CN103492920B - 光学部件 - Google Patents

Abstract

光学部件具有第一及第二平面光波电路，第一及第二平面光波电路以第一平面光波电路的第i（i是1以上n以下的整数）光波导与第二平面光波电路的第i光波导的位置在连接界面上一致的方式调整而进行连接。第一平面光波电路的第i光波导与界面的法线所成的角度在满足斯涅尔定律的范围内针对每个i而不同。

Description

光学部件

技术领域

本发明涉及光学部件，更具体而言，涉及将具有不同的折射率的第一平面光波电路和第二平面光波电路以使形成在各个平面光波电路中的多个光波导彼此之间光耦合的方式、在端面对接的光学部件。

背景技术

随着光通信系统的高度化，非常需要高端功能的光模块（光学部件）。平面光波电路通过在基板上形成光波导能够实现各种光波电路，并作为光模块的构成部件来使用。为了光模块的进一步的高端功能化，实现了一种将具有不同的功能的平面光波电路集成、或者将透镜空间相位调制器等空间光学类部件和平面光波电路集成的混合光模块。作为具体的光模块的例子，可列举出将如石英类玻璃和铌酸锂（LN）那样由不同的材料构成的平面光波电路光耦合的RZ-DQPSK（ReturntoZeroDifferentialQuadraturePhaseShiftKeying：归零差分正交移相键控）模块等。

以由石英类玻璃构成的第一平面光波电路与由LN构成的第二平面光波电路对接的光模块为例。在图1中示出了专利文献1的以往的例子。在第一平面光波电路1与第二平面光波电路2的界面3上有可能发生反射，为了防止该情况，（1）首先，以使菲涅耳反射R作为返回光不与第一平面光波电路1的光波导4结合的方式来确定角度θ。一般而言，角度θ是4度至12度。在此，菲涅耳公式如下式所示。n₁及n_a分别是石英类玻璃以及LN的折射率。其中，当在第一平面光波电路与第二平面光波电路之间存在粘结剂时，n_a为粘结剂的折射率。

[式1]

$R={\left(\frac{n_1-n_a}{n_1+n_a}\right)}^2$

（2）接着，以满足下式的斯涅尔定律的方式确定第二平面光波电路2的光波导5的角度φ。n₂是LN的折射率。

[式2]

在图1中，使连接界面3相对于平面光波电路的侧壁6倾斜角度α₁，但如果在界面附近使光波导倾斜，则能够防止反射的同时使连接界面3与平面光波电路的侧壁6所成的角为直角。如果在与平面光波电路的侧面为直角的端面上进行对接，则能够使平面光波电路为四角垂直的方形的形状，平面光波电路的加工变得容易。在图2中示出了那样的例子。将排列部材4上排列的光纤3与第一平面光波电路1及第二平面光波电路2对接。在该例子中，第一平面光波电路1与第二平面光波电路2为长方形的形状。虽然与图1标记不同，但第一平面光波电路1的光波导与界面的法线所成的角为φ₁，第二平面光波电路2的光波导与界面的法线所成的角为θ₁。此时，斯涅尔定律如下式所示。

[式3]

$\frac{\sin {\mathrm{\φ}}_1}{\sin {\mathrm{\θ}}_1}=\frac{n_2}{n_1}$

根据上述的条件，在由石英类玻璃构成的第一平面光波电路与由LN构成的第二平面光波电路的对接中，作为φ₁以及θ₁，一般分别使用6度及4度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-207664号公报

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，在图2的构成中，当在连接多个光波导彼此之间时界面与光波导所成的角不一致时，波导间隔与设计值偏差很大，产生连接损失。另外，在热胀系数不同的平面光波电路彼此之间的连接中，存在由于使用环境的温度变化而使得光学特性、特别是连接损失大幅变动这样的问题。参照图3，说明相对于端面倾斜地形成的倾斜波导的问题点。当相对于端面以角度φ形成倾斜波导时，端面在研磨等加工时产生了角度偏差θ的情况下，如果计算波导间隔偏差△L，则如下式所示。

[式4]

在此，L是产生角度偏差θ时的波导间隔、L₀是不存在角度偏差时的波导间隔、即设计值。

例如，当波导间隔L₀为250Oμm时，如果6度的倾斜波导的端面角度偏差0.2度，则波导间隔偏差0.9μm以上（参照图4）。如果波导间隔偏差0.9μm以上，则连接损失增加0.2dB以上，另外，当环境温度变化了50度时，连接损失增加0.5dB以上。波导间隔越大，则该连接损失的增加越显著。即，存在当排列有多个光波导的端面的角度不一致时，与中心附近的光波导的间隔偏差相比，端部的光波导的间隔偏差增大这样的在单一的光波导彼此之间的连接中不存在的问题。

本发明是鉴于这样的问题点而做出的，其目的在于，提供一种光学部件，其在将具有不同的折射率的第一平面光波电路与第二平面光波电路以使形成在各个平面光波电路中的多个光波导彼此之间光耦合的方式在端面上对接的光学部件中，针对使用环境的温度变化而保持稳定。

用于解决技术问题的手段

为了实现这样的目的，本发明的第一方式是将具有第一折射率的第一平面光波电路和具有与所述第一折射率不同的第二折射率的第二平面光波电路对接的光学部件，其特征在于，所述第一及第二平面光波电路分别具有第一至第n（n是2以上的整数）光波导，所述第一平面光波电路的第i（i是1以上n以下的整数）光波导与所述第二平面光波电路的第i光波导的位置在所述第一平面光波电路与所述第二平面光波电路的连接界面上一致，所述第一或第二平面光波电路的第i光波导与所述连接界面的法线所成的角度在满足斯涅尔定律的范围内针对每个i而不同，并且在所述连接界面上越是位于第一光波导与第n光波导的中间附近的光波导，该角度越大，越是远离所述中间附近，该角度越小。

另外，第二方式的特征在于，在第一方式中，在所述连接界面上，将所述第i光波导的所述角度的方向设定为以第一光波导与第n光波导的中间为中心、所述第i光波导与所述中心的距离减小的方向。

另外，第三方式的特征在于，在第一或第二方式中，所述第一平面光波电路和具有与所述第一折射率不同的第二折射率的第二平面光波电路将与所述第一平面光波电路的侧面垂直的端面和与所述第二平面光波电路的侧面垂直的端面对接。

另外，本发明的第四方式的特征在于，在第一至第三的任一方式中，所述第一平面光波电路由石英类玻璃构成，所述第二平面光波电路由LN构成。

发明效果

根据本发明，提供一种光学部件，通过在第一平面光波电路和第二平面光波电路中分别形成多个光波导，在满足斯涅尔定律的范围内，第一或第二平面光波电路的各光波导与连接界面的法线所成的角度各不相同，且在连接界面上，越是位于第一光波导与第n光波导的中间附近的光波导，该角度越大，越是远离所述中间附近，该角度越小，由此在将具有不同的折射率的第一平面光波电路和第二平面光波电路以使形成于各个平面光波电路中的多个光波导彼此之间光耦合的方式、在端面对接的光学部件中，针对使用环境的温度变化保持稳定。

附图说明

图1是表示将由石英类玻璃构成的第一平面光波电路与由LN构成的第二平面光波电路对接的以往例子的图。

图2是表示用于在直角的界面中防止反射的结构的图。

图3是用于说明相对于端面倾斜地形成的倾斜波导的问题点的图。

图4是表示倾斜波导中波导间隔与波导间隔偏差的关系的图。

图5是表示本发明的第一实施方式涉及的光学部件的图。

图6是表示在本发明涉及的光学部件中将第一平面光波电路设为由石英类玻璃构成的PLC、将第二平面光波电路设为由LN构成时的反射衰减量的图。

图7是表示本发明的第二实施方式涉及的光学部件的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

在图5中，示出本发明的第一实施方式涉及的光学部件。光学部件500将具有第一折射率n₁的第一平面光波电路501和具有与第一折射率n₁不同的第二折射率n₂的第二平面光波电路502对接。第一平面光波电路501以及第二平面光波电路502的连接端面503相对于第一平面光波电路的侧面506以及第二平面光波电路的侧面507呈直角。在第一平面光波电路501中形成有第一至第n（n是2以上的整数）光波导，在第二平面光波电路502中也同样地形成有第一至第n光波导。

在本发明涉及的光学部件500中，以第一平面光波电路501的第i（i是1以上n以下的整数）光波导504与第二平面光波电路502的第i光波导505的位置在连接界面上一致的方式调整中心而进行连接。此时，为了防止界面上的反射，使各平面光波电路的多个光波导分别在界面附近处倾斜地形成，关于第一平面光波电路501的第i光波导与界面的法线所成的角度φ_i，在连接界面上，越是位于第一光波导与第n光波导的中心附近的光波导，该角度φ_i越大，随着离所述中间附近越来越远，该角度φ_i减小。另外，关于第一平面光波电路501的光波导以及第二平面光波电路502的光波导各自与连接界面的法线所成的角，在满足斯涅尔定律的范围内进行设定。即，关于光波导与连接界面的法线所成的角，在连接界面上，越是中间附近的光波导，该角度越大，越是位于端部，该角度越小。通过采用这样的结构，能够减小位于远离第一光波导与第n光波导的中间附近的位置上的光波导的间隔偏差。另外，如果两端的光波导的角度设定为满足反射衰减量的目标值的程度，则被配置于其内侧的光波导中的反射衰减量比目标值大很多，成为良好的值。另外，第二平面光波电路502的第i光波导与界面所成的角度θ_i以满足斯涅尔定律的方式选择，因此自然而然地针对每个i为不同的值。

在图6中，示出了在本发明涉及的光学部件500中第一平面光波电路是由石英类玻璃构成的PLC、第二平面光波电路由LN构成时的反射衰减量的例子。一般而言，为了减少菲涅耳反射损失，LN端面形成有无反射覆膜，来减少反射。因此，针对作为第一平面光波电路的PLC的反射衰减量进行叙述。在该例子中，当PLC的光波导与端面的角度为3度时，反射衰减量为45dB。从而，如果设两端的光波导的角度为3度，并设配置于其内侧的光波导的角度比3度大，则能够自然而然地将各光波导的反射衰减量设定为45dB以上。

在图7中，示出了本发明的第二实施方式涉及的光学部件。光学部件700将具有第一折射率n₁的第一平面光波电路701、具有与第一折射率n₁不同的第二折射率n₂的第二平面光波电路702、以及具有第一折射率n₁的第三平面光波电路703对接。第一平面光波电路701以及第三平面光波电路703由硅基板上的石英类光波导形成，并构成为在与第二平面光波电路702连接的界面上分别具有六个倾斜光波导711至716和731至736、以及Y分支波导。第二平面光波电路702由LN基板上的光波导形成，形成有六个倾斜光波导721至726，在各光波导上以500μm间隔形成有电极751，电极751作为相位调制器来发挥作用。由于电极的间隔受电极间的电气串线限制，因此难以做成非常窄。在该构成中，通过将电极对741、742设为PSK调制用并将电极对743作为RZ调制用来驱动，由此作为RZ-DQPSK模块来发挥作用。

设光波导711、712、715、716、731、732、735、736与端面的角度为3度，光波导713、714、733、734与端面的角度为6度，与它们连接的第二平面光波电路的光波导721至726被设定为满足斯涅尔定律的角度。另外，在第一平面光波电路701或第三平面光波电路703与第二平面光波电路702的连接界面上，各光波导沿光波导711至716、721至726、731至736的波导间隔变窄的方向弯曲。即，在连接界面上，将光波导的角度的方向设定为以光波导721与光波导726的中间为中心、各光波导与上述中心的距离变窄的方向，由此使连接界面上的波导间隔变窄。

通过设为这样的构成，能够使反射衰减量为40dB以上，并且，即使端面的角度偏差为0.2度，波导间隔的偏差也为0.4μm以下，即使环境温度变化50度，也能够将损失变动抑制在0.2dB以下。

符号说明

500：光学部件

501：第一平面光波电路

502：第二平面光波电路

Claims (5)

1.一种光学部件，将具有第一折射率的第一平面光波电路和具有与所述第一折射率不同的第二折射率的第二平面光波电路对接，其特征在于，

所述第一及第二平面光波电路分别具有第一至第n光波导，其中，n是3以上的整数，

所述第一平面光波电路的第i光波导与所述第二平面光波电路的第i光波导的位置在所述第一平面光波电路与所述第二平面光波电路的连接界面上一致，其中，i是1以上n以下的整数，

所述第一或第二平面光波电路的第i光波导与所述连接界面的法线所成的角度在满足斯涅尔定律的范围内针对每个i而不同，并且在所述连接界面上越是位于第一光波导与第n光波导的中间附近的光波导，该角度越大，越是远离所述中间附近，该角度越小。

2.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于，

在所述连接界面中，将上述第i光波导的上述角度的方向设定为以第一光波导与第n光波导的中间为中心、所述第i光波导与所述中心的距离变窄的方向。

3.根据权利要求1或2所述的光学部件，其特征在于，

所述第一平面光波电路和具有与所述第一折射率不同的第二折射率的第二平面光波电路将与所述第一平面光波电路的侧面垂直的端面和与所述第二平面光波电路的侧面垂直的端面对接。

4.根据权利要求1或2所述的光学部件，其特征在于，

所述第一平面光波电路由石英类玻璃构成，所述第二平面光波电路由LN构成。

5.根据权利要求3所述的光学部件，其特征在于，

所述第一平面光波电路由石英类玻璃构成，所述第二平面光波电路由LN构成。