【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波依存性のない導波路型光分岐素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信ネットワークの進展に伴い光ファイバ通信網が急速に整備されてきている。光ファイバ通信網は基本的に屋外の光ファイバケーブルと屋内の機器等に配置されている光ファイバや平面型光導波路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、ＰＬＣ）とを接続することで構成されている。
【０００３】
このような光ファイバ通信網の中では、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバに多重化して伝送するＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；高密度波長多重）方式が実用化されている。
【０００４】
前述のような通信ネットワークの需要がますます高まる状況においては、大容量伝送システムに光増幅器の使用が不可欠とされているが、光増幅器は利得波長依存性を有するために受信機の飽和やＳ／Ｎ比の悪化などの問題が生じている。そして上記のような問題の解決手段の一つとして、伝送システム内に可変型光減衰器を設けて各波長毎に光信号レベルの調整を行う方法が行われている。
【０００５】
可変型光減衰器は、コアの一部を加熱することにより熱光学効果を利用してコアの屈折率を変化させ、入力された光信号のレベルを制御するようにしたものである。
【０００６】
図６に従来の可変型光減衰器の例を示す。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ´で切断した面を入力側から見た断面図である。即ち、従来の可変型光減衰器はシリコン基板６１の上に２つのＹ分岐６２ａ、６２ｂと２本の直線導波路６３ａ、６３ｂがクラッド６４中に配置されたマッハツェンダー干渉計回路を構成している。
【０００７】
このマッハツェンダー干渉計回路では、入力導波路６５に矢印のように光信号を入射すると、まず分岐部であるＹ分岐６２ａにおいて２本の分岐導波路６３ａ、６３ｂに光信号が均等に分岐し、結合部であるＹ分岐６２ｂにおいて光信号は再び結合するが、結合した光信号の強度は２本の導波路を通ってきた光の位相差により変化する。
【０００８】
ここで、マッハツェンダー干渉計回路の一方の分岐導波路６３ａの一部に薄膜ヒーター６６を配置し、この部分を加熱すると、ヒーター直下の導波路の屈折率が熱光学効果により変化するので実効的に光路長が変化する。即ち、ヒーターの加熱により一方の導波路を通る光信号の位相を変化させることで出力導波路４７から出力される光信号の減衰量を制御することができる。
【０００９】
なお、図６のＹ分岐の代わりに図７（ａ）に示すように方向性結合器７２ａ、７２ｂや図７（ｂ）に示すように多モード干渉型結合器７３ａ、７３ｂのような分岐部を用いた導波路型光分岐素子も考えられている。ここで、７５は薄膜ヒーターを示している。なお、本図の場合入力導波路は７０ａまたは７０ｂ、直線導波路は７１ａ、７１ｂで、例えば矢印のように７１ａから光信号を入力する。また、出力導波路は７４ａ、７４ｂである。
【００１０】
ところで、このような導波路型光分岐素子を作成する際には導波路を１０００℃以上の高温に熱して焼結した後常温に冷却する過程で、シリコン基板との熱膨張係数の違いからシリコン基板に対して水平方向に強い圧縮応力が残留する。また、ヒーターによる加熱部では局部的に膨張が生じ、シリコン基板から新たな圧縮応力を受けるため、熱光学効果による屈折率の変化に加えてこの圧縮応力による屈折率の変化が生じる。
【００１１】
上記の新たな圧縮応力による屈折率変化は、発生する応力に異方性が有るためにシリコン基板に対しても水平方向及び垂直方向に異方性を有する。従って、シリコン基板に対して水平な方向に電界成分を有するＴＥモード光とシリコン基板に対して水平な方向に磁界成分を有するＴＭモード光とで動作が異なり、ＴＭモード光の位相変化がＴＥモード光のそれよりも早く進むために、同じヒーター電力における減衰量の増加はＴＭモード光の方が大きくなる。その状況を図８に示す。そのため、偏波依存損失（ＴＭ、ＴＥモード光の減衰量差）と減衰量の関係では減衰量に伴って偏波依存損失が大きくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、上記のような偏波依存性を解消するための手段として、導波路中央付近に溝を設け、その溝の中にλ／２板を挿入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
その他、ヒーター部の両脇に応力解放溝を設け、ヒーター加熱時のＴＭ、ＴＥモード光の屈折率変化の差を最小限に抑える方法も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【００１４】
さらに、導波路の複屈折、即ちＴＭ、ＴＥモード光の屈折率差は導波路の幅（コア幅）に依存し、導波路幅が大きくなるほど複屈折が大きくなる。従って、導波路の一部にテーパ状導波路を設け、導波路幅を変化させる方法も提案されている（例えば、特許文献４、非特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００１−２７２５６１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１４７１１４号公報
【特許文献３】
特開昭６３−１８２６０８号公報
【特許文献４】
特開平５−６１０７６号公報
【非特許文献１】
２００１年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集Ｃ−３−９６
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【００１６】
即ち、従来の技術のうち、導波路の中央部付近に溝を設け、溝の中にλ／２板を挿入する方法では、溝の作製とλ／２板の挿入という工程が増えるために好ましくない。また、ヒーター部の両脇に応力解放溝を設ける方法においても、やはり溝を作製する工程が増えるという問題があった。
【００１７】
一方、導波路のコアの幅を大きくする方法は偏波依存性の改善には有る程度の効果があるがまだ十分とは言えず、完全に偏波依存性をなくすことはできなかった。
【００１８】
本発明は上記の課題を解決し、偏波依存性を完全になくすようにした導波路型光分岐素子を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００２０】
まず第１の発明は、基板上に配置された少なくとも１本の入力導波路から分岐部を介して複数本の分岐導波路に光信号が分岐され、前記分岐された光信号が結合部で再結合されて出力導波路から出力される導波路型光分岐素子において、前記複数本の分岐導波路のうちの１本の導波路には温度付加機能が設けられているとともに、前記温度付加機能が設けられた導波路を含む複数本の分岐導波路のうち少なくとも１本の導波路は長手方向の一部において導波路幅が異なるように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また第２の発明は、前記第１の発明において、前記導波路幅は温度付加機能を設けられていない導波路の長手方向の一部を太くすること特徴とする。
【００２２】
さらに第３の発明は、前記第１の発明において、前記導波路幅は温度付加機能を設けられた導波路の長手方向の一部を細くすること特徴とする。
【００２３】
また第４の発明は、前記第１から第３の発明において、前記温度付加機能は薄膜ヒーターであること特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００２５】
図１は本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子の一実施の形態を表した図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´面で切断して入力側から見た断面図である。図１（ａ）に示すように、本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子１はシリコン基板２の上に２つのＹ分岐３ａ、３ｂとコアである２本の直線導波路４ａ、４ｂがクラッド５中に配置されたマッハツェンダー干渉計回路を構成している。
【００２６】
このマッハツェンダー干渉計回路では、入力導波路６に矢印のように光信号を入射すると、Ｙ分岐３ａにおいて２本の導波路４ａ、４ｂに光信号が均等に分岐し、Ｙ分岐３ｂにおいて光信号は再び結合するが、本発明ではマッハツェンダー干渉計回路の一方の導波路４ａの一部に薄膜ヒーター７を配置し、さらにもう一方の導波路４ｂの長手方向の一部の導波路幅（コア幅）を大きくしてある。従って、２本の導波路４ａ、４ｂを通過してきたＴＭ、ＴＥモード光の位相差が相互に打ち消され、偏波依存性のない導波路型光分岐素子を実現することができる。
【００２７】
具体的な動作としては、例えばまずヒーターによる加熱を行わない状態で光信号を入力導波路６から入射する。入射された光信号は導波路４ｂの導波路幅が大きくなっているためにＴＭ、ＴＥモード光の位相差は改善されているがまだ十分ではない。そこで導波路４ａを加熱して熱光学効果により加熱前のＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すようにして再結合された光信号を出力導波路８から出力させる。このようにして従来に比べて偏波無依存性に極めて優れた導波路型光分岐素子を実現できる。
【００２８】
また、導波路４ａに対する加熱温度を予め定めておく場合には、このとき発生するＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すように導波路４ｂの導波路幅を適切に設定するようにしてもよい。このようにＴＭ、ＴＥモード光の位相差を打ち消すようにするために適宜最も適した動作を選定すればよく、特に限定されるものではない。
【００２９】
上記したように、本発明の偏波無依存性導波路型光分岐素子を用いると、図２に示すようにヒーター電力と減衰量の関係をプロットした場合、図８に示した関係とは異なり、ＴＭモード光とＴＥモード光が最大減衰量となるヒーター電力は等しくなる。
【００３０】
従って、図３に示すように、比較例として示す従来の導波路型光分岐素子が減衰量が大きくなるに伴い偏波依存損失も増加しているのに比べて、実施例である本発明の導波路型光分岐素子は減衰量が大きくなっても偏波依存損失は変化することがなく、偏波無依存性が保持されていることがわかる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。即ち、導波路の幅を長手方向で異ならせる場合に、図４に示すように薄膜ヒーターを設けた導波路４ａの長手方向の一部の幅を他の導波路部分４ｂの幅よりも細くすることでも差し支えない。また、Ｙ分岐３ａ、３ｂの部分を図５（ａ）に示すように方向性結合器９ａ、９ｂに変えても差し支えなく、あるいは図５（ｂ）に示すように多モード干渉型結合器１０ａ、１０ｂに変えてももちろん差し支えない。要するにＴＭモード光、ＴＥモード光の位相差がなくなるようにすればよいのであって、本発明の目的が適うならば特に構成は限定されない。なお、本発明の実施の形態では各図において同一箇所は同一番号で示している。
【００３２】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、導波路型光分岐素子において、第１の導波路と第２の導波路の一方に温度付加機能を設け、前記第１の導波路と第２の導波路の少なくとも一方の導波路の長手方向の一部の導波路幅を異なるようにしたので、入力光が分岐した場合に生じるＴＭモード光とＴＥモード光との位相差を打ち消し、偏波依存性のない導波路型光分岐素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表した図である。
【図２】本発明のヒーター電力と減衰量の関係を表した図である。
【図３】本発明の減衰量と偏波依存損失との関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を表した図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例を表した図である。
【図６】従来技術の例を表した図である。
【図７】従来技術の他の例を表した図である。
【図８】従来技術の減衰量と偏波依存損失との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・偏波無依存性導波路型光分岐素子
２・・・シリコン基板
３・・・Ｙ分岐
４・・・導波路（コア）
５・・・クラッド
６・・・入力導波路
７・・・薄膜ヒーター
８・・・出力導波路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type optical branching element having no polarization dependency.
[0002]
[Prior art]
With the progress of communication networks in recent years, optical fiber communication networks have been rapidly developed. An optical fiber communication network is basically configured by connecting an outdoor optical fiber cable and an optical fiber or a planar optical waveguide (PLC) disposed in an indoor device or the like.
[0003]
In such an optical fiber communication network, a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) system that multiplexes and transmits a plurality of optical signals having different wavelengths on one optical fiber has been put into practical use.
[0004]
In the situation where the demand for communication networks is increasing, the use of optical amplifiers is indispensable for large-capacity transmission systems. However, since optical amplifiers have gain wavelength dependency, receiver saturation and S There are problems such as deterioration of the / N ratio. As one means for solving the above problems, there is a method of adjusting the optical signal level for each wavelength by providing a variable optical attenuator in the transmission system.
[0005]
The variable optical attenuator controls the level of an input optical signal by heating a part of the core to change the refractive index of the core using the thermo-optic effect.
[0006]
FIG. 6 shows an example of a conventional variable optical attenuator. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the surface cut along AA ′ of FIG. 6A as viewed from the input side. That is, the conventional variable optical attenuator forms a Mach-Zehnder interferometer circuit in which two Y branches 62 a and 62 b and two linear waveguides 63 a and 63 b are arranged in a clad 64 on a silicon substrate 61. Yes.
[0007]
In this Mach-Zehnder interferometer circuit, when an optical signal is incident on the input waveguide 65 as indicated by an arrow, the optical signal is first equally divided into two branch waveguides 63a and 63b in the Y branch 62a which is a branching section. The optical signal is coupled again at the Y branch 62b, which is the coupling unit, but the intensity of the coupled optical signal changes depending on the phase difference of the light that has passed through the two waveguides.
[0008]
Here, when a thin film heater 66 is disposed in a part of one branch waveguide 63a of the Mach-Zehnder interferometer circuit and this part is heated, the refractive index of the waveguide directly under the heater changes due to the thermo-optic effect, which is effective. The optical path length changes. That is, the attenuation amount of the optical signal output from the output waveguide 47 can be controlled by changing the phase of the optical signal passing through one of the waveguides by heating the heater.
[0009]
It should be noted that, instead of the Y branch of FIG. 6, branching sections such as directional couplers 72a and 72b as shown in FIG. 7A and multimode interference couplers 73a and 73b as shown in FIG. 7B. A waveguide-type optical branching device using the above is also considered. Here, 75 indicates a thin film heater. In the case of this figure, the input waveguide is 70a or 70b, and the straight waveguides are 71a and 71b. For example, an optical signal is input from 71a as indicated by an arrow. The output waveguides are 74a and 74b.
[0010]
By the way, when producing such a waveguide-type optical branching element, the waveguide is heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher and sintered, and then cooled to room temperature. A strong compressive stress remains in the horizontal direction with respect to the substrate. In addition, since the heating portion by the heater locally expands and receives a new compressive stress from the silicon substrate, the refractive index changes due to the compressive stress in addition to the refractive index change due to the thermo-optic effect.
[0011]
The refractive index change due to the new compressive stress has anisotropy in the horizontal and vertical directions with respect to the silicon substrate because the generated stress has anisotropy. Therefore, the operation differs between TE mode light having an electric field component in a direction horizontal to the silicon substrate and TM mode light having a magnetic field component in a direction horizontal to the silicon substrate, and the phase change of the TM mode light is TE mode. In order to travel faster than that of light, the increase in attenuation at the same heater power is greater for TM mode light. The situation is shown in FIG. For this reason, there is a problem in that the polarization dependent loss increases with the amount of attenuation in the relationship between the polarization dependent loss (attenuation amount difference between TM and TE mode light) and the amount of attenuation.
[0012]
Therefore, as a means for eliminating the polarization dependency as described above, a method has been proposed in which a groove is provided near the center of the waveguide and a λ / 2 plate is inserted into the groove (for example, Patent Documents). 1).
[0013]
In addition, a method has been proposed in which stress release grooves are provided on both sides of the heater portion to minimize the difference in refractive index change of TM and TE mode light during heating of the heater (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). reference).
[0014]
Furthermore, the birefringence of the waveguide, that is, the refractive index difference of TM and TE mode light depends on the width (core width) of the waveguide, and the birefringence increases as the waveguide width increases. Therefore, a method of changing the waveguide width by providing a tapered waveguide in a part of the waveguide has been proposed (see, for example, Patent Document 4 and Non-Patent Document 1).
[Patent Document 1]
JP 2001-272561 A [Patent Document 2]
JP 63-147114 A [Patent Document 3]
JP 63-182608 A [Patent Document 4]
JP-A-5-61076 [Non-Patent Document 1]
Proceedings of the 2001 IEICE Electronics Society Conference C-3-96
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional techniques as described above have the following problems to be solved.
[0016]
That is, among the conventional techniques, a method in which a groove is provided near the center of the waveguide and a λ / 2 plate is inserted into the groove is preferable because the steps of manufacturing the groove and inserting the λ / 2 plate increase. Absent. Further, the method of providing the stress release grooves on both sides of the heater part also has a problem that the number of steps for forming the grooves is increased.
[0017]
On the other hand, the method of increasing the width of the core of the waveguide has a certain effect in improving the polarization dependence, but it is not yet sufficient, and the polarization dependence could not be completely eliminated.
[0018]
The present invention provides a waveguide-type optical branching element that solves the above-described problems and completely eliminates polarization dependence.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration.
[0020]
First, in the first invention, an optical signal is branched from at least one input waveguide arranged on a substrate to a plurality of branch waveguides via a branching portion, and the branched optical signal is regenerated at the coupling portion. In the waveguide type optical branching element coupled and output from the output waveguide, one of the plurality of branching waveguides is provided with a temperature adding function, and the temperature adding function is At least one waveguide among a plurality of branching waveguides including the provided waveguide is characterized in that the waveguide width is different in a part in the longitudinal direction.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the waveguide width is thickened in the longitudinal direction of a waveguide not provided with a temperature addition function.
[0022]
Furthermore, a third invention is characterized in that, in the first invention, the waveguide width is narrowed in a part of the longitudinal direction of the waveguide provided with a temperature adding function.
[0023]
According to a fourth invention, in the first to third inventions, the temperature adding function is a thin film heater.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using specific examples.
[0025]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a polarization-independent waveguide-type optical branching element according to the present invention. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A and viewed from the input side. As shown in FIG. 1A, a polarization-independent waveguide type optical branching element 1 of the present invention has two Y branches 3a and 3b and two linear waveguides 4a that are cores on a silicon substrate 2. 4b constitutes a Mach-Zehnder interferometer circuit arranged in the clad 5.
[0026]
In this Mach-Zehnder interferometer circuit, when an optical signal is incident on the input waveguide 6 as indicated by an arrow, the optical signal is equally split into two waveguides 4a and 4b in the Y branch 3a, and the optical signal is split in the Y branch 3b. However, in the present invention, the thin film heater 7 is disposed in a part of one waveguide 4a of the Mach-Zehnder interferometer circuit, and a part of the waveguide width (core) in the longitudinal direction of the other waveguide 4b. The width is increased. Therefore, the phase difference between the TM and TE mode light passing through the two waveguides 4a and 4b is canceled out, and a waveguide type optical branching element having no polarization dependence can be realized.
[0027]
As a specific operation, for example, an optical signal is first incident from the input waveguide 6 without being heated by a heater. The phase difference between the TM and TE mode light is improved in the incident optical signal because the waveguide width of the waveguide 4b is increased, but it is not sufficient yet. Therefore, the waveguide 4a is heated to output the recombined optical signal from the output waveguide 8 so as to cancel the phase difference between the TM and TE mode light before heating by the thermo-optic effect. In this way, it is possible to realize a waveguide type optical branching device that is extremely excellent in polarization independence as compared with the prior art.
[0028]
When the heating temperature for the waveguide 4a is determined in advance, the waveguide width of the waveguide 4b may be appropriately set so as to cancel the phase difference between the TM and TE mode light generated at this time. . In order to cancel the phase difference between TM and TE mode light in this way, the most suitable operation may be selected as appropriate, and there is no particular limitation.
[0029]
As described above, when the polarization-independent waveguide type optical branching element of the present invention is used, when the relationship between the heater power and the attenuation is plotted as shown in FIG. 2, the relationship shown in FIG. 8 is different. The heater power at which the TM mode light and the TE mode light have the maximum attenuation becomes equal.
[0030]
Therefore, as shown in FIG. 3, the conventional waveguide type optical branching device shown as a comparative example has a polarization dependent loss that increases as the attenuation increases. It can be seen that the waveguide-type optical branching element does not change the polarization-dependent loss even when the attenuation is increased, and the polarization-independent property is maintained.
[0031]
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, when the width of the waveguide is different in the longitudinal direction, the width of a part of the waveguide 4a provided with the thin film heater in the longitudinal direction is made narrower than the width of the other waveguide portions 4b as shown in FIG. There is no problem. The Y branches 3a and 3b may be replaced with directional couplers 9a and 9b as shown in FIG. 5A, or the multimode interference coupler 10a as shown in FIG. 5B. Of course, there is no problem even if it is changed to 10b. In short, the phase difference between the TM mode light and the TE mode light may be eliminated, and the configuration is not particularly limited as long as the object of the present invention is suitable. In the embodiments of the present invention, the same portions are denoted by the same numbers in the respective drawings.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the waveguide type optical branching element, one of the first waveguide and the second waveguide is provided with a temperature adding function, and the first waveguide and the second waveguide are provided. Since the waveguide width of a part of the longitudinal direction of at least one of the waveguides is made different, the phase difference between the TM mode light and the TE mode light generated when the input light is branched is canceled, and the polarization dependence There can be provided a waveguide-type optical branching element that is not present.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between heater power and attenuation of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an attenuation amount and a polarization dependent loss according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a conventional technique.
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the prior art.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between attenuation and polarization dependent loss in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polarization-independent waveguide type optical branching element 2 ... Silicon substrate 3 ... Y branch 4 ... Waveguide (core)
5 ... Clad 6 ... Input waveguide 7 ... Thin film heater 8 ... Output waveguide
