JPS62299913A - Waveguide type polarizer - Google Patents
Waveguide type polarizerInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
〔概 要〕
本発明は、光導波路を伝搬するＴＥモード及びＴＭモー
ドの２種類の偏光のうちどちから一方のみを透過させる
ようにした導波路形偏光子において、光導波路の近傍に
、先導波路の屈折率と等しい（もしくはほぼ等しい）屈
折率を持つ膜を配置し、この膜を介して上記２つのモー
ドのいずれが一方を放射させるようにしたことにより、
製造工程の簡単化を可能にするとともに、材料面におけ
る制約を少なくしたものである。Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Summary] The present invention provides a light guide that transmits only one of two types of polarized light, TE mode and TM mode, which propagate in an optical waveguide. In the wave-shaped polarizer, a film having a refractive index equal to (or almost equal to) the refractive index of the leading waveguide is placed near the optical waveguide, and one of the two modes is radiated through this film. By doing so,
This simplifies the manufacturing process and reduces restrictions on materials.
（産業上の利用分野〕
本発明は、特に光築積回路内に使用され、導波路中を伝
搬する光に対してＴＥモードフィルタ（もしくはＴ”Ｍ
モードフィルタ）として作用する導波路形偏光子に関す
る。(Industrial Application Field) The present invention is particularly useful in optical integrated circuits, and applies to TE mode filters (or T"M filters) for light propagating in waveguides.
This invention relates to a waveguide polarizer that acts as a mode filter.
現在、一般の光学系に使用される偏光子と同様に、光集
積回路においても、導波路形の偏光子が要望されている
。Currently, similar to polarizers used in general optical systems, waveguide-type polarizers are in demand for optical integrated circuits as well.
ＴＥモードフィルタとして作用する、従来の導波路形偏
光子を第４図（ａ）〜（Ｃ）に示す。A conventional waveguide polarizer that acts as a TE mode filter is shown in FIGS. 4(a) to 4(c).
同図ｆａ）ば、導波路１上に金属クラッド２を配置した
ものである。このようにすれば、導波路１中を伝搬する
光のうち、ＴＭモート′の偏光ば金属クラッド２に吸収
されるが、ＴＥモードの偏光はほとんど吸収されずにそ
のまま透過する。In the figure fa), a metal cladding 2 is placed on a waveguide 1. In this way, among the light propagating through the waveguide 1, the polarized light of the TM mode' is absorbed by the metal cladding 2, but the polarized light of the TE mode is hardly absorbed and is transmitted as is.
同図ｔｂｌは、ガラス導波路１１上に、例えば方解石等
の異方性光学結晶１２を配置したものである。In FIG. tbl, an anisotropic optical crystal 12 such as calcite is placed on a glass waveguide 11.
異方性光学結晶１２は、同図に示すように、方向によっ
て屈折率が異なる（Ｘ方向はｎｏ、ｚ方向ばｒＪ４ ）
。ガラス導波路１１の屈折率をｎ９とすれば、ｎＯ＞ｎ
ｇ＞ｎｇの関係がある。すると、１Ｍモードに対しては
、異方性光学結晶１２の屈折率はｎｏとなり、導波路１
１の屈折率ｎｓよりも大きくなるので、光を閉込める作
用がなくなり、そのまま放射してしまう。一方、ＴＥモ
ードに対しては、異方性光学結晶１２の屈折率はｎｅ
（＜ｎ、）となるので、光は導波路１１内に閉じ込め
られ、放射されずにそのまま取り出される。As shown in the figure, the anisotropic optical crystal 12 has a refractive index that differs depending on the direction (no in the X direction and rJ4 in the z direction).
. If the refractive index of the glass waveguide 11 is n9, then nO>n
There is a relationship of g>ng. Then, for the 1M mode, the refractive index of the anisotropic optical crystal 12 becomes no, and the waveguide 1
Since the refractive index is larger than ns of 1, there is no effect of confining light, and the light is emitted as is. On the other hand, for the TE mode, the refractive index of the anisotropic optical crystal 12 is ne
(<n,), so the light is confined within the waveguide 11 and is extracted as it is without being radiated.
同図ｔｃ）は、上記の場合とは逆に、異方性（ｙ方向の
屈折率ｎｏ、ｚ方向の屈折率ｎｅ−）を持つＴｉ拡散Ｌ
ｉＮｂ０！ 導波路２１上に、高屈折率ｎｃ（ｎｏ＞ｎ
Ｃ＞ｎ４）を持つＮｂ２Ｏ５膜２２を配置したものであ
る。この場合も、屈折率の大小関係から、１Ｍモードに
対しては光の閉じ込め作用がなくなり、ＴＥモードだけ
が放射することなくそのまま透過する。tc) in the same figure shows a Ti diffused L with anisotropy (refractive index no in the y direction, refractive index ne in the z direction), contrary to the above case.
iNb0! On the waveguide 21, a high refractive index nc (no>n
In this example, an Nb2O5 film 22 having a relationship (C>n4) is arranged. In this case as well, due to the magnitude relationship of the refractive index, there is no light confinement effect for the 1M mode, and only the TE mode is transmitted as is without being emitted.
上記従来の導波路形偏光子においては、いずれの場合も
、導波路に対してこれとは屈折率の異なる物質を配置す
る必要があるため、製造工程が複雑になるという問題点
があった。また、第４図（ｂ）。In any of the above conventional waveguide polarizers, there is a problem in that the manufacturing process becomes complicated because it is necessary to arrange a substance with a different refractive index in the waveguide. Also, FIG. 4(b).
（Ｑ）に示した例では、異方性結晶を使わなければなら
ないという制約もあった。In the example shown in (Q), there was also a restriction that an anisotropic crystal had to be used.
本発明は、上記問題点に鑑み、製造工程の簡単化が可能
であって、しかも材料面における制約の少ない導波路形
偏光子を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a waveguide-type polarizer that can simplify the manufacturing process and has fewer restrictions in terms of materials.
本発明は、導波路の近傍に、導波光の等価屈折率と等し
い（もしくはほぼ等しい）屈折率を持つ膜を配置し、導
波路を伝搬する２種類の偏光（ＴＥモモ−’、１Ｍモー
ド）のうちの一方を、上記膜を介して放射させるように
したものである。In the present invention, a film having a refractive index equal to (or almost equal to) the equivalent refractive index of the guided light is arranged near the waveguide, and two types of polarized light (TE momo-', 1M mode) propagating through the waveguide are provided. One of the two is emitted through the film.
本発明の作用を第１図を用いて説明する。同図において
、導波路の屈折率をｎ４ 、その隣接層の屈折路をｎｃ
ｌ＋ Ｃ２（＜ｎ４）とする。この導波率を伝Ｉｌ
！する光の偏光状態には、ＴＥモードと１Ｍモードの２
つがあるが、第１図（ａｌ、 （ｂｌにそれぞれ示すよ
うに、導波路から隣接層へのしみ出−５＝
し量は、ＴＥモードよりも１Ｍモードの方が大きい。よ
って、導波路の近傍に、その屈折率ｎ（と等しい（もし
くはほぼ等しい）屈折率ｎｓを持つ膜を配置すれば、１
Ｍモードの方はしみ出した光が上記膜を介して多く放射
され、一方、ＴＥモードの方はほとんど放射されずに、
はぼそのまま導波路内を透過していく。従って、このよ
うな構造は、１Ｍモードを除去してＴＥモードだけを取
り出す偏光子として作用することになる。The operation of the present invention will be explained using FIG. In the same figure, the refractive index of the waveguide is n4, and the refraction path of the adjacent layer is nc.
Let l+C2(<n4). This waveguide is transmitted Il
! There are two polarization states of the light: TE mode and 1M mode.
