JPH01144002A

JPH01144002A - 光集積回路

Info

Publication number: JPH01144002A
Application number: JP30302487A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Shindo; 英彦神藤; Shozo Saegusa; 三枝　省三
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1989-06-06
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JP2599276B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は光集積回路に係り、特にスラブ導波路内にＴ　
Ｍ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モー
ドの光を伝搬させて信号伝達を行なう際に、信号伝達に
不要な導波光を除去して光学的性質を向上させた光集積
回路に関する。

〔従来の技術〕

スラブ導波路における導波光の伝搬損失には、吸収損失
、散乱損失、モード変換損失および放射損失等があり、
このなかでスラブ導波路を含む誘電体導波路では散乱損
失が主な損失の原因であると提唱されている（光集積回
路　１９８５年　オーム社　第２４９頁〜第２５１頁　
西原、春名。

柏原共著参照）。これはスラブ導波路内で散乱された光
がその伝搬方向を換えた散乱光となり、導波路内を伝搬
し続けるためであり、デバイスの特性を制約する重要な
原因となっている。したがって、導波型のデバイス製作
においては、その光学的性能向上のために散乱光の影響
を除くことが必要である。

また、導波路内を伝搬する光のうち、デバイスの特性を
制約する原因となる可能性のある光は上記散乱光のみな
らず、基板端面で反射した光、音響光学素子やグレーテ
ィング等の回折を利用する素子における非回折光や高次
回折光、導波型レンズにおける反射光、光源とコンメー
トレンズの組み合わせで平行光を作る際にコンメートレ
ンズの外側に光源光が伝搬することに起因する漏れ光等
が考えられる。また、このように導波路内の光に起因す
るものの他、外部の光が導波路内に入射したり、光検出
器に入射したりすることに起因するもの等も考えられる
。なお、上記したようにデバイスの特性を制約する原因
となる可能性のある光を総括して不要光と呼び、また、
これとは逆に光集積回路がその機能を発揮するに必要な
導波光を（４号光と呼ぶことにする。

このような不要光を取除くためには、以下に示すような
３つの従来技術を適用することが考えられる。

まず、第１はチャンネル導波路の導波路以外の部分にア
ルミニラ１１膜を形成して、導波路からの漏出光を除去
すること（特開昭５９−１’９８４３２号公報）。

第２は光源から射出した光ビームのうちコリメートレン
ズに入射しなかった漏れ光をレンズや反射部で光吸収部
に導くようにすること（特開昭６０−１４９００６号公
報または特開昭６０−２５４００６号公報）。

第３は弾性表面波により回折されなかった非回折光を、
レンズによりチャンネル導波路に導き、光吸収物で吸収
したり、微小溝で散乱したりすること（特開昭６１−２
３１１９号公報または特開昭６１−１１８７０４号公報
）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来技術は、導波路からの漏出光、
コリメートレンズに入射しなかった漏れ光、弾性表面波
に回折されたかった非回折光といったスラブ導波路内の
特定の原因による不要光の除去に対しては有効であるが
、その他の原因による不要光の除去に対しては考慮がさ
れておらず、スラブ導波路中の除去されずに残った不要
光が本来の信号光に重畳して、光集積回路の光学的性能
を劣化させるという問題があった。

本発明の目的は、スラブ導波路中の不要光をできる限り
除去し、光学的性能を大幅に向上させた光集積回路を提
供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の光集積回路スラブ
導波路内にＴＭモードの光を伝搬させることにより、信
号の伝達を行なう光集積回路において、前記スラブ導波
路のうち前記光を伝搬させる領域以外の領域上に、該ス
ラブ導波路内で散乱した光を吸収する複素誘電材を積層
構造に形成したことを特徴とする。

〔作用〕

光の伝搬部分に旅先性がない限り、信号光をＴＭモード
にすると、副次的に発生する不要光も同様にＴＭモード
になる。この場合、不要光発生のプロセスは散乱し、回
折（非回折）、屈折、偏向、反射等であるので、不要光
の伝搬方向は信号光とは異なっており、不要光は信号光
が伝搬しない部分の導波路に伝搬することになる。

したがって、上記構成のように、スラブ導波路のうち信
号を含む光を伝搬に必要ない領域上に金属または導電性
セラミックス等からなる複素誘電材（複素誘電率を有す
る材料）を積層構造に形成すれば、この複素誘電材は高
い複素誘電率（−４０〜−１００ｄＢ／１程度）を有し
ているので、不要光を効果的に吸収し、導波路内から不
要光を除去することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明に係る光集積回路の導波路に垂直な面の
断面図であり、同図（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ別の構成
を示している。図中、基板１上に設けられた導波路２は
説明の便宜上領域Ｒ，Ｓ、Ｔ、Ｕに分け、領域Ｒ及びＴ
は不要光が伝搬する領域、領域Ｓ及びＵは信号光が伝搬
する領域とする。

同図（ａ）において、領域Ｒ及びＴにおける導波路２の
表面上には複素Ｍ電材５が積層構造に形成され、領域Ｓ
及びＵの表面上には何も形成されてなく導波路２が露出
している。このために領域Ｒ及びＴを伝搬する不要光が
複素誘電材に効果的に吸収される。その結果、不要光が
領域Ｓ及びＴへ侵入することがなくなり、不要光によっ
て信号光が散乱してしまうことが事ｉ前に防止される。

また同図（ｂ）において、領域Ｓ及びＵにおける導波路
２の表面上にはバッファＪｆ１４ｂを介して複素誘電材
５が、領域Ｒ及びＴにおける導波路２の表面上には密着
して複素誘電材５が形成されている。なお、バッファ層
４ｂは領域Ｓ及びＵを伝搬する信号光が必要以上に吸収
さμないように十分な厚みを持っている。このため領域
Ｓ及びＵを伝搬する信号光の伝搬損失は小さく、副次的
に発生する不要光は領域Ｒ及びＴで吸収される。

さらに同図（ｃ）において、領域Ｒ及びＴにおける導波
路２の表面上にはバッファ層４ｃを介して複素誘電材５
が積層構造に形成されている。−般にＴＭモードの光に
対する複素誘電材の吸収率はバッファ層の厚さにより変
化し、所定の厚さのときに吸収率が最大となることが知
られている。

したがって、上記のバッファ層４ｃは複素誘電材５の吸
収率が大きくなるような厚さに設定されている。このた
め不要光はバッファ層４ｃを介して複素誘電材５に効率
良く吸収される。

また同図（ｄ）において、導波路２上には前面にわたっ
てバッファ層４ｄが形成されている。このバッファ層４
ｄは前述したバッファＪｉ１４ｃと同じ厚さに設定され
ている。そして、領域Ｒ及びＴではバッファ層４ｄ上に
複素誘電材５が積層構造に形成されている。このため領
、域Ｓ及びＵを伝搬する信号光はバッファ層４ｄでは吸
収されずに伝搬するが、不要光は複素誘電材５により吸
収される。

さらに同図（ｅ）において、導波路２上には全面にバッ
ファ層４ｅを介して複素誘電材５が形成されている。た
だし、バッファ層４ｅは、領域Ｓ及びＵでは前述したバ
ッファ層４ｂと同じ厚さに、領域Ｒ及びＴでは前述のバ
ッファ層４ｃと同じ厚さにそれぞれ設定されている。こ
のために領域Ｓ及びＵを伝搬する信号光はバッファ層４
ｅの厚い部分によって低損失で伝搬し、副次的に発生す
る不要光は領域Ｒ及びＴにおいてバッフｙ　ｋ４４　ｅ
の薄い部分を介して複素誘電材５に吸収される。

次に本発明を光集積型周波数分析器に実際に適用した例
について説明する。

第２図は光集積型周波数分析器の製作のプロセスを順に
示している。第２図（ａ）において、Ｌｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
，等の基板１に設けられた導波路２の一部に導波型レン
ズ３が設けられる。この導波型レンズ３はモードインデ
ックスレンズ、ジオデシックレンズ、回折型レンズ等が
考えられる１次に同図（ｂ）において１本光集積回路の
動作時に導波路２の中で信号光が伝搬する領域にＳｉＯ
□等からなるバッファ層４が設置される。さらに、同図
（ｃ）において、ＳＡＷ　（表面弾性波）が伝搬する部
分を除いた領域で導波路２及びバッファ層４に接してｍ
素読電材５が設置さられると同時にＳＡＷ発生用の電極
６が設けられる。また、半導体レーザー１０．光検出器
アレイ１１が取り付けられる。

以上のように構成された光集積型周波数分析器の動作に
ついて説明する。

第３図に示すように、半導体レーザー１０から射出した
光は導波路２に入射し、導波型レンズ３によりコリメー
トされ平行光となる。このコリメート先は導波路２上を
伝搬する電極６より発生したＳＡＷにより回折され、伝
搬方向が変えられる。

ＳＡＷによる回折光は導波型レンズ３により集光され、
光検出器アレイ１１に入射する。光検出器アレイの光検
出強度分布よりＳＡＷを発生させる電気信号の周波数分
析ができる。

