JPH08262503A - 集光グレーティングカプラ型光偏向素子 - Google Patents
集光グレーティングカプラ型光偏向素子Info
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- JPH08262503A JPH08262503A JP6142395A JP6142395A JPH08262503A JP H08262503 A JPH08262503 A JP H08262503A JP 6142395 A JP6142395 A JP 6142395A JP 6142395 A JP6142395 A JP 6142395A JP H08262503 A JPH08262503 A JP H08262503A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 システムの小型化が図れるとともに、受光素
子における光強度を充分に確保し得る集光グレーティン
グカプラ型光偏向素子を提供する。 【構成】 半導体基板１２と、ＭＱＷ層１３と、回折格
子１４と、クラッド層１５と、上部電極層１６、下部電
極層１７を有してなる光偏向素子１１において、回折格
子１４は、断面鋸歯状の輪帯１９、１９、…が複数、同
心円状に形成されてなるグレーティング輪帯群２０を直
径方向に切り取った平面形状とされ、各輪帯１９間の間
隔は、素子の中央部から外周部に向かって小さくなって
いる。
子における光強度を充分に確保し得る集光グレーティン
グカプラ型光偏向素子を提供する。 【構成】 半導体基板１２と、ＭＱＷ層１３と、回折格
子１４と、クラッド層１５と、上部電極層１６、下部電
極層１７を有してなる光偏向素子１１において、回折格
子１４は、断面鋸歯状の輪帯１９、１９、…が複数、同
心円状に形成されてなるグレーティング輪帯群２０を直
径方向に切り取った平面形状とされ、各輪帯１９間の間
隔は、素子の中央部から外周部に向かって小さくなって
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光インターコネクショ
ンに関し、例えば光コンピュータ内のボード間、プロセ
ッサ間の光スイッチング、並列光情報伝送システム等の
キーデバイスとして好適な集光グレーティングカプラ型
光偏向素子に関するものである。
ンに関し、例えば光コンピュータ内のボード間、プロセ
ッサ間の光スイッチング、並列光情報伝送システム等の
キーデバイスとして好適な集光グレーティングカプラ型
光偏向素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】情報処理、通信等の分野において、例え
ば光コンピュータ内のボード間、プロセッサ間等の情報
伝送用配線として従来一般の手段である電気的な配線を
用いた場合、配線が占める空間的、時間的なロスはかな
り大きなものとなってしまう。そこで、近年、この点を
改善するために空間的、時間的に情報伝送量の大きい光
を用いた、いわゆる光インターコネクション（光を用い
た相互接続）が用いられてきている。コンピュータ内で
光インターコネクションを実現する場合、光インターコ
ネクションの持つ空間的、時間的に情報伝送量が大きい
という利点を生かすためには、ボード間、プロセッサ間
等で空間的に信号の切り替えを行なう光スイッチングや
並列的な光情報伝送を実現することが必要であり、これ
ら光スイッチングや並列光情報伝送に対応し得る光デバ
イスの提供が望まれていた。
ば光コンピュータ内のボード間、プロセッサ間等の情報
伝送用配線として従来一般の手段である電気的な配線を
用いた場合、配線が占める空間的、時間的なロスはかな
り大きなものとなってしまう。そこで、近年、この点を
改善するために空間的、時間的に情報伝送量の大きい光
を用いた、いわゆる光インターコネクション（光を用い
た相互接続）が用いられてきている。コンピュータ内で
光インターコネクションを実現する場合、光インターコ
ネクションの持つ空間的、時間的に情報伝送量が大きい
という利点を生かすためには、ボード間、プロセッサ間
等で空間的に信号の切り替えを行なう光スイッチングや
並列的な光情報伝送を実現することが必要であり、これ
ら光スイッチングや並列光情報伝送に対応し得る光デバ
イスの提供が望まれていた。
【０００３】そこで、本発明者らは、図６に示すような
空間型光偏向素子を提案した。図６に示す空間型光偏向
素子１は、ｎ−ＩｎＰ基板２上にｎ−ＩｎＰバッファ層
３が形成され、その上方に、井戸層とバリア層が交互に
多層積層された（図示せず）多重量子井戸（Multi Quan
tum Well 、以下、ＭＱＷと称する）層４と導波路層５
がストライプ状に形成され、フォトリソグラフィ・エッ
チング技術により導波路層５上に回折格子６が形成され
たものである。
空間型光偏向素子を提案した。図６に示す空間型光偏向
素子１は、ｎ−ＩｎＰ基板２上にｎ−ＩｎＰバッファ層
３が形成され、その上方に、井戸層とバリア層が交互に
多層積層された（図示せず）多重量子井戸（Multi Quan
tum Well 、以下、ＭＱＷと称する）層４と導波路層５
がストライプ状に形成され、フォトリソグラフィ・エッ
チング技術により導波路層５上に回折格子６が形成され
たものである。
【０００４】そして、ＭＱＷ層４と導波路層５からなる
ストライプ７の上方にはｎ−ＩｎＰクラッド層８が形成
されるとともに、ストライプ７の側方には横方向の光の
閉じ込めのためにＩｎＰブロック層９が埋込成長されて
いる。また、この積層構造の上面には窓部を有する上部
電極層（図示せず）が形成され、下面には下部電極層
（図示せず）が形成されている。
ストライプ７の上方にはｎ−ＩｎＰクラッド層８が形成
されるとともに、ストライプ７の側方には横方向の光の
閉じ込めのためにＩｎＰブロック層９が埋込成長されて
いる。また、この積層構造の上面には窓部を有する上部
電極層（図示せず）が形成され、下面には下部電極層
（図示せず）が形成されている。
【０００５】上記構成の空間型光偏向素子１において上
部、下部電極層間に例えば電圧印加を行なうと、電圧に
見合う量だけＭＱＷ層４の屈折率が変化し、ブラッグの
式に基づく入射光Ｓ0 の回折が生じる際に屈折率変化に
伴って回折角が変化する。そこで、電圧の大きさを調節
することにより回折光Ｓ1 を光軸方向に沿う鉛直面内で
所望の角度だけ偏向させて（Ｓ2 、Ｓ3 ）、素子の外部
空間に出射することができる。そこで、この回折光Ｓ1
の偏向機能を利用することにより光コンピュータにおけ
る光スイッチングシステムや並列光情報伝送システムに
おける光インターコネクションに対してこの空間型光偏
向素子１を適用することができるのである。
部、下部電極層間に例えば電圧印加を行なうと、電圧に
見合う量だけＭＱＷ層４の屈折率が変化し、ブラッグの
式に基づく入射光Ｓ0 の回折が生じる際に屈折率変化に
伴って回折角が変化する。そこで、電圧の大きさを調節
することにより回折光Ｓ1 を光軸方向に沿う鉛直面内で
所望の角度だけ偏向させて（Ｓ2 、Ｓ3 ）、素子の外部
空間に出射することができる。そこで、この回折光Ｓ1
の偏向機能を利用することにより光コンピュータにおけ
る光スイッチングシステムや並列光情報伝送システムに
おける光インターコネクションに対してこの空間型光偏
向素子１を適用することができるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の空間型光偏向素子１においては、ＭＱＷ層４の
屈折率変化量が電圧印加に伴う吸収係数の増大によって
制限されるため、屈折率に対する屈折率変化量の割合Δ
ｎ／ｎは０．２％程度である。この値からブラッグの式
に基づいて計算すると、回折可能な偏向角はわずか５°
程度と小さいものである。このため、空間型光偏向素子
をボード間の情報伝送システムに適用する場合、偏向し
た光をボード上の複数の受光素子で受光する際にデータ
のクロストークを防止するためには、空間型光偏向素子
と受光素子との距離を充分に大きくする必要があった。
な従来の空間型光偏向素子１においては、ＭＱＷ層４の
屈折率変化量が電圧印加に伴う吸収係数の増大によって
制限されるため、屈折率に対する屈折率変化量の割合Δ
ｎ／ｎは０．２％程度である。この値からブラッグの式
に基づいて計算すると、回折可能な偏向角はわずか５°
程度と小さいものである。このため、空間型光偏向素子
をボード間の情報伝送システムに適用する場合、偏向し
た光をボード上の複数の受光素子で受光する際にデータ
のクロストークを防止するためには、空間型光偏向素子
と受光素子との距離を充分に大きくする必要があった。
【０００７】ところが、空間型光偏向素子と受光素子と
の距離、つまりボード間の距離を大きくすることは、シ
ステムの小型化に対する障害となることは勿論、それに
より回折光の拡散が大きくなることで受光素子が受ける
光の強度が実効的に小さくなるという問題があった。特
に、空間型光偏向素子をシステムに組み込んだ場合には
光ファイバ等の入射源と素子間での入射損失も加わり、
これを考慮すると空間型光偏向素子を光インターコネク
ションに適用した際に、フォト・ダイオード等の受光素
子が受け取る信号光の強度が極めて低くなる等の不具合
が生じていた。
の距離、つまりボード間の距離を大きくすることは、シ
ステムの小型化に対する障害となることは勿論、それに
より回折光の拡散が大きくなることで受光素子が受ける
光の強度が実効的に小さくなるという問題があった。特
に、空間型光偏向素子をシステムに組み込んだ場合には
光ファイバ等の入射源と素子間での入射損失も加わり、
これを考慮すると空間型光偏向素子を光インターコネク
ションに適用した際に、フォト・ダイオード等の受光素
子が受け取る信号光の強度が極めて低くなる等の不具合
が生じていた。
【０００８】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、システムの小型化が図れるととも
に、受光素子における光強度を充分に確保し得る集光グ
レーティングカプラ型光偏向素子を提供することを目的
とする。
されたものであって、システムの小型化が図れるととも
に、受光素子における光強度を充分に確保し得る集光グ
レーティングカプラ型光偏向素子を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の集光グレーティングカプラ型光偏向素子
は、半導体基板と、導波路層と、この導波路層に入射さ
れた光を回折させる回折格子と、クラッド層と、前記導
波路層に対して電圧印加または電流注入を行なうための
上部電極層、下部電極層を有してなり、素子上方の外部
空間に出射する回折光を偏向する光偏向素子において、
前記回折格子を、導波路用入出力結合器としてよく知ら
れているグレーティングカプラに変調を加えて曲線状、
チャープ（周期変化）グレーティングとしたものであ
り、導波光を素子の外部に結合すると同時に、ホログラ
フィーの原理に基づく波面変換作用により出力光を集光
するものである。そのために、回折格子を素子の中央側
の辺に比べて素子の外側の辺の傾斜が小さい断面鋸歯状
の輪帯が複数、同心円状に形成されてなるグレーティン
グ輪帯群を任意の幅をもって直径方向に切り取った平面
形状としたことを特徴としている。また、前記グレーテ
ィング輪帯群を構成する各輪帯間の間隔を等間隔とする
ことに限らず、素子の中央部から外周部に向かって小さ
くしてもよい。
めに、本発明の集光グレーティングカプラ型光偏向素子
は、半導体基板と、導波路層と、この導波路層に入射さ
れた光を回折させる回折格子と、クラッド層と、前記導
波路層に対して電圧印加または電流注入を行なうための
上部電極層、下部電極層を有してなり、素子上方の外部
空間に出射する回折光を偏向する光偏向素子において、
前記回折格子を、導波路用入出力結合器としてよく知ら
れているグレーティングカプラに変調を加えて曲線状、
チャープ（周期変化）グレーティングとしたものであ
り、導波光を素子の外部に結合すると同時に、ホログラ
フィーの原理に基づく波面変換作用により出力光を集光
するものである。そのために、回折格子を素子の中央側
の辺に比べて素子の外側の辺の傾斜が小さい断面鋸歯状
の輪帯が複数、同心円状に形成されてなるグレーティン
グ輪帯群を任意の幅をもって直径方向に切り取った平面
形状としたことを特徴としている。また、前記グレーテ
ィング輪帯群を構成する各輪帯間の間隔を等間隔とする
ことに限らず、素子の中央部から外周部に向かって小さ
くしてもよい。
【００１０】
【作用】本発明の集光グレーティングカプラ型光偏向素
子においては、回折格子が、入射光を回折させる、文字
通り回折格子（グレーティング）としての機能を有する
ことは勿論、回折光を集光するレンズとしての機能をも
兼ねている。すなわち、従来一般の回折格子が多数の直
線状の溝を等間隔に形成したのに対して、本発明におけ
る回折格子は断面鋸歯状の輪帯が複数、同心円状に形成
されたグレーティング輪帯群の一部を構成している。し
たがって、回折格子に平行な方向に入射した光を垂直な
方向に回折させたときに、回折光は、従来のように拡散
することなく、素子外部の所定の焦点距離の位置に焦点
を結ぶように集光される。
子においては、回折格子が、入射光を回折させる、文字
通り回折格子（グレーティング）としての機能を有する
ことは勿論、回折光を集光するレンズとしての機能をも
兼ねている。すなわち、従来一般の回折格子が多数の直
線状の溝を等間隔に形成したのに対して、本発明におけ
る回折格子は断面鋸歯状の輪帯が複数、同心円状に形成
されたグレーティング輪帯群の一部を構成している。し
たがって、回折格子に平行な方向に入射した光を垂直な
方向に回折させたときに、回折光は、従来のように拡散
することなく、素子外部の所定の焦点距離の位置に焦点
を結ぶように集光される。
【００１１】この際、ＭＱＷ層の屈折率変化と焦点距離
との関係を考察すると、以下のようになる。図４に示す
ように、ｍ番目の輪帯（最内周の輪帯をｍ＝１とする）
を出た光線と中心を通る基準光線との光路差が波長の整
数倍であれば二つの光は互いに強め合うことから、 ｒm／cosθm＋ｎeffｒm−ｆ＝ｍλ ……（１） λ：レーザ波長、ｆ：レンズの焦点距離、ｎeff：導波
路の実効屈折率、ｒm：ｍ番目の輪帯の半径 cosθm＝ｒm／（ｒm 2＋ｆ2）1/2 ……（２） 上式は、 （ｒm 2＋ｆ2）1/2＋ｎeffｒm−ｆ＝ｍλ ……（３） 移項して平方すると、 ｒm 2＋ｆ2＝（ｍλ＋ｆ−ｎeffｒm）2 ＝ｍ2λ2＋ｆ2−ｎeff 2ｒm 2＋２ｍλｆ−２ｆｎeffｒm −２ｍλｎeffｒm ……（４） 整理すると、 （１−ｎeff 2）ｒm 2＋２（ｆ＋ｍλ）ｎeffｒm−ｍ2λ2−２ｍλｆ＝０ ……（５） または、 ２（ｍλ−ｎeffｒm）ｆ＝（１−ｎeff 2）ｒm 2−ｍλ（ｍλ−ｎeffｒm） ＋ｎeffｒmｍλ ……（６）
との関係を考察すると、以下のようになる。図４に示す
ように、ｍ番目の輪帯（最内周の輪帯をｍ＝１とする）
を出た光線と中心を通る基準光線との光路差が波長の整
数倍であれば二つの光は互いに強め合うことから、 ｒm／cosθm＋ｎeffｒm−ｆ＝ｍλ ……（１） λ：レーザ波長、ｆ：レンズの焦点距離、ｎeff：導波
路の実効屈折率、ｒm：ｍ番目の輪帯の半径 cosθm＝ｒm／（ｒm 2＋ｆ2）1/2 ……（２） 上式は、 （ｒm 2＋ｆ2）1/2＋ｎeffｒm−ｆ＝ｍλ ……（３） 移項して平方すると、 ｒm 2＋ｆ2＝（ｍλ＋ｆ−ｎeffｒm）2 ＝ｍ2λ2＋ｆ2−ｎeff 2ｒm 2＋２ｍλｆ−２ｆｎeffｒm −２ｍλｎeffｒm ……（４） 整理すると、 （１−ｎeff 2）ｒm 2＋２（ｆ＋ｍλ）ｎeffｒm−ｍ2λ2−２ｍλｆ＝０ ……（５） または、 ２（ｍλ−ｎeffｒm）ｆ＝（１−ｎeff 2）ｒm 2−ｍλ（ｍλ−ｎeffｒm） ＋ｎeffｒmｍλ ……（６）
【００１２】（５）式より、 ｒm＝｛（ｆ＋ｍλ）ｎeff± （ｎeff 2ｒm 2＋ｍ2λ2＋２ｍλｆ）1/2｝ ／（ｎeff 2−１） ……（７） （６）式より、 ｆ＝｛（１−ｎeff 2）ｒm 2＋ｎeffｒmｍλ｝／２（ｍλ−ｎeffｒm） −（ｍλ／２） ……（８） これを図で表すと図５のようになる。すなわち、図５を
用いてＭＱＷ層の屈折率変化に応じた焦点距離を求める
ことができる。
用いてＭＱＷ層の屈折率変化に応じた焦点距離を求める
ことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。図１は本実施例の集光グレーティン
グカプラ型光偏向素子１１（以下、単に光偏向素子と略
す）を示す図であって、図１（ａ）は斜視図（クラッド
層および上部、下部電極層は省略）、（ｂ）は光軸方向
に沿う側断面図である。また、図中符号１２は半導体基
板、１３はＭＱＷ層（導波路層）、１４は回折格子、１
５はクラッド層、１６は上部電極層、１７は下部電極層
である。
参照して説明する。図１は本実施例の集光グレーティン
グカプラ型光偏向素子１１（以下、単に光偏向素子と略
す）を示す図であって、図１（ａ）は斜視図（クラッド
層および上部、下部電極層は省略）、（ｂ）は光軸方向
に沿う側断面図である。また、図中符号１２は半導体基
板、１３はＭＱＷ層（導波路層）、１４は回折格子、１
５はクラッド層、１６は上部電極層、１７は下部電極層
である。
【００１４】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ｎ−Ｉ
ｎＰを材料とした半導体基板１２の上面中央にストライ
プ状のＭＱＷ層１３が形成されている。ＭＱＷ層１３
は、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層とＩｎＰからなるバ
リア層が電子波長（２０ｎｍ）以下の薄い層で交互に多
層積層（図示は省略する）されたものであり、入射され
た光Ｓ0 を導波する導波路として機能するものである。
また、ＭＱＷ層１３の上方はｐ−ＩｎＰからなるクラッ
ド層１５で覆われており、ＭＱＷ層１３、クラッド層１
５からなる２層によってストライプ１８が構成されてい
る。
ｎＰを材料とした半導体基板１２の上面中央にストライ
プ状のＭＱＷ層１３が形成されている。ＭＱＷ層１３
は、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層とＩｎＰからなるバ
リア層が電子波長（２０ｎｍ）以下の薄い層で交互に多
層積層（図示は省略する）されたものであり、入射され
た光Ｓ0 を導波する導波路として機能するものである。
また、ＭＱＷ層１３の上方はｐ−ＩｎＰからなるクラッ
ド層１５で覆われており、ＭＱＷ層１３、クラッド層１
５からなる２層によってストライプ１８が構成されてい
る。
【００１５】そして、図１（ｂ）に示すように、回折格
子１４がＭＱＷ層１３の上面に形成されている。この回
折格子１４は、素子の中央側の辺に比べて素子の外側の
辺の傾斜が小さい断面鋸歯状の輪帯１９を、図１（ａ）
に２点鎖線で示すように、複数、同心円状に形成したグ
レーティング輪帯群２０をＭＱＷ層１３の幅で直径方向
に切り取ったような平面形状となっている。また、ＭＱ
Ｗ層１３上の入射側の半分には回折格子が形成されずに
平面状とされ、残りの半分に回折格子１４が形成されて
いる。さらに、各輪帯１９間の間隔は、素子の中央部か
ら外周部に向かって狭くなっており、いわゆるチャープ
ドグレーティング形状となっている。
子１４がＭＱＷ層１３の上面に形成されている。この回
折格子１４は、素子の中央側の辺に比べて素子の外側の
辺の傾斜が小さい断面鋸歯状の輪帯１９を、図１（ａ）
に２点鎖線で示すように、複数、同心円状に形成したグ
レーティング輪帯群２０をＭＱＷ層１３の幅で直径方向
に切り取ったような平面形状となっている。また、ＭＱ
Ｗ層１３上の入射側の半分には回折格子が形成されずに
平面状とされ、残りの半分に回折格子１４が形成されて
いる。さらに、各輪帯１９間の間隔は、素子の中央部か
ら外周部に向かって狭くなっており、いわゆるチャープ
ドグレーティング形状となっている。
【００１６】また、ＭＱＷ層１３、クラッド層１５の２
層からなるストライプ１８の側方には横方向の光の閉じ
込めのためにアンドープのＩｎＰからなるブロック層が
形成されている（図示は省略する）。
層からなるストライプ１８の側方には横方向の光の閉じ
込めのためにアンドープのＩｎＰからなるブロック層が
形成されている（図示は省略する）。
【００１７】一方、図１（ｂ）に示すように、クラッド
層１５の上面には、上方に回折した光を外部空間へ出射
させるための矩形の窓部２１を有する額縁状の上部電極
層１６が形成され、半導体基板１２の下面には下部電極
層１７が形成されている。これら上部、下部電極層１
６、１７は、ともにＣｒとＡｕとの積層、またはｎ側は
Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金とＡｕとの積層、ｐ側はＡｕ−Ｚ
ｎ合金とＡｕとの積層、さらにはこれらの上にＣｒとＡ
ｕを積層した構造となっている。
層１５の上面には、上方に回折した光を外部空間へ出射
させるための矩形の窓部２１を有する額縁状の上部電極
層１６が形成され、半導体基板１２の下面には下部電極
層１７が形成されている。これら上部、下部電極層１
６、１７は、ともにＣｒとＡｕとの積層、またはｎ側は
Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金とＡｕとの積層、ｐ側はＡｕ−Ｚ
ｎ合金とＡｕとの積層、さらにはこれらの上にＣｒとＡ
ｕを積層した構造となっている。
【００１８】上記構成の光偏向素子１１において回折格
子１４を形成する方法は、半導体基板１２上にＭＱＷ層
１３を形成した後、一例としてレジストの断面形状を３
次元的に制御するブレーズ化技術を採用した電子ビーム
リソグラフィ技術を用いてＭＱＷ層１３の上面を回折格
子１４として加工すればよい。ついで、クラッド層１５
を形成した後、ストライプ１８を形成し、ブロック層に
よるストライプの埋め込み、上部、下部電極層１６、１
７の形成を行なうと、本実施例の光偏向素子１１が完成
する。
子１４を形成する方法は、半導体基板１２上にＭＱＷ層
１３を形成した後、一例としてレジストの断面形状を３
次元的に制御するブレーズ化技術を採用した電子ビーム
リソグラフィ技術を用いてＭＱＷ層１３の上面を回折格
子１４として加工すればよい。ついで、クラッド層１５
を形成した後、ストライプ１８を形成し、ブロック層に
よるストライプの埋め込み、上部、下部電極層１６、１
７の形成を行なうと、本実施例の光偏向素子１１が完成
する。
【００１９】上記構成の光偏向素子１１において上部、
下部電極層１６、１７間に電圧印加または電流注入を行
なうと、電圧または電流に見合う量だけＭＱＷ層１３の
屈折率が変化し、ブラッグの式に基づく入射光Ｓ0 の回
折が生じる際にＭＱＷ層１３の屈折率変化に伴って回折
角が変化する。そこで、電圧または電流の大きさを調節
することにより、回折光を光軸方向に沿う鉛直面内で所
望の角度だけ偏向させて窓部２１から素子の外部空間に
出射することができる。
下部電極層１６、１７間に電圧印加または電流注入を行
なうと、電圧または電流に見合う量だけＭＱＷ層１３の
屈折率が変化し、ブラッグの式に基づく入射光Ｓ0 の回
折が生じる際にＭＱＷ層１３の屈折率変化に伴って回折
角が変化する。そこで、電圧または電流の大きさを調節
することにより、回折光を光軸方向に沿う鉛直面内で所
望の角度だけ偏向させて窓部２１から素子の外部空間に
出射することができる。
【００２０】本実施例の光偏向素子１１は、素子の内部
に回折格子１４を形成したことによって偏向した回折光
の集光性を向上させるものである。すなわち、本実施例
の光偏向素子１１における回折格子１４は、ＭＱＷ層１
３内を導波する光Ｓ0 を上方に向けて回折させる回折格
子としての機能を持つと同時に、図１（ａ）、（ｂ）に
示したように、チャープドグレーティング形状を有する
グレーティング輪帯群２０の一部を構成するため、上方
に向かう回折光を主に偏向方向において集光し、回折光
を、従来のように拡散する状態ではなく、素子外部に焦
点を結ぶように細く絞った状態で出射することが可能と
なる。
に回折格子１４を形成したことによって偏向した回折光
の集光性を向上させるものである。すなわち、本実施例
の光偏向素子１１における回折格子１４は、ＭＱＷ層１
３内を導波する光Ｓ0 を上方に向けて回折させる回折格
子としての機能を持つと同時に、図１（ａ）、（ｂ）に
示したように、チャープドグレーティング形状を有する
グレーティング輪帯群２０の一部を構成するため、上方
に向かう回折光を主に偏向方向において集光し、回折光
を、従来のように拡散する状態ではなく、素子外部に焦
点を結ぶように細く絞った状態で出射することが可能と
なる。
【００２１】したがって、図２に示すように、この光偏
向素子１１を含むシステム２２において回折光信号のク
ロストークの防止を考慮するに際しても、従来の空間型
光偏向素子の場合に比べて光偏向素子１１と受光素子２
４ａ〜２４ｄの間隔（ボード２５ａ、２５ｂ間の間隔）
を狭めることができ、それと同時に、ボード２５ｂ上の
各受光素子２４ａ〜２４ｄ間の間隔も狭めることができ
るため、ボード２５ａ、２５ｂ間のデータ伝送系を含む
システム２２の小型化を図ることができる。また、ボー
ド２５ａ、２５ｂ間の間隔を小さくすることにより従来
に比べて回折光Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 の強度が実効的
に向上するので、受光素子２４ａ〜２４ｄが受け取る信
号光の強度を充分に確保することができる。
向素子１１を含むシステム２２において回折光信号のク
ロストークの防止を考慮するに際しても、従来の空間型
光偏向素子の場合に比べて光偏向素子１１と受光素子２
４ａ〜２４ｄの間隔（ボード２５ａ、２５ｂ間の間隔）
を狭めることができ、それと同時に、ボード２５ｂ上の
各受光素子２４ａ〜２４ｄ間の間隔も狭めることができ
るため、ボード２５ａ、２５ｂ間のデータ伝送系を含む
システム２２の小型化を図ることができる。また、ボー
ド２５ａ、２５ｂ間の間隔を小さくすることにより従来
に比べて回折光Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 の強度が実効的
に向上するので、受光素子２４ａ〜２４ｄが受け取る信
号光の強度を充分に確保することができる。
【００２２】なお、本実施例においては、導波路をＭＱ
Ｗ層１３の１層で構成し、ＭＱＷ層１３の上面にチャー
プドグレーティング形状の回折格子１４を直接形成した
例について説明したが、この構造に代えて、導波路層お
よび回折格子を図３に示す構造としてもよい。
Ｗ層１３の１層で構成し、ＭＱＷ層１３の上面にチャー
プドグレーティング形状の回折格子１４を直接形成した
例について説明したが、この構造に代えて、導波路層お
よび回折格子を図３に示す構造としてもよい。
【００２３】すなわち、図３に示す光偏向素子２７は、
ｎ−ＩｎＰの半導体基板２８上にｎ−ＩｎＰのバッファ
層２９、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのＭＱＷ層３０が順次
積層され、バルクのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層３
１とｐ−ＩｎＰのクラッド層３２でストライプ３３が形
成されている。また、導波路層３１における入射側の半
分は平面状とされ、残りの半分の上面には回折格子３４
が形成されているが、この回折格子３４は前記実施例の
ようなチャープドグレーティング形状ではなく、各輪帯
３５間の間隔が等間隔となっている。この回折格子３４
によっても偏向方向に回折光を集光することができ、そ
れに基づいて本実施例と同様の効果を奏することができ
る。
ｎ−ＩｎＰの半導体基板２８上にｎ−ＩｎＰのバッファ
層２９、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのＭＱＷ層３０が順次
積層され、バルクのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層３
１とｐ−ＩｎＰのクラッド層３２でストライプ３３が形
成されている。また、導波路層３１における入射側の半
分は平面状とされ、残りの半分の上面には回折格子３４
が形成されているが、この回折格子３４は前記実施例の
ようなチャープドグレーティング形状ではなく、各輪帯
３５間の間隔が等間隔となっている。この回折格子３４
によっても偏向方向に回折光を集光することができ、そ
れに基づいて本実施例と同様の効果を奏することができ
る。
【００２４】また、本実施例の光偏向素子１１において
は、半導体基板１２の材料としてｎ−ＩｎＰを、クラッ
ド層１５の材料としてｐ−ＩｎＰを用いたが、これらの
導電型は逆であっても良いし、ＩｎＰ系に限らず、Ｇａ
Ａｓ系等、他の化合物半導体材料を用いることもでき
る。さらに、ＭＱＷ層１３の材料としても本実施例のＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの他、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ等のＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等の
ＧａＡｓ系材料を用いても良い。また、本発明を適用し
得る光偏向素子の基本構造は本実施例に限るものでは勿
論なく、例えば光閉込補償層のような他の層を有するも
の、回折光の集光性をより向上させる目的でクラッド層
上のレンズ部、または導波路層下の反射膜が形成された
もの等、種々の構造を持つ光偏向素子に対して本発明を
適用することが可能である。
は、半導体基板１２の材料としてｎ−ＩｎＰを、クラッ
ド層１５の材料としてｐ−ＩｎＰを用いたが、これらの
導電型は逆であっても良いし、ＩｎＰ系に限らず、Ｇａ
Ａｓ系等、他の化合物半導体材料を用いることもでき
る。さらに、ＭＱＷ層１３の材料としても本実施例のＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの他、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ等のＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ等の
ＧａＡｓ系材料を用いても良い。また、本発明を適用し
得る光偏向素子の基本構造は本実施例に限るものでは勿
論なく、例えば光閉込補償層のような他の層を有するも
の、回折光の集光性をより向上させる目的でクラッド層
上のレンズ部、または導波路層下の反射膜が形成された
もの等、種々の構造を持つ光偏向素子に対して本発明を
適用することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
集光グレーティングカプラ型光偏向素子は、導波路層に
入射された光を上方に向けて回折させるとともに、グレ
ーティング輪帯群の一部を構成する回折格子を有してい
るため、上方に向かう回折光を素子の外部で焦点を結ぶ
ように集光し、細く絞った状態で出射することが可能と
なる。したがって、この光偏向素子を含むシステムにお
いて回折光信号のクロストークの防止を考慮するに際し
ても、従来の空間型光偏向素子の場合に比べて光偏向素
子と受光素子の間隔（ボード間の間隔）を狭めることが
でき、それと同時に、ボード上の複数の受光素子間の間
隔も狭めることができるため、ボード間のデータ伝送系
を含むシステムの小型化を図ることができる。また、ボ
ード間の間隔を小さくすることにより従来に比べて回折
光の強度が実効的に向上するので、受光素子が受け取る
信号光の強度を充分に確保することができる。
集光グレーティングカプラ型光偏向素子は、導波路層に
入射された光を上方に向けて回折させるとともに、グレ
ーティング輪帯群の一部を構成する回折格子を有してい
るため、上方に向かう回折光を素子の外部で焦点を結ぶ
ように集光し、細く絞った状態で出射することが可能と
なる。したがって、この光偏向素子を含むシステムにお
いて回折光信号のクロストークの防止を考慮するに際し
ても、従来の空間型光偏向素子の場合に比べて光偏向素
子と受光素子の間隔（ボード間の間隔）を狭めることが
でき、それと同時に、ボード上の複数の受光素子間の間
隔も狭めることができるため、ボード間のデータ伝送系
を含むシステムの小型化を図ることができる。また、ボ
ード間の間隔を小さくすることにより従来に比べて回折
光の強度が実効的に向上するので、受光素子が受け取る
信号光の強度を充分に確保することができる。
【図１】 本発明の一実施例として示す集光グレーティ
ングカプラ型光偏向素子の、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
光軸方向に沿う側断面図である。
ングカプラ型光偏向素子の、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
光軸方向に沿う側断面図である。
【図２】 同、光偏向素子を含むシステムを示す図であ
る。
る。
【図３】 本発明の他の実施例として示す集光グレーテ
ィングカプラ型光偏向素子の斜視図である。
ィングカプラ型光偏向素子の斜視図である。
【図４】 集光グレーティングカプラ型回折格子におい
てＭＱＷ層の屈折率変化と焦点距離との関係を説明する
ための図である。
てＭＱＷ層の屈折率変化と焦点距離との関係を説明する
ための図である。
【図５】 上記屈折率変化と焦点距離との関係を示す図
である。
である。
【図６】 従来の一例として示す空間型光偏向素子の斜
視図である。
視図である。
１１、２７…集光グレーティングカプラ型光偏向素子、
１２、２８…半導体基板、１３、３０…ＭＱＷ層（導波
路層）、１４、３４…回折格子、１５、３２…クラッド
層、１６…上部電極層、１７…下部電極層、１９、３５
…輪帯、２０…グレーティング輪帯群、３１…導波路層
１２、２８…半導体基板、１３、３０…ＭＱＷ層（導波
路層）、１４、３４…回折格子、１５、３２…クラッド
層、１６…上部電極層、１７…下部電極層、１９、３５
…輪帯、２０…グレーティング輪帯群、３１…導波路層
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、導波路層と、この導波路
層に入射された光を回折させる回折格子と、クラッド層
と、前記導波路層に対して電圧印加または電流注入を行
なうための上部電極層、下部電極層を有してなり、素子
上方の外部空間に出射する回折光を偏向する光偏向素子
において、 前記回折格子は、素子の中央側の辺に比べて素子の外側
の辺の傾斜が小さい断面鋸歯状の輪帯が複数、同心円状
に形成されてなるグレーティング輪帯群を任意の幅をも
って直径方向に切り取った平面形状とされていることを
特徴とする集光グレーティングカプラ型光偏向素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の集光グレーティングカ
プラ型光偏向素子において、 前記グレーティング輪帯群を構成する各輪帯間の間隔
が、素子の中央部から外周部に向かって小さくなってい
ることを特徴とする集光グレーティングカプラ型光偏向
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6142395A JPH08262503A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 集光グレーティングカプラ型光偏向素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6142395A JPH08262503A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 集光グレーティングカプラ型光偏向素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262503A true JPH08262503A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=13170670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6142395A Pending JPH08262503A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 集光グレーティングカプラ型光偏向素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08262503A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7194016B2 (en) | 2002-03-22 | 2007-03-20 | The Research Foundation Of The University Of Central Florida | Laser-to-fiber coupling |
| CN108459366A (zh) * | 2017-02-20 | 2018-08-28 | 中兴通讯股份有限公司 | 改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法 |
| WO2021080023A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Grating coupler and integrated grating coupler system |
| CN114600016B (zh) * | 2019-10-22 | 2024-05-24 | 三菱电机株式会社 | 光栅耦合器和集成光栅耦合器系统 |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP6142395A patent/JPH08262503A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7194016B2 (en) | 2002-03-22 | 2007-03-20 | The Research Foundation Of The University Of Central Florida | Laser-to-fiber coupling |
| CN108459366A (zh) * | 2017-02-20 | 2018-08-28 | 中兴通讯股份有限公司 | 改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法 |
| WO2021080023A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Grating coupler and integrated grating coupler system |
| US20210181427A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-06-17 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Grating Coupler and Integrated Grating Coupler System |
| JP2022508474A (ja) * | 2019-10-22 | 2022-01-19 | 三菱電機株式会社 | 回折格子カプラ |
| CN114600016A (zh) * | 2019-10-22 | 2022-06-07 | 三菱电机株式会社 | 光栅耦合器和集成光栅耦合器系统 |
| US11650371B2 (en) * | 2019-10-22 | 2023-05-16 | Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc. | Grating coupler and integrated grating coupler system |
| CN114600016B (zh) * | 2019-10-22 | 2024-05-24 | 三菱电机株式会社 | 光栅耦合器和集成光栅耦合器系统 |
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