光合波分波元件以及光调制器的制作方法

本发明涉及具备由半导体构成的纤芯的光合波分波元件。另外，涉及具备该光合波分波元件的光调制器。

背景技术：

在光通信的领域，广泛使用集成多个半导体光学元件的半导体基板。在这样的半导体基板，使用形成半导体光学元件的工艺与亲和性高的工序形成具备由半导体构成的纤芯的光波导路。这样的光波导路例如被用于将某个半导体光学元件与其他半导体光学元件连接。

另外，还存在在这样的半导体基板形成光合波分波元件的情况。在此，光合波分波元件是指具有将从多个光波导路输入的光合波进而向单一的光波导路输出的功能、以及将从单一的光波导路输入的光分波进而向多个光波导路输出的功能的元件。

在专利文献1～2中记载有将一个光波导路(第1波导路)与2个光波导路(第2～第3波导路)经由多模式干扰(MMI；Multi-Mode Interference)部连接的光合波分波元件，即具备MMI部的1×2的光合波分波元件。

在专利文献1的图1中记载有如下的光合波分波元件，其中，(1)在第1波导路(图1所示的第2输入输出波导路部)与MMI部(图1所示的第1多模式波导路部)之间夹装第1锥形部(图1所示的第2多模式波导路部以及第4输入输出波导路部)，并且，(2)在第2～第3波导路(图1所示的第1输入输出波导路部)与MMI部之间夹装第2锥形部(夹装图1所示的第3输入输出波导路部)。

根据该结构，第1波导路的有效折射率与MMI部的有效折射率之差通过第1锥形部的有效折射率缓解，因此能够抑制由于伴随着连接第1波导路与MMI部而产生的反射所引起的损失。

另外，在非专利文献1中记载有使第1波导路与第2波导路在相同平面上交叉的光交叉元件。如非专利文献1的图2所示，光交叉元件具备相互正交的第1波导路与第2波导路，在第1波导路与第2波导路交叉的交叉点附近形成扩张区域。

扩张区域的形状在俯视的情况下具有四方的对称性，包括长轴与第1波导路的中心轴一致的第1椭圆、以及长轴与第2波导路的中心轴一致的第2椭圆。此外，扩张区域的厚度构成为比第1波导路的厚度以及第2波导路的厚度薄。

根据上述的结构，能够抑制交叉点的散射所引起的损失，并且减少在沿第1波导路导波的光与沿第2波导路导波的光之间产生的串扰。

在专利文献1所记载的光合波分波元件中，考虑通过积极利用在MMI部产生的相互作用亦即干扰来实现合波功能与分波功能。

另一方面，在非专利文献1所记载的光交叉元件中，考虑沿第1波导路导波的光与沿第2波导路导波的光之间产生的相互作用成为彼此间的光的串扰的原因。即，在光交叉元件中，考虑通过尽量抑制该相互作用来实现减少了彼此的光的串扰的光的交叉。

如上所述，在针对在多个光之间产生的相互作用的考量中，光合波分波元件与光交叉元件为位于对极的发明彼此。

专利文献1：日本国公开专利公报“特开2000-221345号公报(2000年8月11日公开)”

专利文献2：日本国公开专利公报“特开2013-137360号公报(2013年7月11日公开)”

[非专利文献1]Wim Bogaerts et.al.，OPTICS LETTERS，Vol.32，No.19，2801-2803，October 1，2007

集成多个半导体光学元件的半导体基板具备多个光合波分波元件。因此，强烈希望尽可能地抑制在各光合波分波元件中产生的反射光(返回光)的发生。反射光不仅会增加光合波分波元件的损失，还会使集成多个半导体光学元件的集成光学元件的动作变得不稳定。本发明的发明人们认为在专利文献1～2所记载的光合波分波元件中，仍存在抑制反射光的发生的余地。

如上所述，在非专利文献1所记载的光交叉元件中，记载为通过在交叉点附近设置扩张区域，能够抑制由交叉点处的散射引起的损失，并减少串扰。

然而，即便将在光交叉元件中所使用的结构亦即扩张区域的概念应用于光合波分波元件，能否得到有意的效果仍无从得知。另外，应该怎样将扩张区域的概念具体化并应用于光合波分波元件也无从得知。

技术实现要素：

本发明正是鉴于上述的课题而形成的，其目的在于提供一种与以往的光合波分波元件相比，能够抑制反射光的发生的光合波分波元件。

为了解决上述的课题，本发明的光合波分波元件具备由半导体构成的纤芯，其特征在于，上述纤芯包括：第1纤芯；第2纤芯～第N纤芯，与上述第1纤芯厚度相等，并且被相互并列配置；以及多模干涉区间，第1端面与上述第1纤芯接合，且与上述第1端面对置的第2端面与上述第2纤芯～第N纤芯分别接合，该多模干涉区间包括沟道型波导路以及脊型波导路，上述沟道型波导路包含上述第2端面，且宽度比上述第2纤芯～第N纤芯的宽度之和宽，上述脊型波导路包含上述第1端面，且包括厚度与上述第1纤芯～第N纤芯相等的脊以及厚度比该脊薄的平板，上述脊的宽度从上述沟道型波导路的宽度缩窄至与该脊的边界处的第1纤芯的宽度。

根据上述的结构，通过在脊型波导路形成平板，能够使等价折射率(表示微小波导路中的有效折射率)从沟道型波导路向第1纤芯平滑地变化。

因此，本发明的光合波分波元件能够抑制在等价折射率大幅变化的界面产生的菲涅耳反射，并抑制在光合波分波元件中产生的反射光的发生。

本发明能够提供与以往的光合波分波元件相比，能够抑制反射光的发生的光合波分波元件。

附图说明

图1中，(a)为表示本发明的第1实施方式的光合波分波元件的结构的立体图，(b)为表示(a)所示的光合波分波元件具备的纤芯的结构的立体图。

图2中，(a)～(c)为表示图1(a)所示的光合波分波元件具备的MMI区间的结构的剖视图。

图3中，(a)～(d)为图1(b)所示的纤芯的第1～第4变形例的结构的俯视图。

图4是将使用本发明的实施例的光合波分波元件计算出的反射率相对于长度L2描绘的曲线图。

图5是表示本发明的第2实施方式的光调制器的结构的框图。

具体实施方式

〔第1实施方式〕

参照图1以及图2对本发明的第1实施方式的光合波分波元件10进行说明。图1(a)为表示本实施方式的光合波分波元件10的结构的立体图，图1(b)为表示光合波分波元件10具备的纤芯11的结构的立体图。图2(a)～(c)为表示光合波分波元件10具备的MMI(Multi-Mode Interference)区间15的结构的剖视图。

(光合波分波元件10)

如图1(a)所示，光合波分波元件10包括纤芯11、由下部包层21a以及上部包层21b构成的包层21。纤芯11层叠于下部包层21a的上表面，上部包层21b以包围纤芯11的方式层叠于下部包层21a以及纤芯11的上表面。

纤芯11由例如以硅为代表的具有高的折射率的半导体构成，包层21由具有低于构成纤芯11的材质的折射率的材质构成。例如，当作为构成纤芯11的材质采用硅的情况下，作为构成包层21的材质，可以采用氧化硅。

如图1(b)所示，本实施方式的纤芯11包括(1)：第1纤芯12；(2)厚度与第1纤芯12相等的第2～第3纤芯13、14，且第2～第3纤芯13、14被相互并列配置；(3)第1端面(图示的坐标轴中的y轴负方向侧的端面)与第1纤芯12接合，与上述第1端面对置的第2端面(图示的坐标轴中的y轴正方向侧的端面)与第2～第3纤芯13、14分别接合的该MMI(多模干涉、Multi-Mode Interference)区间15。MMI区间15包括：包括上述第2端面的沟道型波导路15a、以及包括上述第1端面的脊型波导路15b。

在本实施方式中，作为第1～第3纤芯12～14，采用与光的波导方向正交的剖面的形状为四边形的沟道型的纤芯。由(1)、(2)可见，第1纤芯12的厚度、第2纤芯13的厚度以及第3纤芯14的厚度均为厚度tc。另外，第2纤芯13的宽度Wc2与第3纤芯14的宽度Wc3均为宽度Wc，第2～第3纤芯13、14的宽度Wc与第1纤芯12的宽度Wc1也可以相等。在本实施方式中，采用第1～第3纤芯12～14的宽度均为宽度Wc的结构。另外，由(3)可见，如果使用沟道型波导路的长度L1与脊型波导路的长度L2，则MMI区间15的长度由LL＝L1+L2表示。

沟道型波导路15a的宽度W1比上述第2端面的第2纤芯13的宽度Wc2与第3纤芯14的宽度Wc3之和大(W1＞Wc+Wc(＝Wc2+Wc3))。

脊型波导路15b夹装于沟道型波导路15a与第1纤芯12之间。脊型波导路15b由脊15r与平板15s构成。脊15r的厚度tr与第1～第3纤芯12～14的厚度tc相等(tr＝tc)。另一方面，平板15s的厚度ts比脊15r的厚度tr薄(ts＜tr)。即，脊型波导路15b为脊型的波导路。

在此，将图1(a)以及(b)所示的坐标系进行如下定义。将平行于下部包层21a与纤芯11的边界面的面设为xy平面。(1)此外，将与xy平面垂直的方向、即与纤芯11的厚度方向平行的轴定义为z轴。关于z轴的朝向，将从下部包层21a向上部包层21b的朝向定义为正的朝向。(2)将与xy平面所含的方向中的、第1纤芯12所延伸的方向平行的轴设为y轴。关于y轴的朝向，将图1(a)以及(b)中从近前向进深的朝向定义为正的朝向。(3)将与xy平面所含的方向中的、第1纤芯12的宽度方向平行的轴定义为x轴。关于x轴的朝向，定义为该x轴同上述的y轴以及z轴一起构成右手定则。图2以及图3所示的坐标系也与图1所示的坐标系相同设定。

图2(a)为表示光合波分波元件10具备的MMI区间15的结构的剖视图，是沿着沟道型波导路15a的zx平面的剖面中的剖视图。具体地说，图2(a)为沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界处的沟道型波导路15a的剖视图。图2(b)以及(c)为表示光合波分波元件10具备的MMI区间15的结构的剖视图，是脊型波导路15b的沿着zx平面的剖面的剖视图。具体地说，图2(b)是脊型波导路15b的中间点处的脊型波导路15b的剖视图，图2(c)是脊型波导路15b与第1纤芯12的边界处的脊型波导路15b的剖视图。

如图2(a)所示，沟道型波导路15a的剖面的形状为四边形。沟道型波导路15a的宽度W1遍及沟道型波导路15a的全区间恒定。即，宽度W1从沟道型波导路15a与第2～第3纤芯13、14的边界起直至沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界为止恒定。

如图2(b)以及(c)所示，脊型波导路15b包括：设置于中央的脊15r、从脊15r的侧面(构成脊15r的4面中的垂直于xy面的2面)向脊15r的外侧突出的平板15s。脊15r以及平板15s的剖面的形状为四边形。如上所述，tr＞ts。

在本实施方式中，脊型波导路15b的宽度W2(W2＝Wr+Ws+Ws)遍及脊型波导路15b的全区间恒定。即，宽度W2从沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界起直至脊型波导路15b与第1纤芯12的边界为止恒定。

此外，关于脊15r的宽度Wr，(1)在沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界处为Wr＝W1，(2)在脊型波导路15b与第1纤芯12的边界处为Wr＝Wc，(3)随着从沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界向脊型波导路15b与第1纤芯12的边界接近，连续变窄。在本实施方式中，随着从沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界向脊型波导路15b与第1纤芯12的边界接近，脊15r的宽度Wr直线变窄直至成为与脊15r的边界处的第1纤芯12的宽度。换言之，作为相距沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界的距离的函数，宽度Wr表示为倾角为负的情况下的一次函数。

在本实施方式中，关于平板15s的宽度Ws，(1)在脊型波导路15b与沟道型波导路15a的边界(脊型波导路15b的y轴正方向侧的端部)处为Ws＝0，(2)在脊型波导路15b与第1纤芯12的边界(脊型波导路15b的y轴负方向侧的端部)处为Ws＝(W1-Wc)/2，(3)随着从沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界向脊型波导路15b与第1纤芯12的边界接近，连续变大，以便弥补宽度Wr的变窄的部分。在本实施方式中，随着从沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界向脊型波导路15b与第1纤芯12的边界接近，平板15s的宽度Ws直线变宽。换言之，作为相距沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界的距离的函数，宽度Ws表示为倾角为正的情况下的一次函数。

根据上述的结构，在脊15r与沟道型波导路15a的边界处，能够使脊型波导路15b与沟道型波导路15a平滑地接合。因此，能够进一步抑制在沟道型波导路15a与脊型波导路15b的边界产生的菲涅耳反射，因此能够进一步抑制反射光的发生。

图2(b)为脊型波导路15b的中间点处的光合波分波元件10的剖视图，图2(c)为脊型波导路15b与第1纤芯12的边界处的光合波分波元件10的剖视图，因此图2(b)所示的宽度Ws为图2的(c)所示的宽度Ws的1/2。

(光合波分波元件10的功能)

光合波分波元件10在相对于第1纤芯12入射光的情况下，从第2纤芯13以及第3纤芯14分别出射光。即，当将第1纤芯12用作入射端口，第2～第3纤芯13、14用作出射端口的情况下，光合波分波元件10作为将向第1纤芯12入射的光分波为从第2纤芯13以及第3纤芯14分别出射的光的光分波元件发挥功能。

在光合波分波元件10中，当使入射端口与出射端口反转，对于第2纤芯13以及第3纤芯14分别入射光的情况下，光合波分波元件10从第1纤芯12出射光。即，当将第2～第3纤芯13、14用作入射端口，第1纤芯12用作出射端口的情况下，光合波分波元件10作为将从第2纤芯13以及第3纤芯14分别入射的光合波为从第1纤芯12出射的光的光合波元件发挥功能。

如上所述，作为入射端口，通过选择使用第1纤芯12或者使用第2～第3纤芯13、14，能够选择使光合波分波元件10作为光分波元件发挥功能还是作为光合波元件发挥功能。

在MMI区间15的内部，2个光干涉，因此通过调整MMI区间15的长度L，能够将2个光的干涉的程度由强干涉状态到弱干涉状态进行任一控制。例如，当使用分别向第2纤芯13以及第3纤芯14入射光的结构，欲将从第1纤芯12出射的光的强度形成为最大的情况下，只要设定MMI区间15的长度，以使2个光成为强干涉的状态即可。

(光合波分波元件10的效果)

光合波分波元件10通过具备在脊型波导路15b形成平板15s的纤芯11，能够使等价折射率(表示微小波导路中的有效折射率)从沟道型波导路15a到第1纤芯12平滑地变化。

因此，光合波分波元件10能够抑制在等价折射率大幅变化的界面处产生的菲涅耳反射，能够抑制在光合波分波元件产生的反射光的发生。即，光合波分波元件10与专利文献1～2所记载的光合波分波元件那样在MMI区间未形成平板的光合波分波元件相比，能够抑制MMI区间15中的菲涅耳反射，因此能够抑制由菲涅耳反射引起的损失。

(纤芯11以及包层21的材质)

在本实施方式的光合波分波元件10中，当采用硅制的纤芯11的情况下，光合波分波元件10例如可以使用SOI(Silicon on Insulator)基板制作。

在这种情况下，只要将SOI基板的BOX层(埋入氧化层)用作下部包层21a，并将在BOX层上形成的硅层刻画图案成纤芯11的形状即可。纤芯11的厚度偏厚的部分(第1～第3纤芯12～14、沟道型波导路15a、以及脊15r)与厚度偏薄的平板15s可以通过使用不同图案的掩模进行2次蚀刻而制成。

另外，包围纤芯11的上部包层21b可以通过将具有比硅小的折射率的绝缘体、例如氧化硅层叠于下部包层21a以及纤芯11之上来形成。

此外，当使用SOI基板制作光合波分波元件10的情况下，在下部包层21a的下层存在下部硅层(图1(a)中未图示)。

在用于制作光合波分波元件10的工序中，可以应用现有的用于制作半导体光波导路的工序，即在硅光学通信中使用的工序。因此，光合波分波元件10能够通过与以往的半导体光波导路同等程度的制造成本制造。换言之，光合波分波元件10能够不增加制造成本地抑制反射光的发生。

此外，构成纤芯11的半导体并不局限于硅，例如也可以是磷化铟。在这种情况下，优选下部包层21a由在磷化铟中添加有掺杂剂的半导体构成，上部包层21b由在磷化铟中添加有掺杂剂的半导体、氧化硅以及空气的任一个构成。

(与沟道型波导路15a接合的纤芯的数目)

在本实施方式中，对于采用在MMI区间15的脊型波导路15b连接第1纤芯12，在MMI区间15的沟道型波导路15a连接2个纤芯13、14的结构的光合波分波元件10、即纤芯11的结构为1×2的光合波分波元件10进行了数目。但是，纤芯11的结构并不局限于1×2，也可以为1×M(M为3以上的整数)。

当作为纤芯11的结构采用1×M的情况下，纤芯11可以构成为具备：第1纤芯12、厚度与第1纤芯12相等且相互被并列配置的第2～第N(N＝M+1)的纤芯、被插入至第1纤芯12与第2～第N纤芯之间的包括沟道型波导路15a与脊型波导路15b的MMI区间15。另外，沟道型波导路15a与第2～第N纤芯分别接合，其宽度W1可以构成为比上述第2端面处的第2～第N纤芯的宽度之和宽。

〔变形例〕

参照图3对本实施方式的光合波分波元件10具备的纤芯11的变形例进行说明。此外，为了便于说明，对于具有与在本实施方式的光合波分波元件10中说明的部件相同的功能的部件标注相同的符号，并省略对其说明。光合波分波元件10具备的纤芯11可以被更换为作为第1～第4变形例的纤芯31、41、51的任意一个。

图3(a)是表示作为纤芯11的第1变形例的纤芯31的结构的俯视图。图3(b)是纤芯11的第2变形例，是表示图3(a)所示的纤芯31的变形例的结构的俯视图。图3(c)是表示作为纤芯11的第3变形例的纤芯41的结构的俯视图。图3(d)是表示作为纤芯11的第4变形例的纤芯51的结构的俯视图。

