JPH05346514A - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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JPH05346514A
JPH05346514A JP4354319A JP35431992A JPH05346514A JP H05346514 A JPH05346514 A JP H05346514A JP 4354319 A JP4354319 A JP 4354319A JP 35431992 A JP35431992 A JP 35431992A JP H05346514 A JPH05346514 A JP H05346514A
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JP
Japan
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waveguide
optical device
grating
optical
delay
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JP4354319A
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English (en)
Inventor
William J Stewart
ジェイムズ スチュアート ウィリアム
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G II C MAAKONI Ltd
BAE Systems Electronics Ltd
Original Assignee
G II C MAAKONI Ltd
GEC Marconi Ltd
Marconi Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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    • G02B6/26—Optical coupling means
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    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2861—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using fibre optic delay lines and optical elements associated with them, e.g. for use in signal processing, e.g. filtering
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    • G02F2201/30—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
    • G02F2201/307—Reflective grating, i.e. Bragg grating

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遅延デバイスを集積光デバイス、すなわち半
導体チップの表面に形成した光デバイスを提供すること
にある。 【構成】 光デバイスは、光遅波構造を形成するため
に、結合型単一共振器構造（９）の拡張列に組み込んだ
ある長さを有する光導波路（１）から成っている。共振
器列は導波路に沿って延びるブラック回折グレーティン
グパターン（７）により適当に形成されて構成されてい
る。デバイスは、遅延線、又はデバイスによって果たさ
れる遅延が付随的であるフィルタのような他のデバイス
に役立つように設計されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光電子信号伝送デバイスでは光信号で変
調された無線周波数（ｒ．ｆ．）の遅延が度々要求さ、
これは一般に適当な長さの光導波路、例えば光ファイバ
を使用することにより行われている。このような遅延デ
バイスは低損失、低分散で熱安定性も良好ではあるが、
通常の光導波路中での光速は速く、例えば自由空間中の
光速の２／３であるから、通常かなりの長さの導波路が
必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このことはこのような
遅延デバイスを集積光デバイス、すなわち半導体チップ
の表面に形成した光デバイスに組み込むことを困難にさ
せる。本発明の目的はこのような困難を克服した光デバ
イスを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、このよ
うな光デバイスを提供でき、このデバイスは光遅波構造
を形成するために、結合型単一共振器構造の拡張列に組
み込んだある長さを有する光導波路から構成される。結
合型共振器の列は導波路を通る光の伝播方向で該導波路
に沿って延びるブラック回折グレーティングパターンに
より形成され、該グレーティングパターンは共振器構造
が各位相ステップの回りに形成されるように間隔をおい
て配置された位相ステップから成っている。グレーティ
ングパターンは波面か、屈折率が周期的に変わる材料の
パターンで適当に構成される。本発明によるデバイスに
おいては、結合型共振器構造列の各末端にインピーダン
ス整合デバイスが適当に付加される。インピーダンス整
合デバイスはそれぞれ導波路に沿って延びるグレーティ
ングパターンで適当に構成されている。
【０００５】
【実施例】以下、本発明にかかる１デバイスの例として
添付図面を参照して説明する。デバイス、これは遅延線
としての使用が予定されているもので、集積光デバイス
の形で製造される。図１を参照して説明すると、デバイ
スは光導波路を有し、これは誘電体層３内の材料で形成
された狭いストライプ１から成っている。層３は基板５
の主面に形成されている。ストライプ１の材料は屈折率
が層３の材料よりも高く、順次層３は屈折率が基板５の
材料よりも高くされている。層３の露出面上に、ストラ
イプ１を跨いでブラック回折グレーティング構造７が形
成されており、そのグレーティング７の線はストライプ
１の長手方向に直角に延びている。グレーティング７は
３つの部分から構成され、１つは中央部９で、これは光
導波路の対応部分と共にデバイスの動作周波数で結合型
単一共振器の拡張列を構成し、他は端部１１，１３で、
それぞれは光導波路の対応部分と共に共振器列の比較的
高いインピーダンスを導波路隣接部の低いインピーダン
スに整合させるデバイスを形成する。
【０００６】結合型共振器列を構成するために、グレー
ティング７の中央部９はデバイスの所望動作周波数で導
波路内の光の半波長に略等しい周期を有しており、かつ
通常約数ラジアンの、長さに沿って等間隔の位相ステッ
プで、例えばグレーティングの隣接線間の間隔が正規の
値から周期的に異なるようにされているで、異常間隔の
一方の側に接する線が異常間隔の他方の側に接する線と
共に‘位相外れ’となるように構成されている。このよ
うな各位相ステップの両側に接しているグレーティング
７の部分は共にこれらの間の位相ステップの回りでミラ
ー共振空洞を形成するが、空洞はこのような隣接共振空
洞に結合される。
【０００７】グレーティング７の部分１１及び１３で形
成される整合デバイスは、それぞれ、低振幅のグレーテ
ィングと共に、グレーティング７の中央部９から成る結
合型共振器列に組み込まれる種類の１以上の別の空洞で
事実上構成される。もし所望ならば、整合デバイスグレ
ーティング部１１及び１３は、それぞれ異なったグレー
ティング振幅をもつ多数のサブセクションで構成しても
よい。この振幅は中央のグレーティング部９から遠ざか
るにつれて減少する。
【０００８】グレーティング７はモアレグレーティング
製造技術を使用することにより適当に形成される。この
技術については、エレクトロニック・レターズ、第２６
巻第１、１０〜１２ページや英国特許明細書第ＧＢ２２
０９４０８ＡにおいてＤ．Ｊ．Ｃ．ライド、Ｃ．Ｍ．ラ
グデール、Ｉ．ベニオン、Ｄ．Ｊ．ロビン、Ｊ．ブウス
及びＷ．Ｊ．ステワートが記述している。この技術でモ
アレグレーティングはストライプ１の露出面に形成され
るフォトレジスト材料層に形成される。この技術でグレ
ーティング７はレジストを僅かに異なった周期の２つの
干渉パターンで露光することにより形成されることが要
求される。各干渉パターンはレーザから射出される２つ
のビームの干渉によって得られる。レジストは次いで現
像され、グレーティングは、例えばエッチング又はイオ
ンビームミリングによってストライプ１内に転写され
る。その結果、グレーティングは僅かに異なった周波数
の２つのサイン波の重ね合わせにより得られる波形に対
応した形状の波形態になる。位相ステップは位相ステッ
プを示す図２、図３で図示するように振幅が最小になる
波上で起こる。
【０００９】グレーティングを形成する別の方法とし
て、適当なマトリックスに分解されるフォトクロミック
材料層がフォトレジスト材料の代わりにストライプ１の
露出面に塗布される。材料を２つの干渉パターンで露光
した後、層内の屈折率が層に沿って周期的に変わり、等
間隔位置で周期的に変化する位相ステップが形成されて
所望のグレーティング構造が形成される。
【００１０】図１のデバイスの特定の実施例において、
グレーティング構造の中央部９は１５の位相ステップで
構成され、１５の結合形ミラー共振空洞を持つようにさ
れている。位相ステップの各隣接対間には、屈折率が
３．００と３．０３との間で交互に変わる、１０３２／
４の厚さの層がある。各整合部１１と１３は事実上更に
８つの位相ステップで構成され、位相ステップの各隣接
対には１０３２／４の層を有し、その層の屈折率は３．
００のピーク値と減少値、例えばステップ内で各位相ス
テップ毎に１つずつ、中央グレーティング部９から離れ
る方向に３．０３から３．００の間で交互に変わるよう
にされている。
【００１１】図４と５はそれぞれデバイスの伝送と位相
シフトを示したものである。図５から判るように、低分
散と高伝送が約３０ＧＨｚの範囲に渡って得られる。
【００１２】図１に示すようなデバイスで、約５ナノ秒
の遅延時間が１０ｍｍ角のIII −Ｖ半導体材料チップに
収容されるような大きさのデバイスでもって得られる。
【００１３】図１を参照して例として記述したデバイス
では、整合デバイスがグレーティング７の中央部９によ
り構成される結合型共振器列の各末端に備え付けられて
いるが、このような整合デバイスは本発明によるデバイ
スにおいては必ずしも必要としない。したがって、図１
のデバイスで、中央部９が、グレーティング振幅が最大
になる点の各末端で終わり、そこで中央部９の２つの末
端の共振器が完全な状態ならば、整合デバイスを使用す
ることなしに許容できる範囲でデバイスを隣接導波路に
整合させることができる。
【００１４】位相ステップを長手方向に沿って設けたグ
レーティング構造を用いる代わりに、本発明によるデバ
イスの別の形態として、全長さに沿う正規形状のグレー
ティング構造が使用される。位相ステップは光導波路内
で不連続にすることによって、例えば導波路の幅を変え
ることによって設けられる。
【００１５】結合型共振空洞列を形成するグレーティン
グを使用する代わりに、更に本発明によるデバイスの別
