CN102439499A - 宽带干涉仪型偏振波合成分离器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

宽带干涉仪型偏振波合成分离器

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λc的半波长λc/2的情况下，输入到输入端口101的光以波长λc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λc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λc/2。由此，例如，能够使得对TM光来说光程差为λc/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λc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ΔL被设定为0.46μm。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7μm转换至20μm，直线形波导133的宽度为20μm且长度为5mm，锥形波导133将宽度从20μm转换至7μm。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7μm转换至20μm，锥形波导142将宽度从20μm转换至7μm。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20μm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 polarisationbeam splitter using waveguide birefringence dependence onwaveguide 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 OpticalWavelength Circuits Composed of Cascaded Mach-ZehnderInterferometers 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λc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离器。

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λc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γ(λ-λc)+(m′+(1/2))λc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ψ1(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。

附图说明

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H(λ)的波长依赖性的图。

图6A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(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γ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γ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10A是表示Y分支的图。

图10B是表示波长不敏感耦合器(WINC)的图。

图10C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13B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。

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22A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23B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24B是表示本发明的实施方式的概要图。

图24C是表示本发明的实施方式的概要图。

图24D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242。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λc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n_aTE，i(λ)和n_aTM，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n_bTE，i(λ)和n_bTM，i(λ)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B_a，i(λ)和第i要素的光程差赋予部的光波导222中的双折射率B_b，i(λ)分别表示为下述式。

[数1]

B_a，i(λ)＝n_aTM，i(λ)-n_aTE，i(λ)(1)

[数2]

B_b，i(λ)＝n_bTM，i(λ)-n_bTE，i(λ)(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]

[数4]

此外，L_a，i是光波导221的第i要素的长度，L_b，i是光波导222的第i要素的长度，λ是波长。另外，将光程差赋予部的延迟量表示为exp(-i·2π·φ)，由于是以2π归一化的相位，因此记述为归一化相位。

为了作为偏振波合成分离器来发挥功能，首先需要使在所使用的波长带的中心波长λc时TE光与TM光的归一化相位之差为m′+(1/2)(m′是整数)。

[数5]

定义函数H(λ)并以式子表现，则如下。

[数6]

$H\left(\mathrm{\λ}\right)\≡\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(B_{a,i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{a,i}-B_{b,i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{b,i})=\mathrm{\λ}\·(m^{\′}+\frac{1}{2})---\left(6\right)$

只要设计回路使得满足上述条件式，就会在信号光波长λc附近成为偏振波合成分离器。

接着，说明宽带化所需的必要条件。TE光和TM光的归一化相位相对于波长的变化率分别表示为

[数7]

[数8]

为了减小波长依赖性，只要使相对于波长的变化率最小即可，因此宽带化的条件表示为

[数9]

即，如果TE光和TM光的归一化相位基于波长的变动的符号是相反的，则能够降低波长依赖性。更期望的是

的情况，因此，在使TE光和TM光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的情况下，最能够抑制波长依赖性。

能够如下理解上述条件式。在Mach-Zehnder型干涉仪型偏振波合成分离器中，需要使偏振光状态1和偏振光状态2的相对的归一化相位φ₁(λ)与φ₂(λ)之差为m′+(1/2)(m′是整数)，因此需要在光程差赋予部中至少赋予半个波长的光程差。例如，使偏振光状态1的光程差为0，使偏振光状态2的光程差为λc/2。此时，偏振光状态1下的光程差赋予部的光程差为0，因此不依赖于波长，但是偏振光状态2下的光程差赋予部的光程差是有限值，因此产生波长依赖性。在对偏振光状态1和偏振光状态2的光进行合成/分离的偏振波合成分离器中，期望对于偏振光状态1和偏振光状态2这两种偏振光状态都实现透过端口的损耗低、遮断端口的偏振消光比高这一效果，而不是仅对偏振光状态1和偏振光状态2中的一方实现该效果。因此，在偏振光状态1和偏振光状态2中，波长依赖性平均最小的情况是TE光和TM光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的情况。关于这一点，可以理解为偏振光状态1和偏振光状态2各分担一半作为偏振波合成分离器进行动作所需的光程差，从而在两种状态下均等地负担波长依赖性。

在此，根据(7)式、(8)式、(9)式，G(λ)为

[数10]

$G\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{2\·\mathrm{\λ}}(\frac{H\left(\mathrm{\λ}\right)}{\mathrm{\λ}}-\frac{\∂H\left(\mathrm{\λ}\right)}{\∂\mathrm{\λ}})---\left(10\right).$

在此，如下述式那样设定H(λ)(0≤γ≤0.5)

[数11]

$H\left(\mathrm{\λ}\right)=\mathrm{\γ}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)+(m^{\′}+\frac{1}{2}){\mathrm{\λ}}_c---\left(11\right)$

当将(11)式代入到(10)式时，TE光和TM光的归一化相位相对于波长的变化率分别如下述式那样进行变形。

[数12]

[数13]

通过对这些式子进行积分，求出TE光和TM光的归一化相位。

[数14]

$=(\frac{m}{2}-\frac{1+2\·\mathrm{\γ}}{4})-\frac{{\mathrm{\λ}}_c}{4\·\mathrm{\λ}}(1+2\·m^{\′}-2\·\mathrm{\γ})---\left(14\right)$

[数15]

因而，根据(3)式、(4)式，得到

[数16]

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(B_{a,i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{a,i}-B_{b,i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{b,i})=\mathrm{\γ}\·(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)+(m^{\′}+\frac{1}{2}){\mathrm{\λ}}_c---\left(16\right)$

[数17]

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(n_{\mathrm{aTE},i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{a,i}-n_{\mathrm{bTE},i}\left(\mathrm{\λ}\right)\·L_{b,i})$

