JP3488776B2 - テーパ導波路およびそれを用いた光導波路素子 - Google Patents
テーパ導波路およびそれを用いた光導波路素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は、光計測や光情報
処理において光スイッチ、光変調器、波長フィルタなど
に用いるテーパ導波路の形状に関し、さらにそのテーパ
導波路を用いてこれら機能を果たす光導波路素子に関す
る。
処理において光スイッチ、光変調器、波長フィルタなど
に用いるテーパ導波路の形状に関し、さらにそのテーパ
導波路を用いてこれら機能を果たす光導波路素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光ファイバなどからチャネル
導波路を介して導かれた入射光をスラブ導波路内で反射
や回折することにより光スイッチ、光変調器、波長フィ
ルタなどの機能を果たす光導波路素子が開発されてい
る。このような光導波路素子では、反射や回折を行う素
子の広い部分で同じ条件の下に作用させるためスラブ導
波路内で伝搬する入射光を拡幅された平行光にすること
が好ましい。このような要請に応えるためテーパ導波路
が用いられる。
導波路を介して導かれた入射光をスラブ導波路内で反射
や回折することにより光スイッチ、光変調器、波長フィ
ルタなどの機能を果たす光導波路素子が開発されてい
る。このような光導波路素子では、反射や回折を行う素
子の広い部分で同じ条件の下に作用させるためスラブ導
波路内で伝搬する入射光を拡幅された平行光にすること
が好ましい。このような要請に応えるためテーパ導波路
が用いられる。
【０００３】本願発明の発明者は既に、特開平６−３３
７４４６号公報により、図６に例示するような、チャネ
ル導波路からの光をテーパ導波路によって平行光にした
後スラブ導波路内で音響効果によって光の回折を行う導
波路型音響光学素子を開示している。この発明において
は、表層部が透明で圧電性を有する例えばＹカットニオ
ブ酸リチウム等の基板を利用し、その表層部に所定のマ
スクを用いたプロトン交換法を施すことにより屈折率を
０．２％程度増加させてチャネル導波部とスラブ導波部
およびテーパ導波路部を形成する。チャネル導波路から
入射する光はテーパ導波路によって光線幅が拡大して平
行光としてスラブ導波部に放射される。スラブ導波部に
はアルミニウム金属膜からなる交差指型電極（ＩＤＴ）
を形成し、これによって表面弾性波を発生して、スラブ
導波部を通過する平行光を回折させることにより素子に
光スイッチ機能を持たせる。
７４４６号公報により、図６に例示するような、チャネ
ル導波路からの光をテーパ導波路によって平行光にした
後スラブ導波路内で音響効果によって光の回折を行う導
波路型音響光学素子を開示している。この発明において
は、表層部が透明で圧電性を有する例えばＹカットニオ
ブ酸リチウム等の基板を利用し、その表層部に所定のマ
スクを用いたプロトン交換法を施すことにより屈折率を
０．２％程度増加させてチャネル導波部とスラブ導波部
およびテーパ導波路部を形成する。チャネル導波路から
入射する光はテーパ導波路によって光線幅が拡大して平
行光としてスラブ導波部に放射される。スラブ導波部に
はアルミニウム金属膜からなる交差指型電極（ＩＤＴ）
を形成し、これによって表面弾性波を発生して、スラブ
導波部を通過する平行光を回折させることにより素子に
光スイッチ機能を持たせる。
【０００４】テーパ導波路は、その境界を放物曲線とし
導波路幅Ｗを下記の関係式により規制することにより、
損失を防いで効率よく光線幅の拡大縮小を行うようにし
ている。 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 ここで、λ：真空中の光の波長 ｎf：光導波路の屈折率 Ｗ0：テーパ導波路に接続するチャネル導波路の導波路
幅 ｚ：光の進行方向の座標 α：１．７〜３．４。
導波路幅Ｗを下記の関係式により規制することにより、
損失を防いで効率よく光線幅の拡大縮小を行うようにし
ている。 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 ここで、λ：真空中の光の波長 ｎf：光導波路の屈折率 Ｗ0：テーパ導波路に接続するチャネル導波路の導波路
幅 ｚ：光の進行方向の座標 α：１．７〜３．４。
【０００５】このようにして、光導波路と異なる屈折率
を有するレンズ部の代わりに他の光導波路と同じ屈折率
を有するテーパ導波路を使用するので、従来必要とされ
た光導波路形成用のものと異なる別のマスクを用いてレ
ンズ部を形成する工程を省くとともに、マスクの位置関
係の精度要求や正確な屈折率の調整、さらに屈折率の経
時変化等の問題を一挙に解決することができた。図７は
係数αを変化させたときの光損失を測定して求めた両者
の関係を示す図面である。上記式における係数αの適値
は、αと光損失の関係が図７に示したように上記範囲内
で低くなることに基づいて決められたもので、上記範囲
を越えると光損失が大きくなって実用上好ましくなかっ
た。
を有するレンズ部の代わりに他の光導波路と同じ屈折率
を有するテーパ導波路を使用するので、従来必要とされ
た光導波路形成用のものと異なる別のマスクを用いてレ
ンズ部を形成する工程を省くとともに、マスクの位置関
係の精度要求や正確な屈折率の調整、さらに屈折率の経
時変化等の問題を一挙に解決することができた。図７は
係数αを変化させたときの光損失を測定して求めた両者
の関係を示す図面である。上記式における係数αの適値
は、αと光損失の関係が図７に示したように上記範囲内
で低くなることに基づいて決められたもので、上記範囲
を越えると光損失が大きくなって実用上好ましくなかっ
た。
【０００６】ところで、この係数αが大きいと光が僅か
に進行しても導波路幅Ｗが急激に拡幅するため、テーパ
導波路の出力端における幅が一定ならば係数αが大きく
なるほどテーパ導波路長が短くなる。しかし、素子の特
性を考慮すると、導波路長を長くして緩やかに拡幅する
ことが好ましい場合がある。ところが、図７に表される
前記測定結果によれば、αを上記範囲以下にするとテー
パ導波路内の媒体自体の吸収や散乱によるプロパゲーテ
ィング損失と導波路の境界部から漏れる光の損失である
カップリング損失を加えたトータル損失を２ｄＢ以下に
抑えることは難しく、実用化が困難とされていた。
に進行しても導波路幅Ｗが急激に拡幅するため、テーパ
導波路の出力端における幅が一定ならば係数αが大きく
なるほどテーパ導波路長が短くなる。しかし、素子の特
性を考慮すると、導波路長を長くして緩やかに拡幅する
ことが好ましい場合がある。ところが、図７に表される
前記測定結果によれば、αを上記範囲以下にするとテー
パ導波路内の媒体自体の吸収や散乱によるプロパゲーテ
ィング損失と導波路の境界部から漏れる光の損失である
カップリング損失を加えたトータル損失を２ｄＢ以下に
抑えることは難しく、実用化が困難とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
とするところは、導波路の境界が放物曲線で規制される
テーパ導波路光において損失を増加させることなく導波
路をより長くすることを可能として、設計上の自由度を
確保することにある。
とするところは、導波路の境界が放物曲線で規制される
テーパ導波路光において損失を増加させることなく導波
路をより長くすることを可能として、設計上の自由度を
確保することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明は、導波路の幅Ｗが光の進行方向に取った座標ｚ
の座標軸を軸とする放物曲線 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 で表される形状であるテーパ導波路において、係数αが
ｎを任意の整数として、α＝２n/2となることを特徴と
する。ここで、λは真空中の光の波長、ｎfは光導波路
の屈折率、Ｗ0はテーパ導波路に接続するチャネル導波
路の導波路幅である。特に、係数αが０．５、１／２
1/2、１、２のいずれかの近傍値であることが好まし
い。
本発明は、導波路の幅Ｗが光の進行方向に取った座標ｚ
の座標軸を軸とする放物曲線 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 で表される形状であるテーパ導波路において、係数αが
ｎを任意の整数として、α＝２n/2となることを特徴と
する。ここで、λは真空中の光の波長、ｎfは光導波路
の屈折率、Ｗ0はテーパ導波路に接続するチャネル導波
路の導波路幅である。特に、係数αが０．５、１／２
1/2、１、２のいずれかの近傍値であることが好まし
い。
【０００９】また、上記課題を解決するため、本発明の
導波路素子は、チャネル導波路部と、チャネル導波路と
最狭部で接続し導波路幅が徐々に拡大するテーパ導波路
部と、テーパ導波路の最広部で接続し通過する光の光路
を変更する光路変更手段を設けたスラブ導波路部からな
る光導波路素子において、テーパ導波路部の導波路が上
記関係式を満たすテーパ導波路であることを特徴とす
る。
導波路素子は、チャネル導波路部と、チャネル導波路と
最狭部で接続し導波路幅が徐々に拡大するテーパ導波路
部と、テーパ導波路の最広部で接続し通過する光の光路
