高阶偏振波转换元件、光波导元件以及DP－QPSK调制器制造技术

本发明专利技术涉及高阶偏振波转换元件、光波导元件以及DP－QPSK调制器。高阶偏振波转换元件具备基板、下部包层、在剖面矩形状都具有恒定的高度且由相同的材料形成的上部纤芯(3)以及下部纤芯(4)构成的纤芯(2)、和由与上述下部包层相同的材料形成的上部包层，上述纤芯在开始部(8)和结束部(9)的任意一个中，下部纤芯的宽度和上部纤芯的宽度都相同，从开始部朝向结束部，上部纤芯的宽度以及下部纤芯的宽度中的至少一方连续减少、且上部纤芯的宽度以及下部纤芯的宽度双方都不增加，在开始部中，TE1的有效折射率大于TM0的有效折射率，在结束部中，TM0的有效折射率大于TE1的有效折射率，在除了开始部和结束部之外的、开始部与结束部之间的部分中，上述纤芯具有上部纤芯的宽度与下部纤芯的宽度不同的上下非对称的结构，在开始部的TE1与结束部的TM0之间进行高阶偏振波转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高阶偏振波转换元件、光波导元件以及DP－QPSK调制器
本专利技术例如涉及光纤通信中所使用的基板型光波导元件，特别是进行偏振波的转换的高阶偏振波转换元件、光波导元件以及DP－QPSK调制器。本申请基于2013年6月27日在日本申请的特愿2013－135490号并主张优先权，并在此引用其内容。
技术介绍
现在，伴随着高速的因特网线路服务、智能手机等的普及，通过光通信传输的信息量不断增加。为了应对这样的信息量的增加，不断展开由信号速度的高速化、波长复用通信带来的信道数的增加等对策。特别是在以高速度的信息通信为目的下一代的100Gbps(每秒吉比特)的数字相干传输技术中，为了使每单位时间的信息量为2倍，利用在电场正交的2个偏振波的各个携带信息的偏振波复用方式。然而，对于包括偏振波复用方式的高速通信的调制方式而言，构成光调制器的光电路部件的结构变得复杂，产生装置大型化、高额化等课题。另外，根据通过光通信传输的信息量的增加，收发器等光电路部件的需要个数也增加。因此，为了在有限的空间中增加光电路部件，需要构成光电路部件的光元件的小型化和高密度集成化。针对这样的课题，展开具有加工容易、基于集成化的小型化、基于大量生产的低成本等优点，并使用了硅的基板型光波导(硅光波导)的光电路部件(光调制器等)的研究以及开发。硅光波导是纤芯利用折射率较大的硅系材料(Si、Si3N4等)、包层利用了与纤芯的折射率差较大的材料(SiO2、空气、Si3N4等)的所谓相对折射率差较大的光波导。若相对折射率差较大则对纤芯的光封闭变大，所以可能变为陡峭的弯曲，适合光元件的小型化、高密度集成化。然而，这种基板型光波导内的偏振波复用中存在如下那样的问题点。一般，基板型光波导呈与基板平行的宽度方向和与基板垂直的高度方向为非对称的形状。因此，相对于实际上仅具有宽度方向的电场成分的模(以下，称为TE模)、和实际上仅具有高度方向的电场成分的模(以下，称为TM模)这两种偏振波模，有效折射率等特性不同。在这些模中，多少情况下使用的是基本TE模(TE0)和基本TM模(TM0)。此处，TE0是指TE模中有效折射率最大的模。另外，TM0是指TM模中有效折射率最大的模。在对特性不同的这些模进行光调制操作的情况下，仅利用单一的基板型光波导元件较困难。在需要按照每个模式进行最优化的基板型光波导元件的情况下，在基板型光波导元件的开发方面需要大量的劳动。作为解决该问题的方法，例举使用TE0作为向对TE0最优化后的所希望的基板型光波导元件的输入光，并将其输出偏振波转换为TM0的方法。此处偏振波转换表示从TE0向TM0或者从TM0向TE0的转换。为了进行上述操作，需要在基板上进行偏振波转换的基板型光波导元件。作为在基板上进行这种偏振波转换的技术，有将TE0转换为高阶TE模(TE1)后再将TE1转换为TM0的方法。此处，TE1表示有效折射率第二高的TE模。