JP2007206127A - 光反射器、及びそれを用いた光共振器、並びにそれを用いたレーザ - Google Patents

Abstract

【課題】反射率が製造誤差や温度，光の波長等の使用条件による変動の影響を受け難く、反射率を製造後に調整可能な光導波路型の光反射器を提供すること。
【解決手段】この光反射器では、それぞれ入力用光導波路１０１，出力用光導波路１０２に結合された結合用光導波路１０３，１０４から成る方向性結合器１２０の出力側光導波路同士がループ状光導波路１０５により光学的に接続されると共に、結合用光導波路１０４に対して実効屈折率の差を変化させるための屈折率差可変手段としての屈折率制御手段１０６を設けた構成であり、屈折率制御手段１０６で結合用光導波路１０３，１０４間の実効屈折率に差を生じさせることによって、反射率が製造誤差や温度，光の波長等の使用条件による変動の影響を受け難くしており、しかも製造後に屈折率制御手段１０６を調整することにより反射率を調整できるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として光通信分野のレーザ光源として好適な光導波路型の光反射器、及びそれを用いた光共振器、並びにそれを用いたレーザに関する。

近年、光ファイバ通信で用いられるレーザ光源は、通常、化合物半導体光導波路の両端に光反射器を設けた構成のレーザダイオードが使われている。比較的短距離であって、低容量通信の場合、光反射器として光導波路端面に適当な反射率の反射膜を形成したファブリペロー型レーザダイオードが用いられている。これに対し、比較的長距離であって、大容量通信の場合、光反射器として光導波路上に回折格子を形成した分布帰還型レーザダイオードやブラッグ反射型レーザダイオードが用いられている。

しかしながら、波長分割多重方式の通信を行うためには、波長の安定性が必要であるため、レーザ光源の温度制御が必要になることにより、光源装置が高価になってしまうという問題や、複数の波長の光源が必要であるため、故障に備えて複数の予備光源を準備しておく必要があることにより、運用コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、こうした問題を解決するため、光共振器内に半導体光アンプと波長選択性光導波路型素子とを設けた構成の導波路型レーザも提案されており、例えば、半導体光アンプの一方の端面に高反射コートを施し、もう一端に導波路型ループミラーと波長選択性光導波路型素子として２つのアレイ導波路格子とを配置することにより、温度調整機構を省略して波長可変機構を有するようにした構成の導波路型レーザ（特許文献１参照）等が挙げられる。

特開２００２−８４０３０号公報（第７頁、図３）

上述した特許文献１に係る導波路型レーザの場合、レーザの出力レベルは、導波路型ループミラーの反射率に依存し、更に導波路型ループミラーの反射率は導波路ミラーを構成する３ｄＢカップラの分岐比に依存しているが、この分岐比が製造誤差や温度，光の波長等といった使用条件による変動の影響を受け易いこと、並びに製造後に分岐比の調整を行うことができないこと等の理由により、結果としてレーザの出力レベルを安定化させることが難しいという難点がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、反射率が製造誤差や温度，光の波長等といった使用条件による変動の影響を受け難く、反射率を製造後に調整したり、モニタすることが可能な光導波路型の光反射器を提供することにある。

本発明の他の技術的課題は、特性が安定し、製造後にも特性を調整可能な光反射器を用いた光共振器を提供することにある。

本発明の別の技術的課題は、特性が安定し、製造後にも特性を調整可能な光共振器を用いたレーザを提供することにある。

本発明によれば、２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該方向性結合器を構成する該２本の光導波路の実効屈折率が該方向性結合器の結合部分で互いに異なる光反射器が得られる。

又、本発明によれば、２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、方向性結合器の結合部分にあっての２本の光導波路の間に設けられて実効屈折率の差を変化させる屈折率差可変手段とを有する光反射器が得られる。

更に、本発明によれば、２×２のマルチモード干渉型カプラと、マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該マルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方が該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称である光反射器が得られる。

加えて、本発明によれば、２×２のマルチモード干渉型カプラと、マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、マルチモード干渉型カプラの干渉領域の屈折率分布を該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称な屈折率分布に変化させる屈折率分布可変手段とを有する光反射器が得られる。

又、本発明によれば、２つ以上の方向性結合器又はマルチモード干渉型カプラを縦続接続した２×２のバランスドブリッジ干渉型カプラと、バランスドブリッジ干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該方向性結合器を構成する該２本の光導波路の実効屈折率が該方向性結合器の結合部分で互いに異なっているか、或いは該マルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方が該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称である光反射器が得られる。

上記何れか一つの光反射器において、光反射器の一方の光導波路端が光検出器と光学的に結合されて成ること、更に方向性結合器，マルチモード干渉型カプラ，バランスドブリッジ干渉型カプラの何れか一つの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段中には、波長選択機能を有する波長選択素子が設置されて成ることは、それぞれ好ましい。

一方、本発明によれば、光導波路の両端に光反射器を配置して成る光共振器であって、光反射器の少なくとも一方側に上記何れか一つの光反射器を用いて成る光共振器が得られる。この光共振器において、２つの光反射器の間に波長選択機能を有する波長選択素子を設置して成ることは好ましい。

他方、本発明によれば、これらの光共振器における２つの光反射器の間に光利得媒質を設置して成るレーザが得られる。

本発明の光反射器の場合、特許文献１記載の技術とは異なり、反射率が製造誤差や温度，光の波長等といった使用条件による変動の影響を受け難く、反射率を製造後に調整したり、或いはモニタすることが可能となり、この光反射器を用いた光共振器や、更に係る光共振器を用いたレーザにおいても、特性が安定し、製造後にも特性を調整できるようになる。

本発明の最良の形態に係る第１の光反射器（第１の発明）は、２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、方向性結合器を構成する２本の光導波路の実効屈折率が方向性結合器の結合部分で互いに異なる構成のものである。

この第１の発明に係る光反射器では、第１の光導波路に入射された光のパワーが方向性結合器で所定の割合で第１の光導波路と第２の光導波路とに分割されると、それぞれ光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段を介して方向性結合器の反対側の光導波路に結合し、再び方向性結合器に入射される。このとき、方向性結合器を構成する２本の光導波路の実効屈折率が方向性結合器の結合部分で互いに異なっているため、１回目に方向性結合器を通過する際の光における２本の導波路間の伝搬定数の差と、２回目に方向性結合器を通過する際の光における伝搬定数の差とは、大きさが同じで符号が反対になるため、この方向性結合器は所謂反転Δβ型方向性結合器として機能する。反転Δβ型方向性結合器は、通常の方向性結合器に比べて光の波長変動，温度変動，製造誤差等による分岐比の変動を小さくすることができる。このことは、光の波長変動，温度変動，製造誤差等といった使用条件による光反射器における反射率の変動を小さくできることを意味している。

本発明の最良の形態に係る第２の光反射器（第２の発明）は、２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、方向性結合器の結合部分にあっての２本の光導波路の間に設けられて実効屈折率の差を変化させる屈折率差可変手段とを有するものである。

この第２の発明に係る光反射器では、方向性結合器の結合部分に実効屈折率の差を変化させる屈折率差可変手段を設置しているので、２本の光導波路間の実効屈折率の差を変化させると、方向性結合器の分岐比を反転Δβ型に変化させることができる。通常の方向性結合器では、方向性結合器の結合長が所定の条件を満たさない限り、いくら光導波路間の実効屈折率の差を変化させても所定の分岐比が得られない場合があるが、反転Δβ型の場合にはこうした点が大幅に緩和され、光の波長変動，温度変動，製造誤差等といった使用条件に対する許容範囲が改善される。このことは、製造後に光反射器の反射率をより広範囲に調整可能になることを意味している。

本発明の最良の形態に係る第３の光反射器（第３の発明）は、２×２のマルチモード干渉型カプラと、マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、マルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方がマルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称な構成のものである。

この第３の発明に係る光反射器は、第１の発明に係る光反射器における方向性結合器を２×２のマルチモード干渉型カプラで置き換えた構成であり、その干渉領域の形状，屈折率分布を入出力光導波路に対して非対称に配置していることにより、第１の発明の反転Δβ型方向性結合器と概ね同じ効果が生じ、同様に光の波長変動，温度変動，製造誤差等といった使用条件による光反射器における反射率の変動を小さくすることができる。

本発明の最良の形態に係る第４の光反射器（第４の発明）は、２×２のマルチモード干渉型カプラと、マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、マルチモード干渉型カプラの干渉領域の屈折率分布をマルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称な屈折率分布に変化させる屈折率分布可変手段とを有するものである。

