JP6402519B2 - 光導波路素子 - Google Patents
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Description
(構成)
図1(A)及び(B)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について説明する。図1(A)は、光導波路素子を示す概略的平面図である。なお、図1(A)では、後述する上部クラッド層を省略して示してある。図1(B)は、図1(A)に示す光導波路素子をI−I線で切り取った概略的端面図である。
等価屈折率Na及びNbには波長依存性があるため、特定の波長λに対してのみ上式(1)が成立する。また、等価屈折率Na及びNbには偏波依存性があるため、等価屈折率Na及びNbは、TE偏波とTM偏波とで異なる値となる。
波長λ0で、基本モードのTM偏波が、基本モード及び他の次数モードのTM偏波、並びに基本モード及び他の次数モードのTE偏波と結合されない条件において、基本モードのTM偏波はグレーティングを透過する。従って、基本モードのTM偏波がグレーティングを透過する条件は、下式(3)及び(4)で表される。なお、NTM0はTM偏波の基本モードの等価屈折率を、NTMiはTM偏波のi次モード(iは0以上の整数)の等価屈折率を、NTEjはTE偏波のj次モード(jは0以上の整数)の等価屈折率を、それぞれ示す。
(NTM0+NTEj)Λ≠λ0 ・・・(4)
グレーティング40は、基部41と突出部43a及び43bとを一体的に含んで構成されている。基部41は、一定の幅W1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43aは、基部41の一方の側面に、周期的に複数形成されている。突出部43bは、基部41の他方の側面に、突出部43aと同じ周期で複数形成されている。これら突出部43a及び43bは、基部41を挟んで対称となる位置に形成されている。基部41の幅W1、突出部43a及び43bの突出幅D、及び突出部43a及び43bの周期Λは、上式(2)〜(4)が全て成立するように設計される。
NW4TE0<NW2TE1<NW3TE0<NW2TE0 ・・・(8)
なお、NW2TM0は多モード導波路部31における基本モードのTM偏波の等価屈折率を、NW2TM1は多モード導波路部31における1次モードのTM偏波の等価屈折率を、NW3TM0は結合部51の一端51aにおける基本モードのTM偏波の等価屈折率を、及びNW4TM0は結合部51の他端51bにおける基本モードのTM偏波の等価屈折率を、それぞれ示す。また、NW2TE0は多モード導波路部31における基本モードのTE偏波の等価屈折率を、NW2TE1は多モード導波路部31における1次モードのTE偏波の等価屈折率を、NW3TE0は結合部51の一端51aにおける基本モードのTE偏波の等価屈折率を、及びNW4TE0は結合部51の他端51bにおける基本モードのTE偏波の等価屈折率を、それぞれ示す。
(NTMp+NTMi)Λ≠λ0 ・・・(10)
(NTMp+NTEj)Λ≠λ0 ・・・(11)
あるいは、下式(12)〜(14)が全て成立するように設計することによって、入力される波長λ0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40を形成することもできる。なお、NTEpはTE偏波のp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、それぞれ示す。
(NTEp+NTMi)Λ≠λ0 ・・・(13)
(NTEp+NTEj)Λ≠λ0 ・・・(14)
また、双方向結合領域60についても、基本モードのTM偏波と1次モードのTM偏波とを結合する構成に限定されない。多モード導波路部31の幅W2、並びに結合部51の一端51aの幅W3及び他端51bの幅W4を適宜設定することによって、多モード導波路部31を伝播するh次モードの一方の偏波と、結合部51を伝播するm次モード(mはhとは異なる0以上の整数)の一方の偏波とを結合することができる。
この実施の形態による光導波路素子100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。
発明者は、光導波路素子100の利用形態として、好適な設計例を決定するためにいくつかのシミュレーションを行った。なお、以下の各シミュレーションでは、光導波路素子100に入力される光信号の波長が1.55μmである場合を想定している。そして、グレーティング40は、基本モードのTE偏波を1次モードのTM偏波に変換してブラッグ反射する構成例を想定している。また、双方向結合領域60は、1次モードのTM偏波と基本モードのTM偏波とを結合する構成例を想定している。また、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を厚さ0.3μmのSi製とし、下部クラッド層20をSiO2製とし、及び上部クラッド層70を空気とした。
図8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について説明する。図8(A)は、第2の実施の形態による光導波路素子の第1の構成例を、光の伝播方向に直交する面で切り取った切り口を示す端面図である。図8(B)は、第2の実施の形態による光導波路素子の第2の構成例を、光の伝播方向に直交する面で切り取った切り口を示す端面図である。なお、これら図8(A)及び(B)は、上述した第1の実施の形態における図1(B)に対応する端面を示している。
20:下部クラッド層
30:第1光導波路コア
31:多モード導波路部
33:ブラッグ反射部
35:第1ポート
37:第2ポート
40:グレーティング
50:第2光導波路コア
51:結合部
57:第3ポート
60:双方向結合領域
70:上部クラッド層
100:光導波路素子
Claims (6)
- 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kとは異なる0以上の整数)の他方の偏波、並びにp次モード(pは0以上の整数)の他方の偏波を伝播させる多モード導波路部と、該多モード導波路部と接続されたブラッグ反射部とを有し、
前記第2光導波路コアは結合部を有し、
前記ブラッグ反射部には、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ており、
少なくとも前記ブラッグ反射部の前記グレーティングが形成された領域では、前記第1光導波路コアを伝播する光に対する屈折率が、前記第1光導波路コアの中心に対して上下で異なり、
前記多モード導波路部と前記結合部とが互いに離間しかつ並んで配置された、双方向結合領域が設定されており、
前記双方向結合領域では、前記多モード導波路部を伝播するh次モードの他方の偏波と、前記結合部を伝播するm次モード(mはhとは異なる0以上の整数)の他方の偏波とが結合される
ことを特徴とする光導波路素子。 - 前記グレーティングは、
ブラッグ波長λ0、グレーティング周期Λ、TE偏波のk次モードの等価屈折率NTEk、TM偏波のh次モードの等価屈折率NTMh、TM偏波のp次モードの等価屈折率NTMp、TM偏波のi次モード(iは0以上の整数)の等価屈折率NTMi、及びTE偏波のj次モード(jは0以上の整数)の等価屈折率NTEjについて、(NTEk+NTMh)Λ=λ0、(NTMp+NTMi)Λ≠λ0、及び(NTMp+NTEj)Λ≠λ0を全て満足する設計、又は
ブラッグ波長λ0、グレーティング周期Λ、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、TE偏波のp次モードの等価屈折率NTEp、TM偏波のi次モードの等価屈折率NTMi、及びTE偏波のj次モードの等価屈折率NTEjについて、(NTMk+NTEh)Λ=λ0、(NTEp+NTMi)Λ≠λ0、及び(NTEp+NTEj)Λ≠λ0を全て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。 - 少なくとも前記ブラッグ反射部の前記グレーティングが形成された領域において、前記第1光導波路コアは、下面を下部クラッド層によって、及び上面及び側面を上部クラッド層によって被覆されており、
前記下部クラッド層と前記上部クラッド層とは異なる屈折率を有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。 - 少なくとも前記ブラッグ反射部の前記グレーティングが形成された領域において、前記第1光導波路コアは、下面と上面とが異なる寸法に設定されて形成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路素子。 - 前記グレーティングは、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成される基部と、該基部の両側面にそれぞれ周期的に複数形成されている突出部とを含んで構成され、
前記突出部は、周期毎に突出幅が一定の変化量で変化する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路素子。 - 前記グレーティングは、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成される基部と、該基部の両側面にそれぞれ複数形成されている突出部とを含んで構成され、
光の伝播方向に沿って隣り合う前記突出部間の離間距離は、光の伝播方向に沿って一定の変化量で変化する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光導波路素子。
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