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公開番号2025010916
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2023113225
出願日2023-07-10
発明の名称光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラム
出願人住友電気工業株式会社,国立大学法人北海道大学
代理人弁理士法人片山特許事務所
主分類G02B 6/12 20060101AFI20250116BHJP(光学)
要約【課題】温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能な光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラムを提供する。
【解決手段】3つ以上の導波路と、前記3つ以上の導波路のそれぞれに設けられた区間と、を具備し、前記3つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なる光フィルタ。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
３つ以上の導波路と、
前記３つ以上の導波路のそれぞれに設けられた区間と、を具備し、
前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なる光フィルタ。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記３つ以上の導波路のうち少なくとも１つは偏波回転子を有する請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記導波路は導波路コアを含み、
前記偏波回転子は、前記導波路コアと、前記導波路コアから突出するリブ部を含む請求項２に記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記３つ以上の導波路は、第１導波路、第２導波路、第３導波路および第４導波路を含み、
前記区間は第１区間、第２区間、第３区間および第４区間を含み、
前記偏波回転子は第１偏波回転子および第２偏波回転子を含み、
前記第１導波路は、第１結合部において前記第２導波路と光学的に結合し、前記第１結合部より後段の第２結合部において、前記第３導波路と光学的に結合し、前記第１結合部と前記第２結合部との間に前記第１区間を有し、
前記第２導波路は、前記第１結合部より後段の第３結合部において前記第４導波路と光学的に結合し、前記第１結合部と前記第３結合部との間に前記第２区間を有し、
前記第３導波路は、前記第２結合部より後段の第４結合部において、前記第４導波路のうち前記第３結合部より前段の部分と光学的に結合し、前記第２結合部と前記第４結合部との間に前記第３区間を有し、
前記第３導波路は前記第１偏波回転子および前記第２偏波回転子を有し、
前記第１偏波回転子は前記第２結合部と前記第４結合部との間に位置し、
前記第２偏波回転子は前記第１偏波回転子と前記第４結合部との間に位置し、
前記第３区間は前記第１偏波回転子と前記第２偏波回転子との間に位置し、
前記第４導波路は、前記第３結合部と前記第４結合部との間に前記第４区間を有し、
前記第１区間および前記第４区間を伝搬する光のモード、前記第２区間を伝搬する光のモード、および前記第３区間を伝搬する光のモードは、互いに異なる請求項２または請求項３に記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記第１区間および前記第４区間にＴＥ０モードが伝搬し、
前記第２区間にＴＥ１モードが伝搬し、
前記第３区間にＴＭ０モードが伝搬する請求項４に記載の光フィルタ。
【請求項６】
光フィルタの製造方法であって、
前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、
前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、
前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、
前記区間は、前記区間における伝搬定数、および前記導波路における光の位相の変化量に応じた長さを有し、
前記製造方法は、前記区間を有する前記３つ以上の導波路を形成する光フィルタの製造方法。
【請求項７】
前記製造方法は、前記区間の長さを設計する工程と、
前記区間の長さに基づいて前記３つ以上の導波路を形成する工程と、を有し、
前記区間の長さを設計する工程は、数１に基づいて前記区間の長さを設計する工程を含む請求項６に記載の光フィルタの製造方法。
TIFF
2025010916000010.tif
52
170
Ｌ１からＬｎ：区間の長さ
β１からβｎ：区間ごとの伝搬定数
Ｔ：温度
λ：波長
ｋ：波数
ＦＳＲ：スペクトルのピークの間隔
φ：位相の変化量
【請求項８】
前記区間の長さを設計する工程は、前記区間の幅を定めることで前記数１の行列の各項を計算する工程を含む請求項７に記載の光フィルタの製造方法。
【請求項９】
前記３つ以上の導波路は、第１導波路、第２導波路、第３導波路および第４導波路を含み、
前記区間は第１区間、第２区間、第３区間および第４区間を含み、
前記第１導波路は前記第１区間を有し、
前記第２導波路は前記第２区間を有し、
前記第３導波路は前記第３区間を有し、
前記第４導波路は前記第４区間を有し、
前記第１区間および前記第４区間を伝搬する光のモード、前記第２区間を伝搬する光のモード、および前記第３区間を伝搬する光のモードは、互いに異なり、
前記区間の長さを設計する工程は、前記第１区間と前記第４区間とを合わせた長さ、前記第２区間の長さ、および前記第３区間の長さを設計する工程である請求項７または請求項８に記載の光フィルタの製造方法。
【請求項１０】
光フィルタの設計方法であって、
前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、
前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、
前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、
前記区間における伝搬定数、および前記導波路における光の位相の変化量に基づいて、前記区間の長さを設計する光フィルタの設計方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラムに関するものである。
続きを表示（約 5,300 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコンに光学素子を形成するシリコンフォトニクスが注目されている。例えば、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板のシリコン層に、マッハツェンダ干渉器を形成することがある。マッハツェンダ干渉器の複数の導波路に、ＴＥ０モードとＴＥ１モードを分けて伝搬させる。モードに応じて、導波路の長さおよび幅などを調整することで、スペクトルの温度依存性を小さくする（非特許文献１）。シリコン導波路に偏波回転分離子を設け、光のモードを変換する（非特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
“ＢｒｏａｄｂａｎｄＣＭＯＳ－ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅＳＯＩｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＭａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ” ＰｅｎｇＸｉｎｇａｎｄＪａｉｍｅＶｉｅｇａｓＯＰＴＩＣＳＥＸＰＲＥＳＳＶｏｌ．２３，Ｎｏ．１９ｐｐ．２４０９８－２４１０７（２０１５）
“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｒｏｔａｔｏｒ－ｓｐｌｉｔｔｅｒｓｉｎｓｔａｎｄａｒｄａｃｔｉｖｅｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｔｏｎｉｃｓｐｌａｔｆｏｒｍｓ” ＷｅｓｌｅｙＤ．Ｓａｃｈｅｒｅｔａｌ．ＯＰＴＩＣＳＥＸＰＲＥＳＳＶｏｌ．２２，Ｎｏ．４ｐｐ．３７７７－３７８６（２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１の（９）式により、温度依存性が小さくなるように、導波路の長さを設計することができる。光フィルタの小型化のためには、導波路は短い方がよい。導波路の長さは、導波路の幅、およびＦＳＲ（スペクトルのピークの間隔）に依存する。幅が大きいと、導波路長は増加する。ＦＳＲ（スペクトルのピークの間隔）と、導波路の長さは互いに反比例の関係にある。ＦＳＲを小さくすると、導波路が長くなる。すなわち、温度依存性を低減しても、導波路が長くなることがある。導波路が長くなると、装置が大型化し、かつ導波路における伝搬損失が増加することがある。そこで、温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能な光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る光フィルタは、３つ以上の導波路と、前記３つ以上の導波路のそれぞれに設けられた区間と、を具備し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なる。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能な光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は実施形態に係る光フィルタを例示する平面図である。
図２Ａは導波路を例示する平面図である。
図２Ｂは導波路を例示する平面図である。
図２Ｃは導波路を例示する平面図である。
図２Ｄは導波路を例示する平面図である。
図３Ａは導波路を例示する断面図である。
図３Ｂは偏波回転子を例示する断面図である。
図４Ａは光フィルタの透過スペクトルを例示する図である。
図４Ｂはシフト量を例示する図である。
図５Ａは光フィルタの設計装置を例示するブロック図である。
図５Ｂは制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
図６Ａは光フィルタの製造方法を例示するフローチャートである。
図６Ｂは光フィルタの製造方法を例示するフローチャートである。
図７Ａは光フィルタの製造方法を例示する断面図である。
図７Ｂは光フィルタの製造方法を例示する断面図である。
図８は比較例に係る光フィルタを例示する平面図である。
図９は区間長の計算結果を例示する図である。
図１０は区間長の計算結果を例示する図である。
図１１は区間長の計算結果を例示する図である。
図１２は区間長の計算結果を例示する図である。
図１３Ａは近似曲線の例である。
図１３Ｂは近似曲線の例である。
図１４Ａは区間長の差を例示する図である。
図１４Ｂは区間長の比を例示する図である。
図１５は波長ロッカを例示する図である。
図１６は透過率を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【０００９】
本開示の一形態は、（１）３つ以上の導波路と、前記３つ以上の導波路のそれぞれに設けられた区間と、を具備し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なる光フィルタである。３つ以上の異なるモードを伝搬させることで、温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（２）上記（１）において、前記３つ以上の導波路のうち少なくとも１つは偏波回転子を有してもよい。偏波回転子により光のモードを変換させる。３つ以上の異なるモードを伝搬させることで、温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（３）上記（２）において、前記導波路は導波路コアを含み、前記偏波回転子は、前記導波路コアと、前記導波路コアから突出するリブ部を含んでもよい。偏波回転子において光の位相が変化する。位相の変化量を考慮して、区間の長さを設計する。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（４）上記（２）または（３）において、前記３つ以上の導波路は、第１導波路、第２導波路、第３導波路および第４導波路を含み、前記区間は第１区間、第２区間、第３区間および第４区間を含み、前記偏波回転子は第１偏波回転子および第２偏波回転子を含み、前記第１導波路は、第１結合部において前記第２導波路と光学的に結合し、前記第１結合部より後段の第２結合部において、前記第３導波路と光学的に結合し、前記第１結合部と前記第２結合部との間に前記第１区間を有し、前記第２導波路は、前記第１結合部より後段の第３結合部において前記第４導波路と光学的に結合し、前記第１結合部と前記第３結合部との間に前記第２区間を有し、前記第３導波路は、前記第２結合部より後段の第４結合部において、前記第４導波路のうち前記第３結合部より前段の部分と光学的に結合し、前記第２結合部と前記第４合部との間に前記第３区間を有し、前記第３導波路は前記第１偏波回転子および前記第２偏波回転子を有し、前記第１偏波回転子は前記第２結合部と前記第４結合部との間に位置し、前記第２偏波回転子は前記第１偏波回転子と前記第４結合部との間に位置し、前記第３区間は前記第１偏波回転子と前記第２偏波回転子との間に位置し、前記第４導波路は、前記第３結合部と前記第４結合部との間に前記第４区間を有し、前記第１区間および前記第４区間を伝搬する光のモード、前記第２区間を伝搬する光のモード、および前記第３区間を伝搬する光のモードは、互いに異なってもよい。３つのモードが光フィルタを伝搬する。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（５）上記（４）において、前記第１区間および前記第４区間にＴＥ０モードが伝搬し、前記第２区間にＴＥ１モードが伝搬し、前記第３区間にＴＭ０モードが伝搬してもよい。３つのモードが光フィルタを伝搬する。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（６）光フィルタの製造方法であって、前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、前記区間は、前記区間における伝搬定数、および前記導波路における光の位相の変化量に応じた長さを有し、前記製造方法は、前記区間を有する前記３つ以上の導波路を形成する光フィルタの製造方法である。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（７）上記（６）において、前記製造方法は、前記区間の長さを設計する工程と、前記区間の長さに基づいて前記３つ以上の導波路を形成する工程と、を有し、前記区間の長さを設計する工程は、数１に基づいて前記区間の長さを設計する工程を含んでもよい。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
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Ｌ１からＬｎ：区間の長さ
β１からβｎ：区間ごとの伝搬定数
Ｔ：温度
λ：波長
ｋ：波数
ＦＳＲ：スペクトルのピークの間隔
φ：位相の変化量
（８）上記（７）において、前記区間の長さを設計する工程は、前記区間の幅を定めることで前記数１の行列の各項を計算する工程を含んでもよい。幅を適切な大きさに定める。幅に応じた区間の長さを計算することができる。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（９）上記（７）または（８）において、前記３つ以上の導波路は、第１導波路、第２導波路、第３導波路および第４導波路を含み、前記区間は第１区間、第２区間、第３区間および第４区間を含み、前記第１導波路は前記第１区間を有し、前記第２導波路は前記第２区間を有し、前記第３導波路は前記第３区間を有し、前記第４導波路は前記第４区間を有し、前記第１区間および前記第４区間を伝搬する光のモード、前記第２区間を伝搬する光のモード、および前記第３区間を伝搬する光のモードは、互いに異なり、前記区間の長さを設計する工程は、前記第１区間と前記第４区間とを合わせた長さ、前記第２区間の長さ、および前記第３区間の長さを設計する工程でもよい。第１区間、第２区間、第３区間および第４区間の長さを設計することで、温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（１０）光フィルタの設計方法であって、前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、前記設計方法は、伝搬定数、および前記導波路における光の位相の変化量に基づいて、前記区間の長さを設計する光フィルタの設計方法である。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（１１）光フィルタの設計装置であって、前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、前記設計装置は、前記区間における伝搬定数を計算する第１計算部と、前記導波路における光の位相の変化量を計算する第２計算部と、前記伝搬定数、および前記位相の変化量に基づいて、前記区間の長さを計算する第３計算部と、を具備する光フィルタの設計装置である。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
（１２）光フィルタの設計プログラムであって、前記光フィルタは、３つ以上の導波路を具備し、前記３つ以上の導波路のそれぞれは区間を有し、前記３つ以上の導波路の前記区間を伝搬する光のモードは互いに異なり、コンピュータを、前記区間における伝搬定数を計算する第１計算部と、前記導波路における光の位相の変化量を計算する第２計算部と、前記伝搬定数、および前記位相の変化量に基づいて、前記区間の長さを計算する第３計算部として機能させる、光フィルタの設計プログラムである。温度依存性の抑制と、導波路長の抑制とを両立することが可能である。
【００１０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光フィルタ、光フィルタの製造方法、設計方法、設計装置および設計プログラムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（【００１１】以降は省略されています）

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