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公開番号2025059453
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023169540
出願日2023-09-29
発明の名称モード回転子及びモード合分波器
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人北海道大学
代理人個人,個人
主分類G02B 6/14 20060101AFI20250403BHJP(光学)
要約【課題】エッチングにより形成するトレンチの深さの加工精度を緩和する。
【解決手段】モード回転子10は、石英基板上に平面光波回路(PLC)として形成され、E11、E12、E21及びE22の4つのモードを伝播する導波路101に設けられ、その断面がL型形状になるように頂面12aにトレンチ12bが形成されたL型部12と、L型部12に接し、その断面が凸型形状になるように頂面11aにトレンチ11bが形成された凸型部11とを有し、L型部12及び凸型部11はそれぞれ伝搬方向に断熱的なモードの変換が可能である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に形成され、ｎを３以上の整数として、ｎ個のモードが伝搬可能である導波路に設けられたモード回転子であって、
その断面がＬ型形状になるように頂面にトレンチが形成されたＬ型部と、
前記Ｌ型部に接し、その断面が凸型形状になるように頂面にトレンチが形成された凸型部と
を含み、
前記Ｌ型部及び凸型部はそれぞれ伝搬方向に断熱的なモードの変換が可能であるモード回転子。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記Ｌ型部のトレンチは前記凸型部からの遠位端から前記凸型部との境界まで前記頂面の幅が次第に狭くなるようなテーパ形状であり、前記凸型部のトレンチは前記Ｌ型部からの遠位端から前記境界まで前記頂面の幅が次第に狭くなるようなテーパ形状である請求項１に記載のモード回転子。
【請求項３】
前記Ｌ型部において前記遠位端は前記頂面が全幅を占め、前記境界は前記トレンチが全幅を占め、前記凸型部において前記遠位端は前記頂面が全幅を占め、前記境界は前記トレンチが全幅を占める請求項２に記載のモード回転子。
【請求項４】
前記Ｌ型部において、前記頂面と前記トレンチとを分けるエッジは直線状である請求項１に記載のモード回転子。
【請求項５】
前記Ｌ型部において、前記頂面と前記トレンチとを分けるエッジはＦＡＱＵＡＤ手法により設計されたものである請求項１に記載のモード回転子。
【請求項６】
前記Ｌ型部及び前記凸型部は、それぞれ伝搬するすべてのモードの透過率が９５％以上になるような伝搬方向の長さを有する請求項１に記載のモード回転子。
【請求項７】
前記Ｌ型部は伝搬方向に１．２ｍｍ以上の長さを有し、前記凸型部は伝搬方向に０．５ｍｍ以上の長さを有する請求項６に記載のモード回転子。
【請求項８】
基板上に形成され、請求項１に記載のモード回転子を用いたモード合分波器であって、
前記モード回転子を設けた主導波路と、
前記主導波路と並行し、前記主導波路に対して合波及び分波の少なくとも一方を行うモードを伝搬する少なくとも１つの副導波路と、
前記主導波路と前記少なくとも１つの副導波路とをそれぞれ結合する結合部と
を含むモード合分波器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、モード回転子及びモード合分波器に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバを伝搬する複数のモードを利用することで通信容量を増大するモード多重伝送技術が知られている。ファイバ内を伝搬するモードを励起するためには、モードマルチ／デマルチプレクサ（Multiplexer/Demultiplexer：ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）が不可欠である。これまで、空間光変調器（spatial light modulator：ＳＬＭ）（非特許文献１を参照。）などを用いたＭＵＸ／ＤＥＭＵＸが報告されている。また、シリカ系材料を用いた平面光波回路（planar lightwave circuit：ＰＬＣ）型モード合分波器（非特許文献２を参照。）は損失が小さく、小型で製造が容易であるという特徴がある。ＰＬＣに用いる導波路の第１高次モードはＬＰ１１モードであり、伝搬定数が縮退したＬＰ１１ａモード及びＬＰ１１ｂモードの２つが存在する。電界分布の対称性から、非対称方向性結合器を用いて、ＬＰ０１モードからＬＰ１１ｂモードを直接励起するのは困難であるため、ＬＰ１１ｂモードを励起するためのＬ形導波路を用いたＰＬＣ型モード回転子が提案されている（引用文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
R. Ryf et al., “Mode-division multiplexing over 96 km of few-mode fiber using coherent 6×6 MIMO processing,” J. Lightw. Technol. 30(4), 521-531 (2012)
N. Hanzawa e al., “PLC-based four-mode multi/demultiplexer with LP 11 mode rotator on one chip,” J. Lightw. Technol. 33(6), 1161-1165 (2015)
T. Fujisawa et al., “Scrambling-type three-mode PLC multiplexer based on cascaded Y-branch waveguide with integrated mode rotator,” J. Lightw. Technol. 36(10), 1985-1992 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献３のＬ型の構造のモード回転子は、光デバイスとしての性能を維持するために、トレンチを形成してＬ形にするために２段階のエッチングの加工が必要であった。しかしながら、２段階のエッチングの加工によってトレンチの深さを設計した通りにエッチングすることは、厳しい加工精度が求められるために困難であった。
【０００５】
本開示は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、エッチングにより形成するトレンチの深さの加工精度が緩和されるようなモード回転子及びこのようなモード回転子を用いたモード合分波器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】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本開示のモード回転子は、基板上に形成され、ｎを３以上の整数として、ｎ個のモードが伝搬可能である導波路に設けられたモード回転子であって、その断面がＬ型形状になるように頂面にトレンチが形成されたＬ型部と、Ｌ型部に接し、その断面が凸型形状になるように頂面にトレンチが形成された凸型部とを含み、Ｌ型部及び凸型部はそれぞれ伝搬方向に断熱的なモードの変換が可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によると、エッチングにより形成するトレンチの深さの加工精度が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施の形態のモード回転子の構成を示す図である。
本実施の形態のモード回転子を伝搬するモードの実効屈折率の推移を示す図である。
本実施の形態のモード回転子の凸型部における透過率を示すグラフである。
本実施の形態のモード回転子のＬ型部における透過率を示すグラフである。
本実施の形態のモード回転子におけるトレンチの深さの変位と透過度との関係を示す図である。
変形例のモード回転子を示す図である。
変形例のモード回転子の透過スペクトルである。
本実施の形態のモード合分波器を示す図である。
比較例のモード回転子の構成を示す図である。
比較例のモード回転子の透過スペクトルである。
比較例のモード回転子におけるトレンチの深さの変位と透過度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（モード回転子）
以下、本実施の形態のモード回転子及びモード合分波器について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態のモード回転子の概略的な構成を示す図である。図１の中央にはモード回転子の平面図を示し、右側の列には中央のモード回転子に示したいくつかの切断線における断面形状を示す。また、図１の左側の列などにはモード回転子１０を伝搬する励振モードの電界分布の推移を示す。
【００１０】
本願のモード回転子１０は、石英系平面光波回路（planer lightwave circuit：ＰＬＣ）の導波路１０１に沿って導波路１０１と一体となって形成されている。導波路１０１は、石英の基板上に水平方向に広がるクラッドに埋め込まれ、所定の幅及び高さを有する断面が矩形状のコアで形成されている。なお、便宜上、導波路１０１を光が伝搬する方向をｚ方向、水平方向をｘ方向、鉛直下向きの方向をｙ方向とする直交座標系を設定する。
（【００１１】以降は省略されています）

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