光波導路以及陣列波導路衍射光柵的製作方法
2023-04-29 04:08:36
專利名稱：光波導路以及陣列波導路衍射光柵的製作方法
技術領域：
本發明涉及在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失的光波導路以及陣列波導路衍射光柵。
背景技術：
在DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing,密集波分復用)合分波器、MXN星型耦合器以及IXN分路器等中，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時，在鄰接的陣列波導路之間的包層中不會成為放射模式那樣的板條波導路與陣列波導路之間的連接構造記載於專利文獻I 一 6。在專利文獻I 一 4中，配置了波導路的折射率從板條波導路朝向陣列波導路逐漸變化的遷移區域。在專利文獻5中，在板條波導路與陣列波導路之間配置了傾斜部。在專利文獻6中，在板條波導路中配置了芯層和多個島狀區域。島狀區域的折射率小於芯層的折射率。島狀區域與鄰接的陣列波導路之間的包層對向。與光傳輸的方向大致垂直的方向的島狀區域的寬度從板條波導路朝向陣列波導路變窄。通過鄰接的島狀區域之間的芯層的光不改變其傳輸方向而朝向陣列波導路傳輸。通過島狀區域的光根據島狀區域的錐形形狀而改變其傳輸方向而朝向陣列波導路傳輸。通過島狀區域的錐形形狀和位置最佳化，光集中到陣列波導路而成為波導模式。專利文獻1:美國專利第5745618號說明書專利文獻2:美國專利第7006729號說明書專利文獻3:美國專利第6892004號說明書專利文獻4:日本特開2008 - 293020號公報專利文獻5:日本特開2001 - 159718號公報專利文獻6:日本特開2003 - 14962號公報
發明內容
在專利文獻I 一 4中，由於配置了遷移區域，所以電路規模變大。在專利文獻5中，由於配置了傾斜部，所以電路製造變難。在專利文獻6中，需要使島狀區域的錐形形狀和位置最佳化，所以電路設計變難。因此，為了解決所述課題，本發明的目的在於提供一種光波導路以及陣列波導路衍射光柵，不會增大電路規模且不會使電路設計製造變難，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失。為了達成上述目的，在與光傳輸的方向大致平行的方向上交替使在板條波導路中傳輸的光衍射的多個相位光柵、和使在多個相位光柵中衍射的光幹涉的多個幹涉區域。另夕卜，在多個相位光柵形成為一體的相位光柵的自己像的明幹涉部分的位置並且板條波導路的端部，連接陣列波導路的端部。具體而言，本發明提供一種光波導路，其特徵在於，具備:板條波導路，具有在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔而配置的、使所傳輸的光衍射的多個相位光柵、以及在與光傳輸的方向大致平行的方向上與所述多個相位光柵交替配置的、使在所述多個相位光柵中衍射的光幹涉的多個幹涉區域；以及陣列波導路，在所述多個相位光柵形成為一體的相位光柵的自己像的明幹涉部分的位置並且所述板條波導路的端部，連接端部。根據該結構，通過塔爾博特(Talbot)效果，根據光的波長和板條波導路的內部中形成的相位光柵的周期，形成相位光柵的自己像。通過在相位光柵的自己像的明幹涉部分的位置，配置陣列波導路的端部，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時，集中到陣列波導路而成為波導模式。不會增大光波導路的規模且不會使設計製造變難，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失。另外，在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔配置多個相位光柵的情況下，相比於配置具有等於多個相位光柵的光傳輸方向的合計寬度的光傳輸方向寬度的單一的相位光柵的情況，能夠減小來自相位光柵中的折射率低的區域的光的放射。進而，在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔配置多個相位光柵的情況下，相比於減小單一的相位光柵中的折射率高的區域以及折射率低的區域的折射率差來減小單一的相位光柵的光傳輸方向寬度的情況，能夠省略追加的紫外線照射等的追加過程。另外，在本發明中，所述一體的相位光柵對入射光提供的相位差是大致90度。根據該結構，相位光柵的自己像明了地形成。另外，在本發明中，所述一體的相位光柵對入射光提供的相位差是大致180度。根據該結構，相位光柵的自己像明了地形成。另外，在本發明中，所述多個相位光柵具備在所述板條波導路內在與光傳輸的方向大致垂直的方向隔開間隔配置的、具有與所述板條波導路內的其他區域不同的折射率的折射率相異區域。根據該結構，能夠在板條波導路內簡單地形成相位光柵。另外，在本發明中，在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的所述折射率相異區域通過具有與所述折射率相異區域相等的折射率的區域連結，所述折射率相異區域在各相位光柵整體成為一體。根據該結構，能夠在板條波導路內簡單地形成相位光柵。另外，本發明提供一種陣列波導路衍射光柵，其特徵在於，具備:1根以上的第I輸入輸出波導路；光波導路，在所述第I輸入輸出波導路的端部連接了所述板條波導路的與所述陣列波導路相反一側的端部；第2板條波導路，連接到所述陣列波導路的與所述板條波導路相反一側的端部；以及I根以上的第2輸入輸出波導路，連接到所述第2板條波導路的與所述陣列波導路相反一側的端部。根據該結構，不會增大陣列波導路衍射光柵的規模且不會使設計製造變難，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失。本發明能夠提供不會增大電路規模且不會使電路設計製造變難，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失的光波導路以及陣列波導路衍射光柵。
圖1是示出塔爾博特效果的現象的圖。圖2是示出塔爾博特效果的現象的圖。圖3是示出塔爾博特效果的計算結果的圖。圖4是示出塔爾博特效果的計算結果的圖。圖5是示出板條波導路的相位光柵以及陣列波導路的入射端的位置關係的圖。圖6是示出板條波導路的相位光柵以及陣列波導路的入射端的位置關係的圖。圖7是示出板條波導路的相位光柵以及陣列波導路的入射端的位置關係的圖。圖8是示出光波導路的構造的·圖。圖9是示出塔爾博特效果的計算結果的圖。圖10是示出光波導路的構造的圖。圖11是示出光波導路的構造的圖。圖12是示出光波導路的構造的圖。圖13是示出光波導路的構造的圖。(符號說明)1:板條波導路；2:陣列波導路；11:折射率相異區域；12:折射率相異區域；13:凸狀區域；14:凸狀區域；15:島狀區域；GP:相位光柵；SP:自己像；IN:入射區域；IF:幹涉區域；BS:邊界面區域。
具體實施例方式參照附圖，說明本發明的實施方式。以下說明的實施方式是本發明的實施例，本發明不限於以下的實施方式。另外，在本說明書以及附圖中符號相同的構成要素表示相互相同的部分。(實施方式I)在實施方式I中，首先，說明塔爾博特(Talbot)效果的現象和計算結果。接下來，根據塔爾博特效果的現象和計算結果，說明在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失的光波導路。塔爾博特效果是指:在光入射到衍射光柵時衍射光彼此幹涉，從而在從衍射光柵離開根據光的波長和衍射光柵的周期而規定的距離的位置，與衍射光柵的圖案同樣的光的強度分布被實現為衍射光柵的自己像，應用於塔爾博特幹涉計。圖1以及圖2是示出塔爾博特效果的現象的圖。衍射光柵GP1、GP2是對入射光提供相位差的相位光柵。相位光柵GPl所相關的塔爾博特效果的現象如圖1所示，相位光柵GP2所相關的塔爾博特效果的現象如圖2所示。相位光柵GP1、GP2的周期是d，相位光柵GPl對入射光提供的相位差是90°，相位光柵GP2對入射光提供的相位差是180°。相位光柵GP1、GP2在xy平面內(y軸在圖1以及圖2中未圖示)，配置於z=0的位置(圖1以及圖2中，為便於說明，相位光柵GP1、GP2比z=0的位置在附圖上的左側示出)。入射光的波長是λ。入射光如圖1以及圖2的左端的箭頭所示，作為平行光在ζ軸方向上入射。首先，說明相位光柵GPl所相關的塔爾博特效果的現象。在設為ζ=πκ!2/(2λ )時，在僅接著相位光柵GPl之後形成的光的強度分布在m=0的位置如砂地所示均勻，與該光的強度分布同樣的光的強度分布在m=2、4、6、8、...、4η+2、4η+4、...(η是O以上的整數)的位置示出。另一方面，在m=l、3、5、7、...、4η+1、4η+3、...的位置，相位光柵GPl的自己像SPl如斜線和空白所示變得明了。相位光柵GPl的自己像SPl在m=l、3、5、7、...、4n+l、4n+3、.. 以外的位置也形成，但未明了地形成而模糊地形成。相位光柵GPl的自己像SPl的強度周期是d。此處，在m=l、5、...、4n+l、.. 的位置形成的相位光柵GPl的自己像SPl相比於在m=3、7、...、4η+3、...的位置形成的相位光柵GPl的自己像SP1，在X軸方向上偏移了 d/2。接下來，說明相位光柵GP2所相關的塔爾博特效果的現象。在設為z=md2/ (8 λ )時，在緊接著相位光柵GP2之後形成的光的強度分布在m=0的位置如砂地所示均勻，與該光的強度分布同樣的光的強度分布在m=2、4、6、8、...、2η、...(η是O以上的整數)的位置示出。另一方面，在m=l、3、5、7、...、2n+l、.. 的位置，相位光柵GP2的自己像SP2如斜線和空白所示變得明了。相位光柵GP2的自己像SP2在m=l、3、5、7、...、2n+l、.. 