複合光導波路、波長可変フィルタ、波長可変レーザ、および光集積回路
【課題】従来よりも小型で低損失であり、設計の自由度の高い光導波路を提供すること。
【解決手段】複合光導波路１は、シリカ系コアを有する第１光導波路９と第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路１１とを有し、第１光導波路９は、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、第２光導波路１１は、第１光導波路９の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部１３を有する。
【解決手段】複合光導波路１は、シリカ系コアを有する第１光導波路９と第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路１１とを有し、第１光導波路９は、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、第２光導波路１１は、第１光導波路９の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部１３を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合光導波路、波長可変フィルタ、波長可変レーザ、および光集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コアがＳｉＯ２またはＳｉＯＮ或いはＳｉＯｘ等、クラッドがＳｉＯ２等を有するシリカ系光導波路は、０．０１〜０．０５ｄＢ／ｃｍと低損失であり、単一モード光ファイバー（ＳＭＦ）や半導体レーザ（ＬＤ）とも低損失で結合可能であるため、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）技術として確立され、波長多重光通信方式における合分波器（ＡＷＧ）や、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）におけるスプリッタなど、様々な光デバイスに適用されている（特許文献１）。
【０００３】
一方、コアがＳｉ半導体等、クラッドがＳｉＯ２等を有するＳｉ系光導波路は、コアとクラッド間での非常に大きな屈折率差のためにコアへの光の閉じ込めが強く、最小曲げ半径が僅か数μｍである。そのため、光デバイスを大幅に小型化できる可能性を有している。
【０００４】
実際、Ｓｉ系光導波路による極微小ＡＷＧや熱光学（Ｔ−Ｏ）光スイッチが試作されている。
【０００５】
さらにＳｉ系光導波路は、コアが半導体Ｓｉを有するために、電界印加や電流注入による電気光学（Ｅ−Ｏ）効果光デバイスも実現できる。
【０００６】
実際、それらの効果を利用して、Ｓｉ光導波路を用いた光変調器（非特許文献１）や光減衰器（非特許文献２）などが試作されている。
【０００７】
なお、特許文献１では、Ｓｉ系光導波路とシリカ系光導波路を組み合わせて用いることが示唆されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５７５３０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】William M. Green, Michael J. Rooks, Lidija Sekaric, and Yurii A. Vlasov “Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator”, Optics Express, Vol. 15, Issue 25, (2007) pp. 17106-17113
【非特許文献２】H. Nishi et al., SSDM2009 Extended Abstract, I-1-2, (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、シリカ系光導波路は、最小曲げ半径が数１００μｍ〜数ｍｍとＳｉ系光導波路よりもはるかに大きく、これを用いて光デバイスを実現しようとすると、数ｍｍ角から大きいものでは数ｃｍ角となる。
【００１１】
従って、シリカ系光導波路からなる光デバイスのみによって光集積回路を構成しようとすると、小型化が困難となる。
【００１２】
また、前述のように、光導波路には、熱を加えることにより屈折率が変化する熱光学（Ｔ−Ｏ）効果、および電界印加や電流注入によって屈折率が変化する電気光学（Ｅ−Ｏ）効果があることが知られているが、シリカ系材料は絶縁体であるため、熱光学（Ｔ−Ｏ）効果デバイスは実現できるが、電気光学（Ｅ−Ｏ）効果デバイスは実現できない。
【００１３】
そのため、シリカ系光導波路では、応答速度の遅いＴ−Ｏ光スイッチなどは実現できるが、速い応答速度が求められる光変調器などは実現できない。
【００１４】
それに対して、Ｓｉ系光導波路は最小曲げ半径が僅か数μｍであるが、現状では伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍ程度とシリカ系光導波路に比べて非常に大きく、光配線としてはシリカ系光導波路よりも長く引き回すことはできない。
【００１５】
また、Ｓｉ系光導波路には、光ファイバーとの直接結合で６ｄＢ程度という、シリカ系光導波路よりもはるかに大きな結合損失を生じるという問題もある。
【００１６】
このように、Ｓｉ系光導波路で短所とされている特性はシリカ系光導波路では長所とされている特性であり、その逆も成り立っており、双方の長所を兼ね備えた光導波路は無いのが現状である。
【００１７】
一方、特許文献１にはＳｉ系光導波路とシリカ系光導波路を組み合わせて用いることが示唆されているが、組み合わせの具体的な例については何ら開示されていない。
【００１８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、従来よりも小型で低損失であり、設計の自由度の高い光導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の態様は、シリカ系コアを有する第１光導波路と、前記第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路と、を有し、前記第１光導波路は、前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、前記第２光導波路は、前記第２光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部を有することを特徴とする複合光導波路である。
【００２０】
ここで、「第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長」とは、第２光導波路において許容される最大挿入損失における第２光導波路の導波路長以上の長さを意味し、例えば、許容される最大挿入損失が０．１ｄＢであり、第２光導波路の伝播損失が１ｄＢ／ｃｍであった場合、「第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長」は１ｍｍ以上になる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の複合光導波路を有することを特徴とする波長可変フィルタである。
【００２２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の波長可変フィルタを有することを特徴とする波長可変レーザである。
【００２３】
