平面波导

摘要

本发明的平面波导构成为具有：芯(11)，其是传播光的平板；包层(12)，其是在与芯(11)的上表面接合的状态下反射光的平板；以及包层(13)，其是在与芯(11)的下表面接合的状态下反射光的平板，包层(12)和包层(13)是由材质不同的多个膜层叠而成的多层膜。由此，能够使用低折射率的材料作为芯(11)的材料，可使用的芯(11)的材料的限制得到缓解。

权利要求

1.一种平面波导，其特征在于，该平面波导具有：芯，其是传播光的平板；

第1包层，其是在与所述芯的上表面接合的状态下反射所述光的平板；以及第2包层，其是在与所述芯的下表面接合的状态下反射所述光的平板，所述第1包层和第2包层是由1个以上的材质不同的多个膜的组层叠而成的多层膜，属于同一组的多个膜的膜厚是根据所述多个膜的波数与所述光在属于同一组的多个膜中往复1次时的光路之间的关系确定的，在属于同一组的膜的数量是2个，2个膜的膜厚分别用da、db表示，所述2个膜的波数的垂直分量分别用ka、kb表示，所述光在所述2个膜中往复1次时的光路用l×π表示的情况下，其中，l是1以上的整数，所述2个膜的膜厚da、db被确定为满足如下条件式的膜厚：条件式

2.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，所述2个膜的膜厚被确定为如下膜厚：对于传播角中的0阶传播角，满足所述条件式，所述传播角是指所述光从所述芯入射到所述第1包层和第2包层的角度。

3.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，所述芯是增益产生部件，该增益产生部件通过吸收激励光并形成反转分布，对所述传播的光即信号光进行放大，所述2个膜的膜厚被确定为如下膜厚：对于根据所述激励光的波长确定的波数和根据所述信号光的波长确定的波数双方，满足所述条件式。

4.根据权利要求3所述的平面波导，其特征在于，所述平面波导具有放射激励光的激励光源，

从所述激励光源放射的激励光被引导到所述芯。

5.根据权利要求1所述的平面波导，其特征在于，在所述多层膜中，所述光中的TE偏振的相位变化量与所述光中的TM偏振的相位变化量不同。

6.根据权利要求5所述的平面波导，其特征在于，所述芯是增益产生部件，该增益产生部件通过吸收激励光并形成反转分布，对所述传播的光即信号光进行放大。

说明书

平面波导

技术领域

[0001] 本发明涉及在芯的上表面和下表面接合包层而成的平面波导。

背景技术

[0002] 通常的平面波导具有：芯，其传播光；第1包层，其在与该芯的上表面接合的状态下反射该光；以及第2包层，其在与该芯的下表面接合的状态下反射该光。

[0003] 在以下的专利文献1中公开有如下平面波导：通过使用折射率比芯的折射率低的材料作为第1包层和第2包层，入射到芯的光在第1包层和第2包层与芯的界面处进行全反射。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：WO2009/016703号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的课题

[0008] 以往的平面波导是如上所述构成的，因此只要能够使用折射率比芯的折射率低的材料作为第1包层和第2包层，就能够将光封闭在芯内。但是，在使用低折射率的材料作为芯的材料的情况下，当考虑光学性质或物理性质时，有时找不到折射率比芯的折射率低的包层的材料。因此，存在以下的课题：无法使用低折射率的材料作为芯的材料，可使用的芯的材料受到限制。

[0009] 本发明正是为了解决上述的课题而完成的，其目的在于得到一种平面波导，能够使用低折射率的材料作为芯的材料。

[0010] 用于解决课题的手段

[0011] 本发明的平面波导具有：芯，其是传播光的平板；第1包层，其是在与芯的上表面接合的状态下反射光的平板；以及第2包层，其是在与芯的下表面接合的状态下反射光的平板，第1包层和第2包层是由1个以上的材质不同的多个膜的组层叠而成的多层膜，属于同一组的多个膜的膜厚是根据多个膜的波数与光在属于同一组的多个膜中往复1次时的光路之间的关系确定的，当属于同一组的膜的数量是2个，2个膜的膜厚分别用da、db表示，2个膜的波数的垂直分量分别用ka、kb表示，光在2个膜中往复1次时的光路用l×π(l是1以上的整数)表示时，2个膜的膜厚da、db被确定为满足如下条件式的膜厚：

