本發(fā)明涉及具備由半導(dǎo)體構(gòu)成的纖芯的光合波分波元件。另外，涉及具備該光合波分波元件的光調(diào)制器。

背景技術(shù)：

在光通信的領(lǐng)域，廣泛使用集成多個半導(dǎo)體光學(xué)元件的半導(dǎo)體基板。在這樣的半導(dǎo)體基板，使用形成半導(dǎo)體光學(xué)元件的工藝與親和性高的工序形成具備由半導(dǎo)體構(gòu)成的纖芯的光波導(dǎo)路。這樣的光波導(dǎo)路例如被用于將某個半導(dǎo)體光學(xué)元件與其他半導(dǎo)體光學(xué)元件連接。

另外，還存在在這樣的半導(dǎo)體基板形成光合波分波元件的情況。在此，光合波分波元件是指具有將從多個光波導(dǎo)路輸入的光合波進而向單一的光波導(dǎo)路輸出的功能、以及將從單一的光波導(dǎo)路輸入的光分波進而向多個光波導(dǎo)路輸出的功能的元件。

在專利文獻1～2中記載有將一個光波導(dǎo)路(第1波導(dǎo)路)與2個光波導(dǎo)路(第2～第3波導(dǎo)路)經(jīng)由多模式干擾(MMI；Multi-Mode Interference)部連接的光合波分波元件，即具備MMI部的1×2的光合波分波元件。

在專利文獻1的圖1中記載有如下的光合波分波元件，其中，(1)在第1波導(dǎo)路(圖1所示的第2輸入輸出波導(dǎo)路部)與MMI部(圖1所示的第1多模式波導(dǎo)路部)之間夾裝第1錐形部(圖1所示的第2多模式波導(dǎo)路部以及第4輸入輸出波導(dǎo)路部)，并且，(2)在第2～第3波導(dǎo)路(圖1所示的第1輸入輸出波導(dǎo)路部)與MMI部之間夾裝第2錐形部(夾裝圖1所示的第3輸入輸出波導(dǎo)路部)。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第1波導(dǎo)路的有效折射率與MMI部的有效折射率之差通過第1錐形部的有效折射率緩解，因此能夠抑制由于伴隨著連接第1波導(dǎo)路與MMI部而產(chǎn)生的反射所引起的損失。

另外，在非專利文獻1中記載有使第1波導(dǎo)路與第2波導(dǎo)路在相同平面上交叉的光交叉元件。如非專利文獻1的圖2所示，光交叉元件具備相互正交的第1波導(dǎo)路與第2波導(dǎo)路，在第1波導(dǎo)路與第2波導(dǎo)路交叉的交叉點附近形成擴張區(qū)域。

擴張區(qū)域的形狀在俯視的情況下具有四方的對稱性，包括長軸與第1波導(dǎo)路的中心軸一致的第1橢圓、以及長軸與第2波導(dǎo)路的中心軸一致的第2橢圓。此外，擴張區(qū)域的厚度構(gòu)成為比第1波導(dǎo)路的厚度以及第2波導(dǎo)路的厚度薄。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠抑制交叉點的散射所引起的損失，并且減少在沿第1波導(dǎo)路導(dǎo)波的光與沿第2波導(dǎo)路導(dǎo)波的光之間產(chǎn)生的串?dāng)_。

在專利文獻1所記載的光合波分波元件中，考慮通過積極利用在MMI部產(chǎn)生的相互作用亦即干擾來實現(xiàn)合波功能與分波功能。

另一方面，在非專利文獻1所記載的光交叉元件中，考慮沿第1波導(dǎo)路導(dǎo)波的光與沿第2波導(dǎo)路導(dǎo)波的光之間產(chǎn)生的相互作用成為彼此間的光的串?dāng)_的原因。即，在光交叉元件中，考慮通過盡量抑制該相互作用來實現(xiàn)減少了彼此的光的串?dāng)_的光的交叉。

如上所述，在針對在多個光之間產(chǎn)生的相互作用的考量中，光合波分波元件與光交叉元件為位于對極的發(fā)明彼此。

專利文獻1：日本國公開專利公報“特開2000-221345號公報(2000年8月11日公開)”

專利文獻2：日本國公開專利公報“特開2013-137360號公報(2013年7月11日公開)”

[非專利文獻1]Wim Bogaerts et.al.，OPTICS LETTERS，Vol.32，No.19，2801-2803，October 1，2007

集成多個半導(dǎo)體光學(xué)元件的半導(dǎo)體基板具備多個光合波分波元件。因此，強烈希望盡可能地抑制在各光合波分波元件中產(chǎn)生的反射光(返回光)的發(fā)生。反射光不僅會增加光合波分波元件的損失，還會使集成多個半導(dǎo)體光學(xué)元件的集成光學(xué)元件的動作變得不穩(wěn)定。本發(fā)明的發(fā)明人們認為在專利文獻1～2所記載的光合波分波元件中，仍存在抑制反射光的發(fā)生的余地。

如上所述，在非專利文獻1所記載的光交叉元件中，記載為通過在交叉點附近設(shè)置擴張區(qū)域，能夠抑制由交叉點處的散射引起的損失，并減少串?dāng)_。

然而，即便將在光交叉元件中所使用的結(jié)構(gòu)亦即擴張區(qū)域的概念應(yīng)用于光合波分波元件，能否得到有意的效果仍無從得知。另外，應(yīng)該怎樣將擴張區(qū)域的概念具體化并應(yīng)用于光合波分波元件也無從得知。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是鑒于上述的課題而形成的，其目的在于提供一種與以往的光合波分波元件相比，能夠抑制反射光的發(fā)生的光合波分波元件。

為了解決上述的課題，本發(fā)明的光合波分波元件具備由半導(dǎo)體構(gòu)成的纖芯，其特征在于，上述纖芯包括：第1纖芯；第2纖芯～第N纖芯，與上述第1纖芯厚度相等，并且被相互并列配置；以及多模干涉區(qū)間，第1端面與上述第1纖芯接合，且與上述第1端面對置的第2端面與上述第2纖芯～第N纖芯分別接合，該多模干涉區(qū)間包括溝道型波導(dǎo)路以及脊型波導(dǎo)路，上述溝道型波導(dǎo)路包含上述第2端面，且寬度比上述第2纖芯～第N纖芯的寬度之和寬，上述脊型波導(dǎo)路包含上述第1端面，且包括厚度與上述第1纖芯～第N纖芯相等的脊以及厚度比該脊薄的平板，上述脊的寬度從上述溝道型波導(dǎo)路的寬度縮窄至與該脊的邊界處的第1纖芯的寬度。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，通過在脊型波導(dǎo)路形成平板，能夠使等價折射率(表示微小波導(dǎo)路中的有效折射率)從溝道型波導(dǎo)路向第1纖芯平滑地變化。

因此，本發(fā)明的光合波分波元件能夠抑制在等價折射率大幅變化的界面產(chǎn)生的菲涅耳反射，并抑制在光合波分波元件中產(chǎn)生的反射光的發(fā)生。

本發(fā)明能夠提供與以往的光合波分波元件相比，能夠抑制反射光的發(fā)生的光合波分波元件。

附圖說明

圖1中，(a)為表示本發(fā)明的第1實施方式的光合波分波元件的結(jié)構(gòu)的立體圖，(b)為表示(a)所示的光合波分波元件具備的纖芯的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖2中，(a)～(c)為表示圖1(a)所示的光合波分波元件具備的MMI區(qū)間的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3中，(a)～(d)為圖1(b)所示的纖芯的第1～第4變形例的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖4是將使用本發(fā)明的實施例的光合波分波元件計算出的反射率相對于長度L2描繪的曲線圖。

圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式的光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的框圖。

具體實施方式

〔第1實施方式〕

參照圖1以及圖2對本發(fā)明的第1實施方式的光合波分波元件10進行說明。圖1(a)為表示本實施方式的光合波分波元件10的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖1(b)為表示光合波分波元件10具備的纖芯11的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2(a)～(c)為表示光合波分波元件10具備的MMI(Multi-Mode Interference)區(qū)間15的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

(光合波分波元件10)

如圖1(a)所示，光合波分波元件10包括纖芯11、由下部包層21a以及上部包層21b構(gòu)成的包層21。纖芯11層疊于下部包層21a的上表面，上部包層21b以包圍纖芯11的方式層疊于下部包層21a以及纖芯11的上表面。

纖芯11由例如以硅為代表的具有高的折射率的半導(dǎo)體構(gòu)成，包層21由具有低于構(gòu)成纖芯11的材質(zhì)的折射率的材質(zhì)構(gòu)成。例如，當(dāng)作為構(gòu)成纖芯11的材質(zhì)采用硅的情況下，作為構(gòu)成包層21的材質(zhì)，可以采用氧化硅。

如圖1(b)所示，本實施方式的纖芯11包括(1)：第1纖芯12；(2)厚度與第1纖芯12相等的第2～第3纖芯13、14，且第2～第3纖芯13、14被相互并列配置；(3)第1端面(圖示的坐標(biāo)軸中的y軸負方向側(cè)的端面)與第1纖芯12接合，與上述第1端面對置的第2端面(圖示的坐標(biāo)軸中的y軸正方向側(cè)的端面)與第2～第3纖芯13、14分別接合的該MMI(多模干涉、Multi-Mode Interference)區(qū)間15。MMI區(qū)間15包括：包括上述第2端面的溝道型波導(dǎo)路15a、以及包括上述第1端面的脊型波導(dǎo)路15b。

在本實施方式中，作為第1～第3纖芯12～14，采用與光的波導(dǎo)方向正交的剖面的形狀為四邊形的溝道型的纖芯。由(1)、(2)可見，第1纖芯12的厚度、第2纖芯13的厚度以及第3纖芯14的厚度均為厚度tc。另外，第2纖芯13的寬度Wc2與第3纖芯14的寬度Wc3均為寬度Wc，第2～第3纖芯13、14的寬度Wc與第1纖芯12的寬度Wc1也可以相等。在本實施方式中，采用第1～第3纖芯12～14的寬度均為寬度Wc的結(jié)構(gòu)。另外，由(3)可見，如果使用溝道型波導(dǎo)路的長度L1與脊型波導(dǎo)路的長度L2，則MMI區(qū)間15的長度由LL＝L1+L2表示。

溝道型波導(dǎo)路15a的寬度W1比上述第2端面的第2纖芯13的寬度Wc2與第3纖芯14的寬度Wc3之和大(W1＞W(wǎng)c+Wc(＝Wc2+Wc3))。

脊型波導(dǎo)路15b夾裝于溝道型波導(dǎo)路15a與第1纖芯12之間。脊型波導(dǎo)路15b由脊15r與平板15s構(gòu)成。脊15r的厚度tr與第1～第3纖芯12～14的厚度tc相等(tr＝tc)。另一方面，平板15s的厚度ts比脊15r的厚度tr薄(ts＜tr)。即，脊型波導(dǎo)路15b為脊型的波導(dǎo)路。

在此，將圖1(a)以及(b)所示的坐標(biāo)系進行如下定義。將平行于下部包層21a與纖芯11的邊界面的面設(shè)為xy平面。(1)此外，將與xy平面垂直的方向、即與纖芯11的厚度方向平行的軸定義為z軸。關(guān)于z軸的朝向，將從下部包層21a向上部包層21b的朝向定義為正的朝向。(2)將與xy平面所含的方向中的、第1纖芯12所延伸的方向平行的軸設(shè)為y軸。關(guān)于y軸的朝向，將圖1(a)以及(b)中從近前向進深的朝向定義為正的朝向。(3)將與xy平面所含的方向中的、第1纖芯12的寬度方向平行的軸定義為x軸。關(guān)于x軸的朝向，定義為該x軸同上述的y軸以及z軸一起構(gòu)成右手定則。圖2以及圖3所示的坐標(biāo)系也與圖1所示的坐標(biāo)系相同設(shè)定。

圖2(a)為表示光合波分波元件10具備的MMI區(qū)間15的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是沿著溝道型波導(dǎo)路15a的zx平面的剖面中的剖視圖。具體地說，圖2(a)為溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界處的溝道型波導(dǎo)路15a的剖視圖。圖2(b)以及(c)為表示光合波分波元件10具備的MMI區(qū)間15的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是脊型波導(dǎo)路15b的沿著zx平面的剖面的剖視圖。具體地說，圖2(b)是脊型波導(dǎo)路15b的中間點處的脊型波導(dǎo)路15b的剖視圖，圖2(c)是脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界處的脊型波導(dǎo)路15b的剖視圖。

如圖2(a)所示，溝道型波導(dǎo)路15a的剖面的形狀為四邊形。溝道型波導(dǎo)路15a的寬度W1遍及溝道型波導(dǎo)路15a的全區(qū)間恒定。即，寬度W1從溝道型波導(dǎo)路15a與第2～第3纖芯13、14的邊界起直至溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界為止恒定。

如圖2(b)以及(c)所示，脊型波導(dǎo)路15b包括：設(shè)置于中央的脊15r、從脊15r的側(cè)面(構(gòu)成脊15r的4面中的垂直于xy面的2面)向脊15r的外側(cè)突出的平板15s。脊15r以及平板15s的剖面的形狀為四邊形。如上所述，tr＞ts。

在本實施方式中，脊型波導(dǎo)路15b的寬度W2(W2＝Wr+Ws+Ws)遍及脊型波導(dǎo)路15b的全區(qū)間恒定。即，寬度W2從溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界起直至脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界為止恒定。

此外，關(guān)于脊15r的寬度Wr，(1)在溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界處為Wr＝W1，(2)在脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界處為Wr＝Wc，(3)隨著從溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界向脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界接近，連續(xù)變窄。在本實施方式中，隨著從溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界向脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界接近，脊15r的寬度Wr直線變窄直至成為與脊15r的邊界處的第1纖芯12的寬度。換言之，作為相距溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界的距離的函數(shù)，寬度Wr表示為傾角為負的情況下的一次函數(shù)。

在本實施方式中，關(guān)于平板15s的寬度Ws，(1)在脊型波導(dǎo)路15b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界(脊型波導(dǎo)路15b的y軸正方向側(cè)的端部)處為Ws＝0，(2)在脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界(脊型波導(dǎo)路15b的y軸負方向側(cè)的端部)處為Ws＝(W1-Wc)/2，(3)隨著從溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界向脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界接近，連續(xù)變大，以便彌補寬度Wr的變窄的部分。在本實施方式中，隨著從溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界向脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界接近，平板15s的寬度Ws直線變寬。換言之，作為相距溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界的距離的函數(shù)，寬度Ws表示為傾角為正的情況下的一次函數(shù)。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，在脊15r與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界處，能夠使脊型波導(dǎo)路15b與溝道型波導(dǎo)路15a平滑地接合。因此，能夠進一步抑制在溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的邊界產(chǎn)生的菲涅耳反射，因此能夠進一步抑制反射光的發(fā)生。

圖2(b)為脊型波導(dǎo)路15b的中間點處的光合波分波元件10的剖視圖，圖2(c)為脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界處的光合波分波元件10的剖視圖，因此圖2(b)所示的寬度Ws為圖2的(c)所示的寬度Ws的1/2。

(光合波分波元件10的功能)

光合波分波元件10在相對于第1纖芯12入射光的情況下，從第2纖芯13以及第3纖芯14分別出射光。即，當(dāng)將第1纖芯12用作入射端口，第2～第3纖芯13、14用作出射端口的情況下，光合波分波元件10作為將向第1纖芯12入射的光分波為從第2纖芯13以及第3纖芯14分別出射的光的光分波元件發(fā)揮功能。

在光合波分波元件10中，當(dāng)使入射端口與出射端口反轉(zhuǎn)，對于第2纖芯13以及第3纖芯14分別入射光的情況下，光合波分波元件10從第1纖芯12出射光。即，當(dāng)將第2～第3纖芯13、14用作入射端口，第1纖芯12用作出射端口的情況下，光合波分波元件10作為將從第2纖芯13以及第3纖芯14分別入射的光合波為從第1纖芯12出射的光的光合波元件發(fā)揮功能。

如上所述，作為入射端口，通過選擇使用第1纖芯12或者使用第2～第3纖芯13、14，能夠選擇使光合波分波元件10作為光分波元件發(fā)揮功能還是作為光合波元件發(fā)揮功能。

在MMI區(qū)間15的內(nèi)部，2個光干涉，因此通過調(diào)整MMI區(qū)間15的長度L，能夠?qū)?個光的干涉的程度由強干涉狀態(tài)到弱干涉狀態(tài)進行任一控制。例如，當(dāng)使用分別向第2纖芯13以及第3纖芯14入射光的結(jié)構(gòu)，欲將從第1纖芯12出射的光的強度形成為最大的情況下，只要設(shè)定MMI區(qū)間15的長度，以使2個光成為強干涉的狀態(tài)即可。

(光合波分波元件10的效果)

光合波分波元件10通過具備在脊型波導(dǎo)路15b形成平板15s的纖芯11，能夠使等價折射率(表示微小波導(dǎo)路中的有效折射率)從溝道型波導(dǎo)路15a到第1纖芯12平滑地變化。

因此，光合波分波元件10能夠抑制在等價折射率大幅變化的界面處產(chǎn)生的菲涅耳反射，能夠抑制在光合波分波元件產(chǎn)生的反射光的發(fā)生。即，光合波分波元件10與專利文獻1～2所記載的光合波分波元件那樣在MMI區(qū)間未形成平板的光合波分波元件相比，能夠抑制MMI區(qū)間15中的菲涅耳反射，因此能夠抑制由菲涅耳反射引起的損失。

(纖芯11以及包層21的材質(zhì))

在本實施方式的光合波分波元件10中，當(dāng)采用硅制的纖芯11的情況下，光合波分波元件10例如可以使用SOI(Silicon on Insulator)基板制作。

在這種情況下，只要將SOI基板的BOX層(埋入氧化層)用作下部包層21a，并將在BOX層上形成的硅層刻畫圖案成纖芯11的形狀即可。纖芯11的厚度偏厚的部分(第1～第3纖芯12～14、溝道型波導(dǎo)路15a、以及脊15r)與厚度偏薄的平板15s可以通過使用不同圖案的掩模進行2次蝕刻而制成。

另外，包圍纖芯11的上部包層21b可以通過將具有比硅小的折射率的絕緣體、例如氧化硅層疊于下部包層21a以及纖芯11之上來形成。

此外，當(dāng)使用SOI基板制作光合波分波元件10的情況下，在下部包層21a的下層存在下部硅層(圖1(a)中未圖示)。

在用于制作光合波分波元件10的工序中，可以應(yīng)用現(xiàn)有的用于制作半導(dǎo)體光波導(dǎo)路的工序，即在硅光學(xué)通信中使用的工序。因此，光合波分波元件10能夠通過與以往的半導(dǎo)體光波導(dǎo)路同等程度的制造成本制造。換言之，光合波分波元件10能夠不增加制造成本地抑制反射光的發(fā)生。

此外，構(gòu)成纖芯11的半導(dǎo)體并不局限于硅，例如也可以是磷化銦。在這種情況下，優(yōu)選下部包層21a由在磷化銦中添加有摻雜劑的半導(dǎo)體構(gòu)成，上部包層21b由在磷化銦中添加有摻雜劑的半導(dǎo)體、氧化硅以及空氣的任一個構(gòu)成。

(與溝道型波導(dǎo)路15a接合的纖芯的數(shù)目)

在本實施方式中，對于采用在MMI區(qū)間15的脊型波導(dǎo)路15b連接第1纖芯12，在MMI區(qū)間15的溝道型波導(dǎo)路15a連接2個纖芯13、14的結(jié)構(gòu)的光合波分波元件10、即纖芯11的結(jié)構(gòu)為1×2的光合波分波元件10進行了數(shù)目。但是，纖芯11的結(jié)構(gòu)并不局限于1×2，也可以為1×M(M為3以上的整數(shù))。

當(dāng)作為纖芯11的結(jié)構(gòu)采用1×M的情況下，纖芯11可以構(gòu)成為具備：第1纖芯12、厚度與第1纖芯12相等且相互被并列配置的第2～第N(N＝M+1)的纖芯、被插入至第1纖芯12與第2～第N纖芯之間的包括溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路15b的MMI區(qū)間15。另外，溝道型波導(dǎo)路15a與第2～第N纖芯分別接合，其寬度W1可以構(gòu)成為比上述第2端面處的第2～第N纖芯的寬度之和寬。

〔變形例〕

參照圖3對本實施方式的光合波分波元件10具備的纖芯11的變形例進行說明。此外，為了便于說明，對于具有與在本實施方式的光合波分波元件10中說明的部件相同的功能的部件標(biāo)注相同的符號，并省略對其說明。光合波分波元件10具備的纖芯11可以被更換為作為第1～第4變形例的纖芯31、41、51的任意一個。

圖3(a)是表示作為纖芯11的第1變形例的纖芯31的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3(b)是纖芯11的第2變形例，是表示圖3(a)所示的纖芯31的變形例的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3(c)是表示作為纖芯11的第3變形例的纖芯41的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖3(d)是表示作為纖芯11的第4變形例的纖芯51的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

(第1變形例)

本變形例的纖芯31具備的MMI區(qū)間35由溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路35b構(gòu)成。此外，脊型波導(dǎo)路35b為與圖1(b)所示的脊型波導(dǎo)路15b相同的部件，由脊35r與平板35s構(gòu)成。如圖3(a)所示，本變形例的纖芯31與纖芯11相比，區(qū)別在于：(1)在第1纖芯12的一方的端部(與脊型波導(dǎo)路35b接合的一側(cè)的端部)設(shè)置第1錐形部321，(2)在第2纖芯13的一方的端部(與溝道型波導(dǎo)路15a接合的一側(cè)的端部)設(shè)置第2錐形部331，(3)在第3纖芯13的一方的端部(與溝道型波導(dǎo)路15a接合的一側(cè)的端部)設(shè)置第3錐形部341。

(第1錐形部321)

第1錐形部321是與光導(dǎo)波的方向正交的剖面的形狀為四邊形的溝道型的纖芯。第1錐形部321的第1纖芯12的寬度隨著接近與Wc1脊型波導(dǎo)路35b的邊界(MMI區(qū)間15的第1端面)而連續(xù)變寬。

伴隨著第1纖芯12在上述第1端面的寬度Wc1變寬，上述第1端面處的脊35r的寬度Wr變寬為與上述第1端面處的第1錐形部321的寬度一致。

由于第1纖芯12的有效折射率與脊35r的有效折射率之差通過第1錐形部321的有效折射率緩解，因此能夠抑制由于伴隨連接第1纖芯12與脊35r而產(chǎn)生的反射引起的損失。

作為本變形例的第1纖芯12的寬度恒定的部分的寬度，當(dāng)采用與第1實施方式的纖芯12的寬度相同的寬度的情況下，上述第1端面處的第1錐形部321的寬度變得比第1實施方式的纖芯12的寬度寬。因此，在這種情況下，作為上述第1端面處的脊35r的寬度Wr，可以采用比第1實施方式的纖芯12的寬度寬的寬度。

另外，作為脊型波導(dǎo)路35b的脊35r的寬度Wr，當(dāng)采用與第1實施方式的脊型波導(dǎo)路15b的寬度Wr相同的寬度的情況下，作為本變形例的第1纖芯12的寬度恒定的部分的寬度，可以采用比第1實施方式的第1纖芯12的寬度窄的寬度。

(第2錐形部331、第3錐形部341)

第2錐形部331與第1錐形部321相同，是與光導(dǎo)波的方向正交的剖面的形狀為四邊形的溝道型的纖芯。第2錐形部331處的第2纖芯13的寬度Wc2隨著接近與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界(MMI區(qū)間15的第2端面)而連續(xù)變寬。

第3錐形部341與第1錐形部321以及第2錐形部331相同，是與光導(dǎo)波的方向正交的剖面的形狀為四邊形的溝道型的纖芯。第3錐形部341處的第3纖芯14的寬度Wc3隨著接近與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界(MMI區(qū)間15的第2端面)而連續(xù)變寬。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，與第1實施方式的纖芯11相比，能夠抑制第2纖芯13與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界處的纖芯的寬度的不連續(xù)、以及第3纖芯14與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界處的纖芯的寬度的不連續(xù)。因此，采用本變形例的纖芯31的光合波分波元件10也能夠抑制損失。

此外，在本變形例中，對于在第1纖芯12與脊型波導(dǎo)路35b之間插入第1錐形部321、在第2纖芯13與溝道型波導(dǎo)路15a之間插入第2錐形部331、在第3纖芯14與溝道型波導(dǎo)路15a之間插入第3錐形部341的結(jié)構(gòu)進行了說明。但是，也可以對于第1實施方式的纖芯11僅應(yīng)用第1錐形部321，或者僅應(yīng)用第2～第3錐形部331、341。從確保第2纖芯13與第3纖芯14的對稱性的觀點出發(fā)，僅應(yīng)用第2～第3錐形部331、341的一方不理想。

(第2變形例)

如圖3(b)所示，纖芯31的脊型波導(dǎo)路35b也可以構(gòu)成為包括：與圖3(a)所示的脊型波導(dǎo)路35b對應(yīng)的脊型波導(dǎo)路35b1、設(shè)置于脊型波導(dǎo)路35b1的與第1纖芯12接合的一側(cè)的端部(圖示的坐標(biāo)系中的y軸負方向側(cè)的端部)的連接部35b2。連接部35b2為與脊型波導(dǎo)路35b1連續(xù)的脊型波導(dǎo)路，且為脊35r的寬度Wr恒定的脊型波導(dǎo)路。

這樣，脊型波導(dǎo)路35b處的脊35r的寬度Wr可以構(gòu)成為隨著接近第1纖芯12，從溝道型波導(dǎo)路15a的寬度變窄至與脊35r的邊界處的第1纖芯12的寬度。換言之，可以在脊型波導(dǎo)路35b的一部分區(qū)間包含脊35r的寬度恒定的區(qū)間。

(第3變形例)

如圖3(c)所示，本變形例的纖芯41的MMI區(qū)間45可以構(gòu)成為包括：與圖1(b)所示的脊型波導(dǎo)路15b對應(yīng)的脊型波導(dǎo)路45b1、設(shè)置在脊型波導(dǎo)路45b1的與第1纖芯12接合的一側(cè)的端部(圖示的坐標(biāo)系中的y軸負方向側(cè)的端部)的連接部45b2。連接部45b2是與脊型波導(dǎo)路45b1連續(xù)的脊型波導(dǎo)路，且為脊45r的寬度Wr恒定的脊型波導(dǎo)路。

連接部45b2的平板45s的寬度Ws隨著從與脊型波導(dǎo)路45b1的邊界接近第1纖芯12而變窄，在與第1纖芯12的邊界處，為Ws＝0。在本變形例中，采用寬度Ws隨著從連接部45b2的與脊型波導(dǎo)路45b1的邊界接近與第1纖芯12的邊界而直線變窄的結(jié)構(gòu)。換言之，作為相距連接部45b2與脊型波導(dǎo)路45b1的邊界的距離的函數(shù)，寬度Ws表示為傾角為負的情況下的一次函數(shù)。

換言之，寬度Ws在脊型波導(dǎo)路45b的、與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界以及與第1纖芯12的邊界處Ws＝0，在脊型波導(dǎo)路45b的脊型波導(dǎo)路45b1與連接部45b2的邊界(對應(yīng)于權(quán)利要求書所記載的從與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界到與第1纖芯12的邊界的區(qū)間的任意位置)處取最大值，且遍及脊型波導(dǎo)路45b的整個區(qū)域連續(xù)變化。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，除了能夠在脊45r與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界處將脊型波導(dǎo)路45b與溝道型波導(dǎo)路15a平滑接合之外，在脊45r與第1纖芯12的邊界處也能夠?qū)⒓剐筒▽?dǎo)路45b與第1纖芯12平滑地接合。

因此，采用本變形例的纖芯41的光合波分波元件10與采用第1實施方式的纖芯11的光合波分波元件10相比，能夠進一步抑制在第1纖芯12與脊型波導(dǎo)路45b的邊界產(chǎn)生的菲涅耳反射，因此能夠進一步抑制損失。

(第4變形例)

如圖3(d)所示，本變形例的纖芯51通過將第1實施方式的纖芯11所具有的MMI區(qū)間15更換為MMI區(qū)間55而得出。MMI區(qū)間55由溝道型波導(dǎo)路15a與脊型波導(dǎo)路55b構(gòu)成。脊型波導(dǎo)路55b與圖1所示的脊型波導(dǎo)路15b對應(yīng)，并被分為第1脊型波導(dǎo)路55b1與第2脊型波導(dǎo)路55b2兩個部分。

在圖1(b)所示的纖芯11中，脊型波導(dǎo)路15b的脊15r的寬度Wr構(gòu)成為隨著從溝道型波導(dǎo)路15a的邊界接近第1纖芯12的邊界而變窄，該變窄的方式由遍及脊型波導(dǎo)路15b的整個區(qū)域的一個傾角表現(xiàn)。另一方面，在本變形例的纖芯51中，脊型波導(dǎo)路55b的脊55r的寬度Wr變窄的方式由針對被分為兩個部分的第1～第2脊型波導(dǎo)路55b1～55b2分別設(shè)定的2個傾角來表現(xiàn)。

此外，脊型波導(dǎo)路55b被分割的數(shù)目并不局限于兩個。即，脊型波導(dǎo)路55b可以分割為3個以上的脊型波導(dǎo)路，各脊型波導(dǎo)路的脊55r的寬度Wr可以構(gòu)成為以相對于各脊型波導(dǎo)路分別設(shè)定的3個以上的傾角減少。

另外，作為使分割脊型波導(dǎo)路55b的數(shù)目增加的情況的極限，脊55r的寬度Wr作為相距脊型波導(dǎo)路55b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界的距離的函數(shù)可以由描繪曲線的函數(shù)(例如2次函數(shù)等)表現(xiàn)。

另外，平板55s的寬度Ws構(gòu)成為在脊型波導(dǎo)路55b的、與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界以及與第1纖芯12的邊界處為Ws＝0，在脊型波導(dǎo)路55b的中間部(從溝道型波導(dǎo)路15a的邊界到第1纖芯12的邊界的區(qū)間的任意位置)取最大值，且遍及脊型波導(dǎo)路55b的整個區(qū)域連續(xù)變化。即，脊55r的寬度Wr與平板55s的寬度Ws之和亦即寬度Wr+Ws+Ws構(gòu)成為，(1)在脊型波導(dǎo)路55b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界處與溝道型波導(dǎo)路15a的寬度W1一致，(2)在脊型波導(dǎo)路55b與第1纖芯12的邊界處與第1纖芯12的寬度Wc1一致，(3)隨著從脊型波導(dǎo)路55b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界向脊型波導(dǎo)路55b與第1纖芯12的邊界接近而平滑地變窄。在本變形例中，采用隨著從脊型波導(dǎo)路55b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界向脊型波導(dǎo)路55b與第1纖芯12的邊界接近，寬度Wr+Ws+Ws呈二次函數(shù)變窄的結(jié)構(gòu)。

在第1實施方式的纖芯11中，當(dāng)從脊型波導(dǎo)路15b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界向脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界接近的情況下，平板15s的寬度Ws逐漸變寬，在脊型波導(dǎo)路15b與第1纖芯12的邊界處，具有成為Ws＝0的不連續(xù)性。

與之相對，在本變形例的纖芯51中，當(dāng)從脊型波導(dǎo)路55b與溝道型波導(dǎo)路15a的邊界向脊型波導(dǎo)路55b與第1纖芯12的邊界接近的情況下，平板55s的寬度Ws逐漸變寬，且具有最大值，隨后逐漸變窄。因此，纖芯51能夠抑制平板55s的寬度Ws具有的不連續(xù)性。因此，采用本變形例的纖芯51的光合波分波元件10與采用第1實施方式的纖芯11的光合波分波元件10相比，能夠抑制反射光的發(fā)生，且能夠抑制損失。

〔實施例〕

參照圖4對第1實施方式的光合波分波元件10的實施例進行說明。在本實施例中，將光合波分波元件10如下構(gòu)成。

作為構(gòu)成纖芯11的半導(dǎo)體，采用硅，作為構(gòu)成包層21(下部包層21a以及上部包層21b)的絕緣體，采用氧化硅。

作為第1～第3纖芯12～14、溝道型波導(dǎo)路15a以及脊15r的厚度，采用相同的厚度tr(＝220nm)。

作為平板15s的厚度ts，采用ts＝95nm。

作為第1～第3纖芯12～14的寬度，采用相同的寬度Wc(＝600nm)。

作為溝道型波導(dǎo)路15a的寬度W1(＝MMI區(qū)間15的寬度)，采用1.7μm。

作為MMI區(qū)間15的長度L，采用2.5μm。

在如上構(gòu)成的光合波分波元件10中，使用使脊型波導(dǎo)路15b的長度L2在0μm≤L2≤2.5μm的范圍變化的各實施例的光合波分波元件10計算光合波分波元件10的反射率。光合波分波元件10的反射率可通過如下步驟求得：對于第2纖芯13入射頻率為193.5THz的TE0偏波，計算從第3纖芯14出射的TE0偏波，進而求得從第3纖芯14出射的TE0偏波的能量相對于對于第2纖芯13入射的TE0偏波的能量的比例。

圖4為相對于長度L2描繪使用各實施例的光合波分波元件10計算出的反射率的曲線圖。由圖4可見，如果使MMI區(qū)間15的長度L恒定，并增長脊型波導(dǎo)路15b的長度L2，則反射率減少，進而以L2＝1.5μm為界轉(zhuǎn)為增加。即、可見當(dāng)相對于L＝2.5μm而L2＝1.5μm的情況下，反射率變?yōu)樽钚　?/p>

因此，相對于長度L的長度L2的比例優(yōu)選為50％以上70％以下。

〔第2實施方式〕

參照圖5對關(guān)于本發(fā)明的第2實施方式的光調(diào)制器1進行說明。圖5為表示本實施方式的光調(diào)制器1的結(jié)構(gòu)的框圖。

光調(diào)制器1為具備在至少一方的臂部插入有光調(diào)制部的一對臂部的馬赫-曾德爾型的光調(diào)制器。作為向上述一對臂部將光分波的光分波元件以及從上述一對臂部將光合波的光合波元件，分別具備第1實施方式的光合波分波元件10。

在本實施方式中，以一對臂部由第1臂部2a與第2臂部2b構(gòu)成，且在第1臂部2a中插入第1光調(diào)制部3a、在第2臂部2b插入第2光調(diào)制部3b為例進行說明。

另外，構(gòu)成第1～第2臂部2a、2b的纖芯與構(gòu)成第1～第2光調(diào)制部3a、3b的纖芯與光合波分波元件10的纖芯11相同均為半導(dǎo)體(例如硅)制，構(gòu)成第1～第2臂部2a、2b的包層與構(gòu)成第1～第2光調(diào)制部3a、3b的包層均由與光合波分波元件10的包層21相同的材質(zhì)(例如，當(dāng)纖芯為硅制的情況下，采用氧化硅)構(gòu)成。

(光調(diào)制器1)

如圖5所示，光調(diào)制器1具備：第1臂部2a、插入第1臂部2a的第1光調(diào)制部3a、第2臂部2b、插入第2臂部2b的第2光調(diào)制部3b、第1光合波分波元件10a、第2光合波分波元件10b。

即使在反轉(zhuǎn)光調(diào)制器1光的波導(dǎo)方向的情況下，也能夠?qū)?dǎo)波的光實施相同的調(diào)制動作。在本實施方式中，將第1光合波分波元件10a一側(cè)設(shè)為光的入射側(cè)，將光合波分波元件10b一側(cè)設(shè)為光的出射側(cè)。即，與第1光合波分波元件10a的第1纖芯12a相連的纖芯4a作為入射側(cè)的纖芯發(fā)揮功能，與第2光合波分波元件10b的第1纖芯12b相連的纖芯4b作為出射側(cè)的纖芯發(fā)揮功能。

在第1光合波分波元件10a的第2纖芯13a連接第1臂部2a的一方的端部，在第1光合波分波元件10a的第3纖芯14a連接第2臂部2b的一方的端部。在第2光合波分波元件10b的第3纖芯14b連接第1臂部2a的另一方的端部，在第2光合波分波元件10b的第2纖芯13b連接第2臂部2b的另一方的端部。另外，如上所述，在第1臂部2a插入第1光調(diào)制部3a，在第2臂部2b插入第2光調(diào)制部3b。

將第1～第2光調(diào)制部3a、3b如何構(gòu)成不受特別限定。例如，作為第1～第2光調(diào)制部3a、3b，可以采用在纖芯的一部分形成p型半導(dǎo)體區(qū)域與n型半導(dǎo)體區(qū)域相互接合的pn接合區(qū)域的光調(diào)制部，也可以采用在纖芯的一部分形成p型半導(dǎo)體區(qū)域與n型半導(dǎo)體區(qū)域經(jīng)由本征半導(dǎo)體區(qū)域接合的pin接合區(qū)域的光調(diào)制部。進而，還可以采用在纖芯的一部分形成p型半導(dǎo)體區(qū)域與p型半導(dǎo)體區(qū)域經(jīng)由本征半導(dǎo)體區(qū)域接合的pip接合區(qū)域的光調(diào)制部，或者形成n型半導(dǎo)體區(qū)域與n型半導(dǎo)體區(qū)域經(jīng)由本征半導(dǎo)體區(qū)域接合的nin接合區(qū)域的光調(diào)制部。

第1光合波分波元件10a作為將沿纖芯4a導(dǎo)波來的光分波為沿第1臂部2a導(dǎo)波的光與沿第2臂部2b導(dǎo)波的光的光分波元件發(fā)揮功能。第1光調(diào)制部3a對沿第1臂部2a導(dǎo)波的光進行相位調(diào)制，第2光調(diào)制部3b對沿第2臂部2b導(dǎo)波的光進行相位調(diào)制。第2光合波分波元件10b作為將經(jīng)第1光調(diào)制部3a相位調(diào)制且沿第1臂部2a導(dǎo)波來的光、以及經(jīng)第2光調(diào)制部3b相位調(diào)制且沿第2臂部2b導(dǎo)波來的光合波為沿纖芯4b導(dǎo)波的光的光合波元件發(fā)揮功能。

根據(jù)如上構(gòu)成的光調(diào)制器1，在光合波分波元件10a、10b、臂部2a、2b以及光調(diào)制部3a、3b中，各自具備的纖芯(光調(diào)制器1的纖芯)由相同的半導(dǎo)體構(gòu)成，并且，各自具有的包層(光調(diào)制器1的包層)由相同的材質(zhì)構(gòu)成，因此能夠在相同基板上集成形成光調(diào)制器1。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)光調(diào)制器1的小型化。

另外，當(dāng)作為構(gòu)成光調(diào)制器1的纖芯的材質(zhì)采用硅、作為構(gòu)成光調(diào)制器1的包層的材質(zhì)采用氧化硅的情況下，可以通過使用SOI基板應(yīng)用硅光學(xué)的工序來制造光調(diào)制器1。因此，能夠不增加制造成本地實現(xiàn)光調(diào)制器1的小型化。

在本發(fā)明的一方式的光合波分波元件中，優(yōu)選為，在上述第2纖芯～第N纖芯的各自的端部、且為與上述溝道型波導(dǎo)路接合的一側(cè)的端部設(shè)置錐形部，該錐形部的寬度隨著接近上述第2端面而連續(xù)變寬。

在本發(fā)明的一方式的光合波分波元件中，優(yōu)選為，在上述第1纖芯的端部、且為與上述脊型波導(dǎo)路接合的一側(cè)的端部設(shè)置錐形部，該錐形部的寬度隨著接近上述第1端面而連續(xù)變寬。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠抑制在第2纖芯～第N纖芯的各個與溝道型波導(dǎo)路的邊界處的纖芯的寬度的不連續(xù)，或者在第1纖芯與脊型波導(dǎo)路的邊界處的纖芯的寬度的不連續(xù)。因此，通過抑制在這些的邊界產(chǎn)生的反射光的發(fā)生，能夠抑制損失。

在本發(fā)明的一方式的光合波分波元件中，優(yōu)選為，上述平板的寬度在上述溝道型波導(dǎo)路與上述脊型波導(dǎo)路的邊界處為零，在從上述溝道型波導(dǎo)路與上述脊型波導(dǎo)路的邊界到上述第1纖芯與上述脊型波導(dǎo)路的邊界的區(qū)間的任意位置取最大值。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠在脊與溝道型波導(dǎo)路的邊界處使脊型波導(dǎo)路與溝道型波導(dǎo)路平滑地接合。因此，能夠進一步抑制在溝道型波導(dǎo)路與脊型波導(dǎo)路的邊界處產(chǎn)生的菲涅耳反射，因此能夠進一步抑制反射光的發(fā)生。

在本發(fā)明的一方式的光合波分波元件中，優(yōu)選為，上述平板的寬度在上述溝道型波導(dǎo)路與上述脊型波導(dǎo)路的邊界以及上述第1纖芯與上述脊型波導(dǎo)路的邊界處為零，且遍及上述脊型波導(dǎo)路的整個區(qū)域連續(xù)變化。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，除了能夠在脊與溝道型波導(dǎo)路的邊界處使脊型波導(dǎo)路與溝道型波導(dǎo)路平滑地連結(jié)之外，在脊與第1纖芯的邊界處，也能夠?qū)⒓剐筒▽?dǎo)路與第1纖芯平滑地接合。因此，能夠進一步抑制在第1纖芯與脊型波導(dǎo)路的邊界處產(chǎn)生的菲涅耳反射，因此能夠進一步抑制反射光的發(fā)生。

本發(fā)明的一方式的光調(diào)制器優(yōu)選為是具備在至少一方的臂部插入有光調(diào)制部的一對臂部的馬赫-曾德爾型的光調(diào)制器，其中，作為向上述一對臂部將光分波的光分波元件以及從上述一對臂部將光合波的光合波元件，分別具備本發(fā)明的一方式的光合波分波元件。

根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠起到與本發(fā)明的一方式的光合波分波元件相同的效果。

本發(fā)明并不局限于上述的各實施方式，能夠在權(quán)利要求所示的范圍內(nèi)進行各種變更，對于將在不同實施方式分別公開的技術(shù)手段適當(dāng)組合而得出的實施方式，也包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍中。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明能夠在具備由半導(dǎo)體構(gòu)成的纖芯的光合波分波元件中利用。另外，能夠在具備該光合波分波元件的光調(diào)制器中利用。

其中，符號說明如下：

10：光合波分波元件；11、31、41、51：纖芯；12：第1纖芯；13：第2纖芯；14：第3纖芯；321、331、341：第1～第3錐形部；15、35、45、55：MMI區(qū)間；15a：溝道型波導(dǎo)路；15b、35b、45b、55b：脊型波導(dǎo)路；15r、35r、45r、55r：脊；15s、35s、45s、55s：平板；21：包層；21a：下部包層；21b：上部包層；1：光調(diào)制器；2a、2b：第1～第2臂部(一對臂部)；3a、3b：第1～第2光調(diào)制部；10a、10b：第1～第2光合波分波元件。