(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの結合器と、前記２つの結合器を連結する２本の導波路と、前記２本の導波路に設けられた半波長板とを備えたマッハツェンダ干渉計において、
前記半波長板は、光学主軸が導波路基板面と４５度の角度をなすように設けられ、
前記２本の導波路は、前記半波長板が設けられた部分で近接したことを特徴とするマッハツェンダ干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載のマッハツェンダ干渉計において、
前記２本の導波路は、前記半波長板が設けられた部分で緩やかに近接したことを特徴とするマッハツェンダ干渉計。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマッハツェンダ干渉計において、
前記２本の導波路は、前記半波長板が設けられた部分で２０００μｍ以下に近接したことを特徴とするマッハツェンダ干渉計。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉計において、
前記結合器は、多モード干渉計であることを特徴とするマッハツェンダ干渉計。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマッハツェンダ干渉計において、
前記結合器は、方向性結合器であることを特徴とするマッハツェンダ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波依存性を抑制した光信号処理器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットを代表とするデータ通信の爆発的な増加による、通信の長距離・大容量化へのさらなる要求から、波長多重通信は重要な技術となっている。この波長多重通信システムに必要不可欠なデバイスとして、光信号を波長によって合分波するための波長合分波フィルタがある。例えば、シンプルな波長合分波フィルタとしては、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を用いたものがある（非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このようなマッハツェンダ干渉計においては、光導波路が複屈折率を有し、直交する２つの偏波、すなわちＴＥ偏波とＴＭ偏波では、異なる実効屈折率を有することになる。その結果、偏波によって光路長差が異なり、消光する波長に偏波依存性を生じるという問題があった。
【０００４】
このような偏波依存性を解消する手法として、マッハツェンダ干渉計のアーム導波路の中央に半波長板を挿入する手法がある（非特許文献２参照）。この手法では、光信号は、光導波路の半分の距離を一方の偏波（例えば、ＴＭ偏波）で伝搬する。その後、光信号は、半波長板で一方の偏波から他方の偏波へ偏波変換される。そして、光信号は、残りの半分の距離を他方の偏波（例えば、ＴＥ偏波）で伝搬する。これにより、この光信号は、いずれの偏波においても光路長が一定となり、光導波路における偏波依存性を解消することができる。
【０００５】
【非特許文献１】K. Inoue et al., “A four-Channel Optical Waveguide Multi/Demultiplexer for 5-GHz Spaced Optical FDM Transmission,” JLT, Vol.6, No.2, Feb. 1988, pp.339-345
【非特許文献２】K. Takiguchi et al., “Planar lightwave circuit dispersion equalizer module with polarisation insensitive properties,” Electronics Letters, 5th January 1995, vol.31, No.1, pp.57
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の手法では、半波長板を用いて、ＴＥ偏波をＴＭ偏波（あるいは、ＴＭ偏波をＴＥ偏波）に完全に偏波変換することを前提としている。半波長板は、一般に膜厚が面内分布をもつことから、その偏波変換効率（ここでは、ＴＥ偏波からＴＭ偏波（あるいは、ＴＭ偏波からＴＥ偏波）へ変換する割合）は必ずしも「１００％」ではない。また、場所によって偏波変換効率も異なる。このような波長板をマッハツェンダ干渉計のアーム導波路に挿入した場合、２本のアーム導波路間でその偏波変換効率に差が生じ、これによってマッハツェンダ干渉計の偏波依存性の低減が制限される。
【０００７】
例えば、消光する波長の周波数間隔（周期）をＦＳＲ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）、偏波に依存した消光する波長のずれ量の最大値をＰＤｆ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と定義すると、ＦＳＲが１０ＧＨｚの場合、上記の手法では、ＰＤｆが３ＧＨｚも発生してしまう。信号品質の劣化を避ける目的で、このＰＤｆはＦＳＲの１００分の１以下が要求されており、従来の技術ではこの仕様を満たすことは困難であった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡便な構成により、偏波依存性のさらに小さい光信号処理器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、２つの結合器と、前記２つの結合器を連結する２本の導波路と、前記２本の導波路に設けられた光フィルタとを備えた光信号処理器において、前記２本の導波路は、前記光フィルタが設けられた部分で近接したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号処理器において、前記２本の導波路は、前記光フィルタが設けられた部分で緩やかに近接したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光信号処理器において、前記２本の導波路は、前記光フィルタが設けられた部分で２０００μｍ以下に近接したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光信号処理器において、前記光フィルタは、光信号の半波長に相当する半波長板であり、前記半波長板は、光学主軸が導波路基板面と４５度の角度をなすように設けられたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光信号処理器において、前記結合器は、多モード干渉計であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光信号処理器において、前記結合器は、方向性結合器であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１６】
なお、以下の説明では、光導波路としてシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例にとって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適しているからである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、シリコン、石英ガラス、ソーダガラスなどの基板上に、石英系光導波路やシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）などの光導波路、ＰＭＭＡなどの有機系光導波路、シリコン光導波路を用いたものでも勿論かまわない。
【００１７】
（比較例）
図１に、基本的なマッハツェンダ干渉計の概略図を示す。このＭＺＩ１００は、２つの結合器１１０ａ、１１０ｂと、それらを結ぶ２本のアーム導波路１２０ａ、１２０ｂとから構成されている。ここで、マッハツェンダ干渉計の動作原理とその偏波依存性について説明する。
【００１８】
入力Ａ１→出力Ｂ１をスルーパス、入力Ａ１→出力Ｂ２をクロスパスと定義した場合、公知の干渉原理によって、それらの光出力（Ｉｔｈｒｏｕｇｈ，Ｉｃｒｏｓｓ）は、式（１）および式（２）のように記述できる。
【００１９】
【数１】
0004405976.tif 000002
【００２０】
【数２】
0004405976.tif 000003
【００２１】
なお、Ｉ０は入力光の光強度、ｎは実効屈折率、ΔＬは二本のアーム導波路の長さの差、λは使用波長を示す。また、結合器の結合率は５０％とした。
【００２２】
上式は、言い換えれば、スルーパスではｎΔＬ＝λｍ、クロスパスではｎΔＬ＝λ（ｍ＋１／２）（ｍは整数）を満たす信号波長において、周期的に光信号が消光し、他方のパスへ出力され、波長合分波フィルタとして機能することを意味する。
【００２３】
このようなデバイスに用いられる光導波路の作製方法には、例えば、次のようなものがある。シリコン基板上に火炎体積法を用いて、ＳｉＯ２を主体とした下部アンダークラッド層にＧｅＯ２を添加したコア層を堆積する。そして、コア層を反応性イオンエッチングを用いてパターン化し、再度、火炎堆積法を用いて、オーバクラッド層を堆積して埋め込み型光導波路を作製する。
【００２４】
通常、このような光導波路は、コアの形状やシリコン基板と石英ガラスの熱膨張係数の差に起因する複屈折を有する。つまり、直交する２つの偏波であるＴＥ偏波とＴＭ偏波では、異なる実効屈折率（ｎＴＥ，ｎＴＭ）を有することになる。その結果、偏波によって光路長差（ｎＴＥΔＬ，ｎＴＭΔＬ）が異なり、消光する波長に偏波依存性が生じる。この偏波依存性は、偏波依存損失の発生要因となり、信号品質を大きく劣化させる。そのため、こうした光出力の偏波依存性を解消する手法が望まれている。
【００２５】
図２に、マッハツェンダ干渉計の偏波依存性を解消する従来の手法の一例を示す（非特許文献２）。このマッハツェンダ干渉計回路２００は、２本のアーム導波路１２０ａおよび１２０ｂの中央に、使用波長の１／２相当の半波長板２３０を備えており、この半波長板は基板の水平方向から光学主軸が４５度傾くように挿入されている。これにより、光信号は、アーム導波路の半分の距離（ΔＬ／２）を一方の偏波（例えば、ＴＭ偏波）で伝搬し、半波長板で偏波変換され、残りの半分の距離（ΔＬ／２）を他方の偏波（例えば、ＴＥ偏波）で伝搬することになる。このように、伝搬した光信号は、いずれの偏波においても光路長差がｎΔＬ＝（ｎＴＥ＋ｎＴＭ）ΔＬ／２となり、出力光の偏波依存性を解消することができる。
【００２６】
しかしながら、上記の技法では、半波長板を用いて、ＴＥ偏波をＴＭ偏波（あるいは、ＴＭ偏波をＴＥ偏波）に完全に偏波変換することを前提としている。しかし、一般に、半波長板は膜厚が面内分布をもつため、その偏波変換効率（ＴＥ偏波からＴＭ偏波、あるいはＴＭ偏波からＴＥ偏波へ変換する割合）は必ずしも「１００％」ではない。また、場所によって偏波変換効率も異なる。例えば、図３に示すポリイミド波長板２３０に関して、偏波変換効率の場所依存性を測定した結果を図４に示す。
【００２７】
図４からポリイミド波長板２３０の偏波変換効率は場所によって異なることが分かる。このような波長板をマッハツェンダ干渉計のアーム導波路に挿入した場合、２本のアーム導波路間でその偏波変換効率に差が生じ、これによってマッハツェンダ干渉計の偏波依存性に影響が及ぼされる。
【００２８】
例えば、消光する波長の周波数間隔（周期）をＦＳＲ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）、偏波に依存した消光する波長のずれ量の最大値をＰＤｆ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と定義した場合、ＦＳＲが１０ＧＨｚのマッハツェンダ干渉計回路において、図２の構成ではＰＤｆが３ＧＨｚも発生する。信号品質の劣化を避けるために、ＰＤｆはＦＳＲの１００分の１以下が要求されており、従来の手法ではこの仕様を満たすことは困難である。
【００２９】
（実施例１）
図５は、本発明の第１の実施例によるマッハツェンダ干渉計の概略図である。このＭＺＩ５００は、２つの多モード干渉計５１０ａ、５１０ｂと、多モード干渉計の間に挟まれた２本のアーム導波路５２０ａ、５２０ｂと、２本のアーム導波路を分断するように形成された溝に挿入されたポリイミド波長板５３０とから構成されている。この挿入したポリイミド波長板５３０は、光学主軸が基板の水平方向から４５度に傾いており、遅軸と速軸を伝搬する偏波に対して信号光波長の半波長相当の位相差を与える。その結果、ＴＭ偏波をＴＥ偏波（あるいは、ＴＥ偏波をＴＭ偏波）に偏波変換する偏波モード変換器として機能する。また、このＭＺＩは、ＦＳＲを１０ＧＨｚとするため、２本のアーム導波路５２０ａおよび５２０ｂの長さの差（ΔＬ）は２０．７ｍｍとした。
【００３０】
本実施例の特徴は、２本のアーム導波路５２０ａ、５２０ｂが半波長板に向かって緩やかに接近し、半波長板の挿入部でアーム導波路間の距離を近接させたことである。すなわち、２本のアーム導波路間の距離を近接させることによって、半波長板の偏波変換効率の面内依存性による影響を抑制することができる。
【００３１】
実際に、２本のアーム導波路間の距離を７００μｍとした場合、波長１．５５μｍ付近でＰＤｆは３０ＭＨｚまで抑制することができた。なお、比較例におけるＭＺＩ２００では、波長板を分断する２本のアーム導波路の間隔は１０ｍｍであり、そのＰＤｆは３ＧＨｚであった。このように、本発明によってＭＺＩの偏波依存性を大きく改善することができる。
【００３２】
図６に、本発明の一実施例におけるアーム導波路の間隔に対するＰＤｆの測定結果の一例を示す。この図より、ＰＤｆを１００ＭＨｚ（ＦＳＲの１００分の１）以下にするためには、導波路間隔を２０００μｍ以下とすることが好ましい。この測定結果においては、半波長板挿入部におけるアーム導波路の間隔を７００μｍまでとしたが、アーム導波路の間隔をさらに狭くすればＰＤｆはさらに低減できることが容易に推測できる。
【００３３】
（実施例２）
図７に、本発明の第２の実施例によるマッハツェンダ干渉計の概略図を示す。このＭＺＩ７００は、実施例１の場合と同様、２つの多モード干渉計７１０ａ、７１０ｂと、多モード干渉計の間に挟まれた２本のアーム導波路７２０ａ、７２０ｂと、２本のアーム導波路を分断するように形成された溝に挿入されたポリイミド波長板７３０とから構成されている。本実施例では、実施例１のＭＺＩ（図５）と比較すると、結合器７１０ａ、７１０ｂが対向していることを特徴としている。このＭＺＩ７００においても、２本のアーム導波路間の距離を近接させることによって、実施例１の場合と同様の効果が得られた。具体的には、アーム導波路間隔を７００μｍとした場合、波長１．５５μｍ付近でＰＤｆは５０ＭＨｚまで抑制することができた。
【００３４】
ちなみに、図５の構成のメリットは、２つの多モード干渉計５１０ａおよび５１０ｂが対向していないため、前段の結合器５１０ａから放射された光が後段の結合器５１０ｂに再結合することがないので、大きな消光比が得られることである。一方、図７の構成のメリットは、２本のアーム導波路７２０ａおよび７２０ｂの長さの差が小さいＭＺＩの場合、よりコンパクトな構成が可能となり、アレイ化に適している。
【００３５】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施例について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施例では、結合器として多モード干渉計を用いたが、方向性結合器、Ｘ型分岐回路等を用いても同様な効果が得られることは容易に類推できる。したがって、ここに例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】マッハツェンダ干渉計について説明するための概略図である。
【図２】偏波依存性を改善した従来のマッハツェンダ干渉計について説明するための概略図である。
【図３】半波長板の偏波変換効率の場所依存性を測定するにあたっての測定箇所を説明するための図である。
【図４】半波長板の偏波変換効率の場所依存性を測定した結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例によるマッハツェンダ干渉計について説明するための概略図である。
【図６】本発明の第１の実施例におけるアーム導波路の間隔に対するＰＤｆの測定結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例によるマッハツェンダ干渉計について説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  マッハツェンダ干渉計
１１０ａ，１００ｂ  結合器
１２０ａ，１２０ｂ  アーム導波路
２００  マッハツェンダ干渉計
２３０  半波長板
５００  マッハツェンダ干渉計
５１０ａ，５１０ｂ  結合器
５２０ａ，５２０ｂ  アーム導波路
５３０  半波長板
７００  マッハツェンダ干渉計
７１０ａ，７１０ｂ  結合器
７２０ａ，７２０ｂ  アーム導波路
７３０  半波長板
【図１】
0004405976.tif 000004
【図２】
0004405976.tif 000005
【図３】
0004405976.tif 000006
【図４】
0004405976.tif 000007
【図５】
0004405976.tif 000008
【図６】
0004405976.tif 000009
【図７】
0004405976.tif 000010