JPH0287581A - 波長分波光検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波長分波機能を有する光検出器に関し、特に
、集積型光検出器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、波長多重化光伝送のための波長分波デバイスとし
てグレーティングを導波路上に形成し、分波・回折され
た光波を光検出器で受光するというデバイスが提案され
ている（参考文献としてＴ。

５ｕｈａｒａ　　ｅｔ　　ａｌ：　　　“Ｍｏｎｏｌｉ
ｔｈｉｃ　　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　　ｍｉｃｒｏ−ｇ
ｒａｔｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ　ｆ
ｏｒ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｃｘ
ｉｎｇ”　　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｌ　　４０，
２．Ｐ１２０（Ｊａｎ。

＋９８２）かある）。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例では、伝送されてきた光を分
波するグレーティング分波器と、この分波された光を検
出する光検出器とは、相互干渉を防止するために所定間
隔をあけて、基板面内の異なる部分に集積化しなければ
ならず、デバイスが大型化するという欠点がある。

この問題は、光選択性を高めるために、グレーティング
本数を増大させた場合に、特に顕著となる。

〔３！題を解決するための手段〕 本発明によれば、グレーティングカップラ上層または下
層に誘電体膜を形成することによって、選択波長の反射
特性を制御し、波長分波を行い、グレーティングカップ
ラ下部の光検出器で波長分波受光を実現するものである
。

本発明の代表的なものでは、グレーティングによる下方
への回折光と誘電体膜での反射光とを重ね合わせ、選択
波長以外の波長の光波については、光の減算を実行し、
光強度をほぼ平とする。

光を加算して強めるのは比較的簡単であるが、減算する
ためには、重ね合わせる光が相互に逆位相で、同振幅で
なければならず、厳密な制御が必要である。本発明では
、この制御を誘電体膜の厚さと屈折率分布を制御するこ
とによって行なう。これにより、グレーティングの製造
誤差も吸収することか可能となる。

（作用） グレーティングカップラは本来、波長選択機能を示さな
いが、上下層に出射する出力光の位相及び振幅を誘導体
膜で制御し、波長選択特性を持たせることによって波長
分波を実現することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実１ｄ糺１ 第１図は本発明の第１の実施例を示すデバイス断面図で
ある。

参照番号１はＳｉ基板、２は５ｉｎ２バッファ層、３は
コーニング７０５９ガラス導波路、４は５ｉｎ２装荷膜
、５はＡ　ＩＪ　＋＋ｑミラー、６はレリーフ型グレー
ティングカップラ、７，８はｐｎフォトダイオードを示
している。２つ以上の波長成分を含む信号光は端面結合
等によって導波路３に結合され、グレーティング６によ
って回折波を生し、上層および下層への放射光となる。

上層へ放出された光は５ｉｎ２装荷膜４の上部に設けら
れた＾Ｕ膜ミラー５によって反射され、下層への放射光
と重なり合いフォトダイオード７および８によって受光
される。簡東のためｐｎダイオードのＰ側電極は省略し
た。

以下、波長分波の原理を第２図、第３図を用いて説明す
る。

第２図はグレーティングによる放射光の重なりを示して
いる。グレーティングカップラ６に入射した導波光２０
は上層及び下層に放射される光波に結合する。上層に放
射した光波２２は金属ミラー面５で反射をうけて導波層
３を透過し、下層に放射する光波２３となり、下層に放
射した光波２１と爪ね合わされる。ここで、上層部に設
けた５ｉｎ２膜４の膜厚ｄを制御することによって光波
２１と光波２３の位相関係を調整することが可能となる
。例えば光波２１と光波２３の位相が同相の場合は、下
層への結合が最大となり、一方、位相差が口の場合、す
なわち両光波が逆位相の場合には下層への放射は抑制さ
れることになる。ここで両光波の振幅が等しく逆位相の
場合には完全な打ち消し合いが生じ、下層への光の結合
が行なわれなくなる。このような条件を満たすためには
、光波２１と光波２３の振幅が等しくなるように屈折率
分布を調整すること５両光波の位相が逆相になるように
誘電体膜厚ｄを調整することが必要となる。両光波２１
．２３の振幅を等しくするためにはバッファ層２と装荷
膜４の屈折率をほぼ等しくしておくとよい。

互いに逆相なる条件で入射した場合には、はとんどの導
波光が放射光とならず透過し、一部が散乱・反射される
ことになる。

第３図は上層に装荷した５ｉ０２膜厚ｄと下層への放射
光の強度の関係を示している。破線及び実線はそれぞれ
波長λ２．λ１の特性を示す。ｄ、。

ｄ２はそわぞれ波長え７．λ蒙に対する透過光強度の極
小値を与える値である。

第１図の実施例において前段でλ１、後段でλ２を分波
検知するものとすると、第３図から前段の部分では、）
膜厚をｄｌと設定し、λ２の光波は透過するように設定
し、後段では膜厚をｄ２と設定し、λ、の光波は透過す
るようにしておくと良い。以北の例では１例として２つ
の波長の分波。

を考えたが、３波以上の場合には、選択波長以外の波長
全てに対して透過光強度が極小となるようにＩＩＱ　Ｐ
Ｊ　ｄを選択すわば同様の分波効果が期待できる。

実力ｄ汁ス 第４図は本発明の第２の実施例を示すデバイス断面図で
ある。

グレーティングカップラ３２は同図に示す様に非対称形
状の凸凹を示す、いわゆるブレーズドグレーティングで
形成され、グレーティングカップラ３２による放射波は
下層にのみ放射するように傾きを調整しである。フォト
ダイオード７．８の上層には低屈折率と高屈折率の交互
層による干渉膜３０、３１が形成され波長選択が行なわ
れている。干渉膜としては５ｉｎ２／ＴｉＯ２などを組
み合わせることができる。第４図において入射導波光は
置設の部分においてλ１およびλ２の光波か下方に放射
され、波長λ２の光波（破線で示される）は完全反射さ
れ、フォトダイオード７には入射されず、波長λ１の光
波（実線で示される）のみが受光される。完全反射され
た光波は位相を調整することによって効率良く導波路に
再結合され、次段へ透過していく。後段においては波長
λ、の光波は完全反射し、λ２の光波が透過し、フォト
ダイオード８で受光される。第５図は干渉フィルタ３０
および３１の反射特性を示している。フィルタ３０では
λ２の光波が効率よく反射し、λ１の光波は透過するよ
うに設計されている。一方、フィルタ３１ではえ、の光
波が効率よく反射し、λ２の光波は透過するように設計
されている。

干渉フィルタ部分３０．３１は個別にＲＦスパッタ法等
で堆積されるか、段差が存在すると著しい導波損失が生
じるため、導波路を形成する面を平坦化することが望ま
しい。そのため必要に応じてポリマー材料のスピンコー
ドを利用し平坦化を図る工夫を併用すると良い。

〔発明の効果〕

以］−説明したようにグレーティングカップラの」−層
または下層に反射特性を制御する誘電体層を形成し、下
層方向すなわち基板方向への放射光の強度を制御するこ
とによって一体化した構造で、波長分波および検波を行
う集積型光波長分波・検出デバイスを提供することが可
能となる。波長分波特性を実現するために、本発明では
誘電体膜の反射位相特性を用いているため、グレーティ
ングカップラとは独立に設計できるという自由度を存し
ている。グレーティングカップラには波長選択性を持た
せないため通常の設計を適用できる。以上の様にデバイ
ス設計の上で取り扱いが容易であるという特徴がある。

また、グレーティング結合部と光検出部を膜ノゾ方向に
集積化することによってデバイスのアライメントが不要
となり、小形化にも有利な構成となるなどの利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の８１の実施例を示すデバイスの断面図
、第２図は本発明の第１実施例の基本原理を説明する概
念図、第３図は基板方向への透過光強度と誘電体層厚の
関係を示すグラフ、第４図は本発明の第２の実施例を示
すデバイスの断面図、第５図は第２実施例を用いる干渉
フィルタの反射特性を示すグラフである。 １−５ｉ基板、　　　　　２・＝Ｓｉ０２．３・・・（
ニー７０５９ガラス導波路、４・・−５ｉＯ２層、　　
　　　５−Ａｕ膜、６・・・グレーティングカップラ、 ７．８・・・ｐｎフォトダイオード、 ９・・・基板側電極、　　２０・・・入射導波光、２１
・・・基板側放射光、　２２・・・上層側放射光、２３
・・・上層側放射光による反射光、３０、：Ｎ・・・「
渉フィルタ、 ３２・・・ブレーズドグレーティングカップラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周期構造を有するグレーティングカップラがその一
   部に形成された導波路を具備し、誘電体膜とミラー構造
   を有する光反射手段と光検出手段とがそれぞれ、前記導
   波路を挟んで対向して設けられており、 前記導波路に入射した導波光は回折をう け、前記光反射手段側および光検出手段側へ第１の放射
   光を生じ、該放射光のうち光反射手段側への放射光は前
   記光反射手段によって折り返されて光検出手段側への第
   ２の放射光となり、前記光検出手段側への第１の放射光
   と重ね合わされるようになっており、 前記誘電体膜の膜厚および屈折率分布は、 所望の選択波長に対しては、第１の放射光と第２の放射
   光の位相がほぼ同相となって、前記光検出手段の光検出
   面における放射光強度が増大するように、かつ、選択波
   長以外の光波に対しては、第１の放射光と第２の放射光
   の振幅がほぼ等しく、その位相が互いに逆位相となって
   、前記光検出面における放射光強度がほとんど零となる
   ように制御されていることを特徴とする波長分波光検出
   器。 ２、ミラー構造は、金属膜で形成されている請求項１記
   載の波長分波光検出器。 ３、ミラー構造が多層反射膜で形成されている請求項１
   記載の波長分波光検出器。 ４、導波路、光反射手段および光検出手段は、半導体基
   板に集積されており、光検出手段はフォトダイオードか
   らなり、放射光はこのフォトダイオードで直接検波され
   るようになっている請求項１記載の波長分波光検出器。 ５、導波路構造を有し、該導波路の一部に周期構造を有
   するブレーズドグレーティングカップラが設けられ、該
   カップラ下方には干渉膜フィルタが形成され、さらに、
   該干渉膜フィルタの下方に光検出手段が形成されており
   、前記導波路に入射した導波光は前記カップラによって
   回折をうけて下方へのみ放射光を生じ、この放射光成分
   のうち、所望の選択波長以外の光波のほとんどは、前記
   干渉膜フィルタによつて反射されるようになっている波
   長分波光検出器。 ６、導波路構造、ブレーズドグレーティングカップラ、
   干渉膜フィルタおよび光検出手段は、半導体基板に集積
   されている請求項５記載の波長分波光検出器。