JP2008268763A - 光反射回路、ハーフミラー回路、光共振回路、レーザ発振器及び光機能回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高い製造精度が求められず損失の少ない光反射回路を提供すること。
【解決手段】光反射回路１０は、単一モード導波路１１、Ｙ分岐導波路１２、及び周回導波路１３から構成される。単一モード導波路１１に入射された光はＹ分岐導波路１２によって分岐され、周回導波路１３中の右回りの伝搬光と、左回りの伝搬光となり、更に、Ｙ分岐導波路１２によって合波され、単一モード導波路１１から出射される。周回導波路１３中を逆方向に伝搬する光は、同じ導波路を伝搬するので、等位相で再びＹ分岐導波路１２に入射するため、原理的にはほぼ無損失で結合して出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い製造精度が求められず損失の少ない光反射回路、及びその光反射回路を用いた光共振回路、ハーフミラー回路、レーザ発振器及び光機能回路に関する。

従来の光反射回路は、光導波路に溝を形成し、その側面に金属等のミラーを積層して構成している（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、従来の光反射回路の構成を示す図である。図１０(a)は上断面図、図１０(b)は側断面図である。光反射回路１１０は、コア１１１とクラッド１１２から構成される光導波路の端に溝１１３を形成し、その側面に金属等のミラー１１４を積層して構成される。
国際公開第０２／０５４１２０号パンフレット

しかし、金属等のミラー１１４には吸収損失がある。溝１１３の側面を光伝搬方向に対して垂直にするのが難しく、傾くと急激に反射損失が大きくなる。また、多層構造の半導体導波路では、平滑なエッチングが困難であり、反射面には散乱損失がある。したがって、従来の光反射回路には、高い製造精度が求められるとともに、相当程度高い精度で製造したとしても、なお損失が大きい。

本発明は、上記問題点に鑑み、高い製造精度が求められず損失の少ない光反射回路、及びその光反射回路を用いた光共振回路、ハーフミラー回路、レーザ発振器及び光機能回路を提供することを目的とする。

本発明の光反射回路は、入力光が入射する単一モード導波路と、該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐するＹ分岐導波路と、該Ｙ分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路とを備えることを特徴とする。

また、本発明の光反射回路は、入力光が入射する単一モード導波路と、該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐するマルチモード干渉型１対２の分岐導波路と、該分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路とを備えることを特徴とする。

また、本発明の光反射回路は、入力光が入射する単一モード導波路と、該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐する方向性結合型の分岐導波路と、該分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路とを備えることを特徴とする。

また、本発明のハーフミラー回路は、上記光反射回路を２つ備え、それぞれの前記周回導波路の途中に、第１の光反射回路の前記周回導波路の２つの前記導波路からの出射光を第１の入力及び第１の出力に入射する２対２光結合回路を備え、該２対２光結合回路の第２の入力及び第２の出力からの出射光を第２の光反射回路の前記周回導波路の２つの前記導波路に入射して、前記第１の光反射回路の単一モード導波路からの入射光の一部を反射し残りを前記第２の光反射回路の単一モード導波路に透過することを特徴とする。

また、本発明の光共振回路は、上記光反射回路を２つ備え、又は、上記ハーフミラー回路を複数備え、互いに相手の反射光を入射して、反射し、出射して光共振回路を構成することを特徴とする。

また、本発明のレーザ発振器は、上記光共振回路の導波路の一部に利得導波路を備えることを特徴とする。

また、本発明の光機能回路は、本来は対称型である光機能回路の中央に上記光反射回路を配置して本来は対称型である光機能回路の片側だけの構成としたことを特徴とする。

本発明よって得られる代表的な効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
・高い製造精度を必要とする素子を用いずに光反射回路を構成するので、光反射回路の作製が容易であり、かつ、損失が少ない。
・波長依存性がほとんどない素子を用いることで、波長依存性が少ない光反射器を構成できる。
・偏光依存性がほとんどない素子を用いることで、偏光依存性が少ない光反射器を構成できる。
・温度依存性がほとんどない素子を用いることで、温度依存性が少ない光反射器を構成できる。
・光共振回路、複合光共振回路を構成できる。
・レーザ発振器を構成できる。
・反射型光機能回路を構成できる。また、任意の位置に光反射器を構成することができるので、小型になる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。光導波路には、比屈折率差の大きい構造を利用することを前提として実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１による光反射回路の構成を示す図である。本実施例１の光反射回路１０は、単一モード導波路１１、Ｙ分岐導波路１２、及び周回導波路１３から構成される。周回導波路１３は、略円弧の形状をしており、Ｙ分岐導波路１２によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する。単一モード導波路１１に入射された光はＹ分岐導波路１２によって分岐され、周回導波路１３中の右回りの伝搬光と、左回りの伝搬光となり、更に、Ｙ分岐導波路１２によって合波され、単一モード導波路１１から出射される。本実施例１において、周回導波路１３中を逆方向に伝搬する光は、同じ導波路を伝搬するので、等位相で再びＹ分岐導波路１２に入射するため、原理的にはほぼ無損失で結合して出力される。

例えば、比屈折率差が４０％前後の、半導体コアと誘電体又は空気クラッドからなる、導波路を利用すれば、周回導波路１３の曲げ半径は３μｍ程度にすることができるのであり、光反射回路１０の全体を１０μｍ程度の寸法で構成できる。また、比屈折率差が１０％前後の、誘電体コアと低屈折率樹脂又は空気クラッドからなる、導波路を利用すれば、周回導波路１３の曲げ半径は２００μｍ程度とすることができ、全体で５００μｍ程度の寸法で構成できる。

本実施例１の光反射回路１０の損失は、主に、Ｙ分岐導波路１２の分岐損失によって生じる。また、単一モード条件を満たす入射光に対して分岐損失の波長依存性、偏光依存性は極めて僅かであり、その結果、本実施例１の光反射回路１０の反射率の波長依存性と偏光依存性は小さい。

なお、周回導波路１３で、ＴＥ光とＴＭ光に対する伝搬定数が異なる場合がある。この影響による反射光の位相揺らぎを低減するためには、ＴＥ光とＴＭ光に対する周回光路長差を設計波長の整数倍にすることが有効である。

図２は、本発明の実施例２による光反射回路の構成を示す図である。本実施例２の光反射回路２０は、単一モード導波路１１、マルチモード干渉型１：２分岐導波路２２、及び周回導波路１３から構成される。

動作原理は、実施例１と同様であるが、マルチモード干渉型１：２分岐導波路２２はＹ分岐導波路１２よりも低損失であるため、光反射回路２０も低損失となるが、素子寸法はやや大きくなる。マルチモード干渉型１：２分岐導波路２２は、Ｙ分岐導波路１２と比較すると、Ｙ分岐交差部にある鋭角なエッチング箇所がないため、作製も容易である。

図３は、本発明の実施例３による光反射回路の構成を示す図である。本実施例３の光反射回路３０は、単一モード導波路３１、方向性結合型２：２分岐導波路３２、及び周回導波路１３から構成される。

動作原理は、実施例１、２と同様であるが、方向性結合型２：２分岐導波路３２は、作製精度が高い場合、マルチモード干渉型１：２分岐導波路２２よりも更に低損失であるため、光反射回路３０も低損失となる。

図４は、本発明の実施例４による光共振回路の構成を示す図である。図４(a)は、光共振回路の全体構成を示す図であり、図４(b)は、２：２光結合器４２ａ周辺の拡大図である。本実施例４の光共振回路４０は、単一モード導波路１１、光反射回路４１ａ、２：２光結合器４２ａ、光反射回路４１ｂ、単一モード導波路４３、光反射回路４１ｃ、２：２光結合器４２ｂ、光反射回路４１ｄ、及び単一モード導波路１１を順に接続して構成される。

光反射回路４１ａと光反射回路４１ｂは２：２光結合器４２ａを介して結合している。光反射回路４１ａは２：２光結合器４２ａの入力の一方と出力の一方に接続し、光反射回路４１ｂは２：２光結合器４２ａの入力の他方と出力の他方に接続している。２：２光結合器４２ａの強度分岐比をｋ：１−ｋとする。この場合、光反射回路４１ａと光反射回路４１ｂと２：２光結合器４２ａから構成される部分は、反射率ｋ、透過率１−ｋのハーフミラーとして機能する。このため、本光共振回路４０に入射した光は、二つのミラーの間で往復し、光共振回路を構成する。単一モード導波路４３の光路長を制御して共振周波数を調整することが可能である。

図５は、本発明の実施例５による複合光共振回路の構成を示す図である。本実施例５の複合光共振回路５０は、実施例４の光共振回路を多段に構成してなる。

本実施例５は、光共振回路を周波数フィルタとして利用する場合ものであり、光共振回路を多段にすることによって、フィルタ特性を急峻にしたり、共振ピークを間引いたり、複雑な波長特性を実現可能となる。

図６は、本発明の実施例６による光共振回路の構成を示す図である。本実施例６の光共振回路６０は、単一モード導波路１１、光反射回路１０ａ、１０ｂ、及び２：２光結合器６１からなる。

本実施例６は、光共振回路であるが、共振器外部との光入出力を２：２光結合器６１で行う構成である。実施例６は、実施例４と同様の原理で動作して同様の効果を有するが、更に小型に構成可能となる。

図７は、本発明の実施例７によるレーザ発振器の構成を示す図である。本実施例７のレーザ発振器７０は、実施例４の単一モード導波路４３（本実施例７の単一モード導波路７１）の一部に利得導波路７２を備えて構成される。

利得導波路７２は、半導体光増幅器又は希土類元素ドープ導波路等の光増幅機能を有する導波路である。半導体光増幅器の場合は電流注入によって、希土類元素ドープ導波路の場合は光ポンピングによって、利得を持たせると、本実施例７は、レーザ発振器７０として動作する。従来、導波路型レーザ発振器では、劈開ミラー、エッチドミラー、又は分布反射型ミラーなどを利用しているが、いずれも高度な作製プロセスが必要である。本実施例７では、通常の導波路形成プロセスでミラーを構成するので、製造プロセスが容易になる利点がある。

図８は、本発明の実施例８による反射型アレイ導波路回折格子の構成を示す図である。本実施例８の反射型アレイ導波路回折格子８０は、入出力導波路８１、スラブ導波路８２、及び導波路アレイ８３から構成される。導波路アレイ８３の終端には、光反射回路８４が接続されている。

この構成は、光反射回路８４が、導波路アレイ８３内の任意の位置に配置できる利点を活用している。導波路アレイ８３が長尺な場合に有効なレイアウトである。一般に、アレイ導波路回折格子のように、対称型の光機能回路は、対称型の回路の中央に光反射器を配置することにより、反射型の光機能回路として構成することができる。このように反射型の構成にすると、同様の機能で透過型に比較して素子寸法を半減できる利点がある。本実施例８で示したアレイ導波路回折格子だけでなく、光反射回路８４を適用して、各種の光機能回路を反射型に構成できる。

図９は、本発明の実施例９による反射型アレイ導波路回折格子の構成を示す図である。本実施例９の反射型アレイ導波路回折格子９０は、トポロジー的には実施例８の反射型アレイ導波路回折格子８０の構成と同じであるが、導波路アレイ８３を螺旋状に配置することでさらにコンパクトに構成している。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

本発明の実施例１による光反射回路の構成を示す図である。 本発明の実施例２による光反射回路の構成を示す図である。 本発明の実施例３による光反射回路の構成を示す図である。 本発明の実施例４による光共振回路の構成を示す図である。 本発明の実施例５による複合光共振回路の構成を示す図である。 本発明の実施例６による光共振回路の構成を示す図である。 本発明の実施例７によるレーザ発振器の構成を示す図である。 本発明の実施例８による反射型アレイ導波路回折格子の構成を示す図である。 本発明の実施例９による反射型アレイ導波路回折格子の構成を示す図である。 従来の光反射回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ 光反射回路
１１ 単一モード導波路
１２ Ｙ分岐導波路
１３ 周回導波路
２０ 光反射回路
２２ マルチモード干渉型１：２分岐導波路
３０ 光反射回路
３１ 単一モード導波路
３２ 方向性結合型２：２分岐導波路
４０ 光共振回路
４１ａ〜４１ｄ 光反射回路
４２ａ、４２ｂ ２：２光結合器
４３ 単一モード導波路
５０ 複合光共振回路
６０ 光共振回路
６１ ２：２光結合器
７０ レーザ発振器
７１ 単一モード導波路
７２ 利得導波路
８０ 反射型アレイ導波路回折格子
８１ 入出力導波路
８２ スラブ導波路
８３ 導波路アレイ
８４ 光反射回路
９０ 反射型アレイ導波路回折格子
１１０ 光反射回路
１１１ コア
１１２ クラッド
１１３ 溝
１１４ ミラー

Claims (7)

1. 入力光が入射する単一モード導波路と、
   該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐するＹ分岐導波路と、
   該Ｙ分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路と
   を備えることを特徴とする光反射回路。
2. 入力光が入射する単一モード導波路と、
   該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐するマルチモード干渉型１対２の分岐導波路と、
   該分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路と
   を備えることを特徴とする光反射回路。
3. 入力光が入射する単一モード導波路と、
   該単一モード導波路からの出射光を入射して２分岐する方向性結合型の分岐導波路と、
   該分岐導波路によって分岐された２つの導波路からの出射光を互いに他方の導波路に入射する略円弧の形状の周回導波路と
   を備えることを特徴とする光反射回路。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の光反射回路を２つ備え、それぞれの前記周回導波路の途中に、第１の光反射回路の前記周回導波路の２つの前記導波路からの出射光を第１の入力及び第１の出力に入射する２対２光結合回路を備え、
   該２対２光結合回路の第２の入力及び第２の出力からの出射光を第２の光反射回路の前記周回導波路の２つの前記導波路に入射して、前記第１の光反射回路の単一モード導波路からの入射光の一部を反射し残りを前記第２の光反射回路の単一モード導波路に透過することを特徴とするハーフミラー回路。
5. 請求項１乃至３いずれかに記載の光反射回路を２つ備え、又は、請求項４記載のハーフミラー回路を複数備え、互いに相手の反射光を入射して、反射し、出射して光共振回路を構成することを特徴とする光共振回路。
6. 請求項５記載の光共振回路の導波路の一部に利得導波路を備えることを特徴とするレーザ発振器。
7. 本来は対称型である光機能回路の中央に請求項１乃至３いずれかに記載の光反射回路を配置して本来は対称型である光機能回路の片側だけの構成としたことを特徴とする光機能回路。
   

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