光合波回路制造技术

本发明专利技术的目的在于以低损失对多个波长的多个光进行合波并且实现小型的光合波回路。本发明专利技术的光合波回路具备：第一光波导，射入第一光；第二光波导，射入第二和第三光；MM转换波导；第一耦合部，将第一光转换为高次模并耦合至MM转换波导；以及第二耦合部，将在MM转换波导传播的第一光转换为零次模并耦合至第二光波导，透射第二和第三光，各波导的波导宽度设定为：相对于第一光波导而言的第一光的零次模下的有效折射率与相对于MM转换波导而言的第一光的高次模下的有效折射率相等，并且，相对于MM转换波导而言的第二和第三光的高次模下的有效折射率与相对于第二光波导而言的第二和第三光的零次模下的有效折射率不相等。

【技术实现步骤摘要】
光合波回路本申请是下述申请的分案申请：专利技术名称：光合波回路国际申请日：2017年2月17日国际申请号：PCT/JP2017/005975国家申请号：201780011275.7
本专利技术涉及一种光合波回路，更详细而言，涉及一种例如对具有可见光的RGB(R：红色光、G：绿色光、B：蓝色光)三原色的光进行合波的三原色光合波回路。
技术介绍
近年来，作为眼镜型终端、投影仪(projector)用的对可见光的三原色光进行合波的回路元件，使用了石英系平面光波回路(Planarlightwavecircuit：PLC)的RGB耦合模块(couplermodule)受到关注(例如参照非专利文献1)。PLC在平面状的基板上利用基于光刻(photolithograph)等的图案化(patterning)和刻蚀加工来制作光波导，并通过组合多个基本的光回路(例：定向耦合器、马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)等)来实现各种功能。作为三原色光的合波回路，例如存在利用定向耦合器和/或马赫-曾德尔干涉仪(参照非专利文献1)的合波回路。在本说明书中，以图1为例，对使用了最单纯的定向耦合器的情况进行说明。图1示出了使用PLC的RGB耦合模块的基本结构。如图1所示，使用了PLC的RGB耦合模块的基本结构由第一～第三光波导1～3这三条光波导形成。在第一光波导1耦合有第一定向耦合器4。在第二光波导2耦合有输出波导5。在第三光波导3耦合有第二定向耦合器6。第一定向耦合器4的波导长度、波导宽度、以及波导间的间隙被设计成：将波长λ1的光从第一光波导1耦合至第二光波导2、将波长λ2的光从第二光波导2耦合至第一光波导1并从第一光波导1耦合至第二光波导2。第二定向耦合器6的波导长度、波导宽度、以及波导间的间隙被设计成：将波长λ3的光从第三光波导3耦合至第二光波导2、透射波长λ1以及波长λ2的光。设为λ1＜λ2＜λ3，例如，在第一光波导1射入蓝色光(波长λ1)，在第二光波导2射入绿色光(波长λ2)，在第三光波导3射入红色光(波长λ3)。三色的光经由第一定向耦合器4以及第二定向耦合器6合波后从输出波导5输出。在三原色光的合波回路中，与带宽比小的通信用光合波回路不同，由于蓝色光的波长(波段400nm)和红色光的波长(波段700nm)存在较大差异，因此耦合长度的波长依赖性表现得显著。因此，能实现这样的构成。此外，也可以像非专利文献2所示的那样使用多模干涉型光波导(Multi-modeinterferencewaveguide：MMI)来对不同的波长的光进行合波。但是，从输入/输出波导数分别为两个的关系的方面考虑，难以通过MMI来对三个波长以上的光进行合波。为了理解后述的本专利技术的实施方式，以下对定向耦合器进行简单说明。图2示出了定向耦合器的基本原理。在图2中示出了两条波导11以及12。如图2所示，定向耦合器是在使两条波导11以及12邻接时，将从一方的波导11通过的光转移至另一方的波导12的耦合器。当沿光的行进方向上取z轴时，在从波导11射入光强度为1的光的情况下，将在位置z处的波导11以及波导12传播的光的强度分别设为P1(z)、P2(z)。κ为模式耦合常数，β1以及β2分别为波导11以及波导12的传播常数，q＝κ2+δ2，F＝1/(1+(δ/κ)2)，δ＝(β2－β1)/2。P1(z)以及P2(z)分别由以下的(算式1)以及(算式2)来表示。P1(z)＝1－Fsin2(qz)(算式1)P2(z)＝Fsin2(qz)(算式2)在此，当m＝0、1、2、……时，光从波导11向波导12转移的比例达到最大的是z＝π/2q·(2m+1)时。m＝0的情况下的距离称为耦合长度。此外，δ＝0时，光的转移率为100％。