JP2856525B2 - 光導波路型偏光子 - Google Patents
光導波路型偏光子Info
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- JP2856525B2 JP2856525B2 JP24798490A JP24798490A JP2856525B2 JP 2856525 B2 JP2856525 B2 JP 2856525B2 JP 24798490 A JP24798490 A JP 24798490A JP 24798490 A JP24798490 A JP 24798490A JP 2856525 B2 JP2856525 B2 JP 2856525B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路内を伝搬してきたTE（電界が基板
に平行）及びTM（磁界が基板に平行）の２つの偏波の
内、TMモードは基板側に放射し、TEモードのみを通過さ
せる光導波路型偏光子に関するものである。
に平行）及びTM（磁界が基板に平行）の２つの偏波の
内、TMモードは基板側に放射し、TEモードのみを通過さ
せる光導波路型偏光子に関するものである。
一般に、発光素子である半導体レーザはTEモードで発
振し、さらに他の光機能素子も、TE、TMの何れかの偏光
に対してのみ動作するものが多い。それ対して、単一モ
ードファイバ中を伝搬してきた光は一般に楕円偏光にな
っており、TEとTMの両偏光成分を含むので、光機能素子
に入射させて光信号に何らかの処理を行うためには、何
れかの偏光を除去するか、TE、TM偏光の伝搬路を分離す
るようにする必要がある。したがって、偏光子や偏光モ
ードスプリッタは光回路の重要な構成要素である。ま
た、偏光子はアイソレータを構成するためにも用いられ
るものである。
振し、さらに他の光機能素子も、TE、TMの何れかの偏光
に対してのみ動作するものが多い。それ対して、単一モ
ードファイバ中を伝搬してきた光は一般に楕円偏光にな
っており、TEとTMの両偏光成分を含むので、光機能素子
に入射させて光信号に何らかの処理を行うためには、何
れかの偏光を除去するか、TE、TM偏光の伝搬路を分離す
るようにする必要がある。したがって、偏光子や偏光モ
ードスプリッタは光回路の重要な構成要素である。ま
た、偏光子はアイソレータを構成するためにも用いられ
るものである。
ところで、光素子を組み合わせた光回路は、将来、素
子を有機的に一体化し、光軸調整が不要で、安定かつ高
性能、低コスト、大量生産に適した光集積回路になるこ
とが予想されるが、その構成要素の１つである偏光子の
現状は、個別部品としては非常に高性能であるが、小型
化には不向きであり、モノリシックに光集積回路に組み
込むことは困難である。
子を有機的に一体化し、光軸調整が不要で、安定かつ高
性能、低コスト、大量生産に適した光集積回路になるこ
とが予想されるが、その構成要素の１つである偏光子の
現状は、個別部品としては非常に高性能であるが、小型
化には不向きであり、モノリシックに光集積回路に組み
込むことは困難である。
光集積回路内では、各種の素子は光導波路により結合
されるので、光集積回路用の偏光子としては導波路型偏
光子が不可欠である。このタイプの偏光子として、第９
図に示すような光導波路WGの表面に金属Ｍをクラッドと
して直接又はバッファ層を介して装荷したものが最も簡
単な構造として知られている。報告例として、Ｋ+イオ
ン交換で作成した単一モードガラススラブ導波路にアル
ミニウムを装荷したものにおいて、消光比は40〜60dB/c
mがとれるが、TEモードの挿入損失は４〜6dB/cmと大き
くなってしまう。また、第10図に示すように、方解石
（CaCO2）などの異方性光学結晶Ｃをクラッドとして装
荷した偏光子は、異方性光学結晶ＣがTMモードに対して
はコアより屈折率が高く、TEモードに対しては低いの
で、TEモード透過、TMモード漏洩となり、低い挿入損失
で高い消光比をとることができる。しかし、光学結晶を
高精度に研磨することが要求され、コアの屈折率も限ら
れ、また、モノリシックに集積することができないので
大量生産には不向きで、しかも、高価になる。
されるので、光集積回路用の偏光子としては導波路型偏
光子が不可欠である。このタイプの偏光子として、第９
図に示すような光導波路WGの表面に金属Ｍをクラッドと
して直接又はバッファ層を介して装荷したものが最も簡
単な構造として知られている。報告例として、Ｋ+イオ
ン交換で作成した単一モードガラススラブ導波路にアル
ミニウムを装荷したものにおいて、消光比は40〜60dB/c
mがとれるが、TEモードの挿入損失は４〜6dB/cmと大き
くなってしまう。また、第10図に示すように、方解石
（CaCO2）などの異方性光学結晶Ｃをクラッドとして装
荷した偏光子は、異方性光学結晶ＣがTMモードに対して
はコアより屈折率が高く、TEモードに対しては低いの
で、TEモード透過、TMモード漏洩となり、低い挿入損失
で高い消光比をとることができる。しかし、光学結晶を
高精度に研磨することが要求され、コアの屈折率も限ら
れ、また、モノリシックに集積することができないので
大量生産には不向きで、しかも、高価になる。
ところで、本発明者等が提案した共振反射型光導波路
（以下、ARROWと称する。）は単一モード光導波路であ
り、従来の光導波路とは異なり、第８図にその断面と屈
折率の関係を示すように、高屈折率の半導体基板３と低
屈折率誘電体コア１との間に、高屈折率層の第１クラッ
ド層21と低屈折率層の第２クラッド層（コア１と同じ屈
折率をもつ材料）22の２層１組の共振反射クラッド２を
狭んだ構造をしており、基本構造において強い偏波依存
性を持ち、TEモードのみを低損失で導波させる性質があ
る。第１クラド層の厚さに対する損失特性をみると、第
５図にTEモードを１点鎖線で、TMモードを２点鎖線で示
したように、第１クラッド層の厚さを0.1μｍ付近に設
定すれば、波長1.3μｍにおいて1cm当たり消光比50dB、
挿入損失0.3dBが得られる。なお、第５図に示したλは
使用波長を、ｎcはコアの屈折率を、ｄcはコアの厚さ
を、ｎ1は第１クラッド層の屈折率を、ｄ1は第１クラッ
ド層の厚さを、ｄ2は第２クラッド層の厚さを、ΔαはT
MモードとTEモードの単位長さ当たりの損失の差をそれ
ぞれ表す。以下、同様である。
（以下、ARROWと称する。）は単一モード光導波路であ
り、従来の光導波路とは異なり、第８図にその断面と屈
折率の関係を示すように、高屈折率の半導体基板３と低
屈折率誘電体コア１との間に、高屈折率層の第１クラッ
ド層21と低屈折率層の第２クラッド層（コア１と同じ屈
折率をもつ材料）22の２層１組の共振反射クラッド２を
狭んだ構造をしており、基本構造において強い偏波依存
性を持ち、TEモードのみを低損失で導波させる性質があ
る。第１クラド層の厚さに対する損失特性をみると、第
５図にTEモードを１点鎖線で、TMモードを２点鎖線で示
したように、第１クラッド層の厚さを0.1μｍ付近に設
定すれば、波長1.3μｍにおいて1cm当たり消光比50dB、
挿入損失0.3dBが得られる。なお、第５図に示したλは
使用波長を、ｎcはコアの屈折率を、ｄcはコアの厚さ
を、ｎ1は第１クラッド層の屈折率を、ｄ1は第１クラッ
ド層の厚さを、ｄ2は第２クラッド層の厚さを、ΔαはT
MモードとTEモードの単位長さ当たりの損失の差をそれ
ぞれ表す。以下、同様である。
しかしながら、ARROWにおいてこのような特性を得る
ためには、コアの厚さを４μｍと薄くする必要があるの
で、コア径が通常は８μｍ程度の光ファイバから光を入
れる場合に、光ファイバからの光のスポットサイズを変
換して小さくしなければならない。また逆に、コアの厚
さを光ファイバのそれと同程度に厚くすると、TMモード
の損失が低くなって（TEモードもやはり低損失になる）
偏光子としては使えなくなる。
ためには、コアの厚さを４μｍと薄くする必要があるの
で、コア径が通常は８μｍ程度の光ファイバから光を入
れる場合に、光ファイバからの光のスポットサイズを変
換して小さくしなければならない。また逆に、コアの厚
さを光ファイバのそれと同程度に厚くすると、TMモード
の損失が低くなって（TEモードもやはり低損失になる）
偏光子としては使えなくなる。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、上記に示した従来型のARROWを用いる
偏光素子に対して、高消光比、低挿入損失、しかも製作
が容易で、光集積回路に最適なTEモード透過、TMモード
漏洩タイプの光導波路型偏光子を提供することである。
り、その目的は、上記に示した従来型のARROWを用いる
偏光素子に対して、高消光比、低挿入損失、しかも製作
が容易で、光集積回路に最適なTEモード透過、TMモード
漏洩タイプの光導波路型偏光子を提供することである。
以下、図面を参照にして本発明の光導波路型偏光子の
構成を示す。
構成を示す。
第１図に本発明の光導波路型偏光子30の基本構造を示
す。
す。
この光導波路型偏光子30の前提となるのは、第８図に
示したARROW（共振反射型光導波路）であるので、この
光導波路についてまず説明する。この単一モード光導波
路は、上記したように、従来の光導波路とは異なり、高
屈折率の半導体基板（GaAs、InP、Si等）３と低屈折率
誘電体コア（SIO2）１との間に、高屈折率層の第１クラ
ッド層（TiO2、poly−Si等）21と低屈折率層の第２クラ
ッド層（コア１と同じ屈折率をもつ材料）22の２層１組
の共振反射クラッド２を狭んだ構造をしており、この共
振反射クラッド２の共振反射による極めて高い反射率に
よって光をコア１に閉じ込めるものである。この共振反
射クラッド２の反射率は、辛振反射クラッド２の各層の
膜厚、屈折率及び波長に依存する。これらが最適な条件
を満たすときは、共振反射による反射率は極めて１に近
いために、1dB/cm以下の低損失が達成できる。逆に、こ
の反射率が低くなる条件においては、ほとんどの光が共
振反射クラッド２を透過して基板３に放射され、非常に
高損失となる。第３図は波長λ＝0.633μｍにおける第
１クラッド層21の厚さｄ1に対するTEモードの放射損失
を表したものがあるが、放射損失は特に第１クラッド層
21の厚さｄ1及び屈折率ｎ1に大きく依存する。また、TM
モードの方が損失が大きくなる偏波依存性がある（第５
図の１点鎖線及び２点鎖線）。TE、TMモードともほば同
じｄ1の値のときに損失は最大値をとるが、第３図に示
すように、第１クラッド層21の屈折率が高い程、最大点
は左へ移動する。
示したARROW（共振反射型光導波路）であるので、この
光導波路についてまず説明する。この単一モード光導波
路は、上記したように、従来の光導波路とは異なり、高
屈折率の半導体基板（GaAs、InP、Si等）３と低屈折率
誘電体コア（SIO2）１との間に、高屈折率層の第１クラ
ッド層（TiO2、poly−Si等）21と低屈折率層の第２クラ
ッド層（コア１と同じ屈折率をもつ材料）22の２層１組
の共振反射クラッド２を狭んだ構造をしており、この共
振反射クラッド２の共振反射による極めて高い反射率に
よって光をコア１に閉じ込めるものである。この共振反
射クラッド２の反射率は、辛振反射クラッド２の各層の
膜厚、屈折率及び波長に依存する。これらが最適な条件
を満たすときは、共振反射による反射率は極めて１に近
いために、1dB/cm以下の低損失が達成できる。逆に、こ
の反射率が低くなる条件においては、ほとんどの光が共
振反射クラッド２を透過して基板３に放射され、非常に
高損失となる。第３図は波長λ＝0.633μｍにおける第
１クラッド層21の厚さｄ1に対するTEモードの放射損失
を表したものがあるが、放射損失は特に第１クラッド層
21の厚さｄ1及び屈折率ｎ1に大きく依存する。また、TM
モードの方が損失が大きくなる偏波依存性がある（第５
図の１点鎖線及び２点鎖線）。TE、TMモードともほば同
じｄ1の値のときに損失は最大値をとるが、第３図に示
すように、第１クラッド層21の屈折率が高い程、最大点
は左へ移動する。
ところで、第１クラッド層を第８図のように単層21で
構成する代わりに、第１図に示すように、高屈折率層Ｈ
と低屈折率層Ｌを交互に重ねた多層薄膜21′で構成する
と、第１クラッド層21′のTEモードの等価的な屈折率に
対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくなる。そ
の結果、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層2
1′の厚さｄ1が相対的に厚くなる。したがって、第１ク
ラッド層の厚さをTMモードの損失が最大になる厚さに設
定すれば、TEモードは低損失を保持し、TEモード透過、
TMモード漏洩の光導波路型偏光子が構成できる。第４図
は、波長1.3μｍにおいて、第１クラッド層21が単層
（ｎ1＝3.5）すなわち基本的なARROWと、第１クラッド2
1′を３層（ｎ＝3.5/1.46/3.5）で構成した本発明の偏
光子の各モードの損失特性を示したものである。３層の
場合、その合計の膜厚を第１クラッド層24′の厚さｄ1
とする。１層の場合はTE、TMの損失が最大になる第１ク
ラッド層21の厚さｄ1は等しいが、３層と層数が比較的
少なくても、TMモードの最大点は相対的に右へずれる。
そのためｄ1＝0.3μｍ付近ではTMモードで導波損失30dB
/cm以上、TEモードで導波損失0.01dB/cm以下の高性能な
光導波路型偏光子が構成できる。
構成する代わりに、第１図に示すように、高屈折率層Ｈ
と低屈折率層Ｌを交互に重ねた多層薄膜21′で構成する
と、第１クラッド層21′のTEモードの等価的な屈折率に
対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくなる。そ
の結果、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層2
1′の厚さｄ1が相対的に厚くなる。したがって、第１ク
ラッド層の厚さをTMモードの損失が最大になる厚さに設
定すれば、TEモードは低損失を保持し、TEモード透過、
TMモード漏洩の光導波路型偏光子が構成できる。第４図
は、波長1.3μｍにおいて、第１クラッド層21が単層
（ｎ1＝3.5）すなわち基本的なARROWと、第１クラッド2
1′を３層（ｎ＝3.5/1.46/3.5）で構成した本発明の偏
光子の各モードの損失特性を示したものである。３層の
場合、その合計の膜厚を第１クラッド層24′の厚さｄ1
とする。１層の場合はTE、TMの損失が最大になる第１ク
ラッド層21の厚さｄ1は等しいが、３層と層数が比較的
少なくても、TMモードの最大点は相対的に右へずれる。
そのためｄ1＝0.3μｍ付近ではTMモードで導波損失30dB
/cm以上、TEモードで導波損失0.01dB/cm以下の高性能な
光導波路型偏光子が構成できる。
本素子の製作に関しては、元来製作が容易なARROWの
第１クラッド層を３層にするだけで構成されるので、本
光導波路型偏光子も製作が容易である。
第１クラッド層を３層にするだけで構成されるので、本
光導波路型偏光子も製作が容易である。
また、本発明による光導波路型偏光子30は、第２図に
示すように、従来のARROWあるいはARROW−Ｂ（第１クラ
ッド層をコアより低屈折率にし、第２クラッド層をコア
とほば同じ屈折率にしたもの）40、41と容易に集積化が
可能で、本発明の光導波路型偏光子30の入・出射端での
損失をほとんどゼロにすることができる。さらに、第２
図に示すように、TMモード光は全て基板３へ放射される
ので、半導体基板３上に光検出器４を一体に構成してこ
の基板３へ放射されたTMモード光を光検出器４で検出す
るようにすることで、本偏光子30と光検出器４を集積化
したTMモード検波用の偏光分離・光検出集積回路が構成
できる。これにより、TM、TEモードを別々に検出できる
ので、このように構成した素子はコヒーレント通信用の
偏波ダイバーシティ受信器等に広く応用が可能である。
示すように、従来のARROWあるいはARROW−Ｂ（第１クラ
ッド層をコアより低屈折率にし、第２クラッド層をコア
とほば同じ屈折率にしたもの）40、41と容易に集積化が
可能で、本発明の光導波路型偏光子30の入・出射端での
損失をほとんどゼロにすることができる。さらに、第２
図に示すように、TMモード光は全て基板３へ放射される
ので、半導体基板３上に光検出器４を一体に構成してこ
の基板３へ放射されたTMモード光を光検出器４で検出す
るようにすることで、本偏光子30と光検出器４を集積化
したTMモード検波用の偏光分離・光検出集積回路が構成
できる。これにより、TM、TEモードを別々に検出できる
ので、このように構成した素子はコヒーレント通信用の
偏波ダイバーシティ受信器等に広く応用が可能である。
本発明の光導波路型素子によると、第１クラッド層を
高屈折率層と低屈折率層を交互に重ねた多層薄膜で構成
しているので、第１クラッド層のTEモードの等価的な屈
折率に対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくな
り、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層の厚さ
が相対的に厚くなるため、第１クラッド層の厚さをTMモ
ードの損失が最大になる厚さに設定すれば、TEモードは
低損失を保持し、TEモード透過、TMモード漏洩となる。
したがって、TE、TMの２つの偏波を含む光を分離して、
TMモードは非常に高効率で基板へ放射し、TEモードのみ
を低損失で通過させることができる。
高屈折率層と低屈折率層を交互に重ねた多層薄膜で構成
しているので、第１クラッド層のTEモードの等価的な屈
折率に対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくな
り、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層の厚さ
が相対的に厚くなるため、第１クラッド層の厚さをTMモ
ードの損失が最大になる厚さに設定すれば、TEモードは
低損失を保持し、TEモード透過、TMモード漏洩となる。
したがって、TE、TMの２つの偏波を含む光を分離して、
TMモードは非常に高効率で基板へ放射し、TEモードのみ
を低損失で通過させることができる。
次に、本発明の光導波路型偏光子の実施例について説
明する。
明する。
この光導波路型偏光子の基本的な構成は、上記したよ
うに、第８図に示した共振反射型光導波路（ARROW）の
第１クラッド層21を、第１図に示すように、高屈折率層
（屈折率ｎH）Ｈと低屈折率層（屈折率ｎL）Ｌを交互に
重ねた多層薄膜21′で構成したものである。ｎLとｎHの
差が大きいほどTE、TMモードに対する等価的な屈折率の
差が大きくなり、前記したようなTEモードとTMモードの
損失の最大点の相違が大きくなる。高折率層Ｈとして
は、TiO2（短波長帯用）、poly−Si（長波長帯用）、低
屈折率層ＬとしてはSiO2等を用いればよい。第４図は、
本発明の偏光子におけるTEモード（破線）及びTMモード
（実線）の基本モードの放射損失を示したものであり、
光通信用の波長λ＝1.3μｍにおいて、コア厚は光ファ
イバのコア径と同程度のｄc＝8.2μｍで、第１クラッド
多層膜21′はSi（ｎH＝3.5）とSiO2（ｎL＝1.46）を組
合わせた３層（ｎH/nL/nH、合計の厚さｄ1）のものを仮
定している。多層膜21′の層数が多いほど各モードの損
失最大点の相違は大きくなるが、わずか３層でも十分な
相違が生じる。したがって、第１クラッド層21′の厚さ
をｄ1＝0.3μｍ付近に設定することにより、TMモードの
損失は30dB/cm以上、TEモードは0.01dB/cm以下の高性能
な偏光子が構成できる。ただし、膜厚の誤差の許容範囲
が狭いので、５％程度の高精度の膜厚制御が必要とな
る。また、TEの２次の高次モードTE2モードの損失が1dB
/cm以下となり、実質的な単一モードではなくなる。
うに、第８図に示した共振反射型光導波路（ARROW）の
第１クラッド層21を、第１図に示すように、高屈折率層
（屈折率ｎH）Ｈと低屈折率層（屈折率ｎL）Ｌを交互に
重ねた多層薄膜21′で構成したものである。ｎLとｎHの
差が大きいほどTE、TMモードに対する等価的な屈折率の
差が大きくなり、前記したようなTEモードとTMモードの
損失の最大点の相違が大きくなる。高折率層Ｈとして
は、TiO2（短波長帯用）、poly−Si（長波長帯用）、低
屈折率層ＬとしてはSiO2等を用いればよい。第４図は、
本発明の偏光子におけるTEモード（破線）及びTMモード
（実線）の基本モードの放射損失を示したものであり、
光通信用の波長λ＝1.3μｍにおいて、コア厚は光ファ
イバのコア径と同程度のｄc＝8.2μｍで、第１クラッド
多層膜21′はSi（ｎH＝3.5）とSiO2（ｎL＝1.46）を組
合わせた３層（ｎH/nL/nH、合計の厚さｄ1）のものを仮
定している。多層膜21′の層数が多いほど各モードの損
失最大点の相違は大きくなるが、わずか３層でも十分な
相違が生じる。したがって、第１クラッド層21′の厚さ
をｄ1＝0.3μｍ付近に設定することにより、TMモードの
損失は30dB/cm以上、TEモードは0.01dB/cm以下の高性能
な偏光子が構成できる。ただし、膜厚の誤差の許容範囲
が狭いので、５％程度の高精度の膜厚制御が必要とな
る。また、TEの２次の高次モードTE2モードの損失が1dB
/cm以下となり、実質的な単一モードではなくなる。
この高次モードが問題になるとき、あるいは、より高
い消光比を得る必要がある場合には、コア厚ｄcを比較
的薄くした同構造のものを用いるとよい。ただし、光フ
ァイバと接続する場合は、スポット径を小さく変換する
必要がある。前記と同様の構造でコア厚をｄc＝４μｍ
にした場合と、このコア厚で第１クラッド層を単層（AR
ROWの基本的構造）とした場合の損失特性を第５図にに
示す。単層の場合でも、各モード間の損失差は50dB/cm
以上得られ、これが従来のARROW型偏光子であるが、本
発明に従って第１クラッド層を多層にすれば、ｄ1＝0.2
5〜0.36μｍの広い範囲で損失差100dB/cm以上、TEモー
ド挿入損失0.8dB/cm以下の高性能が得られ、膜厚の許容
範囲も広く、TE高次モードは10dB/cm以上になり、実質
的に単一モードとなる。さらに、高精度に膜厚を制御す
れば、300dB/cm以上の非常に高性能な偏光子が実現でき
る。コア厚をさらに小さくすれば、挿入損失をある程度
小さく保持しつつ、さらに消光比の高いものが得られ
る。
い消光比を得る必要がある場合には、コア厚ｄcを比較
的薄くした同構造のものを用いるとよい。ただし、光フ
ァイバと接続する場合は、スポット径を小さく変換する
必要がある。前記と同様の構造でコア厚をｄc＝４μｍ
にした場合と、このコア厚で第１クラッド層を単層（AR
ROWの基本的構造）とした場合の損失特性を第５図にに
示す。単層の場合でも、各モード間の損失差は50dB/cm
以上得られ、これが従来のARROW型偏光子であるが、本
発明に従って第１クラッド層を多層にすれば、ｄ1＝0.2
5〜0.36μｍの広い範囲で損失差100dB/cm以上、TEモー
ド挿入損失0.8dB/cm以下の高性能が得られ、膜厚の許容
範囲も広く、TE高次モードは10dB/cm以上になり、実質
的に単一モードとなる。さらに、高精度に膜厚を制御す
れば、300dB/cm以上の非常に高性能な偏光子が実現でき
る。コア厚をさらに小さくすれば、挿入損失をある程度
小さく保持しつつ、さらに消光比の高いものが得られ
る。
次に、本発明の構造の光導波路型偏光子を用いれば、
短波長帯の光に対しても高性能な偏光子が構成できる。
第６図は、TiO2（ｎH＝2.3）、SiO2（ｎL＝1.46）を３
層（ｎH/nL/nH）重ねて第１クラッド21′にした構造に
おける波長λ＝0.85μｍの損失特性である。ｎHは大き
い程よいが、短波長帯では吸収があるために、高屈折率
のSi（ｎ＝3.5）は用いられない。第６図の場合には、
第１クラッド層21′はわずか３層であるが、TMモードの
最大となる膜厚は十分厚い方にずれ、ｄ1＝0.3〜0.32μ
ｍにおいてモード間の損失差は30dB/cm以上が得られ
る。さらに、前記と同様にコア厚ｄcを3.0μｍに小さく
すると、第７図に示すように、単層では損失差30dB/cm
しか生じないが、多層の場合は、ｄ1＝0.28〜0.35μｍ
付近で損失差100dB/cm以上が実現でき、高次のTEモード
は20dB/cm以上になり、実質的単一モードを保持でき
る。
短波長帯の光に対しても高性能な偏光子が構成できる。
第６図は、TiO2（ｎH＝2.3）、SiO2（ｎL＝1.46）を３
層（ｎH/nL/nH）重ねて第１クラッド21′にした構造に
おける波長λ＝0.85μｍの損失特性である。ｎHは大き
い程よいが、短波長帯では吸収があるために、高屈折率
のSi（ｎ＝3.5）は用いられない。第６図の場合には、
第１クラッド層21′はわずか３層であるが、TMモードの
最大となる膜厚は十分厚い方にずれ、ｄ1＝0.3〜0.32μ
ｍにおいてモード間の損失差は30dB/cm以上が得られ
る。さらに、前記と同様にコア厚ｄcを3.0μｍに小さく
すると、第７図に示すように、単層では損失差30dB/cm
しか生じないが、多層の場合は、ｄ1＝0.28〜0.35μｍ
付近で損失差100dB/cm以上が実現でき、高次のTEモード
は20dB/cm以上になり、実質的単一モードを保持でき
る。
以上、本発明の光導波路型偏光子の基本構造といくつ
かの実施例について説明してきたが、本発明はこれらに
限定されず種々の変形が可能である。例えば、スラブ状
のコアの上下に同様の２層１組のクラッドを設け、その
中、コアに接する上下の高屈折率のクラッド層を本発明
に従って多層にすることも可能である。また、断面円形
のスナップインデックス型の光ファイバに本発明を適用
してモード分離用に構成することもできる。さらに、第
１クラッド層を多層構造にする代わりに、複屈折性を示
す薄膜を用いても同様の効果がある。
かの実施例について説明してきたが、本発明はこれらに
限定されず種々の変形が可能である。例えば、スラブ状
のコアの上下に同様の２層１組のクラッドを設け、その
中、コアに接する上下の高屈折率のクラッド層を本発明
に従って多層にすることも可能である。また、断面円形
のスナップインデックス型の光ファイバに本発明を適用
してモード分離用に構成することもできる。さらに、第
１クラッド層を多層構造にする代わりに、複屈折性を示
す薄膜を用いても同様の効果がある。
本発明の光導波路型素子によると、第１クラッド層を
高屈折率層と低屈折率層を交互に重ねた多層薄膜で構成
しているので、第１クラッド層のTEモードの等価的な屈
折率に対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくな
り、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層の厚さ
が相対的に厚くなるため、第１クラッド層の厚さをTMモ
ードの損失が最大になる厚さに設定すれば、TEモードは
低損失を保持し、TEモード透過、TMモード漏洩となる。
したがって、TE、TMの２つの偏波を含む光を分離して、
TMモードは非常に高効率で基板へ放射し、TEモードのみ
を低損失で通過させることができる。
高屈折率層と低屈折率層を交互に重ねた多層薄膜で構成
しているので、第１クラッド層のTEモードの等価的な屈
折率に対してTMモードの等価的な屈折率の方が小さくな
り、TMモードの損失が最大になる第１クラッド層の厚さ
が相対的に厚くなるため、第１クラッド層の厚さをTMモ
ードの損失が最大になる厚さに設定すれば、TEモードは
低損失を保持し、TEモード透過、TMモード漏洩となる。
したがって、TE、TMの２つの偏波を含む光を分離して、
TMモードは非常に高効率で基板へ放射し、TEモードのみ
を低損失で通過させることができる。
そのため、従来は光学結晶プリズム、偏光ビームスプ
リッタなどの個別素子により得られた偏光子機能を、本
発明により光集積回路にて実現できる。これにより、集
積化された光アイソレータなどの性能が向上する。ま
た、半導体基板上に製作された光検出器と本発明の偏光
子を集積化することにより、TMモード検波用の偏光分離
・光検出集積回路等に適用できる。
リッタなどの個別素子により得られた偏光子機能を、本
発明により光集積回路にて実現できる。これにより、集
積化された光アイソレータなどの性能が向上する。ま
た、半導体基板上に製作された光検出器と本発明の偏光
子を集積化することにより、TMモード検波用の偏光分離
・光検出集積回路等に適用できる。
第１図は本発明の光導波路型偏光子の基本構造を示す
図、第２図は本発明による光導波路型偏光子を組み込ん
で構成した光集積回路の１例の構成を示す図、第３図は
本発明の前提の共振反射型光導波路の第１クラド層の厚
さに対するTEモードの損失特性を示す図、第４図は本発
明の光導波路型偏光子の１実施例と共振反射型光導波路
の第１クラド層の厚さに対する損失特性を示す図、第５
図は第４図の場合にコア厚を薄くしたときの第１クラド
層の厚さに対する損失特性を示す図、第６図は本発明の
光導波路型偏光子の短波長帯用の実施例と共振反射型光
導波路の第１クラド層の厚さに対する損失特性を示す
図、第７図は第６図の場合にコア厚を薄くしたときの第
１クラド層の厚さに対する損失特性を示す図、第８図は
共振反射型光導波路の断面と屈折率の関係を示す図、第
９図、第10図は従来の光導波路型偏光子の構成を示す図
である。 １……コア、２……共振反射クラッド、３……基板、４
……光検出器、21、21′……第１クラッド層、22……第
２クラッド層、30……光導波路型偏光子、40、41……共
振反射型光導波路、Ｈ……高屈折率層、Ｌ……低屈折率
層
図、第２図は本発明による光導波路型偏光子を組み込ん
で構成した光集積回路の１例の構成を示す図、第３図は
本発明の前提の共振反射型光導波路の第１クラド層の厚
さに対するTEモードの損失特性を示す図、第４図は本発
明の光導波路型偏光子の１実施例と共振反射型光導波路
の第１クラド層の厚さに対する損失特性を示す図、第５
図は第４図の場合にコア厚を薄くしたときの第１クラド
層の厚さに対する損失特性を示す図、第６図は本発明の
光導波路型偏光子の短波長帯用の実施例と共振反射型光
導波路の第１クラド層の厚さに対する損失特性を示す
図、第７図は第６図の場合にコア厚を薄くしたときの第
１クラド層の厚さに対する損失特性を示す図、第８図は
共振反射型光導波路の断面と屈折率の関係を示す図、第
９図、第10図は従来の光導波路型偏光子の構成を示す図
である。 １……コア、２……共振反射クラッド、３……基板、４
……光検出器、21、21′……第１クラッド層、22……第
２クラッド層、30……光導波路型偏光子、40、41……共
振反射型光導波路、Ｈ……高屈折率層、Ｌ……低屈折率
層
Claims (5)
- 【請求項１】基板、比較的低屈折率の第２クラッド層、
比較的高屈折率の第１クラッド層、第２クラッド層とほ
ぼ同じ屈折率をもつコア層の順に積層された共振反射型
光導波路において、第１クラッド層を高屈折率層と低屈
折率層を交互に重ねた多層膜で構成し、入射したTE偏波
とTM偏波の内、TM偏波を基板に放射し、TE偏波を導波す
るように構成したことを特徴とする光導波路型偏光子。 - 【請求項２】基板が半導体で構成されていることを特徴
とする請求項１記載の光導波路型偏光子。 - 【請求項３】第１クラッド層が高屈折率層、低屈折率
層、高屈折率層の３層からなることを特徴とする請求項
１又は２記載の光導波路型偏光子。 - 【請求項４】第１クラッド層に、高屈折率層と低屈折率
層を交互に重ねた多層膜の代わりに、複屈折性を有する
層を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の光導
波路型偏光子。 - 【請求項５】基板に放射されたTM偏波を受光するように
基板に一体に光検出器を設けたことを特徴とする請求項
１から４の何れか１項記載の光導波路型偏光子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24798490A JP2856525B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 光導波路型偏光子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24798490A JP2856525B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 光導波路型偏光子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04125602A JPH04125602A (ja) | 1992-04-27 |
| JP2856525B2 true JP2856525B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17171471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24798490A Expired - Fee Related JP2856525B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 光導波路型偏光子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856525B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229939B1 (en) * | 1999-06-03 | 2001-05-08 | Trw Inc. | High power fiber ribbon laser and amplifier |
| CA2994649C (en) | 2015-08-04 | 2023-09-26 | Asahi Glass Co Ltd | Resin optical waveguide |
| US10422951B2 (en) | 2016-06-14 | 2019-09-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Planar waveguide |
| WO2018087845A1 (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 三菱電機株式会社 | 平面導波路 |
-
1990
- 1990-09-18 JP JP24798490A patent/JP2856525B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04125602A (ja) | 1992-04-27 |
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Legal Events
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