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JP3885936B2 - Polarization control circuit array and optical circuit using the same - Google Patents

Polarization control circuit array and optical circuit using the same Download PDF

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JP3885936B2
JP3885936B2 JP2002004556A JP2002004556A JP3885936B2 JP 3885936 B2 JP3885936 B2 JP 3885936B2 JP 2002004556 A JP2002004556 A JP 2002004556A JP 2002004556 A JP2002004556 A JP 2002004556A JP 3885936 B2 JP3885936 B2 JP 3885936B2
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泰彰 橋詰
貴 山田
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真司 美野
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光部品の偏波無依存化を可能にする偏波制御回路アレイ、および、それを用いた偏波無依存の光回路に関する。光回路としては、例えば複数の波長の光について光強度を制御するための光増幅器アレイや光変調器アレイ、光スイッチアレイ、光減衰器アレイなどがある。本発明は光波長多重通信システムを構成する光部品に適用して有用である。
【0002】
【従来の技術】
インターネットの爆発的な進展に伴う通信システムの大容量化への要請に応えるために、光波長多重通信が広く普及している。光波長多重通信システムを構成する上で、複数の波長毎に光強度を制御するための、光スイッチアレイ、光減衰器アレイといった各種の光部品が必須となっている。
【0003】
しかしながら、高速伝送においては、光部品の持つ偏波依存損失(PDL)といった偏波に依存して生じる効果が光信号の品質劣化を引き起し、問題となっていた。例えば、電気光学効果を利用して光強度変調を行うマッハツェンダ干渉計(MZI)型LN変調器においては、電気光学効果が非常に大きな偏波依存性を持っているため、通常大きなPDLが発生する。
【0004】
このPDLは、MZI型LN変調器を光減衰器もしくは光スイッチとして利用する場合、大きな問題となる。
【0005】
そこで、PDLを解消するために従来、光を直交する2つの偏波に分波し、分波した光を同一の偏波(TM偏波)に変換した後、個別に変調を行うという手法が提案されている(例えば、G.Isikawa et al., ECOC96, Th3-3,Oslo 「80-Gb/s (2x40-GB-s) transmission experiments over 667-km dispersion-shifted fiber using Ti:LiNbO3 OTDM modulator and demultiplexer」)。
【0006】
この手法による偏波無依存光変調器の概略構成例を図12に示す。図12中の符号で、 1201a-1201bは入力光導波路、1202および1216a-1216b は偏波合分波回路、1204および1214は通常の1/2波長板、 1206a-1206bおよび1212a-1212b は方向性結合器、 1208a-1208cはグランド電極、 1209a-1209bは信号電極、 1217a-1217bは出力光導波路を表す。また、 1203a-1203b,1205a-1205b,1207a-1207d,1210a-1210d,1213a-1213dおよび1215a-1215d は光導波路を表す。
【0007】
偏波合分波回路1202と1/2波長板1204は、第1の偏波制御回路を構成する。1/2波長板1204は黒塗り部分で示すように、偏波合分波回路1202の上側出力ポートに接続した光導波路1203a, 1205a間の溝に挿入されている。偏波合分波回路1202は入力した任意偏波の光をTM偏波とTE偏波に分波する。1/2波長板1204は、分波した光のうちTE偏波の光をTM偏波に変換する。これにより、入力した光は直交する2つの偏波に分波され、分波した光は同一の偏波(TM偏波)に変換される。
【0008】
方向性結合器1206a と、方向性結合器1212a と、その間の上側アーム(光導波路1207a,1210a)および下側アーム(光導波路1207b,1210b)と、下側アームに設けた信号電極1209a は、MZI型LN変調器を構成する。同様に、方向性結合器1206b と、方向性結合器1212b と、その間の上側アーム(光導波路1207c,1210c)および下側アーム(光導波路1207d,1210d)と、上側アームに設けた信号電極1209b も、MZI型LN変調器を構成する。これら上段、下段2つのMZI型LN変調器はともにTM偏波の光を入力し、それぞれの信号電極1209a, 1209bに印加される電気信号に応じて、光強度を制御する。
【0009】
1/2波長板1214と偏波合分波回路1216a,1216b は、第2の偏波制御回路を構成する。1/2波長板1214は黒塗り部分で示すように、隣接する2つの光導波路の各溝(下段のMZI型LN変調器のスルーポートに接続した光導波路1213c,1215c 間の溝、並びに、そのクロスポートに接続した光導波路1213d,1215d 間の溝)に挿入されており、下段のMZI型LN変調器のスルーポートおよびクロスポートから出力されるTM偏波の2つの光を、ともにTE偏波に変換する。偏波合分波回路1216a は、上段のMZI型LN変調器のスルーポートから出力されたTM偏波の光と、下段のMZI型LN変調器のスルーポートから出力され、且つ、1/2波長板1214でTM偏波からTE偏波に偏波された光とを合波する。同様に、偏波合分波回路1216b は、上段のMZI型LN変調器のクロスポートから出力されたTM偏波の光と、下段のMZI型LN変調器のクロスポートから出力され、且つ、1/2波長板1214でTM偏波からTE偏波に変換された光とを合波する。
【0010】
動作の詳細は以下の通りである。
(1)入力光導波路1201a または1201b から入力した光は、偏波合分波回路1202でTE偏波とTM偏波に分波される。分波したTE偏波の光は光導波路1203a を経て1/2波長板1204によりTM偏波に変換された後、光導波路1205a を経て上段のMZI型LN変調器へ出力される。分波したTM偏波の光は、光導波路1203b, 1205bを経てそのまま、下段のMZI型LN変調器へ出力される。
(2)上段のMZI型LN変調器のスルーポートから出力されたTM偏波の光は、光導波路1213a,1215a を経てそのまま、偏波合分波回路1216a に入力される。下段のMZI型LN変調器のスルーポートから出力されたTM偏波の光は、光導波路1213c を経て1/2波長板1214でTE偏波に変換された後、光導波路1215c を経て偏波合分波回路1216a に入力される。偏波合分波回路1216a は入力したTM偏波とTE偏波を合波して、出力光導波路1217a へ出力する。
(3)同様に、上段のMZI型LN変調器のクロスポートから出力されたTM偏波の光は、光導波路1213b,1215b を経てそのまま、偏波合分波回路1216b に入力される。下段のMZI型LN変調器のクロスポートから出力されたTM偏波の光は、光導波路1213d を経て1/2波長板1214によりTE偏波に変換された後、光導波路1215d を経て偏波合分波回路1216b に入力される。偏波合分波回路1216b は入力したTM偏波とTE偏波を合波して、出力光導波路1217b へ出力する。
【0011】
上記のように、従来の偏波無依存光変調器では、偏波を全て電気光学効果の大きな偏波に設定することが可能となり、電気光学効果を効率良く利用できる。同時に、偏波無依存化が可能であるため、光変調器として非常に有効である。
【0012】
ところで、光波長多重通信においては、波長毎に、光スイッチや光減衰器等の光強度制御器が必要となる。そこで、図12に示した偏波無依存光変調器を利用して、例えば図13に示すような4連の偏波無依存光変調器アレイが作製可能である。
【0013】
図13中の符号で、 1301a-1301dは入力光導波路、1302および1316は偏波合分波回路(楕円マーク)、1304および1314は通常の1/2波長板、1306および1313は方向性結合器(三角マーク)、1308はグランド電極、1309は信号電極、 1317a-1317hは出力光導波路、1318は交差導波路(丸マーク)を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。
【0014】
図13では、偏波無依存光変調器アレイが4連であることから、第1の偏波制御回路アレイは4連であり、4個の偏波合分波回路1302と1個の1/2波長板1304からなる。MZI型LN変調器アレイは8連であり、8個の方向性結合器1306と、16個のアーム導波路と、8個の方向性結合器1313からなる。第2の偏波制御回路アレイは4連であり、8個の偏波合分波回路1316と1個の1/2波長板1314からなる。
【0015】
第1の偏波制御回路アレイを構成する1/2波長板1304は、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本(この例では4本)の光導波路に挿入される通常のものである。このような1/2波長板1304を所望の光導波路のみに挿入するために、第1の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を6個用いることにより、4個の偏波合分波回路1302と8個の方向性結合器1306を接続している。
【0016】
同様に、第2の偏波制御回路アレイを構成する1/2波長板1314も、黒塗り部分が示すように連続して隣接する複数本(この例では4本)の光導波路に挿入される通常のものである。従って、1/2波長板1314を所望の光導波路のみに挿入するために、第2の偏波制御回路アレイでは、多数の光導波路を複雑に引き回すとともに交差導波路1318を28個用いることにより、8個の方向性結合器1312と8個の偏波合分波回路1316を接続している。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図13に示したように、通常の1/2波長板1304,1314 を所望の光導波路のみに挿入する必要があることから、以下のような課題があった。
(1)複雑な光導波路の引き回しが必要であり、回路サイズの増大を招いていた。
(2)交差導波路1318が必要であり、過剰損失の増大を招いていた。
(3)光が通る経路によって交差導波路1318の数が異なるため、交差損失(交差導波路による過剰損失)の光経路依存性が生じていた。
【0018】
交差損失の光経路依存性について、図14を用いて具体的に説明する。図14の回路構成は図13と全く同じである。ここで、第1の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1302から第2の偏波制御回路アレイの最上段の偏波合分波回路1316へ至る2つの経路A、Bを考える。経路Aは最上段のMZI型LN変調器を通る光経路であり、経路Bは上から5段目のMZI型LN変調器を通る光経路である。また、例えば、基板にLiNbO3のZカット、光導波路としてTi拡散光導波路を用い、交差角度を40度とした場合、交差角1個当たり、0.2dBの交差損失が発生するものとする。
【0019】
従って、経路Aの交差損失は交差導波路がないから0dBとなり、経路Bの交差損失は交差導波路1318が10個あるから2.0dBとなり、過剰損失の光経路依存性が生じる。この構成の場合、経路A、Bによる交差損失の差2.0dBはそのままPDLとなるため、非常に問題となる。
【0020】
本発明の目的は、光導波路の複雑な引き回しと交差導波路を削減でき、小型で低損失な偏波制御回路アレイを実現すること、並びに、この偏波制御回路アレイを用いた小型で低損失な偏波無依存の光回路を実現することである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記課題を解決する偏波制御回路アレイであり、2個以上の偏波合分波回路と、1枚以上の櫛歯状1/2波長板とを備え、前記櫛歯状1/2波長板が前記偏波合分波回路の入力光導波路または出力光導波路のいずれかに、光学が基板に対して45度傾いて挿入されていることを特徴とする。
第1の発明によれば、入力した光を全て同一で単一な偏波に変換することができる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0022】
第2の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第1の偏波制御回路アレイ、第2の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光強度制御回路アレイを備える光回路において、前記第1の偏波制御回路アレイと、前記光強度制御回路アレイと、前記第2の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第1および第2の偏波制御回路アレイが第1の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第2の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存の導波路型光増幅器アレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0023】
第3の発明は、上記課題を解決する光回路であり、第1の偏波制御回路アレイ、第2の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光位相制御回路アレイを備える光回路において、前記第1の偏波制御回路アレイと、前記光位相制御回路アレイと、前記第2の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、前記第1および第2の偏波制御回路アレイが第3の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第3の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0024】
第4の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第1の光回路群、第2の光回路群および第3の光回路群を備え、前記第1の光回路群は、第1の光結合回路アレイと、第1の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第2の光回路群は、前記第1の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第3の光回路群は、第2の偏波制御回路アレイと、第2の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第1および第2の偏波制御回路アレイが第1の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第4の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0025】
第5の発明は、上記課題を解決する光回路であり、順に接続されかつ配置された、第1の光回路群、第2の光回路群および第3の光回路群を備え、前記第1の光回路群は、第1の偏波制御回路アレイと、第1の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第2の光回路群は、前記第1の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、前記第3の光回路群は、第2の光結合回路アレイと、第2の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、前記第1および第2の偏波制御回路アレイが第1の発明の偏波制御回路アレイであることを特徴とする。
第5の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路、例えば偏波無依存光スイッチアレイ、偏波無依存光変調器アレイ、偏波無依存光減衰器アレイが実現できる。また、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0026】
第6の発明は、第5の発明において、前記第1の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第1の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少なく、前記第2の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第2の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少ないことを特徴とする光回路である。
第6の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0027】
第7の発明は、第4の発明において、前記第3の光回路群に代えて、前記第2の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第7の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0028】
第8の発明は、第5または第6の発明において、前記第3の光回路群に代えて、前記第2の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路である。
第8の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、回路サイズがより小型化できるとともに、高効率な光位相制御が可能になる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0029】
第9の発明は、第4または第7の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第9の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0030】
第10の発明は、第5または第6または第8の発明において、個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路である。
第10の発明によれば、光導波路の引き回しと、交差導波路を削減することができ、小型で低損失な偏波無依存光回路が実現できる。また、光回路作製の歩留まりが良くなる。更に、過剰損失の光経路依存性を低減することができる。
【0031】
ここで、光位相制御回路アレイとしては、位相制御に電気光学効果を利用したものや、熱光学効果を利用したものなどを用いることができる。電気光学効果を利用する場合は、光導波路としてニオブ酸リチウム系光導波路など電気光学効果の大きい材料を用いて作製すると良い。熱光学効果を利用する場合は、電気光学効果の大きい光導波路に限らず、石英系光導波路やプラスチック系光導波路など種種の光導波路を用いて作製することができる。
また、個々の光回路群を異なる基板上に配置して端面接続する場合、基板は同種のものであっても、異種のものであってもかまわない。光結合回路アレイと偏波制御回路アレイを含む光回路群をシリコン基板上に形成される石英系光導波路で作製した場合は、外部光ファイバとの接続に適し、また、櫛歯状1/2波長板挿入用の溝形成が容易である。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路を説明する。
【0033】
[第1の実施例]
図1に、本発明の第1の実施例として、偏波制御回路アレイの構成を示す。本実施例の偏波制御回路アレイは4連であり、4個の偏波合分波回路102a-102d と、1枚の櫛歯状1/2波長板103 を用いて構成されている。櫛歯状1/2波長板103 は、偏波合分波回路102a-102d の出力光導波路104a,104c,104e,104g に、主軸が光導波路に対して45度傾いて、挿入されている。
【0034】
この偏波制御回路アレイでは、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路101a-101h や出力光導波路104a-104h など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【0035】
入力光導波路101a-101h はもとより、8本の出力光導波路104a-104h は図1より分かるように、交差せず、また、引き回されていない。本例では図示の如く、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【0036】
4個の偏波合分波回路102a-102d はそれぞれ、入力光導波路101a-101h から入力した光をTE偏波とTM偏波に分離し、出力光導波路104a-104h に出力する。
【0037】
本実施例では、偏波合分波回路102aは出力光導波路104aにTE偏波を、出力光導波路104bにTM偏波を出力し、偏波合分波回路102bは出力光導波路104cにTE偏波を、出力光導波路104dにTM偏波を出力し、偏波合分波回路102cは出力光導波路104eにTE偏波を、出力光導波路104fにTM偏波を出力し、偏波合分波回路102dは出力光導波路104gにTE偏波を、出力光導波路104hにTM偏波を出力するものとする。
【0038】
1/2波長板103 は、8本の出力光導波路104a-104h が上述の如く交差せず、引き回しされてないことから、そのうち所望の出力光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な8本の出力光導波路104a-104h のうち、1本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入できるように、出力光導波路104a-104h の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状1/2波長板103 の4ヵ所の黒塗り部分が出力光導波路104a,104c,104e,104g に挿入した部分(歯の部分)である。
【0039】
櫛歯状1/2波長板103 の挿入に際し、加工の便のため、8本の出力光導波路104a-104h 全てを一直線に分断する溝1を作製し、この溝1のうち、1本おきの出力光導波路104a,104c,104e,104g に対応する部分に、櫛歯状1/2波長板103 を挿入している。図2に櫛歯状1/2波長板103 の挿入部分を拡大して示す。図2中、符号28は櫛歯状1/2波長板の光学主軸を表している。
【0040】
櫛歯状1/2波長板103 は機械的には回路が配置されている平面(基板)に対して垂直に溝1に挿入されているが、光学的には出力光導波路104a,104c,104e,104g に対して、櫛歯状1/2波長板103 の光学主軸28が45度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状1/2波長板103 は光学主軸28を基板(平面)に対して45度傾けて挿入される。
【0041】
ここで、図1に示した偏波制御回路アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路101aに入力した光は偏波合分波回路102aに入射し、TE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する出力光導波路104aには櫛歯状1/2波長板103 が光学主軸を45度傾けて挿入されているため、櫛歯状1/2波長板103 が光をTE偏波からTM偏波に変換する。TM偏波の光が伝搬する出力光導波路104bには櫛歯状1/2波長板103 が挿入されていため、光の偏波はTM偏波のまま変わらない。その結果、2つの出力光導波路104a,104b からは全て、TM偏波の光が出射する。同様に、入力光導波路101bに光が入力した場合は2つの出力光導波路104c,104d から全てTM偏波の光が、入力光導波路101cに光が入力した場合は2つの出力光導波路104e, 104fから全てTM偏波の光が、入力光導波路101dに光が入力した場合は2つの出力光導波路104g,104h から全てTM偏波の光が、それぞれ出射する。従って、本実施例の偏波制御回路アレイでは、入力した光を全て同一の偏波(TM偏波)に変換して出射することができる。
【0042】
偏波制御回路アレイを、櫛歯状1/2波長板103 を用いて図1に示した構成とすることにより、下記▲1▼▲2▼に挙げる作用がある。
▲1▼交差導波路を削減できる。
▲2▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
【0043】
その結果、下記(1)(2)(3) に挙げる効果がある。
(1) 交差損失(交差導波路による過剰損失)を低減できる。
(2) 交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
(3) 回路サイズを低減できる
【0044】
本実施例では入力した光を全てTM偏波に変換しているが、櫛歯状1/2波長板103 を出力光導波路104b,104d,104f,104h に挿入すれば、入力した光を全てTE偏波に変換して出射することができる。
【0045】
また、本実施例では4連の偏波制御回路アレイを説明しているが、同様な2連以上の偏波制御回路アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【0046】
また、本実施例では櫛歯状1/2波長板103 を1枚用いているが、2枚以上の櫛歯状1/2波長板を並べて用いても良い。櫛歯状1/2波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で出力光導波路の本数が多い場合など、1枚では櫛歯状1/2波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状1/2波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【0047】
更に、溝1のうち櫛歯状1/2波長板103 が挿入されていない部分(白抜き部分)は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【0048】
また、本実施例では加工の簡単のために溝1を全て出力光導波路104a-104h を分断して作製したが、櫛歯状1/2波長板103 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【0049】
[第2の実施例]
図3に、本発明の第2の実施例として、偏波無依存導波路型光増幅器アレイの構成を示す。本実施例の導波路型光増幅器アレイは4連であり、4連の偏波制御回路アレイ(第1の偏波制御回路アレイ)2と、8連の光強度制御回路アレイ(強度変調回路アレイ)3と、4連の偏波制御回路アレイ(第2の偏波制御回路アレイ)4を用いて構成されている。この導波路型光増幅器アレイでも、回路を配置する基板として平面シリコン基板を用い、入力光導波路301a-301d や出力光導波路307a-307d など偏波制御回路アレイの構成に必要な光導波路として、石英系光導波路を用いている。
【0050】
この導波路型光増幅器アレイは、偏波制御回路アレイ2と、光強度制御回路アレイ3と、偏波制御回路アレイ4を順次接続し、配置することで構成されている。本実施例では、これら偏波制御回路アレイ2、光強度制御回路アレイ3及び偏波制御回路アレイ4を異なる基板上に個別に作製した後、PLC−PLC基板接続により同一平面状に作製している。
【0051】
偏波制御回路アレイ2は4個の偏波合分波回路302a-302d と1枚の櫛歯状1/2波長板303 を用い、4個の偏波合分波回路302a-302d の出力光導波路に、櫛歯状1/2波長板303 をその光学主軸を基板(光導波路)に対して45度傾けて挿入したものであり、図1に示した偏波制御回路アレイと同様に構成されている。即ち、図1中の4個の偏波合分波回路102a-102d 、偏波合分波回路102a-102d の8本の出力光導波路104a-104h 、1枚の櫛歯状1/2波長板103 がそれぞれ、図3中の4個の偏波合分波回路302a-302d 、1枚の櫛歯状1/2波長板303 、偏波合分波回路302a-302d の8本の出力光導波路(符号はないが、光強度制御回路アレイ3の入力側に接続される光導波路)に相当する。
【0052】
本例では、偏波制御回路アレイ2は入力した任意偏波の光を全て直交する2つの偏波(例えばTM偏波とTE偏波)に分波し、その後同一の偏波、例えばTM偏波に変換するものとする。
【0053】
偏波制御回路アレイ4は1枚の櫛歯状1/2波長板305 と4個の偏波合分波回路306a-306d を用いて構成され、櫛歯状1/2波長板305 は4個の偏波合分波回路302a-302d の入力光導波路に、その光学主軸を光導波路に対して45度傾けて挿入されている。この偏波制御回路アレイ4では、櫛歯状1/2波長板305 と偏波合分波回路306a-306d の配置順は逆であるが、偏波制御回路アレイ2や図1に示した偏波制御回路アレイと同様、出力光導波路307a-307d はもとより、偏波合分波回路306a-306d の8本の入力光導波路(符号はないが、光強度制御回路アレイ3の出力側に接続される光導波路)は交差せず、また、引き回されていない。本実施例でも、これらの光導波路は全て直線的に配置され、平行である。詳細は後述する。
【0054】
光強度制御回路アレイ3は、偏波制御回路アレイ2の出力光導波路及び偏波制御回路アレイ4の入力光導波路と同数の入出力光導波路と、半導体光増幅器(SOA)のアレイ素子をハイブリッド集積したものである。半導体光増幅器アレイ素子は8個の半導体光増幅器304a-304h を含み、個々の半導体光増幅器は個々の入出力光導波路に接続されている。
【0055】
光強度制御回路アレイ3の各半導体光増幅器は、偏波制御回路アレイ2で変換された同一偏波(本例ではTM偏波)の光強度を制御する。
【0056】
図4に、光強度制御回路アレイ3として、2個の4連半導体光増幅器アレイ素子5、6を用いてハイブリッド集積したPLC実装基板を拡大して示す。図4において、固定用のAuSn半田パターン7、8が形成されたSiテラス搭載部9を高さ基準として、2個の4連半導体光増幅器アレイ素子5、6が高密度にハイブリッド実装され、Siテラス搭載部9両側の8本の入力光導波路コア10及び8本の出力光導波路コア11と光結合されている。なお、12、13はそれぞれ、4連半導体光増幅器アレイ素子5、6駆動用の電極を示している。
【0057】
ここで、偏波制御回路アレイ4を詳細に説明する。1/2波長板305 は、上述した交差せず、引き回しされてない8本の入力光導波路のうち所望の光導波路に挿入するために、通常のものとは異なり、櫛歯状になっている。具体的には、平行な8本の入力光導波路のうち、1本おきの光導波路に挿入できるように、光導波路の間隔と幅に合わせて櫛歯状に形成してある。櫛歯状1/2波長板305 の4ヵ所の黒塗り部分が入力光導波路に挿入した部分(歯の部分)である。
【0058】
この櫛歯状1/2波長板305 の挿入に際しても、加工の便のため、8本の入力光導波路全てを一直線に分断する溝14を作製し、この溝14のうち、1本おきの光導波路に対応する部分に、櫛歯状1/2波長板305 を挿入している。この櫛歯状1/2波長板305 も機械的には基板に対して垂直に溝14に挿入されているが、光学的には光導波路に対して光学主軸が45度傾いた状態で挿入される。一般には、光導波路が基板平面と平行に作製されることから、櫛歯状1/2波長板305 は基板に対して光学主軸を45度傾けて挿入される。
【0059】
本実施例では、櫛歯状1/2波長板305 は半導体光増幅器304b,304d,304f,304h が出力する光をTM偏波からTE偏波に変換する。
【0060】
4個の偏波合分波回路306a-306d はそれぞれ、半導体光増幅器304a,304c,304e,304g から出力されたTM偏波の光と、これと対をなすTE偏波の光(半導体光増幅器304b,304d,304f,304h から出力され、かつ、櫛歯状1/2波長板305 でTM偏波からTE偏波へ変換された光)を合波して、出力光導波路307a-307d に出力する。
【0061】
ここで、図3に示した導波路型光増幅器アレイにおける光信号の流れを説明する。例えば、入力光導波路301aに入力した光は偏波合分波回路302aに入射し、TE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状1/2波長板303 が挿入されているため、櫛歯状1/2波長板303 が光をTE偏波からTM偏波に変換する。TM偏波の光が伝搬する光導波路には櫛歯状1/2波長板303 が挿入されていないため、光の偏波はTM偏波のまま変わらない。その結果、2つの半導体光増幅器304a, 304bにはいずれもTM偏波が入射することとなり、2つの半導体光増幅器304a, 304bに同じ電流を与えることで、偏波依存のない全く同様な増幅効率が得られる。そして、増幅された光のうち、一方を櫛歯状1/2波長板305 でTE偏波に変換し、櫛歯状1/2波長板305 を通らない他方のTM偏波と偏波合分波回路306aで合成する。その結果、出力光導波路307aからは、偏波無依存に増幅された光が得られる。同様に、入力光導波路301bに光が入力した場合は出力光導波路307bから、入力光導波路301cに光が入力した場合は出力光導波路307cから、入力光導波路301dに光が入力した場合は出力光導波路307dから、それぞれ偏波無依存に増幅された光が得られる。
【0062】
このように偏波制御回路アレイ2を櫛歯状1/2波長板303 を用い、また、偏波制御回路アレイ4を櫛歯状1/2波長板305 を用いて、それぞれ図3に示した構成とすることにより、下記▲1▼〜▲5▼の作用効果がある。
▲1▼交差導波路を削減できる。
▲2▼光導波路の複雑な引き回しを解消できる。
▲3▼交差損失(交差導波路による過剰損失)を低減できる。
▲4▼交差損失に起因した、損失の光経路依存性を解消できる。
▲5▼回路サイズを低減できる
【0063】
また、導波路型光増幅器アレイ全体の効果として、下記(1) 〜(4) 等があり、非常に有用である。
(1) 光強度制御回路アレイ3あるいは半導体光増幅器アレイ素子5、6単体の増幅効率に大きな偏波依存性があったとしても、偏波制御回路アレイ2、4を用いた構成により、偏波無依存な光増幅が可能である。
(2) 偏波制御回路アレイ2を用いて、光強度制御回路アレイ3の増幅効率が最も良い偏波に入力光を全て変換することにより、高効率な光増幅が可能となる。
(3) 偏波制御回路アレイ2と、光強度制御回路アレイ3と、偏波制御回路アレイ4とを個別に作製することにより、歩留良く導波路型光増幅器アレイを作製することができる。
(4) 増幅の仕方によって、光強度の増大、減衰、変調など種々の偏波無依存光強度制御を実現できる。
【0064】
本実施例では4連の導波路型光増幅器アレイを説明しているが、同様な2連以上の導波路型光増幅器アレイにおいても、上記と同様な効果が得られる。
【0065】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ2と、光強度制御回路アレイ3と、偏波制御回路アレイ4とを個別に作製した後に、それらの基板を端面接続しているが、同一基板上に偏波制御回路アレイ2、光強度制御回路アレイ3および偏波制御回路アレイ4を全て作製しても、櫛歯状1/2波長板303,305 を用いたことによる効果が同様に期待できる。この場合、歩留りの低下が考えられるが、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【0066】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ4においても、偏波制御回路アレイ2と同様、溝14のうち櫛歯状1/2波長板305 が挿入されていない部分(白抜き部分)は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。
【0067】
また、加工の簡単のために溝14を全ての入力光導波路を分断して作製したが、櫛歯状1/2波長板305 が挿入される光導波路のみに溝を作製しても良い。
【0068】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ4は櫛歯状1/2波長板305 が入力光導波路に挿入された4連のものであるが、同様な2連以上の偏波制御回路アレイを構成することができる。
【0069】
また、本実施例では偏波制御回路アレイ4に櫛歯状1/2波長板305 を1枚用いているが、2枚以上の櫛歯状1/2波長板を並べて用いても良い。櫛歯状1/2波長板を複数枚用いる方法は、偏波制御回路アレイが多連で入力光導波路の本数が多い場合など、1枚では櫛歯状1/2波長板の幅が長くなりすぎる場合に有用であり、複数枚の櫛歯状1/2波長板を光導波路の分断方向に並べると良い。
【0070】
更に、本実施例では偏波制御回路アレイ2により、入力した光を全てTM偏波に変換して光強度制御回路アレイ3に出射しているが、櫛歯状1/2波長板303 の挿入位置をずらすことで、入力した光を全てTE偏波に変換して光強度制御回路アレイ3に出射することができる。
【0071】
また、偏波制御回路アレイ4中の櫛歯状1/2波長板305 の挿入位置をずらすことで、半導体増幅器304a,304c,304e,304g の出力光をTM偏波からTE偏波に変換することができる。
【0072】
[第3の実施例]
図5に、本発明の第3の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、4個の方向性結合回路(光結合回路)5A02,5B02,5A17,5B17 と、8個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b と、2枚の櫛歯状1/2波長板507,512 と、8連の光位相制御回路アレイ(詳細後述)を用いたものである。
【0073】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第1の光結合回路アレイ(5A02,5B02)と、第1の偏波制御回路アレイ(5A05a,5A05b,5B05a,5B05b,507)と、光位相制御回路アレイと、第2の偏波制御回路アレイ(512,5A14a,5A14b,5B14a,5B14b)と、第2の光結合回路アレイ(5A17,5B17)とを順次接続してなる、2×2光スイッチを2つ上下並列に並べた2連の2×2光スイッチアレイである。
【0074】
本実施例では、2連2×2光スイッチアレイの基板に、LiNbO3のZカットを用いている。また、入力光導波路5A01a,5A01b,5B01a,5B01b や出力光導波路5A18a,5A18b,5B18a,5B18b 、他の光導波路5A03a,5A03b,5B03a,5B03b,5A04a,5A04b,5B04a,5B04b,5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d,5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d,5A09a,5A09b,5A09c,5A09d,5B09a,5B09b,5B09c,5B09d,5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d,5A15a,5A15b,5B15a,5B15b,5A16a,5A16b,5B16a,5B16b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【0075】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、信号電極配線5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d 及びグランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d を装荷したものである。
【0076】
図6を参照して、光位相制御回路アレイの構成を説明する。図6は図5中の線分A1−A2の断面図であり、光位相制御回路アレイの断面構造を示している。即ち、第1の偏波制御回路アレイと第2の偏波制御回路アレイ間を接続する各光導波路5A08a,5A08b,5A08c,5A08d,5B08a,5B08b,5B08c,5B08d は、その上部にバッファ層を介在して、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極配線5A10a,5A10b,5A10c,5A10d,5B10a,5B10b,5B10c,5B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【0077】
第1の偏波制御回路アレイは、4個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b と光位相制御回路アレイとの間にて、偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b の出力導波路に櫛歯状1/2波長板507 を挿入することで、図3に示した偏波制御回路アレイ2と同様に構成されている。即ち、図3中の4個の偏波合分波回路302a-302d 、これら偏波合分波回路302a-302d の8本の出力光導波路、1枚の櫛歯状1/2波長板303 がそれぞれ、図5中の4個の偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b 、これら偏波合分波回路の8本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d 、1枚の櫛歯状1/2波長板507 に相当する。櫛歯状1/2波長板507 は、偏波合分波回路の8本の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d のうち、1本おきに、4本の出力光導波路5A06b,5A06d,5B06b,5B06d に、光学主軸を基板に対して45度傾けて挿入されている。
【0078】
本実施例では、第1の偏波制御回路アレイは入力した任意偏波の光を全て直交する2つの偏波(例えばTM偏波とTE偏波)に分波し、その後同一の偏波、例えばTM偏波に変換するものとする。
【0079】
また、第2の偏波制御回路アレイは、光位相制御回路アレイと4個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b との間にて、偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b の入力導波路に櫛歯状1/2波長板512 を挿入することで、図3に示した偏波制御回路アレイ4と同様に構成されている。即ち、図3中の4個の偏波合分波回路306a-306d 、これら偏波合分波回路306a-306d の8本の入力光導波路、1枚の櫛歯状1/2波長板305 がそれぞれ、図5中の4個の偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b 、これら偏波合分波回路の8本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d 、1枚の櫛歯状1/2波長板512 に相当する。櫛歯状1/2波長板512 は偏波合分波回路の8本の入力光導波路5A13a,5A13b,5A13c,5A13d,5B13a,5B13b,5B13c,5B13d のうち、1本おきに、4本の入力光導波路5A13a,5A13c,5B13a,5B13c に、光学主軸を基板に対して45度傾けて挿入されている。
