(57)【要約】【課題】  装置規模を縮小化させる。【解決手段】  基板１０１にクラッド１０２および該クラッド１０２よりも屈折率が相対的に高いコア１０３が形成され、該コア１０３中を光が伝搬しうる光デバイス１であって、該コア１０３が、入射光伝搬パターン部２と、回折パターン部３と、位相差形成パターン部４と、をそなえ、かつ、少なくとも位相差形成パターン部４において、基板１０１に平行な方向と基板１０１に垂直な方向とでコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえるように構成する。【選択図】        図１
2006119224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、
該コアが、
当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、
該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、
前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、
かつ、少なくとも前記位相差形成パターン部において、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで該コア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分を備えたことを特徴とする、光デバイス。
【請求項２】
該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、前記光の屈折率が異なる部分により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成されたことを特徴とする、請求項１項記載の光デバイス。
【請求項３】
基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された光デバイスと、
該位相差形成パターン部から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうる集光レンズと、
該集光レンズを通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、偏光モニタ装置。
【請求項４】
入射された波長多重光について第１〜第３分岐光にパワー分岐しうる光分岐部と、
該光分岐部で分岐された前記第１分岐光についての偏光成分を検出しうる第１検光子と、
該第１検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第１光モニタ部と、
該光分岐部で分岐された前記第２分岐光についての光路上に配置された４分の１波長板と、
該４分の１波長板からの出力についての偏光成分を検出しうる第２検光子と、
該第２検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第２光モニタ部と、
基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された光デバイスと、該位相差形成パターン部から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうる集光レンズと、該集光レンズを通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部と、をそなえて構成され、該光分岐部で分岐された前記第３分岐光について、各波長成分についての直交する２つの偏光成分についてモニタしうる偏光モニタ部と、をそなえ
上記の第１，第２光モニタ部からのモニタ結果および該偏光モニタ部からのモニタ結果から、前記入射された波長成分ごとの偏光状態について演算すべく構成されたことを特徴とする、偏光モニタ装置。
【請求項５】
基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入出射される光を伝搬しうるパターンを有する入出射光伝搬パターン部と、該入出射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入出射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入出射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された第１および第２光デバイスが上下に並列して配置され、
該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光を反射する反射部をそなえるとともに、
該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光をそれぞれ平行にする第１および第２シリンドリカルレンズと、
該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部との間に介装されて、該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部とを光学的に結合させるための集光レンズと、
該第１および第２光デバイスにおける入出射光伝搬パターン部にそれぞれ接続された第１および第２光サーキュレータと、をそなえ、
該第１又は第２サーキュレータから入射された光について波長および各波長の偏光成分毎に経路を切り替えるべく、前記反射部を、前記波長についての偏波成分毎に前記反射角度を設定可能に構成されたことを特徴とする、光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の持つ直交する２つの偏光成分を分離する際、特に複数の波長を含む光を偏光分離する際に用いて好適の、光デバイスに関するとともに、偏光モニタ装置および光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）された光の偏光をモニタする際には、波長毎に分離した後、偏光子で偏光成分を分離してモニタすることが行なわれている。偏光子は、様々な振動方向を持つ光から特定の振動方向の光を分離選択する素子である。
偏光子には、例えば材料の複屈折性を用いた単像プリズム，複像プリズム及び複屈折板や、ブリュースター条件を利用した素子である誘電体多層膜乃至偏光ビームスプリッタのほか、多色性を利用した素子としてポラロイド偏光板等もある（従来の偏光子については、文献［光応用エレクトロニクスハンドブック編集委員会編、「光応用エレクトロニクスハンドブック」、初版第一刷（1989年、株式会社昭晃堂発行）］や、文献［石黒浩三「光学」、共立出版、（1977）］などに記載されたものがある）。
【０００３】
波長多重された光の偏光をモニタする際には、上述の偏光子のうちでは、単像プリズム、複像プリズム、複屈折板及び偏光ビームスプリッタが用いられてきた。
図３１，図３２は、以下に示す特許文献１に記載された従来の偏光モニタ装置を示す図である。特許文献１に記載された偏光モニタ装置は、平面導波回路を用いて、波長多重された光を波長毎に分離した後、波長毎に偏光成分をモニタする装置を一つの基板上に集積するものである。
【０００４】
ここに図３１は全体の構成を示すブロック図であり、この図３１に示す偏光モニタ装置２０１は、波長分離フィルタ２１０，偏光依存光回路２２０ａ〜２２０ｄおよび光電変換素子アレイ２３０ａ〜２３０ｄをそなえて構成されている。波長フィルタ２１０は、入力ポート２００から入射された入射光を波長毎に分けて、それぞれ波長分離光２０２ａ〜２０２ｄとして偏波依存光回路２２０ａ〜２２０ｄに出力するようになっている。
【０００５】
また、偏波依存光回路２２０ａ〜２２０ｄはそれぞれ、図３２の符号２２０に示すような共通の構成を有し、光電変換素子アレイ２３０ａ〜２３０ｄについても、それぞれ図３２の符号２３０に示すような共通の構成を有している。そして、これらの図３１，図３２に示すように、一対の一対の偏波依存光回路２２０（２２０ａ〜２２０ｄ）および光電変換素子アレイ２３０（２３０ａ〜２３０ｄ）により、波長フィルタ２１０で分離された個々の波長の光２０２（図３１においては符号２０２ａ〜２０２ｄ）の偏光状態をモニタすることができるようになっている。
【０００６】
ここで、偏波依存光回路２２０は、波長フィルタ２１０にて波長分離された光２０２について、偏波状態を測定するための４つの光を取り出すものであって、ビームスプリッタ２０３−１〜２０３−３，偏光子２０４−１〜２０４−４およびミラー２０７−１〜２０７−３をそなえて構成されている。又、光電変換素子アレイ２３０は、偏波依存光回路２２０で取り出された４つの光を受光し各々の強度に応じた電気信号を出力する４つの光電変換素子２０５−１〜２０５−４をそなえて構成されている。
【０００７】
具体的には、光電変換素子２０５−１〜２０５−３においては、それぞれ、偏光子２０４−１〜２０４−３からの出力光について、ミラー２０７−１〜２０７−３を介して入力され、偏光子２０４−１〜２０４−３からの出力光の強度に応じた電気信号を出力する。又、光電変換素子２０５−４においては、偏光子２０４−４からの出力光について入力され、この偏光子２０４−４からの出力光の強度に応じた電気信号を出力する。
【０００８】
したがって、上述の特許文献１に記載された技術においては、複数の光が多重された被測定光の偏光状態の測定を行なうにあたっては、波長分離フィルタで被測定光を波長毎に分離した後に、波長毎に偏光状態を測定するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１０７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術においては、複数の光が多重された光についての偏光状態の測定を行なうためには、光の多重数に対応した多数の偏光分離素子が必要となり、装置規模が大型化するという課題がある。
また、偏光分離素子の数分のコストが増大するという課題もある。
さらに、偏光分離素子部分の配置位置の調節と組立に、偏光分離素子の数分の手間がかかるという課題もある。
【００１０】
さらには、波長分離と偏光分離を別々に行なうので、光の損失が増大するという課題もある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、装置規模を縮小化させることができるようにした、光デバイス，偏光モニタ装置および光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、部品点数を従来の装置よりも少なして部材コスト増大を抑制させることができるようにした、光デバイス，偏光モニタ装置および光スイッチ装置を提供することを目的とする。
さらに、装置の組立を容易にすることができるようにすることを目的とする。
また、波長分離と偏光分離を同時に行なって、光の損失の増大を抑制させることができるようにした、光デバイス，偏光モニタ装置および光スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本発明の光デバイスは、基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、少なくとも前記位相差形成パターン部において、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで該コア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分を備えたことを特徴としている。
【００１３】
