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公開番号2025094787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-25
出願番号2023210538
出願日2023-12-13
発明の名称光学素子
出願人住友電気工業株式会社,国立大学法人北海道大学
代理人個人
主分類G02B 6/122 20060101AFI20250618BHJP(光学)
要約【課題】光の損失を抑制することが可能な光学素子を提供する。
【解決手段】面内に第1領域と第2領域とを有する基板と、光を入力するための第1導波路と、光を出力するための第2導波路と、を具備し、前記第2領域は前記第1領域を囲み、前記第1導波路および前記第2導波路は前記第1領域に光学的に結合し、前記第1領域において、前記基板は、順番に積層された第1層と第2層とを含み、前記第2層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第2層の厚さの1/2以下であり、前記第2領域において前記基板は前記第2層を有さず、前記第1層を有する光学素子。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、
光を入力するための第１導波路と、
光を出力するための第２導波路と、を具備し、
前記第２領域は前記第１領域を囲み、
前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、
前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、
前記第２層に複数の孔が設けられ、
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、
前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２０以上、１／２以下である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／５以上、２／５以下である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１層は酸化シリコンで形成され、
前記第２層はシリコンで形成されている請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記孔の平面形状は矩形である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１領域の平面形状は矩形である請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項７】
１つの前記第１導波路と、
複数の前記第２導波路と、を具備する請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１導波路に入力される前記光のモードは、前記第２導波路から出力される前記光のモードとは異なる請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１導波路および前記第２導波路の少なくとも一方に接続されたグレーティングカプラを具備し、
前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、
前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しい請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第１領域の側面および上面を覆い、前記第２領域の上面を覆う絶縁膜を具備する請求項１または請求項２に記載の光学素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は光学素子に関するものである。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
基板の面内に配置された複数の孔を有する、モザイク型の光学素子が開発されている（非特許文献１など）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
“ＤｅｅｐＬｅａｒｎｉｎｇＥｎａｂｌｅｄＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｍｐｌｅｘＴｒａｓｍｉｓｓｉｏｎＭａｔｒｉｃｅｓｆｏｒＵｎｉｖｅｒｓａｌＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ” ＮｉｃｈｏｌａｓＪ．Ｄｉｎｓｄａｌｅｅｔ．ａｌ．ＡＣＳＰｈｏｔｏｎｉｃｓ２０２１，８，２８３－２９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
穴のパターンに応じて、特定の分岐比で光を分岐させることができる光学素子が知られている。しかし、穴によって光の損失が増加する恐れがある。そこで、光の損失を抑制することが可能な光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る光学素子は、面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、光の損失を抑制することが可能な光学素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は第１実施形態に係る光学素子を例示する平面図である。
図２は合分波器を拡大した模式的な平面図である。
図３Ａは図２の線Ａ－Ａに沿った断面図である。
図３Ｂは図２の線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。
図３Ｃはグレーティングカプラを例示する断面図である。
図４Ａは光学素子の製造方法を例示する断面図である。
図４Ｂは光学素子の製造方法を例示する断面図である。
図５Ａは光学素子の製造方法を例示する断面図である。
図５Ｂは光学素子の製造方法を例示する断面図である。
図６は比較例に係る合分波器を例示する断面図である。
図７Ａは第２実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図７Ｂは第２実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図７Ｃは第２実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図８Ａは分岐比の計算結果を例示する図である。
図８Ｂは分岐比の計算結果を例示する図である。
図８Ｃは分岐比の計算結果を例示する図である。
図９は光の損失の計算結果を例示する図である。
図１０Ａは孔の深さを２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１０Ｂは孔の深さを２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１０Ｃは孔の深さを２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１１Ａは孔の深さを７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１１Ｂは孔の深さを７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１１Ｃは孔の深さを７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１１Ｄは孔の深さを７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１１Ｅは孔の深さを７０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１２Ａは孔の深さを１２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１２Ｂは孔の深さを１２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１２Ｃは孔の深さを１２０ｎｍとした場合の合分波器を例示する平面図である。
図１３Ａは分岐比の計算結果を例示する図である。
図１３Ｂは分岐比の計算結果を例示する図である。
図１３Ｃは分岐比の計算結果を例示する図である。
図１４は光の損失の計算結果を例示する図である。
図１５はスペクトルを例示する図である。
図１６はスペクトルを例示する図である。
図１７はスペクトルを例示する図である。
図１８は分岐比の計算結果を表す図である。
図１９は光の損失の計算結果を表す。
図２０Ａはスペクトルを例示する図である。
図２０Ｂは第３実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図２１Ａはスペクトルを例示する図である。
図２１Ｂは第３実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図２２Ａはスペクトルを例示する図である。
図２２Ｂは第３実施形態に係る合分波器を例示する平面図である。
図２３は第４実施形態に係るモード変換器を例示する平面図である。
図２４Ａはスペクトルを例示する図である。
図２４Ｂは第４実施形態に係るモード変換器を例示する平面図である。
図２５Ａはスペクトルを例示する図である。
図２５Ｂは第４実施形態に係るモード変換器を例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【０００９】
本開示の一形態は、（１）面内に第１領域と第２領域とを有する基板と、光を入力するための第１導波路と、光を出力するための第２導波路と、を具備し、前記第２領域は前記第１領域を囲み、前記第１導波路および前記第２導波路は前記第１領域に光学的に結合し、前記第１領域において、前記基板は、順番に積層された第１層と第２層とを含み、前記第２層に複数の孔が設けられ、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２以下であり、前記第２領域において前記基板は前記第２層を有さず、前記第１層を有する光学素子である。光の損失を抑制することができる。
（２）上記（１）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／２０以上、１／２以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（３）上記（１）または（２）において、前記孔の深さは、前記第２層の厚さの１／５以上、２／５以下でもよい。光の損失を抑制することができる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第１層は酸化シリコンで形成され、前記第２層はシリコンで形成されてもよい。光の損失を抑制することができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記孔の平面形状は矩形でもよい。光の損失を抑制することができる。
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第１領域の平面形状は矩形でもよい。矩形の第１領域に光を閉じ込め、損失を抑制することができる。
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、１つの前記第１導波路と、複数の前記第２導波路と、を具備してもよい。光を分岐することができる。
（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、前記第１導波路に入力される前記光のモードは、前記第２導波路から出力される前記光のモードとは異なってもよい。光のモードを変換することができる。
（９）上記（１）から（８）のいずれかにおいて、前記第１導波路および前記第２導波路の少なくとも一方に接続されたグレーティングカプラを具備し、前記グレーティングカプラは前記第２層で形成され、かつ前記第２層に設けられた凹凸を有し、前記孔の深さは前記凹凸の深さと等しくてもよい。孔と凹凸とを同時に形成することができる。
（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、前記第１領域の側面および上面を覆い、前記第２領域の上面を覆う絶縁膜を具備してもよい。第１領域の第２層に光を閉じ込めることができる。
【００１０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光学素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（【００１１】以降は省略されています）

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