この第４の発明に係る光反射器は、第２の発明に係る光反射器における方向性結合器を２×２のマルチモード干渉型カプラで置き換えた構成であり、その干渉領域の屈折率分布を入出力光導波路に対して非対称に変化させることにより、第２の発明の反転Δβ型方向性結合器と概ね同じ効果が生じ、同様に製造後に光反射器の反射率をより広範囲に調整可能になる。

本発明の最良の形態に係る第５の光反射器（第５の発明）は、２つ以上の方向性結合器又はマルチモード干渉型カプラを縦続接続した２×２のバランスドブリッジ干渉型カプラと、バランスドブリッジ干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、方向性結合器を構成する２本の光導波路の実効屈折率が方向性結合器の結合部分で互いに異なっているか、或いはマルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方がマルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称な構成のものである。

この第５の発明に係る光反射器は、第２の発明に係る光反射器における方向性結合器を２×２のバランスドブリッジ干渉型カプラで置き換えた構成であり、バランスドブリッジ干渉型カプラを構成する方向性結合器又はマルチモード干渉型カプラを第１の発明に係る光反射器又は第３の発明に係る光反射器の場合と同様に非対称とすることにより、第１の発明又は第３の発明の場合と同様に光の波長変動，温度変動，製造誤差等といった使用条件に対する許容範囲が改善される。更に、バランスドブリッジ干渉型カプラの２つのアーム間における光の位相差を変化させることにより、製造後に光反射器の反射率を一層広範囲に調整可能になる。

ところで、上述の第１の発明乃至第５の発明に係る何れか一つの光反射器の一方の光導波路端が光検出器と光学的に結合して成る構成（第６の発明）とすれば、光反射器の反射率をモニタすることが可能になり、製造後に光反射器の反射率を調整する際等に大変好都合になる。

更に、これらの第１の発明乃至第６の発明に係る何れか一つの光反射器における方向性結合器，マルチモード干渉型カプラ，バランスドブリッジ干渉型カプラの何れか一つの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段中に波長選択機能を有する波長選択素子が設置されて成る構成（第７の発明）とすれば、この光反射器で反射する波長を選択することが可能になる。

一方、本発明の最良の形態に係る光共振器は、光導波路の両端に光反射器を配置して成るものにおいて、光反射器の少なくとも一方側に上記第１の発明乃至第７の発明に係る何れか一つの光反射器を用いて成る構成（第８の発明）のものである。

この第８の発明に係る導波路型の光共振器では、両端の光反射器の反射率によって光共振器のフィネス（特性）が決まることにより、特性の安定した製品又は特性を製造後に調整可能な製品を提供することができる。又、この光共振器において、２つの光反射器の間に波長選択機能を有する波長選択素子が設置されて成る構成（第９の発明）とすれば、この光共振器で共振する波長を選択することができる。

他方、本発明の最良の形態に係るレーザは、第８の発明又は第９の発明に係る光共振器における２つの光反射器の間に光利得媒質が設置されて成る構成（第１０の発明）のものである。この第１０の発明に係る導波路型のレーザでは、出力特性の安定した製品又は出力特性を製造後に調整可能な製品を提供することができる。

以下は、本発明の光反射器、及びそれを用いた光共振器、並びにそれを用いたレーザについて、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照してその製造方法を含めて具体的に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器は、それぞれ入力用光導波路１０１，出力用光導波路１０２に結合された結合用光導波路１０３，１０４から成る方向性結合器１２０の出力側光導波路同士がループ状光導波路１０５により光学的に接続された構成であり、入力用光導波路１０１の左側から入力された光が方向性結合器１２０で２分割され、それぞれループ状光導波路１０５を時計回り，反時計回りに伝搬して方向性結合器１２０で合流した後、入力用光導波路１０１，出力用光導波路１０２から出力される。尚、ここで入力用光導波路１０１から入力した光パワーをＰｉ、入力用光導波路１０１から出力される光パワーをＰｒ、出力用光導波路１０２から出力される光パワーをＰｔとし、Ｐｒ/Ｐｉを反射率、Ｐｔ/Ｐｉを透過率と定義すれば、方向性結合器１２０の結合部の長さ及び結合係数を調整することにより、反射率，透過率を０〜１００％に設定することができる。

実施例１に係る光反射器の特徴は、方向性結合器１２０を構成する２本の近接した結合用光導波路１０３，１０４の間（結合部分）に意図的に実効屈折率の差を持たせた点にある。

実効屈折率に差を持たせる方法としては、図１に示される場合のように、結合用光導波路１０３，１０４のコア幅に差を持たせたり、或いは結合用光導波路１０３，１０４のコア高さに差を持たせたり、或いは結合用光導波路１０３，１０４のコア屈折率に差を持たせることで実現できるが、コア幅に差を設ける方法を採用すれば、コアを形成する際のホトマスクの幅に差を設けるだけで済むため、最も簡易である。何れにしても、コア幅，コア高さ，コア屈折率が異なる光導波路同士を接続する部分には、それらが光の進行方向について徐々に変化する構造（図１では省略している）とすれば、接続部分での損失が低減されるために一層好ましい。尚、図１ではループ状光導波路１０５を曲線光導波路を用いて構成した場合を示しているが、全反射を利用した折れ曲がり光導波路等を用いるように代替した構成にしても良い。

こうした構成により、結合用光導波路１０３から出力された光は、ループ状光導波路１０５を介して結合用光導波路１０４へ入力される光となり、逆に結合用光導波路１０４から出力された光はループ状光導波路１０５を介して結合用光導波路１０３へ入力される光になるため、光の方向性結合器１２０にあっての行きと帰りとにおける２つの導波路間の伝搬定数差は、大きさが同じで符号が逆になり、所謂反転Δβ型方向性結合器の動作になる。

反転Δβ型方向性結合器は、パラメータを適切に選ぶことにより、通常の実効屈折率に差を設けていない方向性結合器に比べ、製造誤差や波長変動に対して分岐比を変動し難くすることができる。従って、製造誤差の許容範囲が広く、広い波長範囲で反射率が均一な光反射器を実現することができる。

次に、この光反射器における反射率Ｒの具体的な計算例を説明する。実施例１に係る光反射器の反射率Ｒは、χを方向性結合器１２０の結合係数、ｌを方向性結合器１２０の結合長、Δβを方向性結合器１２０の結合部での２本の結合用光導波路１０３，１０４間の伝搬定数の差とした場合、数１式及び数２式の関係で表わされる。

図９は、ここでの数１式及び数２式に基づいて、方向性結合器１２０の結合係数が変動した場合の光反射器における反射率Ｒ特性を従来製品と比較して示したものである。但し、図９において、横軸は方向性結合器１２０の結合長ｌを方向性結合器１２０の２本の結合用光導波路１０３，１０４間の伝搬定数の差がない場合の完全結合長Ｌで割った値ｌ／Ｌを示し、縦軸は反射率Ｒを示している。又、×印のプロットは、２本の結合用光導波路１０３，１０４間の伝搬定数の差Δβが零（Δβ＝０）の場合の反射率特性（従来製品のもの）を示しており、●印のプロットは、２本の結合用光導波路１０３，１０４間の伝搬定数の差Δβが数４式を満たす場合の反射率特性（実施例１のもの）を示している。

一般に完全結合長Lと結合係数χとの間には、数３式の関係があるため、図９の反射率Ｒ特性では、製造誤差等で２本の結合用光導波路１０３，１０４間の間隔が変動したり、或いは波長が変動すると、結合係数χが変動して完全結合長Ｌも変動するので、横軸が変動する。

伝搬定数の差Δβが数４式を満たす場合、伝搬定数の差Δβが零の場合と比べて広い範囲で反射率をほぼ１００％にすることができる。図９に示した例では、反射率がほぼ１００％となる領域が広くなるようにパラメータの選択を行ったが、１００％以外の反射率に設定する場合についても、伝搬定数の差Δβ，結合長ｌ，完全結合長Ｌを適切に選択することにより、伝搬定数の差Δβが零の場合と比べて広い範囲で反射率を安定化することが可能である。尚、実効屈折率は、伝搬定数を光の波数で除した値であるので、光の波長を固定して考えれば、「伝搬定数に差を設ける（伝搬定数が異なる）」こと、「実効屈折率に差を設ける（実効屈折率が異なる）」ことは、ほぼ同義である。

従来、反転Δβ型方向性結合器を実現するためには、結合部分を２分割し、それぞれの部分に大きさが同じで符号が反転した実効屈折率の変化を与える必要があったが、実施例１の構成では、ループ状光導波路１０５を用いて入出力を入れ替えることで結合部分を分割しなくても反転Δβ動作が得られるようになっている。

図２は、本発明の実施例２に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、先の実施例１の光反射器で結合用光導波路１０３，１０４間のコア幅，コア高さ，コア屈折率の何れかに差を持たせるようにした代わりに、結合用光導波路１０３，１０４の少なくとも一方（図２では結合用光導波路１０４）に対し、実効屈折率の差を変化させるための屈折率差可変手段としての屈折率制御手段１０６を設けて構成されている。

この屈折率制御手段１０６により結合用光導波路１０３，１０４間の実効屈折率に差を生じさせれば、実施例１に係る光反射器の場合と同様な作用効果を得ることができる。更に、この実施例２に係る光反射器の場合には、製造後に屈折率制御手段１０６を調整することにより、反射率が調整可能となる。通常の方向性結合器では、方向性結合器の結合長が所定の条件を満たさない限り、いくら光導波路間の実効屈折率の差を変化させても所定の分岐比が得られない場合があるが、実施例２に係る反転Δβ型光反射器の場合、こうした使用条件が大幅に緩和され、光の波長変動，温度変動，製造誤差等に対する許容範囲が改善される。このことは、製造後に光反射器の反射率を一層広範囲に調整可能になることを意味している。

図１０は、ここでの実施例２に係る光反射器における反射率Ｒ特性を製造後の調整前後で対比して示したものである。但し、ここでの●印のプロットは、製造後に屈折率制御手段１０６を未調整である場合の反射率特性（実施例１の場合と同じ）を示しており、黒三角のプロットは、製造後に屈折率制御手段１０６を調整した場合の反射率特性を示している。

図１０では、実施例２に係る光反射器の製造後、屈折率制御手段１０６により反射率を調整すれば、未調整のときの場合と比べてｌ／Ｌ値が大きい広域な範囲で一層安定して反射率をほぼ１００％にできることを示している。

屈折率制御手段１０６としては、光導波路の材料に応じて適宜選択可能である。例えば光導波路コアが二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、窒化酸化珪素（ＳｉＯＮ）等のガラス材料、ポリイミド等のポリマ材料の場合には、熱光学効果を発生させるためのヒータが好適である。又、光導波路コアがシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）等の半導体材料の場合には、自由電子プラズマ効果、フランツ・ケルディッシュ効果、量子閉じ込めシュタルク効果等を発生させるための接合構造や電極が好適である。更に、光導波路コアがニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やＰＬＺＴ等の強誘電体材料の場合には、ポッケルス効果やカー効果を発生させるための電極が好適である。

尚、図２に示した構成では、屈折率制御手段１０６を一方の結合用光導波路１０４側にだけ設置した例を示したが、結合用光導波路１０３，１０４の両方に屈折率制御手段１０６を設けた上、それぞれ反対方向に実効屈折率を変化させるように構成することも可能である。又、実施例１の形態と実施例２の形態とを組み合わせ、結合用光導波路１０３，１０４間のコア幅，コア高さ，コア屈折率の何れかに差を持たせると共に、結合用光導波路１０３，１０４の少なくとも一方に屈折率制御手段１０６を設ける構成としても良い。

図３は、本発明の実施例３に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、実施例１に係る光反射器の方向性結合器１２０を２×２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐導波路（マルチモード干渉型カプラ）１２１に置き換えた構成になっており、その動作は実施例１に係る光反射器の場合とほぼ同じである。

このマルチモード干渉型光分岐導波路１２１におけるマルチモード干渉領域１０７の長さ，幅等を適切に選択すれば、任意の反射率を実現できる。更に実施例１に係る光反射器の方向性結合器１２０の場合と同様に、マルチモード干渉領域１０７の上部，下部の間に伝搬定数の差を持たせることにより、製造誤差や波長変動に対する許容範囲の広い光反射器を実現できる。伝搬定数に差を持たせる方法としては、図３に示されるように、入力用光導波路１０１，出力用光導波路１０２，ループ状光導波路１０５の中心線１３１とマルチモード干渉領域１０７の中心線１３２とをずらすのが好適である。

図４は、本発明の実施例４に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、実施例２に係る光反射器の方向性結合器１２０を２×２のマルチモード干渉型光分岐導波路１２１に置き換え、マルチモード干渉領域１０７の上部，下部の少なくとも一方に屈折率制御手段１０６を設けた構成であり、その動作は実施例２に係る光反射器の場合とほぼ同じである。これにより、製造後にも広い反射率に渡って反射率を調整可能な光反射器を実現できる。

