JP2934718B2 - 集積光偏光処理デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積光デバイスの分野に
関し、さらに詳しくは、光信号の偏光を処理する−この
場合は分離し、結合し、またはフィルターにかけること
−ための集積光デバイスに関するものである。
関し、さらに詳しくは、光信号の偏光を処理する−この
場合は分離し、結合し、またはフィルターにかけること
−ための集積光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】偏光スプリッターのような
偏光を処理する集積光デバイスは、なかんずく、偏光多
様性にもとづいて検知するコヒーレント光レシーバーの
集積体において使われる。世界的にみると、２種のタイ
プの集積偏光スプリッターが公知になっている。その１
つは、光信号の２つの互いに直交する偏光ＴＥおよびＴ
Ｍを分離するため、偏光の基本モードと１次伝播モード
の間の位相差による干渉に基づいている。もう１つは、
いわゆる「モード分類効果」に基づいている。この場
合、非対称Ｙ分岐素子の互いに伝播定数の異なる２つの
出力路に対し、偏光の伝播選択差を利用する。伝播選択
は２つの偏光に対する非対称が符号において異なるとい
う事実に基づいており、これは複屈折物質を使うことに
よって達成される。このように、文献１（Ｊ．Ｊ．Ｇ．
Ｍ．ファンデアトール、Ｊ．Ｈ．ラールイス「チタン散
乱のみを用いたニオブ酸リチウム上の偏光スプリッタ
ー」ＩＥＥＥ雑誌、９巻７号、１９９１年７月、８７９
−８８６頁）は、導波管内でのチタン散乱によって得ら
れるＹ接合によるニオブ酸リチウム上の偏光スプリッタ
ーを開示している。文献２（ヨーロッパ特許出願ＥＰ−
Ａ−０４４４７２１）は、透明な極性ポリマーにもとづ
くＹ接合用の導波管をもった偏光スプリッターを開示し
ている。この場合、分極していない極性ポリマーは複屈
折を示さず、分極したポリマーは複屈折を示し、非分極
状態に対し、分極状態は互いに符号が異なる屈折率差を
示すという事実を利用する。
偏光を処理する集積光デバイスは、なかんずく、偏光多
様性にもとづいて検知するコヒーレント光レシーバーの
集積体において使われる。世界的にみると、２種のタイ
プの集積偏光スプリッターが公知になっている。その１
つは、光信号の２つの互いに直交する偏光ＴＥおよびＴ
Ｍを分離するため、偏光の基本モードと１次伝播モード
の間の位相差による干渉に基づいている。もう１つは、
いわゆる「モード分類効果」に基づいている。この場
合、非対称Ｙ分岐素子の互いに伝播定数の異なる２つの
出力路に対し、偏光の伝播選択差を利用する。伝播選択
は２つの偏光に対する非対称が符号において異なるとい
う事実に基づいており、これは複屈折物質を使うことに
よって達成される。このように、文献１（Ｊ．Ｊ．Ｇ．
Ｍ．ファンデアトール、Ｊ．Ｈ．ラールイス「チタン散
乱のみを用いたニオブ酸リチウム上の偏光スプリッタ
ー」ＩＥＥＥ雑誌、９巻７号、１９９１年７月、８７９
−８８６頁）は、導波管内でのチタン散乱によって得ら
れるＹ接合によるニオブ酸リチウム上の偏光スプリッタ
ーを開示している。文献２（ヨーロッパ特許出願ＥＰ−
Ａ−０４４４７２１）は、透明な極性ポリマーにもとづ
くＹ接合用の導波管をもった偏光スプリッターを開示し
ている。この場合、分極していない極性ポリマーは複屈
折を示さず、分極したポリマーは複屈折を示し、非分極
状態に対し、分極状態は互いに符号が異なる屈折率差を
示すという事実を利用する。
【０００３】現在、光通信システムにおいて、近赤外に
光信号の波長を選定することが通例なので、このタイプ
の偏光スプリッターを備えた集積光レシーバーは、従来
技術によれば、インジウム・リン（ＩｎＰ）のような半
導体によってのみ供給され得る。ＩｎＰ上に作られた第
１タイプの偏光スプリッターは、たとえば文献３（Ｐ．
アルバート他「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ上のＴＥ／ＴＭ
モード・スプリッター」ＩＥＥＥ、光工学レター、２巻
２号、１９９０年２月、１１４−１１５頁）に開示され
ている。この公知の偏光スプリッターは、指向性カップ
リングにおける導波モードの伝播上の金属層の偏光依存
効果を利用する。しかし、そのような金属層をもった指
向性カップリングは、製造するのが容易でなく、かつ、
それを製造するとき複雑さがたいへん大きい。それにも
とづく偏光スプリッターにおいて、金属層があることに
より、そこを伝播する光信号を減衰させるので好ましく
ない。まだ公開されていない本出願人による文献４（ヨ
ーロッパ特許出願第９２２０１３３８．８号）は、Ｉｎ
Ｐ上に非常に容易に作られ、かつ、文献３で開示されて
いる偏光スプリッターの欠点をもっていない偏光スプリ
ッターを開示している。これは、上記２種の偏光スプリ
ッターのハイブリッドであるとみなされ得るが、非対称
Ｙ分岐素子と結合した周期構造をもつモード・コンバー
ターからなり、モード・コンバーターは２つの偏光の１
つを異次元導波モードに変換する。しかしながら、Ｉｎ
Ｐに作られ得る従来の偏光スプリッターは両方とも、強
い波長依存性を示すという欠点をもっている。
光信号の波長を選定することが通例なので、このタイプ
の偏光スプリッターを備えた集積光レシーバーは、従来
技術によれば、インジウム・リン（ＩｎＰ）のような半
導体によってのみ供給され得る。ＩｎＰ上に作られた第
１タイプの偏光スプリッターは、たとえば文献３（Ｐ．
アルバート他「ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ上のＴＥ／ＴＭ
モード・スプリッター」ＩＥＥＥ、光工学レター、２巻
２号、１９９０年２月、１１４−１１５頁）に開示され
ている。この公知の偏光スプリッターは、指向性カップ
リングにおける導波モードの伝播上の金属層の偏光依存
効果を利用する。しかし、そのような金属層をもった指
向性カップリングは、製造するのが容易でなく、かつ、
それを製造するとき複雑さがたいへん大きい。それにも
とづく偏光スプリッターにおいて、金属層があることに
より、そこを伝播する光信号を減衰させるので好ましく
ない。まだ公開されていない本出願人による文献４（ヨ
ーロッパ特許出願第９２２０１３３８．８号）は、Ｉｎ
Ｐ上に非常に容易に作られ、かつ、文献３で開示されて
いる偏光スプリッターの欠点をもっていない偏光スプリ
ッターを開示している。これは、上記２種の偏光スプリ
ッターのハイブリッドであるとみなされ得るが、非対称
Ｙ分岐素子と結合した周期構造をもつモード・コンバー
ターからなり、モード・コンバーターは２つの偏光の１
つを異次元導波モードに変換する。しかしながら、Ｉｎ
Ｐに作られ得る従来の偏光スプリッターは両方とも、強
い波長依存性を示すという欠点をもっている。
【０００４】前記「モード分類効果」に基づくスプリッ
ターは、前記した偏光の基本モードと１次伝播モード間
の位相差による干渉を利用したスプリッターに比べ、大
きな利点を有している。すなわち、波長依存性が小さ
く、製造するのが難しくない。さらに、入力路における
減衰が非常に低く、光信号反射が非常に少ない。これ
は、特に、狭帯域レーザーに用いるコヒーレント検知の
場合に重要なことである。ＩｎＰが複屈折物質でないの
で、ニオブ酸リチウムや極性ポリマーの場合に対応する
偏光スプリッターの供給は不可能である。しかし、非複
屈折物質の導波薄層において、２つの偏光に対し異なっ
た伝播特性をもつ導波管を供給することは可能である。
このタイプの複屈折は、導波管複屈折、幾何複屈折また
は形状複屈折という名で知られている。それは基板面上
に形成されている導波管によっている。支配している電
界成分が基板面に垂直な偏光はこの場合、ＴＭ偏光であ
り、基板面に平行なそれはＴＥ偏光である。この効果
は、文献５（Ｊ．アールニョ他「酸窒化シリコン光導波
管の複屈折制御・分散特性」エレクトロニクス・レター
ズ、２７巻２５号、１９９１年１２月５日、２３１７−
２３１８頁）に開示されているように、導波管の上また
は下にある適当な層を平面の導波層にアレンジすること
により、または、文献６（鈴木他「ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ不規則超格子における偏光モード選択チャネル導波
管」、応用物理レター、５７巻２６号、１９９０年１２
月２４日、２７４５−２７４７頁）に開示されているよ
うに、複合層構造（「超格子」）をアレンジすることに
より、影響を与えることができる。この場合、層構造を
特定選択することにより、２つの偏光モードの１つに対
し選択的であるチャネル形状導波管が得られる。文献７
（ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０３８９１７２）は、
適当に選定された層構造にもとづいてこのタイプの形状
複屈折が加えられる、第２タイプの偏光スプリッターを
含む３ゲート、および４ゲートの偏光処理デバイスを開
示している。偏光スプリッターのような３ゲート・デバ
イスは、異なる物質のコアをもち、異なる有効屈折率を
もつ２つの導波管からなる。第１導波部と第２導波部の
間の遷移部において、上記コアは重なり合い、導波管２
３の１つは断熱テーパー部を有している。また、その遷
移部において、２つの導波管は第２導波部の物理的に分
離し、かつ光学的に結合を解かれた導波管内に断熱発散
する。しかし、このタイプの形状複屈折が適当に選定さ
れた層構造にもとづく集積光デバイスは、必要な製造工
程の数が多いばかりでなく、使用する材料の種類と数も
多いため、製造するのがかなり困難であるという欠点を
もっている。
ターは、前記した偏光の基本モードと１次伝播モード間
の位相差による干渉を利用したスプリッターに比べ、大
きな利点を有している。すなわち、波長依存性が小さ
く、製造するのが難しくない。さらに、入力路における
減衰が非常に低く、光信号反射が非常に少ない。これ
は、特に、狭帯域レーザーに用いるコヒーレント検知の
場合に重要なことである。ＩｎＰが複屈折物質でないの
で、ニオブ酸リチウムや極性ポリマーの場合に対応する
偏光スプリッターの供給は不可能である。しかし、非複
屈折物質の導波薄層において、２つの偏光に対し異なっ
た伝播特性をもつ導波管を供給することは可能である。
このタイプの複屈折は、導波管複屈折、幾何複屈折また
は形状複屈折という名で知られている。それは基板面上
に形成されている導波管によっている。支配している電
界成分が基板面に垂直な偏光はこの場合、ＴＭ偏光であ
り、基板面に平行なそれはＴＥ偏光である。この効果
は、文献５（Ｊ．アールニョ他「酸窒化シリコン光導波
管の複屈折制御・分散特性」エレクトロニクス・レター
ズ、２７巻２５号、１９９１年１２月５日、２３１７−
２３１８頁）に開示されているように、導波管の上また
は下にある適当な層を平面の導波層にアレンジすること
により、または、文献６（鈴木他「ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ不規則超格子における偏光モード選択チャネル導波
管」、応用物理レター、５７巻２６号、１９９０年１２
月２４日、２７４５−２７４７頁）に開示されているよ
うに、複合層構造（「超格子」）をアレンジすることに
より、影響を与えることができる。この場合、層構造を
特定選択することにより、２つの偏光モードの１つに対
し選択的であるチャネル形状導波管が得られる。文献７
（ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０３８９１７２）は、
適当に選定された層構造にもとづいてこのタイプの形状
複屈折が加えられる、第２タイプの偏光スプリッターを
含む３ゲート、および４ゲートの偏光処理デバイスを開
示している。偏光スプリッターのような３ゲート・デバ
イスは、異なる物質のコアをもち、異なる有効屈折率を
もつ２つの導波管からなる。第１導波部と第２導波部の
間の遷移部において、上記コアは重なり合い、導波管２
３の１つは断熱テーパー部を有している。また、その遷
移部において、２つの導波管は第２導波部の物理的に分
離し、かつ光学的に結合を解かれた導波管内に断熱発散
する。しかし、このタイプの形状複屈折が適当に選定さ
れた層構造にもとづく集積光デバイスは、必要な製造工
程の数が多いばかりでなく、使用する材料の種類と数も
多いため、製造するのがかなり困難であるという欠点を
もっている。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は偏光処理デバイスのため
の構造を提供することにあり、さらに詳しくは、ＩｎＰ
のような非複屈折物質によって作られ、前記のような欠
点をもたない、非対称Ｙ接合の互いに伝播定数の異なる
２つの出力チャンネルに対し、偏光の伝播選択差を利用
する偏光スプリット・デバイスを提供することにある。
の構造を提供することにあり、さらに詳しくは、ＩｎＰ
のような非複屈折物質によって作られ、前記のような欠
点をもたない、非対称Ｙ接合の互いに伝播定数の異なる
２つの出力チャンネルに対し、偏光の伝播選択差を利用
する偏光スプリット・デバイスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は薄い光導波層に
おいて２つの偏光の各０次モードが伝播におけるわずか
な差を見せる場合に、１次モードに対する（より一般的
にはより高次モードに対する）伝播における該差が相対
的にはるかに大きいという事実を利用する。即ち、双モ
ード（より一般的には多モード）の導波管中の構造複屈
折の程度は０次モードに対してよりも１次そしてより高
次のモードに対してはるかに大きい。本発明の光信号の
偏光を処理するための集積光デバイスは、基板（１１）
及び該基板に支持される光導波薄層（１２，１３）から
なり、該光導波層のチャネル形導波管のパターンが、入
力導波管である第１の導波管（２１）と、光学的に脱結
合されて且つ物理的に分離される第１及び第２出力導波
管である一対の導波管（２６，２７）と、該入力導波管
を該第１及び第２出力導波管へ分岐させる非対称Ｙ分岐
素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）とを有して、該非対称Ｙ分岐素子は
それぞれ第１（２６）及び第２（２７）出力導波管へ結
合される２つの相互に分岐する導波管分岐（２４，２
５）を備え、各導波管分岐はそれぞれの横偏光モード
（ＴＥ，ＴＭ）に対して異なる伝播定数の導波特性をも
ち、１の偏光モードに対する２つの分岐の伝播定数の差
は、他方の偏光モードに対する２つの分岐の伝播定数の
差と、符号において異なり、第１導波管分岐（２４）
が、両偏光のそれぞれに対して第１の導波モード伝播用
の第１の導波モダリチーに相当する導波特性を備え、第
２導波管分岐（２５）が、両偏光のそれぞれに対して第
１よりも高次の第２の導波モードで該第１導波モード伝
播用第１導波モダリチーよりも高次の第２の導波モダリ
チーに相当する導波特性を備え、１つの偏光に対する第
１導波管分岐（２４）における該第１導波モードの伝播
定数と、第２導波管分岐（２５）における該第２導波モ
ードの伝播定数との差が、他方の偏光に対する第１導波
管分岐（２４）における該第１導波モードの伝播定数と
第２導波管分岐（２５）における該第２導波モードの伝
播定数との差と、符号において異なることを特徴とす
る、光信号の偏光を処理するための集積光デバイスであ
る。
おいて２つの偏光の各０次モードが伝播におけるわずか
な差を見せる場合に、１次モードに対する（より一般的
にはより高次モードに対する）伝播における該差が相対
的にはるかに大きいという事実を利用する。即ち、双モ
ード（より一般的には多モード）の導波管中の構造複屈
折の程度は０次モードに対してよりも１次そしてより高
次のモードに対してはるかに大きい。本発明の光信号の
偏光を処理するための集積光デバイスは、基板（１１）
及び該基板に支持される光導波薄層（１２，１３）から
なり、該光導波層のチャネル形導波管のパターンが、入
力導波管である第１の導波管（２１）と、光学的に脱結
合されて且つ物理的に分離される第１及び第２出力導波
管である一対の導波管（２６，２７）と、該入力導波管
を該第１及び第２出力導波管へ分岐させる非対称Ｙ分岐
素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）とを有して、該非対称Ｙ分岐素子は
それぞれ第１（２６）及び第２（２７）出力導波管へ結
合される２つの相互に分岐する導波管分岐（２４，２
５）を備え、各導波管分岐はそれぞれの横偏光モード
（ＴＥ，ＴＭ）に対して異なる伝播定数の導波特性をも
ち、１の偏光モードに対する２つの分岐の伝播定数の差
は、他方の偏光モードに対する２つの分岐の伝播定数の
差と、符号において異なり、第１導波管分岐（２４）
が、両偏光のそれぞれに対して第１の導波モード伝播用
の第１の導波モダリチーに相当する導波特性を備え、第
２導波管分岐（２５）が、両偏光のそれぞれに対して第
１よりも高次の第２の導波モードで該第１導波モード伝
播用第１導波モダリチーよりも高次の第２の導波モダリ
チーに相当する導波特性を備え、１つの偏光に対する第
１導波管分岐（２４）における該第１導波モードの伝播
定数と、第２導波管分岐（２５）における該第２導波モ
ードの伝播定数との差が、他方の偏光に対する第１導波
管分岐（２４）における該第１導波モードの伝播定数と
第２導波管分岐（２５）における該第２導波モードの伝
播定数との差と、符号において異なることを特徴とす
る、光信号の偏光を処理するための集積光デバイスであ
る。
【０００７】好ましい実施態様では、テバイスの一部を
形成するすべての導波管がリッジ（隆起）タイプであ
る。
形成するすべての導波管がリッジ（隆起）タイプであ
る。
【０００８】本発明による集積光デバイスは次の利点を
有している；デバイスの製造が、使われる集積材料の上
にチャネル形状導波管を作るために必要な工程以外には
必要としないこと、他のデバイスと良好な集積可能性が
あること、リッジ・タイプの導波管を採用すると、デバ
イス全体の製造に１回のエッチング工程しか必要としな
いこと、非対称Ｙ接合において「モード分類効果」を採
ることによって、デバイスの作動が（チャネル形状導波
管の角度や幅のような）いろいろなパラメーターに厳密
に依存せず、その結果デバイスが大きな製造許容性をも
ち、デバイスを広い波長範囲で使うことができ、デバイ
スの減衰度と反射率が低く、デバイスがさまざまな作動
条件下で安定して作動すること。
有している；デバイスの製造が、使われる集積材料の上
にチャネル形状導波管を作るために必要な工程以外には
必要としないこと、他のデバイスと良好な集積可能性が
あること、リッジ・タイプの導波管を採用すると、デバ
イス全体の製造に１回のエッチング工程しか必要としな
いこと、非対称Ｙ接合において「モード分類効果」を採
ることによって、デバイスの作動が（チャネル形状導波
管の角度や幅のような）いろいろなパラメーターに厳密
に依存せず、その結果デバイスが大きな製造許容性をも
ち、デバイスを広い波長範囲で使うことができ、デバイ
スの減衰度と反射率が低く、デバイスがさまざまな作動
条件下で安定して作動すること。
【０００９】
【実施例】たとえば偏光スプリッターのような、いわゆ
る「モード分類効果」にもとづく偏光処理デバイスにお
いて、非対称Ｙ接合の互いに伝播定数が異なる２つの出
力チャネルに対する偏光の伝播選択差が利用される。そ
のような伝播選択は２つの偏光に対する非対称は符号が
異なるという事実にもとづき、それは少なくとも１つの
出力チャネルにおいて複屈折を用いることによって達成
される。知られているように、そのような複屈折は、複
屈折物質を選ぶことによってのみならず、導波管に対し
適当に選ばれたいくつかの非複屈折物質の特別構造、こ
の場合は層構造によっても達成され得る。導波管の構造
によるこのタイプの複屈折を、以後、構造複屈折または
導波管複屈折と呼ぶ。これは薄層、たとえば基板面にお
ける導波管の場合に生ずる。このタイプの薄層における
光伝播は一般に偏光感受性がある。主電界成分が面に垂
直なＴＭ偏光は面に平行なＴＥ偏光とは異なる伝播をす
る。偏光感受性は知られているように、また上記のよう
に、光伝播自身がおこる面の直上（または直下）にある
特別な層構造によって影響され得る。従来技術において
は、層構造を適当に選ぶことにより、基板に垂直な方向
に偏光感受性に影響を与えることが目的であり、これは
明らかにそれに基づく光デバイスの製造を複雑にする。
その場合、通常偏光の０次モード同士の伝播における差
をさらに増加させることにより構造複屈折を増加させる
可能性が探索されている。しかし薄い光導波層における
チャネル形状導波管では偏光の１次モードは伝播におけ
る差が大きく、これにより偏光スプリット効果に対して
著しく大きな非対称性を有する非対称Ｙ分岐素子を備え
ることが可能であることがわかった。以降これを説明す
る。ここでは実施例により説明する範囲はＩｎＰベース
のリッジ型チャネル構造体に限られているが、本発明は
非複屈折材料の光導波層の集積光学部に種々のチャネル
構造流路（例えばリッジ型、埋込み型、細片積み型）を
もって実施することが可能である。
る「モード分類効果」にもとづく偏光処理デバイスにお
いて、非対称Ｙ接合の互いに伝播定数が異なる２つの出
力チャネルに対する偏光の伝播選択差が利用される。そ
のような伝播選択は２つの偏光に対する非対称は符号が
異なるという事実にもとづき、それは少なくとも１つの
出力チャネルにおいて複屈折を用いることによって達成
される。知られているように、そのような複屈折は、複
屈折物質を選ぶことによってのみならず、導波管に対し
適当に選ばれたいくつかの非複屈折物質の特別構造、こ
の場合は層構造によっても達成され得る。導波管の構造
によるこのタイプの複屈折を、以後、構造複屈折または
導波管複屈折と呼ぶ。これは薄層、たとえば基板面にお
ける導波管の場合に生ずる。このタイプの薄層における
光伝播は一般に偏光感受性がある。主電界成分が面に垂
直なＴＭ偏光は面に平行なＴＥ偏光とは異なる伝播をす
る。偏光感受性は知られているように、また上記のよう
に、光伝播自身がおこる面の直上（または直下）にある
特別な層構造によって影響され得る。従来技術において
は、層構造を適当に選ぶことにより、基板に垂直な方向
に偏光感受性に影響を与えることが目的であり、これは
明らかにそれに基づく光デバイスの製造を複雑にする。
