JP3943615B2 - 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 - Google Patents

光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信、光情報処理、光センサ等に利用できる光回路素子、特に光の分岐器を有する光回路素子と、それを用いた集積型光回路素子ならびに集積型光回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光分岐素子として提案されているものを図17に示す(特開平4−151886参照)。この素子は入力側の導波路1000を導波する光を出力側の2つの導波路1001、及び1003に分岐するものであり、スリット状に加工された溝1005が全反射鏡として用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例は、光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モードとの整合が悪いため、光分岐部から出力側の導波路に至る間に顕著なモード変換損失が存在するという欠点を有している。
【0004】
図18に光分岐部(Beam Splitter:BS)入射前、及びBS直後の導波光の界分布を模式的に示す。これよりわかるようにBS直後の導波光の界分布は対称性が欠如(図中、黒い部分は光がなくなっていることを示してる。)し、出力側の導波路の固有モード(BS入射前の導波光の界分布と同じ)とはモード整合性が悪い。我々は、2つの出力側導波路において上記モード変換に起因する損失が各々約50%存在することを実験によって確認している。微小な光を用いて情報処理を行う場合この損失は致命的である。
【0005】
本発明は、この光分岐部における損失を最小限に抑えることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明の光分岐器では光分岐部に或る反射率を有する部位を複数個配置したものである。
【0007】
また、上記モード変換に起因する損失を軽減するために、出力側の光導波路の中心軸を入力側の光導波路の中心軸と所定の距離だけずらすか、または出力側光導波路の幅を連続的、または段階的に変化させたものである。
【0008】
即ち、請求項1に記載の光回路素子は、光導波路に導波光を全反射する溝を形成することによって、該光導波路を導波する光を2つの出力側導波路に所望の分岐比にて分岐する光回路素子において、前記溝は複数の溝で形成され、かつ、前記複数の溝が同一入力導波路に導かれた前記導波光を同一方向に反射するように形成されて1つの分岐器を成すことを特徴とするものである。
【0009】
請求項2に記載の光回路素子は、前記溝が、分岐された導波光の界分布に対称性が存在するように形成されたことを特徴とするものである。
【0010】
請求項3に記載の光回路素子は、前記溝が、その幅が前記光導波路内を導波する光の波長の10分の1以上となる個数以下となるよう非溝形成領域が複数形成されていることを特徴とするものである。
【0011】
請求項に記載の光回路素子は、前記溝が、その形成領域が溝上方からみてほぼ一直線の形状に形成されてなることを特徴とするものである。
【0012】
請求項に記載の光回路素子は、前記溝が、その形成領域が溝上方からみてほぼ三角形状に形成されてなることを特徴とするものである。
【0013】
請求項に記載の光回路素子は、前記溝が、その深さが入射側導波路を導波する光の垂直方向の界分布のピークを越して深く形成されてなることを特徴とするものである。
【0019】
請求項に記載の集積型光回路装置は、光回路素子を備えた集積型光回路装置において、前記光回路素子の入射側光導波路が複数個あって、それぞれの入射側光導波路に対応して1つずつ配置される入射光発振源は、複数種類であることを特徴とするものである。
【0020】
本願発明の作用を以下に説明する。
【0021】
上記のように、光分岐部に或る反射率を有する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くなればなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
【0022】
更には、出力側の光導波路の中心軸を入力側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことにより、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。または、出力側導波路の幅を連続的、または段階的に変化させることにより導波路間の光結合損失を抑えることができる。
【0023】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
(実施例1)
図1は本発明を光コヒーレント処理に用いた場合の光回路素子の一例で、より具体的にはワイヤレス光伝送システムの受信器中の光コヒーレント検波器を構成する導波路型光合波器の斜視図である。システムの詳細については本出願人が既に出願した特開平6−112904に述べられているので、ここでは簡単に検波器の機能を説明するにとどめる。この検波器は受信した信号光と局部発振光を合波して出力する機能を有する。局部発振光には局部発振器として受信器内に搭載された半導体レーザ(図示せず)の出力光が用いられる。信号光には伝達すべき情報が例えば周波数変調(FM)された形で含まれているため、局部発振光の周波数を送信光の基準周波数と同調させておけば検波器の出力には信号光と局部発振光のビートとして情報が取り出せることになる。
【0025】
図1の光合波器はGaAs/AlGaAs系の半導体導波路で作製され、リッジ導波路が2本直交した構成をとっている。2本の導波路の交差部位には2本の導波路の長手方向とそれぞれ45°の角度をなす深い溝105が2個形成され、この部位が本発明の光分岐器(Beam Splitter:BS)として機能する。送信器より発せられた信号光は空間を伝搬して受信器に達するが、受信器内のレンズ(図示せず)を用いて光合波器の2個の入力導波路の一方である導波路100に導かれる。信号光は導波路100を伝搬してBSに到達する。ここで光は2つに分岐され、それぞれが出力側の導波路103、104に導かれて端面より出射される。局部発振器より発せられた局部発振光は同様にレンズ(図示せず)を用いて光合波器の他方の入力導波路101に導かれる。局部発振光は導波路101を伝搬し、信号光と同様にBSで2つに分岐され、それぞれ出力側の導波路103、104に導かれて端面より出射される。以上のことより、出力側の導波路103、104には信号光の一部と局部発振光の一部が合波されたものが出力されることになる。従って、その出力光をフォトダイオード等で光電変換し、その中のビート信号を検出すれば求める情報が得られるわけである。
【0026】
次に、この光分岐器の作製方法について述べる。まず、GaAs基板106上に1μm厚のAl0.5Ga0.5As第1光閉じ込め層107、0.3μm厚のAl0.3Ga0.7As光導波層108、0.5μm厚のAl0.5Ga0.5As第2光閉じ込め層109、3nm厚のGaAsエッチストップ層110、0.5μm厚のAl0.5Ga0.5As第3光閉じ込め層111、50nm厚のGaAs表面保護層112を分子線エピタキシー(MBE)法により成長させた。
【0027】
その後、十字形状のリッジ導波路を形成するために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによって2μm幅のレジストパターンを形成した。パターンは硫酸系のエッチャントによる第3光閉じ込め層111の途中までのエッチングとフッ酸による選択エッチングでウエファに転写した。ここでフッ酸はAl0.5Ga0.5As(第3光閉じ込め層111)のみをエッチングし、GaAs(エッチストップ層110)はエッチングしないため、エッチングは、GaAsエッチストップ層110表面で停止した。有機溶剤によってレジストを剥離した後、再度表面にレジストを塗布した。ここではレジストの塗布と150℃のベーキングという工程を2回繰り返すことにより、リッジの有る部分と無い部分とで表面に段差のない平坦なレジスト(下部レジスト)が形成できた。次に、その上にスピナーを用いてSOG(Spin-On-Glass)膜を1000Å形成し、200℃のベーキングを施した。その上に再度レジスト膜(上部レジスト)を形成し、通常のフォトリソグラフィで深い溝105をエッチングするための幅2μm、長さ0.5μmのパターンを1.2μm間隔で2個形成した。このパターンはCF4を用いたRIE(Reactive Ion Etching)によってSOG膜に転写し、それを更にO2を用いたRIEで下部レジストに転写した。以上に述べた”3層レジストプロセス”で表面の段差があるにもかかわらず、段差の上下にわたって所望の形状のパターンが形成できた。このレジストパターンをマスクとして塩素ガスとアルゴンのイオンビームを同時に基板に照射するCAIBE(Chemically Assisted Ion Beam Etching)にて基板に転写した。ここでのエッチング深さは3.5μmとした。このプロセスの詳細については例えばGeisら(J. Vac. Sci. Technol. 19, 1390 (1981).)或いはSchererら(Appl. Phys. Lett. 55, 2724 (1989).)に詳しいが、垂直断面を有するエッチングが実現できた。その後、RIEを用いて3層レジストを除去して光分岐器が完成した。
【0028】
ここでのエッチング深さは3.5μmとした。
【0029】
本実施例のように光の界分布のピークをこえて深い溝を形成することにより、その領域における光の透過は無視できることになり、マスクパターンのみで規定される光の分岐比が得られる。
【0030】
続いて、光分岐器(BS)の動作を図2、3、4を用いて詳細に説明する。図2は図1を上面より見た図で、図中の番号は図1と一致させてある。信号光、局部発振光ともに基本的な挙動は同じであるため、ここでは信号光についてのみ説明する。ここでは信号光として780nm帯のレーザ光を用いた。導波路中の信号光の水平方向(導波路の各層に平行な方向)の光強度分布を図3に模式的に示す。入力導波路100は単一横モード導波路であるため、入力導波路100に導かれた信号光はその導波路内A−A’では図に示すように導波路100の基本固有モードで伝搬した。レンズ(図示せず)を用いて導波路100の入り口端面に集光されたときの光の界分布は導波路の固有モードとは必ずしも一致しないが、導波路を伝搬する間に固有モードに変換されてBSに入射した。ここで、BS部の深い溝105の内部は空気で満たされており、その屈折率は1である。一方導波路部分で導波光が感じる等価屈折率は約3.5と大きいため、導波路100を伝搬してきた光の界分布の一部は、BSの深い溝105によって全反射された。
【0031】
深い溝105の存在しない領域の光はその影響を受けないため、そのまま導波路中を直進した。即ち、ここで導波光は空間的に2つに分解され、一方は直進して導波路103に至り、他方はその進路を90°曲げられて導波路104に導かれる。その光の水平方向の界分布が導波光が進むにつれて変化していく様子も同図に示されている。BSで横モードの一部のみが取り出された導波光は、それぞれの導波路103、104を導波していく間に基本モードに変換され、B−B’、C−C’に至るときには双方が基本モードに変換されているのがわかる。以上の結果は導波路を、B−B’、C−C’等導波路の途中の位置でへき開し、そこでの光の界分布を顕微鏡で拡大して観察することにより確認した。この場合のBS直後の2つの光の界分布をBS入射前の光の界分布と比較して示したのが図4である。従来例の図18と比較すると、BS直後の導波光の界分布には対称性が存在し、出力側の導波路の基本モードとの整合が向上していることがわかる。実際、この場合のモード変換損失を測定してみたところ、従来例の約50%と比較して約20%まで向上した。
【0032】
(実施例2)
図5、6は本発明の他の実施例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の数をさらに増加させた場合である。本実施例では用いる光の波長を1.55μm帯としたため、InGaAsP系の材料を用いて検討した。層構造については実施例1に類似しているため、ここでは図示はしていない。作製手順は以下のとおりである。まず、InP基板上に1μm厚のInP第1光閉じ込め層、0.2μm厚のInGaAs/InGaAsP多重量子井戸(MQW)光導波層、1μm厚のInP第2光閉じ込め層を有機金属熱分解(MOCVD)法により成長させた。ここでは MQW層として80ÅのInGaAsウエル層、150ÅのInGaAsPバリア層(1.15μm組成)、ウエル数は4とした。
【0033】
次に、プラズマCVD法を用いてウエファ表面に、SiO2 膜を2000Åの厚さで形成した。その上に電子ビーム露光用のレジストを1μm塗布し、電子ビームを用いて深い溝205を形成するためのマスクパターンをレジスト上に形成した。ここでは図に示すように反射部を多数形成するため、それぞれの反射部は長さは0.5μm、幅が0.3μmで0.6μmピッチとした。このパターンはCF4を用いたRIEでSiO2膜に転写され、さらに塩素ガスとアルゴンの混合ガスを用いたRIBE(Reactive Ion Beam Etching)によってウエファに転写した。エッチング深さは3μmで、この場合も実施例1と同様垂直断面を有し、かつ表面が平滑なエッチングが実現できた。
【0034】
その後、十字形状のリッジ導波路を形成するために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した。この場合、ウエファ表面の凹凸の存在はレジストパターンにはほとんど影響しなかった。これは個々のエッチング領域が非常に小さい面積であるため、すぐにレジストで埋め込まれてしまったためと思われる。リッジ導波路の幅は5μmとしたため、高次モードの存在するマルチモード導波路となった。パターンは通常のアライナを用いて位置合わせを行った。アライナの位置合わせ精度は1μmであった。パターンは深い溝205を形成したときと同じRIBEを用いたが、ここではエッチングMQW光導波層の上0.2μmで停止させた。エッチング深さはRIBE装置のイオン引き出し電極に流れる電流をモニタしながらエッチングを行うことで制御した。この電流は実際に基板に照射されるイオン電流密度に比例する。エッチング深さはイオン電流密度、ガス圧力、チャンバの真空度、イオン引き出し電圧によってきまる。ガス圧力、チャンバの真空度、イオン引き出し電圧は直接観察できる。イオン電流密度は直接はモニタできないが、イオン引き出し電極に流れる電流をモニタすることによってエッチング深さを±0.04μmの精度で制御することができ、光分岐器が完成した。
【0035】
続いて、光分岐器(BS)の動作を図6を用いて詳細に説明する。実施例1と同様に、信号光についてのみ説明するが、局部発振光についても基本動作は同じである。入力導波路200はマルチモード導波路であるが、入力導波路200に導かれた信号光は基本横モードで導波路に侵入するため、導波路内ではその基本固有モードで伝搬した。BSによって光が2個に分割される機構についても実施例1と同じであるが、この場合のBS直後の2つの光の界分布をBS入射前の光の界分布と比較して示したのが図6である。この場合、実施例1よりもさらに出力側の導波路の基本モードとの整合が向上していることがわかる。実際、この場合のモード変換損失を測定してみたところ、従来例の約50%、実施例1の約20%と比較し、約5%まで向上した。
【0036】
また、深い溝205の位置が約0.5μm所定の位置よりずれたが、それに起因すると思われる分岐比の変動は約1%であった。深い溝205の形成領域を、導波路の幅5μmより十分に広く取っていることにより、このずれの影響が吸収されたものと考えられる。これは従来例の25%と比較すると非常に小さいものであり、本特許の有効性が実証された。
【0037】
従来例において、次のような問題が生じる。
【0038】
光反射部が導波路中で光を反射させる面積の導波光全体の断面積に占める割合いが光の分岐比を決定するため、スリット状に加工された溝1005を形成する位置がずれるとそれが分岐比の変動につながり、素子の歩留まりを低下させる原因となる。
【0039】
また、例えば3μm幅の光導波路に上記光分岐部を形成した場合、スリット状に加工された溝1005の位置が0.5μmずれると分岐比は3:7となってしまう。用途によっては分岐比として厳密に1:1(例えば許容誤差1%以内)が要求されることも考えられ、その場合にはこの構造では対応不可能である。光導波路はリッジ導波路とすればその形成の際のエッチング深さはスリット状に加工された溝1005のエッチング深さより浅いため、両者は同時に形成することができず、2回以上のフォトリソグラフィの工程を経ることになる。マスク合わせによる位置合わせの精度は通常のアライナを用いた場合、0.8〜1μm、ステッパを用いても0.2μm程度が限界であり、許容誤差1%以内で1:1の分岐比を実現することは現在のフォトリソグラフィ技術では不可能である。高精度のアライメントをする方法としては電子ビームリソグラフィを用いる方法も考えられる。この場合0.1μm、或いはそれ以上の精度での位置合わせは可能である。ただし、それには光干渉計のような高価な位置ぎめ装置を用いる必要があり、生産方法としては現実的でない。
【0040】
本実施例によれば、マスクパターンによって、分岐比を許容誤差1%以内で1:1或いはある所望の値に制御することが可能である。
【0041】
また、位置ずれに対する分岐比の変動が小さくなり、厳密な位置合わせ精度が要求されなくなる。
【0042】
即ち、素子作成時の位置合わせ精度に対する結合効率の変動の小さい素子を作成することができる。
【0043】
本実施例における溝の数は2個以上で、溝の幅が導波路内の光の波長の10分の1以上となる個数以下であれば、本発明の効果が得られることがわかった。
【0044】
ここで、深い溝205の深さが十分でなく、光の垂直方向の界分布のピークよりも浅いときにはその領域においてもBSを透過する光の成分が存在し、分岐比に影響を与える。従って、深い溝105は光の垂直方向の界分布のピークをこえて十分に深く形成しておくのが望ましい。本実施例の場合、この条件は満たされており、BS入射前の横方向の導波光の広がりに対して、深い溝によって分割されたときのそれぞれの光の幅(ここでは0.3μm)は十分に小さく、光の分岐比は深い溝の存在する領域の全体に対する割合(ここでは50%)によって厳密に規定される。この値を変化させると分岐比も任意に変化させることが可能である。
【0045】
(実施例3)
図7は本発明の光回路素子の他の実施例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の形を変化させたものである。本実施例では用いる光の波長を780nm帯としたが、導波路としては、SiN/SiO2を用いた。層構造については実施例1に類似しており、プラズマCVD法で形成した。それぞれの厚さは、SiN光導波層0.3μm、SiO2光閉じ込め層1μmである。作製手順は実施例1とほぼ同じであるが、エッチングにはCF4のRIEを用いた。この場合もモード変換損失の低減、分岐比の変動等は小さく、良好な特性が実現できた。
【0046】
(実施例4)
本発明第4の実施例を図8を用いて説明する。本実施例は先の実施例1にて説明した方法により作製したもので、垂直方向の光閉じ込めのための光導波層604と幅がそれぞれ4μmの導波路601、602、603と、反射面605と、それに沿った溝606からなる。溝606は先の実施例1にて説明したCAIBE法により作製され、反射面に沿って光の垂直方向の界分布のピークを越えて十分に深く形成することが望ましい。導波路601、602、603はその中心軸が1.5μm程度ずれて配設されている。反射面605は導波路603を伝搬する光を半分だけ透過させ、残り半分を90度進行方向を変えるように働き、それぞれ導波路601、602へと導く。
【0047】
この素子の特徴について説明する。この素子は光分岐器であり、導波路603を伝搬する光を導波路602と601へと分割するものである。この時、導波路601に入射した光の電界分布は図18に示されるように、半分だけの電界が入射することになる。ここで導波路601の中心を電界の存在する方へ約1.5μm程度ずらすことにより、導波路603と導波路601の結合効率を56%改善することができた。導波路603から602への結合も同様に改善された。本出願人らは導波路中心のずれの大きさと結合効率を詳細に調べ、その結果入力側導波路の幅(これは入力ビームの拡がりと密接な関係がある。)の約20〜50%程度のずれを設けることにより結合効率を従来例の48%から75%にまで改善することができたものである(図11参照)。
【0048】
(実施例5)
本発明の別の実施例につき説明する。図9は2×2の光合分岐器を示す。この合分岐器はとりわけコヒーレント処理を用いた光波検出に効力を発揮する。
【0049】
光の入力導波路は701と703でありその幅は4μmの単一モード導波路である。この導波路を伝搬し、BS705により分岐された光が導波路702、704より取り出せる。この時、導波路701より導波路704へと進行する光波の結合効率を向上させるためには、先の実施例4に説明したように、導波路704と導波路701の中心軸を、図9にて導波路704を左方向へ、一定距離ずらせば良い。しかしながら、この場合、導波路703から導波路704へと進行する光波の結合効率は、著しく劣化することになる。本実施例では、導波路702、704の中心軸を導波路701、703の交差部の中心に対して一定距離ずらすと共に、導波路702と導波路704のBS部にテーパ構造を設けたものである。
【0050】
本実施例を光コヒーレント処理用光回路素子として用いた場合について説明する。外部より導かれた信号光は導波路701中を伝搬し、BS705により導波路702と704へと分割される。一方、局部発振光は導波路703端面に突き合わせ接合された半導体レーザ(図示せず)より導波路703へと入射する。局部発振光も同じくBS705により導波路702、704へと導かれる。導波路702、704からの出力光は何れも受光素子にて、ビート信号として検出される。ビート信号の雑音を減少させる目的においても信号光と局部発振光のパワーの比は1:1に近いものが望ましい。また、それぞれの受光素子で検出されたビート信号は同相の雑音を減少させるためバランス受信される。この時、BSの分割比は出来るだけ1:1に近いものがよい。本実施例では、導波路702と、導波路704を、図9に示すように、導波路702を下方へ、導波路704を左方へずらして配したことにより信号光の導波路702、704への結合効率を大きくし、一方で、局部発振光の導波路702、704への結合効率を抑さえ、雑音の少ないビート信号を得ることができた。更に加えて、導波路702、704はそのBSの接合部が幅8μmと広くなっており、連続的にその幅が変化するテーパ構造となっている。これにより、BS部を形成する溝705の作製精度が劣化した場合でも、導波路702、704への結合効率、分岐比に大きな変化が生じず、素子の歩留り向上となる。
【0051】
図9では模式的に描かれているが、導波路702、704のテーパ部分の幅8μm、長さ500μmであり、テーパによるモード変換損失が充分小さくなるようなテーパ長の素子を試作した。
【0052】
(実施例6)
本発明第5の実施例に示した光回路素子を用いた集積型光回路装置の例を図10に示す。図10は光コヒーレント検波用集積型光回路装置である。ここでは図9と同じ図番号を用いている。図10で導波路703の端面にはDFBレーザ707が突き合わせ接合され、局部発振光は導波路703へと導かれる。一方信号光は光ファイバー709を伝送し、その出射端面からレンズ708を通じて導波路701の端面へと集光する。この時、レンズ708が作る集光点での光の分布を導波路701の近視野像とほぼ一致させておく。
【0053】
結果、信号光は導波路701を、局部発振光は導波路703を伝搬し、溝705により導波路702、704へと分割される。導波路702、704の端面には受光素子(図示せず)が配置してあり、それぞれでコヒーレント検波される。この時、それぞれの受光素子で発生する局部発振光と自然放出光との雑音はバランス受信することにより取り除くことができる。本実施例では信号光を効率良く検出する事ができ、かつ、分割比が溝705の形成時のプロセスの制御性に大きく依存しない光コヒーレント検波装置を作製した。
【0054】
(実施例7)
本発明の別の実施例を述べる。図13に示されるようにGaAs基板911上に、AlGaAsを材料としてエッチストップ層912、光閉じ込め層913、光導波層914、光閉じ込め層915、エッチストップ層916、さらに光閉じ込め層917を順次積層する。その後、エッチングにより面B−B’が表出するようにし、エッチストップ層912でエッチングを停止する。その後、光閉じ込め層921、光導波層922、光閉じ込め層923、エッチストップ層924、光閉じ込め層925を順次積層する。これらの結晶成長においては、光導波層914、922は同じ厚さ0.8μmで、層922が層914に対して0.4μmだけ上に作製される様に行なう。加えて、エッチストップ層916と924の層厚、高さも一致させておく。
【0055】
更に、図14に示されるがごとくT−U−Vで表される部分をエッチングにより取り除き、光閉じ込め層931、光導波層932、光閉じ込め層933、エッチストップ層934、光閉じ込め層935を順次積層する。これらの結晶成長においては、光導波層914、932は同じ厚さ0.4μmで、層932が層914に対して0.4μmだけ下に作製される様に行なう。加えて、エッチストップ層916と934の層厚、高さも一致させておく。こうして作製された基板断面をP−Q−R−Sで切断して観測したものが図15である。
【0056】
次に、図12に示されるリッジ部分をエッチングにより作製する。この時、直交する2本の導波路に対して面B−B’が45度の角度をなし、かつ交差部の中心を通る様に行なう。更に、ドライエッチングにより、溝905を、2本の導波路の中心を通り、かつ、面B−B’に直交する様に作製する。この時、エッチングの深さが光導波層914のほぼ中央で停止するように制御する。この時の制御性は実施例2に示されるようにおよそ0.04μmで充分な制御性がある。また、エッチングを行なう部分の長さは横方向の光の閉じ込めが行なわれる部分を越えて充分に大きくとれば問題ない。
【0057】
本光合波・分岐器の特徴について図12により説明する。入射導波路は901と902である。ここでは、導波路901から入射した光について説明する。導波路902から入射した光も同様に扱える。導波路901を伝搬する光のほぼ上半分は溝905により導波路903へと反射される。一方、下半分の光は溝905の下部を通過し、導波路904へと入射する。ここで、既に図15にて説明したように、導波路901の光導波層914に対して、導波路903の光導波層922は0.4μmだけ上に作製されており、溝905で反射された上半分の光を効率良く導波路903へと結合することができる。一方、導波路904の光導波層932は光導波層914に対して、0.4μmだけ下に作製されているので、同じく、溝905の下部を透過した下半分の光を効率良く導波路904へと導くことができる。更に、本実施例では、溝905の深さ方向の加工精度が0.04μmであるので、極めて分割比の安定した光分岐器、光合波器を得ることができた。また、深さを変えることにより任意の分割比の光合分岐器の作製も可能である。
【0058】
本実施例においては溝905を光導波層914のほぼ中央部までに深さに形成したが、本発明はこれに限定されるものでなく、分岐比を変えたいとき、溝の深さを変えることによって、所望の分岐比が得られるものである。
【0059】
【発明の効果】
上記のように、光分岐部に或る反射率を有する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くなればなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。また、位置ずれに対する分岐比の変動が小さくなり、厳密な位置合わせ精度が要求されなくなる。
【0060】
また、或る反射率を有する部位の形成方法として、その領域における光の界分布のピークをこえて深い溝を形成することにより、その領域における光の透過は無視できることになり、マスクパターンのみで規定される光の分岐比が得られる。
【0061】
更には、出力側の光導波路の中心軸を入力側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことにより、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
【0062】
そして、出力側の光導波路の幅を連続的または、断続的に変化させたことにより、モード変換損失を抑え、かつ素子作成時のマスクあわせの精度の変化に対する光結合効率、分岐比の変動を抑え、歩留りの向上になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導波路型光合波器の斜視図である。
【図2】図1の上面図である。
【図3】図2に示す導波路中の信号光の水平方向(導波路の各層に平行な方向)の光強度分布である。
【図4】図2に示すBS直後の2つの光の界分布、及びBS入射前の光の界分布を示した図である。
【図5】本発明の他の実施例の導波路型光合波器の上面図である。
【図6】図5に示すBS直後の2つの光の界分布、及びBS入射前の光の界分布を示した図である。
【図7】本発明の他の実施例の導波路型光合波器の上面図である。
【図8】本発明第4の実施例の導波路型光合波器の斜視図である。
【図9】本発明第5の実施例の導波路型光合波器の斜視図である。
【図10】本発明第5の実施例の導波路型光合波器の応用例である。
【図11】本発明第5の実施例における導波路のずれの効果を示す図である。
【図12】本発明第7の実施例における導波路型光合波器の斜視図である。
【図13】本発明第7の実施例の導波路型光合波器の作製手順を示す図である。
【図14】図13に続く、本発明第7の実施例の導波路型光合波器の作製手順を示す図である。
【図15】本発明第7の実施例の導波路型光合波器の断面図である。
【図16】本発明第7の実施例の導波路型光合波器の断面図である。
【図17】従来例を示す摸式図である。
【図18】従来例を示す模式図である。
【符号の説明】
100 入力側導波路
101 入力側導波路
103 出力側導波路
104 出力側導波路
105 溝
106 GaAs基板
107 Al0.5Ga0.5As第1光閉じ込め層
108 Al0.3Ga0.7As光導波層
109 Al0.5Ga0.5As第2光閉じ込め層
110 GaAsエッチストップ層
111 Al0.5Ga0.5As第3光閉じ込め層
112 GaAs表面保護層

Claims (7)

  1. 光導波路に導波光を全反射する溝を形成することによって、該光導波路を導波する光を2つの出力側導波路に所望の分岐比にて分岐する光回路素子において、
    前記溝は複数の溝で形成され、かつ、前記複数の溝が同一入力導波路に導かれた前記導波光を同一方向に反射するように形成されて1つの分岐器を成すことを特徴とする光回路素子。
  2. 前記溝は、分岐された導波光の界分布に対称性が存在するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光回路素子。
  3. 前記溝は、その幅が前記光導波路内を導波する光の波長の10分の1以上となる個数以下となるよう非溝形成領域が複数形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光回路素子。
  4. 前記溝は、その形成領域が溝上方からみてほぼ一直線の形状に形成されてなることを特徴とする請求項に記載の光回路素子。
  5. 前記溝は、その形成領域が溝上方からみてほぼ三角形状に形成されてなることを特徴とする請求項に記載の光回路素子。
  6. 前記溝は、その深さが入射側導波路を導波する光の垂直方向の界分布のピークを越して深く形成されてなることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれかに記載の光回路素子。
  7. 請求項1〜6のいずれかの光回路素子を備えた集積型光回路装置において、
    前記光回路素子の入射側光導波路が複数個あって、それぞれの入射側光導波路に対応して1つずつ配置される入射光発振源は、複数種類であることを特徴とする集積型光回路装置。
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