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公開番号2025073813
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2023184914
出願日2023-10-27
発明の名称光素子及びレーザモジュール
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/14 20060101AFI20250502BHJP(光学)
要約【課題】可視光の偏波モードを変換可能な光素子及びレーザモジュールを提供すること。
【解決手段】光素子において、コア層は、可視光の偏波モードをTM0モードとTE1モードとの間で変換する変換部42を備え、変換部42は、Z軸方向に積層された上テーパ部46及び下テーパ部47と、を備え、変換領域42dにおいて、上テーパ部46の幅は、接続端42aから中間位置42cに向かって、幅W0から幅Wtまで連続的に増加し、下テーパ部47の幅は、接続端42aから中間位置42cに向かって、幅W0から幅Wsまで連続的に増加し、変換領域42eにおいて、上テーパ部46の幅は、中間位置42cから接続端42bに向かって、幅Wtから幅W1まで連続的に増加し、下テーパ部47の幅は、中間位置42cから接続端42bに向かって、幅Wsから幅W1まで連続的に減少する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
主面を有する基板と、
前記主面に設けられ、電気光学効果を有する材料によって構成されたコア層と、
を備え、
前記コア層は、前記主面に沿った第１方向に延び、可視光の偏波モードをＴＭ０モードとＴＥ０モードとの間で変換するモード変換器を備え、
前記モード変換器は、
前記モード変換器の前記第１方向における一端に位置し、前記ＴＭ０モード及び前記ＴＥ０モードのうちの一方の偏波モードである第１偏波モードの前記可視光が入射される入射部と、
前記モード変換器の前記第１方向における他端に位置し、前記ＴＭ０モード及び前記ＴＥ０モードのうちの他方の偏波モードである第２偏波モードの前記可視光を出射する出射部と、
前記入射部と前記出射部との間に設けられ、前記可視光の偏波モードを前記ＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間で変換する第１変換部と、
前記入射部と前記出射部との間に設けられ、前記可視光の偏波モードを前記ＴＥ０モードと前記ＴＥ１モードとの間で変換する第２変換部と、
を備え、
前記第１変換部は、前記第１方向における両端である第１端及び第２端と、前記主面と交差する第２方向に積層された上テーパ部及び下テーパ部と、を備え、
前記第１変換部の前記第１端から前記第１端と前記第２端との間の中間位置までの第１領域において、前記上テーパ部の前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向における長さは、前記第１端から前記中間位置に向かって、第１長さから前記第１長さよりも長い第２長さまで連続的に増加し、前記下テーパ部の前記第３方向における長さは、前記第１端から前記中間位置に向かって、前記第１長さから前記第２長さよりも長い第３長さまで連続的に増加し、
前記第１変換部の前記中間位置から前記第２端までの第２領域において、前記上テーパ部の前記第３方向における長さは、前記中間位置から前記第２端に向かって、前記第２長さから前記第２長さよりも長く前記第３長さよりも短い第４長さまで連続的に増加し、前記下テーパ部の前記第３方向における長さは、前記中間位置から前記第２端に向かって、前記第３長さから前記第４長さまで連続的に減少する、光素子。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１偏波モードは、前記ＴＭ０モードであり、
前記第２偏波モードは、前記ＴＥ０モードであり、
前記第１端は前記入射部に接続され、
前記第２変換部は、前記第１変換部と前記出射部との間に設けられる、請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記第１偏波モードは、前記ＴＥ０モードであり、
前記第２偏波モードは、前記ＴＭ０モードであり、
前記第１端は前記出射部に接続され、
前記第２変換部は、前記入射部と前記第１変換部との間に設けられる、請求項１に記載の光素子。
【請求項４】
前記第１変換部の前記第１方向における長さは、３６０μｍ以上、１０１０μｍ以下であり、
前記第２長さは、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下であり、
前記第３長さは、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項５】
前記第２変換部は、
前記第３方向において非対称な形状を有し、前記第３方向における長さが前記第１変換部から離れるにつれて第５長さから前記第５長さよりも長い第６長さまで連続的に増加する第１非対称部と、
前記第３方向において非対称な形状を有し、前記第３方向における長さが前記第１変換部から離れるにつれて前記第６長さから前記第６長さよりも短い第７長さまで連続的に減少する第２非対称部と、
前記第１非対称部と前記第２非対称部との間に設けられ、前記第３方向における長さが前記第１方向における全長にわたって前記第６長さである接続部と、
を備える、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項６】
前記第２変換部の前記第１方向における長さは、４０μｍ以上、１００μｍ以下であり、
前記第２変換部の前記第３方向における長さは、０．４μｍ以上、１．２μｍ以下である、請求項５に記載の光素子。
【請求項７】
前記モード変換器は、前記第１変換部と前記第２変換部とを連結する連結部を更に備える、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項８】
前記連結部の前記第３方向における長さは、前記連結部の前記第１方向における全長にわたって一定である、請求項７に記載の光素子。
【請求項９】
前記コア層は、
赤色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第１モード変換器と、
緑色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第２モード変換器と、
青色光の偏波モードを前記第１偏波モードから前記第２偏波モードに変換する前記モード変換器である第３モード変換器と、
前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光を合波してレーザ光を出射する合波器と、
を更に備える、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
【請求項１０】
前記コア層は、
前記赤色光の光強度を変調する第１変調器と、
前記緑色光の光強度を変調する第２変調器と、
前記青色光の光強度を変調する第３変調器と、
を更に備える、請求項９に記載の光素子。
（【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】
本開示は、光素子及びレーザモジュールに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
光導波路を伝搬する光の偏波モードには、基板に対して水平方向の主電界を有する偏波モードであるＴＥ（Transverse Electric）モードと、基板に対して垂直方向の主電界を有する偏波モードであるＴＭ（Transverse Magnetic）モードとがある。これらの偏波モードを変換する光導波路素子が知られている。例えば、特許文献１には、入力端から出力端に向かって幅が連続的に漸増するテーパ形状を有するとともに上面に断面Ｖ字状の溝が形成されたコアを備える光導波路素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－３４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光導波路素子は、１５５０ｎｍの波長を有するＴＭ０モードの光をＴＥ１モードの光に変換している。しかしながら、可視光については考慮されていない。
【０００５】
本開示は、可視光の偏波モードを変換可能な光素子及びレーザモジュールを説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面に係る光素子は、主面を有する基板と、主面に設けられ、電気光学効果を有する材料によって構成されたコア層と、を備える。コア層は、主面に沿った第１方向に延び、可視光の偏波モードをＴＭ０モードとＴＥ０モードとの間で変換するモード変換器を備える。モード変換器は、モード変換器の第１方向における一端に位置し、ＴＭ０モード及びＴＥ０モードのうちの一方の偏波モードである第１偏波モードの可視光が入射される入射部と、モード変換器の第１方向における他端に位置し、ＴＭ０モード及びＴＥ０モードのうちの他方の偏波モードである第２偏波モードの可視光を出射する出射部と、入射部と出射部との間に設けられ、可視光の偏波モードをＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間で変換する第１変換部と、入射部と出射部との間に設けられ、可視光の偏波モードをＴＥ０モードとＴＥ１モードとの間で変換する第２変換部と、を備える。第１変換部は、第１方向における両端である第１端及び第２端と、主面と交差する第２方向に積層された上テーパ部及び下テーパ部と、を備える。第１変換部の第１端から第１端と第２端との間の中間位置までの第１領域において、上テーパ部の第１方向及び第２方向と交差する第３方向における長さは、第１端から中間位置に向かって、第１長さから第１長さよりも長い第２長さまで連続的に増加し、下テーパ部の第３方向における長さは、第１端から中間位置に向かって、第１長さから第２長さよりも長い第３長さまで連続的に増加する。第１変換部の中間位置から第２端までの第２領域において、上テーパ部の第３方向における長さは、中間位置から第２端に向かって、第２長さから第２長さよりも長く第３長さよりも短い第４長さまで連続的に増加し、下テーパ部の第３方向における長さは、中間位置から第２端に向かって、第３長さから第４長さまで連続的に減少する。
【０００７】
この光素子においては、第１変換部が可視光の偏波モードをＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間で変換する。第１変換部においては、上テーパ部及び下テーパ部が第２方向に積層されており、第１変換部は第２方向において非対称性を有している。第１変換部において、第１端から離れるにつれて、ＴＭ０モードの実効屈折率とＴＥ１モードの実効屈折率とが互いに近づくので、ＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間の変換が誘起される。例えば、ＴＭ０モードの可視光が第１変換部の第１端に入射されると、可視光の偏波モードが第１変換部においてＴＭ０モードからＴＥ１モードに変換され、そして第２変換部において、ＴＥ１モードからＴＥ０モードに変換される。同様に、ＴＥ０モードの可視光が第２変換部に入射されると、可視光の偏波モードが第２変換部においてＴＥ０モードからＴＥ１モードに変換され、そして第１変換部において、ＴＥ１モードからＴＭ０モードに変換される。以上のように、可視光の偏波モードをＴＭ０モードとＴＥ０モードとの間で変換することが可能となる。
【０００８】
第１偏波モードは、ＴＭ０モードであってもよく、第２偏波モードは、ＴＥ０モードであってもよい。第１端は入射部に接続されてもよい。第２変換部は、第１変換部と出射部との間に設けられてもよい。この場合、ＴＭ０モードにて入射された可視光をＴＥ０モードにて出射することができる。
【０００９】
第１偏波モードは、ＴＥ０モードであってもよく、第２偏波モードは、ＴＭ０モードであってもよい。第１端は出射部に接続されてもよい。第２変換部は、入射部と第１変換部との間に設けられてもよい。この場合、ＴＥ０モードにて入射された可視光をＴＭ０モードにて出射することができる。
【００１０】
第１変換部の第１方向における長さは、３６０μｍ以上、１０１０μｍ以下であってもよい。第２長さは、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下であってもよい。第３長さは、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下であってもよい。この場合、ＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間での変換における光強度の損失を低減することができる。したがって、ＴＭ０モードとＴＥ１モードとの間での変換効率を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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