JP2008180943A - Planar waveguide element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar waveguide element capable of outputting a signal wave from a proper output port as the signal wave of a single wavelength even when the wavelength spacing of wavelength multiplexed signal waves which are inputted into the planar waveguide element is narrowed. <P>SOLUTION: The OBO planar waveguide element 1 includes an SOI substrate 10, optical waveguides 30 of three or more which are arranged side by side on the SOI substrate 10 and can propagate the signal wave 99 and a heater 40 which heats the SOI substrate 10. Therein, at least one optical waveguide 30 can input the signal wave 99 to an inputting terminal part 31, and at least two optical waveguides 30 arranged on the side nearer to the heater 40 than the optical waveguide 30 can output the signal wave 99 from an outputting terminal part 32. Further, on the terminal part of the side opposite to the side of the inputting terminal part 31, a first HR coating 60A which reflects the signal wave 99 so as to propagate the same to the side getting near to the heater 40 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、平面導波路素子に関し、より特定的には、光学的ブロッホ振動を利用して、波長多重化された信号波を分波し、分波された信号波のそれぞれを所望の出力ポートから出力する平面導波路素子に関するものである。   The present invention relates to a planar waveguide device, and more specifically, uses optical Bloch oscillation to demultiplex a wavelength-multiplexed signal wave, and each of the demultiplexed signal waves to a desired output port. The present invention relates to a planar waveguide device that outputs from the above.

波長多重(Wavelength Division Multiplexing;以下、「WDM」という)光通信においては、波長1.55μm帯の信号波や波長1.3μm帯の信号波からなる多重化された信号波が1本の光ファイバで伝送される。そのため、WDM光通信によれば、大容量かつ高速の光通信を実現することができる。   In wavelength division multiplexing (hereinafter referred to as “WDM”) optical communication, a multiplexed signal wave consisting of a signal wave with a wavelength of 1.55 μm and a signal wave with a wavelength of 1.3 μm is a single optical fiber. It is transmitted with. Therefore, according to WDM optical communication, high-capacity and high-speed optical communication can be realized.

WDM光通信においては、個々の信号波が指定されたポートから出力されるように、多重化された信号波を分波する素子が必要である。そして、このような機能を果たす分波素子としては、光学的ブロッホ振動(Optical Bloch Oscillations;以下、「OBO」という)を利用した平面導波路素子(以下、「OBO平面導波路素子」という)が提案されている(たとえば非特許文献1〜3参照)。   In WDM optical communication, an element that demultiplexes multiplexed signal waves is required so that each signal wave is output from a designated port. As a branching element that performs such a function, there is a planar waveguide element (hereinafter referred to as “OBO planar waveguide element”) using optical Bloch oscillations (hereinafter referred to as “OBO”). It has been proposed (see, for example, non-patent documents 1 to 3).

以下、従来技術の一例として、非特許文献2に開示されたOBO平面導波路素子について説明する。図23は、非特許文献2において開示された従来のOBO平面導波路素子を示す概略斜視図である。図23を参照して、従来のOBO平面導波路素子100は、SiO(二酸化珪素)およびガラスからなる基板110と、基板110上に並べて配置され、高分子材料からなり、光(信号波)が伝播する複数の光導波路130と、伝播する信号波が光導波路から漏れ出すことを防止する高分子クラッド層120とを備えている。複数の光導波路130の一方端には、信号波が入射する入力ポート131が設けられ、入力ポート131とは反対側の他方端には、信号波が出射する出力ポート132が設けられている。さらに、従来のOBO平面導波路素子100は、光導波路130が並べられる方向における基板110の一方端に配置されたヒータ140と、ヒータ140とは反対側の他方端に配置されたヒートシンク150とをさらに備えている。このヒータ140およびヒートシンク150により、基板110の温度分布(温度勾配)を制御することが可能となっている。 Hereinafter, the OBO planar waveguide device disclosed in Non-Patent Document 2 will be described as an example of the prior art. FIG. 23 is a schematic perspective view showing a conventional OBO planar waveguide device disclosed in Non-Patent Document 2. As shown in FIG. Referring to FIG. 23, a conventional OBO planar waveguide device 100 is composed of a substrate 110 made of SiO 2 (silicon dioxide) and glass, arranged side by side on the substrate 110, made of a polymer material, and light (signal wave). Are provided with a plurality of optical waveguides 130 and a polymer clad layer 120 that prevents the propagating signal waves from leaking out of the optical waveguides. An input port 131 through which signal waves are incident is provided at one end of the plurality of optical waveguides 130, and an output port 132 through which signal waves are emitted is provided at the other end opposite to the input port 131. Furthermore, the conventional OBO planar waveguide device 100 includes a heater 140 disposed at one end of the substrate 110 in a direction in which the optical waveguides 130 are arranged, and a heat sink 150 disposed at the other end opposite to the heater 140. It has more. The heater 140 and the heat sink 150 can control the temperature distribution (temperature gradient) of the substrate 110.

ここで、図23を参照して、点線の矢印は、OBO平面導波路素子100における複数の光導波路130中をX軸方向に振動しながら伝播する信号波の道筋190を示している。なお、図23においては、複数の光導波路130が並ぶ方向をX軸方向、各光導波路130の延びる方向をY軸方向、X軸方向およびY軸方向に垂直な方向をZ軸方向とする。   Here, with reference to FIG. 23, dotted arrows indicate signal wave paths 190 that propagate while oscillating in the X-axis direction in the plurality of optical waveguides 130 in the OBO planar waveguide device 100. In FIG. 23, the direction in which the plurality of optical waveguides 130 are arranged is the X-axis direction, the extending direction of each optical waveguide 130 is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction.

次に、OBO平面導波路素子100の製造方法を説明する。まず、図23を参照して、SiOおよびガラスからなる基板110を準備し、当該基板110上に光導波路130となる高分子材料を堆積させる。そして、当該高分子材料上にレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、電子線描画またはフォトリソグラフィによって、レジスト膜に光導波路130のパターンを形成する。さらに、このパターンが形成されたレジスト膜をマスクとして、前述の高分子材料をエッチングする。これにより、基板110上に光導波路130が形成される。その後、基板110上に、基板110における光導波路130が形成された面および光導波路130を覆うように、高分子クラッド層120を堆積させる。さらに、基板110のX軸方向における一方の側端部にヒータ140を装着するとともに、他方の側端部にヒートシンク150を装着する。以上の工程により、OBO平面導波路素子100を製造することができる。なお、非特許文献2には、光導波路130の端部の加工等に関する記載はない。 Next, a method for manufacturing the OBO planar waveguide device 100 will be described. First, referring to FIG. 23, a substrate 110 made of SiO 2 and glass is prepared, and a polymer material to be an optical waveguide 130 is deposited on the substrate 110. Then, after applying a resist on the polymer material to form a resist film, the pattern of the optical waveguide 130 is formed on the resist film by electron beam drawing or photolithography. Further, the above-described polymer material is etched using the resist film on which this pattern is formed as a mask. Thereby, the optical waveguide 130 is formed on the substrate 110. Thereafter, a polymer clad layer 120 is deposited on the substrate 110 so as to cover the surface of the substrate 110 where the optical waveguide 130 is formed and the optical waveguide 130. Furthermore, the heater 140 is attached to one side end of the substrate 110 in the X-axis direction, and the heat sink 150 is attached to the other side end. Through the above steps, the OBO planar waveguide device 100 can be manufactured. Non-Patent Document 2 does not describe processing of the end portion of the optical waveguide 130.

次に、OBO平面導波路素子100の動作について説明する。図23を参照して、OBO平面導波路素子100においては、ヒータ140およびヒートシンク150のはたらきにより、基板110のX軸方向における単位長さあたりの温度差を制御することができる。そして、この温度差に応じて光導波路130のX軸方向における単位長さあたりの屈折率の差が変化する。この屈折率の差に起因してOBOが発現し、OBO平面導波路素子100を可変分波器として利用することができる。   Next, the operation of the OBO planar waveguide device 100 will be described. Referring to FIG. 23, in OBO planar waveguide device 100, the temperature difference per unit length in the X-axis direction of substrate 110 can be controlled by the function of heater 140 and heat sink 150. The difference in refractive index per unit length of the optical waveguide 130 in the X-axis direction changes according to this temperature difference. OBO appears due to the difference in refractive index, and the OBO planar waveguide device 100 can be used as a variable demultiplexer.

以下、これについて具体的に説明する。高分子材料からなる光導波路130を有するOBO平面導波路素子100においては、基板110が高温である位置における光導波路130の屈折率は、基板110が低温である位置における光導波路130の屈折率よりも相対的に低くなる。   This will be specifically described below. In the OBO planar waveguide device 100 having the optical waveguide 130 made of a polymer material, the refractive index of the optical waveguide 130 at a position where the substrate 110 is at a high temperature is higher than the refractive index of the optical waveguide 130 at a position where the substrate 110 is at a low temperature. Is also relatively low.

OBO平面導波路素子100の使用時には、ヒータ140およびヒートシンク150の機能によって、基板110のX軸方向の温度分布に勾配(単位長さあたりの温度差)が形成される。そして、信号波の強度のピークが所定の1つの入力ポート131に位置するように、異なる波長を有する複数の信号波がOBO平面導波路素子100中へ入力される。このとき、複数の信号波のそれぞれは、進行している光導波路130から漏れ出し、隣接する光導波路130に結合する。その結果、複数の信号波は、Y軸方向へ伝播しながら、X軸方向においてOBOを起こす。   When the OBO planar waveguide device 100 is used, a gradient (temperature difference per unit length) is formed in the temperature distribution in the X-axis direction of the substrate 110 by the functions of the heater 140 and the heat sink 150. Then, a plurality of signal waves having different wavelengths are input into the OBO planar waveguide device 100 so that the intensity peak of the signal wave is positioned at one predetermined input port 131. At this time, each of the plurality of signal waves leaks from the traveling optical waveguide 130 and is coupled to the adjacent optical waveguide 130. As a result, the plurality of signal waves cause OBO in the X-axis direction while propagating in the Y-axis direction.

多重化された信号波は、異なる波長を有する複数の信号波が重ね合わされたものである。一般に、信号波の波長が大きくなるにつれて、OBOの振幅が大きくなる。つまり、OBOの性質によれば、信号波の波長毎にOBOの振幅が異なる。また、OBOは、光導波路130のX軸方向における単位長さあたりの屈折率の差、すなわち光導波路130のX軸方向における屈折率の分布の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有する。そのため、OBO平面導波路素子100に入力された多重化された信号波は、OBO平面導波路素子100内を伝播する道筋190が波長によって異なっている。つまり、多重化された信号波はOBO平面導波路素子100内で分波されることになる。また、分波された信号波それぞれは、単一波長の信号波として、固有の出力ポート132から出力される。   The multiplexed signal wave is a superposition of a plurality of signal waves having different wavelengths. In general, the amplitude of the OBO increases as the wavelength of the signal wave increases. That is, according to the nature of OBO, the amplitude of OBO differs for each wavelength of the signal wave. In addition, OBO has a property that its amplitude decreases as the difference in refractive index per unit length in the X-axis direction of the optical waveguide 130, that is, the gradient of the refractive index distribution in the X-axis direction of the optical waveguide 130 increases. Have. Therefore, in the multiplexed signal wave input to the OBO planar waveguide device 100, the path 190 propagating in the OBO planar waveguide device 100 differs depending on the wavelength. That is, the multiplexed signal wave is demultiplexed in the OBO planar waveguide device 100. Each of the demultiplexed signal waves is output from the unique output port 132 as a single wavelength signal wave.

また、ヒータ140およびヒートシンク150を用いて、基板110のX軸方向における温度分布の勾配を調整することで、光導波路130のX軸方向における単位長さあたりの屈折率の差が制御される。この屈折率の差の制御によって、分波された信号波のOBOの振幅を調整して、個々の信号波の出力ポート132を自在に指定することができる。以上のように、OBO平面導波路素子100は可変分波器として利用することができる。
R.Morandotti, U.Peschel, J.S.Aitchison、゛Experimental Observation of Linear and Nonlinear Optical Bloch Oscillations"、Physical Review Letters、Vol.83,No.23,4756−4759(1999) T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, A.Brauer、゛Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays"、Physical Review letters、Vol.83、No.23、4752−4755(1999) U.Peschel, T.Pertsch, F.Lederer、゛Optical Bloch oscillations in waveguide arrays"、Optics Letters、Vol.23、No.21、1701−1703(1998)
Further, the difference in refractive index per unit length in the X-axis direction of the optical waveguide 130 is controlled by adjusting the gradient of the temperature distribution in the X-axis direction of the substrate 110 using the heater 140 and the heat sink 150. By controlling the difference in refractive index, the amplitude of the OBO of the demultiplexed signal wave can be adjusted, and the output port 132 of each signal wave can be freely specified. As described above, the OBO planar waveguide device 100 can be used as a variable demultiplexer.
R. Morandotti, U. Peschel, J. et al. S. Aitchison, "Experimental Observation of Linear and Nonlinear Optical Block Oscillations", Physical Review Letters, Vol. 83, No. 23, 4756-4759 (1999). T.A. Pertsch, P.M. Dannberg, W.D. Elflein, A.M. Brauer, "Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays", Physical Review letters, Vol. 83, No. 23, 4752-4755 (1999). U. Peschel, T .; Pertsch, F.A. Lederer, “Optical Bloch Oscillations in Waveguide Arrays”, Optics Letters, Vol. 23, No. 21, 1701-1703 (1998).

