JP2001350044A - 光導波路デバイス - Google Patents
光導波路デバイスInfo
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- JP2001350044A JP2001350044A JP2000167190A JP2000167190A JP2001350044A JP 2001350044 A JP2001350044 A JP 2001350044A JP 2000167190 A JP2000167190 A JP 2000167190A JP 2000167190 A JP2000167190 A JP 2000167190A JP 2001350044 A JP2001350044 A JP 2001350044A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- waveguides
- optical waveguide
- core
- power
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】狭小間隔で並んでいる導波路間のクロストーク
を抑制した光導波路デバイスを提供する。 【解決手段】狭小間隔でおおよそ平行に並ぶ射出端付近
のコアの、光が伝搬する方向の長さを、所定の長さ以下
にする。これにより、あるコアから射出される、クロス
トークによるノイズ光の強度が、同じコアから射出され
る信号光の強度の５％以下（Ｓ／Ｎ比で１３ｄＢ以上）
となるようにする。
を抑制した光導波路デバイスを提供する。 【解決手段】狭小間隔でおおよそ平行に並ぶ射出端付近
のコアの、光が伝搬する方向の長さを、所定の長さ以下
にする。これにより、あるコアから射出される、クロス
トークによるノイズ光の強度が、同じコアから射出され
る信号光の強度の５％以下（Ｓ／Ｎ比で１３ｄＢ以上）
となるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイス
に関するものであり、更に詳しくは、特にレーザービー
ムプリンタの光源として構成される光導波路デバイスに
関するものである。
に関するものであり、更に詳しくは、特にレーザービー
ムプリンタの光源として構成される光導波路デバイスに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の情報ネットワークの発達及びデジ
タル化に伴い、レーザービームプリンタの高速化が強く
望まれてきている。この、レーザービームプリンタの高
速化を図る手段の一つとして、走査用のポリゴンミラー
の回転を高速化する事が挙げられる。ところが、現状で
はポリゴンミラーの回転数が５万回転近くになると、遠
心力によるポリゴン面の歪が生じるため、これ以上のポ
リゴンミラーの回転の高速化には限度があるとされてい
る。そこで、レーザービームプリンタの描画速度のさら
なる高速化を図るために、複数のレーザービームで感光
体面を走査する事が従来より行われている。
タル化に伴い、レーザービームプリンタの高速化が強く
望まれてきている。この、レーザービームプリンタの高
速化を図る手段の一つとして、走査用のポリゴンミラー
の回転を高速化する事が挙げられる。ところが、現状で
はポリゴンミラーの回転数が５万回転近くになると、遠
心力によるポリゴン面の歪が生じるため、これ以上のポ
リゴンミラーの回転の高速化には限度があるとされてい
る。そこで、レーザービームプリンタの描画速度のさら
なる高速化を図るために、複数のレーザービームで感光
体面を走査する事が従来より行われている。
【０００３】具体的には、例えば特開平１０−２８２４
４１号公報，ＵＳＰ４６３７６７９号公報，ＵＳＰ４５
４７０３８号公報，ＵＳＰ４９５８８９３号公報等に記
載されている如く、偏光ビームスプリッタ，ハーフミラ
ー，プリズム面の反射等を利用して、複数のレーザービ
ームを適切な間隔に光学的に偏向して調整する構成が提
案或いは採用されている。しかしながら、これらの方法
では、レーザービームの本数が多くなると、アライメン
トが困難になり、部品が大きくなってコストがかかりす
ぎるという欠点があり、現在以上の高速化は非常に困難
な状況となっている。
４１号公報，ＵＳＰ４６３７６７９号公報，ＵＳＰ４５
４７０３８号公報，ＵＳＰ４９５８８９３号公報等に記
載されている如く、偏光ビームスプリッタ，ハーフミラ
ー，プリズム面の反射等を利用して、複数のレーザービ
ームを適切な間隔に光学的に偏向して調整する構成が提
案或いは採用されている。しかしながら、これらの方法
では、レーザービームの本数が多くなると、アライメン
トが困難になり、部品が大きくなってコストがかかりす
ぎるという欠点があり、現在以上の高速化は非常に困難
な状況となっている。
【０００４】このため、複数のレーザー光源を微小ピッ
チで配置したいわゆるマルチ光源を構成する方法が望ま
れている。その方法としては、例えば特開昭５４−７３
２８号公報に記載されている如く、複数のレーザー光源
として基板上に複数のレーザーダイオードを形成したい
わゆるアレイレーザーを使用する方法、光ファイバーよ
り射出した光を二次光源として用いる方法、入射側より
射出側のピッチを狭小化した光導波路を用いる方法があ
る。
チで配置したいわゆるマルチ光源を構成する方法が望ま
れている。その方法としては、例えば特開昭５４−７３
２８号公報に記載されている如く、複数のレーザー光源
として基板上に複数のレーザーダイオードを形成したい
わゆるアレイレーザーを使用する方法、光ファイバーよ
り射出した光を二次光源として用いる方法、入射側より
射出側のピッチを狭小化した光導波路を用いる方法があ
る。
【０００５】但し、アレイレーザーを使用する方法にお
いて、レーザーダイオードが配置されるピッチは、感光
体面上での結像状態を考えると、複数のレーザービーム
