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JP2011100054A - Planar waveguide element - Google Patents

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JP2011100054A
JP2011100054A JP2009256003A JP2009256003A JP2011100054A JP 2011100054 A JP2011100054 A JP 2011100054A JP 2009256003 A JP2009256003 A JP 2009256003A JP 2009256003 A JP2009256003 A JP 2009256003A JP 2011100054 A JP2011100054 A JP 2011100054A
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optical waveguide
axis
optical
array
light
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JP2009256003A
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Yasuo Fukai
泰雄 深井
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】出力側でのクロストークを低減し、分光された光がそれぞれ単一波長の光として、固有の出力側端面から出力することができる平面導波路素子を提供する。
【解決手段】それぞれの光導波路アレイにおける光導波路5,6においては、光導波路5,6の並ぶ方向において一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成されている。第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイの連結部は、光が第1光導波路アレイから第2光導波路アレイに伝搬する際に、mを整数として、この光が起こす光学的ブロッホ振動の位相が(2m−1)×π変化するように形成されている。それぞれの光導波路アレイの光導波路の長さの平均値は、それぞれの光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、光導波路5,6を伝搬する長さに略一致している。
【選択図】図1
The present invention provides a planar waveguide device capable of reducing crosstalk on the output side and outputting the separated light as light having a single wavelength from a specific output side end face.
In the optical waveguides 5 and 6 in each optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution in one direction in the direction in which the optical waveguides 5 and 6 are arranged. When the light propagates from the first optical waveguide array to the second optical waveguide array, the connecting portion of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array has m as an integer, and the phase of the optical Bloch oscillation caused by the light. Is formed so as to change by (2m−1) × π. The average value of the length of the optical waveguide of each optical waveguide array is such that the light propagating through each optical waveguide array propagates through the optical waveguides 5 and 6 while the optical Bloch oscillation vibrates for ½ period. Approximate length.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、平面導波路素子に関し、特に、光学的ブロッホ振動を利用して、波長多重化された光を分光し、分光された光のそれぞれを所望の出力側端面から出力する平面導波路素子に関する。   The present invention relates to a planar waveguide device, and more particularly to a planar waveguide device that splits wavelength-multiplexed light using optical Bloch oscillation and outputs each of the dispersed light from a desired output side end face. About.

波長多重(Wavelength Division Multiplexing:以下、「WDM」と称す。)光通信においては、波長1.55μm帯または波長1.3μm帯などの波長が異なる複数の光を多重化した信号光(以下、波長多重光と称す。)が1本の光ファイバにより伝送される。このWDM光通信により、大容量かつ高速の光通信が実現される。   In wavelength division multiplexing (hereinafter referred to as “WDM”) optical communication, signal light (hereinafter referred to as wavelength) obtained by multiplexing a plurality of lights having different wavelengths such as a wavelength of 1.55 μm or a wavelength of 1.3 μm. (Referred to as multiplexed light) is transmitted by a single optical fiber. With this WDM optical communication, high-capacity and high-speed optical communication is realized.

WDM光は、最終的に、波長ごとに指定されたポートから出力される。このため、出力する前に、WDM光を分光する分光器が必要となる。分光器としては、光学的ブロッホ振動(Optical Bloch Oscillations:以下、「OBO」と称す。)を利用した平面導波路素子(以下、「OBO平面導波路素子」と称す。)が、非特許文献1〜3において提案されている。   The WDM light is finally output from a port designated for each wavelength. For this reason, a spectroscope that separates WDM light before output is required. As a spectroscope, a planar waveguide element (hereinafter referred to as “OBO planar waveguide element”) using optical Bloch Oscillations (hereinafter referred to as “OBO”) is described in Non-Patent Document 1. Proposed in ~ 3.

以下、従来技術の一例として、非特許文献2に記載されたOBO平面導波路素子について説明する。図22は、非特許文献2において開示されたOBO平面導波路素子を模式的に示す斜視図である。図22に示すように、従来のOBO平面導波路素子100は、SiO2(二酸化珪素)およびガラスからなる基板101と、基板101上に並べて配置され、高分子材料からなり、光が伝搬する複数の光導波路102(光導波路アレイ)と、伝搬する光が光導波路102から漏れ出すことを防止する高分子クラッド層103とを備えている。複数の光導波路102の一方端には、光が入射する入力側端面104が設けられ、入力側端面104とは反対側の他方端には、光が出射する出力側端面105が設けられている。さらに、従来のOBO平面導波路素子100は、光導波路102が並べられる方向における基板101の一方端に配置されたヒータ106と、ヒータ106とは反対側の他方端に配置されたヒートシンク107とを備えている。ヒータ106およびヒートシンク107により、基板101の温度分布(温度勾配)を制御することが可能となっている。 Hereinafter, an OBO planar waveguide device described in Non-Patent Document 2 will be described as an example of the prior art. FIG. 22 is a perspective view schematically showing the OBO planar waveguide device disclosed in Non-Patent Document 2. As shown in FIG. As shown in FIG. 22, a conventional OBO planar waveguide device 100 includes a substrate 101 made of SiO 2 (silicon dioxide) and glass, a plurality of substrates 101 arranged side by side on a substrate 101, made of a polymer material, and propagates light. Optical waveguide 102 (optical waveguide array), and a polymer clad layer 103 that prevents propagating light from leaking out of the optical waveguide 102. An input side end face 104 on which light is incident is provided at one end of the plurality of optical waveguides 102, and an output side end face 105 from which light is emitted is provided at the other end opposite to the input side end face 104. . Furthermore, the conventional OBO planar waveguide device 100 includes a heater 106 disposed at one end of the substrate 101 in a direction in which the optical waveguides 102 are arranged, and a heat sink 107 disposed at the other end opposite to the heater 106. I have. The temperature distribution (temperature gradient) of the substrate 101 can be controlled by the heater 106 and the heat sink 107.

ここで、図22において、点線の矢印は、OBO平面導波路素子100における複数の光導波路102中をX軸方向に振動しながら伝搬する光の道筋108を示している。なお、図22においては、複数の光導波路102が並ぶ方向をX軸方向、各光導波路102の延在方向をY軸方向、X軸方向およびY軸方向に垂直な方向をZ軸方向とする。   Here, in FIG. 22, a dotted arrow indicates a path 108 of light propagating while vibrating in the X-axis direction in the plurality of optical waveguides 102 in the OBO planar waveguide device 100. In FIG. 22, the direction in which the plurality of optical waveguides 102 are arranged is the X-axis direction, the extending direction of each optical waveguide 102 is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction. .

次に、OBO平面導波路素子100の製造方法について説明する。まず、光導波路102となる高分子材料を基板101上に堆積させる。その高分子材料上にレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、電子線描画またはフォトリソグラフィによって、レジスト膜に光導波路102のパターンを形成する。このパターンが形成されたレジスト膜をマスクとして、前述の高分子材料をエッチングする。これにより、基板101上に光導波路102が形成される。その後、基板101上に、基板101における光導波路102が形成された面および光導波路102を覆うように、高分子クラッド層103を堆積させる。次に、基板101のX軸方向における一方の側端部にヒータ106を装着する。さらに、基板101のX軸方向における他方の側端部にヒートシンク107を装着する。以上の工程により、OBO平面導波路素子100を製造することができる。なお、非特許文献2には、光導波路102の端部の加工などに関する記載はない。   Next, a method for manufacturing the OBO planar waveguide device 100 will be described. First, a polymer material to be the optical waveguide 102 is deposited on the substrate 101. A resist is coated on the polymer material to form a resist film, and then a pattern of the optical waveguide 102 is formed on the resist film by electron beam drawing or photolithography. The above-described polymer material is etched using the resist film on which this pattern is formed as a mask. Thereby, the optical waveguide 102 is formed on the substrate 101. Thereafter, a polymer clad layer 103 is deposited on the substrate 101 so as to cover the surface of the substrate 101 where the optical waveguide 102 is formed and the optical waveguide 102. Next, the heater 106 is attached to one side end of the substrate 101 in the X-axis direction. Further, the heat sink 107 is attached to the other side end portion of the substrate 101 in the X-axis direction. Through the above steps, the OBO planar waveguide device 100 can be manufactured. Non-Patent Document 2 does not describe processing of the end of the optical waveguide 102.

次に、OBO平面導波路素子100の動作について説明する。OBO平面導波路素子100においては、ヒータ106およびヒートシンク107のはたらきにより、基板101のX軸方向における単位長さあたりの温度差を制御することができる。そして、この温度差に応じて光導波路102のX軸方向における単位長さあたりの等価屈折率の差が変化する。この屈折率の差に起因してOBOが発現し、OBO平面導波路素子100を可変分光器として利用することができる。   Next, the operation of the OBO planar waveguide device 100 will be described. In the OBO planar waveguide device 100, the temperature difference per unit length in the X-axis direction of the substrate 101 can be controlled by the functions of the heater 106 and the heat sink 107. The difference in equivalent refractive index per unit length in the X-axis direction of the optical waveguide 102 changes according to this temperature difference. OBO appears due to the difference in refractive index, and the OBO planar waveguide device 100 can be used as a variable spectrometer.

一般に、高分子材料からなる光導波路102を有するOBO平面導波路素子100においては、基板101が高温である位置における光導波路102の屈折率は、基板101が低温である位置における光導波路102の屈折率よりも高くなる。   In general, in the OBO planar waveguide device 100 having the optical waveguide 102 made of a polymer material, the refractive index of the optical waveguide 102 at the position where the substrate 101 is at a high temperature is the refractive index of the optical waveguide 102 at the position where the substrate 101 is at a low temperature. Higher than the rate.

OBO平面導波路素子100の使用時には、ヒータ106およびヒートシンク107の機能によって、基板101のX軸方向の温度分布に勾配(単位長さあたりの温度差)が形成される。そして、光の強度ピークが所定の1つの入力側端面104に位置するように、異なる波長を有するWDM光がOBO平面導波路素子100中へ入力される。このとき、WDM光に含まれるそれぞれの光は、伝搬する光導波路102から漏れ出し、その光導波路102と隣接する光導波路102に結合する。その結果、WDM光は、Y軸方向へ伝搬しながら、X軸方向においてOBOを起こす。   When the OBO planar waveguide device 100 is used, a gradient (temperature difference per unit length) is formed in the temperature distribution in the X-axis direction of the substrate 101 by the functions of the heater 106 and the heat sink 107. Then, WDM light having different wavelengths is input into the OBO planar waveguide device 100 so that the intensity peak of the light is located on the predetermined one input side end face 104. At this time, each light included in the WDM light leaks from the propagating optical waveguide 102 and is coupled to the optical waveguide 102 adjacent to the optical waveguide 102. As a result, the WDM light causes OBO in the X-axis direction while propagating in the Y-axis direction.

一般に、光の波長が長くなるにつれて、OBOの振幅が大きくなる。つまり、OBOの性質によれば、光の波長毎にOBOの振幅が異なる。また、OBOは、光導波路102のX軸方向の単位長さあたりの等価屈折率の差、すなわち光導波路102のX軸方向の等価屈折率の分布の勾配が大きくなるにつれて、その振幅が小さくなる性質を有する。   In general, as the wavelength of light increases, the amplitude of OBO increases. That is, according to the nature of OBO, the amplitude of OBO differs for each wavelength of light. In addition, the amplitude of OBO decreases as the difference in equivalent refractive index per unit length of the optical waveguide 102 in the X-axis direction, that is, the gradient of the equivalent refractive index distribution in the X-axis direction of the optical waveguide 102 increases. Has properties.

そのため、OBO平面導波路素子100内に入力されたWDM光は、OBO平面導波路素子100内を伝搬する道筋108が異なっている。つまり、WDM光はOBO平面導波路素子10内で分光されることになる。また、分光された光それぞれは、単一波長の光として、固有の出力側端面105から出力される。   Therefore, the WDM light input into the OBO planar waveguide device 100 has a different path 108 that propagates through the OBO planar waveguide device 100. That is, the WDM light is split in the OBO planar waveguide device 10. Further, each of the dispersed light is output from the unique output side end face 105 as single wavelength light.

また、ヒータ106およびヒートシンク107を用いて、基板101のX軸方向の温度分布の勾配を調整することで、光導波路102のX軸方向における等価屈折率分布の勾配が制御される。この等価屈折率分布の勾配の制御により、分光された光のOBOの振幅を調整して、個々の光の出力側端面105を自在に指定することができる。以上のように、OBO平面導波路素子100は可変分光器として利用することができる。   Further, the gradient of the equivalent refractive index distribution in the X-axis direction of the optical waveguide 102 is controlled by adjusting the temperature distribution gradient in the X-axis direction of the substrate 101 using the heater 106 and the heat sink 107. By controlling the gradient of the equivalent refractive index distribution, it is possible to freely specify the output side end face 105 of each light by adjusting the amplitude of the OBO of the dispersed light. As described above, the OBO planar waveguide device 100 can be used as a variable spectrometer.

R.Morandotti, U.Peschel, and J.S.Aitchison, ”Experimental Observation of Linear and Nonlinear Optical Bloch Oscillations”, Physical Review Letters, Vol.83, No.23, 4756-4759 (1999).R. Morandotti, U. Peschel, and J. S. Aitchison, `` Experimental Observation of Linear and Nonlinear Optical Bloch Oscillations '', Physical Review Letters, Vol. 83, No. 23, 4756-4759 (1999). T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, and A.Brauer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review letters, Vol.83, No.23, 4752-4755 (1999).T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, and A.Brauer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review letters, Vol.83, No.23, 4752-4755 (1999). U.Peschel, T.Pertsch, and F.Lederer “Optical Bloch oscillations in waveguide arrays”, Optics Letters, Vol.23, No.21, 1701-1703 (1998).U. Peschel, T. Pertsch, and F. Lederer “Optical Bloch oscillations in waveguide arrays”, Optics Letters, Vol. 23, No. 21, 1701-1703 (1998).

WDM光通信において通信速度を速めるために、波長1.55μm帯または波長1.3μm帯などの限られた波長帯域内において、波長が異なるより多くの光を多重化する方策が採用され得る。ここで、多重化された光の全帯域幅は一定であるため、上記方策を実施するためには、多重化された光の波長間隔を短くする必要がある。そうすると、非特許文献2に記載されたOBO平面導波路素子100の構成においては、OBOの性質により、WDM光に含まれるそれぞれの光のOBOの振幅の差が小さくなる。   In order to increase the communication speed in the WDM optical communication, a method of multiplexing more light having different wavelengths within a limited wavelength band such as the wavelength 1.55 μm band or the wavelength 1.3 μm band can be adopted. Here, since the total bandwidth of the multiplexed light is constant, in order to implement the above measures, it is necessary to shorten the wavelength interval of the multiplexed light. Then, in the configuration of the OBO planar waveguide device 100 described in Non-Patent Document 2, the difference in OBO amplitude of each light included in the WDM light is reduced due to the nature of OBO.

その結果、OBO平面導波路素子100内を伝搬する複数の光の道筋108において、OBOの振動方向(図22のX軸方向)の間隔が狭くなる。そして、多重化された光のOBOの振幅の差が光導波路102の中心間距離より短くなると、複数の光が同じ出力側端面105から出力される。この場合、分光された光それぞれが、単一波長の光として固有の出力側端面105から出力されず、OBO平面導波路素子100の出力側においてクロストークが生じ、分光器として十分機能しない。   As a result, in the plurality of light paths 108 propagating in the OBO planar waveguide device 100, the interval in the vibration direction of the OBO (X-axis direction in FIG. 22) is narrowed. When the difference in the amplitude of the OBO of the multiplexed light becomes shorter than the distance between the centers of the optical waveguides 102, a plurality of lights are output from the same output side end face 105. In this case, each of the dispersed light is not output from the unique output side end face 105 as light having a single wavelength, and crosstalk occurs on the output side of the OBO planar waveguide device 100, so that it does not function sufficiently as a spectroscope.

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、平面導波路素子中に入力されるWDM光に含まれる光同士の波長間隔が狭くなっても、出力側でのクロストークを低減し、分光された光がそれぞれ単一波長の光として、固有の出力側端面から出力することができる平面導波路素子を提供することを目的とすることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and reduces crosstalk on the output side even when the wavelength interval between the light contained in the WDM light input into the planar waveguide element is narrowed. Another object of the present invention is to provide a planar waveguide device capable of outputting the separated light as light having a single wavelength from a specific output side end face.

本発明に基づく平面導波路素子は、基板と、基板上に積層されたクラッド層と、クラッド層上に積層され、クラッド層より高い屈折率を有するガイド層とを備えている。ガイド層の上部には、略平行に並ぶように直線状に延在する複数の光導波路を含む光導波路アレイが、光の伝搬方向に連続して複数形成されている。それぞれの光導波路アレイは、光が入射する入射側端面を有する光導波路を少なくとも1つ含む。それぞれの光導波路アレイは、光が出射する出射側端面を有する光導波路を少なくとも2つ含む。それぞれの光導波路アレイにおける光導波路においては、光導波路の並ぶ方向において一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成されている。互いに隣接して形成された光導波路アレイにおいては、それぞれが含む入射側端面を有する光導波路と出射側端面を有する光導波路とが互いに所定の角度を有して連結され、光の入射側に形成された第1光導波路アレイの第1光導波路の出射側端面と、光の出射側に形成された第2光導波路アレイの第2光導波路の入射側端面とが接続されている。第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイの連結部は、光が第1光導波路アレイから第2光導波路アレイに伝搬する際に、mを整数として、この光が起こす光学的ブロッホ振動の位相が(2m−1)×π変化するように形成されている。それぞれの光導波路アレイの光導波路の長さの平均値は、それぞれの光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、光導波路を伝搬する長さに略一致している。   A planar waveguide device according to the present invention includes a substrate, a clad layer laminated on the substrate, and a guide layer laminated on the clad layer and having a higher refractive index than the clad layer. On the upper portion of the guide layer, a plurality of optical waveguide arrays including a plurality of optical waveguides extending linearly so as to be arranged in parallel are continuously formed in the light propagation direction. Each optical waveguide array includes at least one optical waveguide having an incident side end face on which light is incident. Each optical waveguide array includes at least two optical waveguides each having an emission side end surface from which light is emitted. In the optical waveguide in each optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution in one direction in the direction in which the optical waveguides are arranged. In an optical waveguide array formed adjacent to each other, an optical waveguide having an incident-side end surface and an optical waveguide having an output-side end surface are connected to each other at a predetermined angle and formed on the light incident side. The emission side end face of the first optical waveguide of the first optical waveguide array thus formed is connected to the incidence side end face of the second optical waveguide of the second optical waveguide array formed on the light emission side. When the light propagates from the first optical waveguide array to the second optical waveguide array, the connecting portion of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array has m as an integer, and the phase of the optical Bloch oscillation caused by the light. Is formed so as to change by (2m−1) × π. The average value of the length of the optical waveguide of each optical waveguide array is the length that the light propagating through each optical waveguide array propagates through the optical waveguide while oscillating for 1/2 period in the optical Bloch oscillation. It is almost coincident.

上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路の長さが、第1光導波路に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第1光導波路を伝搬し終えた際に最も分光された後、第2光導波路に入射する。光がこの第2光導波路に入射する際に、光の光学的ブロッホ振動の位相が半波長の奇数倍変化することにより、光は第2光導波路に入射した後、さらに分光される。第2光導波路の長さが、第2光導波路に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第2光導波路を伝搬し終えた際に最も分光される。よって、波長多重光を上記の平面導波路素子に入射させることにより、出力側におけるクロストークを低減し、固有の出力側端面からそれぞれ単一波長の光を出力することができる。   According to the planar waveguide element described above, the length of the first optical waveguide is substantially equal to the length of the light propagating during the half period of the optical Bloch oscillation of the light incident on the first optical waveguide. When the light has been most dispersed when propagating through the first optical waveguide, the light is incident on the second optical waveguide. When light enters the second optical waveguide, the phase of the optical Bloch oscillation of the light changes by an odd multiple of a half wavelength, so that the light is further dispersed after entering the second optical waveguide. Since the length of the second optical waveguide is almost equal to the length of the optical Bloch oscillation of the light incident on the second optical waveguide that propagates during a half cycle, the propagation of the second optical waveguide is completed. In the case of the most spectroscopic. Therefore, by allowing the wavelength multiplexed light to be incident on the planar waveguide element, crosstalk on the output side can be reduced, and light having a single wavelength can be output from the unique output side end face.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、第1光導波路アレイにおけるY軸であるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、第2光導波路同士の間のピッチをP2、第2光導波路の等価屈折率をn、光の平均波長をλとすると、P2×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)の関係を満たす。最も入射側に形成された第1光導波路アレイにおいては、第1光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の入射側端面とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸におけるX軸であるX1軸上に位置し、また、第1光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の出射側端面とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置する。第2光導波路アレイにおいては、一の第2光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の出射側端面との交点の第2光導波路アレイの座標軸におけるY2座標が、この一の第2光導波路の低屈折率側に隣接する他の第2光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の出射側端面との交点の第2光導波路アレイの座標軸におけるY2座標から−P2×tanθ2変化した座標となり、また、第2光導波路の延在方向に延びる直線と第2光導波路の出射側端面とのすべての交点が、第2光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY2座標に位置している。 Preferably, in each optical waveguide array, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate. This is the Y axis in the first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis whose direction is positive and a Y axis whose direction away from the incident side end face is positive in the direction in which the optical waveguide extends. The angle between the Y 1 axis and the Y 2 axis that is the Y axis in the second optical waveguide array, θ 2 , which is counterclockwise with respect to the Y 1 axis of the Y 2 axis, and the pitch between the second optical waveguides Is P 2 , the equivalent refractive index of the second optical waveguide is n, and the average wavelength of light is λ, the relationship of P 2 × tan θ 2 = (2m−1) × λ / (2 × n) is satisfied. In the first optical waveguide array formed on the most incident side, all intersections between the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide and the incident side end surface of the first optical waveguide are in the coordinate axis of the first optical waveguide array. located X 1 axis is X-axis, and all intersections of the exit side end surface of the straight line and the first optical waveguide extending in the extending direction of the first optical waveguide, coordinates in the coordinate axis of the first optical waveguide array At the same Y 1 coordinate. In the second optical waveguide array, the Y 2 coordinate on the coordinate axis of the second optical waveguide array at the intersection of the straight line extending in the extending direction of one second optical waveguide and the emission side end surface of the first optical waveguide is From the Y 2 coordinate on the coordinate axis of the second optical waveguide array at the intersection of the straight line extending in the extending direction of another second optical waveguide adjacent to the low refractive index side of the second optical waveguide and the output side end surface of the first optical waveguide −P 2 × tan θ 2 The coordinates are changed, and all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the output side end surface of the second optical waveguide are in the coordinates on the coordinate axis of the second optical waveguide array. It is located on the same Y 2 coordinates.

上記の平面導波路素子によれば、光が第1光導波路の出射側端面から第2光導波路の入射側端面に伝搬する際に、光の光学的ブロッホ振動の位相を半波長の奇数倍変化させることができる。   According to the above planar waveguide element, the phase of the optical Bloch oscillation of the light is changed by an odd multiple of a half wavelength when light propagates from the exit end face of the first optical waveguide to the entrance end face of the second optical waveguide. Can be made.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、第1光導波路アレイにおけるY軸であるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、第1光導波路同士の間のピッチをP1、第2光導波路同士の間のピッチをP2とすると、P2=P1×cos|θ2|の関係を満たす。 Preferably, in each optical waveguide array, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate. This is the Y axis in the first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis whose direction is positive and a Y axis whose direction away from the incident side end face is positive in the direction in which the optical waveguide extends. The angle between the Y 1 axis and the Y 2 axis that is the Y axis in the second optical waveguide array, θ 2 that is counterclockwise with respect to the Y 1 axis of the Y 2 axis, and the pitch between the first optical waveguides Is P 1 and the pitch between the second optical waveguides is P 2 , the relationship of P 2 = P 1 × cos | θ 2 | is satisfied.

上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路アレイにおける第1光導波路の等価屈折率分布の形状と、第2光導波路アレイにおける第2光導波路の等価屈折率分布の形状とが似るため、第1光導波路から第2光導波路に光が伝搬する際に、光の強度分布が大きく変化することがなく、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   According to the above planar waveguide element, the shape of the equivalent refractive index distribution of the first optical waveguide in the first optical waveguide array is similar to the shape of the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide in the second optical waveguide array. When light propagates from the first optical waveguide to the second optical waveguide, the light intensity distribution does not change significantly, and the light propagation loss occurs at the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array. Can be reduced.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、第1光導波路アレイにおけるY軸であるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、第1光導波路同士の間のピッチをP1、第2光導波路の等価屈折率をn、光の平均波長をλとすると、P1×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)の関係を満たす。第1光導波路アレイにおいては、第1光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の入射側端面とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸におけるX軸であるX1軸上に位置し、また、第1光導波路アレイの一の第1光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の出射側端面との交点の第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標が、この一の第1光導波路の低屈折率側に隣接する他の第1光導波路の延在方向に延びる直線と第1光導波路の出射側端面との交点の第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標からP1×tanθ2変化した座標となる。第2光導波路アレイにおいては、第2光導波路の延在方向に延びる直線と第2光導波路の入射側端面とのすべての交点が、第2光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY2座標に位置している。 Preferably, in each optical waveguide array, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate. This is the Y axis in the first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis whose direction is positive and a Y axis whose direction away from the incident side end face is positive in the direction in which the optical waveguide extends. The angle between the Y 1 axis and the Y 2 axis that is the Y axis in the second optical waveguide array, θ 2 that is counterclockwise with respect to the Y 1 axis of the Y 2 axis, and the pitch between the first optical waveguides Is P 1 , the equivalent refractive index of the second optical waveguide is n, and the average wavelength of light is λ, the relationship of P 1 × tan θ 2 = (2m−1) × λ / (2 × n) is satisfied. In the first optical waveguide array, all intersections of the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide and the incident side end surface of the first optical waveguide are X 1 axes that are the X axis in the coordinate axis of the first optical waveguide array. The Y 1 coordinate on the coordinate axis of the first optical waveguide array at the intersection of the straight line located above and extending in the extending direction of the first optical waveguide of the first optical waveguide array and the output side end surface of the first optical waveguide Is the coordinate axis of the first optical waveguide array at the intersection of the straight line extending in the extending direction of the other first optical waveguide adjacent to the low refractive index side of the first optical waveguide and the output side end surface of the first optical waveguide. The coordinates are changed by P 1 × tan θ 2 from the Y 1 coordinate at. In the second optical waveguide array, all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the incident side end surface of the second optical waveguide are the same Y 2 coordinates in the coordinates on the coordinate axis of the second optical waveguide array. Is located.

上記の平面導波路素子によれば、光が第1光導波路の出射側端面から第2光導波路の入射側端面に伝搬する際に、光の光学的ブロッホ振動の位相を半波長の奇数倍変化させることができる。   According to the above planar waveguide element, the phase of the optical Bloch oscillation of the light is changed by an odd multiple of a half wavelength when light propagates from the exit end face of the first optical waveguide to the entrance end face of the second optical waveguide. Can be made.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、第1光導波路アレイにおけるY軸であるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、第1光導波路同士の間のピッチをP1、第2光導波路同士の間のピッチをP2とすると、第2光導波路は、P2=P1/cos|θ2|の関係を満たす。 Preferably, in each optical waveguide array, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate. This is the Y axis in the first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis whose direction is positive and a Y axis whose direction away from the incident side end face is positive in the direction in which the optical waveguide extends. The angle between the Y 1 axis and the Y 2 axis that is the Y axis in the second optical waveguide array, θ 2 that is counterclockwise with respect to the Y 1 axis of the Y 2 axis, and the pitch between the first optical waveguides the P 1, when the pitch between the second optical waveguide to each other and P 2, the second optical waveguide, P 2 = P 1 / cos | satisfy the relationship | theta 2.

上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路アレイにおける第1光導波路の等価屈折率分布の形状と、第2光導波路アレイにおける第2光導波路の等価屈折率分布の形状とが似るため、第1光導波路から第2光導波路に光が伝搬する際に、光の強度分布が大きく変化することがなく、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   According to the above planar waveguide element, the shape of the equivalent refractive index distribution of the first optical waveguide in the first optical waveguide array is similar to the shape of the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide in the second optical waveguide array. When light propagates from the first optical waveguide to the second optical waveguide, the light intensity distribution does not change significantly, and the light propagation loss occurs at the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array. Can be reduced.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイにおいて、光導波路が並ぶ方向において一方向に向かって、光導波路の幅が広くなる。   Preferably, in each optical waveguide array, the width of the optical waveguide becomes wider in one direction in the direction in which the optical waveguides are arranged.

上記の平面導波路素子によれば、それぞれの光導波路アレイにおいて、光導波路が並ぶ方向に一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成される。   According to the above planar waveguide element, in each optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution in one direction in the direction in which the optical waveguides are arranged.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイおいて、光導波路の幅をW、光導波路同士の間のピッチをPとすると、入射側端面において、W/P≧0.55である。   Preferably, in each optical waveguide array, if the width of the optical waveguide is W and the pitch between the optical waveguides is P, W / P ≧ 0.55 at the incident side end face.

上記の平面導波路素子によれば、結合定数の大きい光導波路において光学的ブロッホ振動が発現され、また、光導波路の結合定数が大きいことにより光導波路を伝搬する光の波長の違いによる光学的ブロッホ振動の振幅の変化量が大きくなる。よって、平面導波路素子の出力端面におけるクロストークを低減することができる。   According to the planar waveguide element described above, optical Bloch oscillation is manifested in an optical waveguide having a large coupling constant, and the optical Bloch due to the difference in wavelength of light propagating through the optical waveguide due to the large coupling constant of the optical waveguide. The amount of change in vibration amplitude increases. Therefore, crosstalk at the output end face of the planar waveguide device can be reduced.

好ましくは、光導波路が並ぶ方向における基板の一方の側面にヒータ、および、他方の側面にヒートシンクが形成されている。   Preferably, a heater is formed on one side surface of the substrate in a direction in which the optical waveguides are arranged, and a heat sink is formed on the other side surface.

上記の平面導波路素子によれば、それぞれの光導波路アレイにおいて、光導波路が並ぶ方向に一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成される。   According to the above planar waveguide element, in each optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution in one direction in the direction in which the optical waveguides are arranged.

好ましくは、それぞれの光導波路アレイおいて、光導波路の幅をW、光導波路同士の間のピッチをPとすると、幅WおよびピッチPのそれぞれが、W/P≧0.55を満たしほぼ一定の値となる。   Preferably, in each optical waveguide array, when the width of the optical waveguide is W and the pitch between the optical waveguides is P, each of the width W and the pitch P satisfies W / P ≧ 0.55 and is substantially constant. It becomes the value of.

上記の平面導波路素子によれば、結合定数の大きい光導波路において光学的ブロッホ振動が発現され、また、光導波路の結合定数が大きいことにより光導波路を伝搬する光の波長の違いによる光学的ブロッホ振動の振幅の変化量が大きくなる。よって、平面導波路素子の出力端面におけるクロストークを低減することができる。   According to the planar waveguide element described above, optical Bloch oscillation is manifested in an optical waveguide having a large coupling constant, and the optical Bloch due to the difference in wavelength of light propagating through the optical waveguide due to the large coupling constant of the optical waveguide. The amount of change in vibration amplitude increases. Therefore, crosstalk at the output end face of the planar waveguide device can be reduced.

好ましくは、最も出射側に形成された第2光導波路アレイにおいて、第2光導波路の延在方向に延びる直線と第2光導波路の出射側端面とのすべての交点が、最も入射側に形成された第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置している。 Preferably, in the second optical waveguide array formed on the most output side, all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the end surface on the output side of the second optical waveguide are formed on the most incident side. The first optical waveguide array is located at the same Y 1 coordinate in the coordinate axes.

上記の平面導波路素子によれば、基板劈開により平面導波路素子の入力端面および出力端面を容易に製作することができる。   According to the above planar waveguide element, the input end face and the output end face of the planar waveguide element can be easily manufactured by cleaving the substrate.

好ましくは、最も出射側に形成された第2光導波路の出射側端面における光の光学的ブロッホ振動の位相をY、sを整数とすると、(2s−5/4)π≦Y≦(2s−3/4)πである。   Preferably, if the phase of the optical Bloch oscillation of the light on the emission side end face of the second optical waveguide formed on the most emission side is Y and s is an integer, (2s-5 / 4) π ≦ Y ≦ (2s− 3/4) π.

上記の平面導波路素子によれば、平面導波路素子の出力端面におけるクロストークを低減することができる。   According to the above planar waveguide element, crosstalk at the output end face of the planar waveguide element can be reduced.