この場合においては、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、前記光の屈折率が異なる部分により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成することとしてもよい。
さらに、本発明の偏光モニタ装置は、基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された光デバイスと、該位相差形成パターン部から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうる集光レンズと、該集光レンズを通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の偏光モニタ装置は、入射された波長多重光について第１〜第３分岐光にパワー分岐しうる光分岐部と、該光分岐部で分岐された前記第１分岐光についての偏光成分を検出しうる第１検光子と、該第１検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第１光モニタ部と、該光分岐部で分岐された前記第２分岐光についての光路上に配置された４分の１波長板と、該４分の１波長板からの出力についての偏光成分を検出しうる第２検光子と、該第２検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第２光モニタ部と、基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された光デバイスと、該位相差形成パターン部から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうる集光レンズと、該集光レンズを通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部と、をそなえて構成され、該光分岐部で分岐された前記第３分岐光について、各波長成分についての直交する２つの偏光成分についてモニタしうる偏光モニタ部と、をそなえ上記の第１，第２光モニタ部からのモニタ結果および該偏光モニタ部からのモニタ結果から、前記入射された波長成分ごとの偏光状態について演算すべく構成されたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の光スイッチ装置は、基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入出射される光を伝搬しうるパターンを有する入出射光伝搬パターン部と、該入出射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入出射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入出射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された第１および第２光デバイスが上下に並列して配置され、該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光を反射する反射部をそなえるとともに、該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光をそれぞれ平行にする第１および第２シリンドリカルレンズと、該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部との間に介装されて、該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部とを光学的に結合させるための集光レンズと、該第１および第２光デバイスにおける入出射光伝搬パターン部にそれぞれ接続された第１および第２光サーキュレータと、をそなえ、該第１又は第２サーキュレータから入射された光について波長および各波長の偏光成分毎に経路を切り替えるべく、前記反射部を、前記波長についての偏波成分毎に前記反射角度を設定可能に構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明の光デバイスによれば、コアを、入射光伝搬パターン部と、回折パターン部と、位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、少なくとも位相差形成パターン部において、基板に平行な方向と基板に垂直な方向とでコア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえているので、波長分離機能と偏光分離機能とを一つの部品で実現し、従来よりのデバイスに比べて更に小型化させることができる効果が得られる。
【００１７】
また、本発明の光デバイスによれば、上述のコア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえたことにより、波長分離機能および偏光分離機能を実現するための装置を製造するためのコストを低減させることができる効果も得られる。
さらに、上述のコア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえたことにより、波長分離機能と偏光分離機能とを一つの部品で実現しているので、従来技術の場合に比べて損失を低減させることができる。
【００１８】
また、本発明の偏光モニタ装置によれば、屈折率差生成構造を有する光デバイスを構成要素としてそなえているので、複数波長一括で偏光消光比を測定することができるという利点がある。
また、本発明の偏光モニタ装置によれば、屈折率差生成構造を有する光デバイスを構成要素としてそなえているので、波長分離と偏光分離を一つの部品である光デバイスで行なうと共に、波長分離及び偏光分離された光のパワーを一つの光電変換装置で光電変換することができるので、波長分離及び偏光分離された光のパワーをモニタするための構成として、従来よりも簡素な構成で小型化された装置によって構成することができる利点がある。
【００１９】
さらに、波長分離及び偏光分離を行なう装置と、アレイ状の光電変換部との位置合わせを一回で行なうことが出来るので、組立工数が削減される効果を生ずる。
また、本発明の偏光モニタ装置によれば、第１，第２光モニタ部および偏光モニタ部をそなえたことにより、従来の装置よりも簡素化された構成によって、入力光として入力された波長多重光についての各波長成分の偏波状態、即ちポアンカレ球上のベクトル成分を算出することができる利点がある。
【００２０】
さらに、本発明の光スイッチ装置によれば、第１，第２光デバイスをそなえているので、波長多重と偏波多重の二重の多重化が行なわれたＷＤＭ光を、波長及び各波長の偏波毎に経路を切り換えることができる波長選択スイッチを、シンプルな構成で実現できる効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなるものである。
〔Ａ１〕第１実施形態の説明
〔Ａ１−１〕構成
図１〜図３は本発明の第１実施形態にかかる光デバイス１を示す図であり、図１はその正面図、図２は図１のＢ矢視側面図、図３は図１のＣ矢視側面図である。第１実施形態にかかる光デバイス１は、波長多重された光について、波長成分毎の偏光成分（互いに直交するＴＭ偏光およびＴＥ偏光成分）に直接的に分離しうる波長分光装置および偏光分離装置としての機能を併せ持つものである。
【００２２】
ここで、この図１〜図３に示す光デバイス１は、シリコン基板等の平坦な平面状基板（以下、単に基板という）１０１をそなえるとともに、基板１０１面と平行な方向に連続的に形成され相対的に屈折率が高いコア１０３とコア１０３を取り囲む相対的に屈折率が低いクラッド１０２とが、基板１０１上に形成されてなるものである。即ち、この光デバイス１は、コア１０３とコア１０３の周囲のクラッド１０２との境界で生ずる光の全反射によりコア１０３中に光を閉じこめ、コア１０３の形成パターンに沿って光を伝搬させることができる平面光導波路回路として構成されたものである。尚、図１中においては、コア１０３の形成パターンを実線で示している。
【００２３】
また、クラッド１０２としては、例えば不純物として燐（P）とゲルマニウム（Ge）を含むシリカガラス製のものとすることができ、コア１０３としては、例えば不純物として燐（P）とゲルマニウム（Ge）を含むシリカガラス製のものとして構成することができる。更に、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、クラッド１０２とコア１０３の屈折率は次式（１）に定義する比屈折率差Δが1.5%程度になるように選定されている。尚、基板１０１の厚さは例えば１ｍｍ程度とすることができる。
【００２４】
【数１】
2006119224.tif 000003
【００２５】
ここで、光デバイス１のコア１０３は、図１に示すように、入出射光伝搬パターン部２，スラブパターン部３および位相差形成パターン部４からなるものである。入出射光伝搬パターン部２は、図２に示すように、光デバイス１の一端においてコアパターン断面が露出する露出部５をそなえるとともに、露出部５を光入出射端として入射された光について、後段のスラブパターン部３へ向けて伝搬しうるパターンを有するものである。この入出射光伝搬パターン部２としては、例えば光導波路パターンにより構成することができる。
【００２６】
なお、上述の入出射光伝搬パターン部２のコアの高さと幅は、波長１．５μｍ以上でシングルモード導波路となるように選定されている。具体的にはコアの高さは４．２μｍ程度、コアの幅も４．２μm程度とすることができる。又、図２中基板１０１から露出部５をなすコア１０３底部までのクラッド１０２の高さをｔ１、露出部５をなすコア１０３の高さをｔ２，露出部５上部からクラッド上面までの高さをｔ３と表記している。
【００２７】
また、スラブパターン部３は、（入出力用コアパターン２の入出射端５とは反対側に）入出射光伝搬パターン部２に連続して形成され、入出射光伝搬パターン部２からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうる回折パターン部を構成するものである。即ち、スラブパターン部３は、入出射光伝搬パターン部２からの光が基板１０１と平行な方向には何ら制限を受けることなく回折で広がりながら自由に伝播できるような幅を有し、且つ入出射光伝搬パターン部２と対向する部分の端部としての接続部３２は、入出射光伝搬パターン部２と当該スラブパターン部３とを接続する接続部３１を中心に描いた円弧状形状を有している。
【００２８】
具体的には、スラブパターン部３の厚さとしては、例えば４．２μm程度、図中にfと記載した部分の長さ（スラブ長さ）がおよそ７．８７８ｍｍ程度、スラブ長さｆ方向に垂直な方向の長さ（スラブの幅）がおよそ３．５ｍｍ程度である。そして、スラブパターン部３の一方の端（境界）３２は、入出射光伝搬パターン部２とスラブパターン部３との接続部３１を中心とする半径fの円弧となっている。
【００２９】
さらに、位相差形成パターン部４は、入射光伝搬パターン部２およびスラブパターン部３の接続部３１からの実効的光路長が全て異なるように形成された複数の導波パターン部４−１〜４−ｎ（ｎ：複数）からなり、スラブパターン部３からの光について、上述の複数の導波パターン部４−１〜４−ｎによって、それぞれの導波パターン部４−１〜４−ｎを伝搬する光相互で位相差を形成しうるものである。
【００３０】
具体的には、位相差形成パターン部４の複数の導波パターン部４−１〜４−ｎはそれぞれ、一方の端がスラブパターン部３の円弧状の端部３２に接続され、他方の端である出力端６の断面が直線に沿って並ぶように形成されている。そして、上述の複数の導波パターン４−１〜４−ｎについての実効的光路長に関し、隣り合う導波パターン部４−１〜４−ｎの実効的光路長差を一定とし且つ出力端６を含む一定以上の長さの領域４１を、隣り合う導波パターン部４−１〜４−ｎの間隔（ピッチ、図３のｄｄ参照）を一定になるように平行に並べられた平行領域として構成されている。
