(57)【要約】【課題】  ホログラフィック波動伝達媒体を適用し、光回路の小型化を図る。【解決手段】  仮想的なメッシュにより画定される仮想的なピクセルの各々が有する屈折率により、入力ポートから入射された光信号が多重散乱しながら分岐し、出力ポートから出射されるように決定された空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体５１１を、２次元的に配置して構成された光機能回路であって、波動伝達媒体５１１は、複数の機能（５２１〜５２３）ごとに入力ポートと出力ポートの入出力ペアが設定されて、屈折率分布が形成されている。【選択図】  図６
2006039053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想的なメッシュにより画定される仮想的なピクセルの各々が有する屈折率により、入力ポートから入射された光信号が多重散乱しながら分岐し、出力ポートから出射されるように決定された空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体を、２次元的に配置して構成された光機能回路であって、
前記波動伝達媒体は、複数の機能ごとに入力ポートと出力ポートの入出力ペアが設定されて、前記屈折率分布が形成されていることを特徴とする光機能回路。
【請求項２】
前記入力ポートおよび前記出力ポートは、前記波動伝達媒体を構成する基板の端面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光機能回路。
【請求項３】
前記入力ポートおよび前記出力ポートは、前記基板に設けられた光路変換手段により、他の光機能回路と光学的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の光機能回路。
【請求項４】
前記入力ポートおよび前記出力ポートを光学的に結合するために、前記波動伝達媒体を形成する基板に光導波路を設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光機能回路。
【請求項５】
前記入力ポートおよび前記出力ポートに光学的に結合された光デバイスが、前記波動伝達媒体を形成する基板上に実装されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光機能回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能回路に関し、より詳細には、２次元的な屈折率分布に応じた多重散乱によりホログラフィックに波動を伝達させるホログラフィック波動伝達媒体を用いた光機能回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野においては、光の分岐、干渉を容易に実現できる光回路として、光導波路構造を利用した集積光部品が開発されてきた。光の波動としての性質を利用した集積光部品は、光導波路長の調整により光干渉計の作製を容易にしたり、半導体分野における回路加工技術を適用することにより、光部品の集積化が容易になる。
【０００３】
このような光導波路構造は、光導波路中を伝搬する光を屈折率の空間的分布を利用して空間的な光閉じ込めを実現する「光閉じ込め構造」である。光回路を構成するためには、光配線などを用いて、各構成要素を縦列的に接続することとなる。このため、光導波路回路の光路長は、光回路内で干渉現象などを生じさせるために求められる光路長よりも長くならざるを得ず、その結果、光回路そのものが極めて大型になってしまうという問題があった。
【０００４】
【非特許文献１】Y. Hibino, “Passive optical devices for photonic networks”, IEIC Trans. Commun., Vol.E83-B No.10, (2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光回路の小型化のためには、光を導波路中に強く閉じ込める必要がある。従って、光導波路は、極めて大きな屈折率差を有する必要がある。例えば、従来のステップインデックス型の光導波路では、比屈折率差が０．１％よりも大きな値となるように、屈折率の空間的分布を有するように光導波路を設計する。しかしながら、このような大きな屈折率差を利用して光閉じ込めを行うと、回路構成の自由度が制限されてしまう。特に、１つの基板上に複数の機能回路を作り込むことが難しいという問題があった。
