JP4405978B2 - Optical signal processor - Google Patents

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Description

本発明は、偏波依存性および偏波に関する温度依存性を抑制した光信号処理器に関する。   The present invention relates to an optical signal processor that suppresses polarization dependency and temperature dependency on polarization.

光通信の長距離・大容量化へのさらなる要求から、波長多重通信は重要な技術となっている。この波長多重通信システムに必要不可欠なデバイスとして、光信号を波長によって合分波するための波長合分波フィルタがある。例えば、シンプルな波長合分波フィルタとしては、光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計回路(以下、MZI)を用いたものがある(例えば、非特許文献1参照)。   Wavelength multiplexing is an important technology because of further demands for long distance and large capacity optical communication. As an indispensable device for this wavelength division multiplexing communication system, there is a wavelength multiplexing / demultiplexing filter for multiplexing / demultiplexing optical signals according to wavelengths. For example, as a simple wavelength multiplexing / demultiplexing filter, there is one using a Mach-Zehnder interferometer circuit (hereinafter referred to as MZI) using an optical waveguide (for example, see Non-Patent Document 1).

図1に、このMZIの概略図を示す。MZI100は、二つの結合器(122,124)と、二つの結合器を結ぶアーム導波路(106,108)とを備え、結合器122は二つの入力導波路(102、104)を、結合器124は二つの出力導波路(110,112)を備える。   FIG. 1 shows a schematic diagram of the MZI. The MZI 100 includes two couplers (122, 124) and an arm waveguide (106, 108) connecting the two couplers. The coupler 122 includes two input waveguides (102, 104). 124 comprises two output waveguides (110, 112).

以下では、マッハツェンダ干渉計の動作原理とその偏波依存性について説明する。   In the following, the operating principle of the Mach-Zehnder interferometer and its polarization dependence will be described.

MZI100において、入力I1(入力導波路102)から出力O1(出力導波路110)へのパスをスルーパス、入力I1(入力導波路104)から出力O2(出力導波路112)へのパスをクロスパスと定義する。このとき、公知の干渉原理によって、各パスの光出力(Othrough、Ocross)は下式のように記述できる。(ここでは結合器の結合率は50%とした。) In the MZI 100, a path from the input I1 (input waveguide 102) to the output O1 (output waveguide 110) is a through path, and a path from the input I1 (input waveguide 104) to the output O2 (output waveguide 112) is a cross path. Define. At this time, the optical output (O through , O cross ) of each path can be described by the following equation using a known interference principle. (Here, the coupling rate of the coupler is 50%.)

Figure 0004405978
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尚、Iは入力光の光強度、nは実効屈折率、ΔLは二本のアーム導波路の長さの差、λは使用波長を示す。 Here, I 0 is the light intensity of the input light, n is the effective refractive index, ΔL is the difference in length between the two arm waveguides, and λ is the wavelength used.

スルーパスは式(1)よりnΔL=λm、クロスパスは式(2)より   Through path is nΔL = λm from equation (1), and cross path is from equation (2).

Figure 0004405978
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を満たす信号波長において、周期的に光信号が消光し他方のパスへ出力され、波長合分波フィルタとして機能する。 The optical signal is periodically extinguished and output to the other path at a signal wavelength satisfying the above condition, and functions as a wavelength multiplexing / demultiplexing filter.

このようなデバイスに用いられる光導波路の作製方法としては、例えば次のようなものがある。   As a method for manufacturing an optical waveguide used in such a device, for example, the following method is available.

火炎堆積法を用いてシリコン基板上に、SiO2を主体とした下部アンダークラッド層およびSiO2にGeO2を添加したコア層を順に堆積する。次いで、反応性イオンエッチングを用いてコア層をパターン化する。再び火炎堆積法を用いて、オーバクラッド層を堆積して埋め込み型光導波路を作製する。 On a silicon substrate using flame hydrolysis deposition, depositing a core layer added to GeO 2 lower under-cladding layer consisting mainly of SiO 2 and the SiO 2 in this order. The core layer is then patterned using reactive ion etching. Using the flame deposition method again, an overcladding layer is deposited to produce a buried optical waveguide.

通常、このような光導波路は、コアの形状や、基板とクラッドの熱膨張係数の違いにより発生する応力によって、複屈折を有する。つまり、基板に垂直な偏光方向を有するTM偏波と基板に平行な偏光方向を有するTE偏波の実効屈折率(nTE,nTM)はそれぞれ異っている。ここで、偏波に依存した光路長差Δ(BL)は次式で与えられる。 Usually, such an optical waveguide has birefringence due to the stress generated by the shape of the core and the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the clad. That is, the effective refractive index (n TE , n TM ) of TM polarized light having a polarization direction perpendicular to the substrate is different from that of TE polarized light having a polarization direction parallel to the substrate. Here, the optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization is given by the following equation.

Figure 0004405978
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尚、l1,l2はそれぞれ二本のアーム導波路に沿う線座標である。また、 Here, l 1 and l 2 are line coordinates along the two arm waveguides, respectively. Also,

Figure 0004405978
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は複屈折値のアーム導波路に沿う線積分である。 Is the line integral along the birefringent arm waveguide.

偏波に依存した光路長差Δ(BL)は有限の値を持つため、消光する波長に偏波依存性が発生する。この偏波依存性は偏波依存損失(PDL)や偏波依存周波数差(PDf)の発生要因となり、信号品質を大きく劣化させる。   Since the optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization has a finite value, polarization dependence occurs in the extinction wavelength. This polarization dependence causes generation of polarization dependent loss (PDL) and polarization dependent frequency difference (PDf), and greatly degrades signal quality.

この偏波依存性を解消するための手法として、以下のようなものが知られている。   The following methods are known as methods for eliminating the polarization dependence.

(従来技術の第一例)
二本のアーム導波路の中心を結ぶ直線上に、使用波長の1/2相当の半波長板を、基板面の水平方向(あるいは法線)から主軸が45度傾くように挿入したマッハツェンダ干渉計回路がある(非特許文献2参照)。
(First example of prior art)
A Mach-Zehnder interferometer in which a half-wave plate equivalent to ½ of the wavelength used is inserted on a straight line connecting the centers of the two arm waveguides so that the principal axis is inclined 45 degrees from the horizontal direction (or normal line) of the substrate surface. There is a circuit (see Non-Patent Document 2).

図2に、従来技術の第一例のMZIの概略図を示す。MZI200は、二つの結合器(222,224)と、二つの結合器を結ぶ二つのアーム導波路(206,208)とを備える。さらに、MZI200は、アーム導波路(206,208)の光路長を二分するように配置された半波長板232を備える。また、結合器222は二つの入力導波路(202,204)を、結合器224は二つの出力導波路(210,212)を備える。   FIG. 2 shows a schematic diagram of the MZI of the first example of the prior art. The MZI 200 includes two couplers (222, 224) and two arm waveguides (206, 208) connecting the two couplers. Further, the MZI 200 includes a half-wave plate 232 arranged to bisect the optical path length of the arm waveguides (206, 208). The coupler 222 includes two input waveguides (202, 204), and the coupler 224 includes two output waveguides (210, 212).

MZI200では、光信号が半波長板232までTE偏波(もしくはTM偏波)でアーム導波路(206,208)の半分の距離を伝搬し、半波長板232でTE偏波からTM偏波(もしくはTM偏波からTE偏波)に偏波変換される。そして、アーム導波路(206,208)の残りの半分の距離をTM偏波(もしくはTE偏波)で伝搬する。TE偏波(もしくはTM偏波)からTM偏波(もしくはTE偏波)へ偏波変換された光信号は、いずれも光路長差   In the MZI 200, an optical signal propagates half the distance of the arm waveguide (206, 208) by the TE polarization (or TM polarization) to the half-wave plate 232, and the half-wave plate 232 converts the TE polarization to the TM polarization ( Alternatively, polarization conversion is performed from TM polarization to TE polarization. Then, the other half distance of the arm waveguides (206, 208) is propagated by TM polarization (or TE polarization). All optical signals converted from TE polarization (or TM polarization) to TM polarization (or TE polarization) are optical path length differences.

Figure 0004405978
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となり、偏波に依存した光路長差Δ(BL)を解消することができる。 Thus, the optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization can be eliminated.

(従来技術の第二例)
偏波に依存した光路長差Δ(BL)を使用光波長の整数倍(0を含む)としたマッハツェンダ干渉計回路がある(特許文献1参照)。これは、マッハツェンダ干渉計では使用波長λの整数倍の位相差を識別できないことから、見掛け上、TM偏波の干渉条件とTE偏波の干渉条件とが一致することに着目し、偏波に依存した光路長差Δ(BL)を整数倍(0を含む)としたものである。
(Second example of prior art)
There is a Mach-Zehnder interferometer circuit in which an optical path length difference Δ (BL) depending on polarization is set to an integral multiple (including 0) of a used light wavelength (see Patent Document 1). This is because the Mach-Zehnder interferometer cannot discriminate a phase difference that is an integral multiple of the wavelength λ used. Therefore, it is apparent that the TM polarization interference condition and the TE polarization interference condition coincide with each other. The dependent optical path length difference Δ (BL) is an integral multiple (including 0).

特公平6−60982号公報Japanese Patent Publication No. 6-60982 特許第3703013号公報Japanese Patent No. 3770313 国際公開第01/059495号パンフレットInternational Publication No. 01/059495 Pamphlet K. Inoue et al., “A Four-Channel Optical Waveguide Multi/Demultiplexer for 5-GHz Spaced Optical FDM Transmission”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.6, No.2, FEB. 1988, pp.339-345K. Inoue et al., “A Four-Channel Optical Waveguide Multi / Demultiplexer for 5-GHz Spaced Optical FDM Transmission”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.6, No.2, FEB. 1988, pp.339-345 Y. Inoue et al., “Elimination of Polarization Sensitivity in Silica-Based Wavelength Division Multiplexer Using a Polyimide Half Waveplate”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.15, No.10, Oct. 1997, pp.1947-1957Y. Inoue et al., “Elimination of Polarization Sensitivity in Silica-Based Wavelength Division Multiplexer Using a Polyimide Half Waveplate”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.15, No.10, Oct. 1997, pp.1947-1957 B. L. Heffner, “Deterministic, Analyticall Complete Measurement of Polarization-Dependent Transmission Through Optical Devices”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.4, NO.5, MAY 1992, pp.451-454B. L. Heffner, “Deterministic, Analyticall Complete Measurement of Polarization-Dependent Transmission Through Optical Devices”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.4, NO.5, MAY 1992, pp.451-454 M. Okuno et al., “Birefringence Control of Silica Waveguides on Si and Its Application to a Polarization-Beam Splitter/Switch”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.12, NO.4, APRIL, 1994, pp.625-633M. Okuno et al., “Birefringence Control of Silica Waveguides on Si and Its Application to a Polarization-Beam Splitter / Switch”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.12, NO.4, APRIL, 1994, pp.625-633

しかしながら、前述のマッハツェンダ干渉計回路(以下、MZI)は以下に述べる問題があった。   However, the aforementioned Mach-Zehnder interferometer circuit (hereinafter referred to as MZI) has the following problems.

従来技術の第一例は、半波長板を用いて、TE偏波をTM偏波(もしくは、TM偏波をTE偏波)に完全に偏波変換を行うことが前提である。しかしながら、半波長板の膜厚は作製誤差によって所望の厚さからずれるため、設計波長とは一致しない。この結果、TE偏波からTM偏波へ完全に偏波変換せず、その一部がTE偏波として残ってしまう。そのような半波長板を使用した場合、従来技術の第一例では、TE偏波で入射し偏波変換せずにそのまま伝播したTE偏波の光路長差はnTEΔLとなる。つまり、偏波に因らず光路長差を The first example of the prior art is based on the premise that the TE polarization is completely converted to TM polarization (or TM polarization is changed to TE polarization) using a half-wave plate. However, since the film thickness of the half-wave plate deviates from a desired thickness due to manufacturing errors, it does not match the design wavelength. As a result, the polarization is not completely converted from the TE polarized wave to the TM polarized wave, and a part thereof remains as the TE polarized wave. When such a half-wave plate is used, in the first example of the prior art, the optical path length difference of TE polarized light that is incident as TE polarized light and propagated without polarization conversion is n TE ΔL. In other words, the optical path length difference

Figure 0004405978
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とする目的が達成されず、消光する周波数に偏波依存性が発生してしまう。 The purpose is not achieved, and polarization dependence occurs in the extinction frequency.

例えば、消光する波長の周波数間隔(周期)をFSR(Frequency Spectral Range)、偏波に依存した消光する波長の差の最大値をPDf(Polarization Dependent Frequency)と定義した場合、FSRが10GHzの従来技術の第一例のマッハツェンダ干渉計回路においてそのPDfはクロスパスとスルーパスともに0.4GHzも発生してしまう。信号品質の劣化を避ける目的で、このPDfはFSRの100分の1以下が要求されており、従来技術では仕様を満たすことは困難であった。   For example, when the frequency interval (period) of the extinction wavelength is defined as FSR (Frequency Spectral Range) and the maximum value of the difference in extinction wavelength depending on the polarization is defined as PDf (Polarization Dependent Frequency), the conventional technology with an FSR of 10 GHz In the first example of the Mach-Zehnder interferometer circuit, the PDf is generated at 0.4 GHz for both the cross path and the through path. In order to avoid deterioration of signal quality, this PDf is required to be 1/100 or less of FSR, and it has been difficult to satisfy the specifications with the conventional technology.

従来技術の第二例では、PDfが大きな複屈折依存性を有することが問題となる。その結果、FSRの100分の1というPDfを満たす事が非常に困難であり、また、温度依存性に対しても大きなPDf変動を有してしまう。簡単にこの複屈折依存性に関して説明する。   In the second example of the prior art, the problem is that PDf has a large birefringence dependency. As a result, it is very difficult to satisfy the PDf that is 1 / 100th of the FSR, and there is a large PDf fluctuation with respect to the temperature dependence. This birefringence dependency will be briefly described.

スルーパスにおけるTE偏波およびTM偏波の消光する周波数   Quenching frequency of TE polarization and TM polarization in the through path

Figure 0004405978
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は次式を満たす。 Satisfies the following equation.

Figure 0004405978
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ここで、mは次数、FSRTEおよびFSRTMはそれぞれTE偏波およびTM偏波のFSR、cは光速を示す。上の二式からPDfは次式と変形できる。 Here, m is the order, FSR TE and FSR TM are the TE polarization and TM polarization FSR, and c is the speed of light. From the above two formulas, PDf can be transformed into the following formula.

Figure 0004405978
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ここで、   here,

Figure 0004405978
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である。実効屈折率を1.45、消光する周波数を193THzとしたとき、上式より、PDfの複屈折に対する変化量は133×1012となる。これは、複屈折が0.1×10-4だけ変化した時、PDfが1.33GHzも変化することを意味しており、PDfが大きな複屈折依存性を有することがわかる。従って、複屈折の高精度な調整が必要となり、FSRの100分の1というPDfを満たす事は非常に困難であった。 It is. When the effective refractive index is 1.45 and the extinction frequency is 193 THz, the amount of change of the PDf with respect to birefringence is 133 × 10 12 from the above equation. This means that when birefringence changes by 0.1 × 10 −4 , PDf also changes by 1.33 GHz, and it can be seen that PDf has a large birefringence dependency. Therefore, it is necessary to adjust birefringence with high accuracy, and it is very difficult to satisfy PDf which is 1/100 of FSR.

一方、環境温度によって生じる、基板とクラッドとの熱膨張係数の違いや、回路を接着する放熱基板と回路基板との熱膨張係数の違いによって、導波路に加わる内部応力が変化する。その結果、光弾性効果を介して複屈折の値が変化するため、環境温度によってPDfが変動してしまう。   On the other hand, the internal stress applied to the waveguide varies depending on the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the clad and the difference in the thermal expansion coefficient between the heat dissipation substrate to which the circuit is bonded and the circuit board, which are caused by the environmental temperature. As a result, the value of birefringence changes via the photoelastic effect, so that PDf varies depending on the environmental temperature.

例えば、従来技術の第二例を用いてPDfを0.33GHzまで複屈折を調整した、FSRが10GHzのマッハツェンダ干渉計において、環境温度を−10℃から80℃まで変化させた場合、PDfが6GHzも変動し問題となっている。   For example, in a Mach-Zehnder interferometer with a FSR of 10 GHz, in which birefringence is adjusted to 0.33 GHz using the second example of the prior art, when the environmental temperature is changed from −10 ° C. to 80 ° C., PDf is 6 GHz The problem has also changed.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、透過スペクトルの偏波依存性および偏波に関する温度依存性を抑制した光信号処理器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical signal processor that suppresses the polarization dependency of the transmission spectrum and the temperature dependency of the polarization. .

発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は光信号処理器であって、各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が同一の偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝に設けられており、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、2m−0.2から2m+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is an optical signal processor for connecting two couplers and the two couplers each formed on a substrate. In a Mach-Zehnder interferometer circuit with two arm waveguides , the optical main axis is the same to convert horizontally polarized light into vertically polarized light and convert vertically polarized light into horizontally polarized light. The polarization rotator is provided in a groove that bisects the optical path length of each of the two arm waveguides, and birefringence is performed in the propagation direction of the optical signal for each of the two arm waveguides. A value obtained by dividing the difference between the line integral values by the used light wavelength is 2m−0.2 to 2m + 0.2 (m is an integer including zero).

請求項2に記載の発明は、光信号処理器であって、各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が互いに直交する二つの偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝にそれぞれ設けられており前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、(2m−1)−0.2から(2m−1)+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is an optical signal processor, which is a Mach-Zehnder interferometer comprising two couplers and two arm waveguides connecting the two couplers, each fabricated on a substrate. In the circuit, two polarization rotators whose optical principal axes are orthogonal to each other, which convert horizontally polarized light into vertically polarized light and convert vertically polarized light into horizontally polarized light, and respectively provided in the groove bisects the optical path length of each of the arm waveguides of the present, using the difference between the values obtained by line integration of the birefringence toward the propagation direction of optical signals for each of the two arm waveguides The value divided by the light wavelength is (2m−1) −0.2 to (2m−1) +0.2 (m is an integer including zero).

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の前記偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the polarization rotator according to the first aspect is installed such that the optical principal axis is inclined 45 degrees from the normal of the surface of the substrate and is orthogonal to the propagation direction of the optical signal. It is characterized by being a half-wave plate.

請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の前記二つの偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であって、前記偏波回転器の一方の光学主軸と前記偏波回転器の他方の光学主軸とが直交することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the two polarization rotators according to the second aspect, the optical principal axis is inclined 45 degrees from the normal of the surface of the substrate and is orthogonal to the propagation direction of the optical signal. A half-wave plate installed on the polarization rotator, wherein one optical principal axis of the polarization rotator and the other optical principal axis of the polarization rotator are orthogonal to each other.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の前記結合器は、方向性結合器または多モード干渉型結合器であることを特徴とする。   The invention described in claim 5 is characterized in that the coupler according to any one of claims 1 to 4 is a directional coupler or a multimode interference coupler.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、導波路幅が部分的に変化する導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, at least one of the two arm waveguides according to any one of the first to fifth aspects is a waveguide in which a waveguide width is partially changed. The birefringence is adjusted so that the difference between the values obtained by line-integrating the birefringence in the propagation direction of the optical signal in each of the arm waveguides becomes a desired value.

請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、部分的にレーザが照射された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, at least one of the two arm waveguides according to any one of the first to fifth aspects is a waveguide partially irradiated with a laser, and the two arm waveguides The birefringence is adjusted so that the difference between the values obtained by integrating the birefringence in the propagation direction of the optical signal in each of the waveguides becomes a desired value.

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、両脇の一部に応力開放溝が形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is a waveguide in which at least one of the two arm waveguides according to any one of claims 1 to 5 is formed with a stress relief groove in a part of both sides, The birefringence is adjusted so that the difference between the values obtained by line-integrating the birefringence in the propagation direction of the optical signal in each of the two arm waveguides becomes a desired value.

請求項9に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力付与膜が上面に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, at least one of the two arm waveguides according to any one of the first to fifth aspects is a waveguide having a stress applying film formed on an upper surface thereof. The birefringence is adjusted so that the difference between the values obtained by line-integrating the birefringence in the propagation direction of the optical signal in each of the arm waveguides becomes a desired value.

請求項10に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力を変化させるための薄膜ヒータが上部に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, at least one of the two arm waveguides according to any one of the first to fifth aspects is a waveguide in which a thin film heater for changing stress is formed on an upper portion. The birefringence of each of the two arm waveguides is adjusted so that the difference between the values obtained by line integration of the birefringence toward the propagation direction of the optical signal becomes a desired value.

以上説明したように、本発明によれば、透過スペクトルの偏波依存性および偏波に関する温度依存性を抑制した光信号処理器を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical signal processor that suppresses the polarization dependence of the transmission spectrum and the temperature dependence of the polarization.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
始めに図3を参照して、半波長板の動作波長が設計波長からずれたとしても、透過スペクトルが偏波無依存となる条件について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, with reference to FIG. 3, a description will be given of conditions under which the transmission spectrum does not depend on the polarization even when the operating wavelength of the half-wave plate is shifted from the design wavelength.

半波長板の動作波長が設計波長からずれた場合に、偏波変換しなかった偏波の光路長差と、偏波変換した偏波の光路長差が一致しないことが問題である。そこで、それらの光路長差を見かけ上同じにすることを考える。   When the operating wavelength of the half-wave plate deviates from the design wavelength, the problem is that the optical path length difference of the polarization that has not undergone polarization conversion does not match the optical path length difference of the polarization that has undergone polarization conversion. Therefore, it is considered to make the optical path length difference apparently the same.

具体的には、TE偏波で入射し偏波変換せずにそのまま伝播したTE偏波の光路長差nTEΔLと、TM偏波で入射し半波長板にて偏波変換してTE偏波で伝搬した偏波の光路長差 Specifically, the optical path length difference n TE ΔL of the TE polarized wave that has been incident on the TE polarized wave and propagated as it is without polarization conversion, and the TE polarized wave that has been incident on the TM polarized wave and polarized at the half-wave plate are converted. Difference in optical path length of polarized waves propagated by waves

Figure 0004405978
Figure 0004405978

との差を、ゼロもしくは使用波長の整数倍とし、かつ、TM偏波で入射し偏波変換せずにそのまま伝播したTM偏波の光路長差nTMΔLと、TE偏波で入射し半波長板にて偏波変換してTM偏波で伝搬した偏波の光路長差 And the difference between the optical path length n TM ΔL of the TM polarized wave that is incident on the TM polarized wave and propagated as it is without polarization conversion, and the incident on the TE polarized wave and half Optical path length difference of polarized wave that was polarized wave converted by wave plate and propagated as TM polarized wave

Figure 0004405978
Figure 0004405978

との差を、ゼロもしくは使用波長の整数倍とする。
数式を用いて、より具体的に説明する。
The difference between is zero or an integer multiple of the wavelength used.
This will be described more specifically using mathematical expressions.

<半波長板の主軸が同じ方向/スルーパスの場合>
二本のアーム導波路の中央に半波長板が挿入されたマッハツェンダ干渉計であり、半波長板の光学主軸の向きが、基板の面に垂直な線(法線)から45度だけ傾きかつ光信号の伝搬方向と直交しており、それぞれのアーム導波路に挿入された半波長板の光学主軸の向きが同じ方向であるMZIにおいて、I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(7)となる。
<When the main axis of the half-wave plate is in the same direction / through pass>
A Mach-Zehnder interferometer in which a half-wave plate is inserted in the center of two arm waveguides, and the direction of the optical principal axis of the half-wave plate is inclined by 45 degrees from a line (normal line) perpendicular to the surface of the substrate. In MZI, which is orthogonal to the signal propagation direction and the direction of the optical principal axis of the half-wave plate inserted in each arm waveguide is the same direction, the optical output propagated through I1, arm 1, and O1 and output. Becomes Equation (7).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、φTEおよびφTMはそれぞれ二本のアーム導波路間のTE偏波およびTM偏波の位相差、Ψは半波長板で与えられる位相差である。尚、結合器の結合率は50%とし、Ψは波長板が設計波長からずれた場合を仮定するので、πとその整数倍以外を仮定する。また、I1、アーム2、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(8)となる。 Here, φ TE and φ TM are the phase differences between the TE polarization and the TM polarization between the two arm waveguides, respectively, and Ψ is the phase difference given by the half-wave plate. It is assumed that the coupling rate of the coupler is 50%, and Ψ is assumed to be other than π and an integral multiple thereof, since it is assumed that the wave plate deviates from the design wavelength. Further, the optical output that propagates and is output through I1, arm 2, and O1 is expressed by equation (8).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(7)および(8)より、スルーパスの光出力は式(9)となる。   From Expressions (7) and (8), the optical output of the through path is Expression (9).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(9)から、消光する波長において偏波無依存となる条件は   From equation (9), the condition for polarization independence at the extinction wavelength is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

を満たす時なので、次式を満たせばよい。 Since it is time to satisfy, the following equation should be satisfied.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、m、n、αは整数を示す。従って、次式となる。 Here, m, n, and α are integers. Therefore, the following equation is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(13)を書きかえると式(15)となる。   When formula (13) is rewritten, formula (15) is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

さらに書き換えて、式(16)が導出される。   Further rewriting yields equation (16).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

これより、偏波に依存した光路長差が消光する波長(使用波長)の偶数次となるとき、偏波無依存となることがわかる。   From this, it can be seen that when the optical path length difference depending on the polarization is an even order of the extinction wavelength (use wavelength), the polarization becomes independent.

一般に、作製誤差のため、導波路の複屈折の値はずれる。しかし、目標とするFSRの100分の1というPDfを満たすためにはある程度の複屈折のばらつきは許容される。   In general, due to fabrication errors, the value of waveguide birefringence deviates. However, some variation in birefringence is allowed in order to satisfy PDf, which is 1 / 100th of the target FSR.

そこで、目標とするPDfを達成するための複屈折(もしくは、偏波に依存した光路長差の次数)の許容値を求める。   Therefore, an allowable value of birefringence (or the order of the optical path length difference depending on the polarization) for achieving the target PDf is obtained.

ある波長における光出力の最大値、最小値は、MZIのジョーンズ行列をMとすると、Mの複素共役の転置行列(MTとMとの積の固有値を求めることによって導き出せる(非特許文献3参照)。式(9)よりMZIのジョーンズ行列は以下の通り書ける。 The maximum value and minimum value of the optical output at a certain wavelength can be derived by obtaining the eigenvalue of the product of the complex conjugate transpose matrix (M * ) T and M of M, where M is the Jones matrix of MZI (Non-Patent Document). 3). From equation (9), the MZI Jones matrix can be written as:

Figure 0004405978
Figure 0004405978

(MTMの固有値を波長(または周波数)に対して計算し、1.55μm付近のスペクトルを計算しPDfを導出した。 The eigenvalues of (M *) T M calculated for a wavelength (or frequency) to derive the calculated PDf the spectrum around 1.55 .mu.m.

図4(a)および(b)に、半波長板の動作波長が使用波長からずれた場合のPDfと複屈折の関係を計算した結果を示す。計算では、結合器の結合率は50%とし、半波長板の動作波長が使用波長から4%ずれた場合を仮定した。これは我々が用いている半波長板の動作波長が、設計波長から4%の誤差(標準偏差)を有するためである。図4(a)および(b)より、PDfをFSRの100分の1とするためには、複屈折の変動は±0.1×10-4以下とすればよい。 4 (a) and 4 (b) show the results of calculating the relationship between PDf and birefringence when the operating wavelength of the half-wave plate deviates from the working wavelength. In the calculation, it was assumed that the coupling rate of the coupler was 50%, and the operating wavelength of the half-wave plate was shifted by 4% from the operating wavelength. This is because the operating wavelength of the half-wave plate we are using has an error (standard deviation) of 4% from the design wavelength. 4 (a) and 4 (b), in order to make PDf 1 / 100th of FSR, the variation of birefringence may be ± 0.1 × 10 −4 or less.

図5(a)および(b)に、図4(a)および(b)に関して、横軸を次数(偏波に依存性した光路長差Δ(BL)を使用波長で割った値)とした場合のグラフを示す。図5(a)および(b)より、許容される次数の変動量は±0.2次となることがわかる。   5 (a) and 5 (b), with respect to FIGS. 4 (a) and 4 (b), the horizontal axis is the degree (the value obtained by dividing the polarization-dependent optical path length difference Δ (BL) by the wavelength used). A graph of the case is shown. 5 (a) and 5 (b), it can be seen that the allowable variation in the order is ± 0.2.

同様に、図4(a)および(b)を用いて環境温度変化によるPDfの変化が類推できる。   Similarly, changes in PDf due to environmental temperature changes can be inferred using FIGS. 4 (a) and 4 (b).

図4(a)および(b)の太線は本発明における、細線は従来技術の第二例における、PDfの複屈折依存性を示したものである。本発明のPDfの複屈折依存性が従来技術の第二例に比べて緩和されていることがわかる。つまり、複屈折は環境温度によって変化するため、PDfの環境温度依存性が緩和されることがわかる。   4 (a) and 4 (b) indicate the birefringence dependence of PDf in the present invention, and the thin line in the second example of the prior art. It can be seen that the birefringence dependence of the PDf of the present invention is relaxed compared to the second example of the prior art. That is, since birefringence changes with environmental temperature, it turns out that the environmental temperature dependence of PDf is eased.

<半波長板の主軸が同じ方向/クロスパスの場合>
クロスパスについても同様に、消光する波長において偏波無依存となる条件を計算できる。
I1、アーム1、およびO2を伝搬し出力される光出力は式(18)となる。
<When the main axis of the half-wave plate is in the same direction / cross path>
Similarly, for the cross path, a condition that does not depend on the polarization at the extinction wavelength can be calculated.
The optical output that propagates through I1, arm 1, and O2 and is output is given by equation (18).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、φTEおよびφTMはそれぞれ二本のアーム導波路間のTE偏波およびTM偏波の位相差、Ψは半波長板で与えられる位相差である。結合器の結合率は50%とした。また、I1、アーム2、およびO2を伝播し出力される光出力は式(19)となる。 Here, φ TE and φ TM are the phase differences between the TE polarization and the TM polarization between the two arm waveguides, respectively, and Ψ is the phase difference given by the half-wave plate. The coupling rate of the coupler was 50%. Further, the optical output that is propagated and output through I1, arm 2, and O2 is expressed by equation (19).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

上の二式より、クロスパスの光出力は式(20)と表すことができる。   From the above two equations, the optical output of the cross path can be expressed as equation (20).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(20)から、消光する波長において偏波無依存となる条件は   From equation (20), the condition for polarization independence at the extinction wavelength is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

を満たす時なので次式を満たせばよい。 Since it is time to satisfy, the following equation should be satisfied.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、m、n、αは整数を示す。従って、次式となる。 Here, m, n, and α are integers. Therefore, the following equation is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

さらに書き換えて、式(26)が導出される。   Further rewriting yields equation (26).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

これより、ある消光する波長において偏波に依存した光路長差を偶数次となるとき、偏波無依存となることがわかる。   From this, it can be seen that when the optical path length difference depending on the polarization becomes even order at a certain extinction wavelength, the polarization becomes independent.

<半波長板の主軸が直交/スルーパスの場合>
二本のアーム導波路の中央に半波長板が挿入されたマッハツェンダ干渉計であり、二本のアーム導波路に設けられる半波長板の主軸が、基板の面に垂直する線から45度だけ傾きかつ光信号の伝搬方向と直交しており、それぞれのアーム導波路に挿入された波長板の主軸の向きが直交しているMZIにおいて、I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(27)となる。
<When the main axis of the half-wave plate is orthogonal / through pass>
A Mach-Zehnder interferometer in which a half-wave plate is inserted in the center of two arm waveguides. The main axis of the half-wave plate provided in the two arm waveguides is inclined by 45 degrees from a line perpendicular to the surface of the substrate. In the MZI, which is orthogonal to the propagation direction of the optical signal and the directions of the principal axes of the wave plates inserted in the respective arm waveguides are orthogonal, the optical output that propagates through I1, arm 1, and O1 and is output. Becomes Equation (27).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

また、I1、アーム2、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(28)となる。   Further, the optical output that is propagated and output through I1, arm 2, and O1 is expressed by equation (28).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(27)および(28)より、スルーパスの光出力は式(29)となる。   From Expressions (27) and (28), the optical output of the through path is Expression (29).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(29)から、消光する波長において偏波無依存となる条件は   From equation (29), the condition for polarization independence at the extinction wavelength is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

を満たす時なので、次式を満たせばよい。 Since it is time to satisfy, the following equation should be satisfied.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、m、n、αは整数である。従って、次式となる。 Here, m, n, and α are integers. Therefore, the following equation is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

さらに書き換えて、式(35)が導出される。   Further rewriting, Equation (35) is derived.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

これより、ある消光する波長において偏波に依存した光路長差を奇数次となるとき、偏波無依存となることがわかる。   From this, it can be seen that when the optical path length difference depending on the polarization becomes an odd order at a certain extinction wavelength, the polarization becomes independent.

<半波長板の主軸が直交/クロスパスの場合>
クロスパスについても同様に偏波無依存条件を計算できる。
I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(36)となる。
<When the main axis of the half-wave plate is orthogonal / cross-pass>
Similarly, the polarization independent condition can be calculated for the cross path.
The optical output that propagates through I1, arm 1, and O1 and is output is given by equation (36).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、φTEおよびφTMはそれぞれ二本のアーム導波路間のTE偏波およびTM偏波の位相差、Ψは半波長板で与えられる位相差である。結合器の結合率は50%とした。また、I1、アーム2、およびO1を伝播し出力される光出力は式(37)となる。 Here, φ TE and φ TM are the phase differences between the TE polarization and the TM polarization between the two arm waveguides, respectively, and Ψ is the phase difference given by the half-wave plate. The coupling rate of the coupler was 50%. Also, the optical output that propagates through I1, arm 2, and O1 and is output is given by equation (37).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

上の二式より、スルーパスの光出力は式(38)と表すことができる。   From the above two equations, the optical output of the through path can be expressed as equation (38).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

式(38)から、消光する波長において偏波無依存となる条件は   From equation (38), the condition for polarization independence at the extinction wavelength is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

を満たす時なので次式を満たせばよい。 Since it is time to satisfy, the following equation should be satisfied.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

従って、次式となる。 Therefore, the following equation is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

さらに書き換えて、式(44)が導出される。   Further rewriting yields equation (44).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

これより、ある消光する波長において偏波に依存した光路長差を奇数次となるとき、偏波無依存となることがわかる。   From this, it can be seen that when the optical path length difference depending on the polarization becomes an odd order at a certain extinction wavelength, the polarization becomes independent.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、以下では光導波路としてシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例にとって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適しているからである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、シリコンまたは石英ガラスまたはソーダガラスなどの基板上に、石英系光導波路またはシリコン酸化窒化膜(SiON)などの光導波路、PMMA(ポリメチルメタクリレート)系樹脂などの有機系光導波路、シリコン光導波路を用いたものでも無論構わない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, a quartz optical waveguide formed on a silicon substrate as an optical waveguide will be described as an example. This is because this combination is suitable for producing an optical waveguide device which is stable and excellent in reliability. However, the present invention is not limited to this combination. On a substrate such as silicon, quartz glass, or soda glass, an optical waveguide such as a silica-based optical waveguide or a silicon oxynitride film (SiON), PMMA (polymethyl methacrylate). Of course, an organic optical waveguide such as a resin or a silicon optical waveguide may be used.

また、以下では結合器として多モード干渉計型結合器を用いる例をとって説明するが、方向性結合器を用いることもできる。   In the following description, a multimode interferometer type coupler is used as a coupler. However, a directional coupler can also be used.

図6を参照して、本実施形態の導波路作製工程を簡単に説明する。シリコン基板602上に火炎堆積法(FHD)でSiO2を主体にした下部クラッドガラス微粒子604、およびSiO2にGeO2を添加したコアガラス微粒子606を順に堆積する(図6(1))。この段階ではガラス微粒子は光を散乱するため白い膜に見える。 With reference to FIG. 6, the waveguide manufacturing process of this embodiment will be briefly described. Flame hydrolysis deposition on the silicon substrate 602 under cladding glass particles 604 and the SiO 2 mainly by (FHD), and depositing a core glass fine particles 606 with the addition of GeO 2 in SiO 2 in the order (FIG. 6 (1)). At this stage, the glass particles scatter light and appear as a white film.

その後、1000℃以上の高温でガラス透明化を行う。ガラス微粒子を表面に堆積したシリコン基板を徐々に加熱していくと、ガラス微粒子が溶けて透明なガラス膜が形成される。この時に、下部クラッドガラス層604は30ミクロン厚、コアガラス層606は7ミクロン厚となるように、ガラス微粒子の堆積を行っている(図6(2))。   Then, glass transparency is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher. When the silicon substrate on which the glass fine particles are deposited is gradually heated, the glass fine particles are melted to form a transparent glass film. At this time, glass fine particles are deposited so that the lower clad glass layer 604 is 30 microns thick and the core glass layer 606 is 7 microns thick (FIG. 6 (2)).

引き続き、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング(RIE)によってコアガラス層606のパターン化を行う(図6(3))。   Subsequently, the core glass layer 606 is patterned by photolithography and reactive ion etching (RIE) (FIG. 6 (3)).

上部クラッドガラス微粒子608を火炎堆積法でコア上部に堆積する(図6(4))。最後に高温透明化を行い、埋め込み導波路を作製する(図6(5))。上部クラッドガラス層608にはドーパントとして、三酸化ホウ素および五酸化リンを添加してガラス転移温度を下げ、最後の高温透明化の工程でコアが変形しないようにしている。   Upper clad glass fine particles 608 are deposited on the upper portion of the core by flame deposition (FIG. 6 (4)). Finally, high-temperature transparency is performed to produce a buried waveguide (FIG. 6 (5)). Boron trioxide and phosphorus pentoxide are added as dopants to the upper cladding glass layer 608 to lower the glass transition temperature so that the core is not deformed in the final high-temperature transparency step.

図7に本発明の第一の実施例として作製したMZIの概略図を示す。図7に示すMZI700は、二つの多モード干渉計型結合器(722,724)と、二つの多モード干渉計型結合器を結ぶ二つのアーム導波路(706,708)とを備える。また、MZI700は、アーム導波路706の光路長を二分するようにアーム導波路706をその中心においてアーム導波路706aとアーム導波路706bとに、アーム導波路708の光路長を二分するようにアーム導波路708をその中心においてアーム導波路708aとアーム導波路708bとに分断するようにして形成された溝に挿入された半波長板732を備える。多モード干渉計型結合器722は二つの入力導波路(702,704)を備え、多モード干渉計型結合器724は二つの出力導波路(710,712)を備える。   FIG. 7 shows a schematic diagram of MZI produced as the first embodiment of the present invention. The MZI 700 shown in FIG. 7 includes two multimode interferometer-type couplers (722, 724) and two arm waveguides (706, 708) connecting the two multimode interferometer-type couplers. Further, the MZI 700 has an arm waveguide 706 at the center so that the optical path length of the arm waveguide 706 is bisected, and the arm waveguide 706 is divided into an arm waveguide 706b at the center and the optical path length of the arm waveguide 708 is bisected. A half-wave plate 732 inserted into a groove formed so as to divide the waveguide 708 into an arm waveguide 708a and an arm waveguide 708b at the center thereof is provided. The multimode interferometer-type coupler 722 includes two input waveguides (702, 704), and the multimode interferometer-type coupler 724 includes two output waveguides (710, 712).

偏波回転器としての半波長板732はポリイミド波長板であり、光学主軸が伝搬方向と直交し、かつ、基板面の水平方向(あるいは基板面の法線)から45度傾いており、遅軸と速軸をそれぞれ伝搬する偏波に設計波長の半波長相当の位相差を与える。半波長板732は、TM偏波をTE偏波に、TE偏波をTM偏波に偏波変換する機能を有する。   The half-wave plate 732 as a polarization rotator is a polyimide wave plate, the optical principal axis is orthogonal to the propagation direction, and is inclined 45 degrees from the horizontal direction of the substrate surface (or the normal of the substrate surface), and the slow axis A phase difference equivalent to half the design wavelength is given to the polarized waves propagating along the fast axis. The half-wave plate 732 has a function of performing polarization conversion from TM polarization to TE polarization and from TE polarization to TM polarization.

本MZI700は、FSRを10GHzとするため、二本のアーム導波路(706,708)の長さの差(ΔL)を20.7mmとしている。   In the present MZI 700, the length difference (ΔL) of the two arm waveguides (706, 708) is set to 20.7 mm in order to set the FSR to 10 GHz.

また、本実施例のMZI700は、半波長板732の前後においてアーム導波路の一部にArF(フッ化アルゴン)レーザを照射することによって、複屈折の調整を行っている。これにより、本MZI700におけるΔ(BL)をゼロとし偏波依存性の抑制を行っている。   Further, the MZI 700 of this embodiment adjusts birefringence by irradiating a part of the arm waveguide with an ArF (argon fluoride) laser before and after the half-wave plate 732. Thereby, Δ (BL) in the present MZI 700 is set to zero, and polarization dependence is suppressed.

Δ(BL)をゼロとするための手法を具体的に以下で説明する。
アーム導波路1(706)において、レーザ照射領域の導波路の長さをLir 1、レーザ未照射領域の導波路の長さをLnon 1とする。アーム導波路2(708)において、レーザ照射領域の導波路の長さをLir 2、レーザ未照射領域の導波路の長さをLnon 2とする。レーザ照射領域の複屈折をBir、レーザ未照射領域の複屈折をBnonとする。これらを用いて、Δ(BL)は式(45)となる。
A method for setting Δ (BL) to zero will be specifically described below.
In the arm waveguide 1 (706), the length of the waveguide in the laser irradiation region is L ir 1 , and the length of the waveguide in the non- laser irradiation region is L non 1 . In the arm waveguide 2 (708), the length of the waveguide in the laser irradiation region is L ir 2 , and the length of the waveguide in the non- laser irradiation region is L non 2 . The birefringence of the laser irradiation region is B ir and the birefringence of the laser non-irradiation region is B non . Using these, Δ (BL) is expressed by Equation (45).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

簡単のため、Lir 1=0とすると、式(46)となる。 For simplicity, when L ir 1 = 0, Expression (46) is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、二本のアーム導波路の長さの差を   Where the difference between the lengths of the two arm waveguides is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

、複屈折の差をΔB=Bir−Bnonとした。式(46)が0となる条件は式(47)となる。 The difference in birefringence was ΔB = B ir -B non. The condition that Equation (46) becomes 0 is Equation (47).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

そこで、式(47)を満たすようにLir 2を10mmとし、ΔBが2.1×10-4となるようレーザ照射を行った。レーザとしては、波長193nmのArFエキシマレーザを用いて、照射パワーはIJ/cm、パルス繰り返しは50Hz、照射時間は530secとした。また、金属マスクを用いて、金属マスクが覆われていない半波長板を挟んだ二箇所のレーザ照射領域のみにレーザの照射をおこなった。照射面積は50μm×5mmである。一方、ΔLは20.7mm、Bnonは1×10-4であり、Δ(BL)はほぼゼロとなった。 Therefore, laser irradiation was performed so that L ir 2 was 10 mm and ΔB was 2.1 × 10 −4 so as to satisfy Equation (47). As the laser, an ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm was used, the irradiation power was IJ / cm 2 , the pulse repetition was 50 Hz, and the irradiation time was 530 sec. In addition, using a metal mask, laser irradiation was performed only on two laser irradiation regions sandwiching a half-wave plate not covered with the metal mask. The irradiation area is 50 μm × 5 mm. On the other hand, ΔL was 20.7 mm, B non was 1 × 10 −4 , and Δ (BL) was almost zero.

本実施例によれば波長1.55μ付近でPDfはクロスパスとスルーパスともに0.04GHzまで抑制することができた。第一の従来技術のMZIでは、そのPDfはクロスパスとスルーパスともに0.35GHzであった。よって、本発明を用いることによってPDfを抑制することができた。   According to this embodiment, PDf can be suppressed to 0.04 GHz in the vicinity of the wavelength of 1.55 μm for both the cross path and the through path. In the first prior art MZI, the PDf was 0.35 GHz for both the cross path and the through path. Therefore, PDf could be suppressed by using the present invention.

また、環境温度を−10℃〜80℃まで変化させた際のPDfの変動はクロスパスとスルーパスともに0.06GHzであった。一方、第二の従来技術のMZIでは、そのPDfの変動はクロスパスとスルーパスともに6GHzであった。よって、本発明を用いることによって、PDfの温度依存性を低減することができた。   The variation of PDf when the environmental temperature was changed from −10 ° C. to 80 ° C. was 0.06 GHz for both the cross path and the through path. On the other hand, in the second prior art MZI, the fluctuation of the PDf was 6 GHz for both the cross path and the through path. Therefore, the temperature dependence of PDf could be reduced by using the present invention.

尚、ArFレーザを照射するアーム導波路(706,708)の部位は、半波長板732から離れていても良く、照射量が対称であれば半波長板732に対して対称である必要はない。   Note that the portion of the arm waveguide (706, 708) that irradiates the ArF laser may be away from the half-wave plate 732, and need not be symmetrical with respect to the half-wave plate 732 if the irradiation amount is symmetric. .

本実施例では複屈折の調整に波長193nmのArFエキシマレーザを用いた。これは、コアの屈折率変化が波長245nmのGeO2に関連した吸収に起因しており、245nm付近に発振波長を有するレーザを照射することで、効率よく屈折率変化もしくは複屈折変化が可能となるからである。さらには、可視域のレーザでも2光子吸収により同様の変化を誘起することができる。従って、レーザとしてはArFエキシマレーザに限定されるものではなく、He−Cdレーザ、N2レーザ、KrFエキシマレーザやF2エキシマレーザなどの各種エキシマレーザ、Arイオンレーザ、Nd3+:YAGレーザ、アレキサンドライト(Cr3+:BeAl23)レーザの第2次、3次、4次高調波、など紫外・可視領域の波長を有するものであればよい。 In this example, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm was used for adjusting the birefringence. This is because the change in the refractive index of the core is due to absorption related to GeO 2 having a wavelength of 245 nm. By irradiating a laser having an oscillation wavelength near 245 nm, the refractive index can be changed efficiently or the birefringence can be changed. Because it becomes. Furthermore, a similar change can be induced by two-photon absorption even in a visible laser. Therefore, the laser is not limited to the ArF excimer laser, but various excimer lasers such as He-Cd laser, N 2 laser, KrF excimer laser, F 2 excimer laser, Ar ion laser, Nd 3+ : YAG laser, What is necessary is just to have a wavelength of ultraviolet and visible region, such as the second order, the third order, and the fourth harmonic of the alexandrite (Cr 3+ : BeAl 2 O 3 ) laser.

本実施例において、複屈折の調整手法にはArFレーザ照射を用いたが、例えば以下のような複屈折調整手法を用いて、同様な効果を得ることができる。
(1)応力付与膜を導波路の上部に配置し、導波路に誘起される応力を変化させて複屈折を制御する手法を用いることもできる(非特許文献4参照)。すなわち、応力付与膜(図示しない)をアーム導波路(706,708)の上部に形成し、二本のアーム導波路の光信号の伝搬方向に向かって複屈折の値を積分したそれぞれの値の差が所望の値となるように、アーム導波路に誘起される応力を調整することもできる。
(2)導波路上部付近に配置した薄膜ヒータを局所的に加熱して恒久的に実効屈折率もしくは複屈折を制御する手法を用いることもできる(特許文献2参照)。すなわち、薄膜ヒータ(図示しない)をアーム導波路(706,708)の上部付近に形成し、二本のアーム導波路の光信号の伝搬方向に向かって複屈折の値を積分したそれぞれの値の差が所望の値となるように制御することによって、アーム導波路に誘起される応力を調整することもできる。
(3)導波路の両側に応力開放溝を設け、導波路に加わっている応力を緩和することで実効屈折率もしくは複屈折を制御する手法を用いることもできる(特許文献1参照)。すなわち、二本のアーム導波路(706,708)の各々について、光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように、アーム光導波路の両脇の一部に応力開放溝(図示しない)を形成し、複屈折複屈折を調整することもできる。
In this embodiment, ArF laser irradiation is used as the birefringence adjustment method, but the same effect can be obtained by using, for example, the following birefringence adjustment method.
(1) A method of controlling the birefringence by arranging a stress applying film on the waveguide and changing the stress induced in the waveguide can be used (see Non-Patent Document 4). That is, a stress applying film (not shown) is formed on the upper part of the arm waveguides (706, 708), and the birefringence values are integrated in the propagation direction of the optical signal in the two arm waveguides. The stress induced in the arm waveguide can be adjusted so that the difference becomes a desired value.
(2) A method of locally heating a thin film heater disposed near the upper portion of the waveguide to permanently control the effective refractive index or birefringence can be used (see Patent Document 2). That is, a thin film heater (not shown) is formed near the upper part of the arm waveguides (706, 708), and the birefringence values are integrated in the propagation direction of the optical signal in the two arm waveguides. The stress induced in the arm waveguide can be adjusted by controlling the difference to be a desired value.
(3) It is also possible to use a method of controlling the effective refractive index or birefringence by providing stress relief grooves on both sides of the waveguide and relaxing the stress applied to the waveguide (see Patent Document 1). That is, for each of the two arm waveguides (706, 708), the difference between the values obtained by line-integrating the birefringence toward the propagation direction of the optical signal becomes a desired value, so that both sides of the arm optical waveguide are provided. It is also possible to adjust the birefringence birefringence by forming a stress relief groove (not shown) in a part.

図8に本発明の第二の実施例として作製したMZIの概略図を示す。図8に示すMZI800は、二つの多モード干渉計型結合器(822,824)と、二つの多モード干渉計型結合器を結ぶ二つのアーム導波路(806,808)とを備える。また、MZI800は、アーム導波路806の光路長を二分するようにアーム導波路806をその中心においてアーム導波路806aとアーム導波路806bとに、アーム導波路808の光路長を二分するようにアーム導波路808をその中心においてアーム導波路808aとアーム導波路808bとに分断するようにして形成された溝に挿入された半波長板832を備える。多モード干渉計型結合器822は二つの入力導波路(802,804)を備え、多モード干渉計型結合器824は二つの出力導波路(810,812)を備える。   FIG. 8 shows a schematic view of MZI produced as a second embodiment of the present invention. The MZI 800 shown in FIG. 8 includes two multimode interferometer couplers (822, 824) and two arm waveguides (806, 808) connecting the two multimode interferometer couplers. Further, the MZI 800 has an arm waveguide 806 that bisects the optical path length of the arm waveguide 808 at the center of the arm waveguide 806 so that the optical path length of the arm waveguide 806 is bisected. A half-wave plate 832 inserted in a groove formed so as to divide the waveguide 808 into an arm waveguide 808a and an arm waveguide 808b at the center thereof is provided. The multimode interferometer-type coupler 822 includes two input waveguides (802, 804), and the multimode interferometer-type coupler 824 includes two output waveguides (810, 812).

偏波回転器としての半波長板832の構成、配置および機能は、第一の実施例における半波長板732と同様である。   The configuration, arrangement, and function of the half-wave plate 832 as a polarization rotator are the same as those of the half-wave plate 732 in the first embodiment.

本実施例のMZI800では、二つアーム導波路(806,808)の幅を変化させることによって、複屈折の調整が行われている。導波路幅を変化させることによって、偏波に依存した光路長差Δ(BL)をゼロにすることが可能となる(特許文献3参照)。   In the MZI 800 of the present embodiment, birefringence is adjusted by changing the width of the two-arm waveguide (806, 808). By changing the waveguide width, the optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization can be made zero (see Patent Document 3).

多モード干渉計型結合器(822,824)近傍ではアーム導波路(806,808)の幅を7μm幅とし、半波長板832近傍ではアーム導波路の幅を12μm幅としている。   The width of the arm waveguide (806, 808) is 7 μm in the vicinity of the multimode interferometer coupler (822, 824), and the width of the arm waveguide is 12 μm in the vicinity of the half-wave plate 832.

本MZI800は、二本のアーム導波路(806,808)の長さの差(ΔL)は、第一の実施例における二本のアーム導波路(706,708)と同様に、20.7mmとしている。   In this MZI 800, the difference in length (ΔL) between the two arm waveguides (806, 808) is set to 20.7 mm, similar to the two arm waveguides (706, 708) in the first embodiment. Yes.

二つの導波路幅を用いる効果を具体的に数式を用いて説明する。アーム導波路1における、太幅の導波路の長さをLw 1、細幅の導波路の長さをLn 1とする。アーム導波路2における、太幅の導波路の長さをLw 2、細幅の導波路の長さをLn 2とする。また、太幅の導波路の複屈折をBw、細幅の導波路の複屈折をBnとする。これらを用いて、二本のアーム導波路の伝搬方向の複屈折の積分値の差Δ(BL)は式(48)となる。 The effect of using two waveguide widths will be specifically described using mathematical expressions. In the arm waveguide 1, the length of the wide waveguide is L w 1 , and the length of the narrow waveguide is L n 1 . In the arm waveguide 2, the length of the wide waveguide is L w 2 , and the length of the narrow waveguide is L n 2 . Also, let B w be the birefringence of the wide waveguide and B n be the birefringence of the narrow waveguide. Using these, the difference Δ (BL) between the integral values of the birefringence in the propagation direction of the two arm waveguides is expressed by Expression (48).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

簡単のため、Lw 1=0とすると、式(49)となる。 For simplicity, when L w 1 = 0, Expression (49) is obtained.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

ここで、二本のアーム導波路の長さの差を   Where the difference between the lengths of the two arm waveguides is

Figure 0004405978
Figure 0004405978

、複屈折の差をΔB=Bir−Bnonとした。式(49)が0となる条件は式(50)となる。 The difference in birefringence was ΔB = B ir -B non. The condition that Equation (49) becomes 0 is Equation (50).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

上式を満たすように考慮してLw 2を決定した。具体的には、Bw=1.57×10-4、Bn=0.87×10-4、Lw 1=0.5mm、Lw 2=26.2mmとした。 L w 2 was determined in consideration of satisfying the above equation. Specifically, B w = 1.57 × 10 −4 , B n = 0.87 × 10 −4 , L w 1 = 0.5 mm, and L w 2 = 26.2 mm.

ここでΔ(BL)をゼロにするためだけであれば、アーム導波路1に太い導波路は必要ないが、以下の理由でアーム導波路1にも太い導波路を配置することが望ましい。
・アーム導波路間で、テーパ導波路のある/なしの損失の差を解消する。
・半波長板が分断する導波路の幅を太くすることによって、閉じ込め構造をもたない半波長板にて放射するときの回折損失を抑制する。
Here, if only Δ (BL) is set to zero, a thick waveguide is not necessary for the arm waveguide 1. However, it is desirable to dispose a thick waveguide for the arm waveguide 1 for the following reason.
• Eliminates the difference in loss between arm waveguides with and without tapered waveguides.
-By increasing the width of the waveguide that the half-wave plate divides, the diffraction loss when radiating with the half-wave plate having no confinement structure is suppressed.

本実施例によれば波長1.55μ付近でPDfはクロスパスとスルーパスともに0.05GHzまで抑制することができた。   According to this embodiment, PDf can be suppressed to 0.05 GHz in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm for both the cross path and the through path.

また、環境温度を−10℃〜80℃まで変化させた際のPDfの変動はクロスパスとスルーパスともに0.06GHzまで抑制することができた。   Moreover, the fluctuation of PDf when the environmental temperature was changed from −10 ° C. to 80 ° C. could be suppressed to 0.06 GHz for both the cross path and the through path.

図9に本発明の第三の実施例として作製したMZIの概略図を示す。図9に示すMZI900は、二つの多モード干渉計型結合器(922,924)と、二つの多モード干渉計型結合器を結ぶ二つのアーム導波路(906,908)とを備える。また、MZI900は、アーム導波路906の導波路長を二分するようにアーム導波路906をその中心においてアーム導波路906aとアーム導波路906bとに、アーム導波路908の導波路長を二分するようにアーム導波路908をその中心においてアーム導波路908aとアーム導波路908bとに分断するようにして形成された溝に挿入された半波長板932を備える。多モード干渉計型結合器922は二つの入力導波路(902,904)を備え、多モード干渉計型結合器924は二つの出力導波路(910,912)を備える。   FIG. 9 shows a schematic diagram of MZI produced as a third embodiment of the present invention. The MZI 900 shown in FIG. 9 includes two multimode interferometer-type couplers (922, 924) and two arm waveguides (906, 908) connecting the two multimode interferometer-type couplers. Further, the MZI 900 bisects the waveguide length of the arm waveguide 908 into the arm waveguide 906a and the arm waveguide 906b at the center of the arm waveguide 906 so that the waveguide length of the arm waveguide 906 is bisected. A half-wave plate 932 inserted in a groove formed so as to divide the arm waveguide 908 into an arm waveguide 908a and an arm waveguide 908b at the center thereof. The multimode interferometer-type coupler 922 includes two input waveguides (902, 904), and the multimode interferometer-type coupler 924 includes two output waveguides (910, 912).

偏波回転器としての半波長板932の構成、配置および機能は、第一の実施例における半波長板732と同様である。   The configuration, arrangement, and function of the half-wave plate 932 as a polarization rotator are the same as those of the half-wave plate 732 in the first embodiment.

本MZI900は、二本のアーム導波路(906,908)の長さの差(ΔL)は、第一の実施例における二本のアーム導波路(706,708)と同様に、20.7mmとしている。   In the present MZI900, the difference in length (ΔL) between the two arm waveguides (906, 908) is 20.7 mm, similar to the two arm waveguides (706, 708) in the first embodiment. Yes.

本構成の特徴は、複屈折の値を1.5×10-4としたことにある。ここで、上部クラッドガラスの熱膨張係数、軟化温度を変化させることによって複屈折の調整をおこなった。すなわち、上部クラッドガラスは、石英に対して三酸化ホウ素を10mol%、五酸化リンを10mol%の割合で添加した。その結果、偏波に依存した光路長差Δ(BL)は下式より3.1×10-4となる。 The feature of this configuration is that the birefringence value is 1.5 × 10 −4 . Here, birefringence was adjusted by changing the thermal expansion coefficient and softening temperature of the upper clad glass. That is, the upper cladding glass was added with 10 mol% boron trioxide and 10 mol% phosphorus pentoxide with respect to quartz. As a result, the optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization is 3.1 × 10 −4 from the following equation.

Figure 0004405978
Figure 0004405978

この偏波に依存した光路長差Δ(BL)は、使用波長を1.55μmとした時、次数は2となり、式(16)かつ式(26)をほぼ満たすこととなる。   The optical path length difference Δ (BL) depending on the polarization is 2 when the wavelength used is 1.55 μm, and the expressions (16) and (26) are substantially satisfied.

本実施例によれば波長1.55μ付近でPDfはクロスパスとスルーパスともに0.006GHzまで抑制することができた。   According to this example, PDf was able to be suppressed to 0.006 GHz for both the cross path and the through path in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm.

また、環境温度を−10℃〜80℃まで変化させた際のPDfの変動はクロスパスとスルーパスともに0.06GHzまで抑制することができた。   Moreover, the fluctuation of PDf when the environmental temperature was changed from −10 ° C. to 80 ° C. could be suppressed to 0.06 GHz for both the cross path and the through path.

図10および11に本発明の第四の実施例として作製したMZIの概略図を示す。また、
MZI1000は、シリコン基板1102上に作成された、二つの多モード干渉計型結合器(1022,1024)と、二つの多モード干渉計型結合器を結ぶ二つのアーム導波路(1006,1008)とを備える。また、MZI1000は、アーム導波路1006の導波路長を二分するようにアーム導波路1006をその中心においてアーム導波路1006aとアーム導波路1006bとに、アーム導波路1008の導波路長を二分するようにアーム導波路1008をその中心においてアーム導波路1008aとアーム導波路1008bとに分断するようにして形成された溝1120に挿入された半波長板1032を備える。多モード干渉計型結合器1022は二つの入力導波路(1002,1004)を備え、多モード干渉計型結合器1024は二つの出力導波路(1010,1012)を備える。
10 and 11 are schematic views of MZI prepared as the fourth embodiment of the present invention. Also,
The MZI 1000 includes two multimode interferometer couplers (1022, 1024) and two arm waveguides (1006, 1008) connecting the two multimode interferometer couplers, which are formed on a silicon substrate 1102. Is provided. In addition, the MZI 1000 bisects the waveguide length of the arm waveguide 1008 into the arm waveguide 1006a and the arm waveguide 1006b at the center so that the waveguide length of the arm waveguide 1006 is bisected. A half-wave plate 1032 inserted in a groove 1120 formed so as to divide the arm waveguide 1008 into an arm waveguide 1008a and an arm waveguide 1008b at the center thereof. The multimode interferometer-type coupler 1022 includes two input waveguides (1002, 1004), and the multimode interferometer-type coupler 1024 includes two output waveguides (1010, 1012).

図11に示すように、偏波回転器としての半波長板1032は、半波長板1032aおよび半波長板1032bを備える。半波長板1032aおよび半波長板1032bは、光学主軸が伝搬方向と直交し、かつ、基板の水平方向(あるいは法線)から45度傾いており、さらに、半波長板1032aの主軸の向きと半波長板1032bの主軸の向きが互いに直交している。   As shown in FIG. 11, a half-wave plate 1032 as a polarization rotator includes a half-wave plate 1032a and a half-wave plate 1032b. In the half-wave plate 1032a and the half-wave plate 1032b, the optical principal axis is orthogonal to the propagation direction and is inclined 45 degrees from the horizontal direction (or normal line) of the substrate. The directions of the main axes of the wave plate 1032b are orthogonal to each other.

半波長板1032aおよび半波長板1032bは、遅軸と速軸をそれぞれ伝搬する偏波に設計波長の半波長相当の位相差を与える。半波長板1032は、TM偏波をTE偏波に、TE偏波をTM偏波に偏波変換する機能を有する。   The half-wave plate 1032a and the half-wave plate 1032b give a phase difference corresponding to the half wavelength of the design wavelength to the polarized waves propagating along the slow axis and the fast axis, respectively. The half-wave plate 1032 has a function of performing polarization conversion of TM polarization into TE polarization and TE polarization into TM polarization.

本実施例では、上部クラッドガラスに石英に対して三酸化ホウ素を20mol%、五酸化リンを5mol%の割合で添加し、複屈折の値を0.775×10-4とした。その結果、偏波に依存した光路長差は式(52)より1.55×10-6となる。 In this example, boron trioxide was added to the upper clad glass at a ratio of 20 mol% and phosphorus pentoxide at a ratio of 5 mol%, and the birefringence value was set to 0.775 × 10 −4 . As a result, the optical path length difference depending on the polarization is 1.55 × 10 −6 from the equation (52).

Figure 0004405978
Figure 0004405978

この偏波に依存した光路長差は、使用波長を1.55μmとした時、次数は1となり、式(35)かつ式(44)をほぼ満たすことができる。   The difference in optical path length depending on the polarization is 1 when the wavelength used is 1.55 μm, and can substantially satisfy the expressions (35) and (44).

本実施例によれば波長1.55μ付近でPDfはクロスパスとスルーパスともに0.07GHzまで抑制することができた。   According to this example, PDf was able to be suppressed to 0.07 GHz for both the cross path and the through path in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm.

また、環境温度を−10℃〜80℃まで変化させた際のPDfの変動はクロスパスとスルーパスともに0.06GHzまで抑制することができた。   Moreover, the fluctuation of PDf when the environmental temperature was changed from −10 ° C. to 80 ° C. could be suppressed to 0.06 GHz for both the cross path and the through path.

上記第一乃至第三の実施例を本実施例に適用して複屈折の値を調整することができることは言うまでもない。   It goes without saying that the birefringence value can be adjusted by applying the first to third embodiments to the present embodiment.

さらに、以上の実施例では、FSRが10GHzのMZIを用いた。その他、20GHz、40GHzなど他のFSRであっても同様な効果が期待できる事は明白である。   Furthermore, in the above embodiment, MZI having an FSR of 10 GHz was used. In addition, it is obvious that the same effect can be expected with other FSRs such as 20 GHz and 40 GHz.

光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit using an optical waveguide. 従来技術の第一例のマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit of the 1st example of a prior art. 透過スペクトルが偏波無依存となる条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions from which a transmission spectrum becomes polarization independent. (a)は半波長板の動作波長が使用波長から4%だけずれた場合のPDfと複屈折の関係を計算した結果を示す図であり、(b)は(a)の拡大図である。(A) is a figure which shows the result of having calculated the relationship between PDf and birefringence in case the operating wavelength of a half-wave plate has shifted | deviated by 4% from the use wavelength, (b) is an enlarged view of (a). (a)は図4(a)に関して横軸を次数とした図であり、(b)は(a)の拡大図である。(A) is the figure which made the horizontal axis the order regarding FIG. 4 (a), (b) is an enlarged view of (a). 本発明の実施形態の光信号処理器の導波路作製工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the waveguide preparation process of the optical signal processor of embodiment of this invention. 本発明の第一の実施例として作製したマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit produced as a 1st Example of this invention. 本発明の第二の実施例として作製したマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit produced as a 2nd Example of this invention. 本発明の第三の実施例として作製したマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit produced as a 3rd Example of this invention. 本発明の第四の実施例として作製したマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit produced as the 4th Example of this invention. 本発明の第四の実施例として作製したマッハツェンダ干渉計回路の概略図である。It is the schematic of the Mach-Zehnder interferometer circuit produced as the 4th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100,200,300,700,800,900,1000 マッハツェンダ干渉計回路
106,108,206,208,306,308,706,708,806,808,906,908,1006,1008 アーム導波路
122,124,222,224,322,324,722,724,822,824,922,924,1022,1024 結合器
232,732,832,932,1032 半波長板
100, 200, 300, 700, 800, 900, 1000 Mach-Zehnder interferometer circuit 106, 108, 206, 208, 306, 308, 706, 708, 806, 808, 906, 908, 1006, 1008 Arm waveguide 122, 124 , 222, 224, 322, 324, 722, 724, 822, 824, 922, 924, 1022, 1024 couplers 232, 732, 832, 932, 1032 half-wave plates

Claims (10)

各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、
水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が同一の偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝に設けられており、
前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、2m−0.2から2m+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする光信号処理器。
In a Mach-Zehnder interferometer circuit comprising two couplers and two arm waveguides connecting the two couplers, each fabricated on a substrate,
A polarization rotator with the same optical principal axis that converts horizontally polarized light into vertically polarized light and converts vertically polarized light into horizontally polarized light. It is provided in a groove that bisects each optical path length,
For each of the two arm waveguides, a value obtained by dividing the difference obtained by linear integration of birefringence in the propagation direction of the optical signal by the used light wavelength is 2m−0.2 to 2m + 0.2 (m is zero) An optical signal processor.
各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、
水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が互いに直交する二つの偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝にそれぞれ設けられており
前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、(2m−1)−0.2から(2m−1)+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする光信号処理器。
In a Mach-Zehnder interferometer circuit comprising two couplers and two arm waveguides connecting the two couplers, each fabricated on a substrate,
Two polarization rotators that convert horizontally polarized light to vertically polarized light and convert vertically polarized light to horizontally polarized light and whose optical principal axes are orthogonal to each other are the two arms. It is provided in each groove that bisects the optical path length of each waveguide ,
For each of the two arm waveguides, a value obtained by dividing the difference between the values obtained by integrating the birefringence in the propagation direction of the optical signal by the used optical wavelength is (2m−1) −0.2 to (2m−). 1) An optical signal processor characterized in that it is +0.2 (m is an integer including zero).
請求項1に記載の光信号処理器において、
前記偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to claim 1,
The polarization rotator is an optical signal processing characterized in that the optical principal axis is a half-wave plate installed so that the optical principal axis is inclined 45 degrees from the normal of the surface of the substrate and is orthogonal to the propagation direction of the optical signal vessel.
請求項2に記載の光信号処理器において、
前記二つの偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であって、前記偏波回転器の一方の光学主軸と前記偏波回転器の他方の光学主軸とが直交することを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to claim 2, wherein
The two polarization rotators are half-wave plates installed so that an optical principal axis is inclined 45 degrees from a normal of the surface of the substrate and is orthogonal to a propagation direction of an optical signal, An optical signal processor characterized in that one optical principal axis of the detector and the other optical principal axis of the polarization rotator are orthogonal to each other.
請求項1乃至4のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記結合器は、方向性結合器または多モード干渉型結合器であることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 4,
The optical signal processor according to claim 1, wherein the coupler is a directional coupler or a multimode interference coupler.
請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、導波路幅が部分的に変化する導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two arm waveguides is a waveguide whose waveguide width is partially changed, and birefringence is linearly integrated in the propagation direction of the optical signal for each of the two arm waveguides. An optical signal processor, wherein birefringence is adjusted so that a difference in values becomes a desired value.
請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、部分的にレーザが照射された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two arm waveguides is a waveguide partially irradiated with a laser, and a value obtained by linearly integrating birefringence in the propagation direction of an optical signal for each of the two arm waveguides. The birefringence is adjusted so that the difference between the two becomes a desired value.
請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、両脇の一部に応力開放溝が形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two arm waveguides is a waveguide in which a stress relief groove is formed on a part of both sides, and birefringence of each of the two arm waveguides toward the propagation direction of the optical signal A birefringence is adjusted so that a difference between values obtained by line integration of the two becomes a desired value.
請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力付与膜が上面に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two arm waveguides is a waveguide having a stress applying film formed on the upper surface, and birefringence is linearly integrated in the propagation direction of the optical signal for each of the two arm waveguides. An optical signal processor, wherein birefringence is adjusted so that a difference in values becomes a desired value.
請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力を変化させるための薄膜ヒータが上部に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
The optical signal processor according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two arm waveguides is a waveguide on which a thin film heater for changing a stress is formed, and each of the two arm waveguides is compounded in the optical signal propagation direction. An optical signal processor characterized in that birefringence is adjusted so that a difference between values obtained by line integration of refraction becomes a desired value.
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