JPH06347724A

JPH06347724A - 偏波無依存光素子

Info

Publication number: JPH06347724A
Application number: JP5140680A
Authority: JP
Inventors: Yukio Furukawa; 幸生古川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】信号光の偏波状態が変化しても、一定の性能
を発揮する事が出来る偏波無依存光素子を提供する。【構成】２本の偏波保存ファイバを使い、その両端
を、一方では偏波面が直交する様に、他方では一致する
様に配置し、１つの入力信号光を２分岐もしくは直交す
る２つの偏波成分に分け、偏波面を直交させた側の２本
の偏波保存ファイバに各々入力し、偏波面を一致させた
方からの出力を２つの導波路を持つ導波型光素子に入力
する様にする。【効果】入力信号光の偏波の状態にかかわらず、一定
の性能を得る事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信に用いられる光
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、光素子の小型化、高速化、高効率
化を図るために薄膜光導波路を用いた光素子が研究され
ている。

【０００３】例えば、波長多重光通信において特定の波
長のみを選択するために光導波路中に回折格子を設けた
導波型波長フィルタや、光信号を光・電、電・光変換を
介さずに増幅するために半導体レーザ（ＬＤ）の利得機
能を利用した進行波型光増幅器が広く研究されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の光通
信においては、信号光を伝送するために光ファイバが用
いられており、光ファイバを伝送中に信号光の偏波状態
は変動する。

【０００５】上記の導波型波長フィルタにおいては、回
折格子の回折効率がＴＥモード光とＴＭモード光で異な
るため、入射光の偏波状態の変動によってフィルタリン
グ特性が変動するといった欠点を有する。

【０００６】また、進行波型光増幅器においては、ＬＤ
の両端面に反射防止膜を形成した構造をしており、活性
層は、典型的には、厚さ０．１μｍ、幅３μｍといった
大きさである。このような厚さと幅の非対称性のため利
得の偏波依存性が大きく、入射光の偏波状態の変動によ
って信号受信時に誤りが生じてしまう。一般に、利得の
入射偏光依存性を低減するには活性層の導波路構造を等
方化（厚さを厚く、幅を狭くする）すればよいが、基本
横モード条件を保つためには０．５μｍ角以下の大きさ
に制御する必要があり、現状の技術では困難である。

【０００７】信号光の偏波状態を一定にするために光伝
送路全体に偏波保存ファイバを用いる方法もあるが、偏
波保存ファイバは非常に高価であるため全ての光伝送路
に使用することは実用的でなく、また全ての光伝送路に
使用したとしても、伝送距離が長くなると、やはり偏波
を保存することは難しい。

【０００８】本発明の目的は、偏波依存性のない光素子
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光伝送路を介して伝送されてきた信号光
を直交する２種類の偏波成分に分離する偏波分離器と２
つの偏波保存ファイバと、２つの光導波路を有する導波
型光素子から成り、２つの該偏波保存ファイバの両端
を、一方では保存する偏波面が直交するように他方では
一致するように配置し、偏波面を直交させた側に、該偏
波分離器を、該偏波分離器によって分けられた２つの信
号光が各々の該偏波保存ファイバに結合するように配置
し、偏波面を一致させた側に、該導波型光素子を、各々
の該偏波保存ファイバからの出射光が各々の該光導波路
に結合するように配置したことを特徴とする偏波無依存
光素子を構成した。

【００１０】図１を用いて説明する。

【００１１】図１は導波型光素子として導波型波長フィ
ルタを用いた例である。

【００１２】図１において、光ファイバを介して伝送さ
れてきた信号光は、偏波分離器１によって偏波状態が直
交する２つの成分に分けられ、これら２つに分けられた
信号光が最適に結合するように配置された（すなわち保
存する偏波面が互いに直交している状態）偏波保存ファ
イバ３および５に結合される。これら偏波保存ファイバ
３、５は、出射端ではその中を伝搬した光の電界成分が
導波型波長フィルタ７の導波路面と平行になるように適
当にひねられており、ファイバ３、５中を伝搬した２つ
の信号光は導波型波長フィルタ７中の２つの光導波路
９、１１にＴＥモードもしくはそれに準ずるモードで結
合する。光伝送路を介して伝送されてきた信号光の偏波
が変動しても、光導波路９、１１中を伝搬する信号光の
比が変化するだけで導波モードは変化しないので、導波
型波長フィルタ７中の回折格子の周期をＴＥモードで設
計しておけば、偏波に依存しない波長フィルタを実現す
ることができる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明に基づく偏波無依存光素子
の実施例を示す図である。本実施例では、本発明におけ
る導波型光素子として導波型波長フィルタを用いた場合
について説明する。

【００１４】図２は、導波型波長フィルタの導波方向に
平行な面での断面図である。

【００１５】例えば、ＭＢＥ装置等でｎ型ＧａＡｓ基板
２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２３（厚さ０．５μ
ｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２５（厚さ１．５μ
ｍ）、活性層２７（ＡｌＧａＡｓＭＱＷ、ＡｌＧａＡｓ
バルク、ＧａＡｓパルク等：厚さ０．１μｍ）、Ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓバリア層２９（厚さ０．１μｍ）、Ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ光ガイド層３１（厚さ０．１μｍ）の順にエピ
タキシャル成長する。

【００１６】次に、このＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層３
１上にホログラフィック干渉露光法を用いて所望の周期
の回折格子３３を形成する。続いて、例えば、液晶成長
法により、回折格子３３を形成したＰ型ＡｌＧａＡｓ光
ガイド層３１上に、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３５
（厚さ１．５μｍ）、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層３７の順
に再度エピタキシャル成長する。

【００１７】更に、フォトリソグラフィーによりリッジ
のパターニングを行った後エッチングを行い、プラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉ−Ｎ膜（図記載無し）を形成し、リ
ッジの頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッ
ジの幅すなわち注入域は３．０μｍである。続いて、Ｐ
型電極３９および４１を所定領域に蒸着形成し、ｎ型電
極４３を蒸着形成し、へき開により共振器面を形成す
る。

【００１８】最後に、両共振器面に無反射コートを施し
て回折格子を有する導波型波長フィルタを得る。

【００１９】以上のようにして作製した導波型波長フィ
ルタと偏波保存ファイバと偏波分離器を図１のような構
成で配置すると、導波型波長フィルタに入射する信号光
は伝送路による偏波のゆらぎに関係なく必ずＴＥモード
で導波するので、導波型波長フィルタ中の回折格子３３
の周期をＴＥモードで設計しておくことにより偏波に依
存しない波長フィルタが得られた。

【００２０】光導波路９と光導波路１１は全く同一のプ
ロセスで作製することができるので性能が等しいものが
得られる。

【００２１】また、Ｐ型電極３９とＰ型電極４１からの
注入電流を調整することにより、透過する波長を変化さ
せることができるので、出射端に、例えば光検出器を配
置すれば特定の波長の信号光のみを検出することができ
るので波長多重光通信に有効である。

【００２２】（実施例２）図３は、本発明に基づく偏波
無依存光素子の実施例を示す図である。本実施例では、
本発明における導波型光素子として進行波型光増幅器を
用いた場合について説明する。

【００２３】図３において、光ファイバを介して伝送さ
れてきた信号光は、偏波分離器１０１によって偏波状態
が直交する２つの成分に分けられ、これら２つに分けら
れた信号光が最適に結合するように配置された（すなわ
ち保存する偏波面が互いに直交している状態）偏波保存
ファイバ１０３および１０５に結合される。これら偏波
保存ファイバ１０３、１０５は、出射端ではその中を伝
搬した光の電界成分が進行波型光増幅器１０７の導波路
面と平行になるように適当にひねられており、偏波保存
ファイバ１０３、１０５中を伝搬した２つの信号光は進
行波型光増幅器１０７中の２つの光導波路１０９、１１
１にＴＥモードもしくはそれに準ずるモードで結合す
る。光導波路１０９、１１１を通過した信号光は、保存
する偏波面が進行波型光増幅器１０７の導波路面と平行
になるように配置された偏波保存ファイバ１１３、１１
５に結合される。これら偏波保存ファイバ１１３、１１
５は、出射端ではその中を伝搬した光の電界成分が直交
するように適当にひねられており、偏波保存ファイル１
１３、１１５中を伝搬した２つの信号光は光合波器１１
７によって１つに合波される。

【００２４】図４は、進行波型光増幅器の導波方向に平
行な面での断面図である。

【００２５】例えば、ＭＢＥ装置等でｎ型ＧａＡｓ基板
２１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２３（厚さ０．５μ
ｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２５（厚さ１．５
μｍ）、活性層１２７（ＡｌＧａＡｓＭＱＷ、ＡｌＧａ
Ａｓバルク、ＧａＡｓパルク等：厚さ０．１μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＡｓバリア層１２９（厚さ０．１μｍ）、Ｐ
型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１３１（厚さ０．１μｍ）、
Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３３（厚さ１．５μ
ｍ）、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１３５の順にエピタキシ
ャル成長する。

【００２６】更に、フォトリソグラフィーによりリッジ
のパターニングを行った後エッチングを行い、プラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉ−Ｎ膜（図記載無し）を形成し、リ
ッジの頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッ
ジの幅すなわち注入域は３．０μｍである。続いて、Ｐ
型電極１３７および１３９を蒸着形成し、へき開により
共振器面を形成する。

【００２７】最後に、両共振器面に無反射コートを施し
て進行波型光増幅器フィルタを得る。

【００２８】図４に示されるような進行波型光増幅器に
おいては、活性層の厚さと幅の非対称性のため利得の偏
波依存性が大きく、ＴＥモード光の方が利得が大きい。

【００２９】以上のようにして作製した進行波型光増幅
器と偏波保存ファイバと偏波分離器と光合波器を図３の
ような構成で配置すると、光伝送路を介して伝送されて
きた信号光の偏波が変動しても、光導波路１０９、１１
１中を伝搬する信号光の比が変化するだけで導波モード
は変化せず必ずＴＥモードとなるので、進行波型光増幅
器１０７に偏波依存性があっても偏波に依存しない進行
波型光増幅器を実現することができた。

【００３０】光導波路１０９と光導波路１１１は全く同
一のプロセスで作製することができるので性能が等しい
ものが得られる。

【００３１】また、２つに分けて増幅した信号光を合波
する際には、互いに偏波状態が直交しているので干渉を
起こすことなく合波できる。したがって、合波した後に
再び光伝送路を用いて伝送を行うことができる。

【００３２】（実施例３）本発明の光素子は偏光無依存
という利点を有するので、これを光通信システムに応用
した場合その効果を発揮する。以下に実施例２による偏
波無依存な光増幅器（以下単に光増幅器という）をＮ対
Ｎ光通信システムに応用した例を示す。

【００３３】図５に、本発明の第５の実施例の構成を示
す。図５において１１１０，１１２０は送信端局１１５
０，１１７０は分岐合流器、１１６０は中継装置、１１
３０と１１４０は受信端局、１１８０，１１９０は光伝
送路である。送信端局１１１０，１１２０は、信号処理
部と電気光変換部を含む光送信部１１１１，１１２１
と、光送信部１１１１，１１２１からの光信号出力を増
幅するための光増幅器１１１２，１１２２より構成され
る。中継装置１１６０は光増幅器１１６１で構成されて
いる。受信端局１１３０，１１４０は、入力光信号を増
幅するための光増幅器１１３２，１１４２と、光電気変
換部と信号処理部を含む光受信部１１３１，１１４１よ
り構成されている。

【００３４】図５において、送信端局１１１０，１１２
０の光送信部１１１１及び１１２１より出力された光信
号は、光増幅器１１１２及び１１２２によりそれぞれ増
幅されて送信端局より出力される。その出力光信号は、
時分割多重、波長多重、あるいはＣＳＭＡ／ＣＤ等のあ
らかじめ決められた多重化方式を用いて、光伝送路１１
８０上で衝突しないように制御されて、分岐合流器１１
５０を通って光伝送路１１８０に送出される。光伝送路
中を光信号が伝送されると、光量が減衰するため、中継
装置１１６０で光信号を増幅させる。図５においては、
中継装置を１ヶ所配置してあるが、必要に応じて数ヶ所
配置しても良く、また中継装置が必要なければ用いなく
ても良い。中継装置１１６０で増幅された光信号は、光
伝送路１１９０を通って分岐合流器１１７０に入力さ
れ、多重化方式に応じた分離方法で分離されて受信端局
１１３０と１１４０に入力される。各受信端局１１３
０，１１４０に入力された光信号は、光伝送路１１９０
や分岐合流器１１７０でのロスを補うべく、光増幅器１
１３２，１１４２で増幅されて光受信部１１３１，１１
４１に入力される。このようにして送信端局１１１０か
ら受信端局１１３０への通信と、送信端局１１２０から
受信端局１１４０への通信が、１本の光伝送路を通して
行なわれる。

【００３５】図５においては、送信端局２台、受信端局
２台の例を示したが、分岐合流器１１５０，１１７０の
分岐数を増やして、送信端局Ｎ台、受信端局Ｎ台でＮ対
Ｎの通信も可能である。また、分岐合流器を用いず、１
対１の通信でも良い。

【００３６】図５に示す光増幅器は、全箇所に配置する
必要はなく、各部の光信号の減衰を補償する必要のある
ところに配置すれば良い。また全ての光増幅器が偏波無
依存である必要もなく、偏波変動の大きいところに偏波
無依存な光増幅器を、それ以外には普通の光増幅器を配
置する様にしてもかまわない。

【００３７】光通信システムにおいては光伝送路として
光ファイバを用いるのが一般的である。通常の光ファイ
バでは温度や曲り等によって出力部での偏光状態がゆら
ぐといったことが生じるが、本発明第２実施例による光
増幅器では偏光状態に依存せずに光信号の増幅を行なう
ことができるので偏光のゆらぎが生じても光通信システ
ムを安定に動作させることができる。

【００３８】（その他の実施例）実施例１、実施例２で
は、信号光を偏波状態が直交する２つの成分に分離する
偏波分離器を用いた例を示したが、特に偏波分離器を用
いる必要はなく、信号光を二等分する光分離器を用いて
もよい。

【００３９】この場合信号光は、偏波保存ファイバ中
を、直交する２つのモードの光として独立に伝送され、
一方は光導波路にＴＥモード光として結合し、他方はＴ
Ｍモード光として結合する。

【００４０】２つの偏波保存ファイバは、光分離器側で
は保存する偏波面が直交し、光導波路側では一致してい
るので、信号光のうち、片方の光導波路においてＴＥモ
ード光として結合する成分は、他方の光導波路において
はＴＭモード光として結合する。逆に、片方の光導波路
においてＴＭモード光として結合する成分は、他方の光
導波路においてはＴＥモード光として結合する。

【００４１】したがって、ＴＥモード光選択性を有する
導波型光素子を用いた場合、３ｄＢの損失があるもの
の、信号光の偏波状態に依存しない光素子を実現するこ
とができる。

【００４２】また前述の実施例では導波型光素子として
波長フィルタ、光増幅器を使う例を挙げたが、これらに
かぎるものではない。

【００４３】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、偏波
保存光ファイバと導波型光素子を組み合せる事によって
偏波無依存な光素子を実現する事が出来、偏波依存の大
きい導波型光素子を偏波無依存化する事が出来る。また
そのことから、偏波変動の大きい光通信システムにおい
て大きな効果を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における偏波無依存光素子を示す図。

【図２】図１中の導波型光素子の断面図。

【図３】実施例２における偏波無依存光素子を示す図

【図４】図３中の導波型光素子の断面図

【図５】実施例３の構成を示す図。

【符号の説明】

３，５，１０３，１０５，１１３，１１５偏波保存フ
ァイバ９，１１，１０９，１１１光導波路１，１０１偏波分離器１１７光合波器１１１２，１１２２，１１３２，１１４２，１１６１
偏波無依存光増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送路を介して伝送されてきた信号光
を直交する２種類の偏波成分に分離する偏波分離器と、
２本の偏波保存ファイバと、２つの光導波路を有する導
波型光素子からなり、２本の該偏波保存ファイバの両端
を、一方で保存する偏波面が直交するように、他方では
一致するように配置し、偏波面を直交させた側に該偏波
分離器を該偏波分離器によって分けられた２つの信号光
が各々の該偏波保存ファイバに結合するように配置し、
偏波面を一致させた側に該導波型光素子を各々の該偏波
保存ファイバからの出射光が各々の該光導波路に結合す
るように配置する偏波無依存光素子。
【請求項２】光伝送路を介して伝送されてきた信号光
を２つに分離する光分離器と、２本の偏波保存ファイバ
と、２つの光導波路を有する導波型光素子からなり、２
本の該偏波保存ファイバの両端を、一方で保存する偏波
面が直交するように、他方では一致するように配置し、
偏波面を直交させた側に該光分離器を該光分離器によっ
て分けられた２つの信号光が各々の該偏波保存ファイバ
に結合するように配置し、偏波面を一致させた側に該導
波型光素子を各々の該偏波保存ファイバからの出射光が
各々の該光導波路に結合するように配置する偏波無依存
光素子。
【請求項３】光伝送路を介して伝送されてきた信号光
を直交する２種類の偏波成分に分離する偏波分離器と、
第１の２本の偏波保存ファイバと、２つの光導波路を有
する導波型光素子と、第２の２本の偏波保存ファイバ
と、光合成器からなり、第１の２本の偏波保存ファイバ
の両端を、一方で保存する偏波面が直交するように、他
方では一致するように配置し、偏波面を直交させた側に
該偏波分離器を該偏波分離器によって分けられた２つの
信号光が各々の第１の２本の偏波保存ファイバに結合す
るように配置し、偏波面を一致させた側に該導波型光素
子を各々の第１の２本の偏波保存ファイバの出射光が各
々の該光導波路に結合するように配置し、第２の２本の
偏波保存ファイバの両端を、一方で保存する偏波面が一
致するように、他方では直交するように配置し、偏波面
を一致させた側に該導波型光素子を各々の該光導波路か
らの出射光が各々の第２の２本の偏波保存ファイバに結
合するように配置し、偏波面を直交させた側に該光合成
器を各々の第２の２本の偏波保存ファイバからの出射光
が合波されるように配置する偏波無依存光素子。
【請求項４】光伝送路を介して伝送されてきた信号光
を２つに分離する光分離器と、第１の２本の偏波保存フ
ァイバと、２つの光導波路を有する導波型光素子と、第
２の２本の偏波保存ファイバと、光合成器からなり、第
１の２本の偏波保存ファイバの両端を、一方で保存する
偏波面が直交するように、他方では一致するように配置
し、偏波面を直交させた側に該光分離器を該光分離器に
よって分けられた２つの信号光が各々の第１の２本の偏
波保存ファイバに結合するように配置し、偏波面を一致
させた側に該導波型光素子を各々の第１の２本の偏波保
存ファイバからの出射光が各々の該光導波路に結合する
ように配置し、第２の２本の偏波保存ファイバの両端
を、一方で保存する偏波面が一致するように、他方では
直交するように配置し、偏波面を一致させた側に該導波
型光素子を各々の該光導波路からの出射光が各々の第２
の２本の偏波保存ファイバに結合するように配置し、偏
波面を直交させた側に該光合成器を各々の第２の２本の
偏波保存ファイバからの出射光が合波されるように配置
する偏波無依存光素子。
【請求項５】請求項１乃至４に記載の偏波無依存光素
子を用いて構成される光通信システム。