偏波回転素子
【課題】高精度な製造プロセスを必要とせずに、容易に実装が可能な偏波回転素子を提供する。
【解決手段】例えば酸化シリコン（屈折率１．４４４）からなる下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に配置された第１コア１０２及び第２コア１０３からなるコア部１０４を備える。コア部１０４は、例えばシリコン（屈折率３．４７８）から構成されている。コア部１０４を構成している第１コア１０２及び第２コア１０３は、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されている。第１コア１０２の方が第２コア１０３より幅広に形成されている。
【解決手段】例えば酸化シリコン（屈折率１．４４４）からなる下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に配置された第１コア１０２及び第２コア１０３からなるコア部１０４を備える。コア部１０４は、例えばシリコン（屈折率３．４７８）から構成されている。コア部１０４を構成している第１コア１０２及び第２コア１０３は、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されている。第１コア１０２の方が第２コア１０３より幅広に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンなどをコアに用いた高屈折率差光導波路の偏波依存性を抑制するための偏波回転素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信用デバイスが持つ大きな課題の１つに、小型化・高集積化がある。この高集積化を光平面回路において達成するためには、大きく２つのアプローチがある。この１つは、ガラス光導波路を基礎としながら、反射型素子を部分的に用いて光導波路の曲げ半径の限界を打破しようとするものである。挿入損失の増大など、反射型素子を用いることによる特性の劣化はあるものの、従来製品の１／１０程度に小型化が可能であり、偏波依存性が小さいという利点があるため、この方法の検討は進んでいる。しかしながら、反射型素子を用いる技術では、縮小率が１／１０程度であり、原理的にはこれ以上の小型化が望めない。
【０００３】
小型化を達成するための他の１つは、高屈折率差導波路を用いる技術である。この技術では、ガラス導波路と比較したときのデバイス面積が１／１００００以下に小型化することが可能となる。特に、シリコンをコアとした導波路は、安価なデバイスを大量に提供することが可能と考えられ、多くの検討が進んでいる。しかしながら、高屈折率差導波路を用いる技術においては、偏波依存性が大きな問題となっている。特に、光通信光通信用デバイスに用いる際は、偏波依存性が大きな障害となることが指摘されている。
【０００４】
高屈折率差導波路では、コア寸法が１μｍ以下であるため、正確な正方形コア断面を得ることが容易ではなく、また、コアの上下のクラッドの屈折率を正確に等しくすることも容易ではないため、加工精度を向上させるだけでは偏波依存性を解消させることは困難である。また、高屈折率差導波路においては、光閉じ込めが強いため、ガラス導波路のように波長板を用いた偏波無依存化では、挿入損失が大きくなりすぎるという欠点があり、また、量産の面でも実装コストの増大を招くという欠点がある。
【０００５】
上述した高屈折率差導波路における問題を解消する技術として、三次元のコア形状を持つ偏波回転素子が提案されている（非特許文献１参照）。この偏波回転素子は、高屈折率材料からなる２つのコアを三次元的に結合させたものである。この技術によれば、高屈折率材料においても、挿入損失を増大させることなく、変化回転素子ひいては偏波無依存型微小光回路を実現することが可能となる。
【０００６】
また、偏心二重コア構造による偏波回転素子が提案されている（特許文献１参照）。この素子は、高屈折率材料からなる第１コアと、中程度の屈折率材料からなる第２コアと、低屈折率材料からなるクラッドとから構成され、第１コアと第２コアとの光伝搬方向の中心軸が一致していない構成とされた偏心二重コア光導波路とされたものであり、これらの構成により偏波回転を実現したものである。この技術によれば、三次元コア形状による偏波回転素子と同様に、高屈折率材料においても、挿入損失を増大せずに、変化回転素子ひいては偏波無依存型微小光回路を実現することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３０１０９号公報
【非特許文献１】M.R.Watts, H.A.Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators", OPTICS LETTERS, Vol.30, No.2, pp.138-140, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、光平面回路において小型化・高集積化を実現するためには、高屈折率差導波路に適応した偏波回転素子が重要となる。しかしながら、非特許文献１に示された偏波回転素子では、三次元形状のコアの作製は一般に困難であり、この素子の製造歩留まりを維持することは容易ではない。また、特許文献１に示された偏心二重コア光導波路においても、実際の素子の作製に際しては、２つのコアの偏心量を数１０ｎｍ以下に制御する必要がある。従って、偏心二重コア光導波路は、高精度な作製プロセスが必要となり、製造の歩留まりの低下を引き起こす可能性がある。
【０００９】
以上に説明したように、従来では、高屈折率差導波路に適用可能な偏波回転素子は、高精度な製造プロセスが必要となり容易に製造ができず、また、実装も容易ではないなど多くの問題を抱えていた。
【００１０】
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、高精度な製造プロセスを必要とせずに、容易に実装が可能な偏波回転素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る偏波回転素子は、下部クラッド層と、下部クラッド層の上に配置され、下部クラッド層と異なる屈折率の上部クラッド層と、下部クラッド層及び上部クラッド層の間に配置され、同じ方向に延在する幅の異なる第１コア及び第２コアからなるコア部とを少なくとも備え、コア部から構成される導波路はシングルモード条件が満たされているようにしたものである。
【００１２】
上記偏波回転素子において、下部クラッド層及び上部クラッド層の間に配置され、第１コア及び第２コアと同じ方向に延在してコア部を構成する第３コアを備えるようにしてもよい。
【００１３】
上記偏波回転素子において、コア部は、シリコンから構成されていればよい。また、下部クラッドは、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択されたものから構成され、上部クラッドは、空気，水，酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択された下部クラッドと異なる屈折率を持つものから構成されていればよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、幅の異なる少なくとの２つのコアからコア部を構成したので、高精度な製造プロセスを必要とせずに、容易に実装が可能な偏波回転素子が提供できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。図１は、本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。この偏波回転素子は、例えば酸化シリコン（屈折率１．４４４）からなる下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に配置された第１コア１０２及び第２コア１０３からなるコア部１０４を備える。コア部１０４は、例えばシリコン（屈折率３．４７８）から構成されている。また、この偏波回転素子では、上部クラッド層１０５として空気（屈折率１．０００））を用いている。従って、この偏波回転素子は、下部クラッド層１０１の上に、下部クラッド層１０１と屈折率が異なる上部クラッド層１０５が設けられ、下部クラッド層１０１と上部クラッド層１０５との間に、コア部１０４が設けられていることになる。
【００１６】
コア部１０４を構成している第１コア１０２及び第２コア１０３は、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されている。この例では、第１コア１０２の方が第２コア１０３より幅広に形成されている。
【００１７】
加えて、第１コア及び第２コアよりなるコア部１０４から構成される導波路がシングルモード条件となるように、第１コア１０２及び第２コア１０３の断面積の総和及びこれらの間隔が設定されている。例えば、偏波を回転させる対象の信号光の波長が１．５μｍ帯の場合、第１コア１０２，第２コア１０３，及びこれらの間隙を含めたコア部１０４の断面積が、概ね０．１μｍ2以下であればよい。
【００１８】
例えば、第１コア１０２は幅２５０ｎｍ・高さ２２０ｎｍに形成され、第２コア１０３は、幅１００ｎｍ・高さ２２０ｎｍに形成され、第１コア１０２と第２コア１０３との間隔は、１００ｎｍである。
【００１９】
このように、下部クラッド層と上部クラッド層とが屈折率が異なり、互いに幅の異なる複数のコアよりコア部が構成されているので、コア部の断面の中心から見ると、下部クラッド層から上部クラッド層の方向への上下方向、及び複数のコアの配列されている左右方向に、コア部を導波する光から見た屈折率を含めた状態が異なっていることになる。このように構成したことにより、コア部よりなる光導波路は、固有モードの軸が、複数のコアの配列方向（下部クラッド層の平面方向）に対して傾いた状態となる。言い換えると、本実施の形態における偏波回転素子は、導波路の固有モードの軸が、複数のコアの配列方向に対して傾いているようにしたものである。
【００２０】
上記構成とした偏波回転素子の製造方法について簡単に説明すると、例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意し、このＳＯＩ層を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで、第１コア及び第２コアが形成可能である。この場合、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が下部クラッド層となる。
【００２１】
また、上述した各材料を用いて各寸法に形成した本実施の形態の偏波回転素子について、固有モードを計算により求めると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、Ａ軸方向とＢ軸方向とが固有モードの軸となる。これら２つの固有モードの伝搬定数は異なるため、第１コア１０２の断面の中心と第２コア１０３の断面の中心とを通る直線に、平行もしくは垂直な状態で変更回転素子に入射した偏波は、コア部１０４よりなる導波路の伝搬中に偏波回転を受けることになる。このように、本実施の形態の偏波回転素子によれば、入射した偏波に偏波回転を与えることができる。
【００２２】
なお、図３に示すように、下部クラッド層１０１の上に、例えば、酸窒化シリコンや窒化シリコンからなる上部クラッド層１０６を備えるようにしても良い。また、上部クラッド層は、空気以外の他の気体であってもよく、水などの液体から構成されていても良い。なお、下部クラッド及び上部クラッドは、屈折率が互いに異なる材料から構成すればよく、上記材料に限るものではなく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂など、高分子材料から構成しても良い。下部クラッド層と上部クラッド層とに用いる材料の可能な組み合わせについて、以下の表１に示す。なお、クラッド層は、コアより低屈折率であることは言うまでもない。
【００２３】
【表１】
【００２４】
また、本例では、第１コア１０２及び第２コア１０３を同じ高さとしたが、これに限るものではなく、これらが異なる高さとなっていても良い。なお、前述したように製造する観点からは、第１コア及び第２コアは、同じ高さに形成する方が容易である。
【００２５】
また、本例では、下部クラッド層１０１の上において、第１コア１０２及び第２コア１０３の全側面を上部クラッド層で覆うようにしているが、これに限るものではない。例えば、第１コア及び第２コアが、これらの上面を露出した状態で下部クラッド層に埋め込まれ、この上に上部クラッド層が設けられているようにしても良い。また、第１コア及び第２コアが、これらの側面の半分程度まで下部クラッド層に埋め込まれ、この上に、上部クラッド層が設けられているようにしても良い。
【００２６】
次に、本実施の形態における偏波回転素子の適用例について説明する。図４は、上記偏波回転素子が適用される偏波無依存型波長フィルタの構成例を示す構成図である。この偏波無依存型波長フィルタは、入射導波路４０１，偏波分離素子４０２，第１分離導波路４０３，第２分離導波路４０４，偏波回転素子４０５ａ，波長フィルタ４０６，第３分離導波路４０７，第４分離導波路４０８，偏波回転素子４０５ｂ，合波素子４０９，及び出射導波路４１０を備えている。偏波回転素子４０５ａ及び偏波回転素子４０５ｂが、前述した本実施の形態における偏波回転素子である。また、各導波路は、シリコンをコアとした高屈折率差光導波路である。
【００２７】
この偏波無依存型波長フィルタは、入射導波路４０１に入射したＴＥ，ＴＭの混在した入射光４１１は、偏波分離素子４０２により例えばＴＥ成分の分岐光４１２及びＴＭ成分の分岐光４１３に分離され、各々第１分離導波路４０３及び第２分離導波路４０４に伝搬する。ここで、第１分離導波路４０３を伝播（導波）した分岐光４１２の偏波は回転を受けることがない。これに対し、第２分離導波路４０４には偏波回転素子４０５ａが接続されているため、分岐光４１３の偏波は９０°回転を受けて分岐光４１３ａとなる。分岐光４１３ａは、例えば、ＴＥ偏波になる。
【００２８】
以上のようにして、第１分離導波路４０３及び第２分離導波路４０４を通過した分岐光４１２及び分岐光４１３ａは、どちらもＴＥ偏波の状態で、波長フィルタ４０６によってろ波される。波長フィルタ４０６によってろ波される分岐光４１２及び分岐光４１３ａは、同じ偏波状態（ＴＥ偏波）であるため、入射光４１１の偏波の状態が変化しても、波長フィルタ４０６を透過する透過波長といった特性は変化しない。
【００２９】
この後、波長フィルタ４０６を通過した分岐光４１２は、第３分離導波路４０７に伝搬し、分岐光４１３ａは、第４分離導波路４０８に伝搬する。ここで、第３分離導波路４０７には偏波回転素子４０５ａが接続されているため、分岐光４１２の偏波は９０°回転を受けて分岐光４１２ａとなる。分岐光４１２ａは、例えば、ＴＭ偏波になる。これに対し、第４分離導波路４０８を伝播（導波）した分岐光４１３ａの偏波は回転を受けることがない。
【００３０】
以上のようにして、第３分離導波路４０７及び第４分離導波路４０８を通過した分岐光４１２ａ及び分岐光４１３ａは、合波素子４０９によって合波され、出射導波路４１０より出射する。
【００３１】
上述した分離、回転、合波は、２つの直交する偏波成分に対して線形に作用するため、信号の歪みは生じない。また、分岐光４１２及び分岐光４１３は、ともに１回ずつ偏波分離，偏波回転，合波の過程を経ているので、いずれかの処理の差異に過剰損失が発生したとしても、最終的には偏波依存損失につながることがない。これらのように、上述した構成の偏波無依存型波長フィルタによれば、偏波依存性の大きな高屈折率差導波路を用いていながら偏波依存化が実現されている。
【００３２】
ところで、本実施の形態における偏波回転素子は、図５（ａ）の平面図に示すように、長さ（導波路長）をＬとした１つ（一組）のコア部１０４から構成してもよく、また、図５（ｂ）の平面図に示すように、導波方向に直列に配置した複数のコア部１０４から構成しても良い。複数のコア部１０４から構成する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。図５（ｂ）では、第１コア１０２と第２コア１０３との配置関係が交互に異なるように、４つのコア部１０４を直列に配置した例を示している。なお、図５において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、各々の長さがＬの４つのコア部１０４を直列に配置した偏波回転素子の偏波消光比を、固有モード展開法で計算した結果について説明する。図６は、計算した偏波消光比（ＴＥ，ＴＭ偏波の強度比）と偏波回転素子の長さとの関係を示す特性図である。なお、図６に示す特性図の横軸「Ｌ（μｍ）」は、１つのコア部１０４の長さを示している。従って、横軸Ｌが４０μｍは、変化回転素子の長さが４０×４＝１６０μｍの場合である。ここで、前述したように、第１コア１０２は、幅２５０ｎｍ・高さ２２０ｎｍ、第２コア１０３は、幅１００ｎｍ・高さ２２０ｎｍ、第１コア１０２と第２コア１０３との間隔は、１００ｎｍである。また、入射光は、波長１５５０ｎｍのＴＭ偏波とした。図６から明らかなように、Ｌ＝４０μｍ程度において、入射したＴＭ偏波を、９０°回転してＴＥ偏光としている。言い換えると、Ｌ＝４０μｍ程度とすることで、ＴＭ偏波をＴＥ偏波に９０°回転する偏波回転素子として機能する。
【００３４】
ところで、本実施の形態の偏波回転素子は、例えば、図７に示すように、コア部１０４に、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２を接続して用いればよい。図７（ａ）は、斜視図であり、図７（ｂ）は平面図である。なお、図７において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。この構成において、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２は、コア部１０４と同じ材料から構成すればよく、例えば、シリコンなどの高屈折率材料から形成すればよい。また、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２は、断面の寸法がシングルモード条件を満たしている。例えば、対象とする信号光の波長が１５５０ｎｍ程度（１．５μｍ帯）である場合、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の断面積は、０．１μｍ2以下であればよい。
【００３５】
上記構成とした偏波回転素子では、直線偏光である入射光は、入力導波路コア６０１の部分より入力され、この導波路部分を伝搬してコア部１０４よりなる偏波回転領域に入射し、この偏波回転領域を伝搬する中で偏波が回転する。このようにして、偏波回転領域において、設定されているコア部１０４の長さによる所望の回転角だけ回転した後、偏波が回転した導波光は出力導波路コア６０２による導波路より出力される。
【００３６】
また、図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、複数のコア部１０４を配置しても良い。例えば、図８（ａ）は、２つのコア部１０４よりなる偏波回転領域を備える場合を示し、図８（ｂ）ば、３つ以上の複数のコア部１０４よりなる偏波回転領域を備える場合を示している。なお、図８において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。このように、複数のコア部１０４から構成する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。例えば、図８（ａ）の紙面において、隣り合うコア部１０４の一方のコア部１０４は、第１コア１０２が紙面上方に配置され、他方のコアは、第１コア１０２が紙面下方に配置されていればよい。言い換えると、第１コア１０２と第２コア１０３との間隙の位置が、隣り合うコア部１０４で異なっている。
【００３７】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、コア部１０４と入力導波路コア６０１の間、及び、コア部１０４と出力導波路コア６０２との間に、接続部６０３を設けるようにしても良い。接続部６０３は、第１コア１０２に連続する第１テーパコア６０３ａと、第２コア１０３に連続する第２テーパコア６０３ｂとから構成されている。なお、図９において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００３８】
第１テーパコア６０３ａは、第１コア１０２との接続端面が、第１コア１０２の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第１テーパコア６０３ａは、第１コア１０２との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００３９】
また、第２テーパコア６０３ｂは、第２コア１０３との接続端面が、第２コア１０３の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第２テーパコア６０３ｂは、第２コア１０３との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００４０】
また、第１テーパコア６０３ａ及び第２テーパコア６０３ｂと入力導波路コア６０１との接続端面においては、第１テーパコア６０３ａの接続端面と第２テーパコア６０３ｂの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０１の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。同様に、第１テーパコア６０３ａ及び第２テーパコア６０３ｂと入力導波路コア６０２との接続端面においては、第１テーパコア６０３ａの接続端面と第２テーパコア６０３ｂの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０２の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。
【００４１】
従って、接続部６０３においては、第１テーパコア６０３ａと第２テーパコア６０３ｂとの間隔（間隙）が、コア部１０４から離れるに従って徐々に狭まり、入力導波路コア６０１との接続箇所もしくは出力導波路コア６０２との接続箇所においては、間隙がない状態となる。
【００４２】
以上のような構成とした接続部６０３を設けることで、入力導波路コア６０１とコア部１０４との間，及びコア部１０４と出力導波路コア６０２との間の光結合の損失を低減することができる。
【００４３】
また、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、両端に接続部６０３を配置したコア部１０４からなる偏波回転領域の組を複数組直列に配置しても良い。例えば、図１０（ａ）は、二組の偏波回転領域を備える場合を示し、図１０（ｂ）ば、三組以上の偏波回転領域を備える場合を示している。なお、図１０において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００４４】
このように、複数のコア部１０４を配置する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。例えば、図１０（ａ）の紙面において、隣り合うコア部１０４の一方のコア部１０４は、第１コア１０２が紙面上方に配置され、他方のコアは、第１コア１０２が紙面下方に配置されていればよい。また、この状態に合わせて、接続部６０３を配置する。
【００４５】
ところで、上述では、幅の異なる２つのコアからなるコア部で偏波回転素子を形成したが、これに限るものではない。例えば、図１１（ａ）の平面図に示すように、第１コア１０２及び第２コア１０３に加え、第２コア１０３より幅の狭い第１コア１０３ａから、コア部１１０４を構成し、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２を接続して用いてもよい。
【００４６】
このように構成したコア部１１０４においても、第１コア１０２，第２コア１０３，及び第３コア１０３ａは、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されていればよい。この例では、第１コア１０２，第２コア１０３，第３コア１０３ａの順に、幅が狭くされている。
【００４７】
加えて、コア部１１０４から構成される導波路がシングルモード条件となるように、第１コア１０２，第２コア１０３，及び第３コア１０３ａの断面積の総和及びこれらの間隔が設定されている。例えば、偏波を回転させる対象の信号光の波長が１．５μｍ帯の場合、第１コア１０２，第２コア１０３，第３コア１０３ａ，及びこれらの間隙を含めたコア部１１０４の断面積が、概ね０．１μｍ2以下であればよい。なお、当然ではあるが、コア部１１０４の断面形状は、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の断面形状と一致している。
【００４８】
また、この例においても、図１１（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、複数のコア部１１０４を配置しても良い。また、図１１（ｃ）に示すように、コア部１１０４と入力導波路コア６０１との間，及びコア部１１０４と出力導波路コア６０２との間に、接続部１１０５を設けるようにしてもよい。接続部１１０５は、図１１（ｄ）の平面図に拡大して示すように、接続部１１０５は、第１コア１０２に連続する第１テーパコア１１０５ａ，第２コア１０３に連続する第２テーパコア１１０５ｂ，及び第３コア１０３ａに連続する第３テーパコア１１０５ｃから構成されている。なお、図１１において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００４９】
第１テーパコア１１０５ａは、第１コア１０２との接続端面が、第１コア１０２の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第１テーパコア１１０５ａは、第１コア１０２との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５０】
また、第２テーパコア１１０５ｂは、第２コア１０３との接続端面が、第２コア１０３の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第２テーパコア１１０５ｂは、第２コア１０３との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５１】
また、第３テーパコア１１０５ｃは、第３コア１０３ａとの接続端面が、第３コア１０３ａの接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第３テーパコア１１０５ｃは、第３コア１０３ａとの接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５２】
また、第１テーパコア１１０５ａ，第２テーパコア１１０５ｂ，及び第３テーパコア１１０５ｃと入力導波路コア６０１との接続端面においては、第１テーパコア１１０５ａの接続端面，第２テーパコア１１０５ｂの接続端面，及び第３テーパコア１１０５ｃの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０１の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。これは、出力導波路コア６０２の側においても同様である。
【００５３】
従って、接続部１１０５においては、第１テーパコア１１０５ａと第２テーパコア１１０５ｂとの間隔（間隙）及び第２テーパコア１１０５ｂと第３テーパコア１１０５ｃとの間隙が、コア部１１０４から離れるに従って徐々に狭まり、入力導波路コア６０１との接続箇所もしくは出力導波路コア６０２との接続箇所においては、間隙がない状態となる。
【００５４】
なお、上述では、３つのコアでコア部を構成したが、これに限るものではなく、４つのコアでコア部を構成してもよく、互いの幅の異なる複数のコアでコア部を構成しても良い。この場合においても、各コアは、所定の間隔を開けて配置されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における偏波回転素子における２つの固有モードの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における偏波回転素子が適用される偏波無依存型波長フィルタの構成例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における偏波回転素子における計算した偏波消光比（ＴＥ，ＴＭ偏波の強度比）と偏波回転素子の長さとの関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図８】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における他の偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…下部クラッド層、１０２…第１コア、１０３…第２コア、１０４…コア部、１０５，１０６…上部クラッド層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンなどをコアに用いた高屈折率差光導波路の偏波依存性を抑制するための偏波回転素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信用デバイスが持つ大きな課題の１つに、小型化・高集積化がある。この高集積化を光平面回路において達成するためには、大きく２つのアプローチがある。この１つは、ガラス光導波路を基礎としながら、反射型素子を部分的に用いて光導波路の曲げ半径の限界を打破しようとするものである。挿入損失の増大など、反射型素子を用いることによる特性の劣化はあるものの、従来製品の１／１０程度に小型化が可能であり、偏波依存性が小さいという利点があるため、この方法の検討は進んでいる。しかしながら、反射型素子を用いる技術では、縮小率が１／１０程度であり、原理的にはこれ以上の小型化が望めない。
【０００３】
小型化を達成するための他の１つは、高屈折率差導波路を用いる技術である。この技術では、ガラス導波路と比較したときのデバイス面積が１／１００００以下に小型化することが可能となる。特に、シリコンをコアとした導波路は、安価なデバイスを大量に提供することが可能と考えられ、多くの検討が進んでいる。しかしながら、高屈折率差導波路を用いる技術においては、偏波依存性が大きな問題となっている。特に、光通信光通信用デバイスに用いる際は、偏波依存性が大きな障害となることが指摘されている。
