(57)【要約】      （修正有）【課題】光ネットワークで有益なダイナミック偏光制御を行うダイナミック偏光制御装置（ＤＰＣ）及び方法を提供すること。【解決手段】本発明によるＤＰＣはシリコンウエハのような基板に形成された重合性光ウエーブガイドを有する。ウエーブガイドの中間部分はキャビティで中断され、電極のような偏光構造が用意され、ウエーブガイドの中断部分にかかる力を制御する。ウエーブガイドの中断部分に偏向力をかけることで、ウエーブガイドコア中の複屈折率を調整することができ、ＤＰＣを通過する光の偏光特性を動的に支配可能にする。本発明によるＤＰＣのアレイはシングルの基板に形成可能であり、ＷＤＭシステムのような光ネットワークで使用可能であり、それにより１つの光ファイバを伝搬する複数の光信号が処理用に分離される。本発明によるＤＰＣはミリ長の時間フレームで動作することができ、これによりＰＭＤ補償をリアルタイムで行うことができる。【選択図】図１
2006171741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成され、基板上のキャビティ内で中断された中間部分を有する光ウエーブガイドと、
前記ウエーブガイドの中断された部分にかかる力を制御する歪構造と、
を有し、前記ウエーブガイドの偏光特性が前記歪構造により制御可能に変えられる
ことを特徴とするダイナミック偏光制御装置。
【請求項２】
前記基板がシリコンより成る
ことを特徴とする請求項１記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項３】
前記ウエーブガイドが光ポリマーから構成される
ことを特徴とする請求項１記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項４】
前記歪構造が電極を有する
ことを特徴とする請求項１記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項５】
前記キャビティが前記ウエーブガイドの側壁に隣接する側面を有し、前記キャビティの側面及び前記ウエーブガイドの側面が各自に形成された対向する歪付加用電極を有する
ことを特徴とする請求項４記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項６】
前記キャビティが前記ウエーブガイドの底壁面に隣接する底面を有し、前記キャビティの底面及び前記ウエーブガイドの底面が各自に形成された対向する歪付加用電極を有する
ことを特徴とする請求項４記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項７】
前記キャビティの底面及び前記ウエーブガイドの中断部分の間の隔たりが、約０．１乃至３０ミクロンの範囲内にある
ことを特徴とする請求項１記載のダイナミック偏光制御装置。
【請求項８】
シリコン基板と、
前記シリコン基板に形成された重合性光ウエーブガイドであって、前記重合性光ウエーブガイドの中間部分は、前記シリコン基板内に形成され及び前記ウエーブガイドに隣接する前記シリコン基板の１以上の層に形成されたキャビティで中断されるところの重合性光ウエーブガイドと、
前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の壁面に形成され、前記キャビティの壁面に形成された対向する電極に対応し、複数の対向する電極対を形成する少なくとも２つの偏向電極と、
所望の歪ませる力が前記重合性光ウエーブガイドの中断部分に印加されるように、前記対向する１以上の電極対に電位差を制御可能に印加し、前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の偏光特性を変える制御システムと、
を有することを特徴とするダイナミック偏光制御装置。
【請求項９】
基板に光ウエーブガイドを形成し、
前記光ウエーブガイドの中間部分がキャビティにより中断されように、前記基板内に前記光ウエーブガイドの中間部分を包囲するキャビティを形成し、
前記光ウエーブガイドの中断した部分に力を印加するための偏向構造を形成する
ことを特徴とするダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１０】
前記基板のある領域をエッチングし、前記光ウエーブガイドを形成する段階の前に前記基板内に多孔性領域を形成する第１のエッチング段階、及び前記光ウエーブガイドが形成された後の前記のエッチング中に多孔性材料をエッチングで除去する段階の２段階で前記キャビティが形成される
ことを特徴とする請求項９記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１１】
前記第１のエッチング段階が電気化学的エッチング工程より成る
ことを特徴とする請求項１０記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１２】
第２のエッチング段階が化学的エッチング工程より成る
ことを特徴とする請求項１１記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１３】
第２のエッチング段階が、１０秒より短時間で行われる
ことを特徴とする請求項１０記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１４】
キャビティの形成は、前記基板上にマスク層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項９記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【請求項１５】
光システムで伝送される光信号の偏光モード分散を抑制する補償システムであって、
光ファイバから光信号を受信する光入力部と、
当該補償システムを介して前記光信号を伝送する基板上に形成されたウエーブガイドであって、該ウエーブガイドの中間部分は前記基板に形成されたキャビティで中断されるところのウエーブガイドと、
前記ウエーブガイドの中断部分にかかる力を制御し、前記ウエーブガイドの中断部分を通過する光信号の偏光特性を調製する偏向構造と、
前記ウエーブガイドの中断部分を通過した後の光信号を受信する微分群遅延補償器と、
前記光の偏光度を監視する偏光監視部と、
前記偏光監視部に結合され及び前記偏向構造に結合され、前記偏向監視部から受信した情報に応答して前記偏向構造により印加される力を調整するコントローラと、
を有することを特徴とする補償システム。
【請求項１６】
前記キャビティの底面がシリコン基板内に形成され、前記ウエーブガイドの中断部分に隣接するキャビティの側面の少なくとも一部はポリマーより成る
ことを特徴とする請求項１５記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【請求項１７】
前記偏向構造が対向する電極の少なくとも２つの対より成り、電極対の一方の電極が前記ウエーブガイドの中断部分の側壁に形成され且つ電極対の他方の電極が前記キャビティの側壁に隣接して形成され、制御可能な静電気力が各電極対によって印加されるように、前記コントローラは前記電極の各々にかけられる電圧の大きさを調整することができる
ことを特徴とする請求項１６記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【請求項１８】
前記微分群遅延補償器が、前記コントローラの制御の下で調整可能である
ことを特徴とする請求項１５記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【請求項１９】
前記偏光監視部が、偏光度を監視する
ことを特徴とする請求項１５記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【請求項２０】
波長分割多重システムの光ファイバで伝送される複数の光信号に関する偏光モード分散を抑制する補償システムであって、
前記光ファイバから複数の光信号を受信する入力部と、
複数の光信号を複数の対応する個々のチャネルに分離するデマルチプレクサと、
単一の基板に形成されたダイナミック偏光制御装置の少なくとも１つのアレイであって、該ダイナミック偏光制御装置の各々は、個々のチャネルの１つに関連し、前記基板内のキャビティで形成される中断したウエーブガイドを有するところの少なくとも１つのアレイと、
前記ダイナミック偏光制御装置の各々に結合され、前記ダイナミック偏光制御装置から光信号を受信する微分群遅延補償器と、
前記ダイナミック偏光コントローラの各々に結合され、前記ダイナミックコントローラを通る光信号の偏光特性を調整する制御システムと、
前記コントローラに結合され、前記チャネルの各々で光信号の偏光を監視する監視システムと、
複数のチャネルの光信号を再合成するマルチプレクサと、
を有することを特徴とする補償システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光通信システムに関連し、特に光ファイバの偏光モード分散を補償するシステムで有益なダイナミック偏光制御用の方法及び装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワークを使用する光通信システムは、より高いデータ伝送レートを達成することができる高速通信システムに関するこれまでの要請に応じる上で重要である。そのようなシステムは一般に波長分割多重化（ＷＤＭ）を行い、これにより複数の光信号は１つの光ファイバの中で別個のチャネルのように同時に伝送される。より高いデータレートが実現されるにつれて、偏光（又は偏波）モード分散（PMD:  polarization  mode  dispersion）が重要な事項になり、今のところＰＭＤはデータ伝送レートを増やす際の主要な障害の１つと考えられている。一般に、ＰＭＤは１０Ｇｂ／ｓのデータレートで問題になり始め、４０Ｇｂ／ｓを超えるデータレートではデータ損失を回避するためにＰＭＤに対する補償が重要になることが理解されている。
【０００３】
色分散とは異なり、ＰＭＤは固定されてはおらず、多くの時変因子の関数として定常的に変化し、数ミリ秒ないし数時間に至るまで時間軸上を変化してドリフトする。ＰＭＤは光ファイバ中での複屈折に起因し、複屈折は異なる偏光が異なる速度で伝搬する現象を引き起こす。理論的には完全に丸い光ファイバは複屈折を起こさないが、例えば曲げられたり、圧縮されたり、過熱等されることに起因してファイバが不均一な機械的ストレスに委ねられる場合にそのような複屈折が生じるおそれがある。その結果、ＰＭＤに対する不変的な補償は非現実的である。従ってＰＭＤを補償する効果的なシステムは動的であるべきであり、伝送される信号の偏光特性の変化におよそ数ミリ秒で応答可能であるべきである。更にＰＭＤはチャネルごとに変化するおそれがあり、従ってＰＭＤを補償するシステムはチャネル単位で制御可能であるべきである。好ましくはＰＭＤ補償に使用される装置は、ＷＤＭ光ネットワーク中の他の装置とコンパチブルであり且つ容易に統合可能であるべきであり、そのような他の装置はマルチプレクサ（ＭＵＸ）、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）、可変光アッテネータ（ＶＯＡ）、プレーナ光増幅器、光スイッチ等である。最後にＰＭＤ補償装置は製造するのに比較的容易であって安価であるべきである。ダイナミックな偏光コントローラはＰＭＤを補償するシステムの要となる要素である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＭＤ及びその原因の研究に相当な努力がなされてきているが、その問題を解決することへの努力−特に費用効果的にＷＤＭ光ネットワークで有効に実現可能な手法で解決すること−はほとんどなされていないように思われる。