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Dokumentenidentifikation DE60118264T2 11.01.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001118888
Titel Polarisationsunabhängige optische Wellenleiterschaltung
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Okuno, NTT Intellectual Property Center, Masayuki, Musashino-shi, Tokyo 180-8585, JP;
Himeno, NTT Intellectual Property Center, Akira, Musashino-shi, Tokyo 180-8585, JP;
Hibino, NTT Intellectual Property Cent., Yoshinori, Musashino-shi, Tokyo 180-8585, JP;
Inoue, Nippon Telegraph/Telephone Corp., Yasuyuki, Chiyoda-ku, Tokyo 100-8116, JP
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60118264
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.01.2001
EP-Aktenzeichen 011012887
EP-Offenlegungsdatum 25.07.2001
EP date of grant 29.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.01.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/126(2006.01)A, F, I, 20060929, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G02B 6/12(2006.01)A, L, I, 20060929, B, H, EP   G02F 1/313(2006.01)A, L, I, 20060929, B, H, EP   G02F 1/225(2006.01)A, L, I, 20060929, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine optische Schaltung vom Wellenlei tertyp, welche beim Aufbau eines optischen Kommunikationssystems, eines optischen Informationsverarbeitungssystems usw. zu verwenden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technologie, die effektiv bei der Anwendung auf eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp ohne Polarisationswellenabhängigkeit ist.

Herkömmlicherweise ist bei der Entwicklung einer optischen Kommunikationstechnologie die Forschung und Entwicklung für verschiedene optische Teile durchgeführt worden. Darunter ist ein optisches Teil vom Wellenleitertyp, welches auf einem optischen Wellenleiter auf einem flachen Substrat beruht, der wichtigste Teil. Der Grund dafür ist, dass das optische Teil vom Wellenleitertyp das Merkmal aufweist, dass es mittels einer fotolithografischen Technologie und einer Präzisionsverarbeitungstechnologie einfach mit hoher Wiederholungszuverlässigkeit hergestellt werden kann, wodurch man eine Genauigkeit erlangt, welche weniger oder gleich einer optischen Wellenlänge ist.

Beispielsweise wird eine optische Schaltung vom Wellenlängentyp als Mach-Zehnder-Interferometer mit zwei optischen Kopplern auf dem Substrat und zwei Verbindungswellenleitern aufgebaut, welche diese zwei optischen Koppler verbinden. Durch Steuern des Längenunterschieds des optischen Pfads und der Interferenz zwischen zwei Wellenleiterphasenbedingungen lassen sich verschiedene Funktionen realisieren. Solch eine optische Schaltung hat weite Anwendungsfelder und wird in der Praxis verwendet.

Die 9A und 9B zeigen ein Beispiel des herkömmlichen Mach-Zehnder-Interferometers vom Wellenlängentyp. 9A ist eine Draufsicht, und 9B zeigt einen Abschnitt entlang einer Linie IXB-IXB aus 9A.

Wie in 9A gezeigt, ist das Mach-Zehnder-Interferometer mit einem ersten Eingabe- bzw. Eingangswellenleiter 23 und einem zweiten Eingabewellenleiter 24 in einem Mantel 22 eines Silikonsubstrats 21 ausgebildet, sowie einem ersten gerichteten Koppler bzw. Richtkoppler 25, welcher durch Positionieren des ersten Eingabewellenleiters 23 und des zweiten Eingabewellenleiters 24 nahe beieinander ausgebildet ist, einem ersten Ausgabe- bzw. Ausgangswellenleiter 26 und einem zweiten Ausgabewellenleiter 27, einem zweiten gerichteten Koppler 28, welcher durch Positionieren des ersten Ausgabewellenleiters 26 und des zweiten Ausgabewellenleiters 27 nahe beieinander ausgebildet ist, mit einem ersten Verbindungswellenleiter 39 und einem zweiten Verbindungswellenleiter 40, welche den ersten Richtkoppler 25 und den zweiten Richtkoppler 28 verbinden, und mit einem thermooptischen Phasenschieber 41 (Dünnfilm-Heizelement). Als ein Material zum Ausbilden des optischen Wellenleiters wird Quarzglas verwendet, welches mittels einer Flammenhydrolyseabscheidung bereitgestellt worden ist. Wie in 9B gezeigt, ist der Abschnitt, welcher einen Kern mit einem Abschnitt von 7 &mgr;m × 7 &mgr;m aufweist, beispielsweise der erste Verbindungswellenleiter 39 und der zweite Verbindungswellenleiter 40, an einem im Wesentlichen mittigen Teil eines Mantels 22 von 50 &mgr;m Dicke eingebettet, welcher auf dem Siliziumsubstrat 21 abgeschieden worden ist. Ein Unterschied der Brechungsindizes des Mantels und des Kerns beträgt 0,75%.

Für den ersten Richtkoppler 25 und den zweiten Richtkoppler 28 ist es typisch, einen 3 dB-Koppler zu verwenden, welcher auf ein Verzweigungsverhältnis von 1:1 festgesetzt ist. Eine Lichteingabe vom Eingabewellenleiter wird durch den ersten Richtkoppler 25 gleichmäßig aufgeteilt und zum ersten Verbindungswellenleiter 29 und zum zweiten Verbindungswellenleiter 40 weitergeführt. Das zum ersten Verbindungswellenleiter 39 und zum zweiten Verbindungswellenleiter 40 weitergeführte Licht wird kombiniert, um eine gegenseitige Interferenz im zweiten Richtkoppler 28 zu bewirken. Das durch den zweiten Richtkoppler 28 kombinierte Licht ist in der Lichtmenge veränderlich, welche zum ersten Ausgabewellenleiter 26 bzw. zum zweiten Ausgabewellenleiter 27 auszugeben ist, und zwar abhängig von der Phasenbedingung bzw. -zustand zu diesem Zeitpunkt. Wenn beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge &lgr; vom ersten Eingabewellenleiter 23 durch den ersten Richtkoppler 25 gleichmäßig aufgeteilt wird und im zweiten Richtkoppler 28 kombiniert wird, wird, falls der Phasenfehler der zwei Lichtstrahlen 0 oder ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge &lgr; beträgt, das kombinierte Licht vom zweiten Ausgabewellenleiter 27 ausgegeben. Wenn andererseits der Phasenfehler der kombinierten zwei Lichtstrahlen eine ungerade Anzahl eines Vielfachen der halben Wellenlänge (&lgr;/2) beträgt, wird das kombinierte Licht von dem ersten Ausgabewellenleiter 26 ausgegeben. Wenn weiterhin der Phasenfehler des kombinierten Lichts sich in einem Zwischenzustand bezüglich der oben genannten Bedingungen befindet, nämlich wenn der Phasenfehler weder 0, ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge &lgr; oder ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge beträgt, wird das Licht sowohl vom ersten Ausgabewellenleiter 26 als auch vom zweiten Ausgabewellenleiter 27 unter einem Verhältnis abgegeben, welches von dem dann herrschenden Zustand abhängt.

Unter der Annahme, dass ein Längenunterschied des optischen Pfads zwischen dem ersten Verbindungswellenleiter 39 und dem zweiten Verbindungswellenleiter 40 &Dgr;L beträgt, kann das Mach-Zehnder-Interferometer, wie in 9A gezeigt, in welchem der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads 0 ist oder ungefähr die halbe Wellenlänge der Lichtwellenlänge beträgt, als ein optischer Dämpfer oder ein optischer Schalter arbeiten, und zwar durch Bereitstellen eines Dünnfilm-Heizelementes, welches als ein thermooptischer Phasenschieber 41 des ersten Verbindungswellenleiters 39 arbeitet.

10 ist eine Darstellung zum Erklären der Eigenschaften der herkömmlichen optischen Schaltung als Mach-Zehnder-Interferometer, welche für den Fall als thermooptischer Phasenschieber 41 arbeiten kann, dass der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads 0 ist. Wenn der thermooptische Phasenschieber 41 nicht betrieben wird, wird eine Lichteingabe von dem ersten Eingabewellenleiter 23 von dem zweiten Ausgabewellenleiter 27 ausgegeben. Wenn daher die Länge des optischen Pfads praktisch durch Erwärmen des ersten Verbindungswellenleiters 39 durch Betreiben des thermooptischen Phasenschiebers 41 (Dünnfilm-Heizelement) erhöht wird, um den Brechungsindex des ersten Verbindungswellenleiters 39 aufgrund des thermooptischen Effekts zu erhöhen, wird ein Teil des von dem ersten Eingabewellenleiter 23 einfallenden Lichts zum ersten Verbindungswellenleiter 39 ausgegeben. Wenn der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads durch Anpassen einer Temperatur des ersten Verbindungswellenleiters 39 eine halbe Wellenlänge wird, wird das gesamte von dem ersten Eingabewellenleiter 23 einfallende Licht auf den ersten Ausgabewellenleiter 26 ausgegeben. Daher wird es durch veränderliches Anpassen des Längenunterschieds &Dgr;L des optischen Pfads der zwei Verbindungswellenleiter von 0 bis zu einer bestimmten Wellenlänge unter Verwendung des thermooptischen Phasenschiebers 41 möglich, als der optische Dämpfer zu wirken. Andererseits kann er durch Verwenden des Längenunterschieds &Dgr;L des optischen Pfads der zwei Verbindungswellenleiter nur von 0 und der halben Wellenlänge als ein spezieller optischer Schalter betrieben werden. Eine zum Schalten durch den optischen Schalter benötigte elektrische Leistung beträgt ungefähr 0,5 Watt für den Fall eines Dünnfilm-Heizelements von 5 mm Länge und 50 &mgr;m Breite. Andererseits beträgt ein Temperaturanstieg des Dünnfilmmerkmals ungefähr 30°C.

Die optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung mit dem Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads der zwei Verbindungswellenleiter größer oder gleich mehreren &mgr;m kann als ein Wellenlängenfilter betrieben werden. 11 ist eine Aufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau der optischen asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometerschaltung zeigt. Die asymmetrische optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung ist mit dem ersten Eingabewellenleiter 23 und dem zweiten Eingabewellenleiter 24 aufgebaut, welche auf dem Mantel 22 auf dem Siliziumsubstrat 21 hergestellt sind, sowie aus einem ersten Richtkoppler 25, der durch Positionieren des ersten Eingabewellenleiters 23 und des zweiten Eingabewellenleiters 24 nahe zueinander ausgebildet wird, ferner einem ersten Ausgabewellenleiter 26 und einem zweiten Ausgabewellenleiter 27, wobei der zweite direktionale Koppler 28 durch nahes Positionieren des ersten Ausgabewellenleiters 26 und des zweiten Ausgabewellenleiters 27 nahe zueinander ausgebildet wird, sowie einen ersten Verbindungswellenleiter 39 und einen zweiten Verbindungswellenleiter 40, welche den ersten Richtkoppler 25 und den zweiten Richtkoppler 28 verbinden. Als ein Material zum Bilden des optischen Wellenleiters wird ein Quarzglas verwendet, welches mittels einer Flammenpyrolyseabscheidung hergestellt worden ist. Wie in 9B gezeigt, ist der Abschnitt, der ein Kern mit einem Ausschnitt von 7 &mgr;m × 7 &mgr;m ist, beispielsweise der erste Verbindungswellenleiter 39 und der zweite Verbindungswellenleiter 40, in einem im wesentlichen mittigen Teil eines Mantels 22 von 50 &mgr;m Dicke eingebettet, welcher auf dem Siliziumsubstrat 21 abgeschieden ist. Ein Unterschied der Brechungsindizes des Mantels und des Kerns beträgt 0,75%. Beispielsweise wird von dem vom ersten Eingabewellenleiter 23 einfallenden Licht dasjenige Licht mit einer Wellenlänge, bei welcher der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads zwischen den Verbindungswellenleiter gerade 2N mal (N ist eine ganze Zahl) der Wellenlänge beträgt, vom zweiten Ausgabewellenleiter 27 ausgegeben, und für den Fall eines 2(N-1)-maligen Vielfachen wird es vom ersten Ausgabewellenleiter 26 ausgegeben. Wenn beispielsweise der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads ungefähr 1,48 mm beträgt, arbeitet sie als ein Wellenlängenfilter mit einer Periode von 200 GHz (1,6 nm Wellenlänge). 12 ist eine konzeptionelle Darstellung der Wellenlängeneigenschaften für den Fall der Verwendung als Wellenlängenfilter.

Hier, wie in den 10 und 12 gezeigt, ist im Fall des optischen Schalters als Mach-Zehnder-Interferometer die elektrische Leistung des thermooptischen Phasenschiebers 41 und die Umschaltleistung, um die gleiche Dämpfungsgröße zu erhalten, variabel, und zwar abhängig von der Polarisation des vom Eingabewellenleiter einfallenden Lichts, und zwar für den Fall des optischen Dämpfers oder optischen Schalters mit einem Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads von 0 oder ungefähr einer halben Wellenlänge. Im Fall des Wellenlängenfilters mit größerem &Dgr;L, ist die Periode der Wellenlänge und die Position der Spitze (Wellenlänge) veränderlich. Der Grund dafür wird weiter unten beschrieben.

Nämlich im Fall des optischen Dämpfers oder des optischen Schalters mit dem Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads von 0 oder ungefähr einer halben Wellenlänge liegt der Grund darin, dass der optische Effekt der thermischen Spannung, der durch den thermooptischen Phasenschieber erzeugt wird, in Abhängigkeit der entsprechenden Polarisation unterschieden wird. Im Besonderen ist das oben Genannte durch den folgenden Mechanismus begründet. Wenn der thermooptische Phasenschieber betrieben wird, wird die erzeugte Wärme in die Umgebung verteilt und neigt dazu, sich in Substanzen mit hoher Wärmeleitfähigkeit auszubreiten. Die Wärmeleitfähigkeit von Luft beträgt 2,61 × 10–4 W/(cm·deg), und die Wärmeleitfähigkeit des Glaswellenleiters, welcher die optische Schaltung des Mach-Zehnder-Interferometers bildet, beträgt 0,014 W/cm·deg), und die Wärmeleitfähigkeit des Siliziumsubstrats beträgt 1,70 W/(cm·deg), so dass die im thermooptischen Phasenschieber 41 erzeugte Wärme hauptsächlich im Glaswellenleiter abgeleitet wird, um zum Siliziumsubstrat 21 weitergeführt zu werden. Da die Wärmeleitfähigkeit des Siliziumsubstrats 21 vergleichsweise hoch ist, fließt die Wärme im Wesentlichen senkrecht zum Siliziumsubstrat 21, und ein wenig der Hitze wird zum Umfang verteilt. Daher wird der Verbindungswellenleiter unmittelbar unter dem thermooptischen Phasenschieber 41 effizient aufgewärmt, und der zugehörige Umfang dehnt sich lokal aus.

Der Glaswellenleiter ist aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum Siliziumsubstrat großen Druckspannungen in horizontaler Richtung in Bezug auf das Siliziumsubstrat unterworfen, und zwar während des Herstellungsablaufs des Wellenleiters, in welchem der Glaswellenleiter einmal bei einer Temperatur aufgeheizt wird, welche höher oder gleich 1000°C ist, und dann auf die normale Temperatur abgekühlt wird. Dementsprechend empfängt der lokal ausgedehnte Umgebungsbereich des Verbindungswellenleiters neue Druckspannungen vom Siliziumsubstrat in einer Richtung parallel zur Oberfläche. Daher wird zusätzlich zur Änderung des Brechungsindexes aufgrund einer Temperaturerhöhung eine Änderung des Brechungsindexes aufgrund der Druckspannung bewirkt. Eine Änderung des Brechungsindex aufgrund einer Änderung der Druckspannung wird als fotoelastischer Effekt bezeichnet und durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. &Dgr;nTE = (&Dgr;nx) = C1&Dgr;&sgr;xx + C2(&Dgr;&sgr;yy + &Dgr;&sgr;zz) &Dgr;nTM = (&Dgr;ny) = C1&Dgr;&sgr;yy + C2(&Dgr;&sgr;xx + &Dgr;&sgr;zz), wobei x eine Richtung parallel zum Siliziumsubstrat ist, y eine Richtung senkrecht zum Siliziumsubstrat ist, z eine Wellenleiterrichtung des Lichts ist und &Dgr;&sgr;xx, &Dgr;&sgr;yy, &Dgr;&sgr;zz entsprechende Spannungsänderungs-Größenwerte in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung sind, in welchen Zugspannungen durch positive Werte ausdrückt werden. &Dgr;nTE ist ein Brechungsindex, der an einem Licht gemessen wird, welches eine elektrische Feldkomponente in x-Richtung parallel zum Siliziumsubstrat aufweist (im Folgenden als das TE-Moden-Licht bezeichnet), &Dgr;nTM ist ein Brechungsindex, welcher von einem Licht gemessen wird, das eine magnetische Feldkomponente in x-Richtung parallel zum Siliziumsubstrat aufweist (im Folgenden als das TM-Moden-Licht bezeichnet) und C1 und C2 sind fotoelastische Koeffizienten des Quarzglases mit C1 = –0,74 × 10–5 mm2·kg, C2 = –4,1 × 10–5 mm2·kg.

