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偏波モード変換器 外国出願あり

国内特許コード P140010821
整理番号 872
掲載日 2014年8月8日
出願番号 特願2007-509182
登録番号 特許第4669923号
出願日 平成18年3月7日(2006.3.7)
登録日 平成23年1月28日(2011.1.28)
国際出願番号 JP2006304394
国際公開番号 WO2006100905
国際出願日 平成18年3月7日(2006.3.7)
国際公開日 平成18年9月28日(2006.9.28)
優先権データ
  • 特願2005-080361 (2005.3.18) JP
発明者
  • 野田 進
  • 浅野 卓
  • 田中 良典
  • 高山 清市
出願人
  • TDK株式会社
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 偏波モード変換器 外国出願あり
発明の概要 本発明は、2次元フォトニック結晶の内部に設け、又は2次元フォトニック結晶にスムーズに接続することができる偏波モード変換器を提供する。スラブ状の本体内に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域(例えば空孔22)を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶に、異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、断面形状が、上下方向と左右方向にそれぞれ非対称である偏光変換導波路23を設ける。偏光変換導波路23は例えば本体の面に対して斜め方向に延びる空孔221、222を導波路の側部に設けることにより形成することができる。偏光変換導波路23内を伝播するTE偏波は、この導波路の断面形状の非対称性により、その一部がTM偏波に変換される。この偏波モード変換器は2次元フォトニック結晶から成るため、2次元フォトニック結晶の内部に設けることができ、又は2次元フォトニック結晶にスムーズに接続することができる。
従来技術、競合技術の概要


光通信は今後のブロードバンド通信の中心的役割を担う通信方式であることから、その普及のために、光通信システムに使用される光部品類に対して更なる高性能化、小型化、低価格化が求められている。このような要求を満たす次世代光通信部品の有力候補のひとつに、フォトニック結晶を利用した光通信用デバイスがある。これは既に一部で実用段階に入っており、偏波分散補償用フォトニック結晶ファイバーなどが実用に供されている。現在では更に、波長分割多重通信(Wavelength Division Multiplexing; WDM)に使用される光分合波器等の開発が実用化に向けて進められている。



フォトニック結晶は、誘電体に周期構造を形成したものである。この周期構造は一般に、誘電体本体とは屈折率が異なる領域(異屈折率領域)を誘電体本体内に周期的に配置することにより形成される。その周期構造により、結晶中に光のエネルギーに関するバンド構造が形成され、光の伝播が不可能となるエネルギー領域が形成される。このようなエネルギー領域は「フォトニックバンドギャップ」(Photonic Band Gap; PBG)と呼ばれる。



このフォトニック結晶中に適切な欠陥を設けることにより、PBG中にエネルギー準位(欠陥準位)が形成され、その欠陥準位に対応する周波数(波長)の光のみがその欠陥の近傍に存在できるようになる。点状に形成された欠陥はその周波数の光の光共振器として使用することができ、線状に形成された欠陥は導波路として使用することができる。



上記技術の一例として、特許文献1には、本体(スラブ)に異屈折率領域を周期的に配置し、その周期的配置に欠陥を線状に設けることにより導波路を形成するとともに、その導波路に隣接して点状欠陥を設けることにより共振器を形成した2次元フォトニック結晶が記載されている。この2次元フォトニック結晶は、導波路内を伝播する様々な周波数の光のうち共振器の共振周波数に一致する周波数の光を外部へ取り出す分波器として機能すると共に、外部から導波路に導入する合波器としても機能する。



特許文献1に記載のものを含め、多くの2次元フォトニック結晶では、電場が本体に平行に振動するTE偏波又は磁場が本体に平行に振動するTM偏波のいずれか一方の偏波に対してPBGが大きく形成されるように設計される。この場合、他方の偏波に対してはPBGが形成されないことや、形成されたとしても当該他方の偏波に対しては必ずしも最適な条件にはならないことがある。



例えば、TE偏波に対してPBG(TE-PBG)が形成され、TE-PBG内に点状欠陥(共振器)による欠陥準位(共振周波数)が形成されるようにフォトニック結晶を設計した場合、そのTE-PBGの周波数領域にはTM偏波に対するPBG(TM-PBG)が形成されないことがある。この場合、その共振周波数を有するTM偏波の光はこの共振器では共振しない。そのため、この共振器の近傍に設けた導波路を通過する光のうち、その共振周波数の光を分波しようとしても、TE偏波はほぼ完全に取り出すことができるものの、TM偏波は取り出すことができず、分波効率が悪い。合波の場合も同様である。



【特許文献1】
特開2001-272555号公報([0023]~[0027]、[0032]、図1、図5~6)

産業上の利用分野



本発明は、TE偏波とTM偏波の間で偏光を変換する偏波モード変換器に関し、特に2次元フォトニック結晶を用いた偏波モード変換器に関する。この偏波モード変換器は2次元フォトニック結晶を用いた光合分波器等における偏光の制御に好適に用いることができる。

特許請求の範囲 【請求項1】
a) スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、
b) 上記異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、該導波路の長手方向と同じ方向に並ぶ該異屈折率領域の2個分以上の長さに亘って設けられた、断面形状が上下方向と左右方向にそれぞれ非対称である偏光変換導波路と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換器。

【請求項2】
上記断面形状の異なる複数の導波路を接続したことを特徴とする請求項1に記載の偏波モード変換器。

【請求項3】
上記断面形状の非対称性が本体の面に対して斜め方向に延びる異屈折率領域を導波路の側部に設けることにより形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏波モード変換器。

【請求項4】
上記断面形状の非対称性が、導波路内の本体の一部を他の領域と異なる厚さとすることにより形成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の偏波モード変換器。

【請求項5】
a) スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、
b) 上記異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、断面形状が、上下方向と左右方向にそれぞれ非対称であり、該断面形状の異なる複数の導波路を接続した偏光変換導波路と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換器。

【請求項6】
a) スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、
b) 上記異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、前記本体の面に対して斜め方向に延びる異屈折率領域を該導波路の側部に設けることにより、断面形状が上下方向と左右方向にそれぞれ非対称に形成されている偏光変換導波路と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換器。

【請求項7】
a) スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、
b) 上記異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、導波路内の本体の一部を他の領域と異なる厚さとすることにより、断面形状が上下方向と左右方向にそれぞれ非対称に形成されている偏光変換導波路と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換器。

【請求項8】
上記断面形状の非対称性が、導波路の一方の側部に上下非対称の形状を有する異屈折率領域を設けることにより形成されていることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の偏波モード変換器。

【請求項9】
a) 所定の周波数の光を導波させる導波路と、該導波路の近傍に設けられ、該周波数及び所定の偏波の光に共振する共振器とを有する第1及び第2の2次元フォトニック結晶光合分波器と、
b) 両2次元フォトニック結晶光合分波器の間に設けられ、スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、該異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、断面形状が、上下方向と左右方向にそれぞれ非対称である偏光変換導波路とを備えた、前記周波数の偏波を変換する偏波モード変換器と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換光合分波器。

【請求項10】
a) 所定の周波数の光を導波させる導波路と、該導波路の近傍に設けられ、該周波数及び所定の偏波の光に共振する共振器とを有する第1及び第2の2次元フォトニック結晶光合分波器と、
b) 両2次元フォトニック結晶光合分波器の間に設けられた、該周波数の偏波を変換する請求項1~8のいずれかに記載の偏波モード変換器と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換光合分波器。

【請求項11】
第1の2次元フォトニック結晶光合分波器と偏波モード変換器の間、及び第2の2次元フォトニック結晶光合分波器の偏波モード変換器とは反対の側にそれぞれ、前記所定周波数及び前記偏波の光を反射する2次元フォトニック結晶反射器を設けたことを特徴とする請求項9又は10に記載の偏波モード変換光合分波器。

【請求項12】
第1の2次元フォトニック結晶光合分波器と偏波モード変換器の間に前記所定周波数及び前記偏波の光を反射する2次元フォトニック結晶反射器を設けた請求項9又は10に記載の偏波モード変換光合分波器を複数個、直列に接続した多段偏波モード変換光合分波器であって、各偏波モード変換光合分波器において、
2次元フォトニック結晶反射器よりも上流側にある全ての導波路が、該2次元フォトニック結晶反射器に隣接する第1フォトニック結晶光合分波器の共振器に共振する周波数及び偏波の光を通過させるように形成されており、
第1フォトニック結晶光合分波器の導波路が、上流側に隣接する第2フォトニック結晶光合分波器の共振器に共振する周波数及び偏波の光を反射するように形成されている、
ことを特徴する多段偏波モード変換光合分波器。

【請求項13】
a) 所定の周波数の光を導波させる導波路と、該導波路の近傍に設けられ、該周波数及び所定の偏波の光に共振する共振器とを有する2次元フォトニック結晶光合分波器と、
b) 該周波数の偏波を反射する反射部と、
c) 前記2次元フォトニック結晶光合分波器と反射部の間に設けられ、スラブ状の本体に該本体とは屈折率が異なる異屈折率領域を多数、格子状に配置して成る2次元フォトニック結晶と、該異屈折率領域の欠陥を線状に形成して成る導波路であって、断面形状が、上下方向と左右方向にそれぞれ非対称である偏光変換導波路とを備えた、前記周波数の偏波を変換する偏波モード変換器と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換光合分波器。

【請求項14】
a) 所定の周波数の光を導波させる導波路と、該導波路の近傍に設けられ、該周波数及び所定の偏波の光に共振する共振器とを有する2次元フォトニック結晶光合分波器と、
b) 該周波数の偏波を反射する反射部と、
c) 前記2次元フォトニック結晶光合分波器と反射部の間に設けられた、該周波数の偏波を変換する請求項1~8のいずれかに記載の偏波モード変換器と、
を備えることを特徴とする偏波モード変換光合分波器。
国際特許分類(IPC)
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