以外的位置也形成，但未明了地形成而模糊地形成。相位光柵GP2的自己像SP2的強度周期是d/2。另外，相位光柵GP2的自己像SP2的·每個次數的偏移無。圖3是示出相位光柵GPl的塔爾博特效果的計算結果的圖。在圖1中，使入射光成為平行光，但在圖3中，考慮在板條波導路中傳輸的光並非平行光而是漫射光，使入射光成為漫射光。入射光如圖3的左端的箭頭所示，作為漫射光向右側方向入射。圖4是示出相位光柵GP2的塔爾博特效果的計算結果的圖。在圖4中，使入射光成為平行光。入射光如圖4的左端的箭頭所示，作為平行光向右側方向入射。在圖3以及圖4中，相位光柵GP1、GP2配置於m=0的位置。相位光柵GPl的自己像SPl在m=l、3、5、7、...、4η+1、4η+3、...的位置，如明了的白黑的灰度級所示明了地形成，但在m=2、4、6、8、...、4n+2、4n+4、.. 的位置，如不明了的白黑的灰度級所示不明了地形成。相位光柵GPl的自己像3 1在!11=1、3、5、7、...、4n+l、4n+3、...以外的位置，也隨著接近m=l、3、5、7、...、4η+1、4η+3、...的位置明了地形成，隨著接近m=2、4、6、8、...、4n+2、4n+4、.. 的位置未明了地形成。將m=0、
1、2、3、.. 的位置不等間隔地排列的原因在於，入射光並非平行光而是漫射光。如果整體觀察圖3，則對於白黑的灰度級，隨著在右側方向上行進，向圖3的上下方向漫射。如果詳細觀察圖3,則白黑的灰度級在m=2、4、6、8、...、4n+2、4n+4、. 的位置的附近急劇變化。其對應於在圖1中，在m=l、5、...、4η+1、...的位置形成的相位光柵GPl的自己像SPl相比於在m=3、7、...、4n+3、.. 的位置形成的相位光柵GPl的自己像SP1，在X軸方向上偏移了 d/2。對於在m=l、3、5、7、...、4n+l、4n+3、.. 的位置形成的相位光柵GPl的自己像SP1，m越小，越明了地形成。圖4的計算結果和圖2的模式附圖表示同樣的傾向，但在圖4中，在m=2、4、...的位置，確認了與相位光柵GP2的周期相同的周期的峰值。其原因為，在圖4的仿真是基於一般的光迴路的計算時，如果用芯材料以及包層材料那樣的折射率差小的材料來形成相位光柵GP2，則相位光柵GP2在光的傳輸方向上變長，對於在折射率低的部分中傳輸的光，傳輸距尚越長，向折射率越聞的部分耦合，在相位光柵GP2終端發生強度分布。接下來，根據塔爾博特效果的現象和計算結果，說明在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失的光波導路。圖5至圖7是示出板條波導路I的相位光柵GPl或者GP2以及陣列波導路2的端部的位置關係的圖。圖5至圖7的各自的左側表示光波導路的整體結構，圖5以及圖6的各自的右側表示相位光柵GPl的自己像SP1，圖7的右側表示相位光柵GP2的自己像SP2，在圖5至圖7的各個中，左側以及右側的附圖通過單點劃線在上下方向上對位。在圖5以及圖6中，板條波導路I的相位光柵GPl以及陣列波導路2的端部的位置關係成為不同。在圖5的板條波導路I中，隨著從圖5的左側向右側行進，配置入射區域IN、相位光柵GPl — 1、幹涉區域IF — 1、相位光柵GPl — 2、幹涉區域IF — 2、相位光柵GPl — 3以及幹涉區域IF — 3。在圖6的板條波導路I中，隨著從圖6的左側向右側行進，配置入射區域IN、相位光柵GPl — 4、幹涉區域IF — 4、相位光柵GPl — 5、幹涉區域IF — 5、相位光柵GPl - 6以及幹涉區域IF — 6。在圖7的板條波導路I中，隨著從圖7的左側向右側行進，配置入射區域IN、相位光柵GP2 — 1、幹涉區域IF — 7、相位光柵GP2 — 2、幹涉區域IF —
8、相位光柵GP2 — 3以及幹涉區域IF — 9。圖5的相位光柵GPl — 1、GPl 一 2、GPl 一 3具有作為對入射光提供90°的相位差的一體的相位光柵GPl形成自己像的功能。圖6的相位光柵GPl - 4,GPl 一 5,GPl 一 6具有作為對入射光提供90°的相位差的一體的相位光柵GPl形成自己像的功能。圖7的相位光柵GP2 - 1、GP2 - 2、GP2 — 3具有作為對入射光提供180°的相位差的一體的相位光柵GP2形成自己像的功能。對於圖5的幹涉區域IF - 1、IF — 2、IF — 3，將與光傳輸的方向大致平行的方向的合計寬度設為用於在圖1中明了地形成相位光柵GPl的自己像SPl的z。對於圖6的幹涉區域IF — 4、IF — 5、IF - 6，將與光傳輸的方向大致平行的方向的合計寬度設為用於在圖1中明了地形成相位光柵GPl的自己像SPl的z。對於圖7的幹涉區域IF — 7、IF — 8、IF - 9，將與光傳輸的方向大致平行的方向的合計寬度設為用於在圖2中明了地形成相位光柵GP2的自己像SP2的z。這樣，為了通過塔爾博特效果明了地形成相位光柵的自己像，針對相位光柵以及幹涉區域設計與光傳輸的方向大致平行的方向的寬度，將設計了寬度的相位光柵以及幹涉區域在與光傳輸的方向大致垂直的面內分割為多個，將分割為多個的相位光柵以及幹涉區域在與光傳輸的方向大致平行的方向上交替配置。入射區域IN傳輸向板條波導路I的入射光。相位光柵GPl或者GP2由具有不同的折射率的斜線所示的區域和空白所示的區域形成。斜線所示的區域的折射率既可以大於也可以小於空白所示的區域的折射率。入射光在折射率大的區域中以慢的速度傳輸，在折射率小的區域中以快的速度傳輸。相位光柵GPl或者GP2根據圖5至圖7的上下方向的位置使光的速度變化，對入射光提供相位差。幹涉區域IF使相位光柵GPl或者GP2中的衍射光幹涉。陣列波導路2在相位光柵GPl的自己像SPl或者相位光柵GP2的自己像SP2的空白所示的明幹涉部分中，與板條波導路I的端部連接。即，衍射光集中地分布於相位光柵GPl的自己像SPl或者相位光柵GP2的自己像SP2的空白所示的明幹涉部分，所以在陣列波導路2中成為波導模式。另外，衍射光在相位光柵GPl的自己像SPl或者相位光柵GP2的自己像SP2的斜線所示的暗幹涉部分中幾乎不分布，所以在包層中不成為放射模式。在圖5至圖7中，連接了多個陣列波導路2，但也可以僅連接I根。在圖5中，在相位光柵GPl中的與斜線所示的區域對應的位置，形成了相位光柵GPl的自己像SPl的空白所示的明幹涉部分，連接了陣列波導路2的端部。在圖6中，在相位光柵GPl中的與空白所示的區域對應的位置，形成了相位光柵GPl的自己像SPl的空白所示的明幹涉部分，連接了陣列波導路2的端部。這樣，作為板條波導路I的相位光柵GPl以及陣列波導路2的端部的位置關係而存在不同的位置關係對應於，如圖1所示，在m=l、
5、...、4η+1、...的位置形成的相位光柵GPl的自己像SPl相比於在m=3、7、...、4η+3、...的位置形成的相位光柵GPl的自己像SPl,在X軸方向上偏移了 d/2。在圖7中，在從相位光柵GP2中的斜線以及空白所示的區域，在與光傳輸的方向大致平行的方向上前進的位置，形成了相位光柵GP2的自己像SP2的空白所示的明幹涉部分，連接了陣列波導路2的端部。這樣，在圖5以及圖6中，相位光柵GPl的周期與陣列波導路2的周期相同，但在圖7中，相位光柵GP2的周期是陣列波導路2的周期的2倍。如以上的說明那樣，通過塔爾博特效果，根據入射光的波長λ和板條波導路I的內部中形成的相位光柵GP1、GP2的周期，形成相位光柵GP1、GP2的自己像SP1、SP2。另外，在相位光柵GP1、GP2·的自己像SP1、SP2的明幹涉部分的位置，配置陣列波導路2的端部，從而在光從板條波導路I朝向陣列波導路2入射時，光集中到陣列波導路2而成為波導模式。因此，在光從板條波導路I朝向陣列波導路2入射時，能夠降低插入損失。即使在光從陣列波導路2朝向板條波導路I入射時，根據光的相反性也是同樣的。另外，在陣列波導路2在與板條波導路I的邊界附近分支了的情況下，在明幹涉部分的位置，配置所分支的陣列波導路2的各個的端部。另外，相位光柵對入射光提供的相位差既可以是90°、180°也可以是45°、135°等，只要能夠通過塔爾博特效果明了地形成相位光柵的自己像，則也可以是上述相位差以外的相位差。在光從板條波導路I朝向陣列波導路2入射時、或者、在光從陣列波導路2朝向板條波導路I入射時，降低光的插入損失是重要的，並且當光在相位光柵中的折射率低的區域中傳輸時，降低光的放射損失也是重要的。以下說明當光在相位光柵中的折射率低的區域中傳輸時，為了降低光的放射損失，本實施方式有效。在本實施方式中，說明了在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔配置多個相位光柵的情況(以下稱為「第I情況」)。作為比較例，舉出配置具有等於多個相位光柵的光傳輸方向的合計寬度的光傳輸方向寬度的單一的相位光柵的情況(以下稱為「第2情況」)、和減小單一的相位光柵中的折射率高的區域以及折射率低的區域的折射率差來減小單一的相位光柵的光傳輸方向寬度的情況(以下稱為「第3情況」)，比較本實施方式以及比較例。當光在相位光柵中的折射率低的區域中傳輸時，為了降低光的放射損失，優選減小折射率低的區域的光傳輸方向寬度。因此，在單一的相位光柵的光傳輸方向寬度大的第2情況下不適合。即便第I情況下的多個相位光柵的光傳輸方向的合計寬度等於第2情況下的單一的相位光柵的光傳輸方向寬度，各相位光柵的光傳輸方向寬度小的第I情況也適
八
口 ο不過,為了減小折射率低的區域的光傳輸方向寬度，單一的相位光柵的光傳輸方向寬度小的第3情況也適合。但是，為了省略追加的紫外線照射等的追加過程，折射率高的區域以及折射率低的區域的折射率差大的第3情況不適合。即，在本實施方式中說明的第I情況下，能夠減小來自相位光柵中的折射率低的區域的光的放射，並且能夠省略追加的紫外線照射等的追加過程。進而，在將單一的相位光柵分割為多個相位光柵時，只要所分割的各相位光柵的光傳輸方向寬度針對各相位光柵的每一個是隨機的，就能夠抑制特定的波長的光反射。(實施方式2)在實施方式2中，說明光波導路的設計方法。最初，說明相位光柵GP1、GP2的光傳輸方向全寬LI的設定方法,接下來,說明幹涉區域IF的光傳輸方向全寬L2的設定方法,最後，說明陣列波導路2的端部的位置設定方法。在圖5以及圖6中，為了在陣列波導路2的端部中明了地形成相位光柵GPl的自己像SP1，以使相位光柵GPl對光提供的相位差成為優選80° 100°更優選90°的方式，設定相位光柵GPl的光傳輸方向全寬LI。相位光柵GPl的光傳輸方向全寬LI是相位光柵GPl - 1、GPl - 2、GPl 一 3的光傳輸方向的合計寬度或者相位光柵GPl — 4、GPl 一 5、GPl - 6的光傳輸方向的合計寬度。在圖7中，為了在陣列波導路2的端部中明了地形成相位光柵GP2的自己像SP2，以使·相位光柵GP2對光提供的相位差成為優選170° 190°更優選180°的方式,設定相位光柵GP2的光傳輸方向全寬LI。相位光柵GP2的光傳輸方向全寬LI是相位光柵GP2 - 1、GP2 — 2、GP2 — 3的光傳輸方向的合計寬度。如果將光的真空中的波長設為λ、將折射率大的區域的折射率設為η、將折射率小的區域的折射率設為η — δ η，則折射率大的區域和折射率小的區域的比折射率差成為Δ = δη/η0光在折射率大的區域中從始端至終端通過時的相位的超前角度是LI+ (λ/η) Χ2 3 =2 JinLl/λ。光在折射率小的區域中從始端至終端通過時的相位的超前角度是LI+ (λ/ (η— δη)) Χ2 3 =2 3 (η — 5n)Ll/A 0相位光柵GP對光提供的相位差是2 n nLl/ λ — 2 π (η — δη) LI/ λ =2 π δ nLl/ λ =2 π η Δ LI/ λ。在圖 5 以及圖 6 中，為了使相位光柵GPl對光提供的相位差成為90°，設定為Ll=X/ (4ηΛ)即可。例如，在λ =1.55 μ m、n=l.45、Δ =0.75%時，為了使相位光柵GPl對光提供的相位差成為90。，設定為LI 35 μ m即可。在圖7中，為了使相位光柵GP2對光提供的相位差成為180°，設定為Ll=A/ (2ηΛ)即可。例如，在 λ =1.55 μ m、η=1.45、Λ =0.75% 時，為了使相位光柵 GP2 對光提供的相位差成為180°，設定為LI 70 μ m即可。在圖5中，相位光柵GPl - UGPl 一 2, GPl 一 3的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L1/3，但也可以設定為相等。在圖6中，相位光柵GPl - 4、GPl 一 5、GPl 一 6的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L1/3，但也可以設定為相等。在圖7中，相位光柵GP2 — 1、GP2 - 2、GP2 - 3的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L1/3，但也可以設定為相等。此處，在圖5至圖7中，相位光柵GP1、GP2被分割為3個區域。但是，相位光柵GP1、GP2的分割數不僅限於3,由實施方式3的製造方法的精度決定。在圖5至圖7中，為了在陣列波導路2的端部中明了地形成相位光柵GP1、GP2的自己像SP1、SP2，根據圖1至圖4的說明，設定幹涉區域IF的光傳輸方向全寬L2。幹涉區域IF的光傳輸方向全寬L2是幹涉區域IF — 1、IF — 2、IF — 3的光傳輸方向的合計寬度、幹涉區域IF - 4、IF - 5、IF - 6的光傳輸方向的合計寬度或者幹涉區域IF — 7、IF — 8、IF — 9的光傳輸方向的合計寬度。
如果將光的真空中的波長設為λ、將幹涉區域IF的折射率設為與上述折射率大的區域的折射率相等的η，則光的幹涉區域IF中的波長成為λ/n。根據圖1的說明，在圖5以及圖6中，相對相位光柵GP1，作為最佳的設計，設定為L2=md2/ (2 ( λ/η))。例如，在d=10.0 μ m、λ =1.55 μ m、n=l.45時,在m=l的前提下，作為最佳的設計，設定為L2 47 μ m。根據圖2的說明，在圖7中，相對相位光柵GP2，作為最佳的設計，設定為L2=md2/ (8 (λ/η))。例如,在d=20.0 μ m、λ =1.55 μ m、η=1.45時,在m=l的前提下，作為最佳的設計，設定為L2 47 μ m。根據圖3的說明，在進一步考慮了光的漫射情形的前提下，輸出塔爾博特效果的計算結果，作為最佳的設計設定L2。在圖5中，幹涉區域IF — 1、IF — 2、IF — 3的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L2/3，但也可以設定為相等。在圖6中，幹涉區域IF - 4、IF — 5、IF — 6的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L2/3，但也可以設定為相等。在圖7中，幹涉區域IF -7, IF- 8、IF - 9的光傳輸方向寬度被分別設定為等於L2/3，但也可以設定為相等。此處，在圖5至圖7中，幹涉區域IF被分割為3個區域。但是，幹涉區域IF的分割數不僅限於3，由實施方式3的製造方法的精度決定。根據圖1至圖4的說明，在設定了幹涉區域IF的光傳輸方向全寬L2之後，根據圖1至圖4的說明，將板條波導路I的終端中的相位光柵GP的自己像SP的明幹涉部分設定為陣列波導路2的端部的位置。此處，在多·個陣列波導路2的端部中，不僅是中央的陣列波導路2的端部，而且在兩端的陣列波導路2的端部中，也期望明了地形成相位光柵GP的自己像SP。因此，作為板條波導路I的相位光柵GP以及陣列波導路2的端部的位置關係，優選設為圖8所示的位置關係。即，相位光柵GP的折射率大的區域的個數優選比陣列波導路2的根數多。不論為了減小光波導路的規模，還是為了使相位光柵GPl、GP2的自己像SPl、SP2明了地形成，都優選減小m來減小幹涉區域IF的光傳輸方向全寬L2。對於相位光柵GP1、GP2，只要具備使光衍射的功能，則可以具備包括在實施方式3中說明那樣的形狀的任意的形狀。如以上的說明那樣，本發明不會增大光波導路的規模且不會使設計變難。在不採用本發明的情況下，板條波導路I與陣列波導路2之間的損失是0.45dB程度，但在上述那樣的設計方法中採用了本發明的情況下，能夠降低為0.1dB以下。圖9是示出相位光柵GPl的塔爾博特效果的計算結果的圖。入射光作為平行光向右側方向入射，圖5的相位光柵GPl -1的左端或者圖6的相位光柵GPl - 4的左端配置於圖9 (a)、圖9 (b)以及圖9 (C)的各自的左端。圖9 (a)示出具有2個相位光柵作為一體的相位光柵GPl形成自己像的功能的情況，圖9 (b)不出具有4個相位光柵作為一體的相位光柵GPl形成自己像的功能的情況，圖9 (c)示出具有8個相位光柵作為一體的相位光柵GPl形成自己像的功能的情況。在圖9 (a)、圖9 (b)以及圖9 (c)中的任一清況下，對於相位光柵GPl的塔爾博特效果的計算結果，除了入射光是平行光還是漫射光這樣的相異以外，與圖3中的相位光柵GPl的塔爾博特效果的計算結果相同。塔爾博特效果不依賴於相位光柵的分割數。(實施方式3)在實施方式3中，說明光波導路的製造方法。圖5至圖7所示的相位光柵GP1、GP2具備折射率相異區域11。折射率相異區域11是在與光傳輸的方向大致垂直的方向以及大致平行的方向上隔開間隔而配置的，具有與斜線所示的區域不同的折射率。折射率相異區域11是矩形形狀，但可以是任意的形狀。折射率相異區域11的折射率既可以大於也可以小於斜線所示的區域的折射率。通過將折射率大的區域和折射率小的區域在與光傳輸的方向大致垂直的方向以及大致平行的方向上交替配置，能夠簡單地形成相位光柵GP1、GP2。作為圖5至圖7所示的光波導路的製造方法，可以舉出利用光刻和蝕刻的方法以及利用紫外線照射的方法等。在利用光刻和蝕刻的方法中，最初，使成為下部包層的SiO2微粒和成為芯層的SiO2 - GeO2微粒在Si基板上通過火焰直接堆積法堆積並通過加熱使其熔融透明化。接下來，通過光刻和蝕刻，去除芯層的不需要的部分來形成光迴路圖案，同時在成為折射率相異區域11的部分中也去除芯層的不需要的部分。最後，使成為上部包層的SiO2微粒通過火焰直接堆積法堆積並通過加熱使其熔融透明化，從而形成上部包層，之後對成為折射率相異區域11的部分填充包層材料。在成為折射率相異區域11的部分中填充包層材料，所以折射率相異區域11的折射率小於斜線所示的區域的折射率。在上述中，在板條波導路I以及陣列波導路2的形成工序中形成折射率相異區域11，但也可以在板條波導路I以及陣列波導路2的形成之後，對成為折射率相異區域11的部分實施槽加工而填充折射率與芯層相異的樹脂等，也可以僅通過槽加工利用空氣層形成折射率相異區域11。在利用紫外線照射的方法中，利用通過紫外線照射而折射率上升。在第I方法中，在下部包層以及芯層的形成之後、或者、下部包層、芯層以及上部包層的形成之後，在成為折射率相異區域11的部分中形成掩模材料，通過紫外線照射使成為折射率相異區域11的部分以外的部分的折射率變化，從而形成折射率相異區域11。折射率相異區域11的折射率小於斜線所示的區域的折射率。在第2方法中，在下部包層以及芯層的形成之後、或者、下部包層、芯層以及上部包層的形成之後，在成為折射率相異區域11的部分以外的部分中形成掩模材料，通過紫外線照射使成為折射率相異區域11的部分的折射率變化，從而形成折射率相異區域11。折射率相異區域11的折射率大於斜線所示的區域的折射率。對於幹涉區域IF，只要具備使光幹涉的功能，則可以具備任意的材料。例如，對於幹涉區域IF，也可以具備芯材料、包層材料、照射了紫外線的SiO2 - GeO2、樹脂以及空氣等中的至少某I個材料。圖10以及圖11所示的光波導路的製造方法與圖5至圖7所示的光波導路的製造方法相同。在通過將上部包層材料、樹脂等填充到折射率相異區域來形成折射率相異區域的情況下，如果如圖5至圖7那樣，折射率相異區域11的周圍被斜線所示的區域包圍，則有時難以均勻地填充上部包層材料、樹脂等。相對於此，如果如圖10以及圖11那樣，形成各相位光柵GP的折射率相異區域12在各相位光柵GP整體成為一體，則易於均勻地填充上部包層材料、樹脂等。以下，說明在圖5所示的光波導路的製造方法中，代替折射率相異區域11而形成折射率相異區域12的情況。尤其，在圖6以及圖7所示的光波導路的製造方法中，代替折射率相異區域11而形成折射率相異區域12的情況也是同樣的。圖10(a)所示的各相位光柵GPl具備折射率相異區域12和凸狀區域13、14。折射率相異區域12在與光傳輸的方向大致垂直的方向具備寬度寬的區域以及寬度窄的區域，在各相位光柵GPl整體成為一體。寬度寬的區域是在板條波導路I內在與光傳輸的方向大致垂直的方向隔著間隔而配置的，具有與斜線所示的區域不同的折射率。寬度窄的區域被凸狀區域13、14夾住，具有與寬度寬的區域相等的折射率，將鄰接的寬度寬的區域連結。折射率相異區域12的折射率既可以大於也可以小於斜線所示的部分的折射率。通過將折射率大的區域和折射率小的區域在與光傳輸的方向大致垂直的方向上交替配置，能夠簡單地形成各相位光柵GPl。在圖10 (a)所示的光波導路中，都配置了凸狀區域13、14，但也可以如圖10 (b)所示的光波導路那樣，僅配置凸狀區域13，也可以如圖11 (a)所示的光波導路那樣，僅配置凸狀區域14。在圖10 (a)所不的光波導路中，全相位光柵GPl的凸狀區域13、14的光傳輸方向寬度之和被設定為圖5所示的LI，在圖10 (b)所示的光波導路中，全相位光柵GPl的凸狀區域13的光傳輸方向寬度之和被設定為圖5所示的LI，在圖11 Ca)所示的光波導路中，全相位光柵GPl的凸狀區域14的光傳輸方向寬度之和被設定為圖5所不的LI。在圖10 (a)、圖10 (b)以及圖11 (a)所示的光波導路中，凸狀區域13、14是矩形形狀，但可以是任意的形狀。在圖10 Ca)以及圖10 (b)所示的光波導路中，在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的凸狀區域13之間的凹狀區域也可以是任意的形狀。在圖10 (a)以及圖11 (a)所示的光波導路中，在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的凸狀區域14之間的凹狀區域也可以是任意的形狀。另外，入射區域IN或者幹涉區域IF的邊界面也可以是任意的形狀。作為圖10 (a)所示的光波導路的變形例，也可以如圖12 (a)所示的光波導路那樣，在凸狀區域13以及折射率相異區域12的邊界面上、凸狀區域14以及折射率相異區域12的邊界面上、以及凹狀區域以及折射率相異區域12的邊界面上，形成邊界面區域BS。圖12 Ca)所示的邊界面區域BS具有與構成幹涉區域IF的芯材料相同的折射率、或者構成幹涉區域IF的芯材料以及構成折射率相異區域12的包層材料之間的折射率。作為圖11 (a)所示的光波導路的變形例，也可以如圖12 (b)所示的光波導路那樣，在凸狀區域14以及折射率相異區域12的邊界面上、入射區域IN或者幹涉區域IF以及折射率相異區域12的邊界面上、以及凹狀區域以及折射率相異區域12的邊界面上，形成邊界面區域BS。圖12 (b)所示的邊界面區域BS具有與構成折射率相異區域12的包層材料相同的折射率、或者構成幹涉區域IF的芯材料以及構成折射率相異區域12的包層材料之間的折射率。如圖12 (a)以及圖12 (b)所不的光波導路那樣,將使表面在和與光傳輸的方向大致平行以及大致垂直的方向不同的方向上延伸的邊界面區域BS形成於折射率不同的區域之間的邊界面上，從而能夠抑制光反射，並且能夠抑制向與板條端連接的輸入輸出波導路反射光。在圖12 Ca)以及圖12 (b)所示的光波導路中，分別作為邊界面區域BS的材料，使用了 I種材料，但也可以組合使用多個種類的材料。圖11 (b)所示的各相位光柵GPl具備折射率相異區域12和島狀區域15。折射率相異區域12在與光傳輸的方向大致垂直的方向上具備寬度寬的區域以及寬度窄的區域，在各相位光柵GPl整體成為一體。寬度寬的區域是在板條波導路I內在與光傳輸的方向大致垂直的方向上隔開間隔而配置的，具有與斜線所示的區域不同的折射率。寬度窄的區域被斜線所示的區域以及島狀區域15夾住，具有與寬度寬的區域相等的折射率，連結了鄰接的寬度寬的區域。折射率相異區域12的折射率既可以大於也可以小於斜線所示的部分的折射率。通過將折射率大的區域和折射率小的區域在與光傳輸的方向大致垂直的方向上交替配置，能夠簡單地形成各相位光柵GPl。在圖11 (b)所不的光波導路中,全相位光柵GPl的島狀區域15的光傳輸方向寬度之和被設定為圖5所示的LI。在圖11 (b)所示的光波導路中，島狀區域15是矩形形狀，但可以是任意的形狀。即使在圖11 (b)所示的光波導路中，也可以如圖12 (a)以及圖12(b)所示的光波導路那樣，將邊界面區域BS形成於折射率不同的區域之間的邊界面上。在圖10以及圖11所示的光波導路中，將凸狀區域13、14或者島狀區域15形成於陣列波導路2的延長線上，但也可以形成於在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的陣列波導路2之間的延長線上。另外，只要如圖13所示的光波導路那樣，能夠對光提供相位差，則也可以將凸狀區域13、14或者島狀區域15形成於陣列波導路2的延長線上以及在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的陣列波導路2之間的延長線上。在圖13(a)所示的光波導路中，凸狀區域13、14形成於在與光傳輸的方向大致·垂直的方向上鄰接的陣列波導路2之間的延長線上，島狀區域15形成於陣列波導路2的延長線上。在圖13 (b)所示的光波導路中，凸狀區域13形成於在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的陣列波導路2之間的延長線上，凸狀區域14形成於陣列波導路2的延長線上。(實施方式4)在實施方式4中，說明具備在實施方式I 一 3中說明的光波導路的陣列波導路衍射光柵。在陣列波導路衍射光柵中，依次連接了 I根以上的第I輸入輸出波導路、第I板條波導路、多個陣列波導路、第2板條波導路以及I根以上的第2輸入輸出波導路。第I板條波導路和多個陣列波導路分別作為板條波導路I和陣列波導路2，構成在實施方式I 一 3中說明的光波導路。在第I板條波導路中，傳輸多個波長的光，但作為圖1以及圖2中的λ，選擇多個波長中的任意的波長。該任意的波長是例如多個波長中的中心的波長等。根據該任意的波長，應用在實施方式2中說明的設計方法以及在實施方式3中說明的製造方法。衍射光柵不僅配置於第I板條波導路，而且也可以還配置於第2板條波導路。另夕卜，衍射光柵僅配置於第I板條波導路，專利文獻I 一 4的遷移區域或者專利文獻5的傾斜部也可以配置於第2板條波導路。產業上的可利用性本發明的光波導路以及陣列波導路衍射光柵能夠利用於利用波分復用方式的光的損失低的光纖通信。
權利要求
1.一種光波導路，其特徵在於包括: 板條波導路，具有在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔而配置的、使所傳輸的光衍射的多個相位光柵、以及在與光傳輸的方向大致平行的方向上與所述多個相位光柵交替配置的、使在所述多個相位光柵中衍射的光幹涉的多個幹涉區域；以及 陣列波導路，在所述多個相位光柵形成為一體的相位光柵的自己像的明幹涉部分的位置並且在所述板條波導路的端部，連接端部。
2.根據權利要求1所述的光波導路，其特徵在於:所述一體的相位光柵對入射光提供的相位差大致為90度。
3.根據權利要求1所述的光波導路，其特徵在於:所述一體的相位光柵對入射光提供的相位差大致為180度。
4.根據權利要求1至3中的任意一項所述的光波導路，其特徵在於:所述多個相位光柵具備在所述板條波導路內在與光傳輸的方向大致垂直的方向隔開間隔配置的、具有與所述板條波導路內的其他區域不同的折射率的折射率相異區域。
5.根據權利要求4所述的光波導路,其特徵在於:在與光傳輸的方向大致垂直的方向上鄰接的所述折射率相異區域通過具有與所述折射率相異區域相等的折射率的區域連結，所述折射率相異區域在各相位光柵整體上成為一體。
6.一種陣列波導路衍射光柵，其特徵在於包括: I根以上的第I輸入輸出波導路； 權利要求1至5中的任意一項所述的光波導路，在所述第I輸入輸出波導路的端部連接了所述板條波導路的與所述陣列波導路相反一側的端部； 第2板條波導路，連接到所述陣列波導路的與所述板條波導路相反一側的端部；以及 I根以上的第2輸入輸出波導路，連接到所述第2板條波導路的與所述陣列波導路相反一側的端部。
全文摘要
本發明提供一種不會增大電路規模且不會使電路設計製造變難，在光從板條波導路朝向陣列波導路入射時、或者光從陣列波導路朝向板條波導路入射時，能夠降低插入損失的技術。本發明提供一種光波導路，具備板條波導路(1)，具有在與光傳輸的方向大致平行的方向上隔開間隔而配置的、使所傳輸的光衍射的多個相位光柵(GP1)、以及在與光傳輸的方向大致平行的方向上與多個相位光柵(GP1)交替地配置的、使在多個相位光柵(GP1)中衍射的光幹涉的多個幹涉區域(IF)；以及陣列波導路(2)，在多個相位光柵(GP1)作為一體的相位光柵形成的自己像的明幹涉部分的位置並且板條波導路(1)的端部，連接端部。
文檔編號G02B6/122GK103221855SQ20118005393
公開日2013年7月24日 申請日期2011年9月26日 優先權日2010年11月9日
發明者守田圭一, 清水和美, 鈴木賢哉, 川島康二 申請人:Ntt電子股份有限公司