[发明专利]高阶偏振波转换元件、光波导元件以及DP－QPSK调制器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。