JP5588794B2 - Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device - Google Patents
Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5588794B2 JP5588794B2 JP2010189837A JP2010189837A JP5588794B2 JP 5588794 B2 JP5588794 B2 JP 5588794B2 JP 2010189837 A JP2010189837 A JP 2010189837A JP 2010189837 A JP2010189837 A JP 2010189837A JP 5588794 B2 JP5588794 B2 JP 5588794B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- core
- grating
- substrate
- type optical
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は、グレーティング構造を有する基板型光導波路デバイスに関する。 The present invention relates to a substrate type optical waveguide device having a grating structure.
近年、光ファイバ通信システムの発展、特にエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)と高密度波長多重通信システム(DWDM)の発明により、光ファイバ通信網で伝送される情報量が急速に増大している。さらなる需要の増加に備え、多重する波長数の増加や周波数利用効率の高い変調方式などについて研究開発がすすめられている。これらシステムでは、例えば、従来用いられている分散補償光ファイバモジュールよりもさらに精密に各チャネルの波長分散及び分散スロープを補償する光分散補償器など、より高度な機能を有する光部品が必要とされる。また、光伝送路の分散特性の時間変化や経路変更に対応し得る可変光分散補償器や、偏波モード分散の補償を動的に行う偏波モード分散補償器などの研究開発も行われている。 In recent years, with the development of optical fiber communication systems, particularly the invention of erbium-doped optical fiber amplifiers (EDFA) and dense wavelength division multiplexing communication systems (DWDM), the amount of information transmitted in optical fiber communication networks has increased rapidly. In preparation for further increase in demand, research and development are underway for increasing the number of wavelengths to be multiplexed and modulation systems with high frequency utilization efficiency. These systems require optical components with more advanced functions such as an optical dispersion compensator that compensates for chromatic dispersion and dispersion slope of each channel more precisely than conventionally used dispersion compensating optical fiber modules. The In addition, research and development has been conducted on variable optical dispersion compensators that can cope with temporal changes and path changes in the dispersion characteristics of optical transmission lines, and polarization mode dispersion compensators that dynamically compensate for polarization mode dispersion. Yes.
一方、情報通信システムの規模及び設置数量の急速な拡大に伴って、コンピューターシステムやハイエンドルータなどの消費する膨大な電力が経済性のみならず環境影響の観点からも問題視されるようになりつつあり、省電力化し環境負荷を低減するグリーンICT(Information and Communication Technology)が必要とされている。ルータ等各種伝送装置を小型化することが出来れば、データセンターや通信キャリア局舎への装置収容効率が改善され、空間利用効率が良くなるばかりでなく、当該データセンターあるいは局舎のエアコン電力を大きく削減することが可能となり、省エネに貢献する。よって、各種光伝送装置に用いられる光部品についても、省電力化と小型化とが求められている。 On the other hand, with the rapid expansion of the size and number of installed information communication systems, the enormous amount of power consumed by computer systems and high-end routers is becoming a problem not only from an economic perspective but also from the perspective of environmental impact. There is a need for Green ICT (Information and Communication Technology) that saves power and reduces environmental impact. If various transmission devices such as routers can be miniaturized, the efficiency of housing the equipment in the data center or communication carrier station will be improved and the space utilization efficiency will be improved, and the air conditioning power of the data center or station will be improved. It can be greatly reduced, contributing to energy saving. Therefore, power saving and downsizing are also required for optical components used in various optical transmission apparatuses.
小型かつ高機能の光部品を製造する技術として、CMOS製造工程を利用し光導波路デバイスを製造するシリコンフォトニクス技術が脚光を浴び、研究開発が進められつつある。シリコン(Si)あるいは窒化ケイ素(Si3N4)といった高屈折率材料を用いて光導波路を構成することにより、従来の各種シリカ(SiO2)系ガラスをコア及びクラッドの主たる構成材料とする光導波路デバイスを小型化することが可能となる。また、Siに不純物元素をドープすることにより半導体材料とすることで、外部から電圧を印加し屈折率を調整することが可能となり、光学特性可変デバイスを実現することが出来る。大規模な量産に向いた製造工程であることから、将来光部品の低価格化が期待出来る。 As a technique for manufacturing a small and high-performance optical component, silicon photonics technology for manufacturing an optical waveguide device using a CMOS manufacturing process has been spotlighted and research and development are being promoted. An optical waveguide is formed using a high refractive index material such as silicon (Si) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), so that various conventional silica (SiO 2 ) -based glasses are used as the main constituent materials of the core and the clad. The waveguide device can be miniaturized. Further, by using Si as a semiconductor material by doping an impurity element, it is possible to adjust the refractive index by applying a voltage from the outside, and a variable optical property device can be realized. Since the manufacturing process is suitable for large-scale mass production, the price of optical components can be expected to be reduced in the future.
従来、ブラッググレーティングパターンを有する基板型光導波路デバイスとして、図25に示すように、光導波路200の側壁に設けた凸部201及び凹部202のピッチPGが一定な等ピッチ型のグレーティング構造や、図26に示すように、光導波路300の側壁に設けた凸部301及び凹部302のピッチがPG i>PG j>PG k>PG l>PG m>PG nというように徐々に変化するチャープピッチ型のグレーティング構造が知られている。
Conventionally, a planar optical waveguide device having a Bragg grating pattern, as shown in FIG. 25, and the pitch P G is a grating structure constant equal pitch type of the
特許文献1には、基板型光導波路デバイスではなく光ファイバブラッググレーティングの事例であるが、光導波路中に、ある一つの周期を有するブラッググレーティングが形成され、このブラッググレーティングと重なるように光導波路中にサンプリング構造が形成され、複数の波長チャネルで波長分散補償を行う波長分散補償素子が開示されている。前記サンプリング構造は、ブラッググレーティングの周期よりも長い、ある一つの周期で位相サンプリングしたパターンで構成される。位相サンプリングの各周期は、光導波路の光軸に沿った方向で複数の空間領域に分割され、隣接する空間領域が互いに接した境界ではブラッググレーティングの位相が不連続に変化する。特許文献1のFIG.1Aから1Dに示されているように、一つの空間領域内では、位相の不連続な変化は無い。
また、非特許文献1は、特許文献1の発明者らによる学術論文であり、特許文献1を補完する技術情報が開示されている。まず、中心波長において単一のチャネルのブラッググレーティングパターンを特許文献1の知見を用いて設計する。グレーティングパターンは、所望の反射及び波長分散のスペクトル特性から逆散乱法により導出される。ただし、光ファイバブラッググレーティングではグレーティングパターンを作製するために屈折率を変化させることが可能な範囲に限界があるため、その限界を超えないように上記スペクトル特性を逆フーリエ変換してアポダイズ(apodize)するという操作を加える。以上により、ブラッググレーティングのピッチは位置とともに連続的に変化するパターンが得られる。その後、複数チャネルのブラッググレーティングパターンを位相サンプリングにより設計する。光ファイバブラッググレーティングでは屈折率の変化範囲に制限があるため、位相サンプリングが有効としている。
Non-Patent
特許文献2に、本願発明の発明者の一部が、逆散乱問題を解いて基板型光導波路デバイスを設計し製作することにより、光分散補償器などの複雑な光学特性を有するデバイスを実現できることを開示している。
In
光導波路に対して材料の光学特性を外部制御する例としては、温度を用いたものや、キャリアプラズマ効果を用いたものが知られている。
特許文献3では、シリコン導波路に対して電圧印加による、キャリアプラズマ効果による光学特性変化を利用したデバイスについて開示されている。
また、特許文献4には、石英ガラスからなる導波路に温度変化を利用したデバイスが開示されている。
一方、構造に着目すると、グレーティング構造に対して光学特性の可変機構を付与した例としては、特許文献5に、ファイバブラッググレーティングにより形成した、チャープピッチ型のグレーティング素子に、分割したヒータを利用した例が開示されている。
As examples of externally controlling the optical characteristics of the material with respect to the optical waveguide, those using temperature and those using the carrier plasma effect are known.
On the other hand, paying attention to the structure, as an example in which a variable mechanism for optical characteristics is given to the grating structure, a split heater is used for a chirped pitch type grating element formed by fiber Bragg grating in
従来、シリコンフォトニクス技術を利用した光ファイバ通信システム用光部品として、変調器や受発光素子の他、フォトニック結晶光導波路、シリコン細線光導波路、AWGなどの各種光受動部品が研究されている。一部ではトランシーバーモジュールの商品化の動きも見られるが、依然としてシリコンフォトニクス技術の研究はその黎明期にあり、研究の多くは電子線(EB)直接描画装置によるフォトリソ工程を利用して実施されており、フォトマスクを用いたフォトリソ工程については未だ十分に知見が蓄積された状態とはなっていない。初期の比屈折率差(通称Δ)が0.3%程度のシリカガラス系基板型光導波路の製造においては、光導波路のコア幅も7μm程度と十分に太く、等倍投影のフォトマスクが用いられていた。シリコンフォトニクス技術で用いられるような高比屈折率差光導波路では、信号光が感受する実効屈折率が高くなることから、シングルモード光導波路のコア寸法はその数分の一から数十分の一となり、またフォトニック結晶光導波路やグレーティング光導波路の周期構造の間隔も大変に小さいものとなる。よって、より微細なプロセス技術が要求される。 Conventionally, various optical passive components such as a photonic crystal optical waveguide, a silicon fine wire optical waveguide, and an AWG have been studied as an optical component for an optical fiber communication system using silicon photonics technology, in addition to a modulator and a light receiving and emitting element. While some transceiver modules have been commercialized, research on silicon photonics technology is still in its infancy, and most of the research has been carried out using a photolithographic process using an electron beam (EB) direct lithography system. As for the photolithography process using a photomask, knowledge has not yet been accumulated. In the manufacture of a silica glass-based optical waveguide with an initial relative refractive index difference (commonly known as Δ) of about 0.3%, the core width of the optical waveguide is sufficiently thick at about 7 μm, and a photomask with an equal magnification projection is used. It was done. In a high relative refractive index difference optical waveguide used in silicon photonics technology, the effective refractive index perceived by signal light is high, so the core size of a single mode optical waveguide is one-tenth to several tenths. In addition, the interval between the periodic structures of the photonic crystal optical waveguide and the grating optical waveguide is very small. Therefore, a finer process technology is required.
一方で、DRAMやCPUなどの電子回路要素を集積化したLSIとは異なり、光導波路デバイスでは光導波路コアの厚さあるいはクラッドなどその周辺構造の掲載に十分な厚さあるいは深さを必要とするため、必ずしも最先端の微細なプロセスが適用可能であるとは限らず、厚膜レジスト塗布が必要になるなど、旧世代のテクノロジーノードを用いる必要がある場合が少なくない。また、DRAMやCPUなどと比較して需要数量の桁違いに少ない光ファイバ通信システム用光部品では、12インチウエハを用いて大量生産する新世代のプロセスの利用が必ずしもコスト低減に直結するとは限らず、6インチウエハあるいは8インチウエハを用いて旧世代のプロセスで適量製造することがコストダウンとなる場合が多い。例えば、非特許文献2などには、130nmテクノロジーノードを用いて製造された光ファイバ通信システム用シリコンフォトニクス光導波路デバイスが開示されている。130nmテクノロジーノードとは、例えば、波長248nmのステッパー露光装置(scanner)を用い、位相シフトマスクを用いて解像度の向上をはかったプロセスである。
On the other hand, unlike LSIs in which electronic circuit elements such as DRAMs and CPUs are integrated, optical waveguide devices require a sufficient thickness or depth to display the peripheral structure such as the thickness of the optical waveguide core or cladding. Therefore, it is not always possible to apply the most advanced fine process, and there are many cases where it is necessary to use an older generation technology node, such as the need for thick film resist coating. In addition, in optical components for optical fiber communication systems, which have orders of magnitude less demand than DRAMs and CPUs, the use of a new generation of processes that are mass-produced using 12-inch wafers does not always lead directly to cost reduction. In many cases, the production of an appropriate amount using a 6-inch wafer or an 8-inch wafer by an old generation process results in cost reduction. For example, Non-Patent
従来公知の等ピッチ型グレーティング構造やチャープピッチグレーティング構造では、基板型光導波路デバイスの光学特性として複数チャネルの波長分散と分散スロープを同時に補償する光分散補償特性のような高度な機能性を付与することは出来ない。また、シリコンフォトニクス技術を用いて該デバイスを製作する場合、チャープピッチ型のように徐々に寸法の変化する構造は各寸法の加工精度を管理することが容易ではなく、より工程管理の容易な構造が要望される。 Conventionally known equal-pitch grating structures and chirped pitch grating structures provide advanced functionality such as optical dispersion compensation characteristics that simultaneously compensate for chromatic dispersion and dispersion slope of multiple channels as optical characteristics of substrate-type optical waveguide devices. I can't do that. In addition, when manufacturing the device using silicon photonics technology, a structure with gradually changing dimensions, such as a chirped pitch type, is not easy to manage the processing accuracy of each dimension, and a structure with easier process management. Is required.
特許文献1や非特許文献1に記載の位相サンプリングパターンによるサンプルドFBGは、FBGのような実効屈折率振幅の比較的小さい光導波路でも多チャネル型の光分散補償器を実現することが出来る一方、素子長を短縮し小型化するという目的には適さない。
特許文献2には、該特許に開示したような基板型光導波路デバイスではコアパターンの寸法変化が微細に過ぎ、通常のプロセスではなくX線リソグラフィを用いたLIGA(リーガ)プロセスなど特別な工程が必要となる可能性が示唆されている。
The sampled FBG based on the phase sampling pattern described in
In
したがって、本発明は、高度な機能性を達成しつつ、長さを短縮し小型化することも可能な基板型光導波路デバイスを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate-type optical waveguide device that can achieve a high degree of functionality, and can be shortened and miniaturized.
請求項1に係る発明は、光導波路のコアの側壁のうち、前記側壁の高さの一部のみに、水平方向のコア幅の広い凸部とコア幅の狭い凹部とを交互に有するブラッググレーティングパターン構造が、エッチング工程によって形成され、前記ブラッググレーティングパターン構造におけるコア幅の最大値が、前記側壁の前記ブラッググレーティングパターン構造が形成されていない高さにおけるコア幅よりも大きい、ことを特徴とする基板型光導波路素子である。
請求項2に係る発明は、光導波路のコアの側壁のうち、前記側壁の高さの一部のみに、水平方向のコア幅の広い凸部とコア幅の狭い凹部とを交互に有する第1のブラッググレーティングパターン構造が、エッチング工程によって形成され、前記コアの上面および/または底面に第2のブラッググレーティングパターン構造が位置し、かつこれら2つのブラッググレーティングパターン構造が光の導波方向に沿って並列した領域に形成される、ことを特徴とする基板型光導波路素子である。
請求項3に係る発明は、前記第2のブラッググレーティングパターン構造は、前記コアの幅方向中央かつ垂直方向上部に形成された突起状の構造および/または溝状の構造からなることを特徴とする請求項2に記載の基板型光導波路素子である。
請求項4に係る発明は、光導波路のコアが、リブ構造からなる内側コアと、前記内側コアの上側において前記リブ構造の凸部の三方向を被覆する外側コアとからなり、前記外側コアは、前記内側コアの平均屈折率よりも屈折率が低い材料からなり、前記ブラッググレーティングパターン構造が前記外側コアに設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の基板型光導波路素子である。
請求項5に係る発明は、前記内側コアは、その幅方向の中央に、光の導波方向に沿って内側コアよりも屈折率が低い材料からなるギャップ部と、前記ギャップ部により分離された二つの領域を備え、単一のモードが前記二つの領域にまたがって伝搬されるシングルモード光導波路を構成していることを特徴とする請求項4に記載の基板型光導波路素子である。
請求項6に係る発明は、前記ブラッググレーティングパターン構造は、コア幅方向のフィンの長さが導波路の長手方向に沿って不均一であり、導波路の長手方向に沿ったピッチが複数の離散値をとり、すべての離散値のうちで出現頻度が最も多い値をPとし、導波路の長手方向に沿う座標zの離散化刻みをΔPとするとき、各ピッチは、P±NΔP(ただし、Nは整数)として表すことが可能であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の基板型光導波路素子である。
請求項7に係る発明は、前記コアは、半導体材料からなり、光の進行方向に垂直な面における水平方向にP型とN型とに分かれて構成され、おのおのの領域が電極に接続されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の基板型光導波路素子である。
請求項8に係る発明は、複数の波長チャンネルに対して、信号光が光導波路に入射してから反射するまでに前記光導波路を伝搬する距離が波長に応じて異なることにより、光伝送路における波長分散および分散スロープを補償する波長分散補償素子であって、前記波長分散補償素子が、請求項1〜7のいずれかに記載の基板型光導波路素子からなることを特徴とする波長分散補償素子である。
請求項9に係る発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の基板型光導波路素子の製造方法であって、前記側壁の高さの一部のみに設けられるブラッググレーティングパターン構造を、エッチング工程によって形成することを特徴とする、基板型光導波路素子の製造方法である。
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, there is provided a first structure in which a convex portion having a large core width in the horizontal direction and a concave portion having a narrow core width are alternately provided only in a part of the height of the side wall of the core of the optical waveguide. The Bragg grating pattern structure is formed by an etching process, the second Bragg grating pattern structure is located on the top surface and / or the bottom surface of the core, and the two Bragg grating pattern structures are arranged along the light guiding direction. are formed in parallel regions, a board-type optical waveguide device you wherein a.
The invention according to
In the invention according to
According to a fifth aspect of the present invention, the inner core is separated by a gap portion made of a material having a refractive index lower than that of the inner core along the light guiding direction at the center in the width direction, and the gap portion. 5. The substrate-type optical waveguide device according to
In the invention according to
According to a seventh aspect of the invention, the core is made of a semiconductor material and is divided into a P type and an N type in a horizontal direction on a plane perpendicular to the light traveling direction, and each region is connected to an electrode. The substrate-type optical waveguide device according to
In the optical transmission line according to the eighth aspect of the present invention, the distance that the signal light propagates through the optical waveguide from when it enters the optical waveguide to when it is reflected differs depending on the wavelength for a plurality of wavelength channels. A chromatic dispersion compensating element for compensating chromatic dispersion and a dispersion slope, wherein the chromatic dispersion compensating element comprises the substrate type optical waveguide element according to
The invention according to claim 9 is the method for manufacturing a substrate type optical waveguide device according to any one of
Zakharov−Shabat方程式を用いて逆散乱問題を解くことによりグレーティング光導波路を設計したので、多数のDWDMチャネルを一括して光ファイバ伝送路の群遅延分散と分散スロープを同時に補償する光分散補償器のような複雑な機能の光学特性を有する基板型光導波路デバイスを短い導波路長で小型に構成することが可能となった。
CMOS製造工程を利用したシリコンフォトニクス技術によりこれを製造出来るようにしたので、大規模な量産が可能となり、将来の低価格化が期待出来ることとなった。また、高比屈折率差光導波路構造の採用により小型のデバイスとすることが出来た。
Zakharov−Shabat方程式を用いて逆散乱問題を解くことによりグレーティング光導波路を設計した結果、該グレーティング光導波路はグレーティングフィン長さが不均一でありピッチがある複数の離散値となるようなものとなっているが、このピッチがある複数の離散値をとるということにより、チャープ型と異なり工程管理が容易となった。
Since the grating optical waveguide was designed by solving the inverse scattering problem using the Zakharov-Shabat equation, an optical dispersion compensator that simultaneously compensates the group delay dispersion and dispersion slope of the optical fiber transmission line for a large number of DWDM channels at once. A substrate-type optical waveguide device having such complicated optical characteristics can be made compact with a short waveguide length.
Since this can be manufactured by silicon photonics technology using a CMOS manufacturing process, large-scale mass production is possible, and future price reduction can be expected. In addition, the adoption of a high relative refractive index difference optical waveguide structure enabled a small device.
As a result of designing a grating optical waveguide by solving the inverse scattering problem using the Zakharov-Shabat equation, the grating optical waveguide is such that the grating fin length is non-uniform and the pitch becomes a plurality of discrete values with a pitch. However, since this pitch takes a plurality of discrete values, the process management becomes easy unlike the chirp type.
請求項1の発明によれば、ブラッググレーティングの高さを導波路コア高さの一部とすることで、製造時のエッチング工程で必要なエッチング深さが減少し、工程管理が容易となる。
また、ブラッググレーティングの高さを導波路コア高さの一部とすることで、導波路側壁の垂直からのずれにより発生する、導波路上部と下部の寸法差を低減することが可能となる。
また、ブラッググレーティングの高さを導波路コア高さの一部とすることで、側面荒れによる、設計上意図しない散乱による損失を低減したデバイスを作成することが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, by making the height of the Bragg grating a part of the height of the waveguide core, the etching depth required in the etching process at the time of manufacture is reduced, and process management becomes easy.
Further, by making the height of the Bragg grating a part of the height of the waveguide core, it is possible to reduce the dimensional difference between the upper and lower portions of the waveguide, which is caused by the deviation of the waveguide sidewall from the vertical.
Further, by setting the height of the Bragg grating as a part of the height of the waveguide core, it is possible to create a device in which the loss due to scattering that is not intended in design due to side surface roughness is reduced.
請求項2の発明によれば、ブラッググレーティングパターンを有する基板形光導波路素子において、光学特性の偏光依存性を低減することができる。
請求項3の発明によれば、コア上部のグレーティングパターンをさらに容易に実現することができる。
請求項4の発明によれば、高屈折率材料からなるコアとクラッドの2種類のみからなる従来の高屈折率差埋め込み型光導波路と比較して、高屈折率材料からなる内側コアへの光の閉じ込めが弱くなるため、製造プロセスにおいて生じる不可避の内側コア側壁の荒れが光学特性に与える影響(散乱損失)を抑制することができる。
請求項5の発明によれば、基本モードのモードフィールド系が広がるため、製造プロセスにおいて生じる不可避の内側コア側壁の荒れが光学特性に与える影響(散乱損失)を抑制することができる。
請求項6の発明によれば、グレーティングの局所周期(ピッチ)がある複数の離散値をとることにより、チャープ型と異なり工程管理が容易となる。
請求項7の発明によれば、光導波路コアの一部に半導体材料を用い、電圧印加により屈折率を調整可能としたことで、光学特性を動的に可変可能な光デバイスを実現することができる。
請求項8の発明によれば、複数のチャンネルの波長分散および分散スロープを一括補償する小型の波長分散補償素子を実現し、かつその偏光依存性を低減することができる。
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of claim 7, by using a semiconductor material for a part of the optical waveguide core and making the refractive index adjustable by applying a voltage, it is possible to realize an optical device whose optical characteristics can be dynamically changed. it can.
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to realize a small chromatic dispersion compensating element that collectively compensates the chromatic dispersion and dispersion slope of a plurality of channels, and to reduce the polarization dependency thereof.
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
上記課題を解決するために、本発明者らは、Zakharov−Shabat方程式を用いて逆散乱問題を解くことにより所望の光学特性を実現するポテンシャル分布を算出し、このポテンシャル分布を実現するグレーティング構造を有する基板型光導波路素子を設計し、これをシリコンフォトニクス技術により製造可能とする工程を新たに開発した。
また、グレーティングパターンの加工の際に、不可避の側壁荒れが生じるという課題に対して、グレーティング高さの低減により、側壁荒れを低減できるプロセスが適用可能なデバイスを設計した。
本発明は、光ファイバ通信システムに用いる受動基板型光導波路部品を、CMOSデバイス製造技術を用いて製造するシリコンフォトニクス技術に関するものであり、グレーティング構造を有する基板型光導波路デバイス素子を提供することができる。
光分散補償器などの高度な機能を有する光導波路デバイスを実現するためには、逆散乱法を用いてグレーティング光導波路を設計し、これをシリコンフォトニクス技術を用いて基板型光導波路として実現することが好適である。
The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings.
In order to solve the above problem, the present inventors calculate a potential distribution that realizes a desired optical characteristic by solving an inverse scattering problem using the Zakharov-Shabat equation, and a grating structure that realizes this potential distribution. A new substrate-type optical waveguide device was designed, and a new process was developed to enable it to be manufactured using silicon photonics technology.
In addition, a device was designed to which a process capable of reducing the side wall roughness by reducing the grating height was applied to the problem of inevitable side wall roughness during the processing of the grating pattern.
The present invention relates to a silicon photonics technology for manufacturing a passive substrate type optical waveguide component used in an optical fiber communication system by using a CMOS device manufacturing technology, and to provide a substrate type optical waveguide device element having a grating structure. it can.
To realize an optical waveguide device with advanced functions such as an optical dispersion compensator, design a grating optical waveguide using the inverse scattering method, and realize it as a substrate-type optical waveguide using silicon photonics technology. Is preferred.
図1(a),(b),(c)及び図2に、本発明のグレーティング構造を有する基板型光導波路デバイスの第1実施形態を模式的に示す。図1及び図2ではコア10のみを図示し、クラッドの図示を省略したが、クラッドがコア10の周囲を囲んでいるものとする。また、クラッドの下には基板(図示せず)が存在し、コア10の底面14は基板面に平行である。水平方向とは基板面に平行な方向をいい、垂直方向とは基板面に垂直な方向をいう。
図1(a)は、コア10の一部の上面図である。図1(b)は図1(a)中のSB−SB線に沿う断面図である。図1(c)は図1(a)中のSC−SC線に沿う断面図である。図2は斜視図である。
1 (a), (b), (c) and FIG. 2 schematically show a first embodiment of a substrate type optical waveguide device having a grating structure of the present invention. In FIG. 1 and FIG. 2, only the
FIG. 1A is a top view of a part of the
図1(a)において符号Cは光導波路コア10の水平面内での単一の中心軸を表し、光は光導波路中を中心軸Cに沿って伝搬する。この光導波路は、ブラッググレーティングパターン(詳しくは後述する。)を有しており、この光導波路のスペクトルには少なくとも一つの反射帯が現れる。反射帯の中心波長λ0は、ブラッググレーティングの周期をPG、光導波路の実効屈折率をneffとするとき、λ0=PG/neffにより与えられる。ここで実効屈折率neffは、光導波路のコア10の一部の幅を平均幅w0とした場合の値である。ここで、一部とは、図1(b)に示す、側壁12を有するコア10下段のことである。
In FIG. 1A, symbol C represents a single central axis in the horizontal plane of the
コア10下段の平均幅w0はコア10下段の横幅woutの一周期での平均値に等しく、光導波路全体にわたり中心軸Cに沿って一定値である。コア10下段の側壁12に凹部12aと凸部12bが交互に形成され、横幅woutは一周期PGごとに交互に振動して第1のブラッググレーティングパターンを形成する。
一方、側壁15を含むコア10上段の幅wmiddleは一定であり、水平方向の変化はないものとする。後の製造工程で示すように、ブラッググレーティングパターンの高さを低減することにより、より高品質なデバイスの製造が可能となる。
The average width of the core 10 lower w 0 is equal to the average value in one period of the horizontal width w out of the
On the other hand, the width w middle of the upper stage of the core 10 including the
矩形断面の光導波路では、光の直線偏光した電界が主として水平方向に沿う場合(以下TE型偏光)と、主として垂直方向に沿う場合(以下TM型偏光)に対して、それぞれ固有の導波モードが存在する。そして、おのおのの導波モードに固有の実効屈折率が存在するという偏波依存性が存在する。
TE型偏光での固有モードの実効屈折率neffTEは、TM型偏光での固有モードの実効屈折率neffTMに比べ、光導波路の幅の変化に対して敏感に変化する。一方、TM型偏光での固有モードの実効屈折率neffTMは、TE型偏光での固有モードの実効屈折率neffTEに比べ、光導波路の高さ(すなわち厚み)の変化に対して敏感に変化する。
An optical waveguide having a rectangular cross section has its own waveguide mode when the linearly polarized electric field of light is mainly along the horizontal direction (hereinafter referred to as TE-type polarization) and mainly along the vertical direction (hereinafter referred to as TM-type polarization). Exists. And there exists a polarization dependence that there exists an effective refractive index peculiar to each waveguide mode.
