JP3378132B2 - 偏光および波長に依存しない光導波管タップ - Google Patents
偏光および波長に依存しない光導波管タップInfo
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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- G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光集積デバイス、特
に光導波管から信号出力を傍受することにより、傍受信
号が偏光および波長にほぼ依存しないよう考慮された光
デバイスに関する。
に光導波管から信号出力を傍受することにより、傍受信
号が偏光および波長にほぼ依存しないよう考慮された光
デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信チャネルの使用増加によ
り、システム設計者にとって、光信号を直接処理する光
集積デバイスの開発が、非常に重要になった。光処理の
特に有用な方法の一つは、シリコン基板上にガラス製の
集積導波管構造を使用することである。このようなデバ
イスの基本的構造が、『７Ｊ．光波テクノロジー(7J.Li
ghtwave Technol.)』(1989)の1530〜1539ページのC.H.H
enryその他による「光集積パッケージングのためのシリ
コン上のガラス導波管(Glass Waveguides on Silicon f
or Hybrid Optical Packaging)」に記載されている。本
質において、シリコン基板にはＳｉＯ2 のベース層を設
け、ドーピングされたシリカ・ガラスの薄い芯層を酸化
物に付着させる。芯層は、標準的なフォトリソグラフィ
ー技術を用いて、通常は幅５〜７マイクロメートルの所
望の導波管構造になるよう構成することができ、ドーピ
ングされたシリカ・ガラスの層は、芯に付着して表面被
覆の働きをする。導波管の精確な構成に応じて、このよ
うなデバイスは、光導波管からの信号出力の傍受など、
多種多様な機能を実行することができる。
り、システム設計者にとって、光信号を直接処理する光
集積デバイスの開発が、非常に重要になった。光処理の
特に有用な方法の一つは、シリコン基板上にガラス製の
集積導波管構造を使用することである。このようなデバ
イスの基本的構造が、『７Ｊ．光波テクノロジー(7J.Li
ghtwave Technol.)』(1989)の1530〜1539ページのC.H.H
enryその他による「光集積パッケージングのためのシリ
コン上のガラス導波管(Glass Waveguides on Silicon f
or Hybrid Optical Packaging)」に記載されている。本
質において、シリコン基板にはＳｉＯ2 のベース層を設
け、ドーピングされたシリカ・ガラスの薄い芯層を酸化
物に付着させる。芯層は、標準的なフォトリソグラフィ
ー技術を用いて、通常は幅５〜７マイクロメートルの所
望の導波管構造になるよう構成することができ、ドーピ
ングされたシリカ・ガラスの層は、芯に付着して表面被
覆の働きをする。導波管の精確な構成に応じて、このよ
うなデバイスは、光導波管からの信号出力の傍受など、
多種多様な機能を実行することができる。
【０００３】前述した光集積デバイスの典型的な信号傍
受の用途では、所望の結合程度に応じて、ある長さ、す
なわち結合器の長さだけ２本の導波管を非常に近接して
通す。導波管の芯線からのエネルギーを隣接する芯線に
伝送し、信号傍受を実行する。
受の用途では、所望の結合程度に応じて、ある長さ、す
なわち結合器の長さだけ２本の導波管を非常に近接して
通す。導波管の芯線からのエネルギーを隣接する芯線に
伝送し、信号傍受を実行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような光傍受構成
の１つの欠点は、傍受信号が信号の波長に依存する傾向
にあることである。もう１つの欠点は、ガラス層の歪み
により導波管内に誘発される複屈折に関する。この歪み
は、導波管と基板とを構成するガラス膜の熱膨張率の差
による。これは、導波管がシリコン基板上に形成され、
その大きさが層の組成とともに変化すると圧縮する。歪
みによって誘発されるこのような複屈折率は、異なった
偏光モード、すなわち透過光の横方向磁気（ＴＭ）モー
ドと横方向電気（ＴＥ）モードとで異なる屈折率とな
る。その結果、モードの制限が偏光に依存し、したがっ
て２本の導波管の結合は偏光に依存する。このように傍
受信号が与えられ、これは信号の偏光状態に依存する。
の１つの欠点は、傍受信号が信号の波長に依存する傾向
にあることである。もう１つの欠点は、ガラス層の歪み
により導波管内に誘発される複屈折に関する。この歪み
は、導波管と基板とを構成するガラス膜の熱膨張率の差
による。これは、導波管がシリコン基板上に形成され、
その大きさが層の組成とともに変化すると圧縮する。歪
みによって誘発されるこのような複屈折率は、異なった
偏光モード、すなわち透過光の横方向磁気（ＴＭ）モー
ドと横方向電気（ＴＥ）モードとで異なる屈折率とな
る。その結果、モードの制限が偏光に依存し、したがっ
て２本の導波管の結合は偏光に依存する。このように傍
受信号が与えられ、これは信号の偏光状態に依存する。
【０００５】シリコン上にガラスを付着させた導波管に
固有の複屈折率の問題を克服するために、幾つかの技術
が示唆されている。１つの方法は、導波管の格子マルチ
プレクサの中央に半波長板を挿入し、偏光を９０°回転
させる。『Opt.Letts.』17(7)(1992) の499ページのH.T
akahashiその他による「シリコン上の偏光集中アレイ状
導波管マルチプレクサ」を参照のこと。しかし、この方
法は過度の損失をもたらす。もう１つの方法は、導波管
上に非晶質シリコンの層（６マイクロメートル）を付着
させることである。この方法の欠点は、シリコン層を高
出力レーザでアクティブにトリミングしなければならな
いことである。したがって、光集積タップ・デバイスの
波長依存性と歪みで誘発された複屈折率とを補償する上
で、さらに改善が必要である。
固有の複屈折率の問題を克服するために、幾つかの技術
が示唆されている。１つの方法は、導波管の格子マルチ
プレクサの中央に半波長板を挿入し、偏光を９０°回転
させる。『Opt.Letts.』17(7)(1992) の499ページのH.T
akahashiその他による「シリコン上の偏光集中アレイ状
導波管マルチプレクサ」を参照のこと。しかし、この方
法は過度の損失をもたらす。もう１つの方法は、導波管
上に非晶質シリコンの層（６マイクロメートル）を付着
させることである。この方法の欠点は、シリコン層を高
出力レーザでアクティブにトリミングしなければならな
いことである。したがって、光集積タップ・デバイスの
波長依存性と歪みで誘発された複屈折率とを補償する上
で、さらに改善が必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】概して、本発明は信号出
力を傍受する光デバイスを指向し、その信号タップは波
長および偏光にほぼ依存しない。好ましい光デバイス
は、出力交差状態伝送信号Ｔ1 を提供するため、第２光
導波管と結合関係で配置された入力信号Ｓを搬送する第
１光導波管を含む第１タップ手段を備える。交差状態伝
送信号Ｔ1 は、偏光および波長に依存する。光デバイス
はさらに、出力バー状態伝送信号Ｔ2 を提供するため、
出力交差状態伝送信号Ｔ1 を搬送する第２光導波管と結
合し、これと直列に配置される第３光導波管を含む第２
タップ手段を備える。バー状態伝送信号Ｔ2 は、導波管
の結合に対して、交差状態伝送信号Ｔ1 と反対の依存性
を有し、したがって交差状態伝送信号Ｔ1 の波長および
偏光の依存性を補償するよう選択して、偏光および波長
にほぼ依存しない全体的なタップ伝送出力信号Ｔ＝Ｔ1
Ｔ2 を提供することができる。本発明の様々な特徴と利
点は、以下の詳細な説明を添付した図面と組み合わせて
辿ることによって、よりよく理解される。
力を傍受する光デバイスを指向し、その信号タップは波
長および偏光にほぼ依存しない。好ましい光デバイス
は、出力交差状態伝送信号Ｔ1 を提供するため、第２光
導波管と結合関係で配置された入力信号Ｓを搬送する第
１光導波管を含む第１タップ手段を備える。交差状態伝
送信号Ｔ1 は、偏光および波長に依存する。光デバイス
はさらに、出力バー状態伝送信号Ｔ2 を提供するため、
出力交差状態伝送信号Ｔ1 を搬送する第２光導波管と結
合し、これと直列に配置される第３光導波管を含む第２
タップ手段を備える。バー状態伝送信号Ｔ2 は、導波管
の結合に対して、交差状態伝送信号Ｔ1 と反対の依存性
を有し、したがって交差状態伝送信号Ｔ1 の波長および
偏光の依存性を補償するよう選択して、偏光および波長
にほぼ依存しない全体的なタップ伝送出力信号Ｔ＝Ｔ1
Ｔ2 を提供することができる。本発明の様々な特徴と利
点は、以下の詳細な説明を添付した図面と組み合わせて
辿ることによって、よりよく理解される。
【０００７】
【実施例】以下の詳細な記述は、光ファイバから光エネ
ルギーを傍受する技術に関する。この技術は、２本の導
波管を特定の距離または長さ、つまり「結合器の長さ」
だけ非常に近接して結合すると、光エネルギーが一方の
光導波管から隣接する光導波管に伝送されるという理論
に基づく。
ルギーを傍受する技術に関する。この技術は、２本の導
波管を特定の距離または長さ、つまり「結合器の長さ」
だけ非常に近接して結合すると、光エネルギーが一方の
光導波管から隣接する光導波管に伝送されるという理論
に基づく。
【０００８】次に図１を参照すると、本発明の原理によ
る、偏光および波長に依存しないタップを含む光集積デ
バイスの概略図を示す。以下で詳述する光タップ１０の
例示的実施例は、信号伝播をサンプリングし、モニタす
る目的で、信号搬送ファイバまたは回路に光学的に接続
するよう構成される。
る、偏光および波長に依存しないタップを含む光集積デ
バイスの概略図を示す。以下で詳述する光タップ１０の
例示的実施例は、信号伝播をサンプリングし、モニタす
る目的で、信号搬送ファイバまたは回路に光学的に接続
するよう構成される。
【０００９】タップ１０は、シリコン基板上に配置され
た３本の導波管を含む。導波管１２は、光信号搬送導波
管からの入力信号「Ｓ」を搬送し、結合領域１６で結合
器の長さ「Ｌ1 」だけ導波管１４と結合するよう配置さ
れ、２本の導波管の光を２つの出力信号に分割する第１
方向結合部を形成する。同様に、導波管１４は、結合領
域２０で結合器の長さ「Ｌ2 」だけ導波管１８と結合す
るよう配置され、第２方向結合部を形成する。同様に、
結合領域１６、２０における各導波管間の芯線の中心間
距離は等しい。個々の結合器長Ｌ1 、Ｌ2 は変化しても
よい。
た３本の導波管を含む。導波管１２は、光信号搬送導波
管からの入力信号「Ｓ」を搬送し、結合領域１６で結合
器の長さ「Ｌ1 」だけ導波管１４と結合するよう配置さ
れ、２本の導波管の光を２つの出力信号に分割する第１
方向結合部を形成する。同様に、導波管１４は、結合領
域２０で結合器の長さ「Ｌ2 」だけ導波管１８と結合す
るよう配置され、第２方向結合部を形成する。同様に、
結合領域１６、２０における各導波管間の芯線の中心間
距離は等しい。個々の結合器長Ｌ1 、Ｌ2 は変化しても
よい。
【００１０】図２は、タップ１０の好ましい製造方法を
示す。好ましい方法によると、導波管１２、１４および
１８を、外部酸化物層２４を有するシリコンの基板２２
上の適切な位置に配置し、被覆層２６で覆う。図示の構
造は、前述した『７Ｊ．光波テクノロジー(7J.Lightwav
e Technol.)』(1989)の1530〜1539ページのＣ．Ｈ．Ｈ
ｅｎｒｙその他による「光集積パッケージングのための
シリコン上のガラス導波管（ＧｌａｓｓＷａｖｅｇｕｉ
ｄｅｓ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ Ｈｙｂｒｉｄ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」に記載され
ているように製造すると有利である。本質的に、シリコ
ン基板２２には、シリコン上に形成された、または高圧
蒸気酸化またはＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）により形成
されたＳｉＯ2 の基層２４が設けられる。４〜６マイク
ロメートルの範囲の厚さを有して６％〜８％の燐をドー
ピングしたシリカの芯層を、ＬＰＣＶＤを用いて酸化物
上に蒸着し、芯層をＲＩＥなどで乾式エッチングし、導
波管を所望の構成にパターン形成することができる。典
型的な導波管の真の太さは、５〜７マイクロメートルの
範囲である。
示す。好ましい方法によると、導波管１２、１４および
１８を、外部酸化物層２４を有するシリコンの基板２２
上の適切な位置に配置し、被覆層２６で覆う。図示の構
造は、前述した『７Ｊ．光波テクノロジー(7J.Lightwav
e Technol.)』(1989)の1530〜1539ページのＣ．Ｈ．Ｈ
ｅｎｒｙその他による「光集積パッケージングのための
シリコン上のガラス導波管（ＧｌａｓｓＷａｖｅｇｕｉ
ｄｅｓ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ Ｈｙｂｒｉｄ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」に記載され
ているように製造すると有利である。本質的に、シリコ
ン基板２２には、シリコン上に形成された、または高圧
蒸気酸化またはＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）により形成
されたＳｉＯ2 の基層２４が設けられる。４〜６マイク
ロメートルの範囲の厚さを有して６％〜８％の燐をドー
ピングしたシリカの芯層を、ＬＰＣＶＤを用いて酸化物
上に蒸着し、芯層をＲＩＥなどで乾式エッチングし、導
波管を所望の構成にパターン形成することができる。典
型的な導波管の真の太さは、５〜７マイクロメートルの
範囲である。
【００１１】再度図１を参照し、光タップ１０の動作を
詳細に検討する。結合領域１６で光導波管１２、１４が
結合した結果、光導波管１２の搬送する信号「Ｓ」の一
部が導波管１４に結合される。Ｔ1 と特定される傍受信
号は、結合の交差状態の伝送信号を示し、波長および偏
光に依存する。したがって、位置１６Ａ、１６Ｂにおけ
る出力信号はそれぞれ１−Ｔ1 およびＴ1 で、ここで１
は信号「Ｓ」を置換し、１という数を示す。
詳細に検討する。結合領域１６で光導波管１２、１４が
結合した結果、光導波管１２の搬送する信号「Ｓ」の一
部が導波管１４に結合される。Ｔ1 と特定される傍受信
号は、結合の交差状態の伝送信号を示し、波長および偏
光に依存する。したがって、位置１６Ａ、１６Ｂにおけ
る出力信号はそれぞれ１−Ｔ1 およびＴ1 で、ここで１
は信号「Ｓ」を置換し、１という数を示す。
【００１２】結合領域２０で、交差状態伝送信号Ｔ2 の
一部は導波管１８に傍受される。位置２０Ａ、２０Ｂに
おける結果の出力信号を、それぞれＴ1 Ｔ2 およびＴ1
−Ｔ1 Ｔ2 とし、ここでＴ2 は結合によって実行される
バー状態伝送信号である。伝送信号Ｔ2 も波長および偏
光に依存する。
一部は導波管１８に傍受される。位置２０Ａ、２０Ｂに
おける結果の出力信号を、それぞれＴ1 Ｔ2 およびＴ1
−Ｔ1 Ｔ2 とし、ここでＴ2 は結合によって実行される
バー状態伝送信号である。伝送信号Ｔ2 も波長および偏
光に依存する。
【００１３】位置２０Ａで規定される出力信号は、適切
な状態では、個々の伝送信号Ｔ1 およびＴ2 の偏光およ
び波長にほぼ依存しない。特に、交差状態出力信号Ｔ1
およびバー状態出力信号Ｔ2 は、導波管の結合への反対
の依存性を有する。したがって、伝送信号Ｔ2 が適切に
補償する大きさであれば、これらの依存性が取り消され
るというのは、位置２０Ａにおける全体的な出力伝送信
号Ｔが、結合領域１６の交差状態すなわちＴ1 と結合領
域２０のバー状態即ちＴ2 との積だからである。
な状態では、個々の伝送信号Ｔ1 およびＴ2 の偏光およ
び波長にほぼ依存しない。特に、交差状態出力信号Ｔ1
およびバー状態出力信号Ｔ2 は、導波管の結合への反対
の依存性を有する。したがって、伝送信号Ｔ2 が適切に
補償する大きさであれば、これらの依存性が取り消され
るというのは、位置２０Ａにおける全体的な出力伝送信
号Ｔが、結合領域１６の交差状態すなわちＴ1 と結合領
域２０のバー状態即ちＴ2 との積だからである。
【００１４】出力で偏光および波長にほぼ依存しないタ
ップ伝送信号Ｔを生成するよう、伝送信号Ｔ1 の偏光お
よび波長への依存性を補償するのに必要な伝送信号Ｔ2
の値を理論的に決定することができる。これに関して、
傍受信号Ｔ1 、Ｔ2 は、導波管の材料、結合した導波管
の中心間距離などの光学特性の関数である結合パラメー
タ（以下、パラメータδと呼ぶ）に直接関連することが
理解される。各結合部について、交差状態伝送信号はsi
n2(δL)と等しく、バー状態伝送信号はcos2(δL)と等し
い。ここでＬは結合部の長さである。パラメータδは、
導波管間で力が完全に転送される長さである結合部の長
さとは、逆の関係になる。
ップ伝送信号Ｔを生成するよう、伝送信号Ｔ1 の偏光お
よび波長への依存性を補償するのに必要な伝送信号Ｔ2
