JP2016224378A - 回折光学素子 - Google Patents
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Abstract
Description
非特許文献1によれば、BRW型の回折光学素子は以下の原理で動作する。
基板上に形成された光導波路型の回折光学素子であって、
光導波路コアの下部にはブラッグ反射鏡が設置され、
前記光導波路コアの上部には、光信号の伝搬方向に向かって光信号の上方空間への透過率が変化する反射構造部を有することを特徴とする回折光学素子、を構成したものである。
前記回折光学素子の波長範囲、波長分解能および単色光に対するスペクトルの形状を決定する手順と、
前記手順で決定した波長範囲、波長分解能および単色光に対するスペクトルから、前記回折光学素子出力直後の光電界の分布を決定する手順と、
前記回折光学素子の層構造として、前記高屈折率部および前記光導波路コアの厚みを決める手順と、
前記手順で決定した層構造に対して、前記高屈折率部の存在幅と間隙幅をマトリックスとして出力光の強度と位相を導出する手順と、
前記手順で導出した出力光の強度と位相から、前記光電界の分布を決定する手順で決定した光電界分布を実現する高屈折率部の存在幅と間隙幅を決定する手順
で決定されることを特徴とする回折光学素子、を構成したものである。
図1は本発明の実施形態1にかかる回折光学素子10の概略を示す図である。
図2は、図1における光導波路2の詳細を説明する図である。図2に示されるように、光導波路2は、光信号が伝搬するコアとなる低屈折率層11と、その下面に設置された多層構造のブラッグ反射鏡13と、上面に設置された所定の透過率を有する反射構造部である高屈折率層12からなる。
図3に、高屈折率層12、低屈折率層11、ブラッグ反射鏡層13からなる図2の光導波路の層構造の例を示す。層構造は回折光学素子の使用波長帯域によって決定されるものであり、例としては図3の例1〜5に挙げるように、高屈折率層12、低屈折率層11、ブラッグ反射鏡層13を構成する材料1〜4の組み合わせとして、
(例1)Si,SiO2,Si,SiO2、
(例2)Si,air(空気),Si,SiO2、
(例3)GaAs,AlxGa1-xAs,GaAs,AlxGa1-xAs、
(例4)GaAs,air(空気),GaAs,AlxGa1-xAs、
(例5)Si,SiO2,GaAs、AlxGa1-xAs
などが挙げられるが、層構造としてはここに挙げたものに限られなく、高屈折率層12の屈折率が低屈折率層11の屈折率よりも高く、ブラッグ反射鏡層13が十分な反射率を得ることができるように、その多層構造が実現されればよい。
また、図4の光導波路の層構造の別の例に示すように、高屈折率層12と低屈折率層11の間にブラッグ反射鏡層13より反射率は小さいが同様に材料3と4で構成された第二のブラッグ反射鏡層14を設置することも可能である。
実施形態1で説明した光導波路2から出力される光信号の強度の設定は、図5に示す以下の手順に従って高屈折率層12の存在幅と間隙幅の構造を決定することで実現される。
図6(a)および(b)は、前記図5の第1の工程S501において、例えば光信号の波長を1.5μmと決定し、第3の工程S503において、SiO2を低屈折率層、Siを高屈折率層と決定し、高屈折率層の厚みを1.2μmとした場合に、第4の工程S504において求められる図で、高屈折率層の存在幅と間隙幅をマトリックスとして変化させた場合の、光導波路2から出力される光信号の強度および位相をプロットしたものである。
本実施形態3では、一般的な回折光学素子に要求される波長分解スポットの形状であるガウス関数形状を実現する例について説明する。図7は本実施形態3にかかる図である。
図8は、回折光学素子から出力される光信号の伝搬方向に渡る強度分布をガウス分布23(図7の21に対応)とする際に必要となる、上部高屈折率層12の光信号の透過率分布24を示す図である。またその際に低屈折率層11に閉じ込められる光信号強度の伝搬方向に渡る分布25も同時に示した。
図8の分布24のような透過率分布を得るためには、実施形態2で示した図6をもとに、図9に示すように高屈折率層12の配置を決定すればよい。
本実施形態4では、波長分解スポットの形状として実施形態3のガウス関数形状に換えて矩形のスポットを実現する例について説明する。矩形の波長分解スポットすなわち矩形のスペクトルは、例えば光通信における波長フィルタとして隣接波長チャネルとの間の漏話を防ぐのに好適な形状である。
図11は、回折光学素子出射直後の光信号の電界分布をsinc関数形状33(図10の31)にするために必要となる、高屈折率層12の透過率の分布34を示す図である。またその際に低屈折率層11を伝搬する光信号の強度分布35も示した。
2 光導波路
3 光ファイバ
4 レンズ
5 結像面
6a、6b 出射光信号
7a,7b 出射光信号の像
10 回折光学素子
11 低屈折率層
12 高屈折率層
13 ブラッグ反射鏡(層)
14 第二のブラッグ反射鏡(層)
22、32 集光スポットの形状
21、23、31、33 出力される光信号の強度分布
24、34 高屈折率層の透過率分布
25、35 光導波路を伝搬する光信号の強度分布
26,28,30 位相が一定値の線分
27、29,31 対応する反射率の線分
Claims (4)
- 基板上に形成された光導波路型の回折光学素子であって、
光導波路コアの下部にはブラッグ反射鏡が設置され、
前記光導波路コアの上部には、光信号の伝搬方向に向かって光信号の上方空間への透過率が変化する反射構造部を有する
ことを特徴とする回折光学素子。 - 前記反射構造部は、光信号の伝搬方向に向かって存在幅および間隙幅が変化する高屈折率部で構成される
ことを特徴とする請求項1記載の回折光学素子。 - 前記高屈折率部と前記光導波路コアの間には、第二のブラッグ反射鏡が設置される
ことを特徴とする請求項2に記載の回折光学素子 - 前記高屈折率部の存在幅および間隙幅は、
前記回折光学素子の波長範囲、波長分解能および単色光に対するスペクトルの形状を決定する手順と、
前記手順で決定した波長範囲、波長分解能および単色光に対するスペクトルから、前記回折光学素子出力直後の光電界の分布を決定する手順と、
前記回折光学素子の層構造として、前記高屈折率部および前記光導波路コアの厚みを決める手順と、
前記手順で決定した層構造に対して、前記高屈折率部の存在幅と間隙幅をマトリックスとして出力光の強度と位相を導出する手順と、
前記手順で導出した出力光の強度と位相から、前記光電界の分布を決定する手順で決定した光電界分布を実現する高屈折率部の存在幅と間隙幅を決定する手順
で決定されることを特徴とする請求項2または3記載の回折光学素子。
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