(第1变形例)

本变形例的纤芯31具备的MMI区间35由沟道型波导路15a与脊型波导路35b构成。此外，脊型波导路35b为与图1(b)所示的脊型波导路15b相同的部件，由脊35r与平板35s构成。如图3(a)所示，本变形例的纤芯31与纤芯11相比，区别在于：(1)在第1纤芯12的一方的端部(与脊型波导路35b接合的一侧的端部)设置第1锥形部321，(2)在第2纤芯13的一方的端部(与沟道型波导路15a接合的一侧的端部)设置第2锥形部331，(3)在第3纤芯13的一方的端部(与沟道型波导路15a接合的一侧的端部)设置第3锥形部341。

(第1锥形部321)

第1锥形部321是与光导波的方向正交的剖面的形状为四边形的沟道型的纤芯。第1锥形部321的第1纤芯12的宽度随着接近与Wc1脊型波导路35b的边界(MMI区间15的第1端面)而连续变宽。

伴随着第1纤芯12在上述第1端面的宽度Wc1变宽，上述第1端面处的脊35r的宽度Wr变宽为与上述第1端面处的第1锥形部321的宽度一致。

由于第1纤芯12的有效折射率与脊35r的有效折射率之差通过第1锥形部321的有效折射率缓解，因此能够抑制由于伴随连接第1纤芯12与脊35r而产生的反射引起的损失。

作为本变形例的第1纤芯12的宽度恒定的部分的宽度，当采用与第1实施方式的纤芯12的宽度相同的宽度的情况下，上述第1端面处的第1锥形部321的宽度变得比第1实施方式的纤芯12的宽度宽。因此，在这种情况下，作为上述第1端面处的脊35r的宽度Wr，可以采用比第1实施方式的纤芯12的宽度宽的宽度。

另外，作为脊型波导路35b的脊35r的宽度Wr，当采用与第1实施方式的脊型波导路15b的宽度Wr相同的宽度的情况下，作为本变形例的第1纤芯12的宽度恒定的部分的宽度，可以采用比第1实施方式的第1纤芯12的宽度窄的宽度。

(第2锥形部331、第3锥形部341)

第2锥形部331与第1锥形部321相同，是与光导波的方向正交的剖面的形状为四边形的沟道型的纤芯。第2锥形部331处的第2纤芯13的宽度Wc2随着接近与沟道型波导路15a的边界(MMI区间15的第2端面)而连续变宽。

第3锥形部341与第1锥形部321以及第2锥形部331相同，是与光导波的方向正交的剖面的形状为四边形的沟道型的纤芯。第3锥形部341处的第3纤芯14的宽度Wc3随着接近与沟道型波导路15a的边界(MMI区间15的第2端面)而连续变宽。

根据上述的结构，与第1实施方式的纤芯11相比，能够抑制第2纤芯13与沟道型波导路15a的边界处的纤芯的宽度的不连续、以及第3纤芯14与沟道型波导路15a的边界处的纤芯的宽度的不连续。因此，采用本变形例的纤芯31的光合波分波元件10也能够抑制损失。

此外，在本变形例中，对于在第1纤芯12与脊型波导路35b之间插入第1锥形部321、在第2纤芯13与沟道型波导路15a之间插入第2锥形部331、在第3纤芯14与沟道型波导路15a之间插入第3锥形部341的结构进行了说明。但是，也可以对于第1实施方式的纤芯11仅应用第1锥形部321，或者仅应用第2～第3锥形部331、341。从确保第2纤芯13与第3纤芯14的对称性的观点出发，仅应用第2～第3锥形部331、341的一方不理想。

(第2变形例)

如图3(b)所示，纤芯31的脊型波导路35b也可以构成为包括：与图3(a)所示的脊型波导路35b对应的脊型波导路35b1、设置于脊型波导路35b1的与第1纤芯12接合的一侧的端部(图示的坐标系中的y轴负方向侧的端部)的连接部35b2。连接部35b2为与脊型波导路35b1连续的脊型波导路，且为脊35r的宽度Wr恒定的脊型波导路。

这样，脊型波导路35b处的脊35r的宽度Wr可以构成为随着接近第1纤芯12，从沟道型波导路15a的宽度变窄至与脊35r的边界处的第1纤芯12的宽度。换言之，可以在脊型波导路35b的一部分区间包含脊35r的宽度恒定的区间。

(第3变形例)

如图3(c)所示，本变形例的纤芯41的MMI区间45可以构成为包括：与图1(b)所示的脊型波导路15b对应的脊型波导路45b1、设置在脊型波导路45b1的与第1纤芯12接合的一侧的端部(图示的坐标系中的y轴负方向侧的端部)的连接部45b2。连接部45b2是与脊型波导路45b1连续的脊型波导路，且为脊45r的宽度Wr恒定的脊型波导路。

连接部45b2的平板45s的宽度Ws随着从与脊型波导路45b1的边界接近第1纤芯12而变窄，在与第1纤芯12的边界处，为Ws＝0。在本变形例中，采用宽度Ws随着从连接部45b2的与脊型波导路45b1的边界接近与第1纤芯12的边界而直线变窄的结构。换言之，作为相距连接部45b2与脊型波导路45b1的边界的距离的函数，宽度Ws表示为倾角为负的情况下的一次函数。

换言之，宽度Ws在脊型波导路45b的、与沟道型波导路15a的边界以及与第1纤芯12的边界处Ws＝0，在脊型波导路45b的脊型波导路45b1与连接部45b2的边界(对应于权利要求书所记载的从与沟道型波导路15a的边界到与第1纤芯12的边界的区间的任意位置)处取最大值，且遍及脊型波导路45b的整个区域连续变化。

根据该结构，除了能够在脊45r与沟道型波导路15a的边界处将脊型波导路45b与沟道型波导路15a平滑接合之外，在脊45r与第1纤芯12的边界处也能够将脊型波导路45b与第1纤芯12平滑地接合。

因此，采用本变形例的纤芯41的光合波分波元件10与采用第1实施方式的纤芯11的光合波分波元件10相比，能够进一步抑制在第1纤芯12与脊型波导路45b的边界产生的菲涅耳反射，因此能够进一步抑制损失。

(第4变形例)

如图3(d)所示，本变形例的纤芯51通过将第1实施方式的纤芯11所具有的MMI区间15更换为MMI区间55而得出。MMI区间55由沟道型波导路15a与脊型波导路55b构成。脊型波导路55b与图1所示的脊型波导路15b对应，并被分为第1脊型波导路55b1与第2脊型波导路55b2两个部分。

在图1(b)所示的纤芯11中，脊型波导路15b的脊15r的宽度Wr构成为随着从沟道型波导路15a的边界接近第1纤芯12的边界而变窄，该变窄的方式由遍及脊型波导路15b的整个区域的一个倾角表现。另一方面，在本变形例的纤芯51中，脊型波导路55b的脊55r的宽度Wr变窄的方式由针对被分为两个部分的第1～第2脊型波导路55b1～55b2分别设定的2个倾角来表现。

此外，脊型波导路55b被分割的数目并不局限于两个。即，脊型波导路55b可以分割为3个以上的脊型波导路，各脊型波导路的脊55r的宽度Wr可以构成为以相对于各脊型波导路分别设定的3个以上的倾角减少。

另外，作为使分割脊型波导路55b的数目增加的情况的极限，脊55r的宽度Wr作为相距脊型波导路55b与沟道型波导路15a的边界的距离的函数可以由描绘曲线的函数(例如2次函数等)表现。

另外，平板55s的宽度Ws构成为在脊型波导路55b的、与沟道型波导路15a的边界以及与第1纤芯12的边界处为Ws＝0，在脊型波导路55b的中间部(从沟道型波导路15a的边界到第1纤芯12的边界的区间的任意位置)取最大值，且遍及脊型波导路55b的整个区域连续变化。即，脊55r的宽度Wr与平板55s的宽度Ws之和亦即宽度Wr+Ws+Ws构成为，(1)在脊型波导路55b与沟道型波导路15a的边界处与沟道型波导路15a的宽度W1一致，(2)在脊型波导路55b与第1纤芯12的边界处与第1纤芯12的宽度Wc1一致，(3)随着从脊型波导路55b与沟道型波导路15a的边界向脊型波导路55b与第1纤芯12的边界接近而平滑地变窄。在本变形例中，采用随着从脊型波导路55b与沟道型波导路15a的边界向脊型波导路55b与第1纤芯12的边界接近，宽度Wr+Ws+Ws呈二次函数变窄的结构。

在第1实施方式的纤芯11中，当从脊型波导路15b与沟道型波导路15a的边界向脊型波导路15b与第1纤芯12的边界接近的情况下，平板15s的宽度Ws逐渐变宽，在脊型波导路15b与第1纤芯12的边界处，具有成为Ws＝0的不连续性。

与之相对，在本变形例的纤芯51中，当从脊型波导路55b与沟道型波导路15a的边界向脊型波导路55b与第1纤芯12的边界接近的情况下，平板55s的宽度Ws逐渐变宽，且具有最大值，随后逐渐变窄。因此，纤芯51能够抑制平板55s的宽度Ws具有的不连续性。因此，采用本变形例的纤芯51的光合波分波元件10与采用第1实施方式的纤芯11的光合波分波元件10相比，能够抑制反射光的发生，且能够抑制损失。