【０００４】
高屈折率差導波路では、コア寸法が１μｍ以下であるため、正確な正方形コア断面を得ることが容易ではなく、また、コアの上下のクラッドの屈折率を正確に等しくすることも容易ではないため、加工精度を向上させるだけでは偏波依存性を解消させることは困難である。また、高屈折率差導波路においては、光閉じ込めが強いため、ガラス導波路のように波長板を用いた偏波無依存化では、挿入損失が大きくなりすぎるという欠点があり、また、量産の面でも実装コストの増大を招くという欠点がある。
【０００５】
上述した高屈折率差導波路における問題を解消する技術として、三次元のコア形状を持つ偏波回転素子が提案されている（非特許文献１参照）。この偏波回転素子は、高屈折率材料からなる２つのコアを三次元的に結合させたものである。この技術によれば、高屈折率材料においても、挿入損失を増大させることなく、変化回転素子ひいては偏波無依存型微小光回路を実現することが可能となる。
【０００６】
また、偏心二重コア構造による偏波回転素子が提案されている（特許文献１参照）。この素子は、高屈折率材料からなる第１コアと、中程度の屈折率材料からなる第２コアと、低屈折率材料からなるクラッドとから構成され、第１コアと第２コアとの光伝搬方向の中心軸が一致していない構成とされた偏心二重コア光導波路とされたものであり、これらの構成により偏波回転を実現したものである。この技術によれば、三次元コア形状による偏波回転素子と同様に、高屈折率材料においても、挿入損失を増大せずに、変化回転素子ひいては偏波無依存型微小光回路を実現することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３０１０９号公報
【非特許文献１】M.R.Watts, H.A.Haus, "Integrated mode-evolution-based polarization rotators", OPTICS LETTERS, Vol.30, No.2, pp.138-140, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、光平面回路において小型化・高集積化を実現するためには、高屈折率差導波路に適応した偏波回転素子が重要となる。しかしながら、非特許文献１に示された偏波回転素子では、三次元形状のコアの作製は一般に困難であり、この素子の製造歩留まりを維持することは容易ではない。また、特許文献１に示された偏心二重コア光導波路においても、実際の素子の作製に際しては、２つのコアの偏心量を数１０ｎｍ以下に制御する必要がある。従って、偏心二重コア光導波路は、高精度な作製プロセスが必要となり、製造の歩留まりの低下を引き起こす可能性がある。
【０００９】
以上に説明したように、従来では、高屈折率差導波路に適用可能な偏波回転素子は、高精度な製造プロセスが必要となり容易に製造ができず、また、実装も容易ではないなど多くの問題を抱えていた。
【００１０】
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、高精度な製造プロセスを必要とせずに、容易に実装が可能な偏波回転素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る偏波回転素子は、下部クラッド層と、下部クラッド層の上に配置され、下部クラッド層と異なる屈折率の上部クラッド層と、下部クラッド層及び上部クラッド層の間に配置され、同じ方向に延在する幅の異なる第１コア及び第２コアからなるコア部とを少なくとも備え、コア部から構成される導波路はシングルモード条件が満たされているようにしたものである。
【００１２】
上記偏波回転素子において、下部クラッド層及び上部クラッド層の間に配置され、第１コア及び第２コアと同じ方向に延在してコア部を構成する第３コアを備えるようにしてもよい。
【００１３】
上記偏波回転素子において、コア部は、シリコンから構成されていればよい。また、下部クラッドは、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択されたものから構成され、上部クラッドは、空気，水，酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択された下部クラッドと異なる屈折率を持つものから構成されていればよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、幅の異なる少なくとの２つのコアからコア部を構成したので、高精度な製造プロセスを必要とせずに、容易に実装が可能な偏波回転素子が提供できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。図１は、本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。この偏波回転素子は、例えば酸化シリコン（屈折率１．４４４）からなる下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に配置された第１コア１０２及び第２コア１０３からなるコア部１０４を備える。コア部１０４は、例えばシリコン（屈折率３．４７８）から構成されている。また、この偏波回転素子では、上部クラッド層１０５として空気（屈折率１．０００））を用いている。従って、この偏波回転素子は、下部クラッド層１０１の上に、下部クラッド層１０１と屈折率が異なる上部クラッド層１０５が設けられ、下部クラッド層１０１と上部クラッド層１０５との間に、コア部１０４が設けられていることになる。
【００１６】
コア部１０４を構成している第１コア１０２及び第２コア１０３は、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されている。この例では、第１コア１０２の方が第２コア１０３より幅広に形成されている。
【００１７】
加えて、第１コア及び第２コアよりなるコア部１０４から構成される導波路がシングルモード条件となるように、第１コア１０２及び第２コア１０３の断面積の総和及びこれらの間隔が設定されている。例えば、偏波を回転させる対象の信号光の波長が１．５μｍ帯の場合、第１コア１０２，第２コア１０３，及びこれらの間隙を含めたコア部１０４の断面積が、概ね０．１μｍ2以下であればよい。
【００１８】
例えば、第１コア１０２は幅２５０ｎｍ・高さ２２０ｎｍに形成され、第２コア１０３は、幅１００ｎｍ・高さ２２０ｎｍに形成され、第１コア１０２と第２コア１０３との間隔は、１００ｎｍである。
【００１９】
このように、下部クラッド層と上部クラッド層とが屈折率が異なり、互いに幅の異なる複数のコアよりコア部が構成されているので、コア部の断面の中心から見ると、下部クラッド層から上部クラッド層の方向への上下方向、及び複数のコアの配列されている左右方向に、コア部を導波する光から見た屈折率を含めた状態が異なっていることになる。このように構成したことにより、コア部よりなる光導波路は、固有モードの軸が、複数のコアの配列方向（下部クラッド層の平面方向）に対して傾いた状態となる。言い換えると、本実施の形態における偏波回転素子は、導波路の固有モードの軸が、複数のコアの配列方向に対して傾いているようにしたものである。
【００２０】
上記構成とした偏波回転素子の製造方法について簡単に説明すると、例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意し、このＳＯＩ層を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで、第１コア及び第２コアが形成可能である。この場合、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が下部クラッド層となる。