好ましくは、θ2が、−20°≦θ2≦20°である。
上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。
Preferably, θ 2 is −20 ° ≦ θ 2 ≦ 20 °.
According to the above planar waveguide element, it is possible to reduce the propagation loss of light at the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array.

好ましくは、第1光導波路の仮想の中心線と、この第1光導波路に対応する第2光導波路の仮想の中心線との交点が、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの界面上に位置する。   Preferably, the intersection of the virtual center line of the first optical waveguide and the virtual center line of the second optical waveguide corresponding to the first optical waveguide is an interface between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array. Located on the top.

上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路のすべての出射側端面と第2光導波路のすべての入射側端面とが必ず接するため、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   According to the above planar waveguide element, all the emission side end faces of the first optical waveguide are in contact with all the incident side end faces of the second optical waveguide, so that the first optical waveguide array and the second optical waveguide array It is possible to reduce light propagation loss at the connecting portion.

好ましくは、第1光導波路の出射側端面における第1光導波路の幅をL1、この第1光導波路に接続される第2光導波路の入射側端面における第2光導波路の幅をL2とすると、L1≦L2である。 Preferably, the width of the first optical waveguide at the exit end face of the first optical waveguide is L 1 , and the width of the second optical waveguide at the entrance end face of the second optical waveguide connected to the first optical waveguide is L 2 . Then, L 1 ≦ L 2 .

上記の平面導波路素子によれば、第1光導波路の出射側端面の全面が第2光導波路の入射側端面と接するため、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   According to the planar waveguide element described above, since the entire exit side end face of the first optical waveguide is in contact with the entrance end face of the second optical waveguide, the light at the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array Propagation loss can be reduced.

好ましくは、光導波路アレイが半導体材料から形成され、光導波路同士の間のピッチが2.0μm以下、および、光導波路の高さが0.05μm以下である。   Preferably, the optical waveguide array is formed of a semiconductor material, the pitch between the optical waveguides is 2.0 μm or less, and the height of the optical waveguide is 0.05 μm or less.

上記の平面導波路素子によれば、結合定数の大きい光導波路において光学的ブロッホ振動が発現され、また、光導波路の結合定数が大きいことにより光導波路を伝搬する光の波長の違いによる光学的ブロッホ振動の振幅の変化量が大きくなる。よって、平面導波路素子の出力端面におけるクロストークを低減することができる。   According to the planar waveguide element described above, optical Bloch oscillation is manifested in an optical waveguide having a large coupling constant, and the optical Bloch due to the difference in wavelength of light propagating through the optical waveguide due to the large coupling constant of the optical waveguide. The amount of change in vibration amplitude increases. Therefore, crosstalk at the output end face of the planar waveguide device can be reduced.

本発明によれば、第1光導波路の長さが、第1光導波路に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第1光導波路を伝搬し終えた際に最も分光された後、第2光導波路に入射する。光がこの第2光導波路に入射する際に、光の光学的ブロッホ振動の位相が半波長の奇数倍変化することにより、光は第2光導波路に入射した後、さらに分光される。第2光導波路の長さが、第2光導波路に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第2光導波路を伝搬し終えた際に最も分光される。よって、波長多重光を上記の平面導波路素子に入射させることにより、出力側におけるクロストークを低減し、固有の出力側端面からそれぞれ単一波長の光を出力することができる。   According to the present invention, since the length of the first optical waveguide is substantially equal to the length of the light propagating during the half period of the optical Bloch oscillation of the light incident on the first optical waveguide, When the light is most dispersed when propagating through the waveguide, it is incident on the second optical waveguide. When light enters the second optical waveguide, the phase of the optical Bloch oscillation of the light changes by an odd multiple of a half wavelength, so that the light is further dispersed after entering the second optical waveguide. Since the length of the second optical waveguide is almost equal to the length of the optical Bloch oscillation of the light incident on the second optical waveguide that propagates during a half cycle, the propagation of the second optical waveguide is completed. In the case of the most spectroscopic. Therefore, by allowing the wavelength multiplexed light to be incident on the planar waveguide element, crosstalk on the output side can be reduced, and light having a single wavelength can be output from the unique output side end face.

本発明の実施形態1に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。It is a top view showing typically the OBO plane waveguide device concerning Embodiment 1 of the present invention. 図1のII−II線矢印方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the II-II line arrow direction of FIG. 同実施形態に係るOBO平面導波路素子における第1光導波路アレイを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the 1st optical waveguide array in the OBO planar waveguide element concerning the embodiment. 同実施形態に係るOBO平面導波路素子における第2光導波路アレイを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the 2nd optical waveguide array in the OBO planar waveguide element concerning the embodiment. 同実施形態における第1光導波路と第2光導波路との接続部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the connection part of the 1st optical waveguide and 2nd optical waveguide in the embodiment. 同実施形態においてガイド層の上面にレジストを塗布した状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state which apply | coated the resist to the upper surface of the guide layer in the same embodiment. 同実施形態において、レジスト膜をパターニングした状態を模式的に示す断面図である。In the embodiment, it is sectional drawing which shows the state which patterned the resist film typically. 同実施形態において、ガイド層をエッチングして光導波路を形成している状態を模式的に示す断面図である。In the same embodiment, it is sectional drawing which shows typically the state which has etched the guide layer and has formed the optical waveguide. 第1光導波路アレイにおいて、X1軸方向における光の伝搬定数κ1と、Y1軸方向における光の伝搬定数β1との関係を示すグラフである。5 is a graph showing a relationship between a light propagation constant κ 1 in the X 1 axis direction and a light propagation constant β 1 in the Y 1 axis direction in the first optical waveguide array. 第2光導波路アレイにおいて、X2軸方向における光の伝搬定数κ2と、Y2軸方向における光の伝搬定数β2との関係を示すグラフである。5 is a graph showing a relationship between a light propagation constant κ 2 in the X 2 axis direction and a light propagation constant β 2 in the Y 2 axis direction in the second optical waveguide array. 本発明の実施形態2に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the OBO planar waveguide element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図11のXII−XII線矢印方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the XII-XII line arrow direction of FIG. 同実施形態に係るOBO平面導波路素子における第1光導波路アレイを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the 1st optical waveguide array in the OBO planar waveguide element concerning the embodiment. 同実施形態に係るOBO平面導波路素子における第2光導波路アレイを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the 2nd optical waveguide array in the OBO planar waveguide element concerning the embodiment. 同実施形態における第1光導波路と第2光導波路との接続部を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the connection part of the 1st optical waveguide and 2nd optical waveguide in the embodiment. 同実施形態において、レジスト膜をパターニングした状態を模式的に示す断面図である。In the embodiment, it is sectional drawing which shows the state which patterned the resist film typically. 同実施形態において、ガイド層をエッチングして光導波路を形成している状態を模式的に示す断面図である。In the same embodiment, it is sectional drawing which shows typically the state which has etched the guide layer and has formed the optical waveguide. 同実施形態において、上部クラッド層を形成した状態を模式的に示す断面図である。In the embodiment, it is sectional drawing which shows typically the state in which the upper clad layer was formed. 同実施形態において、ヒータおよびヒートシンクを形成した状態を模式的に示す断面図である。In the same embodiment, it is sectional drawing which shows typically the state in which the heater and the heat sink were formed. 本発明の実施形態3に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the OBO planar waveguide element which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図20のXXI−XXI線矢印方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the XXI-XXI line arrow direction of FIG. 非特許文献2において開示されたOBO平面導波路素子を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the OBO planar waveguide element disclosed in the nonpatent literature 2. FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態1に係るOBO平面導波路素子を詳細に説明する。   Hereinafter, the OBO planar waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施形態1
図1は、本発明の実施形態1に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。図2は、図1のII−II線矢印方向から見た断面図である。図1,2に示すように、本実施形態に係るOBO平面導波路素子1においては、基板としてSi基板2を用いた。Si基板2上に積層された下部クラッド層として、厚さが1μm程度のSiO2層3を用いた。SiO2層3上に積層され、SiO2層3より高い屈折率を有するガイド層として、厚さが0.27μm程度のSi層4を用いた。ガイド層4の上部においては、0.04μm程度の高さを有する、複数の光導波路5,6が形成されている。
Embodiment 1
FIG. 1 is a plan view schematically showing an OBO planar waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view as seen from the direction of arrows II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, in the OBO planar waveguide device 1 according to this embodiment, a Si substrate 2 is used as a substrate. As the lower cladding layer laminated on the Si substrate 2, the SiO 2 layer 3 having a thickness of about 1 μm was used. Laminated on the SiO 2 layer 3, as a guide layer having a higher refractive index than SiO 2 layer 3, and a thickness of a Si layer 4 of about 0.27 [mu] m. In the upper part of the guide layer 4, a plurality of optical waveguides 5 and 6 having a height of about 0.04 μm are formed.

複数の光導波路5は、光が入射する入射側端面7および出射する出射側端面8を有している。本実施形態においては、すべての光導波路5が入射側端面7を有しているが、複数の光導波路5のうち、少なくとも1つの光導波路5が、入射側端面7を有していればよい。本実施形態においては、すべての光導波路5が出射側端面8を有しているが、複数の光導波路5のうち、少なくとも2つの光導波路5が、出射側端面8を有していればよい。光導波路5は、略平行に並ぶように直線状に延在している。   The plurality of optical waveguides 5 have an incident-side end face 7 on which light is incident and an exit-side end face 8 from which light is emitted. In the present embodiment, all the optical waveguides 5 have the incident side end face 7, but at least one of the plurality of optical waveguides 5 only needs to have the incident side end face 7. . In the present embodiment, all the optical waveguides 5 have the emission side end face 8, but at least two of the plurality of optical waveguides 5 only have to have the emission side end face 8. . The optical waveguide 5 extends linearly so as to be arranged substantially in parallel.

複数の光導波路6は、光が入射する入射側端面9および出射する出射側端面10を有している。本実施形態においては、すべての光導波路6が入射側端面9を有しているが、複数の光導波路6のうち、少なくとも2つの光導波路6が、入射側端面9を有していればよい。本実施形態においては、すべての光導波路6が出射側端面10を有しているが、複数の光導波路6のうち、少なくとも2つの光導波路6が、出射側端面10を有していればよい。光導波路6は、略平行に並ぶように直線状に延在している。   The plurality of optical waveguides 6 have an incident-side end face 9 on which light is incident and an exit-side end face 10 from which light is emitted. In the present embodiment, all the optical waveguides 6 have the incident side end face 9, but at least two of the plurality of optical waveguides 6 only have to have the incident side end face 9. . In the present embodiment, all the optical waveguides 6 have the emission side end face 10, but at least two of the plurality of optical waveguides 6 only have to have the emission side end face 10. . The optical waveguide 6 extends linearly so as to be arranged substantially in parallel.

複数の光導波路5を含む光導波路アレイと、複数の光導波路6を含む光導波路アレイとが、光の伝搬方向に連続して形成されている。本実施形態のOBO平面導波路素子1においては、光導波路アレイを2つ備えているが、3つ以上備えるようにしてもよい。それぞれの光導波路アレイにおける光導波路5,6においては、光導波路5,6の並ぶ方向において一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成されている。   An optical waveguide array including a plurality of optical waveguides 5 and an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides 6 are formed continuously in the light propagation direction. In the OBO planar waveguide device 1 of the present embodiment, two optical waveguide arrays are provided, but three or more optical waveguide arrays may be provided. In the optical waveguides 5 and 6 in each optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution toward one direction in the direction in which the optical waveguides 5 and 6 are arranged.

互いに隣接して形成された光導波路アレイにおいては、それぞれが含む光導波路5,6が互いに所定の角度を有して連結されている。光の入射側に形成された第1光導波路アレイの第1光導波路5の出射側端面8と、光の出射側に形成された第2光導波路アレイの第2光導波路6の入射側端面9とが接続されている。   In the optical waveguide array formed adjacent to each other, the optical waveguides 5 and 6 included therein are connected to each other with a predetermined angle. The exit side end face 8 of the first optical waveguide 5 of the first optical waveguide array formed on the light incident side and the entrance side end face 9 of the second optical waveguide 6 of the second optical waveguide array formed on the light exit side. And are connected.

本実施形態のOBO平面導波路素子1においては、2つの光導波路を備えているため、最も光の入射側に形成された第1光導波路5の入射側端面7が、OBO平面導波路素子1の入力端面11となる。一方、最も光の出射側に形成された第2光導波路6の出射側端面10が、OBO平面導波路素子1の出力端面12となる。   Since the OBO planar waveguide device 1 of the present embodiment includes two optical waveguides, the incident-side end surface 7 of the first optical waveguide 5 formed on the most light incident side is the OBO planar waveguide device 1. Input end face 11. On the other hand, the emission side end face 10 of the second optical waveguide 6 formed on the most light emission side becomes the output end face 12 of the OBO planar waveguide device 1.

図3は、本実施形態に係るOBO平面導波路素子における第1光導波路アレイを模式的に示す平面図である。図4は、本実施形態に係るOBO平面導波路素子における第2光導波路アレイを模式的に示す平面図である。   FIG. 3 is a plan view schematically showing the first optical waveguide array in the OBO planar waveguide device according to the present embodiment. FIG. 4 is a plan view schematically showing a second optical waveguide array in the OBO planar waveguide device according to the present embodiment.

なお、座標軸は、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸と、X軸およびY軸のそれぞれに垂直なZ軸とからなる。第1光導波路の座標軸であるX軸、Y軸およびZ軸は、X1軸、Y1軸およびZ1軸とからなる。第2光導波路の座標軸であるX軸、Y軸およびZ軸は、X2軸、Y2軸およびZ2軸とからなる。参照した図中に示す、X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2のそれぞれの矢印は、それぞれの座標軸の方向を示している。 Note that the coordinate axis in each optical waveguide array is in the direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array. The X-axis is positive in the direction toward the optical axis, the Y-axis is positive in the direction in which the optical waveguide extends, and the direction away from the incident-side end face is Z-axis, and the Z-axis is perpendicular to the X-axis and Y-axis. The X axis, Y axis, and Z axis, which are coordinate axes of the first optical waveguide, are composed of the X 1 axis, the Y 1 axis, and the Z 1 axis. The X axis, Y axis, and Z axis, which are coordinate axes of the second optical waveguide, are composed of the X 2 axis, the Y 2 axis, and the Z 2 axis. Each arrow of X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 shown in the referenced figure indicates the direction of each coordinate axis.

図3に示すように、第1光導波路アレイにおける第1光導波路5の等価屈折率分布に勾配を形成するため、第1光導波路5の幅は、+X1軸方向に向かって徐々に広くなっている。言い換えると、第1光導波路アレイにおいて、第1光導波路5が並ぶ方向において一方向に向かって、第1光導波路5の幅が広くなっている。 As shown in FIG. 3, in order to form a gradient in the equivalent refractive index distribution of the first optical waveguide 5 in the first optical waveguide array, the width of the first optical waveguide 5 gradually increases toward the + X 1 axis direction. ing. In other words, in the first optical waveguide array, the width of the first optical waveguide 5 is increased in one direction in the direction in which the first optical waveguides 5 are arranged.

図4に示すように、第2光導波路アレイにおける第2光導波路6の等価屈折率分布に勾配を形成するため、第2光導波路6の幅は、+X2軸方向に向かって徐々に広くなっている。言い換えると、第2光導波路アレイにおいて、第2光導波路6が並ぶ方向において一方向に向かって、第2光導波路6の幅が広くなっている。 As shown in FIG. 4, to form a gradient in the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide 6 in the second optical waveguide array, the width of the second optical waveguide 6 is widened gradually toward the + X 2 axial ing. In other words, in the second optical waveguide array, the width of the second optical waveguide 6 is increased in one direction in the direction in which the second optical waveguides 6 are arranged.

本実施形態においては、第1光導波路5同士の間のピッチP1は2μmで一定であり、第1光導波路5の幅は0.2μm以上1.7μm以下の範囲で+X1軸方向に向かって広くなっている。第2光導波路6同士の間のピッチP2は1.99μmで一定であり、第2光導波路6の幅は0.3μm以上1.8μm以下の範囲に+X2軸方向に向かって広くなっている。 In the present embodiment, the pitch P 1 between the first optical waveguides 5 is constant at 2 μm, and the width of the first optical waveguide 5 is in the range of 0.2 μm to 1.7 μm toward the + X 1 axis direction. And getting wider. The pitch P 2 between the second optical waveguides 6 is constant at 1.99 μm, and the width of the second optical waveguide 6 becomes wider in the + X 2 axis direction in the range of 0.3 μm to 1.8 μm. Yes.

第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイの連結部は、光が第1光導波路アレイから第2光導波路アレイに伝搬する際に、mを整数として、この光が起こす光学的ブロッホ振動の位相が(2m−1)×π変化するように形成されている。具体的には、本実施形態のOBO平面導波路素子1においては、第1光導波路アレイにおけるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、および、第2光導波路6の入射側端面9の形成位置を決定して、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイを連結している。 When the light propagates from the first optical waveguide array to the second optical waveguide array, the connecting portion of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array has m as an integer, and the phase of the optical Bloch oscillation caused by the light. Is formed so as to change by (2m−1) × π. Specifically, in the OBO planar waveguide device 1 of this embodiment, the angle formed by the Y 1 axis in the first optical waveguide array and the Y 2 axis in the second optical waveguide array is the Y 1 axis of the Y 2 axis. The first optical waveguide array and the second optical waveguide array are connected to each other by determining θ 2 that is positive counterclockwise and the formation position of the incident-side end face 9 of the second optical waveguide 6.

上記のθ2は、第2光導波路6同士の間のピッチをP2、第2光導波路の等価屈折率をn、光の平均波長をλとすると、P2×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)・・・式(1)の関係を満たしている。式(1)において、P2が1.99μm、λが1.4μm、nが3.48、mが0のとき、θ2は−5.8°である。このとき、第1光導波路5の出力側端面8から第2光導波路6の入射側端面9に光が伝搬した際に、OBO位相が−π変化する。 The above θ 2 is P 2 × tan θ 2 = (2m−1) where P 2 is the pitch between the second optical waveguides 6, n is the equivalent refractive index of the second optical waveguide, and λ is the average wavelength of the light. ) × λ / (2 × n)... Satisfies the relationship of the formula (1). In Formula (1), when P 2 is 1.99 μm, λ is 1.4 μm, n is 3.48, and m is 0, θ 2 is −5.8 °. At this time, when light propagates from the output-side end face 8 of the first optical waveguide 5 to the incident-side end face 9 of the second optical waveguide 6, the OBO phase changes by −π.

最も光の入射側に形成された第1光導波路アレイにおいては、第1光導波路5の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の入射側端面7とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸におけるX1軸上に位置し、また、第1光導波路5の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の出射側端面8とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置している。 In the first optical waveguide array formed on the most light incident side, all the intersections between the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide 5 and the incident side end surface 7 of the first optical waveguide 5 are the first optical waveguide. located on the X 1 axis in the coordinate axis of the waveguide array, and all intersections of the exit-side end surface 8 of the straight line and the first optical waveguide 5 extending in the extending direction of the first optical waveguide 5, the first optical waveguide array Are located at the same Y 1 coordinate in the coordinate axes.

第1光導波路アレイの第1光導波路5の長さは、第1光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、第1光導波路5を伝搬する長さに略一致している。本実施形態においては、それぞれの第1光導波路5の長さは一定である。なお、光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、光導波路を伝搬する長さをOBOの1/2周期長と称す。言い換えると、OBOの1/2周期長は、光導波路アレイを伝搬する光が起こすOBO位相がπ変化する間に、Y軸方向において光が伝搬する距離のことをいう。本実施形態においては、第1光導波路5の長さは、1000μmである。   The length of the first optical waveguide 5 of the first optical waveguide array is such that the light propagating through the first optical waveguide array propagates through the first optical waveguide 5 while oscillating for half a period in the optical Bloch oscillation. Approximate length. In the present embodiment, the length of each first optical waveguide 5 is constant. Note that the length of light propagating through the optical waveguide while the light vibrates in 1/2 period in the optical Bloch oscillation is referred to as OBO 1/2 period length. In other words, the 1/2 period length of OBO refers to the distance that light propagates in the Y-axis direction while the OBO phase caused by the light propagating through the optical waveguide array changes by π. In the present embodiment, the length of the first optical waveguide 5 is 1000 μm.

図5は、本実施形態における第1光導波路と第2光導波路との接続部を模式的に示す平面図である。図5に示すように、第2光導波路アレイにおいては、一の第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の出射側端面8との交点の第2光導波路アレイの座標軸におけるY2座標が、この一の第2光導波路6の低屈折率側に隣接する他の第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の出射側端面8との交点の第2光導波路アレイの座標軸におけるY2座標から−P2×tanθ2変化した座標となる。 FIG. 5 is a plan view schematically showing a connection portion between the first optical waveguide and the second optical waveguide in the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the second optical waveguide array, the second optical waveguide array at the intersection of the straight line extending in the extending direction of one second optical waveguide 6 and the emission-side end face 8 of the first optical waveguide 5. The Y 2 coordinate on the coordinate axis is a straight line extending in the extending direction of the other second optical waveguide 6 adjacent to the low refractive index side of the one second optical waveguide 6 and the emission side end face 8 of the first optical waveguide 5. The coordinates are changed by −P 2 × tan θ 2 from the Y 2 coordinate on the coordinate axis of the second optical waveguide array at the intersection.

なお、図5においては、説明の便宜上、一の第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の出射側端面8との交点のY2座標を0としたときに、その一の第2光導波路6の+X2方向側に隣接する他の第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第1光導波路5の出射側端面8との交点のY2座標が−P2×tanθ2となることを示している。 In FIG. 5, for convenience of explanation, when the Y 2 coordinate of the intersection of the straight line extending in the extending direction of one second optical waveguide 6 and the emission-side end face 8 of the first optical waveguide 5 is 0, The Y 2 coordinate of the intersection of the straight line extending in the extending direction of the other second optical waveguide 6 adjacent to the + X 2 direction side of the one second optical waveguide 6 and the emission side end face 8 of the first optical waveguide 5 is − P 2 × tan θ 2 is obtained.

また、図1,4に示すように、第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第2光導波路6の出射側端面10とのすべての交点が、第2光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY2座標に位置している。 As shown in FIGS. 1 and 4, all the intersections between the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide 6 and the emission-side end face 10 of the second optical waveguide 6 are coordinates on the coordinate axis of the second optical waveguide array. Are located at the same Y 2 coordinate.

したがって、第2光導波路アレイにおいては、第2光導波路6のY2軸方向の長さが、+X2軸方向に向かって、P2×tanθ2ずつ変化する。本実施形態においては、第2光導波路アレイにおける第2光導波路6のY2軸方向の長さは、+X2軸方向に向かって0.202μmずつ短くなる。 Therefore, in the second optical waveguide array, the length of the second optical waveguide 6 in the Y 2 axis direction changes by P 2 × tan θ 2 in the + X 2 axis direction. In the present embodiment, the length of the second optical waveguide 6 in the second optical waveguide array in the Y 2 axis direction is reduced by 0.202 μm in the + X 2 axis direction.

また、第2光導波路アレイの第2光導波路6の長さの平均値は、第2光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、第2光導波路6を伝搬する長さに略一致している。本実施形態においては、第2光導波路6の平均長さは1000μmである。   The average value of the length of the second optical waveguide 6 of the second optical waveguide array is the same as that of the second optical waveguide while the light propagating through the second optical waveguide array oscillates in 1/2 period in the optical Bloch oscillation. The length substantially propagates through the waveguide 6. In the present embodiment, the average length of the second optical waveguide 6 is 1000 μm.

図5に示すように、本実施形態においては、第2光導波路アレイにおける第2光導波路6同士の間のピッチP2と、第1光導波路アレイにおける第1光導波路5同士の間のピッチP1とは、P2=P1×cos|θ2|の関係を満たす。 As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the pitch P 2 between the second optical waveguides 6 in the second optical waveguide array and the pitch P between the first optical waveguides 5 in the first optical waveguide array. 1 satisfies the relationship P 2 = P 1 × cos | θ 2 |.

このように構成することにより、第1光導波路アレイにおける第1光導波路5の等価屈折率分布の形状と、第2光導波路アレイにおける第2光導波路6の等価屈折率分布の形状とが似るため、第1光導波路5から第2光導波路6に光が伝搬する際に、光の強度分布が大きく変化することがなく、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   With this configuration, the shape of the equivalent refractive index distribution of the first optical waveguide 5 in the first optical waveguide array is similar to the shape of the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide 6 in the second optical waveguide array. When the light propagates from the first optical waveguide 5 to the second optical waveguide 6, the light intensity distribution does not change greatly, and the light at the connection portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array is not changed. Propagation loss can be reduced.

また、本実施形態においては、第1光導波路5の仮想の中心線13と、この第1光導波路5に対応する第2光導波路6の仮想の中心線14との交点15が、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの界面16上に位置している。このように構成することにより、第1光導波路5のすべての出射側端面8と第2光導波路6のすべての入射側端面9とが必ず接するため、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   In the present embodiment, the intersection 15 between the virtual center line 13 of the first optical waveguide 5 and the virtual center line 14 of the second optical waveguide 6 corresponding to the first optical waveguide 5 is the first light guide. It is located on the interface 16 between the waveguide array and the second optical waveguide array. With this configuration, all the emission-side end faces 8 of the first optical waveguide 5 and all the incident-side end faces 9 of the second optical waveguide 6 are always in contact with each other, so that the first optical waveguide array and the second optical waveguide array are in contact with each other. It is possible to reduce the propagation loss of light at the connecting portion.

さらに、本実施形態においては、第1光導波路5の出射側端面8における第1光導波路5の幅をL1、この第1光導波路5に接続される第2光導波路6の入射側端面9における第2光導波路6の幅をL2とすると、L1≦L2である。このように構成することにより、第1光導波路5の出射側端面8の全面が第2光導波路6の入射側端面9と接するため、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the width of the first optical waveguide 5 at the emission-side end face 8 of the first optical waveguide 5 is L 1 , and the incident-side end face 9 of the second optical waveguide 6 connected to the first optical waveguide 5. If the width of the second optical waveguide 6 is L 2 , then L 1 ≦ L 2 . With this configuration, the entire surface of the emission-side end face 8 of the first optical waveguide 5 is in contact with the incident-side end face 9 of the second optical waveguide 6, so that the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array It is possible to reduce the propagation loss of light.

以下、本実施形態に係るOBO平面導波路素子1の製造方法について説明する。図6は、本実施形態においてガイド層の上面にレジストを塗布した状態を模式的に示す断面図である。図6に示すように、まず、Si基板2、SiO2層3およびSi層4が順に積層されたSOI基板が準備される。次に、Si層4の上面に、0.3μmの厚さでレジストを塗布することにより、レジスト膜17が形成される。 Hereinafter, a method for manufacturing the OBO planar waveguide device 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a resist is applied to the upper surface of the guide layer in the present embodiment. As shown in FIG. 6, first, an SOI substrate in which a Si substrate 2, a SiO 2 layer 3 and a Si layer 4 are sequentially laminated is prepared. Next, a resist film 17 is formed on the upper surface of the Si layer 4 by applying a resist with a thickness of 0.3 μm.

図7は、本実施形態において、レジスト膜をパターニングした状態を模式的に示す断面図である。図7に示すように、電子線直接描画またはフォトリソグラフィによってレジスト膜17を加工することにより、光導波路アレイを形成するためのレジストパターン18が作製される。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the resist film is patterned in the present embodiment. As shown in FIG. 7, a resist pattern 18 for forming an optical waveguide array is produced by processing the resist film 17 by direct electron beam lithography or photolithography.

本実施形態においては、電子線直接描画法を行なう場合には、電子線の照射電流が0.1nAであり、かつ、1ドット当りの電子線のドーズ時間が4.5μsecである。また、フォトリソグラフィ法を行なう場合には、転写時間が10secほどで、レジストパターン18が作製される。   In this embodiment, when the electron beam direct writing method is performed, the irradiation current of the electron beam is 0.1 nA, and the dose time of the electron beam per dot is 4.5 μsec. Further, when performing the photolithography method, the resist pattern 18 is produced with a transfer time of about 10 seconds.

図8は、本実施形態において、ガイド層をエッチングして光導波路を形成している状態を模式的に示す断面図である。図8に示すように、レジストパターン18をマスクとして、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、Si層4がエッチングされる。Si層4の上部が0.04μm程度の深さまでをエッチングされることにより、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイが作製される。   FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a state where an optical waveguide is formed by etching a guide layer in the present embodiment. As shown in FIG. 8, using the resist pattern 18 as a mask, the Si layer 4 is etched using an etching method such as ICP (Inductively Coupled Plasma) etching, reactive ion etching, or reactive ion beam etching. The first optical waveguide array and the second optical waveguide array are manufactured by etching the upper part of the Si layer 4 to a depth of about 0.04 μm.

本実施形態においては、反応性イオンエッチングを行ない、エッチングガスとして塩素ガス25sccmと窒素ガス10sccmとの混合ガスを用い、エッチング圧力を0.1Pa、かつRF(Radio Frequency)パワーを200Wとした。   In this embodiment, reactive ion etching is performed, a mixed gas of chlorine gas 25 sccm and nitrogen gas 10 sccm is used as an etching gas, an etching pressure is 0.1 Pa, and an RF (Radio Frequency) power is 200 W.

次に、本実施形態に係るOBO平面導波路素子1の動作について説明する。図3に示すように、第1光導波路アレイの第1光導波路5の幅が、+X1軸方向に向かうに従って徐々に広くなるため、第1光導波路アレイの第1光導波路5の等価屈折率分布に勾配が形成される。 Next, the operation of the OBO planar waveguide device 1 according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, since the width of the first optical waveguide 5 of the first optical waveguide array gradually increases toward the + X 1 axis direction, the equivalent refractive index of the first optical waveguide 5 of the first optical waveguide array is increased. A gradient is formed in the distribution.

そこに、光の強度分布19のピークが所定の入射側端面7に位置するように、波長多重光がOBO平面導波路素子1中に入射される。入射した光は、伝搬する第1光導波路5から漏れ出し、隣接する第1光導波路5に結合する。その結果、波長多重光は+Y1軸方向に伝搬しながら、X1軸方向にOBOを起こす。OBOの振幅は、光の波長が長くなるにつれて大きくなる。そのため、波長多重光のOBO平面導波路素子1内での道筋20は、光の波長によって異なる。その結果、波長多重光は第1光導波路アレイにより分光される。 The wavelength multiplexed light is incident on the OBO planar waveguide device 1 so that the peak of the light intensity distribution 19 is located on the predetermined incident side end face 7. The incident light leaks from the propagating first optical waveguide 5 and is coupled to the adjacent first optical waveguide 5. As a result, the wavelength multiplexed light propagates in the + Y 1 axis direction and causes OBO in the X 1 axis direction. The amplitude of OBO increases as the wavelength of light increases. Therefore, the path 20 in the OBO planar waveguide device 1 for wavelength multiplexed light differs depending on the wavelength of the light. As a result, the wavelength multiplexed light is split by the first optical waveguide array.

第1光導波路アレイにより分光された複数の光は、図4に示すように、第2光導波路アレイのそれぞれの入射側端面9から第2光導波路6に入射する。第2光導波路6の幅は、+X2方向に向かうに従って徐々に広くなるため、第2光導波路アレイにおける第2光導波路6の等価屈折率分布に勾配が形成される。入射した複数の光はそれぞれ、伝搬する第2光導波路6から漏れ出し、隣接する第2光導波路6に結合する。その結果、Y2軸方向に伝搬しながら、X2軸方向にOBOを起こす。 As shown in FIG. 4, the plurality of lights dispersed by the first optical waveguide array enter the second optical waveguide 6 from the respective incident side end faces 9 of the second optical waveguide array. Width of the second optical waveguide 6, + X 2 for gradually becomes wider toward the direction, the gradient is formed in the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide 6 in the second optical waveguide array. Each of the incident light leaks from the propagating second optical waveguide 6 and is coupled to the adjacent second optical waveguide 6. As a result, OBO occurs in the X 2 axis direction while propagating in the Y 2 axis direction.

次に、光導波路アレイを複数連結することによる効果を示す。図9は、第1光導波路アレイにおいて、X1軸方向における光の伝搬定数κ1と、Y1軸方向における光の伝搬定数β1との関係を示すグラフである。ここで、X1軸方向における光の群速度v1は、図9に示すグラフの傾きと一致し、v1=−∂β1/∂κ1で表される。なお、図3において、+X1軸方向の向きをv1の正方向とする。 Next, an effect obtained by connecting a plurality of optical waveguide arrays will be described. 9, in the first optical waveguide array, a propagation constant kappa 1 light in the X 1 axis direction is a graph showing the relationship between the propagation constant beta 1 of the light in the Y 1 axis direction. Here, the group velocity v 1 of light in the X 1 axis direction coincides with the slope of the graph shown in FIG. 9, and is represented by v 1 = −∂β 1 / ∂κ 1 . In FIG. 3, the + X 1 axial orientation to the positive direction of v 1.

図3に示すように、OBO平面導波路素子1の入射側端面7に入射された光は、点aに位置している状態では、κ=0となる。この光の状態は、図9において点Aに対応し、点aに位置している光のv1は0となる。この光は、第1光導波路アレイを伝搬することで、Y1軸方向に伝搬しながらX1軸方向においてOBOを起こす。光は、+X1軸方向にシフトしながら伝搬し、図3に示す点aから出射側端面8の点bに向かう。第1光導波路5の長さは、OBOのほぼ1/2周期長であるため、点bに位置している光の状態は、図9において点Bに対応し、点bに位置している光のOBO位相は、ほぼπとなっている。 As shown in FIG. 3, the light incident on the incident side end face 7 of the OBO planar waveguide device 1 is κ = 0 in a state where the light is located at the point a. This light state corresponds to point A in FIG. 9, and v 1 of light located at point a is zero. This light propagates in the first optical waveguide array, thereby causing OBO in the X 1 axis direction while propagating in the Y 1 axis direction. The light propagates while shifting in the + X 1 axis direction and travels from the point a shown in FIG. 3 to the point b on the emission side end face 8. Since the length of the first optical waveguide 5 is approximately ½ period length of OBO, the state of light located at the point b corresponds to the point B in FIG. 9 and is located at the point b. The OBO phase of light is approximately π.

図10は、第2光導波路アレイにおいて、X2軸方向における光の伝搬定数κ2と、Y2軸方向における光の伝搬定数β2との関係を示すグラフである。ここで、X2軸方向における光の群速度v2は、図10に示すグラフの傾きと一致し、v2=−∂β2/∂κ2で表される。なお、図4において、+X2軸方向の向きをv2の正方向とする。 10, in the second optical waveguide array, and 2 propagation constant of light κ in X 2 axial direction, is a graph showing the relationship between the propagation constant beta 2 of the light in the Y 2 axially. Here, the group velocity v 2 of the light in the X 2 axis direction coincides with the slope of the graph shown in FIG. 10, and is represented by v 2 = −∂β 2 / ∂κ 2 . In FIG. 4, the + X 2 axial orientation to the positive direction of v 2.

第1光導波路5の出射側端面8から出射された光は、第2光導波路6の入射側端面9に入射する。第1光導波路5の出射側端面8から第2光導波路6の入射側端面9に光が伝搬した際に、OBO位相が−π変化するように角θ2、および、第2光導波路6の入射側端面9の形成位置を決定して、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイを連結している。その結果、第2光導波路アレイにおけるOBOの初期位相は0となる。したがって、点cに位置している光の状態は、図10に示す点Cに対応し、点cに位置している光のv2は0となる。 The light emitted from the emission side end face 8 of the first optical waveguide 5 enters the incident side end face 9 of the second optical waveguide 6. When light propagates from the output-side end face 8 of the first optical waveguide 5 to the incident-side end face 9 of the second optical waveguide 6, the angle θ 2 so that the OBO phase changes by −π and the second optical waveguide 6. The formation position of the incident side end face 9 is determined, and the first optical waveguide array and the second optical waveguide array are connected. As a result, the initial phase of OBO in the second optical waveguide array becomes zero. Therefore, the state of the light located at the point c corresponds to the point C shown in FIG. 10, and v 2 of the light located at the point c is 0.

この光は、第2光導波路6アレイを伝搬することで、Y2軸方向に伝搬しながらX2軸方向においてOBOを起こす。光は、+X2軸方向にシフトしながら伝搬し、図4に示す点cから出射側端面10の点dに向かう。第2光導波路5の平均の長さは、OBOのほぼ1/2周期長であるため、点dに位置している光の状態は、図10の点Dに対応し、点dに位置している光のOBO位相は、ほぼπとなっている。 The light that propagates the second optical waveguide 6 array, causing OBO in the X 2 axis direction while propagating in Y 2 axially. The light propagates while shifting in the + X 2 axis direction, and travels from the point c shown in FIG. 4 to the point d on the emission side end face 10. Since the average length of the second optical waveguide 5 is approximately ½ period length of OBO, the state of light located at the point d corresponds to the point D in FIG. 10 and is located at the point d. The OBO phase of the incident light is approximately π.

本実施形態においては、λ1の波長を有する光と、λ1より小さい波長であるλ2の波長を有する光を含む波長多重光を第1光導波路5の入射側端面7に入射させた。たとえば、λ1は1550nm、λ2は1300nmである。λ1の波長を有する光およびλ2の波長を有する光は、OBOの位相が0からπへ変化するまで、第1光導波路5を伝搬する。 In the present embodiment, it is made incident and a light having a wavelength of lambda 1, a wavelength-multiplexed light including light having a wavelength of lambda 2 is lambda 1 is smaller than the wavelength to the incident side end surface 7 of the first optical waveguide 5. For example, λ 1 is 1550 nm and λ 2 is 1300 nm. Light having a wavelength of λ 1 and light having a wavelength of λ 2 propagates through the first optical waveguide 5 until the phase of OBO changes from 0 to π.

λ1の波長を有する光のOBO振幅がA1である場合、λ1の波長を有する光は、+X1軸方向において、入射側端面7の位置からA1シフトした位置の出力側端面8から出射される。λ2の波長を有する光のOBO振幅がA2である場合、λ2の波長を有する光は、+X1軸方向において、入射側端面7の位置からA2シフトした位置の出力側端面8から出射される。なお、OBOの特性より、A1>A2である。 When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 1 is A 1 , the light having the wavelength of λ 1 is transmitted from the output side end surface 8 at a position shifted by A 1 from the position of the incident side end surface 7 in the + X 1 axis direction. Emitted. When the OBO amplitude of light having a wavelength of λ 2 is A 2 , light having a wavelength of λ 2 is transmitted from the output side end surface 8 at a position shifted by A 2 from the position of the incident side end surface 7 in the + X 1 axis direction. Emitted. Note that A 1 > A 2 from the characteristics of OBO.

第1光導波路5の出射側端面8から出射したλ1の波長を有する光およびλ2の波長を有する光は、第2光導波路6の入射側端面9に入射するが、図4に示すように、光の波長によって入射する位置が異なる。λ2の波長を有する光の入射位置から+X2軸方向に、(A1−A2)cos(|θ2|)シフトした位置に、λ1の波長を有する光が入射する。 The light having the wavelength of λ 1 and the light having the wavelength of λ 2 emitted from the emission side end face 8 of the first optical waveguide 5 are incident on the incident side end face 9 of the second optical waveguide 6 as shown in FIG. However, the incident position differs depending on the wavelength of light. The light having the wavelength of λ 1 is incident on the position shifted by (A 1 −A 2 ) cos (| θ 2 |) in the + X 2 axis direction from the incident position of the light having the wavelength of λ 2 .

上記のように、それぞれ異なる位置の入射側端面9に入射したλ1の波長を有する光およびλ2の波長を有する光は、OBOの位相がほぼ0からπへ変化するまで、第2光導波路6を伝搬する。 As described above, the light having the wavelength of λ 1 and the light having the wavelength of λ 2 incident on the incident-side end surface 9 at different positions are the second optical waveguide until the phase of the OBO changes from approximately 0 to π. 6 is propagated.

λ1の波長を有する光のOBO振幅がB1である場合、λ1の波長を有する光は、+X2軸方向において、入射側端面9の位置からB1シフトした位置の出力側端面10から出射される。λ2の波長を有する光のOBO振幅がB2である場合、λ2の波長を有する光は、+X2軸方向において、入射側端面9の位置からB2シフトした位置の出力側端面10から出射される。したがって、X2軸方向において、λ1の波長を有する光とλ2の波長を有する光との入射側端面9の位置が(A1−A2)cos(|θ2|)異なるため、図1に示すように、X2軸方向において、λ1の波長を有する光とλ2の波長を有する光との出射側端面10の位置が(A1−A2)cos(|θ2|)+(B1−B2)異なる。 When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 1 is B 1 , the light having the wavelength of λ 1 is transmitted from the output side end surface 10 at a position shifted by B 1 from the position of the incident side end surface 9 in the + X 2 axis direction. Emitted. When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 2 is B 2 , the light having the wavelength of λ 2 is transmitted from the output side end surface 10 at a position shifted by B 2 from the position of the incident side end surface 9 in the + X 2 axis direction. Emitted. Therefore, in the X 2 axis direction, the position of the incident side end face 9 of the light having the wavelength of λ 1 is different from the light having the wavelength of λ 2 by (A 1 −A 2 ) cos (| θ 2 |). As shown in FIG. 1, in the X 2 axis direction, the position of the emission side end face 10 of light having a wavelength of λ 1 and light having a wavelength of λ 2 is (A 1 −A 2 ) cos (| θ 2 |) + (B 1 −B 2 ) different.

本実施形態のように連結される光導波路アレイを複数設けることにより、OBO平面導波路素子1における光の波長の違いによる道筋20の相違が大きくなる。このため、OBO平面導波路素子1の出力端面12におけるクロストークが低減され、OBO平面導波路素子1で分光された光はそれぞれ、単一波長の光として、出力端面12の固有の出力側端面10から出力される。   By providing a plurality of optical waveguide arrays connected as in the present embodiment, the difference in the path 20 due to the difference in the wavelength of light in the OBO planar waveguide device 1 becomes large. For this reason, the crosstalk at the output end face 12 of the OBO planar waveguide device 1 is reduced, and the light dispersed by the OBO planar waveguide device 1 is a single-wavelength light, respectively. 10 is output.

なお、θ2が、−20°≦θ2≦20°であることが好ましい。このように構成することにより、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。 Note that θ 2 is preferably −20 ° ≦ θ 2 ≦ 20 °. By comprising in this way, the propagation loss of the light in the connection part of a 1st optical waveguide array and a 2nd optical waveguide array can be reduced.

また、それぞれの光導波路アレイおいて、光導波路の幅をW、光導波路同士の間のピッチをPとすると、入射側端面において、W/P≧0.55であることが好ましい。このように構成することにより、結合定数の大きい光導波路において光学的ブロッホ振動が発現されるようになる。数値計算によると光導波路の結合定数が高い領域においてOBO振幅は大きくなり、それに従って光の波長の違いによるOBO振幅の変化量も大きくなる。よって、平面導波路素子の出力端面12におけるクロストークを低減することができる。   Further, in each optical waveguide array, when the width of the optical waveguide is W and the pitch between the optical waveguides is P, it is preferable that W / P ≧ 0.55 at the incident side end face. With this configuration, optical Bloch oscillation is expressed in an optical waveguide having a large coupling constant. According to the numerical calculation, the OBO amplitude increases in a region where the coupling constant of the optical waveguide is high, and the change amount of the OBO amplitude due to the difference in the wavelength of the light increases accordingly. Therefore, crosstalk at the output end face 12 of the planar waveguide device can be reduced.

さらに、本実施形態においては、光導波路アレイが半導体材料から形成され、光導波路同士の間のピッチが2.0μm以下、および、光導波路の高さが0.05μm以下であることが好ましい。このように構成することにより、光導波路の結合定数が高くなり、光の波長の違いによる道筋20の相違を大きくすることができる。   Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the optical waveguide array is formed of a semiconductor material, the pitch between the optical waveguides is 2.0 μm or less, and the height of the optical waveguide is 0.05 μm or less. With this configuration, the coupling constant of the optical waveguide is increased, and the difference in the path 20 due to the difference in the wavelength of light can be increased.

入射側端面に位置する光のOBO位相と、その入射側端面に接続された出射側端面に位置する光のOBO位相との差が(2m−1)×πとなるのであれば、それぞれの光導波路アレイ同士の連結部は、他の構造であってもよい。   If the difference between the OBO phase of the light located on the incident side end face and the OBO phase of the light located on the output side end face connected to the incident side end face is (2m−1) × π, The connecting portion between the waveguide arrays may have another structure.

最も光の出射側に形成された第2光導波路アレイにおいて、第2光導波路6の延在方向に延びる直線と第2光導波路6の出射側端面10とのすべての交点が、最も光の入射側に形成された第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置しているようにしてもよい。この場合、出力端面12は、入力端面11に平行となり、入力端面11および出力端面12が、Si基板2の結晶面と平行になるように形成することにより、Si基板劈開により入力端面11と出力端面12が容易に作製される。 In the second optical waveguide array formed on the most light emission side, all intersections between the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide 6 and the emission-side end surface 10 of the second optical waveguide 6 are the most light incident. in coordinates in the coordinate axis of the first optical waveguide array formed on a side may be located at the same Y 1 coordinate. In this case, the output end face 12 is parallel to the input end face 11, and the input end face 11 and the output end face 12 are formed so as to be parallel to the crystal face of the Si substrate 2. The end face 12 is easily produced.

さらに、最も光の出射側に形成された第2光導波路6の出射側端面10における光の光学的ブロッホ振動の位相をY、sを整数とすると、(2s−5/4)π≦Y≦(2s−3/4)πであるようにすることが好ましい。このように構成することにより、OBO平面導波路素子1の出力端面12におけるクロストークを低減することができる。   Furthermore, if the phase of the optical Bloch oscillation of the light on the emission side end face 10 of the second optical waveguide 6 formed on the most light emission side is Y and s is an integer, (2s-5 / 4) π ≦ Y ≦ It is preferable that (2s−3 / 4) π. With this configuration, crosstalk at the output end face 12 of the OBO planar waveguide device 1 can be reduced.

なお、基板を取り除き、クラッド層を下地基板として、OBO平面導波路素子を作製してもよい。また、光導波路として光が伝搬できるもので、クラッド層を構成する材料に比べて屈折率が高い材料であれば、ガイド層の材料としてはSiに限られず、たとえば、InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InPなどを用いてもよい。クラッド層の材料としては、ガイド層の材料に比べて屈折率が低い材料であればSiO2に限られず、たとえば、Al23、InP、AlGaAsなどを用いてもよい。 Note that the OBO planar waveguide device may be manufactured by removing the substrate and using the cladding layer as a base substrate. In addition, the material of the guide layer is not limited to Si as long as it can transmit light as an optical waveguide and has a higher refractive index than the material constituting the cladding layer. For example, InGaAsP, GaAs, AlGaAs, InP Etc. may be used. The material of the clad layer is not limited to SiO 2 as long as it has a lower refractive index than the material of the guide layer. For example, Al 2 O 3 , InP, AlGaAs, or the like may be used.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態2に係るOBO平面導波路素子を詳細に説明する。なお、実施形態2においては、実施形態1に係るOBO平面導波路素子の各部位と対応する部位のそれぞれには、実施形態1において説明したOBO平面導波路素子の参照符号の一桁目が同一である参照符号が付されている。したがって、一桁目の数字が同一である参照符号が付された対応する部位同士は、同一の構造及び機能を有するため、特に必要がない限り、それらの部位の説明は繰り返さない。   Hereinafter, an OBO planar waveguide device according to Embodiment 2 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the second embodiment, the first digit of the reference numeral of the OBO planar waveguide device described in the first embodiment is the same for each portion corresponding to each portion of the OBO planar waveguide device according to the first embodiment. Reference numerals are attached. Accordingly, the corresponding parts to which the reference numerals having the same first digit numbers are assigned have the same structure and function, and therefore the description of those parts will not be repeated unless particularly necessary.

実施形態2
図11は、本発明の実施形態2に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。図12は、図11のXII−XII線矢印方向から見た断面図である。図11,12に示すように、本発明の実施形態2に係るOBO平面導波路素子31は、実施形態1に係るOBO平面導波路素子1と比較すると、光導波路の形状および光導波路アレイの連結部の構造が異なる。
Embodiment 2
FIG. 11 is a plan view schematically showing an OBO planar waveguide device according to Embodiment 2 of the present invention. 12 is a cross-sectional view as seen from the direction of the arrow XII-XII in FIG. As shown in FIGS. 11 and 12, the OBO planar waveguide device 31 according to the second embodiment of the present invention is compared with the OBO planar waveguide device 1 according to the first embodiment in the shape of the optical waveguide and the connection of the optical waveguide array. The structure of the part is different.

本実施形態においては、図11に示すように、それぞれの光導波路アレイにおいて、光導波路の幅がほぼ一定である。また、図12に示すように、光導波路アレイの伝搬損失を抑制するために、それぞれの光導波路アレイ全体を覆うようにしてSiO2からなる上部クラッド層51が設けられている。なお、図11においては、上部クラッド層51の図示を省略している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the width of the optical waveguide is substantially constant in each optical waveguide array. Further, as shown in FIG. 12, in order to suppress the propagation loss of the optical waveguide array, an upper cladding layer 51 made of SiO 2 is provided so as to cover the entire optical waveguide array. In FIG. 11, the illustration of the upper cladding layer 51 is omitted.

本実施形態においては、基板であるSi基板32、下部クラッド層であるSiO2層33、ガイド層であるSi層34、上部クラッド層であるSiO2層51のX軸方向に温度勾配を形成するため、Si基板32の一方の側面にヒータ52、および、他方の側面にヒートシンク53が形成されている。ヒータ52およびヒートシンク53は、Si基板32から上部クラッド層であるSiO2層51までの側面を覆うように形成されてもよい。OBO平面導波路素子31の出力端面42は、OBO平面導波路素子31の入力端面41と、ほぼ平行に形成されている。 In the present embodiment, a temperature gradient is formed in the X-axis direction of the Si substrate 32 as a substrate, the SiO 2 layer 33 as a lower cladding layer, the Si layer 34 as a guide layer, and the SiO 2 layer 51 as an upper cladding layer. Therefore, a heater 52 is formed on one side surface of the Si substrate 32, and a heat sink 53 is formed on the other side surface. The heater 52 and the heat sink 53 may be formed so as to cover the side surfaces from the Si substrate 32 to the SiO 2 layer 51 as the upper clad layer. The output end face 42 of the OBO planar waveguide element 31 is formed substantially parallel to the input end face 41 of the OBO planar waveguide element 31.

図13は、本実施形態に係るOBO平面導波路素子における第1光導波路アレイを模式的に示す平面図である。図14は、本実施形態に係るOBO平面導波路素子における第2光導波路アレイを模式的に示す平面図である。   FIG. 13 is a plan view schematically showing the first optical waveguide array in the OBO planar waveguide device according to the present embodiment. FIG. 14 is a plan view schematically showing a second optical waveguide array in the OBO planar waveguide device according to the present embodiment.

なお、座標軸は、それぞれの光導波路アレイにおいて、基板の上面において光導波路が延在する方向に直交する方向に、光導波路アレイにおける光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、光導波路が延在する方向に、入射側端面から離れる向きを正とするY軸と、X軸およびY軸のそれぞれに垂直なZ軸とからなる。第1光導波路の座標軸であるX軸、Y軸およびZ軸は、X1軸、Y1軸およびZ1軸とからなる。第2光導波路の座標軸であるX軸、Y軸およびZ軸は、X2軸、Y2軸およびZ2軸とからなる。参照した図中に示す、X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2のそれぞれの矢印は、それぞれの座標軸の方向を示している。 Note that the coordinate axis in each optical waveguide array is in the direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array. The X-axis is positive in the direction toward the optical axis, the Y-axis is positive in the direction in which the optical waveguide extends, and the direction away from the incident-side end face is Z-axis, and the Z-axis is perpendicular to the X-axis and Y-axis. The X axis, Y axis, and Z axis, which are coordinate axes of the first optical waveguide, are composed of the X 1 axis, the Y 1 axis, and the Z 1 axis. The X axis, Y axis, and Z axis, which are coordinate axes of the second optical waveguide, are composed of the X 2 axis, the Y 2 axis, and the Z 2 axis. Each arrow of X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , Z 2 shown in the referenced figure indicates the direction of each coordinate axis.

図13,14に示すように、第1光導波路35はほぼ平行に並ぶように直線状に延在している。第2光導波路36はほぼ平行に並ぶように直線状に延在している。第1光導波路35の幅は、第1光導波路アレイにおいて一定である。第2光導波路36の幅は、第2光導波路アレイにおいて一定である。   As shown in FIGS. 13 and 14, the first optical waveguide 35 extends linearly so as to be arranged substantially in parallel. The second optical waveguide 36 extends in a straight line so as to be substantially parallel. The width of the first optical waveguide 35 is constant in the first optical waveguide array. The width of the second optical waveguide 36 is constant in the second optical waveguide array.

第1光導波路35同士の間のピッチP1は1.99μmで一定となり、第1光導波路35の幅は1.2μmで一定である。第2光導波路36同士の間のピッチP2は2μmで一定であり、第2光導波路36の幅は1.3μmで一定である。 The pitch P 1 between the first optical waveguides 35 is constant at 1.99 μm, and the width of the first optical waveguide 35 is constant at 1.2 μm. The pitch P 2 between the second optical waveguides 36 is constant at 2 μm, and the width of the second optical waveguide 36 is constant at 1.3 μm.

第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイの連結部は、光が第1光導波路アレイから第2光導波路アレイに伝搬する際に、mを整数として、この光が起こす光学的ブロッホ振動の位相が(2m−1)×π変化するように形成されている。具体的には、本実施形態のOBO平面導波路素子1においては、第1光導波路アレイにおけるY1軸と第2光導波路アレイにおけるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、および、第1光導波路35の出射側端面38の形成位置を決定して、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイを連結している。 When the light propagates from the first optical waveguide array to the second optical waveguide array, the connecting portion of the first optical waveguide array and the second optical waveguide array has m as an integer, and the phase of the optical Bloch oscillation caused by the light. Is formed so as to change by (2m−1) × π. Specifically, in the OBO planar waveguide device 1 of this embodiment, the angle formed by the Y 1 axis in the first optical waveguide array and the Y 2 axis in the second optical waveguide array is the Y 1 axis of the Y 2 axis. The first optical waveguide array and the second optical waveguide array are connected to each other by determining θ 2 that is positive in the counterclockwise direction and the formation position of the emission side end face 38 of the first optical waveguide 35.

上記のθ2は、第2光導波路6同士の間のピッチをP2、第2光導波路の等価屈折率をn、光の平均波長をλとすると、P1×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)・・・式(2)の関係を満たしている。式(2)において、P1が1.99μm、λが1.4μm、nが3.48、mが0のとき、θ2は−5.8°である。このとき、第1光導波路35の出力側端面38から第2光導波路36の入射側端面39に光が伝搬した際に、OBO位相が−π変化する。 The above θ 2 is P 1 × tan θ 2 = (2m−1) where P 2 is the pitch between the second optical waveguides 6, n is the equivalent refractive index of the second optical waveguide, and λ is the average wavelength of light. ) × λ / (2 × n)... Satisfies the relationship of Expression (2). In Formula (2), when P 1 is 1.99 μm, λ is 1.4 μm, n is 3.48, and m is 0, θ 2 is −5.8 °. At this time, when light propagates from the output-side end face 38 of the first optical waveguide 35 to the incident-side end face 39 of the second optical waveguide 36, the OBO phase changes by −π.

図13に示すように、第1光導波路アレイにおいては、第1光導波路35の延在方向に延びる直線と第1光導波路35の入射側端面37とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸におけるX1軸上に位置している。 As shown in FIG. 13, in the first optical waveguide array, all the intersections between the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide 35 and the incident side end face 37 of the first optical waveguide 35 are the first optical waveguide array. It is located on the X 1 axis in the coordinate axis.

図15は、本実施形態における第1光導波路と第2光導波路との接続部を模式的に示す平面図である。図15に示すように、第1光導波路アレイの一の第1光導波路35の延在方向に延びる直線と第1光導波路35の出射側端面38との交点の第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標が、この一の第1光導波路35の低屈折率側に隣接する他の第1光導波路35の延在方向に延びる直線と第1光導波路35の出射側端面38との交点の第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標からP1×tanθ2変化した座標となる。 FIG. 15 is a plan view schematically showing a connection portion between the first optical waveguide and the second optical waveguide in the present embodiment. As shown in FIG. 15, the intersection point between the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide 35 of the first optical waveguide array and the emission-side end face 38 of the first optical waveguide 35 in the coordinate axis of the first optical waveguide array. The Y 1 coordinate is the intersection of the straight line extending in the extending direction of the other first optical waveguide 35 adjacent to the low refractive index side of the first optical waveguide 35 and the exit side end surface 38 of the first optical waveguide 35. The coordinates are changed by P 1 × tan θ 2 from the Y 1 coordinate on the coordinate axis of the first optical waveguide array.

なお、図15においては、説明の便宜上、一の第1光導波路35の延在方向に延びる直線と第1光導波路35の出射側端面38との交点のY1座標を0としたときに、その一の第1光導波路35の+X1方向側に隣接する他の第1光導波路35の延在方向に延びる直線と第1光導波路35の出射側端面38との交点のY1座標がP1×tanθ2となることを示している。 In FIG. 15, for convenience of explanation, when the Y 1 coordinate of the intersection of the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide 35 and the emission side end surface 38 of the first optical waveguide 35 is set to 0, The Y 1 coordinate of the intersection of the straight line extending in the extending direction of the other first optical waveguide 35 adjacent to the + X 1 direction side of the first optical waveguide 35 and the emission side end face 38 of the first optical waveguide 35 is P 1 × tan θ 2 .

したがって、第1光導波路アレイにおいては、第1光導波路35のY1軸方向の長さが、+X1軸方向に向かって、P1×tanθ2ずつ変化する。本実施形態においては、第1光導波路アレイにおける第1光導波路35のY1軸方向の長さは、+X1軸方向に向かって0.202μmずつ短くなる。 Therefore, in the first optical waveguide array, the length of the first optical waveguide 35 in the Y 1 axis direction changes by P 1 × tan θ 2 in the + X 1 axis direction. In the present embodiment, the length of the first optical waveguide 35 in the first optical waveguide array in the Y 1 axis direction decreases by 0.202 μm in the + X 1 axis direction.

また、第1光導波路アレイの第1光導波路35の長さの平均値は、第1光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、第1光導波路35を伝搬する長さに略一致している。本実施形態においては、第1光導波路35の平均長さは1000μmである。   The average value of the length of the first optical waveguide 35 of the first optical waveguide array is such that the light propagating through the first optical waveguide array is oscillated for 1/2 period in the optical Bloch oscillation. The length substantially propagates through the waveguide 35. In the present embodiment, the average length of the first optical waveguide 35 is 1000 μm.

最も光の出射側に形成された第2光導波路アレイにおいては、第2光導波路36の延在方向に延びる直線と第2光導波路36の入射側端面39とのすべての交点が、第2光導波路アレイの座標軸におけるX2軸上に位置し、また、第2光導波路36の延在方向に延びる直線と第2光導波路36の出射側端面40とのすべての交点が、第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置している。よって、OBO平面導波路素子31の入力端面41とほぼ平行になるように、出力端面42が形成されている。 In the second optical waveguide array formed on the most light emission side, all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide 36 and the incident side end face 39 of the second optical waveguide 36 are the second optical waveguide. located on the X 2 axis in the coordinate axes of the waveguide array, and all intersection of the straight line and the outgoing side end surface 40 of the second optical waveguide 36 extending in the extending direction of the second optical waveguide 36, the first optical waveguide array Are located at the same Y 1 coordinate in the coordinate axes. Therefore, the output end face 42 is formed so as to be substantially parallel to the input end face 41 of the OBO planar waveguide element 31.

また、第2光導波路アレイの第2光導波路36の長さの平均値は、第2光導波路アレイを伝搬する光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、第2光導波路36を伝搬する長さに略一致している。本実施形態においては、第2光導波路36の平均長さは1000μmである。   In addition, the average value of the length of the second optical waveguide 36 of the second optical waveguide array is the same as that of the second optical waveguide while the light propagating through the second optical waveguide array oscillates in 1/2 period in the optical Bloch oscillation. The length substantially propagates along the waveguide 36. In the present embodiment, the average length of the second optical waveguide 36 is 1000 μm.

図15に示すように、本実施形態においては、第2光導波路アレイにおける第2光導波路36同士の間のピッチP2と、第1光導波路アレイにおける第1光導波路35同士の間のピッチP1とは、P2=P1/cos|θ2|の関係を満たす。 As shown in FIG. 15, in the present embodiment, the pitch P 2 between the second optical waveguides 36 in the second optical waveguide array and the pitch P between the first optical waveguides 35 in the first optical waveguide array. 1 satisfies the relationship P 2 = P 1 / cos | θ 2 |.

このように構成することにより、第1光導波路アレイにおける第1光導波路35の等価屈折率分布の形状と、第2光導波路アレイにおける第2光導波路36の等価屈折率分布の形状とが似るため、第1光導波路35から第2光導波路36に光が伝搬する際に、光の強度分布が大きく変化することがなく、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイとの連結部における光の伝搬損失を低減することができる。   With this configuration, the shape of the equivalent refractive index distribution of the first optical waveguide 35 in the first optical waveguide array is similar to the shape of the equivalent refractive index distribution of the second optical waveguide 36 in the second optical waveguide array. When the light propagates from the first optical waveguide 35 to the second optical waveguide 36, the light intensity distribution does not change greatly, and the light at the connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array is not changed. Propagation loss can be reduced.

以下、本実施形態に係るOBO平面導波路素子31の製造方法について説明する。図16は、本実施形態において、レジスト膜をパターニングした状態を模式的に示す断面図である。図16に示すように、SOI基板上に形成されたレジスト膜を電子線直接描画またはフォトリソグラフィによって加工することにより、光導波路アレイを形成するためのレジストパターン48が作製される。   Hereinafter, a method for manufacturing the OBO planar waveguide device 31 according to this embodiment will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the resist film is patterned in the present embodiment. As shown in FIG. 16, a resist pattern 48 for forming an optical waveguide array is produced by processing a resist film formed on an SOI substrate by direct electron beam drawing or photolithography.

図17は、本実施形態において、ガイド層をエッチングして光導波路を形成している状態を模式的に示す断面図である。図17に示すように、レジストパターン48をマスクとして、ICPエッチング、反応性イオンエッチング、または反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いて、Si層34がエッチングされる。Si層34の上部が0.04μm程度の深さまでをエッチングされることにより、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイが作製される。   FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a state where an optical waveguide is formed by etching a guide layer in the present embodiment. As shown in FIG. 17, using the resist pattern 48 as a mask, the Si layer 34 is etched using an etching method such as ICP etching, reactive ion etching, or reactive ion beam etching. By etching the upper part of the Si layer 34 to a depth of about 0.04 μm, the first optical waveguide array and the second optical waveguide array are manufactured.

図18は、本実施形態において、上部クラッド層を形成した状態を模式的に示す断面図である。図18に示すように、レジストパターン48を除去した後に、蒸着法、スパッタ法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、第1光導波路アレイと第2光導波路アレイを覆うように、上部クラッド層となるSiO2層51を堆積させる。 FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the upper cladding layer is formed in the present embodiment. As shown in FIG. 18, after removing the resist pattern 48, the upper cladding layer and the second optical waveguide array are covered by an evaporation method, a sputtering method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to cover the first optical waveguide array and the second optical waveguide array. A SiO 2 layer 51 is deposited.

本実施形態においては、SiO2層51の膜厚は200nmとしたが、この値に限定されず、それぞれの光導波路アレイにおける伝搬損失を抑制することが可能であれば他の値でもよい。 In the present embodiment, the thickness of the SiO 2 layer 51 is 200 nm, but is not limited to this value, and may be any other value as long as propagation loss in each optical waveguide array can be suppressed.

図19は、本実施形態において、ヒータおよびヒートシンクを形成した状態を模式的に示す断面図である。図19に示すように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、Si基板32、SiO2層33、Si層34、SiO2層51の+X軸方向側の側面に、ヒータ52となる窒化タンタル膜を形成する。また、スパッタリング法または蒸着法を用いて、Si基板32、SiO2層33、Si層34、SiO2層51の−X軸方向側の側面に、ヒートシンク53となる窒化アルミ膜を形成する。その後、Si基板32の結晶面に沿って基板劈開を行なうことにより、OBO平面導波路素子31の入力端面41と出力端面42が形成される。 FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a heater and a heat sink are formed in the present embodiment. As shown in FIG. 19, a tantalum nitride film serving as a heater 52 is formed on the side surface on the + X-axis direction side of the Si substrate 32, the SiO 2 layer 33, the Si layer 34, and the SiO 2 layer 51 by using a sputtering method or a vapor deposition method. Form. Further, an aluminum nitride film to be the heat sink 53 is formed on the side surface on the −X axis direction side of the Si substrate 32, the SiO 2 layer 33, the Si layer 34, and the SiO 2 layer 51 by using a sputtering method or a vapor deposition method. Thereafter, by cleaving the substrate along the crystal plane of the Si substrate 32, the input end face 41 and the output end face 42 of the OBO planar waveguide device 31 are formed.

次に、本実施形態に係るOBO平面導波路素子31の動作について説明する。ヒータ52によって、OBO平面導波路素子31において、Si基板32、SiO2層33、Si層34、SiO2層51のX軸方向の温度分布に勾配が形成される。Si基板32の温度は、ヒータ52に近づくにつれて高くなる。一般に、半導体材料は高温になると屈折率が高くなるので、ヒータ52側にある第1光導波路35の屈折率は、ヒートシンク53側に位置する第1光導波路35の屈折率よりも高くなる。したがって、第1光導波路アレイにおける第1光導波路35の等価屈折率の分布に勾配が形成される。 Next, the operation of the OBO planar waveguide device 31 according to this embodiment will be described. The heater 52 forms a gradient in the temperature distribution in the X-axis direction of the Si substrate 32, the SiO 2 layer 33, the Si layer 34, and the SiO 2 layer 51 in the OBO planar waveguide device 31. The temperature of the Si substrate 32 increases as it approaches the heater 52. In general, since the refractive index of a semiconductor material increases at a high temperature, the refractive index of the first optical waveguide 35 on the heater 52 side is higher than the refractive index of the first optical waveguide 35 located on the heat sink 53 side. Therefore, a gradient is formed in the distribution of the equivalent refractive index of the first optical waveguide 35 in the first optical waveguide array.

そこに、図13に示すように、光の強度分布49のピークが所定の入射側端面37に位置するように、波長多重光がOBO平面導波路素子31中に入射される。入射した光は、OBOを起こして光の波長によって異なる道筋50に進み、波長多重光は第1光導波路アレイにより分光される。   Then, as shown in FIG. 13, the wavelength multiplexed light is incident on the OBO planar waveguide device 31 so that the peak of the light intensity distribution 49 is positioned on the predetermined incident side end face 37. The incident light causes OBO to travel to different paths 50 depending on the wavelength of the light, and the wavelength multiplexed light is split by the first optical waveguide array.

第2光導波路アレイにおいても、第1光導波路アレイと同様に、第2光導波路36の等価屈折率の分布に勾配が形成されている。そのため、図14に示すように、第1光導波路アレイにおいて分光された複数の光は、第2光導波路アレイのそれぞれの入射側端面39から第2光導波路36に入射し、Y2軸方向に伝搬しながらX2軸方向にOBOを起こす。 Also in the second optical waveguide array, a gradient is formed in the distribution of the equivalent refractive index of the second optical waveguide 36 as in the first optical waveguide array. Therefore, as shown in FIG. 14, the plurality of lights dispersed in the first optical waveguide array enter the second optical waveguide 36 from the respective incident side end faces 39 of the second optical waveguide array, and in the Y 2 axis direction. propagation to cause the OBO to X 2 axis direction while.

本実施形態においては、λ1の波長を有する光と、λ1より小さい波長であるλ2の波長を有する光を含む波長多重光を第1光導波路35の入射側端面37に入射させた。たとえば、λ1は1550nm、λ2は1300nmである。λ1の波長を有する光のOBO振幅がC1である場合、λ1の波長を有する光は、+X1軸方向において、入射側端面37の位置からC1シフトした位置の出力側端面38から出射される。λ2の波長を有する光のOBO振幅がC2である場合、λ2の波長を有する光は、+X1軸方向において、入射側端面37の位置からC2シフトした位置の出力側端面38から出射される。 In the present embodiment, the light having a wavelength of lambda 1, is incident WDM light including light having a wavelength of lambda 2 is lambda 1 is smaller than the wavelength to the incident end face 37 of the first optical waveguide 35. For example, λ 1 is 1550 nm and λ 2 is 1300 nm. When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 1 is C 1 , the light having the wavelength of λ 1 is transmitted from the output side end surface 38 at a position shifted by C 1 from the position of the incident side end surface 37 in the + X 1 axis direction. Emitted. When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 2 is C 2 , the light having the wavelength of λ 2 is transmitted from the output side end surface 38 at a position shifted by C 2 from the position of the incident side end surface 37 in the + X 1 axis direction. Emitted.

第1光導波路35の出射側端面38から出射したλ1の波長を有する光およびλ2の波長を有する光は、第2光導波路36の入射側端面39に入射するが、図14に示すように、光の波長によって入射する位置が異なる。λ2の波長を有する光の入射位置から+X2軸方向に、(C1−C2)/cos(|θ2|)シフトした位置に、λ1の波長を有する光が入射する。 The light having the wavelength of λ 1 and the light having the wavelength of λ 2 emitted from the emission side end face 38 of the first optical waveguide 35 are incident on the incident side end face 39 of the second optical waveguide 36, as shown in FIG. However, the incident position differs depending on the wavelength of light. Light having a wavelength of λ 1 is incident at a position shifted by (C 1 −C 2 ) / cos (| θ 2 |) in the + X 2 axis direction from the incident position of light having a wavelength of λ 2 .

上記のように、それぞれ異なる位置の入射側端面39に入射したλ1の波長を有する光およびλ2の波長を有する光は、OBOの位相がほぼ0からπへ変化するまで、第2光導波路36を伝搬する。 As described above, the light having the wavelength of λ 1 and the light having the wavelength of λ 2 incident on the incident-side end face 39 at different positions are the second optical waveguide until the phase of OBO changes from approximately 0 to π. 36 is propagated.

λ1の波長を有する光のOBO振幅がD1である場合、λ1の波長を有する光は、+X2軸方向において、入射側端面39の位置からD1シフトした位置の出力側端面40から出射される。λ2の波長を有する光のOBO振幅がD2である場合、λ2の波長を有する光は、+X2軸方向において、入射側端面39の位置からD2シフトした位置の出力側端面40から出射される。したがって、X2軸方向において、λ1の波長を有する光とλ2の波長を有する光との入射側端面9の位置が(C1−C2)/cos(|θ2|)異なるため、図11に示すように、X2軸方向において、λ1の波長を有する光とλ2の波長を有する光との出射側端面40の位置が(C1−C2)/cos(|θ2|)+(D1−D2)異なる。 When the OBO amplitude of light having a wavelength of λ 1 is D 1 , the light having a wavelength of λ 1 is output from the output side end surface 40 at a position shifted by D 1 from the position of the incident side end surface 39 in the + X 2 axis direction. Emitted. When the OBO amplitude of the light having the wavelength of λ 2 is D 2 , the light having the wavelength of λ 2 is transmitted from the output side end surface 40 at a position shifted by D 2 from the position of the incident side end surface 39 in the + X 2 axis direction. Emitted. Therefore, in the X 2 axis direction, the position of the incident side end face 9 of the light having the wavelength of λ 1 is different from the light having the wavelength of λ 2 by (C 1 −C 2 ) / cos (| θ 2 |). As shown in FIG. 11, the position of the emission side end face 40 of the light having the wavelength of λ 1 and the light having the wavelength of λ 2 is (C 1 −C 2 ) / cos (| θ 2 ) in the X 2 axis direction. |) + (D 1 −D 2 ) different.

本実施形態においては、ヒータの温度を調節することによって、それぞれの光導波路アレイの光導波路の等価屈折率分布の勾配の傾きを調整することができる。OBOの振幅が光導波路の等価屈折率分布の勾配の傾きによって変化するため、ヒータの温度調節により、OBO平面導波路素子31において分光される各波長の光の出力先を変更することできる。よって、OBO平面導波路素子31は可変分光器としての機能を有する。   In this embodiment, by adjusting the temperature of the heater, the slope of the gradient of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide of each optical waveguide array can be adjusted. Since the amplitude of the OBO changes depending on the slope of the gradient of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide, the output destination of light of each wavelength split in the OBO planar waveguide device 31 can be changed by adjusting the temperature of the heater. Therefore, the OBO planar waveguide element 31 has a function as a variable spectrometer.

また、それぞれの光導波路アレイおいて、光導波路の幅をW、光導波路同士の間のピッチをPとすると、入射側端面において、W/P≧0.55であることが好ましい。このように構成することにより、結合定数の大きい光導波路において光学的ブロッホ振動が発現されるようになる。数値計算によると光導波路の結合定数が高い領域においてOBO振幅は大きくなり、それに従って光の波長の違いによるOBO振幅の変化量も大きくなる。   Further, in each optical waveguide array, when the width of the optical waveguide is W and the pitch between the optical waveguides is P, it is preferable that W / P ≧ 0.55 at the incident side end face. With this configuration, optical Bloch oscillation is expressed in an optical waveguide having a large coupling constant. According to the numerical calculation, the OBO amplitude increases in a region where the coupling constant of the optical waveguide is high, and the change amount of the OBO amplitude due to the difference in the wavelength of the light increases accordingly.

本実施形態におけるOBO平面導波路素子31によれば、第1光導波路35の長さが、第1光導波路35に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第1光導波路35を伝搬し終えた際に最も分光された後、第2光導波路36に入射する。光がこの第2光導波路36に入射する際に、光の光学的ブロッホ振動の位相が半波長の奇数倍変化することにより、光は第2光導波路36に入射した後、さらに分光される。第2光導波路36の長さが、第2光導波路36に入射する光の光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に伝搬する長さにほぼ等しいため、第2光導波路36を伝搬し終えた際に最も分光される。よって、波長多重光をOBO平面導波路素子31に入射させることにより、出力側におけるクロストークを低減し、固有の出力側端面からそれぞれ単一波長の光を出力することができる。他の構成については、実施形態1のOBO平面導波路素子1と同様であるため、説明を繰り返さない。   According to the OBO planar waveguide device 31 in the present embodiment, the length of the first optical waveguide 35 propagates while oscillating for a half period in the optical Bloch oscillation of the light incident on the first optical waveguide 35. Since it is almost equal to the length, it is most dispersed when it propagates through the first optical waveguide 35 and then enters the second optical waveguide 36. When the light enters the second optical waveguide 36, the optical Bloch oscillation phase of the light changes by an odd multiple of a half wavelength, so that the light is further separated after entering the second optical waveguide 36. Since the length of the second optical waveguide 36 is approximately equal to the length of the optical Bloch oscillation of light incident on the second optical waveguide 36 that propagates during a half cycle, the second optical waveguide 36 propagates through the second optical waveguide 36. It is most spectroscopic when finished. Therefore, by allowing the wavelength multiplexed light to enter the OBO planar waveguide device 31, crosstalk on the output side can be reduced, and light having a single wavelength can be output from the unique output side end face. Other configurations are the same as those of the OBO planar waveguide device 1 according to the first embodiment, and thus description thereof will not be repeated.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態3に係るOBO平面導波路素子を詳細に説明する。なお、実施形態3においては、実施形態1に係るOBO平面導波路素子の各部位と対応する部位のそれぞれには、実施形態1において説明したOBO平面導波路素子の参照符号の一桁目が同一である参照符号が付されている。したがって、一桁目の数字が同一である参照符号が付された対応する部位同士は、同一の構造及び機能を有するため、特に必要がない限り、それらの部位の説明は繰り返さない。   Hereinafter, the OBO planar waveguide device according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the third embodiment, the first digit of the reference number of the OBO planar waveguide device described in the first embodiment is the same for each portion corresponding to each portion of the OBO planar waveguide device according to the first embodiment. Reference numerals are attached. Accordingly, the corresponding parts to which the reference numerals having the same first digit numbers are assigned have the same structure and function, and therefore the description of those parts will not be repeated unless particularly necessary.

実施形態3
図20は、本発明の実施形態3に係るOBO平面導波路素子を模式的に示す平面図である。図21は、図20のXXI−XXI線矢印方向から見た断面図である。図20,21に示すように、本発明の実施形態3に係るOBO平面導波路素子61は、実施形態1に係るOBO平面導波路素子1と比較すると、それぞれの光導波路アレイ全体を覆うようにしてSiO2からなる上部クラッド層81が設けられている。なお、図21においては、上部クラッド層81の図示を省略している。
Embodiment 3
FIG. 20 is a plan view schematically showing an OBO planar waveguide device according to Embodiment 3 of the present invention. 21 is a cross-sectional view as seen from the direction of the arrow XXI-XXI in FIG. As shown in FIGS. 20 and 21, the OBO planar waveguide device 61 according to the third embodiment of the present invention covers the entire optical waveguide array as compared with the OBO planar waveguide device 1 according to the first embodiment. An upper clad layer 81 made of SiO 2 is provided. In FIG. 21, the upper clad layer 81 is not shown.

また、基板であるSi基板62、下部クラッド層であるSiO2層63、ガイド層であるSi層64、上部クラッド層であるSiO2層81のX軸方向に温度勾配を形成するため、Si基板62の一方の側面にヒータ82、および、他方の側面にヒートシンク83が形成されている。 Further, in order to form a temperature gradient in the X-axis direction of the Si substrate 62 that is the substrate, the SiO 2 layer 63 that is the lower cladding layer, the Si layer 64 that is the guide layer, and the SiO 2 layer 81 that is the upper cladding layer, A heater 82 is formed on one side surface of 62, and a heat sink 83 is formed on the other side surface.

さらに、OBO平面導波路素子61の出力端面72が、入力端面71とほぼ平行に形成されている。実施形態2のOBO平面導波路素子31と同様に本実施形態に係るOBO平面導波路素子61は可変分光器としての機能を有する。   Further, the output end face 72 of the OBO planar waveguide element 61 is formed substantially parallel to the input end face 71. Similar to the OBO planar waveguide device 31 of the second embodiment, the OBO planar waveguide device 61 according to the present embodiment has a function as a variable spectrometer.

また、ヒータ82を動作させない場合においても、第1光導波路65および第2光導波路66の幅が、+X軸方向に向かうに従って徐々に広くなるように形成されているため、第1光導波路アレイおよび第2光導波路アレイの光導波路の等価屈折率分布に勾配が形成される。よって、ヒータ82を動作させない場合においても、OBO平面導波路素子61を伝搬する光がOBOを起こし、波長多重光はOBO平面導波路素子61内で分光される。このように、本実施形態に係るOBO平面導波路素子61は、ヒータ82を備えることにより可変分光器としての機能を有するとともに、ヒータ82を動作させない状態においても光を分光することができるため、消費電力の低減を図ることができる。他の構成については、実施形態1または実施形態2のOBO平面導波路素子1,31と同様であるため、説明を繰り返さない。   Even when the heater 82 is not operated, the widths of the first optical waveguide 65 and the second optical waveguide 66 are formed so as to gradually increase toward the + X-axis direction. A gradient is formed in the equivalent refractive index distribution of the optical waveguides of the second optical waveguide array. Therefore, even when the heater 82 is not operated, the light propagating through the OBO planar waveguide device 61 causes OBO, and the wavelength multiplexed light is split in the OBO planar waveguide device 61. As described above, the OBO planar waveguide device 61 according to the present embodiment has a function as a variable spectroscope by including the heater 82, and can disperse light even when the heater 82 is not operated. The power consumption can be reduced. Other configurations are the same as those of the OBO planar waveguide devices 1 and 31 of the first embodiment or the second embodiment, and thus description thereof will not be repeated.

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become a basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.