スポットを充分近接させるために、１００μｍ以下の微
小間隔である事が望ましいのであるが、このような微小
ピッチで基板上にレーザーダイオードを形成する事は、
発熱の問題があり、困難である。故に、上記他の方法で
ある光ファイバー或いは光導波路を用いて所定の間隔に
密接させた二次光源を得る方法が有効であると考えられ
る。
いて、レーザーダイオードが配置されるピッチは、感光
体面上での結像状態を考えると、複数のレーザービーム
スポットを充分近接させるために、１００μｍ以下の微
小間隔である事が望ましいのであるが、このような微小
ピッチで基板上にレーザーダイオードを形成する事は、
発熱の問題があり、困難である。故に、上記他の方法で
ある光ファイバー或いは光導波路を用いて所定の間隔に
密接させた二次光源を得る方法が有効であると考えられ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
レーザービームを用いる場合、そのレーザービームプリ
ンタにおいて良好な印字結果を得るためには、感光体面
上における各レーザービームの光量等が揃っている事が
必須となる。ところが、上述した入射側より射出側のピ
ッチを狭小化した光導波路を用いる方法による場合、狭
小間隔で導波路が並んでいるために、導波路間でのクロ
ストークが生じ、所望の画像が得られなくなるという問
題がある。本発明は、このような問題点に鑑み、狭小間
隔で並んでいる導波路間のクロストークを抑制した光導
波路デバイスを提供する事を目的とする。
レーザービームを用いる場合、そのレーザービームプリ
ンタにおいて良好な印字結果を得るためには、感光体面
上における各レーザービームの光量等が揃っている事が
必須となる。ところが、上述した入射側より射出側のピ
ッチを狭小化した光導波路を用いる方法による場合、狭
小間隔で導波路が並んでいるために、導波路間でのクロ
ストークが生じ、所望の画像が得られなくなるという問
題がある。本発明は、このような問題点に鑑み、狭小間
隔で並んでいる導波路間のクロストークを抑制した光導
波路デバイスを提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの複数の光を所定の間隔に密
接させ、前記光源の副次的光源を形成する光導波路デバ
イスにおいて、前記複数の光がそれぞれ通過するコアの
うち、隣接するコア間で以下の式を満足する事を特徴と
する。 Ｆｓｉｎ2βcｌ≦０．０５ ここに、 βc＝（βeven−βodd）／２ Ｆ＝（κ／βc）2＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ κ＝√（βc 2−Δ2） ２Δ＝βb−βa である。但し、 ｌ：隣接する導波路の各コアが略平行に並んでいる部分
の長さ βa，βb：隣接する導波路が単独で存在するときの各伝
搬定数 κ：隣接する導波路間のモード結合係数 βeven，βodd：隣接する導波路を一つの系とみなした
ときの、それぞれ偶モード，奇モードの伝搬定数 である。
に、本発明では、光源からの複数の光を所定の間隔に密
接させ、前記光源の副次的光源を形成する光導波路デバ
イスにおいて、前記複数の光がそれぞれ通過するコアの
うち、隣接するコア間で以下の式を満足する事を特徴と
する。 Ｆｓｉｎ2βcｌ≦０．０５ ここに、 βc＝（βeven−βodd）／２ Ｆ＝（κ／βc）2＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ κ＝√（βc 2−Δ2） ２Δ＝βb−βa である。但し、 ｌ：隣接する導波路の各コアが略平行に並んでいる部分
の長さ βa，βb：隣接する導波路が単独で存在するときの各伝
搬定数 κ：隣接する導波路間のモード結合係数 βeven，βodd：隣接する導波路を一つの系とみなした
ときの、それぞれ偶モード，奇モードの伝搬定数 である。
【０００８】また、隣接するコアを持つ全てのコア各々
について、以下の式を満足する事を特徴とする。 １０ｌｏｇ（Ｐsignal／Ｐnoise）≧１３ 但し、 Ｐsignal：そのコアから出力される信号光のパワー Ｐnoise ：クロストークにより生じるノイズ光のパワー である。
について、以下の式を満足する事を特徴とする。 １０ｌｏｇ（Ｐsignal／Ｐnoise）≧１３ 但し、 Ｐsignal：そのコアから出力される信号光のパワー Ｐnoise ：クロストークにより生じるノイズ光のパワー である。
【０００９】また、前記複数の光が入射する入射端より
も、その複数の光が射出する射出端の方が、コアの配列
ピッチが狭い事を特徴とする。
も、その複数の光が射出する射出端の方が、コアの配列
ピッチが狭い事を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の光
導波路デバイスによる導波路型マルチビーム光源の構成
を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、導波
路型マルチビーム光源１は、主として複数の導波路３を
有する光導波路デバイス２と、レーザーダイオードＬＤ
とより成る。
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の光
導波路デバイスによる導波路型マルチビーム光源の構成
を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、導波
路型マルチビーム光源１は、主として複数の導波路３を
有する光導波路デバイス２と、レーザーダイオードＬＤ
とより成る。
【００１１】光導波路デバイス２において、導波路３は
入射端３ａよりも射出端３ｂの配列ピッチを狭小化した
構成となっている。また、各導波路３の入射端３ａに
は、それぞれレーザーダイオードＬＤが配設されてい
る。そして、各レーザーダイオードＬＤからのレーザー
ビームはそれぞれ各入射端３ａより入射し、各導波路３
を伝搬して各射出端３ｂより狭小間隔のマルチビームＭ
として出てくる。
入射端３ａよりも射出端３ｂの配列ピッチを狭小化した
構成となっている。また、各導波路３の入射端３ａに
は、それぞれレーザーダイオードＬＤが配設されてい
る。そして、各レーザーダイオードＬＤからのレーザー
ビームはそれぞれ各入射端３ａより入射し、各導波路３
を伝搬して各射出端３ｂより狭小間隔のマルチビームＭ
として出てくる。
【００１２】一般に、狭小間隔で並んでいる導波路にお
いて、ある導波路を伝搬する光は、その導波路と隣接す
る導波路に対してモード結合を生じ、そのパワーが隣接
する導波路に移動する。これを利用したものとして、方
向性結合器がよく知られている。
いて、ある導波路を伝搬する光は、その導波路と隣接す
る導波路に対してモード結合を生じ、そのパワーが隣接
する導波路に移動する。これを利用したものとして、方
向性結合器がよく知られている。
【００１３】図２は、隣接する２本の導波路の関係を模
式的に示す図である。ここで、βa，βbはそれぞれ導波
路I,IIが単独で存在するときの伝搬定数であり、導波路
に沿った伝搬方向をｚ軸としている。このとき、一方の
導波路のみに入射した光のパワーが他方に最も多く移る
のに要する伝搬距離Ｌは、次式で与えられる。なお、２
本の導波路が同じ構造である場合は、パワーが完全に他
方の導波路に移る。このときのＬは完全結合長と呼ばれ
る。
式的に示す図である。ここで、βa，βbはそれぞれ導波
路I,IIが単独で存在するときの伝搬定数であり、導波路
に沿った伝搬方向をｚ軸としている。このとき、一方の
導波路のみに入射した光のパワーが他方に最も多く移る
のに要する伝搬距離Ｌは、次式で与えられる。なお、２
本の導波路が同じ構造である場合は、パワーが完全に他
方の導波路に移る。このときのＬは完全結合長と呼ばれ
る。
【００１４】 Ｌ＝π／（２βc）＝π／（βeven−βodd） （１） また、 βc＝√（κ2＋Δ2） （２） ２Δ＝βb−βa （３） である。
【００１５】但し、 βa，βb：２本の導波路が単独で存在するときの各伝搬
定数 κ：２本の導波路間のモード結合係数 βeven，βodd：２本の導波路を一つの系とみなしたと
きのそれぞれ偶モード，奇モードの伝搬定数 である。
定数 κ：２本の導波路間のモード結合係数 βeven，βodd：２本の導波路を一つの系とみなしたと
きのそれぞれ偶モード，奇モードの伝搬定数 である。
【００１６】今、図２で示した２本の導波路I,IIのう
ち、IにパワーＰI（０）の光を入射させた場合、光の伝
搬距離ｚにおける各導波路のパワーＰI（ｚ），Ｐ
II（ｚ）はそれぞれ次式で与えられる。導波路Iに対し
て、 ＰI（ｚ）／ＰI（０）＝１−Ｆｓｉｎ2βcｚ （４） 導波路IIに対して、 ＰII（ｚ）／ＰI（０）＝Ｆｓｉｎ2βcｚ （５） ここで、 Ｆ＝（κ／βc）2＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ （６） である。
ち、IにパワーＰI（０）の光を入射させた場合、光の伝
搬距離ｚにおける各導波路のパワーＰI（ｚ），Ｐ
II（ｚ）はそれぞれ次式で与えられる。導波路Iに対し
て、 ＰI（ｚ）／ＰI（０）＝１−Ｆｓｉｎ2βcｚ （４） 導波路IIに対して、 ＰII（ｚ）／ＰI（０）＝Ｆｓｉｎ2βcｚ （５） ここで、 Ｆ＝（κ／βc）2＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ （６） である。
【００１７】図３は、式（４），（５）を図示したもの
であり、方向性結合器の光パワーの移行の様子を示して
いる。同図では横軸にβcｚをとり、縦軸に規格化パワ
ーＰI（ｚ），ＰII（ｚ）の移行の割合をとっている。
また、図４は、伝搬方向の長さを短くした場合の、方向
性結合器の光パワーの移行の様子を示している。そし
て、各図において、 曲線ａ：ＰI（ｚ）／ＰI（０） 曲線ｂ：ＰII（ｚ）／ＰI（０） をそれぞれ示している。
であり、方向性結合器の光パワーの移行の様子を示して
いる。同図では横軸にβcｚをとり、縦軸に規格化パワ
ーＰI（ｚ），ＰII（ｚ）の移行の割合をとっている。
また、図４は、伝搬方向の長さを短くした場合の、方向
性結合器の光パワーの移行の様子を示している。そし
て、各図において、 曲線ａ：ＰI（ｚ）／ＰI（０） 曲線ｂ：ＰII（ｚ）／ＰI（０） をそれぞれ示している。
【００１８】これらの図より分かるように、伝搬方向の
長さが短くなると、クロストークを抑制する事が可能と
なる。従って、導波路型マルチビーム光源においても、
狭小間隔でおおよそ平行に並ぶ射出端付近のコアの、光
が伝搬する方向の長さｌが短ければ、クロストークを抑
制する事が可能になる。このとき、あるコアから射出さ
れる、クロストークによるノイズ光の強度が、同じコア
から射出される信号光の強度の５％以下（Ｓ／Ｎ比で１
３ｄＢ以上）であれば、画像を形成する上で特に問題と
ならないので、Ｓ／Ｎ比１３ｄＢ以上としてクロストー
クを抑制できるように、上記ｌを所定の長さ以下にする
事が望ましい。
長さが短くなると、クロストークを抑制する事が可能と
なる。従って、導波路型マルチビーム光源においても、
狭小間隔でおおよそ平行に並ぶ射出端付近のコアの、光
が伝搬する方向の長さｌが短ければ、クロストークを抑
制する事が可能になる。このとき、あるコアから射出さ
れる、クロストークによるノイズ光の強度が、同じコア
から射出される信号光の強度の５％以下（Ｓ／Ｎ比で１
３ｄＢ以上）であれば、画像を形成する上で特に問題と
ならないので、Ｓ／Ｎ比１３ｄＢ以上としてクロストー
クを抑制できるように、上記ｌを所定の長さ以下にする
事が望ましい。
【００１９】即ち、すべての隣接する２本のコアの間で
以下の式を満足する事が望ましい。 Ｆｓｉｎ2βcｌij≦０．０５ （７） 但し、 ｌij：隣接する導波路のコアｉとｊが略平行に並んでい
