JPH1090538A - 曲がり導波路型半導体偏波回転素子 - Google Patents
曲がり導波路型半導体偏波回転素子Info
- Publication number
- JPH1090538A JPH1090538A JP24451396A JP24451396A JPH1090538A JP H1090538 A JPH1090538 A JP H1090538A JP 24451396 A JP24451396 A JP 24451396A JP 24451396 A JP24451396 A JP 24451396A JP H1090538 A JPH1090538 A JP H1090538A
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- Japan
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- waveguide
- curvature
- block
- radius
- center
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェハ面積低減可能な半導体偏波回転素子を
提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体基板上に光導波路層を有した光導
波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α（０°＜
α＜１８０°）で規定される曲がり導波路Ｘと、中心の
曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波路Ｙと
が、直接に、或いは、直線導波路Ｚの両端に滑らかに接
合した一つのブロックを形成し、このブロックが複数個
繰り返される構造を有しており、Ｒcα＝ＲuβかつＲc
＜Ｒuなる関係が成立することを特徴とする。
提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体基板上に光導波路層を有した光導
波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α（０°＜
α＜１８０°）で規定される曲がり導波路Ｘと、中心の
曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波路Ｙと
が、直接に、或いは、直線導波路Ｚの両端に滑らかに接
合した一つのブロックを形成し、このブロックが複数個
繰り返される構造を有しており、Ｒcα＝ＲuβかつＲc
＜Ｒuなる関係が成立することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光交換、
光情報処理等に用いる曲がり導波路型半導体偏波回転素
子に関する。
光情報処理等に用いる曲がり導波路型半導体偏波回転素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信、光交換、光情報処理といった光
を利用したシステムの構築を考えると、光ファイバや光
導波路、光スイッチ、光受光器、光増幅器等の光素子が
必要不可欠になる。これらの素子は、光ファイバと結合
したり、集積化を行うことで実用的部品にする必要があ
る。
を利用したシステムの構築を考えると、光ファイバや光
導波路、光スイッチ、光受光器、光増幅器等の光素子が
必要不可欠になる。これらの素子は、光ファイバと結合
したり、集積化を行うことで実用的部品にする必要があ
る。
【０００３】特に集積化することは、μｍ精度で必要と
される光ファイバと半導体素子との光軸合わせを省くこ
とができるので、堅牢となり信頼性の増加が予想でき
る。ところで通常の光ファイバにおいては光源からの偏
波面を維持する機能は有しておらず、半導体スイッチや
半導体レーザ型光増幅器といった光機能素子に入力され
るときには、環境の変化に応じて信号光の偏波状態が変
動する可能性がある。
される光ファイバと半導体素子との光軸合わせを省くこ
とができるので、堅牢となり信頼性の増加が予想でき
る。ところで通常の光ファイバにおいては光源からの偏
波面を維持する機能は有しておらず、半導体スイッチや
半導体レーザ型光増幅器といった光機能素子に入力され
るときには、環境の変化に応じて信号光の偏波状態が変
動する可能性がある。
【０００４】しかしながら上記のような半導体デバイス
の導波構造は一般に導波層または活性層が等方的でな
く、幅が数ミクロンあるのに対して厚みがサブミクロン
オーダーであることや、導波層のスイッチング特性また
は活性層の増幅特性が偏波状態によって異なる。そのた
め入力信号光の偏波状態によって出力特性が大きく変動
する。
の導波構造は一般に導波層または活性層が等方的でな
く、幅が数ミクロンあるのに対して厚みがサブミクロン
オーダーであることや、導波層のスイッチング特性また
は活性層の増幅特性が偏波状態によって異なる。そのた
め入力信号光の偏波状態によって出力特性が大きく変動
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、偏波依存性を
解消する方法として、偏波ダイバーシティの例が報告さ
れている（H.Heidrich, F.Fidorra, M.Hamacher, K.Kai
ser, K.Li, D.Trommer,and G. Unterborrsch: "Monolit
hically Integrated Heterodyne Receivers based on I
nP", 20th European Conference on Optical Communica
tion(ECOC'94),pp.77-80,1994) 。
解消する方法として、偏波ダイバーシティの例が報告さ
れている（H.Heidrich, F.Fidorra, M.Hamacher, K.Kai
ser, K.Li, D.Trommer,and G. Unterborrsch: "Monolit
hically Integrated Heterodyne Receivers based on I
nP", 20th European Conference on Optical Communica
tion(ECOC'94),pp.77-80,1994) 。
【０００６】この報告では、図３に示すように、ＴＥ成
分で発振する局発光源の出力にＴＭ成分を持たせるため
偏波回転素子を集積化している。図３に示す偏波回転素
子は左右非対称な導波路が、その左右を反転させた導波
路を特定の周期をもって交互に並べられた形を持つ。図
３中のＡの位置での断面を示したものが図４である。図
３中のＢの位置での断面は、図４に対して左右（ｙ軸に
対して）反転した構造となる。
分で発振する局発光源の出力にＴＭ成分を持たせるため
偏波回転素子を集積化している。図３に示す偏波回転素
子は左右非対称な導波路が、その左右を反転させた導波
路を特定の周期をもって交互に並べられた形を持つ。図
３中のＡの位置での断面を示したものが図４である。図
３中のＢの位置での断面は、図４に対して左右（ｙ軸に
対して）反転した構造となる。
【０００７】図４において、１１はｎ−ＩnＰ基板、１
２はバンドギャップ波長１．３μｍ帯のＩnＧaＡsＰ導
波層、１３はＩnＰクラッド層である。一般的にＴＥ偏
波成分はｘ方向に、ＴＥ偏波成分はｙ方向（ｘ方向から
見て９０°の方向）に電界を有しているので通常は直交
しており、結合成分を有していない。
２はバンドギャップ波長１．３μｍ帯のＩnＧaＡsＰ導
波層、１３はＩnＰクラッド層である。一般的にＴＥ偏
波成分はｘ方向に、ＴＥ偏波成分はｙ方向（ｘ方向から
見て９０°の方向）に電界を有しているので通常は直交
しており、結合成分を有していない。
【０００８】そこで、図４に示された左右非対称性を持
たせた構造を採ることで、界分布にも非対称性が生じＴ
Ｅ偏波成分とＴＭ偏波成分の結合が生じる（境界部の接
続条件でｘ方向とｙ方向の境界成分が結合を起こす）。
この結合成分が、ＴＥ偏波成分⇔ＴＭ偏波成分での界分
布の移行をもたらし、偏波面に対する回転成分を生じさ
せる。
たせた構造を採ることで、界分布にも非対称性が生じＴ
Ｅ偏波成分とＴＭ偏波成分の結合が生じる（境界部の接
続条件でｘ方向とｙ方向の境界成分が結合を起こす）。
この結合成分が、ＴＥ偏波成分⇔ＴＭ偏波成分での界分
布の移行をもたらし、偏波面に対する回転成分を生じさ
せる。
【０００９】図４とその反転した構造を１ブロックとし
て直線偏波光を入射した場合、この１ブロックを通過後
は入射状態から角度θだけ回転された直線偏波光に変換
される。そこで図３の様に、例えばｎ個のブロックを並
べることでｎθという大きな回転角を得ることができ
る。
て直線偏波光を入射した場合、この１ブロックを通過後
は入射状態から角度θだけ回転された直線偏波光に変換
される。そこで図３の様に、例えばｎ個のブロックを並
べることでｎθという大きな回転角を得ることができ
る。
【００１０】しかし図３の構造ではＴＥ偏波成分とＴＭ
偏波成分の結合効率が非常に小さいのでθも小さくな
り、素子長が大きくなってしまう。なお、図４とその反
転した構造を１ブロックとして考える必要があるのは、
回析格子の凹凸と同様に、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分
との結合に逆位相（符号の反転）を与えるためである。
偏波成分の結合効率が非常に小さいのでθも小さくな
り、素子長が大きくなってしまう。なお、図４とその反
転した構造を１ブロックとして考える必要があるのは、
回析格子の凹凸と同様に、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分
との結合に逆位相（符号の反転）を与えるためである。
【００１１】図５は別の断面構成の報告例で、ＴＥ偏波
成分とＴＭ偏波成分との間の結合をもたらすために導波
路の一部分をエッチングによって段差を設け、導波路に
斜めになった部分を持たせている。それに伴い界分布の
一番強い導波路部分で斜め成分を有するため、ＴＥ偏波
成分とＴＭ偏波成分の結合効率を高めることができる。
成分とＴＭ偏波成分との間の結合をもたらすために導波
路の一部分をエッチングによって段差を設け、導波路に
斜めになった部分を持たせている。それに伴い界分布の
一番強い導波路部分で斜め成分を有するため、ＴＥ偏波
成分とＴＭ偏波成分の結合効率を高めることができる。
【００１２】しかし、斜めの角度を制御良く作製できな
いため、作製の歩留りを高くすることができないという
問題点が生じていた。そこで、図６に示す別構造の偏波
回転素子の報告例がある（C.van Dam, L.H.Spiekman,
F.P.G.M.van Ham, F.H.Groen, J.J.G.M.vander Tol,I.M
oerman, W.W.Pascher, M.Hamacher, H.Heidrich,C.M.We
inert, and M.K.Smit:"Novel compactInP-based polari
zation converters using ultra short bends", Integr
ated Photonics Research(IPR'96), pp.468-471,1996)
。図７は、その断面図である。
いため、作製の歩留りを高くすることができないという
問題点が生じていた。そこで、図６に示す別構造の偏波
回転素子の報告例がある（C.van Dam, L.H.Spiekman,
F.P.G.M.van Ham, F.H.Groen, J.J.G.M.vander Tol,I.M
oerman, W.W.Pascher, M.Hamacher, H.Heidrich,C.M.We
inert, and M.K.Smit:"Novel compactInP-based polari
zation converters using ultra short bends", Integr
ated Photonics Research(IPR'96), pp.468-471,1996)
。図７は、その断面図である。
【００１３】この構造では、二つの円弧を滑らかにつな
げた構造となっており、一方の導波路中を光が反時計回
りに伝搬するとすれば、他方の導波路では光が時計回り
に伝搬することになる。曲がり導波路では、外周方向に
界分布が染み出してゆくことを摂動として取り扱えるの
で、二つの円弧状の導波路が上記のブロックを構成する
と考えられる。
げた構造となっており、一方の導波路中を光が反時計回
りに伝搬するとすれば、他方の導波路では光が時計回り
に伝搬することになる。曲がり導波路では、外周方向に
界分布が染み出してゆくことを摂動として取り扱えるの
で、二つの円弧状の導波路が上記のブロックを構成する
と考えられる。
【００１４】中心の曲率半径をＲc、中心角をαとする
と、この構造では、ブロックをｎ段重ねることで入口と
出口におけるｘ座標の値（＝ｎＲc・sin2（α/2))が大
きく異なる可能性が生じる。このことは、この素子の占
めるウェハ面積（ｘｚ面内）の増大を意味すると共にフ
ァイバとの両側調芯に不具合が起こるので、改良が望ま
れていた。
と、この構造では、ブロックをｎ段重ねることで入口と
出口におけるｘ座標の値（＝ｎＲc・sin2（α/2))が大
きく異なる可能性が生じる。このことは、この素子の占
めるウェハ面積（ｘｚ面内）の増大を意味すると共にフ
ァイバとの両側調芯に不具合が起こるので、改良が望ま
れていた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の曲がり導波路型半導体偏波回転素子は、半導体基
板上に光導波路層を有した光導波路において、中心の曲
率半径Ｒc、中心角α（０°＜α＜１８０°）で規定さ
れる曲がり導波路と、中心の曲率半径Ｒu、中心角βで
規定される曲がり導波路とが、直接に、或いは、直線導
波路の両端に滑らかに接合した一つのブロックを形成
し、このブロックが複数個繰り返される構造を有してお
り、下記関係が成立することを特徴とする。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu
発明の曲がり導波路型半導体偏波回転素子は、半導体基
板上に光導波路層を有した光導波路において、中心の曲
率半径Ｒc、中心角α（０°＜α＜１８０°）で規定さ
れる曲がり導波路と、中心の曲率半径Ｒu、中心角βで
規定される曲がり導波路とが、直接に、或いは、直線導
波路の両端に滑らかに接合した一つのブロックを形成
し、このブロックが複数個繰り返される構造を有してお
り、下記関係が成立することを特徴とする。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu
【００１６】〔作用〕本発明においては、ｘ方向のずれ
は全体として、下式で表される。
は全体として、下式で表される。
【００１７】
【数１】
【００１８】この値をｎＲc・sin2（α/2)よりも小さく
なるようにαとβを設定することで、偏波回転の効率を
殆ど変化することなく、本素子の占めるウェハ面積（ｘ
ｚ平面）の低減を実現できる。
なるようにαとβを設定することで、偏波回転の効率を
殆ど変化することなく、本素子の占めるウェハ面積（ｘ
ｚ平面）の低減を実現できる。
【００１９】
〔実施例１〕本発明の第一の実施例に係る半導体偏波回
転素子を図１に示す。同図において、２１はＩnＰ基
板、２５はバンドギャップ波長１．３μｍ帯のＩnＧaＡ
sＰ導波層（０．３μｍ厚）、２４，２６はＩnＰサイド
クラッド層（それぞれ０．２μｍ、１．０μｍ厚）であ
り、リッジ幅は２μｍである。ここでは、対比のため
に、図７と同一な断面構造とした。
転素子を図１に示す。同図において、２１はＩnＰ基
板、２５はバンドギャップ波長１．３μｍ帯のＩnＧaＡ
sＰ導波層（０．３μｍ厚）、２４，２６はＩnＰサイド
クラッド層（それぞれ０．２μｍ、１．０μｍ厚）であ
り、リッジ幅は２μｍである。ここでは、対比のため
に、図７と同一な断面構造とした。
【００２０】ここで、中心の曲率半径Ｒc、中心角α
（０°＜α＜１８０°）で規定される曲がり導波路Ｘ
と、中心の曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり
導波路Ｙとが滑らかに接合した一つのブロックを形成
し、このブロックがｎ個繰り返される構造を有し、下記
関係が成立する。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu
（０°＜α＜１８０°）で規定される曲がり導波路Ｘ
と、中心の曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり
導波路Ｙとが滑らかに接合した一つのブロックを形成
し、このブロックがｎ個繰り返される構造を有し、下記
関係が成立する。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu
【００２１】具体例として、Ｒc＝５０μｍ、Ｒu＝１８
０μｍ、α＝９０°、β＝２５°、ｎ＝４に設定したと
ころ８５°の偏波回転を実現した。一方、図６に示す従
来の偏波回転素子において、Ｒc＝５０μｍ、α＝９０
°とした場合に比べ、本実施例では、ｘ方向における領
域を約１００μｍ縮小できた。
０μｍ、α＝９０°、β＝２５°、ｎ＝４に設定したと
ころ８５°の偏波回転を実現した。一方、図６に示す従
来の偏波回転素子において、Ｒc＝５０μｍ、α＝９０
°とした場合に比べ、本実施例では、ｘ方向における領
域を約１００μｍ縮小できた。
【００２２】〔実施例２〕本発明の第二の実施例に係る
半導体偏波回転素子を図２に示す。本実施例では、直線
導波路Ｚの両端に二つの曲がり導波路Ｘ，Ｙを滑らかに
接合したものである。
半導体偏波回転素子を図２に示す。本実施例では、直線
導波路Ｚの両端に二つの曲がり導波路Ｘ，Ｙを滑らかに
接合したものである。
【００２３】即ち、中心の曲率半径Ｒcで規定される曲
がり導波路Ｘと、中心の曲率半径Ｒuで規定される曲が
り導波路Ｙとの間に、同一断面構造を持つ直線導波路Ｚ
を挿入したものである。その他のパラメータは、実施例
１と同様である。本実施例においても８５°の偏波回転
を実現できた。
がり導波路Ｘと、中心の曲率半径Ｒuで規定される曲が
り導波路Ｙとの間に、同一断面構造を持つ直線導波路Ｚ
を挿入したものである。その他のパラメータは、実施例
１と同様である。本実施例においても８５°の偏波回転
を実現できた。
【００２４】上述した実施例においてはＩnＰ基板上の
ＩnＧaＡsＰ材料系について記述したが、他の材料系を
用いることによっても、同様な効果を得ることができ
る。材料系等の選択により、任意の動作波長に設定する
ことが可能である。更に、本実施例における断面構造は
任意であり、また、作製の都合上エッチングストップ層
としてのＩnＰ、ＩnＧaＡsＰ等の薄層を用いることも可
能である。
ＩnＧaＡsＰ材料系について記述したが、他の材料系を
用いることによっても、同様な効果を得ることができ
る。材料系等の選択により、任意の動作波長に設定する
ことが可能である。更に、本実施例における断面構造は
任意であり、また、作製の都合上エッチングストップ層
としてのＩnＰ、ＩnＧaＡsＰ等の薄層を用いることも可
能である。
【００２５】なお、リッジ部に対して複数の導波層を有
する場合や角導波層の組成が異なっていても、また、全
ての導波層が同一組成であっても構わない。また、本発
明においても、素子上に電極を追加する手法が有効であ
ることは言うまでもない。
する場合や角導波層の組成が異なっていても、また、全
ての導波層が同一組成であっても構わない。また、本発
明においても、素子上に電極を追加する手法が有効であ
ることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、半導体基板上に光導波路層を有
した光導波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α
（０°＜α＜１８０°）で規定される曲がり導波路と、
中心の曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波
路とが、直接に、或いは、直線導波路の両端に滑らかに
接合した一つのブロックを形成し、このブロックが複数
個繰り返される構造を有しており、Ｒcα＝Ｒuβ かつ
Ｒc＜Ｒuなる関係が成立するため、ウェハ面積の低減
可能な偏波回転素子を提供することができる。
たように、本発明では、半導体基板上に光導波路層を有
した光導波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α
（０°＜α＜１８０°）で規定される曲がり導波路と、
中心の曲率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波
路とが、直接に、或いは、直線導波路の両端に滑らかに
接合した一つのブロックを形成し、このブロックが複数
個繰り返される構造を有しており、Ｒcα＝Ｒuβ かつ
Ｒc＜Ｒuなる関係が成立するため、ウェハ面積の低減
可能な偏波回転素子を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る曲がり導波路型半
導体偏波回転素子の斜視図である。
導体偏波回転素子の斜視図である。
【図２】本発明の第二の実施例に係る曲がり導波路型半
導体偏波回転素子の斜視図である。
導体偏波回転素子の斜視図である。
【図３】従来の半導体偏波路回転素子の斜視図である。
【図４】従来例の断面図である。
【図５】従来例の断面図である。
【図６】従来の偏波回転素子の斜視図である。
【図７】従来の偏波回転素子の断面図である。
１１ ｎ−ＩnＰ基板 １２ ＩnＧaＡsＰ導波層 １３ ＩnＰクラッド層 ２１ ＩnＰ基板 ２５ ＩnＧaＡsＰ導波層 ２４，２６ ＩnＰサイドクラッド層 Ｘ，Ｙ 曲がり導波路 Ｚ 直線導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 直人 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に光導波路層を有した光導
波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α（０°＜
α＜１８０°）で規定される曲がり導波路と、中心の曲
率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波路とが滑
らかに接合した一つのブロックを形成し、このブロック
が複数個繰り返される構造を有しており、下記関係が成
立することを特徴とする曲がり導波路型半導体偏波回転
素子。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu - 【請求項２】 半導体基板上に光導波路層を有した光導
波路において、中心の曲率半径Ｒc、中心角α（０°＜
α＜１８０°）で規定される曲がり導波路と、中心の曲
率半径Ｒu、中心角βで規定される曲がり導波路とが直
線導波路の両端に滑らかに接合した一つのブロックを形
成し、このブロックが複数個繰り返される構造を有して
おり、下記関係が成立することを特徴とする曲がり導波
路型半導体偏波回転素子。 Ｒcα＝Ｒuβ かつ Ｒc＜Ｒu
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24451396A JPH1090538A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 曲がり導波路型半導体偏波回転素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24451396A JPH1090538A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 曲がり導波路型半導体偏波回転素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090538A true JPH1090538A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17119804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24451396A Pending JPH1090538A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 曲がり導波路型半導体偏波回転素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090538A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017518524A (ja) * | 2014-03-31 | 2017-07-06 | ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド | 一連のベンドを備える導波路型偏光子のための装置および方法 |
| JP2017215526A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 日本電気株式会社 | 光導波路構造、光導波路、及び光集積回路 |
| CN107608026A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-19 | 中国计量大学 | 基于蛇型结构的太赫兹偏振多模旋转器 |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP24451396A patent/JPH1090538A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017518524A (ja) * | 2014-03-31 | 2017-07-06 | ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド | 一連のベンドを備える導波路型偏光子のための装置および方法 |
| JP2017215526A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 日本電気株式会社 | 光導波路構造、光導波路、及び光集積回路 |
| CN107608026A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-19 | 中国计量大学 | 基于蛇型结构的太赫兹偏振多模旋转器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030218 |