WO2010140363A1 - 広帯域干渉計型偏波合成分離器 - Google Patents

広帯域干渉計型偏波合成分離器 Download PDF

Info

Publication number
WO2010140363A1
WO2010140363A1 PCT/JP2010/003692 JP2010003692W WO2010140363A1 WO 2010140363 A1 WO2010140363 A1 WO 2010140363A1 JP 2010003692 W JP2010003692 W JP 2010003692W WO 2010140363 A1 WO2010140363 A1 WO 2010140363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
interferometer
difference
beam combiner
polarization beam
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003692
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
水野隆之
郷隆司
山崎裕史
亀井新
鬼頭勤
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to CN201080022315.6A priority Critical patent/CN102439499B/zh
Priority to EP10783151.3A priority patent/EP2439566B1/en
Priority to US13/321,780 priority patent/US8787710B2/en
Priority to JP2011518272A priority patent/JP5155447B2/ja
Publication of WO2010140363A1 publication Critical patent/WO2010140363A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12023—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by means for reducing the polarisation dependence, e.g. reduced birefringence

Definitions

  • the present invention relates to an interferometer type polarization combiner that separates or combines input polarized light. More specifically, wideband interferometer-type polarization combining / separation that realizes wideband operation with a single interferometer-type optical circuit by suppressing the wavelength dependence by making the rate of change of the transmittance of the two polarization states with respect to the wavelength equal.
  • an interferometer type polarization combiner that separates or combines input polarized light. More specifically, wideband interferometer-type polarization combining / separation that realizes wideband operation with a single interferometer-type optical circuit by suppressing the wavelength dependence by making the rate of change of the transmittance of the two polarization states with respect to the wavelength equal.
  • FIG. 1 shows a circuit configuration of a conventional interferometer-type polarization beam combiner / separator (see Patent Document 1).
  • This interferometer-type polarization beam combiner is a Mach-Zehnder interferometer comprising two optical couplers 111 and 112 and two optical waveguides 121 and 122 connecting them.
  • the operation of the Mach-Zehnder interferometer changes as follows.
  • the optical path length difference between the two optical waveguides 121 and 122 is set to 0, the light input to the input port 101 is output from the output port 104 (cross port) and not output from the output port 103 (through port). .
  • the light input to the input port 102 is output from the output port 103 (cross port) and is not output from the output port 104 (through port).
  • the optical path length difference between the two optical waveguides 121 and 122 is set to the half wavelength ⁇ c / 2 of the wavelength ⁇ c
  • the light input to the input port 101 is output at the output port 103 (through port) at the wavelength ⁇ c.
  • Light input to the input port 102 is output from the output port 104 (through port) at the wavelength ⁇ c, and is not output from the output port 103 (cross port).
  • the birefringence of the optical waveguide is set so that the birefringence of the two optical waveguides 121 and 122 (difference in effective refractive index between TM light and TE light) differs from each other by ⁇ c / 2.
  • the optical path length difference for TM light can be ⁇ c / 2
  • the optical path length difference for TE light can be 0.
  • a multimode interferometer type optical coupler is used for the optical branching unit and the optical coupling unit (see Non-Patent Document 1).
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 121 and the optical waveguide 122 is set to 0.46 ⁇ m.
  • a method for controlling the birefringence of the optical waveguide a method of changing the core width of the optical waveguide is used.
  • a tapered waveguide 131, a straight waveguide 133, and a tapered waveguide 132 are formed.
  • the taper waveguide 131 converts the width from 7 ⁇ m to 20 ⁇ m
  • the straight waveguide 133 has a width of 20 ⁇ m and a length of 5 mm
  • the taper waveguide 133 converts the width from 20 ⁇ m to 7 ⁇ m.
  • a tapered waveguide 141 and a tapered waveguide 142 are formed in the optical waveguide 122.
  • the tapered waveguide 141 converts the width from 7 ⁇ m to 20 ⁇ m
  • the tapered waveguide 142 converts the width from 20 ⁇ m to 7 ⁇ m. Since the contributions of the tapered waveguides in the optical path length difference imparting sections 121 and 122 cancel each other, the circuit of FIG. 1 has only a straight waveguide having a width of 20 ⁇ m and a length of 5 mm in the optical waveguide 121 of the optical path length difference imparting section. It is equivalent to the circuit it has.
  • the birefringence adjusting means is added to the two optical waveguides 121 and 122 of the Mach-Zehnder interferometer to correct the birefringence error of the optical waveguide, or the refractive index adjusting means is added to adjust the refractive index of the optical waveguide. It is also possible to correct the error.
  • a technique using a thermo-optic phase shifter is shown as a birefringence adjusting unit or a refractive index adjusting unit (see Patent Documents 2 and 3). By driving the birefringence adjusting thermo-optic phase shifter and the phase adjusting thermo-optic phase shifter, it is possible to reduce manufacturing errors and obtain characteristics close to a desired polarization extinction ratio.
  • the first example of the polarization combiner / separator of the prior art cannot be operated in a wide wavelength range because the wavelength that can be combined and separated is limited to the vicinity of the signal light wavelength ⁇ c.
  • the adjustment using the thermo-optic phase shifter in the second example of the prior art only adjusts the deterioration of the polarization combining / separating characteristic due to the manufacturing error. It was not different from the polarization synthesis separator of one example.
  • An object of the present invention is to expand the operating wavelength band of a polarization beam combiner / separator composed of an interference optical circuit. As a result, a high-performance interferometer-type polarization combiner / separator that can perform polarization combining / separation in a wide band can be provided.
  • an optical branching unit In one embodiment of the present invention, an optical branching unit, an optical coupling unit, an optical path length difference providing unit composed of a plurality of optical waveguides sandwiched between the optical branching unit and the optical coupling unit, and 1 connected to the optical branching unit It is an interferometer type polarization combiner / separator comprising two or two input / output ports and two input / output ports connected to the optical coupler.
  • a plurality of optical waveguides of the optical path length difference providing unit are provided with a means for generating a birefringence difference and a means for generating a difference in refractive index dispersion, and each of the first input / output ports connected to the optical coupling unit
  • the light having the polarization state and the second polarization state is input, and the light is output from one or two input / output ports connected to the optical branching unit, and is combined with the polarization, or the optical branching unit
  • Light is input to one or two input / output ports connected, and light having a first polarization state and a second polarization state is output from the two input / output ports connected to the optical coupling unit, respectively. It is characterized by polarization separation.
  • the difference in normalized phase of the optical path length difference providing unit between the first polarization state and the second polarization state is set to be a half integer at the wavelength ⁇ c, and the difference in refractive index dispersion is set. Due to the difference in refractive index dispersion provided by the means for generating, the wavelength variation of the difference in normalized phase is suppressed.
  • the wavelength variation of the normalized phase difference is opposite in sign between the first polarization state and the second polarization state.
  • the sum of products of birefringence and length of the other optical waveguide with respect to one optical waveguide of the optical path length difference providing unit is ⁇ ( ⁇ c) + (m ′ + (1/2 )) It can be approximated by ⁇ c.
  • the sum of the normalized phases of the optical branching unit, the optical coupling unit, and the optical path length difference providing unit in the first polarization state is ⁇ 1 ( ⁇ )
  • the optical branching unit in the second polarization state When the sum of normalized phases of the optical coupling part and the optical path length difference providing part is ⁇ 2 ( ⁇ ), the change rate with respect to the wavelength of ⁇ 1 ( ⁇ ) and the change rate with respect to the wavelength of ⁇ 2 ( ⁇ ) are They are equal in magnitude and have opposite signs.
  • the optical branching unit and the optical coupling unit include two directional couplers and a minute optical path length difference providing unit composed of two optical waveguides sandwiched between the two directional couplers. It is a wavelength independent coupler provided.
  • the wavelength-independent couplers of the optical branching unit and the optical coupling unit are arranged point-symmetrically with respect to the center of the circuit.
  • the optical branching unit is a Y-branch
  • the optical coupling unit is an optical coupler
  • the branching rate of the optical branching unit and the coupling rate of the optical coupling unit are 50% regardless of the wavelength.
  • the optical branching unit is a Y-branch
  • the optical coupling unit is an optical coupler
  • the wavelength of the normalized phase of the optical path length difference providing unit in the first polarization state and the second polarization state The rate of change for is equal in magnitude and opposite in sign.
  • the means for generating the birefringence difference is due to the difference in the structure of the optical waveguide of the optical path length difference providing portion.
  • the means for generating a birefringence difference adjusts the stress applied to the optical waveguide of the optical path length difference providing unit.
  • the means for causing the difference in refractive index dispersion is due to the difference in the structure of the optical waveguide of the optical path length difference providing unit.
  • the broadband interferometer type polarization beam combiner / separator is formed on a flat substrate, and the optical waveguide is a silica-based optical waveguide composed of a core and a clad.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional interferometer type polarization beam combiner / separator.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the wideband interferometer type polarization beam combiner / separator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the optical path length difference providing unit is divided into five elements in the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram showing the transmission characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional interferometer type polarization beam combiner / separator.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the wideband interferometer type polarization beam combiner / separator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 4B is a diagram showing a cutoff characteristic of the wideband interferometer type polarization beam combiner obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a diagram showing the wavelength dependence of the relative phase of the wideband interferometer-type polarization beam combiner obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the wavelength dependence of the function H ( ⁇ ) given by the equation (11).
  • FIG. 6A is a diagram showing the wavelength dependence (in the case of TE polarization) of the change rate of the normalized phase given by the equations (12) and (13).
  • FIG. 6B is a diagram showing the wavelength dependence (in the case of TM polarization) of the change rate of the normalized phase given by the equations (12) and (13).
  • FIG. 7A is a diagram illustrating the transmission characteristics of the interferometer-type polarization beam combiner / separator for different ⁇ .
  • FIG. 7B is a diagram illustrating the cutoff characteristics of the interferometer-type polarization beam combiner for different ⁇ .
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a two-input two-output directional coupler including two adjacent optical waveguides.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a circuit configuration of an exemplary polarization beam combiner / separator using a directional coupler as an optical branching unit and an optical coupler.
  • FIG. 9A shows a wavelength independent coupler (WINC).
  • FIG. 9B shows a wavelength independent coupler (WINC).
  • FIG. 9C is a diagram illustrating a circuit configuration of an exemplary polarization beam combiner / separator using WINC for the optical branching unit and the optical coupling unit.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a Y branch.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a wavelength-independent coupler (WINC).
  • FIG. 10C is a diagram illustrating a circuit configuration of an exemplary polarization beam combiner / separator using a Y branch for the optical branching unit and WINC for the optical coupling unit.
  • FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of the wideband interferometer type polarization beam combiner / separator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a Y branch.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a wavelength-independent coupler (WINC).
  • FIG. 10C is a diagram illustrating a circuit configuration of an exemplary polarization beam combiner / separator using
  • FIG. 12A is a diagram illustrating a manufacturing process of a broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator formed on a flat substrate.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating a manufacturing process of a broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator formed on a flat substrate.
  • FIG. 12C is a diagram showing a manufacturing process of the broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator formed on the flat substrate.
  • FIG. 12D is a diagram illustrating a manufacturing process of a broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator formed on a flat substrate.
  • FIG. 12E is a diagram illustrating a manufacturing process of the broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator formed on the flat substrate.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating the broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the first embodiment.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating a cross-sectional view of the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the first embodiment.
  • FIG. 13C is an enlarged view of the width modulation waveguide used in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the second embodiment.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator according to the third embodiment.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating a cross-sectional view of the broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the third embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram illustrating a wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view of the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17A is a diagram illustrating the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the fifth embodiment.
  • FIG. 17B is a diagram illustrating a variation of the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the sixth embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the wavelength dependence of the normalized phase of the directional coupler and the MMI coupler.
  • FIG. 20A is a diagram showing the transmission characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20B is a diagram illustrating a cutoff characteristic of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20C is a diagram showing the wavelength dependence of the relative phase of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A is a diagram showing the transmission characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 20B is a diagram illustrating a cutoff characteristic of
  • FIG. 21 is a diagram showing an embodiment of an interferometer type polarization combiner / separator in which interferometer type polarization combiners / separators of the present invention are connected in multiple stages.
  • FIG. 22A is a diagram showing the transmission characteristics of the wideband interferometer type TE transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22B is a diagram showing a cutoff characteristic of the wideband interferometer-type TE transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22C is a diagram showing the wavelength dependence of the normalized phase of the wideband interferometer-type TE transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22A is a diagram showing the transmission characteristics of the wideband interferometer type TE transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22B is a diagram showing a cutoff characteristic of the wideband interferometer-type TE transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22C
  • FIG. 23A is a diagram showing the transmission characteristics of the broadband interferometer type TM transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 23B is a diagram showing a cutoff characteristic of the wideband interferometer type TM transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 23C is a diagram showing the wavelength dependence of the normalized phase of the broadband interferometer type TM transmission polarizer obtained in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 24A is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24B is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24C is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24D is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24A is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24B is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24C is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the seventh embodiment.
  • FIG. 26A is a diagram illustrating the transmission characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner / separator according to the seventh embodiment.
  • FIG. 26B is a diagram illustrating cutoff characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner according to the seventh embodiment.
  • FIG. 2 shows a circuit configuration of the broadband interferometer type polarization combiner / separator of the present invention.
  • This circuit includes a Mach-Zehnder interferometer including input / output ports 201, 202, 203, and 204, an optical branching unit 211, an optical coupling unit 212, and an optical path length difference providing unit including two optical waveguides 221 and 222.
  • Type polarization combiner including a Mach-Zehnder interferometer including input / output ports 201, 202, 203, and 204, an optical branching unit 211, an optical coupling unit 212, and an optical path length difference providing unit including two optical waveguides 221 and 222.
  • the optical waveguides 221 and 222 are sandwiched between the optical branching unit 211 and the optical coupling unit 212, and the optical path length difference providing unit includes a unit 241 that generates a birefringence difference and a unit 242 that generates a difference in refractive index dispersion.
  • the means 241 for generating a difference in birefringence and the means 242 for generating a difference in refractive index dispersion are formed in the same optical waveguide, but the difference in refractive index dispersion from the means 241 for generating a difference in birefringence.
  • the means 242 for generating may be formed in different optical waveguides.
  • the difference in normalized phase between the TE light and the TM light in the optical path length difference providing unit is m at wavelength ⁇ c, m It is set to be '+ (1/2) (m' is an integer). Furthermore, by suppressing the wavelength fluctuation of the normalized phase difference by means 242 for generating a difference in refractive index dispersion, the wavelength dependence is suppressed in either polarization state 1 or 2, and polarization synthesis or polarization separation is performed. Can be performed.
  • n aTE, i ( ⁇ ) and n aTM, i ( ⁇ ) are the effective refractive indices of TE light (polarization state 1) and TM light (polarization state 2) in the optical waveguide 221 of the optical path length difference providing part of the i- th element, respectively.
  • N bTE, i ( ⁇ ) and n bTM, i ( ⁇ ) are the effective refractive indexes of the TE light and the TM light in the optical waveguide 222 of the optical path length difference providing unit of the i-th element, respectively.
  • the birefringence B a, i ( ⁇ ) in the optical waveguide 221 of the optical path length difference providing unit of the i-th element and the birefringence B b, i ( ⁇ in the optical waveguide 222 of the optical path length difference providing unit of the i-th element are used.
  • i ( ⁇ ) in the optical waveguide 221 of the optical path length difference providing unit of the i-th element and the birefringence B b, i ( ⁇ in the optical waveguide 222 of the optical path length difference providing unit of the i-th element are used.
  • the phases of the optical branching unit 211 and the optical coupling unit 212 are ignored, and only the phase of the optical path length difference providing unit is considered.
