偏振分束器和光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及偏振分束器和光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，關(guān)于超過10Gb/秒的超高速通信，已經(jīng)對通過在波長使用效率、接收特性以及色散補償能力方面突出的雙偏振差分正交相移鍵控(DP-QPSK)的數(shù)字相干通信積極進行研究。用于DP-QPSK系統(tǒng)的接收機要求用來將光信號分成偏振波的功能，以及用于從已分裂光信號中檢索相位信息的90度光混合器(90-degree optical hybrid)功能。具有這樣的功能的接收機的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)由0IF(0ptical Internetworking Forum:光互連論壇)促進高速數(shù)據(jù)通信的行業(yè)組織研究，并且一直積極追求遵照標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的接收機的發(fā)展。
[0003]附帶地，據(jù)說使用光波導(dǎo)技術(shù)的平面光波回路作為用來實現(xiàn)這樣的DP-QPSK系統(tǒng)的接收機的功能是有影響的。二氧化硅波導(dǎo)被用于平面光波回路。然而，對于二氧化硅波導(dǎo)來說難以增加核心與包層之間的相對折射率差。二氧化硅波導(dǎo)的相對折射率差一般地是約2%。因此，波導(dǎo)的最小彎曲半徑大約為mm，并且因此難以使芯片最小化。在這樣的情況下，最近關(guān)注已不僅集中于相干混合器，而且集中于硅波導(dǎo)(專利文獻I)。因為硅有約3.5的高折射率，所以即使硅波導(dǎo)以大約數(shù)μπι至數(shù)百μπι的半徑彎曲也不產(chǎn)生過度損失。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻
[0006][專利文檔I]日本未審查專利申請公報N0.2012-154980

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]硅波導(dǎo)一般地包括溝道波導(dǎo)和脊波導(dǎo)。溝道波導(dǎo)覆蓋有包層。溝道波導(dǎo)的厚度是約200nm。溝道波導(dǎo)能夠形成有約數(shù)μ m的極小彎曲半徑，然而容易地感到波導(dǎo)側(cè)壁的粗糙度并且波導(dǎo)有2dB/cm至3dB/cm的大傳播損失。另外，溝道波導(dǎo)要求較高精度和使用EB (ElectronBeam:電子束)寫入器，這花費長時間繪制圖案。另一方面，脊波導(dǎo)是以該波導(dǎo)被夾在包層之間的方式形成的。脊波導(dǎo)的厚度是約I μπι至3 μπι。波導(dǎo)的彎曲半徑是約200 μ m，其不與溝道波導(dǎo)的彎曲半徑一樣小，然而脊波導(dǎo)的傳播損失是0.5dB/cm至1.0dB/cm，其小于溝道波導(dǎo)的傳播損失。在脊波導(dǎo)的制備中，能夠通過步進曝光獲得足夠的特性，并且因此脊波導(dǎo)的生產(chǎn)率高于溝道波導(dǎo)的生產(chǎn)率。
[0009]由于上述原因，鑒于插入損失和大規(guī)模生產(chǎn)率(成本)在許多情況下采用脊波導(dǎo)。相干接收機的商品化是不可避免的，并且存在對于其低成本生產(chǎn)的需求。因此，已經(jīng)進行作為要由脊波導(dǎo)實現(xiàn)的相干混合器的研究和開發(fā)。
[0010]并且在使用脊硅波導(dǎo)來實現(xiàn)相干混合器的情況下，像二氧化硅波導(dǎo)一樣，能夠通過馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀實現(xiàn)偏振分束功能。硅波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)中的折射率色散大于典型的二氧化硅波導(dǎo)的折射率色散，這在尺寸方面是有利的。然而，硅波導(dǎo)對諸如波導(dǎo)寬度、脊高度以及核心Si層的厚度的參數(shù)敏感。因此，硅波導(dǎo)有生產(chǎn)率問題。已經(jīng)鑒于上述問題做出了本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供具有高生產(chǎn)率的偏振分束器和光器件。
[0012]問題的解決方案
[0013]本發(fā)明的一個不例性方面是偏振分束器，所述偏振分束器包括:分波器，所述分波器由脊波導(dǎo)形成并且將輸入光分波成第一輸入光和第二輸入光；合波器，所述合波器由脊波導(dǎo)形成并且對所述第一輸入光和所述第二輸入光進行合波，所述第一輸入光和所述第二輸入光是通過由所述分波器對所述輸入光進行分波來獲得的；第一臂波導(dǎo)，所述第一臂波導(dǎo)將所述第一輸入光引導(dǎo)到所述合波器，所述第一臂波導(dǎo)的至少一部分由溝道波導(dǎo)形成；以及第二臂波導(dǎo)，所述第二臂波導(dǎo)相對于傳播通過所述第一臂波導(dǎo)的所述第一輸入光在所述第二輸入光中生成相位差，并且將所述第二輸入光引導(dǎo)到所述合波器，所述第二臂波導(dǎo)的至少一部分由溝道波導(dǎo)形成。
[0014]發(fā)明的有益效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，有可能提供具有高生產(chǎn)率的偏振分束器和光器件。
【附圖說明】
[0016]圖1是示出光器件的總體配置的示意圖；
[0017]圖2是示出脊波導(dǎo)的橫截面的圖；
[0018]圖3是示出溝道波導(dǎo)的橫截面的圖；
[0019]圖4是示出馬赫-曾德爾PBS的示意配置的平面圖；
[0020]圖5是示出過渡區(qū)的配置的立體圖；
[0021]圖6是示出WG寬度容差的曲線圖；
[0022]圖7是示出脊高度容差的曲線圖；
[0023]圖8是示出相對于波導(dǎo)寬度的等效折射率的改變的曲線圖；以及
[0024]圖9是示出相對于臂長度的光程(optical path length)的改變的曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。以下示例性實施例是本發(fā)明的示例，并且本發(fā)明不限于以下示例性實施例。本說明書和附圖中的相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
[0026]圖1是示出用于數(shù)字相干通信的相干混合器元件I的示意圖。相干混合器元件I例如是平面光波回路(PLC)，并且包括偏振分束器PBS和90度光混合器90° 0H。偏振分束器PBS是具有偏振分束功能的回路。偏振分束器PBS例如是使用臂波導(dǎo)的雙折射的馬赫-曾德爾干涉儀。90度光混合器90° OH是具有用于檢索相位信息的功能的回路(coherent mixer circuit:相干混合器回路)。
[0027]相干混合器元件I被設(shè)置在例如雙偏振差分正交相移鍵控系統(tǒng)中的接收機中。具體地，相干混合器元件I是被設(shè)置在接收機中的光接收FE (前端)。相干混合器元件I是其中偏振分束功能和相位信息檢索功能被收容在一個封裝中的集成光器件。
[0028]輸入端口 31被設(shè)置在偏振分束器PBS的輸入側(cè)。輸入端口 31接收信號光Signal和本地振蕩光Local。偏振分束器PBS將信號光Signal和本地振蕩光Local分波成正交偏振分量(X/Y分量)，并且將經(jīng)分波的分量輸出到90度光混合器90 ° 0H。
[0029]90度光混合器90° OH將輸入光的正交偏振分量(X/Y分量)和正交相位分量(I/Q通道)分離成每個正交偏振分量和每個正交相位分量。例如，90度光混合器90° OH包括八個輸出端口 33。八個輸出端口 33分別對應(yīng)于XIp、XIn、XQp、XQn、YIp、YIn、YQp以及YQn。90度光混合器90° OH從相應(yīng)的輸出端口向OE (Optical/Electrical:光/電)轉(zhuǎn)換單元(未示出)等輸出信號。
[0030]相干混合器元件I由硅波導(dǎo)形成。在每個硅波導(dǎo)中，能夠增加核心與包層之間的相對折射率差。因此，與二氧化硅波導(dǎo)的最小彎曲半徑相比能夠減小硅波導(dǎo)的最小彎曲半徑。硅波導(dǎo)有兩種類型的結(jié)構(gòu)，即，脊結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)。圖2示出具有典型的脊結(jié)構(gòu)的硅波導(dǎo)的橫截面視圖，并且圖3示出具有典型的溝道結(jié)構(gòu)的硅波導(dǎo)的橫截面視圖。
[0031]脊波導(dǎo)50和溝道波導(dǎo)51中的每一個包括基板21、下包層22、核心層23以及上包層24。下包層22形成在作為硅基板的基板21上。在這種情況下，下包層22是S1J莫并且由例如埋氧膜(BOX)形成。核心層23形成在下包層22上。核心層23是諸如SOI (絕緣體上硅)基板的Si膜。上包層24形成在核心層23上。上包層24例如是S1J莫。核心層23由具有與下包層22和上包層24的折射率不同的折射率的材料形成。
[0032]在脊結(jié)構(gòu)的橫截面中，核心層23包括向上突出的脊23a。脊23a的兩個側(cè)面用上包層24