JP4405978B2 - 光信号処理器 - Google Patents
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Description
二本のアーム導波路の中心を結ぶ直線上に、使用波長の1/2相当の半波長板を、基板面の水平方向(あるいは法線)から主軸が45度傾くように挿入したマッハツェンダ干渉計回路がある(非特許文献2参照)。
偏波に依存した光路長差Δ(BL)を使用光波長の整数倍(0を含む)としたマッハツェンダ干渉計回路がある(特許文献1参照)。これは、マッハツェンダ干渉計では使用波長λの整数倍の位相差を識別できないことから、見掛け上、TM偏波の干渉条件とTE偏波の干渉条件とが一致することに着目し、偏波に依存した光路長差Δ(BL)を整数倍(0を含む)としたものである。
始めに図3を参照して、半波長板の動作波長が設計波長からずれたとしても、透過スペクトルが偏波無依存となる条件について説明する。
数式を用いて、より具体的に説明する。
二本のアーム導波路の中央に半波長板が挿入されたマッハツェンダ干渉計であり、半波長板の光学主軸の向きが、基板の面に垂直な線(法線)から45度だけ傾きかつ光信号の伝搬方向と直交しており、それぞれのアーム導波路に挿入された半波長板の光学主軸の向きが同じ方向であるMZIにおいて、I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(7)となる。
クロスパスについても同様に、消光する波長において偏波無依存となる条件を計算できる。
I1、アーム1、およびO2を伝搬し出力される光出力は式(18)となる。
二本のアーム導波路の中央に半波長板が挿入されたマッハツェンダ干渉計であり、二本のアーム導波路に設けられる半波長板の主軸が、基板の面に垂直する線から45度だけ傾きかつ光信号の伝搬方向と直交しており、それぞれのアーム導波路に挿入された波長板の主軸の向きが直交しているMZIにおいて、I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(27)となる。
クロスパスについても同様に偏波無依存条件を計算できる。
I1、アーム1、およびO1を伝搬し出力される光出力は式(36)となる。
なお、以下では光導波路としてシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例にとって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適しているからである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、シリコンまたは石英ガラスまたはソーダガラスなどの基板上に、石英系光導波路またはシリコン酸化窒化膜(SiON)などの光導波路、PMMA(ポリメチルメタクリレート)系樹脂などの有機系光導波路、シリコン光導波路を用いたものでも無論構わない。
アーム導波路1(706)において、レーザ照射領域の導波路の長さをLir 1、レーザ未照射領域の導波路の長さをLnon 1とする。アーム導波路2(708)において、レーザ照射領域の導波路の長さをLir 2、レーザ未照射領域の導波路の長さをLnon 2とする。レーザ照射領域の複屈折をBir、レーザ未照射領域の複屈折をBnonとする。これらを用いて、Δ(BL)は式(45)となる。
(1)応力付与膜を導波路の上部に配置し、導波路に誘起される応力を変化させて複屈折を制御する手法を用いることもできる(非特許文献4参照)。すなわち、応力付与膜(図示しない)をアーム導波路(706,708)の上部に形成し、二本のアーム導波路の光信号の伝搬方向に向かって複屈折の値を積分したそれぞれの値の差が所望の値となるように、アーム導波路に誘起される応力を調整することもできる。
(2)導波路上部付近に配置した薄膜ヒータを局所的に加熱して恒久的に実効屈折率もしくは複屈折を制御する手法を用いることもできる(特許文献2参照)。すなわち、薄膜ヒータ(図示しない)をアーム導波路(706,708)の上部付近に形成し、二本のアーム導波路の光信号の伝搬方向に向かって複屈折の値を積分したそれぞれの値の差が所望の値となるように制御することによって、アーム導波路に誘起される応力を調整することもできる。
(3)導波路の両側に応力開放溝を設け、導波路に加わっている応力を緩和することで実効屈折率もしくは複屈折を制御する手法を用いることもできる(特許文献1参照)。すなわち、二本のアーム導波路(706,708)の各々について、光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように、アーム光導波路の両脇の一部に応力開放溝(図示しない)を形成し、複屈折複屈折を調整することもできる。
・アーム導波路間で、テーパ導波路のある/なしの損失の差を解消する。
・半波長板が分断する導波路の幅を太くすることによって、閉じ込め構造をもたない半波長板にて放射するときの回折損失を抑制する。
MZI1000は、シリコン基板1102上に作成された、二つの多モード干渉計型結合器(1022,1024)と、二つの多モード干渉計型結合器を結ぶ二つのアーム導波路(1006,1008)とを備える。また、MZI1000は、アーム導波路1006の導波路長を二分するようにアーム導波路1006をその中心においてアーム導波路1006aとアーム導波路1006bとに、アーム導波路1008の導波路長を二分するようにアーム導波路1008をその中心においてアーム導波路1008aとアーム導波路1008bとに分断するようにして形成された溝1120に挿入された半波長板1032を備える。多モード干渉計型結合器1022は二つの入力導波路(1002,1004)を備え、多モード干渉計型結合器1024は二つの出力導波路(1010,1012)を備える。
106,108,206,208,306,308,706,708,806,808,906,908,1006,1008 アーム導波路
122,124,222,224,322,324,722,724,822,824,922,924,1022,1024 結合器
232,732,832,932,1032 半波長板
Claims (10)
- 各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、
水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が同一の偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝に設けられており、
前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、2m−0.2から2m+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする光信号処理器。 - 各々基板上に作製された、二つの結合器および前記二つの結合器を連結する二本のアーム導波路を備えたマッハツェンダ干渉計回路において、
水平偏波の光を垂直偏波の光に変換し、垂直偏波の光を水平偏波の光に変換する、光学的主軸が互いに直交する二つの偏波回転器が、前記二本のアーム導波路の各々の光路長を二分する溝にそれぞれ設けられており、
前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差を使用光波長で割った値が、(2m−1)−0.2から(2m−1)+0.2(mはゼロを含む整数)であることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1に記載の光信号処理器において、
前記偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項2に記載の光信号処理器において、
前記二つの偏波回転器は、光学的主軸が前記基板の面の法線から45度傾斜しかつ光信号の伝搬方向と直交するように設置された半波長板であって、前記偏波回転器の一方の光学主軸と前記偏波回転器の他方の光学主軸とが直交することを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記結合器は、方向性結合器または多モード干渉型結合器であることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、導波路幅が部分的に変化する導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、部分的にレーザが照射された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、両脇の一部に応力開放溝が形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力付与膜が上面に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の光信号処理器において、
前記二本のアーム導波路少なくとも一方は、応力を変化させるための薄膜ヒータが上部に形成された導波路であって、前記二本のアーム導波路の各々について光信号の伝搬方向に向かって複屈折を線積分した値の差が所望の値となるように複屈折が調整されていることを特徴とする光信号処理器。
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