[發明專利]偏振變換元件

在審

• 申請號: 201380077674.5
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN105378526A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 五井一宏;岡徹;日下裕幸;小川憲介
• 申請（專利權）人: 株式會社藤倉
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李洋;蘇琳琳

技術領域

本發明涉及在基板上制成的光波導元件的構造，尤其涉及作為以偏振 變換為目的的元件的偏振變換元件。

本申請主張基于2013年6月27日在日本提出的日本特愿 2013-135492號的優先權，并在此引用其內容。

背景技術

當前，光通信中利用的信息量不斷增加。為了對應這樣的信息量的增 加，在主干網絡、城域網絡、接入網絡等光通信網絡中，信號速度的高速 化、基于波長復用通信的信道數量的增加等對策得到發展。隨之產生光通 信所需要的系統變得復雜、系統的大型化及昂貴化、耗電量的增大等課題。

并且，在近幾年一直增加的數據中心中，也同樣地需求對應信息量的 增加。數據中心內的計算機間的通信中，以往主要通過金屬纜線傳輸電信 號，但因進一步的高速化、耗電量的減少的要求，近幾年，使用了光纖的 光通信的利用得到發展。另外，在計算機的主板內、CPU內與各電平中， 光通信的導入也成為課題。

作為解決這樣的光通信網絡中的課題、進而實現朝向新的領域的光通 信導入的技術，在以往使用的基于石英PLC的光集成電路、基于鈮酸鋰等 強電介體的高速動作設備等的基礎上，近幾年使用了硅、InP、GaAs等高 折射率材料的光器件受到注目等、基板型光波導元件器件的研究開發在各 個地方得到發展。

由于介質中的光的波長與該介質的折射率成反比例，所以在折射率高 達約3.5的硅中，光波導的芯寬等尺寸變小。并且，通過將二氧化硅之類 相對于硅而折射率較大地不同的介質用作包覆層，來成為封閉強的光波 導。作為其特征，能夠縮小彎曲半徑。根據這些理由，能夠實現使用了光 波導的光器件的小型化，若為相同的功能則能夠更加小型化，若為相同的 大小則能夠實現更多的功能。并且，活用硅是半導體材料，而能夠進行電 控制，從而能夠實現以光調制器為首的特性可變的器件(參照專利文獻1)。

另外，使用了硅的光器件的制造所相關的技術、裝置與以往的CPU、 存儲器等半導體器件制造中使用的半導體工藝所相關的技術、裝置的共同 要素較多。通過量產能夠期待低成本的光器件的實現。通過在同一基板上 集成以往的半導體器件和光器件，能夠在基板上連接半導體器件和光器 件。至今，在設備間的連接中使用了金屬配線上的電信號，但今后通過用 光置換信號的一部分，而有進一步的機器的高速化、低耗電量化的可能性。

這樣的基板型光部件中使用的平面型光波導與圓筒對稱的光纖不同， 在波導的剖面方向上，在方位角方向上具有非對稱性。從而，相對于不同 的偏轉方向的導波光(偏振波)具有不同的特性。在平面型光波導中，為 便于說明，將主電場相對于基板為水平方向的導波模式表示為TE模式， 并且將主電場相對于基板為垂直方向的導波模式表示為TM模式。在平面 型光波導的垂直方向的構造以及水平方向的構造存在不同的情況下，兩個 模式具有不同的有效折射率。因此，難以在平面基板上制成相對于兩偏振 波具有相同的特性的設備。因此，使用使被稱作偏振波分集的兩個模式旋 轉的構造。在該偏振波分集中，需要在TE與TM之間進行偏振波的變換 的偏振波旋轉器。

并且，在近幾年的高速光通信方式中，在光纖傳輸時進行在正交的 兩個偏振波搭載不同的信號的偏振波復用技術，需要在該收發信號設備 中使偏振波分離、合波或者變換的要素技術。

其中，作為基板集成型的偏振變換元件，研究了以下的結構。

非專利文獻1中示出在硅基板上制成的偏振變換元件。該文獻中，相 對于硅的波導，使用折射率不同的氮化硅(Si₃N₄)而在波導上部形成了構 造。然而，需要使用了Si₃N₄的工藝，從而難以形成波導。并且，在賦予 Si₃N₄的部分中，理想地期望無限細地制成Si₃N₄的前端，但在實際的量產 用的工藝中，100nm左右是限度，從而在該部分中因模式不匹配而產生損 失。并且，也能夠使用可更加細地形成前端的EB工藝，但導致制造成本 的上升。

另一方面，作為僅用硅實現與上述非專利文獻1相同的偏振波旋轉 工藝的例子，在非專利文獻2中舉出。然而，課題與上述相同，當在連 接部中錐形狀的前端部成為100nm左右的寬度的情況下，產生由模式 不匹配引起的損失。