換合波元件50的輸出部分55與例如圖4A~4D等所示的高階偏振波轉換 元件的開始部8連接，則從輸出部分55輸出的TE1被轉換為TM。，并從結束部9輸出TM。。能 夠在TM。與TE。的合波中使用例如圖33所示那樣的對稱方向性耦合器60。對稱方向性耦 合器60的結構的詳細在實施例9中后述。對稱方向性親合器60具備具有相同的纖芯寬度 W的2個波導61、62在規定的耦合長度L間經由規定的間隔G平行地配置的結構。若在輸 入側，從波導61輸入TE。，從波導62輸入TM。，則TM。移至波導61，能夠從波導61的輸出側 獲得被偏振波復用的信號（TE/TM)。
[0234] 圖34以及圖35表示具備圖32的轉換合波元件50的DP-QPSK調制器的構成 例。圖中，TE。（基本TE模）略記為"TE"，高階TE模略記為"TE! "，TM。（基本TM模）略記為 "TM"。各QPSK調制器71、72、81、82分別包括2個馬赫一曾德干涉儀。一個馬赫一曾德干 涉儀71a、72a、81a、82a是同相成分（I)用，另一方的馬赫一曾德干涉儀71b、72b、81b、82b 是正交相位成分（Q)用。
[0235] 在圖34所示的DP-QPSK調制器70中，2個QPSK調制器71、72中的一個QPSK調 制器72的I、Q合波部設置轉換合波元件50,將TE。轉換為TEi，并通過高階偏振波轉換元件 10從TEi轉換為TM。。將該TM。通過對稱方向性耦合器60與從另一個QPSK調制器71輸出 的TM。進行合波。
[0236] 在圖35所示的DP-QPSK調制器80中，一個QPSK調制器82的2個馬赫一曾德 干涉儀82a、82b的合波部中分別設置轉換合波元件50,將TE。轉換為TEi，并通過高階偏振 波轉換元件10從TEi轉換為TM。。通過在QPSK調制器82的I、Q合波部設置TM模用麗I 合波部83、且將合波所得的TM。通過對稱方向性耦合器60與從另一個QPSK調制器81輸出 的TM。進行合波。
[0237] 根據這些DP-QPSK調制器70、80,能夠在TM。和TE。的合波中使用與非對稱的方 向性耦合器相比性能較好的對稱方向性耦合器60。另外，轉換合波元件50兼作合波部，所 以能夠降低偏振波依賴損失（使MMI的過度損失為〇. 3dB以下）。
[0238] 以上，基于優選的實施方式對本發明進行了說明，但本發明并不限于上述的實施 方式，在不脫離本發明的要旨的范圍內能夠進行各種改變。
[0239] 在與本發明同樣的原理下，能夠通過與本發明同樣的上下非對稱結構分離有效折 射率曲線中了匕"+1模（η為0以上的整數）和TM。相交的簡并點，并通過對其間進行錐形化 能夠進行轉換。此處，TE2n+1是指TE模（ΤΕρΤΕρΤΕ^…）中有效折射率第（2n+2)高的模 式。TEi模式是η= 0的TE2n+1模式。
[0240] TE模的奇數階的模式成為轉換對象根據以下的理由。在矩形狀纖芯（寬度方向和 高度都對稱的結構（折射率分布））中傳播的TM。其電場的X成分（Ex)在寬度方向和高度 方向上都變為反對稱的分布。另一方面，包括TEi的奇數階的TE模的Ex變為相對于寬度方 向為反對稱，而相對于高度方向為對稱的電場分布。因此，通過使折射率分布相對于高度方 向為非對稱，TE2n+1的高度方向的對稱性被破壞，與TM。相互作用而在簡并點附近各個模式 混合，簡并點分離。因此，通過與本發明同樣的結構，TE2n+1模式能夠與TM。之間進行轉換。
[0241] 實施例
[0242] 以下，基于實施例，具體地對本發明進行說明。
[0243] <計算例1 >
[0244] 圖18表示圖2A以及2B所示的纖芯形狀在凸型的光波導的下底中變化時，按照 有效折射率從高到低的順序，4個模式的有效折射率的變化的圖表。波長為1. 55μm，纖 芯為Si，折射率為3. 48,上部包層以及下部包層為Si02，折射率為1. 44,光波導的高度為 0. 22μm，下部纖芯的高度為0. 095μm，上部纖芯的寬度為0. 5μm，上部纖芯位于纖芯的中 心。
