特許 6226496 偏光子及び偏光変調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226496

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】偏光子及び偏光変調システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20171030BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20171030BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/01 C

   G02B6/126

   G02B6/12 361

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-541480(P2016-541480)

(86)(22)【出願日】2013年12月20日

(65)【公表番号】特表2017-504062(P2017-504062A)

(43)【公表日】2017年2月2日

(86)【国際出願番号】CN2013090151

(87)【国際公開番号】WO2015089844

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2016年7月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】504161984

【氏名又は名称】ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】トゥ、シン

(72)【発明者】

【氏名】フ、ホンヤン

(72)【発明者】

【氏名】リウ、ワンユアン

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−３００８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００９１２８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−１８３７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２９９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１４０６１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００２−５４０４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５２２７９９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００２−０２６８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 B.M.A.RAHMAN, et al.，"Design of optical polarization splitters in a single-section deeply etched MMI waveguide"，APPLIED PHYSICS B，２００１年１０月，Vol.73, No.5-6 ，pp.613-618

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１−１／３９

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つのサブ偏光子または縦続接続された複数のサブ偏光子を備える偏光子であって、
前記サブ偏光子は、１つのＭＭＩ多モード導波路と、１つの入力導波路と、１つの出力導波路とを有し、
前記ＭＭＩ多モード導波路の一方の側は前記入力導波路に接続され、他方の側は前記出力導波路に接続されており、
前記ＭＭＩ多モード導波路の前記出力導波路が位置する側の端部には可調整部が設けられ、前記可調整部は前記出力導波路に接続されており、
前記偏光子は、前記可調整部に接続されたコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記可調整部の材料特性を変化させるべく制御を実行するよう構成され、これにより、前記出力導波路は複数の異なる偏光状態のうちのいずれか１つの偏光状態の光信号を出力する、
偏光子。

【請求項2】

前記可調整部の前記材料特性は、前記可調整部の屈折率、前記可調整部の磁気伝導率、及び前記可調整部の光透過率のうちの１又は複数を含む、
請求項１に記載の偏光子。

【請求項3】

前記可調整部は、電極とｐ−ｉ−ｎ接合とを含み、
前記コントローラは、前記可調整部の前記ｐ−ｉ−ｎ接合の領域の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、前記電極に電界を印加することによって変化させるよう構成される、
請求項２に記載の偏光子。

【請求項4】

前記可調整部の前記材料特性は、前記可調整部の吸収率を含む、
請求項１に記載の偏光子。

【請求項5】

前記可調整部は、電極とｐ−ｉ−ｎ接合とを含み、
前記コントローラは、前記可調整部の前記ｐ−ｉ−ｎ接合の領域の吸収率を、前記電極に電界を印加することによって変化させるよう構成される、
請求項４に記載の偏光子。

【請求項6】

前記ｐ−ｉ−ｎ接合はＳｉＧｅ合金を含み、
前記ＳｉＧｅ合金は、２５〜３５ミクロンの範囲の長さ、及び５〜７ミクロンの範囲の幅を有する、
請求項３又は５に記載の偏光子。

【請求項7】

前記ＳｉＧｅ合金は２９ミクロンの長さ、及び６．５ミクロンの幅を有する、
請求項６に記載の偏光子。

【請求項8】

前記可調整部は熱光学材料を含み、前記コントローラは、前記熱光学材料の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、前記熱光学材料に温度場を印加することによって変化させるよう構成される、又は、
前記可調整部は磁気光学材料を含み、前記コントローラは、前記磁気光学材料の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、前記磁気光学材料に磁場を印加することによって変化させるよう構成される、
請求項２に記載の偏光子。

【請求項9】

前記可調整部は熱光学材料を含み、前記コントローラは、前記熱光学材料の吸収率を前記熱光学材料に温度場を印加することによって変化させるよう構成される、又は、
前記可調整部は磁気光学材料を含み、前記コントローラは前記磁気光学材料の吸収率を前記磁気光学材料に磁場を印加することによって変化させるよう構成される、
請求項４に記載の偏光子。

【請求項10】

前記偏光子が少なくとも２つのＭＭＩ多モード導波路を備える場合、前記偏光子は少なくとも２つのサブ偏光子を備え、
複数の前記サブ偏光子のそれぞれは、１つのＭＭＩ多モード導波路、１つの入力導波路、及び１つの出力導波路を有し、
前記少なくとも２つのサブ偏光子は縦続接続される、
請求項１から９の何れか一項に記載の偏光子。

【請求項11】

請求項１から１０の何れか一項に記載の偏光子を備える偏光変調システムであって、
エンコーダと、偏光ビームスプリッタと、微分器と、光電検出器とを更に備え、
前記エンコーダと、前記偏光子と、前記偏光ビームスプリッタと、前記微分器と、前記光電検出器とは、連続的に接続される、
偏光変調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は通信技術に関し、具体的には偏光子及び偏光変調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気通信ネットワーク基幹回線の伝送容量及び伝送速度は絶えず増加するので、光ファイバ通信が現代の情報ネットワークの主要な伝送手段になっている。フォトニック集積回路（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、略してＰＩＣ）チップは、重要な光スイッチモジュールである。光ファイバの断面は厳密には円形ではなく、また光ファイバは応力などの別の要因によって影響を受け得るので、光ファイバからＰＩＣチップに入力される光信号の偏光状態は不安定である。偏光状態が不安定なこれらの光信号がＰＩＣチップを直接通過するとき、無視できない偏光依存損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ、略してＰＤＬ）及び偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ、略してＰＭＤ）が引き起こされ、それによりシステムの信号対雑音比が低下する。現在、信号の伝送品質を保証し、偏光の影響を排除すべく、ＰＩＣチップは、偏光子などの技術を用いて、異なる偏光状態にある複数の光信号を別々に処理する必要がある。チップにおいて、ＴＥ波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅ、略してＴＥ）モード、及びＴＭ波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｖｅ、略してＴＭ）モードは、別個に処理されるために２つの光路に分離される。導波路偏光子は、ＰＩＣチップに必須の構成要素である。ＴＥモード及びＴＭモードは、異なる伝搬定数、異なる遮断波長、異なる結合長、又は同様のものを有するという原則に基づいて、導波路偏光子は、一方の偏光状態（ＴＥモード又はＴＭモード）の光信号のみが通過することを可能にし、他方の偏光状態の光信号の伝搬を妨げる、又は他方の偏光状態の光信号を吸収する。

【0003】

つまり、既存の導波路偏光子は概して、一定方向の偏光のみを生み出す。つまり、一旦設計され加工されると、導波路偏光子はＴＥモード又はＴＭモードの偏光機能のみを提供し得る。異なる偏光状態の複数の光信号が必要とされる場合、その唯一の方法は、最初に元の光信号を分割し、次に必要とされる偏光状態のための偏光子をそれぞれの光路に設置することである。実装システムは複雑である。

【発明の概要】

【0004】

本発明は、調整可能な偏光及び簡単な構造を実装すべく、偏光子及び偏光変調システムを提供する。

【0005】

第１態様に従って、少なくとも１つのＭＭＩ多モード導波路を含む偏光子が提供され、各ＭＭＩ多モード導波路の一方の側が入力導波路に接続され、他方の側が出力導波路に接続されている。出力導波路が位置するＭＭＩ多モード導波路の側の端部には可調整部が設けられ、可調整部は出力導波路に接続されている。偏光子は、可調整部に接続されたコントローラを更に含み、コントローラは、可調整部の材料特性を変化させるべく、制御を実行するよう構成され、これにより、出力導波路は複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力する。

【0006】

第１態様に関して、第１の任意実施態様において、可調整部の材料特性は、可調整部の屈折率、可調整部の磁気伝導率、及び可調整部の光透過率のうちの１又は複数を含む。

【0007】

第１態様に関して、第２の任意実施態様において、可調整部の材料特性は、可調整部の吸収率を含む。

【0008】

第１態様及び第１の任意実施態様に関して、第３の任意実施態様において、可調整部は、電極及びｐ−ｉ−ｎ接合を含み、コントローラは、可調整部のｐ−ｉ−ｎ接合領域の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、電極に電界を印加することによって変化させるよう構成されている。

【0009】

第１態様及び第２の任意実施態様に関して、第４の任意実施態様において、可調整部は電極とｐ−ｉ−ｎ接合とを含み、コントローラは、可調整部のｐ−ｉ−ｎ接合の領域の吸収率を、電極に電界を印加することによって変化させるよう構成される。

【0010】

第１態様並びに第３及び第４の任意実施態様に関して、第５の任意実施態様において、ｐ−ｉ−ｎ接合はＳｉＧｅ合金を含み、ＳｉＧｅ合金は２５〜３５ミクロンの範囲の長さ、及び５〜７ミクロンの範囲の幅を有する。

【0011】

第１態様及び第５の任意実施態様に関して、第６の任意実施態様において、ＳｉＧｅ合金は２９ミクロンの長さ、及び６．５ミクロンの幅である。

【0012】

第１態様及び第１の任意実施態様に関して、第７の任意実施態様において、可調整部は熱光学材料を含み、コントローラは、熱光学材料の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、熱光学材料に温度場を印加することによって変化させるよう構成される、又は可調整部は磁気光学材料を含み、コントローラは、磁気光学材料の屈折率、磁気伝導率、及び／又は光透過率を、磁気光学材料に磁場を印加することによって変化させるよう構成される。

【0013】

第１態様及び第２の任意実施態様に関して、第８の任意実施態様において、可調整部は熱光学材料を含み、コントローラは、熱光学材料の吸収率を、熱光学材料に温度場を印加することによって変化させるよう構成される、又は、可調整部は磁気光学材料を含み、コントローラは、磁気光学材料の吸収率を、磁気光学材料に磁場を印加することによって変化させるよう構成される。

【0014】

第１態様及び先述の可能な複数の実施態様に関して、第９の任意実施態様において、偏光子が少なくとも２つのＭＭＩ多モード導波路を含むとき、偏光子は少なくとも２つのサブ偏光子を含み、複数のサブ偏光子のそれぞれは、１つのＭＭＩ多モード導波路と、１つの入力導波路と、１つの出力導波路とを含み、少なくとも２つのサブ偏光子は縦続接続される。

【0015】

第２態様に従って、本発明の複数の実施態様の何れか１つの偏光子を含む偏光変調システムが提供され、エンコーダと、偏光ビームスプリッタと、微分器と、光電検出器とを更に含み、エンコーダと、偏光子と、偏光ビームスプリッタと、微分器と、光電検出器とは連続的に接続される。

【0016】

本発明に従った偏光子及び偏光変調システムの技術効果は次の通りである。ＭＭＩ多モード導波路に可調整部を配置することによって、及び可調整部の材料特性を変化させるためのコントローラを用いることによって、出力導波路が複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力する。それにより、同一の偏光子が複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力し得ることを提供する。例えば、偏光子はＴＥ偏光状態の光信号を出力し得るだけでなく、ＴＭ偏光状態の光信号も出力し得る。 従来技術と比較して、調整可能な偏光が提供される。さらに、本発明による偏光子では、１つのＭＭＩ多モード導波路のみが、入力導波路と出力導波路との間に配置されればよく、構造が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による偏光子の一実施形態の概略構造図である。

【0018】

【図2】本発明による偏光子の別の実施形態の概略構造図である。

【0019】

【図3】本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図である。

【0020】

【図4】図３のＡ−Ａ方向に沿った断面図である。

【0021】

【図5】図３のＢ−Ｂ方向に沿った断面図である。

【0022】

【図6】本発明による偏光子の更に別の実施形態における、複数の光照射野のエミュレーション結果の概略図１である。

【0023】

【図7】本発明による偏光子の更に別の実施形態における、複数の光照射野のエミュレーション結果の概略図２である。

【0024】

【図8】本発明による偏光子の更に別の実施形態における、偏光消光比の概略図である。

【0025】

【図9】本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図である。

【0026】

【図10】図９のＣ−Ｃ方向に沿った断面図である。

【0027】

【図11】図９のＤ−Ｄ方向に沿った断面図である。

【0028】

【図12】本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図である。

【0029】

【図13】図１２のＥ−Ｅ方向に沿った断面図である。

【0030】

【図14】図１２のＦ−Ｆ方向に沿った断面図である。

【0031】

【図15】本発明の一実施形態による偏光変調システムの概略構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の複数の実施形態に従って、偏光子構造を改善することにより、同一の偏光子が複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力し得ることを提供するように偏光子は設計される。図１が参照され得る。図１は、本発明による偏光子の一実施形態の概略構造図である。偏光子の構造が、図１を用いることによって概略的に簡潔に説明される。

【0033】

偏光子は、少なくとも１つの多モード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、略してＭＭＩ）多モード導波路を含む。導波路とは、マイクロ波帯又は光波帯の電磁波を送信し、無線通信分野、レーダ分野、及びナビゲーション分野などの無線分野に用いられる装置を指す。先述のＭＭＩ導波路は、幅の広い導波路デバイスであり、そのデバイス内で、複数の光波モードの伝搬光信号に干渉効果が起こり、それにより、複数の異なる終端位置において複数の光信号を出力する。図１は、まず１つのＭＭＩ多モード導波路のみを含む構造を示す。各ＭＭＩ多モード導波路１１の一方の側は入力導波路１２に接続され、入力導波路１２は、任意の偏光状態の光信号を入力するよう構成される。ＭＭＩ多モード導波路１１の他方の側は出力導波路１３に接続され、出力導波路１３は光信号を出力するよう構成される。

【0034】

この実施形態において、ＭＭＩ多モード導波路１１の出力導波路１３が位置する側の端部には、可調整部１４が設けられる。さらに、可調整部１４は、出力導波路１３と接触し、且つそれと接続されていることが、接続部Ａを参照することで、図１から分かり得る。ＭＭＩ多モード導波路１１、入力導波路１２、出力導波路１３、及び可調整部１４は、標準的な相補型金属酸化物半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、略してＣＭＯＳ）技術を用いることによって、半導体ウェーハ（例えばシリコン・オン・インシュレータ）上に用意され、平坦な導波路の同一層上に互いに密着している。偏光子は、可調整部１４に接続されたコントローラ１５を更に含む。図１に示される矢印を参照すると、コントローラ１５は、金属導線又はチップ上の金属ピンによって、可調整部１４に接続される。コントローラ１５は制御信号を可調整部１４に適用し（本発明のこの実施形態において、コントローラ１５と可調整部１４との間の接続方式は、制御信号が適用され得る限り、限定されない）、可調整部１４の材料特性を変化させるべく制御を実行し得る。これにより、出力導波路１３は複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力する。

【0035】

具体的には、可調整部１４の先述の材料特性は、例えば、可調整部の屈折率又は吸収率であってよく、つまり、屈折率又は吸収率の変化が、出力光信号の偏光状態を変化させ得る。特定の実装において、屈折率又は吸収率のほかに、可調整部の他の特性（磁気伝導率及び光透過率など）も、出力導波路による光信号出力の偏光状態が変化させられ得る限り、変化させられ得る。可調整部の一般的な材料は、シリコンの合金、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、高光非線形化合物などを含む。

【0036】

任意の一例は次の通りである。コントローラが制御信号を適用しないとき、出力導波路１３はＴＥ偏光状態の光信号を出力する。コントローラが可調整部１４に制御信号を適用するとき、可調整部１４の屈折率が変化させられ、これにより、出力導波路１３はＴＭ偏光状態の光信号を出力する。このように、偏光子の偏光調整機能が提供される。

【0037】

本発明のこの実施形態において、偏光子は少なくとも１つのＭＭＩ多モード導波路を含み得て、例えば、偏光子は２つ、３つ、４つ、又はさらに多くのＭＭＩ多モード導波路を含んでもよい。しかしながら、少なくとも２つのＭＭＩ多モード導波路が含まれるとき、従来技術と異なり、複数のＭＭＩ多モード導波路のそれぞれにおける可調整部はコントローラに接続されることが留意されるべきである。

【0038】

図２は、本発明による偏光子の別の実施形態の概略構造図である。図２は、２つのＭＭＩ多モード導波路を含む任意の構造を示す。具体的には、この場合、偏光子は２つのサブ偏光子を含み得る。各サブ偏光子は、１つのＭＭＩ多モード導波路、１つの入力導波路、及び１つの出力導波路を含み、各サブ偏光子の構造は、図１に示される構造と同一である。２つのサブ偏光子は縦続接続される。つまり、図２を参照すると、右側のサブ偏光子の入力導波路は左側のサブ偏光子の出力導波路に接続される。この場合、左側のサブ偏光子からの出力である光信号が、右側のサブ偏光子への入力である光信号として用いられ得る。偏光子は、複数のサブ偏光子が縦続接続されるような構造を有するよう配置され、これにより、偏光子はより良好な偏光消光比効果を有し得る。図２に示されるように、２つのＭＭＩ多モード導波路が中に別々に配置される複数のサブ偏光子は、コントローラを共有し得る。コントローラは第１制御信号を一方のサブ偏光子に適用し、第２制御信号を他方のサブ偏光子に適用し得る。第１制御信号及び第２制御信号は同一である。例えば、コントローラは第１制御信号を一方のサブ偏光子に適用し得て、これによりサブ偏光子はＴＥ偏光状態の光信号を出力する。またコントローラは第１制御信号と同一の第２制御信号を他方のサブ偏光子に適用し、これによりサブ偏光子はＴＥ偏光状態の光信号を出力し、より良好な偏光消光比を有する。複数のサブ偏光子の間の接続方式は周知の接続方式であってよく、それに関しては、この実施形態では詳細に説明されないことが理解されるべきである。

【0039】

本発明の複数の実施形態における偏光子に従って、ＭＭＩ多モード導波路に可調整部を配置することによって、及び可調整部の、屈折率、吸収率、磁気伝導率、又は光透過率などの材料特性を変化させるためのコントローラを用いることによって、出力導波路が複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力する。それにより、同一の偏光子が複数の異なる偏光状態の複数の光信号を出力し得ることを提供する。例えば、偏光子はＴＥ偏光状態の光信号を出力し得るだけでなく、ＴＭ偏光状態の光信号も出力し得る。従来技術と比較して、調整可能な偏光が提供される。さらに、本発明による偏光子では、１つのＭＭＩ多モード導波路のみが、入力導波路と出力導波路との間に配置されればよく、構造が簡単でコストが低い。

【0040】

偏光子の可調整部には、様々な設定材料又は設定方式がある。可調整部の選択可能な構造を以下にいくつか列挙し、これらの構造は、偏光子が１つのＭＭＩ多モード導波路のみを含む例を用いて全て説明される。しかしながら、特定の実装はそれに限定されないことが理解されるべきである。
［実施形態１］

【0041】

図３は本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図であり、図４は図３のＡ−Ａ方向に沿った断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ方向に沿った断面図である。この実施形態の可調整部には電極が設けられ、コントローラは、電極に電界を印加することにより、可調整部の吸収率を変化させ得る。さらに、この実施形態において、可調整部は、半導体ｐ−ｉ−ｎ接合の構造を有するように配置される。コントローラは、ＮＩ ＰＸＩプログラム可能電力モジュール、又はｉＣ−ＮＺＰシリーズのチップなど、プログラム可能電流源であり得る。

【0042】

図３から図５に関して、具体的には、入力導波路、出力導波路、及び多モード導波路（ＭＭＩ多モード導波路）のそれぞれは、３ミクロン厚のシリコン層（つまり、結晶シリコンｃ−Ｓｉ）であり、シリコン層の下に２ミクロン厚のＳｉＯ_２層及び数ミリメートル厚のシリコン基板がある。モード不整合によって引き起こされる挿入損失を減少させるべく、この実施形態において、入力導波路及び出力導波路はそれぞれ、長さ５０ミクロン、高さ３ミクロン、幅１ミクロンの直線導波路と、長さ５０ミクロン、高さ３ミクロン、幅が１〜１．５ミクロンに線形に増えるテーパ導波路とを含む。多モード導波路は、長さ６０２ミクロン、高さ３ミクロン、幅８ミクロンである。

【0043】

この実施形態の可調整部は長方形のＳｉＧｅ合金であり、長さが２５〜３５ミクロンの範囲、幅が５〜７ミクロンの範囲である。オプションで、ＳｉＧｅ合金は、長さ２９ミクロン、幅６．５ミクロンである。もちろん、本明細書の例としてＳｉＧｅ合金が用いられるが、特定の実装において、電界吸収効果を有する別の半導体材料も用いられ得る。さらに、２５〜３５ミクロンの長さ、５〜７ミクロンの幅は、例えば、長さが１９〜３０ミクロン、幅が４．５〜７ミクロンに変化させられ得るが、先述の２９ミクロンの長さ、６．５ミクロンの幅の場合において、偏光子はより良好な消光比効果を実現し得る。この実施形態において、電極はｐ−ｉ−ｎ接合の最上層にある。具体的には、可調整部は、Ａｌ／Ｃｕ電極、ｎ＋Ｓｉ層、ＳｉＧｅ合金、及びｐ＋Ｓｉ層を上から下へ連続的に含み、それによりｐ−ｉ−ｎ接合を形成する。

【0044】

先述の半導体材料ＳｉＧｅ合金の吸収率は、外部電界が変化するにつれて変化し得る。コントローラがＡｌ／Ｃｕ電極に外部電界を印加するとき、吸収係数、つまり入力光に対するＳｉＧｅ合金の吸収率は、外部電界が変化するにつれて変化する。それにより、多モード導波路において複数の異なる偏光状態の複数の光信号の伝播経路を変化させ、出力光信号の偏光状態に対する選択機能を提供する。

【0045】

図６は、本発明による偏光子の更に別の実施形態における、複数の光照射野のエミュレーション結果の概略図１である。図６は、コントローラが外部電界を印加しないときに、ＴＥ偏光状態及びＴＭ偏光状態の１５５０ｎｍの光信号が通過するＭＭＩ型偏光子の、３Ｄ−ＢＰＭ法による複数の光照射野のエミュレーション結果を示す。 出力導波路の出力ポートの前でＴＥモードは反射されるので、ＴＥモードは出力導波路を外れ、カバレッジ層にリークし、またＴＭモードのセルフイメージポイントが出力導波路の出力ポートにちょうど位置するので、ＴＭモードは出力導波路から出力されることが図６から分かり得る。この場合、偏光子はＴＭモード偏光子として用いられ、１２ｄＢの偏光消光比を有する。

【0046】

図７は、本発明による偏光子の更に別の実施形態における、複数の光照射野のエミュレーション結果の概略図２である。図７は、コントローラが外部電界を印加するときに、ＴＥ偏光状態及びＴＭ偏光状態の１５５０ｎｍの光信号が通過するＭＭＩ型偏光子の、３Ｄ−ＢＰＭ法による複数の光照射野のエミュレーション結果を示す。外部電界の下でＳｉＧｅ合金が高い吸収特性を持つために、反射ＴＥモードの光エネルギーの一部が吸収され、残りのエネルギーが出力ポートから出力され、またＴＭモードは伝送中にＳｉＧｅ合金によってほぼ完全に吸収されるので、出力導波路から出力されることはないことが図７から分かり得る。この場合、偏光子はＴＥモード偏光子として用いられ、７ｄＢの偏光消光比を有する。