ここで、同図に示される領域ＢＣＨＩはＳＡＷが伝搬す
る領域であり、第２図に示されたバッファ層４と複素誘
電材５は設置されていない。領域ＬＭＮＫおよび領域０
ＥＦＰは信号光が伝搬する　　　−領域であり、バッフ
ァ層４と複素誘電材５が設置されている。また、領域Ａ
ＢＭＬ、領域ＣＤＥ○、領域Ｐ　Ｆ　Ｇ　Ｈｌ及び領域
ＫＮＩＪは信号光が伝搬しない部分の導波路部分であり
、複素誘電材５のみが設置される。信号光としてＴＭモ
ードの光を用い、さらにバッファ層４と複素誘電材５を
選択的に設置することにより、導波路を伝搬する信号光
はバッファ層があるためなんら複素誘電材５による影響
を受けず、非回折光２０、漏れ光２１及び２２等の不要
光のみが選択的に導波路より除去される。このように、
本実施例では不要光除去に効果的に働く。

なお、同図において辺ＭＮ及びＯＰは信号光に対し、直
角に交わらないようにする場合がある。

これは、バッファ層端面が辺ＭＮ及びｏＰにあり、この
部分で導波路の等偏屈折率が急激に変化し、反射光２３
を生成することがあるからである。この反射光２３を信
号光と区別し有効に除去するため、その進行方向を信号
光とは異なった方向にする必要からである。

本実施例によれば、複素誘電材５が導波路２を保護して
しまうので、外部からの光を完全に遮蔽することができ
る。また複素誘電材５の製作が電極６と回持に行なえる
ため、製作のプロセスがあまり煩雑にはならない。

第４図は本発明を別の光集積型周波数分析器に適用した
例を示している。図において、基板１に設けられた導波
路２を伝搬する半導体レーザー１０より発生した光は導
波型レンズ３及び電極６から発生するＳＡＷの効果で回
折され、導波型レンズ３で集光され、光検出器アレイ１
１で光強度分布が検出される。この実施例では、第２Ｂ
　（ｂ）に示すような信号光が伝搬する導波路の部分に
接して設置されるバッファ層はなく、導波路のうち信号
光及びＳＡＷが伝搬しない部分にのみ複素誘電材５が設
置される。この実施例では、バッファ層を製作しなくと
もよいので、製作プロセスが簡略化されるという効果が
ある。

第５図は、本発明を光集積型光ディスク用光ヘッドに実
施した例を示している。同図は光集積型光ディスク用光
ヘッドの製作のプロセスを２通り示しており、一つが同
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順、もう一つが同図（ａ）
、（ｄ）、（ｅ）の順である。同図（ａ）において、Ｓ
ｉ等の基板３０に接してＳｉｎ、等のバッファ層３１が
設置され、さらにバッファ層３１に接して薄膜堆積形導
波路３２が設置される。導波路へのＴＭモードの入射光
４０はモードインデックスレンズ、ジオデシックスレン
ズ、回折型レンズ等の導波型レンズ３３により略平行光
とされる。この光はグレーティングカップラー３５の作
用で４波路面外へ射出し、外部レンズ３６により集光さ
れる。焦点で光デイスク面より反射した光は同じ経路を
たどり、再びグレーティングカップラー３５で導波路面
内に入射する。そしてビームスプリラダ３４と導波型レ
ンズ３３の作用で、光強度検出器３７に入射する。

図には示されない電気回路で光ディスクの情報を読み取
る他、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号
の検出を行なう。同図（ｂ）において、信号光が伝搬す
る部分の導波路に接してバッファ層４２が設置される。

その後、同図（ｃ）において、導波路３２及びバッファ
層４２に接して複素誘電材４３が設置される。この際、
グレーティングカップラー３５からの射出光が複素誘電
材４３により遮蔽されないように複素誘電材４３を設置
する。また、光源となる半導体レーザー４５が取り付け
られる。このようにすることにより、信号光より副次的
に発生する不要光が複素誘電材４３により除去される。

また、同図（ａ）の後に同図（ｄ）に示したごとくバッ
ファ層４２を信号光が伝搬する部分の導波路に接しての
みならずグレーティングカップラー３５にも接して設置
する。そして、同図（ｅ）に示したごとくグレーティン
グカップラー３５からの射出光を遮蔽しないように複素
誘電材４３を設置する。このようにしても、信号光より
副次的に発生する不要光が複素誘電材４３により除去さ
れる。

なお、信号光が伝搬しない部分の導波路に接して設置す
る？ｉ１素誘素材電材４３１図（ａ）のように直接導波
路上に設置してもよいし、必要に応じて第１図（ｃ）の
ように適当な厚みのバッファ層を介してを設置してもよ
い。

このような構成にすれば、導波路３２内の不要光を除去
できるのみならず、光強度検出器３７に入射する外部光
を遮蔽できたり、Ｓｉ基板上に構成する光強度検出器３
７あるいはその他の電気回路に対する磁気シールド効果
を生じさせたり、導波路３２の保護膜として作用させた
りできるという効果がある。

なお、複素誘電材４３は必要に応じてアースに落とした
り、適当な電位をかけたりすることも考えられる、この
ことより、複素誘電材４３による磁気シールド効果を向
上できる等の効果がある。

第６図に本発明を光集積型流体流速検出器に適用した例
を示している。半導体レーザー１０から射出した光は基
板１に設けた導波路２に入射し１Ｍモードの光５１を励
振する。この光５１はグレーティングカップラー３８の
作用で導波路面外光５２となり焦点５０にて焦点を結ぶ
、流体流速を計測される流体の流れに乗った焦点５０を
通過する粒子により強度変調のかけられた散乱光５３は
、グレーティングカップラー３９の作用で、再び導波路
面内の光５４となり、光強度検出器１２に入射する。光
強度検出器１２からの信号は、図には示されない増幅器
、カウンターその他の電気処理回路により流速信号へと
変換される。ここで、グレーティングカップラー３８に
おける非回折光５５が光５４に重畳して光強度検出器１
２に入射し。

装置の光学的性能を劣化させる原因となる。特に光５４
の強度が微弱なときに顕著である。このため本実施例の
ように、導波路２に接して複素誘電材５を配置する。あ
るいは第１図（ｃ）のようにバッファ層を介して配置す
る。このようにすることにより非回折光５５は効果的に
吸収され、装置の光学的性能の劣化がなくなる。

第７図は本発明をスラブ導波路中に平行光を得た後ＳＡ
Ｗにより回折を行なうための機構に適用した例であり、
光集積回路に広く利用されている。

基板１に設けられた導波路２に半導体レーザー１０によ
り１Ｍモードの光が励振される。この光のうち一部は導
波型レンズ３に入射し、予期の平行光を得る。一方、導
波型レンズ３に入射しなかった光は不要光となり、光集
積回路の性能劣化のＪｒｌ因となり得る。このため、本
発明のように複素誘電材を導波路に接しであるいはバッ
ファ層を介して配置して不要光を吸収する。この１０．
　＊素、＊電材をＳＡＷ発生用の電極として共用するこ
とができる。すなわち、第７図に示したように複素誘電
材を不要光が伝搬する部分の導波路に接しであるいはバ
ッファ層を介して配置すると同時に電極として機能する
形状をなすようにする。第７回において、複素誘電率を
有する物体のうち電極部分７及び８と不要光吸収部分７
′及び８′を同時に形成する。このようにすることによ
り構造が簡単かつ製作プロセスが煩雑にならないで、不
要光吸収の機能を発揮できる効果がある。また、不要光
吸収部分をボンディングバットとしても共用できるとい
う効果がある。

また、本発明は、周波数分析器や光デイスク用光ヘッド
のみならず、相関器等の演算器、光走査器、マルチプレ
クサやデマルチプレクサ、その他スラブ導波路を用いる
光集積回路に上記と同等の手法にて実施可能である。

また、以上述べたどの実施例においても第１図（ａ）〜
（ｅ）のうち任意のものが適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によればスラブ導波路中の
不要光を効果的に除去できるので、光集積回路の光学的
性能を大幅に向上させることができる。

４．１１！！ｌ而の簡単な説明第１図は本発明に係る光集積回路の導波路に垂直な面の
断面図、第２図は本発明を光集積型周波数分析器に実施
した場合の斜視図、第３図は第２図における実施例の動
作を説明する模式図、第４図は本発明を光集積型周波数
分析器に実施した場合の斜視図、第５図は本発明を光集
積型光ディスク用光ヘッドに実施した場合の斜視図、第
６図は本発明を流体流速検出器に実施した場合の斜視図
、第７図は本発明をスラブ導波路中に平行光を得た後Ｓ
ＡＷにより回折を行なうための機構に実施した場合の斜
視図である。

１・・・基板、２・・・導波路、３・・・導波型？ンズ
、４．４ａ〜４ｅ・・・バッファ層、５・・・複素誘電
材。

６・・・電極、１０・・・半導体レーザ、１１・・・光
検出器アレイ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スラブ導波路内にＴＭモードの光を伝搬させるこ
とにより、信号の伝達を行なう光集積回路において、前
記スラブ導波路のうち前記光を伝搬させる領域以外の領
域上に、該スラブ導波路内で散乱した光を吸収する複素
誘電材を積層構造に形成したことを特徴とする光集積回
路。