JPH0677087B2 - 導波形光位相板 - Google Patents
導波形光位相板Info
- Publication number
- JPH0677087B2 JPH0677087B2 JP29522786A JP29522786A JPH0677087B2 JP H0677087 B2 JPH0677087 B2 JP H0677087B2 JP 29522786 A JP29522786 A JP 29522786A JP 29522786 A JP29522786 A JP 29522786A JP H0677087 B2 JPH0677087 B2 JP H0677087B2
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- optical
- core portion
- phase plate
- waveguide
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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、光通信や光センサ分野で光信号の偏波面制御
用に用いる導波形光位相板に関するものである。
用に用いる導波形光位相板に関するものである。
光通信や光センサ等の技術分野では、信号光の偏波面を
制御するための位相板と呼ばれる光素子がしばしば用い
られている。従来、位相板としては、複屈折性結晶板が
用いられている。
制御するための位相板と呼ばれる光素子がしばしば用い
られている。従来、位相板としては、複屈折性結晶板が
用いられている。
第7図は1/2波長板と呼ばれる従来の位相板の構成原理
図である。複屈折性結晶板1の複屈折主軸方向2に角度
θだけ傾けて直線偏光3を入射させて透過させると、前
記主軸方向2とそれに垂直な方向との2つの偏波成分に
分れて、一方の光波の位相が他方に比べて遅れて進行
し、出射する際にはその両者が合成した偏光状態の光と
なる。その位相の遅れをリターデーションと言い、Rで
表わす。複屈折値をB、板の厚みをlとすると、RはB
・lで与えられ、通常波長の単位で表わす。リターデー
ションが入射光の波長λの1/2の場合を1/2波長板と言
い、1/2波長板に入射した直線偏光は、2θ傾いた直線
偏光4として出射することが良く知られている。
図である。複屈折性結晶板1の複屈折主軸方向2に角度
θだけ傾けて直線偏光3を入射させて透過させると、前
記主軸方向2とそれに垂直な方向との2つの偏波成分に
分れて、一方の光波の位相が他方に比べて遅れて進行
し、出射する際にはその両者が合成した偏光状態の光と
なる。その位相の遅れをリターデーションと言い、Rで
表わす。複屈折値をB、板の厚みをlとすると、RはB
・lで与えられ、通常波長の単位で表わす。リターデー
ションが入射光の波長λの1/2の場合を1/2波長板と言
い、1/2波長板に入射した直線偏光は、2θ傾いた直線
偏光4として出射することが良く知られている。
しかし、第7図の構成では、入射光3を結晶板1に対し
て垂直に入射させるためのレンズ系が必要であり、位相
板を組み込んで目的とする光学装置を構成するに際し
て、小形化が難しい、光波が空間を伝播するための安定
性に欠ける、等の問題点があった。
て垂直に入射させるためのレンズ系が必要であり、位相
板を組み込んで目的とする光学装置を構成するに際し
て、小形化が難しい、光波が空間を伝播するための安定
性に欠ける、等の問題点があった。
一方、最近の光通信用や光センサ用の光学装置の技術開
発動向は、小形化、安定化、経済化を追求して、レンズ
系やプリズムを組み合わせた、いわゆるバルク形光部品
から、平面基板上に形成した光導波路を基本とする導波
形光部品や光集積回路へと移行する傾向にある。特に、
光ファイバとの整合性を考慮すると、光導波路として、
光ファイバと同質の材料により形成される石英系光導波
路を用いることが実用上の利点が多い。
発動向は、小形化、安定化、経済化を追求して、レンズ
系やプリズムを組み合わせた、いわゆるバルク形光部品
から、平面基板上に形成した光導波路を基本とする導波
形光部品や光集積回路へと移行する傾向にある。特に、
光ファイバとの整合性を考慮すると、光導波路として、
光ファイバと同質の材料により形成される石英系光導波
路を用いることが実用上の利点が多い。
第8図には、シリコン基板21上に形成された石英系ガラ
ス単一モード光導波路の断面構造説明図を示す。この光
導波路は、シリコン基板21上に内層にコア部22を埋設し
たクラッド層23が形成されることにより構成されたもの
である。前記クラッド層23の厚さは50μm程度であり、
コア部22の断面寸法は単一モード光ファイバのコア径に
合わせて6〜12μm程度に選定されている。この光導波
路においては、信号光はコア部22に閉じ込められて、シ
リコン基板21上を伝播するため、光導波路構造を適切に
選ぶことにより、光分岐、結合等の光回路機能を得るこ
とができる。
ス単一モード光導波路の断面構造説明図を示す。この光
導波路は、シリコン基板21上に内層にコア部22を埋設し
