JP2023524520A - ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド、モードアダプタ、パワーディバイダおよび同ウェーブガイドを用いた偏光スプリッタ - Google Patents

Abstract

ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドとそれを用いたモードアダプタ、パワーディバイダ、偏光スプリッタを開示する。ウェーブガイド（600）は、基板（603）上に周期L_zで周期的に配置され、カバー材（604）と交互に並ぶブロック（601、602）を備える。第１ブロック（601）は幅a_xを有し、第２ブロック（602）は幅b_xを有し、周期L_xに従って基板（603）上に交互に配置され、第２ブロック（602）は伝播方向に第１ブロック（601）から距離d_zだけシフトして配置されている。また、モードアダプタ（1100）、パワーディバイダ（1200）、および偏光スプリッタ（1500）も開示されているが、これらはすべて周期的ウェーブガイド（600）を使用し、サブ波長領域から離れることなくより大きな波周期で動作できる。

Description

本発明は、集積光学の分野に関し、より詳細には、サブ波長構造を有する周期的ウェーブガイドに基づくデバイスに関するものである。

本発明の主な対象は、従来のウェーブガイド（導波路）が持つ、それらがサポートするモードの実効指数の値と共に波長依存性を制御する特性を維持しつつ、その異方性をも制御する可能性を取り入れた、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド(bricked sub-wavelength periodic waveguide)である。

本発明は、サブ波長領域から逸脱することなく、より長い時間動作させることができるという大きな利点を有する。すなわち、その製造に必要となる最小フィーチャーサイズがより大きなものとなり、深紫外線技術(deep-UV techniques)による大量生産が容易になる。また、本発明の他の２つの対象は、前述の新規なウェーブガイドを用いた２つのデバイス、パワーディバイダおよび偏光スプリッタである。

フォトニクスは、光（フォトン）の発生、操作、検出を研究する科学の一分野である。それがカバーする電磁波のスペクトルは非常に広い。波長（λ）の長い順に、紫外線（λ：0.01～0.38μm）、可視光線（λ：0.38～0.78μm）、近赤外線（λ：0.78～2μm）、中赤外線（λ：2～50μm）および遠赤外線（λ：50～1000μm）の帯域をカバーする。フォトニック集積回路、PIC(photonic integrated circuits)は、電子集積回路と同様に、光処理に必要なすべてのデバイスおよび機能ブロックを単一のチップに集積することを目的としている。

フォトニックデバイスおよび回路は、屈折率の異なる材料を組み合わせて作られる。製造されるデバイスの性能および大きさは、使用する材料の屈折率のコントラストまたは違いに依存する。シリコンオンインシュレーター(Silicon on Insulator)、SOI、プラットフォームは、可視光と並んで最も用途開発が進んでいる近赤外線帯で有力なプラットフォームである。

SOIプラットフォームには、いくつかの利点がある。第一に、光ウェーブガイドのコアおよび基板／シェルとしてそれぞれ使用されるシリコン（n_Si＝3.476）と二酸化シリコン（n_SiO2＝1.44）の屈折率のコントラストが高いため、相互接続ガイドまたはフォトニックワイヤの断面を小さくでき、それらの曲率半径（5μ未満）、一般的にはデバイスのサイズも小さくできることである。

図１には、従来のウェーブガイド（100）の例が示されており、それは幅Wと厚さHのコア（101）を備える。コア（101）は基板（102）上に支持され、空気または他のカバー材料（103）で覆われており、光波は一端（104）から入り、他端（105）から出て行くようになっている。

SOIプラットフォームの２つ目の大きな利点は、フォトニック回路の製造に、これまで集積電子回路で使われてきたCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）製造プロセスであって、十分に確立され、成熟したものを引き続き使用できることである。

SOI技術が集積光学系分野にもたらした利点とは裏腹に、高コントラスト技術であることがいくつかの欠点をもたらしている。その最たるものが、広帯域を中心とした高性能デバイスの設計の難しさである。

高性能なデバイスを実現するためには、望ましい実効指数の値を合成すること（指数エンジニアリング）と、その波長依存性を制御すること（分散エンジニアリング）の両方が必要である。

SOIプラットフォーム上の従来のウェーブガイドでは、構造を伝播するモードの実効指数がウェーブガイドの電気的サイズに強く依存することが困難の原因であった。製造上の理由で厚さHが固定されているため、実効指数の値を制御できるのは幅Wだけである。そのため、従来のウェーブガイドは、等方性材料で作られているにもかかわらず、横電気（TEまたは面内）偏光と横磁気（TMまたは面外）偏光で伝播特性が大きく異なる、いわゆる複屈折を持つのが特徴であった。

用途によっては、複屈折の度合いを制御する必要があり、例えば、偏光に敏感なデバイスを設計する場合には複屈折を大きくし、偏光に鈍感なデバイスを設計する場合には複屈折を小さくする必要がある。

サブ波長周期的誘電体ウェーブガイド(sub-wavelength periodic dielectric waveguides)、SWGのフォトニクス分野への登場は、デバイスの性能を大幅に向上させるための基本的な要素であった。近赤外域で成熟したSWG構造は、その汎用性の高さ、そして何より、その有用性が証明されたデバイスの幅広さから、今日では多くのデバイスの設計に不可欠な技術となっている。

図２は、集積光学系で一般的に使用される誘電体SWGウェーブガイド（200）の一般的なジオメトリを例示したものである。幅W、厚さH、長さa_zのバー（201）を備えており、それらは距離b_zだけ離れている。バー（201）は周期性Λ_zを持ち、これはa_zとb_zの和に等しくなければならない。バー（201）は波の伝播方向（図２に矢印で示すz軸方向）に直角に配置されている。

バー（201）は、屈折率がバー（201）に使用されている材料の屈折率よりも低い基板（202）上に支持されている。バー（201）同士の間の空間はカバー材料（203）で満たされており、その屈折率は基板（202）の屈折率と同じでもよいし、低くてもよいし、または高くてもよい。決してあってはならないのは、バー（201）に使用されている材料の屈折率より高いことである。SWGウェーブガイド（200）によってサポートされるモードまたは電磁ソリューションは、周期的なフィールド分布を特徴とし、フロケモード(Floquet mode)と呼ばれる。