の形態として、半反射平面を導波路の長手方向に沿って
等間隔に配置させることにより空洞が形成される。
【００１６】例として上記した本発明に係るデバイスの
特定の実施例は所定の動作周波数帯域で低分散かつ帯域
外でかなりの低伝送でもって所望の遅延が得られるよう
に設計されたものであるが、本発明による別のデバイス
としては遅延を付随的な効果として与え、主として遅延
以外の特性を持たせるようにしてもよいことが判る。し
たがって、本発明にかかるデバイスは主として所望のフ
ィルタ特性が得られるように設計されていてもよい。こ
れとは別に本発明にかかるデバイスは光システムの他の
成分中の望ましくない分散を修正するような分散を主と
して与えるように、又はパルスの伸長又は圧縮を与える
ように設計されていてもよい。ついでながら指摘してお
くと、本発明にかかるデバイスは、デバイスの材料の屈
折率を制御するために、例えばグレーティングがデバイ
スに使用されている有効なグレーティング結合定数を変
えるために、電場を既知の方法でデバイスの材料にかけ
ることにより能動的に制御されるようになっていてもよ
い。ついでながら指摘しておくと、本発明にかかるデバ
イスで伝播方向は隣接共振器構造内の波間の位相差の符
号により決まる。したがって、位相差の符号が逆になる
ようにデバイスを能動的に制御してデバイスの伝播方向
を逆にしてもよい。
【００１７】本発明にかかるデバイスで光導波路は任意
の適当な形態、例えば集積光プレーナ導波路の代わりに
光ファイバの形態でもよいことが判る。
【図面の簡単な説明】
【図１】デバイスの一般形状を示す斜視図である。
【図２】デバイスに組み込まれたブラック回折グレーテ
ィング構造の形態を示したグラフである。
【図３】図２に対応させて位相ステップを示したグラフ
である。
【図４】デバイスの伝送特性を示したグラフである。
【図５】デバイスの位相特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１ ストライプ ３ 誘電体層 ５ 基板 ７ ブラック回折グレーティング構造 ９ グレーティングの中央部 １１，１３ グレーティングの端部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年２月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光遅波構造を形成するために、結合型単
    一共振器構造（９）の拡張列に組み込んだある長さを有
    する光導波路（１）から成ることを特徴とする光デバイ
    ス。
  2. 【請求項２】 前記結合型共振器構造は導波路（１）を
    通る光の伝播方向で該導波路（１）に沿って延びるブラ
    ック回折グレーティング（７）パターンにより形成さ
    れ、該グレーティングパターン（７）は共振器構造が各
    位相ステップの回りに形成されるように間隔をおいて配
    置された位相ステップから成ることを特徴とする請求項
    １記載の光デバイス。
  3. 【請求項３】 前記グレーティングパターン（７）は波
    面から成ることを特徴とする請求項２記載の光デバイ
    ス。
  4. 【請求項４】 前記グレーティングパターン（７）は屈
    折率が周期的に変化する材料のパターンで構成されてい
    ることを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
  5. 【請求項５】 前記結合型共振器構造（９）列の各末端
    にインピーダンス整合デバイス（１１，１３）を有する
    ことを特徴とする前項いずれが１記載の光デバイス。
  6. 【請求項６】 前記各整合デバイス（１１，１３）は導
    波路（１）に沿って延びるグレーティングパターン
    （７）から成ることを特徴とする請求項５記載の光デバ
    イス。
  7. 【請求項７】 前記導波路は基板（５）に形成された平
    面導波路であることを特徴とする前項いずれか１記載の
    光デバイス。
  8. 【請求項８】 前記デバイスを能動的に制御するため
    に、電場を導波路（１）の材料に印加する手段を組み込
    んでいることを特徴とする前項いずれか１記載の光デバ
    イス。
JP4354319A 1991-12-16 1992-12-15 光デバイス Pending JPH05346514A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9126652.8 1991-12-16
GB919126652A GB9126652D0 (en) 1991-12-16 1991-12-16 Optical delay lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05346514A true JPH05346514A (ja) 1993-12-27

Family

ID=10706324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4354319A Pending JPH05346514A (ja) 1991-12-16 1992-12-15 光デバイス

Country Status (4)

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US (1) US5311605A (ja)
EP (1) EP0547859A1 (ja)
JP (1) JPH05346514A (ja)
GB (2) GB9126652D0 (ja)

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