【0080】
第2の偏波制御回路アレイは、第1の偏波制御回路アレイで変換されていない方のTM偏波を全てTE偏波に変換するものとする。
【0081】
第1、第2いずれの偏波制御回路アレイにおいても、櫛歯状1/2波長板507,512 を用いてるため、光導波路は交差せず、また、引き回されていない。光導波路は全て直線的に配置され、平行である。
【0082】
ここで、図5に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の2×2光スイッチにおいて、入力光導波路5A01a に入力した光は方向性結合回路5A02で光導波路5A03a,5A03b に等分配し、光導波路5A04a,5A04b に至る。光導波路5A04a,5A04b を伝搬する光は偏波合分波回路5A05a,5A05b に入射し、それぞれにてTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路5A06b,5A06d には光学主軸を45度傾けて櫛歯状1/2波長板507 が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路5A08a-5A08d では、全てTM偏波が伝搬する。これらのTM偏波が光導波路5A08a-5A08d から光導波路5A09a-5A09d を経て伝搬する光導波路5A13a-5A13d のうち、光導波路5A13a,5A13c には光学主軸を45度傾けた櫛歯状1/2波長板512 が挿入されており、伝搬するTM偏波をTE偏波へ変換する。この櫛歯状1/2波長板512 を通った光(TE偏波)と通らない光(光導波路5A13b,5A13d を伝搬するTM偏波)とを偏波合分波回路5A14a,5A14b で偏波合成し、更に、方向性結合回路5A17で合波する。その際、光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に半波長分の位相差が与えられた場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18a へ伝搬する。光導波路5A15a,5A15b を導波する光間に位相差が与えられない場合は、光は方向性結合回路5A17から出力光導波路5A18b へ伝搬する。即ち、光位相制御回路アレイで所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路5A01b に光が入力した場合、下段の2×2光スイッチの入力光導波路5B01a,5B01b に光が入力した場合も同様である。
【0083】
次に、光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法について、図6を参照して説明する。図6において、光導波路5A08a,5A08b 上部の信号電極5A11a,5A11b に+Vを、光導波路5A08c,5A08d 上部の信号電極5A11c,5A11d に−Vの電圧を印加する。このとき、光導波路5A08a-5A08d には図中Z方向に電界が生じ、LiNbO3の持つ電気光学効果によって、光導波路5A08a と5A08c 、そして光導波路5A08b と5A08d を伝搬した光にはそれぞれ位相差が生じる。この位相差は、印加電圧の調整により、半波長分の位相差にしたり、位相差無しにしたり、任意の値にできる。光導波路5B08a,5B08b 上部の信号電極5B11a,5B11b 、光導波路5B08c,5B08d 上部の信号電極5B11c,5B11d に電圧を印加する場合も同様である。
【0084】
次に、偏波無依存化の機構を説明する。LiNbO3のZカットにおける電気光学効果は、TE偏波とTM偏波で大きく異なっている。そこで、光を偏波合分波回路によってTE偏波とTM偏波に分離し、更にTE偏波のみを1/2波長板を用いてTM偏波へ変換し、全てをTM偏波に変換しておく。その後、それぞれのTM偏波に対して個別に所望の位相制御を行う。これにより、同一で単一の偏波のみを個別に変調することになるため、変調後の光信号には偏波依存性が生じない。従って、偏波無依存光スイッチが得られる。
【0085】
ここで、第1、第2の偏波制御回路アレイに櫛歯状1/2波長板を用いることによる効果を説明する。
(1) 従来の1/2波長板を用いて偏波無依存光スイッチアレイを構成しようとした場合、1/2波長板を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをそれぞれまとめる必要があるから、光導波路を引き回し、交差導波路が必須のものとなっていた。例えば、本実施例の光導波路(LiNbO3のZカット基板とTi拡散光導波路)を用いて交差角40度の交差導波路を作製した場合、1ポイント(1交差角)当たり0.2dBの過剰損失が発生する。この交差導波路の数はアレイ数が多くなるのにつれて増大する。
(2) しかしながら、櫛歯状1/2波長板507,512 を用いることによって、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消できる。
(3) また、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本例の2連2×2光スイッチアレイにおいては、従来用いられている通常の1/2波長板を用いた構成よりも、回路長を1mm程度削減することができた。
【0086】
このように、本実施例の偏波無依存2連2×2光スイッチアレイは、交差導波路が1つもないため、非常に低損失である等の利点がある。
【0087】
本実施例では2連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは3連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。
【0088】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【0089】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0090】
[第4の実施例]
図7に、本発明の第4の実施例として、別の偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す。本実施例の光スイッチアレイは、8個の方向性結合回路(光結合回路)7A06a,7A06b,7B06a,7B06b,7A11a,7A11b,7B11a,7B11b と、8個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b と、2枚の櫛歯状1/2波長板704,713 と、8連の光位相制御回路アレイ(詳細後述)を用いたものである。
【0091】
言い換えれば、本実施例の光スイッチアレイは、第1の偏波制御回路アレイ(7A02a,7A02b,7B02a,7B02b,704)と、第1の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)と、光位相制御回路アレイと、第2の光結合回路(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(713,7A15a,7A15b,7B15a,7B15b)とを順次接続してなる、2×2光スイッチを2つ上下並列に並べた2連の2×2光スイッチアレイである。
【0092】
本実施例では、2連2×2光スイッチアレイの基板にLiNbO3のZカットを用いている。また、入力光導波路7A01a,7A01b,7B01a,7B01b や出力光導波路7A16a,7A16b,7B16a,7B16b 、他の光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d,7A05a,7A05b,7A05c,7A05d,7B05a,7B05b,7B05c,7B05d,7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d,7A10a,7A10b,7A10c,7A10d,7B10a,7B10b,7B10c,7B10d,7A12a,7A12b,7A12c,7A12d,7B12a,7B12b,7B12c,7B12d,7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d として、Ti拡散光導波路を用いている。
【0093】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図5と同様、信号電極配線7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d 及びグランド電極配線7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d を装荷している。
【0094】
従って、光位相制御回路アレイの構成は図5と類似である。しかし、本実施例では、第1の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) と第2の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) 間を接続する各光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d,7B07a,7B07b,7B07c,7B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極7A08a,7A08b,7A08c,7A08d,7B08a,7B08b,7B08c,7B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【0095】
なお、方向性結合回路7A06a,7A11a とその間の光導波路7A07a,7A10a,7A07b,7A10b および信号電極7A09a,7A09b との組み合わせ、方向性結合回路7A06b,7A11b とその間の光導波路7A07c,7A10d,7A07c,7A10d および信号電極7A09c,7A09d との組み合わせ、方向性結合回路7B06a,7B11a とその間の光導波路7B07a,7B10a,7B07b,7B10b および信号電極7B09a,7B09b との組み合わせ、方向性結合回路7B06b,7B11b とその間の光導波路7B07c,7B10c,7B07d,7B10d および信号電極7B09c,7B09d との組み合わせは、それぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計スイッチとして動作する。
【0096】
第1の偏波制御回路アレイは、4個の偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b と第1の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b) との間にて、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の出力光導波路に櫛歯状1/2波長板704 を挿入することで、構成している。この櫛歯状1/2波長板704 は、偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b の8本の出力光導波路7A03a,7A03b,7A03c,7A03d,7B03a,7B03b,7B03c,7B03d のうち、2本おきに2本ずつ、計4本の出力光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d に挿入されている。櫛歯状1/2波長板704 は偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b で分波された直交する2つの偏波(例えばTM偏波とTE偏波)を、同一の偏波例えばTM偏波に変換することとする。
【0097】
また、第2の偏波制御回路アレイは、第2の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b) と4個の偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b との間にて、偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b の入力光導波路に櫛歯状1/2波長板713 を挿入することで、構成している。この櫛歯状1/2波長板713 は、偏波合分波回路の8本の入力光導波路7A14a,7A14b,7A14c,7A14d,7B14a,7B14b,7B14c,7B14d のうち、2本おきに2本ずつ、計4本の入力光導波路7A14a,7A14b,7B14a,7B14b に挿入されている。この櫛歯状1/2波長板713 は第1の偏波制御回路アレイで変換されていない方のTM偏波を全てTE偏波に変換するものとしている。
【0098】
櫛歯状1/2波長板704,713 はそれぞれ、8本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板(光導波路)に対し45度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状1/2波長板704,713 が挿入されていない部分(白抜き部分)は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ製接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状1/2波長板704,713 が挿入される光導波路7A03c,7A03d,7B03c,7B03d,7A14a,7A14b,7B14a,7B14b のみに溝を作製しても良い。
【0099】
ここで、図7に示した光スイッチアレイにおける光信号の流れを説明する。例えば上段の2×2光スイッチにおいて、入力光導波路7A01a に入力した光を偏波合分波回路7A02a でTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路7A03c に光学主軸を45度傾けた櫛歯状1/2波長板704 が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。偏波合分波回路7A02a で分離されたTM偏波を方向性結合器7A06a で光導波路7A07a,7A07b に等分配し、櫛歯状1/2波長板704 でTE偏波から変換されたTM偏波を方向性結合器7A06b で光導波路7A07c,7A07d に等分配する。これら4本の光導波路7A07a,7A07b,7A07c,7A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路7A10a,7A10b,7A10c,7A10d を導波し、方向性結合器7A11a,7A11b で合波する。その際、光導波路7A10a,7A10b 若しくは光導波路7A10c,7A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路7A11a,7A11b から光導波路7A12a もしくは光導波路7A12c へ光が伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路7A12b もしくは光導波路7A12d へ光が伝搬する。そして、光導波路7A12a,7A12b には光学主軸を45度傾けた櫛歯状1/2波長板713 が挿入されており、伝搬するTM偏波をTE偏波へ変換する。この櫛歯状1/2波長板713 で偏波変換された(TE偏波)と偏波変換されない光(TM偏波)とを偏波合分波回路7A15a,7A15b で偏波合成し、出力光導波路7A16a,7A16b へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイにおいて位相シフト回路で所望の位相差を与えることで、光スイッチが実現する。入力光導波路7A01b に光が入力した場合、下段の2×2光スイッチの入力光導波路7B01a,7B01b に光が入力した場合も同様である。
【0100】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図6を参照して説明したものと同様である。
【0101】
ここで、偏波無依存化の機構を説明する。まず、光を偏波合分波回路によって第1のTE偏波と第1のTM偏波に分離し、第1のTE偏波を1/2波長板を用いて第2のTM偏波へ変換する。第1のTM偏波と第2のTM偏波を個別に、電気光学効果を用いた第1、第2のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波(TM偏波)であるため、位相シフト回路に所望の電気信号を与えることで、第1のマッハツェンダー干渉計スイッチと第2のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第1、第2のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第2のTE偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光(第2のTM偏波)と合波することで、偏波無依存なスイッチング特性が得られる。
【0102】
第1、第2の偏波制御回路アレイにて櫛歯状1/2波長板704,713 を用いることによる効果は、第3の実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【0103】
なお、本実施例では2連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは3連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0104】
[第5の実施例]
図8に、本発明の第5の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、8個の方向性結合回路(光結合回路)8A06a,8A06b,8B06a,8B06b,8A11a,8A11b,8B11a,8B11b と、4個の偏波合分波回路8A02,8B02,8A15,8B15 と、2枚の櫛歯状1/2波長板804,813 と、8連の光位相制御回路アレイ(詳細後述)を用いたものである。
【0105】
言い換えれば、本実施例の光減衰器アレイは、第1の偏波制御回路アレイ(8A02,8B02,804)と、第1の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)と、光位相制御回路アレイと、第2の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(813,8A15,8B15)とを順次接続してなる、光減衰器を2つ上下並列に並べた2連光減衰器アレイである。
【0106】
従って、本実施例の光減衰器アレイは図7に示した光スイッチアレイと基本的に類似の構成であるが、第1の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A02,8B02 の個数が第1の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A06a,8A06b,8B06a,8B06b の個数より少ない点と、第2の偏波制御回路アレイにおける偏波合分波回路8A15,8B15 の個数が第2の光結合回路アレイにおける方向性結合回路8A11a,8A11b,8B11a,8B11b の個数より少ない点が、図7に示した光スイッチアレイと相違する。
【0107】
本実施例では、2連光減衰器アレイの基板にLiNbO3のZカットを用いている。また、入力光導波路8A01,8B01 や出力光導波路8A16,8B16 、他の光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b,8A05a,8A05b,8B05a,8B05b,8A07a,8A07b,8B07a,8B07b,8A10a,8A10b,8B10a,8B10b,8A12a,8A12b,8B12a,8B12b,8A14a,8A14b,8B14a,8B14b として、Ti拡散光導波路を用いている。
【0108】
本実施例の光位相制御回路アレイは、位相シフト回路として、図5、図7と同様、信号電極配線8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d 及びグランド電極配線8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d を装荷している。
【0109】
また、方向性結合回路8A06a,8A11a とその間の光導波路8A07a,8A10a,8A07b,8A10b および信号電極8A09a,8A09b との組み合わせ、方向性結合回路8A06b,8A11b とその間の光導波路8A07c,8A10d,8A07c,8A10d および信号電極8A09c,8A09d との組み合わせ、方向性結合回路8B06a,8B11a とその間の光導波路8B07a,8B10a,8B07b,8B10b および信号電極8B09a,8B09b との組み合わせ、方向性結合回路8B06b,8B11b とその間の光導波路8B07c,8B10c,8B07d,8B10d および信号電極8B09c,8B09d との組み合わせはそれぞれ、電気光学効果を用いたマッハツェンダー干渉計光スイッチとして動作する。
【0110】
光位相制御回路アレイは図7と同様の構成であり、第1の方向性結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) と第2の方向性結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) 間を接続する各光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d が、その上部に、位相制御を行うための電気信号を導波する信号電極8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d を装荷しており、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極8A08a,8A08b,8A08c,8A08d,8B08a,8B08b,8B08c,8B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【0111】
第1の偏波制御回路アレイは、2個の偏波合分波回路8A02,8B02 と第1の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b) との間ににて、偏波合分波回路8A02,8B02 の出力光導波路に櫛歯状1/2波長板804 を挿入することで、構成している。この櫛歯状1/2波長板804 は、偏波合分波回路の4本の出力光導波路8A03a,8A03b,8B03a,8B03b のうち、1本おきに、出力光導波路8A03b,8B03b に挿入されている。櫛歯状1/2波長板804 は偏波合分波回路8A02,8B02 で分波された直交する2つの偏波(例えばTM偏波とTE偏波)を、同一の偏波例えばTM偏波に変換するものとする。
【0112】
第2の偏波制御回路アレイは、第2の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b) と2個の偏波合分波回路8A15,8B15 との間にで、偏波合分波回路8A15,8B15 の入力光導波路に櫛歯状1/2波長板813 を挿入することで、構成している。この櫛歯状1/2波長板813 は、偏波合分波回路の4本の入力光導波路8A14a,8A14b,8B14a,8B14b のうち、1本おきに、入力光導波路8A14a,8B14a に挿入されている。櫛歯状1/2波長板813 は第1側の偏波制御回路アレイで変換されていない方のTM偏波を全てTE偏波に変換するものとしている。
【0113】
櫛歯状1/2波長板804,813 はそれぞれ、4本全ての光導波路を分断して作製した溝に、光学主軸を基板(光導波路)に対し45度傾けて、挿入されている。溝のうち櫛歯状1/2波長板804,813 が挿入されていない部分(白抜き部分)は、損失低減のために光導波路とほぼ同等の屈折率を持つ接着剤で埋めてある。但し、損失が小さい場合は、溝が開いたままでも良い。また、櫛歯状1/2波長板804,813 が挿入される光導波路8A03b,8B03b,8A14a,8B14a のみに溝を作製しても良い。
【0114】
図8に示した光減衰器アレイおける光信号の流れは、第4の実施例と同様である。例えば、入力光導波路8A01に入力した光を偏波合分波回路8A02でTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路8A03b に光学主軸を45度傾けた櫛歯状1/2波長板804 が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。偏波合分波回路8A02で分離されたTM偏波を方向性結合器8A06a で光導波路8A07a,8A07b に等分配し、櫛歯状1/2波長板804 でTE偏波から変換されたTM偏波を方向性結合器8A06b で光導波路8A07c,8A07d に等分配する。これら4本の光導波路8A07a,8A07b,8A07c,8A07d は、上部に電気配線を装荷していて位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光は、光導波路8A10a,8A10b,8A10c,8A10d を導波し、方向性結合器8A11a,8A11b でそれぞれ合波する。その際、光導波路8A10a,8A10b もしくは光導波路8A10c,8A10d を導波する光間に、半波長分の位相差が与えられた場合は、方向性結合回路8A11a,8A11b から光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬し、位相差が与えられない場合は、光導波路8A12a もしくは光導波路8A12b へ伝搬しない。そして、光導波路8A12a には光学主軸を45度傾けた櫛歯状1/2波長板813 が挿入されており、伝搬するTM偏波をTE偏波へ変換する。この櫛歯状1/2波長板813 で偏波変換された(TE偏波)と偏波変換されない光(TM偏波)とを偏波合分波回路8A15で偏波合成し、出力光導波路8A16へ伝搬する。従って、光位相制御回路アレイ(8A07a,8A07b,8A07c,8A07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8A16から出射する光を消光することができる。入力光導波路8B01に光が入力した場合も同様に、光位相制御回路アレイ(8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で所望の位相差を与えることで、出力光導波路8B16から出射する光を消光することができる。そして、光位相制御回路アレイ(8A07a,8A07b,8A07c,8A07d,8B07a,8B07b,8B07c,8B07d)で与える位相差を調整することで、出力光導波路8A16,8B16 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器アレイが実現する。
【0115】
光減衰器アレイは光強度設定の仕方によって、光強度の変調やオンオフ等の光強度制御を実現できる。
【0116】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図6を参照して説明したものと同様である。
【0117】
また、偏波無依存化の機構は、第4実施例と同様である。まず、光を偏波合分波回路によって第1のTE偏波と第1のTM偏波に分離し、第1のTE偏波を1/2波長板を用いて第2のTM偏波へ変換する。第1のTM偏波と第2のTM偏波を個別に、電気光学効果を用いた第1、第2のマッハツェンダー干渉計スイッチによってスイッチングする。このとき、入射光が同一で単一な偏波(TM偏波)であるため、位相制御回路に所望の電気信号を与えることで、第1のマッハツェンダー干渉計スイッチと第2のマッハツェンダー干渉計スイッチは同様に動作する。そして、第1、第2のマッハツェンダー干渉計スイッチのうち、一方の出力光を第2のTE偏波に変換し、偏波合分波回路で他方の出力光(第2のTM偏波)と合成することで、偏波無依存な光減衰特性が得られる。
【0118】
第1、第2の偏波制御回路アレイにて櫛歯状1/2波長板804,813 を用いることによる効果は、第4実施例と同様であり、交差導波路を削減でき、交差導波路に起因した過剰損失の増大を解消でき、交差損失の光経路依存性を解消でき、回路サイズの縮小が可能となる。
【0119】
なお、本実施例では2連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは3連以上の光減衰器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0120】
本実施例の特徴は、光減衰器として用いることで、2×2光スイッチに比べて、それらを構成する回路数、特に偏波合分波回路の個数を削減できる点にある。即ち、下記(1)(2)等のメリットがある。
(1) 第3実施例や第4実施例の2×2光スイッチに比べ、回路数が少ないので、歩留良く光回路を作製できる。
(2) 第4実施例の2×2光スイッチに比べ、交差導波路が少ないので、より低損失な光回路を提供できる。
【0121】
[第6の実施例]
次に、本発明の第6の実施例として、偏波無依存光変調器アレイを説明する。本実施例の偏波無依存光変調器アレイは2連であり、その構成図は図5と同様である。また、この2連偏波無依存光変調器アレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図5を参照して説明した第3実施例と同様であり、説明は省略する。
【0122】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図5中の線分B1−B2と線分B3−B4において分割される3個の光回路群15、16、17が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【0123】
第1の光回路群15は第1の光結合回路アレイ(5A02,5B02)と、第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状1/2波長板507)とを含み、第1の光結合回路アレイと第1の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群15には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0124】
第2の光回路群16は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群15の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群15の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群16には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0125】
第3の光回路群17は第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状1/2波長板512 )と、第2の光結合回路アレイ(5A17,5B17)とを含み、第2の偏波制御回路アレイと第2の光結合回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群17には、第1の光回路群15と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0126】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲1▼石英系光導波路は、コアが方形でクラッド中に埋め込まれており、コアとクラッドとの比屈折率差が0.75%で、スポットサイズが半径3.6μmの光導波路を用いている。
▲2▼一方、LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径3.6μmのものを用いている。
▲3▼このように、Ti拡散光導波路は石英系光導波路のスポットサイズに非常に近いため、低損失で結合が可能である。
▲4▼また、基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
▲5▼そこで、端面にARコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均0.2dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも0.1dB以内に収まった。
【0127】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるPLC基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【0128】
次に、櫛歯状1/2波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を以下に示す。
【0129】
なお、櫛歯状1/2波長板の効果を説明するために、図11に、櫛歯状1/2波長板の代わりに通常の1/2波長板を用いて同様の2連光変調器アレイを作製した場合の構成を示す。
【0130】
図11中の符号で、 1101a-1101dは入力光導波路、 1102a-1102bと1109a-1109b は方向性結合回路(三角マーク)、 1103a-1103dと1108a-1108d は偏波合分波回路(楕円マーク)、1104と1107は通常の1/2波長板、1105は信号電極、1106はグランド電極、 1110a-1110dは出力光導波路、1111は交差導波路(丸マーク)を表す。簡単のため、他の光導波路の符号は省略する。また、経路A、Bは最上段の2個の偏波合分波回路1103a,1108a 間の2つの光経路であり、経路Aは交差導波路が存在せず、経路Bは途中に交差導波路1111が存在するものを表す。
【0131】
図11に示すように、櫛歯状でない従来の1/2波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光変調器アレイを作製しようとした場合、1/2波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のような石英系光導波路を用いても、交差角40度の交差導波路1111を作製した場合、1ポイント当たり0.2dBの交差損失が生じる。なお、交差角40度というのは、交差損失が最小となる値を示す。従って、通常の1/2波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の2連光変調器アレイを構成した場合、図11に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大1.2dBもの交差損失が発生する。
【0132】
一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失(両端で0.4dB)は増加するものの、櫛歯状の1/2波長板507,512(図5参照)を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
【0133】
また、櫛歯状の1/2波長板507,512 を用いているので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
【0134】
通常の1/2波長板を用いた場合、図11に示すように、経路Aと経路Bでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Aでは過剰損失0dB、経路Bでは過剰損失1,2dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比50%に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光変調器としての消光比の劣化を引き起こす。
【0135】
しかし、本実施例のような櫛歯状の1/2波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失(交差損失)が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光変調器の特性劣化を抑制することが可能となった。
【0136】
更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の1/2波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を1mm程度削減することができた。
【0137】
なお、本実施例では2連光変調器アレイを説明したが、同様の構成の光変調器単体もしくは3連以上の光変調器アレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光変調器が実現する。しかし、このような熱光学型光変調器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光変調器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光変調器アレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0138】
本実施例では第1の光結合回路アレイおよび第1の偏波制御回路アレイを含む第1の光回路群15にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用い、光位相制御回路アレイを含む第2の光回路群16にZカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用い、第2の偏波制御回路アレイおよび第1の光結合回路アレイを含む第3の光回路群17にシリコン基板とその上に形成された石英系光導波路を用いていることから、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) LiNbO3基板上のTi拡散光導波路に比べ、シリコン基板上の石英系光導波路の方がはるかに溝加工(櫛歯状1/2波長板507,512 挿入用)が容易であり、偏波無依存光変調器アレイ作製の簡易化を図ることができる。
(2) 外部とのファイバ接続を行う必要がある第1、第3の光回路群15、17は石英系光導波路で作製されているため、低損失で、信頼性が高い接続が可能である。その理由は、石英系光導波路は通常用いられている光ファイバと同種の材料であるため相性が良く、また、モードフィールド径も光ファイバとほぼ同じであるため、低損失、高信頼性を有しているからである。
(3) 石英系光導波路はAWGのような低損失で大規模な回路が作製可能である。従って、第1、第3の光回路群15、17とAWGとを同一基板上に作製することで、波長セレクタやOADMのような高機能化が実現できる。
【0139】
[図7、図8への応用]
第6の実施例を図7に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図8に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【0140】
図7の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図7中の線分C1−C2と線分C3−C4において分割される3個の光回路群18、19、20が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【0141】
具体的には、第1の光回路群18は第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状1/2波長板704)と、第1の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第1の偏波制御回路アレイと第1の光結合回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群18には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0142】
第2の光回路群19は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群18の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群18の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群19には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0143】
第3の光回路群20は第2の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状1/2波長板713 )とを含み、第2の光結合回路アレイと第2の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群20には、第1の光回路群18と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0144】
図8の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図8中の線分D1−D2と線分D3−D4において分割される3個の光回路群21、22、23が、異種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【0145】
具体的には、第1の光回路群21は第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状1/2波長板804)と、第1の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第1の偏波制御回路アレイと第1の光結合回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群21には、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0146】
第2の光回路群22は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群21の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群21の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群22には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0147】
第3の光回路群24は第2の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状1/2波長板813 )とを含み、第2の光結合回路アレイと第2の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群24には、第1の光回路群21と同様、シリコン基板上に形成した石英系光導波路を用いている。
【0148】
これら個別に作製した第1の光回路群18と第2の光回路群19と第3の光回路群20に端面接続を行って図7の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第1の光回路群21と第2の光回路群22と第3の光回路群23に端面接続を行って図8の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状1/2波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【0149】
[第7の実施例]
