(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形のディスクレーザと扇形の光結合器を備えた微小光回路装置であって、該円形のディスクレーザと扇形の光結合器は、円形のディスクレーザの周辺部と扇形の光結合器の周辺部とが近接するようにして同一平面に配置され、該円形のディスクレーザはその円形の周辺部を光が環状に伝播する単一の光モードを有して、該円形のディスクレーザの周辺部から外部にもれ出るエバネセント光を隣接する扇形の光結合器に入射し、該扇形の光結合器の端部から外部に光を伝播させるものであることを特徴とする微小光回路装置。
【請求項２】
円形のディスクレーザと扇形の光結合器の間隔および光結合器の扇形の周辺部の曲率は、該ディスクレーザからのエバネセント光が、ディスクレーザにおけるレーザ発振が停止しない程度に光結合器内部に入射されるように定められていることを特徴とする請求項１に記載の微小光回路装置。
【請求項３】
１つの円形のディスクレーザの周辺部に、複数の扇形の光結合器が並列状にあるいは連鎖状に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小光回路装置。
【請求項４】
扇形の光結合器は、その扇形の周辺部の一端部に反射鏡が設けられ、他端部から一方の周回方向のモードの光のみを出力するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の微小光回路装置。
【請求項５】
連鎖状に設けられている扇形の光結合器は、複数個の扇形の光結合器を順次１個ずつ交互に反転させながら各隣接する光結合器の端部同士を光結合させて構成したものであることを特徴とする請求項３に記載の微小光回路装置。
【請求項６】
該連鎖状に設けられている扇形の光結合器の連鎖の一端に設けられる光結合器は、その扇形の周辺部の一端部に反射鏡が設けられ、他端部から一方の周回方向のモードの光のみを出力するものであることを特徴とする請求項５に記載の微小光回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小光回路装置に関するものであり、微小なディスクレーザと光結合素子を結合した高機能な微小光回路装置に関するものである。特にディスクレーザで発振する周回モードの光を微小な光回路により外部に取り出すようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信は、現在、高速通信の主要媒体となりつつあるが、光加入者系や光ＬＡＮ、光インターコネクト等の新しい応用が広範囲に本格的に導入されるためには、高性能、高安定な光素子を大量に一括生産して安価に供給する必要がある。一方、もう一つの光の重要な応用である光ディスクメモリでも、読出や書き込みを行う光ヘッドの小型、高速化、低価格化等が望まれる。これらの要求を満たすために、光半導体や光学結晶、ガラスを主な材料として電子のＬＳＩ技術を応用して製作する集積型光素子や光回路の開発が進められている。これらはいくつかの光機能素子を組み合わせて一枚の基板上に集積化するもので、装置の性能向上、安定化、多機能化、低価格化などを図ることができる。しかし、電子のＬＳＩに比べるとその適用範囲は極めて限定され、集積規模も小さい。その理由の一つは、光が強い直進性をもっており、配線を容易に曲げることができないために、光素子や光回路がひたすら長いものにならざるを得ないという点にある。例えば、発光素子である半導体レーザや光検出器であるフォトダイオードは、いずれも数１００ミクロンの長さを持ち、一定の性能を維持しつつ適当に小型化することは通常できない。また、光の配線に当たる光導波路で許される曲げ半径は１ｍｍ前後であり、曲げ導波路を組み合わせて構成される代表的な光素子である方向性結合器や合流分岐回路は、数ｍｍ以上の長さを持つのが普通である。単体素子でこのような長さを有するのであるから、集積型光素子も回路長が当然長いものとなる。半導体素子で製作した比較的短い集積型素子でも１ｍｍ前後、石英ガラス系の比較的長い光回路になると数ｃｍに及ぶ。このような状況になると、集積型光素子や光回路の当初の目的である多機能化、小型化を容易に達成することができない。