従って、光ネットワークでＰＭＤを動的に補償する改善された装置及び方法が必要とされ、それが本発明の課題である。更にＭＰＤ補償システムで及び他の用途で使用する改善された偏光制御装置も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による上記の問題解決及び課題は本発明により達成され、一形態では、本発明はダイナミック偏光制御装置に関連し、基板と、前記基板に形成され、基板上のキャビティ内で中断された中間部分を有する光ウエーブガイドと、前記ウエーブガイドの中断された部分にかかる力を制御する歪構造とを有し、前記ウエーブガイドの偏光特性が前記歪構造により制御可能に変えられる。
【０００６】
好ましくは前記基板がシリコンより成り、前記ウエーブガイドが光ポリマーから構成される。開示される形態では前記歪構造が電極を有する；好ましくは、前記キャビティが前記ウエーブガイドの側壁に隣接する側面を有し、前記キャビティの側面及び前記ウエーブガイドの側面は各自に形成された対向する歪付加用電極を有する。更なる形態では、キャビティ底壁及びウエーブガイド底壁はそこに形成された対向する電極を有する。好ましくは、前記キャビティの底面及び前記ウエーブガイドの中断部分の間の隔たりは、約０．１乃至３０ミクロンの範囲内にある。
【０００７】
更なる形態では、本発明によるダイナミック偏光制御装置は、基板上の１つのウエーブガイドに沿って直列的に形成された複数のダイナミック偏光制御装置を有する。
【０００８】
本発明の他の形態では、上述のダイナミック偏光制御装置を利用する偏光モード分散補償システムより成る。
【０００９】
本発明によるダイナミック偏光制御装置の更に特定の形態は、シリコン基板と、前記シリコン基板に形成された重合性光ウエーブガイドであって、前記重合性光ウエーブガイドの中間部分は、前記シリコン基板内に形成され及び前記ウエーブガイドに隣接する前記シリコン基板の１以上の層に形成されたキャビティで中断されるところの重合性光ウエーブガイドと、前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の壁面に形成され、前記キャビティの壁面に形成された対向する電極に対応し、複数の対向する電極対を形成する少なくとも２つの偏向電極と、所望の歪ませる力が前記重合性光ウエーブガイドの中断部分に印加されるように、前記対向する１以上の電極対に電位差を制御可能に印加し、前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の偏光特性を変える制御システムとを有する。前記ウエーブガイドに隣接する前記シリコン基板上の１以上の層が重合性材料から構成されてもよい。
【００１０】
別の形態では、本発明はダイナミック偏光制御装置を製造する方法に関連し、本方法は、基板に光ウエーブガイドを形成し、前記光ウエーブガイドの中間部分がキャビティにより中断されように、前記基板内に前記光ウエーブガイドの中間部分を包囲するキャビティを形成し、前記光ウエーブガイドの中断した部分に力を印加するための偏向構造を形成する方法である。好ましくは、前記基板がシリコンウエハであり、前記光ウエーブガイドは重合性コア材料より成る。前記基板のある領域をエッチングし、前記光ウエーブガイドを形成する段階の前に前記基板内に多孔性領域を形成する第１のエッチング段階、及び前記光ウエーブガイドが形成された後の前記のエッチング中に多孔性材料をエッチングで除去する段階の２段階で前記キャビティが形成されてもよい。前記第１のエッチング段階が電気化学的エッチング工程より成り、第２のエッチング段階が化学的エッチング工程より成る。シリコン基板がかなりエッチングされるのを回避するため、第２のエッチング段階は、１０秒より短時間で行われることが好ましい。キャビティの形成は、前記基板上にマスク層を形成する工程を含でもよい。
【００１１】
更に別の形態では、本発明は光システムで伝送される光信号の偏光モード分散を抑制する補償システムに関連し、当該システムは、光ファイバから光信号を受信する光入力部と、当該補償システムを介して前記光信号を伝送する基板上に形成されたウエーブガイドであって、該ウエーブガイドの中間部分は前記基板に形成されたキャビティで中断されるところのウエーブガイドと、前記ウエーブガイドの中断部分にかかる力を制御し、前記ウエーブガイドの中断部分を通過する光信号の偏光特性を調製する偏向構造と、前記ウエーブガイドの中断部分を通過した後の光信号を受信する微分群遅延補償器と、前記光の偏光度を監視する偏光監視部と、前記偏光監視部に結合され及び前記偏向構造に結合され、前記偏向監視部から受信した情報に応答して前記偏向構造により印加される力を調整するコントローラとを有する補償システムである。好ましくは、前記ウエーブガイドが光ポリマーより成り、前記基板がシリコンより成り、前記キャビティの底面がシリコン基板内に形成され、前記ウエーブガイドの中断部分に隣接するキャビティの側面の少なくとも一部はポリマーより成る。前記偏向構造は対向する電極の少なくとも２つの対で構成されてもよく、電極対の一方の電極が前記ウエーブガイドの中断部分の側壁に形成され且つ電極対の他方の電極が前記キャビティの側壁に隣接して形成され、制御可能な静電気力が各電極対によって印加されるように、前記コントローラは前記電極の各々にかけられる電圧の大きさを調整することができる。好ましくは、前記微分群遅延補償器が、前記コントローラの制御の下で調整可能であり、前記偏光監視部は偏光度を監視する。
【００１２】
更に別の形態では、本発明は波長分割多重システムの光ファイバで伝送される複数の光信号に関する偏光モード分散を抑制する補償システムに関連し、本システムは、前記光ファイバから複数の光信号を受信する入力部と、複数の光信号を複数の対応する個々のチャネルに分離するデマルチプレクサと、単一の基板に形成されたダイナミック偏光制御装置の少なくとも１つのアレイであって、該ダイナミック偏光制御装置の各々は、個々のチャネルの１つに関連し、前記基板内のキャビティで形成される中断したウエーブガイドを有するところの少なくとも１つのアレイと、前記ダイナミック偏光制御装置の各々に結合され、前記ダイナミック偏光制御装置から光信号を受信する微分群遅延補償器と、前記ダイナミック偏光コントローラの各々に結合され、前記ダイナミックコントローラを通る光信号の偏光特性を調整する制御システムと、前記コントローラに結合され、前記チャネルの各々で光信号の偏光を監視する監視システムと、複数のチャネルの光信号を再合成するマルチプレクサとを有する補償システム。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に関する更なる形態及び付随する利点は添付図面共に以下の詳細な説明を参照することで更に明瞭に理解されるであろう。
【実施例１】
【００１４】
本発明は、ダイナミック偏光制御装置及びその製造方法に関連し、発明のダイナミック偏光制御装置を用いて光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するのに使用されるシステム及び方法にも関連する。本発明によるダイナミック偏光制御装置は比較的簡潔であり、既存の半導体製造技術を用いて安価に製造でき、共通基板上で他の素子と集積されるアレイ形式で容易に製造可能である。本発明による偏光制御装置の応答時間はサブミリ秒の範囲内にすることができ、光ネットワークで遭遇するＰＭＤの変化に応答することができる。更に、強化された偏光制御機能を用意するために、複数の個別の制御装置が一列に並べられることも容易に可能である。
【００１５】
図１は本発明の一実施例による装置１０の概略図であり、その装置はＷＤＭ光システムでＰＭＤを補償する。上述したようにＷＤＭシステムでは複数の光信号（即ち、光）は、典型的には僅かに異なる波長であり、光ファイバの中で同時に伝送される。ソース２０から送信された信号はデマルチプレクサに入力され、デマルチプレクサではそれらが複数の波長チャネル３５ａ−３５ｄに分離される。図示の簡明化のため４つのチャネルしか示されていないが、ＷＤＭシステムはそれより多くを伝送可能であり、装置１０は相当多数のチャネルを有していてもよいことを当業者は理解するであろう。入力光信号を分離するのに便利で両立可能な構造の１つは、アレイウエーブガイド格子（ＡＷＧ）である。ＡＷＧの構造は既知であり、更なる詳細な説明は必要とされない。
【００１６】
ウエーブガイドチャネル３５ａ−３５ｄはダイナミック偏光制御装置４０ａ−４０ｄの第１群又はアレイに接続される。本発明によるダイナミック偏光制御装置の構成及び動作は以下に詳細に説明される。要するに偏光制御装置は伝送ファイバで引き起こされるＰＭＤを動的に補償するために微分群遅延補償器及び制御システムに関連して使用される。コントローラ５０は様々な偏光制御装置でなされる補償度合を調整する。偏光制御量を増やすために複数のダイナミック偏光制御装置が、あるチャネルで連続的に設けられてもよい。図示の簡明化のため、複数の３つの直列のそのような偏光制御装置４０ａ，４０ａ’，４０ａ”が１つのチャネル（チャネルａ）の中に示され、チャネルａ内の偏光制御装置のみがコントローラ５０に接続されるように描かれている。しかしながら実際には各チャネルが同数のダイナミック偏光制御装置を直列に有するのが一般的であり、偏光制御装置の各々がコントローラ５０に接続される。
【００１７】
直列アレイのダイナミック偏光制御装置に加えて、本発明によるＰＭＤ補償装置１０は各チャネルにおいて１以上の微分群遅延（DGD:  differential  group  delay）補償器６０を有する。図１はそのような３つの補償器６０ａ，６０ａ’，６０ａ”を示し、補償器の各々はチャネルａの偏光制御装置の１つから出力光信号を受信する。かくて図１の実施例では第１及び第２ＤＧＤ補償器６０ａ，６０ａ’からの出力光信号はそれに関連する次に隣接する偏光制御装置に入力され、最後のＤＧＤ補償器６０ａ”の出力はマルチプレクサ７０に光学的に結合される。マルチプレクサ７０は光チャネルａ−ｄ各々の信号を再合成し、合成された信号は送信される。
【００１８】
ＤＧＤ補償器６０は固定されてもよいし或いは可変であってもよい（即ち、調整可能でもよい）。好ましくはそれらはコントローラ５０の制御の下で調整可能である。本発明の一実施例では、各チャネルでダイナミック偏光制御装置及びＤＧＤ補償器の１以上のペアを利用してＰＭＤの補償がなされる。具体的には、光信号の固有偏光状態(PSP:  principal states  of  polarization)をＤＳＤ補償器と関連させて調整することでＰＭＤは補正される。本発明の一実施例では、偏光制御装置はＤＳＤ補償器のＰＳＰを合わせるために信号のＰＳＰを調整するよう機能する。図示されるように、光ネトワークの速度及び光ファイバの長さに依存して、これは各チャネルでいくつかのブロックを必要とするかもしれないし、ブロックの各々はダイナミック偏光制御装置及びＤＧＤ補償器のペアを有する。多種多様な調整可能なＤＧＤ補償器が当該技術分野で知られており、それらの構成及び動作モードを更に詳細に説明することは必要とされない。代替実施例では、１つのＤＧＤ補償器に先立って信号のＰＳＰを強力に調整するために、本発明による２以上のダイナミック偏光制御装置が直列に使用されてもよい。従って、ＤＧＤ補償器の数及びダイナミック偏光制御装置の数の間に１対１の対応関係があることは必須ではない。
【００１９】
