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公開番号2024058207
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022165425
出願日2022-10-14
発明の名称光合波器及び可視光光源モジュール
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/12 20060101AFI20240418BHJP(光学)
要約【課題】XRグラス等に適用可能な小型な光合波器を提供することである。
【解決手段】光合波器100は、波長の異なる複数の可視光の光合波器であって、ニオブ酸リチウム以外の材料からなる基板10と、基板の主面10Aに形成された光合波機能層と、を備え、光合波機能層は、2個のマルチモード干渉型光合波部50A、50Bと、マルチモード干渉型光合波部50Aに接続する光入力側光導波路50Aa1、50Aa2及び光出力側光導波路50Ab1と、マルチモード干渉型光合波部50Bに接続する光入力側光導波路50Ba1、50Ab1及び光出力側光導波路50Bb1と、を有し、マルチモード干渉型光合波部と、光入力側光導波路及び光出力側光導波路と、光入力側光導波路及び光出力側光導波路とはニオブ酸リチウム膜からなる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
波長の異なる複数の可視光を合波する光合波器であって、
ニオブ酸リチウムとは異なる材料からなる基板と、
前記基板の主面に形成された光合波機能層と、を備え、
前記光合波機能層は、１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部と、前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部のそれぞれに接続する光入力側光導波路及び光出力側光導波路とを有し、前記マルチモード干渉型光合波部、前記光入力側光導波路及び前記光出力側光導波路はニオブ酸リチウム膜からなる、光合波器。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部はいずれも、２入力１出力のマルチモード干渉型光合波部である、請求項１に記載の光合波器。
【請求項３】
前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部のうち、少なくとも一つのマルチモード干渉型光合波部は光の進行方向に対して垂直方向に切った断面が台形形状である、請求項１に記載の光合波器。
【請求項４】
前記台形形状の傾斜角度が４０°～８５°である、請求項３に記載の光合波器。
【請求項５】
前記台形形状の断面を有するマルチモード干渉型光合波部が基板側にスラブ部を有する、請求項３に記載の光合波器。
【請求項６】
前記光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部にスラブ部が設けられている、請求項１に記載の光合波器。
【請求項７】
前記光入力側光導波路及び光出力側光導波路の少なくとも一部に曲げ部が設けられている、請求項１に記載の光合波器。
【請求項８】
前記１段又は複数段のマルチモード干渉型光合波部の少なくとも１段の前記マルチモード干渉型光合波部に接続された、２つの光入力側光導波路及び１つの光出力側光導波路において、前記２つの光入力側光導波路は異なる幅を有し、かつ、前記１つの光出力側光導波路は前記２つの光入力側光導波路のうち幅が狭い方と同じ幅を有する、請求項２に記載の光合波器。
【請求項９】
２段以上のマルチモード干渉型光合波部を備え、１段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光と波長Ｂの可視光とを合波し、２段目のマルチモード干渉型光合波部で波長Ａの可視光及び波長Ｂの可視光の合波光と、波長Ｃの可視光とを合波する、請求項２に記載の光合波器。
【請求項１０】
前記波長Ａ＞前記波長Ｂであり、かつ、前記波長Ａ＞前記波長Ｃである、請求項９に記載の光合波器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合波器及び可視光光源モジュールに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＡＲ（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ：拡張現実）グラス、ＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ：仮想現実）グラス等のＸＲグラスは小型のウェアラブルデバイスとして期待されている。ＡＲグラス、ＶＲグラスのようなウェアラブルデバイスにおいては通常の眼鏡型のサイズに各機能が収まるように小型化されることが普及に対するカギとなっている。
【０００３】
特許文献１には、マッハツェンダー型光変調器を用いた網膜投影型ディスプレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６７２８５９６号公報
特許第６５７２３７７号公報
特開２０１２－４８０７１号公報
特開２０２０－２７１７０号公報
特許第６７８７３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている網膜投影型ディスプレイでは、出射部において複数の光導波路が近接されているが、合波はされていないため、波長毎の光軸が異なり、出射光の制御が複雑となる。
【０００６】
特許文献２には、ＲＧＢ（Ｒ：赤色光、Ｇ：緑色光、Ｂ：青色光）の３色の可視光の合波器として方向性結合器を含む石英系平面光波回路（Ｐｌａｎａｒｌｉｇｈｔｗａｖｅｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）が開示されている。石英系ＰＬＣは石英系材料で構成されており、安定性に優れている。しかしながら、屈折率差Δｎの大きなニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
）の基板を用いる場合、結合長が長くなり小型化が困難である。
【０００７】
特許文献３及び特許文献４には、マルチモード干渉計（ＭｕｌｔｉｍｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）を用いたＲＧＢ３色の可視光の合波器が開示されている。この合波器も石英系材料で構成されており、屈折率差Δｎの大きなニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
）の基板を用いる場合についてはなんら開示されていない。
【０００８】
特許文献１にニオブ酸リチウムの単結晶または固溶体結晶を用いて，その一部をプロトン交換法やＴｉ拡散法により改質した部分を光導波路とした様態が好ましい様態として開示されている。しかしながら、改質した導波部分（コア）領域のサイズがプロトンやＴｉが侵入・拡散した距離により規定されるため、光導波路の径を小さくすることが困難である。そのため光導波路自体のサイズが大きくならざるを得ず、また、光導波路の径が大きいことにより変調電圧の電界が集中しづらく、変調のためには大きな電圧をかける必要があるか、小さな電圧で動作させるためには電圧を付与する電極を長くする必要があるため、変調素子のサイズが大きくなってしまう。
さらに、光導波路の径が大きいことにより、可視光が光導波路を伝搬する際に高次モードが発生し、シングルモード化が困難になる。
【０００９】
また、図１８（ａ）に示すような、バルクニオブ酸リチウムの単結晶Ｂ１の一部を改質した部分Ｂ１－ａを光導波路とした変調器においては、バルクニオブ酸リチウム単結晶中にＴｉを少し加えて屈折率差Δｎを作っているだけなので改質した導波部分（コア）と改質していない部分（クラッド）の屈折率差が小さい。そのため、光導波路を湾曲することによる曲げ損が大きく、曲率高く光導波路を湾曲することができないため。素子のサイズを小さくすることは困難である。また、ＡＲグラス等のヘッドマウントディスプレイに搭載される変調光源には、例えば眼鏡の弦のサイズに収まるサイズが求められるが、引用文献２のようなバルク結晶型の光変調器ではかかるサイズまで小型化された光変調器を作製することは困難である。
【００１０】
ニオブ酸リチウム単結晶Ｂ１の一部を改質した部分Ｂ１－ａを光導波路とした変調器に対して、図１８（ｂ）に示すような、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長させた単結晶ニオブ酸リチウム膜Ｆを加工した凸部Ｆridgeを光導波路とした変調器の場合（例えば、特許文献５参照）には、そもそもこの凸型部分がＴｉ拡散光導波路に比べてサイズが小さいこと、凸部の周りがすべてクラッドに相当するので周りの材料を適切に選択すると屈折率差Δｎを大きくすることができること、光導波路を曲線状に曲げた場合の光損失がバルクニオブ酸リチウム単結晶に比べて小さいこと等の理由から、小型化に適している。
（【００１１】以降は省略されています）

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