宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制作方法

专利名称：宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将输入偏振光分离或合成的干涉仪型偏振波合成分离器。更详细地说，涉及一种通过使两种偏振光状态下的透过率相对于波长的变化率相等来抑制波长依赖性并以单一的干涉仪型光回路实现宽带动作的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。
背景技术：
图1中示出了以往的干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构(参照专利文献 1)。该干涉仪型偏振波合成分离器是包括两个光耦合器111、112和将它们进行连接的两条光波导121、122的Mach-Zehnder型干涉仪。通过设定两条光波导121、122的光程差， Mach-Zehnder型干涉仪的动作如下发生变化。(现有技术的第一例)在将两条光波导121、122的光程差设定为0的情况下，输入到输入端口 101的光通过输出端口 104(交叉端口)输出，而并不从输出端口 103(直通端口)输出。输入到输入端口 102的光通过输出端口 103(交叉端口 )输出，而并不从输出端口 104(直通端口 ) 输出。接着，在将两条光波导121、122的光程差设定为所使用的波长λ c的半波长λ c/2 的情况下，输入到输入端口 101的光以波长λ C通过输出端口 103(直通端口)输出，而不从输出端口 104(交叉端口)输出。输入到输入端口 102的光以波长λ c通过输出端口 104(直通端口)输出，而不从输出端口 103(交叉端口)输出。因此在现有技术中，对两条光波导121、122的双折射率(TM光与TE光的有效折射率之差)进行设定使得光波导121、122的双折射率相差Xc/2。由此，例如，能够使得对TM 光来说光程差为λ c/2，对TE光来说光程差为0，当光输入到输入端口 101时，TE光和TM光以波长λ c通过不同的输出端口输出，从而能够将偏振波分离。作为更具体的实施例，在光分支部和光耦合部中使用多模干涉仪型光耦合器(参照非专利文献1)。光波导121与光波导122的光程差Δ L被设定为0. 46 μ m。作为控制光波导的双折射率的方法，使用改变光波导的芯体宽度的方法。在光波导121中形成有锥形波导131、直线形波导133以及锥形波导132。锥形波导131将宽度从7 μ m转换至20 μ m， 直线形波导133的宽度为20 μ m且长度为5mm，锥形波导133将宽度从20 μ m转换至7 μ m。 另一方面，在光波导122中形成有锥形波导141和锥形波导142。锥形波导141将宽度从 7 μ m转换至20 μ m,锥形波导142将宽度从20 μ m转换至7 μ m。光程差赋予部121和122 中的锥形波导的贡献量相互抵消，因此图1的回路与如下回路是等价的在光程差赋予部的光波导121中仅具有宽度为20 μ m且长度为5mm的直线形波导。(现有技术的第二例)但是，当产生制造误差时无法得到所期望的偏振波合成分离特性。因此，还能够在Mach-Zehnder型干涉仪的两条光波导121、122中追加双折射率调整单元来对光波导的双折射率的误差进行校正，或者追加折射率调整单元来对光波导的折射率的误差进行校正。例如，示出了一种使用热光学移相器来作为双折射率调整单元、折射率调整单元的方法 (参照专利文献2、；3)。通过对双折射率调整用热光学移相器和相位调整用热光学移相器进行驱动，能够降低制造误差，从而能够得到接近所期望的偏振消光比的特性。专利文献1 日本专利第4102792号说明书专利文献2 日本专利第3703013号说明书专利文献3 日本专利第3715206号说明书非专利文献 1 :Y. Hashizume 等著、"Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width,，，，Electron. Lett, 2001 年 12 月，Vol. 37，no. 25，p. 1517-1518非专利文献2 :K. Jinguji 等著、“Two-Port Optical Wavelength Circuits Composed of Cascaded Mach-Zehnder Interferometers with Point-Symmetrical Configurations,，，，Journal of Lightwave Technology, 1996 年 10 月，vol. 14, p. 2301-2310

发明内容
发明要解决的问题现有技术的第一例的偏振波合成分离器所能够进行偏振波合成分离的波长仅限于信号光波长λ c附近，因此无法在宽的波长范围内进行动作。另外，现有技术的第二例中的使用热光学移相器进行的调整中只不过调整了因制造误差引起的偏振波合成分离特性的劣化，因此在不存在制造误差的情况下，该第二例与现有技术的第一例的偏振波合成分离器没有差别。本发明的目的在于扩大由干涉型光回路构成的偏振波合成分离器的动作波长带。 由此，能够提供一种能够在宽带内进行偏振波合成分离的高性能的干涉仪型偏振波合成分
1 - O用于解决问题的方案在本发明的一个实施方式中，是一种干涉仪型偏振波合成分离器，具备光分支部 (光分岐部)；光耦合部(光結合部)；由夹在光分支部和光耦合部之间的多个光波导构成的光程差赋予部；与光分支部连接的一个或两个输入/输出端口 ；以及与光耦合部连接的两个输入/输出端口。该干涉仪型偏振波合成分离器的特征在于，沿着光程差赋予部的多个光波导具备产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元，通过与光耦合部连接的两个输入/输出端口分别输入具有第一偏振光状态和第二偏振光状态的光，通过与光分支部连接的一个或两个输入/输出端口输出光来进行偏振波合成，或者，通过与光分支部连接的一个或两个输入/输出端口输入光，通过与光耦合部连接的两个输入/输出端口分别输出具有第一偏振光状态和第二偏振光状态的光来进行偏振波分离。在本发明的一个实施方式中，进行设定使得第一偏振光状态和第二偏振光状态下的光程差赋予部的归一化相位之差在波长Xc时为半整数，利用通过产生折射率色散差的单元赋予的折射率色散差，抑制归一化相位之差基于波长的变动。在本发明的一个实施方式中，在第一偏振光状态和第二偏振光状态下的归一化相位之差基于波长的变动的符号相反。
在本发明的一个实施方式中，光程差赋予部的一个光波导相对于另一个光波导的双折射率和长度之积的总和能够以+ +(1/2)) Xc来近似。在本发明的一个实施方式中，当将第一偏振光状态下的光分支部、光耦合部以及光程差赋予部的归一化相位之和设为Ψ 1 ( λ )，将第二偏振光状态下的光分支部、光耦合部以及光程差赋予部的归一化相位之和设为Ψ2(λ)时，Ψ1(λ)相对于波长的变化率和 Ψ2( λ)相对于波长的变化率的大小相等且符号相反。在本发明的一个实施方式中，光分支部和光耦合部均是具备两个定向耦合器 (directional coupler)以及由夹在两个定向耦合器之间的两条光波导构成的微小光程差赋予部的波长不敏感耦合器。被用作光分支部和光耦合部的波长不敏感耦合器被配置成相对于回路的中心呈点对称。在本发明的一个实施方式中，光分支部是Y分支，光耦合部是光耦合器，光分支部的分支率和光耦合部的耦合率不依赖于波长，为50%。在本发明的一个实施方式中，光分支部是Y分支，光耦合部是光耦合器，第一偏振光状态和第二偏振光状态下的光程差赋予部的归一化相位相对于波长的变化率的大小相等且符号相反。在本发明的一个实施方式中，产生双折射率差的单元是利用光程差赋予部的光波导的构造差异所形成的单元。在本发明的一个实施方式中，产生双折射率差的单元调整对光程差赋予部的光波导施加的应力。在本发明的一个实施方式中，产生折射率色散差的单元是利用光程差赋予部的光波导的构造差异所形成的单元。在本发明的一个实施方式中，宽带干涉仪型偏振波合成分离器形成于平面衬底上，光波导是由芯体和包层构成的石英系光波导。发明的效果通过应用本发明，能够实现一种能够在宽的波长范围内进行偏振波合成分离的干涉仪型偏振波合成分离器。


图1是表示以往的干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构的图。图2是表示本发明的实施方式中的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构的图。图3是表示在本发明的实施方式中的宽带干涉仪型偏振波合成分离器中将光程差赋予部划分为五个要素的情形的图。图4A是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的透过特性的图。图4B是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的遮断特性的图。图4C是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的相对相位的波长依赖性的图。
图5是表示(11)式给出的函数Η(λ)的波长依赖性的图。图6Α是表示(1 式、(13)式给出的归一化相位的变化率的波长依赖性(TE偏振光的情况)的图。图6B是表示(12)式、(13)式给出的归一化相位的变化率的波长依赖性(TM偏振光的情况)的图。图7A是表示干涉仪型偏振波合成分离器对于不同的Y的透过特性的图。图7B是表示干涉仪型偏振波合成分离器对于不同的Y的遮断特性的图。图8A是表示由相接近的两条光波导构成的双输入双输出的定向耦合器的图。图8B是表示在光分支部和光耦合器中使用定向耦合器的例示性偏振波合成分离器的回路结构的图。图9A是表示波长不敏感耦合器(WINC)的图。图9B是表示波长不敏感耦合器(WINC)的图。图9C是表示在光分支部和光耦合器中使用WINC的例示性偏振波合成分离器的回路结构的图。图IOA是表示Y分支的图。图IOB是表示波长不敏感耦合器(WINC)的图。图IOC是表示在光分支部中使用Y分支而在光耦合器中使用WINC的例示性偏振波合成分离器的回路结构的图。图11是表示本发明的实施方式中的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构的图。图12A是表示形成于平面衬底上的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制造工序的图。图12B是表示形成于平面衬底上的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制造工序的图。图12C是表示形成于平面衬底上的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制造工序的图。图12D是表示形成于平面衬底上的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制造工序的图。图12E是表示形成于平面衬底上的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的制造工序的图。图13A是表示实施例1所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图1 是表示实施例1所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的截面图的图。图13C是表示实施例1中使用的宽度调制波导的放大图的图。图14是表示实施例2所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图15A是表示实施例3所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图15B是表示实施例3所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的截面图的图。图16A是表示实施例4所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图16B是表示实施例4所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的截面图的图。图17A是表示实施例5所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。
7
图17B是表示实施例5所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的变形的图。图18是表示实施例6所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图19是表示定向耦合器和MMI耦合器的归一化相位的波长依赖性的图。图20A是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的透过特性的图。图20B是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的遮断特性的图。图20C是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的相对相位的波长依赖性的图。图21是表示将本发明的干涉仪型偏振波合成分离器连接多级而成的干涉仪型偏振波合成分离器的实施方式的图。图22k是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TE透过偏振片的透过特性的图。图22B是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TE透过偏振片的遮断特性的图。图22C是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TE透过偏振片的归一化相位的波长依赖性的图。图23A是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TM透过偏振片的透过特性的图。图2 是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TM透过偏振片的遮断特性的图。图23C是表示通过本发明的实施方式得到的宽带干涉仪型TM透过偏振片的归一化相位的波长依赖性的图。图24A是表示本发明的实施方式的概要图。图MB是表示本发明的实施方式的概要图。图MC是表示本发明的实施方式的概要图。图MD是表示本发明的实施方式的概要图。图25是表示实施例7所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的图。图26A是表示实施例7所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的透过特性的图。图26B是表示实施例3所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的遮断特性的图。
具体实施例方式下面，使用附图来具体说明本发明的实施方式。图2中示出了本发明的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构。本回路是具备如下部分的Mach-Zehnder型干涉仪型的偏振波合成分离器输入/输出端口 201、202、203、204;光分支部211 ；光耦合部212;以及由两条光波导221、222构成的光程差赋予部。光波导221、222夹在光分支部211与光耦合部212之间，光程差赋予部具备产生双折射率差的单元241和产生折射率色散差的单元2420在图2中，产生双折射率差的单元241和产生折射率色散差的单元242形成于相同的光波导上，但是产生双折射率差的单元241和产生折射率色散差的单元242也可以形成于不同的光波导上。将TE光设为偏振光状态1、将TM光设为偏振光状态2，由产生双折射率差的单元241进行设定使得在波长λ c时光程差赋予部中的TE光与TM光的归一化相位之差为m' +(1/2) (m'是整数)。并且，利用产生折射率色散差的单元242抑制归一化相位之差基于波长的变动，由此不论是偏振光状态1还是偏振光状态2都能够抑制波长依赖性来进行偏振波合成或者偏振波分离。接着，使用式子来更具体地进行说明。设如图3所示将光程差赋予部划分为各个结构要素。将naTE, i ( λ )和naTM, i ( λ )分别设为TE光(偏振光状态1)和TM光(偏振光状态2)在第i要素的光程差赋予部的光波导221中的有效折射率，将IibmiU)和Iibmi(A) 分别设为TE光和TM光在第i要素的光程差赋予部的光波导222中的有效折射率。在这种情况下，第i要素的光程差赋予部的光波导221中的双折射率Ba, J λ)和第i要素的光程差赋予部的光波导222中的双折射率Bbii(X)分别表示为下述式。[数1]Baji(A) =naTMji (A)-naTEji(A)(l)[数2]Bbji(A) =nbmi (A)-nbTEji(A) (2)为了简化说明，忽略光分支部211和光耦合部212的相位，仅考虑光程差赋予部的相位。在光程差赋予部中，光波导221相对于光波导222的、TE光和TM光的相对的归一化相位表示为下述式。[数3]
权利要求
1.一种宽带干涉仪型偏振波合成分离器，具备光分支部、光耦合部、由夹在上述光分支部和上述光耦合部之间的多个光波导构成的光程差赋予部、与上述光分支部连接的一个或两个输入/输出端口、以及与上述光耦合部连接的两个输入/输出端口，该宽带干涉仪型偏振波合成分离器的特征在于，上述光程差赋予部沿着上述多个光波导具备产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元，通过与上述光耦合部连接的两个输入/输出端口分别输入具有第一偏振光状态和第二偏振光状态的光，通过与上述光分支部连接的一个或两个输入/输出端口输出光来进行偏振波合成，或者，通过与上述光分支部连接的一个或两个输入/输出端口输入光，通过与上述光耦合部连接的两个输入/输出端口分别输出具有第一偏振光状态和第二偏振光状态的光来进行偏振波分离。
2.根据权利要求1所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，进行设定使得上述第一偏振光状态和上述第二偏振光状态下的光程差赋予部的归一化相位之差在波长λ c时为半整数，利用通过上述产生折射率色散差的单元赋予的折射率色散差，抑制上述归一化相位之差基于波长的变动。
3.根据权利要求2所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，在上述第一偏振光状态和上述第二偏振光状态下的上述归一化相位之差基于波长的变动的符号相反。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述光程差赋予部的一个光波导相对于另一个光波导的双折射率和长度之积的总和能够以 Y U-Xc) + (m' +(1/2)) λ c 来近似。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，当将上述第一偏振光状态下的光分支部、光耦合部以及光程差赋予部的归一化相位之和设为Ψ 1 ( λ )，将上述第二偏振光状态下的光分支部、光耦合部以及光程差赋予部的归一化相位之和设为Ψ 2 ( λ )时，上述ψ 1 ( λ )相对于波长的变化率和上述Ψ 2 ( λ )相对于波长的变化率的大小相等且符号相反。
6.根据权利要求5所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述光分支部和上述光耦合部均是具备两个定向耦合器以及由夹在上述两个定向耦合器之间的两条光波导构成的微小光程差赋予部的波长不敏感耦合器，被用作上述光分支部和上述光耦合部的波长不敏感耦合器被配置成相对于回路的中心呈点对称。
7.根据权利要求5所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述光分支部是Y分支，上述光耦合部是光耦合器，上述光分支部的分支率和上述光耦合部的耦合率不依赖于波长，为50%。
8.根据权利要求1 4中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述光分支部是Y分支，上述光耦合部是光耦合器，上述第一偏振光状态和上述第二偏振光状态下的上述光程差赋予部的归一化相位相对于波长的变化率的大小相等且符号相反。
9.根据权利要求1 8中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述产生双折射率差的单元是利用上述光程差赋予部的光波导的构造差异所形成的单元。
10.根据权利要求1 8中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述产生双折射率差的单元调整对上述光程差赋予部的光波导施加的应力。
11.根据权利要求1 8中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述产生折射率色散差的单元是利用上述光程差赋予部的光波导的构造差异所形成的单元。
12.根据权利要求1 11中的任一项所述的宽带干涉仪型偏振波合成分离器，其特征在于，上述宽带干涉仪型偏振波合成分离器形成于平面衬底上，上述光波导是由芯体和包层构成的石英系光波导。
全文摘要
提供一种能够在宽的频带中进行偏振波合成分离的干涉仪型偏振波合成分离器。本发明是由以下部分构成的干涉仪型偏振波合成分离器光分支部；光耦合部；由夹在上述光分支部和上述光耦合部之间的多个光波导构成的光程差赋予部；与上述光分支部连接的一个或两个输入/输出端口；以及与上述光耦合部连接的两个输入/输出端口。该干涉仪型偏振波合成分离器的特征在于，进行设定使得两种偏振光状态下的上述光程差赋予部的归一化相位差在波长λc时为半整数，并且，具备在上述光程差赋予部的多个光波导之间产生折射率色散差的单元，以进行设定使得透过率相对于波长的变化率在上述两种偏振光状态下相等。
文档编号G02B6/126GK102439499SQ20108002231
公开日2012年5月2日 申请日期2010年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者乡隆司, 山崎裕史, 水野隆之, 鬼头勤, 龟井新 申请人:日本电信电话株式会社