The effective refractive index n effTE of the eigen mode in the TE-type polarized light changes more sensitively to the change in the width of the optical waveguide than the effective refractive index n effTM of the eigen mode in the TM-type polarized light. On the other hand, the effective refractive index n effTM of the eigenmode with TM-type polarization changes more sensitively to changes in the height (ie, thickness) of the optical waveguide than the effective refractive index n effTE of the eigenmode with TE-type polarization. To do.
従って、図3に示すように、光導波路コア1の上面3にはブラッググレーティングパターンを設けることなく、側壁2に凹部2a及び凸部2bを設けてコア1下段の幅のみを周期的に変化させた場合には、偏光依存性が大きくなってしまう。よってブラッググレーティングの偏光依存性を低減するには、光導波路の幅を周期的に変化させるのみならず、光導波路の高さも周期的に変化させる必要がある。
Therefore, as shown in FIG. 3, the
このため、本基板型光導波路素子では、二通りのブラッググレーティングパターンが光の導波方向と直交する断面において互いに異なる領域に位置する。
また、二通りのブラッググレーティングパターンが、光の導波方向に沿って並列した領域に形成されている。すなわちそれぞれのブラッググレーティングパターンが中心軸Cに沿って存在する範囲は同一である。
For this reason, in this substrate type optical waveguide device, two kinds of Bragg grating patterns are located in different regions in a cross section orthogonal to the light guiding direction.
Also, two types of Bragg grating patterns are formed in regions that are arranged in parallel along the light guiding direction. That is, the range in which each Bragg grating pattern exists along the central axis C is the same.
これにより、第1のブラッググレーティングパターンと、第2のブラッググレーティングパターンとの組み合わせによって、TE型偏光への作用と、TM型偏光への作用を等化し、偏光依存性を低減することができる。
矩形導波路(断面が略矩形状の光導波路)への適用を考慮すると、第2のブラッググレーティングパターンをコアの上面および/または底面に設けることが望ましい。本形態例では、基板上でのコアの形成を容易にするため、第1のブラッググレーティングパターンをコアの下段両側壁に設け、第2のブラッググレーティングパターンをコアの上面に設けるものとしている。そして、コア10の形状は、中心軸Cを含む垂直方向の平面に対して水平方向に対称(図1(a)では、中心軸Cに対して上下に対称)となっている。
Accordingly, the combination of the first Bragg grating pattern and the second Bragg grating pattern can equalize the action on the TE-type polarization and the action on the TM-type polarization, thereby reducing the polarization dependence. .
In consideration of application to a rectangular waveguide (an optical waveguide having a substantially rectangular cross section), it is desirable to provide the second Bragg grating pattern on the top surface and / or bottom surface of the core. In this embodiment, in order to facilitate the formation of the core on the substrate, the first Bragg grating pattern is provided on both lower side walls of the core, and the second Bragg grating pattern is provided on the upper surface of the core. The shape of the
コア10は、光学特性を可変とするために、P型半導体材料、及びN型半導体材料から構成してもよい。この場合、例えば光の導波方向の一部において、図4に示すように、電極17a,17bを形成して、電圧を印加することにより、キャリアプラズマ効果による屈折率の動的制御が可能となる。2つの半導体領域10a,10bのうち、一方がP型、他方がN型とされる。電極17a,17bとコア10の半導体領域10a,10bとの間はそれぞれ導電部16a,16bで接続されている。導電部(通電部)16a,16bはコア10の半導体領域10a,10bと同じ材質および/または方法で形成しても良い。
この電極の配置についてはこの形態に限らず、例えば、後述する例のように、コアに接続された薄いスラブ部に配置することも可能である。
The core 10 may be made of a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material in order to make optical characteristics variable. In this case, the refractive index can be dynamically controlled by the carrier plasma effect by forming
The arrangement of the electrodes is not limited to this form, and can be arranged in a thin slab portion connected to the core as in an example described later.
光導波路の光の導波方向において凹部12aが継続する距離を、凹部の幅と呼ぶ。また、光の導波方向において凸部12bが継続する距離を、凸部の幅と呼ぶ。隣接する凸部と凹部とを一組とし、その凸部の幅と凹部の幅とを加算したものが、その位置におけるグレーティングピッチ(図1(a)のPG)である。
上部溝状グレーティング構造においては、凸部12bに相当する位置において、光導波路のコア10を形成する主たる材料が凸状を成し溝状構造13の幅が狭くなっていて、同様にして凸部13bとなっており、凹部12aに相当する位置において、光導波路のコア10を形成する主たる材料が凹状を成し溝状構造13の幅が広くなっていて、同様に凹部13aとなっている。つまり、溝状構造13の幅としては、凸部13bにおいて溝状構造13の幅が狭く、凹部13aにおいて溝状構造13の幅が広いという逆転した関係になっている。
図1及び図2には図示しないが、凹部12a内や溝状構造13内にもクラッドの一部が設けられている。
The distance that the
In the upper grooved grating structure, the main material forming the
Although not shown in FIGS. 1 and 2, a part of the cladding is also provided in the
図5に、本発明の光導波路デバイスのグレーティング構造のグレーティングピッチの一例を示す。本発明の光導波路デバイスでは、グレーティングピッチは逆散乱問題を解いた結果として得られる離散化したピッチのいずれかの値をとるものであって、従来公知の等ピッチグレーティング構造、チャープピッチグレーティング構造、サンプルドグレーティング構造のいずれとも異なる。離散化したグレーティングピッチは、P±NΔPとして表すことが可能であり、Nは逆散乱問題を解く際の離散化パラメータに係る整数である。 FIG. 5 shows an example of the grating pitch of the grating structure of the optical waveguide device of the present invention. In the optical waveguide device of the present invention, the grating pitch takes any value of the discrete pitch obtained as a result of solving the inverse scattering problem, and the conventionally known equal pitch grating structure, chirped pitch grating structure, Different from any of the sampled grating structures. The discretized grating pitch can be expressed as P ± NΔP, where N is an integer related to the discretization parameter when solving the inverse scattering problem.
図6に、基板型光導波路デバイス101と光伝送路103,105とを接続した形態100の一例を示す。このデバイス101はグレーティング構造を有する反射型デバイスであるため、開始端が光信号の入射端であると同時に出射端となる。図6に示すように、通常はサーキュレータ102を介して入出力光ファイバを接続し、使用する。サーキュレータ102には、入射信号光を伝搬する入射用光ファイバ103と、基板型光導波路デバイス101と光サーキュレータ102とを接続する結合用光ファイバ104と、出射信号光を伝搬する出射用光ファイバ105が接続されている。
また、通常このグレーティング光導波路部は、例えば基板型光導波路デバイス101と結合用光ファイバ104とが光接続される箇所などに、さらにスポットサイズコンバーターと呼ばれる入出力変換部を追加すると、結合用光ファイバ104とデバイス101との接続損失を低減できるので、好ましい。
FIG. 6 shows an example of a
Further, normally, this grating optical waveguide section is obtained by adding an input / output conversion section called a spot size converter to a place where the substrate type
(デバイスの設計方法)
所望の光学特性が得られるグレーティング構造を有する基板型光導波路デバイスを得るため、本発明では、該光導波路の光伝搬方向にわたるポテンシャル分布を求め、これをコアの等価屈折率分布に換算し、光導波路の寸法に変換する。ポテンシャル分布の算出は、光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波振幅なる変数を導入した波動方程式より、例えば光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するZakharov−Shabat方程式などに帰着させ、グレーティング光導波路の反射率の強度および位相のスペクトルである複素反射スペクトルからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法を用いて設計することが出来る。
これにより、従来公知の等ピッチグレーティング素子やチャープピッチグレーティング素子では実現出来ないような複雑な光学特性を有するブラッググレーティング素子を設計し製作することが可能となるため、例えばDWDM光ファイバ通信システムにおいて40チャネル一括で伝送線路光ファイバの波長分散と分散スロープとを同時に補償する光波長分散補償器といったような所望の光学特性を有するデバイスを実現することが出来る。
(Device design method)
In order to obtain a substrate type optical waveguide device having a grating structure capable of obtaining desired optical characteristics, in the present invention, a potential distribution in the optical propagation direction of the optical waveguide is obtained and converted into an equivalent refractive index distribution of the core. Convert to waveguide dimensions. The potential distribution is calculated from, for example, the Zakharov-Shabat equation having a potential derived from the logarithmic derivative of the equivalent refractive index of the optical waveguide from the wave equation that introduces a variable that is the power wave amplitude propagating forward and backward of the optical waveguide. A design method that can be used to solve the inverse scattering problem that derives the potential function numerically from the complex reflection spectrum, which is the intensity and phase spectrum of the reflectance of the grating optical waveguide, and to estimate the potential to achieve the desired reflection spectrum. Can be used to design.
This makes it possible to design and manufacture a Bragg grating element having complicated optical characteristics that cannot be realized by a conventionally known equal pitch grating element or chirped pitch grating element. For example, in a DWDM optical fiber communication system 40 A device having desired optical characteristics such as an optical chromatic dispersion compensator that simultaneously compensates for chromatic dispersion and dispersion slope of a transmission line optical fiber in a channel can be realized.
(ポテンシャル分布の設計方法)
所望の複素反射スペクトルから逆散乱問題を用いてポテンシャル分布を設計する手法は以下の通りである。
なお、後述する設計手順中の数式においては、グレーティング光導波路の長手方向、すなわち光伝搬方向をz軸として数式を示す。図1(a)や図5の左右方向がz軸方向である。該グレーティング光導波路デバイスのグレーティング領域開始端をz=0、終了端をz最大値座標とし、z最大値がすなわちグレーティング光導波路部の領域長である。
(Design method of potential distribution)
The technique for designing the potential distribution from the desired complex reflection spectrum using the inverse scattering problem is as follows.
In the numerical formula in the design procedure to be described later, the mathematical formula is shown with the longitudinal direction of the grating optical waveguide, that is, the light propagation direction as the z axis. The horizontal direction in FIG. 1A and FIG. 5 is the z-axis direction. A grating region start end of the grating optical waveguide device is set to z = 0, and an end end is set to a z maximum value coordinate. The maximum z value is the region length of the grating optical waveguide portion.
まず、光導波路を伝搬する電磁界を、Sipeの論文(J.E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, “Propagation through nonuniform grating structures,” Journal of the Optical Society of America A, Vol. 11, Issue 4, pp. 1307-1320 (1994))を参照して、次のように定式化する。
First, the electromagnetic field propagating in the optical waveguide is described in the article of Shipe (JE Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, “Propagation through nonuniform grating structures,” Journal of the Optical Society of America A, Vol. 11,
電磁界の時間変動をexp(−iωt)と仮定すると、該光導波路の光伝搬方向をz軸として、光導波路中の電界の複素振幅E(z)及び磁界の複素振幅H(z)は、マクスウェル方程式(Maxwell’s Equations)により、次式(1)、(2)となる。 Assuming that the time variation of the electromagnetic field is exp (−iωt), the complex amplitude E (z) of the electric field in the optical waveguide and the complex amplitude H (z) of the magnetic field are expressed as follows. The following equations (1) and (2) are obtained by Maxwell's Equations.
ただし、E(z)は電界の複素振幅、H(z)は磁界の複素振幅、iは虚数単位、ωは角周波数、μ0は真空の透磁率、ε0は真空の誘電率、neffは光導波路の実効屈折率を表す。 Where E (z) is the complex amplitude of the electric field, H (z) is the complex amplitude of the magnetic field, i is the imaginary unit, ω is the angular frequency, μ 0 is the permeability of vacuum, ε 0 is the permittivity of vacuum, and n eff Represents the effective refractive index of the optical waveguide.
式(1)、(2)から結合モード方程式(coupled−mode equations)を構築するため、ここで、次式(3)、(4)のようにE(z)及びH(z)を進行波(前方に伝搬する電力波)振幅A+(z)と後退波(後方に伝搬する電力波)振幅A−(z)に変換する。該デバイスは反射スペクトルとして所望の光学特性を実現する反射型デバイスである。反射波は後退波振幅A−(z)に対応する。 In order to construct coupled-mode equations from equations (1) and (2), E (z) and H (z) are traveling waves as in the following equations (3) and (4). (Power wave propagating forward) Converted to amplitude A + (z) and backward wave (power wave propagating backward) amplitude A − (z). The device is a reflective device that realizes desired optical characteristics as a reflection spectrum. The reflected wave corresponds to the backward wave amplitude A − (z).
ただし、navは該光導波路の参照屈折率(平均実効屈折率)であり、neff(z)の基準となる参照屈折率である。これらの変数A+(z)及びA−(z)は、clightを真空中の光速として、次式(5)、(6)を満たす。 Here, n av is the reference refractive index (average effective refractive index) of the optical waveguide, and is a reference refractive index that serves as a basis for n eff (z). These variables A + (z) and A − (z) satisfy the following expressions (5) and (6), where c light is the speed of light in vacuum.
ここで、波数k(z)を次式(7)で表す。clightを真空中の光速度とする。 Here, the wave number k (z) is expressed by the following equation (7). Let c light be the speed of light in vacuum.
また、式(8)のq(z)は、結合モード方程式におけるポテンシャル分布である。 Further, q (z) in the equation (8) is a potential distribution in the coupled mode equation.
式(5)、式(6)のn(z)を式(7)、式(8)のneff(z)と同一視して代入すると、式(5)、式(6)は式(9)、式(10)に示すZakharov−Shabat方程式に帰着される。 Substituting n (z) in Equation (5) and Equation (6) with n eff (z) in Equation (7) and Equation (8), and substituting them, Equation (5) and Equation (6) become 9) It is reduced to the Zakharov-Shabat equation shown in equation (10).
Zakharov−Shabat方程式で示された逆散乱問題を解くことは、後述するゲルファント−レヴィタン−マルチェンコ方程式(Gel’fand-Levitan-Marchenko type integral equations)を解くことであり、その手順は例えばFrangosの論文(P.V. Frangos and D.L. Jaggard, “A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 39, Issue. 1, pp. 74-79 (1991))に開示されている。
また、Xiaoの論文(G. Xiao and K. Yashiro, “An Efficient Algorithm for Solving Zakharov-Shabat Inverse Scattering Problem,” IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 50, Issue 6, pp. 807-811 (2002))に、効率的な解法が開示されている。
Solving the inverse scattering problem represented by the Zakharov-Shabat equation is to solve the Gel'fand-Levitan-Marchenko type integral equations, which will be described later. PV Frangos and DL Jaggard, “A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 39, Issue. 1, pp. 74-79 (1991)).
Also, Xiao's paper (G. Xiao and K. Yashiro, “An Efficient Algorithm for Solving Zakharov-Shabat Inverse Scattering Problem,” IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 50,
本願発明のグレーティング構造を有する基板型光導波路デバイスの光学特性は、光導波路入出力端における複素反射スペクトルr(k)として、次式(11)で定義される。 The optical characteristic of the substrate type optical waveguide device having the grating structure of the present invention is defined by the following equation (11) as the complex reflection spectrum r (k) at the input / output end of the optical waveguide.
次式(12)に示すように、r(k)のフーリエ変換はこの系のインパルス応答R(z)である。 As shown in the following equation (12), the Fourier transform of r (k) is the impulse response R (z) of this system.
複素反射スペクトルr(k)として波長に対する所望の群遅延特性と反射率の分布を与えることにより、これを実現するためのポテンシャル分布関数q(z)を数値的に解くことができる。 By giving a desired group delay characteristic and reflectance distribution with respect to the wavelength as the complex reflection spectrum r (k), the potential distribution function q (z) for realizing this can be numerically solved.
本発明では、グレーティングの振幅が変化して位相は振幅に従属して変化するという振幅変調型のグレーティングを用いた設計を行なう。そのため、設計の入力データとして用いる複素反射スペクトルにおいては、グレーティングの振幅の包絡線とグレーティングの振動の位相との分離性を高めるため、周波数の原点すなわち0Hzから所定の群遅延時間特性が求められる周波数領域をすべて含める。
まず、式(3)及び式(4)の解を次式(13)、(14)のように表す。
In the present invention, the design is performed using an amplitude modulation type grating in which the amplitude of the grating changes and the phase changes depending on the amplitude. For this reason, in the complex reflection spectrum used as design input data, in order to improve the separation between the envelope of the amplitude of the grating and the phase of the vibration of the grating, the frequency at which a predetermined group delay time characteristic is required from the origin of the frequency, that is, 0 Hz. Include all areas.
First, the solutions of the equations (3) and (4) are expressed as the following equations (13) and (14).
A+(z)及びA−(z)はそれぞれ+z方向及び−z方向に伝搬する。式(13)及び式(14)中の積分項は反射の影響を表している。式(13)及び式(14)から、結合モード方程式が次の式(15)及び式(16)で表されるゲルファント−レヴィタン−マルチェンコ方程式に変換される。 A + (z) and A − (z) propagate in the + z direction and the −z direction, respectively. The integral term in Equation (13) and Equation (14) represents the influence of reflection. From the equations (13) and (14), the coupled mode equation is converted into the Gerphant-Levitan-Marchenko equation represented by the following equations (15) and (16).
ここで、正規化時間yはy=clightt (tは時間)であり、z>yである。R(z)は、波数を変数とした複素反射スペクトルr(k)の逆フーリエ変換であり、インパルス応答に相当する。R(z)を与えて式(15)及び式(16)を解くことにより、ポテンシャル分布q(z)が求められ、式(17)で与えられる。 Here, the normalization time y is y = clight t (t is time), and z> y. R (z) is an inverse Fourier transform of the complex reflection spectrum r (k) with the wave number as a variable, and corresponds to an impulse response. The potential distribution q (z) is obtained by solving the equations (15) and (16) by giving R (z), and is given by the equation (17).
得られたポテンシャル分布q(z)を次式(18)に適用することで、グレーティング光導波路の実効屈折率分布neff(z)が得られる。 By applying the obtained potential distribution q (z) to the following equation (18), an effective refractive index distribution n eff (z) of the grating optical waveguide is obtained.
本発明では、式(8)及び式(17)のポテンシャル分布q(z)を実数とする。その結果、複素反射スペクトルr(k)からインパルス応答(時間応答)R(z)へと変換するための演算は実数型となり、振幅が変化して位相が振幅に従属して変化する。 In the present invention, the potential distribution q (z) in the equations (8) and (17) is a real number. As a result, the calculation for converting the complex reflection spectrum r (k) into the impulse response (time response) R (z) becomes a real number type, and the amplitude changes and the phase changes depending on the amplitude.
このようにして得られた実効屈折率分布neff(z)は、高屈折率値と低屈折率値とが短いピッチ(周期)で交互に現れるものであり、グレーティング光導波路構造を示すものとなっている。このグレーティング構造は、光導波路コアの凹部および凸部に対応する、隣接する高屈折率値と低屈折率値との屈折率差が一定ではなく漸次変化する不均一なものとなっており、また屈折率の変化するピッチはある限定された離散値をとるものとなっており、従来公知の等ピッチグレーティング光導波路、チャープピッチグレーティング光導波路、サンプルドグレーティング光導波路のいずれとも一致しない新規な構造を有する。 The effective refractive index distribution n eff (z) thus obtained is such that the high refractive index value and the low refractive index value appear alternately at a short pitch (period), and shows a grating optical waveguide structure. It has become. This grating structure is uneven and the refractive index difference between the adjacent high refractive index value and low refractive index value corresponding to the concave and convex portions of the optical waveguide core is not constant but gradually changes. The pitch at which the refractive index changes takes a limited discrete value, and has a novel structure that does not match any of the conventionally known equal pitch grating optical waveguide, chirped pitch grating optical waveguide, or sampled grating optical waveguide. Have.
本発明のグレーティング光導波路は、ブラッググレーティングの振幅を変化させてグレーティングパターンを形成するものであり、グレーティングの振幅の包絡線の勾配の符号が反転する振幅変調型である。サンプルドグレーティング光導波路では、符号が反転する二点間で振幅が連続的にゼロになる光導波路領域が介在するという特徴がある。これに対し、本願の振幅変調型グレーティング光導波路では、そのような構造は現れない。符号の反転は孤立した単一の座標点で生じるという階段的な急峻性あるいは不連続性を示す。つまり、あるz座標で包絡線の勾配の符号が反転するという意味である。包絡線の勾配の符号が反転する孤立した一座標点でのみ振幅がゼロとなるため、実質的には振幅が一定の区間ゼロのままとなるような領域は現れない。これにより、サンプルドブラッググレーティングよりも導波路長を短縮することが可能となる。 The grating optical waveguide of the present invention forms a grating pattern by changing the amplitude of the Bragg grating, and is an amplitude modulation type in which the sign of the gradient of the envelope of the amplitude of the grating is inverted. The sampled grating optical waveguide is characterized in that an optical waveguide region in which the amplitude is continuously zero is interposed between two points where the sign is inverted. On the other hand, such a structure does not appear in the amplitude modulation type grating optical waveguide of the present application. The inversion of the sign indicates a steep steepness or discontinuity that occurs at an isolated single coordinate point. That is, the sign of the envelope gradient is inverted at a certain z coordinate. Since the amplitude becomes zero only at an isolated coordinate point where the sign of the envelope slope is reversed, there is virtually no region where the amplitude remains constant at zero. This makes it possible to shorten the waveguide length as compared with the sampled Bragg grating.
包絡線の勾配の符号が反転する孤立した座標点は導波路上で複数個存在する。おのおのの座標点では、付随的に位相の不連続変化を伴う。位相が不連続変化すると局所周期(ピッチ)が変化するため、ピッチが当該座標点で対象とするスペクトルにおける中心波長を光導波路の実効屈折率の平均値navで除算した値の半分とは異なる値をとる。包絡線の勾配の符号が反転する座標点を特定する精度は、横軸にとっている導波路の座標zの離散化刻みによる。その刻みをΔPとすると、座標点を特定する精度は±ΔPの範囲にある。このように、本発明の振幅変調型グレーティング光導波路には、グレーティングの振幅の包絡線の勾配の符号が反転し、その結果、ピッチが離散的に変化する座標点が存在する。離散化したグレーティングピッチは、ΔPにより、P±NΔPとして表すことが可能であり、Nは逆散乱問題を解く際の離散化パラメータに係る整数である。 There are a plurality of isolated coordinate points on the waveguide where the sign of the envelope gradient is reversed. Each coordinate point is accompanied by a phase discontinuous change. Since the local period (pitch) changes when the phase changes discontinuously, the pitch is different from half of the value obtained by dividing the center wavelength in the spectrum of interest at the coordinate point by the average value n av of the effective refractive index of the optical waveguide. Takes a value. The accuracy of specifying the coordinate point where the sign of the envelope gradient is inverted depends on the discrete step of the waveguide coordinate z on the horizontal axis. If the step is ΔP, the accuracy of specifying the coordinate point is in the range of ± ΔP. As described above, in the amplitude modulation type grating optical waveguide of the present invention, the sign of the slope of the envelope of the amplitude of the grating is inverted, and as a result, there are coordinate points at which the pitch changes discretely. The discretized grating pitch can be expressed by ΔP as P ± NΔP, where N is an integer related to the discretization parameter when solving the inverse scattering problem.
ピッチの離散的変化は、チャープトブラッググレーティングには見られない特徴である。チャープトブラッググレーティングでは、ピッチは光導波方向に沿って連続的に変化する。チャープトブラッググレーティングでは、ブラッググレーティングの振幅も同時に変化するが、振幅の変化はアポダイズのような副次的特性の実現に利用されるにとどまり、フィルタの反射スペクトルのチャンネル数・位相特性などの主要な特性はブラッググレーティングの周波数を光の導波方向に沿って変化させることによって達成される。ここに開示した手順では、チャープ型グレーティングを構成することはできない。チャープ型グレーティングを構成するには、複素反射スペクトルr(k)から時間応答(インパルス応答)R(z)への変換を複素数型へと切り替える必要がある。その結果、式(17)により得られるポテンシャル分布q(z)は複素数となる。q(z)が複素数であると、q(z)から実効屈折率分布neff(z)を求めるにあたり、neff(z)は実数であるため、q(z)の実部のみをとることが必要である。よって、本発明の振幅変調型グレーティング構造と従来公知のチャープ型グレーティング構造とは設計方法を異にし、互いに異なる範疇に分類される。振幅変調型に相対することから、チャープ型グレーティング構造は、いわば、周波数変調型に分類される。 The discrete change in pitch is a feature not found in chirped Bragg gratings. In the chirped Bragg grating, the pitch continuously changes along the optical waveguide direction. In the chirp Bragg grating, the amplitude of the Bragg grating also changes at the same time, but the change in amplitude is only used to realize secondary characteristics such as apodization. This characteristic is achieved by changing the frequency of the Bragg grating along the light guiding direction. With the procedure disclosed here, a chirped grating cannot be constructed. In order to construct a chirped grating, it is necessary to switch the conversion from the complex reflection spectrum r (k) to the time response (impulse response) R (z) to the complex type. As a result, the potential distribution q (z) obtained by Expression (17) is a complex number. When q (z) is a complex number, neff (z) is a real number in determining the effective refractive index distribution n eff (z) from q (z), and therefore only the real part of q (z) is taken. is necessary. Therefore, the amplitude modulation type grating structure of the present invention and the conventionally known chirped grating structure are classified into different categories by different design methods. Since it is opposed to the amplitude modulation type, the chirped grating structure is classified as a frequency modulation type.
