DE69115950T2

DE69115950T2 - Optische Lichtwellenleitervorrichtung zur Rotation der Polarisation

Info

Publication number: DE69115950T2
Application number: DE69115950T
Authority: DE
Inventors: Hideki Akasaka; Masaaki Doi; Hiroshi Ohki
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: US5140654A; DE69115950D1; EP0443839B1; JPH03242619A; EP0443839A2; EP0443839A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine integrierte opto-elektronische Schaltung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Wellenleiterbauelement mit einer Funktion zur Durchführung einer Polarisationsdrehung.

Zugehöriger technischer Hintergrund

Bekannt ist ein optisches Wellenleiterbauelement mit einer Funktion zur Ausgabe des eingegebenen Lichts durch Drehung von dessen Polarisationsebene, wobei es sich um eine der opto-elektronischen integrierten Schaltungen (OEIC) handelt, die z.B. offenbart sind in Rod. C. Alferness, "Electrooptic Guided-Wave Device for General Polarization Transformations", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. QE-17, Nr.6, Juni 1981, Seiten 965-969.
Bei diesem bekannten optischen Wellenleiterbauelement ist ein Modenwandlerelement des Phasenkompensationstyps so aufgebaut, daß ein Phasenschieber und ein Modenwandler entlang einem Wellenleiter angeordnet sind, der auf seinem Substrat ausgebildet ist. Der Phasenschieber hat die Funktion, Phasen zwischen TE- und TM- Komponenten einfallender Lichtstrahlen zu verschieben, die einen rechten Winkel zueinander bilden, während der Modenwandler die Funktion hat, die Modenumsetzung der TE- und TM-Komponenten vorzunehmen. Um die Polarisationsebene mit diesem Phasenkompensationstyp-Modenwandlerelement zu drehen, ist es erforderlich, die TE- und TM-Komponenten am Eingang des Modenwandlers mit einer Phasendifferenz von 90º bereitzustellen. Folglich ist der oben angegebene Phasenschieber vor dem Modenwandler angeordnet, um die Einstellung der Phasendifferenz zu ermöglichen.
Allerdings gibt es bei einem herkömmlichen optischen Wellenleiterbauelement wie diesem das Problem, daß, wenngleich das Bauelement wirksam für Licht mit Spektren einer einzigen Wellenlänge arbeitet, eine gewünschte Drehung der Polarisationsebene nicht erzielbar ist, wenn die Wellenlängen-Spektren variieren. In anderen Worten: während des Durchlaufs durch den Wellenleiterpfad erzeugen die TE- und TM-Komponenten eine Phasendifferenz, jedoch variiert die Amplitude dieser Phasendifferenz bei jeder der Wellenlängen. Folglich ändert sich die Phasendifferenz am Eingang des Modenwandlers mit der Wellenlänge. Als Ergebnis wird bei der Drehung der Polarisationsebene im Ausgangslicht eine Wellendispersion hervorgerufen, die es unmöglich macht, eine gewünschte Drehung der Polarisationsebene bei irgendeiner Wellenlänge außer einer spezifischen Wellenlänge zu erreichen.
Wenn zum Beispiel der Spektralbereich der Wellenlängen des Lichts beim Durchlauf durch den Wellenleiterpfad breit ist, wie es der Fall bei der Überlagerung einer HF (Hochfrequenz) in einer Laserdiode einer Lichtquelle beim Wiedergabekopf für magneto-optische Aufzeichnung der Fall ist, ist es unmöglich, das herkömmliche optische Wellenleiterbauelement einzusetzen.
Die EP-A-0263612 offenbart ein veränderliches doppelbrechendes Element mit einem Phasenschieber, einem TE-TM-Modenwandler, einem weiteren Phasenschieber und einem weiteren TE-TM-Modenwandler, die entlang einem elektro-optischen Wellenleiter angeordnet sind. An die Phasenschieber und die TE-TM-Modenwandler werden variierende Spannungen angelegt, um den Polarisationszustand des von dem Bauelement abgegebenen Lichts zu drehen.

Offenbarung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines optischen Wellenleiterbauelements, welches imstande ist, eine gewünschte Drehung der Polarisationsebene ungeachtet der Wellenlängenspektren des Lichts zu erreichen.
Ein erfindungsgemäßes optisches Wellenleiterbauelement umfaßt ein Substrat;
einen Wellenleiterpfad, der auf dem Substrat angeordnet ist;
ein Modenwandlerelement, welches sich in einer Zwischenzone des Wellenleiterpfades befindet und einen Phasenschieber enthält zur relativen Verschiebung einer Phase zwischen TE- und TM-Komponenten von über den Wellenleiterpfad übertragenem Licht, ansprechend auf eine angelegte Spannung, und einen Modenwandler zum Umsetzen von Schwingungstypen zwischen den TE- und TM-Komponenten enthält; und
eine Einrichtung zur Polarisationsdrehung, angeordnet an einer Stelle in dem Wellenleiterpfad zwischen einem Eingang, wo Licht in den Wellenleiterpfad eintritt, und dem Modenwandlerelement, wobei der Wellenleiterpfad einen ersten Wellenleiterpfadabschnitt zwischen dem Eingang und der Einrichtung zur Polarisationsdrehung umfaßt, sowie einen zweiten Wellenleiterpfadabschnitt zwischen der Einrichtung zur Polarisationsdrehung und dem Modenwandlerelement aufweist; wobei die Längen des ersten und des zweiten Wellenleiterpfadabschnitts so festgelegt sind, daß jegliche Schwankung einer Anfangsphasendifferenz zwischen den TE- und den TM- Komponenten, die entlang den Wellenleiterpfadabschnitten erzeugt wird, beseitigt wird; und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsdreheinrichtung die Polarisationsebene von über den Wellenleiterpfad übertragenem Licht um (90 + 180 x n) Grad dreht, wobei n Null oder eine ganze Zahl ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Längen des ersten und des zweiten Wellenleiterpfads praktisch identisch, wodurch es möglich wird, ein optisches Wellenleiterbauelement zu erhalten, welches imstande ist, das oben erwähnte Ziel bei beliebigen Wellenlängen-Spektren zu erreichen.
In einem erfindungsgemäßen optischen Wellenleiterbauelement ruft das in den Wellenleiterpfad von dem einfallenden Teil eingegebene Licht eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten hervor, wenn es sich in dem Wellenleiterpfad ausbreitet. Die Polarisationsdreheinrichtung ermöglicht es, daß die Polarisationsebene des einfallenden Lichts gedreht wird, um die Schwingungstypen der TE- und TM-Komponenten umzuwandeln. Damit wird die Richtung der bislang erfolgten Phasenverschiebung von TE/TM umgekehrt. Das von der Polarisationsdreheinrichtung abgegebene Licht erzeugt wiederum eine Phasenverschiebung zwischen den TE- und TM-Komponenten, während es durch den Wellenleiterpfad zu dem Modenwandlerelement läuft. Folglich kehrt die in die entgegengesetzte Richtung verschobene Phase in den Zustand zurück, den sie zur Zeit des anfänglichen Eintretens in den Wellenleiterpfad hatte.
Wenn also bei einem erfindungsgemäßen optischen Wellenleiterbauelement das Licht ohne irgendeine Phasendifferenz (ungeachtet seiner Wellenlänge) zwischen den TE- und TM-Komponenten in den Wellenleiterpfad von dem Einleitabschnitt eingegeben ist, wird das das Modenwandlerelement erreichende Licht zu Licht ohne jegliche Phasendifferenz.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet die Polarisationsdreheinrichtung ein Modenwandlerelement vom Phasenkompensationstyp.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Wellenleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Aufbaus des in Figur 1 gezeigten Modenwandlerelements.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Figur 1, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Wellenleiterbauelements zeigt, enthält ein Substrat 10 einen Kristall mit Y-Schnitt und X- Ausbreitung oder einen Kristall mit X-Schnitt und Y-Ausbreitung. Der Wellenleiterpfad 20 ist durchgehend von einem Ende 22 des Substrats 10 bis zu dem anderen Ende 24 des Substrats ausgebildet, und in der Mitte davon ist ein Modenwandlerelement 30 vom Phasenkompensationstyp angeordnet.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, enthält das Modenwandlerelement 30 einen Phasenschieber 32 und einen Modenwandler 34.
Der Phasenschieber 32 enthält ein Paar Elektroden ph+ und ph-, und an die beiden Elektroden wird eine Spannung V&sub1; angelegt. Die Spannung V&sub1; des Phasenschiebers 32 ist so eingestellt, daß zwischen den TE- und TM-Komponenten des Lichts eine Phasendifferenz von 90º hervorgerufen wird, wenn die Phasendifferenz des in der Richtung von links nach rechts in dem Wellenleiterpfad 20 nach Figur 2 übertragenen Lichts elektro-optisch umgewandelt wird.
Der Modenwandler 34 enthält ein Paar zyklischer Elektroden Mc+ und Mc-, und an die beiden Elektroden wird eine Spannung V&sub2; angelegt. Außerdem vollzieht ein Modenwandler 34 eine Modenwandlung in Abhängigkeit der angelegten Spannung V&sub2; zwischen den TE- und TM-Komponenten, die von dem Phasenschieber 32 derart eingestellt wurden, daß sie eine optimierte Phasendifferenz besitzen. Deshalb wird die TE-Komponente beim Einfallen umgewandelt in eine TE-Komponente beim Verlassen des Modenwandlers 34.
Hierzu befindet sich eine detaillierte Beschreibung dieses Modenwandlerelements 30 in dem vorerwähnten Artikel von Rod C. Alferness, "Electrooptic Guided-Wave Device for General Polarization Transformations".
Das Modenwandlerelement 40 ist an einer Zwischenstelle zwischen einem Ende 22 des Wellenleiterpfads 20 und dem Modenwandlerelement 30 angeordnet. Das Modenwandlerelement 40 bildet eine Polarisationsdreheinrichtung gemäß der Erfindung und enthält einen Phasenschieber 42 und einen Modenwandler 44. In anderen Worten: bei der vorliegenden Ausführungsform werden das Modenwandlerelement 30 und das Modenwandlerelement 40 durch den gleichen Aufbau gebildet. Da aber die erfindungsgemäße Polarisationsdreheinrichtung derart beschaffen ist, daß hierdurch nur die Funktion bereit gestellt wird, Moden zwischen den TE- und TM-Komponenten umzuwandeln, kann es auch möglich sein, das Modenwandlerelement 40 lediglich durch den Modenwandler 44 unter Weglassung des Phasenschiebers 42 auszubilden.
Wenn nun die Länge des optischen Pfads des ersten Wellenleiterpfads 26 von dem einen Ende des Wellenleiterpfads 20 bis zu dem Modenwandlerelement 40 mit L&sub1; und die Länge des optischen Pfads des zweiten Wellenleiterpfads 28 von dem Modenwandlerelement 40 zum Modenwandlerelement 30 mit L&sub2; bezeichnet werden, bestimmt sich die Lage des Modenwandlerelements 40 so, daß die Beziehung dieser Längen L&sub1; = L&sub2; lautet.
Für den Fall, das Licht der Wellenlänge λ ohne jegliche Phasendifferenz zwischen der TE- und TM-Komponente in den Wellenleiterpfad 20 vom Ende 22 her eingegeben wird, so erfolgt eine Phasendifferenz δ zwischen den TE- und TM-Komponenten dieses Lichts, während es durch den ersten Wellenleiterpfad 26 gelangt. Dann wird die Modenumwandlung der TE- und TM-Komponenten durchgeführt, indem die Polarisationsebene um (90 + 180 x n) Grad (wobei n Null oder eine ganze Zahl ist) in dem Modenwandlerelement 40 gedreht wird. Wenn man also annimmt, daß die Phasendifferenz zwischen den TE- und TM-Komponenten beispielsweise +δ zur Zeit der Eingabe in das Modenwandlerelement 40 beträgt, wird die Phasendifferenz zwischen den TE- und TM-Komponenten zur Zeit des Austritts aus dem Modenwandlerelement 40 -δ.
Da der zweite Wellenleiterpfad 28 die gleiche Länge erhält wie der erste Wellenleiterpfad 26, so daß die Phasendifferenz +δ zwischen den TE- und den TM- Komponenten des oben erwähnten Lichts erzeugt wird, ist die von dem Modenwandlerelement 40 ausgegebene Phasendifferenz -δ versetzt, während sie über den zweiten Wetlenleiterpfad 28 übertragen wird. Folglich stellt sich das Licht der Wellenlänge λ, das in das Modenwandlerelement 30 eingegeben wird, in dem Zustand zur Zeit der Eingabe am Ende 22 selbst dar, das heißt einem Zustand, in welchem keine Phasendifferenz zwischen den TE- und TM-Komponenten vorhanden ist.
Wie oben beschrieben, behalten die Phasendifferenzen, die zwischen den TE- und den TM-Komponenten in dem ersten und dem zweiten Wellenleiterpfad erzeugt werden, eine Beziehung bei, bei der die positive und die negative gerade entgegengesetzt sind, und sie sind ungeachtet der Wellenlänge des über dem Wellenleiterpfad übertragenen Lichts versetzt. Folglich wird es möglich, eine gewünschte Polarisationsdrehung in Abhängigkeit der Steuerung durch eine angelegte Spannung im Modenwandlerelement 30 auch dann zu erreichen, wenn sich die Wellenlänge der Lichtquelle ändert oder verbreitert.

Claims

1. Optisches Wellenleiterbauelement, umfassend:

-ein Substrat (10),

- einen Wellenleiterpfad (20), der auf dem Substrat (10) angeordnet ist,

- ein Modenwandlerelement (30), welches sich in einer Zwischenzone des Wellenleiterpfades (20) befindet und einen Phasenschieber (32) enthält zur relativen Verschiebung einer Phase zwischen TE- und TM-Komponenten von über den Wellenleiterpfad (20) übertragenem Licht, ansprechend auf eine angelegte Spannung (VI), und einen Modenwandler (34) zum Umsetzen von Schwingungstypen zwischen den TE- und TM-Komponenten enthält, und

- eine Einrichtung zur Polarisationsdrehung (40), angeordnet an einer Stelle in dem Wellenleiterpfad (20) zwischen einem Eingang (22), wo Licht in den Wellenleiterpfad (20) eintritt, und dem Modenwandlerelement (30), wobei der Wellenleiterpfad (20) einen ersten Wellenleiterpfadabschnitt (26) zwischen dem Eingang (22) und der Einrichtung zur Polarisationsdrehung (40) umfaßt, sowie einen zweiten Wellenleiterpfadabschnitt (28) zwischen der Einrichtung zur Polarisationsdrehung (40) und dem Modenwandlerelement (30) aufweist, wobei die Längen des ersten (26) und des zweiten (28) Wellenleiterpfadabschnitts so festgelegt sind, daß jegliche Schwankung einer Anfangsphasendifferenz zwischen den TE- und den TM-Komponenten, die entlang den Wellenleiterpfadabschnitten (26, 28) erzeugt wird, beseitigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Polarisationsdrehung (40) derart ausgebildet ist, daß sie die Polarisationsebene von über den Wellenleiterpfad (20) übertragenem Licht um 90 + 180 x n Grad dreht, wobei n Null oder eine ganze Zahl ist.

2. Optisches Wellenleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Längen des ersten (26) und des zweiten (28) Wellenleiterpfadabschnitts im wesentlichen gleich sind.

3. Optisches Wellenleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Polarisationsdrehung (40) einen Modenwandler (44) zum Umsetzen der Schwingungstypen zwischen den TE- und TM-Komponenten enthält.