(57)【要約】      （修正有）【課題】製造ばらつき等に起因する二本のアーム導波路間の位相誤差を補償でき、高い偏波消光比を有する偏波分離回路を提供する。【解決手段】マッハツェンダ干渉回路を備えた、基板上の光導波路で構成される偏波分離回路であって、第１のアーム導波路１０２は、第１のアーム導波路１０２を分断するように第１の溝１０５が設けられており、第２のアーム導波路１０３は、第２のアーム導波路を分断するように第２の溝１０５が設けられており、第１の溝１０５には、使用波長の１／２波長の位相差を与える波長板１０６が光導波路の複屈折軸と同一になるように挿入されており、第２の溝１０５には、第１のアーム導波路１０２を伝搬する光と第２のアーム導波路１０３を伝搬する光との間の位相誤差を補償するような、光導波方向に対する長さ及び屈折率を有する光学媒質１０７が設けられている。【選択図】図１
2015219317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を二分岐する分波回路と、
前記分波回路の一方の分岐に接続された第１のアーム導波路と、
前記分波回路の他方の分岐に接続された第２のアーム導波路と、
前記第１及び第２のアーム導波路に接続された合波回路と
を含むマッハツェンダ干渉回路を備えた、基板上の光導波路で構成される偏波分離回路であって、
前記第１のアーム導波路は、前記第１のアーム導波路を分断するように第１の溝が設けられており、
前記第２のアーム導波路は、前記第２のアーム導波路を分断するように第２の溝が設けられており、
前記第１の溝には、使用波長の１／２波長の位相差を与える波長板が前記光導波路の複屈折軸と同一になるように挿入されており、
前記第２の溝には、前記第１のアーム導波路を伝搬する光と前記第２のアーム導波路を伝搬する光との間の位相誤差を補償するような、光導波方向に対する長さ及び屈折率を有する光学媒質が設けられていることを特徴とする偏波分離回路。
【請求項２】
光導波路を二分岐する分波回路と、
前記分波回路の一方の分岐に接続された第１のアーム導波路と、
前記分波回路の他方の分岐に接続された第２のアーム導波路と、
前記第１及び第２のアーム導波路に接続された合波回路と
を含むマッハツェンダ干渉回路を備えた、基板上の光導波路で構成される偏波分離回路であって、
前記第１のアーム導波路は、前記第１のアーム導波路を分断するように第１の溝が設けられており、
前記第２のアーム導波路は、前記第２のアーム導波路を分断するように第２の溝が設けられており、
前記第１の溝には、使用波長の１／２波長の位相差を与える波長板が前記光導波路の複屈折軸と同一になるように挿入されており、
前記第２の溝には、光導波方向に対して、所定の屈折率ｎcomを有した光学媒質が設けられており、
前記所定の屈折率ｎcomは、前記波長板の遅軸の屈折率をｎs、前記波長板の厚さをＬ、前記第１のアーム導波路を伝搬する光と前記第２のアーム導波路を伝搬する光との間の位相誤差をΔφ、次数をＮ、使用波長をλとするとき、
【数１】
2015219317.tif 000031
によって、表されることを特徴とする偏波分離回路。
【請求項３】
前記光学媒質は、前記第２の溝に挿入されたポリイミドフィルムであるか、又は前記第２の溝に充填されたエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波分離回路。
【請求項４】
前記基板は、シリコン基板であり、
前記光導波路は、石英系導波路からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波分離回路。
【請求項５】
前記分波回路及び前記合波回路は、方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波分離回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高偏波消光比を有する偏波分離回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの伝送容量の拡大を目的として、異なる四値位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）信号を直交する偏光に多重化した偏波多重ＱＰＳＫ信号が広く用いられている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、偏波多重ＱＰＳＫ信号を生成するための変調器が示されている。非特許文献１に示される変調器では、ＱＰＳＫ信号を生成する変調器を二つ用意し、一方の変調器からの信号は半波長板を用いて偏波回転させ、偏波合成器（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）にて偏波合成する。非特許文献１に示される変調器では、ＰＢＣとしてアーム導波路の幅を変化させた幅変調ＰＢＣを用いているが、非特許文献２に示すように、波長板を用いたＰＢＳ／ＰＢＣも報告されている。波長板挿入型のＰＢＳ／ＰＢＣは、導波路設計が簡便であるため有用である。以下、ＰＢＣと偏波分離回路（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）は同じものとして記述する。
【０００４】
非特許文献２に示される従来構造の偏波分離回路の概略図を図５に示す。図５には、入力側方向性結合器１、２並列の第１及び第２のアーム導波路２及び３、出力側方向性結合器４を接続した偏波分離回路が示されている。第１のアーム導波路２には、ダイジング溝５が形成されており、１／２波長板６の複屈折軸が第１のアーム導波路２の複屈折軸と一致するように挿入されている。
【０００５】
次に、図５を用いて波長板を用いたＰＢＳの動作原理を簡単に説明する。マッハツェンダ干渉回路に入力された光信号は、入力側方向性結合器１によって等分配されて、第１及び第２のアーム導波路２及び３にそれぞれ出力される。第１及び第２のアーム導波路２及び３を伝搬する光の間の位相差が、波長板６によって、ＴＥ偏波とＴＭ偏波間で１８０度ずれることとなる。結果的に、第１のアーム導波路２と第２のアーム導波路３とでは、ＴＥ偏波が逆相となり、ＴＭ偏波が同相となるため、偏波分離がなされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】H. Yamazaki, “PDM-QPSK Modulator With a Hybrid Configuration of Silica PLCs and LiNbO3 Phase Modulators,” JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 2011年, Vol.29, No.5, pp.721-727
【非特許文献２】K. Suzuki, “Polarization-Insensitive Operation of Lithium Niobate Mach-Zehnder Interferometer With Silica PLC-Based Polarization Diversity Circuit,” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 2008年, Vol. 20, No.10, pp.773-775
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５に示されるような波長板挿入型のＰＢＳは、理想的に第１及び第２のアーム導波路２及び３の間の位相誤差がゼロである必要がある。しかしながら、導波路コアを作製する際にコア幅のばらつきやオーバークラッドの応力のむら等によってアーム導波路に位相誤差が発生し、この位相誤差はＰＢＳとして動作させる干渉条件を崩してしまう。たとえば、ＴＥ偏波は第１及び第２のアーム導波路２及び３の間で完璧に逆相とはならずに、一部のＴＥ偏波が願っていない別の出力ポートに混ざることとなる。その結果、偏波消光比（デシベル表記において、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の透過率の差分の絶対値）が劣化する。以下、偏波消光比の劣化について、図５を用いて簡単に説明する。
【０００８】
図５に示される第１の入力ポート９から入力された光が、第１の出力ポート７に出力されるＴＥ偏波の電界ＥTE1は、以下の（式１）のように表される。
【０００９】
【数１】
2015219317.tif 000003
【００１０】
ここで、θは方向性結合器の結合角度、ｎfは波長板の速軸の屈折率、Ｌは波長板の厚さ、ｎwgは導波路の実効屈折率、Δφは位相誤差［ｒａｄ］、λは使用波長である。結合角度θは理想的にはπ／４であるので、θ＝π／４を（式１）に代入し、光パワー|ＥTE1|2を求めると、以下の（式２）のように表される。
【００１１】
【数２】
2015219317.tif 000004
【００１２】
次に、第１の出力ポート７に出力されるＴＭ偏波の電界ＥTM1は、以下の（式３）のように表される。ここで、ｎｓは波長板の遅軸の屈折率である。
【００１３】
【数３】
2015219317.tif 000005
【００１４】
θ＝π／４を（式２）に代入し、光パワー|ＥTM1|2を求めると、以下の（式４）のように表される。
【００１５】
【数４】
2015219317.tif 000006
【００１６】
同様に、第２の出力ポート８に出力されるＴＥ偏波の光パワー|ＥTE2|2、第２の出力ポート８に出力されるＴＭ偏波の光パワー|ＥTM2|2は、以下の（式５）、（式６）で表される。
【００１７】
【数５】
2015219317.tif 000007
【００１８】
第１の出力ポート７にＴＥ偏波、第２の出力ポート８にＴＭ偏波が出力される必要があるため、ＰＢＳの動作条件は、以下の（式７）で表される。
【００１９】
【数６】
2015219317.tif 000008
【００２０】
（式２）、（式４）、（式５）、（式６）、（式７）より、ＰＢＳとして満たすべき動作条件は、以下の（式８）となる。
【００２１】
【数７】
2015219317.tif 000009
【００２２】
ここで、ＭおよびＮは回折次数であり、整数である。位相誤差をゼロ（Δφ＝０）と仮定し、上記（式８）を整理すると、以下の（式９）となる。
【００２３】
【数８】
2015219317.tif 000010
【００２４】
よって、たとえば、Ｍ＝１、Ｎ＝１、ｎf＝１．５６、ｎs＝１．６、ｎwg＝１．５２、および、波長板をλ／２とすることで、（式９）を満たすことができ、ＰＢＳを実現できる。
【００２５】
しかしながら、位相誤差が発生した場合には、（式９）では（式８）は成立せず、不要な偏波がクロストークとなり偏波消光比を劣化させる。
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明は、偏波消光比を劣化させる要因となる位相誤差を補償することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の偏波分離回路は、光導波路を二分岐する分波回路と、前記分波回路の一方の分岐に接続された第１のアーム導波路と、前記分波回路の他方の分岐に接続された第２のアーム導波路と、前記第１及び第２のアーム導波路に接続された合波回路とを含むマッハツェンダ干渉回路を備えた、基板上の光導波路で構成される偏波分離回路であって、前記第１のアーム導波路は、前記第１のアーム導波路を分断するように第１の溝が設けられており、前記第２のアーム導波路は、前記第２のアーム導波路を分断するように第２の溝が設けられており、前記第１の溝には、使用波長の１／２波長の位相差を与える波長板が前記光導波路の複屈折軸と同一になるように挿入されており、前記第２の溝には、前記第１のアーム導波路を伝搬する光と前記第２のアーム導波路を伝搬する光との間の位相誤差を補償するような、光導波方向に対する長さ及び屈折率を有する光学媒質が設けられていることを特徴とする。
【００２８】
請求項２に記載の偏波分離回路は、光導波路を二分岐する分波回路と、前記分波回路の一方の分岐に接続された第１のアーム導波路と、前記分波回路の他方の分岐に接続された第２のアーム導波路と、前記第１及び第２のアーム導波路に接続された合波回路とを含むマッハツェンダ干渉回路を備えた、基板上の光導波路で構成される偏波分離回路であって、前記第１のアーム導波路は、前記第１のアーム導波路を分断するように第１の溝が設けられており、前記第２のアーム導波路は、前記第２のアーム導波路を分断するように第２の溝が設けられており、前記第１の溝には、使用波長の１／２波長の位相差を与える波長板が前記光導波路の複屈折軸と同一になるように挿入されており、前記第２の溝には、光導波方向に対して、所定の屈折率ｎcomを有した光学媒質が設けられており、前記所定の屈折率ｎcomは、前記波長板の遅軸の屈折率をｎs、前記波長板の厚さをＬ、前記第１のアーム導波路を伝搬する光と前記第２のアーム導波路を伝搬する光との間の位相誤差をΔφ、次数をＮ、使用波長をλとするとき、
【００２９】
【数９】
2015219317.tif 000011
【００３０】
によって、表されることを特徴とする。
【００３１】
請求項３に記載の偏波分離回路は、請求項１又は２に記載の偏波分離回路であって、前記光学媒質は、前記第２の溝に挿入されたポリイミドフィルムであるか、又は前記第２の溝に充填されたエポキシ樹脂であることを特徴とする。
【００３２】
請求項４に記載の偏波分離回路は、請求項１乃至３のいずれかに記載の偏波分離回路であって、前記基板は、シリコン基板であり、前記光導波路は、石英系導波路からなることを特徴とする。
【００３３】
請求項５に記載の偏波分離回路は、請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波分離回路であって、前記分波回路及び前記合波回路は、方向性結合器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、製造ばらつき等に起因する二本のアーム導波路間の位相誤差を補償できるため、高い偏波消光比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る偏波分離回路の概略図である。
【図２】本発明に係る偏波分離回路の他の例の概略図である。
【図３】ＰＢＳにおける屈折率ｎcomに対する偏波消光比の計算結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る偏波分離回路の概略図である。
【図５】従来の偏波分離回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明に係る偏波分離回路の概略図である。図１には、入力光導波路を二分岐する入力側方向性結合器１０１と、並列に設けられた第１及び第２のアーム導波路１０２及び１０３と、第１及び第２のアーム導波路１０２及び１０３に接続された出力側方向性結合器１０４と、ダイジング溝１０５と、１／２波長板１０６と、光学媒質１０７と、を備えた偏波分離回路が示されている。第１のアーム導波路１０２は、入力側方向性結合器１０１の一方の分岐に接続され、第２のアーム導波路１０３は、入力側方向性結合器１０１の他方の分岐に接続されている。第１及び第２のアーム導波路１０２及び１０３は、出力側方向性結合器１０４で合流するように接続されている。
【００３７】
第１及び第２のアーム導波路１０２及び１０３にはダイジング溝１０５が形成されている。第１のアーム導波路１０２に形成されたダイジング溝１０５には１／２波長板１０６の複屈折軸が第１のアーム導波路１０２の複屈折軸と一致するように１／２波長板１０６が挿入されており、第２のアーム導波路１０３に形成されたダイジング溝１０５には光学媒質１０７が挿入されている。
【００３８】
本発明では、第１のアーム導波路１０２だけでなく第２のアーム導波路１０３にも１／２波長板１０６と同程度の屈折率を有する位相誤差調整用の光学媒質１０７を配置する。それにより、入力側方向性結合器１０１にて光信号が等分配されて、第１のアーム導波路１０２における位相誤差により発生したアーム間位相差を補償している。
【００３９】
＜波長板の遅軸が基板垂直方向、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波出力の場合＞
以下、図１に示す本発明に係る偏波分離回路において、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＭ偏波が出力される動作条件で、基板に垂直方向の電界（ＴＭ偏波）に対して遅軸となるように、１／２波長板１０６を配置した場合について説明する。
【００４０】
位相誤差調整用の光学媒質１０７の屈折率をｎcomとする。従来構造の第２のアーム導波路の箇所を新たに設けた光学媒質１０７に置き換えることになるため、式の上では、ｎwgをｎcomに置換すればよい。ＰＢＳの動作条件である上記（式８）のｎwgをｎcomで置換して整理すると、以下の（式１０）となる。
【００４１】
【数１０】
2015219317.tif 000012
【００４２】
つまり、Ｎ−Ｍ＝０として第１のアーム導波路１０２に設ける波長板を１／２波長板とし、その上で新たに配置する光学媒質の屈折率ｎcomを（式１０）を満たすように設計すれば、位相誤差を補償できる。
【００４３】
＜波長板の遅軸が基板垂直方向、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波出力の場合＞
上記では、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＭ偏波が出力される動作条件について説明している。しかし、次に述べるように、同様な考え方で、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＥ偏波が出力される場合においても有効である。
【００４４】
第１の出力ポート１０８に出力されるＴＥ偏波の電界ＥTE1は、以下の（式１１）のように表される。
【００４５】
【数１１】
2015219317.tif 000013
【００４６】
（式１１）に理想的な結合角度θ＝π／４を代入し、光パワー|ＥTE1|2を求めると、以下の（式１２）のように表される。
【００４７】
【数１２】
2015219317.tif 000014
【００４８】
次に、第１の出力ポート１０８に出力されるＴＭ偏波の電界ＥTM1は、以下の（式１３）のように表される。
【００４９】
【数１３】
2015219317.tif 000015
【００５０】
（式１３）に理想的な結合角度θ＝π／４を代入し、光パワー|ＥTM1|2を求めると、以下の（式１４）のように表される。
【００５１】
【数１４】
2015219317.tif 000016
【００５２】
ＰＢＳの動作条件は、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＥ偏波が出力されるため、以下の（式１５）となる。
【００５３】
【数１５】
2015219317.tif 000017
【００５４】
（式１２）、（式１４）、（式１５）より、ＰＢＳとして満たすべき動作条件は、以下の（式１６）となる。
【００５５】
【数１６】
2015219317.tif 000018
【００５６】