る部分の長さ である。
以下の式を満足する事が望ましい。 Ｆｓｉｎ2βcｌij≦０．０５ （７） 但し、 ｌij：隣接する導波路のコアｉとｊが略平行に並んでい
る部分の長さ である。
【００２０】また、隣接するコアを持つ全てのコア（ｉ
で示す）について、以下の式を満足する事が望ましい。 １０ｌｏｇ（Ｐsignal,i／Ｐnoise,i）≧１３ （８） 但し、 Ｐsignal,i：コアｉから出力される信号光のパワー Ｐnoise,i ：クロストークにより生じるノイズ光のパワ
ー である。
で示す）について、以下の式を満足する事が望ましい。 １０ｌｏｇ（Ｐsignal,i／Ｐnoise,i）≧１３ （８） 但し、 Ｐsignal,i：コアｉから出力される信号光のパワー Ｐnoise,i ：クロストークにより生じるノイズ光のパワ
ー である。
【００２１】さて、導波路型マルチビーム光源は、３本
以上の導波路を有している事が多い。このような場合、
導波路は両端の導波路を除いて、光伝搬方向と垂直な方
向の両側に、各１本ずつ隣接する導波路を持つ事にな
る。このときの導波路間での光パワーの移行の様子を以
下に考察する。
以上の導波路を有している事が多い。このような場合、
導波路は両端の導波路を除いて、光伝搬方向と垂直な方
向の両側に、各１本ずつ隣接する導波路を持つ事にな
る。このときの導波路間での光パワーの移行の様子を以
下に考察する。
【００２２】図５は、３本の導波路間での光パワーの移
行の様子を模式的に示す図である。同図（ａ）は中央の
導波路に光が入射した場合、同図（ｂ）は端の導波路に
光が入射した場合をそれぞれ示している。ここでは導波
路が３本配設されており、順に導波路I,II,IIIとしてい
る。ｍは導波モードの界分布であり、そのうねりの大き
さによって光パワーの大きさを示している。
行の様子を模式的に示す図である。同図（ａ）は中央の
導波路に光が入射した場合、同図（ｂ）は端の導波路に
光が入射した場合をそれぞれ示している。ここでは導波
路が３本配設されており、順に導波路I,II,IIIとしてい
る。ｍは導波モードの界分布であり、そのうねりの大き
さによって光パワーの大きさを示している。
【００２３】同図（ａ）に示すように、矢印ａの如く中
央の導波路IIのコアに入射された光は、両隣の導波路I,
IIIのコアにそのパワーが移行し、再び中央の導波路II
のコアに戻るという事を繰り返す。また、同図（ｂ）に
示すように、矢印ｂの如く端の導波路Iのコアに入射さ
れた光は、中央の導波路IIのコアにそのパワーが移行
し、更に反対側の端の導波路IIIのコアに移行する。そ
して、再び中央の導波路IIのコアにそのパワーが戻り、
更に元の導波路Iのコアに戻る。これを繰り返す。
央の導波路IIのコアに入射された光は、両隣の導波路I,
IIIのコアにそのパワーが移行し、再び中央の導波路II
のコアに戻るという事を繰り返す。また、同図（ｂ）に
示すように、矢印ｂの如く端の導波路Iのコアに入射さ
れた光は、中央の導波路IIのコアにそのパワーが移行
し、更に反対側の端の導波路IIIのコアに移行する。そ
して、再び中央の導波路IIのコアにそのパワーが戻り、
更に元の導波路Iのコアに戻る。これを繰り返す。
【００２４】図６は、３本の導波路の導波モードの界分
布ｍを模式的に示す図である。これは、３本の導波路の
コアを一つの系と考えて、同図（ａ），（ｂ），（ｃ）
にそれぞれ示すような各モードいずれかの重ね合わせ
で、導波路のクロストークを説明するものである。
布ｍを模式的に示す図である。これは、３本の導波路の
コアを一つの系と考えて、同図（ａ），（ｂ），（ｃ）
にそれぞれ示すような各モードいずれかの重ね合わせ
で、導波路のクロストークを説明するものである。
【００２５】ここで、上記図５（ａ）のように中央の導
波路のコアに光が入射する場合は、図６（ａ），（ｃ）
にそれぞれ示すような二つのモードの重ね合わせで導波
路のクロストークを説明する事ができる。即ち、ここで
は２本の導波路の場合と同じように、この二つのモード
のうねりによってパワーの移動が起こる。また、上記図
５（ｂ）のように端の導波路のコアに光が入射する場合
は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示すような
三つのモードの重ね合わせで導波路のクロストークを説
明する事ができる。即ち、ここではこの三つのモードの
うねりによってパワーの移動が起こる。
波路のコアに光が入射する場合は、図６（ａ），（ｃ）
にそれぞれ示すような二つのモードの重ね合わせで導波
路のクロストークを説明する事ができる。即ち、ここで
は２本の導波路の場合と同じように、この二つのモード
のうねりによってパワーの移動が起こる。また、上記図
５（ｂ）のように端の導波路のコアに光が入射する場合
は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示すような
三つのモードの重ね合わせで導波路のクロストークを説
明する事ができる。即ち、ここではこの三つのモードの
うねりによってパワーの移動が起こる。
【００２６】図７は、４本の導波路間での光パワーの移
行の様子を模式的に示す図である。同図（ａ）は中側の
導波路に光が入射した場合、同図（ｂ）は端の導波路に
光が入射した場合をそれぞれ示している。ここでは導波
路が４本配設されており、順に導波路I,II,III,IVとし
ている。ｍは導波モードの界分布であり、そのうねりの
大きさによって光パワーの大きさを示している。同図の
ように導波路が４本になると、光パワーの移行の振る舞
いは３本の場合よりも更に複雑になる。
行の様子を模式的に示す図である。同図（ａ）は中側の
導波路に光が入射した場合、同図（ｂ）は端の導波路に
光が入射した場合をそれぞれ示している。ここでは導波
路が４本配設されており、順に導波路I,II,III,IVとし
ている。ｍは導波モードの界分布であり、そのうねりの
大きさによって光パワーの大きさを示している。同図の
ように導波路が４本になると、光パワーの移行の振る舞
いは３本の場合よりも更に複雑になる。
【００２７】同図（ａ）に示すように、矢印Ａの如く中
側の導波路IIのコアに入射された光は、両隣の導波路I,
IIIのコアにそのパワーが移行する。そして、導波路Iに
移行したパワーは、再び中央の導波路IIのコアにもど
り、導波路IIIに移行したパワーは、更に導波路IVのコ
アに移行する。このようにしてパワーは系全体に広がっ
て行く。また、同図（ｂ）に示すように、矢印Ｂの如く
端の導波路Iのコアに入射された光は、導波路II,III,IV
のコアに順次そのパワーが移行し、再び導波路III,II,I
のコアに順次そのパワーが戻る。このようにしてパワー
は系全体に広がって行く。
側の導波路IIのコアに入射された光は、両隣の導波路I,
IIIのコアにそのパワーが移行する。そして、導波路Iに
移行したパワーは、再び中央の導波路IIのコアにもど
り、導波路IIIに移行したパワーは、更に導波路IVのコ
アに移行する。このようにしてパワーは系全体に広がっ
て行く。また、同図（ｂ）に示すように、矢印Ｂの如く
端の導波路Iのコアに入射された光は、導波路II,III,IV
のコアに順次そのパワーが移行し、再び導波路III,II,I
のコアに順次そのパワーが戻る。このようにしてパワー
は系全体に広がって行く。
【００２８】図５，図７より分かるように、モード結合
はまず隣合う導波路の間で行われ、次第に系全体に広が
って行く。従って、隣合う導波路間でのみモード結合が
行われる長さ以下となるように伝搬長さを規定する事
で、複雑なモード結合を考える必要がなくなり、また上
述のようにクロストークも少なくて済むようになる。
はまず隣合う導波路の間で行われ、次第に系全体に広が
って行く。従って、隣合う導波路間でのみモード結合が
行われる長さ以下となるように伝搬長さを規定する事
で、複雑なモード結合を考える必要がなくなり、また上
述のようにクロストークも少なくて済むようになる。
【００２９】以下に、本発明の光導波路の作製手順を説
明する。光導波路のクラッド層，コア層を形成する膜の
材料としては、石英，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等
が使用されるが、本実施形態では、石英系の材料を用い
たもので例示している。まず、膜の材料として基本的に
はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Ｓｉ（ＯＣ
2Ｈ5）4）を用い、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2
の各膜を形成している。ここで、ＳｉＯ2にドーピング
を施す事により、屈折率が変化する事はよく知られてい
る。
明する。光導波路のクラッド層，コア層を形成する膜の
材料としては、石英，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等
が使用されるが、本実施形態では、石英系の材料を用い
たもので例示している。まず、膜の材料として基本的に
はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Ｓｉ（ＯＣ
2Ｈ5）4）を用い、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2
の各膜を形成している。ここで、ＳｉＯ2にドーピング
を施す事により、屈折率が変化する事はよく知られてい
る。
【００３０】例えば、ＳｉＯ2にＧｅをドープする事で
屈折率は増加し、Ｆをドープする事で屈折率は減少す
る。このとき、光導波路の各層の構成としての（クラッ
ド層／コア層／クラッド層）に対応して、（ＳｉＯ2／
ＳｉＯ2：Ｇｅ／ＳｉＯ2）のようにＧｅをドープして屈
折率を増加させたコア層とするか、或いは（ＳｉＯ2：
Ｆ／ＳｉＯ2／ＳｉＯ2：Ｆ）のようにＦをドープして屈
折率を減少させたクラッド層とする構成が考えられる。
ここではＦをドープする構成を例に挙げて説明する。
屈折率は増加し、Ｆをドープする事で屈折率は減少す
る。このとき、光導波路の各層の構成としての（クラッ
ド層／コア層／クラッド層）に対応して、（ＳｉＯ2／
ＳｉＯ2：Ｇｅ／ＳｉＯ2）のようにＧｅをドープして屈
折率を増加させたコア層とするか、或いは（ＳｉＯ2：
Ｆ／ＳｉＯ2／ＳｉＯ2：Ｆ）のようにＦをドープして屈
折率を減少させたクラッド層とする構成が考えられる。
ここではＦをドープする構成を例に挙げて説明する。
【００３１】図８は、Ｆのドープ量に対する屈折率の変
化の様子の一例を示すグラフである。ここでは横軸に成
膜時のＣ2Ｆ6の０℃，１気圧でのガス流量（単位ｓｃｃ
ｍ：standard cubic centimeter per minute）、縦軸に
形成したＳｉＯ2の屈折率を取っている。但し、成膜条
件は、 基板温度：３５０℃ ガス圧力：約８０Ｐａ ＴＥＯＳ／Ｏ2 ：１２／１００ｓｃｃｍ ＲＦパワー：３００ｗ である。
化の様子の一例を示すグラフである。ここでは横軸に成
膜時のＣ2Ｆ6の０℃，１気圧でのガス流量（単位ｓｃｃ
ｍ：standard cubic centimeter per minute）、縦軸に
形成したＳｉＯ2の屈折率を取っている。但し、成膜条
件は、 基板温度：３５０℃ ガス圧力：約８０Ｐａ ＴＥＯＳ／Ｏ2 ：１２／１００ｓｃｃｍ ＲＦパワー：３００ｗ である。
【００３２】ここで、基板温度とは、光導波路作製時に
用いる、後述する石英基板を載置する基板の温度の事で
ある。また、ＴＥＯＳ／Ｏ2とは、これら材料ガスとキ
ャリアガスを混合したものの各流量である。そして、Ｒ
Ｆパワーとは雰囲気中にかけられる高周波の電力であ
る。同図に示すように、まず、Ｆのドープ量が０のとき
には、屈折率は１．４７３程度を保っているが、Ｃ2Ｆ6
の流量即ちＦのドープ量が増すにつれて屈折率は徐々に
減少し、流量３０ｓｃｃｍのときには屈折率が１．４４
以下となっている。従って、このＣ2Ｆ6の流量即ちＦの
ドープ量を調整する事により、屈折率を所定の値に減少
させた上記クラッド層を形成する事ができる。
用いる、後述する石英基板を載置する基板の温度の事で
ある。また、ＴＥＯＳ／Ｏ2とは、これら材料ガスとキ
ャリアガスを混合したものの各流量である。そして、Ｒ
Ｆパワーとは雰囲気中にかけられる高周波の電力であ
る。同図に示すように、まず、Ｆのドープ量が０のとき
には、屈折率は１．４７３程度を保っているが、Ｃ2Ｆ6
の流量即ちＦのドープ量が増すにつれて屈折率は徐々に
減少し、流量３０ｓｃｃｍのときには屈折率が１．４４
以下となっている。従って、このＣ2Ｆ6の流量即ちＦの
ドープ量を調整する事により、屈折率を所定の値に減少
させた上記クラッド層を形成する事ができる。
【００３３】図９は、光導波路の具体的な作製プロセス
の一例を示す模式図である。同図では、光導波路の具体
的な構成を、光射出側から示している。ここでは、光導
波路に熱応力によるクラック等が発生しないように、熱
膨張係数がそれに等しい石英基板１１を用いている。ま
ず、同図（ａ）に示すように、石英基板１１上面に下部
クラッド層１２ａを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ
2膜を、上記Ｃ2Ｆ6を混合したＴＥＯＳにより以下の成
膜条件で、約１５μｍの厚さに形成するものである。本
条件では比屈折率差は０．５％になる。
の一例を示す模式図である。同図では、光導波路の具体
的な構成を、光射出側から示している。ここでは、光導
波路に熱応力によるクラック等が発生しないように、熱
膨張係数がそれに等しい石英基板１１を用いている。ま
ず、同図（ａ）に示すように、石英基板１１上面に下部
クラッド層１２ａを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ
2膜を、上記Ｃ2Ｆ6を混合したＴＥＯＳにより以下の成
膜条件で、約１５μｍの厚さに形成するものである。本
条件では比屈折率差は０．５％になる。
【００３４】 ＲＦパワー：４００ｗ 成膜温度：４００℃ ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍ Ｏ2 ：４００ｓｃｃｍ Ｃ2Ｆ6：１２ｓｃｃｍ ガス圧力：５３Ｐａ
【００３５】次に、同図（ｂ）に示すように、下部クラ
ッド層１２ａ上面にコア層１３を形成する。これは、前
記Ｃ2Ｆ6を含んだＴＥＯＳのガス供給を停止し、残留ガ
スを真空引きした後、ノンドープＳｉＯ2膜を、Ｃ2Ｆ6
を混合しないＴＥＯＳにより以下の成膜条件で、約３μ
ｍの厚さに形成するものである。
ッド層１２ａ上面にコア層１３を形成する。これは、前
記Ｃ2Ｆ6を含んだＴＥＯＳのガス供給を停止し、残留ガ
スを真空引きした後、ノンドープＳｉＯ2膜を、Ｃ2Ｆ6
を混合しないＴＥＯＳにより以下の成膜条件で、約３μ
ｍの厚さに形成するものである。
【００３６】 ＲＦパワー：４００ｗ 成膜温度：４００℃ ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍ Ｏ2 ：４００ｓｃｃｍ ガス圧力：５３Ｐａ
【００３７】さらに、同図（ｃ）に示すように、コア層
１３上面に、マスク材料としてスパッタ法によりアモル
ファスシリコン膜１４を０．６μｍ形成する。そして、
同図（ｄ）に示すように、アモルファスシリコン膜１４
上面にレジストを０．２μｍ塗布し、フォトリソグラフ
ィーにより、光導波路のコア形状となるようにパターニ
ングを行い、レジスト１５を形成する。
１３上面に、マスク材料としてスパッタ法によりアモル
ファスシリコン膜１４を０．６μｍ形成する。そして、
同図（ｄ）に示すように、アモルファスシリコン膜１４
上面にレジストを０．２μｍ塗布し、フォトリソグラフ
ィーにより、光導波路のコア形状となるようにパターニ
ングを行い、レジスト１５を形成する。
【００３８】（ｄ）の状態で、ＳＦ6ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）
により、アモルファスシリコン膜１４をパターニング
し、レジスト１５をアッシングにより除去すると、同図
（ｅ）に示すように、残った部分がアモルファスシリコ
ンによるマスク１４ａとなる。続いて（ｅ）の状態で、
ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥにより、コア層１３をパタ
ーニングすると、同図（ｆ）に示すように、残った部分
がコア１３ａとなる。
性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）
により、アモルファスシリコン膜１４をパターニング
し、レジスト１５をアッシングにより除去すると、同図
（ｅ）に示すように、残った部分がアモルファスシリコ
ンによるマスク１４ａとなる。続いて（ｅ）の状態で、
ＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥにより、コア層１３をパタ
ーニングすると、同図（ｆ）に示すように、残った部分
がコア１３ａとなる。
【００３９】さらに（ｆ）の状態で、下部クラッド層１
２ａ上面に、コア１３ａも覆うように、上部クラッド層
１２ｂを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ2膜を、上
述した下部クラッド層１２ａと同じ成膜条件で、１０μ
ｍの厚さに形成するものである。この結果、同図（ｇ）
に示すように、下部クラッド層１２ａと上部クラッド層
１２ｂとが一体化し、コア１３ａを取り囲むクラッド１
２が形成され、光導波路が作製される。
２ａ上面に、コア１３ａも覆うように、上部クラッド層
１２ｂを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ2膜を、上
述した下部クラッド層１２ａと同じ成膜条件で、１０μ
ｍの厚さに形成するものである。この結果、同図（ｇ）
に示すように、下部クラッド層１２ａと上部クラッド層
１２ｂとが一体化し、コア１３ａを取り囲むクラッド１
２が形成され、光導波路が作製される。
【００４０】図１０は、作製された光導波路のパターン
を模式的に示す図である。同図に示すように、作製され
た光導波路デバイスは、全てのコアの幅が３μｍで４本
配設されており、順に導波路I,II,III,IVとしている。
また、コアの高さも３μｍであり、断面は正方形となっ
ている。また狭小間隔部のコア間隔は４μｍであり、こ
こでは各導波路が平行に所定の長さに渡って並んでい
る。この長さをｌとおく。以上のような構成で、ｌ＝３
００μｍ，５００μｍ，１０００μｍ，２０００μｍの
ものを作製し、それぞれ導波路IIに波長７８０ｎｍの光
を入射させてクロストークを測定したところ、消光比に
ついて下記のような結果が得られた。ここでは、 １０ｌｏｇ（導波路IIの出力パワー／導波路ｋの出力パ
ワー） で評価している。但し、ｋはI,III,IVのいずれかであ
る。
を模式的に示す図である。同図に示すように、作製され
た光導波路デバイスは、全てのコアの幅が３μｍで４本
配設されており、順に導波路I,II,III,IVとしている。
また、コアの高さも３μｍであり、断面は正方形となっ
ている。また狭小間隔部のコア間隔は４μｍであり、こ
こでは各導波路が平行に所定の長さに渡って並んでい
る。この長さをｌとおく。以上のような構成で、ｌ＝３
００μｍ，５００μｍ，１０００μｍ，２０００μｍの
ものを作製し、それぞれ導波路IIに波長７８０ｎｍの光
を入射させてクロストークを測定したところ、消光比に
ついて下記のような結果が得られた。ここでは、 １０ｌｏｇ（導波路IIの出力パワー／導波路ｋの出力パ
ワー） で評価している。但し、ｋはI,III,IVのいずれかであ
る。
【００４１】 l=300μm l=500μm l=1000μm l=2000μm 導波路I 17.65dB 13.40dB 6.75dB -3.58dB 導波路III 17.65dB 13.45dB 6.99dB -2.43dB 導波路IV 42.86dB 43.60dB 20.57dB 3.75dB
【００４２】ここで、導波路IVについて、ｌ＝５００μ
ｍの方がｌ＝３００μｍよりも消光比が大きくなってい
るのは、出力光のパワーが小さくて測定誤差が乗ってき
たためであると考えられる。
ｍの方がｌ＝３００μｍよりも消光比が大きくなってい
るのは、出力光のパワーが小さくて測定誤差が乗ってき
たためであると考えられる。
【００４３】上記ｌ＝３００μｍの光導波路デバイスで
は、隣の導波路との消光比が１７．６５ｄＢであり、２
本先の導波路との消光比は４２．８６ｄＢである。ま
た、ここには示していないが、３本先の導波路とのクロ
ストークは無視できるほど小さい。このｌ＝３００の光
導波路デバイスを、導波路型マルチビーム光源として用
いた場合、４本の導波路のクロストークによるＳ／Ｎ比
は下記のようになり、マルチビーム光源に要求されるＳ
／Ｎ比１３ｄＢ以上を全ての導波路が満足しているのが
分かる。
は、隣の導波路との消光比が１７．６５ｄＢであり、２
本先の導波路との消光比は４２．８６ｄＢである。ま
た、ここには示していないが、３本先の導波路とのクロ
ストークは無視できるほど小さい。このｌ＝３００の光
導波路デバイスを、導波路型マルチビーム光源として用
いた場合、４本の導波路のクロストークによるＳ／Ｎ比
は下記のようになり、マルチビーム光源に要求されるＳ
／Ｎ比１３ｄＢ以上を全ての導波路が満足しているのが
分かる。
【００４４】
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
狭小間隔で並んでいる導波路間のクロストークを抑制し
た光導波路デバイスを提供する事ができる。
狭小間隔で並んでいる導波路間のクロストークを抑制し
た光導波路デバイスを提供する事ができる。
【図１】本発明の光導波路デバイスによる導波路型マル
チビーム光源の構成を模式的に示す斜視図。
チビーム光源の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】隣接する２本の導波路の関係を模式的に示す
図。
図。
【図３】方向性結合器の光パワーの移行の様子を示す
図。
図。
【図４】伝搬方向の長さを短くした場合の、方向性結合
器の光パワーの移行の様子を示す図。
器の光パワーの移行の様子を示す図。
【図５】３本の導波路間での光パワーの移行の様子を模
式的に示す図。
式的に示す図。
【図６】３本の導波路の導波モードの界分布を模式的に
示す図。
示す図。
【図７】４本の導波路間での光パワーの移行の様子を模
式的に示す図。
式的に示す図。
【図８】Ｆのドープ量に対する屈折率の変化の様子の一
例を示すグラフ。
例を示すグラフ。
【図９】光導波路の具体的な作製プロセスの一例を示す
模式図。
模式図。
【図１０】作製された光導波路のパターンを模式的に示
す図。
す図。
１ 導波路型マルチビーム光源 ２ 光導波路デバイス ３ 導波路 Ｍ マルチビーム ＬＤ レーザーダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C362 AA11 AA14 AA15 AA43 AA47 AA52 BA25 DA03 DA28 2H047 KA04 KA12 KB10 MA07 RA00 5C072 AA03 BA03 BA11 DA17 HA02 HA06 HA08 XA05 5F073 AB04 AB25 BA07 EA15 FA06 FA11
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの複数の光を所定の間隔に密接
させ、前記光源の副次的光源を形成する光導波路デバイ
スにおいて、 前記複数の光がそれぞれ通過するコアのうち、隣接する
コア間で以下の式を満足する事を特徴とする光導波路デ
バイス； Ｆｓｉｎ2βcｌ≦０．０５ ここに、 βc＝（βeven−βodd）／２ Ｆ＝（κ／βc）2＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ κ＝√（βc 2−Δ2） ２Δ＝βb−βa である。但し、 ｌ：隣接する導波路の各コアが略平行に並んでいる部分
の長さ βa，βb：隣接する導波路が単独で存在するときの各伝
搬定数 κ：隣接する導波路間のモード結合係数 βeven，βodd：隣接する導波路を一つの系とみなした
ときの、それぞれ偶モ ード，奇モ
ードの伝搬定数 である。 - 【請求項２】 隣接するコアを持つ全てのコア各々につ
いて、以下の式を満足する事を特徴とする請求項１に記
載の光導波路デバイス； １０ｌｏｇ（Ｐsignal／Ｐnoise）≧１３ 但し、 Ｐsignal：該コアから出力される信号光のパワー Ｐnoise ：クロストークにより生じるノイズ光のパワー である。 - 【請求項３】 前記複数の光が入射する入射端よりも、
該複数の光が射出する射出端の方が、コアの配列ピッチ
が狭い事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光
導波路デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167190A JP2001350044A (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 光導波路デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000167190A JP2001350044A (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 光導波路デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001350044A true JP2001350044A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18670377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000167190A Pending JP2001350044A (ja) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | 光導波路デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001350044A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008004644A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Harison Toshiba Lighting Corp | 高輝度発光デバイス |
| EP2043209A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-01 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Kantenemittierender Halbleiterlaser mit einem Wellenleiter |
| US7813399B2 (en) | 2007-09-28 | 2010-10-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge emitting semiconductor laser comprising a waveguide |
| JP2015087660A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 住友ベークライト株式会社 | 光導波路、光電気混載基板および電子機器 |
-
2000
- 2000-06-05 JP JP2000167190A patent/JP2001350044A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008004644A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Harison Toshiba Lighting Corp | 高輝度発光デバイス |
| EP2043209A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-01 | OSRAM Opto Semiconductors GmbH | Kantenemittierender Halbleiterlaser mit einem Wellenleiter |
| US7813399B2 (en) | 2007-09-28 | 2010-10-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge emitting semiconductor laser comprising a waveguide |
| JP2015087660A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 住友ベークライト株式会社 | 光導波路、光電気混載基板および電子機器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050613 |