光设备、终接器、波长可调谐激光设备以及用于制造光设备的方法与流程

本发明涉及光设备、终接器、波长可调谐激光设备以及用于制造光设备的方法。

背景技术：

在光设备中，已经提出了用于减少光波导的端部处的光反射的各种结构。通常可将低反射结构分为两种类型。

一种类型适用于光波导的输出端与光设备的端面相匹配的情况。在这种情况下，通过将非反射涂层涂覆到端面来减少输出端处的反射光。通过调整光波导的布置来获得低反射结构的另一方法也是已知的。在这种情况下，通过相对于端面倾斜地布置光波导而不是使光波导垂直于端面，可减少端面处的反射光。

另一种类型适用于光波导的端部位于光设备之内的情况。在这种情况下，通过使光波导的端部渐缩，可使包层的折射率和光波导的等效折射率更接近。因此可抑制端部的菲涅耳反射并减少反射光。该方法适用于诸如二氧化硅光波导的波导，其中芯(光波导)与包层之间的折射率差很小。

此外，已经提出了提供终接器(terminator)来终接光设备内的光波导。例如，提出了这样一种方法(专利文献1)，即在OTDR(光时域反射计)测量中使具有终接器的光纤与要测量的光纤的端部相连并且降低在要测量的光纤的端部处所测量的返回光的强度的变化。根据该方法，可以准确地检测要测量的光纤的端部附近的断裂、弯折等等。

专利文献

PTL1：日本未审查专利申请公开No.2008-20226

技术实现要素：

技术问题

然而，当该方法应用于光波导的端部位于光设备内部的情况时，发明人在上述方法中发现如下问题。当如在硅光波导的情况下芯的折射率与芯的折射率大不相同时，例如，即使当光波导的端部渐缩时，也难以充分地抑制反射光。在这种情况下，如果光波导的宽度可逐渐缩窄到约几纳米，则可充分地抑制菲涅尔反射。然而，由于微加工技术的局限性，很难形成具有约几纳米的窄宽度的光波导，并且由于实际原因光波导的宽度仅能被缩窄到约100nm。因此，需要这样一种结构，其中不管硅光波导的宽度如何都可使硅光波导低反射。

本发明是鉴于上述情况而做出的，并且本发明的目的是提供一种能够抑制光波导的端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。

问题解决方案

根据本发明的一个方面的光设备包括：光波导，光通过该光波导传播，光波导形成于基板上；以及终接器，终接器按照终接器与光波导的一端相连的方式形成于基板上并且终接器包括弯曲光波导，弯曲光波导具有如下曲率，使得该曲率导致从光波导输入的输入光中的弯折损耗，该输入光随着输入光通过弯曲光波导传播而衰减。

根据本发明的一个方面的终接器按照终接器与光波导的一端相连的方式形成并且该终接器包括弯曲光波导，弯曲光波导具有如下曲率，使得该曲率导致从光波导输入的输入光中的弯折损耗，该输入光随着输入光通过弯曲光波导传播而衰减。

根据本发明的一个方面的波长可调谐激光设备包括：激光振荡器，该激光振荡器具有激光从其输出的端面；以及波长调节单元，波长调节单元调节激光的波长，其中波长调节单元包括：反射镜，该反射镜构成激光振荡器的端面与反射镜之间的激光谐振器；环形谐振器，该环形谐振器设置在激光谐振器中并且相对于激光具有可变有效折射率；第一光波导，第一光波导使波长调节单元的端面、反射镜以及环形谐振器耦合在一起；以及终接器，该终接器按照终接器与第一光波导的开路端相连的方式形成并且终接器包括弯曲光波导，弯曲光波导具有如下曲率，使得该曲率导致从第一光波导输入的输入光中的弯折损耗，该输入光随着输入光通过弯曲光波导传播而衰减，并且弯曲光波导的曲率小于构成环形谐振器的光波导的曲率。

根据本发明的一个方面的制造光设备的方法包括：在基板上形成光波导，光通过光波导传播；以及按照终接器与光波导的一端相连的方式在基板上形成终接器，终接器包括弯曲光波导，弯曲光波导具有如下曲率，使得该曲率导致从光波导输入的输入光中的弯折损耗，该输入光随着输入光通过弯曲光波导传播而衰减。

发明的有益效果

根据本发明，可以提供一种能够抑制光波导的端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。

附图说明

图1是根据第一实施例的光设备的主要部分的顶视图；

图2是根据第二实施例的光设备的主要部分的顶视图；

图3是根据第三实施例的光设备的主要部分的顶视图；

图4是根据第四实施例的光设备的主要部分的顶视图；

图5是根据第五实施例的光设备的主要部分的顶视图；

图6是示意性地示出了根据第六实施例的光功能集成单元的配置的顶视图；以及

图7是示意性地示出了根据第六实施例的光子设备的配置的顶视图。

具体实施方式

下面将参考附图对本发明的示例性实施例进行描述。在整个附图中相同部件由相同附图标记来表示，并且根据需要省略重复说明。

根据以下实施例的具有低反射结构的光学设备包括：光波导和终接器，光通过光波导传播，并且终接器与该光波导相连并终接从光波导入射的光。根据以下实施例的终接器被配置为包括一个或多个弯曲光波导。终接器的弯曲光波导被形成为具有如下曲率使得该曲率导致传播光中的弯折损耗。因此，从光波导入射在终接器上的光在当该光通过终接器的弯曲光波导时它受到弯折损耗之后被外部散射并且因而光强度降低。因而，随着光通过终接器的弯曲光波导，光强度变弱，从而可终接输入光。

第一实施例

将描述根据第一实施例的具有低反射结构的光设备100。图1是根据第一实施例的光设备100的主要部分的顶视图。光设备100包括形成于基板6上的由硅制成的光波导7。终接器1与光波导7的端部7A相连。

图1示出了终接器1由螺旋光波导形成的示例，该螺旋光波导是具有中心轴线在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图1的纸张相垂直的方向)上的螺旋形的弯曲光波导。螺旋光波导例如由硅制成。终接器1的外端部1A以小曲率与光波导7的端部7A相连以便使从光波导7输入的光中的弯折损耗最小化。此后，终接器1的曲率随着从光波导7输入的光朝向终接器1的内端部1B传播而逐渐增大。因此，随着从终接器1输入的光通过终接器1传播，光的弯折损耗逐渐变大并且光衰减。

应该注意的是光波导7和终接器1可以被折射率小于光波导7和终接器1的折射率的包层掩蔽。在图1中，为了简化附图，未示出包层。

根据上述配置，还可以通过其中终接器由弯曲光波导形成的简单布局在具有高折射率差的硅光波导中设置低反射光波导终接器。此外，因为到达光波导7的端部的光在它进入终接器1之后终接，因此光波导7的宽度不涉及光的终接。因此，根据该配置，可以提供一种能够抑制光波导的端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。

在该配置中，从终接器1泄漏的光在所有方向上均等地散射。因此，在光设备100中，散射光的强度在特定方向上不增加，并且可抑制散射光对安装在光设备100上的其它设备的影响。

根据该配置，终接器1是其曲率逐渐变大的螺旋光波导。因此，螺旋光波导的曲率在外端部1A附近变小。因此，光波导7和终接器1彼此平滑地连接。因此可以抑制当光从光波导7入射在终接器1上时的背散射，从而减少返回到光波导7之中的光。

此外，因为由可按照与正常光波导相同的方式所制造的弯曲光波导构成终接器就足够了，因此不需要使用特殊处理等等。因此可以获得期望的抗反射结构而制造成本不会增加。因此，可以显着改善诸如需要以低反射率终接的波长可调谐激光的光设备的特性。

第二实施例

将描述根据第二实施例的具有低反射结构的光设备200。图2是根据第二实施例的光设备200的主要部分的顶视图。光设备200包括终接器2以代替设置在光设备100中的终接器1。

该实施例示出了终接器2由椭圆螺旋光波导形成的示例，该椭圆螺旋光波导是具有中心轴线在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图2的纸张相垂直的方向)上并且长直径沿着光波导7的波导方向的椭圆形的弯曲光波导。在终接器2中，与终接器1相似，外端部2A以小曲率与光波导7的端部7A相连以便使从光波导7输入的光的弯折损耗最小化。此后，终接器2的曲率随着从光波导7输入的光朝向终接器2的内端部2B传播而逐渐增大。因此，随着从光波导7输入的光通过终接器2传播，光的弯折损耗逐渐变大并且光衰减。

此外，终接器2的曲率变大并且在终接器2与长直径相交的区域附近弯折损耗变大。在该区域周围，终接器2的切线方向变为基本上与光波导7的波导方向相垂直。也就是说，终接器2具有长直径沿着光波导7的波导方向的椭圆形，从而能够抑制来自终接器2的泄漏到光波导7的波导方向的光。

终接器2的长径方向仅是一个示例并且它可以是任何期望方向。也就是说，通过形成椭圆螺旋波导的终接器2，可抑制泄漏到椭圆螺旋光波导的长径方向的光。

根据上述配置，与第一实施例相似，可以提供一种能够抑制光波导的端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。此外，在该配置中，与第一实施例相似，在外端部2A附近椭圆螺旋光波导的曲率变小。因此，光波导7和终接器2彼此平滑地连接。因此可以抑制当光从光波导7入射在终接器2上时的背散射，从而能够减少返回到光波导7之中的光。

此外，如上所述，终接器2能够使泄漏的光的强度不均匀。因此，当将诸如其中期望防止除期望光之外的光进入的光接收设备的设备集成到光设备200之内时，可以将这些设备布置在可以抑制终接器2的泄漏光的方向上以便可以防止来自终接器2的泄漏光进入。

第三实施例

将描述根据第三实施例的具有低反射结构的光设备300。图3是根据第三实施例的光设备300的主要部分的顶视图。光设备300包括终接器3以代替设置在光设备100中的终接器1并且进一步包括引入光波导30。

在该实施例中，终接器由四边形螺旋光波导形成，该四边形螺旋光波导在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图3的纸张相垂直的方向)上具有中心轴线。终接器3的外端部3A和光波导7的端部7A通过引入光波导30彼此相连。引入光波导30与光波导7的端部7A之间的连接部分形成为具有小曲率，更优选地是，具有小于终接器3的弯折部分的曲率以便防止将要描述的背散射。此外，引入光波导30整体优选地具有比终接器3的弯折部分小的曲率。

终接器3的四边形螺旋光波导包括交替地设置在内端部3B的方向上的直部分31以及作为弯曲光波导的弯折部分32。输入到终接器3的光逐渐衰减，因为每当它通过弯折部分32时发生弯折损耗。因而终接器3能够像终接器1一样终接输入光。

虽然在本实施例中已经描述了四边形螺旋形状，但是四边形的形状可以是正方形或矩形。此外，四边形的角度可以不是直角。此外，形状不限于四边形并且可以是三角形或者具有五个或更多角的期望的多边形形状。

根据上述配置，与第一实施例类似，可以提供能够抑制光波导端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。此外，在该配置中，光波导7的端部7A和终接器3的外端部3A通过具有小曲率的引入光波导30以低损耗彼此连接，因此当光从光波导7入射在终接器3上时可以抑制背散射，从而减少返回到光波导7中的光。

第四实施例

将描述根据第四实施例的具有低反射结构的光设备400。图4是根据第四实施例的光设备400的主要部分的顶视图。光设备400包括终接器4以代替设置在光设备100中的终接器1并且进一步包括引入光波导40。

终接器4的外端部4A和光波导7的端部7A经由作为弯曲光波导的引入光波导40彼此相连。引入光波导40与光波导7的端部7A之间的连接部分形成为具有小曲率，更优选地是，具有小于终接器4的弯曲部分的曲率以便防止随后将要描述的背散射。此外，引入光波导40整体优选地具有比终接器4的弯曲部分小的曲率。

终接器4包括交替重复的弯曲部分41和弯曲部分42。作为弯曲光波导的弯曲部分41在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图4的纸张相垂直的方向)上具有中心轴线并且使输入光的路径在逆时针方向上弯折。作为弯曲光波导的弯曲部分42在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图4的纸张相垂直的方向)上具有中心轴线并且使输入光的路径在顺时针方向上弯折。

输入到终接器4的光随着光朝向内端部4B传播而逐渐衰减，因为每当它通过弯曲部分41和弯曲部分42时都发生弯折损耗。因而，终接器4能够像终接器1一样终接输入光。

虽然弯曲部分41和弯曲部分42在图4中是具有半圆弧形的光波导，但是弯曲部分41和弯曲部分42可以是具有主弧形或次弧形的光波导。此外，弯曲部分41和弯曲部分42不必是交替地重复并且可以存在弯曲部分41或弯曲部分42变得连续的部分。此外，弯曲部分不是必须具有相同的曲率并且可以具有不同曲率。

