JP6467936B2 - 光入出力素子、光偏向装置および光放射装置 - Google Patents
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図1を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子100について説明する。光入出力素子100は、基板102、光導波路104a、光導波路104b、および光導波路104a、光導波路104bの周囲に設けられたクラッド106を含んで構成されている。以下、光導波路104a、104bを総称する場合には、「光導波路104」という。
光導波路104aの幅dha=0.8μm
光導波路104aの高さdva=0.45μm
光導波路104bの幅dhb=0.25μm
光導波路104bの高さdvb=0.2μm
光導波路の間隔(導波路間隔)ds=0.2μm
端部PAと端部PBとの間隔(端部間隔)do=1μm
sinΦo/sinΦi=ni/no ・・・ (1)
上記式(1)を変形すると、下記式(2)のようになる。
sinΦo=(ni/no)・sinΦi ・・・ (2)
(図6(i))
図9ないし図13を参照して、本実施の形態に係る光偏向装置200について説明する。
光導波路208内には、N型拡散領域216aおよびP型拡散領域216bによるPN接合が形成されており、N電極218aおよびP電極218bを介して該PN接合に電流を流すことにより、光導波路208を伝搬する光の位相を変える。
光入力部220から入射した入射光Piは、分岐部260で4分岐され、各々光出力部204a〜204dに向かって光導波路208を進む。光導波路208を進む途中で、4分岐された光の各々は位相変調部250(位相変調器270a〜270d)によって位相変調される。後述するように、この位相変調は、光出力部204a〜204dの各々から出射され、合波された光の波面の進行方向を制御するための変調である。
その後、電極として残したい部分をマスクで覆い、フォトリソグラフィなどによってパターニングし、Cl(塩素)プラズマを用いたドライエッチングなどによりAl薄膜をエッチングして、N電極218aおよびP電極218bを形成する。Al薄膜の不純物残渣はAlドライエッチング残渣除去液などによって除去しておくことが好ましい。(図13(e))
なお、電極を形成する金属はAlに限られずAu等を用いてもよい。
以上の製造工程を付加して、位相変調器270が製造される。
図14を参照して、本実施の形態に係る光放射装置300について説明する。図14(a)に示すように、光放射装置300は、光導波路208、複数のY分岐212、アレイ状に配置された光出力部204、および光出力部204ごとに設けられた位相変調部250を含んで構成されている。本実施の形態に係る光放射装置300では4×3=12個の光出力部204を配置した形態を例示して説明するが、配置する光出力部204の数は光放射装置300から放射される光の光出力パワー等に応じて適宜な数だけ配置してよい。
光放射装置300は、たとえば先述の光入出力素子100と同様、光導波路技術によって製造され、各々の光出力部204からの出射光Poは、光出力部204を覆うクラッド214を介して出射される。
つまり、出射光Po1で示された光出力部204と同じ列の合計4個の光出力部204が、光偏向装置200と同等の偏向部DF1となっている。同様に、出射光Po2で示された光出力部204と同じ列の合計4個の光出力部204が偏向部DF2、出射光Po3で示された光出力部204と同じ列の合計4個の光出力部204が偏向部DF3となっている。
図15および図16を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子400、400aについて説明する。光入出力素子400、400aは、光入出力素子100を偏光無依存型にした形態である。以下の説明では、光入出力素子400、400aを光出力素子として用いた場合を例示して説明するが、入射光Piおよび出射光Poの向きを逆にすればそのまま光入力素子として機能する。
光導波路104aの幅dha=0.2μm
光導波路104aの高さdva=0.2μm
光導波路104bの幅dhb=0.2μm
光導波路104bの高さdvb=0.2μm
光導波路の間隔(導波路間隔)ds=0.2μm
端部PAと端部PBとの間隔(端部間隔)do=1μm
図17を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、本発明を、単峰性スロットモードの光入出力素子に適用した形態である。本実施の形態において単峰性スロットモードとは、出射光Poにサイドローブ(副次モード)が発生せず、光束が基本的に1つのスロットモードをいう。本実施の形態においては、サイドローブの発生するスロットモードを二峰性スロットモードというが、二峰性スロットモードについては後述する。なお、本実施の形態(第8の実施の形態まで同様)では、基板、光導波路104aおよび104bをすべてSiとし、クラッドSiO2としている。
光導波路104aの幅dha=0.2μm
光導波路104aの高さdva=0.2μm
光導波路104bの幅dhb=0.2μm
光導波路104bの高さdvb=0.2μm
光導波路の間隔(導波路間隔)ds=0.2μm
端部PAと端部PBとの間隔(端部間隔)do=1μm
基板102と光導波路104bとの間隔=2μm
図18を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、本発明を、二峰性スロットモードの光入出力素子に適用した形態である。先述したように、単峰性スロットモードに対し、二峰性スロットモードは出射光Poにおいてサイドローブが発生するという特徴がある。サイドローブ自体は、通常直接利用する光束ではないが、二峰性スロットモードは単峰性スロットモードより偏向角を大きくすることができるというメリットがある。なお、本実施の形態では、基板、光導波路104aおよび104bをすべてSiとし、クラッドSiO2としている。
光導波路104aの幅dha=0.3μm
光導波路104aの高さdva=0.2μm
光導波路104bの幅dhb=0.3μm
光導波路104bの高さdvb=0.2μm
光導波路の間隔(導波路間隔)ds=0.2μm
端部PAと端部PBとの間隔(端部間隔)do=1μm
基板102と光導波路104bとの間隔=2μm
図19を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、2本の光導波路で構成された上記実施の形態に係る光入出力素子に対し、さらにもう1本の光導波路を追加した3層構造のスロット導波路を有する形態である。図19(a)は、本実施の形態に係る光入出力素子100dの側面図を、図19(b)は、図19(a)に示す付号Aが付された矢印の方向から見た光入出力素子100dの正面図を示している。なお、本実施の形態では、基板、光導波路104a、104bおよび104cをすべてSiとし、クラッドSiO2としている。
光導波路104aの幅dha=0.3μm
光導波路104aの高さdva=0.2μm
光導波路104bの幅dhb=0.3μm
光導波路104bの高さdvb=0.2μm
光導波路104cの幅dhc=0.3μm
光導波路104cの高さdvc=0.2μm
光導波路104cの長さ=1μm
光導波路の間隔(導波路間隔)ds=0.2μm
光導波路104aの端部PAと光導波路104bの端部PBとの間隔(端部間隔)do=1μm
基板102と光導波路104bとの間隔=2μm
図20を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、スロット導波路を構成する光導波路の入射側または出射側の先端をテーパ状に整形することにより、光入出力素子における透過率の向上(伝搬損失の低減)を図った形態である。
12 SiO2層
14 Si層
16 マスク
18 マスク
20 拡散領域
22 SiO2膜
24 アモルファスシリコン層
26 マスク
28 TiN膜
30 マスク
32 SiO2膜
34 マスク
36 Al膜
38、40 コンタクト
42 マスク
44、46 電極
48 SiO2膜
100、100a、100b、100c、100d、100e 光入出力素子
102 基板
104a 光導波路
104b 光導波路
106 クラッド
200 光偏向装置
202 基板
204、204a〜204d 光出力部
206 テーパ光導波路
208 光導波路
210 ヒータ電極
212 Y分岐
214 クラッド
216a N型拡散領域
216b P型拡散領域
218a N電極
218b P電極
220 光入力部
222 SiO2層
224 Si層
250 位相変調部
260 分岐部
270、270a 位相変調器
300 光放射装置
400、400a 光入出力素子
DF1〜DF3 偏向部
H1、H2 開孔
L1、L2 光束
PC 交点
PA、PB 端部
Pi 入射光
Po 出射光
SL1、SL2 サイドローブ
T1、T2 コンタクトホール
W1 単一導波路モードの光
W2 スロット導波路モードの光
WP 波面
θo 偏向角
Claims (15)
- 第1の端部を有する1本の第1の光導波路と、
前記第1の光導波路と第1の間隔で平行に設けられるとともに前記第1の端部に対し第2の間隔で突出した位置に配置された第2の端部を有し、かつ前記第1の光導波路との間隙に1つの光導波モードが形成される1本の第2の光導波路と、
前記間隙を伝搬する光が入力または出力される光入出力部と、を備え、
前記間隙を伝搬した光が前記光入出力部を境にして所定の偏向角で前記第2の光導波路側に屈折されるとともに、前記光入出力部は、前記第1の端部の中心と前記第2の端部の中心とを結ぶ直線を前記境とする
光入出力素子。 - 前記光入出力部は、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路を含む平面に垂直でありかつ前記第1の端部および前記第2の端部を含む平面を前記境とする
請求項1に記載の光入出力素子。 - 前記偏向角が、前記第1の間隔および前記第2の間隔の少なくとも一方に応じて定まる 請求項1または請求項2に記載の光入出力素子。
- 前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の一方が第1の長さのテーパ状の光導波路であり、かつ他方が前記第1の長さより長い第2の長さの光導波路であり、
前記一方の光導波路と前記他方の光導波路との間隙に前記1つの光導波モードが形成される
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光入出力素子。 - 前記1つの光導波モードがスロット導波路モードである
請求項4に記載の光入出力素子。 - 前記一方の光導波路および前記他方の光導波路が、前記他方の光導波路を伝搬してきた光の伝搬モードを前記スロット導波路モードに変換するモード変換器として機能する
請求項5に記載の光入出力素子。 - 前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の断面形状が、前記光入出力部から出力される光にサイドローブが含まれるように設定された
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光入出力素子。 - 前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の前記光入出力部側の端面がテーパ状にされた
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光入出力素子。 - 前記第1の光導波路および前記第2の光導波路と平行に設けられた第3の光導波路をさらに備える
請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の光入出力素子。 - 請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の光入出力素子を複数備えるとともに、該複数の光入出力素子の各々が前記第1の光導波路の延伸方向に平行な軸を中心とし前記軸から等距離に配置された
光入出力素子。 - 複数の請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の光入出力素子と、
前記複数の光入出力素子の各々の前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の少なくとも一方に配置された複数の光位相変調器と、
を備えた光偏向装置。 - 前記光位相変調器は、前記複数の光入出力素子の各々から出力される光の位相を変えることにより前記複数の光入出力素子の各々から出力される光が合波された光の波面の方向を変える
請求項11に記載の光偏向装置。 - 複数の請求項11または請求項12に記載の光偏向装置と、
前記光偏向装置の各々に設けられた複数の光スイッチと、
前記複数の光スイッチを制御する制御部と、
を備えた光放射装置。 - 前記複数の光偏向装置の各々の複数の光入出力素子の前記偏向角は、前記光偏向装置ごとに異なる角度とされ、
前記制御部は、前記複数の光偏向装置の各々から順次異なる方向に光が放射されるように前記複数の光スイッチを走査制御する
請求項13に記載の光放射装置。 - 双方の間隙に1つの導波モードを形成する互いに長さの異なる2本の光導波路を有し、前記2本の光導波路の端部の位置をずらすことによって発生する偏向により前記2本の光導波路の前記間隙を伝搬する光の入射方向および出射方向の少なくとも一方を制御する光入出力素子。
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