【0047】

図８は、本発明による偏光子の更に別の実施形態における、偏光消光比の概略図であり、外部電界が通信帯域に印可される状態と、外部電界が通信帯域に印可されない状態との２つの状態における、偏光消光比を示す。ＴＭモードの偏光消光比は約１１ｄＢであり、ＴＥモードの偏光消光比は約７ｄＢであることが、図８から分かり得る。
［実施形態２］

【0048】

図９は本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図であり、図１０は図９のＣ−Ｃ方向に沿った断面図であり、図１１は図９のＤ−Ｄ方向に沿った断面図である。ＭＭＩ多モード導波路の可調整部において、実施形態１の可変吸収率を有する半導体材料が、外部電界の下で屈折率が可変である材料に置換されているという点で、この実施形態の偏光子は、実施形態１の偏光子と異なり、これにより、可調整部は、電極に電界を印加することにより、コントローラによって屈折率が変化させられ得る領域になる。更に、この実施形態における入力導波路及び出力導波路のそれぞれは、直線導波路、曲がり導波路、ストライプ導波路、リッジ導波路、テーパ導波路、スロット導波路、又は同様のものであってよい。図９に示される入力導波路及び出力導波路は、直線導波路の構造である。

【0049】

図９から図１１に関して、具体的には、この実施形態における偏光子の可調整部も、ｐ−ｉ−ｎ接合の構造を有するように設計されてよく、もちろん、ｐ−ｉ−ｎ接合ではなく別の構造を有するように設計されてもよい。入力導波路、出力導波路、及び多モード導波路（ＭＭＩ多モード導波路）は、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）であり、シリコン層の下にはやはりＳｉＯ_２層及び数ミリメートル厚のシリコン基板がある。この実施形態において、電極は最上層にある。電極の下には、外部電界が変化するにつれて屈折率が変化し得るＳｉ又はＩＩＩ−Ｖ族化合物などの半導体材料がある。これらの材料は屈折率可変領域を形成し得て、コントローラはこの領域の屈折率を、変化する外部電界を印加することによって変化させ得る。オプションで、電極より下の屈折率可変領域は、ｎ＋Ｓｉ層、半導体材料（外部電界の下で屈折率が可変の材料）、及びｐ＋Ｓｉ層を含み得る。

【0050】

この実施形態の偏光子に従って、屈折率可変領域の半導体材料の屈折率は、外部電界が変化するにつれて変化し得る。コントローラが電極に外部電界を印加するとき、屈折係数、つまり入力光に対する半導体材料の屈折率は、外部電界が変化するにつれて変化する。それにより、多モード導波路において複数の異なる偏光状態の複数の光信号の伝播経路を変化させ、出力光信号の偏光状態に対する選択機能を提供する。

【0051】

更に、この実施形態のＭＭＩ多モード導波路、入力導波路、及び出力導波路は、半導体、ポリマ、ＳｉＯ_２、又は窒化物などの材料を用いて作成され得る。この実施形態において、半導体材料の長さ及び幅など、可調整部の寸法は、用いられる材料に従って明確に設定され得るが、本発明のこの実施形態において限定されるものではない。
［実施形態３］

【0052】

実施形態１及び実施形態２において、コントローラは、可調整部の吸収率又は屈折率を、電界を印加することによって変化させる。この実施形態では、ＭＭＩ多モード導波路の可調整部は、熱光学材料（ポリマなど）又は磁気光学材料（イットリウム鉄ガーネットなど）を含み得る。この場合、コントローラは、熱光学材料又は磁気光学材料の屈折率、熱光学材料又は磁気光学材料の吸収率、熱光学材料又は磁気光学材料の磁気伝導率、あるいは、熱光学材料又は磁気光学材料の光透過率を、熱光学材料に温度場を印加することによって、又は磁気光学材料に磁場を印加することによって変化させ得る。