【０００３】
このような問題を改善するために、光機能素子あるいは光導波路を半導体のような高屈折率をもつ機能性材料で構成し、周囲を空気あるいは極めて低い屈折率をもつ材料で覆う方法が一部に検討されている。こうすると、高い屈折率差によって、強い光閉じ込めが起こり、従来の高屈折率半導体どうしで構成される光回路と比べて、光導波路の曲げ半径を著しく小さくすることができる。従って、光回路全体を小さくすることができる。しかし、ここで注意しなければならないのは、現在のほとんどの光機能素子や光ファイバが単一モードで動作しているという点である。このような素子と光回路を整合させるには、当然、光回路も単一モード化する必要がある。しかし、上記のように材料間の高屈折率差を利用して光閉じ込めを強くすることは、内部に光が存在しやすい状況を作っているのと等価であるから、多モードとなるのが一般的である。単一モードにするには光閉じ込めを低下させる必要がある。つまり、強い閉じ込めと単一モード動作はそもそも相反することである。また仮に、無理やりにこのような高い屈折率差の材料で単一モードを実現しようとすると、光導波路の幅を１ミクロン以下にまで細くする必要がある。しかも、導波路を極めて平滑に形成しないと、屈折率差の２．５乗にほぼ比例すると言われる光散乱損失が非常に大きくなってしまい、効率の高い動作が望めない。そのためこれらの技術で単一モードの微小な光回路を構成することは困難なことである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、機能素子と光導波路を円形と扇形（半円形を含む）で構成し、それらをつなぎ合わせるか近づけることで、製作が容易で、単一モードで動作し、多機能、超小型の光回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
半導体のような高屈折率をもつ機能材料で円形の光導波路を構成し、周囲を低屈折率の材料で覆うと２つの材料の境界面で、全反射を繰り返しながら円形の中を周回するように光が進むモードが生じる。そのモードは全反射に基づくものではあるが境界面が曲率をもっているため、わずかな光が外側へ放射される。このようなモードは複数存在し得るが、周回の曲率が小さいほど放射が小さくなるため、内側を回るモードを散乱させることにより、実用上単一モードで光を周回させることができる。このような光導波路は、光閉じ込めが強い状態を維持しつつ単一モードを実現できる点で、従来のどのような導波路と比較しても優れている。
【０００６】
本発明は、このような単一モードを実現する円形導波路または、円形の一部である扇形光導波路（半円形を含む（以下、扇形は半円形を含む））を光学的に結合することによって様々な光回路を構成することを提案する。周回する光は、３６０度全ての方向を向いた光の成分を含んでいる。従って、あらゆる方向に光を取り出したり、急激に曲げることが可能になる。従って、長さばかりが増大してしまう従来の光回路と比べて２次元面内に均等に光素子を配置することができる。また、最適設計された円形や扇形の半径は１０ミクロン前後、あるいはそれ以下であり、光回路全体の著しい小型化が可能となり、そのため集積素子数の大幅な増大を実現できる。また、素子の小型化にともない、動作に必要となる電力も著しく低減できる。
【０００７】
図１１は本発明を適用するディスクレーザの説明図であって、微小円形ディスク型半導体レーザである。図１１ (a)はディスクレーザ装置の断面図であり、図１１ (b)はその平面図であり、図１１ (c)はその概念図である。１８１は電極であって、台座１８２と電気的に接続され、駆動回路１８６からの電流を流すものである。１８２は台座であって、ディスク１８３と同じ材料であり、例えば、Ｐ型の不純物をドープしたものである。１８３はディスクであって、円形ディスクであり、例えば、不純物をドープしていない化合物半導体である。１８４は台座であって、ディスク１８３と同じ材料であり、例えば、Ｎ型をドープするものである。台座１８２、ディスク１８３と台座１８４によりＰＮ接合を形成し、ディスクレーザとなる。１８５は基板であって、ディスクレーザを支持する基板である。
【０００８】
ディスクレーザは、１９９２年にアメリカで提案され、基本動作が実証されているものである。電流を上下の電極１８１、台座１８２から流し込むと、電子と正孔がディスク１８３を支える台座（１８２、１８４）からディスク１８３へ注入され、ディスク１８３の周辺部へと広がる。そして、ディスク１８３の中を周回するモードが誘導放出現象によって増幅され、発振に至る。台座１８２、１８４があるため、内側を周回しようとするモードは散乱されてしまいほとんど導波できない。従って、発振するレーザ光は最も外側を周回するモードのみとなる。レーザ光は円形ディスクの中を回っているため、わずかな放射がある以外は、理論的には外側にほとんど取り出すことができない。しかし、実際は、円形ディスクの側面の荒れ等によって、一部の光が外部へ散乱されるためにレーザ発振を確認できる。
【０００９】
図１２はディスクレーザの発振特性の例を示す図である。
図１２ (a)はディスクレーザを示し、ディスクの円周にそっての時計方向のレーザ発振と反時計方向のレーザ発振があることを示す。そして、その一部の光が円周付近からもれ出ることを表している（エバネセント光）。
図１２ (b)は注入電流と光出力の関係の実験結果である。図１２ (c)は、波長と光出力の関係を注入電流をパラメータにして求めた実験結果である。
【００１０】
そこで、本発明は、このディスクレーザを使用し、以下のような光回路装置を構成する。即ち、ディスクレーザと光結合器を備えた微小光回路装置において、ディスクレーザはその周辺部を周回する光モードを発生するものであって、その一部は外部にもれて出る光を生じるものであり、光結合器はそのもれ出る光を入射して外部に伝播させるようにした。
【００１１】
図１は本発明の原理説明図である。図１ (a)はディスクレーザ装置であり、図１ (b)は周回モードの発振光と出力光の関係を示す。
図１において、１、３は電極である。２はディスクレーザであって、ディスクを周回する発振モードのレーザ光を発生するものである。４は駆動回路であって、ディスクレーザ２のレーザ発振の駆動回路である。２１は光結合器であって、ディスクレーザ２で発振した周辺モードの光のうちの一部を取り出すものである。例えば、ディスクレーザ２と同じ材料であり、ディスクレーザ２が円形ディスクの場合に、光結合器２１のディスクレーザ２と光学的に結合するものであり、ディスクレーザ２で発振する周回モードのレーザ光のうち外にもれだす光（エバネセント光）を入射して、外部に出力する光導波路である。２２は結合光であって、ディスクレーザ２で発振する周回モードのエバネセント光である。２３は出力光であって、光結合器２１に入射された周回モードのレーザ光が光結合器２１の内部を伝播して外部に出力されたものである。
【００１２】
図１の構成の動作を説明する。
駆動回路４によりディスクレーザ２に駆動電流を流す。ディスクレーザ２は、例えば円形ディスクであるとすると、前述の説明のように、周辺部を周回するモードのレーザ発振光を生じる。その光の一部は、周辺部からもれ出す。光結合器２１を、屈折率、材料の組成および形状等を結合光２２を入射するように構成し、内部を伝播させて外部に出力する。例えば、光結合器の材料をディスクレーザと同じ材料で作り、円板の一部に切り欠けを設けたような形状とすることにより結合光２２が光結合器２１の内部を伝播し、外部に出力できる。ディスクレーザ２のレーザ発振光のうちの多くを取り出しすぎるとディスクレーザ２の発振が停止し、少ないと出力光２３のパワーが小さくなるので、ディスクレーザ２と光結合器２１の結合部の間隔、光結合器２１の周辺部の曲率等を、この条件をうまく満たすように設計する。
