JP2000009950A - 光素子 - Google Patents
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- slab waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成の複雑化を招くことなく入力ポートへの
入射光を拡大あるいは縮小した非等倍の光として出力し
得る光素子を提供する。 【解決手段】 光学基板１１上に形成され、多重光を各
出力端に分岐して出力する第１のスラブ導波路１３、該
第１のスラブ導波路の出力端から出力される各出力光が
位相制御器１５を経て案内され、案内された光をその波
長毎にそれらの位相に応じた偏向角で対応する出力端に
向けてそれぞれ偏向させる第２のスラブ導波路１６とを
含む。第１のスラブ導波路１３への入力光のそれぞれが
前記第２のスラブ導波路１６から非等倍の結像の出力光
として出力される。
入射光を拡大あるいは縮小した非等倍の光として出力し
得る光素子を提供する。 【解決手段】 光学基板１１上に形成され、多重光を各
出力端に分岐して出力する第１のスラブ導波路１３、該
第１のスラブ導波路の出力端から出力される各出力光が
位相制御器１５を経て案内され、案内された光をその波
長毎にそれらの位相に応じた偏向角で対応する出力端に
向けてそれぞれ偏向させる第２のスラブ導波路１６とを
含む。第１のスラブ導波路１３への入力光のそれぞれが
前記第２のスラブ導波路１６から非等倍の結像の出力光
として出力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光合分波器あるい
は光スイッチング素子として使用するのに好適な光素子
に関する。
は光スイッチング素子として使用するのに好適な光素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重信号を用いた光通信システムに
用いられる光素子の１つに、光合分波器がある。この合
分波器に、一対のスラブ導波路間を接続する位相制御器
としてアレイ導波路格子を用いたＡＷＧ（アレイ導波路
回折格子）合分波器がある。このＡＷＧ合分波器では、
一方のスラブ導波路に設けられた複数の入力ポートのそ
れぞれに入力する多重光は、当該スラブ導波路内で回折
により広がり、該スラブ導波路に接続されたアレイ導波
路格子のそれぞれの導波路を同位相で励振する。アレイ
導波路格子の各導波路は、それぞれの長さに所定長毎の
差が与えられている。そのため、アレイ導波路回折格子
から他方のスラブ導波路に案内される光は、それぞれの
位相のずれを加味した同位相条件を満たす特定の方向に
該スラブ導波路内で回折を受ける。その結果、他方のス
ラブ導波路のそれぞれの出力ポートには、従来よく知ら
れているように、波長毎にそれぞれ異なる光出力が結合
されることから、多重光が波長毎に分波されて出力され
る。
用いられる光素子の１つに、光合分波器がある。この合
分波器に、一対のスラブ導波路間を接続する位相制御器
としてアレイ導波路格子を用いたＡＷＧ（アレイ導波路
回折格子）合分波器がある。このＡＷＧ合分波器では、
一方のスラブ導波路に設けられた複数の入力ポートのそ
れぞれに入力する多重光は、当該スラブ導波路内で回折
により広がり、該スラブ導波路に接続されたアレイ導波
路格子のそれぞれの導波路を同位相で励振する。アレイ
導波路格子の各導波路は、それぞれの長さに所定長毎の
差が与えられている。そのため、アレイ導波路回折格子
から他方のスラブ導波路に案内される光は、それぞれの
位相のずれを加味した同位相条件を満たす特定の方向に
該スラブ導波路内で回折を受ける。その結果、他方のス
ラブ導波路のそれぞれの出力ポートには、従来よく知ら
れているように、波長毎にそれぞれ異なる光出力が結合
されることから、多重光が波長毎に分波されて出力され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の前記
した合分波器では、一方のスラブ導波路への入力光と、
他方の導波路からの出力光との結像関係が等倍の関係に
あり、入力光のモード分布の広がりが出力光のそれと一
致する。そのため、出力光を複数の光に分割する程に広
いモード分布を示す出力光が得られないことから、出力
光を複数の光に分割することができなかった。
した合分波器では、一方のスラブ導波路への入力光と、
他方の導波路からの出力光との結像関係が等倍の関係に
あり、入力光のモード分布の広がりが出力光のそれと一
致する。そのため、出力光を複数の光に分割する程に広
いモード分布を示す出力光が得られないことから、出力
光を複数の光に分割することができなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、構成の複雑化
を招くことなく入力ポートへの入射光が拡大あるいは縮
小された非等倍の結像の出力光として出力される光素子
を、次の構成により達成する。
を招くことなく入力ポートへの入射光が拡大あるいは縮
小された非等倍の結像の出力光として出力される光素子
を、次の構成により達成する。
【０００５】〈構成〉本発明は、光学基板と、該光学基
板上に形成され、複数の入力端および複数の出力端を有
し、各入力端毎に入力する各波長の光からなる多重光を
各出力端に分岐して出力する第１のスラブ導波路、該第
１のスラブ導波路の前記出力端から出力される各出力光
が位相調整器を経て案内され、案内された光をその波長
毎にそれらの位相に応じた偏向角で対応する出力端に向
けてそれぞれ偏向させる第２のスラブ導波路とを含み、
第１のスラブ導波路への入力光のそれぞれが第２のスラ
ブ導波路から拡大もしくは縮小された非等倍の結像の出
力光として出力されることを特徴とする。
板上に形成され、複数の入力端および複数の出力端を有
し、各入力端毎に入力する各波長の光からなる多重光を
各出力端に分岐して出力する第１のスラブ導波路、該第
１のスラブ導波路の前記出力端から出力される各出力光
が位相調整器を経て案内され、案内された光をその波長
毎にそれらの位相に応じた偏向角で対応する出力端に向
けてそれぞれ偏向させる第２のスラブ導波路とを含み、
第１のスラブ導波路への入力光のそれぞれが第２のスラ
ブ導波路から拡大もしくは縮小された非等倍の結像の出
力光として出力されることを特徴とする。
【０００６】〈作用〉本発明に係る前記光素子では、複
数の入力端および複数の出力端を有する第１のスラブ導
波路に入力する入力光は、第２のスラブ導波路から拡大
もしくは縮小された非等倍の結像の出力光として出力さ
れる。
数の入力端および複数の出力端を有する第１のスラブ導
波路に入力する入力光は、第２のスラブ導波路から拡大
もしくは縮小された非等倍の結像の出力光として出力さ
れる。
【０００７】拡大された出力光は、入力光のモード分布
の広がりよりも広いモード分布を示すことから、複数の
出力導波路等により、それぞれ分離的に導き出すことが
でき、比較的容易に入力光を多数の出力光に分割するこ
とができる。これとは逆に、縮小された出力光は、複数
の入力光を単一の出力光に束ねることを可能とする。
の広がりよりも広いモード分布を示すことから、複数の
出力導波路等により、それぞれ分離的に導き出すことが
でき、比較的容易に入力光を多数の出力光に分割するこ
とができる。これとは逆に、縮小された出力光は、複数
の入力光を単一の出力光に束ねることを可能とする。
【０００８】従って、本発明によれば、前記したよう
に、従来の光素子のような制約を受けることなく、必要
に応じて、適宜、適正な出力光を得ることができる。
に、従来の光素子のような制約を受けることなく、必要
に応じて、適宜、適正な出力光を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る光素子として、波長
合分波素子の例を示す。本発明に係る波長合分波素子１
０は、例えば石英、化合物半導体、有機材料あるいは強
誘電体結晶材料から成る光学基板１１を含む。
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る光素子として、波長
合分波素子の例を示す。本発明に係る波長合分波素子１
０は、例えば石英、化合物半導体、有機材料あるいは強
誘電体結晶材料から成る光学基板１１を含む。
【００１０】光学基板１１上には、該基板の屈折率より
も大きな屈折率を示す部分でそれぞれが構成される複数
の入力導波路１２と、該入力導波路に接続された第１の
スラブ導波路１３と、該第１のスラブ導波路に接続され
る導波路アレイ１４有する位相制御器１５と、該制御器
の導波路アレイ１４に接続された第２のスラブ導波路１
６と、該スラブ導波路に接続された複数の出力導波路１
７とがそれぞれ形成されている。
も大きな屈折率を示す部分でそれぞれが構成される複数
の入力導波路１２と、該入力導波路に接続された第１の
スラブ導波路１３と、該第１のスラブ導波路に接続され
る導波路アレイ１４有する位相制御器１５と、該制御器
の導波路アレイ１４に接続された第２のスラブ導波路１
６と、該スラブ導波路に接続された複数の出力導波路１
７とがそれぞれ形成されている。
【００１１】両スラブ導波路１３および１６間に設けら
れる位相制御器１５は、導波路アレイ１４を構成するア
レイ導波路自体からなるアレイ導波路回折格子１５を用
いることができ、これにより従来よく知られたタイプの
アレイ導波路回折格子分波素子１０が構成される。この
アレイ導波路回折格子分波素子１０では、アレイ導波路
回折格子１５の各導波路は、それぞれの光路長を相互に
異にする。
れる位相制御器１５は、導波路アレイ１４を構成するア
レイ導波路自体からなるアレイ導波路回折格子１５を用
いることができ、これにより従来よく知られたタイプの
アレイ導波路回折格子分波素子１０が構成される。この
アレイ導波路回折格子分波素子１０では、アレイ導波路
回折格子１５の各導波路は、それぞれの光路長を相互に
異にする。
【００１２】第１のスラブ導波路である一方のスラブ導
波路１３は、その焦点距離Ｒの半径で描かれた円弧で規
定される入射境界面１３ａを有し、また焦点距離Ｒの半
径で描かれた円弧で規定される出射境界面１３ｂを有す
る。それぞれが入力ポートを規定する入力導波路１２
は、入射境界面１３ａに直角にかつ相互に所定の間隔を
おいて該入射境界面から遠ざかる方向へ伸長する。ま
た、アレイ導波路回折格子１５の各導波路（１４）の各
一端は、出射境界面１３ｂに直角にかつ相互に所定の間
隔をおいて接続されている。
波路１３は、その焦点距離Ｒの半径で描かれた円弧で規
定される入射境界面１３ａを有し、また焦点距離Ｒの半
径で描かれた円弧で規定される出射境界面１３ｂを有す
る。それぞれが入力ポートを規定する入力導波路１２
は、入射境界面１３ａに直角にかつ相互に所定の間隔を
おいて該入射境界面から遠ざかる方向へ伸長する。ま
た、アレイ導波路回折格子１５の各導波路（１４）の各
一端は、出射境界面１３ｂに直角にかつ相互に所定の間
隔をおいて接続されている。
【００１３】第２のスラブ導波路である他方のスラブ導
波路１６は、第１のスラブ導波路１３の焦点距離Ｒと異
なる寸法を有する焦点距離Ｒ′の半径で描かれた円弧で
規定される入射境界面１６ａを有し、この焦点距離Ｒ′
の半径で描かれた円弧で規定される出射境界面１６ｂを
有する。アレイ導波路回折格子１５の各導波路（１４）
の各他端は、入射境界面１６ａに直角にかつ相互に間隔
をおいて接続されている。また、それぞれが出力ポート
を規定する入力導波路１２は、出射境界面１６ｂに直角
にかつ相互に所定の間隔をおいて該出射境界面から遠ざ
かる方向へ伸長する。
波路１６は、第１のスラブ導波路１３の焦点距離Ｒと異
なる寸法を有する焦点距離Ｒ′の半径で描かれた円弧で
規定される入射境界面１６ａを有し、この焦点距離Ｒ′
の半径で描かれた円弧で規定される出射境界面１６ｂを
有する。アレイ導波路回折格子１５の各導波路（１４）
の各他端は、入射境界面１６ａに直角にかつ相互に間隔
をおいて接続されている。また、それぞれが出力ポート
を規定する入力導波路１２は、出射境界面１６ｂに直角
にかつ相互に所定の間隔をおいて該出射境界面から遠ざ
かる方向へ伸長する。
【００１４】波長合分波素子１０の基本的な動作の説明
は、次の通りである。各入力導波路１２からなる複数の
入力ポートのそれぞれを経て第１のスラブ導波路１３に
入力する多重光は、当該スラブ導波路内で回折により広
がり、該スラブ導波路に接続されたアレイ導波路回折格
子１５のそれぞれの導波路１４を同位相で励振する。ア
レイ導波路回折格子１５の各導波路１４は、それぞれに
所定長毎の光路差長が与えられている。そのため、アレ
イ導波路回折格子１５から他方のスラブ導波路１６に案
内されるそれぞれの光は、それぞれの位相のずれを加味
した同位相条件を満たす特定の方向に該スラブ導波路内
で回折を受ける。その結果、他方のスラブ導波路のそれ
ぞれの出力ポートには、従来よく知られているように、
波長毎にそれぞれ異なる光出力が結合されることから、
多重光が波長毎に分波されてそれぞれの出力導波路１７
から出力される。
は、次の通りである。各入力導波路１２からなる複数の
入力ポートのそれぞれを経て第１のスラブ導波路１３に
入力する多重光は、当該スラブ導波路内で回折により広
がり、該スラブ導波路に接続されたアレイ導波路回折格
子１５のそれぞれの導波路１４を同位相で励振する。ア
レイ導波路回折格子１５の各導波路１４は、それぞれに
所定長毎の光路差長が与えられている。そのため、アレ
イ導波路回折格子１５から他方のスラブ導波路１６に案
内されるそれぞれの光は、それぞれの位相のずれを加味
した同位相条件を満たす特定の方向に該スラブ導波路内
で回折を受ける。その結果、他方のスラブ導波路のそれ
ぞれの出力ポートには、従来よく知られているように、
波長毎にそれぞれ異なる光出力が結合されることから、
多重光が波長毎に分波されてそれぞれの出力導波路１７
から出力される。
【００１５】続いて、各スラブ導波路１３および１６に
おけるそれぞれの光学特性を示す図２および図３に沿っ
て、各スラブ導波路１３および１６の光学特性について
説明する。図２に示されているように、第１のスラブ導
波路１３の入射境界面１３ａに沿ったある入力導波路１
２からの入射光１２ａについて考察する。第１のスラブ
導波路１３の中心線１３ｃと入射境界面１３ａとの交点
１３ｃ１からある入射光１２ａの入射点までの、入射境
界面１３ａに沿った長さ寸法をＸとする。
おけるそれぞれの光学特性を示す図２および図３に沿っ
て、各スラブ導波路１３および１６の光学特性について
説明する。図２に示されているように、第１のスラブ導
波路１３の入射境界面１３ａに沿ったある入力導波路１
２からの入射光１２ａについて考察する。第１のスラブ
導波路１３の中心線１３ｃと入射境界面１３ａとの交点
１３ｃ１からある入射光１２ａの入射点までの、入射境
界面１３ａに沿った長さ寸法をＸとする。
【００１６】隣接する入力導波路１２間には、中心線１
３ｃに関して、αラジアンの角度が設定されており、こ
れにより、ｐ番目の入力導波路１２の入射光１２ａにつ
いての角度は、ｐαで表すことができる。また、第１の
スラブ導波路１３の出射光については、隣接する導波路
アレイ１４の各導波路間には、中心線１３ｃに関して、
βラジアンの角度が設定されており、これにより、ｓ番
目のアレイ導波路（１４）の出力光１４ａについての角
度は、ｓβで表すことができる。
３ｃに関して、αラジアンの角度が設定されており、こ
れにより、ｐ番目の入力導波路１２の入射光１２ａにつ
いての角度は、ｐαで表すことができる。また、第１の
スラブ導波路１３の出射光については、隣接する導波路
アレイ１４の各導波路間には、中心線１３ｃに関して、
βラジアンの角度が設定されており、これにより、ｓ番
目のアレイ導波路（１４）の出力光１４ａについての角
度は、ｓβで表すことができる。
【００１７】さらに、入射境界面１３ａおよび出射境界
面１３ｂを規定する円弧の半径Ｒのそれぞれの中心は、
中心線１３ｃと出射境界面１３ｂとの交点１３ｃ２およ
び交点１３ｃ１である。
面１３ｂを規定する円弧の半径Ｒのそれぞれの中心は、
中心線１３ｃと出射境界面１３ｂとの交点１３ｃ２およ
び交点１３ｃ１である。
【００１８】同様に、第２のスラブ導波路１６の中心線
１６ｃと出射境界面１６ｂとの交点１６ｃ１からある出
射光１７ａの出射点までの、出射境界面１６ｂに沿った
長さ寸法をＸ′とする。また、隣接する出力導波路１７
間には、中心線１６ｃに関して、α′ラジアンの角度が
設定されており、これにより、ｑ番目の出力導波路１７
の出射光１７ａについての角度は、ｑα′で表すことが
できる。また、第２のスラブ導波路１６の入射光につい
ては、隣接する導波路アレイ１４の各導波路間には、中
心線１６ｃに関して、β′ラジアンの角度が設定されて
おり、これにより、ｓ番目のアレイ導波路（１４）の出
力光１４ａについての角度は、ｓβ′で表すことができ
る。
１６ｃと出射境界面１６ｂとの交点１６ｃ１からある出
射光１７ａの出射点までの、出射境界面１６ｂに沿った
長さ寸法をＸ′とする。また、隣接する出力導波路１７
間には、中心線１６ｃに関して、α′ラジアンの角度が
設定されており、これにより、ｑ番目の出力導波路１７
の出射光１７ａについての角度は、ｑα′で表すことが
できる。また、第２のスラブ導波路１６の入射光につい
ては、隣接する導波路アレイ１４の各導波路間には、中
心線１６ｃに関して、β′ラジアンの角度が設定されて
おり、これにより、ｓ番目のアレイ導波路（１４）の出
力光１４ａについての角度は、ｓβ′で表すことができ
る。
【００１９】さらに、入射境界面１６ａおよび出射境界
面１６ｂを規定する円弧の半径Ｒ′のそれぞれの中心
は、交点１６ｃ１、および中心線１６ｃと入射境界面１
６ａとの交点１６ｃ２である。
面１６ｂを規定する円弧の半径Ｒ′のそれぞれの中心
は、交点１６ｃ１、および中心線１６ｃと入射境界面１
６ａとの交点１６ｃ２である。
【００２０】今、入力導波路１２から第１のスラブ導波
路１３、位相制御器１５および第２のスラブ導波路１６
を経て出力導波路１７に至る光について、図２および図
３でそれぞれ距離ＸおよびＸ′に関連して説明したｓ番
目の入力導波路１２ａおよび出力導波路１７ａを通過し
た光の位相をφsで示すと、φsは、次式 φs＝φ15s+ｋ(Ｒｐαβ−Ｒ′ｑα′β′)ｓ……（１） で表される。
路１３、位相制御器１５および第２のスラブ導波路１６
を経て出力導波路１７に至る光について、図２および図
３でそれぞれ距離ＸおよびＸ′に関連して説明したｓ番
目の入力導波路１２ａおよび出力導波路１７ａを通過し
た光の位相をφsで示すと、φsは、次式 φs＝φ15s+ｋ(Ｒｐαβ−Ｒ′ｑα′β′)ｓ……（１） で表される。
【００２１】ここで、φ15sは、位相制御器１５で与え
られる位相であり、ｋは、次式 ｋ＝２πｎ／λ ……（２） で与えられる。ｎは両スラブ導波路１３および１６の屈
折率を示し、λは光の波長を示す。
られる位相であり、ｋは、次式 ｋ＝２πｎ／λ ……（２） で与えられる。ｎは両スラブ導波路１３および１６の屈
折率を示し、λは光の波長を示す。
【００２２】ｓ番目の入力導波路１２とこれに隣り合う
（ｓ＋１）番目の入力導波路１２との両導波路間での位
相差をΔφsで表すと、次式 Δφs＝Δφ15s+ｋ(Ｒｐαβ−Ｒ′ｑα′β′)＝２ｍπ……（３） の関係が成り立つとき、第２のスラブ導波路１６の出射
境界面１６ｂ上の光は干渉により強められ、焦点を結
ぶ。ここで、Δφ15sは位相制御器１５での隣り合う導
波路間での位相差を表し、ｍは整数を表す。
（ｓ＋１）番目の入力導波路１２との両導波路間での位
相差をΔφsで表すと、次式 Δφs＝Δφ15s+ｋ(Ｒｐαβ−Ｒ′ｑα′β′)＝２ｍπ……（３） の関係が成り立つとき、第２のスラブ導波路１６の出射
境界面１６ｂ上の光は干渉により強められ、焦点を結
ぶ。ここで、Δφ15sは位相制御器１５での隣り合う導
波路間での位相差を表し、ｍは整数を表す。
【００２３】以下、簡素化のために、 Δφ15s＝２ｍπ ……（４） の条件下で考察すると、式（３）から （ｑα′／ｐα）＝（Ｒβ／Ｒ′β′） ……（５） が導かれる。
【００２４】また、図２および図３を参照して、角ｐ
α、ｓβ、ｑα′およびｓβ′についてのそれぞれの三
角関数の近似式から ｐα＝Ｘ／Ｒ ……（６） ｑα′＝Ｘ′／Ｒ′ ……（７） β＝ｄ／Ｒ ……（８） β′＝ｄ′／Ｒ′ ……（９） が得られる。ここで、ｄおよびｄ′は、それぞれ第１の
スラブ導波路１３の出射境界面１３ｂにおける隣り合う
出射点間距離および第２のスラブ導波路１６の入射境界
面１６ａにおける隣り合う入射点間距離を表す。
α、ｓβ、ｑα′およびｓβ′についてのそれぞれの三
角関数の近似式から ｐα＝Ｘ／Ｒ ……（６） ｑα′＝Ｘ′／Ｒ′ ……（７） β＝ｄ／Ｒ ……（８） β′＝ｄ′／Ｒ′ ……（９） が得られる。ここで、ｄおよびｄ′は、それぞれ第１の