たクラッド層23が形成されることにより構成されたもの
である。前記クラッド層23の厚さは50μm程度であり、
コア部22の断面寸法は単一モード光ファイバのコア径に
合わせて6〜12μm程度に選定されている。この光導波
路においては、信号光はコア部22に閉じ込められて、シ
リコン基板21上を伝播するため、光導波路構造を適切に
選ぶことにより、光分岐、結合等の光回路機能を得るこ
とができる。
第8図においては、石英系ガラス光導波路とシリコン基
板21との熱膨張計数差により、コア部22には基板面に平
行な方向に圧縮応力が発生しており、光弾性効果によ
り、光導波路は複屈折性を呈している。なお、かかる光
導波路において、複屈曲主軸方向は基板面に垂直な方向
24aと平行な方向24bとの2方向に存在するということ
は、周知の通りである。複屈折主軸24aあるいは24bに平
行な入射直線偏光は、偏波方向が保存されたまま光導波
路のコア部22に沿って伝播するが、第8図に例示した従
来の光導波路構造では、偏波方向を光導波路の途中で回
転させる1/2波長板等の機能を付与することが困難であ
った。その理由は、従来の光導波路構造では、複屈折主
軸方向が基板面に垂直、平行の2方向に限定されていた
ことに起因している。
板21との熱膨張計数差により、コア部22には基板面に平
行な方向に圧縮応力が発生しており、光弾性効果によ
り、光導波路は複屈折性を呈している。なお、かかる光
導波路において、複屈曲主軸方向は基板面に垂直な方向
24aと平行な方向24bとの2方向に存在するということ
は、周知の通りである。複屈折主軸24aあるいは24bに平
行な入射直線偏光は、偏波方向が保存されたまま光導波
路のコア部22に沿って伝播するが、第8図に例示した従
来の光導波路構造では、偏波方向を光導波路の途中で回
転させる1/2波長板等の機能を付与することが困難であ
った。その理由は、従来の光導波路構造では、複屈折主
軸方向が基板面に垂直、平行の2方向に限定されていた
ことに起因している。
本発明の目的は、上記の問題点を解決した導波形の光位
相板を提供することにある。
相板を提供することにある。
本発明は、光導波路コア部近傍のクラッド層の一部に応
力解放溝を設け、これによって光導波路の複屈折主軸方
向を基板面に垂直あるいは平行な方向から傾け、実効的
に複屈折性結晶板の機能を与えることを最も主要な特徴
とする。本発明の光位相板は、バルク形でなく導波形と
して位相板を構成し、光導波路の一部に連続的に組み込
める点で、従来技術と全く異なっている。
力解放溝を設け、これによって光導波路の複屈折主軸方
向を基板面に垂直あるいは平行な方向から傾け、実効的
に複屈折性結晶板の機能を与えることを最も主要な特徴
とする。本発明の光位相板は、バルク形でなく導波形と
して位相板を構成し、光導波路の一部に連続的に組み込
める点で、従来技術と全く異なっている。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
第1図は、本発明の原理説明図であって、21はシリコン
基板、22は石英系ガラス単一モード光導波路コア部、23
はクラッド層、31はコア部22の片側のクラッド層にコア
部に沿って設けられた溝、である。本発明者らはシリコ
ン基板21から光導波路に作用していた応力の一部が溝31
によって解放されるので、コア部22を中心とする左右対
称性がくずれ、複屈折主軸34a,34bは応力解放溝31がな
い場合に比べて角度θだけ傾くことを見出したものであ
る。したがって、片側に応力解放溝31を設けた光導波路
は、第7図に示した複屈折結晶板と同等の役割を果たす
ことができるのである。
基板、22は石英系ガラス単一モード光導波路コア部、23
はクラッド層、31はコア部22の片側のクラッド層にコア
部に沿って設けられた溝、である。本発明者らはシリコ
ン基板21から光導波路に作用していた応力の一部が溝31
によって解放されるので、コア部22を中心とする左右対
称性がくずれ、複屈折主軸34a,34bは応力解放溝31がな
い場合に比べて角度θだけ傾くことを見出したものであ
る。したがって、片側に応力解放溝31を設けた光導波路
は、第7図に示した複屈折結晶板と同等の役割を果たす
ことができるのである。
前記角度θは、クラッド層23の厚さ、コア部22の高さ、
応力解放溝31までの距離Sによって主に規定される。
応力解放溝31までの距離Sによって主に規定される。
第2図は、主軸角θと溝距離Sとの関係曲線の一例を示
すものである。第2図の結果は、有限要素法の手法で計
算したものであり、クラッド層23の厚さ50μm、コア部
22中心の基板面からの高さ25μmを仮定したものであ
る。溝距離Sが小さくなるにつれて、主軸角θが増大す
ることがわかる。また、第2図には、主軸方向34a,34b
間の屈折率差すなわち複屈折値Bを、応力解放溝31を設
けない場合、あるいはS=∞の場合の複屈折値B0で規格
化した形で示した。B0の値は、光導波路を構成する石英
系ガラスの組成によっても多少変化するが、通常B0≒4
×10-4程度である。
すものである。第2図の結果は、有限要素法の手法で計
算したものであり、クラッド層23の厚さ50μm、コア部
22中心の基板面からの高さ25μmを仮定したものであ
る。溝距離Sが小さくなるにつれて、主軸角θが増大す
ることがわかる。また、第2図には、主軸方向34a,34b
間の屈折率差すなわち複屈折値Bを、応力解放溝31を設
けない場合、あるいはS=∞の場合の複屈折値B0で規格
化した形で示した。B0の値は、光導波路を構成する石英
系ガラスの組成によっても多少変化するが、通常B0≒4
×10-4程度である。
次に、具体的な例を示す。
(実施例1) 第3図は、本発明の一実施例を示す説明図であり、1/2
波長板の平面図である。厚さ0.7mmのシリコン基板21上
に形成された厚さ50μmの石英系ガラスクラッド層23に
埋設されたコア部22に近接して応力解放溝31が設けられ
ている。コア部22の寸法は8μm角、クラッド層との比
屈折率差は0.25%とした。第3図おいては、第1図で説
明した溝距離Sは、主軸角θが22.5°になるように、第
2図の関係を利用してS≒35μmに設定した。応力解放
溝31の幅は200μm程度とした。この時、B/B0≒0.63で
あり、B0≒4×10-4を考慮してB≒2.5×10-4の傾いた
主軸角θ=22.5°の複屈折を得ることができる。応力解
放溝31の長さlはB・l=1/2λとなるように、すなわ
ち、使用波長λ=1.3μmで、l=2.6mmとなるように設
定した。この様な光導波路と応力解放溝の構造は、SiCl
4,TiCl4等のガラス形成原料ガスの火炎加水分解反応に
よるガラス膜の堆積技術と、反応性イオンエッチング法
を代表例とするドライエッチングプロセスとの組み合わ
せによる周知の加工方法で形成することができる。
波長板の平面図である。厚さ0.7mmのシリコン基板21上
に形成された厚さ50μmの石英系ガラスクラッド層23に
埋設されたコア部22に近接して応力解放溝31が設けられ
ている。コア部22の寸法は8μm角、クラッド層との比
屈折率差は0.25%とした。第3図おいては、第1図で説
明した溝距離Sは、主軸角θが22.5°になるように、第
2図の関係を利用してS≒35μmに設定した。応力解放
溝31の幅は200μm程度とした。この時、B/B0≒0.63で
あり、B0≒4×10-4を考慮してB≒2.5×10-4の傾いた
主軸角θ=22.5°の複屈折を得ることができる。応力解
放溝31の長さlはB・l=1/2λとなるように、すなわ
ち、使用波長λ=1.3μmで、l=2.6mmとなるように設
定した。この様な光導波路と応力解放溝の構造は、SiCl
4,TiCl4等のガラス形成原料ガスの火炎加水分解反応に
よるガラス膜の堆積技術と、反応性イオンエッチング法
を代表例とするドライエッチングプロセスとの組み合わ
せによる周知の加工方法で形成することができる。
第3図において、基板面に垂直な直線偏光(TM波)を左
方からコア部22に入射した所、応力解放溝31形成部、す
なわち導波形1/2波長板部を通過することにより、偏波
面が2θ=45°回転することが確認された。実際には、
第3図において、偏光は、1/2波長板部通過後引き続い
て応力解放溝31のない通常の光導波路領域に入るので、
複屈折率値B0で決まるビート長を周期として直線偏光状
態と円偏光状態を繰り返しつつ、コア部22を伝播する現
象が観察され、応力解放溝31が形成部の1/2波長板作用
が確認された。
方からコア部22に入射した所、応力解放溝31形成部、す
なわち導波形1/2波長板部を通過することにより、偏波
面が2θ=45°回転することが確認された。実際には、
第3図において、偏光は、1/2波長板部通過後引き続い
て応力解放溝31のない通常の光導波路領域に入るので、
複屈折率値B0で決まるビート長を周期として直線偏光状
態と円偏光状態を繰り返しつつ、コア部22を伝播する現
象が観察され、応力解放溝31が形成部の1/2波長板作用
が確認された。
(実施例2) 第4図は、本発明の第2の実施例を示す光導波路平面図
である。第3図に示した実施例1の場合と異なり、2つ
の応力解放溝41,42がコア部22の両側に連続して形成さ
れている。それぞれの応力解放溝41,42は実施例1と同
一の溝距離Sおよび長さlを持っている。
である。第3図に示した実施例1の場合と異なり、2つ
の応力解放溝41,42がコア部22の両側に連続して形成さ
れている。それぞれの応力解放溝41,42は実施例1と同
一の溝距離Sおよび長さlを持っている。
光導波路コア部22に入射端22aから入射した基板面に垂
直な直線偏光(TM波)は、応力解放溝41を設けた領域を
通過することにより偏波面が45°傾いた直線偏光とな
り、さらに応力解放溝42を設けた領域を通過すると、さ
らに45°偏波面が傾き、基板21に平行な直線偏光(TE
波)となって出射端22bから出射することが確認され
た。逆に入射端22aにTE波を入射すると、出射端22bには
TM波が得られ、第4図の構成はTE/TMモード交換器とし
て機能することが確認された。
直な直線偏光(TM波)は、応力解放溝41を設けた領域を
通過することにより偏波面が45°傾いた直線偏光とな
り、さらに応力解放溝42を設けた領域を通過すると、さ
らに45°偏波面が傾き、基板21に平行な直線偏光(TE
波)となって出射端22bから出射することが確認され
た。逆に入射端22aにTE波を入射すると、出射端22bには
TM波が得られ、第4図の構成はTE/TMモード交換器とし
て機能することが確認された。
以上の実施例では、1/2波長板とその組み合わせについ
て説明したが、本発明はこれらに限定されず、応力解放
溝の距離S、長さl、形状等を制御することにより、1/
4波長板をはじめとする多様な光位相板偏波面制御素子
を構成できることはもちろんである。
て説明したが、本発明はこれらに限定されず、応力解放
溝の距離S、長さl、形状等を制御することにより、1/
4波長板をはじめとする多様な光位相板偏波面制御素子
を構成できることはもちろんである。
(実施例3) 第5図は、本発明の第3の実施例を示す説明図であり、
応力解放溝51を設けた単一モード光導波路の平面図であ
る。本実施例の応力解放溝51では、溝距離Sは光導波路
コア部22の長手方向にそってゆるやかに変化している点
に特徴がある。すなわち、溝距離Sが大きい領域51aで
は、コア部22の複屈折主軸方向は、基板面に垂直(平
行)であるが、溝距離Sが小さくなる領域51bに向かう
につれて、複屈折主軸方向は徐々に傾いてくる。このよ
うな構造において、例えばTM波が左方から通過すると、
直線偏波状態を保ちながら偏波方向を徐々に回転させる
ことができ、偏波面の一制御手段として有用である。
応力解放溝51を設けた単一モード光導波路の平面図であ
る。本実施例の応力解放溝51では、溝距離Sは光導波路
コア部22の長手方向にそってゆるやかに変化している点
に特徴がある。すなわち、溝距離Sが大きい領域51aで
は、コア部22の複屈折主軸方向は、基板面に垂直(平
行)であるが、溝距離Sが小さくなる領域51bに向かう
につれて、複屈折主軸方向は徐々に傾いてくる。このよ
うな構造において、例えばTM波が左方から通過すると、
直線偏波状態を保ちながら偏波方向を徐々に回転させる
ことができ、偏波面の一制御手段として有用である。
この場合、急激な主軸角θの変化には、偏波面が追随で
きないので、領域51aから領域51bまでには、比較的長い
距離、たとえば5mm長程度以上に設定することが得策で
ある。
きないので、領域51aから領域51bまでには、比較的長い
距離、たとえば5mm長程度以上に設定することが得策で
ある。
(実施例4) 以上の各実施例では、応力解放溝はいずれも基板面にま
で達していたが、場合によっては、第6図に例示したよ
うに、応力解放溝61の底部をクラッド層23の深さ方向中
間に設定し、コーナー部61aを起点として発生する強力
な応力複屈折を利用して、コア部22の複屈折主軸を傾け
る手法を採用することもできる。
で達していたが、場合によっては、第6図に例示したよ
うに、応力解放溝61の底部をクラッド層23の深さ方向中
間に設定し、コーナー部61aを起点として発生する強力
な応力複屈折を利用して、コア部22の複屈折主軸を傾け
る手法を採用することもできる。
以上、シリコン基板上の石英系ス光導波路を例に、本発
明の内容を説明したが、本発明は前記した基板と光導波
路の組み合わせに限定されず、基板からの応力複屈折を
受けている光導波路であれば、他種基板や他種材料の光
導波路系にも適用できる。
明の内容を説明したが、本発明は前記した基板と光導波
路の組み合わせに限定されず、基板からの応力複屈折を
受けている光導波路であれば、他種基板や他種材料の光
導波路系にも適用できる。
以上説明したように、本発明によれば、光導波路に沿っ
て応力解放溝を設けることにより平面基板面に垂直ある
いは平行な方向に固定されていた光導波路の複屈折主軸
方向を変化させることができ、導波形光部品や光集積回
路との整合性に優れた導波形光位相板や偏波面制御素子
を提供できる。さらに、本発明の光位相板を、偏波制御
が重大な関心事である単一モード光通信や光センサ、光
情報処理分野に応用すれば、光学装置の小形化、安定
化、経済化等の利点を得ることができる。
て応力解放溝を設けることにより平面基板面に垂直ある
いは平行な方向に固定されていた光導波路の複屈折主軸
方向を変化させることができ、導波形光部品や光集積回
路との整合性に優れた導波形光位相板や偏波面制御素子
を提供できる。さらに、本発明の光位相板を、偏波制御
が重大な関心事である単一モード光通信や光センサ、光
情報処理分野に応用すれば、光学装置の小形化、安定
化、経済化等の利点を得ることができる。
第1図は本発明の原理説明図、第2図は本発明における
応力解放溝の作用を示す説明図、第3図は本発明の第1
実施例、第4図は第2の実施例、第5図は第3の実施
例、第6図は第4の実施例をそれぞれ示す説明図、第7
図は従来のバルク形光位相板(1/2波長板)の作用を示
す説明図、第8図はシリコン基板上の従来の石英系ガラ
ス単一モード光導波路構造の説明図である。 1……複屈折性結晶板、2……複屈折主軸方向、 3,4……直線偏光、21……シリコン基板、 22……コア部、23……クラッド層、 24a,24b……複屈折主軸、 31……応力解放溝、 34a,34b……複屈折主軸、 41,42……応力解放溝、 51,61……応力解放溝。
応力解放溝の作用を示す説明図、第3図は本発明の第1
実施例、第4図は第2の実施例、第5図は第3の実施
例、第6図は第4の実施例をそれぞれ示す説明図、第7
図は従来のバルク形光位相板(1/2波長板)の作用を示
す説明図、第8図はシリコン基板上の従来の石英系ガラ
ス単一モード光導波路構造の説明図である。 1……複屈折性結晶板、2……複屈折主軸方向、 3,4……直線偏光、21……シリコン基板、 22……コア部、23……クラッド層、 24a,24b……複屈折主軸、 31……応力解放溝、 34a,34b……複屈折主軸、 41,42……応力解放溝、 51,61……応力解放溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高戸 範夫 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (56)参考文献 特開 昭59−208509(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】基板上に形成されたクラッド層にコア部が
埋設されてなる単一モード光導波路の前記クラッド層の
一部に前記光導波路の複屈折主軸方向が基板面に垂直あ
るいは平行な方向から傾くように前記コア部に沿って所
定長さの応力解放溝が形成されてなることを特徴とする
導波形光位相板。 - 【請求項2】基板がシリコン基板であり、単一モード光
導波路が石英系ガラス単一モード光導波路であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の導波形光位相
板。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29522786A JPH0677087B2 (ja) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | 導波形光位相板 |
| US07/049,387 US4781424A (en) | 1986-07-28 | 1987-05-13 | Single mode channel optical waveguide with a stress-induced birefringence control region |
| CA000537436A CA1294161C (en) | 1986-07-28 | 1987-05-19 | Single mode optical waveguide |
| DE87306341T DE3785105T2 (de) | 1986-07-28 | 1987-07-17 | Optischer Monomod-Wellenleiter. |
| EP87306341A EP0255270B1 (en) | 1986-07-28 | 1987-07-17 | Single mode optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29522786A JPH0677087B2 (ja) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | 導波形光位相板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63147114A JPS63147114A (ja) | 1988-06-20 |
| JPH0677087B2 true JPH0677087B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=17817858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29522786A Expired - Lifetime JPH0677087B2 (ja) | 1986-07-28 | 1986-12-11 | 導波形光位相板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677087B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2784496B2 (ja) * | 1989-08-17 | 1998-08-06 | 日本電信電話株式会社 | 導波路型光アイソレータ |
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-
1986
- 1986-12-11 JP JP29522786A patent/JPH0677087B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63147114A (ja) | 1988-06-20 |
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