[0012] 条件式

[0013] 发明效果

[0014] 根据本发明，构成为使用由材质不同的多个膜层叠而成的多层膜作为第1包层和第2包层，因此，具有能够使用低折射率的材料作为芯的材料这样的效果。

附图说明

[0015] 图1是示出本发明的实施方式1的平面波导的结构图。

[0016] 图2是示出信号光21的波数向量的说明图。

[0017] 图3是示出低阶模光和高阶模光的说明图。

[0018] 图4是示出通过成膜方法不同的成膜装置(1)、成膜装置(2)和成膜装置(3)，向由Nd：YVO4形成的芯11接合利用全反射的包层时的信号光21向包层渗出的渗出量和波导损失的测量结果的说明图。

[0019] 图5是示出信号光21中的0阶模光和1阶模光的电场分布和渗出的说明图。

[0020] 图6是示出在1组薄膜12a、12b中往复1次时的光路相当于2π的相位的情况的说明图。

[0021] 图7是示出TE模的功率分布的说明图。

[0022] 图8是示出本发明的实施方式2的平面波导的结构图。

[0023] 图9是示出本发明的实施方式3的平面波导的结构图。

具体实施方式

[0024] 以下，为了更详细地说明本发明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。

[0025] 实施方式1

[0026] 图1是示出本发明的实施方式1的平面波导的结构图。

[0027] 在图1中，平面波导10具有芯11、包层12以及包层13。

[0028] 芯11是传播光即信号光21的平板。

[0029] 芯11是由作为对信号光21透明的材料的玻璃等构成的，在图1的例子中，芯11的折射率是n11，芯11的厚度是d11。

[0030] 在图中，芯11的厚度方向为x轴，芯11的侧面方向为y轴，信号光21的传播方向即光轴为z轴。

[0031] 作为第1包层的包层12是在与芯11的上表面接合的状态下反射信号光21的平板。

[0032] 包层12是由多个膜层叠而成的多层膜，例如是由薄膜12a和薄膜12b交替层叠而成的。

[0033] 在图1的例子中，层叠有3组薄膜12a和薄膜12b的组，但只要是层叠1组以上即可。

[0034] 薄膜12a和薄膜12b是由材质不同的材料形成的，例如，薄膜12a和薄膜12b是从作为能够成膜的介电材料的SiO2、Ta2O5、MgO、Nb2O5、TiO2、CaF2、MgF2等中选择2种介电材料而形成的。

[0035] 在图1的例子中，薄膜12a的折射率为n12a，薄膜12b的折射率为n12b，薄膜12a的膜厚为d12a，薄膜12b的膜厚为d12b。

[0036] 也可以是，薄膜12a、12b的折射率n12a、n12b中的任意折射率或者这两个折射率高于芯11的折射率n11。

[0037] 作为第2包层的包层13是在与芯11的下表面接合的状态下反射信号光21的平板。

[0038] 包层13具有被配置成关于yz平面与包层12线对称的构造。因此，与包层12相同，包层13是由薄膜12a和薄膜12b交替层叠而成的。

[0039] 当信号光21从芯11侧以θ21的角度(以下称作“传播角θ21”)入射时，包层12和包层13具有99％以上的反射率。

[0040] 在该实施方式1中，将信号光21的偏振与薄膜12a、12b的厚度方向垂直的情况称作TE(Transverse Electric field：横向电场)模，将TE模的偏振称作TE偏振。

[0041] 另外，将与包含薄膜12a、12b的厚度方向和信号光21的传播方向的表面平行的信号光21的偏振称作TM(Transverse Magnetic field：横向磁场)模，将TM模的偏振称作TM偏振。

[0042] 因此，当图1的信号光21是y偏振时处于TE模，当图1的信号光21是x偏振时处于TM模。

[0043] 在图1的平面波导10中，即使在芯11的折射率n11比作为包层12、13的多层膜中包含的薄膜12a、12b的折射率n12a、n12b低的情况下，也能够将信号光21封闭到芯11内，其理由容后再述。

[0044] 因此，在通常的平面波导中，为了使入射到芯的光在包层和芯的界面处进行全反射，需要利用折射率比芯的折射率低的材料形成包层，但是，在本实施方式1中，由于不需要使薄膜12a、12b的折射率n12a、n12b低于芯11的折射率n11，因此，对芯11的折射率没有限制。因此，能够使用由任意材料形成的芯11来形成平面波导10。

[0045] 接着，对动作进行说明。

[0046] 在真空中具有λ21的波长的信号光21以传播角θ21在芯11内传播。

[0047] 图2是示出信号光21的波数向量的说明图。

[0048] 作为信号光21的x方向的波数，当设芯11的波数的垂直分量为k2111，设薄膜12a的波数的垂直分量为k2112a，设薄膜12b的波数的垂直分量为k2112b时，波数的垂直分量k2111、k2112a、k2112b被定义成下述式(1)～(3)。在下文中，为了简化说明，将波数的垂直分量k2111、k2112a、k2112b简化标记成波数k2111、k2112a、k2112b。

[0049]

[0050]

[0051]

[0052] 在平面波导10内，假设信号光21的传播角θ21取离散值，在芯11与包层12的界面处，信号光21的入射光与反射光的相位变化π时，则根据满足下述式(4)的芯11的波数k2111，通过式(1)确定传播角θ21。在式(4)中，m＝0、1、2、3、……。

[0053] k2111d11＝(m+1)π     (4)

[0054] 按照取离散值的传播角θ21中的角度从大到小的传播角θ21的顺序设为0阶、1阶、2阶……的传播角θ21。

[0055] 以下，将只能传播传播角θ21为0阶的信号光21(以下称作“0阶模光”)的波导称作单模波导，将能够传播传播角θ21为低阶的信号光21(以下称作“低阶模光”)但无法传播高阶的信号光21(以下称作“高阶模光”)的波导，称作低阶模波导。

[0056] 图3是示出低阶模光和高阶模光的说明图。

[0057] 这里，当信号光21从芯11入射到包层12时，信号光21的反射率为99％以上的多层膜的材质和膜厚的组合存在无数种，可以自由地设计。

[0058] 但是，多层膜中包含的薄膜12a、12b与通常的玻璃相比散射较大，因此，有时传播信号光21时的损失增大。因此，需要使用满足后述的条件的薄膜12a、12b。

[0059] 图4是示出通过成膜方法不同的成膜装置(1)、成膜装置(2)和成膜装置(3)，向由Nd：YVO4形成的芯11接合利用全反射的包层时的信号光21向包层渗出的渗出量和波导损失的测量结果的说明图。

[0060] 通过图4可知，当信号光21向包层渗出的渗出量增加时波导损失增加，渗出量与波导损失处于正比例的关系。

[0061] 渗出量表示信号光21侵入到多层膜的侵入量相对于传播的信号光21的整个强度的比例，即使在包层12具有相对于信号光21为100％的反射率的情况下，由于信号光21的一部分在多层膜的内部反射，因此，多层膜的内部也存在一定的能量。

[0062] 此时，将芯11的内部存在的能量与多层膜的内部存在的能量的比例定义成渗入量。该渗出量按照每个模而不同。

[0063] 图5是示出信号光21中的0阶模光和1阶模光的电场分布和渗出的说明图。

[0064] 在芯11与包层12的界面处，信号光21的入射光与反射光的相位变化π这一假设，在渗出量较少的波导中是经常成立的。

[0065] 在某一模下，信号光21的渗出量减少的条件满足下述的式(5)。在式(5)中，l是任意的整数。

[0066] k2112ad12a+k2112bd12b＝lπ   (5)

[0067] 在满足式(5)的多层膜中，如图6所示，信号光21在多层膜包含的多个薄膜中的1组薄膜12a、12b中往复1次时的光路相当于2π的相位。并且，由于会产生与膜界面处的反射光彼此增强的干涉，因此，即使在多层膜的层数较少的情况下，也能够实现较高的反射率。

[0068] 图6是示出在1组薄膜12a、12b中往复1次时的光路相当于2π的相位的情况的说明图。

[0069] 其中，由于多层膜包含的薄膜12a、12b的膜厚d12a、d12b允许一定程度的误差，因此，即使在满足下述的式(6)作为信号光21的渗出量减少的条件式的情况下，与满足式(5)的多层膜同样，也能够以较少的层数实现较高的反射率。即，即使在芯11的折射率n11比作为包层12、13的多层膜包含的薄膜12a、12b的折射率n12a、n12b低的情况下，也能够将信号光21封闭在芯11内。

