JP2003329864A - スラブ型光導波路を有する光基板及びハイブリッド型光集積回路装置 - Google Patents

スラブ型光導波路を有する光基板及びハイブリッド型光集積回路装置

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JP2003329864A
JP2003329864A JP2002141539A JP2002141539A JP2003329864A JP 2003329864 A JP2003329864 A JP 2003329864A JP 2002141539 A JP2002141539 A JP 2002141539A JP 2002141539 A JP2002141539 A JP 2002141539A JP 2003329864 A JP2003329864 A JP 2003329864A
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optical
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Masatoshi Ishii
雅俊 石井
Masayuki Kato
雅之 加藤
Mototoshi Nishizawa
元亨 西沢
Takeshi Aoki
剛 青木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラブ型光導波路を有する光基板及びハイブ
リッド型光集積回路装置に関し、スラブ型導波路を有す
る光基板を簡単な構成により位置合わせする。 【解決手段】 スラブ型光導波路の少なくとも一部に位
置合わせ用の光取り出し機構3を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスラブ型光導波路を
有する光基板及びハイブリッド型光集積回路装置に関す
るものであり、特に、高速・大容量の信号を伝送する光
通信システムにおいて複数の入力ポートと複数の出力ポ
ートとの間で光信号の伝送先を切り替えるために用いる
強誘電体を用いた光偏向素子をスラブ型光導波路を有す
る光配線基板と光学的に接続する際の位置合わせ機構に
特徴のあるスラブ型光導波路を有する光基板及びハイブ
リッド型光集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の光通信の高速化・大容量化に伴
い、通信インフラの分野では、光アドドロップ,光クロ
スコネクト,波長多重レーザ,光変調器等の様々な光デ
バイスの開発の必要に迫られている。
【0003】例えば、通信需要の飛躍的な増大に伴い、
基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網のハードウ
エアのインフラを構築するためには、伝搬光を高速に切
り替えるための光スイッチの開発が求められている。
【0004】この場合、コリメートされた伝播光を電気
光学効果または電気音響効果により偏向させることによ
り光路を切換える構造の光スイッチにおいては、スラブ
型の光導波路が必要となる。
【0005】この様な偏向を行うための電気光学効果を
もつ強誘電体材料と光を伝播するための石英等の低損失
材料からなるスラブ型光導波路とを組み合わせた光スイ
ッチを構成する際には別々に作製した光導波路基板を光
学的に接続する方法が必要となる。
【0006】この光導波路基板の光学的な接続工程にお
いては、コア層の高さを合わせるための位置合わせが必
要になるが、従来の平面導波路の位置合わせにおいて
は、粗調整用の位置マーカー付平面光導波路が提案され
ている(必要ならば、特開平8−160235号公報参
照)。
【0007】この提案においては、複数のストライプ状
の光伝搬用コア層の両側に、マーカー用導波路を設けた
ものであり、このマーカー用導波路は、ストライプ状の
光伝搬用コア層と直交する方向から光を入射するための
入力部と、入力した位置合わせ用の光をストライプ状の
光伝搬用コア層と平行な方向へ出力するストライプ状コ
ア部とにより構成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の粗調整
用の位置マーカー付平面光導波路に関する技術思想をス
ラブ型光導波路に適用した場合には、調整用の導波路、