SWGウェーブガイド（200）の動作領域は、図２でΛ_zとして示される周期と、長さa_zと周期Λ_zの比率に等しいデューティサイクル、DC（DC=a_z/Λ_z)、またはフィルファクターの２つのパラメータで決まる。動作波長（λ）と周期（Λ_z）の比率に応じて、SWGウェーブガイド（200）には、放射ゾーン、ブラッグゾーン(Bragg zone)、サブ波長ゾーンまたはSWGゾーンと呼ばれる３つの異なる動作ゾーンがある。

図３では、放射ゾーン（301）、ブラッグゾーン（302）およびサブ波長ゾーン（303）について、フロケモードの実効指数（n_eff）が前記比率の関数としてどのように変化するかを説明的に示しており、ブラッグゾーン（302）のn_effはλ/2Λ_zと同じである。SWGウェーブガイド（200）がサブ波長領域またはSWG領域で機能するためには、動作波長（λ）と周期（Λ_z）の比率がモードの実効指数の２倍以上であること、すなわちλ/Λ_z>2・n_effを満たす必要がある。

SWGウェーブガイド（200）は、デューティサイクルDCと周期Λ_zという２つの新しい自由度を持つことから、デバイス設計において大きな可能性を持っている。デューティサイクルDCを変化させることで、屈折率を制御することが可能であり、つまり、関心のある波長範囲(Δλ)におけるモードの実効指数の値を制御することができる。

図４には、SWGウェーブガイド（200）のデューティサイクルをDC₁値からより低いDC₂値に変化させることがモード分散曲線に与える影響が説明的に示されている。一方、周期(Λ_z)を変化させることによって、分散を設計すること、すなわち、関心のある波長範囲(Δλ)におけるモードの実効指数に対する波長依存性を制御することが可能である。

図５では、周期を値Λ_z1からより低い値Λ_z2に減少させることが分散曲線に与える影響を説明的に示している。本発明に関連して、レートエンジニアリングまたは分散エンジニアリングを行うためにデューティサイクル(DC₁からDC₂)または周期(Λ_z1からΛ_z2)をそれぞれ変更すると、ブラッグゾーンが開始する波長値に影響を与えることを認識することが重要である。どちらの場合も、ブラッグゾーンが始まる波長は、λ_B1からλ_B2へとシフトしている。

文献P201830653には、SWGウェーブガイド（200）の新たな可能性が提示されている。SWGウェーブガイド（200）を構成する図２のバー（201）を、図中のz軸に従って伝播方向に対してある角度回転させると、横電気（TE）モードおよび横磁気（TM）モードの実効指数を独立して制御できる、つまり複屈折エンジニアリングが可能になる。この文献は、SWGウェーブガイド（200）の異方性を特徴づけるテンソル行列が、旋回角の関数としてどのように変化するかを示している。

文献P201830653に示されているもので、本発明で提案する解決策と異なる強調すべき重要な点は、旋回角が増加すると、伝播方向における構造の周期も係数1／cos（α）、αは旋回角、で増加するということである。つまり、異方性を制御する機能は周期の大きさと連動しているため、両パラメータを独立して選択することはできないのである。

SWGウェーブガイド（200）のモードの電磁気的特性を制御する機能は、複数のエッチング深さを使用したり、追加の材料を組み込む必要なく達成される。したがって、SWGウェーブガイド（200）を利用したデバイスは、従来のウェーブガイド（100）を利用したデバイスと同じフォトニックチップ上に集積することができ、すべて同じエッチング工程で作製することができる。

SWG技術を光周波数で使用することの大きな利点にもかかわらず、その製造は依然としてその主な制限事項である。SWG動作領域で動作し、ブラッグゾーンに入らないようにするためには、周期が条件Λ_z＜λ/(2・n_eff)を満たすことが必要である。近赤外線(λ=1.55μm)で且つSOIプラットフォーム(n_eff2～2.5)で動作させる場合、周期(Λ_z)はせいぜい300または350nmのオーダーでなければならないことを意味する。

ブラッグゾーンまたは深層SWGゾーン(Λ_z＜＜λ/(2・n_eff))からも離れて動作させたい場合は、必要な周期がさらに制限され、100nmのオーダーになる。つまり、デューティサイクルが50%の場合、シリコンのバー（201）は、分散エンジニアリングを行うためにブラッグゾーンの近くで動作させる場合の150nmと、屈折率エンジニアリングを行うためにブラッグゾーンから遠く離れたところで動作させる場合の50nmとの間の伝播方向の長さを持たなければならないことを示唆する。

フォトニック回路の大量生産とそれに伴うコスト削減のために、通常用いられる製造技術はDUV-193 (Deep Ultra Violet 193 nm)である。DUV-193で実現できる最小のフィーチャーサイズ(minimum feature size)、MFSは、100nmを超えるものである。そのため、回路および用途が必要とするMFSが、製造技術で保証できるものと比較して大きければ大きいほど、歩留まりを向上させることができる。

そのため、これまで提案されてきたSWGウェーブガイドを用いたフォトニックデバイス（200）の大半は、商業的にはまだ利用されていないのが現状であり、それらの実験的検証が研究分野に限定されており、そこではMFSが50nmまで達する電子ビーム露光によるマイクロエレクトロニクスエッチング技術が通常使用されている。

結論として、集積光学の分野では、デバイスの設計（指数、分散、異方性エンジニアリング）の観点からは、SWGウェーブガイド（200）が提供するすべての利点を活用し続けることができ、その製造の観点からは、より高いMFSを必要とし、したがって、その商業利用を促進するための要求度が低いウェーブガイドが必要とされている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その第１の対象は、サブ波長、SWG、周期的ウェーブガイドであり、その構造的特徴に起因して「ブリック化された(bricked)」と呼ばれるものである。

この新しい周期的ウェーブガイドの特徴は、次のような利点がある。まず、従来のSWGウェーブガイドが持つモードの電磁気的特性の制御（指数エンジニアリングおよび分散エンジニアリング）のすべての特性を維持し、さらに異方性の制御、つまり結果としての複屈折の制御の可能性を組み込んでいることである。背景技術で述べた他の解決策とは異なり、異方性制御は伝播方向の周期（Λ_z）に影響を与えない。

