JP5880209B2 - 光素子 - Google Patents
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Description
Λ=λ/(nTM0+nTE1)・・・(1)
Λ=λ/(nTE0+nTE1)・・・(2)
具体的な構成の説明に先立ち、図1を参照して、この発明の光素子の特徴を概説する。図1(A)は、光素子と、この光素子に入出力される光とを模式的に示す平面図である。図1(A)では、基板の図示を省略している。図1(B)は、光素子がTM波の基本モード光と、両偏波の1次モード光との相互変換を行う場合の入力光、反射光及び透過光の伝搬モードの関係を示す図である。図1(C)は、光素子がTE波の基本モード光と、両偏波の1次モード光との相互変換を行う場合の入力光、反射光及び透過光の伝搬モードの関係を示す図である。
ここで、βM1は光M1の伝搬定数であり、βM2は光M2の伝搬定数である。なお、βの添字であるM1及びM2は、それぞれグレーティング素子10を伝搬する光の伝搬モードを示す。M1とM2は同一でも異なっていても良い。Λは、グレーティング素子10の突出部16aの周期である。一般に任意の伝搬モードMの光の伝搬定数βMは、光Mの真空中での波数をk0とし、光Mに関するグレーティングの等価屈折率nMとするとき、βM=k0nMで与えられる。
TE0形式(図1(C)): βTE0−βTE1=βTE0−βTM1=2π/ΛTE・・・(5)
ここで、βTE1及びβTM1は、波長λにおけるTE1及びTM1の伝搬定数であり、βTE0及びβTM0は、波長λにおけるTE0及びTM0の伝搬定数である。ΛTMはTM0形式での突出部16aの周期であり、ΛTEはTE0形式での突出部16aの周期である。一般にΛTM≠ΛTEである。
ここで、nTE1及びnTM1は、TE1(λ)及びTM1(λ)に関する光導波路12の等価屈折率である。
ΛTE=λ/(nTE0+nTE1)・・・(8)
ここで、nTE0及びnTM0は、TE0(λ)及びTE0(λ)に関する光導波路12の等価屈折率である。
(1)コア16を屈折率が約3.47のSiとした。
(2)第1クラッド14aを屈折率が約1.45のSiO2とした。
(3)第2クラッド14bを屈折率が約1.00の空気とした。
(4)コア16の厚さHを約300nmとした。
(5)コア16の幅W(グレーティングGの全長に渡り平均したコア16の幅)を約590nmとした。
(6)コア16の突出部16aの突出量Dを約180nmとした。
(7)突出部16aの周期ΛTMを約360nmとした。これは、光素子10の設計波長λ、すなわち反射光RFの波長を約1.49μmとすることに対応する。
(8)突出部16aの周期を100周期とした。
(9)計算に当たって、入力光INは、端部16i(図1(A))と最初の突出部16aとの間からグレーティングGに入力されるとし、反射光RFは、端部16iの位置で求めた。
続いて、図4及び図5を参照して、光素子10について詳細に説明する。図4は、グレーティング素子10の構造を概略的に示す斜視図である。図5は、グレーティング素子10を一端部側(図4中16iで示す)から見た概略的な構造を示す側面図である。なお、図4において、コア16は、第2クラッド14bで覆われているために、直接目視することはできないが、強調のために実線で示す。
続いて、図6〜図8を参照して、光素子の別の実施形態について説明する。この光素子は、上述のグレーティング素子10を含む光合分波素子として構成されている。ここで、図6の概念図を参照して、光合分波素子を概説する。図6(A)は、光合分波素子20における光の合波を概念的に示す模式図であり、図6(B)は、光合分波素子20における光の分波を概念的に示す模式図である。
続いて、図9〜図11を参照して、光素子のさらに別の実施形態について説明する。この光素子は、上述のグレーティング素子10を含む光アイソレータとして構成されている。図9の概念図に示すように、光アイソレータISとは、光学的に、言わばダイオードとして機能する光素子である。詳細には、図9に示すように、光アイソレータISとは、ポートI/O1から入力されI/O2へと出力される光の強度を保つが、ポートI/O2から入力されI/O1へと出力される光の強度を減少させる素子である。ここで、ポートI/O1からI/O2に向かう方向を順方向と称し、ポートI/O2からI/O1に向かう方向を逆方向と称する。また、図9の光INFを順方向入力光と称し、OUTFを順方向出力光と称する。同様に、光INRを逆方向入力光と称し、OUTRを逆方向出力光と称する。このとき、光アイソレータISでは、OUTF/INF>OUTR/INRが成り立つ。以降、逆方向に関する強度比OUTR/INRを減衰率と称する。
8a 主面
10,101〜10j,10j+1〜10i 光素子(グレーティング素子)
12 光導波路
14 クラッド
14a 第1クラッド
14b 第2クラッド
16 コア
16a 突出部
16S 側面
16i,16o 端部
20 光合分波素子
20L 第1モードフィルタ
20R 第2モードフィルタ
201〜20j,20j+1〜20i 第jモードフィルタ
20L−1,20R−1,201−1〜20j−1,20j+1−1〜20i−1 第1入出力光導波路
20L−2,20R−2,201−2〜20j−2,20j+1−2〜20i−2 第2入出力光導波路
22L,22R 主光導波路
52L,54L,52R,54R 光導波路
G グレーティング
IS 光アイソレータ
I/O1,I/O2 ポート
Claims (8)
- 基板の主面上にこの順で設けられた第1クラッド、及び該第1クラッドと屈折率が異なる第2クラッドを備えるクラッドと、該第1及び第2クラッドの間に設けられたコアとで構成される光導波路を備え、
該コアの一方の側面に、光伝搬方向に直交する方向で、かつ前記主面に平行な方向の長さである前記コアの幅方向に張り出した、周期Λの規則的な突出部を備え、
波長λにおいて、それぞれ、TE波及びTM波の0次モード光の等価屈折率をnTE0及びnTM0とし、TE波及びTM波の1次モード光の等価屈折率をnTE1及びnTM1とするとき、
nTE1=nTM1であり、
前記周期Λを下記式(1)及び(2)の何れか一方に従う値とすることを特徴とする光素子。
Λ=λ/(nTM0+nTE1)・・・(1)
Λ=λ/(nTE0+nTE1)・・・(2) - 光伝搬方向に垂直で、かつ前記主面に平行な方向の長さである前記コアの幅を前記0次及び1次モード光のみが伝搬可能な大きさに構成することを特徴とする請求項1に記載の光素子。
- 前記第1及び第2クラッドの少なくとも一方の構成材料の屈折率が前記コアの構成材料の0.714倍以下であり、かつ、他方の構成材料の屈折率が前記コアの構成材料未満であることを特徴とする請求項1に記載の光素子。
- 前記コアを構成する材料をSiとし、前記第1クラッドを構成する材料をSiO2とし、前記第2クラッドを構成する材料を空気とすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光素子。
- 前記コアを構成する材料をSiとし、前記第1クラッドを構成する材料をSiO2とし、前記第2クラッドを構成する材料をSiOpNq(ただし、2>p≧0かつ4/3≧q>0)とすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光素子。
- 前記コアを構成する材料をSiとし、前記第1クラッドを構成する材料をSiO2とし、前記第2クラッドの材料をSiOr(ただし、rは2>r>0)とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光素子。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載の光素子と、該光素子の前記光導波路の一方及び他方の端部にそれぞれ接続された第1及び第2モードフィルタとを備え、
該第1及び第2モードフィルタは、前記端部に光学的に接続された主光導波路と、該主光導波路に接続された第1及び第2入出力光導波路とを備え、前記波長λの光に対して偏波無依存に構成されており、
前記主光導波路を伝搬する1次モード光と、前記第1入出力光導波路を伝搬する0次モード光とを相互に変換し、及び前記主光導波路を伝搬する0次モード光を、伝搬モードを保ったまま前記第2入出力光導波路を伝搬させるように構成されていることを特徴とする光素子 - i個(iは2以上の整数)のグレーティング素子と、各該グレーティング素子の一方の端部に設けられたモードフィルタとを備え、
前記グレーティング素子として、請求項1〜6の何れか一項に記載の光素子を用い、
前記モードフィルタは、前記一方の端部に光学的に接続された主光導波路と、該主光導波路に接続された第1及び第2入出力光導波路とを備え、前記波長λの光に対して偏波無依存に構成されており、
前記主光導波路を伝搬する1次モード光と、前記第1入出力光導波路を伝搬する0次モード光とを相互に変換し、及び前記主光導波路を伝搬する0次モード光を、モード次数を保ったまま前記第2入出力光導波路を伝搬させるように構成されており、
第j(jは、1≦j≦i−1)モードフィルタの前記第2入出力光導波路と、第(j+1)モードフィルタの前記第1入出力光導波路とが接続されており、
第1モードフィルタの第1入出力用導波路及び第iモードフィルタの第2入出力用導波路から光を入出力することを特徴とする光素子。
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