JP2814967B2 - 導波路型光デバイス - Google Patents

導波路型光デバイス

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JP2814967B2 JP7270820A JP27082095A JP2814967B2 JP 2814967 B2 JP2814967 B2 JP 2814967B2 JP 7270820 A JP7270820 A JP 7270820A JP 27082095 A JP27082095 A JP 27082095A JP 2814967 B2 JP2814967 B2 JP 2814967B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波路型光デバイ
スに関し、特に出力される偏光をランダム偏光にする機
能を有する偏波スクランブラ等に関する。
【0001】
【従来の技術】電気光学効果を有する基板を用いた導波
路形光デバイスは、基板中に光導波路として屈折率の高
い光導波路部分が形成されており、この部分に光が閉じ
こめられ伝搬される。この光導波路の上部又は近傍に
は、電圧を印加するための電極が形成されており、電極
に電圧を印加することにより光導波路を含む基板中に電
界が発生する。基板中に電界が発生すると、基板がもつ
電気光学効果により、その屈折率が変化する。この光導
波路の屈折率の変化を利用して、光の位相や強度を変調
する光変調器や、あるいは光路切換を行う光スイッチが
構成される。
【0002】このような電気光学効果を利用した導波路
型光デバイスの一つとして、入力された光の偏光をスク
ランブルする機能を有する偏波スクランブラがある。こ
の偏波スルランブラの構造及び動作について説明する。
【0003】光導波路が形成される基板としては、強誘
電体材料の中で比較的高い電気光学効果を示すニオブ酸
リチウム基板が一般的に広く用いられている。ニオブ酸
リチウムを用いた導波路型光デバイスは、基板にチタン
膜が成膜され、所望の導波路パターンにパターニングさ
れた後、1000℃前後の高温で数時間熱拡散され光導
波路が形成される。そして、光導波路の上部に二酸化シ
リコンバッファ層(以下、「SiO2膜」と記す。)が
成膜され、さらにその上部にチタンと金、あるいはクロ
ムと金などの金属膜により電極が形成される。なお、S
iO2膜と金属膜の間にシリコン膜(以下、「Si膜」
と記す。)が形成される場合もある。このような導波路
型光デバイスは、基板上に光を変調する機能や光路の切
り替えを行う機能の集積化に適している。
【0004】図8は、ニオブ酸リチウム基板を用いた偏
波スクランブラであり、入力光の偏波を時間的にランダ
ムな偏光に変換するものである。図3を用いて、構造と
動作原理を以下に説明する。ニオブ酸リチウム基板11
に形成された直線導波路21の導波路基板11の表面全
体には、成膜されたSiO2膜3(図9(a))を参
照)を介して、クロムと金からなる金属層の電極41、
42が形成されている。光導波路21及び電極41、4
2を有する導波路基板11の両端面にはそれぞれ入力側
光ファイバ71と出力側光ファイバ73が光学的に結合
されている。さらに、電極41、42には電圧を印加し
信号を入力するための駆動回路9の出力端が接続されて
いる。電極41、42に外部から電圧が印加されと、図
9(b)に示されるように、基板中に形成された光導波
路21に縦方向の電界(矢印で表示)が発生する。基板
中に電界が発生すると、ニオブ酸リチウムのもつ電気光
学効果により導波路21の屈折率が変化し、導波路中を
伝搬光の位相が変化する。
【0005】ここで、出力される光の偏光状態を表す指
標としてDOP(Degreeof Polariza
tion)がある。これは、ある一定時間内の偏光状態
を表すもので、その値が0に近くなる程その一定時間内
ではランダム偏光であり、100に近づくほど定偏光で
あることを表す。ランダム偏光であることが必要となる
光デバイスにおいては、一般的に10以下が要求され
る。
【0006】DOPを小さくするには以下の2つの条件
を満たさなければならない。すなわち、 (1)導波路の偏光依存性をゼロにし、かつ、入力用光
ファイバに定偏波光ファイバを使用し、定偏波光ファイ
バの主軸を光導波路の垂直方向に対して45度傾けて光
軸固定する。光導波路の偏光依存性がゼロでない場合に
は、傾ける角度を45度から更に微調整しDOPが最小
になる角度で固定する。 (2)印加電圧とDOPの関係は、図10のようになる
ため、印加電圧を微調することによりDOPを最小値に
下げることができる 上記2点のなかで、(2)は比較的制御が簡易に実現可
能であるが、(1)の偏光依存性をゼロにする方法は、
光導波路の製造工程で決まり、高い歩留まりでゼロにす
ることは非常に難しい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来は偏光依存性をゼ
ロに近づけるために、Tiの膜厚や拡散温度、拡散時間
を制御して導波路自身のTE、TMモードでの伝搬損失
を等しくするようにしている。ここで、TEモードは、
光導波路を伝搬する光の電界成分が光導波路基板の表面
に対して平行な光をいい、TMモードは磁界成分が平行
な光をいう。
【0008】また、偏光依存性が生じたときには偏光依
存性による挿入損失差に応じて光ファイバの固定角を調
整する必要があり、製造に非常に時間がかかり生産性が
よくない。
【0009】本発明の導波路型光デバイスは、入力され
た光をその偏光状態がランダムな光にする偏波スクラン
ブル機能を備え、特に入力光ファイバの角度調整等の生
産性向上を阻害する工程を必要としないようにすること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の導波路型光デバ
イスは、上記欠点を除去するために、基板中に形成され
た、互いに幅の異なる2本の光導波路を含む導波路基板
と、光導波路の上部または近傍に形成された電極と、2
本の光導波路を伝搬する光を合波する合波手段を備えて
いる。さらに、2本の光導波路のそれぞれに、電界成分
が基板の表面に平行なTEモード光を入力するTEモー
ド光入力手段と電界成分が前記基板の表面に平行なTM
モード光を入力するTMモード光入力手段とを備えてい
る そして、上記構成において、TEモード光に対する伝搬
損失とTMモード光に対する伝搬損失が2本の光導波路
の間で互いに等しいことを特徴としている。光導波路の
伝搬損失を等しくするための一手段として、本発明の導
波路光デバイスでは、2本の光導波路は、互いに光導波
路幅が異なるように形成されている。
【0011】また、TEモード光入力手段とTMモード
光入力手段は、2本の光導波路に光学的に結合するよう
にそれぞれ配置された定偏波光ファイバであることを特
徴としている。導波路型光デバイスの基板はニオブ酸リ
チウムであり、また、さらに基板と電極の間にバッファ
層を有している。さらに、本発明の導波路型光デバイス
の具体的な合波手段として、基板端面に配置されたルチ
ル板、あるいは基板端面に配置されたシリコン基板上に
二酸化シリコンにより形成されたY分岐形状を有するY
分岐石英導波路、また基板中に形成されたY分岐形状を
有する光導波路がある。
【0012】さらに、TEモード光入力手段とTMモー
ド光入力手段は、基板の端面に配置されたルチル板と、
ルチル板を介して第1の光導波路および第2の光導波路
に光学的に結合する光ファイバとを備えている。
【0013】本発明の導波路型光デバイスは、光導波路
の上部等に形成された電極により基板中に電界を発生さ
せ、2本の光導波路を伝搬する光の位相状態を変化させ
た後、両者を合波して偏波スクランブルする。ここで、
両光導波路にはあらかじめそれぞれ偏光状態を分けた状
態で入力されるようにする。さらに、それぞれの光導波
路を伝搬する各偏光状態の光の伝搬損失を互いに等しく
なるようにしておく。
【0014】伝搬損失を等しくする具体的な手段とて、
それぞれの偏光状態の光に応じて光導波路幅を互いに異
なるものとし、伝搬損失を一致させる方法がある。すな
わち、偏光状態による光導波路の導波損失は光導波路幅
に依存するため、あらかじめ複数の直線光導波路をそれ
ぞれ異なる幅で基板に形成し、TE及びTM両モードの
伝搬損失が一致するように光導波路幅をそれぞれ選択し
することで偏光依存性を等価的にゼロにできる。
【0015】入射光は偏光分波器で偏波を分離したあ
と、それぞれを異なる幅をもつ2本の光導波路に導き、
一方を光導波路に対してTMモードが入射するように、
他方は導波路に対してTEモードが入射するように調整
する。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の導波路型光デバイスを図
面を参照して詳細に説明する。
【0017】図1は、本発明の導波路型光デバイスの基
本構成を示す図である。基板1には2本の直線光導波路
21、22が熱拡散により形成されている。基板1に
は、高い電気光学効果を有するニオブ酸リチウムが用い
られている。また、基板1の光導波路21、22の端面
には、光学的に結合するように光ファイバ71および7
2がそれぞれ配置されている。また、出力側にも同様
に、光ファイバ73、74が配置されている。
【0018】2本の光導波路21、22には、それぞれ
同一の強度でTEモード及びTMモードが光ファイバ7
1、72から入射される。駆動回路9から出力される制
御電圧Vは光導波路21、22の直上にバッファ層3を
介して形成された電極41、42に印加され、光導波路
21、22には基板表面に対して垂直な方向の電界が発
生する。光導波路を伝搬する光は、印加される電圧信号
により位相変調され、光導波路から出力用光ファイバ7
3、74に出力される。出力用光ファイバから出力され
たTE、TM両モードの光はさらに合波器8で合波され
る。なお、基板1への光導波路21、22の形成方法、
バッファ層3や電極41、42の形成方法の詳細は、従
来の技術で述べたの同様である。
【0019】図2に示される特性を有する光導波路の場
合、導波路21の幅は8μmとされTEモードが、また
光導波路22の幅は12μmとされTMモードがそれぞ
れ入射される。このようにしてDOPを測定した結果、
DOPは2〜5となり効果が確認されている。また、製
造歩留まりも従来の工法で約60%であるものが、本発
明の導波路型光デバイスでは90%に向上している。さ
らに、入力側光ファイバ端末の角度微調整が不要とな
り、従来より約60%程度の工数が削減できる。
【0020】本発明の導波路型光デバイスの他の構成と
して、図3にそれぞれ示される構成がある。図3は、図
1において光導波路の入力側に偏光分離器5が接続され
たものであり、入射光の偏光が分離され光導波路へ入射
される。偏光分離器5として、干渉膜フィルターやルチ
ル等の偏光板を適用することができる。
【0021】図4は、図1において光導波路の出射端に
ルチル等の複屈折材料からなる偏光板6を張り合わせ、
合波したものである。また、図5は、図1において、光
導波路の出射端にLN基板または石英基板に形成された
Y分岐導波路23を利用したものである。さらに、図6
は、光導波路21、22をそれぞれ異なる基板11、1
2に作成したものである。
【0022】図7は、基板1中にY型導波路24を形成
し、2つの異なる幅を持つ光導波路を基板上で合波する
構成である。この他にも部品の組み合わせを変えること
により、様々な構成が実現できる。なお、図3は、電極
41、42を省略して図示されている。
【発明の効果】本発明により導波路の偏光依存性を等価
的にゼロにすることができ、高い歩留まりでDOPをゼ
ロにすることができる。また、製造工数の大幅な低減効
果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導波路型光デバイスの一実施例の構成
を示す図である。
【図2】光導波路幅と伝搬損失との関係を示す図であ
る。
【図3】本発明の導波路型光デバイスの他の実施例の構
成を示す図である。
【図4】本発明の導波路型光デバイスの他の実施例の構
成を示す図である。
【図5】本発明の導波路型光デバイスの他の実施例の構
成を示す図である。
【図6】本発明の導波路型光デバイスの他の実施例の構
成を示す図である。
【図7】本発明の導波路型光デバイスの他の実施例の構
成を示す図である。
【図8】従来の偏波スクランブル機能を有する導波路型
光デバイスの上面図である。
【図9】(a)、(b)はそれぞれ従来の偏波スクラン
ブラの断面及びその電界分布を示す図である。
【図10】印加電圧とDOPの相関を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 3 SiO2膜 5 偏光分離器 6 偏光板 8 合波器 9 駆動回路 11 ニオブ酸リチウム基板 12 ニオブ酸リチウム基板 21 光導波路 22 光導波路 23 光導波路 24 Y分岐光導波路 41 電極 42 電極 71 入力側光ファイバ 72 入力側光ファイバ 73 出力側光ファイバ 74 出力側光ファイバ

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板中に形成された、互いに幅の異なる
    第1の光導波路と第2の光導波路を含む導波路基板と、 前記光導波路の上部または近傍に形成された電極と、 前記第1の光導波路と前記第2の光導波路を伝搬する光
    を合波する合波手段と、 電界成分が前記基板の表面に平行なTEモード光を前記
    第1の光導波路に入力するTEモード光入力手段と、 磁界成分が前記基板の表面に平行なTMモード光を前記
    第2の光導波路に入力するTMモード光入力手段とを備
    え、 前記第1の光導波路の前記TEモード光に対する伝搬損
    失と前記第2の光導波路の前記TMモード光に対する伝
    搬損失が等しい ことを特徴とする導波路型光デバイス。
  2. 【請求項2】 前記第1の光導波路と前記第2の光導波
    路は、互いに光導波路幅が異なることを特徴とする請求
    記載の導波路型光デバイス。
  3. 【請求項3】 前記TEモード光入力手段と前記TMモ
    ード光入力手段は、それぞれ前記第1の光導波路および
    前記第2の光導波路に光学的に結合するように配置され
    た定偏波光ファイバであることを特徴とする請求項
    載の導波路型光デバイス。
  4. 【請求項4】 前記基板は、ニオブ酸リチウムであるこ
    とを特徴とする請求項記載の導波路型光デバイス。
  5. 【請求項5】 前記導波路型光デバイスは、さらに前記
    基板と前記電極の間にバッファ層を有していることを特
    徴とする請求項記載の導波路型デバイス。
  6. 【請求項6】 前記バッファ層は、二酸化シリコンであ
    ることを特徴とする請求項記載の導波路型光デバイ
    ス。
  7. 【請求項7】 前記合波手段は、前記基板端面に配置さ
    れたルチル板であることを特徴とする請求項記載の導
    波路型光デバイス。
  8. 【請求項8】 前記合波手段は、前記基板端面に配置さ
    れたシリコン基板上に二酸化シリコンにより形成された
    Y分岐形状を有するY分岐石英導波路であることを特徴
    とする請求項記載の導波路型光デバイス。
  9. 【請求項9】 前記合波手段は、前記基板中に形成され
    たY分岐形状を有する光導波路であることを特徴とする
    請求項記載の導波路型光デバイス。
  10. 【請求項10】 前記TEモード光入力手段と前記TM
    モード光入力手段は、 前記基板の端面に配置されたルチル板と、 前記ルチル板を介して前記第1の光導波路および前記第
    2の光導波路に光学的に結合する光ファイバとを備えて
    いることを特徴とする請求項記載の導波路型光デバイ
    ス。
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