专利名称：基板型光波导元件、波长色散补偿元件、光滤波器、光共振器以及它们的设计方法
技术领域：
本发明涉及能够利用于波长色散补偿元件、光滤波器、光共振器等各种用途的基 板型光导波元件以及其设计方法。本申请要求基于2008年2月29日在日本申请的特开申请2008-049842号的优先 权，并在此引用了其内容。
背景技术：
对于没有考虑偏振依赖性的光波导构造中的波长色散补偿，存在有以下的例子。在专利文献1中，公开了一种元件，其为了补偿针对多个波长通道的波长色散而 具有周期发生空间上的变化的多个布拉格光栅的要素，作为在波导中具有布拉格光栅图样 的色散补偿元件。另外，在专利文献1中，还公开了在沿着波导的光轴的方向上，由多个要 素构成的布拉格光栅的折射率分布η (Z)表现出下面的式子那样的正弦波变化(Ζ是光传播 轴上的点的位置)。[数式1]
权利要求
一种基板型光波导元件，其特征在于，光波导的芯具备内侧芯，具有形成肋结构的凸部；和外侧芯，设置于该内侧芯之上并覆盖上述凸部的周面，其中，上述外侧芯的折射率低于上述内侧芯的平均折射率。
2.根据权利要求1所记载的基板型光波导元件，其特征在于，在与上述光的导波方向垂直的截面观察的情况下，第1布拉格光栅图样以及第2布拉 格光栅图样分别形成在沿着光的导波方向并列的区域中；上述第1布拉格光栅图样是沿着上述光的导波方向在上述光波导的上述芯的两外侧 壁形成的凹凸；上述第2布拉格光栅图样是沿着上述光的导波方向在上述芯的宽度方向中央且在该 芯的上部形成的槽的两内侧壁形成的凹凸；在沿着上述光的导波方向观察的情况下，上述第1布拉格光栅图样中的芯宽度的较宽 部分和上述第2布拉格光栅图样中的槽宽度的较窄部分相对应，并且上述第1布拉格光栅 图样的芯宽度的较窄部分和上述第2布拉格光栅图样的槽宽度的较宽部分相对应。
3.根据权利要求2所记载的基板型光波导元件，其特征在于，上述第1布拉格光栅图样以及上述第2布拉格光栅图样各自包含布拉格光栅的振幅的 包络线的斜率的符号发生反转的多个孤立的单一的坐标点。
4.根据权利要求1至3的任意一项所记载的基板型光波导元件，其特征在于， 在上述光波导中具有布拉格光栅图样，该布拉格光栅图样只取局部周期是3种以上的离散值； 这些离散值涉及上述光波导的全长分别存在于多个地方；在将这些全部的离散值中分布频度最高的值设为M，将大于该M并且与该M最接近的值 设为A，将小于该M并且与该M最接近的值设为B的情况下，A-M表示的差和M-B表示的差 相等。
5.根据权利要求1至4的任意一项所记载的基板型光波导元件，其特征在于， 上述光波导具备芯和在该芯的宽度方向的中央沿着上述光的导波方向配置并且折射率低于上述芯的间隔部；上述芯具备被上述间隔部隔开的2个区域，横跨这2个区域构成传播单一的模式的单 模光波导。
6.一种波长色散补偿元件，其特征在于，在光波导中具有布拉格光栅图样，对于多个波长通道，从信号光射入上述光波导到被 反射为止在上述光波导中传播的距离根据波长不同而不同，由此来补偿上述光波导中的波 长色散以及色散斜率，由权利要求1至5的任意一项所记载的基板型光波导元件构成。
7.一种波长色散补偿元件的设计方法，其特征在于， 是权利要求6所记载的波长色散补偿元件的设计方法，其中，上述波长色散补偿元件具有光波导，在与光的导波方向垂直的截面观察的情况 下，上述光波导的第1布拉格光栅图样和第2布拉格光栅图样沿着光的导波方向并列； 该设计方法具有如下步骤2光波导截面构造设计步骤，改变成为上述第1以及第2布拉格光栅图样的2个区域的 与上述光的导波方向垂直的截面中的尺寸，等化针对在上述光波导中被导波的相互独立的 两个偏振的上述光波导的有效折射率，求出针对两个偏振的共同的有效折射率，由此求出 上述两个区域的尺寸和上述共同的有效折射率之间的关系；布拉格光栅图样设计步骤，在作为参数指定波长色散、色散斜率以及反射率这三个并 计算出规定的复反射率频谱之后，根据上述复反射率频谱和希望的光波导的长度得到上述 光波导的沿着上述光的导波方向的有效折射率的形状分布；和波长色散补偿元件设计步骤，根据在上述光波导截面构造设计步骤中求出的上述两个 区域的尺寸和上述共同的有效折射率之间的关系，将上述布拉格光栅图样设计步骤中得到 的上述有效折射率的形状分布变换成上述两个区域的尺寸的形状分布，由此，得到由上述 两个区域的尺寸的变化构成的上述第1布拉格光栅图样以及上述第2布拉格光栅图样。
8.根据权利要求7所记载的波长色散补偿元件的设计方法，其特征在于，在上述布拉格光栅图样设计步骤中，进一步具有将坐标轴的离散化的分辨率取为与反 射带的宽度的半值相对应的节距变化量以上的粗粒化步骤，通过该粗粒化步骤，构成包含多个孤立的单一的坐标点的光波导，该孤立的单一的坐 标点是布拉格光栅的振幅的包络线的斜率的符号发生反转的坐标点。
9.一种光滤波器，其特征在于，由权利要求1至5的任意一项所记载的基板型光波导元件构成。
10.一种光滤波器的设计方法，其特征在于，是根据权利要求9所记载的光滤波器的设计方法，其中，上述光滤波器具有光波导，在与光的导波方向垂直的截面观察的情况下，上述光波导 的第1布拉格光栅图样以及第2布拉格光栅图样沿着光的导波方向并列； 该设计方法具有如下步骤光波导截面构造设计步骤，改变成为上述第1以及第2布拉格光栅图样的2个区域的 与上述光的导波方向垂直的截面中的尺寸，等化针对在上述光波导中被导波的相互独立的 两个偏振的上述光波导的有效折射率，求出针对两个偏振的共同的有效折射率，由此求出 上述两个区域的尺寸和上述共同的有效折射率之间的关系；布拉格光栅图样设计步骤，在作为参数指定反射率以及相位这二个并计算出规定的复 反射率频谱之后，根据上述复反射率频谱和希望的光波导的长度得到沿着上述光波导的导 波方向的有效折射率的形状分布；和光滤波器设计步骤，根据在上述光波导截面构造设计步骤中求出的上述两个区域的尺 寸和上述共同的有效折射率之间的关系，将上述布拉格光栅图样设计步骤中得到的上述有 效折射率的形状分布变换成上述两个区域的尺寸的形状分布，由此，得到由上述两个区域 的尺寸的变化构成的上述第1以及第2布拉格光栅图样。
11.根据权利要求10所记载的光滤波器的设计方法，其特征在于，在上述布拉格光栅图样设计步骤中，进一步具有将坐标轴的离散化的分辨率取为与反 射带的宽度的半值相对应的节距变化量以上的粗粒化步骤，通过该粗粒化步骤，构成包含多个孤立的单一的坐标点的光波导，该孤立的单一的坐 标点是布拉格光栅的振幅的包络线的斜率的符号发生反转的坐标点。
12.—种光共振器，其特征在于，具有成为第1反射镜的第1光波导、成为第2反射镜的第2光波导和在该第1光波导 和第2光波导之间夹着的第3光波导；该第1光波导、第3光波导和第2光波导串联连接形 成单一的基板型光波导，上述第1光波导以及上述第2光波导由权利要求1至5的任意一项所记载的基板型光 波导元件构成。
13.一种光共振器的设计方法，其特征在于，是权利要求12所记载的光共振器的设计方法，其中，上述反射镜具有光波导，在与光的导波方向垂直的截面观察的情况下，上述光波导的 第1布拉格光栅图样以及第2布拉格光栅图样沿着光的导波方向并列；该设计方法具有如下步骤光波导截面构造设计步骤，改变成为上述第1以及第2布拉格光栅图样的2个区域的 与上述光的导波方向垂直的截面中的尺寸，等化针对在上述光波导中被导波的相互独立的 两个偏振的上述光波导的有效折射率，求出针对两个偏振的共同的有效折射率，由此求出 上述两个区域的尺寸和上述共同的有效折射率之间的关系；布拉格光栅图样设计步骤，在作为参数指定反射率以及相位这二个并计算出规定的复 反射率频谱之后，根据上述复反射率频谱和希望的光波导的长度得到沿着上述光波导的导 波方向的有效折射率的形状分布；和反射镜设计步骤，根据上述光波导截面构造设计步骤中求出的上述两个区域的尺寸和 上述共同的有效折射率之间的关系，将上述布拉格光栅图样设计步骤中得到的上述有效折 射率的形状分布变换成上述两个区域的尺寸的形状分布，由此，得到由上述两个区域的尺 寸的变化构成的上述第1以及第2布拉格光栅图样。
14.根据权利要求13所记载的光共振器的设计方法，其特征在于，在上述布拉格光栅图样设计步骤中，进一步具有将坐标轴的离散化的分辨率取为与反 射带的宽度的半值相对应的节距变化量以上的粗粒化步骤，通过该粗粒化步骤，构成包含多个孤立的单一的坐标点的光波导，该孤立的单一的坐 标点是布拉格光栅的振幅的包络线的斜率的符号发生反转的坐标点。
全文摘要
设定一种基板型光波导元件，其中，光波导的芯具备内侧芯，具有形成肋结构的凸部；和外侧芯，设置于该内侧芯之上并覆盖上述凸部的周面，外侧芯的折射率低于内侧芯的平均折射率。对于该基板型光波导元件的构造，芯也可以使用硅(Si)和氮化硅(SixNy)等的具有比硅玻璃系材料高的折射率的材料。
文档编号G02B6/122GK101952755SQ20098010622
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月29日
发明者佐久间健, 官宁, 小川宪介 申请人:株式会社藤仓