  • the relative normalized phase of the TE light and the TM light of the optical waveguide 221 with respect to the optical waveguide 222 is expressed by the following equation.
  • L a, i is the length of the i-th element of the optical waveguide 221
  • L b, i is the length of the i-th element of the optical waveguide 222
  • ⁇ is the wavelength.
  • the delay amount of the optical path length difference providing unit is expressed as exp ( ⁇ i ⁇ 2 ⁇ ⁇ ⁇ ), and is described as a normalized phase because it is a phase normalized by 2 ⁇ .
  • the difference in normalized phase between TE light and TM light is m ′ + (1/2) (m ′ is an integer). Need to be.
  • the circuit If the circuit is designed to satisfy the above conditional expression, it becomes a polarization beam combiner near the signal light wavelength ⁇ c.
  • the above conditional expression can be understood as follows.
  • the difference between the relative normalized phases ⁇ 1 ( ⁇ ) and ⁇ 2 ( ⁇ ) of the polarization state 1 and the polarization state 2 is m ′ + (1/2) (m ′ Therefore, it is necessary to give an optical path length difference of at least a half wavelength to the optical path length difference providing unit.
  • the optical path length difference in the polarization state 1 is 0, and the optical path length difference in the polarization state 2 is ⁇ c / 2.
  • the optical path length difference of the optical path length difference providing unit in the polarization state 1 is 0, it does not depend on the wavelength, but since the optical path length difference of the optical path length difference providing unit in the polarization state 2 is finite, it is wavelength dependent. Occurs.
  • the polarization combiner that combines and separates the light in the polarization state 1 and the polarization state 2, the loss of the transmission port is low in both polarization states instead of either the polarization state 1 or 2, and the polarization of the blocking port is low.
  • a high wave extinction ratio is desirable.
  • the average wavelength dependence between polarization state 1 and polarization state 2 is minimized when the rate of change of the normalized phase of TE light and TM light with respect to the wavelength is equal and opposite in sign. It is. It can be understood that the optical path length difference required to operate as a polarization beam combiner is divided in half in the polarization state 1 and the polarization state 2, and the wavelength dependency is equally borne in both states. it can.
  • H ( ⁇ ) is set as the following equation (0 ⁇ ⁇ ⁇ 0.5).
  • the wideband interferometer type polarization combiner / separator of the present invention can be obtained.
  • FIG. 4 shows the transmission characteristics of the wideband interferometer-type polarization beam combiner obtained in this embodiment. Over a wide wavelength range, insertion loss is low (FIG. 4A) and polarization extinction ratio is high (FIG. 4B).
  • FIG. 4C shows the normalized relative phase at this time. It can be seen that the rate of change with respect to the wavelength of the normalized phase of TE polarized light and TM polarized light is equal in magnitude and has an opposite sign.
  • the function defined by the equation (11) is an example, and other notations can be used, and other functions such as a higher-order function of a quadratic function or more with respect to the wavelength may be used. If different functions are used, the conditional expressions (16) and (17) also change. In that case, an optimal conditional expression may be derived by the above-described method, which is a feature of the present invention.
  • the function defined by the equation (11) is equal to the equation (6) when the wavelength is ⁇ c, and indicates that it becomes a polarization beam combiner near the signal light wavelength ⁇ c.
  • ⁇ in the equation (11) is a parameter representing the wavelength dependence of birefringence.
  • ⁇ 0 may be set.
  • ⁇ becomes a finite value, but by incorporating ⁇ into the equation (11), the wavelength dependence of birefringence is utilized to further improve the wavelength dependence.
  • FIG. 5 shows the wavelength dependence of H defined by the expression (11), FIG.
  • FIG. 6 shows the wavelength dependence of the change rate of the normalized phase given by the expressions (12) and (13), and FIG. 7 shows the interferometer type polarization.
  • the wavelength dependency of birefringence can be newly utilized, and the wavelength dependency between the polarization state 1 and the polarization state 2
  • the wavelength dependency can be further reduced as compared with the case where the half is divided in half.
  • ⁇ 1 ( ⁇ ) and ⁇ 2 ( ⁇ ) in the above equations may be replaced with ⁇ 1 ( ⁇ ) and ⁇ 2 ( ⁇ ).
  • ⁇ 1 ( ⁇ ) is the sum of normalized phases of the optical branching unit, optical coupling unit, and optical path length difference providing unit in the polarization state 1
  • ⁇ 2 ( ⁇ ) is the optical branching unit and optical coupling unit in the polarization state 2. It is the sum of the normalized phases of the optical path length difference providing unit.
  • ⁇ Optical branching section Directional coupler
  • Optical coupling section Directional coupler>
  • this directional coupler is a two-input two-output directional coupler composed of two adjacent optical waveguides.
  • the branching ratio / coupling ratio of the directional coupler is ⁇ ( ⁇ )
  • the through port of the directional coupler that is, in the case of inputting from 301 and outputting from 303 in FIG. Output function
  • the transfer function of the directional coupler crossport (ie, in FIG. 8A, when input from 301 and output from 304, or input from 302 and output from 303) is
  • the wideband interferometer type polarization beam combiner of the present invention can be obtained.
  • optical branching unit wavelength-independent coupler (WINC)
  • optical coupling unit wavelength-independent coupler (WINC)>
  • wavelength independent couplers are used for the optical branching unit and the optical coupling unit.
  • the WINC includes input / output ports 301, 302, 303, and 304, a directional coupler 311 in the optical branching unit, a directional coupler 312 in the optical coupling unit, and these two directionalities.
  • This coupler is a wavelength-independent coupler including a minute optical path length difference providing unit composed of two optical waveguides 321 and 322 sandwiched between couplers.
  • the WINC 314 of the optical branching unit is oriented in the direction of FIG. 9A and the WINC 315 of the optical coupling unit is oriented in the direction of FIG. 9B.
  • FIG. 9C These WINCs may be arranged in an arbitrary direction. In this case, the design is performed in consideration of the wavelength dependence of the phase difference generated in the WINC. If point symmetry is used, the phase difference generated by WINC cancels each other out and the design is simplified.
  • the branching rate / coupling rate of a directional coupler has a wavelength dependence
  • WINC can be made to have a branching rate / coupling rate of 50% regardless of the wavelength. This configuration makes it easier to obtain superior characteristics when you want to get a ratio.
  • optical coupling part WINC> Furthermore, as an example, as shown in FIG. 10C, Y branching is used for the optical branching unit and WINC is used for the optical coupling unit. The Y branch is connected to input / output ports 305, 306, 307 as shown in FIG. 10A. As shown in FIG. 10B, the WINC includes input / output ports 301, 302, 303, 304, a directional coupler 311 in the optical branching unit, a directional coupler 312 in the optical coupling unit, and these two directionalities.
  • This coupler is a wavelength-independent coupler including a minute optical path length difference providing unit composed of two optical waveguides 321 and 322 sandwiched between couplers.
  • the branching rate of the Y branch and the coupling rate of WINC were set to be 50% regardless of the wavelength. 10C, when inputting from 301 of WINC and outputting from 303, when inputting from 301 and outputting from 304, when inputting from 302 and outputting from 303, when inputting from 302 and outputting from 304
  • the functions are expressed as a ( ⁇ ), b ( ⁇ ), ⁇ b * ( ⁇ ), and a * ( ⁇ ), respectively. Normalize phase
  • a vertically symmetric Y branch is used, but a vertically asymmetric Y branch may be used.
  • WINC is used as the optical coupler, other optical couplers may be used. In such a case, the requirement for wide band is derived according to the Y branch and the optical coupler to be used.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit configuration of the broadband interferometer-type polarization beam combiner / separator of the present invention.
  • the circuit includes input / output ports 201, 203, and 204, an optical branching unit 211, an optical coupling unit 212, and two optical waveguides 221 and 222 sandwiched between the optical branching unit 211 and the optical coupling unit 212.
  • An optical path length difference providing unit is an optical path length difference providing unit.
  • the optical branching unit 211 is a vertically symmetric 1-input 2-output Y-branch
  • the optical coupling unit 212 is a vertically-symmetrical 2-input 2-output optical coupler
  • the optical path length difference providing unit is coupled between the optical waveguides 221-222.
  • Means 241 for producing a difference in refractive index and means 242 for producing a difference in refractive index dispersion are provided. Then, the means 241 for setting the TE light to the polarization state 1 and the TM light to the polarization state 2 to generate the birefringence difference causes the difference in the standardized phase of the TE light and the TM light in the optical path length difference providing unit to be the wavelength ⁇ c.
  • the means 242 for generating a difference in refractive index dispersion is set so that the rate of change of the transmittance of the polarization beam combiner / separator with respect to the wavelength is equal between the TE light and the TM light. As a result, it is possible to perform polarization synthesis or polarization separation while suppressing wavelength dependency in both polarization states 1 and 2.
  • the phase is relatively delayed by ⁇ ( ⁇ ) at the optical coupling unit, and when light is input from port 201 and light is output from port 204, the optical coupling unit The phase advances relatively by ⁇ ( ⁇ ). Therefore, when light is input from the port 201 and light is output from the ports 203 and 204, the relative normalized phase of the TE polarized light and the TM polarized light is
  • ⁇ TE, 201 ⁇ 203 ( ⁇ ) in the equation (32) and ⁇ TM, 201 ⁇ 204 ( ⁇ ) in the equation (35) may be made equal.
  • ⁇ ( ⁇ ) [H ( ⁇ ) / (2 ⁇ ⁇ )].
  • the relative normalized phase ⁇ TE ( ⁇ ) of the optical path length difference providing unit is set based on the equation (36), and the phase of the optical coupler actually used is expressed by the equations (32), (33), (34), By substituting into the equation (35), the characteristic obtained by the polarization beam combiner is obtained.
  • FIG. 19 shows the wavelength dependence of the normalized phase of the MMI coupler and the directional coupler.
  • the normalized phase difference becomes a constant value 1/4 with respect to the wavelength.
  • the normalized phase difference has wavelength dependency. Therefore, paying attention to this wavelength dependence and using this, the transmission characteristics can be further improved.
  • the dotted line in FIG. 20C represents the relative phase in FIG. 4C.
  • the phase of the MMI coupler is added, and the relative phase is shifted from the relative phase in FIG. 4C. The smaller the rate of change of the relative phase with respect to the wavelength, the smaller the wavelength dependency. Therefore, as shown in FIG.
  • the extinction ratio can be further improved by reducing the rate of change of the relative phase with respect to the wavelength in the polarization state where the light is extinguished.
  • the rate of change of the relative phase with respect to the wavelength increases in the transmitted polarization state, the loss increase is small when converted to the transmittance, and the effect of improving the extinction ratio becomes larger.
  • FIG. 20A shows a transmission spectrum at the time of transmission
  • FIG. 20B shows a transmission spectrum at the time of quenching. Although there is a slight increase in loss, it can be seen that the extinction ratio is greatly improved.
  • the characteristics of the interferometer-type polarization beam combiner / separator can be further improved.
  • FIG. 21 shows an embodiment of an interferometer type polarization combiner / separator in which the interferometer type polarization combiner / separator of the present invention is connected in two stages.
  • This circuit includes a first polarization combiner / separator (polarizer) at one output port of the polarization combiner / separator described in FIG. 2, and a second polarization combiner / separator (polarizer) at the other output port. Is connected.
  • the first polarization combiner / separator and the second polarization combiner / separator connected to the preceding polarization combiner / separator are composed of the same elements as the previous polarization combiner / separator, Each of the latter two polarization beam combiners / separators is made to function as a polarizer that transmits one polarization state, and is therefore referred to as a first polarizer and a second polarizer in the drawing.
  • the polarization combiner / separator in the previous stage is set to divide the input light into the polarization state 1 and the polarization state 2, the first polarizer transmits the polarization state 1, and the second polarizer changes the polarization state 2. Assume that it is set to be transparent.
  • the polarization state 1 is output from one output port of the polarization combiner / separator in the previous stage and passes through the first polarizer, thereby further improving the polarization extinction ratio.
  • the polarization state 2 is output from the other output port of the preceding polarization beam combiner / separator and passes through the second polarizer, thereby further improving the polarization extinction ratio.
  • the polarization extinction ratio of the entire circuit is greatly improved by connecting the output of the interferometer type polarization combiner / separator of the present invention to another interferometer type polarization combiner / polarizer. be able to.
  • interferometer-type polarization beam combiners are connected in multiple stages
  • the above configuration is an example, and the port to be connected is arbitrary.
  • three or more interferometer type polarization beam combiners / separators may be connected, different circuit configurations may be connected, or polarization beam combiners made of different materials may be connected. good.
  • different polarization beam combiners and polarizers can be connected to the interferometer type polarization beam combiner of the present invention.
  • the interferometer type polarization beam combiner / separator of the present invention may be connected to an optical 90 degree hybrid circuit and used as a component of a dual polarized light 90 degree hybrid, or connected to an LN modulator and polarized multiplexed light You may use as a component of a transmitter.
  • the front-stage polarization beam combiner / separator may have the same configuration or different configurations.
  • elements having the same constituent elements but having different functions by changing parameters may be used.
  • the polarization state 1 is TE light
  • the polarization state 2 is TM light
  • the first polarization combiner / separator is a TE light transmission type polarizer
  • the second polarization combiner / separator is TM light transmission type.
  • the first polarizer may be set so that the rate of change of the normalized phase difference between the TE light and the TM light with respect to the wavelength becomes a minimum on average. 22C, the TM light can be extinguished over a wide wavelength range by setting the rate of change with respect to the wavelength of the standardized phase of the TM light to be constant as shown in FIG. 22C. it can. As shown in FIG. 22A, the transmittance of TE light decreases and the excess loss of the circuit increases, but the extinction ratio of TM light can be greatly improved as shown in FIG. 22B. Of course, conversely, by setting the rate of change with respect to the wavelength of the standardized phase of TE light to be constant, TE light may be transmitted over a wide wavelength range to suppress loss.
  • the second polarizer wants to function as a TM light transmission type polarizer, as shown in FIG. 23C, by setting the rate of change with respect to the wavelength of the normalized phase of TE light to be constant, TE light can be quenched over a wide wavelength range. As shown in FIG. 23A, the TM light transmittance decreases and the excess loss of the circuit increases. However, as shown in FIG. 23B, the TE light extinction ratio can be greatly improved. Of course, conversely, by setting the rate of change with respect to the wavelength of the standardized phase of TM light to be constant, TM light may be transmitted over a wide wavelength range to suppress loss.
  • the light in the polarization state 1 is output from one output port of the previous wave polarization beam combiner.
  • the first polarization beam combiner connected to this output port functions as a polarization state 1 transmission type polarizer.
  • the normalized phase of this first polarization beam combiner in either polarization state 1 or polarization state 2 is constant with respect to wavelength.
  • Light in the polarization state 2 is output from the other output port of the preceding polarization beam combiner / separator.
  • the second polarization beam combiner / separator connected to this output port functions as a polarization state 2 transmission type polarizer.
  • the normalized phase of this second polarization beam combiner in either polarization state 1 or polarization state 2 is constant with respect to wavelength.
  • the polarization beam combiner used in the subsequent stage may be used as a single polarizer.
  • Such a polarization beam combiner / separator is connected to an optical branching unit, an optical coupling unit, an optical path length difference providing unit including a plurality of optical waveguides sandwiched between the optical branching unit and the optical coupling unit, and an optical branching unit 1 It is composed of one or more input / output ports and one or more input / output ports connected to the optical coupling unit.
  • Polarized light that transmits light in the polarization state 1 and blocks light in the polarization state 2 from the input / output port of the optical branching unit when light is input to the input / output port of the optical coupling unit of such a polarization beam combiner / separator.
  • the optical path length difference providing unit includes a plurality of light guides by providing means for generating a birefringence difference between the plurality of optical waveguides of the optical path length difference providing unit. It is also possible to cause a difference in refractive index dispersion between the waveguides.
  • the normalized phase difference ⁇ 2 ( ⁇ ) ⁇ 1 ( ⁇ ) of the optical path length difference providing unit in the polarization state 1 and the polarization state 2 is the wavelength ⁇ c
  • m ′ + (1/2) (m ′ is The normalized phase of either polarization state 1 or polarization state 2 is constant with respect to the wavelength due to the difference in refractive index dispersion given by the means for producing a difference in refractive index dispersion. By doing so, a broadband interferometer type polarizer is provided.
  • the optical branching unit and the optical coupling unit constituting the interferometer type polarizer can function as a polarizer by having at least one input / output port.
  • any unit such as a Y branch, an MMI coupler, a WinC, and a directional coupler can be used.
  • the port to be used may be at least one input and one output. Even if the optical branching unit and the optical coupling unit are constituted by directional couplers having a wavelength dependency of the coupling rate, the cross port is not used. Since a high extinction ratio can be obtained, the circuit length can be shortened compared to the case of using WINC or the like.
  • FIG. 24A shows the two-stage interferometer-type polarization beam combiner described with reference to FIG.
  • a polarization state 1 (TE) transmission type polarizer is connected to each of the two output ports of the polarization combining separator in the previous stage, and one output port of the polarization combining separator and the polarization state 1 (TE) transmission are connected.
  • a polarization rotator 401 is inserted between the type polarizers.
  • a polarization state 1 (TE) transmission type polarizer is connected to each of the two output ports of the polarization combining separator of the preceding stage, and one output port of the polarization combining separator and the polarization state 1 (TE) transmission are connected.
  • a polarization rotator was inserted between the polarizers, and a polarization rotator 401 was inserted after the polarization state 1 (TE) transmission polarizer in the subsequent stage.
  • a polarization state 1 (TE) transmission type polarizer is connected to each of the two output ports of the polarization combining separator in the preceding stage, and one output port of the polarization combining separator and the polarization state 1 (TE) transmission are connected.
  • a polarization rotator is inserted between the polarizing polarizers, and the polarized light is also polarized after the subsequent polarization state 1 (TE) transmissive polarizer connected to the other output port of the preceding polarization combining / separating device.
  • a rotator was inserted.
  • FIG. 12 shows the manufacturing process.
  • a lower clad glass soot 362 mainly composed of SiO 2 and a core glass soot 363 obtained by adding GeO 2 to SiO 2 were deposited on a flat substrate 361 by a flame deposition method (FIG. 12A). Thereafter, the glass was made transparent at a high temperature of 1000 ° C. or higher. At this time, glass was deposited so that the lower clad glass layer 364 and the core glass 365 had the designed thickness (FIG. 12B).
  • an etching mask 366 was formed on the core glass 365 using a photolithography technique (FIG. 12C), and the core glass 365 was patterned by reactive ion etching (FIG. 12D).
  • the upper cladding glass 367 was formed again by the flame deposition method.
  • a dopant such as B 2 O 3 or P 2 O 5 is added to the upper clad glass 367 to lower the glass transition temperature so that the upper clad glass 367 enters the narrow gap between the core glass 365 and the core glass 365. (FIG. 12E).
  • a thin film heater or a heat insulation groove may be formed as necessary.
  • the planar optical circuit described above has mainly shown an example using a silica glass waveguide on a silicon substrate, but the waveguide material is a multi-component oxide glass, a polymer such as polyimide, InP, etc. Alternatively, a dielectric crystal such as LiNbO 3 may be used.
  • the manufacturing method may be, for example, a spin coating method, a sol-gel method, a sputtering method, a CVD method, an ion diffusion method, an ion beam direct drawing method, or the like.
  • the substrate is not limited to silicon, and other materials such as quartz may be used.
  • FIG. 13A shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the first embodiment.
  • WINCs are used for the optical branching unit and the optical coupling unit, and the optical branching unit winc 314 and the optical coupling unit winc315 are arranged symmetrically with respect to the center of the circuit.
  • a groove 331 was formed on both sides in the vicinity of one of the optical waveguides 222 in the optical path length difference imparting part, and the birefringence difference was generated by releasing the stress of the optical waveguide. This is called a stress adjusting groove.
  • an element in which the width of the optical waveguide is changed is provided in the other optical waveguide 221 of the optical path length difference providing unit, and used as a means for causing a difference in refractive index dispersion.
  • This is referred to as a width modulation waveguide 341.
  • a means for generating a birefringence difference and a means for generating a difference in refractive index dispersion were set so as to satisfy the expressions (16) and (17).
  • an optical waveguide having a different width is provided in one of the optical waveguides of the optical path length difference imparting section (width modulation waveguide).
  • such a width modulation waveguide has a feature that it is easy to process.
  • the thickness may be changed between the optical waveguides constituting the optical path length difference imparting section, and in addition to changing the cross-sectional shape, the refractive index dispersion may be changed by light irradiation, thermo-optic effect, etc. It can be used as a means for causing a difference in refractive index dispersion by changing the V value.
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m. Excluding an optical waveguide in which either a means for generating a difference in refractive index dispersion (width modulation waveguide 341) or a means for generating a birefringence difference (stress adjusting groove 331) on the optical path length difference providing portion is formed.
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 221 and the optical waveguide 222 was ⁇ 0.5 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjusting grooves 331 was 0.05 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves 331 was 0.05 mm
  • the width was 0.05 mm.
  • the width modulation waveguide 341 includes a tapered waveguide 342, a linear waveguide 343, and a tapered waveguide 344, and the tapered waveguide 342 has an optical waveguide width of 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m.
  • the straight waveguide 343 is a waveguide having a width of 5.5 ⁇ m and a length of 0.1 mm, and the tapered waveguide 344 has a width of 5.5 ⁇ m. It is a waveguide with a length of 0.2 mm for converting from 0.5 to 4.5 ⁇ m.
  • the width of the width modulation section used in this embodiment is only 5.5 ⁇ m, no birefringence difference occurs between the width 4.5 ⁇ m and the surrounding optical waveguide, and only a difference in refractive index dispersion occurs. . Further, since the width is only 1 ⁇ m different from the peripheral optical waveguide, there is a feature that it can be stably manufactured even with respect to the deviation of the optical waveguide width.
  • FIG. 14 shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the second embodiment.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that the Y branch 313 is used instead of the WINC in the optical branching portion, but the other is the same as the first embodiment.
  • a means for generating a birefringence difference and a means for causing a difference in refractive index dispersion were set so as to satisfy the expressions (16) and (31).
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m. Excluding an optical waveguide in which either a means for generating a difference in refractive index dispersion (width modulation waveguide 341) or a means for generating a birefringence difference (stress adjusting groove 331) on the optical path length difference providing portion is formed.
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 221 and the optical waveguide 222 is ⁇ 0.4 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjustment grooves 331 was 0.04 mm, the depth of the stress adjustment groove 331 was 0.03 mm, the width was 0.04 mm, and the length Lg was 1 mm.
  • the width modulation waveguide 341 includes a tapered waveguide having a length of 0.1 mm for converting the width of the optical waveguide from 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m, and a linear waveguide having a width of 5.5 ⁇ m and a length of 0.3 mm.
  • FIG. 15A shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the third embodiment.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that there are a plurality of means for generating a birefringence difference and a means for generating a birefringence difference on an optical waveguide having a different optical path length providing portion. Is the same as in Example 1.
  • a second means for generating a birefringence difference another optical waveguide is provided on both sides in the vicinity of one optical waveguide 221 of the optical path length difference providing unit. This will be referred to as a birefringence adjusting waveguide 332.
  • FIG. 332 shows a birefringence adjusting waveguide 332.
  • the birefringence adjusting waveguide 332 and the width modulation waveguide 341 may partially overlap. Then, a means for generating a birefringence difference and a means for generating a difference in refractive index dispersion were set so as to satisfy the expressions (16) and (17).
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m. Either means for generating a difference in refractive index dispersion (width modulation waveguide 341) or means for generating a birefringence difference (stress adjusting groove 331, birefringence adjusting waveguide 332) on the optical path length difference providing unit is provided.
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 221 and the optical waveguide 222 was set to ⁇ 0.5 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjusting grooves 331 was 0.03 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves 331 was 0.05 mm
  • the width was 0.05 mm.
  • the length Lg of the stress adjusting groove 331 was 0.6 mm.
  • the width modulation waveguide 341 includes a taper waveguide having a length of 0.3 mm for converting the width of the optical waveguide from 4.5 ⁇ m to 6.0 ⁇ m, and a linear waveguide having a width of 6.0 ⁇ m and a length of 0.05 mm.
  • a width modulation waveguide comprising a waveguide and a tapered waveguide having a length of 0.3 mm for converting the width of the optical waveguide from 6.0 ⁇ m to 4.5 ⁇ m was used. Further, as shown in FIG.
  • the distance between the birefringence adjusting waveguides 332 is 0.04 mm, and the width of the birefringence adjusting waveguide 332 is 0.07 mm.
  • the length Lc of the birefringence adjusting waveguide 332 was 0.6 mm.
  • the birefringence adjustment waveguide and the stress adjustment groove are formed on different optical waveguides because the signs of the birefringence difference generated between the birefringence adjustment waveguide and the stress adjustment groove are opposite, so that both are opposite. This is because the difference in birefringence can be strengthened in the same direction by forming on the optical waveguide. Of course, it can also be formed on the same optical waveguide.
  • the birefringence adjusting waveguide can also be used alone as a means for generating a birefringence difference. For example, it may be used instead of the stress adjusting groove applied in the first or second embodiment.
  • FIG. 16A shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the fourth embodiment.
  • the Y branch 313 is used as the optical branching unit
  • the MMI coupler 316 is used as the optical coupling unit.
  • the means for generating the difference in birefringence and the means for generating the difference in refractive index dispersion are similar to those in the third embodiment.
  • a thermo-optic for adjusting a manufacturing error is provided on one optical waveguide 222 of the optical path length difference providing unit.
  • the difference from the third embodiment is that a phase shifter 351 is formed.
  • thermo-optic phase shifter since the thermo-optic phase shifter is formed only in one optical waveguide, the birefringence difference and the refractive index difference of the optical path length difference imparting portion change. Therefore, in consideration of the change caused by the stress applying film such as the thermo-optic phase shifter, the difference between the refractive index dispersion and the means for generating the birefringence difference is satisfied so as to satisfy the expressions (16) and (36). Set the means.
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m.
  • m is set to 1.5
  • ⁇ is set to 0.06
  • m ′ is set to 0.06
  • ⁇ c is set to 1.57 ⁇ m.
  • Either means for generating a difference in refractive index dispersion (width modulation waveguide 341) or means for generating a birefringence difference (stress adjusting groove 331, birefringence adjusting waveguide 332) on the optical path length difference providing unit is provided.
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 221 and the optical waveguide 222 was set to ⁇ 0.3 ⁇ m. Further, as shown in FIG.
  • the width modulation waveguide 341 includes a taper waveguide having a length of 0.4 mm for converting the width of the optical waveguide from 4.5 ⁇ m to 4.0 ⁇ m, and a linear waveguide having a width of 4.0 ⁇ m and a length of 0.05 mm.
  • a width modulation waveguide composed of a waveguide and a tapered waveguide having a length of 0.4 mm for converting the width of the optical waveguide from 4.0 ⁇ m to 4.5 ⁇ m was used. Further, as shown in FIG. 16B, the distance between the birefringence adjusting waveguides 332 is 0.05 mm, and the width of the birefringence adjusting waveguide 332 is 0.08 mm. The length Lc of the birefringence adjusting waveguide 332 was 0.5 mm.
  • FIG. 17A shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the fifth embodiment.
  • the present embodiment is different from the third embodiment in that a thermo-optic phase shifter 351 is formed in the optical waveguide 221 of the optical path length difference providing portion, and a thermo-optic phase shifter 352 is formed in the optical waveguide 222 of the optical path length difference providing portion. Others are the same as in the third embodiment.
  • the two thermo-optic phase shifters 351 and 352 have the same shape, there is no difference in birefringence or refractive index dispersion at the optical path length difference providing portion due to the formation of the thermo-optic phase shifter. Therefore, the manufacturing error can be adjusted by the thermo-optic phase shifter while maintaining the configuration of the third embodiment.
  • thermo-optic phase shifter is formed at a position away from the means for causing the difference in birefringence and the means for causing the difference in refractive index dispersion.
  • the thermo-optic phase shifter may form in the position which overlaps with the means which produces a difference, and the means which produces the difference of refractive index dispersion
  • the birefringence difference and the refractive index dispersion are slightly shifted due to the contribution of the thermo-optic phase shifter, so that the shift is set to be corrected.
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m. Either means for generating a difference in refractive index dispersion (width modulation waveguide 341) or means for generating a birefringence difference (stress adjusting groove 331, birefringence adjusting waveguide 332) on the optical path length difference providing unit is provided.
  • the optical path length difference ⁇ L between the optical waveguide 221 and the optical waveguide 222 was set to ⁇ 0.5 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjusting grooves 331 was 0.06 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves 331 was 0.05 mm
  • the width was 0.05 mm
  • the length Lg was 1.5 mm.
  • the width modulation waveguide 341 converts the width of the optical waveguide from 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m and a length of 0.3 mm, and converts the width of the optical waveguide from 5.5 ⁇ m to 4.5 ⁇ m.
  • a width modulation waveguide composed of a taper waveguide having a length of 0.3 mm was used.
  • the distance between the birefringence adjusting waveguides 332 was 40 ⁇ m
  • the width of the birefringence adjusting waveguide 332 was 0.1 mm
  • the length Lc was 1.5 mm.
  • the widths of the thermo-optic phase shifters 351 and 352 were 0.02 mm and the length was 0.5 mm.
  • the taper waveguide may have an arbitrary taper shape such as a taper that changes exponentially in addition to a linear taper whose width changes uniformly.
  • FIG. 18 shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the sixth embodiment.
  • the present embodiment is different from the second embodiment in that a birefringence adjusting waveguide 332 is formed in the optical waveguide 221 of the optical path length difference providing portion instead of the width modulation waveguide, but the other is similar to the second embodiment. is there.
  • the stress adjusting groove 331 is used as a means for generating both the birefringence difference and the refractive index dispersion
  • the birefringence adjusting waveguide 332 is both a birefringence difference and a difference in refractive index dispersion.
  • both the birefringence difference and the difference in refractive index dispersion may be generated by one means.
  • Means for generating a difference in birefringence and a difference in refractive index dispersion were set so as to satisfy the expressions (16) and (31).
  • the width of the optical waveguide was 4.5 ⁇ m.
  • the optical path length difference ⁇ L between 221 and the optical waveguide 222 was ⁇ 0.4 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjusting grooves 331 was 0.03 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves 331 was 0.06 mm
  • the width was 0.1 mm
  • the length Lg was 1.0 mm.
  • the distance between the birefringence adjusting waveguides 332 was 60 ⁇ m
  • the width of the birefringence adjusting waveguide 332 was 0.05 mm
  • the length Lc was 0.7 mm.
  • the birefringence adjusting waveguide is used as the main means for generating the difference in refractive index dispersion
  • the stress adjusting groove is used as the main means for generating the birefringence difference
  • other combinations are possible.
  • the difference between the birefringence difference and the refractive index dispersion may be set so as to satisfy the conditional expression of the embodiment of the present invention.
  • a means that can be both a means for generating a birefringence difference and a means for causing a difference in refractive index dispersion depending on the shape.
  • a width modulation waveguide only the difference in refractive index dispersion occurs at the width of 5.5 ⁇ m in Example 5, but a difference in birefringence occurs when the width is 18 ⁇ m. Therefore, a taper waveguide that converts the width from 4.5 ⁇ m to 5.5 ⁇ m, a linear waveguide that has a width of 5.5 ⁇ m (means for causing a difference in refractive index dispersion), and a width that converts from 5.5 ⁇ m to 18 ⁇ m.
  • a taper waveguide, a straight waveguide having a width of 18 ⁇ m (means for generating a birefringence difference), and a tapered waveguide for converting the width from 18 ⁇ m to 4.5 ⁇ m are formed in the optical length difference applying portion.
  • the length of the linear waveguide having a width of 5.5 ⁇ m, the length of the linear waveguide having a width of 18 ⁇ m, and the optical path length difference ⁇ L may be set so as to satisfy the conditional expression of the form. However, in that case, it is necessary to consider the refractive index and birefringence of the tapered waveguide.
  • the numerical value shown here is an example, and an optimal value may be set according to the material, composition, manufacturing method, and the like to be used.
  • a stress adjusting groove, a birefringence adjusting waveguide, a width modulation waveguide, a stress applying film, and the like are applied as means for generating a birefringence difference are shown, but other means are used. May be. Further, after the optical waveguide is formed by light irradiation such as laser or local heating using a thin film heater, the difference in birefringence or refractive index dispersion may be adjusted.
  • FIG. 25 shows a broadband interferometer-type polarization beam combiner according to the seventh embodiment.
  • This circuit is a circuit in which polarization beam combiners are connected in multiple stages.
  • the preceding polarization beam combiner / separator has a configuration similar to that of the broadband interferometer type polarization beam combiner / stractor shown in FIG. 13A.
  • the latter two polarization beam combiners / separators are used as a polarizer, that is, a TM light transmission type polarizer and a TE light transmission type polarizer.
  • FIG. 26 shows the characteristics of this circuit.
  • FIG. 26A shows transmission characteristics
  • FIG. 26B shows cutoff characteristics. Referring to FIG. 26, it can be seen that the extinction characteristic is greatly improved with respect to the characteristic shown in FIG.
  • the width of the optical waveguide was 6.0 ⁇ m
  • the thickness was 6.0 ⁇ m
  • the thicknesses of the upper and lower claddings were each 20 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference between the core and the clad of the optical waveguide was 1.5%.
  • the upper and lower optical The optical path length difference ⁇ L of the waveguide was set to ⁇ 0.4 ⁇ m.
  • the distance (ridge width) between the stress adjusting grooves was 0.04 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves was 0.04 mm
  • the width was 0.05 mm
  • the length Lg was 1.1 mm.
  • the upper optical waveguide includes a taper waveguide having a length of 0.2 mm for converting from a width of 6.0 ⁇ m to 8.0 ⁇ m, a linear waveguide having a width of 8.0 ⁇ m and a length L of 0.5 mm, and a width of 8.
  • a width modulation waveguide consisting of a 0.2 mm long tapered waveguide that converts from 0 ⁇ m to 6.0 ⁇ m was used.
  • the subsequent stage polarizer a configuration similar to that of the previous stage polarization combiner / separator was used, but a directional coupler composed of two adjacent optical waveguides was used instead of WINC as the optical coupler.
  • a directional coupler composed of two adjacent optical waveguides was used instead of WINC as the optical coupler.
  • the optical path length difference ⁇ L between the upper and lower optical waveguides was set to ⁇ 0.05 ⁇ m.
  • the distance between the stress adjusting grooves was 0.04 mm, the depth of the stress adjusting grooves was 0.04 mm, the width was 0.05 mm, and the length Lg was 1.2 mm.
  • the upper optical waveguide includes a taper waveguide having a length of 0.3 mm for converting from a width of 6.0 ⁇ m to 8.5 ⁇ m, a linear waveguide having a width of 8.5 ⁇ m and a length L of 0.7 mm, and a width of 8.
  • a width modulation waveguide consisting of a 0.3 mm long tapered waveguide that converts from 5 ⁇ m to 6.0 ⁇ m was used.
  • the optical path length difference ⁇ L between the upper and lower optical waveguides was set to ⁇ 0.6 ⁇ m.
  • the distance between the stress adjusting grooves (ridge width) was 0.04 mm
  • the depth of the stress adjusting grooves was 0.04 mm
  • the width was 0.05 mm
  • the length Lg was 1.2 mm.
  • the upper optical waveguide includes a taper waveguide having a length of 0.3 mm for converting from a width of 6.0 ⁇ m to 9.0 ⁇ m, a linear waveguide having a width of 9.0 ⁇ m and a length L of 0.6 mm, and a width of 9.
  • a width modulation waveguide composed of a 0.3 mm-long tapered waveguide for converting from 0 ⁇ m to 6.0 ⁇ m was used.
  • the thickness of the clad is 20 ⁇ m is shown, but any thickness such as 10 ⁇ m and 40 ⁇ m may be used, and the thickness may be changed between the upper and lower clads.
  • the relative refractive index difference is 1.5%, it may be 0.75%, 2.5%, or 10% or more.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

　広い帯域で偏波合成分離が可能となる干渉計型偏波合成分離器を提供する。本発明は、光分岐部と、光結合部と、前記光分岐部と前記光結合部に挟まれた複数の光導波路からなる光路長差付与部と、前記光分岐部に接続された１つまたは２つの入力/出力ポートと、前記光結合部に接続された２つの入力/出力ポートとから構成された干渉計型偏波合成分離器である。二つの偏光状態における前記光路長差付与部の規格化位相の差が、波長λｃで半整数となるように設定されるとともに、前記光路長差付与部の複数の光導波路間に屈折率分散の差を生じさせる手段が備えられて透過率の波長に対する変化率が前記二つの偏光状態で等しく設定されていることを特徴とする。

Description

広帯域干渉計型偏波合成分離器
　本発明は入力偏光を分離、もしくは、合成する干渉計型偏波合成分離器に関する。より詳細には、二つの偏光状態の透過率の波長に対する変化率を等しくすることで波長依存性を抑え、単一の干渉計型光回路で広帯域動作を実現した広帯域干渉計型偏波合成分離器に関する。
　図１に、従来の干渉計型偏波合成分離器の回路構成を示す（特許文献１を参照）。この干渉計型偏波合成分離器は、２つの光カプラ１１１、１１２と、それらを結ぶ２本の光導波路１２１、１２２からなるマッハツェンダ干渉計である。２本の光導波路１２１、１２２の光路長差の設定により、マッハツェンダ干渉計の動作は、次のように変化する。
（従来技術の第１例）
　２本の光導波路１２１、１２２の光路長差を０に設定した場合、入力ポート１０１に入力した光は、出力ポート１０４（クロスポート）より出力され、出力ポート１０３（スルーポート）からは出力されない。入力ポート１０２に入力した光は、出力ポート１０３（クロスポート）より出力され、出力ポート１０４（スルーポート）からは出力されない。
　次に、２本の光導波路１２１、１２２の光路長差を使用する波長λｃの半波長λｃ／２に設定した場合、入力ポート１０１に入力した光は、波長λｃで出力ポート１０３（スルーポート）より出力され、出力ポート１０４（クロスポート）からは出力されない。入力ポート１０２に入力した光は、波長λｃで出力ポート１０４（スルーポート）より出力され、出力ポート１０３（クロスポート）からは出力されない。
　そこで従来技術では、２本の光導波路１２１、１２２の複屈折（ＴＭ光とＴＥ光の実効屈折率の差）が、互いにλｃ／２異なるように光導波路の複屈折を設定している。それにより、例えば、ＴＭ光にとっての光路長差がλｃ／２、ＴＥ光にとっての光路長差が０になるようにすることができ、入力ポート１０１に光を入力すると、波長λｃでＴＥ光とＴＭ光は異なる出力ポートより出力され、偏波を分離することができる。
　より具体的な実施例としては、光分岐部と光結合部に、マルチモード干渉計型光カプラを用いる（非特許文献１を参照）。光導波路１２１と光導波路１２２の光路長差ΔLは０．４６μｍに設定されている。光導波路の複屈折の制御方法としては、光導波路のコア幅を変える方法が用いられている。光導波路１２１には、テーパ導波路１３１と直線導波路１３３とテーパ導波路１３２が形成されている。テーパ導波路１３１は幅を７μｍから２０μｍに変換し、直線導波路１３３は幅が２０μｍかつ長さが５ｍｍであり、テーパ導波路１３３は幅を２０μｍから７μｍに変換する。一方、光導波路１２２には、テーパ導波路１４１とテーパ導波路１４２が形成されている。テーパ導波路１４１は幅を７μｍから２０μｍに変換し、テーパ導波路１４２は幅を２０μｍから７μｍに変換する。光路長差付与部１２１と１２２におけるテーパ導波路の寄与分は互いに打ち消しあうので、図１の回路は、光路長差付与部の光導波路１２１に、幅２０μｍ、長さ５ｍｍの直線導波路のみを有する回路と等価である。
（従来技術の第２例）
　しかし、製造誤差が生じると所望の偏波合成分離特性が得られない。そこで、マッハツェンダ干渉計の２本の光導波路１２１、１２２に複屈折調整手段を追加して光導波路の複屈折の誤差を補正するか、または屈折率調整手段を追加して光導波路の屈折率の誤差を補正することも可能である。例えば、複屈折調整手段や屈折率調整手段として、熱光学位相シフタを用いた手法が示されている（特許文献２、３を参照）。複屈折調整用熱光学位相シフタと位相調整用熱光学位相シフタを駆動することで、製造誤差を低減し、所望の偏波消光比に近い特性を得ることができる。
特許第４１０２７９２号明細書 特許第３７０３０１３号明細書 特許第３７１５２０６号明細書
Y. Hashizume他著、「Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width,」、Electron. Lett、2001年12月、Vol.37、no.25、p.1517-1518 K. Jinguji他著、「Two-Port Optical Wavelength Circuits Composed of Cascaded Mach-Zehnder Interferometers with Point-Symmetrical Configurations,」、Journal of Lightwave Technology、1996年10月、vol.14、p.2301-2310
　従来技術の第１例の偏波合成分離器は、偏波合成分離できる波長が信号光波長λｃの近傍に限られていたため、広い波長範囲で動作させることはできなかった。また、従来技術の第２例における熱光学位相シフタを用いた調整は、製造誤差による偏波合成分離特性の劣化を調整しているにすぎないため、製造誤差が無い場合は、従来技術の第１例の偏波合成分離器と変わりはなかった。
　本発明の目的とするところは、干渉型光回路で構成される偏波合成分離器の動作波長帯域を拡大させることである。それにより、広帯域で偏波合成分離できる高性能な干渉計型偏波合成分離器を提供することができる。
　本発明の一実施形態では、光分岐部と、光結合部と、光分岐部と光結合部に挟まれた複数の光導波路からなる光路長差付与部と、光分岐部に接続された１つまたは２つの入力/出力ポートと、光結合部に接続された２つの入力/出力ポートとを備える干渉計型偏波合成分離器である。光路長差付与部の複数の光導波路に、複屈折率差を生じさせる手段および屈折率分散の差を生じさせる手段を備え、光結合部に接続された２つの入力/出力ポートよりそれぞれ第１の偏光状態と第２の偏光状態を有する光を入力し、光分岐部に接続された１つもしくは２つの入力/出力ポートより光を出力して偏波合成するか、または、光分岐部に接続された１つもしくは２つの入力/出力ポートに光を入力し、光結合部に接続された２つの入力/出力ポートよりそれぞれ第１の偏光状態と第２の偏光状態を有する光を出力して偏波分離することを特徴とする。
　本発明の一実施形態では、第１の偏光状態と第２の偏光状態における光路長差付与部の規格化位相の差は、波長λｃで半整数となるよう設定され、屈折率分散の差を生じさせる手段によって与えられた屈折率分散の差によって、規格化位相の差の波長変動が抑制される。
　本発明の一実施形態では、規格化位相の差の波長変動は、第１の偏光状態と第２の偏光状態とで逆符号である。
　本発明の一実施形態では、光路長差付与部の一方の光導波路に対する他方の光導波路の複屈折と長さの積の総和は、γ（λ-λc）+（ｍ´＋（1/2））λｃで近似可能である。
　本発明の一実施形態では、第１の偏光状態における光分岐部と光結合部と光路長差付与部との規格化位相の和をψ1(λ)、第２の偏光状態における光分岐部と光結合部と光路長差付与部との規格化位相の和をψ2(λ)としたとき、ψ1(λ)の波長に対する変化率とψ2(λ)の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号である。
　本発明の一実施形態では、光分岐部および光結合部は、二つの方向性結合器と、二つの方向性結合器に挟まれた二本の光導波路からなる微小光路長差付与部とを備える波長無依存カプラである。光分岐部および光結合部の波長無依存カプラは、回路の中心に対し点対称に配置されている。
　本発明の一実施形態では、光分岐部はＹ分岐であり、光結合部は光カプラであり、光分岐部の分岐率と光結合部の結合率は波長によらず５０％である。
　本発明の一実施形態では、光分岐部はＹ分岐であり、光結合部は光カプラであり、第１の偏光状態と第２の偏光状態とにおける光路長差付与部の規格化位相の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号である。
　本発明の一実施形態では、複屈折率差を生じさせる手段は、光路長差付与部の光導波路の構造の差異によるものである。
　本発明の一実施形態では、複屈折率差を生じさせる手段は、光路長差付与部の光導波路に付与される応力を調整するものである。
　本発明の一実施形態では、屈折率分散の差を生じさせる手段は、光路長差付与部の光導波路の構造の差異によるものである。
　本発明の一実施形態では、広帯域干渉計型偏波合成分離器は平面基板上に形成され、光導波路はコアとクラッドからなる石英系光導波路である。
　本発明を適用することにより、広い波長範囲で偏波合成分離できる干渉計型偏波合成分離器を実現することができる。
図１は、従来の干渉計型偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態における広帯域干渉計型偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図３は、本発明の実施形態における広帯域干渉計型偏波合成分離器において、光路長差付与部を５つの要素に分けた様子を示す図である。 図４Ａは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の遮断特性を示す図である。 図４Ｃは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の相対位相の波長依存性を示す図である。 図５は、（１１）式で与えられる関数Ｈ（λ）の波長依存性を示す図である。 図６Ａは、（１２）式、（１３）式で与えられる規格化位相の変化率の波長依存性（ＴＥ偏光の場合）を示す図である。 図６Ｂは、（１２）式、（１３）式で与えられる規格化位相の変化率の波長依存性（ＴＭ偏光の場合）を示す図である。 図７Ａは、異なるγに対する干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す図である。 図７Ｂは、異なるγに対する干渉計型偏波合成分離器の遮断特性を示す図である。 図８Ａは、近接する２本の光導波路からなる２入力２出力の方向性結合器を示す図である。 図８Ｂは、光分岐部と光結合器に方向性結合器を用いた例示的な偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図９Ａは、波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を示す図である。 図９Ｂは、波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を示す図である。 図９Ｃは、光分岐部と光結合部にＷＩＮＣを用いた例示的な偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図１０Ａは、Ｙ分岐を示す図である。 図１０Ｂは、波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を示す図である。 図１０Ｃは、光分岐部にＹ分岐、光結合部にＷＩＮＣを用いた例示的な偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図１１は、本発明の実施形態における広帯域干渉計型偏波合成分離器の回路構成を示す図である。 図１２Ａは、平面基板上に形成された広帯域干渉計型偏波合成分離器の製造の工程を示す図である。 図１２Ｂは、平面基板上に形成された広帯域干渉計型偏波合成分離器の製造の工程を示す図である。 図１２Ｃは、平面基板上に形成された広帯域干渉計型偏波合成分離器の製造の工程を示す図である。 図１２Ｄは、平面基板上に形成された広帯域干渉計型偏波合成分離器の製造の工程を示す図である。 図１２Ｅは、平面基板上に形成された広帯域干渉計型偏波合成分離器の製造の工程を示す図である。 図１３Ａは、実施例１に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１３Ｂは、実施例１に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の断面図を示す図である。 図１３Ｃは、実施例１で使用する幅変調導波路の拡大図を示す図である。 図１４は、実施例２に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１５Ａは、実施例３に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１５Ｂは、実施例３に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の断面図を示す図である。 図１６Ａは、実施例４に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１６Ｂは、実施例４に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の断面図を示す図である。 図１７Ａは、実施例５に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１７Ｂは、実施例５に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の変形を示す図である。 図１８は、実施例６に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図１９は、方向性結合器およびＭＭＩカプラの規格化位相の波長依存性を示す図である。 図２０Ａは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す図である。 図２０Ｂは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の遮断特性を示す図である。 図２０Ｃは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の相対位相の波長依存性を示す図である。 図２１は、本発明の干渉計型偏波合成分離器を多段に接続した干渉計型偏波合成分離器の実施形態を示す図である。 図２２Ａは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＥ透過偏光子の透過特性を示す図である。 図２２Ｂは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＥ透過偏光子の遮断特性を示す図である。 図２２Ｃは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＥ透過偏光子の規格化位相の波長依存性を示す図である。 図２３Ａは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＭ透過偏光子の透過特性を示す図である。 図２３Ｂは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＭ透過偏光子の遮断特性を示す図である。 図２３Ｃは、本発明の実施形態で得られる広帯域干渉計型ＴＭ透過偏光子の規格化位相の波長依存性を示す図である。 図２４Ａは、本発明の実施形態を示す概略図である。 図２４Ｂは、本発明の実施形態を示す概略図である。 図２４Ｃは、本発明の実施形態を示す概略図である。 図２４Ｄは、本発明の実施形態を示す概略図である。 図２５は、実施例７に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す図である。 図２６Ａは、実施例７に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す図である。 図２６Ｂは、実施例７に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器の遮断特性を示す図である。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態を具体的に説明する。図２に、本発明の広帯域干渉計型偏波合成分離器の回路構成を示す。本回路は、入力/出力ポート２０１、２０２、２０３、２０４と、光分岐部２１１と、光結合部２１２と、２本の光導波路２２１、２２２からなる光路長差付与部とを備えるマッハツェンダ干渉計型の偏波合成分離器である。光導波路２２１、２２２は光分岐部２１１と光結合部２１２とに挟まれ、光路長差付与部は複屈折率差を生じさせる手段２４１および屈折率分散の差を生じさせる手段２４２を備える。図２では、複屈折率差を生じさせる手段２４１と屈折率分散の差を生じさせる手段２４２は同じ光導波路に形成されているが、複屈折率差を生じさせる手段２４１と屈折率分散の差を生じさせる手段２４２は異なる光導波路に形成されていてもよい。ＴＥ光を偏光状態１、ＴＭ光を偏光状態２とし、複屈折率差を生じさせる手段２４１によって、光路長差付与部におけるＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の差が、波長λｃで、ｍ´＋（1/2）（ｍ´は整数）となるように設定している。さらに、屈折率分散の差を生じさせる手段２４２により規格化位相の差の波長変動を抑制することで、偏光状態１、２のどちらでも波長依存性を抑えて偏波合成、または、偏波分離を行うことが可能となる。
　次に、式を用いてより具体的に説明する。図３に示すように、光路長差付与部を構成要素ごとに分けるとする。ｎaTE,i(λ)とｎaTM,i(λ)をそれぞれ第i要素の光路長差付与部の光導波路２２１におけるＴＥ光（偏光状態１）とＴＭ光（偏光状態２）の実効屈折率、ｎbTE,i(λ)とｎbTM,i(λ)をそれぞれ第i要素の光路長差付与部の光導波路２２２におけるＴＥ光とＴＭ光の実効屈折率とする。この場合に、第i要素の光路長差付与部の光導波路２２１における複屈折Ｂa,i(λ)と第i要素の光路長差付与部の光導波路２２２における複屈折Ｂb,i(λ)は、それぞれ下記式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　簡単のため、光分岐部２１１と、光結合部２１２の位相を無視し、光路長差付与部の位相のみを考慮する。光路長差付与部において、光導波路２２２に対する光導波路２２１の、ＴＥ光とＴＭ光の相対的な規格化位相は、下記式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、Ｌa,iは光導波路２２１の第i要素の長さ、Ｌb,iは光導波路２２２の第i要素の長さ、λは波長である。また、光路長差付与部の遅延量はexp（－ｉ・２π・φ）と表され、２πで規格化された位相のため、規格化位相と記した。
　偏波合成分離器として機能させるには、まずは、使用する波長帯域の中心波長λｃで、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の差がｍ´＋（1/2）（ｍ´は整数）となる必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　関数Ｈ（λ）を定義し、式で表すと、下記の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記条件式を満たすよう、回路を設計すれば、信号光波長λｃ近傍で偏波合成分離器となる。
　次に、広帯域化に必要な要件を説明する。ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率はそれぞれ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
と表される。波長依存性を小さくするには、波長に対する変化率を最小にすれば良いので、広帯域化の条件は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
で表される。すなわち、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の波長変動が、互いに逆符号であれば、波長依存性を低減できる。より望ましいのは、∂φＴＥ（λ）／∂λ＝－（∂φＴＭ（λ）／∂λ)の場合であるので、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号になるようにすれば、波長依存性を最も抑えることができる。
　上記条件式は、次のように理解することができる。マッハツェンダ干渉計型偏波合成分離器では、偏光状態１と偏光状態２の相対的な規格化位相φ1（λ）とφ2（λ）の差がｍ´＋（1/2）（ｍ´は整数）となるようにする必要があるため、光路長差付与部に少なくとも半波長の光路長差を与える必要がある。例えば、偏光状態１の光路長差を０、偏光状態２の光路長差はλｃ／２とする。このとき、偏光状態１における光路長差付与部の光路長差は０であるため、波長に依存しないが、偏光状態２における光路長差付与部の光路長差は有限であるため、波長依存性が生じる。偏光状態１と偏光状態２の光を合成・分離する偏波合成分離器では、偏光状態１か２のどちらか一方ではなく、両方の偏光状態において、透過ポートの損失が低く、遮断ポートの偏波消光比が高いことが望ましい。そこで、偏光状態１と偏光状態２で、平均的に波長依存性が最小になるのは、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率が、大きさは等しくかつ逆符号になる場合である。これは、偏波合成分離器として動作させるのに必要な光路長差を、偏光状態１と偏光状態２で半々に分け、両状態で波長依存性を均等に負担していると理解することができる。
　ここで、（７）式、（８）式、（９）式より、Ｇ(λ)は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
である。ここで、Ｈ(λ)を下記式のように置くとする（０≦γ≦０．５）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　（１１）式を（１０）式に代入すると、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率はそれぞれ、下記式のように変形される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　これらの式を積分することにより、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相が求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　従って、（３）式、（４）式より、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
となる。上記２つの条件式を満たすよう、干渉計型偏波合成分離器を設定することで、本発明の広帯域干渉計型偏波合成分離器が得られる。
　図４に、本実施形態で得られる広帯域干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す。広い波長範囲に渡り、挿入損失が低く（図４Ａ）、偏波消光比が高い（図４Ｂ）。図４Ｃにこのときの規格化相対位相を示す。ＴＥ偏光とＴＭ偏光の規格化位相の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号になっている様子がわかる。
　（１１）式で定義した関数は一例であって、その他の表記を用いることができるし、波長に対する２次関数以上の高次の関数など、その他の関数を用いてもよい。異なる関数を用いれば、条件式である（１６）式、（１７）式も変化する。その場合は、本発明の特徴である上記手法により、最適な条件式を導出すればよい。
　（１１）式で定義した関数は、波長がλｃのとき、（６）式と等しくなり、信号光波長λｃ近傍で偏波合成分離器となることを示している。ところで、（１１）式におけるγは複屈折の波長依存性を表すパラメータで、通常、複屈折の波長依存性が無いときは、γ＝０とおけばよい。一方、複屈折の波長依存性がある場合、γは有限の値となるが、γを（１１）式に取り入れることで、複屈折の波長依存性を利用し、波長依存性をさらに改善することができる。図５に（１１）式で定義したＨの波長依存性、図６に（１２）式、（１３）式で与えられる規格化位相の変化率の波長依存性、図７に干渉計型偏波合成分離器の透過特性を示す。γ＝０からγ＝０．５に近づくにつれ、規格化位相の変化率が小さくなり、波長依存性が減少することがわかる。これは、従来の偏波合成分離器では得られなかった特徴である。そして、γ＝０．５となるよう設定すれば、（１２）式、（１３）式より、偏光状態１と偏光状態２で、同時に波長無依存にすることができる。このように、パラメータγを取り入れ、０＜γ≦０．５の範囲で値を調整することで、複屈折の波長依存性も新たに活用でき、偏光状態１と偏光状態２とで波長依存性を半々に分けたときよりも、さらに波長依存性を低減できる。
　なお、ここでは基本的な条件式を導出することを主眼に置いたため、光分岐部と光結合部の位相は無視したが、実際の回路設計では、使用する光分岐部と光結合部の位相に応じて、光路長差付与部の設定を変える。具体的には、これまでの式のφ1（λ）、φ2（λ）をψ1（λ）、ψ2（λ）に置き換えればよい。ただし、ψ1（λ）は偏光状態１における光分岐部と光結合部と光路長差付与部の規格化位相の和、ψ2（λ）は偏光状態２における光分岐部と光結合部と光路長差付与部の規格化位相の和である。光分岐部と光結合部の組み合わせに対する実施形態を次に例示する。
　＜光分岐部：方向性結合器、光結合部：方向性結合器の場合＞
　一例として、図８Ｂに示すように、光分岐部と光結合部に、方向性結合器を用いる。この方向性結合器は、図８Ａに示すように、近接する二本の光導波路からなる２入力２出力の方向性結合器である。方向性結合器の分岐率/結合率をγ（λ）とすると、方向性結合器のスルーポート（すなわち、図８Ａで、３０１から入力し３０３から出力する場合、または、３０２から入力し３０４から出力する場合）の伝達関数は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
、方向性結合器のクロスポート（すなわち、図８Ａで、３０１から入力し３０４から出力する場合、または、３０２から入力し３０３から出力する場合）の伝達関数は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
で与えられる。これは、方向性結合器のクロスポートを通った光は、スルーポートを通った光に対し位相がπ/2（規格化位相が1/4）遅れる（スルーポートを通った光は、クロスポートを通った光に対し位相がπ/2（規格化位相が1/4）進む）ことを示している。従って、図８Ｂのポート２０１より光を入力し、ポート２０３より光を出力する場合、光導波路２２１を通る経路では方向性結合器のスルーポートを２回通ることとなり、光導波路２２２を通る経路では方向性結合器のクロスポートを２回通ることとなる。従って、光分岐部と光結合部により加わる相対的な規格化位相は、-1/2である。他方、ポート２０１より光を入力し、ポート２０４より光を出力する場合、光導波路２２１と光導波路２２２のどちらを通る経路でも、方向性結合器のスルーポートとクロスポートをそれぞれ１回ずつ通ることになる。従って、光分岐部２１１と光結合部２１２による位相は打ち消しあう。以上をまとめると、ポート２０１より光を入力し、ポート２０３、２０４より光を出力したときの、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の相対的な規格化位相は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
となる。広帯域化の条件は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
もしくは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
であるので、（１８）式、（１９）式、（２０）式、（２１）式を代入すると、（９）式と等しくなる。従って、この例では、（１６）式、（１７）式を満たすよう、干渉計型偏波合成分離器を設定することで、本発明の広帯域干渉計型偏波合成分離器が得られる。なお、ポート２０２より光を入力する場合も同様に考えることができる。すなわち、ポート２０２から入力してポート２０４から出力するときの、光分岐部２１１と光結合部２１２により加わる相対的な規格化位相を1/2に置き換えるだけで良い。
　＜光分岐部：波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）、光結合部：波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）の場合＞
　また一例として、図９Ｃに示すように、光分岐部と光結合部に、波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）を用いる。ＷＩＮＣは、図９Ａに示すように、入力/出力ポート３０１、３０２、３０３、３０４と、光分岐部の方向性結合器３１１と、光結合部の方向性結合器３１２と、これら二つの方向性結合器に挟まれた二本の光導波路３２１、３２２からなる微小光路長差付与部とを備える波長依存性のないカプラである。ここで、光分岐部のＷＩＮＣ３１４は図９Ａの向き、光結合部のＷＩＮＣ３１５は図９Ｂの向きとし、マッハツェンダ干渉計型の偏波合成分離器の回路の中心に対し点対称になるよう配置する（図９Ｃ）。なお、これらＷＩＮＣは任意の向きで配置しても良いが、その場合はＷＩＮＣで発生する位相差の波長依存性を考慮して設計を行う。点対称にすると、ＷＩＮＣで生じる位相差が打ち消し合い、設計が簡単になるので、ここでは点対称になるように配置した。図９ＡのＷＩＮＣの３０１から入力して３０３から出力するとき、３０１から入力して３０４から出力するとき、３０２から入力して３０３から出力するとき、３０２から入力して３０４から出力するときの伝達関数はそれぞれ、a（λ）、b（λ）、－b*（λ）、a*（λ）と表され、図９ＢのＷＩＮＣの３０１から入力して３０３から出力するとき、３０１から入力して３０４から出力するとき、３０２から入力して３０３から出力するとき、３０２から入力して３０４から出力するときの伝達関数はそれぞれ、a*（λ）、b（λ）、－b*（λ）、a（λ）と表される（*は複素共役を表す。非特許文献２を参照）。このような配置にすると、クロスポートは、方向性結合器を用いた場合と同じであるが、スルーポートの位相も打ち消し合い、ψ（λ）＝φ（λ）となる。したがって、この例でも、（１６）式、（１７）式を満たすように干渉計型偏波合成分離器を設定することで、本発明の広帯域干渉計型偏波合成分離器が得られる。方向性結合器の分岐率/結合率が波長依存性を持つのに対し、ＷＩＮＣは波長によらず分岐率/結合率が５０％になるようにすることができるので、広い波長範囲で高消光比を得たいときには、こちらの構成の方が優れた特性を得やすい。
　＜光分岐部：Ｙ分岐、光結合部：ＷＩＮＣの場合＞
　さらにまた一例として、図１０Ｃに示すように、光分岐部にＹ分岐、光結合部にＷＩＮＣを用いる。Ｙ分岐は、図１０Ａに示すように、入力/出力ポート３０５、３０６、３０７に接続される。ＷＩＮＣは、図１０Ｂに示すように、入力/出力ポート３０１、３０２、３０３、３０４と、光分岐部の方向性結合器３１１と、光結合部の方向性結合器３１２と、これら二つの方向性結合器に挟まれた二本の光導波路３２１、３２２からなる微小光路長差付与部とを備える波長依存性のないカプラである。この場合において、Ｙ分岐の分岐率とＷＩＮＣの結合率が、波長によらず５０%となるよう設定した。図１０ＢのＷＩＮＣの３０１から入力して３０３から出力するとき、３０１から入力して３０４から出力するとき、３０２から入力して３０３から出力するとき、３０２から入力して３０４から出力するときの伝達関数はそれぞれ、a（λ）、b（λ）、－b*（λ）、a*（λ）と表される。規格化位相を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
と置くと、このマッハツェンダ干渉計型の偏波合成分離器の出力ポート２０３より光が出力されるときの光結合器による位相は、-{arg[a(λ)]-arg[-b*(λ)]}/2π=-Φ(λ)と表され、出力ポート２０４より光が出力されるときの光結合器による位相は、{arg[a*(λ)]-arg[b(λ)]}/2π=-[Φ(λ)+(1/2)]と表される。従って、ポート２０１より光を入力し、ポート２０３、２０４より光を出力したときの、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の相対的な規格化位相は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
となる。広帯域化の条件は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
もしくは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
である。例えば、（２８）式の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
となる。従って、この構成の場合、（１７）式に光結合器の位相による項を加え、（１７）式を次式に置き換えればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　この例では、上下対称のＹ分岐を用いたが、上下非対称のＹ分岐を用いてもよい。また、光結合器としてＷＩＮＣを用いたが、その他の光カプラを用いてもよい。そのような場合は、使用するＹ分岐と光カプラに応じて、広帯域化の要件を導出する。
　＜光分岐部：Ｙ分岐、光結合部：対称カプラ（マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラなど）の場合＞
　図１１に、本発明の広帯域干渉計型偏波合成分離器の回路構成を例示する図を示す。本回路は、入力/出力ポート２０１、２０３、２０４と、光分岐部２１１と、光結合部２１２と、光分岐部２１１と光結合部２１２に挟まれた２本の光導波路２２１、２２２からなる光路長差付与部とを備える。光分岐部２１１は上下対称の１入力２出力のＹ分岐であり、光結合部２１２は上下対称の２入力２出力の光カプラであり、光路長差付与部は光導波路２２１－２２２間に複屈折率差を生じさせる手段２４１と屈折率分散の差を生じさせる手段２４２とを備える。そして、ＴＥ光を偏光状態１、ＴＭ光を偏光状態２とし、複屈折率差を生じさせる手段２４１によって、光路長差付与部におけるＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の差が、波長λｃで、ｍ´＋（1/2）（ｍ´は整数）となるよう設定している。さらには、屈折率分散の差を生じさせる手段２４２によって、この偏波合成分離器の透過率の波長に対する変化率が、ＴＥ光とＴＭ光とで、等しくなるように設定している。それにより、偏光状態１、２どちらの偏光でも波長依存性を抑えて偏波合成、もしくは、偏波分離が可能となる。