根据上述配置，与第一实施例类似，可以提供一种能够抑制光波导端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。此外，在该配置中，光波导7的端部7A以及终接器4通过引入光波导40以低损耗彼此相连。其结果是，可以抑制当光从光波导7入射在接收器4上时的背散射并且从而减少返回到光波导7中的光。

第五实施例

将描述根据第五实施例的具有低反射结构的光设备500。图5是根据第五实施例的光设备500的主要部分的顶视图。光设备500包括终接器5以代替设置在光设备400中的终接器4。

终接器5包括弯折部分51、直部分52以及弯折部分53，作为弯曲光波导的弯折部分51在与光波导7的波导方向相垂直的方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图5的纸张相垂直的方向)上具有中心轴线并且使输入光的路径在逆时针方向上弯折。作为弯曲光波导的弯折部分53在与光波导7的波导方向相垂直方向上以及与基板6的主表面相垂直的方向(即与图5的纸张相垂直的方向)上具有中心轴线并且使输入光的路径在顺时针方向上弯折。弯折部分51和弯折部分53按照直部分52设置在它们之间而使它们交替重复的方式设置。

终接器5的外端部5A和光波导7的端部7A通过引入光波导40彼此相连。引入光波导40与光波导7的端部7A之间的连接部分形成为具有小曲率，更优选地是，具有小于终接器5的弯折部分的曲率以便防止随后将要描述的背散射。此外，引入光波导40整体优选地具有比终接器4的弯折部分小的曲率。

输入到终接器5的光随着光朝向内端部5B传播而逐渐衰减，因为每当它通过弯折部分51和弯折部分53时都发生弯折损耗。因而，终接器5能够像终接器1一样终接输入光。

弯折部分51、直部分52以及弯折部分53不是必须按照该顺序重复。例如，可以存在弯折部分51、直部分52以及弯折部分53的每一个变得连续的部分。可以存在弯折部分51和弯折部分53是连续的部分。此外，弯折部分不必具有相同的曲率并且可以具有不同曲率。弯折部分不是必须具有相同弯折角度并且一些弯折部分可以具有不同曲率。

根据上述配置，与第四实施例类似，可以提供一种能够抑制光波导端部处的反射光而不管光波导的宽度如何的光设备。

第六实施例

将描述根据第六实施例的光功能集成单元600。图6是示意性地示出了根据第六实施例的光功能集成单元600的配置的顶视图。在该实施例中，将描述光功能集成单元600形成为波长可调谐激光器的示例。光功能集成单元600包括半导体光放大器8、光子设备9以及安装板10。

在其光波导彼此对准的条件下将半导体光放大器8和光子设备9安装在安装板10上。在这种情况下，以亚微米(等于或小于1μm)的间隙安装半导体光放大器8和光子设备9。应该注意的是为了简化附图，在图6中在半导体光放大器8与光子设备9之间插入可见间隙。这同样适用于下面的附图。

半导体光放大器8是输出光的有源光设备，例如半导体激光二极管的示例。半导体光放大器8包括形成于半导体基板上的有源层并且有源层被包层掩蔽。在有源层的端面84的一侧的端部处形成了非反射涂层85。非反射涂层85被形成为相对于空气的非反射涂层或者折射率匹配凝胶。虽然在包层上形成了诸如接触层、电极等的其它元件，但是在本实施例中不对它们进行描述。

图7是示意性地示出了光子设备9的配置的顶视图。光子设备9是通过使用硅(Si)所配置的无源光设备的示例并且在本实施例中是包括波长调谐功能的外部谐振器。光子设备9可通过例如CMOS(互补金属氧化物半导体)处理等的Si处理制成。

光子设备9包括两个环形谐振器91和92、环反射镜93、电极94和95、硅波导96A至96C、非反射涂层98以及终接器T1至T5，上述元件被形成于基板90之上。应该注意的是还将环形谐振器91和92分别称为第一环形谐振器和第二环形谐振器。还将非反射涂层98称为第二非反射膜。还将电极94和95分别称为第一电极和第二电极。基板90被配置为例如硅基板或SOI(绝缘体上硅)基板。

硅波导96A至96C由窄线波导或肋形波导配置而成。硅波导96A使端面97与环形谐振器91光连接。硅波导96B使环形谐振器91与环形谐振器92光连接。硅波导96C使环形谐振器92与环反射镜93光连接。在硅波导96A的端面97的一侧的端部形成了非反射涂层98。非反射涂层98形成为相对于空气的非反射涂层。

电极94形成在环形谐振器91的一部分上。电极95形成在环形谐振器92的一部分上。此外，环形谐振器91和环形谐振器92的直径稍有不同。

与根据第一实施例的终接器1相似，终接器T1至T5是由圆形且同心的螺旋光波导形成的终接器。终接器T1与硅波导96A的开路端相连。终接器T2与靠近环形谐振器91的一侧上的硅波导96B的开路端相连。终接器T3与靠近环形谐振器92的一侧上的硅波导96B的开路端相连。终接器T4与靠近环形谐振器92的一侧上的硅波导96C的开路端相连。终接器T5与靠近环反射镜93的一侧上的硅波导96C的开路端相连。如上所述，硅波导96A至96C的开路端通过终接器T1至T5中的任何一个的连接而终接。

环形谐振器91和92、环反射镜93以及硅波导96A至96C被包层掩蔽。应该注意的是省略包层以解释图7中的光子设备9的结构。

从半导体光放电器8的有源层的端面84的一侧输出的光穿过非反射涂层98并入射在硅波导96A上。入射光经由环形谐振器91、硅波导96B、环形谐振器92以及硅波导96C被环反射镜93反射。如上所述，环形谐振器91和环形谐振器92的直径稍有不同。因此，环形谐振器91的峰值和环形谐振器92的峰值一致的波长在宽度可调谐范围中只有一个。因而，在环反射镜93与半导体光放大器8的端面84之间的环形谐振器所选的波长上发生谐振，并且光功能集成单元600执行激光振荡。输出作为激光601的激光。

可通过向电极94施加电压来改变环形谐振器91的光学距离以改变环形谐振器91的有效折射率。可通过向电极95施加电压来改变环形谐振器92的光学距离以改变环形谐振器92的有效折射率。因此，可通过向电极94和29施加电压来改变光功能集成单元600的振荡波长。也就是说，光功能集成单元600可用作波长可调谐激光器。

此外，硅波导96A至96C的开路端通过终接器T1至T5中的一个的连接而被终接。因此，从硅波导的开路端发出的光在硅波导中反射之后不返回，并且该光由于终接器T1至T5中的弯折损耗而在它被散射之后衰减。因此可以实现无反射终接并且提高波长可调谐激光的波长精度。

其它实施例

本发明不限于上述示例性实施例，并且可在不脱离本发明的范围的情况下进行适当地修改。例如，上面描述了硅用作光波导的材料的情况。然而，不用说，这仅仅是一个示例并且光可以通过其传播的另一半导体材料或SiO2可以例如用于获得具有类似功能的终接器和光设备。

虽然根据第一实施例的终接器1已用作第六实施例中的终端T1到T5，但是这仅仅是一个示例。终接器2至5中的一个可以用作终接器T1至T5。此外，终接器T1至T5可以不是同一终接器，并且可以对终接器1至5彼此组合。

在上述实施例中螺旋光波导的涡旋的方向以及匝数仅仅是示例，并且涡旋的方向可以是任何期望的方向并且匝数可以是任何期望的数目。根据上述实施例的终接器中的弯曲部分的数目、弯折部分的数目以及直部分的数目可以是任何期望的数目。

上面已参考示例性实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述示例性实施例。在本发明的范围之内可按照本领域技术人员可理解的各种方式对本发明的配置和细节做出修改。

本申请基于并要求2014年8月27日提交的日本专利申请No.2004-172733的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

附图标记列表

1-5 终接器

1A，2A，3A，4A，5A 外端部

1B，2B，3B，4B，5B 内端部

6 基板

7 光波导

7A 端部

8 半导体光放大器

9 光子设备

10 安装板

30，40 引入光波导

31，52 直部分

32，51 弯折部分

41，42 弯曲部分

84 端面

85 非反射涂层

90 基板

91，92 环形谐振器

93 环反射镜

94 电极

96A-96C 硅波导

97 端面

98 非反射涂层

100，200，300，400，500 光设备

600 光功能集成单元

601 激光

T1-T5 终接器