(57)【要約】【課題】偏波モード分散を低減し、高品位な光信号を出力可能な光信号処理器を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る光信号処理器は、入力導波路１０１、１０２が接続された光分波器１１１と、該光分波器１１１に接続された二本の光導波路１３１、１３２と、該二本の光導波路１３１、１３２のそれぞれに接続され、出力導波路１０３、１０４が接続された光合波器１２１と、光分波器１１１および光合波器１２１に形成された溝２０１、２０３と、該溝２０１、２０３に挿入された偏光変換手段３０１、３０３とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の入力を二つの出力に分波する光分波手段と、該光分波手段に接続された二本の光導波路と、該二本の光導波路のそれぞれに接続され、二つの入力を一つ以上の出力に合波する光合波手段とを備える光信号処理器であって、
前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に設けられた、入力された光の偏光を９０°回転して出力する偏光変換手段を備えることを特徴とする光信号処理器。
【請求項２】
一つ以上の入力を二つの出力に分波する光分波手段と、該光分波手段に接続された二本の光導波路と、該二本の光導波路のそれぞれに接続され、二つの入力を一つ以上の出力に合波する光合波手段とを備える光信号処理器であって、
前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に含まれる光導波路の複屈折を局所的に変化させる手段を備えることを特徴とする光信号処理器。
【請求項３】
前記偏光変換手段は、前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に形成された溝に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理器。
【請求項４】
前記溝の長手方向は、前記偏光変換手段が設けられる、前記光分波手段および前記光合波器の少なくとも一方の長手方向に対して概ね垂直であることを特徴とする請求項３記載の光信号処理器。
【請求項５】
前記溝の長手方向と、前記偏光変換手段が設けられる、前記光分波手段および前記光合波器の少なくとも一方の長手方向とのなす角度は、９０°（垂直）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度であることを特徴とする請求項３記載の光信号処理器。
【請求項６】
前記二本の光導波路の各々に溝が形成されており、前記溝に前記偏光変換手段が挿入されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の光信号処理器。
【請求項７】
前記光分波手段に前記溝が形成されており、前記光導波路に設けられた偏光変換手段は、前記光分波手段に形成された溝から出射される漏れ光の開き角の範囲外に設けられていることを特徴とする請求項６記載の光信号処理器。
【請求項８】
前記光合波手段に前記溝が形成されており、前記光合波手段に設けられた偏光変換手段は、前記光導波路に形成された溝から出射される漏れ光の開き角の範囲外に設けられていることを特徴とする請求項６または７記載の光信号処理器。
【請求項９】
前記光分波手段および前記光合波手段の少なくとも一方に形成された溝、および前記光導波路に形成された溝は同一方向を向いていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の光信号処理器。
【請求項１０】
前記光分波手段および前記光合波手段に前記溝が形成され、該溝が共通の溝であることを特徴とする３乃至９のいずれかに記載の光信号処理器。
【請求項１１】
前記光分波手段に接続された前記入力と、前記光合波手段に接続された前記出力が同一基板端面に位置することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光信号処理器。
【請求項１２】
前記光分波手段および光合波手段は、共に多モード干渉計であるか、もしくは共に方向性結合器であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の光信号処理器。
【請求項１３】
前記光信号処理器は基板上に形成され、
前記光導波路は、前記基板上に形成されたリッジを有する下部クラッドを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の光信号処理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理器に関し、より詳細には、偏波モード分散を抑え、高速光通信システムにも対応した光信号処理器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、音声情報や動画情報などの大容量な情報を伝送可能な通信システムが望まれており、そのような通信システムとして光通信システムが注目されている。この光通信システムの高速大容量化を実現する方法として、波長分割多重方式が開発されている。
【０００３】
波長分割多重システムでは、入力した光信号を目的に応じて変化させることのできる光信号処理器が用いられている。図１（ａ）に、光通信システムで用いられている従来の光信号処理器の構成例を示す。この光信号処理器は、光を分波する光分波器１１１１と、光を合波する光合波器１１２１と、光分波器１１１１と光合波器１１２１に挟まれた二本の光導波路１１３１および１１３２とを備えている。そして光分波器１１１１には入力導波路１１０１、１１０２が接続され、光合波器１１２１には出力導波路１１０３、１１０４が接続されている。
【０００４】
光分波器１１１１と光合波器１１２１とには、二本の光導波路を近接させた方向性結合器や、多モード干渉型結合器が用いられている。そして光分波器より二本の光導波路に均等に光信号が分波され、二本の光導波路より光合波器に均等に光信号が合波されるよう、光分波器１１１の光分波率と光合波器１１２１の光合波率とがそれぞれ５０％に設定されている。二本の光導波路１１３１と１１３２とは、光ファイバ、または基板上に形成された平面導波路により形成している。光導波路１１３１と１１３２との光路長の差は、この光信号処理器の周波数周期が１００ＧＨｚになるよう設定されている。
【０００５】
光信号処理器の入力導波路１１０１に光を入力し、出力導波路１１０３と１１０４とより出力されるＴＥモードとＴＭモードとの透過スペクトルの周波数依存性を図２（ａ）に示す。光信号処理器の透過スペクトルは周波数に対し１００ＧＨｚの周期性を有する。しかし、光導波路１１３１と１１３２とは偏波依存性を有するため、図２（ａ）に示されるように、ＴＥモードとＴＭモードとの透過スペクトルに２０ＧＨｚ程度の中心周波数ずれが生じている。
【０００６】
そこで、特許文献１では、この偏波依存性による中心周波数ずれを解消するため、光分波器と光合波器との間の光導波路に偏光変換手段を設けている。図１（ｂ）に、二本の光導波路１１３１と１１３２との長手方向に対し垂直に偏光変換手段１３０１を設けた、特許文献１に記載の従来の光信号処理器の構成例を示す。偏光変換手段１３０１としては、例えばポリイミド膜により構成された１／２波長板が用いられている。二本の光導波路１１３１と１１３２とに偏光変換手段１３０１を挿入した後に、光信号処理器の入力導波路１１０１に光を入力し、出力導波路１１０３と１１０４とより出力されるＴＥモードとＴＭモードの透過スペクトルの周波数依存性を図２（ｂ）に示す。
【０００７】
偏光変換手段１３０１にＴＭ光が入力されるとＴＥ光に変換され、逆にＴＥ光が入力されるとＴＭ光に変換されて出力される。よって、偏光変換手段１３０１を光導波路１１３１および１１３２の中間点に設ければ、光路長差は、入力された偏光が感じる屈折率および偏光変換手段により変換された、上記偏光と垂直方向の偏光が感じる屈折率の平均と、導波路の長さとの積となる。従って、光導波路１１３１、１１３２に入力される光がＴＭ光、ＴＥ光に関らず、光路長差を一定にすることができるので、偏波無依存を実現できる。このように、特許文献１では、光導波路１１３１と１１３２との偏波依存性を解消したことにより、ＴＥモードとＴＭモードの透過スペクトルの中心周波数ずれの問題を解決している。
【０００８】
【特許文献１】特許第３５０１２３５号明細書
【特許文献２】特許第３４２３２９７号明細書
【特許文献３】特許第３４２９２７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上から明らかなように、光信号処理器において、偏光変換手段を用いる方式が有力である。しかしながら、この偏光変換手段を用いる方式であっても、現在求められる高品位な出力を得るためには、以下のような、まだ改善しなければならない課題が残されている。
【００１０】
特許文献１では、光信号処理器の二本の光導波路に偏光変換手段を設けることにより、偏波依存性による透過スペクトルの中心周波数ずれを解消することができた。しかし、近年の高速光通信システムでは、偏波モード分散による光信号の劣化が大きな問題となってきており、下記に示すように、光信号処理器の二本の光導波路に偏光変換手段を設けるだけでは解決できない。
【００１１】
図２（ｃ）に従来の光信号処理器の偏波モード分散の周波数依存性を示す。また、図２（ｄ）に光信号処理器の二本の光導波路に偏光変換手段を設けた後の偏波モード分散の周波数依存性を示す。
【００１２】
図２（ｃ）に示すように、入力導波路１１０１から光信号を入力し、出力導波路１１０４から光信号を出力した時（１１０１⇒１１０４）は、偏波モード分散は生じない。しかし、入力導波路１１０１から光信号を入力し、出力導波路１１０３から光信号を出力した時（１１０１⇒１１０３）は、中心周波数から±５ＧＨｚの範囲内で１．３ｐｓの偏波モード分散が生じる。
【００１３】
一方、図２（ｄ）に示すように偏光変換手段を設ける場合では、入力導波路１１０１から光信号を入力し、出力導波路１１０３から光信号を出力した時（１１０１⇒１１０３）の偏波モード分散は解消された。しかしその反面、入力導波路１１０１から光信号を入力し、出力導波路１１０４から光信号を出力した時（１１０１⇒１１０４）は、中心周波数から±５ＧＨｚの範囲内で１．３ｐｓの偏波モード分散が生じた。
【００１４】
このように、二本の光導波路に偏光変換手段を設けたとしても偏波モード分散が生じる出力導波路が入れ替わるだけで、偏波モード分散は残ったままである。この分散は、光信号を歪ませる原因となり、特に近年の高速光通信システムでは大きな問題となっている。
【００１５】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、偏波モード分散を低減し、高品位な光信号を出力可能な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】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、一つ以上の入力を二つの出力に分波する光分波手段と、該光分波手段に接続された二本の光導波路と、該二本の光導波路のそれぞれに接続され、二つの入力を一つ以上の出力に合波する光合波手段とを備える光信号処理器であって、前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に設けられた、入力された光の偏光を９０°回転して出力する偏光変換手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、一つ以上の入力を二つの出力に分波する光分波手段と、該光分波手段に接続された二本の光導波路と、該二本の光導波路のそれぞれに接続され、二つの入力を一つ以上の出力に合波する光合波手段とを備える光信号処理器であって、前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に含まれる光導波路の複屈折を局所的に変化させる手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記偏光変換手段は、前記光分波手段、または前記光合波手段の少なくとも一方に形成された溝に挿入されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記溝の長手方向は、前記偏光変換手段が設けられる、前記光分波手段および前記光合波器の少なくとも一方の長手方向に対して概ね垂直であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記溝の長手方向と、前記偏光変換手段が設けられる、前記光分波手段および前記光合波器の少なくとも一方の長手方向とのなす角度は、９０°（垂直）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載の発明において、前記二本の光導波路の各々に溝が形成されており、前記溝に前記偏光変換手段が挿入されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記光分波手段に前記溝が形成されており、前記光導波路に設けられた偏光変換手段は、前記光分波手段に形成された溝から出射される漏れ光の開き角の範囲外に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記光合波手段に前記溝が形成されており、前記光合波手段に設けられた偏光変換手段は、前記光導波路に形成された溝から出射される漏れ光の開き角の範囲外に設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項６乃至８のいずれかに記載の発明において、前記光分波手段および前記光合波手段の少なくとも一方に形成された溝、および前記光導波路に形成された溝は同一方向を向いていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項３乃至９のいずれかに記載の発明において、前記光分波手段および前記光合波手段に前記溝が形成され、該溝が共通の溝であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記光分波手段に接続された前記入力と、前記光合波手段に接続された前記出力が同一基板端面に位置することを特徴とする。
【００２７】
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記光分波手段および光合波手段は、共に多モード干渉計であるか、もしくは共に方向性結合器であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１３記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記光信号処理器は基板上に形成され、前記光導波路は、前記基板上に形成されたリッジを有する下部クラッドを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、光分波手段および光合波手段の少なくとも一方に、偏光変換手段または局所的に屈折率を変化させる手段を設けているので、偏波モード分散を低減することが可能となり、高品位な光信号を出力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一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。
【００３１】
本発明の一実施形態は光分波手段の光分波率と、光合波手段の光合波率との少なくともいずれか一方を偏光によらずに一定にすることで、偏波モード分散の小さい光信号処理器を実現している。  
発明者は、従来の光信号処理器の偏波モード分散の発生要因を調べた。分析の結果、偏波モード分散は主に光分波手段と光合波手段との偏波依存性によるものであることが明らかになった。すなわち、光信号処理器の光分波手段の光分波率と光合波手段の光合波率とを５０％に設定したとしても、光分波手段や光合波手段に偏波依存性があれば、偏波ごとに光分波率と光合波率とは５０％からずれる。この偏波依存性によるずれ量（光分波率および光合波率の設定値からのずれ量）が大きいほど偏波モード分散は大きくなった。
【００３２】
そこで、本発明の一実施形態では、光分波手段と光合波手段との少なくとも一方に、偏光変換手段を設けている。これにより、偏波依存性による上記ずれ量を低減することができる。よって、光分波手段と光合波手段との偏波依存性が大きく低減され、光信号処理器の偏波モード分散を低減することができる。
【００３３】
すなわち、本発明の一実施形態では、１つ以上の入力を２つ以上の出力に分波する手段としての光分波器と、２つの入力を１つ以上の出力に合波する手段としての光合波器の少なくとも一方に溝を形成し、該溝に偏光変換手段を挿入している。なお、本発明の一実施形態では、偏光変換手段を、光分波器（入力側）および光合波器（出力側）の少なくとも一方に設けられていれば良いが、少なくとも光合波器に偏光変換手段を設けることがより好ましい形態である。すなわち、出力側である光合波器に偏光変換手段を設けることにより、光合波器の光合波率がほぼ一定にできるので、光信号処理器の透過スペクトルの偏波依存中心波長シフトをさらに抑制できる。よって、少なくとも光合波器に偏光変換手段を設けることはより好ましいのである。
【００３４】
なお、本発明の一実施形態において、偏光変換手段は、１／２波長板（半波長板）などのように、入力された光の偏光を９０°回転（偏波回転量が９０°）させることができるものであればいずれであっても良い。すなわち、偏光変換手段は、ＴＭモードをＴＥモードに、またＴＥモードをＴＭモードに変換する手段であれば良いのである。
【００３５】
偏光変換手段として１／２波長板を用いる場合、該１／２波長板を導波路に対して４５°傾けると、１／２波長板に入射した光は、ＴＭモードである場合はＴＥモードに、またＴＥモードである場合はＴＭモードに変換されて、１／２波長板から出射する。
【００３６】
また、本発明の一実施形態では、光導波路をリッジ構造により形成し、および／または光分波手段と光合波手段とに挟まれた二本の光導波路に偏光変換手段を設け、光導波路の複屈折を低減することにより、光分波手段の光分波率、もしくは、光合波手段の光合波率のずれ量に対し、偏波モード分散をさらに抑制することができる。
【００３７】
（第一実施形態）  
図３に本発明の第一実施形態における光信号処理器の構成を示す。  
本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、光を分波する光分波器１１１と、光を合波する光合波器１２１と、光分波器１１１と光合波器１２１とに挟まれた二本の光導波路１３１および１３２と、光分波器１１１の入力側に接続された入力導波路１０１、１０２と、光合波器１２１の出力側に接続された出力導波路１０３、１０４とを備えている。そして、光分波器１１１および光合波器１２１には、光分波器１１１と光合波器１２１との長手方向に対し概ね垂直に、それぞれ溝２０１と２０３とが形成されている。溝２０１および溝２０３にはそれぞれ、入力された光の偏光を９０°回転させる手段としての偏光変換手段３０１と３０３とが挿入されている。すなわち、偏光変換手段３０１と３０３とは、自身を透過する光の偏光を９０°回転させるように設定されている。よって、偏光変換手段３０１（３０３）に入力された光がＴＭ光（ＴＥ光）である場合は、偏光変換手段３０１（３０３）にて偏光が９０°回転されて、ＴＥ光（ＴＭ光）として出力される。
【００３８】
なお、光分波器１１１の光分波率および光合波器１２１の光合波器のそれぞれを、概ね５０％に設定している。また、光導波路１３１、１３２の光路長の差は、この光信号処理器の周波数周期が１００ＧＨｚになるよう設定されている。
【００３９】
このように、光分波器１１１および光合波器１２１に偏光変換手段をそれぞれ挿入（配置）しているので、偏光変換手段の前後における偏光依存性を低減することができ、光分波器１１１の光分波率と光合波器１２１の光合波率とを偏光によらずに一定にすることができる。さらに、本実施形態のように、光合波器１２１に偏光変換手段を設け、その光合波率を偏光によらず一定にすることで、光信号の透過スペクトルの偏波依存中心波長シフトをさらに抑えると共に、偏波依存中心波長シフトのポート間変動や波長依存性を低減できるという副次的効果もある。
【００４０】
本実施形態では、光信号処理器をシリコン基板上の石英系導波路で形成しているがこれに限定されず、従来の導波路を用いることができる。また、光分波器１１１および光合波器１２１として共に二入力二出力の多モード干渉計（マルチモード干渉カプラ）、方向性結合器など、入力された光を適切に合波、分波できるものであればいずれを用いても良い。さらに、偏光変換手段として、ポリイミド波長板など、入力された光の偏光を９０°回転することができるものであればいずれを用いても良い。なお、本実施形態では、光分波器１１１および光合波器１２１としては共に多モード干渉計を用い、偏光変換手段としてはポリイミド偏光板を用いている。
【００４１】
図４（ａ）に光分波器１１１と光合波器１２１の偏波依存性による光分波率と光合波率との設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。偏光変換手段３０１と３０３とを挿入しない状態では、光分波器１１１の光分波率と光合波器１２１の光合波率とは、偏波により４０％〜５０％の範囲内で変動した。したがって、偏波依存性による光分波率と光合波率との上記ずれ量は最大で１０％もあった。この時、入力導波路１０１から光信号を入力し、出力導波路１０４から光信号を出力した時（１０１⇒１０４）は、偏波依存性による上記ずれ量によらず、偏波モード分散は生じなかった。一方、入力導波路１０１から光信号を入力し、出力導波路１０３から光信号を出力した時（１０１⇒１０３）は、偏波依存性による上記ずれ量が大きくなるほど、偏波モード分散は増加した。偏波依存性による上記ずれ量が１０％の時、１．３ｐｓもの大きな偏波モード分散が生じた。
【００４２】
ここで、偏光変換手段３０１と３０３とを挿入したところ、光分波器１１１の光分波率と、光合波器１２１の光合波率の偏波による変動は４８％〜５０％の範囲内に収まった。そのため、偏波依存性による光分波率と光合波率との上記ずれ量を２％以下に抑え、偏波モード分散を０．３ｐｓまで低減した。
【００４３】
図４（ｂ）に、光分波器と光合波器との偏波依存性を１０％から２％に低減する前後の偏波モード分散（１０１入力１０３出力）の周波数依存性を示す。光分波器１１１と光合波器１２１とに偏光変換手段３０１と３０３とを挿入し、偏波依存性による光分波率と光合波率のずれ量を抑えた結果、偏波モード分散を大きく低減したことがわかる。入力導波路と出力導波路を入れ替えても（１０２入力１０４出力）、同様の傾向が見られた。
【００４４】
以上、本実施形態では、偏光変換手段を用い、光信号処理回路の光分波器の光分波率と、光合波器の光合波率との偏光による設定値からのずれ量を低減することにより、従来の光信号処理器で問題になっていた偏波モード分散を低減することが可能である。すなわち、偏光変換手段が挿入された、光分波器の光分波率、および光合波器の光合波率の双方を、入力された光の偏光によらず一定にすることが可能である。
【００４５】
なお、本実施形態では、光分波器１１１および光合波器１２１の双方に偏光変換手段を挿入しているがこれに限定されず、光分波器１１１および光合波器１２１のいずれか一方に偏光変換手段を挿入するようにしても良い。このようにすることで、入力された光の偏光がいずれの偏光であっても、偏光変換手段が挿入された光合波器または光分波器の光合波率または分波率の安定性を向上することが可能となり、偏波モード分散を低減した高品位な光信号を出力することが可能である。また、上記副次的効果を考慮すると、少なくとも光合波器１２１に偏光変換手段を設ける形態がより好ましい形態である。
【００４６】
さらに、本実施形態では、図３に示すように、光分波器１１１（光合波器１２１）のほぼ中央に偏光変換手段３０１（３０３）を挿入することが好ましい。しかしながら、偏光変換手段の挿入位置は上記位置に限定されず、光分波器１１１（光合波器１２１）のいずれに挿入しても良い。
【００４７】
（第二実施形態）  
図５に本発明の第二実施形態における光信号処理器の構成を示す。  
本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、光分波器１１１と、光合波器１２１と、光分波器１１１と光合波器１２１とに挟まれた二本の光導波路１３１および１３２と、光分波器１１１の入力側に接続された入力導波路１０１、１０２と、光合波器１２１の出力側に接続された出力導波路１０３、１０４とを備えている。そして、光分波器１１１および光合波器１２１には、光分波器１１１と光合波器１２１との長手方向に対し概ね垂直に、それぞれ溝２０１と２０３とが形成されている。溝２０１および溝２０３にはそれぞれ、偏光変換手段３０１と３０３とが挿入されている。すなわち、偏光変換手段３０１と３０３とは、自身を透過する光の偏光を９０°回転させるように設定されている。
【００４８】
なお、光分波器１１１の光分波率および光合波器１２１の光合波器のそれぞれを、概ね５０％に設定している。
【００４９】
このように、光分波器１１１および光合波器１２１に偏光変換手段をそれぞれ挿入（配置）しているので、偏光変換手段の前後における偏光依存性を低減することができ、光分波器１１１の光分波率と光合波器１２１の光合波率とを偏光によらずに一定にすることができる。
【００５０】
本実施形態では、光導波路の下部クラッドにリッジ構造を形成したリッジ導波路を用いている（特許文献２参照）。また、光分波器１１１と光合波器１２１としてそれぞれ、近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用い、偏光変換手段として、ポリイミド波長板を用いている。
【００５１】
図５（ｂ）に、図５（ａ）のＡ−Ａ′線断面図を示す。図５（ｂ）において、リッジを有する下部クラッドである下部クラッドリッジ１６８上に光導波路となるコア１６５が形成されており、リッジ構造を形成している様子が示されている。このような導波路構造を用いることにより、光導波路の複屈折を低減することができる。
【００５２】
図６（ａ）に光分波器１１１と光合波器１２１の偏波依存性による光分波率と光合波率との設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。比較のため、第一実施形態で示した通常の導波路の偏波モード分散も示す。  
図６（ａ）から分かるように、偏波依存性による光分波率と光合波率との上記ずれ量が同じであっても、本実施形態のようにリッジ導波路を用い、光導波路の複屈折を低減すると、通常の導波路に比べた偏波モード分散を低減できることがわかる。例えば、偏波依存性による上記ずれ量が１０％の場合、通常の導波路では１０１入力１０３出力の偏波モード分散は１．３ｐｓもあるが、リッジ導波路では１０１入力１０３出力の偏波モード分散は１．０ｐｓである。通常の導波路に比べ、リッジ導波路では偏波モード分散を低減できることがわかる。
【００５３】
さらに、光分波器１１１および光合波器１２１として方向性結合器を用い、これらの方向性結合器をリッジ導波路で形成すると偏波依存性を低減できるため、偏波モード分散をさらに低減できる。方向性結合器をリッジ導波路で形成することにより、偏波依存性によるずれ量を４％に抑えた。この時の偏波モード分散は０．４ｐｓであった。それに加え、本実施形態では、偏光変換手段３０１と３０３とを挿入し、光分波器１１１の光分波率と、光合波器１２１の光合波率との偏波依存性による上記ずれ量を２％以下に低減した。リッジ導波路を用いた効果、及び偏光変換手段により光分波器１１１と光合波器１２１との偏波依存性を低減することにより、偏波モード分散を０．２ｐｓに抑えた。
【００５４】
本実施形態のように、リッジ導波路を用いて光導波路の複屈折を低減すると、上記光分波器と光合波器との偏波依存性による設定値からのずれに起因する偏波モード分散を低減できるだけでなく、次に示す付加的な効果も得られる。すなわち、偏波モード分散の主な発生要因は、光分波器と光合波器との偏波依存性によるずれであるが、光分波器と光合波器の光分波率と光合波率との絶対値が５０％からずれた場合も偏波モード分散の発生要因となる。さらに、光分波器の光分波率と、光合波器の光合波率とが互いに設定値からずれた場合にも、偏波モード分散の発生要因となる。発明者の実験によれば、これらの要因により生じる偏波モード分散は、光導波路の複屈折を低減することにより、抑制することができる。
【００５５】
図６（ｂ）に光分波器１１１と光合波器１２１との光分波率と光合波率との絶対値の設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。図６（ｃ）に光分波器の光分波率と光合波器と光合波率とのずれ量に対する偏波モード分散を示す。通常は、これら二つの要因により、偏波モード分散はさらに増加するが、リッジ構造を形成し、光導波路の複屈折を低減することで、これら二つの要因による偏波モード分散をほぼ皆無にすることができる。それにより偏波モード分散の発生要因を、光分波器と光合波器との偏波依存性によるずれ量に絞ることができ、偏波モード分散の低減が容易になる。また、光分波器と光合波器の光分波率と光合波率の絶対値の設定値からのずれや、光分波器の光分波率と、光合波器の光合波率とが互いにずれても偏波モード分散の主な発生要因にはならないので、製造誤差に強い光信号処理器を実現することができる。
【００５６】
すなわち、第一実施形態のように、光分波器および光合波器の少なくとも一方に偏光変換手段を用いることによって、偏波モード分散を十分に低減することができるが、本実施形態のように光導波路をリッジ導波路とすることで、光分波率および光合波率の絶対値の設定値からのずれ、および光分波率と光合波率とのずれの偏波モード分散への影響をほぼ無くすことができる。よって、さらに偏波モード分散を低減することができるので、より高品位な光信号を出力することができる。また、光分波率および光合波率の絶対値の設定値からのずれ、および光分波率と光合波率とのずれがあっても、偏波モード分散への影響はほとんど無いので、製造誤差の影響を低減することができ、コストダウンにも繋がる。
【００５７】
ここで、具体的な数値を用いて説明する。製造誤差により光分波器１１１の光分波率が４０％、光合波器１２１の光合波率が４０％である場合、光分波器１１１と光合波器１２１との光分波率と光合波率との絶対値の５０％（設定値）からのずれ量は１０％である。この絶対値の設定値からのずれにより、通常の導波路では、１０１入力１０３出力において、０．３ｐｓの偏波モード分散が加わる。一方、リッジ導波路の場合、絶対値のずれ量が１０％あっても、偏波モード分散の増加は０．０２ｐｓ以下である。
【００５８】
また、製造誤差により光分波器１１１の光分波率が４０％、光合波器１２１の光合波率が５０％である場合、光分波器１１１の光分波率と光合波器１２１の光合波率とは互いに１０％ずれている。このずれにより、通常の導波路では、入力導波路、出力導波路によらず、０．２ｐｓの偏波モード分散が加わる。一方、リッジ導波路の場合、光分波率と光合波率とのずれ量が１０％あっても、偏波モード分散の増加は０．０１ｐｓ以下である。
【００５９】
以上で説明したように、本実施形態では、光導波路をリッジ構造により形成することにより、光分波率と光合波率とのずれに対し、偏波モード分散の低減効果をより大きくし、さらに製造誤差に強い光信号処理器を実現することが可能である。
【００６０】
（第三実施形態）  
図７に本発明の第二実施形態における光信号処理器の構成を示す。  
本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、光分波器１１１と、光合波器１２１と、光分波器１１１と光合波器１２１とに挟まれた二本の光導波路１３１および１３２と、光分波器１１１の入力側に接続された入力導波路１０１、１０２と、光合波器１２１の出力側に接続された出力導波路１０３、１０４とを備えている。
【００６１】
そして、光分波器１１１および光合波器１２１には、光分波器１１１と光合波器１２１との長手方向に対し概ね垂直に、それぞれ溝２０１と２０３が形成されている。光分波器１１１の光分波率と、光合波器１２１の光合波率とが偏光によらずにほぼ一定になるよう、溝２０１と２０３とに偏光変換手段３０１、３０３が設けられている（挿入されている）。さらに、本実施形態では、光導波路１３１と１３２とにも、光導波路１３１、１３２の長手方向に対して概ね垂直に溝２０２が形成されている。この溝２０２には偏光変換手段３０２が設けられている（挿入されている）。偏光変換手段３０３は、自身を透過する光の偏光を９０°回転させるように設定されている。よって、偏光変換手段３０２に入力された光がＴＭ光（ＴＥ光）である場合は、偏光変換手段３０２にて偏光が９０°回転されて、ＴＥ光（ＴＭ光）として出力される。この偏光変換手段３０２により、光導波路１３１、１３２の偏波依存性を低減している。
【００６２】
本実施形態では、光信号処理器をシリコン基板上の石英系導波路で形成し、光分波器１１１と光合波器１２１として共に二入力二出力の多モード干渉計を用いている。また、偏光変換手段として、ポリイミド波長板を用いている。なお、偏光変換手段３０２についても、ポリイミド波長板に限らず、入力された光の偏光を９０°回転することができるものであればいずれを用いても良い。
【００６３】
本実施形態では、光導波路１３１と１３２とに偏光変換手段３０２を挿入することにより、光導波路１３１、１３２の偏波依存性を低減でき、第二実施形態と同様の偏波モード分散低減効果が得られる。すなわち、光分波器と光合波器との光分波率と光合波率との絶対値のずれや、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とが互いに異なることによる偏波モード分散を緩和できる。
【００６４】
図８（ａ）に光分波器１１１と光合波器１２１との偏波依存性による光分波率と光合波率との設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。比較のため、第一実施形態で示した、偏光変換手段３０２が無い、通常の導波路の偏波モード分散も示す。第二実施形態同様に、光導波路の複屈折を低減することで、通常の導波路に比べて偏波モード分散を低減できることがわかる。
【００６５】
また、第二実施形態で説明したように、光導波路の複屈折を低減すれば偏波依存性によるずれに起因する偏波モード分散を低減できるだけでなく、製造誤差の影響を低減できるなどの付加的な効果も得られるが、本実施形態でも同様の効果を確認した。
【００６６】
図８（ｂ）に光分波器１１１と光合波器１２１との光分波率と光合波率との絶対値の設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。図８（ｃ）に光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とのずれ量に対する偏波モード分散を示す。通常は、これら二つの要因により、偏波モード分散はさらに増加するが、光導波路１３１と１３２とに偏光変換手段３０２を挿入することにより、光導波路１３１、１３２の偏波依存性を完全に無くし、光分波率と光合波率との絶対値の設定値からのずれや、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とのずれによる偏波モード分散を完全に無くした。
【００６７】
以上で説明したように、本実施形態では、光分波器と光合波器とに挟まれた二本の光導波路に偏光変換手段を設けることにより、光分波率と光合波率とのずれに対し、偏波モード分散の低減効果をより大きくし、さらに製造誤差に強い光信号処理器を実現できる。
【００６８】
（第四実施形態）  
本実施形態における第１実施例に係る光信号処理器は、基板上に形成された光分波器と、光合波器と、光分波器と光合波器とに挟まれた二本の光導波路を備えている。そして、光分波器および光合波器には、光分波器と光合波器との長手方向に対し概ね垂直に、それぞれ溝が形成されており、該溝にはそれぞれ偏光変換手段が挿入されている。また、二本の光導波路にも溝が形成され、該溝にも偏光変換手段が挿入されている。さらに、本実施形態では、光導波路をリッジ構造で形成している。
【００６９】
本実施形態では、光分波器、光合波器、および上記二本の光導波路に偏光変換手段を設けたことにより、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とが、入力される光の偏光によらずにほぼ一定になり、偏波モード分散を低減することが可能である。また、光導波路をリッジ構造で形成し、予め光導波路の複屈折を低減し、さらに二本の光導波路に偏光変換手段を挿入しているので、それにより、第二と第三実施形態で説明した偏波モード分散の抑制効果をより大きくすることができる。
【００７０】
第四実施形態における光信号処理器の第１実施例では、光信号処理器をシリコン基板上の石英系導波路で形成し、光分波器１１１と光合波器１２１として共に二入力二出力の多モード干渉計を用いている。また、偏光変換手段として、ポリイミド波長板を用いている。
【００７１】
図９（ａ）に、光信号処理器を構成する光分波器の光分波率と光合波器の光合波率との偏波依存性による設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す。図９（ａ）に示すように、リッジ構造及び偏光変換手段を用いたことにより、偏波依存性によるずれ量を１％以下に低減し、偏波モード分散を０．１ｐｓ以下の極めて低い値に抑えた。
【００７２】
図９（ｂ）に透過スペクトルの周波数依存性を、図９（ｃ）に偏波モード分散（１０１入力１０４出力）の周波数依存性を示す。図９（ｂ）、（ｃ）から分かるように、偏波依存性による中心波長ずれを抑えると同時に、偏波モード分散が小さい光信号処理器を実現した。
【００７３】
図１０に、第四実施形態における光信号処理器の第２実施例を示す。  
本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、光分波器１１１と、光合波器１２１と、光分波器１１１と光合波器１２１とに挟まれた二本の光導波路１３１および１３２と、光分波器１１１の入力側に接続された入力導波路１０１、１０２と、光合波器１２１の出力側に接続された出力導波路１０３、１０４とを備えている。光分波器１１１および光合波器１２１には、光分波器１１１と光合波器１２１との長手方向に対し概ね垂直に溝２０１、２０３が形成され、該溝にはそれぞれ偏光変換手段３０１、３０３が挿入されている。また、二本の光導波路１３１、１３２にも、二本の光導波路１３１、１３２の長手方向に対して概ね垂直に溝２０２が形成され、該溝にも偏光変換手段３０２が挿入されている。
【００７４】
ここで、対応する溝が形成された、光分波器１１１、光合波器１２１、光導波路１３１、１３２が、光分波器１１１に形成された溝２０１、光合波器１２１に形成された溝２０３、光導波路１３１、１３２に形成された溝２０２より出射される漏れ光４０１、４０２、４０３、４０４の開き角の範囲外に配置されている。すなわち、上記溝に光が入射すると、該溝より所定の角度である開き角φの漏れ光が放射されることがある。この漏れ光が他の偏光変換手段を挿入した溝に干渉すると、光信号処理器の特性が変化する。そこで、第２実施例では、この漏れ光の影響を抑制するため、偏光変換手段を挿入した溝の各々を、それ以外の溝から放射された漏れ光の開き角の範囲外に配置している。すなわち、ある溝から放射された漏れ光が、他の溝に挿入された偏光変換手段に入射しないように、各溝を形成し、それぞれの溝に対応する偏光変換手段を挿入している。なお、第２実施例では、光導波路１３１、１３２は共に曲げ部分を含む。光導波路に曲げ部分を導入することにより、高次モードを防ぐ効果が得られ、良好な光学特性が得られる。
【００７５】
本実施例の特徴を具体的な数値を用いて説明する。  
漏れ光がガウスビームであり、開き角φがｔａｎ‐1（λ／π・ｎ・ｗ）で近似されると仮定し、波長λ＝１．５５μｍ，屈折率ｎ＝１．４５、フィールド径ｗ＝１０μｍと見積もった場合、開き角φは約２°になる。よって、約２°の開き角φの漏れ光が、他の偏光変換手段に入射しないように、各溝を形成し、偏光変換手段を挿入する必要がある。そこで、ある溝の、光の出射端から開き角φが２°以上になるよう、他の偏光変換手段を挿入した溝を配置すれば良い。
【００７６】
光を入力する入力導波路１０１、１０２と、光を出力する出力導波路１３０、１０４とを結ぶ方向を光信号処理器の長手方向と定義する（図中の水平方向；以下、ｚ方向と記す）。第２実施例では、光分波器１１１をｚ方向に対しθ１＝６０°で配置し、光合波器１２１をｚ方向に対し角度θ２＝−６０°で配置している。そして、光分波器１１１の長手方向（光の伝搬する方向）に対し概ね垂直に、すなわちｚ方向に対し概ね１５０°の方向に溝２０１を形成し、かつ、光合波器１２１の長手方向（光が伝搬する方向）に対し垂直に、すなわちｚ方向に対し概ね３０°の方向に溝２０３を形成し、それぞれに偏光変換手段３０１、３０３を挿入している。光導波路１３１、１３２に挿入されている偏光変換手段３０２は、光分波器１１１に挿入されている偏光変換手段３０１からの漏れ光４０１の開き角φの範囲外に配置され、光合波器１２１に挿入されている偏光変換手段３０３は、光導波路１３１、１３２に挿入されている偏光変換手段３０２からの漏れ光４０２、４０３の開き角φの範囲外に配置されている。
【００７７】
なお、出力導波路１０３、１０４は、光合波器１２１に挿入されている偏光変換手段３０３からのもれ光４０４を拾わない。また、上記では、光分波器や光合波器と溝との関係を説明するために、光分波器や光合波器のｚ方向に対する配置角度を用いた。しかしこの角度は一例であり、光分波器や光合波器の面内の位置や、導波路材料などによって容易に変わるものである。すなわち、第２実施例の特徴的な構成は、溝を漏れ光の開き角φの範囲外に配置したことである。
【００７８】
図１１に偏波モード分散（１０１入力１０４出力）の周波数依存性を示す。もれ光の影響により偏波モード分散がばらつく図９（ｃ）に対し、もれ光の影響を低減したことにより偏波モード分散を滑らかにし、特性を改善した。
【００７９】
図１２に、第四実施形態における光信号処理器の第３実施例を示す。
【００８０】
第３実施例では、光分波器１１１はｚ方向に対し角度θ１＝９０°で配置され、光合波器１２１はｚ方向に対し角度θ２＝９０°で配置されている。そして、光分波器１１１には、光分波器１１１の長手方向に対し垂直な方向から０°よりも大きく概ね１０°以下、もしくは０°よりも小さく概ね−１０°以上の角度θで溝２０１が形成され、該溝２０１には偏光変換手段３０１が挿入されている。すなわち、溝２０１の長手方向と光分波器１１１の長手方向とのなす角度が、９０°（垂直）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度となるので、光分波器１１１の長手方向と偏光変換手段３０１の長手方向とのなす角度も、９０°（垂直）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度となる。同様に、光合波器１２１には、光合波器１２１の長手方向に対し垂直な方向から０°よりも大きく概ね１０°以下、もしくは０°よりも小さく概ね−１０°以上の角度θで溝２０３が形成され、該溝２０３には偏光変換手段３０３が挿入されている。すなわち、溝２０３の長手方向と光合波器１２１の長手方向とのなす角度が、９０°（垂直）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度となるので、光合波器１２１の長手方向と偏光変換手段３０１の長手方向とのなす角度も、９０°から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度だけ傾けた角度となる。
【００８１】
本実施例では、溝２０１、２０２、２０３は光導波路の作成工程にて形成している。上述のように第３実施例では、溝２０１、２０３（偏光変換手段３０１、３０３）の長手方向を光分波器１１１、光合波器１２１とのなす角度が完全に垂直（０°）ではなく、僅かに傾けているのは、偏光変換手段から入力側の光導波路への反射光を抑制するためである（特許文献３参照）。
【００８２】
このように、第３実施例では、偏光変換手段からの入力側の光導波路への反射光の影響を低減することが目的なので、偏光変換手段を、基板の面内に垂直な方向（基板の法線方向）から０°よりも大きく概ね１０°以下の角度で傾くように、溝に挿入するようにしても良い。
【００８３】
図１３に、第四実施形態における光信号処理器の第４実施例を示す。  
光分波器１１１はｚ方向に対し角度θ＝９５°で配置され、光合波器１２１はｚ方向に対し角度θ＝８５°で配置されている。そして、光分波器１１１の長手方向に対し約８５°に形成された溝と、光合波器１２１の長手方向に対し約９５°に形成された溝が、共通の溝２０１である。このように、光分波器と光合波器との長手方向に対しわずかに傾けて共通の溝を形成することで、溝の形成工程を減らすことができる。また、この構成では、光分波器１１１と光合波器１２１とを、共通の溝２０１に対し±５°傾けているので、偏光変換手段３０１、３０３に対し相対的に±５°傾いている。そのため、偏光変換手段からの入力側の光導波路への反射を抑制することができる。
【００８４】
なお、第４実施例では、共通な溝２０１の長手方向と、光分波器１１１、光合波器１２１の長手方向とのなす角度が約５°としているが、この角度に限定されない。第４実施例は、第３実施例と同様に、偏光変換手段から入力側の光導波路への反射光を抑制することが目的であるので、上記角度は、０°よりも大きく概ね１０°以下の角度とすることができる。また、光分波器１１１の長手方向および溝２０１の長手方向のなす第１の角度と、光合波器１２１の長手方向および溝２０１の長手方向のなす第２の角度とは同じである必要は無く、０°よりも大きく概ね１０°以下の角度であれば、第１の角度と第２の角度とは異なる角度であっても良い。
【００８５】
図１４に、第四実施形態における光信号処理器の第５実施例を示す。  
光分波器１１１と光合波器１２１とは概ね平行に配置され、光分波器１１１と光合波器１２１との長手方向に対し概ね垂直に、共通の溝２０１が形成されている。第５実施例では共通の溝２０１はブレードを用いて切り出した。また、入力導波路１０１、１０２と出力導波路１０３、１０４とが同一基板端面に位置するので、光信号処理器を小型にできる。また、ファイバを一括で接続できるので、製造コストを削減できる。さらに、共通の溝２０１に共通の偏光変換手段３０１を挿入し、光分波器１１１と光合波器１２１の偏光依存性を同時に低減する構成とした。もちろん、光信号処理器を例えばＳ字型構成にし、光分波器と光合波器と二本の光導波路の溝を全て共通とし、共通の偏光変換手段を一つ挿入してもよい。
【００８６】
図１５に、第四実施形態における光信号処理器の第６実施例を示す。  
光分波器１１１と光合波器１２１はｚ方向に対し角度θ１＝５°、θ２＝５°で配置されている。また、光導波路１３１、１３２はｚ方向に対し約５°で配置されている。そして、光分波器１１１の長手方向に対し垂直な方向から概ね１０°の角度で溝２０１が形成され、光合波器１２１の長手方向に対し垂直な方向から概ね１０°の角度で溝２０３が形成され、光導波路１３１、１３２の長手方向に対し垂直な方向から概ね１０°の角度で溝２０２が形成され、それぞれ偏光変換手段３０１、３０３、３０２が挿入されている。溝２０１、２０２、２０３は同一方向を向いている。そのため、溝を容易に形成することができる。
【００８７】
また、偏光変換手段が挿入された溝のいずれかより出射される漏れ光４０１、４０２、４０３、４０４の開き角の範囲外に、他の偏光変換手段が挿入されている。そのため、光信号処理器の特性は、もれ光の干渉を受けない。さらに、偏光変換手段３０１、３０２、３０３は光分波器１１１と光合波器１２１と光導波路１３１、１３２の長手方向に対し概ね垂直に±１０°の角度で挿入されているので、偏光変換手段の反射光を避けることができる。もちろん、基板の垂直方向に対し±１０°の角度で挿入しても同様の効果は得られる。なお、本実施形態の光信号処理器も他の実施例と同様に光導波路１３１、１３２の光路長の差は、この光信号処理器の周波数周期が１００ＧＨｚになるよう設定されている。
【００８８】
図１６に、第四実施形態における光信号処理器の第７実施例を示す。  
図１６では、新たに光分波器１１２と、光合波器１２２と、光分波器１１２と光合波器１２２とに挟まれた二本の光導波路１３３、１３４とを有する光信号処理回路が形成されている。  
このように、光信号処理回路を複数接続することにより、さらに高機能な光信号処理器を実現した。この光信号処理器を用いると、例えば多値位相変調した信号を複数チャネルの強度変調信号に変換可能になる。入力導波路１０１もしくは１０２に入力された光は光分波器１１３により分波され、二つの光信号処理回路に入力される。そしてそれぞれの出力は、４つの出力導波路１０３、１０４、１０５、１０６より出力される。
【００８９】
（第五実施形態）  
図１７に本発明の第五実施形態における光信号処理器の構成を示す。  
本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、一つの入力を二つの出力に分波する光分波器１１１と、この光分波器１１１に接続された二本の光導波路１３１、１３２と、光導波路１３１、１３２に接続され、二つの入力を二つの出力に合波する光合波器１２１とを備えている。そして、光合波器１２１の長手方向に対し概ね垂直に形成した溝２０３に偏光変換手段３０３を挿入し、光合波器１２１の光合波率を偏光によらずに一定にしている。さらに、光導波路１３１、１３２の垂直方向にも溝２０２を形成し、偏光変換手段３０２を挿入している。なお、溝２０１と２０２とは同一方向に形成されている。
【００９０】
本実施形態では、光信号処理器をシリコン基板上の石英系導波路で形成し、光分波器１１１として、一つの入力を二つの出力に分波するＹ分岐を用いたが、多モード干渉計を用いても良い。また、光合波器１２１として二つの入力を二つの出力に合波する多モード干渉計を用いたが、例えば、Ｘ分岐もしくは方向性結合器もしくはその他の光合波手段を用いてもよい。また、偏光変換手段として、ポリイミド波長板を用いている。
【００９１】
本実施形態では、光合波器１２１に偏光変換手段を挿入し、偏光依存性によるずれ量を低減することにより、偏波モード分散を低減することができる。また、二本の光導波路１３１、１３２にも偏光変換手段３０２を挿入することにより偏光モード分散の低減効果をより大きくし、さらに製造誤差に強い光信号処理器を実現することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、偏光変換手段を光合波器１２１にのみ設けるようにしているがこれに限らず、偏光変換手段を光分波器１１１にも設けるようにしても良い。また、偏光変換手段を光分波器１１１のみに設けるようにしても良い。
【００９３】
すなわち、光分波器１１１および光合波器１２１の少なくとも一方に偏光変換手段を設ければ良いが、図１７のように、少なくとも光合波器１２１に偏光変換手段を設けることがより好ましい。
【００９４】
なお、図１７では、光合波器１２１は、２つの入力を２つの出力に合波する光合波器を用いているが、２つの入力を１つの出力に合波する光合波器を用いても良い。本発明の一実施形態で重要なことは、光合波器および／または光分波器の光合波率および／または光分波率を偏光に依らず一定に保つことであり、そのために、光合波器および光分波器の少なくともいずれか一方に、好ましくは少なくとも光合波器に偏光変換手段を設けている。よって、光分波器および光合波器の入力ポート数および出力ポート数は本質ではなく、光分波器にあっては、１つ以上の入力を２つの出力に分波できればよく、また、光合波器にあっては、２つの入力を１つ以上の出力に合波できれば良いのである。
【００９５】
（その他の実施形態）  
以上の実施形態では、平面光導波路を用い、光導波路としてはシリコン基板上に形成した石英系導波路を使用した光信号処理器について説明した。これは平面型導波路が集積性に優れ、光信号処理器の小型化、低コスト化に優れるためである。さらにこの組み合わせの光導波路は低損失で安定であり、しかも石英系光ファイバとの整合性に優れているためである。しかしながら本発明の一実施形態はこれらの組み合わせに限定されるものではない。また、光信号処理器の説明は、一般的に広く用いられている二入力二出力を例に取りあげて説明する。しかしながら、本発明の一実施形態はこれに限定されるものではなく、他の構成に関しても同様に適応可能である。
【００９６】
以上述べた各実施形態では、光信号処理器をシリコン基板上に形成された石英系導波路を用いて図１８に示すように作製することができる。すなわち、シリコン基板１６１上に火炎堆積法でＳｉＯ２を主体にした下部クラッドガラススート１６２、ＳｉＯ２にＧｅＯ２を添加したコアガラススート１６３を順に堆積する（図１８の（ａ））。その後、１０００℃以上の高温でガラス透明化を行う。この時に、下部クラッドガラス層１６４、コアガラス１６５は設計した厚さとなるように、ガラスの堆積を行う（図１８の（ｂ））。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いてコアガラス１６５上にエッチングマスク１６６を形成し（図１８の（ｃ））、反応性イオンエッチングによってコアガラス１６５のパターン化を行う（図１８の（ｄ））。エッチングマスク１６６を除去した後、上部クラッドガラス１６７を再度火炎堆積法で形成する。上部クラッドガラス１６７にはＢ２Ｏ３やＰ２Ｏ５などのドーパントを添加してガラス転位温度を下げ、それぞれのコアガラス１６５とコアガラス１６５の狭い隙間にも上部クラッドガラス１６７が入り込むようにする（図１８の（ｅ））。
【００９７】
また、以上述べた本発明の各実施形態では、主にシリコン基板上の石英系ガラス導波路を用いた例を示したが、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬｉＮｂＯ３などであってもよい。また、例えばその製造方法が、スピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明は適用可能である。また、基板もシリコンに限定するものではない。
【００９８】
また、本発明の各実施形態では光導波路の形状にはよらず、正方形、長方形、多角形、円形など任意の形状を用いることができる。例えば、光導波路のコア幅を部分的に変え、屈折率を他の部分と異なる値にすることができる。また、光導波路に応力を付与し、屈折率の値を変化させることもできる。さらに、本回路は石英系導波路を用いたが、異なる材料を透過するようにしても良い。例えば、光導波路中にシリコン樹脂などの材料を含んでも良い。
【００９９】
また、各実施形態では、基板上に溝を形成し、その溝に偏光変換手段を挿入する例を示したが、偏光変換手段を設ける方法は、これに限定されない。例えば、レーザ照射などの光照射法や薄膜ヒータなどによる局所加熱法などを用いて、光合波器および光分波器の少なくとも一方に、好ましくは少なくとも光合波器に含まれる光導波路の複屈折を局所的に変化させ、光学的な光路長や光合波手段、光分波手段の結合特性、位相特性を調整することもできる。また、電気光学効果、磁気光学効果などを用いても良い。
【０１００】
以上、各実施形態では光合波手段、光分波手段として方向性結合器やマルチモード干渉カプラを用いたが、干渉計型カプラ、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラなど任意の種類のものを用いることができる。
【０１０１】
以上、各実施形態で説明したように、光分波器もしくは光合波器の少なくとも一方に、好ましくは少なくとも光合波器に偏光変換手段を設け、光分波器の光分波率もしくは光合波器の光合波率を偏光によらずに一定にすることで、偏波モード分散の小さい光信号処理器を実現することができる。  
また、光分波器と光合波器とを共に同じ構成とすることにより、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率との間のずれを抑制し、偏光モード分散を低減することができる。  
また、光導波路の複屈折を低減したことにより、偏光モード分散を低減することができる。さらに、光分波率と光合波率とのずれに対し、偏光モード分散の低減効果をより大きくすることができる。さらにまた、製造誤差に強い光信号処理器を実現することができる。
【０１０２】
また、偏光変換手段が挿入された溝より出射される漏れ光の開き角φの範囲外に、その他の偏光変換手段が挿入された溝を配置することにより、漏れ光の影響を低減でき、良好な特性が得られる。  
また、溝を同一方向とすることにより、溝の加工を容易にできる。  
また、溝を共有することで溝の形成工程を減らすことができ、製造コストを削減できる。さらに、一つの偏光変換手段で光分波器と光合波器の偏光依存性を同時に低減することができる。  
また、入力導波路と出力導波路を同一基板端面に配置することで光信号処理器を小型にできる。さらに、ファイバを一括で接続できるので、製造コストを削減できる。
【０１０３】
（さらに他の実施形態）  
本実施形態では、その他の実施形態に記載した、光導波路の複屈折を局所的に変化させる形態について説明する。  
図１９に、本実施形態における光信号処理器の構成を示す。本実施形態の光信号処理器は、基板１６１上に形成され、光分波器１１１と、光合波器１２１と、光分波器１１１と光合波器１２１とに挟まれた二本の光導波路１３１および１３２と、光分波器１１１の入力側に接続された入力導波路１０１、１０２と、光合波器１２１の出力側に接続された出力導波路１０３、１０４とを備えている。
【０１０４】
本実施形態では、光分波器１１１と光合波器１２１とに含まれる光導波路の複屈折を局所的に変化させることにより、光分波器１１１の光分波率と光合波器１２１の光合波率とを偏光によらず一定にしている。
【０１０５】
より詳しくは、本実施形態において光分波器１１１および光合波器１２１は、２つの光結合器１９１ａおよび１９１ｂと、これら２つの光結合器１９１ａ、１９１ｂに挟まれた２本の光導波路１９２、１９３とを備えている。そして、光導波路１９２の一部分の導波路幅を細くし（符号１９４）、光導波路１９３の一部分を太くすることにより（符号１９５）、それぞれの光導波路の複屈折を局所的に変化させている。このように、光導波路の複屈折を局所的に変化させることにより、光合波器１１１および光分波器１２１の偏波依存性を低減している。なお、光導波路の幅はテーパ状に徐々に変化させている。
【０１０６】
さて、２つの光結合器１９１ａ、１９１ｂと、これら２つの光結合器に挟まれた２本の光導波路１９４、１９５を備える光分波器もしくは光合波器は、波長無依存光結合器や可変光結合器の構成要素として用いられているが、光導波路１９４、１９５の複屈折を局所的に変化させることにより、光分波器もしくは光合波器全体で見たときの偏光依存性を低減することができる。
【０１０７】
なお、図１９では、光導波路１９２の一部分を細くし、光導波路１９３の一部分を太くしているが、この構成に限定されない。本実施形態では、光結合器１９１ｂに偏光により異なる位相差を与えることが重要であって、そのために、光導波路１９２および光導波路１９３の少なくとも一方について、局所的に複屈折を変化させるのである。すなわち、本実施形態では、光導波路１９２および光導波路１９３の少なくとも一方の複屈折を局所的に変化させることができれば良いのである。
【０１０８】
よって、光導波路１９２または１９３のいずれか一方の光導波路幅を局所的に太く、または細くするようにしても良い。また、光導波路１９２および１９３の双方の光導波路幅を局所的に太く、または細くしても良い。ただし、光導波路１９２および１９３の複屈折を局所的に変化させる領域の幅（長さ）が同じ場合は、光導波路１９２および１９３における上記領域の長さ（幅）を異なるように設定すれば良い。すなわち、光導波路１９２および光導波路１９３について、複屈折を局所的に変化させる領域の幅および長さの少なくとも一方を相対的に異ならせるようにすれば良いのである。
【０１０９】
また、図１９では、光導波路１９２および光導波路１９３の長さは異なっているが、同じであっても良く、例えば、光導波路１９２および１９３の長さが同じであることや、光導波路１９２および１９３の双方がアーム導波路または直線状の導波路であるなど、光導波路１９２および光導波路１９３の形状はいずれであっても良い。
【０１１０】
なお、本実施形態では、光導波路の複屈折を局所的に変化させる手段として、導波路の幅を変化させる方法を用いたが、これには限定されず、光分波器もしくは光合波器に含まれる光導波路上に膜を形成し、応力を付与する手段、光導波路上に形成した薄膜ヒータによる恒久的な局所的加熱手段、もしくはレーザ照射などによる光照射により、複屈折を調整してもかまわない。
【０１１１】
また、本実施形態では、光分波器１１１と光合波器１２１とはそれぞれ、２つの光結合器１９１ａ、１９１ｂおよびこれら２つの光結合器に挟まれた２本の光導波路１９２、１９３を備えているが、光結合器と光導波路とを含むその他の干渉型の光分波器もしくは光合波器を用いても良い。例えば、Ｎ個の光結合器と、これらＮ個の光結合器に挟まれた複数本の光導波路を備えるようにしても良い。なお、２つの光結合器は、方向性結合器、多モード干渉計、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラなどの光結合器を用いることができる。
【０１１２】
また、光分波器１１１や光合波器１２１として干渉型ではなく、方向性結合器、多モード干渉計、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラなどを用い、これらの光分波器１１１や光合波器１２１のうちの一部に、導波路形状を変化させる手段、応力付与膜を形成する手段、薄膜ヒータによる恒久的な局所加熱手段、もしくはレーザ照射などによる光照射手段などの手段を適用し、これら方向性結合器、多モード干渉計、Ｘ分岐カプラ、Ｙ分岐カプラの複屈折を調整しても良い。
【０１１３】
さらに、第一実施形態で示したように、本実施形態の光分波器１１１と光合波１２１とに偏光変換手段を挿入してもかまわない。
【０１１４】
以上、本実施形態では、光分波器および光合波器に含まれる光導波路の複屈折を局所的に変化させ、これら光分波器の光分波率と、光合波器の光合波率との偏光によるずれ量を低減することにより、従来の光信号処理器で問題になっていた偏波モード分散を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】（ａ）は、従来の光信号処理器の構成例を示す図であり、（ｂ）は、二本の光導波路に偏光変換手段を設けた従来の光信号処理器の構成例を示す図である。
【図２】（ａ）は、従来の光信号処理器の透過スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、二本の光導波路に偏光変換手段を設けた従来の光信号処理器の透過スペクトルを示す図であり、（ｃ）は、従来の光信号処理器の偏波モード分散の周波数依存性を示す図であり、（ｄ）は、二本の光導波路に偏光変換手段を設けた従来の光信号処理器の偏波モード分散の周波数依存性を示す図である。
【図３】第一の実施形態における光信号処理器の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、第一の実施形態における、光信号処理器を構成する光分波器と光合波器との偏波依存性によるずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｂ）は、第一の実施形態における、光分波器と光合波器との偏波依存性を１０％から２％に低減した時の偏波モード分散（１０１入力１０３出力）の周波数依存性を示す図である。
【図５】（ａ）は、第二の実施形態における光信号処理器の構成を示す図であり、（ｂ）は、リッジ構造により形成した光導波路の断面図であって、（ａ）のＡ−Ａ‘線断面図である。
【図６】（ａ）は、第二の実施形態における偏波依存性によるずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｂ）は、光分波器と光合波器との光分波率と光合波率との絶対値のずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｃ）は、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とのずれ量に対する偏波モード分散を示す図である。
【図７】第三の実施形態における光信号処理器の構成を示す図である。
【図８】（ａ）は、偏波依存性によるずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｂ）は、光分波器と光合波器との光分波率と光合波率との絶対値のずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｃ）は、光分波器の光分波率と光合波器の光合波率とのずれ量に対する偏波モード分散を示す図である。
【図９】（ａ）は、第四の実施形態における、光信号処理器を構成する光分波器の光分波率と光合波器の光合波率との偏波依存性による設定値からのずれ量に対する偏波モード分散を示す図であり、（ｂ）は、光信号処理器の透過スペクトルの周波数依存性を示す図であり、（ｃ）は、光信号処理器の偏波モード分散（１０１入力１０４出力）の周波数依存性を示す図である。
【図１０】第四の実施形態の第２実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１１】第四の実施形態の第２実施例における光信号処理器の偏波モード分散（１０１入力１０４出力）の周波数依存性を示す図である。
【図１２】第四の実施形態の第３実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１３】第四の実施形態の第４実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１４】第四の実施形態の第５実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１５】第四の実施形態の第６実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１６】第四の実施形態の第７実施例における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１７】第五の実施形態における光信号処理器の構成を示す図である。
【図１８】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態における、平面導波路型光信号処理器の作製工程を説明する模式図である。
【図１９】本発明の一実施形態における光信号処理器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１、１０２  入力導波路
１０３、１０４、１０５、１０６  出力導波路
１１１、１１２、１１３  光分波器
１２１、１２２  光合波器
１３１、１３２、１３３、１３４  光導波路
１６１  基板
１６２  下部クラッドガラススート
１６３  コアガラススート
１６４  下部クラッドガラス
１６５  コアガラス
１６６  エッチングマスク
１６７  上部クラッドガラス
１６８  下部クラッドリッジ
２０１、２０２、２０３  溝
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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