JPS60111220A - 光信号処理装置 - Google Patents

光信号処理装置

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JPS60111220A
JPS60111220A JP58217679A JP21767983A JPS60111220A JP S60111220 A JPS60111220 A JP S60111220A JP 58217679 A JP58217679 A JP 58217679A JP 21767983 A JP21767983 A JP 21767983A JP S60111220 A JPS60111220 A JP S60111220A
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JP
Japan
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lens
light
waveguide
grating
grating lens
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Pending
Application number
JP58217679A
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English (en)
Inventor
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Mamoru Kanazawa
金澤 守
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60111220A publication Critical patent/JPS60111220A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/125Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、光導波路を用いた集積光スペクトラムアナラ
イザーや集積光スイッチ、カプラーなどの光信号処理装
置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
光導波路を用いた光信号処理装置としてよく知られてい
る従来の集積光スペクトラムアナライザーの例全第1図
に示す(IEFiB Trans、 C1rcuits
 andSystems、 CAS−26,No、 1
2 (1979) pH13−1124)。
この例に示した装置はL i Nb 03基板(t O
l上にTiも拡散して形成された導波路層(Ill、弾
性表面波(surface aconstic wav
e、以下SAWと略す)トランスデューサー(12)、
 2つの導波路ジオデシツタレンズ(13)、+14)
、半導体レーザーより成る光#(151および受光素子
アレイ(16)により構成されている。光源(15)よ
り射出された光はコリメート用ジオデシックレンズ(1
3)により平行光(17)となり7−リエ変換用ジオデ
シツクレンズ(14) Kより収束されて受光素子面上
の一点に焦点金納ぶ。
SAW )ランスデューサー(12> VC入力信号が
ない場合、平行光(17)は焦点(18)に結像するが
、ある周波数のRF倍信号5AW)ランスデューサ−(
12)に入力するとそれにより励起された弾性表面波に
より導波路の実効屈折率が周期的に変調を受け、平行光
(17)はプラ/グ回折されて、RF入力信号がない場
合とは異なった角度でレンズ(14)に入射する。その
結果導波光はRF入力信号がない場合の焦点(18)と
は異なる収束位置(19)に焦点を結ぶ。
平行光(17)の回折される角度は弾性表面波の周波数
にほぼ比例するので、入力するRF倍信号周波数に応じ
て収束位[fffi (191は変わる。このようにし
て受光素子面上の光強度分布を検出することによって入
力RF信号の周波数全解析することができる。
この装置で、最も重要な素子の−っはジオデシックレン
ズ(13)および(14)である。検出できる周波数の
分解能は受光素子面上の導波光のスポット径で決まるた
め、ジオデシックレンズ(13)、 (141は収差の
ない高性能のものでなくてはならない。
第1図に示したジオデシックレンズ(13) 、 (1
4)は導波路表面に形成されたくぼみの上に導波路層を
つくることによりレンズ作用をさせるものであるが、無
収差のレンズを得るにはくぼみ形状を非球面にしなけれ
ばならない。このような非球面形状の加工は高度な技術
を必要とし価格的にも高価なものとなる。この例の他に
、導波路層の厚さを変化させることに′よりレンズ作用
をさせるルネプルグレンズを用いた例もあるが、その場
合も無収差o v :y ス1 得るための導波路層の
厚さのコントロールは極めて難しい。
またいずれの場合も、レンズ作製のためのプロセスが、
導波路作製、SAW電極作製のためのプロセスとは別に
必要である。
光導波路レンズとしてジオデシックレンズ、ルネブルグ
レンズの他に、グレーティングにょる導波光の回折を利
用したグレーティングレンズがある。グレーティングレ
ンズは第2図に示したようなフレネルゾーン型、第3図
に示したようなブラッグ回折型がある。このようなグレ
ーティングレンズはDBクリソラフィー、フォトリソグ
ラフィーなどのICプロセスにより作製できしたがって
S A W !極と同時に作製できるという利点を持つ
反面、第2図のフレネルゾーン型では効率が低く、第3
図のブラッグ回折型では入射角許容度が小さいという欠
点がある。したがって入射角の固定されているコリメー
ト用レンズ(13)の代わりにブラッグ回折型グレーテ
ィングレンズを用いることは可能であるが、フーリエ変
換レンズ(14)をグレーティングレンズで置き換える
ことは、第2図の7レネルソー7型では効率の点で、第
3図のブラッグ回折型では入射角許容度の点でそれぞれ
問題が〔発明の目的〕 本発明の目的は、上述の先導波路レンズ作製における困
難を解消し、かつ高性能なレンズを備えた光信号処理装
置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、導波光を光導波路基板側に回折させ、かつ収
束させるカブラ−型のグレーティングレンズを用いて、
入力RF信号に応じた位置に光を収束させるようにした
ものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、グレーティングレンズ作Rが、SAW
電極作製と同様のIC−プロセスで同時に作製できるの
で、プロセスを削減し容易に作製することができる。ま
た回折光の収束するスポットの位置はグレーティングの
2次元パターンによりて決定されるので高性能で再現性
の良いレンズを得ることができる。ざらに導波光を基板
側に回折させることにより効率が高く、かつ入射角許容
度も大きいグレーティングレンズを得ることができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を示す図面を参照して詳細に説明
する。
第4図は、本発明に用いるグレーティングレンズの例を
示したものである。この図においてX軸に対しθの方向
に進む導波光(25)は導波路グレーティングレンズ(
22)によって基板側に回折され、回折光(26)は基
板端面(23)から出射し、焦点(24)に結浄する。
グレーティングレンズパターンは、グレーティングの位
相Ωが一定の曲線の集まりである。グレーティング領域
中のP(x+ylにおけるグレーティングの位相Ωは入
射導波光と回折収束光の位相差として次式で与えられる
ここで几。=2π/λ、λは使用する光の波長、nは基
板の屈折率、Nは導波路の実効屈折率、αは基板端面と
導波路面とのなす角、まだり。およびfはそれぞれ基板
端面とy軸および焦点(24)との距離である。ψは回
折光(26)が基板端面′と垂直なy軸となす角で、P
点の座標x、yに対しては次式の関係がある。
グレーティングを表わす曲線め式は(1) 、 (2)
よりψを消去して得られる。したがって(11、(21
式に基づいて、例えばBB描画法などによりグレーティ
ングパターンを記録することができる。
このグレーティングのグレーティングベクトルのXおよ
びy成分は(J)式のΩを用いてそれぞれに露=−aΩ
/θx 、 Ky == −aΩ/ay で与えられる
入射導波光の伝搬ベクトル’i IR,= (R1g+
几By) としたとき、 RJ < (R111+ Kg l” + (kLy 
+KW )” (几♂rL2・・・・・・(3)の条件
が満たされれば、導波光は基板側のみに回折され、直接
空中へは回折されない。したがって高い回折効率を得る
ことができる。(3)の条件を満たした回折光を外部へ
取り出すには、第4図のように基板端面から回折光を出
射させる構造にして初めて可能となる。
このようなグレーティングレンズは導波光を導波路面内
で収束させるものと違ってブラッグ回折ではないので、
入射角許容度は大きくとれ、またグレーティング領域を
十分広くとることにより、理論的には100%近い回折
効率を得ることができる。
第5図は、このグレーティングレンズを用いた集積光ス
ペクトラムアナライザを例を示したものである。この例
ではコリメート用レンズとしてブラッグ回折型グレーテ
ィングレンズ(34) 、フーリエ変換用レンズとして
先に示したカブラ−型グレーティングレンズ(35) 
e用いている。
半導体レーザ(36)から出射された導波光はブラッグ
回折型グレーティングレンズ(34)でコリメートされ
、5AW)ランスデエーサ(33)に入力される几F信
号の周波数に応じて平行光(38)の進む方向が変えら
れる。この光はカブラ−型グレーティングレンズ(35
)により基板側に回折され、平行光(38)の進行方向
に応じて、すなわち、RF倍信号周波数に応じて、基板
端面(32)に取り付けられた受光素子プレイ(37)
の異なる位置に収束する。
したがって受光素子アレイ(37)上の光強度分布によ
りRF倍信号周波数が解析される。この図の場合、グレ
ーティングレンズ(35)の焦点位14は基板端面上で
あるのでグレーティングパターンは(1)。
(2)式でf=0 とおいて得られ、次式で与えられる
Ω=に6(n%暑+AJ −2Aozsiaα+N(c
osθ+ysiiθ) ) …(4)コリメート用レン
ズは他の種類の導波路レンズでもかまわないが、この図
のようにすべ′Cグレーティングレンズにすると、SA
W電極(33)およびグレーティングレンズ(34) 
、 (351が同一のICプロセスで作製でき、レンズ
作製のためのプロセスが削減できる。またgB描画ある
いはフォトリソグラフィーで作製すれば、2つのレンズ
(34) 、 (35)とSAW電極(33)との相対
的位置関係は、描画の際のデーダあるいはマスク上の位
置、すなわち2次元パターンにより決まるので、位置合
わせは不要であり、信頼性の高いレンズが雨られる。
なおこのようなカブラ−型のレンズでは、導波光の進行
方向に沿ってレンズ領域で光が減衰するため、回折光強
度分布がその方向にヌツして均一でなくなる。このため
その方向に対するスポット径が増大する場合がある。第
5図の場合とれは周波数分解能には直接影響しないが、
より効率よく光を収束させるにはvj6図に示すように
、グレーティング溝の深さを導波光進行方向に沿って漸
次大1きくするようにすればよい。これは例えばgB描
画で作製するノ易合にドーズ唆を場所によって変えれば
よい。
第7図はこの発明の他の実施例全示したものである。(
3)式は1次回折光が基板側のみに回折される条件であ
ったが、この条件の他に R(F ”L2< (Rqz +2 +<g )2 +
 (I(4y + 2Ky )” ””””’ +4)
が満たされれば1次以外の高次回折光が空中へも基板側
へも回折されないためより高効率なグレーティングレン
ズを得ることができる。第7図は、この条件を満足する
ように導波光を進行方向に対してほぼ直角方向の基板側
へ回折させるようにしたものである。この例アは半導体
レーザ光を導波光へ結合する1/ンズも同じ構造のもの
を用いている。このようにすると全体がコンパクトにな
るという利点もある。さらに第7図では半導体レーザB
6からの射出光と、グレーティングレンズによる回折光
の光軸が離几ているので、散乱などによる余分な光が受
光素子に入らず、S/Nのより信号を得ることができる
装置全体を小型化するとレンズの焦点距離も短くなるた
め周波数分解能が大きくとれない場合もある。第8図は
この点を改良したもので、全体金小匿化し、かつ焦点距
離を長くとるようにしたものである。この構造の場合で
も(3)、 (4)式で示される条件を満たすようにす
ることは可能である。
なお第5図、第7図ではグレーティングレンズ(35)
の全体の形状全円形としたがそれに限ることはなく、第
8図のように矩形でもかまわない。
第9図は本発明を集積光スイッチに用いた例である。入
力RF信号に応じて異なる位置に収束した光はファイバ
ーアレイ(51)の中の入力信号に対応するボー)K入
力される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す図、第2図および第3図は従来の
導波路グレーティングレンズを示す図、第4図は本発明
に用いる導波路グレーティングレンズの原理金示す図、
第5図は本発明の第1の実施例を示す図、第6図はグレ
ーティングレンズの断面の例を示す図、第7図乃至第9
1gは本発明の他の実施例を示す図である。 10.20.30・・・光導波路基板、11.21.3
1・・・光導波路層、12.33・・・弾性表面波電極
、13.14・・・ジオデシックレンズ、15、36・
・・半導体レーザ、16.37・・・受光素子アレイ、
17、25.38・・・コリメート光、39・・・ 収
束光、18、19.24 ・・・焦点、 1 ・・フレ
ネル型グレーティングレノズ、2.34・・・ブラッグ
回折型グレーティングレンズ23、32・・・導波路幕
板端面 22、35.41.42 ・カプラー型グレーティンダ
レンズ51 ・・・ 光ファイバアレイ 第2図 ′R3図 第 4 図 第 5 図 第 6 図 第7図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に形成された光導波路と、該光導波路上に
    形成された弾性表面波電極と、該弾性表面波′電極に入
    力されるRF信号に応じて発生する弾性表面波により進
    行方向金変えられた導波光を収束する導波路レンズを1
    1虜えた光信号処理装置に於いて、前記導波路レンズが
    前記導波光を前記基板側に回折させ、かつ前記基板端面
    近傍で収束させる不等間隔曲線グレーティングVンズか
    ら成ること全特徴とする光信号処理装置。
  2. (2)不等間隔曲線グレーティングレンズにより回折さ
    れた光線の導波路面への射影が、前記不等間隔曲線グレ
    ーティンダレンズに入射する導波光の進行方向とは異な
    るように前記不等間隔曲線グレーティングレンズを配置
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光信
    号処理装置。
  3. (3)不等間隔曲線グレーティンダレ/ズのグレーティ
    ング溝の深さを導波光進行方向に沿って漸次大きくする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光信号処
    理装置。
  4. (4)不等間隔曲線グレーティングレンズに入射する導
    波光は、光源からの光が導波路グレーティングレンズを
    経たものであること全特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光信号処理装置。
JP58217679A 1983-11-21 1983-11-21 光信号処理装置 Pending JPS60111220A (ja)

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