スラブ導波路１３の出射境界面１３ｂにおける隣り合う
出射点間距離および第２のスラブ導波路１６の入射境界
面１６ａにおける隣り合う入射点間距離を表す。
【００２５】式（５）〜式（９）の関係から、次式 （Ｘ′／Ｘ）＝（Ｒ′ｄ／Ｒｄ′） ……（１０） が得られる。式（１０）は、第１のスラブ導波路１３の
入射境界面１３ａ上でＸの大きさを有する像が第２のス
ラブ導波路１６の出射境界面１６ｂ上で、（Ｒ′ｄ／Ｒ
ｄ′）倍の大きさに結像されることを示す。
入射境界面１３ａ上でＸの大きさを有する像が第２のス
ラブ導波路１６の出射境界面１６ｂ上で、（Ｒ′ｄ／Ｒ
ｄ′）倍の大きさに結像されることを示す。
【００２６】従って、Ｒ′ｄ／Ｒｄ′の値を１より大き
く設定することにより、拡大像を得ることができ、逆
に、Ｒ′ｄ／Ｒｄ′の値を１より小さく設定することに
より、縮小像を得ることができる。また、ｄ＝ｄ′とす
ることにより、像の拡大率あるいは縮小率は（Ｒ′／
Ｒ）の値となる。
く設定することにより、拡大像を得ることができ、逆
に、Ｒ′ｄ／Ｒｄ′の値を１より小さく設定することに
より、縮小像を得ることができる。また、ｄ＝ｄ′とす
ることにより、像の拡大率あるいは縮小率は（Ｒ′／
Ｒ）の値となる。
【００２７】第２のスラブ導波路１６の出射境界面１６
ｂに拡大像を得ることにより、この出力光を複数の出力
導波路１７に分割して出力させることができる。他方、
縮小像を得ることにより、複数の光を一つの出力導波路
１７に絞り込むことができる。従って、それぞれの用途
に応じて、両スラブ導波路の焦点距離を適宜選択するこ
とにより、比較的単純な構成によって、必要に応じた適
正な出力光を得ることができる。
ｂに拡大像を得ることにより、この出力光を複数の出力
導波路１７に分割して出力させることができる。他方、
縮小像を得ることにより、複数の光を一つの出力導波路
１７に絞り込むことができる。従って、それぞれの用途
に応じて、両スラブ導波路の焦点距離を適宜選択するこ
とにより、比較的単純な構成によって、必要に応じた適
正な出力光を得ることができる。
【００２８】前記した出力側スラブ導波路の出射境界面
における像の拡大、縮小関係を満たす第１のスラブ導波
路１３および第２のスラブ導波路１６の組み合わせは、
焦点距離Ｒを有する光学レンズと、焦点距離Ｒ′を有す
る光学レンズとを、両レンズ間の光が平行光となるよう
に直列的に配置し、さらにそれぞれの焦点に像とスクリ
ーンとを配置した光学系と等価である。従って、前記し
た第１のスラブ導波路１３および第２のスラブ導波路１
６を図１〜図３に示した凸状の境界面１３ａ、１３ｂ、
１６ａおよび１６ｂを有する例に代えて、図４に示すよ
うに、それぞれの境界面１３ａまたは１６ａおよび１３
ｂまたは１６ｂがそれぞれ凹状を呈するスラブ導波路１
３および１６を適用することができる。
における像の拡大、縮小関係を満たす第１のスラブ導波
路１３および第２のスラブ導波路１６の組み合わせは、
焦点距離Ｒを有する光学レンズと、焦点距離Ｒ′を有す
る光学レンズとを、両レンズ間の光が平行光となるよう
に直列的に配置し、さらにそれぞれの焦点に像とスクリ
ーンとを配置した光学系と等価である。従って、前記し
た第１のスラブ導波路１３および第２のスラブ導波路１
６を図１〜図３に示した凸状の境界面１３ａ、１３ｂ、
１６ａおよび１６ｂを有する例に代えて、図４に示すよ
うに、それぞれの境界面１３ａまたは１６ａおよび１３
ｂまたは１６ｂがそれぞれ凹状を呈するスラブ導波路１
３および１６を適用することができる。
【００２９】〈具体例２〉前記したところでは、拡大も
しくは縮小像を得るために、焦点距離を相互に異にする
スラブ導波路を用いた例について説明したが、設計上、
焦点距離が相等しく設定されたスラブ導波路を用いて
も、出力側導波路すなわ第２のスラブ導波路の出射面に
拡大もしくは縮小像を得ることができる。
しくは縮小像を得るために、焦点距離を相互に異にする
スラブ導波路を用いた例について説明したが、設計上、
焦点距離が相等しく設定されたスラブ導波路を用いて
も、出力側導波路すなわ第２のスラブ導波路の出射面に
拡大もしくは縮小像を得ることができる。
【００３０】図５に示す波長合分波素子１０では、光学
基板１１上に形成され前記したと同様なアレイ導波路回
折格子１５を経て相互に結合される第１のスラブ導波路
１３′および第２のスラブ導波路１６′は、相互に等し
い焦点距離Ｒを有する。
基板１１上に形成され前記したと同様なアレイ導波路回
折格子１５を経て相互に結合される第１のスラブ導波路
１３′および第２のスラブ導波路１６′は、相互に等し
い焦点距離Ｒを有する。
【００３１】第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１
３ａ′は、平坦面に形成され、この平坦面１３ａ′に多
数の発光素子が整列してなるＬＥＤアレイ１８が配置さ
れている。第１のスラブ導波路１３′の出射境界面１３
ｂ′は、半径Ｒの円弧で規定されるが、この半径Ｒは、
第１のスラブ導波路１３′の長さ寸法Ｚよりも大きい。
そのために、半径Ｒの中心１３ｃ′は出射境界面１３
ｂ′よりも入射側すなわち前方に位置する。また、第１
のスラブ導波路１３′の出射境界面１３ｂ′における隣
り合う導波路アレイ１４の各導波路間には、βラジアン
の角度が設定されている。
３ａ′は、平坦面に形成され、この平坦面１３ａ′に多
数の発光素子が整列してなるＬＥＤアレイ１８が配置さ
れている。第１のスラブ導波路１３′の出射境界面１３
ｂ′は、半径Ｒの円弧で規定されるが、この半径Ｒは、
第１のスラブ導波路１３′の長さ寸法Ｚよりも大きい。
そのために、半径Ｒの中心１３ｃ′は出射境界面１３
ｂ′よりも入射側すなわち前方に位置する。また、第１
のスラブ導波路１３′の出射境界面１３ｂ′における隣
り合う導波路アレイ１４の各導波路間には、βラジアン
の角度が設定されている。
【００３２】第２のスラブ導波路１６′の出射境界面１
６ｂ′は、平坦面に形成され、この平坦面１６ｂ′に
は、多数のＣＣＤ（電荷結合装置）が整列してなるＣＣ
Ｄアレイ１９が、受光手段として、配置されている。
６ｂ′は、平坦面に形成され、この平坦面１６ｂ′に
は、多数のＣＣＤ（電荷結合装置）が整列してなるＣＣ
Ｄアレイ１９が、受光手段として、配置されている。
【００３３】第２のスラブ導波路１６′の入射境界面１
６ａ′は、第１のスラブ導波路１３′の出射境界面１３
ｂ′を規定する半径Ｒと等しい半径Ｒの円弧で規定され
ている。しかしながら、第２のスラブ導波路１６′の長
さ寸法Ｚ′は、第１のスラブ導波路１３′の長さ寸法Ｚ
よりも大きい。そのため、図５に示す例では、第２のス
ラブ導波路１６′の入射境界面１６ａ′を規定する半径
Ｒの中心１６ｃ′は、出射境界面１６ｂ′から第２のス
ラブ導波路１６内に大きく内方に変位した位置にある。
また、第２のスラブ導波路１６′の入射境界面１６ａ′
における隣り合う導波路アレイ１４の各導波路間には、
第１のスラブ導波路１３′におけると同様なβラジアン
の角度が設定されている。
６ａ′は、第１のスラブ導波路１３′の出射境界面１３
ｂ′を規定する半径Ｒと等しい半径Ｒの円弧で規定され
ている。しかしながら、第２のスラブ導波路１６′の長
さ寸法Ｚ′は、第１のスラブ導波路１３′の長さ寸法Ｚ
よりも大きい。そのため、図５に示す例では、第２のス
ラブ導波路１６′の入射境界面１６ａ′を規定する半径
Ｒの中心１６ｃ′は、出射境界面１６ｂ′から第２のス
ラブ導波路１６内に大きく内方に変位した位置にある。
また、第２のスラブ導波路１６′の入射境界面１６ａ′
における隣り合う導波路アレイ１４の各導波路間には、
第１のスラブ導波路１３′におけると同様なβラジアン
の角度が設定されている。
【００３４】第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１
３ａ′で、ｓ番目のアレイ導波路（１４）に入射する角
度をｓβで表すと、図５に示されているように、第１の
スラブ導波路１３′の中心線からＸの距離を隔てた位置
にある入射光点から導波路アレイ１４に至るまでの第１
のスラブ導波路１３′内における光路長Ｌと、出射境界
面１３ｂ′を規定する半径Ｒの中心がＬＥＤアレイ１８
上にあると仮定したときに前記したと同様な第１のスラ
ブ導波路１３′の前記中心線からＸの距離を隔てた入射
光点から導波路アレイ１４に至るまでの第１のスラブ導
波路１３′内における光路長Ｌ0との間には、それぞれ
下式
３ａ′で、ｓ番目のアレイ導波路（１４）に入射する角
度をｓβで表すと、図５に示されているように、第１の
スラブ導波路１３′の中心線からＸの距離を隔てた位置
にある入射光点から導波路アレイ１４に至るまでの第１
のスラブ導波路１３′内における光路長Ｌと、出射境界
面１３ｂ′を規定する半径Ｒの中心がＬＥＤアレイ１８
上にあると仮定したときに前記したと同様な第１のスラ
ブ導波路１３′の前記中心線からＸの距離を隔てた入射
光点から導波路アレイ１４に至るまでの第１のスラブ導
波路１３′内における光路長Ｌ0との間には、それぞれ
下式
【００３５】 Ｌ0 2＝（Ｙ−Ｘ）2+Ｒ2cos2θ ……（１１） Ｌ2＝（Ｙ−Ｘ）2+[Ｒcosθ−（Ｒ−Ｚ）]2 ……（１２） の関係が成り立つ。ここで、Ｙは第１のスラブ導波路１
３′の前記中心線から出射光点までの出射境界面上に沿
った長さ寸法であり、θはsin-1（Ｙ／Ｒ）である。
３′の前記中心線から出射光点までの出射境界面上に沿
った長さ寸法であり、θはsin-1（Ｙ／Ｒ）である。
【００３６】前記光路長Ｌ0と、前記光路長Ｌとの差を
ΔＬとし、 Ｌ0−ΔＬ＝Ｌ ……（１３） で表すと、次式 Ｌ0 2−Ｌ2＝２ΔＬＬ0−ΔＬ2＝２（Ｒ−Ｚ）Ｒcosθ−（Ｒ−Ｚ）2 ……（１４） が得られる。
ΔＬとし、 Ｌ0−ΔＬ＝Ｌ ……（１３） で表すと、次式 Ｌ0 2−Ｌ2＝２ΔＬＬ0−ΔＬ2＝２（Ｒ−Ｚ）Ｒcosθ−（Ｒ−Ｚ）2 ……（１４） が得られる。
【００３７】そこで、式（１４）の関係から、前記光路
長Ｌ0と、前記光路長Ｌとの差ΔＬを求めると、 ΔＬ＝Ｌ0−[Ｌ0 2-(Ｒ−Ｚ)2＋２(Ｒ−Ｚ)Ｒcosθ]1/2 ……（１５） が得られる。
長Ｌ0と、前記光路長Ｌとの差ΔＬを求めると、 ΔＬ＝Ｌ0−[Ｌ0 2-(Ｒ−Ｚ)2＋２(Ｒ−Ｚ)Ｒcosθ]1/2 ……（１５） が得られる。
【００３８】Ｙ−Ｘ≒０の条件下では、次式 ΔＬ＝Ｒcosθ−[Ｒcosθ-(Ｒ−Ｚ)]＝Ｒ−Ｚ ……（１６） が得られる。
【００３９】第２のスラブ導波路１６′に関しても、前
記したと同様に、第２のスラブ導波路１６′の中心線か
らＸ′の距離を隔てた位置にある出射光点から導波路ア
レイ１４に至るまでの第２のスラブ導波路１６′内にお
ける光路長Ｌ′と、入射境界面１６ａ′を規定する半径
Ｒの中心がＬＥＤアレイ１８上にあると仮定したときの
第２のスラブ導波路１６′の中心線からＸ′の距離を隔
てた位置にある出射光点から導波路アレイ１４に至るま
での第２のスラブ導波路１６′内における光路長Ｌ0′
との差をΔＬ′で表すと、ΔＬ′は、式（１６）の関係
と同様な次式、 ΔＬ′＝Ｒ−Ｚ′ ……（１７） で示される。
記したと同様に、第２のスラブ導波路１６′の中心線か
らＸ′の距離を隔てた位置にある出射光点から導波路ア
レイ１４に至るまでの第２のスラブ導波路１６′内にお
ける光路長Ｌ′と、入射境界面１６ａ′を規定する半径
Ｒの中心がＬＥＤアレイ１８上にあると仮定したときの
第２のスラブ導波路１６′の中心線からＸ′の距離を隔
てた位置にある出射光点から導波路アレイ１４に至るま
での第２のスラブ導波路１６′内における光路長Ｌ0′
との差をΔＬ′で表すと、ΔＬ′は、式（１６）の関係
と同様な次式、 ΔＬ′＝Ｒ−Ｚ′ ……（１７） で示される。
【００４０】第１のスラブ導波路１３′および第２のス
ラブ導波路１６′のそれぞれの半径Ｒ中心に焦点が一致
するように設定されていると、第１のスラブ導波路１
３′の入射境界面１３ａ′を半径Ｒの中心位置からずら
すと、第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１３ａ′
から第２のスラブ導波路１６′の出射境界面１６ｂ′に
至る光路長の変化が無い限り、すなわち、次式 ΔＬ＋ΔＬ′＝０ ……（１８） を満足する位置で、出射境界面１６ｂ′上に焦点を結
ぶ。
ラブ導波路１６′のそれぞれの半径Ｒ中心に焦点が一致
するように設定されていると、第１のスラブ導波路１
３′の入射境界面１３ａ′を半径Ｒの中心位置からずら
すと、第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１３ａ′
から第２のスラブ導波路１６′の出射境界面１６ｂ′に
至る光路長の変化が無い限り、すなわち、次式 ΔＬ＋ΔＬ′＝０ ……（１８） を満足する位置で、出射境界面１６ｂ′上に焦点を結
ぶ。
【００４１】式（１６）、式（１７）および式（１８）
の関係から、次式 Ｚ′＝Ｒ＋（Ｒ−Ｚ） ……（１９） が得られる。式（１９）は、第２のスラブ導波路１６′
における焦点が（Ｒ−Ｚ）分、入射境界面１６ａ′から
離れる方向へ移動し、第２のスラブ導波路１６′の出射
境界面１６ｂ′上に移動することを意味する。その結
果、第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１３ａ′上
のＬＥＤアレイ１８の像は、第２のスラブ導波路１６′
の出射境界面１６ｂ′上のＣＣＤアレイ１９からなるス
クリーンに拡大して投影される。
の関係から、次式 Ｚ′＝Ｒ＋（Ｒ−Ｚ） ……（１９） が得られる。式（１９）は、第２のスラブ導波路１６′
における焦点が（Ｒ−Ｚ）分、入射境界面１６ａ′から
離れる方向へ移動し、第２のスラブ導波路１６′の出射
境界面１６ｂ′上に移動することを意味する。その結
果、第１のスラブ導波路１３′の入射境界面１３ａ′上
のＬＥＤアレイ１８の像は、第２のスラブ導波路１６′
の出射境界面１６ｂ′上のＣＣＤアレイ１９からなるス
クリーンに拡大して投影される。
【００４２】前記したような像の縮小、拡大は、アレイ
導波路回折格子１５の各導波路の長さ寸法の変更、各導
波路における導波路長の差の変更によっても得ることが
できる。また、前記したところでは、位相制御器１５と
して、アレイ導波路回折格子の例について説明したが、
アレイ導波路回折格子に代えて、例えば導波路の屈折率
を電気的あるいは熱的に変化させて該導波路を経る光の
位相を変換する位相調整器等を用いることができる。本
発明に係る光素子は、前記したような位相調整器を位相
制御器として用いることにより、光スイッチング素子と
して利用することができ、また種々の位相制御器を組み
込むことにより、本発明を種々の光制御装置に適用する
ことができる。
導波路回折格子１５の各導波路の長さ寸法の変更、各導
波路における導波路長の差の変更によっても得ることが
できる。また、前記したところでは、位相制御器１５と
して、アレイ導波路回折格子の例について説明したが、
アレイ導波路回折格子に代えて、例えば導波路の屈折率
を電気的あるいは熱的に変化させて該導波路を経る光の
位相を変換する位相調整器等を用いることができる。本
発明に係る光素子は、前記したような位相調整器を位相
制御器として用いることにより、光スイッチング素子と
して利用することができ、また種々の位相制御器を組み
込むことにより、本発明を種々の光制御装置に適用する
ことができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、複数
の入力端および複数の出力端を有する第１のスラブ導波
路に入力する入力光は、必要に応じて、第２のスラブ導
波路から拡大もしくは縮小された非等倍の結像の出力光
として出力されることから、それぞれ複数の出力光に分
割し、あるいは複数の入力光を単一の出力光に束ねるこ
とができ、これにより、構成の複雑化を招くことなく、
適正な出力光を得ることができる。
の入力端および複数の出力端を有する第１のスラブ導波
路に入力する入力光は、必要に応じて、第２のスラブ導
波路から拡大もしくは縮小された非等倍の結像の出力光
として出力されることから、それぞれ複数の出力光に分
割し、あるいは複数の入力光を単一の出力光に束ねるこ
とができ、これにより、構成の複雑化を招くことなく、
適正な出力光を得ることができる。
【図１】本発明に係る具体例１の光素子の構成を概略的
に示す斜視図である。
に示す斜視図である。
【図２】図１に示された第１スラブ導波路の光学特性を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図３】図１に示された第２スラブ導波路の光学特性を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図４】本発明に係る他のスラブ導波路の光学特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】本発明に係る具体例２の光素子の構成を概略的
に示す斜視図である。
に示す斜視図である。
１０ （光素子）アレイ導波路回折格子分波素子 １１ 光学基板 １３、１３′ 第１のスラブ導波路 １３ａ、１３ａ′ 入射境界面 １３ｂ、１３ｂ′ 出射境界面 １５ （位相制御器）アレイ導波路回折格子 １６、１６′ 第２のスラブ導波路 １６ａ、１６ａ′ 入射境界面 １６ｂ、１６ｂ′ 出射境界面
Claims (2)
- 【請求項１】 光学基板と、該光学基板上に形成され、
複数の入力端および複数の出力端を有し、前記各入力端
毎に入力する前記各波長の光からなる前記多重光を前記
各出力端に分岐して出力する第１のスラブ導波路、該第
１のスラブ導波路の前記出力端から出力される各出力光
が位相制御器を経て案内され、案内された光をその波長
毎にそれらの位相に応じた偏向角で対応する出力端に向
けてそれぞれ偏向させる第２のスラブ導波路とを含み、
前記第１のスラブ導波路への入力光のそれぞれが前記第
２のスラブ導波路から非等倍の結像の出力光として出力
されることを特徴とする光素子。 - 【請求項２】 前記第１のスラブ導波路の入射光を集光
させる焦点距離よりも前記第２のスラブ導波路のそれが
長いことを特徴とする請求項１記載の光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256198A JP2000009950A (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256198A JP2000009950A (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000009950A true JP2000009950A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=15944142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17256198A Pending JP2000009950A (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000009950A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010117626A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | アレイ導波路型回折格子及びこれを備える光合波装置 |
| KR20210046551A (ko) * | 2019-10-18 | 2021-04-28 | 한국과학기술원 | 파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 |
-
1998
- 1998-06-19 JP JP17256198A patent/JP2000009950A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010117626A (ja) * | 2008-11-14 | 2010-05-27 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | アレイ導波路型回折格子及びこれを備える光合波装置 |
| KR20210046551A (ko) * | 2019-10-18 | 2021-04-28 | 한국과학기술원 | 파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 |
| KR102505410B1 (ko) | 2019-10-18 | 2023-03-06 | 한국과학기술원 | 파장 변화로 2차원 빔 스티어링이 가능한 광 위상배열 구조 및 빔 스티어링 방법 |
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