の値を理論的に決定することができる。これに関して、
傍受信号Ｔ1 、Ｔ2 は、導波管の材料、結合した導波管
の中心間距離などの光学特性の関数である結合パラメー
タ（以下、パラメータδと呼ぶ）に直接関連することが
理解される。各結合部について、交差状態伝送信号はsi
n2(δL)と等しく、バー状態伝送信号はcos2(δL)と等し
い。ここでＬは結合部の長さである。パラメータδは、
導波管間で力が完全に転送される長さである結合部の長
さとは、逆の関係になる。
【００１５】上述したように、位置２０Ａにおける傍受
信号Ｔの力の伝送を、式Ｔ＝Ｔ1 Ｔ2 で示す。Ｔ１とＴ
２との間の関係は、導関数ｄＴ＝０であることが分か
る。Ｔは、歪み複屈折率および波長へのδへの依存性に
よって、 ｄδ の波長および偏光に依存する。したがって、ｄＴ／ｄδ
＝０と設定すると、波長および歪み複屈折率双方へのＴ
の第１オーダー（線形）の依存度もゼロに設定される。
ln(T)=ln(T1T2)を微分すると、以下の式になる。ここで
ｌｎは自然対数である。
信号Ｔの力の伝送を、式Ｔ＝Ｔ1 Ｔ2 で示す。Ｔ１とＴ
２との間の関係は、導関数ｄＴ＝０であることが分か
る。Ｔは、歪み複屈折率および波長へのδへの依存性に
よって、 ｄδ の波長および偏光に依存する。したがって、ｄＴ／ｄδ
＝０と設定すると、波長および歪み複屈折率双方へのＴ
の第１オーダー（線形）の依存度もゼロに設定される。
ln(T)=ln(T1T2)を微分すると、以下の式になる。ここで
ｌｎは自然対数である。
【数１】
したがって、1/T dT/dδ=0と設定することにより、Ｔが
δの変化の影響を受けないような傍受伝送信号Ｔ1 およ
びＴ2 の値、すなわち任意の値Ｔ1 について、Ｔ1 の波
長および偏光に対する依存度を補償して偏光および波長
にほぼ依存しない傍受出力伝送信号Ｔを生成するＴ2 の
値を理論的に求めることができる。
δの変化の影響を受けないような傍受伝送信号Ｔ1 およ
びＴ2 の値、すなわち任意の値Ｔ1 について、Ｔ1 の波
長および偏光に対する依存度を補償して偏光および波長
にほぼ依存しない傍受出力伝送信号Ｔを生成するＴ2 の
値を理論的に求めることができる。
【００１６】Ｔ1 およびＴ2 の波形の振幅は、δおよび
結合領域１６、２０における結合器それぞれの長さＬ
1 、Ｌ2 の関数である。上述したように、結合器長Ｌ1
およびＬ2 は、導波管が互いから離れる方向に曲がる結
合器の端を含む結合に伴う有効長と定義される。伝送信
号Ｔ1 はsin2(δL1)で表され、伝送信号Ｔ2 はcos2(δL
2)で表され、ここでＬ1 は結合領域１６の結合器長、Ｌ
2 は結合領域２０の結合器長である。したがって、
結合領域１６、２０における結合器それぞれの長さＬ
1 、Ｌ2 の関数である。上述したように、結合器長Ｌ1
およびＬ2 は、導波管が互いから離れる方向に曲がる結
合器の端を含む結合に伴う有効長と定義される。伝送信
号Ｔ1 はsin2(δL1)で表され、伝送信号Ｔ2 はcos2(δL
2)で表され、ここでＬ1 は結合領域１６の結合器長、Ｌ
2 は結合領域２０の結合器長である。したがって、
【数２】
および
【数３】
となる。式（２）の導関数は
【数４】
となり、式（３）の導関数は
【数５】
となる。式（４）および（５）を式（１）に代入する
と、式（１）は次のようになる。
と、式（１）は次のようになる。
【数６】
この式にδをかけ、２で割ると、次式になる。
【数７】
【００１７】式（７）を参照すると、Ｔ1 の値が比較的
小さいと、δＬ1 はほぼゼロ、ｃｏｓ（δＬ１） は約
１、sin(δL1)はδL1 と等しくなることが分かる。した
がって、Ｔ1の値が小さい場合、式（７）は次のように
なる。
小さいと、δＬ1 はほぼゼロ、ｃｏｓ（δＬ１） は約
１、sin(δL1)はδL1 と等しくなることが分かる。した
がって、Ｔ1の値が小さい場合、式（７）は次のように
なる。
【数８】
したがって、δL1の値が比較的小さい場合、δL2および
Ｔ2 はそれぞれ定数となる。その結果、Ｔ1 が1 より小
さければ、偏光および波長に対するＴ1 の依存度を補償
して、偏光および波長にほぼ依存しない傍受信号Ｔを生
成するのに必要な補償傍受損を示すＴ2 の普遍的値があ
る。
Ｔ2 はそれぞれ定数となる。その結果、Ｔ1 が1 より小
さければ、偏光および波長に対するＴ1 の依存度を補償
して、偏光および波長にほぼ依存しない傍受信号Ｔを生
成するのに必要な補償傍受損を示すＴ2 の普遍的値があ
る。
【００１８】式（２）および（３）を用いて、Ｔ1 およ
びＴ2 に関して式（７）を書き換えることができる。書
き換えた式は次のようになる。
びＴ2 に関して式（７）を書き換えることができる。書
き換えた式は次のようになる。
【数９】
式９を数値的に解いて、任意の出力信号Ｔ1 の値に必要
な信号タップＴ2 の理論的補償値を特定することができ
る。図３のグラフは、Ｔ1 の偏光および波長に対する依
存度を補償するのに必要なＴ2 の理論値を示す。グラフ
および例が示すように、Ｔ1 の値に関して、Ｔ1 の偏光
および波長に対する依存度を補償するのに必要なバー状
態伝送信号Ｔ2 の値は、−３dbと−３．７１dbの間であ
る。Ｔ1の値が約−１７dbと−４０dbの間の場合、Ｔ2
は−３．７１dbの漸近値または普遍値に到達する。した
がって、傍受信号Ｔ1 の偏光および波長に対する依存度
を取り消すには、さらに最高−３．７１db減衰する必要
がある。これは、傍受信号Ｔが波長および偏光に依存し
ないとすると、比較的小さい代償である。
な信号タップＴ2 の理論的補償値を特定することができ
る。図３のグラフは、Ｔ1 の偏光および波長に対する依
存度を補償するのに必要なＴ2 の理論値を示す。グラフ
および例が示すように、Ｔ1 の値に関して、Ｔ1 の偏光
および波長に対する依存度を補償するのに必要なバー状
態伝送信号Ｔ2 の値は、−３dbと−３．７１dbの間であ
る。Ｔ1の値が約−１７dbと−４０dbの間の場合、Ｔ2
は−３．７１dbの漸近値または普遍値に到達する。した
がって、傍受信号Ｔ1 の偏光および波長に対する依存度
を取り消すには、さらに最高−３．７１db減衰する必要
がある。これは、傍受信号Ｔが波長および偏光に依存し
ないとすると、比較的小さい代償である。
【００１９】次に図１と組み合わせて図４を参照する
と、本発明の光タップ１０の例示的実施例を示す。図４
の曲線は、図１のデバイスをコンピュータでシミュレー
ションした実施例の個々の伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 および出
力伝送信号Ｔのスペクトルである。シミュレーションし
た実施例によると、信号を搬送する導波管１２は、ＴＥ
偏光の波長１３００nmで−１５dbの方向性結合器を形成
するよう、結合領域１６で約１７３ミクロンの長さＬ1
だけ導波管１４と結合している。導波管１４、１８は、
結合器領域２０で既定の約１８５０ミクロンの長さＬ2
だけ結合し、ＴＥ偏光の波長１３００nmで結合器２０内
に約−３．７dbのバー状態伝送信号を供給する。本実施
例では、長さＬ1 およびＬ2 はそれぞれ、個々の導波管
１２、１４、１８がそれぞれの結合領域１６、２０で並
列接続する各距離と定義される。この例示的実施例の追
加のパラメータには、約５．０ミクロンの導波管芯線
幅、約９．５ミクロンの芯線の中心間距離がある。
と、本発明の光タップ１０の例示的実施例を示す。図４
の曲線は、図１のデバイスをコンピュータでシミュレー
ションした実施例の個々の伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 および出
力伝送信号Ｔのスペクトルである。シミュレーションし
た実施例によると、信号を搬送する導波管１２は、ＴＥ
偏光の波長１３００nmで−１５dbの方向性結合器を形成
するよう、結合領域１６で約１７３ミクロンの長さＬ1
だけ導波管１４と結合している。導波管１４、１８は、
結合器領域２０で既定の約１８５０ミクロンの長さＬ2
だけ結合し、ＴＥ偏光の波長１３００nmで結合器２０内
に約−３．７dbのバー状態伝送信号を供給する。本実施
例では、長さＬ1 およびＬ2 はそれぞれ、個々の導波管
１２、１４、１８がそれぞれの結合領域１６、２０で並
列接続する各距離と定義される。この例示的実施例の追
加のパラメータには、約５．０ミクロンの導波管芯線
幅、約９．５ミクロンの芯線の中心間距離がある。
【００２０】図４に示すように、個々の出力伝送信号Ｔ
1 、Ｔ2 は、いずれも偏光および波長に依存する。特
に、横方向電気（ＴＥ）（基板に平行な電界）偏光およ
び横方向磁気（ＴＥ）（基板に垂直な電界）偏光は、そ
れぞれの伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 について、異なる伝送損を
有する。同様に、伝送損は、その伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 の
波長によっても変化する。グラフで、伝送信号Ｔ1 のＴ
Ｅ偏光およびＴＭ偏光をそれぞれ、実線ＴＥ1 、点線Ｔ
Ｍ1 で示す。伝送信号Ｔ2 のＴＥ偏光およびＴＭ偏光を
それぞれ、実線ＴＥ2 、点線ＴＭ2 で示す。
1 、Ｔ2 は、いずれも偏光および波長に依存する。特
に、横方向電気（ＴＥ）（基板に平行な電界）偏光およ
び横方向磁気（ＴＥ）（基板に垂直な電界）偏光は、そ
れぞれの伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 について、異なる伝送損を
有する。同様に、伝送損は、その伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 の
波長によっても変化する。グラフで、伝送信号Ｔ1 のＴ
Ｅ偏光およびＴＭ偏光をそれぞれ、実線ＴＥ1 、点線Ｔ
Ｍ1 で示す。伝送信号Ｔ2 のＴＥ偏光およびＴＭ偏光を
それぞれ、実線ＴＥ2 、点線ＴＭ2 で示す。
【００２１】さらに図４を参照すると、伝送信号Ｔ1 お
よび補償伝送信号Ｔ2 で実行される出力伝送信号てゃ、
偏光および波長にほぼ依存しない。タップ１０のＴＥ偏
光およびＴＭ偏光をそれぞれ、実線５０ＴＥおよび点線
５０ＴＭで表す。図示のように、ＴＥ偏光とＴＭ偏光と
はほぼ等しく、１２５０〜１３５０nmの波長を通じて合
計伝送損が約１９dbと、ほぼ一定である。したがって、
この例では、偏光および波長にほぼ依存しない伝送信号
Ｔを生成するために、傍受伝送信号Ｔ1 の補償を実行す
るには、バー状態伝送信号Ｔ2 で与えられるような、約
−３．６〜３．７dbの追加減衰が必要となる。これは、
波長および偏光の非依存性を達成するのに必要な減衰と
しては、比較的小さい。
よび補償伝送信号Ｔ2 で実行される出力伝送信号てゃ、
偏光および波長にほぼ依存しない。タップ１０のＴＥ偏
光およびＴＭ偏光をそれぞれ、実線５０ＴＥおよび点線
５０ＴＭで表す。図示のように、ＴＥ偏光とＴＭ偏光と
はほぼ等しく、１２５０〜１３５０nmの波長を通じて合
計伝送損が約１９dbと、ほぼ一定である。したがって、
この例では、偏光および波長にほぼ依存しない伝送信号
Ｔを生成するために、傍受伝送信号Ｔ1 の補償を実行す
るには、バー状態伝送信号Ｔ2 で与えられるような、約
−３．６〜３．７dbの追加減衰が必要となる。これは、
波長および偏光の非依存性を達成するのに必要な減衰と
しては、比較的小さい。
【００２２】本発明の原理によると、結合器１６、２０
の断面積が異なり、その結合パラメータδの値が異なる
と、偏光および波長の依存性を補償することができるの
が分かる。
の断面積が異なり、その結合パラメータδの値が異なる
と、偏光および波長の依存性を補償することができるの
が分かる。
【００２３】本発明は、波長および偏光への依存性を制
御する結合パラメータδによってタップの動作を述べる
ことができる、すたわち交差およびバー状態伝送信号が
それぞれsin2(δL)およびcos2(δL)であるその他の導波
管テクノロジーにも、用途がある。たとえば、本発明の
原理は、グループＩＩＩ〜Ｖの半導体導波管材料を有す
る光学回路に集積した半導体導波管に用途がある。
御する結合パラメータδによってタップの動作を述べる
ことができる、すたわち交差およびバー状態伝送信号が
それぞれsin2(δL)およびcos2(δL)であるその他の導波
管テクノロジーにも、用途がある。たとえば、本発明の
原理は、グループＩＩＩ〜Ｖの半導体導波管材料を有す
る光学回路に集積した半導体導波管に用途がある。
【００２４】さらに、光タップ１０の配置は、波長にほ
ぼ依存しない傍受信号伝送信号を生成するよう、従来の
非集積光ファイバ・ネットワークからの傍受信号にも使
用することができる。
ぼ依存しない傍受信号伝送信号を生成するよう、従来の
非集積光ファイバ・ネットワークからの傍受信号にも使
用することができる。
【００２５】蒸気の実施例は、本発明の原理の用途を示
す多くの可能な実施例の１つのみを例示していることが
理解される。当業者なら、本発明の精神および範囲から
逸脱することなく、変化した無数のその他の配置を作成
することができる。
す多くの可能な実施例の１つのみを例示していることが
理解される。当業者なら、本発明の精神および範囲から
逸脱することなく、変化した無数のその他の配置を作成
することができる。
【図１】本発明の原理による、偏光および波長にほぼ依
存しない光タップを含む光集積回路の概略図である。
存しない光タップを含む光集積回路の概略図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切り取った断面図であ
る。
る。
【図３】偏光および波長にほぼ依存しない出力伝送信号
Ｔを生成するために、図１の光タップの２つの領域が生
成する傍受伝送信号Ｔ1、Ｔ2のそれぞれの理論計算値を
示すグラフを表わす図である。
Ｔを生成するために、図１の光タップの２つの領域が生
成する傍受伝送信号Ｔ1、Ｔ2のそれぞれの理論計算値を
示すグラフを表わす図である。
【図４】図１の光タップの例示的コンピュータ・シミュ
レーション実施例の傍受伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 および全体
的出力Ｔ（ここでＴ＝Ｔ1 Ｔ2 ）のスペクトルを表す図
である。
レーション実施例の傍受伝送信号Ｔ1 、Ｔ2 および全体
的出力Ｔ（ここでＴ＝Ｔ1 Ｔ2 ）のスペクトルを表す図
である。
１０ 光タップ
１２ 導波管
１４ 導波管
１６ 結合領域
１８ 導波管
２０ 結合領域
２２ 基板
２４ 層
２６ 被覆層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ロナルド エドワード スコッティ
アメリカ合衆国 08889 ニュージャー
シィ，ホワイト ハウス ステーショ
ン，ブラックスミス ロード 10
(56)参考文献 特開 平３−132606（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−120905（ＪＰ，Ａ)
米国特許4997245（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/12 - 6/14
G02F 1/00 - 1/035
G02F 1/29 - 1/313
Claims (12)
- 【請求項１】 信号出力を傍受する光デバイスであっ
て、 光導波管から信号出力を傍受する第１タップ手段を備
え、前記第１タップ手段が、出力交差状態伝送信号Ｔ1
を供給するよう、第２光導波管と結合関係で配置された
入力信号Ｓを搬送する第１光導波管を含み、さらに前記
第２光導波管からの信号出力を傍受する第２タップ手段
を備え、第２タップが、出力バー状態伝送信号Ｔ2 を供
給するよう、前記出力交差状態伝送信号Ｔ2 を搬送する
前記第２光学導波管と結合関係で配置された第３光導波
管を含み、前記第１および第２タップ手段が供給する出
力信号Ｔが、偏光および波長にほぼ依存しないように、
前記バー状態伝送信号Ｔ2 が、前記交差状態伝送信号Ｔ
2 の波長および偏光に対する依存性を補償する光デバイ
ス。 - 【請求項２】 前記出力交差状態伝送信号Ｔ1 および前
記出力バー状態伝送信号Ｔ2 が、結合パラメータに対し
て反対の依存性を有する請求項１記載の光デバイス。 - 【請求項３】 前記出力伝送信号Ｔが、前記出力交差状
態伝送信号Ｔ1 と前記出力バー状態伝送信号Ｔ2 との積
であると定義される請求項２記載の光デバイス。 - 【請求項４】 前記導波管が、シリコン基板上にドーピ
ングしたシリカを備える請求項３記載の光デバイス。 - 【請求項５】 前記交差状態伝送信号Ｔ1 が約−３．０
dbから約−５０．０dbの範囲の値を有し、前記バー状態
伝送信号Ｔ2 が約−３．０dbから約−４．５dbの範囲で
ある請求項４記載の光デバイス。 - 【請求項６】 信号搬送導波管からの信号出力を傍受す
る光集積デバイスであって、 入力信号Ｓを搬送する第１光導波管と、 出力交差状態伝送信号Ｔ1 を供給するために、前記第１
光導波管の前記入力信号Ｓと結合する第２光導波管と、 出力バー状態伝送信号Ｔ2 を供給するために、前記第２
光導波管の搬送する前記出力交差状態伝送信号Ｔ1 と結
合する第３光導波管とを備え、 その結果得られる出力伝送信号Ｔが、前記交差状態伝送
信号Ｔ1 と前記バー状態伝送信号Ｔ2 との積と定義さ
れ、前記伝送信号Ｔ1 およびＴ2 の偏光および波長にほ
ぼ依存しない光集積デバイス。 - 【請求項７】 前記第１、第２および第３光導波管が、
シリコン基板上にドーピングしたシリカを備える請求項
６記載の光集積デバイス。 - 【請求項８】 前記第１、第２および第３導波管が、ほ
ぼ同じ幅を有する請求項６記載の光集積デバイス。 - 【請求項９】 前記第１および第２導波管が、結合状態
では第１の既定距離だけ間隔をあけ、前記第２および第
３導波管が、結合状態では第２の既定距離だけ間隔をあ
け、前記第１および第２の既定距離がほぼ等しい請求項
８記載の光集積デバイス。 - 【請求項１０】 さらに基板と前記基板上に配置された
被覆層とを備え、前記被覆層が前記光導波管の周囲に配
置された請求項６記載の光集積デバイス。 - 【請求項１１】 前記基板がシリコンを備え、前記被覆
層がシリカまたはドーピングしたシリカを備え、前記導
波管がドーピングしたシリカ・ガラスを備える請求項１
０記載の光集積デバイス。 - 【請求項１２】 信号搬送導波管から信号出力を傍受
し、偏光および波長にほぼ依存しない傍受信号を供給す
る方法で、 第１光導波管を、入力信号Ｓを搬送する信号搬送導波管
と第１長さだけ結合して、出力交差状態伝送信号Ｔ1 を
生成するステップと、 第２光導波管を、前記交差状態伝送信号Ｔ1 を搬送する
前記第１光導波管と第２長さだけ結合して、出力バー状
態伝送信号Ｔ2 を生成するステップとを含み、前記第１
光導波管と前記第２光導波管との結合により実現した出
力信号Ｔが、偏光および波長にほぼ依存しないよう、前
記出力バー状態伝送信号Ｔ2 が、前記交差状態伝送信号
Ｔ1 の波長および偏光に対する依存度を補償する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/366,632 US5539850A (en) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Polarization and wavelength independent optical waveguide tap |
| US08/366632 | 1994-12-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08234032A JPH08234032A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3378132B2 true JP3378132B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=23443847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33841695A Expired - Fee Related JP3378132B2 (ja) | 1994-12-30 | 1995-12-26 | 偏光および波長に依存しない光導波管タップ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5539850A (ja) |
| EP (1) | EP0721117A1 (ja) |
| JP (1) | JP3378132B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0814362A1 (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-29 | PIRELLI CAVI S.p.A. | Polarization-independent, tunable, acousto-optical waveguide device for the wavelength selection of an optical signal |
| US5832156A (en) * | 1996-10-31 | 1998-11-03 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising an optical waveguide tap |
| DE69801979T2 (de) | 1998-07-15 | 2002-04-04 | Agilent Technologies Inc | Messung optischer Verluste |
| US6654533B1 (en) * | 2000-06-16 | 2003-11-25 | Metrophotonics Inc. | Polarization independent waveguide structure |
| US6928215B1 (en) | 2001-07-25 | 2005-08-09 | Lightwave Microsystems Corporation | Optical tap for optical integrated circuits |
| GB2389897A (en) * | 2002-06-21 | 2003-12-24 | Bookham Technology Plc | Optical power monitoring devices |
| JP4491188B2 (ja) * | 2002-07-11 | 2010-06-30 | 日本電気株式会社 | 結合光導波路 |
| US6915047B1 (en) | 2003-03-24 | 2005-07-05 | Inplane Photonics, Inc. | Broadband, polarization independent integrated optical tap |
| US7171085B2 (en) * | 2003-07-29 | 2007-01-30 | Jds Uniphase Corporation | Polarization compensated optical tap |
| JP5045416B2 (ja) * | 2007-12-17 | 2012-10-10 | 富士通株式会社 | 光導波路素子およびそれを用いた光学装置 |
| KR101329453B1 (ko) | 2009-03-20 | 2013-11-15 | 알까뗄 루슨트 | 다기능 도파관 격자를 갖춘 코히어런트 광학 편향기 |
| US8494315B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-07-23 | Alcatel Lucent | Photonic integrated circuit having a waveguide-grating coupler |
| 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 |
| CN110376753B (zh) * | 2019-07-04 | 2020-07-10 | 浙江大学 | 一种高性能偏振分束器及其设计方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4243295A (en) * | 1979-09-19 | 1981-01-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Polarization-independent optical directional coupler switch/modulator |
| US4883335A (en) * | 1986-01-06 | 1989-11-28 | American Telephone And Telegraph Company | Single-mode optical fiber tap |
| US4772084A (en) * | 1986-04-14 | 1988-09-20 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Optical power splitter and polarization splitter |
| US4998793A (en) * | 1989-11-14 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Adiabatic polarization manipulating device |
| JPH03132606A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-06 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 広波長域光モニタデバイス |
| US4997245A (en) * | 1990-01-04 | 1991-03-05 | Smiths Industries Aerospace & Defense Systems Incorporated | Polarization independent optical switches |
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| FR2668615B1 (fr) * | 1990-10-31 | 1992-12-11 | France Etat | Separateur de polarisations pour lumiere guidee. |
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| NL9100852A (nl) * | 1991-05-16 | 1992-12-16 | Nederland Ptt | Modusomzetter. |
| NL9101532A (nl) * | 1991-09-10 | 1993-04-01 | Nederland Ptt | Golflengte-selectieve multiplexer en demultiplexer. |
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| US5276746A (en) * | 1992-06-24 | 1994-01-04 | At&T Bell Laboratories | Polarization independent optical tap |
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| US5341444A (en) * | 1993-03-19 | 1994-08-23 | At&T Bell Laboratories | Polarization compensated integrated optical filters and multiplexers |
-
1994
- 1994-12-30 US US08/366,632 patent/US5539850A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-12-12 EP EP95309010A patent/EP0721117A1/en not_active Withdrawn
- 1995-12-26 JP JP33841695A patent/JP3378132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0721117A1 (en) | 1996-07-10 |
| JPH08234032A (ja) | 1996-09-13 |
| US5539850A (en) | 1996-07-23 |
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