JP2013047772A - Optical function element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow an optical function element to be constituted in such a state that the optical function element can be miniaturized and can be easily manufactured.SOLUTION: The optical function element includes at least an optical waveguide 101 and a polarization splitting part 102 disposed on the output side of the optical waveguide 101. A phase modulation signal 121 which has polarization inclined at 45° with respect to an intrinsic polarization plane of the optical waveguide 101 or being in a circularly polarized state is inputted to the optical waveguide 102, and the optical waveguide 101 has such an optical waveguide length that the difference in propagation time between a first polarized wave 122 parallel with the intrinsic polarization plane and a second polarized wave 123 vertical to the intrinsic polarization plane is a time corresponding to one bit of the phase modulation signal.

Description

本発明は、差動位相変調信号を復調するときに用いられる1ビット遅延光干渉計や光周波数フィルタなどとして用いることができる光機能素子に関する。   The present invention relates to an optical functional element that can be used as a 1-bit delayed optical interferometer, an optical frequency filter, or the like used when demodulating a differential phase modulation signal.

光通信の分野では、近年、40Gb/s以上の高ビットレートに対応するために、信号変調として位相変調を行う方式が注目されている。特に、信号変調された光を2分岐して信号変調1ビット分だけタイミングをずらして合波して干渉させ、位相の変化を光強度信号に変換して復調する差動位相偏移変調方式は、信号光と局部発信光の周波数を同期させる必要がないなど、比較的実装が容易なことから、実用化に近い方式として注目されている。   In the field of optical communication, in recent years, a method of performing phase modulation as signal modulation has attracted attention in order to cope with a high bit rate of 40 Gb / s or more. In particular, a differential phase shift keying system that splits signal-modulated light into two, shifts the timing by one bit of signal modulation, combines and interferes, converts a phase change into a light intensity signal, and demodulates it. Since it is not necessary to synchronize the frequencies of the signal light and the locally transmitted light, it is attracting attention as a method close to practical use because it is relatively easy to mount.

この差動位相偏移変調方式による光差動位相変調信号の復調には、1ビット遅延光干渉計が用いられている。現在一般に用いられている1ビット遅延光干渉計は、マイケルソン干渉計あるいはマッハツェンダー干渉計を用い、空間的な光路差により変調信号の1ビット分の時間ΔTをずらした干渉を得るようにしている。   A 1-bit delay optical interferometer is used for demodulation of the optical differential phase modulation signal by the differential phase shift keying method. The 1-bit delay optical interferometer currently in general use is a Michelson interferometer or a Mach-Zehnder interferometer, and obtains interference by shifting the time ΔT of 1 bit of the modulation signal by a spatial optical path difference. Yes.

例えば、マイケルソン干渉計を用いた1ビット遅延光干渉計は、図4に示すように、ビームスプリッタ401と2つの反射鏡402,反射鏡403を用い、空間的に遅延のない光路と遅延のある光路とを形成している(非特許文献1参照)。入射した光(Input)は、ビームスプリッタ401を透過して反射鏡402を反射する遅延のある光路で出力する光(Output1)と、ビームスプリッタ401で反射し、反射鏡403で反射する遅延のない光路で出力する光(Output2)とに分かれて出力される。   For example, as shown in FIG. 4, a 1-bit delay optical interferometer using a Michelson interferometer uses a beam splitter 401, two reflecting mirrors 402, and a reflecting mirror 403. A certain optical path is formed (see Non-Patent Document 1). The incident light (Input) passes through the beam splitter 401 and is reflected by the reflecting mirror 402 and is output through a delayed optical path (Output1), and is reflected by the beam splitter 401 and is not reflected by the reflecting mirror 403. The light is output separately from the light (Output2) that is output through the optical path.

両光路からの位相差は波長によって変化していくので、各光路の出力スペクトルは、変調ビットレート周波数=1/ΔTで明暗を繰り返す干渉パターンが得られる。このことにより、図4に示す構成で、1ビット干渉計が構成されていることが確認される。   Since the phase difference from both optical paths changes depending on the wavelength, the output spectrum of each optical path has an interference pattern that repeats light and dark at a modulation bit rate frequency = 1 / ΔT. This confirms that the 1-bit interferometer is configured with the configuration shown in FIG.

特開2001−208933号公報JP 2001-208933 A

J.Hsieh et al. , "Athermal Demodulator for 42.7-Gb/s DPSK Signals", Proceedings of the 31st European Conference on Optical Communication 2005 (ECOC 2005), vol.4, pp.827-828, ISBN: 0-86341-543-1.J. Hsieh et al., "Athermal Demodulator for 42.7-Gb / s DPSK Signals", Proceedings of the 31st European Conference on Optical Communication 2005 (ECOC 2005), vol.4, pp.827-828, ISBN: 0-86341 -543-1. D. Lockwood, L. Pavesi (Eds.), "Silicon Photonic Wire Waveguides: Fundamentals and Applications" in "SiliconPhotonics II," Springer, 2011.D. Lockwood, L. Pavesi (Eds.), "Silicon Photonic Wire Waveguides: Fundamentals and Applications" in "Silicon Photonics II," Springer, 2011. H.Fukuda et al. , "Polarization rotator based on silicon wire waveguides", Optics Express, vol.16, pp.2628-2635, 2008.H. Fukuda et al., "Polarization rotator based on silicon wire waveguides", Optics Express, vol.16, pp.2628-2635, 2008. H.Fukuda et al. , "Ultrasmall polarization splitter based on silicon wire waveguides", Optics Express, vol.14, pp.12401-12408, 2006.H. Fukuda et al., "Ultrasmall polarization splitter based on silicon wire waveguides", Optics Express, vol.14, pp.12401-12408, 2006. Y. Vlasov et al. , "Losses in single-mode silicon-on-insulator strip waveguides and bends", Optics Express, vol.12, pp.1622-1631, 2004.Y. Vlasov et al., "Losses in single-mode silicon-on-insulator strip waveguides and bends", Optics Express, vol.12, pp.1622-1631, 2004.

しかしながら、上述した構成では、遅延光干渉計が大きくなってしまうという問題がある。上述したような空間光学系による遅延光干渉計は、遅延に必要な空間的な光路差に加え、干渉計を構成するミラーおよびミラーの支持・調整機構が必要となる。このため、例えば、約40Gbpsの変調信号の復調動作に適応する干渉計の大きさは、27×27×10(mm)と非常に大きく、多チャンネルの集積には適さない。また、ミラーやミラーの支持・調整機構は、機械的動作をするものであり、部品および組み立ての費用も大きく、やはり多チャンネル集積には適さないという問題がある。   However, the configuration described above has a problem that the delayed optical interferometer becomes large. A delay optical interferometer using the spatial optical system as described above requires a mirror constituting the interferometer and a support / adjustment mechanism for the mirror in addition to the spatial optical path difference necessary for the delay. For this reason, for example, the size of the interferometer adapted to the demodulation operation of the modulation signal of about 40 Gbps is very large, 27 × 27 × 10 (mm), and is not suitable for multi-channel integration. In addition, the mirror and the mirror support / adjustment mechanism are mechanically operated, have high costs for parts and assembly, and are still unsuitable for multi-channel integration.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、小型化が可能であり、より容易に製造できる状態で、光機能素子が構成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to make it possible to configure an optical functional element in a state that can be reduced in size and can be more easily manufactured. .

本発明に係る導波方向に直交する断面が長方形または台形とされたコアからなる光導波路と、光導波路の出力側に配置された偏波分離手段とを少なくとも備え、光導波路は、光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた直線偏波状態または円偏波状態の光信号が入力され、固有偏波面に対して平行な第1偏波と固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、所望とする値となる光導波路長とされ、偏波分離手段の偏波基準面は、固有偏波面に対して45°の角度を有している。   An optical waveguide comprising a core having a rectangular or trapezoidal cross section perpendicular to the waveguide direction according to the present invention, and polarization separation means disposed on the output side of the optical waveguide. An optical signal in a linearly polarized state or a circularly polarized state in which the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane is input, and the first polarization parallel to the intrinsic polarization plane and the perpendicular to the intrinsic polarization plane The difference in propagation time from the second polarization is the optical waveguide length that takes a desired value, and the polarization reference plane of the polarization separation means has an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane. .

上記光機能素子において、光信号は位相変調信号であり、光導波路は、第1偏波と第2偏波との伝搬時間の差が、位相変調信号の1ビット分の時間となる光導波路長とされている。また、光信号は、フィルタ対象の光信号であり、光導波路は、第1偏波と第2偏波との伝搬時間の差が、所望とするフリースペクトルレンジの逆数で示される時間となる光導波路長とされている。   In the optical functional element, the optical signal is a phase modulation signal, and the optical waveguide has an optical waveguide length in which a difference in propagation time between the first polarization and the second polarization is a time corresponding to one bit of the phase modulation signal. It is said that. The optical signal is an optical signal to be filtered, and the optical waveguide is an optical waveguide whose propagation time difference is the time indicated by the reciprocal of the desired free spectrum range. It is the waveguide length.

上記光機能素子において、光導波路の入力側に配置された偏波調整手段を備え、偏波調整手段は、光導波路への入力光の偏波を光導波路の固有偏波面に対して45°の直線偏波または円偏波とするようにしてもよい。   The optical functional element includes a polarization adjusting unit disposed on the input side of the optical waveguide, and the polarization adjusting unit is configured to change the polarization of the input light to the optical waveguide to 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide. Linear polarization or circular polarization may be used.

上記光機能素子において、偏波分離手段および偏波調整手段を、光導波路が形成されている基板の上に集積し、光導波路の出力側の偏波分離手段を、偏波調整素子と偏波分離素子とから構成し、偏波調整素子は、固有偏波面に対して45°の直線偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波、または、円偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換し、偏波分離素子の偏波基準面は、固有偏波面に対して平行または垂直とされているようにしてもよい。   In the optical functional element, the polarization separation means and the polarization adjustment means are integrated on the substrate on which the optical waveguide is formed, and the polarization separation means on the output side of the optical waveguide is connected to the polarization adjustment element and the polarization The polarization adjustment element is composed of a 45-degree linearly polarized wave that is horizontal or vertical to the eigenpolarization plane, or a circularly polarized wave that is horizontal or vertical to the eigenpolarization plane. The polarization reference plane of the polarization separation element may be parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane.

上記、光機能素子において、コアは、シリコンから構成され、光導波路のクラッドは、空気、真空、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素のいずれかから構成されているようにしてもよい。また、コアの断面の幅および高さは、200〜500nmの範囲の寸法に形成されていればよい。   In the above-described optical functional element, the core may be made of silicon, and the clad of the optical waveguide may be made of air, vacuum, silicon oxide, or silicon oxynitride. Moreover, the width and height of the cross section of the core should just be formed in the dimension of the range of 200-500 nm.

以上説明したように、本発明によれば、例えば、固有偏波面に対して平行な第1偏波と固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、光導波路を導波させる位相変調信号の1ビット分の時間となる光導波路長の光導波路を用いるようにしたので、小型化が可能で、より容易に製造できる状態で、光機能素子が構成できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, for example, the difference in propagation time between the first polarization parallel to the intrinsic polarization plane and the second polarization perpendicular to the intrinsic polarization plane is Since an optical waveguide having an optical waveguide length corresponding to a time corresponding to one bit of the phase modulation signal to be guided is used, the optical functional element can be configured in a state where it can be downsized and can be manufactured more easily. An excellent effect is obtained.

図1は、本発明の実施の形態1における光機能素子の構成を示す構成図(a)、および一部構成の断面を示す断面図(b)である。FIG. 1 is a configuration diagram (a) showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 1 of the present invention, and a sectional view (b) showing a cross section of a part of the configuration. 図2は、実施の形態1における光機能素子の光出力の波長スペクトルを測定した結果を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the result of measuring the wavelength spectrum of the optical output of the optical functional element in the first embodiment. 図3は、本発明の実施の形態2における光機能素子の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 2 of the present invention. 図4は、マイケルソン干渉計を用いた光機能素子の構成を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an optical functional element using a Michelson interferometer. 図5は、本発明の実施の形態3における光機能素子の構成を示す構成図(a)、および一部構成の断面を示す断面図(b)である。FIG. 5: is the block diagram (a) which shows the structure of the optical functional element in Embodiment 3 of this invention, and (b) which shows the cross section of a partial structure. 図6は、実施の形態3における光機能素子の光出力の波長スペクトルを測定した結果を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of measuring the wavelength spectrum of the optical output of the optical functional element in the third embodiment. 図7は、本発明の実施の形態4における光機能素子の構成を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 4 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1における光機能素子の構成を示す構成図(a)、および一部構成の断面を示す断面図(b)である。以下では、光機能素子として1ビット遅延光干渉計を例に説明する。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram (a) showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 1 of the present invention, and a sectional view (b) showing a cross section of a part of the configuration. Hereinafter, a 1-bit delay optical interferometer will be described as an example of the optical functional element.

この1ビット遅延光干渉計は、光導波路101と、光導波路101の出力側に配置された偏波分離部102とを備える。光導波路101は、例えば、下部クラッドとなる基板111と、基板111の上に形成され、導波方向に直交する断面が長方形または台形とされたコア112と、コア112の上に形成された上部クラッド層113とから構成されている。なお、下部クラッドと基板とが別体で構成されていてもよい。   This 1-bit delay optical interferometer includes an optical waveguide 101 and a polarization separation unit 102 disposed on the output side of the optical waveguide 101. The optical waveguide 101 includes, for example, a substrate 111 serving as a lower clad, a core 112 formed on the substrate 111 and having a rectangular or trapezoidal cross section perpendicular to the waveguide direction, and an upper portion formed on the core 112. And a clad layer 113. The lower cladding and the substrate may be configured separately.

加えて、光導波路101は、固有偏波面に対して平行な第1偏波122と固有偏波面に対して垂直な第2偏波123との伝搬時間の差が、位相変調信号の1ビット分の時間となる光導波路長とされている。なお、光導波路101には、光導波路101の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態、または円偏波状態の位相変調信号121が入力される。また、偏波分離部102の偏波基準面は、固有偏波面に対して45°の角度を有している。偏波分離部102は、例えば、偏波ビームスプリッタである。これは、例えば、表面に誘電体多層膜もしくは金属薄膜を形成した2つの直角プリズムを貼り合わせたものから構成できる。   In addition, the optical waveguide 101 has a difference in propagation time between the first polarization 122 parallel to the intrinsic polarization plane and the second polarization 123 perpendicular to the intrinsic polarization plane, corresponding to one bit of the phase modulation signal. It is assumed that the length of the optical waveguide becomes the time. Note that a phase modulation signal 121 in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 101 or a circularly polarized state is input to the optical waveguide 101. Further, the polarization reference plane of the polarization separation unit 102 has an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane. The polarization separation unit 102 is, for example, a polarization beam splitter. This can be constituted, for example, by bonding two right-angle prisms having a dielectric multilayer film or metal thin film formed on the surface.

なお、固有偏波面は、コア112の断面の互いに平行な対向する1組の辺に平行または垂直な平面である。図1の(b)に示すように、基板111の上に断面が長方形のコア112が形成されている場合、基板111の平面に平行な面を、コア112の固有偏波面とすることができる。図1の(b)に示すように、基板111の平面方向の幅が、基板111の平面に垂直な方向の高さとは異なる断面のコア112においては、導波(伝搬)する光の群屈折率が、固有偏波面に平行な成分(TE成分:第1偏波)と、固有偏波面に垂直な成分(TM成分:第2偏波)とで異なるものとなる。   The intrinsic polarization plane is a plane that is parallel or perpendicular to a pair of opposing sides of the core 112 that are parallel to each other. As shown in FIG. 1B, when the core 112 having a rectangular cross section is formed on the substrate 111, a plane parallel to the plane of the substrate 111 can be the intrinsic polarization plane of the core 112. . As shown in FIG. 1B, in the core 112 having a cross section in which the width in the plane direction of the substrate 111 is different from the height in the direction perpendicular to the plane of the substrate 111, the group refraction of light that is guided (propagated). The rate differs between a component parallel to the natural polarization plane (TE component: first polarization) and a component perpendicular to the natural polarization plane (TM component: second polarization).

ここで、光導波路101の入力側に偏波調整部103を設けることで、光導波路101に対し、固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態、または円偏波状態の位相変調信号を入力させるようにしてもよい。偏波調整部103は、例えば、ファイバーに応力や熱を加えることで偏光間の位相差を発生させる偏波コントローラから構成できる。   Here, by providing the polarization adjustment unit 103 on the input side of the optical waveguide 101, a phase modulation signal in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane with respect to the optical waveguide 101 or in a circular polarization state May be input. For example, the polarization adjusting unit 103 can be configured by a polarization controller that generates a phase difference between polarized light by applying stress or heat to the fiber.

以下、光導波路101の光導波路長について、より詳細に説明する。まず、光導波路101のTE成分に対する群屈折率をngTEとし、TM成分に対する群屈折率をngTMとすると、第1偏波および第2偏波の各々の偏波の光が、長さLWGの光導波路101を通過する時間はngTEWG/cおよびngTMWG/cである。この場合、光導波路101の光導波路長LWGは、「|ngTE−ngTM|LWG=cΔT,但しcは真空中の光速・・・(1)」で求めることができる。 Hereinafter, the optical waveguide length of the optical waveguide 101 will be described in more detail. First, assuming that the group refractive index for the TE component of the optical waveguide 101 is ngTE and the group refractive index for the TM component is ngTM , the light of each polarization of the first polarization and the second polarization is of length L. time through the optical waveguide 101 of the WG is n GTE L WG / c and n gTM L WG / c. In this case, the optical waveguide length L WG of the optical waveguide 101 can be determined by "| L WG = cΔT, where c is the speed of light in vacuum ··· (1) | n gTE -n gTM ".

従って、式(1)を用いて求めた光導波路長LWGとすれば、光導波路101においては、TE成分とTM成分との伝搬時間の差が、入力される位相変調信号の1ビット分の時間となる。なお、平面な基板111の上に形成される光導波路101は、製造を容易にするため、一般には基板111に対して平行な方向に扁平なコア112とされる。この場合は、通常ngTE>ngTMであり、TE成分のほうが、伝搬速度が遅く、光導波路101の出口には遅く到着する。 Therefore, if an optical waveguide length L WG determined using Equation (1), in the optical waveguide 101, the difference in propagation time between the TE and TM components is, the phase-modulated signal is input to one bit It will be time. Note that the optical waveguide 101 formed on the flat substrate 111 is generally a flat core 112 in a direction parallel to the substrate 111 in order to facilitate manufacture. In this case, usually ngTE > ngTM , and the TE component has a slower propagation speed and arrives at the exit of the optical waveguide 101 later.