$=\frac{1}{2}(m-\frac{1}{2}-\mathrm{\γ})\·\mathrm{\λ}-\frac{(1+2\·m^{\′}-2\·\mathrm{\γ})\·{\mathrm{\λ}}_c}{4}---\left(17\right).$

通过以满足上述两个条件式的方式设定干涉仪型偏振波合成分离器，能够得到本发明的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。

图4A～图4C中示出了通过本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。在宽的波长范围内，插入损耗低(图4A)，偏振消光比高(图4B)。图4C中示出了此时的归一化相对相位。可知TE偏振光和TM偏振光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的情形。

(11)式中定义的函数是一个例子，能够使用其它表述，也可以使用关于波长的二次函数以上的高次函数等其它函数。如果使用不同的函数，则作为条件式的(16)式、17(式)也发生变化。在这种情况下，只要根据作为本发明的特征的上述方法导出最佳的条件式即可。

(11)式中定义的函数在波长为λc时与(6)式相等，表示在信号光波长λc附近成为偏振波合成分离器。可是，(11)式中的γ是表示双折射率的波长依赖性的参数，通常，在不存在双折射率的波长依赖性时，只要设为γ＝0即可。另一方面，在存在双折射率的波长依赖性的情况下，γ为有限的值，能够通过将γ取入到(11)式中来利用双折射率的波长依赖性，从而能够进一步改善波长依赖性。图5中示出了(11)式中定义的H的波长依赖性，图6A～图6B中示出了通过(12)式、(13)式给出的归一化相位的变化率的波长依赖性，图7A～图7B中示出了干涉仪型偏振波合成分离器的透过特性。可知随着从γ＝0接近γ＝0.5，归一化相位的变化率变小，波长依赖性减少。这是以往的偏振波合成分离器所无法得到的特征。而且，只要进行设定使得γ＝0.5，根据(12)式、(13)式，能够使偏振光状态1和偏振光状态2同时不依赖于波长。这样，通过取入参数γ并在0＜γ≤0.5的范围内对其值进行调整，能够将双折射率的波长依赖性也重新活用，从而与偏振光状态1和偏振光状态2各分担一半波长依赖性的情况相比能够进一步降低波长依赖性。

此外，在此由于着眼于导出基本条件式，忽略了光分支部和光耦合部的相位，但是在实际的回路设计中要根据所使用的光分支部和光耦合部的相位来改变光程差赋予部的设定。具体地说，只要将之前的式子的φ₁(λ)、φ₂(λ)置换为ψ₁(λ)、ψ₂(λ)即可。其中，ψ₁(λ)是偏振光状态1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，ψ₂(λ)是偏振光状态2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。下面对针对光分支部和光耦合部的组合的实施方式进行例示。

<光分支部：定向耦合器，光耦合部：定向耦合器的情况>

作为一个例子，如图8B所示，在光分支部和光耦合部中使用定向耦合器。如图8A所示，该定向耦合器是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。当将定向耦合器的分支率/耦合率设为r(λ)时，通过

[数18]

$\sqrt{1-r\left(\mathrm{\&lambda;}\right)}$

给出定向耦合器的直通端口(即，在图8A中，从301输入并从303输出的情况或者从302输入并从304输出的情况)的传递函数，通过

[数19]

$\sqrt{r\left(\mathrm{\&lambda;}\right)}\&CenterDot;\exp (-i\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}/2)$

给出定向耦合器的交叉端口(即，在图8A中，从301输入并从304输出的情况或者从302输入并从303输出的情况)的传递函数。这表示如下的情况：通过了定向耦合器的交叉端口的光相对于通过了直通端口的光相位延迟了π/2(归一化相位为1/4)(通过了直通端口的光相对于通过了交叉端口的光相位提前了π/2(归一化相位为1/4))。因而，在通过图8B的端口201输入光并通过端口203输出光的情况下，在经过光波导221的路径上通过两次定向耦合器的直通端口，在经过光波导222的路径上通过两次定向耦合器的交叉端口。因而，由光分支部和光耦合部增加的相对的归一化相位为-1/2。另一方面，在通过端口201输入光并通过端口204输出光的情况下，不论是在经过光波导221的路径上还是在经过光波导222的路径上，都分别通过一次定向耦合器的直通端口和交叉端口。因而，由光分支部211和光耦合部212产生的相位相互抵消。总结上面的内容，通过端口201输入光并通过端口203、204输出光时的TE偏振光与TM偏振光的相对的归一化相位为

[数20]

[数21]

[数22]

[数23]

宽带化的条件为

[数24]

$({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})+({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})=0---\left(22\right)$

或者，

[数25]

$({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})+({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})=0---\left(23\right),$

因此，当代入(18)式、(19)式、(20)式、(21)式时，与(9)式相等。因而，在本例中，通过以满足(16)式、(17)式的方式设定干涉仪型偏振波合成分离器，能够得到本发明的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。此外，通过端口202输入光的情况也能够同样地考虑。即，只要将从端口202输入并从端口204输出时的由于光分支部211和光耦合部212而增加的相对的归一化相位置换为1/2即可。

<光分支部：波长不敏感耦合器(WINC)，光耦合部：波长不敏感耦合器(WINC)的情况>

作为另一个例子，如图9C所示，在光分支部和光耦合部中使用波长不敏感耦合器(WINC)。如图9A所示，WINC是具备如下部分的无波长依赖性的耦合器：输入/输出端口301、302、303、304；光分支部的定向耦合器311；光耦合部的定向耦合器312；以及由夹在两个定向耦合器之间的两条光波导321、322构成的微小光程差赋予部。在此，设光分支部的WINC 314为图9A的朝向，光耦合部的WINC 315为图9B的朝向，进行配置使得它们相对于Mach-Zehnder型干涉仪型偏振波合成分离器的回路的中心呈点对称(图9C)。此外，也可以将这些WINC配置成任意的朝向，但是在这种情况下，考虑在WINC中产生的相位差的波长依赖性来进行设计。当设为点对称时，WINC中产生的相位差相抵消，设计变得简单，因此在此配置为点对称。从图9A的WINC的301输入并从303输出时、从301输入并从304输出时、从302输入并从303输出时、从302输入并从304输出时的传递函数分别表示为a(λ)、b(λ)、-b^*(λ)、a^*(λ)，从图9B的WINC的301输入并从303输出时、从301输入并从304输出时、从302输入并从303输出时、从302输入并从304输出时的传递函数分别表示为a^*(λ)、b(λ)、-b^*(λ)、a(λ)(^*表示复共轭。参照非专利文献2)。当这样进行配置时，关于交叉端口，与使用定向耦合器的情况相同，直通端口的相位也相互抵消，成为ψ(λ)＝φ(λ)。因而，在本例中，也通过以满足(16)式、(17)式的方式设定干涉仪型偏振波合成分离器，能够得到本发明的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。定向耦合器的分支率/耦合率具有波长依赖性，与此相对地，WINC能够不依赖于波长而将分支率/耦合率设为50％。因此，在想要在宽的波长范围内得到高消光比时，这种结构更容易得到优良的特性。

<光分支部：Y分支，光耦合部：WINC的情况>

作为另一个例子，如图10C所示，在光分支部中使用Y分支，在光耦合部中使用WINC。如图10A所示，Y分支与输入/输出端口305、306、307连接。如图10B所示，WINC是具备如下部分的无波长依赖性的耦合器：输入/输出端口301、302、303、304；光分支部的定向耦合器311；光耦合部的定向耦合器312；以及由夹在两个定向耦合器之间的两条光波导321、322构成的微小光程差赋予部。在这种情况下，Y分支的分支率和WINC的耦合率不依赖于波长而被设定为50％。从图10B的WINC的301输入并从303输出时、从301输入并从304输出时、从302输入并从303输出时、从302输入并从304输出时的传递函数分别表示为a(λ)、b(λ)、-b^*(λ)、a^*(λ)。当将归一化相位设为

[数26]

φ(λ)≡{arg[a(λ)]-arg[-b^*(λ)]}/2π

时，光通过该Mach-Zehnder型干涉仪型的偏振波合成分离器的输出端口203输出时由光耦合器产生的相位表示为-{arg[a(λ)]-arg[-b^*(λ)]}/2π＝-Φ(λ)，光通过输出端口204输出时由光耦合器产生的相位表示为{arg[a^*(λ)]-arg[b(λ)]}/2π＝-[Φ(λ)+(1/2)]。因而，通过端口201输入光并通过端口203、204输出光时的TE偏振光和TM偏振光的相对的归一化相位为

[数27]

[数28]

[数29]

[数30]

宽带化的条件为

[数31]

$({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})+({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})=0---\left(28\right)$

或者，

[数32]

$({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})+({\&PartialD;\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)/\&PartialD;\mathrm{\&lambda;})=0---\left(29\right).$

例如，在(28)式的情况下，成为

[数33]

因而，在这种结构的情况下，只要在(17)式中追加光耦合器的相位的项而将(17)式置换为下式即可。

[数34]

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}(n_{\mathrm{aTE},i}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L_{a,i}-n_{\mathrm{bTE},i}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L_{b,i})$

$=\frac{1}{2}(m-\frac{1}{2}-\mathrm{\&gamma;})\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}-\frac{(1+2\&CenterDot;m^{\&prime;}-2\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;})\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_c}{4}+\mathrm{\&phi;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}---\left(31\right)$

在本例中，使用了上下对称的Y分支，但是也可以使用上下不对称的Y分支。另外，使用了WINC作为光耦合器，但是也可以使用其它光耦合器。在这种情况下，根据所使用的Y分支和光耦合器来导出宽带化的必要条件。

<光分支部：Y分支，光耦合部：对称耦合器(多模干涉(MMI)耦合器等)的情况>

图11中示出了对本发明的宽带干涉仪型偏振波合成分离器的回路结构进行例示的图。本回路具备：输入/输出端口201、203、204；光分支部211；光耦合部212；以及由夹在光分支部211与光耦合部212之间的两条光波导221、222构成的光程差赋予部。光分支部211是上下对称的单输入双输出的Y分支，光耦合部212是上下对称的双输入双输出的光耦合器，光程差赋予部具备在光波导221-222之间产生双折射率差的单元241和产生折射率色散差的单元242。而且，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λc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，由产生折射率色散差的单元242进行设定使得该偏振波合成分离器的透过率相对于波长的变化率在TE光和TM光中相等。由此，不论是偏振光状态1下的偏振光还是偏振光状态2下的偏振光都能够抑制其波长依赖性来进行偏振波合成或者偏振波分离。

假设上下对称的光耦合器的分支率/耦合率为r(λ)，损耗为exp(-η·λ)，将直通端口的传递函数表示为

[数35]

$\exp (-\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;})\&CenterDot;\sqrt{1-r\left(\mathrm{\&lambda;}\right)},$

将交叉端口的传递函数表示为

[数36]

$\exp (-\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;})\&CenterDot;\sqrt{r\left(\mathrm{\&lambda;}\right)}\&CenterDot;\exp [i\&CenterDot;2\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)].$

在通过端口201输入光并通过端口203输出光的情况下，在光耦合部中相位相对延迟Φ(λ)，在通过端口201输入光并通过端口204输出光的情况下，在光耦合部中相位相对提前Φ(λ)。因而，通过端口201输入光并通过端口203、204输出光时的TE偏振光与TM偏振光的相对的归一化相位为

[数37]

[数38]

[数39]

[数40]

