JP4549949B2 - Optical element - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバーや光素子等の光学部材における光伝送路に関する。 The present invention relates to an optical transmission line in an optical member such as an optical fiber or an optical element.
近年、光通信においてコンテンツの伝送量の増加にともなう情報処理速度の上昇は、光情報処理技術の高速化の必要性を一層高めており、これにともない、高速に応答する光素子が必要とされている。 In recent years, an increase in information processing speed accompanying an increase in the amount of content transmitted in optical communication has further increased the necessity of speeding up optical information processing technology. Accordingly, an optical element that responds at high speed is required. ing.
ところで、光素子中の光導波路が複数の横モードを持つ場合、モードごとの伝搬速度の違いによって、光導波路中を進行する光パルスの時間幅が広がってしまう。これにより、前後の光パルスが時間軸上で重なってしまい、クロストークを生じてしまう。 By the way, when the optical waveguide in the optical element has a plurality of transverse modes, the time width of the optical pulse traveling in the optical waveguide is widened due to the difference in propagation speed for each mode. As a result, the front and rear light pulses overlap on the time axis, causing crosstalk.
従って、高速光通信で使用される光素子は、横モードが1つのみの単一モード光導波路を備えるように構成される。 Accordingly, an optical element used in high-speed optical communication is configured to include a single mode optical waveguide having only one transverse mode.
ところで、このような単一モード光伝送路のモードフィールドは、概して非常に小さく、例えば、発明者らが出願した特願2004−315167号(公開前の特許出願である)記載の波長分散補正素子の場合、光伝送路の断面積は0.5μm×1.0μm程度である。一方、単一モード光ファイバーにおいてコアの断面積は、64μm2(=4.5×4.5×π)程度である。 By the way, the mode field of such a single mode optical transmission line is generally very small. For example, the wavelength dispersion correcting element described in Japanese Patent Application No. 2004-315167 (patent application before publication) filed by the inventors. In this case, the cross-sectional area of the optical transmission line is about 0.5 μm × 1.0 μm. On the other hand, the cross-sectional area of the core in the single mode optical fiber is about 64 μm 2 (= 4.5 × 4.5 × π).
つまり、単一モード光伝送路のモードフィールドは、光ファイバーのコアの断面積に対して、およそ128分の1の大きさである。このため、光ファイバーと単一モード光伝送路とを、ただ単に結合させた場合、光エネルギーは、結合部分において大きく損失される。したがって、光ファイバーと単一モード光導波路との光結合の効率を上げることは、光通信における消費電力の低減という点で重要な課題となっている。 That is, the mode field of the single-mode optical transmission line is about 1/128 of the cross-sectional area of the optical fiber core. For this reason, when the optical fiber and the single mode optical transmission line are simply coupled, the optical energy is largely lost at the coupling portion. Therefore, increasing the optical coupling efficiency between the optical fiber and the single mode optical waveguide is an important issue in terms of reducing power consumption in optical communication.
このような問題に対し、例えば特許文献1には、先端部分が逆テーパー形状になったSiNから成る高屈折率光伝送部と、当該高屈折率光伝送部を取り囲むSiONから成る矩形形状の低屈折率光伝送部と、を有する光伝送部を取り囲む矩形形状のクラッド部を備えるカップリング部によって、光ファイバーからの光を有効に取り込む光伝送路に関する技術が開示されている。 To deal with such a problem, for example, Patent Document 1 discloses that a low refractive index light transmission portion made of SiN having a reverse-tapered tip portion and a rectangular low shape made of SiON surrounding the high refractive index light transmission portion. A technique relating to an optical transmission line that effectively takes in light from an optical fiber by a coupling portion including a rectangular clad portion surrounding the optical transmission portion having a refractive index optical transmission portion is disclosed.
このような構造によって、光ファイバー等から取り込んだ光を、伝播方向に沿って、光ファイバー内の大きなモードフィールドから、高い屈折率をもつSiN導波路内の小さなモードフィールドヘと変換することができる。
ところで、高速光通信においては、上述した如く、光パルスの時間波形の拡がりを避けるため、単一モード光導波路が用いられるのであるが、このとき光ファイバーから単一モード光導波路へ効率よく光エネルギーを伝搬させるために、単一モード光導波路内で基本モードのみが存在するモード変換となるように、単一モード光導波路への入出力を設計することが重要となる。 By the way, in high-speed optical communication, as described above, a single mode optical waveguide is used to avoid the spread of the time waveform of the optical pulse. At this time, light energy is efficiently transferred from the optical fiber to the single mode optical waveguide. In order to propagate, it is important to design the input and output to the single mode optical waveguide so that the mode conversion is such that only the fundamental mode exists in the single mode optical waveguide.
しかし、上述した特許文献1に開示されている光伝送路では、単一モード光導波路内で基本モードにできるだけ多くの光エネルギーを伝搬させることができず、光ファイバからの光を取り入れる際(或いは光ファイバへ光を出力させる際)に、接続損失が大きい。 However, in the optical transmission line disclosed in Patent Document 1 described above, as much optical energy as possible cannot be propagated to the fundamental mode in the single mode optical waveguide, and when taking in light from the optical fiber (or When connecting light to an optical fiber, the connection loss is large.
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低損失かつ高効率な光伝送路及び当該光伝送路を用いた光学素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a low-loss and high-efficiency optical transmission line and an optical element using the optical transmission line.
上記課題を解決するため、請求項1及び請求項2に記載の発明は、第1の特徴として、第1の光伝送媒体と、当該第1の光伝送媒体より低い屈折率を有する材料から成ると共に、当該第1の光伝送媒体の周囲に配された第2の光伝送媒体と、により構成された光を導くための光伝送部と、入射される光に対して所定の分散特性を有する波長分散変動を付与するフォトニック結晶層とを有する光学素子において、当該光学素子は、前記第1の光伝送媒体の一部が前記フォトニック結晶層上に部分的に積層された単一モード導波路部と、当該単一モード導波路部に対するカップリング部とを備え、前記カップリング部においては、前記光伝送部の前記第2の光伝送媒体が前記第1の光伝送媒体に対して水平2方向及び垂直2方向に突出し、前記第2の光伝送媒体の垂直2方向に突出する部分が、それぞれ所定の幅を有して光の閉じ込め部を形成し、さらに前記カップリング部においては、前記第1の光伝送媒体は、前記光伝送部における光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、当該光の進行方向に連続的に増大又は減少するよう形成される第1の導波部を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 and
これによれば、第2の光伝送媒体によって、第1の光伝送媒体に対して垂直方向だけでなく、水平方向の光の拡散(損失)をも共に防いで、第1の光伝送媒体を軸とする光の閉じ込めを実現することができるので、簡単且つコンパクトな構造で、ガウシャンプロファイルと近似するほどに理想的なモードプロファイルを有する光を検出でき、低損失かつ高効率な光伝送路としてのカップリング部を提供することができる。 According to this, the second optical transmission medium prevents both the diffusion (loss) of light in the horizontal direction as well as the vertical direction with respect to the first optical transmission medium. Since the optical confinement of the axis can be realized, light with an ideal mode profile can be detected with a simple and compact structure, approximating the Gaussian profile, and a low loss and high efficiency optical transmission line A coupling part can be provided.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、第2の特徴として、前記カップリング部において、前記第1の伝送媒体は、前記第1の導波部と前記フォトニック結晶層上に積層された部分との間に存在して、前記第1の導波部の前記断面積が増大した側で前記第1の導波部と連続する第2の導波部を有し、当該第2の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が一定となるよう形成されることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, as a second feature of the invention according to claim 1 , in the coupling unit , the first transmission medium is on the first waveguide unit and the photonic crystal layer. And a second waveguide portion that is continuous with the first waveguide portion on the side where the cross-sectional area of the first waveguide portion is increased , The second waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction is constant.
これによれば、光の集束を第2の導波部にて安定的に集束させ、より効率よく光を伝播することができる。 According to this, the focusing of light can be stably focused by the second waveguide section, and light can be propagated more efficiently.
上記課題を解決するため、請求項2に記載の発明は、第2の特徴として、前記カップリング部において、前記第1の伝送媒体は、前記第1の導波部と前記フォトニック結晶層上に積層された部分との間に存在して、前記第1の導波部の前記断面積が増大した側で前記第1の導波部と連続する第3の導波部を有し、前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第3の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成され、前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第3の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, as a second feature of the invention according to
これによれば、有効屈折率の変化を少なくして、より一層低損失かつ高効率に導波することができる。 According to this, the change in the effective refractive index can be reduced, and the wave can be guided with lower loss and higher efficiency.
上記課題を解決するため、請求項1及び請求項2に記載の発明は、第3の特徴として、前記第1の光伝送媒体の第2又は第3の導波部が、前記第1の光伝送媒体より高い屈折率を有する材料から成る第4の導波部上に積層して形成され、前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 and
これによれば、有効屈折率の変化を緩やかにして、より効率よく光を光学素子内に取り入れ、或いは、光学素子外へ出射させることができる。 According to this, the change in the effective refractive index can be moderated, and light can be taken into the optical element more efficiently or can be emitted out of the optical element.
上記課題を解決するため、請求項1及び請求項2に記載の発明は、第4の特徴として、光学素子が、入射される光に対して所定の分散特性を有する波長分散変動を付与するフォトニック結晶層を有し、前記第1の光伝送媒体の一部が、前記フォトニック結晶層上に部分的に積層された単一モード導波路部を備え、かつ、前記フォトニック結晶層は、屈折率の異なる第1の物質及び第2の物質とからなり、前記第1の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第2の物質中において面状に配して形成され、かつ、前記第4の導波部は、前記第2の物質にて成形され、前記フォトニック結晶層から前記カップリング部に突出して形成されることを特徴とする。
To solve the above problems, the invention according to
これによれば、有効屈折率の変化を少なくして、より一層低損失かつ高効率にフォトニック結晶層に光を取り入れ、あるいはフォトニック結晶層から光を取り出すことができる。 According to this, the change in the effective refractive index can be reduced, and light can be taken into or taken out of the photonic crystal layer with much lower loss and higher efficiency.
上記課題を解決するため、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の光学素子において、前記第4の導波部は、前記第1の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第2の物質中において面状に配して形成されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
これによれば、有効屈折率の変化を少なくして、より一層低損失かつ高効率にフォトニック結晶層に光を取り入れ、あるいはフォトニック結晶層から光を取り出すことができる。 According to this, the change in the effective refractive index can be reduced, and light can be taken into or taken out of the photonic crystal layer with much lower loss and higher efficiency.
上記課題を解決するため、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学素子において、前記フォトニック結晶層と前記第4の導波部との境界面において、当該フォトニック結晶層の前記第1の物質と、前記第2の物質とが交互に配置され、かつ、前記第1の物質は、前記第1の光伝送媒体より低い屈折率を有する材料から成ることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is the optical element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the interface between the photonic crystal layer and the fourth waveguide section is provided. In the photonic crystal layer, the first substance and the second substance are alternately arranged, and the first substance has a lower refractive index than that of the first optical transmission medium. It is characterized by comprising.
これによれば、フォトニック結晶層に入射しようとする光が、当該フォトニック結晶層の端面で反射することを防いで、より一層低損失かつ高効率にフォトニック結晶層に光を取り入れることができる。 According to this, light entering the photonic crystal layer is prevented from being reflected by the end face of the photonic crystal layer, and light can be taken into the photonic crystal layer with even lower loss and higher efficiency. it can.
上記課題を解決するため、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学素子において、前記第2の光伝送媒体より低い屈折率を有する材料から成る第1のクラッド部及び第2のクラッド部を有し、前記第2の光伝送媒体の一方の前記光の閉じ込め部は、前記第1のクラッド部上に積層され、前記フォトニック結晶層は、前記第2のクラッド部上に積層され、前記第1のクラッド部及び前記第2のクラッド部は、基板上に積層されて形成されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to
これによれば、本発明の光学素子を基板上に積層して形成することができる。 According to this, the optical element of this invention can be laminated | stacked and formed on a board | substrate.
上記課題を解決するため、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の光学素子において、前記第4の導波部は前記第2のクラッド部上に積層され、前記第4の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第2のクラッド部の前記第4の導波部が積層された一部、及び当該第4の導波路を積層する前記第2のクラッド部が積層された前記基板の一部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、前記第4の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第2のクラッド部の前記第4の導波部が積層された一部、及び当該第4の導波路を積層する前記第2のクラッド部が積層された前記基板の一部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されることを特徴とする。
To solve the above problems, the invention according to
これによれば、有効屈折率の変化を少なくして、より一層低損失かつ高効率にフォトニック結晶層に光を取り入れ、あるいはフォトニック結晶層から光を取り出すことができる。 According to this, the change in the effective refractive index can be reduced, and light can be taken into or taken out of the photonic crystal layer with much lower loss and higher efficiency.
本発明によれば、低屈折率光伝送部によって、高屈折率光伝送部に対して垂直方向だけでなく、水平方向の光の拡散(損失)をも共に防いで、高屈折率光伝送部を軸とする光の閉じ込めを実現することができるので、簡単且つコンパクトな構造で低損失かつ高効率な光伝送路を提供することができる。 According to the present invention, the low-refractive-index optical transmission unit prevents both light diffusion (loss) in the horizontal direction as well as the vertical direction with respect to the high-refractive-index optical transmission unit. Therefore, it is possible to provide a low-loss and high-efficiency optical transmission line with a simple and compact structure.
以下、本願の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、フォトニック結晶層等からなる光学素子に対して本願の光伝送路及び当該光伝送路を有する光学素子を適用した場合の実施形態である。 Hereinafter, the best embodiment of the present application will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is an embodiment in the case where the optical transmission path of the present application and the optical element having the optical transmission path are applied to an optical element composed of a photonic crystal layer or the like.
<1.光学素子の構成及び機能>
本実施形態にかかる光学素子の構成及び機能を説明する。
<1. Configuration and function of optical element>
The configuration and function of the optical element according to this embodiment will be described.
図1は、本実施形態にかかる光学素子の説明図であって、同図は光ファイバーから内部に備えた単一モード導波路部に光を入力させる際の入力インターフェースとして光伝送路を有するものである。 FIG. 1 is an explanatory view of an optical element according to the present embodiment, which has an optical transmission line as an input interface when light is input from an optical fiber to a single mode waveguide portion provided therein. is there.
図1に示すように、本実施形態における光学素子1は、単一モード導波路部及び光伝送路としてのビーム集束部A及びビーム集束部Bから成るカップリング部を有して構成される。そして、光ファイバーから出力された光パルスは、先ずカップリング部に入力されてビーム集束部Aからビーム集束部Bへと伝播し、光の損失を抑えつつ光が収束されて光学素子の機能を有する単一モード導波路部へと伝播(入力)されることとなる。なお、光学素子の出力側、例えば、光学素子から光ファイバへ光を出力させる際の出力インターフェースとして光伝送路を構成する場合には、上記と逆の順序で伝播する。つまり、光を単一モード導波路部から、ビーム集束部Bを介してビーム集束部Aへと伝播させ、光ファイバーに入力されることとなる。 As shown in FIG. 1, the optical element 1 in the present embodiment is configured to have a coupling portion including a single mode waveguide portion and a beam focusing portion A and a beam focusing portion B as an optical transmission path. The optical pulse output from the optical fiber is first input to the coupling unit and propagates from the beam converging unit A to the beam converging unit B. The light is converged while suppressing the loss of light, and has the function of an optical element. It is propagated (input) to the single mode waveguide section. When an optical transmission path is configured as an output interface for outputting light from an optical element to an optical fiber, for example, from the optical element, the light propagates in the reverse order. That is, light is propagated from the single-mode waveguide part to the beam focusing part A via the beam focusing part B and input to the optical fiber.
図2は、図1におけるxz面であって、光学素子1の光ファイバーと接続される入力側における断面図、図3は、図1におけるxz面であって、光学素子1のビーム集束部Aとビーム集束部Bの境界面における断面図、そして、図4は、図1におけるxz面であって、光学素子1の単一モード導波路部における断面図である。 2 is an xz plane in FIG. 1 and is a cross-sectional view on the input side connected to the optical fiber of the optical element 1, and FIG. 3 is an xz plane in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view at the boundary surface of the beam converging part B, and FIG. 4 is a cross-sectional view at the xz plane in FIG.
光学素子1は、基板2と、当該基板上に配されたクラッド部3と、後述するフォトニック結晶層の母材であるSOI(Silicon On Insulator)から成るシリコン層4 と、リッジ部5a、スラブ部5b及びトレンチ部5cから成る低屈折率光伝送部(第2の光伝送媒体)5と、当該低屈折率光伝送部5と共に本発明における光伝送部として機能する高屈折率光伝送部(第1の光伝送媒体)6と及びフォトニック結晶層7を構成部材として有して構成される。
The optical element 1 includes a
以下、光学素子1のカップリング部と単一モード導波路部における各構成部材の具体的な構成と機能について、詳細に説明する。 Hereinafter, specific configurations and functions of the respective constituent members in the coupling portion and the single mode waveguide portion of the optical element 1 will be described in detail.
基板2は、例えば、屈折率が約3.4のシリコン等によって形成される。
The
クラッド部3は、本発明における第1のクラッド部と第2のクラッド部として機能し、上記低屈折率光伝送部5より低い屈折率を有する材料、例えば、酸化シリコン(屈折率が約1.45)によって、基板2上に積層されて形成される。
The
シリコン層4は、シリコン層4a及び4bとから成り、上記フォトニック結晶層7の母材であり、上記高屈折率光伝送部6より高い屈折率を有する材料、例えば、屈折率が約3.4のシリコン等によって形成される薄膜である。
The silicon layer 4 is composed of
図5を用いてフォトニック結晶層7についてより具体的に説明する。図5(A)は図1における光学素子1のxy面の断面図であって、後述する低屈折率光伝送部5のリッジ部5a及びスラブ部5bを省略して図示するものである。また、図5(B)は、図1における光学素子1の高屈折率光伝送部6の中央部におけるzy面の断面図であり、図5(A)を用いて説明すると一点鎖線で図示するD―D部における断面図ある。なお、図5(B)において、上記クラッド部3のうち、本発明における第1のクラッド部として機能するクラッド部をクラッド部3Bとして図示し、本発明における第2のクラッド部として機能するクラッド部をクラッド部3Aとして図示することとする。
The
同図に示す如く、フォトニック結晶層7は、本発明における第2のクラッド部としてのクラッド部3A上に積層される。フォトニック結晶層7は、第2の物質としてのシリコンによって形成された母材に面状に複数の孔を形成し、当該孔に母材の屈折率(誘電率)と異なる屈折率(誘電率)を有する第1の物質としてのシリコン酸化膜(SiO2)等を充填することによって、シリコン酸化膜が所定のサイズと所定の配置間隔でシリコン中において面状に配して形成される。そして、当該シリコンによる母材が、上記シリコン層4a及び4bと連続して形成されている。なお、上記面状とは、フォトニック結晶層7内に二次元方向に配列されている平面状等の形状を意味し、光パルスに対して波長分散変動を付与するフォトニック結晶としての効果を発揮させる場合には、フォトニック結晶層7が製造工程において曲面や平面と曲面とが組み合わされた形状となった場合に当該形状に沿った配列も含むものとする。なお、本出願人はシリコンを母材とするフォトニック結晶層にかかる分散補償素子に関して特許出願(特願2004‐315167号)をしていることを付記しておく。
As shown in the figure, the
このようなフォトニック結晶層7の母材であるシリコンによって成形されたシリコン層4bが、本発明における第4の導波部の一例として機能し、光を単一モード導波路内に確実に導くべく、光の進行方向に対して垂直な面の断面積(図1におけるxz平面)が、光の進行方向(図1におけるy方向)に連続的に緩やかに増大していく逆テーパー形状に(換言すれば、カップリング部のビーム集束部Bに突出して)形成され、本発明における第4の導波部の一例として機能する。
The
図を用いて具体的に説明すると、シリコン層4bは、図3のビーム集束部Aとビーム集束部Bの境界面における断面図に記載の如く、当該境界面ではシリコン層4bの断面積が小さいが、図1及び図5(A)に記載の如く徐々にその断面積が広くなり、最終的には、図5のカップリング部のビーム集束部Bと単一モード導波路部の境界面における断面図に記載の如く、単一モード導波路部のフォトニック結晶層7に一体化することがわかる。
Specifically, the
なお、出力側では、上記断面積が、光の進行方向に連続的に緩やかに減少していく順テーパー形状になるように上記単一モード導波路の母材であるシリコン層4bを形成すればよい。
On the output side, if the
低屈折率光伝送部5は、高屈折率光伝送部6と共に本発明における光伝送部として機能し、上記高屈折率光伝送部6より低い屈折率を有する材料、例えば屈折率が約1.46に調整された窒酸化シリコンによって形成され、カップリング部のビーム集束部Aにおいて高屈折率光伝送部6の周囲に配され、且つ当該高屈折率光伝送部6に対して図2に示す如く水平方向(図1におけるx方向)及び垂直方向(図1におけるz方向)に突出するリッジ部5a、スラブ部5b及びトレンチ部5cを有するよう形成される。そして、当該トレンチ部5cは、本発明における第1のクラッド部としてのクラッド部3(図5(B)においてクラッド部3Bとして図示する。)上に積層される。
The low refractive index
また、高屈折率光伝送部6に対して垂直2方向(図1におけるz方向)に突出する部分であるリッジ部5a及びトレンチ部5cが、それぞれ所定の幅を有して光の閉じ込めを行なうための光の閉じ込め部として機能するよう構成される。
Further, the
すなわち、例えば、光学素子1に入力される光が、コア径8μm(マイクロメートル)、クラッド径125μm、比屈折率差0.34%のシングルモードファイバーから出力された光パルスである場合には、図2に示す如く上記リッジ部5aの幅が約6.5μm、トレンチ部5cの幅が約12.5μm程度であることが好ましい。これにより、図1におけるx方向及びz方向に光を同時に閉じ込めることを可能にする。
That is, for example, when the light input to the optical element 1 is an optical pulse output from a single mode fiber having a core diameter of 8 μm (micrometer), a cladding diameter of 125 μm, and a relative refractive index difference of 0.34%, As shown in FIG. 2, the width of the
なお、図2中に上記シングルモードファイバーから出力された光パルスを、低損失かつ高効率で単一モード導波路内に導く際における各構成部材の設計例を示したが、本発明における各構成部材のサイズ及び各構成部材間のサイズ比等は当該設計例に限られるものではなく、光パルスの入射ビーム径や、各構成部材に用いる材料が有する屈折率(より具体的には、各構成部材に用いる材料が有する屈折率の比)に応じて最適な大きさに設定することができる。 FIG. 2 shows a design example of each component when guiding the light pulse output from the single mode fiber into the single mode waveguide with low loss and high efficiency. The size of the member and the size ratio between the constituent members are not limited to the design example, but the incident beam diameter of the light pulse and the refractive index of the material used for each constituent member (more specifically, each constituent It can be set to an optimum size according to the ratio of the refractive index of the material used for the member.
高屈折率光伝送部6は、上記低屈折率光伝送部5と共に本発明における光伝送部として機能し、例えば、屈折率が約2.0に調整された窒化シリコンからなり、カップリング部のビーム集束部Aにおいて、光の進行方向に対して垂直な面の断面積(図1におけるxz平面)が、光の進行方向(図1におけるy方向)に連続的に緩やかに増大していく逆テーパー形状に形成(エッチング)され、本発明における第1の導波部の一例として機能する。なお、光学素子の出力側に本発明の光伝送路を適用する場合には、上記断面積が、光の進行方向に連続的に緩やかに減少していく順テーパー形状に形成(エッチング)する。
The high refractive index
また、高屈折率光伝送部6は、上記ビーム集束部Aと連続するビーム集束部Bにおいて、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、光の進行方向に一定となるよう形成され、本発明における第2の導波部の一例として機能する。さらに、高屈折率光伝送部6の一部がフォトニック結晶層7上に部分的に積層される。より具体的には、図5(A)に例示するように、高屈折率光伝送部6は、単一モード導波路部においてフォトニック結晶層7の中央部分に積層される。
The high-refractive-index
このような構成により、光が伝播(進行)するに従って、高屈折率光伝送部6の上記断面積が大きくなり、当該高屈折率光伝送部6内に光が閉じ込められていくとともに、より屈折率の高いフォトニック結晶層7の逆テーパー形状に形成(エッチング)したシリコン層4bに引き寄せられる如くモードフィールドが広がる。
With such a configuration, as the light propagates (advances), the cross-sectional area of the high-refractive-index
そして、フォトニック結晶層7の逆テーパー形状に形成したシリコン層4bの断面積が大きくなると共に、光ビームの中心が当該フォトニック結晶層7の逆テーパー形状に形成したシリコン層4bへと移っていく。つまり、低屈折率光伝送部5と、高屈折率光伝送部6と、フォトニック結晶層7のシリコン層4bの、各構成部材を形成する各材料の屈折率差によって、光を自在に誘導することが可能になる。
Then, the cross-sectional area of the
従って、高屈折率光伝送部6の逆テーパー形状に形成した部分と、フォトニック結晶層7の逆テーパー形状に形成したシリコン層4bとによって、当該光学素子1に入力する前、すなわち光ファイバー内においてガウシアン形状であった光ビームを、単一モード導波路部7内のモード形状へと徐々に導いていくよう構成することができる。
Therefore, before inputting to the optical element 1, that is, in the optical fiber, by the portion formed in the reverse taper shape of the high refractive index
以上説明したように、光伝送路としてのカップリング部のビーム集束部Aを、高屈折率光伝送部6と、当該高屈折率光伝送部6よりも低い屈折率を有する低屈折率光伝送部5によって形成し、かつ、当該高屈折率光伝送部6の周囲に低屈折率光伝送部5を配し、さらに高屈折率光伝送部6に対して垂直2方向(図1におけるz方向)に突出するリッジ部5aとトレンチ部5cを低屈折率光伝送部5に設けたので、高屈折率光伝送部6に対して垂直方向の光の閉じ込めを行なうことができる。また、これらリッジ部5aとトレンチ部5cを所定の幅で形成したので、高屈折率光伝送部6に対して水平方向(図1におけるx方向)の光の拡散(損失)をも共に防いで、高屈折率光伝送部6を軸とする光の閉じ込めを実現することができる。さらに、高屈折率光伝送部6を逆テーパー形状に形成したので、光を光学素子内に徐々に導くことができる。
As described above, the beam converging portion A of the coupling portion as the optical transmission path is composed of the high refractive index
さらに、光伝送路としてのカップリング部のビーム集束部Aと連続するビーム集束部Bにおいて、高屈折率光伝送部6を、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が一定となるよう形成したので、光を安定的に集束させ安定性高く光を伝播することができる。
Further, in the beam converging part B that is continuous with the beam converging part A of the coupling part as an optical transmission path, the cross section of the surface of the high refractive index
なお、図6は、高屈折率光伝送部6の中央部における図1におけるzy面の断面図の他の例である。このように、低屈折率光伝送部5のリッジ部5aは、単一モード導波路部では設けなくても良い。
FIG. 6 is another example of a cross-sectional view of the zy plane in FIG. 1 at the center of the high refractive index
<2.プロファイルの比較>
図7に、従来技術による光学素子と本実施形態による光学素子から出力された光のモードプロファイルの比較実験例を示す。
<2. Profile comparison>
FIG. 7 shows a comparative experiment example of mode profiles of light output from the optical element according to the prior art and the optical element according to the present embodiment.
この実験は、コア径9μm、クラッド径125μm、比屈折率差0.34%のシングルモードファイバーから出力された光パルスを従来技術による光学素子と本実施形態による光学素子に夫々入出力させて検出した光のモードプロファイルであって、図1におけるx軸方向のモードプロファイルである。 In this experiment, a light pulse output from a single mode fiber having a core diameter of 9 μm, a clad diameter of 125 μm, and a relative refractive index difference of 0.34% is input to and output from the optical element according to the prior art and the optical element according to the present embodiment. 1 is a mode profile in the x-axis direction in FIG.
図7中実線が本実施形態における光学素子を伝播させた光のモードプロファイルであり、破線が従来技術による矩形形状の光伝送路を用いた光学素子を伝播させた光のモードプロファイルであり、点線が上記シングルモードファイバーから出力された光のモードプロファイルである。 In FIG. 7, the solid line is the mode profile of the light propagated through the optical element in the present embodiment, the broken line is the mode profile of the light propagated through the optical element using the rectangular optical transmission line according to the prior art, and the dotted line Is the mode profile of the light output from the single mode fiber.
同図に示す如く、本実施形態の光学素子を用いれば、光強度分布の理想的なプロファイルであるガウシャンプロファイルと近似するほどに理想的なモードプロファイルを有する光を検出することができる。 As shown in the figure, by using the optical element of the present embodiment, it is possible to detect light having an ideal mode profile that approximates a Gaussian profile that is an ideal profile of light intensity distribution.
以上説明したように、本実施形態による光学素子に用いた光伝送路は、高屈折率光伝送部6と、当該高屈折率光伝送部6よりも低い屈折率を有する低屈折率光伝送部5によって形成し、かつ、高屈折率光伝送部6に対して垂直方向に突出するリッジ部5aとトレンチ部5cを低屈折率光伝送部5に設け、さらに当該リッジ部5aとトレンチ部5cを所定の幅で形成したので、これら光伝送部を囲むためのクラッド部を光伝送路中に配することなく、光の伝播方向に沿って徐々に有効屈折率を変化させることにより、光の閉じ込めを行なうことができる。
As described above, the optical transmission line used in the optical element according to the present embodiment includes the high refractive index
また、高屈折率光伝送部6は、上記ビーム集束部Aと連続するビーム集束部Bにおいて、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、光の進行方向に一定となるよう形成したので、光を安定的に集束させ安定性高く光を伝播することができる。
The high-refractive-index
そして、このような光伝送路を光学素子1等の光学素子に用いた場合に、ビーム集束部Bにおいて、当該光学素子が有する高屈折率光伝送部6より高い屈折率を有するシリコン層4b上に、当該高屈折率光伝送部6を積層して構成したので、カップリング部からの光を、低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へ導波することができるので、より効率よく光を光学素子内に取り入れることができる。
When such an optical transmission path is used for an optical element such as the optical element 1, the beam converging unit B has a higher refractive index than the high refractive index
また、この際シリコン層4bを逆テーパー形状(出力端は順テーパー形状)としたので、有効屈折率の変化を緩やかにして、カップリング部からの光をより一層低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へと取り入れることができる。
At this time, since the
そして、上述した光学素子は、高屈折率光伝送部6やシリコン層4b単にテーパー形状を順/逆に形状変更するだけで、出力側の光学素子としても適用することができる。
The optical element described above can also be applied as an optical element on the output side by simply changing the tapered shape forward / reversely by simply changing the shape of the high refractive index
従って、本実施形態によれば、光をその入力端及び出力端で低損失かつ高効率に素子中に入出力することができるので、簡単な構造で、困難なアライメントも必要とせずに、光ファイバ等と接続することができる最良な光学素子を提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, light can be input and output into the element with low loss and high efficiency at the input and output ends thereof, so that the light is simple and does not require difficult alignment. The best optical element that can be connected to a fiber or the like can be provided.
<3.その他の変形形態>
3−1.カップリング部の他の変形形態
続いて、カップリング部における高屈折率光伝送部6、シリコン層4bに係る他の変形形態について説明する。
<3. Other variants>
3-1. Other Modifications of the Coupling Unit Next, other modifications of the high refractive index
変形形態1
上述した実施形態では、高屈折率光伝送部6を、ビーム集束部Aにおいて逆テーパー形状に形成し、ビーム集束部Bにおいて光の進行方向に対して垂直な面の断面積が光の進行方向に一定となるよう形成したが、これに限らず、ビーム集束部Bにおいて高屈折率光伝送部6を順テーパー形状に形成して、本発明における第3の導波部として機能させることも可能である。
Variant 1
In the embodiment described above, the high-refractive-index
より具体的には、図8に示す如く、ビーム集束部Bにおいて高屈折率光伝送部6を前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成する。
More specifically, as shown in FIG. 8, the cross-sectional area of the surface of the high-refractive-index
これによれば、ビーム集束部Aとビーム集束部Bとの境界においてモードプロファイルの変化、すなわち有効屈折率の変化を小さくすることができ、カップリング部からの光を、より一層低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へ導波することができるので、より効率よく光を光学素子内に取り入れることができる。また、上記構成を光学素子の出力端に用いれば、より効率よく光を光学素子外へ出射させることができる。
According to this, the change in the mode profile, that is, the change in the effective refractive index at the boundary between the beam focusing part A and the beam focusing part B can be reduced, and the light from the coupling part can be further reduced in loss and high. Since light can be efficiently guided to the
変形形態2
また、上述した実施形態では、フォトニック結晶層7の逆テーパー形状に形成したシリコン層4bは、フォトニック結晶層7の母材であるシリコンのみによって成形したが、これに限らず、シリコンにて成形した当該シリコン層4bに、シリコン酸化膜(SiO2)等を充填した孔を所定のサイズと所定の配置間隔で面状に配して形成することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the
より具体的には、図9に示す如く、シリコン層4bにおいても、フォトニック結晶層7のシリコン酸化膜(SiO2)等を充填した孔を形成する。
More specifically, as shown in FIG. 9, a hole filled with a silicon oxide film (SiO 2 ) or the like of the
これによれば、ビーム集束部Bと単一モード導波路部との境界において有効屈折率の変化を小さくすることができ、カップリング部からの光を、より一層低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へ導波(伝播)することができるので、より効率よく光を光学素子内に取り入れることができる。また、上記構成を出力端に用いれば、より効率よく光を光学素子外へ出射させることができる。
According to this, the change in the effective refractive index can be reduced at the boundary between the beam converging part B and the single mode waveguide part, and the light from the coupling part can be united with even lower loss and higher efficiency. Since light can be guided (propagated) to the
3−2.単一モード導波路部の他の変形形態
続いて、単一モード導波路部における他の変形形態について説明する。
3-2. Next, other modifications of the single mode waveguide section will be described.
変形形態3
上述した実施形態では、単一モード導波路部に単にフォトニック結晶層7をカップリング部のビーム集束部Bと連続するよう配す構成としたが、この際に、変形形態としてフォトニック結晶層7のカップリング部のビーム集束部Bとの境界面において、当該フォトニック結晶層7の母材であるシリコンと、シリコン酸化膜(SiO2)とが交互に配置されるよう構成してもよい。
In the embodiment described above, the
より具体的には、図10に示す如く、フォトニック結晶層7に形成された孔の中心を結ぶ線上を、フォトニック結晶層7のカップリング部のビーム集束部Bとの境界面とすることがより好ましい。
More specifically, as shown in FIG. 10, the line connecting the centers of the holes formed in the
フォトニック結晶層7に形成された孔には、高屈折率光伝送部6より低い屈折率を有するシリコン酸化膜(SiO2)が充填されているので、フォトニック結晶層7の端面で光の位相をλ/4シフトさせることができる。
Since the hole formed in the
これによりカップリング部のビーム集束部Bからフォトニック結晶層7に入射しようとする光が、当該フォトニック結晶層7の端面で反射することを防いで、より一層低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へ導波(伝播)することができるので、より効率よく光を光学素子内に取り入れることができる。
This prevents light that is about to enter the
変形形態4
上述した実施形態では、ビーム集束部Bにおいてフォトニック結晶層7のシリコン層4bのみを逆テーパー形状に形成したが、シリコン層4bが積層された第2のクラッド部としてのクラッド部3(図5(B)においてクラッド部3Aとして図示する。)の一部、及び基板2の一部であって、このシリコン層4bが積層されたクラッド部3の一部が積層された基板2も、光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、光の進行方向に連続的に増大するように、換言すれば逆テーパー形状に形成してもよい。
Variant 4
In the above-described embodiment, only the
図11を用いてより具体的に説明する。図11(A)は変形形態4の光学素子1の光ファイバーと接続される入力側における断面図、図11(B)は、光学素子1のビーム集束部Aとビーム集束部Bの境界面における断面図、図11(C)は、光学素子1のビーム集束部B内における断面図、そして図11(D)は、光学素子1の単一モード導波路部における断面図である。 This will be described more specifically with reference to FIG. 11A is a cross-sectional view on the input side connected to the optical fiber of the optical element 1 according to the modified embodiment 4, and FIG. 11B is a cross-sectional view at the boundary surface between the beam focusing part A and the beam focusing part B of the optical element 1. FIG. 11C is a cross-sectional view of the optical element 1 in the beam converging part B, and FIG. 11D is a cross-sectional view of the single-mode waveguide part of the optical element 1.
上記図11(A)乃至(D)に示す如く、ビーム集束部Bにおいて、クラッド部3及び基板2についても、フォトニック結晶層7のシリコン層4bを積層する箇所は、シリコン層4bと同様に逆テーパー形状となるよう形成(エッチング)する。
As shown in FIGS. 11A to 11D, in the beam converging portion B, the clad
これによれば、ビーム集束部Aとビーム集束部Bとの境界においてモードプロファイルの変化、すなわち有効屈折率の変化を小さくすることができ、カップリング部からの光を、より一層低損失かつ高効率に単一モード導波路部のフォトニック結晶層7へ導波(伝播)することができるので、より効率よく光を光学素子内に取り入れることができる。また、上記構成を光学素子の出力端に用いれば、より効率よく光を光学素子外へ出射させることができる。
According to this, the change in the mode profile, that is, the change in the effective refractive index at the boundary between the beam focusing part A and the beam focusing part B can be reduced, and the light from the coupling part can be further reduced in loss and high. Since light can be efficiently guided (propagated) to the
1 光学素子
2 基板
3 クラッド部
3A 第2のクラッド部
3B 第1のクラッド部
4a、4b シリコン層
5 低屈折率光伝送部
5a リッジ部
5b スラブ部
5c トレンチ部
6 高屈折率光伝送部
7 フォトニック結晶層
A、B ビーム集束部
1
3 clad part
3A second clad part
3B 1st clad
Claims (6)
当該光学素子は、前記第1の光伝送媒体の一部が前記フォトニック結晶層上に部分的に積層された単一モード導波路部と、当該単一モード導波路部に対するカップリング部とを備え、
前記カップリング部においては、前記光伝送部の前記第2の光伝送媒体が前記第1の光伝送媒体に対して水平2方向及び垂直2方向に突出し、前記第2の光伝送媒体の垂直2方向に突出する部分が、それぞれ所定の幅を有して光の閉じ込め部を形成し、
さらに前記カップリング部においては、前記第1の光伝送媒体は、前記光伝送部における光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、当該光の進行方向に連続的に増大又は減少するよう形成される第1の導波部と、前記第1の導波部と前記フォトニック結晶層上に積層された部分との間に存在して、前記第1の導波部の前記断面積が増大した側で前記第1の導波部と連続する第2の導波部とを有し、
当該第2の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が一定となるよう形成され、
前記第1の光伝送媒体の第2の導波部は、前記第1の光伝送媒体より高い屈折率を有する材料から成る第4の導波部上に積層して形成され、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成され、
かつ、
前記フォトニック結晶層は、屈折率の異なる第1の物質及び第2の物質とからなり、前記第1の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第2の物質中において面状に配して形成され、かつ、
前記第4の導波部は、前記第2の物質にて成形され、前記フォトニック結晶層から前記カップリング部に突出して形成されることを特徴とする光学素子。 A first optical transmission medium, along with a material having a lower refractive index than the first optical transmission medium is constituted and a second optical transmission medium arranged on the periphery of the first optical transmission medium, by An optical element having an optical transmission unit for guiding the light and a photonic crystal layer that imparts chromatic dispersion fluctuations having a predetermined dispersion characteristic to incident light,
The optical element includes a single mode waveguide portion in which a part of the first optical transmission medium is partially stacked on the photonic crystal layer, and a coupling portion for the single mode waveguide portion. Prepared,
In the coupling unit, the second optical transmission medium of the optical transmission unit protrudes in two horizontal directions and two vertical directions with respect to the first optical transmission medium, and is perpendicular to the second optical transmission medium. The portions protruding in the direction each have a predetermined width to form a light confinement portion,
Further, in the coupling unit, the first optical transmission medium has a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction in the optical transmission unit continuously increasing or decreasing in the light traveling direction. The cross-sectional area of the first waveguide section that exists between the first waveguide section formed as described above and the portion of the first waveguide section and the portion laminated on the photonic crystal layer. Having a second waveguide section continuous with the first waveguide section on the increased side ,
The second waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction is constant ,
The second waveguide portion of the first optical transmission medium is formed by laminating on the fourth waveguide portion made of a material having a higher refractive index than the first optical transmission medium ,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously increases in the light traveling direction, the fourth waveguide is formed. The section is formed such that a cross-sectional area of a surface perpendicular to the traveling direction of the light continuously increases in the traveling direction of the light,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously decreases in the light traveling direction, the fourth waveguide is formed. parts are cross-sectional area in a plane perpendicular to the traveling direction of the light is formed so as to continuously decrease in the traveling direction of the light,
And,
The photonic crystal layer is composed of a first material and a second material having different refractive indexes, and the first material is arranged in a planar shape in the second material at a predetermined size and a predetermined arrangement interval. Formed, and
It said fourth waveguide part, said molded by the second material, wherein the optical element Rukoto formed to protrude the coupling portion from said photonic crystal layer.
当該光学素子は、前記第1の光伝送媒体の一部が前記フォトニック結晶層上に部分的に積層された単一モード導波路部と、当該単一モード導波路部に対するカップリング部とを備え、
前記カップリング部においては、前記光伝送部の前記第2の光伝送媒体が前記第1の光伝送媒体に対して水平2方向及び垂直2方向に突出し、前記第2の光伝送媒体の垂直2方向に突出する部分が、それぞれ所定の幅を有して光の閉じ込め部を形成し、
さらに前記カップリング部においては、前記第1の光伝送媒体は、前記光伝送部における光の進行方向に対して垂直な面の断面積が、当該光の進行方向に連続的に増大又は減少するよう形成される第1の導波部と、前記第1の導波部と前記フォトニック結晶層上に積層された部分との間に存在して、前記第1の導波部の前記断面積が増大した側で前記第1の導波部と連続する第3の導波部とを有し、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第3の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成され、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第3の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、
前記第1の光伝送媒体の第3の導波部は、前記第1の光伝送媒体より高い屈折率を有する材料から成る第4の導波部上に積層して形成され、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、
前記第1の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第4の導波部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成され、
かつ、
前記フォトニック結晶層は、屈折率の異なる第1の物質及び第2の物質とからなり、前記第1の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第2の物質中において面状に配して形成され、かつ、
前記第4の導波部は、前記第2の物質にて成形され、前記フォトニック結晶層から前記カップリング部に突出して形成されることを特徴とする光学素子。 A first optical transmission medium, along with a material having a lower refractive index than the first optical transmission medium is constituted and a second optical transmission medium arranged on the periphery of the first optical transmission medium, by An optical element having an optical transmission unit for guiding the light and a photonic crystal layer that imparts chromatic dispersion fluctuations having a predetermined dispersion characteristic to incident light,
The optical element includes a single mode waveguide portion in which a part of the first optical transmission medium is partially stacked on the photonic crystal layer, and a coupling portion for the single mode waveguide portion. Prepared,
In the coupling unit, the second optical transmission medium of the optical transmission unit protrudes in two horizontal directions and two vertical directions with respect to the first optical transmission medium, and is perpendicular to the second optical transmission medium. The portions protruding in the direction each have a predetermined width to form a light confinement portion,
Further, in the coupling unit, the first optical transmission medium has a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction in the optical transmission unit continuously increasing or decreasing in the light traveling direction. The cross-sectional area of the first waveguide section that exists between the first waveguide section formed as described above and the portion of the first waveguide section and the portion laminated on the photonic crystal layer. And a third waveguide continuous with the first waveguide on the increased side ,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously increases in the light traveling direction, the third waveguide is formed. The portion is formed such that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the traveling direction of the light continuously decreases in the traveling direction of the light,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously decreases in the light traveling direction, the third waveguide is formed. The section is formed such that a cross-sectional area of a surface perpendicular to the traveling direction of the light continuously increases in the traveling direction of the light ,
The third waveguide portion of the first optical transmission medium is formed by laminating on the fourth waveguide portion made of a material having a higher refractive index than the first optical transmission medium ,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously increases in the light traveling direction, the fourth waveguide is formed. The section is formed such that a cross-sectional area of a surface perpendicular to the traveling direction of the light continuously increases in the traveling direction of the light,
When the first waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously decreases in the light traveling direction, the fourth waveguide is formed. parts are cross-sectional area in a plane perpendicular to the traveling direction of the light is formed so as to continuously decrease in the traveling direction of the light,
And,
The photonic crystal layer is composed of a first material and a second material having different refractive indexes, and the first material is arranged in a planar shape in the second material at a predetermined size and a predetermined arrangement interval. Formed, and
It said fourth waveguide part, said molded by the second material, wherein the optical element Rukoto formed to protrude the coupling portion from said photonic crystal layer.
前記第4の導波部は、前記第1の物質が所定のサイズと所定の配置間隔で前記第2の物質中において面状に配して形成されることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 1 or 2,
The optical element, wherein the fourth waveguide section is formed by arranging the first substance in a planar shape in the second substance with a predetermined size and a predetermined arrangement interval.
前記フォトニック結晶層と前記第4の導波部との境界面において、当該フォトニック結晶層の前記第1の物質と、前記第2の物質とが交互に配置され、かつ、
前記第1の物質は、前記第1の光伝送媒体より低い屈折率を有する材料から成ることを特徴とする光学素子。 The optical element according to any one of claims 1 to 3,
The first substance and the second substance of the photonic crystal layer are alternately arranged at the interface between the photonic crystal layer and the fourth waveguide, and
The optical element, wherein the first substance is made of a material having a refractive index lower than that of the first optical transmission medium.
前記第2の光伝送媒体より低い屈折率を有する材料から成る第1のクラッド部及び第2のクラッド部を有し、
前記第2の光伝送媒体の一方の前記光の閉じ込め部は、前記第1のクラッド部上に積層され、
前記フォトニック結晶層は、前記第2のクラッド部上に積層され、
前記第1のクラッド部及び前記第2のクラッド部は、基板上に積層されて形成されることを特徴とする光学素子。 The optical element according to any one of claims 1 to 4,
A first clad part and a second clad part made of a material having a refractive index lower than that of the second optical transmission medium;
One of the light confinement portions of the second optical transmission medium is stacked on the first cladding portion,
The photonic crystal layer is stacked on the second cladding part,
The optical element, wherein the first clad part and the second clad part are stacked on a substrate.
前記第4の導波部は前記第2のクラッド部上に積層され、
前記第4の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成されている場合には、前記第2のクラッド部の前記第4の導波部が積層された一部、及び当該第4の導波路を積層する前記第2のクラッド部が積層された前記基板の一部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に増大するよう形成され、
前記第4の導波部が、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されている場合には、前記第2のクラッド部の前記第4の導波部が積層された一部、及び当該第4の導波路を積層する前記第2のクラッド部が積層された前記基板の一部は、前記光の進行方向に対して垂直な面の断面積が前記光の進行方向に連続的に減少するよう形成されることを特徴とする光学素子。 The optical element according to claim 5 , wherein
The fourth waveguide section is stacked on the second cladding section;
When the fourth waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously increases in the light traveling direction, the second cladding section. A part of the fourth waveguide part laminated and a part of the substrate on which the second clad part laminated the fourth waveguide are laminated with respect to the light traveling direction. A cross-sectional area of a vertical plane is formed to continuously increase in the light traveling direction ;
When the fourth waveguide section is formed so that a cross-sectional area of a plane perpendicular to the light traveling direction continuously decreases in the light traveling direction, the second cladding section. A part of the fourth waveguide part laminated and a part of the substrate on which the second clad part laminated the fourth waveguide are laminated with respect to the light traveling direction. An optical element characterized in that a cross-sectional area of a vertical surface continuously decreases in the light traveling direction .
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