JP2015175902A - Optical waveguide, spot size converter, polarization filter, optical coupler, optical detector, optical splitter, and laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路、スポットサイズ変換器、偏光フィルタ、光結合器、光検出器、光合分波器、および、レーザ素子に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide, a spot size converter, a polarizing filter, an optical coupler, a photodetector, an optical multiplexer / demultiplexer, and a laser element.
従来、主に光通信の分野において、石英系ガラスを材料とする様々な機能を備えた光導波路が提案されている。このような光導波路は、屈折率が高く厚さが一様な平板上のコア領域を、コア領域より屈折率の低いクラッド領域でコア領域の両面から挟みこむことにより、コア領域に光を閉じ込め、低い伝搬損失を実現している。 Conventionally, in the field of optical communication, optical waveguides having various functions using quartz glass as a material have been proposed. Such an optical waveguide confines light in the core region by sandwiching the core region on a flat plate with a high refractive index and a uniform thickness from both sides of the core region with a cladding region having a lower refractive index than the core region. Realizes low propagation loss.
ここで、垂直方向に対してテーパ構造を有する垂直テーパ導波路が開示されている。垂直テーパ導波路は、入射された光が導波する方向に沿って、コア部の厚さが徐々に薄く、または、徐々に厚くされたテーパ構造を有する。このような垂直テーパ導波路は、たとえば光ファイバの光をSi(シリコン)細線導波路に低損失で結合するためのスポットサイズ変換器等に利用して好適なものである(たとえば非特許文献1)。 Here, a vertical taper waveguide having a taper structure with respect to the vertical direction is disclosed. The vertical taper waveguide has a taper structure in which the thickness of the core portion is gradually reduced or gradually increased along the direction in which incident light is guided. Such a vertical taper waveguide is suitable for use in, for example, a spot size converter for coupling light of an optical fiber to a Si (silicon) thin wire waveguide with low loss (for example, Non-Patent Document 1). ).
しかしながら、このような垂直テーパ導波路は、垂直方向のテーパ構造をエッチングや蒸着によって形成するため、工程が複雑であり、かつ、精度の高いテーパ構造を作製するのが困難であるという課題がある。 However, since such a vertical taper waveguide is formed by etching or vapor deposition in a vertical taper structure, the process is complicated and it is difficult to produce a taper structure with high accuracy. .
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路と該光導波路を用いたスポットサイズ変換器、偏光フィルタ、光結合器、光検出器、光合分波器、および、レーザ素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an optical waveguide that can be manufactured by a simple process, has high accuracy, and has the same function as a vertical tapered waveguide, and the optical waveguide are used. It is an object of the present invention to provide a spot size converter, a polarizing filter, an optical coupler, a photodetector, an optical multiplexer / demultiplexer, and a laser element.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波路は、入射された光を閉じ込めて導波する厚さが略一様なコア領域と、前記コア領域を前記厚さ方向の両面から挟み込むクラッド領域と、を備え、前記コア領域は、前記コア領域の導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化しており、前記コア領域の前記実効屈折率は、少なくとも、前記クラッド領域の屈折率より高いことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical waveguide according to the present invention includes a core region having a substantially uniform thickness for confining and guiding incident light, and the core region having the thickness. A cladding region sandwiched from both sides of the direction, the core region, the effective refractive index is continuously changing along the waveguide direction of the core region, the effective refractive index of the core region, It is at least higher than the refractive index of the cladding region.
また、本発明に係る光導波路は、上記発明において、前記コア領域は、少なくとも、第1領域と、前記第1領域より屈折率の低い第2領域と、を備え、前記第1領域と前記第2領域とが、前記入射された光の波長と同程度の周期、または、前記入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されていることを特徴とする。 In the optical waveguide according to the present invention, in the above invention, the core region includes at least a first region and a second region having a refractive index lower than that of the first region, and the first region and the first region The two regions are arranged so as to have a period substantially equal to the wavelength of the incident light or a period smaller than the wavelength of the incident light.
また、本発明に係る光導波路は、上記発明において、前記コア領域は、第1領域と、前記第1領域より屈折率の低い第2領域と、を備え、前記第1領域の屈折率をna、前記第2領域の屈折率をnb、前記第1領域を伝搬する光の波数をka、前記第2領域を伝搬する光の波数をkb、入射された光の波数のうち前記コア領域の導波方向および前記厚さ方向と直交する方向の成分をkx、前記第1領域の幅をwa、前記第2領域の幅をwb、周期をΛ、入射された光の波長をλ、伝搬定数をβとすると、前記コア領域は、式(A)と(C)、または、式(B)と(C)の少なくとも一方について2つの式を満たすkaおよびkbの組み合わせを1つまたは2つ有するように、na、nb、wa、wbが設定されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光導波路は、上記発明において、前記コア領域の前記実効屈折率は、前記導波方向に沿って、線形に高くなる、または、線形に低くなることを特徴とする。 The optical waveguide according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the effective refractive index of the core region increases linearly or decreases linearly along the waveguide direction.
また、本発明に係る光導波路は、上記発明において、前記第1領域は、前記導波方向に沿って、前記厚さ方向に垂直な幅方向の幅が大きくなるテーパ形状を有し、前記第2領域は、前記導波方向に沿って、前記幅方向の幅が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする。 In the optical waveguide according to the present invention, in the above invention, the first region has a tapered shape in which a width in a width direction perpendicular to the thickness direction is increased along the waveguide direction. The two regions have a tapered shape in which the width in the width direction decreases along the waveguide direction.
また、本発明に係るスポットサイズ変換器は、上記発明の光導波路と、光を入力される光入力部と、光を出力する光出力部と、を備え、前記光導波路は、前記光入力部から入力された光のスポットサイズを変換し、前記光出力部から出力することを特徴とする。 A spot size converter according to the present invention includes the optical waveguide according to the invention, a light input unit that receives light, and a light output unit that outputs light, and the light waveguide includes the light input unit. The spot size of the light input from is converted and output from the light output unit.
また、本発明に係る偏光フィルタは、上記発明の光導波路と、前記光導波路に入射された光のうち、前記厚さ方向に平行な偏光であるTMモードの光の少なくとも一部を吸収する光吸収部と、を備え、前記光導波路は、前記入射された光の前記TMモードに直交するTEモードの光を前記TMモードの光より、前記厚さ方向の光の電界分布の広がりが小さくなるように導波し、前記クラッド領域は、前記光吸収部側の前記クラッド領域の厚さが、前記入射された光のTMモードの光の少なくとも一部と前記光吸収部とが重なる厚さであり、前記光吸収部は、前記TMモードの光を前記TEモードの光より多く吸収することを特徴とする。 The polarizing filter according to the present invention is a light that absorbs at least a part of TM mode light that is polarized in parallel with the thickness direction, among the light incident on the optical waveguide according to the present invention and the light waveguide. The optical waveguide has a TE-mode light perpendicular to the TM mode of the incident light that has a smaller electric field distribution in the thickness direction than the TM-mode light. The cladding region has a thickness such that at least a part of the TM mode light of the incident light and the light absorbing portion overlap with each other. And the light absorber absorbs more TM mode light than TE mode light.
また、本発明に係る光結合器は、上記発明の光導波路と、前記光導波路の片面に形成され、入射された光を閉じ込めて導波する、厚さが略一様であり、前記クラッド層より屈折率が高い第2コア領域と、前記第2コア領域の前記光導波路と対向する面とは反対側の面に形成され、前記第2コア領域より屈折率が低い第2クラッド領域と、を備えることを特徴とする。 The optical coupler according to the present invention is the optical waveguide according to the invention described above, and is formed on one side of the optical waveguide, confins and guides incident light, has a substantially uniform thickness, and the cladding layer A second core region having a higher refractive index, and a second cladding region formed on a surface of the second core region opposite to the surface facing the optical waveguide, and having a lower refractive index than the second core region; It is characterized by providing.
また、本発明に係る光検出器は、上記発明の光導波路と、前記光導波路の光強度を検出する光検出手段と、を備え、前記コア領域は、前記導波方向において前記実効屈折率が極小となる検出部を有し、前記光検出手段は、前記検出部に近接して配置されることを特徴とする。 In addition, a photodetector according to the present invention includes the optical waveguide according to the invention described above and a light detection unit that detects light intensity of the optical waveguide, and the core region has the effective refractive index in the waveguide direction. It has a minimum detection unit, and the light detection means is arranged close to the detection unit.
また、本発明に係る光合分波器は、入射された光を閉じ込めて導波する厚さが略一様なコア領域と、前記コア領域を前記厚さ方向の両面から挟み込み光共振器を形成する第1反射鏡および第2反射鏡と、を備え、前記コア領域は、前記コア領域の導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化していることを特徴とする。 The optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention forms a core region having a substantially uniform thickness for confining and guiding incident light and sandwiching the core region from both sides in the thickness direction to form an optical resonator. The core region is characterized in that the effective refractive index of the core region continuously changes along the waveguide direction of the core region.
