JP3515290B2 - 光学導波路装置 - Google Patents
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光補償型集積光
学装置に関し、特に偏光補償型導波路グレーティングル
ータに関する。
学装置に関し、特に偏光補償型導波路グレーティングル
ータに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＰ素子上に導波路グレーティングル
ータ（waveguide grating router（ＷＧＲ））を偏光に
対し感受性をなくすような試みが行われている。ＩｎＰ
ベースのルータは、共通のＩｎＰ基板上に光検出器、光
学増幅器、光学変調器、光学スイッチ等の活性光学電子
要素と共に、搭載することが望まれている。この極性依
存性（感受性）は、ＩｎＰベースの導波路の複屈折に起
因し、このルータを受信器内で受動型ディマルチプレク
サとして用いた場合には、重大な問題を引き起こす。こ
の種の問題は、ルータの自由スペクトル領域（free spe
ctral range（ＦＳＲ））と、電界（electrical field
（ＴＥ））と、磁界（magnetic field（ＴＭ））とをマ
ッチングさせることによって解決することができるが、
しかし、そうするとルータが動作する光学バンド幅を厳
しく制限することになる。このような構成例は、M. Zir
ngibl 他著の論文 "Polarisation independent 8
×8 waveguide grating multiplexer on InP,"（E
lectronic Letters, Vol. 29,1993, pages 201-202）に
開示されている。
ータ（waveguide grating router（ＷＧＲ））を偏光に
対し感受性をなくすような試みが行われている。ＩｎＰ
ベースのルータは、共通のＩｎＰ基板上に光検出器、光
学増幅器、光学変調器、光学スイッチ等の活性光学電子
要素と共に、搭載することが望まれている。この極性依
存性（感受性）は、ＩｎＰベースの導波路の複屈折に起
因し、このルータを受信器内で受動型ディマルチプレク
サとして用いた場合には、重大な問題を引き起こす。こ
の種の問題は、ルータの自由スペクトル領域（free spe
ctral range（ＦＳＲ））と、電界（electrical field
（ＴＥ））と、磁界（magnetic field（ＴＭ））とをマ
ッチングさせることによって解決することができるが、
しかし、そうするとルータが動作する光学バンド幅を厳
しく制限することになる。このような構成例は、M. Zir
ngibl 他著の論文 "Polarisation independent 8
×8 waveguide grating multiplexer on InP,"（E
lectronic Letters, Vol. 29,1993, pages 201-202）に
開示されている。
【０００３】他のアプローチとしては、ＩｎＰ導波路の
複屈折をなくすことであり、これに関しては、B.H.Verb
eek他著の論文"Large Bandwidth Polarisation In
dependent and Compact 8 Channel PHASAR Demultiplex
er/Filter,"（OFC '94,February 1994, paper PD
13-1.）に開示されている。しかし、これらの導波路
は、例えば光学増幅器と集積するのには実際的ではな
い。他の技術としては、米国特許第５，３４１，４４４
号に開示されるように、この技術は、ＳｉＯベースの回
路には、成功裏に採用されてはいるが、ＩｎＰベースの
素子には、必ずしも適切なものではない。
複屈折をなくすことであり、これに関しては、B.H.Verb
eek他著の論文"Large Bandwidth Polarisation In
dependent and Compact 8 Channel PHASAR Demultiplex
er/Filter,"（OFC '94,February 1994, paper PD
13-1.）に開示されている。しかし、これらの導波路
は、例えば光学増幅器と集積するのには実際的ではな
い。他の技術としては、米国特許第５，３４１，４４４
号に開示されるように、この技術は、ＳｉＯベースの回
路には、成功裏に採用されてはいるが、ＩｎＰベースの
素子には、必ずしも適切なものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、偏光無依存性のＩｎＰベースのルータを提供する
ことである。
的は、偏光無依存性のＩｎＰベースのルータを提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、導波路
コアのセグメント上に堆積されるクラッド材料の厚さ
を、導波路の光学フィールドの垂直方向の高さのオーダ
まで減少することにより、「エアパッチ」セグメントを
生成し、このエアパッチセグメントを用いて複屈折を変
化させることができる（例えば、導波路のパッチセグメ
ント内のＴＥ波の伝送速度をＴＭ波に対し増加させ
る）。導波路の長さに反比例する、エアパッチ長さを用
いることにより異なる導波路間の正確な位相関係を維持
して、偏光無依存性のＩｎＰベースのルータを生成する
ことができる。
コアのセグメント上に堆積されるクラッド材料の厚さ
を、導波路の光学フィールドの垂直方向の高さのオーダ
まで減少することにより、「エアパッチ」セグメントを
生成し、このエアパッチセグメントを用いて複屈折を変
化させることができる（例えば、導波路のパッチセグメ
ント内のＴＥ波の伝送速度をＴＭ波に対し増加させ
る）。導波路の長さに反比例する、エアパッチ長さを用
いることにより異なる導波路間の正確な位相関係を維持
して、偏光無依存性のＩｎＰベースのルータを生成する
ことができる。
【０００６】一実施例においては、基板ウェハとこのウ
ェハ上に堆積されるクラッド層と、このクラッド層内に
埋設され、周囲のクラッド材料の屈折率よりも高い屈折
率を有し、導波路コアの長さに沿って光を伝送する長方
形断面の導波路コアとを有する光学導波路素子において
は、異なる有効屈折率を示す２つの偏光状態でもって光
を伝送する機能を有する。そして本発明の改良点は、コ
ア上に形成されたクラッド層の厚さを有する導波路コア
の長さ方向に沿った第１セグメントを有し、この第１セ
グメントは、導波路コアの長さ方向に沿った第２セグメ
ントのコア上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄い
ものである。
ェハ上に堆積されるクラッド層と、このクラッド層内に
埋設され、周囲のクラッド材料の屈折率よりも高い屈折
率を有し、導波路コアの長さに沿って光を伝送する長方
形断面の導波路コアとを有する光学導波路素子において
は、異なる有効屈折率を示す２つの偏光状態でもって光
を伝送する機能を有する。そして本発明の改良点は、コ
ア上に形成されたクラッド層の厚さを有する導波路コア
の長さ方向に沿った第１セグメントを有し、この第１セ
グメントは、導波路コアの長さ方向に沿った第２セグメ
ントのコア上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄い
ものである。
【０００７】本発明の他の実施例においては、集積光学
導波路マルチプレクサ／ディマルチプレクサ装置は、１
対のカプラとこのカプラ間の導波路アレイとを有し、こ
の導波路アレイの各連続する導波路は、所定の長さの差
を有し、少なくとも１つの導波路内においては、導波路
上に形成されたクラッド層を有する導波路の長さ方向に
沿った第１セグメントは、その導波路の第２セグメント
内の導波路上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄い
厚さを有し、それにより偏光無依存性応答を有する導波
路を提供できる。
導波路マルチプレクサ／ディマルチプレクサ装置は、１
対のカプラとこのカプラ間の導波路アレイとを有し、こ
の導波路アレイの各連続する導波路は、所定の長さの差
を有し、少なくとも１つの導波路内においては、導波路
上に形成されたクラッド層を有する導波路の長さ方向に
沿った第１セグメントは、その導波路の第２セグメント
内の導波路上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄い
厚さを有し、それにより偏光無依存性応答を有する導波
路を提供できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】ルータ装置内の偏光依存性（感受
性）の発生するメカニズムを図１を用いて説明する。図
１の導波路グレーティングにおいて、光信号は、導波路
１０７で受信され、自由空間領域１０１から自由空間領
域１０２に多重グレーティングアーム（導波路）１０３
を介して伝播する。この多重グレーティングアーム１０
３の長さは、隣接するアーム（導波路）の間の長さの差
はΔＬである。この長さの差が、位相差ΔΦ＝２πΔＬ
Ｎ／λとなる。ここでＮは材料の屈折率で、λは信号の
波長である。この位相差が、第２の自由空間領域１０２
内のファーフィールードパターン（far field patter
n）が出光する出力ポートを決定する。ＴＭモードとＴ
Ｅモードとの間に屈折率差ΔＮ＝ＮＴＭ−ＮＴＥが存在
する場合には、このルーティング特性は、信号波長λの
みならず偏光の状態に依存し、その結果これが好ましく
ない偏光感受性となって現れる。
性）の発生するメカニズムを図１を用いて説明する。図
１の導波路グレーティングにおいて、光信号は、導波路
１０７で受信され、自由空間領域１０１から自由空間領
域１０２に多重グレーティングアーム（導波路）１０３
を介して伝播する。この多重グレーティングアーム１０
３の長さは、隣接するアーム（導波路）の間の長さの差
はΔＬである。この長さの差が、位相差ΔΦ＝２πΔＬ
Ｎ／λとなる。ここでＮは材料の屈折率で、λは信号の
波長である。この位相差が、第２の自由空間領域１０２
内のファーフィールードパターン（far field patter
n）が出光する出力ポートを決定する。ＴＭモードとＴ
Ｅモードとの間に屈折率差ΔＮ＝ＮＴＭ−ＮＴＥが存在
する場合には、このルーティング特性は、信号波長λの
みならず偏光の状態に依存し、その結果これが好ましく
ない偏光感受性となって現れる。
【０００９】まずここで２本のアーム（導波路）につい
て考えてみることにし、第１の導波路は、第２の導波路
よりもΔＬだけ短いものとする。ここで、この２本のア
ームにさらに一定の長さの導波路を加えることにする。
この加えられた延長部分は、両方のアームにとってΔｌ
とするが、この付加された導波路は異なる屈折率をもつ
ものとする。例えば、長い方のアームの導波路の延長部
分は、同一の屈折率Ｎを有するが、短い方のアームは、
屈折率は、ｎに変わりΔｎ＝ｎＴＭ−ｎＴＥの複屈折と
なる。コヒーレントな波が２本のアームを伝播する場合
には、これらのアームの出力点における位相差は、次式
で表される。 ΔΦ＝２π（ΔＬＮ＋Δｌ（Ｎ−ｎ））／λ （１）
て考えてみることにし、第１の導波路は、第２の導波路
よりもΔＬだけ短いものとする。ここで、この２本のア
ームにさらに一定の長さの導波路を加えることにする。
この加えられた延長部分は、両方のアームにとってΔｌ
とするが、この付加された導波路は異なる屈折率をもつ
ものとする。例えば、長い方のアームの導波路の延長部
分は、同一の屈折率Ｎを有するが、短い方のアームは、
屈折率は、ｎに変わりΔｎ＝ｎＴＭ−ｎＴＥの複屈折と
なる。コヒーレントな波が２本のアームを伝播する場合
には、これらのアームの出力点における位相差は、次式
で表される。 ΔΦ＝２π（ΔＬＮ＋Δｌ（Ｎ−ｎ））／λ （１）
【００１０】このΔΦが、偏光無依存性となる場合に
は、この２つのパス長差は、以下の関係を有しなければ
ならない。 Δｌ＝ΔＬ／（Δｎ／ΔＮ−１） （２）
は、この２つのパス長差は、以下の関係を有しなければ
ならない。 Δｌ＝ΔＬ／（Δｎ／ΔＮ−１） （２）
【００１１】そしてこのルータの結論は、次のようにな
る。２本のグレーティングを考えてみると、第１のグレ
ーティングは、実際のパス長差により形成され、第２の
グレーティングは、屈折率パス長差により決定される。
Δｎ／ΔＮが１よりはるかに大きい場合には、補償を実
現するのに必要なパス長差Δｌは、ΔＬに比較して小さ
くなるので上記の考えはうまく機能する。当然のことで
あるが、Δｎ／ΔＮのいかなる値に対しても（たとえ負
でも）上記の考えは原則として働く。
る。２本のグレーティングを考えてみると、第１のグレ
ーティングは、実際のパス長差により形成され、第２の
グレーティングは、屈折率パス長差により決定される。
Δｎ／ΔＮが１よりはるかに大きい場合には、補償を実
現するのに必要なパス長差Δｌは、ΔＬに比較して小さ
くなるので上記の考えはうまく機能する。当然のことで
あるが、Δｎ／ΔＮのいかなる値に対しても（たとえ負
でも）上記の考えは原則として働く。
【００１２】偏光補償型のルータ装置を図１に示す。直
線部分１０４を含む導波路が、ルータの中央部に形成さ
れ、その中央部には、三角形状パッチ１０５が配置され
る。この三角形状パッチ１０５は、湾曲した部分上に直
接形成してもよいが、図１の構成の方が好ましい。その
理由は、曲げ損失は、屈折率の変化に極めて敏感だから
である。
線部分１０４を含む導波路が、ルータの中央部に形成さ
れ、その中央部には、三角形状パッチ１０５が配置され
る。この三角形状パッチ１０５は、湾曲した部分上に直
接形成してもよいが、図１の構成の方が好ましい。その
理由は、曲げ損失は、屈折率の変化に極めて敏感だから
である。
【００１３】前掲の４４４号米国特許では、電界ＴＥの
伝送速度を低減することにより、導波路の非パッチセグ
メントの複屈折以下にその複屈折を低下させるような高
屈折率パッチを用いることにより、シリコン基板上のシ
リカ製導波路の複屈折を減少する技術を開示している。
前掲の特許においては、図２に示すように窒化シリコン
製パッチ９がクラッド層２３内に埋設され、ドープシリ
カ製コア２０の屈折率（１．５）よりも高い屈折率
（１．９）を有する。ところがこの特許に開示された高
屈折率の埋め込みパッチ技術は、ＳｉＯ２ベースの回路
２２上では機能するが、ＩｎＰベースの素子では不適切
なものである。
伝送速度を低減することにより、導波路の非パッチセグ
メントの複屈折以下にその複屈折を低下させるような高
屈折率パッチを用いることにより、シリコン基板上のシ
リカ製導波路の複屈折を減少する技術を開示している。
前掲の特許においては、図２に示すように窒化シリコン
製パッチ９がクラッド層２３内に埋設され、ドープシリ
カ製コア２０の屈折率（１．５）よりも高い屈折率
（１．９）を有する。ところがこの特許に開示された高
屈折率の埋め込みパッチ技術は、ＳｉＯ２ベースの回路
２２上では機能するが、ＩｎＰベースの素子では不適切
なものである。
【００１４】図１、３に示すように、ＩｎＧａＡｓＰ製
リブ３０３のセグメント上に堆積されるクラッド層３０
１の厚さを、導波路の電界（ＴＥ）の垂直方向の高さの
オーダーまで減少することにより、エアパッチセグメン
トを有効に形成でき、これにより導波路のパッチセグメ
ント内の複屈折を増加することができる。エアパッチセ
グメントのクラッド層３０１の厚さは、コア３０５下の
ＩｎＧａＡｓＰ製のガイド層３０６とＩｎＧａＡｓＰ製
リブ３０３との組み合わせた厚さ３０４とほぼ同一のオ
ーダー（２０００オングストローム）である。本発明の
新規なエアパッチ概念（空気の屈折率は１である）を用
いることにより偏光無依存性の新規なＩｎＰベースのル
ータを形成できる。
リブ３０３のセグメント上に堆積されるクラッド層３０
１の厚さを、導波路の電界（ＴＥ）の垂直方向の高さの
オーダーまで減少することにより、エアパッチセグメン
トを有効に形成でき、これにより導波路のパッチセグメ
ント内の複屈折を増加することができる。エアパッチセ
グメントのクラッド層３０１の厚さは、コア３０５下の
ＩｎＧａＡｓＰ製のガイド層３０６とＩｎＧａＡｓＰ製
リブ３０３との組み合わせた厚さ３０４とほぼ同一のオ
ーダー（２０００オングストローム）である。本発明の
新規なエアパッチ概念（空気の屈折率は１である）を用
いることにより偏光無依存性の新規なＩｎＰベースのル
ータを形成できる。
【００１５】前掲の米国特許（図２）では、対応する導
波路内の光が正確な位相関係をもってカプラに到達させ
るためには、より長い導波路は、より長い埋設パッチを
必要とすることを教示するものである。これに対し、本
発明においては、複屈折をエアパッチセグメント内で増
加させている。後述するように本発明のルータにおいて
は、より長い多重グレーティングアーム１０３は、より
短い三角形状パッチ１０５を有する。
波路内の光が正確な位相関係をもってカプラに到達させ
るためには、より長い導波路は、より長い埋設パッチを
必要とすることを教示するものである。これに対し、本
発明においては、複屈折をエアパッチセグメント内で増
加させている。後述するように本発明のルータにおいて
は、より長い多重グレーティングアーム１０３は、より
短い三角形状パッチ１０５を有する。
【００１６】次に図３，４を参照して、図１のルータに
対し、埋め込みフローティング型のリブ構造導波路を説
明する。図４に示すように、三角形状パッチ１０５の外
側の導波路セグメント１０６のセグメント内ではリブ４
０３上のＩｎＰ製のクラッド層４０１は、少なくとも１
μｍで、導波路内の光は、半導体と外気との界面４０２
から完全に分離される。この導波路の複屈折は、３．５
ｎｍ（複屈折をλΔｎ／ｎとして定義する）である。図
３においては、三角形状パッチ１０５内において導波路
は、クラッド層３０１内にわずか０．２μｍだけ埋設さ
れている。この場合、導波は半導体と外気との界面３０
２により大きく影響され、それにより複屈折を８．４ｎ
ｍに増加させる。これらの数を式（２）に入れると、Δ
ｌ＝０．７１５ΔＬとなることがわかる。
対し、埋め込みフローティング型のリブ構造導波路を説
明する。図４に示すように、三角形状パッチ１０５の外
側の導波路セグメント１０６のセグメント内ではリブ４
０３上のＩｎＰ製のクラッド層４０１は、少なくとも１
μｍで、導波路内の光は、半導体と外気との界面４０２
から完全に分離される。この導波路の複屈折は、３．５
ｎｍ（複屈折をλΔｎ／ｎとして定義する）である。図
３においては、三角形状パッチ１０５内において導波路
は、クラッド層３０１内にわずか０．２μｍだけ埋設さ
れている。この場合、導波は半導体と外気との界面３０
２により大きく影響され、それにより複屈折を８．４ｎ
ｍに増加させる。これらの数を式（２）に入れると、Δ
ｌ＝０．７１５ΔＬとなることがわかる。
【００１７】図１のルータは、２００ＧＨｚ（１．６ｎ
ｍ）だけ離間した８個のチャネル用のものである。図
１、３、４とを組み合わせると、図１のルータは、以下
の公知のプロセスにより生成される。まず第１に２−３
０００オングストローム（以下Ａとする）のＩｎＧａＡ
ｓＰ製のガイド層４０６をＩｎＰ製のウェハ４０７上に
成長させる。その後、従来の光リソグラフィ技術を用い
て形成した１５０Ａ厚のコア３０５上に堆積された４０
０Ａ厚のＩｎＧａＡｓＰ製リブ３０３を含むフローティ
ングリブ導波路構造体を形成する。第１再成長過程にお
いて、ウェハ全体の上にＩｎＰ製の０．２μｍ厚のクラ
ッド層３０１が成長される。ＳｉＯ２のストライプが直
線部分１０４の領域上の半導体と外気との界面３０２上
に堆積される。これらのストライプは、さらに別の０．
８μｍだけ導波路のセグメント１０６を埋設する第２の
再成長（その結果、クラッド層３０１の厚さは０．２μ
ｍ＋０．８μｍである）の間、そこにＩｎＰが成長する
のを阻止する。この第２のＩｎＰ再成長プロセスの完了
後、半導体と外気との界面３０２上のＳｉＯ２は、直線
部分１０４から除去され、ルータ（図１）がこのＩｎＰ
ウェハからへき開して形成される。リブ上０．２μｍ
（表面３０２）でエッチストップ層を含ませ、この構造
体が１μｍ厚のＩｎＰにより埋設された後、エッチング
して形成することにより第２のＩｎＰ再成長プロセスを
回避することもできる。
ｍ）だけ離間した８個のチャネル用のものである。図
１、３、４とを組み合わせると、図１のルータは、以下
の公知のプロセスにより生成される。まず第１に２−３
０００オングストローム（以下Ａとする）のＩｎＧａＡ
ｓＰ製のガイド層４０６をＩｎＰ製のウェハ４０７上に
成長させる。その後、従来の光リソグラフィ技術を用い
て形成した１５０Ａ厚のコア３０５上に堆積された４０
０Ａ厚のＩｎＧａＡｓＰ製リブ３０３を含むフローティ
ングリブ導波路構造体を形成する。第１再成長過程にお
いて、ウェハ全体の上にＩｎＰ製の０．２μｍ厚のクラ
ッド層３０１が成長される。ＳｉＯ２のストライプが直
線部分１０４の領域上の半導体と外気との界面３０２上
に堆積される。これらのストライプは、さらに別の０．
８μｍだけ導波路のセグメント１０６を埋設する第２の
再成長（その結果、クラッド層３０１の厚さは０．２μ
ｍ＋０．８μｍである）の間、そこにＩｎＰが成長する
のを阻止する。この第２のＩｎＰ再成長プロセスの完了
後、半導体と外気との界面３０２上のＳｉＯ２は、直線
部分１０４から除去され、ルータ（図１）がこのＩｎＰ
ウェハからへき開して形成される。リブ上０．２μｍ
（表面３０２）でエッチストップ層を含ませ、この構造
体が１μｍ厚のＩｎＰにより埋設された後、エッチング
して形成することにより第２のＩｎＰ再成長プロセスを
回避することもできる。
【００１８】本発明は、図２の埋め込み型リブ導波路構
造のフローティングタイプを用いて開示したが、本発明
は、図５に示す埋め込み型リブ導波路構造、あるいは図
６の埋設型導波路を用いても実現できる。図５の５０１
と図６の６０１の厚さに関しては、それらは図３の３０
４の厚さにほぼ等しい。以下の説明においては、図２，
５，６の導波路構造は全て埋設型コア導波路構造と称す
る。
造のフローティングタイプを用いて開示したが、本発明
は、図５に示す埋め込み型リブ導波路構造、あるいは図
６の埋設型導波路を用いても実現できる。図５の５０１
と図６の６０１の厚さに関しては、それらは図３の３０
４の厚さにほぼ等しい。以下の説明においては、図２，
５，６の導波路構造は全て埋設型コア導波路構造と称す
る。
【００１９】本発明によれば、例えば、光検出器、光学
増幅器、変調器、スイッチ、位相回転子、波長変換器、
あるいは他の活性あるいは非活性の光電子素子（図１の
１０９）のようなコンパチブルなＩｎＰ光学回路を本発
明のルータ装置と共にモノリシカルに集積することがで
きる。本発明の他の実施形態によれば、導波路はＬｉＮ
ｂＯ３基板（ウェハ）上のＬｉＮｂＯ３に対しチタンを
拡散して形成したものである。
増幅器、変調器、スイッチ、位相回転子、波長変換器、
あるいは他の活性あるいは非活性の光電子素子（図１の
１０９）のようなコンパチブルなＩｎＰ光学回路を本発
明のルータ装置と共にモノリシカルに集積することがで
きる。本発明の他の実施形態によれば、導波路はＬｉＮ
ｂＯ３基板（ウェハ）上のＬｉＮｂＯ３に対しチタンを
拡散して形成したものである。
【００２０】図１の装置のテストは、可調レーザからの
光をレンズ付きファイバを介して三角形状パッチ１０５
の１つに注入することにより行われた。ＴＭモードとＴ
Ｅモードの２つの伝送スペクトルは、ほとんど完全にオ
ーバラップすることが見いだされた。図７に示すように
８チャンネル全てのＴＭ偏光のスペクトルを図８にプロ
ットしてある。このスペクトルは、各チャネルのピーク
値で正規化されている。最も外側のチャネル（１と８）
の挿入損失は、中央部のチャネル（４と５）のそれより
も２ｄＢ高い。直線部分のテスト導波路と比較すると中
央部のチャネルは、３ｄＢのオンチップ挿入損失を示
す。テスト導波路に１−２ｄＢの損失を含ませることに
より全体の挿入損失を約５ｄＢにできる。ＴＥモードと
ＴＭモードの挿入損失は、１ｄＢ以内でほぼ同一であ
る。本発明のルータ装置のスペクトル特性は、極めて良
好である。最高のサイドローブは、ピーク値から少なく
とも−２１ｄＢだけダウンしている。ピーク値から１チ
ャネル間隔より大きく離れた平均スペクトルパワー密度
は、−２７ｄＢに抑制される。非補償のルータ装置に比
較して、補償型のルータ装置により引き起こされる挿入
損失とクロストークに関しては、大きな悪い影響はな
い。
光をレンズ付きファイバを介して三角形状パッチ１０５
の１つに注入することにより行われた。ＴＭモードとＴ
Ｅモードの２つの伝送スペクトルは、ほとんど完全にオ
ーバラップすることが見いだされた。図７に示すように
８チャンネル全てのＴＭ偏光のスペクトルを図８にプロ
ットしてある。このスペクトルは、各チャネルのピーク
値で正規化されている。最も外側のチャネル（１と８）
の挿入損失は、中央部のチャネル（４と５）のそれより
も２ｄＢ高い。直線部分のテスト導波路と比較すると中
央部のチャネルは、３ｄＢのオンチップ挿入損失を示
す。テスト導波路に１−２ｄＢの損失を含ませることに
より全体の挿入損失を約５ｄＢにできる。ＴＥモードと
ＴＭモードの挿入損失は、１ｄＢ以内でほぼ同一であ
る。本発明のルータ装置のスペクトル特性は、極めて良
好である。最高のサイドローブは、ピーク値から少なく
とも−２１ｄＢだけダウンしている。ピーク値から１チ
ャネル間隔より大きく離れた平均スペクトルパワー密度
は、−２７ｄＢに抑制される。非補償のルータ装置に比
較して、補償型のルータ装置により引き起こされる挿入
損失とクロストークに関しては、大きな悪い影響はな
い。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、導波
路コアのセグメント上に堆積されるクラッド材料の厚さ
を、導波路の光学フィールドの垂直方向の高さのオーダ
まで減少することにより、「エアパッチ」セグメントを
生成し、このエアパッチセグメントを用いて複屈折を変
化させることができる。導波路の長さに反比例する、エ
アパッチ長さを用いることにより異なる導波路間の正確
な位相関係を維持して、偏光無依存性のＩｎＰベースの
ルータを生成することができる。
路コアのセグメント上に堆積されるクラッド材料の厚さ
を、導波路の光学フィールドの垂直方向の高さのオーダ
まで減少することにより、「エアパッチ」セグメントを
生成し、このエアパッチセグメントを用いて複屈折を変
化させることができる。導波路の長さに反比例する、エ
アパッチ長さを用いることにより異なる導波路間の正確
な位相関係を維持して、偏光無依存性のＩｎＰベースの
ルータを生成することができる。
【図１】本発明による集積光学導波路フィルタ（ルー
タ）装置を表す図
タ）装置を表す図
【図２】従来技術である米国特許第５，３４１，４４４
号の図２を表す図
号の図２を表す図
【図３】図１の導波路の第１Ａ−Ａ′線に沿った断面図
【図４】図１の導波路の第１Ｂ−Ｂ′線に沿った断面図
【図５】図１の埋め込みリブ構造の導波路のＡ−Ａ′線
に沿った断面図
に沿った断面図
【図６】図１の埋設型コア導波路のＡ−Ａ′線に沿った
断面図
断面図
【図７】図１の装置のＴＭモードとＴＥモードの伝送ス
ペクトルを表す図
ペクトルを表す図
【図８】８個のチャネルのＴＭ偏光を表すスペクトル図
９ 窒化シリコン製パッチ
２０ ドープシリカ製コア
２２ ＳｉＯ２ベースの回路
２３ クラッド層
１０１，１０２ 自由空間領域
１０３ 多重グレーティングアーム（導波路）
１０４ 直線部分
１０５ 三角形状パッチ
１０６ 第２導波路セグメント
１０７ 導波路
１０９ 光学電子装置
３０１，４０１ クラッド層
３０２，４０２ 半導体と外気との界面
３０３ ＩｎＧａＡｓＰ製リブ
３０４，４０４ 厚さ
３０５，４０５ コア（エッチストップ層）
３０６，４０６ ＩｎＧａＡｓＰ製のガイド層
３０７，４０７ ＩｎＰ製のウェハ
４０３ リブ
５０１，６０１ 厚さ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 パトリック チェン−パン チョウ
アメリカ合衆国，02142 マサチューセ
ッツ，ケンブリッジ，ワズワース スト
リート 60，アパートメント 25イー
(72)発明者 チャールズ エイチ．ジョイナー
アメリカ合衆国，07748 ニュージャー
ジー，ミドルタウン，コノーヴァー プ
レイス 355
(72)発明者 マーティン ザーンギブル
アメリカ合衆国，07734 ニュージャー
ジー，ミドルタウン，ハンタースポイン
ト 30
(56)参考文献 特開 平５−157920（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−214803（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/12 - 6/14
G02B 6/28 - 6/293
Claims (12)
- 【請求項１】 基板ウェハ（３０７，４０７）と、 前記ウェハ（３０７，４０７）上に堆積されるクラッド
層（３０１，４０１）とガイド層（３０６，４０６）
と、 前記クラッド層（３０１，４０１）内に埋設され、周囲
のクラッド層（３０１，４０１）の屈折率よりも高い屈
折率を有し、その長さ方向に沿って光を伝送する長方形
断面の導波路コア（３０３，４０３）とからなる光学導
波路グレーティング装置において、 前記光学導波路グレーティング装置は、 異なる偏光状態に対し、異なる有効屈折率を示し、異な
る偏光状態を有する複数の光学モードで光を伝送する機
能を有し、 前記コア（３０３，４０３）の長さ方向に沿って、第１
と第２のセグメント（１０５，１０６）を有し、 前記第１セグメント（１０５）は、第２セグメント（１
０６）のコア上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄
い厚さのクラッド層を有し、 前記第１セグメント上のクラッド層は、前記第２セグメ
ントに比べて前記第１セグメントの複屈折を増大させる
ことを特徴とする光学導波路グレーティング装置。 - 【請求項２】 前記コア（４０３）は、リブ形状をして
いることを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項３】 前記リブは、フローティングリブ形状を
していることを特徴とする請求項２の装置。 - 【請求項４】 前記コア（３０３）とガイド層（３０
６）とは、ＩｎＧａＡｓＰで、 前記クラッド層（３０１，４０１）とウェハ（３０７）
とは、ＩｎＰであることを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項５】 前記コア（３０３）の第１セグメント
（１０５）上のクラッド層（３０１，４０１）の厚さ
は、約０．２μｍで、 前記第２セグメント（１０６）のクラッド層の厚さは、
約１μｍであることを特徴とする請求項４の装置。 - 【請求項６】 前記コア（３０３）は、ＬｉＮｂＯ３
に対しチタンを拡散して形成したものであり、 前記クラッド層（３０１，４０１）とウェハ（３０７）
は、ＬｉＮｂＯ３ であることを特徴とする請求項１の
装置。 - 【請求項７】 前記コア（３０３）の第１セグメント
（１０５）上のクラッド層（３０１，４０１）の厚さ
は、前記コア（３０３）の上部からガイド層（３０６）
の底部までの厚さ（３０４，４０４）にほぼ等しいこと
を特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項８】 前記コア（３０３）の第１セグメント
（１０５）上のクラッド層（３０１，４０１）の厚さ
は、前記コア（３０３）上の光学フィールドの垂直高さ
にほぼ等しいことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項９】 光信号を処理するために前記光学導波路
グレーティング装置に光学的に接続され、少なくとも検
出器、増幅器、変調器、スイッチ、位相回転子、波長変
換器を含むグループから選択された素子の１つで、光学
導波路グレーティング装置と一体にモノリシカルに集積
された１個以上の光学電子装置（１０９）をさらに有す
ることを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項１０】 一対のカプラ（１０１，１０２）と、
前記カプラ間の導波路アレイ（１０３）とからなるウェ
ハ（３０７，４０７）上に堆積される集積光導波路マル
チプレクサ／ディマルチプレクサ装置（図１）におい
て、 前記導波路アレイの各連続する導波路は、所定の長さず
つ長くなり、 少なくとも１つの導波路において、導波路上に形成され
たクラッド層を有する導波路の長さ方向の第１セグメン
ト（１０５）は、第２セグメント（１０６）内の導波路
上に形成されたクラッド層の厚さよりも薄い厚さのクラ
ッド層を有し、それによりこの導波路に偏光独立応答を
与え、 前記第１セグメント上のクラッド層は、前記第２セグメ
ントに比べて前記第１セグメントの複屈折を増大させる
ことを特徴とする集積光学導波路マルチプレクサ／ディ
マルチプレクサ装置。 - 【請求項１１】 光信号を処理するために前記集積光導
波路マルチプレクサ／ディマルチプレクサ装置に光学的
に接続され、少なくとも検出器、増幅器、変調器、スイ
ッチ、位相回転子、波長変換器を含むグループから選択
された素子の１つで、集積光導波路マルチプレクサ／デ
ィマルチプレクサ装置と一体にモノリシカルに集積され
た１個以上の光学電子装置（１０９）をさらに有するこ
とを特徴とする請求項１０の装置。 - 【請求項１２】 前記導波路は、ＬｉＮｂＯ３ に対し
チタンを拡散して形成したものであり、 前記クラッド層（３０１，４０１）とウェハ（３０７）
は、ＬｉＮｂＯ３ であることを特徴とする請求項１０
の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US521099 | 1995-08-29 | ||
| US08/521,099 US5623571A (en) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | Polarization compensated waveguide grating router |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105826A JPH09105826A (ja) | 1997-04-22 |
| JP3515290B2 true JP3515290B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=24075355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21719796A Expired - Fee Related JP3515290B2 (ja) | 1995-08-29 | 1996-08-19 | 光学導波路装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5623571A (ja) |
| EP (1) | EP0762163A1 (ja) |
| JP (1) | JP3515290B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO1998032196A1 (en) * | 1997-01-17 | 1998-07-23 | Tellium, Inc. | Integrated multi-wavelength transmitter |
| JP3996971B2 (ja) * | 1997-05-06 | 2007-10-24 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路形フィルタの製造方法 |
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| JPH1195054A (ja) * | 1997-09-25 | 1999-04-09 | Fujitsu Ltd | 光デバイス |
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