(57)【要約】      （修正有）【課題】コア作製時のコア幅のばらつき、オーバークラッド層の応力のむら等によって、予期しない位相誤差が発生しても、理想的な干渉条件を実現し、高い偏波消光比を実現できる波長板挿入型の偏波分離器を提供する。【解決手段】偏波分離器１は、製造工程によって生じるアーム導波路３、４間の位相誤差を補償するように２つの波長板１２、１３の厚さを選択する。偏波分離回路１は、回路を作製した後、何らかの方法で導波路間の位相誤差を測定し、適合する厚さを持つ２つの波長板１２、１３を選択すれば良い。一定の範囲の厚さを持つ複数の種類の波長板を予め備えておき、計算値に最も近い厚さを持つ波長板１２、１３を選択し溝１１内に搭載する。【選択図】図１
2015219276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、分岐回路、２本のアーム導波路および２×２合波回路を直列に連結し、２つの出力導波路を有するマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）が構成され、前記分岐回路への入力光を前記ＭＺＩ内の導波路によって第１の偏波を一方の出力導波路に、および、第２の偏波を他方の出力導波路に出力する偏波分離回路において、
前記２本のアーム導波路を分断するように設けられた溝と、
前記２本のアーム導波路の一方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して水平になるように挿入され、第１の厚さを有する第１の波長板と、
前記２本のアーム導波路の他方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して垂直になるように挿入され、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の波長板と
を備えたことを特徴とする偏波分離回路。
【請求項２】
前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、一方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも所定の厚さ（ΔＬ）だけ薄く、
前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、他方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長板と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも前記所定の厚さ（ΔＬ）だけ厚いこと
を特徴とする請求項１に記載の偏波分離回路。
【請求項３】
前記光路長差を与えるＬｃおよび前記所定の厚さΔＬは、遅軸の屈折率をｎｓ、速軸の屈折率をｎｆ、前記２本の導波路の間の位相誤差をΔφ、ＮおよびＭを整数とするとき、それぞれ、
【数１】
2015219276.tif 000032
【数２】
2015219276.tif 000033
によって表されることを特徴とする請求項２に記載の偏波分離回路。
【請求項４】
前記ＭＺＩ内の前記導波路は、シリコン基板上の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いずれかに記載の偏波分離回路。
【請求項５】
前記分波回路はＹ分岐回路で構成され、前記２×２合波回路は２×２多モード干渉導波路で構成されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の偏波分離回路。
【請求項６】
前記第１の偏波はＴＭ偏波であり、前記第２の偏波はＴＥ偏波であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の偏波分離回路。
【請求項７】
前記第１の偏波はＴＥ偏波であり、前記第２の偏波はＴＭ偏波であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の偏波分離回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光通信機器に利用される光回路に関する。より詳細には、高い偏波消光比を持つ偏波分離回路に関する。
【０００２】
スマートフォンの幅広い普及やビッグデータの利用にも代表されるように、データ通信のトラフィック量は爆発的に増大している。これに伴い、光通信システムの高速化および伝送容量の拡大が強く求められている。その実現手段として、異なる四位相偏移変調（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方式が広く用いられている。
【０００３】
