JP2017156634A - グレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置を提供すること。【解決手段】光を導入させる導入導波路１６と、導入導波路１６の一端に所定の幅の端部が接続されると共に、端部の両端から略扇形形状に拡大され、かつ導入導波路１６を伝播する光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部１４と、導入導波路１６とスポットサイズ変換部１４との接続部分を中心としかつスポットサイズ変換部１４の円弧部に沿って同心円状に形成された複数の円弧状の凹凸からなる回折格子部１２と、を含み、円弧の長さが漸増した後漸減することにより全体の形状が略矩形形状を呈する。【選択図】図１

Description

本発明は、グレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置に関する。

グレーティングカプラとは、導波路を伝播する光を外部へ放射させる素子、あるいは、外部から入力された光を入射し導波路に結合させる素子である。そのような機能を有するグレーティングカプラとして、非特許文献１に開示されたものが知られている。図１０（ａ）に、非特許文献１に開示されたグレーティングカプラ８０の概念図を示す。

図１０（ａ）に示すように、グレーティングカプラ８０は、導入導波路８６、導入導波路８６に接続された断熱的なテーパ部８４、及び回折格子部８２を備えている。グレーティングカプラ８０では、導入導波路８６を伝播してきた光が、テーパ部８４を伝播した後、回折格子部８２から放射される。一方、回折格子部８２に入射した光は、テーパ部８４を伝播し、導入導波路８６に結合される。以下では、図１０（ａ）に示すグレーティングカプラ８０のような構造を有するグレーティングカプラを「テーパ型グレーティングカプラ」という。

一方、グレーティングカプラの他の例として、非特許文献２に開示されたものが知られている。図１０（ｂ）に、非特許文献２に開示されたグレーティングカプラ９０の概念図を示す。図１０（ｂ）に示すように、グレーティングカプラ９０は、導入導波路９６、集光部９４、及び回折格子部９２を備えている。グレーティングカプラ９０では、回折格子部９２が、集光部９４と導入導波路９６との接続点を焦点とするレンズ効果を発現するように構成されている。

グレーティングカプラ９０も、グレーティングカプラ８０と同様、導入導波路９６を伝播してきた光が、集光部９４を伝播した後、回折格子部９２から放射される。一方、回折格子部９２に入射した光は、集光部９４を伝播し、導入導波路９６に結合される。以下では、図１０（ｂ）に示すグレーティングカプラ９０のような構造を有するグレーティングカプラを「集光型グレーティングカプラ」という。

IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.24, No.24, DECEMBER 15, 2012 IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.19, No.23, DECEMBER 1, 2007

ところで、例えばレーザレーダ装置のような光アレイアンテナを用いる装置では、投光部、あるいは受光部にアレイ化されたグレーティングカプラ、つまりグレーティングカプラアレイを用いる場合がある。その際、レーザレーダ装置の小型化等の観点から、グレーティングカプラアレイには、集積密度が高いことが求められている。

しかしながら、上記のテーパ型グレーティングカプラでは、テーパ部８４が伝播光の伝播モードを崩さないように「断熱的」に伝播モードを変化させていく必要があるため、テーパ部８４の長さが非常に長くなり、小型化がしにくいという問題があった。

一方、上記の集光型グレーティングカプラでは、その構造に起因して、回折格子部９２の有効な等受光面積（有効開口）に比して全体のサイズが大きくなり、やはり小型化がしにくいという問題があった。

他方、グレーティングカプラを光導波路技術によって集積化し、グレーティングカプラアレイを光集積回路として実現しようとした場合、従来技術に係るグレーティングカプラでは、導波路を接続して導波路配線を行う際に最小曲げ半径という制約があり、該最小曲げ半径を確保する部分には他の光素子を配置できないという問題がある。つまり、従来技術に係るグレーティングカプラでは、全体のサイズが大きい割には有効開口が小さく、また、集積密度も上げにくいという問題があった。

さらに、レーザレーダ装置等の光アレイアンテナでは、投光部及び受光部の構成として、結像光学系を用いた構成がある。結像光学系を用いた投光部及び受光部の構成では、グレーティングカプラを隙間なく、有効開口の占有率を高くしてアレイ化させることが望ましい。しかしながら、上記の従来技術に係るグレーティングカプラでは、このようにアレイ化することが難しい。

図１１を参照して、上記問題についてより詳細に説明する。図１１（ａ）は、従来技術に係るグレーティングカプラアレイを用いた受光器９００を示す図であり、図１１（ｂ）は、出射側のグレーティングカプラ９０２を概念的に示す図であり、図１１（ｃ）は、入射側のグレーティングカプラ９０４を各々概念的に示す図である。受光器９００は、グレーティングカプラ９０４がアレイ状に配置されたグレーティングカプラアレイ９１０、及びレンズ９１２を備えている。

図１１（ｂ）に示すように、出射側のグレーティングカプラ９０２では、投光領域９０６の占有面積は回折格子部全体の面積よりも小さくなり、回折格子部を有効に生かしきれていない。また、入射側のグレーティングカプラ９０４でも事情は同じであり、回折格子部全体に占める受光領域９０８の面積の割合は小さくなっている。このような従来技術に係るグレーティングカプラを用いて、例えば受光器９００を構成した場合、受光器９００において、受光光Ｐｒを入射し、受光領域９０８によって形成される対象物Ｏの点像は、図１１（ａ）示すように、低密度なものとなってしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のグレーティングカプラは、光を導入させる導入導波路と、前記導入導波路の一端に所定の幅の端部が接続されると共に、前記端部の両端から略扇形形状に拡大され、かつ前記導入導波路を伝播する光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部と、前記導入導波路と前記スポットサイズ変換部との接続部分を中心としかつ前記スポットサイズ変換部の円弧部に沿って同心円状に形成された複数の円弧状の凹凸からなる回折格子部と、を含み、前記円弧の長さが漸増した後漸減することにより全体の形状が略矩形形状を呈するものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記導入導波路は、前記スポットサイズ変換部との接続点近傍において、前記導入導波路の平面視における幅が前記導入導波路における伝播光の進行方向にテーパ状に拡大されたテーパ部を有するものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記スポットサイズ変換部の前記端部は、前記導入導波路との接続点近傍において、前記進行方向と逆の方向に折り返されてフレア状に形成されているものである。

上記目的を達成するために、請求項４に記載のグレーティングカプラアレイは、所定の方向に延伸する導波路と、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器と、前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のグレーティングカプラを含むものである。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の結像光学系は、請求項４に記載のグレーティングカプラアレイと、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、を含むものである。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の光スキャナは、光源と、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項５に記載の結像光学系と、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチと、を含むものである。

上記目的を達成するために、請求項７に記載のグレーティングカプラアレイは、所定の方向に延伸する導波路、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器、及び前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のグレーティングカプラを含むライングレーティングカプラを複数含み、複数の前記ライングレーティングカプラが前記所定の方向と交差する方向に配列されると共に、複数の前記ライングレーティングカプラを構成する複数の前記グレーティングカプラがマトリクス状に配置されたものである。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の結像光学系は、請求項７に記載のグレーティングカプラアレイと、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、を含むものである。

上記目的を達成するために、請求項９に記載のレーザレーダ装置は、光源、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項８に記載の結像光学系、及び複数の前記ライングレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチを含み、当該グレーティングカプラアレイから光を出射する投光部と、請求項８に記載のグレーティングカプラアレイ、及び当該グレーティングカプラアレイの前記導波路に接続されると共に当該グレーティングカプラアレイに入射された光を受光する受光部と、を含むものである。