本発明では、他の実施例すべてを含めて、当該の複素反射スペクトルからインパルス応答への変換に用いる演算は実数型とし、振幅変調型ブラッググレーティングを対象とする。振幅変調型ブラッググレーティングを選択するための条件をまとめると、以下の二点となる。
(I)指定するスペクトル特性の周波数範囲を原点(周波数ゼロ)から該当するスペクトルチャンネルの存在する領域まですべてを含める。
(II)上述の複素反射スペクトルからインパルス応答への変換において実数型を選択する。
In the present invention, including all the other embodiments, the calculation used for conversion from the complex reflection spectrum to the impulse response is a real number type, and is intended for an amplitude modulation type Bragg grating. The conditions for selecting the amplitude modulation type Bragg grating are summarized as follows.
(I) The frequency range of the specified spectral characteristic is all included from the origin (frequency zero) to the region where the corresponding spectral channel exists.
(II) The real type is selected in the conversion from the above complex reflection spectrum to the impulse response.
実際の計算手順では、まず、グレーティング光導波路素子の全長を決めることにより、zの最大値を特定する。これは、例えば、光分散補償器の場合であれば、補償すべき群遅延分散値とチャネル帯域とからグレーティング光導波路で発生すべき群遅延時間の最大値が決まるので、これに真空中の光速度clightを乗じ、さらに実効屈折率の平均値navで除することで、最低限必要となる素子長を決めることが出来る。素子の全長は、これに一定の余長を追加したものとする。続いて、差分化の刻みを決める。一例として、設計中心波長λを基準として素子全長を17,200λ、z位置の差分化刻みをλ/40に設定すると、z0からz688000までの688,000点について光分散補償器のポテンシャル分布q(z)を計算することとなる。複素反射スペクトルr(k)として与えた波長に対する所望の光学特性の一例として、
反射率の分布を図11及び図12、群遅延特性を図13及び図14とした時、計算により求められたポテンシャル分布q(z)を図15及び図16に示す。
In the actual calculation procedure, first, the maximum value of z is specified by determining the total length of the grating optical waveguide element. For example, in the case of an optical dispersion compensator, the maximum value of the group delay time to be generated in the grating optical waveguide is determined from the group delay dispersion value to be compensated and the channel bandwidth. By multiplying by the speed c light and further dividing by the average value n av of the effective refractive index, the minimum required element length can be determined. The total length of the element is obtained by adding a certain extra length to this. Subsequently, the increment of difference is determined. As an example, if the total element length is set to 17,200λ with the design center wavelength λ as a reference, and the difference increment at the z position is set to λ / 40, the potential distribution of the optical dispersion compensator at 688,000 points from z 0 to z 688000. q (z) will be calculated. As an example of desired optical properties for a wavelength given as a complex reflection spectrum r (k),
FIGS. 15 and 16 show the potential distribution q (z) obtained by calculation when the reflectance distributions are FIGS. 11 and 12 and the group delay characteristics are FIGS. 13 and 14, respectively.
(光導波路の寸法の算出)
予め求めた光導波路断面構造、具体的にはコア寸法と等価屈折率との関係を元に、逆散乱問題を解いて得られたポテンシャル分布q(z)を実効屈折率分布neff(z)に換算し、続いて光導波路の光伝搬方向(長手方向)におけるコア寸法分布を算出する。
ここでは、第2の実施形態として、光学特性の偏波依存性の問題を解消し、製造プロセスにおいて生じる不可避の内側コア側壁の荒れが光学特性に与える影響(散乱損失)を抑制するため、シリコン(Si)をコア内側、窒化ケイ素(Si3N4)をコア外側に配置した二重コア構造を採用した事例について説明し、この第2の実施形態の場合について、光導波路の寸法を算出する。
(Calculation of optical waveguide dimensions)
Based on the optical waveguide cross-sectional structure obtained in advance, specifically, the relationship between the core dimension and the equivalent refractive index, the potential distribution q (z) obtained by solving the inverse scattering problem is converted into the effective refractive index distribution n eff (z). Next, the core size distribution in the light propagation direction (longitudinal direction) of the optical waveguide is calculated.
Here, as the second embodiment, in order to solve the problem of polarization dependence of optical characteristics and to suppress the influence (scattering loss) on the optical characteristics due to the inevitable roughness of the inner core side wall that occurs in the manufacturing process, silicon is used. An example in which a dual core structure in which (Si) is disposed inside the core and silicon nitride (Si 3 N 4 ) is disposed outside the core will be described, and the dimensions of the optical waveguide are calculated in the case of the second embodiment. .
この基板型光導波路の光分散補償器の事例では、光学特性の偏波依存性の問題を解消するために、光導波路コア側壁の一部にグレーティング構造を有するとともにコア上部に溝状グレーティング構造を有するものとなっており、さらに、キャリア密度変化により光学特性を可変とするために、ドーパントの添加により導電性を有する半導体材料であるシリコンを材料に用いる。さらに導波路のクラッド材料はシリカ(SiO2)であり、シリコン(Si)をコア内側、窒化ケイ素(Si3N4)をコア外側に配置した二重コア構造を採用している。図7に示す構造に従って光導波路の断面構造を設計し、図8に示すTE型偏光(mode1)およびTM型偏光(mode2)に対する実効屈折率のwin依存性、図9に示すwinとwoutとの関係を、図10に示す光導波路の実効屈折率に対するwinとwoutとの対応関係を求めた。 In the case of this optical dispersion compensator for a substrate type optical waveguide, in order to eliminate the problem of polarization dependence of optical characteristics, a grating structure is provided on a part of the optical waveguide core side wall and a grooved grating structure is provided on the upper part of the core. Furthermore, in order to make the optical characteristics variable by changing the carrier density, silicon, which is a semiconductor material having conductivity by adding a dopant, is used as the material. Further, the clad material of the waveguide is silica (SiO 2 ), and a double core structure in which silicon (Si) is disposed inside the core and silicon nitride (Si 3 N 4 ) is disposed outside the core is employed. The cross-sectional structure of a light waveguide designed according to the structure shown in FIG. 7, w in dependence of the effective refractive index for the TE polarization shown in FIG. 8 (mode1) and TM polarization (mode2), w in and w shown in FIG. 9 the relationship between the out, to determine the correspondence between the w in and w out to the effective refractive index of the optical waveguide shown in FIG. 10.
図7に示す構造は、光導波路コア側壁のwout及びtoutに示す部分には図1の符号12と同様の側壁グレーティング構造を有するとともに、コア上部のwin及びtinに示す部分には図1の符号13と同様の溝状グレーティング構造を有する。また、光導波路コア側壁のwmiddle及びtmiddleに示す部分は、図1に示す側壁上部15と同様のコア幅が一定の構造となっている。
図7に示す外側コア24におけるwout、tout、win、tin、wmiddle、tmiddleの意味は、図1(c)に示すコア10におけるのと同様である。
Structure shown in Figure 7, along with the portion shown in w out and t out of the optical waveguide core sidewall has a similar sidewall grating structure with
The meanings of w out , t out , win , t in , w middle, and t middle in the
第1のリブ21及び第2のリブ22をシリコン(Si)、中央ギャップ23をシリカガラス(SiO2)、外側コア24を窒化ケイ素(Si3N4)、基板25をシリコン(Si)、下部クラッド26をシリカガラス(SiO2)、上部クラッド27をシリカガラス(SiO2)で構成し、t1=240nm、t2=50nm、w1=257nm、w2=160nm、wmiddle=1000nm、tout=250nm、tmiddle=200nm、tin=100nm、下部クラッド26の厚みを2,000nm、上部クラッド27の最大厚みを2,000nmとした場合で算出した。
The
これら対応関係を得るには、溝状構造の幅winとコア幅woutの値を変化させて、それぞれの光導波路の断面構造から固有伝搬モードの電磁界分布をモードマッチング法、有限要素法、もしくはビーム伝搬法など各種方法を採用したモードソルバープログラムにより求め、その実効屈折率neffを算出することで求められる。
図10に示す光導波路の実効屈折率に対するwinとwoutとの対応関係においてneffに対応するwinとwoutとの組が得られており、設計されたデバイスは偏波無依存である。
実効屈折率分布neff(z)と図10とから、各z座標における溝状構造の幅winとコア幅woutを求めることが出来る。図10より、実効屈折率と構造寸法との関係を検討した範囲のおよそ中央を基準にとることによって、参照屈折率(平均実効屈折率)navは例えば2.2164とする。
In order to obtain these correspondences, the values of the width w in and the core width w out of the groove-like structure are changed, and the electromagnetic field distribution of the eigenpropagation mode is determined from the cross-sectional structure of each optical waveguide by the mode matching method and the finite element method. Alternatively, it is obtained by a mode solver program employing various methods such as a beam propagation method, and is obtained by calculating its effective refractive index n eff .
Figure 10 is set to obtain a w in the w out corresponding to n eff in correspondence between w in and w out to the effective refractive index of the optical waveguide shown, devices designed in polarization-independent is there.
From the effective refractive index distribution n eff (z) and FIG. 10, the width w in and the core width w out of the groove-like structure at each z coordinate can be obtained. From FIG. 10, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to, for example, 2.2164 by taking approximately the center of the range in which the relationship between the effective refractive index and the structural dimension is examined.
第2の実施形態に基づいて、図10から参照屈折率(平均実効屈折率)navを2.2164とし、L−Band用のデバイスとして、中心周波数188.4THzすなわち中心波長1,591.255nmで設計した事例を以下に示す。図15及び図16に示したポテンシャル分布q(z)に対して、参照屈折率(平均実効屈折率)navを2.2164、中心波長を188.4THzとして変換することにより、図17及び図18に示した実効屈折率分布neff(z)を得る。これを、一定振幅が続く凸部と一定振幅が続く凹部とが急峻な変化で交互に繰り返される単純化されたグレーティング構造となるよう積分(平均化)し、図10の関係を用いてneffをコア幅(コア上部の溝状グレーティング構造の溝の幅winと、光導波路コア側壁下段のグレーティング構造に係るコア幅wout)に換算すると、具体的な光導波路のグレーティング構造の寸法が求められる。
本発明では、このようにして得られたグレーティング構造は、グレーティングフィンの長さ(凸部と凹部との差に当たる長さ)が不均一であり、グレーティングピッチはある限定された離散値をとるという特徴を有する。
Based on the second embodiment, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to 2.2164 from FIG. 10, and the center frequency is 188.4 THz, that is, the center wavelength is 1,591.255 nm, as a device for L-Band. The example designed in is shown below. By converting the reference refractive index (average effective refractive index) n av to 2.2164 and the center wavelength to 188.4 THz for the potential distribution q (z) shown in FIGS. 15 and 16, FIG. 17 and FIG. The effective refractive index distribution n eff (z) shown in FIG. 18 is obtained. This is integrated (averaged) so that a convex part with a constant amplitude and a concave part with a constant amplitude are alternately repeated with a steep change, and n eff is used using the relationship of FIG. the core width in terms of (the width w in the groove of the grooved grating structure of the core upper, core width w out of the grating structure of the optical waveguide core sidewall bottom), required dimensions of the grating structure of a specific optical waveguide It is done.
In the present invention, the grating structure thus obtained has a non-uniform length of the grating fin (a length corresponding to the difference between the convex portion and the concave portion), and the grating pitch takes a limited discrete value. Has characteristics.
図19及び図20は、素子長約12.3mm、約17,200周期の光分散補償素子のグレーティングピッチの分布の一例である。これは参照屈折率(平均実効屈折率)navを2.2164とし、中心波長1,591.255nmとしてL−Band用に設計して光導波路寸法を算出した事例である。
逆散乱問題を解きポテンシャル分布q(z)を求めた際のz位置の差分化刻みとしてλ/40に細分化したので、ΔPは17nmであり、主たるグレーティングピッチPは、前記ΔP刻みでλc/(nav×2)=359nmに近い値となるP=370nmであり、ついで近いP+ΔPである370nmのピッチも、多く見られ、この2つが全ピッチのうち99%を占める。図19にはP−10ΔP、P−8ΔP、P−7ΔP、P−6ΔP、P−5ΔP、P−4ΔP、P−3ΔP、P−2ΔP、P−ΔP、P、P+ΔP、P+2ΔP、P+3ΔP、P+4ΔP、P+5ΔP、P+6ΔP、P+7ΔP、P+8Δ、P+10ΔPに対応するグレーティングピッチ166nm、203nm、222nm、240nm、259nm、277nm、296nm、314nm、333nm、351nm、370nm、388nm、406nm、425nm、443nm、462nm、480nm、499nm、536nmのピッチが存在する。
P−11ΔP以下及びP+11ΔP以上のグレーティングピッチ及び、P―9ΔP、P+9ΔPに対応するグレーティングピッチは存在していない。図20には、図19の中の3.390mm付近の拡大図を示す。この領域では多くのピッチが351nmと370nmに分布している。
19 and 20 show an example of the grating pitch distribution of the optical dispersion compensator having an element length of about 12.3 mm and about 17,200 periods. This is an example in which the optical waveguide dimensions are calculated by designing for L-Band with a reference refractive index (average effective refractive index) n av of 2.2164 and a center wavelength of 1,591.955 nm.
Since the inverse scattering problem is solved and the potential distribution q (z) is obtained, the difference in the z position is subdivided into λ / 40. Therefore, ΔP is 17 nm, and the main grating pitch P is λc / P = 370 nm, which is a value close to (n av × 2) = 359 nm, and then a large pitch of 370 nm, which is close to P + ΔP, is also seen, and these two occupy 99% of the total pitch. FIG. 19 shows P-10ΔP, P-8ΔP, P-7ΔP, P-6ΔP, P-5ΔP, P-4ΔP, P-3ΔP, P-2ΔP, P-ΔP, P, P + ΔP, P + 2ΔP, P + 3ΔP, P + 4ΔP, The grating pitches corresponding to P + 5ΔP, P + 6ΔP, P + 7ΔP, P + 8Δ, P + 10ΔP are 166 nm, 203 nm, 222 nm, 240 nm, 259 nm, 277 nm, 296 nm, 314 nm, 333 nm, 351 nm, 370 nm, 388 nm, 406 nm, 425 nm, 443 nm, 462 nm, 480 nm, 499 nm, There is a pitch of 536 nm.
There are no grating pitches equal to or less than P-11ΔP and P + 11ΔP, and no grating pitches corresponding to P-9ΔP and P + 9ΔP. FIG. 20 shows an enlarged view of the vicinity of 3.390 mm in FIG. In this region, many pitches are distributed at 351 nm and 370 nm.
なお、一般的な設計事例では差分化刻みの中でλc/(nav×2)に近いPが一番多く、以降P±NΔPのNが大きくなるに従って該当するグレーティングピッチの出現頻度が減少していく傾向を示すが、例えば単チャネル光フィルタの設計事例ではほとんどすべてのグレーティングピッチがPであり、P±ΔPがわずか数個観測され、Nが2以上となるP±NΔPは出現しない、という事例もある。また、P−10ΔPは出現するがP−9ΔP、P−8ΔP、P−7ΔPが出現していないなど、一部ピッチが現れない事例もある。 In general design cases, P that is closest to λc / (n av × 2) is the largest in the difference increments, and thereafter the frequency of appearance of the corresponding grating pitch decreases as N of P ± NΔP increases. For example, in a design example of a single channel optical filter, almost all grating pitches are P, only a few P ± ΔP are observed, and P ± NΔP where N is 2 or more does not appear. There are cases. There are also cases where some pitches do not appear, such as P-10ΔP appears but P-9ΔP, P-8ΔP, and P-7ΔP do not appear.
ピッチが限られた数(少ない数)の離散値を取ることは、CMOS製造工程における加工精度を維持する上で有効である。CMOS製造工程においては、DICD(Development Inspection Critical Dimension)、FICD(Final Inspection Critical Dimension)など、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて寸法測定を実施するのが一般的な工程管理手法であり、チャープ型グレーティングのように徐々に変化するピッチを有する構造ではピッチ精度を管理することは困難であるが、等ピッチ型あるいは本件発明のように少数の離散値をとる場合には工程管理が容易である。 Taking discrete values of a limited number (small number) of pitches is effective in maintaining the processing accuracy in the CMOS manufacturing process. In the CMOS manufacturing process, it is a common process control technique to measure dimensions using a scanning electron microscope (SEM) such as DICD (Development Inspection Critical Dimension) and FICD (Final Inspection Critical Dimension). It is difficult to control the pitch accuracy with a structure having a gradually changing pitch such as a mold grating, but the process management is easy when taking a small number of discrete values such as an equal pitch type or the present invention. .
図21及び図22は、このようにして設計した光分散補償器の側壁グレーティング構造と上部溝状グレーティング構造の一例であり、図20に相当する部分である。 FIGS. 21 and 22 are examples of the sidewall grating structure and the upper groove grating structure of the optical dispersion compensator designed as described above, and correspond to FIG.
(側壁のみにグレーティング構造を有する形態例)
図27(a),(b),(c)及び図28に、コアの側壁のみにグレーティング構造を有する基板型光導波路デバイスの形態例を模式的に示す。図27及び図28ではコア1のみを図示し、クラッドの図示を省略したが、クラッドがコア1の周囲を囲んでいるものとする。また、クラッドの下には基板(図示せず)が存在し、コア1の底面4は基板面に平行である。水平方向とは基板面に平行な方向をいい、垂直方向とは基板面に垂直な方向をいう。
図27(a)は、コア1の一部の上面図である。図27(b)は図27(a)中のSB−SB線に沿う断面図である。図27(c)は図27(a)中のSC−SC線に沿う断面図である。図2は斜視図である。
(Embodiment having a grating structure only on the side wall)
FIGS. 27 (a), (b), (c) and FIG. 28 schematically show examples of a substrate type optical waveguide device having a grating structure only on the side wall of the core. 27 and 28, only the
FIG. 27A is a top view of a part of the
図27(a)において符号Cは光導波路コア1の水平面内での単一の中心軸を表し、光は光導波路中を中心軸Cに沿って伝搬する。この光導波路は、第1形態例における側壁グレーティング構造12と同様のブラッググレーティングパターンを有する。すなわち、コア1下段の側壁2に凹部2aと凸部2bが交互に形成され、横幅wgratingは一周期PGごとに交互に振動してブラッググレーティングパターンを形成する。
一方、コア1上段の側壁5における幅wfixは一定であり、長手方向に沿った幅の変化はないものとする。このように、ブラッググレーティングパターンの高さを低減することにより、より高品質なデバイスの製造が可能となる。
In FIG. 27A, symbol C represents a single central axis in the horizontal plane of the
On the other hand, it is assumed that the width w fix at the
コアの側壁の一部にグレーティング構造を形成する場合、側壁5における一定のコア幅wfixは、側壁グレーティング構造2におけるコア幅wgratingの最大値より大きくてもよく、一定のコア幅wfixがグレーティングにおけるコア幅wgratingの最小値より小さくてもよく、あるいは図3に示すように、側壁5における一定のコア幅が凹部2aにおけるコア幅と凸部2bにおけるコア幅との中間値をとってもよい。
When the grating structure is formed on a part of the side wall of the core, the constant core width w fix in the
図27に示す本形態例の場合、コア上部5の幅wfixが凹部2aにおけるコア幅よりも小さく、側壁グレーティング構造2が、スラブ状になっている。このような構造は、例えば次のような方法で形成することが可能である。
(1)凹部2aと凸部2bを有する高さtgratingの小さい側壁グレーティング構造2を形成し、必要に応じて、高さtgratingのクラッドを側壁グレーティング構造2の周囲に形成して上面を平坦にした後、その上に、一定幅の側壁5を有する高さtfixのコア上部を積層して、コア1の高さを段階的に増大させる方法。
(2)最終的なコア1の厚さ(tgrating+tfix)を有する高屈折率層を形成し、コア1の両側でtfixに相当する深さをエッチングして側壁5を形成したのち、さらに凹部2aと凸部2bをエッチングにより形成する方法。
シリコンを用いた導波路においては、一般に単結晶シリコンを用いるとデポジションにより積層したシリコンを用いた場合よりも光の伝搬損失の小さい導波路を形成することができる。したがって、シリコンの場合においては、コア1を成膜して形成するのみならず、単結晶のシリコンをもとに削る方法が好ましい場合が多い。本形態例の構造で、コア材料としてシリコンを用いる場合は例えばSOI基板を用いてBOX層上部の単結晶シリコン層を基に、エッチングにより厚みを調整し、この手法により導波路を形成することができる。
なお、本形態例では、コア1の上面3を平坦としたが、さらに図2と同様に、上面3に溝状グレーティング構造を設けることもできる。
In the case of this embodiment shown in FIG. 27, the width w fix of the core
(1) forming a
(2) After forming a high refractive index layer having a
In a waveguide using silicon, in general, when single crystal silicon is used, a waveguide having a light propagation loss smaller than that in the case of using silicon laminated by deposition can be formed. Therefore, in the case of silicon, in addition to forming the
In this embodiment, the
本形態例の場合、グレーティング構造において変化する幅wgratingが1種類であるため、「光導波路の寸法の算出」の際には、図29に示すように、光導波路の実効屈折率neffTEに対するグレーティングのコア幅wgratingの対応関係が用いられる。つまり、上述の第2形態例では、「光導波路の寸法の算出」の際、図10に示す光導波路の実効屈折率に対するwinとwoutとの対応関係を求めたが、本形態例の場合は、コア幅wgratingの変化のみを考慮すれば良い。そのほかは、上記形態例と同様にして、グレーティング構造を設計することができる。 In the case of this embodiment, since there is only one type of width w grating that changes in the grating structure, when “calculating the dimensions of the optical waveguide”, the effective refractive index n effTE of the optical waveguide is shown in FIG. The correspondence relationship of the core width w grating of the grating is used. That is, in the second embodiment described above, when the "calculation of the dimensions of the optical waveguide", has been determined a relationship between w in and w out to the effective refractive index of the optical waveguide shown in FIG. 10, the present embodiment In this case, it is only necessary to consider the change in the core width w grating . Otherwise, the grating structure can be designed in the same manner as in the above embodiment.
図29の対応関係は、コア1を屈折率nが約2.0の窒化ケイ素(Si3N4)、クラッド(図示せず)を屈折率nが約1.45のシリカ(SiO2)から構成し、wfix=600nm、tgrating=150nm、tfix=350nmとして、wgratingを1〜1.8μmの間で変化した場合について求めたものである。
29 corresponds to the
これら対応関係を得るには、スラブ幅wgratingを変化させて、それぞれの光導波路の断面構造から固有伝搬モードの電磁界分布をモードマッチング法、有限要素法、もしくはビーム伝搬法など各種方法を採用したモードソルバープログラムにより求め、その実効屈折率neffを算出する。これにより、図29に示すように、光導波路の実効屈折率に対するスラブ幅wgratingの値が求められる。
実効屈折率分布neff(z)と図29とから、各z座標におけるスラブ幅wgratingを求めることが出来る。図29より、実効屈折率と構造寸法との関係を検討した範囲のおよそ中央を基準にとることによって、参照屈折率(平均実効屈折率)navは例えば1.631とする。
In order to obtain these correspondences, various methods such as mode matching, finite element method, or beam propagation method are used to change the electromagnetic field distribution of the eigenpropagation mode from the cross-sectional structure of each optical waveguide by changing the slab width w grating. The effective refractive index n eff is calculated from the obtained mode solver program. As a result, as shown in FIG. 29, the value of the slab width w grating with respect to the effective refractive index of the optical waveguide is obtained.
From the effective refractive index distribution n eff (z) and FIG. 29, the slab width w grating at each z coordinate can be obtained. From FIG. 29, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to 1.631, for example, by taking about the center of the range in which the relationship between the effective refractive index and the structural dimension is examined.
第3の実施形態に基づいて、図29から参照屈折率(平均実効屈折率)navを1.631とし、L−Band用のデバイスとして、中心周波数188.4THzすなわち中心波長1,591.255nmで設計した事例を以下に示す。ポテンシャル分布q(z)としては、第2形態例と同じく、図15及び図16に示すものを用いた。 Based on the third embodiment, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to 1.631 from FIG. 29, and the center frequency is 188.4 THz, that is, the center wavelength is 1,591.955 nm, as a device for L-Band. The example designed in is shown below. As the potential distribution q (z), the one shown in FIGS. 15 and 16 was used as in the second embodiment.
ポテンシャル分布q(z)に対して、参照屈折率(平均実効屈折率)navを1.631、中心波長を188.4THzとして変換することにより、図30及び図31に示した実効屈折率分布neff(z)を得る。これを、一定振幅が続く凸部と一定振幅が続く凹部とが急峻な変化で交互に繰り返される単純化されたグレーティング構造となるよう積分(平均化)し、図29の関係を用いてneffをスラブ幅wgratingに換算すると、具体的な光導波路のグレーティング構造の寸法が求められる。
本発明では、このようにして得られたグレーティング構造は、グレーティングフィンの長さ(凸部と凹部との差に当たる長さ)が不均一であり、グレーティングピッチはある限定された離散値をとるという特徴を有する。
By converting the reference refractive index (average effective refractive index) n av to 1.631 and the center wavelength to 188.4 THz with respect to the potential distribution q (z), the effective refractive index distribution shown in FIGS. 30 and 31 is obtained. n eff (z) is obtained. This is integrated (averaged) so that a convex part with a constant amplitude and a concave part with a constant amplitude are alternately repeated with a steep change, and n eff is used using the relationship of FIG. Is converted into the slab width w grating , the specific dimensions of the grating structure of the optical waveguide are obtained.
In the present invention, the grating structure thus obtained has a non-uniform length of the grating fin (a length corresponding to the difference between the convex portion and the concave portion), and the grating pitch takes a limited discrete value. Has characteristics.
図32及び図33は、素子長約12.3mm、約17,200周期の光分散補償素子のグレーティングピッチの分布の一例である。これは参照屈折率(平均実効屈折率)navを1.631とし、中心波長1,591.255nmとしてL−Band用に設計して光導波路寸法を算出した事例である。
逆散乱問題を解きポテンシャル分布q(z)を求めた際のz位置の差分化刻みとしてλ/40に細分化したので、ΔPは24nmであり、主たるグレーティングピッチPは、前記ΔP刻みでλc/(nav×2)=488nmに近い値となるP=477nmであり、ついで近いP+ΔPである502nmのピッチも、多く見られ、この2つが全ピッチのうち99%を占める。
図32にはP−10ΔP、P−8ΔP、P−7ΔP、P−6ΔP、P−5ΔP、P−4ΔP、P−3ΔP、P−2ΔP、P−ΔP、P、P+ΔP、P+2ΔP、P+3ΔP、P+4ΔP、P+5ΔP、P+6ΔP、P+7ΔP、P+8Δ、P+10ΔPに対応するグレーティングピッチ221nm、276nm、301nm、327nm、352nm、377nm、402nm、427nm、452nm、477nm、502nm、528nm、553nm、578nm、603nm、628nm、653nm、678nm、692nmのピッチが存在する。
P−11ΔP以下及びP+11ΔP以上のグレーティングピッチ及び、P―9ΔP、P+9ΔPに対応するグレーティングピッチは存在していない。図33には、図32の中の4.577mm付近の拡大図を示す。この領域では多くのピッチが477nmと502nmに分布している。
32 and 33 show an example of the distribution of the grating pitch of the optical dispersion compensator having an element length of about 12.3 mm and about 17,200 cycles. This is an example in which the optical waveguide dimensions are calculated by designing for L-Band with a reference refractive index (average effective refractive index) n av of 1.631 and a center wavelength of 1,591.955 nm.
Since the inverse scattering problem is solved and the potential distribution q (z) is obtained, the difference in the z position is subdivided into λ / 40. Therefore, ΔP is 24 nm, and the main grating pitch P is λc / P = 477 nm, which is close to (n av × 2) = 488 nm, and a close pitch of 502 nm, which is close to P + ΔP, is also often observed, and these two occupy 99% of the total pitch.
FIG. 32 shows P-10ΔP, P-8ΔP, P-7ΔP, P-6ΔP, P-5ΔP, P-4ΔP, P-3ΔP, P-2ΔP, P-ΔP, P, P + ΔP, P + 2ΔP, P + 3ΔP, P + 4ΔP, The grating pitches corresponding to P + 5ΔP, P + 6ΔP, P + 7ΔP, P + 8Δ, P + 10ΔP are 221 nm, 276 nm, 301 nm, 327 nm, 352 nm, 377 nm, 402 nm, 427 nm, 452 nm, 477 nm, 502 nm, 528 nm, 553 nm, 578 nm, 603 nm, 628 nm, 653 nm, 678 nm, There is a 692 nm pitch.
There are no grating pitches of P-11ΔP or less and P + 11ΔP or more and grating pitches corresponding to P-9ΔP and P + 9ΔP. FIG. 33 shows an enlarged view around 4.577 mm in FIG. In this region, many pitches are distributed at 477 nm and 502 nm.
なお、一般的な設計事例では差分化刻みの中でλc/(nav×2)に近いPが一番多く、以降P±NΔPのNが大きくなるに従って該当するグレーティングピッチの出現頻度が減少していく傾向を示すが、例えば単チャネル光フィルタの設計事例ではほとんどすべてのグレーティングピッチがPであり、P±ΔPがわずか数個観測され、Nが2以上となるP±NΔPは出現しない、という事例もある。また、P−10ΔPは出現するがP−9ΔP、P−8ΔP、P−7ΔPが出現していないなど、一部ピッチが現れない事例もある。 In general design cases, P that is closest to λc / (n av × 2) is the largest in the difference increments, and thereafter the frequency of appearance of the corresponding grating pitch decreases as N of P ± NΔP increases. For example, in a design example of a single channel optical filter, almost all grating pitches are P, only a few P ± ΔP are observed, and P ± NΔP where N is 2 or more does not appear. There are cases. There are also cases where some pitches do not appear, such as P-10ΔP appears but P-9ΔP, P-8ΔP, and P-7ΔP do not appear.
ピッチが限られた数(少ない数)の離散値を取ることは、CMOS製造工程における加工精度を維持する上で有効である。CMOS製造工程においては、DICD(Development Inspection Critical Dimension)、FICD(Final Inspection Critical Dimension)など、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて寸法測定を実施するのが一般的な工程管理手法であり、チャープ型グレーティングのように徐々に変化するピッチを有する構造ではピッチ精度を管理することは困難であるが、等ピッチ型あるいは本件発明のように少数の離散値をとる場合には工程管理が容易である。 Taking discrete values of a limited number (small number) of pitches is effective in maintaining the processing accuracy in the CMOS manufacturing process. In the CMOS manufacturing process, it is a common process management technique to measure dimensions using a scanning electron microscope (SEM) such as DICD (Development Inspection Critical Dimension) and FICD (Final Inspection Critical Dimension). It is difficult to control the pitch accuracy with a structure having a gradually changing pitch such as a mold grating, but the process management is easy when taking a small number of discrete values such as an equal pitch type or the present invention. .
図34は、このようにして設計した光分散補償器の側壁グレーティング構造と上部溝状グレーティング構造の一例であり、図33に相当する部分である。 FIG. 34 is an example of the side wall grating structure and the upper groove grating structure of the optical dispersion compensator designed as described above, and corresponds to FIG.
(実施例1)
図7に示した構造の、シリコン(Si)をコア内側、窒化ケイ素(Si3N4)をコア外側に配置した二重コア構造であり、シリカガラス(SiO2)をクラッドとする、光導波路コア側壁のwout及びtoutに示す部分にグレーティング構造を有するとともにコア上部のwin及びtinに示す部分に溝状グレーティング構造を有する基板型光導波路の光分散補償器を設計し製作した。
図7の構造に従って光導波路の断面構造を設計し、図8に示すTE型偏光(mode1)およびTM型偏光(mode2)に対する実効屈折率のwin依存性、図9に示すwinとwoutとの関係を求め、さらに、図10に示す光導波路の実効屈折率に対するwinとwoutとの対応関係を求めた。
Example 1
An optical waveguide having a double core structure in which silicon (Si) is disposed on the inner side of the core and silicon nitride (Si 3 N 4 ) is disposed on the outer side of the structure shown in FIG. 7, and silica glass (SiO 2 ) is used as the cladding. It was fabricated designed the optical dispersion compensator planar optical waveguide having a grooved grating structure portion shown in the core upper w in and t in conjunction with a grating structure to the portion shown in w out and t out of the core side wall.
The cross-sectional structure of a light waveguide designed according to the structure of FIG. 7, w in dependence of the effective refractive index for the TE polarization shown in FIG. 8 (mode1) and TM polarization (mode2), w in and w out shown in Figure 9 the relationship between the calculated and further, to determine the correspondence between the w in and w out to the effective refractive index of the optical waveguide shown in FIG. 10.
第1のリブ21及び第2のリブ22をシリコン(Si)、中央ギャップ23をシリカガラス(SiO2)、外側コア24を窒化ケイ素(Si3N4)、基板25をシリコン(Si)、下部クラッド26をシリカガラス(SiO2)、上部クラッド27をシリカガラス(SiO2)で構成しt1=240nm、t2=50nm、w1=257nm、w2=160nm、wmiddle=1000nm、tout=250nm、tmiddle=200nm、tin=100nm、下部クラッド26の厚みを2,000nm、上部クラッド27の最大厚みを2,000nmとした場合で算出した。
The
続いて、グレーティングパターンの設計を行った。設計中心周波数を188.4THzとした。すなわち、設計中心波長は1591.255nmである。L−Bandで100GHzチャネル間隔、チャネル帯域50GHzで45チャネルにわたってITU−T G.653に規定された分散シフトシングルモード光ファイバ(DSF)100kmの群速度分散及び分散スロープを補償するものとし、補償対象光ファイバ線路の光学特性として、群速度分散−295ps/nm、分散スロープ(Relative Dispersion Slope、RDS)0.018/nmを想定した。チャネル帯域内での振幅強度反射率を93.5%とした。これら設定値に基づいて用意した複素反射スペクトルr(λ)の反射率スペクトルを図11及び図12に、また群遅延スペクトルを図13及び図14に示す。これを、素子全長17,200λ、z位置の差分化刻みをλ/40に設定して、逆散乱問題を解きポテンシャル分布q(z)を求めた。結果を図15及び図16に示す。
続いて、図10で光導波路寸法を設計した実効屈折率範囲の中央付近から選択して、参照屈折率(平均実効屈折率)navを2.2164とし、中心周波数188.4THzすなわち中心波長1,591.255nmとして、ポテンシャル分布q(z)を実効屈折率分布neff(z)に変換した。
実効屈折率分布neff(z)と図10のwoutとから側壁グレーティング構造の形成に係る光導波路寸法を決定し、この寸法で側壁グレーティング構造加工用のフォトマスクを製作した。
さらに、実効屈折率分布neff(z)と、図10のwinとから、上部溝状グレーティング構造の形成に係る光導波路寸法を決定し、この寸法で上部溝状グレーティング構造加工用のフォトマスクを製作した。
これら2組のフォトマスクを用い、光導波路を製作した。ステッパー露光装置には、波長248nmのものを用いた。
これにより、所望の形状のグレーティング構造を形成することができた。
Subsequently, a grating pattern was designed. The design center frequency was 188.4 THz. That is, the design center wavelength is 1591.255 nm. ITU-T G.L over 100 channels with L-Band and 45 channels with channel bandwidth of 50 GHz. It is assumed that the dispersion velocity single-mode optical fiber (DSF) 100 km defined in 653 is compensated for the group velocity dispersion and dispersion slope, and the optical characteristics of the optical fiber line to be compensated are as follows: group velocity dispersion −295 ps / nm, dispersion slope Dispersion Slope, RDS) 0.018 / nm was assumed. The amplitude intensity reflectance in the channel band was 93.5%. 11 and 12 show the reflectance spectrum of the complex reflection spectrum r (λ) prepared based on these set values, and FIGS. 13 and 14 show the group delay spectrum. This was set to an element total length of 17,200λ, and the difference increment of the z position was set to λ / 40, and the inverse scattering problem was solved to obtain the potential distribution q (z). The results are shown in FIGS.
Subsequently, the optical waveguide dimensions shown in FIG. 10 are selected from the vicinity of the center of the effective refractive index range, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to 2.2164, the center frequency is 188.4 THz, that is, the center wavelength is 1. , 590.255 nm, the potential distribution q (z) was converted into an effective refractive index distribution n eff (z).
The optical waveguide dimensions related to the formation of the sidewall grating structure were determined from the effective refractive index distribution n eff (z) and w out in FIG. 10, and a photomask for processing the sidewall grating structure was manufactured based on this dimension.
Further, the effective refractive index distribution n eff (z), and a w in FIG. 10, the upper grooved grating determines the optical waveguide dimensions on the formation of the structure, a photomask for the upper grooved grating structure processed in this dimension Was made.
An optical waveguide was manufactured using these two sets of photomasks. A stepper exposure apparatus having a wavelength of 248 nm was used.
As a result, a grating structure having a desired shape could be formed.
(参考例)
参考例として、図23に示した構造の、シリコン(Si)をコア内側、窒化ケイ素(Si3N4)をコア外側に配置した二重コア構造であり、シリカガラス(SiO2)をクラッドとする、光導波路コア側壁24bにグレーティング構造を有するとともにコア上部24aに溝状グレーティング構造24cを有する基板型光導波路の光分散補償器を設計し製作した。
図23の構造に従って光導波路の断面構造を設計し、TE型偏光(mode1)およびTM型偏光(mode2)に対する実効屈折率のwin依存性、winとwoutとの関係を計算し、図24の光導波路の実効屈折率に対するwinとwoutとの対応関係を求めた。第1のリブ21及び第2のリブ22をシリコン(Si)、中央ギャップ23をシリカガラス(SiO2)、外側コア24を窒化ケイ素(Si3N4)、基板25をシリコン(Si)、下部クラッド26をシリカガラス(SiO2)、上部クラッド27をシリカガラス(SiO2)で構成し、t1=250nm、t2=50nm、w1=280nm、w2=160nm、tout=600nm、tin=100nm、下部クラッド26の厚みを2,000nm、上部クラッド27の最大厚みを2,000nmとした場合で算出した。
続いて、グレーティングパターンの設計を行った。設計中心周波数を188.4THzとした。すなわち、設計中心波長は1591.255nmである。L−Bandで100GHzチャネル間隔、チャネル帯域50GHzで45チャネルにわたってITU−T G.653に規定された分散シフトシングルモード光ファイバ(DSF)100kmの群速度分散及び分散スロープを補償するものとし、補償対象光ファイバ線路の光学特性として、群速度分散−295ps/nm、分散スロープ(Relative Dispersion Slope、RDS)0.018/nmを想定した。チャネル帯域内での振幅強度反射率を93.5%とした。これを、素子全長18,000λ、z位置の差分化刻みをλ/40に設定して、逆散乱問題を解きポテンシャル分布q(z)を求めた。
続いて、図24で光導波路寸法を設計した実効屈折率範囲の中央付近から選択して、参照屈折率(平均実効屈折率)navを2.348とし、中心周波数188.4THzすなわち中心波長1,591.255nmとして、ポテンシャル分布q(z)を実効屈折率分布neff(z)に変換した。
実効屈折率分布neff(z)と図24のwoutとから側壁グレーティング構造の形成に係る光導波路寸法を決定し、この寸法で側壁グレーティング構造加工用のフォトマスクを製作した。さらに、実効屈折率分布neff(z)と、図24のwinとから、上部溝状グレーティング構造の形成に係る光導波路寸法を決定し、この寸法で上部溝状グレーティング構造加工用のフォトマスクを製作した。
これら2組のフォトマスクを用い、光導波路を製作した。ステッパー露光装置には、波長248nmのものを用いた。
(Reference example)
As a reference example, the structure shown in FIG. 23 is a double core structure in which silicon (Si) is disposed inside the core and silicon nitride (Si 3 N 4 ) is disposed outside the core, and silica glass (SiO 2 ) is clad. An optical dispersion compensator for a substrate-type optical waveguide having a grating structure on the optical waveguide
The cross-sectional structure of a light waveguide designed according to the structure of FIG. 23, w in dependence of the effective refractive index for the TE polarization (mode1) and TM polarization (mode2), the relationship between w in and w out are calculated, Figure to determine the relationship between the w in and w out to the effective refractive index of the optical waveguide of 24. The
Subsequently, a grating pattern was designed. The design center frequency was 188.4 THz. That is, the design center wavelength is 1591.255 nm. ITU-T G.L over 100 channels with L-Band and 45 channels with channel bandwidth of 50 GHz. It is assumed that the dispersion velocity single-mode optical fiber (DSF) 100 km defined in 653 is compensated for the group velocity dispersion and dispersion slope, and the optical characteristics of the optical fiber line to be compensated are as follows: group velocity dispersion −295 ps / nm, dispersion slope Dispersion Slope, RDS) 0.018 / nm was assumed. The amplitude intensity reflectance in the channel band was 93.5%. The total length of the element was 18,000λ, and the difference increment of the z position was set to λ / 40 to solve the inverse scattering problem and obtain the potential distribution q (z).
Subsequently, the optical waveguide dimensions in FIG. 24 are selected from the vicinity of the center of the effective refractive index range, the reference refractive index (average effective refractive index) n av is set to 2.348, the center frequency is 188.4 THz, that is, the center wavelength is 1. , 590.255 nm, the potential distribution q (z) was converted into an effective refractive index distribution n eff (z).
The optical waveguide dimensions related to the formation of the sidewall grating structure were determined from the effective refractive index distribution n eff (z) and w out in FIG. 24, and a photomask for processing the sidewall grating structure was manufactured based on this dimension. Furthermore, an effective refractive index distribution n eff (z), and a w in FIG. 24, the upper grooved grating determines the optical waveguide dimensions on the formation of the structure, a photomask for the upper grooved grating structure processed in this dimension Was made.
An optical waveguide was manufactured using these two sets of photomasks. A stepper exposure apparatus having a wavelength of 248 nm was used.
この参考例においては、側壁グレーティングの高さは600nmであり、一方、実施例1においては、側壁グレーティング高さは、250nmである。グレーティングパターンなどのエッチング工程においては、深さが増すほど、側壁に荒れ、角度の傾きが現れ、導波路品質の低下を招くことが知られている。
本発明においては、側壁グレーティングパターンを、側壁グレーティングパターンを形成するコアの一部とすることで、本来のグレーティングの機能を残したまま、ここで挙げたように製造プロセスによる導波路品質の低下を低減し、より特性のよいグレーティングパターンを有する基板型光導波路素子を提供することができる。
In this reference example, the height of the side wall grating is 600 nm, while in Example 1, the height of the side wall grating is 250 nm. In an etching process such as a grating pattern, it is known that as the depth is increased, the side wall becomes rougher and the inclination of the angle appears, leading to a reduction in waveguide quality.
In the present invention, by making the side wall grating pattern a part of the core that forms the side wall grating pattern, the quality of the waveguide can be reduced by the manufacturing process as described here while retaining the original function of the grating. It is possible to provide a substrate-type optical waveguide device having a grating pattern with reduced characteristics.
1,10…コア、10a,10b…極性の異なる半導体領域、2,12…側壁グレーティング構造、2a,12a…凹部、2b,12b…凸部、3,11…上面、13…溝状グレーティング構造(溝状構造)、13a…凹部、13b…凸部、4,14…底面、5,15…側壁上部、16a,16b…通電部、17a,17b…電極、20…基板型光導波路デバイス、21,22…内側コア、21a,22a…平板部、21b,22b…直方体部、23…中央ギャップ、24…外側コア、24a…上面、24b…側壁、24c…溝状構造、25…基板(支持基板)、26…下部クラッド、27…上部クラッド。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010189837A JP5588794B2 (en) | 2009-08-28 | 2010-08-26 | Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009199038 | 2009-08-28 | ||
JP2009199038 | 2009-08-28 | ||
JP2010189837A JP5588794B2 (en) | 2009-08-28 | 2010-08-26 | Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011070177A JP2011070177A (en) | 2011-04-07 |
JP5588794B2 true JP5588794B2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=44015476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010189837A Expired - Fee Related JP5588794B2 (en) | 2009-08-28 | 2010-08-26 | Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5588794B2 (en) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11194159B2 (en) | 2015-01-12 | 2021-12-07 | Digilens Inc. | Environmentally isolated waveguide display |
US11281013B2 (en) | 2015-10-05 | 2022-03-22 | Digilens Inc. | Apparatus for providing waveguide displays with two-dimensional pupil expansion |
US11307432B2 (en) | 2014-08-08 | 2022-04-19 | Digilens Inc. | Waveguide laser illuminator incorporating a Despeckler |
US11442222B2 (en) | 2019-08-29 | 2022-09-13 | Digilens Inc. | Evacuated gratings and methods of manufacturing |
US11448937B2 (en) | 2012-11-16 | 2022-09-20 | Digilens Inc. | Transparent waveguide display for tiling a display having plural optical powers using overlapping and offset FOV tiles |
US11543594B2 (en) | 2019-02-15 | 2023-01-03 | Digilens Inc. | Methods and apparatuses for providing a holographic waveguide display using integrated gratings |
US11586046B2 (en) | 2017-01-05 | 2023-02-21 | Digilens Inc. | Wearable heads up displays |
US11703645B2 (en) | 2015-02-12 | 2023-07-18 | Digilens Inc. | Waveguide grating device |
US11726323B2 (en) | 2014-09-19 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays |
US11726332B2 (en) | 2009-04-27 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Diffractive projection apparatus |
US11747568B2 (en) | 2019-06-07 | 2023-09-05 | Digilens Inc. | Waveguides incorporating transmissive and reflective gratings and related methods of manufacturing |
US12140764B2 (en) | 2019-02-15 | 2024-11-12 | Digilens Inc. | Wide angle waveguide display |
US12158612B2 (en) | 2021-03-05 | 2024-12-03 | Digilens Inc. | Evacuated periodic structures and methods of manufacturing |
US12210153B2 (en) | 2019-01-14 | 2025-01-28 | Digilens Inc. | Holographic waveguide display with light control layer |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6127079B2 (en) * | 2015-02-24 | 2017-05-10 | 沖電気工業株式会社 | Optical wavelength filter |
JP6379245B1 (en) | 2017-03-16 | 2018-08-22 | 沖電気工業株式会社 | Optical waveguide device and receiving circuit |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0711610B2 (en) * | 1985-12-19 | 1995-02-08 | 松下電器産業株式会社 | Method of manufacturing waveguide diffraction grating |
JPH0422904A (en) * | 1990-05-18 | 1992-01-27 | Omron Corp | Rib type optical waveguide |
US5710849A (en) * | 1995-11-01 | 1998-01-20 | Northern Telecom, Ltd. | Taper shapes for flatband response and sidelobe suppression in grating assisted optical coupler filters |
JP2003152273A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser device |
US6912331B2 (en) * | 2002-03-12 | 2005-06-28 | Cambrius Inc. | Periodic electromagnetic waveguide structures with controlled polarization properties |
WO2003102646A2 (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical waveguide with non-uniform sidewall gratings |
WO2005011076A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-03 | Bookham Technology Plc | Weakly guiding ridge waveguides with vertical gratings |
JP2005316019A (en) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength filter |
JP4721924B2 (en) * | 2005-12-09 | 2011-07-13 | 富士通株式会社 | Optical device in which light propagating in optical waveguide and diffraction grating are coupled |
JP4817255B2 (en) * | 2006-12-14 | 2011-11-16 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN101952755B (en) * | 2008-02-29 | 2014-11-05 | 株式会社藤仓 | Substrate type light waveguide element, wavelength dispersion compensating element, optical filter, optical resonator and method for designing the light waveguide element, the wavelength dispersion compensating element, the filter and the resonator |
JP4820918B2 (en) * | 2009-08-25 | 2011-11-24 | 株式会社フジクラ | Manufacturing method of substrate type optical waveguide device having grating structure |
SG177663A1 (en) * | 2009-08-25 | 2012-02-28 | Fujikura Ltd | Manufacturing method of planar optical waveguide device with grating structure |
-
2010
- 2010-08-26 JP JP2010189837A patent/JP5588794B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11726332B2 (en) | 2009-04-27 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Diffractive projection apparatus |
US11448937B2 (en) | 2012-11-16 | 2022-09-20 | Digilens Inc. | Transparent waveguide display for tiling a display having plural optical powers using overlapping and offset FOV tiles |
US11709373B2 (en) | 2014-08-08 | 2023-07-25 | Digilens Inc. | Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler |
US11307432B2 (en) | 2014-08-08 | 2022-04-19 | Digilens Inc. | Waveguide laser illuminator incorporating a Despeckler |
US11726323B2 (en) | 2014-09-19 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays |
US11194159B2 (en) | 2015-01-12 | 2021-12-07 | Digilens Inc. | Environmentally isolated waveguide display |
US11740472B2 (en) | 2015-01-12 | 2023-08-29 | Digilens Inc. | Environmentally isolated waveguide display |
US11726329B2 (en) | 2015-01-12 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Environmentally isolated waveguide display |
US11703645B2 (en) | 2015-02-12 | 2023-07-18 | Digilens Inc. | Waveguide grating device |
US11754842B2 (en) | 2015-10-05 | 2023-09-12 | Digilens Inc. | Apparatus for providing waveguide displays with two-dimensional pupil expansion |
US11281013B2 (en) | 2015-10-05 | 2022-03-22 | Digilens Inc. | Apparatus for providing waveguide displays with two-dimensional pupil expansion |
US11586046B2 (en) | 2017-01-05 | 2023-02-21 | Digilens Inc. | Wearable heads up displays |
US12248150B2 (en) | 2017-01-05 | 2025-03-11 | Digilens Inc. | Wearable heads up displays |
US12210153B2 (en) | 2019-01-14 | 2025-01-28 | Digilens Inc. | Holographic waveguide display with light control layer |
US11543594B2 (en) | 2019-02-15 | 2023-01-03 | Digilens Inc. | Methods and apparatuses for providing a holographic waveguide display using integrated gratings |
US12140764B2 (en) | 2019-02-15 | 2024-11-12 | Digilens Inc. | Wide angle waveguide display |
US11747568B2 (en) | 2019-06-07 | 2023-09-05 | Digilens Inc. | Waveguides incorporating transmissive and reflective gratings and related methods of manufacturing |
US11592614B2 (en) | 2019-08-29 | 2023-02-28 | Digilens Inc. | Evacuated gratings and methods of manufacturing |
US11442222B2 (en) | 2019-08-29 | 2022-09-13 | Digilens Inc. | Evacuated gratings and methods of manufacturing |
US11899238B2 (en) | 2019-08-29 | 2024-02-13 | Digilens Inc. | Evacuated gratings and methods of manufacturing |
US12158612B2 (en) | 2021-03-05 | 2024-12-03 | Digilens Inc. | Evacuated periodic structures and methods of manufacturing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011070177A (en) | 2011-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5588794B2 (en) | Substrate type optical waveguide device having grating structure, chromatic dispersion compensation element, and method of manufacturing substrate type optical waveguide device | |
US8542970B2 (en) | Planar optical waveguide element, chromatic dispersion compensator, optical filter, optical resonator and methods for designing the element, chromatic dispersion compensator, optical filter and optical resonator | |
JP4500886B2 (en) | Optical waveguide device, chromatic dispersion compensation device and design method thereof, optical filter and design method thereof, and optical resonator and design method thereof | |
JP4514832B2 (en) | Substrate type optical waveguide device, chromatic dispersion compensation device, optical filter, optical resonator, and design method thereof | |
JP4603090B2 (en) | Substrate-type optical waveguide device, chromatic dispersion compensation device and design method thereof, optical filter and design method thereof, and optical resonator and design method thereof | |
US8503839B2 (en) | Composite subwavelength-structured waveguide in optical systems | |
JP4820918B2 (en) | Manufacturing method of substrate type optical waveguide device having grating structure | |
US8227178B2 (en) | Manufacturing method of planar optical waveguide device with grating structure | |
Fang et al. | Folded silicon-photonics arrayed waveguide grating integrated with loop-mirror reflectors | |
US8404133B2 (en) | Manufacturing method of planar optical waveguide device with grating structure | |
Shen et al. | Ultra‐Low‐Crosstalk Silicon Arrayed‐Waveguide Grating (De) multiplexer with 1.6‐nm Channel Spacing | |
JP4820917B2 (en) | Manufacturing method of substrate type optical waveguide device having grating structure | |
JP5377161B2 (en) | Method of designing a substrate type optical waveguide device having a grating structure | |
JP2011070176A (en) | Substrate type optical waveguide device having grating structure | |
JP5337830B2 (en) | Optical dispersion compensation element and design method thereof | |
JP2022082851A (en) | Grating element and optical device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130611 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131218 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140107 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140307 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140701 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140728 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5588794 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |