WO2021177167A1 - 背景光を低減した光合波器 - Google Patents

背景光を低減した光合波器 Download PDF

Info

Publication number
WO2021177167A1
WO2021177167A1 PCT/JP2021/007351 JP2021007351W WO2021177167A1 WO 2021177167 A1 WO2021177167 A1 WO 2021177167A1 JP 2021007351 W JP2021007351 W JP 2021007351W WO 2021177167 A1 WO2021177167 A1 WO 2021177167A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical combiner
output
port
reflection groove
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/007351
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
姫野 明
浩一 堀井
勝山 俊夫
祥治 山田
慧 中尾
Original Assignee
セーレンKst株式会社
国立大学法人福井大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by セーレンKst株式会社, 国立大学法人福井大学 filed Critical セーレンKst株式会社
Priority to CN202180018652.6A priority Critical patent/CN115413322A/zh
Priority to EP21764157.0A priority patent/EP4116750A4/en
Priority to US17/909,078 priority patent/US20230084204A1/en
Publication of WO2021177167A1 publication Critical patent/WO2021177167A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125Bends, branchings or intersections
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/2938Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29323Coupling to or out of the diffractive element through the lateral surface of the light guide
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12104Mirror; Reflectors or the like
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133Functions
    • G02B2006/12147Coupler
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133Functions
    • G02B2006/12164Multiplexing; Demultiplexing
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166Manufacturing methods
    • G02B2006/12176Etching
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/136Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching

Definitions

  • the present invention is an optical combiner used in an image projection device, in which light from a light source having a plurality of wavelengths in the visible or near-infrared region is input from each waveguide, and the plurality of lights are directionally coupled. It relates to an optical combiner that outputs multiple light waves combined by the instrument. In particular, it can be applied to ordinary display devices when at least red light, green light and blue light are used.
  • Optical combiners that output multiplex light combined using a directional coupler are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3). At the output end faces of these optical combiners, the desired multiplex light is output from the output port, but in addition to the multiplex light, the discard port, which is the waveguide output other than the output port in the directional coupler, contributes to the combiner.
  • the surplus light that was not used is output as unnecessary background light, there is a problem that the quality of the output image deteriorates when the optical combiner is miniaturized.
  • the distance from the output port is gradually increased while keeping a constant distance in the propagation direction from the end of the discard port to the output end face of the optical combiner, or by curving the discard port.
  • a separable configuration is known, it was necessary to increase the circuit size in order to obtain a sufficient effect. Even if the discard port is sufficiently separated, excess light generated from various parts of the circuit is mixed in the peripheral clad portion of the output port, so that the output intensity of the background light increases and the output multiplex light image becomes unclear. There was a problem that quality deterioration such as
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a miniaturized optical combiner while reducing background light.
  • an optical combiner characterized in that background light is reduced by a reflection groove that reflects excess light.
  • the plurality of lights having different wavelengths are realized by using a plurality of light sources that output a single light and having different wavelengths of the single light output by each light source.
  • two or more directional couplers are used, it is preferable to use five or less, and more preferably three or less, in order to reduce the size. If 6 or more are used, it becomes difficult to miniaturize the optical combiner.
  • the directional coupler is a directional coupler having one or two input ports and two output ports, and the output port is a port that outputs light that contributes to the combined light of multiple light and multiple light. It is divided into ports that output surplus light that does not contribute to the combined wave of light, and may be used by connecting multiple directional couplers. It is called a discard port.
  • the angle at which the excess light is reflected is preferably 60 ° to 120 ° with respect to the input light direction from the input end face to the output end face of the photosynthetic device. Further, it is particularly preferable that the temperature is 80 ° to 100 °. If it is less than 60 °, the reflection in the input light direction is large, which may affect the image quality, and if it exceeds 120 °, it may be difficult to reduce the background light.
  • the clad layer from the reflection groove of the photosynthetic device to the output end face is removed leaving a portion around the output port.
  • the excess light can be reduced more efficiently.
  • a metal thin film is formed on the bottom surface of the reflection groove.
  • a metal thin film is formed, excess light can be reduced more efficiently.
  • known metals such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), and chromium (Cr) can be used.
  • known production methods such as physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) can be used.
  • the plurality of lights having different wavelengths include at least red light, green light and blue light.
  • examples of other light having different wavelengths include, but are not limited to, yellow light, orange light, indigo light, and purple light.
  • the image projection device is a small image projection device such as a spectacle-type terminal or a portable projector.
  • the optical combiner is an optical combiner in which a plurality of lights having different wavelengths are input from each waveguide and the plurality of lights are combined by a directional coupler to output multiple light, and the directional coupling is performed.
  • (A) is a plan view of the optical combiner according to the first embodiment of the present invention, and (b) is a front view seen from the output end face side of the combiner.
  • (A) is a plan view of the optical combiner according to the second embodiment of the present invention, and (b) is a front view seen from the output end face side of the combiner.
  • (A) is a plan view of the optical combiner according to the third embodiment of the present invention, and (b) is a front view seen from the output end face side of the combiner.
  • (A) is an enlarged plan view of a reflection groove portion when a metal thin film is formed on the bottom surface of the reflection groove of the optical combiner according to the second embodiment of the present invention
  • (b) is an enlarged plan view of the reflection groove portion according to the third embodiment of the present invention. It is an enlarged plan view of the reflection groove portion when the metal thin film is formed on the bottom surface of the reflection groove of a wave device.
  • (A) is a plan view of the optical combiner in Comparative Example 1 with respect to the present invention, and (b) is a front view seen from the output end face side of the combiner.
  • (A) is a plan view of the optical combiner in Comparative Example 2 with respect to the present invention, and (b) is a front view seen from the output end face side of the combiner.
  • FIG. 1A is a plan view of the optical combiner according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a front view seen from the output end surface 6 side of the combiner.
  • a light source such as a laser diode at the input end face 1 of the optical combiner
  • light of the RGB3 primary colors is input from each waveguide 2
  • the light of the RGB3 primary colors is input to three directional couplers (two waveguides).
  • Multiple light waves combined by are output from the output port 4 of the output end face 6.
  • the waveguide 2 is provided in the clad layer 8 on the substrate 7 by a known manufacturing method such as a photolithography method.
  • Patent Document 2 describes a detailed manufacturing method and structure of an optical waveguide manufacturing method and the like.
  • the core size is a value in the range of about 1 ⁇ 1 to 5 ⁇ 5 ⁇ m
  • the specific refractive index difference between the core and the clad is a value in the range of about 0.3 to 3.0%. It is also possible to manufacture by appropriately selecting.
  • the core dimensions are not limited to a square cross section, and may have other shapes such as a semicircle.
  • the surplus light in the waveguide other than the output port 4 in the directional coupler is totally reflected by the reflection surface of the cubic reflection groove 3 provided in the clad layer 8 and is output from the discard port 5.
  • the background light that affects the image quality of the multiplex light output from the output port 4 is reduced.
  • a reflection groove 3 is formed in at least one discard port 5, it is included in the scope of the present invention.
  • the reflection groove 3 is formed by processing a predetermined portion of the clad layer 8 by a known method such as etching.
  • the shape of the reflection groove 3 is not particularly limited, but it is important that the reflection surface has a structure close to a flat surface in order to totally reflect the excess light.
  • the length of the waveguide having the discard port 5 at the end may be at least before the reflection surface of the reflection groove 3. In this case, the surplus light output from the discard port 5 is reflected by the reflecting surface, but becomes dispersed light in a direction away from the output port 4, so that it has a sufficient effect of reducing the background light.
  • ⁇ c 43.6 ° is calculated.
  • the incident angle of the surplus light can be adjusted by the inclination angle of the reflecting surface in the reflecting groove 3.
  • the tilt angle of the reflecting surface By setting the tilt angle of the reflecting surface to 45 ° with respect to the input light direction from the input end face to the output end face of the optical combiner, the angle of incidence of excess light on the reflecting surface in the same direction as the input light direction can be set. It can be 45 °, which is greater than 43.6.
  • FIG. 2A is a plan view of the optical combiner according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a front view seen from the output end surface 6 side of the combiner. It differs from the first embodiment in that the shape of the reflection groove 3 is a triangular prism and the clad layer 8 up to the output end surface 6 of the photosynthetic device is removed leaving a portion around the output port 4. Since the clad layer 8 is removed leaving the portion around the output port 4, the background light can be reduced more efficiently.
  • FIG. 3A is a plan view of the optical combiner according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a front view seen from the output end surface 6 side of the combiner. It differs from the first embodiment in that the shape of the reflection groove 3 is an irregular pentagon, and the clad layer 8 up to the output end face 6 of the photosynthetic device is removed leaving a portion around the output port 4. There is. Since the clad layer 8 is removed leaving the portion around the output port 4, the background light can be reduced more efficiently.
  • the shape of the reflection groove 3 shown in FIGS. 2 and 3 is merely an example and is not limited thereto. A shape having at least a reflective surface having the same function and function as the reflective surface in the reflective groove 3 of FIG. 1A is included in the scope of the present invention.
  • FIG. 4A is an enlarged plan view of the portion from the reflection groove 3 to the output end surface 6 when the metal thin film 9 is formed on the bottom surface of the reflection groove 3 of the optical combiner according to the second embodiment of the present invention.
  • b) is an enlarged plan view of the portion from the reflection groove 3 to the output end face 6 when the metal thin film 9 is formed on the bottom surface of the reflection groove 3 of the optical combiner according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a plan view of the optical combiner in Comparative Example 1 with respect to the present invention
  • FIG. 5B is a front view seen from the output end surface 6 side of the combiner.
  • surplus light that did not contribute to the combiner is dispersed from the termination of the discard port 5, which is the waveguide output other than the output port 4 of the directional coupler, in addition to the output port 4 of the multiplex light. It becomes light and is output as unnecessary background light.
  • the output intensity of the background light is relatively increased with respect to the output intensity of the multiplex light, and the image quality of the multiplex light is increased. Deteriorates. In order to reduce the output intensity of the background light until the image deterioration reaches a level where there is no practical problem, it is necessary to increase the distance between the discard port 5 and the output end face 6 by a certain amount or more. There is a limit to downsizing the optical combiner.
  • FIG. 6A is a plan view of the optical combiner in Comparative Example 2 with respect to the present invention
  • FIG. 6B is a front view seen from the output end surface 6 side of the combiner.
  • the waveguide output other than the output port 4 of the directional coupler is curved, and the distance from the output port 4 is gradually separated. Surplus light is output from the discarded port 5.
  • the discard port 5 is separated from the multiple light output port 4, the image quality of the multiple light is improved.
  • the incident angle of the surplus light with respect to the clad layer 8 becomes smaller than the critical angle at the curved waveguide interface, and total reflection cannot be performed, so that the leaked light is emitted. Background light is generated, and the image quality of multiple light deteriorates. Therefore, in order to separate the discard port 5 from the output port 4 of the multiple light and to make the incident angle of the surplus light on the clad layer 8 larger than the critical angle to totally reflect the light, the bending radius of the curved waveguide 2 is made larger than a certain value. Therefore, there is a limit to downsizing the optical combiner of Comparative Example 2.
  • the present invention is an optical combiner that inputs a plurality of lights having different wavelengths from their respective waveguides and outputs multiplex light obtained by combining the plurality of lights with a directional coupler, and is an optical combiner of the directional coupler.
  • the background light can be reduced by the reflection groove that reflects the surplus light output from the discard port. Further, the miniaturization of the optical combiner is realized.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

背景光を低減すると共に小型化された光合波器を提供する。波長の異なる複数の光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器であって、前記方向性結合器の捨てポート(5)から出力される余剰光を反射する反射溝(3)によって背景光を低減すると共に、光合波器の小型化を実現する。

Description

背景光を低減した光合波器
 本発明は、画像投影装置に用いられる光合波器であって、複数の可視または近赤外領域の波長を有する光源からの光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器に関する。特に、少なくとも赤色光、緑色光および青色光を用いる場合には通常のディスプレイ装置に適用することができる。
 従来、眼鏡型端末や携帯プロジェクタ等の画像投影装置に用いられる小型の光合波器であって、赤色光(R)、緑色光(G)および青色光(B)のRGB3原色の光を入力し、方向性結合器を用いて合波した多重光を出力する光合波器が知られている(例えば特許文献1~3を参照)。
 これら光合波器の出力端面において、出力ポートから所望の多重光が出力されるが、多重光以外にも、方向性結合器における出力ポート以外の導波路出力である捨てポートから、合波に寄与しなかった余剰光が不要な背景光として出力されるため、光合波器の小型化を行う場合、出力された画像の品質が劣化する問題があった。
 具体的には、従来の光合波器では、捨てポートの終端から光合波器の出力端面まで伝搬方向に一定の距離を保つか、或いは捨てポートを湾曲させながら、出力ポートとの距離を徐々に離隔する構成が知られているが、十分な効果を得るためには、回路サイズを大きくする必要があった。また、例え捨てポートを十分に引き離しても、出力ポートの周辺クラッド部には回路各所から発生する余剰光が混入するため、背景光の出力強度が増大し、出力された多重光の画像が不鮮明になる等の品質劣化が発生する問題があった。
 また、前記背景光を低減する手段、方法について、捨てポートから出力される余剰光を抑制する導波路として導波路の幅等がテーパ状に変化したテーパ導波路、不要な光を回折させるグレーティング導波路、不要な光を共振させるリング共振器型導波路等が提案されている(特許文献4を参照)。
 しかし、前記手段、方法では背景光を十分に低減することは困難であり、また、光合波器の小型化を行うことも困難であった。
特開2019-035877号公報 特開2013-195603号公報 特開2018-124394号公報 特開昭61-284707号公報
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、背景光を低減すると共に小型化された光合波器を提供することを目的とする。
 波長の異なる複数の光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器であって、前記方向性結合器の捨てポートから出力される余剰光を反射する反射溝によって背景光を低減することを特徴とする光合波器を提供する。
 ここで、前記波長の異なる複数の光は、単一光を出力する光源を複数用いると共に、それぞれの光源が出力する単一光の波長が異なることで実現される。
 また、方向性結合器は2個以上使用するが、小型化するためには5個以下の使用が好ましく、3個以下の使用がさらに好ましい。6個以上使用すると光合波器の小型化が困難となる。
 前記方向性結合器は、1個または2個の入力ポート、および2個の出力ポートを有する方向性結合器であり、出力ポートは多重光の合波に寄与する光を出力するポートと多重光の合波に寄与しない余剰光を出力するポートに分けられ、複数の方向性結合器を接続して用いる場合もあるが、最終的に多重光の合波に寄与しない余剰光を出力するポートを捨てポートという。
 前記余剰光を反射する角度が、光合波器の入力端面から出力端面への入力光方向に対し、60°~120°であることが好ましい。また、80°~100°であることが特に好ましい。
 60°未満であると、入力光方向への反射が大きく、画像の品質に影響が出る可能性があり、120°を超えると、背景光の低減が困難となる可能性がある。
 前記光合波器の反射溝から出力端面までのクラッド層が、出力ポート周辺の部分を残して除去されていることが好ましい。出力ポート周辺の部分以外のクラッド層が除去されている場合、余剰光をより効率よく低減することが可能である。
 前記反射溝の底面に金属薄膜を形成していることが好ましい。金属薄膜を形成している場合、余剰光をさらに効率よく低減することが可能である。
 前記金属薄膜に用いる金属は、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)等公知の金属を用いることができる。また、前記金属薄膜の製造方法は、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)等公知の製造方法を用いることができる。
 前記波長の異なる複数の光が、少なくとも赤色光、緑色光および青色光を含むことが好ましい。
 ここで、他の波長の異なる光として、黄色光、橙色光、藍色光、紫色光等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
 前記光合波器を含む画像投影装置を提供する。
 ここで、前記画像投影装置は、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の小型画像投影装置である。
 本発明によれば、波長の異なる複数の光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器であって、前記方向性結合器の捨てポートから出力される余剰光を反射する反射溝によって背景光を低減する良好な特性を維持しながら、光合波器の小型化を実現できる効果がある。
(a)は本発明の実施例1における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面側から見た正面図である。 (a)は本発明の実施例2における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面側から見た正面図である。 (a)は本発明の実施例3における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面側から見た正面図である。 (a)は本発明の実施例2における光合波器の反射溝の底面に金属薄膜を形成した場合の反射溝部分を拡大した平面図であり、(b)は本発明の実施例3における光合波器の反射溝の底面に金属薄膜を形成した場合の反射溝部分を拡大した平面図である。 (a)は本発明に対する比較例1における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面側から見た正面図である。 (a)は本発明に対する比較例2における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面側から見た正面図である。
 以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。
 図1(a)は本発明の実施例1における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面6側から見た正面図である。光合波器の入力端面1においてレーザーダイオード等の光源を用いて、RGB3原色の光をそれぞれの導波路2から入力し、前記RGB3原色の光を3個の方向性結合器(2本の導波路2が近接した部分)によって合波した多重光を出力端面6の出力ポート4から出力する。導波路2は基板7上のクラッド層8の中にフォトリソグラフィー法等の公知の製造方法によって設けられる。
 光導波路の製造方法等については、特許文献2に詳細な製造方法および構造が記載されている。さらに一般的な光導波路の構造として、コア寸法が1×1~5×5μm程度の範囲の値であり、コアとクラッドの比屈折率差が0.3~3.0%程度の範囲の値を適切に選択することにより製造することも可能である。なお、コア寸法については、断面が正方形であることに限定されず、半円形等の他の形状であってもよい。
 そして、方向性結合器における出力ポート4以外の導波路における余剰光は、前記クラッド層8に設けられた立方体形状の反射溝3の反射面によって全反射され、捨てポート5から出力されることにより、出力ポート4から出力する多重光の画像品質に影響する背景光を低減する。
 ここで、捨てポート5が複数ある場合、少なくとも1つの捨てポート5に反射溝3が形成されていれば本発明の範囲に含まれる。
 反射溝3は、クラッド層8における所定の部分をエッチング加工等の公知の方法で加工される。反射溝3の形状は特に限定されないが、余剰光を全反射するためには反射面が平面に近い構造であることが重要である。
 捨てポート5を終端に有する導波路の長さは、少なくとも反射溝3の反射面の手前まであればよい。この場合、捨てポート5から出力された余剰光は、前記反射面で反射されるが、出力ポート4から離れた方向への分散光となるため、背景光を低減する効果を十分に有する。
 また、余剰光が全反射するためには、前記反射面に対する余剰光の入射角が「sinθc=(n2/n1)であり、θc=arcsin(n2/n1)(ここで、n1:導波路2の屈折率、n2:反射溝3の屈折率であり、n1>n2である。)」で表される臨界角θcより大きいことが条件である。
 例えば、n1=1.45、n2=1(空気)の場合、θc=43.6°と算出される。
 余剰光の入射角の調整は、反射溝3における反射面の傾き角度によって行うことができる。前記反射面の傾き角度を光合波器の入力端面から出力端面への入力光方向に対し、45°とすることにより、前記入力光方向と同一方向である余剰光の反射面への入射角を43.6より大きい45°にすることができる。
 そうすると、入射角と反射角は等しいことから、この場合、余剰光の入射に対し、90(45×2=90)°で反射するため、余剰光を反射する角度は、光合波器の入力端面から出力端面への入力光方向に対し、90°となる。
 図2(a)は本発明の実施例2における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面6側から見た正面図である。実施例1とは、反射溝3の形状が三角柱であると共に、光合波器の出力端面6までのクラッド層8が、出力ポート4周辺の部分を残して除去されている点で異なっている。
 出力ポート4周辺の部分を残してクラッド層8が除去されていることにより、背景光をより効率よく低減することができる。
 図3(a)は本発明の実施例3における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面6側から見た正面図である。実施例1とは反射溝3の形状が変則的な五角形であると共に、光合波器の出力端面6までのクラッド層8が、出力ポート4周辺の部分を残して除去されている点で異なっている。
 出力ポート4周辺の部分を残してクラッド層8が除去されていることにより、背景光をより効率よく低減することができる。
 なお、図2および図3に示す反射溝3の形状は、あくまで一例であってこれに限定されるものではない。少なくとも図1(a)の反射溝3における反射面と同様の作用、機能を有する反射面を備えた形状であれば本発明の範囲に含まれる。
 図4(a)は本発明の実施例2における光合波器の反射溝3の底面に金属薄膜9を形成した場合の反射溝3から出力端面6までの部分を拡大した平面図であり、(b)は本発明の実施例3における光合波器の反射溝3の底面に金属薄膜9を形成した場合の反射溝3から出力端面6までの部分を拡大した平面図である。
 反射溝3の底面に金属薄膜9を形成することにより、背景光をさらに効率よく低減することができる。
 また、図示はされていないが、前記金属薄膜9を反射溝3における反射面に形成することもできる。金属薄膜9を形成した前記反射面はさらに効率よく余剰光を反射し、背景光を低減することができる。
 図5(a)は本発明に対する比較例1における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面6側から見た正面図である。
 光合波器の出力端面6において、多重光の出力ポート4以外に、方向性結合器における出力ポート4以外の導波路出力である捨てポート5終端から、合波に寄与しなかった余剰光が分散光となり、不要な背景光として出力される。この場合、光合波器の小型化を目的として、前記捨てポート5と出力端面6の距離を小さくすると、多重光の出力強度に対する背景光の出力強度が相対的に増大して多重光の画像品質が劣化する。この画像劣化が実用上問題ないレベルになるまで、背景光の出力強度を低減するには、前記捨てポート5と出力端面6までの距離を一定以上大きくする必要があることから、比較例1の光合波器を小型化することには限界がある。
 図6(a)は本発明に対する比較例2における光合波器の平面図であり、(b)は前記合波器の出力端面6側から見た正面図である。
 光合波器の出力端面6において、多重光の出力ポート4以外に、方向性結合器における出力ポート4以外の導波路出力を湾曲させながら、出力ポート4との距離を徐々に離隔して構成された捨てポート5から余剰光が出力される。
 ここで、捨てポート5を多重光の出力ポート4から離隔した方が、多重光の画像品質が向上する。
 また、湾曲した導波路2の曲げ半径が小さい場合、湾曲した導波路界面において、クラッド層8に対する余剰光の入射角が臨界角より小さくなり、全反射することができなくなるため、漏れた光が背景光を発生させ、多重光の画像品質が劣化する。
 したがって、捨てポート5を多重光の出力ポート4から離隔すると共に、クラッド層8に対する余剰光の入射角を臨界角より大きくして全反射させるため、湾曲した導波路2の曲げ半径を一定以上大きくする必要があることから、比較例2の光合波器を小型化することには限界がある。
 本発明は、波長の異なる複数の光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器であって、前記方向性結合器の捨てポートから出力される余剰光を反射する反射溝によって背景光を低減することが可能となる。また、前記光合波器の小型化を実現する。
1    光合波器の入力端面
2    導波路
3    反射溝
4    多重光の出力ポート
5    方向性結合器の捨てポート
6    光合波器の出力端面
7    光合波器の基板
8    クラッド層
9    金属薄膜

Claims (6)

  1.  波長の異なる複数の光をそれぞれの導波路から入力し、前記複数の光を方向性結合器によって合波した多重光を出力する光合波器であって、前記方向性結合器の捨てポートから出力される余剰光を反射する反射溝によって背景光を低減することを特徴とする光合波器。
  2.  前記余剰光を反射する角度が、光合波器の入力端面から出力端面への入力光方向に対し、60°~120°である請求項1に記載された光合波器。
  3.  前記光合波器の反射溝から出力端面までのクラッド層が、出力ポート周辺の部分を残して除去されている請求項1~2のいずれか1つに記載された光合波器。
  4.  前記反射溝の底面に金属薄膜を形成している請求項1~3のいずれか1つに記載された光合波器。
  5.  前記波長の異なる複数の光が、少なくとも赤色光、緑色光および青色光を含む請求項1~4のいずれか1つに記載された光合波器。
  6.  前記請求項1~5のいずれか1つに記載された光合波器を含む画像投影装置。
PCT/JP2021/007351 2020-03-04 2021-02-26 背景光を低減した光合波器 WO2021177167A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180018652.6A CN115413322A (zh) 2020-03-04 2021-02-26 减少背景光的光合波器
EP21764157.0A EP4116750A4 (en) 2020-03-04 2021-02-26 OPTICAL MULTIPLEXER ALLOWING A REDUCTION OF AMBIENT LIGHT
US17/909,078 US20230084204A1 (en) 2020-03-04 2021-02-26 Optical multiplexer reduced in background light

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020036933A JP2021140006A (ja) 2020-03-04 2020-03-04 背景光を低減した光合波器
JP2020-036933 2020-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021177167A1 true WO2021177167A1 (ja) 2021-09-10

Family

ID=77613336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/007351 WO2021177167A1 (ja) 2020-03-04 2021-02-26 背景光を低減した光合波器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230084204A1 (ja)
EP (1) EP4116750A4 (ja)
JP (1) JP2021140006A (ja)
CN (1) CN115413322A (ja)
WO (1) WO2021177167A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61284707A (ja) 1985-06-12 1986-12-15 Hitachi Ltd 光合分波器
US6212307B1 (en) * 1996-05-10 2001-04-03 Commissariat A L'energie Atomique Integrated optical filter
JP2013195603A (ja) 2012-03-19 2013-09-30 Univ Of Fukui 光合波器及びこの光合波器を用いた画像投影装置
JP2018124394A (ja) 2017-01-31 2018-08-09 国立大学法人福井大学 光ビーム投影装置
JP2019035877A (ja) 2017-08-17 2019-03-07 日本電信電話株式会社 光集積回路
WO2019111401A1 (ja) * 2017-12-08 2019-06-13 三菱電機株式会社 半導体光素子

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3803776B2 (ja) * 2002-05-27 2006-08-02 学校法人慶應義塾 導波路型光機能素子
KR100547757B1 (ko) * 2003-06-05 2006-01-31 삼성전자주식회사 반사기를 구비하는 양방향 광송수신 모듈
JP4652995B2 (ja) * 2006-03-16 2011-03-16 古河電気工業株式会社 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュール
JP5270998B2 (ja) * 2008-07-30 2013-08-21 Nttエレクトロニクス株式会社 平面光導波回路
WO2015170505A1 (ja) * 2014-05-09 2015-11-12 国立大学法人福井大学 合波器、この合波器を用いた画像投影装置及び画像投影システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61284707A (ja) 1985-06-12 1986-12-15 Hitachi Ltd 光合分波器
US6212307B1 (en) * 1996-05-10 2001-04-03 Commissariat A L'energie Atomique Integrated optical filter
JP2013195603A (ja) 2012-03-19 2013-09-30 Univ Of Fukui 光合波器及びこの光合波器を用いた画像投影装置
JP2018124394A (ja) 2017-01-31 2018-08-09 国立大学法人福井大学 光ビーム投影装置
JP2019035877A (ja) 2017-08-17 2019-03-07 日本電信電話株式会社 光集積回路
WO2019111401A1 (ja) * 2017-12-08 2019-06-13 三菱電機株式会社 半導体光素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4116750A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN115413322A (zh) 2022-11-29
EP4116750A1 (en) 2023-01-11
JP2021140006A (ja) 2021-09-16
US20230084204A1 (en) 2023-03-16
EP4116750A4 (en) 2024-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7365717B2 (ja) 光ガイド光学アセンブリ
CN109725426B (zh) 一种体全息波导显示装置
JP7368071B2 (ja) 改善された輝度の導波路表示装置
CN111902765B (zh) 波导显示元件
WO2021177167A1 (ja) 背景光を低減した光合波器
WO2021177166A1 (ja) 光合波装置
WO2021002254A1 (ja) 光合波器
JP6897554B2 (ja) 光回路及びそれを用いたモニタリング機能付き光源
US11662525B1 (en) Optical system
WO2023140162A1 (ja) 光合波器
WO2020245923A1 (ja) 光回路
CN117706683A (zh) 非全反射光波导结构和增强现实产品
CN115793131A (zh) 一种中阶梯光栅波导及ar显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21764157

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021764157

Country of ref document: EP

Effective date: 20221004