JP2679570B2 - 偏光分離素子 - Google Patents
偏光分離素子Info
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- 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
- G02B6/126—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 using polarisation effects
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、偏光分離素子に関し、
特に異方性光導波路を有する導波型偏光分離素子に関す
る。
特に異方性光導波路を有する導波型偏光分離素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ニオブ酸リチウムは大きな電気光学効果
と電気機械結合係数を持つため、導波型光機能素子の基
板材料として広く用いられている。ニオブ酸リチウムを
基板とする光導波路には屈折率異方性があるため、機能
素子は偏光に依存して動作する。このため、偏光（ＴＭ
／ＴＥ偏光）を分離する素子が必要となる。
と電気機械結合係数を持つため、導波型光機能素子の基
板材料として広く用いられている。ニオブ酸リチウムを
基板とする光導波路には屈折率異方性があるため、機能
素子は偏光に依存して動作する。このため、偏光（ＴＭ
／ＴＥ偏光）を分離する素子が必要となる。
【０００３】従来の偏光分離素子としては、以下に挙げ
るものが知られている。図２は、ジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジィ第７巻１０号１５６７〜１
５７４頁（ＪＯＵＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯＬ．７，ＮＯ．１０，ｐｐ
１５６７−１５７４，１９８９）に記載されている偏光
分離素子の平面図である。ＺカットＸ軸伝搬のニオブ酸
リチウム基板２１上に、チタン熱拡散光導波路２２とプ
ロトン交換光導波路２３からなるＹ分岐光導波路が構成
されている。光導波路に入力したＴＥ，ＴＭモードの各
偏光に対し、Ｙ分岐する手前のテーパー状に広がる２種
類の光導波路からなる領域で高次モードが励起される。
励起された各偏光の高次モードは、光導波路に対して感
じる実効屈折率の相違によって、相違なる界分布をとっ
て光導波路中を伝搬する。そして、分岐点においてそれ
ぞれ別の光導波路の基本モードに一致して伝搬する。即
ち、ＴＭモードはプロトン交換光導波路２３を、ＴＥモ
ードはチタン熱拡散光導波路２２を導波して偏光分離動
作がなされる。
るものが知られている。図２は、ジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジィ第７巻１０号１５６７〜１
５７４頁（ＪＯＵＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯＬ．７，ＮＯ．１０，ｐｐ
１５６７−１５７４，１９８９）に記載されている偏光
分離素子の平面図である。ＺカットＸ軸伝搬のニオブ酸
リチウム基板２１上に、チタン熱拡散光導波路２２とプ
ロトン交換光導波路２３からなるＹ分岐光導波路が構成
されている。光導波路に入力したＴＥ，ＴＭモードの各
偏光に対し、Ｙ分岐する手前のテーパー状に広がる２種
類の光導波路からなる領域で高次モードが励起される。
励起された各偏光の高次モードは、光導波路に対して感
じる実効屈折率の相違によって、相違なる界分布をとっ
て光導波路中を伝搬する。そして、分岐点においてそれ
ぞれ別の光導波路の基本モードに一致して伝搬する。即
ち、ＴＭモードはプロトン交換光導波路２３を、ＴＥモ
ードはチタン熱拡散光導波路２２を導波して偏光分離動
作がなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の偏光分
離素子では、偏光の分離にモードの摂動を利用している
ため、（イ）偏光分離比が波長により変化するので、広
帯域な光波長に対しては偏光分離特性が劣化する、
（ロ）Ｙ分岐の交差角に偏光分離比が大きく存在するの
で、分岐部分の作製トレランスが小さい、という問題点
がある。
離素子では、偏光の分離にモードの摂動を利用している
ため、（イ）偏光分離比が波長により変化するので、広
帯域な光波長に対しては偏光分離特性が劣化する、
（ロ）Ｙ分岐の交差角に偏光分離比が大きく存在するの
で、分岐部分の作製トレランスが小さい、という問題点
がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光分離素子
は、誘電体基板上に製作された一部に曲線形状を有する
光導波路と、この光導波路を伝搬する基板に垂直または
水平な方向に電界成分を持つ直線偏光に対して、一方の
直線偏光のみが導波する異方性光導波路を前記曲線形状
を有する光導波路の曲がり開始部分に分岐して設けてい
ることを特徴とする。なお、誘電体基板にはニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウムなどが適している。
は、誘電体基板上に製作された一部に曲線形状を有する
光導波路と、この光導波路を伝搬する基板に垂直または
水平な方向に電界成分を持つ直線偏光に対して、一方の
直線偏光のみが導波する異方性光導波路を前記曲線形状
を有する光導波路の曲がり開始部分に分岐して設けてい
ることを特徴とする。なお、誘電体基板にはニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウムなどが適している。
【０００６】
【作用】本発明によれば、異方性光導波路を伝搬しない
偏光成分は曲がり光導波路をそのまま導波し、それと直
交する偏光成分は、曲がりと異方性光導波路の分岐にお
いて異方性光導波路側を導波して、偏光分離機能がなさ
れる。この作用はモードの摂動を利用したものではない
ので波長依存性が無く、また、曲がりであるため偏光分
離比の分岐角依存性が無い。
偏光成分は曲がり光導波路をそのまま導波し、それと直
交する偏光成分は、曲がりと異方性光導波路の分岐にお
いて異方性光導波路側を導波して、偏光分離機能がなさ
れる。この作用はモードの摂動を利用したものではない
ので波長依存性が無く、また、曲がりであるため偏光分
離比の分岐角依存性が無い。
【０００７】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の偏光分離素子の平面図で
ある。ＹカットＸ軸伝搬ニオブ酸リチウム基板１１上に
幅６〜１２μｍ、膜厚６００〜２０００オングストロー
ムのチタン薄膜によるＳ字曲線及び直線状の光導波路パ
ターンを形成し、９５０〜１１００℃で熱拡散を行い、
単一モードチタン熱拡散光導波路１２ａ，１２ｂを作製
する。
る。図１は本発明の一実施例の偏光分離素子の平面図で
ある。ＹカットＸ軸伝搬ニオブ酸リチウム基板１１上に
幅６〜１２μｍ、膜厚６００〜２０００オングストロー
ムのチタン薄膜によるＳ字曲線及び直線状の光導波路パ
ターンを形成し、９５０〜１１００℃で熱拡散を行い、
単一モードチタン熱拡散光導波路１２ａ，１２ｂを作製
する。
【０００８】続いて、曲がり開始部分に分岐した異方性
光導波路をプロトン交換法を用いて作製する。ニオブ酸
リチウム基板表面を光導波路形状を残してマスキング
し、２００〜４００℃の安息香酸溶液中に数十分浸す。
さらに熱処理を行うことで、プロトン交換光導波路１３
が完成する。この光導波路１３は、光導波路１２ｂと接
続される。
光導波路をプロトン交換法を用いて作製する。ニオブ酸
リチウム基板表面を光導波路形状を残してマスキング
し、２００〜４００℃の安息香酸溶液中に数十分浸す。
さらに熱処理を行うことで、プロトン交換光導波路１３
が完成する。この光導波路１３は、光導波路１２ｂと接
続される。
【０００９】チタン拡散による異常光線・常光線の表面
屈折率変化量：Δｎe 、Δｎo は、それぞれ＋０．００
２〜＋０．００４程度である。これに対し、プロトン交
換法で形成した場合は最大でΔｎe ＝＋０．１２、Δｎ
o ＝−０．０４と大きく変化し、しかもΔｎe のみプラ
スに変化する。一般に光線は、屈折率の高い部分を伝搬
する性質があるから、常光線（ＴＭ偏光）はプロトン交
換光導波路１３を導波せず、曲がり光導波路にそってそ
のまま伝搬する。これに対し、異常光線（ＴＥ偏光）は
大きな表面屈折率変化を示すプロトン交換光導波路に移
行して伝搬するようになる。以上のように、光導波路１
２ａに入射したランダム偏光のうち、ＴＭ偏光成分は光
導波路１２ａの出力端に、ＴＥ偏光はプロトン交換光導
波路１３を経由して光導波路１２ｂの出力端に導波して
偏光分離がなされる。
屈折率変化量：Δｎe 、Δｎo は、それぞれ＋０．００
２〜＋０．００４程度である。これに対し、プロトン交
換法で形成した場合は最大でΔｎe ＝＋０．１２、Δｎ
o ＝−０．０４と大きく変化し、しかもΔｎe のみプラ
スに変化する。一般に光線は、屈折率の高い部分を伝搬
する性質があるから、常光線（ＴＭ偏光）はプロトン交
換光導波路１３を導波せず、曲がり光導波路にそってそ
のまま伝搬する。これに対し、異常光線（ＴＥ偏光）は
大きな表面屈折率変化を示すプロトン交換光導波路に移
行して伝搬するようになる。以上のように、光導波路１
２ａに入射したランダム偏光のうち、ＴＭ偏光成分は光
導波路１２ａの出力端に、ＴＥ偏光はプロトン交換光導
波路１３を経由して光導波路１２ｂの出力端に導波して
偏光分離がなされる。
【００１０】なお、上記実施例では基板にニオブ酸リチ
ウムを用いた場合について述べたが、タンタル酸リチウ
ムなどプロトン交換によって異常光線と常光線で屈折率
変化が大きく異なるような誘電体物質であればよい。
ウムを用いた場合について述べたが、タンタル酸リチウ
ムなどプロトン交換によって異常光線と常光線で屈折率
変化が大きく異なるような誘電体物質であればよい。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば基
板上に作製された曲がりを有する光導波路と、この光導
波路を伝搬する互いに直交する二つの直線偏光に対し
て、一方の直線偏光のみが導波する異方性光導波路を曲
がり開始部分に分岐して設けることによって、（イ）導
波光波長に対する分離比の変動を僅かなものにできる、
（ロ）交差角の作製誤差による分離比の劣化がなくな
り、高い分離比が安定に得られる、などの効果を有する
偏光分離素子を得ることができる。このことは、偏光分
離機能を必要とする光集積回路において、広い光波長帯
域にわたり高い偏光分離比を保証でき、作製トレランス
の大きい偏光分離素子を供給でき、その効果は極めて大
きなものである。
板上に作製された曲がりを有する光導波路と、この光導
波路を伝搬する互いに直交する二つの直線偏光に対し
て、一方の直線偏光のみが導波する異方性光導波路を曲
がり開始部分に分岐して設けることによって、（イ）導
波光波長に対する分離比の変動を僅かなものにできる、
（ロ）交差角の作製誤差による分離比の劣化がなくな
り、高い分離比が安定に得られる、などの効果を有する
偏光分離素子を得ることができる。このことは、偏光分
離機能を必要とする光集積回路において、広い光波長帯
域にわたり高い偏光分離比を保証でき、作製トレランス
の大きい偏光分離素子を供給でき、その効果は極めて大
きなものである。
【図１】本発明の偏光分離素子の一実施例を説明するた
めの平面図である。
めの平面図である。
【図２】従来の技術を説明するための平面図である。
１１，２１ ニオブ酸リチウム基板 １２ａ，１２ｂ，２２ チタン熱拡散光導波路 １３，２３ プロトン交換光導波路
Claims (3)
- 【請求項１】 誘電体基板上に作製された一部に曲線形
状を有する光導波路と、この光導波路を伝搬する基板に
垂直または水平な方向に電界成分を持つ直線偏光に対し
て、一方の直線偏光のみが導波する異方性光導波路を前
記曲線形状を有する光導波路の曲がり開始部分に分岐し
て設けていることを特徴とする偏光分離素子。 - 【請求項２】 誘電体基板上にチタン拡散により作製さ
れた一部に曲線形状を有する光導波路と、この光導波路
を伝搬する基板に垂直または水平な方向に電界成分を持
つ直線偏光に対して、一方の直線偏光のみが導波するプ
ロトン交換により形成された異方性光導波路を前記曲線
形状の光導波路の曲がり開始部分に分岐して設けている
ことを特徴とする偏光分離素子。 - 【請求項３】 前記曲線形状はＳ字曲がり導波路の一部
であることを特徴とする請求項１又は２記載の偏光分離
素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5077225A JP2679570B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 偏光分離素子 |
| US08/221,575 US5475771A (en) | 1993-04-02 | 1994-04-01 | Polarization splitter haivng an anisotropic optical waveguide |
| EP94105233A EP0618464B1 (en) | 1993-04-02 | 1994-04-05 | Polarization splitter |
| DE69408009T DE69408009T2 (de) | 1993-04-02 | 1994-04-05 | Polarisationsteiler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5077225A JP2679570B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 偏光分離素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289241A JPH06289241A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2679570B2 true JP2679570B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=13627918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5077225A Expired - Fee Related JP2679570B2 (ja) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | 偏光分離素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5475771A (ja) |
| EP (1) | EP0618464B1 (ja) |
| JP (1) | JP2679570B2 (ja) |
| DE (1) | DE69408009T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1000182C2 (nl) * | 1995-04-20 | 1996-10-22 | Nederland Ptt | Geïntegreerde optische polarisatie-splitser. |
| US5661825A (en) * | 1995-09-22 | 1997-08-26 | U.S. Philips Corporation | Integrated optical circuit comprising a polarization convertor |
| JP3220003B2 (ja) * | 1996-04-19 | 2001-10-22 | 日本電気株式会社 | 偏光分離素子 |
| IN190212B (ja) * | 1996-07-23 | 2003-07-05 | Samsung Electronics Co Ltd | |
| US6052397A (en) | 1997-12-05 | 2000-04-18 | Sdl, Inc. | Laser diode device having a substantially circular light output beam and a method of forming a tapered section in a semiconductor device to provide for a reproducible mode profile of the output beam |
| US6324312B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-11-27 | National Science Council | Structure and method for fabricating a wide-angle TE-TM mode splitter |
| US7058245B2 (en) | 2000-04-04 | 2006-06-06 | Waveguide Solutions, Inc. | Integrated optical circuits |
| JP2002023123A (ja) * | 2000-07-11 | 2002-01-23 | Fujitsu Ltd | 非主要光を導波する光導波路を備える光回路 |
| US6947639B2 (en) * | 2002-11-18 | 2005-09-20 | Optevia Corporation | Integrated polarization coupler |
| US7356206B2 (en) * | 2003-09-15 | 2008-04-08 | Infinera Corporation | Integrated optics polarization beam splitter using form birefringence |
| US7035491B2 (en) * | 2003-09-15 | 2006-04-25 | Little Optics, Inc. | Integrated optics polarization beam splitter using form birefringence |
| US7373042B2 (en) * | 2006-07-28 | 2008-05-13 | Infinera Corporation | Polarization sorter |
| US8682119B2 (en) * | 2011-05-09 | 2014-03-25 | Alcatel Lucent | High performance optical polarization diversity circuit |
| US9690045B2 (en) | 2014-03-31 | 2017-06-27 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Apparatus and method for a waveguide polarizer comprising a series of bends |
| CN104407416B (zh) * | 2014-11-27 | 2017-06-06 | 中国计量学院 | M形一维光子晶体太赫兹波偏振分束器 |
| JP2017054113A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 日東電工株式会社 | 光導波路およびそれを用いた位置センサならびに光回路基板 |
| US10254477B2 (en) * | 2015-12-09 | 2019-04-09 | Finisar Corporation | Polarization independent multiplexer / demultiplexer |
| US9547131B1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-01-17 | Inphi Corporation | Broadband restricted MMI-based polarization beam splitter |
| US11320267B2 (en) | 2017-03-23 | 2022-05-03 | Kvh Industries, Inc. | Integrated optic wavemeter and method for fiber optic gyroscopes scale factor stabilization |
| CA3073803A1 (en) | 2017-09-15 | 2019-03-21 | Kvh Industries, Inc. | Method and apparatus for self-alignment connection of optical fiber to waveguide of photonic integrated circuit |
| US11353655B2 (en) * | 2019-05-22 | 2022-06-07 | Kvh Industries, Inc. | Integrated optical polarizer and method of making same |
| US11089391B1 (en) * | 2020-04-29 | 2021-08-10 | Cisco Technology, Inc. | Process margin relaxation |
| CN112269224B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-04-26 | 南京邮电大学 | 基于垂直耦合结构的硅-氮化硅集成偏振分束器 |
| CN116626810B (zh) * | 2023-05-29 | 2024-04-12 | 武汉安湃光电有限公司 | 一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01118105A (ja) * | 1987-10-30 | 1989-05-10 | Brother Ind Ltd | 薄膜光機能素子 |
| JPH0411208A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-16 | Nec Corp | 導波形偏光分離素子 |
| JPH04174404A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-22 | Pioneer Electron Corp | 偏光ビームスプリッタ |
| JPH0659154A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-03-04 | Fujitsu Ltd | 偏波カプラの製造方法及び偏波カプラ |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5077225A patent/JP2679570B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-04-01 US US08/221,575 patent/US5475771A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-05 EP EP94105233A patent/EP0618464B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-05 DE DE69408009T patent/DE69408009T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69408009D1 (de) | 1998-02-26 |
| DE69408009T2 (de) | 1998-08-13 |
| EP0618464A1 (en) | 1994-10-05 |
| US5475771A (en) | 1995-12-12 |
| EP0618464B1 (en) | 1998-01-21 |
| JPH06289241A (ja) | 1994-10-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |