(57)【要約】    【課題】反射型の偏波変換デバイスにおいて、出力光の偏波消光比の劣化を効果的に防止する。    【解決手段】偏波変換デバイスは、第１導波路２に入力された光の偏波状態、すなわち、光のＴＥ／ＴＭモードを変換して第１導波路２から出力する。第１導波路２に入力されたＴＭモードの光は、接続導波路４を伝搬する間に１／４波長板２０を２回通過してＴＥモードに変換され（モード変換部）、偏波ビームスプリッタ１０に入力する。偏波ビームスプリッタ１０は、入力した光をＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離し、ＴＥモードの光を第１導波路２に出力する（偏波分離部）。【選択図】図１
2010139572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導波路に入力された光の偏波状態を変換して前記第１導波路から出力する偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に入力された光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、
前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部によってＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離して前記第１の光を前記第１導波路に出力する偏波分離部と、
を備える偏波変換デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光が前記偏波分離部を経てそのまま前記モード変換部に入力すると共に、該モード変換部の出力光が前記偏波分離部に入力するように構成され、
前記偏波分離部は、前記入力されたモード変換部の出力光を、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光と前記第１導波路に入力された光と同じモードの光とに分離し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１導波路に出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第１導波路とは異なる第２導波路に出力する偏波変換デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に接続する第１ポート及び前記第２導波路に接続する第２ポートを含む４つの入出力ポートを有する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートと第４ポートとを接続する接続導波路と、
前記接続導波路の途中に配置され、該接続導波路を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子と、を備え、
前記偏波ビームスプリッタは、
前記第１導波路に入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光を第１ポートに入力してそのまま前記第３ポートから出力する一方、
前記第３ポートから出力され前記接続導波路を伝搬して前記モード変換素子を通過した光を前記第４ポートに入力し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１ポートから出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第２ポートから出力する偏波変換デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路、前記第２導波路、前記偏波ビームスプリッタ及び前記接続導波路が同一の基板上に形成されている偏波変換デバイス。
【請求項５】
請求項２に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に接続する第１ポート及び前記第２導波路に接続する第２ポートを含む３つの入出力ポートを有する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートから出力された光が通過するように配置された１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した光を反射して、再び前記１／４波長板を通過させるように配置された反射ミラーと、を備え、
前記偏波ビームスプリッタは、
前記第１導波路に入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光を第１ポートに入力してそのまま前記第３ポートから出力する一方、
前記第３ポートから出力され、前記反射ミラーで反射されることによって前記１／４波長板を往復して戻ってきた光を前記第３ポートに入力し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１ポートから出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第２ポートから出力する偏波変換デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路、前記第２導波路及び前記偏波ビームスプリッタが同一の基板上に形成されている偏波変換デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の偏波変換デバイスであって、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは前記基板の端面に露出するように形成され、
