JP3436891B2 - 導波路型グレーティングフィルタ - Google Patents
導波路型グレーティングフィルタInfo
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Description
ルタに関し、特に導波路型グレーティングフィルタに関
する。
ク技術の進展とともにコンパクトで高性能な光フィルタ
に対する需要が増している。従来、光フィルタとして半
導体アレイ導波路格子が良く用いられているが、2mm
×2mm以上の大きさとなってしまうという問題があ
る。一方、直線導波路に断面の実効屈折率が変化するよ
うな摂動を与える構造を作り込む直線導波路型グレーテ
ィングフィルタは、コンパクトで高性能な光フィルタと
なるが、TEモードの光に対する応答とTMモードの光
に対する応答とが異なっており、光ファイバを通過した
後の光に対して使用することが出来なかった。
は、導波路型グレーティングフィルタにおいて、TEモ
ードの光に対する応答とTMモードの光に対する応答と
を同一にするという課題を解決しようとするものであ
る。
め、請求項1の発明は、半導体基板上に形成され、下部
クラッド層・コア層・上部クラッド層からなるストライ
プ構造を有し、光軸に沿って該ストライプの幅が変化
し、該ストライプ幅の広い部分をフィルタの高実効屈折
率領域とし、該ストライプ幅の狭い部分をフィルタの低
実効屈折率領域とする導波路型グレーティングフィルタ
であって、前記ストライプ構造の光軸に垂直な断面にお
けるTEモードの実効屈折率とTMモードの実効屈折率
が各断面において等しくなるように、前記ストライプ幅
を変化させていることを特徴とする。
いて、前記上部クラッド層の厚さが部分的に薄いことを
特徴とすることができる。
は、半導体基板上に形成され、下部クラッド層・コア層
・上部クラッド層からなるストライプ構造が光軸に沿っ
て間欠的に縦続接統した直線導波路型グレーティングフ
ィルタであって、前記ストライプ構造の光軸に垂直な断
面におけるTEモードの実効屈折率とTMモードの実効
屈折率とが各断面において等しくなるように該ストライ
プの幅が設定されることを特微とする。
の光軸に垂直な断面は、その断面構造を有する導波路の
TEモードの実効屈折率とTMモードの実効屈折率が同
一であり、高屈折率領域の光軸に垂直な断面は、その断
面構造を有する導波路のTEモードの実効屈折率とTM
モードの実効屈折率が同一であるように、導波路型グレ
ーティングフィルタの材料、構造、寸法を設定する、特
にその断面構造を設定するので、光軸に垂直なすべての
断面において、その断面構造のTEモードとTMモード
への応答が同一化され、その結果、TEモードの光に対
する応答とTMモードの光に対する応答が同一な導波路
型グレーティングフィルタが得られる。
の作用を、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層か
らなる3層ストライプ構造を少なくとも有する導波路型
グレーティングフィルタを例に、具体的に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
層、上部クラッド層からなる3層構造を含む導波路構造
においては、導波路幅を広げるに従い断面の実効屈折率
が単調に増加すること、また、導波路幅を適切な範囲で
選択することによりTEモードの実効屈折率とTMモー
ドの実効屈折率が等しくなることはすでに報告されてい
る(M.Kohtoku,H.Sanjo,S.Oku,Y.Kadota,and Y.Yoshiku
ni, “Polarization-independent InP arrayed wavegui
de grating filter using deep ridge waveguide struc
ture, ”inCLEO/Pcific Rim 97,Chiba,Japan,paper FN
4,pp.284-285,(1997))。
参照し、導波路型グレーティングフィルタの材料、構
造、寸法を設定する。
ィングフィルタの全体の外観構成を模式的に示す。図2
および図3はその直線導波路型グレーティングフィルタ
の断面構成を模式的に示すもので、図2は導波路幅が広
い部分の導波路断面構造を示し、図3は導波路幅が狭い
部分の導波路断面構造を示す。半導体層構造は、どちら
の部分についても同一である。
1.95μm)、2はInGaAsPコア層(InP基
板格子整合、吸収端波長1.05μm対応組成、厚さ
0.5μm)、3はInP下部クラッド層(厚さ1.5
μm)、および4はノンドープInP基板である。
に、ノンドープInP基板4上に形成された半導体直線
導波路において、光軸に沿って、導波路幅が広い部分と
導波路幅が狭い部分とが交互に製作され、グレーティン
グを形成している。
TEモードに対しても、TMモードに対しても、実効屈
折率が高く、グレーティングの山に相当する。図3に示
す幅が狭い部分は、TEモードに対しても、TMモード
に対しても、実効屈折率が低く、グレーティングの谷に
相当する。
3.2μmであり、実効屈折率はTEモードに対して
も、TMモードに対しても、3.187である。図3の
幅が狭い部分のストライプ幅bは2.5μmであり、実
効屈折率はTEモードに対しても、TMモードに対して
も、3.182である。グレーティングの長さは500
μmである。
ングの反射率の波長依存性を図4のグラフに示す。反射
スペクトルを示す曲線はTEモードに対しても、TEモ
ードに対しても同一であり、図4においては重なってい
る。即ち、TEモードに対する応答とTMモードに対す
る応答は相等しいことが確認できる。
態を図5〜図8を参照して説明する。
ィングフィルタの全体の外観構成を模式的に示す。本実
施形態においては、図5に示すように、ノンドープIn
P基板4上に形成された半導体直線導波路において、光
軸に沿って、幅が広い部分と幅が狭く上部のクラッドが
掘り込まれた部分とが交互に製作され、グレーティング
を形成している。
レーティングフィルタの断面構成を模式的に示すもの
で、図6は導波路幅が広い部分の導波路断面構造を示
し、図7は導波路幅が狭い部分の導波路断面構造を示
す。
ついても同一で、1はInP上部クラッド層(厚さ1.
95μm)、2はInGaAsPコア層(InP基板格
子整合、吸収端波長1.05μmに対応組成、厚さ0.
5μm)、3はInP下部クラッド層(厚さ1.5μ
m)、4はノンドープInP基板である。
TEモードに対しても、TMモードに対しても、実効屈
折率が高く、グレーティングの山に相当する。図7に示
す幅が狭い部分は、TEモードに対しても、TMモード
に対しても、実効屈折率が低く、グレーティングの谷に
相当する。また、幅が狭い部分は、InP上部クラッド
層1の上部の中央部が幅0.6μm、深さ1.45μm
に掘り込まれた方形の開口穴5に形成されている。
ィングフィルタは、図6に示すように、幅が広い部分の
導波路幅は3.2μmであり、実効屈折率はTEモード
に対しても、TMモードに対しても、3.187であ
る。また、図7に示すように、幅が狭い部分の導波路幅
は2.3μmであり、実効屈折率はTEモードに対して
も、TMモードに対しても、3.176である。本実施
形態では、幅の狭い部分の中央部を掘り込んだ為に、前
述の第1の実施形態よりも低い実効屈折率を得て、か
つ、TEモードとTMモードの実効屈折率を同一とする
ことが可能となっている。グレーティングの長さは30
0μmとした。
の反射率の波長依存性を図8のグラフに示す。反射スペ
クトルを示す曲線はTEモードに対しても、TEモード
に対しても同一であり、図8においては重なっている。
即ち、TEモードに対する応答とTMモードに対する応
答は相等しいことが確認できる。本実施形態は、前述の
第1の実施形態と比べ、導波路断面構造が複雑である
が、グレーティングの山と谷の実効屈折率差を多く取れ
ている為に、グレーティング長が小さくても、より広い
波長範囲にわたって、高い反射率を得ることができる。
態を図9〜図11を参照して説明する。
ィングフィルタの全体の外観構成を模式的に示す。本実
施形態においては、ノンドープInP基板上に形成され
た半導体直線導波路において、光軸に沿って、半導体層
構造を含む導波路構造の部分と導波路構造が存在しない
部分とが交互に製作されて、グレーティングを形成して
いる。すなわち、低屈折率領域部分は導波路構造が存在
しない自由空間となっている。
断面構造を示す。この半導体層構造において、1はIn
P上部クラッド層(厚さ1.95μm)、2はInGa
AsPコア層(InP基板格子整合、吸収端波長1.0
5μmに対応組成、厚さ0.5μm)、3はInP下部
クラッド層(厚さ1.5μm)、および4はノンドープ
InP基板である。
ィングフィルタは、図10に示すように、その導波路の
幅は2.7μmであり、その断面のTEモードに対する
屈折率とTMモードに対する屈折率は同一であって、そ
れぞれ3.184となっている。導波路構造が存在しな
い部分の実効屈折率は、TEモードについてもTMモー
ドについても等しく1.0である。
230μmであり、半導体層構造が存在しない部分の長
さが0.0256μmであって、両者の繰り返し構造が
30個存在する場合の本実施形態のグレーティングの反
射率の波長依存性を図11のグラフに示す。反射スペク
トルを示す曲線はTEモードに対しても、TEモードに
対しても同一であり、図11においては重なっている。
即ち、TEモードに対する応答とTMモードに対する応
答は相等しいことが確認できる。
光軸に垂直なすべての断面において、その断面構造のT
EモードとTMモードへの応答が同一化され、その結
果、TEモードの光に対する応答とTMモードの光に対
する応答が同一な導波路型グレーティングフィルタを得
ることができる。
ーティングフィルタの全体の構成を模式的に示す斜視図
である。
分の導波路の断面構造を模式的に示す断面図である。
分の導波路の断面構造を模式的に示す断面図である。
依存性を示す特性図である。
ングフィルタの全体の構成を模式的に示す斜視図であ
る。
分の導波路の断面構造を模式的に示す断面図である。
部クラッドが掘り込まれた部分の導波路断面構造を模式
的に示す断面図である。
依存性を示す特性図である。
ングフィルタの全体の構成を模式的に示す斜視図であ
る。
構造が存在する部分の導波路の断面構造を模式的に示す
断面図である。
長依存性を示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成され、下部クラッド
層・コア層・上部クラッド層からなるストライプ構造を
有し、光軸に沿って該ストライプの幅が変化し、該スト
ライプ幅の広い部分をフィルタの高実効屈折率領域と
し、該ストライプ幅の狭い部分をフィルタの低実効屈折
率領域とする導波路型グレーティングフィルタであっ
て、前記ストライプ構造の光軸に垂直な断面におけるT
Eモードの実効屈折率とTMモードの実効屈折率が各断
面において等しくなるように、前記ストライプ幅を変化
させていることを特徴とする導波路型グレーティングフ
ィルタ。 - 【請求項2】 前記ストライプ幅が狭い部分において、
前記上部クラッド層の厚さが部分的に薄いことを特徴と
する請求項1に記載の導波路型グレーティングフィル
タ。 - 【請求項3】 半導体基板上に形成され、下部クラッド
層・コア層・上部クラッド層からなるストライプ構造が
光軸に沿って間欠的に縦続接統した直線導波路型グレー
ティングフィルタであって、前記ストライプ構造の光軸
に垂直な断面におけるTEモードの実効屈折率とTMモ
ードの実効屈折率とが各断面において等しくなるように
該ストライプの幅が設定されることを特微とする導波路
型グレーティングフィルタ。
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