WDM光通信において、大容量化かつ高速化を狙う場合には、波長1.55μm帯や波長1.3μm帯の帯域内で、波長が異なるより多くの信号波を多重化する方策が採用され得る。ここで、多重化された信号波の全帯域幅は一定であるため、上記対策を実施するためには、多重化された信号波の波長間隔を狭くする必要がある。そうすると、非特許文献2に記載されたOBO平面導波路素子100の構成では、OBOの性質により、多重化された信号波それぞれのOBOの振幅の差が小さくなる。その結果、OBO平面導波路素子100内を伝播する複数の信号波の道筋190において、OBOの振動方向(図23のX軸方向)の間隔が狭くなる。そして、多重化された信号波のOBOの振幅の差が光導波路130の中心間距離より短くなると、複数の信号波が同じ出力ポート132から出力される。この場合、分波された信号波それぞれが、単一波長の信号波として固有の出力ポート132から出力されず、OBO平面導波路素子100が分波器として十分機能しないという問題が生じる。   In WDM optical communication, in order to increase the capacity and speed, it is possible to adopt a method of multiplexing more signal waves having different wavelengths within the wavelength band of 1.55 μm or 1.3 μm. . Here, since the entire bandwidth of the multiplexed signal wave is constant, in order to implement the above countermeasure, it is necessary to narrow the wavelength interval of the multiplexed signal wave. Then, in the configuration of the OBO planar waveguide device 100 described in Non-Patent Document 2, the difference in OBO amplitude of each of the multiplexed signal waves is reduced due to the nature of OBO. As a result, in the plurality of signal wave paths 190 propagating in the OBO planar waveguide device 100, the interval in the vibration direction (X-axis direction in FIG. 23) of the OBO is narrowed. When the difference in the amplitude of the OBO of the multiplexed signal wave becomes shorter than the distance between the centers of the optical waveguides 130, a plurality of signal waves are output from the same output port 132. In this case, each of the demultiplexed signal waves is not output as a single wavelength signal wave from the unique output port 132, and the OBO planar waveguide device 100 does not function sufficiently as a demultiplexer.

本発明は上記課題を解決するものであり、平面導波路素子中に入力される波長多重化された信号波の波長間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として、固有の出力ポートから信号波を出力することが可能な平面導波路素子を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problem, and even if the wavelength interval of the wavelength-multiplexed signal wave input into the planar waveguide element is narrow, the signal wave of a single wavelength is transmitted from a unique output port. An object of the present invention is to provide a planar waveguide element capable of outputting a signal wave.

本発明に従った平面導波路素子は、低屈折率層と、当該低屈折率層上に配置され、低屈折率層よりも屈折率の大きい高屈折率層とを有する基板と、基板上に並べて配置され、信号波が伝播可能な3つ以上の光導波路と、基板の、光導波路が並ぶ方向における一方の端部に配置され、基板を加熱する加熱部材とを備えている。そして、当該3つ以上の光導波路のうちの少なくとも1つの光導波路は、光導波路の延在方向における端部に信号波が入力可能となっている。さらに、信号波が入力可能な端部を有する光導波路よりも加熱部材に近い側に配置された当該3つ以上の光導波路のうちの少なくとも2つの光導波路は、光導波路の延在方向における端部から信号波が出力可能となっている。そして、当該3つ以上の光導波路において信号波が入力可能な端部の側とは反対側の光導波路の延在方向における端部には、信号波を加熱部材に近づく側に伝播するように反射する第1反射部が形成されている。   A planar waveguide device according to the present invention includes a substrate having a low refractive index layer, a high refractive index layer disposed on the low refractive index layer and having a higher refractive index than the low refractive index layer, and a substrate. Three or more optical waveguides arranged side by side and capable of propagating signal waves, and a heating member arranged at one end of the substrate in the direction in which the optical waveguides are arranged to heat the substrate. Then, at least one of the three or more optical waveguides can input a signal wave to an end portion in the extending direction of the optical waveguide. Furthermore, at least two of the three or more optical waveguides arranged on the side closer to the heating member than the optical waveguide having an end portion to which a signal wave can be input are end portions in the extending direction of the optical waveguide. A signal wave can be output from the unit. And, in the end portion in the extending direction of the optical waveguide opposite to the end portion where the signal wave can be input in the three or more optical waveguides, the signal wave is propagated to the side closer to the heating member. A reflective first reflecting portion is formed.

本発明の平面導波路素子においては、多重化された波長の異なる複数の信号波が光導波路に入力された場合、当該信号波は光導波路の延在方向に伝播した後、光導波路素子の端部に形成された第1反射部において反射され、加熱部材に近づくようにさらに伝播する。このとき、OBOの性質に基づき、多重化された信号波が第1反射部で反射されると、信号波が進行する向きにおいて、多重化された信号波それぞれの伝播する道筋の間隔が広がる。その結果、本発明の平面導波路素子によれば、入力される波長多重化された信号波の波長間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として、固有の出力ポートから信号波を出力することが可能となる。   In the planar waveguide device of the present invention, when a plurality of multiplexed signal waves having different wavelengths are input to the optical waveguide, the signal wave propagates in the extending direction of the optical waveguide, and then the end of the optical waveguide device. It is reflected by the first reflecting portion formed in the portion and further propagates so as to approach the heating member. At this time, based on the nature of OBO, when the multiplexed signal wave is reflected by the first reflection unit, the distance between the paths of propagation of the multiplexed signal waves is widened in the direction in which the signal wave travels. As a result, according to the planar waveguide device of the present invention, a signal wave is output from a specific output port as a single wavelength signal wave even if the wavelength interval of the input wavelength multiplexed signal wave is narrowed. It becomes possible to do.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部は、第1反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化するように配置される。さらに、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離は、信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/2周期長となっている。なお、1/2周期長とは、信号が起こすOBOの1/2周期の間に、光導波路の延在方向において信号波が伝播する距離を示す。   Preferably, in the planar waveguide element, the first reflection unit may be configured such that, when the signal wave is reflected by the first reflection unit, the phase of the OBO of the signal wave after the reflection is the phase of the OBO of the signal wave before the reflection. It arrange | positions so that (pi) may change. Further, in the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end portion where the signal wave can be input to the first reflecting portion is a half period length of OBO (Optical Bloch Oscillations) generated by the signal wave. It has become. Note that the ½ period length indicates the distance that the signal wave propagates in the extending direction of the optical waveguide during the ½ period of the OBO generated by the signal.

これにより、光導波路に入力された信号波が光導波路の延在方向に伝播し、第1反射部に到達した時点でOBOの位相がπ変化しており、かつ第1反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相がπ変化する。その結果、第1反射部において反射する信号波が、加熱部材に近づく側に伝播する。   As a result, the signal wave input to the optical waveguide propagates in the extending direction of the optical waveguide, and when it reaches the first reflecting portion, the phase of the OBO changes by π and is reflected by the first reflecting portion. The phase of the OBO of the signal wave changes by π. As a result, the signal wave reflected at the first reflecting portion propagates to the side closer to the heating member.

上記平面導波路素子において好ましくは、信号波が入力可能な端部を有する光導波路が延在する方向に、信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、上記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と第1反射部との交点の当該座標軸における座標である第1反射位置は、その一の光導波路の加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第1反射位置に比べて(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する。ここで、mは0以上の整数、λは信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。 Preferably, in the planar waveguide element, when a coordinate axis having a positive direction away from the end where the signal wave can be input is placed in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends, The first reflection position, which is the coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the first reflecting portion, is the heating member side of the one optical waveguide. compared to (2m + 1) × λ / 4n w by monotonically increasing or monotonically decreasing in the first reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side of the. Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.

これにより、第1反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化する。なお、単調増加または単調減少する第1反射位置の誤差は、(2m+1)×λ/4nの値に対して±10%以内であることが好ましい。 Thus, when the signal wave is reflected by the first reflecting portion, the phase of the OBO of the signal wave after reflection changes by π with respect to the phase of the OBO of the signal wave before reflection. Incidentally, the error of the first reflecting position to decrease monotonically increasing or is preferably within 10% ± for values of (2m + 1) × λ / 4n w.

上記平面導波路素子において好ましくは、信号波が入力可能な端部を有する光導波路よりも加熱部材に近い側に配置された光導波路の、光導波路の延在方向における第1反射部とは反対側の端部には、信号波を加熱部材に近づく側に伝播するように反射する第2反射部がさらに形成されている。   Preferably, in the planar waveguide element, the optical waveguide disposed closer to the heating member than the optical waveguide having an end capable of inputting a signal wave is opposite to the first reflecting portion in the extending direction of the optical waveguide. A second reflection portion that reflects the signal wave so as to propagate to the side closer to the heating member is further formed at the end portion on the side.

これにより、多重化された波長の異なる複数の信号波が光導波路に入力された場合、当該信号波は光導波路の延在方向に伝播し、第1反射部において反射された後、さらに第2反射部において反射され、加熱部材に近づくように伝播する。そのため、信号波が進行する向きにおいて、多重化された信号波それぞれの伝播する道筋の間隔がさらに広がる。その結果、入力される波長多重化された信号波の波長間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として固有の出力ポートから信号波を出力することが、一層容易となる。   As a result, when a plurality of multiplexed signal waves having different wavelengths are input to the optical waveguide, the signal waves propagate in the extending direction of the optical waveguide, are reflected by the first reflecting portion, and then further It is reflected at the reflecting portion and propagates so as to approach the heating member. For this reason, in the direction in which the signal wave travels, the distance between the paths of propagation of the multiplexed signal waves further increases. As a result, even if the wavelength interval of the input wavelength-multiplexed signal wave is narrowed, it becomes easier to output the signal wave from the unique output port as a single wavelength signal wave.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部および第2反射部は、第1反射部および第2反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化するように配置される。さらに、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離、および第1反射部から第2反射部までの距離は、いずれも信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/2周期長となっている。   Preferably, in the planar waveguide element, the first reflecting portion and the second reflecting portion are configured such that when the signal wave is reflected by the first reflecting portion and the second reflecting portion, the OBO phase of the reflected signal wave is before reflection. The signal waves are arranged so as to change by π with respect to the phase of the OBO. Furthermore, in the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting part and the distance from the first reflecting part to the second reflecting part are both OBO ( Optical Bloch Oscillations) (1/2 period length).

これにより、光導波路に入力された信号波が光導波路の延在方向に伝播し、第1反射部に到達した時点でOBOの位相がπ変化しており、かつ第1反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相がπ変化する。さらに、第1反射部にて反射された信号波が光導波路の延在方向に伝播し、第2反射部に到達した時点でOBOの位相がπ変化しており、かつ第2反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相がπ変化する。その結果、第1反射部および第2反射部において反射する信号波がいずれも、加熱部材に近づく側に伝播する。   As a result, the signal wave input to the optical waveguide propagates in the extending direction of the optical waveguide, and when it reaches the first reflecting portion, the phase of the OBO changes by π and is reflected by the first reflecting portion. The phase of the OBO of the signal wave changes by π. Furthermore, when the signal wave reflected by the first reflecting portion propagates in the extending direction of the optical waveguide and reaches the second reflecting portion, the phase of the OBO changes by π, and at the second reflecting portion When reflected, the phase of the OBO of the signal wave changes by π. As a result, both signal waves reflected by the first reflecting portion and the second reflecting portion propagate to the side approaching the heating member.

上記平面導波路素子において好ましくは、信号波が入力可能な端部を有する光導波路が延在する方向に、信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、上記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と第1反射部との交点の当該座標軸における座標である第1反射位置は、その一の光導波路の加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第1反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する。さらに、上記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と第2反射部との交点の当該座標軸における座標である第2反射位置は、その一の光導波路の加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する。ここで、mは0以上の整数、λは信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。 Preferably, in the planar waveguide element, when a coordinate axis having a positive direction away from the end where the signal wave can be input is placed in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends, The first reflection position, which is the coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the first reflecting portion, is the heating member side of the one optical waveguide. and as compared with the first reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side, decreasing (2m + 1) × λ / 4n w by monotonous increase or monotonous. Furthermore, the second reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the second reflecting portion, is the heating of the one optical waveguide. the member side than the second reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side, decreasing (2m + 1) × λ / 4n w by monotonous increase or monotonous. Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.

これにより、第1反射部において信号波が反射する際、および第2反射部において信号波が反射する際にはいずれも、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化する。なお、単調増加または単調減少する第1反射位置および第2反射位置の誤差は、(2m+1)×λ/4nの値に対して±10%以内であることが好ましい。 As a result, when the signal wave is reflected by the first reflection unit and when the signal wave is reflected by the second reflection unit, the phase of the OBO of the signal wave after reflection is the same as that of the OBO of the signal wave before reflection. Π changes with respect to phase. Incidentally, the error of the first reflecting position and a second reflecting position decreases monotonically increasing or is preferably within 10% ± for values of (2m + 1) × λ / 4n w.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部は、第1反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対して変化しないように配置される。さらに、第2反射部は、第2反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化するように配置される。そして、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離、および第1反射部から第2反射部までの距離は、いずれも信号波が起こすOBOの1/4周期長となっている。なお、1/4周期長とは、信号が起こすOBOの1/4周期の間に、光導波路の延在方向において信号波が伝播する距離を示す。   Preferably, in the planar waveguide element, the first reflection unit may be configured such that, when the signal wave is reflected by the first reflection unit, the phase of the OBO of the signal wave after the reflection is the phase of the OBO of the signal wave before the reflection. Arranged so as not to change. Further, the second reflection unit is arranged such that when the signal wave is reflected by the second reflection unit, the phase of the OBO of the signal wave after reflection changes by π with respect to the phase of the OBO of the signal wave before reflection. The In the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting part, and the distance from the first reflecting part to the second reflecting part are both the OBO where the signal wave is generated. It is a quarter cycle length. Note that the ¼ period length indicates a distance in which a signal wave propagates in the extending direction of the optical waveguide during a ¼ period of OBO generated by the signal.

これにより、光導波路に入力された信号波が光導波路の延在方向に伝播し、第1反射部に到達した時点でOBOの位相がπ/2変化しており、かつ第1反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相が変化しない。そのため、第1反射部において反射する信号波が、加熱部材に近づく側に伝播する。また、第1反射部にて反射された信号波は光導波路の延在方向に伝播し、第2反射部に到達した時点では、OBOの位相が光導波路に入力された時点からπ変化しており、かつ第2反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相がπ変化する。そのため、第2反射部において反射する信号波が、加熱部材に近づく側に伝播する。その結果、第1反射部および第2反射部において反射する信号波がいずれも、加熱部材に近づく側に伝播する。さらに、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離、および第1反射部から第2反射部までの距離が、信号波の起こすOBOの1/2周期長とされる場合に比べて、光導波路の延在方向において光導波路素子の長さを短くすることが可能となり、光導波路が並ぶ方向において基板の熱抵抗率を高くすることができる。その結果、光導波路が並ぶ方向において光導波路素子に温度勾配をつけることが容易となり、加熱部材において消費されるエネルギー(たとえば電力など)を低減することができる。   As a result, the signal wave input to the optical waveguide propagates in the extending direction of the optical waveguide, and when it reaches the first reflecting portion, the phase of the OBO changes by π / 2, and at the first reflecting portion The phase of the OBO of the signal wave does not change when reflected. Therefore, the signal wave reflected at the first reflecting portion propagates to the side approaching the heating member. Further, the signal wave reflected by the first reflecting portion propagates in the extending direction of the optical waveguide, and when it reaches the second reflecting portion, the phase of the OBO changes by π from the time when it is input to the optical waveguide. And the phase of the OBO of the signal wave changes by π when reflected by the second reflecting portion. Therefore, the signal wave reflected at the second reflecting portion propagates to the side approaching the heating member. As a result, both signal waves reflected by the first reflecting portion and the second reflecting portion propagate to the side approaching the heating member. Further, in the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting part, and the distance from the first reflecting part to the second reflecting part is 1 / OBO of the signal wave. Compared with the case where the length is two periods, the length of the optical waveguide element can be shortened in the extending direction of the optical waveguide, and the thermal resistivity of the substrate can be increased in the direction in which the optical waveguides are arranged. As a result, it becomes easy to give a temperature gradient to the optical waveguide element in the direction in which the optical waveguides are arranged, and energy (for example, electric power) consumed in the heating member can be reduced.

上記平面導波路素子において好ましくは、信号波が入力可能な端部を有する光導波路が延在する方向に、信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、上記3つ以上の光導波路の各々の延在方向に延びる直線と第1反射部との交点の当該座標軸における座標である第1反射位置は一定である。さらに、上記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と第2反射部との交点の当該座標軸における座標である第2反射位置は、その一の光導波路の加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する。ここで、mは0以上の整数、λは信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。 Preferably, in the planar waveguide element, when a coordinate axis having a positive direction away from the end where the signal wave can be input is placed in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends, The first reflection position, which is the coordinate on the coordinate axis, of the intersection of the straight line extending in the extending direction of each of the three or more optical waveguides and the first reflecting portion is constant. Furthermore, the second reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the second reflecting portion, is the heating of the one optical waveguide. the member side than the second reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side, decreasing (2m + 1) × λ / 4n w by monotonous increase or monotonous. Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.

これにより、第1反射部において信号波が反射する際には反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対して変化せず、第2反射部において信号波が反射する際には反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対してπ変化する。なお、一定である第1反射位置、および単調増加または単調減少する第2反射位置の誤差は、(2m+1)×λ/4nの値に対して±10%以内であることが好ましい。 Thereby, when the signal wave is reflected by the first reflection part, the phase of the OBO of the signal wave after reflection does not change with respect to the phase of the OBO of the signal wave before reflection, and the signal wave is reflected by the second reflection part. At the time of reflection, the phase of OBO of the signal wave after reflection changes by π with respect to the phase of OBO of the signal wave before reflection. The first reflection position is constant, and monotonically increasing or decreasing error of the second reflection position is preferably within 10% ± for values of (2m + 1) × λ / 4n w.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部は、第1反射部において信号波が反射する際に、反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対して変化しないように配置される。さらに、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離は、信号波が起こすOBOの1/4周期長となっている。   Preferably, in the planar waveguide element, the first reflection unit may be configured such that, when the signal wave is reflected by the first reflection unit, the phase of the OBO of the signal wave after the reflection is the phase of the OBO of the signal wave before the reflection. Arranged so as not to change. Further, in the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end portion where the signal wave can be input to the first reflecting portion is ¼ period length of OBO generated by the signal wave.

これにより、光導波路に入力された信号波が光導波路の延在方向に伝播し、第1反射部に到達した時点でOBOの位相がπ/2変化しており、かつ第1反射部にて反射される際に信号波のOBOの位相が変化しない。そのため、第1反射部において反射する信号波が、加熱部材に近づく側に伝播する。その結果、第1反射部において反射する信号波が、加熱部材に近づく側に伝播する。さらに、光導波路の延在方向において、信号波が入力可能な端部から第1反射部までの距離が、信号波の起こすOBOの1/2周期長とされる場合に比べて、光導波路の延在方向において光導波路素子の長さを短くすることが可能となり、光導波路が並ぶ方向において基板の熱抵抗率を高くすることができる。その結果、光導波路が並ぶ方向において光導波路素子に温度勾配をつけることが容易となり、加熱部材において消費されるエネルギー(たとえば電力など)を低減することができる。   As a result, the signal wave input to the optical waveguide propagates in the extending direction of the optical waveguide, and when it reaches the first reflecting portion, the phase of the OBO changes by π / 2, and at the first reflecting portion The phase of the OBO of the signal wave does not change when reflected. Therefore, the signal wave reflected at the first reflecting portion propagates to the side approaching the heating member. As a result, the signal wave reflected at the first reflecting portion propagates to the side closer to the heating member. Further, in the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting portion is set to be 1/2 the length of the OBO generated by the signal wave. The length of the optical waveguide element can be shortened in the extending direction, and the thermal resistivity of the substrate can be increased in the direction in which the optical waveguides are arranged. As a result, it becomes easy to give a temperature gradient to the optical waveguide element in the direction in which the optical waveguides are arranged, and energy (for example, electric power) consumed in the heating member can be reduced.

上記平面導波路素子において好ましくは、信号波が入力可能な端部を有する光導波路が延在する方向に、信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、上記3つ以上の光導波路の各々の延在方向に延びる直線と第1反射部との交点の座標軸における座標である第1反射位置は一定である。   Preferably, in the planar waveguide element, when a coordinate axis having a positive direction away from the end where the signal wave can be input is placed in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends, The first reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of each of the three or more optical waveguides and the first reflection portion, is constant.

これにより、第1反射部において信号波が反射する際には反射後の信号波のOBOの位相が反射前の信号波のOBOの位相に対して変化しない。なお、一定である第1反射位置の誤差は、(2m+1)×λ/4nの±10%以内であることが好ましい。 Thereby, when the signal wave is reflected by the first reflecting portion, the phase of the OBO of the signal wave after reflection does not change with respect to the phase of the OBO of the signal wave before reflection. Incidentally, the error of the first reflection position is constant, it is preferably within ± 10% of (2m + 1) × λ / 4n w.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部および第2反射部は、HR(High Reflection)コーティングである。これにより、第1反射部および第2反射部において、高い反射率、たとえば反射率90%以上で信号波を反射させることができる。なお、HRコーティングとは、信号波に対して高反射率または全反射となる多層膜のコーティングをいう。   In the planar waveguide element, preferably, the first reflecting portion and the second reflecting portion are HR (High Reflection) coating. Thereby, in the 1st reflective part and the 2nd reflective part, a signal wave can be reflected by high reflectance, for example, reflectance 90% or more. The HR coating refers to a multilayer coating that exhibits high reflectivity or total reflection with respect to a signal wave.

上記平面導波路素子において好ましくは、第1反射部および第2反射部は、フォトニック結晶である。そして、信号波の周波数帯域は、フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ内に位置する。これにより、第1反射部および第2反射部が容易に形成でき、平面導波路素子の製造が容易になる。ここで、信号波の周波数帯域がフォトニックバンドギャップ内に位置するためには、光導波路を伝播する信号波がフォトニック結晶中でブラッグ反射を起こすような条件が必要となる。つまり、光導波路中の信号波の半波長程度で周期的な屈折率分布をもつ構造体が必要となる。   In the planar waveguide element, preferably, the first reflecting portion and the second reflecting portion are photonic crystals. The frequency band of the signal wave is located within the photonic band gap of the photonic crystal. Thereby, a 1st reflection part and a 2nd reflection part can be formed easily, and manufacture of a planar waveguide element becomes easy. Here, in order for the frequency band of the signal wave to be located in the photonic band gap, a condition is necessary that the signal wave propagating through the optical waveguide causes Bragg reflection in the photonic crystal. That is, a structure having a periodic refractive index distribution at about half the wavelength of the signal wave in the optical waveguide is required.

以上の説明から明らかなように、平面導波路素子中に入力される波長多重化された信号波の波長間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として、固有の出力ポートから信号波を出力することが可能な平面導波路素子を提供することができる。   As is clear from the above explanation, even if the wavelength interval of the wavelength-multiplexed signal wave input into the planar waveguide element is narrow, the signal wave is transmitted from the specific output port as a single wavelength signal wave. A planar waveguide element capable of outputting can be provided.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である実施の形態1における平面導波路素子の構成を示す概略平面図である。また、図2は、本発明の一実施の形態である実施の形態1における平面導波路素子の構成を示す概略側面図である。また、図3は、図1のHRコーティング付近を拡大して示す概略部分平面図である。図1〜図3を参照して、実施の形態1における平面導波路素子の構成を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a planar waveguide device according to the first embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic side view showing the configuration of the planar waveguide device according to the first embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged schematic partial plan view showing the vicinity of the HR coating shown in FIG. With reference to FIGS. 1-3, the structure of the planar waveguide element in Embodiment 1 is demonstrated.

図1および図2を参照して、実施の形態1における平面導波路素子であるOBO平面導波路素子1は、基板としてのSOI(silicon on insulator)基板10と、SOI基板10上に並べて配置され、信号波99が伝播可能な3つ以上の光導波路30と、SOI基板10の、光導波路30が並ぶ方向における一方の端部に配置され、SOI基板10を加熱する加熱部材としてのヒータ40と、光導波路30が並ぶ方向においてヒータ40とは反対側の端部である他方の端部に配置され、SOI基板10の熱を外部に放出することによりSOI基板10を冷却するヒートシンク50とを備えている。SOI基板10は、Si(珪素)からなるSi基板11と、SiO(二酸化珪素)からなる低屈折率層としてのSiO層12と、SiO層12上に配置され、SiO層12よりも屈折率の大きい高屈折率層としてのSi(珪素)からなるSi層13とを有している。 Referring to FIGS. 1 and 2, OBO planar waveguide device 1 which is a planar waveguide device in the first embodiment is arranged side by side on SOI (silicon on insulator) substrate 10 as a substrate and SOI substrate 10. Three or more optical waveguides 30 through which the signal wave 99 can propagate, and a heater 40 as a heating member that is disposed at one end of the SOI substrate 10 in the direction in which the optical waveguides 30 are arranged, and heats the SOI substrate 10 And a heat sink 50 disposed at the other end opposite to the heater 40 in the direction in which the optical waveguides 30 are arranged, and cooling the SOI substrate 10 by releasing the heat of the SOI substrate 10 to the outside. ing. SOI substrate 10 includes a Si substrate 11 made of Si (silicon), and the SiO 2 layer 12 as a low refractive index layer made of SiO 2 (silicon dioxide) is disposed on the SiO 2 layer 12, from the SiO 2 layer 12 And a Si layer 13 made of Si (silicon) as a high refractive index layer having a large refractive index.

Si基板11は、600μmの厚さを有している。ただし、素子を分割することができ、かつ、分割した素子の機械的強度が十分に保たれるのであれば、Si基板11の厚さは600μmに限定されるものではなく、50μm以上800μm以下であればよい。また、SiO層12は、1μmの厚さを有している。ただし、光導波路を伝播する信号波がSi基板に漏れださないのであれば、SiO層12の厚さは1μmに限定されるものではなく、0.3μm以上であればよい。さらに、Si層13は、0.19μmの厚さを有している。ただし、ある光導波路を伝播する信号波が隣接する光導波路と結合しOBOを発現できるのであれば、Si層13の厚さは0.19μmに限定されるものではなく、0.1μm以上0.25μm以下であればよい。 The Si substrate 11 has a thickness of 600 μm. However, if the element can be divided and the mechanical strength of the divided element is sufficiently maintained, the thickness of the Si substrate 11 is not limited to 600 μm, and is 50 μm or more and 800 μm or less. I just need it. The SiO 2 layer 12 has a thickness of 1 μm. However, if the signal wave propagating through the optical waveguide does not leak into the Si substrate, the thickness of the SiO 2 layer 12 is not limited to 1 μm and may be 0.3 μm or more. Furthermore, the Si layer 13 has a thickness of 0.19 μm. However, the thickness of the Si layer 13 is not limited to 0.19 μm as long as a signal wave propagating through a certain optical waveguide can be combined with an adjacent optical waveguide to develop OBO, and the thickness of the Si layer 13 is not limited to 0.19 μm. What is necessary is just 25 micrometers or less.

さらに、上記3つ以上の光導波路30のうち、入力用光導波路30Aは、光導波路30の延在方向における端部である入力用端部31に波長λ〜λの信号波が多重化された信号波99が入力可能となっている。この入力用端部31は、OBO平面導波路素子1の入力ポートとして機能することができる。また、入力用光導波路30Aよりもヒータ40に近い側に配置された上記3つ以上の光導波路30のうち、出力用光導波路30Bは、光導波路30の延在方向における端部である出力用端部32から分波された信号波99が出力可能となっている。この出力用端部32は、OBO平面導波路素子1の出力ポートとして機能することができる。 Further, among the three or more optical waveguides 30, in the input optical waveguide 30 </ b> A, signal waves having wavelengths λ 1 to λ k are multiplexed on the input end portion 31 that is an end portion in the extending direction of the optical waveguide 30. The input signal wave 99 can be input. This input end 31 can function as an input port of the OBO planar waveguide device 1. Of the three or more optical waveguides 30 disposed on the side closer to the heater 40 than the input optical waveguide 30A, the output optical waveguide 30B is an end portion in the extending direction of the optical waveguide 30. A signal wave 99 demultiplexed from the end 32 can be output. The output end 32 can function as an output port of the OBO planar waveguide device 1.

そして、上記3つ以上の光導波路30において、入力用端部31の側とは反対側の光導波路30の延在方向における端部には、信号波99をヒータ40に近づく側に伝播するように反射する第1反射部としての第1HR(High Reflection)コーティング60Aが形成されている。   In the three or more optical waveguides 30, the signal wave 99 is propagated to the side closer to the heater 40 at the end in the extending direction of the optical waveguide 30 on the side opposite to the input end 31 side. A first HR (High Reflection) coating 60 </ b> A is formed as a first reflecting portion that reflects light.

さらに入力用光導波路30Aよりもヒータ40に近い側に配置された光導波路30の、光導波路30の延在方向における第1HRコーティング60Aとは反対側の端部には、信号波99をヒータ40に近づく側に伝播するように反射する第2反射部としての第2HRコーティング60Bが形成されている。   Further, the signal wave 99 is applied to the heater 40 at the end of the optical waveguide 30 disposed closer to the heater 40 than the input optical waveguide 30A on the opposite side of the first HR coating 60A in the extending direction of the optical waveguide 30. 2nd HR coating 60B as a 2nd reflection part which reflects so that it may propagate to the side which approaches is formed.

より具体的には、Si層13上には、複数の光導波路30が設けられている。複数の光導波路30が並ぶ方向をX軸方向、光導波路30が延びる方向をY軸方向、X軸方向とY軸方向とのそれぞれに垂直な方向をZ軸方向とすると、複数の光導波路30は、それぞれ直線状であり、互いに平行にX軸方向に並んでいる。複数の光導波路30のそれぞれには、信号波99としての光が伝播することができる。   More specifically, a plurality of optical waveguides 30 are provided on the Si layer 13. The direction in which the plurality of optical waveguides 30 are arranged is the X-axis direction, the direction in which the optical waveguide 30 extends is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to each of the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction. Are linear, and are arranged in parallel to each other in the X-axis direction. Light as the signal wave 99 can propagate through each of the plurality of optical waveguides 30.

そして、SOI基板10のX軸方向に生じる温度分布の勾配を制御するために、基板10の一方の側端面に接触するようにヒータ40が設けられるとともに、SOI基板10の他方の側端面に接触するように、ヒートシンク50が設けられている。ヒータ40は、導線82を介して電源装置81に接続されている。また、入力ポートとして機能する入力用端部31および出力ポートとして機能する出力用端部32以外の光導波路30の端部である反射用端部33には、HRコーティング60が施されている。   In order to control the gradient of the temperature distribution generated in the X-axis direction of the SOI substrate 10, a heater 40 is provided so as to come into contact with one side end surface of the substrate 10 and contact with the other side end surface of the SOI substrate 10. Thus, a heat sink 50 is provided. The heater 40 is connected to the power supply device 81 via a conducting wire 82. Further, an HR coating 60 is applied to the reflection end portion 33 which is the end portion of the optical waveguide 30 other than the input end portion 31 functioning as an input port and the output end portion 32 functioning as an output port.

さらに、第1HRコーティング60Aおよび第2HRコーティング60Bは、第1HRコーティング60Aおよび第2HRコーティング60Bにおいて信号波99が反射する際に、反射後の信号波99のOBOの位相が反射前の信号波99のOBOの位相に対してπ変化するように配置されている。また、Y軸方向において、入力用端部31から第1HRコーティング60Aまでの距離、および第1HRコーティング60Aから第2HRコーティング60Bまでの距離は、いずれも信号波99が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/2周期長となっている。なお、1/2周期長とは、信号が起こすOBOの1/2周期の間に、光導波路の延在方向において信号波が伝播する距離を示す。   Further, when the signal wave 99 is reflected by the first HR coating 60A and the second HR coating 60B, the first HR coating 60A and the second HR coating 60B have the OBO phase of the reflected signal wave 99 of the signal wave 99 before reflection. It arrange | positions so that (pi) may change with respect to the phase of OBO. Further, in the Y-axis direction, the distance from the input end 31 to the first HR coating 60A and the distance from the first HR coating 60A to the second HR coating 60B are both OBO (Optical Bloch Oscillations; The period length is half of the Bloch vibration. Note that the ½ period length indicates the distance that the signal wave propagates in the extending direction of the optical waveguide during the ½ period of the OBO generated by the signal.

より具体的には、図1および図3を参照して、入力用端部31を有する入力用光導波路30Aが延在する方向に、入力用端部31から離れる向きを正とするY座標軸をおいた場合に、上記3つ以上の光導波路30のうち、一の光導波路30を通ってその延在方向に延びる直線と第2HRコーティング60Bとの交点の上記Y座標軸における座標である第2反射位置は、その一の光導波路30のヒータ40側とは反対側に隣接する光導波路30における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調減少している。ここで、mは0以上の整数、λは信号波99の波長、nは光導波路30の等価屈折率である。 More specifically, referring to FIG. 1 and FIG. 3, the Y coordinate axis in which the direction away from the input end 31 is positive in the direction in which the input optical waveguide 30A having the input end 31 extends is defined. In this case, the second reflection, which is the coordinate on the Y coordinate axis, of the intersection of the second HR coating 60B with the straight line extending in the extending direction through one optical waveguide 30 among the three or more optical waveguides 30. position, the heater 40 side of the first optical waveguide 30 that as compared with the second reflection position in the optical waveguide 30 adjacent to the opposite side, has decreased monotonically by (2m + 1) × λ / 4n w. Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave 99, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide 30.

また、上記3つ以上の光導波路30のうち一の光導波路30を通ってその延在方向に延びる直線と第1HRコーティング60Aとの交点のY座標軸における座標である第1反射位置は、その一の光導波路30のヒータ40側とは反対側に隣接する光導波路30における第1反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加している。 The first reflection position, which is the coordinate on the Y coordinate axis of the intersection of the first HR coating 60A with the straight line extending in the extending direction through one of the three or more optical waveguides 30, is the heater 40 side of the optical waveguide 30 as compared to the first reflection position in the optical waveguide 30 adjacent to the opposite side, has increased monotonically by (2m + 1) × λ / 4n w.

なお、本実施の形態においては、第2反射位置が単調減少し、第1反射位置が単調増加する場合について説明するが、本発明の光導波路素子はこれに限られず、第1反射位置および第2反射位置はそれぞれ単調増加していてもよいし、単調減少していてもよい。   In the present embodiment, the case where the second reflection position monotonously decreases and the first reflection position monotonously increases will be described. However, the optical waveguide element of the present invention is not limited to this, and the first reflection position and the first reflection position The two reflection positions may be monotonously increased or monotonously decreased.

より詳細に説明すると、本実施の形態では、λ=1.55μm、n=3.5、かつm=0という条件でOBO平面導波路素子1が構成され、入力用端部31の側にある光導波路30の端部(端面)のY座標(第2反射位置)は、ヒータ40側に向かって111nmずつ単調減少するように調整されている。一方、入力用端部31の反対側にある光導波路30の端部のY座標(第1反射位置)は、ヒータ40側に向かって111nmずつ単調増加するように調整されている。 More specifically, in the present embodiment, the OBO planar waveguide device 1 is configured under the conditions of λ = 1.55 μm, n w = 3.5, and m = 0, and on the input end portion 31 side. The Y coordinate (second reflection position) of the end (end face) of a certain optical waveguide 30 is adjusted so as to monotonously decrease by 111 nm toward the heater 40 side. On the other hand, the Y coordinate (first reflection position) of the end portion of the optical waveguide 30 on the side opposite to the input end portion 31 is adjusted so as to monotonically increase by 111 nm toward the heater 40 side.

さらに、Y軸方向において信号波99が光導波路30の一方の端部(端面)から他方の端部(端面)へ伝播する間に、OBOの1/2周期長だけ進行するように、光導波路30の長さが調整されている。つまり、本実施の形態では、光導波路30の長さが1.5mmという条件でOBO平面導波路素子1が構成されている。   Further, in the Y-axis direction, while the signal wave 99 propagates from one end (end face) of the optical waveguide 30 to the other end (end face), the optical waveguide travels by a half period length of OBO. The length of 30 is adjusted. That is, in the present embodiment, the OBO planar waveguide device 1 is configured under the condition that the length of the optical waveguide 30 is 1.5 mm.

なお、上述のように、各光導波路30の第1反射位置および第2反射位置は、111nmずつ変位しているため、光導波路30の長さは厳密にはすべて1.5mmとはいえない。しかし、変位量は、111nm(0.000111mm)であって、光導波路30の長さである1.5mmに対して極めて微小である。そのため、実質的に上述の構成により、光導波路30に関して、上述の端部のY座標に関する条件と、長さに関する条件とを両立することができる。なお、第1反射位置、および第2反射位置の誤差は、111nmに対して±10%以内であることが好ましい。また、光導波路30の長さの誤差は、1.5mmに対して±10%以内であることが好ましい。   As described above, since the first reflection position and the second reflection position of each optical waveguide 30 are displaced by 111 nm, the lengths of the optical waveguides 30 are not strictly 1.5 mm. However, the amount of displacement is 111 nm (0.000111 mm), which is extremely small with respect to 1.5 mm which is the length of the optical waveguide 30. Therefore, substantially the above-described configuration makes it possible to achieve both the above-described conditions regarding the Y coordinate of the end portion and the conditions regarding the length with respect to the optical waveguide 30. The error between the first reflection position and the second reflection position is preferably within ± 10% with respect to 111 nm. Further, the length error of the optical waveguide 30 is preferably within ± 10% with respect to 1.5 mm.

以上のように、本実施の形態のOBO平面導波路素子1は、入力用端部31および出力用端部32以外の光導波路30の端面である反射用端部33にHRコーティング60が施され、さらに、Y軸方向において光導波路30の端面(端部)の位置および光導波路30の長さが、前述のように調整されている点において、図23に基づいて説明した従来のOBO平面導波路素子100とは異なっている。   As described above, in the OBO planar waveguide device 1 of the present embodiment, the HR coating 60 is applied to the reflection end portion 33 which is the end surface of the optical waveguide 30 other than the input end portion 31 and the output end portion 32. Furthermore, the conventional OBO planar waveguide described with reference to FIG. 23 is adjusted in that the position of the end face (end portion) of the optical waveguide 30 and the length of the optical waveguide 30 in the Y-axis direction are adjusted as described above. Different from the waveguide element 100.

次に、本実施の形態における平面導波路素子の製造方法について説明する。図4、図5、図7および図8は、実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。また、図6、図9および図10は、実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。   Next, a method for manufacturing the planar waveguide device in the present embodiment will be described. 4, FIG. 5, FIG. 7 and FIG. 8 are schematic cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. FIGS. 6, 9 and 10 are schematic plan views for explaining the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment.

まず、基板が準備される基板準備工程が実施される。具体的には、図4を参照して、Si基板11、SiO層12、および厚さ0.3μmのSi層13がこの順番で積層されたSOI基板10が準備される。 First, a substrate preparation process for preparing a substrate is performed. Specifically, referring to FIG. 4, SOI substrate 10 in which Si substrate 11, SiO 2 layer 12, and 0.3 μm thick Si layer 13 are laminated in this order is prepared.

次に、SOI基板10上に光導波路が形成される光導波路形成工程が実施される。具体的には、まず、図4に示すように、SOI基板10のSi層13上にレジストが塗布されてレジスト膜91が形成される。その後、図5および図6に示すように、電子線直接描画、あるいはフォトリソグラフィによってレジスト膜91が加工されて、Y軸方向において端面の位置および長さが調整された光導波路30を形成するためのレジストパターンが形成される。レジスト膜91の加工は、たとえば電子線直接描画では、電子線の照射電流が0.1nA、かつ1ドットあたりの電子線のドーズ時間が4.5μsecである条件で行なうことができる。また、フォトリソグラフィでは、転写時間が10sec程度の条件の下で、レジストパターンを形成することができる。   Next, an optical waveguide forming step in which an optical waveguide is formed on the SOI substrate 10 is performed. Specifically, first, as shown in FIG. 4, a resist is applied on the Si layer 13 of the SOI substrate 10 to form a resist film 91. Thereafter, as shown in FIGS. 5 and 6, the resist film 91 is processed by electron beam direct writing or photolithography to form an optical waveguide 30 in which the position and length of the end face are adjusted in the Y-axis direction. The resist pattern is formed. The resist film 91 can be processed under the conditions that, for example, in direct electron beam drawing, the electron beam irradiation current is 0.1 nA and the electron beam dose time per dot is 4.5 μsec. In photolithography, a resist pattern can be formed under conditions where the transfer time is about 10 seconds.

その後、レジストパターンに加工された上記レジスト膜91をマスクとして、図7に示すように、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法が採用されて、Si層13の途中までがエッチングされる。より具体的には、たとえばエッチングの条件としてエッチングガスが塩素ガス25sccmと窒素ガス10sccmとの混合ガス、エッチング圧力が0.1Pa、RF(Radio Frequency)パワーが200Wの条件を採用した反応性イオンエッチングが行なわれる。そして、レジスト膜91が除去されることにより、光導波路30が得られる。   Thereafter, using the resist film 91 processed into a resist pattern as a mask, as shown in FIG. 7, an etching method such as ICP (Inductively Coupled Plasma) etching, reactive ion etching, or reactive ion beam etching is adopted. The middle of the Si layer 13 is etched. More specifically, for example, reactive ion etching using etching gas as a mixed gas of chlorine gas 25 sccm and nitrogen gas 10 sccm, etching pressure 0.1 Pa, and RF (Radio Frequency) power 200 W. Is done. Then, by removing the resist film 91, the optical waveguide 30 is obtained.

次に、光導波路30が形成されたSOI基板10に、ヒータおよびヒートシンクを形成する温度調節部材形成工程が実施される。具体的には、図8に示すように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、SOI基板10におけるX軸方向の一方の側端部に、たとえば窒化タンタル膜からなるヒータ40が形成される。さらに、スパッタリング法または蒸着法を用いて、SOI基板10におけるX軸方向の他方の側端部に、窒化アルミ膜からなるヒートシンク50が形成される。   Next, a temperature adjusting member forming step for forming a heater and a heat sink is performed on the SOI substrate 10 on which the optical waveguide 30 is formed. Specifically, as shown in FIG. 8, a heater 40 made of, for example, a tantalum nitride film is formed at one side end in the X-axis direction of the SOI substrate 10 using a sputtering method or a vapor deposition method. Further, a heat sink 50 made of an aluminum nitride film is formed at the other side end in the X-axis direction of the SOI substrate 10 by using a sputtering method or a vapor deposition method.

次に、SOI基板10上に形成された光導波路30のうち、入力用端部31および出力用端部32以外の端部である反射用端部33に反射部を形成する反射部形成工程が実施される。具体的には、まず、図9に示すように、光導波路30が形成されたSOI基板10上にレジストが再度塗布されてレジスト膜91が形成される。その後、図9に示すように、電子線直接描画、あるいはフォトリソグラフィによってレジスト膜91が加工される。これにより、反射部としての第1HRコーティング60Aおよび第2HRコーティング60Bの形状に対応する、すなわち光導波路30の端部のうち反射用端部33となるべき端部が露出する開口91Aを有するレジストパターンが形成される。   Next, in the optical waveguide 30 formed on the SOI substrate 10, a reflection portion forming step of forming a reflection portion at the reflection end portion 33 other than the input end portion 31 and the output end portion 32 is performed. To be implemented. Specifically, first, as shown in FIG. 9, a resist is applied again on the SOI substrate 10 on which the optical waveguide 30 is formed to form a resist film 91. Thereafter, as shown in FIG. 9, the resist film 91 is processed by direct electron beam drawing or photolithography. Thus, a resist pattern having an opening 91A corresponding to the shape of the first HR coating 60A and the second HR coating 60B as the reflection portion, that is, the end portion to be the reflection end portion 33 of the end portion of the optical waveguide 30 is exposed. Is formed.

その後、図10を参照して、レジストパターンに加工された上記レジスト膜91を覆うように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、Al(アルミニウム)膜92が形成される。そして、リフトオフ法を用いて、レジスト膜91上に形成されたAl膜92が、レジスト膜91と共にSOI基板10から除去される。これにより、図1および図2を参照して、光導波路30の反射用端部33に、AlからなるHRコーティング60が施される。   Thereafter, referring to FIG. 10, an Al (aluminum) film 92 is formed by sputtering or vapor deposition so as to cover the resist film 91 processed into a resist pattern. Then, the Al film 92 formed on the resist film 91 is removed from the SOI substrate 10 together with the resist film 91 by using a lift-off method. Thereby, referring to FIG. 1 and FIG. 2, the HR coating 60 made of Al is applied to the reflection end portion 33 of the optical waveguide 30.

次に、ヒータ40に電力を供給することにより、ヒータ40によるSOI基板10の加熱を可能にする電源装置をヒータに接続する電源装置接続工程が実施される。具体的には、図1および図2を参照して、電源装置81が配置されるとともに、電源装置81とヒータ40とが、導線82により接続される。   Next, a power supply device connection step is performed in which a power supply device that enables heating of the SOI substrate 10 by the heater 40 is connected to the heater by supplying power to the heater 40. Specifically, referring to FIG. 1 and FIG. 2, power supply device 81 is arranged, and power supply device 81 and heater 40 are connected by conductive wire 82.

以上の工程により、本実施の形態におけるOBO平面導波路素子1を製造することができる。   Through the above steps, the OBO planar waveguide device 1 in the present embodiment can be manufactured.

次に、本実施の形態におけるOBO平面導波路素子1の動作について説明する。図1および図2を参照して、電源装置81から電力が供給されたヒータ40により、SOI基板10のX軸方向における一方の端部が加熱される。一方、ヒートシンク50の機能により、SOI基板10のX軸方向における他方の端部からSOI基板10中の熱が放出されることにより、当該他方の端部は上記一方の端部に対して相対的に冷却される。その結果、SOI基板10のX軸方向の温度分布に勾配が生じる。すなわち、SOI基板10は、X軸方向において、ヒータ40に近づくにつれて徐々に温度が高くなる。ここで一般に、Siなどの半導体材料は、高温になるにつれて屈折率が高くなる。したがって、SOI基板10のヒータ40側にある光導波路30の屈折率は、SOI基板10のヒートシンク50側にある光導波路30の屈折率よりも相対的に高くなる。   Next, the operation of the OBO planar waveguide device 1 in the present embodiment will be described. With reference to FIGS. 1 and 2, one end of the SOI substrate 10 in the X-axis direction is heated by the heater 40 supplied with power from the power supply device 81. On the other hand, the heat of the SOI substrate 10 is released from the other end in the X-axis direction of the SOI substrate 10 by the function of the heat sink 50, so that the other end is relative to the one end. To be cooled. As a result, a gradient occurs in the temperature distribution in the X-axis direction of the SOI substrate 10. That is, the temperature of the SOI substrate 10 gradually increases as it approaches the heater 40 in the X-axis direction. In general, the refractive index of a semiconductor material such as Si increases as the temperature increases. Therefore, the refractive index of the optical waveguide 30 on the heater 40 side of the SOI substrate 10 is relatively higher than the refractive index of the optical waveguide 30 on the heat sink 50 side of the SOI substrate 10.

この状態で、信号波99の強度ピークが所定の一つの入力ポートである入力用端部31に位置するように、波長が異なる複数の信号波(波長:λ〜λ)がOBO平面導波路素子1中へ入力される。それにより、信号波99に含まれる複数の信号波は、進行している光導波路30から漏れ出し、隣接する光導波路30に結合する。その結果、信号波99に含まれる複数の信号波は、Y軸方向に伝播しながら、X軸方向にOBOを起こす。OBOは、信号波の波長が長くなるにつれて、その振幅が大きくなる。したがって、図1に示すように、複数の信号波がOBO平面導波路素子1内を伝播する場合には、伝播の道筋が波長によって異なる。つまり、信号波99は、OBO平面導波路素子1内で分波されることとなる。 In this state, a plurality of signal waves having different wavelengths (wavelengths: λ 1 to λ k ) are guided by the OBO plane so that the intensity peak of the signal wave 99 is positioned at the input end 31 which is a predetermined one input port. It is input into the waveguide element 1. As a result, the plurality of signal waves included in the signal wave 99 leak from the traveling optical waveguide 30 and are coupled to the adjacent optical waveguide 30. As a result, the plurality of signal waves included in the signal wave 99 cause OBO in the X-axis direction while propagating in the Y-axis direction. The amplitude of OBO increases as the wavelength of the signal wave increases. Therefore, as shown in FIG. 1, when a plurality of signal waves propagate through the OBO planar waveguide device 1, the propagation path varies depending on the wavelength. That is, the signal wave 99 is demultiplexed in the OBO planar waveguide device 1.

ここで、OBOは、光導波路30のX軸方向における単位長さあたりの屈折率の差、すなわち光導波路30のX軸方向における屈折率の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有している。したがって、SOI基板10のX軸方向における温度の勾配を変化させることによって、所望の出力ポートである出力用端部32に信号波を出力することができる。   Here, OBO has a property that its amplitude decreases as the difference in refractive index per unit length in the X-axis direction of the optical waveguide 30, that is, the gradient of the refractive index in the X-axis direction of the optical waveguide 30 increases. is doing. Therefore, by changing the temperature gradient of the SOI substrate 10 in the X-axis direction, a signal wave can be output to the output end 32 that is a desired output port.

次に、本実施の形態における反射部であるHRコーティング60での信号波99の反射について説明する。図11は、X軸方向における信号波の伝播定数κとY軸方向における信号波の伝播定数βとの関係を説明するための図である。また、図12は、図11に対応する信号波の道筋を示す図である。   Next, the reflection of the signal wave 99 by the HR coating 60 which is a reflection part in the present embodiment will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the propagation constant κ of the signal wave in the X-axis direction and the propagation constant β of the signal wave in the Y-axis direction. FIG. 12 is a diagram illustrating a path of a signal wave corresponding to FIG.

一般に、X軸方向における信号波の伝播定数κとY軸方向における信号波の伝播定数βとの関係は図11のようになり、X軸方向における信号波の群速度(v)は、以下の式(1)で表される。 In general, the relationship between the propagation constant κ of the signal wave in the X-axis direction and the propagation constant β of the signal wave in the Y-axis direction is as shown in FIG. 11, and the group velocity (v g ) of the signal wave in the X-axis direction is It is represented by the formula (1).

Figure 2008180943
Figure 2008180943

つまり、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99のvの値は、図11のグラフの傾きと一致する。このため、OBO平面導波路素子1内のvでは、X軸方向においてヒートシンク50側からヒータ40側への向きを正とする。 That is, the value of v g signal wave 99 propagating through OBO planar waveguide device 1 is consistent with the slope of the graph of FIG. 11. Therefore, the v g of OBO planar waveguide device 1, the orientation of the heater 40 side is positive from the heat sink 50 side in the X-axis direction.

ここで、図12を参照して、図12のa点にあるようなOBO平面導波路素子1の入力用端部31に入った信号波99は、κが0である。したがって、図12のa点における信号波99の状態は、図11のA点に対応し、入力用端部31にある信号波99のvは0となる。次に、ヒータ40の発熱により、SOI基板10の温度がヒートシンク50からヒータ40に向けて上昇する勾配を有している場合、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99は、Y軸方向に伝播しながら、X軸方向においてOBOを起こす。このため、信号波99は図12におけるa点を出発してb点に到達するように、ヒータ40側へ進行していく。a点からb点への進行は、図11において信号波の状態がA点からB点に変化することに対応する。さらに、図12のc点へ伝播した信号波99では、図11における信号波の状態はC点に対応し、伝播の際に信号波99のOBOの位相が0からπへと変化する。このため、反射用端部33においては、vが0となる。 Here, with reference to FIG. 12, the signal wave 99 entering the input end portion 31 of the OBO planar waveguide device 1 at the point a in FIG. Therefore, the state of the signal wave 99 at the point a in FIG. 12 corresponds to point A in FIG. 11, v g signal wave 99 at the input end 31 is zero. Next, when the temperature of the SOI substrate 10 has a gradient that rises from the heat sink 50 toward the heater 40 due to heat generated by the heater 40, the signal wave 99 that propagates through the OBO planar waveguide device 1 is in the Y-axis direction. OBO occurs in the X-axis direction while propagating to. For this reason, the signal wave 99 travels to the heater 40 side so as to reach the point b starting from the point a in FIG. Progression from point a to point b corresponds to the change of the state of the signal wave from point A to point B in FIG. Further, in the signal wave 99 propagated to the point c in FIG. 12, the state of the signal wave in FIG. 11 corresponds to the point C, and the phase of the OBO of the signal wave 99 changes from 0 to π during propagation. Therefore, in the reflective end 33, v g is 0.

次に、信号波99は、第1HRコーティング60Aで反射される。このとき、上述のように、反射後の信号波99のOBOの位相がπ変化する。その結果、図11に示すように、信号波の状態がC点からA点へ変化する。そのため、信号波のvが0となり、その後vの値が正となる。したがって、第1HRコーティング60Aで反射した信号波99は、再びヒータ40側へと進行する。 Next, the signal wave 99 is reflected by the first HR coating 60A. At this time, as described above, the OBO phase of the reflected signal wave 99 changes by π. As a result, as shown in FIG. 11, the state of the signal wave changes from point C to point A. Therefore, v g is 0 signal wave, the value of the subsequent v g becomes positive. Accordingly, the signal wave 99 reflected by the first HR coating 60A travels again toward the heater 40.

その後、図1に示すように、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99はHRコーティング60で反射を繰り返し、出力ポートである出力用端部32から出力される。ここで、信号波99がOBO平面導波路素子1を伝播する間、図11に示すように、信号波99の状態は、A点からC点への移動と、HRコーティング60でのC点からA点への変化とが繰り返される。したがって、OBO平面導波路素子1内を伝播する信号波99は、X軸方向においてv≧0の範囲でOBOを繰り返す。 Thereafter, as shown in FIG. 1, the signal wave 99 propagating through the OBO planar waveguide device 1 is repeatedly reflected by the HR coating 60 and is output from the output end portion 32 which is an output port. Here, while the signal wave 99 propagates through the OBO planar waveguide device 1, as shown in FIG. 11, the state of the signal wave 99 changes from the point A to the point C and from the point C in the HR coating 60. The change to point A is repeated. Therefore, the signal wave 99 propagating in the OBO planar waveguide device 1 repeats OBO in the range of v g ≧ 0 in the X-axis direction.

そして、OBOの性質に基づけば、多重化された信号波99における波長の異なる複数の信号波の道筋は、HRコーティング60で反射を繰り返すたびに、X軸方向における間隔が広がっていく。   Based on the nature of OBO, the intervals of the plurality of signal waves having different wavelengths in the multiplexed signal wave 99 increase in the interval in the X-axis direction each time reflection is repeated by the HR coating 60.

このように、多重化された信号波99がHRコーティング60で反射する回数を増加させると、OBO平面導波路素子1中に入力される多重化された信号波99の各波長の間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として、固有の出力ポートとしての出力用端部32から信号波を出力することができる。   As described above, when the number of times the multiplexed signal wave 99 is reflected by the HR coating 60 is increased, the interval between the wavelengths of the multiplexed signal wave 99 input into the OBO planar waveguide device 1 is narrowed. However, a signal wave can be output from the output end 32 as a unique output port as a single wavelength signal wave.

また、ヒータ40およびヒートシンク50を用いて、SOI基板10のX軸方向における温度の勾配を調整すると、X軸方向における単位長さあたりの屈折率差が制御される。したがって、ヒータ40およびヒートシンク50を用いて、分波された信号波99のOBOの振幅を調整して、出力ポートである出力用端部32から出力される信号波99の波長を自在に指定することができる。   Further, when the temperature gradient in the X-axis direction of the SOI substrate 10 is adjusted using the heater 40 and the heat sink 50, the refractive index difference per unit length in the X-axis direction is controlled. Therefore, by using the heater 40 and the heat sink 50, the amplitude of the OBO of the demultiplexed signal wave 99 is adjusted to freely specify the wavelength of the signal wave 99 output from the output end 32 that is an output port. be able to.

なお、本実施の形態においては、HRコーティングの材料としてAlが用いられているが、波長1.3μm帯や波長1.55μm帯の多重化された信号波の反射率が90%以上であれば、Ag(銀)、Rh(ロジウム)、Au(金)、Cu(銅)がHRコーティングの材料として用いられても、前述の効果と同様の効果が得られる。   In this embodiment, Al is used as a material for the HR coating. However, if the reflectance of the multiplexed signal wave in the wavelength band of 1.3 μm or 1.55 μm is 90% or more, Even if Ag (silver), Rh (rhodium), Au (gold), or Cu (copper) is used as the material for the HR coating, the same effect as described above can be obtained.

また、本実施の形態においては、信号波を反射させるため反射部としてHRコーティングが採用される場合について説明したが、波長1.3μm帯や波長1.55μm帯の多重化された信号波の反射率が90%以上であれば、後述のように、信号波を進入させないようなフォトニック結晶(Photonic Cristal;以下「PhC」という。)を反射部として採用することもできる。   Further, in the present embodiment, the case where the HR coating is employed as the reflecting portion in order to reflect the signal wave has been described, but the reflection of the multiplexed signal wave having the wavelength band of 1.3 μm or the wavelength of 1.55 μm is reflected. If the rate is 90% or more, as will be described later, a photonic crystal (Photonic Crystal; hereinafter referred to as “PhC”) that does not allow a signal wave to enter can be employed as the reflecting portion.

(実施の形態2)
次に、本発明の平面導波路素子の他の実施の形態である実施の形態2について説明する。図13は、実施の形態2における平面導波路素子の構成を示す概略平面図である。また、図14は、実施の形態2おける平面導波路素子の構成を示す概略側面図である。また、図15は、図13のPhC付近を拡大して示す概略部分平面図である。図13〜図15を参照して、実施の形態2における平面導波路素子の構成を説明する。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 which is another embodiment of the planar waveguide device of the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of the planar waveguide device according to the second embodiment. FIG. 14 is a schematic side view showing the configuration of the planar waveguide device according to the second embodiment. FIG. 15 is an enlarged schematic partial plan view showing the vicinity of PhC in FIG. With reference to FIGS. 13 to 15, the configuration of the planar waveguide device in the second embodiment will be described.

図13および図14を参照して、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1は、基本的には実施の形態1におけるOBO平面導波路素子1と同様の構成を有している。しかし、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1は、光導波路30の端部に形成された反射部の構成において、実施の形態1とは異なっている。   Referring to FIGS. 13 and 14, OBO planar waveguide device 1 in the second embodiment has basically the same configuration as OBO planar waveguide device 1 in the first embodiment. However, the OBO planar waveguide device 1 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the reflection portion formed at the end of the optical waveguide 30.

すなわち、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1の光導波路30では、図13に示すように、入力ポートである入力用端部31および出力ポートである出力用端部32以外の端部である反射用端部33には、PhC70が設けられている。このPhC70の構造は、多重化された信号波99の周波数帯域がフォトニックバンドギャップ内に位置するように決定される。たとえば、1.55μm帯の信号波99をOBO平面導波路素子1に入力する場合、直径175nmの孔(円孔)を、格子定数400nmとなるように配置したPhC70が形成される。このため、PhC70を有する光導波路30末端部へは、信号波99が進行できない。したがって、図13に示すように、OBO平面導波路素子1内を伝播する信号波99が、光導波路30の端部のPhC70がない領域からある領域へ進もうとすると、光導波路30端部のPhC130がある領域とない領域の境界面(PhC境界面34)において反射する。   That is, in the optical waveguide 30 of the OBO planar waveguide device 1 according to the second embodiment, as shown in FIG. 13, at the end portions other than the input end portion 31 that is an input port and the output end portion 32 that is an output port. A certain end 33 for reflection is provided with PhC 70. The structure of this PhC 70 is determined so that the frequency band of the multiplexed signal wave 99 is located in the photonic band gap. For example, when a signal wave 99 in the 1.55 μm band is input to the OBO planar waveguide device 1, a PhC 70 in which holes (circular holes) having a diameter of 175 nm are arranged so as to have a lattice constant of 400 nm is formed. For this reason, the signal wave 99 cannot travel to the end portion of the optical waveguide 30 having the PhC 70. Therefore, as shown in FIG. 13, when the signal wave 99 propagating in the OBO planar waveguide device 1 tries to travel from a region where there is no PhC 70 at the end of the optical waveguide 30 to a certain region, at the end of the optical waveguide 30 The light is reflected at the boundary surface (PhC boundary surface 34) between the region with and without the PhC 130.

すなわち、光導波路30において入力用端部31の側とは反対側の光導波路30の延在方向における端部には、信号波99をヒータ40に近づく側に伝播するように反射する第1反射部としての第1PhC70Aが形成されている。さらに入力用光導波路30Aよりもヒータ40に近い側に配置された光導波路30の、光導波路30の延在方向における第1PhC70Aとは反対側の端部には、信号波99をヒータ40に近づく側に伝播するように反射する第2反射部としての第2PhC70Bが形成されている。ここで、信号波99の周波数帯域は、PhC70のフォトニックバンドギャップ内に位置する。   That is, the first reflection that reflects the signal wave 99 so as to propagate toward the heater 40 on the end in the extending direction of the optical waveguide 30 on the side opposite to the input end 31 in the optical waveguide 30. A first PhC 70A as a part is formed. Further, the signal wave 99 approaches the heater 40 at the end opposite to the first PhC 70A in the extending direction of the optical waveguide 30 of the optical waveguide 30 disposed on the side closer to the heater 40 than the input optical waveguide 30A. A second PhC 70B is formed as a second reflecting portion that reflects so as to propagate to the side. Here, the frequency band of the signal wave 99 is located in the photonic band gap of the PhC 70.

そして、第1PhC70Aは、第1PhC70Aにおいて信号波99が反射する際に、反射後の信号波99のOBOの位相が反射前の信号波99のOBOの位相に対して変化しないように配置され、第2PhC70Bは、第2PhC70Bにおいて信号波99が反射する際に、反射後の信号波99のOBOの位相が反射前の信号波99のOBOの位相に対してπ変化するように配置されている。また、Y軸方向において、入力用端部31から第1PhC70Aまでの距離、および第1PhC70Aから第2PhC70Bまでの距離は、いずれも信号波99が起こすOBOの1/4周期長となっている。なお、1/4周期長とは、信号が起こすOBOの1/4周期の間に、光導波路の延在方向において信号波が伝播する距離を示す。   The first PhC 70A is arranged such that when the signal wave 99 is reflected by the first PhC 70A, the phase of the OBO of the signal wave 99 after reflection does not change with respect to the phase of the OBO of the signal wave 99 before reflection. The 2PhC 70B is arranged such that when the signal wave 99 is reflected by the second PhC 70B, the phase of the OBO of the signal wave 99 after reflection changes by π with respect to the phase of the OBO of the signal wave 99 before reflection. Further, in the Y-axis direction, the distance from the input end 31 to the first PhC 70A and the distance from the first PhC 70A to the second PhC 70B are both ¼ period length of OBO generated by the signal wave 99. Note that the ¼ period length indicates a distance in which a signal wave propagates in the extending direction of the optical waveguide during a ¼ period of OBO generated by the signal.

より具体的には、図13および図15を参照して、入力用端部31を有する入力用光導波路30Aがm延在する方向に、入力用端部31から離れる向きを正とするY座標軸をおいた場合に、上記光導波路30のうち、一の光導波路30を通ってその延在方向に延びる直線と第2PhC70B(PhC境界面34)との交点の上記Y座標軸における座標である第2反射位置は、その一の光導波路30のヒータ40側とは反対側に隣接する光導波路30における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加している。ここで、mは0以上の整数、λは信号波99の波長、nは光導波路30の等価屈折率である。また、光導波路30の各々を通ってその延在方向に延びる直線と第1PhC70A(PhC境界面34)との交点のY座標軸における座標である第1反射位置は一定である。 More specifically, referring to FIG. 13 and FIG. 15, the Y coordinate axis in which the direction away from the input end 31 is positive in the direction in which the input optical waveguide 30 </ b> A having the input end 31 extends m. Is the second coordinate which is the intersection of the straight line extending in the extending direction through one optical waveguide 30 and the second PhC 70B (PhC interface 34) in the Y coordinate axis. reflection position, the heater 40 side of the first optical waveguide 30 that as compared with the second reflection position in the optical waveguide 30 adjacent to the opposite side, has increased monotonically by (2m + 1) × λ / 4n w. Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave 99, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide 30. The first reflection position, which is the coordinate on the Y coordinate axis, of the intersection of the straight line extending in the extending direction through each of the optical waveguides 30 and the first PhC 70A (PhC boundary surface 34) is constant.

なお、本実施の形態においては、第2反射位置が単調増加する場合について説明するが、本発明の光導波路素子はこれに限られず、第2反射位置は単調減少していてもよい。   In the present embodiment, the case where the second reflection position monotonously increases will be described. However, the optical waveguide element of the present invention is not limited to this, and the second reflection position may monotonously decrease.

より詳細に説明すると、本実施の形態では、λ=1.55μm、n=3.5、かつm=0という条件でOBO平面導波路素子1が構成され、入力用端部31の側にある光導波路30の端部に形成された第2PhC70BのPhC境界面34のY座標(第2反射位置)は、ヒータ40側に向かって111nmずつ単調増加するように調整されている。一方、入力用端部31の反対側にある光導波路30の端部に形成された第1PhC70AのPhC境界面34のY座標(第1反射位置)は、一定である。 More specifically, in the present embodiment, the OBO planar waveguide device 1 is configured under the conditions of λ = 1.55 μm, n w = 3.5, and m = 0, and on the input end portion 31 side. The Y coordinate (second reflection position) of the PhC boundary surface 34 of the second PhC 70B formed at the end of a certain optical waveguide 30 is adjusted so as to increase monotonically by 111 nm toward the heater 40 side. On the other hand, the Y coordinate (first reflection position) of the PhC boundary surface 34 of the first PhC 70A formed at the end of the optical waveguide 30 on the side opposite to the input end 31 is constant.

さらに、Y軸方向において信号波99が光導波路30の一方の端部(PhC境界面34)から他方の端部(PhC境界面34)へ伝播する間に、OBOの1/4周期長だけ進行するように、光導波路30の長さが調整されている。つまり、本実施の形態では、光導波路30の長さが0.75mmという条件でOBO平面導波路素子1が構成されている。   Further, while the signal wave 99 propagates from one end portion (PhC boundary surface 34) of the optical waveguide 30 to the other end portion (PhC boundary surface 34) in the Y-axis direction, it travels by a quarter period length of OBO. Thus, the length of the optical waveguide 30 is adjusted. That is, in this embodiment, the OBO planar waveguide device 1 is configured under the condition that the length of the optical waveguide 30 is 0.75 mm.

なお、上述のように、各光導波路30の第2反射位置は、111nmずつ変位しているが、上記実施の形態1の場合と同様に、変位量が光導波路30の長さに対して極めて微小であるため、実質的に上述の構成により、光導波路30に関して、上述のPhC境界面のY座標に関する条件と、光導波路の長さに関する条件とを両立することができる。   As described above, the second reflection position of each optical waveguide 30 is displaced by 111 nm. However, as in the case of the first embodiment, the amount of displacement is extremely large with respect to the length of the optical waveguide 30. Since it is very small, substantially the above-described configuration makes it possible to satisfy both the above-described conditions relating to the Y coordinate of the PhC interface and the conditions relating to the length of the optical waveguide.

実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1によれば、反射部において反射された信号波が次に反射されるまでにOBO平面導波路素子1中を伝播する距離は、実施の形態1の場合に比べて短くなる。これより、実施の形態2のOBO平面導波路素子1は、実施の形態1のOBO平面導波路素子1に比べて小型化することができる。また、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1ではY軸方向の素子の長さが短くなるため、SOI基板10のX軸方向における熱抵抗率が高くなる。このため、SOI基板10のX軸方向の温度分布に勾配をつけ易くなる。その結果、OBO平面導波路素子1のヒータ40での消費電力が低減される。   According to the OBO planar waveguide device 1 in the second embodiment, the distance that the signal wave reflected by the reflecting portion propagates in the OBO planar waveguide device 1 before being reflected next is the same as that in the first embodiment. Shorter than Thus, the OBO planar waveguide device 1 of the second embodiment can be reduced in size as compared with the OBO planar waveguide device 1 of the first embodiment. Further, in the OBO planar waveguide device 1 according to the second embodiment, the element length in the Y-axis direction is shortened, so that the thermal resistivity in the X-axis direction of the SOI substrate 10 is increased. For this reason, it becomes easy to give a gradient to the temperature distribution of the SOI substrate 10 in the X-axis direction. As a result, power consumption in the heater 40 of the OBO planar waveguide device 1 is reduced.

次に、実施の形態2における平面導波路素子の製造方法について説明する。図16、図17、図19および図20は、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。また、図18は、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。   Next, a method for manufacturing the planar waveguide device in the second embodiment will be described. 16, FIG. 17, FIG. 19 and FIG. 20 are schematic cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. FIG. 18 is a schematic plan view for explaining the method for manufacturing the OBO planar waveguide device according to the second embodiment.

図16〜図20を参照して、実施の形態2における平面導波路素子の製造方法は、基本的には、実施の形態1における平面導波路素子の製造方法と同様である。しかし、反射部の構成が異なることに起因して、実施の形態2における平面導波路素子の製造方法は、実施の形態1とは異なっている。   Referring to FIGS. 16 to 20, the method for manufacturing the planar waveguide element in the second embodiment is basically the same as the method for manufacturing the planar waveguide element in the first embodiment. However, the manufacturing method of the planar waveguide device in the second embodiment is different from that in the first embodiment due to the difference in the configuration of the reflecting portion.

すなわち、まず、基板準備工程においてSOI基板10が準備された後、SOI基板10上に光導波路が形成される光導波路形成工程が実施される。具体的には、まず、図16に示すように、基板準備工程において準備されたSOI基板10のSi層13上に、レジストが塗布されてレジスト膜91が形成される。その後、図17および図18に示すように、電子線直接描画、あるいはフォトリソグラフィによってレジスト膜91が加工されて、Y軸方向において端面の位置および長さが調整された光導波路30を形成するためのレジストパターンが形成される。ここで、本実施の形態においては、図18に示すように、レジスト膜91には、PhCを構成する孔(円孔)に対応する開口部91Bが形成される。   That is, first, after the SOI substrate 10 is prepared in the substrate preparation step, an optical waveguide forming step in which an optical waveguide is formed on the SOI substrate 10 is performed. Specifically, first, as shown in FIG. 16, a resist film 91 is formed by applying a resist on the Si layer 13 of the SOI substrate 10 prepared in the substrate preparation step. Thereafter, as shown in FIGS. 17 and 18, the resist film 91 is processed by direct electron beam drawing or photolithography to form an optical waveguide 30 in which the position and length of the end face are adjusted in the Y-axis direction. The resist pattern is formed. Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 18, an opening 91 </ b> B corresponding to a hole (circular hole) constituting PhC is formed in the resist film 91.

その後、レジストパターンに加工された上記レジスト膜91をマスクとして、図19に示すように、ICPエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法が採用されて、Si層13の途中までがエッチングされる。これにより、反射用端部33にPhC70を有する光導波路30が形成される。   Thereafter, using the resist film 91 processed into a resist pattern as a mask, an etching method such as ICP etching, reactive ion etching, or reactive ion beam etching is employed as shown in FIG. Halfway is etched. Thereby, the optical waveguide 30 having PhC 70 at the reflection end portion 33 is formed.

次に、実施の形態1の場合と同様に、光導波路30が形成されたSOI基板10に、ヒータおよびヒートシンクを形成する温度調節部材形成工程および電源装置接続工程が実施される。以上の工程により、本実施の形態におけるOBO平面導波路素子1を製造することができる。   Next, as in the case of the first embodiment, a temperature adjusting member forming step for forming a heater and a heat sink and a power supply device connecting step are performed on the SOI substrate 10 on which the optical waveguide 30 is formed. Through the above steps, the OBO planar waveguide device 1 in the present embodiment can be manufactured.

実施の形態2においては、実施の形態1の場合とは異なり、HRコーティングを形成するためのレジストパターンの作製、スパッタリング、リフトオフなどの工程を省略することができる。その結果、実施の形態2のOBO平面導波路素子1は、実施の形態1のOBO平面導波路素子1に比べて、製造プロセスが簡略化可能であるという利点を有している。   In the second embodiment, unlike the case of the first embodiment, steps such as formation of a resist pattern, sputtering, and lift-off for forming the HR coating can be omitted. As a result, the OBO planar waveguide device 1 of the second embodiment has an advantage that the manufacturing process can be simplified as compared with the OBO planar waveguide device 1 of the first embodiment.

次に、実施の形態2におけるOBO平面導波路素子1の動作について説明する。図13および図14を参照して、まず、実施の形態1の場合と同様に、ヒータ40およびヒートシンク50の機能により、SOI基板10のX軸方向の温度分布に勾配が形成される。この状態で、信号波99の強度ピークが所定の一つの入力ポートである入力用端部31に位置するように、波長が異なる複数の信号波(波長:λ〜λ)がOBO平面導波路素子1中へ入力される。そして、信号波99に含まれる複数の信号波は、Y軸方向に伝播しながら、X軸方向にOBOを起こすことにより、OBO平面導波路素子1内で分波される。また、SOI基板10のX軸方向における温度の勾配を変化させることによって、所望の出力ポートである出力用端部32から信号波を出力することができる。 Next, the operation of the OBO planar waveguide device 1 in the second embodiment will be described. Referring to FIGS. 13 and 14, first, as in the case of the first embodiment, a gradient is formed in the temperature distribution in the X-axis direction of SOI substrate 10 by the functions of heater 40 and heat sink 50. In this state, a plurality of signal waves having different wavelengths (wavelengths: λ 1 to λ k ) are guided by the OBO plane so that the intensity peak of the signal wave 99 is positioned at the input end 31 which is a predetermined one input port. It is input into the waveguide element 1. A plurality of signal waves included in the signal wave 99 are demultiplexed in the OBO planar waveguide device 1 by causing OBO in the X-axis direction while propagating in the Y-axis direction. Further, by changing the temperature gradient of the SOI substrate 10 in the X-axis direction, a signal wave can be output from the output end 32 that is a desired output port.

ここで、本実施の形態における反射部であるPhC70での信号波99の反射について説明する。図21は、X軸方向における信号波の伝播定数κとY軸方向における信号波の伝播定数βとの関係を説明するための図である。また、図22は、図21に対応する信号波の道筋を示す図である。   Here, the reflection of the signal wave 99 on the PhC 70 which is the reflection portion in the present embodiment will be described. FIG. 21 is a diagram for explaining the relationship between the propagation constant κ of the signal wave in the X-axis direction and the propagation constant β of the signal wave in the Y-axis direction. FIG. 22 is a diagram illustrating a path of a signal wave corresponding to FIG.

実施の形態1の場合と同様に、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99のvの値は、図21のグラフの傾きと一致する。ここで、図22を参照して、図22のa点にあるようなOBO平面導波路素子1の入力用端部31に入った信号波99は、κが0である。したがって、図22のa点における信号波99の状態は、図21のA点に対応し、入力用端部31にある信号波99のvは0となる。次に、ヒータ40の発熱により、SOI基板10の温度がヒートシンク50からヒータ40に向けて上昇する勾配を有している場合、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99は、Y軸方向に伝播しながら、X軸方向においてOBOを起こす。このため、信号波99は図12におけるa点を出発してb点に到達するように、ヒータ40側へ進行していく。a点からb点への進行は、図21において信号波の状態がA点からB点に変化することに対応し、伝播の際に信号波99のOBOの位相が0からπ/2へと変化する。 As with the first embodiment, the value of v g signal wave 99 propagating through OBO planar waveguide device 1 is consistent with the slope of the graph of FIG. 21. Here, with reference to FIG. 22, the signal wave 99 that has entered the input end 31 of the OBO planar waveguide device 1 at the point a in FIG. Therefore, the state of the signal wave 99 at the point a in FIG. 22 corresponds to point A in FIG. 21, v g signal wave 99 at the input end 31 is zero. Next, when the temperature of the SOI substrate 10 has a gradient that rises from the heat sink 50 toward the heater 40 due to heat generated by the heater 40, the signal wave 99 that propagates through the OBO planar waveguide device 1 is in the Y-axis direction. OBO occurs in the X-axis direction while propagating to. For this reason, the signal wave 99 travels to the heater 40 side so as to reach the point b starting from the point a in FIG. The progression from the point a to the point b corresponds to the state of the signal wave changing from the point A to the point B in FIG. 21, and the phase of the OBO of the signal wave 99 changes from 0 to π / 2 during propagation. Change.

次に、第1PhC70AのPhC境界面34に到達した信号波は、PhC境界面34で反射する。このとき、反射後の信号波99のOBOの位相は変化しない。このため、図21の信号波の状態はB点から変化しない。   Next, the signal wave that has reached the PhC interface 34 of the first PhC 70A is reflected by the PhC interface 34. At this time, the OBO phase of the reflected signal wave 99 does not change. For this reason, the state of the signal wave in FIG. 21 does not change from point B.

次に、信号波は図22のb点からc点に、ヒータ40側に向かいながら、第2PhC70BのPhC境界面34へ進行していく。図22のc点は、図21のC点に対応し、伝播の際に信号波のOBOの位相がπ/2からπへと変化する。このため、第2PhC70BのPhC境界面34での信号波99のvは0となる。 Next, the signal wave travels from the point b to the point c in FIG. 22 toward the heater 40 side toward the PhC boundary surface 34 of the second PhC 70B. Point c in FIG. 22 corresponds to point C in FIG. 21, and the phase of the OBO of the signal wave changes from π / 2 to π during propagation. Therefore, the v g signal wave 99 at PhC boundary 34 of the 2PhC70B becomes 0.

次に、第2PhC70BのPhC境界面34に到達した信号波は、PhC境界面34で反射する。このとき、反射後の信号波99のOBOの位相はπ変化する。これにより、図21に示すように、信号波の状態がC点からA点へと変化する。そのため、信号波99のvが0となり、その後vの値が正となる。したがって、第2PhC70Bで反射した信号波99は、再びヒータ40側へと進行する。 Next, the signal wave that has reached the PhC interface 34 of the second PhC 70B is reflected by the PhC interface 34. At this time, the OBO phase of the reflected signal wave 99 changes by π. Thereby, as shown in FIG. 21, the state of the signal wave changes from the C point to the A point. Therefore, next v g is 0 signal wave 99, the value of the subsequent v g becomes positive. Therefore, the signal wave 99 reflected by the second PhC 70B travels again to the heater 40 side.

この後、図13に示すように、OBO平面導波路素子1を伝播する信号波99はPhC70のPhC境界面34での反射を繰り返し、出力ポートである出力用端部32から出力される。ここで、信号波99がOBO平面導波路素子1を伝播する間、図21に示すように、信号波の状態は、A点からB点を経由してC点への移動と、PhC境界面34でのC点からA点への変化とが繰り返される。したがって、OBO平面導波路素子1内を伝播する信号波99は、X軸方向においてv≧0の範囲でOBOを繰り返す。 Thereafter, as shown in FIG. 13, the signal wave 99 propagating through the OBO planar waveguide device 1 repeats reflection at the PhC boundary surface 34 of PhC 70 and is output from the output end 32 which is an output port. Here, while the signal wave 99 propagates through the OBO planar waveguide device 1, as shown in FIG. 21, the state of the signal wave changes from the point A to the point C via the point B and the PhC boundary surface. The change from point C to point A at 34 is repeated. Therefore, the signal wave 99 propagating in the OBO planar waveguide device 1 repeats OBO in the range of v g ≧ 0 in the X-axis direction.

そして、OBOの性質に基づけば、多重化された信号波99における波長の異なる複数の信号波の道筋は、PhC境界面34で反射を繰り返すたびに、X軸方向における間隔が広がっていく。   Based on the nature of the OBO, the intervals of the plurality of signal waves having different wavelengths in the multiplexed signal wave 99 increase in intervals in the X-axis direction each time reflection is repeated on the PhC boundary surface 34.

このように、多重化された信号波99がPhC境界面34で反射する回数を増加させると、OBO平面導波路素子1中に入力される多重化された信号波99の各波長の間隔が狭くなっても、単一波長の信号波として、固有の出力ポートとしての出力用端部32から信号波を出力することができる。   As described above, when the number of times the multiplexed signal wave 99 is reflected by the PhC boundary surface 34 is increased, the interval between the wavelengths of the multiplexed signal wave 99 input into the OBO planar waveguide device 1 is narrowed. Even so, the signal wave can be output from the output end 32 as a unique output port as a single-wavelength signal wave.

なお、本実施の形態においては、信号波を反射させるため反射部としてフォトニック結晶(PhC)が採用される場合について説明したが、波長1.3μm帯や波長1.55μm帯の多重化された信号波の反射率が90%以上であれば、実施の形態1と同様に、HRコーティングを反射部として採用することもできる。   In the present embodiment, the case where a photonic crystal (PhC) is used as a reflecting portion to reflect a signal wave has been described. However, a wavelength 1.3 μm band or a wavelength 1.55 μm band is multiplexed. If the reflectance of the signal wave is 90% or more, the HR coating can be adopted as the reflecting portion as in the first embodiment.

また、上記実施の形態1および実施の形態2においては、第1反射部としての第1HRコーティング60Aまたは第1PhC70Aだけでなく、第2反射部としての第2HRコーティング60Bまたは第2PhC70Bが形成される場合について説明したが、平面導波路素子の用途等を考慮して、第1反射部としての第1HRコーティング60Aまたは第1PhC70Aのみが形成されてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, not only the first HR coating 60A or the first PhC 70A as the first reflecting part but also the second HR coating 60B or the second PhC 70B as the second reflecting part is formed. However, only the first HR coating 60 </ b> A or the first PhC 70 </ b> A as the first reflecting portion may be formed in consideration of the use of the planar waveguide element and the like.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の平面導波路素子は、光学的ブロッホ振動を利用して、波長多重化された信号波を分波し、分波された信号波のそれぞれを所望の出力ポートから出力する平面導波路素子に特に有利に適用することができる。   The planar waveguide device according to the present invention uses an optical Bloch oscillation to demultiplex a wavelength-multiplexed signal wave and outputs each of the demultiplexed signal waves from a desired output port. Can be applied particularly advantageously.

実施の形態1における平面導波路素子の構成を示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1における平面導波路素子の構成を示す概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view showing the configuration of the planar waveguide element in the first embodiment. 図1のHRコーティング付近を拡大して示す概略部分平面図である。It is a schematic partial plan view which expands and shows the vicinity of HR coating of FIG. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. 実施の形態1におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the first embodiment. X軸方向における信号波の伝播定数κとY軸方向における信号波の伝播定数βとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the propagation constant (beta) of the signal wave in a X-axis direction, and the propagation constant (beta) of the signal wave in a Y-axis direction. 図11に対応する信号波の道筋を示す図である。It is a figure which shows the course of the signal wave corresponding to FIG. 実施の形態2における平面導波路素子の構成を示す概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a configuration of a planar waveguide element in a second embodiment. 実施の形態2おける平面導波路素子の構成を示す概略側面図である。FIG. 5 is a schematic side view showing the configuration of a planar waveguide device in a second embodiment. 図13のPhC付近を拡大して示す概略部分平面図である。It is a schematic partial top view which expands and shows the PhC vicinity of FIG. 実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. FIG. 実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. FIG. 実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. 実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. FIG. 実施の形態2におけるOBO平面導波路素子の製造方法を説明するための概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the OBO planar waveguide device in the second embodiment. FIG. X軸方向における信号波の伝播定数κとY軸方向における信号波の伝播定数βとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the propagation constant (beta) of the signal wave in a X-axis direction, and the propagation constant (beta) of the signal wave in a Y-axis direction. 図21に対応する信号波の道筋を示す図である。It is a figure which shows the course of the signal wave corresponding to FIG. 従来のOBO平面導波路素子を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the conventional OBO planar waveguide element.

符号の説明Explanation of symbols

1 OBO平面導波路素子、10 SOI基板、11 Si基板、12 SiO層、13 Si層、30 光導波路、30A 入力用光導波路、30B 出力用光導波路、31 入力用端部、32 出力用端部、33 反射用端部、34 PhC境界面、40 ヒータ、50 ヒートシンク、60 HRコーティング、60A 第1HRコーティング、60B 第2HRコーティング、70 PhC、70A 第1PhC、70B 第2PhC、81 電源装置、82 導線、91 レジスト膜、91A 開口、91B 開口部、92 Al膜、99 信号波。 1 OBO planar waveguide element, 10 SOI substrate, 11 Si substrate, 12 SiO 2 layer, 13 Si layer, 30 optical waveguide, 30 A input optical waveguide, 30 B output optical waveguide, 31 input end, 32 output end Part, 33 reflection end part, 34 PhC interface, 40 heater, 50 heat sink, 60 HR coating, 60A first HR coating, 60B second HR coating, 70 PhC, 70A first PhC, 70B second PhC, 81 power supply, 82 conductor 91 resist film, 91A opening, 91B opening, 92 Al film, 99 signal wave.

Claims (14)

低屈折率層と、前記低屈折率層上に配置され、前記低屈折率層よりも屈折率の大きい高屈折率層とを有する基板と、
前記基板上に並べて配置され、信号波が伝播可能な3つ以上の光導波路と、
前記基板の、前記光導波路が並ぶ方向における一方の端部に配置され、前記基板を加熱する加熱部材とを備え、
前記3つ以上の光導波路のうちの少なくとも1つの光導波路は、前記光導波路の延在方向における端部に前記信号波が入力可能となっており、
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路よりも前記加熱部材に近い側に配置された前記3つ以上の光導波路のうちの少なくとも2つの光導波路は、前記光導波路の延在方向における端部から前記信号波が出力可能となっており、
前記3つ以上の光導波路において前記信号波が入力可能な端部の側とは反対側の前記光導波路の延在方向における端部には、前記信号波を前記加熱部材に近づく側に伝播するように反射する第1反射部が形成されている、平面導波路素子。
A substrate having a low refractive index layer and a high refractive index layer disposed on the low refractive index layer and having a higher refractive index than the low refractive index layer;
Three or more optical waveguides arranged side by side on the substrate and capable of transmitting signal waves;
A heating member that is disposed at one end of the substrate in the direction in which the optical waveguides are arranged, and that heats the substrate;
At least one of the three or more optical waveguides is capable of inputting the signal wave to an end in the extending direction of the optical waveguide,
At least two of the three or more optical waveguides arranged closer to the heating member than the optical waveguide having an end portion to which the signal wave can be input is an extending direction of the optical waveguide. The signal wave can be output from the end of
The signal wave is propagated to the side closer to the heating member at the end in the extending direction of the optical waveguide opposite to the end where the signal wave can be input in the three or more optical waveguides. A planar waveguide element in which a first reflecting portion that reflects in this manner is formed.
前記第1反射部は、前記第1反射部において前記信号波が反射する際に、反射後の前記信号波の位相が反射前の前記信号波の位相に対してπ変化するように配置され、
前記光導波路の延在方向において、前記信号波が入力可能な端部から前記第1反射部までの距離は、前記信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/2周期長となっている、請求項1に記載の平面導波路素子。
The first reflection unit is arranged such that when the signal wave is reflected by the first reflection unit, the phase of the signal wave after reflection changes by π with respect to the phase of the signal wave before reflection,
In the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflection part is a half period of OBO (Optical Bloch Oscillations) generated by the signal wave. The planar waveguide device of claim 1, wherein the planar waveguide device is long.
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路が延在する方向に、前記信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、前記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1反射部との交点の前記座標軸における座標である第1反射位置は、前記一の光導波路の前記加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第1反射位置に比べて(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する、請求項2に記載の平面導波路素子。
ここで、mは0以上の整数、λは前記信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。
When three or more light guides are provided in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends in the direction in which the direction away from the end where the signal wave can be input is positive The first reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one optical waveguide of the waveguides and the first reflection portion, is opposite to the heating member side of the one optical waveguide. compared to the first reflection position in the optical waveguide adjacent to the (2m + 1) × λ / 4n w by decreasing monotonically increasing or, planar waveguide device according to claim 2.
Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路よりも前記加熱部材に近い側に配置された前記光導波路の、前記光導波路の延在方向における前記第1反射部とは反対側の端部には、前記信号波を前記加熱部材に近づく側に伝播するように反射する第2反射部がさらに形成されている、請求項1に記載の平面導波路素子。   The end of the optical waveguide disposed closer to the heating member than the optical waveguide having an end to which the signal wave can be input is opposite to the first reflecting portion in the extending direction of the optical waveguide. 2. The planar waveguide device according to claim 1, further comprising a second reflecting portion configured to reflect the signal wave so as to propagate to the side closer to the heating member. 前記第1反射部および前記第2反射部は、前記第1反射部および前記第2反射部において前記信号波が反射する際に、反射後の前記信号波の位相が反射前の前記信号波の位相に対してπ変化するように配置され、
前記光導波路の延在方向において、前記信号波が入力可能な端部から前記第1反射部までの距離、および前記第1反射部から前記第2反射部までの距離は、いずれも前記信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/2周期長となっている、請求項4に記載の平面導波路素子。
When the signal wave is reflected by the first reflection part and the second reflection part, the first reflection part and the second reflection part have a phase of the signal wave after reflection of the signal wave before reflection. Arranged to change by π with respect to phase,
In the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting part and the distance from the first reflecting part to the second reflecting part are both the signal wave. 5. The planar waveguide device according to claim 4, wherein the planar waveguide device has a half period length of OBO (Optical Bloch Oscillations) caused by the above.
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路が延在する方向に、前記信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、前記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1反射部との交点の前記座標軸における座標である第1反射位置は、前記一の光導波路の前記加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第1反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少し、
前記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と前記第2反射部との交点の前記座標軸における座標である第2反射位置は、前記一の光導波路の前記加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する、請求項5に記載の平面導波路素子。
ここで、mは0以上の整数、λは前記信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。
When three or more light guides are provided in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends in the direction in which the direction away from the end where the signal wave can be input is positive The first reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one optical waveguide of the waveguides and the first reflection portion, is opposite to the heating member side of the one optical waveguide. compared to the first reflection position in the optical waveguide adjacent to, decreased (2m + 1) × λ / 4n w by monotonically increasing or,
The second reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the second reflecting portion, is the heating of the one optical waveguide. the member side than the second reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side, (2m + 1) × λ / 4n w by decreasing monotonically increasing or, planar waveguide device according to claim 5.
Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.
前記第1反射部は、前記第1反射部において前記信号波が反射する際に、反射後の前記信号波の位相が反射前の前記信号波の位相に対して変化しないように配置され、
前記第2反射部は、前記第2反射部において前記信号波が反射する際に、反射後の前記信号波の位相が反射前の前記信号波の位相に対してπ変化するように配置され、
前記光導波路の延在方向において、前記信号波が入力可能な端部から前記第1反射部までの距離、および前記第1反射部から前記第2反射部までの距離は、いずれも前記信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/4周期長となっている、請求項4に記載の平面導波路素子。
The first reflection unit is arranged so that the phase of the signal wave after reflection does not change with respect to the phase of the signal wave before reflection when the signal wave is reflected by the first reflection unit,
The second reflection unit is arranged such that when the signal wave is reflected by the second reflection unit, the phase of the signal wave after reflection changes by π with respect to the phase of the signal wave before reflection,
In the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting part and the distance from the first reflecting part to the second reflecting part are both the signal wave. 5. The planar waveguide device according to claim 4, wherein the planar waveguide device has a quarter period length of OBO (Optical Bloch Oscillations).
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路が延在する方向に、前記信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、前記3つ以上の光導波路の各々の延在方向に延びる直線と前記第1反射部との交点の前記座標軸における座標である第1反射位置は一定であり、
前記3つ以上の光導波路のうち一の光導波路の延在方向に延びる直線と前記第2反射部との交点の前記座標軸における座標である第2反射位置は、前記一の光導波路の前記加熱部材側とは反対側に隣接する光導波路における第2反射位置に比べて、(2m+1)×λ/4nずつ単調増加または単調減少する、請求項7に記載の平面導波路素子。
ここで、mは0以上の整数、λは前記信号波の波長、nは光導波路の等価屈折率である。
When three or more light guides are provided in the direction in which the optical waveguide having the end where the signal wave can be input extends in the direction in which the direction away from the end where the signal wave can be input is positive The first reflection position, which is the coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of each of the waveguides and the first reflection portion, is constant
The second reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one of the three or more optical waveguides and the second reflecting portion, is the heating of the one optical waveguide. the member side than the second reflection position in the optical waveguide adjacent to the opposite side, (2m + 1) × λ / 4n w by decreasing monotonically increasing or, planar waveguide device according to claim 7.
Here, m is an integer greater than or equal to 0, λ is the wavelength of the signal wave, and n w is the equivalent refractive index of the optical waveguide.
前記第1反射部は、前記第1反射部において前記信号波が反射する際に、反射後の前記信号波の位相が反射前の前記信号波の位相に対して変化しないように配置され、
前記光導波路の延在方向において、前記信号波が入力可能な端部から前記第1反射部までの距離は、前記信号波が起こすOBO(Optical Bloch Oscillations;光学的ブロッホ振動)の1/4周期長となっている、請求項1に記載の平面導波路素子。
The first reflection unit is arranged so that the phase of the signal wave after reflection does not change with respect to the phase of the signal wave before reflection when the signal wave is reflected by the first reflection unit,
In the extending direction of the optical waveguide, the distance from the end where the signal wave can be input to the first reflecting portion is a quarter period of OBO (Optical Bloch Oscillations) generated by the signal wave. The planar waveguide device of claim 1, wherein the planar waveguide device is long.
前記信号波が入力可能な端部を有する前記光導波路が延在する方向に、前記信号波が入力可能な端部から離れる向きを正とする座標軸をおいた場合に、前記3つ以上の光導波路の各々の延在方向に延びる直線と前記第1反射部との交点の前記座標軸における座標である第1反射位置は一定である、請求項9に記載の平面導波路素子。   The three or more optical waveguides are arranged in a direction in which the optical waveguide having an end portion to which the signal wave can be input extends in a direction in which the direction away from the end portion to which the signal wave can be input is positive. 10. The planar waveguide device according to claim 9, wherein a first reflection position, which is a coordinate on the coordinate axis, of an intersection of a straight line extending in each extending direction of the waveguide and the first reflection portion is constant. 前記第1反射部は、HRコーティングである、請求項1〜3、9および10のいずれか1項に記載の平面導波路素子。   11. The planar waveguide device according to claim 1, wherein the first reflecting portion is an HR coating. 前記第1反射部および前記第2反射部は、HRコーティングである、請求項4〜8のいずれか1項に記載の平面導波路素子。   The planar waveguide device according to any one of claims 4 to 8, wherein the first reflecting portion and the second reflecting portion are HR coatings. 前記第1反射部は、フォトニック結晶であり、
前記信号波の周波数帯域は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ内に位置する、請求項1〜3、9および10のいずれか1項に記載の平面導波路素子。
The first reflecting portion is a photonic crystal,
11. The planar waveguide device according to claim 1, wherein a frequency band of the signal wave is located in a photonic band gap of the photonic crystal.
前記第1反射部および前記第2反射部は、フォトニック結晶であり、
前記信号波の周波数帯域は、前記フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップ内に位置する、請求項4〜8のいずれか1項に記載の平面導波路素子。
The first reflecting portion and the second reflecting portion are photonic crystals,
9. The planar waveguide device according to claim 4, wherein a frequency band of the signal wave is located in a photonic band gap of the photonic crystal.
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