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公開番号2025066474
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2023176117
出願日2023-10-11
発明の名称光デバイス、光受信器及び光送信器
出願人富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G02B 6/122 20060101AFI20250416BHJP(光学)
要約【課題】光損失を抑制できる光デバイス等を提供する。
【解決手段】光デバイスは、第1の導波路と、前記第1の導波路の一部と垂直方向に重なる領域を含む第2の導波路と、を有する。前記第1の導波路は、始点から終点に向かうに連れて導波路幅が広がる第1のテーパ部と、前記第1のテーパ部の終点と接続し、前記第1のテーパ部から離れるに連れて導波路幅が狭くなる第2のテーパ部と、を有する。前記第2の導波路は、第3の導波路と、前記第3の導波路と並走する第4の導波路と、を有する。前記第2の導波路は、前記第2のテーパ部と重なる領域において、前記第1のテーパ部の終点から離れるに連れて前記第3の導波路及び前記第4の導波路の導波路幅が広くなる構造を有する。前記第2の導波路は、前記第2のテーパ部と重なる領域の外、かつ、前記第1のテーパ部とは反対側の領域において、前記第3の導波路と前記第4の導波路とが離間する構造を有する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導波路と、前記第１の導波路の一部と垂直方向に重なる領域を含む第２の導波路とを有する光デバイスであって、
前記第１の導波路は、
始点から終点に向かうに連れて導波路幅が広がる第１のテーパ部と、
前記第１のテーパ部の終点と接続し、前記第１のテーパ部から離れるに連れて導波路幅が狭くなる第２のテーパ部と、を有し、
前記第２の導波路は、
第３の導波路と、
前記第３の導波路と並走する第４の導波路と、
前記第２のテーパ部と重なる領域において、前記第１のテーパ部の終点から離れるに連れて前記第３の導波路及び前記第４の導波路の導波路幅が広くなる構造と、
前記第２のテーパ部と重なる領域の外、かつ、前記第１のテーパ部とは反対側の領域において、前記第３の導波路と前記第４の導波路とが離間する構造と、
を有することを特徴とする光デバイス。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１の導波路及び前記第２の導波路は、
前記第１の導波路の中心軸に対して線対称の構造であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記第２のテーパ部と重なる領域における前記第３の導波路と前記第４の導波路との間隔は一定であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記第２のテーパ部と重なる領域における前記第３の導波路と前記第４の導波路との間隔が前記第１のテーパ部側から前記第２のテーパ部側に向けて徐々に広くなることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記第３の導波路及び前記第４の導波路の一端は、
前記第２のテーパ部と重なる領域から前記第１のテーパ部と重なる領域を経由して前記第１のテーパ部から離れる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記第３の導波路及び前記第４の導波路の一端は、
前記第２のテーパ部と重なる領域から前記第２のテーパ部から離れる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項７】
受光する光を電気信号に変換する光受信器素子を備えた光受信器であって、
前記光受信器素子は、
第１の導波路と、前記第１の導波路の一部と垂直方向に重なる領域を含む第２の導波路と、を有する光デバイスを有し、
前記第１の導波路は、
始点から終点に向かうに連れて導波路幅が広がる第１のテーパ部と、
前記第１のテーパ部の終点と接続し、前記第１のテーパ部から離れるに連れて導波路幅が狭くなる第２のテーパ部と、を有し、
前記第２の導波路は、
第３の導波路と、
前記第３の導波路と並走する第４の導波路と、
前記第２のテーパ部と重なる領域において、前記第１のテーパ部の終点から離れるに連れて前記第３の導波路及び前記第４の導波路の導波路幅が広くなる構造と、
前記第２のテーパ部と重なる領域の外、かつ、前記第１のテーパ部とは反対側の領域において、前記第３の導波路と前記第４の導波路とが離間する構造と、
を有することを特徴とする光受信器。
【請求項８】
電気信号に応じて導波する光を変調する光変調器素子を備えた光送信器であって、
前記光変調器素子は、
第１の導波路と、前記第１の導波路の一部と垂直方向に重なる領域を含む第２の導波路と、を有する光デバイスを有し、
前記第１の導波路は、
始点から終点に向かうに連れて導波路幅が広がる第１のテーパ部と、
前記第１のテーパ部の終点と接続し、前記第１のテーパ部から離れるに連れて導波路幅が狭くなる第２のテーパ部と、を有し、
前記第２の導波路は、
第３の導波路と、
前記第３の導波路と並走する第４の導波路と、
前記第２のテーパ部と重なる領域において、前記第１のテーパ部の終点から離れるに連れて前記第３の導波路及び前記第４の導波路の導波路幅が広くなる構造と、
前記第２のテーパ部と重なる領域の外、かつ、前記第１のテーパ部とは反対側の領域において、前記第３の導波路と前記第４の導波路とが離間する構造と、
を有することを特徴とする光送信器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス、光受信器及び光送信器に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の光チップ１００の一例を示す説明図である。図１２に示す光チップ１００は、例えば、デジタルコヒーレント機能の光受信器１１０を有する光ＩＣチップである。光受信器１１０は、局発光を入力する局発光ポートに配置された第１のＥＣ（Edge Coupler）１１１と、信号光を入力する信号光ポートに配置された第２のＥＣ１１２と、１×２カプラ１１３と、ＰＢＳ(Polarization Beam Splitter)１１４とを有する。光受信器１１０は、ＰＲ（Polarization Rotator）１１５と、第１の光ハイブリッド回路１１６Ａと、第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂと、第１～第８のＰＤ(Photo Detector)１１７Ａ～１１７Ｈと、第１～第８の出力ポート１１８Ａ～１１８Ｈとを有する。例えば、第１のＥＣ１１１と第１の光ハイブリッド回路１１６Ａとの間、第１のＥＣ１１１と第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂとの間、第２のＥＣ１１２とＰＢＳ１１４との間はＳｉ導波路等の光導波路で接続している。
【０００３】
局発光ポートの第１のＥＣ１１１は、光チップ１００内のチップ端面Ｄ１１に形成され、例えば、光源からの局発光を入力する第１の光ファイバＦ１１と接続するポートのＥＣである。尚、局発光ポートは、ウエハをチップ化することで、光チップ１００のチップ端面Ｄ１１に表出することになる。信号光ポートの第２のＥＣ１１２は、光チップ１００内の側面端部であるチップ端面Ｄ１１に形成され、例えば、信号光を入力する第２の光ファイバＦ１２と接続するポートのＥＣである。尚、信号光ポートは、ウエハをチップ化することで、光チップ１００のチップ端面Ｄ１１に表出することになる。
【０００４】
１×２カプラ１１３は、第１のＥＣ１１１から入力した局発光を第１の光ハイブリッド回路１１６Ａ及び第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂに分岐出力する。ＰＢＳ１１４は、第２のＥＣ１１２から入力した信号光を直交する２つの偏波状態、例えば、ＴＥ(Transverse Electric)偏波であるＸ偏波成分及びＴＭ（Transverse Magnetic）偏波であるＹ偏波成分の信号光に分離する。ＰＢＳ１１４は、Ｘ偏波成分の信号光を第１の光ハイブリッド回路１１６Ａに出力する。更に、ＰＲ１１５は、ＰＢＳ１１４からのＹ偏波成分の信号光を９０度偏波回転し、偏波回転後のＹ偏波成分の信号光に変換して第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂに出力する。
【０００５】
第１の光ハイブリッド回路１１６Ａは、Ｘ偏波成分の信号光に局発光を干渉させてＩ成分及びＱ成分の光信号を取得する、例えば、９０度ハイブリッド回路である。尚、Ｉ成分は同相軸成分、Ｑ成分は直交軸成分である。第１の光ハイブリッド回路１１６Ａは、Ｘ偏波成分の信号光の内、Ｉ成分の光信号である第１の信号光ＸＩｐを第１のＰＤ１１７Ａに出力すると共に、Ｉ成分の光信号である第２の信号光ＸＩｎを第２のＰＤ１１７Ｂに出力する。第１の光ハイブリッド回路１１６Ａは、Ｘ偏波成分の信号光の内、Ｑ成分の光信号である第３の信号光ＸＱｐを第３のＰＤ１１７Ｃに出力すると共に、Ｑ成分の光信号である第４の信号光ＸＱｎを第４のＰＤ１１７Ｄに出力する。
【０００６】
第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂは、Ｙ偏波成分の信号光に局発光を干渉させてＩ成分及びＱ成分の光信号を取得する、例えば、９０度ハイブリッド回路である。第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂは、Ｙ偏波成分の信号光の内、Ｉ成分の光信号である第５の信号光ＹＩｐを第５のＰＤ１１７Ｅに出力すると共に、Ｉ成分の光信号である第６の信号光ＹＩｎを第６のＰＤ１１７Ｆに出力する。第２の光ハイブリッド回路１１６Ｂは、Ｙ偏波成分の信号光の内、Ｑ成分の光信号である第７の信号光ＹＱｐを第７のＰＤ１１７Ｇに出力すると共に、Ｑ成分の光信号である第８の信号光ＹＱｎを第８のＰＤ１１７Ｈに出力する。
【０００７】
第１のＰＤ１１７Ａは、第１の光ハイブリッド回路１１６ＡからのＸ偏波成分のＩ成分の第１の信号光ＸＩｐを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第１の出力ポート１１８Ａに出力する。第２のＰＤ１１７Ｂは、第１の光ハイブリッド回路１１６ＡからのＸ偏波成分のＩ成分の第２の信号光ＸＩｎを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第２の出力ポート１１８Ｂに出力する。第３のＰＤ１１７Ｃは、第１の光ハイブリッド回路１１６ＡからのＸ偏波成分のＱ成分の第３の信号光ＸＱｐを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第３の出力ポート１１８Ｃに出力する。第４のＰＤ１１７Ｄは、第１の光ハイブリッド回路１１６ＡからのＸ偏波成分のＱ成分の第４の信号光ＸＱｎを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第４の出力ポート１１８Ｄに出力する。
【０００８】
第５のＰＤ１１７Ｅは、第２の光ハイブリッド回路１１６ＢからのＹ偏波成分のＩ成分の第５の信号光ＹＩｐを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第５の出力ポート１１８Ｅに出力する。第６のＰＤ１１７Ｆは、第２の光ハイブリッド回路１１６ＢからのＹ偏波成分のＩ成分の第６の信号光ＹＩｎを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第６の出力ポート１１８Ｆに出力する。第７のＰＤ１１７Ｇは、第２の光ハイブリッド回路１１６ＢからのＹ偏波成分のＱ成分の第７の信号光ＹＱｐを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第７の出力ポート１１８Ｇに出力する。第８のＰＤ１１７Ｈは、第２の光ハイブリッド回路１１６ＢからのＹ偏波成分のＱ成分の第８の信号光ＹＱｎを電気変換して利得調整し、利得調整後の電気信号を第８の出力ポート１１８Ｈに出力する。
【０００９】
図１３は、光チップ１００内の第１のＥＣ１１１の部位の一例を示す平面模式図である。図１３に示す第１のＥＣ１１１の部位は、第１の光ファイバＦ１１のコアＣと光結合する基板型光導波路素子の部位である。第１のＥＣ１１１の部位は、局発光ポートの第１のＥＣ１１１を有する。尚、第２のＥＣ１１２も、第１のＥＣ１１１と同一の構成であるため、同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
【００１０】
第１のＥＣ１１１は、ＳｉＯ
２
等で形成されたクラッド１２１と、クラッド１２１で被覆された、例えば、Ｓｉ
３
Ｎ
４
(以下、単に、ＳｉＮ（Silicon Nitride）と称する)等で形成された第１の導波路１２２と、を有する。第１のＥＣ１１１は、クラッド１２１で被覆された、例えば、Ｓｉ等で形成された第２の導波路１２３と、第１の導波路１２２と第２の導波路１２３との間で光が断熱的に光遷移する断熱変換部１２４と、を有する。更に、第１のＥＣ１１１は、第１の導波路１２２のチップ端面Ｄ１１までの導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する逆テーパ部１２５を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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