在上述式子中，只要使(33)式的

与(34)式的

相等即可，因此导出Φ(λ)＝-[H(λ)/(2·λ)]。将该Φ(λ)代入(33)式和(34)式，根据为了作为偏振波合成分离器进行动作的条件 ${\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)={\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=[m-(1/2)],$ 求出φ_TE(λ)＝[m-(1/2)]+[H(λ)/(2·λ)]。因而，只要使用下述的(36)式来代替(17)式即可。

[数41]

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}(n_{\mathrm{aTE},i}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L_{a,i}-n_{\mathrm{bTE},i}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\&CenterDot;L_{b,i})=\frac{1}{2}(2\&CenterDot;m-1-\mathrm{\&gamma;})\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}-\frac{(1+2\&CenterDot;m^{\&prime;}-2\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;})\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_c}{4}---\left(36\right)$

或者，也可以使(32)式的

与(35)式的

相等，因此此时成为Φ(λ)＝[H(λ)/(2·λ)]。将该Φ(λ)代入(32)式和(35)式，根据为了作为偏振波合成分离器进行动作的条件 ${\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TE},201\&DoubleRightArrow;203}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)={\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{TM},201\&DoubleRightArrow;204}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=[m-(1/2)],$ 成为φ_TE(λ)＝[m-(1/2)]+[H(λ)/(2·λ)]，可以导出相同的条件式。此外，在上述式子的导出过程中，假设光耦合器的分支率/耦合率、损耗、相位在TE偏振光和TM偏振光中相等，在相差较大的情况下，考虑偏振光依赖性来导出式子。另外，上述的(36)式独立于光耦合器的相位。在(36)式的导出过程中，得出了Φ(λ)＝±[H(λ)/(2·λ)]的式子，但是Φ(λ)也可以是任意的，根据所使用的光耦合器而各不相同。只要根据(36)式来设定光程差赋予部的相对的归一化相位φ_TE(λ)，并将实际使用的光耦合器的相位代入到(32)式、(33)式、(34)式、(35)式中，就可以求出利用该偏振波合成分离器得到的特性。

图19中示出了MMI耦合器和定向耦合器的归一化相位的波长依赖性。例如在定向耦合器的情况下，其归一化相位差相对于波长成为固定值1/4。而在MMI耦合器的情况下，其归一化相位差具有波长依赖性。因此，着眼于该波长依赖性，能够通过利用它来进一步改善透过特性。图20C的点线表示图4C的相对相位，但是在本实施方式的结构中加上了MMI耦合器的相位，相对相位偏离于图4C的相对相位。该相对相位相对于波长的变化率越小则意味着波长依赖性越小。因而，如图20C所示，通过减小在消光的偏振光状态下相对相位相对于波长的变化率，能够进一步改善消光比。此时，在透过的偏振光状态下相对相位相对于波长的变化率变大，但是换算成透过率时损耗增加是轻微的，消光比改善的效果更大。图20A中示出了透过时的透过光谱，图20B中示出了消光时的透过光谱。可知如下的情形：存在轻微的损耗增加，但是消光比得到大幅改善。这样，通过利用光耦合器的相位，能够使干涉仪型偏振波合成分离器的特性进一步变好。

在上述实施方式中，示出了在单个的干涉仪型偏振波合成分离器中应用本发明的例子，但是当然也可以在该干涉仪型偏振波合成分离器上连接其它干涉仪型偏振波合成分离器或偏振片。

图21中示出了将本发明的干涉仪型偏振波合成分离器连接两级而成的干涉仪型偏振波合成分离器的实施方式。本回路在图2中说明的偏振波合成分离器的其中一个输出端口上连接第一偏振波合成分离器(偏振片)，在另一个输出端口上连接第二偏振波合成分离器(偏振片)。与前级的偏振波合成分离器连接的后级的第一偏振波合成分离器和第二偏振波合成分离器是由与前级的偏振波合成分离器相同的要素构成的，后级的两个偏振波合成分离器分别作为使一种偏振光状态透过的偏振片而发挥功能，因此在图中记载为第一偏振片和第二偏振片。

前级的偏振波合成分离器被设定成将输入的光分为偏振光状态1和偏振光状态2，并进行设定使得第一偏振片使偏振光状态1透过，第二偏振片使偏振光状态2透过。从前级的偏振波合成分离器的一个输出端口输出偏振光状态1，并通过透过第一偏振片来进一步改善偏振消光比。另外，从前级的偏振波合成分离器的另一个输出端口输出偏振光状态2，并通过透过第二偏振片来进一步改善偏振消光比。这样，利用在本发明的干涉仪型偏振波合成分离器的输出上连接其它干涉仪型偏振波合成分离器或偏振片的结构，能够大幅改善整个回路的偏振消光比。

在将干涉仪型偏振波合成分离器连接多级的结构中，上述结构是一个例子，进行连接的端口是任意的。另外，也可以将干涉仪型偏振波合成分离器连接三级以上，还可以将不同的回路结构之间进行连接，还可以将由不同的材料制作成的偏振波合成分离器之间进行连接。另外，也能够在本发明的干涉仪型偏振波合成分离器上连接不同的偏振波合成分离器、偏振片。例如，也可以将本发明的干涉仪型偏振波合成分离器与90度光混频电路(光90度ハイブリツド回路)进行连接以作为双偏振90度光混频器(デユアル偏波光90度ハイブリツド)的结构要素来使用，还可以与LN调制器进行连接以作为偏振波分复用光发送器(偏波多重光送信器)的结构要素来使用。

前级的偏振波合成分离器和后级的偏振波合成分离器可以是相同的结构，也可以是不同的结构。另外，还可以设成结构要素相同但通过改变参数而功能不同的元件。作为具体例，下面说明设偏振光状态1为TE光、偏振光状态2为TM光、将第一偏振波合成分离器设定为TE光透过型的偏振片、将第二偏振波合成分离器设定为TM光透过型的偏振片来使它们发挥功能的情况。

如图4中说明的，第一偏振片也可以设定成TE光与TM光的归一化相位之差相对于波长的变化率平均最小，但是由于想要作为TE光透过型的偏振片发挥功能，因此如图22C所示，进行设定使得TM光的归一化相位相对于波长的变化率固定，由此，能够在宽的波长范围内使TM光消光。如图22A所示，TE光的透过率减少，回路的过剩损耗增大，但是如图22B所示，能够大幅改善TM光的消光比。当然，也可以相反地设定成TE光的归一化相位相对于波长的变化率固定，由此，能够在宽的波长范围内使TE光透过，从而抑制损耗。

另一方面，由于想要使第二偏振片作为TM光透过型的偏振片发挥功能，因此如图23C所示，进行设定使得TE光的归一化相位相对于波长的变化率固定，由此，能够在宽的波长范围内使TE光消光。如图23A所示，TM光的透过率减少，回路的过剩损耗增大，但是如图23B所示，能够大幅改善TE光的消光比。当然，也可以相反地设定成TM光的归一化相位相对于波长的变化率固定，由此，能够在宽的波长范围内使TM光透过，从而抑制损耗。

这样，在本实施方式中，在将偏振波合成分离器连接多级而成的偏振波合成分离器中，通过前级的偏振波合成分离器的一个输出端口输出偏振光状态1的光。与该输出端口连接的第一偏振波合成分离器作为偏振光状态1透过型的偏振片而发挥功能。该第一偏振波合成分离器在偏振光状态1或偏振光状态2下的归一化相位相对于波长是固定的。通过前级的偏振波合成分离器的另一个输出端口输出偏振光状态2的光。与该输出端口连接的第二偏振波合成分离器作为偏振光状态2透过型的偏振片而发挥功能。该第二偏振波合成分离器在偏振光状态1或偏振光状态2下的归一化相位相对于波长是固定的。通过构成为这种结构，能够降低过剩损耗或进一步改善消光比。

后级所使用的偏振波合成分离器也可以用作单个偏振片。上述偏振波合成分离器由如下部分构成：光分支部；光耦合部；由夹在光分支部与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以上的输入/输出端口；以及与光耦合部连接的一个以上的输入/输出端口。在偏振光状态1透过型的干涉仪型偏振片或偏振光状态2透过型的干涉仪型偏振片中，具备使光程差赋予部的多个光波导之间产生双折射率差的单元，由此还能够使光程差赋予部的多个光波导之间产生折射率色散差，其中，在对上述偏振波合成分离器的光耦合部的输入/输出端口输入光时，上述偏振光状态1透过型的干涉仪型偏振片通过光分支部的输入/输出端口使偏振光状态1的光透过而遮断偏振光状态2的光，在对光耦合部的输入/输出端口输入光时，上述偏振光状态2透过型的干涉仪型偏振片通过光分支部的输入/输出端口使偏振光状态2的光透过而遮断偏振光状态1的光。

并且，进行设定使得偏振光状态1和偏振光状态2下的光程差赋予部的归一化相位之差φ₂(λ)-φ₁(λ)在波长λc时为m′+(1/2)(m′是整数)，利用通过产生折射率色散差的单元所赋予的折射率色散的差异，使得偏振光状态1或偏振光状态2的归一化相位相对于波长固定，由此提供宽带干涉仪型偏振片。

另外，构成干涉仪型偏振片的光分支部和光耦合部至少具有一个以上的输入/输出端口，由此能够作为偏振片而发挥功能。在使用双输入双输出且分支率在中心波长下为50％的光分支部、双输入双输出且耦合率在中心波长下为50％的光耦合部，并将光分支部的两个输入作为干涉仪型偏振片的两个输入端口，将光耦合部的两个输出作为干涉仪型偏振片的两个输出端口时，通过干涉仪型偏振片的其中一个输入端口输入光，使用作为其交叉端口的输出端口，由此即使光分支部和光耦合部的分支率、耦合率因制造误差而产生偏差，也能够维持高消光比。因而，在图21中，在作为偏振片而发挥功能的后级的偏振波合成分离器中，使用交叉端口，但是当然也能够使用直通端口。

作为构成偏振波合成分离器、偏振片的光分支部、光耦合部，能够使用Y分支、MMI耦合器、WINC、定向耦合器等任意的装置。并且，在作为偏振片而使用时，所使用的端口可以是最低限度的单输入单输出，即使由耦合率具有波长依赖性的定向耦合器构成光分支部和光耦合部，在交叉端口中也可以得到高消光比，因此与使用WINC等的情况相比，能够缩短回路长度。

在本发明的偏振波合成分离器中还能够插入偏振旋转器(polarization rotator)。图24A中示出了图21中说明的两级连接的干涉仪型偏振波合成分离器。

在图24B中，在前级的偏振波合成分离器的两个输出端口上分别连接偏振光状态1(TE)透过型偏振片，在偏振波合成分离器的其中一个输出端口与偏振光状态1(TE)透过型偏振片之间插入偏振旋转器401。通过构成为这种结构，能够从两个偏振片的输出端口一起输出偏振光状态1(TE)的光，从而能够使后级的偏振片的种类一致。

在图24C中，在前级的偏振波合成分离器的两个输出端口上分别连接偏振光状态1(TE)透过型偏振片，在偏振波合成分离器的其中一个输出端口与偏振光状态1(TE)透过型偏振片之间插入偏振旋转器，并且，在后级的偏振光状态1(TE)透过型偏振片之后也插入偏振旋转器401。通过构成为这种结构，能够使后级的偏振片的种类一致，同时能够使通过两个输出端口输出的偏振光与来自前级的偏振波合成分离器的输出偏振光相同。

