JPH06347666A - グレーティングカプラ - Google Patents
グレーティングカプラInfo
- Publication number
- JPH06347666A JPH06347666A JP14034793A JP14034793A JPH06347666A JP H06347666 A JPH06347666 A JP H06347666A JP 14034793 A JP14034793 A JP 14034793A JP 14034793 A JP14034793 A JP 14034793A JP H06347666 A JPH06347666 A JP H06347666A
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- Japan
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- grating
- optical waveguide
- grating coupler
- coupler
- line width
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光導波路の表面に形成されたグレーティング
により、導波光を効率良く光導波路外に出射させ、ある
いは外部光を効率良く光導波路内に入射させる。 【構成】 グレーティングの高さＴｇが、放射損失係数
αを0.3 ｍｍ-1よりも大とする値のとき、グレーティン
グピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λを
0.52≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲に設定する。
により、導波光を効率良く光導波路外に出射させ、ある
いは外部光を効率良く光導波路内に入射させる。 【構成】 グレーティングの高さＴｇが、放射損失係数
αを0.3 ｍｍ-1よりも大とする値のとき、グレーティン
グピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λを
0.52≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路の表面に形成
されたグレーティングからなり、該光導波路内を進行す
る導波光を光導波路外へ出射させ、あるいは外部光を光
導波路内に入射させるグレーティングカプラに関するも
のである。
されたグレーティングからなり、該光導波路内を進行す
る導波光を光導波路外へ出射させ、あるいは外部光を光
導波路内に入射させるグレーティングカプラに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光導波路を用いる光学素子が
種々知られている。例えば特開昭62-77761号公報には、
スラブ状の光導波路内を伝搬させた光を表面弾性波との
音響光学相互作用によってブラッグ回折させる光偏向装
置が示されている。また特開平1-178918号公報には、上
記のように光導波路を進行する表面弾性波の強度を変調
してブラッグ回折を制御することにより、導波光を変調
する光変調装置が開示されている。
種々知られている。例えば特開昭62-77761号公報には、
スラブ状の光導波路内を伝搬させた光を表面弾性波との
音響光学相互作用によってブラッグ回折させる光偏向装
置が示されている。また特開平1-178918号公報には、上
記のように光導波路を進行する表面弾性波の強度を変調
してブラッグ回折を制御することにより、導波光を変調
する光変調装置が開示されている。
【０００３】上記のような光導波路素子において光導波
路を伝搬する光を光導波路外に出射させる手段の１つと
して、光導波路の表面に形成されたグレーティング（回
折格子）からなるグレーティングカプラが知られてい
る。このグレーティングカプラを用いて導波光を光導波
路外に出射させる場合、従来はグレーティングピッチΛ
に対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λがちょうど0.
5 のとき−２次の回折光が生じなくなって、利用したい
−１次光の回折効率が最大になると考えられ、実際のグ
レーティングカプラもそのように構成されていた（例え
ば西原、春名、栖原著 オーム社刊「光集積回路」第98
頁参照）。
路を伝搬する光を光導波路外に出射させる手段の１つと
して、光導波路の表面に形成されたグレーティング（回
折格子）からなるグレーティングカプラが知られてい
る。このグレーティングカプラを用いて導波光を光導波
路外に出射させる場合、従来はグレーティングピッチΛ
に対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λがちょうど0.
