基板型光波導(dǎo)元件以及dp－qpsk調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)于在光纖通信中使用的基板型光波導(dǎo)元件以及DP-QPSK調(diào)制器， 同時(shí)進(jìn)行光的多路復(fù)用和模轉(zhuǎn)換的器件。
[0002] 本申請(qǐng)基于在2013年10月15日于日本申請(qǐng)的特愿2013 - 214792號(hào)并主張其 優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 現(xiàn)在，在通過(guò)光通信傳輸?shù)男畔⒘坑性鰺o(wú)減。為了應(yīng)對(duì)這樣的信息量的增加，不斷 展開(kāi)由信號(hào)速度的高速化、波長(zhǎng)復(fù)用通信帶來(lái)的信道數(shù)的增加等對(duì)策。特別是在以高速的 信息通信為目的的下一代的lOOGbps數(shù)字相干傳輸技術(shù)中，為了使每單位時(shí)間的信息量為 二倍，利用電場(chǎng)正交的2個(gè)偏振承載信息的偏振復(fù)用方式。然而，包含偏振復(fù)用的高速通信 的調(diào)制方式中構(gòu)成光調(diào)制器的光電路元件的構(gòu)造變復(fù)雜，產(chǎn)生裝置的大型化、高額化等的 課題。針對(duì)這樣的課題，研究具有加工容易、基于集成化的小型化、基于大量生產(chǎn)的低成本 等優(yōu)點(diǎn)的使用硅的基板型光波導(dǎo)的光調(diào)制器。
[0004] 然而，這樣的基板型光波導(dǎo)內(nèi)的偏振復(fù)用存在如下的問(wèn)題。一般而言，基板型光波 導(dǎo)的形狀呈與基板平行的寬度方向和與基板垂直的高度方向?yàn)榉菍?duì)稱的形狀，相對(duì)于寬度 方向的電場(chǎng)分量為主的模（以下，稱為TE模）和高度方向的電場(chǎng)分量為主的模（以下，稱 為TM模）這兩種偏振模，有效折射率等特性不同。在這些模中多數(shù)情況下使用的是基本TE 模（TE0)和基本TM模（TM0)。在此，TE0是在TE模中有效折射率第一大的模。另外，TM0 是在TM模中有效折射率第一大的模。在對(duì)特性不同的這些模進(jìn)行光調(diào)制操作的情況下，僅 利用單一的基板型光波導(dǎo)元件很困難，需要按每一模最優(yōu)化后的基板型光波導(dǎo)元件。然而， 這在基板型光波導(dǎo)元件的開(kāi)發(fā)方面需要大量的勞動(dòng)。
[0005] 作為解決該問(wèn)題的方法，列舉了作為向?qū)λＭ腡E0最優(yōu)化后的基板型光波導(dǎo) 元件的輸入光使用TE0,將其輸出偏振轉(zhuǎn)換為TM0的方法。在此偏振轉(zhuǎn)換是表示從TE0向 TM0,或從TM0向TE0的轉(zhuǎn)換。為了進(jìn)行上述操作，需要在基板上進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換的基板型光 波導(dǎo)元件。
[0006] 作為在基板上進(jìn)行這樣的偏振轉(zhuǎn)換的技術(shù)，提出在相對(duì)于兩個(gè)或一個(gè)TE0的輸入 而輸出一個(gè)高階TE模（TE1)的多路復(fù)用部（以下，將具有這樣的部分的元件稱為高階模轉(zhuǎn) 換多路復(fù)用元件）中，將TE0轉(zhuǎn)換為TE1，然后，將TE1向TM0進(jìn)行轉(zhuǎn)換的光波導(dǎo)元件。
[0007] 其中，TE1是指有效折射率第二大的TE模。作為以往技術(shù)列舉有非專利文獻(xiàn) 1 (K.Mertens,etal.,"FirstRealizedPolarizationConverterBasedonHybrid Supermodes,''IEEEPhotonicstechnologyletters,Vol. 10,No.3(1998))、非專利文獻(xiàn) 2 (YunhongDing,etal. , "Wide-bandPolarizationSplitterandRotatorwithLarge FabricationToleranceandSimpleFabricationProcess, ，'0FC/NF0ECTechnical Digest，0Th4I. 2 (2013))、以及非專利文獻(xiàn)3 (松浦祐司他，"新構(gòu)造Y分岐素子〇低損失 化"，1994年電子信息通信學(xué)會(huì)春季大會(huì)，C一 330,1994年4月）。
[0008] 如圖2A所示，非專利文獻(xiàn)1、2所記載的器件具有使用TM0作為輸入，并向要將其 轉(zhuǎn)換為TE1的高階偏振轉(zhuǎn)換元件21輸入，在其后段具備將TE1分為2個(gè)TE0的分支部22 的構(gòu)造（參照非專利文獻(xiàn)1的圖4 (b)，非專利文獻(xiàn)2的圖1 (a)?（c))。在此，本發(fā)明中關(guān) 注其逆過(guò)程。此時(shí)，以往技術(shù)的構(gòu)造如圖2B所示，與將輸入到多路復(fù)用部22的兩個(gè)輸入端 口的一方或兩方的TE0輸出為TE1 (即，高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件），然后，通過(guò)經(jīng)過(guò)高階偏 振轉(zhuǎn)換元件21而轉(zhuǎn)換為TM0的構(gòu)造同等（在此，由于關(guān)注于逆過(guò)程，所以將分支部稱為多 路復(fù)用部。以下也是相同的）。即，如果使用這些元件，則能夠?qū)⑵褶D(zhuǎn)換與多路復(fù)用同時(shí) 進(jìn)行。
[0009]在非專利文獻(xiàn)1、2中作為高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件，考慮使用Y分支元件。其中， 非專利文獻(xiàn)1、2都沒(méi)有提及Y分支，但從論文內(nèi)的圖、波導(dǎo)尺寸判斷。
[0010] 非專利文獻(xiàn)3公開(kāi)有通過(guò)空開(kāi)輸入部的間隔，而減少了制造誤差的Y分支元件。但 是，輸入部分、輸出部分都是只使TE0經(jīng)過(guò)的單一模波導(dǎo)，該Y分支元件原本沒(méi)有向TE1的 轉(zhuǎn)換的意圖。
[0011]在非專利文獻(xiàn)1、2中，作為高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件，使用Y分支構(gòu)造。如圖3A所示，在Y分支構(gòu)造中，通過(guò)使輸入部的兩個(gè)波導(dǎo)101、102連續(xù)緩慢地接近而能夠形成損耗 小的多路復(fù)用部103。由于利用這樣的構(gòu)造，制成輸入部的兩個(gè)波導(dǎo)相互接近相交的交點(diǎn) 部分，所以需要能夠制成非常細(xì)的構(gòu)造的工序。但是，實(shí)際上難以將這樣的構(gòu)造高精度地制 成，2個(gè)波導(dǎo)的交點(diǎn)部分圓弧化成為圖3B的附圖標(biāo)記104那樣。在圖3B那樣的構(gòu)造中，在 圓弧化的交點(diǎn)部分104和一定寬度的兩個(gè)波導(dǎo)101U02的邊界，喪失波導(dǎo)長(zhǎng)邊方向的連續(xù) 性。在其前后模急劇地發(fā)生變化而導(dǎo)致?lián)p耗增大。特別是如硅細(xì)線波導(dǎo)那樣，波導(dǎo)的尺寸 為數(shù)百nm級(jí)的情況下，上述的制造上的問(wèn)題變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其以提供一種具備制造容易、能夠減少損耗的 高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件的基板型光波導(dǎo)元件作為課題。
[0013] 為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件具備：兩個(gè)輸 入部，它們是相互具有相同的寬度、并相互平行、且剖面為矩形形狀的波導(dǎo)；寬幅部，其是直 線波導(dǎo)，且與上述兩個(gè)輸入部的后段連接；錐形部，其與上述寬幅部的后段連接，且是寬度 逐漸變狹的錐狀的、至少TE1傳播的多模波導(dǎo)；以及輸出部，其是與上述錐形部的后段連 接的、剖面為矩形形狀的、至少TE1傳播的多模波導(dǎo)。另外，上述基板型光波導(dǎo)元件構(gòu)成能 夠?qū)⑤斎氲缴鲜鰞蓚€(gè)輸入部的TE0從上述輸出部作為TE1輸出的高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元 件，在分別將上述兩個(gè)輸入部的寬度方向的間隔定義為gap，將上述兩個(gè)輸入部的寬度定為 Wa，將上述寬幅部的波導(dǎo)寬度定義為Wb時(shí)，滿足抓>1&\2+§&口，上述兩個(gè)輸入部的寬度方 向的中心與上述寬幅部的寬度方向的中心一致。
[0014] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述兩個(gè)輸入部的一方或 者兩方的前段連接的彎曲波導(dǎo)。
[0015] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述兩個(gè)輸入部的前段連 接，變更波導(dǎo)的寬度的錐狀波導(dǎo)。
[0016] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述輸出部的后段連接，變 更波導(dǎo)的寬度的錐狀波導(dǎo)。
[0017] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述輸出部的后段連接，提 取TE1的高階模分離器。
[0018] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述高階模分離器的后段 連接，將TE1轉(zhuǎn)換為TM0的高階偏振轉(zhuǎn)換元件。
[0019] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述輸出部的后段連接，將 TE1轉(zhuǎn)換為TM0的高階偏振轉(zhuǎn)換元件。
[0020] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述高階偏振轉(zhuǎn)換元件的 后段連接，提取TM0的偏振分束器。
[0021] 上述方式所涉及的基板型光波導(dǎo)元件也可以還具備與上述高階偏振轉(zhuǎn)換元件的 后段連接，提取TM0的偏振分束器。
[0022] 構(gòu)成上述高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件的波導(dǎo)可以由纖芯和包圍上述纖芯的包層形 成，上述包層僅由同一材料構(gòu)成。
[0023] 在構(gòu)成上述高階模轉(zhuǎn)換多路復(fù)用元件的波導(dǎo)中，在纖芯的高度為220nm、纖芯 由Si構(gòu)成、包層由Si02構(gòu)成、上述Wa以及上述gap分別滿足400nm彡Wa彡800nm且 10〇]1111<83口<50〇11111、并將￥(3以及￥(1分別定義為價(jià)=(￥13-(￥3\2+83口））/2、￥(1=(- 〇.〇〇〇〇〇〇〇〇〇8350862Xgap2 - 〇.〇〇〇〇〇〇436986Xgap+0. 0008631515625)XWa2+(0. 000001 6652002737Xgap2+0. 000208004578Xgap- 1. 2672957688375)XWa+ ( - 0. 0006942594620 4Xgap2+0. 670233759496504Xgap+462. 994458236249)時(shí)，也可以滿足 0<Wc<Wd。
[0024] 本發(fā)明的第二方式所涉及的DP-QPSK調(diào)制器具備上述第一方式的基板型光波導(dǎo) 元件。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的上述方式，能夠提供一種具備制造容易、能夠減少損耗的高階模轉(zhuǎn) 換多路復(fù)用元件的基板型光波導(dǎo)元件。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是表示本發(fā)明的高階模