偏振分束器和光学器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偏振分束器和一种光学器件。
【背景技术】
[0002]近来，光学通信传输系统已经被彻底改变。也就是说，这些传输系统已经从作为过去曾主流使用的系统的頂-DD (强度调制-直接检测)系统改变为以QPSK (正交相移键控)为代表的进行相干检测的系统。更具体地，作为40Gbps或更大的光学传输的目标，已经对将信号叠加在正交偏振和相位上的DP-QPSK (双偏振正交相移键控)系统进行研究和开发。这些系统中的一些已被推出为产品。
[0003]在DP-QPSK系统中，将相干接收机用作关键部件。该相干接收机包括PLC (PlanerLightwave Circuit:平面光波回路)型光学相干混频器、偏振分束器(PBS)、光检测器(PD)和跨阻放大器(TIA:trans impedance amplifier)。这些部件从一些设备供应商发运。例如，专利文献I公开了一种使用3102的偏振分束器。
[0004]此外，作为未来的前景，已在MSA (多源协议)中研究被称为“第二代”的小相干接收机。该小相干接收机需要PLC的进一步小型化。特别是，使用Si作为光学波导的基底材料的Si光电子器件已引起关注。在Si光电子技术中，Si和S12之间的折射率差较大，并且因此预期，将实现由于强烈的光限制导致的小弯曲半径。在Si光电子技术中，预期也将实现使用Ge的H)集成、使用大形状双折射的PBS集成等。
[0005]引文列表
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本未审查专利申请公开N0.2003-222748
【发明内容】
[0008]作为使用Si光电子技术制造的PBS，已经提出了使用Si线波导的定向耦合器型PBS、MMI (多模干涉仪)型PBS、使用脊形波导的MZI (马赫曾德(Mach Zehnder)干涉仪)型PBS等。然而，这些PBS还不适合生产应用，并且因此，这些PBS还都没有商业化。
[0009]使用Si光电子技术制造的常规PBS具有以下问题。首先，在使用Si线波导的定向耦合器型PBS中，难以控制两个波导之间的间隔。此外，由于波导本身的传播损耗较大，因此很难使用波导作为光学集成回路。这同样适用于MMI型PBS。
[0010]另一方面，使用脊形波导的MZI型PBS中的传播损耗比使用线波导的MZI型PBS中的传播损耗小。然而，难以控制构成MZI的两个臂的折射率，因此不能确保足够的制造容差。
[0011]本发明目的是提供一种偏振分束器和一种具有高生产率的光学器件。
[0012]问题的解决方案
[0013]本发明的一个示例性方面是一种偏振分束器，包括:解复用器，所述解复用器将输入光解复用成第一输入光和第二输入光；复用器，所述复用器复用所述第一输入光和所述第二输入光，通过由所述解复用器对所述输入光进行解复用来获得所述第一输入光和所述第二输入光；第一臂波导，所述第一臂波导将所述第一输入光引导到所述复用器，所述第一臂波导的至少一部分由脊形波导形成；以及第二臂波导，所述第二臂波导将所述第二输入光引导到所述复用器，所述第二臂波导的至少一部分由通道波导形成。所述第一臂波导和所述第二臂波导形成有以下波导宽度:在该波导宽度下，在彼此正交的线性偏振分量中的一个中，所述第一臂波导关于所述输入光的折射率与所述第二臂波导关于所述输入光的折射率相同，并且所述第一臂波导关于所述波导宽度的改变的折射率改变与所述第二臂波导关于所述波导宽度的改变的折射率改变相同。在所述正交偏振分量中的另一个中，在传播通过所述第一臂波导的所述第一输入光和传播通过所述第二臂波导的所述第二输入光之间产生相位差。
[0014]发明的有利效果
[0015]根据本发明，能够提供一种偏振分束器和一种具有高生产率的光学器件。
【附图说明】
[0016]图1是示出脊形波导的横截面的图；
[0017]图2是示出通道波导的横截面的图；
[0018]图3是示出PBS的整体配置的概略图；
[0019]图4是PBS的配置的横截面图；
[0020]图5是示出Si脊形波导的色散关系的曲线图；
[0021]图6是示出当两个臂波导各自由脊形波导形成时的PBS光谱的实例的曲线图；
[0022]图7是示出当两个臂波导各自由脊形波导形成时的波导宽度的容差的曲线图；
[0023]图8是示出当两个臂波导各自由脊形波导形成时的波导宽度的容差的曲线图；
[0024]图9是示出在TE偏振光中的通道波导和脊形波导的色散关系的曲线图；
[0025]图10是示出在TM偏振光中的通道波导和脊形波导的色散关系的曲线图；
[0026]图11是示出TM偏振光中的折射率匹配的曲线图；
[0027]图12是示出当波导宽度被优化时的波导宽度的容差的曲线图；
[0028]图13是示出当波导宽度被优化时的波导宽度的容差的曲线图；
[0029]图14是示出当波导宽度被优化时的波导宽度的容差的曲线图；
[0030]图15是示出当波导宽度被优化时的波导宽度的容差的曲线图；
[0031]图16是示出其中以两级连接PBS的光学器件的图；
[0032]图17是示出以两级连接的PBS的波导宽度的容差的曲线图；
[0033]图18是示出以两级连接的PBS的波导宽度的容差的曲线图；
[0034]图19是示出以两级连接的PBS的波导宽度的容差的曲线图；以及
[0035]图20是示出以两级连接的PBS的波导宽度的容差的曲线图。
【具体实施方式】
[0036]将参照附图对本发明的示例性实施例进行说明。下面的示例性实施例是本发明的实例，并且本发明并不限定于下面的示例性实施例。说明书和附图中的相同标号表示相同部件。
[0037]根据本发明的示例性实施例的PBS包括硅波导。在每个硅波导中，可以增加芯和包层之间的相对折射率差。因此，与二氧化硅波导的最小弯曲半径相比，可以减小硅波导的最小弯曲半径。硅波导具有两种类型的结构，即，脊型结构和通道型结构。图1示出了具有典型的脊型结构的硅波导的横截面图，而图2示出了具有典型的通道型结构的硅波导的横截面图。
[0038]脊形波导50和通道波导51中的每一个包括衬底21、下包层22、芯层23和上包层24。在作为硅衬底的衬底21上形成下包层22。在这种情况下，下包层22是S1J莫并且由例如埋入氧化物膜(BOX)形成。在下包层22上形成芯层23。芯层23是Si膜，例如SOI (绝缘体上硅)衬底。在芯层23上形成上包层24。上包层24是例如S1J莫。芯层23由具有与下包层22和上包层24的折射率不同的折射率的材料形成。
[0039]在脊型结构的横截面中，芯层23包括向上突出的脊23a。脊23a的两侧覆盖有上包层24。脊型结构的厚度在大约I μπι到3μπι的范围内变化。脊型结构的弯曲半径是大约200 μ m，这不如通道型结构的弯曲半径小，并且脊型结构的传播损耗是0.5dB/cm到1.0dB/cm，这小于通道型结构的传播损耗。波导是通过步进曝光形成的，并且因此可以获得足够的特性。因此，波导的生产率比在通过EB曝光形成波导的情况下高。
[0040]在通道型结构中，用作波导的芯层23的横截面具有大致矩形形状。上包层24覆盖芯层23。下包层22和上包层24覆盖整个芯层23。根据本示例性实施例的偏振分光器PBS具有沟道型结构和脊型结构两者。
[0041]根据示例性实施例的PBS用于相干混频器元件。相干混频器元件是例如平面光波回路(PLC)，并且包括偏振分束器(PBS)和90度光学混合器(90° 0H)。PBS是具有偏振分束功能的回路。PBS将光分裂成彼此正交的线性偏振分量，并且输出线性偏振分量。PBS是例如马赫曾德干涉仪，其使用臂波导的双折射。90度光学混合器是具有