このような系において、光導波路101に対してその固有偏波面に対して45度の直線偏波、または円偏波の光を入力すると、光導波路101には同じ強さのTE成分とTM成分が励起される。これらの伝搬成分は、前述したことにより、変調信号1ビット分ずれて光導波路101の出口に到着し、到着時の偏波状態は、TE成分とTM成分との位相差に応じて干渉し、固有偏波面に対し±45度の角度をなす直線偏波から円偏波の偏波状態を取る。   In such a system, when 45-degree linearly polarized light or circularly polarized light is input to the optical waveguide 101 with respect to its intrinsic polarization plane, the TE component and TM component having the same strength are input to the optical waveguide 101. Is excited. As described above, these propagation components arrive at the exit of the optical waveguide 101 with a shift of 1 bit of the modulation signal, and the polarization state at the time of arrival interferes according to the phase difference between the TE component and the TM component, A polarization state of circular polarization is taken from linear polarization that forms an angle of ± 45 degrees with respect to the intrinsic polarization plane.

具体的には、TE成分とTM成分とが同相干渉の場合は、光導波路101の入り口と同じく固有偏波面に対して45度の角度を持つ直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とがπ干渉の場合は、上述した同相干渉とは直交する−45度直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とがπ/2および3π/2干渉の場合は、互いに逆回転の円偏波となる。   Specifically, when the TE component and the TM component are in-phase interference, the polarization is linearly polarized with an angle of 45 degrees with respect to the natural polarization plane, similar to the entrance of the optical waveguide 101. Further, when the TE component and the TM component are π interference, the above-described in-phase interference is −45 degrees linearly polarized wave. Further, when the TE component and the TM component are π / 2 and 3π / 2 interference, they are circularly polarized waves that are reversely rotated.

上述したような、伝搬速度の異なる2つの偏波成分を一本の光導波路101に走行(導波)させて干渉を得る状況は、伝搬速度の遅いTE成分を空間光学系遅延干渉計の遅延光路に対応させ、伝搬成分の早いTM成分を空間光学系遅延干渉計の遅延のない光路に対応させた場合と等価である。従って、光導波路101の出口に、光導波路101の固有偏波面に対して45度の偏波基準面を持つ偏波分離部102を配置し、45度の直線偏波成分と−45度の直線偏波成分とを各々抽出すれば、偏波分離部102の出口(出力)には、1ビット遅延干渉した出力を得ることができる。   As described above, two polarization components having different propagation speeds travel (waveguide) in one optical waveguide 101 to obtain interference. The TE component having a slow propagation speed is delayed by a spatial optical delay interferometer. This is equivalent to the case where the TM component having a fast propagation component is made to correspond to the optical path without delay of the spatial optical system delay interferometer. Therefore, the polarization separation unit 102 having a polarization reference plane of 45 degrees with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 101 is disposed at the exit of the optical waveguide 101, and the 45-degree linear polarization component and the −45 degree straight line are arranged. If each of the polarization components is extracted, an output with 1-bit delay interference can be obtained at the exit (output) of the polarization separation unit 102.

また、偏波分離部102が、互いに逆回転の円偏波をそれぞれ分離して取りだす機能であっても、TE成分とTM成分がπずれた干渉出力として取りだすことができるので、1ビット遅延干渉計として機能する。   Further, even if the polarization separation unit 102 has a function of separating and extracting the circularly polarized waves that are reversely rotated from each other, the TE component and the TM component can be extracted as an interference output that is shifted by π. It functions as a total.

また、式(1)より、TE成分とTM成分の群屈折率差が大きいほど光導波路101の光導波路長さを短くできるので、1ビット遅延光干渉計の小型・集積化に好ましい。特に、非特許文献2のFig.1.1(a)に記載されているように、コア112をシリコンから構成したシリコン細線光導波路とすることで、より小型化が可能となる。   Further, from equation (1), the larger the difference in the group index of refraction between the TE component and the TM component, the shorter the optical waveguide length of the optical waveguide 101, which is preferable for miniaturization and integration of the 1-bit delayed optical interferometer. In particular, FIG. As described in 1.1 (a), the core 112 is made of a silicon fine wire optical waveguide made of silicon, so that the size can be further reduced.

例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を用い、このSOI層をよく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工すれば、シリコン細線のコアが形成できる。また、この後、よく知られたCVD法などにより酸化シリコンを堆積することで、上部クラッド層が形成できる。この場合、埋め込み絶縁層が下部クラッド層となる。   For example, if an SOI (Silicon on Insulator) substrate is used and this SOI layer is processed by a well-known photolithography technique and etching technique, a core of a silicon fine wire can be formed. Thereafter, an upper clad layer can be formed by depositing silicon oxide by a well-known CVD method or the like. In this case, the buried insulating layer becomes the lower cladding layer.

シリコン細線光導波路は、断面の幅や高さが数百ナノメートルサイズのシリコンコアと、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、空気、真空などのクラッドとから構成した光導波路であり、通常、製造を容易にするために、基板に水平な方向に扁平なコアを持っている。   Silicon optical waveguides are optical waveguides composed of a silicon core with a cross-sectional width and height of several hundreds of nanometers and a clad made of silicon oxide, silicon oxynitride, air, vacuum, etc. To have a flat core in the horizontal direction to the substrate.

この扁平な構造により、群屈折率に大きな偏波依存性が生じる。また、コアの断面の幅方向と高さ方向との比率(扁平率)を大きくすることで、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差をより大きくすることができる。非特許文献2のFig.1.4(a)にシリコン細線光導波路における群屈折率の計算結果が掲載されているが、断面が400×200nmのコアの場合、1.6程度の群屈折率の差が得られることが判る。これを式(1)に代入し、1ビット遅延光干渉計に必要な光導波路長を求めると、ビットレートが40Gbpsの場合、LWG=4.7mmである。 This flat structure causes a large polarization dependence in the group refractive index. Further, by increasing the ratio (flatness ratio) between the width direction and the height direction of the cross section of the core, the difference in group refractive index between two orthogonal polarizations can be further increased. FIG. 1.4 (a) shows the calculation result of the group refractive index in the silicon fine wire optical waveguide. When the core has a cross section of 400 × 200 nm, a difference in group refractive index of about 1.6 can be obtained. I understand. Substituting this into equation (1) and determining the optical waveguide length required for the 1-bit delay optical interferometer, L WG = 4.7 mm when the bit rate is 40 Gbps.

非特許文献3および非特許文献4によれば、偏波調整素子や偏波分離素子は、長さ100μm以下、幅20μm以下のサイズで製作可能であり、最終的にこれらの素子を集積しても1個の干渉計が専有する面積は概ね0.1mm2となる。この専有面積は、既存の空間光学系による遅延干渉計に比べて約1/7000であり、多チャンネル集積に非常に適していることが判る。 According to Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4, the polarization adjustment element and the polarization separation element can be manufactured with a size of 100 μm or less in length and 20 μm or less in width, and finally these elements are integrated. The area occupied by one interferometer is approximately 0.1 mm 2 . This exclusive area is about 1/7000 compared with a delay interferometer based on an existing spatial optical system, and is found to be very suitable for multi-channel integration.

本実施の形態における1ビット遅延光干渉計の構成は、シリコンなどの半導体からなるコアではなく、偏波保持ファイバーなどの伝導媒体(石英光導波路)を用いても実現可能である。しかしながら、偏波保持ファイバーの群屈折率差は、0.0005程度と、シリコンの場合の約1/30000であり、140mものファイバー長が必要となる。また、ファイバーの曲げ半径も1cmが限界であり、さらに、偏波調整素子および偏波分離素子を集積することもできない。このため、偏波保持ファイバーを用いる構成では、小型化が不可能である。   The configuration of the 1-bit delay optical interferometer in the present embodiment can be realized by using a conductive medium (quartz optical waveguide) such as a polarization maintaining fiber instead of the core made of a semiconductor such as silicon. However, the group refractive index difference of the polarization maintaining fiber is about 0.0005, which is about 1 / 30,000 of that of silicon, and a fiber length of 140 m is required. Further, the bending radius of the fiber is limited to 1 cm, and further, the polarization adjustment element and the polarization separation element cannot be integrated. For this reason, the configuration using the polarization maintaining fiber cannot be downsized.

シリコン細線光導波路のコアサイズについては、非特許文献5に様々な研究機関の例が記載されている。これによると、通信用の波長1550nm周辺の赤外線においてコアの断面の寸法(幅)は概ね200nmから500nmの間にあるが、この寸法範囲においては単一モード条件が担保され、高次モードによる伝搬特性や干渉特性の劣化を防ぐことができるので、本発明においても適用するのが好ましい。   Non-Patent Document 5 describes examples of various research institutes regarding the core size of the silicon fine wire optical waveguide. According to this, the dimension (width) of the cross section of the core is approximately 200 nm to 500 nm in the infrared light around the wavelength of 1550 nm for communication. However, in this dimension range, the single mode condition is ensured and the propagation by the higher order mode is performed. Since deterioration of characteristics and interference characteristics can be prevented, the present invention is also preferably applied in the present invention.

上述した本実施の形態における1ビット遅延光干渉計の効果を確認するために、ビットレート10Gbpsの位相変調信号を対象として光導波路長を設定し、偏波分離部102の片側の出力のスペクトルを測定した。この測定においては、コア112の断面の寸法を幅460nm,高さ200nmとし、光導波路長を28mmとした。この構成とすることで、TE成分とTM成分との光導波路101の通過時間差が、10Gbps変調信号の1ビットの時間(100ps)となる。図2に示すように、出力の波長スペクトルには10GHz周期の干渉リップルが観測された。この測定結果から、本実施の形態における1ビット遅延光干渉計が、目的の動作をすることが確認された。   In order to confirm the effect of the 1-bit delay optical interferometer in the present embodiment described above, the optical waveguide length is set for the phase modulation signal having a bit rate of 10 Gbps, and the spectrum of the output on one side of the polarization separation unit 102 is calculated. It was measured. In this measurement, the cross-sectional dimensions of the core 112 were 460 nm in width, 200 nm in height, and the optical waveguide length was 28 mm. With this configuration, the difference between the TE component and the TM component through the optical waveguide 101 is 1 bit time (100 ps) of the 10 Gbps modulated signal. As shown in FIG. 2, an interference ripple having a period of 10 GHz was observed in the wavelength spectrum of the output. From this measurement result, it was confirmed that the 1-bit delay optical interferometer in the present embodiment performs the intended operation.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2における光機能素子の構成を示す構成図である。以下では、光機能素子として1ビット遅延光干渉計について説明する。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 2 of the present invention. Hereinafter, a 1-bit delay optical interferometer will be described as an optical functional element.

この1ビット遅延光干渉計は、光導波路301と、光導波路301の入力側に配置された偏波調整素子303とを備える。また、光導波路301の出力側に配置された偏波調整素子304および偏波分離素子302を備える。実施の形態2では、光導波路301が形成されている基板311の上に、偏波分離素子302,偏波調整素子303,および偏波調整素子304が、モノリシックに集積されている。   This 1-bit delay optical interferometer includes an optical waveguide 301 and a polarization adjustment element 303 disposed on the input side of the optical waveguide 301. Further, a polarization adjustment element 304 and a polarization separation element 302 are provided on the output side of the optical waveguide 301. In the second embodiment, the polarization separation element 302, the polarization adjustment element 303, and the polarization adjustment element 304 are monolithically integrated on the substrate 311 on which the optical waveguide 301 is formed.

なお、光導波路301は、固有偏波面に対して平行な第1偏波と、固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、入力される位相変調信号の1ビット分の時間となる光導波路長とされている。なお、この光導波路長は、偏波調整素子303と偏波調整素子304との間の導波路長である。また、偏波分離素子302の偏波基準面は、固有偏波面に対して平行または垂直とされている。偏波分離素子302は、例えば、偏波ビームスプリッタである。   In the optical waveguide 301, the difference in propagation time between the first polarization parallel to the intrinsic polarization plane and the second polarization perpendicular to the intrinsic polarization plane is 1 bit of the input phase modulation signal. The optical waveguide length is a minute time. This optical waveguide length is the waveguide length between the polarization adjusting element 303 and the polarization adjusting element 304. Further, the polarization reference plane of the polarization separation element 302 is parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane. The polarization separation element 302 is, for example, a polarization beam splitter.

偏波調整素子303は、光導波路301の固有偏波面に水平または垂直な偏波に対して45°の偏波回転を与える。もしくは、偏波調整素子303は、光導波路301の固有偏波面に水平または垂直な偏波を円偏波とする。   The polarization adjusting element 303 gives a 45 ° polarization rotation to the horizontal or vertical polarization on the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 301. Alternatively, the polarization adjusting element 303 converts the polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 301 into a circular polarization.

偏波調整素子304は、光導波路301の固有偏波面に対して45°の直線偏波を、固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換する。もしくは、偏波調整素子304は、円偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換する。実施の形態2では、偏波調整素子304および偏波分離素子302により、偏波基準面が固有偏波面に対して45°の角度の偏波分離手段、もしくは、逆回転円偏波の分離手段を構成している。   The polarization adjustment element 304 converts a linearly polarized wave of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 301 into a polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane. Alternatively, the polarization adjustment element 304 converts the circularly polarized wave into a polarized wave that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane. In the second embodiment, the polarization adjustment element 304 and the polarization separation element 302 are used to separate the polarization reference means whose polarization reference plane is at an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane, or the reverse rotation circular polarization separation means. Is configured.

上述したように、基板311に集積する場合、偏波分離素子302の偏波基準面を、基板311の平面に対して45°にすることは容易ではなく、一般には、基板311の平面に対して平行な状態または垂直な状態となる。一方、光導波路301には、固有偏波面に対して45°の偏波が導波してくる。この組み合わせでは、光導波路301を導波してきた偏波を、偏波分離素子302で分離することができない。これに対し、偏波調整素子304を設け、これより出力される光が固有偏波面に平行または垂直な状態としておけば、偏波分離素子302により偏波が分離できる。   As described above, when integrating on the substrate 311, it is not easy to set the polarization reference plane of the polarization separation element 302 to 45 ° with respect to the plane of the substrate 311. Parallel or vertical. On the other hand, the optical waveguide 301 is polarized by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane. With this combination, the polarized light guided through the optical waveguide 301 cannot be separated by the polarization separation element 302. On the other hand, if the polarization adjusting element 304 is provided and the light output therefrom is in a state parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane, the polarization can be separated by the polarization separating element 302.

実施の形態2においても、光導波路301を、前述した式(1)を用いて求めた光導波路長LWGとすれば、光導波路301においては、TE成分とTM成分との伝搬時間の差が、入力される位相変調信号の1ビット分の時間となる。このような系において、偏波調整素子303に、光導波路301の固有偏波面に対し水平または垂直な直線偏波の光(位相変調信号)が入射すると、光導波路301の入り口での偏波は光導波路301の固有偏波面に対して45度の直線偏波、もしくは円偏波となるが、この偏波は、光導波路301に同じ強さのTE成分とTM成分を励起する。これらの伝搬成分は、前述したことにより、変調信号1ビット分ずれて光導波路301の出口に到着し、到着時の偏波状態は、TE成分とTM成分との位相差に応じて干渉し、固有偏波面に対し±45度の角度をなす直線偏波から円偏波の偏波状態を取る。 Also in the second embodiment, an optical waveguide 301, if an optical waveguide length L WG determined using Equation (1) described above, in the optical waveguide 301, the difference in propagation time between the TE and TM components This is the time for one bit of the input phase modulation signal. In such a system, when linearly polarized light (phase modulation signal) that is horizontal or vertical with respect to the specific polarization plane of the optical waveguide 301 enters the polarization adjusting element 303, the polarization at the entrance of the optical waveguide 301 is A linearly polarized wave or a circularly polarized wave of 45 degrees with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 301 is excited, and this polarized wave excites the TE component and the TM component of the same strength in the optical waveguide 301. As described above, these propagation components arrive at the exit of the optical waveguide 301 with a shift of 1 bit of the modulation signal, and the polarization state at the time of arrival interferes according to the phase difference between the TE component and the TM component, A polarization state of circular polarization is taken from linear polarization that forms an angle of ± 45 degrees with respect to the intrinsic polarization plane.

具体的には、TE成分とTM成分とが同相干渉の場合は、光導波路301の入り口と同じく固有偏波面に対して45度の角度を持つ直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とがπ干渉の場合は、上述した同相干渉とは直交する−45度直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とがπ/2および3π/2干渉の場合は、円偏波となる。   Specifically, when the TE component and the TM component are in-phase interference, the polarization is linearly polarized with an angle of 45 degrees with respect to the natural polarization plane as with the entrance of the optical waveguide 301. Further, when the TE component and the TM component are π interference, the above-described in-phase interference is −45 degrees linearly polarized wave. Further, when the TE component and the TM component are π / 2 and 3π / 2 interference, circular polarization is obtained.

従って、光導波路301の出口に配置された偏波調整素子304により、固有偏波面に対して45°の直線偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換し、もしくは互いに逆回転の円偏波をそれぞれ水平または垂直な偏波に変換し、偏波分離素子302で、変換された偏波より平行な直線偏波成分と垂直な直線偏波成分とを各々抽出すれば、偏波分離素子302の出口(出力)には、1ビット遅延干渉した出力を得ることができる。   Therefore, the polarization adjustment element 304 disposed at the exit of the optical waveguide 301 converts the 45 ° linear polarization with respect to the natural polarization plane into a horizontal or vertical polarization with respect to the natural polarization plane, or reverse rotations to each other. If each circularly polarized wave is converted into a horizontal or vertical polarized wave, and a polarization separating element 302 extracts a linearly polarized wave component parallel to the converted polarized wave and a vertical linearly polarized wave component, the polarized wave is obtained. At the exit (output) of the separation element 302, an output with 1-bit delay interference can be obtained.

以上に説明したように、本発明の上記実施の形態では、導波方向に直交する断面が長方形または台形とされたコアからなる光導波路を、この光導波路長がこの固有偏波面に対して平行な第1偏波と、固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、位相変調信号の1ビット分の時間となる状態として用いるようにした。この結果、従来の1ビット遅延光干渉計に比較し、例えば、面積比で約7000分の1に小型化することが可能となる。また、同一の基板上に、各部分をモノリシックに集積して構築することができる。このように集積化する場合、光回路が大規模化する場合があるが、本発明によれば、光導波路を小型化することができるので、特に効果的である。このように、本発明によれば、光差動位相変調信号復調器の安価な多チャンネル集積が可能となる。   As described above, in the above-described embodiment of the present invention, an optical waveguide composed of a core having a rectangular or trapezoidal cross section orthogonal to the waveguide direction is used. The difference in propagation time between the first polarized wave and the second polarized wave perpendicular to the natural polarization plane is used as a state corresponding to a time of one bit of the phase modulation signal. As a result, compared with the conventional 1-bit delay optical interferometer, for example, the area ratio can be reduced to about 1/7000. Further, each part can be monolithically integrated on the same substrate. In the case of such integration, the optical circuit may be increased in scale, but according to the present invention, the optical waveguide can be reduced in size, which is particularly effective. Thus, according to the present invention, inexpensive multi-channel integration of an optical differential phase modulation signal demodulator is possible.

また、1ビット遅延光干渉計を用いて復調器とするためには、よく知られているように、偏波分離した信号光の光強度を差分出力する検出部が必要となる。このような検出部としては、例えば、バランスドフォトダイオードを用いればよい。バランスドフォトダイオードは、TEおよびTMの2つの偏波成分を各々受光する2つのフォトダイオードから構成されている。各フォトダイオードで光電変換された出力(電気信号)より、引き算回路で差動信号を生成すれば、差動位相変調光の復調が行える。このフォトダイオードを、同一の基板上に集積化すれば、小型化により有利である。   In addition, in order to use a 1-bit delay optical interferometer as a demodulator, as is well known, a detector that outputs a difference between the optical intensities of polarization-separated signal light is required. For example, a balanced photodiode may be used as such a detection unit. The balanced photodiode is composed of two photodiodes that receive two polarization components of TE and TM, respectively. If a differential signal is generated by a subtracting circuit from an output (electric signal) photoelectrically converted by each photodiode, the differential phase-modulated light can be demodulated. If this photodiode is integrated on the same substrate, it is advantageous for miniaturization.

ところで、光機能素子としては、よく知られているように光周波数フィルタがある。光周波数フィルタが用いられる光デバイスにおいては、インジウム燐やシリコンに代表されるIII−V族またはIV族の半導体材料を用いた光・電子デバイスの大規模モノリシック集積技術が注目されている。このような技術を用いることにより、大量生産可能かつ小型化が容易など優れた利点を有することから、チップ間光インターコネクションから中・長距離光伝送まで幅広い応用が期待されている。   By the way, as an optical functional element, there is an optical frequency filter as well known. In an optical device using an optical frequency filter, a large-scale monolithic integration technique of an optical / electronic device using a group III-V or group IV semiconductor material typified by indium phosphorus or silicon has attracted attention. By using such a technology, it has excellent advantages such as mass production and easy miniaturization, and therefore, a wide range of applications are expected from inter-chip optical interconnection to medium / long-distance optical transmission.

一方で、増大する伝送トラフィックに対応するために、波長分割多重(WDM)技術が一般的に用いられている。WDMは、1990年代に開発されたエルビウム添加ファイバ増幅器が商用化されて以降、広帯域による一括増幅ができることから、中継増幅を行う装置として普及している。しかし、依然としてデバイスやシステムの大型化、複雑化、高コスト化に懸念が残されていることから、上述した半導体材料によるモノリシック集積技術を適用することで、これらの課題解決が試みられてきた。   On the other hand, wavelength division multiplexing (WDM) technology is generally used to cope with increasing transmission traffic. Since erbium-doped fiber amplifiers developed in the 1990s have been commercialized, WDM has become widespread as a device for performing relay amplification because it can perform a collective amplification over a wide band. However, since there are still concerns about the increase in size, complexity, and cost of devices and systems, attempts have been made to solve these problems by applying the above-described monolithic integration technology using semiconductor materials.

WDMに対応する送受信機に上述したモノリシック集積技術を適用する際、一般的にアレイ導波路グレーティング(AWG)と呼ばれる光周波数フィルタが必要である。しかし、石英ガラスを用いた既存の平面光波回路(PLC)技術で作製する場合は、数mm角〜数十mm角であるのに対し、前述した集積技術では、超高屈折率差導波構造によってわずか数100μm角となり、極端にデバイスサイズが小さい。これらのことから、逆に、AWGを用いることで、微細加工技術精度に問題が生じることがあった。特に、チャネル周波数間隔が50GHzや100GHzになると、上記問題は顕著となる。   When the above-described monolithic integration technique is applied to a transceiver compatible with WDM, an optical frequency filter generally called an arrayed waveguide grating (AWG) is required. However, in the case of manufacturing with the existing planar lightwave circuit (PLC) technology using quartz glass, it is several mm square to several tens mm square. However, the device size is extremely small. From the above, conversely, the use of AWG may cause a problem in the precision of microfabrication technology. In particular, when the channel frequency interval is 50 GHz or 100 GHz, the above problem becomes significant.

このため、前述した修正技術に適合可能な、より微細な光周波数フィルタが必要とされている。以下では、光機能素子として、小型化が可能であり、より容易に製造できる光周波数フィルタについて説明する。   Therefore, there is a need for a finer optical frequency filter that can be adapted to the correction technique described above. Below, the optical frequency filter which can be reduced in size and can be manufactured more easily as an optical functional element is demonstrated.

[実施の形態3]
以下、本発明の実施の形態3について図5を用いて説明する。図5は、本発明の実施の形態3における光機能素子の構成を示す構成図(a)、および一部構成の断面を示す断面図(b)である。以下では、光機能素子として光周波数フィルタを例に説明する。
[Embodiment 3]
Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5: is the block diagram (a) which shows the structure of the optical functional element in Embodiment 3 of this invention, and (b) which shows the cross section of a partial structure. Hereinafter, an optical frequency filter will be described as an example of the optical functional element.

この光周波数フィルタは、光導波路501と、光導波路501の出力側に配置された偏波分離部502とを備える。光導波路501は、例えば、下部クラッドとなる基板511と、基板511の上に形成され、導波方向に直交する断面が長方形または台形とされたコア512と、コア512の上に形成された上部クラッド層513とから構成されている。なお、下部クラッドと基板とが別体で構成されていてもよい。   This optical frequency filter includes an optical waveguide 501 and a polarization separation unit 502 disposed on the output side of the optical waveguide 501. The optical waveguide 501 is, for example, a substrate 511 serving as a lower clad, a core 512 formed on the substrate 511 and having a rectangular or trapezoidal cross section orthogonal to the waveguide direction, and an upper portion formed on the core 512. And a clad layer 513. The lower cladding and the substrate may be configured separately.

加えて、光導波路501は、固有偏波面に対して平行な第1偏波522と、固有偏波面に対して垂直な第2偏波523との伝搬時間の差が、所望とするフリースペクトルレンジの逆数で示される時間となる光導波路長とされている。光導波路501には、光導波路501の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態、または円偏波状態の光信号521が入力される。また、偏波分離部502の偏波基準面は、固有偏波面に対して45°の角度を有している。   In addition, the optical waveguide 501 has a desired free spectral range in which the difference in propagation time between the first polarization 522 parallel to the intrinsic polarization plane and the second polarization 523 perpendicular to the intrinsic polarization plane is desired. The optical waveguide length is the time indicated by the reciprocal of. An optical signal 521 in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 501 or a circularly polarized state is input to the optical waveguide 501. The polarization reference plane of the polarization separation unit 502 has an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane.

なお、固有偏波面は、コア512の断面の互いに平行な対向する1組の辺に平行または垂直な平面である。図5の(b)に示すように、基板511の上に断面が長方形のコア512が形成されている場合、基板511の平面に平行な面を、コア512の固有偏波面とすることができる。図5の(b)に示すように、基板511の平面方向の幅が、基板511の平面に垂直な方向の高さとは異なる断面のコア512においては、導波(伝搬)する光の群屈折率が、固有偏波面に平行な成分(TE成分:第1偏波)と、固有偏波面に垂直な成分(TM成分:第2偏波)とで異なるものとなる。   The intrinsic polarization plane is a plane parallel to or perpendicular to a pair of opposing sides of the core 512 that are parallel to each other. As shown in FIG. 5B, when the core 512 having a rectangular cross section is formed on the substrate 511, a plane parallel to the plane of the substrate 511 can be the intrinsic polarization plane of the core 512. . As shown in FIG. 5B, in the core 512 having a cross section in which the width in the planar direction of the substrate 511 is different from the height in the direction perpendicular to the plane of the substrate 511, the group refraction of light guided (propagated). The rate differs between a component parallel to the natural polarization plane (TE component: first polarization) and a component perpendicular to the natural polarization plane (TM component: second polarization).

ここで、光導波路501の入力側に偏波調整部503を設けることで、光導波路501に対し、固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態、または円偏波状態の光信号を入力させるようにしてもよい。   Here, by providing the polarization adjustment unit 503 on the input side of the optical waveguide 501, an optical signal in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane or a circularly polarized state is provided with respect to the optical waveguide 501. You may make it input.

偏波分離部502および偏波調整部503は、様々な形態を取ることが可能であるが、小型に安価に構成するには、平面基板上の光導波路をベースにモノリシック集積して構成することが好ましい。例えは、偏波調整部503は偏波ローテータ構造(非特許文献3参照)が適用可能である。また、偏波調整部503は、偏波スプリッタ構造が適用可能である(非特許文献4参照)。   The polarization separation unit 502 and the polarization adjustment unit 503 can take various forms. However, in order to form a small and inexpensive configuration, the polarization separation unit 502 and the polarization adjustment unit 503 can be monolithically integrated based on an optical waveguide on a planar substrate. Is preferred. For example, a polarization rotator structure (see Non-Patent Document 3) can be applied to the polarization adjustment unit 503. In addition, a polarization splitter structure can be applied to the polarization adjustment unit 503 (see Non-Patent Document 4).

上述した実施の形態3によれば、所望とするフリースペクトルレンジの周期的な光周波数フィルタを構成することができる。また、基板111を加熱することなどにより光導波路101の温度を制御すれば、熱光学効果により、光導波路101を導波できる光の波長(周波数)が制御できる。   According to Embodiment 3 described above, a periodic optical frequency filter having a desired free spectrum range can be configured. If the temperature of the optical waveguide 101 is controlled by heating the substrate 111 or the like, the wavelength (frequency) of light that can be guided through the optical waveguide 101 can be controlled by the thermo-optic effect.

実施の形態3における光周波数フィルタによれば、例えば、偏波分離部502を、両偏波出力を持つ偏波分離素子から構成することで、X:1(MUX)もしくは1:X(DEMUX)化によりシリコンを含む超高密度AWGの加工精度要求を緩和することができる。また、偏波分離部502を片偏波透過素子(偏光子)から構成することで、超小型な周波数帯域制限素子としても利用可能である。非特許文献3および非特許文献4によれば、偏波調整素子や偏波分離素子は、長さ100μm以下、幅20μm以下のサイズで製作可能であり、最終的にこれらの素子を集積しても1個の光周波数フィルタが専有する面積は概ね0.1mm2となる。 According to the optical frequency filter in the third embodiment, for example, the polarization separation unit 502 is configured by a polarization separation element having both polarization outputs, so that X: 1 (MUX) or 1: X (DEMUX). As a result, the processing accuracy requirement of ultra-high density AWG containing silicon can be relaxed. In addition, since the polarization separation unit 502 is composed of a unipolar transmission element (polarizer), it can also be used as an ultra-small frequency band limiting element. According to Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4, the polarization adjustment element and the polarization separation element can be manufactured with a size of 100 μm or less in length and 20 μm or less in width, and finally these elements are integrated. The area occupied by one optical frequency filter is approximately 0.1 mm 2 .

また、特許文献1に記載されている複屈折性を用いた光周波数フィルタでは、偏波保持ファイバ(PMF)やLiNbO3結晶、ルチル、方解石などが記載されているが、いずれの場合もモノリシック光回路集積は現実的に不可能である。また、材料の異方性による複屈折を利用していることから、屈折率差は非常に小さく(例えば、10-4〜10-3)、このために大きな相互作用長が必要である。実施の形態3における光導波路501をシリコン細線導波路とすれば、この群屈折率差は>1であるのに対して、PMFにおける群屈折率差の場合は10-4〜10-3とごく僅かであり、これらの比は>1000倍以上に及ぶ。 In addition, in the optical frequency filter using birefringence described in Patent Document 1, polarization maintaining fiber (PMF), LiNbO 3 crystal, rutile, calcite, and the like are described. In either case, monolithic light is used. Circuit integration is practically impossible. In addition, since birefringence due to material anisotropy is used, the difference in refractive index is very small (for example, 10 −4 to 10 −3 ), which requires a large interaction length. If the optical waveguide 501 in the third embodiment is a silicon fine wire waveguide, this group refractive index difference is> 1, whereas in the case of the PMF group refractive index difference, 10 −4 to 10 −3 is very high. These ratios are insignificant and the ratios are> 1000 times.

例えば、実施の形態3における光周波数フィルタの構成は、シリコンなどの半導体からなるコアではなく、偏波保持ファイバーなどの伝導媒体(石英光導波路)を用いても実現可能である。しかしながら、偏波保持ファイバーの群屈折率差は、0.0005程度と、シリコンの場合の約1/30000であり、140mものファイバー長が必要となる。また、ファイバーの曲げ半径も1cmが限界であり、さらに、偏波調整素子および偏波分離素子を集積することもできない。このため、偏波保持ファイバーを用いる構成では、小型化が不可能である。   For example, the configuration of the optical frequency filter in the third embodiment can be realized by using a conductive medium (quartz optical waveguide) such as a polarization maintaining fiber instead of the core made of a semiconductor such as silicon. However, the group refractive index difference of the polarization maintaining fiber is about 0.0005, which is about 1 / 30,000 of that of silicon, and a fiber length of 140 m is required. Further, the bending radius of the fiber is limited to 1 cm, and further, the polarization adjustment element and the polarization separation element cannot be integrated. For this reason, the configuration using the polarization maintaining fiber cannot be downsized.

以下、光導波路501の光導波路長について、より詳細に説明する。まず、位相φと群屈折率ng、長さL、波長λの関係は、以下の式(2)で表すことができる。また、波長λと周波数fは、以下の式(3)によって表すことができる。これらの数式より式(4)および式(5)を得ることができる。なお、φは位相、ngは群屈折率、Lは導波路長、λは光波長、fは、光周波数、Δφは位相シフト、Δngは群屈折率変化、ng・TEはTEモードの群屈折率、ng・TMはTMモードの群屈折率、Δfは、光周波数差を示す。 Hereinafter, the optical waveguide length of the optical waveguide 501 will be described in more detail. First, the relationship between the phase φ, the group refractive index ng , the length L, and the wavelength λ can be expressed by the following equation (2). The wavelength λ and the frequency f can be expressed by the following equation (3). Expressions (4) and (5) can be obtained from these expressions. Incidentally, phi is the phase, n g is the group refractive index, L is the waveguide length, lambda is optical wavelength, f is the optical frequency, [Delta] [phi is a phase shift, [Delta] n g is the group refractive index change, n g · TE is TE mode Ng · TM is the TM mode group refractive index, and Δf is the optical frequency difference.

Figure 2013047772
Figure 2013047772

これらの式からわかるように、フリースペクトルレンジ(FSR)当たりに必要な位相シフトΔφは2πであることから、周波数フィルタとして機能を果たすFSRは、TEとTMとの間の群屈折率差Δngと導波路長Lに依存する。TEおよびTMが長さLの光導波路501を通過する時間は、ng・TEL/cおよびng・TMWG/cである。式(5)より、導波路長Lの導波路をTEとTMとが伝搬する時間の差は、FSRの逆数で示される時間となる。従って、第1偏波と第2偏波との伝搬時間の差が、所望とするFSRの逆数で示される時間となる光導波路長とすることで、所望とするFSRの光周波数フィルタが得られる。 As can be seen from these formulas, since the phase shift Δφ required per free spectral range (FSR) is 2 [pi, FSR serve as a frequency filter, the group refractive index difference between the TE and TM [Delta] n g And depends on the waveguide length L. The time required for TE and TM to pass through the optical waveguide 501 of length L is ng · TE L / c and ng · TM L WG / c. From Equation (5), the time difference between TE and TM propagating through the waveguide having the waveguide length L is the time indicated by the reciprocal of FSR. Therefore, the optical frequency filter of the desired FSR can be obtained by setting the optical waveguide length at which the difference in propagation time between the first polarization and the second polarization is the time indicated by the reciprocal of the desired FSR. .

また、式(4)および式(5)の比較として、以下の式(6)および式(7)に従来の周波数フィルタを構成するための動作原理を示す。なお、Δφは位相シフト、ngは群屈折率、ΔLは導波路長差、Larm1およびLarm1は各アームの導波路長、Δfは光周波数差を示す。式(6)および式(7)に示されているように、従来では、偏波依存性が無視できる導波路を用いる代わりに、各アーム間の導波路長差ΔLを調整することによって、周波数フィルタとして機能を果たすFSRを得ている。 As a comparison between Expression (4) and Expression (5), the following Expression (6) and Expression (7) show the operating principle for configuring a conventional frequency filter. Δφ is a phase shift, ng is a group refractive index, ΔL is a waveguide length difference, L arm1 and L arm1 are waveguide lengths of each arm, and Δf is an optical frequency difference. As shown in equations (6) and (7), in the past, instead of using a waveguide with negligible polarization dependence, the frequency is adjusted by adjusting the waveguide length difference ΔL between the arms. An FSR that functions as a filter is obtained.

Figure 2013047772
Figure 2013047772

ここで、よく知られているように、TE成分とTM成分の群屈折率差が大きいほど光導波路501の長さを短くできるため、光周波数フィルタの小型・集積化に好ましい。このような特徴を持つ光導波路としては、超高屈折率差を可能にするシリコン細線導波路を用いることが望ましい。   Here, as is well known, since the length of the optical waveguide 501 can be shortened as the difference in the group refractive index between the TE component and the TM component increases, it is preferable for miniaturization and integration of the optical frequency filter. As the optical waveguide having such characteristics, it is desirable to use a silicon fine wire waveguide that enables an ultrahigh refractive index difference.

シリコン細線光導波路は、断面の幅や高さが数百ナノメートルサイズのシリコンコアと、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、空気、真空などのクラッドとから構成した光導波路である。このシリコン細線コアを用いた光導波路では、通常、製造を容易にするために、基板に水平な方向に扁平なコアを持っている。例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を用い、このSOI層をよく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工すれば、シリコン細線のコアが形成できる。また、この後、よく知られたCVD法などにより酸化シリコンを堆積することで、上部クラッド層が形成できる。この場合、埋め込み絶縁層が下部クラッド層となる。   The silicon thin wire optical waveguide is an optical waveguide composed of a silicon core having a cross-sectional width and height of several hundred nanometers and a clad made of silicon oxide, silicon oxynitride, air, vacuum, or the like. In order to facilitate manufacture, the optical waveguide using the silicon thin wire core usually has a flat core in a horizontal direction on the substrate. For example, if an SOI (Silicon on Insulator) substrate is used and this SOI layer is processed by a well-known photolithography technique and etching technique, a core of a silicon fine wire can be formed. Thereafter, an upper clad layer can be formed by depositing silicon oxide by a well-known CVD method or the like. In this case, the buried insulating layer becomes the lower cladding layer.

上述したような扁平なコアの構造により、群屈折率に大きな偏波依存性が生じる。例として断面が460×200nmの扁平型コアの場合では、波長1.55μmにおいて、TE,TM間に約1.274の群屈折率の差が発生することが、光モード伝搬シミュレーションによって求められている。なお、TE成分における群屈折率とTM成分における群屈折率はそれぞれ4.218と2.944であった。   Due to the structure of the flat core as described above, a large polarization dependency occurs in the group refractive index. For example, in the case of a flat core having a cross section of 460 × 200 nm, it is found by optical mode propagation simulation that a difference in group refractive index of about 1.274 occurs between TE and TM at a wavelength of 1.55 μm. Yes. The group refractive index in the TE component and the group refractive index in the TM component were 4.218 and 2.944, respectively.

これらの数値条件を式(5)に代入し、FSR=10GHzに必要な導波路長を求めた結果、導波路長L=2.4cmが得られた。この導波路長とすることで、光導波路501を通過する光信号のTE成分とTM成分との伝搬時間差が、FSBの逆数で示される時間となる。非特許文献3および非特許文献4によれば、偏波調整素子や偏波分離素子は、長さ100μm以下、幅20μm以下のサイズで製作可能であり、最終的にこれらの素子を集積しても1個の素子の専有面積は概ね0.1mm2となる。この専有面積は、非常に小さなものであり、多チャンネル集積に非常に適していることが判る。 As a result of substituting these numerical conditions into the equation (5) and obtaining a waveguide length necessary for FSR = 10 GHz, a waveguide length L = 2.4 cm was obtained. By setting this waveguide length, the propagation time difference between the TE component and the TM component of the optical signal passing through the optical waveguide 501 becomes the time indicated by the reciprocal of the FSB. According to Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4, the polarization adjustment element and the polarization separation element can be manufactured with a size of 100 μm or less in length and 20 μm or less in width, and finally these elements are integrated. However, the area occupied by one element is approximately 0.1 mm 2 . This exclusive area is very small and is found to be very suitable for multi-channel integration.

シリコン細線導波路のコアサイズについては、通信用の波長1.55μm近辺の赤外線において、コア寸法は概ね200nmから500nmの間にあるが、この寸法範囲においては単一モード条件が担保され、高次モードによる伝搬特性や干渉特性の劣化を防ぐことができるので、本実施の形態においても適用するのが好ましい。   As for the core size of the silicon wire waveguide, the core size is approximately between 200 nm and 500 nm in the infrared wavelength of about 1.55 μm for communication. Since it is possible to prevent the propagation characteristics and interference characteristics from being deteriorated due to the mode, it is preferable to apply this embodiment as well.

実施の形態3における光周波数フィルタの効果を確認するために、実施の形態3における光周波数フィルタを実際に作製し、作製したデバイスを用いて偏波分離素子502の片出力のスペクトルを測定した。本測定においては、シリコン細線コアの断面が460×200nm、導波路長さ28mmの条件であり、図6に示すように、出力の波長スペクトルには10GHz周期の干渉スペクトルが観測された。この測定結果から、実施の形態3における光周波数フィルタが、10GHzのFSRを有する光周波数フィルタとして動作することが確認された。   In order to confirm the effect of the optical frequency filter in the third embodiment, the optical frequency filter in the third embodiment was actually manufactured, and the spectrum of the single output of the polarization separation element 502 was measured using the manufactured device. In this measurement, the silicon thin wire core had a cross section of 460 × 200 nm and a waveguide length of 28 mm. As shown in FIG. 6, an interference spectrum having a 10 GHz period was observed in the output wavelength spectrum. From this measurement result, it was confirmed that the optical frequency filter in the third embodiment operates as an optical frequency filter having an FSR of 10 GHz.

[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4について図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施の形態4における光機能素子の構成を示す構成図である。以下では、光機能素子として光周波数フィルタについて説明する。
[Embodiment 4]
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of the optical functional element according to Embodiment 4 of the present invention. Hereinafter, an optical frequency filter will be described as the optical functional element.

この光周波数フィルタは、光導波路701と、光導波路701の入力側に配置された偏波調整素子703とを備える。また、光導波路701の出力側に配置された偏波調整素子704および偏波分離素子702を備える。実施の形態4では、光導波路701が形成されている基板711の上に、偏波分離素子702,偏波調整素子703,および偏波調整素子704が、モノリシックに集積されている。   This optical frequency filter includes an optical waveguide 701 and a polarization adjustment element 703 disposed on the input side of the optical waveguide 701. Further, a polarization adjustment element 704 and a polarization separation element 702 are provided on the output side of the optical waveguide 701. In the fourth embodiment, the polarization separation element 702, the polarization adjustment element 703, and the polarization adjustment element 704 are monolithically integrated on the substrate 711 on which the optical waveguide 701 is formed.

なお、光導波路701は、固有偏波面に対して平行な第1偏波と、固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、所望とするフリースペクトルレンジの逆数で示される時間となる光導波路長とされている。なお、この光導波路長は、偏波調整素子703と偏波調整素子704との間の導波路長である。また、偏波分離素子702の偏波基準面は、固有偏波面に対して平行または垂直とされている。偏波分離素子702は、例えば、偏波ビームスプリッタである。   In the optical waveguide 701, the difference in propagation time between the first polarization parallel to the intrinsic polarization plane and the second polarization perpendicular to the intrinsic polarization plane is the reciprocal of the desired free spectrum range. The length of the optical waveguide is the time indicated. This optical waveguide length is the waveguide length between the polarization adjusting element 703 and the polarization adjusting element 704. The polarization reference plane of the polarization separation element 702 is parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane. The polarization separation element 702 is, for example, a polarization beam splitter.

偏波調整素子703は、光導波路701の固有偏波面に水平または垂直な偏波に対して45°の偏波回転を与える。もしくは、偏波調整素子703は、光導波路701の固有偏波面に水平または垂直な偏波を円偏波とする。   The polarization adjusting element 703 gives a 45 ° polarization rotation with respect to the horizontal or vertical polarization on the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 701. Alternatively, the polarization adjustment element 703 converts a polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 701 into a circular polarization.

偏波調整素子704は、光導波路701の固有偏波面に対して45°の直線偏波を、固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換する。もしくは、偏波調整素子704は、円偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換する。実施の形態4では、偏波調整素子704および偏波分離素子702により、偏波基準面が固有偏波面に対して45°の角度の偏波分離手段、もしくは、逆回転円偏波の分離手段を構成している。   The polarization adjustment element 704 converts a 45-degree linearly polarized wave with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 701 into a polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane. Alternatively, the polarization adjusting element 704 converts the circularly polarized wave into a polarized wave that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane. In the fourth embodiment, the polarization adjusting element 704 and the polarization separating element 702 are used to separate the polarization reference means whose polarization reference plane is at an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane, or the separating means for counter-rotating circularly polarized waves. Is configured.

上述したように、基板711に集積する場合、偏波分離素子702の偏波基準面を、基板711の平面に対して45°にすることは容易ではなく、一般には、基板711の平面に対して平行な状態または垂直な状態となる。一方、光導波路701には、固有偏波面に対して45°の偏波が導波してくる。この組み合わせでは、光導波路701を導波してきた偏波を、偏波分離素子702で分離することができない。これに対し、偏波調整素子704を設け、これより出力される光が固有偏波面に平行または垂直な状態としておけば、偏波分離素子702により基板711の平面に対して45°の角度をなす偏波が分離できる。   As described above, when integrating on the substrate 711, it is not easy to set the polarization reference plane of the polarization separation element 702 to 45 ° with respect to the plane of the substrate 711. Parallel or vertical. On the other hand, the optical waveguide 701 guides a 45 ° polarized wave with respect to the intrinsic polarization plane. With this combination, the polarization guided through the optical waveguide 701 cannot be separated by the polarization separation element 702. On the other hand, if the polarization adjustment element 704 is provided and the light output from the polarization adjustment element 704 is parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane, the polarization separation element 702 makes an angle of 45 ° with respect to the plane of the substrate 711. The polarized waves can be separated.

実施の形態4においても、光導波路701を、前述した実施の形態3の場合と同様にして求めた光導波路長とすれば、光導波路701においては、TE成分とTM成分との伝搬時間の差が、所望とするフリースペクトルレンジの逆数で示される時間にすることができる。このような系において、偏波調整素子703に、光導波路701の固有偏波面に対し水平または垂直な直線偏波の光(位相変調信号)が入射すると、光導波路701の入り口での偏波は光導波路701の固有偏波面に対して45°の直線偏波、もしくは円偏波となるが、この偏波は、光導波路701に同じ強さのTE成分とTM成分を励起する。これらの伝搬成分は、前述したことにより、フリースペクトルレンジの逆数分ずれて光導波路701の出口に到着し、到着時の偏波状態は、TE成分とTM成分との位相差に応じて干渉し、固有偏波面に対し±45°の角度をなす直線偏波から円偏波の偏波状態を取る。   Also in the fourth embodiment, if the optical waveguide 701 has an optical waveguide length obtained in the same manner as in the third embodiment, in the optical waveguide 701, the difference in propagation time between the TE component and the TM component. Can be the time indicated by the reciprocal of the desired free spectral range. In such a system, when linearly polarized light (phase modulation signal) that is horizontal or vertical with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 701 is incident on the polarization adjustment element 703, the polarization at the entrance of the optical waveguide 701 is The polarization is 45 ° linear polarization or circular polarization with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide 701. This polarization excites the TE and TM components of the same strength in the optical waveguide 701. As described above, these propagation components arrive at the exit of the optical waveguide 701 with a shift by the reciprocal of the free spectrum range, and the polarization state at the time of arrival interferes according to the phase difference between the TE component and the TM component. The polarization state of the circularly polarized wave is taken from the linearly polarized wave having an angle of ± 45 ° with respect to the natural polarization plane.

具体的には、TE成分とTM成分とが同相干渉の場合は、光導波路701の入り口と同じく固有偏波面に対して45°の角度を持つ直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とが逆相干渉の場合は、上述した同相干渉とは直交する−45°直線偏波となる。また、TE成分とTM成分とがπ/2および3π/2干渉の場合は、円偏波となる。   Specifically, when the TE component and the TM component are in-phase interference, the polarization is linearly polarized with an angle of 45 ° with respect to the natural polarization plane as with the entrance of the optical waveguide 701. Further, when the TE component and the TM component are anti-phase interference, it becomes −45 ° linearly polarized wave orthogonal to the above-described in-phase interference. Further, when the TE component and the TM component are π / 2 and 3π / 2 interference, circular polarization is obtained.

従って、光導波路701の出口に配置された偏波調整素子704により、固有偏波面に対して45°の直線偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換し、もしくは互いに逆回転の円偏波をそれぞれ水平または垂直な偏波に変換し、偏波分離素子702で、変換された偏波より平行な直線偏波成分と垂直な直線偏波成分とを各々抽出すれば、偏波分離素子702の出口(出力)には、光周波数が所望とするフリースペクトルレンジでフィルタされた出力を得ることができる。   Therefore, the polarization adjustment element 704 disposed at the exit of the optical waveguide 701 converts a linear polarization of 45 ° with respect to the natural polarization plane into a horizontal or vertical polarization with respect to the natural polarization plane, or rotates in a reverse direction to each other. If circularly polarized waves are respectively converted into horizontal or vertical polarized waves, and a polarization separation element 702 extracts a linearly polarized wave component parallel to the converted polarized wave and a vertical linearly polarized wave component, respectively, At the exit (output) of the separation element 702, an output in which the optical frequency is filtered in the desired free spectral range can be obtained.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上述では、主に、コアをシリコンから構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、コアは、化合物半導体から構成してもよい。また、コアは、窒化シリコンから構成してもよい。これら材料であれば、異なる偏波間の群屈折率の差を大きくすることが可能であり、光導波路長を短くすることができる。また、これらの材料であれば、クラッドとの大きな屈折率差が実現でき、光導波路(コア)の曲げ半径を小さくできるので、より小さな領域に集積することができる。   It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment described above, and that many modifications can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, the case where the core is mainly made of silicon has been described. However, the present invention is not limited to this, and the core may be made of a compound semiconductor. The core may be made of silicon nitride. With these materials, the difference in the group refractive index between different polarized waves can be increased, and the optical waveguide length can be shortened. Further, with these materials, a large refractive index difference from the cladding can be realized, and the bending radius of the optical waveguide (core) can be reduced, so that it can be integrated in a smaller region.

101…光導波路、102…偏波分離部、103…偏波調整部、111…基板、112…コア、113…上部クラッド層、121…位相変調信号、122…第1偏波、123…第2偏波。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Optical waveguide, 102 ... Polarization separation part, 103 ... Polarization adjustment part, 111 ... Substrate, 112 ... Core, 113 ... Upper clad layer, 121 ... Phase modulation signal, 122 ... First polarization, 123 ... Second Polarization.

Claims (7)

導波方向に直交する断面が長方形または台形とされたコアからなる光導波路と、
前記光導波路の出力側に配置された偏波分離手段と
を少なくとも備え、
前記光導波路は、前記光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた直線偏波状態または円偏波状態の光信号が入力され、前記固有偏波面に対して平行な第1偏波と前記固有偏波面に対して垂直な第2偏波との伝搬時間の差が、所望とする値となる光導波路長とされ、
前記偏波分離手段の偏波基準面は、前記固有偏波面に対して45°の角度を有している
ことを特徴とする光機能素子。
An optical waveguide comprising a core having a rectangular or trapezoidal cross section perpendicular to the waveguide direction;
And polarization separation means disposed on the output side of the optical waveguide,
The optical waveguide receives an optical signal in a linearly polarized state or a circularly polarized state whose polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide, and a first polarization parallel to the intrinsic polarization plane. The difference in propagation time between the wave and the second polarization perpendicular to the natural polarization plane is the optical waveguide length that takes a desired value,
The optical functional element, wherein the polarization reference plane of the polarization separation means has an angle of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane.
請求項1記載の光機能素子において、
前記光信号は位相変調信号であり、
前記光導波路は、前記第1偏波と前記第2偏波との伝搬時間の差が、前記位相変調信号の1ビット分の時間となる光導波路長とされていることを特徴とする光機能素子。
The optical functional element according to claim 1,
The optical signal is a phase modulation signal;
The optical function is characterized in that the optical waveguide has an optical waveguide length in which a difference in propagation time between the first polarization and the second polarization is a time corresponding to one bit of the phase modulation signal. element.
請求項1記載の光機能素子において、
前記光信号は、フィルタ対象の光信号であり、
前記光導波路は、前記第1偏波と前記第2偏波との伝搬時間の差が、所望とするフリースペクトルレンジの逆数で示される時間となる光導波路長とされていることを特徴とする光機能素子。
The optical functional element according to claim 1,
The optical signal is an optical signal to be filtered,
The optical waveguide has an optical waveguide length in which a difference in propagation time between the first polarization and the second polarization is a time indicated by a reciprocal of a desired free spectrum range. Optical functional element.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光機能素子において、
前記光導波路の入力側に配置された偏波調整手段を備え、
前記偏波調整手段は、前記光導波路への入力光の偏波を光導波路の固有偏波面に対して45°の直線偏波または円偏波とする
ことを特徴とする光機能素子。
The optical functional element according to any one of claims 1 to 3,
Comprising polarization adjusting means disposed on the input side of the optical waveguide;
The optical functional element characterized in that the polarization adjusting means sets the polarization of the input light to the optical waveguide to 45 ° linear polarization or circular polarization with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide.
請求項4記載の光機能素子において、
前記偏波分離手段および前記偏波調整手段は、前記光導波路が形成されている基板の上に集積され、
光導波路の出力側に配置された前記偏波分離手段は、偏波調整素子と偏波分離素子とから構成され、
前記偏波調整素子は、前記固有偏波面に対して45°の直線偏波を前記固有偏波面に水平または垂直な偏波、または、円偏波を固有偏波面に水平または垂直な偏波に変換し、
前記偏波分離素子の偏波基準面は、前記固有偏波面に対して平行または垂直とされていることを特徴とする光機能素子。
The optical functional element according to claim 4,
The polarization separation means and the polarization adjustment means are integrated on a substrate on which the optical waveguide is formed,
The polarization separation means arranged on the output side of the optical waveguide is composed of a polarization adjustment element and a polarization separation element,
The polarization adjusting element converts a linearly polarized wave of 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane into a polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane, or a circular polarization into a polarization that is horizontal or perpendicular to the intrinsic polarization plane. Converted,
An optical functional element, wherein a polarization reference plane of the polarization separation element is parallel or perpendicular to the intrinsic polarization plane.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光機能素子において、
前記コアは、シリコンから構成され、
前記光導波路のクラッドは、空気、真空、酸化珪素、酸窒化珪素のいずれかから構成されていることを特徴とする光機能素子。
In the optical functional element according to any one of claims 1 to 5,
The core is made of silicon,
The clad of the optical waveguide is composed of any one of air, vacuum, silicon oxide, and silicon oxynitride.
請求項6記載の光機能素子において、
前記コアの断面の幅および高さは、200〜500nmの範囲の寸法に形成されていることを特徴とする光機能素子。
The optical functional element according to claim 6,
An optical functional element characterized in that the cross-sectional width and height of the core are formed in a size range of 200 to 500 nm.
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