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JPH1073737A - 集積光学偏光素子 - Google Patents

集積光学偏光素子

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Publication number
JPH1073737A
JPH1073737A JP9192463A JP19246397A JPH1073737A JP H1073737 A JPH1073737 A JP H1073737A JP 9192463 A JP9192463 A JP 9192463A JP 19246397 A JP19246397 A JP 19246397A JP H1073737 A JPH1073737 A JP H1073737A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
mode
integrated optical
optical
refractive index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9192463A
Other languages
English (en)
Inventor
Hyung-Jae Lee
炯 宰 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JPH1073737A publication Critical patent/JPH1073737A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＥモ−ド成分とＴＭモ−ド成分を二本の出
力光導波路にそれぞれ分割したり、ＴＥモ−ドとＴＭモ
−ドの入力を一本の出力光導波路に結合させることので
きる集積光学偏光素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の集積光学偏光素子は、互いに垂
直な二つの偏光モ−ド成分を同時に通過させる第１導波
路５と、前記二つの偏光モ−ド成分のうちの一つの成分
のみを通過させる第２導波路６とを集積光学基板１１に
有する集積光学偏光素子であって、前記第２導波路は、
前記第１導波路から所定間隔だけ離れて平行に配置され
る結合領域と、前記所定間隔よりも広い間隔で配置され
る非結合領域とを具備していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積光学偏光素子に
係り、特に単一モ−ド光導波路に基づいた集積光学で任
意の入力偏光に対して二本の出力導波路にＴＥモ−ド成
分とＴＭモ−ド成分とをそれぞれ分割する偏光分割素子
と、逆にそれぞれのＴＥモ−ドとＴＭモ−ドとの入力を
一本の光導波路に結合させる偏光結合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、集積光学の基板材料としてはガ
ラス、強誘電体、半導体、ポリマなどの多様な種類が用
いられる。このような集積光学基板材料のうち、強誘電
体のリチウムナイオベ−ト(LiNbO3 、LN) は低い光導波
損失(Propagation loss)と大きい電気光学効果(Electro
optic effect) などの優れた特性を有するため集積光学
素子の製作に広く用いられてきている。リチウムナイオ
ベ−トは大きい複屈折率を有する光学結晶であって、６
３３nm波長で異常屈折率が2.202 であり正常屈折率は
2.286位である。このようなリチウムナイオベ−ト基板
で光導波路を製作する代表的な方法としてはチタン内部
拡散(Titanium Indiffusion:ＴＩ）と陽子交換(Proton
Exchange :ＰＥ）がある。チタン内部拡散はリチウムナ
イオベ−ト基板上の光導波路の形成される部分にチタン
薄膜を数百Åで蒸着した後、１０００℃程度の高温で数
時間リチウムナイオベ−ト基板の内部に熱拡散させる方
法であって、導波路の屈折率を増加させる。ここで、光
導波路の屈折率は異常屈折率及び正常屈折率のいずれも
増加させることによって、ＴＥモ−ド成分及びＴＭモ−
ド成分のいずれのモードも導波させる導波路を形成す
る。
【０００３】一方、陽子交換は光導波路の形成される部
分を除いた部分に金属などを蒸着し、２００℃程度のベ
ンゼン酸などの陽子源に浸して陽子源内の陽子（Ｈ+)
とリチウムナイオベ−ト基板内のリチウムイオン（Ｌｉ
+) とを交換する方法であって、導波路の屈折率を増加
させる。この場合、異常屈折率のみが増加され正常屈折
率は少し減少するのでＴＥモ−ド成分とＴＭモ−ド成分
のうち一つのモ−ドのみを導波させる導波路が形成され
る。
【０００４】図３は従来の偏光分離素子を説明するため
の外観図である。
【０００５】前述したような二つの光導波路製作方法を
用いた従来の偏光分離素子は図３に示したようにＹ型分
離素子の形態として実現される。さらに、ＴＥモ−ド出
力導波路３は陽子交換で製作され、ＴＭモ−ド出力導波
路２と入力導波路４はチタン内部拡散で製作される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＥモ
−ド成分はＹ型分離素子の分岐角度によって集積光学基
板１上のＴＭモ−ド出力導波路２に流れ込んで１００％
偏光分割されないという問題点があり、従ってＴＥモ−
ド出力導波路３の屈折率分布と鋭い分岐角度を高精度に
形成しなければならないという困難な工程が求められて
いた。
【０００７】本発明は上記の問題点を解決するために案
出されたものであって、基板自体の複屈折と結合光導波
路を用いてＴＥモ−ド成分とＴＭモ−ド成分を損失無し
で１００％分離又は結合させる集積光学偏光素子を提供
することにその目的がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明による集積光学偏光素子は、互いに垂直な二
つの偏光モ−ド成分を同時に通過させる第１導波路と、
前記二つの偏光モ−ド成分のうちの一つの成分のみを通
過させる第２導波路とを集積光学基板に有する集積光学
偏光素子であって、前記第２導波路は、前記第１導波路
から所定間隔だけ離れて平行に配置される結合領域と、
前記所定間隔よりも広い間隔で配置される非結合領域と
を具備していることを特徴とする。
【０００９】また、前記第１導波路と前記第２導波路の
両方を通過することができる偏光モ−ド成分に対する前
記第１及び第２導波路の屈折率はそれぞれ等しく、前記
結合領域の長さは結合長さと等しいか、あるいは結合長
さの奇数倍である。
【００１０】さらに、前記集積光学基板は複屈折率を有
するリチウムナイオベ−ト、光学ポリマ材料、又は半導
体材料により形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１２】図１Ａ及び図１Ｂは本発明による集積光学
偏光素子の平面図である。
【００１３】本発明は従来のＹ型分離素子構造の代わり
に図１Ａ及び図１Ｂのように結合光導波路構造を用い
た。
【００１４】図１Ａにおいて、光導波路５はチタン内部
拡散から形成し、光導波路６は陽子交換から形成する。
ここで、光導波路は高温工程のチタン内部拡散で光導波
路５を形成した後、低温工程の陽子交換で導波路６を形
成することによって作成する。Ｘ−カットやＹ−カット
のリチウムナイオベ−ト基板１１を用いた場合、陽子交
換した導波路６はＴＥモ−ド成分のみを導波する。
【００１５】図１Ｂを参照すれば、Ｚ−カットリチウム
ナイオベ−ト基板２１を用いた陽子交換した導波路９は
ＴＭモ−ド成分のみを導波する。ここで、結合光導波路
部分の各々の導波路の有効屈折率を異常波モ−ドに対し
て同一にし、結合光導波路の長さ（lc) は異常波モ−ド
の１００％遷移長さである結合長さと同一又は奇数倍に
形成する。このような結合光導波路では理論的に入力光
導波路８から出力光導波路９に１００％の異常波モ−ド
光パワ−が伝達される。従って、任意の入力偏光に対し
て２本の出力光導波路に沿って、ＴＥモ−ド成分とＴＭ
モ−ド成分とにそれぞれ１００％光分離される。このよ
うな構造の集積光学偏光素子に、出力光導波路からＴＥ
モ−ドとＴＭモ−ドとをそれぞれ入力させると、二つの
偏光モ−ドを一本の導波路に結合させる偏光結合素子と
しても用いることができる。
【００１６】図１Ａに示した本発明による集積光学偏光
素子の形成過程を調べてみると、集積光学基板１１に二
つの直交する偏光モ−ド成分を同時に通過させ得る導波
路５を形成する。さらに、集積光学基板１１に二つの偏
光モ−ド成分中一つの偏光モ−ド成分のみを通過させる
導波路６を所定の結合長さ程度に数μｍ離れて平行とな
るように形成し、結合長さを除いた部分では導波路５，
６間の間隔が遠ざかるように形成する。
【００１７】ここで、集積光学基板１１はリチウムナイ
オベ−ト(LiNbO3 、LN) 材料、複屈折率を有する結晶又
はポリマ材料から形成し得る。
【００１８】図１Ａの分離及び結合動作は図２Ａ及び図
２Ｂに示した結合光導波路領域で各々の偏光モ−ド成分
であるＴＥモ−ド成分とＴＭモ−ド成分との有効屈折率
の増加量の分布で説明することができる。
【００１９】図２Ａは図１Ａに示した各々の導波路５，
６に対するＴＥモ−ドの屈折率の増加量（△ＮTE）を示
したグラフである。図２Ａを参照すれば、図１Ａに示し
たＡ−Ａ′断面でＴＥモ−ドに対する各導波路５，６の
屈折率は集積光学基板１１の屈折率より高い。
【００２０】図２Ｂは図１Ａの各々の導波路５，６に対
するＴＭモ−ドの屈折率の増加量（△ＮTM）を示したグ
ラフである。図２Ｂを参照すれば、図１Ａに示したＡ−
Ａ′断面でＴＭモ−ドに対する導波路５の屈折率は集積
光学基板１１の屈折率より高いが、導波路６の屈折率は
集積光学基板１１の屈折率より低い。
【００２１】即ち、図１Ａの場合、ＴＭモ−ド成分に対
しては光導波路６の有効屈折率の増加量が負の値であ
り、導波路６の屈折率が基板の屈折率より低いので光導
波路がない場合と同一である。従って、ＴＭモ−ド成分
は光導波路５へ進み続けることになる。
【００２２】図２Ｃは図１Ｂに示した各々の導波路８，
９に対するＴＥモ−ドの屈折率増加量（△ＮTE）を示し
たグラフである。図１Ｂに示したＢ−Ｂ′断面でＴＥモ
−ドに対する導波路８の屈折率は集積光学基板２１の屈
折率より高いが、導波路９の屈折率は集積光学基板２１
の屈折率より低い。
【００２３】図２Ｄは図１Ｂに示した各々の導波路８，
９に対するＴＭモ−ドの屈折率増加量（△ＮTM）を示し
たグラフである。図２Ｄを参照すれば、図１Ｂに示した
Ｂ−Ｂ′断面でＴＭモ−ドに対する各導波路８，９の屈
折率が集積光学基板２１の屈折率より高い。
【００２４】即ち、図１Ｂの場合、ＴＭモ−ド成分は結
合光導波路で１００％結合されて光導波路９に出力さ
れ、ＴＥモ−ドに対しては光導波路９の有効屈折率の増
加量が負の値であり、導波路９の屈折率が基板２１の屈
折率より低いので光導波路がない場合と同一である。こ
の結果、ＴＥモ−ドは光導波路８を進み続ける。
【００２５】ここで、図１Ｂに示した偏光分割素子は入
力と出力の方向を逆にしてＴＥモ−ドとＴＭモ−ドの偏
光を入力させると光パワ−を損失することなく一本の光
導波路８に結合する偏光結合素子としても動作する。
【００２６】単一モ−ド光繊維を用いて光通信する場
合、単一モ−ド光繊維では偏光が保たれない。従って、
受信した光信号を波長依存性のある光素子として信号処
理する時、各々の偏光モ−ドに分離して信号処理するこ
とが多い。このような偏光分割素子は任意の入力偏光に
有用であり、且つ各々の偏光として信号処理した後、再
度一つの単一モ−ド光繊維に光信号を送らなければなら
ない場合に偏光結合素子として使用することができる。
【００２７】
【発明の効果】前述したように本発明によれば、従来の
Ｙ型分離素子のように高精度の分岐角度を設定するため
の困難な工程が必要とされず、より簡単な工程で偏光を
分離又は結合する偏光分割素子及び結合素子のような偏
光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集積光学偏光分割素子及び結合素
子の平面図である。
【図２】（Ａ）は図１Ａに示した各々の導波路に対する
ＴＥモ−ドの屈折率の増加量を示したグラフ、（Ｂ）は
図１Ａに示した各々の導波路に対するＴＭモ−ドの屈折
率の増加量を示したグラフ、（Ｃ）は図１Ｂに示した各
々の導波路に対するＴＥモ−ドの屈折率の増加量を示し
たグラフ、（Ｄ）は図１Ｂに示した各々の導波路に対す
るＴＭモ−ドの屈折率の増加量を示したグラフである。
【図３】従来の偏光分割素子を説明するための平面図で
ある。
【符号の説明】
１ 集積光学基板 ２ ＴＭモ−ド出力導波路 ３ ＴＥモ−ド出力導波路 ４、８ 入力導波路 ５、６、９ 光道波路 １１ リチウムナイオベート基板 ２１ Ｚ−カットリチウムナイオベート基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに垂直な二つの偏光モ−ド成分を同
    時に通過させる第１導波路と、前記二つの偏光モ−ド成
    分のうちの一つの成分のみを通過させる第２導波路とを
    集積光学基板に有する集積光学偏光素子であって、 前記第２導波路は、前記第１導波路から所定間隔だけ離
    れて平行に配置される結合領域と、前記所定間隔よりも
    広い間隔で配置される非結合領域とを具備していること
    を特徴とする集積光学偏光素子。
  2. 【請求項２】 前記第１導波路と前記第２導波路の両方
    を通過することができる偏光モ−ド成分に対する前記第
    １及び第２導波路の屈折率は、それぞれ等しくなること
    を特徴とする請求項１に記載の集積光学偏光素子。
  3. 【請求項３】 前記結合領域の長さは結合長さと等しい
    か、あるいは結合長さの奇数倍であることを特徴とする
    請求項１に記載の集積光学偏光素子。
  4. 【請求項４】 前記集積光学基板は複屈折率を有するリ
    チウムナイオベ−ト、光学ポリマ材料、又は半導体材料
    により形成されることを特徴とする請求項１に記載の集
    積光学偏光素子。
JP9192463A 1996-07-23 1997-07-17 集積光学偏光素子 Pending JPH1073737A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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KR1019960029858A KR100224755B1 (ko) 1996-07-23 1996-07-23 집적광학 편광 분할소자 및 결합소자
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JP (1) JPH1073737A (ja)
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RU (1) RU2187134C2 (ja)

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