JPH0450807A - 導波型光偏波分離デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〉 本発明は、先導波路中を伝搬する光を互いに直交する２
偏光（ＴＥモードとＴＭモード）として２つの導波路に
分離する導波型光偏波分離デバイスに関する。さらに詳
しくは、作製上のばらつき等があっても高アイソレーシ
ョンが確保できる導波型光偏波分離デバイスに関する。

〈従来の技術） 光偏波分離デノくイスは、光ファイＩ＜や光導波路の中
を伝搬する光を互（１に直交する２つの直線偏光に分離
するデノくイスである。このデノくイス；±、信号光の
偏光状態に依らずｉこ安定な受信力く可能でアル偏光ダ
イバーンティコヒーレント通信の受信部において、方向
性結合器と共（こ必須の部品である。

これまで、光偏波分離デノ（イスとして１ま、ファイバ
型のものと導波路型のもの力くあった。ファイバ型はよ
く知られたファイノ＜カブラであり、偏波保存ファイバ
の２つの固有モードの結合長の差を使ったものである。

しかし、］１イノくカブラ１１人出力ポートがファイｔ
ＸＨであるため、他のデ／イイス例えば方向性結合器の
ファイ／（カブラや受光素子などと集積するのに適して
ｔｌな力１つた。一方、導波型の偏波分離デノ寸イス１
ヨ、このファイノ寸カブラの欠点がなく集積に適してお
り、ファイア（カブラと同じものや、特願平１−３９７
９１１こ開示された導波型偏波分離器があった。

前者は、導波型方向性結合器の偏光依存性を利用して構
成するが、小形にするためその偏光依存性を意図的に大
きくすることが検討されていた。例えばＲ，Ａ、ＢＥＴ
ＴＳがＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ８ＬＥＴＴＥＲ８誌、１９
９０年第２６号４５０頁に報告した構成では、方向性結
合器の結合領域の平行導波路の距離を非常に小さくして
結合係数の偏光による差を大きくすることを使っている
。

この構成では導波路だけで偏波分離をすることが出来る
利点がある。後者は導波路に挿入した一軸結晶板の複屈
折効果による偏波分離を利用したもので、設計と作製が
簡単である上にアイソレーションが大きくとりやすい利
点がある。

〈発明の解決しようとする問題点〉 しかし、従来の導波型光偏波分離デバイスにはそれぞれ
次のような固有の欠点があった。

方向性結合器の偏光依存性を使うデバイスでは、出力導
波路のアイソレーンタンが高々１０ないし１５ｄＢＬか
とれない問題点があった。

−軸結晶による偏波分離を利用したデバイスでは、アイ
ソレーンタンが２０（１８以上容易にとれるが、導波路
の途中に溝を形成するため、コンマ数ｄＢの挿入損失が
避けられなかった。

このため、受光素子との集積が適した導波型であって、
挿入損失が低くアイソレーンコン２０ｃｌＢ程度がとれ
る光偏波分離器デバイスが望まれていた。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記欠点を解決するもので、入力した光を２
つの直交偏光に高アイソレーンヨンかつ低損失に分離で
き、他のデバイス例えば方向性結合器と集積が可能な導
波型光偏波分離デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、導波型方向性結合器のＴＥモードとＴＭモ
ードの結合長の差を利用した偏波分離デバイスと、該デ
バイスの２本の出力導波路の途中にそれぞれ配置され、
該出力導波路を伝搬する優勢なモードの偏光に合致した
方位角の偏光子とから導波型光偏波分離デバイスを構成
する。

く作用〉 上記デバイスの入力導波路に無偏光の光を入力させると
、一方の出力導波路からはほとんどＴＭモードのみから
なる光が出力され、また他方の出力導波路からはほとん
どＴＥモードのみからなる光が出力される。

〈実施例〉 次に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明にかかる導波型光偏波分離デバイスの実
施例の導波路構造を示す斜視図である。

基板１はイオン交換で導波路が作製可能なボロシリケー
ト系ガラス基板である。基板ｌに２段熱イオン交換法で
、図に示すようなパターンの単一モード導波路を形成し
た。１ｏは入力導波路、１１．１２は方向性結合器部、
１３．１４は出力結合部、１６．１６は出力導波路であ
る。方向性結合器部１１．１２は狭い導波路軸間隔で平
行に配置され、光結合している。出力接続部１３．１４
は方向性結合器部を終了させるため徐々に導波路間隔を
広げる導波路対である。出力結合部１３．１４は互いに
平行な出力導波路１５．１６につながっている。出力導
波路１５．１６の途中には斜めに横切る形で、溝２が形
成されている。溝の幅は２５μｍ１　　深さは３００μ
ｍである。溝２の中には、偏光子３．４が挿入され固定
されている。

一般に導波路軸間隔Ｓは小さい方が偏光依存性が大きい
ので望ましい。実施例では１２μｍとし、方向性結合器
部１１．１２の長さしは１８ｍｍである。４２の傾きは
残留反射が反対方向に戻るのを防ぐためであり、通常４
度以上あれば良い。偏光板３．４は５Ｉ０２膜とＡ１膜
を積層してなる積層型偏光子（商品名ラミボール）であ
り、素子厚み２０μｍ、　　挿入損失０．１５ｄＢ、　
　消光比２５（ＩＢである。

この導波型光備波分離デバイスに、波長１．５５μｍの
無偏光の光を入力導波路から入力させると、出力導波路
１４には全出力に対してＴＭモードの光が９９．８％で
ＴＥモードの光が０，２％だけ出力した。出力導波路１
６には全出力に対してＴＭモードの光が９９．７％でＴ
Ｅモードの先が０．　３％だけ出力した。即ち、ＴＭポ
ートへ洩れ込むＴＥモードの光量は一２７ｄＢ以下であ
り、ＴＥボートへ洩れ込むＴＭモードの光１は一２５ｄ
Ｂ以下であった。入力導波路１ｏにＴＥモードを入力し
た場合、入力導波路１ｏから出力導波路１５への挿入損
失は、導波路と外部の単一モードファイバの結合損失を
含み０．８ｄＢｍ’あった。

また、入力導波路１０にＴＭモードを入力した場合、入
力導波路１０から出力導波路１６への挿入損失は、前記
の結合損失を含み０．９ｄＢであった。

上記実施例は偏波分離のみの機能が必要な場合に使用さ
れる。次に、本発明にかかる導波型光偏波分離デバイス
の応用方法を説明する。第２図と第３図は、導波型光偏
波分離デバイスを導波型方向性結合器と集積したデバイ
ス構成を示す図である。このデバイスは偏光ダイパーシ
ティコヒーレント通信システム用受信モジニールの光受
信部（各偏光成分毎の信号光と局発光の混合）に使うこ
とができる。

第２図の第１の構成例は、入力光を導波型光偏波分離デ
バイスの一部でまず２偏光に分離し、その後２つの方向
性結合器で偏光毎に信号光と局発光を混合し、最後に導
波型光偏波分離デバイスの一部で不要偏光を除去する。

図のＩＯＡから１４Ａまでの導波路は、一つの光偏波分
離デバイスの一部であり、ＩＯＡは人力導波路、ＩＩＡ
、１２Ａは方向性結合器部、１３Ａ％　１４Ａは出力接
続部である。同じ（、図のＩＯＢから１４Ｂまでの導波
路は他の一つの光偏波分離デバイスの一部であり、ＩＯ
Ｂは入力導波路、ＩＩＢ、１２Ｂは方向性結合器部、１
３Ｂ、１４Ｂは出力接続部である。２つの方向性結合器
のパラメータは前述実施例と同一とした。

出力接続部１３Ａ、１３Ｂは交差して位置を入れ換えた
後、出力接続部１４Ａ、１３Ｂが第１の方向性結合器３
０に接続し、出力導波路部１３Ａ、１４Ｂが第２の方向
性結合器４０に接続する。方向性結合器３０，４０の出
力導波路５Ｌ５２．５３．５４を横切る位置に溝２が形
成されている。

出力導波路５１，５２の位置に相当する溝２の中ニハ、
ＴＭモードに方位角が合致した第１の偏光子３が挿入さ
れ固定されている。出力導波路５３．５４の位置に相当
する満２の中には、ＴＥモードには方位角が合致した第
２の偏光子４が挿入され固定されている。

入力導波路！ＯＡ、ＩＯＢから入った信号光２゜Ａと局
発光２０Ｂ光は、方向性結合器部１１Ａ１１２Ａ、ＩＩ
Ｂ、１２ＢでＴＭモードとＴＥモードに概略分離され、
ＴＭモードは出力導波路１４Ａ、１３Ｂに、ＴＥモード
は出力導波路１３　Ａ。

１４Ｂに出力する。信号光２０Ａと局発光２０ＢのＴＥ
モード成分のみ着目すると、方向性結合器３０で５０：
５０に混合され、さらに偏光子３で不要なＴＥモード成
分が除去され、出力導波路５１．５２に達する。従って
、偏波分離出力光２３．２４は信号光２０Ａと局発光２
０ＢのＴＭモード成分のみがか６０：６０に混合した光
である。信号光２０Ａと局発光２０ＢのＴＥモード成分
のみ着目すると、方向性結合器４０で５０：５０に混合
され、さらに偏光子４で不要なＴＭモード成分が除去さ
れ、出力導波路５３．５４に達する。従って、偏波分離
出力光２５．２６は信号光２ＯＡと局発光２０ＢのＴＥ
モード成分のみがか５ｏ：５０に混合した光である。

この応用例で、方向性結合器部１１Ａ、１２Ａと偏光子
３．４の組合せは、前記実施例の導波型光偏波分離デバ
イスを構成している。同じ（、方向性結合器部１１Ｂ、
１２Ｂと偏光子３．４の組合せは前記実施例の導波型光
偏波分離デバイスを構成している。

