分长，从第1导波部11入射了的TE 模式以隔热的方式变化，在向第2导波部12侧出射时变化为TM模式。同样，可知从第2导 波部12入射了的TM模式以隔热的方式变化，在向第1导波部11侧出射时变化为TE模式。 并且，在W2 = 160nm和W2 = 180nm的比较中，可知W2的宽度窄的一方以更短的距离（L2) 产生隔热变换。
[0160] 在硅芯的厚度H1为220nm的波导中，一般利用400nm左右的芯宽。随着该芯宽变 窄，模式变宽。若芯宽变窄，且模式变宽，则由制造上产生的侧壁的粗糙度引起的光的散射 而产生的损失更加增大。并且，若模式变宽，则当在SOI基板上形成光波导的情况下，由于 在光波导的下部存在基板的硅层，所以产生光朝硅层的泄漏。考虑上述的损失增大和隔热 变化所需要的长度的条件，而能够适当地选择最佳的波导宽度以及波导长。
[0161] 另外，使用上部硅层的厚度为220nm、BOX层的厚度为2μπι的SOI基板，制作了光 波导。在本制作中，基于模式拟结果，而设为L2 = 150ym，W2 = 180nm。图28中示出测定 向第1导波部入射TE模式、而从第2导波部（模式扩大部）侧出射的TE模式以及TM模式 的耦合功率（dB)后的结果。该耦合功率是以不具有偏振变换构造的直线波导为参考的差 的值。根据图28可知，在1500~1600nm的宽大的波长中实现了从TE朝TM的偏振变换。 并且，在该波长范围中，确认了 10dB以上的偏振波消光比（"InputTE=K)utputTM"和"InputTEAOutput:TE"的耦合功率的dB值的差）。
[0162](实施例3)
[0163] 作为实施例3,设计了使用第10实施方式的InP系光波导的偏振变换元件。图29 示出本实施例的构造。该构造是如下构造：从图18的构造省略了模式扩大部58,另外从第 1导波部51的脊部51r经由偏振波旋转部53的厚板部54而至与第2导波部52连接的脊 形波导57的脊部57r为止，具有恒定的宽度。
[0164] 此外，假定本实施例的偏振变换元件与其周围（长边方向的前后）的波导连接来 使用，但通过连接在本实施例的A4-A4剖面、D4-D4剖面中厚板部以及薄板部的宽度呈锥形 状地变化的波导（例如，参照图16(a)、图17、图18(a))，能够无损失地向周围的波导传播 光。
[0165] 在图29(b)~图29(e)的剖视图中，图示了在各部的芯51c、52c、53c、57c的下方 存在的基板51b、52b、53b、57b和覆盖芯51c、52c、53c、57c的侧方以及上方的上部包覆层 51a、52a、53a、57a中芯的附近的部分。基板51b、52b、53b、57b作为下部包覆层发挥功能。
[0166] 偏振波旋转部53中，处于图29 (a)的上侧的薄板部55的宽度在从第1导波部51 距离长度L11的范围内从W11线性地减少至0。在下一个长度L12的范围内，薄板部55仅 存在于厚板部54的单侧。并且，处于图29(a)的下侧的薄板部55的宽度在从第1导波部 51距离长度L11的范围内宽度以W13恒定，在下一个长度L12的范围内，宽度从W13线性地 减少至0。在从剖面呈矩形的第2导波部52距离长度L13的范围内，在脊部57r的宽度方 向的两侧，平板部57s、57s的宽度分别线性地增大。
[0167]H11是平板部51s、57s以及薄板部55的高度。H12是H13 -H11的差。H13是脊 部51r、57r以及厚板部54的高度。
[0168] W11是处于图29(a)的上侧的平板部51s、57s的最大幅度。W12是脊部51r、57r， 厚板部54以及第2导波部52的宽度。W13是处于图29(a)的下侧的平板部51s、57s的最 大幅度。
[0169] 本实施例中，对于将InP基板上的InGaAsP设为芯、将上部包覆层设为Si02的情 况进行了计算。InP以及Si02的折射率分别使用3. 17和1. 45。并且，公知InGaAsP的折 射率因其组成比而变化，但此处以3. 4进行了计算。
[0170] 图 29(a)~图 29(e)中的各尺寸如下述。Wll= 1ym，W12 = 0· 8ym，W13 = 1μπι， Hll= 1· 045μπι，Η12 = 0· 62μπι，Η13 =Η11+Η12 = 1· 665ym，Lll= 300ym，L12 = 600μπι， L13 = 100μm〇
[0171] 模式拟中，使用模式拟软件Fimmwave(Photon设计公司）进行了基于 EME(EigenmodeExpansion)法的计算。光的波长是1550nm。表2中示出模式拟的结果。根 据该结果确认到，利用使用了基板的InP与波导的InGaAsP的折射率差比较小的InP系光 波导的偏振变换元件能够进行偏振波旋转。
[0172] 表 2
[0173]
[0174] (实施例4)
[0175] 接下来，作为第11实施方式的实施例设计图30所示的构造，并进行了模式拟。该 构造与图19的构造相同，但在图30(b)~图30(e)的剖视图中，在高台面构造（芯、上部包 覆层以及下部包覆层）的宽度方向两侧图示了包覆层61d、62d、63d、68cLH21是下部包覆层 61b、62b、63b、68b从基板 61e、62e、63e、68e的上表面突出的高度。H22 是芯 61c、62c、63c、 68c的厚度。H23 是上部包覆层 61&、62&、633、683的厚度。[1、[2、[3乂21乂22乂23的 定义分别与图2的W1、W2、W3、L1、L2、L3相同。
[0176] 本实施例中，对于将InP基板上的InGaAsP设为芯、将上部包覆层设为InP、并将高 台面构造的宽度方向两侧的包覆层设为Si02的情况进行了计算。
[0177] 本实施例中，InP、InGaAsP、Si02的折射率也使用了与上述实施例3相同的值。并 且，计算方法也相同。构造的各尺寸为，W21 = 1. 5μπι，W22 = 0· 9μπι，W23 = 0· 6μπι，H21 =1μm，Η22 = 0· 5μm，Η23 = 1μm，L21 = 200μm，L22 = 700μm，L23 = 100μm〇 表 3 中 示出模式拟结果。根据该结果确认到，在本构造的高台面构造中，通过应用本发明也能够实 现偏振波旋转。
[0178] 表 3
[0179]
[0180] 产业上的可利用性
[0181] 本发明的偏振变换元件例如涉及在基板上制成的光波导元件的构造，能够应用于 以偏振变换为目的的元件。
[0182] 附图标记的说明：
[0183] 10、10八、1(?、10(：、100、40、50、6(>..偏振变换元件 ；11、41、51、61~第1导波部； 11。、12。、18。、31、61。、62。、63。、68(^"芯；11『、46『、47『、51『、57广"脊部；118、468、478、51s、57s…平板部；12、42、52、62~第2导波部；13、43、53、63~偏振波旋转部；14、44、54、 64…厚板部；15、45、55、65~薄板部 ；17."基板；18、48、58、68~模式扩大部；1士"模式变换 部；20...DP-QPSK调制器；61&、623、63&、683~上部包覆层；6113、6213、6313、681^"下部包覆 层。
【主权项】
1. 一种偏振变换元件，其特征在于， 形成在基板上的光波导依次具有第1导波部、偏振波旋转部以及第2导波部， 上述第1导波部的剖面中的导波光的固有模式包括至少一个TE模式和一个TM模式， 有效折射率最高的TE模式与TM模式相比有效折射率较高， 上述第2导波部的剖面中的导波光的固有模式包括至少一个TE模式和一个TM模式，TM模式与有效折射率最高的TE模式相比有效折射率较高， 上述第1导波部以及上述第2导波部彼此波导构造的高度相等， 上述偏振波旋转部的波导构造在从上述基板开始的高度方向上具有至少两组高度，该 波导构造具有与上述第1导波部及上述第2导波部的波导构造相同的高度的厚板部、以及 与上述厚板部相比厚度较低的薄板部， 上述偏振波旋转部的波导构造具有剖面相对于宽度方向非对称、并且相对于高度方向 也非对称的部分， 在上述第1导波部的波导构造、上述偏振波旋转部的厚板部以及上述第2导波部的波 导构造之间，相同高度的波导构造连续地存在。2. 根据权利要求1所述的偏振变换元件，其特征在于， 在上述第1导波部、上述偏振波旋转部以及上述第2导波部之间，上述波导构造的宽度 以不具有不连续点的方式沿导波方向连续地变化。3. 根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第1导波部的上述波导构造是在其剖面中宽度方向比高度方向宽的矩形。4. 根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第1导波部的上述波导构造是具有厚度较厚的脊部和厚度较薄的平板部的脊形 构造。5. 根据权利要求4所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述偏振波旋转部的厚板部的高度与上述脊部的高度相等，上述薄板部与上述平板部 的高度相等。6. 根据权利要求1~5中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第2导波部的上述波导构造是在其剖面中宽度方向比高度方向窄的矩形。7. 根据权利要求1~6中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第2导波部的上述波导构造是在上述厚板部连续地具有以恒定的宽度呈直线状 地延伸且剖面呈矩形的部分。8. 根据权利要求1~5中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第2导波部的上述波导构造是具有厚度较厚的脊部和厚度较薄的平板部的脊形 构造。9. 根据权利要求1~8中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第1导波部的剖面中的导波光的固有模式包括一个TE模式和一个TM模式，或者 包括至少两个TE模式、和一个与有效折射率第二高的TE模式相比有效折射率较高的一个 TM模式。10. 根据权利要求1~9中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第2导波部与模式扩大部连接，该模式扩大部随着从上述偏振波旋转部离开的方 向而波导构造的宽度变宽。11. 根据权利要求1~9中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述第1导波部以及上述第2导波部中任一方或者双方与锥形形状的模式变换部连 接，该模式变换部随着从上述偏振波旋转部离开的方向而波导构造的宽度变窄而形成为锥 形形状。12. 根据权利要求1~11中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述偏振波旋转部的厚板部的下表面和薄板部的下表面处于离上述基板相同的高度。13. 根据权利要求1~11中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述偏振波旋转部的厚板部的上表面和薄板部的上表面处于离上述基板相同的高度。14. 根据权利要求1~13中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述波导构造是芯。15. 根据权利要求1~13中任一项所述的偏振变换元件，其特征在于， 上述波导构造由芯和上部包覆层构成，上述上部包覆层层叠在上述芯上且具有上述芯 的宽度以下的宽度。16. -种DP-QPSK调制器，其特征在于， 具备权利要求1~15中任一项所述的偏振变换元件。
【专利摘要】一种偏振变换元件，其中，形成在基板上的光波导依次具有第1导波部、偏振波旋转部以及第2导波部，第1导波部的剖面中的导波光的固有模式的有效折射率最高的TE模式与TM模式相比有效折射率较高，第2导波部的剖面中的TM模式与有效折射率最高的TE模式相比有效折射率较高，第1导波部以及第2导波部相互波导构造(例如芯)的高度相等，偏振波旋转部的波导构造具有与第1导波部及第2导波部的波导构造相同的高度的厚板部、以及与厚板部相比厚度较低的薄板部，具有剖面相对于宽度方向非对称且相对于高度方向也非对称的部分，在第1导波部、偏振波旋转部的厚板部以及第2导波部之间，相同高度的波导构造连续地存在。
【IPC分类】G02B6/14
【公开号】CN105378526
【申请号】CN201380077674
【发明人】五井一宏, 冈彻, 日下裕幸, 小川宪介
【申请人】株式会社藤仓
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2013年9月2日
【公告号】EP3009869A1, US20160178842, WO2014207949A1