[0070] 因此，薄膜12a、12b的膜厚d12a、d12b被确定为满足下述的式(6)。

[0071]

[0072] 在该实施方式1中，具有包含相对于0阶模光的传播角θ21满足式(6)的膜厚d12a、d12b的薄膜12a、12b的多层膜即包层12、13，由此，能够抑制信号光21中的0阶模光的渗出，降低波导损失。另外，由于高阶模光的渗出量增多，因此，能够只传播低阶模光。

[0073] 以下，作为能够只传播低阶模光的平面波导10，对相对于0阶模光的传播角θ21满足式(6)的平面波导10的设计例进行说明。

[0074] 这里，考虑如下情况：在具有包层12和包层13的平面波导10中，信号光21是在真空中波长1.55μm的光，该包层12是由厚度d11为10μm且折射率n11为1.42的芯11、膜厚d12a为238nm且折射率n12a为2.16的薄膜12a、以及膜厚d12b为1278nm且折射率n12b为1.45的薄膜12b交替层叠而成的多层膜，该包层13是与包层12对称的多层膜。

[0075] 根据式(4)和式(1)，0阶模光的传播角θ21为1.5162rad，薄膜12a的波数k2112a为6.61×106m－1，薄膜12b的波数k2112b为1.23×106m－1。

[0076] 因此，在将薄膜12a、12b的光路长度换算成相位时，合计约π/2，因此满足式(6)。

[0077] 图7是示出TE模的功率分布的说明图。

[0078] 在图7中，横轴表示平面波导10在厚度方向的位置，芯11的厚度方向的中心为0μm。纵轴是功率密度。在图7中表示为强度。

[0079] 在图7的例子中，在通过模拟等进行计算时，0阶模光的渗出量为0.07％，1阶模光的渗出量为0.31％，2阶模光的渗出量为0.84％。

[0080] 在使用图4的成膜装置(1)的情况下，针对每个模的损失也通过模拟等进行计算时，0阶模光的损失为0.67dB/mm，1阶模光的损失为2.97dB/mm，2阶模光的损失为8.05dB/mm。

[0081] 因此，在设计上考虑的0阶模光的损失，与1阶模光和2阶模光相比，被抑制成较低的值，成为可实现低阶模化的平面波导10。

[0082] 作为满足例示出的折射率n11、n12a、n12b的材料，例如芯11的材料可以列举出掺铒铝氟化物玻璃，薄膜12a的材料可以列举出Ta2O5，薄膜12b的材料可以列举出SiO2。

[0083] 根据上文可知，根据本实施方式1，构成为具有：芯11，其是传播光的平板；包层12，其是在与芯11的上表面接合的状态下反射光的平板；以及包层13，其是在与芯11的下表面接合的状态下反射光的平板，包层12、13是由材质不同的多个膜层叠而成的多层膜。因此，具有能够使用低折射率的材料作为芯11的材料的效果。

[0084] 另外，具有包含相对于0阶模光的传播角θ21满足式(6)的膜厚d12a、d12b的薄膜12a、12b的多层膜即包层12、13，因此，能够抑制信号光21中的0阶模光的渗出，降低波导损失。另外，由于高阶模光的渗出量增多，因此，可得到能够只传播低阶模光的平面波导10。

[0085] 在该实施方式1中，作为包层12、13，示出了2种薄膜12a、13a交替层叠而成的多层膜的例子，但是，多层膜包含的薄膜的种类并不限于2种，也可以是由3种以上的薄膜层叠而成的多层膜。

[0086] 在由多种薄膜层叠而成的多层膜的情况下，在设将从光从低折射率层入射到高折射率层的界面起到光从下一个低折射率层入射到高折射率层的界面为止的光路长度换算成相位而得到的值为 时，设计成满足下述式(7)。

[0087]

[0088] 另外，在本实施方式1中示出了作为包层13的多层膜是与作为包层12的多层膜对称的多层膜的例子，但是，作为包层13的多层膜只要是满足式(6)的多层膜即可，也可以是，材料和膜厚与作为包层12的多层膜不同。

[0089] 另外，在不需要使用低折射率的玻璃等作为芯11的材料的情况下，也可以是，使用折射率比芯11的折射率低的包层作为包层12或者包层13。

[0090] 实施方式2

[0091] 在上述实施方式1中示出了通过芯11传播信号光21的情况，在本实施方式2中，对信号光21和激励光31被引导到芯11的情况进行说明。

[0092] 图8是示出本发明的实施方式2的平面波导的结构图，在图8中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。

[0093] 激励光源32是放射激励光31的光源。

[0094] 光学系统33是用于将从激励光源32放射的激励光31引导到芯11的光学系统。

[0095] 其中，在通过将激励光源32配置成接近芯11，从而能够将激励光31引导到芯11的情况下，也可以省略光学系统33。

[0096] 在本实施方式2中，使用增益产生部件作为芯11的材料，该增益产生部件通过吸收激励光31并形成反转分布，通过辐射过渡来产生增益。

[0097] 例如，使用如下的增益产生部件：通过由以添加有Er、Yb、Tm、Nd等稀土类元素的玻璃、添加有Nd：YVO4这样的稀土类的晶体、添加有Yb：YAG这样的稀土类元素的晶体为原料的陶瓷或者添加有Cr：YAG或Ti：Sapphire等过渡金属的晶体吸收激励光31并形成反转分布，通过辐射过渡来产生增益。

[0098] 在芯11由上述增益产生部件形成的情况下，具有通过吸收激励光31来放大信号光21的功能。

[0099] 从激励光源32放射的激励光31在真空中具有λ31的波长，激励光31以传播角θ31在芯11内传播。

[0100] 另外，在真空中具有λ21的波长的信号光21以传播角θ21在芯11内传播。

[0101] 作为激励光31的x方向的波数，当设芯11的波数的垂直分量为k3111，设薄膜12a的波数的垂直分量为k3112a，设薄膜12b的波数的垂直分量为k3112b时，波数的垂直分量k3111、k3112a、k3112b被定义成下述式(8)～(10)。在下文中，为了简化说明，将波数的垂直分量k3111、k3112a、k3112b简化标记成波数k3111、k3112a、k3112b。

[0102]

[0103]

[0104]

[0105] 在平面波导10内，假设激励光31的传播角θ31也是与信号光21的传播角θ21相同取离散值，在芯11与包层12的界面处，激励光31的入射光与反射光的相位变化π时，根据满足下述式(11)的芯11的波数k3111，通过式(8)确定传播角θ31。在式(11)中，m＝0、1、2、3、……。

[0106] k3111d11＝(m+1)π   (11)

[0107] 按照取离散值的传播角θ31中的角度从大到小的传播角θ31的顺序为0阶、1阶、2阶……的传播角θ31。

[0108] 在某一导波模中，激励光31的渗出量减少的条件与信号光21相同，也可以记述成下述的式(12)。

[0109]

[0110] 在本实施方式2中，具有包含相对于0阶模的传播角θ21满足式(6)且相对于0阶模的传播角θ31满足式(12)的膜厚d12a、d12b的薄膜12a、12b的多层膜即包层12、13，由此，能够抑制信号光21和激励光31中的0阶模光的渗出，降低增益波导的损失。另外，由于高阶模光的渗出量增多，因此，能够只传播低阶模光。

[0111] 以下，作为能够只传播低阶模光的增益波导的平面波导10，说明相对于0阶模光的传播角θ21、θ31满足式(6)和式(12)的平面波导10的设计例。

[0112] 这里，考虑如下情况：在具有包层12和包层13的平面波导10中，信号光21是在真空中波长1.55μm的光，激励光31是在真空中波长940μm的光，该包层12是由厚度d11为10μm且折射率n11为1.42的芯11、膜厚d12a为718nm且折射率n12a为2.16的薄膜12a以及膜厚d12b为965nm且折射率n12b为1.45的薄膜12b交替层叠而成的多层膜，该包层13是与包层12对称的多层膜。

[0113] 对于信号光21，根据式(4)和式(1)，0阶模光的传播角θ21为1.516rad，薄膜12a的波6 －1 6 －1
数k2112a为6.61×10m ，薄膜12b的波数k2112b为1.23×10m 。

[0114] 因此，薄膜12a的光路长度在换算成相位时为4.74rad，薄膜12b的光路长度在换算成相位时为1.19rad，总计为5.93rad，因此满足式(7)。

[0115] 对于激励光31，根据式(11)和式(8)，0阶模光的传播角θ31为1.538rad，薄膜12a的6 －1 6 －1
波数k3112a为10.9×10m ，薄膜12b的波数k3112b为2.0×10m 。

[0116] 因此，薄膜12a的光路长度在换算成相位时为7.81rad，薄膜12b的光路长度在换算成相位时为1.92rad，总计为9.73rad，因此满足式(12)。

[0117] 在上述的设计例中，通过模拟等进行计算时，信号光21的0阶模光的渗出量为0.07％，1阶模光的渗出量为0.29％，2阶模光的渗出量为0.68％。

[0118] 激励光31的0阶模光的渗出量为0.03％，1阶模光的渗出量为0.14％，2阶模光的渗出量为0.36％。

[0119] 因此，信号光21和激励光31的0阶模光的损失与1阶模光和2阶模光相比被抑制成较低的值，成为能够实现低阶模化的平面波导10。

[0120] 作为满足例示出的折射率n11、n12a、n12b的材料，例如芯11的材料可以列举出掺铒铝氟化物玻璃，薄膜12a的材料可以列举出Ta2O5，薄膜12b的材料可以列举出SiO2。

[0121] 根据上文可知，根据本实施方式2，构成为具有：芯11，其通过吸收激励光31并形成反转分布，对传播的信号光21进行放大；包层12，其在与芯11的上表面接合的状态下反射信号光21和激励光31；以及包层13，其在与芯11的下表面接合的状态下反射信号光21和激励光31，包层12和包层13是由材质不同的多个膜层叠而成的多层膜。因此，即使使用低折射率的材料作为芯11的材料，也能够将信号光21和激励光31封闭在芯11内。

[0122] 另外，在上述的设计例中，与信号光21相比，能够将激励光31传播到高阶模，这意味着能够使用多模的激励光源作为激励光源32。

[0123] 与单模光源相比，多模光源能够实现高输出化，价格便宜，能够构成高输出的激光光源。

[0124] 在本实施方式2中，作为包层12、13，示出了2种薄膜12a、13a交替层叠而成的多层膜的例子，但是，多层膜包含的薄膜的种类并不限于2种，也可以是由3种以上的薄膜层叠而成的多层膜。

[0125] 在由多种薄膜层叠而成的多层膜的情况下，在设将从光从低折射率层入射到高折射率层的界面起到光从下一个低折射率层入射到高折射率层的界面为止的光路长度换算成相位而得到的值为 时，设计成满足下述式(13)。

[0126]

[0127] 另外，在本实施方式2中示出了作为包层13的多层膜是与作为包层12的多层膜对称的多层膜的例子，但是，作为包层13的多层膜只要是满足式(6)和式(12)的多层膜即可，也可以是，材料和膜厚与作为包层12的多层膜不同。

[0128] 另外，在不需要使用低折射率的玻璃等作为芯11的材料的情况下，也可以是，使用折射率比芯11的折射率低的包层作为包层12或者包层13。

[0129] 并且，在本实施方式2中，也可以不是作为增益波导的平面波导10，而是使信号光21为在y方向上也封闭的激光。

[0130] 实施方式3

[0131] 在上述实施方式1、2中示出了由芯11传播信号光21的情况，但是，在本实施方式3中，对由芯11传播从线偏振光源22放射的信号光21的情况进行说明。

[0132] 图9是示出本发明的实施方式3的平面波导的结构图，在图9中，与图1和图8相同的标号表示相同或相当的部分，因此省略说明。

[0133] 线偏振光源22是放射信号光21的信号光源。

[0134] 光学系统34是用于将从激励光源32放射的激励光31与从线偏振光源22放射的信号光21混合并将信号光21和激励光31引导到芯11的光学系统。

[0135] 在信号光21是TE偏振且入射到芯11，并如以往那样使用玻璃等各向同性介质作为芯11和包层12、13的情况下，会因热或应力而发生双折射，因此，有时无法保持信号光21的偏振。

[0136] 在本实施方式3中，具有包含相对于0阶模光的传播角θ21、θ31满足式(6)和式(12)的膜厚d12a、d12b的薄膜12a、12b的多层膜即包层12、13，由此，能够抑制信号光21和激励光31中的0阶模光的渗出，降低波导损失，并且，也可以是，通过控制信号光21的TE偏振和TM偏振的渗出量，由此，控制TE偏振和TM偏振的传播常数，保持信号光21的偏振。

[0137] 以下，作为控制TE偏振和TM偏振的传播常数而保持信号光21的偏振的平面波导10，对相对于0阶模光的传播角θ21、θ31满足式(6)和式(12)的平面波导10的设计例进行说明。

[0138] 这里，考虑如下情况：在具有包层12和包层13的平面波导10中，信号光21是在真空中波长1.55μm的光，激励光31是在真空中波长940μm的光，该包层12是由厚度d11为10μm且折射率n11为1.42的芯11、膜厚d12a为718nm且折射率n12a为2.16的薄膜12a以及膜厚d12b为965nm且折射率n12b为1.45的薄膜12b交替层叠而成的多层膜，该包层13是与包层12对称的多层膜。

[0139] 在这种情况下，与上述实施方式2所示的设计例相同，满足式(6)和式(12)，能够将低阶模的渗出量抑制得较低，因此，信号光21和激励光31在低阶模下传播。

[0140] 在上述实施方式1、2中假设在芯11与包层12的界面处，信号光21的入射光与反射光的相位变化π，但实际上是根据光的渗出量而不同的相位变化量。

[0141] 在设信号光21的包层12中的相位旋转量为 设包层13中的相位旋转量为时，上述的式(4)可以准确地表示成下述的式(14)。在式(14)中，m＝0、1、2、3、……。

[0142] k2111d11+φ2112+φ2113＝mπ   14)

[0143] 在TE模和TM模下相位变化量不同的情况下即相位旋转量φ2112和相位旋转量φ2113不同的情况下，芯11的波数k2111根据偏振而不同。

[0144] 例如，在偏振保持光纤中，通过应力等，按照每个偏振来改变折射率，由此改变传播常数，从而保持偏振，但是，在本实施方式3中，通过改变向包层12、13渗出的渗出量来控制传播常数。

[0145] 在上述的设计例中，通过模拟等进行计算时，

[0146] 并且，在TE模下，k2111d11≒π，但在TM模下会产生0.03rad左右的偏差，因此，能够使传播常数改变1％左右。

[0147] 作为满足例示出的折射率n11、n12a、n12b的材料，例如芯11的材料可以列举出掺铒铝氟化物玻璃，薄膜12a的材料可以列举出Ta2O5，薄膜12b的材料可以列举出SiO2。

[0148] 根据上文可知，根据本实施方式3，通过控制信号光21的TE偏振和TM偏振的渗出量，只要控制TE偏振和TM偏振的传播常数，就能够保持信号光21的偏振。

[0149] 在本实施方式3中，作为包层12、13，示出了2种薄膜12a、13a交替层叠而成的多层膜的例子，但多层膜包含的薄膜的种类并不限于2种，也可以是由3种以上的薄膜层叠而成的多层膜。

[0150] 另外，在本实施方式3中示出了作为包层13的多层膜是与作为包层12的多层膜对称的多层膜的例子，但是，作为包层13的多层膜只要是满足式(6)和式(12)的多层膜即可，也可以是，材料和膜厚与作为包层12的多层膜不同。

[0151] 在不需要使用低折射率的玻璃等作为芯11的材料的情况下，也可以是，使用折射率比芯11的折射率低的包层作为包层12或者包层13。

[0152] 并且，在本实施方式3中，也可以不是作为增益波导的平面波导10，而是使信号光21为在y方向上也封闭的激光。

[0153] 在图9的例子中，激励光源32和线偏振光源22被配置在图中平面波导10的左侧，但也可以配置在图中平面波导10的右侧，还可以配置在图中平面波导10的上侧或下侧。但是，有时在线偏振光源22与光学系统34或芯11之间需要入射光学系统。

[0154] 另外，本发明能够在其发明的范围内，实现各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意结构要素的变形、或者在各实施方式中省略任意结构要素。

[0155] 工业上的可利用性

[0156] 本发明适于在芯的上表面和下表面接合有包层的平面波导。

[0157] 标号说明

[0158] 10：平面波导；11：芯；12：包层(第1包层)；12a、12b：薄膜；13：包层(第2包层)；14：包层(第3包层)；15：包层(第4包层)；21：信号光；22：线偏振光源；31：激励光；32：激励光源；
33：光学系统；34：光学系统。