JPH04190334A - 光集積回路 - Google Patents

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関する。

【従来の技術】

光源と各種の機能素子を含む光導波路と光検出器等を集
積して構成させた光集積回路としては。 従来からモノリシック光集積回路とハイブリッド光集積
回路と準ハイブリッド光集積回路との３つの構成形態の
ものが、それぞれ提案されて来ている。 第５図は光集積回路を光ディスクの信号読取り用の光学
ヘッドとして構成した従来例の斜視図であり、この図に
おいて１は基板、２はバッファ層、３は光導波路、４は
半導体レーザ、５はビームスプリッタ、６は集光グレー
ティング・カップラ、７．１１．１２はレーザ光、８，
９は受光素子、１０は集光スポット、Ｄは光ディスクで
あって、半導体レーザ４から放射されたレーザ光は、光
導波路３→ビームスプリツタ５→集光グレーテイング・
カップラ６→光デイスクＤの経路で光ディスクＤに集光
されてディスク面に集光スポット１０を生じさせる。 そして、前記した集光スポット１０による光ディスクＤ
からの反射光は、光ディスクＤ→集光グレーティング・
カップラ６→ビームスプリツタ５→受光素子８，９の経
路によって受光素子８．９に与えられることにより、受
光素子８，９ではそれに入射した光を光電変換して、そ
れが図示されていない信号処理回路に供給され、信号処
理回路では再生信号とトラッキング制御信号とフォーカ
ス制御信号とを発生して、前記の各信号がそれぞれ所要
の回路部分に供給されるようになされる。 （発明が解決しようとするａ題） ところで、微小な径の集光スポットを生じさせるように
した光集積回路は、前記した光ディスクＤの信号読取り
用の光学ヘットの他に、例えば、集光グレーティング・
カップラによって空間に集光させた微小な径の集光スポ
ットを偏向させつるように、Ｔｉ／ＬｉＮｂ○１導波路
上に表面弾性波の偏向器を設けた構成のレーザ・プリン
タのヘッド、高周波スペクトル・アナライザ、その他の
装置としても利用できるが、前記した各種の装置の性能
はそれらの装置によって形成される微小な集光スポット
の径が小さくなされる程向上する７例えば光ディスクＤ
の情報記録密度の限界は光デイスク上における集光スポ
ット径によって定まり、また前記した集光スポット径は
光の回折現象に基づくビーム集光の限界、すなわち回折
限界によって定まるために光の波長に比例して大きくな
るから、光の波長が１／２になると集光スボ・ソト径は
１／２になり、集光スポットの面積は１／４になる。す
なわち、光ディスクＤ上の集光スポットの径を１／２に
できれば情報の記録密度が４倍になされ得ることになる
。また例えばレーザ・プリンタのヘッドや高周波スペク
トル・アナライザ等の装置においては、集光スポットの
径が１／２にできれば分解能が２倍になされ得ることに
なる。 それで、集光スポットを用いる各種の装置において装置
の性能の向上のためには集光スポットの径を小さくする
ことが必要とされるが、集光スポットの径は光の波長を
λとし、集光レンズの開口数をＮＡとしたときにλ／Ｎ
Ａの値に比例したものになるから、集光スポットの径を
小さくするためには光の波長λを短くしたり、集光レン
ズの開口数ＮＡを大きくしたりすることが必要とされる
。 ところが、開口数ＮＡの大きな集光レンズは必然的に焦
点深度が浅いものになる、良好な特性のものを作ること
が困難である、その他、多くの問題点があるために、専
らレンズの開口数ＮＡの大きさに頼って必要な径の集光
スポットを得るようにするというような解決手段を採用
することはできない。それで、集光スポットを用いる各
種の装置における性能向上のために集光スポットの径を
小さくするのには、波長λの短い光を発生させることが
必要とされる。 しかし、現在実用されている半導体レーザを用いて発生
できるレーザ光よりも波長の短いレーザ光を発生できる
半導体レーザは使用材料が見付かっていないこと等の事
情から目下のところ実用化されておらず、そのために現
在実用されている半導体レーザを用いて発生させたレー
ザ光よりも波長の短いレーザ光を発生させるのに、現在
実用されている半導体レーザを用いて発生させたレーザ
光を非線形光学効果によって発生させた高調波の光を用
いることが試みられているが、例えば半導体レーザから
放射されたレーザ光を非線形光学効果によって第２高調
波を発生させるようにした第２高調波発生用の素子に与
えて、第２高肩波発生用の素子の出力として半導体レー
ザから放射されたレーザ光の波長の１／２の波長のレー
ザ光を得て、それを光集積回路の基板に入射させること
が考えられたが、このような構成では端面結合個所の数
が多いために光の利用効率が低くなり、また、部品点数
の増加によって組立てが難かしくなる他人型化するとい
う問題が生じる。 ［１［題を解決するための手段］ 本発明は基板表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層の
一端部に端面結合されている半導体レーザから放射され
たレーザ光が注入されるチャネル型導波路よりなる第２
高調波発生部と、前記した第２高調波発生部と同一構成
材料で構成されていて前記した第２高調波発生部に連続
した状態で構成されている誘電体薄膜導波路に設けた集
光ブレーティング・カップラとを含んで構成されている
光集積回路を提供する。 【作用） 基板表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層の一端部に
端面結合させである半導体レーザから放射されたレーザ
光をチャネル型導波路よりなる第２高調波発生部に注入
して、第２高調波発生部において半導体レーザによって
発生させたレーザ光の１／２の波長のレーザ光を発生さ
せる５そして、第２高調波発生部からは半導体レーザに
よって発生させたレーザ光と、半導体レーザによって発
生させたレーザ光の１７２の波長のレーザ光とを、前記
した第２高澗波発生部と同一の構成材料で構成されてい
るとともに、前記した第２高調波発生部に連続した状態
で構成されている誘電体薄膜導波路に伝搬させる。誘電
体薄膜導波路に伝搬する前記した２つの波長のレーザ光
は、集光グレーティング・カップラにより分離されて、
前記した半導体レーザによって発生したレーザ光に比べ
て波長が１７２のレーザ光を空間の一点に集光させる。 前記のように半導体レーザで発生したレーザ光の１／２
の波長を有するレーザ光を集光グレーティング・カップ
ラで集光して得た集光スポットの径は、半導体レーザで
発生したレーザ光を前記した集光グレーティング・カッ
プラと同一の開口数を有する集光グレーティング・カッ
プラによって集光させて得た集光スポットの径の１／２
となる。 前記した第２高調波発生部と集光グレーティング・カッ
プラの構成部とが、連続した状態で構成されている誘電
体薄膜導波路に設けられているために光の損失が少なく
、シたがって光の利用率が高く、また、調整個所の増加
もなくアセンブリが容易であり、さらに、集光グレーテ
ィング・カップラによって分波されるので２つの波長の
光を分離するための特別の分波器を用いる必要もないの
で小型化も可能となる。 【実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の光集積回路の具体的
な内容を詳細に説明する。第１図は本発明の光集積回路
を光ディスクＤの信号読取り用の光学ヘッドとして構成
した場合の一例構成を示す斜視図、第２図は第１図にお
けるｘ−Ｘ線位置の断面図、第３図は伝搬ベクトルダイ
ヤグラム、第４図は受光素子の構成例を示す側断面図で
ある。 本発明の光集積回路を光ディスクＤの信号読取り用の光
学ヘッドとして構成した場合の一例構成の斜視図を示し
ている第１図において１は基板であって、以下の実施例
の記載においては基板１がＬｉＴａ○３基板であるとさ
れており、また、３は前記したＬ　ｉ　Ｔ　ａ　０３基
板１の表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層（誘電体
薄膜による光導波路層）３であり、この誘電体薄膜導波
路層３は以下の実施例の記載においては他物質（例えば
酸化マグネシウム）のドーピングを行なう等の手段によ
って屈折率制御が施された状態のＬｉＮｂＯ３単結晶薄
膜であるとされている。 Ｌ　ｉ　Ｔ　ａ　０３基板１の表面上に形成させたＬ　
ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結晶薄膜による誘電体薄膜導波路層
３に端面結合されている半導体レーザ４から放射された
レーザ光が注入されるＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結晶薄膜
による誘電体薄膜導波路層３の部分１３はチャネル型導
波路よりなる第２高肩波発生部１３（光集積回路の断面
を示す第２図を参照）を構成している。 すなわち、前記した半導体レーザ４から放射されたレー
ザ光が、第２高調波発生部１３を構成しているＬｉＮｂ
○３単結晶蒲原による誘電体薄膜導波路層３のチャネル
型導波路部分に注入されると、前記した第２高調波発生
部１３ではそれに注入されたレーザ光の第２高肩波のレ
ーザ光を発生するが、前記した第２高調波のレーザ光と
基本波のレーザ光とは良好に位相整合された状態で第２
高調波発生部１３中を進行した後に、前記した第２高調
波発生部１３を構成しているＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結
晶薄膜による誘電体薄膜導波路層３のチャネル型導波路
部分１３と同一の構成材料によって連続的に構成されて
いるスラブ型導波路中を引続き進行して行く。 すなわち前記した第２高調波発生部１３を構成している
ＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜による誘電体薄膜導波路層３の
チャネル型導波路部分１３は、ＬｉＴａＯ３基板１の全
表面上にスラブ型導波路として形成させたＬ　ｉ　Ｎ　
ｂ○３単結晶薄膜による誘電体薄膜導波路層３の一部に
切欠部２０．２１を設けることにより構成されたもので
あるから、前記した第２高調波発生部１３を構成してい
るＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜による誘電体薄膜導波路層３
のチャネル型導波路部分１３とそれに連続的に構成され
ているスラブ型導波路とは同一の構成材料で構成されて
おり、第２高贋波発生部１３を構成しているＬ　ｉ　Ｎ
　ｂ　Ｏ３単結晶薄原による誘電体薄膜導波路層３のチ
ャネル型導波路部分１３と、それに連続するスラブ型導
波路との間には界面がなく、第２高調波発生部１３で発
生された第２高真波のレーザ光が損失なくスラブ型導波
路に伝搬して効率良く利用できる。 前記したように第２高調波発生部１３を構成しているＬ
ｉＮｂＯ３単結晶薄膜による誘電体薄膜導波路層３のチ
ャネル型導波路部分１３から、それに連続的に構成され
ているスラブ型導波路中を引続き進行して行く基本波の
レーザ光と第２高調波のレーザ光とは、ビームスプリッ
タ５を経て集光グレーティング・カップラ６に与えられ
、前記した第２高調波のレーザ光が集光グレーティング
・カップラ６によって光ディスクＤに集光されてディス
ク面に集光スポット１０を生じさせるが、前記した基本
波のレーザ光は集光グレーティング・カップラ６の波長
選択性によって、前記した第２高調波のレーザ光が集光
グレーティング・カップラ６から出射された方向とは全
く別の方向に出射されるのであり、このことは第３図の
（ａ）、（ｂ）に例示した伝搬ベクトルダイヤグラムか
らも明らかである。 第３図の（ａ）は基本波のレーザ光、すなわち、波長が
λのレーザ光の伝搬ベクトルダイヤグラムであり、また
、第３図の（ｂ）は第２高調波のレーザ光、すなわち、
波長がλ／２のレーザ光の伝搬ベクトルダイヤグラムで
あって、図におけるＯ９゜θＳ′は基板側の出射角、θ
Ｃ２θＣ′は空気側の出射角、ＮはＬｉＮｂＯ３単結晶
薄膜による誘電体薄膜導波路層３の実効屈折率、Ｋ（＝
２π／Δ）は集光グレーティング・カップラ６のグレー
ティング周期、ｎｃは出射側（空気）の屈折率、ｎｓは
基板の屈折率、ｎｆはＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜による誘
電体薄膜導波路層３の屈折率、βｌは伝搬ベクトル、に
は２π／λ、ｋ″は２にである。 このように本発明の光集積回路では基本波のレーザ光と
第２高調波のレーザ光との分離が別のフィルタ手段を使
用しなくても集光グレーティング・カップラ６の波長選
択性によって自動的に行なわれ、また、前記した集光グ
レーティング・カップラ６による集光作用によって第２
高調波のレーザ光による微小な径の集光スポット１ｏを
光ディスクＤに生じさせることができるのである。 前記した集光スポット１ｏによる光ディスクＤからの反
射光は、光ディスクＤ→集光グレーティング・カップラ
６→ビームスプリンタ５→受光素子８，９の経路によっ
て受光素子８，９に与えられることにより、受光素子８
，９ではそれに入射した光を光電変換する。前記した受
光素子８，９から出力された信号は図示されていない信
号処理回路に供給され、信号処理回路では再生信号とト
ラッキング制御信号とフォーカス制御信号とを発生して
、前記の各信号をそれぞれ所要の回路部分に供給する。 第４図は受光素子の構成例を示す側断面図であって、こ
の第４図に例示しである受光素子８，９は、ＬｉＴａＯ
３基板１の表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層（誘
電体薄膜による光導波路層）３上に、下部電極１４と光
導電体層１５と透明電極１６とを順次に積層して構成さ
れている。１７は電源、１８は抵抗、１９は出力端子で
ある。 （発明の効果］ 以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明は基板表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層の一端
部に端面結合されている半導体レーザから放射されたレ
ーザ光が注入されるチャネル型導波路よりなる第２高調
波発生部と、前記した第２高調波発生部と同一構成材料
で構成されていて前記した第２高調波発生部に連続した
状態で構成されている誘電体薄膜導波路に設けた集光グ
レーティング・カップラとを含んで構成されている光集
積回路であって、基板表面上に形成させた誘電体薄膜導
波路層の一端部に端面結合させである半導体レーザから
放射されたレーザ光をチャネル型導波路よりなる第２高
調波発生部に注入して、第２高調波発生部において半導
体レーザによって発生させたレーザ光の１７２の波長の
レーザ光を発生させ、第２高調波発生部からは半導体レ
ーザによって発生させたレーザ光と、半導体レーザによ
って発生させたレーザ光の１／２の波長のレーザ光とを
、前記した第２高調波発生部と同一の構成材料で構成さ
れているとともに、前記した第２高調波発生部に連続し
た状態で構成されている誘電体薄膜導波路を伝搬させて
、誘電体薄膜導波路に伝搬する前記した２つの波長のレ
ーザ光が、集光グレーティング・カップラにより分離さ
れて、前記した半導体レーザによって発生したレーザ光
に比べて波長が１７２のレーザ光を空間の一点に集光さ
せるようにしているので、半導体レーザで発生したレー
ザ光の１７２の波長を有するレーザ光を集光グレーティ
ング・カップラで集光して得た集光スポットの径は、半
導体レーザで発生したレーザ光を前記した集光グレーテ
ィング・カップラと同一の開口数を有する集光グレーテ
ィング・カップラにより集光させて得た集光スポットの
径の１／２となされるために、例えば、光ディスクでは
情報の記録密度を４倍にすることができ、また、例えば
レーザ・プリンタのヘットや高周波スペクトル・アナラ
イザ等の装置においては分解能を２倍にすることができ
るのであり、さらに、第２高肩波発生部と集光グレーテ
ィング・カップラの構成部とが、連続した状態で構成さ
れている誘電体薄膜導波路に設けられているために光の
損失が少なく、したがって光の利用率が高く、また、調
整個所の増加もなくアセンブリが容易であり、さらに、
集光グレーティング・カップラによって分波されるので
２つの波長の光を分離するための特別の分波器を用いる
必要もないので小型化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光集積回路を光ディスクＤの信号読取
り用の光学ヘッドとして構成した場合の一例構成を示す
斜視図、第２図は第１図におけるＸ−Ｘ線位置の断面図
、第３図は伝搬ベクトルダイヤグラム、第４図は受光素
子の構成例を示す側断面図、第５図は光集積回路を光デ
ィスクの信号読取り用の光学ヘッドとして構成した従来
例の斜視図である。 １−・基板、２・・・バッファ層、３・・光導波路、４
・・半導体レーザ、５・・・ビームスプリンタ、６・・
・集光グレーティング・カップラ、７，１１゜１２・・
レーザ光、８，９・・・受光素子、１０・・集光スポッ
ト、Ｄ・・・光ディスク、１３・・・第２高調波発生部
、１４・・・下部電極、１５・・光導電体層、１６・・
・透明電極、１７・・・電源、１８・・・抵抗、１９・
・・出力端子、 特許出願人　　日本ビクター株式会社 代　理　人　弁理士　合　間　零　伍−７−兵二。 〜　ニー・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板表面上に形成させた誘電体薄膜導波路層の一端部に
   端面結合されている半導体レーザから放射されたレーザ
   光が注入されるチャネル型導波路よりなる第２高調波発
   生部と、前記した第２高調波発生部と同一構成材料で構
   成されていて前記した第２高調波発生部に連続した状態
   で構成されている誘電体薄膜導波路に設けた集光グレー
   ティング・カップラとを含んで構成されている光集積回
   路