ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路およびその製造方法
【課題】容易に他のデバイスに組み込むことが可能なＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供する。
【解決手段】互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供する。ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、第１および第２の光導波路と、マッハツェンダー干渉計回路と、ＴＭモードの光が伝播する第１の石英系光導波路中に形成された半波長板とを含む。ＳＯＡ−ＣＯＳは、第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、少なくとも一方の第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含む。第３と第４の光導波路のそれぞれ第１および第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続される。
【解決手段】互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供する。ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、第１および第２の光導波路と、マッハツェンダー干渉計回路と、ＴＭモードの光が伝播する第１の石英系光導波路中に形成された半波長板とを含む。ＳＯＡ−ＣＯＳは、第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、少なくとも一方の第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含む。第３と第４の光導波路のそれぞれ第１および第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光波回路（ＰＬＣ）としての偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）および半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信ネットワークにおけるデータ量の増加にともない、コンパクトで低コストである光学素子が要求される。従来の個別の光学部品を組み合わせる技術に代わり、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）技術に基づく光導波路デバイス技術へとトレンドが移行しつつある。
【０００３】
光通信ネットワークにおいて、光導波路デバイスにおける偏波依存性は、実用的に好ましくは、０．１ｄＢ以下が要求される。偏波ダイバーシティ回路は、光学デバイスにおける偏波依存性の問題を解消するために使用される。
【０００４】
非特許文献１は、図１４のように、それぞれ空間的に分離した個別の光学部品である、３つのポート１４０１〜１４０３を有するサーキュレータ１４０９、レンズ１４０４、偏波ビームスプリッタとしてのハーフミラー１４０５、半波長板１４０６、ミラー１４０７、およびＳＯＡ１４０８を使用した偏波ダイバーシティ回路によりＳＯＡの偏波依存利得（ＰＤＧ）を解消するための偏波無依存ＳＯＡモジュールを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Morito and S. Tanaka, ”Record High Saturation Power (+22dBm) and Low Noise Figure (5.7dB) Polarization-Insensitive SOA Module”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 17, 6, 1298-1300, (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示の偏波無依存ＳＯＡモジュールは、空間的に分離した個別の光学部品を使用するため、モジュール全体としてサイズが大きくなってしまう。また、非特許文献１に開示の該モジュールでは、ハーフミラー１４０５やミラー１４０７等の光学部品が用いられるため、図１４に示される該モジュールを形成するには、使用者によるそれぞれの光学部品間の光軸調整が必要であり、非常に手間がかかる。したがって、該モジュールを他のデバイスに組み込む等の応用が難しい。そのため、非特許文献１に開示の該モジュールを商業的に利用することは難しいと考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、従来のモジュールに比べモジュール（回路）のサイズを低減し、容易に他のデバイスに組み込むことが可能であるＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路であって、該ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、第１および第２の光導波路と、入力された光をＴＭモードの光およびＴＥモードの光へ分割し、該分割されたＴＭモードの光を該第１の光導波路へ出力し、該分割されたＴＥモードの光を該第２の光導波路へ出力するマッハツェンダー干渉計回路と、該ＴＭモードの光が伝播する第１の石英系光導波路中に形成された偏波回転機構とを含み、該ＳＯＡ−ＣＯＳは、該第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、該第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、少なくとも一方の該第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含み、該第３の光導波路と、該第４の光導波路のそれぞれ該第１の光導波路および該第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続されていることを特徴とするＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、従来のモジュールに比べモジュール（回路）のサイズを低減することができ、容易に他のデバイスに組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの接合部付近を詳細に示した平面図である。
【図３Ａ】図２に示されるＡ−Ａ’線に沿ったＰＬＣ−ＰＢＳチップの断面図である。
【図３Ｂ】図２に示されるＡ’’方向から見たＰＬＣ−ＰＢＳチップの半波長板を形成するための凹部付近の側面図である。
【図４】図２に示されるＢ−Ｂ’線に沿ったＳＯＡ−ＣＯＳのＵターン部半導体光導波路部の断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの配置の例を示す模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの接合部付近を詳細に示した平面図である。
【図８Ｂ】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路のファセットにおける接合部を一部拡大した図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の接合面付近の製造方法を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の構成を示す模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態にかかるＰＬＣ−ＰＢＳチップ、ＳＯＡ−ＣＯＳおよびＵターンＰＬＣチップの接合面付近の製造方法を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施例において、ＳＯＡの偏波依存利得を測定するための２種類の構成１２１１および１２１２を示す模式図である。
【図１３Ａ】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例における測定結果を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施例において、入射する光の波長を変化させたときの偏波依存利得の測定結果を示す図である。
【図１４】従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の基本構成を示す模式図である。ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００は、石英系平面光波回路−偏波ビームスプリッタ（ＰＬＣ−ＰＢＳ）チップ１０６と半導体光増幅器−チップ・オン・サブマウント（ＳＯＡ−ＣＯＳ）１０５とが互いの導波路を結合した構成をとる。
【００１２】
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６は、石英系光導波路１０９，１１０と、石英系光導波路が一部切欠した領域であるスリット１０４と、ＰＢＳとしてのマッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ）１０７と、半波長板１０３とを備える。ＭＺＩ１０７は、石英系光導波路としての入力ポート１１０ａおよび出力ポート１１０ｂ、２つの方向性カプラ１１１、石英系光導波路としての２つの出力ポート１０９ａ、１０９ｂ、ならびに２つの干渉計アーム（ヒーター）１０２を有する。なお、ＭＺＩ１０７の出力ポート１０９ａからはＴＭモードの光が出力され、出力ポート１０９ｂからはＴＥモードの光が出力される。半波長板１０３は、ＴＭモードの光が出力される出力ポート１０９ａ部のスリット１０４に形成される。
【００１３】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路１０８と、該直線部１０８ａに形成された半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１２が形成されたＳＯＡチップ１１３を有する。ＳＯＡチップ１１３はシリコンベンチ１１４上にハンダ実装される。直線部の半導体光導波路１０８ａは、後述する埋込メサ構造により形成され、Ｕターン部の半導体光導波路１０８ｂは後述するハイメサ構造により形成される。このようにすることで、Ｕターン部１０８ｂでは光の閉じ込めを強くすることができ、小さな曲率半径（例えば１２５μｍ）の曲線であっても曲げによる光損失を抑制することが可能になる。したがって、光増幅特性および雑音特性の両方を良好にすることができる。ただし、直線部の半導体光導波路１０８ａおよびＵターン部の半導体光導波路１０８ｂの両方をハイメサ構造または埋込構造とすることもできる。
【００１４】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５がＵターン部の半導体光導波路１０８ｂを有することで、ＳＯＡ１１２の出入力ポート１０８ａａおよび出入力ポート１０８ａｂが、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６側に形成される。すなわち、Ｕターン部１０８ｂを形成することにより、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の同一の端面において光の入力および出力を行うことができ、回路全体のサイズを低減することができる。
【００１５】
本実施形態において、ＳＯＡ１１２は半導体光導波路の直線部１０８ａに二箇所形成しているが、ＳＯＡ１１２の長さが十分な光増幅効果が得られる長さであれば、ＳＯＡ１１２を一箇所に形成してもよい。
【００１６】
図２は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合部付近を詳細に示した平面図である。具体的には、図２は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６において、ＭＺＩ１０７の出力ポート１０９ａ、出力ポート１０９ｂ、スリット１０４、およびスリット１０４に形成された半波長板１０３を示す。また、図２は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５において、ＳＯＡ１１２、シリコンベンチ１１４、ＳＯＡチップ１１３、および直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路を示す。
【００１７】
図３Ａは、図２に示されるＡ−Ａ’線に沿ったＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面図を示す。ＰＬＣプラットフォーム３０４上に、石英系の下部クラッド層３０３、石英系光導波路１０９ａおよび１０９ｂを構成するコア層３０１、および上部クラッド層３０２が形成されている。
【００１８】
図３Ｂは、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のスリット１０４付近を図２に示されるＡ”方向から見た断面図である。コア層３０１を伝播する光がスリット１０４により反射されて生じる伝播ロスと反射戻り光を低減するために、スリット１０４は、図３Ｂに示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上部表面に対して垂直に形成されるのではなく所定の角度をもって形成される。例えば、スリット１０４の幅は２０〜８０μｍ程度、上部表面の垂線に対して５〜１２°程度の傾斜を有する。
【００１９】
図４は、図２に示されるＢ−Ｂ’線に沿ったＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＵターン部の半導体光導波路１０８ｂの断面図を示す。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、シリコンベンチ１１４上に、ＳＯＡチップ１１３を実装した形態となっている。ＳＯＡチップ１１３は、半導体基板（要番号付け）上に下部クラッド層４０３、半導体光導波路１０８ｂを構成するコア層４０２、および上部クラッド層４０１が形成されたハイメサ構造が使用される。
【００２０】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は化合物半導体ＩｎＰ基板上にマイクロプロセスで形成される。下部クラッド層４０３はＩｎＰにより形成される。コア層４０２は化合物半導体ＩｎＧａＡｓＰにより形成される。そして、上部クラッド層４０１はＩｎＰにより形成される。なお、本実施形態ないし下記の実施形態にかかるＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、ＩｎＰ以外の半導体材料で形成することもできる。また、本実施形態にかかる導波路チップはＳＯＡのような半導体光導波路に限定されない。ＬｉＮｂＯ３光導波路やシリコン系光導波路など、偏波依存性をもつすべての導波路に適用することが可能である。
【００２１】
ここで、一般的に、石英系ＰＬＣの光導波路では、光導波路を構成するコアとクラッドの比屈折率差は大きくても２．５％程度である。化合物半導体ＩｎＰ等で形成された半導体光導波路では、コアとクラッドの比屈折率差が４〜５％を超える。本実施形態では、図４に示されるように、Ｕターン型の半導体光導波路（Ｕターン部１０８ｂ）をハイメサ構造とすることにより、コア層４０２とその両側の誘電体または空気との比屈折率差が、例えば３０〜４０％以上と非常に大きくなる。また、光導波路を折り返した際の折り返し部の曲率半径は、コアとクラッドの比屈折率差が大きいほど小さくすることができる。例えば、本実施形態において、該曲率半径は１２５μｍ程度である。そのため、石英系ＰＬＣチップ上でＵターン型の光導波路の折り返し構造を形成する場合に比べて、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５上でハイメサ構造によってＵターン型の光導波路の折り返し構造を形成する方がチップのサイズを小さくすることができる。本実施形態では、Ｕターン部１０８ｂを半導体光導波路として形成し、さらにハイメサ構造とすることにより、Ｕターン部１０８ｂのサイズを小さくすることができ、その結果、回路全体のサイズを小さくすることができる。
【００２２】
ＳＯＡ１１２は、半導体光導波路の直線部１０８ａに埋込メサ構造により形成される。ＳＯＡ１１２のコア層は光増幅媒質で形成された活性層（図示せず）を有する。ＳＯＡ１１２は、注入電流をオン／オフさせることで、入射光をオン／オフさせる半導体ゲートとして用いることもできる。なお、一般的にＳＯＡ１１２の長さが短すぎると所望の利得が得られず、また、長すぎると伝播する光にノイズが入りやすく雑音特性が悪化する。そのため、好ましい例としては、ＳＯＡ１１２の長さは例えば０．５〜２ミリメートル程度である。
【００２３】
図１に示されたように、本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路では、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の石英系光導波路１０９とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８とが調芯され、接合されている。
【００２４】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＳＯＡチップ１１３は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６に比べ薄い。そのため、ＳＯＡチップ１１３をシリコンベンチ１１４に実装する。このようにすることで、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を接合するときの、接合部分の面積を広くすることが可能になり、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の接合に、十分な強度を得ることができる。
【００２５】
本実施形態においては、図５（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、チップごとに導波路の結合を行っている。さらに、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、ベースのシリコン基板５０１をそれぞれのチップで共有するシリコン基板テラス構造を用いることもできる。この形態においても、ベースのシリコン基板５０１は共有されているが、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５はそれぞれの導波路が結合している。下記の全ての実施形態においても、この導波路結合の形態は適用可能である。
【００２６】
（作用）
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、入力ＩＮからの非偏光の光が、サーキュレータ１０１によってＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００へ伝播される。ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００からの光は、サーキュレータ１０１によって出力ＯＵＴに伝播される。
【００２７】
一般的に、マッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ）は２本のアーム間にΔΦの位相差を有する。ＭＺＩアーム中で複屈折が起こる場合、ＴＥモードおよびＴＭモードでの該位相差はそれぞれ独立して変化する。ＴＥモードの該位相差ΔΦＴＥとＴＭモードの該位相差ΔΦＴＭとの差は、｜ΔΦＴＥ−ΔΦＴＭ｜＝（２π／λ）Ｂ・Ｌで表される。ここで、λは波長、ＢはＭＺＩ中の複屈折率、ＬはＭＺＩのアーム長である。｜ΔΦＴＥ−ΔΦＴＭ｜が（２ｎ＋１）π（ｎ：整数）であるとき、ＭＺＩは入射された非偏光の光を２つの直交する光モード（即ち、ＴＥモードとＴＭモード）へ分割する。そして、ＴＥモードの光は一方の出力ポートへ出力され、ＴＭモードの光は他方の出力ポートへ出力される。
【００２８】
サーキュレータ１０１から伝播された非偏光の光は、ＭＺＩ１０７によって互いに２つの直交モード（即ち、ＴＥモードおよびＴＭモード）に分けられる。本実施形態にかかる構成においては、ＭＺＩ１０７から出射されたＴＥモードの光は出力ポート１０９ｂへ伝播され、ＴＭモードの光は出力ポート１０９ａへ伝播される。出力ポート１０９ａから出力したＴＭモードの光は、半波長板１０３によってＴＥモードの光に変更される。その結果、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にはＴＥモードの光のみが伝播される。
【００２９】
一般的な半導体光増幅器は、例えば５量子井戸構造であり、１２ｄＢの飽和パワー、並びに概ね４ｄＢ以下の低い雑音指数を有する。半導体光増幅器自体の偏波依存利得は概ね１０〜２０ｄＢ程度である。半導体光増幅器に入射する光について、ＴＥモードの光は１９ｄＢ程度の小さい信号利得を有するが、ＴＭモードの光は吸収され、−１０〜０ｄＢ程度の利得を有する。
したがって、本実施形態のようにＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＴＥモードの光のみを伝播することにより、大きな利得を得ることができる上、ＳＯＡ１１２の偏波依存利得（ＰＤＧ）を低減することができる。
【００３０】
上記のように、従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールでは、空間的に分離した個別の光学部品を使用するため、モジュール全体としてサイズが比較的大きくなること、また、ハーフミラー等の光学部品が用いられるため使用者による光学部品間の光軸調整に手間がかかること等の理由から、該モジュールを大量生産し、他のデバイスに組み込む等の応用が難しいという問題があった。
【００３１】
しかしながら、第１実施形態では、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＵターン部１０８ｂを設けてＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の一端面から光の入出力を可能にし、偏波を分離し、該分離した偏波を統一するように構成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６にＳＯＡ−ＣＯＳ１０５に対する入力光および出力光の双方を導波するようにＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を構成している。従って、従来のように、ＳＯＡへの入力経路と出力経路とを別個に設ける必要がなく、従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールに比べ、モジュール（回路）のサイズを低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ハーフミラー、レンズといった光学部品を用いず、ＰＢＳとしてのＭＺＩ１０７、および該ＭＺＩ１０７のＴＭモード出力側の導波路に形成された半波長板１０３を有する平面光波回路としてのＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を用いているので、使用者による光軸調整の煩わしさを必要としない。
【００３３】
さらに、本実施形態では、偏波ダイバーシティ回路の構成要素であるＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６に対する設計マスクを一度作製してしまえば、従来からある半導体集積回路技術や平面光波回路技術を用いて大量生産が可能である。
【００３４】
そして、本実施形態では、導波路チップであるＳＯＡ−ＣＯＳ１０５およびＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の導波路を結合することで、単一の導波路デバイスを形成しているので、他のデバイスに組み込む等の応用が容易である。したがって、該回路は、商業的利用に非常に効果的である。
【００３５】
また、本実施形態では、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＴＥモードの光のみを伝播するため、ＳＯＡ１１２の偏波依存利得（ＰＤＧ）を低減することができる。
【００３６】
（製造方法）
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６では、シリコンや石英などの基板上に微細加工技術を組み合わせて、石英系の材料で光導波路が形成される。
【００３７】
一般的に、平面光波回路（ＰＬＣ）は、光ファイバ製造技術の応用である火炎直接堆積（ＦＨＤ）法により、ＰＬＣ基板（例えばシリコン基板）上に下部クラッド層およびコア層となるガラス粒子を堆積し加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の光導波路パターンを形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッドを形成する。
【００３８】
複屈折は、石英系ガラス導波路に、局所的に加熱すること、またはＵＶ照射することによりトリミングできる。適切に複屈折をトリミングすることで、石英系ＰＬＣチップに偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が形成できる。
【００３９】
ヒーター１０２は、ＭＺＩ１０７における複屈折をトリミングするために、ＭＺＩ１０７の２つのアーム上に形成される。ヒーター１０２でトリミングする間に、ＭＺＩの２つのアームの位相差が適切になるように測定される。ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６が、所定の光の波長（例えば、１５３０ｎｍ）において、所定の値（例えば、１５ｄＢ）の偏光消光比を有するように設定される。
【００４０】
図１に示されるように、半波長板１０３を形成するために、スリット１０４は、ＭＺＩ１０７の２つの出力ポートとＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との間に、石英系光導波路１０９と垂直に交わるように形成される。なお、スリット１０４は、ダイサー等を用いて形成され、図３Ｂに示されるように、光が反射するのを防ぐために、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して所定の角度の傾斜をつけて形成される。
【００４１】
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の石英系光導波路１０９とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８とが互いに一つの接触面で接触され、調芯され、接合される。
【００４２】
具体例として、図６を参照して、下記の製造方法のように本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を製造する。
【００４３】
（工程１）図６（ａ）に示されるように、石英系光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１０９ａ、１０９ｂ、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０ａ、１１０ｂ側から伝播させ、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。
【００４４】
（工程２）ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のＳＯＡ−ＣＯＳ１０５が接合されるファセットｆＰＬＣを光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正する。これにより半導体光導波路１０８ａ、１０８ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面が形成される。ダイサー等により、破線Ｃの部分にＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつようにスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路側１０９ａに形成する。