即ち、マーカー用導波路を別途作製する必要があり作製
工数がかかるといった問題がある。
【0009】したがって、本発明は、スラブ型導波路を
有する光基板を簡単な構成により位置合わせすることを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、ここで、図1を参照して本発明にお
ける課題を解決するための手段を説明するが、図1は2
つの光基板を位置合わせする際の平面図である。 図1参照 上記の課題を解決するために、本発明は、スラブ型光導
波路を有する光基板2において、位置合わせ用の光取り
出し機構3を少なくとも一か所に有していることを特徴
とする。
【0011】この様に、スラブ型光導波路の一部に、位
置合わせ用の光取り出し機構3を設けるだけであるの
で、少ない作製工数で、光基板1,2の位置合わせを精
度良く行うことができる。なお、位置合わせ用の光取り
出し機構3は一か所でも良いし、複数個所でも良く、複
数個所設けた方が、光基板2の傾き等を矯正することが
できる。
【0012】また、この様な位置合わせ用の光取り出し
機構3は、スラブ型光導波路と屈折率の異なる領域、例
えば、平面形状がプリズム状のプリズム状領域、特に、
反射面を2か所有し、反射光を同一方向に反射させる形
状のプリズム状領域で構成しても良いし、或いは、回折
格子で形成しても良いものである。なお、プリズム状領
域は、スラブ型光導波路を部分的エッチングすることに
よって簡単に形成することができる。
【0013】また、光路が分割されたスラブ型光導波路
を有する光基板の分割部に、光偏向素子等のスラブ型光
導波路を有する光基板2を入れ子状に組み込んでハイブ
リッド型光集積回路装置を構成する際にも、入れ子とな
る光基板2に位置合わせ用の光取り出し機構3を設ける
ことによって、位置合わせを精度良く行うことが可能に
なる。
【0014】また、スラブ型光導波路を有する少なくと
も2つの光基板1,2を位置合わせする場合には、光基
板1,2の少なくとも一方に位置合わせ用の光取り出し
機構3を少なくとも一か所に設け、光基板1,2の他方
から前記位置合わせ用の光取り出し機構3に入射光4を
入射させ、位置合わせ用の光取り出し機構3からの取り
出し光5の光強度を光検出手段6で測定することによっ
て位置合わせを精度良く行うことができる。
【0015】この場合、3個以上の光基板1,2を位置
合わせする際には、3個以上の光基板1,2の中間部に
配置される光基板2に置合わせ用の光取り出し機構3を
設ければ良く、それによって、両端に設けた光基板1か
ら入射光4を入射することによって、位置合わせが可能
になる。
【0016】
【発明の実施の形態】ここで、図2及び図3を参照し
て、本発明の第1の実施の形態のスラブ型光導波路基板
の位置合わせ工程を説明する。 図2(a)及び(b)参照 図2(a)は2つのスラブ型光導波路基板10,20の
位置合わせ工程における概略的平面図であり、図2
(b)は図2(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に
沿った概略的断面図である。
【0017】各スラブ型光導波路基板10,20は、石
英基板11,21上に、P(プラズマ)−CVD法によ
って、厚さが、例えば、8μmのSiO2 からなる下部
クラッド層12,22、厚さが、例えば、3μmのGe
ドープSiO2 からなるコア層13,23、及び、厚さ
が、例えば、8μmのSiO2 からなる上部クラッド層
14,24を順次堆積させたものである。
【0018】この場合、一方のスラブ型光導波路基板2
0には、反射面が1面のみとなる方向に配置したプリズ
ム状の開口部を有するレジストパターン(図示を省略)
を設け、このレジストパターンをマスクとしてCF4
2 或いはC3 8 をエッチングガスとする反応性イオ
ンエッチング(RIE)を施すことによって、少なくと
も下部クラッド層24に達する平面形状がプリズム状の
プリズム状開口部25を設ける。なお、この場合には、
プリズム状開口部25を石英基板21に達するように設
ける。
【0019】次いで、一方のスラブ型光導波路基板10
をステージ上に固定し、他方のスラブ型光導波路基板2
0を移動可能な保持部材で保持した状態で、両方のスラ
ブ型光導波路基板10,20の端面が平行になるように
粗位置合わせしたのち、プリズム状開口部25を設けて
いないスラブ型光導波路基板10側から入射コリメート
光15を入射させ、この入射コリメート光をスラブ型光
導波路基板20に設けたプリズム状開口部25の反射面
で反射させてほぼ直交する方向に反射光16を取り出
し、この反射光16を光検出器17で検出することによ
って位置合わせを行う。
【0020】なお、プリズム状開口部25は、空気層と
なるので、上部クラッド層24/コア層23/下部クラ
ッド層22の積層構造の等価屈折率との間に大きな差が
形成され、この屈折率差によって反射面で全反射が起こ
ることになる。
【0021】次に、図3を参照して、本発明の第1の実
施の形態における位置合わせの具体的フローを説明す
る。 図3参照 図3は、本発明の第1の実施の形態の位置合わせ工程の
フロー図であり、 まず、粗位置合わせした状態で入射コリメート光15
を入射させて反射光16の光強度P0 を光検出器17に
よって測定する。
【0022】次いで、プリズム状開口部25を設けた
スラブ型光導波路基板20を、垂直方向、即ち、Z方向
に移動させて、再び、光強度Pの測定を行う。なお、こ
の場合の移動方向は、上昇する方向、即ち、+方向とす
る。
【0023】次いで、移動後に測定した光強度Pと、
移動前に測定した光強度P0 とを比較し、 P−P0 >0の場合には、移動後に測定した光強度P
をP0 に置き換えるとともに、Z=1とし、P−P0
0の場合には、移動後に測定した光強度PをP0に置き
換えるとともに、Z=0とする。
【0024】次いで、Z=1の場合には、再び、スラ
ブ型光導波路基板20を+Z方向に移動させて光強度P
の測定を行い、一方、Z=0の場合には、スラブ型光導
波路基板20を逆の−Z方向に移動させて光強度Pの測
定を行う。
【0025】次いで、再び、移動後に測定した光強度
Pと、移動前に測定した光強度P0 とを比較し、 P−P0 >0の場合には、再び、移動後に測定した光
強度PをP0 に置き換えるとともに、Z=1とし、再
び、スラブ型光導波路基板20を+Z方向に移動させて
光強度Pの測定を行い、P−P0 <0になるまで、サブ
ルーチンを繰り返す。
【0026】一方、P−P0 <0になった時点で、移
動・測定を終了させ、紫外線硬化型樹脂を用いて、2つ
のスラブ型光導波路基板10,20を位置合わせができ
た状態で仮固定し、スラブ型光導波路基板10をステー
ジから脱離させて、最終的な実装工程に持ち込む。
【0027】なお、この場合のZ方向への移動はステッ
プ的に行うものであり、ステップ幅は任意である。上記
の説明においては、説明を簡単にするために、二度目に
P−P0 <0になった時点で、移動・測定を終了させて
いるが、二度目にP−P0 <0になった時点でステップ
幅を小さくして逆Z方向に移動して光強度の測定を行
い、位置がより収束するように工程を繰り返しても良い
ものである。
【0028】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、一方のスラブ型光導波路基板20の一部に、ス
ラブ型光導波路の等価屈折率と異なるプリズム状開口部
25を設けているので、マーカー用導波路を別途作製す
ることなく、簡単なエッチング工程だけで、精度の高い
位置合わせが可能になる。
【0029】次に、図4を参照して、3つのスラブ型光
導波路の位置合わせに関する本発明の第2の実施の形態
を説明する。 図4参照 図4は、本発明の第2の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図であり、各スラブ型光導波路基板10,20,3
0の基本的構成及び製造方法は上記の第1の実施の形態
のスラブ型光導波路と同様である。
【0030】但し、この場合、光取り出し機構となるプ
リズム状開口部26は、中間部に配置するスラブ型光導
波路基板20に設けるものであり、また、このプリズム
状開口部26は、両側のスラブ型光導波路基板10,3
0からの入射コリメート光15,35を同じ方向に反射
させるために、2つの反射面を有する方位に配置された
平面形状がプリズム状のプリズム状開口部26とするも
のである。
【0031】また、この場合の位置合わせ工程も図3に
示した上記の第1の実施の形態と基本的に同様である
が、この場合には、まず、一方のスラブ型光導波路基板
10から入射コリメート光15を入射させ、その反射光
16を光検出器17で検出して位置合わせを行い、2つ
のスラブ型光導波路基板10,20を紫外線硬化型樹脂
によって仮固定する。
【0032】次いで、一体になった2つのスラブ型光導
波路基板10,20をステージから脱離させ、移動可能
な保持部材で保持し、他方のスラブ型光導波路基板30
をステージに取り付けて、粗位置合わせを行ったのち、
スラブ型光導波路基板30から入射コリメート光35を
入射させ、スラブ型光導波路基板20に設けたプリズム
状開口部26で反射させ、反射光36を光検出器17で
検出することによって位置合わせを行う。この場合も、
位置合わせが終了したのち、紫外線硬化型樹脂によって
仮固定し、最終的な実装工程に持ち込む。
【0033】次に、図5を参照して、光偏向素子をスラ
ブ型光導波路に対して入れ子状に組み込んだハイブリッ
ド型光集積回路装置に関する本発明の第3の実施の形態
を説明する。 図5参照 図5は、本発明の第3の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図であり、この場合のスラブ型光導波路基板40の
基本的構成及び製造方法は上記の第1の実施の形態のス
ラブ型光導波路と同様であり、石英基板41上に、P−
CVD法によって、厚さが、例えば、8μmのSiO2
からなる下部クラッド層42、厚さが、例えば、3μm
のGeドープSiO2 からなるコア層43、及び、厚さ
が、例えば、8μmのSiO2 からなる上部クラッド層
44を順次堆積させたのち、CF 4 +O2 或いはC3
8 をエッチングガスとする反応性イオンエッチングを施
すことによって素子組み込み用凹部45を形成したもの
である。
【0034】一方、光偏光素子50は、詳細な図示は省
略するが、まず、Nbがドープされた導電性のSrTi
3 基板51上に、パルス・レーザ堆積法を用いて(P
0. 91La0.09)(Zr0.65Ti0.35)O3 からなる、
厚さが、例えば、1μmのPLZT下部クラッド層5
2、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 からなる、厚さが、
例えば、2μmのPZTコア層53、及び、(Pb0.91
La0.09)(Zr0.65Ti0.35)O3 からなる、厚さ
が、例えば、1μmのPLZT上部クラッド層54を順
次堆積させる。
【0035】次いで、PLZT上部クラッド層54の表
面にプリズム状の開口部を有するメタルマスクを通して
厚さが、例えば、200nmのITO透明導電膜を形成
してプリズム状の上部電極を多段に且つアレイ状に形成
することによって、プリズム型光偏向要素群からなる光
偏向素子50とし、この光偏向素子50の多段のアレイ
状に配置された光偏向要素群の一端部側にプリズム状開
口部55を設ける。
【0036】次いで、スラブ型光導波路基板40をステ
ージに固定するとともに、光偏向素子50をアップサイ
ドダウンの状態で移動可能な保持部材に保持した状態
で、上記の第1の実施の形態と同様の工程を繰り返して
位置合わせを行い、位置合わせを終了したのち、紫外線
硬化型樹脂で光偏向素子50をスラブ型光導波路基板4
0の素子組み込み用凹部45に入れ子状に固定する。
【0037】この場合には、素子組み込み用凹部45に
よって分割された2つのスラブ型光導波路部の両側から
交互に入射コリメート光を入射させて位置合わせを行う
ことによって、高さ調整のみならず、傾きの調整も同時
に行うことができる。
【0038】また、この場合、スラブ型光導波路基板4
0に2つの素子組み込み用凹部45を設け、この2つの
素子組み込み用凹部45に2つの光偏向素子50を互い
の光偏向素子群が対称になるように入れ子状に組み込む
ことによって、中間のスラブ型光導波路部を共通導波路
として入力側の光偏向素子と出力側の光偏向素子とを対
称に配置した光スイッチ装置が得られる。
【0039】この場合、光導波路部を低損失材料の石
英、即ち、SiO2 から構成しているので、共通導波路
を含めた全体構造を強誘電体で構成した場合よりも光損
失を低減することができる。
【0040】次に、図6を参照して、本発明の第4の実
施の形態を説明する。 図6参照 図6は、本発明の第4の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図であり、各スラブ型光導波路基板10,20の基