【０００６】
また、光導波路中での屈折率差を、局所的な紫外線照射、熱光学効果または電気光学効果などにより実現しようとしても、得られる屈折率の変化量は高々０．１％程度である。光の伝搬方向を変化させる場合には、光導波路の光路にそって徐々に向きを変化させざるを得ず、光回路長は必然的に極めて長いものとなり、その結果として光回路の小型化が困難になる。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ホログラフィック波動伝達媒体を適用し、光回路の小型化を図ることができる光機能回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、仮想的なメッシュにより画定される仮想的なピクセルの各々が有する屈折率により、入力ポートから入射された光信号が多重散乱しながら分岐し、出力ポートから出射されるように決定された空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体を、２次元的に配置して構成された光機能回路であって、前記波動伝達媒体は、複数の機能ごとに入力ポートと出力ポートの入出力ペアが設定されて、前記屈折率分布が形成されていることを特徴とする光機能回路。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記入力ポートおよび前記出力ポートは、前記波動伝達媒体を構成する基板の端面に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記入力ポートおよび前記出力ポートは、前記基板に設けられた光路変換手段により、他の光機能回路と光学的に結合されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の光機能回路において、前記入力ポートおよび前記出力ポートを光学的に結合するために、前記波動伝達媒体を形成する基板に光導波路を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光機能回路において、前記入力ポートおよび前記出力ポートに光学的に結合された光デバイスが、前記波動伝達媒体を形成する基板上に実装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、複数の機能回路を１つのホログラフィック波動伝達媒体で実現することにより、光回路の小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の光機能回路は、導波路より屈折率の低い複数の散乱点により画定されるホログラフィック波動伝達媒体であり、２次元的な屈折率分布に応じた多重散乱によりホログラフィックに波動を伝達させる。
【００１５】
最初に、本願発明に用いる波動伝達媒体の基本的概念について説明する。ここでは、光回路へ適用することから、波動伝達媒体中を伝搬する「波動」は「光」である。なお、波動伝達媒体にかかる理論は、一般の波動方程式に基づいて、媒質の特性を指定するものであり、一般の波動においても原理的に成り立ち得るものである。波動伝達媒体は、コヒーレントな光のパターンを入力して所望の光のパターンを出力させるために、波動伝達媒体中を伝搬する順伝搬光と逆伝搬光の位相差が、波動伝達媒体中の何れの場所においても小さくなるように屈折率分布が決定される。屈折率分布に応じた局所的なレベルのホログラフィック制御を多重に繰り返すことにより、所望の光のパターンが出力される。
【００１６】
図１を参照して、本実施形態にかかる波動伝達媒体の基本構造を説明する。図１（ａ）に示したように、光回路基板１の中に、波動伝達媒体により構成される光回路の設計領域１−１が存在する。光回路の一方の端面は、入力光３−１が入射する入射面２−１である。入力光３−１は、波動伝達媒体で構成された空間的な屈折率分布を有する光回路中を多重散乱しながら伝搬し、他方の端面である出射面２−２から出力光３−２として出力される。図１（ａ）中の座標ｚは、光の伝搬方向の座標（ｚ＝０が入射面、ｚ＝ｚｅが出射面）であり、座標ｘは、光の伝搬方向に対する横方向の座標である。なお、本実施形態では、波動伝達媒体は、誘電体からなるものと仮定し、空間的な屈折率分布は、波動伝達媒体を構成している誘電体の局所的な屈折率を後述する理論に基づいて設定することにより実現される。
【００１７】
入力光３−１が形成している「場」（入力フィールド）は、光回路を構成する波動伝達媒体の屈折率の空間的分布に応じて変調され、出力光３−２の形成する「場」（出力フィールド）に変換される。換言すれば、本発明の波動伝達媒体は、その空間的な屈折率分布に応じて入力フィールドと出力フィールドとを相関づけるための（電磁）フィールド変換手段である。なお、これら入力フィールドおよび出力フィールドに対して、光回路中での伝搬方向（図中ｚ軸方向）に垂直な断面（図中ｘ軸に沿う断面）における光のフィールドを、その場所（ｘ，ｚ）における（順）伝搬像（伝搬フィールドあるいは伝搬光）と呼ぶ（図１（ｂ）参照）。
【００１８】
ここで、「フィールド」とは、一般に電磁場（電磁界）または電磁場のベクトルポテンシャル場を意味している。本実施形態における電磁場の制御は、光回路中に設けられた空間的な屈折率分布、すなわち誘電率の分布を変えることに相当する。誘電率はテンソルとして与えられるが、通常は偏光状態間の遷移はそれほど大きくないので、電磁場の１成分のみを対象としてスカラー波近似しても良い近似となる。そこで、本明細書では電磁場を複素スカラー波として扱う。なお、光の「状態」には、エネルギ状態（波長）と偏光状態とがあるため、「フィールド」を光の状態を表現するものとして用いる場合には、光の波長と偏光状態をも包含し得ることとなる。
【００１９】
また、通常、伝搬光の増幅や減衰を生じさせない光回路では、屈折率の空間的分布を決めると、焦点以外の入力光３−１の像（入力フィールド）は、出力光３−２の像（出力フィールド）に対して一意的に定まる。このような、出射面２−２側から入射面２−１側へと向かう光のフィールドを、逆伝搬像（逆伝搬フィールドあるいは逆伝搬光）と呼ぶ（図１（ｃ）参照）。このような逆伝搬像は、光回路中の場所ごとに定義することができる。すなわち、光回路中での任意の場所における光のフィールドを考えたとき、その場所を仮想的な「入力光」の出射点として考えれば、上記と同様に出力光３−２の像に対して、その場所での逆伝搬像を考えることができる。このように、光回路中の各場所ごとに逆伝搬像が定義できる。
【００２０】
特に、単一の光回路において、出射フィールドが入射フィールドの伝搬フィールドとなっている場合には、光回路の任意の点で、伝搬フィールドと逆伝搬フィールドとは一致する。なお、フィールドは、一般的に、対象とする空間全体の上の関数であるが、「入射フィールド」または「出射フィールド」という場合は、入射面あるいは出射面におけるフィールドの断面を意味している。また、「フィールド分布」という場合でも、ある特定の断面に関して議論を行う場合には、その断面についてのフィールドの断面を意味している。
【００２１】
屈折率分布の決定方法を説明するためには記号を用いるほうが見通しがよいので、各量を表すために以下のような記号を用いることとする。なお、対象とされる光（フィールド）は、単一状態の光には限定されないので、複数の状態の光が重畳された光を対象とされ得るべく、個々の状態の光にインデックスｊを充てて一般的に表記する。  
・ψj(x)：ｊ番目の入射フィールド（複素ベクトル値関数であり、入射面において設定する強度分布および位相の分布、ならびに、波長および偏波により規定される。）  
・φj(x)：ｊ番目の出射フィールド（複素ベクトル値関数であり、出射面において設定する強度分布および位相分布、ならびに、波長および偏波により規定される。）  
なお、ψj(x)およびφj(x)は、回路中で強度増幅、波長変換、偏波変換が行われない限り、光強度の総和は同じ（あるいは無視できる程度の損失）であり、それらの波長も偏波も同じである。
【００２２】
・｛ψj(x)、φj(x)｝：入出力ペア（入出力のフィールドの組み。）  
｛ψj(x)、φj(x)｝は、入射面および出射面における、強度分布および位相分布ならびに波長および偏波により規定される。
【００２３】
・{nｑ}：屈折率分布（光回路設計領域全体の値の組。）  
与えられた入射フィールドおよび出射フィールドに対して屈折率分布を１つ与えたときに光のフィールドが決まるので、ｑ番目の繰り返し演算で与えられる屈折率分布全体に対するフィールドを考える必要がある。そこで、(x,z)を不定変数として、屈折率分布全体をnｑ(x,z)と表しても良いが、場所(x,z)における屈折率の値nｑ(x,z)と区別するために、屈折率分布全体に対しては{nｑ}と表す。
【００２４】
・ｎcore：光導波路におけるコア部分のような、周囲の屈折率に対して高い屈折率の値を示す記号。  
・ｎclad：光導波路におけるクラッド部分のような、ｎcoreに対して低い屈折率の値を示す記号。  
・ψj(z,x,{nｑ})：ｊ番目の入射フィールドψj(x)を屈折率分布{nｑ}中をｚまで伝搬させたときの、場所(x,z)におけるフィールドの値。  
・φj(z,x,{nｑ})：ｊ番目の出射フィールドφj(x)を屈折率分布{nｑ}中をｚまで逆伝搬させたときの、場所(x,z)におけるフィールドの値。
【００２５】
本実施形態において、屈折率分布は、すべてのｊについてψj(ze,x,{nｑ})＝φj(x)、またはそれに近い状態となるように{nｑ}が与えられる。
【００２６】
「入力ポート」および「出力ポート」とは、入射端面および出射端面におけるフィールドの集中した「領域」であり、例えば、その部分に光ファイバを接続することにより、光強度をファイバに伝搬できるような領域である。ここで、フィールドの強度分布および位相分布は、ｊ番目のものとｋ番目のものとで異なるように設計可能であるので、入射端面および出射端面に複数のポートを設けることができる。さらに、入射フィールドと出射フィールドの組を考えた場合、その間の伝搬により発生する位相が、光の周波数によって異なるので、周波数が異なる光（すなわち波長の異なる光）については、位相を含めたフィールド形状が同じであるか直交しているかの如何にかかわらず、異なるポートとして設定することができる。
【００２７】
ここで、電磁界は、実数ベクトル値の場で、かつ波長と偏光状態をパラメータとして有するが、その成分の値を一般な数学的取扱いが容易な複素数で表示し、電磁波の解を表記する。また、以下の計算においては、フィールド全体の強度は１に規格化されているものとする。図１（ｂ）および図１（ｃ）に示したように、ｊ番目の入射フィールドψj(x)および出力フィールドφj(x)に対し、伝搬フィールドと逆伝搬フィールドとをそれぞれの場所の複素ベクトル値関数として、ψj(z,x,{n})およびφj(z,x,{n})と表記する。これらの関数の値は、屈折率分布{ｎ}により変化するため、屈折率分布{ｎ}がパラメータとなる。記号の定義により、ψj(x)＝ψj(0,x,{n})、および、φj(x)＝φj(ze,x,{n})となる。これらの関数の値は、入射フィールドψj(x)、出射フィールドφj(x)、および屈折率分布{ｎ}が与えられれば、ビーム伝搬法などの公知の手法により容易に計算することができる。
【００２８】
以下に、空間的な屈折率分布を決定するための一般的なアルゴリズムを説明する。図２に、波動伝達媒体の空間的な屈折率分布を決定するための計算手順を示す。この計算は、繰り返し実行されるので、繰り返し回数をｑで表し、（ｑ−１）番目まで計算が実行されているときのｑ番目の計算の様子が図示されている。（ｑ−１）番目の計算によって得られた屈折率分布{ｎｑ-1}をもとに、各ｊ番目の入射フィールドψj(x)および出射フィールドφj(x)について、伝搬フィールドと逆伝搬フィールドとを数値計算により求め、その結果を各々、ψj(z,x,{nｑ-1})およびφj(z,x,{nｑ-1})と表記する（ステップＳ２２０）。
【００２９】
これらの結果をもとに、各場所（ｚ，ｘ）における屈折率ｎｑ（ｚ，ｘ）を、次式により求める（ステップＳ２４０）。  
nｑ(z,x)＝nｑ-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nｑ-1})*・ψj(z,x,{nｑ-1})]                                                                ・・・（１）  
ここで、右辺第２項中の記号「・」は、内積演算を意味し、Im[]は、［］内のフィールド内積演算結果の虚数成分を意味する。なお、記号「＊」は複素共役である。係数αは、ｎｑ(z,x)の数分の１以下の値をさらにフィールドの組の数で割った値であり、正の小さな値である。Σjは、インデックスｊについて和をとるという意味である。
【００３０】
ステップＳ２２０とＳ２４０とを繰り返し、伝搬フィールドの出射面における値ψj(ze,x,{n})と出射フィールドφj(x)との差の絶対値が、所望の誤差ｄｊよりも小さくなると（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）計算が終了する。
【００３１】
以上の計算では、屈折率分布の初期値{ｎ０}は適当に設定すればよいが、この初期値{ｎ０}が予想される屈折率分布に近ければ、それだけ計算の収束は早くなる（ステップＳ２００）。また、各ｊについてφj(z,x,{nｑ-1})およびψj(z,x,{nｑ-1})を計算するにあたっては、パラレルに計算が可能な計算機の場合は、ｊごと（すなわち、φj(z,x,{nｑ-1})およびψj(z,x,{nｑ-1})ごと）に計算すればよいので、クラスタシステム等を利用して計算の効率化を図ることができる（ステップＳ２２０）。また、比較的少ないメモリで計算機が構成されている場合は、式（１）のインデックスｊについての和の部分で、各ｑで適当なｊを選び、その分のφj(z,x,{nｑ-1})およびψj(z,x,{nｑ-1})のみを計算して、以降の計算を繰り返すことも可能である（ステップＳ２２０）。
【００３２】
以上の演算において、φj(z,x,{nｑ-1})の値とψj(z,x,{nｑ-1})の値とが近い場合には、式（１）中のIm[φj(z,x,{nｑ-1})*・ψj(z,x,{nｑ-1})]は位相差に対応する値となり、この値を減少させることで所望の出力を得ることが可能である。
【００３３】
屈折率分布の決定は、波動伝達媒体に仮想的メッシュを定め、このメッシュによって画定される微小領域（ピクセル）の屈折率を、各ピクセルごとに決定することと言い換えることもできる。このような局所的な屈折率は、原理的には、その場所ごとに任意の（所望の）値とすることができる。最も単純な系は、低屈折率（ｎＬ）を有するピクセルと高屈折率（ｎＨ）を有するピクセルのみからなる系であり、これら２種のピクセルの空間的分布により全体的な屈折率分布が決定される。この場合、媒体中の低屈折率ピクセルが存在する場所を高屈折率ピクセルの空隙として観念したり、逆に、高屈折率ピクセルが存在する場所を低屈折率ピクセルの空隙として観念したりすることができる。すなわち、本発明の波動伝達媒体は、均一な屈折率を有する媒体中の所望の場所（ピクセル）を、これとは異なる屈折率のピクセルで置換したものと表現することができる。
【００３４】
上述した屈折率分布決定のための演算内容を要約すると次のようになる。波動をホログラフィックに伝達させ得る媒体（光の場合には誘電体）に、入力ポートと出力ポートとを設け、入力ポートから入射した伝搬光のフィールド分布１（順伝搬光）と、入力ポートから入射した光信号が出力ポートから出力される際に期待される出力フィールドを出力ポート側から逆伝搬させた位相共役光のフィールド分布２（逆伝搬光）と、を数値計算により求める。フィールド分布１およびフィールド分布２を、伝搬光と逆伝搬光の各点（x,z）における位相差をなくすように、媒体中での空間的な屈折率分布を求める。なお、このような屈折率分布を得るための方法として最急降下法を採用すれば、各点の屈折率を変数として最急降下法により得られる方向に屈折率を変化させることにより、屈折率を式（１）のように変化させることで、２つのフィールド間の差を減少させることができる。このような波動伝達媒体を、入力ポートから入射した光を所望の出力ポートに出射させる光部品に応用すれば、媒体内で生じる伝搬波同士の多重散乱による干渉現象により、実効的な光路長が長くなり、緩やかな屈折率変化（分布）でも充分に高い光信号制御性を有する光回路を構成することができる。
【００３５】
図３に、本発明の一実施形態にかかる光合分波回路の光回路設計の設定を示す。入力ポートには偏波多重された光を用いて、屈折率分布を調整する。図３（ａ）のように、波長１．３１μｍの入力フィールドψ１（ｘ）と出力フィールドφ１（ｘ）（すなわち、上記の記号でｊ＝１）の組と、図３（ｂ）のように、波長１．５５μｍの入力フィールドψ２（ｘ）と出力フィールドφ２（ｘ）（すなわち、上記の記号でｊ＝２）の組を設定する。フィールドは入射面２−１、出射面２−２の全域について定義されるものであるが、分かりやすいようにフィールド強度が集中している部分のみ図中に表した。このような入出力フィールドの組｛ψｊ（ｘ），φｊ（ｘ）｝を、入出力ペアと呼ぶ。
【００３６】
図４に、本発明の一実施形態にかかる光合分波回路を示す。上述したアルゴリズムにしたがって、約２００回の繰り返しにより、図４（ａ）に示した屈折率分布を有する１×２光合分波回路が得られる。ここで、図中の光回路設計領域１−１内の黒色部分は、コアに相当する高屈折率部（誘電体多重散乱部）１−１１であり、黒色部以外の部分はクラッドに相当する低屈折率部１−１２であり、導波路より屈折率の低い散乱点である。クラッドの屈折率は、石英ガラスの屈折率を想定し、コアの屈折率は、石英ガラスに対する比屈折率が１．５％だけ高い値を有する。光回路のサイズは縦３００μｍ、横１４０μｍである。屈折率分布を求める際の計算に用いられたメッシュは、３００×１４０である。
【００３７】
図４（ｂ）に、光合分波回路の透過スペクトルを示す。出力ポートａからは１．３１μｍの光信号が出力され、出力ポートｂからは１．５５μｍの光信号が出力され、波長による光合分波器が形成されていることがわかる。
【００３８】
次に、入力ポートに入力された光信号から、さらに１．４９μｍの光信号を合分波する回路を考える。図５に、複数の回路部品を組み合わせた光機能回路の一例を示す。入力された光信号の中から、１．４９μｍの光信号を抽出するフィルタ回路を、上述したアルゴリズムにしたがって、約２００回の繰り返しにより計算する。求められた屈折率分布を有する第１波動伝達媒体４１１が形成された石英基板４０１を作製する。図３に示した波動伝達媒体である第２波動伝達媒体４１２が形成された石英基板４０２を作製する。光信号を分岐するＹ分岐回路が形成された石英基板４０３の出力ポートと、各々の入力ポートとを接続することにより、３波長を合分波する光機能回路を実現することができる。
【００３９】
波長１．３１μｍと１．４９μｍと１．５５μｍの光信号を入力すると、第１波動伝達媒体４１１から１．４９μｍの光信号が出力され、第２波動伝達媒体４１２から１．３１μｍと１．５５μｍの光信号が出力され、３波長を分波する光機能回路を実現することができる。光の進行方向を逆にすると、３波長を合波する光機能回路を実現することができる。
【００４０】
図６に、複数の回路部品を組み合わせた光機能回路の他の例を示す。石英基板４０４に、図４に示した波動伝達媒体である第２波動伝達媒体４１２と、フィルタ４１３とを形成する。フィルタ４１３は、波長１．４９μｍの光信号を反射して、他の出力ポートに出力し、１．３１μｍと１．５５μｍの光信号を透過する。第２波動伝達媒体４１２からは、１．３１μｍと１．５５μｍの光信号が各々の出力ポートから出力され、３波長を分波する光機能回路を実現することができる。光の進行方向を逆にすると、３波長を合波する光機能回路を実現することができる。
【００４１】
一方、複数の機能回路を１つのホログラフィック波動伝達媒体で実現する方法について説明する。図３（ａ）に示したように、波長ごとに２つの入出力ペアを設定して、光合分波回路を実現した。同様にして、入力された光信号の中から、１．４９μｍの光信号を抽出するフィルタ回路を実現するためには、波長に応じた１つの入出力ペアを設定する。また、Ｙ分岐回路を実現するためには、波長に関わらず２つの入出力ペアを設定する。
【００４２】
図７を参照して、波動伝達媒体を重ね合わせる方法を説明する。図７（ａ）は波長１．３１μｍの光信号の入出力ペアを設定して計算された波動伝達媒体であり、図７（ｂ）は波長１．４９μｍの光信号の入出力ペアを設定して計算された波動伝達媒体であり、図７（ｃ）は波長１．５５μｍの光信号の入出力ペアを設定して計算された波動伝達媒体である。１つのホログラフィック波動伝達媒体に作り込む機能回路ごとに、入出力ペアを設定して、上述したアルゴリズムにより屈折率分布を求めると、図７（ｄ）に示したように、図７（ａ）〜（ｃ）の波動伝達媒体を重ね合わせた１つの波動伝達媒体５１１を得ることができる。従って、計算する設定条件を増やすだけで、複数の機能回路を１つのホログラフィック波動伝達媒体で実現することができる。
【００４３】
図８に、本発明の一実施形態にかかる光機能回路を示す。基板５０１上の光回路設計領域内の光機能回路５１１は、図７（ｄ）に示した波動伝達媒体５１１であり、２つの波動伝達媒体４１１，４１２、すなわち光合分波回路５２２およびフィルタ回路５２３と、Ｙ分岐回路５２１の機能を、１つの波動伝達媒体で実現する。波動伝達媒体を形成する基板５０１には、光導波路が設けられ、Ｙ分岐回路と、光合分波回路およびフィルタ回路とを、それぞれ光ファイバ５０２ａ，５０２ｂで接続する。
【００４４】
このようにして、ホログラフィック波動伝達媒体を重ね合わせることにより、複数の機能を実行することのできる光機能回路を、１つの基板上で作製することができ、製造工程の短縮とともに回路の小型化を図ることができる。
【００４５】
図９に、本発明の一実施形態にかかる光集積回路を示す。図８に示した波動伝達媒体で構成された光機能回路５１１が作製された基板５０１上に、さらに光導波路を作り込み、光デバイスを搭載して、光集積回路を構成する。図９において、基板上には各回路の接続用導波路５１２と、入力導波路５１３、出力導波路５１４が形成され、出力導波路５１４のそれぞれに１．３１μｍ、１．５５μｍおよび１．４９μｍの受光素子５１６，５１７，５１８が接続されている。
【００４６】
光機能回路５１１と受光素子５１６〜５１８とを、光導波路により接続したが、光機能回路５１１と受光素子５１６〜５１８とを直接接続しても良い。光機能回路５１１が構成されている基板５０１の端面に、光機能回路５１１の入出力ポートを設けて、受光素子などの光デバイスを結合することができる。
【００４７】
図１０に、光路変換ミラーを用いた光集積回路を示す。基板５０１の光機能回路５１１から出力された光信号をミラー５１９により鉛直方向に光路を変換して、受光素子５１８と光学的に結合させる。光集積回路を構成する光デバイスを、光機能回路５１１と重ね合わせて実装することができるので、光集積回路の小型化を図ることができる。
【００４８】
また、光機能回路５１１内部に光路変換ミラー５２１を作り込むことよって、基板５０１上に光デバイス５２０を実装することもできる。さらに、光機能回路５１１と光デバイス５２２とを、光学的に直接結合させたり、基板５０１の端面において、光機能回路５１１と光デバイス５２３とを結合することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】波動伝達媒体の基本構造を説明するための図である。
【図２】波動伝達媒体の空間的な屈折率分布を決定するための計算手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光合分波回路の光回路設計の設定を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光合分波回路を示す図である。
【図５】複数の回路部品を組み合わせた光機能回路の一例を示す図である。
【図６】複数の回路部品を組み合わせた光機能回路の他の例を示す図である。
【図７】波動伝達媒体を重ね合わせる方法を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる光機能回路を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる光集積回路を示す図である。
【図１０】光路変換ミラーを用いた光集積回路を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１−１  光回路設計領域
１−２  基板
１−１１  高屈折率部
１−１２  低屈折率部
２−１  入射面
２−２  出射面
３−１  入力ポート
３−２  出力ポート
【図１】
2006039053.tif 000003
【図２】
2006039053.tif 000004
【図３】
2006039053.tif 000005
【図４】
2006039053.tif 000006
【図５】
2006039053.tif 000007
【図６】
2006039053.tif 000008
【図７】
2006039053.tif 000009
【図８】
2006039053.tif 000010
【図９】
2006039053.tif 000011
【図１０】
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