(57)【要約】【課題】短い屈折率制御領域で偏波分離素子を構成することができる偏波制御光回路を提供すること。【解決手段】有効屈折率制御構造１５は、コア２２をクラッド２１に埋め込んだ形状の埋め込み型光導波路をエッチングして樹脂２３を充填した構造である。樹脂２３にはコア２２よりも屈折率の小さいものを使う。領域Ｚは最も溝位置がコア内部に入り込んでいる領域であり、主としてこの部分でＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する有効屈折率に差が生じる。【選択図】図２
2008275708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアをクラッドに埋め込んだ形状の埋め込み型光導波路において、
通常の光導波路である光導波路部と、
該光導波路部の一部の領域であって該コアの両側が隣接するクラッドの一部と共にエッチングされていて、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の有効屈折率が異なる領域である有効屈折率制御構造部と
を備えることを特徴とする偏波制御光回路。
【請求項２】
前記エッチングされている箇所に、樹脂若しくは低融点ガラスが充填され、又は、誘電体が、蒸着、スパッタ若しくは化学的気相成長法により充填されていることを特徴とする請求項１記載の偏波制御光回路。
【請求項３】
前記光導波路部と前記有効屈折率制御構造部の温度変化が相殺される特性であることを特徴とする請求項２記載の偏波制御光回路。
【請求項４】
前記有効屈折率制御構造部におけるＴＥ偏光とＴＭ偏光の光路長差が使用波長の整数倍又は半整数倍であ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制御光回路。
【請求項５】
前記有効屈折率制御構造部が複数あることを特徴とする請求項２乃至４いずれかに記載の偏波制御光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長合分波回路、光分岐挿入回路、光スイッチ、偏光ダイバーシティ回路、コヒーレント受信回路又は偏波分散補償回路などに有効な偏波制御光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マッハツェンダー型干渉光導波路において、ＴＥ（Transverse Electric）偏光及びＴＭ（Transverse Magnetic）偏光に対する有効屈折率の差を局所的に設けて、ＴＥ偏光及びＴＭ偏光を分離することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図８は、従来例１のマッハツェンダー型干渉光導波路の構成を示す図である。マッハツェンダー型干渉光導波路は、入力ポート１である導波路８１、入力ポート２である導波路８２、２：２光結合器８３、マッハツェンダー干渉系の第１のアームである導波路８４、応力付与導波路８５、及び導波路８６、マッハツェンダー干渉系の第２のアームである導波路８７、２：２光結合器８８、出力ポート１である導波路８９、並びに出力ポート２である導波路９０からなる。応力付与導波路８５は、光導波路に応力付与材料を貼り付け、光導波路に応力を与えて光弾性効果を利用して、ＴＥ光及びＴＭ光に対する有効屈折率に差を付けることができる。応力の大きさと応力付与部分の長さを調整することによって、第１のアームと第２のアームを伝搬するＴＥ光には光路長差がなく、ＴＭ光に対しては光路長差が半波長であるように設定することができる。この場合、入力ポート１から入射されたＴＥ光は出力ポート２から出力され、入力ポート１から入射されたＴＭ光は出力ポート１から出力される。すなわち、偏光分離素子として動作する。
【０００４】
図９は、従来例２のマッハツェンダー型干渉光導波路の構成を示す図である。従来例２は、従来例１の応力付与導波路８５に代えて導波路コア幅を広げた領域９１を設けて、局所的にＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する有効屈折率に差をつけるものである。機能は従来例１と同様である。
【特許文献１】特開２００６−３３３１３９号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの方法では、ＴＥ光及びＴＭ光に対する有効屈折率差が小さく、石英導波路では、高々５×１０−５程度であり、１０ｍｍ以上の屈折率制御領域が必要であり、偏光分離素子寸法が大きくなる。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、短い屈折率制御領域で偏波分離素子を構成することができる偏波制御光回路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】
【０００７】
本発明の偏波制御光回路は、コアをクラッドに埋め込んだ形状の埋め込み型光導波路において、通常の光導波路である光導波路部と、該光導波路部の一部の領域であって該コアの両側が隣接するクラッドの一部と共にエッチングされていて、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の有効屈折率が異なる領域である有効屈折率制御構造部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記エッチングされている箇所に、樹脂若しくは低融点ガラスが充填され、又は、誘電体が、蒸着、スパッタ若しくは化学的気相成長法により充填されていることで、よりＴＥ偏光とＴＭ偏光の有効屈折率を大きく異ならせることができる。
【０００９】
また、前記光導波路部と前記有効屈折率制御構造部の温度変化が相殺される特性であることで、温度無依存化することができる。
【００１０】
また、前記有効屈折率制御構造部におけるＴＥ偏光とＴＭ偏光の光路長差が使用波長の整数倍又は半整数倍であることで、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の分離をすることができる。
【００１１】
また、前記有効屈折率制御構造部が複数あることで、それぞれの導波路の損失を同じにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1).ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する有効屈折率が大きく異なる有効屈折率制御構造を実現することができる。
(2).樹脂の屈折率又は有効屈折率制御構造の長さを変えて、ＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する光路長を制御することが可能となる。
(3).偏光分離素子、偏光無依存素子などを構成することが可能になる。
(4).ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する有効屈折率差が大きいので、素子を小型に構成することが可能である。
(5).樹脂の屈折率又は有効屈折率制御構造の長さを変えて、通常の導波路と接続し、全体の光路長を温度無依存化することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。光回路材料に石英を利用することを前提として実施例を説明するが、同様の構成は他材料系にも適用可能である。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１による偏波制御光回路の構成を示す図である。ここでは、マッハツェンダー型干渉光導波路に適用した例を示す。このマッハツェンダー型干渉光導波路は、入力ポート１である導波路１１、入力ポート２である導波路１２、２：２光結合器１３、マッハツェンダー干渉系の第１のアームである導波路１４、有効屈折率制御構造１５、及び導波路１６、マッハツェンダー干渉系の第２のアームである導波路１７、２：２光結合器１８、出力ポート１である導波路１９、並びに出力ポート２である導波路２０からなる。従来例１の応力付与導波路８５に代えて有効屈折率制御構造１５を設けたものである。
【００１５】
図２は、有効屈折率制御構造の拡大図及び断面図である。図２(Ａ)は、有効屈折率制御構造の拡大図、図２(Ｂ)は、そのＢＢ断面図、図２(Ｃ)は、そのＣＣ断面図である。有効屈折率制御構造１５は、コア２２をクラッド２１に埋め込んだ形状の埋め込み型光導波路をエッチングして樹脂２３を充填した構造である。領域Ｘでは、コア２２から十分に離れた位置のクラッド２１をエッチングし、領域Ｙでは徐々にコア２２の両側の一部にかけてエッチングし、領域Ｚでは、コア２２の両側を隣接するクラッド２１の一部と共にエッチングして、できた溝に樹脂２３を充填した構造となっている。樹脂２３にはコア２２よりも屈折率の小さいものを使う。石英導波路に対しては、フッ素系樹脂で石英よりも屈折率が低い材料が市販されている。領域Ｘは溝がコア２２から十分に離れていて、溝が光伝搬に影響を与えない領域である。領域Ｙは徐々に溝位置がコアに近づき、さらに、コア２２内部に入り込むため、光伝搬モードが変化する遷移領域である。領域Ｚは最も溝位置がコア内部に入り込んでいる領域であり、主としてこの部分でＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する有効屈折率に差が生じる。
【００１６】
図３は、有効屈折率の計算例を示す図である。この計算では、比屈折率差０．７５％、コア径６μｍの石英導波路に溝を形成し、領域Ｚにおけるコア幅を３μｍと仮定している。ＴＥ光とＴＭ光に対する屈折率差は、１×１０−３程度あることが分かる。すなわち、半波長程度の光路長差を得るためには、領域Ｚの長さを約５００μｍとすればよい。領域Ｘ、領域Ｙを含めても全長１ｍｍ程度で半波長程度の光路長差を得ることができるが、これは、従来技術に比較して１／１０以下である。この構造を用いれば、図１において、第１のアーム（１４、１５、１６）と第２のアーム（１７）の光路長をＴＥ光に対して等しくし、ＴＭ光に対して半波長異なるようにすることが可能である。この場合、入力ポート１から入射されたＴＥ光は出力ポート２から出力され、入力ポート１から入射されたＴＭ光は出力ポート１から出力される。すなわち、偏光分離素子として動作する。勿論、逆に、第１のアームと第２のアームの光路長をＴＭ光に対して等しくし、ＴＥ光に対して半波長異なるようにすれば、入力ポート１から入射されたＴＥ光は出力ポート１から出力され、入力ポート１から入射されたＴＭ光は出力ポート２から出力されることは言うまでもない。また、第１のアームと第２のアームの光路長差を一方の偏光に対して波長の整数倍とし、もう一方の偏光に対して光路長差を半波長の奇数倍（波長の半整数倍）にしても、同様の動作をすることは言うまでもない。なお、有効屈折率制御構造１５は若干の損失があるので、２つのアームへの分岐比を調整し、合波する光結合器への入射光強度を一致させて消光比を高めることは言うまでもない。また、両偏光に対して、アーム間の光路長差を等しくすることによって偏光無依存にすることも可能であるし、光路長差を適宜設定することによって任意の比率でＴＥ偏光とＴＭ偏光を合分波できることも言うまでもない。
【００１７】
なお、本実施例では、有効屈折率制御構造において、溝に樹脂を充填する構造を示したが、低融点ガラスを充填したり、誘電体を蒸着、スパッタ又は化学的気相成長法により充填したりすることも可能である。また、素子を無塵状態でパッケージすれば、溝に何も充填せずに、同様の効果を得ることが可能である。
【実施例２】
【００１８】
図４は、本発明の実施例２による偏波制御光回路の構成を示す図である。このマッハツェンダー型干渉光導波路は、入力ポート１である導波路４１、入力ポート２である導波路４２、２：２光結合器４３、マッハツェンダー干渉系の第１のアームである導波路４４、有効屈折率制御構造４５ａ、及び導波路４６、マッハツェンダー干渉系の第２のアームである導波路４７、有効屈折率制御構造４５ｂ、及び導波路４８、２：２光結合器４９、出力ポート１である導波路５０、並びに出力ポート２である導波路５１からなる。実施例１との差異は、干渉系の両アームに有効屈折率制御構造を設けた点である。偏光分離素子として動作させるためには、一方の偏光に対して両アームでの光路長差を波長の整数倍とし、もう一方の偏光に対して両アームでの光路長差を半波長の整数倍にすればよいので、同じ樹脂を充填した長さの異なる有効屈折率制御構造を設ければよい。あるいは、有効屈折率制御構造の長さを等しくしても、異なる屈折率の樹脂を４５aと４５bに充填しても良いことは言うまでもない。この構成では、両アームに同様の構造を設けるため、両アームの損失がほぼ等しくなり、２つのアームへの分岐比を調整しなくても偏光分離の消光比が高くなる利点がある。また、２つの有効屈折率制御構造に異なる屈折率の樹脂を用いれば、一般に困難とされている樹脂の屈折率の絶対値を調整する必要がなく、一般に容易とされている２つの樹脂の屈折率の相対的な差で特性を定めることができるので、樹脂の屈折率調整が容易になる利点がある。
【実施例３】
【００１９】
本発明の実施例３は、光路長の温度依存性を制御したり、温度無依存にしたりする有効屈折率制御構造である。図５は、図３の曲線に接線を引いた図であるが、溝内部の屈折率に依存して導波路の等価屈折率が変化することを示しており、接線の傾きは０．１４程度である。図６に有効屈折率制御構造と直線導波路を縦列に接続した導波路を示す。ここで、有効屈折率制御構造の長さをＬ1、樹脂屈折率をｎr、樹脂屈折率の温度依存性を
ｎr(Ｔ)＝ｎro＋(ｄｎr／ｄＴ)Ｔ                      （１）
と仮定する。また、有効屈折率制御構造を構成する石英の屈折率変化は、樹脂の屈折率変化と比較すると１／２０以下で無視できるので、有効屈折率制御構造の屈折率の温度変化係数は次式で近似できる。
【００２０】
ｄｎc／ｄＴ＝α(ｄｎr／ｄＴ)                        （２）
ここで、ｎcは有効屈折率制御構造の有効屈折率、αは図５の接線の傾きである。また、直線導波路の長さをＬ2、その有効屈折率をｎsとする。このとき、次のように長さを定めれば、光路長の温度依存性を零にすることが可能である。なお、簡単のため、遷移領域の長さを無視している。
【００２１】
α(ｄｎr／ｄＴ)Ｌ1＋(ｄｎs／ｄＴ)(Ｌ2−Ｌ1)＝０      （３）
例えば、石英導波路の場合、導波路の有効屈折率の温度依存性は１．０×１０−５である。また、エポキシ樹脂の温度依存性は−２×１０−４である。図５の値、α＝０．１４を用いれば、
−３．８Ｌ1＋Ｌ2＝０                                （４）
を満たすようにすれば、光路長の温度依存性は零になる。この条件を満たすように実施例２に示す偏光分離素子の各アーム長を調整すれば、温度に依存しない特性を得ることが可能である。
【実施例４】
【００２２】
図７は、本発明の実施例４による偏波制御光回路の構成を示す図である。ここでは、アレイ導波路回折格子に適用した例を示す。このアレイ導波路回折格子は、入力導波路７１、スラブ導波路７２、アレイ導波路７３、有効屈折率制御構造７４、アレイ導波路７５、スラブ導波路７６、及び出力導波路７７からなる。このアレイ導波路７３、有効屈折率制御構造７４、及びアレイ導波路７５に実施例３を適用して（４）式を満たすようにすれば、温度無依存化することが可能である。さらに、アレイ導波路毎にＴＥ光及びＴＭ光に対する光路長差が波長の整数倍になるように設定すれば、偏光無依存化も同時に実現することが可能である。
【００２３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明は、波長合分波回路、光分岐挿入回路、光スイッチ、偏光ダイバーシティ回路、コヒーレント受信回路又は偏波分散補償回路などに適用できる。
【００２４】
波長合分波回路に適用して、温度無依存化と偏光無依存化を同時に実現することが可能であり、波長分割多重通信用装置に有用である。
【００２５】
光分岐挿入回路に適用して、温度無依存化と偏光無依存化を同時に実現することが可能であり、光クロスコネクト装置に有用である。
【００２６】
熱光学効果を利用する光スイッチでは、光スイッチ近傍の温度が上昇するが、温度無依存化導波路を周囲に適用することによって、安定な光回路を構成できる。
【００２７】
偏光依存性のある部品、回路の偏光無依存化には、本発明による偏光ダイバーシティ回路の利用が効果的である。
【００２８】
また、コヒーレント受信回路及び偏波分散補償回路では、偏光毎の光処理が必要であり、本発明による偏光ダイバーシティ回路が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１による偏波制御光回路の構成を示す図である。
【図２】有効屈折率制御構造の拡大図及び断面図である。
【図３】有効屈折率の計算例を示す図である。
【図４】本発明の実施例２による偏波制御光回路の構成を示す図である。
【図５】図３の曲線に接線を引いた図である。
【図６】有効屈折率制御構造と直線導波路を縦列に接続した導波路を示す図である。
【図７】本発明の実施例４による偏波制御光回路の構成を示す図である。
【図８】従来例１のマッハツェンダー型干渉光導波路の構成を示す図である。
【図９】従来例２のマッハツェンダー型干渉光導波路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１、４１、８１  導波路
１２、４２、８２  導波路
１３、４３、８３  ２：２光結合器
１４、４４、８４  導波路
１５、４５ａ、４５ｂ  有効屈折率制御構造
１６、４６、８６  導波路
１７、４７、４８、８７  導波路
１８、４９、８８  ２：２光結合器
１９、５０、８９  導波路
２０、５１、９０  導波路
２１  クラッド
２２  コア
２３  樹脂
７１  入力導波路
７２  スラブ導波路
７３  アレイ導波路
７４  有効屈折率制御構造
７５  アレイ導波路
７６  スラブ導波路
７７  出力導波路
８５  応力付与導波路
９１  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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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