〔实施例〕

参照图4对第1实施方式的光合波分波元件10的实施例进行说明。在本实施例中，将光合波分波元件10如下构成。

作为构成纤芯11的半导体，采用硅，作为构成包层21(下部包层21a以及上部包层21b)的绝缘体，采用氧化硅。

作为第1～第3纤芯12～14、沟道型波导路15a以及脊15r的厚度，采用相同的厚度tr(＝220nm)。

作为平板15s的厚度ts，采用ts＝95nm。

作为第1～第3纤芯12～14的宽度，采用相同的宽度Wc(＝600nm)。

作为沟道型波导路15a的宽度W1(＝MMI区间15的宽度)，采用1.7μm。

作为MMI区间15的长度L，采用2.5μm。

在如上构成的光合波分波元件10中，使用使脊型波导路15b的长度L2在0μm≤L2≤2.5μm的范围变化的各实施例的光合波分波元件10计算光合波分波元件10的反射率。光合波分波元件10的反射率可通过如下步骤求得：对于第2纤芯13入射频率为193.5THz的TE0偏波，计算从第3纤芯14出射的TE0偏波，进而求得从第3纤芯14出射的TE0偏波的能量相对于对于第2纤芯13入射的TE0偏波的能量的比例。

图4为相对于长度L2描绘使用各实施例的光合波分波元件10计算出的反射率的曲线图。由图4可见，如果使MMI区间15的长度L恒定，并增长脊型波导路15b的长度L2，则反射率减少，进而以L2＝1.5μm为界转为增加。即、可见当相对于L＝2.5μm而L2＝1.5μm的情况下，反射率变为最小。

因此，相对于长度L的长度L2的比例优选为50％以上70％以下。

〔第2实施方式〕

参照图5对关于本发明的第2实施方式的光调制器1进行说明。图5为表示本实施方式的光调制器1的结构的框图。

光调制器1为具备在至少一方的臂部插入有光调制部的一对臂部的马赫-曾德尔型的光调制器。作为向上述一对臂部将光分波的光分波元件以及从上述一对臂部将光合波的光合波元件，分别具备第1实施方式的光合波分波元件10。

在本实施方式中，以一对臂部由第1臂部2a与第2臂部2b构成，且在第1臂部2a中插入第1光调制部3a、在第2臂部2b插入第2光调制部3b为例进行说明。

另外，构成第1～第2臂部2a、2b的纤芯与构成第1～第2光调制部3a、3b的纤芯与光合波分波元件10的纤芯11相同均为半导体(例如硅)制，构成第1～第2臂部2a、2b的包层与构成第1～第2光调制部3a、3b的包层均由与光合波分波元件10的包层21相同的材质(例如，当纤芯为硅制的情况下，采用氧化硅)构成。

(光调制器1)

如图5所示，光调制器1具备：第1臂部2a、插入第1臂部2a的第1光调制部3a、第2臂部2b、插入第2臂部2b的第2光调制部3b、第1光合波分波元件10a、第2光合波分波元件10b。

即使在反转光调制器1光的波导方向的情况下，也能够对导波的光实施相同的调制动作。在本实施方式中，将第1光合波分波元件10a一侧设为光的入射侧，将光合波分波元件10b一侧设为光的出射侧。即，与第1光合波分波元件10a的第1纤芯12a相连的纤芯4a作为入射侧的纤芯发挥功能，与第2光合波分波元件10b的第1纤芯12b相连的纤芯4b作为出射侧的纤芯发挥功能。

在第1光合波分波元件10a的第2纤芯13a连接第1臂部2a的一方的端部，在第1光合波分波元件10a的第3纤芯14a连接第2臂部2b的一方的端部。在第2光合波分波元件10b的第3纤芯14b连接第1臂部2a的另一方的端部，在第2光合波分波元件10b的第2纤芯13b连接第2臂部2b的另一方的端部。另外，如上所述，在第1臂部2a插入第1光调制部3a，在第2臂部2b插入第2光调制部3b。

将第1～第2光调制部3a、3b如何构成不受特别限定。例如，作为第1～第2光调制部3a、3b，可以采用在纤芯的一部分形成p型半导体区域与n型半导体区域相互接合的pn接合区域的光调制部，也可以采用在纤芯的一部分形成p型半导体区域与n型半导体区域经由本征半导体区域接合的pin接合区域的光调制部。进而，还可以采用在纤芯的一部分形成p型半导体区域与p型半导体区域经由本征半导体区域接合的pip接合区域的光调制部，或者形成n型半导体区域与n型半导体区域经由本征半导体区域接合的nin接合区域的光调制部。

