JP2001242337A - Connecting structure for optical waveguide different in mode field diameter - Google Patents

Connecting structure for optical waveguide different in mode field diameter

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JP2001242337A
JP2001242337A JP2000051674A JP2000051674A JP2001242337A JP 2001242337 A JP2001242337 A JP 2001242337A JP 2000051674 A JP2000051674 A JP 2000051674A JP 2000051674 A JP2000051674 A JP 2000051674A JP 2001242337 A JP2001242337 A JP 2001242337A
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optical waveguide
mode field
optical
field diameter
heating
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由里子 上野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To connect optical waveguides different in mode field diameter by reducing a connection loss owing to the uncoincidence of the mode field diameter without causing damage by heating to a substrate and the optical waveguide. SOLUTION: In connecting structure for the optical waveguide wherein the end surface of a second waveguide having the mode field diameter larger than the mode field diameter of a first optical waveguide is connected to the end surface of the first optical waveguide formed on the substrate by aligning optical axes of both optical waveguides, the mode field diameter of the first optical waveguide is brought close to the mode field diameter of the second optical waveguide by heating the vicinity of the end surface of the first optical waveguide and reducing the difference of refractive indexes between a core part 2 and a clad part 1 in the vicinity of the end surface. Thus, the connection loss owing to the uncoincidence of the mode field diameter in the connecting part is reduced, and since heating at a high temperature is not necessitated, damage to the substrate and the optical waveguide is reduced to an extent free from problems in practice.

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、モードフィールド
径の異なる光導波路同士、例えば光導波路と光ファイバ
との、あるいは光導波路と光デバイスとの接続構造に関
し、特に小さいモードフィールド径を有する光導波路の
モードフィールド径を大きなモードフィールド径を有す
る光導波路のモードフィールド径に近づけることによっ
て接続部における結合損失を低減した、モードフィール
ド径の異なる光導波路の接続構造に関するものである。
The present invention relates to a connection structure between optical waveguides having different mode field diameters, for example, an optical waveguide and an optical fiber, or an optical waveguide and an optical device, and more particularly to an optical waveguide having a small mode field diameter. The present invention relates to a connection structure for optical waveguides having different mode field diameters, in which the coupling loss at the connection portion is reduced by bringing the mode field diameter of the optical waveguide closer to the mode field diameter of the optical waveguide having a large mode field diameter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、モードフィールド径の異なる光導
波路同士、例えば基板上に形成された3次元導波路形状
の光導波路と光ファイバあるいは光デバイスとの光接続
に関しては、次のような接続構造によって接続における
結合損失を低減する方法をとってきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical connection between optical waveguides having different mode field diameters, for example, an optical waveguide having a three-dimensional waveguide shape formed on a substrate and an optical fiber or an optical device, has the following connection structure. To reduce the coupling loss in the connection.

【0003】これは、図5に接続部の断面図を示すよう
に、光導波路と光ファイバあるいは光デバイスとの接続
において、石英系光導波路のコア部12の端面にそのモー
ドフィールド径が石英系光導波路のモードフィールド径
よりも小さいモードフィールド径を有する光ファイバの
コア部14の端面を突き合わせ、両者の光軸を調整した
後、突き合わせ部分にCO2レーザ光15を照射すること
により2000℃程度の温度で3〜6秒間加熱して、両者を
融着接続する方法である。なお、図5において11は石英
系光導波路のクラッド部、13は光ファイバのクラッド部
を示している。
As shown in the cross-sectional view of the connecting portion in FIG. 5, when the optical waveguide is connected to an optical fiber or an optical device, the mode field diameter of the silica-based optical waveguide core portion 12 is changed to that of the silica-based optical waveguide. The end faces of the core portion 14 of the optical fiber having a mode field diameter smaller than the mode field diameter of the optical waveguide are butted, and after adjusting the optical axes of both, the CO 2 laser beam 15 is applied to the butted portion to about 2000 ° C. Is heated at a temperature of 3 to 6 seconds, and the two are fusion-spliced. In FIG. 5, reference numeral 11 denotes a clad portion of the silica-based optical waveguide, and reference numeral 13 denotes a clad portion of the optical fiber.

