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JP2017215526A - Optical waveguide structure, optical waveguide, and optical integrated circuit - Google Patents

Optical waveguide structure, optical waveguide, and optical integrated circuit Download PDF

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JP2017215526A
JP2017215526A JP2016110289A JP2016110289A JP2017215526A JP 2017215526 A JP2017215526 A JP 2017215526A JP 2016110289 A JP2016110289 A JP 2016110289A JP 2016110289 A JP2016110289 A JP 2016110289A JP 2017215526 A JP2017215526 A JP 2017215526A
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Abstract

【課題】リブ型の光導波路の曲り導波路領域において偏光変換を抑制する。【解決手段】光導波路は、湾曲した光伝搬方向に光を伝搬するコア13と、コア13よりも屈折率が低いクラッド12、14とを有する。コア13は、スラブ部と、スラブ部から突出する突起部13aとを含む。スラブ部は、突起部13aに対して湾曲した光伝搬方向の外側にある第1のスラブ部13cと、湾曲した光伝搬方向の内側にある第2のスラブ部13bとを含む。第1のスラブ部13cの厚みは、第2のスラブ部13bの厚みよりも薄い。【選択図】図1Kind Code: A1 A polarization conversion is suppressed in a curved waveguide region of a rib-type optical waveguide. An optical waveguide has a core (13) for propagating light in a curved light propagation direction and clads (12, 14) having a lower refractive index than the core (13). The core 13 includes a slab portion and projections 13a projecting from the slab portion. The slab portion includes a first slab portion 13c outside the curved light propagation direction with respect to the protrusion 13a and a second slab portion 13b inside the curved light propagation direction. The thickness of the first slab portion 13c is thinner than the thickness of the second slab portion 13b. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、光導波路構造に関し、更に詳しくは、リブ型の光導波路における光導波路構造に関する。また、本発明は、そのような光導波路構造を有する光導波路、及び光導波路を有する光集積回路に関する。   The present invention relates to an optical waveguide structure, and more particularly to an optical waveguide structure in a rib-type optical waveguide. The present invention also relates to an optical waveguide having such an optical waveguide structure and an optical integrated circuit having the optical waveguide.

近年、100Gb/s(ビット/秒)を超える超高速通信において、デジタルコヒーレント通信の検討が活発に行われている。デジタルコヒーレント通信の中でも、偏波多重4値位相変調(DP−QPSK: Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying)方式は,スペクトル利用効率と各種分散耐性の向上が期待されることから、多くの研究機関で精力的な開発が進められている。   In recent years, digital coherent communication has been actively studied in ultra-high speed communication exceeding 100 Gb / s (bits / second). Among digital coherent communications, the dual-polarization-quadrature phase shift keying (DP-QPSK) method is expected to improve spectrum utilization efficiency and various dispersion tolerances. Energetic development is underway.

DP−QPSK方式では、受信器において偏波分離する機能と、分離した光信号から位相情報を取り出すための90度光ハイブリッド機能とが必要とされる。このような機能を有する受信器(ICR:Integrated Coherent Receiver)は、現在、石英を基本とした光導波路技術を用いた平面光回路(PLC:Planer Lightwave Circuit)で構成されている。今後、CFP2−ACO(C form-factor pluggable 2 - Analog Coherent Optics)やCFP4−ACOといったトランシーバの小型化が望まれている中で、ICRに対する小型化も強く望まれている。そのため、PLCで構成される90度ハイブリッドミキサ自体の小型化も強く望まれている。   In the DP-QPSK system, a function of polarization separation at the receiver and a 90-degree optical hybrid function for extracting phase information from the separated optical signal are required. A receiver having such a function (ICR: Integrated Coherent Receiver) is currently composed of a planar lightwave circuit (PLC) using an optical waveguide technology based on quartz. In the future, miniaturization of transceivers such as CFP2-ACO (C form-factor pluggable 2-Analog Coherent Optics) and CFP4-ACO is desired, and miniaturization for ICR is also strongly desired. Therefore, downsizing of the 90-degree hybrid mixer itself composed of PLC is also strongly desired.

PLCで構成される90度ハイブリッドミキサなどの光集積回路を小型化するためには、より屈折率が高い半導体材料、特にSiを用いたSiフォトニクスが有望である。シリコンフォトニクスにおいては、Siをコアとし、SiOをクラッドとした光導波路が用いられる。この光導波路は、コアとクラッドとの間の屈折率の差が非常に高くため、光を強く閉じ込めることができ、石英導波路に比べて小さな曲げ半径を実現することができる。 In order to reduce the size of an optical integrated circuit such as a 90-degree hybrid mixer composed of PLC, a semiconductor material having a higher refractive index, particularly Si photonics using Si is promising. In silicon photonics, an optical waveguide having Si as a core and SiO 2 as a cladding is used. Since this optical waveguide has a very high refractive index difference between the core and the clad, it is possible to confine light strongly and to realize a smaller bending radius than the quartz waveguide.

図14及び図15は、Siフォトニクスを用いた光導波路の構成例を示す。図14は、一般的なチャネル型構造の光導波路を示し、図15は、一般的なリブ型構造の光導波路を示す。図14に示されるチャネル型光導波路50は、基板21、下層クラッド22、コア23、及び上層クラッド24を有する。基板21は、シリコン基板であり、シリコン基板の上層に下層クラッド22が設けられる。下層クラッド22は、例えばSiO膜であり、例えば埋め込み酸化膜(BOX: Buried Oxide)で形成される。 14 and 15 show examples of the configuration of an optical waveguide using Si photonics. FIG. 14 shows an optical waveguide having a general channel type structure, and FIG. 15 shows an optical waveguide having a general rib type structure. A channel-type optical waveguide 50 shown in FIG. 14 includes a substrate 21, a lower clad 22, a core 23, and an upper clad 24. The substrate 21 is a silicon substrate, and a lower layer cladding 22 is provided on the upper layer of the silicon substrate. The lower clad 22 is, for example, a SiO 2 film, and is formed of, for example, a buried oxide film (BOX: Buried Oxide).

コア23は、下層クラッド22の上層側に設けられる。コア23は、例えば、絶縁層である下層クラッド22の上に形成された断面が矩形状のSi膜から成る。コア23の上層には、コア23を覆うように上層クラッド24が設けられる。上層クラッド24は、例えばSiO膜である。コア23の屈折率は、下層クラッド22及び上層クラッド24よりも高い。コア23は、光伝搬方向に沿って形成されており、コア23に入射した光は、コア23に沿って伝搬される。 The core 23 is provided on the upper layer side of the lower cladding 22. The core 23 is made of, for example, a Si film having a rectangular cross section formed on the lower cladding 22 that is an insulating layer. An upper clad 24 is provided on the upper layer of the core 23 so as to cover the core 23. The upper clad 24 is, for example, a SiO 2 film. The refractive index of the core 23 is higher than that of the lower clad 22 and the upper clad 24. The core 23 is formed along the light propagation direction, and the light incident on the core 23 is propagated along the core 23.

図15に示されるリブ型光導波路51は、図14に示されるチャネル型光導波路50と同様に、基板21、下層クラッド22、コア23、及び上層クラッド24を有する。チャネル型光導波路50ではコアが断面矩形状に形成されるのに対し、リブ型光導波路51では、コア23が下層クラッド22を全体的に覆う。また、コア23は、突起部(リブ部)23aとスラブ部23bとを有する。スラブ部23bは、突起部23aに対して光伝搬方向に直交する方向の両側に配置される。突起部23aは、スラブ部23bから上層クラッド24側へ突き出している。突起部23aは光伝搬方向に沿って形成されており、リブ型光導波路51において、コア23に入射した光は突起部23aに沿って伝搬される。   A rib type optical waveguide 51 shown in FIG. 15 includes a substrate 21, a lower layer clad 22, a core 23, and an upper layer clad 24, similarly to the channel type optical waveguide 50 shown in FIG. In the channel type optical waveguide 50, the core is formed in a rectangular cross section, whereas in the rib type optical waveguide 51, the core 23 entirely covers the lower cladding 22. Moreover, the core 23 has the protrusion part (rib part) 23a and the slab part 23b. The slab part 23b is arrange | positioned at the both sides of the direction orthogonal to a light propagation direction with respect to the projection part 23a. The protruding portion 23a protrudes from the slab portion 23b to the upper clad 24 side. The protrusion 23 a is formed along the light propagation direction, and in the rib-type optical waveguide 51, the light incident on the core 23 is propagated along the protrusion 23 a.

チャネル型光導波路50(図14を参照)は、矩形状のコア23が下層クラッド22及び上層クラッド24で挟み込まれた構成であり、光閉じ込め効果が高いことから、数μmオーダの急峻な曲げ半径が実現できる。しかしながら、チャネル型光導波路50は、石英導波路に比べて伝搬損失が大きく、効率面で不向きである。これに対し、リブ型光導波路51(図15を参照)は、チャネル型光導波路50に比べて実現可能な曲げ半径は大きくなるものの、チャネル型光導波路50に比べて伝搬損失が小さい。チャネル型光導波路50は、例えば石英導波路並みの伝搬損失を実現しつつ、石英導波路に比べて1ケタ小さい数100μmレベルの曲り導波路を実現できる。   The channel-type optical waveguide 50 (see FIG. 14) has a configuration in which a rectangular core 23 is sandwiched between a lower clad 22 and an upper clad 24 and has a high optical confinement effect. Therefore, a steep bend radius on the order of several μm. Can be realized. However, the channel-type optical waveguide 50 has a larger propagation loss than the quartz waveguide, and is not suitable for efficiency. On the other hand, the rib-type optical waveguide 51 (see FIG. 15) has a smaller bend radius than the channel-type optical waveguide 50, although the bend radius that can be realized is larger than that of the channel-type optical waveguide 50. The channel-type optical waveguide 50 can realize a bent waveguide having a level of several hundred μm, which is one digit smaller than that of a quartz waveguide, while realizing a propagation loss similar to that of a quartz waveguide, for example.

ここで、曲り部(湾曲部)における光導波路構造として、特許文献1に記載のものが知られている。図16は、特許文献1における光導波路を示す。この光導波路60は、リブ型の光導波路であり、クラッド22と、その上層に形成されたコア23とを有する。コア23は、スラブ部から突き出す突起部23aを有している。特許文献1に記載の光導波路60は、湾曲部において、突起部23aに沿って設けられた、通常のスラブ部23bよりも厚みが薄い溝部23cを突起部23aの両側に有する。   Here, the thing of patent document 1 is known as an optical waveguide structure in a bending part (curved part). FIG. 16 shows an optical waveguide in Patent Document 1. The optical waveguide 60 is a rib-type optical waveguide, and includes a clad 22 and a core 23 formed in an upper layer thereof. The core 23 has a protrusion 23a protruding from the slab portion. The optical waveguide 60 described in Patent Document 1 has groove portions 23c provided along the protrusion portions 23a at the curved portions, which are thinner than the normal slab portions 23b, on both sides of the protrusion portions 23a.

特許文献1において、溝部23cが形成されるのは湾曲部のみであり、直線部では、突起部23aはスラブ部23bからクラッド22と反対側に突き出す。光導波路60は、直線部と湾曲部との接続部分にテーパ部23dを有する。テーパ部23dの厚みは、スラブ部23bの厚みと同じである。テーパ部23dの光伝搬方向に直交する方向の幅は、直線部から湾曲部にかけて、徐々に減少する。テーパ部23dの幅が狭くなることで、直線部から湾曲部にかけて、溝部23cは突起部23aに近づく。溝部23cは、湾曲部の開始端では、突起部23aに隣接して形成される。   In Patent Document 1, the groove 23c is formed only in the curved portion, and in the straight portion, the protruding portion 23a protrudes from the slab portion 23b to the opposite side of the clad 22. The optical waveguide 60 has a tapered portion 23d at the connection portion between the straight portion and the curved portion. The thickness of the taper portion 23d is the same as the thickness of the slab portion 23b. The width of the tapered portion 23d in the direction orthogonal to the light propagation direction gradually decreases from the straight portion to the curved portion. By reducing the width of the tapered portion 23d, the groove portion 23c approaches the protruding portion 23a from the straight portion to the curved portion. The groove 23c is formed adjacent to the protrusion 23a at the start end of the bending portion.

曲り部(湾曲部)における別の光導波路構造として、特許文献2に記載のものも知られている。図17は、特許文献2に記載の光導波路を示す。この光導波路70は、リッジ型光導波路として構成される。光導波路70は、基板74側から順に、下側クラッド73、コア71、及び上側クラッド72を有する。上側クラッド72は、湾曲の外側にある外側サイドクラッド75と、内側にある内側サイドクラッド76とを含む。光導波路70において、導波光は、コア71中を、上側クラッド72に沿って伝搬される。   As another optical waveguide structure in the bent portion (curved portion), the one described in Patent Document 2 is also known. FIG. 17 shows an optical waveguide described in Patent Document 2. The optical waveguide 70 is configured as a ridge type optical waveguide. The optical waveguide 70 includes a lower clad 73, a core 71, and an upper clad 72 in order from the substrate 74 side. The upper clad 72 includes an outer side clad 75 on the outer side of the curve and an inner side clad 76 on the inner side. In the optical waveguide 70, the guided light propagates through the core 71 along the upper clad 72.

特許文献2において、外側サイドクラッド75及び内側サイドクラッド76は、上側クラッド72をエッチングすることで形成される。上側クラッド72のエッチングにおいて、湾曲の外側と内側とではエッチング量が異なっており、外側サイドクラッド75は、内側サイドクラッド76に比べて深くエッチングされる。従って、特許文献2に記載の光導波路70では、コア71の上層に形成されるサイドクラッドの厚みは、湾曲の外側と内側とで異なる。光導波路70では、湾曲の外側のおける厚み方向の等価屈折率が、内側における厚み方向の等価屈折率よりも低くなっており、放射損失(曲り損失)が抑制される。   In Patent Document 2, the outer side cladding 75 and the inner side cladding 76 are formed by etching the upper cladding 72. In the etching of the upper cladding 72, the etching amount is different between the outer side and the inner side of the curve, and the outer side cladding 75 is etched deeper than the inner side cladding 76. Therefore, in the optical waveguide 70 described in Patent Document 2, the thickness of the side cladding formed in the upper layer of the core 71 is different between the outer side and the inner side of the curve. In the optical waveguide 70, the equivalent refractive index in the thickness direction on the outside of the curve is lower than the equivalent refractive index in the thickness direction on the inside, so that radiation loss (bending loss) is suppressed.

特開平2−110405号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-110405 特開平5−288943号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-288934

ここで、Siフォトニクスをはじめとする超High−Δの光導波路では、光導波路中のモード形状が非対称となる曲り部分において、伝搬される光の偏光が変化する偏光変換が生じる。偏光変換自体は、光導波路構造に応じて決まる複屈折と、光モードの対称性とに依存して決まる。一般的に、複屈折が小さいと偏光変換が起こりやすい。また、光導波路内での光モードの対称性が崩れても、偏光変換が生じる。Siフォトニクスでは、基本的に屈折率差が大きいために複屈折は大きく、これに起因する偏光変換は起こりにくい。一方で、光モードの対称性という観点では、Siリブ型光導波路は、光導波路構造が上下非対称であるために、光モードの対称性は崩れやすい。   Here, in an ultra-high-Δ optical waveguide such as Si photonics, polarization conversion in which the polarization of propagating light changes occurs at a bent portion where the mode shape in the optical waveguide is asymmetric. The polarization conversion itself is determined depending on the birefringence determined according to the optical waveguide structure and the symmetry of the optical mode. In general, when birefringence is small, polarization conversion is likely to occur. Even if the symmetry of the optical mode in the optical waveguide is lost, polarization conversion occurs. In Si photonics, since the refractive index difference is basically large, birefringence is large, and polarization conversion due to this is unlikely to occur. On the other hand, from the viewpoint of the symmetry of the optical mode, since the optical structure of the Si rib type optical waveguide is vertically asymmetric, the symmetry of the optical mode is easily broken.

リブ型光導波路での光モードの振る舞いを図18に示す。図18(a)は、直線部(直線導波路領域)における光導波路内の光モード形状を模式的に示し、(b)は湾曲部(曲り導波路領域)における光導波路内の光モード形状を模式的に示す。同図(a)及び(b)において、コア23及びその突起部23a内を伝搬される光の光モード形状は破線で示されている。   FIG. 18 shows the behavior of the optical mode in the rib-type optical waveguide. FIG. 18A schematically shows the optical mode shape in the optical waveguide in the straight portion (straight waveguide region), and FIG. 18B shows the optical mode shape in the optical waveguide in the curved portion (bent waveguide region). This is shown schematically. In FIGS. 2A and 2B, the optical mode shape of light propagating through the core 23 and the protrusion 23a is indicated by a broken line.

図18(a)に示すように、直線導波路領域では、リブ型光導波路(コア23)内において、光モードの左右の対称性が取れているために、偏光変換は起こらない。しかしながら、リブ型光導波路の曲り導波路領域では、図18(b)に示すように、光は光導波路の側壁方向に寄り、光モードの一部が突起部23aからコア23のスラブ領域に染み出す。このとき、上下の対称性だけでなく、左右の対称性も崩れるために、偏光変換が発生する。   As shown in FIG. 18A, polarization conversion does not occur in the straight waveguide region because the left and right optical modes are symmetrical in the rib-type optical waveguide (core 23). However, in the curved waveguide region of the rib-type optical waveguide, as shown in FIG. 18 (b), the light is moved toward the side wall of the optical waveguide, and a part of the optical mode penetrates the slab region of the core 23 from the protrusion 23a. put out. At this time, not only the vertical symmetry, but also the left-right symmetry is lost, so that polarization conversion occurs.

光導波路において偏光変換が生じると、光導波路を含む光デバイスにおいて、下記の問題が生じる。例えば、光導波路を含む光デバイスとして、シリコン光導波路を用いた90度ハイブリッドミキサを考える。90度ハイブリッドミキサは、信号光と局発光とを干渉させる。このような90度ハイブリッドミキサにおいて、偏光変換は非常に問題である。すなわち、90度ハイブリッドミキサにおいて、導波中に偏光変換が起こると、各経路での偏光状態が変化する。各経路で偏光状態が異なると、変換された分の光強度は干渉することができず、出力端での干渉振幅が低下する。干渉振幅の劣化は、SN比の悪化につながるため、伝送特性の劣化を引き起こす結果となる。そのため、光導波路の曲り導波路領域において、偏光変換は可能な限り抑制されることが望ましい。   When polarization conversion occurs in the optical waveguide, the following problem occurs in an optical device including the optical waveguide. For example, a 90-degree hybrid mixer using a silicon optical waveguide is considered as an optical device including the optical waveguide. The 90-degree hybrid mixer causes signal light and local light to interfere with each other. In such a 90 degree hybrid mixer, polarization conversion is very problematic. That is, in the 90-degree hybrid mixer, when polarization conversion occurs during wave guiding, the polarization state in each path changes. If the polarization state is different in each path, the converted light intensity cannot interfere, and the interference amplitude at the output end decreases. Since the deterioration of the interference amplitude leads to the deterioration of the SN ratio, the transmission characteristics are deteriorated. Therefore, it is desirable that polarization conversion is suppressed as much as possible in the bent waveguide region of the optical waveguide.

シリコン光導波路の中でも、チャネル型光導波路(図14を参照)では、コア23の断面形状は上下及び左右で対称であり、曲り導波路領域においても光モードの対称性の崩れは小さく、偏光変換は起こりにくい。偏光変換の抑制という観点では、チャネル型光導波路はリブ型光導波路よりも有利であるといえる。しかしながら、前述したように損失の問題があるために、リブ型光導波路を採用したいという要望がある。特許文献1及び2には、湾曲部における放射損失を抑制することは記載されているものの、偏光変換の抑制については記載されていない。従って、偏光変換を抑制可能な光導波路構造が望まれる。   Among the silicon optical waveguides, in the channel-type optical waveguide (see FIG. 14), the cross-sectional shape of the core 23 is symmetrical vertically and horizontally, and the symmetry of the optical mode is small even in the curved waveguide region. Is unlikely to occur. From the viewpoint of suppressing polarization conversion, it can be said that the channel-type optical waveguide is more advantageous than the rib-type optical waveguide. However, since there is a problem of loss as described above, there is a demand for adopting a rib-type optical waveguide. Patent Documents 1 and 2 describe suppression of radiation loss in the curved portion, but do not describe suppression of polarization conversion. Therefore, an optical waveguide structure capable of suppressing polarization conversion is desired.

本発明は、上記問題に鑑み、リブ型の光導波路の曲り導波路領域において偏光変換の抑制が可能な光導波路構造、光導波路、及び光集積回路を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical waveguide structure, an optical waveguide, and an optical integrated circuit capable of suppressing polarization conversion in a curved waveguide region of a rib-type optical waveguide.

本発明は、上記目的を達成するために、湾曲した光伝搬方向に光を伝搬するコアと、該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する光導波路構造であって、前記コアは、スラブ部と該スラブ部から突出するリブ部とを含み、前記スラブ部は、前記リブ部に対して前記光伝搬方向の外側にある第1のスラブ部と、前記光伝搬方向の内側にある第2のスラブ部とを含み、前記第1のスラブ部の厚みが、前記第2のスラブ部の厚みよりも薄い光導波路構造を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides an optical waveguide structure having a core that propagates light in a curved light propagation direction, and a clad having a refractive index lower than that of the core, wherein the core includes a slab portion. And a rib portion protruding from the slab portion, wherein the slab portion is a first slab portion outside the light propagation direction with respect to the rib portion, and a second slab portion inside the light propagation direction. An optical waveguide structure including a slab portion, wherein the thickness of the first slab portion is thinner than the thickness of the second slab portion.

