａの幅Ｗ３を０．３μｍ、及び第２結合部４１の他端４１ｂの幅Ｗ４を０．１μｍとした。そして、結合長（結合領域６０の長さ）を８０μｍとした。
結果を図１０に示す。図１０（Ａ）は、第１ポート部３１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合における、第２ポート部３６及び第３ポート部４２からの出力光の強度を示す図である。また、図１０（Ｂ）は、第１ポート部３１から基本モードのＴＭ偏波を入力した場合における、第２ポート部３６及び第３ポート部４２からの出力光の強度を示す図である。図１０（Ａ）及び（Ｂ）では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図１０（Ａ）において、曲線１０１は第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＥ偏波の強度を、曲線１０２は第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波の強度を、曲線１０３は第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度を、それぞれ示している。なお、第１ポート部３１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合の、第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度についても解析を行ったが、強度が−４０ｄＢ以下となったため、図１０（Ａ）の結果には表れていない。また、図１０（Ｂ）において、曲線１０４は第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度を、曲線１０５は第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波の強度を、曲線１０６は第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度を、それぞれ示している。
図１０（Ａ）に示すように、第１ポート部３１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合には、第２ポート部３６から基本モードのＴＥ偏波が出力され（曲線１０１）、第３ポート部４２からのＴＥ偏波及びＴＭ偏波の出力が抑えられている（曲線１０２及び１０３）。一方で、第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＥ偏波に若干損失が生じている。これは、ブラッグ反射部３４のグレーティングにおいて、基本モードのＴＥ偏波が、導波光以外の放射モードと結合し、透過成分が減少したことに起因すると考えられる。この問題を解消するためには、例えば、第１の光導波路素子１００の前段に偏波分離素子を設け、ブラッグ反射部３４においてモード変換及び偏波変換を行う偏波（ここではＴＭ偏波）のみを、第１の光導波路素子１００に入力することが考えられる。なお、第１の光導波路素子１００の前段に偏波分離素子を設ける構成（第２の光導波路素子）については、その詳細を後述する。
図１０（Ｂ）に示すように、第１ポート部３１から基本モードのＴＭ偏波を入力した場合には、第３ポート部４２からは、基本モードのＴＥ偏波が主に出力され（曲線１０５）、ＴＭ偏波成分は約−４０ｄＢ以下に抑えられている（曲線１０６）。従って、第１の光導波路素子１００における偏波分離機能及び偏波回転機能が確認された。一方で、第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波に若干損失が生じている。また、第２ポート部３６から、基本モードのＴＭ偏波が出力されている（曲線１０４）。これらは、ＦＤＴＤ計算メモリの制約により、ブラッグ反射部３４のグレーティングの長さが不足したため、ブラッグ反射部３４において十分な反射強度が得られなかったことに起因すると考えられる。従って、ブラッグ反射部３４のグレーティングの長さをより長く（例えば８００μｍ程度）設計することにより、これらの問題は解消されると考えられる。
（第２の光導波路素子）
図１１を参照して、この発明の第２の実施の形態による光導波路素子（以下、第２の光導波路素子とも称する）について説明する。図１１は、第２の光導波路素子を示す概略平面図である。なお、図１１では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、第２の光導波路素子は、上述した第１の光導波路素子１００（図１参照）を含んで構成されているため、第１の光導波路素子と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、ここでは、第１の光導波路素子に含まれるブラッグ反射部を第１ブラッグ反射部、及び第１の光導波路素子に含まれる結合領域を第１結合領域とも称する。
第２の光導波路素子２００は、上述した第１の光導波路素子１００に追加して、偏波分離素子としての第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０を備えて構成されている。これら第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０は、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０と共通の支持基板１０（図１（Ｂ）参照）上に、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
第３光導波路コア７０は、直列に接続された、第４ポート部７１、第３結合部７２、第３接続部７３、第２ブラッグ反射部７４、第４接続部７５及び第５ポート部７６を有している。第４光導波路コア８０は、直列に接続された、第４結合部８１及び第６ポート部８２を有している。また、第３結合部７２と第４結合部８１とが互いに離間しかつ並んで配置された第２結合領域９０が設定されている。
第２ブラッグ反射部７４の、第３結合部７２と接続されているのとは反対側と、第１結合部３２の、第１ブラッグ反射部３４と接続されているのとは反対側とは、第４接続部７５、第５ポート部７６及び第１ポート部３１を介して接続されている。
第２の光導波路素子２００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて出力する素子として使用される。ここでは、一例として、第４ポート部７１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モードの光信号を入力し、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第６ポート部８２から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート４２から出力する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第３光導波路コア７０の第４ポート部７１に入力され、第３結合部７２及び第３接続部７３を経て第２ブラック反射部７４に送られる。光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、第２ブラッグ反射部７４に形成されたグレーティングにおいて、１次モードのＴＥ偏波に変換されてブラッグ反射され、第３接続部７３を経て再び第３結合部７２に送られる。また、第３接続部７３から送られる、光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、モード変換されずに、第２ブラッグ反射部７４を透過して第５ポート部８６へ送られる。第２ブラッグ反射部７４のグレーティングで反射され、第３結合部７２を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、第２結合領域９０において、基本モードのＴＥ偏波に変換されて、第４光導波路コア８０の第４結合部８１へ送られる。第４結合部８１へ送られた基本モードのＴＥ偏波は、第６ポート部８２から出力される。
第５ポート部７６へ送られた基本モードのＴＭ偏波は、第５ポート部７６と接続された第１ポート部３１に入力される。第１ポート部３１から入力された基本モードのＴＭ偏波は、第１結合部３２及び第１接続部３３を経て第１ブラック反射部３４に送られる。基本モードのＴＭ偏波は、第１ブラッグ反射部３４に形成されたグレーティングにおいて、１次モードのＴＥ偏波に変換されてブラッグ反射され、第１接続部３３を経て再び第１結合部３２に送られる。第１ブラッグ反射部３４のグレーティングで反射され、第１結合部３２を伝播する１次モードのＴＥ偏波は、第１結合領域６０において、基本モードのＴＥ偏波に変換されて、第２光導波路コア４０の第２結合部４１へ送られる。第２結合部４１へ送られた基本モードのＴＥ偏波は、第３ポート部４２から出力される。
第３光導波路コア７０は、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第３光導波路コア７０は、光の伝送路として機能し、第３光導波路コア７０に入力された光が第３光導波路コア７０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
第４光導波路コア８０は、第３光導波路コア７０と同様に、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第４光導波路コア８０は、光の伝送路として機能し、第４光導波路コア８０に入力された光が第４光導波路コア８０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
なお、伝播する光が支持基板へ逃げるのを防止するために、第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０は、支持基板から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第４ポート部７１は、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波の双方に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第４ポート部７１は、基本モードのＴＥ偏波及びＴＭ偏波を伝播させる。
第３結合部７２は、一端７２ａ側で第４ポート部７１と、他端７２ｂ側で第３接続部７３と、それぞれ接続されている。なお、第３結合部７２の幾何学的な設計については後述する。
第３接続部７３は、第３結合部７２及び第２ブラッグ反射部７４間を接続する。第３接続部７３の幅は、光の伝播方向に沿って、第３結合部７２の他端７２ｂの幅から第２ブラッグ反射部７４の一端７４ａの幅へ、連続的に変化するように設定されている。第３接続部７３を設けることによって、第３結合部７２及び第２ブラッグ反射部７４間を伝播する光の反射を緩和することができる。
第２ブラッグ反射部７４には、グレーティングが形成されている。グレーティングは、基部５５と突出部５７ａ及び５７ｂとを一体的に含んで構成されている。基部５５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る。突出部５７ａは、基部５５の一方の側面に、周期的に複数形成されている。突出部５７ｂは、基部５５の他方の側面に、突出部５７ａと同じ周期で複数形成されている。これら突出部５７ａと５７ｂとは、互いに半周期（すなわちΛ／２）ずれた位置に形成されている。
この実施の形態では、グレーティングは、入力される特定の波長のＴＥ偏波について、基本モードと１次モードとを変換してブラッグ反射する。また、グレーティングは、入力される基本モードのＴＭ偏波を透過させる。
波長λ２のＴＥ偏波について、基本モードと１次モードとを変換してブラッグ反射する条件は、ＴＥ偏波の基本モードの等価屈折率をＮＴＥ０、ＴＥ偏波の１次モードの等価屈折率をＮＴＥ１、及びグレーティング周期（突出部５７ａ及び５７ｂの形成周期）をΛ２として下式（７）で表される。
（ＮＴＥ０＋ＮＴＥ１）Λ２＝λ２ ・・・（７）
なお、第２ブラッグ反射部７４についても、ブラッグ反射帯域を拡大すべく、図３又は図４に示すグレーティングの変形例を適用することができる。
第４接続部７５は、第２ブラッグ反射部７４及び第５ポート部７６間を接続する。第４接続部７５の幅は、光の伝播方向に沿って、第２ブラッグ反射部７４の他端７４ｂの幅から第５ポート部７６の幅へ、連続的に変化するように設定されている。第４接続部７５を設けることによって、第２ブラッグ反射部７４及び第５ポート部７６間を伝播する光の反射を緩和することができる。
第５ポート部７６は、少なくともＴＭ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第５ポート部７６は、基本モードのＴＭ偏波を伝播させる。また、第５ポート部７６の、第４接続部７５と接続されているのとは反対側の端は、第１光導波路コア３０の第１ポート３１の、第１結合部３２と接続されているのとは反対側の端と接続されている。
第４結合部８１は、第３光導波路コア７０の第３結合部７２と、互いに離間し、かつ並んで配置されている。なお、第４結合部８１の幾何学的な設計については後述する。
第６ポート部８２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第６ポート部８２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２の光導波路素子２００では、第３光導波路コア７０の第３結合部７２と、第４光導波路コア８０の第４結合部８１とが、互いに離間しかつ並んで配置された結合領域９０が設定されている。結合領域９０における第３結合部７２及び第４結合部８１は、図９に示した伝播定数の関係を用いて、第１結合領域６０における第１結合部３２及び第２結合部４１と同様に設計することができる。
第２結合領域９０において、第３結合部７２は、一端７２ａから他端７２ｂへ、幅が連続的に変化（拡大）するテーパ形状とされている。また、第２結合領域９０において、第４結合部８１は、一端８１ａから他端８１ｂへ、幅が連続的に変化（縮小）するテーパ形状とされている。そして、第２結合領域９０において、第３結合部７２の一端７２ａ及び第４結合部８１の一端８１ａの面位置が一致し、かつ第３結合部７２の他端７２ｂ及び第４結合部８１の他端８１ｂの面位置が一致している。
ここでは、第３結合部７２を他端７２ｂから一端７２ａの方向へ伝播する１次モードのＴＥ偏波と、第４結合部８１を他端８２ｂから一端８２ａの方向へ伝播する基本モードのＴＥ偏波を結合する。従って、第３結合部７２の一端７２ａの幅は、基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を伝播させ、かつ１次モード以上のＴＥ偏波を伝播させない伝播定数に対応して設定される。また、第３結合部７２の他端７２ｂの幅は、基本モードのＴＥ偏波、１次モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を伝播させる伝播定数に対応して設定される。また、第４結合部８１の一端８１ａの幅及び他端８１ｂの幅は、それぞれ基本モードのＴＥ偏波を伝播させ、かつ１次モード以上のＴＥ偏波を伝播させない伝播定数に対応して設定される。
このように、第３結合部７２の一端７２ａの幅及び他端７２ｂの幅、並びに第４結合部８１の一端８１ａの幅及び他端８１ｂの幅を設計することによって、第２結合領域９０では、第３結合部７２の１次モードのＴＥ偏波の伝播定数と、第４結合部８１の基本モードのＴＥ偏波の伝播定数とが一致する点が存在する。その結果、第３結合部７２を伝播する１次モードのＴＥ偏波と、第４結合部８１を伝播する基本モードのＴＥ偏波とを結合することができる。
以上説明した第２の光導波路素子２００では、偏波分離素子としての第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０を設けることにより、後段の第１光導波路コア３０の第１ブラッグ反射部３４において偏波変換されないＴＥ偏波のみを分離して、第６ポート部８２から出力することができる。そして、第２の光導波路素子２００では、第１光導波路コア３０の第１ポート部３１に入力される光を、第１ブラッグ反射部３４において偏波変換されるＴＭ偏波に限定することができる。従って、偏波変換されないＴＥ偏波が、第１ブラッグ反射部３４に入力されないため、図１０（Ａ）を参照して説明した、第１ブラッグ反射部３４のグレーティングにおける透過成分の減少の問題を防止することができる。
なお、ここでは、第２ブラッグ反射部７４のグレーティングが、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換してブラッグ反射する構成について説明した。しかしながら、第２の光導波路素子２００は、この構成に限定されない。後段の第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０の設計に応じて、適宜設計を変更することができる。
下式（８）が成立するように設計することによって、入力される波長λ２のｐ次モード（ｐは０以上の整数）のＴＥ偏波をｑ次モード（ｑはｐとは異なる０以上の整数）のＴＥ偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるＴＭ偏波を透過させるグレーティングを形成することができる。なお、ＮＴＥｐはＴＥ偏波のｐ次モードの等価屈折率を、ＮＴＥｑはＴＥ偏波のｑ次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。
（ＮＴＥｐ＋ＮＴＥｑ）Λ２＝λ２ ・・・（８）
あるいは、下式（９）が成立するように設計することによって、入力される波長λ２のｐ次モードのＴＭ偏波をｑ次モードのＴＭ偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるＴＥ偏波を透過させるグレーティングを形成することもできる。なお、ＮＴＭｐはＴＭ偏波のｐ次モードの等価屈折率を、ＮＴＭｑはＴＭ偏波のｑ次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。
（ＮＴＭｐ＋ＮＴＭｑ）Λ２＝λ２ ・・・（９）
また、第２結合領域９０についても、基本モードのＴＥ偏波と１次モードのＴＥ偏波とを結合する構成に限定されない。第３結合部７２の一端７２ａの幅及び他端７２ｂの幅、並びに第４結合部８１の一端８１ａの幅及び他端８１ｂの幅を適宜設定することによって、第３結合部７２を伝播するｑ次モードのいずれかの偏波と、第４結合部８１を伝播するｒ次モード（ｒは０以上の整数）のいずれかの偏波とを結合することができる。
（特性評価）
発明者は、ＦＤＴＤを用いて、第２の光導波路素子２００の偏波分離素子（第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０）の特性を評価するシミュレーションを行った。
このシミュレーションでは、第４ポート部７１から基本モードのＴＥ偏波及び基本モードのＴＭ偏波を入力した場合における第５ポート部７６及び第６ポート部８２からの出力光の強度を、それぞれ解析した。
また、このシミュレーションでは、以下のように第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０を設計した。すなわち、第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０を、全体的に厚さを０．２μｍとした。
また、第２ブラッグ反射部７４のグレーティングについては、ブラッグ波長λ２を１．５５μｍとして、基本モードのＴＥ偏波を１次モードのＴＥ偏波に変換して反射するように設計した。ここでは、図４に係る、周期Λ２が変化する構造を採用し、４００周期のグレーティングを形成し、周期Λ２を０．３７１±０．０１２μｍの範囲で変化させた。そして、基部５５の幅を０．５２μｍ及び突出部５３ａ及び５３ｂの突出量Ｄを０．１μｍとした。
また、第２結合領域９０については、第３結合部７２を伝播する１次モードのＴＥ偏波を、基本モードのＴＥ偏波に変換して第４結合部８１へ移行するように設計した。第３結合部７２の一端７２ａの幅を０．４６μｍ、第３結合部７２の他端７２ｂの幅を０．５８μｍ、第４結合部８１の一端８１ａの幅を０．３μｍ、及び第４結合部８１の他端８１ｂの幅を０．１μｍとした。そして、結合長（第２結合領域９０の長さ）を８０μｍとした。
結果を図１２に示す。図１２では、縦軸に、出力光の強度をｄＢ目盛で、また、横軸に波長をμｍ単位でとって示してある。図１２において、曲線２０１は、第４ポート部７１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合の、第５ポート部７６から出力される基本モードのＴＥ偏波の強度を示している。また、曲線２０２は、第４ポート部７１から基本モードのＴＭ偏波を入力した場合の、第５ポート部７６から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度を示している。また、曲線２０３は、第４ポート部７１から基本モードのＴＥ偏波を入力した場合の、第６ポート部８２から出力される基本モードのＴＥ偏波の強度を示している。なお、第４ポート部７１から基本モードのＴＭ偏波を入力した場合の、第６ポート部８２から出力される基本モードのＴＭ偏波の強度についても解析を行ったが、強度が−４０ｄＢ以下となったため、図１２の結果には表れていない。
図１２に示すように、第６ポート部８２からは、基本モードのＴＥ偏波が主に出力され（曲線２０３）、上述したようにＴＭ偏波は、ＴＭ偏波成分は−４０ｄＢ以下に抑えられている。また、第５ポート部７６からは、基本モードのＴＭ偏波が損失なく出力されている（曲線２０２）。従って、第２の光導波路素子２００の偏波分離素子における偏波分離機能が確認された。一方で、第６ポート部８２から出力される基本モードのＴＥ偏波に若干損失が生じている。また、第５ポート部７６から、基本モードのＴＥ偏波が出力されている（曲線２０１）。これらは、ＦＤＴＤ計算メモリの制約により、第２ブラッグ反射部７４のグレーティングの長さが不足したため、第２ブラッグ反射部７４において十分な反射強度が得られなかったことに起因すると考えられる。従って、第２ブラッグ反射部７４のグレーティングの長さをより長く（例えば５００μｍ程度）設計することにより、これらの問題は解消されると考えられる。
（第１の受信回路）
図１３を参照して、この発明の第３の実施の形態による受信回路（以下、第１の受信回路とも称する）について説明する。図１３は、第１の受信回路を示す概略的平面図である。なお、図１３では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、第１の受信回路は、上述した第１の光導波路素子１００（図１参照）を備えて構成されるため、第１の光導波路素子１００については、図示を簡略化するとともに、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第１の受信回路３００は、上述した第１の光導波路素子１００に追加して、前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０を備えて構成されている。これら前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０は、第１の光導波路素子１００の第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０と共通の支持基板１０（図１（Ｂ）参照）上に、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
前段接続導波路コア３１０は、直列に接続された、第１アーム部３１１、第１直線部３１２及び第２アーム部３１３を有している。後段接続導波路コア３３０は、直列に接続された、第３アーム部３３１、第２直線部３３２及び第４アーム部３３３を有している。また、第１直線部３１２、リング導波路コア３２０、及びリング導波路コア３２０を挟んで第１直線部３１２と対向する第２直線部３３２によって波長フィルタ部３５０が構成されている。
第１の受信回路３００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させる回路として使用される。ここでは、一例として、第１ポート部３１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モードの光信号を入力し、第１の光導波路素子１００において、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第２ポート部３６から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート４２から出力し、これら第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波を、受光素子３４０が受光する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第１の光導波路素子１００の第１ポート部３１に入力される。そして、第１の光導波路素子１００において、光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、モード変換及び偏波変換されずに第２ポート部３６から出力される。光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されて第３ポート部４２から出力される。
第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第１のＴＥ偏波とも称する）は、前段接続導波路コア３１０の第１アーム部３１１に入力され、第１直線部３１２へ送られる。第１直線部３１２を伝播する第１のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第１のＴＥ偏波は、波長フィルタ部３５０において、リング導波路コア３２０を経て、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ送られる。第２直線部３３２へ送られる特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第３アーム部３３１を経て、受光素子３４０に受光される。
一方、第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第２のＴＥ偏波とも称する）は、前段接続導波路コア３１０の第２アーム部３１３に入力され、第１直線部３１２へ送られる。第１直線部３１２を伝播する第２のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第２のＴＥ偏波は、波長フィルタ部３５０において、リング導波路コア３２０を経て、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ送られる。第２直線部３３２へ送られる特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第４アーム部３３３を経て、受光素子３４０に受光される。
前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０及び後段接続導波路コア３３０は、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０及び後段接続導波路コア３３０は、光の伝送路として機能し、入力された光がこれらの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
なお、伝播する光が支持基板へ逃げるのを防止するために、前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０及び後段接続導波路コア３３０は、支持基板から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第１アーム部３１１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第１アーム部３１１の一端３１１ａは、第１の光導波路素子１００の第２ポート部３６と接続されている。第１アーム部３１１の他端３１１ｂは、第１直線部３１２の一端３１２ａと接続されている。また、第１アーム部３１１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１アーム部３１１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１直線部３１２は、直線導波路として構成することができる。第１直線部３１２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１直線部３１２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２アーム部３１３は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第２アーム部３１３の一端３１３ａは、第１の光導波路素子１００の第３ポート部４２と接続されている。第２アーム部３１３の他端３１３ｂは、第１直線部３１２の他端３１２ｂと接続されている。また、第２アーム部３１３は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２アーム部３１３は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
リング導波路コア３２０は、リング状の導波路によって構成することができる。リング導波路コア３２０は、第１直線部３１２及び第２直線部３３２に挟まれた位置に、第１直線部３１２及び第２直線部３３２のそれぞれと離間して設けられている。リング導波路コア３２０の円周の長さは、第１直線部３１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波に対し、取り出す波長に応じて設計される。
第３アーム部３３１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第３アーム部３３１の一端３３１ａは、受光素子３４０と接続されている。第３アーム部３３１の他端３３１ｂは、第２直線部３３２の一端３３２ａと接続されている。また、第３アーム部３３１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第３アーム部３３１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２直線部３３２は、直線導波路として構成することができる。第２直線部３３２は、リング導波路コア３２０を挟んで、第１直線部３１２と対向する位置に形成されている。また、第２直線部３３２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２直線部３３２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第４アーム部３３３は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第４アーム部３３３の一端３３３ａは、第３アーム部３３１と対向する側で受光素子３４０と接続されている。第４アーム部３３３の他端３３３ｂは、第２直線部３３２の他端３３２ｂと接続されている。また、第４アーム部３３３は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第４アーム部３３３は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
受光素子３４０は、例えば光導波路型のフォトダイオードを用いることができる。
第１の受信回路３００では、第１直線部３１２、リング導波路コア３２０、及びリング導波路コア３２０を挟んで第１直線部３１２と対向する第２直線部３３２によって、リング共振器としての波長フィルタ部３５０が構成されている。波長フィルタ部３５０では、第１直線部３１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、リング導波路コア３２０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ移行する。
以上説明した第１の受信回路３００では、偏波分離機能及び偏波回転機能を有する第１の光導波路素子１００を備えることによって、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させることができる。また、第１の光導波路素子１００を用いることにより、第１の受信回路３００は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造することができる。
なお、ここでは、第２ポート部３６から基本モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２から基本モードのＴＥ偏波が出力される構成について説明した。しかしながら、第１の受信回路３００は、この構成に限定されない。第１の光導波路素子１００の設計に応じて、第２ポート部３６からｐ次モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＥ偏波が出力される構成、又は第２ポート部３６からｐ次モードのＴＭ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＭ偏波が出力される構成とすることもできる。この場合には、第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される偏波及びモード次数に応じて、前段接続導波路コア３１０、リング導波路コア３２０及び後段接続導波路コア３３０を設計することができる。
なお、第２ポート部３６から出力される光と第３ポート部４２から出力される光とで、モード次数が異なる場合には、第１直線部３１２及び第２直線部３３２間に、それぞれの次数モードに応じて設計した２つのリング導波路コア３２０を並列に形成し、波長フィルタ部３５０を複数構成することができる。
また、ここでは、波長フィルタ部３５０として、リング共振器を用いる構成例について説明したが、波長フィルタ部３５０はリング共振器に限定されない。波長フィルタ部３５０として、例えばマッハツェンダ干渉器等の他の波長フィルタを用いることもできる。
さらに、第１の受信回路３００は、変形例として、第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される光から、異なる複数の特定の波長を取り出す構成とすることができる。この場合の構成を図１４に示す。図１４は、第１の受信回路の変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図１４では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
変形例による第１の受信回路３６０では、円周の長さの異なる複数のリング導波路コア３２０−１〜ｎが、並列に形成されている。また、変形例による第１の受信回路３６０では、各リング導波路コア３２０−１〜ｎに一対一対応して、複数の後段接続導波路コア３３０−１〜ｎが形成されている。これにより、変形例による第１の受信回路３６０では、複数の波長フィルタ部３５０−１〜ｎが構成されている。そして、各波長フィルタ部３５０−１〜ｎは、後段接続導波路コア３３０−１〜ｎによって、それぞれ異なる受光素子３４０−１〜ｎに接続されている。
このように円周の長さの異なる複数のリング導波路コア３２０−１〜ｎ、複数の後段接続導波路コア３３０−１〜ｎ及び複数の受光素子３４０−１〜ｎを形成することにより、変形例による第１の受信回路３６０では、各波長フィルタ部３５０−１〜ｎにおいて、第１直線部３１２を伝播する光のうち、各リング導波路コア３２０−１〜ｎの円周の長さに応じた特定の波長の光が、後段接続導波路コア３３０−１〜ｎの第２直線部３３２へ移行する。従って、変形例による第１の受信回路３６０では、異なる複数の特定の波長の光を、波長毎に異なる受光素子３４０−１〜ｎに受光させることができる。
（第２の受信回路）
図１５を参照して、この発明の第４の実施の形態による受信回路（以下、第２の受信回路とも称する）について説明する。図１５は、第２の受信回路を示す概略的平面図である。なお、図１５では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、第２の受信回路は、上述した第２の光導波路素子２００（図１１参照）を備えて構成されるため、第２の光導波路素子２００については、図示を簡略化するとともに、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述した第１の受信回路３００と共通する構成要素についても、同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２の受信回路４００は、上述した第２の光導波路素子２００に追加して、前段接続導波路コア４１０、リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０を備えて構成されている。これら前段接続導波路コア４１０、リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０は、第２の光導波路素子２００の第１光導波路コア３０、第２光導波路コア４０、第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０と共通の支持基板１０（図１（Ｂ）参照）上に、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
前段接続導波路コア４１０は、直列に接続された、第１アーム部４１１、第１直線部４１２及び第２アーム部４１３を有している。また、第１直線部４１２、リング導波路コア３２０、及びリング導波路コア３２０を挟んで第１直線部４１２と対向する第２直線部３３２によって波長フィルタ部４５０が構成されている。
第２の受信回路４００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させる回路として使用される。ここでは、一例として、第４ポート部７１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モードの光信号を入力し、第２の光導波路素子２００において、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第６ポート部８２から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート部４２から出力し、これら第６ポート８２及び第３ポート４２から出力される基本モードのＴＥ偏波を、受光素子３４０が受光する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第２の光導波路素子２００の第４ポート部７１に入力される。そして、第２の光導波路素子２００において、光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、偏波変換されずに第６ポート部８２から出力される。光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されて第３ポート部４２から出力される。
第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第１のＴＥ偏波とも称する）は、前段接続導波路コア４１０の第１アーム部４１１に入力され、第１直線部４１２へ送られる。第１直線部４１２を伝播する第１のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第１のＴＥ偏波は、波長フィルタ部４５０において、リング導波路コア３２０を経て、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ送られる。第２直線部３３２へ送られる特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第３アーム部３３１を経て、受光素子３４０に受光される。
一方、第６ポート部８２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第２のＴＥ偏波とも称する）は、前段接続導波路コア４１０の第２アーム部４１３に入力され、第１直線部４１２へ送られる。第１直線部４１２を伝播する第２のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第２のＴＥ偏波は、波長フィルタ部４５０において、リング導波路コア３２０を経て、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ送られる。第２直線部３３２へ送られる特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第４アーム部３３３を経て、受光素子３４０に受光される。
前段接続導波路コア４１０は、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、前段接続導波路コア４１０は、光の伝送路として機能し、入力された光が前段接続導波路コア４１０の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。なお、伝播する光が支持基板へ逃げるのを防止するために、前段接続導波路コア４１０は、支持基板から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第１アーム部４１１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第１アーム部４１１の一端４１１ａは、第２の光導波路素子２００の第３ポート部４２と接続されている。第１アーム部４１１の他端４１１ｂは、第１直線部４１２の一端４１２ａと接続されている。また、第１アーム部４１１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１アーム部４１１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１直線部４１２は、直線導波路として構成することができる。第１直線部４１２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１直線部４１２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２アーム部４１３は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第２アーム部４１３の一端４１３ａは、第２の光導波路素子２００の第６ポート部８２と接続されている。第２アーム部４１３の他端４１３ｂは、第１直線部４１２の他端４１２ｂと接続されている。また、第２アーム部４１３は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２アーム部４１３は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０は、上述した第１の受信回路３００と同様であるため、説明を省略する。
第２の受信回路４００では、第１直線部４１２、リング導波路コア３２０、及びリング導波路コア３２０を挟んで第１直線部４１２と対向する第２直線部３３２によって、リング共振器としての波長フィルタ部４５０が構成されている。波長フィルタ部４５０では、第１直線部４１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、リング導波路コア３２０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、後段接続導波路コア３３０の第２直線部３３２へ移行する。
以上説明した第２の受信回路４００では、偏波分離機能及び偏波回転機能を有する第２の光導波路素子２００を備えることによって、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させることができる。また、第２の光導波路素子２００を用いることにより、第２の受信回路４００は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造することができる。さらに、第２の光導波路素子２００において、偏波変換されないＴＥ偏波が、第１ブラッグ反射部３４（図１１参照）に入力されないため、第１ブラッグ反射部３４のグレーティングにおける透過成分の減少の問題を防止することができる。従って、入力された光信号の損失を抑えつつ、受光素子３４０に受光させることができる。
なお、ここでは、第６ポート部８２から基本モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２から基本モードのＴＥ偏波が出力される構成について説明した。しかしながら、第２の受信回路４００は、この構成に限定されない。第２の光導波路素子２００の設計に応じて、第６ポート部８２からｒ次モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＥ偏波が出力される構成、又は第６ポート部８２からｒ次モードのＴＭ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＭ偏波が出力される構成とすることもできる。この場合には、第６ポート部８２及び第３ポート部４２から出力される偏波及びモード次数に応じて、前段接続導波路コア４１０、リング導波路コア３２０及び後段接続導波路コア３３０を設計することができる。
なお、第６ポート部８２から出力される光と第３ポート部４２から出力される光とで、モード次数が異なる場合には、第１直線部４１２及び第２直線部３３２間に、それぞれの次数モードに応じて設計した２つのリング導波路コア３２０を並列に形成し、波長フィルタ部４５０を複数構成することができる。
また、ここでは、波長フィルタ部４５０として、リング共振器を用いる構成例について説明したが、波長フィルタ部４５０はリング共振器に限定されない。波長フィルタ部４５０として、例えばマッハツェンダ干渉器等の他の波長フィルタを用いることもできる。
さらに、第１の受信回路と同様に、第２の受信回路についても、変形例として、第６ポート部８２及び第３ポート部４２から出力される光から、異なる複数の特定の波長を取り出す構成とすることができる。この場合の構成を図１６に示す。図１６は、第２の受信回路の変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図１６では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。
変形例による第２の受信回路４６０では、円周の長さの異なる複数のリング導波路コア３２０−１〜ｎが、並列に形成されている。また、変形例による第２の受信回路４６０では、各リング導波路コア３２０−１〜ｎに一対一対応して、複数の後段接続導波路コア３３０−１〜ｎが形成されている。これにより、変形例による第２の受信回路４６０では、複数の波長フィルタ部４５０−１〜ｎが構成されている。そして、各波長フィルタ部４５０−１〜ｎは、後段接続導波路コア３３０−１〜ｎによって、それぞれ異なる受光素子３４０−１〜ｎに接続されている。
このように円周の長さの異なる複数のリング導波路コア３２０−１〜ｎ、複数の後段接続導波路コア３３０−１〜ｎ及び複数の受光素子３４０−１〜ｎを形成することにより、変形例による第２の受信回路４６０では、各波長フィルタ部４５０−１〜ｎにおいて、第１直線部４１２を伝播する光のうち、各リング導波路コア３２０−１〜ｎの円周の長さに応じた特定の波長の光が、後段接続導波路コア３３０−１〜ｎの第２直線部３３２へ移行する。従って、変形例による第２の受信回路４６０では、異なる複数の特定の波長の光を、波長毎に異なる受光素子３４０−１〜ｎに受光させることができる。
（第３の受信回路）
図１７を参照して、この発明の第５の実施の形態による受信回路（以下、第３の受信回路とも称する）について説明する。図１７は、第３の受信回路を示す概略的平面図である。なお、図１７では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、第３の受信回路は、上述した第１の光導波路素子１００（図１参照）を備えて構成されるため、第１の光導波路素子１００については、図示を簡略化するとともに、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述した第１の受信回路３００と共通する構成要素についても、同一の符号を付し、その説明を省略する。
第３の受信回路５００は、上述した第１の光導波路素子１００に追加して、第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０を備えて構成されている。これら第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０は、第１の光導波路素子１００の第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０と共通の支持基板１０（図１（Ｂ）参照）上に、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
第１前段接続導波路コア５１０は、直列に接続された、第１アーム部５１１及び第１直線部５１２を有している。第２前段接続導波路コア５２０は、直列に接続された、第２アーム部５２１及び第２直線部５２２を有している。第１後段接続導波路コア５５０は、直列に接続された、第３直線部５５１及び第３アーム部５５２を有している。第２後段接続導波路コア５６０は、直列に接続された、第４直線部５６１及び第４アーム部５６２を有している。また、第１直線部５１２、第１リング導波路コア５３０、及び第１リング導波路コア５３０を挟んで第１直線部５１２と対向する第３直線部５５１によって第１波長フィルタ部５７０が構成されている。第２直線部５２２、第２リング導波路コア５４０、及び第２リング導波路コア５４０を挟んで第２直線部５２２と対向する第４直線部５６１によって第２波長フィルタ部５８０が構成されている。
第３の受信回路５００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させる回路として使用される。ここでは、一例として、第１ポート部３１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モードの光信号を入力し、第１の光導波路素子１００において、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第２ポート部３６から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート部４２から出力し、これら第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波を、受光素子３４０が受光する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第１の光導波路素子１００の第１ポート部３１に入力される。そして、第１の光導波路素子１００において、光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、モード変換及び偏波変換されずに第２ポート部３６から出力される。光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されて第３ポート部４２から出力される。
第２ポート部３６から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第１のＴＥ偏波とも称する）は、第１前段接続導波路コア５１０の第１アーム部５１１に入力され、第１直線部５１２へ送られる。第１直線部５１２を伝播する第１のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第１波長フィルタ部５７０において、第１リング導波路コア５３０を経て、第１後段接続導波路コア５５０の第３直線部５５１へ送られる。第３直線部５５１へ送られる特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第３アーム部５５２を経て、受光素子３４０に受光される。
一方、第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第２のＴＥ偏波とも称する）は、第２前段接続導波路コア５２０の第２アーム部５２１に入力され、第２直線部５２２へ送られる。第２直線部５２２を伝播する第２のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第２波長フィルタ部５８０において、第２リング導波路コア５４０を経て、第２後段接続導波路コア５６０の第４直線部５６１へ送られる。第４直線部５６１へ送られる特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第４アーム部５６２を経て、受光素子３４０に受光される。
第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０は、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０は、光の伝送路として機能し、入力された光がこれらの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
なお、伝播する光が支持基板へ逃げるのを防止するために、第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０は、支持基板から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第１アーム部５１１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第１アーム部５１１の一端５１１ａは、第１の光導波路素子１００の第２ポート部３６と接続されている。第１アーム部５１１の他端５１１ｂは、第１直線部５１２と接続されている。また、第１アーム部５１１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１アーム部５１１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１直線部５１２は、直線導波路として構成することができる。第１直線部５１２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１直線部５１２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１リング導波路コア５３０は、リング状の導波路によって構成することができる。第１リング導波路コア５３０は、第１直線部５１２及び第３直線部５５１に挟まれた位置に、第１直線部５１２及び第３直線部５５１のそれぞれと離間して設けられている。第１リング導波路コア５３０の円周の長さは、第１直線部５１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波に対し、取り出す波長に応じて設計される。
第３直線部５５１は、直線導波路として構成することができる。第３直線部５５１は、第１リング導波路コア５３０を挟んで、第１直線部５１２と対向する位置に形成されている。また、第３直線部５５１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第３直線部５５１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第３アーム部５５２は、例えば曲がり導波路によって構成することができる。第３アーム部５５２の一端５５２ａは、受光素子３４０と接続されている。第３アーム部５５２の他端５５２ｂは、第３直線部５５１と接続されている。また、第３アーム部５５２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第３アーム部５５２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２アーム部５２１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第２アーム部５２１の一端５２１ａは、第１の光導波路素子１００の第３ポート部４２と接続されている。第２アーム部５２１の他端５２１ｂは、第２直線部５２２と接続されている。また、第２アーム部５２１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２アーム部５２１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２直線部５２２は、直線導波路として構成することができる。第２直線部５２２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２直線部５２２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２リング導波路コア５４０は、リング状の導波路によって構成することができる。第２リング導波路コア５４０は、第２直線部５２２及び第４直線部５６１に挟まれた位置に、第２直線部５２２及び第４直線部５６１のそれぞれと離間して設けられている。第２リング導波路コア５４０の円周の長さは、第２直線部５２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波に対し、取り出す波長に応じて設計される。
第４直線部５６１は、直線導波路として構成することができる。第４直線部５６１は、第２リング導波路コア５４０を挟んで、第２直線部５２２と対向する位置に形成されている。また、第４直線部５６１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第４直線部５６１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第４アーム部５６２は、例えば曲がり導波路によって構成することができる。第４アーム部５６２の一端５６２ａは、第３アーム部５５２と対向する側で受光素子３４０と接続されている。第４アーム部５６２の他端５６２ｂは、第４直線部５６１と接続されている。また、第４アーム部５６２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第４アーム部５６２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
受光素子３４０は、上述した第１の受信回路３００と同様であるため、説明を省略する。
第３の受信回路５００では、第１直線部５１２、第１リング導波路コア５３０、及び第１リング導波路コア５３０を挟んで第１直線部５１２と対向する第３直線部５５１によって、リング共振器としての第１波長フィルタ部５７０が構成されている。第１波長フィルタ部５７０では、第１直線部５１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、第１リング導波路コア５３０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、第１後段接続導波路コア５５０の第３直線部５５１へ移行する。
また、第３の受信回路５００では、第２直線部５２２、第２リング導波路コア５４０、及び第２リング導波路コア５４０を挟んで第２直線部５２２と対向する第４直線部５６１によって、リング共振器としての第２波長フィルタ部５８０が構成されている。第２波長フィルタ部５８０では、第２直線部５２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、第２リング導波路コア５４０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、第２後段接続導波路コア５６０の第４直線部５６１へ移行する。
以上説明した第３の受信回路５００では、偏波分離機能及び偏波回転機能を有する第１の光導波路素子１００を備えることによって、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させることができる。また、第１の光導波路素子１００を用いることにより、第３の受信回路５００は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造することができる。さらに、第３の受信回路５００では、第２ポート部３６及び第３ポート部４２間がループ回路になっていないため、第２ポート部３６及び第３ポート部４２からの出力光のうち、第１波長フィルタ部５７０及び第２波長フィルタ部５８０において第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０に移行しない波長の光が、再度第１の光導波路素子１００に戻るのを防止することができる。
なお、ここでは、第２ポート部３６から基本モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２から基本モードのＴＥ偏波が出力される構成について説明した。しかしながら、第３の受信回路５００は、この構成に限定されない。第１の光導波路素子１００の設計に応じて、第２ポート部３６からｐ次モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＥ偏波が出力される構成、又は第２ポート部３６からｐ次モードのＴＭ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＭ偏波が出力される構成とすることもできる。この場合には、第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される偏波及びモード次数に応じて、第１前段接続導波路コア５１０、第２前段接続導波路コア５２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０を設計することができる。
また、ここでは、第１波長フィルタ部５７０及び各第２波長フィルタ部５８０として、リング共振器を用いる構成例について説明したが、第１波長フィルタ部５７０及び各第２波長フィルタ部５８０はリング共振器に限定されない。第１波長フィルタ部５７０及び各第２波長フィルタ部５８０として、例えばマッハツェンダ干渉器等の他の波長フィルタを用いることもできる。
さらに、第１の受信回路及び第２の受信回路と同様に、第３の受信回路についても、変形例として、第２ポート部３６及び第３ポート部４２から出力される光から、異なる複数の特定の波長を取り出し、それぞれ異なる受光素子に受光させる構成とすることができる（図示せず）。この場合には、円周の長さの異なる複数の第１リング導波路コア５３０を並列に形成する。また、円周の長さの異なる複数の第２リング導波路コア５４０を並列に形成する。そして、各第１リング導波路コア５３０に一対一対応して、複数の第１後段接続導波路コア５５０を、及び各第２リング導波路コア５４０に一対一対応して、複数の第２後段接続導波路コア５６０を形成する。これにより、複数の第１波長フィルタ部５７０及び第２波長フィルタ部５８０が構成される。さらに、各第１波長フィルタ部５７０は、複数の第１後段接続導波路コア５５０によって、それぞれ異なる受光素子３４０に接続される。また、各第２波長フィルタ部５８０は、複数の第２後段接続導波路コア５６０によって、それぞれ異なる受光素子３４０に接続される。
このように円周の長さの異なる複数の第１リング導波路コア５３０及び第２リング導波路コア５４０、複数の第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０、並びに複数の受光素子３４０を形成することにより、各第１波長フィルタ部５７０及び各第２波長フィルタ部５８０において、各第１リング導波路コア５３０及び各第２リング導波路コア５４０の円周の長さに応じた特定の波長の光が、対応する第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０へ移行する。従って、異なる複数の特定の波長の光を、波長毎に異なる受光素子３４０に受光させることができる。
（第４の受信回路）
図１８を参照して、この発明の第６の実施の形態による受信回路（以下、第４の受信回路とも称する）について説明する。図１８は、第４の受信回路を示す概略的平面図である。なお、図１８では、支持基板及びクラッドを省略して示してある。また、第４の受信回路は、上述した第２の光導波路素子２００（図１１参照）を備えて構成されるため、第２の光導波路素子２００については、図示を簡略化するとともに、共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述した第３の受信回路５００と共通する構成要素についても、同一の符号を付し、その説明を省略する。
第４の受信回路６００は、上述した第２の光導波路素子２００に追加して、第１前段接続導波路コア６１０、第２前段接続導波路コア６２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０を備えて構成されている。これら第１前段接続導波路コア６１０、第２前段接続導波路コア６２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０は、第２の光導波路素子２００の第１光導波路コア３０、第２光導波路コア４０、第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０と共通の支持基板１０（図１（Ｂ）参照）上に、共通のクラッド２０（図１（Ｂ）参照）に包含されて形成されている。
第１前段接続導波路コア６１０は、直列に接続された、第１アーム部６１１及び第１直線部６１２を有している。第２前段接続導波路コア６２０は、直列に接続された、第２アーム部６２１及び第２直線部６２２を有している。また、第１直線部６１２、第１リング導波路コア５３０、及び第１リング導波路コア５３０を挟んで第１直線部６１２と対向する第３直線部５５１によって第１波長フィルタ部６７０が構成されている。第２直線部６２２、第２リング導波路コア５４０、及び第２リング導波路コア５４０を挟んで第２直線部６２２と対向する第４直線部５６１によって第２波長フィルタ部６８０が構成されている。
第４の受信回路６００は、例えば、入力される光信号を、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させる回路として使用される。ここでは、一例として、第４ポート部７１からＴＥ偏波及びＴＭ偏波を含む基本モードの光信号を入力し、第２の光導波路素子２００において、基本モードのＴＥ偏波については偏波を変換せずに第６ポート部８２から出力し、かつ基本モードのＴＭ偏波を基本モードのＴＥ偏波に変換して第３ポート部４２から出力し、これら第６ポート部８２及び第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波を、受光素子３４０が受光する構成例について説明する。
この例では、基本モードのＴＥ偏波又はＴＭ偏波を含む光信号は、第２の光導波路素子２００の第４ポート部７１に入力される。そして、第２の光導波路素子２００において、光信号に含まれる基本モードのＴＥ偏波は、偏波変換されずに第６ポート部８２から出力される。光信号に含まれる基本モードのＴＭ偏波は、基本モードのＴＥ偏波に変換されて第３ポート部４２から出力される。
第３ポート部４２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第１のＴＥ偏波とも称する）は、第１前段接続導波路コア６１０の第１アーム部６１１に入力され、第１直線部６１２へ送られる。第１直線部６１２を伝播する第１のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第１波長フィルタ部６７０において、第１リング導波路コア５３０を経て、第１後段接続導波路コア５５０の第３直線部５５１へ送られる。第３直線部５５１へ送られる特定の波長の第１のＴＥ偏波は、第３アーム部５５２を経て、受光素子３４０に受光される。
一方、第６ポート部８２から出力される基本モードのＴＥ偏波（以下、この実施の形態において第２のＴＥ偏波とも称する）は、第２前段接続導波路コア６２０の第２アーム部６２１に入力され、第２直線部６２２へ送られる。第２直線部６２２を伝播する第２のＴＥ偏波のうち、特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第２波長フィルタ部６８０において、第２リング導波路コア５４０を経て、第２後段接続導波路コア５６０の第４直線部５６１へ送られる。第４直線部５６１へ送られる特定の波長の第２のＴＥ偏波は、第４アーム部５６２を経て、受光素子３４０に受光される。
第１前段接続導波路コア６１０及び第２前段接続導波路コア６２０は、クラッドよりも高い屈折率を有する例えばＳｉを材料として形成されている。その結果、第１前段接続導波路コア６１０及び第２前段接続導波路コア６２０は、光の伝送路として機能し、入力された光がこれらの平面形状に応じた伝播方向に伝播する。
なお、伝播する光が支持基板へ逃げるのを防止するために、第１前段接続導波路コア６１０及び第２前段接続導波路コア６２０は、支持基板から例えば少なくとも３μｍ以上離間して形成されているのが好ましい。
第１アーム部６１１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第１アーム部６１１の一端６１１ａは、第２の光導波路素子２００の第３ポート部４２と接続されている。第１アーム部６１１の他端６１１ｂは、第１直線部６１２と接続されている。また、第１アーム部６１１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１アーム部６１１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１直線部５６２は、直線導波路として構成することができる。第１直線部６１２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第１直線部６１２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２アーム部６２１は、例えば曲がり導波路及び直線導波路を組み合わせて構成することができる。第２アーム部６２１の一端６２１ａは、第２の光導波路素子２００の第６ポート部８２と接続されている。第２アーム部６２１の他端６２１ｂは、第２直線部６２２と接続されている。また、第２アーム部６２１は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２アーム部６２１は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第２直線部６２２は、直線導波路として構成することができる。第２直線部６２２は、少なくともＴＥ偏波に対してシングルモード条件を達成する厚さ及び幅で形成されている。従って、第２直線部６２２は、基本モードのＴＥ偏波を伝播させる。
第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０は、上述した第３の受信回路５００と同様であるため、説明を省略する。
第４の受信回路６００では、第１直線部６１２、第１リング導波路コア５３０、及び第１リング導波路コア５３０を挟んで第１直線部６１２と対向する第３直線部５５１によって、リング共振器としての第１波長フィルタ部６７０が構成されている。第１波長フィルタ部６７０では、第１直線部６１２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、第１リング導波路コア５３０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、第１後段接続導波路コア５５０の第３直線部５５１へ移行する。
また、第４の受信回路６００では、第２直線部６２２、第２リング導波路コア５４０、及び第２リング導波路コア５４０を挟んで第２直線部６２２と対向する第４直線部５６１によって、リング共振器としての第２波長フィルタ部６８０が構成されている。第２波長フィルタ部６８０では、第２直線部６２２を伝播する基本モードのＴＥ偏波のうち、第２リング導波路コア５４０の円周の長さに応じた特定の波長の基本モードのＴＥ偏波が、第２後段接続導波路コア５６０の第４直線部５６１へ移行する。
以上説明した第４の受信回路６００では、偏波分離機能及び偏波回転機能を有する第２の光導波路素子２００を備えることによって、ＴＥ偏波又はＴＭ偏波の一方に揃えて受光素子３４０に受光させることができる。また、第２の光導波路素子２００を用いることにより、第４の受信回路６００は、製造誤差の影響を受けにくく、かつ簡易に製造することができる。さらに、第４の受信回路６００では、第３ポート部４２及び第６ポート部８２間がループ回路になっていないため、第３ポート部４２及び第６ポート部８２からの出力光のうち、第１波長フィルタ部６７０及び第２波長フィルタ部６８０において第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０に移行しない波長の光が、再度第２の光導波路素子２００に戻るのを防止することができる。さらに、第２の光導波路素子２００において、偏波変換されないＴＥ偏波が、第１ブラッグ反射部３４（図１１参照）に入力されないため、第１ブラッグ反射部３４のグレーティングにおける透過成分の減少の問題を防止することができる。従って、入力された光信号の損失を抑えつつ、受光素子３４０に受光させることができる。
なお、ここでは、第６ポート部８２から基本モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２から基本モードのＴＥ偏波が出力される構成について説明した。しかしながら、第４の受信回路６００は、この構成に限定されない。第２の光導波路素子２００の設計に応じて、第６ポート８２からｒ次モードのＴＥ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＥ偏波が出力される構成、又は第６ポート部８２からｒ次モードのＴＭ偏波が出力され、第３ポート部４２からｍ次モードのＴＭ偏波が出力される構成とすることもできる。この場合には、第３ポート部４２及び第６ポート部８２から出力される偏波及びモード次数に応じて、第１前段接続導波路コア６１０、第２前段接続導波路コア６２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０を設計することができる。
また、ここでは、第１波長フィルタ部６７０及び各第２波長フィルタ部６８０として、リング共振器を用いる構成例について説明したが、第１波長フィルタ部６７０及び各第２波長フィルタ部６８０はリング共振器に限定されない。第１波長フィルタ部６７０及び各第２波長フィルタ部６８０として、例えばマッハツェンダ干渉器等の他の波長フィルタを用いることもできる。
さらに、第１の受信回路、第２の受信回路及び第３の受信回路と同様に、第４の受信回路についても、変形例として、第３ポート部４２及び第６ポート部８２から出力される光から、異なる複数の特定の波長を取り出し、それぞれ異なる受光素子に受光させる構成とすることができる（図示せず）。この場合には、円周の長さの異なる複数の第１リング導波路コア５３０を並列に形成する。また、円周の長さの異なる複数の第２リング導波路コア５４０を並列に形成する。そして、各第１リング導波路コア５３０に一対一対応して、複数の第１後段接続導波路コア５５０を、及び各第２リング導波路コア５４０に一対一対応して、複数の第２後段接続導波路コア５６０を形成する。これにより、複数の第１波長フィルタ部６７０及び第２波長フィルタ部６８０が構成される。さらに、各第１波長フィルタ部６７０は、複数の第１後段接続導波路コア５５０によって、それぞれ異なる受光素子３４０に接続される。また、各第２波長フィルタ部６８０は、複数の第２後段接続導波路コア５６０によって、それぞれ異なる受光素子３４０に接続される。
このように円周の長さの異なる複数の第１リング導波路コア５３０及び第２リング導波路コア５４０、複数の第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０、並びに複数の受光素子３４０を形成することにより、各第１波長フィルタ部６７０及び各第２波長フィルタ部６８０において、各第１リング導波路コア５３０及び各第２リング導波路コア５４０の円周の長さに応じた特定の波長の光が、対応する第１後段接続導波路コア５５０及び第２後段接続導波路コア５６０へ移行する。従って、異なる複数の特定の波長の光を、波長毎に異なる受光素子３４０に受光させることができる。
（製造方法）
上述した第１の光導波路素子１００及び第２の光導波路素子２００、並びに第１の受信回路３００、第２の受信回路４００、第３の受信回路５００及び第４の受信回路６００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、一例として第１の光導波路素子１００の製造方法について説明する。
すなわち、まず、支持基板層、ＳｉＯ２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、例えばエッチング技術を用い、Ｓｉ層をパターニングすることによって、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を形成する。その結果、支持基板１０としての支持基板層上にＳｉＯ２層が積層され、さらにＳｉＯ２層上に第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０が形成された構造体を得ることができる。次に、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２層上に、ＳｉＯ２を、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０を被覆して形成する。その結果、クラッド２０によって第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０が包含され、第１の光導波路素子１００を製造することができる。
なお、第２の光導波路素子２００を製造する場合には、上述したＳｉ層をパターニングする工程において、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア４０とともに、第３光導波路コア７０及び第４光導波路コア８０を形成することができる。
また、第１の受信回路３００及び第２の受信回路４００を製造する場合には、上述したＳｉ層をパターニングする工程において、各光導波路コア３０、４０、７０及び８０とともに、前段接続導波路コア３１０又は４１０、リング導波路コア３２０、後段接続導波路コア３３０及び受光素子３４０の光導波層を、第３の受信回路５００及び第４の受信回路６００を製造する場合には、上述したＳｉ層をパターニングする工程において、各光導波路コア３０、４０、７０及び８０とともに、第１前段接続導波路コア５１０又は６１０、第２前段接続導波路コア５２０又は６２０、第１リング導波路コア５３０、第２リング導波路コア５４０、第１後段接続導波路コア５５０、第２後段接続導波路コア５６０及び受光素子３４０の光導波層を、形成することができる。そして、クラッド２０を形成する前に、受光素子３４０の光吸収層を形成することができる。
１０：支持基板
２０：クラッド
３０：第１光導波路コア
３１：第１ポート部
３２：第１結合部
３３：第１接続部
３４：ブラッグ反射部（第１ブラッグ反射部）
３５：第２接続部
３６：第２ポート部
３７：リブ導波路部
３８ａ、３８ｂ：スラブ導波路部
４０：第２光導波路コア
４１：第２結合部
４２：第３ポート部
６０：結合領域（第１結合領域）
７０：第３光導波路コア
７１：第４ポート部
７２：第３結合部
７３：第３接続部
７４：第２ブラッグ反射部
７５：第４接続部
７６：第５ポート部
８０：第４光導波路コア
８１：第４結合部
８２：第６ポート部
９０：第２結合領域
１００：第１の光導波路素子
２００：第２の光導波路素子
３００、３６０：第１の受信回路
３１０、４１０：前段接続導波路コア
３１１、４１１、５１１、６１１：第１アーム部
３１２、４１２、５１２、６１２：第１直線部
３１３、４１３、５２１、６２１：第２アーム部
３２０：リング導波路コア
３３０：後段接続導波路コア
３３１，５５２：第３アーム部
３３２、５２２、６２２：第２直線部
３３３、５６２：第４アーム部
３４０：受光素子
３５０、４５０：波長フィルタ部
４００、４６０：第２の受信回路
５００：第３の受信回路
５１０、６１０：第１前段接続導波路コア
５２０、６２０：第２前段接続導波路コア
５３０：第１リング導波路コア
５４０：第２リング導波路コア
５５０：第１後段接続導波路コア
５５１：第３直線部
５６０：第２後段接続導波路コア
５６１：第４直線部
５７０、６７０：第１波長フィルタ
５８０、６８０：第２波長フィルタ
６００：第４の受信回路

Claims (9)

  1. 第１光導波路コアと第２光導波路コアと第３光導波路コアと第４光導波路コアとを備え、
    前記第１光導波路コアは、
    ｋ次モード（ｋは０以上の整数）の、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モード（ｈは０以上の整数）の他方の偏波、並びにｐ次モード（ｐはｈとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第１結合部と、
    該第１結合部と接続された第１ブラッグ反射部と
    を有し、
    前記第２光導波路コアは第２結合部を有し、
    前記第１ブラッグ反射部は、
    入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部と、
    前記リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ前記リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれ前記リブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部と
    を含み、
    前記第１結合部と前記第２結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第１結合領域が設定されており、
    前記第１結合領域では、前記第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、前記第２結合部を伝播するｍ次モード（ｍは０以上の整数）の他方の偏波とが結合され、
    前記第３光導波路コアは、
    ｋ次モードの、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｐ次モードの他方の偏波、並びにｑ次モード（ｑはｐとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第３結合部と、
    該第３結合部と接続された第２ブラッグ反射部と
    を有し、
    前記第４光導波路コアは第４結合部を有し、
    前記第２ブラッグ反射部には、入力されるｐ次モードの他方の偏波をｑ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力される一方の偏波を透過させるグレーティングが形成されており、
    前記第３結合部と前記第４結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第２結合領域が設定されており、
    前記第２結合領域では、前記第３結合部を伝播するｑ次モードの他方の偏波と、前記第４結合部を伝播するｒ次モード（ｒは０以上の整数）の他方の偏波とが結合され、
    前記第２ブラッグ反射部の、前記第３結合部と接続されているのとは反対側と、前記第１結合部の、前記第１ブラッグ反射部と接続されているのとは反対側とが接続されている
    ことを特徴とする光導波路素子。
  2. 前記リブ導波路部に形成された前記グレーティングは、
    ブラッグ波長をλ、グレーティング周期をΛ、ＴＥ偏波のｋ次モードの等価屈折率をＮＴＥｋ、ＴＭ偏波のｈ次モードの等価屈折率をＮＴＭｈとして、（ＮＴＥｋ＋ＮＴＭｈ）Λ＝λを満足する設計、又は
    ＴＭ偏波のｋ次モードの等価屈折率ＮＴＭｋ、ＴＥ偏波のｈ次モードの等価屈折率ＮＴＥｈとして、（ＮＴＭｋ＋ＮＴＥｈ）Λ＝λを満足する設計
    で形成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
  3. 前記リブ導波路部に形成されたグレーティングは、
    ブラッグ波長をλ１、グレーティング周期をΛ１、ＴＥ偏波のｋ次モードの等価屈折率をＮＴＥｋ、ＴＭ偏波のｈ次モードの等価屈折率をＮＴＭｈとして、（ＮＴＥｋ＋ＮＴＭｈ）Λ１＝λ１を満足する設計、又は
    ＴＭ偏波のｋ次モードの等価屈折率ＮＴＭｋ、ＴＥ偏波のｈ次モードの等価屈折率ＮＴＥｈとして、（ＮＴＭｋ＋ＮＴＥｈ）Λ１＝λ１を満足する設計
    で形成され、
    前記第２ブラッグ反射部に形成されたグレーティングは、
    ブラッグ波長をλ２、グレーティング周期をΛ２、ＴＥ偏波のｐ次モードの等価屈折率をＮＴＥｐ、ＴＥ偏波のｑ次モードの等価屈折率をＮＴＥｑとして、（ＮＴＥｐ＋ＮＴＥｑ）Λ２＝λ２を満足する設計、又は
    ＴＭ偏波のｐ次モードの等価屈折率をＮＴＭｐ、ＴＭ偏波のｑ次モードの等価屈折率をＮＴＭｑとして、（ＮＴＭｐ＋ＮＴＭｑ）Λ２＝λ２を満足する設計
    で形成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子と、前段接続導波路コアと、波長フィルタ部と、後段接続導波路コアと、受光素子とを備え、
    前記前段接続導波路コアは、一端側で前記第２結合部と接続され、他端側で前記第４結合部と接続され、
    前記前段接続導波路コアの一端からは、前記第２結合部を伝播する他方の偏波が入力され、かつ前記前段接続導波路コアの他端からは、前記第４結合部を伝播する他方の偏波が入力され、
    前記波長フィルタ部は、前記前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記後段接続導波路コアに送り、
    前記後段接続導波路コアは、前記波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送る
    ことを特徴とする受信回路。
  5. 複数の前記波長フィルタ部及び複数の前記受光素子を備え、
    各前記波長フィルタ部は、前記前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、それぞれ異なる特定の波長の他方の偏波を取り出して前記後段接続導波路コアに送り、前記後段接続導波路は、他方の偏波を波長毎に異なる前記受光素子に送る
    ことを特徴とする請求項４に記載の受信回路。
  6. 光導波路素子と、第１前段接続導波路コアと、第２前段接続導波路コアと、第１波長フィルタ部と、第２波長フィルタ部と、第１後段接続導波路コアと、第２後段接続導波路コアと、受光素子とを備え、
    光導波路素子は、第１光導波路コアと第２光導波路コアとを備え、
    前記第１光導波路コアは、
    ｋ次モード（ｋは０以上の整数）の、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モード（ｈは０以上の整数）の他方の偏波、並びにｐ次モード（ｐはｈとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第１結合部と、
    該第１結合部と接続された第１ブラッグ反射部と
    を有し、
    前記第２光導波路コアは第２結合部を有し、
    前記第１ブラッグ反射部は、
    入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部と、
    前記リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ前記リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれ前記リブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部と
    を含み、
    前記第１結合部と前記第２結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第１結合領域が設定されており、
    前記第１結合領域では、前記第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、前記第２結合部を伝播するｍ次モード（ｍは０以上の整数）の他方の偏波とが結合され、
    前記第１前段接続導波路コアは、前記第１ブラッグ反射部の、前記第１結合部と接続されているのとは反対側と接続され、
    前記第１前段接続導波路コアには、前記第１ブラッグ反射部を透過する他方の偏波が入力され、
    前記第２前段接続導波路コアは、前記第２結合部と接続され、
    前記第２前段接続導波路コアには、前記第２結合部を伝播する他方の偏波が入力され、
    前記第１波長フィルタ部は、前記第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第１後段接続導波路コアに送り、
    前記第２波長フィルタ部は、前記第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第２後段接続導波路コアに送り、
    前記第１後段接続導波路コアは、前記第１波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送り、
    前記第２後段接続導波路コアは、前記第２波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送る
    ことを特徴とする受信回路。
  7. 光導波路素子と、第１前段接続導波路コアと、第２前段接続導波路コアと、第１波長フィルタ部と、第２波長フィルタ部と、第１後段接続導波路コアと、第２後段接続導波路コアと、受光素子とを備え、
    光導波路素子は、第１光導波路コアと第２光導波路コアとを備え、
    前記第１光導波路コアは、
    ｋ次モード（ｋは０以上の整数）の、ＴＥ偏波及びＴＭ偏波のいずれか一方の偏波、ｈ次モード（ｈは０以上の整数）の他方の偏波、並びにｐ次モード（ｐはｈとは異なる０以上の整数）の他方の偏波を伝播させる第１結合部と、
    該第１結合部と接続された第１ブラッグ反射部と
    を有し、
    前記第２光導波路コアは第２結合部を有し、
    前記第１ブラッグ反射部は、
    入力されるｋ次モードの一方の偏波をｈ次モードの他方の偏波に変換してブラッグ反射し、かつ入力されるｐ次モードの他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されたリブ導波路部と、
    前記リブ導波路部よりも小さい厚さで、かつ前記リブ導波路部の光伝播方向に沿った両側面に、それぞれ前記リブ導波路部と一体的に形成されたスラブ導波路部と
    を含み、
    前記第１結合部と前記第２結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、第１結合領域が設定されており、
    前記第１結合領域では、前記第１結合部を伝播するｈ次モードの他方の偏波と、前記第２結合部を伝播するｍ次モード（ｍは０以上の整数）の他方の偏波とが結合され、
    前記グレーティングは、
    ブラッグ波長をλ、グレーティング周期をΛ、ＴＥ偏波のｋ次モードの等価屈折率をＮ ＴＥｋ 、ＴＭ偏波のｈ次モードの等価屈折率をＮ ＴＭｈ として、（Ｎ ＴＥｋ ＋Ｎ ＴＭｈ ）Λ＝λを満足する設計、又は
    ＴＭ偏波のｋ次モードの等価屈折率Ｎ ＴＭｋ 、ＴＥ偏波のｈ次モードの等価屈折率Ｎ ＴＥｈ として、（Ｎ ＴＭｋ ＋Ｎ ＴＥｈ ）Λ＝λを満足する設計
    で形成され、
    前記第１前段接続導波路コアは、前記第１ブラッグ反射部の、前記第１結合部と接続されているのとは反対側と接続され、
    前記第１前段接続導波路コアには、前記第１ブラッグ反射部を透過する他方の偏波が入力され、
    前記第２前段接続導波路コアは、前記第２結合部と接続され、
    前記第２前段接続導波路コアには、前記第２結合部を伝播する他方の偏波が入力され、
    前記第１波長フィルタ部は、前記第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第１後段接続導波路コアに送り、
    前記第２波長フィルタ部は、前記第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第２後段接続導波路コアに送り、
    前記第１後段接続導波路コアは、前記第１波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送り、
    前記第２後段接続導波路コアは、前記第２波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送る
    ことを特徴とする受信回路。
  8. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子と、第１前段接続導波路コアと、第２前段接続導波路コアと、第１波長フィルタ部と、第２波長フィルタ部と、第１後段接続導波路コアと、第２後段接続導波路コアと、受光素子とを備え、
    前記第１前段接続導波路コアは、前記第２結合部と接続され、
    前記第１前段接続導波路コアには、前記第２結合部を伝播する他方の偏波が入力され、
    前記第２前段接続導波路コアは、前記第４結合部と接続され、
    前記第２前段接続導波路コアには、前記第４結合部を伝播する他方の偏波が入力され、
    前記第１波長フィルタ部は、前記第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第１後段接続導波路コアに送り、
    前記第２波長フィルタ部は、前記第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第２後段接続導波路コアに送り、
    前記第１後段接続導波路コアは、前記第１波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送り、
    前記第２後段接続導波路コアは、前記第２波長フィルタ部から送られる特定の波長の他方の偏波を、前記受光素子に送る
    ことを特徴とする受信回路。
  9. 複数の前記第１波長フィルタ部、複数の前記第２波長フィルタ部及び複数の前記受光素子を備え、
    各前記第１波長フィルタ部は、前記第１前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、それぞれ異なる特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第１後段接続導波路コアに送り、前記第１後段接続導波路コアは、他方の偏波を波長毎に異なる前記受光素子に送り、
    各前記第２波長フィルタ部は、前記第２前段接続導波路コアを伝播する他方の偏波から、それぞれ異なる特定の波長の他方の偏波を取り出して前記第２後段接続導波路コアに送り、前記第２後段接続導波路コアは、他方の偏波を波長毎に異なる前記受光素子に送る
    ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の受信回路。
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