JPH06201931A - 偏波モードスプリッタ - Google Patents
偏波モードスプリッタInfo
- Publication number
- JPH06201931A JPH06201931A JP35812792A JP35812792A JPH06201931A JP H06201931 A JPH06201931 A JP H06201931A JP 35812792 A JP35812792 A JP 35812792A JP 35812792 A JP35812792 A JP 35812792A JP H06201931 A JPH06201931 A JP H06201931A
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- refractive index
- waveguide
- polarization mode
- mode splitter
- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【目的】製作容易で、低損失な偏波モードスプリッタで
ある。 【構成】半導体基板１上の縦型方向性結合器が、超格子
構造を有する光導波路２と、混晶からなる光導波路３と
から形成される。超格子構造を有する光導波路２のＴＥ
モードないしはＴＭモードに対する屈折率の値が、混晶
からなる光導波路３の屈折率の値とほぼ一致している。
入射光５のＴＥ及びＴＭの一方の光は光導波路３に移行
し、他方はそのまま導波路２から出る。
ある。 【構成】半導体基板１上の縦型方向性結合器が、超格子
構造を有する光導波路２と、混晶からなる光導波路３と
から形成される。超格子構造を有する光導波路２のＴＥ
モードないしはＴＭモードに対する屈折率の値が、混晶
からなる光導波路３の屈折率の値とほぼ一致している。
入射光５のＴＥ及びＴＭの一方の光は光導波路３に移行
し、他方はそのまま導波路２から出る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理、
光記録などの分野に広く使用される偏波モードスプリッ
タに関するものである。
光記録などの分野に広く使用される偏波モードスプリッ
タに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信、特に偏波ダイバーシティ
受信方式における偏波の制御や、光磁気信号検出用ピッ
クアップなどに使用されるＴＥ／ＴＭ偏波スプリッタと
しては、バルク結晶の全反射を利用したものが大半であ
った。しかし、最近、上記分野で半導体レーザ、光検出
器、光スイッチ、３ｄＢカップラなど集積化デバイスの
開発が進み、偏波スプリッタにも集積化が求められてい
る。例えば、図４（ａ）（平面図）及び図４（ｂ）（断
面図）に示すようにＳｉ基板３１上に、ＳｉＯＮ３４、
ＳｉＮ３３、ＳｉＯ2３２膜からなる導波路Ａ、Ｂを形
成し、ＴＥとＴＭで等価屈折率の異なることを利用し
て、全反射でモードスプリットする方式（第５２回応用
物理学会講演予稿集ｐ．１００９，１０ｐ−ＺＮ−９）
や、図５に示すように、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子導
波路４１をＹ分岐構造として片方の分岐４２を混晶化す
ることにより、ＴＥ、ＴＭ偏波それぞれにチャネル導波
路を形成し、スプリットする方式（第５１回応用物理学
会予稿集ｐ．９０７，２６ａ−ｐ．９）などが提案され
ている。
受信方式における偏波の制御や、光磁気信号検出用ピッ
クアップなどに使用されるＴＥ／ＴＭ偏波スプリッタと
しては、バルク結晶の全反射を利用したものが大半であ
った。しかし、最近、上記分野で半導体レーザ、光検出
器、光スイッチ、３ｄＢカップラなど集積化デバイスの
開発が進み、偏波スプリッタにも集積化が求められてい
る。例えば、図４（ａ）（平面図）及び図４（ｂ）（断
面図）に示すようにＳｉ基板３１上に、ＳｉＯＮ３４、
ＳｉＮ３３、ＳｉＯ2３２膜からなる導波路Ａ、Ｂを形
成し、ＴＥとＴＭで等価屈折率の異なることを利用し
て、全反射でモードスプリットする方式（第５２回応用
物理学会講演予稿集ｐ．１００９，１０ｐ−ＺＮ−９）
や、図５に示すように、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子導
波路４１をＹ分岐構造として片方の分岐４２を混晶化す
ることにより、ＴＥ、ＴＭ偏波それぞれにチャネル導波
路を形成し、スプリットする方式（第５１回応用物理学
会予稿集ｐ．９０７，２６ａ−ｐ．９）などが提案され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記第１の方法では、導波路がスラブ型であるためビーム
が広がり、装置として扱いづらいこと、更には、ビーム
３６が広がるために臨界面ｘｙ（図４（ａ）参照）での
入射角に広がりができ、ＴＥ、ＴＭの消光比が安定しな
いことなどの難点があった。また、前記第２の方法で
は、分岐による損失、混晶化による吸収損失が難点であ
った。
記第１の方法では、導波路がスラブ型であるためビーム
が広がり、装置として扱いづらいこと、更には、ビーム
３６が広がるために臨界面ｘｙ（図４（ａ）参照）での
入射角に広がりができ、ＴＥ、ＴＭの消光比が安定しな
いことなどの難点があった。また、前記第２の方法で
は、分岐による損失、混晶化による吸収損失が難点であ
った。
【０００４】よって、本発明の目的は、製作容易で、低
損失な偏波モードスプリッタを提供することにある。
損失な偏波モードスプリッタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の偏波モードスプ
リッタによれば、基板上の縦型方向性結合器が、第１の
光導波路と第２の光導波路とから形成され、前記第１の
光導波路の複数の偏光モードの１つ（典型的には、ＴＥ
モードないしはＴＭモード）に対する屈折率の値が、前
記第２の光導波路の屈折率の値と一致ないしほぼ一致し
ていることを特徴とする。
リッタによれば、基板上の縦型方向性結合器が、第１の
光導波路と第２の光導波路とから形成され、前記第１の
光導波路の複数の偏光モードの１つ（典型的には、ＴＥ
モードないしはＴＭモード）に対する屈折率の値が、前
記第２の光導波路の屈折率の値と一致ないしほぼ一致し
ていることを特徴とする。
【０００６】より具体的には、前記第１の光導波路が超
格子構造を有する光導波路であり、前記第２の光導波路
が混晶からなる光導波路であったり、前記第１と第２の
導波路の層厚が等しかったり、 前記第１の光導波路の
出射方向が、前記第２の導波路と異なるよう構成されて
いたり、 前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及
びその周辺領域のいずれかに屈折率差補償用のグレーテ
ィングが形成されていたり、電極が設けられ、屈折率差
を調整できる様になっていたり、前記第１の光導波路が
屈折率異方性を有する材料で形成されていたり、前記第
１の光導波路が形状複屈折を利用していたりする。
格子構造を有する光導波路であり、前記第２の光導波路
が混晶からなる光導波路であったり、前記第１と第２の
導波路の層厚が等しかったり、 前記第１の光導波路の
出射方向が、前記第２の導波路と異なるよう構成されて
いたり、 前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及
びその周辺領域のいずれかに屈折率差補償用のグレーテ
ィングが形成されていたり、電極が設けられ、屈折率差
を調整できる様になっていたり、前記第１の光導波路が
屈折率異方性を有する材料で形成されていたり、前記第
１の光導波路が形状複屈折を利用していたりする。
【０００７】本発明によれば、基板上の縦型方向性結合
器として構成されているので、製作容易で、低損失な半
導体集積型などの偏波モードスプリッタを提供できる。
器として構成されているので、製作容易で、低損失な半
導体集積型などの偏波モードスプリッタを提供できる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の実施例の主要部を示してい
る。この実施例は、ＩｎＰからなる半導体基板１上に形
成された２層の導波路２，３が縦型方向性結合器を構成
し、上部導波路３のみ、屈曲部４が形成されている。該
２層の導波路は、各々設計された超格子層２と混晶層３
からなっている。本実施例では、下部導波路２にのみ光
５が結合する様に上部導波路３の入射側は切り欠いてあ
る。
る。この実施例は、ＩｎＰからなる半導体基板１上に形
成された２層の導波路２，３が縦型方向性結合器を構成
し、上部導波路３のみ、屈曲部４が形成されている。該
２層の導波路は、各々設計された超格子層２と混晶層３
からなっている。本実施例では、下部導波路２にのみ光
５が結合する様に上部導波路３の入射側は切り欠いてあ
る。
【０００９】次にこの実施例の作用を説明する。ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＰに代表される超格子構造を有する光導波
路２は、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して異なる屈折
率の値（それぞれｎTE、ｎTMとする）を示す。本実施例
においては、この超格子に起因する屈折率異方性を利用
する。これに対して、ＩｎＧａＡｓＰのような混晶から
なる光導波路３では、両モードに対し同じ屈折率の値を
もつ。
ａＡｓ／ＩｎＰに代表される超格子構造を有する光導波
路２は、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して異なる屈折
率の値（それぞれｎTE、ｎTMとする）を示す。本実施例
においては、この超格子に起因する屈折率異方性を利用
する。これに対して、ＩｎＧａＡｓＰのような混晶から
なる光導波路３では、両モードに対し同じ屈折率の値を
もつ。
【００１０】そこで、この混晶３の屈折率と超格子２
の、例えば、ｎTMとが同等となるようにＩｎＧａＡｓＰ
とＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子を選んで、２層の導波路
２，３を構成する。そして、その層厚を等しくした場
合、ＴＭモードについては位相整合がとれて、この縦型
方向性結合器が機能し、完全結合長ｌcにおいて導波光
の導波路２，３間移行が起こる。ここで、層厚を等しく
するのは、導波光の導波路２，３間移行をなるべく波長
無依存にする為である。
の、例えば、ｎTMとが同等となるようにＩｎＧａＡｓＰ
とＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子を選んで、２層の導波路
２，３を構成する。そして、その層厚を等しくした場
合、ＴＭモードについては位相整合がとれて、この縦型
方向性結合器が機能し、完全結合長ｌcにおいて導波光
の導波路２，３間移行が起こる。ここで、層厚を等しく
するのは、導波光の導波路２，３間移行をなるべく波長
無依存にする為である。
【００１１】しかし、ＴＥモードについては、２層導波
路２，３の屈折率が大きく異なるため、完全な結合は起
こらず、その殆どが同一の導波路を伝搬する。例えば、
下の導波路２よりＴＥ、ＴＭ偏波の混じった光５を入射
すると、ＴＭモードの光は完全結合長ｌcで上の導波路
３へ移行し、ＴＥモードの光は下の導波路２に残ってい
る。更に出射光の空間的分離を広げるため、上の導波路
３のみを加工し全反射面６を出し、斜めに出射させる。
以上のようにして、ＴＥとＴＭモードの分離が行われ
る。
路２，３の屈折率が大きく異なるため、完全な結合は起
こらず、その殆どが同一の導波路を伝搬する。例えば、
下の導波路２よりＴＥ、ＴＭ偏波の混じった光５を入射
すると、ＴＭモードの光は完全結合長ｌcで上の導波路
３へ移行し、ＴＥモードの光は下の導波路２に残ってい
る。更に出射光の空間的分離を広げるため、上の導波路
３のみを加工し全反射面６を出し、斜めに出射させる。
以上のようにして、ＴＥとＴＭモードの分離が行われ
る。
【００１２】ここで、バンド端から充分離れた長波長の
光に対する超格子２の屈折率ｎTE、ｎTMは、ウェルとバ
リアの層厚をＬW、ＬB、その屈折率をｎW、ｎBとすれば
以下の式で表わされる。 ｎTE＝｛（ｎW 2ＬW＋ｎB 2ＬB）／（ＬW＋ＬB）｝1/2 ｎTM＝｛（ＬW＋ＬB）／（ＬW／ｎW 2＋ＬB／ｎB 2）｝1/2 したがって、混晶導波路３の屈折率ｎDを式のｎTEか
式のｎTMと一致するように混晶比を設定する。
光に対する超格子２の屈折率ｎTE、ｎTMは、ウェルとバ
リアの層厚をＬW、ＬB、その屈折率をｎW、ｎBとすれば
以下の式で表わされる。 ｎTE＝｛（ｎW 2ＬW＋ｎB 2ＬB）／（ＬW＋ＬB）｝1/2 ｎTM＝｛（ＬW＋ＬB）／（ＬW／ｎW 2＋ＬB／ｎB 2）｝1/2 したがって、混晶導波路３の屈折率ｎDを式のｎTEか
式のｎTMと一致するように混晶比を設定する。
【００１３】さらに全反射面６の傾き角θの条件は、導
波路３の屈折率をｎTM（＝ｎD）とすれば、 θ＜ｃｏｓ-1（１／ｎTM） となる。
波路３の屈折率をｎTM（＝ｎD）とすれば、 θ＜ｃｏｓ-1（１／ｎTM） となる。
【００１４】上の導波路３での分離構造を全反射面６を
使わず、曲がり導波路ないしＹ分岐導波路７を使った例
を上から見た図が図２である。反射面を使っていないの
で、散乱損失が少ない利点はあるが、ＴＥとＴＭモード
の充分な空間的分離を行なうのに導波路が長くなるとい
う難点がある。
使わず、曲がり導波路ないしＹ分岐導波路７を使った例
を上から見た図が図２である。反射面を使っていないの
で、散乱損失が少ない利点はあるが、ＴＥとＴＭモード
の充分な空間的分離を行なうのに導波路が長くなるとい
う難点がある。
【００１５】
【他の実施例】次に、図３によりＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ系を用いた例を説明する。ＧａＡｓ基板１１上にＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド１２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下導
波路１３、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ中間クラッド１４を成膜
した後、導波路チャネル化のために横埋込み構造１５を
形成した。その後、ＧａＡｓ／Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ超格
子からなる上導波路１６、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド
１７を成膜し、上導波路１６のみをくの字形状１８の全
反射屈曲導波路とした。ここで、この混晶１３の屈折率
と超格子１６のｎTEとｎTMの一方が同等となるように、
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下導波路１３とＧａＡｓ／Ａｌ0.4
Ｇａ0.6Ａｓ超格子１６が選んである。この結果、前実
施例と同様にＴＥ／ＴＭ偏波モードスプリッタが形成さ
れた。
ｓ系を用いた例を説明する。ＧａＡｓ基板１１上にＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド１２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下導
波路１３、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ中間クラッド１４を成膜
した後、導波路チャネル化のために横埋込み構造１５を
形成した。その後、ＧａＡｓ／Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ超格
子からなる上導波路１６、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド
１７を成膜し、上導波路１６のみをくの字形状１８の全
反射屈曲導波路とした。ここで、この混晶１３の屈折率
と超格子１６のｎTEとｎTMの一方が同等となるように、
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下導波路１３とＧａＡｓ／Ａｌ0.4
Ｇａ0.6Ａｓ超格子１６が選んである。この結果、前実
施例と同様にＴＥ／ＴＭ偏波モードスプリッタが形成さ
れた。
【００１６】ところで、上記実施例では好適な例として
超格子の屈折率異方性を利用していたが、屈折率異方性
を出す手段としては、他に異方性のある結晶（例えば、
ニオブ酸リチウム）や形状複屈折性などをいずれかの導
波路に用いてもよい。ただし、この場合、周りの材料も
適当に選ぶ必要がある。
超格子の屈折率異方性を利用していたが、屈折率異方性
を出す手段としては、他に異方性のある結晶（例えば、
ニオブ酸リチウム）や形状複屈折性などをいずれかの導
波路に用いてもよい。ただし、この場合、周りの材料も
適当に選ぶ必要がある。
【００１７】また、一方の導波路の屈折率と他方の導波
路のｎTEとｎTMの一方が完全に同等でなくてもよく、そ
の差を２つの光導波路及びその周辺領域のいずれかに形
成した屈折率差補償用グレーティング（図１の破線で示
すグレーティング２１参照）で補償しても同様な機能を
達成できる。更にこの場合、上下に電極（図１の破線で
示す電極２２、２３参照）を設けて電流或は電圧を印加
し、屈折率差を調整してもよい。
路のｎTEとｎTMの一方が完全に同等でなくてもよく、そ
の差を２つの光導波路及びその周辺領域のいずれかに形
成した屈折率差補償用グレーティング（図１の破線で示
すグレーティング２１参照）で補償しても同様な機能を
達成できる。更にこの場合、上下に電極（図１の破線で
示す電極２２、２３参照）を設けて電流或は電圧を印加
し、屈折率差を調整してもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、製作容易で、低損失な半導体集積型偏波モードスプ
リッタが得られ、コヒーレント光通信システム、光磁気
メモリシステムなどに用いられる将来の半導体光集積回
路の実現に大いに貢献することになる。即ち、本発明に
よる素子を偏光子として用いて入射光のＴＥあるいはＴ
Ｍなどの所定の偏光のみを選び出したり、本発明による
素子を用いて入射光のＴＥ及びＴＭ偏光を分離し夫々を
光検出器で検出して偏光無依存の検出を可能としたりす
る。
ば、製作容易で、低損失な半導体集積型偏波モードスプ
リッタが得られ、コヒーレント光通信システム、光磁気
メモリシステムなどに用いられる将来の半導体光集積回
路の実現に大いに貢献することになる。即ち、本発明に
よる素子を偏光子として用いて入射光のＴＥあるいはＴ
Ｍなどの所定の偏光のみを選び出したり、本発明による
素子を用いて入射光のＴＥ及びＴＭ偏光を分離し夫々を
光検出器で検出して偏光無依存の検出を可能としたりす
る。
【図１】本発明による偏波モードスプリッタの第１実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図２】本発明による偏波モードスプリッタの第１実施
例の変形例を示す図である。
例の変形例を示す図である。
【図３】本発明による偏波モードスプリッタの別の実施
例を示す図である。
例を示す図である。
【図４】従来例を示す図である。
【図５】従来例を示す図である。
１、１１ 半導体基板 ２、１６ 超格子導波路 ３、１３ 混晶導波路 ４ 屈曲導波路部 ５ 入射光 ６、１８ 全反射面 ７ Ｙ分岐導波路 １２ バッファ層 １４、１７ クラッド層 １５ 埋め込み構造 ２１ グレーティング ２２、２３ 電極
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上の縦型方向性結合器が、第１の光
導波路と第２の光導波路とから形成され、前記第１の光
導波路のＴＥモードないしはＴＭモードに対する屈折率
の値が、前記第２の光導波路の屈折率の値と一致ないし
ほぼ一致していることを特徴とする偏波モードスプリッ
タ。 - 【請求項２】 前記第１の光導波路が超格子構造を有す
る光導波路であり、前記第２の光導波路が混晶からなる
光導波路であることを特徴とする請求項１記載の偏波モ
ードスプリッタ。 - 【請求項３】 前記第１と第２の導波路の層厚が等しい
ことを特徴とする請求項１記載の偏波モードスプリッ
タ。 - 【請求項４】 前記第１の光導波路の出射方向が、前記
第２の導波路と異なるよう構成されたことを特徴とする
請求項１記載の偏波モードスプリッタ。 - 【請求項５】 前記第１の光導波路、前記第２の光導波
路及びその周辺領域のいずれかに屈折率差補償用のグレ
ーティングが形成されていることを特徴とする請求項１
記載の偏波モードスプリッタ。 - 【請求項６】 電極が設けられ、屈折率差を調整できる
様になっていることを特徴とする請求項１記載の偏波モ
ードスプリッタ。 - 【請求項７】 前記第１の光導波路が屈折率異方性を有
する材料で形成されていることを特徴とする請求項１記
載の偏波モードスプリッタ。 - 【請求項８】 前記第１の光導波路が形状複屈折を利用
していることを特徴とする請求項１記載の偏波モードス
プリッタ。 - 【請求項９】 半導体基板上の縦型方向性結合器が、超
格子構造を有する光導波路と、混晶からなる光導波路と
から形成され、前記超格子構造を有する光導波路のＴＥ
モードないしはＴＭモードに対する屈折率の値が、前記
混晶からなる光導波路の屈折率の値と一致していて、且
つ、該２つの導波路の層厚が等しいことを特徴とする偏
波モードスプリッタ。 - 【請求項１０】 前記縦型方向性結合器において、上の
光導波路の出射方向が、下の導波路と異なるよう構成さ
れたことを特徴とする請求項９記載の偏波モードスプリ
ッタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35812792A JPH06201931A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 偏波モードスプリッタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35812792A JPH06201931A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 偏波モードスプリッタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201931A true JPH06201931A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18457690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35812792A Pending JPH06201931A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 偏波モードスプリッタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06201931A (ja) |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP35812792A patent/JPH06201931A/ja active Pending
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