JP2001188139A

JP2001188139A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2001188139A
Application number: JP37243999A
Authority: JP
Inventors: Tama Takada; 球高田; Takuji Hatano; 卓史波多野; Hikari Yokoyama; 光横山; Miyuki Teramoto; みゆき寺本; Kojiro Sekine; 孝二郎関根
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】工数削減及び歩留り向上を図るとともに、光
の利用効率の向上を図ることのできる光モジュールを提
供する。【解決手段】屈折率の異なる複数の媒質を有した周期
構造を成すフォトニック結晶９を備え、複数の波長また
は偏光方向の光が多重化された入射光を光導波路４から
フォトニック結晶９に入射し、凹面の反射面９ａにより
反射する反射光とフォトニック結晶９を透過する透過光
とに分離して光導波路５、６の出力端子５ａ、６ａから
取り出すことができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光制御等
に用いられて、光信号を分波する光分波器や光信号を合
波する光合波器等の光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信や光制御に用いられる光モジュー
ルは、例えば波長の異なる２つの光を多重化して送信さ
れる光信号をフィルターにより一方の波長の光を反射
し、他方の波長の光を透過して分波するようになってい
る。従来の分波を行う光モジュールを図７に示すと、光
モジュール１は基板８上に光導波路４、５、６が形成さ
れている。光導波路４、５、６はクラッド１０ａ、１０
ｂで覆われている。

【０００３】クラッド１０ａ、１０ｂの間にはスリット
１０ｃが形成され、スリット１０ｃ内に誘電体薄膜を積
層した誘電体多層膜フィルタ３が配されている。光導波
路４の入力端子４ａに入力される入力信号が、例えば
１．３μｍと１．５μｍの波長の光が多重化されている
場合には、誘電体多層膜フィルタ３は波長が１．５μｍ
以上の光に対して反射率が１００％で、波長が１．５μ
ｍ未満の光に対しては透過率が１００％になるように設
計される。

【０００４】そして、入力端子４ａから入力信号が入力
され、波長が１．３μｍの光がフィルター３を透過して
出力端子６ａから取出され、波長が１．５μｍの光がフ
ィルター３で反射して出力端子５ａから取出されるよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の光モジュール１によると、誘電体多層膜フィルタ
３が数十層の薄膜を積層して形成される。従って、量産
性が悪く工数がかかるため、コストが増大する問題があ
る。また、各積層膜の膜厚の誤差や多層膜全体の膜厚の
誤差により反射率や透過率が最大となる波長が設計値に
対してずれ、歩留りを低減させる問題もある。

【０００６】更に、基板８上に形成される光導波路４、
５、６に対して誘電体多層膜フィルタ３を所定の位置に
配する必要があるが、数十μｍの幅のスリット１０ｃ
に、数μｍの厚みの誘電体多層膜フィルタ３を配置し、
光導波路４および光導波路５に対して高精度に位置決め
するため、組立ての工数がかかる問題がある。

【０００７】また、光導波路４から射出された光をその
まま反射、透過に分離すると、光導波路から出た光が広
がりを持っているため、再度光導波路に入射させる際に
光のケラレが生じて光の利用効率が低下するという問題
がある。

【０００８】本発明は、工数削減及び歩留り向上を図る
とともに、光の利用効率の向上を図ることのできる光モ
ジュールを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載された発明は、屈折率の異なる複数の
媒質を有した周期構造を成すフォトニック結晶を備え、
前記フォトニック結晶に入射する入射光を凹面の反射面
で反射する反射光と、前記フォトニック結晶を透過する
透過光とに分離することを特徴としている。この構成に
よると、光導波路や光ファイバーから射出された光は広
がりながらフォトニック結晶に入射し、凹面の反射面で
広がりを狭めるように反射する。

【００１０】また請求項２に記載された発明は、屈折率
の異なる複数の媒質を有した周期構造を成すフォトニッ
ク結晶を備え、前記フォトニック結晶の凹面の反射面で
反射する反射光と、前記フォトニック結晶を透過する透
過光とを合成することを特徴としている。

【００１１】また請求項３に記載された発明は、請求項
１または請求項２に記載された光モジュールにおいて、
前記フォトニック結晶を反射する光と透過する光の波長
が異なることを特徴としている。この構成によると、複
数の波長の光が多重化された入射光がフォトニック結晶
に入射し、一の波長の光が反射され、他の波長の光が透
過される。また、一の波長の光がフォトニック結晶を反
射し、他の波長の光がフォトニック結晶を透過して複数
の波長の光に合成される。

【００１２】また請求項４に記載された発明は、請求項
１または請求項２に記載された光モジュールにおいて、
前記フォトニック結晶を反射する光と透過する光の偏光
方向が異なることを特徴としている。この構成による
と、フォトニック結晶に入射する入射光を異なる偏光方
向の光に分離して、一の偏光方向の光が反射され、他の
偏光方向の光が透過される。また、一の偏光方向の光が
フォトニック結晶を反射し、他の偏光方向の光がフォト
ニック結晶を透過して複数の偏光方向の光に合成され
る。

【００１３】また請求項５に記載された発明は、請求項
１〜請求項４のいずれかに記載された光モジュールにお
いて、前記フォトニック結晶は、柱状に形成される前記
媒質を配列した２次元状の周期構造から成ることを特徴
としている。この構成によると、複数の異なる屈折率を
有する媒質が柱状に形成されて２次元状に周期的に配列
され、フォトニック結晶が形成される。

【００１４】また請求項６に記載された発明は、請求項
１〜請求項５のいずれかに記載された光モジュールにお
いて、前記反射面をトーリック面またはシリンドリカル
面にしたことを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。説明の便宜上、従来例の図７と同一
の部分については同一の符号を付している。図１は第１
実施形態の光モジュールを示す平面図である。光モジュ
ール１は、基板８上にクラッド１０ａ、１０ｂに覆われ
たアルミナ等から成る光導波路４、５、６が形成されて
いる。クラッド１０ａ、１０ｂの間には幅数十μｍのス
リット１０ｃが設けられ、スリット１０ｃ内にフォトニ
ック結晶９が配されている。

【００１６】図２に示すように、フォトニック結晶９は
上下面が上部クラッド１１ｂ、下部クラッド１１ａに覆
われ、屈折率の異なる２つの媒質９ｃ、９ｄが周期的に
配列された２次元状の周期構造を成している。この媒質
９ｃ、９ｄの屈折率と配列の周期を適切に選択すること
により、フォトニック結晶９に入射する光を波長または
偏光方向に応じて反射光と透過光とに分離することがで
きる。また、透過する光を波長または偏光方向に応じて
異なる方向に屈折させて分離することができる。

【００１７】媒質９ｃ、９ｄが空孔とアルミナとから成
るフォトニック結晶９は図３に示すように、アルミニウ
ム９ｅを陽極酸化することにより周期的な円柱状の空孔
（９ｃ）を有する多孔質のアルミナ（９ｄ）が形成され
る。これにより、基板８と一体にフォトニック結晶９を
簡単に形成することが可能となる。この時、空孔内に他
の屈折率を有する媒質を充填して異なる特性を得ること
ができる。また、所望の基板上にシリコン等を成膜し、
電子ビームで空孔形成部分をパターニングした後、エッ
チング等の方法により円柱状の空孔を形成することも可
能である。

【００１８】図４に示すように、光導波路４の入力端子
４ａ（図１参照）から波長λ１、λ２の光が多重化して
入力されると、光導波路４の出力端４ｂからフォトニッ
ク結晶９に向けて射出される。フォトニック結晶９に入
射される入射光の波長λ１の光は反射面９ａで反射す
る。反射光は光導波路５の入力端５ｂに入射し、出力端
子５ａ（図１参照）から波長λ１の光が取出される。

【００１９】フォトニック結晶９に入射される波長λ２
の光はフォトニック結晶９を透過して透過面９ｂから出
射され、光導波路６に入射する。そして、出力端子６ａ
（図１参照）から波長λ２の光が取出される。このよう
にして、波長λ１、λ２の光が多重化された入射光が分
離され、分波を行うことができるようになっている。

【００２０】また、光導波路４の出力端４ｂからフォト
ニック結晶９に向けて射出される光は、狭い光導波路か
ら射出されてＡ１に示すように広がりを生じる。フォト
ニック結晶９の反射面９ａを凹面にすると反射光がＢ１
のように集束されるので、光導波路５に効率良く入射さ
れ、損失を低減することができる。

【００２１】この時、光導波路４の出力端４ｂと光導波
路５の入力端５ｂとが幾何光学的に共役関係になるよう
にフォトニック結晶９の反射面９ａが形成されており、
より効率良く反射光を光導波路５に取入れることができ
るようになっている。そして、フォトニック結晶９に入
射した透過光の進行方向は波長に依存して決まるため、
透過光は反射面９ａの形状には依存せず発散しない。従
って、フォトニック結晶９の反射面９ａを凹面にしても
光導波路６を通る透過光に悪影響を及ぼさない。

【００２２】本実施形態のように、フォトニック結晶９
の反射面９ａをシリンドリカル面から成る凹面により形
成すると製造が容易である。また、光導波路４の出力端
４ｂから射出される光は紙面に垂直な方向にも広がりを
生じる。このため、反射面９ａを紙面に垂直な方向にも
曲率半径を有するように形成するとよい。

【００２３】この時、光導波路４と光導波路５とは同一
平面上に配されているため、反射面９ａには図のように
光が傾斜して入射するが、紙面に垂直な面内では反射面
９ａには光が傾斜せずに入射する。このため、水平面内
と垂直面内とで反射光を最適に集束させる曲率半径が異
なる。従って、フォトニック結晶９の反射面９ａを図５
に示すような直交する２方向で異なる曲率半径を有する
トーリック面にすると、夫々の方向で反射光を最適に集
束できるため更に効率を向上させることができる。

【００２４】尚、前述の図１において、破線矢印で示す
ように光導波路５、６の出力端子５ａ、６ａから、波長
λ１、λ２の光をそれぞれ入力すると、波長λ１の光は
フォトニック結晶９の反射面９ａで反射し、波長λ２の
光はフォトニック結晶９を透過する。その結果、光導波
路４の入力端子４ａから波長λ１、λ２の光を取り出す
ことができ、光モジュール１を波長の異なる光を合成す
る光合波器として使用することができる。

【００２５】また、図１において、フォトニック結晶９
の媒質９ｃ、９ｄの屈折率や周期等を可変すると偏光方
向による入射光の分離を行うことができる。即ち、偏光
方向の異なるＴＥモードの光とＴＭモードが合成された
光信号を入力端子４ａから入力し、出力端子５ａ、６ａ
からそれぞれＴＥモードの光とＴＭモードの光を分離し
て取り出すことができる。また、上記と同様に、偏光方
向の異なる光を反射と透過により合成することも可能で
ある。

【００２６】図６は第２実施形態を示す光モジュール１
を示す平面図である。図１の第１実施形態と同一の部分
には同一の符号を付している。本実施形態は、フォトニ
ック結晶９の媒質９ｃ、９ｄ（図２参照）が第１実施形
態とは異なる屈折率や周期配列になっており、フォトニ
ック結晶９を透過する光を更に波長によって異なる方向
に出射できるようになっている。

【００２７】光導波路４の入力端子４ａから波長λ１、
λ２、λ３の光が多重化して入力されると、光導波路４
の出力端４ｂから射出される。フォトニック結晶９に入
射される入射光の波長λ１の光は反射面９ａで反射す
る。反射光は光導波路５に入射し、出力端子５ａから波
長λ１の光が取り出される。

【００２８】そして、フォトニック結晶９に入射される
波長λ２、λ３の光は異なる方向に屈折してフォトニッ
ク結晶９を透過し、透過面９ｂから夫々光導波路６、７
に入射する。そして、出力端子６ａ、７ａから波長λ
２、λ３の光が夫々取出される。このようにして、波長
λ１、λ２、λ３の光が多重化された入射光が分離さ
れ、分波を行うことができるようになっている。尚、フ
ォトニック結晶９の媒質９ｃ、９ｄを更に異なる屈折率
や配列の周期にすることで、透過光を更に別の波長で分
離することも可能である。

【００２９】本実施形態においても第１実施形態と同様
に、図中、破線矢印で示すように、光導波路５、６、７
の出力端子５ａ、６ａ、７ａから、波長λ１、λ２、λ
３の光をそれぞれ入力すると、波長λ１の光はフォトニ
ック結晶９の反射面９ａで反射し、波長λ２、λ３の光
はフォトニック結晶９を透過する。その結果、光導波路
４の入力端子４ａから波長λ１、λ２、λ３の光が合成
された光を取り出すことができ、光モジュール１を３つ
の波長の異なる光を合成する光合波器として使用するこ
とができる。

【００３０】尚、第１、第２実施形態において、光導波
路４、５、６、７を基板８上に成膜して形成したが、光
導波路に替えて光ファイバーを用いて光を導いてもよ
い。また、フォトニック結晶の格子配列の種類について
三角格子や正方格子を用いることができ、さらに他の格
子配列でもよい。更に、均一な周期配列を有するフォト
ニック結晶の一部に周期が不均一な部分を設けてもよ
い。このようにすると、特定波長のみを透過させること
ができるなどの特性を変えることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、光を分波、合波する光
モジュールにフォトニック結晶を用いることにより、波
長や偏光方向等の異なる反射光と透過光とに簡単に分離
または反射光と透過光を簡単に合成することができる。
そして、フォトニック結晶は従来のように薄膜を多層す
る必要がないため工数削減及び歩留まり向上を図ること
ができる。更に、フォトニック結晶は基板上に一体に形
成することが可能で、従来のようにフィルタを精度良く
配置する工程を必要とせず製造工数をより削減すること
が可能となる。

【００３２】また本発明によると、フォトニック結晶を
反射する光の反射面を凹面にしているので、狭い光導波
路や光ファイバーの出力端からフォトニック結晶に向け
て射出されて広がりを生じる光は、反射面で反射する際
に集束され、出力用の光導波路に効率良く入射し、損失
を低減することができる。反射面をシリンドリカル面に
すると製造が容易となり工数を削減できる。また、反射
面をトーリック面にすると、入射光の直交する二方向の
広がりに対して集束させることができ、より損失を低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光モジュールを
示す平面図である。

【図２】本発明の第１実施形態の光モジュールの
フォトニック結晶を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施形態の光モジュールの
フォトニック結晶の製造方法を説明する概略図である。

【図４】本発明の第１実施形態の光モジュールを
示す要部詳細図である。

【図５】本発明の第１実施形態の光モジュールの
フォトニック結晶の形状を示す斜視図である。

【図６】本発明の第２実施形態の光モジュールを
示す平面図である。

【図７】従来の光検波器を示す斜視図である。

【符号の説明】

１光モジュール４、５、６、７光導波路３誘電体多層膜フィルタ４ａ入力端子５ａ、６ａ、７ａ出力端子８基板９フォトニック結晶９ａ反射面９ｂ透過面９ｃ、９ｄ媒質１０ａ、１０ｂクラッド１０ｃスリット１１ａ下部クラッド１１ｂ上部クラッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山光大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者寺本みゆき大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者関根孝二郎大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KB01 LA18 QA01 TA44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率の異なる複数の媒質を有した周期
構造を成すフォトニック結晶を備え、前記フォトニック
結晶に入射する入射光を凹面の反射面で反射する反射光
と、前記フォトニック結晶を透過する透過光とに分離す
ることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】屈折率の異なる複数の媒質を有した周期
構造を成すフォトニック結晶を備え、前記フォトニック
結晶の凹面の反射面で反射する反射光と、前記フォトニ
ック結晶を透過する透過光とを合成することを特徴とす
る光モジュール。
【請求項３】前記フォトニック結晶を反射する光と透
過する光の波長が異なることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】前記フォトニック結晶を反射する光と透
過する光の偏光方向が異なることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の光モジュール。
【請求項５】前記フォトニック結晶は、柱状に形成さ
れる前記媒質を配列した２次元状の周期構造から成るこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
光モジュール。
【請求項６】前記反射面をトーリック面またはシリン
ドリカル面にしたことを特徴とする請求項１〜請求項５
のいずれかに記載の光モジュール。