本的構成及び製造方法は上記の第1の実施の形態のスラ
ブ型光導波路と同様である。
【0041】但し、この第4の実施の形態においてはス
ラブ型光導波路基板20に設ける光取り出し機構を回折
格子27で構成したものであり、この回折格子27は干
渉露光法によって回折格子状のレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクとして上部クラッド
層24の表面をエッチングして形成すれば良い。
【0042】この場合、スラブ光導波路基板10から入
射された入射コリメート光15は、スラブ型光導波路基
板20に設けた回折格子27によって上方に回折され、
上方に回折された回折光18を上方に配置した光検出器
17で検出することによって位置合わせを行う。この様
な回折格子27を光取り出し機構とする構成は、反射光
を側面から取り出しにくい構成の場合により好適な構成
となる。
【0043】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られる
ものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記
各実施の形態の説明においては、光取り出し機構を一方
の光基板にしか設けていないが、双方に設けても良いも
のである。但し、その場合には、光取り出し機構の互い
の位置が重ならないように、入射コリメート光を互いに
平行移動させた位置に設ければ良い。
【0044】また、上記の各実施の形態においては、光
取り出し機構を1個しか設けていないが、複数個所に設
けても良いものであり、例えば、図2(a)を参照して
説明すれば、図におけるスラブ型光導波路基板20の上
端部側にもプリズム状開口部25を設けても良いもので
あり、それによって、傾きの調整も可能になる。
【0045】また、上記の第2の実施の形態において
は、3つのスラブ型光導波路の位置合わせとして説明し
ているが、4つ以上のスラブ型光導波路の位置合わせに
対しても同様に適用されるものであり、その場合には、
内側に設けられるスラブ型光導波路に光取り出し機構を
互いの位置が重ならないように設ければ良い。
【0046】また、上記の第3の実施の形態において
は、入れ子状に組み込む素子を光偏向素子としている
が、光偏向素子に限られるものではなく、光偏光素子、
光変調素子、或いは、半導体レーザ等の他の光素子を組
み込んでも良いことはいうまでもないことである。
【0047】また、上記の各実施の形態においては、低
損失化のためにスラブ型光導波路をSiO2 系によって
構成しているが、必ずしもSiO2 系に限られるもので
はなく、他の誘電体材料、例えば、PLZT/PZT系
等の強誘電体材料によって構成しても良いものである。
【0048】ここで、再び、図1を参照して、改めて本
発明の詳細な特徴を説明する。再び、図1参照 (付記1) 位置合わせ用の光取り出し機構3を少なく
とも一か所に有していることを特徴とするスラブ型光導
波路を有する光基板。 (付記2) 上記光取り出し機構3が、上記スラブ型光
導波路と屈折率の異なる領域で構成されることを特徴と
する付記1記載のスラブ型光導波路を有する光基板。 (付記3) 上記スラブ型光導波路と屈折率の異なる領
域が、平面形状がプリズム状のプリズム状領域であるこ
とを特徴とする付記2記載のスラブ型光導波路を有する
光基板。 (付記4) 上記プリズム状領域が、反射面を2か所有
し、反射光を同一方向に反射させる形状のプリズム状領
域であることを特徴とする付記3記載のスラブ型光導波
路を有する光基板。 (付記5) 上記プリズム状領域が、スラブ型光導波路
を部分的エッチングして形成したプリズム状開口部であ
ることを特徴とする付記3または4に記載のスラブ型光
導波路を有する光基板。 (付記6) 上記光取り出し機構3が、回折格子からな
ることを特徴とする付記1記載のスラブ型光導波路を有
する光基板。 (付記7) 光路が分割されたスラブ型光導波路を有す
る光基板の前記分割部に、位置合わせ用の光取り出し機
構3を少なくとも一か所に有しているスラブ型光導波路
を有する光基板2を、両光基板のコア層の中心位置が一
致するように光学的に接続したことを特徴とするハイブ
リッド型光集積回路装置。 (付記8) スラブ型光導波路を有する少なくとも2つ
の光基板1,2を位置合わせる光基板の位置合わせ方法
において、前記光基板1,2の少なくとも一方に位置合
わせ用の光取り出し機構3を少なくとも一か所に設け、
前記光基板1,2の他方から前記位置合わせ用の光取り
出し機構3に光を入射させ、前記位置合わせ用の光取り
出し機構3から取り出した取り出し光5の強度を測定す
ることによって位置合わせを行うことを特徴とする光基
板の位置合わせ方法。 (付記9) 上記光基板1,2が3個以上であり、上記
位置合わせ用の光取り出し機構3を少なくとも一か所に
設けた光基板1,2が、前記3個以上の光基板1,2の
中間部に配置されることを特徴とする付記8記載の光基
板1,2の位置合わせ方法。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、スラブ型光導波路の一
部にプリズム状開口部等の光取り出し機構を設けるだけ
であるので、簡単な構成・工程によって位置合わせのた
めの光を外部に取り出して光強度をモニタすることがで
き、それによって、複数のスラブ導波路基板同士の位置
合わせを簡単に且つ精度良く行うことが可能になり、ひ
いては、高速・大容量の光通信システムの発展に寄与す
るところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の位置合わせ工程の
フロー図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態の位置合わせ工程の
説明図である。
【符号の説明】
1 光基板 2 光基板 3 光取り出し機構 4 入射光 5 取り出し光 6 光検出手段 10 スラブ型光導波路基板 11 石英基板 12 下部クラッド層 13 コア層 14 上部クラッド層 15 入射コリメート光 16 反射光 17 光検出器 18 回折光 20 スラブ型光導波路基板 21 石英基板 22 下部クラッド層 23 コア層 24 上部クラッド層 25 プリズム状開口部 26 プリズム状開口部 27 回折格子 30 スラブ型光導波路基板 31 石英基板 32 下部クラッド層 33 コア層 34 上部クラッド層 35 入射コリメート光 36 反射光 40 スラブ型光導波路基板 41 石英基板 42 下部クラッド層 43 コア層 44 上部クラッド層 45 素子組み込み用凹部 50 光偏向素子 51 SrTiO3 基板 52 PLZT下部クラッド層 53 PZTコア層 54 PLZT上部クラッド層 55 プリズム状開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西沢 元亨 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 青木 剛 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA02 LA09 MA03 PA05 PA24 QA04 RA08 TA11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位置合わせ用の光取り出し機構を少なく
    とも一か所に有していることを特徴とするスラブ型光導
    波路を有する光基板。
  2. 【請求項2】 上記光取り出し機構が、上記スラブ型光
    導波路と屈折率の異なる領域で構成されることを特徴と
    する請求項1記載のスラブ型光導波路を有する光基板。
  3. 【請求項3】 上記スラブ型光導波路と屈折率の異なる
    領域が、平面形状がプリズム状のプリズム状領域である
    ことを特徴とする請求項2記載のスラブ型光導波路を有
    する光基板。
  4. 【請求項4】 上記光取り出し機構が、回折格子からな
    ることを特徴とする請求項1記載のスラブ型光導波路を
    有する光基板。
  5. 【請求項5】 光路が分割されたスラブ型光導波路を有
    する光基板の前記分割部に、位置合わせ用の光取り出し
    機構を少なくとも一か所に有しているスラブ型光導波路
    を有する光基板を、両光基板のコア層の中心位置が一致
    するように光学的に接続したことを特徴とするハイブリ
    ッド型光集積回路装置。
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