本発明の第４の態様は第３の態様に記載の波長可変レーザを用いたレーザの発振方法である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、第１の態様に記載の複合光導波路を有することを特徴とする光集積回路である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも小型で低損失であり、設計の自由度の高い光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る複合光導波路１の構成の概略を示す斜視図であり、オーバークラッド層７は透明に描き、かつその外周を点線で表している。
【図２】図１の２方向矢視図である。
【図３】図１の平面図であり、オーバークラッド層７は記載を省略している。
【図４】図１の第１光導波路９と第２光導波路１１の接合部分の拡大斜視図であり、オーバークラッド層７および第１光導波路９は透明に描き、かつ、オーバークラッド層７の外周を点線で表している。
【図５】図４の平面図であり、オーバークラッド層７は記載を省略している。
【図６】複合光導波路１を有する波長可変レーザ１０１を示す斜視図であり、オーバークラッド層７は透明に描き、かつその外周を点線で表している。
【図７】図６の半導体光増幅器チップ２７の拡大図である。
【図８】図７を裏面から見た斜視図である。
【図９】図６の波長可変フィルタ２１に係る部分のみを記載した図である。
【図１０】リング共振器の半径と共振波長間隔（ＦＳＲ）の関係を示す図である。
【図１１】複合光導波路１を有する光集積回路５１を示す平面図であり、オーバークラッド層７および断熱溝７３は記載を省略している。
【図１２】図１１のヒータ７１ａ（７１ｂ）付近の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
まず、図１〜図５を参照して本発明の第１の実施形態に係る複合光導波路１の概略構造について説明する。
【００２９】
図１〜３に示すように、複合光導波路１はＳｉ等の基板３、基板３上に設けられたＳｉＯ２等の埋め込み層５、（アンダークラッド層）、埋め込み層５上に設けられた第１光導波路９（コア層）、第２光導波路１１（コア層）、および埋め込み層５上に設けられ、第１光導波路９と第２光導波路１１を覆うＳｉＯ２等のオーバークラッド層７を有している。
【００３０】
次に、図１〜図５を参照して複合光導波路１の構成要素のうち、第１光導波路９と第２光導波路１１についてより詳細に説明する。
【００３１】
図１〜図３に示すように、複合光導波路１は第１光導波路９と、第１光導波路９と接合された第２光導波路１１を有している。
【００３２】
図４および図５に示すように、第２光導波路１１は、その先端部分が、徐々に幅が狭くなるテーパ部１５を形成しており、テーパ部１５が第１光導波路９に入り込むような形になっている。
【００３３】
なお、第１光導波路９を構成する材料は、極力、伝搬損失が小さいものを用い、少なくとも第２光導波路１１を構成する材料よりも伝播損失が小さいものを用いる。
【００３４】
一方、第２光導波路１１を構成する材料は、極力、最小曲げ半径が小さいものを用い、少なくとも第１光導波路９を構成する材料よりも最小曲げ半径が小さいものを用いる。
【００３５】
具体的には、第１光導波路９として、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘ等のシリカ系材料を有するシリカ系コアを用い、第２光導波路１１を構成する材料として、Ｓｉ半導体等のＳｉ系材料を有するＳｉ系コアを用いる。
【００３６】
ここで、図３に示すように、複合光導波路１は、急峻に曲がっている部分、具体的には第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径よりも小さい半径（図３の半径１０参照）を有する急峻曲がり部１３を有するが、急峻曲がり部１３には第２光導波路１１が用いられる。換言すれば、第２光導波路１１は急峻曲がり部１３を有している。
【００３７】
なお、長く引き回す必要がある部分については、なるべく伝播損失を低く抑えるために第１光導波路９を用いる。図３では直線部分、即ち半径が無限大の部分に第１光導波路９を用いている。
【００３８】
ただし、電気光学効果や熱光学効果を起こすための後述するヒータ７１ａ、７１ｂや電極６９と接続される部分には第２光導波路１１が用いられる場合もある（詳細は後述）。
【００３９】
即ち、前述のように、シリカ系材料はＳｉ系材料と比べて伝搬損失は小さいが、最小曲げ半径が大きく、逆にＳｉ系材料はシリカ系材料と比べて伝搬損失が大きいが、最小曲げ半径は小さい。
【００４０】
そこで、第１の実施形態に係る複合光導波路１は、急峻に曲がっている部分にＳｉ系コアの第２光導波路１１を用い、長く引き回す必要のある部分にはシリカ系コアの第１光導波路９を用いている。
【００４１】
このように、導波路の形状（この場合は半径の大小）や引き回す導波路の長さによって導波路の材料を使い分ける構成とすることにより、単一の材料で導波路を構成する場合と比較して、複合光導波路１は設計の自由度が大きく、低損失で小型となる。
【００４２】
また、第２光導波路１１は、その先端部分が、幅が、徐々に狭くなるテーパ部１５を形成しており、テーパ部１５が第１光導波路９に入り込むように形になっている。
【００４３】
そのため、複合光導波路１は低損失のビームスポットサイズ変換器（ＳＳＣ）として用いることもできる。
【００４４】
具体的には、シリカ系コアを第１光導波路９に用い、Ｓｉ系コアを第２光導波路１１に用いた場合、両光導波路間での結合損失の値としては０．１ｄＢ以下となる。そのため、両光導波路を１０カ所程度接合したとしても、それによる損失の増加は１ｄＢ程度である。
【００４５】
このように、第１の実施形態によれば、複合光導波路１は第１光導波路９と、第１光導波路９と接合された第２光導波路１１を有しており、急峻曲がり部１３には第２光導波路１１が用いられている。
【００４６】
そのため、単一の材料で導波路を構成する場合と比較して、複合光導波路１は設計の自由度が大きく、低損失で小型となる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について図６〜図１０を参照して説明する。
【００４８】
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る複合光導波路１を波長可変フィルタ２１および半導体光増幅器チップ２７を用いた波長可変レーザ１０１に用いたものである。
【００４９】
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図６に示すように、第２の実施形態に係る波長可変レーザ１０１は、複合光導波路１を有する波長可変フィルタ２１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）チップ２７とを有している。
【００５１】
図７および図８に示すように半導体光増幅器チップ２７はクラッド２９、クラッド２９の内部に設けられた活性層３１、クラッド２９の表面に設けられた位置合わせマーカー３５、３７、電極３３、３９を有している。
【００５２】
図９に示すように、波長可変フィルタ２１は第１リング共振器２３、第１リング共振器２３に接合された第２リング共振器２５、および、第１リング共振器２３と第２リング共振器２５に接合され、これらの共振器と半導体光増幅器チップ２７を接合する接合部２８を有している。
【００５３】
第１リング共振器２３は第２リング共振器２５よりも半径が大きく、かつ第２リング共振器２５において許容される損失に対応した、第２リング共振器２５を構成する導波路の長さ以上の長さの周回長を有するリング９ａを有する（即ち、第２リング共振器２５を構成する、伝播損失の大きな導波路で実現しようとすると損失が大きくなり過ぎてしまうような大きな直径を有するリング９ａを有する）。
【００５４】
具体的には、第１リング共振器２３には、シリカ系コアの第１光導波路９が用いられており、具体的なリング９ａの寸法は例えば直径１００μｍ以上である。
【００５５】
第２リング共振器２５は第１リング共振器２３よりも半径が小さく、かつ第１リング共振器２３を構成する材料の最小曲げ半径よりも小さい半径を有するリング１１ａを用いた共振器である。
【００５６】
具体的には、第２リング共振器２５には、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１が用いられており、具体的なリング１１ａの寸法は例えば直径１００μｍ未満（望ましくは直径数１０μｍ以下）である。
【００５７】
また、接合部２８は、シリカ系コアの第１光導波路９で構成されている。
【００５８】
なお、第１光導波路９と第２光導波路１１は、第１の実施形態と同様に、テーパ型のＳＳＣによって低損失に結合されている。
【００５９】
図９から明らかなように、波長可変フィルタ２１は、第１の実施形態の複合光導波路１を用いた構造となっており、急峻に曲がっている部分（例えば第２リング共振器２５）にＳｉ系コアの第２光導波路１１を用い、長く引き回す必要がある部分（第１リング共振器２３）にシリカ系コアの第１光導波路９を用いている。なお、ここでいう「長く引き回す必要がある部分」とは、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路長以上の長さで引き回す必要がある部分を意味する。
【００６０】
即ち、波長可変フィルタ２１は、第１光導波路９の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する部分には第２光導波路１１を用い、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路よりも長い周回長のリング共振器を必要とする部分には第１光導波路９を用いている。
【００６１】
このように、曲げ半径や長さに応じて第１光導波路９と第２光導波路１１を臨機応変に組み合わせて用いることにより、直径１０μｍ〜数ｍｍまでの複数のリング共振器を有する波長可変フィルタ２１を構成することが可能となる。
【００６２】
従って、本発明の複合光導波路１を用いれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１の設計の自由度を高めることができる。
【００６３】
また、直径の異なる複数のリング共振器を組み合わせることにより、波長可変レーザ１０１は効果的に波長を選択することができる。
【００６４】
即ち、図１０に示すように、共振波長間隔（ＦＳＲ）は、リング共振器のリングの直径が小さくなるほど大きくなり、逆に直径が大きくなるほどＦＳＲは小さくなる。
【００６５】
そのため、両者を組み合わせることにより効果的に波長を選択することができ、波長可変レーザ１０１は大きな波長可変幅と安定な連続発振動作を両立させることができる。
【００６６】
さらに、波長可変フィルタ２１は、接合部２８に第１光導波路９を用いている。換言すれば、第１光導波路９は接合部２８を有している。
【００６７】
これは、以下の理由によるものである。
【００６８】
波長可変レーザ１０１は、波長可変フィルタ２１と半導体光増幅器チップ２７がなるべく低損失で結合されていることが望ましい、また、両者の結合部分に極僅かでも光反射があり、反射戻り光がＳＯＡに入射すると発振動作が不安定となる。
【００６９】
一方で前述のように、Ｓｉ系の第２光導波路１１と半導体光増幅器チップ２７を光学結合すると大きな結合損失が伴い、また同時に反射も大きくなる。
【００７０】
そのため、接合部２８は、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１ではなく、小さな結合損失が得られるシリカ系コアの第１光導波路９を用いるのが望ましい。
【００７１】
このように、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１は波長可変フィルタ２１と半導体光増幅器チップ２７を有し、波長可変フィルタ２１は複合光導波路１を有している。
【００７２】
従って、第１の実施形態と同等の効果を奏する。
【００７３】
また、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１は第１リング共振器２３および第１リング共振器２３のリング９ａよりも半径の小さいリング１１ａを有する第２リング共振器２５を有し、第１リング共振器２３は第１光導波路９で構成され、第２リング共振器２５は第２光導波路１１で構成されている。
【００７４】
そのため、波長可変レーザ１０１は、２つのリング共振器を組み合わせることにより効果的に波長を選択することができ、大きな波長可変幅と安定な連続発振動作を両立させることができる。
【００７５】
さらに、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１は、半導体光増幅器チップ２７との接合部２８に第１光導波路９を用いている。
【００７６】
そのため、結合による損失および反射を最小限に抑えることができる。
【００７７】
次に、第３の実施形態に係る光集積回路５１の構成について、図１１を参照して説明する。
【００７８】
第３の実施形態は、第１の実施形態に係る複合光導波路１を用いて光集積回路５１を構成し、さらにＴ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果により屈折率を変化させる屈折率制御部として、熱光学装置と電気光学装置を設けたものである。
【００７９】
なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。
【００８０】
図１１に示すように、光集積回路５１は一対のリング共振器５５ａ、５５ｂ、Ｅ−Ｏ部５９、リング共振器５５ａ、５５ｂとＥ−Ｏ部５９を接合する接合部６１ａ、６１ｂ、リング共振器５５ａとリング共振器５５ｂを接合する接合部５７、リング共振器５５ａ、５５ｂと外部の光ファイバー６５ａ、６５ｂ（もしくは図示しない半導体レーザ等）を接合する外部接合部５３ａ、５３ｂを有している。
【００８１】
リング共振器５５ａ、５５ｂには光導波路の屈折率を変化させる熱光学装置を構成するヒータ７１ａ、７１ｂが設けられており、ヒータ７１ａ、７１ｂにはヒータ７１ａ、７１ｂに駆動電流を流すための電極６７が設けられている。電極６７は図示しない電源に接続されている。
【００８２】
即ち、図示しない電源によりヒータ７１ａ、７１ｂが通電され、通電されたヒータ７１ａ、７１ｂがリング共振器５５ａ、５５ｂを加熱することにより、リング共振器５５ａ、５５ｂを構成する光導波路の屈折率が変化する。
【００８３】
また、Ｅ−Ｏ部５９には光導波路の屈折率を変化させる光学装置を構成する電極６９が設けられており、電極６９は図示しない他の電源に接続されている。
【００８４】
即ち、図示しない電源により電極６９が通電され、通電された電極６９が光導波路に電界印加や電流注入を行うことにより、Ｅ−Ｏ部５９の光導波路の屈折率が変化する。
【００８５】
ここで、光集積回路５１では、リング共振器５５ａ、５５ｂを構成する光導波路はＳｉ系コアの第２光導波路１１が用いられている。
【００８６】
これは、シリカ系コアの第１光導波路９よりもＳｉ系コアの第２光導波路１１の方が、熱光学効果が大きく、より少ない加熱、即ち少ない電力によって透過波長を大きく変えることができるためである。（一般にＳｉ系コアの熱光学効果はシリカ系コアの熱光学効果よりも大きい）。
【００８７】
さらに、図１２に示すように、ヒータ７１ａ、７１ｂの周囲には埋め込み層５およびオーバークラッド層７を切り欠いて形成した断熱溝７３が設けられている。
【００８８】
このように、断熱溝７３を設けることにより、第２光導波路１１周辺に効率的に熱を閉じ込めることで、さらに少ない電力により透過波長を大きく変えることができる（即ち、消費電力を低減できる）。
【００８９】
また、Ｅ−Ｏ部５９を構成する光導波路もＳｉ系コアの第２光導波路１１が用いられている。
【００９０】
これは、第２光導波路１１はコアが半導体であるＳｉであるため、電界印加や電流注入によって導波路の屈折率を変化させることができるためである。なお、電気光学効果は熱光学効果よりも高速に応答するために、Ｅ−Ｏ部５９を設けることにより、高速で波長を変化させることができる。
【００９１】
一方、外部接合部５３ａ、５３ｂは第１光導波路９で構成されている。
【００９２】
これは、第２の実施形態と同様の理由、即ち、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１よりもシリカ系コアの第１光導波路９の方が、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）との結合損失が小さいからである。
【００９３】
さらに、接合部５７、６１ａ、６１ｂについては、第１、第２の実施形態と同様に、第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径以上の半径を有する部分（図１１では直線部分）については、第１光導波路９を用い、第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径より小さい半径を有する急峻曲がり部１３には第２光導波路１１を用いた複合光導波路１としている。
【００９４】
このように、Ｔ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果が必要となる部分には第２光導波路１１を用い、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）と接合する必要がある部分には第１光導波路９を用いること、即ち、両者を組み合わせて用いることにより、各々の光導波路を単独で用いた場合には実現できなかった小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が得られる光集積回路５１が得られる。
【００９５】
このように、第３の実施形態によれば、光集積回路５１は複合光導波路１を有している。
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００９６】
また、第３の実施形態によれば、光集積回路５１はヒータ７１ａ、７１ｂおよびＥ−Ｏ部５９を有し、Ｔ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果が必要となる部分には第２光導波路１１を用い、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）と接合する必要がある部分には第１光導波路９を用いている。
【００９７】
そのため、光集積回路５１は、各々の光導波路を単独で用いた場合と比べ、小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
上記した実施形態では、本発明を、波長可変フィルタ２１、波長可変レーザ１０１、および光集積回路５１に適用した場合について説明したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が求められる全ての光機能デバイスに適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１……………複合光導波路
３……………基板
５……………埋め込み層（アンダークラッド層）
７……………オーバークラッド層
９……………第１光導波路（コア層）
１０…………半径
１１…………第２光導波路（コア層）
１３…………急峻曲がり部
１５…………テーパ部
２１…………波長可変フィルタ
２３…………第１リング共振器
２５…………第２リング共振器
２７…………半導体光増幅器（ＳＯＡ）チップ
２８…………接合部
２９…………クラッド
３１…………活性層
３３…………電極
３５…………位置合わせマーカー
３７…………位置合わせマーカー
３９…………電極
５１…………光集積回路
５３ａ………外部接合部
５３ｂ………外部接合部
５５ａ………リング共振器
５５ｂ………リング共振器
５７…………接合部
５９…………Ｅ−Ｏ部
６１ａ………接合部
６１ｂ………接合部
６５ａ………光ファイバー
６５ｂ………光ファイバー
６７…………電極
７１ａ………ヒータ
７１ｂ………ヒータ
７３…………断熱溝
１０１………波長可変レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合光導波路、波長可変フィルタ、波長可変レーザ、および光集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コアがＳｉＯ２またはＳｉＯＮ或いはＳｉＯｘ等、クラッドがＳｉＯ２等を有するシリカ系光導波路は、０．０１〜０．０５ｄＢ／ｃｍと低損失であり、単一モード光ファイバー（ＳＭＦ）や半導体レーザ（ＬＤ）とも低損失で結合可能であるため、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）技術として確立され、波長多重光通信方式における合分波器（ＡＷＧ）や、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）におけるスプリッタなど、様々な光デバイスに適用されている（特許文献１）。
【０００３】
一方、コアがＳｉ半導体等、クラッドがＳｉＯ２等を有するＳｉ系光導波路は、コアとクラッド間での非常に大きな屈折率差のためにコアへの光の閉じ込めが強く、最小曲げ半径が僅か数μｍである。そのため、光デバイスを大幅に小型化できる可能性を有している。
【０００４】
実際、Ｓｉ系光導波路による極微小ＡＷＧや熱光学（Ｔ−Ｏ）光スイッチが試作されている。
【０００５】
さらにＳｉ系光導波路は、コアが半導体Ｓｉを有するために、電界印加や電流注入による電気光学（Ｅ−Ｏ）効果光デバイスも実現できる。
【０００６】
実際、それらの効果を利用して、Ｓｉ光導波路を用いた光変調器（非特許文献１）や光減衰器（非特許文献２）などが試作されている。
【０００７】
なお、特許文献１では、Ｓｉ系光導波路とシリカ系光導波路を組み合わせて用いることが示唆されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５７５３０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】William M. Green, Michael J. Rooks, Lidija Sekaric, and Yurii A. Vlasov “Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator”, Optics Express, Vol. 15, Issue 25, (2007) pp. 17106-17113
【非特許文献２】H. Nishi et al., SSDM2009 Extended Abstract, I-1-2, (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、シリカ系光導波路は、最小曲げ半径が数１００μｍ〜数ｍｍとＳｉ系光導波路よりもはるかに大きく、これを用いて光デバイスを実現しようとすると、数ｍｍ角から大きいものでは数ｃｍ角となる。
【００１１】
従って、シリカ系光導波路からなる光デバイスのみによって光集積回路を構成しようとすると、小型化が困難となる。
【００１２】
また、前述のように、光導波路には、熱を加えることにより屈折率が変化する熱光学（Ｔ−Ｏ）効果、および電界印加や電流注入によって屈折率が変化する電気光学（Ｅ−Ｏ）効果があることが知られているが、シリカ系材料は絶縁体であるため、熱光学（Ｔ−Ｏ）効果デバイスは実現できるが、電気光学（Ｅ−Ｏ）効果デバイスは実現できない。
【００１３】
そのため、シリカ系光導波路では、応答速度の遅いＴ−Ｏ光スイッチなどは実現できるが、速い応答速度が求められる光変調器などは実現できない。
【００１４】
それに対して、Ｓｉ系光導波路は最小曲げ半径が僅か数μｍであるが、現状では伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍ程度とシリカ系光導波路に比べて非常に大きく、光配線としてはシリカ系光導波路よりも長く引き回すことはできない。
【００１５】
また、Ｓｉ系光導波路には、光ファイバーとの直接結合で６ｄＢ程度という、シリカ系光導波路よりもはるかに大きな結合損失を生じるという問題もある。
【００１６】
このように、Ｓｉ系光導波路で短所とされている特性はシリカ系光導波路では長所とされている特性であり、その逆も成り立っており、双方の長所を兼ね備えた光導波路は無いのが現状である。
【００１７】
一方、特許文献１にはＳｉ系光導波路とシリカ系光導波路を組み合わせて用いることが示唆されているが、組み合わせの具体的な例については何ら開示されていない。
【００１８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、従来よりも小型で低損失であり、設計の自由度の高い光導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の態様は、シリカ系コアを有する第１光導波路と、前記第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路と、を有し、前記第１光導波路は、前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、前記第２光導波路は、前記第２光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部を有することを特徴とする複合光導波路である。
【００２０】
ここで、「第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長」とは、第２光導波路において許容される最大挿入損失における第２光導波路の導波路長以上の長さを意味し、例えば、許容される最大挿入損失が０．１ｄＢであり、第２光導波路の伝播損失が１ｄＢ／ｃｍであった場合、「第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長」は１ｍｍ以上になる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の複合光導波路を有することを特徴とする波長可変フィルタである。
【００２２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の波長可変フィルタを有することを特徴とする波長可変レーザである。
【００２３】
本発明の第４の態様は第３の態様に記載の波長可変レーザを用いたレーザの発振方法である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、第１の態様に記載の複合光導波路を有することを特徴とする光集積回路である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも小型で低損失であり、設計の自由度の高い光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る複合光導波路１の構成の概略を示す斜視図であり、オーバークラッド層７は透明に描き、かつその外周を点線で表している。
【図２】図１の２方向矢視図である。
【図３】図１の平面図であり、オーバークラッド層７は記載を省略している。
【図４】図１の第１光導波路９と第２光導波路１１の接合部分の拡大斜視図であり、オーバークラッド層７および第１光導波路９は透明に描き、かつ、オーバークラッド層７の外周を点線で表している。
【図５】図４の平面図であり、オーバークラッド層７は記載を省略している。
【図６】複合光導波路１を有する波長可変レーザ１０１を示す斜視図であり、オーバークラッド層７は透明に描き、かつその外周を点線で表している。
【図７】図６の半導体光増幅器チップ２７の拡大図である。
【図８】図７を裏面から見た斜視図である。
【図９】図６の波長可変フィルタ２１に係る部分のみを記載した図である。
【図１０】リング共振器の半径と共振波長間隔（ＦＳＲ）の関係を示す図である。
【図１１】複合光導波路１を有する光集積回路５１を示す平面図であり、オーバークラッド層７および断熱溝７３は記載を省略している。
【図１２】図１１のヒータ７１ａ（７１ｂ）付近の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
まず、図１〜図５を参照して本発明の第１の実施形態に係る複合光導波路１の概略構造について説明する。
【００２９】
図１〜３に示すように、複合光導波路１はＳｉ等の基板３、基板３上に設けられたＳｉＯ２等の埋め込み層５、（アンダークラッド層）、埋め込み層５上に設けられた第１光導波路９（コア層）、第２光導波路１１（コア層）、および埋め込み層５上に設けられ、第１光導波路９と第２光導波路１１を覆うＳｉＯ２等のオーバークラッド層７を有している。
【００３０】
次に、図１〜図５を参照して複合光導波路１の構成要素のうち、第１光導波路９と第２光導波路１１についてより詳細に説明する。
【００３１】
図１〜図３に示すように、複合光導波路１は第１光導波路９と、第１光導波路９と接合された第２光導波路１１を有している。
【００３２】
図４および図５に示すように、第２光導波路１１は、その先端部分が、徐々に幅が狭くなるテーパ部１５を形成しており、テーパ部１５が第１光導波路９に入り込むような形になっている。
【００３３】
なお、第１光導波路９を構成する材料は、極力、伝搬損失が小さいものを用い、少なくとも第２光導波路１１を構成する材料よりも伝播損失が小さいものを用いる。
【００３４】
一方、第２光導波路１１を構成する材料は、極力、最小曲げ半径が小さいものを用い、少なくとも第１光導波路９を構成する材料よりも最小曲げ半径が小さいものを用いる。
【００３５】
具体的には、第１光導波路９として、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘ等のシリカ系材料を有するシリカ系コアを用い、第２光導波路１１を構成する材料として、Ｓｉ半導体等のＳｉ系材料を有するＳｉ系コアを用いる。
【００３６】
ここで、図３に示すように、複合光導波路１は、急峻に曲がっている部分、具体的には第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径よりも小さい半径（図３の半径１０参照）を有する急峻曲がり部１３を有するが、急峻曲がり部１３には第２光導波路１１が用いられる。換言すれば、第２光導波路１１は急峻曲がり部１３を有している。
【００３７】
なお、長く引き回す必要がある部分については、なるべく伝播損失を低く抑えるために第１光導波路９を用いる。図３では直線部分、即ち半径が無限大の部分に第１光導波路９を用いている。
【００３８】
ただし、電気光学効果や熱光学効果を起こすための後述するヒータ７１ａ、７１ｂや電極６９と接続される部分には第２光導波路１１が用いられる場合もある（詳細は後述）。
【００３９】
即ち、前述のように、シリカ系材料はＳｉ系材料と比べて伝搬損失は小さいが、最小曲げ半径が大きく、逆にＳｉ系材料はシリカ系材料と比べて伝搬損失が大きいが、最小曲げ半径は小さい。
【００４０】
そこで、第１の実施形態に係る複合光導波路１は、急峻に曲がっている部分にＳｉ系コアの第２光導波路１１を用い、長く引き回す必要のある部分にはシリカ系コアの第１光導波路９を用いている。
【００４１】
このように、導波路の形状（この場合は半径の大小）や引き回す導波路の長さによって導波路の材料を使い分ける構成とすることにより、単一の材料で導波路を構成する場合と比較して、複合光導波路１は設計の自由度が大きく、低損失で小型となる。
【００４２】
また、第２光導波路１１は、その先端部分が、幅が、徐々に狭くなるテーパ部１５を形成しており、テーパ部１５が第１光導波路９に入り込むように形になっている。
【００４３】
そのため、複合光導波路１は低損失のビームスポットサイズ変換器（ＳＳＣ）として用いることもできる。
【００４４】
具体的には、シリカ系コアを第１光導波路９に用い、Ｓｉ系コアを第２光導波路１１に用いた場合、両光導波路間での結合損失の値としては０．１ｄＢ以下となる。そのため、両光導波路を１０カ所程度接合したとしても、それによる損失の増加は１ｄＢ程度である。
【００４５】
このように、第１の実施形態によれば、複合光導波路１は第１光導波路９と、第１光導波路９と接合された第２光導波路１１を有しており、急峻曲がり部１３には第２光導波路１１が用いられている。
【００４６】
そのため、単一の材料で導波路を構成する場合と比較して、複合光導波路１は設計の自由度が大きく、低損失で小型となる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について図６〜図１０を参照して説明する。
【００４８】
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る複合光導波路１を波長可変フィルタ２１および半導体光増幅器チップ２７を用いた波長可変レーザ１０１に用いたものである。
【００４９】
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図６に示すように、第２の実施形態に係る波長可変レーザ１０１は、複合光導波路１を有する波長可変フィルタ２１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）チップ２７とを有している。
【００５１】
図７および図８に示すように半導体光増幅器チップ２７はクラッド２９、クラッド２９の内部に設けられた活性層３１、クラッド２９の表面に設けられた位置合わせマーカー３５、３７、電極３３、３９を有している。
【００５２】
図９に示すように、波長可変フィルタ２１は第１リング共振器２３、第１リング共振器２３に接合された第２リング共振器２５、および、第１リング共振器２３と第２リング共振器２５に接合され、これらの共振器と半導体光増幅器チップ２７を接合する接合部２８を有している。
【００５３】
第１リング共振器２３は第２リング共振器２５よりも半径が大きく、かつ第２リング共振器２５において許容される損失に対応した、第２リング共振器２５を構成する導波路の長さ以上の長さの周回長を有するリング９ａを有する（即ち、第２リング共振器２５を構成する、伝播損失の大きな導波路で実現しようとすると損失が大きくなり過ぎてしまうような大きな直径を有するリング９ａを有する）。
【００５４】
具体的には、第１リング共振器２３には、シリカ系コアの第１光導波路９が用いられており、具体的なリング９ａの寸法は例えば直径１００μｍ以上である。
【００５５】
第２リング共振器２５は第１リング共振器２３よりも半径が小さく、かつ第１リング共振器２３を構成する材料の最小曲げ半径よりも小さい半径を有するリング１１ａを用いた共振器である。
【００５６】
具体的には、第２リング共振器２５には、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１が用いられており、具体的なリング１１ａの寸法は例えば直径１００μｍ未満（望ましくは直径数１０μｍ以下）である。
【００５７】
また、接合部２８は、シリカ系コアの第１光導波路９で構成されている。
【００５８】
なお、第１光導波路９と第２光導波路１１は、第１の実施形態と同様に、テーパ型のＳＳＣによって低損失に結合されている。
【００５９】
図９から明らかなように、波長可変フィルタ２１は、第１の実施形態の複合光導波路１を用いた構造となっており、急峻に曲がっている部分（例えば第２リング共振器２５）にＳｉ系コアの第２光導波路１１を用い、長く引き回す必要がある部分（第１リング共振器２３）にシリカ系コアの第１光導波路９を用いている。なお、ここでいう「長く引き回す必要がある部分」とは、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路長以上の長さで引き回す必要がある部分を意味する。
【００６０】
即ち、波長可変フィルタ２１は、第１光導波路９の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する部分には第２光導波路１１を用い、第２光導波路１１において許容される伝播損失に対応した導波路よりも長い周回長のリング共振器を必要とする部分には第１光導波路９を用いている。
【００６１】
このように、曲げ半径や長さに応じて第１光導波路９と第２光導波路１１を臨機応変に組み合わせて用いることにより、直径１０μｍ〜数ｍｍまでの複数のリング共振器を有する波長可変フィルタ２１を構成することが可能となる。
【００６２】
従って、本発明の複合光導波路１を用いれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１の設計の自由度を高めることができる。
【００６３】
また、直径の異なる複数のリング共振器を組み合わせることにより、波長可変レーザ１０１は効果的に波長を選択することができる。
【００６４】
即ち、図１０に示すように、共振波長間隔（ＦＳＲ）は、リング共振器のリングの直径が小さくなるほど大きくなり、逆に直径が大きくなるほどＦＳＲは小さくなる。
【００６５】
そのため、両者を組み合わせることにより効果的に波長を選択することができ、波長可変レーザ１０１は大きな波長可変幅と安定な連続発振動作を両立させることができる。
【００６６】
さらに、波長可変フィルタ２１は、接合部２８に第１光導波路９を用いている。換言すれば、第１光導波路９は接合部２８を有している。
【００６７】
これは、以下の理由によるものである。
【００６８】
波長可変レーザ１０１は、波長可変フィルタ２１と半導体光増幅器チップ２７がなるべく低損失で結合されていることが望ましい、また、両者の結合部分に極僅かでも光反射があり、反射戻り光がＳＯＡに入射すると発振動作が不安定となる。
【００６９】
一方で前述のように、Ｓｉ系の第２光導波路１１と半導体光増幅器チップ２７を光学結合すると大きな結合損失が伴い、また同時に反射も大きくなる。
【００７０】
そのため、接合部２８は、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１ではなく、小さな結合損失が得られるシリカ系コアの第１光導波路９を用いるのが望ましい。
【００７１】
このように、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１は波長可変フィルタ２１と半導体光増幅器チップ２７を有し、波長可変フィルタ２１は複合光導波路１を有している。
【００７２】
従って、第１の実施形態と同等の効果を奏する。
【００７３】
また、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１は第１リング共振器２３および第１リング共振器２３のリング９ａよりも半径の小さいリング１１ａを有する第２リング共振器２５を有し、第１リング共振器２３は第１光導波路９で構成され、第２リング共振器２５は第２光導波路１１で構成されている。
【００７４】
そのため、波長可変レーザ１０１は、２つのリング共振器を組み合わせることにより効果的に波長を選択することができ、大きな波長可変幅と安定な連続発振動作を両立させることができる。
【００７５】
さらに、第２の実施形態によれば、波長可変レーザ１０１の波長可変フィルタ２１は、半導体光増幅器チップ２７との接合部２８に第１光導波路９を用いている。
【００７６】
そのため、結合による損失および反射を最小限に抑えることができる。
【００７７】
次に、第３の実施形態に係る光集積回路５１の構成について、図１１を参照して説明する。
【００７８】
第３の実施形態は、第１の実施形態に係る複合光導波路１を用いて光集積回路５１を構成し、さらにＴ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果により屈折率を変化させる屈折率制御部として、熱光学装置と電気光学装置を設けたものである。
【００７９】
なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。
【００８０】
図１１に示すように、光集積回路５１は一対のリング共振器５５ａ、５５ｂ、Ｅ−Ｏ部５９、リング共振器５５ａ、５５ｂとＥ−Ｏ部５９を接合する接合部６１ａ、６１ｂ、リング共振器５５ａとリング共振器５５ｂを接合する接合部５７、リング共振器５５ａ、５５ｂと外部の光ファイバー６５ａ、６５ｂ（もしくは図示しない半導体レーザ等）を接合する外部接合部５３ａ、５３ｂを有している。
【００８１】
リング共振器５５ａ、５５ｂには光導波路の屈折率を変化させる熱光学装置を構成するヒータ７１ａ、７１ｂが設けられており、ヒータ７１ａ、７１ｂにはヒータ７１ａ、７１ｂに駆動電流を流すための電極６７が設けられている。電極６７は図示しない電源に接続されている。
【００８２】
即ち、図示しない電源によりヒータ７１ａ、７１ｂが通電され、通電されたヒータ７１ａ、７１ｂがリング共振器５５ａ、５５ｂを加熱することにより、リング共振器５５ａ、５５ｂを構成する光導波路の屈折率が変化する。
【００８３】
また、Ｅ−Ｏ部５９には光導波路の屈折率を変化させる光学装置を構成する電極６９が設けられており、電極６９は図示しない他の電源に接続されている。
【００８４】
即ち、図示しない電源により電極６９が通電され、通電された電極６９が光導波路に電界印加や電流注入を行うことにより、Ｅ−Ｏ部５９の光導波路の屈折率が変化する。
【００８５】
ここで、光集積回路５１では、リング共振器５５ａ、５５ｂを構成する光導波路はＳｉ系コアの第２光導波路１１が用いられている。
【００８６】
これは、シリカ系コアの第１光導波路９よりもＳｉ系コアの第２光導波路１１の方が、熱光学効果が大きく、より少ない加熱、即ち少ない電力によって透過波長を大きく変えることができるためである。（一般にＳｉ系コアの熱光学効果はシリカ系コアの熱光学効果よりも大きい）。
【００８７】
さらに、図１２に示すように、ヒータ７１ａ、７１ｂの周囲には埋め込み層５およびオーバークラッド層７を切り欠いて形成した断熱溝７３が設けられている。
【００８８】
このように、断熱溝７３を設けることにより、第２光導波路１１周辺に効率的に熱を閉じ込めることで、さらに少ない電力により透過波長を大きく変えることができる（即ち、消費電力を低減できる）。
【００８９】
また、Ｅ−Ｏ部５９を構成する光導波路もＳｉ系コアの第２光導波路１１が用いられている。
【００９０】
これは、第２光導波路１１はコアが半導体であるＳｉであるため、電界印加や電流注入によって導波路の屈折率を変化させることができるためである。なお、電気光学効果は熱光学効果よりも高速に応答するために、Ｅ−Ｏ部５９を設けることにより、高速で波長を変化させることができる。
【００９１】
一方、外部接合部５３ａ、５３ｂは第１光導波路９で構成されている。
【００９２】
これは、第２の実施形態と同様の理由、即ち、Ｓｉ系コアの第２光導波路１１よりもシリカ系コアの第１光導波路９の方が、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）との結合損失が小さいからである。
【００９３】
さらに、接合部５７、６１ａ、６１ｂについては、第１、第２の実施形態と同様に、第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径以上の半径を有する部分（図１１では直線部分）については、第１光導波路９を用い、第１光導波路９を構成する材料の最小曲げ半径より小さい半径を有する急峻曲がり部１３には第２光導波路１１を用いた複合光導波路１としている。
【００９４】
このように、Ｔ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果が必要となる部分には第２光導波路１１を用い、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）と接合する必要がある部分には第１光導波路９を用いること、即ち、両者を組み合わせて用いることにより、各々の光導波路を単独で用いた場合には実現できなかった小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が得られる光集積回路５１が得られる。
【００９５】
このように、第３の実施形態によれば、光集積回路５１は複合光導波路１を有している。
従って、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００９６】
また、第３の実施形態によれば、光集積回路５１はヒータ７１ａ、７１ｂおよびＥ−Ｏ部５９を有し、Ｔ−Ｏ効果やＥ−Ｏ効果が必要となる部分には第２光導波路１１を用い、光ファイバー６５ａ、６５ｂ（および／または半導体レーザ）と接合する必要がある部分には第１光導波路９を用いている。
【００９７】
そのため、光集積回路５１は、各々の光導波路を単独で用いた場合と比べ、小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
上記した実施形態では、本発明を、波長可変フィルタ２１、波長可変レーザ１０１、および光集積回路５１に適用した場合について説明したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、小型で低損失かつ低駆動電力で高速、さらには安定動作が求められる全ての光機能デバイスに適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１……………複合光導波路
３……………基板
５……………埋め込み層（アンダークラッド層）
７……………オーバークラッド層
９……………第１光導波路（コア層）
１０…………半径
１１…………第２光導波路（コア層）
１３…………急峻曲がり部
１５…………テーパ部
２１…………波長可変フィルタ
２３…………第１リング共振器
２５…………第２リング共振器
２７…………半導体光増幅器（ＳＯＡ）チップ
２８…………接合部
２９…………クラッド
３１…………活性層
３３…………電極
３５…………位置合わせマーカー
３７…………位置合わせマーカー
３９…………電極
５１…………光集積回路
５３ａ………外部接合部
５３ｂ………外部接合部
５５ａ………リング共振器
５５ｂ………リング共振器
５７…………接合部
５９…………Ｅ−Ｏ部
６１ａ………接合部
６１ｂ………接合部
６５ａ………光ファイバー
６５ｂ………光ファイバー
６７…………電極
７１ａ………ヒータ
７１ｂ………ヒータ
７３…………断熱溝
１０１………波長可変レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ系コアを有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路と、
を有し、
前記第１光導波路は、前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、
前記第２光導波路は、前記第１光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部を有することを特徴とする複合光導波路。
【請求項２】
前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路よりも長い周回長のリングを有する第１リング共振器と、
前記第１光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径のリングを有する第２リング共振器と、
を有し、
前記第１リング共振器は前記第１光導波路で構成され、
前記第２リング共振器は前記第２光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光導波路。
【請求項３】
前記第１リング共振器のリングは直径１００μｍ以上であり、
前記第２リング共振器のリングは直径１００μｍ未満であることを特徴とする請求項２記載の複合光導波路。
【請求項４】
前記第１光導波路は、前記第１リング共振器のリングの直径以上の長さを有する部分を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項５】
前記第２光導波路に設けられ、前記第２光導波路の屈折率を変化させる屈折率制御部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項６】
前記屈折率制御部は、
電気光学効果により前記第２光導波路の屈折率を変化させる電気光学装置を有することを特徴とする請求項４記載の複合光導波路。
【請求項７】
前記電気光学装置は、前記第２光導波路に電界印加や電流注入を行うための電極を有することを特徴とする請求項６記載の複合光導波路。
【請求項８】
前記屈折率制御部は、熱光学効果により前記第２光導波路の屈折率を変化させる熱光学装置を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項９】
前記熱光学装置は、前記第２光導波路を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項８に記載の複合光導波路。
【請求項１０】
前記ヒータの周囲に設けられた消費電力低減のための断熱溝を有することを特徴とする請求項９記載の複合光導波路。
【請求項１１】
前記第１光導波路は、光ファイバーおよび／または半導体レーザに接合される接合部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１２】
前記シリカ系コアは、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘの少なくとも１種を有するコアであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１３】
前記Ｓｉ系コアはＳｉ半導体を有するコアであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の複合光導波路を有することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項１５】
請求項１４記載の波長可変フィルタを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項１６】
請求項１５記載の波長可変レーザを用いたレーザの発振方法。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれかに記載の複合光導波路を有することを特徴とする光集積回路。
【請求項１】
シリカ系コアを有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接合され、Ｓｉ系コアを有する第２光導波路と、
を有し、
前記第１光導波路は、前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路長を有し、
前記第２光導波路は、前記第１光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径を有する急峻曲がり部を有することを特徴とする複合光導波路。
【請求項２】
前記第２光導波路において許容される伝播損失に対応した導波路よりも長い周回長のリングを有する第１リング共振器と、
前記第１光導波路の最小曲げ半径よりも小さい半径のリングを有する第２リング共振器と、
を有し、
前記第１リング共振器は前記第１光導波路で構成され、
前記第２リング共振器は前記第２光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１記載の複合光導波路。
【請求項３】
前記第１リング共振器のリングは直径１００μｍ以上であり、
前記第２リング共振器のリングは直径１００μｍ未満であることを特徴とする請求項２記載の複合光導波路。
【請求項４】
前記第１光導波路は、前記第１リング共振器のリングの直径以上の長さを有する部分を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項５】
前記第２光導波路に設けられ、前記第２光導波路の屈折率を変化させる屈折率制御部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項６】
前記屈折率制御部は、
電気光学効果により前記第２光導波路の屈折率を変化させる電気光学装置を有することを特徴とする請求項４記載の複合光導波路。
【請求項７】
前記電気光学装置は、前記第２光導波路に電界印加や電流注入を行うための電極を有することを特徴とする請求項６記載の複合光導波路。
【請求項８】
前記屈折率制御部は、熱光学効果により前記第２光導波路の屈折率を変化させる熱光学装置を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項９】
前記熱光学装置は、前記第２光導波路を加熱するヒータを有することを特徴とする請求項８に記載の複合光導波路。
【請求項１０】
前記ヒータの周囲に設けられた消費電力低減のための断熱溝を有することを特徴とする請求項９記載の複合光導波路。
【請求項１１】
前記第１光導波路は、光ファイバーおよび／または半導体レーザに接合される接合部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１２】
前記シリカ系コアは、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘの少なくとも１種を有するコアであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１３】
前記Ｓｉ系コアはＳｉ半導体を有するコアであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合光導波路。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の複合光導波路を有することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項１５】
請求項１４記載の波長可変フィルタを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項１６】
請求項１５記載の波長可変レーザを用いたレーザの発振方法。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれかに記載の複合光導波路を有することを特徴とする光集積回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１６４４０６（Ｐ２０１１−１６４４０６Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８５２（Ｐ２０１０−２７８５２）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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