JP5286359B2 - 導波路格子構造を備えた光学デバイス - Google Patents
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Description
本発明の明細書は、光学デバイスに関するものであり、特に、入射光学信号のフィルタリング、及び入射光学信号の変調といったような機能を提供するための導波路格子構造を備えた光学デバイスに関するものである。
フィルタリング及び変調などによって、電磁放射線の伝搬を変化させるためのデバイスは、多くの技術的な努力のための礎石となる。フィルタリングは、電磁放射線の周波数に基づく選択的な伝送又は反射のような、電磁放射線の選択的な処理のことを、一般に指す。変調は、時間変動制御信号か又は変調信号による、振幅、周波数、位相などのような、電磁波か又は信号の特性の時間に関する変動のことを、一般に指す。光学的なフィルタリングと、光学的な変調は、光周波数における電磁放射線のフィルタリングと、変調をそれぞれ指し、該光周波数には、赤外線の、可視光線の、及び紫外線の周波数を含めることができる。
一実施形態において、少なくとも1つの導波路層と少なくとも1つのサブ波長周期性格子層とを有する水平方向の導波路格子構造を備えた光学デバイスが提供される。該光学デバイスは、該導波路格子構造の上面及び下面のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層を更に備え、該上部及び下部被覆層は、導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有しており、入射放射線が、該上部及び下部被覆層のうちの一方を通じて該導波路格子構造に向って伝搬する。該導波路格子構造は、ピーク反射周波数における入射放射線のピーク反射のために構成(設定)される。導波路層の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られたピーク反射周波数における入射放射線の自由空間波長の10分の1未満である。
図1Aは、一実施形態による、光学デバイス100の斜視図を示す。光学デバイス100は、水平方向に配向された導波路格子構造(WGS:waveguide grating structure)102を備える。該導波路格子構造102は、導波路層104と、ある周期的なパターンの欠陥(デフェクト)107を有したサブ波長周期性格子層106とを含む。図1Aに示されるように、導波路層104は、厚みTWGを有し、サブ波長周期性格子層106は、厚みTGRを有する。光学デバイス100は、WGS102のすぐ上の上部被覆層108と、WGS102のすぐ下の下部被覆層110とを更に備える。
Claims (10)
- 光学デバイス(100)であって、
少なくとも1つの導波路層(104)と少なくとも1つのサブ波長周期性格子層(106)とを含む水平方向の導波路格子構造(WGS)(102)と、
前記WGS(102)の上面(209)及び下面(205)のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層(108、110)であって、該上部及び下部被覆層(108、110)は、前記導波路層(104)の屈折率のうちの最も低い屈折屈よりも低い屈折率を有しており、入射放射線(IN)が、該上部及び下部被覆層のうちの一方(108)を通じて前記WGS(102)に向って伝搬することからなる、上部及び下部被覆層
とを備え、
ピーク反射周波数における前記入射放射線のピーク反射のために前記WGS(102)が構成されており、及び、
前記導波路層(104)の累積的な厚みが、前記導波路層(104)の平均屈折率で割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線(IN)の自由空間波長の10分の1未満であることからなる、光学デバイス。 - 前記ピーク反射周波数における前記入射放射線(IN)の前記自由空間波長の2乗を前記累積的な厚みで割った値よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層(108、110)の各々が有し、前記WGS(102)は、前記ピーク反射周波数を含む反射帯域を表しており、それにより、該反射帯域の外側の任意の周波数における入射放射線が、ほぼ減衰させられずに前記WGSを通過することからなる、請求項1に記載の光学デバイス。
- 動的に調整可能な屈折率の材料を前記WGS(502)が含み、それにより、前記ピーク反射周波数が、動的に調整可能になることとなる、請求項1に記載の光学デバイス。
- 前記動的に調整可能な屈折率の材料が、光学的に調整可能な屈折率の材料であり、
前記光学的に調整可能な屈折率の材料に光学変調ビーム(CTL)を提供するために結合される光学変調源(550)を前記光学デバイスが更に備え、それにより、前記光学デバイス(500)が、前記光学変調ビーム(CTL)に従って前記入射放射線(IN)を光学的に変調させることからなる、請求項3に記載の光学デバイス(500)。 - 前記WGS(402)の前記上面(409)及び前記下面(405)は、それぞれ、前記導波路層(404a)の最上面と、前記サブ波長周期性格子層(406b)の最下面により画定されており、前記ピーク反射周波数の付近の反射帯域内において入射放射線が前記少なくとも1つの導波路層に沿って導かれる、垂直方向に広がるモードプロフィール(420)を、水平伝搬モードが有しており、
前記WGS(402)の前記上面(409)と前記下面(405)とが、前記水平伝搬モードプロフィールの垂直方向に広がる長さよりも短い距離だけ離されており、及び、
前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の前記自由空間波長の2乗を前記導波路層の前記累積的な厚みで割った値よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層(408、410)の各々が有することからなる、請求項4に記載の光学デバイス(400)。 - 光学装置(100)が入射電磁放射線(IN)の経路内に位置付けられることとなるようにさせ、ここで、該光学装置は、少なくとも1つの導波路層(104)と少なくとも1つのサブ波長周期性格子層(106)とを有した水平方向の導波路格子構造(WGS)(102)を備え、該光学装置は、該WGS(102)の上面(209)及び下面(205)のそれぞれにすぐ隣接した上部及び下部被覆層(108、110)を更に備え、該上部及び下部被覆層は、前記導波路層の屈折率のうちの最も低い屈折率よりも低い屈折率を有しており、前記入射放射線が、前記上部被覆層(108)を通じて前記WGSに向って概して下向き方向に伝搬し、
前記上部被覆層を通じて前記WGSから上方向に反射させられた放射線(REFL)と、前記WGS及び前記下部被覆層を通じて下方向に伝搬させられた放射線(TRANS)とのうちの一方を受容する
ことを含み、
前記WGS(102)は、ピーク反射周波数における前記入射放射線のピーク上方反射のために構成され、及び、
前記導波路層(104)の累積的な厚みは、該導波路層の平均屈折率で割られた前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の自由空間波長の10分の1未満であることならなる、方法。 - 動的に調整可能な屈折率の材料を前記WGS(502)が含み、それにより、前記ピーク反射周波数が、該屈折率に応じて動的に調整可能になることとなり、
前記入射放射線を変調させるために、前記動的に調整可能な屈折率の材料に外部変調信号を印加することを前記方法が更に含むことからなる、請求項6に記載の方法。 - 前記動的に調整可能な屈折率の材料が、光学的に調整可能な屈折率の材料であり、及び、
前記外部変調信号を印加することが、前記光学的に調整可能な屈折率の材料に光学変調ビーム(CTL)を提供することを含むことからなる、請求項7に記載の方法。 - 前記ピーク反射周波数における前記入射放射線の前記自由空間波長の2乗を前記導波路層(104)の前記累積的な厚みで割った値よりも大きな厚みを、前記上部及び下部被覆層(108、110)の各々が有しており、前記WGS(102)は、前記ピーク反射周波数を含む反射帯域を表しており、それにより、該反射帯域の外側の任意の周波数における入射放射線が、ほぼ減衰させられずに前記WGSを通過することからなる、請求項6乃至8の何れかに記載の方法。
- 前記上部及び下部被覆層(708、710)の各々が空気を含み、
少なくとも1つの導波路層(704)が、単一ニオブ酸リチウム導波路層からなり、及び、
前記サブ波長周期性格子層(706)が、前記単一ニオブ酸リチウム導波路層と一体になっており、及び該サブ波長周期性格子層内においてパターン化された空気ホール(707)により形成されていることからなる、請求項6乃至8の何れかに記載の方法。
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