(57)【要約】【課題】損失が少なく、しかもチャネル導波路の偏波依存性を取り除くことができる導波路型偏波回転素子を提供する。【解決手段】断面略長方形状の高屈折率のコア１１とコア１１より低屈折率のクラッド１２より構成されたチャネル導波路１０において、チャネル導波路１０に、その応力分布が左右非対称となるように摂動部１５を設け、その摂動部１５が、概ねチャネル導波路１０の２つの偏波モードのビート長の整数倍の周期Λで繰り返し配置したものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率のコアとコアより低屈折率のクラッドより構成されたチャネル導波路を有する導波路型偏波回転素子において、チャネル導波路に、その応力分布が左右非対称となるように摂動部を設け、その摂動部が、概ねチャネル導波路の２つの偏波モードのビート長の整数倍の周期で繰り返し配置されていることを特徴とする導波路型偏波回転素子。
【請求項２】
前記摂動部は、チャネル導波路に応力を印加する手段である請求項１記載の導波路型偏波回転素子。
【請求項３】
前記応力を印加する手段として、導波路を構成する材料の熱膨張係数と異なった材料を、コア近傍のクラッド部分に装荷した請求項２記載の導波路型偏波回転素子。
【請求項４】
前記摂動部は、コアの断面形状が光の伝搬方向において変化するようにコアと一体に形成される請求項１記載の導波路型偏波回転素子。
【請求項５】
前記コアに形成する摂動部は、光の伝搬方向においてなめらかにコアの断面形状が変化するようにテーパ状に形成される請求項４記載の導波路型偏波回転素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回路の偏波依存性を改善すべく設けられる導波路型偏波回転素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チャネル導波路は、基板上に高屈折率のコアと低屈折率のクラッドを形成して構成したものである。このチャネル導波路には、コアやクラッド等の熱膨張係数の差に起因する残留応力が残存する。この応力は、コア部分で基板に垂直なＹ方向の屈折率と基板に平行なＸ方向の屈折率に差（複屈折率）を生じさせる。そのため、チャネル導波路の光学特性は、ＴＭ偏波とＴＥ偏波とで偏波依存性を有している。
【０００３】
すなわち、上述のチャネル導波路からなる光回路を石英系ガラス導波路により実現すると、プロセス時の応力や熱膨張差などにより、チャネル導波路は、複屈折をもつため、光回路は偏波依存性を有することになる。従って、たとえば、マッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計の光回路をチャネル導波路で構成した場合、図１２（ａ）に示すような波長損失特性となり、Ｘ偏波とＹ偏波の特性がスプリットし、伝送特性の劣化を招いてしまう。
【０００４】
このため、チャネル導波路に半波長板などの偏波回転素子を設けて、チャネル導波路の途中で偏波状態を回転・変換して、どの偏波状態の入力光に対しても光路長を等しくするようにする導波路型偏波回転素子が提案されている。
【０００５】
図８〜図１０は光回路に設けられる導波路型偏波回転素子の一例を示したものである。
【０００６】
図８〜図１０に示すように、コア４１、クラッド４２からなるチャネル導波路４０の一部に溝４４を設け、その溝４４に回転素子としての半波長板４３を、その複屈折軸４６が導波路４０のＸ軸（あるいはＹ軸）方向に対して４５°となるように光学接着剤４５により固定したものである。
【０００７】
回転素子としての半波長板４３としては、ポリマー膜を、テンションを掛けて引き延ばし、加熱することで、ポリマーの材料を配向させることで大きな複屈折を実現させている。
【０００８】
この構成においては、半波長板４３にて、Ｘ偏波はＹ偏波に、また、Ｙ偏波はＸ偏波に変換されるため、半波長板４３の入力側と出力側のＸ偏波とＹ偏波の光路長が相違しても、偏波状態が変換されるため、結果として光路長は等しくなり、図１２（ｂ）に示すようなＸ偏波とＹ偏波の波長特性が略一致するように改善される。
【０００９】
図１１に、導波路型偏波回転素子の適用例（特許文献１）を示す。
【００１０】
ここでは、波長合分波器などに用いられるマッハツェンダー干渉計の光回路５０を示している。
【００１１】
図１１において、光回路５０には、第１の光路５１と第２の光路５２とが形成されると共にこれら光路５１，５２を方向性結合器５３，５４で結合して、第１の光路５１から入射させた波長λ１  と波長λ２  の光を方向性結合器５３，５４で合分波して分岐させる際に、その光路５１，５２の途中に、図８〜１０で説明した偏波回転素子として半波長板４３を設けて偏波依存性を除くようにしている。
【特許文献１】
特開平４−２４１３０４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の導波路型偏波回転素子は、以下の問題があった。
【００１３】
（１）半波長板は、光学接着剤により固定されているが、一般に光学接着剤は湿度に対して劣化し、著しく信頼性を悪化させていた。
【００１４】
（２）溝に挿入された半波長板の部分で、光回折により損失が約１ｄＢと増加し、コアとクラッドの屈折率差の大きなチャンネル導波路では、約２ｄＢの大きな損失を招いていた。
【００１５】
（３）一般にポリマーからなる半波長板は、Ｘ偏波とＹ偏波で損失が異なり、この差が、伝送特性の悪化を招いていた。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、損失が少なく、しかもチャネル導波路の偏波依存性を取り除くことができる導波路型偏波回転素子を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、高屈折率のコアとコアより低屈折率のクラッドより構成されたをチャネル導波路を有する導波路型偏波回転素子において、チャネル導波路に、その応力分布が左右非対称となるように摂動部を設け、その摂動部が、概ねチャネル導波路の２つの偏波モードのビート長の整数倍の周期で繰り返し配置されている導波路型偏波回転素子である。
【００１８】
請求項２の発明は、前記摂動部は、チャネル導波路に応力を印加する手段である請求項１記載の導波路型偏波回転素子である。
【００１９】
請求項３の発明は、前記応力を印加する手段として、導波路を構成する材料の熱膨張係数と異なった材料を、コア近傍のクラッド部分に装荷した請求項２記載の導波路型偏波回転素子である。
【００２０】
請求項４の発明は、前記摂動部は、コアの断面形状が光の伝搬方向において変化するようにコアと一体に形成される請求項１記載の導波路型偏波回転素子である。
【００２１】
請求項５の発明は、前記コアに形成する摂動部は、光の伝搬方向においてなめらかにコアの断面形状が変化するようにテーパ状に形成される請求項４記載の導波路型偏波回転素子である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１、図２は本発明の一実施の形態を示し、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２４】
図１、図２において、１０は、チャネル導波路で、高屈折率のコア１１と低屈折率のクラッド１２とで形成される。
【００２５】
摂動部１５は、チャネル導波路１０のコア１１の近傍のクラッド１２の表面にひし形の金属膜１６を、コア１１に対して非対称となるように装荷したものである。
【００２６】
このひし形の金属膜１６は、その長軸側の角部がコア１１の側部上に位置するように装荷する。
【００２７】
金属膜１６としては、コア１１、クラッド１２を形成する石英ガラス材料と熱膨張係数の異なるもので、チャネル導波路１０に応力を印加できるものであればよく、ここではＳｉを用いているが、その他、Ｓｉ膜、Ｃｒ膜、Ｔｉ膜などを用いてもよい。
【００２８】
金属膜５１の周期Λは、下記の条件を満たすように形成されている。
【００２９】
Λ＝λ・Ｎ／Ｂ            （１）
ここで、λは真空中の波長、Ｂはチャネル導波路の複屈折率、Ｎは整数（Ｎ＝１，２，３・・・）である。
【００３０】
このような周期の摂動部１５を一定数だけ形成することで、偏波型回転素子を実現できる。
【００３１】
次に本発明の作用を説明する。
【００３２】
一般に、チャネル導波路１０は複屈折を持ち、その主軸（複屈折軸）は、基板面に垂直なＹ方向と平行なＸ方向に存在する。
【００３３】
左右対称の構造を有するチャネル導波路１０に作用する応力分布は、対称性を有するため、偏波依存性がある。ところが、対称性が崩れると、チャネル導波路１０の複屈折軸の方向もこれに伴い変化する。
【００３４】
そこで、本発明では、この現象を利用しチャネル導波路１０の応力分布が非対称となるように摂動部１５を意図的に設けることにより、チャネル導波路１０に周期的な応力の微小変化を与えることで、複屈折軸の方向をコントロールすることができる。
【００３５】
所望の複屈折軸の方向を得るためには、前記非対称部分１個あたりの複屈折軸の回転量と前記非対称部分の数を決めればよい。
【００３６】
本発明では、前記非対称部分の摂動部１５の配置周期を「偏波モードのビート長」とし、直線偏波状態と円偏波状態の繰り返し周期に合致させているために、数ｃｍ以下の長さであっても効率的な偏波回転が得られる。
【００３７】
よって、素子の偏波回転効率を大幅に改善することができ、素子の小型化に寄与することができる。
【００３８】
図３、図４は、本発明の他の実施の形態を示したもので、図３は平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３９】
本実施の形態では、コア１１の両側に、そのコア１１と一体に摂動部１５を形成したものである。
【００４０】
この摂動部１５は断面四角形のコア１１の高さの約半分の高さで、かつひし形の半分の三角形状のコア摂動部１７がコア１１の側面に一体となるよう、かつ、周期Λおきに、左右対称となるように、互いに形成している。
【００４１】
この実施の形態では、光の伝搬方向に対してテーパ状に断面が変化するひし形のコア摂動部１７になっているため、挿入損失が低減される。
【００４２】
周期Λは、前述したものと同様である。このようなコア断面は、任意の形状を取ることができる。
【００４３】
図５は、図４のコア摂動部１７の形状を変形したもので、コア１１の角部にテーパ状の切り欠き溝からなるコア摂動部１８を形成したものである。この形態の場合は、コア１１の形状が変化する部分の段差がなく、なめらかに変化しているためさらに挿入損失が低減されて有利である。
【００４４】
図６、図７は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものであり、図６は平面図、図７はＣ−Ｃ線断面図である。
【００４５】
本実施の形態は、図３とは異なり、コア１１の片側にのみ、ひし形の半分の三角形状のコア摂動部１７を形成した形態を示している。このコア摂動部１７の断面の形状が任意であるのは図３と同様であり、チャネル導波路１０に周期的な応力の微小変化を与えることで、複屈折軸の方向をコントロールすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、チャネル導波路に摂動部を設けることで、チャネル導波路の応力分布を調整でき、複屈折軸方向をコントロールできるため偏波依存性を改善することができる。また接着剤を用いていないため、低損失で高い信頼性の導波路偏波回転素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す平面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図４の変形例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】従来のチャネル導波路における導波路型回転素子を示す図である。
【図９】図８の正面断面図である。
【図１０】図８の右側面断面図である。
【図１１】図８の導波路型回転素子をマッハツェンダー干渉計に組み込んだ光回路を示す図である。
【図１２】マッハツェンダー干渉計の光回路に偏波回転素子を組み込まないときと、組み込んだときとの伝搬特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  チャネル導波路
１１  コア
１２  クラッド
１５  摂動部
Λ  周期
【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】
2004317807.tif 000009
【図８】
2004317807.tif 000010
【図９】
2004317807.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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