JP2022143133A - 合成光生成装置 - Google Patents

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明 姫野
Akira Himeno
浩一 堀井
Koichi Horii
修 川崎
Osamu Kawasaki
一樹 岩端
Kazuki Iwabata
勇多 矢部
Yuta Yabe
俊夫 勝山
Toshio Katsuyama
祥治 山田
Yoshiharu Yamada
慧 中尾
Akira Nakao
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Abstract

【課題】小型化を可能とすると共に製造コストを低減する、レーザダイオードの出力が安定した合成光生成装置を提供する。【解決手段】光検出器５を光導波路３のオーバークラッド層の上に配設し、光導波路３からの漏洩光を検出してフィードバック制御することにより、光源２の出力を安定させることができる合成光生成装置１００であって、光合波器４の光の伝搬方向に部品点数は増加しないことから小型化が可能であり、また、光導波路３のオーバークラッド層の上から発生する漏洩光を検出することから検出器５の位置調整も容易であるため、製造コストを低減することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、光源と前記光源から出射される光を入射する光導波路から構成される光源回路、および複数の前記光源回路から出射される光を合波する光合波器を備える合成光生成装置であって、前記光導波路からの漏洩光を検出する光検出器が前記光導波路のオーバークラッド層上に配設される合成光生成装置に関する。
近年、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の画像投影装置の光源として用いられる合成光生成装置において、複数のレーザダイオードを光源として用いた光合波器が知られている（特許文献１を参照）。前記光合波器は、シリコン基板上に公知の化学気相成長法（ＣＶＤ）やスパッタリング法等を用いて低屈折率および高屈折率のシリコン酸化膜を積層形成した後、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、さらに低屈折率シリコン酸化膜を積層形成しオーバークラッド層にするという工程を経て製造される。
ここで、上記光源であるレーザダイオードは、温度、湿度、静電気、電源ノイズ等の使用時の環境により変化又は劣化することが知られており、前記劣化の問題に対し、レーザダイオードの出射光側と反対の背面側に光検出器を設けて、前記背面側に出射する光を検出し、フィードバック制御することにより、レーザダイオードの出力を安定させる光通信モジュールが知られている（特許文献２を参照）。
しかし、前記光通信モジュールのようにレーザダイオードの背面側に光検出器を設ける場合、光合波器の光の伝搬方向に部品点数が増加し、合成光生成装置を小型化することに限界が生じるという問題がある。また、背面側出射光の径が小さいことから、前記光検出器の受光領域との位置調整に手間がかかり、製造コストが増大するという問題もある。
特開２０１３－１９５６０３号公報 特開平１０－２５３８５７号公報
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型化を可能とすると共に製造コストを低減する、レーザダイオードの出力が安定した合成光生成装置を提供することである。
光源と前記光源から出射される光を入射する光導波路から構成される光源回路、および複数の前記光源回路から出射される光を合波する光合波器を備える合成光生成装置であって、前記光導波路からの漏洩光を検出する光検出器を前記光導波路のオーバークラッド層上に配設することを特徴とする合成光生成装置を提供する。
前記光検出器の下面に設けられた電極と接続するため、前記光導波路上に電極が設けられていることが好ましい。
前記検出器が複数の受光領域を含むことが好ましい。
前記複数の光源回路における光源が少なくとも赤色、緑色および青色の３色のレーザダイオードであることが好ましい。
本発明によれば、光検出器を光導波路のオーバークラッド層上に配設し、前記光導波路のオーバークラッド層から上方に漏洩する漏洩光を検出してフィードバック制御することにより、光源の出力を安定させることができる合成光生成装置であって、光合波器の光の伝搬方向に部品点数は増加しないことから小型化が可能であり、また、光導波路から漏洩する漏洩光を検出することから検出器の位置調整も容易であるため、製造コストを低減する合成光生成装置に関する。
実施例１の合成光生成装置の斜視図である。 実施例１の合成光生成装置における光源回路の拡大斜視図である。 図２の光源回路を右手前側から見た側面図である。 実施例２の合成光生成装置の斜視図である。
以下、本発明を実施するための実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
図１は、実施例１の合成光生成装置１００の斜視図であり、前記合成光生成装置１００は、光源２と前記光源から出射される光を入射する光導波路３から構成される光源回路１０１、および３つの光源回路１０１から出射される光を合波する光合波器４を備えており、さらに、前記光導波路３からの漏洩光を検出するために、３つの光検出器５を、それぞれ前記光導波路３のオーバークラッド層上に配設している。ここで、前記光源２は基板１の上には存在していないが、前記基板１を前記光源２の方向に拡大延長すると共に台座を形成し、当該台座の上に前記光源２を配設してもよい。
また、前記光検出器５に対応する光導波路３の上の面には、それぞれ２個一組となった光導波路上面電極７が設けられており、前記光導波路のオーバークラッド層上の上面電極７はＬＳＩ等の半導体加工技術により形成される金属パターンや導電性インクを用いた印刷等の公知の方法で設けることができる。前記光導波路の上面電極７の形態は任意の形態を用いることができるが、それぞれ２個一組の前記上面電極７の少なくとも１個は、製造コスト低減の点から、他の前記上面電極７の１個と一体化していることが好ましい。
前記光源２には、レーザダイオードや端面発光型ＬＥＤ等を用いることができるが、レーザダイオードを用いることが好ましい。また、前記光源２の色は、少なくとも赤色、緑色および青色を用いるが、さらに黄色、紫色等の他の色を追加して用いてもよい。
前記光導波路３および前記光合波器４は、シリコン等を用いた基板１の上に、公知の化学気相成長法およびエッチング加工等を用い、アンダークラッド層９ａ（図示せず、後述する図３を参照）、光導波路３、オーバークラッド層９ｂ（図示せず、後述する図３を参照）を積層することにより製造される。ここで、前記光導波路３および前記光合波器４は、別々の工程で製造してもよいが、製造コスト低減の面から１つの工程で同時に製造することが好ましい。
光源回路１０１は、光源２と前記光源２から出射される光を入射する光導波路３から構成され、前記光合波器４は、３つの光源回路１０１から出射される光を入射し、波長依存性を適切に設計した方向性結合器やマッハツェンダー干渉計、若しくはそれらの組み合わせ等を利用して合波した後、１つの合波光として出射する。ここで、前記光合波器４の合波の形態は任意の形態を用いることができる。
前記光導波路３において、光は反射を繰り返しながら進行するが、反射されずにアンダークラッド層９ａやオーバークラッド層９ｂに透過する漏洩光が一定の割合で漏洩する。
前記光検出器５には、下面に受光領域６を有するフォトダイオード等が用いられ、前記受光領域６が前記導波路３のオーバークラッド層９ｂから上方に漏洩する漏洩光を検出し、公知のフィードバック回路（図示しない）を用いて、光源２をフィードバック制御することにより、光源２からの出力光を安定化させる。
また、前記光検出器５の下面には、前記光導波路の上面電極７に対応する、それぞれ２個一組となった光検出器電極８が設けられており、前記光導波路上面電極７および前記光検出器電極８として、それぞれ２個ずつある電極は、前記光検出器５を配設しただけで、少なくとも１個の電極が通電する位置に設けられるが、２個一組の電極が通電する位置に設けられることが好ましい。少なくとも１個の電極のみが通電する場合、それぞれ他方の１個の電極の通電する位置は特に制限されない。
図２は、実施例１の合成光生成装置１００における光源回路１０１の拡大斜視図である。光導波路上面電極７および光検出器電極８の図示は省略した。ここで、光源２および光導波路３は直接接続され、前記光源２から出射された光の８０％以上を前記光導波路３に入射することが好ましいが、より多くの光を入射することを目的として光源２および光導波路３の間にレンズを用いてもよい。前記光導波路３のオーバークラッド層９ｂ（図示せず、後述する図３を参照）の上には、下面に受光領域６を有する光検出器５が配設されている。
前記光導波路３からは、周囲の全方向に対して漏洩光が一定の割合で漏洩しており、前記光検出器５は、常に前記光導波路３のオーバークラッド層９ｂから上方に漏洩する漏洩光をモニタしている。そして、前記光源２が使用時の環境等により劣化して、出力光が低下した場合、前記漏洩光も同様の割合で低下することから、公知のフィードバック回路（図示しない）を用いて、前記光源２の出力光が安定するようにフィードバック制御を行う。
図３は、図２の光源回路１０１を右手前側から見た側面図であり、シリコン基板１の上にアンダークラッド層９ａ、光導波路３、オーバークラッド層９ｂが積層され、さらにその上に、２つの光導波路上面電極７が設けられ、前記光導波路上面電極７は、銀ペーストや共晶はんだ等の接合材１０を介して、それぞれ２つの光検出器電極８に接続している。ここで、光導波路上面電極７および光検出器電極８は、漏洩光の検出を阻害しない位置に設けられている必要がある。また、漏洩光を効率よく光検出器５に導くため、検出器５の下面の受光領域６とオーバークラッド層９ｂの間の空間を封止剤や接着剤として用いられる透明樹脂で充填する構成をとることもできる。屈折率がオーバークラッド層９ｂより大きい封止剤や接着剤を用いれば、光をさらに効率よく光検出器５に導くために望ましい。
図４は、実施例２の合成光生成装置１００の斜視図であり、実施例１が３つの光検出器５を用いているのに対し、３つの受光領域６を有する一体化した光検出器５を用いる点が異なっている。前記光検出器５を一体化することにより、本発明の合成光生成装置の製造コストをより低減することができる。
本発明の合成光生成装置１００は、光導波路３のオーバークラッド層９ｂから上方に漏洩する漏洩光を検出して光源２をフィードバック制御することにより、光源２からの出力光を安定化させることができる。合成光生成装置１００の小型化について、光の伝搬方向の長さを短縮することが最も大きな課題であり、合成光生成装置１００の厚みは小さいことから、部品として光検出器５を追加しても装置の小型化への影響は少ない。また、また、光導波路３から発生する漏洩光を検出することから、光検出器５の位置調整も容易であるため、製造コストは得に増大しない。
本発明の合成光生成装置は、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の画像投影装置の光源として用いることができ、小型化を可能とすると共に製造コストを低減する、レーザダイオードの出力が安定した合成光生成装置である。
１００ 合成光生成装置
１０１ 光源回路
１ 基板
２ 光源
３ 光導波路
４ 光合波器
５ 光検出器
６ 受光領域
７ 光導波路上面電極
８ 光検出器電極
９ａ アンダークラッド層
９ｂ オーバークラッド層
１０ 接合材

Claims (4)

  1. 光源と前記光源から出射される光を入射する光導波路から構成される光源回路、および複数の前記光源回路から出射される光を合波する光合波器を備える合成光生成装置であって、前記光導波路からの漏洩光を検出する光検出器を前記光導波路のオーバークラッド層上に配設することを特徴とする合成光生成装置。
  2. 前記光検出器の下面に設けられた電極と接続するため、前記光導波路上に電極が設けられている、請求項１に記載された合成光生成装置。
  3. 前記検出器が複数の受光領域を含む、請求項１または２に記載された合成光生成装置。
  4. 前記複数の光源回路における光源が少なくとも赤色、緑色および青色の３色のレーザダイオードである、請求項１～３のいずれかに記載された合成光生成装置。
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