However, as shown in Figure 1 (al, (bl), the amount of leakage from the waveguide to the adjacent layer is larger in the 1M mode than in the TE mode. If a film with a refractive index ns equal to (or almost equal to) the refractive index n is placed nearby, 1
In the M mode, much of the seeped light is emitted through the film, while in the TE mode, almost no light is emitted,
The light passes through the waveguide almost unchanged. Therefore, such a structure acts as a polarizer that removes the 1M mode and extracts only the TE mode.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第２図＋ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例を示す
平面図および八−Ａ断面図である。同図では、屈折率ｎ
ｃの基板１に形成された屈折率ｎｆ（）ｎｃ）の導波路
２の近傍であって、この導波路２を両横から挟む位置に
、屈折率ｎ ｓ （ａｎ４）の２つの膜３．４を配置
したものである。Figures 2+a) and 2(b) are a plan view and a sectional view taken along line 8-A, showing an embodiment of the present invention. In the figure, the refractive index n
In the vicinity of the waveguide 2 with a refractive index nf()nc) formed on the substrate 1 of c, two films 3. 4 is arranged.
このように導波路２の近傍に膜３，４を配置することに
より、第１図に示した原理に基づき（ただし、各モード
の方向とＩＩ＊３．４の配置位置との関係は、第１図と
第２図とで互いに逆になっている）、ＴＥモートだけが
膜３．４を介して周囲に放射するので、出力される光の
モート′はＴＭモードだけとなる。従って、第２図に示
した偏光子は、ＴＭモードだけを通過させるフィルタと
して作用する。なお、膜３，４の屈折率ｎ６を導波モー
ドの等価屈折率と等しくすることにより、互いの位相整
合をとることができ、よって膜３，４を介してよりよく
放射させることが可能になる。By arranging the films 3 and 4 near the waveguide 2 in this way, based on the principle shown in Fig. 1 (however, the relationship between the direction of each mode and the arrangement position of II 1 and 2), only the TE moat radiates into the surroundings via the membrane 3.4, so that the only output light moat 'is the TM mode. Therefore, the polarizer shown in FIG. 2 acts as a filter that passes only the TM mode. Note that by making the refractive index n6 of the films 3 and 4 equal to the equivalent refractive index of the waveguide mode, mutual phase matching can be achieved, and therefore better radiation can be achieved through the films 3 and 4. Become.
第２図に示した本実施例の偏光子を作成するには、まず
、例えばＬｉＮｂＯ３の結晶を基板１とし、ごの表面上
の導波路２および股３，４と対応する位置に、それぞれ
所定量のＴｉを蒸着させて、Ｔｉのストリップラインを
形成する。次に、酸素雰囲気中で、上記Ｔｉを基板１内
に拡散させる。すると、Ｔ’ ｉの拡散した部分の屈折
率が周囲の屈折率よりも高くなり、その部分が導波路２
および膜３゜４になる。このとき、導波路２の屈折率ｎ
千と膜３．４の屈折率ｎ５は、上記Ｔｉの量を変化させ
て調整する。To create the polarizer of this example shown in FIG. 2, first, a crystal of LiNbO3, for example, is used as the substrate 1, and a crystal is placed on the surface of the substrate at positions corresponding to the waveguide 2 and the legs 3 and 4, respectively. A fixed amount of Ti is deposited to form a Ti stripline. Next, the Ti is diffused into the substrate 1 in an oxygen atmosphere. Then, the refractive index of the diffused part of T' i becomes higher than the surrounding refractive index, and that part becomes the waveguide 2.
and the membrane becomes 3°4. At this time, the refractive index n of the waveguide 2
The refractive index n5 of the film 3.4 is adjusted by changing the amount of Ti.
この場合、ｎ＋とｎ８とが互いに等しくなるようにした
い時は、それぞれ同し量のＴｉを拡散すればよいので、
導波路２と膜３．４とを１つの工程で一遍に形成するこ
とができ、よって製造工程を簡単化できるという利点が
ある。In this case, if you want n+ and n8 to be equal to each other, you can diffuse the same amount of Ti for each, so
There is an advantage that the waveguide 2 and the film 3.4 can be formed all at once in one process, thereby simplifying the manufacturing process.
なお、第２図ｔａｌにおいて、−例として、導波路２の
幅ａ、導波路２と膜３，４との間隔す、膜３゜４の幅Ｃ
の実際の寸法を、例えばａ＝７μｍ。In addition, in FIG. 2 tal, for example, the width a of the waveguide 2, the distance between the waveguide 2 and the films 3 and 4, and the width C of the film 3°4.
For example, the actual size of a = 7 μm.
ｂ ＝ ４ μｍ、 ｃ−１０００μｍとし、マタ屈
折率ヲｎ ｃ＝２．１４． ｎ＋−ｎ 、 ＝２．１
４４となるようにすれば、本実施例はＴＭモートのフィ
ルタとして有効に作用する。ただし、これらの数値に限
定されるものではなく、例えば膜３．４は、もっと基板
１の端部まて広く配置されていてもよい。b = 4 μm, c - 1000 μm, and the primary refractive index is c = 2.14. n+-n, =2.1
44, this embodiment effectively functions as a TM mote filter. However, the present invention is not limited to these numerical values; for example, the film 3.4 may be disposed more widely toward the edge of the substrate 1.
次に、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視図である
。Next, FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
同図では、屈折率ｎｃ；の物質と屈折率１’ｌ ｃ２の
物質とでチューブ形に構成したタラソト１１内に、屈折
率ｎ （（＞ ｎ （１＋ ’ ｃ ２ ）の導波路
１２を形成し、さらにこの導波路１２の下方近傍に、屈
折率ｎ、（≧ｎ４ ）の膜１３を配置したものである。In the figure, a waveguide 12 with a refractive index n ((> n (1+' c 2 ) Furthermore, a film 13 having a refractive index of n (≧n4) is disposed near the bottom of this waveguide 12.
このような構成でば、ＴＭモードだげが膜１３を介して
放射するので、導波路１２内を透過して出力される光の
モードばＴＥモードとなる。従って、本実施例の偏光子
は、前記実施例とは逆に、ＴＥモードだけを通過させる
フィルタとして作用する。With such a configuration, since only the TM mode is emitted through the film 13, the mode of light transmitted through the waveguide 12 and output becomes the TE mode. Therefore, the polarizer of this example acts as a filter that allows only the TE mode to pass, contrary to the previous example.
上記構成の偏光子を作成するには、まず、例えばＳｉＯ
２膜を形成する。次に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合結晶
を基板として（この基板は最終的には膜１３となる）、
この上にＣＶＤ等でＳｉＯ２膜を形成する。次に、Ｓｉ
Ｏ＝とＴｉＯ２を混合してスバ・７りを行い、上記Ｓｉ
Ｏ２膜上にＳｉＯ２とＴｉＯ２の混合結晶を構成する。To create a polarizer with the above configuration, first, for example, SiO
2 films are formed. Next, using a mixed crystal of SiO2 and TiO2 as a substrate (this substrate will eventually become the film 13),
A SiO2 film is formed on this by CVD or the like. Next, Si
O= and TiO2 are mixed and subjected to a sulfur treatment to form the above-mentioned Si.
A mixed crystal of SiO2 and TiO2 is formed on the O2 film.
続いて、マスクを使って、ごの混合結晶が導波ＩＭ、１
２となるように、フォトエツチング等でパターニングす
る。そして最後に、ＣＶＤ等を用いて導波路１２の周囲
をＳｉ０２膜で覆う。このＳｉＯｚ膜と上記ＳｉＯ２膜
が、チューブ形のクラット′１１となる。このようにし
て形成された導波路１２と膜１３は、ともにＳｉＯ２と
ＴｉＯ２の混合結晶であり、屈折率が互いに等しくなる
（もしくはほぼ等しくなる）ことにより、上記フィルタ
としての作用が生じる。Next, using a mask, the mixed crystal is used as a waveguide IM, 1
2, patterning is performed by photo-etching or the like. Finally, the periphery of the waveguide 12 is covered with a Si02 film using CVD or the like. This SiOz film and the SiO2 film form a tube-shaped crat '11. Both the waveguide 12 and the film 13 formed in this manner are mixed crystals of SiO2 and TiO2, and their refractive indexes become equal (or almost equal) to each other, thereby producing the above-mentioned effect as a filter.
本実施例においても、第２図に示した実施例と同様に、
従来のような異方１！ｉ：材料と等方性祠料とを組合せ
る必要性が全くなく、よって材料面における制約が緩和
される。In this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG.
Anisotropic 1 like the conventional one! i: There is no need to combine the material and the isotropic abrasive, and therefore restrictions on the material are relaxed.
本発明によれば、導波路の屈折率と、その近傍に配置さ
れる膜の屈折率とを等しくしてもよいので、これらを同
じ材料で１つの工程で形成することもでき、よって製造
工程の簡単化が可能になる。According to the present invention, since the refractive index of the waveguide and the refractive index of the film disposed near the waveguide may be made equal, they can be formed from the same material in one process, and therefore the manufacturing process simplification becomes possible.
更に、異方性結晶等のような特別な物質を使用する必要
もないので、材料面での制約が緩くなる。Furthermore, since there is no need to use special substances such as anisotropic crystals, restrictions on materials are relaxed.
−’１０−
第１図（ａｌおよび［ｂ）は本発明の原理図、第２図（
ａ）、 ｆｂ）はそれぞれ本発明の一実施例を示す平面
図とそのＡ−Ａ断面図、
第３図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第４図（ａ
）〜（Ｃ）はそれぞれ従来の導波路形偏光子を示す斜視
図である。
２．１２・・・導波路、
３、 ４． １３・・・膜。
特許出願人 富士通株式会社
ＴＥモード
（ａ）
ｎｓ（筐ｎｆ）
ＴＥモート′”
（ｂ）
本発明の原理図
Ａ−１４面図
（ｂ）
木部Ｂ月の一タ（方−分）
第２図
本発明ゆ他の実施分ｊ
第３図-'10- Figure 1 (al and [b) is a diagram of the principle of the present invention, Figure 2 (
a) and fb) are a plan view and a sectional view taken along the line A-A of the embodiment of the present invention, respectively; FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention; and FIG.
) to (C) are perspective views showing conventional waveguide polarizers, respectively. 2.12... Waveguide, 3, 4. 13...Membrane. Patent applicant Fujitsu Ltd. TE mode (a) ns (casing nf) TE mode' (b) Principle diagram of the present invention Figure 3 Other implementations of the present invention
Claims (1)
Ｍモードの２種類の偏光のうちいずれか一方のみを透過
させる導波路形偏光子において、前記光導波路の近傍に
、導波光の等価屈折率と等しいかもしくは略々等しい屈
折率を持つ膜（３、４；１３）を配置し、該膜を介して
前記２種類の偏光のうちの他方の偏光を放射させること
を特徴とする導波路形偏光子。 ２）前記膜を、前記ＴＥモードの方向に沿って前記光導
波路を挾んだ２箇所に配置し（３、４）、該膜を介して
前記ＴＥモードの偏光を放射させることを特徴する特許
請求の範囲第１項記載の導波路形偏光子。 ３）前記膜及び前記光導波路はともに、ＬｉＮｂＯ＿３
の結晶でできた基板にＴｉを拡散して形成されることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の導波路形偏光子
。[Claims] 1) TE mode and T propagating in the optical waveguide (2; 12)
In a waveguide polarizer that transmits only one of two types of M-mode polarized light, a film (3 , 4; 13), and the other of the two types of polarized light is emitted through the film. 2) A patent characterized in that the film is arranged at two locations sandwiching the optical waveguide along the direction of the TE mode (3, 4), and the polarized light of the TE mode is radiated through the film. A waveguide polarizer according to claim 1. 3) Both the film and the optical waveguide are made of LiNbO_3
3. The waveguide polarizer according to claim 2, wherein the waveguide polarizer is formed by diffusing Ti into a substrate made of crystal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61142955A JP2580127B2 (en) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | Waveguide polarizer |
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| JPS62299913A true JPS62299913A (en) | 1987-12-26 |
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| JP (1) | JP2580127B2 (en) |
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1986
- 1986-06-20 JP JP61142955A patent/JP2580127B2/en not_active Expired - Fee Related
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