【0053】

図１２は本発明による偏光子の更に別の実施形態の概略構造図であり、図１３は図１２のＥ−Ｅ方向に沿った断面図であり、図１４は図１２のＦ−Ｆ方向に沿った断面図である。ＭＭＩ多モード導波路に可調整部において、実施形態２では電界の下で屈折率が可変である半導体材料が、外部温度場の下で屈折率が可変である熱光学材料に置換され、実施形態２の一般的な電極がサーモードに置換されているという点で、この実施形態の偏光子は、実施形態２の偏光子と異なり、これにより、可調整部は、サーモードの温度を制御することにより、コントローラによって屈折率が変化させられ得る領域になる。

【0054】

更に、この実施形態のサーモードも一対の磁極に置換され得て、またこの実施形態の熱光学材料も磁気光学材料に置換され得る。これにより、可調整部は、複数の磁極の磁場を制御することにより、コントローラによって屈折率が変化させられ得る領域になる。
［実施形態４］

【0055】

先述の本発明の複数の実施形態による偏光子に基づいて、この実施形態は偏光変調システムを提供する。図１５は、本発明による偏光変調システムの実施形態の概略構造図である。図１５に示されるように、システムは、連続的に接続される偏光子１５０１、偏光ビームスプリッタ１５０２、微分器１５０３、光電検出器１５０４、エンコーダ１５０５を含み得て、偏光子１５０１は本発明の任意の実施形態による偏光子であり得る。

【0056】

この実施形態の偏光ビームスプリッタ１５０２、微分器１５０３、光電検出器１５０４、及びエンコーダ１５０５に対して、様々な既存のデバイスが参照され得るが、それに関しては、この実施形態では詳細に説明されていない。更に、エンコーダ１５０５、偏光子１５０１、偏光ビームスプリッタ１５０２、微分器１５０３、及び光電検出器１５０４は連続的に接続され、その接続方式は本明細書で限定されるものではない。

【0057】

具体的には、偏光変調システムの信号の流れ方向について、図１５が参照され得る。偏光子の入力ポートから偏光子に４５°の直線偏光が入射するとき、エンコーダ１５０５は予め設定された符号化信号をコントローラに印加し、コントローラは制御信号を印加する。これにより、偏光子の出力ポートは異なる偏光状態の２つのチャネルの相補信号を出力する、つまり、ＴＥモードは１０１０１０…、ＴＭモードは０１０１０１…である（実際には、図１５の偏光子及びコントローラを含む全体が偏光子であり、この実施形態では説明を容易にするやり方で図１５の複数の構成要素が示され、図１５において偏光子を示すブロックは、実際にはＭＭＩ多モード導波路、入力導波路、及び出力導波路を含む）。次に、偏光ビームスプリッタ１５０２を通過した後に複数の信号が２つのチャネルに入力され、２０２０２０…の光強度を持つ差動信号が微分器１５０３で生成され、最後に光電検出器１５０４によって検出される。

【0058】

この実施形態の偏光変調システムに従って、同一チャネルのデータが、異なる偏光状態の２つのチャネルの光信号によって送信され、最後に伝送システム全体の信号対雑音比が、微分器を用いることによって改善される。従って、ＰＭＤの許容範囲内で、３ｄＢの光信号対雑音比（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、略してＯＳＮＲ）が改善され得る。

【0059】

方法の複数の実施形態の複数の段階の全て又は一部が、関連ハードウェアに命令するプログラムによって実装され得ることを、当業者は理解し得る。プログラムはコンピュータ可読記憶媒体に格納され得る。プログラムが動作するとき、方法の複数の実施形態の複数の段階が実行される。先述の記憶媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスク、又は光ディスクなど、プログラムコードを格納し得る任意の媒体を含む。

【0060】

最後に、先述の複数の実施形態は、本発明の複数の技術的解決手段を単に説明することを目的とするにすぎず、本発明を制限することを目的とするのではないことが留意されるべきである。本発明は、先述の複数の実施形態を参照して詳細に説明されるが、当業者であれば、本発明の複数の実施形態の複数の技術的解決手段の範囲から逸脱することなく、先述の複数の実施形態において説明された複数の技術的解決手段をさらに変更可能であり、又は、それらの一部又は全ての技術的特徴に均等な置換をなし得ることを理解すべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】