を変更する光路変更手段を設けたスラブ導波路部からな
る光導波路素子において、テーパ導波路部の導波路が上
記関係式を満たすテーパ導波路であることを特徴とす
る。
【００１０】さらに、スラブ導波路部で光路変更手段に
より光路が変化する光を受けて光路幅を縮小する第２の
テーパ導波路部と、第２テーパ導波路部の最狭部で接続
する第２のチャネル導波路部をさらに備えるものであっ
てもよい。なお、光路変更手段は回折格子や偏向分離板
であってもよい。また、光路変更手段は、基板の透明圧
電性を有する表層部に形成された表面弾性波を生成する
音響光学素子であってもよい。
より光路が変化する光を受けて光路幅を縮小する第２の
テーパ導波路部と、第２テーパ導波路部の最狭部で接続
する第２のチャネル導波路部をさらに備えるものであっ
てもよい。なお、光路変更手段は回折格子や偏向分離板
であってもよい。また、光路変更手段は、基板の透明圧
電性を有する表層部に形成された表面弾性波を生成する
音響光学素子であってもよい。
【００１１】本発明のテーパ導波路は公知のものと比較
して境界形状の放物線の傾きを緩めたにもかかわらず、
光損失を増大することなく効率よく光線の幅の拡大縮小
を行うことができ、このテーパ導波路を導入することに
より導波路長と最大幅に自由度が大きくなるので、素子
の設計が容易になる。
して境界形状の放物線の傾きを緩めたにもかかわらず、
光損失を増大することなく効率よく光線の幅の拡大縮小
を行うことができ、このテーパ導波路を導入することに
より導波路長と最大幅に自由度が大きくなるので、素子
の設計が容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、本願発明の発明者等が
先に特開平６−３３７４４６号公報で開示した導波路型
音響光学素子のテーパ導波路境界形状として使用される
下記の放物曲線式において、導波路長を延ばすために係
数αをより小さくする可能性を追求した結果得られたも
のである。
先に特開平６−３３７４４６号公報で開示した導波路型
音響光学素子のテーパ導波路境界形状として使用される
下記の放物曲線式において、導波路長を延ばすために係
数αをより小さくする可能性を追求した結果得られたも
のである。
【００１３】Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2
ここで、Ｗ：導波路幅
λ：真空中の光の波長
ｎf：光導波路の屈折率
Ｗ0：テーパ導波路に接続するチャネル導波路の導波路
幅 ｚ：光の進行方向の座標 α：１．７〜３．４。
幅 ｚ：光の進行方向の座標 α：１．７〜３．４。
【００１４】係数αを所定の範囲内に限り上記式に従っ
て作製したテーパ導波路は、最狭部に入射する入射光を
拡幅する輪郭で案内し光線幅を拡大して平行光にする。
また最広部に入射する平行光の光線幅を縮小して最狭部
に伝搬する。このようにコリメートレンズと同じ機能を
持たせることができる。また、拡幅するときにもまた光
線幅を縮小するときにも光損失が小さい。しかし、上記
のテーパ導波路では、係数αの値を一定の値より小さく
できないため導波路長を長くすることできなかった。そ
こで本発明者等は、さらに精密に光伝搬特性を試験研究
することにより、テーパ導波路の輪郭形状を表す上記放
物曲線式の係数αが特定の値を取る時に、光損失が極小
値を有することを発見し、この新しい知見に基づいて本
発明に至ったものである。
て作製したテーパ導波路は、最狭部に入射する入射光を
拡幅する輪郭で案内し光線幅を拡大して平行光にする。
また最広部に入射する平行光の光線幅を縮小して最狭部
に伝搬する。このようにコリメートレンズと同じ機能を
持たせることができる。また、拡幅するときにもまた光
線幅を縮小するときにも光損失が小さい。しかし、上記
のテーパ導波路では、係数αの値を一定の値より小さく
できないため導波路長を長くすることできなかった。そ
こで本発明者等は、さらに精密に光伝搬特性を試験研究
することにより、テーパ導波路の輪郭形状を表す上記放
物曲線式の係数αが特定の値を取る時に、光損失が極小
値を有することを発見し、この新しい知見に基づいて本
発明に至ったものである。
【００１５】図１は係数αと光損失の関係を調べるため
に用いたテーパ導波路の配置を示す平面模式図、図２は
係数αと光損失の関係を示すグラフである。図１は、石
英基板上に火炎堆積法によって屈折率が基板より約０．
２％程度高い部分を形成することにより作製された導波
路素子を表すものである。この導波路素子は、第１のテ
ーパ導波路１、第１のチャネル導波路２、バルク導波路
３、第２のテーパ導波路４、第２のチャネル導波路５を
備えている。
に用いたテーパ導波路の配置を示す平面模式図、図２は
係数αと光損失の関係を示すグラフである。図１は、石
英基板上に火炎堆積法によって屈折率が基板より約０．
２％程度高い部分を形成することにより作製された導波
路素子を表すものである。この導波路素子は、第１のテ
ーパ導波路１、第１のチャネル導波路２、バルク導波路
３、第２のテーパ導波路４、第２のチャネル導波路５を
備えている。
【００１６】第１テーパ導波路１は最狭部で幅の狭い第
１チャネル導波路２と接続し、最広部でバルク導波路３
に接続する。第２テーパ導波路４は幅の狭い第２チャネ
ル導波路５と組になって、第１テーパ導波路１と第１チ
ャネル導波路２の組とバルク導波路３を挟んで対称の位
置に配置されている。第２テーパ導波路４は、最広部で
バルク導波路３に接続し、最狭部で第２チャネル導波路
５と接続する。第１テーパ導波路１と第２テーパ導波路
４は同じ放物曲線形状をしていて、テーパの最狭部の幅
Ｗ0すなわちチャネル導波路の幅が８μｍ、テーパの最
広部の幅が１００μｍとなるように導波路の長さを定め
る。
１チャネル導波路２と接続し、最広部でバルク導波路３
に接続する。第２テーパ導波路４は幅の狭い第２チャネ
ル導波路５と組になって、第１テーパ導波路１と第１チ
ャネル導波路２の組とバルク導波路３を挟んで対称の位
置に配置されている。第２テーパ導波路４は、最広部で
バルク導波路３に接続し、最狭部で第２チャネル導波路
５と接続する。第１テーパ導波路１と第２テーパ導波路
４は同じ放物曲線形状をしていて、テーパの最狭部の幅
Ｗ0すなわちチャネル導波路の幅が８μｍ、テーパの最
広部の幅が１００μｍとなるように導波路の長さを定め
る。
【００１７】第１チャネル導波路２に入射する光は第１
テーパ導波路１で徐々に光線幅を拡大し１００μｍの開
口から放出される。このとき、条件が整えば光は平行光
になってバルク導波路３を伝搬する。バルク導波路３を
伝搬した幅を有する光線はバルク導波路３の反対側の縁
に存在する第２テーパ導波路４の最広部に入射して、今
度は光線幅を縮小しながら進行し最狭部から第２チャネ
ル導波路５に射入して第２チャネル導波路５から外に放
射される。
テーパ導波路１で徐々に光線幅を拡大し１００μｍの開
口から放出される。このとき、条件が整えば光は平行光
になってバルク導波路３を伝搬する。バルク導波路３を
伝搬した幅を有する光線はバルク導波路３の反対側の縁
に存在する第２テーパ導波路４の最広部に入射して、今
度は光線幅を縮小しながら進行し最狭部から第２チャネ
ル導波路５に射入して第２チャネル導波路５から外に放
射される。
【００１８】ここで、放物線式中の係数αを変化させて
αと導波路の光損失の関係を調べた結果、図２の関係が
得られた。図２は横軸にαをとり、縦軸にカップリング
による光損失量をとり、両者の関係をｄＢ単位でプロッ
トしたものである。特開平６−３３７４４６号公報に開
示された実測結果では、係数αが１．７〜３．４の範囲
で比較的緩やかな適当範囲が存在することが分かってい
た。ところがさらに重ねた精査により、αと光損失の関
係には微細構造が存在することが判明したのである。す
なわち図２から明らかなように、係数αが０．５、０．
７（＝１／２1/2）、１、２の離散的な各値を取るとき
に光損失が顕著に減少する。これらの値は、先に知られ
ていた適当範囲より小さい。またこの数列は、係数αが
ｎを整数としてα＝２n/2の値を取ることにより成立す
ることが分かる。
αと導波路の光損失の関係を調べた結果、図２の関係が
得られた。図２は横軸にαをとり、縦軸にカップリング
による光損失量をとり、両者の関係をｄＢ単位でプロッ
トしたものである。特開平６−３３７４４６号公報に開
示された実測結果では、係数αが１．７〜３．４の範囲
で比較的緩やかな適当範囲が存在することが分かってい
た。ところがさらに重ねた精査により、αと光損失の関
係には微細構造が存在することが判明したのである。す
なわち図２から明らかなように、係数αが０．５、０．
７（＝１／２1/2）、１、２の離散的な各値を取るとき
に光損失が顕著に減少する。これらの値は、先に知られ
ていた適当範囲より小さい。またこの数列は、係数αが
ｎを整数としてα＝２n/2の値を取ることにより成立す
ることが分かる。
【００１９】本発明者等は、上記の新しい知見に基づい
て、テーパ導波路形状を設計するときに放物線の式 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 を用いて、その係数αを上記損失が顕著に減少する値の
近傍に選ぶことにより導波路素子を作製することを発明
した。こうして得られる導波路素子は、従来公知のもの
より係数αが小さいため導波路長を長くすることができ
