CN101573645B - 波导型干涉仪 - Google Patents

Abstract

在干涉光路的中央部插入半波片以消除干涉光路中的光程差引起的偏振相关性。但是，对于干涉光路使用的定向耦合器中产生的偏振变换光而言，其发生干涉的条件不同于对普通光的干涉条件。在干涉光路的透射谱特性中产生了由偏振变换光引起的PDf等的偏振相关性问题，通过在干涉光路中插入使入射光的全部偏振状态旋转90°或-90°的旋光元件，可以使偏振变换光的干涉条件与普通光的干涉条件一致。可以采用两个半波片，并改变上述半波片的组合角度来实现旋光元件。另外，也可以将一个半波片与具有双折射特性的波导组合来实现旋光元件。

Description

波导型干涉仪 

技术领域

本发明涉及波导型光路，特别涉及无偏振相关性的偏振无关波导型干涉仪。 

背景技术

随着光通信技术的发展，对光信号进行直接处理的光学器件的研发变得日益重要。其中，就平面衬底上集成的光波导结构中利用光的干涉的波导型干涉光路而言，其具有量产性优异、成本低、可靠性高等优点。作为代表器件，例如有阵列波导光栅、马赫-曾德尔干涉仪、网格电路等。 

作为波导型干涉光路的基本制作方法，采用标准照相术法(フオトグラフイ一法)和刻蚀法，以及FHD(Flame Hydrolysis Deposition/火焰水解法)等玻璃淀积技术。其制作步骤如下，首先在衬底上淀积下包层以及折射率高于周边层的芯层，之后，在芯层上形成波导图案。最后，用上包层将芯层掩埋，完成制作。在波导型干涉光路中的信号光被封闭在波导内进行传输，其中，波导形成于被掩埋的芯层中。 

图1为表示由波导型干涉光路构成的非对称马赫-曾德尔干涉仪(以下称为非对称MZI)构成的图。在非对称MZI中，由第一输入波导101及第二输入波导102构成的输入波导与光分路部分103的一端连接。光分路部分103的另一端分别连接有长度不同的长波导臂107及短波导臂108。长波导臂107及短波导臂108分别与光合波部分106的一端连接。另外，光合波部分106的另一端分别连接到由第一输出波导104及第二输出波导105构成的输出波导。由于这样的非对称MZI的构成及操作为公众所知，在此不做详述。 

图2A及图2B为表示非对称MZI的透射特性的图。所谓透射特性，指的是例如第一输入波导101及第二输出波导105之间的交叉端口(クロスポ一ト)之间的透射特性。由于图2A及图2B的横轴表示以反对数表示的波长，纵轴表示以对数表示的损耗，所以图2A及图2B表示的是损耗谱。如图2B所示，损耗谱具有周期特性。损耗谱的周期与在各波导臂107、108内传输的光的光程差成反比。光程由沿传输光的光路的折射率积分值表示。 

波导型光路中的波导构成材料一般具有双折射性。因此，根据入射偏振光的状态，光路的各种特性因双折射的原因而发生变化。更具体而言，在波导型光路中的衬底或包层、芯层等分别由不同的材料形成。因此，各层材料具有不同的热膨胀系数，产生了双折射。由于在上述的光路制造工序中经过了1000度以上的高温热处理过程，所以，在常温下，波导的各部分之间会产生非常大的热应力。由该热应力引起的光弹效应导致在波导中产生双折射。 

图2A为表示存在双折射时的非对称MZI的透射特性的图。由于存在双折射，损耗谱特性会因入射光的偏振状态而异，损耗谱特性中产生偏振相关性。其原因在于，由于入射偏振光的状态而使传播光所感应的折射率产生差异，从而导致损耗谱周期略有不同。如果以某一波段为基准对损耗谱进行观察，会发现该微小的周期变化表现为损耗谱特性在波长(频率)轴向上的移位。该移位量根据入射偏振状态发生变化，所以光路特性中产生了偏振相关性。由于实际光学系统中所使用的光源产生的信号光为各种偏振状态的光的合成，所以偏振相关性成为波导型光路中的重要问题。PDf(Polarization Dependence frequency shift：偏振相关性频移)是指示偏振相关程度的指标之一。PDf被定义为，当各种偏振状态的光入射时，向高频侧(相当于图2A的偏振光1，短波长侧)的最大偏移与向低频侧(相当于图2A的偏振光2，长波长侧)的最大偏移的差值。需要减少干涉光路中的PDf。 

(现有技术1) 

为了解决上述的偏振相关性问题，已经提出了几种方法。例如，通过在衬底表面上形成非晶硅层或槽来形成应力施加层，以对波导的一部分或整体的双折射进行控制。通过控制双折射，可以减少作为干涉光路整体的偏振相关性(专利文献1)。但在这样的方法中，每个光路或不同批次产品的双折射因制造误差等产生变动，所以较难实现对偏振相关性 的稳定可靠的抑制。 

(现有技术2) 

作为其他的解决方法，有人提出了通过在干涉光路内设置偏振旋转器(具体而言，设置半波片)来消除干涉光路的偏振相关性的方法(专利文献2)。该方法在干涉光路的中央以主轴倾斜45°的状态设置半波片。在半波片中，水平偏振光被变换成垂直偏振光，垂直偏振光被变换成水平偏振光。这样，可以消除干涉光路对水平偏振的入射光或垂直偏振的入射光的偏振相关性。在本说明书中，所谓水平偏振光或垂直偏振光，指的是相对于波导截面为矩形或近似于矩形的光路的衬底面，电场的振幅方向为水平的光或垂直的光。即使制造光路时波导中的双折射因各光路而异，也可以由半波片消除干涉光路的偏振相关性，故不失为一种有效方法。 

图3为简单的非对称MZI的构成图。下面，用解析表达式，对消除插入了上述现有技术2中的半波片的干涉光路中的偏振相关性的操作进行说明。在图3中，光分路部分103及光合波部分106分别被配置在3A及3C点。光分路部分103及光合波部分106分别经长度不同的两个波导臂107、108连接。在这样构成的非对称MZI中，设波导的重折率(複屈折)为B，对水平偏振光的折射率为n_TE，对垂直偏振光的折射率为n_TM，长波导臂107及短波导臂108之间的波程差为δL，短波导臂108的长度为2L。在没有配置半波片的图3中的非对称MZI中，当水平偏振的信号光入射时，两臂间的光程差δL_TE如下式(1)所示。 

【公式1】 

δL_TE＝(2L+δL)×n_TE-2L×n_TE＝δL×n_TE                   式(1) 

此外，垂直偏振的信号光入射时，两波导臂间的光程差δL_TM如下式(2)所示。 

【公式2】 

δL_TM＝(2L+δL)×n_TM-2L×n_TM＝δL×n_TM                   式(2) 

一般而言，在干涉光路中，光程差决定了干涉条件，并决定了损耗谱等 干涉光路特性。从式(1)及式(2)可以看出，由于对水平偏振光的光程差和对垂直偏振光的光程差不同，所以干涉条件因输入偏振状态而异。 

图4为表示在非对称MZI的中央插入了半波片的构成的图。在图4中，光分路部分103及光合波部分106分别被配置在4A和4C点。光分路部分103及光合波部分106通过长度不同的两个波导臂107、108连接。沿长波导臂107及短波导臂108的各波导，在半波片400的前后，通过半波片的变换作用而使水平偏振和垂直偏振互换。因此，水平偏振的信号光入射时的两波导臂间的光程差δL_TE如下式(3)所示。 

【公式3】 

δL_TE＝[(L+δL/2)×n_TE+(L+δL/2)×n_TM]-[L×n_TE+L×n_TM] 

     ＝δL×(n_TE+n_TM)/2                           式(3) 

此外，垂直偏振的信号光入射时的两波导臂间的光程差δL_TM如下式(4)所示。 

【公式4】 

δL_TM＝[(L+δL/2)×n_TM+(L+δL/2)×n_TE]-[L×n_TM+L×n_TE] 

     ＝δL×(n_TE+n_TM)/2                           式(4) 

从式(3)及式(4)中可以看出，以水平偏振状态入射的信号光的光程差以及以垂直偏振状态入射的信号光的光程差变得相等。在干涉光路中，损耗谱由光程差决定。由于对于水平偏振的光程差和对于垂直偏振的光程差变得相等，所以干涉光路的损耗谱变成偏振无关。 

如上所述，对于只入射水平偏振光或只入射垂直偏振光的情况，通过在干涉光路内插入半波片400，可以消除干涉光路的偏振相关性。上述的偏振相关性是基于干涉光路本来具有的不同长度路径之间光程差的特性。根据现有技术可以消除该光程差与双折射现象导致的偏振相关性。 

专利文献1：特开平07-018964号公报 

专利文献2：第2614365号日本专利的说明书 

发明内容

但是，上述采用半波片的方法，实际上不能完全消除偏振相关性。 上述方法能够消除偏振相关性的情况仅限于输入光仅为水平偏振光或垂直偏振光的任意一种的情况。对于像同时混有各种偏振状态那样的全偏振状态的入射光，不一定能够使干涉光路偏振无关化。其原因在于，在作为干涉光路的结构元件的光分路部分和光合波部分中产生偏振变换光，该偏振变换光使干涉光路的干涉状态产生变化。以下对光路内产生的偏振变换光进行详细地说明。 

所谓偏振变换，指的是波导内传输的固有偏振模式之间的能量交换。有时也称为偏振耦合。例如，当截面为矩形的一般矩形波导中发生偏振变换时，一部分垂直偏振的传输光被变换成水平偏振的传输光。同样，一部分水平偏振的传输光被变换成垂直偏振的传输光。当这样的偏振变换发生在光分路部分和光合波部分等处时，除附加未被偏振变换的普通干涉光(以下为了与被偏振变换的光区别开，称为普通光)之外，还附加被偏振变换的光作为干涉光。因此，干涉光路整体的干涉条件与假设只有普通光的原有的干涉条件不同。由于该干涉条件的变化为根据入射到干涉光路中的入射光的偏振状态的变化，从而干涉光路的各种特性中产生了偏振相关性。 

