JP6370505B1 - 光合波器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の他の局面に従う光合波器は、第1および第2の入力導波路と、1つの出力導波路と、多モード干渉部と、第1および第2の不要光導波路とを有している。入力導波路は半導体材料で作製されている。出力導波路は半導体材料で作製されている。多モード干渉部は半導体材料で作製されている。多モード干渉部は、第1および第2の入力導波路のそれぞれが接続された第1および第2の入力ポートが設けられた入射端面を有する長方形部と、入射端面に対向し出力導波路が接続された出力ポートが設けられた出射端面を有するテーパ部とを含む。多モード干渉部は、第1および第2の入力導波路および出力導波路の導波路幅に比して広い導波路幅を有している。第1および第2の不要光導波路は半導体材料で作製されている。第1および第2の不要光導波路は、出力導波路を挟むように多モード干渉部の出射端面に設けられた第1および第2の不要光ポートのそれぞれに接続されている。テーパ部は出射端面へのテーパ形状を有している。長方形部には、入射端面の両端につながり互いに対向する第1および第2の端面が設けられている。第1の端面の延長線と出射端面の延長線との交点を第1の点と定義し、第2の端面の延長線と出射端面の延長線との交点を第2の点と定義する。入射端面の一方端から第1の入力ポートの中心までの距離と、入射端面の他方端から第2の入力ポートの中心までの距離と、第1の点から第1の不要光ポートの中心までの距離と、第2の点から第2の不要光ポートの中心までの距離とが等しい。第1および第2の不要光導波路の各々はシングルモード条件を満たしている。第1および第2の不要光導波路の各々は、前記出力導波路に対して、0度より大きく85度より小さい角度で延びている。
図1は、本発明の実施の形態1に係る光合波器100の構成を概略的に示す平面図である。図2は、その斜視図である。光合波器100は、基板50と、コア層51と、クラッド層52,53とを有している。コア層51は厚み方向においてクラッド層52および53の間に配置されている。コア層51、クラッド層52および53は積層体を構成しており、当該積層体が基板50に支持されている。光合波器100は、多モード干渉(MMI:Multi Mode Interference)型の光合波器である。具体的には、光合波器100は、2つの入力導波路21,22と、1つの出力導波路31と、多モード干渉部10と、2つの不要光導波路41,42とを有しており、これら部材の各々は上記積層体によって構成されている。
a = (n3 2−n1 2)/(n2 2−n3 2)
V = (2π/λ0)・d・(n2 2−n3 2)1/2
とおく。この場合、
V < (π/2)+(1/2)・arctan(a1/2)
であれば、当該導波路はシングルモード条件を満たす。シングルモード条件を満たす導波路中では、光は基本モードで伝搬する。
Da={W2/4−W1a/(2・cosθa)−W0/2}+Z・tanθa
となる。同様に、出射端面10bから光伝搬方向へ距離Z離れた位置における不要光導波路42と出力導波路31との間隔Dbは、
Db={W2/4−W1b/(2・cosθb)−W0/2}+Z・tanθb
となる。角度θa,θbが0度より小さい場合は、距離Zが増えるにつれて間隔Da,Dbが小さくなる。言い換えれば、出射端面10bから離れるにつれて、不要光導波路41および42の各々と出力導波路31との間の間隔が狭くなる。このため、出力導波路31と不要光導波路41および42とを形成するための、エッチングによる微細加工が非常に難しくなる。また、角度θa,θbが0度の場合は、図6に示されているように、不要光導波路41および42の各々と出力導波路31とが出射方向へ、最小の間隔Da,Dbを保って延びる。この場合も出力導波路31と不要光導波路41および42とを形成するための微細加工が難しくなる。また設計上の角度θa,θbが0度であっても実際の角度θa,θbは製造誤差によって0度よりも小さくなり得る。よって、角度θa,θbは、図1に示されているように、0度よりも大きいことが好ましい。
図7は、本発明の実施の形態2に係る光合波器101の構成を概略的に示す平面図である。はじめに、光合波器101の構成の概要について説明する。