この導波型光偏波分離デバイスに、波長１．５５μｍの
無偏光の光を入力導波路から入力させると、出力導波路
２３．２４には信号光２０Ａと局発光２０ＢのＴＭモー
ドの光が５０％：　５０％の分岐比がずれ±１．０％以
下で得られ、出力導波路２５．２６には信号光２０Ａと
局発光２０　Ｂ〕ＴＥモードの光が５０％＝　５０％の
分岐比がずれ±１゜０％以下で得られた。ＴＭポートへ
洩れ込むＴＥモードの光量、ＴＥポートへ洩れ込むＴＭ
モードの光量は共に一２５ｄＢ以下であった。

第３図の第２の構成例では、入力光と信号光を偏波分離
の前に混合して２つの出力導波路に取り出し、その後２
つの出力導波路の光をそれぞれ２つの偏光に完全に分離
する。図の５０は方向性結合器であり、導波路１０Ｃか
ら１４Ｃまでの導波路と偏光子３．４は一つの光偏波分
離デバイスである。ＩＯＣは入力導波路、ＩＩＣ，１２
Ｃは方向性結合器部、１３Ｃ，１４Ｃは出力結合部であ
る。同じく、導波路１０Ｄから１４Ｄまでの導波路と偏
光子３．４は他の一つの光偏波分離デバイスである。Ｉ
ＯＤは入力導波路、ＩＩＤ、１２Ｄは方向性結合器部、
１３Ｄ、１４Ｄは出力結合部である。出力導波路部１３
Ｃ，１３Ｄは交差して位置を入れ換え、出力導波路部５
１−　５２−５３−　５４″となる。

出力導波路５１”　　５１　５３”　　５４−を横切る
位置に溝２が形成されている。出力導波路５１−　５２
−の位置に相当する満２の中には、ＴＭモードに方位角
が合致した第１の偏光子３が挿入され固定されている。

出力導波路５３５４−の位置に相当する溝２の中には、
ＴＥモードには方位角が合致１．た第２の偏光子４が挿
入され固定されている。

信号光２ＯＡ、局発光２０Ｂは方向性結合器５０で混合
され、その後ＴＭモードとＴＥモードに分離され、ＴＭ
モードは出力導波路５ｌ−１５２−ＴＥモードは出力導
波路５３”　　５４−に出力する。

従って、出力導波路５１”　　５２−からは、信号光２
０Ａと局発光２０Ｂが混合した光のＴＭモード成分のみ
の偏波分離出力光２３．２４が出力する。出力導波路５
３．５４からは、信号光２０Ａと局発光２０Ｂが混合し
た光のＴＥモード成分のみの偏波分離出力光２５．２６
が出力する。

この導波型光偏波分離デバイスに、波長１．５５μｍの
無偏光の光を入力導波路から入力させると、出力導波路
２３．２４にはＴＭモードの光が５０％＝　５０％の分
岐比がずれ±１．０％以下で得られ、出力導波路２５．
２６にはＴＥモードの光が５０％＝　５０％の分岐比が
ずれ±１．　０％以下で得られた。ＴＥボートへ洩れ込
むＴＭモードの光量、ＴＭボートへ洩れ込むＴＥモード
の光量は共に一２５ｄＢ以下であった。

実施例では、偏光子３．４としてラミボールを使用した
が、方解石板など一軸結晶を適当な方位で切り出した板
を使用しても良い。方向性結合器部１１．１２の偏光依
存性を大きくするために、導波路の断面形状を偏平にし
たり、導波路に金属膜のオーバーレーヤを装荷したりし
てもよい。また、出力接続部１４のみを曲げているが、
曲げ方についての設計は任意である。

〈発明の効果〉 以上説明した通り、本発明によれば、入力光を２つの互
いに直交偏光出力として空間的に分離して出力する導波
型光偏波分離デバイスができる。

過剰損失はｌｄＢ以下、アイソレージ日ンは２５ｄＢ以
上が実現できる。本発明では方向性結合器の結合長の偏
光の差を利用しているが、その部分はその後にくる偏光
子の損失を小さくするため番こ必要であり、偏波分離特
性は挿入損失（こ影響を及ぼさない限り完全でなくても
良（Ｘｏ　　例え１ｆ、一方の偏光の出力導波路に洩れ
込み光となる他方の偏光が５％入っていてもぐこの時の
アイ゛ル−ンヨンは１３ｄＢ）、損失がＱ、２（ＩＢ増
加するだ１すである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る導波型光偏波分離デ／＜イスの一
つの実施例を示す斜視図、第２図は本発明の導波型光偏
波分離デバイスの応用例を示す平面図、第３図は本発明
デフ（イスの別の応用例を示す平面図である。 図において、 １・・・・・・・・基板 １０・・・・・・・・入力導波路 １１．１２・・・・・・・・方向性結合器部１５．１６
・・・・・・・・出力導波路２・・・・・・・・溝 ３． ４・・・・・・・・偏光子 である。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導波型方向性結合器のＴＥモードとＴＭモードの結合長
   の差を利用した偏波分離デバイスと、該偏波分離デバイ
   スの２本の出力導波路の途中にそれぞれ配置され、該出
   力導波路を伝搬する優勢なモードの偏光に合致した方位
   角の偏光子とからなる導波型光偏波分離デバイス。