(57)【要約】【課題】  伝搬光の曲率を増大でき、低エネルギーで屈折率を調整可能なディスク共振器およびこれを用いた光フィルタを提供する。【解決手段】  本発明のディスク共振器は、第１のクラッド層１１の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状のコア層１２が、メサ形状となるように形成され、コア層１２の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の第２のクラッド層１３が、リブ形状となるように形成され、第１のクラッド層１１および第２のクラッド層１３の双方の屈折率が、コア層１２の屈折率よりも低いことを特徴とする。【選択図】図１Ｂ
2010237332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクラッド層の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状のコア層が、メサ形状となるように形成され、前記コア層の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の第２のクラッド層が、リブ形状となるように形成され、
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層の双方の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも低いことを特徴とするディスク共振器。
【請求項２】
前記コア層および前記第２のクラッド層が、互いにほぼ同心の前記ディスク状に形成されており、
前記第２のクラッド層に、前記第２のクラッド層とほぼ同心のほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のディスク共振器。
【請求項３】
前記凹部の平面面積が、前記第２のクラッド層の平面面積の１／４以上であることを特徴とする請求項２記載のディスク共振器。
【請求項４】
前記コア層の外周が、部分的に平坦に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のディスク共振器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のディスク共振器を含むことを特徴とする光フィルタ。
【請求項６】
前記ディスク共振器に対して光学的に結合する外部導波路を含むことを特徴とする請求項５記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記外部導波路が、コア層を含み、
前記外部導波路の少なくとも前記ディスク共振器との光学的結合部分を含む部分が、メサ形状に形成され、前記外部導波路の前記コア層と前記ディスク共振器の前記コア層が前記光学的結合部分で連続していることを特徴とする請求項６記載の光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスク共振器および光フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
幹線系における波長多重ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光システムでは、高速化および大容量化が進んでいる。前記システムで用いられる送信装置には、小型化および低消費電力化の要請がある。例えば、ＩｎＰ系半導体にリング共振器等の光フィルタから形成される機能デバイスを集積することにより、より小型で消費電力の低い波長可変レーザや、プリチャープ機能を付加した集積光源を実現できる。このように、他の光デバイスと集積される光フィルタの導波路の形状には、例えば、その光閉じ込め態様により分類されるハイメサ型、リブ型（リッジ型とも呼ばれる）および埋め込み型がある。図１２の断面図に、これら導波路の基本構造を例示する。図１２（ａ）は、ハイメサ型形状の例示であり、図１２（ｂ）は、リブ型形状の例示であり、図１２（ｃ）は、埋め込み型形状の例示である。前記ハイメサ型形状は、導波路を構成する１つの層の上面に接して他の層が凸状部分を形成しており、前記凸状部分の高い位置にコア層を含む形状である。前記リブ型形状は、導波路を構成する１つの層の上面に接して他の層が凸状部分を形成しており、前記凸状部分にコア層を含まない形状である。埋め込み型形状は、導波路を構成する１つの領域が周囲の他の領域に埋め込まれている形状である。特に、前記埋め込み型形状の導波路は、他の導波路構造と比べ、光閉じ込め係数が小さいため、一般に数百μｍ程度の曲げ半径しか得ることができない。また、作製工程が、結晶の面方位に依存するため、急峻な曲がり導波路やリング共振器、ディスク共振器に応用するには限界がある。
【０００３】
急峻に導波路を曲げるための光フィルタで使用される共振器では、前記ハイメサ形状が、光閉じ込め係数が高いことから、適している。このような共振器として、例えば、特許文献１および２に記載のリング共振器がある。特許文献１に記載のリング共振器は、導波路との結合領域において前記導波路に垂直に結合されるリング共振器である。特許文献２記載のリング共振器は、２つの弧状端部と、それらの間に延在する概ね真直ぐな第１辺部および第２辺部を有するリング共振器である。このようなリング共振器は、前記リング共振器の半径が小さいほど、前記リング共振器のモード間隔が拡大する。そのため、半径の小さいリング共振器を波長可変レーザへの波長可変光フィルタとして使用すると、前記波長可変レーザの波長可変幅を拡大できる利点がある。しかし、前記ハイメサ形状のリング共振器は、例えば２０μｍの曲率半径以下という極めて急嵯な曲げ導波路を形成すると、曲げの外側への放射損失が大きい問題がある。また、ハイメサの凸状の側壁の荒さ（ラフネス）や、ハイメサ形成時のドライエッチングプロセスによる側壁近傍のダメージにより、伝搬損失が大きい問題がある。
【０００４】
前記リング共振器よりも伝搬損失の少ない共振器として、例えば、特許文献３および４に記載のディスク共振器がある。前記ディスク共振器では、ディスクの外側の側壁のみがエッチングされるので、前記リング共振器よりも導波路の散乱損失が小さく、伝搬損失を低減できる。
【０００５】
この他に、曲率半径の変化点近傍における損失を抑えることを目的とした導波路として、特許文献５記載の曲がり導波路がある。しかし、前記特許文献５記載の導波路は、ディスク形状ではないので、前述の側壁の荒さ（ラフネス）や側壁近傍のダメージの問題を解決できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５１６２８３号公報
【特許文献２】特表２００３−５２１７２３号公報
【特許文献３】特表２００１−５２６０００号公報
【特許文献４】特開２００２−２１７４８４号公報
【特許文献５】特開平６−５１１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記ディスク共振器では、リング共振器に比べて内側の屈折率が高くなるため、外側への放射損失を抑制できる。また、伝搬損失の原因となる側壁が外側だけになるため、伝搬損失を抑制できる。すなわち、前記ディスク共振器によれば、より曲率半径を低減できる可能性がある。しかし、前記特許文献３および４に記載のディスク共振器は、側壁が平坦に形成されており、前記ディスク共振器の曲率半径の低減効果に限界がある。
【０００８】
そこで、前記曲率半径の低減のために、例えば、図１３（ａ）に示すように、前記ディスク共振器をハイメサ形状に形成することが考えられる。図中、符号１３０が、前記ディスク共振器を示し、符号１２が、コア層を示し、符号１１および１３が、コア層１２よりも屈折率の低い領域を示す。符号１５は、外部導波路を示す。しかし、単に、前記ディスク共振器をこのようなハイメサ形状に形成しただけでは、実用上必要な、２０μｍの曲率半径以下という曲げ導波路は実現できない。そこで、例えば、図１３（ｂ）に示すように、前記ディスク共振器をリブ形状に形成することが考えられる。図中、符号１４０が、前記ディスク共振器を示し、符号１２が、コア層を示し、符号１１および１３が、コア層１２よりも低屈折率の領域を示す。符号１５は、外部導波路を示す。このような構造を有するリブ形状の前記ディスク共振器（以下、リブディスク共振器ともいう）は、活性層が露出しないので、例えば、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ系材料等の酸化し易い半導体材料においても、ディスク共振器の信頼性を損なわずに作製できる。また、エッチング側面のラフネスの影響を受けにくい利点がある。しかし、前記リブディスク共振器で、例えば、曲率半径２０μｍ以下という大きい曲率を実現しようとすると、外側への放射損失が顕著となる問題がある。
