JP2614365B2

JP2614365B2 - 偏波無依存導波型光デバイス

Info

Publication number: JP2614365B2
Application number: JP3002903A
Authority: JP
Inventors: 浩 ▲高▼橋; 功雄西; 将之奥野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH04241304A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムの構
築、光情報処理装置の作製などに用いられる導波型光デ
バイスの偏波依存性の解消に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信や光情報処理の分野において、光
デバイスには、従来、マイクロレンズ、プリズム、干渉
膜フィルタ等を組み合わせて構成したバルク部品型や、
光ファイバを用いたファイバ型が用いられてきた。しか
しながら、両者ともミクロンオーダーの光軸調整や組立
精度が要求されるため、生産性が悪くコスト低減が困難
であった。しかも、要素部品にレンズやファイバ等を用
いているためデバイスの小型化には限界があった。これ
に対して、平面基板上にフォトリソグラフィ微細加工技
術により作製される光導波路を用いた導波型は、大量生
産性、小型化、集積化、再現性などの点で、バルク部品
型やファイバ型より優れており、将来、光デバイスの主
流になるものと考えられている。これは、電子デバイス
の分野において、真空管がＩＣ（集積回路）に進歩した
ことと類似している。

【０００３】図１０に従来の導波型光デバイスの一例と
してマッハツェンダー干渉計を用いた光合分波器を示
す。本デバイスはシリコン基板５０上に作製された第１
の入力導波路５１と第２の入力導波路５２、第１の方向
性結合器５３、第２の方向性結合器５４、第１の光路５
５、第２の光路５６、第１の出力導波路５７、第２の出
力導波路５８から構成されている。導波路材料には火炎
堆積法により作製した石英ガラスを用いている。第１と
第２の光路はその長さがΔＬだけ異なる。方向性結合器
は完全結合長の半分の長さであり、第１の入力導波路か
らの入力光は第１の光路と第２の光路にその電力が等し
く分岐される。第１の光路と第２の光路とからの光は第
２の方向性結合器で混合されたのち第１および第２の出
力導波路の出口に到達する。図１１（ａ）に出力の波長
特性を示す。第１の出力導波路からの出力（第１の出
力）と第２の出力導波路からの出力（第２の出力）は波
長に対して正弦波的に変化する。たとえば、波長λ₁、
λ₂の２波多重光を入力すると、λ₁の光は第１の出力か
らλ₂の光は第２の出力から取り出すことができる。す
なわち波長分波機能を有する。なお、光の相反性より出
力側と入力側を反転させると、異なる波長の２波を１つ
の出力から取り出す波長合波機能となる。

【０００４】図１０に示した方向性結合器を用いたマッ
ハツェンダー干渉計では光路長差が波長の整数倍になっ
たとき（第１の入力から第２の出力へ光が伝搬する）ク
ロス状態になる。そのときの波長をλ₀とする。先のλ₂
も複数あるλ₀のうちの１つである。λ₀は以下の（１）
式で与えられる。 λ₀＝ｎ_cΔＬ／ｍ

【０００５】ここでｎ_cは第１および第２の導波路にお
ける実効屈折率、ｍは干渉の次数を表す数で正の整数で
ある。このような光の干渉を用いたデバイスでは光路長
差ΔＬが透過波長域の中心波長であるλ₀を決める重要
なパラメータであり、その精度は波長の数１０分の１以
下でなければならない。この点において導波型光デバイ
スでは、導波路の作製寸法はフォトリソグラフィ工程の
精度で決まるため、組立を伴うバルク部品型やファイバ
型と比較して非常に優れているのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際に図１
０のデバイスを作製し測定を行うと偏波依存性があるこ
とが問題となった。図１１（ｂ）は図１０のマッハツェ
ンダー干渉計の第２の出力の波長依存性を測定結果であ
る。水平偏波（ＴＥ）と垂直偏波（ＴＭ）とでは、中心
波長λ₀がずれ、合分波機能が偏波により影響を受け
る。その原因はＴＥとＴＭで導波路の実効屈折率ｎ_cが
異なる、すなわち、導波路が複屈折性を有するためであ
る。本来、石英ガラスは光学的に等方性であり複屈折性
を有しないが、シリコン基板上に作製した石英系導波路
においては、シリコン基板からの水平方向の圧縮応力が
石英ガラスに加わるため複屈折性を生じる。

【０００７】一般には、導波路の複屈折性は、導波路材
料の光学的異方性、コア形状の非対称性、などから生じ
る。導波路の複屈折性を除去するための様々な技術が研
究・開発されたが、決定的な解決方法がないのが現状で
ある。そのため、上述のマッハツェンダー干渉計を用い
た導波型光合分波器を始めとする、強度変調器、リング
共振器など様々な導波型光デバイスは、その特性が偏波
依存性を有するという問題を抱えていた。

【０００８】本発明は、上記の現状を鑑みなされたもの
であり、偏波依存性の解消を解決課題とし、より実用的
な導波型光デバイスの実現を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】先に述べたようにチャン
ネル導波路の複屈折性は用いる材料や形状に起因するの
で、作製された後でこれを除去することは困難である。
そこで、本発明においては、複屈折性を除去することな
く、導波型光デバイスの偏波依存性を解消するための新
しい光回路構成を提案する。本発明の特徴は、導波路の
途中に偏波回転器を配置して、動作範囲の全ての波長成
分に対して水平偏波光を垂直偏波光に、垂直偏波光を水
平偏波光に変換し、水平偏波および垂直偏波いずれの入
力信号光の成分に対しても、デバイス内の光路長を等し
くする。

【００１０】

【作用】本発明の作用を、例として図１０のマッハツェ
ンダー干渉計を用いた導波型光合分波器に適用する場合
について説明する。上述の偏波回転器を第１の光路およ
び第２の光路の中間点に配置すると、動作範囲の全ての
波長成分のＴＥ入力光は途中でＴＭ光に変わり、ＴＭ入
力光は途中でＴＥ光に変わるので、どちらの偏波の入力
光に対しても光の位相回転量は等しいので、入射信号光
がどちらの偏波であっても干渉計の動作に変化はない。
すなわち、入射信号光に対する偏波依存性は解消され
る。このように本発明は、導波路の途中で動作範囲の全
ての波長成分の偏波の交換を行い、ＴＥとＴＭどちらの
入力に対しても光路長を等しくできることにその特徴が
ある。この作用の適用はマッハツェンダー干渉計に限定
されるものではなく、リング共振器、アレー導波路回折
格子、方向性結合器など種々の光導波回路に適用するこ
とが可能である。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す図で、厚
さ７５０μｍのシリコン基板１上に作製された２本のシ
ングルモード導波路から構成されるマッハツェンダー干
渉計を用いた導波型光合分波器である。導波路は、火炎
堆積法と反応性イオンエッチングにより作製された石英
系導波路である。その断面はシリコン基板上に堆積され
た厚さ５０μｍのクラッディングガラス膜のほぼ中央
に、寸法７μｍ×７μｍのコアが埋設された構造であ
る。クラッディングとコアの比屈折率差は０．７５％で
ある。先の２本の導波路は、第１の入力２、第２の入力
３、第１の方向性結合器４、第２の方向性結合器５、第
１の光路６、第２の光路７、第１の出力８、第２の出力
９を構成している。第１および第２の方向性結合器は分
岐比が５０％である。第１および第２の光路はその長さ
がΔＬだけ異なっている。第１の光路と第２の光路の中
間点を通る直線上には幅９０μｍ深さ３００μｍの溝１
０が掘られている。溝の作製には、エッチングあるい
は、ダイシングソーなどの機械加工のいずれを用いても
よい。溝の中には光学的主軸が基板と４５°の角度をな
すように切断された、厚さ８５μｍのＹカット水晶板１
１（偏波回転器）が埋め込まれている。水晶板の固定に
は、導波路端で生じる光の反射を抑制するように導波路
と屈折率の等しい紫外線硬化樹脂を用いている。水晶板
はλ／２板として作用し、第１および第２の光路を伝搬
してきた波長１．５５μｍのＴＥ光をＴＭ光に、ＴＭ光
をＴＥ光にという具合に、偏波面を９０度回転させる。
第１の入力には光ファイバが接続される（図示省略）。
なお、第２の入力に光ファイバを接続した場合には、以
下の記述で第１の出力と第２の出力が入れ替わるだけ
で、導波型光合分波器の動作には影響しない。第１の入
力からの信号光は第１の方向性結合器でその電力が等分
され第１と第２の光路を独立に伝搬し、第２の方向性結
合器で再び合流した後、第１と第２の出力から取り出さ
れる。

【００１２】本実施例の場合、図１０の場合と異なり、
途中で偏波が入れ替わるために、λ₀は以下の様に修正
される。入力がＴＥの時には、 λ₀＝（ｎ_c(TE)ΔＬ／２＋ｎ_c(TM)ΔＬ／２）／ｍ（２）入力がＴＭの時には λ₀＝（ｎ_c(TM)ΔＬ／２＋ｎ_c(TE)ΔＬ／２）／ｍ（３）明らかに両式の値は一致し、中心波長λ₀が偏波に依存
しないことがわかる。

【００１３】図２は本実施例の光合分波器の特性を示す
グラフである。特性の測定に当たっては、実際の通信系
を想定して、入力信号光にはあらゆる偏波が含まれるＬ
ＥＤを用いた。横軸は信号光の波長、縦軸は第２の出力
から取り出される光の損失量である。なお、比較のため
図１０に示した従来の偏波依存性を有する光合分波器の
特性を波線で示してある。実線が本実施例の場合であ
る。従来の場合には、偏波によりλ₀が異なっていたの
でピークが２つ存在し、また、入射信号光の電力もＴＥ
とＴＭの２つの成分に分配されているのでピーク波長で
の損失が３ｄＢであった。これに対して、本発明では先
の２つのピークは一致し偏波依存性が解消されている。
それにともない、従来と比較して通過帯域幅も狭くなっ
ている。損失は４ｄＢであるが、その原因は溝を掘りλ
／２板を挿入したことにあるので、溝による損失を低減
すれば原理的には損失を０ｄＢにすることも可能であ
る。その方法については後に図８で説明する。

【００１４】図３は第２の実施例であり、本発明を導波
型リング共振器に適用したものである。シリコン基板１
２上には入力導波路１３、リング導波路１４、出力導波
路１５が配置され、入力導波路とリング導波路は第１の
方向性結合器１６、出力導波路とリング導波路は第２の
方向性結合器１７により結合されている。導波路の寸
法、作製条件、伝搬特性等は第１の実施例と同じであ
る。また、リング導波路の２カ所には応力解放溝１８を
用いた導波型λ／２板１９（偏波回転器）が作製されて
いる。その詳細は図９に示してあり、機能はＴＥモード
とＴＭモードを交換するものである。なお、リング導波
路の形状は円に限定されるものではなく、環状で閉じて
いればよく、このとき２つの導波型λ／２板の位置は環
状導波路の長さを２等分する位置であればその場所はど
こでもよい。

【００１５】入力ファイバ２０から入射した光は第１の
方向性結合器からリング導波路に入り、リング導波路の
１周の長さＬ（共振長）で決まる共振波長のみが第２の
方向性結合器を通じて出力導波路へと導かれ出力ファイ
バ２１から取り出される。図４は、入力光の強度を１と
した時の、本実施例の出力特性（ａ）、および偏波回転
器のない従来型の出力特性（ｂ）であり、横軸は波長、
縦軸は光出力（入力を１としたときの透過率）である。
リング共振器の共振波長λ_Oは導波路の実効屈折率を考
慮した１周の長さ（実効共振長）ｎ_CＬできまる。本実
施例の場合の実効共振長は、ＴＥ，ＴＭどちらの入力に
対しても

【００１６】ｎ_CＬ＝ｎ_C(TE)・Ｌ／２＋ｎ_C(TM)・Ｌ／２（４）であり、共振波長λ₀は、次数をｍ（整数）として、 λ₀＝ｎ_CＬ／ｍとなる。従って、その特性は図４（ａ）のように理想的
なリング共振器の特性を示す。これに対し偏波依存性を
有する従来型（ｂ）では、実効共振長が偏波により異な
るため、ＴＥおよびＴＭに対してそれぞれ、 λ₀（ＴＥ）＝ｎ_C(TE)Ｌ／ｍ（５） λ₀（ＴＭ）＝ｎ_C(TM)Ｌ／ｍ（６）の２つの共振波長を有する。しかも、入力光の電力がＴ
ＥとＴＭの２つのモードに分配されるので出力も最大で
０．５である。

【００１７】以上の説明のように本発明によれば、導波
型λ／２板を２カ所に作製することにより容易に導波型
リング共振器の偏波依存性を解消することが可能とな
る。なお、導波型λ／２板の位置は図面の位置に限定さ
れるものではなく、リング導波路の一周長を２等分する
位置であればどこでもよい。特に、方向性結合器の中間
点に配置すると方向性結合器の偏波依存性も解消できる
のでより一層の特性向上が図れることを付記する。な
お、本実施例においては、導波型λ／２板は２カ所に作
製されているが本発明はこれに限定されるものではな
く、偶数個であれば同様の効果が得られることは明白で
ある。また、１あるいは３など奇数個の場合には、偏波
依存性解消の効果はそのままで、共振長が２倍になる。
すなわち、リング導波路の長さを１／２にすることがで
き、小型化が可能となることを付記する。

【００１８】図５は本発明の第３の実施例であり、アレ
ー導波路型回折格子を用いた光合分波器に適用したもの
である。シリコン基板２２上には入力導波路２３、第１
のスラブ導波路２４、アレー導波路２５、第２のスラブ
導波路２７、複数の出力導波路２８が順次接続されてい
る。導波路の材質、寸法、特性などは第１の実施例と同
様である。２つのスラブ導波路はそれぞれ入力導波路あ
るいは出力導波路端を曲率中心とする扇型である。アレ
ー導波路２５は長さがΔＬづつ異なる複数のチャンネル
導波路２６から構成されている。溝２９が作製され、そ
の中にはλ／２板３０（偏波回転器）が挿入されてい
る。溝２９とλ／２板３０の寸法と特性などは第１の実
施例と同様である。λ／２板３０は各チャンネル導波路
２６の中間点に配置される必要があるが、各チャンネル
導波路２６の中間点が１直線上に並ぶようにアレー導波
路２５を左右対称に設計し、溝２９が連続した１つの直
線になるようにしてある。このときλ／２板３０は、ア
レー導波路２５を構成するすべてのチャンネル導波路２
６を横切る長さをもつもの１枚で十分である。設計によ
っては左右対称でない場合も有り得るが、その時には溝
２９が１直線上にないため、チャンネル導波路２６の数
のλ／２板３０を挿入する必要があり、作業量が増加す
るのであまり好ましくない。

【００１９】アレー導波路回折格子に本発明を適用した
ときの偏波依存性解消の効果は第１の実施例のマッハツ
ェンダー干渉計の場合と同様である。図６は図５の光合
分波器の損失の波長特性を示すグラフである。実線が本
発明の方法により偏波依存性を解消したアレー導波路回
折格子の場合であり、波線は偏波依存性のある従来型の
アレー導波路回折格子の場合である。従来型において
は、入射光の内ＴＥ成分とＴＭ成分でｎ_Cが異なるた
め、ピークが２つ生じている。また、入力電力がＴＥと
ＴＭの２つの成分に分配されるので透過波長の損失が３
ｄＢである。一方、本発明の場合には、偏波依存性が解
消されており先の２つのピークは一致している。それに
ともない、従来と比較して通過帯域幅も狭くなってい
る。損失は４ｄＢであるが、その原因は溝を掘りλ／２
板を挿入したことにあるので、溝における損失を低減す
れば原理的には損失を０ｄＢにすることも可能である。
その方法については後に図８で説明する。

【００２０】図７は第４の実施例であり、本発明を方向
性結合器に適用したものである。シリコン基板３１上に
は第１の入力導波路３２、第２の入力導波路３３、方向
性結合器３４、第１の出力導波路３５、第２の出力導波
路３６が作製され、さらに方向性結合器の中間点には溝
３７が作製されその中に水晶のλ／２板３８（偏波回転
器）が挿入されている。本実施例で用いられている導波
路、溝、λ／２板の寸法および特性は第１の実施例と同
様である。方向性結合器の長さＬは完全結合長の半分
で、このデバイスが３ｄＢカプラ（分岐比１対１）とし
て動作するように設計されているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、様々な分岐比を有する方向性結
合器に適用できる。

【００２１】方向性結合器における２つの伝搬モード
（偶モードと奇モード）の実効屈折率をそれぞれｎ_e，
ｎ_oとし、偏波に応じて（ＴＥ），（ＴＭ）の添え字を
付ける。第１の入力導波路から伝搬してきた光により方
向性結合器の左端では偶モードと奇モードが励振され
る。途中で偏波面が交換されるので、偶モードと奇モー
ドの光路長の差は以下のようになる。ＴＥ入力に対し
て、（ｎ_e(TE)Ｌ／２＋ｎ_e(TM)Ｌ／２）−（ｎ_o(TE)Ｌ／２＋ｎ_o(TM)Ｌ／２）（７）ＴＭ入力に対して、（ｎ_e(TM)Ｌ／２＋ｎ_e(TE)Ｌ／２）−（ｎ_o(TM)Ｌ／２＋ｎ_o(TE)Ｌ／２）（８）であり、両者の値は一致する。従って、分岐比に偏波依
存性はない。方向性結合器の長さＬは第７式および第８
式の値が波長の１／４になるように設定されているの
で、１対１に分配された電力が第１および第２の出力導
波路から取り出される。もちろん、本発明は分岐比が１
対１のものに限定されるものではなく、様々な分岐比の
ものに適用できることは明らかである。

【００２２】以上４つの実施例のうちマッハツェンダー
干渉計、アレー導波路回折格子、方向性結合器には偏波
回転器として溝に挿入したλ／２板、リング共振器には
応力解放溝を用いた導波型λ／２板を用いている。どち
らの偏波回転器を用いるかは偏波回転角の精度と損失の
どちらを優先するかによる。リング共振器の場合には損
失が大きいとフィネスが小さくなり共振そのものが劣化
するので、損失の小さい導波型λ／２を用いたのであ
る。もちろん、いずれの導波型光デバイスにどちらの偏
波回転器を用いても本発明の効果は有効である。

【００２３】第１、第３および第４の実施例において
は、挿入したλ／２板が導波構造になっていないため、
ビームが広がり損失を生じている。理想的にはλ／２板
の所望の位置に屈折率の高いコアを作製し、導波構造を
形成することが望ましい。ただし、λ／２板を溝に挿入
する際、導波路のコアとλ／２板のコアを正確に位置合
わせする必要がある。損失低減の簡便な方法としては、
図８に示す方法が有用である。

【００２４】第１には、溝付近では導波路の幅を太くす
ることが望ましい。導波路の幅を大きくすれば、ビーム
の水平方向の広がり角が小さくなり損失を抑制できる。
通常の幅を導波路４０と溝近傍の幅の広い導波路４２と
の接続部にはテーパ導波路４１を挿入し導波路幅が変わ
るときに生じるモード変換損失を抑えるのがよい。垂直
方向に関しても同様のことが言え、４０における導波膜
の厚みより、４２の厚みを大きくし、その途中のテーパ
導波路では厚みを徐々に変化させるのがよい。ただし、
その作製工程が複雑である場合には全ての導波路を４２
の厚さに設定してもよい。この時導波路は厚み方向に関
してマルチモードとなるが、平面基板上に作製された導
波路では光は水平方向にしか曲がらないので、伝搬中に
厚み方向の高次モードが発生する確立は低く、モーダル
ノイズは少ない。ただし、入力ファイバから導波路に光
を入れる際に、厚み方向の位置合わせを厳密に行い、高
次モードを励振しないように考慮する必要があることを
付記する。

【００２５】第２に溝付近に曲線導波路３９が存在する
場合には、溝と曲線導波路を直接接合することは避け、
間に直線導波路を入れることが望ましい。曲線導波路で
波面が傾いたまま導波構造のない水晶板４４に光が入る
と、光の進行方向がずれて損失を生じるからである。そ
こで曲線導波路と水晶板の間に直線導波路を配置すれ
ば、直線導波路を伝搬する際に徐々に波面の傾きが回復
され、損失を低減できるからである。

【００２６】第３にλ／２板からの反射戻り光が問題に
なるような光通信システムにおいて使用される場合に
は、溝４３と導波路４２のなす角度を９０度からわずか
に傾け、反射戻り光が導波されないようにするのが望ま
しい。さらには、基板に対して垂直でなく、わずかに傾
けて溝を掘っても同様の効果があることは自明である。

【００２７】なお、先に述べたλ／２板中の導波構造形
成と図８に示す方法を組み合わせれば一段と損失の少な
いものが実現できることを付記する。さらに、先述の実
施例においては、λ／２板としてＹカット水晶板を用い
ているが、これは水晶が波長板として実用的であり、ま
たその屈折率が導波路材料である石英ガラスに近く反射
による損失を低減できる理由からであり、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば、フッ化マグネシウ
ムなどの結晶、高分子フィルム、液晶などの種々の複屈
折性を有する材料を用いることができる。なお、その表
面には導波路の屈折率と整合がとれるように無反射コー
ティングが施されていることが望ましい。また、λ／２
板の厚さとしては高次の厚いものも使用できるが、先述
のビームの広がりを考慮すると、できるだけ薄い低次の
ものを使用するのが望ましい。

【００２８】また、第２の偏波回転器の例として用いた
導波型の位相板（特開昭６３−１４７１１４）について
説明する。図９は上記導波型位相板の構成を示す導波路
断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。シリコン基板
４５上にはクラッディングガラス４６が堆積されていて
その中にコア４７が埋設されている。コア近傍のクラッ
ディングガラスがエッチングにより削除され、応力解放
溝４８が作製されている。応力解放溝の長さは、直交す
る２つの偏波に対してその光路長の差が波長の１／２に
なるように、すなわちλ／２板の動作をする様に設計し
てある。応力解放溝の位置及び大きさは、導波路コア近
傍で光学的主軸４９が基板垂直と２２．５度の角度をな
すように設計してある。ＴＥとＴＭを変換、すなわち偏
波面を９０度回すには主軸を４５度に傾ける必要がある
が、本実施例で用いている石英系導波路では応力の関係
上これが実現できないため半分の２２．５度にしてあ
る。そのため、１つの解放溝では偏波面を４５度しか回
転できないので、図９（ｂ）で示すように２段で合計９
０度回すようにしてある。もちろん、導波路に用いる材
料系によっては１段で実現することも可能である。

【００２９】この偏波回転器は第１から第４の実施例に
すべて適用でき、以下の２つの長所を有する。第１に、
応力解放溝を作製するエッチング工程は、導波路のコア
をパターニングするエッチング工程と同一のものを使用
できるので、作製コストを低減できる。第２に、偏波回
転器内の導波路はそれ以外の導波路と連続していて同一
のものであり、接続部における損失がない。

【００３０】以上、本発明をマッハツェンダー干渉計、
リング共振器、アレー導波路回折格子、方向性結合器に
適用した４つの実施例について説明したが、本発明はこ
れらに限定されるものではなく、様々な導波型光デバイ
スの偏波依存性解消に適用することが可能である。特
に、強い偏波依存性が問題となっていた、ニオブ酸リチ
ウム基板上のマッハツェンダー干渉計型強度変調器など
には有用であろう。また、本発明の実施例においては、
導波路材料としてシリコンウェーハ上の石英ガラスを用
いているが、これは石英系ガラスが最も実用的な材料で
あるためであり、本発明はこれに限定されるものではな
く、種々の導波路系でも同様の偏波依存性解消効果が得
られることは明らかである。また、本実施例において
は、シリコン基板１上のマッハツェンダー干渉計、シリ
コン基板１２上のリング共振器、シリコン基板２２上の
アレー導波路回折格子、シリコン基板３１上の方向性結
合器に、それぞれ偏波回転器が設けられているが、これ
らは、全て同一のシリコン基板上に設けても良い。

【００３１】なお、本発明は導波路の中間点で偏波を交
換し偏波による位相ずれをキャンセルすることを特徴と
しているため、中間点を境として前半と後半の導波路の
複屈折値が等しい必要がある。シリコン基板上に作製さ
れた石英系導波路の複屈折性は基板からの圧縮応力によ
るものであり、ウェーハ内で同心円状の複屈折値のばら
つきが生じることが考えられる。この点を考慮すると、
偏波回転器を配置する位置が複屈折分布の対称中心（例
えばウェーハの中心）になるように、導波路のレイアウ
トを決める必要があることを付記する。導波路としてニ
オブ酸リチウムなどの結晶を用いた場合には、シリコン
基板上の石英系導波路ほどの複屈折分布はないが、結晶
の不均一性を考慮すれば、やはりウェーハの中心に偏波
回転器が配置されるようにレイアウトするのが望まし
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路の途中に設置された偏波回転器により動作範囲の
全ての波長成分に対してＴＥモードとＴＭモードを交換
し、偏波依存性のない種々の導波型光デバイスを容易に
作製することが可能となる。導波型光デバイスの偏波依
存性は導波路の複屈折性に依存するものであり、従来、
偏波依存性解消のため複屈折性の除去に力が注がれてき
た。しかしながら、複屈折性は導波路材料の固有の性質
でもあり、その除去には複雑な工程を必要とするので実
用的な方法とは言い難かった。これに対し本発明の方法
は、従来の方法とは異なり複屈折性を除去するのではな
く、動作範囲の全ての波長成分に対して偏波を交換し偏
波依存性をキャンセルするという極めて巧みな方法であ
り、その基本原理はすべての導波型光デバイスに適用が
可能である。しかも、溝を掘りλ／２板を挿入する、応
力解放溝を掘るなどきわめて容易な方法で作製でき、そ
の作製コストは極めて低い。

【００３３】実際の光通信システムでは、伝送路の偏波
を一定に保つことは困難であるため、光デバイスは偏波
の影響を受けないことが必須条件である。本発明によれ
ば、低価格で量産が可能な偏波無依存の導波型光デバイ
スを提供することが可能になり、光通信システムを構築
する上で多大な効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマッハツェンダー干渉計を用いた
導波型光合分波器を示す図。

【図２】第１図の導波型光合分波器の分波特性を示すグ
ラフ。

【図３】本発明による導波型リング共振器を示す図。

【図４】第２図の導波型リング共振器の特性を示すグラ
フ。

【図５】本発明によるアレー導波路回折格子を用いた導
波型光合分波器を示す図。

【図６】第３図の導波型光合分波器の分波特性を示すグ
ラフを示す図。

【図７】本発明による導波型方向性結合器を示す図。

【図８】本発明における、第１の偏波回転器の詳細図。

【図９】本発明における、第２の偏波回転器の詳細図。

【図１０】従来のマッハツェンダー干渉計を用いた導波
型光合分波器を示す図。

【図１１】第１０図の導波型光合分波器の特性を示すグ
ラフ。である。

【符号の説明】

１シリコン基板２第１の入力導波路３第２の入力導波路４第１の方向性結合器５第２の方向性結合器６第１の光路７第２の光路８第１の出力導波路９第２の出力導波路１０溝１１水晶板１２シリコン基板１３入力導波路１４リング導波路１５出力導波路１６第１の方向性結合器１７第２の方向性結合器１８応力解放溝１９導波型λ／２板２０入力ファイバ２１出力ファイバ２２シリコン基板２３入力導波路２４第１のスラブ導波路２５アレー導波路２６チャンネル導波路２７第２のスラブ導波路２８出力導波路２９溝３０水晶板３１シリコン基板３２第１の入力導波路３３第２の入力導波路３４方向性結合器３５第１の出力導波路３６第２の出力導波路３７溝３８水晶板３９曲線導波路４０第１の直線導波路４１テーパ導波路４２第２の直線導波路４３溝４４水晶板４５シリコン基板４６クラッディングガラス４７コア４８応力解放溝４９光学的主軸５０シリコン基板５１第１の入力導波路５２第２の入力導波路５３第１の方向性結合器５４第２の方向性結合器５５第１の光路５６第２の光路５７第１の出力導波路５８第２の出力導波路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に作製された１本あるいは２本以
上の複屈折性を有する導波路から構成される導波型光デ
バイスにおいて、その動作範囲の全ての波長成分に対し
て水平偏波を垂直偏波に、垂直偏波を水平偏波に変換せ
しめる偏波回転器を、水平偏波入力光に対する光路長と
垂直偏波入力光に対する光路長とが等しくなるように、
該導波路の途中に１個あるいは２個以上設置したことを
特徴とする偏波無依存導波型光デバイス。
【請求項２】上記偏波回転器が、導波路に対し垂直あ
るいはそれに近い角度を有し該導波路を横断するように
掘られた溝に、その光学的主軸が導波路基板と４５度の
角度をなすように設置されたλ／２板であることを特徴
とする請求項１記載の偏波無依存導波型光デバイス。
【請求項３】上記偏波回転器が、導波路近傍に作製さ
れた応力解放溝を有する導波型のλ／２板であることを
特徴とする請求項１記載の偏波無依存導波型光デバイ
ス。