【0004】この方法による接続構造では、石英系光導
波路に融着接続された光ファイバの接続部分のクラッド
部13内に、その光ファイバのコア部14に添加されている
屈折率制御用添加物が接続端の近傍から端面にかけてそ
の領域が漸次広がるように拡散することから、図5に16
で示すように接続部においてコア部14の端面近傍に拡大
部が形成され、その結果、光ファイバのモードフィール
ド径が拡大部16におけるコア部の径の拡大につれて拡大
して、石英系光導波路のモードフィールド径とほぼ一致
するものとなる。このようにして、光導波路のコア部12
と光ファイバのコア部14とのモードフィールド径の不一
致による結合損失を低減していた。
In the connection structure according to this method, an additive for controlling the refractive index added to a core portion 14 of the optical fiber is provided in a cladding portion 13 at a connection portion of the optical fiber fused to the silica-based optical waveguide. Is diffused such that the region gradually expands from the vicinity of the connection end to the end face, and FIG.
As shown in the figure, an enlarged portion is formed near the end face of the core portion 14 at the connection portion, and as a result, the mode field diameter of the optical fiber expands as the diameter of the core portion in the enlarged portion 16 increases, and the quartz optical waveguide It becomes almost the same as the mode field diameter. Thus, the core 12 of the optical waveguide is
The coupling loss due to the mismatch of the mode field diameter between the optical fiber and the core part 14 of the optical fiber is reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなモードフィールド径の異なる光導波路、すなわち
石英系光導波路と光ファイバあるいは光デバイスとの接
続構造においては、石英系光導波路と光ファイバとの突
き合わせ部分をCO2レーザ光照射により2000℃程度に
加熱することによって両者の融着接続を行なう。このた
めに、光導波路および光ファイバは2000℃程度の加熱に
耐える材料、現実的には石英系材料から成るものに限ら
れることになる。そのため、光電子混在基板、例えばO
E−MCM(光電子混在マルチチップモジュール)等の
光電子回路を作り込んだ集積回路基板のように、そのよ
うな高温ではダメージを受けてしまう基板に対しては、
上記のような接続構造によってモードフィールド径の異
なる光導波路同士を接続することができず、所望の光電
子回路を構成することができないという問題点があっ
た。
However, in the optical waveguides having different mode field diameters as described above, that is, in the connection structure between the silica-based optical waveguide and the optical fiber or the optical device, the connection between the silica-based optical waveguide and the optical fiber is made. The butted portion is heated to about 2000 ° C. by irradiating a CO 2 laser beam to perform fusion splicing of the two. For this reason, the optical waveguide and the optical fiber are limited to materials that can withstand heating of about 2000 ° C., and in reality are made of quartz-based materials. Therefore, a photoelectric mixed substrate, for example, O
For a substrate that is damaged at such a high temperature, such as an integrated circuit substrate in which an opto-electronic circuit such as an E-MCM (photo-electron mixed multi-chip module) is built,
Due to the connection structure as described above, there is a problem that optical waveguides having different mode field diameters cannot be connected to each other, and a desired optoelectronic circuit cannot be formed.

【0006】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、光電子混在基板
に形成された光導波路と光ファイバとの接続のようにモ
ードフィールド径の異なる光導波路同士を、下地基板お
よび光導波路に与えるダメージを抑えつつ、モードフィ
ールド径の不一致による結合損失を低減して接続するこ
とができる接続構造を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has as its object to provide an optical waveguide having a different mode field diameter such as a connection between an optical waveguide formed on a photoelectric mixed substrate and an optical fiber. It is an object of the present invention to provide a connection structure capable of connecting the devices to each other while suppressing damage to an underlying substrate and an optical waveguide while reducing coupling loss due to mismatch of mode field diameters.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のモードフィール
ド径の異なる光導波路の接続構造は、基板上に形成され
た第1の光導波路の端面にそのモードフィールド径より
も大きいモードフィールド径を有する第2の光導波路の
端面を両光導波路の光軸を合わせて接続するモードフィ
ールド径の異なる光導波路の接続構造において、前記第
1の光導波路の前記端面の近傍を加熱してこの端面近傍
のコア部とクラッド部との屈折率差を小さくすることに
よって、そのモードフィールド径を前記第2の光導波路
のモードフィールド径に近づけたことを特徴とするもの
である。
According to the present invention, a connection structure for optical waveguides having different mode field diameters has a mode field diameter larger than the mode field diameter at an end face of a first optical waveguide formed on a substrate. In a connection structure of optical waveguides having different mode field diameters for connecting the end faces of the second optical waveguide while aligning the optical axes of the two optical waveguides, the vicinity of the end face of the first optical waveguide is heated and the vicinity of the end face is heated. The mode field diameter of the core part and the clad part are reduced by reducing the difference in refractive index between the core part and the clad part, so as to approach the mode field diameter of the second optical waveguide.

【0008】また、本発明のモードフィールド径の異な
る光導波路の接続構造は、上記構成において、前記第1
の光導波路は少なくともコア部に金属を含有したシロキ
サン系ポリマから成ることを特徴とするものである。
Further, according to the present invention, there is provided a connection structure for optical waveguides having different mode field diameters, wherein
Is characterized in that at least the core portion is made of a siloxane-based polymer containing a metal.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明のモードフィールド径の異
なる光導波路の接続構造によれば、基板上に形成された
モードフィールド径の小さい光導波路と、モードフィー
ルド径の大きい同じく基板上に形成された光導波路また
は光ファイバもしくは光デバイスとを接続する構造とし
て、第1の光導波路の接続部の端面近傍を加熱して、こ
の端面近傍のコア部および/またはクラッド部の屈折率
を変化させ、両者の屈折率差を小さくすることによっ
て、端面近傍のモードフィールド径を拡大することによ
り、元のモードフィールド径よりも大きいモードフィー
ルド径を有する第2の光導波路としての光ファイバある
いは光デバイスとのモードフィールド径をほぼ一致させ
ることができるため、接続部におけるモードフィールド
径の不一致による結合損失を低減することができる。ま
た、このように第1の光導波路の端面近傍のモードフィ
ールド径を大きくするためにコア部とクラッド部との屈
折率差を変化させるための加熱は、従来の石英系光導波
路の融着接続のように2000℃程度といった高温加熱は必
要でないため、そのような高温加熱による接続構造と比
較して、この第1の光導波路が形成された光電子混在基
板等の下地基板へ与えるダメージを実用上問題ない程度
まで低減させることができる。なお、本発明の光導波路
の接続構造においては、第1の光導波路の端面と第2の
光導波路の端面とは、従来の石英系光導波路のように高
温で融着させて接続する必要は必ずしもなく、光軸を合
わせた状態で例えば紫外線硬化型等の光学用接着剤等を
用いて端面同士を接着すればよいものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the connection structure of optical waveguides having different mode field diameters according to the present invention, an optical waveguide having a small mode field diameter formed on a substrate and an optical waveguide having a large mode field diameter formed on the same substrate are provided. As a structure for connecting the optical waveguide or the optical fiber or the optical device, the vicinity of the end face of the connection portion of the first optical waveguide is heated to change the refractive index of the core portion and / or the clad portion near the end face, By reducing the difference in refractive index between the two, the mode field diameter in the vicinity of the end face is enlarged, and the optical fiber or optical device as a second optical waveguide having a mode field diameter larger than the original mode field diameter is used. Since the mode field diameters can be almost matched, the connection due to the mode field diameter mismatch It is possible to reduce the loss. In addition, in order to increase the mode field diameter near the end face of the first optical waveguide, the heating for changing the refractive index difference between the core portion and the clad portion is performed by the conventional fusion splicing of the silica-based optical waveguide. Since high-temperature heating such as about 2000 ° C. is not necessary as described above, damage to an underlying substrate such as an opto-electron mixed substrate on which the first optical waveguide is formed is practically less compared to a connection structure using such high-temperature heating. It can be reduced to a level where there is no problem. In the connection structure of the optical waveguide of the present invention, it is not necessary to fuse and connect the end face of the first optical waveguide and the end face of the second optical waveguide at a high temperature like a conventional silica-based optical waveguide. It is not always necessary that the end faces be bonded to each other with the optical axes aligned using, for example, an ultraviolet-curable optical adhesive or the like.

【0010】また、本発明のモードフィールド径の異な
る光導波路の接続構造によれば、コア部およびクラッド
部の光学材料と接続する2つの光導波路のモードフィー
ルド径の大きさの違いと組合せによっては、従来の接続
構造のようにモードフィールド径の小さな光導波路に対
して、そのコア部の径をモードフィールド径の大きな光
導波路のコア部の径に合わせるためにコア部の径を接続
端に向けて徐々に大きくした逆テーパー状光導波路、あ
るいはその逆の場合にはテーパー状光導波路を形成して
接続するものに比較して、そのようなテーパー状光導波
路等を形成することなしに第1の光導波路のモードフィ
ールド径を拡大して第2の光導波路のモードフィールド
径を合わせることができるので、本発明の光導波路の接
続構造を用いた光導波路回路の短縮化を図ることができ
る。
Further, according to the connection structure of the optical waveguides having different mode field diameters of the present invention, depending on the difference in the size of the mode field diameter of the two optical waveguides connected to the optical material of the core portion and the cladding portion and the combination thereof. In the case of an optical waveguide having a small mode field diameter as in the conventional connection structure, the diameter of the core is directed toward the connection end in order to match the diameter of the core with the diameter of the core of the optical waveguide having a large mode field diameter. In contrast to a tapered optical waveguide which is gradually enlarged to be larger, or vice versa, a first tapered optical waveguide or the like is formed without forming such a tapered optical waveguide. Since the mode field diameter of the second optical waveguide can be adjusted by expanding the mode field diameter of the optical waveguide, the light using the optical waveguide connection structure of the present invention can be adjusted. It is possible to reduce the waveguide circuit.

【0011】以下、図面に基づいて本発明の光導波路の
接続構造を詳細に説明する。
Hereinafter, a connection structure of an optical waveguide according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】図1および図2は、本発明のモードフィー
ルド径の異なる光導波路の接続構造の実施の形態の一例
を示す断面図および斜視図である。これらの図におい
て、2は、基板(図示せず)上に形成され、光導波路回
路を形成する第1の光導波路のコア部、1はそのコア部
2の周囲に形成された第1の光導波路のクラッド部であ
る。これらクラッド部1とコア部2により第1の光導波
路が形成されている。4は第2の光導波路としての光フ
ァイバのコア部、3はそのコア部4を取りまく光ファイ
バのクラッド部である。また、5は第1の光導波路の端
面近傍を加熱するための赤外線ランプの照射光を示して
いる。
FIGS. 1 and 2 are a sectional view and a perspective view, respectively, showing an embodiment of a connection structure for optical waveguides having different mode field diameters according to the present invention. In these figures, reference numeral 2 denotes a core portion of a first optical waveguide which is formed on a substrate (not shown) and forms an optical waveguide circuit, and 1 denotes a first optical waveguide formed around the core portion 2. This is the cladding of the wave path. The clad part 1 and the core part 2 form a first optical waveguide. Reference numeral 4 denotes a core portion of the optical fiber as a second optical waveguide, and reference numeral 3 denotes a cladding portion of the optical fiber surrounding the core portion 4. Reference numeral 5 denotes irradiation light of an infrared lamp for heating the vicinity of the end face of the first optical waveguide.

【0013】このように、第1の光導波路のコア部2の
端面と第2の光導波路のコア部4の端面とを光軸を合わ
せて突き合わせ、第1の光導波路の端面の近傍に照射光
5を照射して加熱することによって、第1の光導波路の
接続端の近傍が加熱されてコア部2および/またはクラ
ッド部1の屈折率が変化して両者の屈折率差が小さくな
る。その結果、モードフィールド径が広がることとなっ
て、通常はコア部4の径とそのモードフィールド径とは
ほぼ一致するものであるが、図1に示すように、コア部
4の径自体は変化させずに第1の光導波路より大きな第
2の光導波路、ここでは光ファイバとの接続において両
者のモードフィールド径をほぼ一致するように合わせる
ことができ、モードフィールド径の不一致による結合損
失を低減することができるものとなる。
As described above, the end face of the core section 2 of the first optical waveguide and the end face of the core section 4 of the second optical waveguide are butted with their optical axes aligned, and irradiated near the end face of the first optical waveguide. By irradiating and heating the light 5, the vicinity of the connection end of the first optical waveguide is heated, the refractive index of the core 2 and / or the cladding 1 changes, and the difference between the refractive indices of the two decreases. As a result, the mode field diameter increases, and the diameter of the core section 4 and the mode field diameter generally coincide with each other. However, as shown in FIG. The second optical waveguide, which is larger than the first optical waveguide, can be adjusted so that the mode field diameters of the two optical waveguides are almost equal to each other in connection with the optical fiber, thereby reducing the coupling loss due to the mismatch of the mode field diameters. Can be done.

【0014】また、第1の光導波路のコア部2とクラッ
ド部1との屈折率差を小さくするための加熱は、石英系
光導波路同士を融着接続する場合のような高温を必要と
せず、後述するように100℃〜400℃程度でよいため、基
板に対して加熱によるダメージを与えることもほとんど
ない。
Heating for reducing the refractive index difference between the core portion 2 and the clad portion 1 of the first optical waveguide does not require a high temperature unlike the case where the silica optical waveguides are fusion-spliced. Since the temperature may be about 100 ° C. to 400 ° C. as described later, the substrate is hardly damaged by heating.

【0015】なお、6は、上記の加熱によって第1の光
導波路のコア部2とクラッド部1との屈折率差が連続的
に変化して、そのモードフィールド径が第2の光導波路
のモードフィールド径に近づくように次第に大きくなっ
ている変化領域を示す。このような変化領域6の範囲
は、接続する第1および第2の光導波路のモードフィー
ルド径の大きさの差と、第1の光導波路の端面の近傍に
おける加熱後のコア部2とクラッド部1との屈折率差の
変化量によって決定される。
[0015] The reference numeral 6 indicates that the above-mentioned heating causes the refractive index difference between the core portion 2 and the cladding portion 1 of the first optical waveguide to change continuously, and the mode field diameter of the first optical waveguide changes to the mode of the second optical waveguide. FIG. 4 shows a change region that gradually increases as approaching the field diameter. The range of the change region 6 depends on the difference between the mode field diameters of the first and second optical waveguides to be connected and the core portion 2 and the clad portion after heating near the end face of the first optical waveguide. It is determined by the amount of change in the refractive index difference from 1.

【0016】ここで、第1の光導波路のクラッド部1お
よびコア部2には、加熱によってその屈折率が変化する
有機系光学材料を使用することが好適である。特に、ク
ラッド部1にシロキサン系ポリマを用い、コア部2に金
属、例えばチタン(Ti)を含有したシロキサン系ポリ
マを使用した光導波路によれば、両方の屈折率が加熱温
度に応じてそれぞれ線形的に変化するため、加熱条件を
制御することによって所望のモードフィールド径に変化
させて、第2の光導波路のモードフィールド径に合致す
るように近づけることができる。
Here, it is preferable that the cladding part 1 and the core part 2 of the first optical waveguide be made of an organic optical material whose refractive index changes by heating. In particular, according to an optical waveguide using a siloxane-based polymer for the cladding portion 1 and a metal, for example, a siloxane-based polymer containing titanium (Ti) for the core portion 2, both refractive indexes are linear according to the heating temperature. Therefore, by controlling the heating condition, the diameter can be changed to a desired mode field diameter so as to be close to the mode field diameter of the second optical waveguide.

【0017】このような第1の光導波路に好適に使用さ
れるシロキサン系ポリマとしては、ポリマの骨格にシロ
キサン結合が含まれている樹脂であればよく、例えばポ
リフェニルシルセスキオキサン・ポリメチルフェニルシ
ルセスキオキサン・ポリジフェニルシルセスキオキサン
等がある。また、コア部2に含有させる金属としてはチ
タンに限られるものではなく、ゲルマニウム、ガリウム
等も使用できる。これらの金属を含有したコア部2を形
成するには、その金属アルコキシドを添加したシロキサ
ン系ポリマ膜形成用溶液を熱重合させて、金属含有シロ
キサン系ポリマ層を形成し、これを所望の形状・寸法に
加工すればよい。
The siloxane polymer suitably used for the first optical waveguide may be any resin having a siloxane bond in the polymer skeleton, such as polyphenylsilsesquioxane / polymethyl. Examples include phenylsilsesquioxane and polydiphenylsilsesquioxane. Further, the metal contained in the core portion 2 is not limited to titanium, and germanium, gallium and the like can be used. In order to form the core portion 2 containing these metals, the solution for forming a siloxane-based polymer film to which the metal alkoxide is added is thermally polymerized to form a metal-containing siloxane-based polymer layer. It may be processed to dimensions.

【0018】なお、クラッド部1に用いるシロキサン系
ポリマにも上記と同様の金属を含有させてもよく、その
場合はコア部2との含有量の差により屈折率差を設ける
ようにすればよい。また、第2の光導波路にもこれらシ
ロキサン系ポリマを用いてもよいことは言うまでもな
い。
The siloxane-based polymer used for the cladding portion 1 may contain the same metal as described above. In this case, a difference in the refractive index between the core portion 2 and the metal may be provided. . Needless to say, these siloxane-based polymers may also be used for the second optical waveguide.

【0019】さらに、本発明の光導波路の接続構造を適
用し得る第1の光導波路としては、基板上に形成され
る、有機系光学材料を用いた光導波路が好ましく、他
方、第2の光導波路としては、従来から利用されている
石英系光学材料または有機系光学材料を用いた光導波路
であってもよく、コア部およびクラッド部を石英系光学
材料と有機系光学材料とを組み合わせて構成した光導波
路であってもよい。それらの光導波路の形状は、上記の
光ファイバの他にも、3次元光導波路や、フィルム状光
導波路等でもよく、種々の材料・形状・形態のものに適
用し得る。
Further, as the first optical waveguide to which the optical waveguide connection structure of the present invention can be applied, an optical waveguide formed on a substrate and using an organic optical material is preferable. The waveguide may be an optical waveguide using a conventionally used quartz optical material or an organic optical material, and the core portion and the cladding portion are configured by combining the quartz optical material and the organic optical material. An optical waveguide may be used. The shape of these optical waveguides may be a three-dimensional optical waveguide, a film-shaped optical waveguide, or the like, in addition to the above-described optical fiber, and can be applied to various materials, shapes, and forms.

【0020】第1の光導波路の端面の近傍を加熱する手
段・方法としては、図1に示したような赤外線ランプの
照射光5に限らず、第1の光導波路の第2の光導波路と
の接続端近傍の変化領域6をスポット的に必要な温度に
加熱することができる加熱源であれば、種々の光源ある
いは熱源を用いることができる。例えば、集光したハロ
ゲンランプや赤外線レーザ・可視光、あるいは局所的加
熱小型ホットプレートや小型ヒータ等が使用可能であ
る。そして、加熱温度の制御は、例えば赤外線レーザ光
を利用する場合であれば、その赤外線レーザ光のパワー
と照射時間とによって行なうことができる。
The means and method for heating the vicinity of the end face of the first optical waveguide are not limited to the irradiation light 5 of the infrared lamp as shown in FIG. Various light sources or heat sources can be used as long as they can heat the change region 6 near the connection end to a required temperature in a spot manner. For example, a condensed halogen lamp, infrared laser / visible light, or a locally heated small hot plate or small heater can be used. When the heating temperature is controlled, for example, when infrared laser light is used, the heating temperature can be controlled by the power of the infrared laser light and the irradiation time.

【0021】なお、第1の光導波路に対してその変化領
域6をスポット的に必要な温度に加熱するための照射量
・加熱量は、第1の光導波路を形成する材料と、この第
1の光導波路およびこれに接続する第2の光導波路のモ
ードフィールド径の大きさの差と、第1の光導波路に対
する加熱条件によるコア部とクラッド部との屈折率差の
変化量によって、あらかじめ実験的に求めておく。
The irradiation amount and the heating amount for heating the change region 6 to the required temperature in a spot manner with respect to the first optical waveguide depend on the material forming the first optical waveguide and the first and second materials. An experiment was previously performed based on the difference in the size of the mode field diameter of the optical waveguide and the second optical waveguide connected to the optical waveguide, and the amount of change in the refractive index difference between the core and the clad due to the heating conditions for the first optical waveguide. I will ask for it.

【0022】ここで、シロキサン系ポリマを例にとっ
て、コア部2およびクラッド部1の加熱に対する屈折率
の変化の様子の例を図3に線図で示す。図3において、
横軸は加熱温度、縦軸は屈折率を表し、白丸はチタン含
有シロキサン系ポリマの屈折率のTEモード成分の実測
値を、黒丸はチタン含有シロキサン系ポリマの屈折率の
TMモード成分の実測値を、白四角はシロキサン系ポリ
マの屈折率のTEモード成分の実測値を、黒四角はシロ
キサン系ポリマの屈折率のTMモード成分の実測値を示
しており、実線はTEモードの実測値の漸近線を、破線
はTMモードの実測値の漸近線を示している。
Here, taking a siloxane-based polymer as an example, an example of how the refractive index changes with heating of the core 2 and the clad 1 is shown in FIG. In FIG.
The horizontal axis represents the heating temperature, and the vertical axis represents the refractive index. White circles indicate the measured values of the TE mode component of the refractive index of the titanium-containing siloxane-based polymer, and black circles indicate the measured values of the TM mode component of the refractive index of the titanium-containing siloxane-based polymer. , The open square indicates the measured value of the TE mode component of the refractive index of the siloxane-based polymer, the black square indicates the measured value of the TM mode component of the refractive index of the siloxane-based polymer, and the solid line indicates the asymptotic value of the measured value of the TE mode. The broken line shows the asymptote of the measured value in the TM mode.

【0023】図3に示すように、コア部およびクラッド
部の屈折率が加熱温度に対してそれぞれほぼ直線的に変
化し、横軸で示される温度まで加熱することによって、
コア部およびクラッド部の屈折率差もその温度に対応し
て変化しており、同図中で言えば、その屈折率差は2本
の漸近線間の大きさで表されている。そして、より高い
温度で加熱することでコア部とクラッド部との屈折率差
が徐々に小さくなることも表しており、これに伴って光
導波路のモードフィールド径が徐々に大きく変化させる
ことができるので、接続端に任意のモードフィールド径
を持った光導波路を作製することができる。
As shown in FIG. 3, the refractive indices of the core portion and the clad portion change almost linearly with respect to the heating temperature, and by heating to the temperature indicated by the horizontal axis,
The refractive index difference between the core portion and the clad portion also changes in accordance with the temperature. In the drawing, the refractive index difference is represented by the size between two asymptotes. It also shows that heating at a higher temperature gradually reduces the refractive index difference between the core portion and the clad portion, and accordingly, the mode field diameter of the optical waveguide can be gradually changed greatly. Therefore, an optical waveguide having an arbitrary mode field diameter at the connection end can be manufactured.

【0024】[0024]

【実施例】次に、本発明の光導波路の接続構造について
具体例を説明する。
Next, a specific example of a connection structure of an optical waveguide according to the present invention will be described.

【0025】〔例1〕シリコン基板上に、クラッド部1
がシロキサン系ポリマから成り、コア部2がチタン含有
シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型の
光導波路を形成した。これに対し、図1および図2に示
すように、第2の光導波路としての光ファイバが接続さ
れる側の第1の光導波路の接続端近傍にスポット径2.4
mmの赤外線ランプの照射光5を照射することによって
この接続端近傍を加熱して、第1の光導波路のコア部2
およびクラッド部1の屈折率を変化させた。このときの
赤外線ランプのパワーは30W、照射時間は3秒とした。
この条件は、照射光5による照射部分を約300℃まで加
熱したことに相当する。
Example 1 A clad part 1 was formed on a silicon substrate.
Was formed of a siloxane-based polymer, and the core portion 2 was formed of a titanium-containing siloxane-based polymer to form a step index type optical waveguide. On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, a spot diameter of 2.4 near the connection end of the first optical waveguide on the side to which the optical fiber as the second optical waveguide is connected.
The vicinity of the connection end is heated by irradiating the irradiation light 5 of an infrared lamp having a diameter of 2 mm to form the core portion 2 of the first optical waveguide.
And the refractive index of the cladding part 1 was changed. At this time, the power of the infrared lamp was 30 W, and the irradiation time was 3 seconds.
This condition corresponds to heating the portion irradiated by the irradiation light 5 to about 300 ° C.

【0026】第1の光導波路は、クラッド部1のシロキ
サン系ポリマの屈折率がn1=1.442、コア部2のチタ
ン含有シロキサン系ポリマの屈折率がn2=1.453で、
両者の屈折率差はΔn=0.7%であったが、照射光5に
より加熱した後の接続端近傍におけるクラッド部1の屈
折率はn1’=1.441、コア部2の屈折率はn2’=1.4
456に変化し、両者の屈折率差はΔn=0.3%と小さくな
った。
In the first optical waveguide, the refractive index of the siloxane-based polymer in the cladding part 1 is n1 = 1.442, and the refractive index of the titanium-containing siloxane-based polymer in the core part 2 is n2 = 1.453.
The difference in refractive index between the two was Δn = 0.7%, but the refractive index of the cladding 1 near the connection end after heating by the irradiation light 5 was n1 ′ = 1.441, and the refractive index of the core 2 was n2 ′ = 1.4.
The refractive index difference was changed to 456, and the difference in refractive index between the two was reduced to Δn = 0.3%.

【0027】この結果、照射光5による加熱前の第1の
光導波路の接続端面におけるモードフィールド径は5.5
μmであったが、照射光5による加熱後の第1の光導波
路の接続端面におけるモードフィールド径は約9μmに
拡大し、第2の光導波路としての光ファイバのモードフ
ィールド径である9μmにほぼ一致させることができ
た。そして、これによりモードフィールド径の不一致に
よる結合損失は約0.5dB低減することができた。
As a result, the mode field diameter at the connection end face of the first optical waveguide before heating by the irradiation light 5 is 5.5.
However, the mode field diameter at the connection end face of the first optical waveguide after being heated by the irradiation light 5 is increased to about 9 μm, and is substantially equal to 9 μm, which is the mode field diameter of the optical fiber as the second optical waveguide. Could be matched. As a result, the coupling loss due to the mode field diameter mismatch could be reduced by about 0.5 dB.

【0028】〔例2〕〔例1〕と同様にして、シリコン
基板上に、クラッド部1がシロキサン系ポリマ、コア部
2がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップイ
ンデックス型の第1の光導波路を形成した。そして、図
4に断面図で示した本発明の光導波路の接続構造の実施
の形態の他の例のように、第1の光導波路の途中に第2
の光導波路としての光デバイス7を設ける場所を加工
し、光デバイス7の光導波路と接続される側の第1の光
導波路の接続端近傍にそれぞれスポット径5mmの赤外
線レーザの照射光5を照射することによって、接続端近
傍のクラッド部1およびコア部2を加熱して屈折率を変
化させ、コア部2とクラッド部1との屈折率差を小さく
した。このときの赤外線レーザのパワーは30W、照射時
間は3秒とした。この条件は、照射光5による加熱部分
を約300℃まで加熱したことに相当する。なお、図4に
おいて、8は光デバイス7における第2の光導波路のコ
ア部(4)に相当する部分である。
[Example 2] In the same manner as in [Example 1], a first optical waveguide of a step index type in which a cladding part 1 is made of a siloxane-based polymer and a core part 2 is made of a titanium-containing siloxane-based polymer is formed on a silicon substrate. Formed. And figure
As in another example of the embodiment of the optical waveguide connection structure of the present invention shown in a cross-sectional view in FIG. 4, the second optical waveguide connection structure is provided in the middle of the first optical waveguide.
The location where the optical device 7 as the optical waveguide is provided is processed, and irradiation light 5 of an infrared laser having a spot diameter of 5 mm is applied to the vicinity of the connection end of the first optical waveguide on the side connected to the optical waveguide of the optical device 7. By doing so, the cladding 1 and the core 2 near the connection end were heated to change the refractive index, and the difference in the refractive index between the core 2 and the cladding 1 was reduced. At this time, the power of the infrared laser was 30 W and the irradiation time was 3 seconds. This condition corresponds to heating the portion heated by the irradiation light 5 to about 300 ° C. In FIG. 4, reference numeral 8 denotes a portion corresponding to the core portion (4) of the second optical waveguide in the optical device 7.

【0029】この例では、第1の光導波路においてクラ
ッド部1のシロキサン系ポリマの屈折率がn1=1.44
2、コア部2のチタン含有シロキサン系ポリマの屈折率
がn2=1.453で、屈折率差はΔn=0.7%であったが、
赤外線レーザ光を照射して加熱した後の接続端近傍のク
ラッド部1の屈折率はn1’=1.441に変化し、コア部
2の屈折率はn2’=1.447に変化し、屈折率差はΔn
=0.41%となった。
In this example, in the first optical waveguide, the refractive index of the siloxane-based polymer in the cladding 1 is n1 = 1.44.
2. The refractive index of the titanium-containing siloxane-based polymer in the core portion 2 was n2 = 1.453, and the difference in refractive index was Δn = 0.7%.
After being irradiated with infrared laser light and heated, the refractive index of the cladding 1 near the connection end changes to n1 ′ = 1.441, the refractive index of the core 2 changes to n2 ′ = 1.449, and the difference in refractive index Δn
= 0.41%.

【0030】この結果、赤外線レーザ光を照射する前の
第1の光導波路の接続端におけるモードフィールド径は
5.5μmであったが、赤外線レーザ光を照射して加熱し
た後の第1の光導波路の接続端におけるモードフィール
ド径は約9μmに拡大し、光デバイス7のモードフィー
ルド径である9μmにほぼ一致した。これにより、モー
ドフィールド径の不一致による結合損失は約0.5dB低
減することができた。
As a result, the mode field diameter at the connection end of the first optical waveguide before the irradiation of the infrared laser light is
Although the diameter was 5.5 μm, the mode field diameter at the connection end of the first optical waveguide after being irradiated with the infrared laser light and heated increased to about 9 μm, and almost matched the mode field diameter of the optical device 7 of 9 μm. did. As a result, the coupling loss due to the mode field diameter mismatch could be reduced by about 0.5 dB.

【0031】また、赤外線レーザの照射光5のビームス
ポット径を大きくすることによって、光デバイス7の両
側に位置する受・発光部分と接続する第1の光導波路の
接続端近傍を2箇所同時に加熱して、両側で良好な光接
続を行なうこともできた。
Further, by increasing the beam spot diameter of the irradiation light 5 of the infrared laser, two portions near the connection end of the first optical waveguide connected to the light receiving / emitting portions located on both sides of the optical device 7 are simultaneously heated. As a result, good optical connection could be made on both sides.

【0032】なお、以上の実施例では基板にシリコン基
板を使用したが、これはシリコン基板に限るものでな
く、例えばAlN基板やAl23基板・ガラスセラミッ
クス基板等を用いることもできる。
In the above embodiment, a silicon substrate is used as the substrate. However, the present invention is not limited to the silicon substrate. For example, an AlN substrate, an Al 2 O 3 substrate, a glass ceramic substrate, or the like may be used.

【0033】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。
It should be noted that the above is only an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment. Various changes and improvements may be made without departing from the gist of the present invention. No problem.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように、本発明のモードフィール
ド径の異なる光導波路の接続構造によれば、基板上に形
成されたモードフィールド径の小さい第1の光導波路の
接続部の端面の近傍を加熱して、この端面の近傍におけ
るコア部および/またはクラッド部の屈折率を変化さ
せ、両者の屈折率差を小さくすることによって、端面近
傍のモードフィールド径を拡大して第2の光導波路の大
きなモードフィールド径に近づけたことにより、両光導
波路のモードフィールド径をほぼ一致させることができ
るため、接続部におけるモードフィールド径の不一致に
よる結合損失を低減することができる。また、このよう
に第1の光導波路の端面近傍のモードフィールド径を大
きくするためにコア部とクラッド部との屈折率差を変化
させるための加熱は、従来の石英系光導波路の融着接続
のように2000℃程度といった高温加熱は必要でないた
め、そのような高温加熱による接続構造と比較して、こ
の第1の光導波路が形成された光電子混在基板等の下地
基板へ与えるダメージを実用上問題ない程度まで低減さ
せることができる。
As described above, according to the connection structure for optical waveguides having different mode field diameters according to the present invention, the vicinity of the end face of the connection portion of the first optical waveguide having a small mode field diameter formed on the substrate. Is heated to change the refractive index of the core and / or cladding in the vicinity of the end face, thereby reducing the difference in refractive index between the two, thereby increasing the mode field diameter near the end face and increasing the second optical waveguide. Since the mode field diameters of the two optical waveguides are close to each other, it is possible to make the mode field diameters of both optical waveguides substantially equal to each other, so that the coupling loss due to the mismatch of the mode field diameters at the connection portion can be reduced. In addition, in order to increase the mode field diameter near the end face of the first optical waveguide, the heating for changing the refractive index difference between the core portion and the clad portion is performed by the conventional fusion splicing of the silica-based optical waveguide. Since high-temperature heating such as about 2000 ° C. is not necessary as described above, damage to an underlying substrate such as an opto-electron mixed substrate on which the first optical waveguide is formed is practically less compared to a connection structure using such high-temperature heating. It can be reduced to a level where there is no problem.

【0035】また、本発明のモードフィールド径の異な
る光導波路の接続構造によれば、コア部およびクラッド
部の光学材料と接続する2つの光導波路のモードフィー
ルド径の大きさの違いと組合せによっては、従来の接続
構造のように逆テーパー状光導波路あるいはテーパー状
光導波路を形成して接続するものに比較して、そのよう
なテーパー状光導波路等を形成することなしに第1の光
導波路のモードフィールド径を拡大して第2の光導波路
のモードフィールド径を合わせることができるので、本
発明の光導波路の接続構造を用いた光導波路回路の短縮
化を図ることができる。
Further, according to the connection structure of the optical waveguides having different mode field diameters of the present invention, depending on the difference in the size of the mode field diameter of the two optical waveguides connected to the optical material of the core portion and the cladding portion and the combination thereof. Compared with a conventional connection structure in which an inverted tapered optical waveguide or a tapered optical waveguide is formed and connected, the first optical waveguide can be formed without forming such a tapered optical waveguide or the like. Since the mode field diameter of the second optical waveguide can be matched by increasing the mode field diameter, the optical waveguide circuit using the optical waveguide connection structure of the present invention can be shortened.

【0036】さらに、第1の光導波路として少なくとも
コア部に金属を含有したシロキサン系ポリマを使用した
場合は、コア部および/またはクラッド部の屈折率が加
熱温度に応じてそれぞれ線形的に変化するため、加熱条
件を制御することによって屈折率を所望通りに小さくし
て所望のモードフィールド径に変化させ、第2の光導波
路のモードフィールド径に合致するように近づけること
が精度良く行なえるものとなる。
Further, when a siloxane-based polymer containing a metal is used in at least the core portion as the first optical waveguide, the refractive index of the core portion and / or the cladding portion linearly changes according to the heating temperature. Therefore, by controlling the heating conditions, the refractive index can be reduced as desired, changed to a desired mode field diameter, and can be accurately brought close to the mode field diameter of the second optical waveguide. Become.

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

【図1】本発明のモードフィールド径の異なる光導波路
の接続構造の実施の形態の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a connection structure for optical waveguides having different mode field diameters according to the present invention.

【図2】図1に示す接続構造の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the connection structure shown in FIG.

【図3】シロキサン系ポリマから成るクラッド部および
金属含有コア部の加熱温度に対する屈折率変化の様子を
示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in refractive index with respect to a heating temperature of a clad portion and a metal-containing core portion made of a siloxane-based polymer.

【図4】本発明のモードフィールド径の異なる光導波路
の接続構造の実施の形態の他の例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the embodiment of the connection structure of the optical waveguides having different mode field diameters according to the present invention.

【図5】従来の光導波路と光ファイバとの接続構造の例
を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional connection structure between an optical waveguide and an optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・第1の光導波路のクラッド部 2・・・・・第2の光導波路のコア部 3・・・・・光ファイバ(第2の光導波路)のクラッド部 4・・・・・光ファイバ(第2の光導波路)のコア部 1... Clad portion of first optical waveguide 2... Core portion of second optical waveguide 3... Clad portion of optical fiber (second optical waveguide) 4. ..Core portions of optical fibers (second optical waveguides)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された第1の光導波路の端
面にそのモードフィールド径よりも大きいモードフィー
ルド径を有する第2の光導波路の端面を両光導波路の光
軸を合わせて接続するモードフィールド径の異なる光導
波路の接続構造において、前記第1の光導波路の前記端
面の近傍を加熱して該端面近傍のコア部とクラッド部と
の屈折率差を小さくすることによって、そのモードフィ
ールド径を前記第2の光導波路のモードフィールド径に
近づけたことを特徴とするモードフィールド径の異なる
光導波路の接続構造。
1. An end face of a second optical waveguide having a mode field diameter larger than its mode field diameter is connected to an end face of a first optical waveguide formed on a substrate so that both optical waveguides have their optical axes aligned. In the connection structure of optical waveguides having different mode field diameters, by heating the vicinity of the end face of the first optical waveguide to reduce the refractive index difference between the core portion and the clad portion near the end face, the mode field is reduced. A connection structure for optical waveguides having different mode field diameters, wherein the diameter is close to the mode field diameter of the second optical waveguide.
【請求項2】 前記第1の光導波路は少なくともコア部
に金属を含有したシロキサン系ポリマから成ることを特
徴とする請求項1記載のモードフィールド径の異なる光
導波路の接続構造。
2. The connection structure for optical waveguides having different mode field diameters according to claim 1, wherein the first optical waveguide is made of a siloxane-based polymer containing a metal at least in a core portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002328244A (en) * 2001-05-01 2002-11-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical component
US11067753B2 (en) 2017-06-19 2021-07-20 Fujikura Ltd. Optical module and method for producing same

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