【００１３】
本発明によれば、ディスクレーザの周辺を周回する光は、３６０度全ての方向を向いた光の成分を含んでいる。従って、あらゆる方向に光を取り出したり、急激に曲げることが可能になる。従って、長さが増大する従来の光回路と比べて２次元面内に均等に光素子を配置することができる。また、最適設計されたディスクレーザや光結合器の円形や扇形の半径は１０ミクロン前後、あるいはそれ以下であり、光回路全体の著しい小型化、あるいは集積素子数の大幅な増大が可能である。また、素子の小型化にともない、動作に必要となる電力も著しく低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施例１である。図２ (a)は側面図であり、図２ (b)は平面図である。図２ (c)はディスクレーザにおける円周モードのレーザ発振光と光結合器の関係を説明する図である。
【００１５】
図２ (a)、 (b)、 (c)において、
３１は電極であって、ディスク３３に駆動回路（図示せず）から供給される電流を流すための電極である。例えば、ＧａＩｎＡｓＰとＡｕにより構成される。３２は台座であって、例えば、直径が３〜１０μｍのＩｎＰ等の化合物半導体で構成し、Ｐ型もしくはＮ型の不純物をドープしたものである。３３はディスクレーザのディスクであって、例えば、ＩｎＰ等の不純物をドープしない化合物半導体である。直径が１〜３０μｍであり、ＩｎＰで構成する。３４は台座であって、例えば、Ｐ型もしくはＮ型の不純物をドープしたものである。台座３２、ディスク３３、台座３４とによりＰＮ接合を作り、ディスクレーザを構成する。台座３２、３４とディスク３３を合わせた厚さはおおよそ２〜５μｍ程度である。３５は基板である。４１は光結合器の電極であって、使用しなくても良いが、電流を流して光結合器４３の光伝播を制御するのに使用できる。
【００１６】
４２は光結合器側の台座であり、使用しなくても良いが、順方向にバイアスして光伝播を制御するか、あるいは逆方向にバイアスして、光の検出感度を調整する等に使用できる。４３は光結合器であって、ディスク３３と同じ材料で構成された半円形のものであり、ディスク３３からもれる円周モードのレーザ光（エバネセント光）を入力して内部を伝播させ、その辺の直線部からレーザ光を出力するものである。光結合器４３とディスク３３の間隔は、０．２〜１μｍであり、ディスクレーザで発振しているレーザ光を取り出し過ぎるとレーザ発振が停止するので、レーザ発振を停止させない程度にできるだけ多くの光を集めることができるように定める。
【００１７】
図２ (a)、 (b)において、ディスクレーザのディスクと台座の材料の関係は、上記のほかＧａＡｓ（ディスク）／ＡｌＧａＡｓ（台座）、ＩｎＧａＮ（ディスク）／ＡｌＧａＮ（台座）等のレーザ発振させることのできる他の材料でも良い。通常、ディスク３３は不純物をドープしない材料であり、台座３２はＰ型、台座３４はＮ型、あるいはその反対に台座３２はＮ型、台座３４はＰ型として、ＰＮ接合をつくる。上記の説明では、光結合器４３はディスク３３と同じ材料で構成する場合を説明したが、ディスク３３と異なる結晶でも可能である。但し、ディスクレーザのレーザ発振光を取り出し過ぎるとレーザ発振が停止するので、レーザ発振を停止させない程度にできるだけ多くの光を集め、効率良く光結合器内部を伝播して外部に出力できる材料を選択する必要がある。
【００１８】
電極３１と基板３５の間に駆動回路（図示せず）から電流を流し、ディスク３３にレーザ発振させる。前述したように、ディスク３３に図２ (c)に示すような周辺を周回する反時計回りおよび時計回りのレーザ光が発振する。そのレーザ光の一部はディスク３３からもれ出し光結合器４３に入射される。光結合器４３の材料および形状、およびディスク３３と光結合器４３の間の間隔は、前述したように、レーザ発振が停止しない程度にできるだけ多くの光を取り出せるように選択し、また光結合器４３に入射された光が効率良く内部を伝播して外部に出力されるように、形状、材料を選択する。
【００１９】
図２のような構成で、例えば、ディスク３３の直径３μｍに０．９ｍＡの定電流を流すことにより単一モードのレーザ発振が得られ、このような微小な大きさでも十分な低損失の導波モードが得られる。
【００２０】
図３は本発明の実施例２である。以下、本発明の各実施例をレーザ装置の平面図のみで説明するが、各ディスクレーザ、光結合器は図２と同様に台座、ディスク、電極を備えるものである。また、レーザ光を表す矢印の矢の向きは時計方向もしくは反時計方向のモードであることを表す。双方向の矢印は、時計方向および反時計方向のモードがあることを表す。
【００２１】
図３ (a)は前述の実施例１と同じものであり、光結合器４３をディスクと同じ直径の半円形で構成したものである。材料はディスク３３と同じである。ディスク３３に励起された円周モードのしみ出す光（エバネセント光）を半円形の光結合器４３に結合させて光出力を得ることができる。
周回モードの光が進む向きに対して光導波路の端面を垂直にすることで、ディスクレーザの発振光を光は最も効率よく外部に放射させることができる。
【００２２】
図３ (b)は光結合器を扇形にしたものである。３３はディスクであり、４３は光結合器である。
光結合器４３の扇形の角度（中心角）を変えることにより様々な角度に光を取り出すことができる。
【００２３】
図３ (c)は半円形の複数の光結合器をディスクレーザに光結合させ、複数の光出力を得るようにしたものである。図３ (c)において、３３はディスクであり、５１は光結合器１、５２は光結合器２、５３は光結合器３、５４は光結合器４、５５は光結合器５である。
【００２４】
ディスク３３で発振した時計方向、反時計方向のレーザ光のエバネセント光は、光結合器１、光結合器２、光結合器３、光結合器４、光結合器５に入射され、それぞれの光結合器から光出力を得ることができる。この場合にも、光結合器を扇形として、角度を変えることにより様々の角度に光出力を得ることが可能である。
【００２５】
図４は本発明の実施例３である。光結合器の一端に２つの４５度面をもつコーナ反射鏡を配置し、出力される光モードを一定方向に回るモードに揃えたものである。円形レーザでは時計回りと反時計回りの２方向のモードに性質的に全く差がないためどちらの光も発振する。このような２方向の光のうち一方をコーナ反射鏡で反射させ一方向に揃えて出力するものである。この場合も扇形の角度を変えれば、任意方向に出力することができる。
【００２６】
図４ (a)は、半円形の光結合器の一端に反射鏡を設けたものである。３３はディスクレーザのディスク、４３は光結合器、６０はコーナ反射鏡であり、光出力のある面に対して４５度の角度で設けられたものである。ディスク３３で励起された時計方向および反時計方向の光は、ともに光結合器４３に入射される。そのうち反時計方向の周回モードの光はコーナ反射鏡６０で反射され、時計方向の周回モードの光となって、光出力される。ディスク３３で励起された時計方向の周回モードの光は、反射されることなく光出力される。
【００２７】
図４ (b)は光結合器を扇形として、一端部に反射鏡を設けたものである。３３はディスクレーザのディスク、４３は光結合器、６０はコーナ反射鏡であり、切りかきの一辺に対して４５度の角度をもって設けられたものである。
【００２８】
図４ (a)と同様に、ディスク３３で励起された時計方向および反時計方向の光はともに光結合器４３に入射される。そして、反時計方向の周回モードの光はコーナ反射鏡６０で反射され、反時計方向の周回モードの光になって出力される。ディスク３３で励起された時計方向の光は光結合器４３に入射された後、反射されることなく伝播して外部に出力される。本実施例によれば、光結合器４３の扇形の角度を変えることにより、様々な角度でレーザ光を取り出すことができる。
【００２９】
図５は、本発明の実施例４である。図５は、扇形を複数枚接続して長い導波路、あるいは複雑に曲がる導波路を構成したものである。周回モードの光パワーを複雑に曲がる導波路に導くことにより所定の方向と位置に導くことを可能にしたものである。周回モードの光パワーは周辺部に集中しているので、接続する半円や扇形の光結合器の端が１μｍ程度重なるように接続すると、光の接続損失を小さく抑えて、次の光結合器に導くことができる。
【００３０】
図５において、３３はディスクレーザのディスクである。６０はコーナは反射鏡であって、反時計方向の周回モードの光を反射させて時計方向の周回モードの光とするものである。６１は光結合器１であって、ディスク３３の周回モードのレーザ光のエバネセント光を入射して、時計方向の光はそのまま伝播し、反時計方向の光はコーナ反射鏡６０で反射させて時計方向の光として伝播させ、次段の光結合器２に導くものである。６２は光結合器２であって、光結合器１を周回して伝播してきたレーザ光を入射し、内部で伝播させて、次段の光結合器３に受け渡すものである。６３は光結合器３であって、光結合器２を伝播するレーザ光を入射し、内部で伝播させて次の光結合器４に受け渡すものである。６４は光結合器４であって、光結合器３を伝播するレーザ光を入射し、内部で伝播させて、次の光結合器５に受け渡すものである。６５は光結合器５であって、光結合器４を伝播するレーザ光を入射し、内部で伝播させて外部に出力するものである。
【００３１】
６６は光結合器６であって、ディスク３３の周回モードのレーザ光のエバネセント光を入射するものである。６７は光結合器７であって、ディスク３３の周回モードの光を入射して、時計方向の光はそのまま伝播し、反時計方向の光はコーナ反射鏡６０で反射させて時計方向の光として伝播させ、次段の光結合器７に導くものである。６８は光結合器８であって、光結合器７を周回して伝播したレーザ光を入射し、内部で伝播させて次の光結合器９に受け渡すものである。６９は光結合器９であって、光結合器８を伝播するレーザ光を入射し、内部を伝播させて外部に出力するものである。
【００３２】
図５の構成の動作を説明する。
ディスク３３で発振した周回モードのレーザ光のエバネセント光は光結合器１および光結合器６に入射される。光結合器１に入射した周回モードのレーザ光は、その内部を伝播し、次の光結合器２に入射される。その光は光結合器２を伝播して、光結合器３に入射され、内部を伝播して光結合器４に入射される。同様にその周回モードの光は光結合器４を伝播し、光結合器５に入射され、内部を伝播して外部に出力される。このように、ディスクレーザから取り出された周回モードの光は、各光結合器の周辺を損失なく伝播し、外部に出力される。
ディスク３３で発振した周回モードの光のエバネセント光は、光結合器６にも入射され、同様に光結合器７、光結合器８、光結合器９を伝播して外部に出力される。
【００３３】
図６は、本発明の実施例５である。
図５は大きさの異なる半円または扇形を接続することで、モードサイズ変換器を構成した例である。周回モードの光パワー分布の半径方向の広がりは、扇の半径が大きいほど大きくなる。従って、小さいディスクから大きなディスクへ光が入射すると大きなモードへ光パワーの変換が起こる。小さなレーザと大きな半円または扇形を組み合わせると、定電力で動作するレーザの光を大きなモードサイズで取り出すことができる。
【００３４】
図６ (a)において、３３はディスクレーザのディスクである。７１は光結合器１、７２は光結合器２、７３は光結合器３である。
光結合器１（７１）と光結合器２（７２）はディスク３３と同じ半径であり、光結合器３（７３）はそれらより大きい半径であって、光結合器２（７２）の光を入射して、周回半径の大きいモードに変換して光出力するものである。
【００３５】
図６ (a)の構成において、ディスク３３で発振したレーザ光のエバネセント光が光結合器１（７１）に入射される。光結合器１（７１）に入射された光は光結合器１（７１）を伝播して光結合器２（７２）に入射され、さらに光結合器２（７２）を伝播して、光結合器３（７３）に入射される。光結合器３（７３）において、周回半径の大きいモードの光となって伝播し、光出力される。
【００３６】
図６ (b)において、３３はディスクである。７５は光結合器であって、ディスク３３より半径の大きいものである。ディスク３３で発振したレーザ光のエバネセント光が光結合器７５に入射される。光結合器７５は半径が大きいので、周回半径の大きい光モードとなって、内部を伝播し、外部に光出力される。
【００３７】
図７は本発明の実施例６である。図７は、図６のように光のモードサイズ変換をする光変換器にさらに２つの小さな光結合器を接続して分岐回路を構成したものである。
図７おいて、３３はディスクレーザのディスクである。８１は光結合器１、８２は光結合器２、８３は光結合器３、８４は光結合器４、８５は光結合器５である。
【００３８】
光結合器１（８１）と光結合器２（８２）はディスクと同じ半径である。光結合器３（８３）は光結合器２（８２）より大きい半径であって、光結合器２（８２）を伝播した光を入射して、周回半径の大きい光モードとして内部を伝播させるものである。光結合器４（８４）と光結合器５（８５）は、光結合器３（８３）より、小さい半径のものであり、例えば、光結合器２（８２）と同じ半径である。また、光結合器４（８４）と光結合器５（８５）は、図のようにそれぞれに入射された光を異なる方向に分岐させるように配置する。
【００３９】
ディスク３３で発振したレーザ光のエバネセント光は、光結合器１（８１）に入射され、その内部を伝播して光結合器２（８２）に入射される。さらにその内部を伝播して、光結合器３（８３）に入射される。光結合器３（８３）に入射された光はその内部を周回半径の大きい光モードとなってその内部を伝播し、光結合器４（８４）、光結合器５（８５）に入射される。光結合器４（８４）、光合器５（８５）に入射された光は、それぞれの周辺部を周回し、光出力される。
【００４０】
図８は本発明の実施例７である。
一つの円形の光結合器と２つの半円形もしくは扇形の光結合器を組み合わせてリング共振器を構成したものである。図８において、９１は光結合器１であって、半円形もしくは扇形である。９２は光結合器２であって、円形ディスクレーザのディスクである。９３は光結合器３であって、半円形もしくは扇形である。
【００４１】
光結合器１（９１）には、波長λ1、λ2 の多重光が入射されているとする。その光は光結合器１（９１）を伝播して光結合器２と光結合する。そして、光結合器２（９２）には波長制御電流を流し、屈折率を変えることにより共振波長を制御する。円形の光結合器２（９２）と共振条件を満足する光が光結合し、光結合器２（９２）を周回する。例えば、光結合器２（９２）の共振波長がλ1 になるように波長制御電流が流されているとすると、光結合器１（９１）に入射される多重光のうち波長λ1 の光のみが共振し、光結合器２（９２）を伝播する。そして、光結合器３（９３）と光結合し、光結合器３（９３）から波長λ1 の光のみが出力される。
【００４２】
このように図８の構成により、円形の光結合器２（９２）のディスクに流す波長制御電流を変化させることにより取り出せる波長を変えることができる。
【００４３】
図９は本発明の実施例８であり、３つの円形のディスクと一つの扇形の光結合器を組み合わせて波長可変レーザを構成したものである。
図９において、３３はディスク１であり、レーザ駆動電流を流して、周回モードのレーザ光を発振させるものである。３３’はディスク２であって、ディスク３３に接近させて両者の間で強い光結合があるようにし、ディスク１（３３）の発振光と共鳴するようにする。そしてディスク２（３３’）には波長制御電流を流して共振波長を制御し、ディスク１（３３）の発振レーザ光の波長を制御するものである。９５は光結合器であって、ディスク２（３３’）に生じる共振波のエバネセント光を入射して外部に出力するものである。９６はモニタ用ディスクであって、ディスク１（３３）と弱い光結合をするように配置する。そして、ＰＮ接合に対して逆バイアスする電圧を印加して、空乏層の幅を広げ、ディスク１（３３）の発振をモニタするものである。
【００４４】
図９の構成の動作を説明する。
ディスク１（３３）には、定常的なレーザ駆動電流を流す。そして、他方のディスク２（３３’）に波長制御電流を流すことで、ディスク２（３３’）の屈折率を変化させることにより共振波長を制御する。ディスク２（３３’）の波長とする共振する波長のレーザ光の周回モードの発振がディスク１（３３）に生じる。ディスク２（３３’）に生じたその共鳴波長のレーザ光は光結合器９５から外部に出力される。また、モニタ用ディスク９６には逆バイアスを加えておいて検出感度を上げ、ディスク１（３３）の発振をモニタする。上記のように、図９のような構成で、ディスク２（３３’）に波長制御電流を流すことによりディスク１（３３）に励起されるレーザ光の波長を制御することができ、その波長のレーザ光を外部に出力することができる。
【００４５】
図１０は本発明の実施例９であり、２つの円形のディスクにより光ディスクメモリの記憶内容を検出するヘッドとしたものである。
図１０ (a)、図１０ (b)、図１０ (c)において、３３はディスクレーザのディスクである。９８は光検出器であって、ディスク３３と同じ形状、材料で構成されるものである。９９は光ディスクメモリである。
【００４６】
図１０の構成の動作を説明する。
ディスク３３からはエバネセント光が外部にしみ出す。ディスク３３に凹凸がある物質に近づけるとこの光は、凸部において光結合が強くなるので、この物質の方に強く吸収または散乱され、レーザ光の放射量が増える（図１０ (c)参照）。また、凹部に近づくと光結合が弱くなるので、レーザ光の放射量も少なくなる（図１０ (b)参照）。あらかじめ、レーザの発振条件を凸部に近づいた時に発振が停止、凹部に近づいた時は発振が停止しないように最適化しておけば、凸部が近づいた時に発振が停止、凹部が近づいた時には発振を再開することができる。このような状況を上に配置した円形のディスクにより構成される光検出器９８により検出すればレーザの発振の停止と再開の様子を電気信号として読み出すことができる。
【００４７】
エバネセント光のしみ出し距離は０．２μｍ程度であるので、凹凸の分解能もこれと同等もしくはそれ以上となり、超高密度光ディスクメモリのヘッドや光学波長以下の微細表面を観測するためのセンサとして使用することができる。
上記のような複数の円形や扇形を近接させて光結合を起こすための間隔は０．１μｍ〜０．５μｍ程度であり、リソグラフィ技術と微細加工技術で実現することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の微小光回路によれば、従来の光回路で数ｍｍ以上の長さを必要としていた方向性結合器、合流分岐回路などを全て数μｍ程度に小さく構成できる。そして、かなり複雑な光回路でも数１０μｍ程度の大きさに収めることが可能である。それらは、単純な円形や扇形の光結合器の配置あるいは接続であり、様々な素子や回路の設計および製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理図である。
【図２】  本発明の実施例１を示す図である。
【図３】  本発明の実施例２を示す図である。
【図４】  本発明の実施例３を示す図である。
【図５】  本発明の実施例４を示す図である。
【図６】  本発明の実施例５を示す図である。
【図７】  本発明の実施例６を示す図である。
【図８】  本発明の実施例７を示す図である。
【図９】  本発明の実施例８を示す図である。
【図１０】  本発明の実施例９を示す図である。
【図１１】  本発明を適用するディスクレーザの説明図である。
【図１２】  ディスクレーザの発振特性を示す図である。
【符号の説明】
１：電極
２：ディスクレーザ
３：電極
４：駆動回路
２１：光結合器（導波路）
２２：結合光（エバネセント光）
２３：出力光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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