【００２１】
また、上述した各材料を用いて各寸法に形成した本実施の形態の偏波回転素子について、固有モードを計算により求めると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、Ａ軸方向とＢ軸方向とが固有モードの軸となる。これら２つの固有モードの伝搬定数は異なるため、第１コア１０２の断面の中心と第２コア１０３の断面の中心とを通る直線に、平行もしくは垂直な状態で変更回転素子に入射した偏波は、コア部１０４よりなる導波路の伝搬中に偏波回転を受けることになる。このように、本実施の形態の偏波回転素子によれば、入射した偏波に偏波回転を与えることができる。
【００２２】
なお、図３に示すように、下部クラッド層１０１の上に、例えば、酸窒化シリコンや窒化シリコンからなる上部クラッド層１０６を備えるようにしても良い。また、上部クラッド層は、空気以外の他の気体であってもよく、水などの液体から構成されていても良い。なお、下部クラッド及び上部クラッドは、屈折率が互いに異なる材料から構成すればよく、上記材料に限るものではなく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂など、高分子材料から構成しても良い。下部クラッド層と上部クラッド層とに用いる材料の可能な組み合わせについて、以下の表１に示す。なお、クラッド層は、コアより低屈折率であることは言うまでもない。
【００２３】
【表１】
【００２４】
また、本例では、第１コア１０２及び第２コア１０３を同じ高さとしたが、これに限るものではなく、これらが異なる高さとなっていても良い。なお、前述したように製造する観点からは、第１コア及び第２コアは、同じ高さに形成する方が容易である。
【００２５】
また、本例では、下部クラッド層１０１の上において、第１コア１０２及び第２コア１０３の全側面を上部クラッド層で覆うようにしているが、これに限るものではない。例えば、第１コア及び第２コアが、これらの上面を露出した状態で下部クラッド層に埋め込まれ、この上に上部クラッド層が設けられているようにしても良い。また、第１コア及び第２コアが、これらの側面の半分程度まで下部クラッド層に埋め込まれ、この上に、上部クラッド層が設けられているようにしても良い。
【００２６】
次に、本実施の形態における偏波回転素子の適用例について説明する。図４は、上記偏波回転素子が適用される偏波無依存型波長フィルタの構成例を示す構成図である。この偏波無依存型波長フィルタは、入射導波路４０１，偏波分離素子４０２，第１分離導波路４０３，第２分離導波路４０４，偏波回転素子４０５ａ，波長フィルタ４０６，第３分離導波路４０７，第４分離導波路４０８，偏波回転素子４０５ｂ，合波素子４０９，及び出射導波路４１０を備えている。偏波回転素子４０５ａ及び偏波回転素子４０５ｂが、前述した本実施の形態における偏波回転素子である。また、各導波路は、シリコンをコアとした高屈折率差光導波路である。
【００２７】
この偏波無依存型波長フィルタは、入射導波路４０１に入射したＴＥ，ＴＭの混在した入射光４１１は、偏波分離素子４０２により例えばＴＥ成分の分岐光４１２及びＴＭ成分の分岐光４１３に分離され、各々第１分離導波路４０３及び第２分離導波路４０４に伝搬する。ここで、第１分離導波路４０３を伝播（導波）した分岐光４１２の偏波は回転を受けることがない。これに対し、第２分離導波路４０４には偏波回転素子４０５ａが接続されているため、分岐光４１３の偏波は９０°回転を受けて分岐光４１３ａとなる。分岐光４１３ａは、例えば、ＴＥ偏波になる。
【００２８】
以上のようにして、第１分離導波路４０３及び第２分離導波路４０４を通過した分岐光４１２及び分岐光４１３ａは、どちらもＴＥ偏波の状態で、波長フィルタ４０６によってろ波される。波長フィルタ４０６によってろ波される分岐光４１２及び分岐光４１３ａは、同じ偏波状態（ＴＥ偏波）であるため、入射光４１１の偏波の状態が変化しても、波長フィルタ４０６を透過する透過波長といった特性は変化しない。
【００２９】
この後、波長フィルタ４０６を通過した分岐光４１２は、第３分離導波路４０７に伝搬し、分岐光４１３ａは、第４分離導波路４０８に伝搬する。ここで、第３分離導波路４０７には偏波回転素子４０５ａが接続されているため、分岐光４１２の偏波は９０°回転を受けて分岐光４１２ａとなる。分岐光４１２ａは、例えば、ＴＭ偏波になる。これに対し、第４分離導波路４０８を伝播（導波）した分岐光４１３ａの偏波は回転を受けることがない。
【００３０】
以上のようにして、第３分離導波路４０７及び第４分離導波路４０８を通過した分岐光４１２ａ及び分岐光４１３ａは、合波素子４０９によって合波され、出射導波路４１０より出射する。
【００３１】
上述した分離、回転、合波は、２つの直交する偏波成分に対して線形に作用するため、信号の歪みは生じない。また、分岐光４１２及び分岐光４１３は、ともに１回ずつ偏波分離，偏波回転，合波の過程を経ているので、いずれかの処理の差異に過剰損失が発生したとしても、最終的には偏波依存損失につながることがない。これらのように、上述した構成の偏波無依存型波長フィルタによれば、偏波依存性の大きな高屈折率差導波路を用いていながら偏波依存化が実現されている。
【００３２】
ところで、本実施の形態における偏波回転素子は、図５（ａ）の平面図に示すように、長さ（導波路長）をＬとした１つ（一組）のコア部１０４から構成してもよく、また、図５（ｂ）の平面図に示すように、導波方向に直列に配置した複数のコア部１０４から構成しても良い。複数のコア部１０４から構成する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。図５（ｂ）では、第１コア１０２と第２コア１０３との配置関係が交互に異なるように、４つのコア部１０４を直列に配置した例を示している。なお、図５において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、各々の長さがＬの４つのコア部１０４を直列に配置した偏波回転素子の偏波消光比を、固有モード展開法で計算した結果について説明する。図６は、計算した偏波消光比（ＴＥ，ＴＭ偏波の強度比）と偏波回転素子の長さとの関係を示す特性図である。なお、図６に示す特性図の横軸「Ｌ（μｍ）」は、１つのコア部１０４の長さを示している。従って、横軸Ｌが４０μｍは、変化回転素子の長さが４０×４＝１６０μｍの場合である。ここで、前述したように、第１コア１０２は、幅２５０ｎｍ・高さ２２０ｎｍ、第２コア１０３は、幅１００ｎｍ・高さ２２０ｎｍ、第１コア１０２と第２コア１０３との間隔は、１００ｎｍである。また、入射光は、波長１５５０ｎｍのＴＭ偏波とした。図６から明らかなように、Ｌ＝４０μｍ程度において、入射したＴＭ偏波を、９０°回転してＴＥ偏光としている。言い換えると、Ｌ＝４０μｍ程度とすることで、ＴＭ偏波をＴＥ偏波に９０°回転する偏波回転素子として機能する。
【００３４】
ところで、本実施の形態の偏波回転素子は、例えば、図７に示すように、コア部１０４に、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２を接続して用いればよい。図７（ａ）は、斜視図であり、図７（ｂ）は平面図である。なお、図７において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。この構成において、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２は、コア部１０４と同じ材料から構成すればよく、例えば、シリコンなどの高屈折率材料から形成すればよい。また、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２は、断面の寸法がシングルモード条件を満たしている。例えば、対象とする信号光の波長が１５５０ｎｍ程度（１．５μｍ帯）である場合、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の断面積は、０．１μｍ2以下であればよい。
【００３５】
上記構成とした偏波回転素子では、直線偏光である入射光は、入力導波路コア６０１の部分より入力され、この導波路部分を伝搬してコア部１０４よりなる偏波回転領域に入射し、この偏波回転領域を伝搬する中で偏波が回転する。このようにして、偏波回転領域において、設定されているコア部１０４の長さによる所望の回転角だけ回転した後、偏波が回転した導波光は出力導波路コア６０２による導波路より出力される。
【００３６】
また、図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、複数のコア部１０４を配置しても良い。例えば、図８（ａ）は、２つのコア部１０４よりなる偏波回転領域を備える場合を示し、図８（ｂ）ば、３つ以上の複数のコア部１０４よりなる偏波回転領域を備える場合を示している。なお、図８において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。このように、複数のコア部１０４から構成する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。例えば、図８（ａ）の紙面において、隣り合うコア部１０４の一方のコア部１０４は、第１コア１０２が紙面上方に配置され、他方のコアは、第１コア１０２が紙面下方に配置されていればよい。言い換えると、第１コア１０２と第２コア１０３との間隙の位置が、隣り合うコア部１０４で異なっている。
【００３７】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、コア部１０４と入力導波路コア６０１の間、及び、コア部１０４と出力導波路コア６０２との間に、接続部６０３を設けるようにしても良い。接続部６０３は、第１コア１０２に連続する第１テーパコア６０３ａと、第２コア１０３に連続する第２テーパコア６０３ｂとから構成されている。なお、図９において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００３８】
第１テーパコア６０３ａは、第１コア１０２との接続端面が、第１コア１０２の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第１テーパコア６０３ａは、第１コア１０２との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００３９】
また、第２テーパコア６０３ｂは、第２コア１０３との接続端面が、第２コア１０３の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第２テーパコア６０３ｂは、第２コア１０３との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００４０】
また、第１テーパコア６０３ａ及び第２テーパコア６０３ｂと入力導波路コア６０１との接続端面においては、第１テーパコア６０３ａの接続端面と第２テーパコア６０３ｂの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０１の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。同様に、第１テーパコア６０３ａ及び第２テーパコア６０３ｂと入力導波路コア６０２との接続端面においては、第１テーパコア６０３ａの接続端面と第２テーパコア６０３ｂの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０２の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。
【００４１】
従って、接続部６０３においては、第１テーパコア６０３ａと第２テーパコア６０３ｂとの間隔（間隙）が、コア部１０４から離れるに従って徐々に狭まり、入力導波路コア６０１との接続箇所もしくは出力導波路コア６０２との接続箇所においては、間隙がない状態となる。
【００４２】
以上のような構成とした接続部６０３を設けることで、入力導波路コア６０１とコア部１０４との間，及びコア部１０４と出力導波路コア６０２との間の光結合の損失を低減することができる。
【００４３】
また、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、両端に接続部６０３を配置したコア部１０４からなる偏波回転領域の組を複数組直列に配置しても良い。例えば、図１０（ａ）は、二組の偏波回転領域を備える場合を示し、図１０（ｂ）ば、三組以上の偏波回転領域を備える場合を示している。なお、図１０において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００４４】
このように、複数のコア部１０４を配置する場合、導波方向に垂直な方向の第１コア１０２と第２コア１０３との配列（配置関係）が、隣り合うコア部１０４においては、互いに異なるようにする。例えば、図１０（ａ）の紙面において、隣り合うコア部１０４の一方のコア部１０４は、第１コア１０２が紙面上方に配置され、他方のコアは、第１コア１０２が紙面下方に配置されていればよい。また、この状態に合わせて、接続部６０３を配置する。
【００４５】
ところで、上述では、幅の異なる２つのコアからなるコア部で偏波回転素子を形成したが、これに限るものではない。例えば、図１１（ａ）の平面図に示すように、第１コア１０２及び第２コア１０３に加え、第２コア１０３より幅の狭い第１コア１０３ａから、コア部１１０４を構成し、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２を接続して用いてもよい。
【００４６】
このように構成したコア部１１０４においても、第１コア１０２，第２コア１０３，及び第３コア１０３ａは、同じ方向（導波方向）に延在して配置され、この方向に垂直で下部クラッド層１０１に平行な幅が異なる状態に形成されていればよい。この例では、第１コア１０２，第２コア１０３，第３コア１０３ａの順に、幅が狭くされている。
【００４７】
加えて、コア部１１０４から構成される導波路がシングルモード条件となるように、第１コア１０２，第２コア１０３，及び第３コア１０３ａの断面積の総和及びこれらの間隔が設定されている。例えば、偏波を回転させる対象の信号光の波長が１．５μｍ帯の場合、第１コア１０２，第２コア１０３，第３コア１０３ａ，及びこれらの間隙を含めたコア部１１０４の断面積が、概ね０．１μｍ2以下であればよい。なお、当然ではあるが、コア部１１０４の断面形状は、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の断面形状と一致している。
【００４８】
また、この例においても、図１１（ｂ）に示すように、入力導波路コア６０１及び出力導波路コア６０２の間に、複数のコア部１１０４を配置しても良い。また、図１１（ｃ）に示すように、コア部１１０４と入力導波路コア６０１との間，及びコア部１１０４と出力導波路コア６０２との間に、接続部１１０５を設けるようにしてもよい。接続部１１０５は、図１１（ｄ）の平面図に拡大して示すように、接続部１１０５は、第１コア１０２に連続する第１テーパコア１１０５ａ，第２コア１０３に連続する第２テーパコア１１０５ｂ，及び第３コア１０３ａに連続する第３テーパコア１１０５ｃから構成されている。なお、図１１において、下部クラッド及び上部クラッドは省略している。
【００４９】
第１テーパコア１１０５ａは、第１コア１０２との接続端面が、第１コア１０２の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第１テーパコア１１０５ａは、第１コア１０２との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５０】
また、第２テーパコア１１０５ｂは、第２コア１０３との接続端面が、第２コア１０３の接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第２テーパコア１１０５ｂは、第２コア１０３との接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５１】
また、第３テーパコア１１０５ｃは、第３コア１０３ａとの接続端面が、第３コア１０３ａの接続端面（断面）の形状と等しくされ、ここより導波方向に離れるに従って徐々に断面の面積が広くなるように形成されている。本例では、第３テーパコア１１０５ｃは、第３コア１０３ａとの接続端面より導波方向に離れるに従って、徐々に断面の幅が広くなるように形成されている。
【００５２】
また、第１テーパコア１１０５ａ，第２テーパコア１１０５ｂ，及び第３テーパコア１１０５ｃと入力導波路コア６０１との接続端面においては、第１テーパコア１１０５ａの接続端面，第２テーパコア１１０５ｂの接続端面，及び第３テーパコア１１０５ｃの接続端面とを合わせた形状が、入力導波路コア６０１の接続端面（断面）の形状に等しくなっている。これは、出力導波路コア６０２の側においても同様である。
【００５３】
従って、接続部１１０５においては、第１テーパコア１１０５ａと第２テーパコア１１０５ｂとの間隔（間隙）及び第２テーパコア１１０５ｂと第３テーパコア１１０５ｃとの間隙が、コア部１１０４から離れるに従って徐々に狭まり、入力導波路コア６０１との接続箇所もしくは出力導波路コア６０２との接続箇所においては、間隙がない状態となる。
【００５４】
なお、上述では、３つのコアでコア部を構成したが、これに限るものではなく、４つのコアでコア部を構成してもよく、互いの幅の異なる複数のコアでコア部を構成しても良い。この場合においても、各コアは、所定の間隔を開けて配置されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における偏波回転素子における２つの固有モードの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における偏波回転素子が適用される偏波無依存型波長フィルタの構成例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における偏波回転素子における計算した偏波消光比（ＴＥ，ＴＭ偏波の強度比）と偏波回転素子の長さとの関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図８】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施の形態における偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における他の偏波回転素子の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…下部クラッド層、１０２…第１コア、１０３…第２コア、１０４…コア部、１０５，１０６…上部クラッド層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に配置され、前記下部クラッド層と異なる屈折率の上部クラッド層と、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の間に配置され、同じ方向に延在する幅の異なる第１コア及び第２コアからなるコア部と
を少なくとも備え、
前記コア部から構成される導波路はシングルモード条件を満たす
ことを特徴とする偏波回転素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏波回転素子において、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の間に配置され、前記第１コア及び前記第２コアと同じ方向に延在して前記コア部を構成する第３コアを備える
ことを特徴とする偏波回転素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の偏波回転素子において、
前記コア部は、シリコンから構成されていることを特徴とする偏波回転素子。
【請求項４】
請求項３記載の偏波回転素子において、
前記下部クラッドは、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択されたものから構成され、
前記上部クラッドは、空気，水，酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択された前記下部クラッドと異なる屈折率を持つものから構成されていることを特徴とする変化回転素子。
【請求項１】
下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に配置され、前記下部クラッド層と異なる屈折率の上部クラッド層と、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の間に配置され、同じ方向に延在する幅の異なる第１コア及び第２コアからなるコア部と
を少なくとも備え、
前記コア部から構成される導波路はシングルモード条件を満たす
ことを特徴とする偏波回転素子。
【請求項２】
請求項１記載の偏波回転素子において、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の間に配置され、前記第１コア及び前記第２コアと同じ方向に延在して前記コア部を構成する第３コアを備える
ことを特徴とする偏波回転素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の偏波回転素子において、
前記コア部は、シリコンから構成されていることを特徴とする偏波回転素子。
【請求項４】
請求項３記載の偏波回転素子において、
前記下部クラッドは、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択されたものから構成され、
前記上部クラッドは、空気，水，酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコン，ポリイミド樹脂，及びエポキシ樹脂の中から選択された前記下部クラッドと異なる屈折率を持つものから構成されていることを特徴とする変化回転素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−５３２２４（Ｐ２００９−５３２２４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６９４８（Ｐ２００７−２１６９４８）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、総務省「シリコン光−電気融合プラットフォームによる光集積回路の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、総務省「シリコン光−電気融合プラットフォームによる光集積回路の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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