JP6711025B2 - Grating coupler, grating coupler array, imaging optical system, optical scanner, and laser radar device - Google Patents

Grating coupler, grating coupler array, imaging optical system, optical scanner, and laser radar device Download PDF

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Description

本発明は、グレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置に関する。 The present invention relates to a grating coupler, a grating coupler array, an image forming optical system, an optical scanner, and a laser radar device.

グレーティングカプラとは、導波路を伝播する光を外部へ放射させる素子、あるいは、外部から入力された光を入射し導波路に結合させる素子である。そのような機能を有するグレーティングカプラとして、非特許文献1に開示されたものが知られている。図10(a)に、非特許文献1に開示されたグレーティングカプラ80の概念図を示す。 The grating coupler is an element that radiates light propagating through the waveguide to the outside, or an element that receives light input from the outside and couples the light into the waveguide. As a grating coupler having such a function, the one disclosed in Non-Patent Document 1 is known. FIG. 10A shows a conceptual diagram of the grating coupler 80 disclosed in Non-Patent Document 1.

図10(a)に示すように、グレーティングカプラ80は、導入導波路86、導入導波路86に接続された断熱的なテーパ部84、及び回折格子部82を備えている。グレーティングカプラ80では、導入導波路86を伝播してきた光が、テーパ部84を伝播した後、回折格子部82から放射される。一方、回折格子部82に入射した光は、テーパ部84を伝播し、導入導波路86に結合される。以下では、図10(a)に示すグレーティングカプラ80のような構造を有するグレーティングカプラを「テーパ型グレーティングカプラ」という。 As shown in FIG. 10A, the grating coupler 80 includes an introduction waveguide 86, an adiabatic taper portion 84 connected to the introduction waveguide 86, and a diffraction grating portion 82. In the grating coupler 80, the light that has propagated through the introduction waveguide 86 propagates through the tapered portion 84 and is then emitted from the diffraction grating portion 82. On the other hand, the light incident on the diffraction grating section 82 propagates through the tapered section 84 and is coupled to the introduction waveguide 86. Hereinafter, a grating coupler having a structure like the grating coupler 80 shown in FIG. 10A will be referred to as a “tapered grating coupler”.

一方、グレーティングカプラの他の例として、非特許文献2に開示されたものが知られている。図10(b)に、非特許文献2に開示されたグレーティングカプラ90の概念図を示す。図10(b)に示すように、グレーティングカプラ90は、導入導波路96、集光部94、及び回折格子部92を備えている。グレーティングカプラ90では、回折格子部92が、集光部94と導入導波路96との接続点を焦点とするレンズ効果を発現するように構成されている。 On the other hand, as another example of the grating coupler, one disclosed in Non-Patent Document 2 is known. FIG. 10B shows a conceptual diagram of the grating coupler 90 disclosed in Non-Patent Document 2. As shown in FIG. 10B, the grating coupler 90 includes an introduction waveguide 96, a condensing unit 94, and a diffraction grating unit 92. In the grating coupler 90, the diffraction grating section 92 is configured to exhibit a lens effect having a focal point at the connection point between the condensing section 94 and the introduction waveguide 96.

グレーティングカプラ90も、グレーティングカプラ80と同様、導入導波路96を伝播してきた光が、集光部94を伝播した後、回折格子部92から放射される。一方、回折格子部92に入射した光は、集光部94を伝播し、導入導波路96に結合される。以下では、図10(b)に示すグレーティングカプラ90のような構造を有するグレーティングカプラを「集光型グレーティングカプラ」という。 Similarly to the grating coupler 80, in the grating coupler 90, the light that has propagated through the introduction waveguide 96 propagates through the condensing unit 94 and then is emitted from the diffraction grating unit 92. On the other hand, the light that has entered the diffraction grating section 92 propagates through the condensing section 94 and is coupled to the introduction waveguide 96. Hereinafter, a grating coupler having a structure like the grating coupler 90 shown in FIG. 10B will be referred to as a “condensing grating coupler”.

IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.24, No.24, DECEMBER 15, 2012IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.24, No.24, DECEMBER 15, 2012 IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.19, No.23, DECEMBER 1, 2007IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.19, No.23, DECEMBER 1, 2007

ところで、例えばレーザレーダ装置のような光アレイアンテナを用いる装置では、投光部、あるいは受光部にアレイ化されたグレーティングカプラ、つまりグレーティングカプラアレイを用いる場合がある。その際、レーザレーダ装置の小型化等の観点から、グレーティングカプラアレイには、集積密度が高いことが求められている。 By the way, in a device using an optical array antenna such as a laser radar device, a grating coupler arrayed in a light projecting section or a light receiving section, that is, a grating coupler array may be used. At that time, from the viewpoint of miniaturization of the laser radar device, the grating coupler array is required to have a high integration density.

しかしながら、上記のテーパ型グレーティングカプラでは、テーパ部84が伝播光の伝播モードを崩さないように「断熱的」に伝播モードを変化させていく必要があるため、テーパ部84の長さが非常に長くなり、小型化がしにくいという問題があった。 However, in the above-mentioned taper type grating coupler, since it is necessary to change the propagation mode "adiabatically" so that the taper portion 84 does not disturb the propagation mode of the propagating light, the length of the taper portion 84 is extremely large. There is a problem that it becomes long and it is difficult to miniaturize.

一方、上記の集光型グレーティングカプラでは、その構造に起因して、回折格子部92の有効な等受光面積(有効開口)に比して全体のサイズが大きくなり、やはり小型化がしにくいという問題があった。 On the other hand, in the above-mentioned condensing grating coupler, due to its structure, the entire size is larger than the effective equal light receiving area (effective aperture) of the diffraction grating section 92, and it is difficult to reduce the size. There was a problem.

他方、グレーティングカプラを光導波路技術によって集積化し、グレーティングカプラアレイを光集積回路として実現しようとした場合、従来技術に係るグレーティングカプラでは、導波路を接続して導波路配線を行う際に最小曲げ半径という制約があり、該最小曲げ半径を確保する部分には他の光素子を配置できないという問題がある。つまり、従来技術に係るグレーティングカプラでは、全体のサイズが大きい割には有効開口が小さく、また、集積密度も上げにくいという問題があった。 On the other hand, when the grating coupler is integrated by the optical waveguide technology and the grating coupler array is to be realized as an optical integrated circuit, the minimum bending radius when connecting the waveguides and performing the waveguide wiring in the conventional grating coupler. However, there is a problem that another optical element cannot be arranged in a portion that secures the minimum bending radius. In other words, the grating coupler according to the conventional technique has a problem that the effective aperture is small in spite of the large overall size and it is difficult to increase the integration density.

さらに、レーザレーダ装置等の光アレイアンテナでは、投光部及び受光部の構成として、結像光学系を用いた構成がある。結像光学系を用いた投光部及び受光部の構成では、グレーティングカプラを隙間なく、有効開口の占有率を高くしてアレイ化させることが望ましい。しかしながら、上記の従来技術に係るグレーティングカプラでは、このようにアレイ化することが難しい。 Further, in an optical array antenna such as a laser radar device, there is a configuration using an image forming optical system as a configuration of a light projecting unit and a light receiving unit. In the configuration of the light projecting unit and the light receiving unit using the image forming optical system, it is desirable that the grating couplers be arranged in an array with a high occupancy ratio of the effective apertures without a gap. However, it is difficult to form an array in this manner with the above-mentioned conventional grating coupler.

図11を参照して、上記問題についてより詳細に説明する。図11(a)は、従来技術に係るグレーティングカプラアレイを用いた受光器900を示す図であり、図11(b)は、出射側のグレーティングカプラ902を概念的に示す図であり、図11(c)は、入射側のグレーティングカプラ904を各々概念的に示す図である。受光器900は、グレーティングカプラ904がアレイ状に配置されたグレーティングカプラアレイ910、及びレンズ912を備えている。 The above problem will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 11A is a diagram showing a photodetector 900 using a grating coupler array according to the related art, and FIG. 11B is a diagram conceptually showing an output side grating coupler 902. (C) is a figure which shows notionally each grating coupler 904 by the side of incidence. The light receiver 900 includes a grating coupler array 910 in which the grating couplers 904 are arranged in an array, and a lens 912.

図11(b)に示すように、出射側のグレーティングカプラ902では、投光領域906の占有面積は回折格子部全体の面積よりも小さくなり、回折格子部を有効に生かしきれていない。また、入射側のグレーティングカプラ904でも事情は同じであり、回折格子部全体に占める受光領域908の面積の割合は小さくなっている。このような従来技術に係るグレーティングカプラを用いて、例えば受光器900を構成した場合、受光器900において、受光光Prを入射し、受光領域908によって形成される対象物Oの点像は、図11(a)示すように、低密度なものとなってしまう。 As shown in FIG. 11B, in the grating coupler 902 on the emission side, the area occupied by the light projecting region 906 is smaller than the area of the entire diffraction grating portion, and the diffraction grating portion cannot be used effectively. The same applies to the grating coupler 904 on the incident side, and the ratio of the area of the light receiving region 908 to the entire diffraction grating portion is small. For example, when the light receiver 900 is configured using such a grating coupler according to the related art, the point image of the object O formed by the light receiving region 908 upon incidence of the received light Pr in the light receiver 900 is as shown in FIG. As shown in FIG. 11(a), the density becomes low.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and when arranged in an array, it is possible to increase the integration density and facilitate mutual connection, a grating coupler, a grating coupler array, and an imaging device. An object is to provide an optical system, an optical scanner, and a laser radar device.

上記目的を達成するために、請求項1に記載のグレーティングカプラは、光を導入させる導入導波路と、前記導入導波路の一端に所定の幅の端部が接続されると共に、前記端部の両端から略扇形形状に拡大され、かつ前記導入導波路を伝播する光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部と、前記導入導波路と前記スポットサイズ変換部との接続部分を中心としかつ前記スポットサイズ変換部の円弧部に沿って同心円状に形成された複数の円弧状の凹凸からなる回折格子部と、を含み、前記導入導波路、スポットサイズ変換部、及び回折格子部が光集積回路に集積化され、前記円弧の長さが漸増した後漸減することにより前記光集積回路の全体の形状が略矩形形状を呈すると共に、前記導入導波路が前記略矩形形状の一の頂点に配置され、前記一の頂点と、前記一の頂点の対角にある頂点を結ぶ線分に対して対称な形状となっているものである。 In order to achieve the above object, the grating coupler according to claim 1 is configured such that an introduction waveguide for introducing light and an end portion having a predetermined width are connected to one end of the introduction waveguide, and A spot size conversion part that expands from both ends in a substantially fan shape and that expands the spot size of light propagating in the introduction waveguide, and the spot around the connection part between the introduction waveguide and the spot size conversion part A diffraction grating portion formed of a plurality of arcuate concavo-convex portions formed concentrically along the arc portion of the size conversion portion, and the introduction waveguide, the spot size conversion portion, and the diffraction grating portion in an optical integrated circuit Integrated, the overall shape of the optical integrated circuit by exhibiting a substantially rectangular shape by gradually increasing after gradually increasing the length of the arc , the introduction waveguide is arranged at one apex of the substantially rectangular shape, The shape is symmetrical with respect to a line segment that connects the one apex and the apex on the diagonal of the one apex .

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記導入導波路は、前記スポットサイズ変換部との接続点近傍において、前記導入導波路の平面視における幅が前記導入導波路における伝播光の進行方向にテーパ状に拡大されたテーパ部を有するものである。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the introduction waveguide has a width in plan view of the introduction waveguide near a connection point with the spot size conversion portion. It has a taper portion which is enlarged in a taper shape in the traveling direction of propagation light in the waveguide.

また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記スポットサイズ変換部の前記端部は、前記導入導波路との接続点近傍において、前記進行方向と逆の方向に折り返されてフレア状に形成されているものである。 In the invention according to claim 3, in the invention according to claim 2, the end portion of the spot size conversion portion is in a direction opposite to the traveling direction in the vicinity of a connection point with the introduction waveguide. It is folded back and formed into a flare shape.

上記目的を達成するために、請求項4に記載のグレーティングカプラアレイは、所定の方向に延伸する導波路と、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器と、前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のグレーティングカプラを含むものである。 In order to achieve the above object, the grating coupler array according to claim 4 has a waveguide extending in a predetermined direction, a plurality of directional couplers provided along the waveguide, and the plurality of directions. The grating according to any one of claims 1 to 3, wherein the introduction waveguide is connected to a sex coupler, and a plurality of the substantially rectangular-shaped sides are arranged to face each other in the predetermined direction. It includes a coupler.

上記目的を達成するために、請求項5に記載の結像光学系は、請求項4に記載のグレーティングカプラアレイと、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、を含むものである。 In order to achieve the above object, the imaging optical system according to claim 5 includes the grating coupler array according to claim 4 and a lens corresponding to each of the plurality of grating couplers forming the grating coupler array. And a lens array provided therein.

上記目的を達成するために、請求項6に記載の光スキャナは、光源と、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項5に記載の結像光学系と、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチと、を含むものである。 In order to achieve the above object, the optical scanner according to claim 6 is a light source, and the imaging optical system according to claim 5, wherein one end of the waveguide of the grating coupler array is connected to the light source. A plurality of optical switches connected to each of the plurality of grating couplers forming the grating coupler array.

上記目的を達成するために、請求項7に記載のグレーティングカプラアレイは、所定の方向に延伸する導波路、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器、及び前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のグレーティングカプラを含むライングレーティングカプラを複数含み、複数の前記ライングレーティングカプラが前記所定の方向と交差する方向に配列されると共に、複数の前記ライングレーティングカプラを構成する複数の前記グレーティングカプラがマトリクス状に配置されたものである。 In order to achieve the above object, the grating coupler array according to claim 7 has a waveguide extending in a predetermined direction, a plurality of directional couplers provided along the waveguide, and the plurality of directional characteristics. The grating coupler according to any one of claims 1 to 3, wherein the introduction waveguide is connected to a coupler and a plurality of the rectangular couplers are arranged with the sides of the substantially rectangular shape facing each other in the predetermined direction. Including a plurality of line grating couplers, the plurality of line grating couplers are arranged in a direction intersecting the predetermined direction, a plurality of the grating couplers constituting the plurality of line grating couplers are arranged in a matrix. It is a thing.

上記目的を達成するために、請求項8に記載の結像光学系は、請求項7に記載のグレーティングカプラアレイと、前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、を含むものである。 In order to achieve the above object, the imaging optical system according to claim 8 includes the grating coupler array according to claim 7 and a lens corresponding to each of the plurality of the grating couplers forming the grating coupler array. And a lens array provided therein.

上記目的を達成するために、請求項9に記載のレーザレーダ装置は、光源、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項8に記載の結像光学系、及び複数の前記ライングレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチを含み、当該グレーティングカプラアレイから光を出射する投光部と、請求項8に記載のグレーティングカプラアレイ、及び当該グレーティングカプラアレイの前記導波路に接続されると共に当該グレーティングカプラアレイに入射された光を受光する受光部と、を含むものである。 In order to achieve the above object, the laser radar device according to claim 9 is a light source, the imaging optical system according to claim 8, wherein one end of the waveguide of the grating coupler array is connected to the light source. 9. A light projecting unit that includes a plurality of optical switches connected to each of a plurality of the line grating couplers and emits light from the grating coupler array, the grating coupler array according to claim 8, and the grating coupler array. And a light receiving section that is connected to the waveguide and receives the light that has entered the grating coupler array.

本発明によれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラ、グレーティングカプラアレイ、結像光学系、光スキャナ、及びレーザレーダ装置を提供することが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, a grating coupler, a grating coupler array, an imaging optical system, an optical scanner, and a laser radar that can increase the integration density and facilitate mutual connection when arranged in an array. It is possible to provide the device.

第1の実施の形態に係るグレーティングカプラの構成の一例を示す平面図である。It is a top view showing an example of composition of a grating coupler concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係るグレーティングカプラによる受光部と、従来技術に係るグレーティングカプラによる受光部との比較を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a comparison between a light receiving section including the grating coupler according to the first embodiment and a light receiving section including a grating coupler according to a conventional technique. 第1の実施の形態に係るグレーティングカプラの形状を説明する図である。It is a figure explaining the shape of the grating coupler which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るグレーティングカプラの放射特性のシミュレーション結果を、集光型グレーティングカプラの放射特性のシミュレーション結果と比較して示す図である。It is a figure which compares the simulation result of the radiation characteristic of the grating coupler which concerns on 1st Embodiment with the simulation result of the radiation characteristic of a condensing type grating coupler. 第1の実施の形態に係るグレーティングカプラのNFPの実測結果を、集光型グレーティングカプラのNFPの実測結果と比較して示す図である。It is a figure which shows the measured result of NFP of the grating coupler which concerns on 1st Embodiment in comparison with the measured result of NFP of the condensing type grating coupler. 第2の実施の形態に係る光スキャナの構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of composition of an optical scanner concerning a 2nd embodiment. 第2の実施の形態に係るグレーティングカプラアレイの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the grating coupler array which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る光アレイアンテナ構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical array antenna composition concerning a 3rd embodiment. 第3の実施の形態に係る光アレイアンテナの投光部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the light projection part of the optical array antenna which concerns on 3rd Embodiment. 従来技術に係るグレーティングカプラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the grating coupler which concerns on a prior art. 従来技術に係る受光器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light receiver which concerns on a prior art.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1ないし図5を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラ10、及びその特性について説明する。
[First Embodiment]
The grating coupler 10 according to the present embodiment and its characteristics will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図1に示すように、グレーティングカプラ10は、回折格子部12、テーパ部14(スポットサイズ変換部)、及び導入導波路16を備えている。回折格子部12は、光を出射又は入射する部位であり、テーパ部14は、出射する光又は入射する光を導入導波路16と効率よく結合させる部位である。導入導波路16は、グレーティングカプラ10をアレイ化する場合等において、他の導波路、あるいは他のグレーティングカプラ10と接続するための部位である。 As shown in FIG. 1, the grating coupler 10 includes a diffraction grating section 12, a taper section 14 (spot size conversion section), and an introduction waveguide 16. The diffraction grating portion 12 is a portion that emits or enters light, and the taper portion 14 is a portion that efficiently couples the emitted light or the incident light with the introduction waveguide 16. The introduction waveguide 16 is a portion for connecting to another waveguide or another grating coupler 10 when the grating coupler 10 is formed into an array.

図1に示すように、グレーティングカプラ10は、円弧状に形成された回折格子部12を有し、全体が矩形形状(略正方形、あるいは略ひし形)をなしており、導入導波路16は、該矩形の一の頂点に配置され、該一の頂点と、該一の頂点の対角にある頂点を結ぶ線分に対して対称な形状となっている。本実施の形態に係る回折格子部12の回折格子は、テーパ部14と導入導波路16との接続点を中心とする略扇形形状の凹凸により形成されており、集光作用を有する。なお、本実施の形態に係るグレーティングカプラ10の大きさは、一例として、約18μm×18μmである。 As shown in FIG. 1, the grating coupler 10 has a diffraction grating portion 12 formed in an arc shape, and has a rectangular shape (a substantially square shape or a substantially rhombus shape) as a whole. It is arranged at one apex of a rectangle and has a symmetrical shape with respect to a line segment connecting the one apex and the apex on the diagonal of the one apex. The diffraction grating of the diffraction grating portion 12 according to the present embodiment is formed by the substantially fan-shaped concavo-convex shape centered on the connection point between the tapered portion 14 and the introduction waveguide 16 and has a light condensing function. The size of the grating coupler 10 according to the present embodiment is, for example, about 18 μm×18 μm.

次に、図2を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラ10を用いた受光部400について、従来技術に係るグレーティングカプラ80を用いた受光部800と比較して説明する。図2(a)は、受光部800を、図2(b)は、受光部400を各々示している。また、図2(c)は、従来技術に係るグレーティングカプラ80の受光領域RAを、図2(d)は、従来技術に係るグレーティングカプラ90の受光領域RAを、図2(e)は、本実施の形態に係るグレーティングカプラ10の受光領域RAを各々示している。なお、図2(c)ないし(e)に示す受光領域RAは、投光部の場合には投光領域となる。 Next, with reference to FIG. 2, a light receiving section 400 using the grating coupler 10 according to the present embodiment will be described in comparison with a light receiving section 800 using the conventional grating coupler 80. 2A shows the light receiving unit 800, and FIG. 2B shows the light receiving unit 400. 2C shows the light receiving area RA of the grating coupler 80 according to the related art, FIG. 2D shows the light receiving area RA of the grating coupler 90 according to the related art, and FIG. Each of the light receiving regions RA of the grating coupler 10 according to the embodiment is shown. The light receiving area RA shown in FIGS. 2C to 2E is a light emitting area in the case of a light emitting section.

図2(c)に示すように、グレーティングカプラ80では、伝播光のシングルモードを維持するためにテーパ部84の長さが長くなり、グレーティングカプラ全体に占める受光領域RAの割合(有効開口率)が小さくなる。集光型のグレーティングカプラ90では、この点改善され、サイズ自体はより小型化されるが、焦点fに集光させるための回折格子部92の屈曲よる制限が発生するので、やはりさらなる小型化が難しい。 As shown in FIG. 2C, in the grating coupler 80, the length of the tapered portion 84 is increased to maintain the single mode of the propagating light, and the ratio of the light receiving area RA to the entire grating coupler (effective aperture ratio). Becomes smaller. In the condensing type grating coupler 90, this point is improved and the size itself is further miniaturized. However, since the bending of the diffraction grating portion 92 for condensing the light at the focus f causes a limitation, the miniaturization can be further reduced. difficult.

以上のような従来技術に対し、グレーティングカプラ10では、図2(e)に示すように、受光に対する寄与の大きい部分を残し、受光に対する寄与の小さい部分を削除して、全体を矩形形状とすることにより、大幅な小型化が可能となった。しかも、矩形形状の2辺に沿う配線方向D1、D2に沿って導波路配線を行うことにより、無駄なスペースが抑制され高密度配線が可能となった。 In contrast to the above-described conventional technique, in the grating coupler 10, as shown in FIG. 2E, a portion having a large contribution to the received light is left and a portion having a small contribution to the received light is deleted to form a rectangular shape as a whole. As a result, it has become possible to greatly reduce the size. Moreover, by performing the waveguide wiring along the wiring directions D1 and D2 along the two sides of the rectangular shape, wasteful space is suppressed and high-density wiring becomes possible.

図3を参照して、グレーティングカプラ10の外形形状の特徴についてより詳細に説明する。図3は、グレーティングカプラ10の形状について、原型形状から出発して、各部の形状の選択と共にグレーティングカプラ10の形状の決定プロセスを説明する図である。 The characteristics of the outer shape of the grating coupler 10 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the process of determining the shape of the grating coupler 10, starting from the original shape, and selecting the shape of each part with respect to the shape of the grating coupler 10.

図3(a)は、形状の検討に当たり、出発点となった原型形状である。次のプロセスとして、図3(b)に示すように、テーパ部14と導入導波路16との結合効率を改善し、製造工程における再現性を改善するために、テーパ部14と導入導波路16との接続部分にテーパTを設けた。次のプロセスとして、図3(c)に示すように、テーパTでの意図しない反射を抑制するために、フレアFを設けた。次のプロセスとして、図3(d)に示すように、図3(c)に示す図形の頂点における、投光あるいは受光に対する寄与の小さい領域(低寄与領域)Nを外形から除いた。以上のような決定プロセスを経て、図3(e)に示すグレーティングカプラ10の最終的な形状が決定された。 FIG. 3A shows a prototype shape which is a starting point in examining the shape. As the next process, as shown in FIG. 3B, in order to improve the coupling efficiency between the taper portion 14 and the introduction waveguide 16 and improve the reproducibility in the manufacturing process, the taper portion 14 and the introduction waveguide 16 are formed. A taper T is provided at the connecting portion with. As the next process, as shown in FIG. 3C, a flare F was provided to suppress unintended reflection at the taper T. As a next process, as shown in FIG. 3D, a region (low contribution region) N having a small contribution to light projection or light reception at the apex of the figure shown in FIG. Through the above determination process, the final shape of the grating coupler 10 shown in FIG. 3E was determined.

次に、受光部400と受光部800との比較について説明する。図2(a)に示すように、受光部800はグレーティングカプラ80、グレーティングカプラ80に導波路804で接続された光スイッチ802を備えている。一方、受光部400は、グレーティングカプラアレイ402、グレーティングカプラアレイ402に導波路406で接続された光スイッチアレイ404を備えている。グレーティングカプラ10は、上記のような特徴を有しているので、グレーティングカプラアレイ402では、グレーティングカプラ10の集積密度を格段に上げることが可能となった。そのため、図2(a)及び(b)に示すように、従来技術に係る受光部800と比較して、本実施の形態に係る受光部400では、有効受光面積を格段に拡大することが可能となった。 Next, a comparison between the light receiving unit 400 and the light receiving unit 800 will be described. As shown in FIG. 2A, the light receiving unit 800 includes a grating coupler 80 and an optical switch 802 connected to the grating coupler 80 by a waveguide 804. On the other hand, the light receiving unit 400 includes a grating coupler array 402 and an optical switch array 404 connected to the grating coupler array 402 by a waveguide 406. Since the grating coupler 10 has the above-described characteristics, the grating coupler array 402 can significantly increase the integration density of the grating coupler 10. Therefore, as shown in FIGS. 2A and 2B, in the light receiving unit 400 according to the present embodiment, the effective light receiving area can be significantly expanded as compared with the light receiving unit 800 according to the conventional technique. Became.

次に、図4及び図5を参照して、上記の低寄与領域Nの検討結果について説明する。図4は、グレーティングカプラ10の回折格子部12における光の照射状態を、グレーティングカプラ90の回折格子部92における光の照射状態と比較して示す図である。 Next, with reference to FIGS. 4 and 5, the examination result of the low contribution region N will be described. FIG. 4 is a diagram showing a light irradiation state of the diffraction grating section 12 of the grating coupler 10 in comparison with a light irradiation state of the diffraction grating section 92 of the grating coupler 90.