非特許文献１は、偏波多重ＱＰＳＫ信号を生成するための変調器について開示している。非特許文献１における変調器は、ＱＰＳＫ信号を生成するための変調器を２つ備えている。一方の変調器からの信号を、半波長板を用いて偏波回転させ、偏波合成器（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）を用いてもう一方の変調器からの信号と偏波合成する。引用文献１では、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ＰＢＣも報告されている。波長板を挿入するタイプのＰＢＣは、温度無依存という特徴を持っており非常に有用とされている。
【０００４】
光の相反性から、偏波合成回路（ＰＢＣ）および偏波分離回路（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）は同一の構成を持つ。入力出力ポートの位置と光の伝搬方向が逆となるため異なる機能を実現するものであっては、以下、ＰＢＣおよびＰＢＳは、同じものとして記述する。ここで、従来技術の偏波分離回路の概略の構成および動作を説明する。
【０００５】
図３は、従来技術の偏波分離回路（ＰＢＳ）の概略の構成を示す図である。ＰＢＳ１００は、Ｙ分岐１０２、２本のアーム導波路１０３、１０４、２×２多モード干渉（ＭＭＩ：Multi-Mode Interference）導波路１０５を直列に接続したマッハツェンダ干渉（ＭＺＩ）回路を構成している。アーム導波路１０３、１０４には、導波路に対して垂直に溝１１１が形成されており、溝１１１の中には第１の１／４波長板１１２、第２の１／４波長板１１３が挿入されている。光信号１１０は、Ｙ分岐１０２に入力され、多モード干渉導波路１０５の２つの出力１０６、１０７からそれぞれＴＥ偏波１０８、ＴＭ偏波１０９が分離されて出力される。
【０００６】
次に、従来技術における波長板１１２、１１３を用いたＰＢＳの動作原理を簡単に説明する。Ｙ分岐１０２によって、光信号１１０は同相に等分配される。２つの１／４波長板１１２、１１３は、一方のアーム導波路１０３ではＴＥ偏波に９０度の位相差を与えるように、他方のアーム導波路１０４ではＴＭ偏波に９０度の位相差を与えるように挿入されている。その結果２つのアーム間の位相差は、アーム導波路１０３を基準として、ＴＥ偏波については−９０度、ＴＭ偏波について９０度となる。
【０００７】
２×２ＭＭＩ導波路１０５においては、例えば、アーム導波路１０３から出力１０６までのスルーの経路およびアーム導波路１０４から出力１０６までのクロスの経路の各光が合流する際に、相互の間に９０度の位相差が与えられる。このため、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波のそれぞれにおける位相差は、０度および１８０度となる。結果的に、ＭＭＩ導波路１０５の出力では、ＴＥ偏波は同相、ＴＭ偏波は逆相となるため、ＴＥ偏波成分１０８およびＴＭ偏波成分１０９に偏波分離がなされる。
【０００８】
【非特許文献１】H. Yamazaki,  PDM-QPSK Modulator With a Hybrid Configuration of Silica PLCs and LiNbO3 Phase Modulators, JLT., Vol., 29, No. 5, March 1, 2011
【非特許文献２】Y. Nasu, Temperature Insensitive and Ultra Wideband Silica-based Dual Polarization Optical Hybrid for Coherent Receiver with Highly Symmetrical Interferometer Design, ECOC2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、波長板挿入型のＰＢＳには以下のような問題があった。図３に示した波長板挿入型のＰＢＳでは、２本のアーム導波路１０３、１０４が対称な構造であることが必要である。つまり理想的には、２本のアーム導波路間の位相誤差がゼロである必要がある。しかしながら、導波路のコアを作製する際のコア幅のばらつき、オーバークラッド層の応力のむら等によって、予期しない位相誤差が発生してしまう。特に、比屈折率差Δの高い導波路を構成する場合や、波長板の挿入による過剰損失を低減するために、光のモードフィールドの拡大を行う回路をアーム導波路に含めるような構成の場合には、位相差は設計値から最大３５度程度までずれる。このアーム導波路間の位相誤差は、ＰＢＳとして動作させるための前提としていた干渉条件を崩してしまう。例えば、一方の出力１０７では、ＴＥ偏波がＭＺＩ内で完全に同相とはならずに消光せず、一部のＴＥ偏波が出力されることとなる。その結果、偏波消光比（ｄＢ表記における、同一ポートから出射する光のＴＥ偏波とＴＭ偏波の差の絶対値）が劣化する。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、導波路の作製誤差などによるアーム導波路間で生じる位相誤差を補償し、高い偏波消光比を実現する偏波分離回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に、分岐回路、２本のアーム導波路および２×２合波回路を直列に連結し、２つの出力導波路を有するマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）が構成され、前記分岐回路への入力光を前記ＭＺＩ内の導波路によって第１の偏波を一方の出力導波路に、および、第２の偏波を他方の出力導波路に出力する偏波分離回路において、前記２本のアーム導波路を分断するように設けられた溝と、前記２本のアーム導波路の一方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して水平になるように挿入され、第１の厚さを有する第１の波長板と、前記２本のアーム導波路の他方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して垂直になるように挿入され、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の波長板とを備えたことを特徴とする偏波分離回路である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の偏波分離回路であって、前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、一方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも所定の厚さ（ΔＬ）だけ薄く、前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、他方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長板と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも前記所定の厚さ（ΔＬ）だけ厚いことを特徴とする。この構成は、式（１５）および式（２４）に対応している。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２の偏波分離回路であって、前記光路長差を与えるＬｃおよび前記所定の厚さΔＬは、遅軸の屈折率をｎｓ、速軸の屈折率をｎｆ、前記２本の導波路の位相誤差をΔφ、ＮおよびＭを整数とするとき、それぞれ、
【００１４】
【数１】
2015219276.tif 000003
【００１５】
【数２】
2015219276.tif 000004
【００１６】
によって表されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの偏波分離回路であって、前記ＭＺＩ内の前記導波路は、シリコン基板上の石英系導波路からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかの偏波分離回路であって、前記分波回路はＹ分岐回路で構成され、前記２×２合波回路は２×２多モード干渉導波路で構成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの偏波分離回路であって、前記第１の偏波はＴＭ偏波であり、前記第２の偏波はＴＥ偏波であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの偏波分離回路であって、前記第１の偏波はＴＥ偏波であり、前記第２の偏波はＴＭ偏波であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の偏波分離回路により、導波路の作製誤差などによるアーム導波路間で生じる位相誤差を補償し、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】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の偏波分離回路の概略の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の偏波分離回路における波長板の厚さと偏波消光比との関係を示す図である。
【図３】図３は、従来技術の偏波分離回路の概略の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の偏波分離回路では、導波路間に生じた位相誤差を補償するために、２枚の波長板の厚さをアーム導波路毎に変える。予め厚さの異なる複数の種類の波長板を備えておき、アーム導波路間の位相誤差によってアーム導波路の干渉条件が設計値条件からずれた場合でも、異なる厚さの波長板を選択して理想的な干渉条件に近づけることで、高い偏波消光比を実現する。以下、本発明の偏波分離回路において従来技術における問題をどのように解決したのかについて具体的に説明する。偏波分離回路および偏波分離器は同じ意味のものとして説明する。また、偏波分離器および偏波合成器も、入力出力ポートの位置と光の伝搬方向が逆となるだけで、通常はいずれも同一の構造によって実現される。
