JP2008058344A - オールパス波長フィルタ及び光偏向器 - Google Patents

Abstract

【課題】オールパス波長フィルタにおいて、空間光の取扱いを可能とし、かつ、光偏向器への応用に当たっての設計自由度を高くすること
【解決手段】基板１８上に設けられた反射膜１２と、反射膜上に形成され、導波モード光Ｂ_Ｇを伝播する導波路１４と、導波路に光伝播方向に沿って周期的構造として設けられていて、入射光Ｂ_ＩＮの特定波長成分を回折して導波モード光に変換し、かつ、導波モード光を回折して放射モード光Ｂ_ＯＵＴに変換して出射する回折格子１６とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力された光に対して波長に依存した位相遅延を与えるオールパス波長フィルタ、及び、このオールパス波長フィルタを用いた光偏向器に関する。

光波長フィルタとしては種々の形式のものが知られている。これらの光波長フィルタは、入力された光に対して波長に依存した位相遅延を与えて、この位相遅延を用いて干渉現象により特定の波長を選択する。

これらの光波長フィルタの中で、入力された光を波長によらず透過し、透過光に含まれる特定波長の光に、波長に依存した位相遅延を付与する素子が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

これらの素子は、オールパス波長フィルタとも称されている。オールパス波長フィルタは、長距離伝送された光信号の波長分散による歪みを補正するための分散補償装置として用いられる。

代表的なオールパス波長フィルタとして、一方のミラーの反射率を実質的に１００％としたファブリペロ共振器（以下、「ＦＰ共振器」とも称する。）が知られている（特許文献１及び２）。また、グレーティング周期を変化させる、いわゆるチャープ構造のファイバブラッググレーティング（以下、「ＦＢＧ」とも称する。）が知られている（特許文献３及び４）。
米国特許５５５７４６８号明細書 米国特許６６２１６１４号明細書 米国特許６８０４０５７号明細書 米国特許６８６５３１５号明細書

しかし、特許文献１及び２に記載されたＦＰ共振器型のオールパス波長フィルタは、機能素子（例えば光偏向器等）への応用に際して、設計の自由度が低いという問題点があった。つまり、ＦＰ共振器型のオールパス波長フィルタでは、一対のミラー間に介在された媒質の屈折率を制御するために、ミラー面に電極を設けていた。そのため、ミラー面間隔と電極間隔とが実質的に同一に制限されていた。

また、特許文献３及び４に記載されたＦＢＧでは、光ファイバ内を伝播する光信号しか扱えない、つまり空間光に位相遅延を付与できないという問題点があった。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものである。したがって、この発明の第１の目的は、空間光を扱うことができ、かつ、光偏向器への応用に際しての設計自由度が高いオールパス波長フィルタを提供することにある。

また、この発明の第２の目的は、上述のオールパス波長フィルタを用いた光偏向器を提供することにある。

この発明の第１の目的の達成を図るため、この発明のオールパス波長フィルタは、反射膜と、導波路と、回折格子とを備えている。

反射膜は、基板上に設けられている。導波路は、反射膜上に形成され、導波モード光を伝播する。回折格子は、導波路に光伝播方向に沿って周期的構造として備えられていて、入射光の特定波長成分を回折して導波モード光に変換し、かつ、導波モード光を回折して放射モード光に変換して出射する。

このように構成することにより、入射光に含まれる特定波長の光の一部は、回折格子で回折されて導波路中を伝播する導波モード光へと変換される。導波路の伝播の過程で、導波モード光には位相遅延が導入される。そして、この導波モード光は、再び回折格子で回折され、所定の位相遅延を有する放射モード光として出射される（以下、放射モード光を「出射光」とも称する。）。また、入射光に含まれる特定波長以外の光は、回折格子で回折されることなく、反射膜により反射される。

この場合において、回折格子が、導波路上の、反射膜とは反対側の表面に形成されたレリーフ型回折格子であってもよい。

また、この場合において、回折格子が、反射膜と導波路との境界に形成されたレリーフ型回折格子であってもよい。

更に、この場合において、回折格子が、導波路中に形成された屈折率変調型回折格子であってもよい。

これらのように構成することにより、回折格子は、入射光を、導波路を伝播する導波モード光へと変換することができる。

この場合において、導波路が、反射膜上に光伝播方向に沿って周期的に配置された複数の導波路セグメントからなるセグメント導波路であり、セグメント導波路が回折格子を兼ねていてもよい。

このように構成することにより、セグメント導波路を、回折格子及び導波路として兼用することができる。この場合、導波路セグメントで回折されて、セグメント導波路に結合された導波モード光は、導波路セグメント間の間隔を、言わば飛び石のように跨ぎながら伝播する。

上述のオールパス波長フィルタにおいて、回折格子の回折効率は、０を超え、かつ０．３以下の範囲の値に設定されていることが好ましい。

このように構成することにより、導波モード光の導波路内での滞在時間を実用上十分な長さとすることができる。その結果、導波路から出射される放射モード光に実用上十分な大きさの位相遅延を発生させることができる。

上述のオールパス波長フィルタにおいて、導波路の屈折率を、導波路の領域内部において一様に変化させるための第１屈折率制御手段を更に備えていることが好ましい。

このように構成することにより、第１屈折率制御手段は、導波路の屈折率を変更することができる。屈折率が変更されることにより、導波モード光の導波路中での伝播距離が変化する。その結果、導波路から出射される放射モード光に導入される位相遅延の大きさを変化させることができる。

この発明の第２の目的の達成を図るため、この発明の第１の光偏向器は、１個以上の上述したオールパス波長フィルタを備えている。そして、この光偏向器において、個々の回折格子は、導波路の延在方向に沿って同一の減少率で減少する回折効率を有していることが好ましい。

このように構成することにより、導波路からの出射光に導入される位相遅延の大きさを、導波路の延在方向に沿って単調に変化させることができる。つまり、出射光の位相遅延量を、導波路の延在方向に沿った位置により変化させることができる。その結果、出射光を仰角方向に偏向することができる。

この場合において、導波路の屈折率を、導波路の領域内部において一様に変化させるための第２屈折率制御手段を備えることが好しい。

このように構成することにより、第２屈折率制御手段は、導波路の屈折率を、場所によらず一様に変化させることができる。その結果、出射光の仰角方向の偏光方向を変化させることができる。

この発明の第２の目的の達成を図るため、この発明の第２の光偏向器は、オールパス波長フィルタの並列配置を含んでいる。そして、回折効率が、並列配置における並列方向の一端側に位置するオールパス波長フィルタから、他端側に位置するオールパス波長フィルタにかけて減少している。

このように構成することにより、２個以上のオールパス波長フィルタから出射される出射光のそれぞれに導入される位相遅延量を異ならせることができる。つまり、出射光の位相遅延量を、オールパス波長フィルタごとに変化させることができる。その結果、出射光の等位相面がオールパス波長フィルタの並列方向に傾き、出射光をこの並列方向に偏向することができる。

この場合において、導波路の屈折率を、全てのオールパス波長フィルタに共通して変化させるための第３屈折率制御手段を備えることが好ましい。

このように構成することにより、第３屈折率制御手段は、導波路の屈折率を、オールパス波長フィルタによらず一様に変化させることができる。その結果、出射光の並列方向の偏光方向を変化させることができる。

この発明の第２の目的の達成を図るため、この発明の第３の光偏向器は、上述のオールパス波長フィルタを１個以上用いている。

オールパス波長フィルタが１個の場合には、導波路の屈折率が、オールパス波長フィルタの延在方向に沿って減少するように制御し、並びに、オールパス波長フィルタが２個以上の場合には、オールパス波長フィルタが互いに並列に配置されており、かつ回折格子の回折効率がオールパス波長フィルタに共通して等しく、導波路の屈折率を、オールパス波長フィルタの延在方向、及び、オールパス波長フィルタの並列方向の双方又は一方の方向に沿って減少するように制御する第４屈折率制御手段を備える。

このように構成することにより、オールパス波長フィルタを２個以上用いれば、上述した第１及び第２の光偏向器では、出射光の偏向方向が１方向（仰角方向又は並列方向のいずれか）のみに限られていたのに対し、第３の光偏向器では、出射光の偏向方向を、仰角方向及びオールパス波長フィルタの並列方向の２方向とすることができる。

この発明は上述のように構成されている。したがって、この発明によれば、空間光を扱うことができ、かつ、光偏向器への応用に際しての設計自由度が高いオールパス波長フィルタが得られる。

また、このオールパス波長フィルタを用いた光偏向器が得られる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示したものにすぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。したがって、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。