前の利点から派生した２つ目の利点は、より高い周期(Λ_z)で動作可能であることで、このことはSWG領域を離れてブラッグ動作モードに入ることを意味しない。このことは、製造に必要な最小の形状を大きくできることを意味し、DUV、深紫外線(Deep-Ultra Violet）リソグラフィ技術による大量生産が容易になることを意味している。

本発明の第１の対象であるブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドは、新たな材料やエッチング工程を増やす必要がないため、従来のフォトニックワイヤや従来のSWGウェーブガイド、あるいはこれらを利用したデバイスと同じチップ上に統合し、全て同じエッチング工程で作製することが可能である。

以下では、いずれも本発明の第１の対象である周期的ウェーブガイドを利用した４つの発明の対象について説明する。

－本発明の第１の対象は、これまで述べてきたように、TEおよびTMの各偏光の２つの基本モードをサポートするブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドである。

－本発明の第２の対象は、モードアダプタ、すなわち従来のフォトニックガイドまたはワイヤと本発明の第１の対象である周期的ウェーブガイドとの間の遷移、およびその逆に、周期的ウェーブガイドから従来のウェーブガイドへの遷移である。

－本発明の第３の対象は、本発明の第1の対象の周期的ウェーブガイドを利用した、好ましくは3dB-90°のパワーディバイダ、および
－第４の発明は、TE0モードおよびTM0モードの偏光スプリッタであって、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドを利用するものである。

次に、それぞれの詳細について説明する。

本発明の第１の対象である周期的ウェーブガイドは、基板上に、波の伝播方向と直交する方向に周期Λ_zで、長さa_zおよび高さHのコア材料のバーが周期的に配列されている。バーとバーの間には、空気または他の任意の材料であるカバー材料のいくつかのギャップが配置されている。

波伝播方向に選択される周期(Λ_z)は、従来の周期的ウェーブガイドの条件Λ_z＜λ/(2・n_eff)を適用して得られる周期より大きくても、サブ波長動作領域であることに変わりはない。

この目的のために、本発明の周期的ウェーブガイドの対象は、２つの基本的な特徴を有する。第１は、コア材料のバーが幅'a_x'の第１ブロックと幅'b_x'の第２ブロックに分割されていることである。

これらの異なる幅のブロックは、波の伝播方向と直交する方向（x方向）に交互に配置され、幅'a_x'のブロック、幅'b_x'のブロック、幅'a_x'のブロック、...のように配置される。

第２の特徴は、長さ'b_x'のすべての第２ブロックが、幅'a_x'の第１ブロックに対して、伝播方向（z方向）に距離'd_z'だけシフトしていることである。

第２ブロックのシフト'd_z'の効果は、実効指数の分散曲線において、TEモードとTMモードとで異なることである。TEモードの場合、シフト'd_z'は周期Λ_zの増加の効果を無効化することができる。すなわち、SWGウェーブガイドにおいて周期Λ_zの増加が実効指数の値を増加させ、その波長依存性を増加させる場合、幅'b_x'の第２ブロックにシフト'd_z'をなすことによって、TEモードの分散曲線は逆の効果、すなわち、実効指数の値を減少させて、波長の平坦化もなされる。

実効指数の減少は、SWGウェーブガイドにおける周期サイズΛ_zが、関心のある特定の波長は、関係Λ_z＜λ/(2・n_eff)を満たさないことによって、ブラッグゾーンで動作することを意味し、次にそれを満たすことによって、本発明のものなどのブリック化された態様の周期的ウェーブガイドにおいてサブ波長帯で動作することで、有利である。

一方、TMモードの分散曲線は、幅b_xの第２ブロックのシフト'd_z'の影響をほとんど受けない。このようにTE偏光とTM偏光の挙動が大きく異なることから、ブリック化された態様を持つ周期的ウェーブガイドは複屈折の制御および偏光スプリッタのような偏光選択的デバイスの設計に大きな可能性が得らえる。

結論として、本発明のブリック化された周期的ウェーブガイドが有する大きな利点は、従来のSWGウェーブガイドで使用される周期よりも大きな周期Λ_zで動作可能でありつつ、モードの実効レートに対する制御能力をそのまま維持できることであり、すなわち、
実効指数の値を制御する能力（指数エンジニアリング）、
波長に関する依存性を制御する能力（分散エンジニアリング）、および
偏光による選択的な挙動を制御する能力（複屈折エンジニアリング）である。

また好ましくは、特定の実施形態に応じて、周期的ウェーブガイドの幾何学的パラメータ、例えば幅（W）、周期（Λ_zおよびΛ_x）、デューティサイクル（DC）およびシフト（d_z）は、周期的ウェーブガイド全体に沿って一定のままか、ウェーブガイドに沿って徐々にまたは急激に変更され、したがってガイドの異なる位置に異なる特性を得ることが可能である。

好ましくは、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドは、好ましくは空気、二酸化シリコン、およびポリマーの間で選択可能なカバー材料を有する、シリコンオンインシュレーター、SOIで実装される。より好ましくは、カバー材料としてポリマーを使用する場合、前記ポリマーは、温度による屈折率の変化がシリコンの変化と逆符号であることを特徴とするように選択される。すなわち、温度変化を与えると、コア材料とカバー材料のブロックの屈折率の変化が逆符号を特徴とするため、環境変化に対する周期的ウェーブガイドの応答の変動を緩和することができる。

本発明の第２の対象は、従来のウェーブガイドとブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド、またはその逆の間の遷移のためのモードアダプタである。モードアダプタは、両タイプのウェーブガイド間の挿入損失(insertion losses)を最小化する機能を有する。モードアダプタは、２つのゾーンを備えている。第１ゾーン、ある幅の従来型ウェーブガイドを同じ幅のSWGウェーブガイドに変換するためのゾーン。

そのために、従来のウェーブガイドのコアは、変換しようとするSWGガイドの周期と一致する長さ'Λ_z'の断片に切り分けられる。前記断片の各々は、順次、それぞれが長さ'a_z'および'b_z'の２つの部分に分割され、それらは、変換しようとするSWGガイドのバーおよびギャップの長さに一致する。モードアダプタの第１ゾーンに沿って、長さ'b_z'の断片の幅は、無くなるまで徐々に減少する。モードアダプタの第２ゾーン、第１ゾーンから得られるウェーブガイドSWGを、所望のブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（本発明の第１の目的）に変換するため。そのために、好ましくは、モードアダプタは、周期ごとに、シフト'd_z'を徐々に変化させ、一方、周期的ウェーブガイドの幅は、幅およびシフトの所望の最終値を達成するまで増加する。

本発明の第３の態様は、本発明の第１の対象であるブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドを利用した、好ましくは3dB-90°のパワーディバイダである。このディバイダはカプラとも呼ばれ、TE偏光で動作するように設計されており、これは、この偏光が、周期的ウェーブガイドを使用することで最も恩恵を受ける偏光だからである。このディバイダは、セルフイメージングまたは空間タルボット効果(spatial Talbot effect)の原理に基づくマルチモード干渉デバイス(Multimode
Interference Device)、MMIから構成される。

好ましくはSOI上に実装されるパワーディバイダは、横電気（TE）モード、好ましくは基本モードを受信する少なくとも１つの入力ウェーブガイドと、入力モードが、それぞれ半分のパワーで現れ、それらの間で90°の位相シフトを呈する２つの出力ウェーブガイドを備える。パワーディバイダの入出力ガイドはすべて従来のウェーブガイドで形成されている。カプラの中央部はブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドで、複数のフロケモードをサポートするのに十分な幅がある。周期的ウェーブガイドへのアクセスは、アクセス周期的ウェーブガイドによって形成された１つまたは２つの入力ポートを介して生じる。

本発明の第２の態様で説明するモードアダプタは、周期的ウェーブガイドとパワーディバイダへの入力および出力ガイドの間に配置される。周期的ウェーブガイドに基づくMMIの設計は、従来の均質ウェーブガイドを用いたMMI、または従来のSWGガイドを用いたMMIの設計と同様の方法で行われる。次に、主な工程をまとめる。

－パワーディバイダの中央部、つまりMMIにアクセスするアクセス周期的ウェーブガイドの幅と間隔を決定する。原則として、アクセス周期的ウェーブガイドの幅は広く、間隔は近いほど良い。アクセス周期的ウェーブガイドは、モードアダプタの典型的な長さスパンにわたって完全にデカップリングされる必要がある。

－中央の周期的ウェーブガイドの第１の幅は、アクセス周期的ウェーブガイドの幅の合計およびそれらの間の分離距離の２倍にほぼ等しくなるように選択する。

－MFSを最大化する周期Λzとシフトdzを変化させ、MMIの最初の２つのモードのビート長応答が、関心のある波長範囲にわたってできるだけ平坦になるように実現する。

－出力ウェーブガイドの過剰損失の測定値が最小となり、小さなアンバランスとも一致し、出力ウェーブガイド間の位相シフトが可能な限り90°に近づくように、MMIの最適な長さを決定する。

－挿入損失、アンバランスおよび位相シフト誤差の良い妥協点が見つかるまで、異なる幅で前項を繰り返す。

－従来の入出力ウェーブガイドとMMI入力アクセス周期的ウェーブガイドとの間のモードアダプタを設計する。

－カスケード接続された入出力モードアダプタ（バック・トゥ・バック構成）のシミュレーションを行い、関心のある波長範囲にわたってSパラメータを計算することにより、正しく動作することを確認する。

－MMIの入出力にモードアダプタを組み込み、デバイス全体の動作が期待通りになることをフォトニックシミュレーションで確認する。

MMIの中心部分に本発明の第１の対象のような周期的なウェーブガイドを使用することにより、従来のSWGウェーブガイドを用いたMMIと同様の巨大な帯域幅を持ち、しかも、より大きなΛ_z周期を持つデバイスを実現することが可能となる。

本発明の第４の態様は、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの特性を利用した、広帯域、低損失、良好な偏光間排除、シングルエッチング工程での製造可能性、および深紫外線大量製造技術に対応したMFSを有する小型偏光スプリッタを実現した偏光スプリッタである。この偏光スプリッタは、マルチモード干渉カプラ（MMI）をベースにしており、その中央部には、本発明の第１の対象に記載したタイプの幅広マルチモードガイド（周期的ウェーブガイド）が使用されている。

好ましくはSOI上に実装される偏光スプリッタは、横電気（TE）モードおよび横磁気（TM）モードを受信する少なくとも１つの入力ウェーブガイドと、前記モードを別々に送信する２つの出力ウェーブガイドとを備える。偏光スプリッタへのすべての入力ウェーブガイドおよび出力ウェーブガイドは、従来のウェーブガイドによって形成される。

偏光スプリッタの中央部は、幾つかのフロケモードに対応するのに十分な幅の、ブリック化されたサブ波長の周期的ウェーブガイドである。中央の周期的ウェーブガイドへのアクセスは、周期的ウェーブガイドによって形成された１つまたは２つの入力ウェーブガイドによって提供される。これらと偏光スプリッタへの入出力ウェーブガイドの間には、それぞれのモードアダプタが配置される。

シフト'd_z'を通じて周期的ウェーブガイドの構造の異方性を制御することにより、前記TEモード（L_πTE）のビート長の３倍の偶数倍に相当する第１の距離（L_TE）における横電気（TE）モードの直接タルボットセルフイメージングを生成し、前記TMモード(L_πTM)のビート長の３倍の奇数倍に相当する第２の距離(L_TM)における横磁気(TM)モードの逆タルボットセルフイメージングを生成することが可能である。

直接タルボットセルフイメージングは、マルチモード干渉領域によって伝播されるモードが入力ウェーブガイドと整列した最大で建設的に干渉するその位置と理解されることに留意されたい。同様に、逆タルボットセルフイメージングでは、マルチモード干渉は、入力ウェーブガイドに対して横方向にシフトされた最大をもたらす。

ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド構造の幾何学的パラメータをフォトニックシミュレーションによる最適化によって選択し、TMモードのビート長（L_πTM）とTEモードのビート長（L_πTE）の比率を、それぞれ偶数と奇数の整数とする。好ましくは、できるだけ小さなデバイス長にするために、一方を他方の２倍とする。第１出力ウェーブガイド（直接イメージ）および第２出力ウェーブガイド（逆イメージ）におけるTEモードおよびTMモードのセルフイメージングの集束をそれぞれ最適化する目的で、MMIの全長はL_πTMの３倍であり、L_πTEの６倍である。

縦方向シフト'd_z'または'ブリック化された'ことの効果によって得られる異方性制御は、TEモードとTMモードのセルフイメージの集束距離間の比例係数を選択する際の自由度を高め、従来の均質なウェーブガイドを用いたMMIのような、その可能性がないものよりもコンパクトかつ低損失な偏光スプリッタをもたらすことに留意されたい。

また、周期やデューティサイクルなどのSWGウェーブガイドの他のパラメータは、得られる異方性に影響を与えることができるが、この効果は「ブリック」効果によって生じるものよりも著しく小さいため、偏光スプリッタによって得られる性能は制限されることに留意されたい。

本発明の実施形態の好ましい例によって本発明の特徴をより良く理解することを目的として、また本説明を補完するために、以下の図は例示であって限定するものではなく、本説明の一体的な部分として含まれるものである。
従来技術のウェーブガイドを示す斜視図である。 従来の先行技術のSWGウェーブガイドを示す斜視図である。 従来のSWGウェーブガイドにおけるフロケモードの実効指数の、波長と繰り返し周期の比率の関数としての変化と、可能な３つの動作ゾーンを示したグラフである。 従来のSWGウェーブガイドにおけるフロケモードの実効指数の曲線が、デューティサイクルを減少させたときの波長の関数としてどのように変化するかを示している。 従来のSWGウェーブガイドにおけるフロケモードの実効指数の曲線が、繰り返し周期を減少させたとき、波長の関数としてどのように変化するかを示している。 本発明の好ましい実施形態に係るブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドを模式的に示す。 本発明の好ましい実施形態に係るブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドを平面図により模式的に示す。 本発明の好ましい実施形態による、周期（Λ_z）の異なる値について、縦方向シフト（d_z）がゼロに等しい、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの波長の関数として、ゼロ次横電気（TE₀）フロケモードの実効指数を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態による、縦方向シフト（d_z）の異なる値について、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの波長の関数として、ゼロ次横電気（TE₀）フロケモードの実効指数を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態による、縦方向シフト（d_z）の異なる値について、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの波長の関数として、ゼロ次横磁気（TM₀）フロケモードの実効指数を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態による、従来のウェーブガイドとブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの間、およびその逆の間のモードアダプタを示す図である。 本発明の好ましい実施形態による、3dB/90°パワーディバイダとして動作するブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドに基づくマルチモード干渉カプラを示す図である。 本発明の好ましい実施形態による、縦方向シフト（d_z）の異なる値に対する、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドの最初の２つの横電気（TE₀およびTE₁）フロケモードの波長の関数としてのビート長を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態による、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドを用いた3dB／90°パワーディバイダの性能（挿入損失とアンバランス）を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態による、偏光スプリッタとして動作するブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイドに基づくマルチモード干渉カプラを示す図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について、図１乃至図１５を用いて説明する。

図６は、図２に示すように、従来のSWGウェーブガイド（200）が有するすべての制御特性（実効指数の制御、分散の制御、および複屈折の制御）を維持しつつ、より大きくてもよい伝播方向の周期（Λ_z）で動作し、そのため、製造がより実行可能である、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）の好ましい実現の模式的形体の斜視図であり、好ましくはシングルモードである。図６は、本発明の周期的ウェーブガイド（600）の対象の主要な幾何学的パラメータを示す。

ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）は、基板（603）上に、周期的ウェーブガイド（600）に入射する波の伝播方向と垂直な方向に周期的に分布する一連のブロック（601、602）を配置して構成される。この横方向は、図６においてx方向と表されている。

ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）は、横方向（x）と、縦方向（z）または伝播方向との２種類の周期性を特徴とする構造によって形成されている。

図６で'Λ_x'として示される横方向の周期性は、同じ長さ'a_z'、異なる幅'a_x'および'b_x'を有するコア材料のブロック（601、602）、すなわち、幅'a_x'の第１ブロック（601）および幅'b_x'の第２ブロック（602）を組み合わせることによって得られるものである。

ブロック（601および602）は、縦方向にそれらの間の相対的なシフト'd_z'を有することができ、これが、それらの間の相対的なシフトがゼロに等しい（d_z=0）従来のSWGウェーブガイド（200）のものとは異なる特性を与えるものである。

伝播方向'Λ_z'の周期性は、長さ'a_z'のブロック (601,602)と長さ'b_z'のカバー材料のギャップ(604)を交互に繰り返すことによって達成されている。周期的ウェーブガイド（600）のコア材料のブロック（601、602）のセクションは、幅'W'と高さ'H'を有し、絶縁体として働くサポート材料または基板（603）上に支持されている。

縦方向の周期'Λ_z'は、ブラッグでない条件、つまりΛ_z＜λ/(2・n_eff)を満たす必要がある。２つの周期(Λ_zとΛ_x)があるため、通常２つのデューティサイクルが定義される。

縦方向の周期Λ_zに対してシリコンの各ブロック (601,602)の比率'a_z'を定義するための第１のDC_z。第２のDC_xは、横方向の周期Λ_xに対してシフトしていない'a_x'シリコンの各ブロック(601,602)の比率を定義するためのものである。

すべての幾何学的パラメータの特定の値は、上記のように数値シミュレーションによって周期的ウェーブガイド（600）の製造前に定義される。

特に、周期的ウェーブガイド（600）は、以下の式に従って、屈折率が対角テンソル（n）であるコアを有する等価ガイドとしてモデル化することが好ましい。

ここで、

である。

[n_xx,n_yy,n_zz]は、従来のSWG構造（200）の等価な均質異方性媒体の対角テンソル（n）の成分であり、つまり、縦方向におけるブロックの相対的なシフトなし（d_z=0）である。このモデリングは、最終的なシフト値（d_z）を提供するか、または構造の完全なシミュレーション（つまり、均質媒体としてのSWG構造の近似なし）により、第二の計算工程でさらに改良される、第一の近似値として機能することが可能である。

あるいは、本発明の代替的な実現として、周期'Λ_z'は、Λ_z≧λ/(2・n_eff)を満たし、ここで、λは周期的ウェーブガイド（600）を伝播する波の波長、n_effはモードの実効指数である。したがって、周期的ウェーブガイド（600）は、サブ波長以外の領域で動作する、すなわち、放射モードまたは分布反射器モードで動作することになる。

図７は、好ましくはシングルモードの、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）の好ましい実施形態を概略的に、しかし今度は平面図で示している。

本発明の可能性を説明するために、図８において、まず、従来のSWGウェーブガイド（200）のTE偏光を有する基本フロケモードの実効指数が、周期Λ_zが増加した場合にどのように変更されるかが示されている。前記好ましい実施形態では、以下の材料が使用されている：シリコンコア材料のブロック（601、602）、二酸化シリコンの基板（603）、およびブロック（601、602）の間に配置された、二酸化シリコンのカバー材料（604）である。自由空間波長1.55μmにおける屈折率は、n_Si=3.476およびn_SiO2=1.444である。幅Wおよび厚さHは、それぞれ、3.3μmおよび0.22μmであった。

図８から分かるように、周期を長くすると、実効指数の曲線は実効指数が大きくなる方向にシフトし、同時に負の傾きが大きくなっている。

図９には、いくらかのシフト'd_z'を大きなΛ_zのケースに導入することが、小さなΛ_zを持つ初期の状況を再構成することを如何にして許容するか、すなわち、フロケモードTE₀の実効指数が再び減少し、その波長依存性が再びフラットになることが示されている。

一方、図１０は、フロケモードTM₀の実効指数が、シフト'd_z'の値によってどのように変化するかを示している。TM₀の実効指数はほとんど変化していないことが分かる。

図１１には、本発明の第２の態様に対応するモードアダプタ（1100）の好ましい実施形態が示されている。モードアダプタ（1100）または遷移の対象は、従来のウェーブガイド（100）と、それを利用するデバイスの一部を形成する、ブリック化された態様の周期的ウェーブガイド（600）との間の挿入損失を最小化することである。モードアダプタ（1100）は、２つのTEおよびTM偏光に対して正しく機能する必要がある。図６では、図の理解を深めるために、２つの異なる色でブロック（601、602）が表されているが、それらは同じ材料のブロック（601、602）であることに留意されたい。図１２および図１５に描かれたブロック（601、602）についても同様である。

モードアダプタ（1100）は、２つのゾーンを備える。第１ゾーン（1101）は、ある幅の従来のウェーブガイド（100）を、同じ幅で且つ縦方向の周期が所望の端部周期'Λ_z'に等しい別のSWGウェーブガイド（200）へ変換するためのものである。この目的のために、コア材料のバー（201）間の中央ブリッジ（1103）は、消失するまで幅が漸減する。第２ゾーン（1102）は、第１ゾーンから得られるSWGウェーブガイド（200）を、所望のブリックされた外観の周期的ウェーブガイド（600）に変換する役割を果たす。

第２ゾーン（1102）において、シフト'd_z'は、ゼロに等しい初期値から所望の最終値まで変化させられる。第２ゾーン（1102）において、シフト'd_z'が増加するにつれて、ガイドの幅も所望の幅の値を達成するまで徐々に増加される。第１ゾーン（1102）において、従来の均質ウェーブガイド（100）から同じ幅のSWGウェーブガイド（200）への変化のみを行い、所望の幅の間の変化を第１ゾーンに含めない理由は、従来のウェーブガイド（100）が第１ゾーンにおいてブラッグゾーンに入り得るからである。

幅の増大がシフト'd_z'と同時に行われる場合、ブラッグを遠ざけると幅を増大させ得るため、この危険性を回避する。モードアダプタ(1100)の具体的な形状は、漸進的で滑らかなモード遷移が保証され、ブラッグに入ることが避けられる限り、変化させることができることに留意されたく、これは、反射損失を大幅に増加させるからである。

図１２には、本発明の第３の態様に対応する3dB／90°パワーディバイダ（1200）の好ましい実施形態が示されている。これは、２つの入力ガイド（1201および1202）と２つの出力ガイド（1203および1204）を備え、それらはすべて従来のウェーブガイド（100）であり、図１１のもののようなそれぞれのモードアダプタ（1100）を介してマルチモード干渉デバイス（1206）に接続される。モードアダプタ（1100）は、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）タイプの幅広ガイドを備えている。

出力および入力の両モードアダプタ（1100）の間に、幅W_MMIおよび長さL_MMIの中央周期的ウェーブガイド（600）を備えるモード干渉デバイス（1206）が配置されている。入力ウェーブガイド（1201、1202）と周期的ウェーブガイド（600）との間、およびこれと出力ウェーブガイド（1203、1024）との間に配置されるモードアダプタ（1100）は、本発明の第２の態様で述べたとおりで、入力／出力ウェーブガイド（1201、1202、1203、1204）のフィールドプロファイルをMMIの周期的ウェーブガイド（600）のフィールドプロファイルへ変換するものである。

従来のウェーブガイド(100)のみで実現された2x2MMIと比較して、記載されたパワーディバイダ(1200)は、より小型でコンパクトなサイズを実現し、帯域幅を大幅に増加させることができる。従来のSWGウェーブガイドで実現したMMI（200）と比較して、パワーデバイダ（1200）は、同じ性能特性（広帯域での挿入損失、アンバランス、位相誤差）を達成しているが、最小機能サイズ（MFS）はかなり大きく、50％以上のオーダーの大きさになっている。

まず、シリコンコア材料のブロック（601、602）の厚さをH=220nmに固定し、パワーディバイダ（1200）の中央部、つまりMMI（1206）にアクセスする周期的ウェーブガイド（600）の幅（W_a）および間隔（W_s）をフォトニックシミュレーションで決定する。W_a=1200nmおよびW_s=800nmを選択することにした。次に、MMIの中央周期的ウェーブガイド（600）の第１の幅（W_MMI）が選ばれ、中央アクセス部に対するアクセス周期的ウェーブガイド（1205）の幅（W_a）とそれらの間の分離距離（W_s）の和の２倍にほぼ等しい、すなわちW_MMI=2（W_a+W_s）が選ばれることになる。

次の工程は、フォトニックシミュレーションを用いて、MFSを最大化すると同時に、MMI(1206)の最初の２つのモードのビート長が、関心のある波長範囲において可能な限り平坦になるような周期(Λ_z)とシフト(d_z)を決定することである。50％のデューティサイクル(a_z=b_z)の場合、図１３には、いくつかの値のシフト'd_z'および縦周期'Λ_z=250nm'において、最初の２つのモード(TE₀およびTE₁)のビート長が波長に対してどのように変化するかを示す例が示されている。

横方向の周期'Λ_x'は、簡単のために縦方向の'Λ_z'と等しく選ばれた。ゼロシフトの場合（d_z=0）は、従来のSWGウェーブガイドの場合（200）に相当することに留意されたい。曲線からわかるように、ゼロシフトの場合(d_z=0)は、ブラッグに非常に近いため、小さい波長の範囲では貧弱な挙動を呈する。

ゼロシフトの場合の波長における平坦な挙動を得るためには、これも図１３に示すように、かなり小さい縦方向の周期（'Λ_z=190nm'）を使用する必要がある。250nmのような大きな周期を使用するためには、シフト'd_z'を徐々に増加させる必要がある。これにより、曲線が平坦化され、関心のある波長範囲において所望の結果を与える値の組み合わせが選択されることになる。

パワーディバイダ（1200）が動作する縦周期'Λ_z'およびシフト'd_z'が設定されると、残りのパラメータは、連続したフォトニックシミュレーションと、すでに設定されているパラメータに小さな再調整を加えることとによって決定できる。

図１４は、本発明の第３の態様に対応するパワーディバイダ（1200）3dB／90°の好ましい実現のシミュレーションで得られる波長における応答を示している。具体的には、入力ガイド（1201）に入るパワーに関して、基本モードTE₀において出力ガイド（1203および1204）に現れるパワー間の比率として定義される挿入損失、および出力ガイド（1203および1204）に現れるパワー間の比率として定義されるアンバランスの２つの性能指数が表されている。同図からわかるように、設計されたパワーディバイダ（1200）は、400nmに近い帯域幅で1dBより低い挿入損失およびアンバランスを達成する。

図１５では、本発明の第４の態様に対応する偏光スプリッタ（1500）の好ましい実施形態が示されている。この適用のために、それは、２つの偏光TE₀およびTM₀の基本モードを持つ入力ガイド（1501）によって入力される。偏光スプリッタ（1500）は、両偏光を分割し、第１の出力ウェーブガイド（1502）にTE₀偏光を、第２の出力ウェーブガイド（1503）にTM₀偏光を出現させるように設計されており、最小限の損失と最大の動作帯域幅で実現される。

この適用では、TMモードのビート長（L_πTM）がTEモードのビート長（L_πTE）の整数倍、好ましくは２倍となるように、フォトニックシミュレーションによる最適化によって周期的ウェーブガイド（600）を設計する。第１出力ウェーブガイド（1502）および第２出力ウェーブガイド（1503）におけるTEモードおよびTMモードのセルフイメージングの集束をそれぞれ最適化する目的で、マルチモード干渉カプラの全長は、L_πTMの３倍およびL_πTEの６倍とする。入力ウェーブガイド（1501）と周期的ウェーブガイド（600）の間には、モードアダプタ（1100）を用いて遷移を促進することが望ましい。

上述した本発明の第３および第４の態様の好ましい実施形態は、2x2構成のMMI（1206、1504）を利用するものである。しかしながら、1x2、1x4、2x3、3x3または2x4のような他の構成も可能であり、それらの全ては、中央領域に、ブリック化された態様のサブ波長周期的ウェーブガイド（600）を備えていることを特徴としている。それぞれの場合の寸法は、意図する用途に依存する。

本発明のデバイスの好ましい実施形態は、本発明の第１の対象であるブリック化された態様の周期的ウェーブガイド（600）およびそれを利用する関連システム（前記周期的ウェーブガイド（600）に基づくパワーディバイダ（1200）3dB／90°および偏光スプリッタ（1500））はいずれも、SOIの高い指数のコントラストから恩恵を受けるために、シリコンオンインシュレーター、SOI上のシリコンに実装することが好ましいことに留意されたい。

しかしながら、特定の実施形態は、他の異なるフォトニックプラットフォームに実装され得る。すなわち、様々な実施形態で使用される全てのウェーブガイドは、従来のウェーブガイド（100）であれ、周期的ウェーブガイド（600）であれ、例えば二酸化シリコンのような絶縁層上に堆積したシリコンのコアによって実現されることが好ましい。カバー材料（604）は、本発明の異なる実施形態に対して異なってもよく、可能性のいくつかは、二酸化シリコン、ポリマーまたは空気であり、このリストは、他の可能なオプションの使用を制限するものではない。

提案されたデバイスの製造に関して、シフト'd_z'に関係なく、ブリック化された態様のサブ波長周期的ウェーブガイド（600）は、従来のウェーブガイド（100）の製造に対して、困難または工程数を増加させないことに留意されたい。すなわち、本発明のパワーディバイダ（1200）3dB／90°および偏光スプリッタ（1500）の態様によって使用されるすべての構造は、例えば、電子ビーム露光（e-beam）または深紫外線露光(deep-UV exposure)によるような任意の従来のマイクロエレクトロニクスエッチング技術の単一の全深度露光工程(single full-depth exposure step)によって製造することが可能である。

この説明および図から、当業者は、本発明がそのいくつかの好ましい実施形態に従って説明されたが、請求された本発明の対象から逸脱することなく、前記好ましい実施形態に複数の変形を導入することができることを理解するであろう。

Claims (19)