[0245] 如18所示，有效折射率第一高的模式為TE。，有效折射率第二或者第三高的模取決 于下底（的寬度），是TE^TM。或者從這些變化的模。有效折射率第四高的模式在圖中未確 定，但進而是高階的模式。
[0246] 從圖18可知，由于纖芯剖面形狀的上下非對稱性，TEJPTM。并未簡并，始終具有 有效折射率差。圖18中，作為虛線的橢圓（下底0. 7μm附近），示出模轉換部的概略范圍。 在該模轉換部中，有效折射率第二高的模式在下底較窄時為TM。，在下底較寬時為TE1<3反 之，有效折射率第三高的模式在下底較窄時為TEi，在下底較寬時為TM。。因此，通過循著同 一有效折射率曲線（有效折射率第二高的模或者第三高的模中的任意一個），各個模能夠 進行轉換。
[0247] 為了觀察這些模的推移，圖19~22表示針對幾個下底的寬度的有效折射率第二 高的模式（#1)和第三高的模式（#2)的、各個的電場的Ex成分（寬度方向的成分）和Ey 成分（高度方向的成分）的電場振幅。圖19~22共用，各圖（a)表示"#1"的Ex成分的 電場振幅，各圖（b)表示"#1"的Ey成分的電場振幅，各圖（c)表示"#2"的Ex成分的電場 振幅，各圖⑷表示"#2"的Ey成分的電場振幅。
[0248] 若關注電場振幅，則明白在下底的寬度為0.5μπι的圖19中，#1為TM。，#2為ΤΕρ 相反在下底的寬度為1. 2μπι的圖22中，#1為TEp#2為TM。。另一方面，在下底的寬度為 0· 6μm的圖20中，明白#1和#2的電場成分開始變化，在下底的寬度為0· 8μm的圖21中， Ex成分和Ey成分的哪個都具有較近的電場振幅。
[0249] 從以上能夠觀察TE#TM。連續轉換的樣子。從該情況也明白在TE占TM。之間能 夠相互轉換偏振波。
[0250] <比較例1 >
[0251] 在比較例1中，在圖3A以及3B所示的波導101中，成為纖芯102為Si，下部包 層103的材料為Si02，上部包層104由空氣構成，纖芯102的高度HO為0.22μm，開始部 的寬度W1為0· 84μm，結束部的寬度W2為0· 5μm，長邊方向的長度L0為35μm，從開始 部的矩形波導使纖芯寬度相對于長度方向呈線形變化的結構。通過基于時域有限差分 (Finite-DifferenceTimeDomain:FDTD)法的模擬所求出的高階偏振波轉換的轉換損失 (以輸出的TM。的功率/輸入的TE4勺功率表示的比）為0· 587dB。
[0252] 〈實施例1 >
[0253] 鑒于計算例1，制成具有上部纖芯處于下部纖芯的中心的結構（參照上述的第1實 施方式）的實施例1的波導元件。
[0254] 圖4A~4D表示本實施例的元件的圖。在本實施例中，以由Si-Si02-Si構成 的SOI(Silicononinsulator)基板為基礎來制成波導。將作為中間的Si02層作為下部 包層，將上部的Si層作為纖芯使用。纖芯形成后，設置SiOjl作為上部包層。
[0255] 下部纖芯4的高度H2為0. 095μπι，上部纖芯3的高度（H1 -H2的差）為 0. 125μm，將下部纖芯4與上部纖芯3加在一起的纖芯高度Η1為0. 22μm。在開始部8中， 上部纖芯以及下部纖芯的寬度W1為0.84μπι，在區間L2(長度15μπι)中，上部纖芯3的寬 度W2為0.5μπι，位于下部纖芯4的中央。在區間L1(長度20μπι)中，下部纖芯4的寬度 W1為0.84μm，在結束部9中，上部纖芯和下部纖芯的寬度W2都為0.5μm。在實施例1的 結構的區間L2中，上部纖芯的寬度0. 5μm等參數與計算例1 一致。因此，能夠將上面求出 的圖18的圖表中的下底的寬度為0.5~0.84μπι的范圍應用于實施例1。
[0256]另外，若將光的傳播方向的坐標設為Ζ，則圖23表不與實施例1的全長有關的Ζ 的剖面中計算出的有效折射率曲線。在圖中的橢圓區域附近進行模的轉換。為了表示能 夠進行高階偏振波轉換，比較從開始部到結束部之間有效折射率第二（#1)和第三（#2)大 的導波模的Ex、Ey成分。此外，圖23中開始部為Ζ= 0μm，結束部為Ζ= 35μm，圖4Α的 IVc(中間部）的位置為Z= 20μm。圖24表示開始部剖面（Z= 0μm)的模，結束部剖面 (Z= 35μm)的模與圖19相同。從這些可知，#1的模在從開始部到結束部之間主電場從Ex 變化為Ey，#2的模在從開始部到結束部之間主電場從Ey變化為Ex。另外，鑒于這些有效 折射率曲線不相交而連續地連接，明白能夠從高階TE向基本TM(從基本TM向高階TE)轉 換。另外，圖21相當于Z= 21. 8μπι附近的電場，Ex、Ey為同程度，看出轉換的過渡的電場 分布。
[0257] 根據圖18以及圖23,有效折射率第二高的模式和第三高的模式最接近的點中兩 模的有效折射率差為〇. 16。
[0258] 作為比較，在使后述的實施例2例舉的上部纖芯和下部纖芯的同一端對齊的結 構中，最接近的點的有效折射率差為〇. 10。有效折射率差越大，高階偏振波轉換的效率越 高，所以上部纖芯處于下部纖芯的中心的結構能夠縮短高階偏振波轉換元件的長度（錐形 長）。
[0259] 另外，即使上部纖芯在寬度方向上偏移+60nm的情況下（上部纖芯在無下部纖 芯的范圍內偏移的情況下，在其范圍重新制作下部纖芯），最接近的點的有效折射率差為 〇. 15,有效折射率曲線分離（不簡并），所以能夠進行高階偏振波轉換。
[0260] 在以上的結構中，在將TEi輸入到開始部8的情況下，利用FDTD法求出從結束部9 輸出的TM。的轉換損失（以輸出的TM。的功率/輸入的TE^勺功率表示的比）的波長依賴 性。結果確認出相對于高階偏振波轉換幾乎沒有損失。
[0261] 圖25表示上述轉換損失的波長依賴性。從此明白在整個1530~1630nm的寬帶 中，轉換損失為〇. 〇5dB以下。波長1550nm的轉換損失為0. 004dB。若與上述的比較例1的 結構相比，則實施例1中同樣的輸入、具有結束部的纖芯形狀、長邊方向的長度也相同。另 一方面，比較例1的轉換損失為0. 587dB，實施例1的轉換損失為0. 004dB，實施例1能夠以 比比較例1小的損失進行轉換。
[0262] 另外，關于實施例1的結構，圖26表示利用FDTD法計算波長1550nm中的電場的 結果。此外，圖26中，開始部8為Z= 20μm，結束部9處于Z= 55μm的位置，圖26 (a)表 示Ex成分，圖26 (b)表示Ey成分。看出輸入的TEi(Ex成分為主成分）通過本結構最終變 迀為TM。(Ey成分為主成分）的樣子。
[0263] 而且，對于相同的結構，若求出對開始部8輸入TE。時、從結束部9出射的TE。的 透過損失（以輸出的TE。的功率/輸入的TE。的功率表示的比），則為0·OOldB以下（波長 1. 55μm)。由此，明白TE。以較小的損失透過。
[0264] <實施例2>
[0265] 如圖5A~f5D所示，利用與實施例1同樣的方法制成上部纖芯和下部纖芯的端一 致的結構（參照上述的第2實施方式）的高階偏振波轉換元件。
[0266] 下部纖芯4的高度H2為0. 095μπι，上部纖芯3的高度（H1 -H2的差）為 0. 125μm，將下部纖芯4和上部纖芯3加在一起的纖芯高度Η1為0. 22μm。在開始部8中， 上部纖芯以及下部纖芯的寬度W1為0.84μπι，在區間L2(長度15μπι)中，上部纖芯3的寬 度W2為0.5μπι。在區間L1(長度20μπι)中，下部纖芯4的寬度W1為0.84μπι，位于以橫 跨區間L1和L2的全長、上部纖芯與下部纖芯的端一致的方式的位置。在結束部9中，上部 纖芯和下部纖芯的寬度W2都為0. 5μm。
[0267] 在以上的結構中，光的波長1550nm時，在將TEi輸入到開始部8的情況下，利用 FDTD求出從結束部9輸出的TM。的轉換損失（以輸出的TM。的功率/輸入的TE滿功率表 示的比）。結果明白轉換損失成為0. 26dB，與是相同的長度的實施例1的元件相比轉換效 率落后，但能夠以較小的損失進行轉換。
[0268]〈實施例3 >
[0269] 如圖6A~6C所示，利用與實施例1同樣的方法制成開始部8的剖面形狀為肋形 波導，結束部9的剖面形狀為矩形波導，上部纖芯3和下部纖芯4的寬度方向的中心一致的 結構（參照上述的第3實施方式）的高階偏振波轉換元件。
