[go: up one dir, main page]

JP2012014029A - Optical resonator - Google Patents

Optical resonator Download PDF

Info

Publication number
JP2012014029A
JP2012014029A JP2010151621A JP2010151621A JP2012014029A JP 2012014029 A JP2012014029 A JP 2012014029A JP 2010151621 A JP2010151621 A JP 2010151621A JP 2010151621 A JP2010151621 A JP 2010151621A JP 2012014029 A JP2012014029 A JP 2012014029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
main surface
total reflection
optical resonator
grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010151621A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP2010151621A priority Critical patent/JP2012014029A/en
Publication of JP2012014029A publication Critical patent/JP2012014029A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical resonator whose structure and manufacturing process are simple and which easily obtains strong resonance by using grating and total reflection.SOLUTION: An optical resonator comprises: a total reflection unit; and a waveguide. The total reflection unit has a first main surface and a second main surface as two main surfaces parallel to each other, and the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces. The waveguide is formed on the second main surface of the total reflection unit and has a grating unit. The grating unit diffracts light transmitted in the waveguide and sends it to the total reflection unit, and diffracts light entering from the total reflection unit and transmits it in the waveguide. Also, the light sent to total reflection unit is totally reflected on the first main surface of the total reflection unit toward the waveguide.

Description

この発明は、例えば、波長分離素子又は遅延素子として使用可能な、光共振器に関する。   The present invention relates to an optical resonator that can be used as, for example, a wavelength separation element or a delay element.

大容量の光通信を行うためには、多数の波長の光を多重して伝送する技術が重要である。このため、異なる波長の光を分離する波長分離素子が必要になっている。   In order to perform large-capacity optical communication, a technique for multiplexing and transmitting light of many wavelengths is important. For this reason, a wavelength separation element that separates light of different wavelengths is required.

近年、波長分離素子として、特定の波長の光のみを取り出し可能な光共振器が研究されている。また、光共振器は、当該光共振器中で光を周回させることで、遅延素子としても使用可能である。   In recent years, optical resonators that can extract only light of a specific wavelength have been studied as wavelength separation elements. The optical resonator can also be used as a delay element by circulating light in the optical resonator.

光共振器として、基板上にリング形状の導波路が配置されたリング共振器が、多く研究されている。しかし、リング形状の導波路は、EB(Electron Beam)描画が不得意な曲線形状となっている。このため、導波路の微細な乱れなどにより光散乱が生じるので、強い共振を得るのが難しい。   As an optical resonator, many ring resonators in which a ring-shaped waveguide is disposed on a substrate have been studied. However, the ring-shaped waveguide has a curved shape that is not good for EB (Electron Beam) drawing. For this reason, light scattering occurs due to minute disturbances in the waveguide, and it is difficult to obtain strong resonance.

これに対し、リング形状の導波路を用いない光共振器として、導波路共鳴グレーティングと、多層膜反射ミラーを組み合わせた光共振器が最近提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   On the other hand, as an optical resonator that does not use a ring-shaped waveguide, an optical resonator in which a waveguide resonant grating and a multilayer reflective mirror are combined has recently been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).

また、上下2段の導波路による方向性結合器を利用して光共振器を実現する技術の提案もされている(例えば、非特許文献2参照)。   There has also been proposed a technique for realizing an optical resonator using a directional coupler having two upper and lower waveguides (see, for example, Non-Patent Document 2).

また、斜め反射面を用いて、各面での全反射により共振させる技術もある(例えば、特許文献1参照)。   In addition, there is a technique in which an oblique reflection surface is used to resonate by total reflection on each surface (see, for example, Patent Document 1).

特開平10−303497号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-303497

Optics Express vol.16、No.22、p.17282、2008年10月27日Optics Express vol. 16, no. 22, p. 17282, October 27, 2008 Optics Express vol.17、No.6、p.4348、2009年3月16日Optics Express vol. 17, no. 6, p. 4348, March 16, 2009

しかしながら、上述の非特許文献1に開示されている光共振器は、多層膜反射ミラーとしての誘電体多層膜と、導波路共鳴グレーティングとで共振させるものであり、グレーティングの作製に加えて、誘電体多層膜の作製も必要となるので、製造工程が煩雑になる。   However, the above-described optical resonator disclosed in Non-Patent Document 1 resonates with a dielectric multilayer film as a multilayer film reflection mirror and a waveguide resonance grating. Since the production of the body multilayer film is also necessary, the manufacturing process becomes complicated.

また、上述の非特許文献2に開示されている光共振器は、上下2段の導波路による方向性結合器を利用するものであるので、導波路の厚みや2段の導波路の間隔を大きくすることができず、適用範囲が限られる。   Further, since the optical resonator disclosed in Non-Patent Document 2 described above uses a directional coupler having two upper and lower waveguides, the thickness of the waveguide and the interval between the two waveguides are set. It cannot be made larger and the scope of application is limited.

また、上述の特許文献1に開示されている光共振器では、斜め反射面の作製に特殊なプロセスが必要になるなど、作製が困難である。   In addition, the optical resonator disclosed in Patent Document 1 described above is difficult to manufacture because a special process is required for manufacturing the oblique reflection surface.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、グレーティングと全反射を利用することにより、構造及び製造工程が簡単であって、強い共振を得るのが容易な光共振器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to use a grating and total reflection to simplify the structure and manufacturing process and easily obtain strong resonance. It is to provide a simple optical resonator.

上述した目的を達成するために、この発明の光共振器は、全反射共振部と、導波路とを備えて構成される。   In order to achieve the above-described object, an optical resonator according to the present invention includes a total reflection resonator and a waveguide.

全反射共振部は、2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面及び第2の主表面を有していて、これら第1の主表面及び第2の主表面は光学的に鏡面である。導波路は、全反射共振部の第2の主表面上に形成されていて、グレーティング部を有している。   The total reflection resonance part has a first main surface and a second main surface as two main surfaces parallel to each other, and the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces. is there. The waveguide is formed on the second main surface of the total reflection resonance part and has a grating part.

グレーティング部は、導波路を伝播する光を回折させて全反射共振部に送り、及び、全反射共振部から入射された光を回折させて導波路を伝播させる。また、全反射共振部に送られた光は、全反射共振部の第1の主表面で、導波路に向けて全反射する。   The grating unit diffracts the light propagating through the waveguide and sends it to the total reflection resonance unit, and diffracts the light incident from the total reflection resonance unit to propagate through the waveguide. The light transmitted to the total reflection resonance part is totally reflected toward the waveguide on the first main surface of the total reflection resonance part.

ここで、グレーティング部で回折した光が、全反射共振部で全反射するために、光共振器の周囲の屈折率n0、波長λの光が伝播する導波路の等価屈折率neに対して、以下の(1)式を満たすように、グレーティング周期Λを設定すれば良い。 Here, light diffracted by the grating portion, in order to totally reflected by the total reflection resonator portion, the refractive index n 0 of the surrounding of the optical resonator with respect to the equivalent refractive index n e of the waveguide light propagates wavelength λ Therefore, the grating period Λ may be set so as to satisfy the following expression (1).

Λ<λ/(n0+ne) (1)
また、導波路を伝播する光が共振に寄与しない構成にしても良い。この場合、光共振器の周囲の屈折率n0に対して、グレーティング周期Λが、以下の(2)式を満たすようにすれば良い。
Λ <λ / (n 0 + ne ) (1)
Further, it may be configured such that light propagating through the waveguide does not contribute to resonance. In this case, the grating period Λ may satisfy the following expression (2) with respect to the refractive index n 0 around the optical resonator.

