JPH05142437A - 導波路型モードスプリツタ及び光磁気信号検出装置 - Google Patents
導波路型モードスプリツタ及び光磁気信号検出装置Info
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- JPH05142437A JPH05142437A JP30788091A JP30788091A JPH05142437A JP H05142437 A JPH05142437 A JP H05142437A JP 30788091 A JP30788091 A JP 30788091A JP 30788091 A JP30788091 A JP 30788091A JP H05142437 A JPH05142437 A JP H05142437A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】Ｓ／Ｎ比の良い信号検出を可能とするモードス
プリッタを提供する。 【構成】本発明のモードスプリッタは、Ａ，Ｂ領域を持
つ光導波路において、Ａ，Ｂ領域の伝搬定数がβAi，β
BiのモードｉとＡ，Ｂ領域の伝搬定数がβAj，βBjのモ
ードｊの光波が同一方向に伝搬し、上記伝搬定数がβAi
＞βBi，βAj＞βBj，(βBi／βAi)＞(βBj／βAj)なる
関係を満足し、さらに厚みがテーパ状に変化するテーパ
結合部により２つの領域が結合されＡ領域からＢ領域に
モードｉとモードｊの光が入射するときの結合部への入
射角度αが、 arcsin(βBi／βAi)＜α＜arcsin(βBj／βAj） という条件を満足するように構成し、テーパ結合部で全
反射されるモードｉを検出する光検出器15b 近傍のＡ領
域に散乱光検出用光検出器15a を構成し、テーパ結合部
でＢ領域に屈折するモードｊを検出する光検出器16a 近
傍のＢ領域に散乱光検出用光検出器16b を構成したこと
を特徴とする。
プリッタを提供する。 【構成】本発明のモードスプリッタは、Ａ，Ｂ領域を持
つ光導波路において、Ａ，Ｂ領域の伝搬定数がβAi，β
BiのモードｉとＡ，Ｂ領域の伝搬定数がβAj，βBjのモ
ードｊの光波が同一方向に伝搬し、上記伝搬定数がβAi
＞βBi，βAj＞βBj，(βBi／βAi)＞(βBj／βAj)なる
関係を満足し、さらに厚みがテーパ状に変化するテーパ
結合部により２つの領域が結合されＡ領域からＢ領域に
モードｉとモードｊの光が入射するときの結合部への入
射角度αが、 arcsin(βBi／βAi)＜α＜arcsin(βBj／βAj） という条件を満足するように構成し、テーパ結合部で全
反射されるモードｉを検出する光検出器15b 近傍のＡ領
域に散乱光検出用光検出器15a を構成し、テーパ結合部
でＢ領域に屈折するモードｊを検出する光検出器16a 近
傍のＢ領域に散乱光検出用光検出器16b を構成したこと
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路中を伝搬する
複数のモードを効率良く分離する導波路型モードスプリ
ッタ、及びその導波路型モードスプリッタをＴＥ−ＴＭ
モード分離部に備え、光磁気ディスク等の光磁気記録媒
体からの光磁気信号を検出する光磁気信号検出装置に関
する。
複数のモードを効率良く分離する導波路型モードスプリ
ッタ、及びその導波路型モードスプリッタをＴＥ−ＴＭ
モード分離部に備え、光磁気ディスク等の光磁気記録媒
体からの光磁気信号を検出する光磁気信号検出装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導波路におけるモードスプリッ
タとしては、グルーブ形、９０°ブラッグ形、方向性結
合形などが知られている（栖原敏明、春名正光、西原
浩、”光集積回路”オーム社、PP.271-272、参照）。し
かし、グルーブ形に関しては入射角度ずれに弱いこと、
９０°ブラッグ形に関しては波長ずれに弱いこと、方向
性結合形に関しては作成する際に結合長などを非常に厳
密に制御しなければならないなど、実際に光ピックアッ
プや光通信用素子などの光集積デバイスに応用するため
には問題が多い。そこで、本出願人は先に、光導波路の
厚みがテーパ状に変化するテーパ状結合部によって光導
波路中を伝搬する複数のモードを効率良く分離すること
ができるモードスプリッタを提案した（特開昭６４−４
７０６号、特開昭６４−４７０７号）。
タとしては、グルーブ形、９０°ブラッグ形、方向性結
合形などが知られている（栖原敏明、春名正光、西原
浩、”光集積回路”オーム社、PP.271-272、参照）。し
かし、グルーブ形に関しては入射角度ずれに弱いこと、
９０°ブラッグ形に関しては波長ずれに弱いこと、方向
性結合形に関しては作成する際に結合長などを非常に厳
密に制御しなければならないなど、実際に光ピックアッ
プや光通信用素子などの光集積デバイスに応用するため
には問題が多い。そこで、本出願人は先に、光導波路の
厚みがテーパ状に変化するテーパ状結合部によって光導
波路中を伝搬する複数のモードを効率良く分離すること
ができるモードスプリッタを提案した（特開昭６４−４
７０６号、特開昭６４−４７０７号）。
【０００３】ここで、簡単にこのモードスプリッタの原
理について図４(ａ)，(ｂ)を参照して説明する。図４に
示すように、光がｚ方向のみに閉じ込められた二次元光
導波路を考える。導波光の動きをｚ方向の動きとｘ−ｙ
平面上の動きとに分離して取扱い、後者を二次元光学と
呼ぶ。二次元光学においては、モードの等価屈折率がバ
ルク光学系の屈折率に対応し、モードの等価屈折率は導
波路の膜厚や屈折率を変えることによって変化させるこ
とができる（尚、導波路だけでなく、基板やクラッド層
の屈折率、膜厚を変えることによっても変化する）。ま
た、二次元光学においても、フェルマ−の原理とスネル
の法則は維持される。
理について図４(ａ)，(ｂ)を参照して説明する。図４に
示すように、光がｚ方向のみに閉じ込められた二次元光
導波路を考える。導波光の動きをｚ方向の動きとｘ−ｙ
平面上の動きとに分離して取扱い、後者を二次元光学と
呼ぶ。二次元光学においては、モードの等価屈折率がバ
ルク光学系の屈折率に対応し、モードの等価屈折率は導
波路の膜厚や屈折率を変えることによって変化させるこ
とができる（尚、導波路だけでなく、基板やクラッド層
の屈折率、膜厚を変えることによっても変化する）。ま
た、二次元光学においても、フェルマ−の原理とスネル
の法則は維持される。
【０００４】今、図４(ａ)，(ｂ)のように、厚み方向
（ｚ軸方向）にテーパ状の結合部をもつ２つの二次元導
波路Ａ，Ｂを考える。導波路Ａ，Ｂにおけるモード伝搬
定数をそれぞれβA，βBとすると、スネルの法則は式
のようになる。 βAsinαA＝βBsinαB ・・・ 但し、αA は導波路Ａにおける入射角、αB は導波路Ｂ
における屈折角を表し、どちらもｘ−ｙ平面上にある。
今、βA＞βBと仮定すると、二次元光学では、入射角α
A が、下記の式の条件を満足していれば、導波路Ａで
生じた光波は、式に従って、導波路Ｂに屈折する（図
４(ｂ)の状態）。 αA＜arcsin(βB／βA) ・・・ また、入射角αA が、下記の式の条件を満足する場合
には、結合部において全反射が起こる(図４(ａ)の状
態）。 αA＞arcsin(βB／βA) ・・・ 二つのバルクのメディアの境界においては、フレネルの
法則に従う部分反射という現象が起こる。二次元光学に
おいても、導波路Ａと導波路Ｂの境界が光の波長に対し
て急に変化している場合には部分反射が起こるが、Ａと
Ｂの境界が光の波長に対して十分緩やかなテーパ状にな
っている場合には、arcsin(βB／βA)という角度（以
後、この角度のことを臨界角と呼ぶ）を境にして、屈折
か全反射が起こり、部分反射という現象は起こらない。
（ｚ軸方向）にテーパ状の結合部をもつ２つの二次元導
波路Ａ，Ｂを考える。導波路Ａ，Ｂにおけるモード伝搬
定数をそれぞれβA，βBとすると、スネルの法則は式
のようになる。 βAsinαA＝βBsinαB ・・・ 但し、αA は導波路Ａにおける入射角、αB は導波路Ｂ
における屈折角を表し、どちらもｘ−ｙ平面上にある。
今、βA＞βBと仮定すると、二次元光学では、入射角α
A が、下記の式の条件を満足していれば、導波路Ａで
生じた光波は、式に従って、導波路Ｂに屈折する（図
４(ｂ)の状態）。 αA＜arcsin(βB／βA) ・・・ また、入射角αA が、下記の式の条件を満足する場合
には、結合部において全反射が起こる(図４(ａ)の状
態）。 αA＞arcsin(βB／βA) ・・・ 二つのバルクのメディアの境界においては、フレネルの
法則に従う部分反射という現象が起こる。二次元光学に
おいても、導波路Ａと導波路Ｂの境界が光の波長に対し
て急に変化している場合には部分反射が起こるが、Ａと
Ｂの境界が光の波長に対して十分緩やかなテーパ状にな
っている場合には、arcsin(βB／βA)という角度（以
後、この角度のことを臨界角と呼ぶ）を境にして、屈折
か全反射が起こり、部分反射という現象は起こらない。
【０００５】次に、伝搬定数が夫々βAi，βAjであるモ
ードｉとモードｊの光波が導波路Ａを伝搬しているとす
る。またモードｉ，ｊの導波路Ｂ中の伝搬定数はβBi，
βBjとする。 βAi＞βBi ，βAj＞βBj ・・・ (βBi／βAi)＞(βBj／βAj) ・・・ ここで、上記、式が成り立ち、且つ導波路Ａと導波
路Ｂの境界が、光の波長に対して十分に緩いテーパ状に
なるように導波路全体を構成すると、 モードｉに対する臨界角：arcsin(βBi/βAi)と、 モードｊに対する臨界角：arcsin(βBj/βAj) の関係は、 arcsin(βBi/βAi)＞arcsin(βBj/βAj) となるので、入射角αAを、 arcsin(βBi/βAi)＞αA＞arcsin(βBj/βAj)・・・ 上記式の範囲に設定すると、モードｉの光波は導波路
Ｂに前記式に従って決まる屈折角で屈折し、モードｊ
の光波は境界において全反射する。従って、モードｉの
光波とモードｊの光波とを分離することができる。
ードｉとモードｊの光波が導波路Ａを伝搬しているとす
る。またモードｉ，ｊの導波路Ｂ中の伝搬定数はβBi，
βBjとする。 βAi＞βBi ，βAj＞βBj ・・・ (βBi／βAi)＞(βBj／βAj) ・・・ ここで、上記、式が成り立ち、且つ導波路Ａと導波
路Ｂの境界が、光の波長に対して十分に緩いテーパ状に
なるように導波路全体を構成すると、 モードｉに対する臨界角：arcsin(βBi/βAi)と、 モードｊに対する臨界角：arcsin(βBj/βAj) の関係は、 arcsin(βBi/βAi)＞arcsin(βBj/βAj) となるので、入射角αAを、 arcsin(βBi/βAi)＞αA＞arcsin(βBj/βAj)・・・ 上記式の範囲に設定すると、モードｉの光波は導波路
Ｂに前記式に従って決まる屈折角で屈折し、モードｊ
の光波は境界において全反射する。従って、モードｉの
光波とモードｊの光波とを分離することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなモードス
プリッタでは、簡単な構成で効率よくモード分離でき、
導波路の材質、膜厚、構成を選ぶことによって任意のモ
ードスプリッタが構成でき、モード分離可能な入射角の
範囲が任意に設定できる。ところが、実際の光導波路に
おいては、導波路内部にあるゴミなどの散乱物体による
散乱や、導波路の不均質性による散乱や、導波路層の境
界面の不完全性による散乱など、様々な種類の散乱光が
存在し、一般に導波路内の散乱光は幾つもの散乱が重な
り合ったものなので、指向性が少なく、散乱光だけを除
去することは非常に難しい。従って、前記モードスプリ
ッタにおいて、分離した後の各モードを検出するための
光検出器にも上記の散乱光が入り、バックグラウンドノ
イズとなってしまい、消光比などの特性が悪くなるとい
う問題点がある。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、分離した後の各モードの信号から散乱光に
よるノイズを除去することができ、Ｓ／Ｎ比の良い信号
検出を可能とする導波路型モードスプリッタ、及び、そ
のモードスプリッタをＴＥ−ＴＭモード分離部に用いた
光磁気信号検出装置を提供することを目的とする。
プリッタでは、簡単な構成で効率よくモード分離でき、
導波路の材質、膜厚、構成を選ぶことによって任意のモ
ードスプリッタが構成でき、モード分離可能な入射角の
範囲が任意に設定できる。ところが、実際の光導波路に
おいては、導波路内部にあるゴミなどの散乱物体による
散乱や、導波路の不均質性による散乱や、導波路層の境
界面の不完全性による散乱など、様々な種類の散乱光が
存在し、一般に導波路内の散乱光は幾つもの散乱が重な
り合ったものなので、指向性が少なく、散乱光だけを除
去することは非常に難しい。従って、前記モードスプリ
ッタにおいて、分離した後の各モードを検出するための
光検出器にも上記の散乱光が入り、バックグラウンドノ
イズとなってしまい、消光比などの特性が悪くなるとい
う問題点がある。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、分離した後の各モードの信号から散乱光に
よるノイズを除去することができ、Ｓ／Ｎ比の良い信号
検出を可能とする導波路型モードスプリッタ、及び、そ
のモードスプリッタをＴＥ−ＴＭモード分離部に用いた
光磁気信号検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の導波路型モードスプリッタは、Ａ領域と
Ｂ領域を持つ光導波路において、Ａ領域における伝搬定
数がβAiでＢ領域における伝搬定数がβBiであるモード
ｉと、Ａ領域における伝搬定数がβAjでＢ領域における
伝搬定数がβBjであるモードｊが同一方向に伝搬してお
り、上記伝搬定数が次式を満足しているとし、 βAi＞βBi ・・・(1) βAj＞βBj ・・・(2) (βBi／βAi)＞(βBj／βAj) ・・・(3) さらに、厚みがテーパ状に変化することによって、Ａ領
域からＢ領域に結合するテーパ結合部によって２つの領
域が結合しており、Ａ領域からＢ領域にモードｉとモー
ドｊの光が入射するときの入射角度αが、 arcsin(βBi／βAi)＜α＜arcsin(βBj／βAj) ・・・(4) という条件を満足するように構成し、テーパ結合部で全
反射されるモードｉを検出する光検出器の近傍のＡ領域
に散乱光検出用光検出器を構成し、テーパ結合部でＢ領
域に屈折するモードｊを検出する光検出器の近傍のＢ領
域に散乱光検出用光検出器を構成したことを特徴とす
る。
め、請求項１の導波路型モードスプリッタは、Ａ領域と
Ｂ領域を持つ光導波路において、Ａ領域における伝搬定
数がβAiでＢ領域における伝搬定数がβBiであるモード
ｉと、Ａ領域における伝搬定数がβAjでＢ領域における
伝搬定数がβBjであるモードｊが同一方向に伝搬してお
り、上記伝搬定数が次式を満足しているとし、 βAi＞βBi ・・・(1) βAj＞βBj ・・・(2) (βBi／βAi)＞(βBj／βAj) ・・・(3) さらに、厚みがテーパ状に変化することによって、Ａ領
域からＢ領域に結合するテーパ結合部によって２つの領
域が結合しており、Ａ領域からＢ領域にモードｉとモー
ドｊの光が入射するときの入射角度αが、 arcsin(βBi／βAi)＜α＜arcsin(βBj／βAj) ・・・(4) という条件を満足するように構成し、テーパ結合部で全
反射されるモードｉを検出する光検出器の近傍のＡ領域
に散乱光検出用光検出器を構成し、テーパ結合部でＢ領
域に屈折するモードｊを検出する光検出器の近傍のＢ領
域に散乱光検出用光検出器を構成したことを特徴とす
る。
【０００８】また、請求項２の光磁気信号検出装置は、
光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの偏光成分
を、光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励振させ
る光導波路カップリング部と、請求項１記載の導波路型
モードスプリッタを有し該モードスプリッタのモード
ｉ，モードｊを上記ＴＥモードまたはＴＭモードとする
ことによってＴＥモードとＴＭモードを分離するＴＥ−
ＴＭモード分離部とから構成された光学系を備え、光磁
気記録媒体からの反射光を上記光学系に導いて光磁気信
号を検出することを特徴とする。
光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの偏光成分
を、光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励振させ
る光導波路カップリング部と、請求項１記載の導波路型
モードスプリッタを有し該モードスプリッタのモード
ｉ，モードｊを上記ＴＥモードまたはＴＭモードとする
ことによってＴＥモードとＴＭモードを分離するＴＥ−
ＴＭモード分離部とから構成された光学系を備え、光磁
気記録媒体からの反射光を上記光学系に導いて光磁気信
号を検出することを特徴とする。
【０００９】
【作用】請求項１の導波路型モードスプリッタにおいて
は、光導波路の厚みがテーパ状に変化するテーパ結合部
によって光導波路中を伝搬する複数のモードを効率良く
分離することができ、且つ、各モードの信号を検出する
ための光検出器の近傍に散乱光を検出するための光検出
器を構成し、信号検出用光検出器の出力から散乱光検出
用光検出器の出力を引くことによって、分離後の各モー
ドの信号から散乱光ノイズを除去することができる。
は、光導波路の厚みがテーパ状に変化するテーパ結合部
によって光導波路中を伝搬する複数のモードを効率良く
分離することができ、且つ、各モードの信号を検出する
ための光検出器の近傍に散乱光を検出するための光検出
器を構成し、信号検出用光検出器の出力から散乱光検出
用光検出器の出力を引くことによって、分離後の各モー
ドの信号から散乱光ノイズを除去することができる。
【００１０】また、請求項２の光磁気信号検出装置にお
いては、光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの
偏光成分を光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励
振させる光導波路カップリング部と、上記導波路型モー
ドスプリッタを用いたＴＥ−ＴＭモード分離部とを組み
合わせることによって、ＴＥモードとＴＭモードを良好
に分離することができ、両モードの出力差からＳ／Ｎ比
の良い光磁気信号を得ることができる。
いては、光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの
偏光成分を光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励
振させる光導波路カップリング部と、上記導波路型モー
ドスプリッタを用いたＴＥ−ＴＭモード分離部とを組み
合わせることによって、ＴＥモードとＴＭモードを良好
に分離することができ、両モードの出力差からＳ／Ｎ比
の良い光磁気信号を得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例を示す図であっ
て、(ａ)は導波路型モードスプリッタの断面図、(ｂ)は
導波路型モードスプリッタの平面図である。図中符号14
はＳｉ基板、13はＳｉＯ2 バッファ層、12はＳｉＮ導波
層、11はＳｉＯＮ導波層であり、15a，15b、16a，16bは
それぞれ光検出器である。図１において、導波路に結合
した光は最も屈折率の高い層を導波するので、同図(ａ)
で示したＡ領域では、光はＳｉＮ導波層12を導波し、Ｂ
領域ではＳｉＯＮ導波層11を導波する。また、ＳｉＮ導
波層12の端部は厚みがテーパ状に変化するテーパ結合部
となっており、前述した原理に従って、このテーパ結合
部によって光導波路中を伝搬する複数のモードを効率良
く分離することができる。ここで、光源に波長788nｍの
半導体レーザを用いて、図１に示すモードスプリッタに
ＴＥ0 モードとＴＭ0 モードを導波させ、テーパ結合部
でモード分離を行なった。尚、ＳｉＯＮ導波層11、Ｓｉ
Ｎ導波層12、ＳｉＯ2 バッファ層13、Ｓｉ基板14の屈折
率、膜厚は下記表１に示す通りである。また、この時の
前記Ａ領域とＢ領域でのＴＥ0 モードとＴＭ0 モードの
等価屈折率はそれぞれ表２の通りである。
に説明する。図１は本発明の一実施例を示す図であっ
て、(ａ)は導波路型モードスプリッタの断面図、(ｂ)は
導波路型モードスプリッタの平面図である。図中符号14
はＳｉ基板、13はＳｉＯ2 バッファ層、12はＳｉＮ導波
層、11はＳｉＯＮ導波層であり、15a，15b、16a，16bは
それぞれ光検出器である。図１において、導波路に結合
した光は最も屈折率の高い層を導波するので、同図(ａ)
で示したＡ領域では、光はＳｉＮ導波層12を導波し、Ｂ
領域ではＳｉＯＮ導波層11を導波する。また、ＳｉＮ導
波層12の端部は厚みがテーパ状に変化するテーパ結合部
となっており、前述した原理に従って、このテーパ結合
部によって光導波路中を伝搬する複数のモードを効率良
く分離することができる。ここで、光源に波長788nｍの
半導体レーザを用いて、図１に示すモードスプリッタに
ＴＥ0 モードとＴＭ0 モードを導波させ、テーパ結合部
でモード分離を行なった。尚、ＳｉＯＮ導波層11、Ｓｉ
Ｎ導波層12、ＳｉＯ2 バッファ層13、Ｓｉ基板14の屈折
率、膜厚は下記表１に示す通りである。また、この時の
前記Ａ領域とＢ領域でのＴＥ0 モードとＴＭ0 モードの
等価屈折率はそれぞれ表２の通りである。
【００１２】
【表１】
【表２】
【００１３】従って、図１に示すモードスプリッタのテ
ーパ結合部におけるＴＥ0 モードの臨界角θCEと、ＴＭ
0 モードの臨界角θCMはそれぞれ次のようになる。 θCE＝arcsin(1.5059／1.7149)≒61.4° θCM＝arcsin(1.5046／1.6786)≒63.7° Ａ領域を導波していた導波光が、入射角度αでテーパ結
合部に入射したとすると、入射角度αが、 61.4°≦α≦63.7° の範囲であれば、ＴＥ0 モードは全反射されて光検出器
15b で検出され、ＴＭ0モードは全透過（屈折）されて
光検出器16a で検出される。
ーパ結合部におけるＴＥ0 モードの臨界角θCEと、ＴＭ
0 モードの臨界角θCMはそれぞれ次のようになる。 θCE＝arcsin(1.5059／1.7149)≒61.4° θCM＝arcsin(1.5046／1.6786)≒63.7° Ａ領域を導波していた導波光が、入射角度αでテーパ結
合部に入射したとすると、入射角度αが、 61.4°≦α≦63.7° の範囲であれば、ＴＥ0 モードは全反射されて光検出器
15b で検出され、ＴＭ0モードは全透過（屈折）されて
光検出器16a で検出される。
【００１４】この時、Ａ領域とＢ領域では導波層が違う
ため、前述した散乱光の光量もＡ領域とＢ領域では異な
る。従ってＡ領域に反射するＴＥ0 モード用の光検出器
15bの出力からノイズ成分を除去するために、光検出器1
5b の近傍にＡ領域の散乱光検出用光検出器15a を構成
し、同じく、Ｂ領域に屈折するＴＭ0 モード用の光検出
器16a の近傍にＢ領域の散乱光検出用光検出器16b を構
成し、光検出器15b の出力から15a の出力を引いたもの
をＴＥ0 モードの信号とし、光検出器16a の出力から16
b の出力を引いたものをＴＭ0 モードの信号とすれば、
各モードの信号から散乱光ノイズを除去することがで
き、Ｓ／Ｎ比（信号／雑音比）の良い信号となる。尚、
本実施例は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2 バッファ層が積層さ
れ、その上にＳｉＯＮ導波層及び／またはＳｉＮ導波層
が積層された光導波路であるが、材料、層構成共にこれ
に限定されるものではない。
ため、前述した散乱光の光量もＡ領域とＢ領域では異な
る。従ってＡ領域に反射するＴＥ0 モード用の光検出器
15bの出力からノイズ成分を除去するために、光検出器1
5b の近傍にＡ領域の散乱光検出用光検出器15a を構成
し、同じく、Ｂ領域に屈折するＴＭ0 モード用の光検出
器16a の近傍にＢ領域の散乱光検出用光検出器16b を構
成し、光検出器15b の出力から15a の出力を引いたもの
をＴＥ0 モードの信号とし、光検出器16a の出力から16
b の出力を引いたものをＴＭ0 モードの信号とすれば、
各モードの信号から散乱光ノイズを除去することがで
き、Ｓ／Ｎ比（信号／雑音比）の良い信号となる。尚、
本実施例は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2 バッファ層が積層さ
れ、その上にＳｉＯＮ導波層及び／またはＳｉＮ導波層
が積層された光導波路であるが、材料、層構成共にこれ
に限定されるものではない。
【００１５】次に、以上に述べた導波路型モードスプリ
ッタを利用して光磁気記録媒体からの光磁気信号を検出
する本発明の光磁気信号検出装置の実施例を図面を参照
して説明する。図２、図３は本発明による光磁気信号検
出装置の一実施例を説明するための構成図で、図２は全
体側面図、図３は導波路素子の平面図であり、図中符号
１は半導体レーザ等の光源、２はコリメートレンズ、３
はハーフミラー、４は対物レンズ、５は光磁気記録媒
体、６はプリズムカプラー、７は高屈折率接着層、８は
ギャップ層、９は光導波路層、20はバッファ層、21は基
板、22は高屈折率光導波路層、13a，13b及び14a，14bは
それぞれ光検出器である。図２、図３において、光源１
からの出射光はコリメートレンズ２により収束され、ハ
ーフミラー３（あるいは偏光ビームスプリッタでもよ
い）を通って対物レンズ４により光磁気記録媒体５上に
集光する。この光磁気記録媒体５からの反射戻り光は対
物レンズ４により再び収束されてハーフミラー３により
反射され、プリズムカプラー６に入射し、光導波路のＴ
Ｅモード、ＴＭモードとして励振される。
ッタを利用して光磁気記録媒体からの光磁気信号を検出
する本発明の光磁気信号検出装置の実施例を図面を参照
して説明する。図２、図３は本発明による光磁気信号検
出装置の一実施例を説明するための構成図で、図２は全
体側面図、図３は導波路素子の平面図であり、図中符号
１は半導体レーザ等の光源、２はコリメートレンズ、３
はハーフミラー、４は対物レンズ、５は光磁気記録媒
体、６はプリズムカプラー、７は高屈折率接着層、８は
ギャップ層、９は光導波路層、20はバッファ層、21は基
板、22は高屈折率光導波路層、13a，13b及び14a，14bは
それぞれ光検出器である。図２、図３において、光源１
からの出射光はコリメートレンズ２により収束され、ハ
ーフミラー３（あるいは偏光ビームスプリッタでもよ
い）を通って対物レンズ４により光磁気記録媒体５上に
集光する。この光磁気記録媒体５からの反射戻り光は対
物レンズ４により再び収束されてハーフミラー３により
反射され、プリズムカプラー６に入射し、光導波路のＴ
Ｅモード、ＴＭモードとして励振される。
【００１６】本出願人は先に、光磁気記録媒体からの反
射光の直交する２つの偏光成分を光導波路のＴＥモー
ド、ＴＭモードとして励振させる光導波路カップリング
部と、厚みをテーパ状に変化させたテーパ結合部を含む
ＴＥ−ＴＭモード分離部から構成された光学系に導いて
光磁気信号を検出することを特徴とする光磁気信号検出
装置を提案しているが（特願平２−９８４５４号）、本
実施例は、この光磁気信号検出装置のＴＥ−ＴＭモード
分離部に前述した本発明のモードスプリッタを実施した
例である。
射光の直交する２つの偏光成分を光導波路のＴＥモー
ド、ＴＭモードとして励振させる光導波路カップリング
部と、厚みをテーパ状に変化させたテーパ結合部を含む
ＴＥ−ＴＭモード分離部から構成された光学系に導いて
光磁気信号を検出することを特徴とする光磁気信号検出
装置を提案しているが（特願平２−９８４５４号）、本
実施例は、この光磁気信号検出装置のＴＥ−ＴＭモード
分離部に前述した本発明のモードスプリッタを実施した
例である。
【００１７】次に、具体的な実施例について説明する。
図２、図３に示す導波路素子の作製法としては、先ず、
Ｓｉ基板21上に熱酸化によりＳｉＯ2 バッファ層20を作
製し、その上にプラズマＣＶＤによりＳｉＮ層を高屈折
率導波層22として形成し、フォトリソグラフィとウェッ
トエッチングによりＳｉＮ層を図３の形状にパターンニ
ングする。その後、ＳｉＯＮ導波層９とＳｉＯＮギャッ
プ層８を成膜する。各層の屈折率・膜厚は以下の表３に
示す通りである（使用波長は780nｍ)。
図２、図３に示す導波路素子の作製法としては、先ず、
Ｓｉ基板21上に熱酸化によりＳｉＯ2 バッファ層20を作
製し、その上にプラズマＣＶＤによりＳｉＮ層を高屈折
率導波層22として形成し、フォトリソグラフィとウェッ
トエッチングによりＳｉＮ層を図３の形状にパターンニ
ングする。その後、ＳｉＯＮ導波層９とＳｉＯＮギャッ
プ層８を成膜する。各層の屈折率・膜厚は以下の表３に
示す通りである（使用波長は780nｍ)。
【表３】
【００１８】またこの時、ＳｉＯＮ導波層９を導波する
時（プリズムカップリング部など）の等価屈折率とＳｉ
Ｎ導波層22を導波する時の等価屈折率は、ＴＥ0 モード
とＴＭ0 モードでそれぞれ表４のようになる。
時（プリズムカップリング部など）の等価屈折率とＳｉ
Ｎ導波層22を導波する時の等価屈折率は、ＴＥ0 モード
とＴＭ0 モードでそれぞれ表４のようになる。
【表４】
【００１９】図２、図３において、プリズムカップリン
グ部のＳｉＯＮ導波層では、ＴＥ０モードとＴＭ０ モ
ードの等価屈折率がほとんど等しいので、屈折率1.800
で頂角71.0°のプリズムカプラー６を用いると、プリズ
ムへの入射角45.0°でＴＥ0 モードもＴＭ0 モードも約
80％の結合効率でＳｉＯＮ導波層９に励振される。そし
て、導波路内に励振されたＴＥ0 モードとＴＭ0 モード
は、ＴＥ−ＴＭモード分離部に伝搬し、ＳｉＯＮ導波層
９よりも屈折率の高いＳｉＮ導波層22に移る。この時、
ＳｉＮ導波層の端面が光の波長に対して十分ゆるいテー
パとなっているので、ＳｉＮ導波層22に移る際、散乱な
どの損失はほとんどない。ＳｉＮ導波層22を伝搬した光
は、次に、ＳｉＯＮ導波層との境界に、入射角度αで入
射する。ＳｉＮ導波層からＳｉＯＮ導波層へ移る境界部
は光の波長に対して十分ゆるいテーパとなっているの
で、入射角αが、 arcsin(1.5091／1.7054)＜α＜arcsin(1.5086／1.6665) を満たす範囲にある時、すなわち、62.2°から64.9°の
時、ＴＥ0 モードは全反射して、ＴＭ0 モードは屈折
（透過）するので、ＴＥ0 モードとＴＭ0 モードを分離
でき、光検出器14a と光検出器13a の出力の差信号をと
れば、光磁気信号が得られる。
グ部のＳｉＯＮ導波層では、ＴＥ０モードとＴＭ０ モ
ードの等価屈折率がほとんど等しいので、屈折率1.800
で頂角71.0°のプリズムカプラー６を用いると、プリズ
ムへの入射角45.0°でＴＥ0 モードもＴＭ0 モードも約
80％の結合効率でＳｉＯＮ導波層９に励振される。そし
て、導波路内に励振されたＴＥ0 モードとＴＭ0 モード
は、ＴＥ−ＴＭモード分離部に伝搬し、ＳｉＯＮ導波層
９よりも屈折率の高いＳｉＮ導波層22に移る。この時、
ＳｉＮ導波層の端面が光の波長に対して十分ゆるいテー
パとなっているので、ＳｉＮ導波層22に移る際、散乱な
どの損失はほとんどない。ＳｉＮ導波層22を伝搬した光
は、次に、ＳｉＯＮ導波層との境界に、入射角度αで入
射する。ＳｉＮ導波層からＳｉＯＮ導波層へ移る境界部
は光の波長に対して十分ゆるいテーパとなっているの
で、入射角αが、 arcsin(1.5091／1.7054)＜α＜arcsin(1.5086／1.6665) を満たす範囲にある時、すなわち、62.2°から64.9°の
時、ＴＥ0 モードは全反射して、ＴＭ0 モードは屈折
（透過）するので、ＴＥ0 モードとＴＭ0 モードを分離
でき、光検出器14a と光検出器13a の出力の差信号をと
れば、光磁気信号が得られる。
【００２０】ところが、前述のように光検出器14a，13a
で検出される出力には、散乱光のノイズ成分も含まれ、
しかも、光検出器14a はＳｉＮ層が導波層となっている
領域に有り、光検出器13a は、ＳｉＯＮ層が導波層とな
っている領域にあるため、検出される散乱光の光量は異
なる。このため、光検出器14aと13aの差信号を取っても
消光比が悪い。そこで、ＳｉＮ層が導波層となっている
領域で、しかも光検出器14a のできるだけ近傍に光検出
器14b を構成し、同じくＳｉＯＮ層が導波層となってい
る領域で、しかも光検出器13a のできるだけ近傍に光検
出器13b を構成し、各光検出器13a，13b，14a，14bの出
力をそれぞれＰ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4として、（Ｐ1−Ｐ2)
と（Ｐ3，Ｐ4）の差動を取ることで、散乱光によるノイ
ズ成分を除去することができ、消光比の高い光磁気信号
が得られる。
で検出される出力には、散乱光のノイズ成分も含まれ、
しかも、光検出器14a はＳｉＮ層が導波層となっている
領域に有り、光検出器13a は、ＳｉＯＮ層が導波層とな
っている領域にあるため、検出される散乱光の光量は異
なる。このため、光検出器14aと13aの差信号を取っても
消光比が悪い。そこで、ＳｉＮ層が導波層となっている
領域で、しかも光検出器14a のできるだけ近傍に光検出
器14b を構成し、同じくＳｉＯＮ層が導波層となってい
る領域で、しかも光検出器13a のできるだけ近傍に光検
出器13b を構成し、各光検出器13a，13b，14a，14bの出
力をそれぞれＰ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4として、（Ｐ1−Ｐ2)
と（Ｐ3，Ｐ4）の差動を取ることで、散乱光によるノイ
ズ成分を除去することができ、消光比の高い光磁気信号
が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の導波路
型モードスプリッタにおいては、光導波路の厚みがテー
パ状に変化するテーパ結合部によって光導波路中を伝搬
する複数のモードを効率良く分離することができ、且
つ、各モードの信号を検出するための光検出器の近傍に
散乱光を検出するための光検出器を構成し、信号検出用
光検出器の出力から散乱光検出用光検出器の出力を引く
ことによって、分離後の各モードの信号から散乱光ノイ
ズを除去することができ、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得るこ
とができる。
型モードスプリッタにおいては、光導波路の厚みがテー
パ状に変化するテーパ結合部によって光導波路中を伝搬
する複数のモードを効率良く分離することができ、且
つ、各モードの信号を検出するための光検出器の近傍に
散乱光を検出するための光検出器を構成し、信号検出用
光検出器の出力から散乱光検出用光検出器の出力を引く
ことによって、分離後の各モードの信号から散乱光ノイ
ズを除去することができ、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得るこ
とができる。
【００２２】また、請求項２の光磁気信号検出装置にお
いては、光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの
偏光成分を光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励
振させる光導波路カップリング部と、上記導波路型モー
ドスプリッタを用いたＴＥ−ＴＭモード分離部とを組み
合わせることによって、ＴＥモードとＴＭモードを良好
に分離することができ、しかも、分離後の各モードの信
号から散乱光ノイズを除去することができるため、両モ
ードの出力差からＳ／Ｎ比の良い光磁気信号を得ること
ができる。
いては、光磁気記録媒体からの反射光の直交する２つの
偏光成分を光導波路のＴＥモード、ＴＭモードとして励
振させる光導波路カップリング部と、上記導波路型モー
ドスプリッタを用いたＴＥ−ＴＭモード分離部とを組み
合わせることによって、ＴＥモードとＴＭモードを良好
に分離することができ、しかも、分離後の各モードの信
号から散乱光ノイズを除去することができるため、両モ
ードの出力差からＳ／Ｎ比の良い光磁気信号を得ること
ができる。
【図１】請求項１の一実施例を示す図であって、(ａ)は
導波路型モードスプリッタの断面図、(ｂ)は導波路型モ
ードスプリッタの平面図である。
導波路型モードスプリッタの断面図、(ｂ)は導波路型モ
ードスプリッタの平面図である。
【図２】請求項２の一実施例を説明するための図であっ
て、光磁気信号検出装置の全体側面図である。
て、光磁気信号検出装置の全体側面図である。
【図３】請求項２の一実施例を説明するための図であっ
て、光磁気信号検出装置の導波路素子部の平面図であ
る。
て、光磁気信号検出装置の導波路素子部の平面図であ
る。
【図４】本出願人によって既に提案されているモードス
プリッタの原理を説明するための説明図である。
プリッタの原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】 １・・・光源 ２・・・コリメートレンズ ３・・・ハーフミラー（あるいは偏光ビームスプリッタ） ４・・・対物レンズ ５・・・光磁気記録媒体 ６・・・プリズムカプラー ７・・・高屈折率接着層 ８・・・ＳｉＯＮギャップ層 ９，11・・・ＳｉＯＮ導波層 12，22・・・ＳｉＮ導波層 13，20・・・ＳｉＯ2 バッファ層 14，21・・・Ｓｉ基板 15b，16a，23a，24a・・・信号検出用光検出器 15a，16b，23b，24b・・・散乱光検出用光検出器
Claims (2)
- 【請求項１】光導波路中を伝搬する複数のモードを効率
よく分離するための導波路型モードスプリッタであっ
て、 Ａ領域とＢ領域を持つ光導波路において、Ａ領域におけ
る伝搬定数がβAiでＢ領域における伝搬定数がβBiであ
るモードｉと、Ａ領域における伝搬定数がβAjでＢ領域
における伝搬定数がβBjであるモードｊが同一方向に伝
搬しており、上記伝搬定数が次式を満足しているとし、 βAi＞βBi ・・・(1) βAj＞βBj ・・・(2) (βBi／βAi)＞(βBj／βAj) ・・・(3) さらに、厚みがテーパ状に変化することによって、Ａ領
域からＢ領域に結合するテーパ結合部によって２つの領
域が結合しており、Ａ領域からＢ領域にモードｉとモー
ドｊの光が入射するときの入射角度αが、 arcsin(βBi／βAi)＜α＜arcsin(βBj／βAj) ・・・(4) という条件を満足するように構成し、テーパ結合部で全
反射されるモードｉを検出する光検出器の近傍のＡ領域
に散乱光検出用光検出器を構成し、テーパ結合部でＢ領
域に屈折するモードｊを検出する光検出器の近傍のＢ領
域に散乱光検出用光検出器を構成したことを特徴とする
導波路型モードスプリッタ。 - 【請求項２】光磁気記録媒体からの反射光の直交する２
つの偏光成分を、光導波路のＴＥモード、ＴＭモードと
して励振させる光導波路カップリング部と、請求項１記
載の導波路型モードスプリッタを有し該モードスプリッ
タのモードｉ，モードｊを上記ＴＥモードまたはＴＭモ
ードとすることによってＴＥモードとＴＭモードを分離
するＴＥ−ＴＭモード分離部とから構成された光学系を
備え、光磁気記録媒体からの反射光を上記光学系に導い
て光磁気信号を検出することを特徴とする光磁気信号検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30788091A JPH05142437A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 導波路型モードスプリツタ及び光磁気信号検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30788091A JPH05142437A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 導波路型モードスプリツタ及び光磁気信号検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142437A true JPH05142437A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=17974281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30788091A Pending JPH05142437A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 導波路型モードスプリツタ及び光磁気信号検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05142437A (ja) |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP30788091A patent/JPH05142437A/ja active Pending
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