　上下対称の光カプラの分岐率/結合率をγ（λ）、損失をexp（－η・λ）と仮定し、スルーポートの伝達関数を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
クロスポートの伝達関数を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
と表す。ポート２０１より光を入力しポート２０３より光を出力する場合、光結合部で相対的に位相がΦ（λ）遅れ、ポート２０１より光を入力しポート２０４より光を出力する場合、光結合部で相対的に位相がΦ（λ）進む。従って、ポート２０１より光を入力し、ポート２０３、２０４より光を出力したときの、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の相対的な規格化位相は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
となる。上記式で、（３３）式のψTE,201⇒204(λ)と（３４）式のψTM,201⇒203(λ)を等しくすれば良いので、Φ(λ)=－[Ｈ(λ)/(2・λ)]が導出される。このΦ(λ)を（３３）式と（３４）式に代入し、偏波合成分離器として動作するための条件ψTE,201⇒204(λ)= ψTM,201⇒203(λ)=[m-(1/2)]より、φTE(λ)＝[m－(1/2)]＋[Ｈ(λ)/(2・λ)]が求まる。従って、（１７）式の代わりに、下記（３６）式を用いればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000041
　あるいは、（３２）式のψTE,201⇒203(λ)と（３５）式のψTM,201⇒204(λ)を等しくしても良いので、このときは、Φ(λ)＝［Ｈ(λ)/(2・λ)］となる。このΦ(λ)を（３２）式と（３５）式に代入し、偏波合成分離器として動作するための条件ψTE,201⇒203(λ)= ψTM,201⇒204(λ)=[m-(1/2)]より、φTE(λ)＝[m－(1/2)]＋[Ｈ(λ)/(2・λ)]となり、同じ条件式が導出される。なお、上記式の導出の過程では、光カプラの分岐率／結合率、損失、位相が、ＴＥ偏光とＴＭ偏光とで等しいと仮定しているが、大きく異なる場合は、偏光依存性を考慮して式を導出する。また、上記の（３６）式は、光結合器による位相とは独立である。（３６）式の導出過程で、Φ(λ)＝±［Ｈ(λ)/(2・λ)］という式が得られたが、Φ(λ)は任意であり、使用する光カプラごとに異なっていても良い。光路長差付与部の相対的な規格化位相φTE(λ)は（３６）式に基づき設定し、実際に用いる光カプラの位相を（３２）式、（３３）式、（３４）式、（３５）式に代入すれば、その偏波合成分離器で得られる特性が求まる。
　図１９に、ＭＭＩカプラおよび方向性結合器の規格化位相の波長依存性を示す。例えば方向性結合器の場合、その規格化位相差は波長に対し一定値1/4となる。一方、ＭＭＩカプラの場合、その規格化位相差は波長依存性を有する。そこで、この波長依存性に着目し、これを利用することで、透過特性をさらに改善することができる。図２０Ｃの点線は、図４Ｃの相対位相を表しているが、本実施形態の構成ではＭＭＩカプラの位相が加わり、相対位相は図４Ｃの相対位相からずれたものとなる。この相対位相の波長に対する変化率が小さいほど波長依存性が小さいことを意味する。従って、図２０Ｃに示したように、消光する偏光状態で相対位相の波長に対する変化率を小さくすることで、消光比をさらに改善することができる。このとき、透過する偏光状態では相対位相の波長に対する変化率は大きくなるが、透過率に換算すると損失増加は僅かであり、消光比改善の効果の方がより大きなものとなる。図２０Ａに透過時の透過スペクトル、図２０Ｂに消光時の透過スペクトルを示す。僅かな損失増加はあるが、消光比が大幅に改善されている様子がわかる。このように、光カプラの位相を利用することで、さらに干渉計型偏波合成分離器の特性を良くすることができる。
　上記実施形態では、単体の干渉計型偏波合成分離器に本発明を適用する例を示したが、もちろん、この干渉計型偏波合成分離器に別の干渉計型偏波合成分離器もしくは偏光子を接続してもよい。
　図２１に、本発明の干渉計型偏波合成分離器を２段に接続した干渉計型偏波合成分離器の実施形態を示す。本回路は、図２で説明した偏波合成分離器の一方の出力ポートに第１の偏波合成分離器（偏光子）、他方の出力ポートに第２の偏波合成分離器（偏光子）が接続されている。前段の偏波合成分離器に接続された、後段の第１の偏波合成分離器および第２の偏波合成分離器は、前段の偏波合成分離器と同じ要素で構成されているが、後段の２つの偏波合成分離器はそれぞれ、一つの偏光状態を透過する偏光子として機能させたので、図中、第１の偏光子および第２の偏光子と記している。
　前段の偏波合成分離器は入力した光を偏光状態１と偏光状態２に分けるよう設定されており、第１の偏光子は偏光状態１を透過し、第２の偏光子は偏光状態２を透過するよう設定されているとする。前段の偏波合成分離器の一方の出力ポートから偏光状態１が出力され、第１の偏光子を透過することで、さらに偏波消光比を改善する。また、前段の偏波合成分離器の他方の出力ポートから偏光状態２が出力され、第２の偏光子を透過することで、さらに偏波消光比を改善する。このように、本発明の干渉計型偏波合成分離器の出力に、他の干渉計型偏波合成分離器もしくは偏光子を接続する構成により、回路全体の偏波消光比を大幅に改善することができる。
　干渉計型偏波合成分離器を多段に接続する構成において、上記構成は一例であり、接続するポートは任意である。また、干渉計型偏波合成分離器を３段以上接続しても良いし、異なる回路構成同士を接続しても良いし、異なる材料で作製された偏波合成分離器同士を接続しても良い。また、本発明の干渉計型偏波合成分離器に、異なる偏波合成分離器や偏光子を接続することもできる。例えば、本発明の干渉計型偏波合成分離器を光９０度ハイブリッド回路と接続し、デュアル偏波光９０度ハイブリッドの構成要素として用いても良いし、ＬＮ変調器と接続して偏波多重光送信器の構成要素として用いても良い。
　前段の偏波合成分離器と後段の偏波合成分離器は同一の構成でも良いし、別の構成でも良い。また、構成要素は同じであるがパラメータを変えることで機能が異なる素子としても良い。具体例として、偏光状態１をＴＥ光、偏光状態２をＴＭ光とし、第１の偏波合成分離器をＴＥ光透過型の偏光子、第２の偏波合成分離器をＴＭ光透過型の偏光子として設定し、機能させた場合を以下で説明する。
　第１の偏光子は、図４で説明したように、ＴＥ光とＴＭ光の規格化位相の差の波長に対する変化率が平均的に最小になるよう設定しても良いが、ＴＥ光透過型の偏光子として機能させたいので、図２２Ｃに示すように、ＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率が一定になるよう設定することで、ＴＭ光を広い波長範囲に渡って消光させることができる。図２２Ａに示すように、ＴＥ光の透過率が減少し、回路の過剰損失が増大するが、図２２Ｂに示すように、ＴＭ光の消光比を大幅に改善することができる。もちろん、反対にＴＥ光の規格化位相の波長に対する変化率が一定になるよう設定することで、ＴＥ光を広い波長範囲に渡って透過させ、損失を抑制しても良い。
　他方、第２の偏光子は、ＴＭ光透過型の偏光子として機能させたいので、図２３Ｃに示すように、ＴＥ光の規格化位相の波長に対する変化率が一定になるよう設定することで、ＴＥ光を広い波長範囲に渡って消光させることができる。図２３Ａに示すように、ＴＭ光の透過率が減少し、回路の過剰損失が増大するが、図２３Ｂに示すように、ＴＥ光の消光比を大幅に改善することができる。もちろん、反対にＴＭ光の規格化位相の波長に対する変化率が一定になるよう設定することで、ＴＭ光を広い波長範囲に渡って透過させ、損失を抑制しても良い。
　このように、本実施形態では、偏波合成分離器を多段に接続した偏波合成分離器において、前段の偏波合成分離器の一方の出力ポートより偏光状態１の光が出力される。この出力ポートに接続された第１の偏波合成分離器は、偏光状態１透過型の偏光子として機能する。この第１の偏波合成分離器の、偏光状態１もしくは偏光状態２のいずれかにおける規格化位相は波長に対し一定である。前段の偏波合成分離器の他方の出力ポートより偏光状態２の光が出力される。この出力ポートに接続された第２の偏波合成分離器は、偏光状態２透過型の偏光子として機能する。この第２の偏波合成分離器の、偏光状態１もしくは偏光状態２のいずれかにおける規格化位相は波長に対し一定である。このような構成にすることで、過剰損失を低減し、もしくは消光比をさらに改善することができる。
　後段に使用した偏波合成分離器は、単体の偏光子として用いても良い。かかる偏波合成分離器は、光分岐部と、光結合部と、光分岐部と光結合部に挟まれた複数の光導波路からなる光路長差付与部と、光分岐部に接続された１つ以上の入力/出力ポートと、光結合部に接続された１つ以上の入力/出力ポートとから構成される。このような偏波合成分離器の光結合部の入力/出力ポートに光を入力したとき、光分岐部の入力/出力ポートより偏光状態１の光を透過し偏光状態２の光を遮断する偏光状態１透過型の干渉計型偏光子、もしくは、光結合部の入力/出力ポートに光を入力したとき、光分岐部の入力/出力ポートより偏光状態２の光を透過し偏光状態１の光を遮断する偏光状態２透過型の干渉計型偏光子において、光路長差付与部の複数の光導波路間に複屈折率差を生じさせる手段を備えることで、光路長差付与部の複数の光導波路間に屈折率分散の差を生じさせることもできる。
　さらに、偏光状態１および偏光状態２における光路長差付与部の規格化位相の差φ2（λ）-φ1（λ）が、波長λｃで、ｍ´＋（1/2）（ｍ´は整数）となるよう設定され、屈折率分散の差を生じさせる手段によって与えられた屈折率分散の差異によって、偏光状態１もしくは偏光状態２のいずれかの規格化位相が波長に対し一定になるようにすることで、広帯域干渉計型偏光子が提供される。
　また、干渉計型偏光子を構成する光分岐部と光結合部は、少なくとも１つ以上の入力/出力ポートを有することで、偏光子として機能させることができる。２入力２出力で分岐率が中心波長で５０％の光分岐部、２入力２出力で結合率が中心波長で５０％の光結合部を用い、光分岐部の２つの入力を干渉計型偏光子の２つの入力ポートとし、光結合部の２つの出力を干渉計型偏光子の２つの出力ポートとしたとき、干渉計型偏光子の一方の入力ポートより光を入力し、そのクロスポートとなる出力ポートを用いることで、製造誤差により光分岐部と光結合部の分岐率、結合率がずれたとしても高消光比を維持することができる。従って、図２１においては、偏光子として機能させる後段の偏波合成分離器としてクロスポートを用いているが、当然のことながらスルーポートを用いることもできる。
　偏波合成分離器や偏光子を構成する光分岐部や光結合部として、Ｙ分岐、ＭＭＩカプラ、ＷＩＮＣ、方向性結合器など、任意のものを用いることができる。さらに、偏光子として用いるときは、使用するポートは最低限１入力１出力で良く、光分岐部と光結合部を結合率の波長依存性を有する方向性結合器で構成してもクロスポートでは高消光比が得られるので、ＷＩＮＣなどを用いる場合に比べ、回路長を短くすることができる。
　本発明の偏波合成分離器に偏波回転器を挿入することも可能である。図２４Ａには、図２１で説明した２段接続の干渉計型偏波合成分離器が示されている。
　図２４Ｂでは、前段の偏波合成分離器の２つの出力ポートにそれぞれ偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子を接続し、偏波合成分離器の一方の出力ポートと偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子の間に偏波回転器４０１を挿入する。このような構成にすることで、二つの偏光子の出力ポートから共に偏光状態１（ＴＥ）の光を出力でき、後段の偏光子を１種類に揃えることができる。
　図２４Ｃでは、前段の偏波合成分離器の２つの出力ポートにそれぞれ偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子を接続し、偏波合成分離器の一方の出力ポートと偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子の間に偏波回転器を挿入し、さらに、後段の偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子の後にも偏波回転器４０１を挿入した。このような構成にすることで、後段の偏光子を１種類に揃えながら、二つの出力ポートより出力される偏光を、前段の偏波合成分離器からの出力偏光と同じにすることができる。
　図２４Ｄでは、前段の偏波合成分離器の２つの出力ポートにそれぞれ偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子を接続し、偏波合成分離器の一方の出力ポートと偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子の間に偏波回転器を挿入し、さらに、前段の偏波合成分離器のもう一方の出力ポートに接続された後段の偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子の後にも偏波回転器を挿入した。このような構成にすることで、後段の偏光子を１種類に揃えながら、二つの出力ポートそれぞれで偏波回転器を１回ずつ透過するので、二つの出力での損失を同じにすることができる。
　図２４Ｂ乃至図２４Ｄでは、後段の偏光子を偏光状態１（ＴＥ）透過型偏光子に揃える場合で説明したが、後段の偏光子を偏光状態２（ＴＭ）透過型偏光子に揃える構成にすることも可能である。
　本願の偏波合成分離器の作製例を示す。ここでは、シリコン基板上に形成された石英系平面型光回路で作製したとする。図１２にその製造工程を示す。平面基板３６１上に火炎堆積法でSiO2を主体にした下部クラッドガラススート３６２、SiO2にGeO2を添加したコアガラススート３６３を堆積した（図１２Ａ）。その後、1000℃以上の高温でガラス透明化を行った。このとき、下部クラッドガラス層３６４、コアガラス３６５は設計した厚さとなるように、ガラスの堆積を行った（図１２Ｂ）。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いてコアガラス３６５上にエッチングマスク３６６を形成し（図１２Ｃ）、反応性イオンエッチングによってコアガラス３６５のパターン化を行った（図１２Ｄ）。エッチングマスク３６６を除去した後、上部クラッドガラス３６７を再度火炎堆積法で形成した。上部クラッドガラス３６７にはB2O3やP2O5などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、それぞれのコアガラス３６５とコアガラス３６５の狭い隙間にも上部クラッドガラス３６７が入り込むようにした（図１２Ｅ）。上記工程の後、必要に応じて、薄膜ヒーターや断熱溝を形成しても良い。
　上記で述べた平面型光回路は、主にシリコン基板上の石英系ガラス導波路を用いた例を
示したが、その導波路材料が多成分酸化物ガラスや、ポリイミドなどの高分子、InPなどの半導体、LiNbO3などの誘電体結晶であってもよい。また、その製造方法が、例えばスピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、CVD法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであってもよい。また、基板もシリコンに限定するものではなく、石英などその他の材料を用いても良い。
　以下、本発明の実施例をいくつか示す。
　図１３Ａに、実施例１に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例では、光分岐部と光結合部にＷＩＮＣを使用し、光分岐部のＷＩＮＣ３１４と光結合部のＷＩＮＣ３１５が回路の中心に対し、互いに点対称になるよう配置した。光路長差付与部の一方の光導波路２２２の近傍の両脇に溝３３１を形成し、光導波路の応力を開放することで、複屈折率差を生じさせた。これを応力調整溝と呼ぶことにする。また、光路長差付与部の他方の光導波路２２１に、光導波路の幅を変化させた要素を設け、屈折率分散の差を生じさせる手段として用いた。これを幅変調導波路３４１と呼ぶことにする。そして、(１６)式、(１７)式を満たすよう、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。ここでは、光導波路の幅が異なると屈折率分散が異なることを利用し、光路長差付与部の一方の光導波路に、幅の異なる光導波路を設け（幅変調導波路）、屈折率分散の差を生じさせる手段として用いたが、このような幅変調導波路は加工が容易であるという特徴がある。もちろん、光路長差付与部を構成する光導波路間で厚みを変えてもいいし、断面形状を変える以外にも、光照射や熱光学効果などにより屈折率分散を変えても良く、光導波路のV値を変えることで屈折率分散の差を生じさせる手段として用いることができる。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段（幅変調導波路３４１）、または複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１）のいずれかが形成された光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．５μｍとした。また、図１３Ｂに示すように、応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０５ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０５ｍｍ、幅は０．０５ｍｍとした。応力調整溝３３１の長さLｇは１．２ｍｍとした。また、図１３Ｃに示すように、幅変調導波路３４１は、テーパ導波路３４２と直線導波路３４３とテーパ導波路３４４から成り、テーパ導波路３４２は光導波路の幅を４．５μｍから５．５μｍまで変換する長さ０．２ｍｍの導波路であり、直線導波路３４３は幅が５．５μｍ、長さが０．１ｍｍの導波路であり、テーパ導波路３４４は光導波路の幅を５．５μｍから４．５μｍまで変換する長さ０．２ｍｍの導波路である。なお、この実施例で用いた幅変調部の幅はわずか５．５μｍであるため、幅４．５μｍの周辺の光導波路との間に複屈折率差は生じず、屈折率分散の差のみ生じる。また、周辺の光導波路と幅がわずか１μｍしか違わないため、光導波路幅の偏差に対しても安定に製造できるという特長がある。
　図１４に、実施例２に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例は、光分岐部に、ＷＩＮＣの代わりにＹ分岐３１３を用いた点で実施例１と異なるが、他は実施例１と同様である。（１６）式、（３１）式を満たすよう、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段（幅変調導波路３４１）、または複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１）のいずれかが形成された光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．４μｍとした。また、応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０４ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０３ｍｍ、幅は０．０４ｍｍ、長さLｇは１ｍｍとした。また、幅変調導波路３４１は、光導波路の幅を４．５μｍから５．５μｍまで変換する長さ０．１ｍｍのテーパ導波路と、幅が５．５μｍ、長さが０．３ｍｍの直線導波路と、光導波路の幅を５．５μｍから４．５μｍまで変換する長さ０．１ｍｍのテーパ導波路とから成る幅変調導波路を用いた。
　図１５Ａに、実施例３に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例は、複屈折率差を生じさせる手段が複数ある点と、複屈折率差を生じさせる手段が光路長差付与部の異なる光導波路上にある点で実施例１と異なるが、他は実施例１と同様である。本実施例では、複屈折率差を生じさせる第２の手段として、光路長差付与部の一方の光導波路２２１の近傍の両脇に別の光導波路を設けた。これを複屈折調整導波路３３２と呼ぶことにする。ここで、図１５Ａに示すように、複屈折調整導波路３３２と幅変調導波路３４１は、部分的に重なっていて良い。そして、(１６)式、(１７)式を満たすよう、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段（幅変調導波路３４１）、または複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１、複屈折調整導波路３３２）のいずれかが形成されている光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．５μｍとした。また、図１５Ｂに示すように、応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０３ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０５ｍｍ、幅は０．０５ｍｍとした。応力調整溝３３１の長さLｇは０．６ｍｍとした。また、幅変調導波路３４１は、光導波路の幅を４．５μｍから６．０μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路と、幅が６．０μｍ、長さが０．０５ｍｍの直線導波路と、光導波路の幅を６．０μｍから４．５μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路とから成る幅変調導波路を用いた。また、図１５Ｂに示すように、複屈折調整導波路３３２間の距離は０．０４ｍｍとし、複屈折調整導波路３３２の幅は０．０７ｍｍとした。複屈折調整導波路３３２の長さLｃは０．６ｍｍとした。ここで、複屈折調整導波路と応力調整溝を異なる光導波路上に形成したのは、複屈折調整導波路と応力調整溝とで生じる複屈折率差の符号が逆であるため、両者を反対の光導波路上に形成することで、同一方向に複屈折率差を強めあうことができるからである。当然のことながら、同一光導波路上に形成することも可能である。また、複屈折調整導波路は、複屈折率差を生じさせる手段として単独で用いることもできる。例えば、実施例１または２で適用した応力調整溝の代わりに用いてもよい。
　図１６Ａに、実施例４に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例では、光分岐部にＹ分岐３１３、光結合部にＭＭＩカプラ３１６を用いた。また、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段は実施例３と類似するが、光路長差付与部の一方の光導波路２２２上に、製造誤差調整用の熱光学位相シフタ３５１が形成されている点で実施例３と相違する。本実施例では、熱光学位相シフタは一方の光導波路のみに形成されているため、光路長差付与部の複屈折率差や屈折率差が変化する。そこで、この熱光学位相シフタなどの応力付与膜による変化分を考慮して、（１６）式、（３６）式を満たすよう、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。（１６）式、（３６）式において、ｍは１．５、γは０．０６、ｍ´は０、λｃは１．５７μｍに設定した。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段（幅変調導波路３４１）、または複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１、複屈折調整導波路３３２）のいずれかが形成されている光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．３μｍとした。また、図１６Ｂに示すように、応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０７ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０４ｍｍ、幅は０．０６ｍｍとした。応力調整溝３３１の長さLｇは１．２ｍｍとした。また、熱光学位相シフタの幅は０．０３ｍｍ、長さは１ｍｍとした。また、幅変調導波路３４１は、光導波路の幅を４．５μｍから４．０μｍまで変換する長さ０．４ｍｍのテーパ導波路と、幅が４．０μｍ、長さが０．０５ｍｍの直線導波路と、光導波路の幅を４．０μｍから４．５μｍまで変換する長さ０．４ｍｍのテーパ導波路とから成る幅変調導波路を用いた。また、図１６Ｂに示すように、複屈折調整導波路３３２間の距離は０．０５ｍｍとし、複屈折調整導波路３３２の幅は０．０８ｍｍとした。複屈折調整導波路３３２の長さLｃは０．５ｍｍとした。
　図１７Ａに、実施例５に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例は、光路長差付与部の光導波路２２１に熱光学位相シフタ３５１が、光路長差付与部の光導波路２２２に熱光学位相シフタ３５２が形成されている点で実施例３と異なるが、他は実施例３と同様である。二つの熱光学位相シフタ３５１、３５２を同一形状とした場合、熱光学位相シフタを形成したことによる光路長差付与部での複屈折率差や屈折率分散の差は生じない。従って、実施例３の構成を保ったまま、熱光学位相シフタで製造誤差を調整することができる。（１６）式、（１７）式を満たすよう、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。なお、本実施例では、熱光学位相シフタは、複屈折率差を生じさせる手段や屈折率分散の差を生じさせる手段から離れた位置に形成したが、図１７Ｂに示すように、複屈折率差を生じさせる手段や屈折率分散の差を生じさせる手段に重なる位置に形成しても良い。その場合は、熱光学位相シフタの寄与により複屈折率差や屈折率分散が僅かにずれるので、そのずれを補正するように設定する。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段（幅変調導波路３４１）、または複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１、複屈折調整導波路３３２）のいずれかが形成されている光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．５μｍとした。応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０６ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０５ｍｍ、幅は０．０５ｍｍ、長さLｇは１．５ｍｍとした。また、幅変調導波路３４１は、光導波路の幅を４．５μｍから５．５μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路と、光導波路の幅を５．５μｍから４．５μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路とから成る幅変調導波路を用いた。また、複屈折調整導波路３３２間の距離は４０μｍとし、複屈折調整導波路３３２の幅は０．１ｍｍ、長さLｃは１．５ｍｍとした。また、熱光学位相シフタ３５１、３５２の幅は０．０２ｍｍ、長さは０．５ｍｍとした。なお、テーパ導波路は、幅が均一に変化する線形テーパの他に、指数関数的に変化するテーパなど、任意のテーパ形状を用いることができる。
　図１８に、実施例６に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本実施例は、光路長差付与部の光導波路２２１に、幅変調導波路ではなく複屈折調整導波路３３２が形成されている点で実施例２と異なるが、他は実施例２と同様である。ただし、本実施例では、応力調整溝３３１を複屈折率差と屈折率分散の差の両方を生じさせる手段として用い、複屈折調整導波路３３２を複屈折率差と屈折率分散の差の両方を生じさせる手段として用いた。このように、１つの手段で複屈折率差と屈折率分散の差の両方を生じさせても良い。（１６）式、（３１）式を満たすよう、複屈折率差および屈折率分散の差を生じさせる手段を設定した。
　具体的な数値例を示す。光導波路の幅は４．５μｍとした。光路長差付与部上の屈折率分散の差および複屈折率差を生じさせる手段（応力調整溝３３１、複屈折調整導波路３３２）が形成されている光導波路を除く、光導波路において、光導波路２２１と光導波路２２２との光路長差ΔLは－０．４μｍとした。また、応力調整溝３３１間の距離（リッジ幅）は０．０３ｍｍとし、応力調整溝３３１の深さは０．０６ｍｍ、幅は０．１ｍｍ、長さLｇは１．０ｍｍとした。また、複屈折調整導波路３３２間の距離は６０μｍとし、複屈折調整導波路３３２の幅は０．０５ｍｍ、長さLｃは０．７ｍｍとした。
　以上、本実施例では、屈折率分散の差を生じさせる主な手段として複屈折調整導波路を用い、複屈折率差を生じさせる主な手段として応力調整溝を用いたが、その他の組み合わせを用いることができる。２種類以上の複屈折率差を生じさせる手段を適用した場合、本発明の実施形態の条件式を満たすよう、複屈折率差と屈折率分散の差を設定すればよい。
　また、同一手段であっても、形状によって、複屈折率差を生じさせる手段と屈折率分散の差を生じさせる手段の両方になりうるものがある。例えば、幅変調導波路の場合、実施例５の幅５．５μｍでは、屈折率分散の差のみが生じるが、幅を１８μｍにすれば複屈折率差が生じる。そこで、幅を４．５μｍから５．５μｍまで変換するテーパ導波路と、幅５．５μｍの直線導波路（屈折率分散の差を生じさせる手段）と、幅を５．５μｍから１８μｍまで変換するテーパ導波路と、幅１８μｍの直線導波路（複屈折率差を生じさせる手段）と、幅を１８μｍから４．５μｍまで変換するテーパ導波路を光長差付与部に形成し、本発明の実施形態の条件式を満たすよう、幅５．５μｍの直線導波路の長さと、幅１８μｍの直線導波路の長さと、光路長差ΔLを設定すればよい。ただし、その際には、テーパ導波路での屈折率や複屈折率も考慮する必要がある。ここで示した数値は一例であり、使用する材料、組成、製造方法などに応じて、最適値を設定すればよい。
　以上、各実施例では、複屈折率差を生じさせる手段として、応力調整溝、複屈折調整導波路、幅変調導波路、応力付与膜などを適用した例を示したが、その他の手段を用いてもよい。また、レーザーなどの光照射や、薄膜ヒーターを用いた局所加熱などにより、光導波路を形成した後に、複屈折率差や屈折率分散の差を調整してもよい。
　図２５に、実施例７に係る広帯域干渉計型偏波合成分離器を示す。本回路は、偏波合成分離器を多段に接続した回路である。前段の偏波合成分離器は、図１３Ａに示した広帯域干渉計型偏波合成分離器と類似の構成である。後段の２つの偏波合成分離器を偏光子、即ちＴＭ光透過型偏光子およびＴＥ光透過型偏光子として用いている。図２６に、本回路の特性を示す。図２６Ａが透過特性、図２６Ｂが遮断特性を表す。図２６を参照すると、図４で示す特性に対し、消光特性が大幅に改善していることがわかる。
　具体的な数値例を示す。前段の偏波合成分離器について、光導波路の幅は６．０μｍ、厚みは６．０μｍとし、上部と下部のクラッドの厚みはそれぞれ２０μｍとした。光導波路のコアとクラッドの比屈折率差は１．５％とした。光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段と複屈折率差を生じさせる手段が形成されている光導波路を除く、幅６．０μｍの光導波路において、上側と下側の光導波路の光路長差ΔLは、－０．４μｍに設定した。応力調整溝間の距離（リッジ幅）は０．０４ｍｍとし、応力調整溝の深さは０．０４ｍｍ、幅は０．０５ｍｍ、長さLｇは１．１ｍｍとした。上の光導波路には、幅６．０μｍから８．０μｍまで変換する長さ０．２ｍｍのテーパ導波路と、幅８．０μｍ、長さLが０．５ｍｍの直線導波路と、幅８．０μｍから６．０μｍまで変換する長さ０．２ｍｍのテーパ導波路とからなる、幅変調導波路を用いた。
　後段の偏光子について、前段の偏波合成分離器と類似の構成を用いたが、光結合器として、ＷＩＮＣの代わりに近接した２本の光導波路からなる方向性結合器を用いた。ＴＭ透過偏光子について、光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段と複屈折率差を生じさせる手段が形成されている光導波路を除く、幅６．０μｍの光導波路において、上側と下側の光導波路の光路長差ΔLは、－０．０５μｍに設定した。応力調整溝間の距離（リッジ幅）は０．０４ｍｍとし、応力調整溝の深さは０．０４ｍｍ、幅は０．０５ｍｍ、長さLｇは１．２ｍｍとした。上の光導波路には、幅６．０μｍから８．５μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路と、幅８．５μｍ、長さLが０．７ｍｍの直線導波路と、幅８．５μｍから６．０μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路とからなる、幅変調導波路を用いた。ＴＥ透過偏光子について、光路長差付与部上の屈折率分散の差を生じさせる手段と複屈折率差を生じさせる手段が形成されている光導波路を除く、幅６．０μｍの光導波路において、上側と下側の光導波路の光路長差ΔLは、－０．６μｍに設定した。応力調整溝間の距離（リッジ幅）は０．０４ｍｍとし、応力調整溝の深さは０．０４ｍｍ、幅は０．０５ｍｍ、長さLｇは１．２ｍｍとした。上の光導波路には、幅６．０μｍから９．０μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路と、幅９．０μｍ、長さLが０．６ｍｍの直線導波路と、幅９．０μｍから６．０μｍまで変換する長さ０．３ｍｍのテーパ導波路とからなる、幅変調導波路を用いた。本実施例では、クラッドの厚みが２０μｍの例を示したが、１０μｍ、４０μｍなど任意の厚みでも良いし、上部と下部クラッドで厚みを変えても良い。また、比屈折率差は１．５％としたが、０．７５％や２．５％でも良いし、１０％以上であってもかまわない。
１０１，１０２，１０３，１０４　入力/出力ポート
１１１，１１２　光カプラ
１２１，１２２　光導波路
１３１，１３２　テーパ導波路
１３３　直線導波路
１４１，１４２　テーパ導波路
２０１，２０２，２０３，２０４　入力/出力ポート
２１１　光分岐部
２１２　光結合部
２２１，２２２　光導波路
２４１，２４３　複屈折率差を生じさせる手段
２４２　屈折率分散の差を生じさせる手段
３０１，３０２，３０３，３０４　光カプラの入力/出力ポート
３０５，３０６，３０７　Ｙ分岐の入力/出力ポート
３１１，３１２　方向性結合器
３１３　Ｙ分岐
３１４，３１５　ＷＩＮＣ
３１６　ＭＭＩカプラ
３２１，３２２　光導波路
３６１　平面基板
３６２　下部クラッドガラススート
３６３　コアガラススート
３６４　下部クラッドガラス
３６５　コアガラス
３６６　エッチングマスク
３６７　上部クラッドガラス
３３１　応力調整溝
３３２　複屈折調整導波路
３４１　幅変調導波路
３４２，３４４　テーパ導波路
３４３　直線導波路
３５１，３５２　熱光学位相シフタ
４０１　偏波回転器

Claims (12)

  1. 　光分岐部と、光結合部と、前記光分岐部と前記光結合部に挟まれた複数の光導波路からなる光路長差付与部と、前記光分岐部に接続された１つまたは２つの入力/出力ポートと、前記光結合部に接続された２つの入力/出力ポートとを備える干渉計型偏波合成分離器
    であって、
    　前記光路長差付与部は、前記複数の光導波路に、複屈折率差を生じさせる手段および屈折率分散の差を生じさせる手段を備え、
    　前記光結合部に接続された２つの入力/出力ポートよりそれぞれ第１の偏光状態と第２の偏光状態を有する光を入力し、前記光分岐部に接続された１つもしくは２つの入力/出力ポートより光を出力して偏波合成するか、または、前記光分岐部に接続された１つもしくは２つの入力/出力ポートに光を入力し、前記光結合部に接続された２つの入力/出力ポートよりそれぞれ第１の偏光状態と第２の偏光状態を有する光を出力して偏波分離することを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  2. 　請求項１に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とにおける光路長差付与部の規格化位相の差は、波長λｃで半整数となるよう設定され、
    　前記屈折率分散の差を生じさせる手段によって与えられた屈折率分散の差によって、前記規格化位相の差の波長変動が抑制されていることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  3. 　請求項２に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記規格化位相の差の波長変動は、前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とで逆符号であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  4. 　請求項１ないし３に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記光路長差付与部の一方の光導波路に対する他方の光導波路の複屈折と長さの積の総和は、γ（λ-λc）+（m´+（1/2））λｃで近似可能であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  5. 　請求項１ないし４に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記第１の偏光状態における光分岐部と光結合部と光路長差付与部との規格化位相の和をψ1(λ)、前記第２の偏光状態における光分岐部と光結合部と光路長差付与部との規格化位相の和をψ2(λ)としたとき、前記ψ1(λ)の波長に対する変化率と前記ψ2(λ)の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  6. 　請求項５に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記光分岐部および前記光結合部は、二つの方向性結合器と、前記二つの方向性結合器に挟まれた二本の光導波路からなる微小光路長差付与部とを備える波長無依存カプラであり、
    　前記光分岐部および前記光結合部の波長無依存カプラは、回路の中心に対し点対称に配置されていることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  7. 　請求項５に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記光分岐部はＹ分岐であり、前記光結合部は光カプラであり、前記光分岐部の分岐率と前記光結合部の結合率は波長によらず５０％であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  8. 　請求項１ないし４に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記光分岐部はＹ分岐であり、前記光結合部は光カプラであり、前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とにおける前記光路長差付与部の規格化位相の波長に対する変化率は、大きさが等しくかつ逆符号であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  9. 　請求項１ないし８に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記複屈折率差を生じさせる手段は、前記光路長差付与部の光導波路の構造の差異によるものであることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  10. 　請求項１ないし８に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記複屈折率差を生じさせる手段は、前記光路長差付与部の光導波路に付与される応力を調整するものであることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  11. 　請求項１ないし８に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記屈折率分散の差を生じさせる手段は、前記光路長差付与部の光導波路の構造の差異によるものであることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
  12. 　請求項１ないし１１に記載の広帯域干渉計型偏波合成分離器において、
    　前記広帯域干渉計型偏波合成分離器は平面基板上に形成され、前記光導波路はコアとクラッドからなる石英系光導波路であることを特徴とする広帯域干渉計型偏波合成分離器。
PCT/JP2010/003692 2009-06-02 2010-06-02 広帯域干渉計型偏波合成分離器 WO2010140363A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201080022315.6A CN102439499B (zh) 2009-06-02 2010-06-02 宽带干涉仪型偏振波合成分离器
EP10783151.3A EP2439566B1 (en) 2009-06-02 2010-06-02 Wideband interferometer type polarization beam combiner and splitter
US13/321,780 US8787710B2 (en) 2009-06-02 2010-06-02 Wideband interferometer type polarization light beam combiner and splitter
JP2011518272A JP5155447B2 (ja) 2009-06-02 2010-06-02 広帯域干渉計型偏波合成分離器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009133346 2009-06-02
JP2009-133346 2009-06-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010140363A1 true WO2010140363A1 (ja) 2010-12-09

Family

ID=43297506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/003692 WO2010140363A1 (ja) 2009-06-02 2010-06-02 広帯域干渉計型偏波合成分離器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8787710B2 (ja)
EP (1) EP2439566B1 (ja)
JP (1) JP5155447B2 (ja)
CN (1) CN102439499B (ja)
WO (1) WO2010140363A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012102039A1 (ja) * 2011-01-26 2012-08-02 日本電信電話株式会社 導波路型偏波ビームスプリッタ
WO2013001032A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Medlumics S.L. Integrated delay line for optical coherence tomography
CN103339540A (zh) * 2011-01-26 2013-10-02 日本电信电话株式会社 波导型偏振分束器
JP2014006298A (ja) * 2012-06-21 2014-01-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光回路および光増幅器用励起光源
WO2014174735A1 (ja) * 2013-04-24 2014-10-30 日本電気株式会社 偏波分離器、及び光デバイス
JP2017049458A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 日本電信電話株式会社 光信号処理装置
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
JP2019211583A (ja) * 2018-06-01 2019-12-12 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光デバイス

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9453965B2 (en) * 2011-06-08 2016-09-27 Skorpios Technologies, Inc. Systems and methods for photonic polarization rotators
CN104169762B (zh) * 2012-03-16 2017-12-08 日本电气株式会社 偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法
US8867874B2 (en) * 2012-12-06 2014-10-21 Finisar Sweden Ab Method for modifying the combining or splitting ratio of a multimode interference coupler
JP6342651B2 (ja) * 2012-12-06 2018-06-13 アイメックＩｍｅｃ 外部影響に対して低感受性の集積フォトニックデバイスおよび感受性低減方法
US10338309B2 (en) * 2012-12-13 2019-07-02 Luxtera, Inc. Method and system for stabilized directional couplers
FR3000545B1 (fr) * 2012-12-27 2015-07-31 Commissariat Energie Atomique Microbarometre a soufflet et a transducteur interferometrique
WO2016005418A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Universiteit Gent Polarization independent processing in integrated photonics
EP3223049B1 (en) * 2016-03-22 2024-01-24 Huawei Technologies Co., Ltd. Point-symmetric mach-zehnder-interferometer device
US10031289B2 (en) * 2016-04-01 2018-07-24 Inphi Corporation Delay line interferometer with polarization compensation at selective frequency
WO2018017958A2 (en) 2016-07-22 2018-01-25 Skorpios Technologies, Inc. Monolithically-integrated, polarization-independent circulator
CN107976744A (zh) * 2016-10-25 2018-05-01 福州高意通讯有限公司 一种pzt驱动干涉voa
US10386660B2 (en) * 2017-03-31 2019-08-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical phase shifter, optical interferometer based thereupon, and method of manufacture thereof
CN108873168A (zh) * 2018-07-19 2018-11-23 湖北捷讯光电有限公司 一种硅基光波导偏振模式分离器
US10534130B1 (en) 2019-05-21 2020-01-14 Psiquantum, Corp. Interferometer filters with compensation structure
US20210288035A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 Intel Corporation Active bridge enabled co-packaged photonic transceiver
CN111693133B (zh) * 2020-06-24 2022-04-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 光纤水听器光程差测试装置、方法、计算机设备
CN112558221A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 北京量子信息科学研究院 一种提高偏振消光比的方法、装置及系统
US20220350178A1 (en) * 2021-04-29 2022-11-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Frequency- and process-insensitive splitting use multiple splitters in series
US11703316B2 (en) 2021-11-30 2023-07-18 Psiquantum, Corp. Interferometer filters with partial compensation structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3703013B2 (ja) 2001-01-26 2005-10-05 日本電信電話株式会社 干渉計光回路及びその製造方法
JP3715206B2 (ja) 2001-01-24 2005-11-09 日本電信電話株式会社 干渉計光回路製造方法
JP4102792B2 (ja) 2000-02-10 2008-06-18 日本電信電話株式会社 導波路型光干渉計

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2658315A1 (fr) * 1990-02-14 1991-08-16 France Etat Separateur de polarisations pour lumiere guidee.
US6175668B1 (en) * 1999-02-26 2001-01-16 Corning Incorporated Wideband polarization splitter, combiner, isolator and controller
JPWO2003003104A1 (ja) * 2001-06-29 2004-10-21 三菱電機株式会社 偏波分散補償装置
GB0124840D0 (en) 2001-10-16 2001-12-05 Univ Nanyang A polarization beam splitter
US7035491B2 (en) * 2003-09-15 2006-04-25 Little Optics, Inc. Integrated optics polarization beam splitter using form birefringence
US8131120B2 (en) * 2008-08-19 2012-03-06 Alcatel Lucent Planar polarization splitter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4102792B2 (ja) 2000-02-10 2008-06-18 日本電信電話株式会社 導波路型光干渉計
JP3715206B2 (ja) 2001-01-24 2005-11-09 日本電信電話株式会社 干渉計光回路製造方法
JP3703013B2 (ja) 2001-01-26 2005-10-05 日本電信電話株式会社 干渉計光回路及びその製造方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. JINGUJI: "Two-Port Optical Wavelength Circuits Composed of Cascaded Mach-Zehnder Interferometers with Point-Symmetrical Configurations", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 14, October 1996 (1996-10-01), pages 2301 - 2310, XP000631532, DOI: doi:10.1109/50.541222
See also references of EP2439566A4
Y. HASHIZUME ET AL.: "Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width", ELECTRONICS LETTERS, vol. 37, no. 25, 6 December 2001 (2001-12-06), pages 1517 - 1518, XP006017649 *
Y. HASHIZUME: "Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width", ELECTRON. LETT, vol. 37, no. 25, December 2001 (2001-12-01), pages 1517 - 1518, XP006017649, DOI: doi:10.1049/el:20011012

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2669722A4 (en) * 2011-01-26 2014-02-19 Nippon Telegraph & Telephone WAVEGUIDE TYPE POLARIZATION BEAM SEPARATOR
CN103339541A (zh) * 2011-01-26 2013-10-02 日本电信电话株式会社 波导型偏振分束器
CN103339540A (zh) * 2011-01-26 2013-10-02 日本电信电话株式会社 波导型偏振分束器
EP2669722A1 (en) * 2011-01-26 2013-12-04 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Waveguide-type polarization beam splitter
JP5567696B2 (ja) * 2011-01-26 2014-08-06 日本電信電話株式会社 導波路型偏波ビームスプリッタ
WO2012102039A1 (ja) * 2011-01-26 2012-08-02 日本電信電話株式会社 導波路型偏波ビームスプリッタ
US9235003B2 (en) 2011-01-26 2016-01-12 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Waveguide-type polarization beam splitter
US9323000B2 (en) 2011-01-26 2016-04-26 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Waveguide-type polarization beam splitter
WO2013001032A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 Medlumics S.L. Integrated delay line for optical coherence tomography
US9366885B2 (en) 2011-06-28 2016-06-14 Medlumics S.L. Integrated delay line for optical coherence tomography
CN103917153A (zh) * 2011-06-28 2014-07-09 梅德路米克斯有限公司 用于光学相干断层扫描的集成延迟线
JP2014524021A (ja) * 2011-06-28 2014-09-18 メドルミクス，エセ．エレ． 光コヒーレンス・トモグラフィーのための遅延線の統合
JP2014006298A (ja) * 2012-06-21 2014-01-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光回路および光増幅器用励起光源
WO2014174735A1 (ja) * 2013-04-24 2014-10-30 日本電気株式会社 偏波分離器、及び光デバイス
US9465168B2 (en) 2013-04-24 2016-10-11 Nec Corporation Polarization beam splitter and optical device
JP6011719B2 (ja) * 2013-04-24 2016-10-19 日本電気株式会社 偏波分離器、及び光デバイス
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
JP2017049458A (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 日本電信電話株式会社 光信号処理装置
JP2019211583A (ja) * 2018-06-01 2019-12-12 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光デバイス
JP7106996B2 (ja) 2018-06-01 2022-07-27 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
CN102439499B (zh) 2014-10-15
JPWO2010140363A1 (ja) 2012-11-15
JP5155447B2 (ja) 2013-03-06
CN102439499A (zh) 2012-05-02
US20120063716A1 (en) 2012-03-15
EP2439566A1 (en) 2012-04-11
US8787710B2 (en) 2014-07-22
EP2439566A4 (en) 2013-01-09
EP2439566B1 (en) 2017-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5155447B2 (ja) 広帯域干渉計型偏波合成分離器
Xu et al. Proposal for an ultra-broadband polarization beam splitter using an anisotropy-engineered Mach-Zehnder interferometer on the x-cut lithium-niobate-on-insulator
Dai et al. Passive technologies for future large-scale photonic integrated circuits on silicon: polarization handling, light non-reciprocity and loss reduction
US9075251B2 (en) Integrated photonic devices with reduced sensitivity to external influences
Dai et al. Considerations for the design of asymmetrical Mach–Zehnder interferometers used as polarization beam splitters on a submicrometer silicon-on-insulator platform
US8923660B2 (en) System and method for an optical phase shifter
US8346030B2 (en) Polarization-independent waveguide-type optical interference circuit
WO2014174735A1 (ja) 偏波分離器、及び光デバイス
Hsu et al. 8.13 μm in length and CMOS compatible polarization beam splitter based on an asymmetrical directional coupler
Deng et al. Broadband and compact polarization beam splitter in LNOI hetero-anisotropic metamaterials
CN112630892A (zh) 一种基于非等臂宽马赫曾德干涉仪的四通道粗波分复用器
US11002913B2 (en) Optical dispersion compensator on silicon
CN112817091A (zh) 一种马赫曾德尔干涉仪及多通道粗波分复用器
Liu et al. Compact and high-performance polarization beam splitter based on triple-waveguide coupler
Morita et al. Analytical and experimental investigation of a silicon photonic two-stage Mach–Zehnder delay interferometer-type polarization beam splitter
US10126629B1 (en) Optical dispersion compensator on silicon
Mehrabi et al. Silicon-based dual-mode polarization beam splitter for hybrid mode/polarization-division-multiplexed systems
Deng et al. Polarization-insensitive and broadband optical power splitter with a tunable power splitting ratio
Uematsu et al. Ultra-broadband silicon-wire polarization beam combiner/splitter based on a wavelength insensitive coupler with a point-symmetrical configuration
WO2011122538A1 (ja) Plc型復調用遅延回路
JP6853730B2 (ja) 波長変換デバイス
Li et al. An interleaver with arbitrary passband width ratio based on hybrid structure of microring and Mach–Zehnder interferometer
Chung et al. Adiabaticity Engineered Silicon Polarization Independent 3-dB Coupler for the O-Band
Chen et al. Single-step etching polarization splitter-rotator based on lithium niobate ridge waveguide
JP2015219317A (ja) 偏波分離回路

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080022315.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10783151

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011518272

Country of ref document: JP

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010783151

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13321780

Country of ref document: US

Ref document number: 2010783151

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE