JPH0769494B2 - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH0769494B2 JPH0769494B2 JP63226562A JP22656288A JPH0769494B2 JP H0769494 B2 JPH0769494 B2 JP H0769494B2 JP 63226562 A JP63226562 A JP 63226562A JP 22656288 A JP22656288 A JP 22656288A JP H0769494 B2 JPH0769494 B2 JP H0769494B2
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- optical
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- waveguide
- optical waveguide
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、誘導体平板基板上にクラッド層により囲繞し
たコア層よりなる誘導体導波膜を被着して形成し、光回
路を構成する光導波路に関し、特に、その光導波路がな
す全光路長の温度係数がほぼ零もしくは負となるように
構成し、周囲温度の変化に対して安定な特性を有する導
波路型光回路を実現し得るようにしたものである。
たコア層よりなる誘導体導波膜を被着して形成し、光回
路を構成する光導波路に関し、特に、その光導波路がな
す全光路長の温度係数がほぼ零もしくは負となるように
構成し、周囲温度の変化に対して安定な特性を有する導
波路型光回路を実現し得るようにしたものである。
（従来の技術） 誘電体媒質中に光を閉じ込めて伝搬させるこの種光導波
路においては、従来とも、誘電体媒質の入力端と出力端
との間における屈折率と距離との積によって決まる光路
長が周囲温度の上昇に従って一般に増大する。その理由
は、光導波路を構成する誘電体材料の線膨張係数αが一
般にはほぼ全ての誘電体材料について正であり、しか
も、屈折率ｎの温度係数dn/dTも正であるためである。
路においては、従来とも、誘電体媒質の入力端と出力端
との間における屈折率と距離との積によって決まる光路
長が周囲温度の上昇に従って一般に増大する。その理由
は、光導波路を構成する誘電体材料の線膨張係数αが一
般にはほぼ全ての誘電体材料について正であり、しか
も、屈折率ｎの温度係数dn/dTも正であるためである。
（発明が解決しようとする課題） したがって、かかる光導波路を用いて構成した従来の導
波路型光回路においては、周囲温度の変化によって諸特
性が大幅に変化する、という問題があり、この問題の解
決が従来のこの種光導波路に対する課題であった。
波路型光回路においては、周囲温度の変化によって諸特
性が大幅に変化する、という問題があり、この問題の解
決が従来のこの種光導波路に対する課題であった。
（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、上述した従来の課題を解決し、光路長
が周囲温度によって変化せず、したがって、周囲温度が
変化しても安定な特性の導波路型光回路を構成し得る光
導波路を提供することにある。
が周囲温度によって変化せず、したがって、周囲温度が
変化しても安定な特性の導波路型光回路を構成し得る光
導波路を提供することにある。
本発明は、誘電体又は半導体より成る平板基板上にクラ
ッド層により囲繞したコア層よりなる少なくとも２つの
誘導体導波膜を被着した光導波路において、 （Ａ） 前記誘導体導波膜の少なくとも一部を屈折率ｎ
の温度係数dn/dTが負の誘導体材料によって構成するこ
と、 （Ｂ） 前記誘導体又は半導体平板基板の線膨張係数α
ｓが前述の負の屈折率の温度係数をもつ層の中でその絶
対値が最も大きな屈折率温度係数に比較して、 の条件を満たす誘導体材料により構成すること、及び （Ｃ） 当該光導波路の伝搬光の伝搬定数を真空中の光
の伝搬定数で規格化した等価屈折率neqの温度変化率をd
neq/dTとして により定義される光路長の温度変化率が零または負とな
るように前記コア層とクラッド層の屈折率および膜厚、
幅を選択したことを特徴とする光導波路にある。
ッド層により囲繞したコア層よりなる少なくとも２つの
誘導体導波膜を被着した光導波路において、 （Ａ） 前記誘導体導波膜の少なくとも一部を屈折率ｎ
の温度係数dn/dTが負の誘導体材料によって構成するこ
と、 （Ｂ） 前記誘導体又は半導体平板基板の線膨張係数α
ｓが前述の負の屈折率の温度係数をもつ層の中でその絶
対値が最も大きな屈折率温度係数に比較して、 の条件を満たす誘導体材料により構成すること、及び （Ｃ） 当該光導波路の伝搬光の伝搬定数を真空中の光
の伝搬定数で規格化した等価屈折率neqの温度変化率をd
neq/dTとして により定義される光路長の温度変化率が零または負とな
るように前記コア層とクラッド層の屈折率および膜厚、
幅を選択したことを特徴とする光導波路にある。
（作 用） したがって、本発明光導波路においては、光路長が周囲
温度の変化によって余り変化せず、周囲温度の変化に対
して安定な特性の導波路型光回路を構成することができ
る。
温度の変化によって余り変化せず、周囲温度の変化に対
して安定な特性の導波路型光回路を構成することができ
る。
（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳細に説明
する。
する。
一般に、誘電体媒質中の光伝搬において、第１図に示す
ように、誘電体媒質１の入射端と出射端との間の光路
長、すなわち、両端間の距離Ｌと屈折率ｎとの積が、通
常の誘電体材料については、温度上昇に伴って増大す
る。かかる光路長の温度変化特性は、誘電体材料の線膨
張係数αが、一般にはほぼ全ての誘電体材料について正
であり、しかも、屈折率ｎの温度係数dn/dTも正の誘電
体材料が多いことに基づいている。
ように、誘電体媒質１の入射端と出射端との間の光路
長、すなわち、両端間の距離Ｌと屈折率ｎとの積が、通
常の誘電体材料については、温度上昇に伴って増大す
る。かかる光路長の温度変化特性は、誘電体材料の線膨
張係数αが、一般にはほぼ全ての誘電体材料について正
であり、しかも、屈折率ｎの温度係数dn/dTも正の誘電
体材料が多いことに基づいている。
すなわち、誘電体媒質中の光路長Ｓはつぎの（１）式 Ｓ＝nL （１） で表わされ、したがって、光路長Ｓの温度変化率dS/dT
はつぎの（２）式で表わされる。
はつぎの（２）式で表わされる。
なお、光路長Ｓの温度変化率dS/dTとしては、通例、上
式（２）をさらに距離Ｌについて正規化し、 なる形態で表わす場合が多い。
式（２）をさらに距離Ｌについて正規化し、 なる形態で表わす場合が多い。
ところで、例えばレンズの焦点距離などの光学素子の特
性は、一般には、温度変化に対して安定であることが望
ましい。そこで、例えばレンズの焦点距離が温度変化に
対して安定であり、ほとんど変化しないための条件とし
て、上述したのとは異なる光路長Ｓ′をつぎの（３）式
で表わし、 Ｓ′＝（ｎ−１）Ｌ （３） この光路長Ｓ′の温度変化率dS′/dTをつぎの（４）式
で表わし、 さらに、上式（４）を距離Ｌについて正規化して、 なる形態で表わし、この温度変化率dS′/dTをほぼ零に
するようなガラス材料、すなわち、つぎの第１表に示す
ようないわゆるアサーマルガラスが開発されている。
性は、一般には、温度変化に対して安定であることが望
ましい。そこで、例えばレンズの焦点距離が温度変化に
対して安定であり、ほとんど変化しないための条件とし
て、上述したのとは異なる光路長Ｓ′をつぎの（３）式
で表わし、 Ｓ′＝（ｎ−１）Ｌ （３） この光路長Ｓ′の温度変化率dS′/dTをつぎの（４）式
で表わし、 さらに、上式（４）を距離Ｌについて正規化して、 なる形態で表わし、この温度変化率dS′/dTをほぼ零に
するようなガラス材料、すなわち、つぎの第１表に示す
ようないわゆるアサーマルガラスが開発されている。
かかるアサーマルガラスが得られる原理は、dn/dT＜０
なる特性をもたらすガラス組成成分を用いて（ｎ−１）
αの項を打消すことにあるが、厳密な意味での光路長
Ｓ、すなわち、（１）式で表わした光路長の（２）式で
表わした温度変化率dS/dT、もしくは、（２′）式で表
わした温度変化率 を零にするガラス材料は、現在までのところ見つかって
いない。
なる特性をもたらすガラス組成成分を用いて（ｎ−１）
αの項を打消すことにあるが、厳密な意味での光路長
Ｓ、すなわち、（１）式で表わした光路長の（２）式で
表わした温度変化率dS/dT、もしくは、（２′）式で表
わした温度変化率 を零にするガラス材料は、現在までのところ見つかって
いない。
本発明は、誘導体平板基板上に形成した光導波路を基本
とする光回路、すなわち、導波路型光回路において上式
（２）もしくは（２′）で表わした光路長温度変化率dS
/dTもしくは を零もしくは負にすることを目的としたものである。
とする光回路、すなわち、導波路型光回路において上式
（２）もしくは（２′）で表わした光路長温度変化率dS
/dTもしくは を零もしくは負にすることを目的としたものである。
しかして、導波路型光回路においても、光路長の温度依
存変化が零であることが望ましい。例えば、半導体レー
ザの発振波長が温度によって変化するのも、その原因
は、共振器を構成する半導体導波路の等価屈折率、すな
わち、伝伝搬数βを真空の伝搬定数ｋで割った値が温度
によって変化することにある。いま、簡単化したモデル
として、第２図に示すように、屈折率ｎの誘電体媒質１
の両端面に反射鏡2a,2bを形成し、距離Ｌをもって対向
させたファブリ・ペロー共振器を考え、簡単のために、
光は、導波路内伝搬光ではなく、一様媒質中を伝搬する
ビーム波であるとする。なお、導波路内伝搬波とする場
合には、屈折率ｎを等価屈折率neq（＝β/k）に置き換
えればよい。
存変化が零であることが望ましい。例えば、半導体レー
ザの発振波長が温度によって変化するのも、その原因
は、共振器を構成する半導体導波路の等価屈折率、すな
わち、伝伝搬数βを真空の伝搬定数ｋで割った値が温度
によって変化することにある。いま、簡単化したモデル
として、第２図に示すように、屈折率ｎの誘電体媒質１
の両端面に反射鏡2a,2bを形成し、距離Ｌをもって対向
させたファブリ・ペロー共振器を考え、簡単のために、
光は、導波路内伝搬光ではなく、一様媒質中を伝搬する
ビーム波であるとする。なお、導波路内伝搬波とする場
合には、屈折率ｎを等価屈折率neq（＝β/k）に置き換
えればよい。
かして、かかる場合の共振条件は、Ｎを整数として、つ
ぎの（５）式によって与えられる。
ぎの（５）式によって与えられる。
2nkL＝２πＮ（N:整数） （５） ここに、ｋ＝２π／λであり、λは光の波長である。
かかる構成のレーザ共振器における発振波長の温度依存
変化率はつぎの（６）式となる。
変化率はつぎの（６）式となる。
しかして、一般に、α＞0,dn/dT＞０であるからｄλ/dT
＞０となる。したがって、温度が上昇すると、発振波長
も長波長側にシフトする。また、（２）式で表わした光
路長温度変化率dS/dTを零にする媒質材料は存在しない
のであるから、（６）式で表わしたレーザ発振波長温度
変化率ｄλ/dTを零にすることも単独の光学材料では困
難である。
＞０となる。したがって、温度が上昇すると、発振波長
も長波長側にシフトする。また、（２）式で表わした光
路長温度変化率dS/dTを零にする媒質材料は存在しない
のであるから、（６）式で表わしたレーザ発振波長温度
変化率ｄλ/dTを零にすることも単独の光学材料では困
難である。
そこで、２種類の光学材料の組合わせによりそれぞれの
光路長の温度依存変化を相殺して総合の光路長恩度変化
率を零にする場合について考察する。
光路長の温度依存変化を相殺して総合の光路長恩度変化
率を零にする場合について考察する。
第３図に示すように、屈折率n1,両端間距離L1の誘導体
媒質１−１と屈折率n2,両端間距離L2の誘電体媒質１−
２のそれぞれの一端を接合してそれぞれの他端間をビー
ム光が伝搬する場合の総合光路長Stはつぎの（７）式で
与えられる。
媒質１−１と屈折率n2,両端間距離L2の誘電体媒質１−
２のそれぞれの一端を接合してそれぞれの他端間をビー
ム光が伝搬する場合の総合光路長Stはつぎの（７）式で
与えられる。
St＝n1L1＋n2L2 （７） したがって、かかる接合誘導体媒質における総合光路長
Stの温度変化率dSt/dTはつぎの（８）式で与えられる。
Stの温度変化率dSt/dTはつぎの（８）式で与えられる。
いま、誘電体媒質１−１の屈折率n1、距離L1の温度依存
変化を誘電体媒質１−２の屈折率n2、距離L2の温度依存
変化で相殺して補償し、（８）式で表わした温度変化率
dSt/dTの値を零にするには、つぎの（９）式の条件が成
立する必要がある。
変化を誘電体媒質１−２の屈折率n2、距離L2の温度依存
変化で相殺して補償し、（８）式で表わした温度変化率
dSt/dTの値を零にするには、つぎの（９）式の条件が成
立する必要がある。
しかしながら、一般にはつぎの（10）式が成立する。
したがって、（９）式の条件を満たす光学材料の組合わ
せは従来の技術では実現し得ないことになる。
せは従来の技術では実現し得ないことになる。
そこで、本発明においては、誘電体平板基板上に形成し
た光導波路を用いた光回路、すなわち、導波路型光回路
において等価的な屈折率neqを考え、その等価屈折率neq
についてつぎの（11）式の条件が満されるようにし、 さらには、（９）式の条件も満たす温度係数補償も可能
とする。
た光導波路を用いた光回路、すなわち、導波路型光回路
において等価的な屈折率neqを考え、その等価屈折率neq
についてつぎの（11）式の条件が満されるようにし、 さらには、（９）式の条件も満たす温度係数補償も可能
とする。
すなわち、いま、第４図に示すように、両端間距離Ｌ、
厚さtsの誘電体平板基板３上にクラッド層4a、コア層５
およびクラッド層4bを順次に被着して厚さtwに積層した
光導波路について考察する。なお、コア層５の上下に位
置するクラッド層4aと4bとは、簡単のため、同一光学材
料からなるものとし、コア層５の屈折率および線膨張係
数をそれぞれn1およびα１とし、クラッド層4a,4bの屈
折率および線膨張係数をそれぞれn2およびα２とし、さ
らに、平板基板３の線膨張係数をαｓとする。
厚さtsの誘電体平板基板３上にクラッド層4a、コア層５
およびクラッド層4bを順次に被着して厚さtwに積層した
光導波路について考察する。なお、コア層５の上下に位
置するクラッド層4aと4bとは、簡単のため、同一光学材
料からなるものとし、コア層５の屈折率および線膨張係
数をそれぞれn1およびα１とし、クラッド層4a,4bの屈
折率および線膨張係数をそれぞれn2およびα２とし、さ
らに、平板基板３の線膨張係数をαｓとする。
かかる光導波路の両端面間の光路長Swはつぎの（12）式
で与えられる。
で与えられる。
Sw＝βＬ （12） ここに、βは導波モードの伝搬定数であるが、簡単のた
めに、単一モード導波路を考えて基本モードの伝搬定数
であるとする。かかる光路長Swの温度変化率dSw/dTはつ
ぎの（13）式となる。
めに、単一モード導波路を考えて基本モードの伝搬定数
であるとする。かかる光路長Swの温度変化率dSw/dTはつ
ぎの（13）式となる。
ここで、等価屈折率neq（＝β/k）を用いると、上式（1
3）はつぎの（14）式のように表わすことができる。
3）はつぎの（14）式のように表わすことができる。
さて、第４図示の光導波路における両端間距離Ｌの温度
変化係数 は、厳密には、平板基板４、クラッド層4a,4bおよびコ
ア層５をなすそれぞれの光学材料の線膨張係数、ヤング
率などによって決まるが、通常の平板基板上単一モード
光導波路においては、平板基板４の厚さtsは導波路の厚
さtwに比して極めて大きく、例えば、導波路の厚さtwが
数μｍから精々10数μｍであるのに対して、平板基板４
の厚さtsは、通例、100μｍを超える。したがって、図
示の光導波路における両端間距離Ｌの温度依存変化は、
近似的にはほぼ平板基板４の線膨張係数αｓによって決
まるものと見做すことができる。
変化係数 は、厳密には、平板基板４、クラッド層4a,4bおよびコ
ア層５をなすそれぞれの光学材料の線膨張係数、ヤング
率などによって決まるが、通常の平板基板上単一モード
光導波路においては、平板基板４の厚さtsは導波路の厚
さtwに比して極めて大きく、例えば、導波路の厚さtwが
数μｍから精々10数μｍであるのに対して、平板基板４
の厚さtsは、通例、100μｍを超える。したがって、図
示の光導波路における両端間距離Ｌの温度依存変化は、
近似的にはほぼ平板基板４の線膨張係数αｓによって決
まるものと見做すことができる。
そこで、上式（14）における の項を基板材料の線膨張係数αｓによって近似すると、
（14）式はつぎの（15）式となる。
（14）式はつぎの（15）式となる。
さらに、等価屈折率neqはコア層５の屈折率n1とクラッ
ド層4a,4bの屈折率n2とによって決まるが、主としてコ
ア層５の屈折率n1により決まるので、これも近似して、 neqn1 （16） とすると、上式（15）はつぎの（17）式となる。
ド層4a,4bの屈折率n2とによって決まるが、主としてコ
ア層５の屈折率n1により決まるので、これも近似して、 neqn1 （16） とすると、上式（15）はつぎの（17）式となる。
この（17）式と前述した光路長温度変化率dS/dTの
（２）式もしくはレーザ発振波長温度変化率ｄλ/dTの
（６）式とを比較すると、（２）式もしくは（６）式に
おける線膨張係数αが光導波媒質の線膨張係数であるの
に対し、（17）式における線膨張係数αｓは光導波を行
なわない基板材料の線膨脹係数である。したがって、
（17）式においては、屈折率n1の温度係数dn1/dTと基板
材料の線膨張係数αｓとをそれぞれ独立に選定すること
ができ、つぎの（18）式とすることが可能になる。
（２）式もしくはレーザ発振波長温度変化率ｄλ/dTの
（６）式とを比較すると、（２）式もしくは（６）式に
おける線膨張係数αが光導波媒質の線膨張係数であるの
に対し、（17）式における線膨張係数αｓは光導波を行
なわない基板材料の線膨脹係数である。したがって、
（17）式においては、屈折率n1の温度係数dn1/dTと基板
材料の線膨張係数αｓとをそれぞれ独立に選定すること
ができ、つぎの（18）式とすることが可能になる。
式（16）の近似値を用いないと の式が成立する。
本発明では、光導波路の伝搬光の伝搬定数を真空中の光
の伝搬定数で規格化した等価屈折率neqの温度変化率をd
neq/dTとして により定義される光路長の温度変化率が零又は負となる
ようにコア層とクラッド層の屈折率および膜、幅を選択
することが必要の条件である。
の伝搬定数で規格化した等価屈折率neqの温度変化率をd
neq/dTとして により定義される光路長の温度変化率が零又は負となる
ようにコア層とクラッド層の屈折率および膜、幅を選択
することが必要の条件である。
上述したところにつき具体的に例を示すために、線膨張
係数αを横軸にとり、屈折率温度変化率 を縦軸にとり、各種誘電体光学材料が呈するそれらの値
を対応する縦・横線の交点によって示すと第５図のよう
になる。図中、○印は（４）式もしくは（４′）式によ
って表わす光路長ＳもしくはＳ′の温度変化率すなわち
温度係数をほぼ零とする誘電体材料、すなわち、いわゆ
るアサーマルガラスに属するものである。また、図中、
実線で示す斜線は、 の条件を満たす直線であるが、従来周知の誘電体光学材
料はすべてこの条件を示す斜線より上側に位置するの
で、バルク型の光学媒質における光路長の温度係数はす
べて正の値となる。
係数αを横軸にとり、屈折率温度変化率 を縦軸にとり、各種誘電体光学材料が呈するそれらの値
を対応する縦・横線の交点によって示すと第５図のよう
になる。図中、○印は（４）式もしくは（４′）式によ
って表わす光路長ＳもしくはＳ′の温度変化率すなわち
温度係数をほぼ零とする誘電体材料、すなわち、いわゆ
るアサーマルガラスに属するものである。また、図中、
実線で示す斜線は、 の条件を満たす直線であるが、従来周知の誘電体光学材
料はすべてこの条件を示す斜線より上側に位置するの
で、バルク型の光学媒質における光路長の温度係数はす
べて正の値となる。
しかしながら、第４図に示したように平板基板上に形成
した光導波路においては、例えば、図中一点鎖線で示す
シリコンSiにより平板基板を構成すると、図中○印で示
した各種のアサーマルガラスの位置は、導波路の線膨張
係数がすべてシリコン基板の線膨張係数で決まるので、
図中、一点鎖線上の☆印まで移動したのと等価になり、
その結果、上述の（18）式の条件を実現し得ることにな
る。
した光導波路においては、例えば、図中一点鎖線で示す
シリコンSiにより平板基板を構成すると、図中○印で示
した各種のアサーマルガラスの位置は、導波路の線膨張
係数がすべてシリコン基板の線膨張係数で決まるので、
図中、一点鎖線上の☆印まで移動したのと等価になり、
その結果、上述の（18）式の条件を実現し得ることにな
る。
なお、コア層５中を伝搬する光の電磁界のクラッド層4
a,4bへの滲み出しをも考慮する場合には、等価屈折率n
eqをコア層５の屈折率n1で近似した（16）式の代わりに
つぎの（20）式を適用する。
a,4bへの滲み出しをも考慮する場合には、等価屈折率n
eqをコア層５の屈折率n1で近似した（16）式の代わりに
つぎの（20）式を適用する。
neq＝n1b＋n2（１−ｂ） （20） ここに、ｂは正規化伝搬定数であり、つぎの（21）式で
与えらる。
与えらる。
なお、導波モードに対しては０≦ｂ＜１が成立する。
したがって、温度変化に対する正規化伝搬係数ｂの変化
が十分に小さい、として係数ｂの温度依存変化を無視す
ると、第４図示の光導波路における光路長Ｓの温度変化
率を表わす（17）式はつぎの（22）式となる。
が十分に小さい、として係数ｂの温度依存変化を無視す
ると、第４図示の光導波路における光路長Ｓの温度変化
率を表わす（17）式はつぎの（22）式となる。
したがって、この（22）式を用いれば、光導波路におけ
る光路長の温度依存変化を零にするための厳密な設計が
可能となる。
る光路長の温度依存変化を零にするための厳密な設計が
可能となる。
上述のようにして前述した（18）式の状態を実現し得た
とすると、第６図に示すように、同一誘電体平板基板上
に２種類の誘電体光導波路＃1,＃２を互いに連接して形
成し、一方の光導波路＃１の光路長の温度依存変化を、
他方の光導波路＃２の誘電体材料を適切に選定するとと
もに、その両端間距離L2をL1に対して最適値に設定して
得られるその光路長の温度依存変化により相殺し、総合
光路長の温度変化率を零にすることができる。すなわ
ち、第６図示の複合光導波路において、光導波路＃１の
両端間距離L1,コア層５−１の屈折率n11,クラッド層4a
−1,4b−１の屈折率n21、並びに、光導波路＃２の両端
間距離L2,コア層５−２の屈折率n12、クラッド層4a−2,
4b−２の屈折率n22に対し、つぎの（23）式の条件が成
立するように光導波路＃２の各誘電体材料によって決ま
る屈折率n12,n22および両端間距離L2を適切に設定すれ
ばよいことになる。
とすると、第６図に示すように、同一誘電体平板基板上
に２種類の誘電体光導波路＃1,＃２を互いに連接して形
成し、一方の光導波路＃１の光路長の温度依存変化を、
他方の光導波路＃２の誘電体材料を適切に選定するとと
もに、その両端間距離L2をL1に対して最適値に設定して
得られるその光路長の温度依存変化により相殺し、総合
光路長の温度変化率を零にすることができる。すなわ
ち、第６図示の複合光導波路において、光導波路＃１の
両端間距離L1,コア層５−１の屈折率n11,クラッド層4a
−1,4b−１の屈折率n21、並びに、光導波路＃２の両端
間距離L2,コア層５−２の屈折率n12、クラッド層4a−2,
4b−２の屈折率n22に対し、つぎの（23）式の条件が成
立するように光導波路＃２の各誘電体材料によって決ま
る屈折率n12,n22および両端間距離L2を適切に設定すれ
ばよいことになる。
なお、上式（23）におけるb1,b2はそれぞれ（21）式で
定義される光導波路＃1,＃２の正規化伝搬定数である。
定義される光導波路＃1,＃２の正規化伝搬定数である。
以上のようにして、温度変化に対し諸特性が変化せずに
安定した導波路型光回路が得られるが、かかる本発明光
導波路の具体的構成の諸例を第７図乃至第９図につき以
下に説明する。
安定した導波路型光回路が得られるが、かかる本発明光
導波路の具体的構成の諸例を第７図乃至第９図につき以
下に説明する。
まず、半導体レーザの発振波長を温度変化に対し安定化
した場合における本発明光導波路の構成例を第７図に示
す。図示の構成例においては、インジウム燐（InP）平
板基板３上に屈折率n1のガリウム・インジウム砒素燐
（GaInAsP）活性層６およびインジウム燐（InP）クラッ
ド層７を順次に被着して構成した半導体レーザ部Lsのフ
ァブリ・ペロー共振器をなす一方の端面に片側ミラー2a
を形成し、他半部をドライエッチング等を施して除去し
た跡に第５図に例示した各種アサーマルガラスのうちの
例えばPK51を用いて屈折率nwのコア層５と他のアサーマ
ルガラスよりなる上下のクラッド層4b,4aとからなる導
波路部Ｗを形成し、全体として外部共振器の形態のファ
ブリ・ペロー共振器を構成する。
した場合における本発明光導波路の構成例を第７図に示
す。図示の構成例においては、インジウム燐（InP）平
板基板３上に屈折率n1のガリウム・インジウム砒素燐
（GaInAsP）活性層６およびインジウム燐（InP）クラッ
ド層７を順次に被着して構成した半導体レーザ部Lsのフ
ァブリ・ペロー共振器をなす一方の端面に片側ミラー2a
を形成し、他半部をドライエッチング等を施して除去し
た跡に第５図に例示した各種アサーマルガラスのうちの
例えばPK51を用いて屈折率nwのコア層５と他のアサーマ
ルガラスよりなる上下のクラッド層4b,4aとからなる導
波路部Ｗを形成し、全体として外部共振器の形態のファ
ブリ・ペロー共振器を構成する。
なお、第７図示のよな接合構造の導波路型光回路を実際
に製作するに当っては、半導体レーザ部Lsにガラス導波
路部Ｗを無反射に近い状態で接合するためのガラス導波
路部形成技術を確立する必要があるが、かかる接合技術
の問題は、端面無反射コーティング技術や微細凹凸面に
スパッタを反復施して平滑化するバイアス・スパッタ法
による導波路端面接合技術により近い将来完全に解決し
得るものとみられる。
に製作するに当っては、半導体レーザ部Lsにガラス導波
路部Ｗを無反射に近い状態で接合するためのガラス導波
路部形成技術を確立する必要があるが、かかる接合技術
の問題は、端面無反射コーティング技術や微細凹凸面に
スパッタを反復施して平滑化するバイアス・スパッタ法
による導波路端面接合技術により近い将来完全に解決し
得るものとみられる。
しかして、簡単のために、半導体レーザ部Ls、光導波路
部Ｗともに、コア層内への伝搬光の閉じ込め作用が強
く、総合の屈折率ｎの温度変化率dn/dTはそれぞれのコ
ア層６および５をなす誘電体材料によって決まるものと
見做し、半導体レーザ部Lsの屈折率温度変化率をdnL/dT
とし、光導波路部Ｗの屈折率温度変化率をdnw/dTとす
る。また、半導体レーザ部Lsのコア層６をなす材料はII
I−Ｖ族半導体であるガリウム・インジウム砒素燐（GaI
nAsP）であるが、その屈折率温度変化率dn/dTおよび線
膨張係数αはインジウム燐（InP）の屈折率温度変化率
および線膨張係数にそれぞれ近似しているので、インジ
ウム燐（InP）の近似値をそれぞれ用いることにする。
さらに、半導体レーザ部Lsの両端間距離L1を200μｍと
する。その結果、 なる値が得られ、したがって、第７図示の構成における
総合光路長の温度変化率dSt/dTを零にするための前述し
た条件式（23）においてb1＝1,b2＝１と近似することに
より、光導波路部Ｗの両端間距離Lsの所要値は2,822μ
ｍとなる。すなわち、かかる形状寸法の外部導波路付き
半導体レーザを構成すれば、温度が変化しても発振波長
がほとんど変化しない安定なレーザ光を取出すことがで
きる。
部Ｗともに、コア層内への伝搬光の閉じ込め作用が強
く、総合の屈折率ｎの温度変化率dn/dTはそれぞれのコ
ア層６および５をなす誘電体材料によって決まるものと
見做し、半導体レーザ部Lsの屈折率温度変化率をdnL/dT
とし、光導波路部Ｗの屈折率温度変化率をdnw/dTとす
る。また、半導体レーザ部Lsのコア層６をなす材料はII
I−Ｖ族半導体であるガリウム・インジウム砒素燐（GaI
nAsP）であるが、その屈折率温度変化率dn/dTおよび線
膨張係数αはインジウム燐（InP）の屈折率温度変化率
および線膨張係数にそれぞれ近似しているので、インジ
ウム燐（InP）の近似値をそれぞれ用いることにする。
さらに、半導体レーザ部Lsの両端間距離L1を200μｍと
する。その結果、 なる値が得られ、したがって、第７図示の構成における
総合光路長の温度変化率dSt/dTを零にするための前述し
た条件式（23）においてb1＝1,b2＝１と近似することに
より、光導波路部Ｗの両端間距離Lsの所要値は2,822μ
ｍとなる。すなわち、かかる形状寸法の外部導波路付き
半導体レーザを構成すれば、温度が変化しても発振波長
がほとんど変化しない安定なレーザ光を取出すことがで
きる。
つぎに、上述と同様の構成とすることにより分布ブラッ
ク反射型（DBR）半導体レーザの発振波長を安定化する
ようにした場合における本発明光導波路の構成例を第８
図（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す。同図（ａ）に示すDB
R半導体レーザは、コア層５を上面にグラッグ反射用回
折格子を形成したコア層８とする他は第７図示の構成例
と全く同様に構成したものであり、また、同図（ｂ）に
示すDBR半導体レーザも、第７図示の構成例とほぼ同様
の構成ではあるが、上面にブラッグ反射用回折格子を形
成したコア層８−１および８−２をそれぞれ有する導波
路部W1およびW2を半導体レーザ部Lsの両端面にそれぞれ
接合させて、第７図示の構成例で半導体レーザ部Lsにお
ける一方の端面に形成した片側ミラー2aを排したもので
ある。かかる構成のDBR半導体レーザにおいても、導波
路部ＷもしくはW1,W2の光路長が温度変化によって変化
しないようにする必要があるので、第５図に例示したア
サーマルガラスのうちの例えばATF4を用いてそれぞれコ
ア層８もしくは８−1,8−２を形成し、さらに、第７図
示の構成例におけると同様に、導波路部におけるコア層
内への伝搬光の閉じ込め作用が強く、総合の屈折率の温
度変化率がコア層をなす誘電体材料によって決まるもの
と見做すと、DBR半導体レーザ部Lsにおける発振波長の
温度変化による変化率は同じ半導体材料で形成した従来
のこの種DBR半導体レーザにおける発振波長温度変化率
のほぼ1/76になる。
ク反射型（DBR）半導体レーザの発振波長を安定化する
ようにした場合における本発明光導波路の構成例を第８
図（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す。同図（ａ）に示すDB
R半導体レーザは、コア層５を上面にグラッグ反射用回
折格子を形成したコア層８とする他は第７図示の構成例
と全く同様に構成したものであり、また、同図（ｂ）に
示すDBR半導体レーザも、第７図示の構成例とほぼ同様
の構成ではあるが、上面にブラッグ反射用回折格子を形
成したコア層８−１および８−２をそれぞれ有する導波
路部W1およびW2を半導体レーザ部Lsの両端面にそれぞれ
接合させて、第７図示の構成例で半導体レーザ部Lsにお
ける一方の端面に形成した片側ミラー2aを排したもので
ある。かかる構成のDBR半導体レーザにおいても、導波
路部ＷもしくはW1,W2の光路長が温度変化によって変化
しないようにする必要があるので、第５図に例示したア
サーマルガラスのうちの例えばATF4を用いてそれぞれコ
ア層８もしくは８−1,8−２を形成し、さらに、第７図
示の構成例におけると同様に、導波路部におけるコア層
内への伝搬光の閉じ込め作用が強く、総合の屈折率の温
度変化率がコア層をなす誘電体材料によって決まるもの
と見做すと、DBR半導体レーザ部Lsにおける発振波長の
温度変化による変化率は同じ半導体材料で形成した従来
のこの種DBR半導体レーザにおける発振波長温度変化率
のほぼ1/76になる。
最後に、互いに平行に近接した２光導波路間における光
波の結合を利用した方向性光結合器におけるそれぞれの
光導波路における光路長の温度依存変化がほぼ零となる
ようにした場合の本発明光導波路の構成例を第９図に示
す。図示の構成は、誘電体平板基板３上に被着したクラ
ッド層４中に形成したコア層5a,5bよりなる２本の光導
波路の一部を互いに平行に近接させてコア層5a,5b中を
伝搬する光波の結合により、入力光Pi1の波長に応じて
いずれかのコア層から出力光Po1もしくはPo2が得られる
ようにしたものである。かかる構成の方向性結合部にお
ける平行光導波路の光路長が温度変化によって変化すれ
ば、平行光導波路間における光結合の態様が変化するの
で、出力光の比Po1/po2が温度変化によって変動するこ
とになる。しかしながら、第９図示の構成における誘電
体平板基板３を例えばシリコン（Si）をもって構成する
とともに、第５図に例示したアサーマルガラスのうちの
例えばATF5によりコア層5a,5bを形成して光導波路を構
成した本発明による方向性光結合器においては、方向性
結合部における光路長の温度変化に伴う変動を従来に比
して格段に小さくすることができる。
波の結合を利用した方向性光結合器におけるそれぞれの
光導波路における光路長の温度依存変化がほぼ零となる
ようにした場合の本発明光導波路の構成例を第９図に示
す。図示の構成は、誘電体平板基板３上に被着したクラ
ッド層４中に形成したコア層5a,5bよりなる２本の光導
波路の一部を互いに平行に近接させてコア層5a,5b中を
伝搬する光波の結合により、入力光Pi1の波長に応じて
いずれかのコア層から出力光Po1もしくはPo2が得られる
ようにしたものである。かかる構成の方向性結合部にお
ける平行光導波路の光路長が温度変化によって変化すれ
ば、平行光導波路間における光結合の態様が変化するの
で、出力光の比Po1/po2が温度変化によって変動するこ
とになる。しかしながら、第９図示の構成における誘電
体平板基板３を例えばシリコン（Si）をもって構成する
とともに、第５図に例示したアサーマルガラスのうちの
例えばATF5によりコア層5a,5bを形成して光導波路を構
成した本発明による方向性光結合器においては、方向性
結合部における光路長の温度変化に伴う変動を従来に比
して格段に小さくすることができる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明においては、誘
電体平板基板上に形成した光導波路およびその光導波路
を基本とする導波路型光回路において、光導波膜を構成
する誘電体材料の屈折率の温度係数が負であるようなも
のを用いて光導波路における光路長の温度依存変化率dS
/dTを負もしくはほぼ零にする。したがって、本発明に
よれば、つぎのような顕著な作用効果が得られる。
電体平板基板上に形成した光導波路およびその光導波路
を基本とする導波路型光回路において、光導波膜を構成
する誘電体材料の屈折率の温度係数が負であるようなも
のを用いて光導波路における光路長の温度依存変化率dS
/dTを負もしくはほぼ零にする。したがって、本発明に
よれば、つぎのような顕著な作用効果が得られる。
（１）光路長の温度依存変化率dS/dTが負になる場合に
は、屈折率の温度依存変化率dn/dTが正である他の光導
波路と組合わせて双方の温度依存変化を相殺して補償
し、総合光路長の温度依存変化をほぼ零にすることかで
きる。
は、屈折率の温度依存変化率dn/dTが正である他の光導
波路と組合わせて双方の温度依存変化を相殺して補償
し、総合光路長の温度依存変化をほぼ零にすることかで
きる。
（２）光路長の温度依存変化率dS/dTがほぼ零になる場
合には、その光導波路自体により構成した回折格子付光
導波路や方向性光結合器等の光回路における光学的諸特
性の温度依存変化をほぼ零にすることができる。
合には、その光導波路自体により構成した回折格子付光
導波路や方向性光結合器等の光回路における光学的諸特
性の温度依存変化をほぼ零にすることができる。
（３）本発明光導波路を適用すれば、光学的諸特性の温
度依存変化を極めて小さくした導波路型光回路装置を実
現することができるので、光の干渉を用いた光計測装置
や周波数を精密に制御したコヒーレント光通信などの光
通信に用いる光学装置の精密な温度制御を不要にするこ
とが可能となる。
度依存変化を極めて小さくした導波路型光回路装置を実
現することができるので、光の干渉を用いた光計測装置
や周波数を精密に制御したコヒーレント光通信などの光
通信に用いる光学装置の精密な温度制御を不要にするこ
とが可能となる。
第１図は光路長の定義を示す線図、 第２図はファブリ・ペロー共振器の概略構成を示す線
図、 第３図は２光路長の組合わせによる光路長温度依存変化
の補償の態様を示す線図、 第４図は光導波路の概略構成を示す断面図、 第５図は各種材料の線膨張係数と屈折率温度変化率との
関係を示す特性曲線図、 第６図は本発明による２光導波路の組合わせによる光路
長温度依存変化の補償の態様を示す断面図、 第７図は本発明による半導体レーザ発振波長の温度依存
変化の補償の態様を示す断面図、 第８図（ａ），（ｂ）は本発明によるDBRレーザ発振波
長の温度依存変化の補償の態様を示す断面図、 第９図は本発明による方向性光結合器の概略構成を示す
斜視図である。 1,1−1,1−２……誘電体媒質 2a,2b……反射鏡、３……平板基板 4a,4a−1,4a−2,4b,4b−1,4b−2,7……クラッド層 5,5−1,5−2,5a,5b……コア層 ６……活性層 8,8−1,8−２……回折格子付きコア層 Ls……半導体レーザ部 W,W1,W2……導波路部
図、 第３図は２光路長の組合わせによる光路長温度依存変化
の補償の態様を示す線図、 第４図は光導波路の概略構成を示す断面図、 第５図は各種材料の線膨張係数と屈折率温度変化率との
関係を示す特性曲線図、 第６図は本発明による２光導波路の組合わせによる光路
長温度依存変化の補償の態様を示す断面図、 第７図は本発明による半導体レーザ発振波長の温度依存
変化の補償の態様を示す断面図、 第８図（ａ），（ｂ）は本発明によるDBRレーザ発振波
長の温度依存変化の補償の態様を示す断面図、 第９図は本発明による方向性光結合器の概略構成を示す
斜視図である。 1,1−1,1−２……誘電体媒質 2a,2b……反射鏡、３……平板基板 4a,4a−1,4a−2,4b,4b−1,4b−2,7……クラッド層 5,5−1,5−2,5a,5b……コア層 ６……活性層 8,8−1,8−２……回折格子付きコア層 Ls……半導体レーザ部 W,W1,W2……導波路部
Claims (2)
- 【請求項１】誘導体又は半導体より成る平板基板上にク
ラッド層により囲繞したコア層よりなる少なくとも２つ
の誘導体導波膜を被着した光導波路において、 （Ａ） 前記誘導体導波膜の少なくとも一部を屈折率ｎ
の温度係数dn/dTが負の誘導体材料によって構成するこ
と、 （Ｂ） 前記誘導体又は半導体平板基板の線膨張係数α
ｓが前述の負の屈折率温度係数をもつ層の中でその絶対
値が最も大きな屈折率温度係数に比較して、 の条件を満たす誘導体材料により構成すること、及び （Ｃ） 当該光導波路の伝搬光の伝搬定数を真空中の光
の伝搬定数で規格化した等価屈折率neqの温度変化率をd
neq/dTとして により定義される光路長の温度変化率が零または負とな
るように前記コア層とクラッド層の屈折率および膜厚、
幅を選択したことを特徴とする光導波路。 - 【請求項２】平板基板はシリコン又はインジウム燐のい
ずれかより成る半導体である請求項１記載の光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226562A JPH0769494B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226562A JPH0769494B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274909A JPH0274909A (ja) | 1990-03-14 |
| JPH0769494B2 true JPH0769494B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=16847104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63226562A Expired - Lifetime JPH0769494B2 (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769494B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2564622B2 (ja) * | 1988-09-14 | 1996-12-18 | 富士通株式会社 | 半導体レーザの発振周波数安定化方法及び装置 |
| FR2765972B1 (fr) * | 1997-07-11 | 1999-09-24 | Instruments Sa | Systeme optique a dispersion en longueur d'onde |
| EP1610426B1 (en) | 2003-03-31 | 2014-01-08 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device and optical semiconductor integrated circuit |
| WO2009113469A1 (ja) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | 日本電気株式会社 | 光デバイス、その製造方法とそれを用いた光集積デバイス |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59137344A (ja) * | 1983-01-28 | 1984-08-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 屈折率の温度補償用ガラス |
| JPS60104821U (ja) * | 1983-12-21 | 1985-07-17 | 横河電機株式会社 | 光変調装置 |
-
1988
- 1988-09-12 JP JP63226562A patent/JPH0769494B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274909A (ja) | 1990-03-14 |
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|---|---|---|---|
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