波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換元件、正交模轉(zhuǎn)換器和光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器、一種偏振分束器和一種光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，用于光學(xué)通信的傳輸方法已經(jīng)顯著地變化。傳輸方法從已經(jīng)為主要檢測方法的M-DD (強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測)方法變成諸如QPSK (正交相移鍵控)等相干檢測方法。在相干檢測方法中，研究和開發(fā)出用正交偏振和相位攜載信號(hào)的DP_QPSK(偏振復(fù)用-正交相移鍵控)方法作為用于實(shí)現(xiàn)其速度高達(dá)40Gbps或者高于40Gbps的高速傳輸?shù)膫鬏敺椒ǎ⑶乙呀?jīng)本地運(yùn)送使用DP-QPSK方法的產(chǎn)品。
[0003]DP-QPSK方法使用相干接收器作為主要部件。相干接收器包括PLC(平面光波回路)型光學(xué)相干混合器、PBS(偏振分束器)、PD(光電檢測器)、TIA(跨阻放大器)等。這些部件由許多裝置供應(yīng)商進(jìn)行運(yùn)送。例如，PTL I公開了使用3102的偏振分束器。
[0004]此外，PTL 2公開了包括單模波導(dǎo)的光學(xué)裝置。
[0005]展望未來，對(duì)根據(jù)MSA(多源協(xié)議)被稱為第二代的小尺寸相干接收器進(jìn)行研究。此外必須使包括在小尺寸相干接收器中的PLC小型化。最具吸引力的技術(shù)是使Si成為光波導(dǎo)的主要材料的Si光子學(xué)。根據(jù)Si光子學(xué)，預(yù)期通過由Si和S12的折射率之間的大差異產(chǎn)生的強(qiáng)光限制以實(shí)現(xiàn)小彎曲半徑。此外，根據(jù)Si光子學(xué)，預(yù)期使用Ge實(shí)現(xiàn)H)集成，通過大結(jié)構(gòu)雙折射率實(shí)現(xiàn)PBS集成。
[0006][引用列表]
[0007][專利文獻(xiàn)]
[0008][PTL1]日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)N0.2003-222748
[0009][PTL2]日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)(PCT申請(qǐng)的翻譯)N0.2006-517673

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]雖然預(yù)期根據(jù)Si光子學(xué)以通過由Si和S12的折射率之間的大差異產(chǎn)生的強(qiáng)光限制來實(shí)現(xiàn)小彎曲半徑，但單模狀況需要與在矩形波導(dǎo)的情況下幾百納米一樣小。因此，Si光子學(xué)具有過程是困難的問題。結(jié)果，存在的問題是由于波導(dǎo)寬度的偏差而導(dǎo)致PBS的特性劣化。
[0012]在PTL 2中描述的光學(xué)裝置具有難以制造光學(xué)裝置的問題，因?yàn)楣鈱W(xué)裝置具有復(fù)雜的形狀，波導(dǎo)厚度在波導(dǎo)的波導(dǎo)方向上變化。此外，PTL 2描述了光學(xué)裝置引導(dǎo)單模光，但沒有描述光學(xué)裝置引導(dǎo)多模光。
[0013]本發(fā)明的目的是提供可使偏振分束器的特性的劣化更小的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器、偏振分束器和光學(xué)裝置。
[0014]問題的解決方案
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)換波導(dǎo)模式的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器。此外，該波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器布置在肋型波導(dǎo)和通道型波導(dǎo)的連接部分中。此外，該波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器是包括錐形部分的肋型波導(dǎo)。然后，該錐形部分是在肋的兩側(cè)上延伸的芯層，并且該錐形部分的寬度在與波導(dǎo)方向垂直的方向上逐漸變化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的偏振分束器包括光學(xué)解復(fù)用器、光學(xué)多路復(fù)用器、第一臂波導(dǎo)和第二臂波導(dǎo)。此外，光學(xué)解復(fù)用器由肋型波導(dǎo)形成，并且將輸入光多路復(fù)用成第一輸入光和第二輸入光。同時(shí)，光學(xué)多路復(fù)用器由肋型波導(dǎo)形成，并且多路復(fù)用由光學(xué)解復(fù)用器多路分離的第一輸入光和第二輸入光。此外，第一臂波導(dǎo)至少部分地由通道型波導(dǎo)形成，并且將第一輸入光引導(dǎo)至光學(xué)多路復(fù)用器。同時(shí)，第二臂波導(dǎo)至少部分地由通道型波導(dǎo)形成，并且將第二輸入光引導(dǎo)至光學(xué)多路復(fù)用器，第二輸入光被使得產(chǎn)生在第一臂波導(dǎo)上傳播的第一輸入光與第二輸入光之間的相位差。此外，上述波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器布置在肋型波導(dǎo)和通道型波導(dǎo)的連接部分中。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的光學(xué)裝置包括上述的偏振分束器。此外，多個(gè)所述偏振分束器連接成多級(jí)形式。
[0018]本發(fā)明的有利效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可使偏振分束器的特性的劣化更小的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器、偏振分束器和光學(xué)裝置。
【附圖說明】
[0020][圖1]是肋型波導(dǎo)的橫截面視圖。
[0021][圖2]是通道型波導(dǎo)的橫截面視圖。
[0022][圖3]是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例1的偏振分束器的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023][圖4]是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例1的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器的透視圖。
[0024][圖5]是示出用于計(jì)算在包括具有有限寬度的芯層的肋型波導(dǎo)與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的情況下產(chǎn)生的光學(xué)損耗的模型的示圖。
[0025][圖6]是示出光學(xué)損耗和與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的肋型波導(dǎo)的芯層的寬度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0026][圖7]是示出用于計(jì)算在包括具有錐形部分的芯層的肋型波導(dǎo)與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的情況下產(chǎn)生的光學(xué)損耗的模型的示圖。
[0027][圖8]是示出光學(xué)損耗和指示與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的肋型波導(dǎo)的錐形部分的寬度變化的值之間的關(guān)系的曲線圖。
[0028][圖9]是示出光學(xué)損耗和與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的肋型波導(dǎo)的芯層的寬度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0029][圖10]是示出光學(xué)損耗和指示與包括具有足夠?qū)挾鹊男緦拥睦咝筒▽?dǎo)聯(lián)接的肋型波導(dǎo)的錐形部分的寬度變化的值之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將參照【附圖說明】本發(fā)明的示例性實(shí)施例。下面說明的示例性實(shí)施例是本發(fā)明的示例，并且本發(fā)明不限于下面說明的示例性實(shí)施例。這里，假設(shè)在描述和附圖中具有相同附圖標(biāo)記的部件彼此相同。
[0031]示例性實(shí)施例1
[0032]根據(jù)示例性實(shí)施例1的偏振分束器(PBS) I包括硅(Si)波導(dǎo)。在Si波導(dǎo)的情況下，能夠使芯層和覆層之間的相對(duì)折射率差大。因此，與二氧化硅波導(dǎo)相比，能夠形成小彎曲半徑。Si波導(dǎo)包括肋型結(jié)構(gòu)和通道型結(jié)構(gòu)兩者。圖1是具有肋型結(jié)構(gòu)的常用Si波導(dǎo)(下文中，被表示為肋型波導(dǎo))的橫截面視圖，并且圖2是具有通道型結(jié)構(gòu)的常用Si波導(dǎo)(下文中，被表示為通道型波導(dǎo))的橫截面視圖。
[0033]通道型波導(dǎo)51和肋型波導(dǎo)50中的每個(gè)包括襯底21、下層覆層22、芯層23和上層覆層24。下層覆層22布置在襯底21上，該襯底21是Si襯底。這里，下層覆層22是S12膜，并且例如通過使用掩埋氧化物膜(buried oxide film:BOX)形成。芯層23布置在下層覆層22上。芯層23是諸如SOI (Silicon On Insulator:絕緣體上娃)等的Si膜。上層覆層24布置在芯層23上。上層覆層24是例如S1J莫。芯層23由其折射率與下層覆層22和上層覆層24的折射率不同的材料制成。
[0034]參照肋型結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，芯層23包括向上突起的肋23a。肋23a的兩側(cè)都被上層覆層24覆蓋。在肋型結(jié)構(gòu)的情況下，厚度從約Iym至3 μπι變化。雖然彎曲半徑是約200 μπι，該彎曲半徑并非與通道型結(jié)構(gòu)的彎曲半徑那樣小，但傳播損耗是小于通道型結(jié)構(gòu)的傳播損耗的0.5至1.0dB/cmo因?yàn)楫?dāng)制造波導(dǎo)時(shí)通過使用步進(jìn)曝光來獲取足夠好的特性，所以與通過使用EB曝光形成波導(dǎo)的情況相比，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率。
[0035]在通道型結(jié)構(gòu)的情況下，形成波導(dǎo)的芯層23的橫截面具有準(zhǔn)矩形形狀。此外，芯層23被上層覆層24覆蓋。芯層23整體被下層覆層22和上層覆層24覆蓋。根據(jù)示例性實(shí)施例1的偏振分束器(PBS) I包括通道型波導(dǎo)5