JPH10160954A - 非線形薄膜を有する光導波路 - Google Patents

非線形薄膜を有する光導波路

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JPH10160954A
JPH10160954A JP9253272A JP25327297A JPH10160954A JP H10160954 A JPH10160954 A JP H10160954A JP 9253272 A JP9253272 A JP 9253272A JP 25327297 A JP25327297 A JP 25327297A JP H10160954 A JPH10160954 A JP H10160954A
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linear
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power
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鍾述 ▲鄭▼
Shojutsu Tei
Sekiko So
錫虎 宋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の非線形格子構造と比較して、光パワーの
結合効率への影響力が大きく増加し、且つ、結合効率が
光双安定特性を有する構造を設計することが可能になる
ように、非線形薄膜と線形光導波路格子構造とが接合さ
れた新たな類型の光導波路を提供する。 【解決手段】主表面を備える基板と、非線形性屈折率を
有する非線形薄膜からなる非線形光導波路１２と、線形
屈折率を有し、入射光のパワ−が所定の臨界値より小さ
いとき、非線形光導波路の屈折率より大きい屈折率を有
する線形光導波路１３と、線形光導波路上にパタ−ニン
グされた格子１４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、能動的な光学的
配線（active optical interconnection)と光スイッチ
ング素子および波長選択性結合素子等に有用な光導波路
に関し、特に、非線形屈折率を有する導波層と線形屈折
率を有する導波層とを備える光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近まで、スラブ導波路（slab wavegui
de)上に形成された光格子（グレーティング）アレイ（g
rating arrays)に関して関心が集中されていた。格子
（グレーティング）スラブ導波路は、一般的には、基板
上に積層された格子（グレーティング）構造と単層導波
路膜とで構成され、この導波路膜は、線形或は非線形屈
折係数を有する。このような線形導波路上に設けられた
格子構造等は、格子結合器(グレーティングカップラ：g
rating coupler)、光配線(opitcal interconnection：
内部光結合器)等に広く活用されている。特に、非線形
格子構造は、パワ−依存形格子結合器(power-dependent
grating coupler)と完全光ビームスキャナ−(all-opti
cal beam scanner)等に応用されてきた。
【０００３】なお、線形及び非線形格子構造を含む方向
性結合器(grating-assisted directional coupler ; GA
DC)は、波長分割多重化（wavelengh division multiple
xing: WDM)素子の実現のための波長選択形結合器(wavel
ength selective coupler)としての役割を果たすという
長所があるため、広大な研究が行われているが、非線形
薄膜と線形光導波路格子構造を接合させた新たな形態の
導波路に関しては、未だに知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来の非
線形格子構造と比較して、光パワーの結合効率への影響
力が大きく増加し、且つ、結合効率が光双安定特性を有
する構造を設計することが可能になるように、非線形薄
膜と線形光導波路格子構造とが接合された新たな類型の
光導波路を提供することにその目的がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達するための
この発明は、主表面を備えた基板と、非線形性屈折率を
有する非線形薄膜でなる非線形光導波路と、前記非線形
光導波路上に形成され、線形屈折率を有するが、入射光
のパワ−が所定の臨界値より小さいとき、前記非線形光
導波路の屈折率より大きな屈折率を有する線形光導波
路、および前記線形光導波路上にパタ−ニングされた光
導波路格子を含めてなることを特徴とする。
【０００６】好ましくは、前記非線形光導波路の屈折率
は、進行光のパワ−の変化によって可変的であり、前記
非線形光導波路の屈折率n1は、下記の式によって表示さ
れることを特徴とする。
【０００７】
【数１】 ｎ1 2＝ｎ0 2＋αn｜Ｅ｜2 ・・・（１） （ここで、n0は非線形光導波路の線形屈折率、αnは光
のパワ−による屈折率の依存性を表わす係数、Ｅは進行
光のパワ−をそれぞれ表す。）さらに好ましくは、前記
格子は前記非線形光導波路の厚さと線形光導波路の厚さ
との調節によって光双安定結合特性を示すことを特徴と
する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添附された図面を参照し
て、本発明が提案する「非線形薄膜を有する光導波路格
子構造」に関して、その細部的な構造と動作の特性を説
明し、さらに、これに基づいて派生される具体的な効果
を説明する。
【０００９】図１は、この発明の一実施の形態による
「非線形薄膜を有する光導波路格子構造」を簡略に示し
たものである。基板(11)の主表面上に非線形屈折率を有
する非線形光導波路(12)が形成されている。この非線形
光導波路(12)の屈折率 n1は下記式のように進行光のパ
ワ−に依存する。
【００１０】
【数２】 ｎ1 2＝ｎ0 2＋αn｜Ｅ｜2 ・・・（２） （ここで、ｎ0は非線形薄膜(12)の線形屈折率であり、
αnは非線形薄膜(12)の光のパワ−による非線形屈折率
の依存性を表わす係数、Ｅは進行光の電界をそれぞれ示
している。）そして、非線形光導波路(12)上には非線形
薄膜の線形屈折率ｎ0より大きな屈折率ｎ2を有する線形
光導波路(13)が形成されており、前記線形光導波路(13)
上には複数の光格子構造（グレーティング）(14)が形成
されている。
【００１１】図２(a),(b)は、導波光のパワ−を調整し
て導波光の進行経路を決める概念図を示したものであっ
て、線形光導波路領域に入射される入射光のパワ−をP
input、格子構造(14)によって基板側に回折され排出さ
れるパワ−を Pcoup、そして、非線形光導波路出力端か
ら出射される光のパワ−を Pnlと表現した。
【００１２】この発明の非線形光導波路格子構造におい
ては、入射光のパワ− Pinputを調整することによっ
て、入射光のパワ−と排出されるパワ−との比率で表さ
れる結合効率 η(＝Pcoup / Pinput)を能動的に決める
ことができる。その具体的な原理は次のようである。
【００１３】まず、図２(a)に示したように、臨界パワ
−Pcriticalより小さなパワ−を有する入射光が、非線
形光導波路格子構造の線形光導波路(13)の領域に入射さ
れると、非線形光導波路(12)の線形屈折率ｎ0は、線形
光導波路(13)の屈折率ｎ2より小さいので、(即ち、ｎ0
＜ｎ2)、入射光は線形光導波路(13)内部に拘束される。
【００１４】線形光導波路(13)内部に拘束された導波光
は、格子(14)構造によって回折されて基板１１側から外
へ排出される。
【００１５】一方、図２(b)に示されたように、入射光
のパワ−が臨界パワ−より大きい場合、非線形光導波路
(12)の非線形性に因って、屈折率が線形光導波路(13)の
屈折率より大きくなる。よって、入射光のパワ−が、非
線形導波路(12)の領域に伝達されて進行する。
【００１６】非線形光導波路(12)領域に伝達された導波
光は、格子構造の影響を受けないので非線形薄膜の経路
に沿って進行する。
【００１７】結果的に、駆動電圧等外部の調整なしに入
射光のパワ−だけで、外へ排出される結合効率を能動的
に決めることができる。また、線形光導波路(13)の厚さ
d2と非線形薄膜(12)の厚さd1とを程よく設計すれば、光
双安定特性を示す結合効率特性を有する非線形光導波路
の格子構造を製作することができる。このような機能
は、２次元から３次元への完全光スイッチング素子とし
て容易に活用できる。
【００１８】以上説明した本発明は、実施の形態および
添附された図面に示した構成に限られるものではなく、
この発明の技術的思想を外れない範囲内において種々の
置換え、変形及び変更が可能であるということは、本発
明が属する技術分野の通常の知識を有した者にとって明
白である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は、導
波光のパワ−を調整して結合効率(coupling efficienc
y)をきめることができるので、能動的な光学的配線(act
ive optical interconnection)に応用することができ
る。また、線形薄膜と非線形薄膜との厚さを程よく設計
すれば、光学的双安定特性を有する結合効率特性を有す
るので、２次元空間から３次元空間への完全光スイッチ
ング素子として活用することができる。さらに、格子構
造を含む方向性結合器に応用して、波長選択形結合素子
（wavelength selective coupling device)の核心的な
構造として活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非線形薄膜を有する光導波路格子の構
成を示す断面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）図１の光導波路格子において、
導波光のパワーを調整することにより、導波光の進行経
路を決める概念を示した説明図。
【符号の説明】
11 : 基板 12 : 非線形光導
波路 13 : 線形光導波路 14 : 光格子構造
（グレーティング）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】主表面を備える基板と、 非線形性屈折率を有する非線形薄膜からなる非線形光導
    波路と、 線形屈折率を有し、入射光のパワ−が所定の臨界値より
    小さいとき、前記非線形光導波路の屈折率より大きい屈
    折率を有する線形光導波路と、 前記線形光導波路上にパタ−ニングされた格子とを含め
    てなることを特徴とする非線形薄膜を有する光導波路。
  2. 【請求項２】前記非線形光導波路の屈折率は、進行光の
    パワ−の変化によって可変的であることを特徴とする請
    求項１記載の非線形薄膜を有する光導波路。
  3. 【請求項３】前記非線形光導波路の屈折率ｎ1は、下記
    の式によって表示されることを特徴とする請求項１記載
    の非線形薄膜を有する光導波路。 ｎ1 2＝ｎ0 2＋αn｜Ｅ｜2 （ここで、ｎ0は前記非線形光導波路の線形屈折率、αn
    は光のパワ−による屈折率の依存性を表わす係数、Ｅは
    進行光のパワ−をそれぞれ表す。）
  4. 【請求項４】前記格子は、前記非線形光導波路の厚さと
    線形光導波路の厚さとの調節によって光双安定結合特性
    を表わすことを特徴とする請求項１記載の非線形薄膜を
    有する光導波路。
  5. 【請求項５】主表面を備える基板と、 前記基板の主表面上に形成され、非線形屈折率を有し、
    その屈折率ｎ1は下記の式によって表示される非線形光
    導波路と、 ｎ1 2＝ｎ0 2＋αn｜Ｅ｜2 （ここでｎ0は前記非線形光導波路の線形屈折率であ
    り、αnは光のパワ−による屈折率の依存性を表わす係
    数、Ｅは進行光のパワ−をそれぞれ表す） 前記非線形光導波路上に形成され、線形屈折率を有し、
    前記非線形光導波路の屈折率n0より大きい屈折率を有す
    る線形光導波路と、 前記線形光導波路上にパタ−ニングされた格子とをを含
    めてなることを特徴とする非線形薄膜を有する光導波
    路。
JP9253272A 1996-12-04 1997-09-18 非線形薄膜を有する光導波路 Pending JPH10160954A (ja)

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