1. 好ましくはシングルモードの、ブリック化されたサブ波長周期的ウェーブガイド（600）であり、そこを波が伝播方向に伝播するウェーブガイドであって、前記伝播方向に周期Λ_zで周期的に配置されたコア材料の複数のブロック（601、602）がその上に配置された基板（603）と、前記複数のブロック（601、602）の間および上に配置されたカバー材料（604）と、を備え、幅a_xの第１ブロック（601）および幅b_xの第２ブロック（602）が前記基板（603）上に前記伝播方向に対して垂直に周期Λ_xに従って交互に設けられ、前記第２ブロック（602）が前記第１ブロック（601）に対して前記伝播方向に距離d_zだけシフトしている、周期的ウェーブガイド。
2. 請求項1記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記周期Λ_zは、
   Λ_z＜λ/(2・n_eff)
   を満たし、λは前記周期的ウェーブガイド（600）を伝播する波の波長であり、n_effはモードの実効指数である、周期的ウェーブガイド。
3. 請求項1記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記周期Λ_zは、
   Λ_z＞λ/(2・n_eff)
   を満たし、λは周期的ウェーブガイド（600）を伝播する波の波長であり、n_effは実行モード指数である、周期的ウェーブガイド。
4. 請求項１記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、幅b_xの前記第２ブロック（602）の前記シフトd_zが、ゼロ次横電気モード（TE₀）の第１実効指数（n_TE）がゼロ次横磁気モード（TM₀）の第２実効指数（n_TM）と異なるように選択される、周期的ウェーブガイド。
5. 請求項１記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、幅b_xの前記第２ブロック（602）のシフトd_zが、ゼロ次横電気モード（TE₀）の第１実効指数（n_TE）がゼロ次横磁気モード（TM₀）の第２実効指数（n_TM）と等しいように選択される、周期的ウェーブガイド（600）。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記周期的ウェーブガイド（600）は、幅（W）が可変である、周期的ウェーブガイド。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記ブロック（601、602）がそれに従って配置される前記周期（Λ_zおよびΛ_x）は、前記伝播方向および前記伝播方向に垂直な方向において可変である、周期的ウェーブガイド。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記距離d_zが前記伝播方向に可変である、周期的ウェーブガイド。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記カバー材料（604）およびコア材料の前記複数のブロック（601、602）が、前記ウェーブガイド（600）の長さに沿って一定の幾何学的特性を呈している、周期的ウェーブガイド。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記カバー材料（604）およびコア材料の前記複数のブロック（601、602）が、前記ウェーブガイド（600）の長さに沿って可変の幾何学的特性を呈している、周期的ウェーブガイド。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記ブロック（601、602）がシリコンであり、前記基板（603）が絶縁材料、好ましくは二酸化シリコンであり、シリコンオンインシュレーター（SOI）形態である、周期的ウェーブガイド。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記カバー材料（604）は、二酸化シリコン、ポリマー、および空気から選択された材料である、周期的ウェーブガイド。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、前記ブロック（601、602）がシリコンであり、前記カバー材料（604）が、温度によって変化する屈折率の変化が前記シリコンの屈折率の変化とは反対の符号となるポリマーである、周期的ウェーブガイド。
14. 請求項１３記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、周期Λ_z内のブロック材料（601，602）に対するカバー材料（604）の比率は、第１実効指数（n_TE）および第２実効指数（n_TM）の温度による変化が最小となるように選択される、周期的ウェーブガイド。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）であって、その対角テンソル（n）が、下記の式
    

    

    で与えられ、
    ここで、
    

    

    

    

    であり、
    [n_xx,n_yy,n_zz]は、サブ波長構造（200）の等価同質異方性媒質の対角テンソル（n）の成分である、周期的ウェーブガイド。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の周期的ウェーブガイド（600）を使用する、波横電気モード（TE）および横磁気モード（TM）のためのモードアダプタ（1100）であって、
    －従来のウェーブガイド（100）から、従来のウェーブガイド（100）と同じ幅で、縦方向の周期Λ_zを有するサブ波長、SWG、ウェーブガイド（200）への変換の第１ゾーン（1101）であって、前記ウェーブガイド（SWG）が、コア材料のバー（201）とコア材料の中央ブリッジ（1103）とを交互に配置してなり、前記バー（201）および前記中央ブリッジ（1103）が基板（202）上に配置されており、前記中央ブリッジ（1103）が、それが消失するまで幅を漸減させる、第１ゾーンと、
    －前記第１ゾーン（1101）から得られる前記SWGウェーブガイド（200）を請求項１記載の周期的ウェーブガイド（600）に変換する第２ゾーン（1102）であって、前記第２ブロック（602）のシフトd_zが、ゼロに等しい初期値から最終値まで変化する、第２ゾーンと、を備えている、モードアダプタ。
17. 請求項１６記載のモードアダプタ（1100）であって、前記周期的ウェーブガイド（600）の幅が最終的な幅の値まで徐々に増加する、モードアダプタ。
18. パワーディバイダ（1200）であって、
    －波横電気モード（TE）を受信する少なくとも１つの入力ウェーブガイド（1201）、
    －出力横電気モード（TE）のための少なくとも第１の出力ウェーブガイド（1203）であって、前記出力横電気モード（TE）のパワー部を有する、少なくとも第１の出力ウェーブガイド、
    －入力横電気モード（TE）のための少なくとも第２の出力ウェーブガイド（1204）であって、出力横電気モード（TE）のパワーの残りの部分が、前記少なくとも第１の出力ウェーブガイド（1203）の出力横電気モード（TE）に対してある量だけ位相がずれている、少なくとも第２の出力ウェーブガイド、
    －請求項１記載の周期的ウェーブガイド（600）をその中央部に備えるマルチモード干渉デバイス（1206）、
    －前記少なくとも１つの入力ウェーブガイド（1201）と前記マルチモード干渉デバイス（1206）との間に配置された、請求項１６記載の少なくとも第１のモードアダプタ（1100）、および
    －前記マルチモード干渉デバイス（1206）と前記少なくとも１つの出力ウェーブガイド（1203）との間に配置された、請求項１６記載の少なくとも第２のモードアダプタ（1100）、を備える、パワーディバイダ。
19. 波横電気モード（TE）および横磁気モード（TM）の偏光スプリッタ（1500）であって、
    －波横電気モード（TE）および横磁気モード（TM）を受信する少なくとも１つの入力ウェーブガイド（1501）、
    －横方向電気モード（TE）の偏光のための少なくとも第1の出力ウェーブガイド（1502）、
    －横磁気モード（TM）の偏光のための少なくとも第２の出力ガイド（1503）、
    －請求項１記載の周期的ウェーブガイド（600）をその中心部に有するマルチモード干渉デバイス（1504）、
    －前記少なくとも１つの入力ウェーブガイド（1501）と前記マルチモード干渉デバイス（1504）との間に配置された、請求項１６記載の第１のモードアダプタ（1100）、
    －前記マルチモード干渉デバイス（1504）と前記少なくとも１つの第1の出力ウェーブガイド（1502）及び前記少なくとも1つの第2の出力ウェーブガイド（1503）との間に配置された、請求項１６記載の第２及び第３のモードアダプタ（1100）、を備える、偏光スプリッタ。
    

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