在此对考虑了光分路部分及光合波部分处发生了偏振变换时的非对称MZI的偏振相关性进行分析性的说明。考虑非对称MZI的干涉特性时，光分路部分或光合波部分处的传输光的偏振变换及相位变化量成为重要因素。一般采用定向耦合器或多模干涉仪作为光分路部分及光合波部分。在下文中，虽以定向耦合器为例进行说明，但在其他形态的耦合光路和分路光路中也发生偏振变换，产生干涉光路的偏振相关性问题。 

图5A、图5B及图5C为对定向耦合器中的偏振变换进行说明的图。如图5A的俯视图所示，定向耦合器的结构如下，虽然在输入部(a-a′)处两个波导相距很远，但是，两波导逐渐地互相接近(b-b′)，在一个波导中传输的光耦合到另一个波导。之后，在输出部(c-c′)处，两个波导再次分离。例如，输入到In1的信号光不仅从Out1输出，该信号光的一部分也会作为耦合光从Out2输出。当采用嵌入型光路形成定向耦合器时，在两波导互相接近的部位，各波导的折射率主轴向内侧倾斜。一般认为该主轴倾斜是由波导近旁的应力等引起的。偏振主轴是光的传输速度快 的快轴和光的传输速度慢的慢轴的总称。下面，进行更详细地说明。 

图5B为对水平偏振的信号光中的偏振变换进行说明的图。对在上述输入部(a-a′)、接近部(b-b′)、输出部(c-c′)各处的偏振状态的变化进行说明。在输入部中仅对In1入射仅具有水平方向的电场分量的水平偏振的光。随着两波导的接近，以垂直虚线表示的波导的折射率主轴倾斜。因此，在接近部(b-b′)处，电场的振幅方向从水平方向开始向右下方倾斜。需要注意的是，此处相邻波导的主轴向相互靠近的方向倾斜。电场的振幅方向倾斜的偏振状态的信号光耦合到相邻的波导。超过接近部到达输出部(c-c′)，在Out1侧的波导内，折射率主轴复原，偏振的倾斜也恢复到水平的初始状态。另一方面，在Out2一侧的波导中，即使折射率主轴的倾斜复原，也只会使偏振光的倾斜更加严重。因此，虽然是水平偏振的信号光入射到定向耦合器的In1中，但在Out2侧输出水平偏振的光之外还会输出垂直偏振的光(向下的粗箭头)。在耦合波导一侧，将新产生的该垂直偏振光称为偏振变换光(偏振耦合光)。 

图5C为对垂直偏振的信号光中的偏振变换进行说明的图。与水平偏振的情况一样，即使是垂直偏振光入射到In1中，在Out2侧也会新产生水平偏振的偏振变换光。 

接下来，对在定向耦合器中传输的光的相位进行说明。通常，当有入射光在接近部处耦合到另一个波导时，从Out2输出的耦合光(普通光)相对于从Out1输出的输出光发生90°相位改变。但是，关于上述的偏振变换光，情况有所不同。当垂直偏振的信号光入射时，虽然从Out2输出的偏振变换光同样发生90°相位改变，但当水平偏振的信号光入射时，从Out2输出的偏振变换光发生-90°相位改变。 

图6为表示定向耦合器的输出光的相位变化一览表的图。通常，将与入射端口(In1)的波导直接连接的出射端口称为通过端口(Out1)。另外，将与入射端口的波导相向的耦合波导侧的输出端口称为交叉端口(Out2)。所有的相位变化表示的是，以作为从入射端口In1入射信号光的结果而通过端口Out1输出的信号光为基准的相位变化量。需要注意的是，对于偏振变换光，根据入射光的偏振状态为水平偏振或垂直偏振，其相位变化相反。另外，虽然在图6中被记载为90°，但这 并不是严格的值，而是约90°左右的值。另外，虽然有时会有偏振变换光从通过端口Out1输出，但此处仅考虑成为由偏振相关性导致的光路性能恶化的主因的从交叉端口Out2输出的偏振变换光成分。 

考虑到上述说明的偏振变换光的产生，对插入根据现有技术2的波片的非对称MZI(专利文献2)的偏振相关性进行分析研究。在此，考虑对非对称MZI的透射特性影响较大的四种传输光。即，下述四种类型的光，(类型1)在光分路部分被分路后经长波导臂传输并从交叉端口输出的光、(类型2)在光分路部分被分路后经短波导臂传输并从交叉端口输出的光、(类型3)在光分路部分产生的偏振变换光经短波导臂传输并从交叉端口输出的光，以及(类型4)在光分路部分被分路后经长波导臂传输的在光合波部分产生的偏振变换光从交叉端口输出的光。 

图7A及图7B为对非对称MZI内的四种类型传输光进行说明的图。非对称MZI(以下为简便起见称为非对称MZI)由起光分路部分作用的定向耦合器103、起光合波部分作用的定向耦合器106、以及将定向耦合器103与定向耦合器106连接起来的长波导臂107及短波导臂108构成。根据现有技术2，在非对称MZI的中央配置有半波片700。在图7A、图7B中，水平偏振的传输光(表示为TE)以实线表示，垂直偏振的传输光(表示为TM)以虚线表示。如上所述，半波片700具有将水平偏振光变换成垂直偏振光、以及将垂直偏振光变换成水平偏振光的作用。需要注意的是，在图7A、图7B中，任意一种类型的传输光的偏振状态也以半波片400为界发生变换。上述四种传输光中的任意一种传输光，对于信号光从一个入射端口输入，从交叉端口输出的情况，由上述的四种不同类型的传输光相互干涉来确定非对称MZI光路整体的干涉特性。 

图7A示出了上述类型1及类型2的传输光。类型1及类型2的传输光是作为信号光入射、未在任何一个定向耦合器103、104中被偏振变换、作为垂直偏振光从交叉端口输出的传输光。即，图7A表示的是除了在半波片700中被变换以外，完全没有被偏振变换的普通光(参照图6)的传输光。 

在图7B中示出了上述类型3及类型4的传输光。类型3及类型4的传输光是作为垂直偏振的信号光入射、在定向耦合器103或定向耦合器104中经偏振变换产生的变换光作为垂直偏振光从交叉端口输出的传输光。即，图7B表示的是不仅在半波片700被变换、而且在定向耦合器中被进一步偏振变换而产生的偏振变换光(参照图6)所形成的传输光。图7A中的普通光的传输光组与图7B中的偏振变换光组，尽管信号光以不同的偏振状态入射，但全部作为同一偏振状态(垂直偏振)的信号光从交叉端口输出。因此，上述四种类型的传输光之间相互发生干涉。 

在图7A及图7B所示的交叉端口的右端写上了在定向耦合器103、106中的传输光所感应的相位变化。此处应该注意的是，图7A所示的类型1与类型2的传输光之间在通过端口处发生同相位干涉(类型1为90°，类型2也为90°)。与此相对，图7B所示的偏振变换引起的类型3与类型4的传输光之间在通过端口处发生反相位干涉(与类型3为90°对应，类型4为-90°)。因此，在类型1和类型2以及类型3和类型4之间，MZI整体的透射谱表现出不同的干涉特性。当由水平偏振及垂直偏振的不同偏振状态的信号光混合而成的信号光入射时，作为MZI整体的干涉光路的透射特性等呈现出复杂的偏振相关性。这是因为，根据水平偏振状态的信号光分量与垂直偏振状态的信号光分量的强度比或相位差，干涉表现出不同的特性。 

如上所述，对于包含定向耦合器中的偏振变换光的情况的干涉光路，其干涉特性在下文中以数值表达式表示。在采用图7A及图7B中所示的半波片的现有技术2的干涉光路中，从一个入射端口向交叉端口的透射谱特性基于上述的四种传输光(类型1～类型4)，如下式(5)所示。 

【公式5】 

$\mathrm{Trans}={\left|E\right|}^2={|\sqrt{1-\mathrm{\ϵ}}\sqrt{1-{\mathrm{\κ}}_p}(e^{-\mathrm{ik}(L+\mathrm{\δL})-j\frac{\mathrm{\π}}{2}}+e^{-\mathrm{kL}-j\frac{\mathrm{\π}}{2}})+\sqrt{\mathrm{\ϵ}}\sqrt{{\mathrm{\κ}}_p}{e}^{-\mathrm{j\φ}}(e^{-\mathrm{ik}(L+\mathrm{\δL})+j\frac{\mathrm{\π}}{2}}+e^{-\mathrm{ikL}-j\frac{\mathrm{\π}}{2}})|}^2$

$=A(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p)+B(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p)\cos (k\×\mathrm{\δL})-C(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p)\cos \left(\mathrm{\φ}\right)\·\sin (k\×\mathrm{\δL})$

$=A^{\′}(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p)+B^{\′}(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p)\cos (k\×\mathrm{\δL}+f\left(\mathrm{\φ}\right))$

                                                式(5) 

其中，E为向交叉端口输出光的整个光电场，ε为在入射偏振光中的水平偏振分量和垂直偏振分量的强度比，φ为在入射偏振光中的水平偏振分量及垂直偏振分量之间的相位差，κ_P为偏振变换量，k为波数(2π/λ*n)，λ为波长，n为波导的折射率，A、B、C、A′、B′、f为未包含波数k的系数项的简化函数。从式(5)看，透射谱为COS函数形式的周期函数。但是，包含相位差的函数f(φ)被包含在COS函数的自变量中。这意味着，由于入射偏振中的水平偏振的信号光及垂直偏振的信号光之间存在相位差φ，导致由COS函数表示的透射谱在波数轴(频率轴)方向上偏移。因此，在考虑了偏振变换光的式(5)中，透射谱中依然存在PDf。作为提醒，在图2A及图2B中，PDf被定义为透射谱特性在频率轴(波长轴)上的移动。 

因此，对于图7A所示的在定向耦合器中未发生偏振变换的类型1及类型2的传输光，可以用现有技术2的半波片消除其波导的偏振相关性。但是，像现有技术2那样仅在干涉光路中单纯地插入半波片，只要在定向耦合器中发生了偏振变换，就不能消除由PDf引起的干涉光路的偏振相关性。 

这样，在干涉光路的光分路部分和光合波部分处产生的偏振变换光，由于在与假定只有普通光的原来的干涉条件不同的条件下发生干涉，所以使光路产生偏振相关性。一般而言，难以避免在光路中发生偏振变换。虽然作为示例，至此仅对非对称MZI进行了说明，但在阵列波导光栅、光强调制器等各种光路中，也存在因偏振变换引起的光路特性的偏振相关性这一问题。 

此外，就半波片的偏振变换特性而言，当在非对称MZI中要求宽波段特性时，由于偏振变换特性的不完全性，导致在波导内发生干涉。由于半波片等器件存在最佳工作波长范围，所以当非对称MZI的使用波长范围扩大时，半波片等器件可能难以对所有波长的光正确地进行变换操作。即使使半波片的最佳工作波长与干涉仪所期望的使用中心波长一致，当干涉仪的使用波长波段扩大时，波长处于该波段端部的光也会在波导臂内发生干涉。即，未被变换的光与已被变换的光在一个波导臂内发生干涉。这样，就产生了如下的问题，即，由于半波片 等器件的宽波段工作的限制而导致在波导臂内发生干涉，从而引发偏振相关性。 

本发明是鉴于上述问题提出的，目的在于解决上述由偏振变换引起的干涉光路的偏振相关性问题，更进一步，解决由波导臂内的干涉引起的干涉光路的偏振相关性问题。 

为了达成上述目的，本发明的干涉光路包括：至少一个输入波导；与上述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与上述输出波导连接的光合波部分；连接上述光分路部分及上述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，旋光元件被插入到上述至少两个波导臂的各光程的中间点，该旋光元件使上述干涉光路中使用的全部工作范围的波长的光的偏振状态旋转90°或-90°。 

此外，本发明的特征还在于，利用上述旋光元件，使上述光分路部分或上述光合波部分中产生的偏振变换光的干涉条件与输入到上述输入波导的输入光的干涉条件一致。 

而且本发明的上述旋光元件包括与上述至少两个波导臂分别对应的不同旋光元件，并且由上述不同旋光元件产生的偏振状态的旋转角度能够被独立地选择。 

优选地，上述旋光元件的靠近上述输入波导一侧或靠近上述输出波导一侧的至少两个波导臂上还具有双折射调整区域，该双折射调整区域可以感应各双折射。 

在本发明的其他的实施方式中，干涉光路包括：至少一个输入波导；与上述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与上述输出波导连接的光合波部分；连接上述光分路部分和上述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，具有第一半波片和第二半波片，其中，第一半波片被插入到上述至少两个波导臂的各自光程的中间点，第二半波片的折射率主轴相对于上述第一半波片倾斜45°或-45°，其位于上述至少两个波导臂上，被插入到上述至少两个波导臂的上述输入波导侧或上述至少两个波导臂的上述输出波导侧中的任意侧。 

优选地，上述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂构成，上述第一半波片包括与上述长波导臂及短波导臂对应的各不相 同的分立的半波片，上述不同的分立的半波片及上述第二半波片构成各不相同的分立的旋光元件，上述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜可以被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角，以及，设ΔL为上述长波导臂与上述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉光路的使用波长，当上述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角中任意一种时，并在波导臂间的相位差Ф分别为0°或180°时，按照使以α＝B*ΔL/(2*λ)+Ф/2π表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20(m为整数)的条件，设定重折率B。 

优选地，上述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂构成，上述第二半波片包括与上述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，上述第一半波片及上述不同的分立的半波片构成各不相同的分立的旋光元件，上述不同的分立的半波片的折射率主轴可以彼此独立地被选择为相对于上述第一半波片为45°或-45°中任意一种，以及，设ΔL为上述长波导臂与上述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉光路的使用波长，当上述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角中任意一种时，并且在波导臂间的相位差Ф分别为0°或180°时，按照使以α＝B*ΔL/(2*λ)+Ф/2π表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20(m为整数)的条件，设定重折率B。 

在本发明的其他的实施方式中，干涉光路包括：至少一个输入波导；与上述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与上述输出波导连接的光合波部分；以及连接上述光分路部分及上述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，具有提供相位差的波导部分以及半波片，其中，提供相位差的波导部分分别被包含在上述至少两个波导臂内，在上述干涉光路中使用的工作波长中，上述提供相位差的波导部分对上述两个以上的波导臂内的正交偏振之间提供180°的相位差，半波片位于上述至少两个波导臂上，其折射率主轴相对于上述至少两个波导臂的折射率主轴倾斜45°或-45°，其插入位置相当于上述提供相位差的波导部分不存在时的上述至少两个波导臂的各光程的中间 点，上述半波片位于上述提供相位差的波导部分中的上述输入波导侧或上述输出波导侧的任意一侧。 

在本说明书中，提供相位差的波导部分由与第二半波片具有相同功能的波导构成，其中，第二半波片的主轴平行于波导的折射率主轴。该提供相位差的波导部分相当于后面描述的延迟器波导。 

优选地，设B_r为波导臂的重折率，λ₀为干涉光路的使用波长，m为整数，通过使上述提供相位差的波导部分的长度L_r满足λ₀*(0.25+m)/B_r＜L_r＜λ₀*(0.75+m)/B_r来显著降低PDf。 

还优选的是，设B_r为波导臂的重折率，λ₀为干涉光路的使用波长，m为整数，通过使上述提供相位差的波导部分的长度L_r满足L_r＝λ₀*(1/2+m)/B_r使PDf最小化。 

此外还优选的是，上述提供相位差的波导部分位于其不存在时的上述至少两个波导臂的各自的光程的中间点，上述至少两个波导臂的分别包含位于上述提供相位差的波导部分的两端的波导，该波导产生决定上述干涉光路中的干涉条件的光程差，上述提供相位差的波导部分的各自的双折射可以具有相同的值。 

进一步还优选的是，上述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂构成，上述半波片包括与上述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，上述提供相位差的波导部分及上述不同的分立的半波片构成相同的分立的旋光元件，上述不同的分立的半波片的折射率主轴可以彼此分立地被选择为相对于上述波导臂的折射率主轴成45°或-45°，以及，设ΔL为上述长波导臂与上述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉光路的使用波长，当上述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角中任意一种时，令波导臂间的相位差Ф分别为0°或180°时，按照使以α＝B*ΔL/(2*λ)+Ф/2π表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20(m为整数)的条件，设定重折率B。 

优选地，如果上述α为整数，可以显著减少由波导内干涉引起的偏振相关性。 

本发明的各实施方式还可以具有锥形结构，所谓的锥形结构是指， 上述提供相位差的波导部分的波导宽度比其他部分的波导宽度大，在上述提供相位差的波导部分两端的波导宽度沿波导方向变化。另外，也可以将上述各干涉光路按多个从属的形式连接。优选地，可以具有作为上述光分波部分及上述光合波部分的板条波导，以及作为上述至少两个波导臂的阵列波导型光栅。 

在本发明的其他的实施方式中，干涉光路包括：至少一个输入波导；与上述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与上述输出波导连接的光合波部分；连接上述光分路部分及上述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，具有提供相位差的波导部分以及半波片，其中，提供相位差的波导部分分别被包含在上述至少两个波导臂内，在上述干涉光路中使用的工作波长中，对上述两个以上的波导臂内的正交偏振之间提供大于180°的相位差，半波片被插入到上述提供相位差的波导部分侧的端部附近，其折射率主轴相对于上述至少两个波导臂的折射率主轴倾斜45°或-45°，由位于上述半波片的一侧的较长的上述提供相位差的波导部分提供的相位差被反相相加有由位于上述半波片的另一侧的较短的上述提供相位差的波导部分提供的相位差，通过对上述半波片的插入位置进行调整以使上述提供相位差的波导部分整体提供180°的相位差。 

本发明的各实施方式中，优选在上述第一半波片或上述半波片的上述输入波导侧或上述输出波导侧的上述各波导臂上，还分别具有可感应双折射的双折射调整区域。 

根据本发明，可以实现消除了因偏振变换光引起的偏振相关性的光路。将两个半波片或具有双折射特性的波导组合构成结构简单的旋光元件，利用该旋光元件可以实现量产性优异、且能够灵活对应制作误差的光路。另外，可以减少半波片等器件内的偏振变换的不完全性引起的波导臂内的干涉的发生，消除偏振相关性。 

附图说明

图1为非对称马赫-曾德尔干涉仪的构成图。 

图2A为说明非对称马赫-曾德尔干涉仪的损耗谱和PDf的图。 

图2B为说明非对称马赫-曾德尔干涉仪的损耗谱和PDf的图。 

图3为非对称MZI的构成图。 

图4为根据现有技术在非对称MZI中插入半波片的构成图。 

图5A为说明定向耦合器的构成的图。 

图5B为说明定向耦合器中的偏振变换的概念的图。 

图5C为说明定向耦合器中的偏振变换的概念的图。 

图6为表示说明定向耦合器中的传输光的相位变化的表的图。 

图7A为说明现有技术的光路中的类型1、类型2的传输光的图。 

图7B为说明现有技术的光路中的类型3、类型4的传输光的图。 

图8A为说明本发明的光路中的类型1、类型2的传输光的图。 

图8B为说明本发明的光路中的类型3、类型4的传输光的图。 

图9为本发明的实施例1的光路的构成图。 

图10A为表示未包含旋光元件的光路的PDf波长相关性的实测值。 

图10B为表示包含半波片的光路的PDf波长相关性的实测值。 

图10C为表示包含实施例1的旋光元件的光路的PDf波长相关性的实测值。 

图11为表示非对称MZI的PDf的波长相关性(计算值)的图。 

图12为本发明的实施例2中的旋光元件的构成的概念图。 

图13为表示实施例2的构成中的PDf的m相关性的图。 

图14A为说明在插入实施例2的旋光元件之前的非对称MZI的构成的图。 

图14B为插入了实施例2的旋光元件的非对称MZI的构成图。 

图15为插入了实施例2的旋光元件的非对称MZI的光路构型图。 

图16为表示适用于实施例2的非对称MZI的PDf和半波片插入位置之间的关系的图。 

图17为表示PDf相对于延迟器波导对偏振之间提供的相位量β的变化的图。 

图18为表示根据实施例2的其他构成的非对称MZI图。 

图19A为表示包含本发明的旋光元件的其他光路的构成的图。 

图19B为表示包含本发明的旋光元件的再一个其他光路的构成的图。 

图20A为表示说明各种波导内干涉的表的图。 

图20B为说明波导内干涉的图。 

图21为有关实施例3的非对称MZI的构成图。 

图22为表示考虑α值为整数而设计出的干涉光路的PDf的波长相关性的图。 

图23表示的是，在FSR＝10GHz的干涉仪中，使α从1变到1.3时，对PDf的波长相关性计算的结果的图。 

图24为0.8μm的使用波段中的最大PDf值以α作为参数的绘制的曲线图。 

图25为包含对旋光元件的制作误差等进行补偿的机构的非对称MZI的构成图。 

具体实施方式

由定向耦合器中的偏振转换引起的光路偏振相关性是由于偏振转换光在与原来的普通光的干涉条件不同的条件下发生干涉而产生的。因此就本发明而言，通过在光路中配置使所有的偏振状态旋转90°或-90°的旋光元件，使定向耦合器等器件内产生的偏振变换光的干涉条件与普通光的干涉条件一致。即使产生偏振变换光，由于偏振变换光的干涉条件与普通光的干涉条件一致，所以光路的干涉特性不发生变化，消除了偏振相关性。旋光元件不仅控制上述的偏振变换光的干涉条件，而且需要消除在干涉光路内传输的光的路径之间的光程差引起的偏振相关性。因此，将旋光元件的设置位置设置在沿各传输路径的重折率积分值为全路径的积分值的一半的地方。下面，对本发明的偏振无关波导型干涉光路的结构和工作详细地进行说明。以作为代表性的干涉光路的非对称MZI为例进行说明。 

如果将输入电场的水平偏振和垂直偏振分量设为E_TE、E_TM，那么，透过使各偏振状态的光旋转90°的旋光元件的光的电场如下式(6)所示。 

【公式6】 

式(6) 

此外，透过现有技术2中使用的半波片的光的电场如下式(7)所示。 

【公式7】 

$E=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{TE}}\\ E_{\mathrm{TM}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{TM}}\\ E_{\mathrm{TE}}\end{array}\right)$ 式(7) 

从式(6)和式(7)可以看出，任意一种情况下，水平偏振及垂直偏振之间的光的电场分量被互换。在现有技术2中，利用该半波片的变换作用，消除了式(3)、式(4)示出的两波导臂间的光程差引起的偏振相关性。 

与此相对，在本发明的干涉光路中，使所有偏振状态的光旋转90°的旋光元件，不仅将水平偏振及垂直偏振之间的光的电场分量互换，也改变电场的符号。该符号改变意味着使上述偏振之间的相位差为180°。即，旋光元件起到使半波片所承担的两波导臂间的光程差偏振无关化的作用，同时还具有在两种偏振光之间提供相位差的功能。采用现有技术2中使用的偏振旋转器，则不会产生这样的偏振光之间的电场的符号改变。 

图8A及图8B为示出了插入了本发明的旋光元件的非对称MZI中的传输光的图。分别与图7A及图7B中说明的四种类型的传输光对应。非对称MZI的构成与图7A及图7B所示出的一样，代替半波片的旋光元件800被配置在两波导臂107、108的中间点。即使在插入旋光元件800的情况下，也有必要对两波导臂107、108之间的光程差进行偏振无关化处理。因此，有必要在包含各波导臂107、108的各传输路径中的重折率积分值为全部路径的积分值的一半的位置设置旋光元件800。当各波导由具有统一结构的波导构成、且光路构型也为在输入和输出之间对称的形状时，旋光元件被设置在干涉光路的刚好正中央处。 

图8A示出了上述类型1及类型2的普通光的传输光，与图7A对应。图8B示出了上述类型3及类型4的偏振变换光的传输光，与图7B对应。在从类型1至类型4的各变换光的特性中，图7A与图7B 的情况不同点在于，在由旋光元件进行水平偏振及垂直偏振之间的偏振变换时，通过旋光元件800提供180°相位差。即，由于在图8B中的类型3及类型4的传输光在即将到达旋光元件800时分别为垂直偏振光及水平偏振光，所以在通过旋光元件800时被提供了180°相位差。 

通过由旋光元件提供180°的相位差，图8B中的类型4的传输光在通过端口处的相位变成与类型3的传输光相同的90°相位。因此，四种类型的传输光，通过由旋光元件实施的相位差的提供(符号变化)，无论对于普通光之间的干涉，还是对于偏振变换光之间的干涉，均变成同相位干涉。即使在定向耦合器等器件内发生偏振变换，由于普通光的干涉条件与偏振变换光的干涉条件相同，所以不会产生干涉光路的偏振相关性。旋光元件不仅消除构成干涉光路的波导臂间的光程差引起的偏振相关性，而且还使偏振变换光的干涉条件与普通光的干涉条件一致。 

考虑到上述的旋光元件的工作，如果以数学式来表示交叉端口的透射谱，则如式(8)所示。 

【公式8】 

$\mathrm{Trans}={\left|E\right|}^2={|\sqrt{1-\mathrm{\ϵ}}\sqrt{1-{\mathrm{\κ}}_p}(e^{-\mathrm{ik}(L+\mathrm{\δL})-j\frac{\mathrm{\π}}{2}}+e^{-\mathrm{ikL}-j\frac{\mathrm{\π}}{2}})+\sqrt{\mathrm{\ϵ}}\·\sqrt{{\mathrm{\κ}}_p}{e}^{-\mathrm{j\φ}}(e^{-\mathrm{ik}(L+\mathrm{\δL})+j\frac{\mathrm{\π}}{2}}+e^{-\mathrm{ikL}+j\frac{\mathrm{\π}}{2}})|}^2$

$=A^{\′\′}(\mathrm{\ϵ},{\mathrm{\κ}}_p,\mathrm{\φ})(1+\cos (k\×\mathrm{\δL}))$

 式(8) 

将表示根据本发明的干涉光路的透射谱的式(8)与表示根据现有技术2的透射谱的式(5)进行比较，可以看出第四项的e(自然对数的底)的指数不同。根据式(8)，系数A″中不含波数k。而且，由于COS函数的自变量也不包含与φ或ε等输入偏振光中的水平偏振及垂直偏振状态相关的变量，所以，与入射光的偏振状态无关的余弦函数状的透射谱不变。因此，不发生向波长轴(频率轴)方向的频谱移位，与式(5)的情况不同，不产生PDf。严格地说，由于系数A″中含有输入偏振光中的水平偏振分量及垂直偏振分量之间的相位差φ，所以透射谱具有输入偏振相关性，即，残留有偏振相关损耗。但是，由于系数A″的贡献量很小，所以实际应用中完全不会成为问题。 

如上所示，即使在定向耦合器等器件中产生偏振变换光，在本发明中，也可以通过在干涉光路中设置旋光元件，使偏振变换光的干涉条件与普通光的干涉条件一致。因此，偏振变换光不会对干涉光路整体的干涉条件产生影响。消除了依赖于入射偏振状态的透射谱偏振相关性，不会导致PDf的产生。 

作为旋光元件工作的材料包括显示出法拉第效应的石榴石材料或水晶等。此外，也可以使用液晶等材料。但是，需要在上述材料上施加电场或磁场等。而且，由于上述材料构成的元件较厚，所以在波导中插入该元件后，可能会产生较大的损耗。因此，在下面的具体实施例中，对由更简单的方法来实现旋光元件的方法进行说明。用聚酰亚胺类材料构成的半波片实现旋光元件。由于半波片自身为单纯的双折射材料，所以不能作为旋光元件工作。在实施例1中，对采用两个半波片、并通过改变这两个半波片的组合角度实现旋光元件的方法进行说明。在实施例2中，对通过将一个半波片与具有双折射特性的波导组合来实现旋光元件的方法进行说明。 

实施例1 

图9为表示实施例1的本发明的波导型干涉光路的图。分路比为50％的光分路部分103及光合波部分106之间通过不同长度的两波导臂107、108连接，构成非对称MZI。长波导臂107及短波导臂108由多模干涉波导(MMI)构成，分别具有双折射。按照使该非对称MZI的FSR为21GHz的条件，对波导臂间的长度进行调整。在本实施例中，由两个偏光元件，即，由第一半波片和第二半波片组合构成旋光元件，其中，第一半波片的主轴相对于波导的折射率主轴倾斜45°，第二半波片的主轴相对于波导的折射率主轴平行。下面，为了区分具有不同作用的上述两个半波片，将主轴为平行或水平的第二半波片特别称为“延迟器”，将主轴倾斜了45°的第一半波片仍称为“半波片”。 

对于将半波片和延迟器相邻地配置在波导路径上情况，水平偏振分量E_TE和垂直偏振分量E_TM按下式(9)变换。 

【公式9】 

式(9) 

从式(9)可以看出，延迟器与半波片的组合作为使偏振光旋转90°的旋光元件工作。 

再次参照图9，上述延迟器与半波片的组合被插入到非对称MZI的两波导臂的光路中。插入位置被设置在第一光路和第二光路的各自的中间点9B处，其中，第一光路指的是被光由光分路回路103分波后经长波导臂107传输到光合波部分106的路径，第二光路指的是被光分路回路103分波后经短波导臂108传输到光合波部分106的路径。长波导臂107及短波导臂108之间的光程差与插入了单个半波片的现有技术2相关的式(3)、式(4)示出的情况一样，成为偏振无关的。 

进一步对延迟器及半波片的设置位置进行详细说明。如图9所示，当非对称MZI的光路形状是关于虚线9B对称的光路结构时，将半波片901设置在虚线9B上，将延迟器902设置在半波片901附近。延迟器902的插入位置只要在非对称MZI内的两波导臂路径上的从9A到9C的范围内即可，没有特别限定。需要注意的是，延迟器的设置位置只要在提供使干涉光路产生原来的干涉特性的光程差的波导上即可，没有具体限定。即，只要可以实现对水平偏振和垂直偏振之间提供180°的相位差这一功能，延迟器可以设置在波导臂的任意位置。通过上述的分别设置半波片及延迟器，波导臂107、108之间的光程差成为与偏振状态无关的固定值，并且，偏振轴正交的水平偏振分量与垂直偏振分量的各信号分量之间被提供180°的位相差。 

也可以将多个延迟器而非一个延迟器组合以实现旋光元件。例如，使每个延迟器的相位差提供量为1/4波长(90°)，可以通过使用两个这样的1/4波长延迟器来实现旋光元件。此时，旋光元件由半波片及两个延迟器总计三个元件构成。 

实际进行采用插入上述的半波片及延迟器的结构的光路制作，并进行PDf的评价。通过火焰沉积法和反应性离子刻蚀法，在硅衬底上制作石英类玻璃波导。芯层的剖面形状是边长为4.5μm的正方形，比 折射率差为1.5％。该芯层由30μm的上包层玻璃掩埋。短波导臂和长波导臂的光程差按照使FSR为21GHz的条件设定。光分路部分及光合波部分采用MMI构成。通过切割机或刻蚀加工在短波导臂及长波导臂的中间点上形成槽(宽20μm，深100μm)。将作为半波片及延迟器采用的十几μm厚的聚酰亚胺薄膜按折射率主轴分别为45°及0°进行切割，并分别插入到加工槽内。 

图10A、图10B及图10C为同时对制成的本发明的波导型干涉光路(非对称MZI)的特性的实测结果与根据现有技术的干涉光路的实测结果进行表示的图。对三个不同条件下的干涉光路的PDf的波长相关性进行了测定。图10A为没有在制成的非对称MZI内插入任何器件的状态，图10B为仅插入根据现有技术的半波片的状态，图10C为插入了根据本实施例1的旋光元件(半波片+延迟器)的状态。对于插入了根据本发明的旋光元件的情况(图10C)，可以确认其具有如下的优秀效果，即，PDf在全波段范围内为0.5GHz以下，即使与现有技术(图10B)相比，也可以将PDf值减少到大约一半以下。 

图11为表示非对称马赫-曾德尔干涉仪的PDf的计算结果的图。数值计算是加入了在上述式(5)或式(8)等计算中考虑的参数，并加入半波片和延迟器的波长相关性、光分路部分及光合波部分中的通过方向、交叉方向的偏振变换等，以进行更严密的计算。作为具体参数，将波导折射率设为3.5*10^-4，半波片及延迟器的工作波长设为1.59μm。 

对于不包含任何半波片或延迟器等器件的仅有干涉光路的情况，PDf显示为几GHz的大数值，并且波长相关性大。为了尽可能地抑制PDf的产生，即使通过设计波导形状等方式来控制双折射，也会如图11所示仍然存在PDf。对于现有技术2(在干涉仪的中央仅插入半波片)的构成的情况，虽然PDf的值减少到0.5GHz左右，但依然遗留有PDf。与此相对，对于采用本实施例1的旋光元件(半波片和延迟器的组合)的情况，PDf变成0.007GHz，属于非常小的数值。图11的计算结果很好地反映了图10A、图10B及图10C示出的实验值，可以从理论上确认本发明的效果。 

实际中需要的PDf为FSR的1/100左右。由于本实施例1的光路中的FSR为21GHz，所以需要PDf为0.2GHz以下。根据图10A、图10B及图10C中示出的实验结果，虽然以现有技术难以满足上述条件，但在本实施例1中可以满足达到0.2GHz以下的条件。 

另外，虽然在上述实施例1中，以波导的折射率主轴作为基准，以主轴为平行的半波片和倾斜45°的延迟器为例进行了说明，但不限于此。即，只要两个半波片的主轴具有45°的差异即可。因此，希望注意的是，例如也可以将一个主轴为15°的半波片与另一个主轴为60°的半波片组合来构成旋光元件。 

此外，虽然在图9中半波片及延迟器是作为一体器件被分别插入到两个波导臂中，但是，也可以分别对各波导臂个别地插入半波片和延迟器。即，可以是具有相对长波导臂的半波片及延迟器，以及相对短波导臂的半波片及延迟器的结构。 

实施例2 

图12为表示实现本发明的波导型干涉光路的实施例2的旋光元件的构成的图，示出了以不同于实施例1的方法来实现旋光元件的构成。实施例2的特点在于，通过在半波片122的任意一侧设置具有双折射的波导121，使其作为旋光元件工作。即，将具有双折射的波导121自身设计成可以像实施例1中说明的延迟器一样能够起到对偏振之间提供相位差的功能。通过在干涉光路中构成与该延迟器对应的波导121，可以利用该波导的相位差提供功能来消除干涉光路的偏振相关性。 

当确定与延迟器对应的波导121的构成时，该波导的重折率B_r与波导长度L_r变得重要。即，波导的重折率B_r与波导长度L_r的乘积需要为干涉光路中的使用波长的1/2(与提供180°的相位差对应)。即，必须使下式(10)的关系成立。 

【公式10】 

Br*Lr＝λ₀/2+λ₀*m                式(10) 

确定了重折率B_r或干涉光路的使用波长λ₀，即确定了L_r。将式(10) 改写成L_r的表达式后，即得到式(11)。 

【公式11】 

Lr＝λ₀*(1/2+m)/Br                    式(11) 

在此，如果变量m为整数，则L_r等价于干涉光路使用波长的1/2长，所以存在无数个最佳值。 

图13为表示非对称MZI中的PDf的变量m相关性的图。依照与式(5)(相当于m＝-1/2)及式(8)(相当于m＝1)的情况相同的手法，求出变量m与PDf的关系。从图13可以更清楚地看出，PDf为最小值的条件是m为整数。但清楚的是，即使m为接近整数的值，也具有在相当程度上减少PDf的效果。此外，考虑到PDf的波长相关性或干涉光路的小型化等，希望在式(11)中m＝0。这里，如果针对现有技术2的方法进行考虑，则将半波片放置在回路的中央部。这相当于式(11)中的m＝-1/2的情况，变成L_r＝0。从图13可以看出，当m＝-1/2时PDf为最大值，在考虑到由偏振变换光进行干涉的情况下，这是最差条件的变量m值。 

对于实施例2的旋光元件，对具有与延迟器对应的双折射特性的波导121及半波片122的作用进行分析研究。当m为整数时，如果将水平偏振与垂直偏振分量的偏振光分别定义为E_TE、E_TM，则旋光元件对各偏振分量的作用如下式(12)所示。 

【公式12】 

$=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\exp (-i\·B_r{L}_r\·2\mathrm{\π}/2\mathrm{\λ})& 0\\ 0& \exp (i\·B_r{L}_r\·2\mathrm{\π}/2\mathrm{\λ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{TE}}\\ E_{\mathrm{TM}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}-i& 0\\ 0& i\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{TE}}\\ E_{\mathrm{TM}}\end{array}\right)$

式(12) 

根据式(12)可以看出，具有双折射特性的波导121及半波片122的组合作为使水平偏振分量及垂直偏振分量旋转90°的旋光元件工作。 

图14A及图14B为表示采用实施例2的旋光元件的非对称MZI的构成的图。图14A表示在插入旋光元件之前的状态，图14B表示插入后的状态。如图14A所述，非对称MZI由分路比为50％的光分路 部分103及光合波部分106经不同长度的两波导臂107、108连接构成。光分路部分103位于虚线12A上，光合波部分106位于虚线12C上。实施例2的旋光元件位于非对称MZI的中央部，被配置在两波导臂107、108上。如图14A所示，此处的配置在中央部是指，将旋光元件插入对非对称MZI的两个波导臂间提供光程差的部分(图14A中的12A～12B及12B～12C)的中间点。如图14B所示，就结果而言，半波片122a、122b被配置在仅从非对称MZI的中央偏移L_r/2的位置处，从非对称MZI整体上看，成为半波片122a、122b被配置在非对称位置处的形状。 

半波片122a、122b的位置可以在具有与延迟器相对应的双折射特性的波导121的任意一侧。即，可以在12B′上也可以在12B″上。 

实际进行采用按照上述配置的半波片结构的光路制作，并进行PDf评价。与实施例1相同，在硅衬底上制作石英系玻璃。芯层的剖面形状是边长为4.5μm正方形，比折射率差为1.5％。该芯层由30μm的上包层玻璃掩埋。下面，为简便起见，将相当于实施例1中的延迟器、具有通过其双折射特性对偏振之间提供相位差的功能的波导称为“延迟器波导”。 

图15为表示实施例2的旋光元件的具体光路图案的图。延迟器波导123a、123b被配置在光路整体的大致中央处。另一方面，半波片122被配置在从光路整体的左右对称的中心线的位置向光合波部分106侧偏移的位置处，位于非对称位置。通过将配置在中央的延迟器波导123a、123b设置为宽波导，以使其芯层宽度比光路中其他部分的波导的芯层宽度大，来防止插入半波片122时的损耗增加。 

另外，由于半波片122的插入位置由延迟器波导123a、123b的长度决定，所以受到该延迟器波导123a、123b的折射率的影响。一般而言，在实际的制造程序中，由对于波导的双折射会有制作误差产生，所以有时需要对半波片122的插入位置进行微调。为了使得即使由于微调而改变插入位置也不会增加损耗，优选由宽波导构成的延迟器波导123a、123b的长度略大于提供正好180°相位差的长度，即，优选延迟器波导123a、123b在一定程度上略长。 

当将由宽波导构成的延迟器波导设定得比原来的设计值长时，由延迟器波导提供的相位差变成比180°大的值。如果将半波片设置在被设定为该长度的延迟器波导的端部，会过剩地产生水平偏振光与垂直偏振光之间的相位差。但是，在插入半波片后，在插入位置的前、后所提供的相位差的符号颠倒。因此，即使在具有整体提供180°以上的过剩相位差的长度的延迟器波导情况，如果在靠近该延迟器波导的端部处将半波片插入该延迟器波导中，可以将提供相位差调整到刚好180°。 

例如，如果延迟器波导的全长是相当于提供190°相位差的长度的情况，通过将波导分成与185°相当的长延迟器波导部分和与5°相当的符号相反的余下的短延迟器波导部分两部分，则总计的相位差提供量可以相当于185+(-5)＝180°。即，即使在制造过程中出现制作误差，通过将延迟器波导制作得比180°长，调整半波片的设置位置，可以大体准确地提供180°相位差。由于可以将半波片插入到宽波导的延迟器波导中，从而可以切实避免损耗的产生。 

另外，通过波导宽度渐变的锥形波导124a、124b、124c、124d，延迟器波导123a、123b可以与光分路部分103及光合波部分106侧的波导连接。由锥形波导连接在宽波导的延迟器波导与定向耦合器之间，这样，可以在无损耗增加的状态下对半波片122在延迟器波导上的插入位置进行调整。但是，需要注意的是，要在长波导臂与短波导臂上设置同一形状的延迟器波导及锥形波导。对于在两个波导之间设置长度或宽度不同的波导的情况，当使半波片122的位置发生变化时，会使两波导臂间的光程差产生偏振相关性。另外，虽然图15中示出的是一体形式的半波片122，也可以在各波导臂上分别设置分立的半波片。 

图16示出了适用实施例2的旋光元件的非对称MZI的PDf与半波片的位置关系的图。横轴的波片偏移量M表示从非对称MZI的光路左右对称的中心点到半波片的设置位置的距离。在现有技术2的构成中，由于半波片被设置在干涉光路的中心位置，所以相当于半波片偏移量M＝0的状态(在图16的图表中的A位置)。当M＝0时，PDf约为0.7GHz。 

另一方面，根据本实施例2的构成，由于半波片被设置在延迟器波导的端部，所以，半波片被插入到了从光路的整体来看非对称的位置。即，在图16中表示的是波片偏移量M不为零的状态。根据图16的图表，实施例2的光路中的“偏移量M”的最佳值为1570μm。如对式(10)及式(11)进行的说明那样，“偏移量M”的两倍长度为上述延迟器波导的长度L_r。即，L_r＝3140μm为本光路中的延迟器波导的长度的最佳值。如上所述，式(11)中的变量m为整数即可，所以存在多个最佳值。延迟器波导的长度L_r＝3140μm为与式(11)中的变量m＝0对应的长度。此时，延迟器波导作为实施例1中的延迟器工作。 

如上所述，为了使PDf最小，最佳做法是将m取做整数。特别是，由长度最短的延迟器波导实现PDf最小，是令m＝0，由延迟器波导对偏振光之间提供的相位差为180°的情况。但是，从图16也可以看出，即使是与作为最佳值的整数值多少错开的变量m对应的波片偏移量M，也充分地具有减少PDf的效果。在此，对更一般的光路构成中由延迟器波导对偏振之间提供相位量β的条件进行研究。 

图17为表示相对于由延迟器波导对偏振光之间提供的相位量β的PDf变化的图。计算PDf值时使用的干涉仪的特征条件为FSR＝20GHz、光分波器及光耦合器中的偏振变换量为32dB。如图17所示，PDf与相位量β共同发生周期性变化，使PDf减少的相位差条件也呈现周期性。 

一般而言，将PDf的容许量作为基准，需要其为FSR的1％以下。因此，关注PDf为0.2GHz以下的相位量β的范围。PDf为0.2GHz以下的相位量β(°)范围为图17的双箭头表示的范围，由下式表示。 

90+360*m＜β＜270+360*m               式(13) 

可以通过以满足式(13)的相位量β的范围的方式，来设计延迟器波导能够满足一般要求的PDf容许量。将式(13)表示的相位量条件改为延迟器波导的长度L_r的范围，设B_r为波导臂的重折率，λ₀为干涉光路的使用波长，m为整数，则可以如下式所示。 

λ₀*(0.25+m)/B_r＜L_r＜λ₀*(0.75+m)/B_r        式(14) 

提供延迟器波导会导致干涉光路所占尺寸变大。这样，在实际的 光路设计中，由于受芯片尺寸的限制等，有时不能确保具有可以使PDf最小化的最佳相位量β(即，最佳整数值变量m)的延迟器波导的长度。即使在这样的情况下，如果在满足(14)式的条件的范围内来设定延迟器波导的长度L_r，可以得到FSR的1％以下的PDf值。 

对半波片的配置位置进行进一步的研究。与在现有技术2中的半波片被插入到干涉光路的中央相对，在本实施例2中，半波片被插入到从干涉光路整体看去的非对称的位置。而且，该非对称插入位置的确定依赖于与该半波片相邻配置的延迟器波导的重折率。半波片的插入位置，即延迟器波导的长度存在最佳值。该最佳值如式(11)所示周期性地存在。从图16可以明确地看出，当干涉光路中发生偏振变换时，现有技术2中的半波片的插入位置为使PDf最差的位置，反而使干涉光路的偏振相关性更加恶化。如本发明的实施例2所示，将半波片设置在非对称的位置上而非干涉光路的中心位置，另外，通过利用与该半波片连接的波导的双折射特性获得的相位差提供，可以消除整个干涉光路的偏振相关性。 

在使用实施例2的旋光元件的干涉光路中，虽然其构成如下，即，在具有光分波及光合波功能的定向耦合器之间配置有两个波导，在该两个波导的中央部处分别设置具有相同重折率的延迟器波导及与该延迟器波导邻接的半波片，但不限于此，也可以是其他结构。但是，对于延迟器波导不存在、即去除了延迟器波导的情况，需要将半波片设置在与使两个波导臂间产生光程差的部分(传输路径)的中央点相当的位置(光程的中间点)。另外，半波片需要设置在两个波导臂中的相对延迟器波导在同一侧(光耦合部分侧或光分路部分侧中的任意一侧)。但是，对于延迟器波导位于干涉光路整体的中央，干涉光路的结构为完全对称的情况，半波片的设置位置不限定在相对于延迟器波导的同一侧。另外，就实施例2中设置的半波片而言，由于作为延迟器波导使用的波导的折射率主轴(90°或0°)作为基准，所以该半波片的折射率主轴为45°或-45°。 

图18为表示实施例2的其他方式的非对称MZI的构成的图。即使是在光分路部分103的正后段设置延迟器波导170的构成，也可以 消除由干涉光路的偏振变换光引起的偏振相关性。即，半波片122及延迟器波导170没有必要相互邻接。延迟器波导的位置不限定于像图14B示出的结构那样位于两个波导臂的中间点。即，延迟器波导170可以位于光分路部分103和光合波部分106之间的相对半波片122的靠近光分路部分103侧或靠近光合波部分106侧中的任意的同一侧。另外，作为对延迟器波导170施加双折射的方法，除了利用波导的宽度或厚度的控制外，也可以通过在上包层上表面形成金属层或非晶硅层等方法实现。 

图19A及图19B为说明本发明的其他类型的干涉光路的适用例的图。虽然在实施例1及实施例2中都是以非对称MZI为例来说明消除偏振相关性的方法，当然也可以在其他的干涉光路中取得同样的效果。例如，将图19A所示的MZI以多级结构的方式串联而成的网格电路中，在各级波导臂部分上分别配置旋光元件180a、180b、180c。与单一的非对称MZI的情况相同，能够取得消除偏振相关性的效果。另外，即使在图19B所示的阵列波导衍射光栅中，也可以通过在板条波导181a、181b之间配置的阵列波导182内配置旋光元件180，来消除偏振相关性。 

实施例3 

正如迄今为止所详细描述的，可以通过在干涉仪内的光路中配置旋光元件来解决由定向耦合器内的偏振变换光产生的干涉仪的偏振相关性这一问题。但是，取决于干涉仪的应用领域，有时可能需要更宽波段的波长范围内的偏振无关化。对于这样的情况，还要对波导臂内产生的干涉加以考虑。 

插入到干涉仪内的旋光元件使光路中传输的全部的偏振光旋转90°或-90°。但是，由于旋光元件存在最佳工作波长范围，所以，如果波长范围扩大，则较难对所有的波长进行准确的旋转操作。即使使旋光元件的最佳工作波长与干涉仪的期望使用中心波长一致，当干涉仪的使用波长波段扩大时，也会在该波段的端部出现偏振无关化不充分的情况。这是由于，在使用波段的端部的波长中，旋光元件不能使全部的偏振分量准确地旋转90°或-90°，导致波段端的波长的一部分偏振成分透过旋光元件时未发生旋转。未被旋光元件旋转的光及被旋光元件旋转了的光由各输入偏振光而感应的光程不同，从而产生了偏振相关性。由于旋光元件的不完全性，如果上述未被旋转的光与发生了旋转的光在一个波导臂内发生干涉，则在使用波段的端部的波长处产生了干涉仪的透射特性的偏振相关性。

