JP3200007B2 - Optical coupler and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical coupler and method of manufacturing the same

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JP3200007B2
JP3200007B2 JP7078296A JP7078296A JP3200007B2 JP 3200007 B2 JP3200007 B2 JP 3200007B2 JP 7078296 A JP7078296 A JP 7078296A JP 7078296 A JP7078296 A JP 7078296A JP 3200007 B2 JP3200007 B2 JP 3200007B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子へ光
を入力するために使用される光結合器、及びその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupler used for inputting light to an optical waveguide device, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光導波路素子への光入力に使用される光
結合器としては、例えば、プリズムを光導波路に押し付
け密着させて構成されるプリズムカプラがある。プリズ
ムカプラでは、プリズムが有る部分と無い部分との境界
(以後、プリズムの「エッジ」と称する)付近に光を入
射する際に、プリズムの有る部分でプリズムと光導波路
との間の空気ギャップをトンネル効果的に通過して光導
波路に入射した光が、基板側で反射された後にはプリズ
ムが存在しないために光導波路の外に出られず、光導波
路の内部を伝搬していくという現象を利用する。
2. Description of the Related Art As an optical coupler used for inputting light to an optical waveguide element, for example, there is a prism coupler formed by pressing a prism against an optical waveguide and closely attaching the prism. In a prism coupler, when light enters near a boundary between a portion having a prism and a portion having no prism (hereinafter, referred to as an “edge” of the prism), an air gap between the prism and the optical waveguide is formed at the portion having the prism. The phenomenon that light that has passed through the tunnel and entered the optical waveguide does not exit the optical waveguide because the prism does not exist after the light is reflected on the substrate side, and propagates inside the optical waveguide. Use.

【0003】プリズムカプラでは、入射光の波長変化に
対する許容性が大きい反面で、プリズムカプラと光導波
路とを一体化することが難しい。そこで、従来では、プ
リズムを光導波路の上に接着剤で接着してプリズムカプ
ラを形成している。
[0003] In a prism coupler, although the tolerance to the wavelength change of incident light is large, it is difficult to integrate the prism coupler and the optical waveguide. Therefore, conventionally, a prism coupler is formed by bonding a prism onto an optical waveguide with an adhesive.

【0004】図12(a)〜(c)は、特開平4−15
9503号公報に記載されているプリズムカプラの構成
を示す断面図である。
FIGS. 12 (a) to 12 (c) show Japanese Unexamined Patent Publication No.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a prism coupler described in Japanese Patent No. 9503.

【0005】図12(a)の構成では、基板201の上
に光導波路の導波層202を形成し、さらにその上に、
導波層202よりも屈折率の低い等価ギャップ層203
を形成する。そして、等価ギャップ層203の上に、接
着剤205によってプリズム204を接着している。こ
の場合、プリズム204に入射した光(不図示)は、接
着部205からトンネル効果的に等価ギャップ層203
を透過して導波層202に入り、導波層202の中を伝
搬する。
In the configuration shown in FIG. 12A, a waveguide layer 202 of an optical waveguide is formed on a substrate 201, and further thereon,
Equivalent gap layer 203 having a lower refractive index than waveguide layer 202
To form Then, the prism 204 is bonded onto the equivalent gap layer 203 with an adhesive 205. In this case, light (not shown) incident on the prism 204 is effectively tunneled from the bonding portion 205 to the equivalent gap layer 203.
And enters the waveguide layer 202 and propagates through the waveguide layer 202.

【0006】また、図12(b)の構成では、図12
(a)の構成において、接着部205の端部に誘電体薄
膜による遮光層207を形成している。また、図12
(c)の構成では、同じく図12(a)の構成におい
て、金属薄膜による遮光層206を等価ギャップ層20
3の上に形成している。これらの遮光層207及び20
6は、適切な大きさの開口部211及び212を有して
いる。それぞれの構成において、プリズム204に入射
した光209は、接着部205からトンネル効果的に等
価ギャップ層203を透過して導波層202に入り、導
波層202の中を伝搬する。
[0006] In the configuration of FIG.
In the configuration shown in FIG. 7A, a light-shielding layer 207 made of a dielectric thin film is formed at an end of the bonding portion 205. FIG.
12C, the light shielding layer 206 made of a metal thin film is replaced with the equivalent gap layer 20 in the configuration of FIG.
3 is formed. These light shielding layers 207 and 20
6 has openings 211 and 212 of appropriate size. In each configuration, the light 209 incident on the prism 204 passes through the equivalent gap layer 203 from the bonding portion 205 in a tunnel effect, enters the waveguide layer 202, and propagates through the waveguide layer 202.

【0007】一方、図13は、特開平4−289531
号公報に開示されている、光導波路素子に一体化された
プリズムカプラの構成である。このプリズムカプラで
は、誘電体膜(第2ギャップ層)305により、光30
8が入射する部分に直線的なエッジ309を形成してい
る。また、この第2ギャップ層305は、光導波路から
の光の再結合、すなわちプリズムから光導波路に結合し
た光が再びプリズム側に出ていくことを抑制する機能も
有する。
[0007] On the other hand, FIG.
Is a configuration of a prism coupler integrated with an optical waveguide element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163,036. In this prism coupler, the dielectric film (second gap layer) 305 causes the light 30
A straight edge 309 is formed at the portion where the light 8 enters. The second gap layer 305 also has a function of suppressing the recombination of light from the optical waveguide, that is, the light coupled from the prism to the optical waveguide from returning to the prism side.

【0008】図13のプリズムカプラに含まれる光導波
路は、以下のように形成される。すなわち、基板301
としてSi基板を使用し、その表面にSiO2層をバッ
ファ層302として形成する。バッファ層302の上に
は、SiON層をコア層303として形成する。さら
に、コア層303の上には、それぞれがSiO2からな
る第1ギャップ層304及び第2ギャップ層305を形
成する。これによって、光導波路が構成される。また、
第2ギャップ層305を設けないことによって形成され
た溝に光硬化性の接着剤306を注入して、この接着剤
306によって高屈折率のフリントガラスからできたプ
リズム307を光導波路に接着している。
[0008] The optical waveguide included in the prism coupler of FIG. 13 is formed as follows. That is, the substrate 301
Is used, and an SiO 2 layer is formed as a buffer layer 302 on the surface thereof. On the buffer layer 302, a SiON layer is formed as a core layer 303. Further, a first gap layer 304 and a second gap layer 305 each made of SiO 2 are formed on the core layer 303. Thus, an optical waveguide is formed. Also,
A photocurable adhesive 306 is injected into a groove formed by not providing the second gap layer 305, and the prism 307 made of flint glass having a high refractive index is bonded to the optical waveguide by the adhesive 306. I have.

【0009】次に、このように構成されるプリズムカプ
ラの結合原理は以下の通りである。プリズム307に入
射した光308は、第2ギャップ層305の無い部分で
第1ギャップ層304をトンネル効果的に透過して、コ
ア層303に入る。コア層303に入った光は、バッフ
ァ層302とコア層303との境界で反射された後に、
光導波路の表面方向に再び進む。しかし、今度は第2ギ
ャップ層305があるためにコア層303の上に存在す
る膜の厚さが相対的に大きくなり、光がコア層303の
外へ透過できない。この結果、光は光導波路のコア層3
03の中を伝搬していき、光の再結合が小さくなる。
Next, the coupling principle of the prism coupler constructed as described above is as follows. The light 308 that has entered the prism 307 passes through the first gap layer 304 in a portion where the second gap layer 305 does not exist, and enters the core layer 303. The light entering the core layer 303 is reflected at the boundary between the buffer layer 302 and the core layer 303,
It proceeds again toward the surface of the optical waveguide. However, since the second gap layer 305 is present, the thickness of the film existing on the core layer 303 becomes relatively large, so that light cannot be transmitted out of the core layer 303. As a result, light is transmitted to the core layer 3 of the optical waveguide.
03, the light recombination decreases.

【0010】なお、基板301の所定の箇所には、フォ
トダイオード310が設けられている。フォトダイオー
ド310の上では、バッファ層302に溝が設けられて
いて、コア層303が基板301に直接に接している。
コア層303の内部を伝搬してきた光は、この部分を通
ってフォトダイオード310に導かれる。
A photodiode 310 is provided at a predetermined position on the substrate 301. On the photodiode 310, a groove is provided in the buffer layer 302, and the core layer 303 is in direct contact with the substrate 301.
Light that has propagated inside the core layer 303 is guided to the photodiode 310 through this portion.

【0011】第1ギャップ層304と第2ギャップ層3
05との階段状構造は、これらの層を形成するSiO2
を所定の箇所で第2ギャップ層305の厚さの分だけエ
ッチングで掘り込んで第1ギャップ層304の厚さを決
め、これによって、第2ギャップ層305の有る部分と
無い部分との境界を形成する。
First gap layer 304 and second gap layer 3
05, the SiO 2 layer forming these layers
Is etched at a predetermined location by an amount corresponding to the thickness of the second gap layer 305 to determine the thickness of the first gap layer 304, whereby the boundary between the portion where the second gap layer 305 exists and the portion where the second gap layer 305 does not exist is determined. Form.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】図12(a)の構成で
は、接着部205のエッジ部分が直線的ではないので、
入射光のスポット(光導波路202の上で入射方向が長
径となる楕円状になる)の長径方向の入射位置(エッジ
からスポットの中心までの距離で定める)を最適にしよ
うとしても、結合効率(入射光から光導波路の内部の導
波光への変換効率)が短径方向の位置に応じて変化して
しまう。従って、結合効率が最大になる光の入射位置を
正確に定めることが困難である。ある位置に光の入射位
置を定めても、必ずしも最大結合効率を得ることができ
ない。
In the configuration shown in FIG. 12A, since the edge portion of the bonding portion 205 is not linear,
Even if an attempt is made to optimize an incident position (determined by a distance from the edge to the center of the spot) in the major axis direction of the incident light spot (an elliptical shape in which the incident direction is the major axis on the optical waveguide 202), the coupling efficiency ( The conversion efficiency from the incident light to the guided light inside the optical waveguide) changes according to the position in the minor axis direction. Therefore, it is difficult to accurately determine the incident position of the light at which the coupling efficiency is maximized. Even if the light incident position is determined at a certain position, the maximum coupling efficiency cannot always be obtained.

【0013】エッジ面の交線の直線性への要求は、入射
ビームスポットの長径に対して相対的に決まるものであ
る。例えば、約10μmの長径を有する入射ビームスポ
ットを持つ入射ビームに対しては、±2.5μmの位置
ずれで最大効率の90%まで結合効率が低下する。この
ことから、ここでの直線とは、小さい入射ビームに対し
ても直線とみなせるような直線性、すなわち、フォトリ
ソグラフィーで得られるような直線性を有する直線のこ
とである。具体的には、直線の度合いで、中心線からの
ずれが±0.5μm程度以下の直線性を有する直線を意
味する。
The requirement for the linearity of the line of intersection of the edge surface is determined relatively to the major axis of the incident beam spot. For example, for an incident beam having an incident beam spot having a major axis of about 10 μm, the coupling efficiency is reduced to 90% of the maximum efficiency with a displacement of ± 2.5 μm. For this reason, the straight line here is a straight line that can be regarded as a straight line even for a small incident beam, that is, a straight line having linearity obtained by photolithography. More specifically, it means a straight line having a degree of linearity and a deviation from the center line of about ± 0.5 μm or less.

【0014】これに対して図12(b)或いは(c)に
示す構成では、遮光層207及び206を設けることに
よって接着部205に直線的なエッジを形成している。
しかし、例えば図12(c)の構成では、導波層202
と遮光層(金属薄膜)206との間には等価ギャップ層
203が存在するだけであるので、導波層202を伝搬
する光が金属薄膜206によって吸収されて次第に減衰
し、結合効率が実質的に低下する。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 12B or 12C, a linear edge is formed in the bonding portion 205 by providing the light shielding layers 207 and 206.
However, for example, in the configuration of FIG.
Since only the equivalent gap layer 203 exists between the light shielding layer (metal thin film) 206 and the light shielding layer (metal thin film) 206, light propagating through the waveguide layer 202 is absorbed by the metal thin film 206 and gradually attenuated, thereby substantially reducing the coupling efficiency. To decline.

【0015】また、図13のプリズムカプラの構成で
は、導波層であるコア層303と接着剤306との間に
存在している第1ギャップ層304及び第2ギャップ層
305の屈折率とコア層303の屈折率との差が、比較
的小さい。第2ギャップ層305を設けることによっ
て、第2ギャップ層305の上に存在してコア層303
よりも高い屈折率を有する高屈折率領域(具体的には、
接着剤306及びプリズム307)によるコア層303
の内部の導波光への影響を抑制して、コア層303を中
心とする光導波路に一旦入った光がその外部に出にくい
状態になっている。しかし、導波光のパワーが集中する
コア層303と高屈折率領域とは、第2ギャップ層30
5によっても完全に分離されていない。従って、高屈折
率領域が光の入射位置から光の伝搬方向にはみ出す分だ
け、再結合による光の損失が発生する。この再結合は、
理論的には、第2ギャップ層305の厚さを十分に厚く
することによって完全に除去可能である。しかし、第2
ギャップ層305を厚くすると、膜応力の増加、或いは
光結合器が一体化される光導波路素子の特性の変化な
ど、好ましくない影響をもたらすことがある。
In the configuration of the prism coupler shown in FIG. 13, the refractive indices of the first gap layer 304 and the second gap layer 305 existing between the core layer 303, which is a waveguide layer, and the adhesive 306 are different from those of the first coupler. The difference from the refractive index of the layer 303 is relatively small. By providing the second gap layer 305, the core layer 303 existing on the second gap layer 305 can be formed.
High refractive index region having a higher refractive index (specifically,
Core layer 303 with adhesive 306 and prism 307)
Of the optical waveguide around the core layer 303 is hardly emitted to the outside. However, the core layer 303 where the power of the guided light is concentrated and the high refractive index region are different from the second gap layer 30.
5 also did not completely separate. Therefore, light loss due to recombination occurs as much as the high refractive index region protrudes from the light incident position in the light propagation direction. This recombination is
Theoretically, the second gap layer 305 can be completely removed by making the thickness sufficiently large. But the second
Thickening the gap layer 305 may cause undesired effects such as an increase in film stress or a change in the characteristics of the optical waveguide element in which the optical coupler is integrated.

【0016】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、(1)光導波路素子
に積層される膜の厚さを増加させることなく再結合によ
る結合効率の低下を防ぎ、安定した結合効率を有する光
結合器を提供すること、及び、(2)そのような光結合
器の製造方法を提供すること、である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has the following objects. (1) Coupling efficiency by recombination without increasing the thickness of a film laminated on an optical waveguide device. And (2) to provide a method for manufacturing such an optical coupler.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の光結合器は、基
板と、該基板の上に積層された光導波路構造であって、
少なくとも該基板上に積層された第1誘電体層と該第1
誘電体層の上に積層された第2誘電体層とを含む、光導
波路構造と、該光導波路構造の上に設置された光入射手
段と、該光入射手段を該光導波路構造に接着する接着部
と、を備える光結合器であって、該接着部の屈折率
b、該第1誘電体層の屈折率n1、及び該第2誘電体層
の屈折率n2の間には、nb>n1>n2なる関係が成立
し、該接着部は該光導波路構造の表面と交わるエッジ面
を有し、該エッジ面と該光導波路構造の表面との交線は
直線であって、該光入射手段は、該エッジ面から該光導
波路構造における光の進行方向に向かって長さPLだけ
突出しており、該突出部と該光導波路構造の表面との間
には該エッジ面の高さに等しい所定の高さ以上の空気ギ
ャップが設けられており、そのことによって上記目的が
達成される。
An optical coupler according to the present invention comprises a substrate and an optical waveguide structure laminated on the substrate,
At least a first dielectric layer laminated on the substrate;
An optical waveguide structure including a second dielectric layer laminated on the dielectric layer, light incident means provided on the optical waveguide structure, and bonding the light incident means to the optical waveguide structure a bonding portion, an optical coupler having a refractive index of the adhesive portion n b, the refractive index n 1 of the first dielectric layer, and between the refractive index n 2 of the second dielectric layer , n b> n 1> n 2 the relationship is satisfied, the adhesive portion has an edge surface intersecting the surface of the optical waveguide structure, line of intersection between the edge surface and the surface of the optical waveguide structure is linear The light incident means protrudes from the edge surface by a length P L in the light traveling direction in the optical waveguide structure, and is provided between the protrusion and the surface of the optical waveguide structure. An air gap having a height equal to or higher than the height of the edge surface is provided, thereby achieving the above object.

【0018】好ましくは、前記エッジ面の高さhは、空
気の屈折率na、前記基板の屈折率ns、前記接着部の屈
折率nb、前記第1誘電体層の屈折率n1、前記第2誘電
体層の屈折率n2、該第1誘電体層の厚さt、該第2誘
電体層の厚さu、前記光入力手段の前記突出部の長さP
Lに対して、以下の関係式(1)及び(2)を満たすよ
うに設定されている(但し、関係式(1)のαrはhの
関数であって、TE光及びTM光それぞれに対する関係
式(2)の方程式の虚数解の虚部のうちで絶対値の大き
いほうである)。
[0018] Preferably, the height h of the edge surface, the refractive index of air n a, the refractive index n s of the substrate, the refractive index n b of the adhesive portion, the refractive index n 1 of the first dielectric layer , The refractive index n 2 of the second dielectric layer, the thickness t of the first dielectric layer, the thickness u of the second dielectric layer, and the length P of the projection of the light input means.
L is set so as to satisfy the following relational expressions (1) and (2) (where α r in the relational expression (1) is a function of h, and The imaginary part of the imaginary solution of the equation (2) has the larger absolute value).

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】[0020]

【数4】 (Equation 4)

【0021】好ましくは、TE光に対する実効屈折率と
TM光に対する実効屈折率とが実質的に等しい。例え
ば、前記基板の屈折率ns=約1.44、前記接着部の
屈折率nb=約1.57、前記第1誘電体層の屈折率n1
=約1.53、前記第2誘電体層の屈折率n2=約1.
43、該第1誘電体層の厚さt=約570nm、及び該
第2誘電体層の厚さu=約100nmである。
Preferably, the effective refractive index for TE light and the effective refractive index for TM light are substantially equal. For example, the refractive index of the substrate n s = about 1.44, the refractive index of the bonding portion n b = about 1.57, and the refractive index of the first dielectric layer n 1
= About 1.53, the refractive of the second dielectric layer constant n 2 = approximately 1.
43, the thickness t of the first dielectric layer is about 570 nm, and the thickness u of the second dielectric layer is about 100 nm.

【0022】ある実施形態では、前記光入射手段がプリ
ズムである。
In one embodiment, the light incident means is a prism.

【0023】他の実施形態では、前記光入射手段が前記
基板に所定の角度で接着された誘電体板である。
In another embodiment, the light incident means is a dielectric plate bonded to the substrate at a predetermined angle.

【0024】好ましくは、前記光入射手段の屈折率と前
記接着部の屈折率とが実質的に等しい。
Preferably, the refractive index of the light incidence means is substantially equal to the refractive index of the bonding portion.

【0025】本発明の他の局面によれば、上記のような
構成を有する光結合器の製造方法が提供される。該方法
は、前記基板の上に前記光導波路構造を形成する工程
と、該光導波路構造の表面にフォトレジストを塗布する
工程と、該フォトレジストに溝を形成する工程と、該フ
ォトレジストの上に前記光入射手段を配置して、接着剤
で該光入射手段を該光導波路構造に接着固定する工程
と、該フォトレジストを除去する工程と、を包含してお
り、そのことによって上記目的が達成される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical coupler having the above configuration. Forming the optical waveguide structure on the substrate; applying a photoresist to a surface of the optical waveguide structure; forming a groove in the photoresist; Disposing the light incident means, bonding the light incident means to the optical waveguide structure with an adhesive, and removing the photoresist, thereby achieving the object. Achieved.

【0026】好ましくは、前記接着剤が光硬化性の接着
剤である。
Preferably, the adhesive is a photo-curable adhesive.

【0027】ある実施形態では、前記光入射手段がプリ
ズムであって、前記接着固定工程は、前記溝の上に該プ
リズムを配置する工程と、該溝に前記接着剤を注入して
該プリズムを前記光導波路構造に接着固定する工程と、
をさらに包含する。
In one embodiment, the light incident means is a prism, and the bonding and fixing step includes a step of disposing the prism on the groove and a step of injecting the adhesive into the groove to form the prism. Adhesively fixing the optical waveguide structure;
Further included.

【0028】他の実施形態では、前記光入射手段が誘電
体板であって、前記接着固定工程は、該誘電体板を前記
光導波路構造の表面に対して所定の角度をなすように保
持する工程と、前記溝を覆うように前記接着剤を供給し
て該誘電体板を該光導波路構造に接着固定する工程と、
をさらに包含する。
In another embodiment, the light incident means is a dielectric plate, and the bonding and fixing step holds the dielectric plate at a predetermined angle with respect to the surface of the optical waveguide structure. And supplying the adhesive so as to cover the groove, and bonding and fixing the dielectric plate to the optical waveguide structure.
Further included.

【0029】また、好ましくは、前記フォトレジストに
溝を形成する工程は、該溝の形成の後処理としてRIE
処理(酸素プラズマ処理)を行う工程をさらに包含す
る。
Preferably, in the step of forming a groove in the photoresist, RIE is performed as a post-process of forming the groove.
The method further includes a step of performing a treatment (oxygen plasma treatment).

【0030】以下、作用について説明する。Hereinafter, the operation will be described.

【0031】以上の構成を有する本発明の光結合器は、
光導波路構造を有する光導波路素子に一体的に形成され
る。このとき、接着部を構成する接着剤が光導波路構造
と光入射手段(すなわち、プリズム或いは誘電体板)と
を接着すると同時に、接着部に形成されたエッジ面が結
合機能を果たす。これによって、光導波路構造に含まれ
る第2誘電体層の厚さを増やすことなく、光結合器を光
導波路素子にその機能を妨げずに一体化することができ
て、膜応力の増加などの問題点の発生も回避できる。
The optical coupler of the present invention having the above-described structure is
It is formed integrally with an optical waveguide element having an optical waveguide structure. At this time, the adhesive forming the bonding portion bonds the optical waveguide structure and the light incident means (that is, the prism or the dielectric plate), and at the same time, the edge surface formed on the bonding portion performs a bonding function. As a result, the optical coupler can be integrated with the optical waveguide element without increasing the thickness of the second dielectric layer included in the optical waveguide structure without obstructing the function thereof, and the increase in film stress can be prevented. Problems can be avoided.

【0032】また、接着部のエッジ面の光導波路構造表
面(例えば、第2誘電体層表面)からの高さを適切に設
定することによって、第2誘電体層の上方に位置してい
て第1誘電体層よりも高い屈折率を有する領域(プリズ
ムや接着部)を、光導波路構造から完全に分離できる。
これによって、再結合に起因する損失を根本的に除去で
きて、光導波路素子に光結合器を一体化する際に、光導
波路の厚さを増すことなく再結合を低減することができ
る。
Also, by appropriately setting the height of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide structure (for example, the surface of the second dielectric layer), the position of the edge surface above the second dielectric layer can be reduced. Regions (prisms and adhesive portions) having a higher refractive index than one dielectric layer can be completely separated from the optical waveguide structure.
Thus, the loss due to the recombination can be fundamentally removed, and the recombination can be reduced without increasing the thickness of the optical waveguide when the optical coupler is integrated with the optical waveguide element.

【0033】また、光結合器を構成する各部分の膜の厚
さや屈折率を適切に設定することによって、TE光及び
TM光に対する結合効率をほぼ等しくすることができ
る。さらに、接着部の屈折率と光入射手段(プリズム或
いは誘電体板)の屈折率とを等しくすることで、これら
の界面での反射率を最小にすることができる。また、プ
リズムを用いる場合には、プリズムと光導波路との間に
存在する接着剤の厚さが薄いために接着剤が薄膜のよう
に作用して引き起こされる多重反射を、ほぼ完全に除去
できる。
Further, by appropriately setting the thickness and the refractive index of the film of each part constituting the optical coupler, the coupling efficiency for TE light and TM light can be made substantially equal. Furthermore, by making the refractive index of the bonding portion equal to that of the light incident means (prism or dielectric plate), the reflectance at the interface between them can be minimized. When a prism is used, multiple reflections caused by the adhesive acting like a thin film due to the small thickness of the adhesive existing between the prism and the optical waveguide can be almost completely removed.

【0034】また、本発明の光結合器の製造方法では、
光結合機能を果たす接着部のエッジ面は、フォトレジス
トで形成した溝の形状を転写するかたちで形成され、ま
たその高さはフォトレジストの厚さで決定される。従っ
て、フォトレジストを厚くすれば、光導波路構造(第2
誘電体層)表面からの接着部のエッジ面の高さとして、
再結合の影響を完全に除去できるだけの高さを確保する
ことができる。
In the method for manufacturing an optical coupler according to the present invention,
The edge surface of the bonding portion that performs the optical coupling function is formed by transferring the shape of the groove formed by the photoresist, and its height is determined by the thickness of the photoresist. Therefore, if the photoresist is thickened, the optical waveguide structure (second
Dielectric layer) As the height of the edge surface of the bonding part from the surface,
A height sufficient to completely eliminate the effects of recombination can be secured.

【0035】接着剤として光硬化性のものを使用すれ
ば、製造時間を短縮できるとともに、接着剤の固化過程
における光入射手段(プリズム或いは誘電体板)の位置
ずれが抑制されて、結合効率の低下防止に貢献する。ま
た、誘電体板はプリズムよりも加工が容易であるため
に、誘電体板を用いて光結合器を構成すれば、プリズム
を用いる場合に比べて製造コストの削減を図ることがで
きる。
If a photo-curable adhesive is used, the manufacturing time can be shortened, and the displacement of the light incident means (prism or dielectric plate) in the process of solidifying the adhesive is suppressed, and the coupling efficiency is reduced. Contributes to prevention of deterioration. In addition, since the dielectric plate is easier to process than the prism, if the optical coupler is formed using the dielectric plate, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the prism is used.

【0036】さらに、光入射手段(プリズム或いは誘電
体板)を光導波路表面に接着する前に、溝形成工程の後
処理として、溝の形成プロセスで光導波路の表面に生じ
たレジスト現像液の有機残さの除去や光導波路表面の変
質層の除去のためのRIE処理(酸素プラズマ処理)を
行えば、光入射手段を光導波路に接着する際の接着力が
高まる。
Further, before adhering the light incident means (prism or dielectric plate) to the surface of the optical waveguide, as a post-processing of the groove forming step, an organic solvent of the resist developing solution generated on the surface of the optical waveguide in the groove forming process. If RIE processing (oxygen plasma processing) is performed to remove the residue or remove the altered layer on the surface of the optical waveguide, the adhesive strength at the time of bonding the light incident means to the optical waveguide is increased.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
おける光結合器100の構成を示す断面図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an optical coupler 100 according to a first embodiment of the present invention.

【0038】図1の光結合器100では、基板3の上に
第1誘電体層1及び第2誘電体層2が積層されて、光導
波路6が構成されている。第2誘電体層2の上には、プ
リズム4が、結合用のエッジ面7が形成された接着部5
を介して接着されている。ここで、接着部5となる接着
剤は透明であることが好ましい。接着部5のエッジ面7
は光導波路6の表面に交わっており、エッジ面7と光導
波路6の表面との交線は直線である。プリズム4は、エ
ッジ面7から光導波路6における光の進行方向に向かっ
てある長さだけ突出しており、突出部と光導波路6の表
面との間には、エッジ面7の高さに等しい所定の高さ以
上の空気ギャップが設けられている。
In the optical coupler 100 shown in FIG. 1, the first dielectric layer 1 and the second dielectric layer 2 are laminated on the substrate 3 to form the optical waveguide 6. On the second dielectric layer 2, the prism 4 is provided with an adhesive portion 5 on which an edge surface 7 for coupling is formed.
Is glued through. Here, it is preferable that the adhesive used as the bonding part 5 is transparent. Edge surface 7 of bonding portion 5
Intersects the surface of the optical waveguide 6, and the line of intersection between the edge surface 7 and the surface of the optical waveguide 6 is a straight line. The prism 4 protrudes from the edge surface 7 by a certain length in the light traveling direction in the optical waveguide 6, and a predetermined distance equal to the height of the edge surface 7 is provided between the protrusion and the surface of the optical waveguide 6. Is provided.

【0039】図1の構成では、プリズム4を光導波路6
に接着して光結合器100が構成されているが、このう
ちのプリズム4は、入射光を空気中から、導波路6より
も高い屈折率を有する領域に導く役割を果たしている。
これに対して、実際に光の結合に関係しているのは、接
着部5のエッジ面7である。その光の結合原理を、以下
に説明する。プリズム4の中から接着部5のエッジ面7
の付近に達した入射光は、接着部5と第2誘電体層2と
の境界に全反射の入射角で入射するにもかかわらず、第
2誘電体層2をトンネル効果的に透過して第1誘電体層
1に入る。しかし、光は、基板3には透過せずに、基板
3と第1誘電体層1との境界で全反射されて、光導波路
6の表面方向に向かう。しかし、今度は第1誘電体層1
の上に第2誘電体層2に接する接着部5が存在しないの
で、基板3の方向に全反射される。以後は、このような
全反射を光導波路6の上下の境界で繰り返しながら、光
は光導波路6の内部を伝搬していく。
In the configuration shown in FIG. 1, the prism 4 is connected to the optical waveguide 6
The optical coupler 100 is formed by adhering to the optical coupler 100. The prism 4 plays a role of guiding incident light from the air to a region having a higher refractive index than the waveguide 6.
On the other hand, what actually relates to the light coupling is the edge surface 7 of the bonding portion 5. The light coupling principle will be described below. Edge surface 7 of bonding portion 5 from inside prism 4
Is incident on the boundary between the bonding portion 5 and the second dielectric layer 2 at an incident angle of total reflection, and passes through the second dielectric layer 2 in a tunnel effect. It enters the first dielectric layer 1. However, the light does not pass through the substrate 3 but is totally reflected at the boundary between the substrate 3 and the first dielectric layer 1 and travels toward the surface of the optical waveguide 6. However, this time the first dielectric layer 1
Since there is no bonding portion 5 in contact with the second dielectric layer 2 above, the light is totally reflected in the direction of the substrate 3. Thereafter, the light propagates inside the optical waveguide 6 while repeating such total reflection at the upper and lower boundaries of the optical waveguide 6.

【0040】以下に、図1の光結合器100の構成材料
について説明する。
Hereinafter, constituent materials of the optical coupler 100 of FIG. 1 will be described.

【0041】基板3は、光結合器100が一体的に形成
される光導波路素子の用途によって、その構成材料を適
切に選択する。具体的には、ガラス基板のような単なる
誘電体基板が使用できることに加えて、受光素子と一体
化した光導波路素子に対する光結合器として用いる場合
には、Si基板の上に誘電体層が形成されている基板を
使用することができる。誘電体層としては、SiO
2層、リンドープけい酸ガラス(PSG)層、或いはス
ピンコート可能なガラス材料(SOG)層などを形成す
る。
The constituent material of the substrate 3 is appropriately selected depending on the use of the optical waveguide element in which the optical coupler 100 is integrally formed. Specifically, in addition to being able to use a simple dielectric substrate such as a glass substrate, when used as an optical coupler for an optical waveguide element integrated with a light receiving element, a dielectric layer is formed on a Si substrate. Substrates that have been used can be used. As the dielectric layer, SiO
Two layers, a phosphorus-doped silicate glass (PSG) layer, a spin-coatable glass material (SOG) layer, or the like is formed.

【0042】第1誘電体層1の構成材料は、光結合器1
00が一体的に形成される光導波路素子の導波層の材料
に依存して変わるが、導波層の構成材料として知られて
いるSiON、或いはコーニング社製の#7059ガラ
スなどを使用することができる。本実施形態では、コー
ニング社製の#7059ガラスを第1誘電体層1として
用いる。
The constituent material of the first dielectric layer 1 is the optical coupler 1
Although 00 changes depending on the material of the waveguide layer of the optical waveguide element formed integrally, SiON known as a constituent material of the waveguide layer, or # 7059 glass manufactured by Corning Incorporated is used. Can be. In the present embodiment, # 7059 glass manufactured by Corning is used as the first dielectric layer 1.

【0043】また、第2誘電体層2の構成材料には、第
1誘電体層1よりも低い屈折率を有する材料を使用す
る。例えば、上記のように第1誘電体層1としてコーニ
ング社製の#7059ガラスを使用する場合には、Si
2やSOGを用いる。
As the constituent material of the second dielectric layer 2, a material having a lower refractive index than that of the first dielectric layer 1 is used. For example, when # 7059 glass manufactured by Corning is used as the first dielectric layer 1 as described above, Si
O 2 or SOG is used.

【0044】図2(a)及び(b)、ならびに図3を参
照して、図1に示す光結合器100を、図2(a)及び
(b)に上面図及び断面図を示す光導波路素子に一体化
して形成した構成を説明する。光結合器100は、図2
(a)に「A」として示す領域に、形成される。なお、
以下の説明では、プリズム104、接着部105、第1
誘電体層101、第2誘電体層102、及び基板103
(但し、基板3が、Si等の半導体基板や金属基板の表
面に誘電体層を形成した基板である場合には、その誘電
体層)の屈折率を、それぞれnp、nb、n1、n2、及び
sとする。
Referring to FIGS. 2A and 2B and FIG. 3, the optical coupler 100 shown in FIG. 1 is replaced with an optical waveguide shown in FIGS. 2A and 2B in top view and sectional view. A configuration formed integrally with the element will be described. The optical coupler 100 has the configuration shown in FIG.
It is formed in a region shown as “A” in FIG. In addition,
In the following description, the prism 104, the bonding portion 105, the first
Dielectric layer 101, second dielectric layer 102, and substrate 103
(However, when the substrate 3 is a substrate in which a dielectric layer is formed on the surface of a semiconductor substrate such as Si or a metal substrate, the dielectric layer is set to n p , n b , n 1). , N 2 and n s .

【0045】この光導波路素子は、図2(a)の上面図
に模式的に示すように、同時に入射して伝搬してきたT
E光及びTM光の2種類の偏光を偏光分離部109でそ
れぞれに分離し、その後に異なるフォトダイオード10
8a及び108bで受光する構成になっている。また、
この光導波路素子では、図2(b)の断面図に示すよう
に、フォトダイオード108(図2(a)の108a及
び108bを総称的に示す)を形成したSi基板111
の表面に誘電体層110を形成した基板103を用いて
いる。基板103の表面上であって偏光分離部109に
相当する箇所には、テーパ状の端部を有する高さ約80
nmのTa25層109aが形成されている。さらに、
それらの最表面には、導波層としてコーニング社製の#
7059ガラス層101(屈折率n1=約1.53)を
厚さ約570nmに積層する。これによって、光導波路
106が構成される。上記の構成において、Si基板1
11の表面の誘電体層110としては、屈折率ns=約
1.44のSiO2層を設ける。なお、上記の屈折率の
値は、いずれも波長780nmの光に対する測定値であ
る。
As shown schematically in the top view of FIG. 2 (a), this optical waveguide element has
The two kinds of polarized light of the E light and the TM light are separated into each other by the polarization separating unit 109, and thereafter, the different photodiodes 10 are used.
It is configured to receive light at 8a and 108b. Also,
In this optical waveguide device, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2B, a Si substrate 111 on which a photodiode 108 (generally showing 108a and 108b in FIG. 2A) is formed.
A substrate 103 having a dielectric layer 110 formed on the surface thereof is used. On a surface of the substrate 103 corresponding to the polarization separating portion 109, a height of about 80 having a tapered end portion is provided.
A Ta 2 O 5 layer 109 a of nm is formed. further,
On their outermost surface, a Corning #
A 7059 glass layer 101 (refractive index n 1 = about 1.53) is laminated to a thickness of about 570 nm. Thus, the optical waveguide 106 is configured. In the above configuration, the Si substrate 1
As the dielectric layer 110 on the surface of 11, an SiO 2 layer having a refractive index n s = about 1.44 is provided. Each of the above refractive index values is a measured value with respect to light having a wavelength of 780 nm.

【0046】図3は、上記のような構成を有する光導波
路素子の領域A(図2(a)参照)に、図1の光結合器
100を形成した構成を示す断面図である。この場合に
は、#7059ガラス層101が図1の構成における第
1誘電体層1として機能し、さらにその上に、図1の第
2誘電体層2として機能する屈折率n2=約1.43を
有するSiO2層102を形成する。さらにその後に、
接着部105を介してプリズム104を第2誘電体層1
02の上に形成して、光結合器100を形成する。な
お、第2誘電体層(SiO2層)102の屈折率値n
2は、第1誘電体層101、プリズム104及び接着部
105の屈折率値n1、np及びnbの値よりも小さい。
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration in which the optical coupler 100 of FIG. 1 is formed in the region A (see FIG. 2A) of the optical waveguide device having the above configuration. In this case, the # 7059 glass layer 101 functions as the first dielectric layer 1 in the configuration of FIG. 1 and further has a refractive index n 2 of about 1 that functions as the second dielectric layer 2 of FIG. forming a SiO 2 layer 102 having a .43. And then,
The prism 104 is connected to the second dielectric layer 1 via the bonding portion 105.
02 to form the optical coupler 100. The refractive index value n of the second dielectric layer (SiO 2 layer) 102
2 is smaller than the refractive index values n 1 , n p and n b of the first dielectric layer 101, the prism 104 and the bonding portion 105.

【0047】プリズム104の屈折率npは、n1、n2
及びnsの値よりも大きい必要がある。特に、プリズム
104と接着部105との界面での光の反射を抑制する
ためには、接着部105の屈折率nbと同じか或いはそ
れに近い値であることが望ましい。例えば、プリズム1
04と接着部105との間の界面への光の入射角をθbi
とし、プリズム104と接着部105との間の界面での
反射率を所望の値R以下に抑制するためには、接着部1
05の屈折率nbを、以下の2つの条件式を満たすよう
に設定する必要がある。
The refractive index n p of the prism 104 is n 1 , n 2
And n s . In particular, in order to suppress the reflection of light at the interface between the prism 104 and the bonding portion 105, it is desirable that the refractive index is equal to or close to the refractive index n b of the bonding portion 105. For example, prism 1
04 and the angle of incidence of the light on the interface theta bi between the adhesive portion 105
In order to suppress the reflectance at the interface between the prism 104 and the bonding portion 105 to a desired value R or less, the bonding portion 1
It is necessary to set the refractive index n b of 05 so as to satisfy the following two conditional expressions.

【0048】[0048]

【数5】 (Equation 5)

【0049】[0049]

【数6】 (Equation 6)

【0050】例えば、プリズム104を屈折率np=約
1.57の材料(例えば硝材LF5)で形成する場合に
は、プリズム104と接着部105との間の界面での反
射をほぼ0にするためには、プリズム104の屈折率n
p=約1.57に近い屈折率nbを有するUV硬化型の接
着剤によって接着部105を形成する。具体的には、ロ
ックタイト社製のLX−2310Cを用いることができ
る。
For example, when the prism 104 is formed of a material having a refractive index n p = about 1.57 (for example, glass material LF5), the reflection at the interface between the prism 104 and the bonding portion 105 is reduced to almost zero. For this purpose, the refractive index n of the prism 104
The bonding portion 105 is formed by a UV-curable adhesive having a refractive index n b close to p = 1.57. Specifically, LX-2310C manufactured by Loctite Co., Ltd. can be used.

【0051】次に、第2誘電体層102の厚さの設定方
法を説明する。
Next, a method for setting the thickness of the second dielectric layer 102 will be described.

【0052】本実施形態のプリズムカプラで、TE偏光
に対する結合効率とTM偏光に対する結合効率とをほぼ
等しくし、且つ最大値にできるだけ近付けるためには、
TE光に対する最適入射角θTEとTM光に対する最適入
射角θTMとをほぼ等しくするように、光結合器100を
構成する。ここで、TE光及びTM光に対する実効屈折
率NTE及びNTM(光導波路における各モードの位相定数
を波数ko=2π/λ(λは波長)で除した値)を用い
て、
In order to make the coupling efficiency for the TE polarized light and the coupling efficiency for the TM polarized light approximately equal and close to the maximum value as much as possible in the prism coupler of this embodiment,
As almost equal to the optimum incidence angle theta TM for the optimum incidence angle theta TE and TM light to TE light, constituting the optical coupler 100. Here, using the effective refractive indices N TE and N TM (the value obtained by dividing the phase constant of each mode in the optical waveguide by the wave number k o = 2π / λ (λ is the wavelength)) for the TE light and the TM light,

【0053】[0053]

【数7】 (Equation 7)

【0054】[0054]

【数8】 (Equation 8)

【0055】なる関係式を考慮すれば、θTEとθTMとを
ほぼ等しくする条件はNTE≒NTMとなる。
Considering the following relational expression, the condition for making θ TE and θ TM substantially equal is N TE ≒ N TM .

【0056】実効屈折率NTE及びNTMは、空気、接着部
105、第1誘電体層101、第2誘電体層102、及
び基板103の屈折率をそれぞれna、nb、n1、n2
及びnsとし、第1誘電体層101及び第2誘電体層1
02の厚さをそれぞれt及びuとし、接着部105のエ
ッジ面の第2誘電体102の表面からの高さをhとした
ときに、下記の関係式(2)に含まれる方程式の複素解
βTE及びβTMの実部として求めることができる。
The effective refractive indices NTE and NTM are the refractive indices of air, the bonding portion 105, the first dielectric layer 101, the second dielectric layer 102, and the substrate 103, respectively, n a , n b , n 1 , n 2 ,
And n s, and the first dielectric layer 101 and the second dielectric layer 1
02 are t and u, respectively, and the height of the edge surface of the bonding portion 105 from the surface of the second dielectric 102 is h, the complex solution of the equation contained in the following relational expression (2) It can be obtained as the real part of β TE and β TM .

【0057】[0057]

【数9】 (Equation 9)

【0058】上記の関係式(2)における方程式で、光
が入射する部分ではh=0である。光結合器100を構
成する各部分の屈折率や膜の厚さが、それぞれna
1.0、nb=約1.57、n1=約1.53、n2=約
1.43、ns=約1.44、及びt=約570nmで
あるとき、u=約100nmとして上記方程式の解を求
めると、 NTE=1.4852及びNTM=1.4842
であって、 NTE≒NTMが満たされる。従って、光結合
器100を構成する各部分の厚さや屈折率の値を、上記
のように設定すればよい。
In the equation in the above relational expression (2), h = 0 in a portion where light enters. The refractive index and the thickness of the film of each part constituting the optical coupler 100 are respectively n a =
When 1.0, n b = about 1.57, n 1 = about 1.53, n 2 = about 1.43, n s = about 1.44, and t = about 570 nm, u = about 100 nm. Solving the above equation gives N TE = 1.4852 and N TM = 1.4842
And NTENTM is satisfied. Therefore, the thickness and the value of the refractive index of each part constituting the optical coupler 100 may be set as described above.

【0059】次に、プリズム104の形状を説明する。Next, the shape of the prism 104 will be described.

【0060】プリズム104として台形プリズムを使用
する場合には、図3に示すプリズム104の底角φを、
以下に示す角度θopにおよそ等しくすることによって、
TE偏光及びTM偏光のそれぞれの最適な入射方向に対
してプリズム104の斜面がほぼ垂直になり、両偏光に
対する結合効率をほぼ等しく且つ最大値に近付けること
ができる。
When a trapezoidal prism is used as the prism 104, the base angle φ of the prism 104 shown in FIG.
By making approximately equal to the angle θ op shown below,
The inclined surface of the prism 104 is substantially perpendicular to the optimal incident direction of each of the TE polarized light and the TM polarized light, so that the coupling efficiencies for both polarized lights are substantially equal and approach the maximum value.

【0061】[0061]

【数10】 (Equation 10)

【0062】先に求まったNTE=1.4852及びNTM
=1.4842について、上式よりθop=約71゜とな
る。従って、プリズム104の底角は約71゜とする。
このような形状の設定に加えて、プリズム104の表面
に無反射コーティングを施すことによって、プリズム1
04の入射面での反射率をさらに低減できる。
N TE = 1.4852 and N TM determined earlier
= 1.4842, from the above equation, θ op = about 71 °. Therefore, the base angle of the prism 104 is about 71 °.
In addition to the setting of the shape, by applying an anti-reflection coating to the surface of the prism 104, the prism 1
04, the reflectance at the incident surface can be further reduced.

【0063】なお、プリズムの形状は、光の入射方向に
対して反射による損失が最も小さくなるように定めれば
よい。例えば、図1の形状の他に、図4に示す光結合器
150のように、入射光を面で一旦全反射させてから光
導波路に入射させる形状を有するプリズム4aであって
もよい。なお、図4で、図1と同じ構成要素には同じ参
照番号を付しており、その説明は省略する。
The shape of the prism may be determined so that the loss due to reflection in the light incident direction is minimized. For example, in addition to the shape shown in FIG. 1, a prism 4a having a shape in which incident light is once totally reflected on a surface and then made incident on an optical waveguide, such as an optical coupler 150 shown in FIG. 4, may be used. Note that, in FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0064】次に、接着部105のエッジ面の第2誘電
体層102の表面からの高さhの決定方法を、図5を参
照して説明する。
Next, a method of determining the height h of the edge surface of the bonding portion 105 from the surface of the second dielectric layer 102 will be described with reference to FIG.

【0065】本実施形態の光結合器100でも、エッジ
面の高さhが十分でないと、光導波路6の上に高さhだ
け離れて存在しているプリズム4などの高屈折率領域に
向けて、図5に示すように光導波路6を伝搬する導波光
が透過(再結合)して、結合効率が低下する。これよ
り、図5に示す光の入射位置からプリズム4がはみ出し
ている長さをPLとし、TE及びTM両偏光に対する放
射係数(先述の方程式の複素解βTE及びβTMの虚部)の
うちで絶対値が大きい方をαr(hの関数)としたとき
に、接着部5のエッジ面の光導波路6(具体的には、第
2誘電体層)の表面からの高さhは、次式を満たすこと
が望ましい。
In the optical coupler 100 of the present embodiment, if the height h of the edge surface is not sufficient, the optical coupler 100 is directed toward a high refractive index region such as the prism 4 existing above the optical waveguide 6 by a distance h. As shown in FIG. 5, the guided light propagating through the optical waveguide 6 is transmitted (recombined), and the coupling efficiency is reduced. Accordingly, the length of the prism 4 protruding from the light incident position shown in FIG. 5 is represented by P L, and the radiation coefficients (the imaginary parts of the complex solutions β TE and β TM of the above-described equations) for both TE and TM polarized light are represented by P L. When the larger absolute value is α r (a function of h), the height h of the edge surface of the bonding portion 5 from the surface of the optical waveguide 6 (specifically, the second dielectric layer) is It is desirable to satisfy the following expression.

【0066】[0066]

【数11】 [Equation 11]

【0067】図6(a)〜(c)は、光の波長を780
nmとし、基板103の屈折率が約1.44、第1誘電
体層101の屈折率が約1.53、第2誘電体層102
の屈折率が約1.43である光導波路106にプリズム
104を接着した場合における、接着部105における
エッジ面の高さhと規格化伝送パワーとの関係を示すグ
ラフである。ここで、規格化伝送パワーとは、再結合損
失による結合効率の最大結合効率からの低下分(上式の
左辺に相当)を最大結合効率から引いたものである。図
6(a)〜(c)の縦軸は、1mm伝搬時(PL=1m
m)の規格化伝送パワーであって、この値が1に近いほ
ど、再結合による結合効率の低下が小さいことになる。
なお、図6(a)、(b)及び(c)は、それぞれプリ
ズムの屈折率npが1.58,1.57及び1.56の
場合のグラフである。但し、接着部105の屈折率はプ
リズムの屈折率にほぼ等しいとする。また、図6(a)
〜(c)の各グラフで、はTE偏光入射で第1誘電体
層101の厚さが約100nmである場合、はTE偏
光入射で第1誘電体層101の厚さが約50nmである
場合、はTM偏光入射で第1誘電体層101の厚さが
約100nmである場合、はTM偏光入射で第1誘電
体層101の厚さが約50nmである場合のデータを示
す。
FIGS. 6A to 6C show that the wavelength of light is 780.
nm, the substrate 103 has a refractive index of about 1.44, the first dielectric layer 101 has a refractive index of about 1.53, and the second dielectric layer 102 has a refractive index of about 1.53.
11 is a graph showing the relationship between the height h of the edge surface at the bonding portion 105 and the normalized transmission power when the prism 104 is bonded to the optical waveguide 106 having a refractive index of about 1.43. Here, the normalized transmission power is the recombination loss
Loss from the maximum coupling efficiency due to loss (
(Equivalent to the left side) is subtracted from the maximum coupling efficiency . The vertical axes in FIGS. 6A to 6C are for 1 mm propagation (PL = 1 m
m), the closer the value is to 1, the smaller the decrease in coupling efficiency due to recombination.
FIGS. 6A, 6B and 6C are graphs when the refractive index n p of the prism is 1.58, 1.57 and 1.56, respectively. However, it is assumed that the refractive index of the bonding portion 105 is substantially equal to the refractive index of the prism. FIG. 6 (a)
In the graphs of (c) to (c), when the thickness of the first dielectric layer 101 is about 100 nm when the TE polarized light is incident, and when the thickness of the first dielectric layer 101 is about 50 nm when the TE polarized light is incident. Shows data when the thickness of the first dielectric layer 101 is about 100 nm when the TM polarized light is incident, and shows data when the thickness of the first dielectric layer 101 is about 50 nm when the TM polarized light is incident.

【0068】図6(a)〜(c)に示されるように、接
着部の屈折率が変化しても、接着部のエッジ面の高さh
が約0.6μm以上であれば、再結合を完全に抑制して
結合効率の低下を抑えることができる。
As shown in FIGS. 6A to 6C, even if the refractive index of the bonded portion changes, the height h of the edge surface of the bonded portion is changed.
Is about 0.6 μm or more, recombination can be completely suppressed, and a decrease in coupling efficiency can be suppressed.

【0069】次に、図3における光入力部(光結合器を
作成する部分)の光導波路を光導波路52として、図7
(a)〜(g)を参照して本実施形態における光結合器
の製造方法を説明する。
Next, the optical waveguide of the optical input section (portion for forming the optical coupler) in FIG.
With reference to (a) to (g), a method for manufacturing the optical coupler in the present embodiment will be described.

【0070】まず、図7(a)に示すように、光導波路
52の上に、フォトレジスト51を塗布する。ここで、
フォトレジスト51の厚さwは、エッジ面の高さhに対
応する。先に述べたようにエッジ面の高さhが約0.6
μm以上であれば、再結合による結合効率の低下をほぼ
なくすことができる。従って、フォトレジスト51の厚
さwも、少なくとも約0.6μm以上とする必要があ
る。但し、接着剤の屈折率は周辺温度など様々な条件で
変化するので、プリズム54と光導波路52との間の接
着剤が薄膜として機能しないように、接着部のエッジ面
の高さhを決定するフォトレジスト51の厚さwは、
0.6μmよりも十分に厚くすることが好ましい。ここ
で、プリズム54と光導波路52との間の接着剤が薄膜
として機能しない条件とは、多重反射を抑制できるよう
にフォトレジスト51の厚さwを定めることであって、
ビーム径Lを基準にしてその範囲の多重反射を除去すれ
ば、その影響はほぼ完全に除去できる。従って、多重反
射の影響を考慮したフォトレジスト51の厚さw、すな
わちエッジ面の高さhの設定条件は、
First, as shown in FIG. 7A, a photoresist 51 is applied on the optical waveguide 52. here,
The thickness w of the photoresist 51 corresponds to the height h of the edge surface. As described above, the height h of the edge surface is about 0.6.
If it is not less than μm, a decrease in the coupling efficiency due to recombination can be almost eliminated. Therefore, the thickness w of the photoresist 51 also needs to be at least about 0.6 μm or more. However, since the refractive index of the adhesive changes under various conditions such as the ambient temperature, the height h of the edge surface of the bonding portion is determined so that the adhesive between the prism 54 and the optical waveguide 52 does not function as a thin film. The thickness w of the photoresist 51 is
It is preferable that the thickness be sufficiently thicker than 0.6 μm. Here, the condition that the adhesive between the prism 54 and the optical waveguide 52 does not function as a thin film is to determine the thickness w of the photoresist 51 so as to suppress multiple reflection,
The effect can be almost completely eliminated by removing multiple reflections in the range based on the beam diameter L. Therefore, the setting condition of the thickness w of the photoresist 51, that is, the height h of the edge surface in consideration of the influence of multiple reflection is

【0071】[0071]

【数12】 (Equation 12)

【0072】である。Is as follows.

【0073】次に、図7(b)の断面図及び図7(c)
の上面図に示すように、フォトレジスト51をパターニ
ングして、接着剤注入用の溝53を形成する。この際、
プリズム54を接着する前に、溝53の形成工程の後処
理として、溝53の形成プロセスで光導波路52の表面
に生じたレジスト現像液の有機残さの除去や光導波路5
2の表面の変質層の除去のためのRIE処理(酸素プラ
ズマ処理)を行うことが好ましい。これによって、プリ
ズム54を光導波路52に接着する際の接着力が高ま
る。
Next, a sectional view of FIG. 7B and FIG.
As shown in the top view, a photoresist 51 is patterned to form a groove 53 for injecting an adhesive. On this occasion,
Before the prism 54 is bonded, as a post-processing of the step of forming the groove 53, removal of the organic residue of the resist developing solution generated on the surface of the optical waveguide 52 in the process of forming the groove 53 and the optical waveguide 5
It is preferable to perform RIE processing (oxygen plasma processing) for removing the deteriorated layer on the surface of No. 2. Thereby, the adhesive force when bonding the prism 54 to the optical waveguide 52 is increased.

【0074】続いて、図7(d)の断面図及び図7
(e)の上面図に示すように、プリズム54の位置を、
そのエッジBがフォトレジスト51の上の溝53のエッ
ジCに平行になるように、位置調整装置57を用いて調
整する。調整後には、調整された位置に調整装置57で
保持したまま、光導波路52の上に塗布されたフォトレ
ジスト51にプリズム54を押し付ける。このとき、図
7(d)に示すように溝53をまたぐようにプリズム5
4を設置すると、プリズム54がフォトレジスト51の
表面と2ヶ所で接することになるために、光導波路52
の表面とプリズム54の底面との平行度がよくなる。そ
の結果、光結合器への結合効率が最大になる最適入射角
で光が入射したときに、入射面での反射が最小になるよ
うに決定されているプリズム54の底角の、光導波路5
2の表面と入射角とがなす角度からのずれを最小に抑え
ることができる。これによって、光結合器への入射角が
最適入射角からずれることによる結合効率の低下を抑制
することができる。なお、プリズム54の固定の際に光
導波路52の表面にプリズム54を押さえ付けることに
よって、上記の効果を増すことができる。
Subsequently, the sectional view of FIG.
As shown in the top view of (e), the position of the prism 54 is
The position is adjusted using the position adjusting device 57 so that the edge B is parallel to the edge C of the groove 53 on the photoresist 51. After the adjustment, the prism 54 is pressed against the photoresist 51 applied on the optical waveguide 52 while holding the adjustment device 57 at the adjusted position. At this time, as shown in FIG.
When the optical waveguide 52 is disposed, the prism 54 comes into contact with the surface of the photoresist 51 at two places.
Of the prism 54 and the bottom surface of the prism 54 are improved. As a result, when the light is incident at the optimum incident angle at which the coupling efficiency to the optical coupler is maximized, the optical waveguide 5 at the base angle of the prism 54 determined to minimize the reflection at the incident surface is minimized.
2 can be minimized from the angle between the surface and the angle of incidence. As a result, it is possible to suppress a decrease in coupling efficiency due to a shift of the incident angle to the optical coupler from the optimum incident angle. The above effect can be enhanced by pressing the prism 54 against the surface of the optical waveguide 52 when fixing the prism 54.

【0075】続いて、図7(f)に示すように、溝53
にUV硬化性など光硬化性の接着剤55を注入する。そ
して、UV光などの光照射を行って接着剤55を固化
し、プリズム54を固定する。ここで、使用する接着剤
55は光硬化性以外のものであってもよいが、光硬化性
接着剤を使用すれば、固定に要する時間が短くなり、固
定時のプリズム54の位置ずれなどに起因する結合効率
の低下を低減することができる。なお、接着剤55とフ
ォトレジスト51との選択は、両者がお互いに接した際
に化学的に安定する組み合わせを選ぶ。例えば、接着剤
55にロックタイト社製のLX−2310Cを用いる場
合には、フォトレジスト51としては東京応化(株)製
のポジ型フォトレジストPMERを選べばよい。
Subsequently, as shown in FIG.
A photo-curable adhesive 55 such as UV-curable is injected into the substrate. Then, light such as UV light is irradiated to solidify the adhesive 55, and the prism 54 is fixed. Here, the adhesive 55 to be used may be other than a photo-curable one. However, if a photo-curable adhesive is used, the time required for fixing is reduced, and the displacement of the prism 54 at the time of fixing may be reduced. It is possible to reduce the decrease in the coupling efficiency caused by this. In addition, as for the selection of the adhesive 55 and the photoresist 51, a combination that is chemically stable when both are in contact with each other is selected. For example, when LX-2310C manufactured by Loctite is used for the adhesive 55, the photoresist 51 may be selected from a positive type photoresist PMER manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.

【0076】プリズム54を固定した後で、図7(g)
に示すようにフォトレジスト51を除去する。ここで、
接着剤55と光導波路52との間に挟まれた部分のフォ
トレジスト51の除去は、接着剤55と光導波路52と
の間のギャップが広いほど早く進む。従って、この部分
のフォトレジスト51の除去を容易にするためには、フ
ォトレジスト51を厚く塗布することが好ましい。例え
ば、粘性の高いフォトレジスト51を厚く塗布する。具
体的には、東京応化(株)製のポジ型フォトレジストP
MERを約15μmずつ重ねて塗布し、合計の厚さwを
約30μmとする(一層を塗布した後にベークして次層
を重ね塗りする)。この結果、光結合器の接着部55の
エッジ面56の高さhは、約30μmとなる。
After fixing the prism 54, FIG.
The photoresist 51 is removed as shown in FIG. here,
The removal of the portion of the photoresist 51 sandwiched between the adhesive 55 and the optical waveguide 52 proceeds faster as the gap between the adhesive 55 and the optical waveguide 52 is wider. Therefore, in order to facilitate removal of the photoresist 51 in this portion, it is preferable to apply the photoresist 51 thickly. For example, a thick photo-resist 51 is applied. Specifically, a positive photoresist P manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.
MER is applied in a layer of about 15 μm, and the total thickness w is set to about 30 μm (one layer is applied, baked and the next layer is applied again). As a result, the height h of the edge surface 56 of the bonding portion 55 of the optical coupler is about 30 μm.

【0077】上記の各工程を経て、フォトレジスト51
の溝形状を転写したかたちで、プリズム54のエッジに
相当するエッジ面56が接着剤55によって形成され
る。ここで、エッジ面56と光導波路52の表面との交
線は直線である。
Through the above steps, the photoresist 51
The edge surface 56 corresponding to the edge of the prism 54 is formed by the adhesive 55 in a manner in which the groove shape is transferred. Here, the line of intersection between the edge surface 56 and the surface of the optical waveguide 52 is a straight line.

【0078】フォトレジスト51のエッジ面56は、エ
ッジ面56の高さhを規定する際には、光導波路52の
表面に対して90゜で交わるとしているが、これは必ず
しも90゜にする必要はない。例えば、この角度は、図
8(a)に示す光結合器170のように、レジストの露
光や現像の際の条件により90゜よりも小さい角度(図
8(a)では70゜)になり得る。この場合には、光結
合器170の接着部55のエッジ面56が、光導波路5
2の表面に対して約70゜の角度をなす。このようにエ
ッジ面56が光導波路52の表面に対して傾斜していて
も、傾斜している部分では伝搬長が短いことから、光結
合器の結合効率の低下はない。また、傾斜方向が逆であ
っても、同様に問題は生じない。
When defining the height h of the edge surface 56, the edge surface 56 of the photoresist 51 intersects the surface of the optical waveguide 52 at 90 °, but this is not necessarily required to be 90 °. There is no. For example, this angle can be smaller than 90 ° (70 ° in FIG. 8A) depending on the conditions at the time of exposure and development of the resist, as in the optical coupler 170 shown in FIG. 8A. . In this case, the edge surface 56 of the bonding portion 55 of the optical coupler 170 is connected to the optical waveguide 5.
Make an angle of about 70 ° with the surface of the second. Thus, even if the edge surface 56 is inclined with respect to the surface of the optical waveguide 52, the propagation length is short at the inclined portion, so that the coupling efficiency of the optical coupler does not decrease. Further, even if the inclination direction is reversed, no problem occurs similarly.

【0079】なお、製造過程において、プリズム54と
フォトレジスト51とを完全に密着させることは困難で
あるので、フォトレジスト51とプリズム54との間の
隙間に接着剤が回り込んで、フォトレジスト51の除去
後の最終的な形状が図8(b)のような形状になること
がある。しかし、図8(b)の光結合器180では、再
結合に関わるプリズム54の一部分が接着剤に置き換え
られただけであって、接着剤とプリズムとの屈折率の差
が小さければ、光結合器の特性が大きく変化することは
ない。さらに、接着部55のエッジ面56の高さhが十
分に高ければ、不都合は発生しない。なお、図8(b)
の光結合器180におけるエッジ面56の高さhは、図
中に示す通りである。
In the manufacturing process, it is difficult to bring the prism 54 and the photoresist 51 into complete close contact with each other. Therefore, the adhesive flows into the gap between the photoresist 51 and the prism 54, and The final shape after the removal may be as shown in FIG. 8B. However, in the optical coupler 180 of FIG. 8B, only a part of the prism 54 involved in the recombination is replaced by the adhesive, and if the difference in the refractive index between the adhesive and the prism is small, the optical coupling 180 The characteristics of the vessel do not change significantly. Further, if the height h of the edge surface 56 of the bonding portion 55 is sufficiently high, no inconvenience occurs. FIG. 8 (b)
The height h of the edge surface 56 in the optical coupler 180 is as shown in the figure.

【0080】なお、図8(a)及び(b)で、図7
(a)〜(g)と同じ構成要素には同じ参照番号を付し
ており、その詳細な説明はここでは省略する。
8A and 8B, FIG.
The same components as those in (a) to (g) are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted here.

【0081】次に、本実施形態における光結合器の結合
効率を説明する。
Next, the coupling efficiency of the optical coupler according to the present embodiment will be described.

【0082】ビームスポットの長径(図3のL)が約1
0μmとなる入射光を、最適入射角(図3での入射角θ
iがθopに一致する)で、接着部55のエッジから約4
μm離れた位置に入射ビームの中心が位置するように入
射した場合の結合効率は、TE偏光及びTM偏光のそれ
ぞれに対して約80%になる。なお、結合効率は、先述
の方程式の複素解βTE及びβTMの虚部αrに対して、exp
(−koαrx)で表される光導波路上のx方向の界分布
(x方向は、光導波路に垂直な、光の進行方向)と、入
射光のx方向のガウス分布形状の重なり積分で求めるこ
とができる。
The major diameter of the beam spot (L in FIG. 3) is about 1
The incident light of 0 μm is converted to an optimum incident angle (the incident angle θ in FIG. 3).
i coincides with θ op ), and is approximately 4
The coupling efficiency when the incident beam is incident such that the center of the incident beam is positioned at a distance of μm is about 80% for each of the TE polarized light and the TM polarized light. It should be noted that the coupling efficiency is expressed by exp for the imaginary parts α r of the complex solutions β TE and β TM of the above equation.
Field distribution in the x direction on the optical waveguide is represented by (-k o α r x) ( x -direction is perpendicular to the optical waveguide, the traveling direction of light) and, overlapping the x-direction of the Gaussian distribution shape of the incident light It can be obtained by integration.

【0083】(第2の実施形態)図9は、本発明の第2
の実施形態における光結合器200の構成を示す断面図
である。
(Second Embodiment) FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of the optical coupler 200 in embodiment.

【0084】図9の光結合器200では、基板13の上
に第1誘電体層11及び第2誘電体層12が積層され
て、光導波路16が構成されている。第2誘電体層12
の上には、誘電体板14が、結合用のエッジ面17が形
成された接着部15を介して接着されている。ここで、
接着部15となる接着剤は、透明であることが好まし
い。接着部15のエッジ面17は光導波路16の表面に
交わっており、エッジ面17と光導波路16の表面との
交線は直線である。接着部15は、エッジ面17から光
導波路16における光の進行方向に向かってある長さだ
け突出しており、突出部と光導波路16の表面との間に
は、エッジ面17の高さに等しい所定の高さ以上の空気
ギャップが設けられている。
In the optical coupler 200 shown in FIG. 9, the first dielectric layer 11 and the second dielectric layer 12 are laminated on the substrate 13 to form the optical waveguide 16. Second dielectric layer 12
On top of this, a dielectric plate 14 is bonded via a bonding portion 15 on which an edge surface 17 for coupling is formed. here,
It is preferable that the adhesive used as the bonding portion 15 is transparent. The edge surface 17 of the bonding portion 15 intersects the surface of the optical waveguide 16, and the line of intersection between the edge surface 17 and the surface of the optical waveguide 16 is a straight line. The bonding portion 15 protrudes from the edge surface 17 by a certain length in the light traveling direction in the optical waveguide 16, and is equal to the height of the edge surface 17 between the protrusion and the surface of the optical waveguide 16. An air gap of a predetermined height or more is provided.

【0085】誘電体板14は、光結合器200における
TE光及びTM光の実効屈折率NTE及びNTMから決定さ
れる光結合器200の入射角θOPで規定される入射方向
に垂直になるように、すなわち、誘電体板14が光導波
路16の表面に対してなす角度φが入射角θOPにほぼ等
しくなるように、その位置が調整されて配置されてい
る。位置の調整後には、誘電体板14は、前述のように
接着剤15で光導波路16に接着される。
The dielectric plate 14 is perpendicular to the incident direction defined by the incident angle θ OP of the optical coupler 200 determined from the effective refractive indexes N TE and N TM of the TE light and TM light in the optical coupler 200. In other words, the position is adjusted so that the angle φ formed by the dielectric plate 14 with respect to the surface of the optical waveguide 16 is substantially equal to the incident angle θ OP . After the adjustment of the position, the dielectric plate 14 is bonded to the optical waveguide 16 with the adhesive 15 as described above.

【0086】誘電体板14の中から接着部15を透過し
て接着部15のエッジ面17の付近に達した入射光は、
接着部15と第2誘電体層12との境界に入射し、さら
に第2誘電体層12をトンネル効果的に透過して第1誘
電体層11に入る。光は、基板13には透過せずに、基
板13と第1誘電体層11との境界で全反射されて、光
導波路16の表面方向に向かう。しかし、今度は光導波
路16の上に第2誘電体層12に接する接着部15が存
在しないので、光は基板13の方向に全反射される。以
後は、このような全反射を光導波層16の上下の境界で
繰り返しながら、光は光導波層16の内部を伝搬してい
く。
The incident light transmitted through the bonding portion 15 from the dielectric plate 14 and reaching the vicinity of the edge surface 17 of the bonding portion 15 is
The light enters the boundary between the bonding portion 15 and the second dielectric layer 12 and further passes through the second dielectric layer 12 in a tunnel effect and enters the first dielectric layer 11. The light does not pass through the substrate 13 but is totally reflected at the boundary between the substrate 13 and the first dielectric layer 11 and travels toward the surface of the optical waveguide 16. However, the light is totally reflected in the direction of the substrate 13 because there is no bonding portion 15 in contact with the second dielectric layer 12 on the optical waveguide 16 this time. Thereafter, the light propagates inside the optical waveguide layer 16 while repeating such total reflection at the upper and lower boundaries of the optical waveguide layer 16.

【0087】以下に、図9の光結合器200の構成材料
について説明する。
Hereinafter, constituent materials of the optical coupler 200 shown in FIG. 9 will be described.

【0088】基板13は、光結合器200を形成する光
導波路素子の用途によって、その構成材料を適切に選択
する。具体的には、ガラス基板のような単なる誘電体基
板が使用できることに加えて、受光素子と一体化した光
導波路素子に対する光結合器として用いる場合には、S
i基板の上に誘電体層が形成されている基板を使用する
ことができる。誘電体層としては、SiO2層、リンド
ープけい酸ガラス(PSG)層、或いはスピンコート可
能なガラス材料(SOG)層などを形成する。
The constituent material of the substrate 13 is appropriately selected depending on the use of the optical waveguide device forming the optical coupler 200. Specifically, in addition to being able to use a simple dielectric substrate such as a glass substrate, in addition to using an optical coupler for an optical waveguide element integrated with a light receiving element, S
A substrate in which a dielectric layer is formed on an i-substrate can be used. As the dielectric layer, an SiO 2 layer, a phosphorus-doped silicate glass (PSG) layer, a spin-coatable glass material (SOG) layer, or the like is formed.

【0089】本実施形態では、表面に屈折率ns=約
1.44のSiO2層を形成した基板13を使用する。
In the present embodiment, a substrate 13 having a surface on which a SiO 2 layer having a refractive index n s of about 1.44 is formed is used.

【0090】第1誘電体層11の構成材料は、光結合器
200が一体的に形成される光導波路素子の導波層の材
料に依存して変わるが、導波層の構成材料として知られ
ているSiON、或いはコーニング社製の#7059ガ
ラスなどを使用することができる。本実施形態では、屈
折率n1=約1.53のコーニング社製の#7059ガ
ラスを第1誘電体層11として用いる。また、第1誘電
体層11の厚さtは約570nmとする。
The constituent material of the first dielectric layer 11 changes depending on the material of the waveguide layer of the optical waveguide element in which the optical coupler 200 is integrally formed, and is known as the constituent material of the waveguide layer. SiON or # 7059 glass manufactured by Corning Incorporated can be used. In the present embodiment, Corning # 7059 glass having a refractive index n 1 of about 1.53 is used as the first dielectric layer 11. Further, the thickness t of the first dielectric layer 11 is about 570 nm.

【0091】また、第2誘電体層12の構成材料には、
第1誘電体層11よりも低い屈折率を有する材料を使用
する。例えば、上記のように第1誘電体層11としてコ
ーニング社製の#7059ガラスを使用する場合には、
SiO2やSOGを用いる。
The constituent materials of the second dielectric layer 12 include:
A material having a lower refractive index than the first dielectric layer 11 is used. For example, when Corning # 7059 glass is used as the first dielectric layer 11 as described above,
SiO 2 or SOG is used.

【0092】図10を参照して、図9に示す光結合器2
00を、図2(a)及び(b)に上面図及び断面図を示
した光導波路素子に一体化して形成した構成を説明す
る。図10は、光導波路素子の領域A(図2(a)参
照)に、図9の光結合器200を形成した構成を示す断
面図である。なお、光導波路素子の構成は第1の実施形
態で説明した通りであり、同じ構成要素には同じ参照番
号を付しているので、ここではその詳細な説明を省略す
る。
Referring to FIG. 10, optical coupler 2 shown in FIG.
00 is integrated with the optical waveguide device whose top view and cross-sectional view are shown in FIGS. 2A and 2B. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration in which the optical coupler 200 of FIG. 9 is formed in a region A (see FIG. 2A) of the optical waveguide element. The configuration of the optical waveguide element is the same as that described in the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will not be repeated.

【0093】次に、第2誘電体層102の厚さの設定方
法を説明する。
Next, a method for setting the thickness of the second dielectric layer 102 will be described.

【0094】本実施形態のプリズムカプラでも、第1の
実施形態においてと同様に、TE偏光に対する結合効率
とTM偏光に対する結合効率とをほぼ等しくし且つ最大
値にできるだけ近付けるために、TE光に対する最適入
射角θTEとTM光に対する最適入射角θTMとをほぼ等し
くするように、光結合器200を構成する。先述のよう
に、この目的の達成のためには、TE光及びTM光に対
する実効屈折率NTE及びNTMについてNTE≒NTMが成立
するように、第2誘電体層102の厚さを決定する。例
えば、第2誘電体層102を屈折率n2=約1.43で
あるSiO2層を用いて形成し、接着剤15としてロッ
クタイト社製のUV硬化性接着剤LX−2310Cを用
いて光結合器200を構成するときには、第2誘電体層
102の厚さuを約100nmとする。
In the prism coupler of this embodiment, as in the first embodiment, the coupling efficiency for TE polarized light and the coupling efficiency for TM polarized light are made substantially equal and as close as possible to the maximum value. The optical coupler 200 is configured so that the incident angle θ TE and the optimum incident angle θ TM for TM light are substantially equal. As described above, in order to achieve this object, the thickness of the second dielectric layer 102 is set so that the effective refractive indexes N TE and N TM for TE light and TM light satisfy N TE ≒ N TM. decide. For example, the second dielectric layer 102 is formed using an SiO 2 layer having a refractive index n 2 = about 1.43, and optically coupled using a UV curable adhesive LX-2310C manufactured by Loctite as the adhesive 15. When forming the container 200, the thickness u of the second dielectric layer 102 is set to about 100 nm.

【0095】このとき、第1の実施形態においてと同様
に、NTE=1.4852及びNTM=1.4842であっ
て NTE≒NTMが満たされる。また、このとき、光結合
器200への最適入射角θopは約71゜になるから、誘
電体板114は、光が最適入射角で入射した際に誘電体
板114の表面での反射が最小になるように、光導波路
の表面に対して約71゜傾けて位置調整し、接着剤11
5で接着する。このような設定に加えて、誘電体板11
4の表面に無反射コーティングを施すことによって、誘
電体板114の入射面での反射率をさらに低減できる。
At this time, as in the first embodiment, N TE = 1.4852 and N TM = 1.4842, and N TE ≒ N TM is satisfied. Also, at this time, since the optimal incident angle θ op to the optical coupler 200 is about 71 °, the reflection on the surface of the dielectric plate 114 when the light is incident at the optimal incident angle The position is adjusted by inclining about 71 ° with respect to the surface of the optical waveguide so that the adhesive 11
Adhere with 5. In addition to such settings, the dielectric plate 11
By applying an anti-reflection coating to the surface of No. 4, the reflectance at the incident surface of the dielectric plate 114 can be further reduced.

【0096】接着部115のエッジ面の第2誘電体層1
02の表面からの高さhは、第1の実施形態においてと
同様にして決定される。具体的には、光の波長を780
nmとし、基板103の屈折率が約1.44、第1誘電
体層101の屈折率が約1.53、第2誘電体層102
の屈折率が約1.43、接着部115の屈折率が約1.
57であり、第1及び第2誘電体層101及び102の
厚さt及びuがそれぞれt=約570nm且つu=約1
00nmであるので、接着部115のエッジ面の高さh
が約0.6μm以上であれば、再結合を完全に抑制して
結合効率の低下を抑えることができる。
The second dielectric layer 1 on the edge surface of the bonding portion 115
The height h from the surface of No. 02 is determined in the same manner as in the first embodiment. Specifically, the wavelength of light is set to 780
nm, the substrate 103 has a refractive index of about 1.44, the first dielectric layer 101 has a refractive index of about 1.53, and the second dielectric layer 102 has a refractive index of about 1.53.
Has a refractive index of about 1.43, and the bonding section 115 has a refractive index of about 1.
57, and the thicknesses t and u of the first and second dielectric layers 101 and 102 are t = about 570 nm and u = about 1 respectively.
00 nm, the height h of the edge surface of the bonding portion 115
Is about 0.6 μm or more, recombination can be completely suppressed, and a decrease in coupling efficiency can be suppressed.

【0097】さらに、接着部115と誘電体板114と
の屈折率の差は小さい方が好ましい。例えば、接着部1
15と誘電体板114との境界での反射率を所定の値R
以下にするためには、誘電体板114にほぼ垂直に光が
入射していることから、接着部115を形成する接着剤
の屈折率nbと誘電体板114の屈折率npとを、
Further, it is preferable that the difference in the refractive index between the bonding portion 115 and the dielectric plate 114 is small. For example, the bonding portion 1
15 at a boundary between the dielectric plate 114 and the dielectric plate 114 is a predetermined value R
In order to make the following, since light is incident on the dielectric plate 114 almost perpendicularly, the refractive index n b of the adhesive forming the bonding portion 115 and the refractive index n p of the dielectric plate 114

【0098】[0098]

【数13】 (Equation 13)

【0099】なる関係が成立するように設定する。The following relationship is set.

【0100】例えば、接着剤としてロックタイト社のL
X−2310Cを使用する場合には、その屈折率が約
1.57であるので、反射率Rを最小にするためには、
誘電体板114として屈折率が約1.57である材料を
使用することが好ましい。なお、誘電体板の加工はプリ
ズム加工よりも容易であるので、図9に示す本実施形態
の光結合器200は、図1に示した第1の実施形態の光
結合器100よりも低コストで製造できる。
For example, Loctite L is used as an adhesive.
When X-2310C is used, its refractive index is about 1.57, so in order to minimize the reflectance R,
It is preferable to use a material having a refractive index of about 1.57 for the dielectric plate 114. Since the processing of the dielectric plate is easier than the processing of the prism, the optical coupler 200 of the present embodiment shown in FIG. 9 is lower in cost than the optical coupler 100 of the first embodiment shown in FIG. It can be manufactured by

【0101】次に、図10における光入力部(光結合器
を作成する部分)の光導波路を光導波路52として、図
11(a)〜(f)を参照して本実施形態における光結
合器の製造方法を説明する。
Next, referring to FIGS. 11A to 11F, the optical waveguide of the optical input section (portion for forming the optical coupler) in FIG. Will be described.

【0102】まず、図11(a)に示すように、光導波
路52の上に、フォトレジスト51を塗布する。ここ
で、フォトレジスト51の厚さwは、エッジ面の高さh
に対応する。先に述べたようにエッジ面の高さhが約
0.6μm以上であれば、再結合による結合効率の低下
をほぼなくすことができる。従って、フォトレジスト5
1の厚さwも、少なくとも約0.6μm以上とする必要
がある。但し、接着剤の屈折率は周辺温度など様々な条
件で変化するので、接着剤が薄膜として機能しないよう
に、接着部のエッジ面の高さhを決定するフォトレジス
ト51の厚さwは、0.6μmよりも十分に厚くするこ
とが好ましい。
First, as shown in FIG. 11A, a photoresist 51 is applied on the optical waveguide 52. Here, the thickness w of the photoresist 51 is the height h of the edge surface.
Corresponding to As described above, when the height h of the edge surface is about 0.6 μm or more, it is possible to almost eliminate the decrease in coupling efficiency due to recombination. Therefore, the photoresist 5
The thickness w of 1 also needs to be at least about 0.6 μm or more. However, since the refractive index of the adhesive changes under various conditions such as ambient temperature, the thickness w of the photoresist 51 that determines the height h of the edge surface of the bonding portion is set so that the adhesive does not function as a thin film. It is preferable that the thickness be sufficiently thicker than 0.6 μm.

【0103】次に、図11(b)の断面図に示すよう
に、フォトレジスト51をパターニングして、接着剤注
入用の溝53を形成する。この際、誘電体板61を接着
する前に、溝53の形成工程の後処理として、溝53の
形成プロセスで光導波路52の表面に生じたレジスト現
像液の有機残さの除去や光導波路52の表面の変質層の
除去のためのRIE処理(酸素プラズマ処理)を行うこ
とが好ましい。これによって、誘電体板61を光導波路
52に接着する際の接着力が高まる。
Next, as shown in the sectional view of FIG. 11B, the photoresist 51 is patterned to form a groove 53 for injecting an adhesive. At this time, before bonding the dielectric plate 61, as a post-processing of the step of forming the groove 53, removal of the organic residue of the resist developing solution generated on the surface of the optical waveguide 52 in the process of forming the groove 53 and removal of the optical waveguide 52 It is preferable to perform RIE processing (oxygen plasma processing) for removing the altered layer on the surface. Thereby, the adhesive force when bonding the dielectric plate 61 to the optical waveguide 52 is increased.

【0104】続いて、図11(c)の断面図及び図11
(d)の上面図に示すように、誘電体板61の位置を、
そのエッジB’がフォトレジスト51の上の溝53のエ
ッジC’に平行になるように、位置調整装置62を用い
て調整する。調整後には、調整された位置に調整装置6
2で保持したまま、光導波路52の上に塗布されたフォ
トレジスト51の表面に誘電体板61を置く。この状態
で、溝53を覆うように光硬化性(例えばUV硬化性)
接着剤63を注入して、誘電体板61を接着する。
Subsequently, the sectional view of FIG.
As shown in the top view of (d), the position of the dielectric plate 61 is
The position is adjusted using the position adjusting device 62 so that the edge B ′ is parallel to the edge C ′ of the groove 53 on the photoresist 51. After the adjustment, the adjusting device 6 is moved to the adjusted position.
The dielectric plate 61 is placed on the surface of the photoresist 51 applied on the optical waveguide 52 while holding the substrate 2. In this state, photocurable (for example, UV curable) so as to cover the groove 53.
An adhesive 63 is injected to bond the dielectric plate 61.

【0105】続いて、図11(e)に示すように、UV
光などの光照射を行って接着剤63を固化し、誘電体板
61を固定する。ここで、使用する接着剤63は光硬化
性以外のものであってもよいが、光硬化性接着剤を使用
すれば、固定に要する時間が短くなり、固定時の誘電体
板61の位置ずれなどに起因する結合効率の低下を低減
することができる。なお、接着剤63とフォトレジスト
51との選択は、接着剤がフォトレジストを溶かさない
こと、及びUV光照射によって接着剤63の固化以外の
変化(例えば、両者の境界での気体の発生、など)が起
こらないことを条件に、両者がお互いに接した際に化学
的に安定する組み合わせを選ぶ。例えば、接着剤63に
ロックタイト社製のLX−2310Cを用いる場合に
は、フォトレジスト51としては東京応化(株)製のポ
ジ型フォトレジストPMERを選べばよい。
Subsequently, as shown in FIG.
The adhesive 63 is solidified by light irradiation such as light, and the dielectric plate 61 is fixed. Here, the adhesive 63 to be used may be other than a photo-curable one. However, if a photo-curable adhesive is used, the time required for fixing is shortened, and the displacement of the dielectric plate 61 during fixing is reduced. Thus, it is possible to reduce a decrease in coupling efficiency caused by the above. The selection between the adhesive 63 and the photoresist 51 is based on the fact that the adhesive does not dissolve the photoresist and changes other than solidification of the adhesive 63 by irradiation with UV light (for example, generation of gas at the boundary between the two). ) Does not occur, and a combination that is chemically stable when both come into contact with each other is selected. For example, when LX-2310C manufactured by Loctite is used as the adhesive 63, a positive photoresist PMER manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. may be selected as the photoresist 51.

【0106】誘電体板61を固定した後で、図11
(f)に示すようにフォトレジスト51を除去する。こ
こで、接着剤63と光導波路52との間に挟まれた部分
のフォトレジスト51の除去は、接着剤63と光導波路
52との間のギャップが広いほど早く進む。従って、こ
の部分のフォトレジスト51の除去を容易にするために
は、フォトレジスト51を厚く塗布することが好まし
い。例えば、粘性の高いフォトレジスト51を厚く塗布
する。具体的には、東京応化(株)製のポジ型フォトレ
ジストPMERを約15μmずつ重ねて塗布し、合計の
厚さwを約30μmとする(一層を塗布した後にベーク
して次層を重ね塗りする)。この結果、光結合器の接着
部63のエッジ面64の高さhは、約30μmとなる。
After fixing the dielectric plate 61, FIG.
The photoresist 51 is removed as shown in FIG. Here, the removal of the portion of the photoresist 51 sandwiched between the adhesive 63 and the optical waveguide 52 proceeds faster as the gap between the adhesive 63 and the optical waveguide 52 is wider. Therefore, in order to facilitate removal of the photoresist 51 in this portion, it is preferable to apply the photoresist 51 thickly. For example, a thick photo-resist 51 is applied. Specifically, a positive photoresist PMER manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is applied in a layer of about 15 μm, and the total thickness w is set to about 30 μm. Do). As a result, the height h of the edge surface 64 of the bonding portion 63 of the optical coupler is about 30 μm.

【0107】上記の各工程を経て、フォトレジスト51
の溝形状を転写したかたちで、エッジ面64が接着部6
3に形成される。ここで、エッジ面64と光導波路52
の表面との交線は直線である。
Through the above steps, the photoresist 51
The edge surface 64 is formed by transferring the groove shape of
3 is formed. Here, the edge surface 64 and the optical waveguide 52
The line of intersection with the surface of is a straight line.

【0108】フォトレジスト51のエッジ面64は、光
導波路52の表面に対して必ずしも90゜にする必要は
ない。エッジ面64が光導波路52の表面に対して傾斜
していても、光結合器の結合効率が低下することはな
い。
The edge surface 64 of the photoresist 51 does not necessarily need to be 90 ° with respect to the surface of the optical waveguide 52. Even if the edge surface 64 is inclined with respect to the surface of the optical waveguide 52, the coupling efficiency of the optical coupler does not decrease.

【0109】なお、本実施形態における光結合器でも、
ビームスポットの長径(図10のL)が約10μmとな
る入射光を、最適入射角(図10での入射角θ1がθop
に一致する)で、接着部のエッジ面から約4μm離れた
位置に入射ビームの中心が来るように入射した場合の結
合効率は、TE偏光及びTM偏光のそれぞれに対して約
80%になる。
Note that the optical coupler of this embodiment also
The incident light whose major diameter (L in FIG. 10) of the beam spot is about 10 μm is converted into an optimum incident angle (the incident angle θ 1 in FIG. 10 is θ op).
), The coupling efficiency is approximately 80% for each of the TE-polarized light and the TM-polarized light when the incident beam is incident such that the center of the incident beam is located at a position about 4 μm away from the edge surface of the bonding portion.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上のように、本発明の光結合器では、
接着剤が光導波路と光入射手段(プリズム或いは誘電体
板)とを接着すると同時に、接着剤に形成されたエッジ
面によって結合機能を果たす。これによって、第2誘電
体層の厚さを増やすことなく、光導波路素子の機能を妨
げずに一体化することができて、膜応力の増加などの問
題点の発生も回避できる。
As described above, in the optical coupler of the present invention,
At the same time as the adhesive bonds the optical waveguide and the light incident means (prism or dielectric plate), the bonding function is performed by the edge surface formed on the adhesive. Thus, the second dielectric layer can be integrated without increasing the thickness of the second dielectric layer without hindering the function of the optical waveguide element, and problems such as an increase in film stress can be avoided.

【0111】また、接着部のエッジ面の第2誘電体層表
面からの高さを適切に設定することによって、第2誘電
体層の上方に位置していて第1誘電体層よりも高い屈折
率を有する領域(プリズムや接着剤)を、光導波路から
完全に分離できる。これによって、再結合に起因する損
失を根本的に除去できて、光導波路素子に光結合器を一
体化する際に、光導波路の厚さを増すことなく再結合を
低減することができる。
Further, by appropriately setting the height of the edge surface of the bonding portion from the surface of the second dielectric layer, a higher refraction than the first dielectric layer, which is located above the second dielectric layer. The area having the refractive index (prism or adhesive) can be completely separated from the optical waveguide. Thus, the loss due to the recombination can be fundamentally removed, and the recombination can be reduced without increasing the thickness of the optical waveguide when the optical coupler is integrated with the optical waveguide element.

【0112】また、光結合器を構成する各部分の膜の厚
さや屈折率を適切に設定することによって、TE光及び
TM光に対する結合効率をほぼ等しくすることができ
る。さらに、接着剤の屈折率とプリズム或いは誘電体板
の屈折率とを等しくすることで、これらの界面での反射
率を最小にすることができる。また、プリズムを用いる
場合には、プリズムと光導波路との間に存在する接着剤
の厚さが薄いために接着剤が薄膜のように作用して引き
起こされる多重反射を、ほぼ完全に除去できる。
Further, by appropriately setting the thickness and the refractive index of the film of each part constituting the optical coupler, the coupling efficiency for TE light and TM light can be made substantially equal. Further, by making the refractive index of the adhesive equal to the refractive index of the prism or the dielectric plate, the reflectance at the interface between them can be minimized. When a prism is used, multiple reflections caused by the adhesive acting like a thin film due to the small thickness of the adhesive existing between the prism and the optical waveguide can be almost completely removed.

【0113】また、本発明の光結合器の製造方法では、
光結合機能を果たす接着部のエッジ面は、フォトレジス
トで形成した溝の形状を転写するかたちで形成され、ま
たその高さはフォトレジストの厚さで決定される。従っ
て、フォトレジストを厚くすれば、第2誘電体層表面か
らの接着部のエッジ面の高さとして、再結合の影響を完
全に除去できるだけの高さを確保することができる。
In the method for manufacturing an optical coupler according to the present invention,
The edge surface of the bonding portion that performs the optical coupling function is formed by transferring the shape of the groove formed by the photoresist, and its height is determined by the thickness of the photoresist. Therefore, if the thickness of the photoresist is increased, the height of the edge surface of the bonding portion from the surface of the second dielectric layer can be secured to a value that can completely eliminate the influence of recombination.

【0114】接着剤として光硬化性のものを使用すれ
ば、製造時間を短縮できるとともに、接着剤の固化過程
におけるプリズム或いは誘電体板の位置ずれが抑制され
て、結合効率の低下防止に貢献する。また、誘電体板は
プリズムよりも加工が容易であるために、誘電体板を用
いて光結合器を構成すれば、プリズムを用いる場合に比
べて製造コストの削減を図ることができる。
If a photo-curable adhesive is used, the manufacturing time can be reduced, and the displacement of the prism or the dielectric plate during the solidification of the adhesive is suppressed, contributing to the prevention of a decrease in the coupling efficiency. . In addition, since the dielectric plate is easier to process than the prism, if the optical coupler is formed using the dielectric plate, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the prism is used.

【0115】さらに、プリズム或いは誘電体板を光導波
路表面に接着する前に、溝形成工程の後処理として、溝
の形成プロセスで光導波路の表面に生じたレジスト現像
液の有機残さの除去や光導波路表面の変質層の除去のた
めのRIE処理(酸素プラズマ処理)を行えば、プリズ
ム或いは誘電体板を光入射手段を光導波路に接着する際
の接着力が高まる。
Further, before bonding the prism or the dielectric plate to the surface of the optical waveguide, as a post-process of the groove forming step, removal of organic residues of the resist developing solution generated on the surface of the optical waveguide in the process of forming the groove and light guide. By performing RIE processing (oxygen plasma processing) for removing the degenerated layer on the surface of the waveguide, the adhesive strength at the time of bonding the prism or the dielectric plate to the light incident means to the optical waveguide is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態における光結合器の構
成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical coupler according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)及び(b)は、図1の光結合器が一体的
に形成される光導波路素子の構成を示す上面図及び断面
図である。
FIGS. 2A and 2B are a top view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical waveguide element in which the optical coupler of FIG. 1 is integrally formed.

【図3】図1の光結合器と図2の光導波路素子とを一体
的に形成した構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration in which the optical coupler of FIG. 1 and the optical waveguide device of FIG. 2 are integrally formed.

【図4】本発明の第1の実施形態における光結合器の他
の構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another configuration of the optical coupler according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図1の光結合器の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of the optical coupler of FIG. 1;

【図6】(a)〜(c)は、図1の光結合器における接
合部のエッジ面の高さと規格化伝送パワーとの関係を示
すグラフである。
6 (a) to 6 (c) are graphs showing the relationship between the height of the edge surface of the junction in the optical coupler of FIG. 1 and the normalized transmission power.

【図7】(a)〜(g)は、図1の光結合器の製造工程
を示す断面図及び上面図である。
FIGS. 7A to 7G are a cross-sectional view and a top view illustrating a manufacturing process of the optical coupler of FIG. 1;

【図8】(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態
における光結合器の他の構成を示す断面図である。
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating another configuration of the optical coupler according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施形態における光結合器の構
成を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical coupler according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9の光結合器を光導波路素子に一体的に形
成した構成を示す断面図である。
10 is a cross-sectional view showing a configuration in which the optical coupler of FIG. 9 is formed integrally with an optical waveguide element.

【図11】(a)〜(f)は、図9の光結合器の製造工
程を示す断面図及び上面図である。
FIGS. 11A to 11F are a cross-sectional view and a top view showing a manufacturing process of the optical coupler of FIG. 9;

【図12】(a)〜(c)は、従来の光結合器の構成を
それぞれ示す断面図である。
FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views respectively showing the configurations of a conventional optical coupler.

【図13】従来の光結合器の他の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing another configuration of a conventional optical coupler.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11 第1誘電体層 2、12 第2誘電体層 3、13 基板 4,4a プリズム 5、15 接着部 6、16 光導波路 7、17 エッジ面 14 誘電体板 51 フォトレジスト 52 光導波路 53 溝 54 プリズム 55、63 接着部 56、64 エッジ面 57、62 位置調整装置 61 誘電体板 101 第1誘電体層 102 第2誘電体層 103 基板 104 プリズム 105、115 接着部 106 光導波路 108、108a、108b フォトダイオード 109 偏光分離部 109a Ta25層 110 誘電体層 111 Si基板 114 誘電体板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 1st dielectric layer 2, 12 2nd dielectric layer 3, 13 Substrate 4, 4a Prism 5, 15 Bonding part 6, 16 Optical waveguide 7, 17 Edge surface 14 Dielectric board 51 Photoresist 52 Optical waveguide 53 Groove 54 Prism 55, 63 Bonding portion 56, 64 Edge surface 57, 62 Position adjusting device 61 Dielectric plate 101 First dielectric layer 102 Second dielectric layer 103 Substrate 104 Prism 105, 115 Bonding portion 106 Optical waveguide 108, 108a , 108b Photodiode 109 Polarization Separating Section 109a Ta 2 O 5 Layer 110 Dielectric Layer 111 Si Substrate 114 Dielectric Plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 圭男 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 倉田 幸夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−87705(JP,A) 特開 平4−289531(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/122 G02B 6/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshio Yoshida 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Yukio Kurata 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Sharp (56) References JP-A-3-87705 (JP, A) JP-A-4-289531 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/122 G02B 6 / 34

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板と、 該基板の上に積層された光導波路構造であって、少なく
とも該基板上に積層された第1誘電体層と該第1誘電体
層の上に積層された第2誘電体層とを含む、光導波路構
造と、 該光導波路構造の上に設置された光入射手段と、 該光入射手段を該光導波路構造に接着する接着部と、 を備える光結合器であって、 該接着部の屈折率nb、該第1誘電体層の屈折率n1、及
び該第2誘電体層の屈折率n2の間には、nb>n1>n2
なる関係が成立し、 該接着部は該光導波路構造の表面と交わるエッジ面を有
し、該エッジ面と該光導波路構造の表面との交線は直線
であって、 該光入射手段は、該エッジ面から該光導波路構造におけ
る光の進行方向に向かって長さPLだけ突出しており、
該突出部と該光導波路構造の表面との間には該エッジ面
の高さに等しい所定の高さ以上の空気ギャップが設けら
れており、 前記エッジ面の高さhは、空気の屈折率n a 、前記基板
の屈折率n s 、前記接着部の屈折率n b 、前記第1誘電体
層の屈折率n 1 、前記第2誘電体層の屈折率n 2 、該第1
誘電体層の厚さt、該第2誘電体層の厚さu、前記光入
力手段の前記突出部の長さP L に対して、以下の関係式
(1)及び(2)を満たすように設定されている(但
し、関係式(1)のα r はhの関数であって、TE光及
びTM光それぞれに対する関係式(2)の方程式の虚数
解の虚部のうちで絶対値の大きいほうである)、 光結合
器。 【数1】 【数2】
1. An optical waveguide structure laminated on a substrate, comprising: a first dielectric layer laminated on at least the substrate; and a first dielectric layer laminated on the first dielectric layer. An optical coupler comprising: an optical waveguide structure including two dielectric layers; a light incident unit provided on the optical waveguide structure; and an adhesive unit for adhering the light incident unit to the optical waveguide structure. there are the refractive index of the adhesive portion n b, the refractive index n 1 of the first dielectric layer, and between the refractive index n 2 of the second dielectric layer, n b> n 1> n 2
The bonding portion has an edge surface intersecting with the surface of the optical waveguide structure, and the line of intersection between the edge surface and the surface of the optical waveguide structure is a straight line, and the light incident means includes: Projecting from the edge surface toward the traveling direction of light in the optical waveguide structure by a length P L ,
An air gap having a predetermined height equal to or higher than the height of the edge surface is provided between the protrusion and the surface of the optical waveguide structure, and the height h of the edge surface is determined by the refractive index of air. n a, the substrate
Refractive index n s, a refractive index n b of the adhesive portion, the first dielectric
Refractive index n 1 of the layer, the refractive index n 2 of the second dielectric layer, said first
The thickness t of the dielectric layer, the thickness u of the second dielectric layer,
With respect to the length P L of the protrusion of the force means , the following relational expression
(1) and (2) are set (however,
Α r in the relational expression (1) is a function of h,
Imaginary number of the equation of relational expression (2) for each of
The imaginary part of the solution is the one with the larger absolute value), the optical coupler. (Equation 1) (Equation 2)
【請求項2】 TE光に対する実効屈折率とTM光に対
する実効屈折率とが実質的に等しい、請求項1に記載の
光結合器。
2. The optical coupler according to claim 1 , wherein an effective refractive index for the TE light is substantially equal to an effective refractive index for the TM light.
【請求項3】 前記基板の屈折率ns=約1.44、前
記接着部の屈折率nb=約1.57、前記第1誘電体層
の屈折率n1=約1.53、前記第2誘電体層の屈折率
2=約1.43、該第1誘電体層の厚さt=約570
nm、及び該第2誘電体層の厚さu=約100nmであ
る、請求項2に記載の光結合器。
3. The refractive index of the substrate n s = about 1.44, the refractive index of the bonding portion n b = about 1.57, the refractive index of the first dielectric layer n 1 = about 1.53, Refractive index n 2 of the second dielectric layer = about 1.43, thickness t of the first dielectric layer = about 570
The optical coupler of claim 2 , wherein nm and the thickness u of the second dielectric layer is about 100 nm.
【請求項4】 前記光入射手段がプリズムである、請求
項1〜のいずれかに記載の光結合器。
Wherein said light incident means is a prism, an optical coupler according to any of claims 1-3.
【請求項5】 前記光入射手段が前記基板に所定の角度
で接着された誘電体板である、請求項1〜のいずれか
に記載の光結合器。
Wherein said light incident means is a dielectric plate which is adhered at a predetermined angle to the substrate, the optical coupler according to any of claims 1-3.
【請求項6】 前記光入射手段の屈折率と前記接着部の
屈折率とが実質的に等しい、請求項1〜のいずれかに
記載の光結合器。
6. A refractive index of the adhesive portion and the refractive index of said light projecting means are substantially equal, the optical coupler according to any of claims 1-5.
【請求項7】 請求項1〜のいずれかに記載の光結合
器の製造方法であって、該方法は、 前記基板の上に前記光導波路構造を形成する工程と、 該光導波路構造の表面にフォトレジストを塗布する工程
と、 該フォトレジストに溝を形成する工程と、 該フォトレジストの上に前記光入射手段を配置して、接
着剤で該光入射手段を該光導波路構造に接着固定する工
程と、 該フォトレジストを除去する工程と、 を包含する、製造方法。
7. A method of manufacturing an optical coupler according to any one of claims 1 to 3, the method comprising the step of forming the optical waveguide structure on the substrate, the optical waveguide structure A step of applying a photoresist on the surface; a step of forming a groove in the photoresist; and disposing the light incident means on the photoresist, and bonding the light incident means to the optical waveguide structure with an adhesive. A fixing method, and a step of removing the photoresist.
【請求項8】 前記接着剤が光硬化性の接着剤である、
請求項7に記載の製造方法。
8. The adhesive according to claim 1, wherein the adhesive is a photo-curable adhesive.
The method according to claim 7 .
【請求項9】 前記光入射手段がプリズムであって、前
記接着固定工程は、前記溝の上に該プリズムを配置する
工程と、該溝に前記接着剤を注入して該プリズムを前記
光導波路構造に接着固定する工程と、をさらに包含す
る、請求項7または8に記載の製造方法。
9. The method according to claim 9, wherein the light incident means is a prism, and the bonding and fixing step includes a step of arranging the prism on the groove and a step of injecting the adhesive into the groove to connect the prism to the optical waveguide. The method according to claim 7 , further comprising the step of bonding and fixing to a structure.
【請求項10】 前記光入射手段が誘電体板であって、
前記接着固定工程は、該誘電体板を前記光導波路構造の
表面に対して所定の角度をなすように保持する工程と、
前記溝を覆うように前記接着剤を供給して該誘電体板を
該光導波路構造に接着固定する工程と、をさらに包含す
る、請求項7または8に記載の製造方法。
10. The light incident means is a dielectric plate,
The bonding and fixing step, a step of holding the dielectric plate at a predetermined angle with respect to the surface of the optical waveguide structure,
9. The method according to claim 7 , further comprising: supplying the adhesive so as to cover the groove to adhesively fix the dielectric plate to the optical waveguide structure. 10.
【請求項11】 前記フォトレジストに溝を形成する工
程は、該溝の形成の後処理としてRIE処理(酸素プラ
ズマ処理)を行う工程をさらに包含する、請求項7〜1
のいずれかに記載の製造方法。
11. forming a groove in the photoresist, further comprising the step of RIE process (oxygen plasma process) as a post-treatment of the formation of the groove, claim 7-1
0. The production method according to any one of the above.
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