JPH0990437A - Waveguide input/output device - Google Patents

Waveguide input/output device

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Publication number
JPH0990437A
JPH0990437A JP24970295A JP24970295A JPH0990437A JP H0990437 A JPH0990437 A JP H0990437A JP 24970295 A JP24970295 A JP 24970295A JP 24970295 A JP24970295 A JP 24970295A JP H0990437 A JPH0990437 A JP H0990437A
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JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
film
waveguide
gradient
output device
Prior art date
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Pending
Application number
JP24970295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yugame
博 遊亀
Kosei Kobayashi
孝生 小林
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0990437A publication Critical patent/JPH0990437A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide input/output device with which working of gratings is easy and design, etc., are simple. SOLUTION: The gratings 3 are formed in a thin-film waveguide 2 disposed on a glass substrate 1 and a refractive index gradient film 4 is formed to cover these gratings 3. The refractive index of this refractive index gradient film 4 is increased gradually in the progression direction of guided light L1 . Materials which are changed in the refractive index when voltage is impressed thereon, more specifically, ZnO, PLZT, LiNbO3 , etc., are used as the material of, for example, the refractive index graded film 4 in order to grade the refractive index of the refractive index graded film 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導波路入出力装
置、特に、光コンピュータの光スイッチや光変調器、光
通信の光スイッチや光分波器や光変調器、レーザビーム
プリンタ・複写機・スキャナ等の光偏向器や光変調器等
の導波路入出力装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide input / output device, and more particularly to an optical switch and an optical modulator of an optical computer, an optical switch and an optical demultiplexer and an optical modulator of optical communication, a laser beam printer / copier. The present invention relates to a waveguide input / output device such as an optical deflector such as a scanner or an optical modulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の導波路入出力装置において、例え
ば薄膜導波路中を進行する光を装置外部の一点に集光さ
せる手段として、チャープグレーティングが提案されて
いる。チャープグレーティングは、グレーティングのピ
ッチが小さくなるにつれて屈折率が大きくなるという性
質を利用したものであり、基板上にピッチを変化させて
設けたグレーティングである。
2. Description of the Related Art In a conventional waveguide input / output device, a chirp grating has been proposed as a means for condensing light traveling in a thin film waveguide at one point outside the device. The chirped grating utilizes the property that the refractive index increases as the pitch of the grating decreases, and is a grating provided on the substrate with the pitch changed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このチャー
プグレーティングは精密な加工を必要とし、ピッチが小
さい部分の線幅はサブミクロンオーダの加工技術が必要
となり、設計等も複雑であるという問題があった。そこ
で、本発明の目的は、グレーティング加工が容易で、か
つ、設計等も簡略である導波路入出力装置を提供するこ
とにある。
However, this chirped grating requires precise processing, the line width of the portion with a small pitch requires a processing technique of the order of submicron, and there is a problem that the design etc. is complicated. It was Therefore, an object of the present invention is to provide a waveguide input / output device that is easy to perform grating processing and has a simple design and the like.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る導波路入出力装置は、(a)基板上に
設けられた薄膜導波路と、(b)前記導波路上に設けら
れたグレーティングと、(c)前記グレーティングを覆
っている屈折率傾斜膜と、を備えたことを特徴とする。
ここに、屈折率傾斜膜とは、薄膜導波路中を進行する光
(以下、導波光とする)の進行方向に屈折率が異なる膜
のことである。
In order to achieve the above object, a waveguide input / output device according to the present invention comprises: (a) a thin film waveguide provided on a substrate; and (b) a waveguide provided on the waveguide. It is characterized by comprising a provided grating and (c) a refractive index gradient film covering the grating.
Here, the refractive index gradient film is a film having a different refractive index in the traveling direction of light (hereinafter, referred to as guided light) traveling in the thin film waveguide.

【0005】[0005]

【作用】以上の構成により、導波光の進行方向に屈折率
傾斜膜の屈折率が変化しているため、外部に出射される
導波光の屈折率が導波路からの出射位置によって異な
り、これにより、導波光の出射と同時に集光も行なわれ
る。
With the above structure, since the refractive index of the refractive index gradient film changes in the traveling direction of the guided light, the refractive index of the guided light emitted to the outside differs depending on the emission position from the waveguide. At the same time that the guided light is emitted, it is also condensed.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る導波路入出力
装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
各実施形態において同一部品及び同一部分には同じ符号
を付した。 [第1実施形態、図1及び図2]第1実施形態の導波路
入出力装置は、電気光学効果を利用した屈折率傾斜膜を
備えたものである。図1及び図2に示すように、導波路
入出力装置は、概略、基板1と、この基板1上に形成さ
れた薄膜導波路2と、入射用グレーティング(図示せ
ず)及び出射用グレーティング3と、屈折率傾斜膜4
と、一対の電極5a,5bと、直流電源6とで構成され
ている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a waveguide input / output device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In each embodiment, the same components and the same portions are denoted by the same reference numerals. [First Embodiment, FIGS. 1 and 2] The waveguide input / output device of the first embodiment is provided with a gradient index film that utilizes the electro-optic effect. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the waveguide input / output device generally includes a substrate 1, a thin film waveguide 2 formed on the substrate 1, an incident grating (not shown), and an emitting grating 3. And the refractive index gradient film 4
And a pair of electrodes 5a and 5b and a DC power supply 6.

【0007】基板1には、例えばガラス基板が使用され
る。薄膜導波路2は、その材料として例えばZnOやP
LZTやLiNbO3等の圧電性材料等が用いられ、基
板1上にレーザアブレーション法、スパッタリング法、
CVD法等の手段で形成される。入射用及び出射用グレ
ーティング3は、それぞれ薄膜導波路2上に一定のピッ
チで設けられており、その材料として例えば薄膜導波路
2と同様の材料が使用される。これらのグレーティング
3は電子線描画装置を用いたフォトリソグラフィ法、リ
フトオフ法を用いた選択スパッタリング法、CVD法、
あるいはエッチング法等の手段で形成される。
As the substrate 1, for example, a glass substrate is used. The thin film waveguide 2 is made of, for example, ZnO or P.
A piezoelectric material such as LZT or LiNbO 3 is used, and laser ablation method, sputtering method,
It is formed by means such as a CVD method. The entrance and exit gratings 3 are provided on the thin-film waveguide 2 at a constant pitch, and the same material as the thin-film waveguide 2 is used as the material thereof. These gratings 3 are formed by a photolithography method using an electron beam drawing apparatus, a selective sputtering method using a lift-off method, a CVD method,
Alternatively, it is formed by a method such as an etching method.

【0008】屈折率傾斜膜4は、出射用グレーティング
3を覆うように薄膜導波路2上に形成されており、その
材料として電気光学効果を有するもの、例えばZnOや
PLZTやLiNbO3等が使用される。この屈折率傾
斜膜4はスパッタリング法やCVD法やゾル−ゲル法等
の手段で形成される。一対の電極5a,5bは屈折率傾
斜膜4の両側に形成されている。一方の電極5aには両
端部間に電位差が生じるように抵抗体材料が使用され、
他方の電極5bにはアルミニウム等の導電性の良い材料
が使用される。そして、電極5aの両端部に直流電源6
によって電圧が印加されると共に、電極5bが接地され
ると、電極5aと5bの間に、すなわち屈折率傾斜膜4
内に導波光L1の進行方向に対して傾斜している電圧分
布を有した電界が生じる。この結果、屈折率傾斜膜4は
電気光学効果により、屈折率が導波光L1の進行方向に
徐々に大きくなることになる。
The gradient refractive index film 4 is formed on the thin film waveguide 2 so as to cover the emitting grating 3 and is made of a material having an electro-optical effect, such as ZnO, PLZT or LiNbO 3. It This gradient refractive index film 4 is formed by means of a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, or the like. The pair of electrodes 5a and 5b are formed on both sides of the refractive index gradient film 4. A resistor material is used for one electrode 5a so that a potential difference is generated between both ends,
A material having good conductivity such as aluminum is used for the other electrode 5b. Then, the DC power source 6 is provided on both ends of the electrode 5a.
When a voltage is applied by the electrode 5b and the electrode 5b is grounded, a voltage is applied between the electrodes 5a and 5b, that is, the gradient index film 4
An electric field having a voltage distribution inclined with respect to the traveling direction of the guided light L 1 is generated therein. As a result, the refractive index gradient film 4 gradually increases in refractive index in the traveling direction of the guided light L 1 due to the electro-optical effect.

【0009】次に、以上の構成からなる導波路入出力装
置の作用効果を説明する。薄膜導波路2を進行する導波
光L1は出射用グレーティング3を介して装置外部へ出
射される。このとき、出射光L2は屈折率傾斜膜4内を
進行するが、屈折率傾斜膜4の屈折率が導波光の進行方
向に徐々に大きくなっているので、図2において出射用
グレーティング3の左寄りの位置で導波路2から出射し
た出射光L 2の屈折率は小さく、右寄りの位置で導波路
2から出射した出射光L2の屈折率は大きくなる。従っ
て、出射光L2は集光されることになる。すなわち、屈
折率傾斜膜4の屈折率の傾斜により、出射用グレーティ
ング3のピッチを変化させてチャープグレーティング構
造にしたのと同様の効果を得ることができる。この屈折
率の傾斜は直流電源6による印加電圧を変化させること
によって変化するため、直流電源6の電圧を変化させる
ことで、出射光L2の集光位置を変えることができる
(図中L2’参照)。
Next, a waveguide input / output device having the above structure
The function and effect of the device will be described. Waveguide traveling through the thin film waveguide 2
Light L1Output to the outside of the device through the output grating 3.
Is shot. At this time, the emitted light L2In the gradient index film 4
Although it progresses, the refractive index of the refractive index gradient film 4 depends on how the guided light travels.
As it gradually increases in size,
The light is emitted from the waveguide 2 at a position on the left side of the grating 3.
Emitted light L 2Has a small refractive index, and the waveguide
Outgoing light L emitted from 22Has a large refractive index. Follow
Output light L2Will be collected. That is,
The gradient of the refractive index of the folding rate gradient film 4 causes
The chirp grating structure by changing the pitch of ring 3
It is possible to obtain the same effect as when it is made. This refraction
The slope of the rate changes the voltage applied by the DC power supply 6.
The voltage of the DC power supply 6 is changed because it changes depending on
Therefore, the emitted light L2The condensing position of can be changed
(L in the figure2'reference).