Λ<λ/2・n0 (2) Λ <λ / 2 · n 0 (2)

この発明の光共振器によれば、曲線部分を光共振器中に含まないので、曲線部に生じがちな境界荒さによる共振特性の劣化が生じない。   According to the optical resonator of the present invention, since the curved portion is not included in the optical resonator, the resonance characteristics are not deteriorated due to the boundary roughness that tends to occur in the curved portion.

第1実施形態の光共振器を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the optical resonator of 1st Embodiment. 2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation using the two-dimensional FDTD method. 入出力導波路を備える光共振器を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating an optical resonator provided with an input-output waveguide. 導波路に入力部及び出力部が設けられた光共振器の模式図である。It is a schematic diagram of the optical resonator in which the input part and the output part were provided in the waveguide. 第2実施形態の光共振器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical resonator of 2nd Embodiment. 第3実施形態の光共振器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical resonator of 3rd Embodiment. 2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation using the two-dimensional FDTD method. 共振波長の温度依存性についてのシミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation about the temperature dependence of a resonant wavelength.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(第1実施形態)
図1(A)及び(B)を参照して、第1実施形態の光共振器について説明する。図1(A)及び(B)は、第1実施形態の光共振器を説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。
(First embodiment)
With reference to FIGS. 1A and 1B, the optical resonator of the first embodiment will be described. 1A and 1B are schematic views for explaining the optical resonator of the first embodiment, and show a cut end surface of a main part.

光共振器10は、全反射共振部20と、導波路30とを備えて構成される。全反射共振部20は、2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面20aと第2の主表面20bを有している。導波路30は、全反射共振部の第2の主表面20b上に設けられていて、グレーティング部32を有している。   The optical resonator 10 includes a total reflection resonance unit 20 and a waveguide 30. The total reflection resonance part 20 has a first main surface 20a and a second main surface 20b as two main surfaces parallel to each other. The waveguide 30 is provided on the second main surface 20 b of the total reflection resonance part, and has a grating part 32.

この光共振器10内での光の経路について、図1(A)を参照して説明する。   A light path in the optical resonator 10 will be described with reference to FIG.

導波路30を伝播する光(以下、伝播光と称することもある。)101は、グレーティング部32で回折する。回折した光(以下、回折光と称することもある。)103は、全反射共振部20の第1の主表面20aに向かう。   Light 101 (hereinafter also referred to as propagating light) 101 propagating through the waveguide 30 is diffracted by the grating section 32. The diffracted light (hereinafter sometimes referred to as diffracted light) 103 travels toward the first main surface 20 a of the total reflection resonance portion 20.

全反射共振部20に入射した回折光103は、第1の主表面20aで全反射する。全反射した光(以下、反射光と称することもある。)105は、導波路30に向かう。   The diffracted light 103 incident on the total reflection resonator 20 is totally reflected by the first main surface 20a. The totally reflected light (hereinafter sometimes referred to as reflected light) 105 travels toward the waveguide 30.

反射光105は、導波路30のグレーティング部32で回折され、すなわち、カップリングされ、導波路30を伝播する伝播光101となる。この一巡する経路で共振が実現される。   The reflected light 105 is diffracted by the grating portion 32 of the waveguide 30, that is, is coupled and becomes the propagation light 101 that propagates through the waveguide 30. Resonance is realized by this round path.

共振波長λの光を、光共振器10内に滞留させる、すなわち、共振させるために、光共振器10は、以下のように構成される。   In order to cause the light having the resonance wavelength λ to stay in the optical resonator 10, that is, to resonate, the optical resonator 10 is configured as follows.

回折光103を効率的に反射させるために、第1の主表面20aは、光学的な鏡面として構成される。また、全反射共振部20と導波路30の間での散乱を抑制するために、第2の主表面20bも、光学的な鏡面として構成される。第1の主表面20a及び第2の主表面20b以外の、全反射共振部20の表面は、光学的な鏡面でなくても良い。   In order to efficiently reflect the diffracted light 103, the first main surface 20a is configured as an optical mirror surface. Further, in order to suppress scattering between the total reflection resonator 20 and the waveguide 30, the second main surface 20b is also configured as an optical mirror surface. The surface of the total reflection resonance part 20 other than the first main surface 20a and the second main surface 20b may not be an optical mirror surface.

導波路30が有するグレーティング部32は、回折効率を高めるため、導波路30の上面30bから、全反射共振部20の第2の主表面20bと接する下面30aまで、周期的に溝を掘り込んで形成されている。   The grating portion 32 of the waveguide 30 periodically digs a groove from the upper surface 30b of the waveguide 30 to the lower surface 30a in contact with the second main surface 20b of the total reflection resonator 20 in order to increase diffraction efficiency. Is formed.

共振を実現するために、グレーティング部32の伝播方向の長さは、伝播光101が回折して回折光103に変換されるのに要する長さと、回折光103が反射して反射光105となり、グレーティング部32に戻るまでの水平距離よりも長い必要がある。   In order to realize resonance, the length of the grating portion 32 in the propagation direction is the length required for the propagation light 101 to be diffracted and converted into the diffracted light 103, and the diffracted light 103 is reflected to become the reflected light 105. It must be longer than the horizontal distance to return to the grating section 32.

グレーティング部32のグレーティング周期Λは、回折光103の第1の主表面20aへの入射角θが、当該第1の主表面20aで全反射する臨界角θcよりも大きくなるように設定される。光共振器10の周囲の屈折率n0と波長λの光が伝播する導波路30の等価屈折率neに対して、以下の(1)式を満たすように、グレーティング周期Λを設定すれば良い。 The grating period Λ of the grating portion 32 is set so that the incident angle θ of the diffracted light 103 to the first main surface 20a is larger than the critical angle θ c at which the first main surface 20a is totally reflected. . The surrounding refractive index n 0 and the wavelength λ of the equivalent refractive index n e of the waveguide 30 through which light propagates in the optical resonator 10, so as to satisfy the following equation (1), by setting the grating period Λ good.

Λ<λ/(n0+ne) (1)
この式(1)は、以下のように導出される。
Λ <λ / (n 0 + ne ) (1)
This expression (1) is derived as follows.

周知の通り、導波路30の等価屈折率ne、全反射共振部20の屈折率n、共振する波長(共振波長)λ及びグレーティング周期Λが、以下の(3)式を満たすとき、導波路30を伝播する伝播光101は、第1の主表面20aへの入射角がθとなるように回折する。 As is well known, the equivalent refractive index n e of the waveguide 30, the refractive index n of the total reflection resonator portion 20, the wavelength (resonance wavelength) lambda and grating period Λ that resonate, when satisfying the following equation (3), the waveguide The propagating light 101 propagating 30 is diffracted so that the incident angle on the first main surface 20a becomes θ.

Λ=λ/(ne+n・sinθ) (3)
ここで、導波路30の等価屈折率neは、導波路30の材質と、波長(ここでは共振波長λ)から得られる。
Λ = λ / (n e + n · sinθ) (3)
Here, the equivalent refractive index ne of the waveguide 30 is obtained from the material of the waveguide 30 and the wavelength (resonance wavelength λ here).

また、全反射共振部20の第1の主表面20aで、回折光103が全反射するためには、光共振器10の周囲の屈折率n0、全反射共振部20の屈折率n及び第1の主表面20aの入射角θが、以下の(4)式を満たす必要がある。 In addition, in order for the diffracted light 103 to be totally reflected on the first main surface 20a of the total reflection resonator 20, the refractive index n 0 around the optical resonator 10, the refractive index n of the total reflection resonator 20, and the first The incident angle θ of one main surface 20a needs to satisfy the following expression (4).

sinθ>sinθc=n0/n (4)
上記(3)式及び(4)式から、(1)式が得られる。
sin θ> sin θ c = n 0 / n (4)
From the above equations (3) and (4), equation (1) is obtained.

ここでは、伝播光101がグレーティング部32で回折して回折光103となり、この回折光103が第1の主表面20aで全反射して反射光105となり、反射光105が再び伝播光101となって、一巡する例について説明したが、経路はこれに限定されない。導波路30に入射した反射光が、グレーティング部32で導波路30を伝播せずに、再び全反射共振部20の第1の主表面20aに向かう回折光に変換される構成にしても良い。   Here, the propagating light 101 is diffracted by the grating section 32 to become diffracted light 103, and this diffracted light 103 is totally reflected by the first main surface 20a to become reflected light 105, and the reflected light 105 becomes propagating light 101 again. Although an example of making a round has been described, the route is not limited to this. The reflected light incident on the waveguide 30 may be converted to diffracted light directed toward the first main surface 20a of the total reflection resonance unit 20 again without propagating through the waveguide 30 by the grating unit 32.

この場合の光の経路について、図1(B)を参照して説明する。   The light path in this case will be described with reference to FIG.

グレーティング部32で回折した第1の回折光111が、第1の主表面20aで全反射する。全反射した第1の反射光113は、導波路32に向かう。第1の反射光113は、導波路30のグレーティング部32で回折され、第1の主表面20aに向かう第2の回折光115になる。この第2の回折光115は、第1の主表面20aで全反射して、全反射した第2の反射光117は、導波路30に向かう。第2の反射光117は、グレーティング部32で回折して、第1の回折光111となる。   The first diffracted light 111 diffracted by the grating part 32 is totally reflected by the first main surface 20a. The totally reflected first reflected light 113 travels toward the waveguide 32. The first reflected light 113 is diffracted by the grating portion 32 of the waveguide 30 and becomes the second diffracted light 115 directed toward the first main surface 20a. The second diffracted light 115 is totally reflected by the first main surface 20 a, and the second reflected light 117 totally reflected is directed to the waveguide 30. The second reflected light 117 is diffracted by the grating section 32 and becomes the first diffracted light 111.

この一巡する経路で共振が実現される。この場合、導波路30を伝播する伝播光は、共振には寄与しない。   Resonance is realized by this round path. In this case, propagating light propagating through the waveguide 30 does not contribute to resonance.

グレーティング部32のグレーティング周期Λは、第1の回折光111及び第2の回折光115の、第1の主表面20aへの入射角θが、当該第1の主表面20aで全反射する臨界角θcよりも大きくなるように設定される。光共振器10の周囲の屈折率n0に対して、グレーティング周期Λを、以下の(2)式を満たすように設定すれば良い。 The grating period Λ of the grating portion 32 is a critical angle at which the incident angle θ of the first diffracted light 111 and the second diffracted light 115 with respect to the first main surface 20a is totally reflected by the first main surface 20a. It is set to be larger than θ c . The grating period Λ may be set so as to satisfy the following expression (2) with respect to the refractive index n 0 around the optical resonator 10.

Λ<λ/2・n0 (2)
この式(2)は、以下のように導出される。
Λ <λ / 2 · n 0 (2)
This expression (2) is derived as follows.

周知の通り、全反射共振部20の屈折率n、共振波長λ及びグレーティング周期Λが、以下の(5)式を満たすとき、第1の反射光113及び第2の反射光117は、第1の主表面20aへの入射角がθとなるように回折する。   As is well known, when the refractive index n, resonance wavelength λ, and grating period Λ of the total reflection resonator 20 satisfy the following expression (5), the first reflected light 113 and the second reflected light 117 are the first Is diffracted so that the incident angle to the main surface 20a becomes θ.

Λ=λ/(2・n・sinθ) (5)
また、第1の主表面20aで、第1の回折光111及び第2の回折光115が全反射するためには、光共振器10の周囲の屈折率n0、全反射共振部20の屈折率n及び第1の主表面20aの入射角θが、上記の(4)式を満たす必要がある。
Λ = λ / (2 · n · sin θ) (5)
In addition, in order for the first diffracted light 111 and the second diffracted light 115 to be totally reflected at the first main surface 20 a, the refractive index n 0 around the optical resonator 10 and the refraction of the total reflection resonator 20. The rate n and the incident angle θ of the first main surface 20a need to satisfy the above formula (4).

従って、上記(4)式及び(5)式から、(2)式が得られる。   Therefore, equation (2) is obtained from equations (4) and (5).

次に、2次元時間領域差分(FDTD:Finite Difference Time Domain)法を用いたシミュレーションについて説明する。図2は、2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。   Next, simulation using a two-dimensional time domain difference (FDTD) method will be described. FIG. 2 is a diagram showing a result of simulation using the two-dimensional FDTD method.

図2(A)及び(B)は、グレーティング部32の長さが有限であり、約24nmのときのシミュレーション結果を示している。このとき、波長λを1378nmとしている。   2A and 2B show simulation results when the length of the grating portion 32 is finite and about 24 nm. At this time, the wavelength λ is 1378 nm.

図2(C)及び(D)は、グレーティング部32の長さが無限であるときのシミュレーション結果を示している。このとき、波長λを1379.5nmとしている。   2C and 2D show the simulation results when the length of the grating portion 32 is infinite. At this time, the wavelength λ is set to 1379.5 nm.

図2(A)及び(C)は、第1の主表面20aで、導波路30に向かう共振波長λの連続光を発生させ、規格化された時間(規格化時間)cTが1000(μm)となったときの、電場強度の分布を示している。また、図2(B)及び(D)は、全反射共振部20の第1の主表面20aにおける光強度の、時間変化を示している。図2(B)及び(D)は、横軸に規格化時間cT(μm)を取って示し、縦軸に光強度(任意単位)を取って示している。   2A and 2C, the first main surface 20a generates continuous light having a resonance wavelength λ toward the waveguide 30, and the normalized time (standardized time) cT is 1000 (μm). It shows the distribution of the electric field strength when 2B and 2D show temporal changes in light intensity on the first main surface 20a of the total reflection resonance portion 20. FIG. 2B and 2D, the horizontal axis indicates the normalized time cT (μm), and the vertical axis indicates the light intensity (arbitrary unit).

ここでは、全反射共振部20の材質を石英とし、その屈折率nを1.46としている。また、全反射共振部20の第1の主表面20aから導波路30の上面30bまでの厚みを3μmとしている。   Here, the material of the total reflection resonator 20 is quartz, and the refractive index n is 1.46. Further, the thickness from the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 to the upper surface 30b of the waveguide 30 is set to 3 μm.

導波路30については、その材質をシリコン(Si)とし、屈折率を3.5としている。また、導波路30の厚みを300nmとし、グレーティング部32のグレーティング周期Λを641.52nmとしている。   The waveguide 30 is made of silicon (Si) and has a refractive index of 3.5. The thickness of the waveguide 30 is 300 nm, and the grating period Λ of the grating portion 32 is 641.52 nm.

また、光共振器10の周囲は全て空気とし、その屈折率n0を1.0とする。 Further, the entire periphery of the optical resonator 10 is air, and its refractive index n 0 is 1.0.

図2(A)及び(C)によると、全反射共振部20中に、電場の強い部分と、弱い部分とが、第1の主表面20aに平行な方向と直交する方向のそれぞれで繰り返し現れている。また、図2(B)及び(D)によると、規格化時間cT(μm)の経過とともに、全反射共振部20の第1の主表面20aにおける光強度が増すことが示されている。   According to FIGS. 2A and 2C, a strong electric field and a weak electric field repeatedly appear in the total reflection resonance part 20 in directions perpendicular to the direction parallel to the first main surface 20a. ing. 2B and 2D show that the light intensity on the first main surface 20a of the total reflection resonance portion 20 increases as the normalized time cT (μm) elapses.