【００２４】
図１は、本発明の偏波分離回路の概略の構成を示す図である。ＰＢＳ１は、従来技術の構成と同様に、１×２Ｙ分岐２、２本のアーム導波路３、４および２×２ＭＭＩ導波路５を直列に接続したマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）を構成している。上述のＭＺＩは、基板上に構成され、ＭＺＩ内の導波路における干渉を利用して、偏波分離がなされる。アーム導波路３、４には、導波路に対して垂直に溝１１が形成されており、溝１１の中には第１の１／４波長板１２、第２の１／４波長板１３が挿入されている。光信号１０は、Ｙ分岐２に入力され、ＭＭＩ導波路５の２つの出力６、７からそれぞれＴＥ偏波８、ＴＭ偏波９が分離されて出力される。
【００２５】
ＰＢＳ１では、光信号１０はＹ分岐２において同相に等分配される。ここで、アーム導波路３に、導波路の作製誤差等のために３５度相当のアーム間位相差が発生しているものと仮定する。従来技術では、同一構成の２つの波長板を利用していた。一方、本発明のＰＢＳでは、製造工程で発生した位相誤差を補償するように２つの波長板１２、１３の厚さを制御することによって、一方のアーム導波路３ではＴＥ偏波に５５度の位相差を与えるように、同時に、他方のアーム導波路４ではＴＭ偏波に１２５度の位相差を与えるように動作させる。その結果２本のアーム導波路間の位相差を、ＴＥ偏波については、２つの波長板による位相差−５５度に、位相誤差による位相差―３５度を加えて、−９０度とすることができる。また、ＴＭ偏波についは、２つの波長板による位相差１２５度に、位相誤差による位相差−３５度を加えて、９０度とすることができる。
【００２６】
上述のように動作する２つの波長板１２、１３を経た後、２×２ＭＭＩ導波路５においてスルーおよびクロスの各経路の光が合流する際には、相互に９０度の位相差が与えられる。このため、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波それぞれの偏波における位相差は０度および１８０度となる。結果的に、ＭＭＩ導波路５の出力では、ＴＥ偏波は同相、ＴＭ偏波は逆相となるため、ＴＥ偏波成分８（第１のポート６）およびＴＭ偏波成分９（第２のポート７）に偏波分離される。
【００２７】
上述の本発明の偏波分離回路の動作原理を、さらに数式を用いて詳細に説明する。図１の第１の出力ポート６に出力されるＴＥ偏波の電界は、次の式（１）のように表される。
【００２８】
【数３】
2015219276.tif 000005
【００２９】
ここで、θは入力側Ｙ分岐２および出力側２×２ＭＭＩ５の結合角度、ｎｆ１は第１の波長板１２の速軸の屈折率、Ｌ１は第１の波長板の厚さ、ｎｓ２は、第２の波長板１３の遅軸の屈折率、Ｌ２は第２の波長板の厚さ、Δφは想定している位相誤差で（ラジアン）、λは使用波長である。
【００３０】
通常、入力側のＹ分岐および出力側の２×２ＭＭＩの結合角は誤差が十分に少なく構成可能であり、本発明の偏波分離回路では、原則として位相誤差の対象とはしない。結合角度θは理想的にはπ／４であるので、式（１）にθ＝π／４を代入し、ＴＥ偏波の光パワーを求めると、次式のように表される。
【００３１】
【数４】
2015219276.tif 000006
【００３２】
次に、第１のポートに出力されるＴＭ偏波の電界は、次式（３）のように表される。
【００３３】
【数５】
2015219276.tif 000007
【００３４】
ここで、ｎｆ１は第１の波長板の遅軸の屈折率、ｎｓ２は第２の波長板の速軸の屈折率である。
【００３５】
上述のように、結合角度θは理想的にはπ／４であるので、式（２）にθ＝π／４を代入し、ＴＭ偏波の光パワーを求めると、次式（４）のように表される。
【００３６】
【数６】
2015219276.tif 000008
【００３７】
上述の第１のポート６の場合と同様に、第２のポート７に出力されるＴＥ偏波の光パワーおよび第２のポートに出力されるＴＭ偏波の光パワーは、それぞれ次式で表される。
【００３８】
【数７】
2015219276.tif 000009
【００３９】
【数８】
2015219276.tif 000010
【００４０】
偏波分離回路として機能するための動作条件として、第１のポート６にはＴＥ偏波が、第２のポート７にはＴＭ偏波が、それぞれ出力される必要があるため、各光パワーについて次の４式が満たされる必要がある。
【００４１】
【数９】
2015219276.tif 000011
【００４２】
式（２）、式（４）、式（５）、式（６）および式（７）より、偏波分離回路として満たすべき動作条件は、ＭおよびＮを整数（回折次数）として、次式となる。
【００４３】
【数１０】
2015219276.tif 000012
【００４４】
ここで、２枚の波長板１２、１３を同一の１／４波長板とし、Ｌ１＝Ｌ２、ｎｓ１＝ｎｓ２、ｎｆ１＝ｎｆ２を仮定すると、使用波長λにおいて次式が成立する。
【００４５】
【数１１】
2015219276.tif 000013
【００４６】
さらに、Ｎ＝Ｍ＝０、位相誤差をゼロ（Δφ＝０）と仮定すれば、式（８）が成立し、従来技術の２枚の波長板１２、１３が同一構造の１／４波長板である構成によって偏波分離回路を実現できることを示している。
【００４７】
しかしながら、本発明において想定しているように２つのアーム導波路間に位相誤差が発生した場合には、式（８）は成立せず、不要な偏波がクロストークとなって偏波消光比を劣化させる。
【００４８】
本発明の偏波分離回路においては、偏波消光比の劣化を以下説明するようにＬ１、Ｌ２の厚さを変えることによって解決する。式（８）をさらに整理すると、次式のように記述できる。
【００４９】
【数１２】
2015219276.tif 000014
【００５０】
ここで、２枚の波長板の遅軸・速軸の屈折率を同一と仮定し、ｎｆ１＝ｎｆ２＝ｎｆ、ｎｓ１＝ｎｓ２＝ｎｓとすると、式（１０）はさらに次式で表される。
【００５１】
【数１３】
2015219276.tif 000015
【００５２】
式（１１）の両式の和および差を計算すると、次の両式が得られる。
【００５３】
【数１４】
2015219276.tif 000016
【００５４】
ここで、次式のようにＬｃ、ΔＬを定義する。
【００５５】
【数１５】
2015219276.tif 000017
【００５６】
【数１６】
2015219276.tif 000018
【００５７】
このとき、式（１２）は、簡略化されて次式のように表される。
【００５８】
【数１７】
2015219276.tif 000019
【００５９】
さらに、Ｍ＝０、Ｎ＝０とすると、Ｌｃ、ΔＬは次式となる。
【００６０】
【数１８】
2015219276.tif 000020
【００６１】
【数１９】
2015219276.tif 000021
【００６２】
式（１６）において、Ｌｗｐは動作波長λにおける１／４波長板の厚さを、式（１７）においてΔＬは位相誤差を補償するための波長板の厚さの増減量を示している。式（１５）を満たすように、２枚の波長板１２、１３の各厚さＬ１、Ｌ２を調整することによって、位相誤差を補償し理想的な偏波分離回路の特性、すなわち、高い偏波消光比を持つ偏波分離特性が得られる。
【００６３】
一方、偏波分離回路として機能するための動作条件の式（７）を修正することによって、本発明の構成を用いて、第１のポートにＴＭ偏波、第２のポートにＴＥ偏波が出力させることができる。その時の条件は、次式となる。
【００６４】
【数２０】
2015219276.tif 000022
【００６５】
式（２）、式（４）、式（５）、式（６）および式（１８）より、ＰＢＳとして満たすべき動作条件は、ＭおよびＮを整数として次式となる。
【００６６】
【数２１】
2015219276.tif 000023
【００６７】
２枚の波長板の遅軸・速軸の屈折率を同一と仮定し、ｎｆ１＝ｎｆ２＝ｎｆ、ｎｓ１＝ｎｓ２＝ｎｓとすると、式（１９）は次式のように書き改められる。
【００６８】
【数２２】
2015219276.tif 000024
【００６９】
式（２０）の両式の和および差を計算すると、次式が得られる。
【００７０】
【数２３】
2015219276.tif 000025
【００７１】
ここで、次式のようにＬｃ、ΔＬを定義する。
【００７２】
【数２４】
2015219276.tif 000026
【００７３】
【数２５】
2015219276.tif 000027
【００７４】
このとき、式（２１）は、簡略化されて次式のように表される。
【００７５】
【数２６】
2015219276.tif 000028
【００７６】
式（１３）〜式（１４）、式（２２）〜式（２３）より、ＰＢＳの動作条件として、以下のようにまとめて記載することができる。
【００７７】
【数２７】
2015219276.tif 000029
【００７８】
【数２８】
2015219276.tif 000030
【００７９】
【数２９】
2015219276.tif 000031
【００８０】
ここで、Ｍ´、Ｎ´は整数である。
【００８１】
したがって、本発明の偏波分離回路は、基板上に、分岐回路、２本のアーム導波路および２×２合波回路を直列に連結し、２つの出力導波路を有するマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）が構成され、前記分岐回路への入力光を前記ＭＺＩ内の導波路によって第１の偏波を一方の出力導波路に、および、第２の偏波を他方の出力導波路に出力する偏波分離回路において、前記２本のアーム導波路を分断するように設けられた溝と、前記２本のアーム導波路の一方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して水平になるように挿入され、第１の厚さを有する第１の波長板と、前記２本のアーム導波路の他方のアーム導波路の溝の内部に、遅軸が前記基板に対して垂直になるように挿入され、前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の波長板とを備えた偏波分離回路として構成できる。
【００８２】
好ましくは、式（２７）に示したように、前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、一方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも所定の厚さ（ΔＬ）だけ薄くし、前記第１の波長板および前記第２の波長板のうち、他方の波長板については、遅軸および速軸を伝搬する各光の光路長差が、使用波長の１／４波長板と前記使用波長の１／２波長の整数倍との和に相当する光路長差を与える厚さ（Ｌｃ）よりも前記所定の厚さ（ΔＬ）だけ厚くするように構成できる。
【００８３】
上述のように、本発明の偏波分離器では、製造工程によって生じるアーム導波路間の位相誤差を補償するように、２つの波長板の厚さを選択することによって、偏波分離回路が前提とする理想的な干渉条件を実現し、高い偏波消光比を実現できる。本発明の偏波分離回路は、一例を挙げれば、偏波分離回路の回路を作製した後で、何らかの方法で、導波路間の位相誤差を測定して、適合する厚さを持つ２つの波長板を選択して搭載すれば良い。したがって例えば、一定の範囲の厚さを持つ複数種類の波長板を予め備えておいて、最も近い厚さを持つ波長板を選択して搭載することで実用的な偏波消光比を持つ偏波分離回路を構成できる。異なる厚さの波長板の種類数は、必要とする偏波消光比に応じたものであれば良い。
【００８４】
波長板は、さまざまな方法で作製可能であり、例えばポリイミドを利用してスピンコートによって作製できる。スピンコートの際の回転数を変えることによって、厚さを制御することができる。また、面内の厚さむらにより、中心波長がわずかに異なる波長板ができるので、複数の波長板セットを簡単に用意することができる。
【実施例１】
【００８５】
再び図１を参照しながら、本発明の偏波分離回路（ＰＢＳ）の実施例における構成について具体的に説明する。ＰＢＳは、１×２Ｙ分岐回路２、２本のアーム導波路３、４および２×２多モード干渉導波路（ＭＭＩ）５を直列に接続したマッハツェンダ干渉回路（ＭＺＩ）から構成される。２本のアーム導波路３、４を分断するように波長板挿入用の溝１１がダイシングにより形成されている。一方のアーム導波路３の溝には、第１の波長板１２の遅軸が基板と垂直になるように挿入し、他方のアーム導波路４の溝には、第２の波長板１３の遅軸が基板と平行になるように挿入されている。尚、波長板内を伝搬する光は、互いに直交する直線偏波状態の光波からなる。このうち、位相速度が遅くなる直線偏波と同一方向の軸が遅軸、位相速度が速くなる直線偏波と同一方向の軸が速軸と定義している。
【００８６】
次に、本発明の偏波分離回路の具体的な作製方法を説明する。まず、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。
【００８７】
さらに次に、フォトリソグラィー技術および反応性イオンエッチング技術によってコアをパターニングする。本実施例では、コアサイズを２．６μｍ角とした。最後に、化学気層成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）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。波長板挿入用の溝１１は、ダイシングソーによって、幅３０μｍであって深度１００μｍの大きさとなるように形成する。その後、溝１１の中に、ポリイミドからなる２枚の波長板１２、１３を所定の角度で挿入し、溝に接着剤を充填し固定している。２枚の波長板１２、１３として、式（２７）に従って、導波路の作製工程で生じた位相誤差を補償するように、異なる厚さのものを使用している。尚、２本のアーム導波路間に位相誤差がなければ、２つの波長板の厚さは当然に同一となる。
【００８８】
図１に示した本発明の偏波分離回路では、式（１）におけるΔφに相当する位相誤差として、一例として＋３５度の位相誤差が発生しているものと想定している。使用した２枚の波長板１２、１３の屈折率は同一であって、いずれも、遅軸の屈折率ｎｓは１．４５、速軸の屈折率ｎｆは１．４３である。従って、式（２５）〜式（２７）より２枚の波長板の厚さは、使用波長λを１．５５μｍとした場合、第１の波長板１２の厚さＬ１が１９．３２μｍ、第２の波長板の厚さＬ２が１９．４２μｍとなる。
【００８９】
使用波長１．５５μｍの１／４波長板の厚さＬｗｐは１９．３７５μｍである。従来技術の構成のように２つの波長板の厚さを同一として、Ｌｗｐ＝１９．３７５μの２枚の波長板を挿入した場合には、第１のポート６における偏波消光比は１０ｄＢとなって、通常必要とされるレベルよりも劣化してしまう。しかしながら、本発明の偏波分離回路のように、２つの波長板の厚さをそれぞれ調整して異なる厚さとすることによって、偏波消光比は計算上∞となり理想的な特性が得られることになる。
【００９０】
図２は、本発明の偏波分離回路における波長板の厚さと偏波消光比との関係を示す図である。実施例１の構成において、第１の波長板の厚さＬ１が上述の計算値からずれた場合の、第１のポートにおける偏波消光比の変化を示している。偏波分離回路としての動作条件は式（２５）〜式（２７）に示す通り、次数（Ｍ’およびＮ’）を含んでおり、波長板の厚さに対して周期的に最適な動作条件が得られる。図２では、第１の波長板１２の厚さＬ１が１９．３２μｍの時を含めて、前後にも偏波消光比の局大点が並んでおり、その周期性を示している。
【００９１】
実用的な偏波分離回路では、一般的に、偏波消光比として１５ｄＢ以上が求められている。この条件を満たすためには第１の波長板１２の厚さＬ１を１９．２６μｍ〜１９．３８μｍの範囲２０に収める必要がある。理想的な厚さは上述の計算値のＬ１＝１９．３２μｍであるので、上述の範囲２０に対応するＬ１の厚さの範囲を分子に、理想的な厚さＬ１を分母に置いた場合、厚さのずれ量の比率を０．３％以内に抑えれば、偏波消光比として十分な特性を得ることができる。
【００９２】
本実施例の偏波分離回路では、一方の第１の波長板１２の厚さを、使用波長１．５５μｍの１／４波長板の厚さＬｗｐ（１９．３７５μｍ）より薄く設定し、他方の第２の波長板の厚さを、Ｌｗｐより厚く設定している。これに限らず、式（２５）〜（２７）を満たす限り、位相誤差を補償しかつ偏波分離回路としての動作を実現できる。上述のＬｃ＝ＬｗｐとしてＬ１およびＬ２の厚さの具体例は、Ｍ´＝Ｎ´＝０となる条件の場合である。Ｍ´、Ｎ´の値は次数であって、第１のアーム導波路および第２のアーム導波路２の導波路長差（または光路長差）に依存する。Ｍ´、Ｎ´が他の整数の場合には、Ｌ１およびＬ２として別の厚さを選択できる。このため、２つの波長板の厚さをいずれもＬｗｐより厚くするか、または、２つの波長板の厚さをいずれもＬｗｐより薄くしても良い。
【００９３】
本発明の偏波分離回路では、２本のアーム導波路において生じる位相誤差Δφを補償する対象として説明してきたが、別の構成を持つ偏波分離回路において、ＭＺＩ内のアーム導波路以外の構成要素において生じる別の位相誤差があれば、この別の位相誤差成分を合わせて、２つの波長板によって全体の干渉条件を良好にする補償が可能なことは言うまでもない。
【００９４】
上述の実施例において、熱酸化膜基板上にスパッタ法によってコアを堆積し、ＣＶＤ法によってオーバークラッドを堆積するものとして説明した。しかしながら製法の組み合わせはこれだけに限定されず、火炎堆積法などの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に組み合わせて作製したとしても本実施例と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００９５】
上述の実施例においては、いずれも導波路をシリコン、クラッドを石英ガラスとしたが、この組み合わせに限定されない。たとえば、導波路を石英ガラス、半導体、ポリマーのいずれかとし、クラッドを石英ガラス、半導体、ポリマーのいずれかとした場合でも、同様な効果が得られる。
【００９６】
また上述の実施例において、ＭＺＩを構成する分波回路として１×２Ｙ分岐２を用いた。しかしながら、例えば、１×２ＭＭＩを用いても、本実施例と同様に高偏波消光比を実現する効果が得られる。さらに、入力・出力のポート数構成が１×２タイプの分波回路でなく、方向性結合器または２×２ＭＭＩのような２×２タイプの分波回路も適用可能である。このとき、分岐する際に発生する９０度の位相差を補償するように２本のアーム導波路に光路長差を設けることによって、本発明と同様な効果が得られる。
【００９７】
上述の実施例において、ＭＺＩを構成する合波回路として２入力２出力ポート構成の２×２ＭＭＩ５を用いた。しかしながら、方向性結合器などの他の２×２合波回路を用いても、本実施例と同様に高い偏波消光比を実現する効果が得られる。
【００９８】
以上、詳細に説明をしてきたように、本発明の偏波分離回路により、導波路の作製誤差などによるアーム導波路間で生じる位相誤差を補償し、高い偏波消光比を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムにおける光通信装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１、１００  偏波分離回路
２、１０２  １×２Ｙ分岐
３、４、１０３、１０４  アーム導波路
５、１０５  ＭＭＩ導波路
６、７、１０６、１０７  出力ポート
８、９、１０８、１０９  偏波分離光
１０、１１０  入力光
１１、１１１  溝
１２、１３、１１２、１１３  波長板
【図１】
2015219276.tif 000034
【図２】
2015219276.tif 000035
【図３】
2015219276.tif 000036