在图24D中，在前级的偏振波合成分离器的两个输出端口上分别连接偏振光状态1(TE)透过型偏振片，在偏振波合成分离器的其中一个输出端口与偏振光状态1(TE)透过型偏振片之间插入偏振旋转器，并且，在与前级的偏振波合成分离器的另一个输出端口连接的后级的偏振光状态1(TE)透过型偏振片之后也插入偏振旋转器。通过构成为这种结构，能够使后级的偏振片的种类一致，同时由于两个输出端口各自通过一次偏振旋转器来透过，因此能够使两个输出中的损耗相同。

在图24B至图24D中，以后级的偏振片一致为偏振光状态1(TE)透过型偏振片的情况进行了说明，但是也能够构成为使后级的偏振片一致为偏振光状态2(TM)透过型偏振片。

示出本申请的偏振波合成分离器的制作例。在此，设利用在硅衬底上形成的石英系平面型光回路来进行制作。图12A～图12E中示出了其制造工序。利用火焰堆积法在平面衬底361上堆积以SiO₂为主体的下部包层玻璃灰(Underclad glass soot)362、以及在SiO₂中添加了GeO₂的芯体玻璃灰(core glass soot)363(图12A)。之后，以1000℃以上的高温进行玻璃透明化。此时，进行玻璃的堆积以使下部包层玻璃层364、芯体玻璃365成为所设计的厚度(图12B)。接着，使用光刻技术在芯体玻璃365上形成蚀刻掩模(etching mask)366(图12C)，利用反应性离子蚀刻使芯体玻璃365形成图案(图12D)。在去除蚀刻掩模366之后，再次利用火焰堆积法形成上部包层玻璃367。在上部包层玻璃367中添加B₂O₃、P₂O₅等掺杂剂来降低玻璃化转变温度，使上部包层玻璃367也挤进各个芯体玻璃365与芯体玻璃365的狭窄间隙中(图12E)。在上述工序之后，也可以根据需要形成薄膜加热器、隔热槽。

在上面描述的平面型光回路中，示出了主要使用硅衬底上的石英系玻璃波导的例子，但是该波导材料也可以是多成分氧化物玻璃、聚酰亚胺等高分子、InP等半导体、LiNbO₃等电介质晶体。另外，其制造方法例如也可以是旋转涂布法、溶胶凝胶法、溅射法、CVD法、离子扩散法、离子束直接描绘法等。另外，衬底也不限定于硅，也可以使用石英等其它材料。

下面，示出本发明的几个实施例。

实施例1

图13A示出了实施例1所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。在本实施例中，在光分支部和光耦合部中使用WINC，光分支部的WINC 314和光耦合部的WINC 315被配置成相对于回路的中心相互点对称。在光程差赋予部的其中一个光波导222的附近两侧形成槽331，释放光波导的应力，由此产生双折射率差。设将其称为应力调整槽。另外，在光程差赋予部的另一个光波导221中设置改变光波导的宽度的要素，将其用作产生折射率色散差的单元。设将其称为宽度调制波导341。而且，以满足(16)式、(17)式的方式设定产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元。在此，利用光波导的宽度不同则折射率色散不同这一点，在光程差赋予部的其中一个光波导中设置宽度不同的光波导(宽度调制波导)，将其用作产生折射率色散差的单元，而这种宽度调制波导具有加工容易的特征。当然，也可以在构成光程差赋予部的光波导之间改变厚度，除了改变截面形状以外，还可以利用光照射、热光学效应等来改变折射率色散，能够通过改变光波导的V值来作为产生折射率色散差的单元使用。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元(宽度调制波导341)或者产生双折射率差的单元(应力调整槽331)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.5μm。另外，如图13B所示，设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.05mm，应力调整槽331的深度为0.05mm，宽度为0.05mm。设应力调整槽331的长度Lg为1.2mm。另外，如图13C所示，宽度调制波导341由锥形波导342和直线形波导343以及锥形波导344形成，锥形波导342是将光波导的宽度从4.5μm转换至5.5μm的长度为0.2mm的波导，直线形波导343是宽度为5.5μm且长度为0.1mm的波导，锥形波导344是将光波导的宽度从5.5μm转换至4.5μm的长度为0.2mm的波导。此外，在本实施例中使用的宽度调制部的宽度仅为5.5μm，因此在宽度4.5μm的周边的光波导之间不会产生双折射率差，而仅产生折射率色散差。另外，其宽度与周边的波导只不过相差1μm，因此具有对于光波导宽度的偏差也能够稳定地制造的特长。

实施例2

图14中示出了实施例2所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。本实施例使用Y分支313来代替WINC，在这一点上与实施例1不同，其它与实施例1相同。以满足(16)式、(31)式的方式设定产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元(宽度调制波导341)或者产生双折射率差的单元(应力调整槽331)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.4μm。另外，设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.04mm，应力调整槽331的深度为0.03mm，宽度为0.04mm，长度Lg为1mm。另外，宽度调制波导341使用了由将光波导的宽度从4.5μm转换至5.5μm的长度为0.1mm的锥形波导、宽度为5.5μm且长度为0.3mm的直线形波导、以及将光波导的宽度从5.5μm转换至4.5μm的长度为0.1mm的锥形波导形成的宽度调制波导。

实施例3

图15A中示出了实施例3所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。本实施例具有多个产生双折射率差的单元，产生双折射率差的单元处于光程差赋予部的不同的光波导上，在这两点上与实施例1不同，其它与实施例1相同。在本实施例中，在光程差赋予部的其中一个光波导221的附近两侧设置另一光波导，来作为产生双折射率差的第二单元。设将其称为双折射率调整波导332。在此，如图15A所示，双折射率调整波导332和宽度调制波导341可以是局部重叠的。而且，以满足(16)式、(17)式的方式设定产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元(宽度调制波导341)或者产生双折射率差的单元(应力调整槽331、双折射率调整波导332)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.5μm。另外，如图15B所示，设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.03mm，应力调整槽331的深度为0.05mm，宽度为0.05mm。设应力调整槽331的长度Lg为0.6mm。另外，宽度调制波导341使用了由将光波导的宽度从4.5μm转换至6.0μm的长度为0.3mm的锥形波导、宽度为6.0μm且长度为0.05mm的直线形波导、以及将光波导的宽度从6.0μm转换至4.5μm的长度为0.3mm的锥形波导形成的宽度调制波导。另外，如图15B所示，设双折射率调整波导332之间的距离为0.04mm，设双折射率调整波导332的宽度为0.07mm。设双折射率调整波导332的长度Lc为0.6mm。在此，将双折射率调整波导和应力调整槽形成在不同的光波导上是因为，在双折射率调整波导和应力调整槽中产生的双折射率差的符号是相反的，因此通过将两者形成在相反的光波导上，能够在同一方向上增强双折射率差。当然，也能够形成在同一光波导上。另外，双折射率调整波导也能够作为产生双折射率差的单元而单独使用。例如，也可以代替实施例1或2中应用的应力调整槽来使用。

实施例4

图16A中示出了实施例4所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。在本实施例中，在光分支部中使用Y分支313，在光耦合部中使用MMI耦合器316。另外，产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元与实施例3类似，在光程差赋予部的其中一个光波导222上形成了制造误差调整用的热光学移相器351，在这一点上与实施例3不同。在本实施例中，热光学移相器仅形成于一个光波导上，因此光程差赋予部的双折射率差、折射率色散差发生变化。因此，考虑该热光学移相器等的应力赋予膜所引起的变化量，以满足(16)式、(36)式的方式设定产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。在(16)式、(36)式中，将m设定为1.5，将γ设定为0.06，将m′设定为0，将λc设定为1.57μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元(宽度调制波导341)或者产生双折射率差的单元(应力调整槽331、双折射率调整波导332)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.3μm。另外，如图16B所示，设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.07mm，应力调整槽331的深度为0.04mm，宽度为0.06mm。设应力调整槽331的长度Lg为1.2mm。另外，设热光学移相器的宽度为0.03mm，长度为1mm。另外，宽度调制波导341使用了由将光波导的宽度从4.5μm转换至4.0μm的长度为0.4mm的锥形波导、宽度为4.0μm且长度为0.05mm的直线形波导、以及将光波导的宽度从4.0μm转换至4.5μm的长度为0.4mm的锥形波导形成的宽度调制波导。另外，如图16B所示，设双折射率调整波导332之间的距离为0.05mm，双折射率调整波导332的宽度为0.08mm。设双折射率调整波导332的长度Lc为0.5mm。

实施例5

图17A中示出了实施例5所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。本实施例在光程差赋予部的光波导221上形成了热光学移相器351，在光程差赋予部的光波导222上形成了热光学移相器352，这一点与实施例3不同，其它与实施例3相同。在将两个热光学移相器351、352形成为相同形状的情况下，不会由于形成热光学移相器而在光程差赋予部中产生双折射率差、折射率色散差。因而，能够在保持实施例3的结构的同时利用热光学移相器来调整制造误差。以满足(16)式、(17)式的方式设定产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元。此外，在本实施例中，热光学移相器形成于远离产生双折射率差的单元、产生折射率色散差的单元的位置处，但是也可以如图17B所示那样形成于与产生双折射率差的单元、产生折射率色散差的单元重叠的位置处。在这种情况下，由于热光学移相器的作用而导致双折射率差、折射率色散稍稍偏移，因此进行设定以对该偏移进行校正。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元(宽度调制波导341)或者产生双折射率差的单元(应力调整槽331、双折射率调整波导332)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.5μm。设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.06mm，应力调整槽331的深度为0.05mm，宽度为0.05mm，长度Lg为1.5mm。另外，宽度调制波导341使用了由将光波导的宽度从4.5μm转换至5.5μm的长度为0.3mm的锥形波导、以及将光波导的宽度从5.5μm转换至4.5μm的长度为0.3mm的锥形波导形成的宽度调制波导。另外，设双折射率调整波导332之间的距离为40μm，双折射率调整波导332的宽度为0.1mm，长度Lc为1.5mm。另外，热光学移相器351、352的宽度为0.02mm，长度为0.5mm。此外，关于锥形波导，除了宽度均匀变化的线性锥形以外，还能够使用以指数函数的方式变化的锥形等任意的锥形形状。

实施例6

图18中示出了实施例6所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。本实施例在光程差赋予部的光波导221上形成有双折射率调整波导332而不没有形成宽度调制波导，这一点与实施例2不同，其它与实施例2相同。但是，在本实施例中，将应力调整槽331用作产生双折射率差和折射率色散差这两者的单元，将双折射率调整波导332用作产生双折射率差和折射率色散差这两者的单元。这样，也可以利用一个单元产生双折射率差和折射率差这两者。以满足(16)式、(31)式的方式设定产生双折射率差和折射率色散差的单元。

示出具体的数值例。设光波导的宽度为4.5μm。设在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差和双折射率差的单元(应力调整槽331、双折射率调整波导332)的光波导以外的光波导中，光波导221与光波导222的光程差ΔL为-0.4μm。另外，设应力调整槽331之间的距离(脊宽度)为0.03mm，应力调整槽331的深度为0.06mm，宽度为0.1mm，长度Lg为1.0mm。另外，设双折射率调整波导332之间的距离为60μm，双折射率调整波导332的宽度为0.05mm，长度Lc为0.7mm。

以上，在本实施例中，将双折射率调整波导用作产生折射率色散差的主要单元，将应力调整槽用作产生双折射率差的主要单元，但是能够使用其它组合。在应用两种以上的产生双折射率差的单元的情况下，只要以满足本发明的实施方式的条件式的方式设定双折射率差和折射率色散差即可。

另外，即使是同一单元，也有根据形状而成为产生双折射率差的单元和产生折射率色散差的单元这两者。例如，在宽度调制波导的情况下，在宽度为实施例5的5.5μm时，仅产生折射率色散差，但是如果使宽度为18μm则产生双折射率差。因此，只要在光程差赋予部中形成将宽度从4.5μm转换至5.5μm的锥形波导、宽度为5.5μm的直线形波导(产生折射率色散差的单元)、将宽度从5.5μm转换至18μm的锥形波导、宽度为18μm的直线形波导(产生双折射率差的单元)、以及将宽度从18μm转换至4.5μm的锥形波导，并以满足本发明的实施方式的条件式的方式设定宽度5.5μm的直线形波导的长度、宽度18μm的直线形波导的长度以及光程差ΔL即可。但是，此时，还需要考虑锥形波导中的折射率、双折射率。在此示出的数值是一个例子，只要根据所使用的材料、组成、制造方法等设定最佳值即可。

以上，在各实施例中，作为产生双折射率差的单元，示出了应用应力调整槽、双折射率调整波导、宽度调制波导、应力赋予膜等的例子，但是也可以使用其它单元。另外，也可以利用激光等的光照射、使用薄膜加热器的局部加热等在形成光波导之后调整双折射率差、折射率色散差。

实施例7

图25中示出了实施例7所涉及的宽带干涉仪型偏振波合成分离器。本回路是将偏振波合成分离器连接多级而成的回路。前级的偏振波合成分离器是与图13A所示的宽带干涉仪型偏振波合成分离器类似的结构。将后级的两个偏振波合成分离器用作偏振片、即TM光透过型偏振片和TE光透过型偏振片。图26A～图26B中示出了本回路的特性。图26A表示透过特性，图26B表示遮断特性。参照图26A和图26B，可知与图4A～图4C所示的特性相比大幅改善了消光特性。

示出具体的数值例。对于前级的偏振波合成分离器，设光波导的宽度为6.0μm，厚度为6.0μm，上部包层和下部包层的厚度分别为20μm。设光波导的芯体与包层的相对折射率差为1.5％。在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元和产生双折射率差的单元的光波导以外的宽度6.0μm的光波导中，将上侧与下侧的光波导的光程差ΔL设定为-0.4μm。设应力调整槽之间的距离(脊宽度)为0.04mm，应力调整槽的深度为0.04mm，宽度为0.05mm，长度Lg为1.1mm。在上方的光波导中，使用了由将宽度从6.0μm转换至8.0μm的长度为0.2mm的锥形波导、宽度为8.0μm且长度为0.5mm的直线形波导、以及将宽度从8.0μm转换至6.0μm的长度为0.2mm的锥形波导形成的宽度调制波导。

对于后级的偏振片，使用与前级的偏振波合成分离器类似的结构，但是使用了由相接近的两条光波导构成的定向耦合器来代替WINC作为光耦合器。关于TM透过偏振片，在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元和产生双折射率差的单元的光波导以外的宽度6.0μm的光波导中，将上侧与下侧的光波导的光程差ΔL设定为-0.05μm。设应力调整槽之间的距离(脊宽度)为0.04mm，应力调整槽的深度为0.04mm，宽度为0.05mm，长度Lg为1.2mm。在上方的光波导中，使用了由将宽度从6.0μm转换至8.5μm的长度为0.3mm的锥形波导、宽度为8.5μm且长度L为0.7mm的直线形波导、以及将光波导的宽度从8.5μm转换至6.0μm的长度为0.3mm的锥形波导形成的宽度调制波导。关于TE透过偏振片，在除了形成有光程差赋予部上的产生折射率色散差的单元和产生双折射率差的单元的光波导以外的宽度6.0μm的光波导中，将上侧与下侧的光波导的光程差ΔL设定为-0.6μm。设应力调整槽之间的距离(脊宽度)为0.04mm，应力调整槽的深度为0.04mm，宽度为0.05mm，长度Lg为1.2mm。在上方的光波导中，使用了由将宽度从6.0μm转换至9.0μm的长度为0.3mm的锥形波导、宽度为9.0μm且长度L为0.6mm的直线形波导、以及将宽度从9.0μm转换至6.0μm的长度为0.3mm的锥形波导形成的宽度调制波导。在本实施例中，示出了包层的厚度为20μm的例子，但是也可以是10μm、40μm等任意的厚度，还可以改变上部与下部包层的厚度。另外，设相对折射率差为1.5％，但是也可以是0.75％、2.5％，还可以是10％以上。

附图标记说明

101、102、103、104：输入/输入端口；111、112：光耦合器；121、122：光波导；131、132：锥形波导；133：直线形波导；141、142：锥形波导；201、202、203、204：输入/输入端口；211：光分支部；212：光耦合部；221、222：光波导；241、243：产生双折射率差的单元；242：产生折射率色散差的单元；301、302、303、304：光耦合器的输入/输入端口；305、306、307：Y分支的输入/输入端口；311、312：定向耦合器；313：Y分支；314、315：WINC；316：MMI耦合器；321、322：光波导；361：平面衬底；362：下部包层玻璃灰；363：芯体玻璃灰；364：下部包层玻璃；365：芯体玻璃；366：蚀刻掩模；367：上部包层玻璃；331：应力调整槽；332：双折射率调整波导；341：宽度调制波导；342、344：锥形波导；343：直线形波导；351、352：热光学移相器；401：偏振旋转器。

Claims (12)

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λc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γ(λ-λc)+(m′+(1/2))λc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ψ1(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ψ2(λ)时，上述ψ1(λ)相对于波长的变化率和上述ψ2(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。

Images