JPS61286807A - グレ−テイング・カプラ - Google Patents

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】 発明の要約 基板上に形成された先導波路内を伝播する導波光を外部
に出射させるために上記光導波路に形成されたグレーテ
ィング−カブラにおいて、グレーティングの深さが導波
光の進行方向に変化し、所望の出射光強度分布が得られ
るようになっている。

［技術分野］ この発明は、基板上に形成された光導波路内を伝播する
導波光を外部に出射させるために上記先導波路に形成さ
れたグレーティング−カブラに関する。ここで光導波路
とは、３次元光導波路のみならず、２次元光導波路、い
わゆる光導波層も含む概念である。

［従来技術］ 第２図は従来のグレーティング・カプラとその出射光強
度の導波光の進行方向にそう分布とを示している。基板
１上に光導波路２が形成され、この先導波路２にグレー
ティング・カプラ３が作製されている。光導波路２を伝
播する導波光Ｌ２はこのグレーティング・カプラ３の位
置に至ると空中に出射する。

図示されているグレーティング・カプラはフレーズＭｌ
　（ｂｌａｚｅｄ）といわれているもので、グレーティ
ングの断面形状は直角三角形に形成されている。このよ
うな断面形状によると、グレーティング領域で光導波路
２から基板１の方に出射してしまう光の放射を抑えるこ
とができ、高い効率で導波光を空中に出射させることが
可能となる。たとえば、ケー・シー・チャン、ティ・タ
ミャ「フレーズ型誘電体グレーティングへのブラッグ反
射アプローチ」、オブティクス・コミュニケーション、
第２Ｂ巻、第３号、３２７頁〜３８０頁（、，１９７８
年９月）　　（Ｋ、Ｃ，Ｃｈａｎｇ　ａｎｄ　Ｔ、Ｔａ
５ｉｒ　　”Ｂｒａｇｇ−Ｒｅｆｌｅｃｔｌｏｎ　Ａｐ
ｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　Ｂｌａｚｅｄ　Ｄｌｅｌｅｃｔ
ｒｌｃ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ’Ｏｐｔ、　　Ｃｏｍｍｎ、
、　　ｖｏｌ、２８．Ｎｏ、３，３２７−１３０．　５
ｅｐｔ、　　１９７ｇ）参照。

このグレーティングの深さく最も深い位置の深さ）ｈｏ
は全周期にわたって一様であり、それは次式で与えられ
る。

ｈ　−λ　（ε　−［（βハ）−（λ　／ｄ）］２）　
−１／２０　　　　　０　　　　　　ｇ　　　　　　　
　　　ｏ　　　　　　Ｏ・・；（１） ユニでｋ　■２π／λ０ λ０＝自由空間での導波光の波長 ε１：光導波路の体積平均誘電率 β：導枝光の位相定数 ｄニゲレーティングの周期 第（１）式で表わされる深さｈ　はブラッグ反射を考慮
して導波光が最も効率よく空中に出射される条件を示し
ている。このような深さｈ　をもつフレーズ型グレーテ
ィングφカプラ３においては、光導波路２の導波光Ｌ２
はこのグレーティング領域にさしかかった途端に大量に
空中に回折され出射してしまうために、この出射光強度
の導波光Ｌ２の進行方向にそう分布は、第２図にＤ２で
示されているように、偏ったプロフィルになってしまう
。

実際に用いられる光ビームの強度分布はガウス型のもの
が多く、光のふるまいについてもガウス型のものが最も
よく知られている。したが−で、　　　（第２図にＤ２
で示されるような強度分布をもつ光ビームを取扱うこと
は、実際上も困難を伴うととも１こ、理論的な解析も複
゛雑になるという欠点かある。・ 〔発明の目的］ この発明は、所望の強度分布とくにガウス分布をもつ出
射光が得られるグレーティング・カプラを提供すること
を目的とする。

〔発明の構成と効果］ この発明は、基板上に形成された光導波路内を伝播する
導波光を外部に出射させるために上記光導波路に形成さ
れたグレーティング拳カプラにおいて、グレーティング
の深さが、導波光の進行方向にそう所望の出射光強度分
布とこの分布にしたがって出射することにより減衰する
導波光強度とに応じて定められることによって、導波光
の進行方向に変化していることを特徴とする。グレーテ
ィングの断面形状がフレーズ化されていることが好まし
い・。

□以上の構成によって、ふるまいが最もよく知られてい
るガウス分布の強度分布をもつ出射光のみならず、任意
の強度分布をもつ出射光を得ることができるので、実際
上および理論的な取扱いが容易となる。

導波光の進行方向のみならず、これに直交する方向にも
グレーティングの深さの制御によって任意の分布をもつ
出射光を得ることができる。□〔実施例の説明〕 第１図はこの発明によるグレーティング・カプラの一例
とその出射光強度分布とを示している。

第２図に示すものと同一物には同一符号が付けられてい
る。グレーティング・カプラ４の左端位置をＸ軸の原点
とし、導□波光Ｌ１の進行方向に一致するようにＸ軸を
設定する。グレーティングの深さく各周期における最も
深い位置の深さ）をｈ　（ｘ）とする。導波光Ｌ１の強
度は、グレーティング・カプラ４の領域を進むにつれて
空気中に出射した分だけその強度が小さくなつている。

座標Ｘにおける導波光Ｌ　の強度をＩ　ｃ、　（ｘ）で
表わす。

グレーティング領域に入る前の導波光強度すなわちＩ。

（０）を！。とする。この実施例は、Ｘ軸方向にガウス
分布をもつ出“射光強度を得ようとするものであり、ガ
ウス分布曲線がＤｌで示されている・この曲線ＤＩを関
数Ｇａｕｓｓ　（ｘ）で表わす◎上述の第（１）式で示
される深さｈ　は最大の結合効率η塵ａＸを与える。こ
の深さｈ　以外の深さでは結合効率はこの最大効率４厘
ａＸより小さくなる。グレーティング領域のある周期（
点）Ｘのグレーティングの深さ％ｈ（ｘ）おける結合効
率をη（ｘ）とすると、結合効率η（ｘ）は深さｈ　（
ｘ）に依存するので。

η（ｘ）　−Ｆ　（ｈ（ｘ）　）　　　　　　　　・・
・（２）と表わすことができる。これはまた。

ｈ（ｘ）−Ｆ”（η（ｘ））　　　　　　　　−（３）
と表現される。これらの関数Ｆ、Ｆ”は論理的にも実験
的にも求めることができ、その−例が上述の文献に記載
されている。

第１図に示されているように、グレーティング領域のあ
る部分で導波光の一部が出射すると、それ以降の部分を
伝播する導波光の強度は出射光の分だけ減少することに
なる。出射光の強度分布がガウス分布になるようにする
ためには、各位置Ｘにおける結合効率η（Ｘ）が次の２
つの式を満足すればよい。

η（ｘ）・Ｉに（ｘ）−Ａ−Ｇａｕｓｓ（ｘ）　　・ｔ
４）ＩＧ　（Ｘ）　−１Ｏ−ＡＪ”　　Ｇａｕｓｓ（ｘ
）ｄｘ　　・・・（５）第（４）式および第（５）式を
満足する効率η（Ｘ）が得られるようなグレーティング
の深さｈ　（Ｘ）を第（３）式から求め、この深さｈ　
（ｘ）の分布をもつグレーティングを作製すればよい。

第１図においては、深さｈ　（ｘ）は導波光の進行方向
に向ってより深くなるように形成されている。

出射光の強度分布はガウス分布に限らず、任意の分布と
することも可能である。

このようなグレーティングは電子線描画装置を利用して
作製することができる。すなわち、まず基板上に電子線
レジストを塗布する。そして電子線描画装置において電
子ビームの走査方向と直交する方向に周期的なドーズ量
分布をもってかつ各周期のドーズ量が上記の深さｈ　（
ｘ）に対応するようにして上記電子線レジスト上を電子
ビームにより描画する。この後上記電子線レジストを現
像すると、その厚さが周期的に変化しかつ厚さが上記深
さｈ　（Ｘ）に対応するレジスト・パターンが形成され
る。最後に上記レジストφパターンを通して基板をイオ
ンビーム・エツチング等によりドライ・エツチングする
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すもので、グレーティン
グ・カプラの断面および出射光強度分布を示している。 第２図は従来のグレーティング・カプラの断面および出
射光強度分布を示すものである。 １・・・基板、２・・・光導波路、４・・・グレーティ
ング・カプラ。 以　　上 （外１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された光導波路内を伝播する導波光
   を外部に出射させるために上記光導波路に形成されたグ
   レーティング・カプラにおいて、グレーティングの深さ
   が、導波光の進行方向にそう所望の出射光強度分布とこ
   の分布にしたがって出射することにより減衰する導波光
   強度とに応じて定められることによって、導波光の進行
   方向に変化していることを特徴とするグレーティング・
   カプラ。
2. （２）グレーティングの断面形状がフレーズ化されてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第（１）項に記載
   のグレーティング・カプラ。