その場合、通常偏光の０次モード同士の伝播における差
をさらに増加させることにより構造複屈折を増加させる
可能性が探索されている。しかし薄い光導波層における
チャネル形状導波管では偏光の１次モードは伝播におけ
る差が大きく、これにより偏光スプリット効果に対して
著しく大きな非対称性を有する非対称Ｙ分岐素子を備え
ることが可能であることがわかった。以降これを説明す
る。ここでは実施例により説明する範囲はＩｎＰベース
のリッジ型チャネル構造体に限られているが、本発明は
非複屈折材料の光導波層の集積光学部に種々のチャネル
構造流路（例えばリッジ型、埋込み型、細片積み型）を
もって実施することが可能である。
【００１０】図１は概略的に描いたＩｎＰベースのリッ
ジ型チャネル形状導波管の断面図である。共にＩｎＰか
らなる基板１１と上層１２の間に厚さｔの所謂ＩｎＧａ
ＡｓＰ四元素層である光導波層１３がある。導波管の長
さに渡りその上に局所的に高さｈ、幅ｗのリッジ型の隆
起１２．１がある。これは例えば元の厚みＨの上層から
部分的なエッチング除去により得る。既知のように、寸
法（ｈ、Ｈ、ｗ及びｔ）を適当に選べば前記のような隆
起１２．１は光導波層中を伝播する光波に水平の範囲決
定を及ぼす。これにより光導波チャネルが得られる。
ｔ、Ｈ及びｈを好適に選ぶことに始まり、幅ｗを変動さ
せることにより単一モード、双モード、三元モード等の
光導波チャネルになることがわかっている。すなわちこ
れらは所定の波長を有する光信号のそれぞれ単一、双、
３元等の導波モードに好適である。ここでは光導波チャ
ネルが１次、２次、３次等の導波モダリチー（又は導波
様式）を有すると表現する。この様に表現されるなら
ば、単一モードのチャネルは１次の導波モダリチーを、
双モードのチャネルは２次の導波モダリチーを有してい
る。しかし所定幅の導波チャネルが単一、双又は３元の
モードのいずれであるかはまた導波モードの偏光にも依
存する。そうした導波部において種々の導波モードに対
する伝播定数βの挙動をリッジ幅の関数として比較する
目的で、伝播定数を通常の規格化に供する。規格化に従
いリッジ幅ｗの関数としての偏光ＴＸ及びｉ次導波モー
ドの規格化した伝播定数ｂは次式により定義される：
ジ型チャネル形状導波管の断面図である。共にＩｎＰか
らなる基板１１と上層１２の間に厚さｔの所謂ＩｎＧａ
ＡｓＰ四元素層である光導波層１３がある。導波管の長
さに渡りその上に局所的に高さｈ、幅ｗのリッジ型の隆
起１２．１がある。これは例えば元の厚みＨの上層から
部分的なエッチング除去により得る。既知のように、寸
法（ｈ、Ｈ、ｗ及びｔ）を適当に選べば前記のような隆
起１２．１は光導波層中を伝播する光波に水平の範囲決
定を及ぼす。これにより光導波チャネルが得られる。
ｔ、Ｈ及びｈを好適に選ぶことに始まり、幅ｗを変動さ
せることにより単一モード、双モード、三元モード等の
光導波チャネルになることがわかっている。すなわちこ
れらは所定の波長を有する光信号のそれぞれ単一、双、
３元等の導波モードに好適である。ここでは光導波チャ
ネルが１次、２次、３次等の導波モダリチー（又は導波
様式）を有すると表現する。この様に表現されるなら
ば、単一モードのチャネルは１次の導波モダリチーを、
双モードのチャネルは２次の導波モダリチーを有してい
る。しかし所定幅の導波チャネルが単一、双又は３元の
モードのいずれであるかはまた導波モードの偏光にも依
存する。そうした導波部において種々の導波モードに対
する伝播定数βの挙動をリッジ幅の関数として比較する
目的で、伝播定数を通常の規格化に供する。規格化に従
いリッジ幅ｗの関数としての偏光ＴＸ及びｉ次導波モー
ドの規格化した伝播定数ｂは次式により定義される：
【００１１】
【数１】
【００１２】ここでβ（ＴＸ、ｉ、ｗ）はリッジ幅ｗの
関数としてｉ次導波モード（０次に対してｉ＝０、又は
１次に対してｉ＝１）における偏光ＴＸ（すなわちＴＥ
又はＴＭ）の伝播定数、λは光信号の波長、Ｎ１（Ｔ
Ｘ）及びＮ１１（ＴＸ）は偏光ＴＸに対するそれぞれリ
ッジの隣及び下方の実効屈折率である。図２には所定の
（一定の）ｔ、Ｈ及びｈに対してリッジ幅の関数として
０次及び１次両導波モードにおける偏光それぞれの規格
化伝播定数が示されている。図中の曲線ｃ１（点線）と
ｃ２（実線）はそれぞれ（ＴＸ＝ＴＭ、ｉ＝０）と（Ｔ
Ｘ＝ＴＥ、ｉ＝０）に対する規格化伝播定数に相当す
る。一方曲線ｃ３（点棒線）とｃ４（破棒線）はそれぞ
れ（ＴＸ＝ＴＭ、ｉ＝１）と（ＴＸ＝ＴＥ、ｉ＝１）に
対する規格化伝播定数である。曲線ｃ１からｃ４へこれ
を含めての間が示すように、リッジ幅がｗ≦ｗ１（約
３．２μｍ）の導波部は両偏光に対して単一モードであ
り、リッジ幅がｗ≧ｗ２（約４．４μｍ）の導波部は両
偏光に対して双モードであり、さらには２つのリッジ幅
ｗ３とｗ４は簡単な方法で選ぶことができて次の規格化
伝播定数を満たすときそれぞれ単一モードと双モードの
導波部に相当する：
関数としてｉ次導波モード（０次に対してｉ＝０、又は
１次に対してｉ＝１）における偏光ＴＸ（すなわちＴＥ
又はＴＭ）の伝播定数、λは光信号の波長、Ｎ１（Ｔ
Ｘ）及びＮ１１（ＴＸ）は偏光ＴＸに対するそれぞれリ
ッジの隣及び下方の実効屈折率である。図２には所定の
（一定の）ｔ、Ｈ及びｈに対してリッジ幅の関数として
０次及び１次両導波モードにおける偏光それぞれの規格
化伝播定数が示されている。図中の曲線ｃ１（点線）と
ｃ２（実線）はそれぞれ（ＴＸ＝ＴＭ、ｉ＝０）と（Ｔ
Ｘ＝ＴＥ、ｉ＝０）に対する規格化伝播定数に相当す
る。一方曲線ｃ３（点棒線）とｃ４（破棒線）はそれぞ
れ（ＴＸ＝ＴＭ、ｉ＝１）と（ＴＸ＝ＴＥ、ｉ＝１）に
対する規格化伝播定数である。曲線ｃ１からｃ４へこれ
を含めての間が示すように、リッジ幅がｗ≦ｗ１（約
３．２μｍ）の導波部は両偏光に対して単一モードであ
り、リッジ幅がｗ≧ｗ２（約４．４μｍ）の導波部は両
偏光に対して双モードであり、さらには２つのリッジ幅
ｗ３とｗ４は簡単な方法で選ぶことができて次の規格化
伝播定数を満たすときそれぞれ単一モードと双モードの
導波部に相当する：
【００１３】
【数２】
【００１４】例えばｗ２＝２．０μｍ、ｗ４＝６．７μ
ｍの一対のリッジ幅に対し不等式（２）はそれぞれ矢印
ｐ１とｐ２差を示す。幅がｗ＝ｗ４である双モード導波
部の０次導波モードに対する規格化伝播定数ははるかに
高い水準にあり（図２中で曲線ｃ１とｃ２により切り取
られるｗ＝ｗ４の線を見よ）、不等式（２）は所定の関
係（２．１）及び（２．２）を与えうる：
ｍの一対のリッジ幅に対し不等式（２）はそれぞれ矢印
ｐ１とｐ２差を示す。幅がｗ＝ｗ４である双モード導波
部の０次導波モードに対する規格化伝播定数ははるかに
高い水準にあり（図２中で曲線ｃ１とｃ２により切り取
られるｗ＝ｗ４の線を見よ）、不等式（２）は所定の関
係（２．１）及び（２．２）を与えうる：
【００１５】 ｂ（ＴＭ，０，ｗ3 ）＜ｂ（ＴＭ，１，ｗ4 ）＜ｂ（ＴＭ，０，ｗ4 ） … （２．１） 及び ｂ（ＴＥ，１，ｗ4 ）＜ｂ（ＴＥ，０，ｗ3 ）＜ｂ（ＴＥ，０，ｗ4 ） … （２．２）
【００１６】より高次のモード（ｉ＞１）に対しても
（ｃ1 、ｃ2 ）及び（ｃ3 、ｃ4 ）等の対が存在する。
図２がｗの増加に対して、すなわち増加するｂ次の導波
様式を有するチャネルに対して連続するならば
（ｃ2k+1、ｃ2k+2）等の対がさらに現れるであろうが、
しかしこれは増加する相互の距離によるであろう。これ
は(2.1)及び(2.2) の関係を一般化した(2.1)'及び(2.