（実施の形態１：オールパス波長フィルタ）
図１〜図５を参照して、実施の形態１のオールパス波長フィルタについて説明する。図１は、オールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。

オールパス波長フィルタ１０は、反射膜１２と、導波路１４と、回折格子１６とを備えている。なお、以降、オールパス波長フィルタ１０を単に「フィルタ１０」と称することもある。

反射膜１２は、基板１８の第１主面１８ａに形成されている。反射膜１２の材料は、好ましくは、例えば誘電体多層膜とする。反射膜１２の反射率ｒは、実質的に１００％とする。

基板１８は、平面形状が矩形状の平行平板とする。基板１８の材料は、好ましくは、例えばＳｉ基板とする。

導波路１４の屈折率をｎとする。また、導波路１４の厚みをｄとする。

回折格子１６は、導波路１４の上面１４ａ側に形成されたレリーフ型回折格子である。ここで、回折格子１６の格子間隔をＬとする。また、回折格子１６の回折効率ｓは、回折格子１６の領域内部において場所によらず一定とする。なお、回折効率ｓとは、入射光Ｂ_ＩＮの特定波長λの成分Ｂ_ＩＮ（λ）の強度に対する、導波モード光Ｂ_Ｇの強度の比率（Ｂ_Ｇ／Ｂ_ＩＮ（λ））であり、０≦ｓ≦１の範囲の値を取る実数である。なお、入射光Ｂ_ＩＮ及び導波モード光Ｂ_Ｇについては後述する。

次に、主に図１を参照して、フィルタ１０の動作について説明する。

回折格子１６の格子ベクトルに平行な成分を有し、複数の波長を含む入射光Ｂ_ＩＮが、フィルタ１０に入射角Θで入射する場合を考える。なお、ここで「格子ベクトル」とは、回折格子の格子間隔Ｌを規定する方向に向かうベクトルのことを意味する。

入射光Ｂ_ＩＮの一部は、回折格子１６により回折される。回折格子１６で回折されなかった入射光Ｂ_ＩＮは、導波路１４を透過して、反射膜１２で、ほぼ１００％の反射率で反射される。

回折格子１６で回折された光のうち、導波路１４との位相整合条件を満たす波長λの光は、導波路１４へと結合される。この光は、導波路１４を伝播する導波モード光Ｂ_Ｇへと変換される。ここで、入射光Ｂ_ＩＮのうち、上述した位相整合条件を満足する波長λの光が、「特定波長成分」に対応する。以下、特定波長λの入射光Ｂ_ＩＮの成分を、符号「Ｂ_ＩＮ（λ）」で表し、「入射光」、「特定波長成分」又は「光成分」等と称する。

導波路１４中を伝播する導波モード光Ｂ_Ｇは、回折格子１６により再び回折されて導波路１４外へと出射される。つまり、回折格子１６は、導波モード光Ｂ_Ｇを放射モード光Ｂ_ＯＵＴ（以下、「出射光Ｂ_ＯＵＴ」とも称する。）へと変換する。放射モード光Ｂ_ＯＵＴの出射角はΘであり、入射角に等しい。

導波モード光Ｂ_Ｇから放射モード光Ｂ_ＯＵＴへの変換率は、回折効率ｓで規定される。この点につき、図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

図２（Ａ）に示すように、回折効率ｓが０に近い場合、導波モード光Ｂ_Ｇは放射モード光Ｂ_ＯＵＴへと変換されにくい。つまり、この場合には、導波モード光Ｂ_Ｇが導波路１４中を伝播する距離Ｌ１は相対的に長くなる。

それに対して、図２（Ｂ）に示すように、回折効率ｓが１に近い場合、導波モード光Ｂ_Ｇは放射モード光Ｂ_ＯＵＴへと変換されやすい。つまり、この場合には、導波モード光Ｂ_Ｇが導波路１４中を伝播する距離Ｌ２は相対的に短くなる。

ところで、屈折率ｎの導波路１４中を伝播することより、導波モード光Ｂ_Ｇには位相遅延が導入される。つまり、導波モード光Ｂ_Ｇと等しい距離を伝播した入射光Ｂ_ＩＮ（λ）に比べて、導波モード光Ｂ_Ｇの位相が遅れる。この位相遅延の大きさは、導波モード光Ｂ_Ｇの導波路１４中での伝播距離に依存する。したがって、回折効率ｓが小さいほど、放射モード光Ｂ_ＯＵＴに導入される位相遅延が大きくなる。

次に、フィルタ１０の動作について、より定量的に説明する。

フィルタ１０において、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの電場ベクトルＴは、周知のとおり下記（１）式で与えられる。
Ｔ＝−ｒ（１−ｓ^２）^１／２ｅｘｐ（−ｊ２ｋｄ）＋ｓ^２｛１＋ｒ×ｅｘｐ（−ｊ２ｋｄ）｝ｅｘｐ（−ｊ２φ）／［（１＋ｒ）｛１−（１−ｓ^２）^１／２ｅｘｐ（−ｊ２φ）｝］・・・（１）
ただし、φ＝（β−ｋｃｏｓΘ−Ｋ）Ｌ
ここで、βは導波路１４の伝播定数、ｋは放射モード光Ｂ_ＯＵＴの波数、Ｋは回折格子１６の波数、ｊは虚数単位、及び、φは、入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の位相整合条件からの位相ずれの大きさである。

放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相Ｐｈ、すなわち放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈは、下記（２）式に示すように、（１）式の実部に対する虚部の比率のアークタンジェントで与えられる。
Ｐｈ＝ｔａｎ^−１（Ｉｍ（Ｔ）／Ｒｅ（Ｔ））・・・（２）
（１）式において、反射膜１２の反射率ｒに“１”を代入し（ｒ＝１）、及び、２ｋｄに２ｍπ（ただし、ｍは１以上の整数）を代入し、ｅｘｐ（−ｊ２ｍπ）＝１であることに注意すると、下記（３）式が得られる。
Ｔ＝−（１−ｓ^２）^１／２＋ｓ^２ｅｘｐ（−ｊ２φ）／｛１−（１−ｓ^２）^１／２ｅｘｐ（−ｊ２φ）｝・・・（３）
（３）式は、ＦＰ共振器から出射される出射光の電場ベクトルＴ’を表す従来周知の下記（４）式と類似している。
Ｔ’＝ｒ’＋（１−ｒ’^２）ｅｘｐ（−ｊ２φ）／｛１−ｒ’×ｅｘｐ（−ｊ２φ）｝・・・（４）
ただしφ＝ｋＬ’、ｒ’は反射膜の振幅反射率、及びＬ’はＦＰ共振器のミラー面間隔である。

（３）式と（４）式とを比較すると、（３）式の（１−ｓ^２）^１／２を、（４）式の振幅反射率ｒ’とすれば、両式は同じ形であることがわかる。

つまり、（３）式でｓ＝０のとき、すなわち、回折格子１６の回折効率ｓが０のときが、（４）式でＦＰ共振器のミラーの振幅反射率ｒ’が１の場合に対応する。この場合、（３）式より、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの電場ベクトルＴは、下記（５）式で与えられる。
ｓ＝０の場合： Ｔ＝−ｅｘｐ（−ｊ２ｋｄ）・・・（５）
（５）式より、この場合の位相遅延量Ｐｈは、導波路１４を膜厚ｄの薄膜とみなし、この薄膜を、導波モード光Ｂ_Ｇが１往復した場合の位相遅延量と同等の大きさであることがわかる。

また、（３）式で、ｓ≒１のとき、すなわち、回折格子１６の回折効率ｓが１に近いときが、（４）式でＦＰ共振器のミラーの振幅反射率ｒ’が０に近い場合に対応する。この場合、（３）式より、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの電場ベクトルＴは、下記（６）式で与えられる。
ｓ≒１の場合： Ｔ＝ｅｘｐ（ｊ２φ）・・・（６）
（６）式より、この場合の位相遅延量Ｐｈは、位相整合条件からの位相ずれの大きさφの２倍となることがわかる。

次に、図３を参照して、（１）式から計算された放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈと、回折効率ｓとの関係について説明する。図３は、横軸が、入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の位相ずれφで表した位相整合波長からの波長ずれ（ｒａｄ）を示す。縦軸が、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈ（ｒａｄ）を示す。

ここで、図３の横軸において、入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の位相整合波長からの波長ずれを、位相ずれφで表すことが可能であることについて簡単に説明する。

（１）式の“φ＝（β−ｋｃｏｓΘ−Ｋ）Ｌ”の関係において、両辺の変分を取ると、下記（７）式が得られる。
Δφ＝ΔβＬ・・・（７）
なおβ＝２π×ｎ／λであるので、導波路１４の屈折率ｎを一定とした場合には、（７）式は下記（８）式のように変形できる。
Δφ＝（２πｎＬ）／Δλ・・・（８）
ここで、Δφはφの変分、及びΔλは入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の波長λの変分である。

つまり、（８）式より明らかなように、波長の変分Δλは、位相ずれの変分Δφ（図３の横軸）で表すことができる。なお、図３の横軸を波長λに置き換えた場合に、φ＝０（ｒａｄ）の点が、λが位相整合波長に等しい場合を示す。また、φがマイナス（−）である領域は、λが位相整合波長よりも長波長の領域である。反対に、φがプラス（＋）である領域は、λが位相整合波長よりも短波長の領域である。

再び図３を参照すると、図には、回折効率ｓ＝０．１のグラフ１、回折効率ｓ＝０．２のグラフ２、回折効率ｓ＝０．３のグラフ３、及び回折効率ｓ＝１のグラフ４が描かれている。

図３から明らかなように、このφの範囲（したがって、λの範囲）では、回折効率ｓの大きさによらず、位相遅延量Ｐｈは、φ（λ）にほぼ比例して変化することがわかる。詳細には、グラフ１〜４はいずれも原点（φ＝０，Ｐｈ＝０）を通り、φが増加（λが減少）するにしたがって、位相遅延量Ｐｈが、ほぼ直線的に減少する。

また、φ≠０の場合、回折格子１６の回折効率ｓが小さい方が、放射モード光Ｂ_ＯＵＴに導入される位相遅延量Ｐｈが大きくなることがわかる。つまり、回折効率ｓが小さいほどグラフの傾きが大きい。換言すれば、回折効率ｓが小さいほど位相遅延量Ｐｈの傾き（変化率）が大きい。

より具体的には、ｓ＝０．１（グラフ１）の傾き（位相遅延量Ｐｈの変化率）は、ｓ＝１（グラフ４）の約４００倍である。ｓ＝０．２（グラフ２）の傾きは、ｓ＝１の約１００倍である。ｓ＝０．３（グラフ３）の傾きは、ｓ＝１の約５０倍である。

ここで、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、回折格子１６の回折効率ｓの変更方法について簡単に説明する。

図４（Ａ１）及び（Ａ２）は、回折格子１６の要部拡大断面図である。図４（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、回折効率ｓは、回折格子１６のデューティー比を変えることにより、変更することが可能である。ここで、デューティー比とは、格子間隔Ｌに対する、回折格子１６の１個の凸部１６ａの長さＬａの比率（Ｌａ／Ｌ）を百分率で表示したものである。

図４（Ａ１）に示したように、デューティー比を５０％に近づければ近づけるほど、回折格子１６の回折効率ｓは１に近づく。反対に、図４（Ａ２）に示したように、デューティー比を０％又は１００％のどちらか一方に近づければ近づけるほど、回折格子１６の回折効率ｓは０（零）に近づく。

なお、デューティー比を５０％に近づければ回折効率ｓが増加するという関係は、レリーフ型回折格子及び屈折率変調型回折格子の双方に成り立つ。

図４（Ｂ１）及び（Ｂ２）は、回折格子１６の要部拡大断面図である。図４（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように、回折効率ｓは、凸部１６ａの高さＨを変えることにより、変更することが可能である。

図４（Ｂ１）に示したように、凸部１６ａの高さＨを高くするほど、回折格子１６の回折効率ｓは大きくなっていく。反対に、図４（Ｂ２）に示したように、凸部１６ａの高さＨを低くするほど、回折格子１６の回折効率ｓは小さくなっていく。

図４（Ｃ１）及び（Ｃ２）は、回折格子１６を導波路１４とともに示した要部拡大平面図である。ここで、導波路１４が延在する面内で、導波モード光Ｂ_Ｇの伝播方向に直交する方向に沿って測った回折格子１６の凸部１６ａの幅をＤとする。

このとき、図４（Ｃ１）に示したように、回折格子１６の凸部１６ａの幅Ｄが導波路１４の幅に近ければ近いほど回折格子１６の回折効率ｓは大きくなっていく。反対に、図４（Ｃ２）に示したように、凸部１６ａの幅Ｄが小さいほど、回折格子１６の回折効率ｓは小さくなっていく。

次に、フィルタ１０の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
従来技術のＦＢＧは、光ファイバ内を伝播する光だけしか取り扱うことができなかった。しかし、この発明のフィルタ１０では、空間光を取り扱うことができる。より詳細には、フィルタ１０に入射する入射光Ｂ_ＩＮ（空間光）に含まれる特定波長の光成分Ｂ_ＩＮ（λ）に対して、回折効率ｓで定まる位相遅延を導入し、位相遅延量Ｐｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴ（空間光）を出射させることができる。

＜効果２＞
図３に示したように、回折効率ｓの小さい回折格子１６を用いることにより、位相遅延量Ｐｈを増強することができる。

次に、フィルタ１０の設計条件及び変形例について説明する。

＜設計条件１＞
この実施の形態においては、反射膜１２として誘電体多層膜を用いた場合を例示した。しかし、反射膜１２は、実質的に１００％の反射率を有していれば、誘電体多層膜には限定されない。例えば、反射膜１２として、屈折率の異なる２材料間の境界面を用いることができる。つまり、この境界面での全反射現象を反射膜に利用することができる。また、反射膜１２としては、金属膜を用いることができる。

＜設計条件２＞
この実施の形態においては、回折格子１６の格子間隔が単一周期Ｌである場合を例示した。しかし、回折格子１６は、単一周期には限定されない。回折格子１６として、長周期回折格子（例えば、サンプルグレーティング（Sampled Grating）等）を用いてもよい。このように構成することで、入射光Ｂ_ＩＮに含まれる複数の波長の光に位相遅延を導入することができる。

＜設計条件３＞
回折格子１６の回折効率ｓの大きさには、特に制限はなく、設計に応じた任意好適な値とすることができる。ただし、放射モード光Ｂ_ＯＵＴに対して実用上十分な位相遅延量Ｐｈを導入するためには、回折効率ｓは、０＜ｓ≦０．３の範囲の値とすることが好ましい。

＜設計条件４＞
この実施の形態においては、基板１８の材料としてＳｉ基板を用いた。しかし、基板１８の材料は、Ｓｉ基板には限定されない。例えば、石英、ガラス、プラスチック等の材料を用いることができる。

＜第１変形例＞
図５（Ａ）は、第１変形例のオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。このオールパス波長フィルタ２０では、反射膜１２と導波路１４との境界面にレリーフ型の回折格子２２が形成されている。このような構成によっても、入射光Ｂ_ＩＮに含まれる特定波長の光成分Ｂ_ＩＮ（λ）に対して、回折効率ｓで定まる位相遅延を導入し、位相遅延量Ｐｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴを出射させることができる。

＜第２変形例＞
図５（Ｂ）は、第２変形例のオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。このオールパス波長フィルタ２４では、導波路１４中に、屈折率変調型の回折格子２６が形成されている。このような構成によっても、入射光Ｂ_ＩＮに含まれる特定波長の光成分Ｂ_ＩＮ（λ）に対して、回折効率ｓで定まる位相遅延を導入し、位相遅延量Ｐｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴを出射させることができる。

＜第３変形例＞
図５（Ｃ）は、第３変形例のオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。このオールパス波長フィルタ３０は、反射膜１２上に導波モード光Ｂ_Ｇの伝播方向に沿って、断続的に配置された導波路セグメント３２，３２，・・・を備えている。そして、これら導波路セグメント３２，３２，・・・でセグメント導波路３４が形成されている。

オールパス波長フィルタ３０では、セグメント導波路３４が、回折格子１６を兼ねている。このような構成によっても、入射光Ｂ_ＩＮに含まれる特定波長の光成分Ｂ_ＩＮ（λ）に対して、回折効率ｓで定まる位相遅延を導入し、位相遅延量Ｐｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴを出射させることができる。

（実施の形態２：オールパス波長フィルタ）
図６及び図７を参照して、実施の形態２のオールパス波長フィルタについて説明する。図６は、オールパス波長フィルタの斜視図である。

実施の形態２のオールパス波長フィルタ３６（以下、単に、「フィルタ３６」とも称する。）は、導波路として３次元導波路１５を用いる点、及び３次元導波路１５の屈折率ｎを変化させることが可能である点が、フィルタ１０と異なっている。

以下、主に図６を参照して、フィルタ３６の構造について説明する。

フィルタ３６は、基板１８と、反射膜１２と、導波路形成層３８と、第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂとで構成されている。そして、導波路形成層３８の一部領域に３次元導波路１５及び回折格子１６が形成されている。

基板１８は、平面形状が矩形状の平行平板とする。基板１８の材料は、好ましくは、例えばＳｉ基板とする。

反射膜１２は、基板１８の第１主面１８ａ上に形成されている。反射膜１２は、好ましくは、例えばＳｉＮとＳｉＯ_２とが複数回積層された誘電体多層膜から構成される。

導波路形成層３８は、反射膜１２の上面１２ａに形成されている。導波路形成層３８の材料は、好ましくは、例えば強誘電体材料であるＬｉＮｂＯ_３とする。ＬｉＮｂＯ_３は、電圧が印加されることで電気光学効果により屈折率が変化する、いわゆる電気光学材料である。

３次元導波路１５は、導波路形成層３８中に設けられている。つまり、３次元導波路１５を構成する材料は、導波路形成層３８と等しくＬｉＮｂＯ_３である。ただし、３次元導波路１５に対応するＬｉＮｂＯ_３には、従来周知の方法でＴｉが拡散されている。その結果、３次元導波路１５は、周囲の導波路形成層３８に比べて、屈折率が高くなっている。

回折格子１６は、３次元導波路１５の上面１５ａに形成されている。回折格子１６はレリーフ型である。ここで、回折格子１６の回折効率をｓとする。回折格子１６は、従来周知のフォトリソグラフィ等で形成される。

第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂは、第１屈折率制御手段として機能する。第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂは、３次元導波路１５を挟んで、導波路形成層３８の上面３８ａに形成されている。第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂは、３次元導波路１５の延在方向に沿って、３次元導波路１５と等しい長さに形成されている。

第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂは、好ましくは、例えばＮｉとＡｕとがこの順序で上面３８ａに積層された積層電極とする。ここで、第１電極４０ａは、３次元導波路１５に対して電圧を印加するためのものである。一方、第２電極４０ｂはアース電極として機能する。

次に、フィルタ３６の動作について説明する。フィルタ３６は、（実施の形態１）で説明したと同様のメカニズムで動作する。

すなわち、回折格子１６に対して入射光Ｂ_ＩＮが入射されると、入射光Ｂ_ＩＮの特定波長成分Ｂ_ＩＮ（λ）の一部は、導波モード光Ｂ_Ｇとして３次元導波路１５に結合される。導波モード光Ｂ_Ｇには、３次元導波路１５中での伝播長に応じた位相遅延が導入される。そして、導波モード光Ｂ_Ｇは、回折格子１６で再び回折され、位相遅延量がＰｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴとしてフィルタ３６から出射される。

ここで、第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂを介して３次元導波路１５に電圧を印加した場合のフィルタ３６の動作について説明する。

第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂに電圧を印加すると、３次元導波路１５には、基板１８の上面１８ａに平行な電界が生じる。ところで、３次元導波路１５は電気光学材料（ＬｉＮｂＯ_３）から構成されている。よって、電気光学効果により、３次元導波路１５の屈折率ｎはｎ’へと変化する。より詳細には、印加電圧の大きさに応じて、３次元導波路１５の屈折率ｎは、３次元導波路１５領域内部において場所によらず一様にｎ’に変化する。

その結果、３次元導波路１５中での導波モード光Ｂ_Ｇの伝播長（光学的長さ）が変更される。よって、導波モード光Ｂ_Ｇに導入される位相遅延の大きさが変化する。つまり、放射モード光Ｂ_ＯＵＴは、屈折率がｎの場合の位相遅延量Ｐｈとは異なる位相遅延量Ｐｈ’で出射される。

つまり、３次元導波路１５の屈折率を変化させることにより、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈを制御することができる。

次に、図３を参照して、上述したフィルタ３６の動作をより詳細に説明する。

図３の横軸（入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の位相ずれφ）については、上述の（７）式（Δφ＝ΔβＬ）が成り立つ。入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の波長λを一定とした場合には、（７）式は下記（９）式のように変形できる。
Δφ＝（２πＬ／λ）Δｎ・・・（９）
ここで、Δｎは、３次元導波路１５の屈折率ｎの変分である。

つまり、（９）式より明らかなように、図３の横軸（φ）は、Δｎで表すことができる。すなわち、３次元導波路１５の屈折率ｎを変更することは、図３の横軸の値を変化させることに対応する。つまり、３次元導波路１５の屈折率ｎを変更すると、放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈが変化する。

次に、フィルタ３６の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
フィルタ３６は、３次元導波路１５の屈折率ｎを変化させることが可能である以外は、フィルタ１０（実施の形態１）とほぼ同様の構造である。したがって、フィルタ３６は、フィルタ１０と同様の効果を奏する。

＜効果２＞
フィルタ３６では、３次元導波路１５を、電気光学材料を用いて形成し、かつ、第１屈折率制御手段としての第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂを設けている。その結果、３次元導波路１５の屈折率ｎを電気光学効果に基づいて変化させることができる。したがって、屈折率ｎを変化させることで、放射モード光Ｂ_ＯＵＴに導入される位相遅延量Ｐｈを制御することができる。

＜効果３＞
従来のＦＰ共振器型のオールパス波長フィルタではミラー面に電極を設けていた。そのため、ミラー面間隔と電極間隔とが実質的に同一とされており、オールパス波長フィルタの設計自由度が制限されていた。

しかし、フィルタ３６では、第１及び第２電極４０ａ及び４０ｂを、３次元導波路１５を挟んで、導波路形成層３８の上面３８ａに形成することができる。その結果、ＦＰ共振器型のオールパス波長フィルタよりも高い設計自由度が得られる。

次に、フィルタ３６の設計条件及び変形例について説明する。

＜設計条件１＞
この実施の形態においては、３次元導波路１５の材料として、電気光学材料であるＬｉＮｂＯ_３を用いた。しかし、３次元導波路１５の材料はＬｉＮｂＯ_３には限定されない。３次元導波路１５の材料としては、種々の電気光学材料、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）及びＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）等の強誘電体材料、ＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体、並びに、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の有機物材料を用いることができる。

また、熱光学効果を利用して屈折率ｎを変更する場合には、３次元導波路１５の材料としては、例えば、Ｇｅをドープした石英、ガラス及び有機物等を用いることができる。

＜設計条件２＞
この実施の形態においては、３次元導波路１５の材料として、Ｔｉ拡散により周囲に比べて屈折率を高めたＬｉＮｂＯ_３（導波路形成層３８）を用いた。しかし、３次元導波路１５の材料として、ノンドープのＬｉＮｂＯ_３を用いてもよい。この場合、３次元導波路１５以外の導波路形成層３８（ＬｉＮｂＯ_３）の領域にＭｇ等を拡散して屈折率を低下させる必要がある。

＜第１変形例＞
図７は、この実施の形態の第１変形例のオールパス波長フィルタの構造を概略的に示す斜視図である。

このオールパス波長フィルタ４２（以下、単に、「フィルタ４２」とも称する。）は、３次元導波路１５がリッジ型導波路である点が、フィルタ３６と異なっている。

フィルタ４２は、基板１８と、ミラー１３と、３次元導波路１５と、回折格子１６と、上部クラッド層４４と、第３及び第４電極４６ａ及び４６ｂとで構成されている。

基板１８は、平面形状が矩形状の平行平板とする。基板１８の材料は、好ましくは、例えば導電型がｎ型のＩｎＰとする。基板１８は下部クラッド層を兼ねている。

この基板１８の第１主面１８ａ上に、第１主面１８ａよりも小面積の凸型の構造体４８として、ミラー１３、３次元導波路１５、回折格子１６、上部クラッド層４４及び第３電極４６ａが形成されている。

ミラー１３は、基板１８の第１主面１８ａ上に形成されている。ミラー１３は、好ましくは、例えば“ＩｎＧａＰ／ＩｎＡｌＡｓ構造”を複数回積層した多層膜から構成される。

３次元導波路１５は、ミラー１３の上面１３ａに形成されている。３次元導波路１５の材料は、好ましくは、例えば導電型がｉ型のＩｎＰとする。なお、ｉ型のＩｎＰは電気光学材料である。

３次元導波路１５の側面１５ｂ，１５ｂは屈折率の低い外界に露出している。これにより、導波モード光Ｂ_Ｇを両側面１５ｂ及び１５ｂ間に閉じ込めることができる。

上部クラッド層４４は、３次元導波路１５の上面１５ａに形成されている。上部クラッド層４４の材料は、好ましくは、例えば導電型がｐ型のＩｎＰとする。

回折格子１６は、３次元導波路１５と上部クラッド４４との境界面に形成されている。回折格子１６は、所定の回折効率ｓを有するレリーフ型回折格子とする。

第３電極４６ａは、上部クラッド層４４の上面４４ａの全面に形成されている。第３電極４６ａは、３次元導波路１５へ電圧を印加するためのものである。第３電極４６ａは、３次元導波路１５への入射光Ｂ_ＩＮの入射を妨げないように、好ましくは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極とする。

第４電極４６ｂは、基板１８の第２主面１８ｂの全面に形成されている。第４電極４６ｂは、第３電極４６ａのアース電極として機能する。第４電極４６ｂは、好ましくは、例えばＮｉとＡｕとがこの順序で第２主面１８ｂに積層された積層電極とする。なお、第３及び第４電極４６ａ及び４６ｂが第１屈折率制御手段として機能する。

フィルタ４２を用いることによっても、入射光Ｂ_ＩＮに含まれる特定波長の光成分Ｂ_ＩＮ（λ）に対して、回折効率ｓ及び屈折率ｎで定まる位相遅延を導入し、位相遅延量Ｐｈの放射モード光Ｂ_ＯＵＴを出射させることができる。

（実施の形態３：光偏向器）
図８〜図１０を参照して、実施の形態３の光偏向器について説明する。図８は、光偏向器の断面構造を概略的に示す模式図である。

光偏向器５０は、出射光Ｂ_ＯＵＴを仰角方向に偏向させるものである（図８）。

光偏向器５０は、１個のオールパス波長フィルタ５２（以下、単に「フィルタ５２」とも称する。）から構成されている。このフィルタ５２は、フィルタ１０を応用したものである。

フィルタ５２は、回折格子５６の回折効率ｓが、導波路５４の延在方向に沿って減少している以外は、フィルタ１０（図１）と同様の構造である。したがって、以下の説明では、フィルタ１０との相違点を主に説明する。

回折格子５６は、レリーフ型回折格子であり、導波路５４の上面５４ａに形成されている。回折格子５６の格子間隔は、格子溝によらず等しくＬである。

図示の例では、回折格子５６には、９個の凸部５８_１〜５８_９が形成されている。これらの凸部５８_１〜５８_９の上面５４ａからの突出高さ（以下、単に「高さ」と称する。）は、導波モード光Ｂ_Ｇの伝播方向に沿って、単調に低くなっている。つまり、凸部５８_１〜５８_９の高さは、導波路５４の延在方向に沿って、単調に減少していく。

ところで、（実施の形態１）で説明したように、各凸部５８_１〜５８_９での回折効率ｓは、凸部５８_１〜５８_９の高さに依存している。つまり、凸部５８_１〜５８_９の高さが高いほど回折効率ｓが大きくなる。

このことから、フィルタ５２においては、回折格子５６の回折効率ｓが、導波路５４の延在方向に沿って単調に減少する。

次に、図３及び図８を参照して光偏向器５０の動作について説明する。

図８に示したように、フィルタ５２には、凸部５８_１側から入射角Θで入射光Ｂ_ＩＮが入射し、凸部５８_９側に向かって出射光Ｂ_ＯＵＴが出射角Θ’で出射するものとする。

図３に示したように、入射光Ｂ_ＩＮ（λ）の位相ずれφが０でない場合（φ≠０）、回折効率ｓの値によって、出射光Ｂ_ＯＵＴに導入される位相遅延量Ｐｈの大きさが変化する。

回折格子５６は、回折効率ｓが、個々の凸部５８_１〜５８_９で異なっているので、各凸部５８_１〜５８_９に由来する出射光Ｂ_ＯＵＴごとに、位相遅延量Ｐｈが異なっている。

具体的には、凸部５８_１から凸部５８_９に向かうにしたがって、つまり回折効率ｓが減少するにしたがって、出射光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈが大きくなる。

その結果、全体としてみた場合、出射光Ｂ_ＯＵＴの等位相面が傾く。よって、フィルタ５２から出射される出射光Ｂ_ＯＵＴは仰角方向に偏向される。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴの出射角Θ’は、回折格子５６の回折効率ｓを一定と仮定した場合の出射角Θ（図中一点鎖線で示した。）よりも大きくなる。

なお、ここで、「仰角方向」とは、出射光Ｂ_ＯＵＴの出射点に視点をおいたときに、導波路５４の上面５４ａを含む平面と、出射光Ｂ_ＯＵＴの伝播方向とがなす方向とする。

より定量的に説明すると、上述した（１）式より、ｓが十分に小さいとき（例えば、ｓ＜０．１）、出射光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈはｓ^−２に比例する。これは、（１）式をテーラー展開して、第１項目までを取ることで得られる。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈは、ｓの値を変えることで変化させることができる。

更に、以下に列記する４条件を満たす場合、隣接する凸部からの出射光Ｂ_ＯＵＴの位相差は、（１）式を変形した下記（１０）式で見積もられる。
（条件１）：隣接する凸部５８_ｉ及び５８_ｉ＋１（ただし、ｉは１〜８の整数）との回折効率ｓの差をεとする。
（条件２）：凸部５８_１〜５８_９の回折効率ｓの最大値をｓ_０とする。
（条件３）：回折効率ｓが１よりも十分小さい（ｓ＜０．１）とする。
（条件４）：φ≒０とする。

位相差＝−ｓ_０ε／｛φ^２（｜Ｔ｜＋ｓ_０ε／φ）｝・・・（１０）
（１０）式より、たとえ凸部５８_ｉ及び５８_ｉ＋１の回折効率ｓの差εが小さくとも、位相整合条件（φ≒０）近傍では、分母が０（零）に近づくために、大きな位相差が発生する。

次に、光偏向器５０の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
光偏向器５０では、回折格子５６の回折効率ｓを導波路５４の延在方向に沿って単調に減少させることで、出射光Ｂ_ＯＵＴを仰角方向に偏向することができる。

次に、光偏向器５０の設計条件及び変形例について説明する。

＜設計条件１＞
この実施の形態の光偏向器５０は、回折格子５６の構造が異なる以外は、（実施の形態１）のフィルタ１０と同様の構成である。したがって、光偏向器５０は、フィルタ１０と同様の設計条件の変更や変形が可能である。

＜設計条件２＞
この実施の形態では、光偏向器５０が、１個のフィルタ５２で構成される場合を例示した。しかし、光偏向器５０を構成するフィルタ５２の個数は、１個には限定されない。

例えば、図９（Ａ）に示すように、２個以上のフィルタ５２，５２，・・・を並列に配置してもかまわない。また、図９（Ｂ）に示すように、２個以上のフィルタ５２，５２，・・・を直列に配置してもかまわない。

このようにすることによっても、光偏向器は、出射光Ｂ_ＯＵＴを仰角方向に偏向することができる。

＜第１変形例＞
図１０は、この実施の形態の第１変形例の光偏向器６０の構造を概略的に示す斜視図である。

機能的に見た場合、光偏向器６０は、３次元導波路５３の屈折率ｎを変化させることが可能である点が、光偏向器５０と異なっている。

構造的に見た場合、光偏向器６０は、回折格子５６の回折効率ｓが、３次元導波路５３の延在方向に沿って減少している点が、（実施の形態２）で説明したフィルタ３６（図６）と異なっている。

つまり、光偏向器６０は、第２屈折率制御手段として機能する第１及び第２電極５５ａ及び５５ｂを備えている。これらの電極５５ａ及び５５ｂは、３次元導波路５３を挟んで、３次元導波路５３の長手方向の長さと等しい長さにわたって延在している。その結果、両電極５５ａ及び５５ｂ間に電圧を印加することで、３次元導波路５３の屈折率を、３次元導波路５３の領域内部において場所によらず一様に変化させることができる。

３次元導波路５３の屈折率ｎを変えることにより、導波モード光Ｂ_Ｇの３次元導波路５３中での伝播距離が変化する。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈが変化する。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴの等位相面の傾きが、屈折率ｎの変化に応じて変更される。したがって、屈折率ｎの大きさを制御することにより、出射光Ｂ_ＯＵＴの出射角Θ’の大きさを変化させることができる。

（実施の形態４：光偏向器）
図１１〜図１３を参照して、実施の形態４の光偏向器について説明する。図１１は、光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す斜視図である。

光偏向器６２は、フィルタ６４_１〜６４_４の並列配置を含んでおり、入射光Ｂ_ＩＮを、フィルタ６４_１〜６４_４の並列方向（以下、単に「並列方向」とも称する。）に沿って偏向させる（図１２）。

光偏向器６２は４個のオールパス波長フィルタ６４_１〜６４_４（以下、単に「フィルタ６４_１〜６４_４」と称する。）を備えている。これらのフィルタ６４_１〜６４_４は、フィルタ３６（実施の形態２）を応用したものである。

フィルタ６４_１〜６４_４は、１個の基板６７の第１主面６７ａ側に形成されている。

基板６７は、平面形状が矩形状の平行平板である。

フィルタ６４_１〜６４_４は、上述のようにフィルタ３６と同様の構造である。したがって、個々のフィルタ６４_１〜６４_４の構造の詳細な説明は省略する。

フィルタ６４_１〜６４_４は、互いに平行に並列されている。つまり、個々のフィルタ６４_１〜６４_４を伝播する導波モード光Ｂ_Ｇの伝播方向は互いに平行である。

フィルタ６４_１〜６４_４のそれぞれは、３次元導波路６５_１〜６５_４及び回折格子６６_１〜６６_４を備えている。

個々の回折格子６６_１〜６６_４について見た場合、回折格子６６_１〜６６_４の回折効率ｓ_１〜ｓ_４は、当該回折格子６６_１〜６６_４の内部領域において、場所によらず一定である。

また、回折効率ｓ_１〜ｓ_４には、“ｓ_１＞ｓ_２＞ｓ_３＞ｓ_４”との関係が存在する。つまり、回折格子６６_１〜６６_４の回折効率ｓ_１〜ｓ_４は、並列配置の一端側に位置するフィルタ６４_１から、他端側に位置するフィルタ６４_４にかけて、並列方向に沿って減少する。

また、個々の３次元導波路６５_１〜６５_４の屈折率は、３次元導波路６５_１〜６５_４によらず等しい。

次に、図１１及び図１２を参照して、光偏向器６２の動作について説明する。図１２は、光偏向器６２を入射光及び出射光とともに描いた平面図である。

図１１に示すように、フィルタ６４_１〜６４_４には、互いに平行な入射光Ｂ_ＩＮ１〜Ｂ_ＩＮ４が入射している。上述（実施の形態２）したように、３次元導波路６５_１〜６５_４に結合された入射光Ｂ_ＩＮ１（λ）〜Ｂ_ＩＮ４（λ）には伝播の過程で、位相遅延が導入される。そして、位相遅延量がＰｈ_１〜Ｐｈ_４の出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４として、３次元導波路６５_１〜６５_４から出射される。ここで、位相遅延量Ｐｈ_１〜Ｐｈ_４は、回折格子６６_１〜６６_４の回折効率ｓ_１〜ｓ_４、及び３次元導波路６５_１〜６５_４の屈折率の両者で定まる。

ところで、３次元導波路６５_１〜６５_４の屈折率は、互いに等しい。また、回折格子６６_１〜６６_４の回折効率ｓ_１〜ｓ_４には、“ｓ_１＞ｓ_２＞ｓ_３＞ｓ_４”なる大小関係が存在する。したがって、上述（実施の形態２）したように、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の位相遅延量Ｐｈ_１〜Ｐｈ_４には、“Ｐｈ_４＞Ｐｈ_３＞Ｐｈ_２＞Ｐｈ_１”なる関係が成立する。

つまり、図１２に示すように、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の等位相面（図中一点鎖線で示す。）が、並列方向に対して傾斜する。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は並列方向に偏向される。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、平面的に見た（図１２）入射光Ｂ_ＩＮ１〜Ｂ_ＩＮ４の伝播方向に対して、所定の偏向角αだけ偏向されて出射される。

より詳細には、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、位相遅延量が大きい方に向かって偏向される。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、フィルタ６４_１側からフィルタ６４_４側へと偏向される。

次に、光偏向器６２の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
光偏向器６２では、フィルタ６４_１〜６４_４の回折効率ｓ_１〜ｓ_４を並列方向に沿って減少させている。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を並列方向に沿って偏向することができる。

次に、光偏向器６２の設計条件及び変形例について説明する。

＜設計条件１＞
この実施の形態の光偏向器６２を構成する個々のフィルタ６４_１〜６４_４としては、フィルタ３６を用いている。したがって、フィルタ６４_１〜６４_４に関しては、上述（実施の形態１及び２）と同様な設計条件の変更や変形が可能である。

＜設計条件２＞
この実施の形態の光偏向器６２では、フィルタ６４_１〜６４_４の個数が４個の場合について例示した。しかし、光偏向器６２を構成するオールパス波長フィルタの個数は、２個以上であれば特に制限はない。オールパス波長フィルタの個数は、設計に応じて任意好適な個数とすることができる。

＜第１変形例＞
図１３は、この実施の形態の第１変形例の光偏向器６８の構造を概略的に示す斜視図である。

この光偏向器６８は、３次元導波路６５_１〜６５_４の屈折率を、フィルタ６４_１〜６４_４に共通して変化させる点が、光偏向器６２と異なっている。

光偏向器６８は、第３屈折率制御手段として機能する第１及び第２電極７０ａ及び７０ｂを備えている。これらの電極７０ａ及び７０ｂは、フィルタ６４_１〜６４_４からなる構造体を挟んで、フィルタ６４_１〜６４_４の長手方向の長さと等しい長さにわたって延在している。

よって、両電極７０ａ及び７０ｂ間に電圧を印加すると、３次元導波路６５_１〜６５_４に、以下に列記する２つの変化が生じる。
（変化１）：３次元導波路６５_１〜６５_４の電位が、フィルタ６４_１〜６４_４によらず、共通に変化する。
（変化２）：個々の３次元導波路６５_ｊ（ただし、ｊは１〜４の整数）の屈折率が、３次元導波路６５_ｊの領域内部において場所によらず一様に変化する。

これらの変化の結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の位相遅延量Ｐｈ_１〜Ｐｈ_４が変化する。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の等位相面の傾きが、屈折率の変化に応じて変更される。したがって、３次元導波路６５_１〜６５_４の屈折率の大きさを制御することにより、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の偏向角αの大きさを変化させることができる。

（実施の形態５：光偏向器）
図１４〜図１６を参照して、実施の形態５の光偏向器について説明する。図１４は、光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す斜視図である。

光偏向器７２は、入射光Ｂ_ＩＮを、並列方向に沿って偏向させるものである（図１５）。

光偏向器７２は、４個のオールパス波長フィルタ７４_１〜７４_４（以下、単に「フィルタ７４_１〜７４_４」と称する。）を備えている。これらのフィルタ７４_１〜７４_４は、フィルタ３６（実施の形態２）を応用したものである。

フィルタ７４_１〜７４_４は、１個の基板７７の第１主面７７ａ側に形成されている。

基板７７は、平面形状が矩形状の平行平板である。

フィルタ７４_１〜７４_４は、上述のようにフィルタ３６と同様の構造である。したがって、個々のフィルタ７４_１〜７４_４の構造の詳細な説明は省略する。

フィルタ７４_１〜７４_４は、互いに平行に並列されている。つまり、個々のフィルタ７４_１〜７４_４を伝播する導波モード光Ｂ_Ｇの伝播方向は互いに平行である。

フィルタ７４_１〜７４_４のそれぞれは、３次元導波路７５_１〜７５_４、回折格子７６_１〜７６_４、第１電極７８ａ_１〜７８ａ_４及び第２電極７８ｂ_１〜７８ｂ_４を備えている。ここで、第１及び第２電極７８ａ_１〜７８ａ_４及び７８ｂ_１〜７８ｂ_４は、第４屈折率制御手段として機能する。

回折格子７６_１〜７６_４の回折効率ｓは、回折格子７６_１〜７６_４によらず等しい。つまり、回折格子７６_１〜７６_４の回折効率ｓは、当該回折格子７６_１〜７６_４の内部領域において、場所によらず一定である。

第１及び第２電極７８ａ_１及び７８ｂ_１は、３次元導波路７５_１を挟んで、３次元導波路７５_１の長手方向の長さと等しい長さにわたって延在している。第１及び第２電極７８ａ_１及び７８ｂ_１に印加する電圧を調整することにより、電気光学効果に基づき、３次元導波路７５_１の屈折率はｎ_１に制御されている。

他の第１及び第２電極７８ａ_２〜７８ａ_４及び７８ｂ_２〜７８ｂ_４についても同様であり、それぞれ、３次元導波路７５_２〜７５_４を挟んで、３次元導波路７５_２〜７５_４の長手方向の長さと等しい長さにわたって延在している。第１及び第２電極７８ａ_２〜７８ａ_４及び７８ｂ_２〜７８ｂ_４に印加する電圧を、調整することにより、電気光学効果に基づき、３次元導波路７５_２〜７５_４の屈折率は、それぞれｎ_２〜ｎ_４に制御されている。

ここで、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４は、“ｎ_４＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_１”なる関係が成立するように、それぞれ制御されている。つまり、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４は、フィルタ７４_１〜７４_４の並列方向に沿って減少する。

次に、図１４及び図１５を参照して、光偏向器７２の動作について説明する。図１５は、光偏向器７２を入射光及び出射光とともに描いた平面図である。

図１４に示すように、フィルタ７４_１〜７４_４には、互いに平行な入射光Ｂ_ＩＮ１〜Ｂ_ＩＮ４が入射している。上述（実施の形態２）したように、３次元導波路７５_１〜７５_４に結合された入射光Ｂ_ＩＮ１（λ）〜Ｂ_ＩＮ４（λ）には伝播の過程で、位相遅延が導入される。そして、位相遅延量がＰｈ_１〜Ｐｈ_４の出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４として、３次元導波路７５_１〜７５_４から出射される。ここで、位相遅延量Ｐｈ_１〜Ｐｈ_４は、回折格子７６_１〜７６_４の回折効率ｓ、及び３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４の両者で定まる。

ところで、回折格子７６_１〜７６_４の回折効率ｓは等しく、及び、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４には、“ｎ_４＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_１”なる大小関係が存在する。したがって、上述（実施の形態２）したように、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の位相遅延量Ｐｈ_１〜Ｐｈ_４には、“Ｐｈ_４＞Ｐｈ_３＞Ｐｈ_２＞Ｐｈ_１”なる関係が成立する。

つまり、図１５に示すように、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の等位相面（図中一点鎖線で示す。）が、並列方向に対して傾斜する。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は並列方向に偏向される。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、平面的に見た（図１５）入射光Ｂ_ＩＮ１〜Ｂ_ＩＮ４の伝播方向に対して、所定の偏向角αだけ偏向されて出射される。

より詳細には、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、位相遅延量が大きい方に向かって偏向される。つまり、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４は、フィルタ７４_１側からフィルタ７４_４側へと偏向される。

次に、光偏向器７２の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
光偏向器７２では、フィルタ７４_１〜７４_４において、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４を、フィルタ７４_１〜７４_４の並列方向に沿って減少させている。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を並列方向に沿って偏向することができる。

＜効果２＞
第１及び第２電極（７８ａ_１，７８ｂ_１〜７８ａ_４，７８ｂ_４）に印加する電圧を調整することにより、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４を、“ｎ_４＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_１”の関係が成り立つ範囲で、様々に制御することができる。その結果、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４の偏向角αを変化させることができる。

次に、光偏向器７２の設計条件及び変形例について説明する。

＜設計条件１＞
この実施の形態の光偏向器７２を構成する個々のフィルタ７４_１〜７４_４としてはフィルタ３６を用いている。したがって、フィルタ７４_１〜７４_４に関しては、（実施の形態１及び２）で説明したと同様な設計条件の変更や変形が可能である。

＜設計条件２＞
この実施の形態の光偏向器７２では、フィルタ７４_１〜７４_４の個数が４個の場合について例示した。しかし、光偏向器７２を構成するオールパス波長フィルタの個数は、２個以上であれば特に制限はない。オールパス波長フィルタの個数は、設計に応じて任意好適な個数とすることができる。

＜第１変形例＞
図１６（Ａ）は、この実施の形態の第１変形例の光偏向器８０の構造を概略的に示す模式図である。

光偏向器８０は、カー効果を用いて３次元導波路８５_１〜８５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４を制御する点が、光偏向器７２と異なっている。

より詳細には、光偏向器８０には、カー効果を生じさせるための制御光ＣＬを伝播させるバスライン８２が設けられている。このバスライン８２には、制御光ＣＬを各３次元導波路８５_１〜８５_４のそれぞれに分岐させる光パワースプリッタ８４_１，８４_２及び８４_３が設けられている。

ここで、各光パワースプリッタ８４_１〜８４_３の光強度分岐比率を、Ａ（ただし、Ａは０＜Ａ＜１の実数。）とする。そして、未分岐の制御光ＣＬの光強度をＩ_０とする。

このとき、バスライン８２の根元側に接続されている光パワースプリッタ８４_１からは、強度がＩ_４（＝ＡＩ_０）の分岐光が、３次元導波路８５_４に入力される。また、中間の光パワースプリッタ８４_２からは、強度がＩ_３（＝Ａ（１−Ａ）Ｉ_０）の分岐光が、３次元導波路８５_３に入力される。更に、先端の光パワースプリッタ８４_３からは、強度がＩ_２（＝Ａ（１−Ａ）^２Ｉ_０）の分岐光が、３次元導波路８５_２に入力される。そして、３次元導波路８５_１には、バスライン８２から強度がＩ_１（＝（１−Ａ）^３Ｉ_０）の分岐光が入力される。

ここで、光強度分岐比率Ａの値を適当に調整することにより、３次元導波路８５_１〜８５_４に入力される光の強度Ｉ_１〜Ｉ_４を“Ｉ_１＞Ｉ_２＞Ｉ_３＞Ｉ_４”とすることができる。

ところで、カー効果による屈折率変化の大きさは、３次元導波路８５_１〜８５_４に入力される分岐光の強度に応じて変化する。よって、分岐光の強度Ｉ_１〜Ｉ_４を上述のような大小関係とすることにより、３次元導波路８５_１〜８５_４の屈折率を“ｎ_４＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_１”となるように制御することができる。その結果、この実施の形態で説明したと同様にして、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を、３次元導波路８５_１〜８５_４の並列方向に沿って偏向することができる。

なお、この場合において、制御光ＣＬとしては、回折格子８６_１〜８６_４で回折されない波長の光を用いる。

＜第２変形例＞
図１６（Ｂ）は、この実施の形態の第２変形例の光偏向器８８の構造を概略的に示す模式図である。

光偏向器８８は、光偏向器８０（第１変形例）と同様に、カー効果を用いて３次元導波路８５_１〜８５_４の屈折率ｎ_１〜ｎ_４を制御する。

光偏向器８８は、バスライン９０_１，９０_２及び９０_３が、３次元導波路８５_１〜８５_４を直列に接続している点が、光偏向器８０と異なっている。

より詳細には、バスライン９０_１は、３次元導波路８５_４の他端部と、３次元導波路８５_３の他端部とを光学的に接続している。バスライン９０_１の途中には、制御光ＣＬを所望の強度に制御する光減衰器又は光増幅器（以下、「光強度調整器」と称する。）９２_１が介在されている。

バスライン９０_２は、３次元導波路８５_３の一端部と、３次元導波路８５_２の一端部とを光学的に接続している。バスライン９０_２の途中には光強度調整器９２_２が介在されている。

バスライン９０_３は、３次元導波路８５_２の他端部と、３次元導波路８５_１の他端部とを光学的に接続している。バスライン９０_３の途中には光強度調整器９２_３が介在されている。

光偏向器８８では、カー効果を生じさせる制御光ＣＬは、３次元導波路８５_４の一端部から３次元導波路８５_４へと入力され、他端部からバスライン９０_１へと出力される。

バスライン９０_１に入力された制御光ＣＬは、光強度調整器９２_１で所望の強度に制御された上で、３次元導波路８５_３の他端部に入力され、３次元導波路８５_３の一端部からバスライン９０_２へと出力される。

バスライン９０_２に入力された制御光ＣＬは、光強度調整器９２_２で所望の強度に制御された上で、３次元導波路８５_２の一端部に入力され、３次元導波路８５_２の他端部からバスライン９０_３へと出力される。

バスライン９０_３に入力された制御光ＣＬは、光強度調整器９２_３で所望の強度に制御された上で、３次元導波路８５_１の他端部に入力される。

光偏向器８８において、光強度調整器９２_１，９２_２及び９２_３の光強度の減衰又は増幅比率を調整することにより、３次元導波路８５_１〜８５_４のそれぞれを伝播する制御光ＣＬの光強度を調整することができる。

その結果、３次元導波路８５_１〜８５_４の屈折率を“ｎ_４＞ｎ_３＞ｎ_２＞ｎ_１”となるように制御することができる。よって、この実施の形態で説明したと同様にして、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を、３次元導波路８５_１〜８５_４の並列方向に沿って偏向することができる。

（実施の形態６：光偏向器）
図１７を参照して、実施の形態６の光偏向器について説明する。図１７は、光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す平面図である。

機能的に見た場合、光偏向器１００は、入射光Ｂ_ＩＮを並列方向及び仰角方向の両方向に偏向させる点が光偏向器７２（実施の形態５）と異なっている。

構造的に見た場合、光偏向器１００は、第１電極７８ａ_１，７８ａ_２，７８ａ_３及び７８ａ_４のそれぞれが、互いに同形状のサブ電極１０２_１１〜１０２_１５，１０２_２１〜１０２_２５，１０２_３１〜１０２_３５及び１０２_４１〜１０２_４５に分割されている点が光偏向器７２と異なっている。

より詳細には、第１電極７８ａ_１は、互いに電気的に分離された５個のサブ電極１０２_１１〜１０２_１５に分割されている。また、サブ電極１０２_１１〜１０２_１５への印加電圧の大きさは、それぞれ独立して制御することができる。その結果、３次元導波路７５_１の屈折率を、サブ電極１０２_１１〜１０２_１５ごとに、３次元導波路７５_１の延在方向に沿って自在に変化させることができる。

他の第１電極７８ａ_２〜７８ａ_４についても同様である。つまり、個々のサブ電極１０２_２１〜１０２_２５，１０２_３１〜１０２_３５及び１０２_４１〜１０２_４５はそれぞれ電気的に分離されており、印加電圧の大きさを独立して制御することができる。その結果、３次元導波路７５_２〜７５_４の屈折率を、３次元導波路７５_２〜７５_４の延在方向に沿って自在に変化させることができる。

つまり、光偏向器１００では、３次元導波路７５_１〜７５_４からなる構造体は、互いに独立して屈折率を制御可能な区画が４行×５列に配列されたマトリクスとなっている。

以下、サブ電極１０２_１１〜１０２_１５，１０２_２１〜１０２_２５，１０２_３１〜１０２_３５及び１０２_４１〜１０２_４５を総称して、「サブ電極群Ｓｕｂ」と称する。

したがって、サブ電極群Ｓｕｂを構成する個々のサブ電極に対する印加電圧を制御することにより、３次元導波路７５_１〜７５_４の屈折率を３次元導波路の延在方向にも、３次元導波路の並列方向にも自在に変更することができる。

その結果、上述（実施の形態５）したと同様の理由により、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を並列方向及び仰角方向の両方向に偏向させることができる。

次に、光偏向器１００の奏する効果について説明する。

＜効果１＞
光偏向器１００では、３次元導波路７５_１〜７５_４が、互いに独立して屈折率を制御可能な４行×５列の区画に分けられている。したがって、それぞれの区画に対する印加電圧を制御することにより、出射光Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４を並列方向及び仰角方向の両方向に沿って偏向することができる。

実施の形態１のオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。 （Ａ）は、回折効率ｓが０に近い場合の導波モード光の伝播の様子を示す模式図である。（Ａ）は、回折効率ｓが１に近い場合の導波モード光の伝播の様子を示す模式図である。 （１）式から計算された放射モード光Ｂ_ＯＵＴの位相遅延量Ｐｈと、回折効率ｓとの関係を示す図である。 （Ａ１）〜（Ｃ２）は、回折格子の回折効率を変更する手法の説明に供する図である。 （Ａ）は、実施の形態１の第１変形例に係るオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。（Ｂ）は、実施の形態１の第２変形例に係るオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。（Ｃ）は、実施の形態１の第３変形例に係るオールパス波長フィルタの断面構造を概略的に示す模式図である。 実施の形態２のオールパス波長フィルタの斜視図である。 実施の形態２の第１変形例に係るオールパス波長フィルタの構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態３の光偏向器の断面構造を概略的に示す模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態３の光偏向器の設計条件の説明に用いる模式図である。 実施の形態３の第１変形例に係る光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態４の光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す斜視図である。 実施の形態４の光偏向器を入射光及び出射光とともに描いた平面図である。 実施の形態４の第１変形例に係る光偏向器の構造を概略的に示す斜視図である。 実施の形態５の光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す斜視図である。 実施の形態５の光偏向器を入射光及び出射光とともに描いた平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態５の第１及び第２変形例に係る光偏向器の構造を概略的に示す模式図である。 実施の形態６の光偏向器の構造を、入射光及び出射光とともに概略的に示す平面図である。

符号の説明

１０，２０，２４，３０，３６，４２，５２，６４_１〜６４_４，７４_１〜７４_４ オールパス波長フィルタ
１２ 反射膜
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，３８ａ，４４ａ，５４ａ 上面
１３ ミラー
１４，５４ 導波路
１５，５３，６５_１〜６５_４，７５_１〜７５_４，８５_１〜８５_４ ３次元導波路
１５ｂ 側面
１６，２２，２６，２８，５６，６６_１〜６６_４，７６_１〜７６_４，８６_１〜８６_４ 回折格子
１６ａ，５８_１〜５８_９ 凸部
１８，６７，７７ 基板
１８ａ，６７ａ，７７ａ 第１主面
１８ｂ 第２主面
Ｂ_ＩＮ，Ｂ_ＩＮ１〜Ｂ_ＩＮ４ 入射光
Ｂ_ＯＵＴ，Ｂ_ＯＵＴ１〜Ｂ_ＯＵＴ４ 放射モード光（出射光）
Ｂ_Ｇ 導波モード光
３２ 導波路セグメント
３４ セグメント導波路
３８ 導波路形成層
４０ａ，５５ａ，７０ａ，７８ａ_１〜７８ａ_４ 第１電極
４０ｂ，５５ｂ，７０ｂ，７８ｂ_１〜７８ｂ_４ 第２電極
４４ 上部クラッド層
４６ａ 第３電極
４６ｂ 第４電極
４８ 構造体
５０，６０，６２，６８，７２，８０，８８，１００ 光偏向器
８２，９０_１〜９０_３ バスライン
ＣＬ 制御光
８４_１〜８４_３ 光パワースプリッタ
９２_１〜９２_３ 光強度調整器
１０２_１１〜１０２_４５ サブ電極

Claims (13)

1. 基板上に設けられた反射膜と、
   該反射膜上に形成されていて、導波モード光を伝播する導波路と、
   該導波路に光伝播方向に沿って周期的構造として設けられていて、入射光の特定波長成分を回折して前記導波モード光に変換し、かつ、該導波モード光を回折して放射モード光に変換して出射する回折格子と
   を含むことを特徴とするオールパス波長フィルタ。
2. 前記回折格子が、前記導波路の、前記反射膜とは反対側の表面に形成されたレリーフ型回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のオールパス波長フィルタ。
3. 前記回折格子が、前記反射膜と前記導波路との境界に形成されたレリーフ型回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のオールパス波長フィルタ。
4. 前記回折格子が、前記導波路中に形成された屈折率変調型回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のオールパス波長フィルタ。
5. 前記導波路が、前記反射膜上に光伝播方向に沿って周期的に配置された複数の導波路セグメントからなるセグメント導波路であり、
   該セグメント導波路が前記回折格子を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載のオールパス波長フィルタ。
6. 前記回折格子は、当該回折格子の領域内部において一定の回折効率を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のオールパス波長フィルタ。
7. 前記回折効率は、０を超え、かつ０．３以下の範囲の値に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のオールパス波長フィルタ。
8. 前記導波路の屈折率を、当該導波路の領域内部において一様に変化させるための第１屈折率制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のオールパス波長フィルタ。
9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のオールパス波長フィルタを１個以上含む光偏向器であって、
   個々の前記回折格子は、前記導波路の延在方向に沿って同一の減少率で減少する回折効率を有していることを特徴とする光偏向器。
10. 前記導波路の屈折率を、当該導波路の領域内部において一様に変化させるための第２屈折率制御手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の光偏向器。
11. 請求項６に記載のオールパス波長フィルタの並列配置を含む光偏向器であって、
    前記回折効率が、前記並列配置における並列方向の一端側に位置するオールパス波長フィルタから、他端側に位置するオールパス波長フィルタにかけて減少することを特徴とする光偏向器。
12. 前記導波路の屈折率を、全ての前記オールパス波長フィルタに共通して変化させるための第３屈折率制御手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光偏向器。
13. 請求項６に記載のオールパス波長フィルタを１個以上用いた光偏向器であって、
    該オールパス波長フィルタが１個の場合には、前記導波路の屈折率が、前記オールパス波長フィルタの延在方向に沿って減少するように制御し、並びに、
    該オールパス波長フィルタが２個以上の場合には、当該オールパス波長フィルタが互いに並列に配置されており、かつ前記回折格子は、全ての前記オールパス波長フィルタに共通して等しい前記回折効率を有していて、前記導波路の屈折率を、前記オールパス波長フィルタの延在方向、及び、前記オールパス波長フィルタの並列方向の双方又はいずれか一方の方向に沿って減少するように制御する、
    第４屈折率制御手段を備えることを特徴とする光偏向器。

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