また、本発明に係るレーザ素子は、光共振器を構成する第1反射鏡および第2反射鏡と、前記第1反射鏡と前記第2反射鏡との間に配置された活性層と、前記活性層に電流を注入する電極と、を備え、前記第1反射鏡側から光を出力する面発光レーザと、該面発光レーザの前記第1反射鏡側に形成された光導波層と、を備え、前記光導波層は、第3反射鏡と、前記第1反射鏡と前記第3反射鏡との間に形成され、前記面発光レーザから出力された光を閉じ込めて導波する厚さが略一様なコア領域とを備え、前記コア領域は、前記面発光レーザの出力方向と直交する面に平行な導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化していることを特徴とする。 The laser element according to the present invention includes a first reflecting mirror and a second reflecting mirror constituting an optical resonator, an active layer disposed between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, An electrode for injecting current into the active layer, and a surface emitting laser that outputs light from the first reflecting mirror side, and an optical waveguide layer formed on the first reflecting mirror side of the surface emitting laser. The optical waveguide layer is formed between a third reflecting mirror, the first reflecting mirror, and the third reflecting mirror, and has a thickness for confining and guiding light output from the surface emitting laser. A substantially uniform core region, wherein the core region has an effective refractive index continuously changing along a waveguide direction parallel to a plane orthogonal to the output direction of the surface emitting laser. And
また、本発明に係るレーザ素子は、上記発明において、前記コア領域の前記面発光レーザの直下領域における実効的な厚さが、当該レーザ素子のレーザ発振波長をλ、前記コア領域の実効屈折率をneffとして、λ/2neffであることを特徴とする。 In the laser device according to the present invention, in the above invention, the effective thickness of the core region in the region immediately below the surface emitting laser is such that the laser oscillation wavelength of the laser device is λ and the effective refractive index of the core region is Where n eff is λ / 2n eff .
また、本発明に係るレーザ素子は、上記発明において、前記コア領域の前記実効屈折率は、前記導波方向に沿って、線形に高くなる、または、線形に低くなることを特徴とする。 The laser element according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the effective refractive index of the core region increases linearly or decreases linearly along the waveguide direction.
また、本発明に係るレーザ素子は、上記発明において、前記コア領域は、第1領域と、前記第1領域より屈折率の低い第2領域と、を備え、前記第1領域と前記第2領域とが、前記面発光レーザから出力され前記コア領域に入射された光の波長と同程度の周期、または、前記面発光レーザから出力され前記コア領域に入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されていることを特徴とする。 In the laser device according to the present invention, in the above invention, the core region includes a first region and a second region having a refractive index lower than that of the first region, and the first region and the second region. Has a period approximately equal to the wavelength of light output from the surface emitting laser and incident on the core region, or a period smaller than the wavelength of light output from the surface emitting laser and incident on the core region. It is arranged so that it may be arranged.
また、本発明に係るレーザ素子は、上記発明において、前記第1領域は、前記導波方向に沿って、前記厚さ方向に垂直な幅方向の幅が大きくなるテーパ形状を有し、前記第2領域は、前記導波方向に沿って、前記幅方向の幅が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする。 In the laser device according to the present invention, in the above invention, the first region has a tapered shape in which a width in a width direction perpendicular to the thickness direction is increased along the waveguide direction. The two regions have a tapered shape in which the width in the width direction decreases along the waveguide direction.
本発明によれば、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路と該光導波路を利用したスポットサイズ変換器、偏光フィルタ、光結合器、光検出器、光合分波器、および、レーザ素子を提供できるという効果を奏する。 According to the present invention, an optical waveguide that can be manufactured by a simple process, has high accuracy, and has the same function as a vertical tapered waveguide, a spot size converter using the optical waveguide, a polarizing filter, There is an effect that an optical coupler, a photodetector, an optical multiplexer / demultiplexer, and a laser element can be provided.
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路、スポットサイズ変換器、偏光フィルタ、光結合器、光検出器、光合分波器、および、レーザ素子の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Hereinafter, embodiments of an optical waveguide, a spot size converter, a polarizing filter, an optical coupler, a photodetector, an optical multiplexer / demultiplexer, and a laser element according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately denoted by the same reference numerals. It should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from the actual situation. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る光導波路について説明する。図1は、実施の形態1に係る光導波路の模式的な斜視図である。図1に示すように、光導波路10は、コア領域1と、クラッド領域2とを備える。ここで、説明のために以下の各図において、入射された光が導波する方向をz軸、コア領域1の厚さ方向をy軸、y軸に垂直なコア領域1の幅方向をx軸、とする。
(Embodiment 1)
First, the optical waveguide according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical waveguide according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
つぎに、本発明の実施の形態1に係る光導波路10の構造について説明する。図2は、図1に示す光導波路のy−z面の模式的な側面図である。さらに、図3は、図1に示す光導波路のコア領域の模式的な断面図である。
Next, the structure of the
まず、図2に示すように、光導波路10のコア領域1は、厚さが略一様に形成され、入射された光を閉じ込めて導波する。ただし、厚さが略一様とは、たとえばθを導波方向におけるコア領域1の下面と上面との間の角度として、tanθ<1.0×10−3となる厚さである。さらに、図3に示すように、コア領域1は、第1領域1aと、第1領域1aより屈折率の低い第2領域1bとを備える。コア領域1のうち、第1領域1aは、導波方向であるz軸に沿って、幅方向であるx軸方向の幅が大きくなるテーパ形状を有する。他方、第2領域1bは、導波方向であるz軸に沿って、幅方向であるx軸方向の幅が小さくなるテーパ形状を有する。そして、第1領域1aと第2領域1bとは、導波方向に垂直なx軸方向に沿って交互に並んで配置されている。この第1領域1aと第2領域1bとが形成するパターンの周期は、たとえば第1領域1aのx軸方向の中心間距離であって、図3における長さL1である。このとき、長さL1は、入射された光の波長と同程度の周期、または、前記入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されている。
First, as shown in FIG. 2, the
コア領域1のうち、第1領域1aは、たとえばガリウム砒素(GaAs)やシリコン(Si)等の各種半導体や石英系の材料等からなる。他方、第2領域1bは、たとえば第1領域1aより屈折率の低い材料であって、たとえば空気層であってよいが、石英系の材料、各種半導体等であってもよく、各種の媒質が充填されていてもよい。
Of the
つぎに、図2に示すように、クラッド領域2は、コア領域1を厚さ方向であるy軸方向の両面から挟み込むように配置されている。クラッド領域2は、たとえば石英系の材料や各種半導体等からなり、後述するコア領域1の実効屈折率より屈折率が低い。
Next, as shown in FIG. 2, the
ここで、有効媒質理論により光導波路10のコア領域1のx−z平面における実効屈折率は、磁場がx軸に平行なTMモードに対して、近似的に以下の式(1)で算出することができる。
また、有効媒質理論により光導波路10のコア領域1のx−z平面における実効屈折率は、電場がx軸に平行なTEモード対して、近似的に以下の式(2)で算出することができる。
式(1)および式(2)において、neffは実効屈折率、naはコア領域1の第1領域1aの材料の屈折率、nbはコア領域1の第2領域1bの材料の屈折率である。そして、ηはコア領域1の単位領域における第1領域1aの第2領域1bに対する割合であるデューティ比である。ここで、単位領域とは、入射光の波長と同程度のサブ波長の領域である。
In formulas (1) and (2), n eff is the effective refractive index, n a is the refractive index of the material of the
光導波路10は、第1領域1aと第2領域1bとが、入射された光の波長と同程度の周期、または、前記入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されている。すなわち、たとえば入射される光の波長が1.0μm〜1.1μm(1.0μm帯とする)であるとすると、第1領域1aと第2領域1bとが形成する周期である長さL1は、1.1μm以下とされている。そして、光導波路10のコア領域1は、サブ波長の単位領域のデューティ比が、導波方向であるz軸に沿って、連続的に大きくなる。つまり、式(1)および式(2)より、コア領域1の実効屈折率は、導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなる。
The
つぎに、本実施の形態1に係る光導波路10の動作について説明する。たとえばコア領域1の実効屈折率が導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなると、入射された光はz軸方向に導波しながら、より強くコア領域1に閉じ込められることとなる。
Next, the operation of the
ここで、垂直テーパ導波路は、上述のとおり、スポットサイズ変換器に用いて好適であるが、これは、たとえば垂直テーパ導波路がz軸方向に沿って厚くなっている場合に、入射された光はz軸方向に導波しながら、より強くコア領域に閉じ込められるためである。このような垂直テーパ導波路内の光の伝搬と、光導波路10内における光の伝搬は略等しいものとみなすことができる。したがって、本実施の形態1に係る光導波路10は、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路である。
Here, as described above, the vertical taper waveguide is suitable for use in the spot size converter, but this is incident when the vertical taper waveguide is thick along the z-axis direction, for example. This is because light is more strongly confined in the core region while being guided in the z-axis direction. The propagation of light in such a vertical taper waveguide and the propagation of light in the
ところで、たとえば第1領域1aと第2領域1bとの屈折率差が大きい場合、有効媒質理論により算出した実効屈折率から実際の実効屈折率がずれる場合がある。このような場合には、電場および磁場の境界条件から実効屈折率neffを算出することができる。ここで、図4は、式のパラメータを説明するための図である。図4に示すように、第1領域1aと第2領域1bとが交互に並んでいるものとする。このとき、下記の式(3)および式(4)において、naは第1領域1aの材料の屈折率、nbは第2領域1bの材料の屈折率、kaは第1領域1aを伝搬する光の波数、kbは第2領域1bを伝搬する光の波数、kxは入射された光の波数のうちx軸方向の成分、waは第1領域1aの幅、wbは第2領域1bの幅、Λは周期(すなわち、wa+wb)、λは入射された光の波長、βは伝搬定数である。
By the way, for example, when the refractive index difference between the
そして、x=0とx=wbとにおける電場と磁場の境界条件から、電場がx軸に平行なTEモードに対して以下の式(3)が、磁場がx軸に平行なTMモードに対して以下の式(4)が導かれる。
さらに、z軸方向の伝搬定数の境界条件から、式(5)が導かれる。
そして、コア領域1は、入射光がTEモードである場合には、式(3)、(5)、入射光がTMモードである場合には、式(4)、(5)を満たすkaおよびkbの組み合わせを2つ、より好ましくは1つ有するように、na、nb、wa、wbが設定されている。すなわち、コア領域1は、式(3)と(5)、または、式(4)と(5)の少なくとも一方について2つの式を満たすkaおよびkbの組み合わせを2つ、より好ましくは1つ有するように、na、nb、wa、wbが設定されている。このとき、実効屈折率neffは、以下の式(6)で表される。
このように、電場および磁場の境界条件からコア領域1内の伝搬モードが1つになるようにすることにより、コア領域1は一様な媒質とみなすことができ、入射された光はコア領域1を一様な媒質中と同様に伝搬する。また、基本偶モードと基本奇モードとの2つのモードの場合、2つのモードの結合係数は十分小さいため、基本偶モードの伝搬定数のみを考慮すればよく、コア領域1は一様な媒質とみなすことができ、入射された光はコア領域1を一様な媒質中と同様に伝搬する。なお、コア領域1の面方向に対する入射光の入射角が平行からずれていくと、基本偶モードと基本奇モードとの2つのモード間の結合が大きくなるため、コア領域1は一様な媒質とみなすことができなくなることに留意すべきである。したがって、入射光はコア領域1の面方向に平行に入射することが好ましい。以上のように、コア領域1の各パラメータを設定し、所望の屈折率分布を有する光導波路10を実現することができる。
In this way, by setting the propagation mode in the
つぎに、本実施の形態1に係る光導波路10の製造方法について説明する。まず、不図示の基板上に、クラッド領域2の片側となる材料を、たとえばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって積層させる。さらに、その上に、コア領域1aとなる材料を積層させる。
Next, a method for manufacturing the
つぎに、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングにより、コア領域1の第1領域1aを形成する。これは、フォトリソグラフィにおけるフォトレジストを、コア領域1の第1領域1aと同一の形状に形成することで実現する極めて簡単な工程である。さらに、フォトリソグラフィの加工精度は、数10nm〜数100nmの精度であり、光通信で用いる光の波長の1μm程度の長さより1桁以上小さい。したがって、フォトリソグラフィにより、精度よく第1領域1aと第2領域1bとの周期を形成することができる。
Next, the
ここで、コア領域1の第2領域1bは、たとえば空気層であるとする。このとき、コア領域1のクラッド領域2と接していない面に、不図示の基板上に積層されたクラッド領域2の片側となる材料を貼り合わせることにより、図1に示す光導波路10の構造が形成される。これによって、本実施の形態1に係る光導波路10が製造され、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路が実現される。
Here, it is assumed that the
以上のように、本実施の形態1に係る光導波路10は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路である。
As described above, the
つぎに、本実施の形態1に係る光導波路10を用いたスポットサイズ変換器について説明する。図5は、実施の形態1に係る光導波路を用いたスポットサイズ変換器の模式的な斜視図である。図5に示すように、スポットサイズ変換器100は、光導波路10と、光導波路10の光入力部10aに接続された光ファイバ20と、光導波路10の光出力部10bに接続された光導波路30と、光導波路30に接続された光導波路40とを備える。
Next, a spot size converter using the
光導波路10は、光ファイバ20と接続され、光ファイバ20から光を入力される光入力部10aと、光導波路30と接続され、光導波路30へ光を出力する光出力部10bとを備えているが、それ以外は図1の光導波路10と同一の構成であってよい。
The
光ファイバ20は、シングルモードファイバであってよいが、マルチモードファイバであってもよい。
The
光導波路30は、導波方向であるz軸に沿って、幅方向であるx軸方向の幅が小さくなるコア領域31と、コア領域31の周囲に形成されたクラッド領域32とを備える。コア領域31とクラッド領域32とは、それぞれ光導波路10の第1領域1aとクラッド領域2と同一の材料であってよい。
The
光導波路40は、コア領域41と、クラッド領域42とを備える。光導波路40は、たとえばSi細線導波路であってよいが、石英系の材料や各種半導体等からなる光導波路であってもよい。また、図5において、光導波路40を埋め込み型の導波路として図示したが、リッジ型の導波路等、埋め込み型以外の導波路であってもよい。
The
つぎに、本実施の形態1に係る光導波路10を用いたスポットサイズ変換器の動作について説明する。図6は、図5に示すスポットサイズ変換器を光が導波する様子を説明するための図である。図6における曲線は、導波する光のy軸方向の電界分布を表している。ここでは、一例として、光ファイバ20は、モードフィールド径が9μmのシングルモードファイバであり、光導波路40は、1辺が1μmのSi細線導波路であるものとする。
Next, the operation of the spot size converter using the
まず、光ファイバ20から光導波路10へ光l20が入射する。ここで、光l20は、光ファイバ20のモードフィールド径から、9μm程度の電界分布の広がりを有する。したがって、光導波路10の光入力部10aから入射した光l10aも同程度の電界分布の広がりを有する。ここで、光導波路10のコア領域1は、導波方向に沿って実効屈折率が連続的に高くなる。したがって、入射された光は、導波しながらコア領域1内により強く閉じ込められる。つまり、導波する光のy軸方向における電界分布の広がりが小さくなる。そして、光導波路10の光出力部10bから出力する光l10bは、図6のように、y軸方向における電界分布の広がりの小さい光l30として、光導波路30に入力される。さらに、図5に示すようなx軸方向の光の電界分布を小さくするテーパ導波路である光導波路30を経由することで、1辺が1μmのSi細線導波路である光導波路40に低損失で結合することができる。このように、本実施の形態1に係る光導波路10は、スポットサイズ変換器100に適用して好適である。
First, light l20 enters the
なお、本実施の形態1に係る光導波路10は、x軸方向の両側面において、空気層がクラッド層として機能し、x軸方向の光の閉じ込めを実現している。しかしながら、x軸方向の両側面に、たとえばクラッド領域2と同一の材料からなるクラッド層を、さらに形成した構成であってもよい。
In the
以上説明したように、本実施の形態1に係る光導波路10およびスポットサイズ変換器100は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路およびその光導波路を用いたスポットサイズ変換器である。
As described above, the
(変形例1)
つぎに、実施の形態1の変形例1に係る光導波路について説明する。実施の形態1の変形例1に係る光導波路のコア領域以外の構成は、実施の形態1に係る光導波路10と同一の構成であってよい。図7は、実施の形態1の変形例1に係る光導波路のコア領域の模式的な断面図である。図7に示すように、変形例1に係る光導波路のコア領域1Aのうち、第1領域1Aaは、導波方向であるz軸に沿って、1辺の長さL1Aaが大きくなる方形の領域からなる。そして、その方形の領域は、長さL1Aで間隔に配置されている。他方、第1領域1Aa以外の領域が第2領域1Abであり、第2領域1Abは第1領域1Aaより屈折率が小さいものとする。第1領域1Aaにおける方形の領域の間隔である長さL1Aは、入射された光の波長と同程度、または、入射された光の波長より小さいものとする。これによって、式(1)および式(2)、または、式(3)〜式(6)から、コア領域1Aの実効屈折率を求めることができる。このとき、コア領域1Aの実効屈折率は、導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなる。このように、実施の形態1に係る光導波路は、第1領域1Aaと第2領域1Abとが形成する周期が、入射された光の波長と同程度、または、入射された光の波長より小さく、導波方向に沿って実効屈折率が変化していれば、第1領域1Aaと第2領域1Abとのパターンを任意に設定することができる。
(Modification 1)
Next, an optical waveguide according to
このような、第1領域1Aaと第2領域1Abとのパターンを有する光導波路は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて、フォトレジストのパターンのみを変えることにより簡単に製造することができる。 Such an optical waveguide having the pattern of the first region 1Aa and the second region 1Ab is easily manufactured by changing only the pattern of the photoresist using the same method as the manufacturing method of the first embodiment. be able to.
このように、実施の形態1の変形例1に係る光導波路は、第1領域1Aaと第2領域1Abとが、入射された光の波長と同程度の周期、または、入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されている。これにより、コア領域1Aの導波方向であるz軸に沿って、実効屈折率が変化している。したがって、実施の形態1と同様に、実施の形態1の変形例1に係る光導波路は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路である。
Thus, in the optical waveguide according to the first modification of the first embodiment, the first region 1Aa and the second region 1Ab have the same period as the wavelength of the incident light, or the wavelength of the incident light. Arranged to have a smaller period. As a result, the effective refractive index changes along the z-axis that is the waveguide direction of the
(変形例2)
つぎに、実施の形態1の変形例2に係る光導波路について説明する。実施の形態1の変形例2に係る光導波路のコア領域以外の構成は、実施の形態1に係る光導波路10と同一の構成であってよい。図8は、実施の形態1の変形例2に係る光導波路のコア領域の模式的な断面図である。図8に示すように、変形例2に係る光導波路のコア領域1Bのうち、第1領域は、第1領域1Baaと第1領域1Babとを備え、それぞれ導波方向であるz軸に沿って、幅方向であるx軸方向の幅が大きくなるテーパ形状を有する。他方、第2領域1Bbは、導波方向であるz軸に沿って、幅方向であるx軸方向の幅が小さくなるテーパ形状を有する。第1領域1Baa、第1領域1Bab、第2領域1Bbとが形成する周期である長さL1Bは、入射された光の波長と同程度、または、入射された光の波長より小さいものとする。
(Modification 2)
Next, an optical waveguide according to
ここで、第1領域1Baaと第1領域1Babとは互いに屈折率が異なり、第2領域1Bbの屈折率は第1領域1Baaおよび第1領域1Babの屈折率より小さい。これによって、コア領域1Bの実効屈折率は、導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなる。このように、実施の形態1に係る光導波路は、導波方向に沿って実効屈折率が変化していれば、第1領域が、2つ以上の屈折率の異なる領域からなる構成であってもよい。なお、実施の形態1に係る光導波路は、第2領域1Bbが、2つ以上の屈折率の異なる領域からなる構成であってもよい。
Here, the first region 1Baa and the first region 1Bab have different refractive indexes, and the refractive index of the second region 1Bb is smaller than the refractive indexes of the first region 1Baa and the first region 1Bab. As a result, the effective refractive index of the
このような、第1領域である第1領域1Baaおよび第1領域1Babと第2領域1Bbとのパターンを有する光導波路は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて、フォトレジストのパターンのみを変えることにより簡単に製造することができる。 Such an optical waveguide having a pattern of the first region 1Baa and the first region 1Bab and the second region 1Bb, which are the first regions, is obtained by using the same method as the manufacturing method of the first embodiment. It can be easily manufactured by changing only the pattern.
このように、実施の形態1の変形例2に係る光導波路は、第1領域と第2領域1bとが、入射された光の波長と同程度の周期、または、入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されている。これにより、コア領域1Bの導波方向であるz軸に沿って、実効屈折率が変化している。したがって、実施の形態1と同様に、実施の形態1の変形例1に係る光導波路は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路である。
As described above, in the optical waveguide according to the second modification of the first embodiment, the first region and the
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2に係る偏光フィルタについて説明する。図9は、実施の形態2に係る偏光フィルタのy−z面の模式的な側面図である。図9に示すとおり、本実施の形態2に係る偏光フィルタ200は、コア領域201と、クラッド領域202と、光吸収部203とを備える。コア領域201と、クラッド領域202とは、実施の形態1と同一の構成であってよく、コア領域201は、図3と同様にテーパ状の第1領域と第2領域とを備え、コア領域201の実効屈折率は、z軸方向に沿って、連続的に高くなっている。ここで、偏光フィルタ200に入射された光の幅方向であるx軸に平行な偏光をTEモード、偏光フィルタ200に入射された光の厚さ方向であるy軸に平行な偏光をTMモードとする。このとき、コア領域201とクラッド領域202とからなる光導波路は、TEモードの光をTMモードの光より、y軸方向の光の電界分布の広がりが小さくなるように導波する。また、クラッド領域202は、光吸収部203側のクラッド領域202の厚さが、入射された光のTMモードの光の少なくとも一部と光吸収部203とが重なる厚さとされている。
(Embodiment 2)
Next, a polarizing filter according to
光吸収部203は、コア領域201とクラッド領域202とからなる光導波路に入射された光のうち、TMモードの光の少なくとも一部を吸収する。光吸収部203は、たとえば各種半導体や炭素等の材料からなる。それ以外にも、光を吸収する材料であれば、どのような材料でも適用することができる。
The
つぎに、本発明の実施の形態2に係る偏光フィルタの動作について説明する。図10は、図9に示す偏光フィルタをTEモードおよびTMモードの光が導波する様子を説明するための図である。図10に示すように、入射された光のTEモードの光l201aaのy軸方向の電界分布の広がりは、入射された光のTMモードの光l201baのy軸方向の電界分布の広がりより小さい。したがって、光l201aaは、光吸収部203と重ならない、または、重なりが小さいが、光l201baは、光吸収部203と十分に重なっている。
Next, the operation of the polarizing filter according to
まず、図10(a)に示すように、TEモードの光について、光l201aaは、コア領域201とクラッド領域202とからなる光導波路を導波しながら、z軸方向に進むにつれて、コア領域201の実効屈折率が高くなることにより、コア領域201により強く閉じ込められるので、光l201aaより光l201abは、y軸方向の電界分布の広がりが小さくなる。したがって、入射された光のうち、TEモードの光は、光導波路を導波する間に、光吸収部203と重なりがほとんど生じず、ほとんど吸収されない。
First, as shown in FIG. 10A, for the TE mode light, the light l201aa is guided in the optical waveguide composed of the
一方で、図10(b)に示すように、TMモードの光について、光l201baは、コア領域201とクラッド領域202とからなる光導波路を導波しながら、z軸方向に進むにつれて、コア領域201の実効屈折率が高くなることにより、コア領域201により強く閉じ込められるので、光l201baより光l201bbは、y軸方向の電界分布の広がりが小さくなる。しかしながら、光l201baが光吸収部203と重なっているため、少なくとも光が光導波路を導波しながら、y軸方向の電界分布の広がりが十分小さくなるまでは、光吸収部203に吸収され続ける。このとき、吸収が十分大きいと、TMモードの光は全て吸収され、偏光フィルタ200から出射される光はTEモードのみとなる。このように光吸収部203は、TMモードの光をTEモードの光より多く吸収する。したがって、偏光フィルタ200は、偏光フィルタとして機能していることがわかる。
On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), for TM mode light, the light l201ba is guided in the optical waveguide composed of the
なお、光吸収部203側のクラッド領域202の厚さや、光吸収部203の吸収率、偏光フィルタ200の長さ等を調整することにより、光導波路から出射される光にどれだけTMモードの光を残留させるかを調整することが可能である。
By adjusting the thickness of the
また、本実施の形態2においては、コア領域201に平行に光吸収部203を配置したが、コア領域201と直交するy軸方向に平行に光吸収部203を配置してもよい。この場合、入射した光のうち、TMモード光は光吸収部203にほとんど吸収されず、TEモードの光が光吸収部203に吸収される。ただし、TEモードの光が光吸収部203に吸収されすぎないよう、コア領域201と光吸収部203との間であるコア領域201の側面には、クラッド領域202が配置されていることが好ましい。
In the second embodiment, the
このような、偏光フィルタ200は、コア領域201とクラッド領域202とからなる光導波路を、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて製造し、光吸収部203を貼り合わせることで極めて容易に製造することができる。したがって、本実施の形態2に係る偏光フィルタ200は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いた偏光フィルタである。
Such a
(実施の形態3)
つぎに、本発明の実施の形態3に係る光結合器について説明する。図11は、実施の形態3に係る光結合器のy−z面の模式的な側面図である。図11に示すとおり、本実施の形態3に係る光結合器300は、第1コア領域301と、第1コア領域を厚さ方向の両面から挟み込むクラッド層である第1クラッド領域302と、第1クラッド領域302の片面に形成された第2コア領域303と、第2コア領域303の第1コア領域301と対向する面とは反対側の面に形成された第2クラッド領域304とを備える。
(Embodiment 3)
Next, an optical coupler according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 11 is a schematic side view of the yz plane of the optical coupler according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, the
第1コア領域301および第1クラッド領域302が形成する光導波路は、実施の形態1の光導波路10と同一の構成であってよいが、後述する第1コア領域301の実効屈折率の分布が異なる。第2コア領域303は、入射された光を閉じ込めて導波する厚さが略一様な層である。また、第2コア領域303は、第1クラッド領域302より屈折率が高く一様な屈折率を有する。第2クラッド領域304は、第2コア領域303よりも屈折率が低い。
The optical waveguide formed by the
図12は、図11に示す光結合器の第1コア領域の模式的な断面図である。図12に示すように、第1コア領域301は、第1領域301aと、第1領域301aより屈折率の低い第2領域301bとを備える。第1領域301aは、図12の紙面左側からz軸正方向に沿って中央部Sに向かって、幅方向であるx軸方向の幅が小さくなるテーパ形状を有し、さらに、z軸正方向に沿って中央部Sから離れるほど、x軸方向の幅が大きくなるテーパ形状を有する。第2領域301bは、第1領域301aのテーパ形状の間に配置されている。つまり、第1コア領域301は、中央部Sにおいて、最も実効屈折率が低くなるように形成されている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the first core region of the optical coupler shown in FIG. As shown in FIG. 12, the
つぎに、本実施の形態3に係る光結合器300の動作について説明する。まず、第1コア領域301に、図11の紙面左方向から光が入射したとする。入射した光は、z軸方向に沿って第1コア領域301を伝搬する。このとき、伝搬する光の電界分布の広がりは中央部Sに近づくほど大きくなる。電界分布の広がりが大きくなると、電界分布の広がりが第2コア領域303と重なり、入射光は第2コア領域303に結合する。その後、第1コア領域301を伝搬する光は、再度電界分布の広がりが小さくなり、第1コア領域301から出力される。一方、第2コア領域303に結合した光は第2コア領域303から出力される。一方、第2コア領域303に入射された光も、第1コア領域301と第2コア領域303とに分岐して出力される。このように、光結合器300は、1×2の光結合器として機能する。なお、第1コア領域301と第2コア領域303との光の分岐比は、第1コア領域301と第2コア領域303と間のクラッド領域302の厚さや、各層の屈折率、第1コア領域301の屈折率分布等を調整することにより所望の値とすることができる。
Next, the operation of the
このような、第1領域301aと第2領域301bとのパターンを有する光結合器300は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて、フォトレジストのパターンを変えることにより簡単に製造することができる。したがって、実施の形態1と同様に、実施の形態3に係る光結合器300は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いた光結合器である。
Such an
(実施の形態4)
つぎに、本発明の実施の形態4に係る光検出器について説明する。図13は、実施の形態4に係る光検出器のy−z面の模式的な側面図である。図13に示すとおり、本実施の形態4に係る光検出器400は、コア領域401およびクラッド領域402が形成する光導波路と、光導波路の光強度を検出する光検出手段としてのディテクタDと、モニタMとを備える。コア領域401およびクラッド領域402が形成する光導波路は、実施の形態1の光導波路10と同一の構成であってよく、クラッド領域402は、コア領域401より屈折率が低い。また、コア領域401は、導波方向において実効屈折率が極小となる検出部を有する。コア領域401の検出部は中央部Sである。そして、ディテクタDは、検出部である中央部Sに近接して配置される。モニタMは、ディテクタDに接続される。
(Embodiment 4)
Next, a photodetector according to Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic side view of the yz plane of the photodetector according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 13, the
図14は、図13に示す光検出器のコア領域の模式的な断面図である。図14に示すように、コア領域401は、第1領域401aと、第1領域401aより屈折率の低い第2領域401bとを備える。そして、第1コア領域401は、実施の形態3の第1コア領域301と同様に、中央部Sにおいて実効屈折率が最も低くなるようなテーパ形状を有する。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the core region of the photodetector shown in FIG. As shown in FIG. 14, the
ディテクタDは、入力された光の強度に応じた電気信号を出力する機能を備えれば特に限定されないが、たとえばフォトダイオードを備えるものであってよい。モニタMは、ディテクタDから電気信号を入力され、その電気信号を処理してその電気信号に応じた光強度を表示することができるように構成されている。 The detector D is not particularly limited as long as it has a function of outputting an electric signal corresponding to the intensity of the input light, but may include a photodiode, for example. The monitor M is configured to receive an electrical signal from the detector D, process the electrical signal, and display the light intensity corresponding to the electrical signal.
つぎに、本実施の形態4に係る光検出器400の動作について説明する。まず、コア領域401に、図13の紙面左方向から光が入射したとする。入射した光は、z軸方向に沿ってコア領域401を伝搬する。このとき、伝搬する光の電界分布の広がりは中央部Sにおいて最大となる。そして、中央部Sに近接して配置されたディテクタDは伝搬する光の一部を受光し、受光した光の強度に応じた電気信号を出力する。続いて、モニタMに、電気信号が入力されて、これに基づいて光検出器400に入力された光の強度を算出し、表示する。その後、光検出器400は、伝搬する光の電界分布の広がりを小さくし、コア領域401の図13の紙面右方向から光を出力する。なお、伝搬する光のうち、どれだけの光がディテクタDに入力されるかは、クラッド領域402の厚さや、各層の屈折率、コア領域401の屈折率分布等を調整することにより所望の値とすることができる。
Next, the operation of the
このように、光検出器400は、電界分布の広がりが最大となる中央部Sにおいて光検出を行う。その結果、光検出器400は、伝搬する光の一部を精度よくディテクタDに入射させることができる。さらに、ディテクタDに入射した光以外の光は、再度コア領域401に強く閉じ込められて導波する。そのため、光検出器400は、低損失な光検出を実現できる。
Thus, the
このような、第1領域401aと第2領域401bとのパターンを有する光検出器400は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて、フォトレジストのパターンのみを変えることにより簡単に製造することができる。したがって、実施の形態1と同様に、実施の形態4に係る光検出器400は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いた光検出器である。
The
(実施の形態5)
つぎに、本発明の実施の形態5に係る光合分波器について説明する。図15は、実施の形態5に係る光合分波器の模式的な斜視図である。図15に示すとおり、本実施の形態5に係る光合分波器500は、第1領域501aおよび第2領域1bを有するコア領域501と、コア領域501を厚さ方向の両面から挟み込み光共振器を形成する第1反射鏡としてのDBR(Distributed Bragg Reflector)ミラー502と、第2反射鏡としてのDBRミラー503とを備える。そして、コア領域501の一端に光入力用の光ファイバ520が接続されている。図16は、図15に示す光合分波器のy−z面の模式的な側面図である。図17は、図15に示す光合分波器のコア領域の模式的な断面図である。図15〜図17に示すように、コア領域501は、実施の形態1と同一の構成であってよいが、コア領域501は紙面左側ほど実効屈折率が高くされている。
(Embodiment 5)
Next, an optical multiplexer / demultiplexer according to Embodiment 5 of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic perspective view of an optical multiplexer / demultiplexer according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 15, an optical multiplexer /
DBRミラー502は、n型GaAsからなる不図示の基板上に積層された低屈折率層として機能するAl0.9Ga0.1As層と、高屈折率層として機能するGaAs層とを1ペアとする複合半導体層がたとえば数十ペア積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。DBRミラー502の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ/4n(λ:入射する光の波長、n:屈折率)の奇数倍である。たとえば、λが1060nmの場合、Al0.9Ga0.1As層の層厚は約88nmであり、GaAs層の層厚は約76nmである。
The
DBRミラー503は、低屈折率層として機能するSiO2層と、高屈折率層として機能するSiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば数ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されており、DBRミラー502と同様に各層の層厚がλ/4nの奇数倍とされている。
The
そして、DBRミラー502およびDBRミラー503の反射率は、コア領域501の実効屈折率の導波方向に沿った変化率に応じて定められる。例えば、コア領域501の第1領域501aおよび第2領域501bのテーパ角が緩やかな場合は、伝搬中のロスを小さくするため、テーパ角がきつい場合に比べて反射率を高く設計するのが好ましい。
The reflectivities of the
ここで、垂直テーパ導波路は、光合分波器として利用できることが知られている。DBRミラーに挟まれた垂直テーパ導波路のコアが厚い方から薄い方へ向かって光を入射すると、波長に応じてコアの厚さがλ/2neffとなる位置から光の入射方向と垂直な方向に出力される。ただし、λは入射する光の波長、neffはコアの実効屈折率である。 Here, it is known that the vertical taper waveguide can be used as an optical multiplexer / demultiplexer. When light enters the core of the vertical taper waveguide sandwiched between the DBR mirrors from the thicker side to the thinner side, the vertical direction of the light is incident from the position where the core thickness becomes λ / 2n eff according to the wavelength. Output in the direction. Where λ is the wavelength of incident light and n eff is the effective refractive index of the core.
これに対し、本実施の形態5に係る光合分波器500は、垂直テーパ導波路と同様の機能を有する。すなわち、光合分波器500は、実効屈折率をneffとすると、光ファイバ520から入力された光を、波長に応じてコア領域501の実効的な厚さがλ/2neffとなる位置から光の入射方向と垂直な方向に出力する。なお、出力される方向は、DBRミラー502に対してDBRミラー503の屈折率を低くしているため図15における紙面上方となる。
On the other hand, the optical multiplexer /
このような、第1領域501aと第2領域501bとのパターンを有する光合分波器500は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いて、フォトレジストのパターンのみを変えることにより簡単に製造することができる。したがって、実施の形態1と同様に、実施の形態5に係る光光合分波器500は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いた光合分波器であり、特に波長多重合分波器として使用できるものである。
Such an optical multiplexer /
なお、光合分波器500の分波器としての動作を説明したが、光合分波器500は、合波器として動作させることもできる。すなわち、光合分波器500のコア領域501の実効的な厚さがλ/2neffとなる位置に、図15の紙面上方から対応する波長を有する光を入力すると、合波された光が図15の紙面左側から出力される。
Although the operation of the optical multiplexer /
(実施の形態6)
つぎに本発明の実施の形態6に係るレーザ素子について説明する。図18は、実施の形態6に係るレーザ素子の模式的な斜視図である。また、図19は、図18に示すレーザ素子の模式的なy−z断面図である。図18、19に示すとおり、本実施の形態6に係るレーザ素子600は、面発光レーザ600aと、面発光レーザ600aの基板側の面に形成された光導波層600bとからなる。面発光レーザ600aは、光共振器を構成する第1反射鏡602および第2反射鏡612と、第1反射鏡602と第2反射鏡612との間に配置された活性層606と、活性層606に電流を注入する電極であるn側電極604およびp側電極611とを備え、第1反射鏡602側から光を出力する。また、光導波層600bは、面発光レーザ600aの第1反射鏡602側に形成され、第3反射鏡613と、第1反射鏡602と第3反射鏡613との間に形成され、面発光レーザ600aの出力方向と直交する面に平行な導波方向であるz軸に沿って、実効屈折率が変化しているコア領域614とを備える。
(Embodiment 6)
Next, a laser element according to Embodiment 6 of the present invention will be described. FIG. 18 is a schematic perspective view of a laser device according to the sixth embodiment. FIG. 19 is a schematic yz sectional view of the laser element shown in FIG. As shown in FIGS. 18 and 19, a
つぎに、図19に示すように、面発光レーザ600aは、面方位(001)のn型GaAsからなる基板601上に積層された、下部多層膜反射鏡として機能するアンドープの下部DBRミラーである第1反射鏡602、n型コンタクト層603、n側電極604、n型クラッド層605、活性層606、p型クラッド層607、電流狭窄層608、p型スペーサ層609、p型コンタクト層610、p側電極611、および上部反射鏡として機能する上部誘電体DBRミラーである第2反射鏡612を備える。
Next, as shown in FIG. 19, a
p型コンタクト層610およびn型コンタクト層603は、第1反射鏡602と第2反射鏡612との間に配置されている。活性層606は、第1反射鏡602と第2反射鏡612との間に配置されている。電流狭窄層608は、p型コンタクト層610と活性層606との間に配置されている。p型スペーサ層609は、電流狭窄層608とp型コンタクト層610との間に介挿されている。p側電極611はp型コンタクト層610上に形成され、n側電極604はn型コンタクト層603上に形成されている。
The p-
n型クラッド層605からp型コンタクト層610までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストとして形成されている。メサポスト径はたとえば直径30μmである。また、n型コンタクト層603はメサポストの外周側に延設している。また、第1反射鏡602と第2反射鏡612とは光共振器を構成している。
The laminated structure from the n-
第1反射鏡602は、n型GaAsからなる基板601上に積層されたアンドープGaAsバッファ層(不図示)上に形成される。第1反射鏡602は、低屈折率層として機能するAl0.9Ga0.1As層と、高屈折率層として機能するGaAs層とを1ペアとする複合半導体層がたとえば40.5ペア積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。第1反射鏡602の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ/4n(λ:レーザ発振波長、n:屈折率)である。たとえば、λが1.06μmの場合、Al0.9Ga0.1As層の層厚は約88nmであり、GaAs層の層厚は約76nmである。
The first reflecting
n型コンタクト層603およびn型クラッド層605は、n型GaAsを材料として形成される。
The n-
p型クラッド層607は、p型AlGaAsを材料として形成される(たとえば、Al0.3Ga0.7Asが望ましい)。p型スペーサ層609は、p型AlGaAsを材料として形成される。p型コンタクト層610は、p型GaAsを材料として形成される。
The p-
n型クラッド層605、p型クラッド層607、p型スペーサ層609には、キャリア濃度がたとえば1×1018cm−3程度となるようにp型またはn型ドーパントが添加されており、確実にp型またはn型の導電型とされている。また、n型コンタクト層603、p型コンタクト層610のキャリア濃度はたとえばそれぞれ2×1018cm−3、3×1019cm−3程度である。
A p-type or n-type dopant is added to the n-
電流狭窄層608は、電流注入部としての開口部608aと電流狭窄部としての選択酸化層608bとから構成されている。開口部608aはAl1−xGaxAs(0≦x<0.2)からなり、選択酸化層608bは(Al1−xGax)2O3からなる。なお、xはたとえば0.02である。
The
電流狭窄層608は、Al1−xGaxAsからなるAl含有半導体層を選択酸化熱処理することによって形成される。すなわち、選択酸化層608bは、このAl含有半導体層がメサポストの外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化されることで、開口部608aの外周にリング状に形成されている。選択酸化層608bは、絶縁性を有し、p側電極611から注入される電流を狭窄して開口部608a内に集中させることで、開口部608aの直下における活性層606に注入される電流密度を高める機能を有する。開口部608aの開口径はたとえば6μm〜7μmである。電流狭窄層608の厚さはたとえば20nm〜30nmである。これによって、面発光レーザ600aはレーザ光を発振する。
The
活性層606は、井戸層と障壁層とが交互に積層した多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)層の両側を分離閉じ込め(SHC:Separate Confinement Heterostructure)層で挟んだMQW−SCH構造を有する。なお、井戸層は所望の波長の光を放出するように選択される材料からなり、たとえばGaInAs系の半導体材料からなる。障壁層はたとえばGaAsからなる。この活性層606は、p側電極611から注入されて電流狭窄層608によって狭窄された電流により、たとえば1.0μm帯の波長の光を含む自然放出光を発するようにその半導体材料の組成および層厚が設定されている。
The
第2反射鏡612は、低屈折率層として機能するSiO2層と、高屈折率層として機能するSiNx層とを1ペアとする複合誘電体層がたとえば9ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されており、第1反射鏡602と同様に各層の層厚がλ/4nとされている。
The second reflecting
p側電極611は、p型コンタクト層610の外延に沿ってリング状に形成されている。一方、n側電極604は、メサポストの外周側に延設したn型コンタクト層603の延設部分の表面に形成され、メサポストの周囲を取り囲むようにC字状に形成されている。
The p-
光導波層600bは、第3反射鏡613と、第1反射鏡602と第3反射鏡613との間に形成され、面発光レーザ600aの出力方向であるy軸と直交する面に平行な導波方向であるz軸に沿って、実効屈折率が変化しているコア領域614とを備える。
The
第3反射鏡613は、第1反射鏡602と略同一の構成であってよく、n型GaAsからなる基板(不図示)上に積層されたアンドープGaAsバッファ層(不図示)上に形成される。そして、第3反射鏡613は、第1反射鏡602と同様に、低屈折率層として機能するAl0.9Ga0.1As層と、高屈折率層として機能するGaAs層とを1ペアとする複合半導体層がたとえば40.5ペア積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。第3反射鏡613の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ/4nである。
The third reflecting
コア領域614は、実施の形態1と同一の構成であってよく、図3と同様にテーパ状の第1領域と第2領域とからなり、コア領域614の実効屈折率は、z軸方向に沿って、連続的に高くなっている。ただし、コア領域614は、後述する理由によって、面発光レーザ600aの直下領域において、実効的な厚さがλ/2neffとなるように設定されている。ただし、λは面発光レーザ600aの出力するレーザ光の発振波長、neffはコア領域614の実効屈折率である。
The
つぎに、この面発光レーザ600aの動作について説明する。はじめに、面発光レーザ600aの外部の制御器が、p側電極611とn側電極604との間にバイアス電圧および変調電圧信号を印加し電流を注入する。p側のキャリア(ホール)は、p型コンタクト層610では層内を紙面横方向に流れ、その後p型スペーサ層609を通過し、電流狭窄層608の開口部608a内に集中して密度が高められた状態で、活性層606に注入される。一方、n側のキャリア(電子)については、n側電極604からn型コンタクト層603、n型クラッド層605を通過して、活性層606に注入される。
Next, the operation of the
このように、面発光レーザ600aは、p側のキャリアおよびn側のキャリアのいずれもが、DBRミラーを経由しないで活性層に注入される、いわゆるダブルイントラキャビティ構造を有する。
Thus, the
キャリアが注入された活性層606は、自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、活性層606の光増幅作用と光共振器の作用とによって、1.0μm波長帯のいずれかの波長においてレーザ発振する。その結果、この面発光レーザ600aは、第1反射鏡602から変調信号を含むレーザ信号光を出力する。
The
ここで、上述したように垂直テーパ導波路は、光合分波器として利用できることが知られているが、本実施の形態6に係るレーザ素子600は、この垂直テーパ導波路を光合波器(ただし入力光は1つ)として利用している。つまり、面発光レーザ600aの出力するレーザ光の波長をλ、コアの実効屈折率をneffとすると、面発光レーザ600aの出力位置において実効的な厚さがλ/2neffとなるようにコア領域614を形成する。このとき、面発光レーザ600aの出力光を極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、z軸方向に出力することができる。この出力光は、レーザ素子600に光ファイバを接合することで、極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、光ファイバに結合することができる。
Here, as described above, it is known that the vertical taper waveguide can be used as an optical multiplexer / demultiplexer. However, in the
さらに、垂直テーパ導波路を用いると、工程が複雑であり、かつ、精度の高いテーパ構造を作製するのが困難であるため、本実施の形態6に係るレーザ素子600のコア領域614は、実施の形態1の製造方法と同様の方法を用いた、光導波層600bを用いている。これによって、本実施の形態6に係るレーザ素子600は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いたレーザ素子である。
Furthermore, when a vertical taper waveguide is used, the process is complicated and it is difficult to produce a taper structure with high accuracy. Therefore, the
また、光導波層600bは、コア領域614内の実効屈折率neffの分布を比較的任意に制御することができる。すなわち、面発光レーザ600aのレーザ光出力位置に合わせて適切に実効屈折率neffを調整することや、面発光レーザ600aの位置で面発光レーザ600aが出力するレーザ光と光導波層600bとの結合係数が高くなるように、第1領域および第2領域のテーパ角などを調整することができるため、垂直テーパ導波路を用いる場合に比べて制御性が高い。
The
図20は、図18に示すレーザ素子の光導波層を光が導波する様子を説明するための図である。面発光レーザ600aが出力した光lは、第1反射鏡602を通過してコア領域614に入力される。コア領域614は、図20の紙面左から右に向けて、実効屈折率が連続的に高くなっている。このとき、図20に示すように、光lは実効屈折率の差によって徐々に屈折され、コア領域614の右端から出力される。このとき、出力端に光ファイバを接合することにより、面発光レーザ600aの出力光を極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、光ファイバに結合することができる。
FIG. 20 is a diagram for explaining how light is guided through the optical waveguide layer of the laser element shown in FIG. The light l output from the
つぎに、本発明の実施の形態6に係るレーザ素子600の製造方法について説明する。図21は、図18に示すレーザ素子の製造方法を説明するための図である。面発光レーザ600aは公知の面発光レーザの製造方法を用いてよい。ただし、面発光レーザ600aは、第1反射鏡602から出力するものとする。光導波層600bは、不図示の基板およびバッファ層上に第3反射鏡613を積層させ、さらに実施の形態1と同様の工程によりコア領域614を形成することにより製造することができる。そして、面発光レーザ600aの基板601側に光導波層600bを貼り合わせることによって、レーザ素子600が製造される。
Next, a method for manufacturing the
したがって、本実施の形態6に係るレーザ素子600は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いたレーザ素子であって、面発光レーザの出力光を極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、光ファイバに結合することができる。
Therefore, the
(実施の形態7)
つぎに本発明の実施の形態7に係るレーザ素子について説明する。図22は、実施の形態7に係るレーザ素子の模式的な斜視図である。図22に示すとおり、本実施の形態7に係るレーザ素子700は、面発光レーザ700aと、面発光レーザ700aの基板側の面に形成された光導波層700bとからなる。さらに、面発光レーザ700aは、面発光レーザ700a1と面発光レーザ700a2とからなる。
(Embodiment 7)
Next, a laser element according to Embodiment 7 of the present invention will be described. FIG. 22 is a schematic perspective view of a laser device according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 22, the
ここで、面発光レーザ700a1と面発光レーザ700a2とは、それぞれ、互いに異なる波長であるλ1とλ2とでレーザ発振するものとする。このとき、面発光レーザ700a1の直下のコア領域の実効屈折率をneff1、面発光レーザ700a2の直下のコア領域の実効屈折率をneff2とすると、面発光レーザ700a1の直下のコア領域の実効的な厚さがλ1/2neff1、面発光レーザ700a2の直下のコア領域の実効的な厚さがλ2/2neff2である。このとき、実施の形態3と同様に、出力端に光ファイバを接合することにより、面発光レーザ700aの出力光を極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、光ファイバに結合することができる。
Here, it is assumed that the surface-emitting laser 700a1 and the surface-emitting laser 700a2 oscillate at λ 1 and λ 2 that are different wavelengths, respectively. In this case, n eff1 the effective refractive index of the core region directly under the surface emitting laser 700A1, the effective refractive index of the core region directly under the surface emitting laser 700a2 When n eff2, the effective core area immediately below the surface emitting laser 700A1 The actual thickness is λ 1 / 2n eff1 , and the effective thickness of the core region immediately below the surface emitting laser 700a2 is λ 2 / 2n eff2 . At this time, as in the third embodiment, by joining an optical fiber to the output end, the output light of the
このように、本実施の形態7の光導波路を用いて、複数の互いに異なる波長を有する面発光レーザを集積化し、各面発光レーザの発振するレーザ光を波長多重化することができる。なお、多重化する波長の差が小さい場合、面発光レーザを導波方向であるz軸方向に並べて配置することが困難な場合がある。このような場合には、面発光レーザを幅方向であるx軸方向に並べて集積化し、各面発光レーザの出力光を光ファイバに結合した後、カプラ等で合波する、または、各面発光レーザの出力光を光導波路に結合し、Y字状光導波路、または、方向性結合器等で合波することで、波長多重化をすることができる。 As described above, by using the optical waveguide of the seventh embodiment, a plurality of surface emitting lasers having different wavelengths can be integrated, and the laser light oscillated by each surface emitting laser can be wavelength-multiplexed. When the difference in wavelength to be multiplexed is small, it may be difficult to arrange the surface emitting lasers side by side in the z-axis direction that is the waveguide direction. In such a case, the surface emitting lasers are integrated in the x-axis direction, which is the width direction, and the output light of each surface emitting laser is coupled to an optical fiber and then combined by a coupler or the like, or each surface emitting Wavelength multiplexing can be performed by coupling the output light of the laser to the optical waveguide and combining it with a Y-shaped optical waveguide or a directional coupler.
したがって、本実施の形態7に係るレーザ素子700は、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有する光導波路を用いたレーザ素子であって、複数の面発光レーザの出力光を極めて少ない損失で、かつ、小型な構成によって、光ファイバに結合することができる。
Therefore, the
以上、説明したように、本実施の形態によれば、簡易的な工程で製造することができ、かつ、精度が高く、垂直テーパ導波路と同等の機能を有すると該光導波路を用いたスポットサイズ変換器、偏光フィルタ、光結合器、光検出器、光合分波器、および、レーザ素子を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the spot using the optical waveguide can be manufactured by a simple process, has high accuracy, and has the same function as the vertical taper waveguide. A size converter, a polarizing filter, an optical coupler, a photodetector, an optical multiplexer / demultiplexer, and a laser element can be provided.
なお、上記実施の形態では、コア領域において第1領域と第2領域とが形成するパターンとして、サブ波長の周期を有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、コア領域において第1領域と第2領域との配置および形状が、ランダムであってよい。このとき、第1領域と第2領域とが形成するパターンによって、コア領域の単位領域のデューティ比が、導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなっていればよい。すると、式(1)および式(2)または式(3)〜式(6)により、コア領域1の実効屈折率は、導波方向であるz軸に沿って、連続的に高くなり、本発明の効果を得ることができる。
In the above embodiment, an example having a sub-wavelength period is shown as a pattern formed by the first region and the second region in the core region, but the present invention is not limited to this. For example, the arrangement and shape of the first region and the second region in the core region may be random. At this time, it is only necessary that the duty ratio of the unit region of the core region is continuously increased along the z-axis that is the waveguide direction by the pattern formed by the first region and the second region. Then, the effective refractive index of the
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、変形例1、または、変形例2のコア領域を、他の実施の形態に適用してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. For example, you may apply the core area | region of the
1、1A、1B、31、41、201、401、501、614 コア領域
1a、1Aa、1Baa、1Bab、1Ba、301a、401a、501a 第1領域
1b、1Ab、1Bb、301b、401b、501b 第2領域
2、32、42、202、303、402 クラッド領域
10、30、40 光導波路
10a 光入力部
10b 光出力部
20、520 光ファイバ
100 スポットサイズ変換器
200 偏光フィルタ
203 光吸収部
300 光結合器
301 第1コア領域
302 第1クラッド領域
303 第2コア領域
304 第2クラッド領域
400 光検出器
500 光合分波器
502、503 DBRミラー
600、700 レーザ素子
600a、700a、700a1、700a2 面発光レーザ
600b、700b 光導波層
601 基板
602 第1反射鏡
603 n型コンタクト層
604 n側電極
605 n型クラッド層
606 活性層
607 p型クラッド層
608 電流狭窄層
608a 開口部
608b 選択酸化層
609 p型スペーサ層
610 p型コンタクト層
611 p側電極
612 第2反射鏡
613 第3反射鏡
D ディテクタ
L1、L1A、L1Aa、L1B 長さ
l、l10a、l10b、l20、l30、l201aa、l201ab、l201ba、l201bb 光
M モニタ
S 中央部
1, 1A, 1B, 31, 41, 201, 401, 501, 614
Claims (15)
前記コア領域を前記厚さ方向の両面から挟み込むクラッド領域と、を備え、
前記コア領域は、前記コア領域の導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化しており、
前記コア領域の前記実効屈折率は、少なくとも、前記クラッド領域の屈折率より高いことを特徴とする光導波路。 A core region having a substantially uniform thickness for confining and guiding incident light;
A clad region sandwiching the core region from both sides in the thickness direction,
The core region has an effective refractive index continuously changing along the waveguide direction of the core region,
The optical waveguide characterized in that the effective refractive index of the core region is at least higher than the refractive index of the cladding region.
前記第1領域と前記第2領域とが、前記入射された光の波長と同程度の周期、または、前記入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。 The core region includes at least a first region and a second region having a refractive index lower than that of the first region,
The first region and the second region are disposed so as to have a period of the same order as the wavelength of the incident light or a period smaller than the wavelength of the incident light. The optical waveguide according to claim 1.
前記第1領域の屈折率をna、前記第2領域の屈折率をnb、前記第1領域を伝搬する光の波数をka、前記第2領域を伝搬する光の波数をkb、入射された光の波数のうち前記コア領域の導波方向および前記厚さ方向と直交する方向の成分をkx、前記第1領域の幅をwa、前記第2領域の幅をwb、周期をΛ、入射された光の波長をλ、伝搬定数をβとすると、前記コア領域は、式(A)と(C)、または、式(B)と(C)の少なくとも一方について2つの式を満たすkaおよびkbの組み合わせを1つまたは2つ有するように、na、nb、wa、wbが設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
Wherein the refractive index of the first region n a, wherein a refractive index n b of the second region, wherein the wave number of the light k a propagating a first region, wave number k b of the light propagating through the second region, Of the wave number of incident light, the component in the direction orthogonal to the waveguide direction and the thickness direction of the core region is k x , the width of the first region is w a , and the width of the second region is w b , When the period is Λ, the wavelength of incident light is λ, and the propagation constant is β, the core region is divided into two in at least one of formulas (A) and (C) or formulas (B) and (C). the combination of k a and k b satisfies equation as one or with two, n a, n b, an optical waveguide according to claim 1, characterized in that w a, w b is set.
前記第2領域は、前記導波方向に沿って、前記幅方向の幅が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載の光導波路。 The first region has a tapered shape in which a width in a width direction perpendicular to the thickness direction is increased along the waveguide direction;
5. The optical waveguide according to claim 2, wherein the second region has a tapered shape in which the width in the width direction decreases along the waveguide direction. 6.
光を入力される光入力部と、
光を出力する光出力部と、を備え、
前記光導波路は、前記光入力部から入力された光のスポットサイズを変換し、前記光出力部から出力することを特徴とするスポットサイズ変換器。 An optical waveguide according to any one of claims 1 to 5,
A light input section for receiving light; and
A light output unit for outputting light,
The spot size converter, wherein the optical waveguide converts a spot size of light input from the light input unit and outputs the spot size from the light output unit.
前記光導波路に入射された光のうち、前記厚さ方向に平行な偏光であるTMモードの光の少なくとも一部を吸収する光吸収部と、を備え、
前記光導波路は、前記入射された光の前記TMモードに直交するTEモードの光を前記TMモードの光より、前記厚さ方向の光の電界分布の広がりが小さくなるように導波し、
前記クラッド領域は、前記光吸収部側の前記クラッド領域の厚さが、前記入射された光のTMモードの光の少なくとも一部と前記光吸収部とが重なる厚さであり、
前記光吸収部は、前記TMモードの光を前記TEモードの光より多く吸収することを特徴とする偏光フィルタ。 An optical waveguide according to any one of claims 1 to 5,
A light absorbing portion that absorbs at least a part of TM mode light that is polarized light parallel to the thickness direction of the light incident on the optical waveguide;
The optical waveguide guides the TE mode light orthogonal to the TM mode of the incident light so that the spread of the electric field distribution of the light in the thickness direction is smaller than that of the TM mode light,
In the cladding region, the thickness of the cladding region on the light absorption part side is such that at least a part of the TM mode light of the incident light overlaps the light absorption part,
The polarization filter, wherein the light absorption unit absorbs more TM mode light than TE mode light.
前記光導波路の片面に形成され、入射された光を閉じ込めて導波する、厚さが略一様であり、前記クラッド層より屈折率が高い第2コア領域と、
前記第2コア領域の前記光導波路と対向する面とは反対側の面に形成され、前記第2コア領域より屈折率が低い第2クラッド領域と、
を備えることを特徴とする光結合器。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 3,
A second core region formed on one side of the optical waveguide, confining and guiding incident light, having a substantially uniform thickness and a higher refractive index than the cladding layer;
A second cladding region formed on a surface opposite to the surface facing the optical waveguide of the second core region, and having a refractive index lower than that of the second core region;
An optical coupler comprising:
前記光導波路の光強度を検出する光検出手段と、を備え、
前記コア領域は、前記導波方向において前記実効屈折率が極小となる検出部を有し、
前記光検出手段は、前記検出部に近接して配置されることを特徴とする光検出器。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 3,
A light detecting means for detecting the light intensity of the optical waveguide,
The core region has a detection unit in which the effective refractive index is minimal in the waveguide direction,
The photodetector according to claim 1, wherein the photodetector is disposed in proximity to the detector.
前記コア領域を前記厚さ方向の両面から挟み込み光共振器を形成する第1反射鏡および第2反射鏡と、を備え、
前記コア領域は、前記コア領域の導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化していることを特徴とする光合分波器。 A core region having a substantially uniform thickness for confining and guiding incident light;
A first reflecting mirror and a second reflecting mirror that sandwich the core region from both sides in the thickness direction to form an optical resonator;
The optical multiplexer / demultiplexer, wherein the effective refractive index of the core region continuously changes along the waveguide direction of the core region.
該面発光レーザの前記第1反射鏡側に形成された光導波層と、を備え、
前記光導波層は、第3反射鏡と、前記第1反射鏡と前記第3反射鏡との間に形成され、前記面発光レーザから出力された光を閉じ込めて導波する厚さが略一様なコア領域とを備え、
前記コア領域は、前記面発光レーザの出力方向と直交する面に平行な導波方向に沿って、実効屈折率が連続的に変化していることを特徴とするレーザ素子。 A first reflecting mirror and a second reflecting mirror constituting an optical resonator, an active layer disposed between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, an electrode for injecting a current into the active layer, A surface emitting laser that outputs light from the first reflector side;
An optical waveguide layer formed on the first reflecting mirror side of the surface emitting laser,
The optical waveguide layer is formed between the third reflecting mirror, the first reflecting mirror, and the third reflecting mirror, and has a thickness of confining and guiding the light output from the surface emitting laser. With various core areas,
The laser element, wherein the effective refractive index of the core region continuously changes along a waveguide direction parallel to a plane orthogonal to the output direction of the surface emitting laser.
前記第1領域と前記第2領域とが、前記面発光レーザから出力され前記コア領域に入射された光の波長と同程度の周期、または、前記面発光レーザから出力され前記コア領域に入射された光の波長より小さい周期を有するように配置されていることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1つに記載のレーザ素子。 The core region includes a first region and a second region having a lower refractive index than the first region,
The first region and the second region have the same period as the wavelength of light output from the surface emitting laser and incident on the core region, or output from the surface emitting laser and incident on the core region. The laser device according to claim 11, wherein the laser device is arranged so as to have a period smaller than the wavelength of the light.
前記第2領域は、前記導波方向に沿って、前記幅方向の幅が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項14に記載のレーザ素子。 The first region has a tapered shape in which a width in a width direction perpendicular to the thickness direction is increased along the waveguide direction;
The laser device according to claim 14, wherein the second region has a tapered shape in which the width in the width direction decreases along the waveguide direction.
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