5 のとき−２次の回折光が生じなくなって、利用したい
−１次光の回折効率が最大になると考えられ、実際のグ
レーティングカプラもそのように構成されていた（例え
ば西原、春名、栖原著 オーム社刊「光集積回路」第98
頁参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者等
の研究によると、光導波路から出射させる出力光のビー
ム径を小さくしたいという要求に応えるために、グレー
ティングの高さＴｇを大きくして放射損失係数α＝ａＴ
ｇ2 （ａは係数）を大きく取った場合には、上述のよう
にＬ／Λ＝0.5 に設定しても−１次光の回折効率つまり
出射結合効率が最大にならないことが判明した。
の研究によると、光導波路から出射させる出力光のビー
ム径を小さくしたいという要求に応えるために、グレー
ティングの高さＴｇを大きくして放射損失係数α＝ａＴ
ｇ2 （ａは係数）を大きく取った場合には、上述のよう
にＬ／Λ＝0.5 に設定しても−１次光の回折効率つまり
出射結合効率が最大にならないことが判明した。
【０００５】以上グレーティングカプラによって導波光
を光導波路外に出射させる場合の問題について述べた
が、このようなグレーティングカプラによって外部光を
光導波路内に入射させることも従来から広く行なわれて
おり、その場合は、グレーティング高さＴｇを大きく取
ることにより、入射結合効率が低くなるという問題が生
じる。
を光導波路外に出射させる場合の問題について述べた
が、このようなグレーティングカプラによって外部光を
光導波路内に入射させることも従来から広く行なわれて
おり、その場合は、グレーティング高さＴｇを大きく取
ることにより、入射結合効率が低くなるという問題が生
じる。
【０００６】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、放射損失係数αを比較的大きく設定する
場合でも、出射あるいは入射結合効率を十分に高めるこ
とがきるグレーティングカプラを提供することを目的と
するものである。
たものであり、放射損失係数αを比較的大きく設定する
場合でも、出射あるいは入射結合効率を十分に高めるこ
とがきるグレーティングカプラを提供することを目的と
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によるグレーティ
ングカプラは、先に述べたように光導波路の表面に形成
されたグレーティングからなり、該光導波路内を進行す
る導波光と外部光とを結合するグレーティングカプラに
おいて、グレーティングの高さが、放射損失係数αが0.
3 ｍｍ-1よりも大きくなる値とされ、グレーティングピ
ッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λが0.52
≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲にあることを特徴とするもので
ある。
ングカプラは、先に述べたように光導波路の表面に形成
されたグレーティングからなり、該光導波路内を進行す
る導波光と外部光とを結合するグレーティングカプラに
おいて、グレーティングの高さが、放射損失係数αが0.
3 ｍｍ-1よりも大きくなる値とされ、グレーティングピ
ッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λが0.52
≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲にあることを特徴とするもので
ある。
【０００８】
【作用および発明の効果】図２に示すように、基板10上
の光導波路11を導波する導波光12を、光導波路表面に形
成されたグレーティングカプラ13により光導波路11から
出射させる場合について考える。なお、このグレーティ
ングカプラ13の部分の拡大形状を図１に示す。この図１
において、Λはグレーティングピッチ、Ｌはグレーティ
ング線幅である。
の光導波路11を導波する導波光12を、光導波路表面に形
成されたグレーティングカプラ13により光導波路11から
出射させる場合について考える。なお、このグレーティ
ングカプラ13の部分の拡大形状を図１に示す。この図１
において、Λはグレーティングピッチ、Ｌはグレーティ
ング線幅である。
【０００９】上記のようにして導波光12を光導波路11外
に出射させるとき、グレーティング高さＴｇが40ｎｍと
比較的高い場合は、通常外部光として利用される−１次
回折光12’と、それに比べると微弱であるため通常は外
部光として利用されない−２次回折光12”の各回折効率
は、グレーティングピッチΛに対するグレーティング線
幅Ｌの比Ｌ／Λに応じて基本的に図３のように変化する
ことが分かった。この図３の例は、グレーティング高さ
Ｔｇが40ｎｍの場合のものであるが、−１次回折光12’
の回折効率はＬ／Λ＝0.5 のときではなく、Ｌ／Λ＝0.
56近辺のときに最大となる。つまりこの場合は、−１次
回折光12’の最大回折効率を得る最適Ｌ／Λは約0.56と
なる。
に出射させるとき、グレーティング高さＴｇが40ｎｍと
比較的高い場合は、通常外部光として利用される−１次
回折光12’と、それに比べると微弱であるため通常は外
部光として利用されない−２次回折光12”の各回折効率
は、グレーティングピッチΛに対するグレーティング線
幅Ｌの比Ｌ／Λに応じて基本的に図３のように変化する
ことが分かった。この図３の例は、グレーティング高さ
Ｔｇが40ｎｍの場合のものであるが、−１次回折光12’
の回折効率はＬ／Λ＝0.5 のときではなく、Ｌ／Λ＝0.
56近辺のときに最大となる。つまりこの場合は、−１次
回折光12’の最大回折効率を得る最適Ｌ／Λは約0.56と
なる。
【００１０】上記のような最適Ｌ／Λが、グレーティン
グ高さＴｇに応じてどのように変わるかを計算機による
シミュレーションで求めた結果を、図４に示す。またこ
の図４には、グレーティング高さＴｇと放射損失係数α
との関係のシミュレーション結果の一例も示してある。
グ高さＴｇに応じてどのように変わるかを計算機による
シミュレーションで求めた結果を、図４に示す。またこ
の図４には、グレーティング高さＴｇと放射損失係数α
との関係のシミュレーション結果の一例も示してある。
【００１１】図示されるように、グレーティング高さＴ
ｇが10ｎｍ前後と比較的低い場合は、最適Ｌ／Λは従来
から考えられて来たように確かに0.5 近辺に有るが、グ
レーティング高さＴｇが大きくなるにつれて、最適Ｌ／
Λは明らかに0.5 よりも大きい値となる。この最適Ｌ／
Λの変化は、グレーティング高さＴｇの値そのものより
はむしろ放射損失係数αの値に応じてもたらされるもの
であり、図４から分かるように放射損失係数αが0.3 ｍ
ｍ-1よりも大きい値のとき、最適Ｌ／Λは明らかに0.5
よりも大きくなる。それにより本発明では、グレーティ
ング高さＴｇの下限値を、放射損失係数αを0.3 ｍｍ-1
よりも大きくする値とするものである。
ｇが10ｎｍ前後と比較的低い場合は、最適Ｌ／Λは従来
から考えられて来たように確かに0.5 近辺に有るが、グ
レーティング高さＴｇが大きくなるにつれて、最適Ｌ／
Λは明らかに0.5 よりも大きい値となる。この最適Ｌ／
Λの変化は、グレーティング高さＴｇの値そのものより
はむしろ放射損失係数αの値に応じてもたらされるもの
であり、図４から分かるように放射損失係数αが0.3 ｍ
ｍ-1よりも大きい値のとき、最適Ｌ／Λは明らかに0.5
よりも大きくなる。それにより本発明では、グレーティ
ング高さＴｇの下限値を、放射損失係数αを0.3 ｍｍ-1
よりも大きくする値とするものである。
【００１２】そして前述の図３から導かれる通り、グレ
ーティングピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比
Ｌ／Λを0.52≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲に設定しておけ
ば、−１次回折光12’についてピークあるいはそれに近
い極めて高い回折効率が得られるようになる。
ーティングピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比
Ｌ／Λを0.52≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲に設定しておけ
ば、−１次回折光12’についてピークあるいはそれに近
い極めて高い回折効率が得られるようになる。
【００１３】以上説明のようにして、本発明のグレーテ
ィングカプラによれば高い出射結合効率が得られるもの
であるが、外部光をグレーティングカプラによって光導
波路内に入射させる場合にも、この本発明のグレーティ
ングカプラを用いれば、光入射の場合と光出射の場合の
相反定理から導かれるように、高い入射結合効率が得ら
れるようになる。
ィングカプラによれば高い出射結合効率が得られるもの
であるが、外部光をグレーティングカプラによって光導
波路内に入射させる場合にも、この本発明のグレーティ
ングカプラを用いれば、光入射の場合と光出射の場合の
相反定理から導かれるように、高い入射結合効率が得ら
れるようになる。
【００１４】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例によるグレー
ティングカプラ13の側面形状を示すものであり、図２は
このグレーティングカプラ13が設けられた光導波路素子
を示している。
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例によるグレー
ティングカプラ13の側面形状を示すものであり、図２は
このグレーティングカプラ13が設けられた光導波路素子
を示している。
【００１５】図２に示されるように、透明な基板10上に
はスラブ状光導波路11が形成され、この光導波路11の表
面に本発明によるグレーティングカプラ13が形成されて
いる。 本実施例においては一例として、基板10にＬｉ
ＮｂＯ3 ウェハを用い、このウェハの表面にプロトン交
換により光導波路11を形成している。なお基板10として
その他サファイア、Ｓｉ等からなる結晶性基板が用いら
れてもよい。また光導波路11も上記のプロトン交換に限
らず、Ｔｉ拡散により、あるいは基板10上にその他の材
料をスパッタ、蒸着する等して形成することもできる。
はスラブ状光導波路11が形成され、この光導波路11の表
面に本発明によるグレーティングカプラ13が形成されて
いる。 本実施例においては一例として、基板10にＬｉ
ＮｂＯ3 ウェハを用い、このウェハの表面にプロトン交
換により光導波路11を形成している。なお基板10として
その他サファイア、Ｓｉ等からなる結晶性基板が用いら
れてもよい。また光導波路11も上記のプロトン交換に限
らず、Ｔｉ拡散により、あるいは基板10上にその他の材
料をスパッタ、蒸着する等して形成することもできる。
【００１６】一方グレーティングカプラ13の各グレーテ
ィングは、公知のフォトリソ法等により形成された矩形
断面を有するレリーフ形グレーティングであり、そのピ
ッチΛは3.3 μｍ、高さＴｇは40ｎｍとされている。
ィングは、公知のフォトリソ法等により形成された矩形
断面を有するレリーフ形グレーティングであり、そのピ
ッチΛは3.3 μｍ、高さＴｇは40ｎｍとされている。
【００１７】導波光12は波長632.8 ｎｍのＨｅ−Ｎｅレ
ーザー光であり、このレーザー光は例えば光導波路11の
端面から直接入射させたり、あるいは図示しないグレー
ティングカプラやプリズムカプラ等により光導波路11内
に入射せしめられる。光導波路11内を伝搬した導波光12
は、グレーティングカプラ13において回折し、その−１
次回折光12’、−２次回折光12”等が基板10側に出射す
る。
ーザー光であり、このレーザー光は例えば光導波路11の
端面から直接入射させたり、あるいは図示しないグレー
ティングカプラやプリズムカプラ等により光導波路11内
に入射せしめられる。光導波路11内を伝搬した導波光12
は、グレーティングカプラ13において回折し、その−１
次回折光12’、−２次回折光12”等が基板10側に出射す
る。
【００１８】グレーティングカプラ13のグレーティング
ピッチΛは前述したように3.3 μｍであるが、グレーテ
ィング線幅Ｌをそれぞれ1.72μｍ、1.85μｍ、1.98μｍ
としてＬ／Λの値を0.52、0.56、0.60に設定した３通り
のものを作成し、それらのグレーティングカプラ13にお
ける−１次および−２次の回折効率を調べた。なおこの
とき、本発明に対する比較例として、グレーティングピ
ッチΛは3.3 μｍのままでグレーティング線幅Ｌをそれ
ぞれ1.58、1.45としてＬ／Λの値を0.48、0.44に設定し
た２通りのグレーティングカプラを作成し、それらにつ
いても同様に回折効率を調べた。
ピッチΛは前述したように3.3 μｍであるが、グレーテ
ィング線幅Ｌをそれぞれ1.72μｍ、1.85μｍ、1.98μｍ
としてＬ／Λの値を0.52、0.56、0.60に設定した３通り
のものを作成し、それらのグレーティングカプラ13にお
ける−１次および−２次の回折効率を調べた。なおこの
とき、本発明に対する比較例として、グレーティングピ
ッチΛは3.3 μｍのままでグレーティング線幅Ｌをそれ
ぞれ1.58、1.45としてＬ／Λの値を0.48、0.44に設定し
た２通りのグレーティングカプラを作成し、それらにつ
いても同様に回折効率を調べた。
【００１９】なお、上記の５例における放射損失係数α
は図５に示す通りであり、比較例も含めていずれの場合
も0.3 ｍｍ-1＜αとなっている。
は図５に示す通りであり、比較例も含めていずれの場合
も0.3 ｍｍ-1＜αとなっている。
【００２０】上記の回折効率を調べた結果を図３に示
す。図示されるように、Ｌ／Λの値が大きくなるにつれ
て−２次の回折効率が低下し、それにともなって−１次
の回折効率が上昇して、Ｌ／Λ＝0.56近辺で最大の−１
次回折効率が得られる。
す。図示されるように、Ｌ／Λの値が大きくなるにつれ
て−２次の回折効率が低下し、それにともなって−１次
の回折効率が上昇して、Ｌ／Λ＝0.56近辺で最大の−１
次回折効率が得られる。
【００２１】それに対して、従来最良と考えられて来た
Ｌ／Λ＝0.5 に設定する場合は、この図３から導かれる
ように、−１次の回折効率は0.52≦Ｌ／Λ≦0.60の場合
よりも明らかに低くなり、本発明の優位性が実証されて
いる。
Ｌ／Λ＝0.5 に設定する場合は、この図３から導かれる
ように、−１次の回折効率は0.52≦Ｌ／Λ≦0.60の場合
よりも明らかに低くなり、本発明の優位性が実証されて
いる。
【００２２】なお図６には、グレーティング高さＴｇが
45ｎｍ、導波光の波長が514.5 ｎｍの場合の、グレーテ
ィングピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／
Λと−１次の回折効率との関係を示すが、この場合も最
大回折効率の現れ方は、基本的に上記実施例の場合と同
様になっている。したがって、この場合も0.52≦Ｌ／Λ
≦0.60に設定すれば、高い−１次の回折効率が得られ
る。
45ｎｍ、導波光の波長が514.5 ｎｍの場合の、グレーテ
ィングピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／
Λと−１次の回折効率との関係を示すが、この場合も最
大回折効率の現れ方は、基本的に上記実施例の場合と同
様になっている。したがって、この場合も0.52≦Ｌ／Λ
≦0.60に設定すれば、高い−１次の回折効率が得られ
る。
【図１】本発明の一実施例によるグレーティングカプラ
の側面図
の側面図
【図２】上記実施例のグレーティングカプラを備えた光
導波路素子の側面図
導波路素子の側面図
【図３】グレーティングピッチΛに対するグレーティン
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと回折効率との関係の一例を示すグ
ラフ
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと回折効率との関係の一例を示すグ
ラフ
【図４】グレーティング高さと、グレーティングピッチ
Λに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λの最適値
と、放射損失係数αとの関係を示すグラフ
Λに対するグレーティング線幅Ｌの比Ｌ／Λの最適値
と、放射損失係数αとの関係を示すグラフ
【図５】グレーティングピッチΛに対するグレーティン
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと、放射損失係数αとの関係を示す
グラフ
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと、放射損失係数αとの関係を示す
グラフ
【図６】グレーティングピッチΛに対するグレーティン
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと回折効率との関係の他の例を示す
グラフ
グ線幅Ｌの比Ｌ／Λと回折効率との関係の他の例を示す
グラフ
10 基板 11 光導波路 12 導波光 12’ −１次回折光 12” −２次回折光 13 グレーティングカプラ
フロントページの続き (72)発明者 砂川 寛 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 光導波路の表面に形成されたグレーティ
ングからなり、該光導波路内を進行する導波光と外部光
とを結合するグレーティングカプラにおいて、 グレーティングの高さが、放射損失係数αが0.3 ｍｍ-1
よりも大きくなる値とされ、 グレーティングピッチΛに対するグレーティング線幅Ｌ
の比Ｌ／Λが0.52≦Ｌ／Λ≦0.65なる範囲にあることを
特徴とするグレーティングカプラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14034793A JPH06347666A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | グレーティングカプラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14034793A JPH06347666A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | グレーティングカプラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347666A true JPH06347666A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15266720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14034793A Withdrawn JPH06347666A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | グレーティングカプラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06347666A (ja) |
-
1993
- 1993-06-11 JP JP14034793A patent/JPH06347666A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |