JPH09211398A - 導波路型偏波スクランブラ - Google Patents

導波路型偏波スクランブラ

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JPH09211398A
JPH09211398A JP8022432A JP2243296A JPH09211398A JP H09211398 A JPH09211398 A JP H09211398A JP 8022432 A JP8022432 A JP 8022432A JP 2243296 A JP2243296 A JP 2243296A JP H09211398 A JPH09211398 A JP H09211398A
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JP
Japan
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waveguide
polarization
optical
dop
substrate
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JP8022432A
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Atsushi Toyohara
篤志 豊原
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 DOPを小さくし且つ低コスト化した導波路
型偏波スクランブラを得る。 【解決手段】 ニオブ酸リチウム基板1へチタンの熱拡
散により1本の直線導波路2が形成され、直線導波路2
の直上にバッファ層が形成される。さらに、バッファ層
の表面に端子3、4を有する光導波路素子が形成され、
端子3、4を介して光導波路素子に制御信号を印加する
ための素子駆動回路5が形成される。この光導波路素子
5の光入射端面に偏光回転子9を介して入射用光ファイ
バが光学的に結合される。偏光回転子9は、ファラデ回
転子偏光板6、電磁石7、磁石駆動回路8からなる。本
構成により、光導波路素子5を駆動するの素子制御周波
数と電磁石7を駆動する磁石駆動周波数とを制御するこ
とにより、容易にDOPを略ゼロとすることが可能とな
る。さらに、低コスト化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波路型偏波スク
ランブラに関し、特に、出力される偏光をランダム偏光
にする導波路型偏波スクランブラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、導波路型偏波スクランブラは一般
に、電気光学効果を有する基板を用いた導波路型光デバ
イスとして構成され、基板中に光導波路として屈折率の
高い部分が形成され、この導波路の上部又は近傍に電圧
を印加するための電極が形成されている。この電極に電
界を印加することにより、光導波路の光屈折率を変化さ
せ、光の位相や強度を変調したり、あるいは光路を切り
換えたりする。
【0003】導波路型光デバイスの例として、電気光学
効果を利用した導波路型偏波スクランブラの構造及び動
作について以下に説明する。
【0004】基板には強誘電体材料の中で比較的高い電
気光学効果を示すニオブ酸リチウム基板が一般的に用い
られている。ニオブ酸リチウムを用いた導波路型光デバ
イスは、基板にチタン膜を成膜し所望の導波路パターン
にパターニングした後、1000℃前後の高温で数時間
熱拡散して導波路を形成し、この上部に二酸化シリコン
バッファ層(以下SiO2 膜とも記す)を成膜し、さら
にその上部に金属膜により電極を形成することにより作
製される。また、SiO2 膜と金属膜の間にシリコン膜
(以下Si膜とも記す)を形成する場合もある。このよ
うな導波路型光デバイスは、基板上に光を変調する機能
や光路の切り替えを行う機能を集積化することが可能で
ある。
【0005】LN偏波スクランブラは入射された光の偏
波を時間的にランダム偏光に変換するものである。図4
は従来のLN偏波スクランブラの構成例を示している。
図5および図6は図4のA−A’断面であり、図6は電
圧印加時の電界分布を示している。さらに、図7は印加
電圧とDOPとの関係を示す図である。これらの図を用
いて構造・特性等を以下に説明する。
【0006】ニオブ酸リチウム基板に形成された直線導
波路22の導波路基板21の表面全体に成膜されたSi
2 膜のバッファ層32(図5を参照)を介して、クロ
ム・金からなる金属層の電極23、24が形成されてい
る。この直線導波路22及び電極23、24を有する導
波路基板21の両端面にはそれぞれ入力側光ファイバ3
0と出力側光ファイバ31が光学的に結合されている。
さらに、電極23、24には電圧を印加し信号を入力す
るための駆動回路25の出力端が接続されている。
【0007】電極23,24に外部から電圧を印加する
と、図6に示すように基板中に形成された直線導波路2
2に縦方向の電界(矢印で表示)が発生し、ニオブ酸リ
チウムのもつ電気光学効果により直線導波路22の屈折
率が変化し、導波路中の伝搬光の位相が変化する。
【0008】出力される光の偏光状態を表す指標として
DOP(Degree of Polarization)がある。これはある
一定時間内の偏光状態を表すもので、その値が0に近く
なる程その一定時間内ではランダム偏光であり、100
に近づくほど定偏光であることを表す。一般的には10
以下が要求されている。DOPを小さくするには以下の
方法が知られている。
【0009】(1)印加電圧とDOPの関係は図7の様
になる。このため、印加電圧を微調する事によりDOP
を最小値に下げることが出来る。 (2)導波路の偏光依存性をゼロにし、かつ、入射用フ
ァイバにPMFを使用しPMFの主軸を導波路の垂直方
向に対し45度傾けて光軸固定する。導波路の偏光依存
性がゼロでない場合には傾ける角度を45度から更に微
調整しDOPが最小になる角度で固定する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の2つの条件に関して、(1)は比較的簡単に制御
できる。しかし、(2)の導波路の偏光依存性の低減
は、プロセスの制御(例えばチタンの膜圧や幅、拡散時
間や拡散温度)に依存するため、高歩留まりでゼロを得
ることは非常に困難である。入射用ファイバの主軸調整
では調整時間がかかり特性の実現にはかなりのコストを
費やしている。
【0011】例えば、偏光依存性をゼロに近づけるため
に、Tiの膜厚や幅、拡散温度、拡散時間を制御して導
波路自身のTE,TMモードでの伝搬損失を等しくす
る。さらに偏光依存性による挿入損失差に応じファイバ
の固定角を調整する。
【0012】この主軸調整において、前者は角度調整の
工程で製造に非常に時間がかかり、また、後者はプロセ
ス条件のゆらぎにより高歩留まりで偏光依存性をゼロに
することが困難である問題点を伴う。
【0013】本発明は、DOPを小さくし且つ低コスト
化した導波路型偏波スクランブラを提供することを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の導波路型偏波スクランブラは、電気光学効
果を有する基板に形成された直線導波路と、基板の表面
の少なくとも導波路直上に形成されたバッファ層と、こ
のバッファ層の表面に形成された光導波路素子と、この
光導波路素子に制御信号を印加するための素子駆動回路
とを有し、光導波路素子の光入射端面に偏光回転子を介
して入射用光ファイバが光学的に結合されて構成された
ことを特徴としている。
【0015】また、上記の基板をニオブ酸リチウムまた
はニオブ酸タンタレートとし、直線導波路をチタンの熱
拡散により形成し、偏光回転子をファラデ回転子と電磁
石とこの電磁石を駆動する磁石駆動回路とを具備して構
成するとよい。
【0016】さらに、上記制御信号の素子制御周波数f
v と磁石駆動周波数fH とが、fv≦fH の関係を有す
る様に構成するとよい。
【0017】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる導波路型偏波スクランブラの実施の形態を詳細に説
明する。図1〜図3を参照すると本発明の導波路型偏波
スクランブラの一実施形態が示されている。図1は、本
実施形態の基本的な構成例を示す図である。また、図2
および図3は、本実施形態による導波路型偏波スクラン
ブラにおける素子制御周波数fv 、および磁石駆動周波
数fH とDOPとの関係の測定結果例を表す図である。
【0018】図1において、ニオブ酸リチウム基板(以
降、単に基板とも言う)1にチタン約80nmの厚さで
成膜し、幅9μmの直線導波路となるようパターニング
する。その後、基板1を約1050℃で6時間熱拡散し
て1本の直線導波路2を形成した。基板1の表面にはS
iO2 膜のバッファ層を成膜しさらにその上部にクロム
を50nm、金を250nmだけスパッタにより成膜し
電極3、4を形成した。電極3、4には光導波路素子の
素子駆動回路5が接続されている。
【0019】基板1の入射端面と入射ファイバ10の間
は、ファラデ回転子偏光板6、電磁石7、磁石駆動回路
8からなる偏光回転子9を介して光学的に結合させた。
また基板1の出射端面と出射用ファイバ11も光学的に
結合している。なお使用したファラデ回転子偏光板6の
飽和磁界に達する電圧は約2Vである。
【0020】上記の構成において素子駆動回路5の出力
電圧の周波数である素子制御周波数fv を100Hzに
設定し、出力電圧7V(図7のVd相当)、三角波を出
力した。この場合、積算時間は10msである。このと
き電磁石7を駆動する磁石駆動回路8の出力を2.2V
とし、磁石駆動周波数fH を1Hz〜1kHzまで可変
とし、DOPの変化を測定した。
【0021】素子制御周波数fv 、磁石駆動周波数fH
とDOPとの関係において、入射偏光が無偏光状態にな
ればDOPを小さくすることが出来る。本実施形態では
本光導波路型光デバイスの制御方法に着目して、DOP
を等価的にゼロになるように制御する。以下にDOPと
制御方式について説明する。
【0022】DOPは以下の式で定義される。 DOP=(S12+S22+S321/2 /S0 上式において、各記号は下記となる。 S1 =a12−a22 S2 =2 a1 a2 cosδ S3 =2 a1 a2 sinδ S0 =a12+a22
【0023】但し、導波路素子の端面への入射電界をE
x,Eyとすると、 Ex=a1 ・cos(wt +δ1 ) Ey=a2 ・cos(wt +δ2 ) δ=δ1 −δ2
【0024】DOPは通常あるサンプリング時間ts内
で積算され、その総和量で表示される。サンプリング時
間tsの中の微小時間tsi のストークスパラメータを
S1i,S2i,S3i,S0iとするとDOPは、下記の式で
表される。
【0025】
【数1】
【0026】この式から入射偏光がサンプリング時間t
s内でランダムすなわち無偏光であれば、分子の各項目
がゼロになるためDOPはゼロになる。
【0027】本実施形態では分子をゼロにする方法とし
て、入射ファイバと導波路の入射端面の間にファラデ回
転子偏光板6を挿入し、ファラデ回転子偏光板6に作用
させる磁界の強さを磁石駆動周波数fH により時間的に
変化させ、導波路への入射偏光を常に回転させる方式を
採用した。さらに導波路に印加する制御電圧の素子制御
周波数fv とし、fv ≦fH で駆動することによりDO
Pをゼロにすることが可能になる。
【0028】上記実施形態の測定結果例を図2および図
3に示す。これらの図からわかるようにDOPはfv ≦
fH の範囲でゼロであり、従来の方法(DOP≦10)
に比べて非常に低い値に制御できる。同様にfH /fv
とDOPとの相関を図3に示す。本図からfH /fv ≦
1でもDOPはほぼゼロとなっていることがわかる。
【0029】また、コストは、基板1の歩留まりや光軸
の角度調整時間が大幅に低減され、偏光回転子9の資材
費上昇分を加味しても全体として約80%以上のコスト
ダウンが可能となる。
【0030】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。
【0031】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の導波路型偏波スクランブラは、電気光学効果を有する
基板に直線導波路が形成され、基板の表面の少なくとも
導波路直上にバッファ層が形成され、このバッファ層の
表面に光導波路素子が形成され、光導波路素子に制御信
号を印加するための素子駆動回路を有する。この光導波
路素子の光入射端面に偏光回転子を介して入射用光ファ
イバが光学的に結合されて構成される。上記の構成によ
れば、偏光回転子により入射光の偏光状態を制御し、容
易にDOPをほぼゼロとすることが可能となる。DOP
を小さくし且つ低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導波路型偏波スクランブラの実施形態
の基本的な構成例を示す図である。
【図2】素子制御周波数fv 、磁石駆動周波数fH とD
OPとの関係を示すグラフ1である。
【図3】素子制御周波数fv 、磁石駆動周波数fH とD
OPとの関係を示すグラフ2である。
【図4】従来のマッハツェンダ型光変調器の構成例を示
す図である。
【図5】図4のA−A’断面である。
【図6】図5において電圧印加時の電界分布を示してい
る。
【図7】図6の印加電圧とDOPの相関を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 ニオブ酸リチウム基板 2 直線導波路 3、4 電極 5 素子駆動回路 6 ファラデ回転子偏光板 7 電磁石 8 磁石駆動回路 9 偏光回転子 10 入力側光ファイバ 11 出力側光ファイバ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を有する基板に形成された
    直線導波路と、 前記基板の表面の少なくとも導波路直上に形成されたバ
    ッファ層と、 該バッファ層の表面に形成された光導波路素子と、 該光導波路素子に制御信号を印加するための素子駆動回
    路とを有し、 前記光導波路素子の光入射端面に偏光回転子を介して入
    射用光ファイバが光学的に結合されて構成されたことを
    特徴とする導波路型偏波スクランブラ。
  2. 【請求項2】 前記基板はニオブ酸リチウムまたはニオ
    ブ酸タンタレートであることを特徴とする請求項1記載
    の導波路型偏波スクランブラ。
  3. 【請求項3】 前記直線導波路はチタンの熱拡散により
    形成されたことを特徴とする請求項1または2記載の導
    波路型偏波スクランブラ。
  4. 【請求項4】 前記偏光回転子はファラデ回転子と電磁
    石と該電磁石を駆動する磁石駆動回路とからなることを
    特徴とする請求項1から3何れか1項に記載の導波路型
    偏波スクランブラ。
  5. 【請求項5】 前記制御信号の素子制御周波数fv と前
    記磁石駆動回路の磁石駆動周波数fH とが、fv ≦fH
    の関係を有することを特徴とする請求項4記載の導波路
    型偏波スクランブラ。
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9544087B2 (en) 2014-06-12 2017-01-10 Fujitsu Limited Amplifying device, receiving device, and amplification method

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19980616