CN103339540B - 波导型偏振分束器 - Google Patents

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Abstract

提供一种抑制了因温度变化、波长变化引起的偏振消光比的恶化的波导型偏振分束器。波导型偏振分束器具备：输入光波导；第1多模干涉光耦合器；一对光波导臂；第2多模干涉光耦合器；及输出光波导。在一对光波导臂的一方上设有四分之一波长的延迟；以横断一对光波导臂的两个臂的方式形成了槽，在槽中，以分别横断各臂的方式设置2个四分之一波片。四分之一波片的偏振轴相互正交。

Description

波导型偏振分束器
技术领域
本发明涉及波导型偏振分束器，更详细地说，涉及对偏振波进行分合束的波导型偏振分束器。
背景技术
偏振复用了的光信号被日益用于大容量光通信，对偏振波进行分合束的偏振分束器的重要性在增加。特别是波导型偏振分束器由于能够与耦合器、延迟干涉仪、光学桥接器等其他波导型设备一体集成而引人注目。波导型偏振分束器一般通过在Mach-Zehnder型干涉仪(MZI)的结构中在TE偏振光和TM偏振光之间设π的相位差，使TE偏振光在干涉仪上的相位差为0(或π)，使TM偏振光在干涉仪上的相位差为π(或0)，来实现偏振分合束功能。
图1示出现有的波导型偏振分束器的例子。现有的波导型偏振分束器由下述部分构成：输入光波导101a、101b；第1光耦合器102；一对波导臂103；以横断波导臂的方式设置的槽104；被插入到槽104中的角度为0度及90度的四分之一波片105a、105b；第2光耦合器106；以及输出光波导107a、107b。(参照专利文献1)。该方法利用插入到两臂中的波片来赋予偏振波间的相位差，所以具有能够实现温度特性优异的偏振分束器这样的特征。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－92326号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，现有的结构有波长依赖性大这一问题。在图1的结构中，第1光耦合器102及第2光耦合器106采用了方向性耦合器，所以产生方向性耦合器自身的波长依赖性。此外，四分之一波片105向正交的偏振波TE及TM分别施加±90度的相位，所以为了使偏振分束器工作，需要在波导臂103a或103b某一个上设四分之一波长的延迟部。该延迟部具有波长依赖性，所以偏振分束器的特性恶化。
图2是示出理想制造的情况下的、现有的波导型偏振分束器的波长特性的图。从图2可知，现有的波导型偏振分束器在理想制造的情况下，在波长范围1.53～1.565微米的范围内，消光比也恶化到25dB以下。
图3示出了考虑到制造公差的情况下的、现有的波导型偏振分束器的直方图。即使考虑到制造公差，端口1的消光比也为25dB以下。
本发明就是鉴于这种问题而提出的，其目的在于提供一种抑制了温度变化及波长变化引起的偏振消光比的恶化的波导型偏振分束器。
解决课题的手段
为了实现这种目的，本发明的第1方式是一种波导型偏振分束器，被形成在基板上，其特征在于，具备：1根或2根输入光波导；2输入2输出的第1多模干涉光耦合器，被光耦合到上述1根或2根输入光波导上；一对光波导臂，被光耦合到上述第1多模干涉光耦合器的输出上；2输入2输出的第2多模干涉光耦合器，被光耦合到上述一对光波导臂上；以及1根或2根输出光波导，被光耦合到上述第2多模干涉光耦合器的输出上。并且，在上述一对光波导臂的一方设有四分之一波长的延迟；以横断上述一对光波导臂的两个臂的方式设置槽，在上述槽中，以分别横断上述一对光波导臂的各臂的方式插入2个四分之一波片，且上述2个四分之一波片的偏振轴相互正交。
此外，本发明的第2方式的特征在于，在第1方式中，输入光波导或输出光波导中的至少某一方是1根光波导；在和上述1根光波导、经与上述1根光波导耦合的多模干涉光耦合器而对置的一侧的光波导臂上，设有上述四分之一波长的延迟。
此外，本发明的第3方式的特征在于，在第1或第2方式中，上述2个四分之一波片中的一方的偏振主轴的角度相对于波导的基板平面成0度，上述2个四分之一波片中的另一方的偏振主轴的角度相对于波导的基板平面成90度。
此外，本发明的第4方式的特征在于，在第1至第3中的任一方式中，上述2个四分之一波片分别是聚酰亚胺波片。
此外，本发明的第5方式的特征在于，在第1至第4中的任一方式中，在上述槽的前后还具备锥形部。
此外，本发明的第6方式的特征在于，在第1至第5中的任一方式中，上述光波导是在硅基板上形成的石英系光波导。
发明效果
能够提供一种波导型偏振分束器，其通过以横断构成MZI的一对光波导臂的两个臂的方式设置槽，在该槽中，以分别横断一对光波导臂的各臂的方式插入2个四分之一波片，采用偏振轴相互正交者作为这2个四分之一波片，并使用2输入2输出多模干涉光耦合器作为耦合器，从而抑制了波长变化及温度变化引起的偏振消光比的恶化。
附图说明
图1是示出现有的波导型偏振分束器的图。
图2是示出现有的波导型偏振分束器的偏振消光比的波长依赖性的图。
图3是示出现有的波导型偏振分束器的偏振消光比的直方图。
图4是示出本发明的第1实施方式的波导型偏振分束器的图。
图5是示出沿图4的V－V线的截面图的图。
图6是示出本发明的第1实施方式的波导型偏振分束器的偏振消光比的波长依赖性的图。
图7是示出本发明的第1实施方式的波导型偏振分束器的偏振消光比的直方图。
图8是示出本发明的第2实施方式的波导型偏振分束器的图。
图9是示出本发明的第2实施方式的波导型偏振分束器的偏振消光比的波长依赖性的图。
图10是示出本发明的第2实施方式的波导型偏振分束器的偏振消光比的直方图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图4示出第1实施方式的波导型偏振分束器。波导型偏振分束器具备：2根输入光波导11(即11a及11b)；1输入2输出的第1多模干涉光耦合器12，被光耦合到2根输入光波导11上；一对光波导臂13(即13a及13b)，被光耦合到第1多模干涉光耦合器的输出上；2输入2输出的第2多模干涉光耦合器18，被光耦合到一对光波导臂13a及13b上；以及2根输出光波导19a、19b，被光耦合到第2多模干涉光耦合器18的输出上。在一对光波导臂的一方13b上，设有四分之一波长的延迟22。第1多模干涉光耦合器12、一对光波导臂13、及第2多模干涉光耦合器18构成MZI。
在本实施方式的波导型偏振分束器中，在一对光波导臂13上，以横断两个臂13a、13b的方式形成了槽15，在槽15中，以分别横断各臂13a、13b的方式设置2个四分之一波片16a、16b。2个四分之一波片16a、16b采用偏振轴相互正交者。通过采用这种结构，2个臂13a、13b，包括被插入的波片在内，除偏振轴方向外完全对称，所以温度依赖性小。
构成一对光波导臂13的各臂13a、13b例如可以采用硅基板上的相对折射率差为1.5％的石英系光波导。其具有与光纤的连接损耗小于0.6dB/点的优点、和量产性及控制性优良这样的优点。
使输入光波导的根数为2，输出光波导的根数为2，这是因为，通过该组合，能够提供可实现作为偏振分束器的所有功能的波导型偏振分束器，例如合成输入到2根输入光波导中的偏振波，或者将输入到任1根输入波导中的偏振波分支到2根输出光波导等。然而，本发明并不限于该组合，当然输入光波导的根数也可以是1，输出光波导的根数也可以是1。
四分之一波片16a、16b可以用聚酰亚胺来制作。由于聚酰亚胺薄，因此能够使供四分之一波片16a、16b插入的槽15窄至例如低于20μm等。偏振轴的角度如果相对于形成了一对光波导臂13a及13b的平面的垂线成0度和90度，则分离出的偏振波为直线偏振波，从而操作变得容易。
为了降低槽15中的过剩损耗，也可以在槽15的前后的波导部分设锥形部14a、14b、17a、17b。锥形部的末端宽度优选为10μm以上。
图5示出沿图4的V－V线的截面图。在基板10上形成了2个臂13a、13b，并且以分别横断它们的核心的方式设有四分之一波片16a、16b。
与图2所示的例子形成对照，本实施方式的波导型偏振分束器如图6所示，偏振消光比的波长依赖性大幅度降低。
此外，与图3所示的例子形成对照，本实施方式的波导型偏振分束器如图7所示，即使是考虑到制造公差的情况下的偏振消光比，也能够确保28dB以上。
(第2实施方式)
图8示出第2实施方式的波导型偏振分束器。波导型偏振分束器具备：1根输入光波导11；2输入2输出的第1多模干涉光耦合器12，被光耦合到1根输入光波导11上；一对光波导臂13(即13a及13b)，被光耦合到第1多模干涉光耦合器的输出上；2输入2输出的第2多模干涉光耦合器18，被光耦合到一对光波导臂13a及13b上；以及2根输出光波导19a、19b，被光耦合到第2多模干涉光耦合器18上。在一对光波导臂13a、13b中的、隔着多模干涉光耦合器12而与输入光波导11对置的光波导臂13a上，设有四分之一波长的延迟22。第1多模光耦合器12、一对光波导臂13(即13a及13b)、及第2光耦合器18构成MZI。
在本实施方式的波导型偏振分束器中，在隔着多模干涉光耦合器12而与输入光波导11对置的光波导臂13a上，设有四分之一波长的延迟22，所以通过用多模干涉光耦合器的波长依赖性来消除延迟部的波长依赖性，从而能够提供波长依赖性优异的波导型偏振分束器。
以横断两个臂13a、13b的方式形成了槽15，在槽15中，以分别横断各臂13a、13b的方式设置2个四分之一波片16a、16b。2个四分之一波片16a、16b采用偏振轴相互正交者。通过采用这种结构，2个臂13a、13b，包括被插入的波片在内，除偏振轴方向外完全对称，所以温度依赖性小。
使输出光波导的根数为2，这是因为，这样能够提供一种波导型偏振分束器，它可实现将输入到1根输入波导中的偏振波分支到2根输出光波导的功能。然而，本发明并不限于该实施方式的组合，输出光波导的根数也可以是1。
构成一对光波导臂13的各臂13a、13b例如可以采用硅基板上的相对折射率差为1.5％的石英系光波导。有与光纤的连接损耗小于0.6dB/点的优点、和量产性及控制性优异这样的优点。
与图2所示的例子形成对照，本实施方式的波导型偏振分束器如图9所示，偏振消光比的波长依赖性大幅度降低。
此外，与图3所示的例子形成对照，本实施方式的波导型偏振分束器如图10所示，即使是考虑到制造公差的情况下的偏振消光比，也能够确保25dB以上。
标号说明
101、11输入光波导
102、12第1光耦合器
103、13一对光波导臂
104、15波导槽
14、17锥形光波导或抛物线光波导
105、16四分之一波片
106、18第2光耦合器
107、19输出光波导
20包层(clad)
21核心(core)
22延迟

Claims (5)

1.一种波导型偏振分束器，被形成在基板上，其特征在于，
具备：
1根输入光波导；
1输入2输出的第1多模干涉光耦合器，被光耦合到上述1根输入光波导上；
一对光波导臂，被光耦合到上述第1多模干涉光耦合器的输出上；
2输入2输出的第2多模干涉光耦合器，被光耦合到上述一对光波导臂上；以及
2根输出光波导，被光耦合到上述第2多模干涉光耦合器的输出上；并且，
在上述一对光波导臂的一方设有四分之一波长的延迟；
以横断上述一对光波导臂的两个臂的方式设置槽，在上述槽中，以分别横断上述一对光波导臂的各臂的方式插入2个四分之一波片，且上述2个四分之一波片的偏振轴相互正交，
所述四分之一波长的延迟的波长依赖性通过上述第1多模干涉光耦合器以及上述第2多模干涉光耦合器的波长依赖性而消除，
在隔着与上述1根输入光波导耦合的多模干涉光耦合器而与上述1根输入光波导对置的一个光波导臂上，设有上述四分之一波长的延迟。
2.如权利要求1所述的波导型偏振分束器，其特征在于，上述2个四分之一波片中的一方的偏振主轴的角度相对于波导的基板平面成0度，上述2个四分之一波片中的另一方的偏振主轴的角度相对于波导的基板平面成90度。
3.如权利要求1所述的波导型偏振分束器，其特征在于，上述2个四分之一波片分别是聚酰亚胺波片。
4.如权利要求1所述的波导型偏振分束器，其特征在于，在上述槽的前后还具备锥形部。
5.如权利要求1所述的波导型偏振分束器，其特征在于，上述光波导是在硅基板上形成的石英系光波导。
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