图20A及图20B为对波导内的干涉进行说明的图。如图20B所示，通过在波导臂700内插入本发明的旋光元件800，可以使各偏振分量旋转90°或-90°，同时还可以由旋光元件对波导臂额外地增加相位量。即，通过旋光元件800，传输光在旋光元件800的前后的A点和B点之间被施加一定的相位量(相位变化)。在此，对于由于旋光元件而使光产生了旋转的情况和未产生旋转的情况，考虑正交的TE偏振分量及TM偏振分量之间的变换。如图20A中的表所示，光发生了旋转的情况包括(a)TM偏振光被变换成TE偏振光的情况，以及(b)TE偏振光被变换成TM偏振光的情况，相位量分别用φ_TM→TE、φ_TE→TM表示。另一方面，光未发生旋转的情况包括：(c)TM偏振光仍然以TM偏振光的状态透射的情况，以及(d)TE偏振光仍然以TE偏振光的状态透射的情况，相位量分别用φ_TM→TM、φ_TE→TE表示。 

这里，考虑到(a)变换和(d)变换，由于通过旋光元件800的光均为TE偏振光，所以上述光会发生干涉。对于(b)变换与(c)变换也是一样。这样，不是在构成干涉仪的不同波导臂间发生干涉，而是产生在一个波导臂内由旋光元件的不完全性引起的干涉。这样，产生了干涉仪的各种特性中的偏振相关性。下面，对即使如上所述波导臂内发生干涉的情况，干涉仪整体的透射特性等特性也不会产生偏振相关性的方法进行说明。 

在发生如上所述的波导臂内干涉是由旋光元件引起时，波导臂内的干涉使各波导臂内传输的光的相位自身发生变化。但是，即使发生由波导臂内干涉引起的传输光的相位变化，只要找出使构成干涉仪的两个波导臂间不存在相位变化的干涉仪的设计条件即可。在这样的条件下，即使旋光元件存在对使用波段的端部的波长的不完全性，也可 以消除干涉仪的偏振相关性。 

因此，关注不同波导臂各自的整体的相位差。波导臂间整体的相位差由从多模干涉仪的波导臂间的光分路部分到旋光元件的光程差以及旋光元件所产生的相位差决定。设波导臂间的光程差为ΔL。由旋光元件施加的相位差Ф可以按照如下的方式定义。例如，如果关注TE偏振，则将上述的φ_TM→TE与φ_TE→TE之间的偏振相关相位差设为 

而且，如果将该偏振相关相位差 在波导臂间的差设为波导臂间的相位差Ф，则波导臂间的整体的相位差如下式所示。为简便起见，将该相位差Ф称为由旋光元件施加的波导间的相位差Ф。 

【公式13】 

2π*B*ΔL/(2*λ)+Ф                 式(15) 

为了将全部波导臂间的相位差视为与两波导臂间的相位差相等，只需将由式(15)表示的全部波导臂间的相位差定为0或2π的整数倍，因此，基于式(15)，下式的关系成立。 

【公式14】 

B*ΔL/λ＝2*(k-Ф/2π)               式(16) 

此处，k为整数。如后面所述，当各波导臂内配置的各旋光元件的偏振旋转方向相等时由旋光元件施加的波导间的相位差Ф为0，当偏振旋转方向不同时相位差Ф为π(180°)。可以按照满足式(16)的关系设定干涉光路的双折射值B，确定各波导臂的旋光元件的旋转方向。这样，即使旋光元件的不完全性导致传输光的相位变化，由于全部波导臂间的相位差为0或2π，所以不会对干涉仪的干涉特性产生偏振相关性，可以得到更大波段的波长范围内的偏振无关的干涉光路。 

由于式(16)的右边的k为整数，所以满足式(16)的B为周期值，从而可以取多个值。所以，针对k来求解式(16)，以本来应该为整数的k取实际值，从而得到α，则可以得到下式。 

【公式15】 

α＝B*ΔL/(2*λ)+Ф/2π              式(17) 

根据式(17)，即使由于旋光元件的不完全性而发生相位变化，也可以对应由选取的旋光元件所施加的波导间相位差Ф值，以满足α为整数的条件，来设计波导的重折率B值。即使α不能完全地变成整数，只要按照使α接近整数的条件来选择由旋光元件施加的波导间相位差Ф、并优化B，就可以减少偏振相关性。 

当α为整数时，整个波导臂间的相位差为0或2π的整数倍，满足式(15)。此时，与由波导臂内干涉产生的相位变化无关，由于整个波导臂间的相位差被视为与两个波导臂间的相等，所以成为最佳条件。当α＝0.5+m(m为整数)时，全部波导臂间的相位差变成最大，成为最脱离期望干涉特性的最差条件。即使对于中间区域的m-0.5＜α＜m+0.5(m为整数)的情况，也优选α的值尽可能地向整数靠近。 

在实际的干涉光路制作中，根据原来的干涉光路设计上的要求等，需要α为整数，所以不能任意地确定重折率B，即，重折率B的设定范围有限制。在本实施例3中，通过在不同的波导臂分别配置分立的旋光元件，在各波导臂分别设定各旋光元件的旋转方向，从而可以选择是否使各旋光元件在同方向的主轴倾斜。即，可以选择旋光元件施加的波导间相位差Ф的值。通过控制重折率B及由旋光元件施加的波导间相位差Ф，可以更容易地使α值接近整数。 

图21为实际制作的实施例3涉及的非对称MZI的构成图。本实施例的非对称MZI由两个多模干涉仪190a、190b及两个波导臂192a、192b构成，其中，多模干涉仪190a、190b形成于硅衬底194上，波导臂192a、192b连接个多模干涉仪190a、190b。其中，旋光元件由半波片191c和两种类型的半波片191a、191b构成，其中，半波片191c的折射率主轴与波导的折射率主轴平行，半波片191a、191b被配置在波导臂192a、192b的光程的中间点，其折射率主轴倾斜45°。将波导臂192a、192b横向切断，形成两个波片插入槽193a、193b。半波片 191a、191b及半波片191c被分别插入到各插入槽中。此处，半波片191a及191b的旋转方向可以独立地选择为折射率主轴倾斜45°的半波片或倾斜-45°的半波片中的任意一种。请注意，本实施例的构成与图9示出的实施例1的非对称MZI的不同点在于，实施例1中的半波片901为一体的半波片。 

图21示出的MZI光路的构成例示出了下述情形，为了使式(17)中的B*ΔL(2*λ)的值成为0.5，通过选择倾斜轴的朝向相互成90°的不同的半波片191a、191b设置在两个波导臂192a、192b光路中，可以对由旋光元件施加的波导间相位差Ф选择为π(180°)，α值就可以为整数。即，示例性示出了选择将半波片191a倾斜45°、半波片191b倾斜-45°时的情况。因此需要注意的是，根据重折率B的可能设定值，有时需要选择将半波片191a倾斜45°，半波片191b同样也倾斜45°。此时，由旋光元件提供的波导间相位差Ф成为0。在本实施例中，相对两个半波片191a、191b，独立选择折射率主轴的倾斜角度，恰当地选择由两个半波片提供的初相位差，按照使α值更接近整数的方式设定重折率B，可以减少更宽频域的波长范围内的干涉仪整体的透射特性等的偏振相关性。 

图22为按照使α值为整数的条件设计出的干涉光路的PDf的波长相关性的图。将旋光元件中的半波片的主轴倾斜的朝向在两波导臂间设定为相反的45°及-45°，当令使式(16)中的B*ΔL(2*λ)为0.5时，绘制未考虑式(16)而制作的现有光路的干涉仪的PDf的波长相关性的实测值及计算值的曲线。 

制成的干涉光路为采用了形成于硅衬底上的掩埋型波导的FSR＝10GHz的MZI光路。波导的比折射率差为1.5％、下包层厚为15μm、上包层厚为20μm。当对制成后的干涉光路的偏振相关性进行测定时，TE/TM偏振光之间的透射谱的频率方向的偏移(Δf)为10GHz。此处，在考虑式(16)的同时，也考虑半波片及延迟器的设置构成。设n为波导的有效折射率，C为光速，则光程差为ΔL如下式所示， 

ΔL＝C/FSR/n                   式(18) 

另外，由于透射谱偏离了10GHz，设Δf为TE/TM间的透射谱的 波长轴方向的偏移量，f₀为光的频率，则重折率B由下式表示。 

B＝n*Δf/f₀                        式(19) 

从式(18)、式(19)，以及式(16)的左边得到下式。 

B*ΔL/λ＝Δf/FSR＝1               式(20) 

因此，根据式(16)，可以得到下式 

φ＝π*(2*k-1)                     式(21) 

由上所述，作为满足式(16)的关系的构成，有必要使旋光元件的旋转方向在两个波导臂之间是相反的。因此，采用使用波长为1550nm的聚酰亚胺半波片及延迟器，将延迟器按其折射率主轴相对于波导平行地配置。将半波片以各自的折射率主轴倾斜45°及-45°的状态分别配置在两个波导臂上。从图22可以看出，与没有考虑α值的情况相比，根据本实施例可以在更大波长范围内减少PDf。 

如上所述，虽然更加优选α值为整数，但也可以按照下述的方法来确定足以获得本实施例的效果的α的范围。 

图23表示的是，在FSR＝10GHz的干涉仪中，使α从1变到1.3时，对PDf的波长相关性计算的结果的图。可以确认，由于α偏离1(整数)，而导致PDf在波段的端部的波长处发生恶化。可知PDf较小的波长区域的宽度具有随着α的增大而变窄的倾向。 

图24为以α作为参数绘制的在0.8μm的使用波段(波长1.53～1.61nm)中的最大PDf值的曲线图。通常，当干涉仪被用作光通信系统中采用的DQPSK、DPSK调制方式的接收光路时，FSR的1/100左右的PDf是容许的。因此，作为可以使PDf变到0.1GHz以下的α值，从图24可知的是大致为0.75＜α＜1.2的范围。作为一般的表示，可以按照满足m-0.25＜α＜m+0.20(m为整数)的条件来设定α，使PDf减少到0.1GHz以下。由上所述，即使旋光元件存在对使用波段的端部的波长的不完全性，也可以消除干涉仪的偏振相关性。 

实施例4 

对上述各实施例的非对称MZI而言，可以通过包括补偿旋光元件的制作误差的调整机构来进一步改善偏振相关性。 

图25为包含对旋光元件的制作误差等进行补偿的机构的非对称MZI的构成图。有时会由于器件的结构自身的偏差或由组装等导致的制造误差，导致旋光元件的偏振旋转的特性与期望特性不同。无论是采用折射率主轴与波导的折射率主轴平行的半波片和折射率主轴倾斜45°的半波片这两种类型的半波片来实现旋光元件的情况，还是采用折射率主轴与波导的折射率主轴平行的半波片和具有双折射的波导来实现旋光元件的情况，在完成干涉光路的制作后，可以通过包括调整工序等步骤来进一步减少偏振相关性。 

在旋光元件中，除了对波导的折射率主轴上的水平或垂直偏向间的相位差进行调整外，还不得不使两波导臂间的上述相位差始终相等。因此，利用旋光元件的特性的偏移量，在旋光元件的靠近输入波导侧或靠近输出波导侧中的任意一侧，对两波导臂进行相同的双折射调整。例如如图25所示，可以设置紫外线照射区域195a、195b对旋光元件的制作误差进行补偿，其中，在该紫外线照射区域195a、195b内，可以由紫外激光在波导中感应双折射。在旋光元件的靠近输入波导侧的紫外线照射区域195a、195b处感应双折射，可以对紫外线照射量及照射区域的长度进行控制以使两波导间的该感应量相等。这样，可以对旋光元件或延迟器波导进行调整。虽然在图25中的紫外线照射区域被设置在旋光元件的靠近输入波导侧，也可以将紫外线射区域设置在靠近输出波导侧。 

如上所述，根据本发明，可以实现消除了由偏振变换光引起的偏振相关性的光路。通过利用多个半波片的组合或半波片与具有双折射的波导的组合等简单结构的旋光元件，可以实现量产性优异，且能够灵活地对应制作误差的光路。而且，减少了由半波片等器件内的偏振变换的不完全性引起的在波导臂内所发生的干涉，从而消除了偏振相关性。 

产业上的可利用性 

本发明的干涉光路可以用于光通信网络等上使用的光通信设备。 

Claims (16)

1.波导型干涉仪，包括：至少一个输入波导；与所述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与所述输出波导连接的光合波部分；连接所述光分路部分及所述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，还包括：

第一半波片，被插入到所述至少两个波导臂的各自光程的中间点，

第二半波片，具有相对于所述第一半波片倾斜45°或-45°的折射率主轴，其位于所述至少两个波导臂上，被插入到所述至少两个波导臂中的所述输入波导侧或所述输出波导侧的任意一侧，其中，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂形成，所述第一半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述不同的分立的半波片及所述第二半波片形成各不相同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向、或主轴互成90°的夹角，以及，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值的范围为m-0.25＜α＜m+0.20的条件，设定重折率B，其中m为整数。

2.根据权利要求1所述的波导型干涉仪，其特征在于，α值为整数。

3.波导型干涉仪，包括：至少一个输入波导；与所述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与所述输出波导连接的光合波部分；连接所述光分路部分及所述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，还包括：

第一半波片，被插入到所述至少两个波导臂的各自光程的中间点，

第二半波片，具有相对于所述第一半波片倾斜45°或-45°的折射率主轴，其位于所述至少两个波导臂上，被插入到所述至少两个波导臂中的所述输入波导侧或所述输出波导侧的任意一侧，其中，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂形成，所述第二半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述第一半波片及所述不同的分立的半波片分别形成不同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴独立地被选择为相对于所述第一半波片成45°或-45°，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20的条件，设定重折率B，其中m为整数。

4.根据权利要求3所述的波导型干涉仪，其特征在于，α值为整数。

5.波导型干涉仪，包括：至少一个输入波导；与所述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与所述输出波导连接的光合波部分；连接所述光分路部分及所述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，还包括：

提供相位差的波导部分，分别被包含在所述至少两个波导臂内，在所述干涉仪中使用的工作波长中对所述两个以上的波导臂内的正交偏振之间提供180°的相位差；

位于所述至少两个波导臂上的半波片，其折射率主轴相对于所述至少两个波导臂的折射率主轴倾斜45°或-45°，被插入到与所述至少两个波导臂的当所述提供相位差的波导部分不存在时各光程的中间点相当的位置，所述半波片位于所述提供相位差的波导部分中的所述输入波导侧或所述输出波导侧的任意一侧。

6.根据权利要求5所述的波导型干涉仪，其特征在于，

设Br为波导臂的重折率，λ为干涉仪的使用波长，m为整数，所述提供相位差的波导部分的长度L_r满足λ*(0.25+m)/B_r＜L_r＜λ*(0.75+m)/B_r。

7.根据权利要求6所述的波导型干涉仪，其特征在于，

设B_r为波导臂的重折率，λ为干涉仪的使用波长，m为整数，所述提供相位差的波导部分的长度L_r满足L_r＝λ*(1/2+m)/B_r。

8.根据权利要求5所述的波导型干涉仪，其特征在于，所述提供相位差的波导部分位于所述至少两个波导臂的当所述提供相位差的波导部分不存在时的各光程的中间点，所述至少两个波导臂的每一个包含位于所述提供相位差的波导部分的两端的波导，所述波导产生决定所述干涉仪中的干涉条件的光程差，所述提供相位差的波导部分的各自的重折率的值相等。

9.根据权利要求7所述的波导型干涉仪，其特征在于，所述提供相位差的波导部分位于所述至少两个波导臂的当所述提供相位差的波导部分不存在时的各光程的中间点，所述至少两个波导臂的每一个包含位于所述提供相位差的波导部分的两端的波导，所述波导产生决定所述干涉仪中的干涉条件的光程差，所述提供相位差的波导部分的各自的重折率的值相等。

10.根据权利要求5所述的波导型干涉仪，其特征在于，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂形成，所述半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述提供相位差的波导部分及所述不同的分立的半波片形成各不相同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴独立地被选择为相对于所述波导臂的折射率主轴成45°或-45°，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20的条件，设定重折率B，其中m为整数。

11.根据权利要求7所述的波导型干涉仪，其特征在于，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂形成，所述半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述提供相位差的波导部分及所述不同的分立的半波片形成各不相同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴独立地被选择为相对于所述波导臂的折射率主轴成45°或-45°，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20的条件，设定重折率B，其中m为整数。

12.根据权利要求9所述的波导型干涉仪，其特征在于，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂形成，所述半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述提供相位差的波导部分及所述不同的分立的半波片形成各不相同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴独立地被选择为相对于所述波导臂的折射率主轴成45°或-45°，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20条件，设定重折率B，其中m为整数。

13.根据权利要求11所述的波导型干涉仪，其特征在于，α值为整数。

14.根据权利要求12所述的波导型干涉仪，其特征在于，α值为整数。

15.根据权利要求6所述的波导型干涉仪，其特征在于，所述提供相位差的波导部分位于所述至少两个波导臂的当所述提供相位差的波导部分不存在时的各光程的中间点上，所述至少两个波导臂的每一个包含位于所述提供相位差的波导部分的两端的波导，所述波导产生决定所述干涉仪中的干涉条件的光程差，所述提供相位差的波导部分的各自的重折率的值相等，

所述至少两个波导臂由长波导臂及短波导臂两个波导臂构成，所述半波片包括与所述长波导臂及短波导臂对应的各不相同的分立的半波片，

所述相位差附加波导部分及所述不同的分立的半波片构成各不相同的分立的旋光元件，

所述不同的分立的半波片的折射率主轴独立地被选择为相对于所述波导臂的折射率主轴成45°或-45°，

设ΔL为所述长波导臂与所述短波导臂的光程差，B为波导的重折率，λ为干涉仪的使用波长，当所述不同的分立的半波片的折射率主轴的倾斜被选择为同一方向或主轴互成90°的夹角时，并且在波导臂间的相位差Φ分别为0°或180°时，按照使以

α＝B*ΔL/(2*λ)+Φ/2π

表示的α值满足m-0.25＜α＜m+0.20且为整数的条件，设定重折率B，其中m为整数。

16.波导型干涉仪，包括：至少一个输入波导；与所述输入波导连接的光分路部分；至少一个输出波导；与所述输出波导连接的光合波部分；连接所述光分路部分及所述光合波部分的至少两个波导臂，其特征在于，还包括，

提供相位差的波导部分，分别被包含在所述至少两个波导臂内，在所述干涉仪中使用的工作波长处，对所述两个以上的波导臂内的正交偏振之间提供大于180°的相位差；

在所述提供相位差的波导部分中一方的端部附近插有半波片，该半波片的折射率主轴相对于所述至少两个波导臂的折射率主轴倾斜45°或-45°，由位于所述半波片的一侧的较长的所述提供相位差的波导部分提供的相位差被反相相加有由位于所述半波片的另一侧的较短的所述提供相位差的波导部分提供的相位差，通过所述半波片的插入位置的调整使所述提供相位差的波导部分整体提供180°的相位差。

Images