1,31,61,100 平面導波路素子、2,32,62,101 基板、3,33,63 クラッド層、4,34,64 ガイド層、5,35,65 第1光導波路、6,36,66 第2光導波路、7,9,37,39 入射側端面、8,10,38,40 出力側端面、11,41,71 入力端面、12,42,72 出力端面、13 中心線、14 中心線、15 交点、16 界面、17 レジスト膜、18,48 レジストパターン、19,49 光の強度分布、20,50,108 光の道筋、51,81 上部クラッド層、52,82,106 ヒータ、53,83,107 ヒートシンク、102 光導波路、103 高分子クラッド層、104 入力側端面、105 出力側端面。   1, 31, 61, 100 Planar waveguide device, 2, 32, 62, 101 Substrate, 3, 33, 63 Clad layer, 4, 34, 64 Guide layer, 5, 35, 65 First optical waveguide, 6, 36 , 66 Second optical waveguide, 7, 9, 37, 39 Incident side end face, 8, 10, 38, 40 Output side end face, 11, 41, 71 Input end face, 12, 42, 72 Output end face, 13 Center line, 14 Center line, 15 intersections, 16 interfaces, 17 resist film, 18, 48 resist pattern, 19, 49 light intensity distribution, 20, 50, 108 light path, 51, 81 upper cladding layer, 52, 82, 106 heater, 53, 83, 107 Heat sink, 102 Optical waveguide, 103 Polymer clad layer, 104 Input side end face, 105 Output side end face

Claims (15)

基板と、
前記基板上に積層されたクラッド層と、
前記クラッド層上に積層され、前記クラッド層より高い屈折率を有するガイド層と
を備え、
前記ガイド層の上部には、略平行に並ぶように直線状に延在する複数の光導波路を含む光導波路アレイが、光の伝搬方向に連続して複数形成され、
それぞれの前記光導波路アレイは、光が入射する入射側端面を有する前記光導波路を少なくとも1つ含み、
それぞれの前記光導波路アレイは、光が出射する出射側端面を有する前記光導波路を少なくとも2つ含み、
それぞれの前記光導波路アレイにおける前記光導波路においては、前記光導波路の並ぶ方向において一方向に向かって、等価屈折率分布に勾配が形成され、
互いに隣接して形成された前記光導波路アレイにおいては、それぞれが含む前記入射側端面を有する前記光導波路と前記出射側端面を有する前記光導波路とが互いに所定の角度を有して連結され、光の入射側に形成された第1光導波路アレイの第1光導波路の前記出射側端面と、光の出射側に形成された第2光導波路アレイの第2光導波路の前記入射側端面とが接続され、
前記第1光導波路アレイおよび前記第2光導波路アレイの連結部は、光が前記第1光導波路アレイから前記第2光導波路アレイに伝搬する際に、mを整数として、該光が起こす光学的ブロッホ振動の位相が(2m−1)×π変化するように形成され、
それぞれの前記光導波路アレイの前記光導波路の長さの平均値は、それぞれの前記光導波路アレイを伝搬する前記光が、光学的ブロッホ振動において1/2周期の振動する間に、前記光導波路を伝搬する長さに略一致する、平面導波路素子。
A substrate,
A clad layer laminated on the substrate;
And a guide layer laminated on the cladding layer and having a higher refractive index than the cladding layer,
On the upper part of the guide layer, a plurality of optical waveguide arrays including a plurality of optical waveguides extending linearly so as to be arranged in parallel are continuously formed in the light propagation direction,
Each of the optical waveguide arrays includes at least one optical waveguide having an incident-side end face on which light is incident,
Each of the optical waveguide arrays includes at least two optical waveguides each having an emission side end surface from which light is emitted;
In each of the optical waveguides in the optical waveguide array, a gradient is formed in the equivalent refractive index distribution in one direction in the direction in which the optical waveguides are arranged,
In the optical waveguide array formed adjacent to each other, the optical waveguide having the incident-side end surface and the optical waveguide having the output-side end surface included therein are connected to each other at a predetermined angle, The end surface of the first optical waveguide of the first optical waveguide array formed on the incident side of the first optical waveguide and the end surface of the second optical waveguide of the second optical waveguide array formed on the output side of the light are connected to each other And
The connecting portion between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array is optically generated when the light propagates from the first optical waveguide array to the second optical waveguide array, where m is an integer. It is formed so that the phase of Bloch oscillation changes (2m-1) × π,
The average value of the length of the optical waveguide of each of the optical waveguide arrays is determined by the optical waveguides while the light propagating through the respective optical waveguide arrays vibrates for ½ period in optical Bloch oscillation. A planar waveguide element that approximately matches the length of propagation.
それぞれの前記光導波路アレイにおいて、前記基板の上面において前記光導波路が延在する方向に直交する方向に、前記光導波路アレイにおける前記光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、前記光導波路が延在する方向に、前記入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、前記第1光導波路アレイにおける前記Y軸であるY1軸と前記第2光導波路アレイにおける前記Y軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、前記第2光導波路同士の間のピッチをP2、前記第2光導波路の等価屈折率をn、前記光の平均波長をλとすると、P2×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)の関係を満たし、
最も前記入射側に形成された前記第1光導波路アレイにおいては、前記第1光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記入射側端面とのすべての交点が、前記第1光導波路アレイの座標軸における前記X軸であるX1軸上に位置し、また、前記第1光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記出射側端面とのすべての交点が、前記第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置し、
前記第2光導波路アレイにおいては、一の前記第2光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記出射側端面との交点の前記第2光導波路アレイの座標軸におけるY2座標が、該一の第2光導波路の低屈折率側に隣接する他の前記第2光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記出射側端面との交点の前記第2光導波路アレイの座標軸におけるY座標から−P2×tanθ2変化した座標となり、また、前記第2光導波路の延在方向に延びる直線と前記第2光導波路の前記出射側端面とのすべての交点が、前記第2光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY2座標に位置している、請求項1に記載の平面導波路素子。
In each of the optical waveguide arrays, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate The first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis with a positive direction toward the positive axis and a Y axis with a positive direction away from the incident side end face is placed in the direction in which the optical waveguide extends. theta 2 to the counterclockwise positive with respect to Y 1 axis of the Y 2 axis with an angle formed between the Y 2 axis is the Y-axis in the second optical waveguide array and Y 1 axis is the Y axis in the If the pitch between the second optical waveguides is P 2 , the equivalent refractive index of the second optical waveguide is n, and the average wavelength of the light is λ, then P 2 × tan θ 2 = (2m−1) × λ / ( 2 × n)
In the first optical waveguide array formed closest to the incident side, all the intersections between the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide and the incident side end surface of the first optical waveguide are the first optical waveguide array. located X 1 axis is the X axis in the coordinate axes of the optical waveguide array, also, all the intersection between the end surface on the outputting side of the first said a straight line extending in the extending direction of the optical waveguide first optical waveguide , Located at the same Y 1 coordinate in the coordinate axis of the first optical waveguide array,
In the second optical waveguide array, the Y 2 coordinate on the coordinate axis of the second optical waveguide array at the intersection of the straight line extending in the extending direction of the one second optical waveguide and the output side end surface of the first optical waveguide. However, the second light guide at the intersection of the straight line extending in the extending direction of the other second optical waveguide adjacent to the low refractive index side of the one second optical waveguide and the output side end face of the first optical waveguide. The coordinates are changed by −P 2 × tan θ 2 from the Y coordinate on the coordinate axis of the waveguide array, and all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the output side end surface of the second optical waveguide are 2. The planar waveguide device according to claim 1, wherein the planar waveguide element is located at the same Y 2 coordinate in the coordinate axis of the second optical waveguide array.
それぞれの前記光導波路アレイにおいて、前記基板の上面において前記光導波路が延在する方向に直交する方向に、前記光導波路アレイにおける前記光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、前記光導波路が延在する方向に、前記入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、前記第1光導波路アレイにおける前記Y軸であるY1軸と前記第2光導波路アレイにおける前記Y軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、前記第1光導波路同士の間のピッチをP1、前記第2光導波路同士の間のピッチをP2とすると、P2=P1×cos|θ2|の関係を満たす、請求項1に記載の平面導波路素子。 In each of the optical waveguide arrays, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate The first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis with a positive direction toward the positive axis and a Y axis with a positive direction away from the incident side end face is placed in the direction in which the optical waveguide extends. theta 2 to the counterclockwise positive with respect to Y 1 axis of the Y 2 axis with an angle formed between the Y 2 axis is the Y-axis in the second optical waveguide array and Y 1 axis is the Y axis in the 2. The relation of P 2 = P 1 × cos | θ 2 | is satisfied, where P 1 is a pitch between the first optical waveguides and P 2 is a pitch between the second optical waveguides. Planar waveguide element. それぞれの前記光導波路アレイにおいて、前記基板の上面において前記光導波路が延在する方向に直交する方向に、前記光導波路アレイにおける前記光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、前記光導波路が延在する方向に、前記入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、前記第1光導波路アレイにおける前記Y軸であるY1軸と前記第2光導波路アレイにおける前記Y軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、前記第1光導波路同士の間のピッチをP1、前記第2光導波路の等価屈折率をn、前記光の平均波長をλとすると、P1×tanθ2=(2m−1)×λ/(2×n)の関係を満たし、
前記第1光導波路アレイにおいては、前記第1光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記入射側端面とのすべての交点が、前記第1光導波路アレイの座標軸における前記X軸であるX1軸上に位置し、また、前記第1光導波路アレイの一の前記第1光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記出射側端面との交点の前記第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標が、該一の第1光導波路の低屈折率側に隣接する他の前記第1光導波路の延在方向に延びる直線と前記第1光導波路の前記出射側端面との交点の前記第1光導波路アレイの座標軸におけるY1座標からP1×tanθ2変化した座標となり、
前記第2光導波路アレイにおいては、前記第2光導波路の延在方向に延びる直線と前記第2光導波路の前記入射側端面とのすべての交点が、前記第2光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY2座標に位置している、請求項1に記載の平面導波路素子。
In each of the optical waveguide arrays, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate The first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis with a positive direction toward the positive axis and a Y axis with a positive direction away from the incident side end face is placed in the direction in which the optical waveguide extends. theta 2 to the counterclockwise positive with respect to Y 1 axis of the Y 2 axis with an angle formed between the Y 2 axis is the Y-axis in the second optical waveguide array and Y 1 axis is the Y axis in the If the pitch between the first optical waveguides is P 1 , the equivalent refractive index of the second optical waveguide is n, and the average wavelength of the light is λ, then P 1 × tan θ 2 = (2m−1) × λ / ( 2 × n)
In the first optical waveguide array, all intersections of the straight line extending in the extending direction of the first optical waveguide and the incident side end surface of the first optical waveguide are the X in the coordinate axis of the first optical waveguide array. located on the X 1 axis is an axis, also the point of intersection between the said exit side end surface of one said the straight line extending in a first extending direction of the optical waveguide first optical waveguide of the first optical waveguide array The Y 1 coordinate on the coordinate axis of the first optical waveguide array has a straight line extending in the extending direction of the other first optical waveguide adjacent to the low refractive index side of the first optical waveguide and the first optical waveguide. The coordinates are changed by P 1 × tan θ 2 from the Y 1 coordinate in the coordinate axis of the first optical waveguide array at the intersection point with the emission side end face,
In the second optical waveguide array, all intersections between the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the incident side end surface of the second optical waveguide are in coordinates on the coordinate axis of the second optical waveguide array. The planar waveguide device according to claim 1, which is located at the same Y 2 coordinate.
それぞれの前記光導波路アレイにおいて、前記基板の上面において前記光導波路が延在する方向に直交する方向に、前記光導波路アレイにおける前記光導波路の等価屈折率分布の低屈折率側から高屈折率側への向きを正とするX軸と、前記光導波路が延在する方向に、前記入射側端面から離れる向きを正とするY軸とからなる座標軸をおいた場合に、前記第1光導波路アレイにおける前記Y軸であるY1軸と前記第2光導波路アレイにおける前記Y軸であるY2軸との成す角でY2軸のY1軸に対して左回りを正とするθ2、前記第1光導波路同士の間のピッチをP1、前記第2光導波路同士の間のピッチをP2とすると、前記第2光導波路は、P2=P1/cos|θ2|の関係を満たす、請求項1に記載の平面導波路素子。 In each of the optical waveguide arrays, from the low refractive index side to the high refractive index side of the equivalent refractive index distribution of the optical waveguide in the optical waveguide array in a direction orthogonal to the direction in which the optical waveguide extends on the upper surface of the substrate The first optical waveguide array when a coordinate axis consisting of an X axis with a positive direction toward the positive axis and a Y axis with a positive direction away from the incident side end face is placed in the direction in which the optical waveguide extends. theta 2 to the counterclockwise positive with respect to Y 1 axis of the Y 2 axis with an angle formed between the Y 2 axis is the Y-axis in the second optical waveguide array and Y 1 axis is the Y axis in the P 1 pitch between the first optical waveguide to each other, when the pitch between the second optical waveguide to each other and P 2, the second optical waveguide, P 2 = P 1 / cos | a relationship | theta 2 The planar waveguide device according to claim 1, wherein the planar waveguide device is satisfied. それぞれの前記光導波路アレイにおいて、前記光導波路が並ぶ方向において一方向に向かって、前記光導波路の幅が広くなる、請求項1に記載の平面導波路素子。   2. The planar waveguide device according to claim 1, wherein in each of the optical waveguide arrays, the width of the optical waveguide becomes wider in one direction in a direction in which the optical waveguides are arranged. それぞれの前記光導波路アレイおいて、前記光導波路の幅をW、前記光導波路同士の間のピッチをPとすると、前記入射側端面において、W/P≧0.55である、請求項1に記載の平面導波路素子。   In each of the optical waveguide arrays, W / P ≧ 0.55 at the incident side end surface, where W is a width of the optical waveguides and P is a pitch between the optical waveguides. The planar waveguide element as described. 前記光導波路が並ぶ方向における前記基板の一方の側面にヒータ、および、他方の側面にヒートシンクが形成されている、請求項1に記載の平面導波路素子。   The planar waveguide device according to claim 1, wherein a heater is formed on one side surface of the substrate in a direction in which the optical waveguides are arranged, and a heat sink is formed on the other side surface. それぞれの前記光導波路アレイおいて、前記光導波路の幅をW、前記光導波路同士の間のピッチをPとすると、前記幅および前記ピッチのそれぞれが、W/P≧0.55を満たしほぼ一定の値となる、請求項1に記載の平面導波路素子。   In each of the optical waveguide arrays, if the width of the optical waveguides is W and the pitch between the optical waveguides is P, each of the width and the pitch satisfies W / P ≧ 0.55 and is substantially constant. The planar waveguide device according to claim 1, which has a value of 最も前記出射側に形成された前記第2光導波路アレイにおいて、前記第2光導波路の延在方向に延びる直線と前記第2光導波路の前記出射側端面とのすべての交点が、最も前記入射側に形成された前記第1光導波路アレイの座標軸における座標において同一のY1座標に位置している、請求項1に記載の平面導波路素子。 In the second optical waveguide array formed on the most output side, all the intersections of the straight line extending in the extending direction of the second optical waveguide and the output side end surface of the second optical waveguide are the most on the incident side. 2. The planar waveguide device according to claim 1, wherein the planar waveguide device is located at the same Y 1 coordinate in the coordinate axis of the first optical waveguide array formed in 1. 最も前記出射側に形成された前記第2光導波路の前記出射側端面における前記光の光学的ブロッホ振動の位相をY、sを整数とすると、(2s−5/4)π≦Y≦(2s−3/4)πである、請求項1に記載の平面導波路素子。   When the phase of the optical Bloch oscillation of the light on the exit side end face of the second optical waveguide formed on the most exit side is Y and s is an integer, (2s-5 / 4) π ≦ Y ≦ (2s The planar waveguide device according to claim 1, which is −3/4) π. 前記θ2が、−20°≦θ2≦20°である、請求項1に記載の平面導波路素子。 The planar waveguide device according to claim 1, wherein the θ 2 is −20 ° ≦ θ 2 ≦ 20 °. 前記第1光導波路の仮想の中心線と、該第1光導波路に対応する前記第2光導波路の仮想の中心線との交点が、前記第1光導波路アレイと前記第2光導波路アレイとの界面上に位置する、請求項1に記載の平面導波路素子。   The intersection of the virtual center line of the first optical waveguide and the virtual center line of the second optical waveguide corresponding to the first optical waveguide is the difference between the first optical waveguide array and the second optical waveguide array. The planar waveguide device of claim 1, located on the interface. 前記第1光導波路の前記出射側端面における前記第1光導波路の幅をL1、該第1光導波路に接続される前記第2光導波路の前記入射側端面における前記第2光導波路の幅をL2とすると、L1≦L2である、請求項1に記載の平面導波路素子。 L 1 is the width of the first optical waveguide at the exit end face of the first optical waveguide, and the width of the second optical waveguide at the entrance end face of the second optical waveguide connected to the first optical waveguide. When L 2, is L 1 ≦ L 2, planar waveguide device according to claim 1. 前記光導波路アレイが半導体材料から形成され、前記光導波路同士の間のピッチが2.0μm以下、および、前記光導波路の高さが0.05μm以下である、請求項1に記載の平面導波路素子。   2. The planar waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide array is formed of a semiconductor material, a pitch between the optical waveguides is 2.0 μm or less, and a height of the optical waveguide is 0.05 μm or less. element.
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