【０００９】
さらに、これらディスク共振器は、例えば、電流を注入したり、上部に電極ヒータを形成して熱注入を行うことで、屈折率を変化させることができ、ディスク共振器内部での共振波長を調整（チューニング）できる。このため、前記ディスク共振器は、例えば、波長可変フィルタとして用いることができる。しかし、前記ディスク共振器は、例えば、リング共振器と比較して導波路体積が大きいため、前記リブディスク共振器の全体に電流注入や熱注入を行わなければならず、屈折率の調整に多くのエネルギーを要する問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、伝搬光の曲率を増大でき、低エネルギーで屈折率を調整可能なディスク共振器およびこれを用いた光フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のディスク共振器は、第１のクラッド層の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状のコア層が、メサ形状となるように形成され、前記コア層の上に、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の第２のクラッド層が、リブ形状となるように形成され、
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層の双方の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも低いことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光フィルタは、前記本発明のディスク共振器を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のディスク共振器によれば、伝搬光の曲率を増大でき、低エネルギーで屈折率を調整可能なディスク共振器等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態のディスク共振器の構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示すＩ−Ｉ間での断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態のディスク共振器の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態のディスク共振器の構造を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態のディスク共振器の構造を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示すＩＩ−ＩＩ間での断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施形態のディスク共振器の構造を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示すディスク共振器を含む光フィルタの構造を示す平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施形態の光フィルタの構造を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示すＩＶ−ＩＶ間での断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａに示すＶ−Ｖ間での断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態の光フィルタの構造を示す平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態の光フィルタの構造を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示すＶＩ−ＶＩ間での断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａに示すＶＩＩ−ＶＩＩ間での断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態の光フィルタの構造を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図９のディスク共振器についてのサーモグラフィの理論計算の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、図９の第２のクラッド層に形成された凹部の半径ｘとヒータ下部温度の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、導波路の構造をタイプ別に例示する断面図である。
【図１３】図１３は、ディスク共振器の構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
前述のとおり、本発明のディスク共振器は、前記第１のクラッド層の上に前記コア層が、メサ形状となるように形成され、前記コア層の上に、前記第２のクラッド層が、リブ形状となるように形成され、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層の双方の屈折率が、前記コア層の屈折率よりも低いことを特徴とする。ここで、本発明において、「メサ形状」および「リブ形状」は、いずれも、導波路を構成する１つの層の上面に接して他の層が、凸状部分を形成している形状であるが、「メサ形状」は、前記凸状部分にコア層を含む形状を意味し、「リブ形状」は、前記凸状部分にコア層を含まない形状を意味する。前記「メサ形状」は、前記コア層が前記凸状部分の高い位置に形成されたハイメサ形状も含む。本発明のディスク共振器は、導波路構造を、前記コア層がメサ形状で形成され、前記第２のクラッド層がリブ形状で形成された２段構造としたことにより、伝搬光の曲率半径を低減でき、小型のディスク共振器を実現できる。なお、本発明のディスク共振器では、前記第１のクラッド層の上面側に前記２段構造で形成された凸状部分のうち、上段を構成する凸状部分を上段リブ部分といい、前記上段リブ部分の下に配置され、下段を構成する部分を下段メサ部分という。図１Ａおよび図１Ｂに、本発明のディスク共振器の構成の例を示す。図１Ａは、本発明のディスク共振器の平面図を、図１Ｂは、図１Ａに示すＩ−Ｉ間での断面図を示す。図示のとおり、本発明のディスク共振器は、第１のクラッド層１１の上に、前記ディスク状のコア層１２が、メサ形状となるように形成され、コア層１２の上に前記ディスク状の第２のクラッド層１３が、リブ形状となるように形成されている。同図では、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３が、互いにほぼ同心の円板状に形成されている例を示すが、本発明のディスク共振器は、これには限定されない。すなわち、例えば、第１のクラッド層１１は、コア層１２をメサ形状に形成できる限り、どのような形状であってもよい。コア層１２および第２のクラッド層１３は、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状であれば、どのような形状であってもよい。本発明のディスク共振器では、前記２段構造により、伝搬光は、上段リブ部分の直下を伝搬し、下段メサ部分の周壁により光が空間的に閉じ込められて、ディスク共振器の内部を周回する。このため、例えば、前記コア層１２を外部に露出させずに前記第２のクラッド層１３をリブ形状に形成した場合と比べて、伝搬光の曲率半径を小さくすることができる。ただし、このメカニズムは、推測であり、本発明はこのような理論に限定されるものではない。また、前記本発明のディスク共振器は、前記２段構造により、伝搬モードが、下段メサ部分の内側に局在するので、前記ディスク共振器の全体に電流や熱注入を行わなくても前記ディスク共振器の屈折率を調整でき、効率的な屈折率の調整が可能である。すなわち、例えば、前記コア層の前記伝搬モードが局在している領域の上にのみ、電流や熱を注入すれば、前記ディスク共振器の屈折率を調整できる。
【００１６】
前記本発明のディスク共振器において、前記コア層は、前記ディスク状に形成されており、かつ、第１のクラッド層の上にメサ形状に形成されている限り、特に制限されない。前記コア層は、光が主に導波される高屈折率材料（媒質）の層（領域）であり、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層との境界で光を伝搬する領域である。本発明のディスク共振器では、前記コア層がメサ形状に形成されているので、前述のとおり、前記下段メサ部分の周壁で光を閉じ込めることができる。前記コア層は、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層の双方の屈折率よりも、高い屈折率を有する限り、特に制限されず、このような屈折率を実現できるあらゆる電気光学材料から形成できる。前記コア層は、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＳｉおよびＳｉＯＮからなる群から選択される少なくとも一つの電気光学材料で形成することができる。前記コア層は、例えば、前記外部導波路のコア層と連続させることができる。すなわち、ディスク共振器と外部導波路の光結合は、それぞれの光伝搬モードの空間的な重なり合わせにより発生する。このような光結合に関し、前記本発明のディスク共振器では、例えば、前記外部導波路を前記本発明のディスク共振器の前記コア層を連続させることで、前記本発明のディスク共振器と前記外部導波路の結合係数を増大させることができる。
【００１７】
前記本発明のディスク共振器は、例えば、エッチングや研磨等、光導波路を作製するための公知の方法を用いて作製できる。具体的には、例えば、次のようにして、前記本発明のディスク共振器を作製することができる。まず、前記コア層よりも低い屈折率の第１の電気光学材料層の上に前記コア層となる第２の電気光学的材料層を積層し、前記第２の電気光学材料層の上に、前記第２の電気光学材料層よりも低い屈折率を有する第３の電気光学材料層を積層した積層体を作製する。その後、例えば、エッチング加工により、リブ形状となるように、前記第３の電気光学材料層をほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状に形成して、前記第２のクラッド層とする。また、例えば、エッチング加工により、メサ形状となるように、前記第２の電気光学材料層をほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状に形成して、前記コア層とする。前記第２のクラッド層と前記コア層は、どちらが先に形成されてもよい。すなわち、前記第２のクラッド層を形成した後で、前記コア層を形成してもよいし、また、その逆でもよい。また、前記第１のクラッド層の上に前記コア層を積層し、前記コア層の上に前記第２のクラッド層を積層することによっても作製できる。前記第１のクラッド層は、前記コア層よりも低い屈折率を有する限り、特に制限されず、このような屈折率を実現できるあらゆる電気光学材料から形成できる。前記第１のクラッド層は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよび空気からなる群から選択される少なくとも一つから形成できる。第２のクラッド層は、前記コア層よりも低い屈折率を有する限り、特に制限されず、このような屈折率を実現できるあらゆる電気光学材料から形成できる。前記第２のクラッド層は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよび空気からなる群から選択される少なくとも一つから形成できる。
【００１８】
本発明において、前記コア層および前記第２のクラッド層に関し、本発明において「ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状」とは、角のない板形状を意味し、円板形および楕円板形のみならず、外周が部分的に平坦に形成された変形円板形状を含む。すなわち、前記本発明のディスク共振器において、前記コア層は、角のない板形状で、前記第１のクラッド層の上にメサ形状に形成されていれば、どのような形状もとることができる。すなわち、前記本発明のディスク共振器によれば、光結合させる外部導波路の形状に応じて前記コア層の外周の形状を変形できる。これにより、前記外部導波路との結合長、ひいては結合係数を調整することが可能となり、例えば、光フィルタの設計の自由度を向上できる。例えば、前記コア層の外周を部分的に平坦に形成した場合、前記平坦部分に外部導波路を結合でき、本発明のディスク共振器と前記外部導波路との結合係数を増大できる。前記コア層の外周を部分的に平坦に形成する場合、例えば、前記平坦に形成された部分の長さは、平坦に形成されていない部分の長さの、０．１倍以上、０．５倍以下であることが好ましく、０．２１倍以上、０．４８倍以下であることがより好ましく、０．２７倍以上、０．４０倍以下であることがいっそう好ましい。前記第２のクラッド層は、角のない板形状で、前記コア層上にリブ形状に形成されていれば、どのような形状もとることができる。前記第２のクラッド層には、後述のように、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の凹部が形成されていてもよい。これにより、前記ディスク共振器内部での光の伝搬に影響を与えることなく、前記ディスク共振器の屈折率を調整でき、屈折率調整の効率を向上できる。前記本発明のディスク共振器では、前記第２のクラッド層は、前記コア層の上面上のどの部分に形成されていてもよいが、前記コア層の平面方向に、前記コア層の外周から外側に突出しないことが好ましい。これにより、前記ディスク共振器の曲率半径を小さくでき、また、光の伝搬モードを局在化させることができる。前記コア層と前記第２のクラッド層の間隔は、伝搬モードの横方向の広がりと同程度以下であることが好ましいが、これには限定されない。また、例えば、前記コア層と前記第２のクラッド層の間隔は、前記コア層と前記第２のクラッド層をそれぞれ別工程で作製する場合、起こり得る位置合わせの誤差よりは大きくすることが好ましい。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔は、０．１μｍ〜１．５μｍとすることが好ましく、０．１μｍ〜０．６μｍとすることがより好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍとすることが一層好ましいが、これには限定されない。前記コア層および前記第２のクラッド層が、例えば、円板形状である場合、前記コア層と前記第２のクラッド層は、同心に形成できる。これにより、前記ディスク共振器の曲率半径を小さくでき、また、光の伝搬モードを局在化させることができる。前記コア層および前記第２のクラッド層が、例えば、同心の円板形状である場合、前記上段リブ部分の直径をｄとし、下段メサ部分の直径をｆとすると、ｄ：ｆ＝１：１．００３〜１．１２５であることが好ましく、ｄ：ｆ＝１：１．００３〜１．０５であることがより好ましく、ｄ：ｆ＝１：１．００３〜１．０２であることがいっそう好ましい。前記ディスク共振器の曲率半径を小さくし、また、電流や熱の伝搬モードを局在化させるためには、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層のそれぞれの厚みは、特に制限されない。例えば、前記第１のクラッド層の厚みをａ、前記コア層の厚みをｂ、前記第２のクラッド層の厚みをｃで表して、ａ：ｂ：ｃ＝１：０．０５〜０．５：１であることが好ましく、ａ：ｂ：ｃ＝１：０．０８〜０．４：１であることがより好ましく、ａ：ｂ：ｃ＝１：０．１〜０．４：１であることがいっそう好ましいが、この範囲には限定されない。また、前記下段メサ部分と前記上段リブ部分の高さの比は、１：０．５〜５であることが好ましく、１：１〜４であることがより好ましく、１：２〜３であることがいっそう好ましい。前記メサ部分の高さは、大きいほど他モードへの伝搬モード変換による損失を抑制できる。ただし、加工や後工程の難易度との兼ね合いから、前記下段メサ部分の高さが、０．５μｍ〜２．０μｍであることが好ましく、１．０μｍ〜２．０μｍであることがより好ましく、１．４μｍ〜２．０μｍであることがいっそう好ましい。前記上段リブ部分の高さは、上下方向の伝搬モードの浸み出しと作製容易性の兼ね合いから、１．０μｍ〜２．５μｍであることが好ましく、１．０μｍ〜２．３μｍであることがより好ましく、１μｍ〜２μｍであることがいっそう好ましい。
【００１９】
前述のとおり、前記本発明のディスク共振器では、前記第２のクラッド層にほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の凹部を形成することができる。これにより、前記ディスク共振器の屈折率の調整効率をより向上できる。すなわち、前述のとおり、本発明のディスク共振器では、メサ形状に形成された前記コア層の上にリブ形状の前記第２のクラッド層が形成された２段構造により、伝搬モードが前記コア層において局在化する。そのため、前記凹部を、前記第２のクラッド層における、前記コア層の前記伝搬モードが局在している領域外の部分の上に形成できる。これにより、前記ディスク共振器内部での光の伝搬に影響を与えることなく、屈折率調整の効率をより増大できる。例えば、前記コア層および前記第２のクラッド層が、互いにほぼ同心の前記ディスク状である場合、前記第２のクラッド層に、前記第２のクラッド層とほぼ同心のほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状の前記凹部を形成することで、前記屈折率調整効率を増大できる。この場合、前記凹部は、前記第２のクラッド層の平面面積の１４％以上であることが好ましく、２５％〜５６％であることがより好ましく、４２％〜５６％であることがいっそう好ましいが、この範囲には限定されない。このような凹部は、前記ディスク状の第２のクラッド層の表面および裏面のいずれの面に形成されていてもよい。前記凹部を有する前記本発明のディスク共振器は、前記凹部の形成場所に応じて適宜の方法で作製できる。すなわち、前記凹部を有する前記本発明のディスク共振器は、例えば、前記コア層と前記第２のクラッド層の積層構造を作製した後に、前記第２のクラッド層の前記凹部となる部分を除去して作製できる。また、前記凹部を有する前記本発明のディスク共振器は、例えば、予め前記凹部が形成された前記第２のクラッド層を前記コア層に積層して作製できる。
【００２０】
前記本発明のディスク共振器を用いて、例えば、光フィルタを作製することができる。前記本発明のディスク共振器は、前記本発明の光フィルタに使用できる。
【００２１】
前記本発明の光フィルタは、前記本発明のディスク共振器を含むことにより、例えば、伝搬光のモード間隔を拡大できる。すなわち、前記本発明の光フィルタでは、前記本発明のディスク共振器の曲率半径を縮小できる。そのため、伝搬光のモード間隔を拡大でき、例えば、波長可変レーザへの波長可変フィルタとして使用した場合、前記波長可変レーザの波長可変幅を拡大できる効果がある。前記本発明の光フィルタは、外部導波路と光学的に結合させることができる。図６Ａに、本発明のディスク共振器と外部導波路を含む本発明の光フィルタの例を示す。図示のとおり、本発明の光フィルタは、本発明のディスク共振器６０と、ディスク共振器６０に対して光学的に結合する直線形状の外部導波路１５を含む。同図では、外部導波路１５は、直線形状を有するが、本発明の光フィルタはこのような態様に限定されない。すなわち、外部導波路１５は、前記本発明のディスク共振器６０に光学的に結合できる導波路であれば、特に制限されず、どのような形状を有していてもよい。また、同図では、前記本発明のディスク共振器６０は、互いにほぼ同心の円板形のコア層１２と第２のクラッド層１３を有するが、前記本発明のディスク共振器６０は、このような態様に限定されない。このような構造により、本発明の光フィルタでは、ディスク共振器６０に効率的に光を入出力させることができる。
【００２２】
前記本発明の光フィルタは、特に、前記本発明のディスク共振器として、前記コア層の外周を部分的に平坦に形成したディスク共振器を用いることができる。この場合、前記コア層の平坦部分に前記外部共振器との光学的結合部分を配置することで、前記外部共振器との結合係数をより増大させることができる。
【００２３】
前記本発明の光フィルタは、また、例えば、前記本発明のディスク共振器の前記コア層を、前記外部導波路のコア層と連続させることで、前記本発明のディスク共振器と前記外部導波路の結合係数をより増大させることができる。前記外部導波路を含む場合は、前記外部導波路の少なくとも前記ディスク共振器との光学的結合部分を含む部分が、メサ形状に形成されていることが好ましい。また、前記外部導波路の前記コア層と前記ディスク共振器の前記コア層が前記光学的結合部分で連続していることが好ましい。これにより、極めて高性能の光フィルタを得ることができる。すなわち、例えば、図１３（ａ）に示すようなハイメサ形状のディスク共振器（以下、ハイメサディスク共振器ともいう）では、例えば、ハイメサ導波路等の外部導波路からの光結合部（光ジョイント）に、リブ型方向性結合器等の方向性結合器が使用される。ここで、特に、小型のハイメサディスク共振器との結合のためには、完全結合長の短い前記方向性結合器を用いる必要がある。そして、このような結合を実現するためには、例えば、前記外部導波路と前記ハイメサディスクの間のギャップを０．１μｍ程度の狭さで形成し、数μｍオーダーの深さのエッチングを為さなければならない。しかし、これは、実際上不可能である。そこで、例えば、前記ギャップを実際上作製可能な約１μｍ程度とすると、前記ハイメサディスクへの結合係数が、１％以下となってしまい、実用に耐えられない。また、例えば、図１３（ｂ）に示すようなリブディスク共振器では、ハイメサ形状の導波路構造と比較して、横方向の電界の浸み出しが大きいため、例えば、外部のリブ形状の導波路との光の結合係数を高めることができる。前記リブディスク共振器の場合、例えば、１０％以上の結合係数を得るためには、外部導波路と前記リブディスクの間の前記方向性結合器の上段リブのギャップ幅を０．６μｍに緩和できる。また、この場合、リブ型導波路の方向性結合器を用いるため、活性層よりも深くエッチングする必要がない。すなわち、この場合、例えば、光結合のために必要な前記エッチングの深さは、１．５μｍ程度であり、極めて容易に実現できる。しかし、前述のとおり、このようなリブディスク共振器では、外側への放射損失の問題がある。これに対して、前記本発明の光フィルタでは、例えば、前記本発明のディスク共振器の前記コア層を、前記外部導波路のコア層と連続させることができる。また、例えば、前記本発明のディスク共振器の前記コア層と、前記外部導波路のコア層とを共通するメサ形状に形成することができる。すなわち、前記本発明の光フィルタでは、前記ディスク共振器の小さな曲率半径と、ディスク共振器の高い屈折率調整効率と、前記ディスク共振器と前記外部導波路の空間的な重なり合わせの増大とを同時に実現できる。
【００２４】
次に、本発明のディスク共振器について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。
【００２５】
［実施形態１］
本実施形態では、本発明のディスク共振器の一例を示す。図１Ａおよび図１Ｂに、本実施形態のディスク共振器の構成を示す。図１Ａは、本実施形態のディスク共振器の平面図を、図１Ｂは、図１Ａに示すＩ−Ｉ間での断面図を示す。図示のとおり、本実施形態のディスク共振器は、第１のクラッド層１１の上に、ディスク状のコア層１２が、メサ形状となるように形成され、コア層１２の上にディスク状の第２のクラッド層１３が、リブ形状となるように形成されている。同図では、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３が、互いにほぼ同心の円板状に形成されている例を示す。ただし、本発明は、このような態様に限定されない。例えば、第１のクラッド層１１は、ディスク状でなくてもよく、例えば、光配線基板上で必要とされる適宜の形状に形成できる。コア層１２および第２のクラッド層１３は、ほぼ円形状またはほぼ長円形状のディスク状であれば、どのような形状で形成されていてもよい。上段リブ部分の高さＨ１は、上下方向のモードの浸み出しと作業容易性の観点から、例えば、１．０μｍ〜２．５μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。下段メサ部分の高さＨ２は、例えば、０．５μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。また、上段リブ部分と下段メサ部分の間隔Ｗ１は、例えば、０．１μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。本実施形態では、第１のクラッド層１１と第２のクラッド層１３の双方の屈折率が、コア層１２の屈折率よりも低く形成されている。第１のクラッド層１３は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよび空気からなる群から選択される少なくとも一つから形成できるが、これらには限定されない。コア層１２は、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＳｉおよびＳｉＯＮからなる群から選択される少なくとも一つの電気光学材料から形成できるが、これらには限定されない。第２のクラッド層１３は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよび空気からなる群から選択される少なくとも一つから形成できるが、これらには限定されない。本実施形態のディスク共振器１０は、例えば、エッチング加工技術を用いて次のようにして作製できる。すなわち、まず、第１のクラッド層１１を形成する第１の電気光学材料層の上に、前記第１の電気光学材料層よりも高い屈折率の第２の電気光学材料層を積層し、前記第２の電気光学材料層の上に、前記第２の電気光学材料層よりも低い屈折率の第３の電気光学材料層を積層した積層体を準備する。次いで、前記積層体を、例えば、前記第３の電気光学材料層の側からエッチング加工する。具体的には、まず、前記第３の電気光学材料層を、前記第２の電気光学材料層に対してリブ形状となり得るようにエッチングし、不要な部分を除去して前記ディスク状の第２のクラッド層１３を形成する。次いで、前記第２の電気光学材料層を、前記第１の電気光学材料層に対してメサ形状となるよう、不要な部分を除去して前記ディスク状のコア層１２を形成する。次いで、前記第１の電気光学材料層をエッチングして、不要な部分を除去して第１のクラッド層１１を形成する。ただし、本実施形態のディスク共振器１０の作製方法は、これには限定されない。例えば、前記積層体は、前記第１の電気光学材料層の側からエッチングし、第１のクラッド層１１およびコア層１２を形成した後で第２のクラッド層１３を形成してもよい。また、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３を予め形成しておき、これら層を積層してもよい。
【００２６】
本実施形態のディスク共振器１０は、例えば、方向性結合器を用いて、外部導波路と光結合させることができる。本実施形態のディスク共振器１０では、伝搬光が、上段リブ部分の直下を伝搬し、かつ、下段メサ部分の内部に空間的に閉じ込められる。このため、前記伝搬光の曲げ半径を小さくすることができる。また、本実施形態のディスク共振器１０では、前記伝搬光の伝搬モードが、下段メサ部分の外周の内側の部分に局在しているので、例えば、前記ディスク共振器１０の屈折率の調整効率を高めることができる。
【００２７】
［実施形態２］
本実施形態では、本発明のディスク共振器の別の例を示す。図２に、本実施形態のディスク共振器の構成を示す。図２は、本実施形態のディスク共振器の断面図を示す。図示のとおり、本実施形態のディスク共振器２０は、第１のクラッド層１１の上面が、コア層１２と同幅で突出した形状に形成されていること以外は、実施形態１と同様である。すなわち、第２のクラッド層１３は、コア層１２に対してリブ形状を有するように一部が除去された構造を有し、コア層１２は、第２のクラッド層１３の幅と異なる幅を有するように一部が除去されたメサ形状を有する。同図中、前記実施形態１と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、コア層の厚みは、例えば、０．２μｍ〜０．４μｍであるが、この範囲には限定されない。さらに、第２のクラッド層の厚みは、１．０μｍ〜２．５μｍであるが、この範囲には限定されない。また、本実施形態では、上段リブ部分の高さＨ１は、上下方向のモードの浸み出しと作業容易性の観点から、例えば、１．０μｍ〜２．５μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。下段メサ部分の高さＨ２は、例えば、０．５μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。また、上段リブ部分と下段メサ部分の間隔Ｗ１は、例えば、０．１μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。本実施形態のディスク共振器２０は、例えば、エッチング加工技術を用いて次のようにして作製できる。例えば、前記実施形態１に記載したように、前記第１の電気光学材料層の上に、前記第２の電気光学材料層および前記第３の電気光学材料層を積層した積層体を準備する。次いで、前記積層体を、例えば、前記第３の電気光学材料層の側からエッチング加工する。具体的には、例えば、前記第３の電気光学材料層を、前記第２の電気光学材料層までエッチングし、不要な部分を除去して前記ディスク状の第２のクラッド層１３をリブ形状に形成する。次いで、前記第２の電気光学材料層および前記第１の電気光学材料層を、前記第１の電気光学材料層の上面から一定の深さまでエッチングし、不要な部分を除去して前記ディスク状のコア層１２をメサ形状に形成する。次いで、前記第１の電気光学材料層の残りの部分を下面までエッチングし、不要な部分を除去して前記適宜の形状の第１のクラッド層１１を形成する。ただし、本実施形態のディスク共振器２０の作製方法は、これには限定されない。例えば、前記積層体は、前記第１の電気光学材料層の側からエッチングして、第１のクラッド層１１およびコア層１２をメサ形状に形成した後で第２のクラッド層１３をリブ形状に形成してもよい。また、例えば、例えば、上面側を凸状に形成した第１のクラッド層の上にコア層１２を積層してコア層をメサ形状に形成し、コア層１２の上に第２のクラッド層１３を積層して第２のクラッド層１３をリブ形状に形成してもよい。
【００２８】
本実施形態のディスク共振器２０は、例えば、方向性結合器を用いて外部導波路と光結合させることができる。本実施形態のディスク共振器２０では、伝搬光は、上段リブ部分の直下を伝搬し、下段メサ部分により光が空間的に閉じ込められる。このため、例えば、コア層１２がメサ形状に形成されていない１段構造のディスク共振器と比較して、前記伝搬光の曲げ半径を小さくすることができる。本実施形態のディスク共振器２０では、また、前記伝搬光の伝搬モードが下段メサ部分の外周の内側の部分に局在しているので、例えば、前記ディスク共振器の屈折率の調整効率を高めることができる。
【００２９】
［実施形態３］
本実施形態では、本発明のディスク共振器の別の例を示す。図３に、本実施形態のディスク共振器の構成を示す断面図を示す。本実施形態のディスク共振器３０は、第２のクラッド層１３の下面側の部分が、コア層１２と同幅に形成されている以外は、前記実施形態３と同様の構成を有する。図示のとおり、本実施形態では、第２のクラッド層１３の下面側の部分が、コア層１２と同幅に形成されている以外は、実施形態２と同様である。図中、実施形態２と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、コア層の厚みは、例えば、０．２μｍ〜０．４μｍであるが、この範囲には限定されない。さらに、第２のクラッド層の厚みは、１．０μｍよりも厚く、２．５μｍ以下であるが、この範囲には限定されない。また、本実施形態では、上段リブ部分の高さＨ１は、上下方向のモードの浸み出しと作業容易性の観点から、例えば、１．０μｍ以上２．５μｍ未満とすることができるが、この範囲には限定されない。下段メサ部分の高さＨ２は、例えば、０．５μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。また、上段リブ部分と下段メサ部分の間隔Ｗ１は、例えば、０．１μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。第１のクラッド層１１および第２のクラッド層１３は、コア層１２の屈折率よりも屈折率が低くなるよう形成されている。本実施形態のディスク共振器３０は、例えば、エッチング加工技術を用いて次のようにして作製できる。例えば、まず、実施形態２と同様に、前記第１の電気光学材料層の上に、前記第２の電気光学材料層を積層し、前記第２の電気光学材料層の上に前記第３の電気光学材料層を積層した積層体を準備する。次いで、前記積層体を、例えば、前記第３の電気光学材料層の側からエッチング加工する。具体的には、例えば、前記第３の電気光学材料層を、前記第２の電気光学材料層には達しない一定の深さまでエッチングし、不要な部分を除去して前記ディスク状の第２のクラッド層１３をリブ形状に形成する。次いで、前記第３の電気光学材料層の残りの部分と第２の電気光学材料層と前記第１の電気光学材料層を、前記第１の電気光学材料層の上面から一定の深さまでエッチングし、不要な部分を除去して前記ディスク状のコア層１２をメサ形状に形成する。次いで、前記第３の電気光学材料層の残りの部分をエッチングし、不要な部分を除去して適宜の形状の第１のクラッド層１１を形成する。ただし、本実施形態のディスク共振器の作製方法は、これには限定されない。例えば、前記積層体は、前記第１の電気光学材料層の側からエッチングして、第１のクラッド層１１を形成し、かつ、コア層１２をメサ形状に形成した後で第２のクラッド層１３をリブ形状に形成してもよい。また、例えば、例えば、上面側を凸状に形成した第１のクラッド層１１の上にコア層１２をメサ形状となるよう積層し、コア層１２の上に、下面側をコア層１２と同幅に形成した第２のクラッド層１３を積層してもよい。
【００３０】
本実施形態のディスク共振器３０は、例えば、方向性結合器を用いて外部導波路と光結合させることができる。本実施形態のディスク共振器３０では、伝搬光が、上段リブ部分の直下を伝搬し、かつ、下段メサ部分の内部に空間的に閉じ込められる。このため、前記伝搬光の曲げ半径を小さくすることができる。また、本実施形態のディスク共振器３０では、前記伝搬光の伝搬モードが下段メサ部分の外周の内側の部分に局在しているので、例えば、ディスク共振器３０の屈折率の調整効率を高めることができる。
【００３１】
［実施形態４］
本実施形態では、本発明のディスク共振器の別の例を示す。本実施形態のディスク共振器４０は、第２のクラッド層１３に、凹部１４を形成したこと以外は、前記実施形態２と同じ構成を有する。図４Ａおよび図４Ｂに、本実施形態のディスク共振器の構成を示す。図４Ａは、本実施形態のディスク共振器を示す平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＩ−ＩＩ間の断面を示す。図示のとおり、本実施形態では、第２のクラッド層１３に凹部１４が形成されていること以外は、前記実施形態２と同じである。図中、実施形態２と同一の部分には同一の符号を付している。同図では、前記凹部１４が、第２のクラッド層１３に、第２のクラッド層１３とほぼ同心の円板状に形成されている例を示す。上段リブ部分の高さＨ１は、上下方向のモードの浸み出しと作業容易性の観点から、例えば、１．０μｍ〜２．５μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。下段メサ部分の高さＨ２は、例えば、０．５μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。また、上段リブ部分と下段メサ部分の間隔Ｗ１は、例えば、０．１μｍ〜２．０μｍとすることができるが、この範囲には限定されない。本実施形態のディスク共振器は、例えば、エッチング加工を用いて次のようにして作製できる。すなわち、例えば、まず、前記実施形態２と同様にして、前記実施形態２のディスク共振器を作製した後に、または、前記ディスク共振器の第２のクラッド層１３を形成する際に、第２のクラッド層１３を例えばエッチングにより、第２のクラッド層１３とほぼ同心の円板状に刳り抜き、不要な部分を除去して凹部１４を形成することができる。また、例えば、予め凹部１４を形成した第２のクラッド層１３をコア層１２に積層してもよい。
【００３２】
本実施形態のディスク共振器４０では、前記凹部は、例えば、第２のクラッド層１３の平面面積の２５％以上の領域を、例えばエッチングにより除去して形成できる。すなわち、本実施形態のディスク共振器４０では、前述のとおり、前記伝搬光の伝搬モードがコア層１２の外周の内側の部分に局在している。具体的には、平面面積が３００μｍ２以上の本発明のディスク共振器では、前記伝搬光の伝搬モードは、下段メサ部分の上面の端から内側に３μｍ程度の範囲に局在しており、コア層１２の中央にはほとんど前記伝搬モードが存在しない。そのため、前記凹部を第２のクラッド層１３に形成することで、ディスク共振器内部での光の伝搬に影響を与えることなく、効率的に前記ディスク共振器の屈折率を変化させることができ、例えば、高性能の光フィルタを実現できる。本実施形態のディスク共振器４０は、例えば、方向性結合器を用いて外部導波路と光結合させることができる。本実施形態のディスク共振器４０では、伝搬光が、上段リブ部分の直下を伝搬し、かつ、下段メサ部分の内部に空間的に閉じ込められる。このため、伝搬光の曲げ半径を小さくすることができる。
【００３３】
本実施形態のディスク共振器の熱伝導効率は、例えば、凹部１４の半径を変数として、理論計算により算出することができる。すなわち、例えば、図９に示すように、前記ディスク共振器サンプルの上面に、上段リブ部分（第２のクラッド層）１３の外周に沿って、６μｍ幅Ｗ２の電極ヒータ１６を配置した場合を想定する。図中、ｘは、凹部１４の半径（単位は、μｍ）を示す。この場合に、例えば、各ディスク共振器サンプルの電極ヒータ１６に、４０ｍＷの一定の電力を投入したと想定して、例えば１分後の、電極ヒータ１６の下方に位置する部分（ＩｎＧａＡｓＰ層）（以下、ヒータ下部という）の温度を理論計算により算出する。このような理論計算による算出結果の一例を、図１０および図１１に示す。図１０は、電極ヒータ１６に前記電力を投入した本実施形態のディスク共振器についての理論計算に基づくサーモグラフィの一例を示す模式図である。図中、符号１７が、ヒータ下部に対応する箇所である。図１１は、凹部１４の半径ｘとヒータ下部温度の関係を示すグラフである。なお、図１０および図１１に示す例では、電極ヒータ１６に前記電力を投入する前の前記ヒータ下部の温度は、２５℃と想定した。同図に示すグラフから、ｘが１０μｍ以上の領域において、前記ヒータ下部温度の上昇が認められることが予測できる。すなわち、前述のとおり、本実施形態のディスク共振器において、伝搬光は、コア層の外周の内側に局在することから、例えば、凹部１４を半径１０μｍ以上で形成することで、前記ディスク共振器の屈折率調整効率が有意に高まることが予測できる。
【００３４】
［実施形態５］
本実施形態では、本発明のディスク共振器の別の例を示す。図５Ａに、本実施形態のディスク共振器の構成を示す。本実施形態のディスク共振器は、コア層１２の外周を部分的に平坦に形成し、かつ、第２のクラッド層１３の外周も部分的に平坦に形成したこと以外は、前記実施形態２と同じ構成を有する。図５Ａでは、第２のクラッド層１３の外周を、コア層１２と同形に、部分的に平坦に形成した例を示すが、本発明は、このような態様には限定されない。すなわち、本発明のディスク共振器５０では、コア層１２の外周を部分的に平坦に形成し、かつ、第２のクラッド層１３の外周は平坦部のない例えば円形であってもよい。図示のとおり、本実施形態では、コア層１２の外周の互いに対向する部分が、平坦に形成されて、コア層１２の外周が、いわゆるレーストラック形状に形成されている。また、同図では、第２のクラッド層１３の外周の、コア層１２の外周平坦部分と対向する部分が、平坦に形成されており、外周が、コア層１２と同様のレーストラック形状に形成されている。これ以外は、本実施形態は前記実施形態２と同じである。各層において、平坦に形成された部分の長さは、平坦に形成されていない部分の長さの、例えば、０．２１倍〜０．４８倍である。同図中、前記実施形態２と同一の部分には同一の符号を付している。第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層の厚み、上段リブ部分の高さ、下段メサ部分の高さは、特に制限されず、例えば、実施形態２と同じである。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔も、特に制限されない。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔は、最も長い部分で、例えば、０．３μｍ〜２．０μｍであり、最も短い部分で、例えば、０．１μｍ〜１．５μｍである。ただし、本実施形態のディスク共振器５０は、このような範囲に限定されない。本実施形態のディスク共振器５０は、前記実施形態２と同様にして、例えば、エッチング加工を用いて作製できる。すなわち、本実施形態のディスク共振器５０は、コア層１２および第２のクラッド層１３を形成する際に、コア層１２および第２のクラッド層１３をそれぞれ、前記外周平坦部分を有する形状に形成する以外は、前記実施形態２に記載した同じ方法で作製することができる。
【００３５】
本実施形態のディスク共振器５０は、例えば、外部導波路と光結合させることができる。本実施形態のディスク共振器５０では、実施形態２のディスク共振器により得られる効果のみならず、例えば、図５Ｂに一例を示すように、コア層１２の外周の平坦部分に外部導波路１５の光結合部分を配置することで、外部導波路１５との結合係数を高めることができる。なお、図５Ｂでは、符号１５は、外部導波路面を示し、符号１３は、外部導波路１５の第２のクラッド層を示す。同図では、第１のクラッド層は図示していない。
【００３６】
前記実施形態１から５に記載のディスク共振器は、それぞれ、光フィルタとして使用することができる。すなわち、例えば、前記ディスク共振器は小型に形成して大きな曲率を実現できるので、前記ディスク共振器を用いることで、前記光フィルタの伝搬光のモード間隔を拡大できる。これにより、例えば、前記光フィルタは、波長可変レーザへの波長可変フィルタとして使用した場合、前記波長可変レーザの波長可変幅を拡大できる。
【００３７】
［実施形態６］
本実施形態では、本発明の光フィルタの一例を示す。本実施形態では、外部導波路の少なくとも前記ディスク共振器との光学的結合部分を含む部分が、メサ形状に形成され、前記外部導波路の前記コア層と前記ディスク共振器の前記コア層が前記光学的結合部分で連続している例を示す。図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃに、本実施形態の光フィルタの構成を示す。図６Ｂは、図６ＡのＩＶ−ＩＶ間の断面である。図６Ｃは、図６ＡのＶ−Ｖ間の断面である。図示のとおり、本実施形態の光フィルタは、本発明のディスク共振器６０と、ディスク共振器６０に対して光学的に結合する直線形状の外部導波路１５を含む。このような構造により、本実施形態の光フィルタでは、ディスク共振器６０に効率的に光を入出力させることができる。本実施形態では、外部導波路１５とディスク共振器６０の結合部分のコア層１２は共通している。具体的には、本実施形態では、図示のとおり、外部導波路１５は、ディスク共振器６０と同様の導波路構造を有し、第１のクラッド層１１の上にコア層１２がメサ形状に形成され、コア層１２の上に第２のクラッド層１３がリブ形状に形成されている。なお、図６Ａでは、第１のクラッド層は図示していない。外部導波路のコア層１２は、ディスク共振器６０との光学的結合部分で、ディスク共振器６０のコア層１２と連続している。なお、同図では、外部導波路１５の第２のクラッド層１３は、リブ形状に形成されているが、前記第２のクラッド層は、リブ形状に形成されていなくてもよい。ディスク共振器６０の第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３の厚み、上段リブ部分の高さ、下段メサ部分の高さは、特に制限されず、例えば、前記実施形態２と同じである。ディスク共振器６０の上段リブ部分と下段メサ部分の間隔も、特に制限されず、例えば、ディスク共振器６０と同じである。外部導波路１５における第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３の厚み、上段リブ部分の高さ、下段メサ部分の高さは、特に制限されず、例えば、ディスク共振器６０と同じである。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔も、特に制限されず、例えば、ディスク共振器６０と同じである。本実施形態の光フィルタは、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、前記実施形態２で記載したように、前記第１、第２および第３の電気光学材料層を積層した積層体からディスク共振器を作製する際に、外部導波路１５を作製する。すなわち、ディスク共振器６０に結合させる外部導波路１５を、そのコア層が、前記第１の電気光学材料層に対してメサ形状となり、ディスク共振器６０のコア層１２と前記光学的結合部分で連続するように、作製する。具体的には、例えば、前記実施形態２における前記積層体の第３の電気光学材料をエッチングして、ディスク共振器６０の第２のクラッド層１３を形成する際に、外部導路１５の第２のクラッド層１３を前記第２の電気光学材料層に対してリブ形状に形成することができる。また、ディスク共振器６０のコア層１２を形成する際に、外部導波路１５のコア層１２を、前記光学的結合部分でディスク共振器６０のコア層１２と連続するメサ形状に形成することができる。ただし、本実施形態のディスク共振器の作製方法は、これには限定されない。例えば、光学的結合部分で互いに連続するように形成した外部導波路１５のコア層およびディスク共振器６０のコア層の上に、前記コア層に対してリブ形状となるように、それぞれ第２のクラッド層１３を積層してもよい。
【００３８】
本実施形態の光フィルタでは、外部導波路とディスク共振器の結合係数を増大させることができる。すなわち、外部導波路とディスク共振器との間の光結合は、それぞれの光伝搬モードの空間的な重なり合わせにより発生するが、前記光フィルタでは、前記外部導波路が、前述のとおりメサ形状に形成され、前記外部導波路の前記コア層と前記ディスク共振器の前記コア層が前記光学的結合部分で連続している。そのため、前記伝搬モードが空間的に広がり、前記重なり合わせを増大させることができ、前記結合係数を増大させることができる。また、本実施形態の光フィルタでは、伝搬光が、ディスク共振器６０の第２のクラッド層１３の直下を伝搬し、かつ、コア層１２の内部に空間的に閉じ込められる。このため、伝搬光の曲げ半径を小さくすることができる。また、本実施形態の光フィルタでは、伝搬光の伝搬モードがコア層１２の外周の内側の部分に局在しているので、例えば、効率的にディスク共振器６０の屈折率を調整できる。
【００３９】
［実施形態７］
本実施形態では、本発明の光フィルタの別の例を示す。本実施形態の光フィルタは、外部導波路１５が、ディスク共振器７０との光結合部分で、ディスク共振器７０のコア層１２の外周に沿って湾曲していること以外は、前記実施形態６と同じ構成を有する。図７に、本実施形態の光フィルタの構成を示す。図示のとおり、本発明のディスク共振器７０と外部導波路１５を含み、外部導波路１５が、前記ディスク共振器７０との光結合部分で、前記ディスク共振器７０のコア層１２の外周に沿って湾曲している。なお、図７では、第１のクラッド層は図示していない。前記本発明のディスク共振器７０は、例えば、前記実施形態１から３のディスク共振器である。本実施形態では、外部導波路１５は、実施形態６で説明したように、コア層がメサ形状を有し、かつ、ディスク共振器７０の外周に沿って湾曲した部分を光結合部分とし、この光結合部分においてディスク共振器７０のコア層１２と連続している。外部導波路１５における第１のクラッド層、コア層１２および第２のクラッド層１３の厚み、上段リブ部分の高さ、下段メサ部分の高さは、特に制限されず、例えば、ディスク共振器７０と同じである。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔も、特に制限されず、例えば、ディスク共振器７０と同じである。このような光フィルタは、例えば、前記実施形態６に記載のとおり、前記第１、第２および第３の電気光学材料層を積層した前記積層体からコア層１２および第２のクラッド層１３を形成する際に、外部導波路１５が、ディスク共振器７０の外周に沿って湾曲するようエッチングすることにより、作製できるが、これには制限されない。例えば、ディスク共振器７０が、前記実施形態２のディスク共振器である場合は、ディスク共振器７０のコア層１２の外周に沿って外部導波路１５が湾曲する形状に形成されたディスク共振器および外部導波路のコア層１２を、上面が突出した形状に形成された前記第１のクラッド層１１の上に積層し、前記コア層１２の上にそれぞれの第２のクラッド層１３を積層することもできる。
【００４０】
本実施形態の光フィルタでは、外部導波路１５が、光結合部分においてディスク共振器７０のコア層の外周に沿って湾曲し、外部導波路１５のコア層が、ディスク共振器７０のコア層と連続するメサ形状に形成されている。これにより、例えば、実施形態６の場合と比べて、ディスク共振器７０と外部導波路１５との結合距離が長くなり、結合係数をより向上できる。
【００４１】
［実施形態８］
本実施形態では、本発明の光フィルタの別の例を示す。本実施形態の光フィルタは、第２のクラッド層１３に凹部１４を形成した本発明のディスク共振器８０を使用する以外は、前記実施形態６と同じ構成を有する。図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに、本実施形態の光フィルタの構成を示す。図８Ｂは、図８ＡのＶＩ−ＶＩ間の断面である。図８Ｃは、図８ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ間の断面である。図示のとおり、本実施形態の光フィルタは、第２のクラッド層１３に凹部１４が形成された本発明のディスク共振器８０と外部導波路１５を含む。前記本発明のディスク共振器は、例えば、前記実施形態４のディスク共振器である。図示のとおり、本実施形態では、前記ディスク共振器８０が、前記第２のコア層１３に凹部１４を有し、かつ、少なくとも光結合部分においてコア層がメサ形状に形成された外部導波路１５が、前記光学的結合部分で、ディスク共振器８０のコア層１２と連続している。なお、図８Ａでは、第１のクラッド層は図示していない。
【００４２】
本実施形態の光フィルタでは、ディスク共振器８０が凹部１４を有することにより、実施形態６の光フィルタにおいて、さらにディスク共振器８０の屈折率の調整効率を高めることができる。
【００４３】
次に、本発明のディスク共振器の実施例を示す。ただし、本発明のディスク共振器は、前記実施例に限定されない。
【実施例】
【００４４】
［実施例１］
本実施例は、前記実施形態２と同じ構成の本発明のディスク共振器を示す。本実施例は、前記実施形態２と同じ構成を有するので、図２の断面図を用いて、本実施例のディスク共振器の構成を説明する。図示のとおり、前記ディスク共振器は、第１のクラッド層１１の上に、ほぼ円板形のディスク状のコア層１２が、メサ形状となるように形成され、コア層１２の上にほぼ円板形のディスク状の第２のクラッド層１３が、リブ形状となるように形成されている。コア層１２および第２のクラッド層１３は、互いにほぼ同心の円板状に形成されている。第１のクラッド層１１は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮまたは空気から形成されている。コア層１２は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＯＮから形成されている。第２のクラッド層１３は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、または空気から形成されている。上段リブ部分と下段メサ部分の間隔Ｗ１は、１．２μｍである。前記上段リブ部分の半径は、２０μｍであり、前記上段リブ部分の高さＨ１は１．５μｍである。前記下段メサ部分の高さＨ２は、０．５μｍである。コア層の厚みは、０．３μｍであり、第２のクラッド層の厚みは、１．６μｍである。
【００４５】
前記本実施例のディスク共振器について、下記のとおり、伝搬光の曲率および屈折率調整効率を試験した。
［伝搬光曲率試験］
前記本実施例のディスク共振器を、下段メサ部分の曲率を異ならせて複数個作製した。これらを試験サンプルとして用いて、各サンプルにおける伝搬光の曲率に対する光透過特性を解析した。その結果、曲率半径２０μｍ以下まで実用上耐えうる透過特性を実現できることを確認できた。
［屈折率調整効率試験］
前記試験サンプルの上段リブ部分の上面の外周に沿って、熱調整用の電極ヒータを配置し、０ｍＷ〜９０ｍＷの一定の電力を投入した。この結果、非常に効率的にディスク共振器の屈折率を調整できた。伝搬光の位相を２π変化させるのに必要な電力は、最小で５４ｍＷであった。
【００４６】
［実施例２］
本実施例は、第２のクラッド層に凹部を形成した以外は前記実施例１と同じ構成の本発明のディスク共振器を示す。図９に、本実施例のディスク共振器の構成を示す断面図を示す。図示のとおり、本実施例のディスク共振器は、第２のクラッド層１３に凹部１４を形成した以外は、前記実施例１と同じである。なお、同図中、符号１６は、電流または熱注入装置を示す。同図に一例を示すように、本実施例のディスク共振器は、上段メサ部分の上面に電流または熱注入装置を配置して、上段メサ部分に電流または熱を注入することで、ディスク共振器の屈折率を調整することができる。ただし、本発明は、このような態様には限定されない。凹部１４は、第２のクラッド層１３とほぼ同心の円板状に形成されている。同図中、ｘ（単位は、μｍ）は、凹部１４の半径である。凹部１４は、ディスク共振器の作製工程において、第２のクラッド層１３の形成と同時に、第２のクラッド層１３の中央をエッチング加工することで形成した。
【００４７】
前記本実施例のディスク共振器について、下記のとおり、伝搬光の曲率および屈折率調整効率を試験した。
［伝搬光曲率試験］
前記実施例１と同様にして、各試験サンプルにおける伝搬光の曲率ごとの光透過特性を測定した。その結果、曲率半径２０μｍ以下まで実用上耐えうる透過特性を実現できることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のディスク共振器および光フィルタは、例えば、幹線系、アクセス系等に使用される波長多重通信用の中長距離光源に使用できるが、これには限定されず、短い曲率半径を有するディスク共振器を要するあらゆる分野で使用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０、２０、３０、４０、５０、５５、６０、７０、８０、１３０、１４０  ディスク共振器
１１  第１のクラッド層
１２  コア層
１３  第２のクラッド層
１４  凹部
１５  外部導波路
１６  ヒータ
１７  熱、あるいは電流投入箇所
Ｈ１  上段リブ部分の高さ
Ｈ２  下段メサ部分の高さ
Ｒ  上段リブ部分の半径
Ｗ１  上段リブ部分と下段メサ部分の間隔
Ｗ２  ヒータの幅
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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