JP4506275B2

JP4506275B2 - 光デバイス

Info

Publication number: JP4506275B2
Application number: JP2004145395A
Authority: JP
Inventors: 智恵福田; 浩耕田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: US20050254746A1; JP2005326676A; US7127135B2

Description

本発明は、光導波路型素子を含む光デバイスに関するものである。

光導波路型素子として、例えば、一定範囲において互いに近接して光結合する第１光導波路と第２光導波路とを含む方向性結合器などが挙げられる。特許文献１〜３それぞれには、光導波路型素子の光学特性を変化させることができる光デバイスが開示されている。

特許文献１に開示された光デバイスは、基板上に形成された方向性結合器の光結合領域において第１光導波路と第２光導波路との間に樹脂が設けられ、オーバークラッド層または基板を介して樹脂の温度が調整される。そして、この樹脂の温度が変化することで、該樹脂の屈折率が変化して、これにより、方向性結合器の光学特性（例えば光分岐比）が変化する。

特許文献２に開示された光デバイスは、コア領域の周囲の一部クラッド領域が樹脂とされていて、この樹脂の温度が調整される。そして、このクラッド領域の樹脂の温度が変化することで、該樹脂の屈折率が変化して、これにより、コア領域を導波する光の状態（例えば位相）が変化する。

特許文献３に開示された光デバイスは、基板上に形成された方向性結合器の光結合領域において第１光導波路および第２光導波路それぞれのコア領域の周囲のクラッド領域が樹脂とされていて、この樹脂の温度が調整される。そして、このクラッド領域の樹脂の温度が変化することで、該樹脂の屈折率が変化して、これにより、方向性結合器の光学特性（例えば光分岐比）が変化する。
特開２００３−２１５６４７号公報特開２０００−０６６０４４号公報特開２０００−１１１９６４号公報

しかしながら、特許文献１〜３それぞれに開示された光デバイスでは、光導波路型素子の光学特性を変化させるべく樹脂の温度を変化させるために必要な消費電力が多い。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、少ない消費電力で光導波路型素子の光学特性を変化させることができる光デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る光デバイスは、基板上に、一定範囲において互いに近接して光結合する第１光導波路と第２光導波路とを含む光導波路型素子が形成され、所定波長の光の入射により屈折率が変化する樹脂が第１光導波路と第２光導波路との間で第１光導波路または第２光導波路の近傍領域の一部であって第１光導波路と第２光導波路とが光結合する光結合領域の始端より手前に設けられ、樹脂の屈折率を変化せしめる所定波長の光を導波して該光を樹脂に入射させる屈折率調整用光導波路が形成されており、屈折率調整用光導波路により導波した所定波長の光を樹脂に入射させることで樹脂の屈折率を変化させて光導波路型素子の光学特性を変化させる、ことを特徴とする。また、屈折率調整用光導波路が、樹脂の近傍の長手方向の一定範囲において、樹脂へ向かって次第に幅が狭くなっているのが好適である。

本発明に係る光デバイスは、樹脂の屈折率を変化せしめる波長の光を出力して該光を屈折率調整用光導波路に入射させる光源部を更に備えるのが好適である。この場合には、樹脂の屈折率を変化せしめる波長の光は、光源部から出力され、屈折率調整用光導波路に入射して導波されて、樹脂に入射する。

ここで、光源からの出力光が樹脂に入射していないときに樹脂の屈折率が光導波路の屈折率と等しいのが好適であり、或いは、光源から出力されて樹脂に入射した光が所定パワーであるときに樹脂の屈折率が光導波路の屈折率と等しいのも好適である。また、光源からの出力光の波長が樹脂の吸収ピーク波長と一致しているのが好適である。

本発明によれば、少ない消費電力で光導波路型素子の光学特性を変化させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光デバイスの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光デバイス１の構成図である。本実施形態に係る光デバイス１は、光回路部品１０、光源部３１およびレンズ３２を備える。光回路部品１０には、光導波路１１ａ、光導波路１１ｂおよび光導波路１２が形成され、また、樹脂１３が設けられている。光回路部品１０において、光導波路１１ａは端面Ｐ_１から端面Ｐ_２まで延び、光導波路１１ｂは端面Ｐ_３から端面Ｐ_４まで延び、また、光導波路１２は端面Ｐ_５から樹脂１３まで延びる。光導波路１１ａと光導波路１１ｂとは、一定範囲において互いに近接して光結合する方向性結合器を構成している。

樹脂１３は、光導波路１１ａ，１１ｂまたは当該近傍領域の一部に設けられていて、光導波路１２を導波してきた光の入射に因り発熱し、その発熱に因り屈折率が変化し得るものである。そして、樹脂１３は、その屈折率変化により上記方向性結合器の光分岐特性を変化させることができる。なお、「近傍領域」とは、光導波路１１ａまたは光導波路１１ｂを導波する光のエネルギが存在する領域であり、屈折率が変化することで導波光の状態（位相など）を変化させて光分岐特性を変化させることができる領域である。特に本実施形態では、光導波路１１ａと光導波路１１ｂとが互いに近接して両者間で導波光の結合が生じる光結合領域に樹脂１３が設けられているのが好適である。

光源部３１は、樹脂１３の屈折率を変化させ得る波長の光を出力する。光源部３１は、光出力パワーが可変であり、或いは、光の出力および停止の切替が可能である。光源部３１から出力される光の波長は樹脂１３の吸収ピーク波長と一致しているのが好ましく、この場合には、樹脂１３の屈折率変化を効果的に起こさせることができる。レンズ３２は、光源部３１から出力された光を端面Ｐ_５に集光して、その光を端面Ｐ_５から光導波路１２へ入射させる。そして、光導波路１２は、端面Ｐ_５に入射した光を樹脂１３まで導波して、該光を樹脂１３に入射させる。

樹脂１３は、光導波路１１ａと光導波路１１ｂとの間の狭い領域に設けられるので、その幅は狭い。それ故、光導波路１２から樹脂１３へ光が出射する位置における光導波路１２の幅を樹脂１３の幅と同程度に狭くしておくことにより、樹脂１３に対して光を効率よく入射させることができる。一方、端面Ｐ_５近傍では光導波路１２の幅を広くしておくことにより、外部から端面Ｐ_５へ光を効率よく入射させることができる。したがって、光導波路１２の幅は、樹脂１３近傍の長手方向の一定範囲で、端面Ｐ_５の側から樹脂１３へ向かって次第に狭くなっていくのが好ましい。

図２は、第１実施形態に係る光デバイス１に含まれる光回路部品１０のＡ-Ａ断面図である。光回路部品１０は、平板状の基板１４の上にアンダークラッド層１５が形成され、このアンダークラッド層１５の上の一部に光導波路１１ａ，１１ｂ，１２が形成されるとともに樹脂１３が設けられ、さらに、これらの上にオーバークラッド層１６が形成されている。樹脂１３は、光導波路１１ａと光導波路１１ｂとの間に挟まれた位置に設けられている。なお、光導波路１１ａ，１１ｂ，１２、基板１４、アンダークラッド層１５およびオーバークラッド層１６それぞれは石英ガラスからなる。

光導波路１１ａ，１１ｂ，１２それぞれの屈折率は、アンダークラッド層１５およびオーバークラッド層１６それぞれの屈折率より高い。樹脂１３の屈折率は、光源部３１から出力されて入射する光の強度によって異なるが、該光が樹脂１３に入射していないときに樹脂１３の屈折率が光導波路１１ａ，１１ｂの屈折率と等しいのが好適であり、或いは、樹脂１３に入射した該光が所定パワーであるときに樹脂１３の屈折率が光導波路１１ａ，１１ｂの屈折率と等しいのが好適である。

次に、第１実施形態に係る光デバイス１の具体的な実施例について説明する。この実施例では、光導波路１１ａ、光導波路１１ｂ、光導波路１２、基板１４、アンダークラッド層１５およびオーバークラッド層１６それぞれは石英ガラスを主成分とするものである。光導波路１１ａ、光導波路１１ｂおよび光導波路１２それぞれは、ＧｅＯ_２が添加されていて、波長１.５５μｍにおける屈折率が１.４５である。

光導波路１１ａおよび光導波路１１ｂそれぞれの高さは７.５μｍであり、これらの幅は７.５μｍである。光導波路１２の高さは７.５μｍであり、これの幅は、端面Ｐ_５近傍の長手方向の一定範囲では７.５μｍであるが、樹脂１３近傍の長手方向の一定範囲では樹脂１３へ向かって次第に狭くなっていき、樹脂１３へ光が出射する位置では３μｍである。光結合領域における光導波路１１ａと光導波路１１ｂとの間の間隔は５μｍであり、光結合領域における光導波路１１ａ，１１ｂの長さは１６０μｍである。

樹脂１３は、エポキシ系のものであり、波長１.５５μｍにおける屈折率が１.４５であり、屈折率の温度依存性が−０.０００２／Ｋであり、波長１.６５μｍ付近および波長１.１μｍ付近それぞれに有機基による吸収ピークを有する。樹脂１３は、光結合領域の始端より７００μｍ手前から４０μｍ手前まで設けられる。

光源部３１から出力される光の波長は、波長１.６１μｍであり、樹脂１３の吸収ピーク波長と略一致する。光源部３１から出力されて樹脂１３に入射する光のパワーは１０ｍＷである。そして、端面Ｐ_１から光導波路１１ａへ波長１.５５μｍの光を入射させる。

その結果、パワー１０ｍＷの波長１.６１μｍの光を樹脂１３に入射させたとき、端面Ｐ_１に入射して端面Ｐ_２から出射される波長１.５５μｍの光の損失は１.５ｄＢであり、端面Ｐ_１に入射して端面Ｐ_４から出射される波長１.５５μｍの光の損失は５.３ｄＢであった。一方、波長１.６１μｍの光を樹脂１３に入射させなかったとき、端面Ｐ_１に入射して端面Ｐ_２から出射される波長１.５５μｍの光の損失は３.１ｄＢであり、端面Ｐ_１に入射して端面Ｐ_４から出射される波長１.５５μｍの光の損失も３.１ｄＢであった。

このように、この光デバイス１は、波長１.６１μｍの光が樹脂１３に入射するか否かにより、光分岐比が異なる。また、樹脂１３に入射する波長１.６１μｍの光のパワーが変化すると、光分岐比も変化する。なお、波長１.６１μｍの光が光結合領域において光導波路１１ａ，１１ｂに入ることがあっても、その波長１.６１μｍの光は、曲げ部で放射される。

以上のように、本実施形態では、樹脂１３に照射されるべき光が光導波路１２により導波されるので、該光は樹脂１３に効率よく導かれ、それ故、少ない消費電力で方向性結合器の光分岐比を変化させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る光デバイスの第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る光デバイス２の構成図である。本実施形態に係る光デバイス２は、光回路部品２０、光源部３１およびレンズ３２を備える。光回路部品２０には、光導波路２１ａ、光導波路２１ｂおよび光導波路２２が形成され、また、樹脂２３が設けられている。光回路部品２０において、光導波路２１ａは端面Ｐ_１から端面Ｐ_２まで延び、光導波路２１ｂは端面Ｐ_３から端面Ｐ_４まで延び、また、光導波路２２は端面Ｐ_５から樹脂２３まで延びる。光導波路２１ａと光導波路２１ｂとは互いに交差している。

樹脂２３は、光導波路２１ａ，２１ｂまたは当該近傍領域の一部に設けられていて、光導波路２２を導波してきた光の入射に因り発熱し、その発熱に因り屈折率が変化し得るものである。そして、樹脂２３は、その屈折率変化により上記光導波路２１ａ，２１ｂの光導波特性を変化させることができる。なお、「近傍領域」とは、光導波路２１ａまたは光導波路２１ｂを導波する光のエネルギが存在する領域であり、屈折率が変化することで導波光の状態（位相など）を変化させて光導波特性を変化させることができる領域である。特に本実施形態では、光導波路２１ａと光導波路２１ｂとが互いに交差している交差領域に樹脂２３が設けられているのが好適である。

光源部３１は、樹脂２３の屈折率を変化させ得る波長の光を出力する。光源部３１は、光出力パワーが可変であり、或いは、光の出力および停止の切替が可能である。光源部３１から出力される光の波長は樹脂２３の吸収ピーク波長と一致しているのが好ましく、この場合には、樹脂２３の屈折率変化を効果的に起こさせることができる。レンズ３２は、光源部３１から出力された光を端面Ｐ_５に集光して、その光を端面Ｐ_５から光導波路２２へ入射させる。そして、光導波路２２は、端面Ｐ_５に入射した光を樹脂２３まで導波して、該光を樹脂２３に入射させる。

図４は、第２実施形態に係る光デバイス２に含まれる光回路部品２０のＢ-Ｂ断面図である。光回路部品２０は、平板状の基板２４の上にアンダークラッド層２５が形成され、このアンダークラッド層２５の上の一部に光導波路２１ａ，２１ｂ，２２が形成されるとともに樹脂２３が設けられ、さらに、これらの上にオーバークラッド層２６が形成されている。樹脂２３は、光導波路２１ａと光導波路２１ｂとが互いに交差する交差領域に設けられている。なお、光導波路２１ａ，２１ｂ，２２、基板２４、アンダークラッド層２５およびオーバークラッド層２６それぞれは石英ガラスからなる。

光導波路２１ａ，２１ｂ，２２それぞれの屈折率は、アンダークラッド層２５およびオーバークラッド層２６それぞれの屈折率より高い。樹脂２３の屈折率は、光源部３１から出力されて入射する光の強度によって異なるが、該光が樹脂２３に入射していないときに樹脂２３の屈折率が光導波路２１ａ，２１ｂの屈折率と等しいのが好適であり、或いは、樹脂２３に入射した該光が所定パワーであるときに樹脂２３の屈折率が光導波路２１ａ，２１ｂの屈折率と等しいのが好適である。

次に、第２実施形態に係る光デバイス２の具体的な実施例について説明する。この実施例では、光導波路２１ａ、光導波路２１ｂ、光導波路２２、基板２４、アンダークラッド層２５およびオーバークラッド層２６それぞれは石英ガラスを主成分とするものである。光導波路２１ａ、光導波路２１ｂおよび光導波路２２それぞれは、ＧｅＯ_２が添加されていて、波長１.５５μｍにおける屈折率が１.４５である。光導波路２１ａ，光導波路２１ｂおよび光導波路２２それぞれの高さは７.５μｍであり、これらの幅は７.５μｍである。

樹脂２３は、エポキシ系のものであり、波長１.５５μｍにおける屈折率が１.４５であり、屈折率の温度依存性が−０.０００２／Ｋであり、波長１.６５μｍ付近および波長１.１μｍ付近それぞれに有機基による吸収ピークを有する。樹脂２３は、交差領域に設けられる。

光源部３１から出力される光の波長は、波長１.１μｍであり、樹脂２３の吸収ピーク波長と略一致する。光源部３１から出力されて樹脂２３に入射する光のパワーは１００ｍＷである。そして、端面Ｐ_１から光導波路２１ａへ波長１.５５μｍの光を入射させる。

その結果、パワー１００ｍＷの波長１.１μｍの光を樹脂２３に入射させたとき、端面Ｐ_１に入射した波長１.５５μｍの光は、光導波路２１ａにより導波されて樹脂２３に達すると、樹脂２３により反射され、光導波路２１ｂにより導波されて端面Ｐ_４から外部へ出射された。一方、波長１.１μｍの光を樹脂２３に入射させなかったとき、端面Ｐ_１に入射した波長１.５５μｍの光は、光導波路２１ａにより導波されて樹脂２３に達すると、樹脂２３を透過して、更に光導波路２１ａにより導波されて端面Ｐ_２から外部へ出射された。

このように、この光デバイス２は、波長１.１μｍの光が樹脂２３に入射するか否かにより、端面Ｐ_１に入射した波長１.５５μｍの光が端面Ｐ_２および端面Ｐ_４の何れから出射されるかを切り替えることができる。すなわち、この光デバイス２は光スイッチとして動作し得る。

以上のように、本実施形態では、樹脂２３に照射されるべき光が光導波路２２により導波されるので、該光は樹脂２３に効率よく導かれ、それ故、少ない消費電力でスイッチング動作させることができる。

第１実施形態に係る光デバイス１の構成図である。第１実施形態に係る光デバイス１に含まれる光回路部品１０のＡ-Ａ断面図である。第２実施形態に係る光デバイス２の構成図である。第２実施形態に係る光デバイス２に含まれる光回路部品２０のＢ-Ｂ断面図である。

符号の説明

１，２…光デバイス、１０…光回路部品、１１ａ，１１ｂ，１２…光導波路、１３…樹脂、１４…基板、１５…アンダークラッド層、１６…オーバークラッド層、２０…光回路部品、２１ａ，２１ｂ，２２…光導波路、２３…樹脂、２４…基板、２５…アンダークラッド層、２６…オーバークラッド層、３１…光源部、３２…レンズ。

Claims

基板上に、一定範囲において互いに近接して光結合する第１光導波路と第２光導波路とを含む光導波路型素子が形成され、所定波長の光の入射により屈折率が変化する樹脂が前記第１光導波路と前記第２光導波路との間で前記第１光導波路または前記第２光導波路の近傍領域の一部であって前記第１光導波路と前記第２光導波路とが光結合する光結合領域の始端より手前に設けられ、前記樹脂の屈折率を変化せしめる前記所定波長の光を導波して該光を前記樹脂に入射させる屈折率調整用光導波路が形成されており、
前記屈折率調整用光導波路により導波した前記所定波長の光を前記樹脂に入射させることで前記樹脂の屈折率を変化させて前記光導波路型素子の光学特性を変化させる、
ことを特徴とする光デバイス。
前記屈折率調整用光導波路が、前記樹脂の近傍の長手方向の一定範囲において、前記樹脂へ向かって次第に幅が狭くなっている、ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
前記樹脂の屈折率を変化せしめる波長の光を出力して該光を前記屈折率調整用光導波路に入射させる光源部を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
前記光源からの出力光が前記樹脂に入射していないときに前記樹脂の屈折率が前記光導波路の屈折率と等しいことを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
前記光源から出力されて前記樹脂に入射した光が所定パワーであるときに前記樹脂の屈折率が前記光導波路の屈折率と等しいことを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
前記光源からの出力光の波長が前記樹脂の吸収ピーク波長と一致していることを特徴とする請求項３記載の光デバイス。