(57)【要約】【課題】光を生成する機能及び光を増幅する機能を有する光素子を提供する。【解決手段】光素子は、第１端部１０ａから第２端部１０ｂに向かって延びており、第１活性層１１ａを有する第１光導波路１１と、第２活性層１２ａを有し、第１光導波路１１と並んで配置され、第１端部１０ａから第２端部１０ｂに向かって延びる第２光導波路１２と、第１光導波路１１における第１端部１０ａ側の端面に配置される反射膜１４と、第２光導波路１２における第１端部１０ａ側の端面に配置される反射防止膜１３と、を備え、反射防止膜１３は、第１端部１０ａにおいて第２光導波路１２側から第１光導波路１１まで延びており、反射膜１４は、反射防止膜１３を構成要素の一つとして含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部から第２端部に向かって延びており、第１活性層を有する第１光導波路と、
第２活性層を有し、前記第１光導波路と並んで配置され、前記第１端部から前記第２端部に向かって延びる第２光導波路と、
前記第１光導波路における前記第１端部側の端面に配置される反射膜と、
前記第２光導波路における前記第１端部側の端面に配置される反射防止膜と、
を備え、
前記反射防止膜は、前記第１端部において前記第２光導波路側から前記第１光導波路まで延びており、前記反射膜は、前記反射防止膜を構成要素の一つとして含む、光素子。
【請求項２】
前記反射防止膜は、誘電体により形成され、
前記反射膜は、前記反射防止膜と、前記誘電体とは異なる誘電体又は金属膜とが積層して形成される請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
複数の前記第１光導波路を備える請求項１又は２に記載の光素子。
【請求項４】
複数の前記第２光導波路を備える請求項１〜３の何れか一項に記載の光素子。
【請求項５】
第１端部から第２端部に向かって延びており、第１活性層を有する第１光導波路と、
第２活性層を有し、前記第１光導波路と並んで配置され、前記第１端部から前記第２端部に向かって延びる第２光導波路と、
前記第１光導波路における前記第１端部側の端面に配置される反射膜と、
前記第２光導波路における前記第１端部側の端面に配置される反射防止膜と、
を有し、
前記反射防止膜は、前記第１端部において前記第２光導波路側から前記第１光導波路まで延びており、前記反射膜は、前記反射防止膜を構成要素の一つとして含む、光素子と、
前記第１光導波路における前記第２端部側の端面で、前記第１光導波路と光学的に結合し、前記第１光導波路で生成された光を伝搬する第３光導波路と、
前記第２光導波路における前記第２端部側の端面で、前記第２光導波路と光学的に結合する第４光導波路と、
を備える光生成装置。
【請求項６】
前記第３光導波路内で発振する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第３光導波路内で、前記波長選択部により選択された波長の光を発振させる発振部と、
前記第３光導波路で発振した光を前記第２光導波路に伝搬する前記第４光導波路、
を備える請求項５に記載の光生成装置。
【請求項７】
前記光素子と、前記第３光導波路と、前記波長選択部と、前記発振部と、前記第４光導波路は、同一の基板上に配置される請求項６に記載の光生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子及び光生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光素子及び光生成装置は、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）通信、波長可変レーザ又は光トランシーバ等において用いられている。
【０００３】
また、シリコン半導体製造技術の微細加工により形成されたシリコン細線導波路と、化合物半導体技術を用いて形成された光生成部とを組み合わせて、光素子又は光生成装置を製造するシリコンフォトニクス技術が提案されている。
【０００４】
シリコンフォトニクス技術では、間接遷移を有し発光効率の低いシリコンの代わりに、発光効率の高いＩｎＰ系半導体等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を光生成部として用いて、光生成装置を製造することが検討されている。
【０００５】
図１（Ａ）は、従来例の光生成装置の平面図であり、図１（Ｂ）は、従来例の光生成装置の側面図である。
【０００６】
光生成装置１３０は、シリコンフォトニクス技術を用いて形成された波長可変レーザである。光生成装置１３０は、光を生成する光生成部１１０ａと、光生成部１１０ａで生成された光から選択された波長の光を発振する発振部１４１と、発振した光を増幅する光増幅部１１０ｂを備える。光生成部１１０ａ及び光増幅部１１０ｂは、化合物半導体を用いて形成される。発振部１４１は、シリコン半導体製造技術を用いて形成される。
【０００７】
光生成部１１０ａは、電流が注入されて光を生成する活性層を含む光導波路１１１を有する。光生成部１１０ａの発振部１４１側の端部には、反射防止膜１１５ａが配置される。光生成部１１０ａにおける光増幅部１１０ｂ側の端面は、劈開面となっている。
【０００８】
光増幅部１１０ｂは、電流が注入されて、入力した光の強度を増幅する活性層を含む光導波路１１２を有する。光導波路１１２の両端部には、反射防止膜１１３、１１５ｂが配置される。
【０００９】
発振部１４１は、シリコンを用いて形成される光導波路と、発振する波長を選択する２つのリング型共振器と、光導波路を伝搬してきた光を反射するループミラ−等を有する。発振部１４１は、光導波路を伝搬する光を、光生成部１１０ａにおける光増幅部１１０ｂ側の端面とループミラ−との間で反射して、選択された波長の光を発振する。発振した光の一部は、光生成部１１０ａにおける光増幅部１１０ｂ側の端面から出力して、光増幅部１１０ｂで増幅された後、外部へ出力される。
【００１０】
光生成部１１０ａと、光増幅部１１０ｂと、発振部１４１は、シリコンの基板１４０上に配置される。
【００１１】
発振部１４１は、例えば、単結晶シリコン層と、酸化シリコン層と、シリコン基板を有するＳＯＩウエハが、シリコン半導体製造技術を用いて加工されて形成される。
【００１２】
光生成部１１０ａ及び光増幅部１１０ｂは、発振部１４１とは別に形成され、単結晶シリコン層及び酸化シリコン層が除去された基板１４０上に配置される。光生成部１１０ａは、接合部１４２ａを用いて、基板１４０と接合される。光増幅部１１０ｂは、接合部１４２ｂを用いて、基板１４０と接合される。
【００１３】
光生成部１１０ａの光導波路１１１は、発振部１４１の光導波路とバットカップリングして光学的に結合する。また、光生成部１１０ａの光導波路１１１と、光増幅部１１０ｂの光導波路１１２もバットカップルして光学的に結合する。
【００１４】
発振部１４１は、光生成部１１０ａと協働して選択された波長の光を発振するが、シリコンを用いて形成される光導波路は、伝搬する光の強度が大きいと、光の非線形効果により動作が不安定になる場合がある。そのため、光生成部１１０ａは、発振部１４１の動作が不安定にならないような条件で駆動される。
【００１５】
そこで、光生成部１１０ａから出力された光を、光増幅部１１０ｂを用いて十分な光の強度に増幅して外部に出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０１２−２５６９４６号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｋ．Ｓａｔｏ他，“Ｈｉｇｈ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｎａｒｒｏｗ  Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｒｉｎｇ−Ｆｉｌｔｅｒ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒｓ”，Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＥＣＯＣ），講演番号ＰＤ．２．３，２０１４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した光生成装置１３０の製造では、発振部１４１とは別に形成される光生成部１１０ａ及び光増幅部１１０ｂそれぞれを、基板１４０上に接合するので、これら２つの部品を基板１２０上に接合する２つの製造工程を伴う。
【００１９】
一方、光生成装置を製造する観点からは、構成が簡単であることが好ましい。例えば、部品の数及び製造工程の数を低減することが好ましい。
【００２０】
本発明は、簡単な構成で、光を生成する機能及び光を増幅する機能を有する光素子を提供することを課題とする。
【００２１】
また、本発明は、簡単な構成で、光を生成する機能及び光を増幅する機能を有する光素子を備えた光生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
１つの態様では、光素子は、第１端部から第２端部に向かって延びており、第１活性層を有する第１光導波路と、第２活性層を有し、上記第１光導波路と並んで配置され、上記第１端部から上記第２端部に向かって延びる第２光導波路と、上記第１光導波路における上記第１端部側の端面に配置される反射膜と、上記第２光導波路における上記第１端部側の端面に配置される反射防止膜と、を備え、上記反射防止膜は、上記第１端部において上記第２光導波路側から上記第１光導波路まで延びており、上記反射膜は、上記反射防止膜を構成要素の一つとして含む。
【００２３】
また、１つの態様では、光生成装置は、第１端部から第２端部に向かって延びており、第１活性層を有する第１光導波路と、第２活性層を有し、上記第１光導波路と並んで配置され、上記第１端部から上記第２端部に向かって延びる第２光導波路と、上記第１光導波路における上記第１端部側の端面に配置される反射膜と、上記第２光導波路における上記第１端部側の端面に配置される反射防止膜と、を有し、上記反射防止膜は、上記第１端部において上記第２光導波路側から上記第１光導波路まで延びており、上記反射膜は、上記反射防止膜を構成要素の一つとして含む、光素子と、上記第１光導波路における上記第２端部側の端面で、上記第１光導波路と光学的に結合し、上記第１光導波路で生成された光を伝搬する第３光導波路と、上記第２光導波路における上記第２端部側の端面で、上記第２光導波路と光学的に結合する第４光導波路と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
１つの側面として、光素子は、簡単な構成で、光を生成する機能及び光を増幅する機能を有することができる。
【００２５】
また、１つの側面として、光生成装置は、光を生成する機能及び光を増幅する機能を有する光素子を備えるので、構成が簡単になる。
【００２６】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２７】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）は、従来例の光生成装置の平面図であり、（Ｂ）は、従来例の光生成装置の側面図である。
【図２】本明細書に開示する光素子の第１実施形態を示す図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線拡大断面図である。
【図４】反射防止膜及び反射膜の反射率と波長との関係を示す図である。
【図５】本明細書に開示する光素子の第２実施形態を示す図である。
【図６】本明細書に開示する光素子の第３実施形態を示す図である。
【図７】本明細書に開示する光生成装置の第１実施形態の平面図である。
【図８】第１実施形態の光生成装置の側面図である。
【図９】本明細書に開示する光生成装置の第２実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本明細書で開示する光素子の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００３０】
図２は、本明細書に開示する光素子の第１実施形態を示す図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線拡大断面図である。
【００３１】
本実施形態の光素子１０は、光を伝搬する方向の一方の端部である第１端部１０ａと、他方の端部である第２端部１０ｂを備える。光素子１０は、第１端部１０ａから第２端部１０ｂに向かって延びており、第１活性層１１ａを有する第１光導波路１１を備える。また、光素子１０は、第２活性層１２ａを有し、第１光導波路１１と並んで配置され、第１端部１０ａから第２端部１０ｂに向かって延びる第２光導波路１２を備える。
【００３２】
図３に示すように、第１光導波路１１は、化合物半導体の基板２０と、基板２０上に配置される下クラッド層２１と、下クラッド層２１上に配置される第１活性層１１ａと、第１活性層１１ａ上に配置される上クラッド層２２と、上クラッド層２２上に配置されるコンタクト層２３を有する。各層も、化合物半導体を用いて形成される。第１活性層１１ａと上クラッド層２２とコンタクト層２３は、メサ構造を形成する。メサ構造の両側は、埋め込み層２４により埋め込まれている。メサ構造に対応する基板２０の外面の部分には、下部電極層１１ｂが配置される。また、コンタクト層２３上には、上部電極層１１ｃが配置される。図２では、上部電極層１１ｃの記載を省略している。基板２０及び下クラッド層２１は、第１光導波路１１から第２光導波路１２まで延びている。
【００３３】
第２光導波路１２は、第１光導波路１１と同様の構造を有する。第２光導波路１２は、図３に示すように、化合物半導体の基板２０と、基板２０上に配置される下クラッド層２１と、下クラッド層２１上に配置される第２活性層１２ａと、第２活性層１２ａ上に配置される上クラッド層２２と、上クラッド層２２上に配置されるコンタクト層２３を有する。各層も、化合物半導体を用いて形成される。第２活性層１２ａと上クラッド層２２とコンタクト層２３は、メサ構造を形成する。このメサ構造に対応する基板２０の外面の部分には、下部電極層１２ｂが配置される。また、コンタクト層２３上には、上部電極層１２ｃが配置される。図２では、上部電極層１２ｃの記載を省略している。なお、下部電極層１２ｂは、下部電極層１１ｂと一体に形成されていてもよい。
【００３４】
第１光導波路１１及び第２光導波路１２は、光導波路アレイ１０ｃを形成する。
【００３５】
第１光導波路１１は、外部から電流を注入されることにより、第１活性層１１ａにおいて光を生成する。
【００３６】
また、第２光導波路１２は、外部から電流を注入されることにより、第２活性層１２ａを伝搬する光の強度を増幅する。
【００３７】
光素子１０は、第１光導波路１１における第１端部１０ａ側の端面に配置される反射膜１４を備える。反射膜１４は、第１光導波路１１を第１端部１０ａに向かって来た光を第２端部１０ｂ側へ向かって反射する。
【００３８】
第１光導波路１１の第１端部１０ａ側の部分は、反射膜１４に向かって、垂直に延びており、第１光導波路１１を第１端部１０ａに向かって来た光を第２端部１０ｂ側へ向かって反射する反射率を高くするようになされている。
【００３９】
また、光素子１０は、第２光導波路１２における第１端部１０ａ側の端面に配置される反射防止膜１３を備える。第２端部１０ｂ側から第１端部１０ａに向かって第２光導波路１２を伝搬する光は、反射防止膜１３を通って外部へ出力される。
【００４０】