尚、図４に示した構成では、屈折率制御手段１０６をマルチモード干渉領域１０７の下部側にだけ設置した例を示したが、マルチモード干渉領域１０７の上部，下部の両方に屈折率制御手段１０６を設けた上、それぞれ反対方向に実効屈折率を変化させるように構成することも可能である。又、実施例３の形態と実施例４の形態とを組み合わせ、入力用光導波路１０１，出力用光導波路１０２，ループ状光導波路１０５の中心線１３１とマルチモード干渉領域１０７の中心線１３２とをずらすと共に、マルチモード干渉領域１０７の上部，下部の少なくとも一方に屈折率制御手段１０６を設ける構成としても良い。

図５は、本発明の実施例５に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、実施例１に係る光反射器の方向性結合器１２０を２つの方向性結合器１２３，１２４に分割し、この２つの方向性結合器１２３，１２４間を互いに結合しない２本のアーム導波路１０９，１１０で繋いだバランスドブリッジ型干渉計１２２構成になっており、方向性結合器１２３，１２４を構成する２本の導波路間には、実施例１の方向性結合器１２０と同様に意図的に実効屈折率の差を設けた構成である。この実効屈折率の差により、実施例１と同様の作用により、製造誤差や波長変動に対する許容範囲の広い反射器を実現できる。さらに２本のアーム導波路１０９，１１０を伝搬する光の位相に差を設けることにより、上記の製造誤差や波長変動に対する許容範囲をさらに拡大することが可能になる。その効果を示す計算結果を図１０に示す。図１０の横軸、縦軸は図９と同じである。ただし、図９と比較しやすいように、横軸は方向性結合器１２３，１２４の結合長の和を完全結合長Lで割った値になっている。方向性結合器１２３，１２４の導波路間の伝搬定数の差は、図９の黒丸（●）プロットと同じで数４式を満たすように設定した。図１０の黒丸（●）プロットは２本のアーム導波路１０９，１１０間の位相差が零の場合の反射率を示す。この場合の反射率は図９の黒丸（●）プロットと同じである。一方図１０の黒三角プロットは２本のアーム導波路１０９，１１０間の位相差がπの場合の反射率を示す。この場合、位相差が零の場合に比べてさらに広い範囲で反射率をほぼ１００％とすることができる。さらにバランスドブリッジ型干渉計１１２の２本のアーム導波路１０９，１１０の少なくとも一方（図５ではアーム導波路１１０）に屈折率制御手段１０６を配置することにより、製造後にも広い反射率に渡って反射率を調整可能である反射器を提供できる。

尚、本実施例では実施例１の方向性結合器１２０を分割してバランスドブリッジ型干渉計１１２を構成したが、実施例３の２×２のマルチモード干渉（ＭＭＩ）型分岐導波路１２１を分割して同様にバランスドブリッジ型干渉計を構成しても同様の効果が得られる。

図６は、本発明の実施例６に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、実施例２に係る光反射器２０１における出力用光導波路１０２に対して光検出器２０２を光学的に結合させ、光反射器２０１の透過光強度をモニタできるようにしたもので、屈折率制御手段１０６によって反射率（透過率）を調整することができる。

尚、図６では実施例２に係る光反射器２０１を対象にして説明したが、それ以外にも実施例４や実施例５の光反射器を対象にして用いても同様の効果が得られる。又、実施例１や実施例３の光反射器を用いた場合、製造後に反射率を調整する機能は得られないが、反射率をモニタする機能は実現できる。

図７は、本発明の実施例７に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。この光反射器の場合、実施例２に係る光反射器におけるループ状光導波路１０５内に波長選択機能を有する波長選択素子３０１を配置することにより、波長選択機能を有するようにしたものである。この波長選択性を持つ光反射器は、例えば共振器内の複数の共振モードの中から特定の共振モードをだけを選択する際等に有用である。波長選択素子３０１としては、リング共振器，エタロン共振器，マッハツェンダ干渉計，回折格子，アレイ導波路格子等が挙げられる。

尚、図７では実施例２に係る光反射器を対象にして説明したが、それ以外の各実施例の光反射器を対象にして用いても同様の効果が得られる。

図８は、本発明の実施例８に係る光共振器の基本構成を示したブロック図である。この光共振器の場合、光導波路素子５０３の両端に光反射器５０１，５０２を配置した光導波路型のもので、光反射器５０１，５０２の少なくとも一方に実施例１〜実施例７に係る光反射器の中から選択したものを用いて構成されるものである。但し、光導波路素子５０３は光導波路であっても構わない。

このような光共振器では、光導波路素子５０３に対する両端の光反射器５０１，５０２の反射率によって共振器のフィネス（特性）が決まるため、特性の安定した製品又は特性を製造後に調整可能な製品を提供することができる。又、光導波路素子（光導波路）５０３に波長選択機能を有する波長選択素子を設置すれば、共振器内の複数の共振モードの中から特定の共振モードをだけを選択する際等に有用である。更に、光導波路素子（光導波路）５０３を光利得媒質導波路とすることにより、光導波路型レーザを構成することができる。このような光導波路型レーザでは、両端の光反射器５０１，５０２の反射率によってレーザの出力特性が決まるため、出力特性の安定した製品又は出力特性を製造後に調整可能な製品を提供することができる。

ところで、周知技術において、光導波路型共振器を構成する際には、光導波路端面に高反射膜を形成した光反射器が汎用的であったが、高反射膜の形成には手間が掛かること、高反射膜の反射率の制御が難しいこと、製造後に反射率を調整できないこと、任意の場所に光反射器を設置できないこと、光反射器の外側に別の光導波路デバイスをモノリシックに集積できないこと等の諸点で問題があったが、本発明の光共振器の場合、高反射膜の形成が不要になること、反射率の制御が容易になること、製造後の反射率の調整が可能になること、任意の場所に光反射器を設置できること、光反射器の外側に別の光導波路デバイスをモノリシックに集積できること等の諸点で長所を奏するものとなっている。これらの長所は、光共振器を構成する両方の光反射器５０１，５０２に各実施例の光反射器を用いた場合に最も効果的（特に製造後に反射率を一層広範囲に調整可能なものが有効）となるが、場合によっては片方の光反射器についてだけ各実施例の光反射器を用い、もう片方については例えば高反射膜を用いた光反射器とした構成であっても、相当な効果を得ることができる。

以下は、上述した実施例１〜実施例７に係る光反射器の製造方法について説明する。

各実施例に係る光反射器を構成する材料は、想定している波長の光に対して或る程度透明なもので、光導波路を形成可能であれば何でも良いが、何れにしても光反射器内にループ状光導波路１０５が配置されるため、小さな曲率半径で曲線光導波路を形成しても放射損失が発生しない光導波路とするのが好適である。このような光導波路は、コアとクラッドとの間の屈折率の差を大きくすることで実現できる。例えばコアに窒化酸化珪素（ＳｉＯＮ）、クラッドに二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用いると好適である。

この場合の製造方法の概略を説明する。シリコン（Ｓｉ）基板上に下部クラッド層として熱酸化又は化学気相堆積（ＣＶＤ）法等により十ミクロン程度の厚さの二酸化珪素層を形成した後、ＣＶＤ法等によりコア層として数ミクロン程度の窒化酸化珪素層を形成してから、フォトリソグラフィ法等によって図１〜図５に示したような光回路パターンを転写し、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）法等によりコア層の光回路パターン以外の部分を除去し、上部クラッド層としてＣＶＤ法等により十ミクロン程度の厚さの二酸化珪素層を形成してコアを埋め込む。屈折率制御手段１０６が必要な場合は、上部クラッド層上に蒸着法又はスパッタリング法等により適当な抵抗率の金属膜を成膜し、フォトリソグラフィ法でヒータ電極パターンを転写した後に、ウエットエッチング法又はミリング法等によりヒータ電極を形成すれば良い。

又、他の例として、コアにシリコン（Ｓｉ）、クラッドに二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用いると、コアが窒化酸化珪素（ＳｉＯＮ）の場合と比べて更にコア，クラッドの間の屈折率の差を大きくすることができるので、光反射器の小型化の観点で好適である。

この場合の製造方法の概略を説明する。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板の埋め込み酸化膜層を下部クラッド層、ＳＯＩ層をコア層とし、電子ビームリソグラフィ法等によって図１〜図５に示したような光回路パターンを描画し、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）法等によりコア層の光回路パターン以外の部分を除去し、上部クラッド層としてＣＶＤ法等により数ミクロン程度の厚さの二酸化珪素層を形成してコアを埋め込む。屈折率制御手段１０６が必要な場合は上述した場合と同様な方法でヒータ電極を形成するか、或いはコア周辺にリン，ボロン等の不純物を打ち込み、ＰＩＮ接合又はＭＯＳ接合を形成し、この接合部に電界が掛かるように電極を形成すれば良い。

更に、別の例として、コアにインジウウム・ガリウム・砒素・リン（ＩｎＧａＡｓＰ）等の化合物半導体、上下方向のクラッド又はバッファ層にインジウム・リン（ＩｎＰ）等のコアより屈折率の低い化合物半導体を用い、横方向のクラッドを空気とした所謂ハイメサ構造光導波路は、横方向に強い光の閉じ込め効果を持つため、曲げ半径を小さくすることができ、光反射器を小型化する観点で好適である。

この場合の製造方法の概略を説明する。ＩｎＰ基板上に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等を用いて下部クラッドとなる１ミクロン程度のＩｎＰ層、コアとなる０．５ミクロン程度のＩｎＧａＡｓＰ層、バッファ層となる０．５ミクロン程度のＩｎＰ層を順次成長させ、フォトリソグラフィ法等によって図１〜図５に示したような光回路パターンを転写し、リアクティブ・イオン・ビーム・エッチング（ＲＩＢＥ）法等によりリッジ形成する。屈折率制御手段１０６が必要な場合は上述した場合と同様な方法でヒータ電極を形成するか、或いはバッファ層上にＰＮ接合及び電極を形成する。

本発明の実施例１に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例２に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例３に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例４に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例５に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例６に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例７に係る光反射器の基本構成を示した光回路図である。 本発明の実施例８に係る光共振器の基本構成を示したブロック図である。 図１に示す光反射器における反射率特性を従来製品と比較して示したものである。 図６に示す光反射器における反射率特性を図１に示す光反射器における反射率特性と対比して示したものである。

符号の説明

１０１ 入力用光導波路
１０２ 出力用光導波路
１０３，１０４ 結合用光導波路
１０５ ループ状光導波路
１０６ 屈折率制御手段
１０７ マルチモード干渉領域
１０９，１１０ アーム部の導波路
１２０，１２３，１２４ 方向性結合器
１２１ マルチモード干渉型光分岐導波路
１２２ バランスドブリッジ型干渉計
１３１，１３２ 中心線
２０１，５０１，５０２ 光反射器
２０２ 光検出器
３０１ 波長選択素子
５０３ 光導波路素子

Claims (10)

1. ２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、前記方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該方向性結合器を構成する該２本の光導波路の実効屈折率が該方向性結合器の結合部分で互いに異なることを特徴とする光反射器。
2. ２本の光導波路を近接して配置した方向性結合器と、前記方向性結合器の出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、前記方向性結合器の結合部分にあっての前記２本の光導波路の間に設けられて実効屈折率の差を変化させる屈折率差可変手段とを有することを特徴とする光反射器。
3. ２×２のマルチモード干渉型カプラと、前記マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該マルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方が該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称であることを特徴とする光反射器。
4. ２×２のマルチモード干渉型カプラと、前記マルチモード干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段と、前記マルチモード干渉型カプラの干渉領域の屈折率分布を該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称な屈折率分布に変化させる屈折率分布可変手段とを有することを特徴とする光反射器。
5. ２つ以上の方向性結合器又はマルチモード干渉型カプラを縦続接続した２×２のバランスドブリッジ干渉型カプラと、前記バランスドブリッジ干渉型カプラの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる光結合手段とを有すると共に、該方向性結合器を構成する該２本の光導波路の実効屈折率が該方向性結合器の結合部分で互いに異なっているか、或いは該マルチモード干渉型カプラの干渉領域の形状，屈折率分布の少なくとも一方が該マルチモード干渉型カプラの入出力光導波路に対して非対称であることを特徴とする光反射器。
6. 請求項１〜５の何れか一つに記載の光反射器において、前記光反射器の一方の光導波路端が光検出器と光学的に結合されて成ることを特徴とする光反射器。
7. 請求項１〜６の何れか一つに記載の光反射器において、前記方向性結合器，前記マルチモード干渉型カプラ，前記バランスドブリッジ干渉型カプラの何れか一つの出力側の光導波路端同士を光学的に結合させる前記光結合手段中には、波長選択機能を有する波長選択素子が設置されて成ることを特徴とする光反射器。
8. 光導波路の両端に光反射器を配置して成る光共振器であって、前記光反射器の少なくとも一方側に請求項１〜７の何れか一つに記載の光反射器を用いて成ることを特徴とする光共振器。
9. 請求項８記載の光共振器において、前記２つの光反射器の間に波長選択機能を有する波長選択素子を設置して成ることを特徴とする光共振器。
10. 請求項８又は９記載の光共振器における前記２つの光反射器の間に光利得媒質を設置して成ることを特徴とするレーザ。
    

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