偏光制御装置／ＤＧＤ補償器のブロックを通過した後に、出力信号の偏光特性が例えば偏光度（DOP:  degree  of  polarization）アナライザ８０により監視されてもよい。再び、ＤＯＰアナライザ又は光信号の偏光をリアルタイムで監視する他の等価な装置は既知であり、更なる詳細な説明は不要である。その偏光特性を監視するために、少ない割合の光がＤＯＰアナライザに分岐される。ＤＯＰアナライザ８０又は同様な装置の出力は以後コントローラ５０にフィードバックされ、ＰＭＤを緩和するために、（調整可能ならば）ＤＧＤ補償器６０を及び必要に応じて偏光制御装置４０ａ，４０ａ’，４０ａ”をコントローラが動的に調整可能にする。コントローラ５０は適切なＩ／Ｏ装置、ソフトウエア、電源等を備えたマイクロプロセッサベースのシステムから構成されてよいことを当業者は理解するであろう。
【００２０】
図２−５は本発明の好適実施例によるダイナミック偏光制御装置（ＤＰＣ４０）を示す。ＤＰＣ４０は既知の広く使用されている処理技術を利用してシリコン基板１００上に製造される。これは本発明によるＤＰＣを信頼性高く、再生産可能に、且つ単一基板上で他の光素子構造と容易に組み合わせ可能に製造するように比較的簡潔且つ安価にする。上位及び下位クラッディング層１２０，１３０の間に挟まれるポリマー導波路コア１１０がシリコン基板上に形成される。好ましくは、上位及び下位クラッディング層もポリマーであり、各々がウエーブガイドコアの屈折率より小さな屈折率を有する。好ましい光ポリマーはエポキシ、ポリイミド及びシロキサンベースの樹脂を含む。典型的な設計では、コア層の厚さは約１乃至約１０ミクロンの範囲内にあり、より好ましくは約４乃至約８ミクロンの範囲内にあり、上位及び下位クラッディング層の厚さは約５乃至約５０ミクロンの範囲内にあり、より好ましくは約１０乃至約２０ミクロンの範囲内にある。光ポリマーは様々な製造業者から入手可能であり、製造業者はポリマーの特性及び用途に関する利用可能な詳細な仕様を作成している。
【００２１】
図１の装置に関連して、そのような複数のウエーブガイドが形成され、各チャネルに付き少なくとも１つのウエーブガイドがある。ウエーブガイドの各々は基板の小さな部分に形成されてよいが、様々なポリマー層は図示されるように基板全体にわたって形成されてよい。リセス、凹部、空洞又はキャビティ１５０がウエーブガイド３５の周りに形成され、ウエーブガイド３５の中間部分がキャビティ１５０で中断されるようにする。ウエーブガイド３５の残りの部分（即ち、キャビティ１５０で中断されない部分）は、基板１００に堅固に取り付けられたままでいる。
【００２２】
ウエーブガイドの中断した部分に力をかけるために歪ませる構造が使用される。こうてき実施例では、ウエーブガイド３５の中断した部分の上位面及び側面に電極１８０が形成され、キャビティ１５０の隣接する壁に電極１６０，１７０が形成され、電極のペアが互に直面するようにする。図２に示される実施例では、電極１８０が電極ペアの組双方に共通している。ある代替実施例では中断したウエーブガイドの部分１１０の側壁に形成された電極は分離され、異なる電圧が印加されるようにされてもよい。別の代替実施例では図６に示されるようにウエーブガイド３５の中断した部分の底面に電極１９０が形成され、対向する電極１９５がキャビティ１５０の隣接する底面に形成される。
【００２３】
本発明によれば、電極に適切な電圧を印加し、ポリマーウエーブガイドの中断部分に静電気力をかけることで、ウエーブガイドの中断部分に歪を生じさせる。この歪は、基板の表面に平行又は垂直な方向にすることができ、ウエーブガイドコアの中で異方性のストレスを誘発し、ポリマーの中で強い複屈折を生じさせる。ポリマーを利用することは、それが同様な光学特性を有する他の材料よりも大きな弾性を有し、従ってより容易に歪むので望ましい。ウエーブガイドの歪具合を制御することで、複屈折の程度及び向きの双方を制御することができ、従って中断したウエーブガイドを通過する光の偏光特性を制御することができる。具体的には複屈折は直交する偏光モード間で位相シフトを生み出し、入力偏光状態に対する偏光状態の回転をもたらす。言い換えればＰＳＰの回転がある。高い弾性−光学(elasto-optic)係数を有するポリマーに対しては、ウエーブガイドの中断部分の構造的な完全性を損なわずに、ウエーブガイドのミクロンスケールの歪で強い複屈折を誘発することができる。更に、複屈折を誘発するのに要する小さな歪は、無視できる程度に小さな曲げに起因する光の漏れを維持する。
【００２４】
図３は、正の電圧が電極１６０，１８０に印加され、負の電圧が電極１７０に印加されている様子を例示する。従って電極１６０は電極１８０と反発し、ウエーブガイド及び電極１７０は電極１８０を引き寄せ、これによりウエーブガイドを電極１７０方向に歪ませる静電気力を生成する。静電気力の大きさは電極に印加される電圧、電極のサイズ及び電極を隔てる距離の関数である。
【００２５】
図２−５の例では、中断したウエーブガイドは水平方向でのみ歪む（曲がる）ことができる。図６に示されるようにウエーブガイドの中断部分の下位表面に及びキャビティ１５０の底面に対向する面に電極を形成することで、中断したウエーブガイドは垂直方向に曲げられることも可能である。しかしながらこれは製造工程を更に複雑にする。図６に示されるデバイスを製造するために、犠牲部分を有する中間層が多孔性シリコンの代わりに使用されることが好ましい。この中間層は、犠牲層と言及されてもよく、パターニングされたフォトレジストでもよい。犠牲部分を有する層を形成する前に、底面の電極及び接続リードが基板上に先ず形成される。犠牲層が形成された後に電極が形成され、その電極はウエーブガイドの底面の電極になる。そしてウエーブガイドが形成され、上位及び下位電極を適所に残しながら犠牲層の部分が除去される。例えば犠牲層がパターニングされたフォトレジストであったならば、レジスト剥離剤（ストリッパ）が通常の手法で使用されてもよい。
【００２６】
本発明による１つのＤＰＣは出力偏光を完全に制御するには充分でないかもしれない。しかしながら図７に示されるような手法で形成された多数のＤＰＣを連続的にカスケード接続することで、偏光の出力状態を完全に支配することができる。本発明による中断したウエーブガイドの嵩は非常に小さいので、歪はサブミリ秒の時間フレームで誘発することができ、その時間はＰＭＤの制御に充分である。
【００２７】
図８Ａ−Ｄはある製造技術に従う本発明のダイナミック偏光制御装置の様々な処理工程での断面図を示す。断面図の方向はウエーブガイドに平行である。上述したように本発明のＤＰＣによる顕著な利点は、当該技術分野で一般的に使用されている周知のプロセス技術を利用して装置を形成してよいことである。図８Ａはシリコン基板１００を示し、基板はそこに形成されたパターニングされたマスク層８００を有する。マスク層８００はソフトな又はハードなマスク層でもよい。１以上のフォトレジスト層及びフォトリソグラフィを用いてパターニングされたマスク層を形成することは、当該技術分野で周知であるので、詳細に説明されることを要しない。図示の簡明化のため、マスク層８１０に１つの開口しか描かれていないが、実際にはそのような多くの開口がマスク層に形成されてよいことを当業者は理解するであろう。
【００２８】
図８Ｂはマスク層８００の開口の下でシリコン基板１００の中に多孔性領域８１０が形成される様子を示す。多孔性シリコンは単純な電気化学的エッチングで形成可能である。そのプロセスの間に、シリコンの中に非常に小さなミクロンスケールの又はナノスケールの穴(pore)が形成される。その多孔性シリコンは相互接続されたボイドで包囲された小さなブリッジで接続されたナノクリスタリット(nano-crystallite)より成る。電気化学的エッチプロセスパラメータに依存して、当初のシリコンの１０％乃至９０％が除去される。このことは残っているシリコンが平坦な表面を維持しつつ機械的にロバストであることを許容する。多孔性シリコン領域８１０の深さは、約０．１μｍと同程度に浅くすることができるし、或いは数十ミクロン（例えば、約３０μｍ）程度に深くすることもできる。多孔性シリコンの横方向の長さ（即ち、基板の面内での大きさ）は設計内容によって変わる。適当な電気化学エッチャントは、約１０％乃至約３５％の範囲内のフッ酸（ＨＦ）濃度を一般的に有するＨＦの水溶液又はエタン酸溶液を含む。
【００２９】
図８Ｃでは、何らかの標準的な剥離工程（下地の多孔性シリコンを変更しない）を用いてマスク層８００が除去され、ウエーブガイド構造が形成され、その構造は下位クラッディング層１３０、コア層１１０及び上位クラッディング層１２０より成る。好ましくはこれらの層は全て光ポリマーで形成され、その光ポリマーはストレス（応力）に強く影響を受ける複屈折率を有する少なくとも１つのコアポリマー層を有する。多孔性シリコン８１０上で伸びるウエーブガイドを形成する工程は、周知の堆積及びパターニング工程を含む。例えばポリマー層がスピンコーティング又はスプレーコーティングで堆積され、その後に標準的なフォトリソグラフィ法によりパターニングされ、個々のウエーブガイド構造を形成する。トレンチ３５０，３６０（図３参照）−後にキャビティ１５０の一部を形成する−エッチングされ、或いはウエーブガイドの側壁の近辺でポリマー層内に形成される。そして電極１６０，１７０，１８０がウエーブガイド上に、上位クラッディング層の隣接部分に及びトレンチ３５０，３６０の壁面に形成される。これらは金のような適切な導電性材料で周知の堆積及びパターニング工程で形成される。電極が形成されるのと同時に、電極に関連する導電性リード及び接続パッドも形成される。
【００３０】
図８Ｄは犠牲多孔質シリコンが除去された後の結果の最終的な構造を示す。多孔質シリコンの除去は、固体シリコンにある程度の如何なるエッチングも引き起こさずに、適切なウエットエッチングプロセスを用いて極めて速やかに（即ち、数秒の間に）なされてもよい。ナノ粒子及び相互接続されたボイドを有する多孔質シリコン構造は非常に速やかにエッチングされる非常に大きな表面をもたらす。トレンチ３５０，３６０を利用して多孔性シリコンを除去することは、キャビティ１５０の中に中断したウエーブガイドの部分を残す。選択的にフォトレジスト層のような１以上の追加的な層がその構造に或いはその一部に塗布されてもよい。例えば高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような適切な如何なるシリコンエッチャントが使用されてもよい。
【００３１】
本発明によるＤＰＣの特性に様々なパラメータが影響を与え、そのパラメータは：（１）キャビティの大きさ、特にウエーブガイドの中断部分の長さ，（２）電極の間隔及びサイズ、及び電極に印加される最大電圧の大きさ，（３）ウエーブガイド内側の寸法，（４）ウエーブガイド、コーティング層（どれでも）に使用される材料の特性（材料全ての柔軟性、ウエーブガイドコア内で誘発されるストレスによる複屈折の大きさ、光の漏れに影響するコア及びクラッディング層間の屈折率差を含む。），（５）直列に従属接続されたＤＰＣの数等である。これらの要因の各々はデバイス設計精度に影響を及ぼす。
【００３２】
本発明は多くの利点をもたらす。シリコンに形成されたウエーブガイドはこの種の光学装置にとって低コストな技術を与えるものと思われる。（例えば、０．１ｄＢ／ｃｍより少ない）低損失であり、標準的なシリカのものに近い屈折率を有し、偏光依存性損失（PDL:  polarization  dependent  loss）の少ない非常に安定的な光ポリマー（本発明に利用可能である）は多数存在する。本発明によるＤＰＣのアレイを単一基板に構築できることは、そのようなアレイと他の平面的な光学素子（特にＷＤＭデバイス）との組み合わせ及び統合を容易にする。例えば２つのＤＧＤ段を含む４０チャネルの単一のＷＤＭ＿ＰＭＤ補償器は本発明によるＤＰＣを少なくとも８０個必要とする。これらの全ては目下利用可能な処理技術を用いて単一のシリコンウエハに製造可能である。このことは、多数の統合されない素子を使用する場合のミスアライメントや貧弱な反復性により導入される誤差を解消する。
【００３３】
本発明によるダイナミック偏光制御装置は偏光モード分散を抑制するシステムの観点から主に説明されてきた。当業者はそのような制御装置に多くの他の用途があることを理解するであろう。例えばＤＰＣは偏光スクランブリング、偏光依存性損失（ＰＤＬ）削減及びＰＭＤ又はＰＤＬ測定システムに関連して使用されてもよい。このようにしてＤＰＣは多くの種類の偏光に敏感な装置と共に使用可能である。
【００３４】
以上好適実施例が示され説明されてきたが、様々な修正及び置換が本発明の精神及び範囲から逸脱せずになされてもよい。従って本発明は単なる例示を持って説明され、ここで説明されたような例示及び実施例は特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきでないことが意図される。
【００３５】
以下、本発明により教示される手段が例示的に列挙される。
【００３６】
（付記１）
基板と、
前記基板に形成され、基板上のキャビティ内で中断された中間部分を有する光ウエーブガイドと、
前記ウエーブガイドの中断された部分にかかる力を制御する歪構造と、
を有し、前記ウエーブガイドの偏光特性が前記歪構造により制御可能に変えられる
ことを特徴とするダイナミック偏光制御装置。
【００３７】
（付記２）
前記基板がシリコンより成る
ことを特徴とする付記１記載のダイナミック偏光制御装置。
【００３８】
（付記３）
前記ウエーブガイドが光ポリマーから構成される
ことを特徴とする付記１記載のダイナミック偏光制御装置。
【００３９】
（付記４）
前記歪構造が電極を有する
ことを特徴とする付記１記載のダイナミック偏光制御装置。
【００４０】
（付記５）
前記キャビティが前記ウエーブガイドの側壁に隣接する側面を有し、前記キャビティの側面及び前記ウエーブガイドの側面が各自に形成された対向する歪付加用電極を有する
ことを特徴とする付記４記載のダイナミック偏光制御装置。
【００４１】
（付記６）
前記キャビティが前記ウエーブガイドの底壁面に隣接する底面を有し、前記キャビティの底面及び前記ウエーブガイドの底面が各自に形成された対向する歪付加用電極を有する
ことを特徴とする付記４記載のダイナミック偏光制御装置。
【００４２】
（付記７）
前記キャビティの底面及び前記ウエーブガイドの中断部分の間の隔たりが、約０．１乃至３０ミクロンの範囲内にある
ことを特徴とする付記１記載のダイナミック偏光制御装置。
【００４３】
（付記８）
前記基板上の１つのウエーブガイドに沿って直列的に形成された複数の付記１記載のダイナミック偏光制御装置を有する
ことを特徴とするシステム。
【００４４】
（付記９）
付記１記載のダイナミック偏光制御装置を有する
ことを特徴とする偏光モード分散補償システム。
【００４５】
（付記１０）
シリコン基板と、
前記シリコン基板に形成された重合性光ウエーブガイドであって、前記重合性光ウエーブガイドの中間部分は、前記シリコン基板内に形成され及び前記ウエーブガイドに隣接する前記シリコン基板の１以上の層に形成されたキャビティで中断されるところの重合性光ウエーブガイドと、
前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の壁面に形成され、前記キャビティの壁面に形成された対向する電極に対応し、複数の対向する電極対を形成する少なくとも２つの偏向電極と、
所望の歪ませる力が前記重合性光ウエーブガイドの中断部分に印加されるように、前記対向する１以上の電極対に電位差を制御可能に印加し、前記重合性光ウエーブガイドの中断部分の偏光特性を変える制御システムと、
を有することを特徴とするダイナミック偏光制御装置。
【００４６】
（付記１１）
前記ウエーブガイドに隣接する前記シリコン基板上の１以上の層が重合性材料より成る
ことを特徴とする付記１０記載のダイナミック偏光制御装置。
【００４７】
（付記１２）
基板に光ウエーブガイドを形成し、
前記光ウエーブガイドの中間部分がキャビティにより中断されように、前記基板内に前記光ウエーブガイドの中間部分を包囲するキャビティを形成し、
前記光ウエーブガイドの中断した部分に力を印加するための偏向構造を形成する
ことを特徴とするダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００４８】
（付記１３）
前記基板がシリコンウエハである
ことを特徴とする付記１２記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００４９】
（付記１４）
前記光ウエーブガイドが重合性コア材料より成る
ことを特徴とする付記１２記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５０】
（付記１５）
前記基板のある領域をエッチングし、前記光ウエーブガイドを形成する段階の前に前記基板内に多孔性領域を形成する第１のエッチング段階、及び前記光ウエーブガイドが形成された後の前記のエッチング中に多孔性材料をエッチングで除去する段階の２段階で前記キャビティが形成される
ことを特徴とする付記１２記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５１】
（付記１６）
前記第１のエッチング段階が電気化学的エッチング工程より成る
ことを特徴とする付記１５記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５２】
（付記１７）
第２のエッチング段階が化学的エッチング工程より成る
ことを特徴とする付記１６記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５３】
（付記１８）
第２のエッチング段階が、１０秒より短時間で行われる
ことを特徴とする付記１５記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５４】
（付記１９）
キャビティの形成は、前記基板上にマスク層を形成する工程を含む
ことを特徴とする付記１２記載のダイナミック偏光制御装置を製造する方法。
【００５５】
（付記２０）
光システムで伝送される光信号の偏光モード分散を抑制する補償システムであって、
光ファイバから光信号を受信する光入力部と、
当該補償システムを介して前記光信号を伝送する基板上に形成されたウエーブガイドであって、該ウエーブガイドの中間部分は前記基板に形成されたキャビティで中断されるところのウエーブガイドと、
前記ウエーブガイドの中断部分にかかる力を制御し、前記ウエーブガイドの中断部分を通過する光信号の偏光特性を調製する偏向構造と、
前記ウエーブガイドの中断部分を通過した後の光信号を受信する微分群遅延補償器と、
前記光の偏光度を監視する偏光監視部と、
前記偏光監視部に結合され及び前記偏向構造に結合され、前記偏向監視部から受信した情報に応答して前記偏向構造により印加される力を調整するコントローラと、
を有することを特徴とする補償システム。
【００５６】
（付記２１）
前記ウエーブガイドが光ポリマーより成る
ことを特徴とする付記２０記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００５７】
（付記２２）
前記基板がシリコンより成る
ことを特徴とする付記２１記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００５８】
（付記２３）
前記キャビティの底面がシリコン基板内に形成され、前記ウエーブガイドの中断部分に隣接するキャビティの側面の少なくとも一部はポリマーより成る
ことを特徴とする付記２２記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００５９】
（付記２４）
前記偏向構造が対向する電極の少なくとも２つの対より成り、電極対の一方の電極が前記ウエーブガイドの中断部分の側壁に形成され且つ電極対の他方の電極が前記キャビティの側壁に隣接して形成され、制御可能な静電気力が各電極対によって印加されるように、前記コントローラは前記電極の各々にかけられる電圧の大きさを調整することができる
ことを特徴とする付記２３記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００６０】
（付記２５）
前記微分群遅延補償器が、前記コントローラの制御の下で調整可能である
ことを特徴とする付記２０記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００６１】
（付記２６）
前記偏光監視部が、偏光度を監視する
ことを特徴とする付記２０記載の偏光モード分散を抑制する補償システム。
【００６２】
（付記２７）
波長分割多重システムの光ファイバで伝送される複数の光信号に関する偏光モード分散を抑制する補償システムであって、
前記光ファイバから複数の光信号を受信する入力部と、
複数の光信号を複数の対応する個々のチャネルに分離するデマルチプレクサと、
単一の基板に形成されたダイナミック偏光制御装置の少なくとも１つのアレイであって、該ダイナミック偏光制御装置の各々は、個々のチャネルの１つに関連し、前記基板内のキャビティで形成される中断したウエーブガイドを有するところの少なくとも１つのアレイと、
前記ダイナミック偏光制御装置の各々に結合され、前記ダイナミック偏光制御装置から光信号を受信する微分群遅延補償器と、
前記ダイナミック偏光コントローラの各々に結合され、前記ダイナミックコントローラを通る光信号の偏光特性を調整する制御システムと、
前記コントローラに結合され、前記チャネルの各々で光信号の偏光を監視する監視システムと、
複数のチャネルの光信号を再合成するマルチプレクサと、
を有することを特徴とする補償システム。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】光ネットワークの中で偏光モード分散を制御する本発明の一形態による装置例の概略図である。
【図２】本発明のダイナミック偏光制御装置例の斜視図である。
【図３】本発明のダイナミック偏光制御装置の概略平面図である。
【図４】図３のダイナミック偏光制御装置に関するＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】図３のダイナミック偏光制御装置に関するＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の別の変形例によるダイナミック偏光制御装置の断面図である。
【図７】本発明の別の変形例によるダイナミック偏光制御装置の断面図である。
【図８】本発明によるダイナミック偏光制御装置の様々な製造工程での断面図を示す。
【符号の説明】
【００６４】
１０  装置
２０  ソース
３０  デマルチプレクサ
３５  波長チャネル
４０  偏光制御装置
６０  微分群遅延補償器
５０  コントローラ
７０  マルチプレクサ
８０  偏光度アナライザ
１００  シリコン基板
１１０  ウエーブガイドコア
１２０，１３０  クラッディング層
１５０  キャビティ
１６０，１７０，１８０  電極
３５０，３６０  トレンチ
８１０  多孔性シリコン領域
【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】
2006171741.tif 000008
【図７】
2006171741.tif 000009
【図８】
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