偏振变换元件的制作方法

文档序号:9620731阅读:393来源:国知局
偏振变换元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在基板上制成的光波导元件的构造,尤其涉及作为以偏振变换为目的 的元件的偏振变换元件。
[0002] 本申请主张基于2013年6月27日在日本提出的日本特愿2013-135492号的优先 权,并在此引用其内容。
【背景技术】
[0003] 当前,光通信中利用的信息量不断增加。为了对应这样的信息量的增加,在主干网 络、城域网络、接入网络等光通信网络中,信号速度的高速化、基于波长复用通信的信道数 量的增加等对策得到发展。随之产生光通信所需要的系统变得复杂、系统的大型化及昂贵 化、耗电量的增大等课题。
[0004] 并且,在近几年一直增加的数据中心中,也同样地需求对应信息量的增加。数据中 心内的计算机间的通信中,以往主要通过金属缆线传输电信号,但因进一步的高速化、耗电 量的减少的要求,近几年,使用了光纤的光通信的利用得到发展。另外,在计算机的主板内、 CPU内与各电平中,光通信的导入也成为课题。
[0005] 作为解决这样的光通信网络中的课题、进而实现朝向新的领域的光通信导入的技 术,在以往使用的基于石英PLC的光集成电路、基于铌酸锂等强电介体的高速动作设备等 的基础上,近几年使用了硅、InP、GaAs等高折射率材料的光器件受到注目等、基板型光波导 元件器件的研究开发在各个地方得到发展。
[0006] 由于介质中的光的波长与该介质的折射率成反比例,所以在折射率高达约3. 5的 硅中,光波导的芯宽等尺寸变小。并且,通过将二氧化硅之类相对于硅而折射率较大地不同 的介质用作包覆层,来成为封闭强的光波导。作为其特征,能够缩小弯曲半径。根据这些理 由,能够实现使用了光波导的光器件的小型化,若为相同的功能则能够更加小型化,若为相 同的大小则能够实现更多的功能。并且,活用硅是半导体材料,而能够进行电控制,从而能 够实现以光调制器为首的特性可变的器件(参照专利文献1)。
[0007] 另外,使用了硅的光器件的制造所相关的技术、装置与以往的CPU、存储器等半导 体器件制造中使用的半导体工艺所相关的技术、装置的共同要素较多。通过量产能够期待 低成本的光器件的实现。通过在同一基板上集成以往的半导体器件和光器件,能够在基板 上连接半导体器件和光器件。至今,在设备间的连接中使用了金属配线上的电信号,但今后 通过用光置换信号的一部分,而有进一步的机器的高速化、低耗电量化的可能性。
[0008] 这样的基板型光部件中使用的平面型光波导与圆筒对称的光纤不同,在波导的剖 面方向上,在方位角方向上具有非对称性。从而,相对于不同的偏转方向的导波光(偏振 波)具有不同的特性。在平面型光波导中,为便于说明,将主电场相对于基板为水平方向的 导波模式表示为TE模式,并且将主电场相对于基板为垂直方向的导波模式表示为TM模式。 在平面型光波导的垂直方向的构造以及水平方向的构造存在不同的情况下,两个模式具有 不同的有效折射率。因此,难以在平面基板上制成相对于两偏振波具有相同的特性的设备。 因此,使用使被称作偏振波分集的两个模式旋转的构造。在该偏振波分集中,需要在TE与TM之间进行偏振波的变换的偏振波旋转器。
[0009] 并且,在近几年的高速光通信方式中,在光纤传输时进行在正交的两个偏振波搭 载不同的信号的偏振波复用技术,需要在该收发信号设备中使偏振波分离、合波或者变换 的要素技术。
[0010] 其中,作为基板集成型的偏振变换元件,研究了以下的结构。
[0011] 非专利文献1中示出在硅基板上制成的偏振变换元件。该文献中,相对于硅的波 导,使用折射率不同的氮化硅(Si3N4)而在波导上部形成了构造。然而,需要使用了Si3N4的 工艺,从而难以形成波导。并且,在赋予Si3N4的部分中,理想地期望无限细地制成Si3N4的 前端,但在实际的量产用的工艺中,l〇〇nm左右是限度,从而在该部分中因模式不匹配而产 生损失。并且,也能够使用可更加细地形成前端的EB工艺,但导致制造成本的上升。
[0012] 另一方面,作为仅用硅实现与上述非专利文献1相同的偏振波旋转工艺的例子, 在非专利文献2中举出。然而,课题与上述相同,当在连接部中锥形状的前端部成为lOOnm 左右的宽度的情况下,产生由模式不匹配引起的损失。
[0013] 举出非专利文献3所示那样的在矩形波导连接有L字形波导的构造。这是通过相 对于原来的波导连接偏振波轴倾斜了的波导、从而利用两个模式的有效折射率差来使偏振 波旋转的元件。然而,在该连接部分中产生损失,并且有效折射率依存于波长,从而有产生 波长依存性这一课题。
[0014] 并且,在非专利文献4中举出了如下方法:作为使用了InP的例子,同样地通过使 脊形波导变形,来对轴倾斜了的波导进行连接。根据脊形波导,对ΤΕ/TM混合存在的L字形 波导设计适当的长度,通过低损失地激发两个模式来实现低损失的偏振波旋转元件。然而, 用于激发两个模式的taper(锥形)部的制造公差与非专利文献3相同,有产生波长依存性 这一课题。
[0015] 专利文献1 :国际公开第00/58776号
[0016]非专利文献 1 :L.Chen,C.R.Doerr,andΥ· -K.Chen,"Compactpolarization rotatoronsiliconforpolarization-diversifiedcircuits,',Optics letters,Vol. 36,Issue4,pp. 469-471 (2011)
[0017]非 专 利 文献 2:J.Zhang,M.Yu,G.-Q.Lo,andD.-L. Kwong, "Silicon-Waveguide-BasedModeEvolutionPolarizationRotator,',IEEE JournalofSelectedTopicsinQuantumE1ectronics,Vo1. 16,Issue l,pp. 53-60(2010)
[0018] 非专利文献3:山内润治,岛田尚亨,中村正志,若林佑,中野久松,"L字以及倾斜 波导型偏振变换器的反射损失",电子信息通信学会综合大会演讲论文集,2011年,C-3-52
[0019]非专利文献 4 :C.Alonso-Ramos,S.Romero-Garcia,A.Ortega-Monux,I. Molina-Fernandez,R.Zhang,H.G.Bach,andM.Schell,"PolarizationrotatorforInP ribwaveguide,OpticsLetters,Vol. 37,Issue3,pp. 335-337 (2012)
[0020] 综上所述,以往,兼得容易的制造工艺和低的波长依存性的偏振变换元件的实现 成为课题。

【发明内容】

[0021] 本发明是鉴于上述情况而完成的,其课题在于提供能够容易制造的偏振变换元 件。
[0022] 为了解决上述课题,本发明提供一种偏振变换元件,其特征在于,形成在基板上的 光波导以及具有第1导波部、偏振波旋转部以及第2导波部,上述第1导波部的剖面中的导 波光的固有模式包括至少一个TE模式和一个TM模式,TE模式中有效折射率最高的TE模式 与TM模式相比有效折射率较高,上述第2导波部的剖面中的导波光的固有模式包括至少一 个TE模式和一个TM模式,TM模式与有效折射率最高的TE模式相比有效折射率较高,上述 第1导波部以及上述第2导波部彼此波导构造的高度相等,上述偏振波旋转部的波导构造 在从上述基板开始的高度方向上具有至少两组高度,该波导构造具有与上述第1导波部及 上述第2导波部的波导构造相同的高度的厚板部、以及与上述厚板部相比厚度较低的薄板 部,上述偏振波旋转部的波导构造具有剖面相对于宽度方向非对称、并且相对于高度方向 也非对称的部分,在上述第1导波部的波导构造、上述偏振波旋转部的厚板部以及上述第2 导波部的波导构造之间,相同高度的波导构造连续地存在。
[0023] 优选构成为:在上述第1导波部、上述偏振波旋转部以及上述第2导波部之间,上 述波导构造的宽度以不具有不连续点的方式沿导波方向连续地变化。
[0024] 优选构成为:上述第1导波部的上述波导构造是在其剖面中宽度方向比高度方向 宽的矩形。
[0025] 优选构成为:上述第1导波部的上述波导构造是具有厚度较厚的脊部和厚度较薄 的平板部的脊形构造。
[0026] 优选构成为:上述偏振波旋转部的厚板部的高度与上述脊部的高度相等,上述薄 板部与上述平板部的高度相等。
[0027] 优选构成为:上述第2导波部的上述波导构造是在其剖面中宽度方向比高度方向 窄的矩形。
[0028] 优选构成为:上述第2导波部的上述波导构造是在上述厚板部连续地具有以恒定 的宽度呈直线状地延伸且剖面呈矩形的部分。
[0029] 优选构成为:上述第2导波部的上述波导构造是具有厚度较厚的脊部和厚度较薄 的平板部的脊形构造。
[0030] 优选构成为:上述第1导波部的剖面中的导波光的固有模式包括一个TE模式和一 个TM模式,或者包括至少两个TE模式、和一个与有效折射率第二高的TE模式相比有效折 射率较高的一个TM模式。
[0031] 优选构成为:上述第2导波部与模式扩大部连接,该模式扩大部随着从上述偏振 波旋转部离开的方向而波导构造的宽度变宽。
[0032] 优选构成为:上述第1导波部以及上述第2导波部中任一方或者双方与锥形形状 的模式变换部连接,该模式变换部随着从上述偏振波旋转部离开的方向而波导构造的宽度 变窄而形成为锥形形状。
[0033] 优选构成为:上述偏振波旋转部的厚板部的下表面和薄板部的下表面处于离上述 基板相同的高度。
[0034] 优选构成为:上述偏振波旋转部的厚板部的上表面和薄板部的上表面处于离上述 基板相同的高度。
[0035] 优选构成为:上述波导构造是芯。
[0036] 优选构成为:上述波导构造由芯和上部包覆层构成,上述上部包覆层层叠在上述 芯上且具有上述芯的宽度以下的宽度。
[0037] 并且,本发明提供具备上述偏振变换元件的DP-QPSK调制器。
[0038] 根据本发明,成为如下构造:芯等波导构造不具有前端部细的锥形状的部分,从而 能够谷易制造。
【附图说明】
[0039] 图1是示出本发明的偏振变换元件的第1实施方式的一个例子的立体图。
[0040] 图2是图1的偏振变换元件的俯视图。
[0041 ] 图3 (a)是沿图2的A-A线的剖视图,图3 (b)是沿图2的B-B线的剖视图,图3 (c) 是沿图2的C-C线的剖视图,图3 (d)是沿图2的D-D线的剖视图。
[0042] 图4是将图1的偏振变换元件的前后连接于矩形波导后的结构的俯视图。
[0043] 图5是示出本发明的偏振变换元件的第2实施方式的一个例子的俯视图。
[0044] 图6是示出本发明的偏振变换元件的第2实施方式的另外一个例子的俯视图。
[0045] 图7是示出本发明的偏振变换元件的第3实施方式的一个例子的图,图7(a)是立 体图,图7(b)是L1与L2的边界部的剖视图。
[0046] 图8是不出本发明的偏振变换兀件的第4实施方式的一个例子的俯视图。
[0047] 图9是不出本发明的偏振变换兀件的第5实施方式的一个例子的图,图9 (a)是俯 视图,图9 (b)是沿R-R线的剖视图。
[0048] 图10是不出本发明的偏振变换兀件的第6实施方式的一个例子的图,图10 (a)是 俯视图,图10(b)是沿S-S线的剖视图。
[0049] 图11是示出本发明的偏振变换元件的第7实施方式的一个例子的俯视图。
[0050] 图12是不出本发明的偏振变换兀件的第8实施方式的一个例子的俯视图。
[0051] 图13(a)是示出厚板部的形成所使用的掩模式图案的一个例子的俯视图,图 13(b)是示出薄板部的形成所使用的掩模式图案的一个例子的俯视图,图13(c)是说明两 个掩模式图案的重叠的俯视图。
[0052] 图14是说明掩模式错位的俯视图。
[0053] 图15是示出本发明的偏振变换元件的第9实施方式的一个例子的剖视图。
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