偏振分束器和光學(xué)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏振分束器和一種光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，光學(xué)通信傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被徹底改變。也就是說(shuō)，這些傳輸系統(tǒng)已經(jīng)從作為過(guò)去曾主流使用的系統(tǒng)的頂-DD (強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè))系統(tǒng)改變?yōu)橐訯PSK (正交相移鍵控)為代表的進(jìn)行相干檢測(cè)的系統(tǒng)。更具體地，作為40Gbps或更大的光學(xué)傳輸?shù)哪繕?biāo)，已經(jīng)對(duì)將信號(hào)疊加在正交偏振和相位上的DP-QPSK (雙偏振正交相移鍵控)系統(tǒng)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。這些系統(tǒng)中的一些已被推出為產(chǎn)品。
[0003]在DP-QPSK系統(tǒng)中，將相干接收機(jī)用作關(guān)鍵部件。該相干接收機(jī)包括PLC (PlanerLightwave Circuit:平面光波回路)型光學(xué)相干混頻器、偏振分束器(PBS)、光檢測(cè)器(PD)和跨阻放大器(TIA:trans impedance amplifier)。這些部件從一些設(shè)備供應(yīng)商發(fā)運(yùn)。例如，專利文獻(xiàn)I公開(kāi)了一種使用3102的偏振分束器。
[0004]此外，作為未來(lái)的前景，已在MSA (多源協(xié)議)中研究被稱為“第二代”的小相干接收機(jī)。該小相干接收機(jī)需要PLC的進(jìn)一步小型化。特別是，使用Si作為光學(xué)波導(dǎo)的基底材料的Si光電子器件已引起關(guān)注。在Si光電子技術(shù)中，Si和S12之間的折射率差較大，并且因此預(yù)期，將實(shí)現(xiàn)由于強(qiáng)烈的光限制導(dǎo)致的小彎曲半徑。在Si光電子技術(shù)中，預(yù)期也將實(shí)現(xiàn)使用Ge的H)集成、使用大形狀雙折射的PBS集成等。
[0005]引文列表
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2003-222748

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]作為使用Si光電子技術(shù)制造的PBS，已經(jīng)提出了使用Si線波導(dǎo)的定向耦合器型PBS、MMI (多模干涉儀)型PBS、使用脊形波導(dǎo)的MZI (馬赫曾德(Mach Zehnder)干涉儀)型PBS等。然而，這些PBS還不適合生產(chǎn)應(yīng)用，并且因此，這些PBS還都沒(méi)有商業(yè)化。
[0009]使用Si光電子技術(shù)制造的常規(guī)PBS具有以下問(wèn)題。首先，在使用Si線波導(dǎo)的定向耦合器型PBS中，難以控制兩個(gè)波導(dǎo)之間的間隔。此外，由于波導(dǎo)本身的傳播損耗較大，因此很難使用波導(dǎo)作為光學(xué)集成回路。這同樣適用于MMI型PBS。
[0010]另一方面，使用脊形波導(dǎo)的MZI型PBS中的傳播損耗比使用線波導(dǎo)的MZI型PBS中的傳播損耗小。然而，難以控制構(gòu)成MZI的兩個(gè)臂的折射率，因此不能確保足夠的制造容差。
[0011]本發(fā)明目的是提供一種偏振分束器和一種具有高生產(chǎn)率的光學(xué)器件。
[0012]問(wèn)題的解決方案
[0013]本發(fā)明的一個(gè)示例性方面是一種偏振分束器，包括:解復(fù)用器，所述解復(fù)用器將輸入光解復(fù)用成第一輸入光和第二輸入光；復(fù)用器，所述復(fù)用器復(fù)用所述第一輸入光和所述第二輸入光，通過(guò)由所述解復(fù)用器對(duì)所述輸入光進(jìn)行解復(fù)用來(lái)獲得所述第一輸入光和所述第二輸入光；第一臂波導(dǎo)，所述第一臂波導(dǎo)將所述第一輸入光引導(dǎo)到所述復(fù)用器，所述第一臂波導(dǎo)的至少一部分由脊形波導(dǎo)形成；以及第二臂波導(dǎo)，所述第二臂波導(dǎo)將所述第二輸入光引導(dǎo)到所述復(fù)用器，所述第二臂波導(dǎo)的至少一部分由通道波導(dǎo)形成。所述第一臂波導(dǎo)和所述第二臂波導(dǎo)形成有以下波導(dǎo)寬度:在該波導(dǎo)寬度下，在彼此正交的線性偏振分量中的一個(gè)中，所述第一臂波導(dǎo)關(guān)于所述輸入光的折射率與所述第二臂波導(dǎo)關(guān)于所述輸入光的折射率相同，并且所述第一臂波導(dǎo)關(guān)于所述波導(dǎo)寬度的改變的折射率改變與所述第二臂波導(dǎo)關(guān)于所述波導(dǎo)寬度的改變的折射率改變相同。在所述正交偏振分量中的另一個(gè)中，在傳播通過(guò)所述第一臂波導(dǎo)的所述第一輸入光和傳播通過(guò)所述第二臂波導(dǎo)的所述第二輸入光之間產(chǎn)生相位差。
[0014]發(fā)明的有利效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種偏振分束器和一種具有高生產(chǎn)率的光學(xué)器件。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是示出脊形波導(dǎo)的橫截面的圖；
[0017]圖2是示出通道波導(dǎo)的橫截面的圖；
[0018]圖3是示出PBS的整體配置的概略圖；
[0019]圖4是PBS的配置的橫截面圖；
[0020]圖5是示出Si脊形波導(dǎo)的色散關(guān)系的曲線圖；
[0021]圖6是示出當(dāng)兩個(gè)臂波導(dǎo)各自由脊形波導(dǎo)形成時(shí)的PBS光譜的實(shí)例的曲線圖；
[0022]圖7是示出當(dāng)兩個(gè)臂波導(dǎo)各自由脊形波導(dǎo)形成時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0023]圖8是示出當(dāng)兩個(gè)臂波導(dǎo)各自由脊形波導(dǎo)形成時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0024]圖9是示出在TE偏振光中的通道波導(dǎo)和脊形波導(dǎo)的色散關(guān)系的曲線圖；
[0025]圖10是示出在TM偏振光中的通道波導(dǎo)和脊形波導(dǎo)的色散關(guān)系的曲線圖；
[0026]圖11是示出TM偏振光中的折射率匹配的曲線圖；
[0027]圖12是示出當(dāng)波導(dǎo)寬度被優(yōu)化時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0028]圖13是示出當(dāng)波導(dǎo)寬度被優(yōu)化時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0029]圖14是示出當(dāng)波導(dǎo)寬度被優(yōu)化時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0030]圖15是示出當(dāng)波導(dǎo)寬度被優(yōu)化時(shí)的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0031]圖16是示出其中以兩級(jí)連接PBS的光學(xué)器件的圖；
[0032]圖17是示出以兩級(jí)連接的PBS的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0033]圖18是示出以兩級(jí)連接的PBS的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；
[0034]圖19是示出以兩級(jí)連接的PBS的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖；以及
[0035]圖20是示出以兩級(jí)連接的PBS的波導(dǎo)寬度的容差的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。下面的示例性實(shí)施例是本發(fā)明的實(shí)例，并且本發(fā)明并不限定于下面的示例性實(shí)施例。說(shuō)明書(shū)和附圖中的相同標(biāo)號(hào)表示相同部件。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的PBS包括硅波導(dǎo)。在每個(gè)硅波導(dǎo)中，可以增加芯和包層之間的相對(duì)折射率差。因此，與二氧化硅波導(dǎo)的最小彎曲半徑相比，可以減小硅波導(dǎo)的最小彎曲半徑。硅波導(dǎo)具有兩種類型的結(jié)構(gòu)，即，脊型結(jié)構(gòu)和通道型結(jié)構(gòu)。圖1示出了具有典型的脊型結(jié)構(gòu)的硅波導(dǎo)的橫截面圖，而圖2示出了具有典型的通道型結(jié)構(gòu)的硅波導(dǎo)的橫截面圖。
[0038]脊形波導(dǎo)50和通道波導(dǎo)51中的每一個(gè)包括襯底21、下包層22、芯層23和上包層24。在作為硅襯底的襯底21上形成下包層22。在這種情況下，下包層22是S1J莫并且由例如埋入氧化物膜(BOX)形成。在下包層22上形成芯層23。芯層23是Si膜，例如SOI (絕緣體上硅)襯底。在芯層23上形成上包層24。上包層24是例如S1J莫。芯層23由具有與下包層22和上包層24的折射率不同的折射率的材料形成。
[0039]在脊型結(jié)構(gòu)的橫截面中，芯層23包括向上突出的脊23a。脊23a的兩側(cè)覆蓋有上包層24。脊型結(jié)構(gòu)的厚度在大約I μπι到3μπι的范圍內(nèi)變化。脊型結(jié)構(gòu)的彎曲半徑是大約200 μ m，這不如通道型結(jié)構(gòu)的彎曲半徑小，并且脊型結(jié)構(gòu)的傳播損耗是0.5dB/cm到1.0dB/cm，這小于通道型結(jié)構(gòu)的傳播損耗。波導(dǎo)是通過(guò)步進(jìn)曝光形成的，并且因此可以獲得足夠的特性。因此，波導(dǎo)的生產(chǎn)率比在通過(guò)EB曝光形成波導(dǎo)的情況下高。
[0040]在通道型結(jié)構(gòu)中，用作波導(dǎo)的芯層23的橫截面具有大致矩形形狀。上包層24覆蓋芯層23。下包層22和上包層24覆蓋整個(gè)芯層23。根據(jù)本示例性實(shí)施例的偏振分光器PBS具有溝道型結(jié)構(gòu)和脊型結(jié)構(gòu)兩者。
[0041]根據(jù)示例性實(shí)施例的PBS用于相干混頻器元件。相干混頻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度光學(xué)混合器(90° 0H)。PBS是具有偏振分束功能的回路。PBS將光分裂成彼此正交的線性偏振分量，并且輸出線性偏振分量。PBS是例如馬赫曾德干涉儀，其使用臂波導(dǎo)的雙折射。90度光學(xué)混合器是具有