TE1由于具有与TE0同方向的电场成分，所以通过使用仅利用使矩形状的光波导并列等简单的工序就可制成的方向性耦合器，能够转换。因此，如果实现将TE1转换为TM0的元件，则能够经由TE1进行偏振波转换。另外，一般硅光波导具有较大的双折射率，所以具有较强的偏振波依赖性。例如，在对光元件输入TE0和TM0时，光元件的特性较大地不同。为了解决该问题，利用使用将TM0转换为TE0(或相反)的偏振波转换元件，向光元件输入同一模的偏振波分集方式。因此，为了进行光元件的小型化、高密度集成化，必需小型的偏振波转换元件。作为硅光波导的偏振波转换元件的技术，提出将TE0转换为TE1，之后再将TE1转换为TM0的方法。作为在基板型光波导上使用这样的TE1与TM0之间的转换(以下，称为高阶偏振波转换)来进行偏振波转换的技术，例举非专利文献1。非专利文献1的Fig.2(a)以及Fig.2(b)示出其实施例。非专利文献1公开的光波导元件成为由方向性耦合器部分(耦合部)和锥状光波导部分(锥形部)构成，耦合部的出射端与锥形部连接的结构。是耦合部将TE0转换为TE1，锥形部将TE1转换为TM0的基板型光波导元件。这两个部分中所使用的光波导的折射率的、与导波方向垂直的剖面分布在非专利文献1的Fig.1(a)以及Fig.1(c)的图中被示出。在这些图中，示出被称为纤芯的矩形部分、位于该纤芯的下部且折射率比纤芯低的水平的下部包层、以及折射率比纤芯低且覆盖与下部包层不同的纤芯的上部包层。非专利文献1的Fig.1(a)以及Fig.1(c)示出有效折射率相对于纤芯宽度的图表。纤芯为Si、折射率为3.455，下部包层为SiO2、折射率为1.445，上部包层为空气(折射率为1.0)或者Si3N4(折射率为2.0)，纤芯的高度为220nm。另外，非专利文献1的Fig.1(b)示出上部包层和下部包层具有相等的折射率的上下对称的折射率剖面形状的光波导的有效折射率的图表。从这些图可知，折射率剖面具有上下非对称的折射率剖面结构的情况下，在各模式的有效折射率的变化相对于宽度方向的变化的图表中，具有上下对称的折射率剖面结构的波导中简并的TE1和TM0的点分离。例如，在非专利文献1的Fig.1(a)的图表中示出在波导宽度0.7μm附近，波导宽度扩展的期间，有效折射率第二高的模式从TM0(基本TM模)向TE1(高阶TE模)变化，另外，有效折射率第三高的模式从TE1(高阶TE模)向TM0(基本TM模)变化。因此，TE1和TM0以有效折射率曲线状连续地连接，使波导宽度缓慢地变化，从而能够进行损失较小的高阶偏振波转换。利用该现象是通过成为利用前述的偏振波转换元件中的锥形部将波导宽度从TE1转换为TM0的范围内缓慢地使其变化的锥形结构，而进行高阶偏振波转换。另外，非专利文献2公开了通过使用上下包层为相同的材料(SiO2)，并使纤芯的剖面结构上下非对称来进行高阶偏振波转换。非专利文献2在Fig.11等中公开了输入输出部的剖面的一个端部具有肋形波导的剖面结构，而另一个端部具有矩形波导的剖面结构的高阶偏振波转换元件。非专利文献1:DaoxinDaiandJohnE.Bowers,“Novelconceptforultracompactpolarizationsplitter-rotatorbasedonsiliconnanowires,”OpticsExpress,Vol.19,Issue11,pp.10940(2011)非专利文献2:DaoxinDai,YongboTang,andJohnEBowers,"Modeconversionintaperedsubmicronsiliconridgeopticalwaveguides,"OpticsExpress,Vol.20,Issue.12,pp.13425-13439(2012)非专利文献1中公开在进行高阶偏振波转换的锥形部中需要在上部包层和下部包层中具有不同的折射率的材料。在使用这种新的材料的情况下，产生多余的工序、需要本来其它光波导部分不使用的材料。因此，在效率、成本方面是不利的。另外，若在上部包层和下部包层使用不同种类材料，则因线膨胀系数等的不同而产生变形，降低合格率。另外也例举下部包层为光波导所使用的材料，而使上部包层的材料为空气的方法。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高阶偏振波转换元件，是构成基板型光波导的高阶偏振波转换元件，具备：基板；下部包层，其被设置在上述基板上；纤芯，其具有被设置在上述下部包层上，在剖面矩形状中具有恒定的高度的下部纤芯、和由与上述下部纤芯相同的材料形成且在上述下部纤芯上连续地配置的在剖面矩形状中具有恒定的高度的上部纤芯；以及上部包层，其被设置在上述纤芯以及上述下部包层上，并由与上述下部包层相同的材料形成，上述纤芯构成光能够从上述下部纤芯的宽度与上述上部纤芯的宽度相同的开始部到上述下部纤芯的宽度与上述上部纤芯的宽度相同的结束部进行导波的光波导，至少上述上部纤芯的宽度以及上述下部纤芯的宽度中的一方在上述开始部与上述结束部之间相对于上述光的导波方向连续地减少、且上述上部纤芯的宽度以及上述下部纤芯的宽度双方从上述开始部到上述结束部不增加，在上述开始部中，TE0的有效折射率大于TE1的有效折射率，上述TE1的有效折射率大于TM0的有效折射率，在上述光波导的结束部中，上述TE0的有效折射率大于上述TM0的有效折射率，上述TM0的有效折射率大于上述TE1的有效折射率，在上述开始部与上述结束部之间的上述光波导中的除了上述开始部和上述结束部之外的部分中，上述纤芯具有上述上部纤芯的宽度与上述下部纤芯的宽度不同的上下非对称的结构，上述高阶偏振波转换元件在上述开始部的TE1与上述结束部的TM0之间进行高阶偏振波转换。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.27 JP 2013-1354901.一种高阶偏振波转换元件，是构成基板型光波导的高阶偏振波转换元件，具备：基板；下部包层，其被设置在上述基板上；纤芯，其具有被设置在上述下部包层上，在剖面矩形状中具有恒定的高度的下部纤芯、和由与上述下部纤芯相同的材料形成且在上述下部纤芯上连续地配置的在剖面矩形状中具有恒定的高度的上部纤芯；以及上部包层，其被设置在上述纤芯以及上述下部包层上，并由与上述下部包层相同的材料形成，上述纤芯构成光能够从上述下部纤芯的宽度与上述上部纤芯的宽度相同的开始部到上述下部纤芯的宽度与上述上部纤芯的宽度相同的结束部进行导波的光波导，在上述开始部和上述结束部中，上述上部纤芯的宽度方向的两端分别与上述下部纤芯的宽度方向的两端重叠，上述纤芯的剖面是矩形状，至少上述上部纤芯的宽度以及上述下部纤芯的宽度中的一方在上述开始部与上述结束部之间相对于上述光的导波方向连续地减少、且上述上部纤芯的宽度以及上述下部纤芯的宽度双方从上述开始部到上述结束部不增加，在上述开始部中，TE0的有效折射率大于TE1的有效折射率，上述TE1的有效折射率大于TM0的有效折射率，在上述光波导的结束部中，上述TE0的有效折射率大于上述TM0的有效折射率，上述TM0的有效折射率大于上述TE1的有效折射率，在上述开始部与上述结束部之间的上述光波导中的除了上述开始部和上述结束部之外的部分中，上述纤芯具有上述上部纤芯的宽度与上述下部纤芯的宽度不同的上下非对称的结构，上述高阶偏振波转换元件在上述开始部的TE1与上述结束部的TM0之间进行高阶偏振波转换。2.根据权利要求1所述的高阶偏振波转换元件，其中，在上述开始部与上述结束部之间的上述光波导中的除了上述开始部和上述结束部之外的部分中，上述下部纤芯的宽度始终大于上述上部纤芯的宽度，在与上述光被进行导波的方向垂直的剖面中上述上部纤芯的下边始终包含于上述下部纤芯的上边。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈彻，五井一宏，小川宪介，日下裕幸，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：日本;JP