JPH077134B2 - 導波路型グレ−テイング結合器 - Google Patents
導波路型グレ−テイング結合器Info
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- JPH077134B2 JPH077134B2 JP29532586A JP29532586A JPH077134B2 JP H077134 B2 JPH077134 B2 JP H077134B2 JP 29532586 A JP29532586 A JP 29532586A JP 29532586 A JP29532586 A JP 29532586A JP H077134 B2 JPH077134 B2 JP H077134B2
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- Japan
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- waveguide
- grating coupler
- wavelength
- refractive index
- light
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Links
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導波路型グレーティング結合器に関し、特に導
波路を用いて光情報処理を行う光導波素子に用いる導波
路型グレーティング結合器に関する。
波路を用いて光情報処理を行う光導波素子に用いる導波
路型グレーティング結合器に関する。
光を伝搬する薄膜導波路は、レンズや回折格子を用いる
ことで多波長の光分波や光合成の回路を、また導波光と
表面弾性波を干渉させることによって光スペクトルアナ
ライザを構成したりすることができ、光情報処理用の重
要なデバイスである。
ことで多波長の光分波や光合成の回路を、また導波光と
表面弾性波を干渉させることによって光スペクトルアナ
ライザを構成したりすることができ、光情報処理用の重
要なデバイスである。
第３図は従来の導波路型グレーティング結合器の一例を
示す模式的側面図である。従来、基板１に設けた薄膜導
波路２から導波路外（ここでは空気中）へ導波光を放射
光として取り出す場合は、第３図に示すように薄膜導波
路２上に空気とは異なる屈折率の物質を周期的に構成し
た構造のグレーティング結合器４を用いる。この例で
は、薄膜導波路２の端面から結合した半導体レーザ５の
発する導波光をグレーティング結合器４により導波路２
外に放射角θ方向に放射光として出射している。
示す模式的側面図である。従来、基板１に設けた薄膜導
波路２から導波路外（ここでは空気中）へ導波光を放射
光として取り出す場合は、第３図に示すように薄膜導波
路２上に空気とは異なる屈折率の物質を周期的に構成し
た構造のグレーティング結合器４を用いる。この例で
は、薄膜導波路２の端面から結合した半導体レーザ５の
発する導波光をグレーティング結合器４により導波路２
外に放射角θ方向に放射光として出射している。
次に、グレーティング結合器４から出射される放射光の
放射角θについて説明する。薄膜導波路２のグレーティ
ング結合器４に対面する部分では、所定の導波モードで
伝搬する導波光から多くの空間高調波が発生する。この
高調波の結合器４における伝搬定数βｈは、導波路２に
おける導波光の伝搬定数をβ、グレーティング結合器４
のグレーティング構造の周期（グレーティング周期）を
p,高調波の次数をｍとすると、（１）式で表わされる。
放射角θについて説明する。薄膜導波路２のグレーティ
ング結合器４に対面する部分では、所定の導波モードで
伝搬する導波光から多くの空間高調波が発生する。この
高調波の結合器４における伝搬定数βｈは、導波路２に
おける導波光の伝搬定数をβ、グレーティング結合器４
のグレーティング構造の周期（グレーティング周期）を
p,高調波の次数をｍとすると、（１）式で表わされる。
βｈ＝β−2mπ/p （ｍ＝0,±1,±2,…） （１） ここで、グレーティング結合器４での高調波の伝搬定数
βｈは、上記放射光伝搬定数β０の上記導波光進行方向
の成分と伝搬定数βｈの同方向成分とが一致する必要が
ある。いま、上記放射光の空気中における波長をλ0,伝
搬定数をβ０とすると、（２）式が成立する。
βｈは、上記放射光伝搬定数β０の上記導波光進行方向
の成分と伝搬定数βｈの同方向成分とが一致する必要が
ある。いま、上記放射光の空気中における波長をλ0,伝
搬定数をβ０とすると、（２）式が成立する。
βｈ＝β０・sinθ（２π／λ０）・sinθ （２） 導波路２を伝搬する導波光の等価屈折率をＮ（＝β／β
０）とすると、β＝Ｎ・２π／λ０であるから、（１）
式は（３）式に変形できる。
０）とすると、β＝Ｎ・２π／λ０であるから、（１）
式は（３）式に変形できる。
（Ｎ−sinθ）／λ０＝m/p＝ｋ （３） （３）式を放射角θの正弦波関数である（４）式に整理
する。
する。
sinθ＝Ｎ−ｋλ０ （４） 即ち、グレーティング結合器４で発生する高調波の次数
ｍを適切に選び、この選ばれたｍ次高調波を導波路外に
導くべき放射光とすると、この放射光の放射角θは、導
波路２を所定の導波モードで伝搬する導波光の等価屈折
率Ｎと、上記導波光の空気中における波長λ０と、グレ
ーティング結合器４のグレーティング周期ｐおよび上記
放射光の高調波次数ｍで決定されるグレーティング結合
器４の構造定数ｋとの関数となる。
ｍを適切に選び、この選ばれたｍ次高調波を導波路外に
導くべき放射光とすると、この放射光の放射角θは、導
波路２を所定の導波モードで伝搬する導波光の等価屈折
率Ｎと、上記導波光の空気中における波長λ０と、グレ
ーティング結合器４のグレーティング周期ｐおよび上記
放射光の高調波次数ｍで決定されるグレーティング結合
器４の構造定数ｋとの関数となる。
上述した従来の導波路型グレーティング結合器では、式
（４）から分かるように、放射光の波長λ０の変化につ
れてその放射角θが変動することになる。
（４）から分かるように、放射光の波長λ０の変化につ
れてその放射角θが変動することになる。
一般に半導体レーザは温度によりレーザ光の波長λ０が
変動するので、この導波路型グレーティング結合器で
は、放射角θも変化することになり、導波路外の回路へ
結合されるレーザ光の強度が変化し、実用上の問題が生
じる。
変動するので、この導波路型グレーティング結合器で
は、放射角θも変化することになり、導波路外の回路へ
結合されるレーザ光の強度が変化し、実用上の問題が生
じる。
本発明の目的は、導波路を伝搬する導波光の波長が変化
しても放射光の放射角変動が少ない導波路型グレーティ
ング結合器を提供することにある。
しても放射光の放射角変動が少ない導波路型グレーティ
ング結合器を提供することにある。
本発明の導波路型グレーティング結合器は、所定導波モ
ードで伝搬する導波路内の導波光を前記導波路に設けた
屈折率の周期的変動手段により放射光として導波路外へ
導く導波路型グレーティング結合器において、前記導波
光の空気中における波長λ０の変化に際し、前記周期的
変動手段に対面する前記導波路の等価屈折率Ｎの変化量
を、前記周期的変動手段のグレーティング周期を含む構
造定数ｋと前記波長λ０との積ｋ・λ０の変化量にほぼ
等しくする手段を備えている。
ードで伝搬する導波路内の導波光を前記導波路に設けた
屈折率の周期的変動手段により放射光として導波路外へ
導く導波路型グレーティング結合器において、前記導波
光の空気中における波長λ０の変化に際し、前記周期的
変動手段に対面する前記導波路の等価屈折率Ｎの変化量
を、前記周期的変動手段のグレーティング周期を含む構
造定数ｋと前記波長λ０との積ｋ・λ０の変化量にほぼ
等しくする手段を備えている。
上記式（４）において、薄膜導波路の等価屈折率Ｎは導
波光の波長λ０によってはほとんど変化しないため、従
来の導波路型グレーティング結合器では放射光の放射角
θの変動を招いている。そこで本発明では、薄膜導波路
を伝搬する導波光の波長λ０が増加したとき、それにつ
れて薄膜導波路の等価屈折率Ｎが増加するような構造に
して両者の変動を相殺しているので、放射角θの変化が
少なくなる。
波光の波長λ０によってはほとんど変化しないため、従
来の導波路型グレーティング結合器では放射光の放射角
θの変動を招いている。そこで本発明では、薄膜導波路
を伝搬する導波光の波長λ０が増加したとき、それにつ
れて薄膜導波路の等価屈折率Ｎが増加するような構造に
して両者の変動を相殺しているので、放射角θの変化が
少なくなる。
次に、本発明について第１図および第２図を参照して説
明する。
明する。
第１図は本発明の導波路型グレーティング結合器の一実
施例を示す模式的側面図、第２図は第１図におけるクラ
ッド層３に用いる材料の一特性例を示す図である。
施例を示す模式的側面図、第２図は第１図におけるクラ
ッド層３に用いる材料の一特性例を示す図である。
第１図に示すように、本実施例は、第３図に示した基板
１と薄膜導波路２とグレーティング結合器４とを含む従
来例の構造において、薄膜導波路２とグレーティング結
合器４との間に、グレーティング結合器４に対面させて
クラッド層３をさらに配置している。クラッド層３は、
導波光３の波長λ０の変化範囲において、波長λ０の増
加につれて屈折率が増加する材料である。クラッド層３
に用いる材料としては、第２図の屈折率ｎおよび吸収係
数αに示すように、双極子吸収による屈折率分散を有す
る物質，例えばエキシトン吸収を有するGaAs（砒素化ガ
リウム）などを利用できる。但し、この吸収の中心，つ
まり吸収係数αの極大値付近ではクラッド層３による導
波光の伝搬損失も大きくなるので、波長λ０はクラッド
層３材料の吸収の中心を外れた波長域を選定する必要が
ある。
１と薄膜導波路２とグレーティング結合器４とを含む従
来例の構造において、薄膜導波路２とグレーティング結
合器４との間に、グレーティング結合器４に対面させて
クラッド層３をさらに配置している。クラッド層３は、
導波光３の波長λ０の変化範囲において、波長λ０の増
加につれて屈折率が増加する材料である。クラッド層３
に用いる材料としては、第２図の屈折率ｎおよび吸収係
数αに示すように、双極子吸収による屈折率分散を有す
る物質，例えばエキシトン吸収を有するGaAs（砒素化ガ
リウム）などを利用できる。但し、この吸収の中心，つ
まり吸収係数αの極大値付近ではクラッド層３による導
波光の伝搬損失も大きくなるので、波長λ０はクラッド
層３材料の吸収の中心を外れた波長域を選定する必要が
ある。
上述のとおりの構成にすると、薄膜導波路２の等価屈折
率Ｎにもクラッド層３と同様の波長変化を持たせること
ができるので、等価屈折率Ｎの変動とｋ・λ０の変動を
相殺して放射角θの変化を少なくできる。特に、（４）
式におけるsinθ＝Ｎ−ｋλ０となるように、導波光の
波長λ０の変化量に合った屈折率変化を有するクラッド
層３を選ぶと、波長λ０の変動による放射角θの変動を
ほとんどなくすことができる。
率Ｎにもクラッド層３と同様の波長変化を持たせること
ができるので、等価屈折率Ｎの変動とｋ・λ０の変動を
相殺して放射角θの変化を少なくできる。特に、（４）
式におけるsinθ＝Ｎ−ｋλ０となるように、導波光の
波長λ０の変化量に合った屈折率変化を有するクラッド
層３を選ぶと、波長λ０の変動による放射角θの変動を
ほとんどなくすことができる。
以上説明したように本発明は、導波光の空気中における
波長λ０の変化に際し、周期的変動手段に対面する導波
路の等価屈折率Ｎの変化量を、前記周期的変動手段のグ
レーティング周期を含む構造定数ｋと前記波長λ０との
積ｋ・λ０の変化量にほぼ等しくする手段を備えるの
で、上記導波光の波長が変化しても、導波路外への放射
光の放射角の変動を少くする効果がある。
波長λ０の変化に際し、周期的変動手段に対面する導波
路の等価屈折率Ｎの変化量を、前記周期的変動手段のグ
レーティング周期を含む構造定数ｋと前記波長λ０との
積ｋ・λ０の変化量にほぼ等しくする手段を備えるの
で、上記導波光の波長が変化しても、導波路外への放射
光の放射角の変動を少くする効果がある。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の導波路型グレーティング結合器の一実
施例を示す模式的側面図、第２図は第１図におけるクラ
ッド層３に用いる材料の一特性を示す図、第３図は従来
の導波路型グレーティング結合器の一例を示す模式的側
面図である。 １……基板、２……薄膜導波路、３……クラッド層、４
……グレーティング結合器、５……半導体レーザ。
施例を示す模式的側面図、第２図は第１図におけるクラ
ッド層３に用いる材料の一特性を示す図、第３図は従来
の導波路型グレーティング結合器の一例を示す模式的側
面図である。 １……基板、２……薄膜導波路、３……クラッド層、４
……グレーティング結合器、５……半導体レーザ。
Claims (1)
- 【請求項１】所定導波モードで伝搬する導波路内の導波
光を前記導波路に設けた屈折率の周期的変動手段により
放射光として導波路外へ導く導波路型グレーティング結
合器において、 前記導波光の空気中における波長λ０の変化に際し、前
記周期的変動手段に対面する前記導波路の等価屈折率Ｎ
の変化量を、前記周期的変動手段のグレーティング周期
を含む構造定数ｋと前記波長λ０との積ｋ・λ０の変化
量にほぼ等しくする手段を備えることを特徴とする導波
路型グレーティング結合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29532586A JPH077134B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 導波路型グレ−テイング結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29532586A JPH077134B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 導波路型グレ−テイング結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63147113A JPS63147113A (ja) | 1988-06-20 |
| JPH077134B2 true JPH077134B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=17819153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29532586A Expired - Lifetime JPH077134B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 導波路型グレ−テイング結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077134B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389830B1 (ko) * | 2001-08-20 | 2003-07-02 | 삼성전자주식회사 | 평면 도파로 소자의 광분포를 이미지화하는 장치 및 방법 |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP29532586A patent/JPH077134B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63147113A (ja) | 1988-06-20 |
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