るにもかかわらず、光損失が許容できる水準にとどまっ
ている。なお、上式における変数Ｗ、λ、ｚ、ｎf、Ｗ0
等の意味は前記の式について用いたと同じである。以
下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明す
る。
て、テーパ導波路形状を設計するときに放物線の式 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 を用いて、その係数αを上記損失が顕著に減少する値の
近傍に選ぶことにより導波路素子を作製することを発明
した。こうして得られる導波路素子は、従来公知のもの
より係数αが小さいため導波路長を長くすることができ
るにもかかわらず、光損失が許容できる水準にとどまっ
ている。なお、上式における変数Ｗ、λ、ｚ、ｎf、Ｗ0
等の意味は前記の式について用いたと同じである。以
下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明す
る。
【００２０】
【実施例１】図３は、本発明の導波路素子の第１の実施
例を示す平面模式図である。テーパ導波路１が幅の狭い
第１のチャネル導波路２と幅の広い第２のチャネル導波
路６を接続している。基板は透明なタンタル酸リチウム
（ＬＴ）の単結晶からなる。テーパ導波路１と第１チャ
ネル導波路２と第２チャネル導波路６の部分はひとつの
マスクを用いたプロトン交換法（ＰＥ法）等により基板
の表層部に同時に形成されたもので、屈折率が基板表層
部の当初の屈折率より約０．２％程度高くなっている。
なお、テーパ導波路１の境界形状は上記の関係式により
表される放物曲線をなしている。ここで、関係式中の係
数αの値を約２．０とし、テーパ導波路１の最狭部の幅
Ｗ0すなわち第１チャネル導波路２の幅が４μｍ、テー
パ導波路１の最広部の幅Ｗ1すなわち第２チャネル導波
路６の幅が１００μｍとなるように導波路の長さを定め
た。第１チャネル導波路２から波長０．６３３μｍの光
を導波すると第２チャネル導波路６では単色性の良いシ
ングルモードの光として伝搬した。
例を示す平面模式図である。テーパ導波路１が幅の狭い
第１のチャネル導波路２と幅の広い第２のチャネル導波
路６を接続している。基板は透明なタンタル酸リチウム
（ＬＴ）の単結晶からなる。テーパ導波路１と第１チャ
ネル導波路２と第２チャネル導波路６の部分はひとつの
マスクを用いたプロトン交換法（ＰＥ法）等により基板
の表層部に同時に形成されたもので、屈折率が基板表層
部の当初の屈折率より約０．２％程度高くなっている。
なお、テーパ導波路１の境界形状は上記の関係式により
表される放物曲線をなしている。ここで、関係式中の係
数αの値を約２．０とし、テーパ導波路１の最狭部の幅
Ｗ0すなわち第１チャネル導波路２の幅が４μｍ、テー
パ導波路１の最広部の幅Ｗ1すなわち第２チャネル導波
路６の幅が１００μｍとなるように導波路の長さを定め
た。第１チャネル導波路２から波長０．６３３μｍの光
を導波すると第２チャネル導波路６では単色性の良いシ
ングルモードの光として伝搬した。
【００２１】
【実施例２】図４は、本発明の導波路素子の第２の実施
例を示す平面模式図である。図１〜図３と同様の機能を
有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡略にし
た。幅の狭いチャネル導波路２から入射される光はテー
パ導波路１により光の幅を拡大した平行光としてスラブ
導波路３に供給される。スラブ導波路３内の光路を横切
るように回折格子７が設けられていて抜き差しが可能に
なっている。スラブ導波路３の他方の端部には１次元Ｃ
ＣＤ８が設けられている。
例を示す平面模式図である。図１〜図３と同様の機能を
有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡略にし
た。幅の狭いチャネル導波路２から入射される光はテー
パ導波路１により光の幅を拡大した平行光としてスラブ
導波路３に供給される。スラブ導波路３内の光路を横切
るように回折格子７が設けられていて抜き差しが可能に
なっている。スラブ導波路３の他方の端部には１次元Ｃ
ＣＤ８が設けられている。
【００２２】基板はニオブ酸リチウム（ＬＮ）の単結晶
からなり、テーパ導波路１の境界形状は上記の放物曲線
の式により表され、関係式中の係数αの値を約０．５と
し、テーパ導波路１の最狭部の幅Ｗ0すなわちチャネル
導波路２の幅が８μｍ、テーパ導波路１の最広部の幅が
１００μｍとなるように導波路の長さを定めた。チャネ
ル導波路２から波長１．５５μｍの光を導波するとスラ
ブ導波路３ではほぼ平行光として伝搬し、スラブ導波路
３内の回折格子７によって所定の角度回折される。平行
光であることは回折格子７を取り外したときの１次元Ｃ
ＣＤ８の出力画素の個数から、また回折の様子は回折さ
れた光を受光した１次元ＣＣＤ８の出力画素の位置から
確認された。
からなり、テーパ導波路１の境界形状は上記の放物曲線
の式により表され、関係式中の係数αの値を約０．５と
し、テーパ導波路１の最狭部の幅Ｗ0すなわちチャネル
導波路２の幅が８μｍ、テーパ導波路１の最広部の幅が
１００μｍとなるように導波路の長さを定めた。チャネ
ル導波路２から波長１．５５μｍの光を導波するとスラ
ブ導波路３ではほぼ平行光として伝搬し、スラブ導波路
３内の回折格子７によって所定の角度回折される。平行
光であることは回折格子７を取り外したときの１次元Ｃ
ＣＤ８の出力画素の個数から、また回折の様子は回折さ
れた光を受光した１次元ＣＣＤ８の出力画素の位置から
確認された。
【００２３】
【実施例３】図５は、本発明の導波路素子の第３の実施
例を示す平面模式図である。前記の図面と同様の機能を
有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡略にし
た。本実施例の導波路素子は第１のテーパ導波路１、第
１のチャネル導波路２、バルク導波路３、第２のテーパ
導波路４、第２のチャネル導波路５、第３のテーパ導波
路９、第３のチャネル導波路１０、溝１１に挿入されて
出し入れができる偏向分離板１２からなる。第１テーパ
導波路１は最狭部で幅の狭い第１チャネル導波路２と接
続し、最広部でバルク導波路３に接続する。第２テーパ
導波路４は幅の狭い第２チャネル導波路５と組になっ
て、第１テーパ導波路１と第１チャネル導波路２の組と
バルク導波路３を挟んで対称の位置に配置されている。
第２テーパ導波路４は、最広部でバルク導波路３に接続
し、最狭部で幅の狭い第２チャネル導波路５と接続す
る。
例を示す平面模式図である。前記の図面と同様の機能を
有する要素には同じ参照番号を付して説明を簡略にし
た。本実施例の導波路素子は第１のテーパ導波路１、第
１のチャネル導波路２、バルク導波路３、第２のテーパ
導波路４、第２のチャネル導波路５、第３のテーパ導波
路９、第３のチャネル導波路１０、溝１１に挿入されて
出し入れができる偏向分離板１２からなる。第１テーパ
導波路１は最狭部で幅の狭い第１チャネル導波路２と接
続し、最広部でバルク導波路３に接続する。第２テーパ
導波路４は幅の狭い第２チャネル導波路５と組になっ
て、第１テーパ導波路１と第１チャネル導波路２の組と
バルク導波路３を挟んで対称の位置に配置されている。
第２テーパ導波路４は、最広部でバルク導波路３に接続
し、最狭部で幅の狭い第２チャネル導波路５と接続す
る。
【００２４】第３テーパ導波路９と第３チャネル導波路
１０は組になって、バルク導波路３の他方の辺に、第３
テーパ導波路９の軸が、第１テーパ導波路１と第２テー
パ導波路４を結ぶ線の中間位置に立てた垂線に一致する
ように配置されている。溝１１は、バルク導波路３内の
垂線の足の位置に、軸に対して４５度の角度を有するよ
うに設けられている。導波路は石英基板上に火炎堆積法
によって作製される。第１、第２、第３のテーパ導波路
は全て同じ放物曲線形状をしていて、係数αの値は約
１．０、テーパの最狭部の幅Ｗ0すなわちチャネル導波
路の幅が８μｍ、テーパの最広部の幅が１００μｍとな
るように導波路の長さを定めた。溝１１は幅４０μｍで
エッチング等により形成され、偏向分離板１２が埋め込
まれている。
１０は組になって、バルク導波路３の他方の辺に、第３
テーパ導波路９の軸が、第１テーパ導波路１と第２テー
パ導波路４を結ぶ線の中間位置に立てた垂線に一致する
ように配置されている。溝１１は、バルク導波路３内の
垂線の足の位置に、軸に対して４５度の角度を有するよ
うに設けられている。導波路は石英基板上に火炎堆積法
によって作製される。第１、第２、第３のテーパ導波路
は全て同じ放物曲線形状をしていて、係数αの値は約
１．０、テーパの最狭部の幅Ｗ0すなわちチャネル導波
路の幅が８μｍ、テーパの最広部の幅が１００μｍとな
るように導波路の長さを定めた。溝１１は幅４０μｍで
エッチング等により形成され、偏向分離板１２が埋め込
まれている。
【００２５】第１チャネル導波路２から、波長１．５５
μｍの光を導波するとスラブ導波路３ではほぼ平行光と
して伝搬し、スラブ導波路３内の偏向分離板１２によっ
てＴＥ、ＴＭの両偏光に分離され、ＴＥの偏光成分が第
２チャネル導波路５へ、ＴＭの偏光成分が第３チャネル
導波路１０へそれぞれ伝搬した。ここで、偏光分離板１
２を除去した状態で係数αを変化させカップリング等に
よる過剰損失を調べると、図２のグラフと同様、α＝
０．５、１／２1/2、１、２において顕著な谷が出現す
ることが確認される。
μｍの光を導波するとスラブ導波路３ではほぼ平行光と
して伝搬し、スラブ導波路３内の偏向分離板１２によっ
てＴＥ、ＴＭの両偏光に分離され、ＴＥの偏光成分が第
２チャネル導波路５へ、ＴＭの偏光成分が第３チャネル
導波路１０へそれぞれ伝搬した。ここで、偏光分離板１
２を除去した状態で係数αを変化させカップリング等に
よる過剰損失を調べると、図２のグラフと同様、α＝
０．５、１／２1/2、１、２において顕著な谷が出現す
ることが確認される。
【００２６】
【発明の効果】本発明の導波路素子は、バルク導波路中
で光線を平行光線として効率的に反射や回折することに
より光スイッチや波長フィルタなどの機能を果たす光導
波路素子であって、従来の同類素子より長い導波路長を
有するように出来るから、光導波路素子の設計の自由度
を増加して、より的確な作用をする素子を製作するよう
にすることができる。
で光線を平行光線として効率的に反射や回折することに
より光スイッチや波長フィルタなどの機能を果たす光導
波路素子であって、従来の同類素子より長い導波路長を
有するように出来るから、光導波路素子の設計の自由度
を増加して、より的確な作用をする素子を製作するよう
にすることができる。
【図１】テーパ導波路の輪郭形状を表す放物線式中の係
数αと光損失の関係を調べるために用いたテーパ導波路
の配置を示す平面模式図である。
数αと光損失の関係を調べるために用いたテーパ導波路
の配置を示す平面模式図である。
【図２】テーパ導波路放物線式中の係数αと光損失の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図３】本発明の導波路素子の第１の実施例を示す平面
模式図である。
模式図である。
【図４】本発明の導波路素子の第２の実施例を示す平面
模式図である。
模式図である。
【図５】本発明の導波路素子の第３の実施例を示す平面
模式図である。
模式図である。
【図６】従来の導波路素子の例を示す平面模式図であ
る。
る。
【図７】従来知られていた係数αと光損失の関係を示す
グラフである。
グラフである。
【符号の説明】
１、４、９ テーパ導波路
２、５、６、１０ チャネル導波路
３ バルク導波路
７ 回折格子
８ １次元ＣＣＤ
１１ 溝
１２ 偏向分離板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−337446（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−191225（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−270736（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−113210（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/12 - 6/14
G02F 1/11 - 1/125
G02F 1/33 - 1/335
Claims (7)
- 【請求項１】 真空中の光の波長をλ、光導波路の屈折
率をｎf、テーパ導波路に接続するチャネル導波路の導
波路幅をＷ0、ｎを任意の整数としてαを２n/2とすると
き、光の進行方向の座標をｚとして、導波路の幅Ｗが、 Ｗ＝（２αλｚ／ｎf＋Ｗ0 2）1/2 で表される放物曲線となる形状であることを特徴とする
テーパ導波路。 - 【請求項２】 請求項１記載のテーパ導波路であって、
前記αが０．５、１／２1/2、１、２のいずれかの近傍
値であることを特徴とするテーパ導波路。 - 【請求項３】 チャネル導波路部と、該チャネル導波路
と最狭部で接続し導波路幅が徐々に拡大するテーパ導波
路部と、該テーパ導波路の最広部で接続し通過する光の
光路を変更する光路変更手段を設けたスラブ導波路部か
らなる光導波路素子において、 前記テーパ導波路部の導波路が請求項１または２に記載
のテーパ導波路であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の光導波路素子であって、
前記スラブ導波路部で前記光路変更手段により光路が変
化する光を受けて光路幅を縮小する第２のテーパ導波路
部と、該第２テーパ導波路部の最狭部で接続する第２の
チャネル導波路部をさらに備えることを特徴とする光導
波路素子。 - 【請求項５】 請求項３または４に記載の光導波路素子
であって、前記光路変更手段が回折格子であることを特
徴とする光導波路素子。 - 【請求項６】 請求項３または４に記載の光導波路素子
であって、前記光路変更手段が偏向分離板であることを
特徴とする光導波路素子。 - 【請求項７】 請求項３または４に記載の光導波路素子
であって、前記チャネル導波路部とテーパ導波路部とス
ラブ導波路部が少なくとも表層部が透明圧電性を有する
基板の該表層部に形成され、前記光路変更手段が表面弾
性波を生成する音響光学素子であることを特徴とする光
導波路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4795796A JP3488776B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | テーパ導波路およびそれを用いた光導波路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4795796A JP3488776B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | テーパ導波路およびそれを用いた光導波路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09218317A JPH09218317A (ja) | 1997-08-19 |
| JP3488776B2 true JP3488776B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=12789838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4795796A Expired - Fee Related JP3488776B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | テーパ導波路およびそれを用いた光導波路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488776B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| AU5514601A (en) * | 1999-11-23 | 2001-07-09 | Nanovation Technologies, Inc. | Integrated planar optical waveguide and shutter |
| EP1347317A4 (en) * | 2000-12-28 | 2006-11-08 | Univ Keio | OPTICAL SIGNAL PROCESSING CIRCUIT AND METHOD OF MANUFACTURING |
| KR100433900B1 (ko) * | 2002-06-18 | 2004-06-04 | 삼성전자주식회사 | 다항식 커브 테이퍼형 도파로 및 이를 이용한 광소자 |
| JP4960201B2 (ja) * | 2007-11-15 | 2012-06-27 | 日本電信電話株式会社 | 光波長合分波回路 |
| JP5222791B2 (ja) * | 2009-06-01 | 2013-06-26 | 富士通株式会社 | 光導波路 |
| US8472766B2 (en) | 2009-08-14 | 2013-06-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Waveguide coupler having continuous three-dimensional tapering |
| JP6047061B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2016-12-21 | 日本電信電話株式会社 | 性能可変回折格子 |
| CN109597162B (zh) * | 2018-12-27 | 2021-04-09 | 华为技术有限公司 | 平面光波导、plc芯片、光束整形结构及wss |
| CN116908963A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-20 | 合肥芯智华光子科技有限公司 | 一种气相质子交换铌酸锂光波导的模斑转换器 |
-
1996
- 1996-02-09 JP JP4795796A patent/JP3488776B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09218317A (ja) | 1997-08-19 |
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