2)'を満たす特定のリッジ幅（ｗ3'、ｗ4'）の対を見出
すことが通常可能であることを意味する：
（ｃ1 、ｃ2 ）及び（ｃ3 、ｃ4 ）等の対が存在する。
図２がｗの増加に対して、すなわち増加するｂ次の導波
様式を有するチャネルに対して連続するならば
（ｃ2k+1、ｃ2k+2）等の対がさらに現れるであろうが、
しかしこれは増加する相互の距離によるであろう。これ
は(2.1)及び(2.2) の関係を一般化した(2.1)'及び(2.
2)'を満たす特定のリッジ幅（ｗ3'、ｗ4'）の対を見出
すことが通常可能であることを意味する：
【００１７】 ｂ（ＴＭ，ｉ，ｗ3') ＜ｂ（ＴＭ，ｊ，ｗ4') ＜ｂ（ＴＭ，ｉ，ｗ4') … （２．１）’ 及び ｂ（ＴＥ，ｊ，ｗ4') ＜ｂ（ＴＥ，ｉ，ｗ3') ＜ｂ（ＴＥ，ｉ，ｗ4') … （２．２）’
【００１８】但し０ｉｊである。これはリッジ幅ｗ
３’のチャネルは少なくともｉ次の導波様式を有し、リ
ッジ幅ｗ４’のチャネルは少なくともｊ（＞ｉ）の導波
モードを有することを意味する。これらはこれらチャネ
ル中の２つの偏光に導波モードの規格化伝播定数につい
て式（２．１）’及び（２，２）’を満たす。
３’のチャネルは少なくともｉ次の導波様式を有し、リ
ッジ幅ｗ４’のチャネルは少なくともｊ（＞ｉ）の導波
モードを有することを意味する。これらはこれらチャネ
ル中の２つの偏光に導波モードの規格化伝播定数につい
て式（２．１）’及び（２，２）’を満たす。
【００１９】本発明は式(2.1) 及び(2.2) 、又はさらに
式(2.1)'及び(2.2)'を満たす１対の導波チャネルを非対
称Ｙ分岐素子中の非対称分岐デバイスの発散出力側チャ
ネルとして用いる。これは非対称Ｙ分岐デバイスの始点
で１次の、そして一般的には（ｉ＋ｊ）次の導波モード
の信号を提示する。これは両偏光を有していてよい。こ
の様な非対称分岐デバイスは、実際の場において光信号
は一般的に０次導波モードで提示及び受容されるから、
それ自体では偏光スプリッターとして直接的に有用では
ない。そこで必要な偏光不感受性モードコンバーターが
入力部と出力部に置かれることが可能でなければならな
い。それ故ＴＥ及びＴＭ信号成分に好適な偏光スプリッ
トが、排他的に、それぞれ提示された１次又は提示され
た（ｉ＋ｊ）次導波モードの水準で生じる。次の実施例
については例として簡潔さのために２つの最低次モード
（ｉ＝０、ｊ＝１）に限定しているが、必要な変更を加
えてより高次モードにも等しく適用される。
式(2.1)'及び(2.2)'を満たす１対の導波チャネルを非対
称Ｙ分岐素子中の非対称分岐デバイスの発散出力側チャ
ネルとして用いる。これは非対称Ｙ分岐デバイスの始点
で１次の、そして一般的には（ｉ＋ｊ）次の導波モード
の信号を提示する。これは両偏光を有していてよい。こ
の様な非対称分岐デバイスは、実際の場において光信号
は一般的に０次導波モードで提示及び受容されるから、
それ自体では偏光スプリッターとして直接的に有用では
ない。そこで必要な偏光不感受性モードコンバーターが
入力部と出力部に置かれることが可能でなければならな
い。それ故ＴＥ及びＴＭ信号成分に好適な偏光スプリッ
トが、排他的に、それぞれ提示された１次又は提示され
た（ｉ＋ｊ）次導波モードの水準で生じる。次の実施例
については例として簡潔さのために２つの最低次モード
（ｉ＝０、ｊ＝１）に限定しているが、必要な変更を加
えてより高次モードにも等しく適用される。
【００２０】図３は非対称分岐デバイスに基づく偏光ス
プリッターの導波管パターンを上から見て概略的に示し
たものである。２つの分岐チャネルの１方は単一モード
で、そして他方は双モードに構築されており、２つのチ
ャネルの伝播定数は式（２．１）と（２．２）を満たし
ている。導波管パターンは図２に従ったリッジ形状パタ
ーンである。導波管パターンは断熱的に隣接する導波部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥからなる。すなわち入力部Ａ、第
１結合部Ｂ、偏光スプリットＣ、第２結合部Ｄ、及び出
力部Ｅである。入力部Ａはモードコンバーターからな
り、これはＴＥ及びＴＭ両偏光に対して共に単一モード
である２つの導波管２１、２２を有する非対称Ｙ分岐素
子により形成されている。これら導波管は分離されると
見なされる外部領域から結合部Ｂ入力部で双モード幹へ
収束する。この配置では両偏光用の導波管２２は、例え
ば図示されるように導波管２１よりも幾分リッジ幅が広
いために伝播定数が幾分大きい。そして導波管２１は入
力光信号（矢印Ｉ）に適した入力導波管を形成してい
る。一方導波管２２はダミー導波管である。結合部Ｂは
双モード導波管から偏光スプリット部Ｃのスプリット構
造体への断熱結合のためのテーパー片２３からなる。こ
こでテーパー片２３のリッジ幅は図示されるよう偏光ス
プリット部Ｃに向けて徐々に広くなる。
プリッターの導波管パターンを上から見て概略的に示し
たものである。２つの分岐チャネルの１方は単一モード
で、そして他方は双モードに構築されており、２つのチ
ャネルの伝播定数は式（２．１）と（２．２）を満たし
ている。導波管パターンは図２に従ったリッジ形状パタ
ーンである。導波管パターンは断熱的に隣接する導波部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥからなる。すなわち入力部Ａ、第
１結合部Ｂ、偏光スプリットＣ、第２結合部Ｄ、及び出
力部Ｅである。入力部Ａはモードコンバーターからな
り、これはＴＥ及びＴＭ両偏光に対して共に単一モード
である２つの導波管２１、２２を有する非対称Ｙ分岐素
子により形成されている。これら導波管は分離されると
見なされる外部領域から結合部Ｂ入力部で双モード幹へ
収束する。この配置では両偏光用の導波管２２は、例え
ば図示されるように導波管２１よりも幾分リッジ幅が広
いために伝播定数が幾分大きい。そして導波管２１は入
力光信号（矢印Ｉ）に適した入力導波管を形成してい
る。一方導波管２２はダミー導波管である。結合部Ｂは
双モード導波管から偏光スプリット部Ｃのスプリット構
造体への断熱結合のためのテーパー片２３からなる。こ
こでテーパー片２３のリッジ幅は図示されるよう偏光ス
プリット部Ｃに向けて徐々に広くなる。
【００２１】偏光スプリット部Ｃは２つの発散する導波
管すなわち第１の単一モード導波管２４及び第２の双モ
ード導波管２５からなる。導波管２４、２５は完全に分
離するまで発散する。出力部Ｅは２つの単一モード出力
導波管２６、２７からなり、それぞれは出力光信号（矢
印Ｏ １ 、Ｏ ２ ）用である。出力導波部２７とさらに単一
モード導波管２８は合して、双モード幹を有する非対称
Ｙ接合の発散分岐を形成する。これはモードコンバータ
ーとして機能する。この配置では導波管２８は、例えば
図示されるように導波管２７よりも幾分リッジ幅が広い
ために伝播定数が幾分大きい。そして導波管２８は導波
管２７から離れたところで終結するダミー導波管であ
る。そこで導波管２７、２８は分離されると見なされ
る。結合部Ｄは双モード導波管２５から出力部Ｅの非対
称Ｙ分岐素子の双モード導波幹へ断熱結合するためのテ
ーパー片２９からなる。
管すなわち第１の単一モード導波管２４及び第２の双モ
ード導波管２５からなる。導波管２４、２５は完全に分
離するまで発散する。出力部Ｅは２つの単一モード出力
導波管２６、２７からなり、それぞれは出力光信号（矢
印Ｏ １ 、Ｏ ２ ）用である。出力導波部２７とさらに単一
モード導波管２８は合して、双モード幹を有する非対称
Ｙ接合の発散分岐を形成する。これはモードコンバータ
ーとして機能する。この配置では導波管２８は、例えば
図示されるように導波管２７よりも幾分リッジ幅が広い
ために伝播定数が幾分大きい。そして導波管２８は導波
管２７から離れたところで終結するダミー導波管であ
る。そこで導波管２７、２８は分離されると見なされ
る。結合部Ｄは双モード導波管２５から出力部Ｅの非対
称Ｙ分岐素子の双モード導波幹へ断熱結合するためのテ
ーパー片２９からなる。
【００２２】偏光スプリット部Ｃの分岐導波管の寸法決
めの際、リッジ幅ｗ２４及びｗ２５は単一モード導波管
２４及び双モード導波管２５に対して選ばれて、上記
｛ｗ３、ｗ４｝等の対を形成し、式（３．１）及び
（３．２）は当該規格化伝播定数を満たす：
めの際、リッジ幅ｗ２４及びｗ２５は単一モード導波管
２４及び双モード導波管２５に対して選ばれて、上記
｛ｗ３、ｗ４｝等の対を形成し、式（３．１）及び
（３．２）は当該規格化伝播定数を満たす：
【００２３】 ｂ（ＴＭ，０，ｗ24）＜ｂ（ＴＭ，１，ｗ25）＜ｂ（ＴＭ，０，ｗ25） … （３．１） 及び ｂ（ＴＥ，１，ｗ25）＜ｂ（ＴＥ，０，ｗ24）＜ｂ（ＴＥ，０，ｗ25） … （３．２）
【００２４】図３による導波管パターンを有する偏光ス
プリッターは次の様に作動する。入力導波管２１を介し
て入力される（矢印Ｉの）０次導波モードＴＥ偏光すな
わちＴＥ００はダミー導波管２２が近接しているために
同じ偏光の１次導波モードすなわちＴＥ０１信号に変換
され、さらにテーパー片２３中の断熱移行により、部分
Ｂから部分Ｃへの移行部分割部に乱されることなく到達
するだろう。そこでＴＥ０１信号は式（３．２）に従い
最高の伝播定数を有して且つその偏光のためではないチ
ャネルを選択する。導波管２４は単一モードであるので
信号はさらにＴＥ００信号として導波管２４及び出力部
Ｅの出力導波管２６へ矢印Ｏ １ の方向に伝播するであろ
う。ＴＭ偏光の０次導波モードであるＴＭ００信号はま
た入力導波管２１を伝播して、まず１次導波モードへ転
換され、ＴＭ０１信号はさらにテーパー片２３を伝播し
て部分Ｂから部分Ｃへ到達して、さらに最高の伝播定数
を有するチャネルを伝播する。そのチャネルは式（３．
１）より双モード導波管２５である。それゆえＴＭ０１
信号はさらに１次導波モードとして導波管２５及び結合
部Ｄのテーパー片２９を介して伝播するだろう。１次モ
ード信号はさらに出力部Ｅの非対称Ｙ接合の導波管分岐
２７、２８で最低伝播定数を有するチャネル、この場合
単一モード導波管２７、中を伝播して０次導波モード信
号に転換される。
プリッターは次の様に作動する。入力導波管２１を介し
て入力される（矢印Ｉの）０次導波モードＴＥ偏光すな
わちＴＥ００はダミー導波管２２が近接しているために
同じ偏光の１次導波モードすなわちＴＥ０１信号に変換
され、さらにテーパー片２３中の断熱移行により、部分
Ｂから部分Ｃへの移行部分割部に乱されることなく到達
するだろう。そこでＴＥ０１信号は式（３．２）に従い
最高の伝播定数を有して且つその偏光のためではないチ
ャネルを選択する。導波管２４は単一モードであるので
信号はさらにＴＥ００信号として導波管２４及び出力部
Ｅの出力導波管２６へ矢印Ｏ １ の方向に伝播するであろ
う。ＴＭ偏光の０次導波モードであるＴＭ００信号はま
た入力導波管２１を伝播して、まず１次導波モードへ転
換され、ＴＭ０１信号はさらにテーパー片２３を伝播し
て部分Ｂから部分Ｃへ到達して、さらに最高の伝播定数
を有するチャネルを伝播する。そのチャネルは式（３．
１）より双モード導波管２５である。それゆえＴＭ０１
信号はさらに１次導波モードとして導波管２５及び結合
部Ｄのテーパー片２９を介して伝播するだろう。１次モ
ード信号はさらに出力部Ｅの非対称Ｙ接合の導波管分岐
２７、２８で最低伝播定数を有するチャネル、この場合
単一モード導波管２７、中を伝播して０次導波モード信
号に転換される。
【００２５】この結果、一般的には任意の相対強度と任
意の相対位相のＴＥ００成分とＴＭ００成分を含んでい
る未知の偏光を有して単一モード入力導波管２１を介し
て進入してくる信号（矢印Ｉ）は、（実質上）ＴＥ００
成分のみを含んで導波管２６から出ていく信号（矢印Ｏ
１ ）及び（実質上）ＴＭ００成分のみを含んで導波管２
７から出ていく信号（Ｏ ２ ）にスプリット（分割）され
るだろう。
意の相対位相のＴＥ００成分とＴＭ００成分を含んでい
る未知の偏光を有して単一モード入力導波管２１を介し
て進入してくる信号（矢印Ｉ）は、（実質上）ＴＥ００
成分のみを含んで導波管２６から出ていく信号（矢印Ｏ
１ ）及び（実質上）ＴＭ００成分のみを含んで導波管２
７から出ていく信号（Ｏ ２ ）にスプリット（分割）され
るだろう。
【００２６】部分Ｂ中を部分Ｃの方向へ伝播するであろ
う０次導波モード信号（ＴＥ又はＴＭ）は最大伝播定数
のチャネルを選択する。それは式（３．１）と（３．
２）に従い両偏光に対して双モード導波管２５である。
出力部ＥのＹ接合への結合部Ｄの接合部へ到達すると同
様に最大伝播定数を有するチャネルを選択する。それは
この場合ダミー導波管２８である。これは例えば最適で
ない設計のために入力部Ａのモードコンバーターが完全
でない場合、デバイス中で転換されない信号部分は転換
された部分から切り離されて、そのため一方で非最適転
換であっても導波管２６、２７上でのスプリット結果に
おいて悪化のない又は悪化がほとんどない効果が得られ
る。
う０次導波モード信号（ＴＥ又はＴＭ）は最大伝播定数
のチャネルを選択する。それは式（３．１）と（３．
２）に従い両偏光に対して双モード導波管２５である。
出力部ＥのＹ接合への結合部Ｄの接合部へ到達すると同
様に最大伝播定数を有するチャネルを選択する。それは
この場合ダミー導波管２８である。これは例えば最適で
ない設計のために入力部Ａのモードコンバーターが完全
でない場合、デバイス中で転換されない信号部分は転換
された部分から切り離されて、そのため一方で非最適転
換であっても導波管２６、２７上でのスプリット結果に
おいて悪化のない又は悪化がほとんどない効果が得られ
る。
【００２７】実施例 図３の先に説明した構造体は一定の縮尺で描かれてい
る。その構造体の長さはＺ軸に沿ってｍｍ単位で、また
その幅はＸ軸に沿ってμｍ単位で表されている。この構
造体の偏光スプリットの様子は、ビーム伝播法という名
で一般に知られている方法をつかってシミュレーション
された。次のデータがそのシミュレーションに使われ
た。 光信号の波長（λ）： １．５５μｍ 屈折率： ＩｎＰは３．１７５４ ＩｎＧａＡｓＰは
３．４１１６ 光導波層（ＩｎＧａＡｓＰ）１３の厚さ： ４６０ｎｍ 上層３９（ＩｎＰ）の厚さ（Ｈ−ｈ）： ２５０ｎｍ 上層上のリッジの高さ（ｈ）： ２５０ｎｍ
る。その構造体の長さはＺ軸に沿ってｍｍ単位で、また
その幅はＸ軸に沿ってμｍ単位で表されている。この構
造体の偏光スプリットの様子は、ビーム伝播法という名
で一般に知られている方法をつかってシミュレーション
された。次のデータがそのシミュレーションに使われ
た。 光信号の波長（λ）： １．５５μｍ 屈折率： ＩｎＰは３．１７５４ ＩｎＧａＡｓＰは
３．４１１６ 光導波層（ＩｎＧａＡｓＰ）１３の厚さ： ４６０ｎｍ 上層３９（ＩｎＰ）の厚さ（Ｈ−ｈ）： ２５０ｎｍ 上層上のリッジの高さ（ｈ）： ２５０ｎｍ
【００２８】部分Ａ：長さ：１１８０μｍ；リッジ２１
の幅：２．０μｍ：リッジ２２の幅：３．２μｍ：リッ
ジ２１、２２間の接近角度：５．２ｍｒａｄ（＝０．３
°）： 部分Ｂ：長さ２００μｍ：リッジ６３の幅：５．２μｍ
から８．７μｍへ増加： 部分Ｃ：長さ：３５００μｍ：リッジ２４の幅：２．０
μｍ：リッジ２５の幅：６．７μｍ：リッジ２４、２５
間の後退角度：１７．５ｍｒａｄ（＝１°）： 部分Ｄ：長さ：２００μ：幅は６．７μｍから３．２μ
ｍへ減少： 部分Ｅ：長さ：１１８０μｍ：リッジ２６、２７の幅：
２．０μｍ：リッジ２８の幅：３．２μｍ：リッジ２
７、２８間の後退角度：５．２ｍｒａｄ。
の幅：２．０μｍ：リッジ２２の幅：３．２μｍ：リッ
ジ２１、２２間の接近角度：５．２ｍｒａｄ（＝０．３
°）： 部分Ｂ：長さ２００μｍ：リッジ６３の幅：５．２μｍ
から８．７μｍへ増加： 部分Ｃ：長さ：３５００μｍ：リッジ２４の幅：２．０
μｍ：リッジ２５の幅：６．７μｍ：リッジ２４、２５
間の後退角度：１７．５ｍｒａｄ（＝１°）： 部分Ｄ：長さ：２００μ：幅は６．７μｍから３．２μ
ｍへ減少： 部分Ｅ：長さ：１１８０μｍ：リッジ２６、２７の幅：
２．０μｍ：リッジ２８の幅：３．２μｍ：リッジ２
７、２８間の後退角度：５．２ｍｒａｄ。
【００２９】図４は、Ａ部に入力した光信号ＩがＴＥ偏
光のみを含む信号である場合の伝播コースを示してい
る。シミュレーションの結果、ＴＥ信号の９０％が出力
光信号Ｏ １ 、また１．４％が出力光信号Ｏ ２ となって出
力し、減衰は−０．４ｄＢ、クロスオーバーは−１８ｄ
Ｂであった。
光のみを含む信号である場合の伝播コースを示してい
る。シミュレーションの結果、ＴＥ信号の９０％が出力
光信号Ｏ １ 、また１．４％が出力光信号Ｏ ２ となって出
力し、減衰は−０．４ｄＢ、クロスオーバーは−１８ｄ
Ｂであった。
【００３０】図５は入力光信号ＩがＴＭ偏光のみを含ん
でいる場合で、シミュレーションの結果、ＴＭ信号の９
０％が光信号Ｏ １ 、５％が光信号Ｏ ２ となって出力し、
減衰は０．２ｄＢ、クロスオーバーは−１２．８ｄＢで
あった。
でいる場合で、シミュレーションの結果、ＴＭ信号の９
０％が光信号Ｏ １ 、５％が光信号Ｏ ２ となって出力し、
減衰は０．２ｄＢ、クロスオーバーは−１２．８ｄＢで
あった。
【００３１】上記偏光スプリッターにおいて、構成要素
である導波部は、時間非可逆原理にもとづき、逆向きに
伝播する光信号に対し、同一且つ反対に作用する。従っ
て、スプリッターは逆向きの信号に対し、偏光結合器
（すなわち、マルチプレキサー）、または偏光フィルタ
ーとして作用する。純粋偏光（すなわち、矢印Ｏ １ で示
される出力光信号に従う純粋ＴＥ信号と、矢印Ｏ ２ で示
される出力光信号に従う純粋ＴＭ信号）をもつ信号が、
矢印Ｏ １ 、Ｏ ２ と逆向きに出力ガイド（図３中の２６、
２７）に入力すれば、結合信号が矢印Ｉと逆向きに、入
力ガイドに現れる。双方の偏光成分（ＴＥとＴＭ）をも
つ信号から矢印Ｏ １ 、Ｏ ２ と逆向きに出力ガイドに入力
すると、当該出力ガイドと合わない偏光成分（すなわ
ち、矢印Ｏ １ の出力ガイドに対するＴＭと、矢印Ｏ ２ の
出力ガイドに対するＴＥ）はフィルターにかけられて除
かれるので、純粋なＴＥまたはＴＭ信号が入力ガイドに
現れる。
である導波部は、時間非可逆原理にもとづき、逆向きに
伝播する光信号に対し、同一且つ反対に作用する。従っ
て、スプリッターは逆向きの信号に対し、偏光結合器
（すなわち、マルチプレキサー）、または偏光フィルタ
ーとして作用する。純粋偏光（すなわち、矢印Ｏ １ で示
される出力光信号に従う純粋ＴＥ信号と、矢印Ｏ ２ で示
される出力光信号に従う純粋ＴＭ信号）をもつ信号が、
矢印Ｏ １ 、Ｏ ２ と逆向きに出力ガイド（図３中の２６、
２７）に入力すれば、結合信号が矢印Ｉと逆向きに、入
力ガイドに現れる。双方の偏光成分（ＴＥとＴＭ）をも
つ信号から矢印Ｏ １ 、Ｏ ２ と逆向きに出力ガイドに入力
すると、当該出力ガイドと合わない偏光成分（すなわ
ち、矢印Ｏ １ の出力ガイドに対するＴＭと、矢印Ｏ ２ の
出力ガイドに対するＴＥ）はフィルターにかけられて除
かれるので、純粋なＴＥまたはＴＭ信号が入力ガイドに
現れる。
【図１】リッジ型導波管の断面図。
【図２】図１のリッジ型導波管について、リッジ幅の関
数として０次及び１次の導波モードの偏光のそれぞれの
規格化伝播定数の変動を示す図。
数として０次及び１次の導波モードの偏光のそれぞれの
規格化伝播定数の変動を示す図。
【図３】本発明による偏光スプリッターの実施例の縮尺
入り上面図。
入り上面図。
【図４】図３の導波管構造体を通り抜けるＴＥ信号の伝
播コースを示す図。
播コースを示す図。
【図５】図３の導波管構造体を通り抜けるＴＭ信号の伝
播コースを示す図。
播コースを示す図。
２１−第１導波管、２２−ダミー導波管、２３−テーパ
ー片、２６−第２導波管、２７−第３導波管、２８−ダ
ミー導波管、２９−テーパー片、Ａ−第１導波部、Ｂ−
第１結合部、Ｃ−中間導波部、Ｄ−第２結合部、Ｅ−第
２導波部
ー片、２６−第２導波管、２７−第３導波管、２８−ダ
ミー導波管、２９−テーパー片、Ａ−第１導波部、Ｂ−
第１結合部、Ｃ−中間導波部、Ｄ−第２結合部、Ｅ−第
２導波部
Claims (4)
- 【請求項１】 基板（１１）及び該基板に支持される光
導波薄層（１２，１３）からなり、該光導波層のチャネ
ル形導波管のパターンが、 入力導波管である第１の導波管（２１）と、 光学的に脱結合されて且つ物理的に分離される第１及び
第２出力導波管である一対の導波管（２６，２７）と、 該入力導波管を該第１及び第２出力導波管へ分岐させる
非対称Ｙ分岐素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）とを有して、 該非対称Ｙ分岐素子はそれぞれ第１（２６）及び第２
（２７）出力導波管へ結合される２つの相互に分岐する
導波管分岐（２４，２５）を備え、各導波管分岐はそれ
ぞれの横偏光モード（ＴＥ，ＴＭ）に対して異なる伝播
定数の導波特性をもち、１の偏光モードに対する２つの
分岐の伝播定数の差は、他方の偏光モードに対する２つ
の分岐の伝播定数の差と、符号において異なり、 第１導波管分岐（２４）が、両偏光のそれぞれに対して
第１の導波モード伝播用の第１の導波モダリチーに相当
する導波特性を備え、第２導波管分岐（２５）が、両偏
光のそれぞれに対して第１よりも高次の第２の導波モー
ドで該第１導波モード伝播用第１導波モダリチーよりも
高次の第２の導波モダリチーに相当する導波特性を備
え、 １つの偏光に対する第１導波管分岐（２４）における該
第１導波モードの伝播定数と、第２導波管分岐（２５）
における該第２導波モードの伝播定数との差が、他方の
偏光に対する第１導波管分岐（２４）における該第１導
波モードの伝播定数と第２導波管分岐（２５）における
該第２導波モードの伝播定数との差と、符号において異
なることを特徴とする、光信号の偏光を処理するための
集積光デバイス。 - 【請求項２】 第１導波管分岐（２４）が単一モードで
あり第２導波管分岐（２５）が双モードであり、 入力導波管（２１）並びに第１及び第２出力導波管（２
６，２７）が単一モードであり、 非対称Ｙ分岐素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）が更に、入力導波管
（２１）を第１及び第２の導波管分岐（２４，２５）へ
断熱結合するための第１結合部（２３）及び双モードの
導波管分岐（２５）を第２導波出力（２７）へ断熱結合
するための第２結合部（２９）を含み、 入力導波管（２１）と第１結合部（２３）との間に、０
次導波モードを１次導波モードに又はその逆に変換する
ための第１偏光非感受性モードコンバーター（２２）が
設けられ、双モードの導波管分岐（２５）が第２出力導
波管（２７）と結合する第２結合部（２９）に、１次導
波モードを０次導波モードに又はその逆に変換するため
の第２偏光非感受性モード・コンバーター（２８）が設
けられていることを特徴とする、請求項１の集積光デバ
イス。 - 【請求項３】 前記第１偏光非感受性モード・コンバー
ターが、双モード幹（２３）をもつ非対称Ｙ分岐素子を
形成するように単一モード導波管（２１）と共に収束し
て第１結合部（Ｂ）を形成する単一モードダミー導管
（２２）を有しており、そして２つの単一モード分岐導
波管（２１，２２）は相互に異なる伝播定数を有し、入
力導波管（２１）は最も低い伝播定数を有し、 第２偏光非感受性モードコンバーターが、双モード幹
（２９）をもつ第２の非対称Ｙ分岐素子を形成するよう
に第２結合部（Ｄ）から単一モード第２出力導波管（２
７）と共に発散するダミー単一モード導波管（２８）を
有しており、２つの単一モードの導波管分岐（２７，２
８）が互いに異なる伝播定数をもち、そして第２の出力
導波管（２７）は最も低い伝播定数を有することを特徴
とする請求項２記載の集積光デバイス。 - 【請求項４】 チャネル形導波管のパターンがリッジ・
タイプ（図１）であることを特徴とする、請求項１〜３
のいずれか１項記載の集積光デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9300205A NL9300205A (nl) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | Geintegreerde optische component voor het manipuleren van de polarisatie van optische signalen. |
| NL9300205 | 1993-02-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06250032A JPH06250032A (ja) | 1994-09-09 |
| JP2934718B2 true JP2934718B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=19862011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6040310A Expired - Fee Related JP2934718B2 (ja) | 1993-02-02 | 1994-02-02 | 集積光偏光処理デバイス |
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|---|---|
| US (1) | US5375178A (ja) |
| EP (1) | EP0609927B1 (ja) |
| JP (1) | JP2934718B2 (ja) |
| AT (1) | ATE191798T1 (ja) |
| DE (1) | DE69423924T2 (ja) |
| DK (1) | DK0609927T3 (ja) |
| ES (1) | ES2145090T3 (ja) |
| GR (1) | GR3033876T3 (ja) |
| NL (1) | NL9300205A (ja) |
| PT (1) | PT609927E (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO1994006041A1 (en) * | 1992-09-07 | 1994-03-17 | Nikon Corporation | Optical waveguide device and optical instrument using the same |
| NL1000182C2 (nl) * | 1995-04-20 | 1996-10-22 | Nederland Ptt | Geïntegreerde optische polarisatie-splitser. |
| US5623568A (en) * | 1995-09-15 | 1997-04-22 | Lucent Technologies Inc. | Compact and fabrication tolerant high speed digital optical Y-switches |
| US6188477B1 (en) | 1998-05-04 | 2001-02-13 | Cornell Research Foundation, Inc. | Optical polarization sensing apparatus and method |
| US7254299B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-08-07 | Lynx Photonic Networks, Inc. | High-tolerance broadband-optical switch in planar lightwave circuits |
| US6915047B1 (en) * | 2003-03-24 | 2005-07-05 | Inplane Photonics, Inc. | Broadband, polarization independent integrated optical tap |
| US7330619B2 (en) * | 2003-04-29 | 2008-02-12 | Hoya Corporation Usa | Laser and photodetector coupled by planar waveguides |
| JP2012058696A (ja) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Anritsu Corp | 導波路型光デバイスおよびｄｐ−ｑｐｓｋ型ｌｎ光変調器 |
| CN103858035A (zh) | 2011-10-28 | 2014-06-11 | Hoya美国公司 | 波导衬底上用于衰减光源的光波导分路器 |
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| US9823415B2 (en) | 2012-09-16 | 2017-11-21 | CRTRIX Technologies | Energy conversion cells using tapered waveguide spectral splitters |
| US9581762B2 (en) | 2012-09-16 | 2017-02-28 | Shalom Wertsberger | Pixel structure using a tapered core waveguide, image sensors and camera using same |
| CN103576238B (zh) * | 2013-10-12 | 2016-03-02 | 宁波大学 | 一种基于不对称y分叉结构的n模式复用/解复用器 |
| CN104503022B (zh) * | 2014-12-10 | 2017-05-03 | 宁波大学 | 一种基于y分叉的全光编码器 |
| US10908431B2 (en) | 2016-06-06 | 2021-02-02 | Shalom Wertsberger | Nano-scale conical traps based splitter, combiner, and reflector, and applications utilizing same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9100852A (nl) * | 1991-05-16 | 1992-12-16 | Nederland Ptt | Modusomzetter. |
| NL9101226A (nl) * | 1991-07-11 | 1993-02-01 | Nederland Ptt | Polarisatiefilter. |
| US5119450A (en) * | 1991-08-20 | 1992-06-02 | Hewlett-Packard Company | Broad wavelength range single mode integrated optics device |
| NL9101835A (nl) * | 1991-11-01 | 1993-06-01 | Nederland Ptt | Geintegreerde optische component. |
| NL9200576A (nl) * | 1992-03-27 | 1993-10-18 | Nederland Ptt | Regelbare polarisatie-omvormer. |
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- 1993-02-02 NL NL9300205A patent/NL9300205A/nl not_active Application Discontinuation
-
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- 1994-01-14 PT PT94200080T patent/PT609927E/pt unknown
- 1994-01-14 DK DK94200080T patent/DK0609927T3/da active
- 1994-01-14 ES ES94200080T patent/ES2145090T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1994-01-14 EP EP94200080A patent/EP0609927B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-01-14 AT AT94200080T patent/ATE191798T1/de not_active IP Right Cessation
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- 1994-02-02 JP JP6040310A patent/JP2934718B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2000
- 2000-07-03 GR GR20000401561T patent/GR3033876T3/el not_active IP Right Cessation
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