【００４５】
（工程３）図６（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路とＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８ａを劈開することにより、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６と結合する接合面を形成する。そして、接触する石英系光導波路と半導体光導波路とを調芯し、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５とを接着剤などで固定する。
【００４６】
なお、上記工程１〜３に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００４７】
上記のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路で使用される材料の種類やパラメータ等は単なる例示であり、本実施形態において、ならびに下記の実施形態においても、それらに限定されるものではない。
【００４８】
（第２実施形態）
（構成）
図７は、本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路７００の構成を示す模式図である。第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路７００は、第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００の構成と略同一である。そのため、本実施形態には、当然、第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路が有する作用、効果が含まれる。ただし、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との導波路の結合において、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや導波路の結合面における反射を低減するための構成７０１が用いられる。
【００４９】
図８Ａに構成７０１の詳細を示す。図８Ａに示すように、構成７０１は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）８０２ａ、８０２ｂを有し、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面ｆ１に対して垂直ではなく所定の角度をもってそれぞれのチップの光導波路が接合されている。
【００５０】
より詳細には、構成７０１は、コアの中心軸Ｃ３を有する直線状の石英系光導波路１０９ａ（１０９ｂ）は、コアの中心軸Ｃ１を有する傾斜された石英系光導波路８０１ａ（８０１ｂ）になめらかに接続される。図８Ｂに示すように、伝播する光が接合面ｆ１に対して斜めに入射するように、中心軸Ｃ１は接合面ｆ１に対して所定の角度θ１傾斜している。同様に、コアの中心軸Ｃ２を有する傾斜された半導体光導波路（即ち、ＳＳＣ８０２ａ（８０２ｂ））は、直線部の半導体光導波路１０８ａになめらかに接続される。傾斜された半導体光導波路であるＳＳＣ８０２ａ（８０２ｂ）は接合面ｆ１に対して、所定の角度θ２傾斜している。
【００５１】
図８Ｂは、接合面ｆ１における接合部を一部拡大した図である。傾斜された石英系光導波路８０１ａ、８０１ｂにおける屈折率ｎ１、中心軸Ｃ１と接合面ｆ１の垂線とのなす角度θ１、傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂにおける屈折率ｎ２、中心軸Ｃ２と接合面ｆ１の垂線とのなす角度θ２との間には、スネルの法則より、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２、という関係がある。この関係を満たすように、傾斜角θ１、θ２が決定される。また、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５側の接合面ｆ１上には反射防止（ＡＲ）コート８０３がコーティングされている。なお、ＰＬＣ側の傾斜角度θ１としては５〜９°、半導体導波路側の傾斜角度θ２としては１２°〜１７°が好ましい。
【００５２】
ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の接合面近傍の石英系光導波路８０１ａ、８０１ｂのモードフィールドと半導体光導波路１０８ａのモードフィールドとをマッチさせるようにテーパー状の形状を有する光導波路（幅広フレアー型ＳＳＣ）である。ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、図８Ｂに示されるように、部位(i)における幅を保ったまま部位(ii)において曲げられ、部位(iii)においてテーパー状に幅が広くなり、部位(iv)において幅が広がった状態で平行に形成される。本実施形態では、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の側に形成されているが、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の側に形成してもよい。ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂによって、それぞれの導波路の結合部における結合ロスを低減し、高い結合効率を得ることができる。
【００５３】
（作用）
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系ガラス等の石英系光導波路の屈折率ｎ１に対して、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５におけるＩｎＰ等の半導体光導波路の屈折率ｎ２は異なるため、それぞれの導波路のモードフィールド（電界分布）が互いに異なる。例えば、石英系光導波路のモードフィールド径は概ね３〜８μｍであり、ＩｎＰ半導体光導波路のモードフィールド径は概ね１〜２μｍである。そのため、本実施形態は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系光導波路とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路を結合する際に、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減するための構成７０１を用いる。
【００５４】
本実施形態にかかる構成７０１は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）８０２ａ、８０２ｂを用いてモードフィールド径の違いを修正することができる。また、それぞれのチップの光導波路が所定の角度をもって結合されることで反射を低減することができる。さらに、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５側の接合面ｆ１（ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面）に反射防止（ＡＲ）コート８０３をコーティングすることで、反射により生じる光の伝播ロスを低減することができる。
【００５５】
本実施形態では、上記のような構成をとることにより、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系光導波路とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路を結合する際に、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減することができる。
【００５６】
図８Ａにおいて、光は、直線部の石英系光導波路１０９から傾斜された光導波路８０１ａ、８０１ｂへ入射される。第１実施形態のように、光は、接合面ｆ１に対して垂直に入射せず、所定の角度をもって入射される。光は所定の角度で接合面ｆ１へ入射するため、接合面ｆ１による反射光は再度傾斜された光導波路８０１ａ、８０１ｂへ戻ることは難しい。よって、石英系光導波路１０９への接合面ｆ１における反射戻り光は低減される。
【００５７】
同様に、光は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５中を伝播しＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６へ戻る場合、傾斜された半導体光導波路（即ち、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ）へ入射される。第１実施形態のように、光は、接合面ｆ１に対して垂直に入射せず、所定の角度をもって入射される。光は所定の角度で接合面ｆ１へ入射するため、接合面ｆ１による反射光は再度ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂへ戻ることは難しい。よって、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂへの接合面ｆ１における反射戻り光は低減される。
【００５８】
（製造方法）
第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法は、第１実施形態にかかる該回路の製造方法と略同一である。ここで、図９の各図には、構成７０１付近のみを詳細に記載しているが、その他の部分については、第１実施形態にかかる該回路の構成と略同一であるため省略している。
【００５９】
（工程１）
石英系光導波路１１０、１０９、曲げられた石英系光導波路７０１、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面となるファセットｆＰＬＣに垂直な方向に対してある角度θ１だけ水平方向に傾いている石英系光導波路８０１、および、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０側から伝播させ、石英系光導波路１０９側において、ヒーター１０２を通過した光を測定する。測定の間、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。
【００６０】
（工程２）
図９（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の余分な部分を破線Ａに沿って切断する。すなわち、石英系光導波路８０１a、８０１ｂは角度θ１の直線部分の任意の点において、ファセットｆＰＬＣを形成するように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の端部をダイサー等により切断する。切断して形成されるファセットｆＰＬＣは光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正される。以上により半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面が形成される。ダイサー等によりＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路１０９ａ側に形成する。
【００６１】
（工程３）
図９（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａの半導体光導波路、テーパー状の半導体光導波路である所定の角度（接合面ｆ１の垂線と中心軸Ｃ２とのなす角度がθ２となるように）に傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ、およびＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂの出射角度がθ２になるように劈開され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６と結合するＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のファセットｆＳＯＡが形成される。直線部半導体光導波路１０８ａとＳＯＡ１１２は埋込メサ構造により形成され、Ｕターン部半導体光導波路はハイメサ構造により形成されており、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のファセットｆＳＯＡにＡＲコート８０３がコーティングされている。
【００６２】
（工程４）
図９（ｃ）に示されるように、それぞれのチップの光導波路を調芯し、それぞれのチップを接着剤などで固定する。導波路の接合面ｆ１はＰＬＣ−ＰＢＳチップ側のファセットｆＰＬＣとＳＯＡ−ＣＯＳ側のファセットｆＳＯＡの２つが対向して、石英系光導波路８０１ａと半導体導波路８０２ａ、石英系光導波路８０１ｂと半導体導波路８０２ｂがそれぞれ光学的に結合する空間で形成される。
なお、上記工程１〜４に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００６３】
（第３実施形態）
（構成）
図１０は、本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１０００の構成を示す模式図である。第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１０００は、第１実施形態および第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の構成と略同一である。そのため、本実施形態には、第１実施形態および第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路が有する作用、効果が含まれる。ただし、本実施形態においては、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に光導波路の折り返し部を形成するのではなく、ＵターンＰＬＣチップ１００２にＵターン石英系光導波路１００３を形成し、ＳＯＡ１１２により増幅した光をＭＺＩへ戻すようにしている。そして、ＳＯＡ１１２はＳＯＡ−ＣＯＳ１００１の半導体光導波路の直線部に形成されている。すなわち、第３実施形態においては、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６から伝播された光は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に形成されたＳＯＡ１１２で増幅され、ＵターンＰＬＣチップ１００２に形成されたＵターン石英系光導波路１００３で折り返され、再びＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に形成されたＳＯＡ１１２で増幅され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６へ戻る。
【００６４】
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路においても、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０５とＳＯＡ−ＣＯＳ１００１との接合部およびＳＯＡ−ＣＯＳ１００１とＵターンＰＬＣチップ１００２との接合部におけるそれぞれのチップの光導波路は、第２実施形態にかかる該回路の特徴のように、コアサイズの違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減するための構成７０１を用いている。
【００６５】
（作用）
上記したように、大きい比屈折率差の光導波路であるほど折り返し部の曲率半径を小さくすることができ、その結果、回路全体のサイズを低減することができる。しかしながら、第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路のように、ＳＯＡに適した埋込メサ構造の半導体導波路と、曲率半径の小さいＵターンに適したハイメサ構造の半導体導波路を結合して同じチップ内で作製することは、必ずしも容易ではない。
【００６６】
Ｕターン構造をなくし、埋込メサ構造の半導体導波路のみでＳＯＡ−ＣＯＳを構成するほうが、容易に導波路を形成することができる。第２実施形態のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路に比べ、本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、全体のサイズが少し大きくなるが、ＳＯＡ−ＣＯＳの作製が容易になり、偏波ダイバーシティ回路の実現性が高まる。
【００６７】
（製造方法）
第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法は、第１実施形態および第２実施形態にかかる該回路の製造方法と略同一である。ここで、図８の各図には、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１およびＵターンＰＬＣチップ１００２の接合部における構成７０１付近のみを詳細に記載している。その他の部分については、第１実施形態および第２実施形態にかかる該回路の構成と略同一であるため省略している。
【００６８】
（工程１）
石英系光導波路１１０、１０９、所定の角度に傾斜された石英系光導波路８０１、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０側から伝播させ、石英系光導波路１０９側において、ヒーター１０２を通過した光を測定する。測定の間、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。また、Ｕターン状の石英系光導波路１００３、石英系光導波路１０９、曲げられた石英系光導波路８０１、所定の角度に傾斜された石英系光導波路８０１、が形成されたＵターンＰＬＣチップ１００２を準備する。
【００６９】
（工程２）
図１１（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２の余分な部分を破線ＡおよびＡ’に沿って切断する。すなわち、石英系光導波路８０１a、８０１ｂは角度θ１の直線部分の任意の点において、ファセットｆＰＬＣを形成するように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２の端部をダイサー等により切断する。切断して形成されるファセットｆＰＬＣは光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正される。以上により半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６、およびＵターンＰＬＣチップ１００２の断面が形成される。また、ダイサー等によりＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路１０９ａ側に形成する。
【００７０】
（工程３）
図１１（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａの半導体光導波路、テーパー状の半導体光導波路である傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ、およびＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１００１を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１は、半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂの出射角度がθ２(図８Ｂ参照)になるように劈開され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２と結合するＳＯＡ−ＣＯＳ１００１のファセットｆＳＯＡが形成される。その後、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１の両方の切断面であるファセットｆＳＯＡにＡＲコート８０３（図８Ｂ参照）をコーティングする。
【００７１】
（工程４）
図１１（ｃ）に示されるように、それぞれのチップの光導波路を調芯し、それぞれのチップを接着剤などで固定する。導波路の接合面ｆ１はＰＬＣ−ＰＢＳチップおよびＵターンＰＬＣチップ側のファセットｆＰＬＣとＳＯＡ−ＣＯＳ側のファセットｆＳＯＡの２つが対向して、石英系光導波路８０１ａと半導体導波路８０２ａ、石英系光導波路８０１ｂと半導体導波路８０２ｂがそれぞれ光学的に結合する空間で形成される。
なお、上記工程１〜４に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００７２】
（実施例）
図１２は、ＳＯＡの偏波依存利得（ＰＤＧ）を測定するために、２種類のＰＤＧ測定構成を示す。図１２は、調整可能な光源（ＴＬＳ）１２０１、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１２０２、偏波コントローラ（ＰＣ）１２０３、減衰器（ＡＴＴ）１２０４、入力側光スイッチ１２０５、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）１２０６、光パワーメータ（ＯＰＭ）１２０７、１０：１スプリッタ１２０８、アイソレータ１２０９、出力側光スイッチ１２１０、基準構成１２１１、および第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路構成１２１２を示す。構成１２１１は、２つのストレート型光導波路を有するＳＴ−ＰＬＣチップとＳＯＡを有するＳＯＡ−ＣＯＳ、ならびにＵターン型光導波路を有するＵ−ＰＬＣチップとが接合された構成をとる。構成１２１２に比べ、サーキュレータと偏波ビームスプリッタを有しない。
【００７３】
ＴＬＳ１２０１から構成１２１１に光を入射する場合、該構成１２１１はＰＤＣを用いないため、構成１２１１を伝播する光はそのまま、入力側光スイッチ１２０５から出力側光スイッチ１２１０へと一方向に伝播する。構成１２１１におけるＳＯＡのＰＤＧを調べるために、ＴＬＳ１２０１からＴＥモードの光（中心波長λ＝１５５０ｎｍ）を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ａ）に、ＴＬＳ１２０１からＴＭモードの光を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｂ）に示す。なお、図１３Ａの各図のスケールは、横軸が１５４９．５〜１５５０〜１５５０．５（ｎｍ）、縦軸が−６０〜０〜＋１０（ｄＢｍ）であり、上側の太線のスペクトルが構成１２１１および１２１１を通過後の出力光のスペクトル、下側のスペクトルが入力光のスペクトルである。
【００７４】
また、構成１２１２におけるＳＯＡのＰＤＧを調べるために、ＴＬＳ１２０１からＴＥモードの光（中心波長λ＝１５５０ｎｍ）を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｃ）に、ＴＬＳ１２０１からＴＭモードの光を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｄ）に示す。なお、構成１２１２において、上記θ１を１５°、θ２を７°とすることで、伝播光のリターンロスは−５０ｄＢ以下に低減された。
【００７５】
構成１２１１において、ＴＥモードの光の場合は、５．８ｄＢの増幅利得が得られたが、ＴＭモードの光の場合は、−５．３ｄＢと負の増幅利得が得られた。構成１２１２において、ＴＥモードの光の場合は、６．３ｄＢの増幅利得が得られ、ＴＭモードの光の場合は、４．４ｄＢの増幅利得が得られた。
【００７６】
この結果から、ＴＥモードの光は、構成１２１１および構成１２１２にかかわらず、即ちＰＤＣの構成を有するか否かにかかわらず、ＳＯＡによる光増幅利得が得られた。しかしながら、ＴＭモードの光について、構成１２１２ではＳＯＡによる光増幅利得が得られたが、構成１２１１ではＳＯＡによる負の光増幅利得（即ち、吸収）が得られた。
【００７７】
よって、構成１２１１の偏波依存利得（ＰＤＧ）は１１．１ｄＢであった。一方、構成１２１２のＰＤＧは１．９ｄＢであった。本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路（構成１２１２）を用いることで、ＰＤＧを大きく低減できた。
【００７８】
図１３Ｂに、入射光の中心波長を１５３０、１５４０、１５５０ｎｍで測定した場合における、構成１２１１のＰＤＧ１３０１の変化および構成１２１２のＰＤＧ１３０２の変化を示す。構成１２１１では、ＰＤＧが１１．１〜２２．９ｄＢと大きい値をとった。一方、構成１２１２では、ＰＤＧが１．２ｄＢと構成１２１１の値に比べ大きく低減した。このことから、本実施例にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、ＳＯＡのＰＤＧを低減するという効果があることが示された。
【符号の説明】
【００７９】
１００ ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路
１０１ サーキュレータ
１０２ ヒーター
１０３ 半波長板
１０４ スリット
１０５ ＳＯＡ−ＣＯＳ
１０６ ＰＬＣ−ＰＢＳチップ
１０７ ＭＺＩ
１０８ 半導体光導波路
１０９ 石英系光導波路
１０９ａ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１０９ｂ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１１０ 石英系光導波路
１１０ａ ＭＺＩ１０７の入力ポート
１１０ａ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１１１ カプラ
１１２ ＳＯＡ
１１３ ＳＯＡチップ
１１４ シリコンベンチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光波回路（ＰＬＣ）としての偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）および半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信ネットワークにおけるデータ量の増加にともない、コンパクトで低コストである光学素子が要求される。従来の個別の光学部品を組み合わせる技術に代わり、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）技術に基づく光導波路デバイス技術へとトレンドが移行しつつある。
【０００３】
光通信ネットワークにおいて、光導波路デバイスにおける偏波依存性は、実用的に好ましくは、０．１ｄＢ以下が要求される。偏波ダイバーシティ回路は、光学デバイスにおける偏波依存性の問題を解消するために使用される。
【０００４】
非特許文献１は、図１４のように、それぞれ空間的に分離した個別の光学部品である、３つのポート１４０１〜１４０３を有するサーキュレータ１４０９、レンズ１４０４、偏波ビームスプリッタとしてのハーフミラー１４０５、半波長板１４０６、ミラー１４０７、およびＳＯＡ１４０８を使用した偏波ダイバーシティ回路によりＳＯＡの偏波依存利得（ＰＤＧ）を解消するための偏波無依存ＳＯＡモジュールを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Morito and S. Tanaka, ”Record High Saturation Power (+22dBm) and Low Noise Figure (5.7dB) Polarization-Insensitive SOA Module”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 17, 6, 1298-1300, (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示の偏波無依存ＳＯＡモジュールは、空間的に分離した個別の光学部品を使用するため、モジュール全体としてサイズが大きくなってしまう。また、非特許文献１に開示の該モジュールでは、ハーフミラー１４０５やミラー１４０７等の光学部品が用いられるため、図１４に示される該モジュールを形成するには、使用者によるそれぞれの光学部品間の光軸調整が必要であり、非常に手間がかかる。したがって、該モジュールを他のデバイスに組み込む等の応用が難しい。そのため、非特許文献１に開示の該モジュールを商業的に利用することは難しいと考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、従来のモジュールに比べモジュール（回路）のサイズを低減し、容易に他のデバイスに組み込むことが可能であるＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路であって、該ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、第１および第２の光導波路と、入力された光をＴＭモードの光およびＴＥモードの光へ分割し、該分割されたＴＭモードの光を該第１の光導波路へ出力し、該分割されたＴＥモードの光を該第２の光導波路へ出力するマッハツェンダー干渉計回路と、該ＴＭモードの光が伝播する第１の石英系光導波路中に形成された偏波回転機構とを含み、該ＳＯＡ−ＣＯＳは、該第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、該第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、少なくとも一方の該第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含み、該第３の光導波路と、該第４の光導波路のそれぞれ該第１の光導波路および該第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続されていることを特徴とするＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、従来のモジュールに比べモジュール（回路）のサイズを低減することができ、容易に他のデバイスに組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの接合部付近を詳細に示した平面図である。
【図３Ａ】図２に示されるＡ−Ａ’線に沿ったＰＬＣ−ＰＢＳチップの断面図である。
【図３Ｂ】図２に示されるＡ’’方向から見たＰＬＣ−ＰＢＳチップの半波長板を形成するための凹部付近の側面図である。
【図４】図２に示されるＢ−Ｂ’線に沿ったＳＯＡ−ＣＯＳのＵターン部半導体光導波路部の断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの配置の例を示す模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、ＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとの接合部付近を詳細に示した平面図である。
【図８Ｂ】本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路のファセットにおける接合部を一部拡大した図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の接合面付近の製造方法を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の構成を示す模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態にかかるＰＬＣ−ＰＢＳチップ、ＳＯＡ−ＣＯＳおよびＵターンＰＬＣチップの接合面付近の製造方法を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施例において、ＳＯＡの偏波依存利得を測定するための２種類の構成１２１１および１２１２を示す模式図である。
【図１３Ａ】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例における測定結果を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施例において、入射する光の波長を変化させたときの偏波依存利得の測定結果を示す図である。
【図１４】従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の基本構成を示す模式図である。ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００は、石英系平面光波回路−偏波ビームスプリッタ（ＰＬＣ−ＰＢＳ）チップ１０６と半導体光増幅器−チップ・オン・サブマウント（ＳＯＡ−ＣＯＳ）１０５とが互いの導波路を結合した構成をとる。
【００１２】
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６は、石英系光導波路１０９，１１０と、石英系光導波路が一部切欠した領域であるスリット１０４と、ＰＢＳとしてのマッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ）１０７と、半波長板１０３とを備える。ＭＺＩ１０７は、石英系光導波路としての入力ポート１１０ａおよび出力ポート１１０ｂ、２つの方向性カプラ１１１、石英系光導波路としての２つの出力ポート１０９ａ、１０９ｂ、ならびに２つの干渉計アーム（ヒーター）１０２を有する。なお、ＭＺＩ１０７の出力ポート１０９ａからはＴＭモードの光が出力され、出力ポート１０９ｂからはＴＥモードの光が出力される。半波長板１０３は、ＴＭモードの光が出力される出力ポート１０９ａ部のスリット１０４に形成される。
【００１３】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路１０８と、該直線部１０８ａに形成された半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１２が形成されたＳＯＡチップ１１３を有する。ＳＯＡチップ１１３はシリコンベンチ１１４上にハンダ実装される。直線部の半導体光導波路１０８ａは、後述する埋込メサ構造により形成され、Ｕターン部の半導体光導波路１０８ｂは後述するハイメサ構造により形成される。このようにすることで、Ｕターン部１０８ｂでは光の閉じ込めを強くすることができ、小さな曲率半径（例えば１２５μｍ）の曲線であっても曲げによる光損失を抑制することが可能になる。したがって、光増幅特性および雑音特性の両方を良好にすることができる。ただし、直線部の半導体光導波路１０８ａおよびＵターン部の半導体光導波路１０８ｂの両方をハイメサ構造または埋込構造とすることもできる。
【００１４】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５がＵターン部の半導体光導波路１０８ｂを有することで、ＳＯＡ１１２の出入力ポート１０８ａａおよび出入力ポート１０８ａｂが、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６側に形成される。すなわち、Ｕターン部１０８ｂを形成することにより、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の同一の端面において光の入力および出力を行うことができ、回路全体のサイズを低減することができる。
【００１５】
本実施形態において、ＳＯＡ１１２は半導体光導波路の直線部１０８ａに二箇所形成しているが、ＳＯＡ１１２の長さが十分な光増幅効果が得られる長さであれば、ＳＯＡ１１２を一箇所に形成してもよい。
【００１６】
図２は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合部付近を詳細に示した平面図である。具体的には、図２は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６において、ＭＺＩ１０７の出力ポート１０９ａ、出力ポート１０９ｂ、スリット１０４、およびスリット１０４に形成された半波長板１０３を示す。また、図２は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５において、ＳＯＡ１１２、シリコンベンチ１１４、ＳＯＡチップ１１３、および直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路を示す。
【００１７】
図３Ａは、図２に示されるＡ−Ａ’線に沿ったＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面図を示す。ＰＬＣプラットフォーム３０４上に、石英系の下部クラッド層３０３、石英系光導波路１０９ａおよび１０９ｂを構成するコア層３０１、および上部クラッド層３０２が形成されている。
【００１８】
図３Ｂは、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のスリット１０４付近を図２に示されるＡ”方向から見た断面図である。コア層３０１を伝播する光がスリット１０４により反射されて生じる伝播ロスと反射戻り光を低減するために、スリット１０４は、図３Ｂに示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上部表面に対して垂直に形成されるのではなく所定の角度をもって形成される。例えば、スリット１０４の幅は２０〜８０μｍ程度、上部表面の垂線に対して５〜１２°程度の傾斜を有する。
【００１９】
図４は、図２に示されるＢ−Ｂ’線に沿ったＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＵターン部の半導体光導波路１０８ｂの断面図を示す。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、シリコンベンチ１１４上に、ＳＯＡチップ１１３を実装した形態となっている。ＳＯＡチップ１１３は、半導体基板（要番号付け）上に下部クラッド層４０３、半導体光導波路１０８ｂを構成するコア層４０２、および上部クラッド層４０１が形成されたハイメサ構造が使用される。
【００２０】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は化合物半導体ＩｎＰ基板上にマイクロプロセスで形成される。下部クラッド層４０３はＩｎＰにより形成される。コア層４０２は化合物半導体ＩｎＧａＡｓＰにより形成される。そして、上部クラッド層４０１はＩｎＰにより形成される。なお、本実施形態ないし下記の実施形態にかかるＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、ＩｎＰ以外の半導体材料で形成することもできる。また、本実施形態にかかる導波路チップはＳＯＡのような半導体光導波路に限定されない。ＬｉＮｂＯ３光導波路やシリコン系光導波路など、偏波依存性をもつすべての導波路に適用することが可能である。
【００２１】
ここで、一般的に、石英系ＰＬＣの光導波路では、光導波路を構成するコアとクラッドの比屈折率差は大きくても２．５％程度である。化合物半導体ＩｎＰ等で形成された半導体光導波路では、コアとクラッドの比屈折率差が４〜５％を超える。本実施形態では、図４に示されるように、Ｕターン型の半導体光導波路（Ｕターン部１０８ｂ）をハイメサ構造とすることにより、コア層４０２とその両側の誘電体または空気との比屈折率差が、例えば３０〜４０％以上と非常に大きくなる。また、光導波路を折り返した際の折り返し部の曲率半径は、コアとクラッドの比屈折率差が大きいほど小さくすることができる。例えば、本実施形態において、該曲率半径は１２５μｍ程度である。そのため、石英系ＰＬＣチップ上でＵターン型の光導波路の折り返し構造を形成する場合に比べて、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５上でハイメサ構造によってＵターン型の光導波路の折り返し構造を形成する方がチップのサイズを小さくすることができる。本実施形態では、Ｕターン部１０８ｂを半導体光導波路として形成し、さらにハイメサ構造とすることにより、Ｕターン部１０８ｂのサイズを小さくすることができ、その結果、回路全体のサイズを小さくすることができる。
【００２２】
ＳＯＡ１１２は、半導体光導波路の直線部１０８ａに埋込メサ構造により形成される。ＳＯＡ１１２のコア層は光増幅媒質で形成された活性層（図示せず）を有する。ＳＯＡ１１２は、注入電流をオン／オフさせることで、入射光をオン／オフさせる半導体ゲートとして用いることもできる。なお、一般的にＳＯＡ１１２の長さが短すぎると所望の利得が得られず、また、長すぎると伝播する光にノイズが入りやすく雑音特性が悪化する。そのため、好ましい例としては、ＳＯＡ１１２の長さは例えば０．５〜２ミリメートル程度である。
【００２３】
図１に示されたように、本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路では、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の石英系光導波路１０９とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８とが調芯され、接合されている。
【００２４】
ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のＳＯＡチップ１１３は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６に比べ薄い。そのため、ＳＯＡチップ１１３をシリコンベンチ１１４に実装する。このようにすることで、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を接合するときの、接合部分の面積を広くすることが可能になり、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の接合に、十分な強度を得ることができる。