(入出力手段)
次に、光共振器10への光の入出力手段について説明する。光共振器10への光の入出力は、任意好適な手段を用いて行うことができる。
(Input / output means)
Next, light input / output means for the optical resonator 10 will be described. Input / output of light to / from the optical resonator 10 can be performed using any suitable means.

第1の例として、グレーティング部32に、グレーティング周期Λの異なる領域を設けるなど、グレーティング部32に構造的な乱れを作りこむ技術がある。このように、グレーティング部32に構造的な乱れが作りこまれていると、その乱れのある領域で散乱が発生し、光の取出しが可能になる。   As a first example, there is a technique for creating a structural disorder in the grating section 32, such as providing regions in the grating section 32 with different grating periods Λ. In this way, when structural disturbance is created in the grating section 32, scattering occurs in the area where the disturbance is present, and light can be extracted.

第2の例として、入出力用の光導波路(入出力導波路)を設ける技術がある。図3(A)及び(B)を参照して、この入出力導波路を備える光共振器について説明する。図3(A)は、入出力導波路を備える光共振器の概略構成図であって、主要部の切断端面を示している。図3(B)は、2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。図3(B)は、横軸に波長(μm)を取って示し、縦軸に出力光の光強度(任意単位)を取って示している。   As a second example, there is a technique of providing an input / output optical waveguide (input / output waveguide). With reference to FIGS. 3A and 3B, an optical resonator including this input / output waveguide will be described. FIG. 3A is a schematic configuration diagram of an optical resonator including an input / output waveguide, and shows a cut end surface of a main part. FIG. 3B is a diagram showing a result of simulation using the two-dimensional FDTD method. In FIG. 3B, the horizontal axis indicates the wavelength (μm) and the vertical axis indicates the light intensity (arbitrary unit) of the output light.

光共振器11は、全反射共振部20の第1の主表面20aに近接配置された、入出力導波路40を備えている。入出力導波路40は、入力部42、カップリング部44及び出力部46を、この順に備えて構成される。入出力導波路40に入力された光(入力光)121は、入力部42、カップリング部44及び出力部46の順に伝播される。入力光121は、カップリング部44で、全反射共振部20側にエバネッセント光123を生じさせる。エバネッセント光123は、導波路30のグレーティング部32で回折され、図1(A)又は図1(B)を参照して説明したように光共振器11内で共振する。   The optical resonator 11 includes an input / output waveguide 40 that is disposed close to the first main surface 20a of the total reflection resonator 20. The input / output waveguide 40 includes an input unit 42, a coupling unit 44, and an output unit 46 in this order. Light (input light) 121 input to the input / output waveguide 40 is propagated in the order of the input unit 42, the coupling unit 44, and the output unit 46. The input light 121 generates evanescent light 123 at the coupling part 44 on the total reflection resonance part 20 side. The evanescent light 123 is diffracted by the grating portion 32 of the waveguide 30 and resonates in the optical resonator 11 as described with reference to FIG. 1A or 1B.

また、光共振器11内で共振している光(回折光)125は、全反射共振部20の第1の主表面20aの近傍で、入出力導波路40側にエバネッセント光を生じさせる。このエバネッセント光は、出力光127として出力部46を経て、入出力導波路40から出力される。   In addition, the light (diffracted light) 125 resonating in the optical resonator 11 generates evanescent light on the input / output waveguide 40 side in the vicinity of the first main surface 20a of the total reflection resonator 20. The evanescent light is output as output light 127 from the input / output waveguide 40 via the output unit 46.

次に、2次元FDTD法を用いたシミュレーション結果について、図3(B)を参照して説明する。   Next, a simulation result using the two-dimensional FDTD method will be described with reference to FIG.

ここでは、全反射共振部20の材質を石英とし、その屈折率nを1.46としている。また、全反射共振部20の第1の主表面20aから導波路30の上面30bまでの厚みを3μmとしている。   Here, the material of the total reflection resonator 20 is quartz, and the refractive index n is 1.46. Further, the thickness from the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 to the upper surface 30b of the waveguide 30 is set to 3 μm.

導波路30については、その材質をシリコン(Si)とし、屈折率を3.5としている。また、導波路30の厚みを450nmとしている。グレーティング部32は、グレーティング周期Λを430nmとし、グレーティング部32の長さを約27μmとしている。また、入出力導波路40の幅は600nmであり、入出力導波路40のカップリング部44と、全反射共振部20の第1主表面20aとの間隔dを500nmとする。また、カップリング部44の長さを10μmとしている。さらに、光共振器10の周囲は全て空気とし、その屈折率n0を1.0とする。 The waveguide 30 is made of silicon (Si) and has a refractive index of 3.5. The thickness of the waveguide 30 is 450 nm. The grating section 32 has a grating period Λ of 430 nm and a length of the grating section 32 of about 27 μm. The width of the input / output waveguide 40 is 600 nm, and the distance d between the coupling portion 44 of the input / output waveguide 40 and the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 is 500 nm. The length of the coupling portion 44 is 10 μm. Further, the entire periphery of the optical resonator 10 is air, and its refractive index n 0 is 1.0.

図3(B)に示されるように、共振波長λ(=1.588μm)の光が、光共振器11中に滞留するために、1.588μm近傍での出力光の光強度が、他の波長の光強度に比べて減少している。   As shown in FIG. 3B, since the light having the resonance wavelength λ (= 1.588 μm) stays in the optical resonator 11, the light intensity of the output light near 1.588 μm is other than It decreases compared to the light intensity of the wavelength.

第3の例として、グレーティング部を有する導波路に、入力部と出力部とを備える構成にする技術がある。図4を参照して、導波路に入力部と出力部が設けられた光共振器について説明する。図4は、導波路に入力部と出力部が設けられた光共振器の模式図である。   As a third example, there is a technique in which a waveguide having a grating part is provided with an input part and an output part. With reference to FIG. 4, an optical resonator in which an input portion and an output portion are provided in a waveguide will be described. FIG. 4 is a schematic diagram of an optical resonator in which an input unit and an output unit are provided in a waveguide.

光導波路をシングルモード導波路とすると、導波路の大きさは、幅300nm及び高さ300nm程度となる。この導波路にグレーティング部を形成すると、グレーティング部での回折光の拡散のため、共振が成立しにくくなる。従って、グレーティング部の幅は、波長の5倍以上あることが望ましい。   When the optical waveguide is a single mode waveguide, the size of the waveguide is approximately 300 nm in width and 300 nm in height. If a grating part is formed in this waveguide, resonance is difficult to be established due to diffusion of diffracted light in the grating part. Accordingly, it is desirable that the width of the grating portion is at least five times the wavelength.

そこで、この光共振器12では、導波路50が、入力部54、グレーティング部52及び出力部56をこの順に備えている。さらに、導波路50は、入力部54及びグレーティング部52の間と、グレーティング部54及び出力部56の間に、それぞれテーパ部58を有している。   Therefore, in this optical resonator 12, the waveguide 50 includes an input unit 54, a grating unit 52, and an output unit 56 in this order. Further, the waveguide 50 has tapered portions 58 between the input portion 54 and the grating portion 52 and between the grating portion 54 and the output portion 56, respectively.

入力部54及び出力部56の幅は、シングルモード導波路として機能する幅、例えば300nm程度に設定される。一方、グレーティング部52の幅は、共振波長λの5倍以上に設定される。テーパ部58は、入力部54及び出力部56からグレーティング部52に向けて順次に幅広となる。   The widths of the input unit 54 and the output unit 56 are set to a width that functions as a single mode waveguide, for example, about 300 nm. On the other hand, the width of the grating portion 52 is set to 5 times or more the resonance wavelength λ. The taper portion 58 gradually becomes wider from the input portion 54 and the output portion 56 toward the grating portion 52.

また、図4に示される光共振器12では、全反射共振部20の第1の主表面20a側に基板90を備えている。この基板は、例えば、シリコン基板として構成されている。また、エッチャントとして水酸化カリウム(KOH)を用いたウェットエッチングにより、基板90には、第1の主表面20aの一部領域が露出する開孔92が形成されている。   4 includes a substrate 90 on the first main surface 20a side of the total reflection resonator 20. This substrate is configured as a silicon substrate, for example. In addition, an opening 92 is formed in the substrate 90 to expose a partial region of the first main surface 20a by wet etching using potassium hydroxide (KOH) as an etchant.

この構成で、全反射共振部20中、あるいは、導波路50中に光を増幅する手段を設ければ、光共振器12をレーザ光源として機能させることができる。光を増幅する手段として、全反射共振部20を、エルビウム(Er)を導入した石英として、側面からポンプ光を入射して励起させる構造にすることができる。また、導波路50を化合物半導体で構成することにより、この導波路50を光増幅媒体とすることができる。   With this configuration, if a means for amplifying light is provided in the total reflection resonator 20 or the waveguide 50, the optical resonator 12 can function as a laser light source. As a means for amplifying light, the total reflection resonator 20 can be made of quartz into which erbium (Er) is introduced and pumped with pump light incident from the side. Further, by configuring the waveguide 50 with a compound semiconductor, the waveguide 50 can be used as an optical amplification medium.

(第2実施形態)
図5を参照して、第2実施形態の光共振器について説明する。図5は、第2実施形態の光共振器を説明するための図であって、図5(A)は、入出力導波路を備える光共振器の概略構成図である。また、図5(B)及び(C)は、2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。図5(B)は、第1の主表面20aで、導波路30に向かう共振波長λの連続光を発生させ、規格化時間cTが1000(μm)となったときの、電場強度の分布を示している。また、図5(C)は、全反射共振部20の第1の主表面20aにおける光強度の、時間変化の様子を示している。図5(C)は、横軸に規格化時間cT(μm)を取って示し、縦軸に光強度(任意単位)を取って示している。
(Second Embodiment)
The optical resonator of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the optical resonator of the second embodiment, and FIG. 5A is a schematic configuration diagram of the optical resonator including an input / output waveguide. 5B and 5C are diagrams showing the results of simulation using the two-dimensional FDTD method. FIG. 5B shows the electric field intensity distribution when the continuous light having the resonance wavelength λ toward the waveguide 30 is generated on the first main surface 20a and the normalized time cT becomes 1000 (μm). Show. FIG. 5C shows how the light intensity on the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 changes with time. FIG. 5C shows the normalized time cT (μm) on the horizontal axis and the light intensity (arbitrary unit) on the vertical axis.

この実施形態の光共振器13は、導波路60中に、2つのグレーティング部62a及び62bを備え、グレーティング部62a及び62bの間に、グレーティングが形成されていない領域61が存在する点が、図1を参照して説明した光共振器と異なっている。それ以外の構成は、図1を参照して説明した光共振器と同様なので重複する説明を省略する。   The optical resonator 13 of this embodiment includes two grating portions 62a and 62b in the waveguide 60, and a region 61 where no grating is formed exists between the grating portions 62a and 62b. 1 is different from the optical resonator described with reference to FIG. Since the other configuration is the same as that of the optical resonator described with reference to FIG.

この場合の光の経路について説明する。   The light path in this case will be described.

導波路60を伝播する伝播光141は、一方のグレーティング部62bで回折する。回折した回折光143は、全反射共振部20の第1の主表面20aに向かう。全反射共振部20に入射した回折光143は、第1の主表面20aで全反射する。全反射した反射光145は、導波路60に向かう。   The propagating light 141 propagating through the waveguide 60 is diffracted by one grating portion 62b. The diffracted diffracted light 143 travels toward the first main surface 20a of the total reflection resonator 20. The diffracted light 143 incident on the total reflection resonator 20 is totally reflected by the first main surface 20a. The totally reflected light 145 travels toward the waveguide 60.

反射光145は、導波路60の他方のグレーティング部62aで回折され、すなわち、カップリングされ、導波路60を伝播する伝播光141となる。伝播光141は、グレーティング部62a及び62bの間の領域61を経て、グレーティング部62bに送られる。この一巡する経路で共振が実現される。   The reflected light 145 is diffracted by the other grating portion 62 a of the waveguide 60, that is, coupled to be propagated light 141 that propagates through the waveguide 60. The propagating light 141 is sent to the grating part 62b through the region 61 between the grating parts 62a and 62b. Resonance is realized by this round path.

次に、2次元FDTD法を用いたシミュレーション結果について説明する。   Next, simulation results using the two-dimensional FDTD method will be described.

ここでは、全反射共振部20の材質を石英とし、その屈折率nを1.46としている。また、全反射共振部20の第1の主表面20aから、導波路60の上面60bまでの厚みを7μmとしている。   Here, the material of the total reflection resonator 20 is quartz, and the refractive index n is 1.46. Further, the thickness from the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 to the upper surface 60b of the waveguide 60 is set to 7 μm.

導波路60については、その材質をシリコン(Si)とし、屈折率を3.5としている。また、導波路60の厚みを450nmとしている。グレーティング部62a及び62bは、グレーティング周期Λを470nmとし、グレーティング部62a及び62bの長さを、それぞれ約8.5μmとしている。また、グレーティング部62a及び62bの間隔、すなわち領域61の長さを10μmとしている。さらに、光共振器13の周囲は全て空気とし、その屈折率n0を1.0とする。 The material of the waveguide 60 is silicon (Si) and the refractive index is 3.5. The thickness of the waveguide 60 is 450 nm. The grating parts 62a and 62b have a grating period Λ of 470 nm and the lengths of the grating parts 62a and 62b are about 8.5 μm, respectively. The interval between the grating portions 62a and 62b, that is, the length of the region 61 is 10 μm. Further, the entire periphery of the optical resonator 13 is air, and its refractive index n 0 is 1.0.

図5(C)では、第1の主表面20aにおける光強度を曲線Iで示し、外部へ伝播された光強度を曲線IIで示している。図5(C)に示すように、規格化時間cTが500(μm)のときに、光強度が1を超えており、図5(A)の構成によれば、図1(A)を参照して説明した第1実施形態の光共振器に比べて、より強い共振をより早く達成できる。   In FIG. 5C, the light intensity at the first main surface 20a is indicated by a curve I, and the light intensity propagated to the outside is indicated by a curve II. As shown in FIG. 5C, when the standardized time cT is 500 (μm), the light intensity exceeds 1, and according to the configuration of FIG. 5A, refer to FIG. Compared to the optical resonator of the first embodiment described above, stronger resonance can be achieved more quickly.

(第3実施形態)
図6を参照して、第3実施形態の光共振器について説明する。図6は、第3実施形態の光共振器を説明するための図であって、図6(A)は、入出力導波路を備える光共振器の概略構成図である。また、図6(B)及び(C)は、2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。図6(B)は、第1の主表面20aで、導波路30に向かう共振波長λの連続光を発生させ、規格化時間cTが1000(μm)となったときの、電場強度の分布を示している。また、図6(C)は、全反射共振部20の第1の主表面20aにおける光強度の、時間変化の様子を示している。図6(C)は、横軸に規格化時間cT(μm)を取って示し、縦軸に出力光の光強度(任意単位)を取って示している。
(Third embodiment)
The optical resonator of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the optical resonator of the third embodiment, and FIG. 6A is a schematic configuration diagram of the optical resonator including an input / output waveguide. 6B and 6C are diagrams showing the results of simulation using the two-dimensional FDTD method. FIG. 6B shows the electric field intensity distribution when the continuous light having the resonance wavelength λ toward the waveguide 30 is generated on the first main surface 20a and the normalized time cT becomes 1000 (μm). Show. FIG. 6C shows how the light intensity on the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 changes with time. FIG. 6C shows the normalized time cT (μm) on the horizontal axis and the light intensity (arbitrary unit) of the output light on the vertical axis.

この実施形態の光共振器14は、導波路30上にブロック70を設けている点が、図1を参照して説明した光共振器と異なっている。それ以外の構成は、図1を参照して説明した光共振器と同様なので重複する説明を省略する。   The optical resonator 14 of this embodiment is different from the optical resonator described with reference to FIG. 1 in that a block 70 is provided on the waveguide 30. Since the other configuration is the same as that of the optical resonator described with reference to FIG.

ブロック70は、導波路30と同じ材料で形成しても良いし、全反射共振部20と同じ材料で形成しても良い。なお、ブロック70の導波路30と接する面(下面)70aと、ブロック70の上面70bは、光学的に鏡面としている。   The block 70 may be formed of the same material as that of the waveguide 30 or may be formed of the same material as that of the total reflection resonance unit 20. In addition, the surface (lower surface) 70a in contact with the waveguide 30 of the block 70 and the upper surface 70b of the block 70 are optically mirror surfaces.

グレーティング部32で回折した第1の回折光151が、第1の主表面20aで全反射する。全反射した第1の反射光153は、導波路30に向かう。   The first diffracted light 151 diffracted by the grating part 32 is totally reflected by the first main surface 20a. The totally reflected first reflected light 153 travels toward the waveguide 30.

第1の反射光153は、導波路30のグレーティング部32で回折され、ブロック70の上面70bに向かう第2の回折光155になる。   The first reflected light 153 is diffracted by the grating portion 32 of the waveguide 30 and becomes second diffracted light 155 directed toward the upper surface 70 b of the block 70.

この第2の回折光155は、ブロック70の上面70bで全反射して、全反射した第2の反射光157は、導波路30に向かう。   The second diffracted light 155 is totally reflected by the upper surface 70 b of the block 70, and the second reflected light 157 that has been totally reflected is directed to the waveguide 30.

第2の反射光157は、グレーティング部32で回折され、第1の回折光151となる。この一巡する経路で共振が実現される。   The second reflected light 157 is diffracted by the grating unit 32 and becomes the first diffracted light 151. Resonance is realized by this round path.

次に、図6(B)及び(C)を参照して、2次元FDTD法を用いたシミュレーション結果について説明する。   Next, simulation results using the two-dimensional FDTD method will be described with reference to FIGS.

ここでは、全反射共振部20の材質を石英とし、その屈折率nを1.46としている。また、全反射共振部20の第1の主表面20aから、導波路30の上面30bまでの厚みを2μmとしている。   Here, the material of the total reflection resonator 20 is quartz, and the refractive index n is 1.46. In addition, the thickness from the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 to the upper surface 30b of the waveguide 30 is set to 2 μm.

導波路30については、その材質をシリコン(Si)とし、屈折率を3.5としている。また、導波路30の厚みを450nmとしている。グレーティング部32は、グレーティング周期Λを470nmとし、グレーティング部32の長さを無限としている。また、波長を1586nmとしている。   The waveguide 30 is made of silicon (Si) and has a refractive index of 3.5. The thickness of the waveguide 30 is 450 nm. The grating section 32 has a grating period Λ of 470 nm and the length of the grating section 32 is infinite. The wavelength is 1586 nm.

また、ブロック70を導波路30と同じ材質、すなわちシリコンとし、その屈折率を3.5としている。また、ブロック70の厚みを500nmとしている。さらに、光共振器14の周囲は全て空気とし、その屈折率n0を1.0とする。 The block 70 is made of the same material as that of the waveguide 30, that is, silicon, and its refractive index is 3.5. Further, the thickness of the block 70 is set to 500 nm. Further, the entire periphery of the optical resonator 14 is air, and its refractive index n 0 is 1.0.

図6(C)に示すように、図6(A)の構成によれば、規格化時間cTが700(μm)のときに、光強度が1を超えていて、図1(A)を参照して説明した第1実施形態の光共振器に比べて、より強い共振をより早く達成できる。   As shown in FIG. 6 (C), according to the configuration of FIG. 6 (A), when the standardized time cT is 700 (μm), the light intensity exceeds 1, see FIG. 1 (A). Compared to the optical resonator of the first embodiment described above, stronger resonance can be achieved more quickly.

次に、図7(A)及び(B)を参照して、ブロック70の材質を変えた場合の、2次元FDTD法を用いたシミュレーション結果について説明する。図7(A)及び(B)は、2次元FDTD法を用いたシミュレーションの結果を示す図である。図7(A)は、第1の主表面20aで、導波路30に向かう共振波長λの連続光を発生させ、規格化時間cTが1000(μm)となったときの、電場強度の分布を示している。また、図7(B)は、全反射共振部20の第1の主表面20aにおける光強度の、時間変化の様子を示している。図7(B)は、横軸に規格化時間cT(μm)を取って示し、縦軸に出力光の光強度(任意単位)を取って示している。   Next, a simulation result using the two-dimensional FDTD method when the material of the block 70 is changed will be described with reference to FIGS. FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the results of simulation using the two-dimensional FDTD method. FIG. 7A shows the distribution of the electric field intensity when the continuous light having the resonance wavelength λ toward the waveguide 30 is generated on the first main surface 20a and the normalized time cT becomes 1000 (μm). Show. FIG. 7B shows how the light intensity on the first main surface 20a of the total reflection resonator 20 changes with time. FIG. 7B shows the normalized time cT (μm) on the horizontal axis and the light intensity (arbitrary unit) of the output light on the vertical axis.

ここでは、ブロック70の材質を、全反射共振部20と同じく石英として、その屈折率を1.46とし、さらに、波長を1384nmとした点が図6(B)及び(C)のシミュレーション条件と異なっていて、それ以外の条件は同様である。   Here, the material of the block 70 is quartz like the total reflection resonator 20, the refractive index is 1.46, and the wavelength is 1384 nm. The simulation conditions of FIGS. It is different and other conditions are the same.

図7(B)に示すように、ブロック70の材質を全反射共振部20と同じにした場合であっても、規格化時間cTが1000(μm)のときに、光強度が1を超えていて、図1(A)を参照して説明した第1実施形態の光共振器に比べて、より強い共振をより早く達成できる。   As shown in FIG. 7B, even when the material of the block 70 is the same as that of the total reflection resonator 20, the light intensity exceeds 1 when the normalized time cT is 1000 (μm). Thus, stronger resonance can be achieved more quickly than the optical resonator of the first embodiment described with reference to FIG.

(温度依存性)
図1(A)に示した構造での共振条件は、グレーティング部中の伝播長Lg、等価屈折率ng、全反射共振部中の伝播長Lb、屈折率nbとすると、整数mに対して、m=(ng・Lg+nb・Lb)/λである。ここで、導波路30の上面30bへのエバネッセント光を利用すると、共振波長のシフトから屈折率変化を見積もることができる。
(Temperature dependence)
Resonance condition in the structure shown in FIG. 1 (A), the propagation length Lg in the grating portion, the equivalent refractive index ng, the propagation length L b in the total reflection resonator unit, and the refractive index n b, to an integer m M = ( ng · L g + n b · L b ) / λ. Here, when the evanescent light to the upper surface 30b of the waveguide 30 is used, the refractive index change can be estimated from the shift of the resonance wavelength.

温度変化による共振波長変化は、以下の式(6)
m・dλ/dT=(dng/dT)・Lg+(dnb/dT)・Lb
+ng・(dLg/dT)+nb・(dLb/dT) (6)
で与えられる。
The resonance wavelength change due to temperature change is expressed by the following equation (6).
m · dλ / dT = (dn g / dT) · L g + (dn b / dT) · L b
+ Ng · (dL g / dT) + n b · (dL b / dT) (6)
Given in.

例えば、導波路30をシリコンとすると、dng/dT=1.8×10-4である。また、全反射共振部20をポリマーとすると、dnb/dT=−1×10-4〜−3×10-4である。このように、互いに、温度変化による屈折率変化が逆符号の材料を、導波路30と全反射共振部20に使用すると、温度変化による共振波長シフトを防止することができる。 For example, when the waveguide 30 is made of silicon, dn g /dT=1.8×10 −4 . Further, when the total reflection resonance part 20 is a polymer, dn b / dT = −1 × 10 −4 to −3 × 10 −4 . In this way, when materials having opposite refractive index changes due to temperature changes are used for the waveguide 30 and the total reflection resonance unit 20, a resonance wavelength shift due to temperature changes can be prevented.

伝播長の変化が無視できる場合、Lb/Lg=−(dng/dT)/(dnb/dT)=0.6〜1.8となる。なお、幾何学的には、Lb/Lg>1でないと、共振経路が成立しない。入射角が45°であれば、Lb/Lg=1.414であり、入射角が60°であれば、Lb/Lg=1.155が必要となる。 When the change in propagation length can be ignored, L b / L g = − (dn g / dT) / (dn b /dT)=0.6 to 1.8. Geometrically, the resonance path is not established unless L b / L g > 1. If the incident angle is 45 °, L b / L g = 1.414, and if the incident angle is 60 °, L b / L g = 1.155 is required.

また、グレーティング部32の溝が掘り込まれた部分(スロット部分)に他の材料、例えばポリマーを充填すると、グレーティング部32の温度依存性は小さくなる。この場合には、全反射共振部20として、ガラスなどの屈折率の温度依存性が小さい材料を使用することができる。   Further, if the portion (slot portion) in which the groove of the grating portion 32 is dug is filled with another material, for example, a polymer, the temperature dependency of the grating portion 32 becomes small. In this case, a material having a small temperature dependency of the refractive index, such as glass, can be used as the total reflection resonance unit 20.

なお、全反射共振部20は、単一材料で構成されなくても良い。全反射共振部20を複数の層を備える構成として、各層の材料を異なる材料にしても良い。また、複数材料を混合して、全反射共振部20を形成しても良い。   Note that the total reflection resonance unit 20 may not be formed of a single material. The total reflection resonator 20 may be configured to include a plurality of layers, and the material of each layer may be different. Moreover, the total reflection resonance part 20 may be formed by mixing a plurality of materials.

図8に、全反射共振部20をポリマーあるいはガラスとしたときの共振波長の温度依存性についてのシミュレーション結果を示す。図8では横軸に波長(μm)を取って示し、縦軸に全反射共振部20の第1の主表面20aでの光強度(任意単位)を取って示している。曲線Iは室温における波長依存性を示している。曲線IIは、全反射共振部20をポリマーとしたときの50℃における波長依存性を示している。また、曲線IIIは、全反射共振部20をガラスとしたときの50℃における波長依存性を示している。   FIG. 8 shows a simulation result of the temperature dependence of the resonance wavelength when the total reflection resonator 20 is made of polymer or glass. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the wavelength (μm), and the vertical axis indicates the light intensity (arbitrary unit) on the first main surface 20 a of the total reflection resonator 20. Curve I shows the wavelength dependence at room temperature. Curve II shows the wavelength dependence at 50 ° C. when the total reflection resonator 20 is a polymer. Curve III shows the wavelength dependence at 50 ° C. when the total reflection resonator 20 is made of glass.

ここでは、全反射共振部20の厚みを3μmとしている。   Here, the thickness of the total reflection resonance part 20 is 3 μm.

導波路30については、その材質をシリコン(Si)とし、屈折率を3.5としている。また、導波路30の厚みを450nmとしている。グレーティング部32のグレーティング周期Λを、470nmとしている。   The waveguide 30 is made of silicon (Si) and has a refractive index of 3.5. The thickness of the waveguide 30 is 450 nm. The grating period Λ of the grating portion 32 is 470 nm.

光共振器10の周囲は全て空気とし、その屈折率n0を1.0とする。 The entire periphery of the optical resonator 10 is air, and its refractive index n 0 is 1.0.

ここでは、全反射共振部20の屈折率を材質によらず1.6として、材質をポリマー及び石英としたそれぞれの場合の温度依存性を加味している。石英の屈折率の温度依存性をdn/dT=10-5とし、ポリマーの屈折率の温度依存性をdn/dT=−1×10-4とする。 Here, the refractive index of the total reflection resonator 20 is set to 1.6 regardless of the material, and the temperature dependency in each case where the material is polymer and quartz is taken into consideration. The temperature dependence of the refractive index of quartz is dn / dT = 10 −5, and the temperature dependence of the refractive index of the polymer is dn / dT = −1 × 10 −4 .

全反射共振部20がガラスの場合は、室温から50℃まで温度が上昇すると、共振波長が1.578nmから1.580nmまで共振波長が変化している(III)。これに対して、全反射共振部がポリマーの場合、室温から50℃まで温度が上昇しても、共振波長は変化していない(II)。   When the total reflection resonance part 20 is glass, when the temperature rises from room temperature to 50 ° C., the resonance wavelength changes from 1.578 nm to 1.580 nm (III). On the other hand, when the total reflection resonance part is a polymer, even if the temperature rises from room temperature to 50 ° C., the resonance wavelength does not change (II).

10、11、12、13、14 光共振器
20 全反射共振部
20a 第1の主表面
20b 第2の主表面
30、50、60 導波路
30a、70a 下面
30b、60b、70b 上面
32、52、62a、62b グレーティング部
40 入出力導波路
42、54 入力部
44 カップリング部
46、56 出力部
58 テーパ部
61 領域
70 ブロック
90 基板
92 開孔
101、141 伝播光
103、125、143 回折光
105、145 反射光
111、151 第1の回折光
113、153 第1の反射光
115、155 第2の回折光
117、157 第2の反射光
121 入力光
123 エバネッセント光
127 出力光
10, 11, 12, 13, 14 Optical resonator 20 Total reflection resonator 20a First main surface 20b Second main surface 30, 50, 60 Waveguide 30a, 70a Lower surface 30b, 60b, 70b Upper surface 32, 52, 62a, 62b Grating part 40 Input / output waveguide 42, 54 Input part 44 Coupling part 46, 56 Output part 58 Tapered part 61 Area 70 Block 90 Substrate 92 Opening 101, 141 Propagating light 103, 125, 143 Diffracted light 105, 145 Reflected light 111, 151 First diffracted light 113, 153 First reflected light 115, 155 Second diffracted light 117, 157 Second reflected light 121 Input light 123 Evanescent light 127 Output light

Claims (11)

2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面及び第2の主表面を有していて、前記第1の主表面及び前記第2の主表面が光学的に鏡面である全反射共振部と、
前記全反射共振部の前記第2の主表面上に形成された、グレーティング部を有する導波路と
を備え、
前記グレーティング部は、前記導波路を伝播する光を回折させて前記全反射共振部に送り、及び、前記全反射共振部から入射された光を回折させて前記導波路を伝播させ、
前記全反射共振部に送られた光は、前記第1の主表面で、前記導波路に向けて全反射する
ことを特徴とする光共振器。
A total reflection resonance part having a first main surface and a second main surface as two mutually parallel main surfaces, wherein the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces When,
A waveguide having a grating portion formed on the second main surface of the total reflection resonance portion;
The grating part diffracts light propagating through the waveguide and sends it to the total reflection resonance part, and diffracts light incident from the total reflection resonance part to propagate through the waveguide,
The light transmitted to the total reflection resonance part is totally reflected toward the waveguide on the first main surface.
2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面及び第2の主表面を有していて、前記第1の主表面及び前記第2の主表面が光学的に鏡面である全反射共振部と、
前記全反射共振部の前記第2の主表面上に形成された、グレーティング部を有する導波路と
を備え、
前記光共振器の周囲の屈折率n0、前記導波路の等価屈折率ne、及び、前記グレーティング部のグレーティング周期Λが、当該光共振器で共振する光の波長λに対して、以下の式(1)を満たす
ことを特徴とする光共振器。
Λ<λ/(n0+ne) (1)
A total reflection resonance part having a first main surface and a second main surface as two mutually parallel main surfaces, wherein the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces When,
A waveguide having a grating portion formed on the second main surface of the total reflection resonance portion;
Refractive index n 0 of the surrounding of the optical resonator, the waveguide of the equivalent refractive index n e, and grating period Λ of the grating portion, of light that resonates in the optical resonator to the wavelength lambda, the following An optical resonator characterized by satisfying Expression (1).
Λ <λ / (n 0 + ne ) (1)
前記光共振器の周囲の屈折率n0、前記導波路の等価屈折率ne、及び、前記グレーティング部のグレーティング周期Λが、当該光共振器で共振する光の波長λに対して、以下の式(1)を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の光共振器。
Λ<λ/(n+n) (1)
Refractive index n 0 of the surrounding of the optical resonator, the waveguide of the equivalent refractive index n e, and grating period Λ of the grating portion, of light that resonates in the optical resonator to the wavelength lambda, the following The optical resonator according to claim 1, wherein the expression (1) is satisfied.
Λ <λ / (n 0 + n e ) (1)
2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面及び第2の主表面を有していて、前記第1の主表面及び前記第2の主表面が光学的に鏡面である全反射共振部と、
前記全反射共振部の前記第2の主表面上に形成された、グレーティング部を有する導波路と
を備え、
前記グレーティング部は、前記全反射共振部から入射された光を回折させて前記全反射共振部に送り、前記全反射共振部に送られた光は、前記第1の主表面で、前記導波路に向けて全反射する
ことを特徴とする光共振器。
A total reflection resonance part having a first main surface and a second main surface as two mutually parallel main surfaces, wherein the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces When,
A waveguide having a grating portion formed on the second main surface of the total reflection resonance portion;
The grating section diffracts the light incident from the total reflection resonance section and sends the light to the total reflection resonance section. The light transmitted to the total reflection resonance section is the first main surface, and the waveguide An optical resonator characterized by being totally reflected toward.
2つの互いに平行な主表面として、第1の主表面及び第2の主表面を有していて、前記第1の主表面及び前記第2の主表面が光学的に鏡面である全反射共振部と、
前記全反射共振部の前記第2の主表面上に形成された、グレーティング部を有する導波路と
を備え、
前記光共振器の周囲の屈折率n0、及び、前記グレーティング部のグレーティング周期Λが、当該光共振器で共振する光の波長λに対して、以下の式(2)を満たす
ことを特徴とする光共振器。
Λ<λ/2・n0 (2)
A total reflection resonance part having a first main surface and a second main surface as two mutually parallel main surfaces, wherein the first main surface and the second main surface are optically mirror surfaces When,
A waveguide having a grating portion formed on the second main surface of the total reflection resonance portion;
The refractive index n 0 around the optical resonator and the grating period Λ of the grating section satisfy the following expression (2) with respect to the wavelength λ of light resonating in the optical resonator. Optical resonator.
Λ <λ / 2 · n 0 (2)
前記光共振器の周囲の屈折率n0、及び、前記グレーティング部のグレーティング周期Λが、当該光共振器で共振する光の波長λに対して、以下の式(2)を満たす
ことを特徴とする請求項4に記載の光共振器。
Λ<λ/2・n0 (2)
The refractive index n 0 around the optical resonator and the grating period Λ of the grating section satisfy the following expression (2) with respect to the wavelength λ of light resonating in the optical resonator. The optical resonator according to claim 4.
Λ <λ / 2 · n 0 (2)
前記導波路上に、2つの互いに平行な主表面として、下面及び上面を有していて、前記下面及び前記上面が光学的に鏡面であるブロックを備える
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光共振器。
7. The waveguide according to claim 1, further comprising a block having a lower surface and an upper surface as two parallel main surfaces on the waveguide, wherein the lower surface and the upper surface are optically mirror surfaces. The optical resonator as described in any one of Claims.
前記ブロックが、前記導波路又は前記全反射共振部と同じ材料で構成される
ことを特徴とする請求項7に記載の光共振器。
The optical resonator according to claim 7, wherein the block is made of the same material as the waveguide or the total reflection resonator.
前記全反射共振部の材料と、前記導波路の材料の、温度に対する屈折率変化が逆符号である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光共振器。
The optical resonator according to any one of claims 1 to 8, wherein the refractive index change with respect to temperature of the material of the total reflection resonance part and the material of the waveguide has an opposite sign.
前記グレーティング部のスロット部分に充填される材料と、前記導波路の材料の、温度に対する屈折率変化が逆符号である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光共振器。
9. The optical resonance according to claim 1, wherein the refractive index change with respect to temperature of the material filled in the slot portion of the grating portion and the material of the waveguide has an opposite sign. vessel.
前記導波路が、複数のグレーティング部を備える
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光共振器。
The optical resonator according to claim 1, wherein the waveguide includes a plurality of grating portions.
JP2010151621A 2010-07-02 2010-07-02 Optical resonator Withdrawn JP2012014029A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010151621A JP2012014029A (en) 2010-07-02 2010-07-02 Optical resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010151621A JP2012014029A (en) 2010-07-02 2010-07-02 Optical resonator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012014029A true JP2012014029A (en) 2012-01-19

Family

ID=45600501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010151621A Withdrawn JP2012014029A (en) 2010-07-02 2010-07-02 Optical resonator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012014029A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016170890A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 Grating coupler

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016170890A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 Grating coupler
JPWO2016170890A1 (en) * 2015-04-24 2018-02-15 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 Grating coupler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2728879C (en) Composite subwavelength-structured waveguide in optical systems
CN113777708B (en) analog converter
KR100739522B1 (en) Electromagnetic wave frequency filter
Niemi et al. Wavelength-division demultiplexing using photonic crystal waveguides
JP3349950B2 (en) Wavelength demultiplexing circuit
EP3296806B1 (en) Acoustic ridge or rib waveguides in low-loss integrated optical platforms
US8682120B2 (en) Polarization-independent grating optical coupler
US10168476B2 (en) Cladding defined transmission grating
JP6402519B2 (en) Optical waveguide device
JP2008288557A (en) Structure having photonic crystal layer and surface emitting laser using the same
CN104471453A (en) Photonic crystal waveguide with reduced coupling loss towards the substrate
JP5262639B2 (en) Optical element and Mach-Zehnder interferometer
WO2015133093A1 (en) Optical waveguide, and optical component and variable-wavelength laser using same
JP4669923B2 (en) Polarization mode converter
Zhu et al. Novel high efficiency vertical to in-plane optical coupler
WO2020145173A1 (en) Tunable laser
JP2012014029A (en) Optical resonator
JP5751008B2 (en) Optical multiplexer / demultiplexer and optical multiplexing / demultiplexing method
JP4377848B2 (en) Spot size converter
US12001054B2 (en) Wideband grating coupler
US7224868B2 (en) Radiation-free optical cavity
JP6325941B2 (en) Optical circuit
JP7654515B2 (en) Optical filters and tunable laser elements
JP6127079B2 (en) Optical wavelength filter
JP5772436B2 (en) Optical coupler and optical device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130903