Wie man aus der obigen Gleichung 1 erkennen kann, wird, wenn eine Druckspannung in einer Richtung parallel zum Siliziumsubstrat angelegt wird, eine Spannungsänderung &Dgr;&sgr;xx erzeugt, um den Brechungsindex des Glaswellenleiters zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Grösse der Veränderung des Brechungsindex' zwischen dem TE-Moden-Licht und dem TM-Moden-Licht aufgrund des Unterschieds der fotoelastischen Koeffizienten C1 und C2 unterschiedlich. Ein Art der Änderung &Dgr;nTM des TM-Moden-Lichts ist größer als der Veränderungswert &Dgr;nTE des TE-Moden-Lichts. Wenn nämlich der thermooptische Phasenschieber 41 betrieben wird, wird – zusätzlich zur Änderung des Brechungsindexes aufgrund des thermooptischen Effekts – durch Änderung des Brechungsindexes aufgrund einer lokalen Wärmespannung die Veränderung des Brechungsindex des TM-Moden-Lichts größer als diejenige des TE-Moden-Lichts, so dass sich die optische Änderung des TM-Moden-Lichts schneller ausbreitet als die des TE-Moden-Lichts. Eine Betriebsleistung des thermooptischen Phasenschiebers 41, um die gleiche optische Ausgabe zu erreichen, ist ungefähr 4% kleiner als beim TM-Moden-Licht. Dementsprechend wird, durch Verwenden der optischen Schaltung als Mach-Zehnder-Interferometer mit dem Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads der zwei Verbindungswellenleiter als veränderlichem optischem Dämpfer, um das TE-Moden-Licht um 10 dB zu dämpfen, das TM-Moden-Licht um ungefähr 11,5 dB gedämpft, um die Größe der Dämpfung abhängig von einer Veränderung der Polarisationsoberfläche des auf den optischen Dämpfer einfallenden Lichts zu differenzieren.

Andererseits wird im Fall einer optischen Schaltung als Mach-Zehnder-Interferometer mit großem Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads der Verbindungswellenleiter der effektive optische Pfadlängenunterschied zwischen den Verbindungswellenleitern durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt: &Dgr;L = &Dgr;I·n

In der obigen Gleichung 2 ist &Dgr;I ein physikalischer Längenunterschied des optischen Pfads der Verbindungswellenleiter, und n ist der Brechungsindex des Verbindungswellenleiters. Aufgrund einer großen Druckspannung in x-Richtung, die von dem Siliziumsubstrat 21 ausgeübt wird, wird der Brechungsindex des Wellenleiters durch die folgenden Gleichungen (3) ausgedrückt: nTE = n0 + &Dgr;nTE nTM = n0 + &Dgr;nTM

In den obigen Gleichungen (3) ist n0 ein Brechungsindex des Wellenleiters, wenn keine Spannung ausgeübt wird, &Dgr;nTE und &Dgr;TM sind entsprechende Änderungsgrößen der Brechungsindizes der TE-Mode und der TM-Mode aufgrund von Spannungen, welche man aus der obigen Gleichung (1) erhält.

Vergleichen der Änderungsgröße &Dgr;nTE des Brechungsindexes des TE-Moden-Lichts und der Veränderungsgröße &Dgr;nTM des Brechungsindexes des TM-Moden-Lichts ergibt, dass die Veränderungsgröße &Dgr;nTM des Brechungsindex des TM-Moden-Lichts größer ist. Daher wird der Längenunterschied des optischen Pfads zwischen den Verbindungswellenleitern beim TM-Moden-Licht effektiv größer als beim TE-Moden-Licht. Wenn die optische Schaltung als das Wellenlängenfilter verwendet wird, erfüllt die Wellenlänge &lgr; beim Ausgeben des vom ersten Eingabewellenleiter 23 einfallenden Lichts zum zweiten Ausgabewellenleiter 27 die folgende Gleichung (4): &Dgr;L = 2N&lgr; wobei N eine ganze Zahl ist.

Da die Veränderungsgröße &Dgr;nTE des Brechungsindexes des TE-Moden-Lichts und die Veränderungsgröße &Dgr;nTM des Brechungsindex des TM-Moden-Lichts im Wert unterschiedlich sind, wird die auszugebende Wellenlänge in Abhängigkeit vom Polarisationszustand des einfallenden Lichts unterschiedlich sein. Andererseits wird ein Unterscheid &Dgr;&lgr; zwischen der Periode der auszugebenden Wellenlänge, nämlich der auszugebenden Wellenlänge und der Abschalt-Wellenlänge, durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt: &Dgr;&lgr; = &lgr;2/2n&Dgr;I

Beispielsweise wird die Periode &Dgr;&lgr; der Wellenlänge aus der obigen Gleichung (5) 0,04 nm unter der Annahme, dass der physikalische Längenunterschied &Dgr;I des optischen Pfads des Verbindungswellenleiters 20,4 mm beträgt und die Wellenlänge &lgr; des einfallenden Lichts 1,55 &mgr;m beträgt. Da jedoch der Brechungsindex abhängig vom Polarisationszustand unterschiedlich ist, wird die Periode abhängig vom Polarisationszustand unterschiedlich sein. Aus diesen Gründen kann das TM-Moden-Licht sogar dann, falls ein Licht bestimmter Wellenlänge beispielsweise in die TE-Mode abgetrennt werden kann, nicht abgetrennt werden.

Als eine Lösung dieses Problems gibt es ein Verfahren, ein &lgr;/2-Plättchen in der Mitte der zwei Verbindungswellenleiter der optischen Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung einzufügen. Dadurch wird das im TE-Mode einfallende Licht an der Zwischenposition des Verbindungswellenleiters in den TM-Mode umgewandelt, und das einfallende Licht mit TM-Mode wird in den TE-Mode umgewandelt. Daher weist für einfallendes Licht jeglicher Polarisation der Verbindungswellenleiter effektiv die gleiche Länge auf. Daher kann die Polarisationsabhängigkeit aufgelöst werden.

13 zeigt ein Beispiel der optischen Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung des nicht-polarisationsabhängigen Wellenleitertyps, welche die Polarisationsabhängigkeit durch Einfügen des &lgr;/2- bzw. Halbwellenplättchens löst. Die in 13 gezeigte optische Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung ist mit einem ersten Eingabewellenleiter 23 und einem zweiten Eingabewellenleiter aufgebaut, welche in einem Mantel 22 aus einem Silikonsubstrat 21 ausgebildet sind, sowie dem ersten Ausgabewellenleiter 26 und dem zweiten Ausgabewellenleiter 27, dem ersten Richtkoppler 25 und dem zweiten Richtkoppler 28, dem ersten Verbindungswellenleiter 39A, dem ersten Verbindungswellenleiter 39B, dem zweiten Wellenleiter 40A, dem zweiten Wellenleiter 40B und dem thermooptischen Phasenschieber 41A und dem thermooptischen Phasenschieber 41B (Dünnfilm-Heizelement) und dem Halbwellenplättchen 32 vom Dünnfilmtyp, welches in die Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 31 eingesetzt ist, welche in der Mitte des optischen Pfads jedes Verbindungswellenleiters ausgebildet ist. Als erster Richtkoppler 25 und zweiter Richtkoppler 28 wird ein 3 dB-Koppler verwendet.

Bei der Herstellung der Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 31 wird ein reaktives Ionenätzen oder Bearbeiten, wie beispielsweise ein Schneidsägen usw., verwendet. Nach Einsetzen in die Aufnahmenut 31 für das Halbwellenplättchen, wird das Halbwellenplättchen 32 vom Dünnfilmtyp mittels einer optischen Verbindung oder dergleichen befestigt. Das Halbwellenplättchen kann ein Kristall sein, wie beispielsweise ein Calcit. Da jedoch die Dicke einschließlich des Glassubstrats, welches den Kristall hält, ungefähr 100 &mgr;m dick wird, ergeben sich große Verluste. Daher ist es typisch, das Halbwellenplättchen 32 vom Dünnfilm-Typ als mit einer Doppelbrechung ausgestattetem Dünnfilm zu verwenden, und zwar durch Aufziehen eines Polyimidfilms. Als ein Ergebnis erhält man, während der Verlust leicht erhöht wird, als optische Eigenschaften der optischen Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung einen durchschnittlichen Wert des TE-Moden-Lichts und des TM-Moden-Lichts, wie in den 10 und 12 gezeigt, um die Polarisationsabhängigkeit aufzulösen.

Während die obige Beschreibung für die optische Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung gegeben worden ist, können ähnliche Effekte sogar in anderen Schaltungen erwartet werden, wie beispielsweise in einer optischen Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung. 15 zeigt ein Beispiel einer optischen Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung ohne Polarisationsabhängigkeit zur Auflösung der Polarisationsabhängigkeit. Die optische Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung ist mit einem Eingabewellenleiter-Cluster 34 aufgebaut sowie mit einem Ausgabewellenleitercluster 36, einem ersten Platten ("slab")-Wellenleiter 35, einem zweiten Plattenwellenleiter 37, einer Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 31, dem Halbwellenplättchen 32 vom Dünnfilmtyp, einem ersten Gruppenwellenleiter 42A und einem zweiten Gruppenwellenleiter 42B, zwischen dem ersten Plattenwellenleiter 35 und dem zweiten Plattenwellenleiter 37.