【００２５】
本実施形態においては、図５（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、チップごとに導波路の結合を行っている。さらに、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、ベースのシリコン基板５０１をそれぞれのチップで共有するシリコン基板テラス構造を用いることもできる。この形態においても、ベースのシリコン基板５０１は共有されているが、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５はそれぞれの導波路が結合している。下記の全ての実施形態においても、この導波路結合の形態は適用可能である。
【００２６】
（作用）
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路において、入力ＩＮからの非偏光の光が、サーキュレータ１０１によってＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００へ伝播される。ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００からの光は、サーキュレータ１０１によって出力ＯＵＴに伝播される。
【００２７】
一般的に、マッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ）は２本のアーム間にΔΦの位相差を有する。ＭＺＩアーム中で複屈折が起こる場合、ＴＥモードおよびＴＭモードでの該位相差はそれぞれ独立して変化する。ＴＥモードの該位相差ΔΦＴＥとＴＭモードの該位相差ΔΦＴＭとの差は、｜ΔΦＴＥ−ΔΦＴＭ｜＝（２π／λ）Ｂ・Ｌで表される。ここで、λは波長、ＢはＭＺＩ中の複屈折率、ＬはＭＺＩのアーム長である。｜ΔΦＴＥ−ΔΦＴＭ｜が（２ｎ＋１）π（ｎ：整数）であるとき、ＭＺＩは入射された非偏光の光を２つの直交する光モード（即ち、ＴＥモードとＴＭモード）へ分割する。そして、ＴＥモードの光は一方の出力ポートへ出力され、ＴＭモードの光は他方の出力ポートへ出力される。
【００２８】
サーキュレータ１０１から伝播された非偏光の光は、ＭＺＩ１０７によって互いに２つの直交モード（即ち、ＴＥモードおよびＴＭモード）に分けられる。本実施形態にかかる構成においては、ＭＺＩ１０７から出射されたＴＥモードの光は出力ポート１０９ｂへ伝播され、ＴＭモードの光は出力ポート１０９ａへ伝播される。出力ポート１０９ａから出力したＴＭモードの光は、半波長板１０３によってＴＥモードの光に変更される。その結果、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にはＴＥモードの光のみが伝播される。
【００２９】
一般的な半導体光増幅器は、例えば５量子井戸構造であり、１２ｄＢの飽和パワー、並びに概ね４ｄＢ以下の低い雑音指数を有する。半導体光増幅器自体の偏波依存利得は概ね１０〜２０ｄＢ程度である。半導体光増幅器に入射する光について、ＴＥモードの光は１９ｄＢ程度の小さい信号利得を有するが、ＴＭモードの光は吸収され、−１０〜０ｄＢ程度の利得を有する。
したがって、本実施形態のようにＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＴＥモードの光のみを伝播することにより、大きな利得を得ることができる上、ＳＯＡ１１２の偏波依存利得（ＰＤＧ）を低減することができる。
【００３０】
上記のように、従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールでは、空間的に分離した個別の光学部品を使用するため、モジュール全体としてサイズが比較的大きくなること、また、ハーフミラー等の光学部品が用いられるため使用者による光学部品間の光軸調整に手間がかかること等の理由から、該モジュールを大量生産し、他のデバイスに組み込む等の応用が難しいという問題があった。
【００３１】
しかしながら、第１実施形態では、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＵターン部１０８ｂを設けてＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の一端面から光の入出力を可能にし、偏波を分離し、該分離した偏波を統一するように構成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６にＳＯＡ−ＣＯＳ１０５に対する入力光および出力光の双方を導波するようにＰＬＣ−ＳＯＡハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を構成している。従って、従来のように、ＳＯＡへの入力経路と出力経路とを別個に設ける必要がなく、従来の偏波無依存ＳＯＡモジュールに比べ、モジュール（回路）のサイズを低減することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ハーフミラー、レンズといった光学部品を用いず、ＰＢＳとしてのＭＺＩ１０７、および該ＭＺＩ１０７のＴＭモード出力側の導波路に形成された半波長板１０３を有する平面光波回路としてのＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を用いているので、使用者による光軸調整の煩わしさを必要としない。
【００３３】
さらに、本実施形態では、偏波ダイバーシティ回路の構成要素であるＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６に対する設計マスクを一度作製してしまえば、従来からある半導体集積回路技術や平面光波回路技術を用いて大量生産が可能である。
【００３４】
そして、本実施形態では、導波路チップであるＳＯＡ−ＣＯＳ１０５およびＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の導波路を結合することで、単一の導波路デバイスを形成しているので、他のデバイスに組み込む等の応用が容易である。したがって、該回路は、商業的利用に非常に効果的である。
【００３５】
また、本実施形態では、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５にＴＥモードの光のみを伝播するため、ＳＯＡ１１２の偏波依存利得（ＰＤＧ）を低減することができる。
【００３６】
（製造方法）
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６では、シリコンや石英などの基板上に微細加工技術を組み合わせて、石英系の材料で光導波路が形成される。
【００３７】
一般的に、平面光波回路（ＰＬＣ）は、光ファイバ製造技術の応用である火炎直接堆積（ＦＨＤ）法により、ＰＬＣ基板（例えばシリコン基板）上に下部クラッド層およびコア層となるガラス粒子を堆積し加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の光導波路パターンを形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッドを形成する。
【００３８】
複屈折は、石英系ガラス導波路に、局所的に加熱すること、またはＵＶ照射することによりトリミングできる。適切に複屈折をトリミングすることで、石英系ＰＬＣチップに偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が形成できる。
【００３９】
ヒーター１０２は、ＭＺＩ１０７における複屈折をトリミングするために、ＭＺＩ１０７の２つのアーム上に形成される。ヒーター１０２でトリミングする間に、ＭＺＩの２つのアームの位相差が適切になるように測定される。ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６が、所定の光の波長（例えば、１５３０ｎｍ）において、所定の値（例えば、１５ｄＢ）の偏光消光比を有するように設定される。
【００４０】
図１に示されるように、半波長板１０３を形成するために、スリット１０４は、ＭＺＩ１０７の２つの出力ポートとＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との間に、石英系光導波路１０９と垂直に交わるように形成される。なお、スリット１０４は、ダイサー等を用いて形成され、図３Ｂに示されるように、光が反射するのを防ぐために、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して所定の角度の傾斜をつけて形成される。
【００４１】
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の石英系光導波路１０９とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８とが互いに一つの接触面で接触され、調芯され、接合される。
【００４２】
具体例として、図６を参照して、下記の製造方法のように本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路を製造する。
【００４３】
（工程１）図６（ａ）に示されるように、石英系光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１０９ａ、１０９ｂ、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０ａ、１１０ｂ側から伝播させ、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。
【００４４】
（工程２）ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のＳＯＡ−ＣＯＳ１０５が接合されるファセットｆＰＬＣを光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正する。これにより半導体光導波路１０８ａ、１０８ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面が形成される。ダイサー等により、破線Ｃの部分にＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつようにスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路側１０９ａに形成する。
【００４５】
（工程３）図６（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａとＵターン部１０８ｂを有する半導体光導波路とＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路１０８ａを劈開することにより、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６と結合する接合面を形成する。そして、接触する石英系光導波路と半導体光導波路とを調芯し、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５とを接着剤などで固定する。
【００４６】
なお、上記工程１〜３に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００４７】
上記のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路で使用される材料の種類やパラメータ等は単なる例示であり、本実施形態において、ならびに下記の実施形態においても、それらに限定されるものではない。
【００４８】
（第２実施形態）
（構成）
図７は、本発明の第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路７００の構成を示す模式図である。第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路７００は、第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１００の構成と略同一である。そのため、本実施形態には、当然、第１実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路が有する作用、効果が含まれる。ただし、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との導波路の結合において、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや導波路の結合面における反射を低減するための構成７０１が用いられる。
【００４９】
図８Ａに構成７０１の詳細を示す。図８Ａに示すように、構成７０１は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）８０２ａ、８０２ｂを有し、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面ｆ１に対して垂直ではなく所定の角度をもってそれぞれのチップの光導波路が接合されている。
【００５０】
より詳細には、構成７０１は、コアの中心軸Ｃ３を有する直線状の石英系光導波路１０９ａ（１０９ｂ）は、コアの中心軸Ｃ１を有する傾斜された石英系光導波路８０１ａ（８０１ｂ）になめらかに接続される。図８Ｂに示すように、伝播する光が接合面ｆ１に対して斜めに入射するように、中心軸Ｃ１は接合面ｆ１に対して所定の角度θ１傾斜している。同様に、コアの中心軸Ｃ２を有する傾斜された半導体光導波路（即ち、ＳＳＣ８０２ａ（８０２ｂ））は、直線部の半導体光導波路１０８ａになめらかに接続される。傾斜された半導体光導波路であるＳＳＣ８０２ａ（８０２ｂ）は接合面ｆ１に対して、所定の角度θ２傾斜している。
【００５１】
図８Ｂは、接合面ｆ１における接合部を一部拡大した図である。傾斜された石英系光導波路８０１ａ、８０１ｂにおける屈折率ｎ１、中心軸Ｃ１と接合面ｆ１の垂線とのなす角度θ１、傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂにおける屈折率ｎ２、中心軸Ｃ２と接合面ｆ１の垂線とのなす角度θ２との間には、スネルの法則より、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２、という関係がある。この関係を満たすように、傾斜角θ１、θ２が決定される。また、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５側の接合面ｆ１上には反射防止（ＡＲ）コート８０３がコーティングされている。なお、ＰＬＣ側の傾斜角度θ１としては５〜９°、半導体導波路側の傾斜角度θ２としては１２°〜１７°が好ましい。
【００５２】
ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６のＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の接合面近傍の石英系光導波路８０１ａ、８０１ｂのモードフィールドと半導体光導波路１０８ａのモードフィールドとをマッチさせるようにテーパー状の形状を有する光導波路（幅広フレアー型ＳＳＣ）である。ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、図８Ｂに示されるように、部位(i)における幅を保ったまま部位(ii)において曲げられ、部位(iii)においてテーパー状に幅が広くなり、部位(iv)において幅が広がった状態で平行に形成される。本実施形態では、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂは、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の側に形成されているが、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の側に形成してもよい。ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂによって、それぞれの導波路の結合部における結合ロスを低減し、高い結合効率を得ることができる。
【００５３】
（作用）
ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系ガラス等の石英系光導波路の屈折率ｎ１に対して、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５におけるＩｎＰ等の半導体光導波路の屈折率ｎ２は異なるため、それぞれの導波路のモードフィールド（電界分布）が互いに異なる。例えば、石英系光導波路のモードフィールド径は概ね３〜８μｍであり、ＩｎＰ半導体光導波路のモードフィールド径は概ね１〜２μｍである。そのため、本実施形態は、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系光導波路とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路を結合する際に、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減するための構成７０１を用いる。
【００５４】
本実施形態にかかる構成７０１は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）８０２ａ、８０２ｂを用いてモードフィールド径の違いを修正することができる。また、それぞれのチップの光導波路が所定の角度をもって結合されることで反射を低減することができる。さらに、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５側の接合面ｆ１（ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面）に反射防止（ＡＲ）コート８０３をコーティングすることで、反射により生じる光の伝播ロスを低減することができる。
【００５５】
本実施形態では、上記のような構成をとることにより、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６における石英系光導波路とＳＯＡ−ＣＯＳ１０５の半導体光導波路を結合する際に、モードフィールド径の違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減することができる。
【００５６】
図８Ａにおいて、光は、直線部の石英系光導波路１０９から傾斜された光導波路８０１ａ、８０１ｂへ入射される。第１実施形態のように、光は、接合面ｆ１に対して垂直に入射せず、所定の角度をもって入射される。光は所定の角度で接合面ｆ１へ入射するため、接合面ｆ１による反射光は再度傾斜された光導波路８０１ａ、８０１ｂへ戻ることは難しい。よって、石英系光導波路１０９への接合面ｆ１における反射戻り光は低減される。
【００５７】
同様に、光は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５中を伝播しＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６へ戻る場合、傾斜された半導体光導波路（即ち、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ）へ入射される。第１実施形態のように、光は、接合面ｆ１に対して垂直に入射せず、所定の角度をもって入射される。光は所定の角度で接合面ｆ１へ入射するため、接合面ｆ１による反射光は再度ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂへ戻ることは難しい。よって、ＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂへの接合面ｆ１における反射戻り光は低減される。
【００５８】
（製造方法）
第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法は、第１実施形態にかかる該回路の製造方法と略同一である。ここで、図９の各図には、構成７０１付近のみを詳細に記載しているが、その他の部分については、第１実施形態にかかる該回路の構成と略同一であるため省略している。
【００５９】
（工程１）
石英系光導波路１１０、１０９、曲げられた石英系光導波路７０１、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５との接合面となるファセットｆＰＬＣに垂直な方向に対してある角度θ１だけ水平方向に傾いている石英系光導波路８０１、および、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０側から伝播させ、石英系光導波路１０９側において、ヒーター１０２を通過した光を測定する。測定の間、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。
【００６０】
（工程２）
図９（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の余分な部分を破線Ａに沿って切断する。すなわち、石英系光導波路８０１a、８０１ｂは角度θ１の直線部分の任意の点において、ファセットｆＰＬＣを形成するように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の端部をダイサー等により切断する。切断して形成されるファセットｆＰＬＣは光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正される。以上により半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の断面が形成される。ダイサー等によりＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路１０９ａ側に形成する。
【００６１】
（工程３）
図９（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａの半導体光導波路、テーパー状の半導体光導波路である所定の角度（接合面ｆ１の垂線と中心軸Ｃ２とのなす角度がθ２となるように）に傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ、およびＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１０５を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５は、半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂの出射角度がθ２になるように劈開され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６と結合するＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のファセットｆＳＯＡが形成される。直線部半導体光導波路１０８ａとＳＯＡ１１２は埋込メサ構造により形成され、Ｕターン部半導体光導波路はハイメサ構造により形成されており、ＳＯＡ−ＣＯＳ１０５のファセットｆＳＯＡにＡＲコート８０３がコーティングされている。
【００６２】
（工程４）
図９（ｃ）に示されるように、それぞれのチップの光導波路を調芯し、それぞれのチップを接着剤などで固定する。導波路の接合面ｆ１はＰＬＣ−ＰＢＳチップ側のファセットｆＰＬＣとＳＯＡ−ＣＯＳ側のファセットｆＳＯＡの２つが対向して、石英系光導波路８０１ａと半導体導波路８０２ａ、石英系光導波路８０１ｂと半導体導波路８０２ｂがそれぞれ光学的に結合する空間で形成される。
なお、上記工程１〜４に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００６３】
（第３実施形態）
（構成）
図１０は、本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１０００の構成を示す模式図である。第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路１０００は、第１実施形態および第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の構成と略同一である。そのため、本実施形態には、第１実施形態および第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路が有する作用、効果が含まれる。ただし、本実施形態においては、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に光導波路の折り返し部を形成するのではなく、ＵターンＰＬＣチップ１００２にＵターン石英系光導波路１００３を形成し、ＳＯＡ１１２により増幅した光をＭＺＩへ戻すようにしている。そして、ＳＯＡ１１２はＳＯＡ−ＣＯＳ１００１の半導体光導波路の直線部に形成されている。すなわち、第３実施形態においては、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６から伝播された光は、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に形成されたＳＯＡ１１２で増幅され、ＵターンＰＬＣチップ１００２に形成されたＵターン石英系光導波路１００３で折り返され、再びＳＯＡ−ＣＯＳ１００１に形成されたＳＯＡ１１２で増幅され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６へ戻る。
【００６４】
本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路においても、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０５とＳＯＡ−ＣＯＳ１００１との接合部およびＳＯＡ−ＣＯＳ１００１とＵターンＰＬＣチップ１００２との接合部におけるそれぞれのチップの光導波路は、第２実施形態にかかる該回路の特徴のように、コアサイズの違いによる光の伝播ロスや接合面における反射を低減するための構成７０１を用いている。
【００６５】
（作用）
上記したように、大きい比屈折率差の光導波路であるほど折り返し部の曲率半径を小さくすることができ、その結果、回路全体のサイズを低減することができる。しかしながら、第２実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路のように、ＳＯＡに適した埋込メサ構造の半導体導波路と、曲率半径の小さいＵターンに適したハイメサ構造の半導体導波路を結合して同じチップ内で作製することは、必ずしも容易ではない。
【００６６】
Ｕターン構造をなくし、埋込メサ構造の半導体導波路のみでＳＯＡ−ＣＯＳを構成するほうが、容易に導波路を形成することができる。第２実施形態のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路に比べ、本実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、全体のサイズが少し大きくなるが、ＳＯＡ−ＣＯＳの作製が容易になり、偏波ダイバーシティ回路の実現性が高まる。
【００６７】
（製造方法）
第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路の製造方法は、第１実施形態および第２実施形態にかかる該回路の製造方法と略同一である。ここで、図８の各図には、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１およびＵターンＰＬＣチップ１００２の接合部における構成７０１付近のみを詳細に記載している。その他の部分については、第１実施形態および第２実施形態にかかる該回路の構成と略同一であるため省略している。
【００６８】
（工程１）
石英系光導波路１１０、１０９、所定の角度に傾斜された石英系光導波路８０１、ヒーター１０２が形成されたＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６を準備する。試験光を石英系光導波路１１０側から伝播させ、石英系光導波路１０９側において、ヒーター１０２を通過した光を測定する。測定の間、ヒーター１０２に熱を加え適切にトリミングを行い、ＭＺＩ１０７の２つのアームの位相差が適切になるように調整する。また、Ｕターン状の石英系光導波路１００３、石英系光導波路１０９、曲げられた石英系光導波路８０１、所定の角度に傾斜された石英系光導波路８０１、が形成されたＵターンＰＬＣチップ１００２を準備する。
【００６９】
（工程２）
図１１（ａ）に示されるように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２の余分な部分を破線ＡおよびＡ’に沿って切断する。すなわち、石英系光導波路８０１a、８０１ｂは角度θ１の直線部分の任意の点において、ファセットｆＰＬＣを形成するように、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２の端部をダイサー等により切断する。切断して形成されるファセットｆＰＬＣは光学研磨によって十分に小さな表面粗さの面に修正される。以上により半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂと結合するＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６、およびＵターンＰＬＣチップ１００２の断面が形成される。また、ダイサー等によりＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６の上面に対して垂直ではなく所定の角度をもつスリット１０４を形成する。半波長板１０３をスリット１０４中に形成する。半波長板１０３は、ＭＺＩ１０７からＴＭモードの光を伝播する石英系光導波路１０９ａ側に形成する。
【００７０】
（工程３）
図１１（ｂ）に示されるように、直線部１０８ａの半導体光導波路、テーパー状の半導体光導波路である傾斜されたＳＳＣ８０２ａ、８０２ｂ、およびＳＯＡ１１２が形成されたＳＯＡ−ＣＯＳ１００１を準備する。ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１は、半導体光導波路８０２ａ、８０２ｂの出射角度がθ２(図８Ｂ参照)になるように劈開され、ＰＬＣ−ＰＢＳチップ１０６およびＵターンＰＬＣチップ１００２と結合するＳＯＡ−ＣＯＳ１００１のファセットｆＳＯＡが形成される。その後、ＳＯＡ−ＣＯＳ１００１の両方の切断面であるファセットｆＳＯＡにＡＲコート８０３（図８Ｂ参照）をコーティングする。
【００７１】
（工程４）
図１１（ｃ）に示されるように、それぞれのチップの光導波路を調芯し、それぞれのチップを接着剤などで固定する。導波路の接合面ｆ１はＰＬＣ−ＰＢＳチップおよびＵターンＰＬＣチップ側のファセットｆＰＬＣとＳＯＡ−ＣＯＳ側のファセットｆＳＯＡの２つが対向して、石英系光導波路８０１ａと半導体導波路８０２ａ、石英系光導波路８０１ｂと半導体導波路８０２ｂがそれぞれ光学的に結合する空間で形成される。
なお、上記工程１〜４に含まれる処理内容や工程の順序等は適宜調整してもよい。
【００７２】
（実施例）
図１２は、ＳＯＡの偏波依存利得（ＰＤＧ）を測定するために、２種類のＰＤＧ測定構成を示す。図１２は、調整可能な光源（ＴＬＳ）１２０１、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１２０２、偏波コントローラ（ＰＣ）１２０３、減衰器（ＡＴＴ）１２０４、入力側光スイッチ１２０５、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）１２０６、光パワーメータ（ＯＰＭ）１２０７、１０：１スプリッタ１２０８、アイソレータ１２０９、出力側光スイッチ１２１０、基準構成１２１１、および第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路構成１２１２を示す。構成１２１１は、２つのストレート型光導波路を有するＳＴ−ＰＬＣチップとＳＯＡを有するＳＯＡ−ＣＯＳ、ならびにＵターン型光導波路を有するＵ−ＰＬＣチップとが接合された構成をとる。構成１２１２に比べ、サーキュレータと偏波ビームスプリッタを有しない。
【００７３】
ＴＬＳ１２０１から構成１２１１に光を入射する場合、該構成１２１１はＰＤＣを用いないため、構成１２１１を伝播する光はそのまま、入力側光スイッチ１２０５から出力側光スイッチ１２１０へと一方向に伝播する。構成１２１１におけるＳＯＡのＰＤＧを調べるために、ＴＬＳ１２０１からＴＥモードの光（中心波長λ＝１５５０ｎｍ）を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ａ）に、ＴＬＳ１２０１からＴＭモードの光を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｂ）に示す。なお、図１３Ａの各図のスケールは、横軸が１５４９．５〜１５５０〜１５５０．５（ｎｍ）、縦軸が−６０〜０〜＋１０（ｄＢｍ）であり、上側の太線のスペクトルが構成１２１１および１２１１を通過後の出力光のスペクトル、下側のスペクトルが入力光のスペクトルである。
【００７４】
また、構成１２１２におけるＳＯＡのＰＤＧを調べるために、ＴＬＳ１２０１からＴＥモードの光（中心波長λ＝１５５０ｎｍ）を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｃ）に、ＴＬＳ１２０１からＴＭモードの光を入射させた場合の測定結果を図１３Ａ（ｄ）に示す。なお、構成１２１２において、上記θ１を１５°、θ２を７°とすることで、伝播光のリターンロスは−５０ｄＢ以下に低減された。
【００７５】
構成１２１１において、ＴＥモードの光の場合は、５．８ｄＢの増幅利得が得られたが、ＴＭモードの光の場合は、−５．３ｄＢと負の増幅利得が得られた。構成１２１２において、ＴＥモードの光の場合は、６．３ｄＢの増幅利得が得られ、ＴＭモードの光の場合は、４．４ｄＢの増幅利得が得られた。
【００７６】
この結果から、ＴＥモードの光は、構成１２１１および構成１２１２にかかわらず、即ちＰＤＣの構成を有するか否かにかかわらず、ＳＯＡによる光増幅利得が得られた。しかしながら、ＴＭモードの光について、構成１２１２ではＳＯＡによる光増幅利得が得られたが、構成１２１１ではＳＯＡによる負の光増幅利得（即ち、吸収）が得られた。
【００７７】
よって、構成１２１１の偏波依存利得（ＰＤＧ）は１１．１ｄＢであった。一方、構成１２１２のＰＤＧは１．９ｄＢであった。本発明の第３実施形態にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路（構成１２１２）を用いることで、ＰＤＧを大きく低減できた。
【００７８】
図１３Ｂに、入射光の中心波長を１５３０、１５４０、１５５０ｎｍで測定した場合における、構成１２１１のＰＤＧ１３０１の変化および構成１２１２のＰＤＧ１３０２の変化を示す。構成１２１１では、ＰＤＧが１１．１〜２２．９ｄＢと大きい値をとった。一方、構成１２１２では、ＰＤＧが１．２ｄＢと構成１２１１の値に比べ大きく低減した。このことから、本実施例にかかるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路は、ＳＯＡのＰＤＧを低減するという効果があることが示された。
【符号の説明】
【００７９】
１００ ＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路
１０１ サーキュレータ
１０２ ヒーター
１０３ 半波長板
１０４ スリット
１０５ ＳＯＡ−ＣＯＳ
１０６ ＰＬＣ−ＰＢＳチップ
１０７ ＭＺＩ
１０８ 半導体光導波路
１０９ 石英系光導波路
１０９ａ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１０９ｂ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１１０ 石英系光導波路
１１０ａ ＭＺＩ１０７の入力ポート
１１０ａ ＭＺＩ１０７の出力ポート
１１１ カプラ
１１２ ＳＯＡ
１１３ ＳＯＡチップ
１１４ シリコンベンチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路であって、
前記ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、
第１および第２の光導波路と、
入力された光をＴＭモードの光およびＴＥモードの光へ分割し、前記分割されたＴＭモードの光を前記第１の光導波路へ出力し、前記分割されたＴＥモードの光を前記第２の光導波路へ出力するマッハツェンダー干渉計回路と、
前記ＴＭモードの光が伝播する第１の光導波路中に形成された偏波回転機構とを含み、
前記ＳＯＡ−ＣＯＳは、
前記第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、
前記第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、
少なくとも一方の前記第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含み、
前記第３の光導波路と、前記第４の光導波路のそれぞれ前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続されていることを特徴とするＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項２】
前記Ｕターン部光導波路は、前記ＳＯＡ−ＣＯＳ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項３】
前記第１および第２の光導波路が埋込メサ構造を有し、前記Ｕターン部光導波路がハイメサ構造を有することを特徴とする請求項２に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項４】
前記ＳＯＡ−ＣＯＳと導波路を結合したＵターンＰＬＣチップをさらに備え、前記Ｕターン部光導波路は、前記ＵターンＰＬＣチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項５】
２つのチップの接合面において、前記第１から第４の光導波路の少なくとも1つの光導波路がスポットサイズ変換器を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項６】
２つのチップの接合面において、接合される前記光導波路が接合面に対していずれも傾斜を有し、
前記傾斜された光導波路同士がが、前記接合面に対してそれぞれ第１の角度および第２の角度を有して接合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項７】
２つのチップの接合面に、反射防止コートが形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項１】
互いに導波路を結合したＰＬＣ−ＰＢＳチップとＳＯＡ−ＣＯＳとを備えるＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路であって、
前記ＰＬＣ−ＰＢＳチップは、
第１および第２の光導波路と、
入力された光をＴＭモードの光およびＴＥモードの光へ分割し、前記分割されたＴＭモードの光を前記第１の光導波路へ出力し、前記分割されたＴＥモードの光を前記第２の光導波路へ出力するマッハツェンダー干渉計回路と、
前記ＴＭモードの光が伝播する第１の光導波路中に形成された偏波回転機構とを含み、
前記ＳＯＡ−ＣＯＳは、
前記第１の光導波路に接続された第３の光導波路と、
前記第２の光導波路に接続された第４の光導波路と、
少なくとも一方の前記第３および第４の光導波路に形成されたＳＯＡとを含み、
前記第３の光導波路と、前記第４の光導波路のそれぞれ前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と接続しないもう一端同士は、Ｕターン部光導波路で接続されていることを特徴とするＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項２】
前記Ｕターン部光導波路は、前記ＳＯＡ−ＣＯＳ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項３】
前記第１および第２の光導波路が埋込メサ構造を有し、前記Ｕターン部光導波路がハイメサ構造を有することを特徴とする請求項２に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項４】
前記ＳＯＡ−ＣＯＳと導波路を結合したＵターンＰＬＣチップをさらに備え、前記Ｕターン部光導波路は、前記ＵターンＰＬＣチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項５】
２つのチップの接合面において、前記第１から第４の光導波路の少なくとも1つの光導波路がスポットサイズ変換器を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項６】
２つのチップの接合面において、接合される前記光導波路が接合面に対していずれも傾斜を有し、
前記傾斜された光導波路同士がが、前記接合面に対してそれぞれ第１の角度および第２の角度を有して接合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【請求項７】
２つのチップの接合面に、反射防止コートが形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載のＳＯＡ−ＰＬＣハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６３６１４（Ｐ２０１２−１６３６１４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８１４（Ｐ２０１１−２１８１４）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]