第２光導波路１２は、反射防止膜１３に向かって、垂直ではなく、斜めに延びており、第２光導波路１２を第１端部１０ａに向かって来た光を第２端部１０ｂ側へ向かって反射する反射率を低減するようになされている。
【００４１】
反射防止膜１３は、光素子１０の第１端部１０ａにおいて第２光導波路１２側から第１光導波路１１まで延びていて、第１光導波路１１の端面を覆っており、反射膜１４は、反射防止膜１３を、反射膜１４の構成要素の一つとして含む。
【００４２】
このように、反射防止膜１３は、第１光導波路１１における第１端部１０ａ側の端面及び第２光導波路１２における第１端部１０ａ側の端面を覆うように配置される。一方、反射膜１４は、第１光導波路１１における第１端部１０ａ側の端面を覆うが、第２光導波路１２における第１端部１０ａ側の端面は覆ってはいない。
【００４３】
また、第１光導波路１１における第２端部１０ｂには、第１光導波路１１における第２端部１０ｂ側の端面及び第２光導波路１２における第２端部１０ｂ側の端面を覆うように反射防止膜１５が配置される。
【００４４】
第１端部１０ａ側から第２端部１０ｂに向かって第１光導波路１１を伝搬する光は、反射防止膜１５を通って外部へ出力される。また、外部から第２光導波路１２における第２端部１０ｂ側の端面に向かって伝搬する光は、反射防止膜１５を通って、第２光導波路１２に入力する。
【００４５】
反射防止膜１３及び反射防止膜１５の反射率は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０５％以下であり、更に好ましくは０．００５％以下である。
【００４６】
また、反射膜１４の反射率は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上である。
【００４７】
反射防止膜１３及び反射防止膜１５は、例えば、誘電体を用いて形成され得る。例えば、反射防止膜１３及び反射防止膜１５は、Ｓｉ３Ｎ４、又はＭｇＦ２とＴｉＯ２との積層体を用いて形成され得る。本実施形態では反射防止膜１３及び反射防止膜１５は、厚さが２１８ｎｍのＳｉ３Ｎ４を用いて形成される。
【００４８】
反射膜１４は、誘電体、又は誘電体と金属膜との積層体を用いて形成され得る。本実施形態の反射膜１４は、複数の誘電体膜が積層して形成される。具体的には、反射膜１４は、厚さが２１８ｎｍのＳｉ３Ｎ４膜（反射防止膜１３）と、厚さが１１０ｎｍのアモルファスシリコン膜１４ａと、厚さが２６８ｎｍのシリコン酸化膜１４ｂと、厚さが１１０ｎｍのアモルファスシリコン膜１４ｃとが積層されて形成される。
【００４９】
図４は、本実施形態の光素子における反射防止膜及び反射膜の反射率と波長との関係を示す図である。
【００５０】
反射防止膜１３は、波長１５５０ｎｍにおける反射率が約０．００３％であり、反射膜１４は、波長１５５０ｎｍにおける反射率が約９４％である。
【００５１】
反射膜１４は、波長１５５０ｎｍにおける反射率が約０．００３％である反射防止膜１３を構成要素として含んでいるが、図４に示すように、広い波長範囲に亘って高い反射率を示しており、光を反射する機能を十分に有していることが分かる。
【００５２】
光素子１０を製造する際には、反射防止膜１３は、劈開された第１端部１０ａの端面に対して、公知の成膜技術を用いて形成することができる。反射防止膜１３は、劈開された第１端部１０ａの端面の全体に亘って形成されることが、第１端部１０ａの端面を保護する観点から好ましい。反射膜１４は、反射防止膜１３上に、公知の成膜技術を用いて、他の膜を成膜することにより形成することができる。
【００５３】
一般に、反射防止膜１３の膜厚の精度は、反射膜１４よりも高い精度が求められるので、上述したように、最初に反射防止膜１３を第１端部１０ａの端面上に形成し、反射防止膜１３上に反射膜１４を形成することは、光学的特性の高い反射防止膜１３を得る観点から好ましい。
【００５４】
上述した本実施形態の光素子１０によれば、光を生成する機能及び光を増幅する機能を一つの素子で有することができる。
【００５５】
なお、上述した反射防止膜１３の形成材料又は膜厚又は構造は、一例である。反射防止膜１３は、反射防止機能を有していればよく、反射防止膜１３の形成材料又は膜厚又は構造は、適宜設定可能である。
【００５６】
また、上述した反射膜１４の形成材料又は膜厚又は構造は、一例である。反射膜１４は、反射機能を有していればよく、反射膜１４の形成材料又は膜厚又は構造は、適宜設定可能である。
【００５７】
次に、上述した光素子の他の実施形態を、図５及び図６を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述した第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００５８】
図５は、本明細書に開示する光素子の第２実施形態を示す図である。
【００５９】
本実施形態の光素子１０では、反射膜１４は、反射防止膜１３と、反射防止膜１３上に配置された金属膜１４ｄを有する。反射膜１４は、金属膜１４ｄを有することにより、特に赤外線の波長領域における高い反射率を得ることができる。
【００６０】
金属膜１４ｄの形成材料として、例えば、アルミニウム、金等を用いることができる。
【００６１】
金属膜１４ｄの表面の酸化を防止するために、酸化を防止する保護膜を金属膜１４ｄの表面に形成してもよい。
【００６２】
また、金属膜１４ｄと、反射防止膜１３との密着性を向上するために、Ｃｒ膜等の下地膜を、金属膜１４ｄと、反射防止膜１３との間に配置してもよい。
【００６３】
上述した本実施形態の光素子１０によれば、反射膜１４の赤外線の波長領域における反射率を向上することができる。
【００６４】
図６は、本明細書に開示する光素子の第３実施形態を示す図である。
【００６５】
本実施形態の光素子１０は、２つの第１光導波路１１Ａ、１１Ｂと、２つの第２光導波路１２Ａ、１２Ｂを備える。
【００６６】
光導波路アレイ１０ｃは、２つの第１光導波路１１Ａ、１１Ｂと、２つの第２光導波路１２Ａ、１２Ｂとにより形成される。
【００６７】
第１光導波路１１Ａの隣には第２光導波路１２Ａが配置され、第１光導波路１１Ｂの隣には第２光導波路１２Ｂが配置される。
【００６８】
第１光導波路１１Ａ及び第１光導波路１１Ｂは、外部から電流が注入されることにより、それぞれの活性層において光を生成する。
【００６９】
また、第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂは、外部から電流が注入されることにより、それぞれの活性層を伝搬する光の強度を増幅する。
【００７０】
光素子１０は、第１端部１０ａに配置される反射防止膜１３を備える。反射防止膜１３は、上述した第１実施形態の光素子の第１端部に配置される反射防止膜と同じ構造を有する。また、光素子１０は、第２端部１０ｂに配置される反射防止膜１５を備える。反射防止膜１５は、上述した第１実施形態の光素子の第２端部に配置される反射防止膜と同じ構造を有する。
【００７１】
反射防止膜１３は、第１光導波路１１Ａ及び第１光導波路１１Ｂ、並びに、第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂの第１端部１０ａ側の端面を覆う。
【００７２】
同様に、反射防止膜１５は、第１光導波路１１Ａ及び第１光導波路１１Ｂ、並びに、第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂの第２端部１０ｂ側の端面を覆う。
【００７３】
光素子１０は、第１光導波路１１Ａにおける第１端部１０ａ側の端面に配置される反射膜１４Ａを備える。また、光素子１０は、第１光導波路１１Ｂにおける第１端部１０ａ側の端面に配置される反射膜１４Ｂを備える。
【００７４】
反射膜１４Ａ及び反射膜１４Ｂは、反射防止膜１３を、反射膜１４の構成要素の一つとして含む。反射膜１４Ａ及び反射膜１４Ｂは、上述した第１実施形態の反射膜と同じ構造を有する。
【００７５】
反射膜１４Ａは、第１光導波路１１Ａにおける第１端部１０ａ側の端面を覆うが、第２光導波路１２Ａにおける第１端部１０ａ側の端面は覆っていない。同様に、反射膜１４Ｂは、第１光導波路１１Ｂにおける第１端部１０ａ側の端面を覆うが、第２光導波路１２Ｂにおける第１端部１０ａ側の端面は覆っていない。
【００７６】
本実施形態の光素子１０は、上述した第１実施形態の光素子の２つを、一つの素子として形成しているので、第１実施形態の光素子を別々に２つ配置する場合よりも、光素子が配置される領域の寸法を小さくすることができる。
【００７７】
本実施形態の光素子１０は、２つの第１光導波路を備えていたが、光素子は、３つ以上の第１光導波路を備えていても良い。また、本実施形態の光素子１０は、２つの第２光導波路を備えていたが、光素子は、３つ以上の第２光導波路を備えていてもよい。また、光素子が備える第１光導波路の数と、第２光導波路の数は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００７８】
次に、上述した本明細書に開示する光素子を備える光生成装置の好ましい第１実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００７９】
図７は、本明細書に開示する光生成装置の第１実施形態の平面図である。図８は、図７に示す第１実施形態の光生成装置の側面図である。
【００８０】
本実施形態の光生成装置３０は、発振するレーザの波長が可変な波長可変レーザ装置である。
【００８１】
光生成装置３０は、上述した第１実施形態の光素子１０と、光素子１０が生成した光から選択された波長の光を発振する発振部４１を備える。光素子１０及び発振部４１は、同じシリコンの基板４０上に配置される。光生成装置３０の各構成要素は、図示しない制御部により制御される。
【００８２】
発振部４１は、例えば、単結晶シリコン層と、酸化シリコン層と、シリコン基板をするＳＯＩウエハが、シリコン半導体製造技術を用いて加工されて形成される。
【００８３】
光素子１０は、単結晶シリコン層及び酸化シリコン層が除去された基板４０上に配置される。光素子１０は、接合部４２を用いて、基板４０と接合される。接合部４２としては、ＡｕＳｎハンダを用いることができる。また、光素子１０の接合部４２と接合される領域には、Ａｕを用いて形成される下部電極が配置される。光素子１０は、下部電極が対向する接合部４２それぞれとフリップチップボンディングされて、基板４０上と接合される。
【００８４】
図７に示すように、光素子１０は、４つの光導波路３１、３２、３３、３４と、第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６と、部分反射ミラー３７等の光学素子を有する。
【００８５】
各光学素子は、シリコン半導体製造技術を用いて、シリコンの基板４０上に集積される。４つの光導波路３１、３２、３３、３４と、第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６と、部分反射ミラー３７として、シリコン単結晶層が加工されたシリコン細線光導波路を用いることができる。シリコン細線光導波路上には、クラッド層（図８参照）が配置される。なお、図７では、クラッド層の記載を省略している。
【００８６】
光導波路３１は、光素子１０の第１光導波路１１における第２端部１０ｂ側の端面で、第１光導波路１１と光学的に結合し、第１光導波路１１で生成された光を伝搬する。第１光導波路１１と光導波路３１とはバットカップリングして光学的に結合する。
【００８７】
また、光導波路３４は、第２光導波路１２における第２端部１０ｂ側の端面で、第２光導波路１２と光学的に結合する。第２光導波路１２と光導波路３４とはバットカップリングして光学的に結合する。
【００８８】
第１リング共振器３５は、光導波路３１と光導波路３２との間に配置される。光導波路３１及び光導波路３２は、第１リング共振器３５と光学的に結合する。また、第２リング共振器３６は、光導波路３２と光導波路３３との間に配置される。光導波路３２及び光導波路３３は、第２リング共振器３６と光学的に結合する。
【００８９】
第１リング共振器３５は、第１リング共振器３５を透過する光の透過率が、波長と共に周期的に変化する。同様に、第２リング共振器３６も、第２リング共振器３６を透過する光の透過率が、波長と共に周期的に変化する。第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６を透過する光の透過特性は、その曲率半径及び屈折率等に基づいて決定される。第１リング共振器３５の曲率半径は、第２リング共振器３６とは異なっていることが、バーニア効果を用いて、発振する波長を精度良く制御する観点から好ましい。
【００９０】
第１リング共振器３５の上には、第１リング共振器３５の温度を変化させて屈折率を変えることにより、光の透過特性を変化させるヒータ３８ａが配置される。同様に、第２リング共振器３６の上にも、第２リング共振器３６の温度を変化させて屈折率を変えることにより、光の透過特性を制御するヒータ３８ｂが配置される。
【００９１】
光生成装置３０では、第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６は、光導波路３１内で発振する光の波長を選択する波長選択部として機能する。
【００９２】
光導波路３３は、部分反射ミラー３７と光学的に結合している。光素子１０の第１光導波路１１が生成した光は、部分反射ミラー３７と、光素子１０の第１端部１０ａに配置される反射膜１４との間で反射されることにより、光導波路３１を含む光経路において、波長選択部により選択された波長の光が発振する。光生成装置３０では、部分反射ミラー３７及び反射膜１４は、光導波路３１を含む光経路において、波長選択部により選択された波長の光を発振させる発振部として機能する。
【００９３】
光導波路３３における部分反射ミラー３７側の部分の上には、位相調整器３９が配置される。位相調整器３９は、光導波路３３の温度を変化させて屈折率を変えることにより、伝搬する光の位相を制御する。また、位相調整器３９は、第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６と共に、光導波路３１内で発振する光の波長を制御するために使用される。
【００９４】
光素子１０の第１光導波路１１は、生成した光を光導波路３１に伝搬させる。第１光導波路１１は、第２端部１０ｂ側の端面に対して、その法線から所定の角度だけ傾斜して延びている。光導波路３１も、第２端部１０ｂ側の端面に対して、その法線から所定の角度だけ傾斜して延びている。
【００９５】
光素子１０の第１光導波路１１により生成された光は、光素子１０の第１光導波路１１と、光導波路３１、３２、３３と、第１リング共振器３５及び第２リング共振器３６とにより形成される経路を伝搬する。そして、光導波路３１を含む光経路において発振した光は、反射膜１４と部分反射ミラー３７との間で反射されて発振する。
【００９６】
光導波路３１、３２、３３及び第１光導波路１１を含む光路長は、発振するレーザに対して求められるスペクトル幅に応じて、適宜決定され得る。一般に、光路長を長くする程、狭いスペクトル幅を得ることができる。
【００９７】
部分反射ミラー３７は、光導波路３３を部分反射ミラー３７に向かって伝搬してきた光を反射する。また、部分反射ミラー３７は、光導波路３３を部分反射ミラー３７に向かって伝搬してきた光の一部を透過して、光導波路３４に伝搬する。
【００９８】
ここで、発振部４１は、光素子１０の第１光導波路１１と協働して選択された波長の光を発振するが、シリコンを用いて形成される光導波路は、伝搬する光の強度が大きいと、光の非線形効果により動作が不安定になる場合がある。そのため、第１光導波路１１は、発振部４１の動作が不安定にならないような条件で駆動される。
【００９９】
光導波路３４は、光導波路３１を含む光経路で発振した光を、光素子１０の第２光導波路１２に伝搬する。
【０１００】
第２光導波路１２は、第２活性層１２ａを伝搬する光の強度を増幅して、第１端部１０ａ側の端面から、反射防止膜１３を通して外部へ出力する。第２活性層１２ａは、安定した発振ができる条件で駆動される第１光導波路１１が生成した光の強度を、所望される大きさの光強度まで増幅する。
【０１０１】
上述した本実施形態の光生成装置３０によれば、光を生成する機能及び光を増幅する機能が一つの素子に組み込まれた光素子１０を備えるので、部品の数及び製造工程の数を低減することができる。
【０１０２】
また、本実施形態に光生成装置３０では、光素子１０と、基板４０との接合が向上することを、以下に説明する。
【０１０３】
図１に示す従来の光生成装置を製造する時には、光生成部１１０ａを、基板１４０上にフリップチップボンディングした後に、光増幅部１１０ｂが基板１４０上にフリップチップボンディングされる。
【０１０４】
光増幅部１１０ｂがフリップチップボンディングされる基板１４０上の接合部１４２ｂを形成するＡｕＳｎハンダは、光生成部１１０ａをフリップチップボンディングする時の熱履歴により変質する。そのため、光増幅部１１０ｂと基板１４０との接合に不良が生じるおそれがあった。
【０１０５】
一方、上述した本実施形態の光生成装置３０では、光を生成する機能及び光を増幅する機能が一つの素子に組み込まれた光素子１０を用いるので、光素子１０は、一度のフリップチップボンディングにより、基板４０と接合される。そのため、光素子１０と基板４０との間の確実な接合を得ることができる。
【０１０６】
上述した実施形態の光生成装置３０では、光素子１０は、１つの第１光導波路を有していたが、光素子は、２つ以上の第１光導波路を有していて、複数の波長可変なレーザを生成するようにしてもよい。
【０１０７】
次に、上述した光生成装置の第２実施形態を、図９を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【０１０８】
図９は、本明細書に開示する光生成装置の第２実施形態の平面図である。
【０１０９】
本実施形態の光生成装置５０は、多値化された光信号を生成する。具体的には、光生成装置５０は、四位相変位変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）信号又は直角位相振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）信号を生成する。
【０１１０】
光生成装置５０は、光素子１０と、変調部６１ａと、出力部６１ｂを備える。光素子１０と、変調部６１ａと、出力部６１ｂは、同じシリコンの基板６０上に配置される。光生成装置５０の各構成要素は、図示しない制御部により制御される。
【０１１１】
変調部６１ａ及び出力部６１ｂは、例えば、単結晶シリコン層と、酸化シリコン層と、シリコン基板をするＳＯＩウエハが、シリコン半導体製造技術を用いて加工されて形成される。
【０１１２】
光素子１０は、単結晶シリコン層及び酸化シリコン層が除去された基板６０上に配置される。
【０１１３】
光素子１０は、第１光導波路１１と、第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂと、反射防止膜１３と、反射膜１４と、反射防止膜１５を有する。光素子１０は、２つの第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂを有することを除いては、上述した第１実施形態の光素子と同じ構造を有する。第２光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂは、上述した第１実施形態の光素子の第２光導波路と同じ構造を有する。
【０１１４】
変調部６１ａは、光素子１０の第１光導波路１１が生成した光を発振させ、発振した光を四位相変位変調又は直角位相振幅変調して２つの変調信号を生成し、光素子１０に出力する。
【０１１５】
変調部６１ａは、光導波路５１と、位相調整器５２と、部分反射ミラー５３と、光導波路５４と、第１ＩＱ変調器５５と、第２ＩＱ変調器５６と、光導波路５７と、光導波路５８を有する。
【０１１６】
第１光導波路１１が生成した光は、第１光導波路１１の第１端部１０ａ側の端部に配置される反射膜１４と、部分反射ミラー５３との間で反射して、第１光導波路１１を含む光経路において所定の波長で発振する。位相調整器５２は、光導波路５１の温度を変化させて屈折率を変えることにより、発振する光の位相を制御する。
【０１１７】
部分反射ミラー５３は、光導波路５１を部分反射ミラー５３に向かって伝搬してきた光の一部を透過して、光導波路５４に伝搬する。
【０１１８】
光導波路５４を伝搬する光は、第１ＩＱ変調器５５及び第２ＩＱ変調器５６に分岐して伝搬する。
【０１１９】
第１ＩＱ変調器５５は、２つのマッハツェンダ型変調器が並列に接続された構造を有する。第１ＩＱ変調器５５は、２つのマッハツェンダ型変調器を構成する光導波路５５ａと、電極５５ｂと、９０度位相シフタ５５ｃを有する。
【０１２０】
光導波路５４から第１ＩＱ変調器５５に入力された光は、２つのマッハツェンダ型変調器の光導波路に分岐して伝搬する。第１ＩＱ変調器５５では、図示しない制御部により電圧が印加される電極５５ｂにより光導波路５５ａに対して電場が印加されることにより、光導波路５５ａを伝搬する光の位相を変化させ、位相が変化した光が合波して干渉した光信号が生成される。そして、マッハツェンダ型変調器から出力された一の光信号が９０度位相シフタ５５ｃにより位相が９０度シフトされた光信号と、シフトされていない他の光信号とを合波することにより、ＱＰＳＫ変調又はＱＡＭ変調された光信号が生成される。第１ＩＱ変調器５５により生成された光信号は、光導波路５７に出力される。
【０１２１】
第２ＩＱ変調器５６は、第１ＩＱ変調器５５と同様の構造を有する。第２ＩＱ変調器５６は、２つのマッハツェンダ型変調器を構成する光導波路５６ａと、電極５６ｂと、９０度位相シフタ５６ｃを有する。
【０１２２】
第２ＩＱ変調器５６も、光導波路５４から入力された光を位相変調又は振幅変調して、ＱＰＳＫ変調又はＱＡＭ変調された光信号を生成する。第２ＩＱ変調器５６により生成された光信号は、光導波路５８に出力される。
【０１２３】
光導波路５７を伝搬する光信号は、光素子１０の第２光導波路１２Ａで増幅されて、出力部６１ｂに出力される。また、光導波路５８を伝搬する光信号は、光素子１０の第２光導波路１２Ｂで増幅されて、出力部６１ｂに出力される。
【０１２４】
出力部６１ｂは、光導波路７１と、光導波路７２と、偏波スプリッタ・コンバイナ７３と、偏波ローテータ素子７４と、光導波路７５と、光導波路７６を有する。
【０１２５】
光素子１０の第２光導波路１２Ａで増幅された光信号は、出力部６１ｂの光導波路７１に入力する。また、光素子１０の第２光導波路１２Ｂで増幅された光信号は、出力部６１ｂの光導波路７２に入力する。
【０１２６】
光導波路７１を伝搬する光信号は、偏波ローテータ素子７４により偏光（偏波）の向きが回転させられて、光導波路７５に出力される。光導波路７５を伝搬する光信号は、光導波路７２を伝搬する光信号とは、異なる偏光（偏波）の向きを有する。
【０１２７】
光導波路７５を伝搬する光信号は、偏波スプリッタ・コンバイナ７３において、光導波路７２を伝搬する光信号と合波されて、光導波路７６に出力される。光導波路７６を伝搬する光は、偏波多重されたＱＰＳＫ信号又はＱＡＭ信号として外部に出力される。偏波多重されたＱＰＳＫ信号又はＱＡＭ信号は、例えば、デジタルコヒーレント通信で用いられる。
【０１２８】
本発明では、上述した実施形態の光素子及び光生成装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１２９】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０    光素子
１０ａ    第１端部
１０ｂ    第２端部
１０ｃ    光導波路アレイ
１１    第１光導波路
１１ａ    第１活性層
１１ｂ    下部電極層
１１ｃ    上部電極層
１２    第２光導波路
１２ａ    第２活性層
１２ｂ    下部電極層
１２ｃ    上部電極層
１３    反射防止膜
１４    反射膜
１４ａ    アモルファスシリコン膜
１４ｂ    シリコン酸化膜
１４ｃ    アモルファスシリコン膜
１４ｄ    金属膜
１５    反射防止膜
２０    基板
２１    下クラッド層
２２    上クラッド層
２３    コンタクト層
２４    埋め込み層
３０    光生成装置
３１    光導波路
３２    光導波路
３３    光導波路
３４    光導波路
３５    第１リング共振器
３６    第２リング共振器
３７    部分反射ミラー
３８ａ、３８ｂ    ヒータ
３９    位相調整器
４０    基板
４１    発振部
４２    接合部
５０    光生成装置
５１    光導波路
５２    位相調整器
５３    部分反射ミラー
５４    光導波路
５５    第１ＩＱ変調器
５５ａ    光導波路
５５ｂ    電極
５５ｃ    ９０度位相シフタ
５６    第２ＩＱ変調器
５６ａ    光導波路
５６ｂ    電極
５６ｃ    ９０度位相シフタ
５７    光導波路
５８    光導波路
６０    基板
６１ａ    変調部
６１ｂ    出力部
７１    光導波路
７２    光導波路
７３    偏波スプリッタ・コンバイナ
７４    偏波ローテータ素子
７５    光導波路
７６    光導波路
【図１】
2018006619.tif 000003
【図２】
2018006619.tif 000004
【図３】
2018006619.tif 000005
【図４】
2018006619.tif 000006
【図５】
2018006619.tif 000007
【図６】
2018006619.tif 000008
【図７】
2018006619.tif 000009
【図８】
2018006619.tif 000010
【図９】
2018006619.tif 000011