JPH06300933A - 薄膜導波路型偏光フィルタ - Google Patents

薄膜導波路型偏光フィルタ

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JPH06300933A
JPH06300933A JP8488593A JP8488593A JPH06300933A JP H06300933 A JPH06300933 A JP H06300933A JP 8488593 A JP8488593 A JP 8488593A JP 8488593 A JP8488593 A JP 8488593A JP H06300933 A JPH06300933 A JP H06300933A
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JP
Japan
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light
waveguide
mode
layer
refractive index
Prior art date
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Withdrawn
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JP8488593A
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English (en)
Inventor
Tomotsugu Sakai
智嗣 坂井
Masahiro Motoki
正広 本木
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】簡便なプロセスで製作でき、TMモード及び高
次モードをフィルタリングして、TEモード及び基本モ
ード光を伝播させることが可能な薄膜導波路型偏光フィ
ルタを提供すること。 【構成】導波光を伝播する導波層13と、導波層13の
一方の面に接するように設けられ導波層13よりも低屈
折率の材料で形成された中間層12と、中間層12の他
方の面に接するように設けられ導波層13よりも高屈折
率の材料で形成された基板11とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光集積回路、光デバイ
ス、光センサなどの薄膜型光素子に組み込まれる薄膜導
波路型偏光フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、金属を導波層表面に装荷し、
光が金属中を透過する際大きな吸収を受ける金属クラッ
ディング(metal cladding)を利用したTE透過TM吸
収用の薄膜導波路型偏光フィルタが知られている。
【0003】図8はこのような薄膜導波路型偏光フィル
タの構成を示す図である。図示の如く、基板1とこの基
板1上に形成された導波層2とによって、一般的な構造
の導波路が構成されている。導波層2の表面には、バッ
ファ層(buffer layer)3を介してアルミニウム等の金
属4が成膜されている。バッファ層3は、導波層2に直
接金属4を装荷すると、減衰が大きくなり過ぎるため、
金属の影響をやわらげる目的で設けられており、バッフ
ァ層3を省略しても、素子の機能は変わらない。
【0004】このような従来の薄膜導波路型偏光フィル
タでは、次のような原理でTE透過TM吸収を実現す
る。すなわち、導波層を伝播する導波光は偏光状態で2
種類に分けられ、TMモード5光とTEモード光6とが
存在する。
【0005】これらTMモード光5及びTEモード光6
は導波層2の内部に完全には閉じ込められず、図に示す
ように吸収光7として基板1、バッファ層3、金属4内
にしみ出し、図中8に示すような電界分布となる。この
とき、金属4内に伝播する光は金属4に吸収され、減衰
することになる。このとき、TEモード光6に比べてT
Mモード光5の方が、金属内で吸収される量が多いた
め、TMモード光5をより多く吸収し、TEモード光6
を透過させる薄膜導波路型偏光フィルタとして機能す
る。なお、バッファ層3を省略しても、偏光フィルタと
して機能するが、金属を直接装荷すると、TEモードに
対する吸収も大きくなるので、バッファ層3の厚さを調
節することにより減衰率を定めている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の薄膜導
波路型偏光フィルタにあっては次のような問題があっ
た。すなわち、この場合、作製プロセスにおいて、基板
1上にバッファ層3及び金属層4の成膜が行われる。こ
のため、偏光フィルタと他の導波路型素子、例えば、変
調器とを一枚の基板上に集積化する場合、変調器の構成
要素の1つであるアルミニウム蒸着膜で形成された電極
との整合性が問題になる。したがって、金属層4を基板
全体に成膜できないので、偏光フィルタを作製する部分
に、金属層4をパターニングすることになり、工程が増
えるという問題があった。
【0007】一方、センサ化等のために、基本モード光
(0次モード光)のみが存在し、高次モード光(1次モ
ード光以上)が存在しないシングルモード導波路の作製
を作成しようとすると、プロセス上のわずかな誤差で高
次モード光が存在するマルチモード導波路となってしま
い、シングルモード導波路の作製が困難であった。
【0008】そこで本発明は、簡便なプロセスで製作で
き、TMモード及び高次モードをフィルタリングして、
TEモード及び基本モード光を伝播させることが可能な
薄膜導波路型偏光フィルタを提供することを目的として
いる。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明は、導波光を伝播する導波層
と、この導波層の一方の面に接するように設けられ上記
導波層よりも低屈折率の材料で形成された中間層と、こ
の中間層の他方の面に接するように設けられ前記導波層
よりも高屈折率の材料で形成された基板とを備えるよう
にした。
【0010】
【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。すなわち、導波層の外側にしみ出し、基板に到達し
た導波光は、屈折率の高い基板内へ放射モード光として
放射され、その分だけ導波光は減衰する。このとき、T
Mモード光は、TEモード光と比べて光の閉じ込めが弱
いため、基板に放射される放射モード光の量が多い。し
たがって、同じ距離だけ伝播したTMモード光はTEモ
ード光よりも、より大きく減衰されることになり、TE
透過TM吸収型の偏光フィルタとして機能する。
【0011】同様にして、基本モード光は、高次モード
光と比べて光の閉じ込めが弱いため、基板に放射される
放射モード光の量が多い。したがって、高次モード光の
方が、常に放射モードに変換される量が多くなり、導波
光の減衰が大きい。このため、高次モード光に対しての
偏光フィルタとして機能する。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1実施例に係る薄膜導波路
型偏光フィルタの構成を示す断面図である。図に示すよ
うに薄膜導波路型偏光フィルタは、基板11と、この基
板11の上に成膜された中間層12と、この中間層12
の上に成膜された導波層13とから構成されている。こ
れらは後述するような材料で形成されている。また、1
4はTEモード光、15はTMモード光、16は放射モ
ード光、17は薄膜導波路型偏光フィルタを通過したT
Eモード光を示している。なお、18は導波光の電界分
布を示している。
【0013】図2は本実施例に係る上述した構成の薄膜
導波路型偏光フィルタの使用例を示す図である。すなわ
ち、薄膜型光源等の光素子A21と、薄膜導波路型偏光
フィルタ22と、変調器や方向性結合器等のような単一
の偏光が要求される光素子B23が直列に配置されてお
り、光素子A21から出射した導波路24を伝播する導
波光25が透過する如く形成されている。
【0014】ここで、薄膜導波路型偏光フィルタを形成
する材料及び成膜法の一例を示す。
【0015】 基板11:LiNbO3 (ニオブ酸リチウム) 屈折率ns =2.287 :TEモード =2.203 :TMモード 中間層12:SiO2 (石英) 屈折率ni =1.444 スパッタ法で成膜(膜厚1〜2μm) 導波層13:PMMA(ポリメチルメタクリレート) 屈折率nf =1.486 垂直引上げ法で成膜(膜厚1.2μm) となっている。この他の組み合わせも可能で屈折率が、 基板11の屈折率>導波層13の屈折率>中間層12の
屈折率 となっていればよい。なお、本実施例で使用した導波光
の波長は0.633 μmである。
【0016】導波層13を伝播するTEモード光14、
TMモード光15が基板11内へ放射される割合は、図
3に示すような公知のプリズム結合の解析法により計算
できる。すなわち、基板32上に成膜された導波層31
を伝播する導波光35は、プリズム33を導波層31上
に波長程度のギャップ34を介して装荷すると、放射光
36に変換されて、外部へ取りだすことができる。この
ときギャップ部分の屈折率は、プリズム33の屈折率>
導波層31の屈折率>ギャップ34の屈折率となってい
る。したがって、本実施例に当てはめると、中間層12
はギャップ34、基板11はプリズム33、導波層13
は導波層31となる。
【0017】図4は、本実施例における中間層12の厚
さと導波光の放射損失との関係を、TEモードおよびT
Mモードに関して理論計算した結果と、試作した実施例
にプリズム結合法で光を導波層に伝播させ、出力側プリ
ズムを移動させることにより伝播損失を実測した結果と
を示す図である。
【0018】図4から分かるように、中間層の厚さを調
節することで損失を変えられることと、TMモードはT
Eモードよりも大きな損失を生じることで、本実施例の
構造でTE透過TM吸収型の偏光フィルタとして機能し
ている。また、中間層の厚さが大きい領域では実測値の
損失が一定値になっているが、これは実測される損失は
放射損失に加え、吸収損失と散乱損失とが存在するため
で、この領域では放射損失は理論どおりに小さくなって
おり吸収損失と散乱損失が支配的となるためである。こ
のため、上記の吸収・散乱損失は中間層の厚さに依存し
ない。
【0019】したがって、図2に示すように本実施例に
よれば導波光25を薄膜導波路型偏光フィルタ22を透
過させることにより、TEモード光のみを透過させて、
変調器や方向性結合器等のような単一の偏光が要求され
る光素子BにTEモード光のみを伝播させることが可能
になる。また、これらの素子を直列に接続する以外に素
子の基板側に偏光子構造を形成し、常に偏光フィルタと
して機能させることも可能である。
【0020】図5は本発明の第2実施例に係る薄膜導波
路型偏光フィルタの構成を示す図である。図に示すよう
に薄膜導波路型偏光フィルタは、基板41と、この基板
41の上に成膜された中間層42と、この中間層42の
上に成膜された導波層43とから構成されている。これ
らは後述するような材料で形成されている。また、44
は基本モード光、45は高次モード光、46は放射モー
ド光、47は薄膜導波路型偏光フィルタを通過した基本
モード光を示している。
【0021】図6は本実施例に係る上述した構成の薄膜
導波路型偏光フィルタの使用例を示す図である。すなわ
ち、薄膜型光源等の光素子A51と、薄膜導波路型偏光
フィルタ52と、変調器や方向性結合器等のような単一
の偏光が要求される光素子B53とが直列に配置されて
おり、光素子A51から出射した導波路54を伝播する
導波光55が透過する如く形成されている。
【0022】ここで、薄膜導波路型偏光フィルタを形成
する材料及び成膜法の一例を示す。
【0023】 基板41:LiNbO3 (ニオブ酸リチウム) 屈折率n1 =2.29 中間層42:SiO2 (石英) 屈折率n2 =1.45 スパッタ法で成膜 導波層43:PMMA(メタクリル酸メチル) 屈折率n3 =1.49 垂直引き上げ法で成膜(膜厚を1.5μm) となっている。なお、本実施例で使用した導波光は波長
633nmのHe−Neレーザ光である。
【0024】図7は本実施例における放射モード変換に
よる伝播損失を計算した結果を示す図である。この結果
から分かるように、本実施例に係る薄膜導波路型偏光フ
ィルタは高次モードの偏光フィルタとして機能してい
る。
【0025】したがって、図6に示すように本実施例に
よれば薄膜型光源等の光素子A51から出射した導波路
54を伝播する導波光55を本実施例に係る薄膜導波路
型偏光フィルタ52を透過させることにより、基本モー
ド光47のみを透過させて、光素子B53に伝播させる
ことが可能となる。
【0026】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形実施可能であるのは勿論である。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な作製プロセスで
構成できるとともに、TMモード及び高次モードの導波
光は屈折率の高い基板内へ放射モード光として放射され
減衰させるような構成となっているため、TMモード及
び高次モードをフィルタリングして、TEモード及び基
本モード光を伝播させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る薄膜導波路型偏光フ
ィルタの構成を示す図。
【図2】同薄膜導波路型偏光フィルタの使用例を示す
図。
【図3】プリズム結合において導波光が放射光に変換さ
れる原理を示す図。
【図4】同実施例の理論計算及び実験結果を示す図。
【図5】本発明の第2実施例に係る薄膜導波路型偏光フ
ィルタの構成を示す図。
【図6】同薄膜導波路型偏光フィルタの使用例を示す
図。
【図7】同実施例のフィルタ効果を示す理論計算を示す
図。
【図8】従来の偏光フィルタを示す構成図。
【符号の説明】
11,41…基板 12,42…中間
層 13,43…導波層 14、17…TE
モード光 15…TMモード光 16…放射モード
光 18…導波光の電界分布 21,51…光素
子A 22,52…薄膜導波路型偏光フィルタ 23,53…光素子B 24,54…導波
路 25,55…導波光 44,47…基本
モード光 45…高次モード光 46…放射モード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導波光を伝播する導波層と、この導波層の
    一方の面に接するように設けられ上記導波層よりも低屈
    折率の材料で形成された中間層と、この中間層の他方の
    面に接するように設けられ前記導波層よりも高屈折率の
    材料で形成された基板と、を備えてなることを特徴とす
    る薄膜導波路型偏光フィルタ。
JP8488593A 1993-04-12 1993-04-12 薄膜導波路型偏光フィルタ Withdrawn JPH06300933A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3079037A1 (fr) * 2018-03-15 2019-09-20 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Dispositif de terminaison de guide d'onde
FR3079036A1 (fr) * 2018-03-15 2019-09-20 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Dispositif de filtrage dans un guide d'onde

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US11169325B2 (en) 2018-03-15 2021-11-09 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Filtering device in a waveguide

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