さらに、（式１６）を整理すると、以下の（式１７）となる。
【００５７】
【数１７】
2015219317.tif 000019
【００５８】
つまり、Ｍ−Ｎ＝１として、波長板として１／２波長板を用いて、光学媒質１０７の屈折率ｎcomを（式１７）を満たすように設計すれば、アーム導波路間の位相誤差を補償することができる。
【００５９】
＜波長板の遅軸が基板水平方向、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波出力の場合＞
波長板の遅軸が基板水平方向であり、かつ、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＭ偏波が出力される場合においても本発明は有効であるので、図２を用いてそれらを説明する。
【００６０】
第１の出力ポート１０８に出力されるＴＥ偏波の電界ＥTE1は、以下の（式１８）のように表される。
【００６１】
【数１８】
2015219317.tif 000020
【００６２】
（式１８）に理想的な結合角度θ＝π／４を代入し、光パワー|ＥTE1|2を求めると、以下の（式１９）のように表される。
【００６３】
【数１９】
2015219317.tif 000021
【００６４】
次に、第１の出力ポート１０８に出力されるＴＭ偏波の電界ＥTM1は、以下の（式２０）のように表される。
【００６５】
【数２０】
2015219317.tif 000022
【００６６】
（式２０）に理想的な結合角度θ＝π／４を代入し、光パワー|ＥTM1|2を求めると、以下の（式２１）のように表される。
【００６７】
【数２１】
2015219317.tif 000023
【００６８】
ＰＢＳの動作条件は、第１の出力ポート１０８にＴＥ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＭ偏波が出力されるため、以下の（式２２）となる。
【００６９】
【数２２】
2015219317.tif 000024
【００７０】
（式１９）、（式２１）、（式２２）より、ＰＢＳとして満たすべき動作条件は、以下の（式２３）となる。
【００７１】
【数２３】
2015219317.tif 000025
【００７２】
さらに、（式２３）を整理すると、以下の（式２４）となる。
【００７３】
【数２４】
2015219317.tif 000026
【００７４】
つまり、Ｍ−Ｎ＝１として、波長板として１／２波長板を用いて、光学媒質１０７の屈折率ｎcomを（式２４）を満たすように設計すれば、アーム導波路間の位相誤差を補償することができる。
【００７５】
＜波長板の遅軸が基板水平方向、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波出力の場合＞
波長板の遅軸が基板水平方向であり、かつ、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＥ偏波が出力される場合においても本発明は有効であるので、それらを説明する。
【００７６】
ＰＢＳの動作条件は、第１の出力ポート１０８にＴＭ偏波、第２の出力ポート１０９にＴＥ偏波が出力されるため、以下の（式２５）となる。
【００７７】
【数２５】
2015219317.tif 000027
【００７８】
（式１９）、（式２１）、（式２５）より、ＰＢＳとして満たすべき動作条件は、以下の（式２６）となる。
【００７９】
【数２６】
2015219317.tif 000028
【００８０】
さらに、（式２６）を整理すると、以下の（式２７）となる。
【００８１】
【数２７】
2015219317.tif 000029
【００８２】
つまり、Ｎ−Ｍ＝０として、波長板として１／２波長板を用いて、光学媒質１０７の屈折率ｎcomを（式２７）を満たすように設計すれば、アーム導波路間の位相誤差を補償することができる。
【００８３】
さらに、光学媒質１０７の屈折率ｎcomの満たすべき条件は、（式１０）と（式１７）、もしくは、（式２４）と（式２７）より、以下の（式２８）でまとめられる。ここでＮ´は整数である。
【００８４】
【数２８】
2015219317.tif 000030
【００８５】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１に係るＰＢＳについて説明する。実施例１では、図１に示されるＰＢＳにおいて、１／２波長板１０６がポリイミドからなっており、光学媒質１０７として１／２波長板１０６と同種の材料からなるポリイミドフィルムが挿入されている。ただし、光学媒質１０７として用いられるポリイミドフィルムには、光導波路の伝搬方向に向かって複屈折性はない。
【００８６】
次に、本発明の実施例１に係るＰＢＳの具体的な作製方法を示す。シリコン基板を用意し、シリコンを熱酸化させることによって石英ガラスを形成する。その後、スパッタ堆積法により五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）添加石英系ガラスをコア層として堆積する。この時、石英ガラスに対して比屈折率差（Δ）が５％となるようにＴａ２Ｏ５の添加量を調整する。そして、フォトリソグラィー技術と反応性イオンエッチング技術によりコアをパターニングする。コアサイズは２．６μｍとする。
【００８７】
最後に、化学気層成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）によってコアを埋め込み、埋め込み構造の石英系光導波路を作製する。波長板挿入用のダイジング溝１０５はダイシングソーによって、幅３０μｍかつ深度１００μｍで形成する。その後、第１のアーム導波路１０２に形成されたダイジング溝１０５にはポリイミドからなる１／２波長板１０６を所定の角度で挿入し、第２のアーム導波路１０３に形成されたダイジング溝１０５には光学媒質１０７として１／２波長板１０６と同程度の厚さのポリイミドフィルムを挿入し、双方のダイジング溝１０５に接着剤を充填し固定する。その際、光学媒質１０７として用いられるポリイミドフィルムは位相誤差を補償するよう選択している。
【００８８】
次に、本発明の実施例１に係るＰＢＳの動作原理を説明する。実施例１では、Δφに相当する位相誤差として、＋３５度の位相誤差が発生しているものとする。１／２波長板１０６の遅軸の屈折率ｎsは１．６、速軸の屈折率ｎfは１．５６とする。従って、使用光波長λを１．５５μｍとした場合、（式１０）より１／２波長板１０６の膜厚Ｌは１９．３７５μｍとなる。一方、この時、光学媒質１０７として用いられるポリイミドフィルムの屈折率ｎcomは〜１．６０８とすればよい。この場合、（式１０）を満たすことでき、理想的なＰＢＳの動作条件となる。
【００８９】
ポリイミドフィルムの屈折率は、理想的には上記した通りだが、実際には若干のずれが発生する。ずれによる悪影響として、たとえば、ＰＢＳに求められる特性である偏波消光比の劣化が挙げられる。図３は、ＰＢＳの第１の出力ポート１０８における屈折率ｎcomに対する偏波消光比の計算結果を示す。図３（ａ）に示す通り、屈折率ｎcomに対して周期的に次数が合う箇所で高偏波消光比が得られる。
【００９０】
また、図３（ｂ）は、図３（ａ）における屈折率ｎcom＝１．６０８近傍における偏波消光比を拡大して示す。一般的には、ＰＢＳの偏波消光比としては、２０ｄＢ程度が求められる。従って、屈折率の許容誤差としては、目標とする屈折率を分母とし、ずれを分子とした場合に、約±０．２％（＝０．００３/１．６０８＊１００）以内とすることが指針となる。従って、適当な屈折率は、前述の値に限らず、（式１０）を満たす他の回折次数を持った値でもよい。
【００９１】
本発明においては、位相誤差を補償することに主眼を置いている。しかしながら、位相誤差がない場合（Δφ＝０）においても、（式１０）を満たすことによってＰＢＳは動作する。位相誤差がない場合の従来構造と比較したときの本発明のメリットを以下に列記する。
【００９２】
・双方のアーム導波路に同様に溝を設けており、溝のよる過剰損失が同程度発生する。その結果、損失のアンバランスが避けられ、後段の結合器で干渉する際に理想的な状態で消光することとなり偏波消光比の劣化が少ない。
【００９３】
・従来構造のＰＢＳで用いられる式（９）では、導波路の実効屈折率ｎcore、波長板の屈折率ｎf、ｎsを決めてしまうと次数Ｍ、Ｎしか自由度がなく、導波路と波長板の組み合わせが制約される。一方、本発明によれば、（式１０）に示す通り、追加の光学媒質の屈折率ｎcomは適切に設定することにより、導波路と波長板の組み合わせは自由に選択できる。
【００９４】
・従来構造では、一方のアーム導波路にのみポリイミドが挿入されているため、一方のアーム導波路で光がポリイミドを伝搬している箇所で、他方のアーム導波路では光が石英ガラスコアを伝搬する。一方、ポリイミドと石英ガラスでは異なる屈折率の温度依存性をもつため、二本のアーム導波路間で光路長差の温度依存性が発生する。しかしながら、本発明では、追加の光学媒質として同種の材料、もしくは、温度依存性が同程度のものを選択することができるため、温度無依存化が可能となる。
【００９５】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２に係るＰＢＳの概略構成を示す。図４には、入力側方向性結合器４０１と、並列に設けられた第１及び第２のアーム導波路４０２及び４０３と、出力側方向性結合器４０４と、第１及び第２の溝４０５及び４０７と、１／２波長板４０６と、エポキシ樹脂４０８と、を備えた偏波分離回路が示されている。第１及び第２のアーム導波路４０２及び４０３は、入力側方向性結合器４０１の２つの出力ポートと出力側方向性結合器４０４の２つの入力ポートとの間にそれぞれ接続されている。ドライエッチングにより、第１のアーム導波路４０２には第１の溝４０５が形成され、第２のアーム導波路４０３には第２の溝４０７が形成されている。第１のアーム導波路４０２に形成された第１の溝４０５には遅軸が基板と垂直になるように１／２波長板４０６が挿入されており、第２のアーム導波路４０３に形成された第２の溝４０７には屈折率調整のためのエポキシ樹脂４０８が充填されている。ただし、エポキシ樹脂４０８には、光導波路の伝搬方向に向かって複屈折性はない。
【００９６】
次に、実施例２に係るＰＢＳの具体的な作製方法を示す。大部分は実施例１に係るＰＢＳの製造方法と同様であるため、違いのみ示す。実施例２では、各アーム導波路を分断する第１及び第２の溝４０５及び４０７は、レジストを塗布しパターン化後、ＳｉＯ２エッチングとＳｉエッチングをエッチング条件を変えて行うことにより、幅３０μｍかつ深度１００μｍの溝を形成した。その後、第１の溝４０５には１／２波長板４０６を挿入し、接着剤を充填し固定する。また、第２の溝４０７にはエポキシ樹脂４０８を充填し固化している。
【００９７】
次に、本発明の実施例２に係るＰＢＳの動作原理を説明する。本実施例２は、実施例１と同様な特徴を有し、両者の違いは、実施例１では、（式１０）を満たす屈折率ｎcomの光学媒質としてポリイミドフィルムを選択したが、本実施例２ではエポキシ樹脂を選択したという点である。
【００９８】
実施例１では、フィルム形状という制約条件があるため、屈折率の調整範囲は限られてしまう。一方、本実施例２のように第２の溝４０７をエポキシ樹脂４０８で充填する形態とすることによって、フィルム形状という制約条件がないため、その場でエポキシ樹脂を調合して屈折率を調整することができる。したがって、実施例１と比べて、より簡便、かつ、精密な屈折率の調整が可能となり、ＰＢＳの特性を理想的な状態に近づけることができるというメリットがある。
【００９９】
上記実施例１及び２においては、熱酸化膜基板上にスパッタ堆積法によりコアを堆積し、ＣＶＤ法によりオーバークラッドを堆積した。しかしながら、製法の組み合わせはこれに限らず、火炎堆積法といった他のガラス堆積方法を含め、石英ガラスが堆積可能な他の製法と様々組み合わせて作製したとしても同様な効果が得られることを明白である。
【０１００】
また、上記実施例１及び２においては、いずれも導波路・クラッドともに石英ガラスとしたが、この組み合わせに限らず、たとえば、導波路を石英系ガラス、シリコン、化合物半導体、ポリマーのいずれかとし、クラッドを石英系ガラス、化合物半導体、ポリマーのいずれかとした場合であっても、閉じ込め効果を有する光導波路を形成できれば、同様な効果が得られることは明白である。
【０１０１】
また、上記実施例１及び２においては、分波回路及び合波回路はともに方向性結合器を用いた。しかしながら、例えば、２×２多モード干渉導波路（ＭＭＩ）といった他の２×２分波回路を用いても同様な効果は得られる。また、分波回路としてＹ分岐回路といった同相で分岐する１×２回路を用いたとしても、若干の導波路の設計変更で同様な効果を得てＰＢＳを実現できる。
【０１０２】
より詳細に説明する。方向性結合器といった２×２分波回路では、分波された光信号は９０度の位相差をもつ。一方、Ｙ分岐回路では同相で分波する。そこで、２×２分波回路と同様な位相変化が得られるように、一方のアーム導波路を長くしていくことで、Ｙ分岐回路でも同様な効果を得てＰＢＳを実現できる。
【０１０３】
上記実施例１及び２においては、屈折率調整のために導入する光学媒質の屈折率ｎcomを調整することに主眼を置いた。しかしながら、光路長は屈折率と長さとの積であるため、光学媒質の長さ（実施例１ではポリイミドフィルムの膜厚、実施例２では溝幅）を調整して、第１及び第２のアーム導波路における光学媒質がそれぞれ設けられた溝部分の光導波方向に対する光路長を等しくすることによっても同様な効果が得られる。
【０１０４】
本実施例２において、溝４０５と溝４０７は別々の溝としている。しかしながら、波長板４０６に用いる接着剤の屈折率が求められる屈折率ｎcomと同等であれば、溝４０５と溝４０７とがつながった同じ溝とし、エポキシ樹脂４０８の代用として、接着剤を第２のアーム導波路における光学媒質として用いても問題はない。
【符号の説明】
【０１０５】
入力側方向性結合器  １、１０１、４０１
アーム導波路  ２、３、１０２、１０３、４０２、４０３
出力側方向性結合器  ４、１０４、４０４
ダイジング溝  ５、１０５
１／２波長板  ６、１０６、４０６
光学媒質  １０７
溝  ４０５、４０７
エポキシ樹脂  ４０８
【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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