図4(a)は、図4(b)に示すグレーティングカプラ10において、導入導波路16を伝播してきた光が、回折格子部12で放射される状態をシミュレーションした結果を示している。一方、図4(c)は、図4(d)に示すグレーティングカプラ90において、導入導波路96を伝播してきた光が、回折格子部12で放射される状態をシミュレーションした結果を示している。図4(a)と図4(c)を比較して明らかなように、グレーティングカプラ10における放射光の密度と、グレーティングカプラ90における放射光の密度とは大差なく、上記の低寄与領域Nの選定が適切なものであることが分かる。 FIG. 4A shows a result of simulating a state where the light propagating through the introduction waveguide 16 is radiated by the diffraction grating section 12 in the grating coupler 10 shown in FIG. 4B. On the other hand, FIG. 4C shows a result of simulating a state in which the light propagating through the introduction waveguide 96 is radiated by the diffraction grating section 12 in the grating coupler 90 shown in FIG. 4D. As is clear from comparison between FIGS. 4A and 4C, there is no great difference between the density of the emitted light in the grating coupler 10 and the density of the emitted light in the grating coupler 90. It turns out that the selection is appropriate.

図5は、実際に製作したグレーティングカプラ10及びグレーティングカプラ90を用いて、両者のNFP(Near Field Pattern:近視野像)を測定した結果を示している。図5(a)は、NFPの測定系50を示す概略構成図である。図5(a)に示すように、グレーティングカプラ10又は90を形成したチップ58に先球ファイバ56を結合させて入力光Pinを入射させ、TEモード励振を行う。その結果発生した放射光54のNFPを、カメラ等を含むNFPの測定器52によって測定する。 FIG. 5 shows the results of measuring the NFPs (Near Field Patterns) of the both using the actually manufactured grating coupler 10 and the grating coupler 90. FIG. 5A is a schematic configuration diagram showing an NFP measurement system 50. As shown in FIG. 5A, a tip spherical fiber 56 is coupled to a chip 58 on which the grating coupler 10 or 90 is formed, and the input light Pin is made incident to perform TE mode excitation. The NFP of the radiated light 54 generated as a result is measured by the NFP measuring device 52 including a camera and the like.

図4(d)は、図4(c)に示すグレーティングカプラ90のNFPの測定結果を、図4(f)は、図4(e)に示すグレーティングカプラ10のNFPの測定結果を、各々示している。図5(d)と図5(f)とを比較して明らかなように、両者に大きな違いはなく、形状を小型化した本実施の形態に係るグレーティングカプラ10は、従来技術に係るグレーティングカプラの性能をほぼ維持しているといえる。 FIG. 4(d) shows the NFP measurement result of the grating coupler 90 shown in FIG. 4(c), and FIG. 4(f) shows the NFP measurement result of the grating coupler 10 shown in FIG. 4(e). ing. As is clear from a comparison between FIG. 5D and FIG. 5F, there is no big difference between the two, and the grating coupler 10 according to the present embodiment, which has a smaller shape, is the grating coupler according to the related art. It can be said that the performance of is maintained.

なお、図5(b)は、グレーティングカプラ90における放射光のシミュレーション結果を示しており、図5(b)と図5(d)とを比較して明らかなように、NFPの実測結果はシミュレーション結果とよく一致している。 Note that FIG. 5B shows a simulation result of radiated light in the grating coupler 90, and as is clear from comparison between FIG. 5B and FIG. The results are in good agreement.

以上詳述したように、本実施の形態に係るグレーティングカプラは、例えば結像光学系を構成する場合に適した構成となっており、また、本実施の形態に係るグレーティングカプラによれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを提供することが可能なる。 As described above in detail, the grating coupler according to the present embodiment has a configuration suitable for forming an imaging optical system, for example, and according to the grating coupler according to the present embodiment, It is possible to provide a grating coupler capable of increasing the integration density and facilitating mutual connection when the grating couplers are arranged in a line.

[第2の実施の形態]
図6及び図7を参照して、本実施の形態に係る光スキャナ100について説明する。光スキャナ100は、グレーティングカプラ10をアレイ状に配置したグレーティングカプラアレイを光スキャナに適用し、メカレススキャンを実現した形態である。なお、メカレススキャンとは、可動部を含まないスキャンをいう。
[Second Embodiment]
The optical scanner 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The optical scanner 100 is a form in which a mechanical coupler is realized by applying a grating coupler array in which the grating couplers 10 are arranged in an array to an optical scanner. The mechanicalless scan is a scan that does not include a movable part.

図6(d)に示すように、光スキャナ100は、光集積回路102、マイクロレンズ104、光ファイバ106、マウント108、及び制御基板110を備えている。 As shown in FIG. 6D, the optical scanner 100 includes an optical integrated circuit 102, a microlens 104, an optical fiber 106, a mount 108, and a control board 110.

光集積回路102は、図6(b)に示すように、グレーティングカプラ10をアレイ化したグレーティングカプラアレイ120(図7(a)参照)、グレーティングカプラアレイ120への入力光Pinの入射/非入射を切り替える光スイッチ118等を光導波路技術によって集積化したものである。 As shown in FIG. 6B, the optical integrated circuit 102 includes a grating coupler array 120 (see FIG. 7A) in which the grating couplers 10 are arrayed, and the input light Pin is incident/non-incident on the grating coupler array 120. The optical switch 118 and the like for switching between are integrated by optical waveguide technology.

マイクロレンズ104は、グレーティングカプラアレイ120を構成する個々のグレーティングカプラ10に対応させたマイクロレンズをアレイ状に配置し、グレーティングカプラアレイ120から出射された光を集光するものである。 The microlens 104 has microlenses corresponding to the individual grating couplers 10 constituting the grating coupler array 120 arranged in an array, and collects light emitted from the grating coupler array 120.

光ファイバ106は、光源からの入力光Pinを光集積回路102に結合させる先球ファイバである。マウント108は、光集積回路102を搭載する基板である。制御基板110は、光スイッチ118のオン/オフ制御等、光スキャナ100の全体の制御を行う部位である。 The optical fiber 106 is a spherical fiber that couples the input light Pin from the light source to the optical integrated circuit 102. The mount 108 is a substrate on which the optical integrated circuit 102 is mounted. The control board 110 is a part that performs overall control of the optical scanner 100, such as on/off control of the optical switch 118.

図6(c)は、カメラによって観測した、グレーティングカプラアレイ120からの照射光を示した写真である。図6(c)に示す各光点は各グレーティグカプラ10からの放射光であり、各グレーティングカプラ10から放射光がほぼ均等に出射されていることがわかる。図6(a)は、図6(c)の放射光の測定系を示しており、光集積回路102を出射し、マイクロレンズ104を透過した光を赤外カメラ114で観測するように構成されている。図6(c)の写真は、この赤外カメラ114により撮影したものである。 FIG. 6C is a photograph showing the irradiation light from the grating coupler array 120 observed by the camera. It can be seen that the respective light spots shown in FIG. 6C are emitted light from the grating couplers 10, and the emitted light is emitted from the grating couplers 10 substantially evenly. FIG. 6A shows a measurement system of the radiated light of FIG. 6C, which is configured so that the light emitted from the optical integrated circuit 102 and transmitted through the microlens 104 is observed by the infrared camera 114. ing. The photograph of FIG. 6C is taken by the infrared camera 114.

次に、図7を参照して、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ120についてより詳細に説明する。図7(a)は、グレーティングカプラアレイ120の全体を示す平面図、図7(b)は、図7(a)に示すグレーティングカプラアレイ120の部分拡大図、図7(c)は、グレーティングカプラアレイ120からの照射光を示す写真である。
なお、図7(c)は、図6(c)と同じ図を再掲している。
Next, the grating coupler array 120 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. 7A is a plan view showing the entire grating coupler array 120, FIG. 7B is a partially enlarged view of the grating coupler array 120 shown in FIG. 7A, and FIG. 7C is a grating coupler. 6 is a photograph showing irradiation light from the array 120.
It should be noted that FIG. 7C is a reprint of the same drawing as FIG. 6C.

図7(a)及び(b)に示すように、グレーティングカプラアレイ120は、50個のグレーティングカプラ10を導波路18を介して直列に接続して構成したものである。図7(b)示すように、グレーティングカプラ10は、方向性結合器20及びMMI(Multimode Interference)分岐器22によって分岐されつつ配線方向D3に沿って配置されている。その際、グレーティングカプラ10を配線方向D3に対して45°傾け、略正方形のグレーティングカプラ10の辺の相互が対向するように配置する。このように配置することにより、グレーティングカプラ10を緻密に配置することができる。なお、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ120は、約18μm×18μmのグレーティングカプラ10が、約2μmの間隔で50個配列されて構成されている。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the grating coupler array 120 is configured by connecting 50 grating couplers 10 in series via the waveguide 18. As shown in FIG. 7B, the grating coupler 10 is arranged along the wiring direction D3 while being branched by the directional coupler 20 and the MMI (Multimode Interference) brancher 22. At that time, the grating coupler 10 is inclined by 45° with respect to the wiring direction D3, and is arranged such that the sides of the substantially square grating coupler 10 face each other. By arranging in this way, the grating coupler 10 can be densely arranged. The grating coupler array 120 according to the present embodiment is configured by arranging 50 grating couplers 10 of about 18 μm×18 μm at intervals of about 2 μm.

上記のように構成されたグレーティングカプラアレイ120の導波路18の一端から入力光Pinが入射されると、方向性結合器20及びMMI分岐器22から導入導波路16を介して各グレーティングカプラ10に入力光Pinが分配され、各グレーティングカプラ10から光が出射し、図7(c)に示す光照射パターンで光が出力される。 When the input light Pin enters from one end of the waveguide 18 of the grating coupler array 120 configured as described above, it enters the respective grating couplers 10 from the directional coupler 20 and the MMI branching device 22 via the introducing waveguide 16. The input light Pin is distributed, the light is emitted from each grating coupler 10, and the light is output in the light irradiation pattern shown in FIG. 7C.

以上詳述したように、本実施の形態に係る光スキャナによれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを用いた光スキャナを提供することが可能なる。 As described above in detail, the optical scanner according to the present embodiment uses the grating coupler that can increase the integration density and facilitate mutual connection when arranged in an array. It is possible to provide an optical scanner.

[第3の実施の形態]
図8及び図9を参照して、本実施の形態に係る投光・受光器300について説明する。
投光・受光器300は、例えばレーザレーダ装置に搭載され、光を出射する投光部、及び光を受光する受光部を備えている。
[Third Embodiment]
A light projecting/receiving device 300 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
The light projecting/receiving device 300 is mounted on, for example, a laser radar device, and includes a light projecting unit that emits light and a light receiving unit that receives light.

まず、図8(d)、(e)を参照して、投光・受光器300の全体構成について説明する。図8(e)は、投光・受光器300の側面図であり、図8(d)は、光集積回路302の平面図である。図8(e)示すように、投光・受光器300は、投光部308、受光部310、及び投光、受光に関連する光スイッチ等の素子が形成された光集積回路302、マイクロレンズ306、及びPD(Photodiode)304を含んで構成されている。 First, the overall configuration of the light projecting/receiving device 300 will be described with reference to FIGS. 8E is a side view of the light projecting/receiving device 300, and FIG. 8D is a plan view of the optical integrated circuit 302. As shown in FIG. 8E, a light projecting/receiving device 300 includes a light projecting unit 308, a light receiving unit 310, an optical integrated circuit 302 in which elements such as an optical switch related to light projecting and light receiving are formed, and a microlens. 306 and PD (Photodiode) 304 are included.

図8(d)に示すように、光集積回路302には、グレーティングカプラアレイ312(光アレイアンテナ)を備えた投光部308、及びグレーティングカプラアレイ320(光アレイアンテナ)を備えた受光部310が配置されている。 As shown in FIG. 8D, the optical integrated circuit 302 includes a light projecting unit 308 including a grating coupler array 312 (optical array antenna) and a light receiving unit 310 including a grating coupler array 320 (optical array antenna). Are arranged.

入力光Pinは、導波路316の一端から入射され、グレーティングカプラアレイ312の各グレーティングカプラに対応する光スイッチ322がアレイ状に配置された光スイッチアレイ314を介して、投光部308のグレーティングカプラアレイ312に入力される。光スイッチ322によって入力光Pinが透過されると、対応するグレーティングカプラ10から投光光Poが出射される。 The input light Pin enters from one end of the waveguide 316, and passes through the optical switch array 314 in which the optical switches 322 corresponding to the respective grating couplers of the grating coupler array 312 are arranged in an array, and the grating coupler of the light projecting unit 308. Input to the array 312. When the input light Pin is transmitted by the optical switch 322, the light projection light Po is emitted from the corresponding grating coupler 10.

一方、入力光Pinの一部は方向性結合器等によって分岐され、参照光Prefとして受光部310のグレーティングカプラアレイ320に供給される。参照光Prefは、グレーティングカプラアレイ320に入射した受光光Prと混合され、例えばホモダイン検波が行われ、対象物Oまでの距離等が算出される。 On the other hand, a part of the input light Pin is branched by a directional coupler or the like and supplied to the grating coupler array 320 of the light receiving unit 310 as the reference light Pref. The reference light Pref is mixed with the received light Pr incident on the grating coupler array 320, for example, homodyne detection is performed, and the distance to the object O or the like is calculated.

図8(a)は、本実施の形態に係る光スイッチ322の構成の一例を示している。図8(a)に示すように、光スイッチ322は、一例として、リング状に構成されたリング導波路328、及びヒータ326を備えたリング共振器型の光スイッチによって構成されている。光スイッチ322では、ヒータ326によってリング導波路328の屈折率が制御され、リング導波路328の共振周波数に一致した光が透過される。 FIG. 8A shows an example of the configuration of the optical switch 322 according to this embodiment. As shown in FIG. 8A, the optical switch 322 is configured by, for example, a ring resonator type optical switch including a ring waveguide 328 configured in a ring shape and a heater 326. In the optical switch 322, the heater 326 controls the refractive index of the ring waveguide 328, and the light having the resonance frequency of the ring waveguide 328 is transmitted.

図8(b)は、グレーティングカプラアレイ312における入力光Pinの分配の状態を示している。図8(b)に示すように、グレーティングカプラ10は入力光Pinの進行方向に対して略45°傾けた状態で配置されており、導波路316と方向性結合器324によって結合された導入導波路16を介して入力光Pinが分配される。 FIG. 8B shows a distribution state of the input light Pin in the grating coupler array 312. As shown in FIG. 8( b ), the grating coupler 10 is arranged in a state of being inclined by approximately 45° with respect to the traveling direction of the input light Pin, and the introduction coupler coupled by the waveguide 316 and the directional coupler 324 is provided. The input light Pin is distributed via the waveguide 16.

図8(c)は、グレーティングカプラアレイ320における受光光Prの集光の状態を示している。図8(c)に示すように、グレーティングカプラ10は受光光Prの進行方向に対して略45°傾けた状態で配置されており、導波路316と方向性結合器324によって結合された導入導波路16を介して受光光Prが集光される。 FIG. 8C shows how the received light Pr is condensed in the grating coupler array 320. As shown in FIG. 8C, the grating coupler 10 is arranged in a state of being inclined by about 45° with respect to the traveling direction of the received light Pr, and is coupled by the waveguide 316 and the directional coupler 324. The received light Pr is condensed via the waveguide 16.

図9を参照して、本実施の形態に係る投光部308についてより詳細に説明する。図9に示すように、本実施の形態に係るグレーティングカプラアレイ312は、一例として、グレーティングカプラ10が8×20のマトリクス状に配置されて構成されている。図8(b)で説明したように、グレーティングカプラアレイ312では、個々のグレーティングカプラ10を導波路316に対して略45°傾け、略正方形の辺同士を対向させて配置することにより、グレーティングカプラ10最密に配置されている。図9に示すように、グレーティングカプラアレイ312は、導波路316の進行方向に8個直列に接続されたグレーティングカプラ10(ライングレーティングカプラ)の単位で導波路316に接続されており、この単位で光スイッチ322からの光が入力される。 The light projecting unit 308 according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the grating coupler array 312 according to the present embodiment is configured, for example, by arranging the grating couplers 10 in an 8×20 matrix. As described with reference to FIG. 8B, in the grating coupler array 312, the individual grating couplers 10 are tilted by about 45° with respect to the waveguide 316, and substantially square sides are arranged so as to face each other. 10 most closely arranged. As shown in FIG. 9, the grating coupler array 312 is connected to the waveguide 316 in units of eight grating couplers 10 (line grating couplers) connected in series in the traveling direction of the waveguide 316. Light from the optical switch 322 is input.

一方、光スイッチアレイ314は導波路316でグレーティングカプラアレイ312と接続されている。個々の光スイッチ322は、図8(a)で説明したようにリング導波路328、及びリング導波路328上に配置されたヒータ326を備え、ヒータ326の両端は電気配線318によって図示しない電源に接続されている。ヒータ326によりリング導波路328の屈折率が制御され、リング導波路328の共振周波数に一致した場合に入力光Pinがグレーティングカプラアレイ312に透過され、一致しない場合に遮断される。 On the other hand, the optical switch array 314 is connected to the grating coupler array 312 by the waveguide 316. Each optical switch 322 includes a ring waveguide 328 and a heater 326 arranged on the ring waveguide 328 as described with reference to FIG. 8A, and both ends of the heater 326 are connected to a power source (not shown) by electric wiring 318. It is connected. The refractive index of the ring waveguide 328 is controlled by the heater 326, and when the resonance frequency of the ring waveguide 328 matches, the input light Pin is transmitted to the grating coupler array 312, and when it does not match, the input light Pin is blocked.

以上詳述したように、本実施の形態に係る投光・受光器によれば、アレイ状に配置する場合において、集積密度を高くすると共に、相互の接続を容易にすることが可能なグレーティングカプラを用いたレーザレーダ装置を提供することが可能なる。 As described above in detail, according to the light projecting/receiving device of this embodiment, it is possible to increase the integration density and facilitate mutual connection in the case of arranging them in an array. It is possible to provide a laser radar device using the.

10 グレーティングカプラ
12 回折格子部
14 テーパー部
16 導入導波路
18 導波路
20 方向性結合器
22 MMI分岐器
50 測定系
52 測定器
54 放射光
56 先球ファイバ
58 チップ
80 グレーティングカプラ
82 回折格子部
84 テーパ部
86 導入導波路
90 グレーティングカプラ
92 回折格子部
94 集光部
96 導入導波路
100 光スキャナ
102 光集積回路
104 マイクロレンズ
106 光ファイバ
108 マウント
110 制御基板
114 赤外カメラ
118 光スイッチ
120 グレーティングカプラアレイ
300 投光・受光器
302 光集積回路
304 PD
306 マイクロレンズ
308 投光部
310 受光部
312 グレーティングカプラアレイ
314 光スイッチアレイ
316 導波路
318 電気配線
320 グレーティングカプラアレイ
322 光スイッチ
324 方向性結合器
326 ヒータ
328 リング導波路
400 受光部
402 グレーティングカプラアレイ
404 光スイッチアレイ
406 導波路
800 受光部
802 光スイッチ
804 導波路
900 受光器
902 グレーティングカプラ
904 グレーティングカプラ
906 投光領域
908 受光領域
910 グレーティングカプラアレイ
912 レンズ
D1、D2、D3 配線方向
F フレア
N 低寄与領域
O 対象物
Pin 入力光
Po 投光光
Pr 受光光
Pref 参照光
RA 受光領域
T テーパ
10 Grating Coupler 12 Diffraction Grating Part 14 Tapered Part 16 Introducing Waveguide 18 Waveguide 20 Directional Coupler 22 MMI Branching Device 50 Measuring System 52 Measuring Device 54 Emitted Light 56 Tip Fiber 58 Chip 80 Grating Coupler 82 Diffraction Grating Part 84 Taper Part 86 Introduction waveguide 90 Grating coupler 92 Diffraction grating part 94 Condensing part 96 Introduction waveguide 100 Optical scanner 102 Optical integrated circuit 104 Microlens 106 Optical fiber 108 Mount 110 Control board 114 Infrared camera 118 Optical switch 120 Grating coupler array 300 Emitter/receiver 302 Optical integrated circuit 304 PD
306 Microlens 308 Light projecting unit 310 Light receiving unit 312 Grating coupler array 314 Optical switch array 316 Waveguide 318 Electrical wiring 320 Grating coupler array 322 Optical switch 324 Directional coupler 326 Heater 328 Ring waveguide 400 Light receiving unit 402 Grating coupler array 404 Optical switch array 406 Waveguide 800 Light receiving unit 802 Optical switch 804 Waveguide 900 Light receiver 902 Grating coupler 904 Grating coupler 906 Light emitting area 908 Light receiving area 910 Grating coupler array 912 Lens D1, D2, D3 Wiring direction F Flare N Low contribution area O object Pin input light Po light projection light Pr light reception light Pref reference light RA light reception area T taper

Claims (9)

光を導入させる導入導波路と、
前記導入導波路の一端に所定の幅の端部が接続されると共に、前記端部の両端から略扇形形状に拡大され、かつ前記導入導波路を伝播する光のスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換部と、
前記導入導波路と前記スポットサイズ変換部との接続部分を中心としかつ前記スポットサイズ変換部の円弧部に沿って同心円状に形成された複数の円弧状の凹凸からなる回折格子部と、を含み、
前記導入導波路、スポットサイズ変換部、及び回折格子部が光集積回路に集積化され、 前記円弧の長さが漸増した後漸減することにより前記光集積回路の全体の形状が略矩形形状を呈すると共に、前記導入導波路が前記略矩形形状の一の頂点に配置され、前記一の頂点と、前記一の頂点の対角にある頂点を結ぶ線分に対して対称な形状となっている
グレーティングカプラ。
An introduction waveguide for introducing light,
An end portion having a predetermined width is connected to one end of the introduction waveguide, and a spot size conversion for expanding the spot size of light propagating through the introduction waveguide while expanding from both ends of the end portion into a substantially fan shape. Department,
A diffraction grating portion comprising a plurality of arc-shaped concavo-convex portions formed concentrically along the arc portion of the spot size conversion portion and centered on the connection portion between the introduction waveguide and the spot size conversion portion. ,
The introduction waveguide, the spot size conversion unit, and the diffraction grating unit are integrated in an optical integrated circuit, and the length of the circular arc gradually increases and then gradually decreases, so that the overall shape of the optical integrated circuit exhibits a substantially rectangular shape. At the same time, the introduction waveguide is arranged at one vertex of the substantially rectangular shape, and the grating has a shape symmetrical with respect to a line segment connecting the one vertex and a vertex on a diagonal of the one vertex. Coupler.
前記導入導波路は、前記スポットサイズ変換部との接続点近傍において、前記導入導波路の平面視における幅が前記導入導波路における伝播光の進行方向にテーパ状に拡大されたテーパ部を有する
請求項1に記載のグレーティングカプラ。
In the vicinity of the connection point with the spot size conversion portion, the introduction waveguide has a tapered portion in which the width of the introduction waveguide in plan view is tapered in the traveling direction of the propagation light in the introduction waveguide. The grating coupler according to Item 1.
前記スポットサイズ変換部の前記端部は、前記導入導波路との接続点近傍において、前記進行方向と逆の方向に折り返されてフレア状に形成されている
請求項2に記載のグレーティングカプラ。
The grating coupler according to claim 2, wherein the end portion of the spot size conversion portion is formed in a flare shape by being folded back in a direction opposite to the traveling direction in the vicinity of a connection point with the introduction waveguide.
所定の方向に延伸する導波路と、
前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器と、
前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のグレーティングカプラを含む、
グレーティングカプラアレイ。
A waveguide extending in a predetermined direction,
A plurality of directional couplers provided along the waveguide,
The plurality of directional couplers are connected to the introduction waveguide, and the plurality of directional couplers are arranged with the sides of the substantially rectangular shape facing each other in the predetermined direction. Including the grating coupler described in
Grating coupler array.
請求項4に記載のグレーティングカプラアレイと、
前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、
を含む結像光学系。
A grating coupler array according to claim 4;
A lens array provided with a lens corresponding to each of the plurality of grating couplers constituting the grating coupler array,
Imaging optics including.
光源と、
前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項5に記載の結像光学系と、
前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチと、
を含む光スキャナ。
A light source,
The imaging optical system according to claim 5, wherein one end of the waveguide of the grating coupler array is connected to the light source.
A plurality of optical switches connected to each of the plurality of grating couplers constituting the grating coupler array,
Optical scanner including.
所定の方向に延伸する導波路、前記導波路に沿って設けられた複数の方向性結合器、及び前記複数の方向性結合器に前記導入導波路が接続されると共に、前記所定の方向に前記略矩形形状の辺を対向させて配列された複数の請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のグレーティングカプラを含むライングレーティングカプラを複数含み、
複数の前記ライングレーティングカプラが前記所定の方向と交差する方向に配列されると共に、複数の前記ライングレーティングカプラを構成する複数の前記グレーティングカプラがマトリクス状に配置された
グレーティングカプラアレイ。
A waveguide extending in a predetermined direction, a plurality of directional couplers provided along the waveguide, and the introduction waveguide connected to the plurality of directional couplers, and in the predetermined direction A plurality of line grating couplers including the plurality of grating couplers according to any one of claims 1 to 3, which are arranged so that sides of a substantially rectangular shape are opposed to each other,
A grating coupler array in which a plurality of the line grating couplers are arranged in a direction intersecting with the predetermined direction, and a plurality of the grating couplers configuring the plurality of the line grating couplers are arranged in a matrix.
請求項7に記載のグレーティングカプラアレイと、
前記グレーティングカプラアレイを構成する複数の前記グレーティングカプラの各々に対応したレンズを備えたレンズアレイと、
を含む結像光学系。
A grating coupler array according to claim 7,
A lens array provided with a lens corresponding to each of the plurality of grating couplers constituting the grating coupler array,
Imaging optics including.
光源、前記光源に前記グレーティングカプラアレイの前記導波路の一端が接続された請求項8に記載の結像光学系、及び複数の前記ライングレーティングカプラの各々に接続された複数の光スイッチを含み、当該グレーティングカプラアレイから光を出射する投光部と、
請求項8に記載のグレーティングカプラアレイ、及び当該グレーティングカプラアレイの前記導波路に接続されると共に当該グレーティングカプラアレイに入射された光を受光する受光部と、
を含むレーザレーダ装置。
A light source, an imaging optical system according to claim 8 in which one end of the waveguide of the grating coupler array is connected to the light source, and a plurality of optical switches connected to each of the plurality of line grating couplers, A light projecting section for emitting light from the grating coupler array,
9. The grating coupler array according to claim 8, and a light receiving unit that is connected to the waveguide of the grating coupler array and receives light incident on the grating coupler array.
Laser radar device including.
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