JP6005713B2 - 光導波路素子、受光装置、光通信装置、光変調器、光共振器、及び光導波路素子の製造方法 - Google Patents
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Description
上記第1のコアの基準面から数えてi番目の導波路におけるTE0偏波の群屈折率をng_i_TEとし、当該i番目の導波路におけるTM0偏波の群屈折率をng_i_TMとして、i番目の導波路の長さL_i[m]は、
本発明の第1の実施形態に係る光導波路素子について、図1を参照しながら説明する。図1の(a)は、本実施形態に係る光導波路素子10の上面図である。図1の(b)は、図1の(a)に示すA−A線における光導波路素子10の断面図である。図1の(c)は、図1の(a)に示すB−B線における光導波路素子10の断面図である。
光導波路素子10は、光通信に用いられる光信号、より具体的には、波長が1.55μm近傍の光信号を伝播する光導波路素子である。
次に、図1の(a)〜(c)を参照しながら、光導波路素子10のコア12を構成する第1の導波路12a及び第2の導波路12bについて説明する。
次に、第1の導波路12a及び第2の導波路12bを伝播する光の群屈折率について説明する。断面における縦の長さ(厚さ)と横の長さ(幅)とが等しくない導波路、すなわち、断面形状が長方形である方形導波路を光が伝播する場合、TE偏波に対する群屈折率と、TM偏波に対する群屈折率とは異なる。
光導波路素子10は、群屈折率差の符号が互いに異なる第1の導波路12aと第2の導波路12bとを光の伝播方向に連通させ、長さL1及び長さL2がそれぞれ(1)式を満たすように定められていることによって、第1の導波路12aにおいて生じる偏波モード分散を第2の導波路12bにおいて生じる偏波モード分散によって補償し、コア12全体としての偏波モード分散を低減することができる。
上述のように、光導波路素子10は、SOI基板を用い、SOI基板上におけるSi層のパターニングと、その上に、SiO2酸化膜を積層することによって作製される。また、光導波路素子10は、特許文献1及び2、並びに非特許文献1に記載の光導波路素子のように、光導波路素子の内部に偏波回転素子を作製する必要がない。従って、光導波路素子10を製造する製造プロセスとして、シリコン製の大規模集積回路を製造するための製造プロセスを用いることができる。
光導波路素子10において、第1の導波路12aと第2の導波路12bとは、第1の導波路12aの第2の端面12a2と第2の導波路12bの第3の端面12b3とが接するように接続されている。言い換えれば、第1の導波路12aと第2の導波路12bとの接続位置において、コア12の幅は、不連続に変化すると言える。一般的に、導波路における不連続な構造は、導波路を伝播する光を反射する原因となる。
本実施形態において、光導波路素子10のコア12は、第1の導波路12a及び第2の導波路12bからなるものとして説明した。しかし、コア12を構成する導波路の数は、2つに限定されるものではなく3つ以上であってもよい。
(導波路の群屈折率)
第1の実施形態に係る光導波路素子10のコア12と同様の製造プロセスで製造された導波路の群屈折率について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、厚さが220nmであるSi製の導波路において、導波路幅Wを220nm以上900nm以下の範囲で変化させた場合に得られたTE0偏波及びTM0偏波の群屈折率を示すグラフである。以下において、TE0偏波の群屈折率をng_TE0とし、TM0偏波の群屈折率をng_TM0とする。図3は、図2に示す群屈折率ng_TE0と群屈折率ng_TM0と差である群屈折率差を示すグラフである。以下において、群屈折率差Δngを、ng_TE0−ng_TM0と定義する。なお、導波路を伝播する光の波長は、1.55μmである。
第1の実施形態に係る光導波路素子10のコア12と同様の製造プロセスで製造された導波路の屈折率について、図4を参照しながら説明する。図4は、導波路の幅Wを変化させた場合に得られたTE0偏波、TM0偏波、TE1偏波、TM1偏波、及びTE2偏波の屈折率を示すグラフである。なお、導波路を伝播する光の波長は、1.55μmである。
第1の実施形態に係る光導波路素子10が備えているコア12における結合損失について、図5を参照しながら説明する。より具体的には、図1を参照して説明したとおり、コア12は、第1の導波路12aと第2の導波路12bとを直接接続することによって構成されている。図5は、幅が600nmである第1の導波路12aに、幅が異なる第2の導波路12bを直接接続した場合に得られた結合損失を示すグラフである。第1の導波路12aの幅W1を600nmとして、第2の導波路12bの幅W2を、700nm以上800nm以下の範囲で変化させた。なお、導波路を伝播する光の波長は、1.55μmである。
本発明の第2の実施形態に係る光導波路素子について、図6を参照しながら説明する。図6の(a)は、本実施形態に係る光導波路素子20の上面図である。(b)は、(a)に示すC−C線における光導波路素子20の断面図である。(c)は、(a)に示すD−D線における光導波路素子20の断面図である。(d)は、(a)に示すE−E線における光導波路素子20の断面図である。なお、第1の実施形態と同様の部材に関しては、同じ部材番号を付し、その説明を省略する。また、図6に示す座標系は、図1に示す座標系と同様に定義されたものである。
本発明の第3の実施形態に係る光導波路素子について、図7を参照しながら説明する。図7は、本実施形態に係る光導波路素子30の上面図である。なお、上記各実施形態と同様の部材に関しては、同じ部材番号を付し、その説明を省略する。また、図7に示す座標系は、図1に示す座標系と同様に定義されたものである。
本発明の第4の実施形態に係る受光装置について、図8を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係る受光装置40の上面図である。なお、上記各実施形態と同様の部材に関しては、同じ部材番号を付し、その説明を省略する。また、図8に示す座標系は、図1に示す座標系と同様に定義されたものである。
本発明の第5の実施形態に係る光通信装置について、図9を参照しながら説明する。図9は、本実施形態に係る光通信装置50の上面図である。なお、上記各実施形態と同様の部材に関しては、同じ部材番号を付し、その説明を省略する。また、図9に示す座標系は、図1に示す座標系と同様に定義されたものである。
図9に示すように、光通信装置50が備えている光信号送信系統は、光変調器51、レーザダイオード(LD)52、制御用IC53、変換部35’、外部機器と制御用IC53とを接続する配線55、制御用IC53と光変調器51とを接続する配線56、制御用IC53とLD52とを接続する配線59、LD52と光変調器51とを接続する光ファイバ60、及び光ファイバ61を備えている。
図9に示すように、光通信装置50が備えている光信号受信系統は、出力用IC54、PD41、光導波路素子30、外部機器と出力用IC54とを接続する配線58、出力用IC54とPD41とを接続する配線57、及び光ファイバ64を備えている。
本発明の第6の実施形態に係る光変調器について、図10を参照しながら説明する。図10は、本実施形態に係る光変調器70の上面図である。
本発明の第7の実施形態に係る光共振器について、図11及び図12を参照しながら説明する。図11は、本実施形態に係る光共振器80の上面図である。図12は、本実施形態に係る光共振器90の上面図である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
11,31,71,81,91 クラッド
12,22,32,70a コア
12a,76,84 第1の導波路
12a1 第1の端面(コア12の光入射面)
12a2 第2の端面(第1の境界)
12b,77,85 第2の導波路
12b3,853 第3の端面(第2の境界)
12b4,854 第4の端面(コア12の光出射面)
23 接続部
35,35’ 変換部
351 第5の端面(光入射側の端部、光入射面)
352 第6の端面(光出射側の端部)
40 受光装置
41 受光素子(PD)
42 受光部
50 光通信装置
51 変調器
52 レーザダイオード(LD)
53 制御用IC
54 出力用IC
55,56,57,59 配線
60,61,64 ファイバ
70 光変調器
72 入射側導波路
73 出射側導波路
74a 第1のアーム部
74b 第2のアーム部
75a 第1の非対象部
75b 第2の非対象部
761 第1の端面(差分をなす導波路の第1の端部)
78 第3の導波路
80,90 光共振器
82,92 第2のコア
83 リング導波路
841 第1の端面(リング導波路の基準面)
96 第3のコア
Claims (14)
- 上記i番目の導波路と、i+1番目の導波路とを接続する接続部を更に備え、
上記i番目の導波路と上記接続部との境界である第1の境界において、上記接続部は、上記i番目の導波路の幅と等しい第1の幅を有し、
当該接続部と上記i+1番目の導波路との境界である第2の境界において、上記接続部は、上記i+1番目の導波路の幅と等しい第2の幅を有し、
上記第1の境界から上記第2の境界に近づくに従って、上記第1の幅は、上記第2の幅へ広がるように連続的に変化する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。 - 上記i番目の導波路とi+1番目の導波路とが直接接続されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。 - 上記複数の導波路は、2つの導波路である、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の光導波路素子。 - 上記コアの全長が1000μm以上である、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の光導波路素子。 - 上記コアの厚さは、210nm以上230nm以下の範囲内である、
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の光導波路素子。 - 上記コアは、変換部を更に備え、
上記変換部の光出射側の端部が、連通する複数の導波路の光入射側の端部に接続され、且つ、上記変換部の光入射側の端部が当該コアの光入射面をなし、
上記変換部の上記光入射側の端部の幅は、上記導波路の上記光入射側の端部の幅より狭い、
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の光導波路素子。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の光導波路素子と、
上記光導波路素子が備えている上記コアの光出射面に対向するように受光部が配置されている受光素子と、を備えている、
ことを特徴とする受光装置。 - 請求項9に記載の受光装置と、
光信号を出力するレーザダイオードと、
上記レーザダイオードから入力された上記光信号を変調する光変調器と、を備えている、
ことを特徴とする光通信装置。 - 上記受光装置から受光した光信号を表す電気信号を入力され、外部機器へ当該電気信号に応じた出力信号を出力する出力用ICと、
上記外部機器から入力された制御信号に応じて上記レーザダイオード及び上記光変調器を制御する制御用ICと、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項10に記載の光通信装置。
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