WO2013146818A1 - 光導波路構造及び光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

　一端側から他端側に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部と、該テーパ部の他端側に連設され前記他端側から延出する幅狭部とを含むベース導波路を備えた光導波路構造で、前記テーパ部上に３層以上の上部導波路を積層する。これら上部導波路は、積層方向に隣接する２層において上層が下層をはみ出さないように前記テーパ部から順次平面形状が小さくなるように、かつ積層方向の前記上部導波路の厚さが順次増加するように構成され、各々の上部導波路の少なくとも前記他端側に、該他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有し、前記ベース導波路および各上部導波路の前記一端側の端面が面一とされている。

Description

光導波路構造及び光導波路デバイス

　本発明は、光導波路構造及び光導波路デバイスに関するものである。

　インターネットに代表される情報通信ネットワークは、人々の生活に欠くことのできないインフラとして世界中に張り巡らされている。このインターネットのトラフィックを支えている技術として光ファイバを用いた光通信技術がある。
　光ファイバ通信波長帯の中でも１.３μｍ帯および１.５５μｍ帯等が利用可能なシリコンプラットフォームを用いた光通信デバイスは、ＣＭＯＳ作製技術により安価で高密度な光集積回路を実現するものとして期待されている。

　しかしながら、光ファイバあるいは空間中を伝播する光を、シリコンプラットフォームを用いた光導波路デバイスへ結合させることは難しいとされている。これは、従来一般的な光導波路デバイス中の導波路は、コアとクラッドとの屈折率差が大きいために、そのサイズは１μｍ角程度の大きさであり、通常のシングルモード光ファイバから出る光のスポットサイズ約９μｍよりずっと小さいからである。このため、光導波路デバイスとシングルモード光ファイバとを充分小さなデバイスサイズで光学結合可能とするモード変換器の実現は、シリコンフォトニクスにおいて極めて重要である。

　これまでに提案されてきたモード変換器は大きく分けて、光のモード断面積を断熱的に変化させるテーパ構造を設けたデバイス（１）と、光のモード断面積を断熱的に変化させる逆テーパ構造を設け、この上に光閉じ込めのためのクラッドをつけたデバイス（２）の２種類に分類できる。

　後者のデバイス（２）は逆テーパ部のテーパ長と上部クラッド部の長さを数百μｍ以上と長くする必要があり、小型化が難しい。

　前者のデバイス（１）として、中心軸方向が互いに直交する関係にある横テーパ部と縦テーパ部とを３次元的に組み合わせた構造が提案されているが、加工が複雑で作製が困難である。

　前者のデバイス（１）として、平面形状の異なるテーパ部を有する複数の導波路を段構造に重ねて作製プロセスを簡略化した構造が提案されている（特許文献１～５参照）。

　特許文献１の図４には、相対的に幅広で幅が均一な幅広部と相対的に幅狭で幅が均一な幅狭部とを有し、これらがテーパ部を介して繋がった形状の第１層（１０２）と、第１層（１０２）の幅広部の上にこれより小さい形状で形成され、第１層（１０２）の幅広部と同じ幅の幅広部とこれに繋がる楔型部とからなる第２層（１０３）との２段構造を有する光導波路構造が記載されている。

　特許文献２の図１及び図６には、相対的に幅広な幅広部（２１）と相対的に幅狭な幅狭部（４０）とを有し、これらがテーパ部（２２）を介して繋がった形状の第１層（２０、４０）と、第１層（２０、４０）の幅広部とテーパ部の上にこれらより小さい形状で形成され、一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなる第１のテーパ部（３１）と、第１のテーパ部（３１）の他端に連設され、幅が均一な接続部（３２）と、接続部（３２）に連設され、接続部（３２）側の一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなる第２のテーパ部（３３）とからなる第２層（３０）との２段構造を有する光導波路構造が記載されている。

　特許文献３のＦｉｇ．１には、一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部と、このテーパ部の他端に連設され、幅が均一な幅狭部とからなる第１層（４）と、第１層（４）のテーパ部の上にこれより小さい形状で形成された楔型部からなる第２層（５）との２段構造を有する光導波路構造が記載されている。

　特許文献４のＦｉｇ．１（ｂ）には、幅が均一な幅広部（１０１の下部）と、この幅広部に連設され、一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部（１０６）とからなる第１層と、第１層の幅広部上に同じ形状で形成された幅広部（１０１の上部）と、この幅広部に連設された楔型部（１０５）からなる第２層との２段構造を有する光導波路構造が記載されている。特許文献４では、第１層の幅広部と第２層の幅広部とは一体形成されている。

　特許文献５のＦｉｇ．１には、一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部（１１０）と、このテーパ部（１１０）の他端に連設され、幅が均一な幅狭部（１１６）とからなる第１層と、第１層のテーパ部（１１０）上にこれより小さい形状で形成された楔型部（１１２）からなる第２層との２段構造を有する光導波路構造が記載されている。
　また、特許文献５のＦｉｇ．３には、一端から他端に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部（３１０）と、このテーパ部（３１０）の他端に連設され、幅が均一な幅狭部（３１６）とからなる第１層と、第１層のテーパ部（３１０）上にこれより小さい形状で形成された楔型部（３１２）からなる第２層と、第２層上にこれより小さい形状で形成された楔型部（３１３）からなる第３層との３段構造を有する光導波路構造が記載されている。

特開２００１－０３３６４２号公報 特開２０１０－５４９２９号公報 米国特許第６１０８４７８号明細書（特表２００１－５１０５８９号公報） 国際公開第２００３／０５０５８０号（特表２００６－５１７６７３号公報） 米国特許７０８８８９０号明細書

　特許文献１～４及び特許文献５のＦｉｇ．１に記載の光導波路構造では、第２層から第１層に、あるいは第１層から第２層に光が移る際に光のスポットサイズが変換される。しかしながら、これらの光導波路構造は光導波路が２段構造であり、層を移る際の光のスポットサイズ変換が１回しか起こらない。そのため、モード変換の損失が大きく、また小型で所望の変換効率を得ることも難しい。

　なお、特許文献２に記載の光導波路構造では、第２層（３０）にテーパ角の異なる２つのテーパ部（３１、３２）を設けて、テーパ角を一端側で大きく他端側で小さくすることにより、高圧縮率で高効率のモード変換ができると共に、全長を短くできることが記載されている（段落０００８）。しかし、特許文献２には、シングルモードファイバとの結合については具体的に記載がなく、どれぐらいの全長でモード変換できるか不明であり、第２層（３０）の形状を工夫しても、特許文献２に記載の２段構造の光導波路構造では小型化と効率向上に限界があると考えられる。

　また、特許文献５のＦｉｇ．３に記載の光導波路構造では、光導波路が３段構造であり、層を移る際の光のスポットサイズ変換が２回起こる。そのため、上記の光導波路構造よりも同じ導波路長で比較したときの変換損失が低減され、高効率化を図ることができる。
　しかしながら、光通信技術の発達に伴い、今後は、同じ導波路長で比較したときの変換損失がより低減され、より小型で高効率な光変換が可能な光導波路構造が求められるようになると思われる。

　この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、光のスポットサイズを変換することが可能な光導波路構造であって、同じ導波路長で比較したときの変換損失が低減され、小型で高効率な光変換が可能な光導波路構造を提供することを目的とする。

　前述の課題を解決するために、本発明は、一端側から他端側に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部と、該テーパ部の他端側に連設され前記他端側から延出する幅狭部とを含むベース導波路を備えた光導波路構造であって、
　前記ベース導波路の前記テーパ部上に３層以上の上部導波路を積層し、
　これら上部導波路は、積層方向に隣接する２層において上層が下層をはみ出さないように前記テーパ部から順次平面形状が小さくなるように、かつ積層方向の前記上部導波路の厚さが順次増加するように構成され、
　各々の上部導波路の少なくとも前記他端側に、該他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有し、
　前記ベース導波路の前記一端側の端面と、前記３層以上の上部導波路の前記一端側の端面とが面一とされている光導波路構造を提供する。

　また、本発明は、前記光導波路構造を備える光導波路デバイスも提供する。

　本発明の光導波路構造によれば、ベース導波路のテーパ部上に３層以上の上部導波路を積層し、これら上部導波路は、積層方向に隣接する２層において上層が下層をはみ出さないように前記テーパ部から順次平面形状が小さくなるように構成されるとともに、各々の上部導波路の少なくとも前記他端側に、該他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有し、さらにベース導波路の端面と３層以上の上部導波路の一方側の端面が面一とされているので、導波路を進行する光の変換損失を低減させ、スポットサイズを小さくすることが可能である。
　さらには、積層方向のそれら上部導波路の厚さが順次増加するように構成されているので、光の変換損失をさらに低減し高効率な光変換が可能であり、小型でありながらも光のスポットサイズを変化することができる光導波路構造とすることができる。
　また、本発明の光導波路デバイスによれば、上述のような光導波路構造を備えているので、モード変換機等に好適に用いることが可能である。

本発明に係る一実施形態の光導波路デバイスの要部斜視図である。 同実施形態の光導波路デバイスの要部上面図である。 同実施形態の光導波路デバイスの要部側面図である。 実施例１の結果を示すグラフである。 比較例１の結果を示すグラフである。

　以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
　本発明の実施形態は、光導波路構造及びこれを備えた光導波路デバイスに関するものである。

　図１Ａは、本実施形態の光導波路デバイスの要部斜視図であり、図１Ｂは要部上面図であり、図１Ｃは要部側面図である。
　視認しやすくするため、図面上は各構成要素の縮尺や位置を実際のものとは適宜異ならせ、一部の構成要素の図示を省略してある。断面図においては、適宜ハッチングを省略してある。

　本実施形態の光導波路デバイス１は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板２００に光導波路構造１００が形成されたものである。
　ＳＯＩ基板２００に関して、図１Ａではその表面側の要部のみを図示してある。図中、符号２０１はＳＯＩ基板２００の最上層をなす単結晶シリコン膜からなるデバイス層であり、符号２０２はデバイス層の下層である熱酸化膜（酸化シリコン膜）からなるＢＯＸ（Buried Oxide）層である。

　光導波路構造１００は、一端側から他端側に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部１１１と、このテーパ部１１１の他端側（幅狭側）に連設され、該他端側から延出する幅狭部１１２とを含むベース導波路１１０を備えている。
　本実施形態において、幅狭部１１２は全体的に均一な幅を有して導波方向に延びている。なお、図１Ｂにおいて導波方向と垂直な方向（図示上下方向）が幅方向である。

　本実施形態において、ベース導波路１１０は、ＳＯＩ基板２００の最上層をなすデバイス層２０１を面全体に残しつつ、その表層部をパターニングして形成されたものである。
　図１Ａにおいて、上記「一端側」は図示左手前側、「他端側」は図示右奥側に位置する。図１Ｂにおいて、上記「一端側」は図示左側、「他端側」は図示右側に位置する。

　光導波路構造１００においては、ベース導波路１１０のテーパ部１１１上に上部導波路を３層以上備える。この３層以上の上部導波路（ここでは３層の上部導波路１２１～１２３）の各々は、テーパ部１１１より平面形状が小さく、かつ少なくとも他端側に、他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有する。また、これら上部導波路は、ベース導波路１１０側から（即ち、テーパ部１１１から）順次平面形状が小さくなるように積層されている。この「順次平面形状が小さくなる」構成は、テーパ部１１１も含めて４層以上となる構成の隣接する２層において、平面視で上層が下層からはみ出す部分が無いように形成される。
　なお、本実施形態において平面視略楔型部からなる上部導波路は、上述のように３層であるが、それ以上設けることもできる。
　また、「略楔型形状」には、先端が尖った完全楔型形状、及びそれに近い形状、例えば先端が丸まった楔型形状などが含まれる。加工精度による形状のばらつきも含まれる。

　本実施形態において、平面視略楔型部からなる３層の上部導波路１２１～１２３は、ＳＯＩ基板２００上に成膜されたシリコン膜をパターニングして、形成されたものである。
　このシリコン膜の結晶性については制限されず、単結晶、多結晶、微結晶、あるいはアモルファスのいずれでもよい。

　本実施形態において、ベース導波路１１０のテーパ部１１１の一端側（幅広側）の端面１１１Ａと、３層の上部導波路１２１～１２３の一端側（幅広側）の端面１２１Ａ～１２３Ａとが面一になっている。
　これら一端側（幅広側）の端面１１１Ａ、１２１Ａ～１２３Ａは、光ファイバあるいは空間等から伝搬してくる光が入射可能な面積で形成されている。これらの一端側（幅広側）の端面１１１Ａ、１２１Ａ～１２３Ａを、光入射側とすることもできるし、光出射側とすることもできる。
　ベース導波路１１０の幅狭部１１２の他端側の端面１１２Ｂも同様に、光ファイバあるいは空間等から伝搬してくる光が入射可能な面積で形成されている。こちらの端面１１２Ｂについても、光入射側とすることもできるし、光出射側とすることもできる。

　そして、本実施形態においては、図１Ｃで示すように３層の上部導波路１２１～１２３は、ベース導波路１１０側から順次、上部導波路１２１～１２３の厚さが増加するように積層されている。
　この上部導波路１２１～１２３の厚さについては、シリコン膜をパターニングする際に、所定の厚さになるように成膜条件を設定することによって、制御することができるようになっている。

　図１Ｂに示すように、本実施形態において、ベース導波路１１０と３層の上部導波路１２１～１２３とはいずれも平面視で、導波路の中心を対称軸として左右対称な形状で形成されており、この対称軸は一端側（幅広側）の端面１１１Ａ、１２１Ａ～１２３Ａに対して垂直となっている。
　なお、ベース導波路１１０及び３層の上部導波路１２１～１２３は、平面視非対称構造でもよく、導波方向は一端側（幅広側）の端面１１１Ａ、１２１Ａ～１２３Ａに対して斜め方向でも良い。

　なお、図１Ｂおよび１Ｃにおいて、ベース導波路１１０のテーパ部１１１と３層の上部導波路１２１～１２３の最大幅（幅広側の端面の幅）、導波路長、および厚さ（高さ）に、各々以下の符号を付してある。
ベース導波路１１０のテーパ部１１１：最大幅Ｗ０、導波路長Ｌ０；
最下の上部導波路１２１：最大幅Ｗ１、導波路長Ｌ１、厚さＨ１；
中間の上部導波路１２２：最大幅Ｗ２、導波路長Ｌ２、厚さＨ２；
最上の上部導波路１２３：最大幅Ｗ３、導波路長Ｌ３、厚さＨ３。
　本実施形態においては、Ｗ０≧Ｗ１≧Ｗ２≧Ｗ３、Ｌ０≧Ｌ１≧Ｌ２≧Ｌ３、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３とされている。

　ベース導波路１１０のテーパ部１１１と３層の上部導波路１２１～１２３の平面形状のサイズの関係は上記に限定されるものではなく、３層の上部導波路１２１～１２３がベース導波路１１０側から順次平面形状が小さくなっていればよい。
　例えば、ベース導波路１１０のテーパ部１１１と３層の上部導波路１２１～１２３のうち、隣接する層の最大幅あるいは導波路長を同一としてもよい。
　ただし、同じ導波路長Ｌ０で比較した場合に、より低損失でモード変換がスムーズに進むことから、上部導波路１２１～１２３は、ベース導波路１１０側から順次導波路長が短くなるように積層されていることが好ましい。すなわち、Ｌ０＞Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３であることが好ましい。
　図示する例では、Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３、Ｌ０＞Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３である。

　本実施形態において、３層の上部導波路１２１～１２３のうち最上の上部導波路１２３の一端側（幅広側）の端面１２３Ａから光が入射すると、上部導波路１２３中を伝搬する光は、上部導波路１２３の楔型形状によって、ビーム形状が横方向（上部導波路１２３の幅方向）に細くなりながら進み、直下の上部導波路１２２へと移っていく。光が直下の上部導波路１２２に移る際に、上部導波路１２３の楔型の先端形状によって、光は縦方向（上部導波路１２３の厚さ方向）に圧縮される。

　同様に、３層の上部導波路１２１～１２３のうち中間の上部導波路１２２中を伝搬する光は、上部導波路１２２の楔型形状によってビーム形状が横方向（上部導波路１２２の幅方向）に細くなりながら進み、直下の上部導波路１２１へと移っていく。光が直下の上部導波路１２１に移る際に、上部導波路１２２の楔型の先端形状によって、光は縦方向（上部導波路１２２の厚さ方向）に圧縮される。

　同様に、３層の上部導波路１２１～１２３のうち最下の上部導波路１２１中を伝搬する光は、上部導波路１２１の楔型形状によってビーム形状が横方向（上部導波路１２１の幅方向）に細くなりながら進み、直下のベース導波路１１０のテーパ部１１１へと移っていく。光が直下のベース導波路１１０のテーパ部１１１に移る際に、上部導波路１２１の楔型の先端形状によって、光は縦方向（上部導波路１２１の厚さ方向）に圧縮される。
　ベース導波路１１０のテーパ部１１１に入射した光は、その後ほとんど損失なしに幅狭部１１２へ進んでいく。

　本実施形態では上記のように、ベース導波路１１０のテーパ部１１１及び上部導波路１２１～１２３において、最上の上部導波路１２３を除く任意の１層の導波路に着目したとき、この導波路の直上の導波路を伝搬する光のスポットサイズより小さいスポットサイズで光が伝搬する。
　したがって、本実施形態では、上記の一連の過程で光導波路構造１００の一端側（幅広側）の端面１１１Ａ、１２１Ａ～１２３Ａから入射した光は、ビーム形状が横方向（上部導波路１２１～１２３の幅方向）に細められ、これによって入射時点において相対的にスポットサイズの大きい光が相対的にスポットサイズの小さい光に変換されて、ベース導波路１１０の幅狭部１１２の端面１１２Ｂから出射される。

　上部導波路１２１～１２３の先端及びその近傍においては、光が下層に移る際に損失が生じやすい。
　上部導波路１２１～１２３においては、互いに上下に隣接する上部導波路の先端尖点同士の平面視間隔が上に向かう程広くなっていることが好ましい。換言すれば、上部導波路１２１～１２３の先端尖点同士の平面視間隔は、上の方が相対的に広く、下の方が相対的に狭くなっていることが好ましい。
　以降、特に明記しない限り、「先端尖点同士の間隔」は「先端尖点同士の平面視間隔」を意味するものとする。

　具体的には、図１Ｃに示すように、最下の上部導波路１２１の先端尖点１２１Ｘと中間の上部導波路１２２の先端尖点１２２Ｘとの間隔をＣ１、中間の上部導波路１２２の先端尖点１２２Ｘと最上の上部導波路１２３の先端尖点１２３Ｘとの間隔をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１であることが好ましい。
　上記構成では、上層から下層に向けて光が移る過程で、最初は上部導波路の先端尖点同士の間隔が相対的に広いため、比較的ゆっくりとモードを変換させることができ、損失を低減することができる。ある程度モードが変換した後の下層側では、上部導波路の先端尖点同士の間隔が相対的に狭くても、大きな損失は生じない。

　本実施形態では、３層以上の上部導波路を設けることでベース導波路と合わせて４層（４段）以上の構成となり、同じ導波路長Ｌ０で比較した場合、ベース導波路と上部導波路との２段又は３段構造である特許文献１～５に記載の光導波路構造に対して、より低損失でモード変換を実現することができる。

　また、本実施形態においては、ベース導波路１１０のテーパ部１１１の一端側（幅広側）の端面１１１Ａと、３層の上部導波路１２１～１２３の一端側（幅広側）の端面１２１Ａ～１２３Ａとが面一とされているので、これらの端面での光の散乱損失を低減することができるとともに、無反射膜を形成できるようになっている。
　そして、本実施形態においては、ベース導波路側から積層方向に上部導波路１２１～１２３の厚さが順次増加するように構成されているので、光が下層に移る際の光の損失をより低減することができる。

　以上、３層の上部導波路１２１～１２３の一端側（幅広側）の端面１２１Ａ～１２３Ａから光が入射する場合について説明した。
　なお、ベース導波路１１０の幅狭部１１２の他方側の端面１１２Ｂから光が入射しても構わない。この場合には、上記と逆の過程を辿って光のスポットサイズが段階的に大きくなり、入射時よりも相対的に大きなスポットサイズの光が３層の上部導波路１２１～１２３の一端側（幅広側）の端面１２１Ａ～１２３Ａから出射される。

　本実施形態の光導波路デバイス１は、モード変換器等として好ましく利用できる。
　本実施形態の光導波路デバイス１は必要に応じて、モード変換器等として必要な他の構成要素、例えばクラッド層（図示略）等を備えている。

　本実施形態によれば、光のスポットサイズを変換することが可能な光導波路構造であって、同じ導波路長Ｌ０で比較したときの変換損失が低減され、小型で高効率な光変換が可能な光導波路構造１００及び光導波路デバイス１を提供することができる。
　本実施形態により小型で高効率な光変換が実現されることは、後述する実施例においてデータを示す。

（設計変更）
　上記実施形態では、平面視略楔型部からなる３層の上部導波路１２１～１２３を備えた態様について説明した。
　上部導波路は、少なくとも上述の他端側（先端側）に該他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有していれば本発明の効果が得られる。したがって、各上部導波路は平面視で、略楔型部と他の形状部とを組み合わせたものでもよい。各上部導波路は例えば、平面視略楔型部の幅広側に幅が均一な幅広部を有するものであってもよい。

　平面視略楔型部を有する上部導波路は３層以上とすることができる。平面視略楔型部を有する上部導波路の数が多くなる程、同じ導波路長Ｌ０に対して低損失化を図ることができ、好ましい。

　平面視略楔型部を有する上部導波路を３層以上とする場合も、上記実施形態と同様の設計で、複数の上部導波路を積層していけばよい。
　３層以上の上部導波路においても、ベース導波路のテーパ部及び３層以上の上部導波路において、最上の上部導波路を除く任意の１層の導波路に着目したとき、この導波路の直上の導波路を伝搬する光ビームのスポットサイズより小さいスポットサイズで光が伝搬する。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
　図１Ａ～図１Ｃに示したような、ベース導波路１１０とその上に積層された３層の上部導波路１２１～１２３を有する光導波路デバイスについて、光損失の計算を実施した。この光導波路デバイスにおいては、Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３、かつ、Ｌ０＞Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３とした。
　ここで、ベース導波路１１０のテーパ部１１１：最大幅Ｗ０、導波路長Ｌ０；上部導波路１２１：最大幅Ｗ１、導波路長Ｌ１；上部導波路１２２：最大幅Ｗ２、導波路長Ｌ２；上部導波路１２３：最大幅Ｗ３、導波路長Ｌ３である。

　そして、上部導波路１２１の厚さをＨ１、上部導波路１２２の厚さをＨ２、上部導波路１２３の厚さをＨ３とし、Ｈ１＝０．５μｍ、Ｈ２＝１．０μｍ、Ｈ３＝１．５μｍのように下層から上層に向かって次第に厚さが厚くなるように設定してテーパ変換損失を求めた。その結果を図２Ａに示す。
　なお、図２Ａでは、テーパ長Ｌ０を変更した時の変換損失について、ＴＥ偏光の光を用いた場合とＴＭ偏光の光を用いた場合を示している。

（比較例１）
　Ｈ１＝１．２μｍ、Ｈ２＝１．２μｍ、Ｈ３＝１．０μｍのように、上部導波路１２１及び上部導波路１２２よりも上部導波路１２３の厚みが薄くなるように設定した以外は、実施例１と同様の構成として、ベース導波路１１０とその上に積層された３層の上部導波路１２１～１２３を有する光導波路デバイスについて、光損失の計算を実施した。その結果を図２Ｂに示す。
　なお、図２Ｂでも、テーパ長Ｌ０を変更した時の変換損失について、ＴＥ偏光の光を用いた場合とＴＭ偏光の光を用いた場合を示している。

　図２Ａ及び図２Ｂより、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光のいずれの場合においても、ベース導波路１１０上に３層の上部導波路１２１～１２３の厚さがベース導波路１１０側から順次増加するように設定した場合の方が、テーパ変換損失が小さくなることが分かる。

　この出願は、２０１２年３月２８日に出願された日本出願特願２０１２－７２８５０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　本発明の光導波路構造によれば、導波路を進行する光の変換損失を低減させ、スポットサイズを小さくすることができ、高効率な光変換が可能である。従って、小型でありながらも光のスポットサイズを変化することができる光導波路構造とすることができる。
　また、本発明の光導波路デバイスによれば、上述のような光導波路構造を備えているので、モード変換機等に好適に用いることが可能である。

１　光導波路デバイス
１００　光導波路構造
１１０　ベース導波路
１１１　テーパ部
１１２　幅狭部
１２１～１２３　上部導波路
１２１Ａ～１２３Ａ　上部導波路の一端側（幅広側）の端面
Ｈ１～Ｈ３　厚さ（上部導波路厚さ）
Ｌ１～Ｌ３　導波路長

Claims (3)

1. 　一端側から他端側に向けて連続的に幅が狭くなるテーパ部と、該テーパ部の他端側に連設され前記他端側から延出する幅狭部とを含むベース導波路を備えた光導波路構造であって、
   　前記ベース導波路の前記テーパ部上に３層以上の上部導波路を積層し、
   　これら上部導波路は、積層方向に隣接する２層において上層が下層をはみ出さないように前記テーパ部から順次平面形状が小さくなるように、かつ積層方向の前記上部導波路の厚さが順次増加するように構成され、
   　各々の上部導波路の少なくとも前記他端側に、該他端側に向けて連続的に幅が狭くなる平面視略楔型部を有し、
   　前記ベース導波路の前記一端側の端面と、前記３層以上の上部導波路の前記一端側の端面とが面一とされていることを特徴とする光導波路構造。
2. 　前記３層以上の上部導波路は、前記ベース導波路側から順次導波路長が短くなるように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
3. 　請求項１または請求項２に記載の光導波路構造を備えることを特徴とする光導波路デバイス。

Images