用于检索相位信息的功能的回路(相干混频器回路)。
[0042]图3是示意性地示出MZI型PBS的整体配置的图。PBS I是被单片集成在相干混频器元件中的马赫曾德偏振分束器。PBS I包括解复用器11、复用器14、臂部15、输入波导16和输出波导17。臂部15包括第一臂波导12和第二臂波导13，臂部15被设置在解复用器11和复用器14之间。臂部15构成马赫曾德干涉仪。解复用器11和复用器14是例如MMI (多模干涉)耦合器。解复用器11是2输入/2输出耦合器，并且复用器14也是2输入/2输出耦合器。例如，解复用器11和复用器14是3dB耦合器。或者，可以将定向耦合器、Y型分支器件等用作解复用器11和复用器14。
[0043]解复用器11耦合到输入波导16并且将输入光解复用成第一输入光和第二输入光。例如，解复用器11以50:50的比率划分信号光，由此产生第一输入光和第二输入光。解复用器11耦合到第一臂波导12和第二臂波导13。通过由解复用器11对输入光进行解复用获得的第一输入光传播通过第一臂波导12。通过由解复用器11对输入光进行解复用获得的第二输入光传播通过第二臂波导13。第一臂波导12和第二臂波导13各自耦合到复用器14。第一臂波导12将第一输入光引导到复用器14，并且第二臂波导13将第二输入光引导到复用器14。
[0044]复用器14对传播通过第一臂波导12的第一输入光和传播通过第二臂波导13的第二输入光进行复用。复用器14耦合到两个输出波导17。复用器14从输出波导17中的一个输出TE(横向电场)偏振光，并且从另一个输出波导17输出TM(横向磁场)偏振光。因此，偏振分束器PBS将输入光分裂成偏振波。PBS I将光分裂成是彼此正交的线性偏振分量的TM偏振光和TE偏振光，并且输出TM偏振光和TE偏振光。
[0045]解复用器11和复用器14由相同类型的硅波导形成。例如，解复用器11和复用器14由脊型硅波导形成。注意，解复用器11和复用器14可以由通道型硅波导形成。使用通道波导51形成解复用器11和复用器14使大小减小。第一臂波导12的至少一部分由脊形波导形成。第二臂波导13的至少一部分由通道波导形成。也就是说，两个臂波导中的一个由脊形波导50形成，并且两个臂波导中的另一个由通道波导51形成。
[0046]当解复用器11和复用器14各自由脊形波导形成时，第二臂波导13设置有从脊形波导到通道波导的过渡区域和从通道波导到脊形波导的过渡区域。整个第一臂波导12由脊形波导50形成。另一方面，当解复用器11和复用器14各自由通道型硅波导51形成时，第二臂波导13设置有从通道波导51到脊形波导50的过渡区域和从脊形波导到通道波导的过渡区域。整个复用器14由通道波导51形成。
[0047]图4示出了 PBS I在臂部15处的横截面图。如图4中所示，第一臂波导12由通道波导51形成，并且第二臂波导13由脊形波导50形成。上包层24设置在脊形波导50的芯层23和通道波导51的芯层23之间。因此，将脊形波导50的芯层23和通道波导51的芯层23形成为使之彼此分开。在脊形波导50中，光被限制在脊23a的附近。在脊形波导50中，光被限制在其中的区域比脊23a稍大。由于这个原因，光不仅传播通过脊23a，也通过脊23a下面的部分并且通过脊23a附近的芯层23。在通道波导51中，光被限制在芯层23中。此外，在脊形波导50中，将芯层23形成为在不能检测到光学功率的范围内在宽度上增加。包括脊形波导50的脊23a的芯层23的厚度与通道波导51的芯层23的厚度基本上相同。
[0048]将对MZI型PBS I的基本操作进行说明。为了显示如图3中所示的MZI型PBS I中的PBS操作，有必要满足以下表达式(I)和(2)。
[0049](2 π / λ ) XiiteiL1-(2 π / λ ) Xnra2L2= 0...(I)
[0050](2 π / λ ) X IitmiL1-(2 π / λ ) XnTM2L2= π...(2)
[0051]在表达式⑴和⑵中，λ表不操作波长I1表不第一臂波导12的臂长度；L2表不第二臂波导13的波导长度；nTE1表不TE偏振光在第一臂波导12中的折射率；nTE2表不TE偏振光在第二臂波导13中的折射率；nTM1表不TM偏振光在第一臂波导12中的折射率；并且nTM2表示TM偏振光在第二臂波导13中的折射率。
[0052]当由解复用器11分裂的两个光束在臂之间关于TE偏振光是同相并且两个光束之间的相位关于TM偏振光彼此移位时，从不同的输出端口输出TE偏振光和TM偏振光。此时，TE偏振光的相位条件可以由TM偏振光的相位条件代替。也就是说，关于TM偏振光，由解复用器11分裂的两个光束可以是同相的，并且关于TE偏振光，由解复用器11分裂的两个光束可以是相反的相位。
[0053]接着，图5示出了本发明人已经研究的Si脊形波导的色散关系。图5示出了假定包括脊23a的芯层23的厚度是1.5 μπι并且脊23a的深度是0.925 μm时的计算结果。在图5中，水平轴表示波导宽度，并且垂直轴表示折射率。另外，在图5中，关于TE偏振光的折射率和关于TM偏振光的折射率之间的差(nTE-nTM)由“dn”表示。折射率差dn表示双折射的大小。可以预期大约10 3的量级的双折射。很明显，获得足以形成PBS I的双折射。
[0054]图6示出了当将PBS I形成为满足表达式(I)的相位条件时获得的透射光谱的实例。在这种情况下，第一臂波导12和第二臂波导13各自由脊形波导50形成，并且将第一臂波导12和第二臂波导13的宽度分别设定为1.5 μπι和3 μπι。在图6中，水平轴表示操作波长并且垂直轴表示TE偏振光的损耗(透射)和TM偏振光的损耗(透射)。随着TE偏振光的损耗和TM偏振光的损耗之间的差增加，偏振消光比增大。在C波段中，可以形成具有30dB或更大的偏振消光比的PBS I。然而，在实际的过程中，高度可能的是，波导宽度将偏离设计值。
[0055]在这点上，图7和图8示出了当每个波导宽度从设计值改变dW时的过剩损耗和偏振消光比。在图7中，水平轴表示波导宽度从设计值的偏离dW，并且垂直轴示出了偏振消光比。在图8中，水平轴表示波导宽度从设计值的偏离dW，并且垂直轴表示损耗。
[0056]最难以在带宽的端部确保足够的容差。因此，图7和图8示出了关于C波段中的两个波长即最长波(1.566 μπι)和最短波(1.527 μπι)的损耗和偏振消光比。此外，由于第一臂波导12和第二臂波导13彼此接近，因此假定第一臂波导12的波导宽度和第二臂波导13的波导宽度以相同的方式改变。换句话说，假定第一臂波导12的波导宽度和第二臂波导13的波导宽度从设计值偏离基本上相同的量。过剩损耗和偏振消光比两者关于波导宽度的变动显示非常急剧的改变。在本文中假定将20dB的偏振消光比(这实际上是需要的)设定为标准，则仅允许大约±5nm的容差，这使得难以将PBS商业化。
[0057]由于每个臂波导的折射率由于波导宽度的变动而改变而导致损耗和偏振消光比的这些变动，因此不能满足表达式(I)和(2)。特别是，在1.5 μπι的波导中，色散关系迅速改变。这使PBS I的特性迅速恶化并且使得难以将PBS I商业化。
[0058]因此，在本示例性实施例中，PBS I的两个臂波导由具有不同结构的波导形成。具体地说，如图4中所示，第一臂波导12由通道波导51形成并且第二臂波导13由脊形波导50形成。此外，TE偏振光或TM偏振光在两个臂波导中的一个中的色散关系与在两个臂波导中的另一个中的色散关系相匹配。通过这样的配置，可以实现耐波导宽度的工艺变化的PBS I。如果TE偏振光在两个臂波导中的一个中的折射率与在两个臂波导中的另一个中的折射率相同，g卩，如果ηΤΕ1 = ηΤΕ2成立，则表达式(I)显示L1=L213换句话说，当第一臂波导12和第二臂波导13关于彼此正交的线性偏振分量中的一个的折射率相同时，第一臂波导12的臂长度(波导长度)与第二臂波导13的