【００３１】
なお、図１中は明示していないが、これらの導波パターン部４−１〜４−ｎは、出力端６の手前において徐々に幅が広がるようにテーパ状の領域をそなえることができる。そして、この出力端６手前のテーパ状領域に連続して出力端６部分に至る領域を、上述のごとき部分的な平行領域４１とすることができる。
また、上述の位相差形成パターン部４のコアの高さと幅についても、入出射光伝搬パターン部２と同様、波長１．５μｍ以上でシングルモード導波路となるように選定されている。具体的にはコアの高さは４．２μｍ程度、コアの幅も４．２μm程度とすることができる。
【００３２】
さらに、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、コア１０３中を伝搬する光の屈折率が、基板１０１に平行な方向と基板１０１に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造を有している。即ち、基板１０１とコア１０３とクラッド１０２で構成される光デバイス１の、基板１０１に平行な方向の屈折率と基板１０１に垂直な方向の屈折率の差を生じるように、基板１０１又はコア１０３又はクラッド１０２が構成されている。
【００３３】
たとえば、図４，図５に示すように、基板１０１とクラッド１０２と間の線膨張係数の違いを利用して、光デバイス１の基板１０１に平行な方向のみに応力を付与して、基板１０１に平行な方向と垂直な方向の屈折率に差を形成するようにする。
具体的には、図４に例示するように、基板１０１上にクラッド１０２とコア１０３を堆積したウェハとしてのデバイス１´に対し、比較的高温（８００℃〜１１００℃）で熱処理を施す。このとき基板１０１とクラッド１０２とコア１０３とは長さが釣り合っている。ここに、クラッド１０２の線膨張係数が基板１０１より小さくなるように混入する不純物の量、具体的にはクラッドに混入する燐（P）とゲルマニウム（Ge）の量（wt %）を調節する。
【００３４】
そして、上述の熱処理の施されたデバイス１´について室温まで冷却すると、図５に例示する光デバイス１のように、そり量Δｙだけ湾曲し、クラッド１０２に対し、基板１０１に平行な方向のみ圧縮応力が加わって、基板１０１に平行な方向についての屈折率のみが変化する。尚、図２、図３に示す光デバイス１については、上述のごとき湾曲についての図示は省略している。
【００３５】
また、燐（P）とゲルマニウム（Ge）のクラッドへの混入量の調節は、例えば図６に例示するようなＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置１１０を用い、燐ソース（P source）１１１及びゲルマニウムソース（Ge-sourse）１１２を通過してデバイス１´に供給されるガス流量を調節すればよい。ガス流量を増やすとクラッドに混入する不純物の量が増加する。詳しくは文献［下田他、1996年電子情報通信学会総合大会  講演論文集  エレクトロニクス１  230ページ（1996）や、 T. Hanada et al., IEICE Trans. Electron., Vol. E80-C, pp.130(1997)］に記載されている。
【００３６】
なお、上述の屈折率差生成構造としては、少なくとも位相差形成パターン部４において、基板１０１に平行な方向と基板に垂直な方向とでコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえている。そして、このコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分としては、基板１０１全体に渡らなくとも、少なくとも位相差形成パターン部４全体に渡るようにしてもよい。
【００３７】
〔Ａ１−２〕第１実施形態にかかる光デバイス１が分光フィルタおよび偏光分離フィルタとして動作することについての説明
次に、上述のごとく構成された光デバイス１が、分光フィルタおよび偏光分離フィルタとして動作することについて説明する。
〔Ａ１−２１〕光デバイス１が分光フィルタとして動作することについての説明
まず、光デバイス１が分光フィルタとして動作することについて、図７（ａ），図７（ｂ）および図８〜図１０を参照しながら説明する。図７（ａ）は、第１実施形態にかかる光デバイス１について、以下の動作説明における説明の便宜のため、構成を簡略化して図示したものであり、図７（ｂ）は、位相差形成パターン部４の機能説明用模式図である。
【００３８】
図７（ｂ）は、位相差形成パターン部４をなす隣接する３本の導波パターン部４−ｉ，４−（ｉ＋１），４−（ｉ＋２）〔ｉ：１〜（ｎ−２）〕に着目して図示するとともに、入出射光伝搬パターン部２，スラブパターン部３および出力端６を対応させて図示したものである。尚、図７（ｂ）の導波パターン部４−ｉ〜４−（ｉ＋２）に重ねて描いた円Ａは、位相差形成パターン部４中を伝搬する光の１波長を示している。
【００３９】
位相差形成パターン部４をなす導波パターン部４−１〜４−ｎの長さは、当該導波パターン部４−１〜４−ｎをなすコア１０３の中に設計中心波長（波長多重される光波長帯の中心となる波長）の光が正確に正数波長入るように設計され、更に隣り合う導波パターン部に入る波長数の差が一定になるように設計される。図７（ｂ）においては、設計中心波長の光が、最も上の（最も短い）導波パターン部４−ｉに１４波長、上から２番目の導波パターン部４−（ｉ＋１）に１５波長、最も下の（最も長い）導波パターン部４−（ｉ＋２）に１６波長それぞれ入る場合を例示している。
【００４０】
すなわち、この場合の隣接する導波パターン部４−ｉ〜４−（ｉ＋２）間の長さの差は、中心波長１波長分（λ０）である。隣接する導波パターン部４−ｉ〜４−（ｉ＋２）間に入る中心波長の数の差を回折次数ｍと言い、図７（ｂ）の回折次数はｍ＝１である。波長及び偏光の違いによる回折角の差は回折次数に比例して以下に示すように大きくなる。
図８〜図１０は光デバイス１に入力する光の波長に応じた出力光の回折方向の変化を説明する図である。図８は入力する光の波長が設計中心波長に等しい場合、図９は設計中心波長よりも長波長の場合、図１０は設計中心波長よりも短波長の場合である。図８〜図１０におけるＡ１〜Ａ３についてもそれぞれ光波長に相当する大きさで描かれた円であり、波長の変化に対応して、図９の円Ａ２は図８の円Ａ１よりも大きく、図１０の円Ａ３は図８の円Ａ１よりも小さく描かれている。
【００４１】
入力光の波長が設計中心波長よりも長波長の場合には、図９に示すように、導波パターン部４−ｉ〜４−（ｉ＋２）から出射される光の等位相面は、紙面の上側が相対的に左に移動するように傾斜するので、出力光は相対的に上側に回折する。逆に、入力光の波長が設計中心波長よりも短波長の場合には、図１０に示すように、導波パターン部４−ｉ〜４−（ｉ＋２）から出射される光の等位相面は、紙面の上側が相対的に右に移動するように傾斜するので、出力光は相対的に下側に回折する。
【００４２】
このようにして、光デバイス１は、波長多重光を入出射端５を通じて入力された場合には、位相差形成パターン部４から出射される光の回折角が波長に対応して変化するので、光を分光する（波長毎に分離する）ことが出来るのである。
〔Ａ１−２２〕光デバイス１が偏光分離フィルタとして動作することについての説明
次に、上述のごとく構成された光デバイス１が、偏光分離フィルタとして動作すること、即ち同じ波長の光を偏光分離可能なことについて説明する。
【００４３】
図８〜図１０において、位相差形成パターン部４の光学的長さは、パターン自身の長さと屈折率との積である。あるいは、位相差形成パターン部４を伝搬する光の管内波長は、真空中の波長を媒質の屈折率で割ったものである。よって基板１０１に平行な方向に電界が振動する光をＴＥ偏光、基板１０１に垂直な方向に電界が振動する偏光をＴＭ偏光とすると、光デバイス１の、基板１０１に平行な方向と基板１０１に垂直な方向の屈折率とが異なると、ＴＥ偏光とＴＭ偏光とでは、位相差形成パターン部４を伝搬する光の管内波長が異なる値になる。
【００４４】
たとえば、ＴＥ偏光を用いて設計すると、ＴＥ偏光の中心波長の光は図８のように並ぶ。しかし、例えば相対的に基板１０１に垂直な方向の屈折率が高いと、ＴＭ偏光の中心波長の光が位相差形成パターン部４を伝搬するとき相対的に管内波長が短くなる。そのためＴＭ偏光についての出力光の等位相面は、図９と等価となり、出力光は相対的に上側に回折される。この関係は中心波長以外の波長を有する光でも成り立ち、例えば図１１に例示するように、同一波長（λ１)の光のＴＥ偏光とＴＭ偏光とを分離させることができるようになる。
【００４５】
以上のように、基板１０１に平行な方向の屈折率と基板１０１に垂直な方向の屈折率の差を生じるように平面光導波回路１の基板１０１又はコア１０３又はクラッド１０２を構成することにより、同じ波長の光をＴＥ光とＴＭ光とに分離できる。
そして、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、前述の図５に示すように、屈折率差生成構造として、基板１０１とクラッド１０２と間の線膨張係数の違いを利用して、光デバイス１の基板１０１に平行な方向のみに応力を付与して、基板１０１に平行な方向と垂直な方向の屈折率に差を形成するようにしているので、同じ波長の光をＴＥ光とＴＭ光とに分離できる偏光分離フィルタとして構成することができる。
【００４６】
換言すれば、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、入出射端５を通じて入力された波長多重光を、出力端６において、波長成分ごとに分離するだけでなく、同時に、各波長成分をＴＥ光およびＴＭ光にも偏光分離して出力することができる。
さらに、波長分離性能において、従来の波長分離装置であるＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）では、飛び飛びの透過スペクトルとなり、且つ透過帯域が比較的狭かったのに対し、第１実施形態にかかる光デバイス１によれば、透過帯域の制限がなくなるほか、最小でも２．５ｄＢの低損失化が可能となる。
【００４７】
なお、出力光の波長をλ、設計中心波長（ＴＥ偏光）をλ０、位相差形成パターン部４の屈折率をｎｃ、ＴＥ偏光に対する位相差形成パターン部４の屈折率をｎｃＴＥ、ＴＭ偏光に対する位相差形成パターン部４の屈折率をｎｃＴＭとし、図１２に示すように、回折角をα、隣接する導波パターン部４−ｉ，４−（ｉ＋１）間の図形上の長さの差をΔｘ、出力端６における導波パターン部４−ｉ，４−（ｉ＋１）の間隔をｄとし、更に、回折次数をｍ、設計回折次数をｍ０、ｎｃＴＥとｎｃＴＭとの差をδとすると、回折の条件式は式（２）のようになり、回折角αは式（３）により得ることができる。
【００４８】
また、式（４）、（５）が成り立つので、ＴＥ偏光に対する回折角は式（６）のようになり、ＴＭ偏光に対する回折角は式（７）により得ることができる。
【００４９】
【数２】
2006119224.tif 000004
【００５０】
また、第１実施形態にかかる光デバイス１においては、例えば上述のごとき波長毎に分離されるＴＥ偏光およびＴＭ偏光の回折角に関し、隣接する波長チャンネルλ１とλ２（図１１参照）間の回折角の差がβであるとき、同じ波長の直交する偏光の光の回折角度の差を、好ましくはβのおよそ２分の１程度とすることができるようになっている。具体的には、隣接する波長チャンネルλ１とλ２におけるそれぞれのＴＥ偏光の回折角の差がβのとき、波長チャンネルλ１（又はλ２）におけるＴＥ偏光の回折角と当該波長チャンネルλ１（又はλ２）におけるＴＭ偏光の回折角との差をβ／２程度とすることができるようになっている。
【００５１】
また、例えば後述の図１４に示すように、出力端６から出射された光を凸レンズ等の集光レンズ８を介してリニアイメージセンサ９に入射させるように、光デバイス１，レンズ８およびリニアイメージセンサ９を配置すれば、このリニアイメージセンサ９では、波長成分毎の偏光成分を個別にモニタすることができるようになり、例えば偏光消光比を測定することができる。このとき、第１実施形態にかかる光デバイス１によれば、このリニアイメージセンサ９上に集光された光のスポット間の相互干渉（クロストーク）を最小にすることができる。
【００５２】
〔Ａ１−３〕第１実施形態にかかる光デバイス１の仕様例の説明
第１実施形態における光デバイス１においては、一例としては以下に示すような構造パタメータを有する仕様で構成することで、波長毎の偏光成分が互いに異なる角度で回折するように構成することができる。
〔Ａ１−３１〕第１実施形態にかかる光デバイス１の構造パラメータの選定について
つぎに、光デバイス１の特性を決める構造パラメータの選定について説明する。選定すべき構造パラメータを図１３に示す。
【００５３】
選定すべき構造パラメータは、入出射光伝搬パターン部２とスラブパターン部３との接続部３１に於けるコア中の光ビームのスポットサイズ（強度が１／ｅになる半径、ここにｅは自然対数の底数）ω１、スラブパターン部３の長さｆ１（以下スラブ焦点距離ｆ１という）、スラブパターン部３の付け根（接続部３２）に於ける位相差形成パターン部４の導波パターン４−１〜４−ｎの間ピッチ、回折次数m（回折次数ｍは、隣り合う導波パターン部４−ｉ，４−（ｉ＋１）間の長さの差と１対１に対応する）、導波パターン部４−１〜４−ｎの本数Ｎ（＝ｎ）、出力端６での導波パターン部４−１〜４−ｎのコア間隔ｄである。
【００５４】
まず第１に、ｄと回折次数ｍを決める。図１３に例示するように、光の波長をλ、回折角をαとすると、波長変化に対する回折角の変化の大きさ∂α／∂λ（波長分散）は次式（８）で与えられる。
【００５５】
【数３】
2006119224.tif 000005
【００５６】
これより回折次数ｍが大きいほど、コア間隔ｄが小さいほど波長分散が大きくなることが分かる。回折次数ｍはＦＳＲ（Free Spectral Range、分光器として利用できる波長範囲）により、コア間隔ｄはコア間の光結合（干渉）に制限される。ここでは分光する光の中心波長λ０を１．５４５μｍに選び、この波長域で４０ｎｍのＦＳＲを確保できる回折次数ｍとして、ｍ＝３８を選定する。また、コア間結合が十分小さくなるコア間隔ｄとしてｄ＝１０μmを選定する。このときの分散（∂α／∂λ）は、α＝０近傍で、０．００３８ｒａｄ／ｎｍである。
【００５７】
第１実施形態にかかる光デバイス１は、前述したように、露出部５を光入出射端として入射された波長多重された光について、波長成分毎の偏光成分（互いに直交するＴＭ偏光およびＴＥ偏光成分）に直接的に分離しうるものである。又、図１４に示すように、出力端６から出射された光を凸レンズ等の集光レンズ８を介してリニアイメージセンサ９に入射させるように、光デバイス１，レンズ８およびリニアイメージセンサ９を配置すれば、このリニアイメージセンサ９では、波長成分毎の偏光成分を個別にモニタすることができるようになり、例えば波長成分毎の偏光消光比について測定することができる。
【００５８】
ここで、上述のごときリニアイメージセンサ９において波長成分毎の偏光成分をモニタするためには、出力端６から出射される光について、リニアイメージセンサ９上の互いに異なる位置に入射されるように集光レンズ８を配置することが必要となる。ここで、レンズ８の焦点距離をｆ２とすると、図１４のΔλ（Δλ＝λ２−λ１）だけ波長の異なる光の集光位置間の距離（位置分散）Δｘは次式（９）で与えられる。いま、Δｘを１００μｍとすると、この式（９）から、レンズ８の焦点距離はｆ２＝３２．８９５ｍｍとなる。
【００５９】
【数４】
2006119224.tif 000006
【００６０】
次に、リニアイメージセンサ９に入射される波長成分毎の偏光成分のスポットサイズω２を選定するための構造パラメータである、接続部３１に於けるコア中の光ビームのスポットサイズω１，スラブ焦点距離ｆ１および導波パターン部４−１〜４−ｎの本数Ｎを選定する。λ１のＴＥ偏光，ＴＭ偏光，λ２のＴＥ偏光およびＴＭ偏光等を分離するには、同じ波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光とを分離する必要がある。
【００６１】
上述したように、リニアイメージセンサ９上のＴＥ偏光のλ１とλ２の光の間隔（Δｘ）を１００μmとすると、隣接スポットとの干渉を考慮すると、同じ波長のＴＥ偏光とＴＭ偏光とのスポットの間隔を、λ１およびλ２のＴＥ偏光の間隔の半分にあたる５０μｍとする場合が最良の条件であり、これより狭い場合や広い場合は条件が悪くなる。
ここでは、隣接するスポットとの距離が最悪４５μｍまで接近することを想定しスポットサイズω２を決める。スポットサイズω２が小さいほど隣接するスポットとの干渉が小さくなることはいうまでもない。ここでは比較的大きなアイソレーションが得られるスポットサイズとして、ω２＝１５μｍ（直径３０μｍ）を選定する。
【００６２】
また、図１５（ａ）は、図１４に示すような配置において、ある一つの波長における一つの偏光成分に着目した光学系を示す図である。この図１５（ａ）に示す光学系は、図１５（ｂ）に示すような、接続部３１におけるスポットとリニアイメージセンサ９上のスポットとがレンズ８１，８２とで結合された光学系と等価である。
この図１５（ａ）に示すように、ω１，ω２，ｆ２およびｎｓ（ｎｓはスラブパターン部３の実効屈折率で約１．４５８）には次式（１０）の関係がある。尚、ω１は入出射光伝搬パターン部２における比屈折率差Δ［式（１）参照］とコア１０３の断面形状とで決まり、第１実施例にかかる光デバイス１では２．４６４μｍである。又、上式を変形してｆ１を求めると、ｆ１＝７．８７８ｍｍになる。
【００６３】
【数５】
2006119224.tif 000007
【００６４】
次に位相差形成パターン部４をなす導波パターン部４−１〜４−ｎの本数Ｎを求める。Ｎは分光スペクトルのクロストーク特性を決める。入出射光伝搬パターン部２とスラブパターン部３との接続部３１から自由伝搬して広がった光のうち、より広い範囲の光を位相差形成パターン部４で受けるとクロストークが低下する。導波パターン部４−１〜４−ｎの間隔が一定なので、Ｎが大きいほどより広い範囲の光を受け取ることができ、クロストークが小さくなる。
【００６５】
入出力用コアパターン２と入力スラブ用コアパターン３の接続部３１から自由伝搬して広がる光の分布をガウスビームとみなしたとき、ガウスビームに幅の１．５倍以上を受光すればクロストークを−３０ｄＢ以下にできる。スラブパターン部３と導波パターン部４−１〜４−ｎとが接続される接続部３２における各導波パターン部４−１〜４−ｎの間隔を、出力端６側と同じ１０μmに選び、クロストークを−３０ｄＢ以下にするような導波パターン部４−１〜４−ｎの本数Ｎを求めると、例えば約３２０本になる。
【００６６】
以上により波長分光装置としての構造パラメータの選定が終了した。図１６にパラメータの一覧を示す。
〔Ａ１−３２〕光デバイス１の基板１０１に平行な方向のみに付与された応力とＴＥ偏光およびＴＭ偏光のずれの大きさについての検討
第１実施形態にかかる光デバイス１においては、屈折率差生成構造として、前述の図４および図５に示すように、光デバイス１の基板１０１に平行な方向のみに付与される応力によって、光デバイス１をそり量（Δｙ）だけ湾曲させて、基板１０１に平行な方向と垂直な方向の屈折率に差を与えるように構成され、これにより、同一波長の光についてのＴＥ偏光およびＴＭ変更を分離させている。
【００６７】
前述の〔Ａ１−３１〕の構造パラメータに従って製作された光デバイス１と、レンズ８およびリニアイメージセンサ９を図１４に示すように配置した場合において、基板１０１のそり量（Δｙ）から推定した応力の大きさと、リニアイメージセンサ９に入射された同一波長についてのＴＥ偏光およびＴＭ偏光の入射位置のずれの大きさ（δｘ）との関係を調査し、図１７に例示するように、応力（クラッドに混入する不純物の量）の最適化を検討した。尚、この図１４に示す配置において、１００ＧＨｚの周波数差（波長差０．８ｎｍ）がある光の位置分散が１００μmとなるようにレンズ８の焦点距離を調節している。
【００６８】
この図１７に示すように、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との入射位置のずれの大きさ（δx）は、応力に比例して大きくなり、推定応力が約６７ＭＰのとき、δxは約５０μmになり、ほぼ最適値となった。
さらに、クラッド中の推定不純物混入量（wt %）とδｘとの関係は、例えば図１８に示すようになる。ここで、燐Ｐの混入量が約4 wt %、7 wt %、10 wt %のとき、Ge混入量（wt %）およびδｘの関係としては、それぞれ、（ａ）〜（ｃ）に示すように分布する。この図１８に示すように、Pの混入量が7 wt %でGe混入量が約12 wt %の時、クラッド１０２に加わる推定応力が６７ＭＰとなり、５０μmのＴＥ偏光とＴＭ偏光のずれの大きさδｘが得られることになる。尚、第１実施形態にかかる光デバイス１としては、例えば外形寸法を２３ｍｍ×１３ｍｍ×１ｍｍとすることができる。
【００６９】
〔Ａ１−４〕第１実施形態にかかる光デバイスによる効果について
このように、本発明の第１実施形態にかかる光デバイス１によれば、コア１０３を、入射光伝搬パターン部２と、回折パターン部３と、位相差形成パターン部４と、をそなえ、かつ、少なくとも位相差形成パターン部４において、基板１０１に平行な方向と基板１０１に垂直な方向とでコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえているので、波長分離機能と偏光分離機能とを一つの部品で実現し、従来よりのデバイスに比べて更に小型化させることができる利点がある。
【００７０】
すなわち、コア１０３中を伝搬する光の屈折率が、基板１０１に平行な方向と基板１０１に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえているので、波長分離機能と偏光分離機能とを一つの部品で実現し、従来よりのデバイスに比べて更に小型化させることができる利点がある。
また、当該機能を実現するための装置を製造するためのコストを低減させることができる効果も得られる。
【００７１】
さらに、第１実施形態にかかる光デバイス１を偏光分離装置として用いるためには、入出射光伝搬パターン部２に光ファイバを接着固定するだけなので、組立が容易になる効果が得られる。更に、光デバイス１による偏光分離装置の波長分離機能のみに着目した場合、従来の平面光導波回路を用いる波長分離装置であるＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）に比べ、透過帯域（波長帯域）を広くする、即ち帯域制限を無くすることができ、入力導波路のマルチモード化等の透過帯域のフラットトップ化のための技術も不要となるため、挿入損失が２．５ｄＢ程度以上小さくなる等の効果も得ることができる。
【００７２】
つまり、前述の図１４に示すレンズ８から、波長分離された光を導くための光ファイバを接続することで、実質的にＡＷＧと等価に構成することができるが、この場合には、光ファイバの幅で出力光スペクトルが切り取られてしまうので、出力光帯域に制限が生じる。これに対し、本願発明にかかる光デバイス１によれば、出力端６から出射された光をリニアイメージセンサ９で受光することで、出力光スペクトルの制限を無くすことができるのである。
【００７３】
〔Ａ２〕第１実施形態の変形例の説明
図１９〜図２１はそれぞれ本発明の第１実施形態の変形例にかかる光デバイス１´を示す図であり、図１９はその正面図、図２０は図１９のＢ矢視側面図、図２１は図１９のＣ矢視側面図である。この図１９〜図２１に示す光デバイス１は、前述の第１実施形態にかかる光デバイス１に比して、コア１０３として、位相差形成パターン部４の平行領域４１に接続され、当該光デバイス１´の一辺縁部において、位相差形成パターン部４をなす複数の導波パターン部４−１〜４−ｎが一体に繋がるように幅広に形成された出力コアパターン部７が追加されている点が異なっており、それ以外の構成については前述の光デバイス１と基本的に同様である。尚、図１９〜図２１中、図１〜図３と同一の符号は、ほぼ同様の部分を示している。
【００７４】
すなわち、出力コアパターン部７により、位相差形成パターン部４をなす導波パターン部４−１〜４−ｎの出力端６側の一部分が、隣り合うコアと繋がるように幅が広くなっている。尚、図２１に示すように、出力端６側は上述のごとく幅広に形成された出力コアパターン部７の形成領域が露出するようになっている。
このように構成された光デバイス１´においては、出力コアパターン部７をそなえることにより、出力端面に切断、研磨等の加工を加えた場合でも位相差形成パターン部４の長さを一定に保つことができるため、出力端面に切断、研磨等の加工を加えた場合でも回折中心波長が変化せず、研磨後の凹凸による分光クロストークの低下等を防止できる利点を得ることができる。又、切断や研磨により端面を形成するとき、端面が傾斜した場合でも、位相差形成パターン４をなす導波パターン部４−１〜４−ｎの長さが変化しないので、特性が安定になる効果が得られる。
【００７５】
なお、上述の第１実施形態においては、位相差形成パターン部４を伝搬する光が、入出力端５とは対向しない側面から出力されるようなパターンで位相差形成パターン部４が構成されているが、本発明によれば、図１１に示すように、入出力端５と対向する側面から出力されるようなパターンで位相差形成パターン部４を構成したとしても、実質的に等価の波長分光特性および偏光分離特性を得ることができることはいうまでもない。
【００７６】
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
〔Ｂ−１〕第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１００の構成
図２２は本発明の第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１００を示す図である。第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１００は、前述の第１実施形態における光デバイス１をそなえるとともに、シリンドリカルレンズ８ａ，集光レンズとしての凸レンズ８，リニアイメージセンサ９をそなえて構成されている。そして、この偏光モニタ装置１００をなすリニアイメージセンサ９には、演算部１０が接続されることにより、上述の偏光モニタ装置１００および演算部１０からなる偏光消光比測定装置１２０を構成している。
【００７７】
ここで、シリンドリカルレンズ８ａは、光デバイス１の出力端６に相当する側面位置に配置されて、図２２中の紙面に垂直な方向に広がる光を平行にするためのものである。又、凸レンズ８は、前述の図１４に示すものと同様に、光デバイス１から出力され紙面に平行な面上に広がった光について平行光とし、リニアイメージセンサ９に導くものである。換言すれば、凸レンズ８は、位相差形成パターン部４から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうるものである。
【００７８】
さらに、リニアイメージセンサ９は、凸レンズ８を通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部として構成されたものである。具体的には、リニアイメージセンサ９としては、幅１０μm程度、上下方向２５０μｍ程度の光電変換セル（光電変換部）９１が２５μｍピッチで２５６個程度配列したものとすることができる。
【００７９】
これにより、入出射光伝搬パターン部２に入射された波長多重光についての各波長のＴＥ偏光およびＴＭ偏光成分を、リニアイメージセンサ９上の互いに異なる位置で受光することができるので、各波長のＴＥ偏光およびＴＭ偏光成分の強度を個別にモニタすることができるようになっている。尚、第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１００においても、各波長のＴＥ成分およびＴＭ成分を最適にモニタできるように、前述の第１実施形態における〔Ａ−３〕で詳述した光デバイス１の仕様をそなえるとともに、凸レンズ８を配置するものとする。
【００８０】
また、演算部１０は、リニアイメージセンサ９出力をアナログ／ディジタル変換した後演算処理を施して、波長成分毎のＴＥ偏光とＴＭ偏光の偏光強度比等を測定しうるものであり、測定結果としてのＴＥ偏光とＴＭ偏光の偏光強度比や、リニアイメージセンサ９上の光強度については、表示部１１にて表示することができるようになっている。例えば図２３に示すように、波長成分（♯１〜♯４）毎にＴＥ偏光強度とＴＭ偏光強度を表示することができる。
【００８１】
〔Ｂ−２〕作用効果
上述の構成により、第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１００においては、前述の第１実施形態の場合と同様に構成された光デバイス１を用いて、入出射光伝搬パターン部２に入射された波長多重光についての各波長のＴＥ偏光およびＴＭ偏光成分を分離し出力することができるので、シリンドリカルレンズ８ａおよび凸レンズ８を介して、リニアイメージセンサ９上の互いに異なる位置で波長成分毎の偏光成分を受光することができ、各波長のＴＥ偏光およびＴＭ偏光成分の強度を個別にモニタすることができる。そして、このように個別にモニタされた波長成分毎のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の成分をもとに、演算部１０で偏光消光比を測定することもできる。
【００８２】
このように、本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態における光デバイス１を用いているので、複数波長一括で偏光消光比を測定することができるという利点がある。
また、波長分離と偏光分離を一つの部品である光デバイス１で行なうと共に、波長分離及び偏光分離された光のパワーを一つのリニアイメージセンサ９で光電変換することができるので、従来よりも簡素な構成で小型化された装置によって波長分離及び偏光分離された光のパワーをモニタすることができる利点があり、ひいては、従来よりも少ない部品点数で小型の偏光消光比測定装置を実現することが可能である。
【００８３】
さらに、波長分離及び偏光分離を行なう装置と、リニアイメージセンサ９との位置合わせを一回で行なうことが出来るので、組立工数が削減される効果を生ずる。
〔Ｃ〕第３実施形態の説明
〔Ｃ−１〕第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０の構成
図２４は本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０を示す図である。第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においても、前述の第２実施形態の場合と同様に、前述の第１実施形態にかかる光デバイス１を用いたものであるが、更に各波長についてのポアンカレ球上に表象される偏光ベクトル成分を求めるための値［後述の式（１１）〜（１４）におけるＰ１〜Ｐ４参照］を出力することができるようになっている点が異なる。
【００８４】
ここで、この図２４に示す偏光モニタ装置１３０は、前述の第１実施形態の場合と同様の構成を有する光デバイス１−３をそなえるとともに、光デバイス１−１，１−２，凸レンズ８−１〜８−３，リニアイメージセンサ９−１〜９−３，ビームスプリッタ１２−１〜１２−３，検光子１３−１，１３−２および４分の１波長板１４をそなえて構成されている。
【００８５】
この図２４に示す偏光モニタ装置１３０は、前述の図３１に示す偏光モニタ装置２０１に比して、入力光について偏光分離する前段において波長分離せずに、光デバイス１−１〜１−３で波長分離を行ない、光デバイス１−３で一括して波長分離および偏光分離を行なっている点が異なっている。このため、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においては、前述の図３１に示す偏光モニタ装置２０１のように冗長構成の偏波依存光回路２２０ａ〜２２０ｄを持たずに、各光電変換装置としてのリニアイメージセンサ９−１〜９−３の手前に、波長多重光について波長分離を行なう光デバイス１−１，１−２および前述の第１実施形態における光デバイス１と同様に波長分離および偏光分離を一括して行なう光デバイス１−３をそれぞれ配置するようにしている。
【００８６】
すなわち、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においては、前述の図３１に示す偏光モニタ装置２０１とは異なり、入力光について偏光分離する前段において波長分離することを不要とするとともに、偏波依存光回路２２０ａ〜２２０ｄのごとき冗長な構成を不要としながら、ポアンカレ球上に表象される偏光ベクトル成分を求めるための値を算出することができるようになっている。
【００８７】
ここで、ビームスプリッタ１２−１〜１２−３は、入力光についての光路上にこの順番で配置されて、これらのビームスプリッタ１２−１〜１２−３が協働することにより、この入力光として入射された波長多重光について第１〜第３分岐光にパワー分岐しうる光分岐部として機能するものである。
すなわち、ビームスプリッタ（第１ビームスプリッタ）１２−１は、入射された光について２分岐しうるもので、分岐された一方を第１分岐光として検光子１３−１に出力され、他方は後段のビームスプリッタ１２−２に出力されるようになっている。又、ビームスプリッタ（第２ビームスプリッタ）１２−２は、ビームスプリッタ１２−１で分岐された他方の光について更に２分岐するもので、分岐された一方を第２分岐光として４分の１波長板１４に出力され、他方は後段のビームスプリッタ１２−３に出力されるようになっている。更に、ビームスプリッタ１２−３は、ビームスプリッタ１２−２で分岐された他方の光について更に２分岐するものであって、２分岐された一方の光を第３分岐光として光デバイス１−３に出力されるようになっている。
【００８８】
また、検光子（第１検光子）１３−１は、ビームスプリッタ１２−１で分岐された一方の光についての偏光状態の検出を行ないうるものであり、光デバイス１−１は、前述の第１実施形態における光デバイス１と同様のコアパターンをそなえたものであって、検光子１３−１からの出力について波長分離を行なうものである。更に、凸レンズ８−１は、光デバイス１−１から波長成分ごとに異なる回折角で出射された光について平行光とするものであり、リニアイメージセンサ９−１は、アレイ状に光電変換セルが配置された光電変換装置として構成されて、凸レンズ８−１からの波長成分ごとの光について個別に光電変換を行なうことができるようになっている。
【００８９】
換言すれば、上述の光デバイス１−１，凸レンズ８−１およびリニアイメージセンサ９−１により、検光子１３−１からの出力について、波長成分ごとの光の光強度をモニタしうる第１光モニタ部１５−１として構成される。
また、４分の１波長板１４は、ビームスプリッタ１２−２で分岐された一方の光の光路上に配置され、検光子（第２検光子）１３−２は、ビームスプリッタ１２−２で分岐された一方の光を、４分の１波長板１４を介して入力されて、このビームスプリッタ１２−２で分岐された一方の光についての偏光状態の検出を行なうものである。
【００９０】
さらに、光デバイス１−２についても、上述の光デバイス１−１と同様に構成されて、検光子１３−２からの出力について波長分離を行なうものである。更に、この光デバイス１−２から出力された波長分離光についても、凸レンズ８−２を介してリニアイメージセンサ９−２で光電変換を行なうことができる。
換言すれば、上述の光デバイス１−２，凸レンズ８−２およびリニアイメージセンサ９−２により、検光子１３−２からの出力について、波長成分ごとの光の強度をモニタしうる第２光モニタ部１５−２を構成する。
【００９１】
また、光デバイス１−３は、前述の第１実施形態における光デバイス１と同様に構成されて、ビームスプリッタ１２−３で分岐された一方の光について、波長分離を行なうとともに波長毎に直交する２つの偏光成分（ＴＥ偏光およびＴＭ偏光）に一括して分離するものである。更に、この光デバイス１−３から出力された波長成分ごとの偏光成分は、前述の第２実施形態にかかる偏光モニタ装置１２０と同様、凸レンズ８−３を介して、リニアイメージセンサ９−３で光電変換を行なうことができる。
【００９２】
換言すれば、上述の光デバイス１−３，凸レンズ８−３およびリニアイメージセンサ９−３により、分岐部をなすビームスプリッタ１２−３で分岐された第３分岐光について、各波長成分についての直交する２つの偏光成分についてモニタしうる偏光モニタ部１６を構成する。
また、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においては、演算部（偏波状態演算部）１０および表示部１１がそなえられている。この演算部１０は、上述の各リニアイメージセンサ９−１〜９−３で光電変換された波長成分毎の２つの偏光成分についての強度の値をもとにして、波長成分ごとの偏光状態、即ち、図２５に示すようなポアンカレ球３３０上の偏光ベクトル成分を演算により算出することができるようになっている。尚、表示部１１においては、上述の演算部１０での演算結果を適宜表示することが可能である。
【００９３】
すなわち、演算部１０では、リニアイメージセンサ９−１からの各波長の光強度のモニタ結果を以下の式（１３）におけるＰ１とし、リニアイメージセンサ９−２からの各波長の光強度のモニタ結果を以下の式（１４）におけるＰ２とし、リニアイメージセンサ９−３からの波長成分ごとのＴＥ偏光についての光強度のモニタ結果を以下の式（１１），（１２）におけるＰ３とし、リニアイメージセンサ９−３からの波長成分ごとのＴＭ偏光についての光強度のモニタ結果を以下の式（１１），（１２）におけるＰ４として、ポアンカレ球上に表象される偏光ベクトル成分ｓ０〜ｓ３を求めることができるのである。
ｓ０＝Ｐ３＋Ｐ４                                                    …（１１）
ｓ１＝Ｐ３−Ｐ４                                                    …（１２）
ｓ２＝２Ｐ１−（Ｐ３＋Ｐ４）                                        …（１３）
ｓ３＝２Ｐ２−（Ｐ３＋Ｐ４）                                        …（１４）
なお、上述の光デバイス１−１，１−２としては、前述の第１実施形態における光デバイス１について、当該光デバイス１−１，１−２に加わる応力がほぼ零になるように調節したものである。具体的には、例えばクラッド１０２を構成するシリカガラスに比較的多量の燐（P）とゲルマニウム（Ge）を混入する、あるいはクラッド１０２を構成するシリカガラスに硼素（B）と燐（P）を混入すればよい。この技術に関しては、例えば、文献［ 1991年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会  講演論文集１、222ページ(1999)］に記載されている。
【００９４】
また、上述の光デバイス１−１，１−２においても、第１実施形態にかかる光デバイス１と同様に、基板に平行な方向と基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえることとしても差し支えない。
〔Ｃ−２〕作用効果
上述の構成により、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においては、リニアイメージセンサ９−１〜９−３から出力される各モニタ結果を用いることにより、演算部１０で、入力光として入力された波長多重光についての各波長成分の偏波状態、即ちポアンカレ球上のベクトル成分ｓ０〜ｓ３を演算により算出することができる。
【００９５】
ところで、複数波長の光の偏光をモニタする偏光モニタ装置としては、例えば図２６および図２７に示すような偏光モニタ装置３００や、図２８に示すような偏光モニタ装置４００を構成することが考えられる。
ここで、偏光モニタ装置３００においては、図２６に示すように、波長分離フィルタ３１０と複数の個別の偏光モニタ部３２０−１〜３２０−ｎで構成するものである。各偏光モニタ部３２０−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、図２７に示すように、ビームスプリッタ３２２−１〜３２２−３，検光子３２３−１，３２３−２，４分の１波長板３２４，偏光ビームスプリッタ３２５および光電変換素子３２１−１〜３２１−４をそなえるとともに、演算部３２６をそなえ、この演算部３２６で、光電変換素子３２１−１〜３２１−４からの出力をそれぞれ前述のＰ１〜Ｐ４［式（１１）〜（１４）参照］として、ポアンカレ球上の偏光ベクトル成分ｓ０〜ｓ３について算出するようにしている。尚、この図２６，図２７に示す偏光モニタ装置３００は、前述の図３１，図３２に示す偏光モニタ装置２０１と実質的に同様の構成である。
【００９６】
また、図２８に示す偏光モニタ装置４００は、ビームスプリッタ４１２−１〜４１２−３，検光子４１３−１，４１３−２，４分の１波長板４１４，偏光ビームスプリッタ４１５，ミラー４１６，波長分離フィルタ４２０−１〜４２０−４およびアレイ状の光電変換装置４０１−１〜４０１−４からなる。この図２８に示す偏光モニタ装置４００は、前述の図２６，図２７に示す偏光モニタ装置３００における波長分離フィルタ３１０としての機能を偏光モニタ部３００−ｉに組み込んだ、冗長構成を持たないようにしたものである。
【００９７】
上述の図２６，２７に示す偏光モニタ装置３００においては、波長数に応じた冗長な偏光モニタ部が必要であり、例えば波長数が４０のときは４０個の個別の偏光モニタ部３２０−ｉが必要である。
これに対し、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０は、前述の図３１，図３２に例示するような偏光モニタ装置３００のように、波長数に応じた多くの偏光モニタ部を必要とせず、装置を小型化させ、装置を製造するためのコストを安価にすることができるという効果を生ずる。
【００９８】
さらに、第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０においては、図２８に示す偏光モニタ装置４００に比して、偏光ビームスプリッタ４１５およびミラー４１６を不要とし、更に２個の波長分離フィルタ４２０−３，４２０−４としての機能を１個の偏光モニタ部１６に減らし、更に２個のアレイ状の光電変換装置４０１−３，４０１−４を１個のアレイ状の光電変換装置であるリニアイメージセンサ９−３に減らすことができるので、図２８に例示する構成に比べても、装置が小型になり安価に成る効果を生ずる。
【００９９】
このように、本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置１３０によれば、第１，第２光モニタ部１５−１，１５−２および偏光モニタ部１６をそなえたことにより、前述の図３１，図３２に示すものよりも簡素化された構成によって、入力光として入力された波長多重光についての各波長成分の偏波状態、即ちポアンカレ球上のベクトル成分ｓ０〜ｓ３を演算により算出することができる利点がある。
【０１００】
〔Ｄ〕第４実施形態の説明
〔Ｄ−１〕第４実施形態にかかる光スイッチ装置１４０の構成
図２９は本発明の第４実施形態にかかる光スイッチ装置１４０を示す図である。この図２９に示す光スイッチ装置１４０は、前述の第１実施形態におけるもの（図１〜図３の符号１参照）と同様の第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂを用いることにより、偏波多重対応波長選択スイッチを構成するものである。即ち、第４実施形態にかかる光スイッチ装置１４０は、光サーキュレータ１７−１，１７−２，第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂ，第１，第２シリンドリカルレンズ８ａ−１，８ａ−２，レンズ１８およびミラー９ｍをそなえて構成されている。
【０１０１】
ここで、第１，第２光サーキュレータ１７−１，１７−２はそれぞれ、入力ポート（ＩＮ♯１，ＩＮ♯２）１７ａ−１，１７ａ−２をそなえるとともに出力ポート（ＯＵＴ♯１，ＯＵＴ♯２）１７ｂ−１，１７ｂ−２をそなえ、第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂにおける入出射光伝搬パターン部２にそれぞれ光学的に結合されたものである。そして、第１，第２光サーキュレータ１７−１，１７−２の入力ポート１７ａ−１，１７−２から入力された光については、それぞれ光学的に結合されている第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂにおける入出射光伝搬パターン部２に出力するとともに、入出射光伝搬パターン部２から出力された光については出力ポート１７ｂ−１，１７ｂ−２から出力するようになっている。
【０１０２】
これにより、第１光サーキュレータ１７−１の入力ポート１７ａ−１に入力された波長多重光は、第１光デバイス１Ａにおいて、波長分離および偏光分離がなされて、波長毎に直交する２つの偏光に分離された光として出力されるようになっている。同様に、第２光サーキュレータ１７−２の入力ポート１７ａ−２に入力された波長多重光は、第２光デバイス１Ｂにおいて、波長分離および偏光分離がなされて、波長毎に直交する２つの偏光に分離された光として出力されるようになっている。
【０１０３】
また、第１シリンドリカルレンズ８ａ−１は、第１光デバイス１Ａの出力端６位置に配置されて、この出射端６から出射される光をそれぞれ図２９中の紙面の上下方向について平行にするものである。同様に、第２シリンドリカルレンズ８ａ−２は、第２光デバイス１Ｂの出力端６位置に配置されて、この出射端６から出射される光をそれぞれ図２９中の紙面の上下方向について平行にするものである。
【０１０４】
図３０は図２９に示す光スイッチ装置１４０のａ方向矢視図である。この図３０に示すように、ミラー９ｍは、第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂにおける位相差形成パターン部４の前記出力端６から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光を反射する反射部として機能するものであり、上述の各波長成分についての２つの偏光成分を個別に反射するための２ｎ個のミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎをそなえている。
【０１０５】
すなわち、ミラー９ｍ−１，９ｍ−２はそれぞれ、同一波長（波長λ１）のＴＥ偏光，ＴＭ偏光について互いに異なる角度で反射しうるものであり、ミラー９ｍ−３，９ｍ−４はそれぞれ、ミラー９ｍ−１，９ｍ−２で反射する波長に隣接する波長（波長λ２）のＴＥ偏光，ＴＭ偏光について互いに異なる角度で反射するものである。即ち、ミラー９ｍ−（２ｉ−１），９ｍ−（２ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）は、同一波長（λｉ）のＴＥ偏光，ＴＭ偏光についてそれぞれ反射しうるものである。尚、図３０中において、ミラー９ｍ−１〜９ｍ−ｎに入射する（又は反射される）光に関し、実線はＴＥ偏光を示し、破線はＴＭ偏光を示している。
【０１０６】
さらに、レンズ８は、第１および第２シリンドリカルレンズ８ａ−１，８ａ−２と反射部９ｍとの間に介装されて、第１および第２シリンドリカルレンズ８ａ−１，８ａ−２と反射部９ｍとを光学的に結合させるためのものである。即ち、レンズ８は、図２９中上下方向に配置されたシリンドリカルレンズ８ａ−１，８ａ−２と、図２９中シリンドリカルレンズ８ａ−１，８ａ−２の中間の高さに一列に配置されているミラー９ｍ（９ｍ−１〜９ｍ−２ｎ）との間を光学的に結合させるようになっている。
【０１０７】
また、制御部１８は上述のミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎの角度について個別に設定しうるものであり、この制御部１８によるミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎの角度を設定することにより、第１又は第２サーキュレータ１７−１，１７−２から入射された光について波長および各波長の偏光成分毎に経路を切り替えることができるようになっている。
具体的には、制御部１８による制御によって、ミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎの角度を図２９中実線の角度か又は点線の角度となるように２段階で個別に設定されるようになっている。
【０１０８】
すなわち、図２９中実線の角度となるようにミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎを設定することで、光サーキュレータ１７−１の入力ポート１７ａ−１から光デバイス１Ａを通じて出射された光を、光デバイス１Ｂを介して光サーキュレータ１７−２の出力ポート１７ｂ−２から出力させることができる。同様に、光サーキュレータ１７−２の入力ポート１７ａ−２から光デバイス１Ｂを通じて出射された光を、光デバイス１Ａを介して光サーキュレータ１７−１の出力ポート１７ｂ−１から出力させることができる。
【０１０９】
また、図２９中点線の角度となるようにミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎを設定することで、光サーキュレータ１７−１の入力ポート１７ａ−１から光デバイス１Ａを通じて出射された光を、当該光デバイス１Ａを介して光サーキュレータ１７−１の出力ポート１７ｂ−１から出力させることができる。
〔Ｄ−２〕作用効果
上述の構成により、第４実施形態にかかる光スイッチ装置１４０では、制御部１８によって、ミラー９ｍ−１〜９ｍ−２ｎの角度を図２９中実線か又は点線の角度に設定することにより、入力方路に対する出力方路を適宜切り替えることができ、偏波多重対応の波長選択スイッチを構成することができる。
【０１１０】
このとき、ミラー９mが実線の状態の時、図２９中上側の光デバイス１Ａから出力された光はミラー９ｍで反射され、図２９中下側の光デバイス１Ｂで異なる異なる波長及び異なる偏光の光が合波され、出力ポート１７ｂ−２（ＯＵＴ♯２）から出力される。ミラー９mが波線の状態（反射光が光デバイス１Ａに戻るように傾斜している状態）の時、図２９中上側の光デバイス１Ａから出力された光はミラー９ｍで反射され、再び図２９中上側の光デバイス１Ａに戻され、異なる波長及び異なる偏光の光が合波され、出力ポート１７ｂ−１（ＯＵＴ♯１）から出力される。
【０１１１】
このように、本発明の第４実施形態にかかる光スイッチ装置１４０によれば、前述の第１実施形態におけるもの（符号１参照）と同様の第１，第２光デバイス１Ａ，１Ｂを用いることにより、波長多重と偏波多重の二重の多重化が行なわれたＷＤＭ光を、波長及び各波長の偏波毎に経路を切り換えることができる波長選択スイッチを、シンプルな構成で実現できる効果を得ることができる。
【０１１２】
〔Ｅ〕その他
上述した実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
たとえば、上述の第２，第３実施形態における偏光モニタ装置１００，１３０および第４実施形態における光スイッチ装置１４０に適用される光デバイス１，１Ａ，１Ｂの屈折率差生成構造として、少なくとも位相差形成パターン部４において、基板１０１に平行な方向と基板に垂直な方向とでコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分をそなえることとすることができる。そして、このコア１０３中を伝搬する光の屈折率が異なる部分としては、基板１０１全体に渡らなくとも、少なくとも位相差形成パターン部４全体に渡るようにすればよい。
【０１１３】
また、上述した実施形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。
〔Ｆ〕付記
（付記１）  基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、
該コアが、
当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、
該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、
前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、
かつ、少なくとも前記位相差形成パターン部において、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで該コア中を伝搬する光の屈折率が異なる部分を備えたことを特徴とする、光デバイス。
【０１１４】
（付記２）  該回折パターン部における該位相差形成パターン部側の境界部が、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部を中心として描いた円弧状パターンを有することを特徴とする、付記１記載の光デバイス。
（付記３）  位相差形成パターン部をなす各導波パターンが、一方が該回折パターン部における前記円弧状パターンの境界部に接続されるとともに、他方の端部は出力端として一直線状に並ぶように形成されたことを特徴とする、付記２記載の光デバイス。
【０１１５】
（付記４）  該位相差形成パターン部における隣り合う前記導波パターンの前記実効的光路長差が一定であり、且つ、前記複数の導波パターンにおける前記出力端を含んだ所定長の領域が、間隔が一定で平行に並ぶ平行領域として構成されたことを特徴とする、付記３記載の光デバイス。
（付記５）  該位相差形成パターン部の前記平行領域に接続され、当該光デバイスの一辺縁部において、該位相差形成パターン部をなす複数の導波パターンが一体に繋がるように幅広に形成された出力コアパターン部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記４記載の光デバイス。
【０１１６】
（付記６）  該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、前記光の屈折率が異なる部分により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成されたことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項記載の光デバイス。
【０１１７】
（付記７）  前記波長毎で直交する２つの偏光成分の光が回折される角度差が、前記一定の周波数間隔の光が回折される角度差よりも小さくなるように、前記光の屈折率が異なる部分が構成されたことを特徴とする、付記６記載の光デバイス。
（付記８）  前記波長毎で直交する２つの偏光成分の光が回折される角度差が、前記一定の周波数間隔の光が回折される角度差のおよそ２分の１であることを特徴とする、付記７記載の光デバイス。
【０１１８】
（付記９）  前記光の屈折率が異なる部分は、少なくとも前記位相差形成パターン部全体に渡ることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項記載の光デバイス。
（付記１０）  基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入射された光を伝搬しうるパターンを有する入射光伝搬パターン部と、該入射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された光デバイスと、
該位相差形成パターン部から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光について、集光し平行光としうる凸レンズと、
該凸レンズを通過することにより集光された光の集光点付近に、当該光の集光点イメージの位置に応じた光強度変化に比例する電気信号パターンを生成できるように配置されたアレイ状の光電変換部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、偏光モニタ装置。
【０１１９】
（付記１１）  該回折パターン部における該位相差形成パターン部側の境界部が、前記の入射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部を中心として描いた円弧状パターンを有することを特徴とする、付記１０記載の偏光モニタ装置。
（付記１２）  位相差形成パターン部をなす各導波パターンが、一方が該回折パターン部における前記円弧状パターンの境界部に接続されるとともに、他方の端部は出力端として一直線状に並ぶように形成されたことを特徴とする、付記１１記載の偏光モニタ装置。
【０１２０】
（付記１３）  該位相差形成パターン部における隣り合う前記導波パターンの前記実効的光路長差が一定であり、且つ、前記複数の導波パターンにおける前記出力端を含んだ所定長の領域が、間隔が一定で平行に並ぶ平行領域として構成されたことを特徴とする、付記１２記載の偏光モニタ装置。
（付記１４）  該位相差形成パターン部の前記平行領域に接続され、当該光デバイスの一辺縁部において、該位相差形成パターン部をなす複数の導波パターンが一体に繋がるように幅広に形成された出力コアパターン部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１３記載の偏光モニタ装置。
【０１２１】
（付記１５）  前記波長毎で直交する２つの偏光成分の光が回折される角度差が、前記一定の周波数間隔の光が回折される角度差よりも小さくなるように、該屈折率差生成構造が構成されたことを特徴とする、付記１０記載の偏光モニタ装置。
（付記１６）  前記波長毎で直交する２つの偏光成分の光が回折される角度差が、前記一定の周波数間隔の光が回折される角度差のおよそ２分の１であることを特徴とする、付記１５記載の偏光モニタ装置。
【０１２２】
（付記１７）  入射された波長多重光について第１〜第３分岐光にパワー分岐しうる光分岐部と、
該光分岐部で分岐された前記第１分岐光についての偏光成分を検出しうる第１検光子と、
該第１検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第１光モニタ部と、
該光分岐部で分岐された前記第２分岐光についての光路上に配置された４分の１波長板と、
該４分の１波長板からの出力についての偏光成分を検出しうる第２検光子と、
該第２検光子からの出力について、波長成分ごとの光をモニタしうる第２光モニタ部と、
付記１０記載の構成を有し、該光分岐部で分岐された前記第３分岐光について、各波長成分についての直交する２つの偏光成分についてモニタしうる偏光モニタ部と、をそなえ
上記の第１，第２光モニタ部からのモニタ結果および該偏光モニタ部からのモニタ結果から、前記入射された波長成分ごとの偏光状態について演算すべく構成されたことを特徴とする、偏光モニタ装置。
【０１２３】
（付記１８）  基板にクラッドおよび該クラッドよりも屈折率が相対的に高いコアが形成され、該コア中を光が伝搬しうる光デバイスであって、該コアが、当該光デバイスの一端にコアパターン断面が露出する露出部をそなえるとともに、前記露出部から入出射される光を伝搬しうるパターンを有する入出射光伝搬パターン部と、該入出射光伝搬パターン部に連続して形成され、該入出射光伝搬パターン部からの光が回折して広がりながら自由伝搬しうるパターンを有する回折パターン部と、前記の入出射光伝搬パターン部および回折パターン部の接続部からの実効的光路長が異なるように形成された複数の導波パターンからなり、該回折パターン部からの光について上記複数の導波パターンによって位相差を形成しうる位相差形成パターン部と、をそなえ、かつ、該コア中を伝搬する光の屈折率が、該基板に平行な方向と該基板に垂直な方向とで屈折率差を生成せしめる屈折率差生成構造をそなえ、該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光を、上記複数の導波パターンによって形成された位相差により一定の周波数間隔の光を一定の角度差で回折しうるとともに、該屈折率差生成構造にて生成される屈折率差により波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折しうるように構成された第１および第２光デバイスが上下に並列して配置され、
該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射された、一定の周波数間隔を一定の角度差で回折され且つ波長毎で直交する２つの偏光成分の光を互いに異なる角度に回折された光を反射する反射部をそなえるとともに、
該第１および第２光デバイスにおける該位相差形成パターン部の前記出力端から出射される光をそれぞれ平行にする第１および第２シリンドリカルレンズと、
該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部との間に介装されて、該第１および第２シリンドリカルレンズと該反射部とを光学的に結合させるための集光レンズと、
該第１および第２光デバイスにおける入出射光伝搬パターン部にそれぞれ接続された第１および第２光サーキュレータと、をそなえ、
該第１又は第２サーキュレータから入射された光について波長および各波長の偏光成分毎に経路を切り替えるべく、前記反射部を、前記波長についての偏波成分毎に前記反射角度を設定可能に構成されたことを特徴とする、光スイッチ装置。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる光デバイスを示す図である。
【図４】第１実施形態にかかる光デバイスの要部構成について説明するための図である。
【図５】第１実施形態にかかる光デバイスの要部構成について説明するための図である。
【図６】ＣＶＤ装置を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はともに第１実施形態にかかる光デバイスが分光フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図８】第１実施形態にかかる光デバイスが分光フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図９】第１実施形態にかかる光デバイスが分光フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図１０】第１実施形態にかかる光デバイスが分光フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図１１】第１実施形態にかかる光デバイスが偏光分離フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図１２】第１実施形態にかかる光デバイスが偏光分離フィルタとして動作することについて説明するための図である。
【図１３】第１実施形態にかかる光デバイスの構造パラメータの選定について説明するための図である。
【図１４】第１実施形態にかかる光デバイスの構造パラメータの選定について説明するための図である。
【図１５】（ａ），（ｂ）はともに第１実施形態にかかる光デバイスの構造パラメータの選定について説明するための図である。
【図１６】第１実施形態にかかる光デバイスの構造パラメータの選定について説明するための図である。
【図１７】第１実施形態にかかる光デバイスの基板に平行な方向のみに付与された応力とＴＥ偏光およびＴＭ偏光のずれの大きさについて検討について説明するための図である。
【図１８】第１実施形態にかかる光デバイスの基板に平行な方向のみに付与された応力とＴＥ偏光およびＴＭ偏光のずれの大きさについて検討について説明するための図である。
【図１９】本発明の第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。
【図２０】本発明の第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。
【図２１】本発明の第１実施形態の変形例にかかる光デバイスを示す図である。
【図２２】本発明の第２実施形態にかかる偏光モニタ装置を示す図である。
【図２３】本発明の第２実施形態において、波長成分毎にＴＥ偏光強度とＴＭ偏光強度を表示することについて説明するための図である。
【図２４】本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置を示す図である。
【図２５】ポアンカレ球を示す図である。
【図２６】本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置の作用効果を説明するための図である。
【図２７】本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置の作用効果を説明するための図である。
【図２８】本発明の第３実施形態にかかる偏光モニタ装置の作用効果を説明するための図である。
【図２９】本発明の第４実施形態にかかる光スイッチ装置を示す図である。
【図３０】本発明の第４実施形態にかかる光スイッチ装置を示す図である。
【図３１】従来の偏光モニタ装置を示す図である。
【図３２】従来の偏光モニタ装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１，１´，１−１〜１−３，１Ａ，１Ｂ    光デバイス
２    入出射光伝搬パターン部
３    回折パターン部
４    位相差形成パターン部
４−１〜４−ｎ    導波パターン部
５    露出部
６    出力端
７    出力コアパターン部
８，８−１〜８−３    レンズ
８ａ，８ａ−１，８ａ−２    シリンドリカルレンズ
９，９−１〜９−３    リニアイメージセンサ（アレイ状の光電変換装置）
９ｍ，９ｍ−１〜９ｍ−２ｎ    ミラー
１０    演算部
１１    表示部
１２−１〜１２−３    ビームスプリッタ（光分岐部）
１３−１，１３−２    検光子（第１，第２検光子）
１４，３２４，４１４    ４分の１波長板
１５−１，１５−２    光モニタ部（第１，第２光モニタ部）
１６    偏光モニタ部
１７−１，１７−２    光サーキュレータ
１７ａ−１，１７ａ−２    入力ポート
１７ｂ−１，１７ｂ−２    出力ポート
１８    制御部
３１，３２    接続部
４１    平行領域
８１，８２    レンズ
９１    光電変換セル
１００，１３０，２０１，３００，４００    偏光モニタ装置
１０１    基板
１０２    クラッド
１０３    コア
１１０    ＣＶＤ装置
１１１    燐ソース
１１２    ゲルマニウムソース
１２０    偏光消光比測定装置
２０２    光
２０３−１〜２０３−３，３２２−１〜３２２−３，４１２−１〜４１２−３    ビームスプリッタ
２０４    偏光子
２０５−１〜２０５−４，３２１−１〜３２１−４    光電変換素子
２０７−１〜２０７−３    ミラー
２１０，３１０    波長分離フィルタ
２２０，２２０ａ〜２２０ｄ    偏光依存光回路
２３０，２３０ａ〜２３０ｄ    光電変換素子アレイ
３２０−１〜３２０−ｎ    偏光モニタ部
３２３−１，３２３−２，４１３−１，４１３−２    検光子
３２５，４１５    偏光ビームスプリッタ
３２６    演算部
３３０    ポアンカレ球
４０１−１〜４０１−４    アレイ状の光電変換装置
４１６  ミラー
４２０−１〜４２０−４    波長分離フィルタ
【図１】
2006119224.tif 000008
【図２】
2006119224.tif 000009
【図３】
2006119224.tif 000010
【図４】
2006119224.tif 000011
【図５】
2006119224.tif 000012
【図６】
2006119224.tif 000013
【図７】
2006119224.tif 000014
【図８】
2006119224.tif 000015
【図９】
2006119224.tif 000016
【図１０】
2006119224.tif 000017
【図１１】
2006119224.tif 000018
【図１２】
2006119224.tif 000019
【図１３】
2006119224.tif 000020
【図１４】
2006119224.tif 000021
【図１５】
2006119224.tif 000022
【図１６】
2006119224.tif 000023
【図１７】
2006119224.tif 000024
【図１８】
2006119224.tif 000025
【図１９】
2006119224.tif 000026
【図２０】
2006119224.tif 000027
【図２１】
2006119224.tif 000028
【図２２】
2006119224.tif 000029
【図２３】
2006119224.tif 000030
【図２４】
2006119224.tif 000031
【図２５】
2006119224.tif 000032
【図２６】
2006119224.tif 000033
【図２７】
2006119224.tif 000034
【図２８】
2006119224.tif 000035
【図２９】
2006119224.tif 000036
【図３０】
2006119224.tif 000037
【図３１】
2006119224.tif 000038
【図３２】
2006119224.tif 000039