前記前記１／４波長板及び前記反射ミラーは、前記偏波ビームスプリッタの第３ポートが露出する前記基板の端面に取り付けられている偏波変換デバイス。
【請求項８】
前記基板上に、一方の端部が前記偏波ビームスプリッタの第３ポートに接続すると共に、他方の端部が前記基板の端面に露出する第３導波路が形成され、
前記前記１／４波長板及び前記反射ミラーは、前記第３導波路の前記他方の端部が露出する前記基板の端面に取り付けられている偏波変換デバイス。
【請求項９】
電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に形成され、それぞれ同一偏波状態の光を変調する第１光変調部及び第２光変調部と、
前記第２光変調部の出力光の偏波状態を変換する偏波変換部と、
前記第１光変調部の出力光と前記偏波変換部の出力光とを偏波合成して偏波多重光を生成して出力する偏波合成部と、
を備え、
前記偏波変換部は、
前記第２光変調部の出力光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、
前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部によってＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離して前記第１の光を前記偏波合成部に出力する偏波分離部と、
を有する偏波多重変調器。
【請求項１０】
請求項９に記載の偏波多重変調器であって、
前記偏波変換部は、前記第２光変調部の出力光が前記偏波分離部を経てそのまま前記モード変換部に入力すると共に、該モード変換部の出力光が前記偏波分離部に入力するように構成され、
前記偏波分離部は、前記入力されたモード変換部の出力光を、前記第２光変調部の出力光とは異なるモードの光と前記第２光変調部の出力光と同じモードの光とに分離し、前記第２光変調部の出力光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記偏波合成部に出力する偏波多重変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に用いられる偏波変換デバイス及び偏波多重変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏波変換デバイスは、例えばＴＭモードで入力される光をＴＥモードに変換して出力する場合などのように、入力光の偏波状態を異なる偏波状態に変換して出力する光デバイスである。このような偏波変換デバイスを、入力部と出力部とが共通する反射型とする場合には、例えば特許文献１の図９に示されるように、１／４波長板と反射ミラーとを用いて構成することが考えられる。このような反射型の偏波変換デバイスでは、入力部から入力されたＴＭモード（又はＴＥモード）の光が１／４波長板を通過し、その後、反射ミラーによって反射されて再び１／４波長板を通過することによって、ＴＥモード（ＴＭモード）の光に変換されて前記入力部から出力される。
【特許文献１】特開２００７−１６３７８０号公報（図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記構成の偏波変換デバイスにおいては、１／４波長板の設置角度や厚さのズレ、波長依存性、又は、温度状態などによって偏波変換されない成分が生じると、偏波変換されなかった成分と偏波変換された成分とが混在した状態で出力されてしまうため、出力光の偏波消光比が劣化するという課題がある。
【０００４】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、反射型の偏波変換デバイスにおいて、出力光の偏波消光比の劣化を効果的に防止することを目的とする。また、反射型の偏波変換部を備えた偏波多重変調器において、偏波多重光を安定して生成し出力することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によると、偏波変換デバイスは、第１導波路に入力された光の偏波状態を変換して前記第１導波路から出力するように構成され、前記第１導波路に入力された光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部でＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離して前記第１の光を前記第１導波路に出力する偏波分離部と、を備える。
【０００６】
本発明の他の側面によると、偏波多重変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板上に形成され、それぞれ同一偏波状態の光を変調する第１光変調部及び第２光変調部と、前記第２光変調部の出力光の偏波状態を変換する偏波変換部と、前記第１光変調部の出力光と前記偏波変換部の出力光とを偏波合成して偏波多重光を出力する偏波合成部と、を備え、前記偏波変換部は、前記第２光変調部の出力光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部によってＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離して前記第１の光を前記偏波合成部に出力する偏波分離部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
上記偏波変換デバイスによれば、入力部と出力部とが共通する反射型の構成において、モード変換部でＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった成分が生じた場合でも、偏波分離部によってＴＥ／ＴＭモードが変換された光が出力されるので、部品や温度バラツキによって出力光の偏波消光比が劣化してしまうことを抑制できる。
【０００８】
上記偏波多重変調器によれば、第１光変調部の出力光と、第２光変調部の出力光を偏波変換する偏波変換部の出力光と、を偏波合成して偏波多重光を生成し、出力する構成において、前記偏波変換部の出力光に偏波変換されなかった光が混在することが抑制され、安定して偏波多重光を生成し出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示している。この偏波変換デバイスは、外部から入力導波路に入力されたＴＥモード（ＴＭモード）の光を、ＴＭモード（ＴＥモード）に変換して前記入力導波路から出力する、いわゆる反射型の偏波変換デバイスとして構成されている。
【００１０】
図１に示すように、第１実施形態による偏波変換デバイスは、基板１と、基板１上に設けられた導波路型の偏波ビームスプリッタ１０と、１／４波長板２０と、を備える。
基板１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）からなるＬＮ基板である。但し、ＬＮ基板に代えてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２：ＬＴ）からなるＬＴ基板とすることも可能である。この基板１は、その表面上にチタン（Ｔｉ）等の金属膜を形成して熱拡散させ、又は、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどにより導波路を形成することができる。
【００１１】
偏波ビームスプリッタ１０は、入力した光をＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離して出力できるものであり、第１ポート１０ａ〜第４ポート１０ｄの４つの入出力ポートを有する。本実施形態において、偏波ビームスプリッタ１０は、第１ポート１０ａからＴＭモードの光を入力すると、そのまま第３ポート１０ｃから出力する一方、第４ポート１０ｄからＴＥモードとＴＭモードとが混在する光を入力すると、ＴＥモードの光を第１ポート１０ａから出力すると共にＴＭモードの光を第２ポート１０ｂから出力するように構成されている。そして、偏波ビームスプリッタ１０の第１ポート１０ａは、基板１上に形成された第１導波路２に接続され、偏波ビームスプリッタ１０の第２ポート１０ｂは、基板１上に第１導波路２と略平行に形成された第２導波路３に接続されている。
【００１２】
ここで、第１導波路２が本実施形態による偏波変換デバイスの入力導波路及び出力導波路として機能する。すなわち、本実施形態による偏波変換デバイスは、外部から第１導波路２にＴＭモードの光を入力すると、この入力されたＴＭモードの光をＴＥモードに変換して第１導波路２から外部に出力する。
【００１３】
また、偏波ビームスプリッタ１０の第３ポート１０ｃと第４ポート１０ｄとは、基板１上に形成された接続導波路４によって接続されている。接続導波路４は、偏波ビームスプリッタ１０の第３ポート１０ｃに接続する第１直線導波路４ａと、偏波ビームスプリッタ１０の第４ポート１０ｄに接続する第２直線導波路４ｂと、光の伝搬方向を折り返すように円弧状に形成されて第１直線導波路４ａと第２直線導波路４ｂとを接続する曲がり導波路４ｃと、を含む。
【００１４】
基板１上には、曲がり導波路４ｃの外周側に沿って円弧状の溝５が形成されており、この円弧状の溝５によって曲がり導波路４ｃ内への光の閉じ込め効果を向上させて接続導波路４を伝搬する光の損失を抑制する。但し、この円弧状の溝５は必須ではなく、必要に応じて設ければよい。
【００１５】
１／４波長板２０は、接続導波路４を構成する第１直線導波路４ａ及び第２直線導波路４ｂを切断するように形成された溝６に挿入され、例えば接着剤によって固定される。ここで、接続導波路４を曲がり導波路４ｃのみで構成してもよく、この場合には、１／４波長板２０は、曲がり導波路４ｃの２ヶ所を切断するように形成された溝に挿入されて固定される。また、接続導波路４を切断する溝を２つ形成し、それぞれの溝に１／４波長板２０を挿入して固定するようにしてもよい。但し、図１に示すように、第１直線導波路４ａと第２直線導波路４ｂとを切断する一つの溝６に、一つの１／４波長板２０を挿入することにより、溝６を形成する手間や１／４波長板２０の設置角度の調整の手間などを軽減することができると共に、接続導波路４の必要以外の部分を傷付けてしまうことを防止することができ、偏波変換デバイスの製造性が向上する。
【００１６】
次に、第１実施形態による偏波変換デバイスの作用を説明する。
まず、外部から基板１上に形成された第１導波路２にＴＭモードの光が入力される。すると、この入力されたＴＭモードの光は、偏波ビームスプリッタ１０の第１ポート１０ａに入力し、そのまま第３ポート１０ｃから接続導波路４へと出力される。接続導波路４に出力されたＴＭモードの光は、接続導波路４を伝搬する間に１／４波長板２０を２回通過することによって偏波面が９０度回転され、ＴＥモードの光に変換されて偏波ビームスプリッタ１０の第４ポート１０ｄに入力する。
【００１７】
ここで、１／４波長板２０の設置角度のズレ等によって、接続導波路４を伝搬するＴＭモードの光のうち偏波変換（モード変換）されない成分が生じる場合がある。この場合、偏波ビームスプリッタ１０の第４ポート１０ｄには、図１に示すように、ＴＥモードとＴＭモードとが混在する光が入力されることになる。
【００１８】
上述したように、偏波ビームスプリッタ１０は、第４ポート１０ｄからＴＥモードとＴＭモードとが混在する光を入力すると、ＴＥモードの光を第１ポート１０ａから出力する一方、ＴＭモードの光を第２ポート１０ｂから出力する。すなわち、偏波ビームスプリッタ１０は、接続導波路４を伝搬することによって１／４波長板２０を２回通過した光を入力し、この入力した光を、モード変換された光（すなわち、ＴＥモードの光）とモード変換されなかった光（すなわち、ＴＭモードの光）とに分離する。そして、モード変換された光（ＴＥモードの光）を第１ポート１０ａから出力して第１導波路２に導く一方、モード変換されなかった光（ＴＭモードの光）を第２ポート１０ｂから出力し第２導波路３を介して基板１内に拡散させる。これにより、ＴＭモードの光が入力された第１導波路２には、ＴＥモードに変換された光が戻されることになり、また、第２導波路３を介して基板１内に拡散されたＴＭモードの光が第１導波路２に結合することは実質的にないので、偏波変換デバイスからはＴＥモードの光が出力される。
【００１９】
このように、本実施形態による偏波変換デバイスは、第１導波路２から入力されたＴＭモードの光を１／４波長板２０を２回通過させてＴＥモードの光に変換し、さらに偏波ビームスプリッタ１０を通過させることよって実質的にＴＥモードの光のみを第１導波路２から出力するようにしている。このため、１／４波長板２０の設置角度のズレ等によってモード変換されなかった成分が存在しても、このモード変換されなかった成分が第１導波路２から出力されることが抑制されることとなり、反射型に構成した偏波変換デバイスにおける出力光の偏波消光比の劣化を抑制できる。
【００２０】
例えば、図２に示すように、１／４波長板２０の設置角度が１度ずれた場合には、偏波非変換度が約−１５ｄＢとなってモード変換されない成分が増加する。この状態のまま第１導波路２に戻されて出力してしまうと、出力光の偏波消光比が劣化する。
【００２１】
この点、本実施形態に係る偏波変換デバイスでは、モード変換されなかった光が存在しても、偏波ビームスプリッタ１０によってＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離されてＴＥモードの光が第１導波路２から出力されるようになっており、たとえ１／４波長板２０の設置角度が１度ずれたとしても、偏波ビームスプリッタ１０の偏波消光比を２０ｄＢとすれば、出力光の偏波消光比を３５ｄＢ程度とすることができる。
【００２２】
本実施形態において、接続導波路４及び１／４波長板２０が本発明の「モード変換部」に相当し、偏波ビームスプリッタ１０が本発明の「偏波分離部」に相当し、１／４波長板２０が本発明の「モード変換素子」に相当する。
【００２３】
図３は、本発明の第２実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示している。図３に示すように、第２実施形態による偏波変換デバイスは、１／４波長板２０に代えて１／２波長板２５を用いている。すなわち、上記第１実施形態による偏波変換デバイスが１／４波長板２０を２回通過させることによって光のＴＥ／ＴＭモードを変換するのに対して、１／２波長板２５を１回通過させることによって光のＴＥ／ＴＭモードを変換するようにしており、１／２波長板２５は、接続導波路４を１ヶ所だけ切断する溝２６に挿入されて接着剤等によって固定される。その他の構成については上記第１実施形態による偏波変換デバイスと同じであるので説明を省略する。
【００２４】
次に、第２実施形態による偏波変換デバイスの作用を説明する。
第１実施形態による偏波変換デバイスと同様に、基板１上に形成された第１導波路２にＴＭモードの光が入力される。この入力されたＴＭモードの光は、偏波ビームスプリッタ１０の第１ポート１０ａに入力し、そのまま第３ポート１０ｃから接続導波路４へと出力される。接続導波路４に出力されたＴＭモードの光は、１／２波長板２１を通過することにより偏波面が９０度回転し、ＴＥモードの光に変換されて偏波ビームスプリッタ１０の第４ポート１０ｄに入力する。ここで、接続導波路４を伝搬する光の一部がモード変換されず、偏波ビームスプリッタ１０の第４ポート１０ｄにＴＥモードとＴＭモードとが混在する光が入力しても、偏波ビームスプリッタ１０は、ＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離し、ＴＥモードの光を第１ポート１０ａから出力して第１導波路２に導き、ＴＭモードの光を第２ポート１０ｂから出力し第２導波路３を介して基板１内に拡散させる。
【００２５】
これにより、１／２波長板２５の設置角度のズレ等によってモード変換されなかった成分が存在しても、このモード変換されなかった成分が第１導波路２に戻されて出力されることが抑制され、上記第１実施形態による偏波変換デバイスと同様、偏波変換デバイス（出力光）の偏波消光比の劣化を抑制できる。また、接続導波路４の切断箇所が１つで済むので、上記第１実施形態による偏波変換デバイスに比べて、接続導波路４を伝搬する光の損失を低減できる。
【００２６】
本実施形態において、接続導波路４及び１／２波長板２５が本発明の「モード変換部」に相当し、偏波ビームスプリッタ１０が本発明の「偏波分離部」に相当し、１／２波長板２５が「モード変換素子」に相当する。
【００２７】
ここで、上記第１、第２実施形態による偏波変換デバイスでは、偏波ビームスプリッタ１０の第３ポート１０ｃと第４ポート１０ｄとを接続する構成（折り返し構成）として基板１上に形成された接続導波路４を用いている。但し、これに限るものではなく、該接続導波路４に代えて、第３ポート１０ｃと第４ポート１０ｄとを光ファイバによって接続するようにしてもよい。この場合には、例えば光ファイバの両端面にそれぞれ１／４波長板２０を取り付けるか、光ファイバの一方の端面に１／２波長板２５を取り付ける構成とすればよい。
【００２８】
図４は、本発明の第３実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示している。図４示すように、第３実施形態による偏波変換デバイスは、基板１と、基板１上に設けられた導波路型の偏波ビームスプリッタ１５と、１／４波長板２０と、反射ミラー３０と、を備える。
【００２９】
偏波ビームスプリッタ１５は、入力した光をＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離して出力できるものであり、第１ポート１５ａ〜第３ポート１５ｃの３つの入出力ポートを有する。本実施形態において、偏波ビームスプリッタ１５は、第１ポート１５ａからＴＭモードの光を入力すると、そのまま第３ポート１５ｃから出力する一方、第３ポート１５ｃからＴＥモードとＴＭモードとが混在する光を入力すると、ＴＥモードの光を第１ポート１５ａから出力すると共にＴＭモードの光を第２ポート１５ｂから出力するように構成されている。そして、偏波ビームスプリッタ１５の第１ポート１５ａは、基板１上に形成された第１導波路２に接続され、第２ポート１５ｂは、基板１上に第１導波路２と略平行に形成された第２導波路３に接続され、第３ポート１５ｃは、基板１上に形成された第３導波路６に接続されている。ここで、上記第１、第２実施形態による偏波変換デバイスと同様に、第１導波路２が本実施形態による偏波変換デバイスの入力導波路及び出力導波路として機能する。
【００３０】
第３導波路６は、偏波ビームスプリッタ１５を挟んで第１導波路２、第２導波路３とは反対側の基板１の端面まで延びており、該基板１の端面（すなわち、第３導波路６の端面）に１／４波長板２０及び反射ミラー３０が順に取り付けられている。但し、これに限るものではなく、第３導波路６を伝搬する光が１／４波長板２０を通過し、その後、反射ミラー３０によって反射されて再び１／４波長板２０を通過するように構成すればよい。例えば、第３導波路６の途中に形成した溝に１／４波長板２０及び反射ミラー３０を挿入してもよいし、第３導波路６の途中に形成した溝に１／４波長板２０を挿入し、基板１（第３導波路１５）の端面に反射ミラー３０を取り付けてもよい。また、図５に示す変形例のように、第３導波路６を省略し、偏波ビームスプリッタ１５の第３ポート１５ｃが基板１の端面に露出するように構成してもよい。
【００３１】
次に、第３実施形態による偏波変換デバイスの作用を説明する。
第１、第２実施形態による偏波変換デバイスと同様、基板１上に形成された第１導波路２にＴＭモードの光が入力される。この入力されたＴＭモードの光は、偏波ビームスプリッタ１５の第１ポート１５ａに入力し、そのまま第３ポート１５ｃから出力される。第３ポート１５ｃから第３導波路７へと出力されたＴＭモードの光は、１／４波長板２０を通過し、その後、反射ミラー３０によって反射されて再び１／４波長板２０を通過する。これにより、ＴＭモードの光は１／４波長板２０を２回通過することになるので、その偏波面が９０度回転しＴＥモードの光に変換されて偏波ビームスプリッタ１５の第３ポート１５ｃに戻される。
【００３２】
ここで、１／４波長板２０や反射ミラー３０の設置角度のズレ等によってモード変換されない成分が生じる場合がある。この場合、偏波ビームスプリッタ１５の第３ポート１５ｃにはＴＥモードとＴＭモードとが混在する光が入力される（戻される）ことになるが、偏波ビームスプリッタ１５によってＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離され、ＴＥモードの光が第１ポート１５ａから出力されて第１導波路２に導かれ、ＴＭモードの光が第２ポート１５ｂから出力され第２導波路３を介して基板１内に拡散される。
【００３３】
これにより、本実施形態による偏波変換デバイスにおいても、上記第１、第２実施形態と同様、モード変換されなかった成分が第１導波路２から出力されることが抑制され、出力光の偏波消光比の劣化を抑制できる。また、１／４波長板２０及び反射ミラー３０を基板１の端面に取り付けることにより、導波路を切断する溝を形成する必要がないので、該溝による光の損失等を防止できる。
【００３４】
上記第１〜第３実施形態による偏波変換デバイスにおいては、ＴＭモードの光を入力してＴＥモードの光に変換して出力しているが、ＴＥモードの光を入力してＴＭモードの光に変換して出力するようにしてもよい。この場合、上記各実施形態の説明においてＴＥモードとＴＭモードとを逆にして考えればよい。
【００３５】
図６は、本発明を適用した偏波多重変調器の概略構成を示している。この偏波多重変調器は、入力部ＩＮから入力した同一偏波状態（ＴＥモード又はＴＭモード）の光を２つの光変調部で変調し、一方の光変調部の出力光の偏波状態を変換して２つの出力光の偏波合成を行い、偏波多重光を生成して出力部ＯＵＴから出力する。ここで、一方の光変調部の出力光の偏波状態を変換する構成として、上記第１〜第３実施形態による偏波変換デバイスを利用することができる。
【００３６】
図６に示すように、本実施形態による偏波多重変調器は、電気光学効果を有する基板５０と、基板５０上に形成された分波部６０と、基板５０上に形成された第１光変調部７０及び第２光変調部８０と、基板５０上に形成された第１偏波ビームスプリッタ９０と、基板１０上に形成された第２偏波ビームスプリッタ１００と、１／４波長板１１０と、反射ミラー１２０と、を備える。
【００３７】
基板５０は、例えば、Ｚカットのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）からなるＬＮ基板である。このため、本実施形態による偏波多重変調器には、変調効率のよいＴＭモードの光が入力される。なお、ＬＮ基板に代えてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ２：ＬＴ）からなるＬＴ基板とすることも可能である。また、Ｚカットの基板に代えてＸカットの基板を用いることもできる。Ｘカットの基板を用いた場合には、偏波多重変調器にはＴＥモードの光が入力されることになる。
【００３８】
分波部６０は、入力部ＩＮから入力した光を２つに分波して第１光変調部７０及び第２光変調部８０に供給するものであり、例えば導波路型の１入力２出力カプラ（１×２カプラ）として構成することができる。
【００３９】
第１光変調部７０と第２光変調部８０とは、実質的に同一の構成を有しており、基板５０上に並列して配置されている。詳細な説明は省略するが、第１光変調部７０及び第２光変調部８０は、それぞれ入力導波路、該入力導波路から分岐した一対の分岐導波路、該一対の分岐導波路が合流した出力導波路、信号電極及び接地電極を有しており、信号電極にマイクロ波電気信号が印加されることにより強度変調又は位相変調された光を出力する構成とすることができる。ここで、第１光変調部７０の出力導波路は、光の伝搬方向を折り返すように円弧状に形成された曲がり導波路５１に接続され、基板５０には、この曲がり導波路５１の外周側に沿って円弧状の溝５２が形成されている。この円弧状の溝５２によって曲がり導波路５１を伝搬する光の損失を抑制する。
【００４０】
第１偏波ビームスプリッタ９０は、入力した光をＴＥモードの光とＴＭモードの光とに分離して出力できると共に、ＴＥモードの光とＴＭモードの光とを入力すると、これらを偏波合成して出力できるものであり、第１ポート９０ａ〜第４ポート９０ｄの４つの入出力ポートを有する。本実施形態において、第１偏波ビームスプリッタ９０は、第１ポート９０ａからＴＭモードの光を入力すると、そのまま第３ポート９０ｃから出力する一方、第３ポート９０ｃと第４ポート９０ｄとから偏波状態の異なる光をそれぞれ入力すると、各光の偏波状態を保持しながら合波（偏波合成）して第２ポート９０ｂから出力するように構成されている。そして、第１偏波ビームスプリッタ９０の第１ポート９０ａは、第２光変調部８０の出力導波路に接続され、第２ポート９０ｂは、出力部ＯＵＴに至る偏波多重変調器の出力導波路５３に接続され、第３ポート９０ｃは、接続導波路５４を介して第２偏波ビームスプリッタ１００の第１ポート１００ａに接続され、第４ポート９０ｄは、曲がり導波路５１を介して第１光変調部７０の出力導波路に接続されている。
【００４１】
第２偏波ビームスプリッタ１００は、図５に示された偏波ビームスプリッタ１５と同様の構成を有しており、第１ポート１００ａ〜第３ポート１００ｃの３つの入出力ポートを有する。本実施形態において、第２偏波ビームスプリッタ１００は、第１ポート１００ａからＴＭモードの光を入力すると、そのまま第３ポート１００ｃから出力する一方、第３ポート１００ｃからＴＥモードとＴＭモードとが混在した光を入力すると、ＴＥモードの光を第１ポート１００ａから出力する共にＴＭモードの光を第２ポート１００ｂから出力するように構成されている。そして、第２偏波ビームスプリッタ１００の第１ポート１００ａは、上述したように、接続導波路５４を介して第１偏波ビームスプリッタ９０の第３ポート９０ｃに接続され、第２ポート１００ｂは、接続導波路５４に略平行に形成された第４導波路５５に接続されている。また、第３ポート１００ｃは、第２偏波ビームスプリッタ１００を挟んで接続導波路５４、第４導波路５５とは反対側の基板５０の端面に露出している。
【００４２】
１／４波長板１１０及び反射ミラー１２０は、第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃが露出する基板５０の端面に順に取り付けられている。これにより、第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃから出力された光は、１／４波長板１１０を通過し、反射ミラー１２０によって反射されて再び１／４波長板１１０を通過して第３ポート１００ｃに戻される。
【００４３】
なお、本実施形態における接続導波路５４、第４導波路５５は、それぞれ上記第１〜第３実施形態における第１導波路２、第２導波路３に相当する。
次に、本実施形態による偏波多重変調器の作用を説明する。
【００４４】
上述したように、本実施形態による偏波多重変調器は、ＺカットのＬＮ基板を用いており、入力部ＩＮからＴＭモードの光が入力される。入力されたＴＭモードの光は、分波部６０によって２つに分波され、第１光変調部７０と第２光変調部８０とにそれぞれ入力される。第１光変調部７０及び第２光変調部８０は、入力したＴＭモードの光をそれぞれ強度変調又は位相変調して出力導波路から出力する。
【００４５】
第２光変調部８０から出力されたＴＭモード光は、第１偏波ビームスプリッタ９０の第１ポート９０ａ、第３ポート９０ｃ、接続導波路５４、第２偏波ビームスプリッタ１００の第１ポート１００ａを通過し、そのまま第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃから出力される。第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃから出力されたＴＭモードの光は、１／４波長板１１０を通過し、その後、反射ミラー１２０によって反射されて再び１／４波長板１１０を通過して第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃに戻される。この戻された光は、１／４波長板１１０を２回通過しており、偏波面が９０度回転されてＴＥモードに変換されている。このとき、１／４波長板１１０や反射ミラー１２０の設置角度のズレ等によってモード変換されない成分が生じ、第２偏波ビームスプリッタ１００の第３ポート１００ｃにＴＥモードとＴＭモードとが混在する光が入力される場合がある。このように、ＴＥモードとＴＭモードとが混在する光が第３ポート１００ｃに入力されても、第２偏波ビームスプリッタ１００は、ＴＥモードの光とＴＭモードの光とを分離し、ＴＥモードの光を第１ポート１００ａから出力して接続導波路５４に導く一方、ＴＭモードの光を第２ポート１００ｂから出力し第４導波路５５を介して基板５０内に拡散させる。第４導波路５５を介して基板５０内に拡散させたＴＭモードの光が接続導波路５４に結合することは実質的にないので、第１偏波ビームスプリッタ９０の第３ポート９０ｃには、接続導波路５４を介してＴＥモードの光が入力される（戻される）。
【００４６】
一方、第１光変調部７０から出力されたＴＭモードの光は、曲がり導波路５１を介して第１偏波ビームスプリッタ９０の第４ポート９０ｄに入力する。ここで、第１光変調部７０から出力されたＴＭモード光が第１偏波ビームスプリッタ９０の第４ポート９０ｄに入力するまでの時間と、第２光変調部８０から出力されたＴＭモードの光がＴＥモードに変換されて第１偏波ビームスプリッタ９０の第３ポート９０ｃに入力されるまでの時間と、を一致させるように、曲がり導波路５１及び接続導波路５４を含む各導波路の長さが調整されている。これにより、第１偏波ビームスプリッタ９０の第３ポート９０ｃと第４ポート９０ｄには、ほぼ同じタイミングでＴＥモードの光とＴＭモードの光とが入力することになる。
【００４７】
そして、第１偏波ビームスプリッタ９０は、第３ポート９０ｃに入力したＴＥモードの光と第４ポート９０ｄに入力したＴＭモードの光とを、それぞれの偏波状態を保持しながら合波して偏波多重光を生成し第２ポート９０ｂから出力する。第１偏波ビームスプリッタ９０の第２ポート９０ｂから出力された偏波多重光は、出力導波路５３を介して出力部ＯＵＴから出力される。
【００４８】
本実施形態による偏波多重変調器によると、入力光を２つに分波して第１光変調部７０、第２光変調部８０でそれぞれ強度変調又は位相変調すると共に、第２光変調部８０の出力光をモード変換し、第１光変調部７０の出力光と、モード変換された第２光変調部８０の出力光とを、偏波方向を保持しながら偏波合成して偏波多重光を出力する。ここで、偏波合成を行う第１ビームスプリッタ９０には、第１光変調部７０の出力光と、モード変換された第２光変調部８０の出力光とが、ほぼ同じタイミングで入力され、また、第２光変調部８０の出力光についてはモード変換された光のみが入力されるようになっている。これにより、偏波多重光を安定して生成し出力することができる。
【００４９】
本実施形態において、第２偏波ビームスプリッタ１００、１／４波長板１１０及び反射ミラー１２０が本発明の「偏波変換部」に相当し、第１ビームスプリッタ９０が本発明の「偏波合成部」に相当する。また、１／４波長板１１０及び反射ミラー１２０が本発明の「モード変換部」に相当し、第２偏波ビームスプリッタ１００が本発明の「偏波分離部」に相当する。
【００５０】
なお、以上説明した偏波多重変調器の実施形態では、第２光変調部８０の出力光の偏波状態を変換する構成として、図５に示された偏波変換デバイスに相当する構成を採用しているが、これに代えて、図１，３，４に示された偏波変換デバイスに相当する構成を採用することもできる。また、第１光変調部７０及び第２光変調部８０にＴＭモードの光を入力しているが、Ｘカットの基板を採用し、ＴＥモードの光を入力するようにすることも可能である。
【００５１】
ここで、以上説明した実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００５２】
（付記１）第１導波路に入力された光の偏波状態を変換して前記第１導波路から出力する偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に入力された光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、
前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部でＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離して前記第１の光を前記第１導波路に出力する偏波分離部と、
を備える偏波変換デバイス。
【００５３】
（付記２）付記１に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光が前記偏波分離部を経てそのまま前記モード変換部に入力すると共に、該モード変換部の出力光が前記偏波分離部に入力するように構成され、
前記偏波分離部は、前記入力されたモード変換部の出力光を、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光と前記第１導波路に入力された光と同じモードの光とに分離し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１導波路に出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第１導波路とは異なる第２導波路に出力する偏波変換デバイス。
【００５４】
（付記３）付記２に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に接続する第１ポート及び前記第２導波路に接続する第２ポートを含む４つの入出力ポートを有する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートと第４ポートとを接続する接続導波路と、
前記接続導波路の途中に配置され、該接続導波路を伝搬する光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換素子と、を備え、
前記偏波ビームスプリッタは、
前記第１導波路から入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光を第１ポートに入力してそのまま前記第３ポートから出力する一方、
前記第３ポートから出力され前記接続導波路を伝搬して前記モード変換素子を通過した光を前記第４ポートに入力し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１ポートから出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第２ポートから出力する偏波変換デバイス。
【００５５】
（付記４）付記３に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路、前記第２導波路、前記偏波ビームスプリッタ及び前記接続導波路が同一基板上に形成されている偏波変換デバイス。
【００５６】
（付記５）付記３又は４に記載の偏波変換デバイスであって、
前記モード変換素子は、１／２波長板である波長偏波デバイス。
【００５７】
（付記６）付記３又は４に記載の偏波変換デバイスであって、
前記モード変換素子は、前記接続導波路の２ヶ所に位置するように設けられた１／４波長板である波長偏波デバイス。
【００５８】
（付記７）付記３〜６のいずれか１つに記載の偏波変換デバイスであって、
前記接続導波路は、光の伝搬方向を折り返すように円弧状に形成された曲がり導波路である偏波変換デバイス。
【００５９】
（付記８）付記２に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路に接続する第１ポート及び前記第２導波路に接続する第２ポートを含む３つの入出力ポートを有する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートから出力された光が通過するように配置された１／４波長板と、
前記１／４波長板を通過した光を反射して、再び前記１／４波長板を通過させるように配置された反射ミラーと、を備え、
前記偏波ビームスプリッタは、
前記第１導波路に入力されたＴＥモード又はＴＭモードの光を第１ポートに入力してそのまま前記第３ポートから出力する一方、
前記第３ポートから出力され、前記反射ミラーで反射されることによって前記１／４波長板を往復して戻ってきた光を前記第３ポートに入力し、前記第１導波路に入力された光とは異なるモードの光を前記第１の光として前記第１ポートから出力すると共に、前記第１導波路に入力された光と同じモードの光を前記第２の光として前記第２ポートから出力する偏波変換デバイス。
【００６０】
（付記９）付記８に記載の偏波変換デバイスであって、
前記第１導波路、前記第２導波路及び前記偏波ビームスプリッタが同一基板上に形成されている偏波変換デバイス。
【００６１】
（付記１０）付記９に記載の偏波変換デバイスであって、
前記偏波ビームスプリッタの第３ポートは前記基板の端面に露出するように形成され、
前記前記１／４波長板及び前記反射ミラーは、前記偏波ビームスプリッタの第３ポートが露出する前記基板の端面に取り付けられている偏波変換デバイス。
【００６２】
（付記１１）付記９に記載の偏波変換デバイスであって、
前記基板上に、一方の端部が前記偏波ビームスプリッタの第３ポートに接続すると共に、他方の端部が前記基板の端面に露出する第３導波路が形成され、
前記前記１／４波長板及び前記反射ミラーは、前記第３導波路の前記他方の端部が露出する前記基板の端面に取り付けられている偏波変換デバイス。
【００６３】
（付記１２）電気光学効果を有する基板と、
前記基板上に形成され、それぞれ同一偏波状態の光を変調する第１光変調部及び第２光変調部と、
前記第２光変調部の出力光の偏波状態を変換する偏波変換部と、
前記第１光変調部の出力光と前記偏波変換部の出力光とを偏波合成して偏波多重光を生成して出力する偏波合成部と、を備え、
前記偏波変換部は、
前記第２光変調部の出力光のＴＥ／ＴＭモードを相互変換するモード変換部と、
前記モード変換部を通過した光を入力し、前記モード変換部によってＴＥ／ＴＭモードが変換された第１の光とＴＥ／ＴＭモードが変換されなかった第２の光とに分離し、前記第１の光を前記偏波合成部に出力する偏波分離部と、
を有する偏波多重変調器。
【００６４】
（付記１３）付記１２に記載の偏波多重変調器であって、
前記基板上に形成され、入力された光を２つに分波して前記第１光変調部及び前記第２光変調部にそれぞれ供給する分波部を更に備える偏波多重変調器。
【００６５】
（付記１４）付記１２に記載の偏波多重変調器であって、
前記偏波変換部は、前記第２光変調部の出力光が前記偏波分離部を経てそのまま前記モード変換部に入力すると共に、該モード変換部の出力光が前記偏波分離部に入力するように構成され、
前記偏波分離部は、前記入力されたモード変換部の出力光を、前記第２光変調部の出力光とは異なるモードの光と前記第２光変調部の出力光と同じモードの光とに分離し、前記第２光変調部の出力光と異なるモードの光を前記第１の光として前記偏波合成部に出力する偏波多重変調器。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態による偏波変換デバイスにおいて、１／４波長板の角度ズレと偏波非変換度との関係に一例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態による偏波変換デバイスの概略構成を示す図である。
【図５】第３実施形態による偏波変換デバイスの変形例を示す図である。
【図６】本発明を適用した偏波多重変調器の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…基板、２…第１導波路（入力導波路、出力導波路）、３…第２導波路、４…接続導波路、５…円弧状の溝、６…溝、１０…偏波ビームスプリッタ（偏波変換部）、１５…偏波ビームスプリッタ、２０…１／４波長板（モード変換素子）、２５…１／２波長板（モード変換素子）、３０…反射ミラー、５０…基板、６０…分波部、７０…第１光変調部、８０…第２光変調部、９０…第１偏波ビームスプリッタ、１００…第２偏波ビームスプリッタ、１１０…１／４波長板、１２０…反射ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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