JP2002510400A - 光集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シリジウム基板と、その上に設けられた導波管をもつ光集積回路で、導波管として１つ以上の光量子クリスタルが想定されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光集積回路 本発明は、シリジウム基板とその上に配置した導波管をもつ光集積回路に関す る。 光集積回路は通信工学ではさまざまな目的のために、たとえば区分、統合、ス ペクトル分配のために、または情報をつけて変調される光流れを切り替えるため に必要である。そのほかに、その他の回路、たとえば計算機回路を光構造を利用 して実現できる。 現在、光集積回路は、ポリマー、またはIII−V合半導体で作られる導波管つき で構築され、それらはリトグラフ法で製造される。 この回路の光学的に有効な要素としては、特に光量子クリスタルが適しており 、これは寸法が小さいために完全な機能を発揮するためには、それをはめ込む導 波管パターンが必要である。このような導波管パターンは、通常は、ポリマーま たは半導体材料による縞導波管である。 この導波管パターンは１つの相補的な構造にすることが可能であり、物質の光 量子パルスの拡張はその実施形態によって阻止され、通常は完全に光を反射する 物質に意図的に組み込こんだ欠陥によって拡張させることが可能になる。その際 、ドーピングによって作られるか、または縞導波管として設計されている光導波 管の波を誘導する場合のように、屈折率張りだしが作用するのではなく、ここで は、（理論的に決まっており）制限され、禁止されるバンドが、一定の波長に関 して、その波の拡張のために望ましい独自の解決方法として作用する。この導波 管については、たとえば、Ｍｅｋｉｓ．Ａ他の「物理論文集、７７巻、１８番、 ３７８７ページ」に説明されている。 本発明の課題は、そうした導波管がさまざまな機能のために使われ、必要な精 度をもつ導波管が製造できるような光集積回路を提案することである。 この課題は本発明に沿って、導波管として１つ以上の光量子クリスタルを想定 することで解決される。その際、好適には、その他の導波管は縞導波管として形 成され、その縞導波管とシリジウム基板の間に絶縁層が作られ、光量子クリスタ ルが導波管の下側境界面の下の平面から導波管の上側境界面に延びることが想定 される。 本発明の回路を製造するために、市場で入手できる材料、たとえば、ＳＯＩＴ ＥＣ ＳＡ．（グレノーブル、フランス）社の「絶縁体上のシリジウム」を使用 できることは利点である。この材料は波長１．５５μｍでは良好に光を通す。シ リジウムはこうした導波管では高い誘電定数１２を有し、これは光量子クリスタ ルの場合にも導入することができる。はめ込み減衰がきわめて少ない回路の一定 の場所に導入される特別の光量子クリスタルは、回路の機能、たとえば、計算回 路としての機能を保証し、その際、全体回路はきわめて小さくできる。それゆえ 、たとえば、３５ｄＢの減衰を得るためには、波長の１／３の格子間隔をもつ光 量子クリスタルの格子の６周期で十分である。 本発明の回路の有利な点は、１つ以上の光量子クリスタルが不純物つきの２次 元周期格子になっている、高い誘電定数をもつピンによって形成されることであ る。しかし、１つ以上の光量子クリスタルを、不純物つきの２次元周期格子の形 になっている、誘電定数の低い穴をもち、誘電定数が高い１つの立体によって形 成することも可能である。これは、たとえば、ＤＥ １９５ ３３ １４８ Ａ １に記載されている。 個々の前提条件に応じて、ピンを、光量子クリスタルの領域では導波管の下よ りも強度が小さい絶縁層に置くようにするか、または、ピンをシリジウム基板の 上に置くように想定できる。 本発明の回路のその他の有利な点は、ピン相互間の中間空間に非線型光学材料 が満たされており、フィールド電極にかけられた電圧によって、非線型光学材料 の屈折率が調節できることである。それによって、たとえば、光集積回路として 実施されているフィルタの特性の制御が可能となる。ＤＥ １９５ ４２ ０５ ８ Ａ１参照。 その他に有利な点は、ピンないし穴が光軸に斜めになっていることである。そ れによって波長領域の一部にある光を光集積回路のその他の平面に分岐させるこ とが可能になる。これに関して、１つ以上の光量子クリスタルに不純物を置くこ とによって分岐フィルタにするという別の成形も選択できる。この場合、選ばれ た波長領域の分岐光が側面に発射する。この側面に発射する光はさまざまな方法 でさらに誘導できる。 本発明をその他の成形にすると、さまざまな波長領域の側面に発射する光が、 平行する光量子クリスタルのさまざまな位置に集束可能であることが想定される 。それによって複数の計算レベルを簡単な方法で結合することが可能になる。 本発明の実施例を図を用いて、以下に詳しく説明する。 図１は、本発明の回路の一部分の断面である。 図２は、図１に示した部分の俯轍瞰図である。 図３は、その他の実施例の一部分の俯瞰図である。 図４は、光集積回路の２つのレベルの光結合の例である。 図５は、本発明の回路での複数の計算レベルの光結合の例である図式的表現で ある。 図６は、本発明の回路で実現したマッハ・ツエドナー干渉計である。 図１の実施例では、シリジウム基板１の上に酸化シリジウムの絶縁層２があり 、 その上にシリジウムの光縞導波管３，４が作られている。導波管３，４の間には 、光量子クリスタル５があり、これはピン６の格子で作られる。 ピン６は実施例では絶縁層２の上にあり、絶縁層は光量子クリスタル５の領域 で１つのキャビテーション（空洞）を持っている。これによって、また、ピンが 波長３，４の上部境界平面を越えて張り出すことによって、光量子クリスタルは 、導波管の外部の縁部分に誘導されるフィールドをも把握する。 ピン６は、周知の方法で粒子放射デポジション（堆積物）によって作ることが できる。その１つの方法が、たとえばＤＥ １９５ ３３ １４８ Ａ１に記載 されている。 Ｓ．Ｙ．Ｌｉｎ，Ｇ．Ａｒｊａｖａｌｉｎｇａｍ著「光学通信」 １８巻、１ ９号、１６６６（１９９０）に記載されたミリ波での実験が示すように、３５ｄ Ｂの減衰を得るためには、波長の３分の１の格子定数をもつ格子の６周期で十分 である。それによって減衰される波長領域内部では意図的な不純物によって、つ まりピンを抜くことによって、減衰の少ない波長領域を創出できる。図１および 図２の実施例では、複数の波長の光が導波管３によって導波管４に導かれ、その 一方で分岐７で、選んだ波長の光が発射する。その際、選ばれる間隔は、たとえ ば、目的のフィルタ特性をもたせるために正確に規定するためのピンの光量子ク リスタルの中央部分で作られる。 図３の実施例では、光量子クリスタルは１つのフィルタのためだけではなく、 送りと誘導と想定されており、その際、送り部分１１と誘導部分１２，１３は、 中央領域にピンを想定しないことによってそれぞれオールパスとして形成される 。 図４は、光量子クリスタルを形成するピン１４が傾いている実施例を示す。選 んだ領域に層１５が設けてあるので、光はそこへ発射し、好適には、ポリマー材 料で作られるレンズ１６を通って上の平面の、図には示されていない、入射口に 集束される。それによって３次元構造が、たとえば、計算機回路で可能になる。 レンズは周知の方法で電子ビーム・リトグラフで、または、光学的方法で製造で きる。 図５は、光量子クリスタル２６の複数の分岐２１から２５が形成されている、 本発明の回路の断面を示す。その場合、レンズ２７から３１は分岐から発射する 光を、光量子クリスタル２６の横を通っているその他の光学要素３７，３８に設 けられている入射面３２から３６に集束する。 図６は、マッハ・ツエンダー干渉計として作られる実施例を示す。ここでは、 すべての要素、特に、導波管、フィルタ、鏡、および光量子クリスタルの光線セ パレータが形成されている。干渉計で、図６の反射する測定対象４１における走 行時間が測定される。そのためには４２で送られた光がまず調節可能なフィルタ ４３を通って導かれ、それによって、測定のために使うべき波長が選ばれる。フ ィルタ４３から出た光は同じ部分の光線セパレータ４４によって、調節可能な位 相スライダ４５の方へ導かれ、反射された光は測定対象４１に導かれる。 調節可能なフィルタ４３と調節可能な位相スライダ４５は、それぞれ１つの光 量子クリスタルで構成され、その際、中間空間には非線型光学材料が満たされて おり、その誘電定数と、ピンの光学的に有効な間隔は、電極４６，４７、ないし ４８，４９にかけられた電圧によって制御可能である。 位相スライダ４５には、完全に反射する鏡５０が結合されており、その鏡は位 相スライダ４５から出る光を別の光線セパレータ５１に送る。 測定対象４１の前に設けられている、方向ポイント４２として形成される光量 子クリスタルは、光線セパレータ４４から来る光が対象４１に導かれ、測定対象 に反射する光は導波管４３を介してその他の光線セパレータ５１に達するように 作用する。出力部５４では両方の光流れが重なる。適切な測定変換機によって出 力部５４から発射する強さを測り、４５での位相を調節することによって、出力 部５４の強さの最小値に、測定対象４１の位相スライダを合わすことができる。 これまで述べた理由により、図６に示した回路もきわめて小さく、たとえば全体 長さ約２０μｍに設計できる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年８月５日（１９９９．８．５） 【補正内容】 請求の範囲 １．シリジウム基板および、その上に配置され、１つまたはそれ以上の光量子 クリスタルを持つ導波管を持つ光集積回路であって、そのつど１つのピンまたは １つの穴によって光量子クリスタルになる要素（１４）が形成され、それらは光 軸に斜めになっており、互いに平行に配置されていることを特徴とする光集積回 路。 ２．その他の導波管が縞導波管（３，４）として設計されており、その際、縞 導波管（３，４）とシリジウム基板（１）の間に絶縁層（２）が設けられており 、その光量子クリスタルは、導波管（３，４）の下境界面の下部分の平面から、 導波管（３、４）の上部境界面に伸びることを特徴とする請求項１に記載の光集 積回路。 ３．少なくとも１つの光量子クリスタルの要素が、誘電定数の高いピン（１４ ）であって、それらは２次元の周期格子の形になって配置されていることを特徴 とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の光集積回路。 ４．少なくとも１つの光量子クリスタルの要素が、高い誘電定数を持つ１つの 立体にある低い誘電定数の穴であり、それらは２次元の周期格子の形になって配 置されていることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の光 集積回路。 ５．光量子クリスタルの領域では導波管（３，４）の下よりも強度が小さいピ ン（６，１４）が絶縁層（２）にあることを特徴とする請求項３に記載の光集積 回路。 ６．ピンはシリジウム基板上にあることを特徴とする請求項３に記載の光集積 回路。 ７．ピンの間の空間には非線形光学材料が満たされており、フィールド電極（ ４６から４９）にかけられた電圧によって非線型光学材料の屈折率を調節できる ことを特徴とする請求項３，請求項５または請求項６の何れかに記載の光集積回 路。 ８．ピン（１４）ないし穴が光軸に斜めになっていることを特徴とする請求項 １から請求項７の何れか１項に記載の光集積回路。 ９．側面に発射したさまざまな波長領域の光は平行する光量子クリスタルのさ まざまな位置で集束できることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項 に記載の光集積回路。 １０．側面に発射したさまざまな波長領域の光は平行する光量子クリスタル（ ３７，３８）のさまざまな位置で集束することを特徴とする請求項８または請求 項９の何れかに記載の光集積回路。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリジウム基板をもち、そのうえに導波管が配置されている光集積回路に おいて、導波管として１つ以上の光量子クリスタルが準備されることを特徴とす る光集積回路。 ２．その他の導波管が縞導波管（３，４）として設計されており、その際、縞 導波管（３，４）とシリジウム基板（１）の間に絶縁層（２）が設けられており 、その光量子クリスタルは、導波管（３，４）の下境界面の下部分の平面から、 導波管（３、４）の上部境界面に伸びることを特徴とする請求項１に記載の光集 積回路。 ３．１つ以上の光量子クリスタルが不純物つきの２次元周期格子の形になった 、誘電定数の高いピン（６，１４）で作られることを特徴とする請求項１または 請求項２の何れかに記載の光集積回路。 ４．１つ以上の光量子クリスタルが、不純物つきの２次元周期格子の形になっ た、誘電定数の低い穴のある、誘電定数の高い１つの立体によって作られている ことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の光集積回路。 ５．光量子クリスタルの領域では導波管（３，４）の下よりも強度が小さいピ ン（６，１４）が絶縁層（２）にあることを特徴とする請求項３に記載の光集積 回路。 ６．ピンはシリジウム基板上にあることを特徴とする請求項３に記載の光集積 回路。 ７．ピンの間の空間には非線形光学材料が満たされており、フィールド電極（ ４６から４９）にかけられた電圧によって非線型光学材料の屈折率を調節できる ことを特徴とする請求項３，請求項５または請求項６の何れかに記載の光集積 回路。 ８．ピン（１４）ないし穴が光軸に斜めになっていることを特徴とする請求項 １から請求項７の何れか１項に記載の光集積回路。 ９．１つ以上の光量子クリスタル（２６）が、不純物の配置によって分岐フィ ルタになり、その際、選んだ波長領域の分岐された光が側面に発射することを特 徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の光集積回路。 １０．側面に発射したさまざまな波長領域の光は平行する光量子クリスタル（ ３７，３８）のさまざまな位置で集束することを特徴とする請求項８または請求 項９の何れかに記載の光集積回路。