[0270] 下部纖芯4的高度H2為0.095μπι，上部纖芯3的高度（H1 -H2的差）為 0. 125μm，將下部纖芯4和上部纖芯3加在一起的纖芯高度Η1為0. 22μm。在開始部8中， 上部纖芯3的寬度Wla為1μm，下部纖芯4的寬度W1為4μm。在結束部9中，上部纖芯和 下部纖芯的寬度W2都為0. 5μm。開始部8的最大的纖芯寬度為4μm，有限，但通過該剖面 的分布與開始部8的下部纖芯4的兩端相比充分處于內側。因此，板部寬度充分大， 能夠視為肋形波導。
[0271] 圖27是實施例3的結構中按照各剖面（以#表記）的有效折射率從高到低的順序 表示4個模式的有效折射率的變化的圖表。從開始部到結束部將長邊方向10等分，從開始 部（#0)到結束部（#10)按順序標號。如果鑒于#的編號越大，下底越小的點，則明白4個 模與計算例1的圖18相同。圖27中，明白#9附近表示的虛線的橢圓（模轉換部）中TEi與TM。的有效折射率分離，TE1與TM。之間能夠進行高階偏振波轉換。此時的最小的有效折 射率差為〇. 15。
[0272] <實施例4 >
[0273] 如圖9A~9C所示，利用與實施例1相同的方法制成開始部8的剖面形狀為矩形 波導，結束部9的剖面形狀為凸型，上部纖芯3與下部纖芯4的寬度方向的中心一致的結構 (參照上述的第4實施方式）的高階偏振波轉換元件。
[0274] 下部纖芯4的高度H2為0. 095μπι，上部纖芯3的高度（H1 -H2的差）為 0. 125μm，加在一起的纖芯高度Η1為0. 22μm。在開始部8中，上部纖芯和下部纖芯的寬度 W1都為0.8μm。在結束部9中，上部纖芯3的寬度W2a為0.44μm，下部纖芯4的寬度W2 為0. 5μm。該情況下，下底和上底（單位μm)的尺寸關系為"上底=0. 8 - 1. 2X(0. 8 - 下底）"。
[0275]圖28是在實施例4的結構中針對下底的尺寸，按照有效折射率從高到低的順序表 示4個模的有效折射率的變化的圖表。可知4個模與計算例1的圖18相同。下底0. 7μπι 附近所示的虛線的橢圓（模轉換部）中TEr^TM。的有效折射率分離。因此，明白TE1與TM。 之間能夠進行高階偏振波轉換。
[0276] <實施例5>
[0277] 如圖11A~11C所示，利用與實施例1相同的方法制成開始部8和結束部9的剖 面形狀為凸型，上部纖芯3和下部纖芯4的寬度方向的中心一致的結構（參照上述的第5 實施方式）的高階偏振波轉換元件。
[0278] 下部纖芯4的高度H2為0. 095μπι，上部纖芯3的高度（H1 -H2的差）為 0. 125μm，加在一起的纖芯高度Η1為0.22μπι。在開始部8中，上部纖芯3的寬度Wla為 〇· 7μm，下部纖芯4的寬度W1為1. 1μm。在結束部9中，上部纖芯3的寬度W2a為0· 3μm， 下部纖芯4的寬度W2為0.7μπι。該情況下，上底和下底（單位μπι)的尺寸關系為"下底 =上底+0.4"。
[0279] 圖29是實施例5的結構中針對上底的尺寸按照有效折射率從高到低的順序表示 4個模的有效折射率的變化的圖表。可知4個模與計算例1的圖18相同。上底0. 5μπι附 近所示的虛線的橢圓（模轉換部）中TEJPΤΜ。的有效折射率分離。因此，明白ΤΕ1與ΤΜ。 之間能夠進行高階偏振波轉換。
[0280] <實施例6>
[0281]圖13Α以及13Β表示將實施例1的高階偏振波轉換元件與非對稱方向性耦合器組 合的偏振波轉換元件的一個實施例。
[0282] 在圖13Β所示的非對稱方向性耦合器13的剖面中，第1光波導11的纖芯寬度Ε 為0.4μm，第2光波導12的纖芯寬度F為0.84μm，第1光波導11以及第2光波導12的 纖芯的高度Η都為0. 22μm，2個波導的間隔G為0. 35μπι。
[0283] 第1光波導11由長度L= 54μπι的直線部和具有與該直線部連接的半徑40μπι 的彎曲半徑的彎曲波導構成。第2光波導12由長度L= 54μπι的直線部和具有與該直線 部連接的半徑40μπι的彎曲半徑的彎曲波導構成。各波導的直線部相互平行，兩端面分別 處于同一平面上。
[0284]輸入到第1