本発明は、また、光を伝搬するコアと該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記コアは、リブ部と該リブ部に対して光の伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部とを含み、かつ前記リブ部は前記スラブ部から突出する光導波路であって、直線状に光を伝搬する直線部であって、前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部の厚みが相互に等しい直線部と、湾曲した方向に沿って光を伝搬する湾曲部であって、前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部のうち、湾曲の外側のスラブ部の厚みが、湾曲の内側のスラブ部の厚みよりも薄い湾曲部とを有する光導波路を提供する。   The present invention also includes a core for propagating light and a clad having a refractive index lower than that of the core, and the core is disposed on both sides of the rib portion and a direction perpendicular to the light propagation direction with respect to the rib portion. The rib portion is an optical waveguide protruding from the slab portion, and is a straight portion that propagates light in a straight line, and a direction perpendicular to the light propagation direction of the rib portion. The slab portions disposed on both sides of the rib portions are straight portions having the same thickness and curved portions that propagate light along the curved direction, and are disposed on both sides of the rib portion in a direction perpendicular to the light propagation direction. An optical waveguide having a curved portion in which the thickness of the slab portion outside the curve is thinner than the thickness of the slab portion inside the curve is provided.

本発明は、基板上に、光を伝搬するコアと該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記コアは、リブ部と該リブ部に対して光の伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部とを含み、かつ前記リブ部は前記スラブ部から突出する光導波路が形成された光集積回路であって、前記光導波路が1箇所以上の湾曲部を有し、前記1箇所以上の湾曲部の少なくとも1箇所において、前記湾曲部の外側に配置されたスラブ部の厚みが、前記湾曲部の内側に配置されたスラブ部の厚みよりも薄い光集積回路を提供する。   The present invention has a core for propagating light and a clad having a refractive index lower than that of the core on the substrate, and the core has a rib portion and a direction perpendicular to the light propagation direction with respect to the rib portion. The rib portion is an optical integrated circuit in which an optical waveguide protruding from the slab portion is formed, and the optical waveguide has one or more curved portions, Provided is an optical integrated circuit in which at least one of the one or more curved portions has a slab portion disposed outside the curved portion, the thickness of which is smaller than the thickness of the slab portion disposed inside the curved portion.

本発明の光導波路構造、光導波路、及び光集積回路は、リブ型の光導波路の曲り導波路領域において偏光変換を抑制することが可能である。   The optical waveguide structure, optical waveguide, and optical integrated circuit of the present invention can suppress polarization conversion in the curved waveguide region of the rib-type optical waveguide.

本発明の一実施形態に係る左回りの導波路領域における光導波路構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the optical waveguide structure in the counterclockwise waveguide area | region which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る右回りの導波路領域における光導波路構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the optical waveguide structure in the clockwise waveguide area | region which concerns on one Embodiment of this invention. (a)は、直線導波路領域における光導波路内の光モード形状を模式的に示し図、(b)は曲り導波路領域における光導波路内の光モード形状を模式的に示す図。(A) is a figure which shows typically the optical mode shape in the optical waveguide in a linear waveguide area | region, (b) is a figure which shows typically the optical mode shape in the optical waveguide in a curved waveguide area | region. 光導波路の曲げ量と偏光変換率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the bending amount of an optical waveguide, and a polarization conversion rate. 非対称光導波路の光導波路パラメータを示す断面図。Sectional drawing which shows the optical waveguide parameter of an asymmetrical optical waveguide. 光導波路の曲げ量と偏光変換抑制率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the bending amount of an optical waveguide, and a polarization conversion suppression rate. 偏光変換抑制率の最小値とオーバエッチング量ROHとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the minimum value of polarization conversion suppression rate, and the amount of overetching ROH. 直線部と曲り部との間に設けられる接続部を示す上面図。The top view which shows the connection part provided between a linear part and a bending part. 光導波路における接続部を介した直線部と曲り部との接続を示す上面図。The top view which shows the connection of the linear part and bending part via the connection part in an optical waveguide. 片テーパ長TLと偏光変換抑制率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between half taper length TL and polarization conversion suppression rate. TW/TLと偏光変換抑制率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between TW / TL and a polarization conversion suppression rate. 図11に示されるグラフの一部を拡大して示すグラフ。The graph which expands and shows a part of graph shown by FIG. TW/TLと接続部の過剰損失との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between TW / TL and the excess loss of a connection part. Siフォトニクスを用いたチャネル型光導波路の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the channel-type optical waveguide using Si photonics. Siフォトニクスを用いたリブ型光導波路の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the rib-type optical waveguide using Si photonics. 特許文献1に記載される光導波路を示す斜視図。The perspective view which shows the optical waveguide described in patent document 1. FIG. 特許文献2に記載される光導波路を示す斜視図。The perspective view which shows the optical waveguide described in patent document 2. FIG. (a)及び(b)は、リブ型光導波路での光モードの振る舞いを模式的に示す図。(A) And (b) is a figure which shows typically the behavior of the optical mode in a rib type | mold optical waveguide.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1及び図2は、それぞれ本発明の一実施形態に係る光導波路構造を示す。光導波路10は、一般的なリブ型の光導波路(図15を参照)と同様に、基板11、下層クラッド12、コア13、及び上層クラッド14を有する。なお、図1及び図2に示す構造の光導波路は、光集積回路において、光伝搬方向が湾曲する湾曲部に用いられる。直線方向に光を伝搬する直線部における光導波路構造は、図15に示される一般的なリブ型の光導波路の構造と同じでよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 each show an optical waveguide structure according to an embodiment of the present invention. The optical waveguide 10 includes a substrate 11, a lower layer cladding 12, a core 13, and an upper layer cladding 14, similarly to a general rib-type optical waveguide (see FIG. 15). Note that the optical waveguide having the structure shown in FIGS. 1 and 2 is used in a curved portion where the light propagation direction is curved in an optical integrated circuit. The optical waveguide structure in the straight line portion that propagates light in the linear direction may be the same as the structure of a general rib-type optical waveguide shown in FIG.

基板11は、例えばシリコン基板であり、そのシリコン基板の上層に下層クラッド(第1のクラッド)12が設けられる。下層クラッド12は、例えばSiO膜であり、例えば埋め込み酸化膜(BOX: Buried Oxide)で形成される。コア13は、下層クラッド12の上層側に設けられる。コア13は例えばSi膜から成る。 The substrate 11 is, for example, a silicon substrate, and a lower layer cladding (first cladding) 12 is provided on the upper layer of the silicon substrate. The lower cladding 12 is, for example, a SiO 2 film, and is formed of, for example, a buried oxide film (BOX: Buried Oxide). The core 13 is provided on the upper layer side of the lower cladding 12. The core 13 is made of, for example, a Si film.

コア13の上層には、コア13を覆うように上層クラッド(第2のクラッド)14が設けられる。上層クラッド14は、例えばSiO膜である。SiO膜を上層クラッド14として用いるのに代えて、空気層を上層クラッドとして用いることとしてもよい。コア13の屈折率は、下層クラッド12及び上層クラッド14よりも高く、コア13に入射した光は、コア13内に閉じ込められる。 An upper clad (second clad) 14 is provided on the upper layer of the core 13 so as to cover the core 13. The upper layer cladding 14 is, for example, a SiO 2 film. Instead of using the SiO 2 film as the upper clad 14, an air layer may be used as the upper clad. The refractive index of the core 13 is higher than that of the lower clad 12 and the upper clad 14, and light incident on the core 13 is confined in the core 13.

ここで、図1は、光伝搬方向が紙面に向かって左側に湾曲する湾曲部における光導波路構造を示し、図2は、光伝搬方向が紙面に向かって右側に湾曲する湾曲部における光導波路構造を示している。以下の説明において、湾曲した光伝搬方向の内側とは、湾曲した光伝搬方向を円で近似し、湾曲の度合いを曲率半径で表した場合に、円の中心が置かれる側を指す。また、湾曲した光伝搬方向の外側とは、湾曲した光伝搬方向を円で近似し、湾曲の度合いを曲率半径で表した場合に、円の中心が置かれる側とは反対側を指す。   Here, FIG. 1 shows an optical waveguide structure in a curved portion in which the light propagation direction curves to the left side toward the paper surface, and FIG. 2 shows an optical waveguide structure in a curved portion in which the light propagation direction curves to the right side in the paper surface. Is shown. In the following description, the inside of the curved light propagation direction refers to the side on which the center of the circle is placed when the curved light propagation direction is approximated by a circle and the degree of curvature is represented by a radius of curvature. Further, the outside of the curved light propagation direction refers to the side opposite to the side where the center of the circle is placed when the curved light propagation direction is approximated by a circle and the degree of curvature is represented by a radius of curvature.

コア13は、突起部(リブ部)13aとスラブ部13b及び13cとを有する。突起部13aは、スラブ部13b及び13cから上層クラッド14側へ突出する。突起部13aは、光伝搬方向に沿って形成される。スラブ部(第1のスラブ部)13cは、突起部13aに対して湾曲した光伝搬方向の外側に位置しており、スラブ部(第2のスラブ部)13bは、突起部13aに対して湾曲した光伝搬方向の外側に位置している。   The core 13 has a protruding portion (rib portion) 13a and slab portions 13b and 13c. The protrusion 13a protrudes from the slab portions 13b and 13c to the upper clad 14 side. The protrusion 13a is formed along the light propagation direction. The slab part (first slab part) 13c is located outside the light propagation direction curved with respect to the projection part 13a, and the slab part (second slab part) 13b is curved with respect to the projection part 13a. It is located outside the light propagation direction.

図1及び図2に示されるように、本実施形態において、突起部13aに対して湾曲した光伝搬方向の外側にある第1のスラブ部13cの厚みは、光伝搬方向の内側にある第2のスラブ部13bの厚みよりも薄い。別の言い方をすれば、第1のスラブ部13cに対する突起部13aの突出量は、第2のスラブ部13bに対する突起部13aの突出量よりも大きい。あるいは、第1のスラブ部13cの上面から突起部13aの湾曲した光伝搬方向の外側の端部までの高さは、第2のスラブ部13bの上面から突起部13aの湾曲した光伝搬方向の内側の端部までの高さよりも高い。第1のスラブ部13c及び第2のスラブ部13bは、例えばコア13を構成する平板状のシリコン膜を、突起部13aとする領域の両側で異なるエッチング量でエッチングすることで形成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, the thickness of the first slab portion 13 c outside the light propagation direction curved with respect to the protrusion 13 a is the second thickness inside the light propagation direction. It is thinner than the thickness of the slab part 13b. In other words, the protruding amount of the protruding portion 13a with respect to the first slab portion 13c is larger than the protruding amount of the protruding portion 13a with respect to the second slab portion 13b. Alternatively, the height from the upper surface of the first slab portion 13c to the outer end of the curved light propagation direction of the protrusion 13a is the height of the curved light propagation direction of the protrusion 13a from the upper surface of the second slab portion 13b. It is higher than the height to the inner edge. The first slab part 13c and the second slab part 13b are formed, for example, by etching a flat silicon film constituting the core 13 with different etching amounts on both sides of the region to be the protrusion 13a.