Der erste Gruppenwellenleiter 42A und der zweite Gruppenwellenleiter 42B sind mit einem Längenunterschied &Dgr;L eines optischen Pfads zwischen benachbarten Wellenleitern vorgesehen. Ein Licht einer bestimmten Wellenlänge, welches von dem Eingabe- bzw. Eingabewellenleiter-Cluster 34 aus einfällt, wird am Einlass des ersten Plattenwellenleiters 34 gebeugt, um sich in dem ersten Plattenwellenleiter 35 auszubreiten und um zum ersten Gruppenwellenleiter 42A ausgegeben zu werden. Das sich zum ersten Gruppenwellenleiter 42A und zum zweiten Gruppenwellenleiter 42Bausbreitende Licht erreicht den zweiten Plattenwellenleiter 37. Da jedoch der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads zwischen benachbarten Wellenleitern in dem Gruppenwellenleiter vorgesehen ist, erreicht das Licht den zweiten Plattenwellenleiter 37 mit einem Phasenunterschied, welcher dem Längenunterschied des optischen Pfads entspricht. Das in den zweiten Plattenwellenleiter 37 eintretende Licht wird gebeugt und verbreitert bzw. aufgefächert. Jedoch interferiert das von den entsprechenden Gruppenwellenleitern ausgegebene Licht miteinander, um in eine Richtung gebeugt zu werden (Beugungswinkel), wo die Wellenoberfläche des Lichts als Ganzes angeordnet ist, um an einem Verbindungsteil mit dem Ausgabewellenleiter zu konvergieren. Durch Anordnen des Ausgabewellenleiters an dieser Position kann das Licht der oben beschriebenen Wellenlänge abgezweigt werden. Da die Lichtgeschwindigkeit abhängig von der Wellenlänge veränderlich ist, ist der durch den Gruppenwellenleiter bereitgestellte Phasenunterschied unterschiedlich, um die Konvergenzposition abhängig von der Wellenlänge zu unterscheiden. Es kann nämlich das Licht unterschiedlicher Wellenlänge von entsprechenden Ausgabewellenleitern ausgegeben werden, und zwar durch Verbinden des Ausgabewellenleiter-Clusters 36, welcher die Ausgabewellenleiter an der Konvergenzposition der Lichter der entsprechenden Wellenlängen vereinigt, mit dem zweiten Plattenwellenleiter 37.

Hier ist der effektive Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads des Gruppenwellenleiters aufgrund der durch das Silikonsubstrat ausgeübten Druckspannungen für den TE-Mode und den TM-Mode unterschiedlich. Entsprechend wird die Wellenlängenausgabe zu bestimmten Ausgabewellenleitern durch die Polarisationsbedingung unterschieden. Daher können durch Einsetzen des Halbwellenplättchens 32 vom Dünnfilmtyp an der Zwischenposition im Gruppenwellenleiter die Längenunterschiede des optischen Pfads des Gruppenwellenleiters für jedes der polarisierten Lichter angeglichen werden.

Das Verfahren zum Auflösen der Polarisationsabhängigkeit durch Einfügen des Halbwellenplättchens ist ein Verfahren, das für andere optische Schaltungen anwendbar ist, wie beispielsweise für Ringresonatoren, Richtkoppler usw.

Jedoch muss im Stand der Technik, um die Polarisationsabhängigkeit mittels des Halbwellenplättchens 32 vom Dünnfilmtyp zu entfernen, das Halbwellenplättchen 32vom Dünnfilmtyp genau in der Mitte der Axialsymmetrie eingesetzt werden. Daher ist es typisch, die optische Schaltung mit beibehaltender Axialsymmetrie auszulegen. Dementsprechend wird die Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 31 senkrecht in Bezug auf die entsprechenden Verbindungswellenleiter ausgebildet. Wenn das Halbwellenplättchen 32 vom Dünnfilmtyp in die Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 31 eingesetzt und durch eine optische Verbindung befestigt wird, kann aufgrund des Unterschieds der Brechungsindizes zwischen dem Glaswellenleiter und der optischen Verbindung und zwischen der optischen Verbindung und dem Halbwellenplättchen ein Teil des sich durch die entsprechenden Verbindungswellenleiter ausgebreiteten Lichts reflektiert werden, um in Richtung der Eingabewellenleiterseite zurückzulaufen. Im Folgenden wird das Licht, das zur Eingabewellenleiterseite zurückläuft, als das reflektierte Rücklauflicht bezeichnet. Beispielsweise ist ein Spektrum des reflektierten Rücklauflichts in der optischen Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung, welche in 15 gezeigt ist, in 17 gezeigt. Aus 17 lässt sich entnehmen, dass –35 dB des Lichts am Maximum in Richtung des Einstrahlanschlusses reflektiert wird. Das reflektierte Rücklauflicht kann auf das System, welches die Vorrichtung verwendet, negative Auswirkungen haben. Wenn beispielsweise das reflektierte Rücklauflicht zu einem Halbleiterlaser umkehrt, kann eine Ausgabeintensität des Lasers fluktuieren, wodurch das System instabil wird.

Andererseits ist es möglich, das reflektierte Rücklauflicht durch längliches Ausbilden der Nut 31 zum Aufnehmen des &lgr;/2-Plättchens in Bezug auf eine Symmetrieachse zu verringern, wie in den 14 und 16 gezeigt. Jedoch wird in einem solchen Fall die Axialsymmetrie zerstört, was es unmöglich macht, die Polarisationsabhängigkeit der optischen Schaltung vollständig aufzulösen.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile ausgearbeitet. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine nichtpolarisationsabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereitzustellen, welche eine Polarisationsabhängigkeit vollständig auflösen und das reflektierte Rücklauflicht vermindern kann.

Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Gesichtspunkt eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenlängentyp einschließlich eines oder mehrerer Eingabewellenleiter bereit, welche auf einem Substrat ausgebildet sind, sowie eines ersten optischen Kopplers, der mit dem Eingabewellenleiter verbunden ist, einer oder mehrerer Ausgabewellenleiter, eines zweiten optischen Kopplers, der mit den Ausgabewellenleitern verbunden ist, einer Vielzahl von Verbindungswellenleitern, welche den ersten optischen Koppler und den zweiten optischen Koppler verbinden, wodurch ein optischer Schaltkreis gebildet wird, sowie eines Polarisationsmoden- bzw. artumwandlers, welcher an einer Mitte eines optischen Pfads der Verbindungswellenleiter der optischen Schaltung vorgesehen ist und ein horizontal polarisiertes Licht in ein vertikal polarisiertes Licht umwandelt und ein vertikal polarisiertes Licht in ein horizontal polarisiertes Licht umwandelt, wobei am Zwischenabschnitt eine Vielzahl der Verbindungswellenleiter aus S-förmigen Wellenleitern der gleichen Form gebildet wird, welche aus entsprechenden zwei gekrümmten Wellenleitern und geraden Wellenleitern, welche die gekrümmten Wellenleiter verbinden, besteht, und ein oder zwei Polarisationsmodenwandler, die in einer Nut vorgesehen sind, welche quer zum S-förmigen Wellenleiter ausgebildet ist, und wobei eine senkrechte Linie zu einer Einstrahloberfläche des Lichts des Polarisationsmodenwandlers und der S-förmige Wellenleiter einen Winkel größer als 0° bilden.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, welche mit einem Polarisationsmodenwandler zum Umwandeln eines horizontal polarisierten Lichts in ein vertikal polarisiertes Licht und eines vertikal polarisierten Lichts in ein horizontal polarisiertes Licht an einer Mitte eines optischen Pfads von Verbindungswellenleitern einer optischen Mach-Zehnder-Interferometerschaltung einschließlich eines ersten Richtkopplers und eines zweiten Richtkopplers ausgerüstet ist, in welchen zwei auf einem Substrat ausgeformte optische Wellenleiter in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet werden, und zweier Verbindungswellenleiter, die den ersten Richtkoppler und den zweiten Richtkoppler verbinden, wobei ein Zwischenabschnitt des Gruppenwellenleiters mit S-förmigen Wellenleitern der gleichen Form ausgebildet wird, welche aus entsprechenden zwei gekrümmten Wellenleitern oder zwei gekrümmten Wellenleitern und geraden Wellenleitern bestehen, welche die gekrümmten Wellenleiter verbinden; und einen oder zwei Polarisationsmodenwandler, welche in einer Nut vorgesehen sind, die quer zum S-förmigen Wellenleiter ausgebildet sind und wobei eine Linie senkrecht zu einer Einfallsoberfläche des Lichts des Polarisationsmodenwandlers und der S-förmige Wellenleiter einen Winkel größer 0° bilden.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, welche mit einem Polarisationsmodenwandler zum Umwandeln eines horizontal polarisierten Lichts in ein vertikal polarisiertes Licht und eines vertikal polarisierten Lichts in ein horizontal polarisiertes Licht ausgerüstet ist, und zwar an einer Mitte eines optischen Pfads von Verbindungswellenleitern einer optischen Mach-Zehnder-Interferometer-Schaltung einschließlich eines ersten multimodalen Interferenzkopplers und eines zweiten multimodalen Interferenzkopplers, in welchen zwei auf einem Substrat ausgebildete optische Wellenleiter in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, und zweier Verbindungswellenleiter, die den ersten Multimode-Koppler und den zweiten Multimode-Koppler verbinden, wobei ein Zwischenabschnitt des Gruppenwellenleiters mit S-förmigen Wellenleitern der gleichen Form ausgebildet wird, welche aus entsprechenden zwei gekrümmten Wellenleitern oder zwei gekrümmten Wellenleitern und geraden Wellenleitern, welche die gekrümmten Wellenleiter verbinden, bestehen; und einen oder zwei Polarisationsmodenwandler, welche in einer Nut vorgesehen sind, die quer zum S-förmigen Wellenleiter ausgebildet ist, und wobei eine Linie senkrecht zu einer Einfallsoberfläche des Lichts des Polarisationsmodenwandlers und der S-förmige Wellenleiter einen Winkel größer 0° bilden.

Gemäß einem vierten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter dem zweiten oder dritten Gesichtspunkt, ein thermooptischer Phasenschieber vorhanden ist, der mit mindestens einem der Verbindungswellenleiter ausgerüstet ist, und wobei der thermooptische Phasenschieber an einer Eingabeseite und einer Ausgabeseite des Polarisationsartumwandlers getrennt ist.

Gemäß einem fünften Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, einschließlich eines oder mehrerer Eingabewellenleiter eines ersten Plattenwellenleiters, in welchem sich durch den Eingabewellenleiter ausbreitendes Licht frei ausbreitet, eines Gruppenwellenleiters, welcher aus einer Vielzahl von Wellenleitern besteht, die mit dem ersten Plattenwellenleiter verbunden sind und einen gegebenen Längenunterschied des optischen Pfads entsprechender benachbarter Wellenleiter bereitstellen, eines zweiten Plattenwellenleiters, der mit dem Gruppenwellenleiter verbunden ist und in den sich das Licht frei ausbreitet, das sich durch den Gruppenwellenleiter frei bewegt, und einschliesslich einer oder mehrerer Ausgabewellenleiter zum Bilden einer Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung und eines Polarisationsmodenwandlers, welcher ein horizontal polarisiertes Licht in ein vertikal polarisiertes Licht und ein vertikal polarisiertes Licht in ein horizontal polarisiertes Licht umwandelt, welcher in einer Mitte eines optischen Pfads des Gruppenwellenleiters der Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung vorgesehen ist, wobei ein Zwischenabschnitt des Gruppenwellenleiters mit S-förmigen Wellenleitern der gleichen Form ausgebildet wird, welche aus entsprechenden zwei gekrümmten Wellenleitern oder zwei gekrümmten Wellenleitern und geraden Wellenleitern, welche die gekrümmten Wellenleiter verbinden, bestehen; und einen oder zwei Polarisationsmodenwandler, welche in einer Nut vorgesehen sind, die quer zum S-förmigen Wellenleiter ausgebildet ist, und wobei eine Linie senkrecht zu einer Einfallsoberfläche des Lichts des Polarisationsmodenwandlers und der S-förmige Wellenleiter einen Winkel größer 0° bilden.

Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter irgendeinem des ersten bis fünften Gesichtspunkts, der zwischen der senkrechten Linie zu einer Einstrahloberfläche von Licht des Polarisationsartumwandlers und dem S-förmigen Wellenleiter definierte Winkel im Bereich von 3° bis 10° liegt.

Gemäß einem siebten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter irgendeinem des ersten bis sechsten Gesichtspunkts, der gerade Wellenleiter, der die kurvenförmigen Wellenleiter verbindet, konusförmig mit sich in der Längsrichtung verändernder Breite ist, und die Breite des konischen geraden Wellenleiters an einem Abschnitt maximal wird, wo der Polarisationsartumwandler vorgesehen ist.

Gemäß einem achten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter irgendeinem des ersten bis siebten Gesichtspunkts, der Polarisationsartumwandler ein Halbwellen- bzw. &lgr;/2-Plättchen ist, wobei eine optische Hauptachse des &lgr;/2-Plättchens einen Winkel von 45° relativ zu einem Wellenleitersubstrat bildet.

Gemäß einem neunten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter irgendeinem des ersten bis achten Gesichtspunkts, der Polarisationsartumwandler ein Halbwellenplättchen vom Dünnfilm-Typ ist.

Gemäß einem zehnten Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp bereit, wobei, unter irgendeinem des ersten bis neunten Gesichtspunkts, der Wellenleiter ein Glasfaserleiter ist.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer aus der folgenden Beschreibung von zugehörigen Ausführungsformen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen.

1 ist eine Draufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 1 der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist ein entlang der Linie II-II von 1 getätigter Schnitt;

3 ist eine Darstellung zum Erklären des Betriebs der Ausführungsform 1 der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp;

4 ist eine Darstellung, welche eine Abhängigkeit eines Umwandlungswirkungsgrads für polarisierte Wellen eines Dünnfilm-Halbwellenplättchens vom Einfallswinkel &THgr;1 zeigt;

5 ist eine Draufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 1A der erfindungsgemäßen polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp zeigt;

6 ist eine Draufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 1A der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp zeigt, welche einen konischen Wellenleiter verwendet;

7 ist eine Draufsicht, die einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 2 der erfindungsgemäßen polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp zeigt;

8 ist eine Darstellung, welche ein Reflexionsspektrum in der Ausführungsform 2 zeigt;

9A und 9B sind Darstellungen, welche die herkömmliche optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung zeigen, von der 9A eine Draufsicht und 9B ein Querschnitt ist;

10 ist eine Darstellung zum Erklären von Eigenschaften der herkömmlichen optischen Mach-Zehnder-Interferometerschaltung;

11 ist eine Draufsicht auf eine asymmetrische optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung;

12 ist eine Darstellung zum Erklären von Eigenschaften der herkömmlichen optischen Mach-Zehner-Interferometerschaltung;

13 ist eine Draufsicht auf die herkömmliche polarisationsunabhängige optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung;

14 ist eine Draufsicht auf die optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung, welche ein reflektiertes Rücklauflicht begrenzt;

15 ist eine Draufsicht auf die herkömmliche polarisationsunabhängige optische Gruppenwellenleiter-Gitter-Schaltung;

16 ist eine Draufsicht auf die optische Gruppenwellenleiter-Gitter-Schaltung, welche das reflektierte Rücklauflicht begrenzt; und

17 ist eine Darstellung, welche ein Reflexionsspektrum der herkömmlichen optischen Gruppenwellenleiter-Gitter-Schaltung zeigt.

[Ausführungsform 1]

1 ist eine Draufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform 1 der erfindungsgemäßen polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp zeigt, und 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II von 1.

In den 1 und 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Silikonsubstrat, 2 bezeichnet einen Mantel bzw. Ummantelung ("cladding"), 3 bezeichnet einen Eingabewellenleiter, 4 bezeichnet einen zweiten Eingabewellenleiter, 5 bezeichnet einen ersten Richtkoppler, der als ein erster optischer Koppler fungiert, 6 bezeichnet einen ersten Ausgabewellenleiter, 7 bezeichnet einen zweiten Ausgabewellenleiter, 8 bezeichnet einen zweiten Richtkoppler, der als ein zweiter optischer Koppler fungiert, 9 bezeichnet einen ersten Verbindungswellenleiter, 10 bezeichnet einen zweiten Verbindungswellenleiter, 11 bezeichnet eine Halbwellenplättchen-Einführungsnut 11, 12 bezeichnet ein Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp, welches als ein Polarisationsmodenwandler dient, 9A bezeichnet einen ersten Entwicklungswellenleiter, 9B bezeichnet einen ersten gekrümmten Wellenleiter, 9C bezeichnet einen ersten geraden Wellenleiter, 9D bezeichnet einen zweiten Entwicklungswellenleiter, 9E bezeichnet einen zweiten gekrümmten Wellenleiter, 9F bezeichnet einen zweiten geraden Wellenleiter, 9G und 9H bezeichnen thermooptische Phasenschieber (Dünnfilm-Heizelemente), 10A bezeichnet einen dritten Entwicklungswellenleiter, 10B bezeichnet einen dritten gekrümmten Wellenleiter, 10C bezeichnet einen dritten geraden Wellenleiter, 10D bezeichnet einen vierten Entwicklungswellenleiter, 10E bezeichnet einen vierten gekrümmten Wellenleiter, 10F bezeichnet einen vierten geraden Wellenleiter, und in 2 bezeichnet die Bezugsziffer 13 eine optische Hauptachse 13.

Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die polarisationsunabhängigen optische Schaltung vom Wellenleitertyp der Ausführungsform 1 eine optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung, welche mit dem ersten Eingabewellenleiter 3 und dem zweiten Eingabewellenleiter 4 aufgebaut ist, welche in dem Mantel 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet sind, sowie aus dem ersten Richtkoppler 5, welcher durch Anordnen des ersten Eingabewellenleiters 3 und des zweiten Eingabewellenleiters 4 nahe zueinander ausgebildet wird, aus dem ersten Ausgabewellenleiter 6 und dem zweiten Ausgabewellenleiter 7, wobei der zweite Richtkoppler 8 durch Anordnen des ersten Ausgabewellenleiters 6 und des zweiten Ausgabewellenleiters 7 nahe zueinander ausgebildet wird, aus dem ersten Verbindungswellenleiter 9 und dem zweiten Verbindungswellenleiter 10, welche den ersten Richtkoppler 5 und den zweiten Richtkoppler 8 verbinden, und aus dem Halbwellen- bzw. &lgr;/2-Plättchen 12 vom Dünnfilmtyp, welches in die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 eingesetzt ist, die sich durch ersten Verbindungswellenleiter 9 und den zweiten Verbindungswellenleiter 10 erstreckt. Als erster Richtkoppler 5 und zweiter Richtkoppler 8 werden (3 dB)-Koppler verwendet.

Der erste Verbindungswellenleiter 9 ist aufgebaut mit dem ersten Entwicklungswellenleiter 9A, der mit dem ersten Richtkoppler 5 verbunden ist, dem ersten gekrümmten Wellenleiter 9B, der mit dem ersten Entwicklungswellenleiter 9A verbunden ist, dem ersten geraden Wellenleiter 9C, der zwischen dem ersten gekrümmten Wellenleiter 9B und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist, dem zweiten Entwicklungswellenleiter 9D, der mit dem zweiten Richtkoppler 8 verbunden ist, dem zweiten gekrümmten Wellenleiter 9E, der mit dem zweiten Entwicklungswellenleiter 9D verbunden und mit dem zweiten geraden Wellenleiter 9F verbunden ist, welcher zwischen dem zweiten gekrümmten Wellenleiter 9E und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist.

Auf ähnliche Art ist der zweite Verbindungswellenleiter 10 aufgebaut mit dem dritten Entwicklungswellenleiter 10A, der mit dem ersten Richtkoppler 5 verbunden ist, dem dritten gekrümmten Wellenleiter 10B, der mit dem dritten Entwicklungswellenleiter 10A verbunden ist, dem dritten geraden Wellenleiter 10C, welcher zwischen dem dritten gekrümmten Wellenleiter 10B und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist, dem vierten Entwicklungswellenleiter 10D, der mit dem zweiten Richtkoppler 8 verbunden ist, dem vierten gekrümmten Wellenleiter 10E, der mit dem vierten Entwicklungswellenleiter 10E verbunden ist, sowie aus dem vierten geraden Wellenleiter 10F, welcher zwischen dem vierten gekrümmten Wellenleiter 10E und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist.

Man kann sagen, dass die optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung der gezeigten Ausführungsform 1 durch die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 in zwei Teile unterteilt ist, wobei der erste gekrümmte Wellenleiter 9B und der dritte gekrümmte Wellenleiter 10B den gleichen Radius und den gleichen Winkel &THgr;1 aufweisen und der zweite gekrümmte Wellenleiter 9E und der vierte gekrümmte Wellenleiter 10E den gleichen Radius und den gleichen Winkel &THgr;1 aufweisen, aber so orientiert, dass die Drehmitte, bezüglich des ersten gekrümmten Wellenleiters 9B und des dritten gekrümmten Wellenleiters 10B um 180° versetzt ist, und der erste gerade Wellenleiter 9C, der dritte gerade Wellenleiter 10C, der zweite gerade Wellenleiter 9F und der vierte gerade Wellenleiter 10F verbunden sind.

Ein S-förmiger Wellenleiter, der mit dem ersten gekrümmten Wellenleiter 9B, dem ersten geraden Wellenleiter 9C, dem zweiten gekrümmten Wellenleiter 9E und dem zweiten geraden Wellenleiter 9F am mittleren Abschnitt des ersten Verbindungswellenleiters 9 ausgebildet ist, und ein S-förmiger Wellenleiter, der aus dem dritten gekrümmten Wellenleiter 10B, dem dritten geraden Wellenleiter 10C, dem vierten gekrümmten Wellenleiter 10E und dem vierten geraden Wellenleiter 10F am mittleren Abschnitt des zweiten Verbindungswellenleiters 10 ausgebildet ist, weisen die gleiche Form sowie die gleiche Länge des optischen Pfads auf. Daher wird der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads zwischen dem ersten Verbindungswellenleiter 9 und dem zweiten Verbindungswellenleiter 10 durch einen entwickelnden Abstand des ersten Entwicklungswellenleiters 9A, des dritten Entwicklungswellenleiters 10A, des zweiten Entwicklungswellenleiters 9D und des vierten Entwicklungswellenleiters 10D bereitgestellt.

Jeder Wellenleiter ist ein optischer Wellenleiter vom Quarz-Typ. Als ein Material zum Bilden des optischen Wellenleiters wird Quarzglas, welches mittels einer Flammenhydrolyseabscheidung erzeugt wird, verwendet. Wie in 2 gezeigt, ist der Abschnitt, welcher ein Kern mit einem Abschnitt von 7 &mgr;m × 7 &mgr;m ist, beispielsweise der zweite gerade Wellenleiter 9F und der vierte gerade Wellenleiter 10F, im Wesentlichen am Mittenteil eines Mantels 2 von 50 &mgr;m Dicke eingebettet, welcher auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden ist. Ein Unterschied der Brechungsindizes des Mantels und des Kerns beträgt 0,75%.

Andererseits wird, wie in 1 gezeigt, die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 in den optischen Pfaden des ersten Verbindungswellenleiters 9 und des zweiten Verbindungswellenleiters 10 gebildet, deren senkrechte Linien den Winkel &THgr;1 mit dem ersten geraden Wellenleiter 9C, dem zweiten geraden Wellenleiter 9F, dem dritten geraden Wellenleiter 10C und dem vierten geraden Wellenleiter 10F bilden. Die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 hat eine Ausdehnung von ungefähr 30 &mgr;m in der Breite und ungefähr 100 &mgr;m in der Tiefe. Die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 wird durch reaktives Ionenätzen oder Bearbeiten, wie beispielsweise mit einer Schneidsäge, hergestellt. Das dünne Halbwellenplättchen 12, welches in die Halbwellenplättchen-Aufnahmenut 11 eingeführt wird, weist eine Doppelbrechung in der Ebene mit einem hohen Brechungsindex in Ziehrichtung auf. Das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp, das in die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 eingeführt wird, ist ein Film mit einer Dicke von ungefähr 20 &mgr;m, welches durch einseitiges Einziehen eines Polyimidfilms gebildet wird. Die optische Hauptachse 13 ist so orientiert, dass sie einen Winkel von 45° bezüglich des Siliziumsubstrats 1 aufweist, wie in 2 gezeigt.

Das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp, das innerhalb der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 eingesetzt ist, wird mittels UV-Aushärtens oder einer wärmeaushärtenden optischen Verbindung befestigt. Das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp wird durch den ersten Richtkoppler 5 in zwei Teile geteilt. Dann werden das TE-Moden-Licht und das TM-Moden-Licht mit einer Wellenlänge von 1,55 &mgr;m, welche sich durch den ersten Entwicklungswellenleiter 9A, den ersten gekrümmten Wellenleiter 9B und den ersten geraden Wellenleiter 9C des ersten Verbindungswellenleiters 9 und durch den dritten Entwicklungswellenleiter 10A, den dritten gekrümmten Wellenleiter 10B und den dritten geraden Wellenleiter 10C des zweiten Verbindungswellenleiters 10 ausbreiten, in TM-Moden-Licht bzw. das TE-Moden-Licht umgewandelt, um die Polarisationsoberfläche um 90° zu drehen. Das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp ist in der Mitte des entsprechenden optischen Pfads des ersten Verbindungswellenleiters 9 und des zweiten Verbindungswellenleiters 10 angeordnet, um die gleiche optische Pfadlänge für jedes Moden-Licht aufzuweisen. Daher kann die Polarisationsabhängigkeit der optischen Mach-Zehnder-Interferometerschaltung aufgelöst werden.

Entsprechende Brechungsindizes des Halbwellenlängenplättchens 12 vom Dünnfilmtyp und der optischen Verbindung, welche das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp befestigt, sind im Allgemeinen unterschiedlich. Daher wird das sich durch den Verbindungswellenleiter ausbreitende Licht an der entsprechenden Grenzoberfläche reflektiert.

3 ist eine Darstellung zum Erklären des Betriebs der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp der gezeigten Ausführungsform 1 und zeigt ein Ergebnis der Berechnung der Menge des reflektierten Rücklauflichts in Abhängigkeit vom Winkel &THgr;1, welcher durch die senkrechte Linie zur Einstrahlungsoberfläche des Halbwellenplättchens und dem Wellenleiter gebildet wird.

Das Ergebnis der in 3 gezeigten Berechnung zeigt das Ergebnis, das man unter der Annahme erhält, dass die Ausdehnung des Kernabschnitts des Wellenleiters 7 &mgr;m × 7 &mgr;m beträgt und der relative Brechungsindexunterschied des Mantels und des Kerns 0,75% beträgt und die in die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 eingefüllte Substanz Luft ist (Brechungsindex beträgt 1,0). Üblicherweise ist an der Grenze zum Wellenleiter die Verbindung ausgefüllt. Da die Verbindung mit einem Brechungsindex nahe dem Brechungsindex des Wellenleiters verwendet wird, wird die Menge des reflektierten Rücklauflichts maximal, und der tatsächlich zurückgegebene Wert wird geringer.

Wenn der Winkel &THgr;1 zwischen dem Halbwellenplättchen vom Dünnfilmtyp und dem geraden Wellenleiterabschnitt jedes Verbindungswellenleiters 0° beträgt, existieren 14,7 dB des reflektierten Rücklauflichts. Das reflektierte Rücklauflicht wird bei größerem Winkel &THgr;1 kleiner. Wenn beispielsweise &THgr;1 größer oder gleich 5° ist, wird die Größe des reflektierten Rücklauflichts größer oder gleich 30 dB, und wenn &THgr;1 größer oder gleich 8° ist, wird die Menge des reflektierten Rücklauflichts größer oder gleich 60 dB. Entsprechend ist es ausschließlich unter dem Gesichtspunkt des Verringerns des reflektierten Rücklauflichts bevorzugt, den Winkel &THgr;1 so groß wie möglich zu machen. Falls jedoch der Winkel &THgr;1 übergroß wird, wird der Polarisationswandlungswirkungsgrad des Halbwellenplättchens 12 vom Dünnfilmtyp herabgesetzt. Das Verhältnis zwischen &THgr;1 und dem Polarisationswandlungswirkungsgrad ist in 4 gezeigt. Wie aus 4 ersichtlich, wird der Polarisationswandlungsgrad dann, wenn der Winkel &THgr;1 größer oder gleich 10° beträgt, kleiner oder gleich 99,9% sein, um dann abrupt auf einen Wirkungsgrad für eine Polarisationsunabhängigkeit abzufallen. Daher beträgt der bevorzugte Bereich des Winkels &THgr;1 3 bis 10°. Bei dem gezeigten Aufbau ist andererseits die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 einfach durch eine Schneidsäge oder dergleichen herzustellen. Ein solches Bearbeiten ist im Vergleich mit dem Bildungsverfahren durch Ätzen oder dergleichen einfacher, um eine Bildung der Nut in einer kurzen Zeit zu erreichen. Daher ist das gezeigte Verfahren aus einem Herstellungsgesichtspunkt vorteilhaft.

Die gezeigte Ausführungsform ist mit &THgr;1 = 5° ausgelegt. Zu diesem Zeitpunkt betrug das reflektierte Rücklauflicht am Einfallsanschluss –39 dB. Im Vergleich zum herkömmlichen Fall, bei dem das reflektierte Rücklauflicht –22 dB bei &THgr;1 = 0 betrug, könnte das reflektierte Rücklauflicht um 17 dB verringert werden.

[Ausführungsform 1A]

5 ist eine Draufsicht, welche den allgemeinen Aufbau der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp der Ausführungsform 1A gemäß der Erfindung zeigt. Die gezeigte Ausführungsform betrifft eine polarisationsunabhängige asymmetrische optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung als einem Wellenlängenfilter mit einem Längenunterschied &Dgr;L eines optischen Pfads zweier Verbindungswellenleiter von mehreren &mgr;m. Ein Vermindern der Reflexion durch das Dünnfilm-Halbwellenplättchen wird erreicht durch Vorsehen des ersten gekrümmten Wellenleiters 9B, des ersten geraden Wellenleiters 9C, des zweiten geraden Wellenleiters 9F und des zweiten gekrümmten Wellenleiters 9E am zentralen Abschnitt des ersten Verbindungswellenleiters 9, und durch Vorsehen des dritten gekrümmten Wellenleiters 10B, des dritten geraden Wellenleiters 10C, des vierten geraden Wellenleiters 10F und des vierten gekrümmten Wellenleiters 10E am zentralen Abschnitt des zweiten Verbindungswellenleiters 10. Da die Gesamtlänge des ersten gekrümmten Wellenleiters 9B, des ersten geraden Wellenleiters 9C, des zweiten geraden Wellenleiters 9F und des zweiten gekrümmten Wellenleiters 9E, und die Gesamtlänge des dritten gekrümmten Wellenleiters 10B, des dritten geraden Wellenleiters 10C, des vierten geraden Wellenleiters 10F und des vierten gekrümmten Wellenleiters 10E zueinander gleich sind, wird der Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads durch den ersten Entwicklungswellenleiter 9A, den dritten Entwicklungswellenleiter 10A und den zweiten Entwicklungswellenleiter 9D sowie den vierten Entwicklungswellenleiter 10D erreicht.

Weiterhin kann, durch Bilden des ersten geraden Wellenleiters 9C, des dritten geraden Wellenleiters 10C, des zweiten geraden Wellenleiters 9F und des vierten geraden Wellenleiters 10F in der in 6 gezeigten konusförmigen Form, ein Feld der Wellenleitermoden, wie es auf das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp einfällt, aufgeweitet werden, was zu einer Verminderung des Wirkungsgrad des Rückkoppelns des Reflexionslichts führt, das durch das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp zum Wellenleiter erzeugt wird. Nämlich kann durch Verwenden des konischen Wellenleiters das Reflexionslicht vermindert werden. Auch ist ein solcher konischer Wellenleiter effektiv darin, den Überschussverlust durch die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 zu verringern. In der gezeigten Ausführungsform kann, durch Aufweiten der Kernbreite von 7 &mgr;m auf die weitesten 12 &mgr;m, das reflektierte Rücklauflicht auf –41 dB vermindert werden. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Kernbreite nicht verändert wird, könnte ein Reflexionsunterdrückungseffekt von ca. 2 dB erreicht werden.

Wie oben ausgeführt, kann in Ausführungsform 1 in der optischen Mach-Zehnder-Interferometerschaltung die Polarisationsabhängigkeit aufgelöst werden durch Vorsehen des S-förmigen Wellenleiters, der aus zwei gekrümmten Wellenleitern besteht sowie aus geraden Wellenleitern, welche die gekrümmten Wellenleiter an dem mittleren bzw. Zwischenabschnitt der Verbindungswellenleiter verbindet, welche den ersten Richtkoppler und den zweiten Richtkoppler verbinden, und wobei das Halbwellenplättchen in den S-förmigen Wellenleiterabschnitt eingefügt ist. Daher kann man eine polarisationsunabhängige optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung mit vermindertem reflektierten Rücklauflicht erlangen. In der obigen Ausführungsform können, während Richtkoppler 5 und 8 als optische Koppler verwendet werden, um die optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung zu bilden, an deren Stelle auch multimodale Interferenzkoppler verwendet werden.

[Ausführungsform 2]

7 ist eine Draufsicht, welche einen allgemeinen Aufbau der polarisationsunabhängigen optischen Schaltung vom Wellenleitertyp der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Eingabewellenleiter-Cluster, 15 bezeichnet einen ersten Plattenwellenleiter, 16 bezeichnet einen Ausgabewellenleitercluster, 17 bezeichnet einen zweiten Plattenwellenleiter, 18 bezeichnet einen Gruppenwellenleiter, 18A bezeichnet einen ersten Gruppenwellenleiter, 18B bezeichnet einen zweiten gekrümmten Wellenleitercluster, 18C bezeichnet einen ersten geraden Wellenleitercluster, 18D bezeichnet einen zweiten Wellenleiter, 18E bezeichnet einen zweiten gekrümmten Wellenleitercluster und 18F bezeichnet einen zweiten geraden Wellenleitercluster.

Wie in 7 gezeigt, ist die polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem Eingabewellenleitercluster 14 und dem ersten Plattenwellenleiter 15 aufgebaut, welcher mit dem Eingabewellenleitercluster 14, dem Ausgabewellenleitercluster 16 und dem zweiten Plattenwellenleitercluster 17 verbunden, welcher mit dem Ausgabewellenleiter 16 verbunden ist, sowie dem Gruppenwellenleiter 18, der mit dem ersten Plattenwellenleiter 15 und dem zweiten Plattenwellenleiter 17 verbunden ist, und dem Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp, welches in die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 eingefügt ist, welche sich durch den Gruppenwellenleiter 18 erstreckt.

Der Gruppenwellenleiter 18 ist aufgebaut aus dem ersten Gruppenwellenleiter 18A, der mit dem ersten Plattenwellenleiter 15 verbunden ist, dem ersten gekrümmten Wellenleitercluster 18B, der mit dem ersten Gruppenwellenleiter 18A verbunden ist, dem ersten geraden Wellenleiter 18C, der zwischen dem ersten gekrümmten Wellenleiterfluss 18B und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist, dem zweiten Gruppenwellenleiter 18D, der mit dem zweiten Plattenwellenleiter 17 verbunden ist, dem zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E, der mit dem zweiten Gruppenwellenleiter 18D verbunden ist, und dem zweiten geraden Wellenleitercluster 18F, der mit dem zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E und der Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 angeordnet ist.

Entsprechende Verbindungspunkte zwischen dem ersten Gruppenwellenleiter 18A und dem ersten gekrümmten Wellenleitercluster 18B sowie zwischen dem ersten gekrümmten Wellenleitercluster 18B und dem ersten geraden Wellenleitercluster 18C sowie entsprechende Verbindungspunkte zwischen dem zweiten Gruppenwellenleiter 18D und dem zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E und zwischen dem zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E und dem zweiten geraden Wellenleitercluster 18F sind in Ausrichtung zu einer Linie parallel zur Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 und dem Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp angeordnet. Andererseits wird die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 durch Ätzen oder Bearbeiten, wie beispielsweise mittels einer Trennsäge oder dergleichen, gebildet.

Die optische Gruppenwellenleiter-Gitter-Schaltung der gezeigten Ausführungsform 2 hat einen Aufbau zum Verringern des reflektierten Rücklauflichts von dem Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp nach dem gleichen Verfahren wie die optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung nach Ausführungsform 1. Nämlich durch Trennen der in 9 gezeigten optischen Gruppenwellenleiter-Gitter-Schaltung durch die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 und dadurch, dass die getrennten Komponenten durch den S-förmigen Wellenleiter verbunden sind, der aus dem ersten gekrümmten Wellenleitercluster 10B, dem zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E und dem ersten geraden Wellenleiter 18C und dem zweiten geraden Wellenleiter 18F besteht.

Die gekrümmten Wellenleiter, die den ersten gekrümmten Wellenleitercluster 18B und den zweiten gekrümmten Wellenleitercluster 18E bilden, weisen den gleichen Radius und Winkel &THgr;2 auf, und die Krümmung des ersten gekrümmten Wellenleiterclusters 18B und die Krümmung des zweiten gekrümmten Wellenleiterclusters 18E unterscheiden sich in der Orientierung bzw. Ausrichtung um die Drehmitte um 180°. Andererseits weisen die geraden Wellenleiter, die den ersten geraden Wellenleitercluster 18C und den zweiten geraden Wellenleiter 18F bilden, die gleiche Länge auf, und ihre senkrechten Linien bilden den gleichen Winkel &THgr;2 mit der Halbwellenplättcheneinsatznut 11 und dem Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp. Nämlich weisen alle Wellenleiter, die zwischen dem ersten Gruppenwellenleiter 18A und dem zweiten Gruppenwellenleiter 18D angeordnet sind, den gleichen S-förmigen Aufbau auf und haben die gleichen optischen Pfadlängen. Entsprechend weist jeder Wellenleiter des Gruppenwellenleiters 18, der zwischen dem ersten Plattenwellenleiter 15 und dem zweiten Plattenwellenleiter 17 angeordnet ist, einen Längenunterschied &Dgr;L des optischen Pfads zwischen benachbarten Wellenleitern so auf, dass sie die gleichen Eigenschaften wie die in 14 gezeigte optische Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung zeigen.

Der Winkel &THgr;2 zwischen der senkrechten Linie des Halbwellenplättchens 12 vom Dünnfilmtyp und jedes geraden Wellenleiters, welcher den ersten geraden Wellenleitercluster und den zweiten geraden Wellenleitercluster 18F bildet, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 10°, so wie in der Ausführungsform 1. Die gezeigte Ausführungsform ist so definiert, dass sie den Winkel &THgr;2 = 5° aufweist. In diesem Fall ergibt sich das in 8 gezeigte Reflexionsspektrum der optischen Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung. Die Reflexion beträgt beim Maximum –50 dB. Im Vergleich mit –35 dB nach dem Stand der Technik könnte eine Reflexionsunterdrückung von 15 dB realisiert werden. Im gezeigten Aufbau wird die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 einfach ausgeführt, um eine Bearbeitung durch eine Schneidsäge oder dergleichen zu vereinfachen. Ein solches Bearbeiten ist im Vergleich zum Ausbildungsverfahren durch Ätzen oder dergleichen einfacher, um eine Bildung der Nut in kurzer Zeit zu ermöglichen. Daher ist das gezeigte Verfahren aus Sicht einer Herstellung vorteilhaft.

Wie oben ausgeführt, wird es mit der gezeigten Ausführungsform 2 bei der optischen Gruppenwellenleiter-Gitterschaltung möglich, die polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp zu erlangen, in welcher die S-förmigen Wellenleiter in gleicher Form, die aus zwei gekrümmten Wellenleitern bestehen sowie geraden Wellenleitern, welche die gekrümmten Wellenleiter verbinden, an dem Zwischenabschnitt des Gruppenwellenleiters zwischen dem ersten Plattenwellenleiter und dem zweiten Plattenwellenleiter vorgesehen sind und die Halbwellenplättchen in den S-förmigen Wellenleiterabschnitt eingesetzt sind, um eine Polarisationsabhängigkeit aufzulösen und das reflektierte Rücklauflicht zu vermindern.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die zugehörigen beispielhaften Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, sollte es für die Fachleute klar sein, dass die obigen und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen darin und dazu eingebracht werden können, ohne vom Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen.

Während beispielsweise die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 in der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2 quer zum geraden Wellenleiter in dem S-förmigen Wellenleiter ausgebildet ist, kann der S-förmige Wellenleiter auch unter Auslassung der geraden Wellenleiter nur mit den gekrümmten Wellenleitern ausgebildet werden, und die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 kann an dem Verbindungsbereich zwischen den direkt verbundenen gekrümmten Wellenleitern vorgesehen sein. Während zudem in den gezeigten Ausführungsformen das Halbwellenplättchen vom Dünnfilmtyp am physikalischen Mittelpunkt der optischen Schaltung eingefügt ist, da die gezeigte Ausführungsform der optischen Schaltung eine symmetrische Struktur in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Lichts aufweist. Jedoch braucht, wie in 7 gezeigt, das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp keine optischen Eigenschaften erzeugen, sogar falls es parallel in seitlicher Richtung bewegt wird, solange der Bereich im S-förmigen Wellenleiter 18 liegt. Daher ist es kein notwendiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Halbwellenplättchen-Einsatznut 11 und das Halbwellenplättchen 12 vom Dünnfilmtyp am physikalischen Mittelpunkt in der optischen Schaltung anzuordnen.


Anspruch[de]
Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp, umfassend einen oder mehrere auf einem Substrat ausgeformte Eingabewellenleiter (3, 4), einen mit den Eingabewellenleitern (3, 4) verbundenen ersten optischen Koppler (5), einen oder mehrere Ausgabewellenleiter (6, 7), einen mit den Ausgabewellenleitern (6, 7) verbundenen zweiten optischen Koppler (8), eine mittels einer Mehrzahl von Verbindungswellenleitern (9, 10) gebildete optische Schaltung, die den ersten optischen Koppler (5) und den zweiten optischen Koppler (8) verbindet und einen Polarisationsartumwandler (12), der in einer Mitte eines optischen Pfads der Verbindungswellenleiter (9, 10) der optischen Schaltung vorgesehen ist und ein horizontal polarisiertes Licht in ein vertikal polarisiertes Licht umwandelt und ein vertikal polarisiertes Licht in ein horizontal polarisiertes Licht umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass:

ein Zwischenabschnitt einer Mehrzahl der Verbindungswellenleiter (9, 10) mit S-förmigen Wellenleitern der gleichen Form gebildet wird, die aus jeweils zwei kurvenförmigen Wellenleitern (9B, 9E, 10B, 10E) oder zwei kurvenförmigen Wellenleitern und geraden Wellenleitern (9C, 9F, 10C, 10F), welche die kurvenförmigen Wellenleiter verbinden, bestehen,

und dass der Polarisationsartumwandler (12) in einer Nut (11) vorgesehen ist, die quer durch die S-förmigen Wellenleiter ausgebildet ist, und dass eine senkrechte Linie zu einer Einstrahloberfläche von Licht des Polarisationsartumwandlers (12) und der gerade Abschnitt des S-förmigen Wellenleiters einen Winkel größer als 0° bilden.
Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

der erste und der zweite optische Koppler gerichtete Koppler (5, 8) sind, in welchen zwei auf dem Substrat ausgebildete optische Wellenleiter in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, und

die optische Schaltung als eine optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung aufgebaut ist.
Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

der erste und der zweite optische Koppler multimodale Interferenzkoppler (5, 8) sind, und

die optische Schaltung als eine optische Mach-Zehnder-Interferometerschaltung aufgebaut ist.
Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem thermooptischen Phasenschieber (9G, 9H) mindestens einer der Verbindungswellenleiter vorgesehen ist und der thermooptische Phasenschieber an einer Eingabeseite und einer Ausgabeseite des Polarisationsartumwandlers getrennt ist. Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

der erste und der zweite optische Koppler Plattenwellenleiter (15, 17) sind, in denen sich ein eingegebenes Licht frei ausbreitet, und

die optische Schaltung als eine als Feld vorliegende Wellenleiter-Gitterschaltung aufgebaut ist, die benachbarten Wellenleitern einen vorgegebenen Längenunterschied des optischen Pfads bereitstellt.
Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der senkrechten Linie zu einer Einstrahloberfläche von Licht des Polarisationsartumwandlers und dem S-förmigen Wellenleiter definierte Winkel im Bereich von 3° bis 10° liegt. Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Wellenleiter, der die kurvenförmigen Wellenleiter verbindet, konusförmig mit sich in der Längsrichtung verändernder Breite ist, und die Breite des konischen geraden Wellenleiters an einem Abschnitt maximal wird, wo der Polarisationsartumwandler vorgesehen ist. Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsartumwandler ein &lgr;/2-Plättchen ist, wobei eine optische Hauptachse des &lgr;/2-Plättchens einen Winkel von 45° relativ zu einem Wellenleitersubstrat bildet. Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsartumwandler ein &lgr;/2-Plättchen vom Dünnfilm-Typ ist. Polarisationsunabhängige optische Schaltung vom Wellenleitertyp nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter Glasfaserleiter sind.






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