図8は、本発明の実施の形態3に係る光合波器102の構成を概略的に示す平面図である。不要光導波路41,42の各々は、多モード干渉部10の出射端面10bに接続された一方端(図中、左端)と、一方端と反対の他方端(図中、右端)とを有している。光合波器102は、不要光導波路41,42の各々の他方端に接続されかつ不要光導波路41,42の各々からの光を吸収する吸収層61,62を有している。光合波器102とレーザとが集積化された装置が製造される場合、吸収層61,62は、例えば、レーザの活性層を残すことによって形成され得る。
図9は、本発明の実施の形態4に係る光合波器103の構成を概略的に示す平面図である。光合波器103は、入力導波路21および22に代わり、入力導波路21Aおよび22Aを有している。また光合波器103は、出力導波路31に代わり、出力導波路31Aを有している。入力導波路21Aおよび22Aの材料は、入力導波路21および22(図1:実施の形態1)のものと同様の半導体材料である。また出力導波路31Aの材料は、出力導波路31(図1:実施の形態1)のものと同様の半導体材料である。
図10は、本発明の実施の形態5に係る光合波器104の構成を概略的に示す平面図である。光合波器104は、不要光導波路41および42に代わり、不要光導波路41Aおよび42Aを有している。不要光導波路41Aおよび42Aの材料は、不要光導波路41および42(図1:実施の形態1)のものと同様の半導体材料である。
図11は、本発明の実施の形態6に係る光合波器105の構成を概略的に示す平面図である。不要光導波路41は、多モード干渉部10の出射端面10bに接続された一方端(図中、左端)と、当該一方端と反対の他方端(図中、右端)とを有しており、当該他方端は平坦な終端面E41を含む。同様に、不要光導波路42は、多モード干渉部10の出射端面10bに接続された一方端(図中、左端)と、当該一方端と反対の他方端(図中、右端)とを有しており、当該他方端は平坦な終端面E42を含む。終端面E41および終端面E42のそれぞれは、出力導波路31に対して角度φaおよび角度φbをなしている。終端面E41およびE42は媒質70に面しており、終端面E41およびE42から媒質70へ光が放射される。真空中での光の波長をλ0、媒質70の屈折率をnとすると、角度φaおよび角度φbは、ラジアン単位を用いて、
φa > λ0/(π・W1a・n)+π/2
φb > λ0/(π・W1b・n)+π/2
を満たしている。
Claims (9)
- 半導体材料で作製された第1および第2の入力導波路(21,22;21A,22A)と、
半導体材料で作製された1つの出力導波路(31;31A)と、
半導体材料で作製され、前記第1および第2の入力導波路のそれぞれが接続された第1および第2の入力ポート(P21,P22)が設けられた入射端面(10a)と、前記入射端面に対向し前記出力導波路が接続された出力ポート(P31)が設けられた出射端面(10b)とを有し、前記第1および第2の入力導波路(21,22;21A,22A)および前記出力導波路(31;31A)の導波路幅に比して広い導波路幅を有する多モード干渉部(10)と、
半導体材料で作製され、前記出力導波路(31;31A)を挟むように前記多モード干渉部(10)の前記出射端面(10b)に設けられた第1および第2の不要光ポート(P41,P42)のそれぞれに接続された第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)と、
を備え、
前記入射端面(10a)の一方端から前記第1の入力ポート(P21)の中心までの距離(X1)と、前記入射端面(10a)の他方端から前記第2の入力ポート(P22)の中心までの距離(X2)と、前記出射端面(10b)の一方端から前記第1の不要光ポート(P41)の中心までの距離(X4)と、前記出射端面(10b)の他方端から前記第2の不要光ポート(P42)の中心までの距離(X5)とが等しく、
前記第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)の各々はシングルモード条件を満たし、
前記第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)の各々は、前記出力導波路(31;31A)に対して、0度より大きく85度より小さい角度で延びている、光合波器(100,102〜105)。 - 前記多モード干渉部は長方形の形状を有している、請求項1に記載の光合波器(100,102〜105)。
- 半導体材料で作製された第1および第2の入力導波路(21,22;21A,22A)と、
半導体材料で作製された1つの出力導波路(31;31A)と、
半導体材料で作製され、前記第1および第2の入力導波路のそれぞれが接続された第1および第2の入力ポート(P21,P22)が設けられた入射端面(11a)を有する長方形部(11n)と、前記入射端面に対向し前記出力導波路が接続された出力ポート(P31)が設けられた出射端面(11b)を有するテーパ部(TP1)とを含み、前記第1および第2の入力導波路(21,22;21A,22A)および前記出力導波路(31;31A)の導波路幅に比して広い導波路幅を有する多モード干渉部(11)と、
半導体材料で作製され、前記出力導波路(31;31A)を挟むように前記多モード干渉部(11)の前記出射端面(11b)に設けられた第1および第2の不要光ポート(P41,P42)のそれぞれに接続された第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)と、
を備え、
前記テーパ部(TP1)は前記出射端面(11b)へのテーパ形状を有しており、前記長方形部(11n)には、前記入射端面(11a)の両端につながり互いに対向する第1および第2の端面(11c、11d)が設けられており、前記第1の端面の延長線と前記出射端面(11b)の延長線との交点を第1の点(P)と定義し、前記第2の端面(11d)の延長線と前記出射端面(11b)の延長線との交点を第2の点と定義し、
前記入射端面(11a)の一方端から前記第1の入力ポート(P21)の中心までの距離(X1)と、前記入射端面(11a)の他方端から前記第2の入力ポート(P22)の中心までの距離(X2)と、前記第1の点(P)から前記第1の不要光ポート(P41)の中心までの距離(X4)と、前記第2の点から前記第2の不要光ポート(P42)の中心までの距離(X5)とが等しく、
前記第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)の各々はシングルモード条件を満たし、
前記第1および第2の不要光導波路(41,42;41A,42A)の各々は、前記出力導波路(31;31A)に対して、0度より大きく85度より小さい角度で延びている、光合波器(100〜105)。 - 前記角度は、前記光合波器(100〜105)が作製される際にエッチングが行える角度である、請求項1から3のいずれか1項に記載の光合波器(100〜105)。
- 前記第1および第2の不要光導波路(41,42)の各々は、前記多モード干渉部(10)の前記出射端面(10b)に接続された一方端と、前記一方端と反対の他方端とを有しており、
前記光合波器(102)は、前記第1および第2の不要光導波路(41,42)の各々の前記他方端に接続されかつ前記第1および第2の不要光導波路(41,42)の各々からの光を吸収する吸収層(61,62)をさらに備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の光合波器(102)。 - 前記出力導波路(31A)は、前記出射端面(10b)からのテーパ形状を有するテーパ部(TP4)を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の光合波器(103)。
- 前記第1および第2の入力導波路(21A,22A)の各々は、前記入射端面(10a)からのテーパ形状を有するテーパ部(TP2,TP3)を含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の光合波器(103)。
- 前記第1および第2の不要光導波路(41A,42A)の各々は、前記出射端面(10b)からのテーパ形状を有するテーパ部(TP5,TP6)を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の光合波器(104)。
- 前記第1の不要光導波路(41)は導波路幅W1aを有し、前記第2の不要光導波路(42)は導波路幅W1bを有し、前記第1の不要光導波路(41)および前記第2の不要光導波路(42)のそれぞれは、屈折率nの媒質に面する第1の終端面(E41)および第2の終端面(E42)を有しており、前記第1の終端面(E41)および前記第2の終端面(E42)のそれぞれは前記出力導波路(31)に対して角度φaおよび角度φbをなしており、真空中での光の波長をλ0として、
φa > λ0/(π・W1a・n)+π/2
かつ
φb > λ0/(π・W1b・n)+π/2
が満たされている、請求項1から8のいずれか1項に記載の光合波器(105)。
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