図3(a)は、直線部(直線導波路領域)における光導波路内の光モード形状を模式的に示し、(b)は湾曲部(曲り導波路領域)における光導波路内の光モード形状を模式的に示す。上記したように、直線導波領域では、光導波路構造は図15に示される一般的なリブ型光導波路と同様な構造であり、コア13は左右対称に形成される。図3(a)に示すように、直線導波路領域では、リブ型光導波路(コア13)内において、光モード形状の左右の対称性が取れており、偏光変換は起こりにくい。   FIG. 3A schematically shows the optical mode shape in the optical waveguide in the straight portion (straight waveguide region), and FIG. 3B shows the optical mode shape in the optical waveguide in the curved portion (bent waveguide region). This is shown schematically. As described above, in the linear waveguide region, the optical waveguide structure is the same as the general rib-type optical waveguide shown in FIG. 15, and the core 13 is formed symmetrically. As shown in FIG. 3A, in the linear waveguide region, the left-right symmetry of the optical mode shape is obtained in the rib-type optical waveguide (core 13), and polarization conversion hardly occurs.

本実施形態では、リブ型光導波路の曲り導波路領域において、外側となるスラブ領域を内側に比べて薄くする光導波路構造が採用される(以下、このような構造の光導波路を非対称光導波路とも呼ぶ)。リブ型光導波路において非対称構造を導入することで、図3(b)に示すように、曲り導波路領域において光導波路内への光閉じ込めを強くすることができ、スラブ領域への光の染み出しを抑制することができる。光モードの染み出しを抑制することで、曲り導波路領域において光モードの対称性を向上させることができる。その結果として、一般的なリブ型光導波路の構造に比べて、曲り導波路領域において偏光変換を抑制することができる。   In the present embodiment, an optical waveguide structure in which the outer slab region is thinner than the inner side in the curved waveguide region of the rib-type optical waveguide is employed (hereinafter, an optical waveguide having such a structure is also referred to as an asymmetric optical waveguide). Call). By introducing an asymmetric structure in the rib-type optical waveguide, as shown in FIG. 3B, light confinement in the optical waveguide can be strengthened in the bent waveguide region, and light oozes out into the slab region. Can be suppressed. By suppressing the bleeding of the optical mode, the symmetry of the optical mode can be improved in the bent waveguide region. As a result, polarization conversion can be suppressed in the bent waveguide region as compared with a general rib type optical waveguide structure.

なお、特許文献2では、光導波路の曲り部において、コア71(図17を参照)の上部に形成される上側クラッド72の外側サイドクラッド75が、内側サイドクラッド76よりも薄く形成される。これに対し、本実施形態では、コア13の曲がり方向外側の第1のスラブ部13cが、内側の第2のスラブ部13bよりも薄く形成される。このように、本実施形態に係る光導波路10と、特許文献2に記載される光導波路70とでは、光導波路の構成が異なる。   In Patent Document 2, the outer side cladding 75 of the upper cladding 72 formed on the upper portion of the core 71 (see FIG. 17) is formed thinner than the inner side cladding 76 in the bent portion of the optical waveguide. On the other hand, in the present embodiment, the first slab portion 13c on the outer side in the bending direction of the core 13 is formed thinner than the inner second slab portion 13b. Thus, the configuration of the optical waveguide differs between the optical waveguide 10 according to the present embodiment and the optical waveguide 70 described in Patent Document 2.

ここで、偏光変換は、光導波路において、光が曲り導波路領域をどれだけ通過したかに依存して変化する。以下、光導波路の曲げ量に対する偏光変換効率について説明する。偏光変換効率は、例えばTEモード(Transverse Electro mode)の光を光導波路に入射した場合に、入射光がどれだけTMモード(Transverse Magnetic mode)に変換されるかを示す割合で定義される。具体的には、偏光変換率は、TMモードとTEモードとの比(TM/TE)で定義される。偏光変換が起こらない場合は偏光変換率は0であり、全ての光がTMモードに変換された場合は偏光変換率は無限大である。   Here, polarization conversion changes depending on how much light passes through the waveguide region in the optical waveguide. Hereinafter, the polarization conversion efficiency with respect to the bending amount of the optical waveguide will be described. The polarization conversion efficiency is defined by a ratio indicating how much incident light is converted into TM mode (Transverse Magnetic mode) when TE mode (Transverse Electro mode) light is incident on the optical waveguide. Specifically, the polarization conversion rate is defined by the ratio (TM / TE) between the TM mode and the TE mode. When the polarization conversion does not occur, the polarization conversion rate is 0, and when all the light is converted to the TM mode, the polarization conversion rate is infinite.

図4は、光導波路の曲げ量と偏光変換率との関係を示す。図4に示されるグラフにおいて、横軸は光導波路中での曲げ量(曲げ角度)を表し、縦軸は偏光変換率を表す。ここでは、擬似的に、光が一定の曲げ半径(曲率半径)を有する光導波路を周回している状況を仮定している。設計パラメータが異なる2つの光導波路について、TEモードの光を入射した位置を基準(曲げ角度0)に、各曲げ角度においてTEモードとTMモードとの比を求めたところ、図4にグラフ(a)及び(b)として示される結果が得られた。   FIG. 4 shows the relationship between the bending amount of the optical waveguide and the polarization conversion rate. In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the amount of bending (bending angle) in the optical waveguide, and the vertical axis represents the polarization conversion rate. Here, it is assumed that light is circulating around an optical waveguide having a constant bending radius (curvature radius) in a pseudo manner. With respect to two optical waveguides having different design parameters, the ratio of the TE mode to the TM mode at each bending angle was obtained with reference to the position where the TE mode light was incident (bending angle 0). ) And (b) were obtained.

光導波路中での偏光変換は、光導波路の曲り角度に応じて一方のモードから他方のモードに乗り移る量が決まる。また、モードの乗り移る量は周期的に変化する。つまり、ある曲げ角度においていったんTEモードからTMモードに乗り移った光は、さらに曲り導波路領域を進行する間に再度TEモードに変換され、それが繰り返される。図4に示されるグラフ(a)の例では、曲げ角度180度程度の周期で偏光変換率が周期的に変換し、グラフ(b)の例では、曲げ角度300度程度の周期で偏光変換率が周期的に変化している。   In the polarization conversion in the optical waveguide, the amount of transition from one mode to the other mode is determined according to the bending angle of the optical waveguide. Also, the amount of mode change varies periodically. That is, the light that has once shifted from the TE mode to the TM mode at a certain bending angle is converted to the TE mode again while proceeding through the curved waveguide region, and this is repeated. In the example of the graph (a) shown in FIG. 4, the polarization conversion rate is periodically converted with a period of about 180 degrees in the bending angle, and in the example of the graph (b), the polarization conversion rate with a period of about 300 degrees in the bending angle. Changes periodically.

例えば、グラフ(a)では、曲げ角度90度付近で偏光変換率のピークを迎えた後に、曲げ角度180度では偏光変換率が0となる。これは、曲げ角度90度までにTEモードからTMモードに変換された光が、180度付近では元のTEモードに戻ることを示す。この場合、曲げ角度180度付近で光を取り出したとすると、あたかも光導波路において偏光変換が起こっていないように見える。しかしながら、実際には、途中の曲げ角度では偏光変換が生じている。   For example, in the graph (a), after reaching the peak of the polarization conversion rate near the bending angle of 90 degrees, the polarization conversion ratio becomes 0 at the bending angle of 180 degrees. This indicates that the light converted from the TE mode to the TM mode by the bending angle of 90 degrees returns to the original TE mode in the vicinity of 180 degrees. In this case, if light is extracted near a bending angle of 180 degrees, it appears as if polarization conversion does not occur in the optical waveguide. However, in reality, polarization conversion occurs at an intermediate bending angle.

例えば、90度ハイブリッドミキサにおいて、光を干渉させる光カプラまで光を導光する光導波路を考える。その光導波路から光カプラに光を出力する地点において、出力光の偏波状態が光導波路への入射時と同じであれば、偏光変換が生じていない光導波路と同義とも言える。しかしながら、実際には、光導波路の途中において偏光変換が起こると、光導波路中の複屈折に起因して位相差が付き、同じ光導波路内で遅延が起こることとなる。これは、位相誤差が起こることと同義である。従って、あらゆる曲げ角度で偏光変換が抑制されることが望まれる。すなわち、図4に示されるグラフにおいて、偏光変換率のピーク値(最悪値)を抑えることが望まれる。   For example, consider an optical waveguide that guides light to an optical coupler that interferes with light in a 90-degree hybrid mixer. If the polarization state of the output light at the point where light is output from the optical waveguide to the optical coupler is the same as that upon incidence on the optical waveguide, it can be said to be synonymous with an optical waveguide in which no polarization conversion occurs. However, actually, when polarization conversion occurs in the middle of the optical waveguide, a phase difference is caused due to birefringence in the optical waveguide, and a delay occurs in the same optical waveguide. This is synonymous with the occurrence of a phase error. Therefore, it is desired that polarization conversion is suppressed at any bending angle. That is, in the graph shown in FIG. 4, it is desired to suppress the peak value (worst value) of the polarization conversion rate.

本発明者は、図1及び図2に示される非対称光導波路において、第1のスラブ部13cの厚みと第2のスラブ部13bの厚みとの差が偏光変換に与える影響を、シミュレーションを用いて調べた。図5に、非対称光導波路の光導波路パラメータを示す。シミュレーションでは、下層クラッド12から突起部13aまでの高さSiHを1.5μmとし、突起部13aの紙面横方向の幅(リブ幅)RibWを2.0μmとし、突起部13aが第2のスラブ部13bから突き出す量(リブ高さ)RibHを0.85μmとした。また、非対称光導波路の曲げ半径は300μmとした。本発明者は、第2のスラブ部13bの厚みと第1のスラブ部13cの厚みとの差をオーバエッチング量ROHと定義し、オーバエッチング量ROHを変化させながら、非対称光導波路について、フルベクトル3次元ビーム伝搬法を用いて、どれだけ偏光変換が起こるかを計算した。   The present inventor uses simulations to determine the influence of the difference between the thickness of the first slab portion 13c and the thickness of the second slab portion 13b on polarization conversion in the asymmetric optical waveguide shown in FIGS. Examined. FIG. 5 shows optical waveguide parameters of the asymmetric optical waveguide. In the simulation, the height SiH from the lower clad 12 to the protrusion 13a is 1.5 μm, the width (rib width) RibW in the horizontal direction of the protrusion 13a is 2.0 μm, and the protrusion 13a is the second slab portion. The amount protruding from 13b (rib height) RibH was set to 0.85 μm. The bend radius of the asymmetric optical waveguide was 300 μm. The inventor defines the difference between the thickness of the second slab portion 13b and the thickness of the first slab portion 13c as the overetching amount ROH, and changes the full vector for the asymmetric optical waveguide while changing the overetching amount ROH. Using a three-dimensional beam propagation method, we calculated how much polarization conversion occurred.

図6は、シミュレーション結果を示す。図6に示されるグラフにおいて、横軸は光導波路中での曲げ角度を表し、縦軸は偏光変換の度合い(指標)を表す。偏光変換の指標には、例えば偏光変換抑制率が用いられる。偏光変換抑制率は、−10log(TM/TE)で定義される。偏光変換抑制率は、偏光変換効率(図5を参照)の逆数に対応する。図6において、グラフ(a)はROHが0μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(b)はROHが0.1μmの場合の偏光変換抑制率を示す。また、グラフ(c)はROHが0.15μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(d)はROHが0.2μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(e)はROHが0.25μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(f)はROHが0.3μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(g)はROHが0.35μmの場合の偏光変換抑制率を示し、グラフ(h)はROHが0.4μmの場合の偏光変換抑制率を示す。   FIG. 6 shows the simulation results. In the graph shown in FIG. 6, the horizontal axis represents the bending angle in the optical waveguide, and the vertical axis represents the degree of polarization conversion (index). For example, a polarization conversion suppression rate is used as an index of polarization conversion. The polarization conversion inhibition rate is defined by −10 log (TM / TE). The polarization conversion suppression rate corresponds to the reciprocal of the polarization conversion efficiency (see FIG. 5). In FIG. 6, graph (a) shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0 μm, and graph (b) shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0.1 μm. Graph (c) shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0.15 μm, graph (d) shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0.2 μm, and graph (e) shows that ROH is 0. The graph shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0.3 μm, and the graph (g) shows the polarization conversion inhibition rate when ROH is 0.35 μm. The graph (h) shows the polarization conversion inhibition rate when the ROH is 0.4 μm.

グラフ(a)から(h)を参照すると、曲げ角度の増加に伴って偏光変換抑制率が低下していき、ある曲げ角度で偏光変換抑制率が最小値(最悪値)をとった後、偏光変換抑制率が上昇していく様子がわかる。偏光変換抑制率の最小値は、オーバエッチング量ROHに依存して変化する。具体的には、オーバエッチング量ROHが0μm(グラフ(a))の場合に偏光変換抑制率が最も低く、オーバエッチング量ROHが0.2μm(グラフ(d))の場合に偏光変換抑制率が最も高くなっている。   Referring to graphs (a) to (h), the polarization conversion suppression rate decreases as the bending angle increases, and after the polarization conversion suppression rate reaches a minimum value (worst value) at a certain bending angle, You can see how the conversion inhibition rate increases. The minimum value of the polarization conversion suppression rate changes depending on the overetching amount ROH. Specifically, the polarization conversion suppression rate is the lowest when the overetching amount ROH is 0 μm (graph (a)), and the polarization conversion suppression rate is when the overetching amount ROH is 0.2 μm (graph (d)). It is the highest.

図7は、偏光変換抑制率の最小値とオーバエッチング量ROHとの関係を示す。図7に示すグラフにおいて、横軸はオーバエッチング量ROHを表し、縦軸は偏光変換抑制率を表す。オーバエッチング量ROHを変換させつつ各曲げ角度の偏光変換抑制率を計算し、偏光変換抑制率の最小値をプロットすると、図7に示すグラフが得られた。図7を参照すると、オーバエッチング量ROHが0μmの場合、つまり、光導波路が対称構造を有する場合に偏光変換が最も起こり、外側のスラブ部の厚みをわずかでも薄くすることで、偏光変換を抑制できることがわかる。図7の例では、オーバエッチング量ROHが0.22μmのときに偏光変換抑制効率が最大値(最良値)をとる。このとき、偏光変換抑制率は、オーバエッチング量ROHを0μmとした場合に比べて27dB以上改善できていることがわかる。   FIG. 7 shows the relationship between the minimum value of the polarization conversion suppression rate and the overetching amount ROH. In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis represents the overetching amount ROH, and the vertical axis represents the polarization conversion suppression rate. When the polarization conversion inhibition rate at each bending angle was calculated while changing the overetching amount ROH, and the minimum value of the polarization conversion inhibition rate was plotted, the graph shown in FIG. 7 was obtained. Referring to FIG. 7, when the overetching amount ROH is 0 μm, that is, when the optical waveguide has a symmetric structure, polarization conversion occurs most, and the thickness of the outer slab part is slightly reduced to suppress polarization conversion. I understand that I can do it. In the example of FIG. 7, the polarization conversion suppression efficiency takes the maximum value (best value) when the overetching amount ROH is 0.22 μm. At this time, it can be seen that the polarization conversion suppression rate can be improved by 27 dB or more compared to the case where the overetching amount ROH is set to 0 μm.

ここで、本実施形態に係る光導波路構造は、例えば光集積回路に適用される。光集積回路は、例えば、マッハツェンダー干渉計などを含む干渉系デバイス、及び/又は可変光減衰器(VOA:(Variable Optical Attenuator)などを、その構成要素として含む。具体的には、光集積回路は、90度光ハイブリッドミキサ又は光スイッチなどであってもよい。光集積回路に形成される光導波路は、一般に、直線部と曲り部(湾曲部)とを含む。   Here, the optical waveguide structure according to the present embodiment is applied to, for example, an optical integrated circuit. The optical integrated circuit includes, for example, an interference system device including a Mach-Zehnder interferometer and / or a variable optical attenuator (VOA) as its constituent elements. May be a 90-degree optical hybrid mixer, an optical switch, etc. An optical waveguide formed in an optical integrated circuit generally includes a straight portion and a bent portion (curved portion).

前述のように、直線部における光導波路構造は、図15に示される一般的なリブ型の光導波路の構造と同様である。本実施形態において、非対称光導波路は、光導波路の曲り導波路領域に使用される。非対称光導波路を直線部に適用した場合、対称構造を有する通常のリブ型光導波路と比較して非対称性が強いことから、直線部において偏光変換が生じることとなる。従って、直線部には、対称構造を有する通常のリブ型光導波路を用いることが望ましい。   As described above, the optical waveguide structure in the straight portion is the same as the structure of the general rib-type optical waveguide shown in FIG. In the present embodiment, the asymmetric optical waveguide is used in the bent waveguide region of the optical waveguide. When the asymmetric optical waveguide is applied to the linear portion, polarization conversion occurs in the linear portion because the asymmetry is stronger than that of a normal rib-type optical waveguide having a symmetric structure. Therefore, it is desirable to use a normal rib optical waveguide having a symmetric structure for the straight portion.

本実施形態において、直線部に用いられるリブ型光導波路では、突起部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部の厚みが相互に等しい。一方、曲り部に用いられる非対称光導波路(非対称なリブ型光導波路)では、突起部13aの光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部のうち、湾曲の外側のスラブ部(第1のスラブ部13c)の厚みが、湾曲の内側のスラブ部(第2のスラブ部13b)の厚みよりも薄い。この場合において、対称構造を有する光導波路と非対称光導波路とを直接接続させると、モードミスマッチが起こり、それに起因して過剰損失が発生することも考えられる。   In the present embodiment, in the rib-type optical waveguide used for the straight portion, the thicknesses of the slab portions arranged on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction of the protrusions are equal to each other. On the other hand, in the asymmetrical optical waveguide (asymmetrical rib-type optical waveguide) used for the bent portion, the slab portion (the first slab portion) on the outer side of the curve among the slab portions arranged on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction of the protrusion 13a The thickness of the first slab portion 13c) is thinner than the thickness of the slab portion (second slab portion 13b) inside the curve. In this case, if an optical waveguide having a symmetric structure and an asymmetric optical waveguide are directly connected, a mode mismatch may occur, resulting in excessive loss.

上記過剰損失の発生を抑制するために、本実施形態に係る光集積回路は、光導波路の直線部と曲り部との間に接続部を有することが好ましい。図8は、直線部と曲り部との間に設けられる接続部を示す。図8に示す接続部は、紙面向かって右側に湾曲する曲り部と直線部との間に設けられる。図8において、位置Bは直線部と接続部との境界を示し、位置Dは曲り部と接続部との境界を示す。接続部の光進行方向の長さはTLであるとする。   In order to suppress the occurrence of the excess loss, the optical integrated circuit according to the present embodiment preferably has a connection portion between the straight portion and the bent portion of the optical waveguide. FIG. 8 shows a connecting portion provided between the straight portion and the bent portion. The connecting portion shown in FIG. 8 is provided between a curved portion and a straight portion that are curved to the right as viewed in the drawing. In FIG. 8, position B indicates the boundary between the straight line portion and the connecting portion, and position D indicates the boundary between the bent portion and the connecting portion. The length of the connection portion in the light traveling direction is assumed to be TL.

なお、光導波路は、直線部(位置A)では、突起部13aの両側のスラブ部の厚みは相互に等しく、直線部におけるスラブ部の厚みは、非対称光導波路(図1又は図2を参照)における第2のスラブ部13bの厚みと等しいとする。以下では、便宜上、直線部におけるスラブ部と、第2のスラブ部13bとを同一のものとみなす。   In the optical waveguide, in the straight portion (position A), the thicknesses of the slab portions on both sides of the protrusion 13a are equal to each other, and the thickness of the slab portion in the straight portion is an asymmetric optical waveguide (see FIG. 1 or FIG. 2). Is equal to the thickness of the second slab portion 13b. Hereinafter, for convenience, the slab portion in the straight portion and the second slab portion 13b are regarded as the same.

また、光導波路の直線部は、光導波路が完全に直線状に形成されている部分のみには限定されず、ほぼ直線状に延びている部分をも含む。例えば、例えばある方向に1mm進行したときにそれに直交する方向に10μm程度の変位している場合も直線であるとみなすことができる。また、曲率半径(その絶対値)が十分に大きい場合、例えば曲率半径1cmや10cm程度の場合も、直線であるとみなすことができる。さらには、曲り部の曲率半径に対して十分に大きな曲率半径をもつ場合、例えば曲り部の曲率半径の30倍程度の曲率半径を有する場合も直線であるとみなすことができる。   Further, the straight portion of the optical waveguide is not limited to a portion where the optical waveguide is formed in a completely linear shape, and includes a portion that extends substantially linearly. For example, when moving 1 mm in a certain direction, a displacement of about 10 μm in a direction orthogonal thereto can be regarded as a straight line. Further, when the radius of curvature (its absolute value) is sufficiently large, for example, when the radius of curvature is about 1 cm or 10 cm, it can be regarded as a straight line. Furthermore, when it has a sufficiently large radius of curvature with respect to the radius of curvature of the bent portion, for example, when it has a radius of curvature of about 30 times the radius of curvature of the bent portion, it can be regarded as a straight line.

接続部では、突起部13aの光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部のうち、曲り部における湾曲の外側に対応する側のスラブ部の厚みは、突起部13aから所定の距離だけ離れた位置までは直線部におけるスラブ部13bの厚みに等しい。また、外側に対応するスラブ部の厚みは、突起部13aから所定の距離離れた位置よりも遠い位置では、スラブ部13bの厚みよりも薄い。突起部13aから所定の距離離れた位置よりも遠い位置におけるスラブ部の厚みは、例えば非対称光導波路における第1のスラブ部13cの厚みと等しい。以下では、便宜上、突起部13aから所定の距離離れた位置までに形成されるスラブ部を第2のスラブ部13bと同一のものとみなし、所定離れた位置よりも遠い位置のスラブ部を第1のスラブ部13cとを同一のものとみなす。   In the connecting portion, among the slab portions arranged on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction of the protruding portion 13a, the thickness of the slab portion on the side corresponding to the outside of the curved portion is a predetermined distance from the protruding portion 13a. It is equal to the thickness of the slab part 13b in the straight part up to a position far away. Moreover, the thickness of the slab part corresponding to the outer side is thinner than the thickness of the slab part 13b at a position farther from the position away from the protrusion 13a by a predetermined distance. The thickness of the slab part at a position farther from the position away from the protrusion 13a by a predetermined distance is equal to the thickness of the first slab part 13c in the asymmetric optical waveguide, for example. Hereinafter, for the sake of convenience, the slab part formed up to a position away from the protrusion 13a by a predetermined distance is regarded as the same as the second slab part 13b, and the slab part far from the predetermined distance is the first. The slab portion 13c is regarded as the same.

具体的に、接続部と直線部との境界である位置Bでは、突起部13aの端部から所定の距離TWだけ離れた位置までは第2のスラブ部13bが形成され、それよりも遠い位置では第1のスラブ部13cが形成される。第2のスラブ部13bの厚みは例えば0.85μmであり、第1のスラブ部13cの厚みは第2のスラブ部13bの厚みよりも0.22μm薄い。つまり、第1のスラブ部13cの厚みは0.63μmである。   Specifically, at the position B that is the boundary between the connecting portion and the straight portion, the second slab portion 13b is formed to a position that is a predetermined distance TW away from the end of the protruding portion 13a, and a position farther than that. Then, the 1st slab part 13c is formed. The thickness of the second slab portion 13b is, for example, 0.85 μm, and the thickness of the first slab portion 13c is 0.22 μm thinner than the thickness of the second slab portion 13b. That is, the thickness of the first slab portion 13c is 0.63 μm.

接続部では、直線部との接続部分から曲り部との接続部分にかけて、第1のスラブ部13cと第2のスラブ部13bとの境界は突起部13aに近づく。別の言い方をすれば、接続部では、上記所定の距離の最大値はTWで、直線部との接続部分から曲り部との接続部分にかけて、上記所定の距離が減少していく。例えば、図8に示される位置Cでは、位置Bに比べて、第2のスラブ部13bの長さが短く、第1のスラブ部13cが突起部13aに近づいている。接続部と曲り部との境界である位置Dでは、上記所定の距離は0であり、第1のスラブ部13cは突起部13aに隣接して形成される。   In the connecting portion, the boundary between the first slab portion 13c and the second slab portion 13b approaches the protruding portion 13a from the connecting portion with the straight portion to the connecting portion with the bent portion. In other words, in the connecting portion, the maximum value of the predetermined distance is TW, and the predetermined distance decreases from the connecting portion with the straight portion to the connecting portion with the bent portion. For example, in the position C shown in FIG. 8, the length of the second slab portion 13b is shorter than that of the position B, and the first slab portion 13c is approaching the protruding portion 13a. At the position D that is the boundary between the connecting portion and the bent portion, the predetermined distance is 0, and the first slab portion 13c is formed adjacent to the protruding portion 13a.

接続部において、第2のスラブ部13bは、曲り部の外側に対応する側にのみ、片テーパ状に形成される。別の言い方をすれば、接続部において、第2のスラブ部13bは、突起部13aを中心として非対称な片テーパ構造(傾斜構造)を有する。非対称な片テーパ構造の外側の領域には、オーバエッチング量ROHだけ更に掘り下げられた第1のスラブ部13cが形成されている。接続部において、片テーパ状に形成された第2のスラブ部13bの幅を、直線部から曲り部にかけて徐々に狭めていくことにより、対称構造を有する光導波路から非対称光導波路への変換がなされる。このような接続部を用いることで、対称構造を有する直線部のリブ型光導波路から、曲り部の非対称光導波路への、急激な構造変化を回避することができる。   In the connecting portion, the second slab portion 13b is formed in a single taper shape only on the side corresponding to the outside of the bent portion. In other words, in the connecting portion, the second slab portion 13b has an asymmetrical taper structure (inclined structure) with the protrusion 13a as the center. A first slab portion 13c that is further dug down by an overetching amount ROH is formed in a region outside the asymmetrical single taper structure. In the connecting portion, the width of the second slab portion 13b formed in a one-taper shape is gradually narrowed from the straight portion to the bent portion, thereby converting the optical waveguide having a symmetric structure into an asymmetric optical waveguide. The By using such a connection portion, it is possible to avoid a sudden structural change from a linear rib-type optical waveguide having a symmetric structure to an asymmetric optical waveguide having a bent portion.

図9は、接続部を介した直線部と曲り部との接続を示す。この例では、光導波路の曲り部は、紙面の上下方向と左右方向との間で、光進行方向を90度曲げる。例えば、紙面の下側から上側に向かって、突起部13aの両側に第2のスラブ部13bを有する対称構造の光導波路(直線部)を進行してきた光は、曲げ方向の外側にのみ片テーパ状に第2のスラブ部13bが形成された接続部(第1の接続部)に入射する。光導波路は、曲り部に向かうに連れて、第1の接続部の片テーパ構造において徐々に非対称性が強められ、第1の接続部と曲り部との境界で、曲がり方向の外側に第1のスラブ部13cを有する非対称光導波路に変換される。   FIG. 9 shows the connection between the straight portion and the bent portion via the connecting portion. In this example, the bent portion of the optical waveguide bends the light traveling direction by 90 degrees between the vertical direction and the horizontal direction on the paper surface. For example, light traveling in a symmetrical optical waveguide (straight line portion) having second slab portions 13b on both sides of the protrusion 13a from the lower side to the upper side of the paper surface is only one taper outward in the bending direction. Is incident on a connecting portion (first connecting portion) in which a second slab portion 13b is formed. As the optical waveguide heads toward the bent portion, the asymmetry is gradually strengthened in the one-tapered structure of the first connecting portion, and the first is formed on the outer side in the bending direction at the boundary between the first connecting portion and the bent portion. It is converted into an asymmetric optical waveguide having a slab portion 13c.

曲り部に入射した光は、曲り部において進行方向が90度曲げられる。曲り部では、突起部13aの曲がり方向外側の第1のスラブ部13cの厚みが、内側の第2のスラブ部13bの厚みよりも薄いため、光の対称性が維持され(図3(b)を参照)、曲り部における偏光変換が抑制される。進行方向が90度曲げられた光は、曲げ方向の外側にのみ片テーパ状(逆片テーパ状)に第2のスラブ部13bが形成された接続部を通じて、紙面に向かって左右方向に延びる直線部に入射する。光導波路は、曲り部から直線部に向かうに連れて、第2の接続部の逆片テーパ構造において徐々に非対称性が弱められ、第2の接続部と直線部との境界で、突起部13aの両側に第2のスラブ部13bを有する対称構造の光導波路に変換される。   The light incident on the bent portion is bent 90 degrees in the traveling direction at the bent portion. In the bent portion, the light symmetries are maintained because the thickness of the first slab portion 13c on the outer side in the bending direction of the protruding portion 13a is smaller than the thickness of the inner second slab portion 13b (FIG. 3B). ), And polarization conversion in the bent portion is suppressed. The light whose traveling direction is bent by 90 degrees is a straight line extending in the left-right direction toward the paper surface through the connection portion in which the second slab portion 13b is formed in a single taper shape (reverse taper shape) only outside the bending direction. Incident on the part. As the optical waveguide is directed from the bent portion toward the straight portion, the asymmetry is gradually weakened in the reverse piece taper structure of the second connection portion, and the protrusion 13a is formed at the boundary between the second connection portion and the straight portion. Is converted into an optical waveguide having a symmetric structure having second slab portions 13b on both sides.

なお、曲り導波路領域において曲がり方向の外側にあるスラブ部は、突起部13aからある程度離れた距離まで薄く形成されていればよく、その距離以降は直線部におけるスラブ部と同様な厚みを有していてもよい。例えば、曲り導波路領域では、突起部13aの端部から1μm〜2μm程度離れた位置まで第1のスラブ部13cが形成されていればよく、それよりも遠い位置では第2のスラブ部13bが形成されることとしてもよい。接続部についても同様である。   It should be noted that the slab portion outside the bending direction in the bent waveguide region only needs to be thinly formed to a certain distance from the protrusion 13a, and after that distance, it has the same thickness as the slab portion in the straight portion. It may be. For example, in the bent waveguide region, the first slab portion 13c only needs to be formed to a position about 1 μm to 2 μm away from the end of the protrusion 13a, and the second slab portion 13b is located farther than that. It may be formed. The same applies to the connecting portion.

一般に、90度ハイブリッドミキサなどの光集積回路では、多数の直線光導波路と曲り光導波路とが混在する。直線光導波路と曲り光導波路との接続部分の全てに上記接続部を設けることとした場合、接続部が多数設けられることから、接続部単体における過剰損失、及び偏光変換抑制率が非常に重要となる。接続部における過剰損失及び偏光変換抑制率は、接続部(片テーパ状に形成された第2のスラブ部13b)の長さTL、及び片テーパ状に形成される第2のスラブ部13bの片テーパ幅(図8のTW)に依存して変化するものと考えられる。本発明者は、シミュレーションを行い、接続部の長さ(片テーパ長)TLと片テーパ幅TWとが偏光変換抑制率及び過剰損失に与える影響を調べた。   In general, in an optical integrated circuit such as a 90-degree hybrid mixer, a large number of linear optical waveguides and curved optical waveguides are mixed. In the case where the connecting portion is provided in all of the connecting portions of the straight optical waveguide and the bent optical waveguide, a large number of connecting portions are provided, so that the excess loss in the connecting portion alone and the polarization conversion suppression rate are very important. Become. The excess loss and the polarization conversion suppression rate at the connecting portion are the length TL of the connecting portion (the second slab portion 13b formed in a single taper shape) and the piece of the second slab portion 13b formed in a single taper shape. It is considered that it changes depending on the taper width (TW in FIG. 8). The inventor conducted a simulation and examined the influence of the length (one taper length) TL and the one taper width TW of the connection portion on the polarization conversion suppression rate and excess loss.

図10は、片テーパ長TLと偏光変換抑制率との関係を示す。図10に示されるグラフにおいて、横軸は片テーパ長TLを表し、縦軸は偏光変換抑制率を表す。シミュレーションにおいて、片テーパ幅TWが0.5μmの場合と、1.0μmの場合と、2μmの場合とのそれぞれについて、片テーパ長TLを変化させつつ、各形テーパ長とした場合の偏光変換抑制率を求めたところ、図10に示される結果が得られた。   FIG. 10 shows the relationship between the single taper length TL and the polarization conversion suppression rate. In the graph shown in FIG. 10, the horizontal axis represents the single taper length TL, and the vertical axis represents the polarization conversion suppression rate. In the simulation, polarization conversion suppression when each taper length is changed while changing the single taper length TL for each of the case where the single taper width TW is 0.5 μm, 1.0 μm, and 2 μm. When the rate was determined, the result shown in FIG. 10 was obtained.

図10を参照すると、片テーパ長TLが長くなるに従って、偏光変換抑制率が徐々に低下することがわかる。偏光変換抑制率が低下する理由は、接続部において光導波路を対称構造から非対称構造へと滑らかに変動させているとはいえ、接続部自体が非対称構造であるため、光の伝搬距離が長くなると、接続部において偏光変換が生じるためであると考えられる。一方で、片テーパ幅TWを変化させた場合、同じ片テーパ長TLで比較すると、片テーパ幅TWが大きいほど、偏光変換抑制率は向上する。これらから、非対称構造となる接続部の長さをできるだけ短くし、かつ急峻な片テーパ構造とすることで、偏光変換抑制率を高めることができると考えられる。   Referring to FIG. 10, it can be seen that the polarization conversion suppression rate gradually decreases as the one taper length TL becomes longer. The reason why the polarization conversion suppression rate decreases is that although the optical waveguide is smoothly changed from a symmetric structure to an asymmetric structure at the connection portion, the connection portion itself has an asymmetric structure, so that the light propagation distance becomes long. This is considered to be because polarization conversion occurs in the connection portion. On the other hand, when the single taper width TW is changed, when compared with the same single taper length TL, the polarization conversion suppression rate improves as the single taper width TW increases. From these facts, it is considered that the polarization conversion suppression rate can be increased by shortening the length of the connecting portion having an asymmetric structure as much as possible and making it a steep single taper structure.

接続部における片テーパ状に形成された第2のスラブ部13bの接続部の長さ方向の勾配は、TW/TLで与えられる。図11に、偏光変換抑制率をTW/TLで規格化した結果を示す。図11に示されるグラフにおいて、横軸はTW/TLを表し、縦軸は偏光変換抑制率を表す。図11を参照すると、TW/TLの値が大きくなるにつれて、すなわち片テーパ構造の勾配が急峻になるにつれて、偏光変換抑制率が高くなることがわかる。従って、偏光変換抑制の観点からは、TW/TLの値は大きいことが好ましい。   The gradient in the length direction of the connecting portion of the second slab portion 13b formed in a single taper shape at the connecting portion is given by TW / TL. FIG. 11 shows the result of normalizing the polarization conversion inhibition rate by TW / TL. In the graph shown in FIG. 11, the horizontal axis represents TW / TL, and the vertical axis represents the polarization conversion suppression rate. Referring to FIG. 11, it can be seen that the polarization conversion suppression rate increases as the value of TW / TL increases, that is, as the gradient of the one-taper structure increases. Therefore, from the viewpoint of suppressing polarization conversion, it is preferable that the value of TW / TL is large.

図12は、図11に示されるグラフの一部を拡大して示す。TW/TLが0.005以下の範囲において、TW/TLをxとし、偏光変換抑制率をyとして、xとyの関係を表す近似式を求めると、y=3.548×108x5-1.130×108x4+7.912×106x3-2.318×105x2+3.630×103x+2.225×101という近似式が得られた。偏光変換抑制率の指標の1つとして30dBを考えると、30dB以上の偏光変換抑制率を得るためには、TW/TLを0.0025以上とする必要がある。 FIG. 12 is an enlarged view of a part of the graph shown in FIG. When TW / TL is in the range of 0.005 or less and TW / TL is x and the polarization conversion suppression rate is y, an approximate expression representing the relationship between x and y is obtained. Y = 3.548 × 10 8 x 5 -1.130 An approximate expression of × 10 8 x 4 + 7.912 × 10 6 x 3 -2.318 × 10 5 x 2 + 3.630 × 10 3 x + 2.225 × 10 1 was obtained. Considering 30 dB as one index of the polarization conversion suppression rate, in order to obtain a polarization conversion suppression rate of 30 dB or more, TW / TL needs to be 0.0025 or more.

図13は、TW/TLと接続部の過剰損失との関係を示す。図13に示されるグラフにおいて、横軸はTW/TLを表し、縦軸は接続部の過剰損失を表す。図13を参照すると、接続部自体の過剰損失は、TW/TLが小さいほど低いことがわかる。従って、過剰損失の観点からは、TW/TLの値は小さいことが好ましい。   FIG. 13 shows the relationship between TW / TL and excess loss at the connection. In the graph shown in FIG. 13, the horizontal axis represents TW / TL, and the vertical axis represents the excess loss of the connection portion. Referring to FIG. 13, it can be seen that the excess loss of the connection itself is lower as TW / TL is smaller. Therefore, from the viewpoint of excess loss, the value of TW / TL is preferably small.

ここで、接続部自体の過剰損失は0.01dBよりも低く、個々の接続部で生じる損失は非常に低い。しかしながら、光集積回路では、直線部と曲り部とが接続される部分が100箇所以上存在することがある。接続部の数が増えると、1箇所あたりの過剰損失が低いとしても、全体として見たときに接続部の過剰損失が無視できなくなる。   Here, the excess loss of the connection part itself is lower than 0.01 dB, and the loss generated in each connection part is very low. However, in an optical integrated circuit, there may be 100 or more portions where the straight portion and the bent portion are connected. When the number of connection portions increases, even if the excess loss per location is low, the excess loss of the connection portions cannot be ignored when viewed as a whole.

上記したように、TW/TLの値は、偏光変換抑制の観点からは大きいことが好ましく、過剰損失の観点からは小さいことが好ましい。TW/TLの値が小さければ、過剰損失を低下させることはできるものの、偏光変換抑制の効果は薄れる。逆に、TW/TLの値が大きければ、偏光変換は抑制できるものの、過剰損失は増加する。光集積回路では、過剰損失及び偏光変換抑制率のバランスに応じて、接続部における片テーパ長TLと片テーパ幅TWを選定することが好ましい。   As described above, the value of TW / TL is preferably large from the viewpoint of suppressing polarization conversion, and is preferably small from the viewpoint of excess loss. If the value of TW / TL is small, excess loss can be reduced, but the effect of suppressing polarization conversion is diminished. Conversely, if the value of TW / TL is large, polarization conversion can be suppressed, but excess loss increases. In the optical integrated circuit, it is preferable to select the single taper length TL and the single taper width TW in the connection portion in accordance with the balance between the excess loss and the polarization conversion suppression rate.

本実施形態では、リブ型光導波路の曲り導波路領域において、突起部13aの曲がり方向外側の第1のスラブ部13cの厚みを、内側の第2のスラブ部13bの厚みよりも薄くする。このように、曲り導波路領域に非対称構造を導入することで、曲り導波路領域において光導波路内への光閉じ込めを強くすることができ、スラブ領域への光の染み出しを抑制することができる。その結果として、曲り導波路領域において光モードの対称性を向上させることができ、一般的なリブ型光導波路の構造に比べて偏光変換を抑制することができる。   In the present embodiment, in the curved waveguide region of the rib-type optical waveguide, the thickness of the first slab portion 13c on the outer side in the bending direction of the protruding portion 13a is made thinner than the thickness of the inner second slab portion 13b. In this way, by introducing an asymmetric structure in the bent waveguide region, light confinement in the optical waveguide can be strengthened in the bent waveguide region, and the leakage of light into the slab region can be suppressed. . As a result, the symmetry of the optical mode can be improved in the curved waveguide region, and polarization conversion can be suppressed as compared with a general rib-type optical waveguide structure.

また、本実施形態では、対称構造を有する光導波路と非対称光導波路との接続部分に、曲り部の外側に対応する側にのみ、第2のスラブ部13bが片テーパ状に形成される接続部が設けられる。接続部では、曲がり方向の外側に対応する側でのみ、第2のスラブ部13bの幅が直線部から曲り部に向けて徐々に狭くなる。このような接続部を用いることで、直線部における対称構造から曲り部における非対称構造へ、又は、曲り部における非対称構造から直線部における対称構造へと、構造を緩やかな変換することができる。その結果として、モードミスマッチを抑制し、それに起因する過剰損失の発生を抑制することができる。   In the present embodiment, the second slab portion 13b is formed in a one-taper shape only at the side corresponding to the outside of the bent portion at the connection portion between the optical waveguide having a symmetric structure and the asymmetric optical waveguide. Is provided. In the connection portion, the width of the second slab portion 13b gradually narrows from the straight portion toward the bent portion only on the side corresponding to the outside in the bending direction. By using such a connecting portion, the structure can be gently converted from a symmetric structure in the straight portion to an asymmetric structure in the bent portion, or from an asymmetric structure in the bent portion to a symmetric structure in the straight portion. As a result, it is possible to suppress mode mismatch and suppress occurrence of excess loss due to the mode mismatch.

なお、上記実施形態では、光導波路がシリコン導波路である例を説明したが、これには限定されない。光導波路は、例えばInP系化合物などの半導体導波路であってもよい。前述のように、上記実施形態では、曲り導波路領域において、外側のスラブ部を内側のスラブ部よりわずかでも薄くすることで偏光変換の抑制が可能である。上記したSi膜厚、リブ幅、及びリブ高さなどの数値は一例であり、特に上記した値に限定されることはない。   In the above embodiment, an example in which the optical waveguide is a silicon waveguide has been described. However, the present invention is not limited to this. The optical waveguide may be a semiconductor waveguide such as an InP compound. As described above, in the above embodiment, polarization conversion can be suppressed by making the outer slab portion slightly thinner than the inner slab portion in the curved waveguide region. The numerical values such as the Si film thickness, the rib width, and the rib height described above are examples, and are not particularly limited to the above-described values.

上記実施形態では、接続部において、曲り方向の外側に対応するスラブ部の幅が直線部から曲り部に向かって一次関数的に減少する例を示したが、これには限定されない。接続部において曲がり方向の外側に形成されるスラブ部の幅は、直線部から曲り部に向かって単調に減少するものであればよい。例えば、接続部において曲がり方向の外側に形成されるスラブ部の幅が、直線部から曲り部に向かって、2次関数或いはより高次の関数に従って減少することとしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the width of the slab portion corresponding to the outside in the bending direction is reduced linearly from the straight portion toward the bending portion in the connection portion is not limited thereto. The width | variety of the slab part formed in the outer side of a bending direction in a connection part should just be decreased monotonously toward a bending part from a linear part. For example, the width of the slab portion formed on the outer side in the bending direction at the connecting portion may be reduced according to a quadratic function or a higher order function from the straight line portion toward the bending portion.

上記実施形態では、光集積回路において、直線部と曲り部との間に接続部が設けられる例を説明したが、これには限定されない。接続部を設けずに、直線部と曲り部とを直接に接続することとしてもよい。あるいは、接続部が設けられる場合において、接続部は、光集積回路における光導波路の全ての曲り部と直線部との間に設けられている必要はなく、接続部を介さずに、直線部と曲り部とが接続する箇所が存在してもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the connection portion is provided between the straight portion and the bent portion in the optical integrated circuit has been described. However, the present invention is not limited to this. It is good also as connecting a straight part and a bending part directly, without providing a connection part. Alternatively, in the case where the connection portion is provided, the connection portion does not need to be provided between all the bent portions of the optical waveguide in the optical integrated circuit and the straight portion, and without the connection portion, There may be a location where the bent portion is connected.

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本発明に含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to above-described embodiment, A change and correction are added with respect to the said embodiment in the range which does not deviate from the meaning of this invention. Also included in the present invention.

(付記)
本発明の光導波路構造は、コアの第1のスラブ部及び第2のスラブ部が平板状に形成され、かつリブ部が矩形状の断面形状を有するものであってよい。ここで、「平板状」とは、例えばコアの断面形状において縦横比が扁平のもの(リブ部の突出方向の長さ(高さ)が、突出方向に直交する方向の長さ(幅)よりも短いもの)を指す。
(Appendix)
In the optical waveguide structure of the present invention, the first slab portion and the second slab portion of the core may be formed in a flat plate shape, and the rib portion may have a rectangular cross-sectional shape. Here, the “flat plate shape” means, for example, that the cross-sectional shape of the core has a flat aspect ratio (the length (height) in the protruding direction of the rib portion is greater than the length (width) in the direction perpendicular to the protruding direction) Is also short).

10:光導波路
11:基板
12:下層クラッド(第1のクラッド)
12:下層クラッド
13:コア
13a:突起部(リブ部)
13b:スラブ部(第2のスラブ部)
13c:スラブ部(第1のスラブ部)
14:上層クラッド(第2のクラッド)
21:基板
22:クラッド
22:下層クラッド
23:コア
23a:突起部(リブ部)
23b:スラブ部
23c:溝部
23d:テーパ部
24:上層クラッド
50:チャネル型光導波路
51:リブ型光導波路
60、70:光導波路
71:コア
72:上側クラッド
73:下側クラッド
74:基板
75:外側サイドクラッド
76:内側サイドクラッド
10: Optical waveguide 11: Substrate 12: Lower clad (first clad)
12: Lower clad 13: Core 13a: Projection (rib)
13b: Slab part (second slab part)
13c: Slab part (first slab part)
14: Upper clad (second clad)
21: Substrate 22: Clad 22: Lower layer clad 23: Core 23a: Projection (rib)
23b: Slab part 23c: Groove part 23d: Tapered part 24: Upper layer clad 50: Channel type optical waveguide 51: Rib type optical waveguide 60, 70: Optical waveguide 71: Core 72: Upper clad 73: Lower clad 74: Substrate 75: Outer side cladding 76: inner side cladding

Claims (13)

湾曲した光伝搬方向に光を伝搬するコアと、該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する光導波路構造であって、
前記コアは、スラブ部と該スラブ部から突出するリブ部とを含み、
前記スラブ部は、前記リブ部に対して前記光伝搬方向の外側にある第1のスラブ部と、前記光伝搬方向の内側にある第2のスラブ部とを含み、
前記第1のスラブ部の厚みが、前記第2のスラブ部の厚みよりも薄い光導波路構造。
An optical waveguide structure having a core that propagates light in a curved light propagation direction, and a clad having a lower refractive index than the core,
The core includes a slab part and a rib part protruding from the slab part,
The slab part includes a first slab part located outside the light propagation direction with respect to the rib part, and a second slab part located inside the light propagation direction,
An optical waveguide structure in which the thickness of the first slab part is thinner than the thickness of the second slab part.
前記第1のスラブ部に対する前記リブ部の突出量が、前記第2のスラブ部に対する前記リブ部の突出量よりも大きい請求項1に記載の光導波路構造。   The optical waveguide structure according to claim 1, wherein a protruding amount of the rib portion with respect to the first slab portion is larger than a protruding amount of the rib portion with respect to the second slab portion. 前記第1のスラブ部の上面から、前記リブ部の前記光伝搬方向の外側の端部までの高さが、前記第2のスラブ部の上面から、前記リブ部の前記光伝搬方向の内側の端部までの高さよりも高い請求項1又は2に記載の光導波路構造。   The height from the upper surface of the first slab portion to the outer end of the rib portion in the light propagation direction is from the upper surface of the second slab portion to the inner side of the rib portion in the light propagation direction. The optical waveguide structure according to claim 1, wherein the optical waveguide structure is higher than a height to the end. 前記コアはシリコンから成る請求項1から3何れか1項に記載の光導波路構造。   The optical waveguide structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the core is made of silicon. 前記クラッドは、前記リブ部が前記スラブ部から突出する側と反対側に配置された第1のクラッドを含む請求項1から4何れか1項に記載の光導波路構造。   5. The optical waveguide structure according to claim 1, wherein the cladding includes a first cladding in which the rib portion is disposed on a side opposite to a side protruding from the slab portion. 前記クラッドは、前記リブ部が前記スラブ部から突出する側に配置された第2のクラッドを更に含む請求項5に記載の光導波路構造。   6. The optical waveguide structure according to claim 5, wherein the clad further includes a second clad disposed on a side where the rib portion protrudes from the slab portion. 前記第1のクラッド及び前記第2のクラッドは酸化シリコンから成る請求項6に記載の光導波路構造。   The optical waveguide structure according to claim 6, wherein the first clad and the second clad are made of silicon oxide. 光を伝搬するコアと該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記コアは、リブ部と該リブ部に対して光の伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部とを含み、かつ前記リブ部は前記スラブ部から突出する光導波路であって、
直線状に光を伝搬する直線部であって、前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部の厚みが相互に等しい直線部と、
湾曲した方向に沿って光を伝搬する湾曲部であって、前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部のうち、湾曲の外側のスラブ部の厚みが、湾曲の内側のスラブ部の厚みよりも薄い湾曲部とを有する光導波路。
A core for propagating light and a clad having a refractive index lower than that of the core, and the core includes a rib portion and slab portions disposed on both sides of the rib portion in a direction perpendicular to the light propagation direction; And the rib portion is an optical waveguide protruding from the slab portion,
A straight line portion that propagates light in a straight line, and a straight line portion in which the thicknesses of the slab portions arranged on both sides in the direction perpendicular to the light propagation direction of the rib portion are equal to each other;
Among the slab portions that are disposed on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction of the rib portion, the thickness of the slab portion outside the curve is a curved portion that propagates light along the curved direction. An optical waveguide having a curved portion thinner than a thickness of an inner slab portion.
前記直線部と前記湾曲部との間に、前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部のうち、前記湾曲部における湾曲の外側に対応する側のスラブ部は、前記リブ部から所定の距離だけ離れた位置までは前記直線部における前記スラブ部の厚みに等しい厚みを有し、かつ前記リブ部から所定の距離離れた位置よりも遠い位置では、前記リブ部から所定の距離だけ離れた位置までにおけるスラブ部の厚みよりも薄い厚みを有する接続部を更に有し、
前記接続部では、前記直線部との接続部分から前記湾曲部との接続部分にかけて、前記所定の距離が減少する請求項8に記載の光導波路。
Among the slab portions arranged on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction of the rib portion between the straight portion and the curved portion, the slab portion on the side corresponding to the outside of the curved portion in the curved portion is: It has a thickness equal to the thickness of the slab part in the linear part up to a position away from the rib part by a predetermined distance, and at a position farther than a position away from the rib part by a predetermined distance from the rib part. It further has a connection part having a thickness thinner than the thickness of the slab part up to a position separated by a predetermined distance,
The optical waveguide according to claim 8, wherein the predetermined distance decreases from the connection portion with the straight portion to the connection portion with the curved portion.
前記接続部の前記湾曲部との接続部分では、湾曲の外側に対応する側のスラブ部の厚みは、前記湾曲部における湾曲の外側のスラブ部の厚みと等しい請求項9に記載の光導波路。   10. The optical waveguide according to claim 9, wherein the thickness of the slab portion on the side corresponding to the outer side of the bending is equal to the thickness of the outer slab portion of the bending portion in the connection portion of the connection portion with the bending portion. 前記直線部における前記リブ部の光伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部の厚みと、前記湾曲部における湾曲の内側のスラブ部の厚みと、前記接続部における、湾曲の内側に対応する側のスラブ部の厚みとは相互に等しい請求項9又は10に記載の光導波路。   The thickness of the slab part arranged on both sides of the straight part in the direction orthogonal to the light propagation direction of the rib part, the thickness of the slab part inside the curve in the curved part, and the inside of the curve in the connecting part The optical waveguide according to claim 9 or 10, wherein the thicknesses of the corresponding slab portions are equal to each other. 基板上に、光を伝搬するコアと該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、前記コアは、リブ部と該リブ部に対して光の伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部とを含み、かつ前記リブ部は前記スラブ部から突出する光導波路が形成された光集積回路であって、
前記光導波路が1箇所以上の湾曲部を有し、
前記1箇所以上の湾曲部の少なくとも1箇所において、前記湾曲部の外側に配置されたスラブ部の厚みが、前記湾曲部の内側に配置されたスラブ部の厚みよりも薄い光集積回路。
The substrate has a core for propagating light and a clad having a refractive index lower than that of the core, and the core is disposed on both sides of the rib portion and the direction perpendicular to the light propagation direction with respect to the rib portion. Slab part, and the rib part is an optical integrated circuit in which an optical waveguide protruding from the slab part is formed,
The optical waveguide has one or more curved portions;
An optical integrated circuit in which at least one of the one or more curved portions has a slab portion disposed outside the curved portion, wherein the thickness of the slab portion is smaller than the thickness of the slab portion disposed inside the curved portion.
前記光導波路は直線状に光を伝搬する直線部を更に有しており、
前記直線部では、前記光の伝搬方向に直交する方向の両側に配置されたスラブ部の厚みが相互に等しい請求項12に記載の光集積回路。
The optical waveguide further includes a linear portion that propagates light linearly,
13. The optical integrated circuit according to claim 12, wherein in the straight portion, the thicknesses of the slab portions arranged on both sides in the direction orthogonal to the light propagation direction are equal to each other.
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