次に、本発明の第7の実施例として、偏波無依存光スイッチアレイを説明する。本実施例の偏波無依存光スイッチアレイは2連であり、その構成図は図5と同様である。また、この2連偏波無依存光スイッチアレイの回路構成、光信号の流れ、偏波無依存の機構は、図5を参照して説明した第3実施例と同様であり、説明は省略する。
【0150】
本実施例の偏波無依存光変調器アレイの特徴は、図5中の線分B1−B2と線分B3−B4において分割される3個の光回路群15、16、17が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製されている点である。
【0151】
第1の光回路群15は第1の光結合回路アレイ(5A02,5B02)と、第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路5A05a,5A05b,5B05a,5B05b および櫛歯状1/2波長板507)とを含み、第1の光結合回路アレイと第1の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群15には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0152】
第2の光回路群16は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群15の出力光導波路5A06a,5A06b,5A06c,5A06d,5B06a,5B06b,5B06c,5B06d に接続される入出力光導波路(5A08a,5A09a),(5A08b,5A09b),(5A08c,5A09c),(5A08d,5A09d),(5B08a,5B09a),(5B08b,5B09b),(5B08c,5B09c),(5B08d,5B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(5A11a,5A11b,5A11c,5A11d,5B11a,5B11b,5B11c,5B11d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群15の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群16には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0153】
第3の光回路群17は第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路5A14a,5A14b,5B14a,5B14b および櫛歯状1/2波長板512 )と、第2の光結合回路アレイ(5A17,5B17)とを含み、第2の偏波制御回路アレイと第2の光結合回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群17には、第1、第2の光回路群15、16と同様、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0154】
ここで、光導波路に関して詳細に述べ、基板接続の際の損失について説明する。
▲1▼LiNbO3基板上のTi拡散光導波路は、スポットサイズが半径3.6μmのものを用いている。
▲2▼端面にARコートを施してフレネル反射を除去した後、端面結合したところ、結合損失として平均0.1dBという極めて低損失な値が得られ、損失バラツキも0.1dB以内に収まった。
▲3▼基板同士を端面で突き合わせて一括接続するため、結合損失に対する位置ずれトレランスも大きい。
【0155】
この端面接続の方法は、信頼性も含めて十分な実績があるPLC基板と光ファイバアレイとを接続する方法と技術的に等しいため、同じく十分な信頼性を有すると予想される。
【0156】
次に、櫛歯状1/2波長板507,512 を偏波制御回路アレイに用いることによる効果を、図11の光回路と比較して、以下に示す。
(1) 図11に示すように、櫛歯状でない従来の1/2波長板1104,1107 を用いて偏波無依存光スイッチアレイを作製しようとした場合、1/2波長板1104,1107 を挿入する光導波路と挿入しない光導波路とをまとめる必要から、交差導波路1111が必須なものとなっていた。例えば、本実施例のようなLiNbO3基板上のTi拡散光導波路を用いても、交差角40度の交差導波路1111を作製した場合、1ポイント当たり0.2dBの交差損失が生じる。従って、通常の1/2波長板1104,1107 を用いて本実施例と同様の2連光スイッチアレイを構成した場合、図11に示す通り、多数の交差導波路1110が必要となり、最大1.2dBもの交差損失が発生する。
(2) 一方、本実施例においては、基板接続による過剰損失(両端で0.4dB)は増加するものの、櫛歯状の1/2波長板507,512(図5参照)を用いているので交差損失がないため、過剰損失を十分抑えることが可能になった。
(3) また、櫛歯状の1/2波長板507,512 を用いたので、光導波路の引き回しによる交差導波路を除去できるため、交差損失の光経路依存性を解消できる。
(4) 通常の1/2波長板を用いた場合、図11に示すように、経路Aと経路Bでは交差導波路1111による過剰損失が大きく異なる。経路Aでは過剰損失0dB、経路Bでは過剰損失1,2dBとなる。そして、この経路間の過剰損失の不整合によって、前段の方向性結合回路1102a-1102b によって分岐比50%に等分配したとしても、結果的に分岐比が大きくずれることになってしまい、光スイッチとしての消光比の劣化を引き起こす。
(5) しかし、本実施例のような櫛歯状の1/2波長板507,512 を用いた構成とすることで、交差導波路による過剰損失(交差損失)が除去されるため、交差損失の光経路依存性も解消される。従って、交差損失の光経路依存性による光スイッチの特性劣化を抑制することが可能となった。
(6) 更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズの縮小が可能となる。例えば、本実施例においては、通常の1/2波長板を用いた従来の構成よりも、回路長を1mm程度削減することができた。
【0157】
なお、本実施例では2連光スイッチアレイを説明したが、同様の構成の光スイッチ単体もしくは3連以上の光スイッチアレイにおいても、同様の効果が得られる。また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光スイッチが実現する。しかし、このような熱光学型光スイッチにおいても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光スイッチアレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。熱光学型光スイッチアレイの場合、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0158】
本実施例では第1の光結合回路アレイおよび第1の偏波制御回路アレイを含む第1の光回路群15、光位相制御回路アレイを含む第2の光回路群16、第2の偏波制御回路アレイおよび第1の光結合回路アレイを含む第3の光回路群17ともに、ZカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いていることから、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状1/2波長板を用いる効果が十分期待できる。また、光回路群15、16、17を個別に作製した後に接続することにより、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できる等の利点がある。
【0159】
[図7、図8への応用]
第8の実施例を図7に示した偏波無依存光スイッチアレイ、または、図8に示した偏波無依存光減衰器アレイに適用することができる。
【0160】
図7の偏波無依存光スイッチアレイに適用する場合は、図7中の線分C1−C2と線分C3−C4において分割される3個の光回路群18、19、20が、同種の異なる基板上に個別に作製した後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【0161】
具体的には、第1の光回路群18は第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路7A02a,7A02b,7B02a,7B02b および櫛歯状1/2波長板704)と、第1の光結合回路アレイ(7A06a,7A06b,7B06a,7B06b)とを含み、第1の偏波制御回路アレイと第1の光結合回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群18には、ZカットLiNbO3基板とその上に形成されたTi拡散光導波路を用いている。
【0162】
第2の光回路群19は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群18の出力光導波路に接続される入出力光導波路(7A07a,7A10a),(7A07b,7A10b),(7A07c,7A10c),(7A07d,7A10d),(7B07a,7B10a),(7B07b,7B10b),(7B07c,7B10c),(7B07d,7B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(7A09a,7A09b,7A09c,7A09d,7B09a,7B09b,7B09c,7B09d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群18の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群19には、第1の光回路群18と同様、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0163】
第3の光回路群20は第2の光結合回路アレイ(7A11a,7A11b,7B11a,7B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路7A15a,7A15b,7B15a,7B15b および櫛歯状1/2波長板713 )とを含み、第2の光結合回路アレイと第2の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群20には、第1、第2の光回路群18、10と同様、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0164】
図8の偏波無依存光減衰器アレイに適用する場合は、図8中の線分D1−D2と線分D3−D4において分割される3個の光回路群21、22、23が、同種の異なる基板上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて各光導波路同士を光結合することによって作製される。
【0165】
具体的には、第1の光回路群21は第1の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路8A02,8B02 および櫛歯状1/2波長板804)と、第1の光結合回路アレイ(8A06a,8A06b,8B06a,8B06b)とを含み、第1の偏波制御回路アレイと第1の光結合回路アレイは順に接続されている。この第1の光回路群21には、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0166】
第2の光回路群22は光位相制御回路アレイであり、第1の光回路群21の出力光導波路に接続される入出力光導波路(8A07a,8A10a),(8A07b,8A10b),(8A07c,8A10c),(8A07d,8A10d),(8B07a,8B10a),(8B07b,8B10b),(8B07c,8B10c),(8B07d,8B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路(8A09a,8A09b,8A09c,8A09d,8B09a,8B09b,8B09c,8B09d) とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群21の出力光導波路と同数である。この第2の光回路群22には、第1の光回路群21と同様、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0167】
第3の光回路群24は第2の光結合回路アレイ(8A11a,8A11b,8B11a,8B11b)と、第2の偏波制御回路アレイ(偏波合分波回路8A15,7B15 および櫛歯状1/2波長板813 )とを含み、第2の光結合回路アレイと第2の偏波制御回路アレイは順に接続されている。この第3の光回路群24には、第1、第2の光回路群21、22と同様、ZカットLiNbO3基板上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0168】
これら個別に作製した第1の光回路群18と第2の光回路群19と第3の光回路群20に端面接続を行って図7の偏波無依存光スイッチアレイを作製しても、また、個別に作製した第1の光回路群21と第2の光回路群22と第3の光回路群23に端面接続を行って図8の偏波無依存光減衰器アレイを作製しても、本実施例の説明から分かるように、光スイッチアレイを歩留まり良く作製できるという利点がある。また、十分小さな損失で接続が可能であるため、櫛歯状1/2波長板を用いる効果が十分期待でき、有効である。
【0169】
[第8の実施例]
図9に、本発明の第8の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図5を参照して説明した第6の実施例の偏波無依存光回路(光変調器アレイ)から、第3の光回路群17を削除し、その代わりに、第2の光回路群16の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【0170】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、2個の方向性結合回路(光結合回路)9A02,9B02 と、4個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と、1枚の櫛歯状1/2波長板907 と、8連の光位相制御回路アレイ(詳細後述)と、反射面912 を用い、これらを順次接続した光減衰器を2つ並列に並べた2連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状1/2波長板907 は偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と光位相制御回路アレイとの間で、1本おきの光導波路9A06b,9A06d,9B06b,9B06d に挿入される。
【0171】
2個の方向性結合回路(光結合回路)9A02,9B02 が第1の光結合回路アレイを構成し、4個の偏波合分波回路9A05a,9A05b,9B05a,9B05b と1枚の櫛歯状1/2波長板907 が第1の偏波制御回路アレイを構成し、これら第1の光結合回路アレイと第1の偏波制御回路アレイとが第1の光回路群24を構成している。第2の光回路群25は光位相制御回路アレイである。
【0172】
第1の光回路群24には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第1の光結合回路アレイと第1の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【0173】
第2の光回路群(光位相制御回路アレイ)25には、電気光学効果の大きいZカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0174】
反射面912 には、1枚の誘電体多層膜フィルタ(1.55μm帯全反射ミラー)を用いている。
【0175】
第1の光回路群24と第2の光回路群25は、異種の異なる基板(シリコン基板とZカットLiNbO3基板)上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【0176】
反射面912 は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第2の光回路群25の出力側(光導波路9A09a,9A09b,9A09c,9A09d,9B09a,9B09b,9B09c,9B09d の端面)に、全反射するように接着されている。
【0177】
第2の光回路群25の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第1の光回路群24の出力光導波路9A06a,9A06b,9A06c,9A06d,9B06a,9B06b,9B06c,9B06d に接続される入出力光導波路(9A08a,9A09a),(9A08b,9A09b),(9A08c,9A09c),(9A08d,9A09d),(9B08a,9B09a),(9B08b,9B09b),(9B08c,9B09c),(9B08d,9B09d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群24の出力光導波路と同数である。
【0178】
位相シフト回路としては、信号電極配線9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d 及びグランド電極配線9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d を装荷している。
【0179】
即ち、第2の光回路群25中の各光導波路9A08a,9A08b,9A08c,9A08d,9B08a,9B08b,9B08c,9B08d が、その上部や上面等に装荷した信号電極9A11a,9A11b,9A11c,9A11d,9B11a,9B11b,9B11c,9B11d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極9A10a,9A10b,9A10c,9A10d,9B10a,9B10b,9B10c,9B10d は各信号電極の脇に装荷されている。
【0180】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図6を参照して説明したものと同様である。
【0181】
ここで、図9に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路9A01a に入力した光を方向性結合回路9A02で光導波路9A03a,9A03b に等分配し、光導波路9A04a,9A04b に伝搬する。光導波路9A04a,9A04b を伝搬する光を偏波合分波回路9A05a,9A05b それぞれでTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路9A06b,9A06d には光学主軸を基板平面に対し45度傾けた櫛歯状1/2波長板907 が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9A08a-9A08d では、全てTM偏波が伝搬する。これらのTM偏波が光導波路9A08a-9A08d から光導波路9A09a-9A09d に伝搬する。光導波路9A09a-9A09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光(TM偏波)を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。従って、光導波路9A08b,9A08d を戻る光は櫛歯状1/2波長板907 でTM偏波からTE偏波に変換され、それぞれ偏波合分波回路9A05a,9A05b で光導波路9A08a,9A08c を戻る光(TM偏波)と合成されて、偏波が復元する。ここで、反射面912 で折り返して光導波路9A08a,9A08c を導波する光、そして光導波路9A08b,9A08d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路9A01a が出力光導波路となり、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01a に光が伝搬する。位相差が与えられない場合は、方向性結合回路9A02から出力光導波路9A01b に光が伝搬する。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路9A01a から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路9A01a から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【0182】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路9B01a に入力した光を方向性結合回路9B02で光導波路9B03a,9B03b に等分配し、光導波路9B04a,9B04b に伝搬する。光導波路9B04a,9B04b を伝搬する光を偏波合分波回路9B05a,9B05b それぞれでTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路9B06b,9B06d には光学主軸を基板平面に対し45度傾けた櫛歯状1/2波長板907 が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。位相制御を行うための光導波路9B08a-9B08d では、全てTM偏波が伝搬する。これらのTM偏波が光導波路9B08a-9B08d から光導波路9B09a-9B09d に伝搬する。光導波路9B09a-9B09d の端面には反射面912 が接着されており、伝搬してきた光(TM偏波)を全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【0183】
偏波無依存化の機構、櫛歯状1/2波長板907 を用いた効果は、第3、第6の実施例と同様である。
【0184】
ここで、本実施例では、過剰損失は、端面接続で0.4dB、反射における損失が0.5dB、回路損失が2.0dBで、合計2.9dBであった。櫛歯状1/2波長板を用いず、また、反射させない場合の過剰損失は、交差損失1.2dB(最大)、回路損失が2.0dBで、合計3.2dBである。従って、本実施例の光回路が損失の上でも有効であることが分かる。
【0185】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を2回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第1の光回路群24と第2の光回路群25を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【0186】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第1の光回路群24と第2の光回路群25を作製しても、櫛歯状1/2波長板907 を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの、端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【0187】
本実施例では2連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは3連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【0188】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【0189】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0190】
[第9の実施例]
図10に、本発明の第9の実施例として、偏波無依存光減衰器アレイの構成を示す。本実施例の光減衰器アレイは、図8を参照して説明した第5の実施例の偏波無依存光回路(光減衰器アレイ)から、第3の光回路群23を削除し、その代わりに、第2の光回路群22の出力側に反射面を備えたものに相当する。
【0191】
即ち、本実施例の光減衰器アレイは、2個の偏波合分波回路10A02,10B02 と、4個の方向性結合回路(光結合回路)10A06a,10A06b,10B06a,10B06b と、1枚の櫛歯状1/2波長板1004と、8連の光位相制御回路アレイ(詳細後述)と、反射面1011を用い、これらを順次接続した光減衰器を2つ並列に並べた2連の偏波無依存光減衰器アレイである。櫛歯状1/2波長板1011は偏波合分波回路10A02,10B02 と方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b との間で、1本おきの光導波路10A03b,10B03b に挿入される。
【0192】
2個の偏波合分波回路10A02,10B02 と1枚の櫛歯状1/2波長板1004が第1の偏波制御回路アレイを構成し、4個の方向性結合回路10A06a,10A06b,10B06a,10B06b が第1の光結合回路アレイを構成し、これら第1の偏波制御回路アレイと第1の光結合回路アレイとが第1の光回路群26を構成している。第2の光回路群27は光位相制御回路アレイである。
【0193】
第1の光回路群26には、シリコン基板とその上に形成した石英系光導波路を用いている。つまり、第1の光結合回路アレイと第1の偏波制御回路アレイは同一のシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製されている。
【0194】
第2の光回路群(光位相制御回路アレイ)27には、電気光学効果の大きいZカットLiNbO3基板とその上に形成したTi拡散光導波路を用いている。
【0195】
反射面1011には、1枚の誘電体多層膜フィルタ(1.55μm帯全反射ミラー)を用いている。
【0196】
第1の光回路群26と第2の光回路群27は、異種の異なる基板(シリコン基板とZカットLiNbO3基板)上に個別に作製された後、基板同士を端面で突き合わせて接続して各光導波路同士を光結合することによって作製されている。
【0197】
反射面1011は、基板同士を端面接続の前もしくは後に、第2の光回路群27の出力側(光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A10d,10B10a,10B10b,10B10c,10B10d の端面)に、全反射するように接着されている。
【0198】
第2の光回路群27の光位相制御回路アレイについて説明すれば、第1の光回路群26の出力光導波路に接続される入出力光導波路(10A07a,10A10a),(10A07b,10A10b),(10A07c,10A10c),(10A07d,10A10d),(10B07a,10B10a),(10B07b,10B10b),(10B07c,10B10c),(10B07d,10B10d) と、これらの入出力光導波路に上部や上面等にて装荷される位相シフト回路とを含み、入出力光導波路は第1の光回路群26の出力光導波路と同数である。
【0199】
位相シフト回路としては、信号電極配線10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d 及びグランド電極配線10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d を装荷している。
【0200】
即ち、第2の光回路群27中の各光導波路10A07a,10A07b,10A07c,10A07d,10B07a,10B07b,10B07c,10B07d が、その上部にや上面等に装荷した信号電極10A09a,10A09b,10A09c,10A09d,10B09a,10B09b,10B09c,10B09d を導波する位相制御を行うための電気信号により、位相制御を行う光位相制御回路としての役割を果たしている。グランド電極10A08a,10A08b,10A08c,10A08d,10B08a,10B08b,10B08c,10B08d は各信号電極の脇に装荷されている。
【0201】
光位相制御回路アレイにおいて位相差を与える方法は、図6を参照して説明したものと同様である。
【0202】
ここで、図10に示した光減衰器アレイにおける光信号の流れと動作原理を説明する。例えば上段の光減衰器において、入力光導波路10A01 に入力した光を偏波合分波回路10A02 でTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路10A03bには光学主軸を基板平面に対し45度傾けた櫛歯状1/2波長板1004が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10A06a,10A06b でそれぞれ光導波路10A07a,10A07b と光導波路10A07c,10A07d に等分配する。これら4本の光導波路10A07a-10A07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光(TM偏波)は、光導波路10A10a,10A10b,10A10c,10A07d を伝搬し、これらの光導波路10A10a-10A07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。光導波路10A07a,10A07b を戻る光は方向性結合回路10A06aで結合され、光導波路10A05a,10A03a を経て偏波合分波回路10A02 に戻る。光導波路10A07c,10A07d を戻る光は方向性結合回路10A06bで結合され、光導波路10A05b,10A03b を伝搬する際に、櫛歯状1/2波長板1004でTM偏波からTE偏波に変換され、偏波合分波回路10A02 に戻る。これらの光は偏波合分波回路10A02 で合成されて、元の偏波に復元する。ここで、反射面1011で折り返して光導波路10A07a,10A07b を導波する光、そして光導波路10A07c,10A07d を導波する光に、半波長分の位相差が与えられた場合は、元の入力光導波路10A01 が出力光導波路となり、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に100%の光が導波する。位相差が与えられない場合は、偏波合分波回路10A02 から出力光導波路10A01 に光が導波しない。即ち、光位相制御回路で所望の位相差を与えることで、光導波路10A01 から出射する光を消光することができる。更に、光位相制御回路で与える位相差を調整することで、光導波路10A01 から出射する光を所望の光強度に設定することができ、光減衰器として利用できる。
【0203】
下段の光減衰器においても同様であり、入力光導波路10B01 に入力した光を偏波合分波回路10B02 でTE偏波とTM偏波に分離する。TE偏波の光が伝搬する光導波路10B03bには光学主軸を基板平面に対し45度傾けた櫛歯状1/2波長板1004が挿入されており、TE偏波からTM偏波へ変換する。これらの光を方向性結合回路10B06a,10B06b でそれぞれ光導波路10B07a,10B07b と光導波路10B07c,10B07d に等分配する。これら4本の光導波路10B07a-10B07d は、上部等に電気配線を装荷しており、位相を変化させることが可能な光位相制御回路となっている。この光位相制御回路を導波した光(TM偏波)は、光導波路10B10a,10B10b,10B10c,10B07d を伝搬し、これらの光導波路10B10a-10B07d の端面に接着された反射面1011によって全反射する。全反射した光は、前述した経路を逆にたどることになる。
【0204】
偏波無依存化の機構は、第4、第5の実施例と同様である。また、櫛歯状1/2波長板1004を用いた効果は、第4、第5の実施例と同様であり、交差導波路による光経路依存性の解消、回路サイズの低減等がある。
【0205】
以上より、本実施例の偏波無依存光減衰器アレイには、下記(1) 〜(3) 等の利点がある。
(1) 光を反射させることにより、光減衰器を構成する回路数を大幅に削減することができる。
(2) 光が往復して光位相制御回路を2回通過するので、高効率な位相制御が可能となる。
(3) 第1の光回路群26と第2の光回路群27を個別の基板に作製した後、端面接続をすることによって、歩留まり良く光減衰器を作製することができる。
【0206】
なお、本実施例では、基板を個別に作製した後に端面接続をしているが、同一基板上に第1の光回路群26と第2の光回路群27を作製しても、櫛歯状1/2波長板1004を用いたことによる効果は、同様に期待できる。その場合、歩留まりは落ちるものの。端面接続による過剰損失を解消できるという利点がある。
【0207】
本実施例では2連光減衰器アレイを説明したが、同様の構成の光減衰器単体もしくは3連以上の光減衰器レイにおいても、同様の効果が得られる。
【0208】
また、本実施例では大きな電気光学効果を有する光導波路として、ニオブ酸リチウム系光導波路を用いているが、その他、KTa1-xNbxO3またはK1-yLiyTa1-xNbxO3を始めとした、他の多元系酸化物結晶を用いた光導波路であっても、全く同様の効果を得ることができる。
【0209】
更に、本実施例では光位相制御回路アレイにおいて位相を変化させるために電気光学効果を用いたが、その他、熱光学効果を用いても位相を変化させることが可能である。この場合、位相シフト回路として、光導波路に熱を与えるためのヒータと、このヒータに電流を流すための配線を用いることで、熱光学効果を利用した光減衰器が実現する。このような熱光学型光減衰器においても、偏波依存性を有している。従って、本実施例と同様な櫛歯状1/2波長板を用いた構成の熱光学型光減衰器アレイを用いることで、上記と同様の効果を得ることができ、有用である。なお、熱光学型光減衰器アレイの場合は、光導波路はニオブ酸リチウム系光導波路に限定されず、石英ガラスに代表される多成分系光導波路や、プラスチック光導波路といった、熱光学効果を有する光導波路においても、本発明を適用することができる。
【0210】
【発明の効果】
以上の説明から判るように、本発明の偏波制御回路アレイおよびそれを用いた光回路によれば、櫛歯状1/2波長板で偏波変換を行うことから、交差導波路を削減することができるので、交差導波路によって生じる過剰損失(交差損失)を低減することができる。また、交差導波路によって生じる交差損失の光経路依存性を解消することができる。更に、光導波路の引き回しが必要なくなり、回路サイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例としての偏波制御回路アレイの構成図。
【図2】図1における櫛歯状1/2波長板の挿入部分を拡大して示す図。
【図3】本発明の第2の実施例としての導波路型光増幅器アレイの構成図。
【図4】図3における半導体光増幅器(SOA)をハイブリッド集積したPLC実装基板を示す図。
【図5】本発明の第3、第6、第7の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成を示す図。
【図6】図5の線分A1−A2の断面図。
【図7】本発明の第4の実施例としての偏波無依存光スイッチアレイの構成図。
【図8】本発明の第5の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図9】本発明の第8の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図10】本発明の第9の実施例としての偏波無依存光減衰器アレイの構成図。
【図11】第7の実施例に関連し、従来の1/2波長板を用いた場合の交差損失の光経路依存性を示す図。
【図12】従来の偏波無依存光変調器の構成図。
【図13】従来の偏波無依存光変調器をアレイ化した場合の構成図。
【図14】図13における交差損失の光経路依存性を説明する図。
【符号の説明】
1、14 櫛歯状1/2波長板挿入用の溝
2、4 偏波制御回路アレイ
3 光強度制御回路アレイ
5、6 4アレイ半導体光増幅器(SOA)素子
7、8 ハイブリッド実装用半田パタン
9 Siテラス搭載部
10、11 光導波路コア
12、13 4アレイ半導体光増幅器(SOA)素子駆動用電極
15、18、21、24、26 第1の光回路群
16、19、22、25、27 第2の光回路群
17、20、23 第3の光回路群
28 櫛歯状1/2波長板の光学主軸
103 、303 、305 、507 、512 、704 、713 、804 、813 、907 、1004 櫛歯状1/2波長板
101a-101h 、301a-301d 、5A01a-5A01b 、5B01a-5B01b 、7A01a-7A01b 、7B01a-7B01b 、9A01a-9A01b 、9B01a-9B01b 、10A01 、10B01 、1201a-1201b 入力光導波路
102a-102d 、302a-302d 、306a-306d 、5A05a-5A05b 、5B05a-5B05b 、5A14a-5A14b 、5B14a-5B14b 、7A02a-7A02b 、7B02a-7B02b 、7A15a-7A15b 、7B15a-7B15b 、8A02、8B02、8A15、8B15、9A05a-9A05b 、9B05a-9B05b 、10A02 、10B02 、1202、1216a-1216b 偏波合分波回路
104a-104h 、307a-307d 、5A18a-5A18b 、5B18a-5B18b 、7A16a-7A16b 、7B16a-7B16b 、8A16、8B16、1217a-1217b 出力光導波路
5A02、5B02、5A17、5B17、7A06a-7A06b 、7B06a-7B06b 、7A11a-7A11b 、7B11a-7B11b 、8A06a-8A06b 、8B06a-8B06b 、8A11a-8A11b 、8B11a-8B11b 、9A02、9B02、10A06a-10A06b 、10B06a-10B06b 、1206a-1206b 、1212a-1212b 光結合回路
912 、1011 反射面
1101、1318 交差導波路
1204、1214 通常の1/2波長板(従来)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization control circuit array that enables polarization independence of optical components, and a polarization-independent optical circuit using the polarization control circuit array. Examples of the optical circuit include an optical amplifier array, an optical modulator array, an optical switch array, and an optical attenuator array for controlling the optical intensity of light having a plurality of wavelengths. The present invention is useful when applied to optical components constituting an optical wavelength division multiplexing communication system.
[0002]
[Prior art]
In order to respond to the demand for an increase in capacity of a communication system accompanying the explosive progress of the Internet, optical wavelength division multiplexing is widely used. Various optical components such as an optical switch array and an optical attenuator array for controlling the light intensity for each of a plurality of wavelengths are indispensable for configuring an optical wavelength division multiplexing communication system.
[0003]
However, in high-speed transmission, an effect caused by polarization, such as polarization dependent loss (PDL) of an optical component, causes degradation of the quality of the optical signal, which is a problem. For example, in a Mach-Zehnder interferometer (MZI) type LN modulator that performs light intensity modulation using the electro-optic effect, the electro-optic effect has a very large polarization dependency, and thus usually a large PDL is generated. .
[0004]
This PDL becomes a serious problem when the MZI type LN modulator is used as an optical attenuator or an optical switch.
[0005]
Therefore, in order to eliminate PDL, conventionally, there is a method of demultiplexing light into two orthogonal polarizations, converting the demultiplexed light into the same polarization (TM polarization), and then performing individual modulation. Proposed (for example, G.Isikawa et al., ECOC96, Th3-3, Oslo “80-Gb / s (2x40-GB-s) transmission experiments over 667-km dispersion-shifted fiber using Ti: LiNbO3 OTDM modulator and demultiplexer ").
[0006]
FIG. 12 shows a schematic configuration example of a polarization-independent optical modulator using this technique. In FIG. 12, 1201a-1201b is an input optical waveguide, 1202 and 1216a-1216b are polarization multiplexing / demultiplexing circuits, 1204 and 1214 are ordinary half-wave plates, and 1206a-1206b and 1212a-1212b are directivity Couplers, 1208a-1208c are ground electrodes, 1209a-1209b are signal electrodes, and 1217a-1217b are output optical waveguides. Reference numerals 1203a-1203b, 1205a-1205b, 1207a-1207d, 1210a-1210d, 1213a-1213d, and 1215a-1215d denote optical waveguides.
[0007]
The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1202 and the half-wave plate 1204 constitute a first polarization control circuit. The half-wave plate 1204 is inserted in the groove between the optical waveguides 1203a and 1205a connected to the upper output port of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1202, as indicated by the blackened portion. The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1202 demultiplexes the input arbitrarily polarized light into TM polarization and TE polarization. The half-wave plate 1204 converts TE polarized light out of the demultiplexed light into TM polarized light. As a result, the input light is demultiplexed into two orthogonal polarizations, and the demultiplexed light is converted into the same polarization (TM polarization).
[0008]
A directional coupler 1206a, a directional coupler 1212a, an upper arm (optical waveguides 1207a and 1210a) and a lower arm (optical waveguides 1207b and 1210b) therebetween, and a signal electrode 1209a provided on the lower arm are MZI. A type LN modulator is configured. Similarly, a directional coupler 1206b, a directional coupler 1212b, an upper arm (optical waveguides 1207c and 1210c) and a lower arm (optical waveguides 1207d and 1210d) therebetween, and a signal electrode 1209b provided on the upper arm are also provided. And MZI type LN modulator. These two upper and lower MZI LN modulators both receive TM-polarized light and control the light intensity according to the electrical signals applied to the respective signal electrodes 1209a and 1209b.
[0009]
The half-wave plate 1214 and the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1216a and 1216b constitute a second polarization control circuit. The half-wave plate 1214 is indicated by a blackened portion, as shown in each groove of two adjacent optical waveguides (grooves between the optical waveguides 1213c and 1215c connected to the through ports of the lower MZI type LN modulator, Inserted in the groove between the optical waveguides 1213d and 1215d connected to the cross port), the TM polarized light output from the through port and the cross port of the lower MZI LN modulator is TE polarized. Convert to The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216a outputs TM polarized light output from the through port of the upper MZI type LN modulator, and is output from the through port of the lower MZI type LN modulator, and has a 1/2 wavelength. The plate 1214 combines the light polarized from the TM polarization to the TE polarization. Similarly, the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216b outputs the TM polarized light output from the cross port of the upper MZI LN modulator and the cross port of the lower MZI LN modulator. The two-wave plate 1214 combines the light converted from the TM polarization into the TE polarization.
[0010]
Details of the operation are as follows.
(1) The light input from the input optical waveguide 1201a or 1201b is demultiplexed into TE polarization and TM polarization by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1202. The demultiplexed TE-polarized light is converted into TM-polarized light by the half-wave plate 1204 through the optical waveguide 1203a, and then output to the upper MZI LN modulator through the optical waveguide 1205a. The demultiplexed TM polarized light passes through the optical waveguides 1203b and 1205b and is output to the lower MZI type LN modulator as it is.
(2) The TM polarized light output from the through port of the upper MZI LN modulator is input to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216a as it is through the optical waveguides 1213a and 1215a. The TM polarized light output from the through port of the lower MZI LN modulator is converted to TE polarized light by the half-wave plate 1214 through the optical waveguide 1213c, and then polarized through the optical waveguide 1215c. The signal is input to the branching circuit 1216a. The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216a combines the input TM polarization and TE polarization and outputs the resultant to the output optical waveguide 1217a.
(3) Similarly, the TM polarized light output from the cross port of the upper MZI LN modulator is input to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216b through the optical waveguides 1213b and 1215b. The TM polarized light output from the cross port of the lower MZI type LN modulator is converted to TE polarized light by the half-wave plate 1214 through the optical waveguide 1213d, and then polarized through the optical waveguide 1215d. The signal is input to the branching circuit 1216b. The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1216b multiplexes the input TM polarization and TE polarization, and outputs them to the output optical waveguide 1217b.
[0011]
As described above, in the conventional polarization-independent optical modulator, it is possible to set all the polarizations to polarizations having a large electro-optic effect, and the electro-optic effect can be used efficiently. At the same time, since polarization independence is possible, it is very effective as an optical modulator.
[0012]
By the way, in optical wavelength division multiplexing communication, an optical intensity controller such as an optical switch or an optical attenuator is required for each wavelength. Therefore, for example, a quadruple polarization-independent optical modulator array as shown in FIG. 13 can be manufactured by using the polarization-independent optical modulator shown in FIG.
[0013]
13, 1301a to 1301d are input optical waveguides, 1302 and 1316 are polarization multiplexing / demultiplexing circuits (ellipse marks), 1304 and 1314 are ordinary half-wave plates, and 1306 and 1313 are directional couplers. (Triangular mark), 1308 is a ground electrode, 1309 is a signal electrode, 1317a-1317h is an output optical waveguide, and 1318 is a crossed waveguide (circle mark). For simplicity, other optical waveguide symbols are omitted.
[0014]
In FIG. 13, since there are four polarization-independent optical modulator arrays, the first polarization control circuit array has four, four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1302 and one 1 / It consists of a two-wave plate 1304. The MZI-type LN modulator array has 8 stations, and includes 8 directional couplers 1306, 16 arm waveguides, and 8 directional couplers 1313. The second polarization control circuit array is a quadruple, and includes eight polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1316 and one half-wave plate 1314.
[0015]
The half-wave plate 1304 constituting the first polarization control circuit array is a normal one inserted into a plurality of adjacent (four in this example) optical waveguides as indicated by the blackened portion. It is. In order to insert such a half-wave plate 1304 into only a desired optical waveguide, the first polarization control circuit array can be used by complicating many optical waveguides and using six crossed waveguides 1318. Four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1302 and eight directional couplers 1306 are connected.
[0016]
Similarly, the half-wave plate 1314 constituting the second polarization control circuit array is also inserted into a plurality of (four in this example) adjacent optical waveguides as indicated by the blackened portion. It is normal. Therefore, in order to insert the half-wave plate 1314 only in a desired optical waveguide, the second polarization control circuit array can be configured to draw many optical waveguides in a complicated manner and use 28 crossed waveguides 1318. Eight directional couplers 1312 and eight polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1316 are connected.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 13, it is necessary to insert normal half-wave plates 1304 and 1314 only in a desired optical waveguide.
(1) It is necessary to route a complicated optical waveguide, which increases the circuit size.
(2) The crossed waveguide 1318 is necessary, which causes an increase in excess loss.
(3) Since the number of crossing waveguides 1318 differs depending on the path through which light passes, the crossing loss (excess loss due to the crossing waveguide) depends on the optical path.
[0018]
The dependence of the crossing loss on the optical path will be specifically described with reference to FIG. The circuit configuration of FIG. 14 is exactly the same as FIG. Here, two paths A and B from the uppermost polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1302 of the first polarization control circuit array to the uppermost polarization multiplexing / demultiplexing circuit 1316 of the second polarization control circuit array. think of. The path A is an optical path passing through the uppermost MZI LN modulator, and the path B is an optical path passing through the fifth MZI LN modulator from the top. Also, for example, LiNbO on the substrate Three When a Ti diffusion optical waveguide is used as the Z-cut optical waveguide and the crossing angle is 40 degrees, a crossing loss of 0.2 dB is generated per crossing angle.
[0019]
Therefore, the crossing loss of the path A is 0 dB because there is no crossing waveguide, and the crossing loss of the path B is 2.0 dB because there are 10 crossing waveguides 1318, and the excess path has an optical path dependency. In the case of this configuration, the difference of 2.0 dB in the cross loss due to the paths A and B becomes the PDL as it is, which causes a very problem.
[0020]
An object of the present invention is to realize a compact and low-loss polarization control circuit array that can reduce the complicated routing of optical waveguides and crossing waveguides, and to achieve a small and low-loss using this polarization control circuit array It is to realize a polarization-independent optical circuit.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is a polarization control circuit array that solves the above-described problem, and includes two or more polarization multiplexing / demultiplexing circuits and one or more comb-shaped half-wave plates, and the comb teeth The optical half-wave plate is inserted into either the input optical waveguide or the output optical waveguide of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit at an angle of 45 degrees with respect to the substrate.
According to the first invention, it is possible to convert all input light into the same single polarization. In addition, the dependence of excess loss on the optical path can be reduced.
[0022]
A second invention is an optical circuit that solves the above-described problems, and is an optical circuit including a first polarization control circuit array, a second polarization control circuit array, and a polarization-dependent light intensity control circuit array. The first polarization control circuit array, the light intensity control circuit array, and the second polarization control circuit array are connected and arranged in order, and the first and second polarization control circuit arrays are arranged in order. The wave control circuit array is the polarization control circuit array of the first invention.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and crossed waveguides, and a small and low-loss polarization-independent optical circuit, such as a polarization-independent waveguide-type optical amplifier array, A wave-independent optical modulator array and a polarization-independent optical attenuator array can be realized. In addition, the dependence of excess loss on the optical path can be reduced.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical circuit for solving the above-described problems, comprising: a first polarization control circuit array; a second polarization control circuit array; and a polarization-dependent optical phase control circuit array. The first polarization control circuit array, the optical phase control circuit array, and the second polarization control circuit array are connected and arranged in order, and the first and second polarization control circuit arrays are arranged in order. The wave control circuit array is the polarization control circuit array of the third invention.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to reduce the routing of the optical waveguides and the crossed waveguides, and the small and low loss polarization independent optical circuit, for example, the polarization independent optical switch array, the polarization independent light, etc. A modulator array and a polarization-independent optical attenuator array can be realized. In addition, the dependence of excess loss on the optical path can be reduced.
[0024]
4th invention is an optical circuit which solves the above-mentioned subject, and is provided with the 1st optical circuit group, the 2nd optical circuit group, and the 3rd optical circuit group which were connected and arranged in order, said 1st The optical circuit group includes a first optical coupling circuit array and a first polarization control circuit array connected in order, and the second optical circuit group includes the first optical circuit group. An optical phase control circuit array composed of the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides connected to the output optical waveguides, and a phase shift circuit for changing the phase of the light loaded in the input / output optical waveguides In the third optical circuit group, a second polarization control circuit array and a second optical coupling circuit array are sequentially connected. The first and second polarization control circuits The array is the polarization control circuit array of the first invention.
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to reduce the routing of the optical waveguides and the crossed waveguides, and to achieve a small and low-loss polarization-independent optical circuit, such as a polarization-independent optical switch array or polarization-independent light. A modulator array and a polarization-independent optical attenuator array can be realized. In addition, the dependence of excess loss on the optical path can be reduced.
[0025]
A fifth invention is an optical circuit that solves the above-described problems, and includes a first optical circuit group, a second optical circuit group, and a third optical circuit group that are connected and arranged in order, and The optical circuit group includes a first polarization control circuit array and a first optical coupling circuit array connected in order, and the second optical circuit group includes the first optical circuit group. An optical phase control circuit array composed of the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides connected to the output optical waveguides, and a phase shift circuit for changing the phase of the light loaded in the input / output optical waveguides The third optical circuit group is formed by sequentially connecting a second optical coupling circuit array and a second polarization control circuit array, and the first and second polarization control circuits. The array is the polarization control circuit array of the first invention.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to reduce the routing of the optical waveguides and the crossed waveguides, and to reduce the size and low loss of the polarization-independent optical circuit, for example, the polarization-independent optical switch array, the polarization-independent light. A modulator array and a polarization-independent optical attenuator array can be realized. In addition, the dependence of excess loss on the optical path can be reduced.
[0026]
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits constituting the first polarization control circuit array is greater than the number of optical coupling circuits constituting the first optical coupling circuit array. An optical circuit characterized in that the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits constituting the second polarization control circuit array is smaller than the number of optical coupling circuits constituting the second optical coupling circuit array. .
According to the sixth aspect of the invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and crossed waveguides, and to realize a small and low loss polarization-independent optical circuit. In addition, the circuit size can be further reduced. Furthermore, the optical path dependency of excess loss can be reduced.
[0027]
A seventh invention is an optical circuit according to the fourth invention, wherein a reflecting surface is provided on the output side of the second optical circuit group instead of the third optical circuit group.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and cross waveguides, and to realize a small-sized and low-loss polarization-independent optical circuit. Further, the circuit size can be further reduced, and highly efficient optical phase control can be performed. Furthermore, the optical path dependency of excess loss can be reduced.
[0028]
An eighth invention is an optical circuit according to the fifth or sixth invention, wherein a reflection surface is provided on the output side of the second optical circuit group instead of the third optical circuit group. is there.
According to the eighth aspect of the invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and crossed waveguides, and to realize a small-sized and low-loss polarization-independent optical circuit. Further, the circuit size can be further reduced, and highly efficient optical phase control can be performed. Furthermore, the optical path dependency of excess loss can be reduced.
[0029]
According to a ninth invention, in the fourth or seventh invention, the individual optical circuit groups are arranged on different substrates, the substrates are abutted at the end faces, and the optical waveguides between the optical circuit groups are optically coupled to each other. This is an optical circuit.
According to the ninth aspect of the invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and crossed waveguides, and to realize a small-sized and low-loss polarization-independent optical circuit. In addition, the yield of optical circuit fabrication is improved. Furthermore, the optical path dependency of excess loss can be reduced.
[0030]
According to a tenth aspect, in the fifth, sixth, or eighth aspect, the individual optical circuit groups are arranged on different substrates, the substrates are abutted at the end faces, and the optical waveguides between the optical circuit groups are optically connected to each other. An optical circuit characterized by being coupled.
According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to reduce the number of optical waveguides and cross waveguides, and to realize a small and low loss polarization independent optical circuit. In addition, the yield of optical circuit fabrication is improved. Furthermore, the optical path dependency of excess loss can be reduced.
[0031]
Here, as the optical phase control circuit array, one using an electro-optic effect for phase control or one using a thermo-optic effect can be used. When using the electro-optic effect, it is preferable to use a material having a large electro-optic effect such as a lithium niobate-based optical waveguide as the optical waveguide. When the thermo-optic effect is used, it can be manufactured using various optical waveguides such as a quartz-based optical waveguide and a plastic-based optical waveguide as well as an optical waveguide having a large electro-optic effect.
In addition, when individual optical circuit groups are arranged on different substrates and connected to the end faces, the substrates may be of the same type or different types. When an optical circuit group including an optical coupling circuit array and a polarization control circuit array is manufactured by a silica-based optical waveguide formed on a silicon substrate, it is suitable for connection to an external optical fiber and has a comb-like shape 1/2 It is easy to form a groove for inserting a wave plate.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a polarization control circuit array of the present invention and an optical circuit using the same will be described with reference to the drawings.
[0033]
[First embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a polarization control circuit array as a first embodiment of the present invention. The polarization control circuit array according to the present embodiment has four stations, and is configured by using four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 102a to 102d and one comb-shaped half-wave plate 103. The comb-shaped half-wave plate 103 is inserted into the output optical waveguides 104a, 104c, 104e, and 104g of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 102a to 102d with the main axis inclined at 45 degrees with respect to the optical waveguide.
[0034]
In this polarization control circuit array, a planar silicon substrate is used as the substrate on which the circuit is placed, and quartz optical waveguides such as the input optical waveguides 101a-101h and output optical waveguides 104a-104h are used as the optical waveguides necessary for the configuration of the polarization control circuit array. An optical waveguide is used.
[0035]
The eight output optical waveguides 104a-104h as well as the input optical waveguides 101a-101h do not cross and are not routed, as can be seen from FIG. In this example, as shown in the figure, these optical waveguides are all arranged linearly and parallel.
[0036]
Each of the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 102a-102d separates the light input from the input optical waveguides 101a-101h into TE polarization and TM polarization, and outputs them to the output optical waveguides 104a-104h.
[0037]
In this embodiment, the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 102a outputs TE polarization to the output optical waveguide 104a and TM polarization to the output optical waveguide 104b, and the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 102b outputs the TE polarization to the output optical waveguide 104c. TM polarization is output to the output optical waveguide 104d. The polarization multiplexing / demultiplexing circuit 102c outputs TE polarization to the output optical waveguide 104e and TM polarization to the output optical waveguide 104f. It is assumed that the circuit 102d outputs a TE polarized wave to the output optical waveguide 104g and a TM polarized wave to the output optical waveguide 104h.
[0038]
The half-wave plate 103 is different from a normal one in order to be inserted into a desired output optical waveguide because the eight output optical waveguides 104a to 104h do not intersect and are not drawn as described above. It is comb-like. Specifically, among the eight parallel output optical waveguides 104a-104h, the intervals and widths of the output optical waveguides 104a-104h are set so that they can be inserted into every other output optical waveguide 104a, 104c, 104e, 104g. Together, it is formed in a comb-teeth shape. Four black portions of the comb-like half-wave plate 103 are portions (tooth portions) inserted into the output optical waveguides 104a, 104c, 104e, and 104g.
[0039]
When inserting the comb-shaped half-wave plate 103, for the convenience of processing, grooves 8 that divide all eight output optical waveguides 104a-104h into a straight line are produced. A comb-shaped half-wave plate 103 is inserted in the portion corresponding to the output optical waveguides 104a, 104c, 104e, and 104g. FIG. 2 is an enlarged view of the insertion part of the comb-shaped half-wave plate 103. In FIG. 2, reference numeral 28 represents the optical principal axis of the comb-shaped half-wave plate.
[0040]
The comb-shaped half-wave plate 103 is mechanically inserted in the groove 1 perpendicular to the plane (substrate) on which the circuit is arranged, but optically the output optical waveguides 104a, 104c, 104e. , 104g, the optical principal axis 28 of the comb-like half-wave plate 103 is inserted with a 45-degree tilt. In general, since the optical waveguide is manufactured in parallel with the substrate plane, the comb-shaped half-wave plate 103 is inserted with the optical main axis 28 inclined by 45 degrees with respect to the substrate (plane).
[0041]
Here, the flow of the optical signal in the polarization control circuit array shown in FIG. 1 will be described. For example, light input to the input optical waveguide 101a enters the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 102a and is separated into TE polarization and TM polarization. Since the comb-shaped half-wave plate 103 is inserted into the output optical waveguide 104a through which the TE polarized light propagates with the optical principal axis inclined by 45 degrees, the comb-shaped half-wave plate 103 transmits the light to the TE. Convert from polarization to TM polarization. Since the comb-shaped half-wave plate 103 is inserted into the output optical waveguide 104b through which TM polarized light propagates, the polarization of the light remains TM polarized. As a result, TM polarized light is emitted from the two output optical waveguides 104a and 104b. Similarly, when light is input to the input optical waveguide 101b, all TM polarized light is output from the two output optical waveguides 104c and 104d, and when light is input to the input optical waveguide 101c, the two output optical waveguides 104e and 104f are input. When TM polarized light is input to the input optical waveguide 101d, all TM polarized light is emitted from the two output optical waveguides 104g and 104h. Therefore, in the polarization control circuit array of this embodiment, all input light can be converted into the same polarization (TM polarization) and emitted.
[0042]
When the polarization control circuit array has the configuration shown in FIG. 1 using the comb-shaped half-wave plate 103, the following effects (1) and (2) are obtained.
(1) Crossing waveguides can be reduced.
(2) Complex routing of the optical waveguide can be eliminated.
[0043]
As a result, the following effects (1), (2) and (3) are obtained.
(1) Cross loss (excess loss due to crossed waveguide) can be reduced.
(2) It is possible to eliminate the optical path dependency of loss due to cross loss.
(3) Circuit size can be reduced
[0044]
In this embodiment, all input light is converted into TM polarized light. However, if the comb-like half-wave plate 103 is inserted into the output optical waveguides 104b, 104d, 104f, 104h, all input light is TE. It can be converted into polarized light and emitted.
[0045]
In this embodiment, a quadruple polarization control circuit array is described. However, the same effect as described above can be obtained even in a similar two or more polarization control circuit array.
[0046]
In this embodiment, one comb-shaped half-wave plate 103 is used, but two or more comb-shaped half-wave plates may be used side by side. In the method using a plurality of comb-shaped half-wave plates, the width of the comb-shaped half-wave plate becomes longer with one, such as when the polarization control circuit array is multiple and the number of output optical waveguides is large. This is useful when the number is too large, and it is preferable to arrange a plurality of comb-shaped half-wave plates in the dividing direction of the optical waveguide.
[0047]
Further, a portion of the groove 1 where the comb-like half-wave plate 103 is not inserted (outlined portion) is filled with an adhesive having a refractive index substantially equal to that of the optical waveguide in order to reduce loss. If the loss is small, the groove may remain open.
[0048]
Further, in this embodiment, the grooves 1 are all formed by dividing the output optical waveguides 104a-104h for easy processing, but the grooves are formed only in the optical waveguides into which the comb-shaped half-wave plates 103 are inserted. You may do it.
[0049]
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows the configuration of a polarization-independent waveguide-type optical amplifier array as a second embodiment of the present invention. The waveguide type optical amplifier array of the present embodiment has four series, four series of polarization control circuit arrays (first polarization control circuit array) 2 and eight series of light intensity control circuit arrays (intensity modulation circuit arrays). ) 3 and 4 series of polarization control circuit arrays (second polarization control circuit array) 4. In this waveguide optical amplifier array, a planar silicon substrate is used as a substrate on which a circuit is arranged, and quartz is used as an optical waveguide necessary for the configuration of the polarization control circuit array such as the input optical waveguides 301a-301d and the output optical waveguides 307a-307d. System optical waveguide is used.
[0050]
This waveguide type optical amplifier array is configured by sequentially connecting and arranging a polarization control circuit array 2, a light intensity control circuit array 3, and a polarization control circuit array 4. In this embodiment, the polarization control circuit array 2, the light intensity control circuit array 3, and the polarization control circuit array 4 are individually fabricated on different substrates, and then fabricated on the same plane by PLC-PLC substrate connection. Yes.
[0051]
The polarization control circuit array 2 uses four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d and one comb-shaped half-wave plate 303, and outputs light from the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d. A comb-like half-wave plate 303 is inserted into the waveguide with its optical principal axis inclined 45 degrees with respect to the substrate (optical waveguide), and is configured in the same manner as the polarization control circuit array shown in FIG. ing. That is, eight output optical waveguides 104a-104h of the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 102a-102d and polarization multiplexing / demultiplexing circuits 102a-102d in FIG. Reference numeral 103 denotes eight output optical waveguides of four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d, one comb-shaped half-wave plate 303, and polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d in FIG. (Although there is no code, it corresponds to an optical waveguide connected to the input side of the light intensity control circuit array 3).
[0052]
In this example, the polarization control circuit array 2 demultiplexes all input arbitrary polarization light into two orthogonal polarizations (for example, TM polarization and TE polarization), and then the same polarization, for example, TM polarization. It shall be converted into a wave.
[0053]
The polarization control circuit array 4 is composed of one comb-shaped half-wave plate 305 and four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d, and four comb-shaped half-wave plates 305 are provided. Are inserted into the input optical waveguides of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a to 302d with the optical principal axis inclined by 45 degrees with respect to the optical waveguides. In this polarization control circuit array 4, the arrangement order of the comb-shaped half-wave plate 305 and the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d is reversed, but the polarization control circuit array 2 and the polarization shown in FIG. As with the wave control circuit array, not only the output optical waveguides 307a to 307d but also the eight input optical waveguides of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d (there is no code, but connected to the output side of the light intensity control circuit array 3) Optical waveguides) are not crossed and are not routed. Also in this embodiment, these optical waveguides are all arranged linearly and parallel. Details will be described later.
[0054]
The light intensity control circuit array 3 is a hybrid integration of the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides of the polarization control circuit array 2 and the input optical waveguides of the polarization control circuit array 4, and an array element of a semiconductor optical amplifier (SOA). It is a thing. The semiconductor optical amplifier array element includes eight semiconductor optical amplifiers 304a to 304h, and each semiconductor optical amplifier is connected to each input / output optical waveguide.
[0055]
Each semiconductor optical amplifier of the light intensity control circuit array 3 controls the light intensity of the same polarization (TM polarization in this example) converted by the polarization control circuit array 2.
[0056]
FIG. 4 is an enlarged view of a PLC mounting substrate that is hybrid-integrated using two quadruple semiconductor optical amplifier array elements 5 and 6 as the light intensity control circuit array 3. In FIG. 4, two quadruple semiconductor optical amplifier array elements 5 and 6 are hybrid-mounted with high density using the Si terrace mounting portion 9 on which the AuSn solder patterns 7 and 8 for fixing are formed as a height reference. Optically coupled to the eight input optical waveguide cores 10 and the eight output optical waveguide cores 11 on both sides of the terrace mounting portion 9. Reference numerals 12 and 13 denote electrodes for driving the quadruple semiconductor optical amplifier array elements 5 and 6, respectively.
[0057]
Here, the polarization control circuit array 4 will be described in detail. The half-wave plate 305 has a comb-like shape, unlike a normal one, in order to be inserted into a desired optical waveguide among the eight input optical waveguides that do not intersect and are not routed. . Specifically, among the eight parallel input optical waveguides, it is formed in a comb-teeth shape according to the interval and width of the optical waveguides so that it can be inserted into every other optical waveguide. Four black portions of the comb-shaped half-wave plate 305 are portions (tooth portions) inserted into the input optical waveguide.
[0058]
When inserting the comb-shaped half-wave plate 305, for the convenience of processing, the grooves 14 that divide all the eight input optical waveguides into a straight line are produced, and every other light in the grooves 14 is formed. A comb-shaped half-wave plate 305 is inserted in a portion corresponding to the waveguide. This comb-shaped half-wave plate 305 is also mechanically inserted in the groove 14 perpendicular to the substrate, but optically inserted with the optical principal axis inclined by 45 degrees with respect to the optical waveguide. The In general, since the optical waveguide is made parallel to the substrate plane, the comb-shaped half-wave plate 305 is inserted with the optical principal axis inclined by 45 degrees with respect to the substrate.
[0059]
In the present embodiment, the comb-shaped half-wave plate 305 converts light output from the semiconductor optical amplifiers 304b, 304d, 304f, and 304h from TM polarization to TE polarization.
[0060]
The four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d are respectively composed of TM polarized light output from the semiconductor optical amplifiers 304a, 304c, 304e, and 304g and TE polarized light (semiconductor optical amplifier) paired therewith. 304b, 304d, 304f, and 304h, and the light that is converted from TM polarized light to TE polarized light by comb-shaped half-wave plate 305) is combined and output to output optical waveguides 307a-307d To do.
[0061]
Here, the flow of the optical signal in the waveguide type optical amplifier array shown in FIG. 3 will be described. For example, light input to the input optical waveguide 301a enters the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 302a, and is separated into TE polarization and TM polarization. Since the comb-shaped half-wave plate 303 is inserted in the optical waveguide through which the TE-polarized light propagates, the comb-shaped half-wave plate 303 converts the light from the TE polarized light to the TM polarized light. . Since the comb-shaped half-wave plate 303 is not inserted in the optical waveguide through which TM polarized light propagates, the polarization of the light remains TM polarized. As a result, TM polarized light is incident on the two semiconductor optical amplifiers 304a and 304b. By applying the same current to the two semiconductor optical amplifiers 304a and 304b, exactly the same amplification efficiency without polarization dependence is obtained. Is obtained. Then, one of the amplified lights is converted into TE polarized light by the comb-shaped half-wave plate 305, and is combined with the other TM polarized light that does not pass through the comb-shaped half-wave plate 305. The signal is synthesized by the wave circuit 306a. As a result, light amplified in a polarization-independent manner is obtained from the output optical waveguide 307a. Similarly, when light is input to the input optical waveguide 301b, it is output from the output optical waveguide 307b, when light is input to the input optical waveguide 301c, from the output optical waveguide 307c, and when light is input to the input optical waveguide 301d, the output optical waveguide is output. Light amplified in a polarization-independent manner is obtained from the waveguide 307d.
[0062]
In this way, the polarization control circuit array 2 is shown in FIG. 3 using the comb-like half-wave plate 303 and the polarization control circuit array 4 is shown in FIG. With the configuration, the following effects (1) to (5) are obtained.
(1) Crossing waveguides can be reduced.
(2) Complex routing of the optical waveguide can be eliminated.
(3) Cross loss (excess loss due to crossed waveguide) can be reduced.
(4) The dependence of the loss on the optical path due to the crossing loss can be eliminated.
(5) Circuit size can be reduced
[0063]
The effects of the entire waveguide type optical amplifier array include the following (1) to (4), which are very useful.
(1) Even if the amplification efficiency of the light intensity control circuit array 3 or the semiconductor optical amplifier array elements 5 and 6 has a large polarization dependence, the configuration using the polarization control circuit arrays 2 and 4 Independent optical amplification is possible.
(2) By using the polarization control circuit array 2 to convert all the input light into the polarized light having the best amplification efficiency of the light intensity control circuit array 3, high-efficiency optical amplification becomes possible.
(3) By separately producing the polarization control circuit array 2, the light intensity control circuit array 3, and the polarization control circuit array 4, a waveguide type optical amplifier array can be produced with a high yield.
(4) Depending on the amplification method, various polarization-independent light intensity controls such as light intensity increase, attenuation, and modulation can be realized.
[0064]
In this embodiment, a four-waveguide optical amplifier array is described. However, the same effect as described above can be obtained even in a similar two- or more-waveguide optical amplifier array.
[0065]
In this embodiment, after the polarization control circuit array 2, the light intensity control circuit array 3, and the polarization control circuit array 4 are individually manufactured, the substrates are end-face connected. Even if the polarization control circuit array 2, the light intensity control circuit array 3, and the polarization control circuit array 4 are all manufactured, the effect obtained by using the comb-shaped half-wave plates 303 and 305 can be similarly expected. In this case, the yield can be lowered, but there is an advantage that excess loss due to end face connection can be eliminated.
[0066]
Further, in the present embodiment, also in the polarization control circuit array 4, as in the polarization control circuit array 2, the portion of the groove 14 where the comb-shaped half-wave plate 305 is not inserted (outlined portion) In order to reduce the loss, it is filled with an adhesive having a refractive index almost equal to that of the optical waveguide. If the loss is small, the groove may remain open.
[0067]
Further, for the sake of simplicity of processing, the groove 14 is formed by dividing all the input optical waveguides, but the groove may be formed only in the optical waveguide into which the comb-shaped half-wave plate 305 is inserted.
[0068]
In this embodiment, the polarization control circuit array 4 is a quadruple array in which the comb-shaped half-wave plate 305 is inserted into the input optical waveguide. Can be configured.
[0069]
In this embodiment, one comb-like half-wave plate 305 is used for the polarization control circuit array 4, but two or more comb-like half-wave plates may be used side by side. In the method using a plurality of comb-shaped half-wave plates, the width of the comb-shaped half-wave plate is increased by one, such as when the polarization control circuit array is multiple and the number of input optical waveguides is large. This is useful when the number is too large, and it is preferable to arrange a plurality of comb-shaped half-wave plates in the dividing direction of the optical waveguide.
[0070]
Furthermore, in the present embodiment, the polarization control circuit array 2 converts all input light into TM polarization and emits it to the light intensity control circuit array 3. By shifting the position, all input light can be converted into TE polarized light and emitted to the light intensity control circuit array 3.
[0071]
Further, by shifting the insertion position of the comb-shaped half-wave plate 305 in the polarization control circuit array 4, the output light of the semiconductor amplifiers 304a, 304c, 304e, and 304g is converted from TM polarization to TE polarization. be able to.
[0072]
[Third embodiment]
FIG. 5 shows a configuration of a polarization-independent optical switch array as a third embodiment of the present invention. The optical switch array of this embodiment includes four directional coupling circuits (optical coupling circuits) 5A02, 5B02, 5A17, 5B17 and eight polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b, 5A14a, 5A14b. , 5B14a, 5B14b, two comb-shaped half-wave plates 507, 512, and eight optical phase control circuit arrays (details will be described later).
[0073]
In other words, the optical switch array of this embodiment includes a first optical coupling circuit array (5A02, 5B02), a first polarization control circuit array (5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b, 507), and an optical phase control. 2 × 2 optical switch comprising a circuit array, a second polarization control circuit array (512, 5A14a, 5A14b, 5B14a, 5B14b) and a second optical coupling circuit array (5A17, 5B17) connected in sequence. Are two series of 2 × 2 optical switch arrays in which two are vertically aligned in parallel.
[0074]
In this example, LiNbO is formed on the substrate of the duplex 2 × 2 optical switch array. Three Z-cut is used. Also, input optical waveguides 5A01a, 5A01b, 5B01a, 5B01b, output optical waveguides 5A18a, 5A18b, 5B18a, 5B18b, other optical waveguides 5A03a, 5A03b, 5B03a, 5B03b, 5A04a, 5A04b, 5B04a, 5B04b, 5A06, 5A04, 5A06 5A06d, 5B06a, 5B06b, 5B06c, 5B06d, 5A08a, 5A08b, 5A08c, 5A08d, 5B08a, 5B08b, 5B08c, 5B08d, 5A09a, 5A09b, 5A09c, 5A09d, 5B09a, 5B09b5,5c9 Ti diffusion optical waveguides are used as 5B13a, 5B13b, 5B13c, 5B13d, 5A15a, 5A15b, 5B15a, 5B15b, 5A16a, 5A16b, 5B16a, and 5B16b.
[0075]
The optical phase control circuit array of the present embodiment includes signal electrode wirings 5A11a, 5A11b, 5A11c, 5A11d, 5B11a, 5B11b, 5B11c, 5B11d and ground electrode wirings 5A10a, 5A10b, 5A10c, 5A10d, 5B10a, 5B10b, as phase shift circuits. 5B10c and 5B10d are loaded.
[0076]
The configuration of the optical phase control circuit array will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view taken along line A1-A2 in FIG. 5 and shows a sectional structure of the optical phase control circuit array. That is, each optical waveguide 5A08a, 5A08b, 5A08c, 5A08d, 5B08a, 5B08b, 5B08c, 5B08d connecting the first polarization control circuit array and the second polarization control circuit array has a buffer layer interposed therebetween. It is loaded with signal electrodes 5A11a, 5A11b, 5A11c, 5A11d, 5B11a, 5B11b, 5B11c, and 5B11d that guide the electrical signals for phase control, and serve as an optical phase control circuit that performs phase control. Plays. The ground electrode wirings 5A10a, 5A10b, 5A10c, 5A10d, 5B10a, 5B10b, 5B10c, and 5B10d are loaded beside each signal electrode.
[0077]
The first polarization control circuit array includes polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, between the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b and the optical phase control circuit array. By inserting a comb-like half-wave plate 507 into the output waveguide of 5B05b, the configuration is the same as that of the polarization control circuit array 2 shown in FIG. That is, the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d in FIG. 3, the eight output optical waveguides of these polarization multiplexing / demultiplexing circuits 302a-302d, and one comb-shaped half-wave plate 303 are provided. Each of the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b in FIG. 5 and the eight output optical waveguides 5A06a, 5A06b, 5A06c, 5A06d, 5B06a, 5B06b, 5B06c of these polarization multiplexing / demultiplexing circuits. , 5B06d corresponds to one comb-shaped half-wave plate 507. The comb-shaped half-wave plate 507 is composed of four output optical waveguides 5A06a, 5A06b, 5A06c, 5A06d, 5B06a, 5B06b, 5B06c, and 5B06d of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit. The optical main axis is inserted into the output optical waveguides 5A06b, 5A06d, 5B06b, and 5B06d with an inclination of 45 degrees with respect to the substrate.
[0078]
In the present embodiment, the first polarization control circuit array demultiplexes the input arbitrary polarization light into two orthogonal polarizations (for example, TM polarization and TE polarization), and then the same polarization, For example, it is assumed that conversion to TM polarization is performed.
[0079]
Further, the second polarization control circuit array includes a polarization multiplexing / demultiplexing circuit 5A14a, 5A14b, between the optical phase control circuit array and the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A14a, 5A14b, 5B14a, 5B14b. By inserting a comb-like half-wave plate 512 into the input waveguides 5B14a and 5B14b, the configuration is the same as that of the polarization control circuit array 4 shown in FIG. That is, the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d in FIG. 3, the eight input optical waveguides of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 306a to 306d, and one comb-shaped half-wave plate 305 are provided. Each of the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A14a, 5A14b, 5B14a, 5B14b in FIG. 5 and the eight input optical waveguides 5A13a, 5A13b, 5A13c, 5A13d, 5B13a, 5B13b, 5B13c of these polarization multiplexing / demultiplexing circuits. , 5B13d corresponds to one comb-shaped half-wave plate 512. The comb-shaped half-wave plate 512 has four inputs every other one of the eight input optical waveguides 5A13a, 5A13b, 5A13c, 5A13d, 5B13a, 5B13b, 5B13c, and 5B13d of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit. The optical main axis is inserted into the optical waveguides 5A13a, 5A13c, 5B13a, and 5B13c with an inclination of 45 degrees with respect to the substrate.
[0080]
The second polarization control circuit array converts all TM polarizations that have not been converted by the first polarization control circuit array into TE polarizations.
[0081]
In both the first and second polarization control circuit arrays, since the comb-like half-wave plates 507 and 512 are used, the optical waveguides do not intersect and are not routed. All the optical waveguides are linearly arranged and parallel.
[0082]
Here, the flow of optical signals and the operation principle in the optical switch array shown in FIG. 5 will be described. For example, in the upper 2 × 2 optical switch, light input to the input optical waveguide 5A01a is equally distributed to the optical waveguides 5A03a and 5A03b by the directional coupling circuit 5A02, and reaches the optical waveguides 5A04a and 5A04b. Light propagating through the optical waveguides 5A04a and 5A04b is incident on the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a and 5A05b, and is separated into TE polarization and TM polarization, respectively. The optical waveguide 5A06b, 5A06d through which the TE polarized light propagates is inserted with a comb-like half-wave plate 507 with the optical principal axis inclined 45 degrees to convert the TE polarized light into the TM polarized light. In the optical waveguides 5A08a-5A08d for performing phase control, TM polarization is propagated in all cases. Of these optical waveguides 5A13a-5A13d in which these TM polarized waves propagate from the optical waveguides 5A08a-5A08d through the optical waveguides 5A09a-5A09d, the optical waveguides 5A13a, 5A13c have a comb-teeth half wavelength with the optical main axis inclined by 45 degrees. A plate 512 is inserted to convert the propagating TM polarization into the TE polarization. Light that has passed through the comb-shaped half-wave plate 512 (TE polarization) and light that has not passed through (TM polarization that propagates through the optical waveguides 5A13b and 5A13d) are polarized by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A14a and 5A14b. The signals are combined and further combined by the directional coupling circuit 5A17. At this time, when a half-wavelength phase difference is given between the light guided through the optical waveguides 5A15a and 5A15b, the light propagates from the directional coupling circuit 5A17 to the output optical waveguide 5A18a. When no phase difference is given between the light guided through the optical waveguides 5A15a and 5A15b, the light propagates from the directional coupling circuit 5A17 to the output optical waveguide 5A18b. That is, an optical switch is realized by providing a desired phase difference with the optical phase control circuit array. The same applies when light is input to the input optical waveguide 5A01b and when light is input to the input optical waveguides 5B01a and 5B01b of the lower 2 × 2 optical switch.
[0083]
Next, a method for giving a phase difference in the optical phase control circuit array will be described with reference to FIG. In FIG. 6, + V is applied to the signal electrodes 5A11a and 5A11b above the optical waveguides 5A08a and 5A08b, and −V voltage is applied to the signal electrodes 5A11c and 5A11d above the optical waveguides 5A08c and 5A08d. At this time, an electric field is generated in the optical waveguide 5A08a-5A08d in the Z direction in the figure, and LiNbO Three Due to the electro-optic effect of the optical waveguides 5A08a and 5A08c and the light propagated through the optical waveguides 5A08b and 5A08d, a phase difference is generated. This phase difference can be set to an arbitrary value by adjusting the applied voltage to make it a half-wavelength phase difference, no phase difference, or the like. The same applies when a voltage is applied to the signal electrodes 5B11a and 5B11b above the optical waveguides 5B08a and 5B08b and the signal electrodes 5B11c and 5B11d above the optical waveguides 5B08c and 5B08d.
[0084]
Next, a mechanism for making polarization independence will be described. LiNbO Three The electro-optic effect in the Z-cut is greatly different between the TE polarized wave and the TM polarized wave. Therefore, the light is separated into TE polarization and TM polarization by a polarization multiplexing / demultiplexing circuit, and only TE polarization is converted to TM polarization using a half-wave plate, and all is converted to TM polarization. Keep it. Thereafter, desired phase control is performed individually for each TM polarization. As a result, only the same single polarized wave is individually modulated, and thus the polarization dependence does not occur in the modulated optical signal. Therefore, a polarization-independent optical switch can be obtained.
[0085]
Here, the effect of using the comb-shaped half-wave plate for the first and second polarization control circuit arrays will be described.
(1) When a polarization-independent optical switch array is configured using a conventional half-wave plate, it is necessary to combine the optical waveguide into which the half-wave plate is inserted and the optical waveguide into which the half-wave plate is not inserted. The optical waveguide is routed and a cross waveguide is essential. For example, the optical waveguide (LiNbO of this example) Three When a crossed waveguide with a crossing angle of 40 degrees is produced using a Z-cut substrate and a Ti diffusion optical waveguide, an excess loss of 0.2 dB occurs per point (one crossing angle). The number of crossed waveguides increases as the number of arrays increases.
(2) However, by using the comb-like half-wave plates 507 and 512, the crossed waveguides can be reduced, and the increase in excess loss due to the crossed waveguides can be eliminated.
(3) Moreover, since the crossing waveguide due to the routing of the optical waveguide can be removed, the dependency of the crossing loss on the optical path can be eliminated.
(4) Furthermore, it is not necessary to route the optical waveguide, and the circuit size can be reduced. For example, in the duplex 2 × 2 optical switch array of this example, the circuit length can be reduced by about 1 mm as compared with the conventional configuration using a normal half-wave plate.
[0086]
As described above, the polarization-independent duplex 2 × 2 optical switch array of this embodiment has advantages such as very low loss because there is no crossing waveguide.
[0087]
In the present embodiment, the dual optical switch array has been described. However, the same effect can be obtained in a single optical switch having the same configuration or in an optical switch array having three or more optical switches.
[0088]
In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as.
[0089]
Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical switch using the thermo-optic effect is realized by using a heater for applying heat to the optical waveguide and a wiring for supplying a current to the heater as the phase shift circuit. Such a thermo-optic optical switch also has polarization dependency. Therefore, by using a thermo-optic optical switch array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment, the same effect as described above can be obtained and useful. In the case of a thermo-optic type optical switch array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate-based optical waveguide, but a light having a thermo-optic effect such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass or a plastic optical waveguide. The present invention can also be applied to a waveguide.
[0090]
[Fourth embodiment]
FIG. 7 shows the configuration of another polarization-independent optical switch array as a fourth embodiment of the present invention. The optical switch array of this embodiment includes eight directional coupling circuits (optical coupling circuits) 7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b, 7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b, and eight polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b. , 7B02a, 7B02b, 7A15a, 7A15b, 7B15a, 7B15b, two comb-shaped half-wave plates 704, 713, and an eight-sequence optical phase control circuit array (detailed later).
[0091]
In other words, the optical switch array of this embodiment includes a first polarization control circuit array (7A02a, 7A02b, 7B02a, 7B02b, 704), and a first optical coupling circuit array (7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b). The optical phase control circuit array, the second optical coupling circuit (7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b) and the second polarization control circuit array (713, 7A15a, 7A15b, 7B15a, 7B15b) are sequentially connected. The 2 × 2 optical switch array in which two 2 × 2 optical switches are arranged in parallel vertically.
[0092]
In this example, LiNbO is formed on the substrate of the dual 2 × 2 optical switch array. Three Z-cut is used. Also, input optical waveguides 7A01a, 7A01b, 7B01a, 7B01b, output optical waveguides 7A16a, 7A16b, 7B16a, 7B16b, other optical waveguides 7A03a, 7A03b, 7A03c, 7A03d, 7B03a, 7B03b, 7B03c, 7B03d, 7A05a7 7A05d, 7B05a, 7B05b, 7B05c, 7B05d, 7A07a, 7A07b, 7A07c, 7A07d, 7B07a, 7B07b, 7B07c, 7B07d, 7A10a, 7A10b, 7A10c, 7A10d, 7B10a, 7B10b, 7d, 7B10,7d Ti diffusion optical waveguides are used as 7B12a, 7B12b, 7B12c, 7B12d, 7A14a, 7A14b, 7A14c, 7A14d, 7B14a, 7B14b, 7B14c, and 7B14d.
[0093]
The optical phase control circuit array of this embodiment is a phase shift circuit, as shown in FIG. 5, with signal electrode wirings 7A09a, 7A09b, 7A09c, 7A09d, 7B09a, 7B09b, 7B09c, 7B09d and ground electrode wirings 7A08a, 7A08b, 7A08c, 7A08d. , 7B08a, 7B08b, 7B08c, 7B08d are loaded.
[0094]
Therefore, the configuration of the optical phase control circuit array is similar to that shown in FIG. However, in this embodiment, each optical waveguide 7A07a, 7A07b connecting the first optical coupling circuit array (7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b) and the second optical coupling circuit array (7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b). , 7A07c, 7A07d, 7B07a, 7B07b, 7B07c, 7B07d are loaded with signal electrodes 7A09a, 7A09b, 7A09c, 7A09d, 7B09a, 7B09b, 7B09c, 7B09d on top of which the electrical signals for phase control are guided. It plays a role as an optical phase control circuit for performing phase control. The ground electrodes 7A08a, 7A08b, 7A08c, 7A08d, 7B08a, 7B08b, 7B08c, and 7B08d are loaded beside each signal electrode.
[0095]
The directional coupling circuits 7A06a, 7A11a and the optical waveguides 7A07a, 7A10a, 7A07b, 7A10b and signal electrodes 7A09a, 7A09b between them, and the directional coupling circuits 7A06b, 7A11b and the optical waveguides 7A07c, 7A10d, 7A07c, 7A10d And signal electrodes 7A09c, 7A09d, directional coupling circuits 7B06a, 7B11a and optical waveguides 7B07a, 7B10a, 7B07b, 7B10b and signal electrodes 7B09a, 7B09b, and directional coupling circuits 7B06b, 7B11b Each of the combinations of the waveguides 7B07c, 7B10c, 7B07d, 7B10d and the signal electrodes 7B09c, 7B09d operates as a Mach-Zehnder interferometer switch using the electro-optic effect.
[0096]
The first polarization control circuit array is polarized between the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, 7B02b and the first optical coupling circuit array (7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b). This is configured by inserting a comb-like half-wave plate 704 into the output optical waveguides of the multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, 7B02b. The comb-shaped half-wave plate 704 is one of the eight output optical waveguides 7A03a, 7A03b, 7A03c, 7A03d, 7B03a, 7B03b, 7B03c, and 7B03d of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, and 7B02b. Two every two are inserted into a total of four output optical waveguides 7A03c, 7A03d, 7B03c, and 7B03d. The comb-shaped half-wave plate 704 is formed by using two orthogonal polarized waves (for example, TM polarized wave and TE polarized wave) demultiplexed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, and 7B02b as the same polarized wave. For example, it is assumed that conversion to TM polarization is performed.
[0097]
The second polarization control circuit array is between the second optical coupling circuit array (7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b) and the four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A15a, 7A15b, 7B15a, 7B15b. In this configuration, a comb-shaped half-wave plate 713 is inserted into the input optical waveguides of the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A15a, 7A15b, 7B15a, and 7B15b. The comb-shaped half-wave plate 713 includes two input optical waveguides 7A14a, 7A14b, 7A14c, 7A14d, 7B14a, 7B14b, 7B14c, and 7B14d in the polarization multiplexing / demultiplexing circuit every two. A total of four input optical waveguides 7A14a, 7A14b, 7B14a, and 7B14b are inserted. The comb-shaped half-wave plate 713 converts all TM polarized waves that have not been converted by the first polarization control circuit array into TE polarized waves.
[0098]
Each of the comb-shaped half-wave plates 704 and 713 is inserted into a groove formed by dividing all eight optical waveguides with the optical main axis inclined 45 degrees with respect to the substrate (optical waveguide). A portion of the groove where the comb-like half-wave plates 704 and 713 are not inserted (outlined portion) is filled with an adhesive having a refractive index substantially equal to that of the optical waveguide in order to reduce loss. However, if the loss is small, the groove may remain open. Alternatively, the grooves may be formed only in the optical waveguides 7A03c, 7A03d, 7B03c, 7B03d, 7A14a, 7A14b, 7B14a, and 7B14b into which the comb-shaped half-wave plates 704 and 713 are inserted.
[0099]
Here, the flow of the optical signal in the optical switch array shown in FIG. 7 will be described. For example, in the upper 2 × 2 optical switch, light input to the input optical waveguide 7A01a is separated into TE polarized light and TM polarized light by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 7A02a. A comb-like half-wave plate 704 having an optical principal axis inclined by 45 degrees is inserted into an optical waveguide 7A03c through which TE polarized light propagates, and converts TE polarized light into TM polarized light. The TM polarization separated by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 7A02a is equally distributed to the optical waveguides 7A07a and 7A07b by the directional coupler 7A06a, and the TM polarization converted from the TE polarization by the comb-like half-wave plate 704 is used. The waves are equally distributed to the optical waveguides 7A07c and 7A07d by the directional coupler 7A06b. These four optical waveguides 7A07a, 7A07b, 7A07c, and 7A07d are optical phase control circuits capable of changing the phase by loading electric wirings on the top. The light guided through the optical phase control circuit is guided through the optical waveguides 7A10a, 7A10b, 7A10c, and 7A10d, and is multiplexed by the directional couplers 7A11a and 7A11b. At that time, when a phase difference of half wavelength is given between the light guided through the optical waveguides 7A10a and 7A10b or the optical waveguides 7A10c and 7A10d, the directional coupling circuits 7A11a and 7A11b can transmit the optical waveguide 7A12a or the optical waveguide 7A12c. When light propagates to the optical waveguide and no phase difference is given, the light propagates to the optical waveguide 7A12b or the optical waveguide 7A12d. The optical waveguides 7A12a and 7A12b are inserted with a comb-like half-wave plate 713 whose optical principal axis is inclined by 45 degrees, and converts the propagating TM polarization into TE polarization. This comb-shaped half-wave plate 713 polarization-polarized (TE polarized wave) and non-polarized light (TM polarized wave) are combined by polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A15a and 7A15b and output. Propagates to the optical waveguides 7A16a and 7A16b. Therefore, an optical switch is realized by giving a desired phase difference by the phase shift circuit in the optical phase control circuit array. The same applies when light is input to the input optical waveguide 7A01b, and when light is input to the input optical waveguides 7B01a and 7B01b of the lower 2 × 2 optical switch.
[0100]
The method of giving the phase difference in the optical phase control circuit array is the same as that described with reference to FIG.
[0101]
Here, the polarization independence mechanism will be described. First, light is separated into a first TE polarized wave and a first TM polarized wave by a polarization multiplexing / demultiplexing circuit, and the first TE polarized wave is converted into a second TM polarized wave using a half-wave plate. Convert. The first TM polarization and the second TM polarization are individually switched by the first and second Mach-Zehnder interferometer switches using the electro-optic effect. At this time, since the incident light is the same and has a single polarization (TM polarization), the first Mach-Zehnder interferometer switch and the second Mach-Zehnder interference can be obtained by applying a desired electrical signal to the phase shift circuit. The meter switch operates similarly. Of the first and second Mach-Zehnder interferometer switches, one output light is converted to a second TE polarized wave, and the other output light (second TM polarized wave) is converted by a polarization multiplexing / demultiplexing circuit. The switching characteristics independent of the polarization can be obtained.
[0102]
The effect obtained by using the comb-shaped half-wave plates 704 and 713 in the first and second polarization control circuit arrays is the same as that of the third embodiment, and the crossed waveguides can be reduced. The increase in excess loss caused can be eliminated, the dependency of the cross loss on the optical path can be eliminated, and the circuit size can be reduced.
[0103]
In the present embodiment, the dual optical switch array has been described. However, the same effect can be obtained in a single optical switch having the same configuration or in an optical switch array having three or more optical switches. In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as. Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical switch using the thermo-optic effect is realized by using, as the phase shift circuit, a heater for applying heat and a wiring for flowing current to the heater. Such a thermo-optic optical switch also has polarization dependency. Therefore, by using a thermo-optic optical switch array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment, the same effect as described above can be obtained and useful. In the case of a thermo-optic optical switch array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate-based optical waveguide, but in an optical waveguide having a thermo-optic effect, such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass and a plastic optical waveguide. Also, the present invention can be applied.
[0104]
[Fifth embodiment]
FIG. 8 shows a configuration of a polarization-independent optical attenuator array as a fifth embodiment of the present invention. The optical attenuator array of this embodiment includes eight directional coupling circuits (optical coupling circuits) 8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b, 8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b, and four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02, 8B02, 8A15, and 8B15, two comb-shaped half-wave plates 804 and 813, and eight optical phase control circuit arrays (details will be described later) are used.
[0105]
In other words, the optical attenuator array of the present embodiment includes the first polarization control circuit array (8A02, 8B02, 804), the first optical coupling circuit array (8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b), and the optical phase. An optical attenuator comprising a control circuit array, a second optical coupling circuit array (8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b), and a second polarization control circuit array (813, 8A15, 8B15) sequentially connected. This is a two-unit optical attenuator array arranged in parallel in two vertical directions.
[0106]
Therefore, the optical attenuator array of this embodiment has a configuration basically similar to that of the optical switch array shown in FIG. 7, but the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02 and 8B02 in the first polarization control circuit array. Is less than the number of directional coupling circuits 8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b in the first optical coupling circuit array, and the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A15, 8B15 in the second polarization control circuit array is second. 7 is different from the optical switch array shown in FIG. 7 in that the number of directional coupling circuits 8A11a, 8A11b, 8B11a, and 8B11b is smaller than that of the optical coupling circuit array shown in FIG.
[0107]
In this embodiment, LiNbO is formed on the substrate of the double optical attenuator array. Three Z-cut is used. Also, the input optical waveguide 8A01, 8B01 and the output optical waveguide 8A16, 8B16, other optical waveguides 8A03a, 8A03b, 8B03a, 8B03b, 8A05a, 8A05b, 8B05a, 8B05b, 8A07a, 8A07b, 8B07a, 8B07b, 8A10a, 8A10b Ti diffusion optical waveguides are used as 8B10b, 8A12a, 8A12b, 8B12a, 8B12b, 8A14a, 8A14b, 8B14a, and 8B14b.
[0108]
The optical phase control circuit array of the present embodiment is configured as a phase shift circuit in the same manner as in FIGS. 5 and 7, including signal electrode wirings 8A09a, 8A09b, 8A09c, 8A09d, 8B09a, 8B09b, 8B09c, 8B09d, 8A08c, 8A08d, 8B08a, 8B08b, 8B08c, 8B08d are loaded.
[0109]
Also, a combination of directional coupling circuits 8A06a, 8A11a and optical waveguides 8A07a, 8A10a, 8A07b, 8A10b and signal electrodes 8A09a, 8A09b between them, directional coupling circuits 8A06b, 8A11b and optical waveguides 8A07c, 8A10d, 8A07c, 8A10d between them And signal electrodes 8A09c, 8A09d, directional coupling circuits 8B06a, 8B11a and optical waveguides 8B07a, 8B10a, 8B07b, 8B10b and signal electrodes 8B09a, 8B09b, and directional coupling circuits 8B06b, 8B11b Each of the combinations of the waveguides 8B07c, 8B10c, 8B07d, 8B10d and the signal electrodes 8B09c, 8B09d operates as a Mach-Zehnder interferometer optical switch using the electro-optic effect.
[0110]
The optical phase control circuit array has the same configuration as that of FIG. 7, and the first directional coupling circuit array (8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b) and the second directional coupling circuit array (8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b) Each of the optical waveguides 8A07a, 8A07b, 8A07c, 8A07d, 8B07a, 8B07b, 8B07c, 8B07d connecting between them is a signal electrode 8A09a, 8A09b, 8A09c, 8A09d, for guiding an electrical signal for phase control on the upper part thereof 8B09a, 8B09b, 8B09c, and 8B09d are loaded and serve as an optical phase control circuit that performs phase control. The ground electrodes 8A08a, 8A08b, 8A08c, 8A08d, 8B08a, 8B08b, 8B08c, and 8B08d are loaded beside each signal electrode.
[0111]
The first polarization control circuit array is configured to combine polarization between the two polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02 and 8B02 and the first optical coupling circuit array (8A06a, 8A06b, 8B06a and 8B06b). A comb-shaped half-wave plate 804 is inserted into the output optical waveguide of the wave circuits 8A02 and 8B02. This comb-shaped half-wave plate 804 is inserted into the output optical waveguides 8A03b, 8B03b every other one of the four output optical waveguides 8A03a, 8A03b, 8B03a, 8B03b of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit. Yes. The comb-shaped half-wave plate 804 converts two orthogonal polarized waves (for example, TM polarized wave and TE polarized wave) demultiplexed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02 and 8B02 into the same polarized wave, for example, TM polarized wave. Shall be converted to
[0112]
The second polarization control circuit array includes a polarization multiplexing / demultiplexing circuit between the second optical coupling circuit array (8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b) and the two polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A15, 8B15. A comb-shaped half-wave plate 813 is inserted into the input optical waveguides of the circuits 8A15 and 8B15. This comb-shaped half-wave plate 813 is inserted into the input optical waveguides 8A14a, 8B14a every other one of the four input optical waveguides 8A14a, 8A14b, 8B14a, 8B14b of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit. Yes. The comb-shaped half-wave plate 813 converts all TM polarized waves that have not been converted by the first-side polarization control circuit array into TE polarized waves.
[0113]
Each of the comb-shaped half-wave plates 804 and 813 is inserted into a groove formed by dividing all four optical waveguides with the optical main axis inclined 45 degrees with respect to the substrate (optical waveguide). The portion of the groove where the comb-like half-wave plates 804 and 813 are not inserted (outlined portions) is filled with an adhesive having a refractive index substantially equal to that of the optical waveguide in order to reduce loss. However, if the loss is small, the groove may remain open. Further, grooves may be formed only in the optical waveguides 8A03b, 8B03b, 8A14a, and 8B14a into which the comb-shaped half-wave plates 804 and 813 are inserted.
[0114]
The optical signal flow in the optical attenuator array shown in FIG. 8 is the same as that in the fourth embodiment. For example, light input to the input optical waveguide 8A01 is separated into TE polarized light and TM polarized light by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 8A02. A comb-like half-wave plate 804 having an optical principal axis inclined by 45 degrees is inserted into an optical waveguide 8A03b through which TE polarized light propagates, and converts TE polarized light into TM polarized light. The TM polarization separated by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 8A02 is equally distributed to the optical waveguides 8A07a and 8A07b by the directional coupler 8A06a, and the TM polarization converted from the TE polarization by the comb-shaped half-wave plate 804 is used. The waves are equally distributed to the optical waveguides 8A07c and 8A07d by the directional coupler 8A06b. These four optical waveguides 8A07a, 8A07b, 8A07c, and 8A07d are optical phase control circuits that are equipped with electric wirings on the top and can change the phase. The light guided through the optical phase control circuit is guided through the optical waveguides 8A10a, 8A10b, 8A10c, and 8A10d, and is multiplexed by the directional couplers 8A11a and 8A11b, respectively. At that time, when a phase difference of half wavelength is given between the light guided through the optical waveguides 8A10a and 8A10b or the optical waveguides 8A10c and 8A10d, the directional coupling circuits 8A11a and 8A11b can transmit the optical waveguide 8A12a or the optical waveguide 8A12b. When the phase difference is not given, the light does not propagate to the optical waveguide 8A12a or the optical waveguide 8A12b. The optical waveguide 8A12a is inserted with a comb-like half-wave plate 813 whose optical principal axis is inclined by 45 degrees, and converts propagating TM polarized light into TE polarized light. Polarization combining of the polarization-converted (TE polarization) by the comb-shaped half-wave plate 813 and the light not subjected to polarization conversion (TM polarization) is performed by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 8A15, and the output optical waveguide Propagate to 8A16. Therefore, by providing a desired phase difference with the optical phase control circuit array (8A07a, 8A07b, 8A07c, 8A07d), the light emitted from the output optical waveguide 8A16 can be quenched. Similarly, when light is input to the input optical waveguide 8B01, the light output from the output optical waveguide 8B16 is quenched by giving a desired phase difference by the optical phase control circuit array (8B07a, 8B07b, 8B07c, 8B07d). Can do. Then, by adjusting the phase difference given by the optical phase control circuit array (8A07a, 8A07b, 8A07c, 8A07d, 8B07a, 8B07b, 8B07c, 8B07d), the light emitted from the output optical waveguides 8A16, 8B16 has a desired light intensity. And an optical attenuator array is realized.
[0115]
The optical attenuator array can realize light intensity control such as light intensity modulation and on / off depending on how the light intensity is set.
[0116]
The method of giving the phase difference in the optical phase control circuit array is the same as that described with reference to FIG.
[0117]
The mechanism for making the polarization independent is the same as in the fourth embodiment. First, light is separated into a first TE polarized wave and a first TM polarized wave by a polarization multiplexing / demultiplexing circuit, and the first TE polarized wave is converted into a second TM polarized wave using a half-wave plate. Convert. The first TM polarization and the second TM polarization are individually switched by the first and second Mach-Zehnder interferometer switches using the electro-optic effect. At this time, since the incident light is the same and has a single polarization (TM polarization), the first Mach-Zehnder interferometer switch and the second Mach-Zehnder interference can be obtained by applying a desired electrical signal to the phase control circuit. The meter switch operates similarly. Of the first and second Mach-Zehnder interferometer switches, one output light is converted to a second TE polarized wave, and the other output light (second TM polarized wave) is converted by a polarization multiplexing / demultiplexing circuit. Are combined to obtain polarization-independent optical attenuation characteristics.
[0118]
The effect obtained by using the comb-shaped half-wave plates 804 and 813 in the first and second polarization control circuit arrays is the same as that of the fourth embodiment, and the number of crossed waveguides can be reduced. The increase in excess loss can be eliminated, the dependency of the cross loss on the optical path can be eliminated, and the circuit size can be reduced.
[0119]
In the present embodiment, the dual optical attenuator array has been described. However, the same effect can be obtained with a single optical attenuator having the same configuration or an optical attenuator array with three or more optical attenuators. In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as. Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical switch using the thermo-optic effect is realized by using, as the phase shift circuit, a heater for applying heat and a wiring for flowing current to the heater. Such a thermo-optic optical switch also has polarization dependency. Therefore, by using a thermo-optic optical switch array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment, the same effect as described above can be obtained and useful. In the case of a thermo-optic optical switch array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate-based optical waveguide, and in an optical waveguide having a thermo-optic effect, such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass, a plastic optical waveguide, The present invention can be applied.
[0120]
The feature of this embodiment is that it can be used as an optical attenuator to reduce the number of circuits constituting them, particularly the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits, compared to 2 × 2 optical switches. That is, there are the following merits (1) and (2).
(1) Since the number of circuits is small compared to the 2 × 2 optical switches of the third and fourth embodiments, an optical circuit can be manufactured with a high yield.
(2) Since there are few crossing waveguides compared to the 2 × 2 optical switch of the fourth embodiment, an optical circuit with lower loss can be provided.
[0121]
[Sixth embodiment]
Next, a polarization-independent optical modulator array will be described as a sixth embodiment of the present invention. The polarization-independent optical modulator array of this embodiment has two units, and the configuration diagram thereof is the same as FIG. The circuit configuration, optical signal flow, and polarization-independent mechanism of the dual-polarization-independent optical modulator array are the same as those in the third embodiment described with reference to FIG. To do.
[0122]
The polarization-independent optical modulator array of this embodiment is characterized in that the three optical circuit groups 15, 16, and 17 divided in the line segment B1-B2 and the line segment B3-B4 in FIG. After being individually manufactured on different substrates, the optical waveguides are optically coupled to each other by abutting the substrates at the end faces.
[0123]
The first optical circuit group 15 includes a first optical coupling circuit array (5A02, 5B02) and a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b, comb-like 1 / The first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array are connected in order. The first optical circuit group 15 uses a quartz optical waveguide formed on a silicon substrate.
[0124]
The second optical circuit group 16 is an optical phase control circuit array, and an input / output optical waveguide connected to the output optical waveguides 5A06a, 5A06b, 5A06c, 5A06d, 5B06a, 5B06b, 5B06c, 5B06d of the first optical circuit group 15 (5A08a, 5A09a), (5A08b, 5A09b), (5A08c, 5A09c), (5A08d, 5A09d), (5B08a, 5B09a), (5B08b, 5B09b), (5B08c, 5B09c), (5B08d, 5B09d) and these A phase shift circuit (5A11a, 5A11b, 5A11c, 5A11d, 5B11a, 5B11b, 5B11c, 5B11d) loaded on the input / output optical waveguide of the first optical circuit group. As many as 15 output optical waveguides. The second optical circuit group 16 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0125]
The third optical circuit group 17 includes a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A14a, 5A14b, 5B14a, 5B14b and a comb-like half-wave plate 512), and a second optical coupling circuit array. (5A17, 5B17), and the second polarization control circuit array and the second optical coupling circuit array are connected in order. As in the first optical circuit group 15, a quartz-based optical waveguide formed on a silicon substrate is used for the third optical circuit group 17.
[0126]
Here, the optical waveguide will be described in detail, and the loss in connecting the substrate will be described.
(1) The silica-based optical waveguide has a square core and is embedded in the cladding, and an optical waveguide having a relative refractive index difference between the core and the cladding of 0.75% and a spot size of 3.6 μm is used. Yes.
(2) On the other hand, LiNbO Three As the Ti diffusion optical waveguide on the substrate, a spot size having a radius of 3.6 μm is used.
{Circle around (3)} Since the Ti diffusion optical waveguide is very close to the spot size of the silica-based optical waveguide, it can be coupled with low loss.
(4) Further, since the substrates are brought into contact with each other at the end face and connected together, the positional deviation tolerance against the coupling loss is large.
(5) Therefore, when AR coating was applied to the end face to remove Fresnel reflection, and end face coupling was performed, an extremely low loss value of 0.2 dB on average was obtained as the coupling loss, and the loss variation was within 0.1 dB. It was.
[0127]
This end face connection method is technically equivalent to a method of connecting a PLC substrate and an optical fiber array, which has a sufficient track record including reliability, and is also expected to have sufficient reliability.
[0128]
Next, effects obtained by using the comb-shaped half-wave plates 507 and 512 in the polarization control circuit array will be described below.
[0129]
In order to explain the effect of the comb-shaped half-wave plate, FIG. 11 shows a similar dual-mode light modulator using a normal half-wave plate instead of the comb-shaped half-wave plate. A configuration in the case of producing an array is shown.
[0130]
In FIG. 11, 1101a-1101d is an input optical waveguide, 1102a-1102b and 1109a-1109b are directional coupling circuits (triangle marks), 1103a-1103d and 1108a-1108d are polarization multiplexing / demultiplexing circuits (elliptical marks) , 1104 and 1107 are normal half-wave plates, 1105 is a signal electrode, 1106 is a ground electrode, 1110a-1110d are output optical waveguides, and 1111 is a crossed waveguide (circle mark). For simplicity, other optical waveguide symbols are omitted. Paths A and B are two optical paths between the two polarization multiplexing / demultiplexing circuits 1103a and 1108a in the uppermost stage. The path A has no cross waveguide, and the path B has a cross waveguide in the middle. 1111 is present.
[0131]
As shown in FIG. 11, when an attempt is made to produce a polarization-independent optical modulator array using conventional half-wave plates 1104, 1107 that are not comb-shaped, the half-wave plates 1104, 1107 are inserted. Since the optical waveguide and the optical waveguide that is not inserted need to be combined, the crossed waveguide 1111 has become indispensable. For example, even when a quartz optical waveguide as in this embodiment is used, when a cross waveguide 1111 having a cross angle of 40 degrees is produced, a cross loss of 0.2 dB per point is generated. The intersection angle of 40 degrees indicates a value at which the intersection loss is minimized. Therefore, when a double optical modulator array similar to that of the present embodiment is configured using normal half-wave plates 1104 and 1107, a large number of crossed waveguides 1110 are required as shown in FIG. .2dB crossing loss occurs.
[0132]
On the other hand, in this embodiment, although the excess loss due to the substrate connection (0.4 dB at both ends) increases, there is no cross loss because the comb-like half-wave plates 507 and 512 (see FIG. 5) are used. It became possible to suppress excessive loss sufficiently.
[0133]
In addition, since the comb-shaped half-wave plates 507 and 512 are used, the cross waveguide caused by the routing of the optical waveguide can be removed, so that the dependency of the cross loss on the optical path can be eliminated.
[0134]
When a normal half-wave plate is used, excess loss due to the crossed waveguide 1111 is greatly different between the path A and the path B, as shown in FIG. The excess loss is 0 dB in the path A, and the excess loss is 1 dB in the path B. Due to the mismatch of excess loss between the paths, even if the directional coupling circuits 1102a-1102b in the previous stage are equally distributed to the branching ratio of 50%, the branching ratio is greatly shifted as a result. Cause extinction ratio degradation.
[0135]
However, with the configuration using the comb-like half-wave plates 507 and 512 as in this embodiment, excess loss (cross loss) due to the cross waveguide is removed, so that the cross loss depends on the optical path. Is also resolved. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the optical modulator characteristics due to the dependency of the cross loss on the optical path.
[0136]
Further, it is not necessary to route the optical waveguide, and the circuit size can be reduced. For example, in this embodiment, the circuit length can be reduced by about 1 mm as compared with the conventional configuration using a normal half-wave plate.
[0137]
In the present embodiment, the dual optical modulator array has been described. However, the same effect can be obtained with an optical modulator having a similar configuration or with an optical modulator array having three or more optical modulators. In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as. Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical modulator using a thermo-optic effect is realized by using a heater for applying heat and a wiring for passing a current through the heater as the phase shift circuit. However, such a thermo-optic light modulator also has polarization dependency. Therefore, by using a thermo-optic type optical modulator array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment, the same effect as described above can be obtained and useful. In the case of a thermo-optic type optical modulator array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate optical waveguide, but also in an optical waveguide having a thermo-optic effect such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass and a plastic optical waveguide. The present invention can be applied.
[0138]
In this embodiment, a silicon substrate and a silica-based optical waveguide formed thereon are used for the first optical circuit group 15 including the first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array, and an optical phase control circuit is used. The second optical circuit group 16 including the array includes a Z-cut LiNbO. Three A silicon substrate and a third optical circuit group 17 including the second polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array are formed on the substrate and the Ti diffusion optical waveguide formed thereon. Since a quartz optical waveguide is used, there are advantages (1) to (3) below.
(1) LiNbO Three Compared with Ti diffusion optical waveguide on substrate, quartz optical waveguide on silicon substrate is much easier to groove (for insertion of comb-like half-wave plates 507,512) and polarization independent optical modulator The fabrication of the array can be simplified.
(2) The first and third optical circuit groups 15 and 17 that need to be fiber-connected to the outside are made of silica-based optical waveguides, so that they can be connected with low loss and high reliability. . The reason for this is that silica-based optical waveguides are compatible with commonly used optical fibers and have good compatibility, and the mode field diameter is almost the same as that of optical fibers, so they have low loss and high reliability. Because it is.
(3) Quartz-based optical waveguides can be used to produce large-scale circuits with low loss like AWG. Therefore, by making the first and third optical circuit groups 15 and 17 and the AWG on the same substrate, it is possible to realize high functionality such as a wavelength selector and OADM.
[0139]
[Application to FIGS. 7 and 8]
The sixth embodiment can be applied to the polarization-independent optical switch array shown in FIG. 7 or the polarization-independent optical attenuator array shown in FIG.
[0140]
When applied to the polarization-independent optical switch array of FIG. 7, the three optical circuit groups 18, 19, and 20 divided in the line segment C1-C2 and the line segment C3-C4 in FIG. After being individually manufactured on different substrates, the optical waveguides are optically coupled to each other by abutting the substrates at the end faces.
[0141]
Specifically, the first optical circuit group 18 includes a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, 7B02b and a comb-shaped half-wave plate 704), a first Optical coupling circuit arrays (7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b), and the first polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array are connected in order. The first optical circuit group 18 uses a quartz optical waveguide formed on a silicon substrate.
[0142]
The second optical circuit group 19 is an optical phase control circuit array, and input / output optical waveguides (7A07a, 7A10a), (7A07b, 7A10b), (7A07c,) connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group 18. 7A10c), (7A07d, 7A10d), (7B07a, 7B10a), (7B07b, 7B10b), (7B07c, 7B10c), (7B07d, 7B10d) Phase shift circuits (7A09a, 7A09b, 7A09c, 7A09d, 7B09a, 7B09b, 7B09c, 7B09d), and the number of input / output optical waveguides is the same as the number of output optical waveguides of the first optical circuit group 18. The second optical circuit group 19 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0143]
The third optical circuit group 20 includes a second optical coupling circuit array (7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b) and a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A15a, 7A15b, 7B15a, 7B15b and combs). The second optical coupling circuit array and the second polarization control circuit array are connected in order. As in the first optical circuit group 18, a silica-based optical waveguide formed on a silicon substrate is used for the third optical circuit group 20.
[0144]
When applied to the polarization-independent optical attenuator array of FIG. 8, the three optical circuit groups 21, 22, and 23 divided in the line segment D1-D2 and the line segment D3-D4 in FIG. After the substrates are individually fabricated on different substrates, they are fabricated by abutting the substrates at the end faces and optically coupling the optical waveguides.
[0145]
Specifically, the first optical circuit group 21 includes a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02 and 8B02 and a comb-shaped half-wave plate 804), and a first optical coupling circuit. Array (8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b), and the first polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array are sequentially connected. The first optical circuit group 21 uses a quartz optical waveguide formed on a silicon substrate.
[0146]
The second optical circuit group 22 is an optical phase control circuit array, and input / output optical waveguides (8A07a, 8A10a), (8A07b, 8A10b), (8A07c,) connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group 21. 8A10c), (8A07d, 8A10d), (8B07a, 8B10a), (8B07b, 8B10b), (8B07c, 8B10c), (8B07d, 8B10d) Phase shift circuits (8A09a, 8A09b, 8A09c, 8A09d, 8B09a, 8B09b, 8B09c, 8B09d) and the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides of the first optical circuit group 21. The second optical circuit group 22 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0147]
The third optical circuit group 24 includes a second optical coupling circuit array (8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b), a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A15, 7B15, comb-like 1 / The second optical coupling circuit array and the second polarization control circuit array are connected in order. As in the first optical circuit group 21, a quartz-based optical waveguide formed on a silicon substrate is used for the third optical circuit group 24.
[0148]
Even if the first optical circuit group 18, the second optical circuit group 19 and the third optical circuit group 20 produced individually are connected to each other to produce the polarization-independent optical switch array of FIG. Further, the first optical circuit group 21, the second optical circuit group 22, and the third optical circuit group 23 manufactured individually are connected to each other to manufacture the polarization-independent optical attenuator array shown in FIG. However, as can be seen from the description of the present embodiment, since the connection can be made with a sufficiently small loss, the effect of using the comb-shaped half-wave plate can be sufficiently expected and effective.
[0149]
[Seventh embodiment]
Next, a polarization-independent optical switch array will be described as a seventh embodiment of the present invention. The polarization-independent optical switch array of this embodiment has two units, and the configuration diagram thereof is the same as FIG. The circuit configuration, optical signal flow, and polarization-independent mechanism of the dual-polarization-independent optical switch array are the same as those in the third embodiment described with reference to FIG. .
[0150]
The characteristic of the polarization-independent optical modulator array of this embodiment is that the three optical circuit groups 15, 16, and 17 divided in the line segments B1-B2 and B3-B4 in FIG. After being individually manufactured on different substrates, the optical waveguides are optically coupled to each other by abutting the substrates at the end faces.
[0151]
The first optical circuit group 15 includes a first optical coupling circuit array (5A02, 5B02) and a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A05a, 5A05b, 5B05a, 5B05b, comb-like 1 / The first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array are connected in order. The first optical circuit group 15 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0152]
The second optical circuit group 16 is an optical phase control circuit array, and an input / output optical waveguide connected to the output optical waveguides 5A06a, 5A06b, 5A06c, 5A06d, 5B06a, 5B06b, 5B06c, 5B06d of the first optical circuit group 15 (5A08a, 5A09a), (5A08b, 5A09b), (5A08c, 5A09c), (5A08d, 5A09d), (5B08a, 5B09a), (5B08b, 5B09b), (5B08c, 5B09c), (5B08d, 5B09d) and these A phase shift circuit (5A11a, 5A11b, 5A11c, 5A11d, 5B11a, 5B11b, 5B11c, 5B11d) loaded on the input / output optical waveguide of the first optical circuit group. As many as 15 output optical waveguides. The second optical circuit group 16 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0153]
The third optical circuit group 17 includes a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 5A14a, 5A14b, 5B14a, 5B14b and a comb-like half-wave plate 512), and a second optical coupling circuit array. (5A17, 5B17), and the second polarization control circuit array and the second optical coupling circuit array are connected in order. As in the first and second optical circuit groups 15 and 16, the third optical circuit group 17 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0154]
Here, the optical waveguide will be described in detail, and the loss in connecting the substrate will be described.
▲ 1 ▼ LiNbO Three As the Ti diffusion optical waveguide on the substrate, a spot size having a radius of 3.6 μm is used.
(2) After AR coating was applied to the end face to remove Fresnel reflection, end face bonding was performed. As a result, a very low loss value of 0.1 dB on average was obtained as a coupling loss, and the loss variation was within 0.1 dB.
{Circle around (3)} Since the substrates are brought together at the end faces and connected together, the displacement tolerance against the coupling loss is large.
[0155]
This end face connection method is technically equivalent to a method of connecting a PLC substrate and an optical fiber array, which has a sufficient track record including reliability, and is also expected to have sufficient reliability.
[0156]
Next, the effects of using the comb-shaped half-wave plates 507 and 512 in the polarization control circuit array will be described below in comparison with the optical circuit of FIG.
(1) As shown in FIG. 11, when an attempt is made to produce a polarization-independent optical switch array using conventional half-wave plates 1104, 1107 that are not comb-shaped, the half-wave plates 1104, 1107 are Since the optical waveguide to be inserted and the optical waveguide not to be inserted need to be put together, the crossed waveguide 1111 has been indispensable. For example, LiNbO as in this example Three Even when the Ti diffusion optical waveguide on the substrate is used, if a cross waveguide 1111 having a cross angle of 40 degrees is produced, a cross loss of 0.2 dB per point is generated. Therefore, when a duplex optical switch array similar to that of the present embodiment is configured using normal half-wave plates 1104 and 1107, a large number of crossed waveguides 1110 are required as shown in FIG. Crossing loss of 2dB occurs.
(2) On the other hand, in this embodiment, although the excess loss due to the substrate connection (0.4 dB at both ends) increases, the comb-like half-wave plates 507 and 512 (see FIG. 5) are used, so the cross loss. Therefore, excess loss can be suppressed sufficiently.
(3) Since the comb-shaped half-wave plates 507 and 512 are used, the cross waveguide caused by the routing of the optical waveguide can be removed, so that the dependency of the cross loss on the optical path can be eliminated.
(4) When a normal half-wave plate is used, the excess loss due to the crossed waveguide 1111 is greatly different between the path A and the path B as shown in FIG. The excess loss is 0 dB in the path A, and the excess loss is 1 dB in the path B. Due to the mismatch of excess loss between the paths, even if the directional coupling circuits 1102a-1102b in the previous stage are equally distributed to the branching ratio of 50%, the branching ratio is greatly shifted as a result. As a result, the extinction ratio deteriorates.
(5) However, by using the comb-shaped half-wave plates 507 and 512 as in this embodiment, excess loss (crossing loss) due to the crossing waveguide is removed, so that the light of crossing loss can be obtained. Route dependency is also eliminated. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the optical switch due to the dependency of the crossing loss on the optical path.
(6) Furthermore, it is not necessary to route the optical waveguide, and the circuit size can be reduced. For example, in this embodiment, the circuit length can be reduced by about 1 mm as compared with the conventional configuration using a normal half-wave plate.
[0157]
In the present embodiment, the dual optical switch array has been described. However, the same effect can be obtained in a single optical switch having the same configuration or in an optical switch array having three or more optical switches. In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as. Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical switch using the thermo-optic effect is realized by using, as the phase shift circuit, a heater for applying heat and a wiring for flowing current to the heater. However, even such a thermo-optic optical switch has polarization dependency. Therefore, by using a thermo-optic optical switch array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment, the same effect as described above can be obtained and useful. In the case of a thermo-optic optical switch array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate-based optical waveguide, and in an optical waveguide having a thermo-optic effect, such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass, a plastic optical waveguide, The present invention can be applied.
[0158]
In the present embodiment, the first optical circuit group 15 including the first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array, the second optical circuit group 16 including the optical phase control circuit array, and the second polarization The third optical circuit group 17 including the control circuit array and the first optical coupling circuit array is both Z-cut LiNbO. Three Since the substrate and the Ti diffusion optical waveguide formed thereon are used, the connection can be made with a sufficiently small loss, and therefore the effect of using the comb-shaped half-wave plate can be sufficiently expected. Further, there is an advantage that the optical switch array can be manufactured with a high yield by connecting the optical circuit groups 15, 16, and 17 after individually manufacturing them.
[0159]
[Application to FIGS. 7 and 8]
The eighth embodiment can be applied to the polarization-independent optical switch array shown in FIG. 7 or the polarization-independent optical attenuator array shown in FIG.
[0160]
When applied to the polarization-independent optical switch array of FIG. 7, the three optical circuit groups 18, 19, and 20 divided in the line segment C1-C2 and the line segment C3-C4 in FIG. After individually producing on a different board | substrate, it is produced by abutting board | substrates by an end surface and optically coupling each optical waveguide.
[0161]
Specifically, the first optical circuit group 18 includes a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A02a, 7A02b, 7B02a, 7B02b and a comb-shaped half-wave plate 704), a first Optical coupling circuit arrays (7A06a, 7A06b, 7B06a, 7B06b), and the first polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array are connected in order. The first optical circuit group 18 includes a Z-cut LiNbO. Three A substrate and a Ti diffusion optical waveguide formed thereon are used.
[0162]
The second optical circuit group 19 is an optical phase control circuit array, and input / output optical waveguides (7A07a, 7A10a), (7A07b, 7A10b), (7A07c,) connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group 18. 7A10c), (7A07d, 7A10d), (7B07a, 7B10a), (7B07b, 7B10b), (7B07c, 7B10c), (7B07d, 7B10d) Phase shift circuits (7A09a, 7A09b, 7A09c, 7A09d, 7B09a, 7B09b, 7B09c, 7B09d), and the number of input / output optical waveguides is the same as the number of output optical waveguides of the first optical circuit group 18. As in the first optical circuit group 18, the second optical circuit group 19 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0163]
The third optical circuit group 20 includes a second optical coupling circuit array (7A11a, 7A11b, 7B11a, 7B11b) and a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 7A15a, 7A15b, 7B15a, 7B15b and combs). The second optical coupling circuit array and the second polarization control circuit array are connected in order. The third optical circuit group 20 includes a Z-cut LiNbO as in the first and second optical circuit groups 18 and 10. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0164]
When applied to the polarization-independent optical attenuator array of FIG. 8, the three optical circuit groups 21, 22, and 23 divided in the line segment D1-D2 and the line segment D3-D4 in FIG. After the substrates are individually fabricated on different substrates, they are fabricated by abutting the substrates at the end faces and optically coupling the optical waveguides.
[0165]
Specifically, the first optical circuit group 21 includes a first polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A02 and 8B02 and a comb-shaped half-wave plate 804), and a first optical coupling circuit. Array (8A06a, 8A06b, 8B06a, 8B06b), and the first polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array are sequentially connected. The first optical circuit group 21 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0166]
The second optical circuit group 22 is an optical phase control circuit array, and input / output optical waveguides (8A07a, 8A10a), (8A07b, 8A10b), (8A07c,) connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group 21. 8A10c), (8A07d, 8A10d), (8B07a, 8B10a), (8B07b, 8B10b), (8B07c, 8B10c), (8B07d, 8B10d) Phase shift circuits (8A09a, 8A09b, 8A09c, 8A09d, 8B09a, 8B09b, 8B09c, 8B09d) and the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides of the first optical circuit group 21. As in the first optical circuit group 21, the second optical circuit group 22 includes a Z-cut LiNbO. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0167]
The third optical circuit group 24 includes a second optical coupling circuit array (8A11a, 8A11b, 8B11a, 8B11b), a second polarization control circuit array (polarization multiplexing / demultiplexing circuits 8A15, 7B15, comb-like 1 / The second optical coupling circuit array and the second polarization control circuit array are connected in order. The third optical circuit group 24 includes a Z-cut LiNbO as in the first and second optical circuit groups 21 and 22. Three A Ti diffusion optical waveguide formed on the substrate is used.
[0168]
Even if the first optical circuit group 18, the second optical circuit group 19 and the third optical circuit group 20 produced individually are connected to each other to produce the polarization-independent optical switch array of FIG. Further, the first optical circuit group 21, the second optical circuit group 22, and the third optical circuit group 23 manufactured individually are connected to each other to manufacture the polarization-independent optical attenuator array shown in FIG. However, as can be seen from the description of this embodiment, there is an advantage that the optical switch array can be manufactured with a high yield. In addition, since the connection can be made with a sufficiently small loss, the effect of using the comb-toothed half-wave plate can be sufficiently expected and effective.
[0169]
[Eighth embodiment]
FIG. 9 shows the configuration of a polarization-independent optical attenuator array as an eighth embodiment of the present invention. In the optical attenuator array of this embodiment, the third optical circuit group 17 is deleted from the polarization independent optical circuit (optical modulator array) of the sixth embodiment described with reference to FIG. Instead, the second optical circuit group 16 corresponds to the one provided with a reflecting surface on the output side.
[0170]
That is, the optical attenuator array of this embodiment includes two directional coupling circuits (optical coupling circuits) 9A02, 9B02, four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9A05a, 9A05b, 9B05a, 9B05b, and one sheet. Using a comb-shaped half-wave plate 907, eight optical phase control circuit arrays (details will be described later), and a reflecting surface 912, two optical attenuators in which these are sequentially connected are arranged in parallel. It is a wave-independent optical attenuator array. The comb-shaped half-wave plate 907 is inserted into every other optical waveguide 9A06b, 9A06d, 9B06b, 9B06d between the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9A05a, 9A05b, 9B05a, 9B05b and the optical phase control circuit array. The
[0171]
Two directional coupling circuits (optical coupling circuits) 9A02 and 9B02 constitute the first optical coupling circuit array, and four polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9A05a, 9A05b, 9B05a, and 9B05b and one comb-tooth shape The half-wave plate 907 constitutes the first polarization control circuit array, and the first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array constitute the first optical circuit group 24. . The second optical circuit group 25 is an optical phase control circuit array.
[0172]
For the first optical circuit group 24, a silicon substrate and a quartz optical waveguide formed thereon are used. That is, the first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array are manufactured using a silica-based optical waveguide formed on the same silicon substrate.
[0173]
The second optical circuit group (optical phase control circuit array) 25 includes a Z-cut LiNbO having a large electro-optic effect. Three A substrate and a Ti diffusion optical waveguide formed thereon are used.
[0174]
For the reflection surface 912, a single dielectric multilayer filter (1.55 μm band total reflection mirror) is used.
[0175]
The first optical circuit group 24 and the second optical circuit group 25 are composed of different substrates (silicon substrate and Z-cut LiNbO Three After being manufactured individually on the substrate), the optical waveguides are optically coupled to each other by connecting the substrates to each other at the end faces.
[0176]
The reflection surface 912 is totally reflected on the output side of the second optical circuit group 25 (the end surfaces of the optical waveguides 9A09a, 9A09b, 9A09c, 9A09d, 9B09a, 9B09b, 9B09c, and 9B09d) before or after the end surfaces of the substrates are connected to each other. Have been glued to.
[0177]
The optical phase control circuit array of the second optical circuit group 25 will be described. Input / output connected to the output optical waveguides 9A06a, 9A06b, 9A06c, 9A06d, 9B06a, 9B06b, 9B06c, 9B06d of the first optical circuit group 24. Optical waveguide (9A08a, 9A09a), (9A08b, 9A09b), (9A08c, 9A09c), (9A08d, 9A09d), (9B08a, 9B09a), (9B08b, 9B09b), (9B08c, 9B09c), (9B08d, 9B09d) These input / output optical waveguides include phase shift circuits loaded on the upper and upper surfaces, etc., and the number of input / output optical waveguides is the same as the number of output optical waveguides of the first optical circuit group 24.
[0178]
As the phase shift circuit, signal electrode wirings 9A11a, 9A11b, 9A11c, 9A11d, 9B11a, 9B11b, 9B11c, 9B11d and ground electrode wirings 9A10a, 9A10b, 9A10c, 9A10d, 9B10a, 9B10b, 9B10c, 9B10d are loaded.
[0179]
That is, each of the optical waveguides 9A08a, 9A08b, 9A08c, 9A08d, 9B08a, 9B08b, 9B08c, 9B08d in the second optical circuit group 25 is loaded with signal electrodes 9A11a, 9A11b, 9A11c, 9A11d, 9B11a. , 9B11b, 9B11c, and 9B11d serve as an optical phase control circuit that performs phase control using an electrical signal for performing phase control. The ground electrodes 9A10a, 9A10b, 9A10c, 9A10d, 9B10a, 9B10b, 9B10c, and 9B10d are loaded beside each signal electrode.
[0180]
The method of giving the phase difference in the optical phase control circuit array is the same as that described with reference to FIG.
[0181]
Here, the flow of optical signals and the operation principle in the optical attenuator array shown in FIG. 9 will be described. For example, in the upper optical attenuator, light input to the input optical waveguide 9A01a is equally distributed to the optical waveguides 9A03a and 9A03b by the directional coupling circuit 9A02, and propagates to the optical waveguides 9A04a and 9A04b. The light propagating through the optical waveguides 9A04a and 9A04b is separated into TE polarization and TM polarization by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9A05a and 9A05b, respectively. The optical waveguides 9A06b and 9A06d through which TE polarized light propagates are inserted with a comb-like half-wave plate 907 whose optical principal axis is inclined by 45 degrees with respect to the substrate plane, and converts TE polarized light to TM polarized light. To do. In the optical waveguides 9A08a-9A08d for performing phase control, TM polarization propagates in all. These TM polarized waves propagate from the optical waveguide 9A08a-9A08d to the optical waveguide 9A09a-9A09d. A reflection surface 912 is bonded to the end face of the optical waveguide 9A09a-9A09d, and totally reflects the propagated light (TM polarized wave). The totally reflected light follows the path described above in reverse. Therefore, the light returning from the optical waveguides 9A08b and 9A08d is converted from the TM polarization to the TE polarization by the comb-like half-wave plate 907, and returns to the optical waveguides 9A08a and 9A08c by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9A05a and 9A05b, respectively. Combined with light (TM polarization), the polarization is restored. Here, when a half-wavelength phase difference is given to the light guided by the reflecting surface 912 and guided through the optical waveguides 9A08a and 9A08c and the light guided through the optical waveguides 9A08b and 9A08d, the original input optical The waveguide 9A01a becomes an output optical waveguide, and light propagates from the directional coupling circuit 9A02 to the output optical waveguide 9A01a. When no phase difference is given, light propagates from the directional coupling circuit 9A02 to the output optical waveguide 9A01b. That is, the light emitted from the optical waveguide 9A01a can be quenched by giving a desired phase difference by the optical phase control circuit. Furthermore, by adjusting the phase difference given by the optical phase control circuit, the light emitted from the optical waveguide 9A01a can be set to a desired light intensity and can be used as an optical attenuator.
[0182]
The same applies to the lower optical attenuator, and the light input to the input optical waveguide 9B01a is equally distributed to the optical waveguides 9B03a and 9B03b by the directional coupling circuit 9B02 and propagates to the optical waveguides 9B04a and 9B04b. The light propagating through the optical waveguides 9B04a and 9B04b is separated into TE polarization and TM polarization by the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 9B05a and 9B05b, respectively. The optical waveguides 9B06b and 9B06d through which TE polarized light propagates are inserted with a comb-like half-wave plate 907 whose optical principal axis is inclined by 45 degrees with respect to the substrate plane, and converts TE polarized light to TM polarized light. To do. In the optical waveguides 9B08a-9B08d for performing phase control, TM polarization is propagated in all cases. These TM polarized waves propagate from the optical waveguide 9B08a-9B08d to the optical waveguide 9B09a-9B09d. A reflection surface 912 is bonded to the end face of the optical waveguide 9B09a-9B09d, and totally propagates the propagated light (TM polarized wave). The totally reflected light follows the path described above in reverse.
[0183]
The effect of using the polarization independence mechanism and the comb-like half-wave plate 907 is the same as in the third and sixth embodiments.
[0184]
Here, in this example, the excess loss was 0.4 dB at the end face connection, 0.5 dB at the reflection, and 2.0 dB at the circuit loss, and the total loss was 2.9 dB. Excessive loss without using a comb-like half-wave plate and without reflection is a cross loss of 1.2 dB (maximum) and a circuit loss of 2.0 dB, which is a total of 3.2 dB. Therefore, it can be seen that the optical circuit of this embodiment is also effective in terms of loss.
[0185]
As described above, the polarization-independent optical attenuator array of this embodiment has the following advantages (1) to (3).
(1) By reflecting light, the number of circuits constituting the optical attenuator can be greatly reduced.
(2) Since light reciprocates and passes through the optical phase control circuit twice, highly efficient phase control is possible.
(3) After the first optical circuit group 24 and the second optical circuit group 25 are manufactured on separate substrates, an optical attenuator can be manufactured with high yield by connecting the end faces.
[0186]
In this embodiment, the end face connection is performed after the substrates are individually manufactured. However, even if the first optical circuit group 24 and the second optical circuit group 25 are formed on the same substrate, a comb-tooth shape is obtained. The effect obtained by using the half-wave plate 907 can be similarly expected. In this case, although the yield is lowered, there is an advantage that excess loss due to end face connection can be eliminated.
[0187]
In the present embodiment, the dual optical attenuator array has been described. However, the same effect can be obtained with a single optical attenuator having the same configuration or with three or more optical attenuator rays.
[0188]
In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as.
[0189]
Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical attenuator using the thermo-optic effect is realized by using a heater for applying heat to the optical waveguide and a wiring for supplying a current to the heater as the phase shift circuit. Such a thermo-optic type optical attenuator also has polarization dependency. Therefore, the use of a thermo-optic type optical attenuator array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment is useful because the same effect as described above can be obtained. In the case of a thermo-optic optical attenuator array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate optical waveguide, and has a thermo-optic effect such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass and a plastic optical waveguide. The present invention can also be applied to an optical waveguide.
[0190]
[Ninth Embodiment]
FIG. 10 shows the configuration of a polarization-independent optical attenuator array as a ninth embodiment of the present invention. In the optical attenuator array of this embodiment, the third optical circuit group 23 is deleted from the polarization-independent optical circuit (optical attenuator array) of the fifth embodiment described with reference to FIG. Instead, the second optical circuit group 22 corresponds to an output side provided with a reflecting surface.
[0191]
That is, the optical attenuator array of this embodiment includes two polarization multiplexing / demultiplexing circuits 10A02, 10B02, four directional coupling circuits (optical coupling circuits) 10A06a, 10A06b, 10B06a, 10B06b, and one sheet. Using a comb-shaped half-wave plate 1004, an array of eight optical phase control circuits (details will be described later), and a reflecting surface 1011, two optical attenuators in which these are sequentially connected are arranged in parallel. It is a wave-independent optical attenuator array. The comb-shaped half-wave plate 1011 is inserted between the polarization multiplexing / demultiplexing circuits 10A02, 10B02 and the directional coupling circuits 10A06a, 10A06b, 10B06a, 10B06b in every other optical waveguide 10A03b, 10B03b.
[0192]
Two polarization multiplexing / demultiplexing circuits 10A02 and 10B02 and one comb-shaped half-wave plate 1004 constitute a first polarization control circuit array, and four directional coupling circuits 10A06a, 10A06b, and 10B06a. , 10B06b constitute a first optical coupling circuit array, and the first polarization control circuit array and the first optical coupling circuit array constitute a first optical circuit group 26. The second optical circuit group 27 is an optical phase control circuit array.
[0193]
For the first optical circuit group 26, a silicon substrate and a quartz optical waveguide formed thereon are used. That is, the first optical coupling circuit array and the first polarization control circuit array are manufactured using a silica-based optical waveguide formed on the same silicon substrate.
[0194]
The second optical circuit group (optical phase control circuit array) 27 includes a Z-cut LiNbO having a large electro-optic effect. Three A substrate and a Ti diffusion optical waveguide formed thereon are used.
[0195]
For the reflecting surface 1011, a single dielectric multilayer filter (1.55 μm band total reflection mirror) is used.
[0196]
The first optical circuit group 26 and the second optical circuit group 27 are composed of different substrates (silicon substrate and Z-cut LiNbO Three After being manufactured individually on the substrate), the optical waveguides are optically coupled to each other by connecting the substrates to each other at the end faces.
[0197]
The reflection surface 1011 is totally reflected on the output side of the second optical circuit group 27 (the end surfaces of the optical waveguides 10A10a, 10A10b, 10A10c, 10A10d, 10B10a, 10B10b, 10B10c, and 10B10d) before or after the end surfaces of the substrates are connected to each other. Have been glued to.
[0198]
The optical phase control circuit array of the second optical circuit group 27 will be described. Input / output optical waveguides (10A07a, 10A10a), (10A07b, 10A10b), () connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group 26. 10A07c, 10A10c), (10A07d, 10A10d), (10B07a, 10B10a), (10B07b, 10B10b), (10B07c, 10B10c), (10B07d, 10B10d) The number of input / output optical waveguides is the same as the number of output optical waveguides of the first optical circuit group 26.
[0199]
As the phase shift circuit, signal electrode wiring 10A09a, 10A09b, 10A09c, 10A09d, 10B09a, 10B09b, 10B09c, 10B09d and ground electrode wiring 10A08a, 10A08b, 10A08c, 10A08d, 10B08a, 10B08b, 10B08c, 10B08d are loaded.
[0200]
That is, each of the optical waveguides 10A07a, 10A07b, 10A07c, 10A07d, 10B07a, 10B07b, 10B07c, 10B07d in the second optical circuit group 27 has signal electrodes 10A09a, 10A09b, 10A09c, 10A09d loaded on the upper surface or the upper surface. It plays a role as an optical phase control circuit for performing phase control by an electrical signal for performing phase control for guiding the waves 10B09a, 10B09b, 10B09c, and 10B09d. The ground electrodes 10A08a, 10A08b, 10A08c, 10A08d, 10B08a, 10B08b, 10B08c, and 10B08d are loaded beside each signal electrode.
[0201]
The method of giving the phase difference in the optical phase control circuit array is the same as that described with reference to FIG.
[0202]
Here, the flow of optical signals and the operation principle in the optical attenuator array shown in FIG. 10 will be described. For example, in the upper optical attenuator, light input to the input optical waveguide 10A01 is separated into TE polarized light and TM polarized light by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02. A comb-like half-wave plate 1004 having an optical principal axis inclined by 45 degrees with respect to the substrate plane is inserted into the optical waveguide 10A03b through which TE polarized light propagates, and converts the TE polarized light into TM polarized light. These lights are equally distributed to the optical waveguides 10A07a and 10A07b and the optical waveguides 10A07c and 10A07d by the directional coupling circuits 10A06a and 10A06b, respectively. These four optical waveguides 10A07a-10A07d are loaded with electrical wiring on the upper part, etc., and are optical phase control circuits capable of changing the phase. The light (TM polarized wave) guided through this optical phase control circuit propagates through the optical waveguides 10A10a, 10A10b, 10A10c, and 10A07d, and is totally reflected by the reflecting surface 1011 bonded to the end faces of these optical waveguides 10A10a-10A07d. . The totally reflected light follows the path described above in reverse. Light returning from the optical waveguides 10A07a and 10A07b is coupled by the directional coupling circuit 10A06a, and returns to the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02 via the optical waveguides 10A05a and 10A03a. The light returning from the optical waveguides 10A07c and 10A07d is coupled by the directional coupling circuit 10A06b, and when propagating through the optical waveguides 10A05b and 10A03b, the comb-like half-wave plate 1004 is converted from TM polarization to TE polarization. Return to polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02. These lights are synthesized by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02 and restored to the original polarization. Here, when a half-wavelength phase difference is given to the light guided by the reflecting surface 1011 and guided through the optical waveguides 10A07a and 10A07b and the light guided through the optical waveguides 10A07c and 10A07d, the original input optical The waveguide 10A01 becomes an output optical waveguide, and 100% of light is guided from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02 to the output optical waveguide 10A01. When no phase difference is given, no light is guided from the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10A02 to the output optical waveguide 10A01. That is, the light emitted from the optical waveguide 10A01 can be quenched by giving a desired phase difference by the optical phase control circuit. Furthermore, by adjusting the phase difference given by the optical phase control circuit, the light emitted from the optical waveguide 10A01 can be set to a desired light intensity and can be used as an optical attenuator.
[0203]
The same applies to the lower optical attenuator, and the light input to the input optical waveguide 10B01 is separated into TE polarized light and TM polarized light by the polarization multiplexing / demultiplexing circuit 10B02. A comb-like half-wave plate 1004 having an optical principal axis inclined by 45 degrees with respect to the substrate plane is inserted into the optical waveguide 10B03b through which the TE polarized light propagates, and converts the TE polarized light into the TM polarized light. These lights are equally distributed to the optical waveguides 10B07a and 10B07b and the optical waveguides 10B07c and 10B07d by the directional coupling circuits 10B06a and 10B06b, respectively. These four optical waveguides 10B07a-10B07d are loaded with electrical wiring on the upper part or the like, and are optical phase control circuits capable of changing the phase. The light (TM polarized wave) guided through this optical phase control circuit propagates through the optical waveguides 10B10a, 10B10b, 10B10c, and 10B07d, and is totally reflected by the reflecting surface 1011 bonded to the end faces of these optical waveguides 10B10a-10B07d. . The totally reflected light follows the path described above in reverse.
[0204]
The polarization independence mechanism is the same as in the fourth and fifth embodiments. The effect of using the comb-shaped half-wave plate 1004 is the same as that of the fourth and fifth embodiments, and there are elimination of the optical path dependency due to the crossed waveguide, reduction of the circuit size, and the like.
[0205]
As described above, the polarization-independent optical attenuator array of this embodiment has the following advantages (1) to (3).
(1) By reflecting light, the number of circuits constituting the optical attenuator can be greatly reduced.
(2) Since light reciprocates and passes through the optical phase control circuit twice, highly efficient phase control is possible.
(3) After the first optical circuit group 26 and the second optical circuit group 27 are fabricated on separate substrates, the optical attenuators can be fabricated with high yield by connecting the end faces.
[0206]
In this embodiment, the end faces are connected after the substrates are individually manufactured. However, even if the first optical circuit group 26 and the second optical circuit group 27 are formed on the same substrate, the comb-tooth shape is obtained. The effect obtained by using the half-wave plate 1004 can be similarly expected. In that case, although the yield falls. There is an advantage that excessive loss due to end face connection can be eliminated.
[0207]
In the present embodiment, the dual optical attenuator array has been described. However, the same effect can be obtained with a single optical attenuator having the same configuration or with three or more optical attenuator rays.
[0208]
In this example, a lithium niobate-based optical waveguide is used as an optical waveguide having a large electro-optic effect. 1-x Nb x O Three Or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O Three The same effect can be obtained even with optical waveguides using other multi-element oxide crystals such as.
[0209]
Furthermore, in this embodiment, the electro-optic effect is used to change the phase in the optical phase control circuit array. However, the phase can also be changed using the thermo-optic effect. In this case, an optical attenuator using the thermo-optic effect is realized by using a heater for applying heat to the optical waveguide and a wiring for supplying a current to the heater as the phase shift circuit. Such a thermo-optic type optical attenuator also has polarization dependency. Therefore, the use of a thermo-optic type optical attenuator array having a configuration using a comb-like half-wave plate similar to that of the present embodiment is useful because the same effect as described above can be obtained. In the case of a thermo-optic optical attenuator array, the optical waveguide is not limited to a lithium niobate optical waveguide, and has a thermo-optic effect such as a multi-component optical waveguide represented by quartz glass and a plastic optical waveguide. The present invention can also be applied to an optical waveguide.
[0210]
【The invention's effect】
As can be seen from the above description, according to the polarization control circuit array of the present invention and the optical circuit using the same, polarization conversion is performed with a comb-shaped half-wave plate, so that crossed waveguides are reduced. Therefore, the excess loss (cross loss) caused by the crossed waveguide can be reduced. In addition, it is possible to eliminate the dependency of the cross loss caused by the cross waveguide on the optical path. Furthermore, it is not necessary to route the optical waveguide, and the circuit size can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a polarization control circuit array as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing an insertion portion of the comb-shaped half-wave plate in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a waveguide-type optical amplifier array as a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a PLC mounting substrate on which the semiconductor optical amplifier (SOA) in FIG. 3 is integrated in a hybrid manner.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a polarization-independent optical switch array as third, sixth, and seventh embodiments of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 in FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of a polarization-independent optical switch array as a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a polarization-independent optical attenuator array as a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a polarization-independent optical attenuator array as an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a polarization-independent optical attenuator array as a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the optical path dependence of cross loss when a conventional half-wave plate is used in relation to the seventh embodiment.
FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional polarization-independent optical modulator.
FIG. 13 is a configuration diagram when a conventional polarization-independent optical modulator is arrayed.
14 is a diagram for explaining the optical path dependence of the crossing loss in FIG. 13;
[Explanation of symbols]
1, 14 Groove for inserting comb-shaped half-wave plate
2, 4 Polarization control circuit array
3 Light intensity control circuit array
5, 64 4 array semiconductor optical amplifier (SOA) device
7, 8 Solder pattern for hybrid mounting
9 Si terrace mounting section
10, 11 Optical waveguide core
12, 134 Array semiconductor optical amplifier (SOA) element driving electrode
15, 18, 21, 24, 26 First optical circuit group
16, 19, 22, 25, 27 Second optical circuit group
17, 20, 23 Third optical circuit group
28 Optical principal axis of comb-shaped half-wave plate
103, 303, 305, 507, 512, 704, 713, 804, 813, 907, 1004 comb-shaped half-wave plate
101a-101h, 301a-301d, 5A01a-5A01b, 5B01a-5B01b, 7A01a-7A01b, 7B01a-7B01b, 9A01a-9A01b, 9B01a-9B01b, 10A01, 10B01, 1201a-1201b Input optical waveguide
102a-102d, 302a-302d, 306a-306d, 5A05a-5A05b, 5B05a-5B05b, 5A14a-5A14b, 5B14a-5B14b, 7A02a-7A02b, 7B02a-7B02b, 7A15a-7A15B, 7B15a8B15, 7B15a8B15 8B15, 9A05a-9A05b, 9B05a-9B05b, 10A02, 10B02, 1202, 1216a-1216b Polarization multiplexer / demultiplexer
104a-104h, 307a-307d, 5A18a-5A18b, 5B18a-5B18b, 7A16a-7A16b, 7B16a-7B16b, 8A16, 8B16, 1217a-1217b Output optical waveguide
5A02, 5B02, 5A17, 5B17, 7A06a-7A06b, 7B06a-7B06b, 7A11a-7A11b, 7B11a-7B11b, 8A06a-8A06b, 8B06a-8B06b, 8A11a-8A11b, 8B11a-8B10, A02B11b 10B06b, 1206a-1206b, 1212a-1212b Optical coupling circuit
912, 1011 Reflective surface
1101, 1318 Crossed waveguide
1204, 1214 Normal half-wave plate (conventional)

Claims (10)

2個以上の偏波合分波回路と、1枚以上の櫛歯状1/2波長板とを備え、前記櫛歯状1/2波長板が前記偏波合分波回路の入力光導波路または出力光導波路のいずれかに、光学主軸が基板に対して45度傾いて挿入されていることを特徴とする偏波制御回路アレイ。Two or more polarization multiplexing / demultiplexing circuits and one or more comb-shaped half-wave plates, wherein the comb-shaped half-wave plates are input optical waveguides of the polarization multiplexing / demultiplexing circuit or A polarization control circuit array, characterized in that an optical principal axis is inserted into one of the output optical waveguides with an inclination of 45 degrees with respect to the substrate. 第1の偏波制御回路アレイ、第2の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光強度制御回路アレイを備える光回路において、
前記第1の偏波制御回路アレイと、前記光強度制御回路アレイと、前記第2の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、
前記第1および第2の偏波制御回路アレイが請求項1記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。
In an optical circuit comprising a first polarization control circuit array, a second polarization control circuit array and a polarization-dependent light intensity control circuit array,
The first polarization control circuit array, the light intensity control circuit array, and the second polarization control circuit array are sequentially connected and arranged,
The optical circuit according to claim 1, wherein the first and second polarization control circuit arrays are the polarization control circuit arrays according to claim 1.
第1の偏波制御回路アレイ、第2の偏波制御回路アレイおよび偏波依存性のある光位相制御回路アレイを備える光回路において、
前記第1の偏波制御回路アレイと、前記光位相制御回路アレイと、前記第2の偏波制御回路アレイとが順に接続され、かつ、配置されており、
前記第1および第2の偏波制御回路アレイが請求項1記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。
In an optical circuit comprising a first polarization control circuit array, a second polarization control circuit array and a polarization-dependent optical phase control circuit array,
The first polarization control circuit array, the optical phase control circuit array, and the second polarization control circuit array are sequentially connected and arranged,
The optical circuit according to claim 1, wherein the first and second polarization control circuit arrays are the polarization control circuit arrays according to claim 1.
順に接続されかつ配置された、第1の光回路群、第2の光回路群および第3の光回路群を備え、
前記第1の光回路群は、第1の光結合回路アレイと、第1の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第2の光回路群は、前記第1の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、
前記第3の光回路群は、第2の偏波制御回路アレイと、第2の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第1および第2の偏波制御回路アレイが請求項1記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。
A first optical circuit group, a second optical circuit group, and a third optical circuit group, which are connected and arranged in order;
In the first optical circuit group, a first optical coupling circuit array and a first polarization control circuit array are connected in order,
The second optical circuit group includes the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group, and the phase of the light loaded on the input / output optical waveguides. An optical phase control circuit array composed of a phase shift circuit for changing,
In the third optical circuit group, a second polarization control circuit array and a second optical coupling circuit array are connected in order,
The optical circuit according to claim 1, wherein the first and second polarization control circuit arrays are the polarization control circuit arrays according to claim 1.
順に接続されかつ配置された、第1の光回路群、第2の光回路群および第3の光回路群を備え、
前記第1の光回路群は、第1の偏波制御回路アレイと、第1の光結合回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第2の光回路群は、前記第1の光回路群の出力光導波路に接続される、前記出力光導波路と同数の入出力光導波路と、前記入出力光導波路に装荷した光の位相を変化させるための位相シフト回路とから構成された光位相制御回路アレイであり、
前記第3の光回路群は、第2の光結合回路アレイと、第2の偏波制御回路アレイとが順に接続されたものであり、
前記第1および第2の偏波制御回路アレイが請求項1記載の偏波制御回路アレイであることを特徴とする光回路。
A first optical circuit group, a second optical circuit group, and a third optical circuit group, which are connected and arranged in order;
In the first optical circuit group, a first polarization control circuit array and a first optical coupling circuit array are connected in order,
The second optical circuit group includes the same number of input / output optical waveguides as the output optical waveguides connected to the output optical waveguides of the first optical circuit group, and the phase of the light loaded on the input / output optical waveguides. An optical phase control circuit array composed of a phase shift circuit for changing,
In the third optical circuit group, a second optical coupling circuit array and a second polarization control circuit array are connected in order,
The optical circuit according to claim 1, wherein the first and second polarization control circuit arrays are the polarization control circuit arrays according to claim 1.
請求項5記載の光回路において、
前記第1の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第1の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少なく、
前記第2の偏波制御回路アレイを構成する偏波合分波回路の数が前記第2の光結合回路アレイを構成する光結合回路の数より少ないことを特徴とする光回路。
The optical circuit according to claim 5, wherein
The number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits constituting the first polarization control circuit array is less than the number of optical coupling circuits constituting the first optical coupling circuit array,
An optical circuit characterized in that the number of polarization multiplexing / demultiplexing circuits constituting the second polarization control circuit array is smaller than the number of optical coupling circuits constituting the second optical coupling circuit array.
請求項4記載の光回路において、
前記第3の光回路群に代えて、前記第2の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路。
The optical circuit according to claim 4, wherein
An optical circuit comprising a reflective surface on the output side of the second optical circuit group instead of the third optical circuit group.
請求項5または6記載の光回路において、
前記第3の光回路群に代えて、前記第2の光回路群の出力側に反射面を備えたことを特徴とする光回路。
The optical circuit according to claim 5 or 6,
An optical circuit comprising a reflective surface on the output side of the second optical circuit group instead of the third optical circuit group.
請求項4または7記載の光回路において、
個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路。
The optical circuit according to claim 4 or 7,
An optical circuit, wherein each optical circuit group is disposed on a different substrate, the substrates are abutted at end faces, and optical waveguides between the optical circuit groups are optically coupled to each other.
請求項5または6または8記載の光回路において、
個々の光回路群がそれぞれ異なる基板上に配置され、基板同士が端面で突き合わされて光回路群間の光導波路同士が光結合されてることを特徴とする光回路。
The optical circuit according to claim 5, 6 or 8,
An optical circuit, wherein each optical circuit group is disposed on a different substrate, the substrates are abutted at end faces, and optical waveguides between the optical circuit groups are optically coupled to each other.
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