第1光合波分波元件10a作为将沿纤芯4a导波来的光分波为沿第1臂部2a导波的光与沿第2臂部2b导波的光的光分波元件发挥功能。第1光调制部3a对沿第1臂部2a导波的光进行相位调制，第2光调制部3b对沿第2臂部2b导波的光进行相位调制。第2光合波分波元件10b作为将经第1光调制部3a相位调制且沿第1臂部2a导波来的光、以及经第2光调制部3b相位调制且沿第2臂部2b导波来的光合波为沿纤芯4b导波的光的光合波元件发挥功能。

根据如上构成的光调制器1，在光合波分波元件10a、10b、臂部2a、2b以及光调制部3a、3b中，各自具备的纤芯(光调制器1的纤芯)由相同的半导体构成，并且，各自具有的包层(光调制器1的包层)由相同的材质构成，因此能够在相同基板上集成形成光调制器1。因此，能够实现光调制器1的小型化。

另外，当作为构成光调制器1的纤芯的材质采用硅、作为构成光调制器1的包层的材质采用氧化硅的情况下，可以通过使用SOI基板应用硅光学的工序来制造光调制器1。因此，能够不增加制造成本地实现光调制器1的小型化。

在本发明的一方式的光合波分波元件中，优选为，在上述第2纤芯～第N纤芯的各自的端部、且为与上述沟道型波导路接合的一侧的端部设置锥形部，该锥形部的宽度随着接近上述第2端面而连续变宽。

在本发明的一方式的光合波分波元件中，优选为，在上述第1纤芯的端部、且为与上述脊型波导路接合的一侧的端部设置锥形部，该锥形部的宽度随着接近上述第1端面而连续变宽。

根据上述的结构，能够抑制在第2纤芯～第N纤芯的各个与沟道型波导路的边界处的纤芯的宽度的不连续，或者在第1纤芯与脊型波导路的边界处的纤芯的宽度的不连续。因此，通过抑制在这些的边界产生的反射光的发生，能够抑制损失。

在本发明的一方式的光合波分波元件中，优选为，上述平板的宽度在上述沟道型波导路与上述脊型波导路的边界处为零，在从上述沟道型波导路与上述脊型波导路的边界到上述第1纤芯与上述脊型波导路的边界的区间的任意位置取最大值。

根据上述的结构，能够在脊与沟道型波导路的边界处使脊型波导路与沟道型波导路平滑地接合。因此，能够进一步抑制在沟道型波导路与脊型波导路的边界处产生的菲涅耳反射，因此能够进一步抑制反射光的发生。

在本发明的一方式的光合波分波元件中，优选为，上述平板的宽度在上述沟道型波导路与上述脊型波导路的边界以及上述第1纤芯与上述脊型波导路的边界处为零，且遍及上述脊型波导路的整个区域连续变化。

根据上述的结构，除了能够在脊与沟道型波导路的边界处使脊型波导路与沟道型波导路平滑地连结之外，在脊与第1纤芯的边界处，也能够将脊型波导路与第1纤芯平滑地接合。因此，能够进一步抑制在第1纤芯与脊型波导路的边界处产生的菲涅耳反射，因此能够进一步抑制反射光的发生。

本发明的一方式的光调制器优选为是具备在至少一方的臂部插入有光调制部的一对臂部的马赫-曾德尔型的光调制器，其中，作为向上述一对臂部将光分波的光分波元件以及从上述一对臂部将光合波的光合波元件，分别具备本发明的一方式的光合波分波元件。

根据上述的结构，能够起到与本发明的一方式的光合波分波元件相同的效果。

本发明并不局限于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，对于将在不同实施方式分别公开的技术手段适当组合而得出的实施方式，也包含于本发明的技术范围中。

产业上的可利用性

本发明能够在具备由半导体构成的纤芯的光合波分波元件中利用。另外，能够在具备该光合波分波元件的光调制器中利用。

其中，符号说明如下：

10：光合波分波元件；11、31、41、51：纤芯；12：第1纤芯；13：第2纤芯；14：第3纤芯；321、331、341：第1～第3锥形部；15、35、45、55：MMI区间；15a：沟道型波导路；15b、35b、45b、55b：脊型波导路；15r、35r、45r、55r：脊；15s、35s、45s、55s：平板；21：包层；21a：下部包层；21b：上部包层；1：光调制器；2a、2b：第1～第2臂部(一对臂部)；3a、3b：第1～第2光调制部；10a、10b：第1～第2光合波分波元件。