本発明によれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

第１の実施の形態に係るグレーティングカプラの構成の一例を示す平面図である。 第１の実施の形態に係るグレーティングカプラによる受光部と、従来技術に係るグレーティングカプラによる受光部との比較を示す平面図である。 第１の実施の形態に係るグレーティングカプラの形状を説明する図である。 第１の実施の形態に係るグレーティングカプラの放射特性のシミュレーション結果を、集光型グレーティングカプラの放射特性のシミュレーション結果と比較して示す図である。 第１の実施の形態に係るグレーティングカプラのＮＦＰの実測結果を、集光型グレーティングカプラのＮＦＰの実測結果と比較して示す図である。 第２の実施の形態に係る光スキャナの構成の一例を説明する図である。 第２の実施の形態に係るグレーティングカプラアレイの構成の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光アレイアンテナ構成の一例を説明する図である。 第３の実施の形態に係る光アレイアンテナの投光部の構成の一例を示す図である。 従来技術に係るグレーティングカプラの構成を示す図である。 従来技術に係る受光器の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１ないし図５を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラ１０、及びその特性について説明する。

図１に示すように、グレーティングカプラ１０は、回折格子部１２、テーパ部１４（スポットサイズ変換部）、及び導入導波路１６を備えている。回折格子部１２は、光を出射又は入射する部位であり、テーパ部１４は、出射する光又は入射する光を導入導波路１６と効率よく結合させる部位である。導入導波路１６は、グレーティングカプラ１０をアレイ化する場合等において、他の導波路、あるいは他のグレーティングカプラ１０と接続するための部位である。

図１に示すように、グレーティングカプラ１０は、円弧状に形成された回折格子部１２を有し、全体が矩形形状（略正方形、あるいは略ひし形）をなしており、導入導波路１６は、該矩形の一の頂点に配置され、該一の頂点と、該一の頂点の対角にある頂点を結ぶ線分に対して対称な形状となっている。本実施の形態に係る回折格子部１２の回折格子は、テーパ部１４と導入導波路１６との接続点を中心とする略扇形形状の凹凸により形成されており、集光作用を有する。なお、本実施の形態に係るグレーティングカプラ１０の大きさは、一例として、約１８μｍ×１８μｍである。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラ１０を用いた受光部４００について、従来技術に係るグレーティングカプラ８０を用いた受光部８００と比較して説明する。図２（ａ）は、受光部８００を、図２（ｂ）は、受光部４００を各々示している。また、図２（ｃ）は、従来技術に係るグレーティングカプラ８０の受光領域ＲＡを、図２（ｄ）は、従来技術に係るグレーティングカプラ９０の受光領域ＲＡを、図２（ｅ）は、本実施の形態に係るグレーティングカプラ１０の受光領域ＲＡを各々示している。なお、図２（ｃ）ないし（ｅ）に示す受光領域ＲＡは、投光部の場合には投光領域となる。

図２（ｃ）に示すように、グレーティングカプラ８０では、伝播光のシングルモードを維持するためにテーパ部８４の長さが長くなり、グレーティングカプラ全体に占める受光領域ＲＡの割合（有効開口率）が小さくなる。集光型のグレーティングカプラ９０では、この点改善され、サイズ自体はより小型化されるが、焦点ｆに集光させるための回折格子部９２の屈曲よる制限が発生するので、やはりさらなる小型化が難しい。

以上のような従来技術に対し、グレーティングカプラ１０では、図２（ｅ）に示すように、受光に対する寄与の大きい部分を残し、受光に対する寄与の小さい部分を削除して、全体を矩形形状とすることにより、大幅な小型化が可能となった。しかも、矩形形状の２辺に沿う配線方向Ｄ１、Ｄ２に沿って導波路配線を行うことにより、無駄なスペースが抑制され高密度配線が可能となった。

図３を参照して、グレーティングカプラ１０の外形形状の特徴についてより詳細に説明する。図３は、グレーティングカプラ１０の形状について、原型形状から出発して、各部の形状の選択と共にグレーティングカプラ１０の形状の決定プロセスを説明する図である。

図３（ａ）は、形状の検討に当たり、出発点となった原型形状である。次のプロセスとして、図３（ｂ）に示すように、テーパ部１４と導入導波路１６との結合効率を改善し、製造工程における再現性を改善するために、テーパ部１４と導入導波路１６との接続部分にテーパＴを設けた。次のプロセスとして、図３（ｃ）に示すように、テーパＴでの意図しない反射を抑制するために、フレアＦを設けた。次のプロセスとして、図３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）に示す図形の頂点における、投光あるいは受光に対する寄与の小さい領域（低寄与領域）Ｎを外形から除いた。以上のような決定プロセスを経て、図３（ｅ）に示すグレーティングカプラ１０の最終的な形状が決定された。

次に、受光部４００と受光部８００との比較について説明する。図２（ａ）に示すように、受光部８００はグレーティングカプラ８０、グレーティングカプラ８０に導波路８０４で接続された光スイッチ８０２を備えている。一方、受光部４００は、グレーティングカプラアレイ４０２、グレーティングカプラアレイ４０２に導波路４０６で接続された光スイッチアレイ４０４を備えている。グレーティングカプラ１０は、上記のような特徴を有しているので、グレーティングカプラアレイ４０２では、グレーティングカプラ１０の集積密度を格段に上げることが可能となった。そのため、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来技術に係る受光部８００と比較して、本実施の形態に係る受光部４００では、有効受光面積を格段に拡大することが可能となった。

次に、図４及び図５を参照して、上記の低寄与領域Ｎの検討結果について説明する。図４は、グレーティングカプラ１０の回折格子部１２における光の照射状態を、グレーティングカプラ９０の回折格子部９２における光の照射状態と比較して示す図である。

図４（ａ）は、図４（ｂ）に示すグレーティングカプラ１０において、導入導波路１６を伝播してきた光が、回折格子部１２で放射される状態をシミュレーションした結果を示している。一方、図４（ｃ）は、図４（ｄ）に示すグレーティングカプラ９０において、導入導波路９６を伝播してきた光が、回折格子部１２で放射される状態をシミュレーションした結果を示している。図４（ａ）と図４（ｃ）を比較して明らかなように、グレーティングカプラ１０における放射光の密度と、グレーティングカプラ９０における放射光の密度とは大差なく、上記の低寄与領域Ｎの選定が適切なものであることが分かる。

図５は、実際に製作したグレーティングカプラ１０及びグレーティングカプラ９０を用いて、両者のＮＦＰ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ：近視野像）を測定した結果を示している。図５（ａ）は、ＮＦＰの測定系５０を示す概略構成図である。図５（ａ）に示すように、グレーティングカプラ１０又は９０を形成したチップ５８に先球ファイバ５６を結合させて入力光Ｐｉｎを入射させ、ＴＥモード励振を行う。その結果発生した放射光５４のＮＦＰを、カメラ等を含むＮＦＰの測定器５２によって測定する。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示すグレーティングカプラ９０のＮＦＰの測定結果を、図４（ｆ）は、図４（ｅ）に示すグレーティングカプラ１０のＮＦＰの測定結果を、各々示している。図５（ｄ）と図５（ｆ）とを比較して明らかなように、両者に大きな違いはなく、形状を小型化した本実施の形態に係るグレーティングカプラ１０は、従来技術に係るグレーティングカプラの性能をほぼ維持しているといえる。

なお、図５（ｂ）は、グレーティングカプラ９０における放射光のシミュレーション結果を示しており、図５（ｂ）と図５（ｄ）とを比較して明らかなように、ＮＦＰの実測結果はシミュレーション結果とよく一致している。

以上詳述したように、本実施の形態に係るグレーティングカプラは、例えば結像光学系を構成する場合に適した構成となっており、また、本実施の形態に係るグレーティングカプラによれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを提供することが可能なる。

［第２の実施の形態］
図６及び図７を参照して、本実施の形態に係る光スキャナ１００について説明する。光スキャナ１００は、グレーティングカプラ１０をアレイ状に配置したグレーティングカプラアレイを光スキャナに適用し、メカレススキャンを実現した形態である。なお、メカレススキャンとは、可動部を含まないスキャンをいう。

図６（ｄ）に示すように、光スキャナ１００は、光集積回路１０２、マイクロレンズ１０４、光ファイバ１０６、マウント１０８、及び制御基板１１０を備えている。

光集積回路１０２は、図６（ｂ）に示すように、グレーティングカプラ１０をアレイ化したグレーティングカプラアレイ１２０（図７（ａ）参照）、グレーティングカプラアレイ１２０への入力光Ｐｉｎの入射／非入射を切り替える光スイッチ１１８等を光導波路技術によって集積化したものである。

マイクロレンズ１０４は、グレーティングカプラアレイ１２０を構成する個々のグレーティングカプラ１０に対応させたマイクロレンズをアレイ状に配置し、グレーティングカプラアレイ１２０から出射された光を集光するものである。

光ファイバ１０６は、光源からの入力光Ｐｉｎを光集積回路１０２に結合させる先球ファイバである。マウント１０８は、光集積回路１０２を搭載する基板である。制御基板１１０は、光スイッチ１１８のオン／オフ制御等、光スキャナ１００の全体の制御を行う部位である。

図６（ｃ）は、カメラによって観測した、グレーティングカプラアレイ１２０からの照射光を示した写真である。図６（ｃ）に示す各光点は各グレーティグカプラ１０からの放射光であり、各グレーティングカプラ１０から放射光がほぼ均等に出射されていることがわかる。図６（ａ）は、図６（ｃ）の放射光の測定系を示しており、光集積回路１０２を出射し、マイクロレンズ１０４を透過した光を赤外カメラ１１４で観測するように構成されている。図６（ｃ）の写真は、この赤外カメラ１１４により撮影したものである。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ１２０についてより詳細に説明する。図７（ａ）は、グレーティングカプラアレイ１２０の全体を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すグレーティングカプラアレイ１２０の部分拡大図、図７（ｃ）は、グレーティングカプラアレイ１２０からの照射光を示す写真である。
なお、図７（ｃ）は、図６（ｃ）と同じ図を再掲している。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、グレーティングカプラアレイ１２０は、５０個のグレーティングカプラ１０を導波路１８を介して直列に接続して構成したものである。図７（ｂ）示すように、グレーティングカプラ１０は、方向性結合器２０及びＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）分岐器２２によって分岐されつつ配線方向Ｄ３に沿って配置されている。その際、グレーティングカプラ１０を配線方向Ｄ３に対して４５°傾け、略正方形のグレーティングカプラ１０の辺の相互が対向するように配置する。このように配置することにより、グレーティングカプラ１０を緻密に配置することができる。なお、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ１２０は、約１８μｍ×１８μｍのグレーティングカプラ１０が、約２μｍの間隔で５０個配列されて構成されている。

上記のように構成されたグレーティングカプラアレイ１２０の導波路１８の一端から入力光Ｐｉｎが入射されると、方向性結合器２０及びＭＭＩ分岐器２２から導入導波路１６を介して各グレーティングカプラ１０に入力光Ｐｉｎが分配され、各グレーティングカプラ１０から光が出射し、図７（ｃ）に示す光照射パターンで光が出力される。

以上詳述したように、本実施の形態に係る光スキャナによれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを用いた光スキャナを提供することが可能なる。

［第３の実施の形態］
図８及び図９を参照して、本実施の形態に係る投光・受光器３００について説明する。
投光・受光器３００は、例えばレーザレーダ装置に搭載され、光を出射する投光部、及び光を受光する受光部を備えている。

まず、図８（ｄ）、（ｅ）を参照して、投光・受光器３００の全体構成について説明する。図８（ｅ）は、投光・受光器３００の側面図であり、図８（ｄ）は、光集積回路３０２の平面図である。図８（ｅ）示すように、投光・受光器３００は、投光部３０８、受光部３１０、及び投光、受光に関連する光スイッチ等の素子が形成された光集積回路３０２、マイクロレンズ３０６、及びＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）３０４を含んで構成されている。

図８（ｄ）に示すように、光集積回路３０２には、グレーティングカプラアレイ３１２（光アレイアンテナ）を備えた投光部３０８、及びグレーティングカプラアレイ３２０（光アレイアンテナ）を備えた受光部３１０が配置されている。

入力光Ｐｉｎは、導波路３１６の一端から入射され、グレーティングカプラアレイ３１２の各グレーティングカプラに対応する光スイッチ３２２がアレイ状に配置された光スイッチアレイ３１４を介して、投光部３０８のグレーティングカプラアレイ３１２に入力される。光スイッチ３２２によって入力光Ｐｉｎが透過されると、対応するグレーティングカプラ１０から投光光Ｐｏが出射される。

一方、入力光Ｐｉｎの一部は方向性結合器等によって分岐され、参照光Ｐｒｅｆとして受光部３１０のグレーティングカプラアレイ３２０に供給される。参照光Ｐｒｅｆは、グレーティングカプラアレイ３２０に入射した受光光Ｐｒと混合され、例えばホモダイン検波が行われ、対象物Ｏまでの距離等が算出される。

図８（ａ）は、本実施の形態に係る光スイッチ３２２の構成の一例を示している。図８（ａ）に示すように、光スイッチ３２２は、一例として、リング状に構成されたリング導波路３２８、及びヒータ３２６を備えたリング共振器型の光スイッチによって構成されている。光スイッチ３２２では、ヒータ３２６によってリング導波路３２８の屈折率が制御され、リング導波路３２８の共振周波数に一致した光が透過される。

図８（ｂ）は、グレーティングカプラアレイ３１２における入力光Ｐｉｎの分配の状態を示している。図８（ｂ）に示すように、グレーティングカプラ１０は入力光Ｐｉｎの進行方向に対して略４５°傾けた状態で配置されており、導波路３１６と方向性結合器３２４によって結合された導入導波路１６を介して入力光Ｐｉｎが分配される。

図８（ｃ）は、グレーティングカプラアレイ３２０における受光光Ｐｒの集光の状態を示している。図８（ｃ）に示すように、グレーティングカプラ１０は受光光Ｐｒの進行方向に対して略４５°傾けた状態で配置されており、導波路３１６と方向性結合器３２４によって結合された導入導波路１６を介して受光光Ｐｒが集光される。

図９を参照して、本実施の形態に係る投光部３０８についてより詳細に説明する。図９に示すように、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ３１２は、一例として、グレーティングカプラ１０が８×２０のマトリクス状に配置されて構成されている。図８（ｂ）で説明したように、グレーティングカプラアレイ３１２では、個々のグレーティングカプラ１０を導波路３１６に対して略４５°傾け、略正方形の辺同士を対向させて配置することにより、グレーティングカプラ１０最密に配置されている。図９に示すように、グレーティングカプラアレイ３１２は、導波路３１６の進行方向に８個直列に接続されたグレーティングカプラ１０（ライングレーティングカプラ）の単位で導波路３１６に接続されており、この単位で光スイッチ３２２からの光が入力される。

一方、光スイッチアレイ３１４は導波路３１６でグレーティングカプラアレイ３１２と接続されている。個々の光スイッチ３２２は、図８（ａ）で説明したようにリング導波路３２８、及びリング導波路３２８上に配置されたヒータ３２６を備え、ヒータ３２６の両端は電気配線３１８によって図示しない電源に接続されている。ヒータ３２６によりリング導波路３２８の屈折率が制御され、リング導波路３２８の共振周波数に一致した場合に入力光Ｐｉｎがグレーティングカプラアレイ３１２に透過され、一致しない場合に遮断される。

以上詳述したように、本実施の形態に係る投光・受光器によれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを用いたレーザレーダ装置を提供することが可能なる。

１０ グレーティングカプラ
１２ 回折格子部
１４ テーパー部
１６ 導入導波路
１８ 導波路
２０ 方向性結合器
２２ ＭＭＩ分岐器
５０ 測定系
５２ 測定器
５４ 放射光
５６ 先球ファイバ
５８ チップ
８０ グレーティングカプラ
８２ 回折格子部
８４ テーパ部
８６ 導入導波路
９０ グレーティングカプラ
９２ 回折格子部
９４ 集光部
９６ 導入導波路
１００ 光スキャナ
１０２ 光集積回路
１０４ マイクロレンズ
１０６ 光ファイバ
１０８ マウント
１１０ 制御基板
１１４ 赤外カメラ
１１８ 光スイッチ
１２０ グレーティングカプラアレイ
３００ 投光・受光器
３０２ 光集積回路
３０４ ＰＤ
３０６ マイクロレンズ
３０８ 投光部
３１０ 受光部
３１２ グレーティングカプラアレイ
３１４ 光スイッチアレイ
３１６ 導波路
３１８ 電気配線
３２０ グレーティングカプラアレイ
３２２ 光スイッチ
３２４ 方向性結合器
３２６ ヒータ
３２８ リング導波路
４００ 受光部
４０２ グレーティングカプラアレイ
４０４ 光スイッチアレイ
４０６ 導波路
８００ 受光部
８０２ 光スイッチ
８０４ 導波路
９００ 受光器
９０２ グレーティングカプラ
９０４ グレーティングカプラ
９０６ 投光領域
９０８ 受光領域
９１０ グレーティングカプラアレイ
９１２ レンズ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 配線方向
Ｆ フレア
Ｎ 低寄与領域
Ｏ 対象物
Ｐｉｎ 入力光
Ｐｏ 投光光
Ｐｒ 受光光
Ｐｒｅｆ 参照光
ＲＡ 受光領域
Ｔ テーパ

Claims (9)

1. 光を導入させる導入導波路と、
   前記導入導波路の一端に所定の幅の端部が接続されると共に、前記端部の両端から略扇形形状に拡大され、かつ前記導入導波路を伝播する光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部と、
   前記導入導波路と前記スポットサイズ変換部との接続部分を中心としかつ前記スポットサイズ変換部の円弧部に沿って同心円状に形成された複数の円弧状の凹凸からなる回折格子部と、を含み、
   前記円弧の長さが漸増した後漸減することにより全体の形状が略矩形形状を呈する
   グレーティングカプラ。
2. 前記導入導波路は、前記スポットサイズ変換部との接続点近傍において、前記導入導波路の平面視における幅が前記導入導波路における伝播光の進行方向にテーパ状に拡大されたテーパ部を有する
   請求項１に記載のグレーティングカプラ。
3. 前記スポットサイズ変換部の前記端部は、前記導入導波路との接続点近傍において、前記進行方向と逆の方向に折り返されてフレア状に形成されている
   請求項２に記載のグレーティングカプラ。
4. 所定の方向に延伸する導波路と、
   前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器と、
   前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のグレーティングカプラを含む、
   グレーティングカプラアレイ。
5. 請求項４に記載のグレーティングカプラアレイと、
   前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、
   を含む結像光学系。
6. 光源と、
   前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項５に記載の結像光学系と、
   前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチと、
   を含む光スキャナ。
7. 所定の方向に延伸する導波路、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器、及び前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のグレーティングカプラを含むライングレーティングカプラを複数含み、
   複数の前記ライングレーティングカプラが前記所定の方向と交差する方向に配列されると共に、複数の前記ライングレーティングカプラを構成する複数の前記グレーティングカプラがマトリクス状に配置された
   グレーティングカプラアレイ。
8. 請求項７に記載のグレーティングカプラアレイと、
   前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、
   を含む結像光学系。
9. 光源、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項８に記載の結像光学系、及び複数の前記ライングレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチを含み、当該グレーティングカプラアレイから光を出射する投光部と、
   請求項８に記載のグレーティングカプラアレイ、及び当該グレーティングカプラアレイの前記導波路に接続されると共に当該グレーティングカプラアレイに入射された光を受光する受光部と、
   を含むレーザレーダ装置。