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OPTICAL DEVICE USING NANOCARBON MATERIAL

Foreign code F200010023
File No. (S2018-0648-N0)
Posted date Jan 30, 2020
Country WIPO
International application number 2019JP019366
International publication number WO 2019225445
Date of international filing May 15, 2019
Date of international publication Nov 28, 2019
Priority data
  • P2018-097462 (May 21, 2018) JP
Title OPTICAL DEVICE USING NANOCARBON MATERIAL
Abstract The present invention provides an optical device which is capable of operating at high speed. An optical device according to the present invention comprises: a first optical waveguide which is connected to an input light port; a second optical waveguide which is connected to a first output light port; a third optical waveguide which is connected to a second output light port; an optical component which optically connects the first optical waveguide to at least one of the second optical waveguide and the third optical waveguide; a nanocarbon material which is provided at least in an area where the optical component is arranged; and a pair of electrodes which apply an electrical signal to the nanocarbon material. The optical path is switched between the first output light port and the second output light port by means of application of an electrical signal.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Graphene, carbon nanotubes (CNT) nano-carbon materials such as a light-emitting element, the light source, and the photocoupler has been proposed (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). A nano-carbon material and the heating by current application is high speed, a continuous spectrum in a wide wavelength range by the black-body radiation (white light) can be obtained.
On the other hand, the fine silicon waveguide on the substrate in silicon photonics optical circuits are integrated and have garnered attention. Silicon photonics technology has been used in various fields, WDM(Wavelength Division Multiplexing: wavelength division multiplexing) method is used in optical communication networks of many small optical module or the like have been developed.
A silicon waveguide of the graphene nano-heater can be placed directly onto an optical phased array is to enhance the heating efficiency are known (for example, see Non-Patent Document 1).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 入射光ポートに接続される第1の光導波路と、
 第1の出射光ポートに接続される第2の光導波路と、
 第2の出射光ポートに接続される第3の光導波路と、
 前記第1の光導波路を伝搬する入射光を、前記第2の光導波路と前記第3の光導波路の少なくとも一方に光学的に結合する光部品と、
 少なくとも前記光部品が設けられるエリアに配置されるナノカーボン材料と、
 前記ナノカーボン材料に電気信号を印加する電極対と、
を有し、前記電気信号の印加によって、前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートの間で光路が切り替えられることを特徴とする光デバイス。

[請求項2]
 前記第1の光導波路と前記第2の光導波路は連続する一本の導波路であり、
 前記光部品は、前記一本の導波路と前記第3の光導波路の間に配置される光共振器であり、
 少なくとも前記光共振器を覆う前記ナノカーボン材料への前記電気信号の印加によって、前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートの間で光路が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。

[請求項3]
 前記光部品はマッハツェンダ干渉計であり、
 前記入射光ポートは前記マッハツェンダ干渉計の一端に光学的に結合されており、
 前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートは、前記マッハツェンダ干渉計の他端に光学的に結合されており、
 前記マッハツェンダ干渉計の一方のアームに配置される第1のナノカーボン材料と、
 前記マッハツェンダ干渉計の他方のアームに配置される第2のナノカーボン材料と、
 を有し、
 前記電気信号によって前記第1のナノカーボン材料の通電状態と、前記第2のナノカーボン材料の通電状態が個別に制御されて、前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートの間で光路が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。

[請求項4]
 前記光部品は方向性カプラ、マルチモードカプラ、またはYスプリッタであり、
 前記入射光ポートは、前記光部品の結合部の入力端に光学的に結合され、
 前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートは、前記結合部の出力端にそれぞれ光学的に結合され、
 少なくとも前記結合部を覆う前記ナノカーボン材料への前記電気信号の印加によって、前記結合部での干渉状態が変化して、前記第1の出射光ポートと前記第2の出射光ポートの間で光路が切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。

[請求項5]
 前記結合部を覆う前記ナノカーボン材料は、前記光部品の光軸に対して非対称な平面形状を有することを特徴とする請求項4に記載の光デバイス。

[請求項6]
 入射光を複数のチャンネルに分岐する光結合器と、
 前記複数のチャンネルにそれぞれ設けられる複数の位相変調器と、
 前記複数の位相変調器の出力に結合される複数の出射光ポートと、
を有し、
 前記複数の位相変調器はナノカーボン材料で覆われる被覆領域を有し、外部から前記ナノカーボン材料に印加される電気信号によって前記複数の位相変調器を通過する光の位相が変化し、
 前記複数の位相変調器で与えられる位相差によって、前記複数の出射光ポートから出射される出射光の方向が決まることを特徴とする光デバイス。

[請求項7]
 前記複数の位相変調器は、並列またはアレイ状に配置され、
 各位相変調器は、前記ナノカーボン材料によって個別に覆われた前記被覆領域を有し、
 前記ナノカーボン材料への通電加熱によって前記複数の位相変調器の位相変化量が個別に制御されることを特徴とする請求項6に記載の光デバイス。

[請求項8]
 前記複数の位相変調器は、並列またはアレイ状に配置され、
 前記ナノカーボン材料は、前記複数の位相変調器に共通に設けられており、
 各位相変調器が前記ナノカーボン材料で覆われる前記被覆領域の形状またはサイズは、前記複数のチャンネル間で異なることを特徴とする請求項6に記載の光デバイス。

[請求項9]
 前記複数の位相変調器は、直列または多段接続されて、同じ位相変化量を有し、
 各位相変調器の後段で前記入射光の一部が取り出されて前記複数の出射光ポートに結合されることを特徴とする請求項6に記載の光デバイス。

[請求項10]
 前記複数の位相変調器の各々は、光導波路、1以上の光共振器、前記光導波路と前記光共振器の組み合わせ、または周期的な屈折率分布を有するナノ構造体で形成される位相変調部を有し、
 前記位相変調部が前記ナノカーボン材料で被覆されていることを特徴とする請求項6~9のいずれか1項に記載の光デバイス。

[請求項11]
 入射光を複数のチャンネルに分岐する光結合器と、前記複数のチャンネルにそれぞれ設けられる複数の位相変調器と、外部からの電気信号による通電加熱によって各チャンネルを通過する光の位相を変化させるナノカーボン材料とを有するアレイ位相変調器と、
 前記アレイ位相変調器の出力に接続される複数のアレイ導波路と、
 前記複数のアレイ導波路に接続されて前記複数のアレイ導波路からの出力光を所定の位置に集光させる集光導波路と、
 前記集光導波路の出力に接続される出射光ポートと、
を有し、
 前記電気信号によって前記複数の位相変調器の位相変化量が制御されて、前記集光導波路の出射端での集光位置が決まることを特徴とする光デバイス。

[請求項12]
 前記集光導波路の出射端に接続される複数の出力導波路、
をさらに有し、
 前記出射光ポートは、前記複数の出力導波路のそれぞれに接続される複数の出射光ポートを含み、
 前記位相変化量の制御により、前記集光位置が前記複数の出力導波路のいずれかに合わせられて前記複数の出射光ポートから1つの出射光ポートが選択されることを特徴とする請求項11に記載の光デバイス。

[請求項13]
 前記集光導波路の出射端に接続される単一の出力導波路、
をさらに有し、
 前記出射光ポートは、前記出力導波路に接続される単一の出射光ポートであり、
 前記入射光は複数の波長を含み、
 前記位相変化量の制御により、波長に依存して前記集光位置がシフトして、前記出力導波路から特定の波長の光が取り出されることを特徴とする請求項11に記載の光デバイス。

[請求項14]
 請求項7~10のいずれか1項の光デバイスを用いて前記複数の出射光ポートから出射する光を所定の角度範囲内で掃引する投光部と、
 前記所定の角度範囲内に存在する物体からの反射光を受光する受光部と、
 前記受光部での受光結果に基づいて前記物体の距離を計測する制御回路と、
を有する光検出及び測距装置。

[請求項15]
 周期的な屈折率分布を有するナノ構造体と、
 前記ナノ構造体を覆うナノカーボン材料と、
 前記ナノカーボン材料に印加される電気信号を入力する電極と、
を有し、前記ナノカーボン材料の通電加熱によって前記ナノ構造体の屈折率または伝搬光との相互作用が変調されて前記ナノ構造体に入射した光の出射方向が変化することを特徴とする光デバイス。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • KEIO UNIVERSITY
  • Inventor
  • MAKI, Hideyuki
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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