專利名稱：光波導器件和光波導器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導器件，具體地涉及一種使用光波導技術(shù)的平面光波線路 (circuit)組成的90°光學混合干涉儀。
背景技術(shù)：
在超過100Gbit/S的超高速通信中，近來的興趣關(guān)注于在波長利用率、接收特性和色散補償能力方面表現(xiàn)優(yōu)秀的DP-QPSK(雙偏振差分積分相移鍵控)的通信技術(shù)。用于 DP-QPSK系統(tǒng)的接收機要求將光信號分離為偏振波的功能以及從所述偏振波中得出相位信息的90°光學混合功能。所述相位信息是I-Q平面內(nèi)的四值相位信息具有相位差η的 Ip和In以及具有分別與Ip和In相位差Ji /2的Qp和Qn0具有這些功能的接收機正在成為OIF(光互聯(lián)網(wǎng)論壇)、促進高速數(shù)據(jù)通信的工業(yè)組織的標準。例如，OIF確定了輸出8個輸出信號的端口序列的規(guī)范，以及根據(jù)OIF的規(guī)范研發(fā)了接收機。附帶地，據(jù)說使用光波導技術(shù)的平面光波線路影響實現(xiàn)這種DP-QPSK系統(tǒng)的接收機功能的器件的制造。光波導技術(shù)是通過與半導體集成電路制造工藝相同的微制造技術(shù)在襯底上形成不同形狀的光波導，其適用于集成或大規(guī)模生產(chǎn)。近年來已經(jīng)研發(fā)了利用這種光波線路的DP-QPSK系統(tǒng)的接收機。例如在相關(guān)技術(shù)文獻中(Toshikazu Hashimoto 等人的"Polarization DualOptical Hybrid Modules Using Planar Lightwave Circuit，，， TheInstitute of Electronics, Information and Communication Engineers,Electronic Society Conference,collection of conference papers 1 (2009)，p. 194)，公開了如圖7所示的光波線路結(jié)構(gòu)。在圖7的光波線路上，在平面光線路中集成了上述的偏振分離功能和90°光學混合功能，并且在圖8中作為示意圖示出了具有90°光學混合功能的平面光線路的組成。在其光線路中，四個光波導臂組成用于TE(橫電場)光信號和TM(橫磁場)光信號的干涉儀。利用這四個臂中比其他臂長1/4信號光波長的特定臂的光程差來實現(xiàn)所述90°光學混合功能。在上述非專利文獻中所公開的90°光學混合干涉儀中，臂63和臂65比其他臂長上述光程差。因此，當如所述的給出光程差時，對于輸入的TE光信號和TM光信號，如圖9所示輸出干涉信號作為四個光信號，每一個光信號均具有η/2的相位差。在圖9中，橫軸表示TE光信號和本地振蕩光之間的相位差，一起輸出具有π /2相位差的MTE和QnTE，以及具有π /2相位差的IpTE和QpTE。另外，一起輸出具有π相位差的hTE和ΙρΤΕ，以及具有π相位差的QnTE和QpTE。類似地，一起輸出具有 π /2相位差的hTM和QpTM，以及一起輸出具有π /2相位差的IpTM和QpTM。此外，一起輸出具有η相位差的hTM和ΙρΤΜ，并且輸出具有π相位差的QnTM和QpTM。另外，如圖8所示輸出這些輸出信號的端口結(jié)構(gòu)遵循OIF所確定的規(guī)范。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的典型目的是為了提供一種配置有光線路的光波導器件，所述光波導器件通過減小光波導臂的交叉部分能夠使芯片尺寸小型化，本發(fā)明的典型目的還是為了在實現(xiàn) OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時，提供這種光波導器件的制造方法。本發(fā)明的另一個典型目的是提供一種光線路組成的90°光學混合干涉儀，在實現(xiàn) OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時，減小光波導臂的交叉部分。根據(jù)本發(fā)明典型方面的光波導器件包括光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中每個光波導線路包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕摩?、?2、3π/2、0、 π、π/2、3π/2的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一與第五光路傳播的光信號、沿第二與第六光路傳播的光信號、沿第三與第七光路傳播的光信號和沿第四與第八光路傳播的光信號多路復用，并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子；并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列；以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。根據(jù)本發(fā)明另一個典型方面的光波導器件制造方法包括以下步驟在襯底上形成第一包層；在所述第一包層上層壓芯區(qū)層；通過對所述芯區(qū)層構(gòu)圖形成芯區(qū)；用具有與所述第一包層相同折射率的第二包層覆蓋所述芯區(qū)，其中利用構(gòu)圖掩模執(zhí)行所述芯區(qū)層的構(gòu)圖，并且所述芯區(qū)層的構(gòu)圖具有包括如下部件的芯區(qū)圖案光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中所述第一和所述第二光波導包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕摩?、?2,3 π/2,0, π、π/2、3 π/2的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一與第五光路傳播的光信號、沿第二與第六光路傳播的光信號、沿第三與第七光路傳播的光信號和沿第四與第八光路傳播的光信號多路復用，并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子； 并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列； 以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細描述，本發(fā)明的典型特征和優(yōu)勢將變得清楚明白，其中圖1是示出了本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是示出了本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是示出了本發(fā)明第三實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖4A至圖4E是示出了對于光線路或光耦合器的各種結(jié)構(gòu)，90°光學混合干涉儀的輸出干涉信號特性的比較；圖5是示出了本發(fā)明第四實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是示出了本發(fā)明第五實施例的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是示出了通用DP-QPSK系統(tǒng)的接收機的結(jié)構(gòu)示例的示意圖，所述接收機包括執(zhí)行光信號的偏振波分離的功能和90°光學混合功能，用于從作為分離偏振波的光信號得出相位信息；圖8是示出了用于通用DP-QPSK系統(tǒng)的接收機的90°光學混合干涉儀的結(jié)構(gòu)示例；以及圖9是示出了通用90°光學混合干涉儀的TE信號側(cè)的輸出干涉信號特性的圖。
具體實施例方式接下來，將參考附圖描述本發(fā)明的第一示例實施例。(第一實施例)圖1是示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的光波導器件結(jié)構(gòu)的示例圖。如圖1所示，所述光波導器件配備有光波導線路1和2。每一個光波導線路1和2具有與波導3相連的輸入端子5，將從輸入端子5輸入的光信號分路至光路15-18，并且從順序排列的輸出端子11-14 輸出。另外，每一個光波導線路1和2具有與波導4相連的輸入端子6，將從輸入端子6輸入的光信號分路至光路19-22，并且從順序排列的輸出端子11-14輸出。所述光波導線路1和2具有光線路，所述光線路向沿光路16-22傳播的光信號分別賦予相對于沿光路15傳播的光信號的π、π /2、3 π /2、0、π、π /2、3 π /2的相位差。另外，所述光波導線路1和2具有光耦合器7-10，所述光耦合器分別將沿光路15和19傳播的光信號、沿光路16和20傳播的光信號、沿所述光路17和21傳播的光信號和沿光路18和 22傳播的光信號多路復用，并且分別輸出至輸出端子11-14。所述光波導線路1和2排列為使得每一個線路的輸出端子11-14如上所述排列， 并且在將光信號輸入至輸入端子5和6之前，波導3和4的結(jié)構(gòu)不交叉。通過上述結(jié)構(gòu)，分別向從輸出部分12、13、14輸出的光信號賦予相對于在每一個光波導線路1和2的輸出部分11中輸出的光信號+ π、+ π /2和+3 π /2的相位差。輸出部分11-14的這些輸出信號的排列關(guān)系與OIF標準的90°光學混合干涉儀的輸出端口結(jié)構(gòu)相對應。結(jié)果通過上述結(jié)構(gòu)，可以在實現(xiàn)OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時組成光波導器件，所述光波導器件通過減小光波導臂的交叉部分，實現(xiàn)了能夠使芯片尺寸緊湊的光線路組成的 90°光學混合干涉儀。(第二實施例)圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的90°光學混合干涉儀的光波導組成的示例圖。在圖2中，信號光輸入端口 31和32分別接收分別具有分離偏振波的TE和TM光信號。信號光波導臂33-36傳輸TE和TM光信號，每一個所述光信號分路為兩路。本地振蕩光輸入端口 37接收本地振蕩光，并且設置在所述信號光輸入端口 31和32之間。本地振蕩光波導臂38-41傳輸在TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)分路為兩路并且分別進一步分路為兩路的本地振蕩光。光耦合器42將每一對信號光波導臂33和本地振蕩光波導臂38進行組合，并且輸出每一對干涉光。光耦合器43將每一對信號光波導臂34和本地振蕩光波導臂39 進行組合，并且輸出每一對干涉光。光耦合器44將每一對信號光波導臂35和本地振蕩光波導臂40進行組合，并且輸出每一對干涉光。光耦合器45將每一對信號光波導臂36和本地振蕩光波導臂41進行組合，并且輸出每一對干涉光。此外，光耦合器42-45具有兩個功能將通過波導臂33-36和38_41傳輸?shù)墓獠ǚ致窞閮陕饭獠?，并且給出預定的相位信息；以及第一實施例中的光耦合器7和8的光多路復用功能。輸出端口 46-53通過由每一個光耦合器輸出的信號光和本地振蕩光的相位差來獲得干涉信號，作為I-Q平面上的四個值IP、In、Qp和Qn的相位信息。按照IpTE、InTE, QpTE、QnTE、IpTM, InTM, QpTM和QnTM的順序排列由輸出端口 46-53輸出的干涉信號。在TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的每側(cè)，將在I相位側(cè)和Q相位側(cè)的任一側(cè)處的一對光信號波導臂和本地振蕩波導臂構(gòu)造為具有光程差。即，將所述光程差設置為或者是I 相位側(cè)的33和38或34和39之一，或者是Q相位側(cè)的35和40或36和41之一。通過將所述對中的一個臂延長光程差來給出光程差。因此，對于在長所述光程差的所述臂中傳輸?shù)墓獠?，當與通過另一個臂傳輸?shù)墓獠ㄟM行比較時，當輸入到每一個光耦合器時發(fā)生相位延遲。因此，對于從每一個光耦合器輸出的干涉信號，在TE光信號側(cè)，IpTE和QpTE的組合以及MTE和QnTE的組合兩者都存在這樣的關(guān)系具有與上述光程差相對應的相位差。類似地，在TM光信號側(cè)，IpTM和QpTM的組合以及MTM和QnTM的組合也具有與上述光程差相對應的相位差。另一方面，光耦合器根據(jù)其結(jié)構(gòu)而具有不同的輸出干涉特性，甚至是對于從相同相位輸入的光信號，由于在每個光耦合器的輸出干涉特性之間的差而在所輸出的干涉信號中出現(xiàn)相位差。這里，由于光耦合器42和43的輸出干涉特性的差而發(fā)生的相位差，與上述光程差相對應的相位差之和中發(fā)生的QpTE對IpTE的相位差，以及QnTE對MTE的相位差， 全部設置為+ η /2。類似地，由于光耦合器44和45的輸出干涉特性的差而發(fā)生的相位差， 在與上述光程差相對應的相位差之和中發(fā)生的QpTM對IpTM的相位差，以及QnTM對hTM 的相位差，全部設置為+η/2。在圖2中，將與所傳輸?shù)谋镜卣袷幑獾? π /2相位差相對應的光程差設置在本地振蕩波導臂38和39之間。S卩，臂39比臂38長通過光波導傳輸?shù)谋镜卣袷幑獾牟ㄩL的 1/4。類似地，也將與所傳輸?shù)谋镜卣袷幑獾摩?2相位差相對應的光程差設置在本地振蕩波導臂40和41之間。S卩，臂41比臂40長通過光波導傳輸?shù)谋镜卣袷幑獾牟ㄩL的1/4。結(jié)果，在分路至I相位側(cè)和Q相位側(cè)的光信號之間發(fā)生η/2的相位差。另外，所述光耦合器 42-45具有相同的輸出干涉特性。因此，每一個光耦合器的輸出干涉特性中的相位差為零。利用上述光波導線路結(jié)構(gòu)，輸出具有π/2相位差的hTE和QnTE以及IpTE和 QpTE。另外，輸出具有π相位差的hTE和IpTE以及QnTE QpTE。類似地，輸出具有π/2 相位差的hTM和QnTM以及IpTM和QpTM。另外，輸出具有π相位差的hTM和IpTM以及 QnTM和QpTM。因此，來自輸出端口 46-53的輸出干涉信號特性的關(guān)系與OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)相同。如上所述，通過該實施例，利用減小光波導臂的交叉部分，可以實現(xiàn)如同OIF標準所述的輸出端口結(jié)構(gòu)。
(第三實施例)圖3是示出了本發(fā)明第三實施例的90°光學混合干涉儀的光波導組成的示例圖。 在圖3中，將相同的代碼用于標記與圖2相對應的部件。在第三實施例中，將馬赫-曾德干涉儀M-57全部用作光耦合器。另外，向本地振蕩光賦予η /2相位差的本地振蕩光波導臂是臂39和臂41，馬赫-曾德干涉儀Μ-57的所有上部光波導比下部光波導長。結(jié)果，每一個馬赫-曾德干涉儀的輸出干涉特性本身全部相等，并且根據(jù)相位轉(zhuǎn)換特性差異的相位差為零。另外，在信號光波導33、34、35和36中組成干涉儀的每一個部分(從分路部分到光耦合器)的長度相等。如上所述，通過組成90° 混合干涉儀的光路，可以將輸出干涉信號的輸出端口 46-53作為遵循OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)。另外，由于用作光耦合器的馬赫-曾德干涉儀Μ-57的相同側(cè)的光波導分支比另一側(cè)的光波導分支更長，即使由于工藝不精確導致光耦合強度偏離設計值，可以抑制根據(jù)相位轉(zhuǎn)換特性差異對相位差的影響。這是因為當處理時，如果上述偏離是由于相同的因素形成的并且如果所述偏離至少在相同的器件中，則假設沿相同方向發(fā)生相同的量，并且輸出干涉特性的相位差的偏離相對地抵消。可以通過與半導體集成電路制造工藝相同的精細工藝技術(shù)來產(chǎn)生上述結(jié)構(gòu)的光波導線路。例如通過使用光刻方法對在具有不同折射率的硅襯底上層壓的氧化硅膜進行構(gòu)圖，成為波導芯區(qū)或者包層，可以形成具有預定形狀的光波導。在圖3結(jié)構(gòu)的光波導線路中，作為從分路部分至與光耦合器相連部分的長度，例如使所述光波導臂33、34、35、36、38 和40的長度為3mm。當光信號的中心波長λ例如是1. 55 μ m時，光波導臂39和41比其他光波導臂長與λ/ 相對應的0.265 μ m。這里，η是光波導的等效折射率。另外例如，將馬赫-曾德干涉儀討-57的寬度和光程差分別設置為780 μ m和0. 265 μ m。另外，即使圖3中的馬赫-曾德干涉儀M-57的圖中下部側(cè)上的所有光波導部分更長，與圖3的形狀相反，每一個馬赫-曾德干涉儀的輸出干涉特性本身保持不變。因此， 可以獲得與上述情況相同的合適效果。此外，在上述光波導結(jié)構(gòu)中，利用諸如定向耦合器和多模干涉儀之類的對稱光耦合器作為光耦合器，也可以實現(xiàn)如OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)。然而，盡管這種90°光學混合干涉儀的每一個輸出干涉信號特性的相對相位差關(guān)系是固定的，總相位本身將隨著光線路或光耦合器結(jié)構(gòu)而不同。圖4A至圖4E示出了來自90°光學混合干涉儀的輸出端口的輸出干涉信號特性的相位圖樣的比較，其中光線路或光耦合器的組成不同。在附圖中，水平軸△ Φ是當輸入到馬赫-曾德干涉儀時的信號光和本地振蕩光的相位差，以及垂直軸是輸出強度(a. u.)。另外為了便于比較，附圖中只示出了 Ip和Qp信號，省略了分別具有反轉(zhuǎn)的Ip和Qp信號特性的化和Qn信號的表示。在圖3所示結(jié)構(gòu)的情況下，輸出干涉特性如圖4A所示，輸出強度的相位本身在TE 側(cè)和TM側(cè)變得相同。另外，當反轉(zhuǎn)圖3中的馬赫-曾德干涉儀M-57的形狀、并且延長附圖中所有下部側(cè)的光波導部件時，輸出干涉特性如圖4B所示，并且輸出強度的相位本身在 TE側(cè)和TM側(cè)也相同。另一方面，當圖3中的馬赫-曾德干涉儀M-57用諸如定向耦合器或多模干涉儀之類的對稱光耦合器來代替時，輸出干涉特性將如圖4C所示，并且TE側(cè)和TM側(cè)之間的輸出強度的相位將不再匹配。如上所述，在第三實施例中，在實現(xiàn)如第一和第二實施例中的OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時，可以減小光波導臂的交叉部分。另外，通過使用馬赫-曾德干涉儀作為光耦合器，并且讓相同側(cè)上的所有波導部分更長，可以抑制光耦合強度的變化。另外，這特別適用于希望使得輸出干涉特性的相位本身在TE側(cè)和TM側(cè)相同的情況。(第四實施例)圖5是示出了本發(fā)明第四實施例的90°光學混合干涉儀的光波導組成的示例圖?；窘Y(jié)構(gòu)與第三實施例的結(jié)構(gòu)相同，在第四實施例中，增加光程差以向本地振蕩光賦予 JI /2相位差的本地振蕩波導臂是臂38和臂41。另外，將馬赫-曾德干涉儀M-57用作光耦合器。在所述干涉儀中，只對于馬赫-曾德干涉儀55，圖中的下部光波導較長，而對于所有其他馬赫-曾德干涉儀，附圖中的上部光波導較長。因此，作為光耦合器的馬赫-曾德干涉儀陽的輸出相位特性處于與其他馬赫-曾德干涉儀相反的狀態(tài)，換句話說，處于具有相位差η的狀態(tài)。因此，作為由馬赫-曾德干涉儀的相位轉(zhuǎn)換特性差異產(chǎn)生的相位差，對于馬赫-曾德干涉儀Μ、56和57可以將所述值設置為零，并且對于馬赫-曾德干涉儀55，可以將所述值設置為π。另外，對于IpTE和QpTE, InTE和QnTE, IpTM和QpTM以及InTM和 QnTM，所述值和在與所述臂的相位延遲相對應的相位差之和中所產(chǎn)生的每一個輸出干涉信號中的相位差將是η/2。利用上述90°光學混合干涉儀的光線路，可以使得所述輸出干涉特性與OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的相同。另外，在采用上述光線路結(jié)構(gòu)時，本地振蕩光波導臂和信號光臂的波長相交的位置在TE側(cè)和TM側(cè)是對稱的。為此原因，當需要通過所述臂的交叉部分對光程長度中的變化之類的設計參數(shù)進行校正時，需要對兩者均執(zhí)行相同的校正，并且實質(zhì)上可以節(jié)省分析和設計時間。甚至當反轉(zhuǎn)所有側(cè)的形狀使得每一個光波導更長，改變圖5中的馬赫-曾德干涉儀Μ-57時，可以類似地獲得上述效果。此外，在圖5所示結(jié)構(gòu)的情況下，來自90°光學混合干涉儀的輸出端口的輸出干涉特性將如圖4(d)所示。如上所述，在第四實施例中，在實現(xiàn)如第一、第二和第三實施例中的OIF標準輸出端口結(jié)構(gòu)的同時，可以減小光波導臂的交叉部分。另外，因為所述本地振蕩光波導結(jié)構(gòu)在TE 側(cè)和TM側(cè)是對稱的，當需要進行設計參數(shù)校正時，實質(zhì)上可以節(jié)省分析和設計時間。(第五實施例)圖6是示出了本發(fā)明的第五實施例的90°光學混合干涉儀的光波導組成的示例圖。第五實施例是第四實施例的變體，增加光程長度以向本地振蕩光賦予η/2相位差的本地振蕩波導臂是臂39和臂40。另外，將馬赫-曾德干涉儀Μ-57用作光耦合器，并且在所述干涉儀中，只對于馬赫-曾德干涉儀57，圖中的下部光波導較長，而對于所有其他馬赫-曾德干涉儀，圖中的上部光波導較長。如上所述，通過組成90°光學混合干涉儀的光線路，可以使得輸出干涉特性與OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)相同。另外，在上述光線路結(jié)構(gòu)中，如第四實施例所示，本地振蕩光波導臂和信號光臂的波長交叉的位置在TE側(cè)和TM側(cè)是對稱的。為此原因，當需要通過所述臂的交叉部分對諸如所述光程長度中變化之類的設計參數(shù)進行校正時，可以在兩邊均執(zhí)行相同的校正，實質(zhì)上可以節(jié)省分析和設計時間。
甚至當反轉(zhuǎn)所有側(cè)的形狀使得每一個光波導更長，改變圖5中的馬赫-曾德干涉儀M-57時，可以類似地獲得上述效果。此外，在圖6所示結(jié)構(gòu)的情況下，來自90°光學混合干涉儀的輸出端口的輸出干涉特性將如圖4E所示。如上所述，在第五實施例中，在實現(xiàn)如第一、第二、第三和第四實施例中的OIF標準輸出端口結(jié)構(gòu)的同時，可以減小光波導臂的交叉部分。另外，因為所述本地光波導結(jié)構(gòu)在 TE側(cè)和TM側(cè)是對稱的，當需要進行設計參數(shù)校正時，實質(zhì)上可以節(jié)省分析和設計時間。(第六實施例)本發(fā)明第六實施例的90°光學混合干涉儀根據(jù)作為分離偏振波的TE(橫電場) 和TM(橫磁場)光信號得到關(guān)于I-Q平面的四個值的相位信息具有相位差π的相位信息Ip和In，以及相對于Ip和h分別具有η /2相位差的Qp和Qn的相位信息。第六實施例的90°光學干涉儀還包括兩個信號光輸入端口，輸入作為分離偏振波的TE光信號和TM 光信號；本地振蕩光輸入端口，設置在輸入本地振蕩光的兩個信號光輸入端口之間；信號波導臂，傳輸在從信號光輸入端口輸入之后分別分路為至I相位側(cè)和Q相位側(cè)的兩路的所述TE光信號和TM光信號；本地振蕩波導臂，傳輸在從本地振蕩光輸入端口輸入之后、分別分路成至所述TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的兩路、并且進一步分路為兩路的本地振蕩光；位于所述TE光信號側(cè)的四個光耦合器，將每一對TE光信號和分別在I相位側(cè)和Q相位側(cè)分路為二的所述本地振蕩光信號進行組合；TM光信號側(cè)的兩個光耦合器，將每一對TM光信號和分別在I相位側(cè)和Q相位側(cè)分路為兩個的本地振蕩光進行組合；以及四個輸出端口，通過一對信號光和由TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的每一個處的兩個光耦合器輸出的本地振蕩光的相位差，得到所述四個干涉信號作為相位信息IP、In、Qp和Qn。所述第六實施例的90° 光學混合干涉儀的特征在于分別在所述TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的I相位側(cè)或者Q相位側(cè)向一對信號光波導臂和本地振蕩光波導臂賦予光程差，從而向I相位側(cè)和Q相位側(cè)的輸出干涉信號Ip和Qp以及在h和Qn之間賦予與所述光程長度相對應的相位延遲。所述第六實施例的90°光學混合干涉儀的特征還在于通過使得在I相位側(cè)和Q相位側(cè)的每一個光耦合器的輸出干涉特性中的相位差、相位延遲以及Qp對于輸出干涉信號Ip和Qn對于輸出干涉信號h的輸出相位差(上述相位差和相位延遲之和)為+ η/2，在TE光信號側(cè)按照Ip、In、Qp和Qn的順序、并且在TM光信號側(cè)按照Ip、In、Qp和Qn的順序排列八個輸出端口的輸出信號。(第七實施例)本發(fā)明第七實施例的90°光學混合干涉儀的制造方法是根據(jù)作為分離偏振波的TE(橫電場)和TM(橫磁場)光信號，獲得關(guān)于I-Q平面的四個值的相位信息；具有相位差η的相位信息Ip和h以及相對于Ip和h具有η /2相位差的Qp和Qn的信息。第七實施例的90°光學混合干涉儀包括兩個信號光輸入端口，輸入作為分離偏振波的TE光信號和TM光信號；本地振蕩光輸入端口，設置在輸入本地振蕩光的兩個信號光輸入端口之間；信號波導臂，傳輸在從信號光輸入端口輸入之后分別分路為I相位側(cè)和Q相位側(cè)的兩路的所述TE光信號和TM光信號；本地振蕩波導臂，傳輸在從本地振蕩光輸入端口輸入之后、 分別分路成至所述TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的兩路、并且進一步分路為兩路的本地振蕩光；位于所述TE光信號側(cè)的四個光耦合器，將每一對TE光信號和分別在I相位側(cè)和Q相位側(cè)分路為二的所述本地振蕩光信號進行組合；TM光信號側(cè)的兩個光耦合器，將每一對TM光信號和分別在I相位側(cè)和Q相位側(cè)分路為兩個的本地振蕩光進行組合；以及四個輸出端口， 通過一對信號光和由TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的每一個處的兩個光耦合器輸出的本地振蕩光的相位差，得到所述四個干涉信號作為相位信息IP、In、Qp和Qn。所述第七實施例的90°光學混合干涉儀的特征在于分別在所述TE光信號側(cè)和 TM光信號側(cè)的I相位側(cè)或者Q相位側(cè)向一對信號光波導臂和本地振蕩光波導臂賦予光程差，從而向I相位側(cè)和Q相位側(cè)的輸出干涉信號Ip和Qp賦予與所述光程長度相對應的相位延遲。所述第七實施例的90°光學混合干涉儀的特征還在于通過將在I相位側(cè)和Q相位側(cè)的每一個光耦合器的輸出干涉特性中的相位差之和的輸出相位差以及相位延遲設置為+ π /2，在每一個TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)，在TE光信號側(cè)按照Ιρ、In、Qp和Qn的順序、并且在TM光信號側(cè)按照Ιρ、In、Qp和Qn的順序排列八個輸出端口的輸出信號。(附錄1)一種光波導器件，包括光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中所述光波導線路包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕摩?、?2、3 3 /2、0、π、3Ι/2,3 3Ι/2的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一至第五光路傳播的光信號、沿第二至第六光路傳播的光信號、沿第三至第七光路傳播的光信號和沿第四至第八光路傳播的光信號多路復用， 并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子；并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列；以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。(附錄2)根據(jù)附錄1所述的光波導器件，其中所述光波導線路包括第一和第二光波導臂，用于分別傳輸分路的第一光信號；第三和第四光波導臂，用于分別傳輸分路的第二光信號；第一光耦合器，用于通過對在所述第一和所述第三光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第一和第二干涉信號；以及第二光耦合器，用于通過對在所述第二和所述第四光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第三和第四干涉信號；其中從所述第一至第四輸出端口分別輸出所述第一至所述第四干涉信號；
向所述第一和所述第二光波導臂的對或者所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差；以及對所述第一和所述第三干涉信號設置所述光程差的值以及根據(jù)所述第一和所述第二光耦合器中的每一個所具有的相位轉(zhuǎn)換特性的相位差的值，以便讓所述第二和所述第四干涉信號分別具有+ ^ /2的相位差。(附錄3)根據(jù)附錄1或附錄2所述的光波導器件，其中分別輸入作為分離偏振波的TE和TM信號作為第一干涉儀處的第一光信號和第二干涉儀處的第二光信號；以及將分路的光信號的一個和另一個輸入作為第一干涉儀處的第二光信號和第二干涉儀處的第一光信號。(附錄4)根據(jù)附錄1至3中任一項所述的光波導器件，其中向所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差。(附錄5)根據(jù)附錄4所述的光波導器件，其中所述第一和所述第二光耦合器每一個均配置為馬赫-曾德干涉儀。(附錄6)一種光波導器件制造方法，包括以下步驟在襯底上形成第一包層；在所述第一包層上層壓芯區(qū)層；通過對所述芯區(qū)層構(gòu)圖形成芯區(qū)；用具有與所述第一包層相同折射率的第二包層覆蓋所述芯區(qū)，其中利用構(gòu)圖掩模執(zhí)行所述芯區(qū)層的構(gòu)圖，并且所述芯區(qū)層的構(gòu)圖具有包括如下部件的芯區(qū)圖案光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中所述第一和所述第二光波導包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕?π、π/2、3 3 /2、0、31、31/2,3 31/2 的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一至第五光路傳播的光信號、沿第二至第六光路傳播的光信號、沿第三至第七光路傳播的光信號和沿第四至第八光路傳播的光信號多路復用， 并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子；并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列；以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。
(附錄7)根據(jù)附錄6所述的光波導器件制造方法，其中所述光波導線路包括第一和第二光波導臂，用于分別傳輸分路的第一光信號；第三和第四光波導臂，用于分別傳輸分路的第二光信號；第一光耦合器，用于通過對在所述第一和所述第三光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第一和第二干涉信號；以及第二光耦合器，用于通過對在所述第二和所述第四光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第三和第四干涉信號；其中所述第一至所述第四干涉信號配置為從所述第一至所述第四輸出端口分別輸出；向所述第一和所述第二光波導臂的對或者所述第三和所述第四光波導臂的對的任一對設置光程差；以及對所述第一和所述第三干涉信號設置所述光程差的值以及根據(jù)每一個所述第一和所述第二光耦合器所具有的相位轉(zhuǎn)換特性的相位差的值，以便讓所述第二和所述第四干涉信號分別具有+ /2的相位差。(附錄8)根據(jù)附錄6或附錄7所述的光波導器件制造方法，其中所述芯區(qū)層的構(gòu)圖包括如下的芯區(qū)圖案分別輸入所述第一干涉儀處的第一光信號和所述第二干涉儀處的第二光信號；以及將分路為兩個的分路光信號的一個和另一個分別輸入為所述第一干涉儀處的第二光信號和所述第二干涉儀處的第一光信號。(附錄9)根據(jù)附錄7或附錄8所述的光波導器件制造方法，其中向所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差。(附錄10)根據(jù)附錄7至附錄9中任一項所述的光波導器件制造方法，其中所述第一和所述第二光耦合器每一個均配置為馬赫-曾德干涉儀。當所述輸出端口遵循如上所述的OIF標準而排列時，傳輸分路為兩路的本地振蕩光的任一個光波導具有與傳輸信號光的光波導相交叉的點。在這一交叉部分，為了防止發(fā)生過多損耗以及防止串擾，換句話說為了在沒有假設為作為波導的波導側(cè)處組合光，需要涉及盡可能接近直角的交叉角。另外在90°光學混合干涉儀中，需要在每一個光路中的光程從輸入至輸出是相等的，以便滿足傾斜特性要求。即，在這種結(jié)構(gòu)中限制了交叉角和光程長度，并且因為交叉部分越多越冗余和復雜，因此光波導的布局將不但對設計靈活性進行折衷以實現(xiàn)OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)，而且芯片尺寸也變大。相反，本發(fā)明的示例效果是提供一種配置有光線路的光波導器件，通過減小光波導臂的交叉部分所述光線路能夠最小化芯片尺寸，還提出了一種在實現(xiàn)OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時的這種光波導器件的制造方法。本發(fā)明另一個示例效果是提供一種光線路組成的90°光學混合干涉儀，在實現(xiàn) OIF標準的輸出端口結(jié)構(gòu)的同時減小了光波導臂的交叉部分。盡管已經(jīng)參考典型實施例具體示出和描述了本發(fā)明，本發(fā)明不局限于這些實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應該理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，可以進行各種形式上和細節(jié)上的各種變化。上述公開的典型實施例的全部或一部分可以描述為但是不局限用于所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種光波導器件，包括光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中所述光波導線路包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕摩恰 /2,3 Ji /2、0、Ji、Ji /2,3 Ji /2的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一至第五光路傳播的光信號、沿第二至第六光路傳播的光信號、沿第三至第七光路傳播的光信號和沿第四至第八光路傳播的光信號多路復用，并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子；并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列；以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導器件，其中所述光波導線路包括第一和第二光波導臂，用于分別傳輸分路的第一光信號； 第三和第四光波導臂，用于分別傳輸分路的第二光信號；第一光耦合器，用于通過對在所述第一和所述第三光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第一和第二干涉信號；以及第二光耦合器，用于通過對在所述第二和所述第四光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第三和第四干涉信號； 其中從所述第一至第四輸出端口分別輸出所述第一至所述第四干涉信號； 向所述第一和所述第二光波導臂的對或者所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差；以及對所述第一和所述第三干涉信號設置所述光程差的值以及根據(jù)所述第一和所述第二光耦合器中的每一個所具有的相位轉(zhuǎn)換特性的相位差的值，以便讓所述第二和所述第四干涉信號分別具有+ /2的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導器件，其中分別輸入作為分離偏振波的TE和TM信號作為第一干涉儀處的第一光信號和第二干涉儀處的第二光信號；以及將分路的光信號的一個和另一個輸入作為第一干涉儀處的第二光信號和第二干涉儀處的第一光信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光波導器件，其中向所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光波導器件，其中所述第一和所述第二光耦合器每一個均配置為馬赫-曾德干涉儀。
6.一種光波導器件制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一包層；在所述第一包層上層壓芯區(qū)層； 通過對所述芯區(qū)層構(gòu)圖形成芯區(qū)；用具有與所述第一包層相同折射率的第二包層覆蓋所述芯區(qū)，其中利用構(gòu)圖掩模執(zhí)行所述芯區(qū)層的構(gòu)圖，并且所述芯區(qū)層的構(gòu)圖具有包括如下部件的芯區(qū)圖案光波導線路，用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第一波導相連的第一輸入端子輸入并且分路至第一至第四光路的光信號，并且用于從有序排列的第一至第四輸出端子輸出從與第二波導相連的第二輸入端子輸入并且分路至第五至第八光路的光信號，其中所述第一和所述第二光波導包括光線路，向沿第二至第八光路傳播的光信號分別賦予相對于沿第一光路傳輸?shù)墓庑盘柕?31、3I/2、3 3I/2、0、31、31/2,3 31/2 的相位差；以及光耦合器，用于分別將沿第一至第五光路傳播的光信號、沿第二至第六光路傳播的光信號、沿第三至第七光路傳播的光信號和沿第四至第八光路傳播的光信號多路復用，并且分別輸出至所述第一至第四輸出端子；并且其中所述光波導線路排列為讓每一個線路的所述第一至第四輸出端子如上所述排列；以及在將光信號輸入至所述第一和第二輸入端子之前，所述第一波導和所述第二波導不交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光波導器件制造方法，其中 所述光波導線路包括第一和第二光波導臂，用于分別傳輸分路的第一光信號； 第三和第四光波導臂，用于分別傳輸分路的第二光信號；第一光耦合器，用于通過對在所述第一和所述第三光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第一和第二干涉信號；以及第二光耦合器，用于通過對在所述第二和所述第四光波導臂中傳輸?shù)囊粚庑盘栠M行組合，分別輸出具有η相位差的第三和第四干涉信號； 其中所述第一至所述第四干涉信號配置為從所述第一至所述第四輸出端口分別輸出； 向所述第一和所述第二光波導臂的對或者所述第三和所述第四光波導臂的對的任一對設置光程差；以及對所述第一和所述第三干涉信號設置所述光程差的值以及根據(jù)每一個所述第一和所述第二光耦合器所具有的相位轉(zhuǎn)換特性的相位差的值，以便讓所述第二和所述第四干涉信號分別具有+ η/2的相位差。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光波導器件制造方法，其中所述芯區(qū)層的構(gòu)圖包括如下的芯區(qū)圖案分別輸入所述第一干涉儀處的第一光信號和所述第二干涉儀處的第二光信號；以及將分路為兩個的分路光信號的一個和另一個分別輸入為所述第一干涉儀處的第二光信號和所述第二干涉儀處的第一光信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光波導器件制造方法，其中向所述第三和所述第四光波導臂的對設置光程差。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光波導器件制造方法，其中所述第一和所述第二光耦合器每一個均配置為馬赫-曾德干涉儀。
全文摘要
提出了一種90°光學混合干涉儀，分別在TE光信號側(cè)和TM光信號側(cè)的I相位側(cè)或Q相位側(cè)的一對光信號波導臂和本地振蕩光波導臂具有光程差，從而向所述I相位側(cè)和Q相位側(cè)的輸出干涉信號賦予相位延遲。通過將輸出相位差設置為+π/2，所述90°光學混合干涉儀具有在TE側(cè)和TM側(cè)分別按照Ip、In、Qp和Qn順序排列的八個輸出端口，所述輸出相位差是根據(jù)光程差和在I相位側(cè)以及Q相位側(cè)的每個光耦合器的相位轉(zhuǎn)換特性的相位差與相位延遲之和。
文檔編號G02B6/13GK102193144SQ20111006877
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者渡邊真也 申請人:日本電氣株式會社