偏振分束器和光器件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及偏振分束器和光器件。
【背景技术】
[0002]近年来，关于超过10Gb/秒的超高速通信，已经对通过在波长使用效率、接收特性以及色散补偿能力方面突出的双偏振差分正交相移键控(DP-QPSK)的数字相干通信积极进行研究。用于DP-QPSK系统的接收机要求用来将光信号分成偏振波的功能，以及用于从已分裂光信号中检索相位信息的90度光混合器(90-degree optical hybrid)功能。具有这样的功能的接收机的标准化已经由0IF(0ptical Internetworking Forum:光互连论坛)促进高速数据通信的行业组织研究，并且一直积极追求遵照标准化规范的接收机的发展。
[0003]附带地，据说使用光波导技术的平面光波回路作为用来实现这样的DP-QPSK系统的接收机的功能是有影响的。二氧化硅波导被用于平面光波回路。然而，对于二氧化硅波导来说难以增加核心与包层之间的相对折射率差。二氧化硅波导的相对折射率差一般地是约2%。因此，波导的最小弯曲半径大约为mm，并且因此难以使芯片最小化。在这样的情况下，最近关注已不仅集中于相干混合器，而且集中于硅波导(专利文献I)。因为硅有约3.5的高折射率，所以即使硅波导以大约数μπι至数百μπι的半径弯曲也不产生过度损失。
[0004]引用列表
[0005]专利文献
[0006][专利文档I]日本未审查专利申请公报N0.2012-154980
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]硅波导一般地包括沟道波导和脊波导。沟道波导覆盖有包层。沟道波导的厚度是约200nm。沟道波导能够形成有约数μ m的极小弯曲半径，然而容易地感到波导侧壁的粗糙度并且波导有2dB/cm至3dB/cm的大传播损失。另外，沟道波导要求较高精度和使用EB (ElectronBeam:电子束)写入器，这花费长时间绘制图案。另一方面，脊波导是以该波导被夹在包层之间的方式形成的。脊波导的厚度是约I μπι至3 μπι。波导的弯曲半径是约200 μ m，其不与沟道波导的弯曲半径一样小，然而脊波导的传播损失是0.5dB/cm至1.0dB/cm，其小于沟道波导的传播损失。在脊波导的制备中，能够通过步进曝光获得足够的特性，并且因此脊波导的生产率高于沟道波导的生产率。
[0009]由于上述原因，鉴于插入损失和大规模生产率(成本)在许多情况下采用脊波导。相干接收机的商品化是不可避免的，并且存在对于其低成本生产的需求。因此，已经进行作为要由脊波导实现的相干混合器的研究和开发。
[0010]并且在使用脊硅波导来实现相干混合器的情况下，像二氧化硅波导一样，能够通过马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪实现偏振分束功能。硅波导的结构中的折射率色散大于典型的二氧化硅波导的折射率色散，这在尺寸方面是有利的。然而，硅波导对诸如波导宽度、脊高度以及核心Si层的厚度的参数敏感。因此，硅波导有生产率问题。已经鉴于上述问题做出了本发明。
[0011]本发明的一个目标是提供具有高生产率的偏振分束器和光器件。
[0012]问题的解决方案
[0013]本发明的一个不例性方面是偏振分束器，所述偏振分束器包括:分波器，所述分波器由脊波导形成并且将输入光分波成第一输入光和第二输入光；合波器，所述合波器由脊波导形成并且对所述第一输入光和所述第二输入光进行合波，所述第一输入光和所述第二输入光是通过由所述分波器对所述输入光进行分波来获得的；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合波器，所述第一臂波导的至少一部分由沟道波导形成；以及第二臂波导，所述第二臂波导相对于传播通过所述第一臂波导的所述第一输入光在所述第二输入光中生成相位差，并且将所述第二输入光引导到所述合波器，所述第二臂波导的至少一部分由沟道波导形成。
[0014]发明的有益效果
[0015]根据本发明，有可能提供具有高生产率的偏振分束器和光器件。
【附图说明】
[0016]图1是示出光器件的总体配置的示意图；
[0017]图2是示出脊波导的横截面的图；
[0018]图3是示出沟道波导的横截面的图；
[0019]图4是示出马赫-曾德尔PBS的示意配置的平面图；
[0020]图5是示出过渡区的配置的立体图；
[0021]图6是示出WG宽度容差的曲线图；
[0022]图7是示出脊高度容差的曲线图；
[0023]图8是示出相对于波导宽度的等效折射率的改变的曲线图；以及
[0024]图9是示出相对于臂长度的光程(optical path length)的改变的曲线图。
【具体实施方式】
[0025]将参考附图描述本发明的示例性实施例。以下示例性实施例是本发明的示例，并且本发明不限于以下示例性实施例。本说明书和附图中的相同的附图标记表示相同的部件。
[0026]图1是示出用于数字相干通信的相干混合器元件I的示意图。相干混合器元件I例如是平面光波回路(PLC)，并且包括偏振分束器PBS和90度光混合器90° 0H。偏振分束器PBS是具有偏振分束功能的回路。偏振分束器PBS例如是使用臂波导的双折射的马赫-曾德尔干涉仪。90度光混合器90° OH是具有用于检索相位信息的功能的回路(coherent mixer circuit:相干混合器回路)。
[0027]相干混合器元件I被设置在例如双偏振差分正交相移键控系统中的接收机中。具体地，相干混合器元件I是被设置在接收机中的光接收FE (前端)。相干混合器元件I是其中偏振分束功能和相位信息检索功能被收容在一个封装中的集成光器件。
[0028]输入端口 31被设置在偏振分束器PBS的输入侧。输入端口 31接收信号光Signal和本地振荡光Local。偏振分束器PBS将信号光Signal和本地振荡光Local分波成正交偏振分量(X/Y分量)，并且将经分波的分量输出到90度光混合器90 ° 0H。
[0029]90度光混合器90° OH将输入光的正交偏振分量(X/Y分量)和正交相位分量(I/Q通道)分离成每个正交偏振分量和每个正交相位分量。例如，90度光混合器90° OH包括八个输出端口 33。八个输出端口 33分别对应于XIp、XIn、XQp、XQn、YIp、YIn、YQp以及YQn。90度光混合器90° OH从相应的输出端口向OE (Optical/Electrical:光/电)转换单元(未示出)等输出信号。
[0030]相干混合器元件I由硅波导形成。在每个硅波导中，能够增加核心与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能够减小硅波导的最小弯曲半径。硅波导有两种类型的结构，即，脊结构和沟道结构。图2示出具有典型的脊结构的硅波导的横截面视图，并且图3示出具有典型的沟道结构的硅波导的横截面视图。
[0031]脊波导50和沟道波导51中的每一个包括基板21、下包层22、核心层23以及上包层24。下包层22形成在作为硅基板的基板21上。在这种情况下，下包层22是S1J莫并且由例如埋氧膜(BOX)形成。核心层23形成在下包层22上。核心层23是诸如SOI (绝缘体上硅)基板的Si膜。上包层24形成在核心层23上。上包层24例如是S1J莫。核心层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。
[0032]在脊结构的横截面中，核心层23包括向上突出的脊23a。脊23a的两个侧面用上包层24