JPS6283705A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPS6283705A
JPS6283705A JP61230206A JP23020686A JPS6283705A JP S6283705 A JPS6283705 A JP S6283705A JP 61230206 A JP61230206 A JP 61230206A JP 23020686 A JP23020686 A JP 23020686A JP S6283705 A JPS6283705 A JP S6283705A
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grating
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optical device
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phase shift
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ロドニー　クリフォード　アルファーネス
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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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、光学的フィルタを備えた光学装置に関する。
明の　術的背景 光学的フィルタは、光信号処理や光通信応用を含む多く
の応用分野において重要である。
たぶん、光学的フィルタの利用は、これらに限定されは
しないが、光増幅器用の自然放出ノイズ　フィルタのみ
ならず、波長分割マルチプレキシング１周波数ずれキー
イング（ＦＳＫ）コヒーレント検出機構における波長弁
別でも行なわれる６期待されてたように、光学的フィル
タを製造するこころみか、いくらか行なわれていた。
導波管反射格子は、狭いバンド波長弁別を得るための１
つの手段を提供する。この型のフィルタはガラス及び半
導体導波管の両方において論証された０例えば、アプラ
イド　フィシツク　レター（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、２４．１９４−１９６頁、
１９７４年、アプライド　フィシツク　レター、４５．
１２７８−１２８０頁、１９８４年を参照のこと。しか
しながら、この型の格子には欠点がある。
所望の狭いバンド幅を得るのは回連である。
フィルタが、光と格子間の強い結合で作られると、光は
全体の格子に遭遇する前に反射され、そしてバンド幅は
相対的に大きくなる。
フィルタが、光と格子間の強い結合で作られると、それ
をまた長くしなければならない。
この場合、均一の格子と導波管効率との両方を得ること
の問題は非常に困難となる。このような困難にもかかわ
らず、　はぼ０．６ｎｍのフィルタバンド幅が、中央波
長λ＝１．５５μｍに対して得られた。しかしながら、
多くの応用例にとって、０．１ｎｍ　より小さいフィル
タバンド幅を得ることが望まれている。
加えて、ある応用例にとって、反射よりむしろ伝送にお
いて働くフィルタが望まれている。
見匪段監灸 光学装置は格子共振器フィルタを有し、このフィルタは
基板と、この基板上の第１および第２の格子区域と、有
効屈折率を低くした区域とよりなり、第１と第２の格子
区間の間に位置するこの後者の区域は、格子共振器を構
成する。２つの格子区間は、上記低有効屈折率区域によ
り、相互に効果的に位相がずれており、この低有効屈折
率区域が、所望されたｎ／２の位相のずれを生ずる。有
効屈折率が変化した区域を移相区域と称することができ
る。換言すれば、ｎ／２の位相のずれは、格子区域が有
している以上の有効屈折率を有す非格子区域を用いるこ
とにより得られる。
好ましい実施例においては、ＩｎＧａＡｓＰを含む■−
■族化合物半導体のような半導体物質により、フィルタ
は作られる。また他の実施例においては、電気光学物質
が用いられており、電極を光学フィルタの周波数調整を
行なうために移相区に接続する。また、他の好ましい実
施例においては、エツチングにより移相区域が形成され
る。これにより有効屈折率が減少する。より一般的には
、移相区域は、格子区域に関して異なった屈折率或いは
寸法を有す。フィルタは、他の応用装置と同様に、変調
器、光増幅器、波長分割マルチプレキシングのような装
置においても役に立つ。
χに菫勿■酉 説明を明確にするため、描かれた装置の要素は、非等尺
である。
本発明に従った導波管格子共振器フィルタの模範的な実
施例は、概略的に第１図に描かれている。これは、基板
１と第１の格子区域３と第２の格子区域５とを含み、こ
れら格子区域は基板１上に配置されている。また、第１
と第２の格子区域との間に区域７があり。
これは移相区域または有効屈折率が変化した区域と呼ば
れる。移相区域の屈折率は格子区域のそれとは異なる。
第１および第２の格子区域は相互に幾何学的に同位相で
ある。第１の区域の格子ピークと第２の区域の任意の１
つのピークとの間の距離は格子周期の整数倍になってい
る。これら格子は１周期Ａの第１の秩序の格子である。
移相区域７は、長さが２である。基板は、第１および第
２の格子区域よりも低い屈折率を有している。また、入
力放射１１と濾過された出力放射１３が描かれている。
本発明の格子共振器フィルタを製造するには従来の製造
技術を用いることができる。
それは、よく知られておりそして従来のリソグラフィ技
術とエピタキシャル結晶成長技術を用いることができる
０例えば、はぼ１．１μｍのバンドギャップ波長を持ち
、はぼ０．７μｍの厚さのＩｎＧａＡｓＰ導波管層を、
１０”／ａｎ３以下のｎ型ＩｎＰ基板上に成長させるこ
とができる。他の厚さやバンドギャップが用いられてい
る。次にフォトレジストがエピタキシャル層上に堆積さ
れる。　０．２３４０゛μｍの周期Ａを有す第１秩序格
子が、フォトレジスト内に干渉計を使用して描かれ、飽
和臭素とリン酸溶液によるエツチングにより４元素より
なるＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐに移す、典型的には、
格子の深さは、よく知られた方法で、エツチング時間に
依存して７０から１１００ｎ内の正確な深さになされる
。フォトレジスト格子マスクは除去され、そして、長さ
Ｑを持つ区域が、リングラフィで線引きされたマスクを
用いるこヒ１″：よ一す゛、平面格子に化学的にエツチ
ングされる。エツチングされた空間または区域は、典型
的には、格子の谷よりも深いほぼ５０ｎｍの深さとなる
。格子反射面の長さは、はぼ５００μｍとなる。走査電
子顕微鏡を用いても、残りの格子は観察されなかった。
エツチングされた領域は屈折率が減少した領域、すなわ
ち、第１と第２の格子区域間に移相区域を形成する。こ
の製造方法によると第１と第２の区域が確実に同位相に
なる。
有効屈折率が減少した区域が、導波管厚みの減少した区
域を有し、そのため、有効屈折率の減少した区域　を有
すので、その区域が有効な位相のずれを生ゼしめる。共
振波長における２つの格子間の所望の相対的な位相を得
るためには１次の式を満たす必要がある。
λ。
（Ｎ１　Ｎ２）Ｑ＝　　／　　　　　　（１）ここに、
Ωはエツチングされた区域の長さ、Ｎ１とＮ２は、それ
ぞれ格子区域とエツチングされた区域の有効屈折率であ
る。共振波長は、λ。である、もし、移相区域の屈折率
が増大したならば、同じ要求が満足されねばならない。
他の実施例が考えられる０例えば、チャネル導波管は、
格子区域の幅と異なった移相区域の幅で製造することが
できる。異なった製造技術により、格子区域の屈折率に
関して、移相区域の実際の屈折率の変更の可能性が生ず
る。例えば、異なった金属を、異なった屈折率の導波管
を形成するために格子区域と移相区域内において拡散さ
せることができる。
もし、半導体を用いるならば、先に記載されたエツチン
グ　ステップの後に、格子区域とは異なった物質組成お
よび屈折率を有す半導体物質のエツチング領域における
選択的な再成長が行なわれる。
各格子反射面は、強く反射する所望の共振波長へ集中さ
れた同一のストップバンド波長領域を有している。前記
した式（１）が満足されたとき、２つの格子区域からの
強い反射は位相が異なり、そして共振波長において強い
伝送を引き起こす。
導波管用の物質として１種々のものを用いることができ
る。例えば、Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐを含む■−■
族化合物半導体のような半導体を用いることができる。
加えて、リチウムニオブ酸塩を用いることができる。導
波管と基板との間には、相対的に小さな屈折率の相異が
存在するので、後者の物質は化合物半導体はどに好まし
いとは思えない、そして、リチウムニオブ酸塩のエツチ
ングのための周知技術は、半導体のエツチングのための
相当する技術はど容易にリチウムニオブ酸塩をエツチン
グしない。しかしながら、これは非常に低い損失をもっ
ており、この低い損失は、挿入損失の低い非常に狭いバ
ンド幅の共振器フィルタには有利である。■−■族化合
物半導体は好ましく見える、なぜならエピタキシャル層
と基板との間で大きな屈折率の相異が得られるからであ
る。加えて、シリカを用いることもできる。
本発明の模範的な格子共振器による反応を第２図に示し
ており、垂直方向へ相対的伝送がプロットされているの
に対し、水平方向にはμｍで波長がプロットされている
。計測された反応は期待された形状、すなわち・中央に
おいて、１つの伝送共振を備えた格子反射面に特徴づけ
られるほぼ３電ｍ幅のストップバンドを有す。共振幅は
半値幅、はぼ０．４電ｍである。過度の共振器損失は０
．９　ｄ　Ｂである。これは、５ｄＢ／ａｍで見積もら
れるべき導波管損失を許容するものである−これは、同
様なしわのない導波管における損失と一致する値である
。この損失係数が正確であると仮定すると、フィルタバ
ンド幅は損失によって限定されるのではなく、格子ミラ
ーを介する漏洩により限定される。
増大された格子反射力を有す共振器により、ストップバ
ンドの幅および深さともに増大することができ、そして
共振バンド幅は減少される。０．１電ｍ　はどの小さな
フィルタバンド幅が得られた。先に述べられた導波管損
失にとって、０．０２５ｎｍ　以下のフィルタバンド幅
が達成されるべきである。
フィルタは、多くの装置において役に立つ。
例えば、第３図に示すような光増幅器に用いることがで
きる。第１図に関して記載され、且つ同一番号が付され
た要素に加え、このフィルタは、有効屈折率の減少した
区域または移相区域７に接続された電極１５を有す。入
力光の源１９がまた示されている。光源は、典型的には
レーザであり、例えば、半導体レーザであり光学的に第
１の格子区域へ接続されている。すなわち、それから放
出された光は、第１の格子区域へ入る。この光源は、所
望されるものより広いスペクトルを有す。電極は、所望
の周波数のフィルタ通過帯域を調整する。
また、フィルタは、レーザからの光を変調するためにも
使用できるにれは、第３図に示す実施例を使用すること
により容易にできる。適当な電圧を加えたとき、電極は
光電効果で変調を行なう。そして、これにより、共振波
長の位置を変える。これは０．０と１．０のような２つ
の値の間で変化されるべきフィルタの効果的伝送を可能
にする。
移相区域は、第１と第２の格子区域に関して対称的に位
置される必要はない。ある状況においては、入力側の格
子長さが、出力側のそれとは異なった長さであることが
望ましい。
他の実施例が考えられる。例えば、フィルタを縦続接続
できるということは容易に理解される。それは、２以上
の格子区域は、有効屈折率の減少した区域の数の増大に
対応して使用することができる。加えるに、第２の秩序
の格子はいくつかの応用例に使用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従った実施例の断面図、第２図は、
本発明に従ったフィルタにおいて、垂直方向に相対的伝
送をとり水平方向に波長をとってプロットした図、 第３図は、本発明に従った他の実施例の断面図を示す。 〔主要部分の符号の説明］ 基　板・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・１第１の格子区域・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・３第２の格子
区域・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・５移相区域・・・・・・、・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・７電　極・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
１５光　源・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・１７Ｒ６，７ ＦＩＧ、　３ 一４項　（ｐｍ）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、第１の屈折率を有す基板と、この基 板上に配置された第１の格子区域とを含む光学装置にお
    いて、第２の格子区域と移送区域とが、上記基板上に配
    置され、この移送区域は、上記第１と第２の格子区域間
    に位置することを特徴とする光学装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の装置 において、上記各区域が化合物半導体を含むことを特徴
    とする光学装置。 ３、特許請求の範囲第２項に記載の装置 において、上記化合物半導体がIII−Ｖ族化合物半導体
    を含むことを特徴とする光学装置。 ４、特許請求の範囲第１項に記載の装置 において、上記各区域がリチウムニオブ酸塩を含むこと
    を特徴とする光学装置。 ５、特許請求の範囲第１項に記載の装置 において、上記各区域がシリカ（二酸化珪素）を含むこ
    とを特徴とする光学装置。 ６、特許請求の範囲第１項に記載の装置 において、更に、上記移相区域用の電極を含むことを特
    徴とする光学装置。 ７、特許請求の範囲第１項に記載の装置 において、更に、上記第１の格子区域へ光学的に接続さ
    れる光源を含むことを特徴とする光学装置。
JP61230206A 1985-09-30 1986-09-30 光学装置 Pending JPS6283705A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/782,133 US4750801A (en) 1985-09-30 1985-09-30 Optical waveguide resonator filters
US782133 1985-09-30

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JPS6283705A true JPS6283705A (ja) 1987-04-17

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ID=25125089

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JP61230206A Pending JPS6283705A (ja) 1985-09-30 1986-09-30 光学装置

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US (2) US4750801A (ja)
EP (1) EP0226728A3 (ja)
JP (1) JPS6283705A (ja)
CA (1) CA1274411A (ja)

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