【0010】また、基板1の屈折率をns、薄膜導波路
2の屈折率をnf、屈折率傾斜膜4の屈折率をncとする
と、関係式ns<nc<nfを満足するようにそれぞれの
材料を選択すれば、グレーティング3のピッチを大きく
することができ、グレーティング加工が更に容易にな
る。
When the refractive index of the substrate 1 is n s , the refractive index of the thin film waveguide 2 is n f , and the refractive index of the gradient index film 4 is n c , the relational expression n s <n c <n f If the respective materials are selected so as to satisfy the requirements, the pitch of the grating 3 can be increased, and the grating processing becomes easier.

【0011】[第2実施形態、図3及び図4]第2実施
形態の導波路入出力装置は、熱光学効果を利用した屈折
率傾斜膜を備えたものである。図3及び図4に示すよう
に、屈折率傾斜膜14は、出射用グレーティング3を覆
うように形成されており、その材料として熱光学効果を
有するもの、例えばSnO2等が使用される。SnO2
これに電流を流すと発熱し、かつ、その屈折率が温度に
よって変化する。屈折率傾斜膜14はスパッタリング法
や蒸着法等の手段で形成される。
[Second Embodiment, FIGS. 3 and 4] The waveguide input / output device of the second embodiment is provided with a gradient index film utilizing the thermo-optic effect. As shown in FIGS. 3 and 4, the gradient index film 14 is formed so as to cover the emitting grating 3, and a material having a thermo-optical effect, for example, SnO 2 is used as the material thereof. SnO 2 generates heat when a current is applied to it, and its refractive index changes with temperature. The refractive index gradient film 14 is formed by a method such as a sputtering method or a vapor deposition method.

【0012】屈折率傾斜膜14の右側には、一対の電極
15a,15bが屈折率傾斜膜14を挟んで配設されて
いる。そして、電極15a,15bに直流電源16によ
って電圧が印加されると、屈折率傾斜膜14の右側に電
流が流れてこの部分が発熱し、熱光学効果によって屈折
率が大きくなる。すなわち、屈折率傾斜膜14の屈折率
は導波光L1の進行方向に徐々に大きくなる。従って、
出射光L2は集光されることになる。
On the right side of the refractive index gradient film 14, a pair of electrodes 15a and 15b are arranged with the refractive index gradient film 14 interposed therebetween. When a voltage is applied to the electrodes 15a and 15b by the DC power supply 16, a current flows to the right side of the refractive index gradient film 14 to generate heat in this portion, and the refractive index increases due to the thermo-optic effect. That is, the refractive index of the refractive index gradient film 14 gradually increases in the traveling direction of the guided light L 1 . Therefore,
The emitted light L 2 will be condensed.

【0013】[第3実施形態、図5]第3実施形態の導
波路入出力装置は、イオン注入やプロトン交換によって
屈折率を変化させた屈折率傾斜膜を備えたものである。
図5に示すように、屈折率傾斜膜24は、注入されるイ
オンの数や交換されるプロトンの数が導波光L1の進行
方向に徐々に多くなるように処理されている。イオンや
プロトンは、それぞれイオン銃やプロトン銃によって屈
折率傾斜膜24に打ち込まれる。屈折率は注入されたイ
オンの数や交換されたプロトンの数が多くなるにつれて
大きくなるので、屈折率傾斜膜24の屈折率は導波光L
1の進行方向に徐々に大きくなる。従って、出射光L2
集光されることになる。屈折率傾斜膜24の材料として
は、LiNbO3等が使用される。
[Third Embodiment, FIG. 5] The waveguide input / output device of the third embodiment is provided with a refractive index gradient film whose refractive index is changed by ion implantation or proton exchange.
As shown in FIG. 5, the refractive index gradient film 24 is processed so that the number of implanted ions and the number of exchanged protons gradually increase in the traveling direction of the guided light L 1 . Ions and protons are driven into the gradient index film 24 by an ion gun and a proton gun, respectively. Since the refractive index increases as the number of injected ions or the number of exchanged protons increases, the refractive index of the refractive index gradient film 24 is the guided light L.
It gradually increases in the direction of travel of 1 . Therefore, the emitted light L 2 is condensed. LiNbO 3 or the like is used as the material of the gradient index film 24.

【0014】[他の実施形態]なお、本発明に係る導波
路入出力装置は前記実施形態に限定するものではなく、
その要旨の範囲内で種々に変更することができる。屈折
率傾斜膜は、導波光の進行方向に屈折率が必らずしも徐
々に傾斜している必要はなく、階段状又は不連続状に屈
折率が異なるものであってもよい。
[Other Embodiments] The waveguide input / output device according to the present invention is not limited to the above embodiment.
Various modifications can be made within the scope of the gist. The refractive index gradient film does not necessarily have to have a gradient in the refractive index in the traveling direction of the guided light, and may have a different refractive index in a stepwise or discontinuous manner.

【0015】また、屈折率傾斜膜の表面に反射防止膜を
更に形成して、入射効率や出射効率を向上させてもよ
い。この反射防止膜は、屈折率傾斜膜から出射光が装置
外部に出射する際、屈折率傾斜膜と空気との界面で出射
光が反射するのを防止するためのものである。さらに、
前記実施形態では、出射用グレーティングの場合につい
てのみ説明したが、入射用グレーティングも屈折率傾斜
膜にて覆うことができる。この場合、光源等から放射さ
れた拡散光を効率良く薄膜導波路に入射させることがで
きる。
Further, an antireflection film may be further formed on the surface of the gradient index film to improve the incidence efficiency and the emission efficiency. This antireflection film is for preventing the emitted light from being reflected at the interface between the refractive index gradient film and air when the emitted light is emitted from the refractive index gradient film to the outside of the device. further,
In the above-described embodiment, only the case of the emitting grating has been described, but the incident grating can also be covered with the gradient index film. In this case, diffused light emitted from the light source or the like can be efficiently incident on the thin film waveguide.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、グレーティング上に屈折率傾斜膜を設けたの
で、グレーティングのピッチを変更することなく、入射
用グレーティングにおいては、光源等から放射された拡
散光を効率良く薄膜導波路に入射させることができ、出
射用グレーティングにおいては導波光出射と同時に集光
も行なうことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the refractive index gradient film is provided on the grating, the incident grating can be changed from the light source etc. without changing the pitch of the grating. The emitted diffused light can be efficiently incident on the thin film waveguide, and the emission grating can also collect the guided light at the same time.

【0017】また、屈折率傾斜膜の屈折率の傾斜を制御
することによって、容易に集光位置を制御したり、グレ
ーティングのピッチ補正を行なうことができる。
Further, by controlling the gradient of the refractive index of the gradient index film, it is possible to easily control the focusing position and correct the pitch of the grating.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る導波路入出力装置の第1実施形態
を示す一部平面図。
FIG. 1 is a partial plan view showing a first embodiment of a waveguide input / output device according to the present invention.

【図2】図1に示した導波路入出力装置の作用を示す断
面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the operation of the waveguide input / output device shown in FIG.

【図3】本発明に係る導波路入出力装置の第2実施形態
を示す一部平面図。
FIG. 3 is a partial plan view showing a second embodiment of a waveguide input / output device according to the present invention.

【図4】図3に示した導波路入出力装置の作用を示す断
面図。
FIG. 4 is a sectional view showing the operation of the waveguide input / output device shown in FIG.

【図5】本発明に係る導波路入出力装置の第3実施形態
を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the waveguide input / output device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 2…薄膜導波路 3…グレーティング 4,14,24…屈折率傾斜膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Thin film waveguide 3 ... Grating 4, 14, 24 ... Gradient index film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に設けられた薄膜導波路と、 前記導波路上に設けられたグレーティングと、 前記グレーティングを覆っている屈折率傾斜膜と、 を備えたことを特徴とする導波路入出力装置。1. A waveguide entrance, comprising: a thin film waveguide provided on a substrate; a grating provided on the waveguide; and a refractive index gradient film covering the grating. Output device.
JP24970295A 1995-09-27 1995-09-27 Waveguide input/output device Pending JPH0990437A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112859393A (en) * 2021-03-19 2021-05-28 中国计量大学 PLZT film chirp grating tuning device based on electro-optic effect

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112859393A (en) * 2021-03-19 2021-05-28 中国计量大学 PLZT film chirp grating tuning device based on electro-optic effect
CN112859393B (en) * 2021-03-19 2023-08-01 中国计量大学 PLZT film chirped grating tuning device based on electro-optic effect

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