偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法与流程

本发明涉及偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法，并且例如，涉及应用于光通信系统的偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法。

背景技术：
随着光通信系统的传输率增加，对能高效大容量高速通信的通信系统已经实施大量研究。特别地，DP-QPSK(双偏振四相移键控)最可能用在100GE(100千兆以太网(Ethernet:注册商标))传输装置中。在100GE中，由接收机接收DP-QPSK信号，并且通过偏振和相位分离包含在所接收的DP-QPSK信号中的光信号。然后，通过偏振和相位分离的光信号的每一个从光信号转换成电信号。此外，通过光电转换生成的电信号被A-D转换来获得数字信号。已经提出了接收这种DP-DPSK信号的接收机(专利文献1)。在通过上述接收机的偏振束分离中，DP-QPSK信号通过偏振被分成TE信号和TM信号。因此，要求执行偏振束分离的设备和元件。作为执行偏振束分离的元件，例如，提出了使用双折射现象，通过偏振，分离进入波导光学设备的光的元件(专利文献2)。目前，在100GE中，有关各种MSA(多源协议)的讨论正在进行。例如，为使接收模块与MSA兼容，正在考虑将偏振束分离元件、90°混合干涉仪、PD(光电二极管)和TIA(跨阻抗放大器)合并到75mm×35mm壳体中。存在若干合并用于偏振束分离的偏振束分离元件的方法，诸如将偏振束分离元件集成在光电路板上、使用微光学元件技术将偏振束分离元件合并到模块中，以及使偏振束分离元件位于模块外。此外，提出了将偏振束分离膜插入光波导中的方法(非专利文献1)。图7是示出在通过将偏振束分离膜插入光波导执行偏振束分离的情况下，光波导和偏振束分离膜的位置的图。在插入偏振束分离膜702的位置，切开光波导701，在切开光波导701的位置，插入偏振束分离膜702。取决于入射光704的偏振状态的不同，偏振束分离膜702的反射特性和透射特性改变。具体地，偏振束分离膜702透射入射光704的TE分量706和反射TM分量705。因此，入射光704的TE分量706原样传播通过光波导701。另一方面，入射光704的TM分量705被反射并传播通过光波导703。由此，通过偏振，使光波导701分成TE分量706和TM分量705。引用清单专利文献PTL1:日本未审专利申请公开号No.H05-158096PTL2:日本未审专利申请公开号No.H09-96731非专利文献NPL1:N.Keil等人，"PolymerPLCasanOpticalIntegrationBench"TechnicalDigestofOFC2011,OWM1

技术实现要素：
技术问题然而，发明人已经发现在图7所示的偏振束分离方案中存在问题。该方案具有能易于将偏振束分离膜702插入光波导中的优点。然而，在插入偏振束分离膜702的位置，切开光波导。因此，在光波导的切割位置发生衍射，导致衍射损耗。此外，衍射导致偏振束分离膜702的入射角增加，这导致偏振束分离特性恶化和偏振消光比减小。已经完成本发明来解决上述问题，由此本发明的示例性目的是提供具有低损耗和适当偏振束合成/分离特性的偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法。解决方案根据本发明的示例性方面的偏振束合成/分离器包括：基板；位于基板上的偏振束合成/分离膜，用于允许第一偏振信号通过并且使具有与第一偏振信号不同偏振面的第二偏振信号分支；位于基板上的第一光波导，该第一光波导具有面对偏振束合成/分离膜的第一表面的端表面，并且具有与第一偏振信号的传播方向重合的波导方向；以及位于基板上的第二光波导，该第二光波导具有面对在偏振束合成/分离膜的第一表面的相反侧上的第二表面的端表面，并且具有与第二偏振信号的传播方向重合的波导方向。根据本发明的示例性方面的光混合器包括：第一偏振束合成/分离器，用于通过偏振，将入射聚焦的偏振复用信号光分成具有相互不同偏振面的第一偏振信号和第二偏振信号；以及光学干涉器，用于按相位分离第一偏振信号和第二偏振信号，并且第一偏振束合成/分离器包括：基板；位于基板上的第一偏振束合成/分离膜，用于允许第一偏振信号通过并且使第二偏振信号分支；位于基板上并且连接到光学干涉器的第一光波导，第一光波导具有面对第一偏振束合成/分离膜的第一表面的端表面，并且具有与第一偏振信号的传播方向重合的波导方向；以及位于基板上并且连接到光学干涉器的第二光波导，第二光波导具有面对在第一偏振束合成/分离膜的第一表面的相反侧上的第二表面的端表面，并且具有与第二偏振信号的传播方向重合的波导方向。根据本发明的示例性方面的光学调制器模块包括：光学调制单元，用于调制和输出相互具有不同偏振面的第一偏振信号和第二偏振信号；以及偏振束合成/分离器，用于组合第一偏振信号和第二偏振信号，以及，偏振束合成/分离器包括：基板；位于基板上的偏振束合成/分离膜，用于允许从光学调制单元输出的第一偏振信号通过并且使第二偏振信号分支；位于基板上并且连接到光学调制单元的第一光波导，第一光波导具有面对偏振束合成/分离膜的第一表面的端表面，并且具有与第一偏振信号的传播方向重合的波导方向；以及位于基板上并且连接到光学调制单元的第二光波导，第二光波导具有面对在偏振束合成/分离膜的第一表面的相反侧上的第二表面的端表面，并且具有与第二偏振信号的传播方向重合的波导方向，并且使第一和第二光波导放置成使得与已经通过偏振束合成/分离膜的第一偏振信号的光轴和由偏振束合成/分离膜反射的第二偏振信号的光轴相互重合。根据本发明的示例性方面的制造偏振束合成/分离器的方法包括：在放置用于允许第一偏振信号通过并且使具有与第一偏振信号不同偏振面的第二偏振信号分支的偏振束合成/分离膜之前，在基板上形成第一光波导，第一光波导具有面对偏振束合成/分离膜的第一表面的端表面，并且具有与第一偏振信号的传播方向重合的波导方向；在放置偏振束合成/分离膜之前，在基板上形成第二光波导，第二光波导具有面对在偏振束合成/分离膜的第一表面的相反侧上的第二表面的端表面，并且具有与第二偏振信号的传播方向重合的波导方向；并且将偏振束合成/分离膜放在基板上。有益效果根据本发明的示例性实施例，可以提供具有适当偏振束合成/分离特性的偏振束合成/分离器、偏振束合成/分离结构、光混合器、光学调制器模块和制造偏振束合成/分离器的方法。附图说明图1是示意性地示出根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100的平面构造的图；图2是示意性地示出根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100的结构的透视图；图3是示意性地示出根据第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构200的平面构造的图；图4是示意性地示出第三示例性实施例的光混合器300的平面构造的图；图5是示意性地示出根据第四示例性实施例的光混合器400的平面构造的图；图6是示意性地示出根据第五示例性实施例的光学调制器模块500的平面构造的图；以及图7是示出在通过将偏振束分离膜插入光波导中执行偏振束分离的情况下，光波导和偏振束分离膜的位置的图。具体实施方式在下文中，将参考图，描述本发明的示例性实施例。在图中，用相同的参考符号表示相同的元件，以及省略冗余说明。第一示例性实施例在下文中，描述根据本发明的第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100。图1是示意性地示出根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100的平面构造的图。偏振束合成/分离器100包括偏振束合成/分离膜1和光波导WG1和WG2。将偏振束合成/分离器100用作偏振束分离器的情形描述为例子。光波导WG1的端表面接合到偏振束合成/分离膜1或处于接近偏振束合成/分离膜1。同样地，光波导WG2的端表面接合到偏振束合成/分离膜1或处于接近偏振束合成/分离膜1。注意，如稍后所述，光波导WG1和WG2形成在基板101上。由诸如透镜的聚焦装置聚焦的光10通过入射端表面105进入偏振束合成/分离膜1。在离光波导WG1的端表面和光波导WG2的端表面特定距离内聚焦光10。然后，通过偏振束合成/分离膜1，将光10分成TE光11和TM光12。TE光11透射通过偏振束合成/分离膜1并进入光波导WG1。因为光10的焦点f在离光波导WG1的端表面的特定距离内，TE光11进入光波导WG1作为聚焦束。由此，TE光11能低损耗地与光波导WG1光耦合。TM光12被偏振束合成/分离膜1反射并进入光波导WG2。因为光10的焦点f在离光波导WG2的端表面的特定距离内，TM光12进入光波导WG2作为聚焦束。特定距离是聚焦束的聚光面积落在光波导WG1的端表面内的距离。由此，能低损耗地使TM光12与光波导WG2光耦合。在下文中，将描述偏振束合成/分离器100的三维结构。图2是示意性地示出根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100的结构的透视图。图2是当在图1的方向II向下看时，偏振束合成/分离器100的透视图。光波导WG1和WG2通过例如CVD(化学气相沉积)形成在基板101上。基板101是例如硅基板。光波导WG1和WG2由例如SiO2制成。在光波导WG1和WG2以及基板101上，形成包覆层102。在图2中，由虚线示出包覆层102来使易于理解图。光波导WG1和WG2的芯层具有比包覆层102高约1.5％的折射率，由此，光被限定在二维方向中。包覆层102在放置偏振束合成/分离膜1的位置具有空间103。空间103的尺寸大于偏振束合成/分离膜1以便使偏振束合成/分离膜1能够置于其中。通过蚀刻，诸如Bosch工艺，形成该空间103。此外，空间103具有例如从包覆层102的上表面达到基板101的深度。空间103的深度例如是150μm。偏振束合成/分离膜1被装配在空间103内。偏振束合成/分离膜1与空间103的侧面之间的间隔104填充具有与光波导WG1和WG2的有效折射率一致的折射率的粘合剂。由此固定偏振束合成/分离膜1。在这种状态下，光10入射在入射端表面105上。因此，在偏振束合成/分离器100中，因为在光波导WG1和WG2的端表面附近聚焦光10，能最小化光10的衍射。由此，能降低衍射损耗。此外，因为光10以近准直光的形式进入偏振束合成/分离膜1，因此，能进一步提高偏振束分离特性。此外，在偏振束合成/分离器100中，通过光轴调整，优化光10的入射位置，可以在偏振束分离后，均衡TE光的强度和TM光的强度。这是通过偏振束合成/分离器100首先获得的、不能通过将偏振束分离膜插入光波导的方法获得的有益效果。在本例子中，描述了尽管透射TE光11和反射TM光12的偏振束合成/分离膜1，但在反射TE光11和透射TM光12的偏振束合成/分离膜1中，也能实现相同的偏振束分离操作。第二示例性实施例在下文中，描述根据本发明的第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构200。图3是示意性地示出根据第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构200的平面构造的图。偏振束合成/分离结构200具有将作为聚焦装置的透镜21添加到根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器100的结构。透镜21聚焦来自外部的光10，如图3所示。由此，使聚焦光10入射在偏振束合成/分离膜1上，如第一示例性实施例所述。注意，尽管在图3的例子中，透镜21是双凸透镜，但自然也能使用除双凸透镜外的透镜。此外，能将不限于透镜的另一光学部件，诸如凹面镜，用作聚焦透镜，只要能聚焦光10。第三示例性实施例在下文中，描述根据本发明的第三示例性实施例的光混合器300。图4是示意性地示出根据第三示例性实施例的光混合器300的平面构造的图。光混合器300执行DP-QPSK信号的偏振束分离和相位分离。在下文描述中，光10是DP-QPSK信号。光混合器300包括偏振束合成/分离结构201、透镜32、干涉单元33和光波导WG3、WG31和WG32。注意，在图4中，由线条示意性地示出光波导WG3、WG31和WG32。干涉单元33包括光耦合器OC11至OC14和OC21至OC24，以及光波导WG10至WG18和WG21至WG28。注意，在图4中，由线条示意性地示出光波导WG10至WG18和WG21至WG28。光耦合器OC11至OC14是所谓的定向耦合器、Y分支波导等等，并且其将光分成两个光束，并且从其两个输出端口的每一个同相地输出分离光。光耦合器OC21至OC24是所谓的光定向耦合器，并且从其两个输出端口的每一个异相地输出通过结合两个光束生成的光。光耦合器OC11的输出端口中的一个通过光波导WG11连接到光耦合器OC21的输入端口中的一个。此外，光耦合器OC11的输出端口的另一个通过光波导WG12连接到光耦合器OC22的输入端口中的一个。光耦合器OC12的输出端口中的一个通过光波导WG13连接到光耦合器OC21的输入端口的另一个。此外，光耦合器OC12的输出端口的另一个通过光波导WG14连接到光耦合器OC22的输入端口的另一个。光耦合器OC13的输出端口的一个通过光波导WG15连接到光耦合器OC23的输入端口的一个。此外，光耦合器OC13的输出端口的另一个通过光波导WG16连接到光耦合器OC24的输入端口的一个。光耦合器OC14的输出端口的一个通过光波导WG17连接到光耦合器OC23的输入端口的另一个。此外，光耦合器OC14的输出端口的另一个通过光波导WG18连接到光耦合器OC24的输入端口的另一个。注意，光波导WG14和WG18具有使光的相位延迟π/2的相位延迟装置34。为使光的相位延迟π/2，使光波导的光路长度设定成例如比光的波长长1/4。光耦合器OC21的两个输出端口分别连接到光波导WG21和WG22。光耦合器OC22的两个输出端口分别连接到光波导WG23和WG24。光耦合器OC23的两个输出端口分别连接到光波导WG25和WG26。光耦合器OC24的两个输出端口分别连接到光波导WG27和WG28。偏振束合成/分离结构201具有将半波板(λ/2板)22添加到根据第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构的结构200。光波导WG1连接到光耦合器OC12的输入端口。光波导WG2连接到光耦合器OC13的输入端口。半波板22插入偏振束合成/分离膜1和光耦合器OC13的输入之间的光波导WG2中。在图4中，由线条示意性地示出光波导WG1和WG2。偏振束合成/分离结构201通过偏振，将光10分成TE光11和TM光12。将TE光11输入到光耦合器OC12中。TM光12通过半波板22转换成TM光13。TM光13被输入到光耦合器OC13。本地光31经透镜32，从外部进入光波导WG3。作为本地光31，例如，使用从外部LD(激光二极管)输出的光的TE分量。光波导WG3分支成光波导WG31和WG32。光波导WG31连接到光耦合器OC11的输入端口。光波导WG32连接到光耦合器OC14的输入端口。由此，作为TE光的本地光31进入光耦合器OC11和OC14。因此，在干涉单元33中，从光波导WG21或WG22输出作为包含在光10的TE分量中的QPSK信号的同相(I)分量的TE_I(0°)。从光波导WG23或WG24输出作为包含在光10的TE分量中的QPSK信号的正交相位(Q)分量的TE_Q(90°)。此外，从光波导WG25或WG26输出作为包含在光10的TM分量中的QPSK信号的I分量的TM_I(0°)。从光波导WG27或WG28输出作为包含在光10的TM分量中的QPSK信号的Q分量的TM_Q(90°)。如上所述，在该构造中，低损耗地完成适当偏振束分离，因此，可以实现具有低损耗和高偏振消光率的高效光混合器。此外，因为偏振束分离结构和干涉仪一体成形在基板上，能获得尺寸缩减。第四示例性实施例在下文中，将描述根据本发明的第四示例性实施例的光混合器400。图5是示意性地示出根据第四示例性实施例的光混合器400的平面构造的图。光混合器400执行DP-QPSK信号的偏振束分离和相位分离。在下述描述中，光10是DP-QPSK信号。光混合器400包括偏振束合成/分离结构202和203以及干涉单元33。干涉单元33与第三示例性实施例相同，由此不再冗余地描述。偏振束合成/分离结构202和203具有与根据第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构200相同的结构。偏振束合成/分离结构202包括偏振束合成/分离膜41和光波导WG41和WG42。偏振束合成/分离膜41对应于偏振束合成/分离结构200的偏振束合成/分离膜1。光波导WG41和WG42分别对应于偏振束合成/分离结构200的光波导WG1和WG2。光波导WG41连接到光耦合器OC12的输入端口。光波导WG42连接到光耦合器OC13的输入端口。在图5中，由线条示意性地示出光波导WG41和WG42。偏振束合成/分离结构202通过偏振，将光10分成TE光11和TM光12。TE光11被输入到光耦合器OC12。TM光12被输入到光耦合器OC13。偏振束合成/分离结构203包括偏振束合成/分离膜43和光波导WG43和WG44。偏振束合成/分离膜43对应于偏振束合成/分离结构200的偏振束合成/分离膜1。光波导WG44和WG43分别对应于偏振束合成/分离结构200的光波导WG1和WG2。光波导WG43连接到光耦合器OC14的输入端口。光波导WG44连接到光耦合器OC11的输入端口。在图5中，由线条示意性地示出光波导WG43和WG44。偏振束合成/分离结构203通过偏振，将本地光31分成本地TE光和本地TM光。本地TE光被输入到光耦合器OC11。本地TM光被输入到光耦合器OC14。因此，在干涉单元33中，以与第三示例性实施例相同的方式，从光波导WG21或WG22输出包含在光10的TE分量中的QPSK信号的I分量TE_I(0°)。从光波导WG23或WG24输出包含在光10的TE分量中的QPSK信号的Q分量TE_Q(90°)。此外，从光波导WG25或WG26输出包含在光10的TM分量中的QPSK信号的I分量TM_I(0°)。从光波导WG27或WG28输出包含在光10的TM分量中的QPSK信号的Q分量TM_Q(90°)。如上所述，在该构造中，如在第三示例性实施例中，由此可以以小尺寸获得具有低功耗和高偏振消光比的高效光混合器。第五示例性实施例在下文中，将描述根据本发明的第五示例性实施例的光学调制器模块500。图6是示意性地示出根据第五示例性实施例的光学调制器模块500的平面构造的图。光学调制器模块500生成DP-QPSK信号。光学调制器模块500包括偏振束合成/分离结构204和光学调制单元50。光学调制单元50包括光耦合器OC51至OC55、光波导WG5、WG5a、WG5b和WG51至WG54，以及MZ光学调制器51至54。在图6中，用线条示例性地示出光波导WG5、WG5a、WG5b和WG51至WG56。光耦合器OC51至OC55是所谓的Y分支。光耦合器OC51使通过光波导WG5进入输入端口的入射光501分成两个光束。作为入射光501，使用TE模式光。分支入射光501中的一个通过光波导WG5a输入到光耦合器OC52的输入端口。分支入射光501的另一个通过光波导WG5b输入到光耦合器OC53的输入端口。光耦合器OC52的输出端口中的一个连接到在光波导WG51上插入的MZ光学调制器51的输入端口。光耦合器OC52的输出端口的另一个连接到在光波导WG52上插入的MZ光学调制器52的输入端口。光耦合器OC53的输出端口的一个连接到在光波导WG53上插入的MZ光学调制器53的输入端口。光耦合器OC53的输出端口的另一个连接到在光波导WG54上插入的MZ光学调制器54的输入端口。MZ光学调制器51和52的输出端口分别连接到光耦合器OC54的输入端口。MZ光学调制器53和54的输出端口分别连接到光耦合器OC55的输入端口。偏振束合成/分离结构204具有与根据第二示例性实施例的偏振束合成/分离结构200相同的构造。偏振束合成/分离结构204包括偏振束合成/分离膜5和光波导WG55和WG56。偏振束合成/分离膜5对应于偏振束合成/分离结构200的偏振束合成/分离膜1。光波导WG55和WG56分别对应于偏振束合成/分离结构200的光波导WG1和WG2。光波导WG55连接到光耦合器OC54的输出端口。光波导WG56连接到光耦合器OC55的输出端口。半波板55插入光波导WG56。在下文中，描述光学调制器模块500的调制操作。MZ光学调制器51将调制光信号输出到偏振束合成/分离膜5。MZ光学调制器52将调制光信号输出到偏振束合成/分离膜5。注意，由MZ光学调制器52调制的光与由MZ光学调制器51调制的光具有90°相位差。换句话说，由MZ光学调制器51调制的光是QPSK信号的TE光的I分量TE_I(0°)，并且由MZ光学调制器52调制的光是QPSK信号的TE光的Q分量TE_Q(90°)。MZ光学调制器53将调制光信号输出到偏振束合成/分离膜5。MZ光学调制器54将调制光信号输出到偏振束合成/分离膜5。注意，由MZ光学调制器54调制的光与由MZ光学调制器53调制的光具有90°相位差。换句话说，由MZ光学调制器53调制，然后透射通过半波板55的光是QPSK信号的TM光的I分量TM_I(0°)。由MZ光学调制器54调制然后透射通过半波板55的光是QPSK信号的TM光的Q分量TM_Q(90°)。偏振束合成/分离膜5透射来自MZ光学调制器51和52的光(TE_I和TE_Q)并且反射来自光学调制器53和54的光(TM_I和TM_Q)。由此，来自MZ光学调制器51和52的光(TE_I和TE_Q)和来自光学调制器53和54的光(TM_I和TM_Q)入射透镜56。因此，从透镜56输出由光学调制器模块500生成的DP-QPSK信号502。如上所述，通过使用偏振束合成/分离膜5，可以以特定方式，通过组合多个偏振光束，生成光信号。本发明不限于上述示例性实施例，在不背离本发明的范围的情形下，可以做出各种改变和改进。例如，尽管在上述第三至第五示例性实施例中，描述了使用DP-QPSK信号的情形，但用于光信号的复用技术不限于此。也可以适当地使用不同于QPSK的复用技术，只要完成偏振复用。尽管在第三至第五示例性实施例中，描述了使用偏振束合成/分离结构的情形，但偏振束合成/分离结构可以用根据第一示例性实施例的偏振束合成/分离器代替。尽管参考其示例性实施例，具体示出和描述了本发明，但本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解到，在不背离如由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。本申请基于并要求2012年3月16日提交的日本专利申请No.2012-060509的优先权，其全部内容在此引入以供参考。参考符号列表1,5,43,44偏振束合成/分离膜10光11,13TE光12TM光21,32,56透镜22,55半波板31本地光33干涉单元34相位延迟装置200～204偏振束合成/分离结构50光学调制单元51～54MZ光学调制器100偏振束合成/分离器101基板102包覆层103空间104间隔105入射端表面300,400光混合器500光学调制器模块501入射光502DP-QPSK信号701,703光波导702偏振束分离膜704入射光705TM分量706TE分量OC11～OC14,OC21～OC24,OC51～OC55光耦合器WG1～3,WG5,WG5A,WG5B,WG10～WG18,WG21～WG28,WG31,WG32,WG41～WG44,WG5,WG51～WG56光波导