现有技术文献非专利文献非专利文献1：A.Nakao,R.Morimoto,Y.Kato,Y.Kakinoki,K.OgawaandT.Katsuyama,“Integratedwaveguide-typered-green-bluebeamcombinersforcompactprojection-typedisplays”,OpticsCommunications330(2014)45-48非专利文献2：ApolloInc.,"APSSApolloApplicationNoteonMulti-ModeInterference(MMI)Devices",[online],[平成28年2月3日检索],因特网＜URL:http://www.apollophoton.com/apollo/APNT/APN-APSS-MMI.pdf＞
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在如图1所示的以往的光合波回路中，需要以满足以下条件的方式设计波导：在第一定向耦合器4中将在第一光波导1传播的波长λ1的蓝色光耦合至第二光波导2，并与在第二光波导2传播的波长λ2的绿色光进行耦合。此外，需要以满足以下条件的方式设计波导：在第二定向耦合器6中使在第二光波导2耦合的波长λ1以及λ2的光透射，并使在第三光波导3传播的波长λ3的红色光耦合至第二光波导2。该情况下，需要满足在第二光波导2传播的波长λ2的光与分别在第一和第三光波导1、3传播的波长λ1以及λ3的光的整合条件的波导设计。例如，当只通过第二定向耦合器6将波长λ3的红色光转移至第二光波导2时，如果将波导间间隙在某种程度上变窄则，能以短的波导长度进行转移。但是，当缩小波导间间隙时，由于波长λ1的蓝色光以及波长λ2的绿色光会不从第二定向耦合器6透射地转移至第三光波导3，因此光损失会增加。为了避免波长λ1的蓝色光以及波长λ2的绿色光向第三光波导3的耦合来防止光损失的增加，需要增大波导间间隙并且使耦合器长度变长。但是，若如此，则存在不能缩短波导长度、不能使光合波回路小型化的问题。图3示出了通过基于光束传播法(Beampropagationmethod：BPM)的模拟来对图1所示的第二定向耦合器6的具体的数值进行计算而得到的透射光谱。在图3中，将波导长度设为3700μm，波导宽度设为1.5μm，波导膜厚设为3.6μm，波导间间隙设为4.8μm，芯层和包层的相对折射率差Δ设为0.45％，且设定为λ1＝450nm(蓝)、λ2＝520nm(绿)、λ3＝650nm(红)。如图3所示，第二定向耦合器6透射99.6％的波长λ1的光，透射93.0％的波长λ2的光，并将95.5％的波长λ3的光耦合至第二光波导2。当使波导间间隙变窄时，由于将波长λ1以及λ2的光耦合至第三光波导3而透射率降低，因此，难以不降低特性地缩短以上的该定向耦合器长度。此外，在如图1所示的以往的光合波回路中，当想要为了增强出射光强度而追加输入波导以及定向耦合器来新追加光时，由于原来在追加前的光合波回路进行合波的光会从所追加的输入波导和/或定向耦合器射出，因此，不能增强出射光强度。因此，存在不能射出光强度大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光合波回路，其特征在于，具备：/n第一光波导，射入具有零次模的第一波长的第一光；/n第二光波导，射入具有与所述第一波长不同并且各不相同的第二和第三波长的零次模的第二和第三光；/n多模转换波导，设于所述第一光波导与所述第二光波导之间；/n第一耦合部，将在所述第一光波导传播的所述第一光的导波模式转换为高次模，并将该转换为高次模的第一光耦合至所述多模转换波导；以及/n第二耦合部，将在所述多模转换波导传播的所述第一光的导波模式转换为零次模，并将该转换为零次模的第一光耦合至所述第二光波导，透射所述第二和第三光，/n所述第二光波导对由所述第二耦合部转换为零次模并耦合的所述第一光、以及从所述第二耦合部透射的所述第二和第三光进行合波并作为合波光输出，/n所述第一光波导、所述第二光波导、以及所述多模转换波导的波导宽度设定为：相对于所述第一光波导而言的所述第一光的零次模下的有效折射率与相对于所述多模转换波导而言的所述第一光的高次模下的有效折射率相等，并且，相对于所述多模转换波导而言的所述第二和第三光的高次模下的有效折射率与相对于所述第二光波导而言的所述第二和第三光的零次模下的有效折射率不相等。/n

【技术特征摘要】
20160218 JP 2016-029361;20160218 JP 2016-0293661.一种光合波回路，其特征在于，具备：
第一光波导，射入具有零次模的第一波长的第一光；
第二光波导，射入具有与所述第一波长不同并且各不相同的第二和第三波长的零次模的第二和第三光；
多模转换波导，设于所述第一光波导与所述第二光波导之间；
第一耦合部，将在所述第一光波导传播的所述第一光的导波模式转换为高次模，并将该转换为高次模的第一光耦合至所述多模转换波导；以及
第二耦合部，将在所述多模转换波导传播的所述第一光的导波模式转换为零次模，并将该转换为零次模的第一光耦合至所述第二光波导，透射所述第二和第三光，
所述第二光波导对由所述第二耦合部转换为零次模并耦合的所述第一光、以及从所述第二耦合部透射的所述第二和第三光进行合波并作为合波光输出，
所述第一光波导、所述第二光波导、以及所述多模转换波导的波导宽度设定为：相对于所述第一光波导而言的所述第一光的零次模下的有效折射率与相对于所述多模转换波导而言的所述第一光的高次模下的有效折射率相等，并且，相对于所述多模转换波导而言的所述第二和第三光的高次模下的有效折射率与相对于所述第二光波导而言的所述第二和第三光的零次模下的有效折射率不相等。


2.根据权利要求1所述的光合波回路，其特征在于，
所述第一光波导、所述第二光波导、以及所述多模转换波导的波导宽度设定为：所述第一光波导和所述第二光波导的零次模的光的传播常数与所述多模转换波导的高次模的光的传播常数相等。


3.根据权利要求1或2所述的光合波回路，其特征在于，具备：
一个以上的第三光波导，分别射入分别具有与所述第一至第三波长不同并且各不相同的一个以上的波长的零次模的一个以上的其他光中的一个；
一个以上的其他多模转换波导，设于所述第二光波导与所述一个以上的各第三光波导之间；
一个以上的第三耦合部，将在所述一个以上的第三光波导传播的所述一个以上的其他光的导波模式转换为高次模，并将该转换为高次模的一个以上的其他光分别耦合至所述一个以上的其他多模转换波导；以及
一个以上的第四耦合部，将在所述一个以上的其他多模转换波导传播的所述一个以上的其他光的导波模式转换为零次模，并将该转换为零次模的一个以上的其他光耦合至所述第二光波导，
所述第二光波导对所述合波光、以及由所述一个以上的第四耦合部转换为零次模并耦合的所述一个以上的其他光进一步进行合波来输出，
所述一个以上的第三光波导的波导宽度设定为：相对于所述一个以上的各第三光波导而言的所述一个以上的其他光的零次模下的有效折射率与相对于所述一个以上的其他多模转换波导而言的所述一个以上的其他光的高次模下的有效折射率相等，并且，相对于所述一个以上的其他多模转换波导而言的所述合波光的高次模下的有效折射率与相对于所述第二光波导而言的所述合波光的零次模下的有效折射率不相等。


4.根据权利要求1所述的光合波回路，其特征在于，
所述合波光至少分别具有400～495nm、495～570nm、620～750nm的波长区域的波长中的一个。


5.根据权利要求1所述的光合波回路，其特征在于，
所述第一和第二光波导与所述多模转换波导的波导宽度不同，
所述第一耦合部是通过使所述第一光波导和所述多模转换波导接近而构成的定向耦合器，
所述第二耦合部是通过使所述第二光波导和所述多模转换波导接近而构成的定向耦合器。


6.一种光合波回路，其特征在于，具备：
第一光波导，射入具有零次模的第一波长的第一光；
一个以上的第二光波导，射入具有与所述第一波长不同并且各不相同的波长的零次...

【专利技术属性】
技术研发人员：阪本隼志，渡边启，桥本俊和，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP