CN113424086A - 光波导电路 - Google Patents

光波导电路 Download PDF

Info

Publication number
CN113424086A
CN113424086A CN202080014013.8A CN202080014013A CN113424086A CN 113424086 A CN113424086 A CN 113424086A CN 202080014013 A CN202080014013 A CN 202080014013A CN 113424086 A CN113424086 A CN 113424086A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
waveguides
curved
optical
curvature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080014013.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113424086B (zh
Inventor
松原礼高
长谷川淳一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Publication of CN113424086A publication Critical patent/CN113424086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113424086B publication Critical patent/CN113424086B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/121—Channel; buried or the like
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators

Abstract

光波导电路具备：环状波导；输入连接波导；输出连接波导；以及光合波分波部，其将所述环状波导和所述输入连接波导光学连接、以及将所述环状波导和所述输出连接波导光学连接，所述输入连接波导以及所述输出连接波导中的至少任意一方包含多个曲线波导，所述多个曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和所述环状波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和的绝对值相同且符号相反，在所述环状波导中产生的光的偏振面的旋转和在所述多个曲线波导中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。

Description

光波导电路
技术领域
本发明涉及具备环状波导的光波导电路。
背景技术
已知有在光通信中使用，并具有环状波导，保持输入光的偏振状态并输出的光波导电路。这种光波导电路包含环状波导、光合波分波器、输入连接波导、以及输出连接波导。环状波导包含圆弧状的曲线波导。这种光波导电路的光透射强度显示具有周期性的间隔(FSR：Free Spectral Range，自由光谱范围)的波长依赖性。FSR使用光速c、环状波导的波导长度L、以及环状波导的有效折射率n，表示为FSR＝c/nL。若调整环状波导长度，则能够自由地设定FSR。在光通信中使用具有各种各样的透射特性的光滤波器，其一部分能够应用环形谐振器来实现。
近年来，在光通信技术中使用偏振复用信号，对光波导电路要求在维持输入的偏振的状态下进行输出的特性(称为偏振保持性)。然而，在实际的光波导电路中，由于下述的理由，有时会失去偏振保持性。
在形成于基板上的光波导中，对于波导剖面存在非各向同性的应力。这是因为，在基板面，虽然在水平方向上包含包层和纤芯(core)的构造扩展为平面状，但是在与基板面垂直的方向上通常成为比水平方向薄的构造，从而相对于各个方向施加于波导的应力不同。此外，在构成波导的基板、下部包层、纤芯、上部包层的热膨胀系数不同时，若在波导的制作工序中例如存在1000℃以上的高温热处理，则在其冷却过程中在波导中产生热应力。进而，在上部包层的制法为FHD(Flame Hydrolysis Deposition，火焰水解沉积)法的情况下，在堆积包含微粒的多孔质体并使其透明玻璃化的过程中，其体积大幅变化，并根据情况，会产生使纤芯变形的程度的大的应力。这些应力具有各向异性，成为各偏振模式的振动面(将振动方向称为偏振主轴，将振动面称为偏振面)相对于基板面倾斜的原因。这在要求维持并输出所输入的偏振这样的偏振保持性的光波导电路中成为课题。
因此，在向光波导电路输入了TE(Transverse Electric，横电)偏振(与基板面平行的方向上的偏振)的光时，有时产生TM(Transverse Magnetic，横磁)偏振的光。在此，所谓TM偏振，是指与基板面垂直的方向的偏振。也就是说，产生在输入时不存在的TM偏振的光，TE偏振的光的强度减少。该现象称为偏振耦合，在该情况下，能够用将TM成分强度除以TE偏振成分强度的偏振模式耦合量来表示。在维持偏振的用途中，偏振保持性越高越优选。也就是说，偏振模式耦合量越小越优选，通常期望为-20dB以下。
在专利文献1中，公开了如下的技术，即，组合曲率的正负相反且曲率半径相等且弧的角度相等的弯曲部，相互抵消在弯曲部产生的光的偏振面的旋转。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5959505号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，为了实现高的偏振保持性，若在具备环状波导、光合波分波器、输入连接波导、以及输出连接波导的光波导电路中，组合曲率的正负相反且曲率半径相等且弧的角度相等的弯曲部，则产生以下的问题。即，作为弯曲部的特性，曲率的正负、曲率半径、弧的角度的组合被限定，因此有可能无法自由地设计环形谐振器的FSR。另一方面，若为了将环形谐振器的FSR设为所希望的值而决定弯曲部的特性，则需要与此相应地在输入连接波导、输出连接波导中设置弯曲部，但是有可能在弯曲部产生过度的弯曲损耗。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现环形谐振器的FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗的光波导电路。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，达到目的，本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，具备：环状波导；输入连接波导；输出连接波导；以及光合波分波部，其将所述环状波导和所述输入连接波导光学连接、以及将所述环状波导和所述输出连接波导光学连接，所述输入连接波导以及所述输出连接波导中的至少任意一方包含多个曲线波导，所述多个曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和所述环状波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和的绝对值相同且符号相反，在所述环状波导中产生的光的偏振面的旋转和在所述多个曲线波导中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述多个曲线波导的曲率半径和所述环状波导的曲率半径不同。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述多个曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和的绝对值为360度。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述多个曲线波导分别是由波导引起的光损耗为1.0dB/cm以下的曲率半径。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述光合波分波部具有两个光合波分波器，所述输入连接波导的一方和所述输出连接波导的一方向相同的侧面延伸。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，具备多个所述环状波导，所述输入连接波导具有至少一个分支部和从所述至少一个分支部分支并分别与所述多个环状波导光学连接的多个分支路，所述多个分支路具有两个部位以上的所述多个曲线波导，所述分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互相等。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，具备多个所述环状波导，所述输入连接波导具有至少一个分支部和从所述至少一个分支部分支并分别与所述多个环状波导光学连接的多个分支路，所述多个分支路具有两个部位以上的所述多个曲线波导，所述多个环状波导包含光的环绕方向相互不同的环状波导。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互不同。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，具备多个所述环状波导，所述多个环状波导包含波导长度相互不同的环状波导。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，在从所述输入连接波导输入了TE偏振或TM偏振的单一偏振的光的情况下，从所述输出连接波导输出的光中的偏振模式耦合量为-25dB以下。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述输入连接波导、所述环状波导、所述输出连接波导以及所述光合波分波部包含纤芯，所述纤芯是被包层埋入的埋入式波导。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述纤芯相对于所述包层的相对折射率差为4.5％以上。
本发明的一个方式所涉及的光波导电路的特征在于，所述纤芯包含ZrO2。
发明效果
根据本发明，发挥如下效果，即，能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现环形谐振器的FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的光波导电路的示意图。
图2是图1所示的光波导电路的一部分的剖视图。
图3是示出弯曲半径与弯曲损耗以及FSR的关系的一个例子的图。
图4是实施方式2所涉及的光波导电路的示意图。
图5是实施方式3所涉及的光波导电路的示意图。
图6是实施方式4所涉及的光波导电路的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。另外，本发明并不被本实施方式所限定。此外，在附图的记载中，对相同或对应的要素适当标注相同的符号。此外，需要注意的是，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等存在与现实不同的情况。在附图的相互之间，也存在包含相互的尺寸的关系、比率不同的部分的情况。
(实施方式1)
图1是实施方式1所涉及的光波导电路的示意图。光波导电路100包含具有包含纤芯的光波导110和包层120的PLC(Planar Lightwave Circuit，平面光波电路)。
图2是光波导电路100的一部分的剖视图。包层120包围光波导110，具备下部包层121和上部包层122。包层120例如形成在硅基板、玻璃基板上。包层120包含石英系玻璃材料。另外，如图所示，TE偏振是与基板面平行的方向的偏振，TM偏振是与基板面垂直的方向的偏振。
光波导110包含具有比包层120的折射率高的折射率的石英系玻璃材料。作为这样的折射率高的石英系玻璃材料，例如能够使用包含作为提高折射率的掺杂剂的氧化锗(GeO2)、氧化锆(ZrO2)的石英玻璃。特别是，若是包含氧化锆的石英玻璃即所谓的SiO2-ZrO2系材料，则能够将光波导110相对于包层120的相对折射率差例如提高为4.5％以上，因此在使光波导电路100小型化的情况下是优选的。包含纤芯的光波导110是被包层120埋入的埋入式波导。
在本实施方式中，设光波导110相对于包层120的相对折射率差为4.5％。
返回到图1，光波导110具备输入连接波导111、输出连接波导112、环状波导113、以及作为光合波分波部的光合波分波器114。
环状波导113是具有一定半径的圆状。输入连接波导111包含多个曲线波导。具体而言，输入连接波导111包含直线波导111a、曲线波导111b、直线波导111c、曲线波导111d、以及直线波导111e。输入连接波导111的一方向光波导电路100的附图左侧的侧面延伸。
输出连接波导112包含直线波导。输出连接波导112的一方向光波导电路100的附图右侧的侧面延伸。
光合波分波器114将环状波导113和输入连接波导111光学连接、以及将环状波导113和输出连接波导112光学连接。光合波分波器114是输入侧为两个端口，输出侧为两个端口的2×2型，例如是定向耦合型、多模光干涉(MMI)型。
曲线波导11lb、曲线波导111d的曲率半径和环状波导113的曲率半径不同。例如，曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径为250μm。环状波导113的曲率半径为206μm。
此外，如箭头所示，曲线波导111b、曲线波导111d的光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负。曲线波导111b的弯曲角度θ11为270度。曲线波导111d的弯曲角度θ11为90度。因此，曲线波导111b、曲线波导111d的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-360度。
另一方面，如箭头所示，环状波导113的光的波导方向为顺时针方向，曲率符号为正。环状波导113的弯曲角度为360度。因此，环状波导113的曲率符号与弯曲角度之积的总和为360度。另外，使环状波导113的曲率符号与弯曲角度之积的总和不是从输入侧的光合波分波部到输出侧的光合波分波部的总和，而是环状波导113的整体(一周的量)的曲率符号与弯曲角度之积的总和。
这样，曲线波导111b、曲线波导111d的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和环状波导113的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导113中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导111b、曲线波导111d中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。
因此，若从输入连接波导111输入的光L11为TE偏振的单一偏振的光，则从输出连接波导112输出的光L12也成为大致TE偏振的光，可维持高的偏振保持性。同样地，在光L11为TM偏振的光的情况下，光L12也成为大致TM偏振的光，可维持高的偏振保持性。
此外，图3是示出弯曲半径(Radius)与弯曲损耗(Bending Loss)以及FSR的关系的一个例子的图。在光波导电路100中，由于曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径和环状波导113的曲率半径不同，因此能够使其分别为最佳的值。例如，通过使环状波导113的曲率半径为206μm，能够将FSR设计为150GHz。此外，通过使曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径为250μm，能够将由波导引起的光损耗(主要为弯曲损耗)降低至1dB/cm左右或其以下且能够使光波导电路100小型化。
例如，图3是示出弯曲半径(Radius)与弯曲损耗(Bending Loss)以及FSR的关系的一个例子的图。
如专利文献1那样，在组合曲率的正负相反且曲率半径相等且弧的角度相等的弯曲部的技术的情况下，在将曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径设为250μm的情况下，需要将环状波导113的曲率半径也设为250μm。在该情况下，虽然能够使弯曲损耗为1dB/cm，但是FSR被固定为124GHz。另一方面，若将环状波导113的曲率半径设为206μm以使FSR成为150GHz，则需要将曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径也设为206μm。在该情况下，与将曲线波导111b、曲线波导111d的曲率半径设为250μm的情况相比，光损耗增加，弯曲损耗超过1dB/cm。
如以上说明的那样，在光波导电路100中，能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现环状波导113的FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗。另外，上述的曲率半径、弯曲角度是例示，能够根据弯曲损耗、FSR的要求自由地设定。
光波导电路100例如能够通过如下的工序制造。首先，通过FHD法在基板上堆积石英系玻璃的微粒，将其加热使玻璃微粒透明玻璃化，形成下部包层121。接下来，在下部包层121上通过溅射法堆积成为纤芯的石英系玻璃微粒层。此时，向SiO2中添加ZrO2来使成为纤芯的石英系玻璃微粒层的折射率比包层高，以使得纤芯与包层的相对折射率差成为4.5％。接下来，通过使用了具有光波导电路100的光波导110的电路图案的光掩模的光刻，形成包含抗蚀剂的蚀刻掩模。接下来，使用氟系气体等蚀刻气体，进行未被蚀刻掩模覆盖的石英系玻璃微粒层的干式蚀刻。最后，通过FHD法堆积石英系玻璃的微粒，将其加热使玻璃微粒透明玻璃化，形成构成包层120的上部的上部包层122。根据以上，能够制造光波导电路100。
作为实施例1，通过上述制造方法制造了具有光波导电路100的结构的光波导电路。对所制造的光波导电路的特性进行了测定，结果FSR为150GHz。此外，从输入连接波导输入TE偏振的光，对其偏振模式耦合量进行了测定，结果得到了-25dB以下的合适的值。此外，对输入连接波导的曲线波导部进行切割而测定了其光损耗，结果为0.95dB/cm以下的合适的值。
另外，作为比较例1，除了将输入连接波导的两个曲线波导和环状波导中的任一曲率半径均设为250μm以外，制造了与实施例1相同的结构的光波导电路，结果虽然偏振模式耦合量为-25dB以下的合适的值，但是FSR为124GHz，未能成为所希望的150GHz。
此外，作为比较例2，除了将输入连接波导和输出连接波导分别在两个直线波导之间设置一个S字的曲线波导，并将S字的曲线波导和环状波导中的任一曲率半径均设为250μm以外，制造了与实施例1相同的结构的光波导电路。在该情况下，使在输入连接波导和输出连接波导的每一个中产生的光的偏振面的旋转在S字的曲线波导内相互抵消。然而，对光波导电路的特性进行了测定，结果偏振模式耦合量成为-13dB，是实用上不适当的值。
(实施方式2)
图4是实施方式2所涉及的光波导电路的示意图。光波导电路200包含具有包含纤芯的光波导210和包层220的PLC。
光波导电路200的剖面构造、光波导210、包层220的材料、相对折射率差也可以与实施方式1所涉及的光波导电路100的对应的要素相同。
光波导210具备输入连接波导211、输出连接波导212、环状波导213、以及构成光合波分波部的两个光合波分波器214a、214b。
环状波导213是具有一定半径的圆状。输入连接波导211包含直线波导。输入连接波导211的一方向光波导电路200的附图左侧的侧面延伸。
输出连接波导212包含多个曲线波导。具体而言，输出连接波导212包含直线波导212a、曲线波导212b、直线波导212c、曲线波导212d、以及直线波导212e。输出连接波导212的一方向光波导电路100的附图左侧的侧面延伸。即，输入连接波导211的一方和输出连接波导212的一方向相同的侧面延伸。
光合波分波器214a将环状波导213和输入连接波导211光学连接。光合波分波器214b将环状波导213和输出连接波导212光学连接。光合波分波器214a、214b是2×2型，例如是定向耦合型、MMI型。
曲线波导212b、曲线波导212d的曲率半径和环状波导213的曲率半径不同。例如，曲线波导212b、曲线波导212d的曲率半径为250μm。环状波导213的曲率半径为206μm。
此外，如箭头所示，曲线波导212b、曲线波导212d的光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负。曲线波导212b的弯曲角度为90度。曲线波导212d的弯曲角度为270度。因此，曲线波导212b、曲线波导212d的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-360度。
另一方面，如箭头所示，环状波导213的光的波导方向为顺时针方向，曲率符号为正。环状波导213的弯曲角度为360度。因此，环状波导213的曲率符号与弯曲角度之积的总和为360度。
这样，曲线波导212b、曲线波导212d的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和环状波导213的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导213中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导212b、曲线波导212d中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。其结果是，无论输入的光L21是TE偏振还是TM偏振，都在维持高的偏振保持性的状态下输出光L22。
在光波导电路200中，由于曲线波导212b、曲线波导212d的曲率半径和环状波导213的曲率半径不同，因此能够使其分别为最佳的值。例如，通过使环状波导213的曲率半径为206μm，能够将FSR设计为150GHz。此外，通过使曲线波导212b、曲线波导212d的曲率半径为250μm，能够将由波导引起的光损耗(主要为弯曲损耗)降低至1dB/cm左右或其以下且能够使光波导电路200小型化。
如以上说明的那样，在光波导电路200中，能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现环状波导213的FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗。另外，上述的曲率半径、弯曲角度是例示，能够根据弯曲损耗、FSR的要求自由地设定。此外，在光波导电路200中，输入连接波导211的一方和输出连接波导212的一方向相同的侧面延伸，因此容易与光纤阵列、其他光波导电路连接。
作为实施例2，通过上述制造方法制造了具有光波导电路200的结构的光波导电路。对所制造的光波导电路的特性进行了测定，结果FSR为150GHz。此外，从输入连接波导输入TE偏振的光，对其偏振模式耦合量进行了测定，结果得到了-25dB以下的合适的值。此外，对输出连接波导的曲线波导部进行切割而测定了其光损耗，结果为0.95dB/cm以下的合适的值。
(实施方式3)
图5是实施方式3所涉及的光波导电路的示意图。光波导电路300包含具有包含纤芯的光波导310和包层320的PLC。
光波导电路300的剖面构造、光波导310、包层320的材料、相对折射率差也可以与实施方式1所涉及的光波导电路100的对应的要素相同。
光波导310具备输入连接波导311、两个输出连接波导312a、312b、是多个、在本实施方式中为两个即环状波导313a、313b、以及构成光合波分波部的四个光合波分波器314aa、314ab、314ba、314bb。
环状波导313a、313b构成为包含具有一定半径的弯曲角度为90度的曲线波导，也包含光合波分波器314aa、314ab、314ba、314bb，是长圆状。环状波导313a、313b各自的波导长度相互相等，此外，如箭头所示，光的环绕方向也相互相等。
输入连接波导311包含多个曲线波导和分支部。具体而言，输入连接波导311包含直线波导311a、曲线波导311b、直线波导311c、分支部311d、曲线波导311e、直线波导311f、曲线波导311g、曲线波导311h、直线波导311i、曲线波导311j、直线波导311k、曲线波导311l、曲线波导311m、以及直线波导311n。输入连接波导311的一方向光波导电路300的附图左侧的侧面延伸。分支部311d对输入连接波导311进行分支。曲线波导311e、直线波导311f、曲线波导311g构成从分支部311d分支并与环状波导313a光学连接的第1分支路。第1分支路具有两个部位的曲线波导311e、311g。曲线波导311h、直线波导311i、曲线波导311j、直线波导311k、曲线波导311l、曲线波导311m、直线波导311n构成从分支部311d分支并与环状波导313b光学连接的第2分支路。第2分支路具有三个部位的曲线波导311h、311j、311l、311m。分支部311d中的光的分支比例如为1∶1，但是没有特别限定。此外，分支部311d是1×2型，例如是定向耦合型、MMI型。
在此，虽然曲线波导311l、曲线波导311m是连续的，但是由于其曲率的符号不同，因此看作不同的曲线波导。另外，在本说明书中，即使两个曲线波导连续，若曲率的符号或曲率半径不同，则也看作不同的曲线波导。
输出连接波导312a包含曲线波导312aa、直线波导312ab。输出连接波导312b包含曲线波导312ba、直线波导312bb、曲线波导312bc、直线波导312bd、曲线波导312be、以及直线波导312bf。输出连接波导312a、312b的一方向光波导电路300的附图左侧的侧面延伸。即，输入连接波导311的一方和输出连接波导312a、312b的一方向相同的侧面延伸。
光合波分波器314aa将环状波导313a和在输入连接波导311中构成第1分支路的曲线波导311g光学连接。光合波分波器314ab将环状波导313a和输出连接波导312a的曲线波导312aa光学连接。光合波分波器314ba将环状波导313b和在输入连接波导311中构成第2分支路的直线波导311n光学连接。光合波分波器314bb将环状波导313b和输出连接波导312b的曲线波导312ba光学连接。光合波分波器314aa、314ab、314ba、314bb是2×2型，例如是定向耦合型、MMI型。
输入连接波导311、输出连接波导312a、312b的各曲线波导的曲率半径和环状波导313a、313b的曲线波导的曲率半径不同。例如，输入连接波导311、输出连接波导312a、312b的各曲线波导的曲率半径为250μm。环状波导313a、313b的曲线波导的曲率半径为412μm。
在此，对于在输入连接波导311中到达环状波导313a为止的曲线波导311b、311e、311g，光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负。曲线波导311b、311e、311g的弯曲角度分别为90度。因此，曲线波导311b、311e、311g的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-270度。
另一方面，如箭头所示，环状波导313a的曲线波导的光的波导方向为顺时针方向，曲率符号为正。环状波导313a的曲线波导的弯曲角度为360度。因此，环状波导313a中的曲率符号与弯曲角度之积的总和为360度。
进而，对于输出连接波导312a中的曲线波导312aa，光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负，弯曲角度为90度。因此，曲线波导312aa的曲率符号与弯曲角度之积为-90度。
其结果是，曲线波导311b、311e、311g、312aa的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和环状波导313a的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导313a中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导311b、311e、311g、312aa中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。其结果是，无论输入的光L31是TE偏振还是TM偏振，都在维持高的偏振保持性的状态下输出光L32。
同样地，关于在输入连接波导311中到达环状波导313b为止的曲线波导311b、311h、311j、311l、311m，光的波导方向为逆时针方向或顺时针方向，曲率符号为负或正。曲线波导311b、311h、311j、311l、311m的弯曲角度分别为90度。因此，曲线波导311b、311h、311j、311l、311m的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-270度。
即，第1分支路和第2分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互相等。
另一方面，如箭头所示，环状波导313b的曲线波导的光的波导方向为顺时针方向，曲率符号为正。环状波导313b的曲线波导的弯曲角度为360度。因此，环状波导313b中的曲率符号与弯曲角度之积的总和为360度。
进而，关于输出连接波导312b中的曲线波导312ba、312bc、312be，光的波导方向为逆时针方向或顺时针方向，曲率符号为负或正，弯曲角度为90度。因此，曲线波导312ba、312bc、312be的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-90度。
其结果是，曲线波导311b、311h、311j、311l、311m、312ba、312bc、312be的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和环状波导313b中的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导313b中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导311b、311h、311i、311l、311m、312ba、312bc、312be中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。其结果是，无论输入的光L31是TE偏振还是TM偏振，都在维持高的偏振保持性的状态下输出光L33。
在光波导电路300中，由于输入连接波导311、输出连接波导312a、312b中的各曲线波导的曲率半径和环状波导313a、313b的曲率半径不同，因此能够使其分别为最佳的值。例如，通过使环状波导313a、313b的曲率半径为412μm，能够将FSR设计为75GHz。此外，通过使输入连接波导311、输出连接波导312a、312b中的各曲线波导的曲率半径为250μm，能够降低由波导引起的光损耗且能够使光波导电路300小型化。
如以上说明的那样，在光波导电路200中，能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗。另外，上述的曲率半径、弯曲角度是例示，能够根据弯曲损耗、FSR的要求自由地设定。此外，在光波导电路300中，输入连接波导311的一方和输出连接波导312a、312b的一方向相同的侧面延伸，因此容易与光纤阵列、其他光波导电路连接。
作为实施例3，通过上述制造方法制造了具有光波导电路300的结构的光波导电路。对所制造的光波导电路的特性进行了测定，结果基于两个环状波导的环形谐振器的FSR为75GHz。此外，从输入连接波导输入TE偏振的光，对其偏振模式耦合量进行了测定，结果得到了-25dB以下的合适的值。此外，对输入连接波导以及输出连接波导的曲线波导的部分进行切割而测定了其光损耗，结果为0.95dB/cm以下的合适的值。
(实施方式4)
图6是实施方式4所涉及的光波导电路的示意图。光波导电路400包含具有包含纤芯的光波导410和包层420的PLC。
光波导电路400的剖面构造、光波导410、包层420的材料、相对折射率差也可以与实施方式1所涉及的光波导电路100的对应的要素相同。
光波导410具备输入连接波导411、两个输出连接波导412a、412b、是多个、在本实施方式中为两个的环状波导413a、413b、以及构成光合波分波部的四个光合波分波器414aa、414ab、414ba、414bb。
环状波导413a、413b构成为包含具有一定半径的弯曲角度为90度的曲线波导，也包含光合波分波器314aa、314ab、314ba、314bb，是长圆状。此外，在环状波导413b中还包含有直线波导。此外，环状波导413a、413b各自的波导长度相互不同，此外，如箭头所示，光的环绕方向也相互不同。
输入连接波导411包含多个曲线波导和分支部。具体而言，输入连接波导411包含直线波导411a、曲线波导411b、曲线波导411c、直线波导411d、曲线波导411e、分支部411f、直线波导411g、曲线波导411h、直线波导411i、曲线波导411j、直线波导411k、曲线波导411l、曲线波导411m、以及直线波导411n。输入连接波导411的一方向光波导电路400的附图左侧的侧面延伸。分支部411f对输入连接波导411进行分支。直线波导411g、曲线波导411h、直线波导411i、曲线波导411j构成从分支部411f分支并与环状波导413a光学连接的第1分支路。第1分支路具有两个部位的曲线波导411h、411j。直线波导411k、曲线波导411l、曲线波导411m、直线波导411n构成从分支部411f分支并与环状波导413b光学连接的第2分支路。第2分支路具有两个部位的曲线波导411l、411m。分支部411f中的光的分支比例如为1∶1，但没有特别限定。此外，分支部411f为1×2型，例如是定向耦合型、MMI型。
输出连接波导412a包含曲线波导412aa、直线波导412ab。输出连接波导412b包含曲线波导412ba、直线波导412bb、曲线波导412bc、直线波导412bd、曲线波导412be、直线波导412bf、曲线波导412bg、直线波导412bh、曲线波导412bi、直线波导412bj、曲线波导412bk、以及直线波导412bl。输出连接波导412a、412b的一方向光波导电路400的附图左侧的侧面延伸。即，输入连接波导411的一方和输出连接波导412a、412b的一方向相同的侧面延伸。
光合波分波器414aa将环状波导413a和在输入连接波导411中构成第1分支路的曲线波导411j光学连接。光合波分波器414ab将环状波导413a和输出连接波导412a的曲线波导412aa光学连接。光合波分波器414ba将环状波导413b和在输入连接波导411中构成第2分支路的直线波导411n光学连接。光合波分波器414bb将环状波导413b和输出连接波导412b的曲线波导412ba光学连接。光合波分波器414aa、414ab、414ba、414bb是2×2型，例如是定向耦合型、MMI型。
输入连接波导411、输出连接波导412a、412b的各曲线波导的曲率半径和环状波导413a、413b的曲线波导的曲率半径不同。例如，输入连接波导411、输出连接波导412a、412b的各曲线波导的曲率半径为250μm。环状波导413a、413b的曲线波导的曲率半径为412μm。环状波导413b的直线波导的长度为1244μm。
在此，对于在输入连接波导411中到达环状波导413a为止的曲线波导411b、411c、411e、411h、411j，光的波导方向为逆时针方向或逆时针方向，曲率符号为负或正，弯曲角度为60度或90度。曲线波导411b、411c、411e、411h、411j的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-270度。
另一方面，如箭头所示，环状波导413a的曲线波导的光的波导方向为顺时针方向，曲率符号为正。环状波导413a的曲线波导的弯曲角度为360度。因此，环状波导413a中的曲率符号与弯曲角度之积的总和为360度。
进而，对于输出连接波导412a中的曲线波导412aa，光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负，弯曲角度为90度。因此，曲线波导412aa的曲率符号与弯曲角度之积为-90度。
其结果是，曲线波导411b、411c、411e、411h、411j、412aa的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和环状波导413a的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导413a中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导411b、411c、411e、411h、411j、412aa中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。其结果是，无论输入的光L41是TE偏振还是TM偏振，都在维持高的偏振保持性的状态下输出光L42。
同样地，关于在输入连接波导411中到达环状波导413b为止的曲线波导411b、411c、411e、411l、411m，光的波导方向为逆时针方向或顺时针方向，曲率符号为负或正，弯曲角度为60度或90度。曲线波导411b、411c、411e、411l、411m的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-90度。
即，第1分支路和第2分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互不同。
另一方面，如箭头所示，环状波导413b的曲线波导的光的波导方向为逆时针方向，曲率符号为负。环状波导413b的曲线波导的弯曲角度为360度。因此，环状波导413b中的曲率符号与弯曲角度之积的总和为-360度。
进而，关于输出连接波导412b中的曲线波导412ba、412bc、412be、412bg、412bi、412bk，光的波导方向为逆时针方向或顺时针方向，曲率符号为负或正，弯曲角度为90度或180度。曲线波导412ba、412bc、412be、412bg、412bi、412bk的曲率符号与弯曲角度之积的总和为450度。
其结果是，曲线波导411b、411c、411e、411l、411m、412ba、412bc、412be、412bg、412bi、412bk的曲率符号与弯曲角度之积的总和(-90+450＝360)、和环状波导413b中的曲率符号与弯曲角度之积的总和成为绝对值相同且符号相反。由此，在环状波导413b中产生的光的偏振面的旋转和在曲线波导411b、411c、411e、411l、411m、412ba、412bc、412be、412bg、412bi、412bk中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。其结果是，无论输入的光L41是TE偏振还是TM偏振，都在维持高的偏振保持性的状态下输出光L43。
在光波导电路400中，由于输入连接波导411、输出连接波导412a、412b中的各曲线波导的曲率半径和环状波导413a、413b的曲率半径不同，因此能够使其分别为最佳的值。进而，由于在环状波导413a、413b中波导长度相互不同，因此能够设为不同的FSR。例如，通过使环状波导413a的FSR为75GHz，能够将环状波导413b的FSR设计为50GHz。此外，通过使输入连接波导411、输出连接波导412a、412b中的各曲线波导的曲率半径为250μm，能够降低由波导引起的光损耗且能够使光波导电路400小型化。此外，在光波导电路400中，由于能够使环状波导413a、413b的光的环绕方向相互相反，因此设计的自由度高。
如以上说明的那样，在光波导电路400中，能够维持高的偏振保持性，并且能够同时实现FSR的设计的高自由度和低的弯曲损耗。另外，上述的曲率半径、弯曲角度是例示，能够根据弯曲损耗、FSR的要求自由地设定。此外，在光波导电路400中，输入连接波导411的一方和输出连接波导412a、412b的一方向相同的侧面延伸，因此容易与光纤阵列、其他光波导电路连接。
作为实施例4，通过上述制造方法制造了具有光波导电路400的结构的光波导电路。对所制造的光波导电路的特性进行了测定，结果基于两个环状波导的环形谐振器的FSR为75GHz、50.2GHz。此外，从输入连接波导输入TE偏振的光，对其偏振模式耦合量进行了测定，结果得到了-25dB以下的合适的值。此外，对输入连接波导以及输出连接波导的曲线波导的部分进行切割而测定了其光损耗，结果为0.95dB/cm以下的合适的值。
另外，本发明并不被上述实施方式所限定。例如，在实施方式3、4中，环状波导也可以是三个以上，分支部也可以是两个以上，分支路也可以是三个以上。此外，将上述的各构成要素适当组合而构成的结构也包含在本发明中。此外，本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方式并不限定于上述的实施方式，能够进行各种各样的变更。
产业上的可利用性
本发明能够利用于光波导电路。
符号说明
100、200、300、400：光波导电路；
110、210、310、410：光波导；
111、211、311、411：输入连接波导；
111a、111c、111e、212a、212c、212e、311a、311c、311f、311i、311k、311n、312ab、312bb、312bd、312bf、411a、411d、411g、411i、411k、411n、412ab、412bb、412bd、412bf、412bh、412bj、412bl：直线波导；
111b、111d、212b、212d、311b、311f、311g、311h、311j、311l、311m、312aa、312ba、312bc、312be、411b、411c、411e、411h、4111j、411l、411m、412aa、412ba、412bc、412be、412bg、412bi、412bk：曲线波导；
112、212、312a、312b、412a、412b：输出连接波导；
113、213、313a、313b、413a、413b：环状波导；
114、214a、214b、314aa、314ab、314ba、314bb、414aa、414ab、414ba、414bb：光合波分波器；
120、220、320、420：包层；
121：下部包层；
122：上部包层；
311d、411f：分支部。

Claims (13)

1.一种光波导电路，其特征在于，具备：
环状波导；
输入连接波导；
输出连接波导；以及
光合波分波部，其将所述环状波导和所述输入连接波导光学连接、以及将所述环状波导和所述输出连接波导光学连接，
所述输入连接波导以及所述输出连接波导中的至少任意一方包含多个曲线波导，
所述多个曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和、和所述环状波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和的绝对值相同且符号相反，
在所述环状波导中产生的光的偏振面的旋转和在所述多个曲线波导中产生的光的偏振面的旋转相互抵消。
2.根据权利要求1所述的光波导电路，其中，
所述多个曲线波导的曲率半径和所述环状波导的曲率半径不同。
3.根据权利要求1或2所述的光波导电路，其中，
所述多个曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和的绝对值为360度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光波导电路，其中，
所述多个曲线波导分别是由波导引起的光损耗为1.0dB/cm以下的曲率半径。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光波导电路，其中，
所述光合波分波部具有两个光合波分波器，
所述输入连接波导的一方和所述输出连接波导的一方向相同的侧面延伸。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光波导电路，其中，
具备多个所述环状波导，
所述输入连接波导具有至少一个分支部和从所述至少一个分支部分支并分别与所述多个环状波导光学连接的多个分支路，
所述多个分支路具有两个部位以上的所述多个曲线波导，
所述分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互相等。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的光波导电路，其中，
具备多个所述环状波导，
所述输入连接波导具有至少一个分支部和从所述至少一个分支部分支并分别与所述多个环状波导光学连接的多个分支路，
所述多个分支路具有两个部位以上的所述多个曲线波导，
所述多个环状波导包含光的环绕方向相互不同的环状波导。
8.根据权利要求7所述的光波导电路，其中，
所述分支路各自的曲线波导的曲率符号与弯曲角度之积的总和相互不同。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光波导电路，其中，
具备多个所述环状波导，
所述多个环状波导包含波导长度相互不同的环状波导。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光波导电路，其中，
在从所述输入连接波导输入了TE偏振或TM偏振的单一偏振的光的情况下，从所述输出连接波导输出的光中的偏振模式耦合量为-25dB以下。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光波导电路，其中，
所述输入连接波导、所述环状波导、所述输出连接波导以及所述光合波分波部包含纤芯，所述纤芯是被包层埋入的埋入式波导。
12.根据权利要求11所述的光波导电路，其中，
所述纤芯相对于所述包层的相对折射率差为4.5％以上。
13.根据权利要求11或12所述的光波导电路，其中，
所述纤芯包含ZrO2。
CN202080014013.8A 2019-02-14 2020-02-05 光波导电路 Active CN113424086B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-024922 2019-02-14
JP2019024922A JP7042763B2 (ja) 2019-02-14 2019-02-14 光導波路回路
PCT/JP2020/004433 WO2020166460A1 (ja) 2019-02-14 2020-02-05 光導波路回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113424086A true CN113424086A (zh) 2021-09-21
CN113424086B CN113424086B (zh) 2023-05-30

Family

ID=72044720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080014013.8A Active CN113424086B (zh) 2019-02-14 2020-02-05 光波导电路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11835759B2 (zh)
JP (1) JP7042763B2 (zh)
CN (1) CN113424086B (zh)
WO (1) WO2020166460A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3558213A (en) * 1969-04-25 1971-01-26 Bell Telephone Labor Inc Optical frequency filters using disc cavity
GB2058346A (en) * 1979-09-07 1981-04-08 Siemens Ag Ring Interferometer Rotation Sensors
JPH05181028A (ja) * 1992-01-06 1993-07-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光リング共振器
JPH05323390A (ja) * 1992-05-20 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 周波数多重型光スイッチ及び周波数多重型光スイッチマトリクス
JP2003066253A (ja) * 2001-08-28 2003-03-05 Yokohama Tlo Co Ltd 波長分波器
JP2005242141A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Koshin Kogaku Kogyo Kk 光導波路型波長フィルタおよび波長合分波器
US20130236136A1 (en) * 2011-03-28 2013-09-12 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide circuit

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2614365B2 (ja) * 1991-01-14 1997-05-28 日本電信電話株式会社 偏波無依存導波型光デバイス
US7505648B2 (en) 2006-11-29 2009-03-17 Universiteit Twente Device comprising a polarization-independent micro-resonator
ATE542158T1 (de) 2007-04-20 2012-02-15 Mosaid Technologies Inc Verfahren und einrichtung zur abstimmbaren optischen filterung unter verwendung des vernier- effekts
WO2011027895A1 (ja) 2009-09-07 2011-03-10 古河電気工業株式会社 Plc型復調器及び光伝送システム
JP6706859B2 (ja) 2016-04-13 2020-06-10 古河電気工業株式会社 光学モジュール

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3558213A (en) * 1969-04-25 1971-01-26 Bell Telephone Labor Inc Optical frequency filters using disc cavity
GB2058346A (en) * 1979-09-07 1981-04-08 Siemens Ag Ring Interferometer Rotation Sensors
JPH05181028A (ja) * 1992-01-06 1993-07-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光リング共振器
JPH05323390A (ja) * 1992-05-20 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 周波数多重型光スイッチ及び周波数多重型光スイッチマトリクス
JP2003066253A (ja) * 2001-08-28 2003-03-05 Yokohama Tlo Co Ltd 波長分波器
JP2005242141A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Koshin Kogaku Kogyo Kk 光導波路型波長フィルタおよび波長合分波器
US20130236136A1 (en) * 2011-03-28 2013-09-12 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANCESCO MORICHETTI.ET.AL: "Effects of Polarization Rotation in Optical Ring-Resonator-Based Devices", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210373234A1 (en) 2021-12-02
JP2020134601A (ja) 2020-08-31
JP7042763B2 (ja) 2022-03-28
US11835759B2 (en) 2023-12-05
CN113424086B (zh) 2023-05-30
WO2020166460A1 (ja) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kawachi Silica waveguides on silicon and their application to integrated-optic components
US20130330042A1 (en) Optical branching element and optical branching circuit
US11125942B2 (en) Optical waveguide element
WO2001059495A1 (fr) Interferometre optique a guide d&#39;ondes
JP6572175B2 (ja) 導波路型光カプラ
JP7233488B2 (ja) リング共振器フィルタ素子
WO2017169711A1 (ja) 光導波路構造および光導波路回路
WO2018135429A1 (ja) 交差光導波路構造及び光導波路素子
US20230259017A1 (en) Photomask, Optical-Waveguide, Optical Circuit and Method of Manufacturing an Optical-Waveguide
WO2003038501A2 (en) Arrayed waveguide grating
CN113424086B (zh) 光波导电路
JP4585990B2 (ja) 導波型光回路
CN116520492A (zh) 一种定向耦合装置
JP4263027B2 (ja) 導波路型光信号処理器
WO2019117313A1 (ja) 光偏波素子およびその製造方法
JP2013041146A (ja) 波長選択性多モード干渉導波路デバイス
JP2000081534A (ja) 多モード干渉光カプラ
WO2019160031A1 (ja) リング共振器フィルタおよびその設計方法
JP7123769B2 (ja) 光スイッチ
JP7280534B2 (ja) 光導波路
JP2798308B2 (ja) 交差型スターカップラ
JP4799602B2 (ja) 導波路型光信号処理器
JP2003057462A (ja) 光分岐結合器
JP2013044805A (ja) 平面光波回路素子の製造方法
JPH055810A (ja) 光方向性結合器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant