JP2005331967A - Optical coupling apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical coupling apparatus in which the modes of an optical semiconductor element and an optical waveguide, or the optical semiconductor element and an optical fiber are matched. <P>SOLUTION: The optical coupling apparatus has at least an optical waveguide and at least an optical component which are mounted facing to each other on a substrate, and a function that the expansion of a light distribution of a light beam propagating in either direction in the optical waveguide on a cross section perpendicular to an optical axis is smaller at the end face side facing to the optical component and becomes larger toward the opposite end face, or is larger at the end face side facing the optical component and becomes smaller toward the opposite end face. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光ファイバ通信あるいは光情報処理に用いる光装置に関し、特に光半導体レーザ等の光半導体素子とシングルモード光導波路又は光半導体レーザ等の光半導体素子とシングルモード光ファイバを光結合する光結合装置に関するものである。   The present invention relates to an optical device used for optical fiber communication or optical information processing, and more particularly, to optically couple an optical semiconductor element such as an optical semiconductor laser and an optical semiconductor element such as a single mode optical waveguide or an optical semiconductor laser and a single mode optical fiber. The present invention relates to a coupling device.

二つ以上のシングルモード型の光部品を高効率に光結合させるには、二つの部品間のモード整合を行うとともに精密な光軸の位置合わせが必要である。ここでモード整合とは、互いに光結合すべき二つのシングルモード型の光部品内に閉じ込められた光の強度分布(モードサイズとも言う)を、二つの光部品間で一致させることである。このような二つの部品間のモード整合及び精密な光軸の位置合わせをするための従来の技術には、例えば図18〜図27に示すようなものがある。   In order to optically couple two or more single-mode optical components with high efficiency, it is necessary to perform mode matching between the two components and precisely align the optical axis. Here, the mode matching is to match the intensity distribution (also referred to as mode size) of light confined in two single-mode optical components to be optically coupled to each other between the two optical components. Conventional techniques for mode matching between two parts and precise optical axis alignment include those shown in FIGS. 18 to 27, for example.

図18は、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3をレンズ41、42を用いて光結合するもので、第1のレンズ41で光ビームを平行にし、第2のレンズ42で収束させて光結合するものである。二つのレンズを用いることによって、半導体レーザ等の光半導体装置200から出力される光ビームのスポットサイズ(1.2μm×1.7μm〜2.1μm×3.2μm)を4〜6倍程度まで拡大し、光ファイバ3のモードサイズ(約10μm)に整合させるものである。かかる第1のレンズ41及び第2のレンズ42で光半導体装置と光ファイバのモードを整合させることにより高い結合効率が得られる。   FIG. 18 illustrates an optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and an optical fiber 3 that are optically coupled using lenses 41 and 42. A light beam is collimated by a first lens 41 and converged by a second lens 42. Are optically coupled. By using two lenses, the spot size (1.2 μm × 1.7 μm to 2.1 μm × 3.2 μm) of the light beam output from the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser is expanded to about 4 to 6 times, and the optical fiber. It matches the mode size of 3 (about 10 μm). A high coupling efficiency can be obtained by matching the modes of the optical semiconductor device and the optical fiber with the first lens 41 and the second lens 42.

更に、図19(a)あるいは図19(b)に示すように、第1のレンズ41と第2のレンズ42の間に封止用窓607を介在させて半導体レーザ等の光半導体装置200を気密封止し、光半導体装置200が湿気や酸化等により劣化することを防止している。ここに600は気密封止部、 601は基体、603は半導体レーザのサブマウント、606は封止用スペーサ、 31は光ファイバ3を保持するためのフェルール、32は第2のレンズ42を介して光ファイバ3と第1のレンズ41とを結合させるファイバ結合部である。   Further, as shown in FIG. 19 (a) or FIG. 19 (b), an optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser is provided with a sealing window 607 interposed between the first lens 41 and the second lens. Hermetic sealing is performed to prevent the optical semiconductor device 200 from being deteriorated by moisture, oxidation, or the like. Here, 600 is a hermetically sealed portion, 601 is a base, 603 is a semiconductor laser submount, 606 is a sealing spacer, 31 is a ferrule for holding the optical fiber 3, and 32 is via a second lens 42. This is a fiber coupling portion that couples the optical fiber 3 and the first lens 41.

次に図20は、先端をレンズ状に加工した光ファイバ 3A(図20に示すものはテーパ先球ファイバという。この他に光ファイバの先端を溶融させて先端にレンズ様のものを形成する方法もある。)を用いて光結合するものである。光ファイバの先端を細くしかつ球面状にすると、光ファイバの入射端における光ビームのサイズが小さくなる。その結果、光ファイバと半導体レーザのモードサイズが一致し結合効率が向上する。   Next, FIG. 20 shows an optical fiber 3A whose tip is processed into a lens shape (the one shown in FIG. 20 is called a tapered tip spherical fiber. In addition, a method for forming a lens-like one at the tip by melting the tip of the optical fiber Are also used for optical coupling. When the tip of the optical fiber is made thin and spherical, the size of the light beam at the incident end of the optical fiber is reduced. As a result, the mode sizes of the optical fiber and the semiconductor laser are matched to improve the coupling efficiency.

図21は図20に例示した結合系において半導体レーザを気密封止する例を示すものである。真空蒸着等により表面に金属被覆(図示せず)を施した光ファイバ 3Aを半田611等を用いてブロック610に固定し、光ファイバ 3Aを保持したフェルール31を保持するための部材32のフランジと、封止部600との境界部を溶接して気密封止する。   FIG. 21 shows an example in which the semiconductor laser is hermetically sealed in the coupling system illustrated in FIG. An optical fiber 3A having a metal coating (not shown) on its surface by vacuum deposition or the like is fixed to the block 610 using solder 611 or the like, and a flange of a member 32 for holding the ferrule 31 holding the optical fiber 3A; Then, the boundary portion with the sealing portion 600 is welded and hermetically sealed.

ここに、図18, 図19(a)及び図19(b)の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と二つのレンズ41、42と光ファイバ3を、図20及び図21の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3Aを極めて精密に位置合わせする必要がある。その際、その位置合わせには高い精度が要求される。そのため、例えば光半導体装置200が半導体レーザである場合には、半導体レーザを発光させ、光ファイバ3あるいは3Aに結合した光の強度を計測し、それが最大となるように位置合わせを行い、固定する。   Here, in the case of FIG. 18, FIG. 19 (a) and FIG. 19 (b), the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser, the two lenses 41 and 42 and the optical fiber 3 are shown in FIG. 20 and FIG. Requires an extremely precise alignment between the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and the optical fiber 3A. At that time, high accuracy is required for the alignment. Therefore, for example, when the optical semiconductor device 200 is a semiconductor laser, the semiconductor laser emits light, the intensity of the light coupled to the optical fiber 3 or 3A is measured, and the position is aligned and fixed so as to maximize it. To do.

図22は、半導体レーザ等の光半導体装置と光ファイバの位置合わせを簡易化する例である。例えば実装用基板180に、その表面にフォトリソグラフィープロセスによってV溝181とボンディングパッド(例えば図28に例示の102)と位置合わせ用マーク(例えば図28に例示の107)を形成したシリコン基板等を用い、この基板180上のV溝181で光ファイバ 3をガイドして位置決めする。一方、半導体レーザ等の光半導体装置200には、基板上の位置合わせマークに対応するマーク(例えば図28に例示の204)と基板180上のボンディングパッドに対応するボンディングパターン(例えば図28に例示の202、203)を形成したものを用いる。そして、精密な微動装置を用いて半導体レーザ等の光半導体装置200の位置合わせマーク(例えば図28に例示の204)が基板上の位置合わせマーク(例えば図28に例示の107)に一致するように位置合わせし、ボンディングする(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照)。   FIG. 22 is an example of simplifying the alignment of an optical semiconductor device such as a semiconductor laser and an optical fiber. For example, a silicon substrate or the like in which a V-groove 181, a bonding pad (for example, 102 illustrated in FIG. 28) and an alignment mark (for example, 107 illustrated in FIG. 28) are formed on the surface of the mounting substrate 180 by a photolithography process. The optical fiber 3 is guided and positioned by the V groove 181 on the substrate 180. On the other hand, in the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser, a mark (for example, 204 illustrated in FIG. 28) corresponding to the alignment mark on the substrate and a bonding pattern (for example, illustrated in FIG. 28) corresponding to the bonding pad on the substrate 180. 202, 203) are used. Then, an alignment mark (for example, 204 illustrated in FIG. 28) of the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser is aligned with an alignment mark (for example, 107 illustrated in FIG. 28) on the substrate using a precise fine movement device. And bonding (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

このようにすることにより、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3の位置合わせが行われる。なおここで、図22に例示した光結合装置に1Bという記号を付し、これを以下の説明に引用する。   By doing so, the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and the optical fiber 3 are aligned. Here, the symbol 1B is attached to the optical coupling device illustrated in FIG. 22, and this is referred to in the following description.

図22に示す従来例において、光半導体装置200が半導体レーザである場合には、例えば、図23のように、光ファイバにテーパ先球ファイバ 3Aを用いると、光ファイバ 3Aと半導体レーザ200のモードサイズが一致し、結合効率が向上する。   In the conventional example shown in FIG. 22, when the optical semiconductor device 200 is a semiconductor laser, for example, as shown in FIG. 23, when a tapered tip spherical fiber 3A is used as an optical fiber, the modes of the optical fiber 3A and the semiconductor laser 200 Match the size and improve the coupling efficiency.

図24は、図22あるいは図23のような結合系において、半導体レーザ等の光半導体装置を気密封止する例を示すものである。ここに図24(a)は気密封止をする前、図24(b)は封止をした後の構成を示すものである。   FIG. 24 shows an example of hermetically sealing an optical semiconductor device such as a semiconductor laser in the coupled system as shown in FIG. 22 or FIG. Here, FIG. 24 (a) shows a configuration before airtight sealing, and FIG. 24 (b) shows a configuration after sealing.

図24に示す装置の気密封止は次のようにして行われる。まず、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3を結合した光結合装置1Bを、一部に切り欠き703がある突起枠702を有する基体700上に配置する(図24(a))。次いで突起枠702の上側及び周囲にエポキシ系の接着剤705を塗布する。次いで蓋400をかぶせ、蓋400と基体の間の隙間を接着剤705で埋め込んで気密封止する(図24(b))。   The hermetic sealing of the apparatus shown in FIG. 24 is performed as follows. First, an optical coupling device 1B in which an optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and an optical fiber 3 are coupled is disposed on a base 700 having a projection frame 702 having a notch 703 in part (FIG. 24A). Next, an epoxy adhesive 705 is applied to the upper side and the periphery of the projection frame 702. Next, the lid 400 is covered, and the gap between the lid 400 and the base is filled with an adhesive 705 to hermetically seal (FIG. 24 (b)).

次に他の従来例について説明する。図25は光部品に光導波路を含み、該光導波路と他の光部品を光結合する例を示すものである。図25(a)は斜視図、図25(b)は図25(a)の左下方向から見た前面正面図である。本例では、基板100上にクラッド層301とコア302よりなる2層構造の光導波路300と同じ光導波路部材よりなる突起物300A(以下これを「スタンドオフ」という)を形成し、四隅に切り欠き202を形成した光半導体装置200をスタンドオフ300Aに嵌め込み、位置合わせを行っている。   Next, another conventional example will be described. FIG. 25 shows an example in which an optical waveguide is included in an optical component, and the optical waveguide is optically coupled to another optical component. FIG. 25 (a) is a perspective view, and FIG. 25 (b) is a front front view seen from the lower left direction of FIG. 25 (a). In this example, a protrusion 300A (hereinafter referred to as a “stand-off”) made of the same optical waveguide member as the optical waveguide 300 having a two-layer structure made up of a clad layer 301 and a core 302 is formed on the substrate 100 and cut into four corners. The optical semiconductor device 200 in which the notch 202 is formed is fitted into the standoff 300A for alignment.

なお、本例の光導波路300はマルチモード導波路であり、そのクラッド層301の厚さは50μm以上である。図25に示すような光結合装置においては、半導体レーザ等の光半導体装置200の四隅の切り欠き202を精度よく形成することが困難になる問題がある。   The optical waveguide 300 in this example is a multimode waveguide, and the thickness of the clad layer 301 is 50 μm or more. In the optical coupling device as shown in FIG. 25, there is a problem that it is difficult to accurately form the notches 202 at the four corners of the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser.

次に、光導波路に、図25に示すようなマルチモード導波路ではなくシングルモード光導波路を用いる場合は図26に示すような光導波路が用いられる。図26の従来例では、例えば、基板100にシリコン基板が用いられ、導波路300のクラッド層301とコア302に石英が用いられる(図26のクラッド層301はコア302の周囲を覆うものであるため「クラッド層301」と言うよりも「クラッド301」のほうがふさわしいが、用語を統一するため「クラッド層301」とする。以下同じ。)。   Next, when a single mode optical waveguide is used as the optical waveguide instead of the multimode waveguide as shown in FIG. 25, the optical waveguide as shown in FIG. 26 is used. 26, for example, a silicon substrate is used for the substrate 100, and quartz is used for the clad layer 301 and the core 302 of the waveguide 300 (the clad layer 301 in FIG. 26 covers the periphery of the core 302). Therefore, “cladding layer 301” is more suitable than “cladding layer 301”, but “cladding layer 301” is used to unify the terms.

この場合、コア302とクラッド層301の比屈折率差[コア(屈折率n1)とクラッド(屈折率n2)の屈折率の比屈折率差をクラッドの屈折率で割った値の百分率、即ち{(n2-n1)/n1}×100]、を0.3%〜0.75%とし、コア302 のサイズを5×5μm〜8×8μm程度とすれば光ファイバと光結合したとき比較的高い結合効率が得られる。この場合の基板とコアの間のクラッド層の厚さ(図26(b)のt)は30μm以上である。   In this case, the relative refractive index difference between the core 302 and the cladding layer 301 [percentage obtained by dividing the relative refractive index difference between the refractive index of the core (refractive index n1) and the cladding (refractive index n2) by the refractive index of the cladding, that is, { (N2−n1) / n1} × 100] is 0.3% to 0.75% and the size of the core 302 is about 5 × 5 μm to 8 × 8 μm, a relatively high coupling efficiency is obtained when optically coupled to an optical fiber. It is done. In this case, the thickness of the clad layer between the substrate and the core (t in FIG. 26 (b)) is 30 μm or more.

なお図26に示すような方法を用いて光導波路300と光半導体装置200を結合する場合、光半導体装置200が通常の半導体レーザである場合には半導体レーザ200の光軸を持ち上げる必要がある。そのための構成として、図27に示すように半導体レーザ200の下にスペーサ5を置くことがある。   When the optical waveguide 300 and the optical semiconductor device 200 are coupled using the method shown in FIG. 26, the optical axis of the semiconductor laser 200 needs to be lifted when the optical semiconductor device 200 is a normal semiconductor laser. As a configuration for that purpose, a spacer 5 may be placed under the semiconductor laser 200 as shown in FIG.

以上のように従来においては、レンズによるモード整合や先端をレンズ状に加工した光ファイバによるモード整合を行うとともに、光ファイバの場合に微動装置による精密な位置合わせ(図19、図21の場合)や基板上の溝による光ファイバの位置合わせ(図22〜24)や、半導体レーザを基板に実装する場合に微動装置を用いて基板と半導体レーザのマークを一致させる半導体レーザの位置合わせ(図28)が行われ、光導波路の場合にスタンドオフと切り欠きによる位置合わせが行われ、光導波路と半導体レーザの光軸の高さ合わせにスペーサの使用等が必要であった。
IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL.15, NO. 6, p.944-955 (1992) 1993年電子情報通信学会秋季大会講演論文集 4-266
As described above, in the past, mode matching with a lens and mode matching with an optical fiber whose tip was processed into a lens shape were performed, and precise alignment with a fine movement device in the case of an optical fiber (in the case of FIGS. 19 and 21) Or alignment of the optical fiber by the groove on the substrate (FIGS. 22 to 24), and alignment of the semiconductor laser by aligning the substrate and semiconductor laser marks using a fine movement device when the semiconductor laser is mounted on the substrate (FIG. 28). In the case of an optical waveguide, alignment by standoff and notch is performed, and it is necessary to use a spacer or the like to align the optical waveguide and the optical axis of the semiconductor laser.
IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL.15, NO.6, p.944-955 (1992) Proceedings of the 1993 IEICE Autumn Meeting 4-266

しかし、図18〜図24に示す従来例には次のような問題がある。まず、図18〜図21の場合には、半導体レーザ等の光半導体装置200とレンズ41、42と光ファイバ3 あるいは光半導体装置200と光ファイバ3を非常に精密に位置合わせする必要がある。そのため、光部品の位置合わせに多くの時間を要する。また、位置合わせの間、半導体レーザ等の光半導体装置200を能動状態(例えば半導体レーザを発光させる)にしているため、誤操作等により半導体レーザ等の光半導体装置を劣化させたり破壊したりする問題がある。   However, the conventional examples shown in FIGS. 18 to 24 have the following problems. First, in the case of FIGS. 18 to 21, it is necessary to align the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and the lenses 41 and 42 and the optical fiber 3 or the optical semiconductor device 200 and the optical fiber 3 very precisely. Therefore, it takes a lot of time to align the optical components. Further, since the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser is in an active state (for example, causing the semiconductor laser to emit light) during alignment, the optical semiconductor device such as a semiconductor laser is deteriorated or destroyed due to an erroneous operation or the like. There is.

次に図22〜図24に示すものは、半導体レーザ等の光半導体装置を能動状態にする必要が無いという利点を有する。しかし、光結合効率を一定以上(例えば最大値の80%以上)に保持させる位置ずれの許容値(この位置ずれの許容値を結合トレランスという)が図23のように先端にレンズ機能を持たせた光ファイバ3Aを用いる場合には0.5μm以下、図22のように先端が平らな光ファイバ3を用いる場合でも±1μm以下の小さなものになる。そのため、機械的に位置合わせすることは容易ではないという問題がある。特に、半導体レーザ等の光半導体装置200をボンディングする際、光ファイバ 3 をガイドする溝181と半導体レーザ等の光半導体装置200との軸ずれを所定値以下にすることが困難になるという問題がある。更に、図22の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3 とのモード不整合が大きくなり、結合損失が大きくなる(結合損失は最小でも7dB程度になる)という問題がある。   Next, what is shown in FIGS. 22 to 24 has an advantage that there is no need to activate an optical semiconductor device such as a semiconductor laser. However, the tolerance for misalignment that maintains the optical coupling efficiency above a certain level (for example, 80% or more of the maximum value) (this tolerance on misalignment is called coupling tolerance) has a lens function at the tip as shown in FIG. When the optical fiber 3A is used, it is 0.5 μm or less, and even when the optical fiber 3 having a flat tip as shown in FIG. 22 is used, it is as small as ± 1 μm. Therefore, there is a problem that mechanical alignment is not easy. In particular, when bonding an optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser, there is a problem that it is difficult to make the axial deviation between the groove 181 that guides the optical fiber 3 and the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser below a predetermined value. is there. Further, in the case of FIG. 22, there is a problem that the mode mismatch between the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser and the optical fiber 3 becomes large and the coupling loss becomes large (the coupling loss becomes about 7 dB at the minimum).

図25の光導波路300と半導体レーザ等の光半導体装置200の光結合においては、光半導体装置200の四隅の切り欠き202を精度よく形成することが必ずしも容易ではないという問題がある。   In the optical coupling between the optical waveguide 300 in FIG. 25 and the optical semiconductor device 200 such as a semiconductor laser, there is a problem that it is not always easy to form the notches 202 at the four corners of the optical semiconductor device 200 with high accuracy.

次に図26のように、基板100に、シリコン基板など、導波路材料(具体的には石英)よりも高屈折率のものを用いる場合には、基板100への光の放射を低減させるためコア302の下側のクラッド層301を厚いものにする必要がある。例えば例示した構造(比屈折率差が0.3%〜0.75%、コアのサイズが5×5μm〜8×8μm)の場合には、前述の通り下側のクラッド層を30μm以上にしなければならない。このことは図25のような光導波路を用いる場合においても同様である。そのため、図25や図26に例示する光導波路と半導体レーザの光結合においては、両者の光軸の高さの一致が難しくなる問題がある。このことを明確にするため、次に図28に従来の半導体レーザのボンディング法の例を、次いで、図29に半導体レーザを基板上のボンディングパッドにフリップチップボンディングするときの構成とその寸法の例を示し、半導体レーザの光軸高さについて具体的に説明する。   Next, as shown in FIG. 26, when using a substrate 100 having a refractive index higher than that of the waveguide material (specifically, quartz) such as a silicon substrate, in order to reduce light emission to the substrate 100. The cladding layer 301 below the core 302 needs to be thick. For example, in the case of the exemplified structure (relative refractive index difference is 0.3% to 0.75%, core size is 5 × 5 μm to 8 × 8 μm), the lower clad layer must be 30 μm or more as described above. The same applies to the case where an optical waveguide as shown in FIG. 25 is used. Therefore, in the optical coupling between the optical waveguide and the semiconductor laser illustrated in FIG. 25 and FIG. 26, there is a problem that it is difficult to match the heights of the optical axes of the two. To clarify this, FIG. 28 shows an example of a conventional semiconductor laser bonding method, and FIG. 29 shows an example of the configuration and dimensions of a semiconductor laser when it is flip-chip bonded to a bonding pad on a substrate. The optical axis height of the semiconductor laser will be specifically described.

図28は半導体レーザ200を基板100に載置する例の主要部のみを例示するものである。図28(a)は載置の一過程を示す斜視図、図28(b)は載置後の正面図である。図28(a)に例示するように、半導体レーザ200の下側表面のボンディングパッド205を形成し、形成されたボンディングパッド205上にボンディング用融材(金錫共晶合金等)203を被着させ、ボンディング用融材を挟んでボンディングパッド205を、基板上に別に形成されたボンディングパッド102に重ね、そのうえで加熱、冷却することにより、半導体レーザ200は図28(b)に示すように基板100上に接着固定される。   FIG. 28 illustrates only the main part of the example in which the semiconductor laser 200 is mounted on the substrate 100. FIG. 28 (a) is a perspective view showing a process of placement, and FIG. 28 (b) is a front view after placement. As illustrated in FIG. 28A, a bonding pad 205 is formed on the lower surface of the semiconductor laser 200, and a bonding flux (gold-tin eutectic alloy, etc.) 203 is deposited on the formed bonding pad 205. Then, the bonding pad 205 is placed on the bonding pad 102 separately formed on the substrate with the bonding material sandwiched therebetween, and then heated and cooled, so that the semiconductor laser 200 becomes the substrate 100 as shown in FIG. Glued and fixed on top.

次に、図29は図28の方法でボンディングされようとしているシリコン基板100と半導体レーザ200の詳細な層構造を例示するものである。例えば図28(b)の中央のボンディングパッド102、ボンディングパッド205、ボンディング用融材203付近を拡大したものである。図29を用いて、各部分の具体的寸法を求める。例えば、配線パターン102Aの厚さが0.3μm、絶縁膜108の厚さが0.3μm、ボンディングパッド102の厚さが0.35μm、ボンディング用融材203の厚さが2〜6μm、ボンディングパッド205の厚さが0.5μm、絶縁膜26の厚さが0.3μm、クラッド層231の厚さが1.5μm、能動領域層(図では活性層と記載)201の厚さが0.14μmである。この場合には、基板の熱酸化膜101の表面から半導体レーザの活性層201の中心までの高さは5.32〜9.32μmになる。   Next, FIG. 29 illustrates a detailed layer structure of the silicon substrate 100 and the semiconductor laser 200 to be bonded by the method of FIG. For example, FIG. 28 (b) is an enlarged view of the vicinity of the bonding pad 102, the bonding pad 205, and the bonding flux 203 at the center. Using FIG. 29, specific dimensions of each part are obtained. For example, the thickness of the wiring pattern 102A is 0.3 μm, the thickness of the insulating film 108 is 0.3 μm, the thickness of the bonding pad 102 is 0.35 μm, the thickness of the bonding material 203 is 2 to 6 μm, and the thickness of the bonding pad 205 The thickness of the insulating film 26 is 0.3 μm, the thickness of the cladding layer 231 is 1.5 μm, and the thickness of the active region layer 201 (described as an active layer in the figure) is 0.14 μm. In this case, the height from the surface of the thermal oxide film 101 of the substrate to the center of the active layer 201 of the semiconductor laser is 5.32 to 9.32 μm.

このように、半導体レーザ200の光軸の高さ(5.32〜9.32μm)は光導波路のコアの中心の高さ(約33μm)に比べて極めて低いものである。このため、図25および図26の従来例においては、半導体レーザ200を基板100に直接ボンディングして光結合する場合に、半導体レーザ200の光軸と光導波路300の光軸と高さを一致させることが困難になる問題を生ずる。   As described above, the height of the optical axis (5.32 to 9.32 μm) of the semiconductor laser 200 is extremely lower than the height (about 33 μm) of the center of the core of the optical waveguide. Therefore, in the conventional example of FIGS. 25 and 26, when the semiconductor laser 200 is directly bonded and optically coupled to the substrate 100, the optical axis of the semiconductor laser 200 and the optical axis of the optical waveguide 300 are made to coincide with each other. This creates a problem that makes it difficult.

ここで、図27のように半導体レーザの下にスペーサ5を置くことによって半導体レーザ200の光軸と光導波路300の光軸と高さを一致させることが考えられる。しかしこの場合には、光導波路300の光軸が高いことに起因してスペーサ5と光導波路300の加工誤差による位置ずれが大きくなる問題を生ずる。即ち、スペーサ5と光導波路300の加工誤差による位置ずれの大きさは両方の光軸の高さに比例するので、図26(b)のように光導波路300の光軸高さtが高くなると誤差寸法が大きくなり、ずれが大きくなる問題を生ずる。具体的には、スペーサ5の加工誤差と光導波路300の加工誤差が共に±5%であれば、光軸高さが30μmの場合には各々±1.5μmの誤差を生じ、合計では最大±3μmの位置ずれを生ずる。この大きなずれのため、通常の半導体レーザとシングルモードの光導波路を結合する光結合装置において、所望の結合効率が得られない不良品が多数発生する問題がある。   Here, it is conceivable that the optical axis of the semiconductor laser 200 and the optical axis of the optical waveguide 300 are made to coincide with each other by placing the spacer 5 under the semiconductor laser as shown in FIG. However, in this case, there is a problem that the positional deviation due to the processing error between the spacer 5 and the optical waveguide 300 becomes large due to the high optical axis of the optical waveguide 300. That is, since the magnitude of the positional shift due to the processing error between the spacer 5 and the optical waveguide 300 is proportional to the height of both optical axes, the optical axis height t of the optical waveguide 300 increases as shown in FIG. The error dimension becomes large, causing a problem of large deviation. Specifically, if the processing error of the spacer 5 and the processing error of the optical waveguide 300 are both ± 5%, an error of ± 1.5 μm is generated when the optical axis height is 30 μm, and the maximum is ± 3 μm in total. Misalignment occurs. Due to this large shift, there is a problem that many defective products in which a desired coupling efficiency cannot be obtained occur in an optical coupling device that couples a normal semiconductor laser and a single mode optical waveguide.

以上のように図18〜図21に例示される従来例においては、レンズや先端をレンズ状に加工した光ファイバによりモード整合が行われるが、光半導体素子を能動状態にし、光出力を計測しながら精密な位置合わせをしなければならない問題があり、図22, 図23, 図24, 図25,図26, 図28に例示される従来例においては、基板上の溝による光ファイバの位置合わせやフォトリソグラフィによる光導波路の位置合わせを行い、微動装置を用いて基板と半導体レーザのマークを一致させて半導体レーザを位置合わせする方法(図22, 図23, 図24, 図26, 図28)やスタンドオフと切り欠きにより位置合わせする方法(図25)が用いられるため、位置合わせの際に光半導体素子を能動状態にする必要はなくなる。しかし、図22〜図26及び図28に例示される従来例には、光半導体素子をボンディングする際の位置ずれが大きくなりやすいため光結合効率が低下しやすい問題があり、図25及び図26に例示される従来技術には、光半導体素子と光導波路の光軸の高さを一致させることが難しい問題があり、図22, 図24, 図26, 図27に例示される従来技術には半導体レーザと光ファイバあるいは半導体レーザと光導波路のモード不整合が生じる問題があった。   As described above, in the conventional examples illustrated in FIG. 18 to FIG. 21, mode matching is performed by an optical fiber having a lens or a tip processed into a lens shape. However, the optical semiconductor element is activated and the optical output is measured. However, in the conventional examples illustrated in FIG. 22, FIG. 23, FIG. 24, FIG. 25, FIG. 26 and FIG. 28, the optical fiber is aligned by the grooves on the substrate. Aligning the optical waveguide by laser and photolithography, and aligning the semiconductor laser by aligning the mark of the substrate and the semiconductor laser using a fine movement device (Figure 22, Figure 23, Figure 24, Figure 26, Figure 28) Since the alignment method using the standoff and the notch (FIG. 25) is used, there is no need to activate the optical semiconductor element at the time of alignment. However, the conventional examples illustrated in FIGS. 22 to 26 and FIG. 28 have a problem that the optical coupling efficiency is likely to be lowered because the positional deviation at the time of bonding the optical semiconductor element tends to be large. In the prior art illustrated in FIG. 22, there is a problem that it is difficult to match the height of the optical axis of the optical semiconductor element and the optical waveguide. In the prior art illustrated in FIG. 22, FIG. 24, FIG. 26, and FIG. There is a problem that mode mismatch occurs between the semiconductor laser and the optical fiber or between the semiconductor laser and the optical waveguide.

従って、本発明は上記従来の光結合装置の持つ問題を解決することを課題としており、特に、光結合の際の位置合わせを簡易化しようとする場合に光半導体素子と光導波路あるいは光半導体素子と光ファイバのモードを整合させることが困難になるという問題の解決を課題とする。   Accordingly, it is an object of the present invention to solve the problems of the above-described conventional optical coupling device, and in particular, when an attempt is made to simplify alignment during optical coupling, an optical semiconductor element and an optical waveguide or an optical semiconductor element. The problem is to make it difficult to match the mode of the optical fiber with the mode of the optical fiber.

上記課題を解決するための手段の構成及び動作の要旨は次の通りである。   The gist of the configuration and operation of the means for solving the above problems is as follows.

手段1〜手段4は光導波路の両端の光ビームのスポットサイズが両端に結合される光部品に一致するような光導波路を用い、両端の光部品との結合効率の向上または結合トレランスを拡大するものである。以下に手段1〜手段4について述べる。   Means 1 to 4 use optical waveguides in which the spot sizes of the light beams at both ends of the optical waveguide coincide with the optical components coupled at both ends, and improve the coupling efficiency with the optical components at both ends or expand the coupling tolerance. Is. The means 1 to means 4 will be described below.

まず手段1は、図8(a)、図9(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するように、光結合装置に、入射端から出射端に向かって光が伝播すると、入射端と出射端でガイドされる光の強度分布が変化する光導波路を用いるものである。   First, as shown in FIGS. 8 (a), 9 (c), 10, 11, 13, 13, 15 (b), 16, and 17, the means 1 is connected to the optical coupling device at the incident end. An optical waveguide is used in which the intensity distribution of light guided at the incident end and the outgoing end changes when light propagates from the outgoing end to the outgoing end.

例えば図9(c)に例示するように、本手段による光導波路300を半導体レーザ200と光ファイバ3の間に介在させ、半導体レーザ200と光結合する側のスポットの形状を半導体レーザ200と同じにし、光ファイバ3と光結合する側のスポットの形状を光ファイバ3と同じにすれば、高い結合効率で光結合できるようになる。   For example, as illustrated in FIG. 9C, an optical waveguide 300 according to this means is interposed between the semiconductor laser 200 and the optical fiber 3, and the shape of the spot on the side optically coupled to the semiconductor laser 200 is the same as that of the semiconductor laser 200. If the shape of the spot on the side optically coupled to the optical fiber 3 is the same as that of the optical fiber 3, optical coupling can be achieved with high coupling efficiency.

更に、本手段による光導波路により、光ファイバと対向する側の光導波路300の出射端のスポットサイズを大きくすると、光導波路300と光ファイバ3の間の結合トレランスの拡大も行われる。この光導波路300と光ファイバ3の間の結合トレランスの拡大は、例えば図9(c)に例示するように、半導体レーザ200と光導波路300を集積化実装し、導波路300と光ファイバ3を位置合わせして光結合し組立をするような光結合装置の製造に際し、ファイバの位置合わせを簡易化する効果を生ずる。   Furthermore, when the spot size at the exit end of the optical waveguide 300 on the side facing the optical fiber is increased by the optical waveguide of this means, the coupling tolerance between the optical waveguide 300 and the optical fiber 3 is also increased. For example, the coupling tolerance between the optical waveguide 300 and the optical fiber 3 is increased by integrating and mounting the semiconductor laser 200 and the optical waveguide 300 as illustrated in FIG. 9C. In the production of an optical coupling device that performs optical coupling and assembly by positioning, the effect of simplifying the alignment of the fibers is produced.

更に、図9(c)において、クラッドと副コアの屈折率差を小さくし、副コアの断面を大きなものとすれば、光ファイバ3と光結合する側の光導波路300のスポットサイズを大きなものとすることが可能になる。例えば図2のグラフ(a)は、図1のようなスラブ導波路のコアとクラッド(屈折率1.55)の比屈折率差が変化したとき、導波路にガイドされる光のスポットサイズがどのように変化するかを例示するものである。なお、コアとクラッドの比屈折率差を変化させるとコアの厚さも変化させなければならないため、図2にはコアの厚さ(グラフ(b))も同時に示している。   Further, in FIG. 9C, if the refractive index difference between the cladding and the sub-core is reduced and the cross-section of the sub-core is increased, the spot size of the optical waveguide 300 on the side optically coupled to the optical fiber 3 is increased. It becomes possible. For example, the graph (a) in FIG. 2 shows how the spot size of light guided to the waveguide changes when the relative refractive index difference between the core and cladding (refractive index 1.55) of the slab waveguide as shown in FIG. This is an example of how it changes. Since the core thickness must be changed when the relative refractive index difference between the core and the clad is changed, FIG. 2 also shows the core thickness (graph (b)).

図1のスラブ構造の光導波路の場合の具体的スポットサイズを例示すると、比屈折率差が0.2%、コアの厚さが7.9μmのとき約11μmのスポットサイズになる。このような光導波路に、部分的にコアを拡大した光ファイバ(例えばTechnicalDigest of The Second Optelectronics conference,3C2-2,1988 等に記載のもの。以下これを「TECファイバ」という。)を結合すると、光導波路と光ファイバの結合トレランスがより拡大されるようになる。例えばガイドされる光のスポットサイズを18μmまで拡大したTECファイバを用いると、約91%の最大結合効率と±3.6μmの結合トレランス(結合効率が最大値の80%以上の場合)が得られる。この結果、光導波路と光ファイバの光結合が容易になる。   An example of a specific spot size in the case of the optical waveguide having the slab structure of FIG. 1 is about 11 μm when the relative refractive index difference is 0.2% and the core thickness is 7.9 μm. When an optical fiber having a partially expanded core (for example, described in Technical Digest of The Second Optoelectronics conference, 3C2-2, 1988, etc., hereinafter referred to as “TEC fiber”) is coupled to such an optical waveguide. The coupling tolerance between the optical waveguide and the optical fiber is further increased. For example, using a TEC fiber with a guided light spot size expanded to 18 μm, a maximum coupling efficiency of about 91% and a coupling tolerance of ± 3.6 μm (when the coupling efficiency is 80% or more of the maximum value) can be obtained. As a result, optical coupling between the optical waveguide and the optical fiber is facilitated.

さらに、本手段を用いると、光導波路のコアを曲げたときの損失が低減する効果を生ずる。次にこれについて説明する。光導波路のコアを曲線にすると、その曲率半径が小さくなると光が外部に放射され損失となる。この放射の起こり易さは光導波路の構造に依存する。   Furthermore, when this means is used, there is an effect that the loss when the core of the optical waveguide is bent is reduced. Next, this will be described. If the core of the optical waveguide is curved, when the radius of curvature becomes small, light is emitted to the outside and lost. The ease with which this radiation occurs depends on the structure of the optical waveguide.

光導波路のコアとクラッド層のうち、コアに閉じ込められている光の割合(電界分布のうちコア内に分布しているものの積分値の全体の積分値に対する割合)を「光の閉じ込めの強さ」と定義すると、光の閉じ込めが強いほど、導波路の曲げによる損失が小さくなる。そして、本手段によるもののように、導波路のスポットサイズが変化する導波路においては、スポットサイズが小さいところでは光の閉じ込めが強くなる。よって、他の光部品と光結合をする部分と曲がりの部分とを含む光導波路において本手段を用い、相対的に曲がりの部分のスポットサイズを小さくし、他の光部品と光結合をする部分のスポットサイズを大きくするようにすると、曲がりの部分の放射損失が小さく、あるいは曲がりの部分の曲率半径が小さく(よって小型化が可能で)、且つ他の光部品との光結合が容易な光導波路が実現される。   The ratio of the light confined in the core between the core and the clad layer of the optical waveguide (the ratio of the integral value of the electric field distribution distributed in the core to the total integral value) is expressed as “the intensity of light confinement” In other words, the stronger the light confinement, the smaller the loss due to bending of the waveguide. Then, in a waveguide where the spot size of the waveguide changes, as in the case of this means, light confinement becomes strong at a spot size that is small. Therefore, this means is used in an optical waveguide including a portion that is optically coupled to another optical component and a bent portion, and a portion that is optically coupled to another optical component is reduced by relatively reducing the spot size of the bent portion. If the spot size is increased, the radiation loss at the bent portion is reduced, or the radius of curvature at the bent portion is reduced (and thus miniaturization is possible), and the optical coupling with other optical components is easy. A waveguide is realized.

手段2は、光結合装置に、図8、図9(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するように、相対的に高屈折率で、光軸方向に進行するにともなって途中から徐々にその断面積あるいはその外側の輪郭の形状が変化する部分を有する主コア302Aの周囲を、相対的に低屈折率の副コア302Bで取り囲む構造の複合コアを有する光導波路を用いるものである。   The means 2 can be applied to the optical coupling device with a relatively high refractive index as illustrated in FIGS. 8, 9 (c), 10, 11, 13, 15 (b), 16, and 17. Thus, the sub-core 302B having a relatively low refractive index surrounds the periphery of the main core 302A having a portion in which the cross-sectional area or the shape of the outer contour thereof gradually changes from the middle as it advances in the optical axis direction. An optical waveguide having a composite core with a structure is used.

本手段に用いる光導波路は、例えば図8(a)に例示するように、主コア302Aを副コア302Bで取り囲んだものをコアとする光導波路で、図示したように、例えば、光導波路の右上側では主コア302Aの幅が広く途中から幅が徐々に狭くなり、やがて主コア302Aが消失するものである。図8(d)の電界分布(2)に例示するように、右側の幅が広い主コア302Aを有する部分では、主コアをコアとし副コアをクラッドとする光導波路が形成されるため光(図8(d)の(1)及び(2)は電界分布を示す)は狭い範囲に閉じ込められる。そのためスポット径が小さくなる。主コア302Aが消失すると副コア302Bのみで光を閉じ込めるようになるので、図8(d)の左側の電界分布(1)に示すように、スポット径が大きくなる。中間部においては、図8のように徐々にコアの形状を変化させることにより徐々にスポット径が変化するようになる。本手段を用いることにより、手段1に記載の光導波路が具現化される。   The optical waveguide used in this means is an optical waveguide having a core in which the main core 302A is surrounded by the sub-core 302B, as illustrated in FIG. 8A, for example. On the side, the width of the main core 302A is wide and the width gradually decreases from the middle, and eventually the main core 302A disappears. As illustrated in the electric field distribution (2) of FIG. 8D, in the portion having the main core 302A having a wide right side, an optical waveguide having a main core as a core and a sub-core as a clad is formed. In FIG. 8D, (1) and (2) show the electric field distribution). Therefore, the spot diameter becomes small. When the main core 302A disappears, light is confined only by the sub-core 302B, so that the spot diameter increases as shown in the electric field distribution (1) on the left side of FIG. 8 (d). In the intermediate portion, the spot diameter gradually changes by gradually changing the shape of the core as shown in FIG. By using this means, the optical waveguide described in means 1 is realized.

手段3は、図11、図12、図16(a)、図16(b)に例示するように、手段2の光導波路において、副コア302Bを、光軸方向に進行するにともなって徐々にその断面積あるいはその輪郭が変化する部分を有する構成としたものである。   As illustrated in FIGS. 11, 12, 16 (a), and 16 (b), the means 3 gradually moves along the sub-core 302B in the optical axis direction in the optical waveguide of the means 2. The cross-sectional area or the contour thereof is changed.

図11(a)の光導波路は光導波路の右上から左下に進むに従って副コア302Bの幅が徐々に広くなる領域を含むものとなっており、図11(b)の光導波路は光導波路の右上から左下に進むに従って副コア302Bの幅が徐々に狭くなる領域を含むものとなっている。   The optical waveguide in FIG. 11 (a) includes a region in which the width of the sub-core 302B gradually increases from the upper right to the lower left of the optical waveguide. The optical waveguide in FIG. From the left to the lower left, the sub-core 302B includes a region where the width gradually decreases.

図11(a)及び図11(b)に示す光導波路の右上の端の部分でガイドされる光の水平方向の電界分布と副コアの幅との関係を図12に示す。ここに図12(a)は光導波路の断面とそれにガイドされる電界の強度分布(1)を例示するもの、図12(b)は図12(a)における副コア302Bの幅 Ws と屈折率n2が変化したときの電界強度分布(1)の幅 We(Weはスポットサイズ)の変化を例示するものである。   FIG. 12 shows the relationship between the horizontal electric field distribution of the light guided by the upper right end portion of the optical waveguide shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) and the width of the sub-core. Here, Fig. 12 (a) illustrates the cross section of the optical waveguide and the intensity distribution (1) of the electric field guided by it, and Fig. 12 (b) shows the width Ws and refractive index of the sub-core 302B in Fig. 12 (a). It illustrates the change in the width We (where We is the spot size) of the electric field intensity distribution (1) when n2 changes.

図12(b)に例示したように、副コアの幅を広くすると電界分布が広いものとなり、副コアの幅を狭くすると電界分布が狭くなる。よって副コアの幅を調節して電界分布の形状を調節し、光導波路に結合される他の光部品とのモード整合をすることができる。   As illustrated in FIG. 12B, when the width of the sub-core is widened, the electric field distribution is widened, and when the width of the sub-core is narrowed, the electric field distribution is narrowed. Therefore, the width of the sub-core can be adjusted to adjust the shape of the electric field distribution, and mode matching with other optical components coupled to the optical waveguide can be achieved.

さらに、副コアの屈折率を小さくすると電界分布が広いものとなり、副コアの屈折率を大きくすると電界分布が狭くなる。よって副コアの屈折率を調節して電界分布の形状を調節し、光導波路に結合される他の光部品とのモード整合をすることができる。このように本手段を用いることにより手段2に記載の光導波路が改良され、電界分布の調節範囲が拡大される。   Further, when the refractive index of the sub-core is reduced, the electric field distribution becomes wide, and when the refractive index of the sub-core is increased, the electric field distribution becomes narrow. Therefore, the refractive index of the sub-core can be adjusted to adjust the shape of the electric field distribution, and mode matching with other optical components coupled to the optical waveguide can be achieved. Thus, by using this means, the optical waveguide described in means 2 is improved, and the adjustment range of the electric field distribution is expanded.

次に手段4は、図10、図16(c)に例示するように、相対的に高屈折率で光軸方向に進行するにともなって途中から徐々にその断面積あるいはその形状が変化する主コア302Aを、相対的に低屈折率の副コア302Bで上下又は左右の2方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の主コアと副コアを組み合わせたものを光導波路のコアとするものである。なお、図10、図16(c)には、副コア302Bで主コア302Aを上下2方向から挟み込んだもののみが例示されているが、縦と横の関係を入れ替えると、副コアで主コアを左右2方向から挟み込んだものも同等の作用を有する光導波路となる。   Next, as illustrated in FIGS. 10 and 16 (c), the means 4 has a main structure in which its cross-sectional area or its shape gradually changes from the middle as it proceeds in the optical axis direction with a relatively high refractive index. The core of the optical waveguide is a combination of a main core and a sub core having a structure in which the core 302A is sandwiched between two sub-cores 302B having a relatively low refractive index in the vertical and horizontal directions. 10 and 16 (c) only illustrate the case where the main core 302A is sandwiched from the upper and lower directions by the secondary core 302B. However, if the vertical and horizontal relationships are interchanged, the secondary core is the main core. The optical waveguide having the same function is also sandwiched between the left and right directions.

図12(b)に例示したように、図12(a)の構成の光導波路においては、副コアの幅を変化させると、副コアと主コアの幅が同じになったとき最もスポットサイズが小さくなる。よって本手段による光導波路は小さなスポット径を持つ光部品とのモード整合に適するものとなる。   As illustrated in FIG. 12 (b), in the optical waveguide having the configuration of FIG. 12 (a), when the width of the sub-core is changed, the spot size is the largest when the width of the sub-core and the main core is the same. Get smaller. Therefore, the optical waveguide according to this means is suitable for mode matching with an optical component having a small spot diameter.

次に手段5は、図13に例示するように、曲線状の光導波路300の少なくとも曲がりを有する部分に、主コア302Aと副コア302Bを有する手段2〜手段4のいずれかの光導波路を用いるものである。   Next, as illustrated in FIG. 13, the means 5 uses any one of the optical waveguides of means 2 to means 4 having the main core 302A and the sub-core 302B in at least a curved portion of the curved optical waveguide 300. Is.

光は光導波路のコアのような屈折率の高い部分に閉じ込められる性質を持つので、光導波路が曲がったものであっても光導波路に沿って伝搬する。しかし、光には本来直進する性質があるので、光の閉じ込めが弱くかつ曲がりの曲率半径が小さい場合には、曲がり部分で光が光導波路から飛び出してしまう(以下これを曲がりによる光の放射という)。そして、導波路の光の閉じ込めの強さは光導波路の構造に依存し、一般的にはコアのサイズが一定の場合にはコアとクラッドとの屈折率の差が大きいほど閉じ込めが強くなる。また図8に示すような光導波路においては、主コア302Aのある部分では、主コア302Aと副コア302Bの両方で光を閉じ込めるので、主コア302Aのある部分の光の閉じ込めは主コア302Aの無い部分に比べて強いものとなる。そのため、図13に例示するように、導波路の曲がりの部分に主コア302Aと副コア302Bを形成したものとすると、曲がりの部分の光の閉じ込めが他の部分に比較して強くなる。そのため曲がり部分での放射が起こりにくくなる。その結果曲がりの曲率半径を小さくすることが可能になり、光導波路が小型になる。   Since light has a property of being confined in a portion having a high refractive index such as the core of the optical waveguide, even if the optical waveguide is bent, it propagates along the optical waveguide. However, since light naturally travels straight, if the light confinement is weak and the radius of curvature of the bend is small, the light will jump out of the optical waveguide at the bend (hereinafter referred to as light emission by the bend). ). The strength of light confinement in the waveguide depends on the structure of the optical waveguide. Generally, when the core size is constant, the confinement becomes stronger as the difference in refractive index between the core and the clad increases. In the optical waveguide as shown in FIG. 8, light is confined in both the main core 302A and the sub-core 302B in a part of the main core 302A. Therefore, light confinement in a part of the main core 302A is confined in the main core 302A. It will be stronger than the missing part. Therefore, as illustrated in FIG. 13, if the main core 302A and the sub-core 302B are formed at the bent portion of the waveguide, the light confinement at the bent portion is stronger than the other portions. Therefore, radiation at the bent portion is less likely to occur. As a result, the radius of curvature of the bending can be reduced, and the optical waveguide becomes smaller.

次に手段6は、図14に例示するように、曲線状の光導波路の、少なくとも曲がりの部分に、相対的に断面積が大きいコア302を形成するものである。光導波路の光の閉じ込めの強さは光導波路の構造に依存し、一般的にはコアのサイズが一定の場合にはコアとクラッドとの屈折率の差が大きいほど閉じ込めが強くなり、コアとクラッドの屈折率の差が一定の場合にはコアの断面積が大きいほど閉じ込めが強くなる。   Next, as illustrated in FIG. 14, the means 6 forms a core 302 having a relatively large cross-sectional area at least in a curved portion of a curved optical waveguide. The strength of light confinement in the optical waveguide depends on the structure of the optical waveguide. Generally, when the core size is constant, the greater the difference in refractive index between the core and the clad, the stronger the confinement. When the difference in the refractive index of the clad is constant, the confinement becomes stronger as the cross-sectional area of the core is larger.

また、光導波路にガイドされる光のスポットサイズは、コアとクラッドの比屈折率差が一定である場合には、コアの断面積が小さくなるほど大きくなる。従って図14に例示するように、光導波路の端部のコア302の断面積を小さくするとスポットサイズが拡大され光ファイバ等との結合が容易になる。一方、導波路が曲がっている部分についてはコア302の断面積を大きくすると、相対的に光の閉じ込めが強くなる。そのため曲がり部分での放射が起こりにくくなる。その結果曲がりの曲率半径を小さくすることが可能になり、光導波路を小型にすることが可能になる。   Further, the spot size of light guided by the optical waveguide becomes larger as the cross-sectional area of the core becomes smaller when the relative refractive index difference between the core and the clad is constant. Therefore, as illustrated in FIG. 14, if the cross-sectional area of the core 302 at the end of the optical waveguide is reduced, the spot size is increased and the coupling with an optical fiber or the like is facilitated. On the other hand, when the cross-sectional area of the core 302 is increased at the bent portion of the waveguide, the light confinement becomes relatively strong. Therefore, radiation at the bent portion is less likely to occur. As a result, the radius of curvature of the bending can be reduced, and the optical waveguide can be reduced in size.

次に手段7は、図8、図9(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するような手段1〜手段5のいずれかの光導波路について、当光導波路を構成する層の少なくとも1層を有機物で構成するものである。   Next, the means 7 is the light guide of any one of means 1 to means 5 as exemplified in FIGS. 8, 9 (c), 10, 11, 13, 15 (b), 16, and 17. Regarding the waveguide, at least one of the layers constituting the optical waveguide is composed of an organic substance.

この光導波路の場合、アンダークラッド層301Aと主コア302Aと副コア302Bとオーバークラッド層301Bに有機物を用いている。このようにすると、主コア302Aと副コア302Bを酸素プラズマでエッチングして所定の形状に加工し、再び有機物301Bを塗布するだけで容易に所望の光導波路を形成することができる。   In the case of this optical waveguide, an organic material is used for the under cladding layer 301A, the main core 302A, the sub core 302B, and the over cladding layer 301B. In this way, it is possible to easily form a desired optical waveguide simply by etching the main core 302A and the sub-core 302B with oxygen plasma into a predetermined shape and applying the organic substance 301B again.

次に手段8は、図8、図9(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するような手段1〜13のいずれかの光導波路について、少なくとも主コア302Aに無機材料を、副コア302Bに有機材料を用いるものである。   Next, the means 8 is an optical waveguide according to any one of means 1 to 13 as exemplified in FIGS. 8, 9 (c), 10, 11, 13, 15 (b), 16, and 17. With respect to the above, at least an inorganic material is used for the main core 302A and an organic material is used for the sub-core 302B.

即ち、これらの図に例示する光導波路において、主コア302Aを例えばプラズマCVDで形成したシリコン酸化膜やシリコン窒化膜にすると非常に薄いコアを形成することが可能になる。更に屈折率を1.6〜1.9の範囲で制御することも可能になる。   That is, in the optical waveguide illustrated in these drawings, if the main core 302A is a silicon oxide film or silicon nitride film formed by plasma CVD, for example, a very thin core can be formed. Furthermore, the refractive index can be controlled in the range of 1.6 to 1.9.

例えば主コア302Aと副コア302Bにポリイミド等を用いる場合には、ポリイミドの屈折率は1.5〜1.6の範囲であるため、主コア302Aと副コア302Bの比屈折率差は約3.2%以下になる。比屈折率差が小さい場合には、コアが薄くなると閉じ込めが弱くなる。そのためコアサイズを小さくしてもスポットサイズが小さくならない。これに対し、副コア302Bにポリイミドを用い、主コア302Aにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いると、比屈折率差を最大20%程度まで大きくすることができる。その結果比較的モードサイズが小さい光導波路を形成することが可能になる。   For example, when polyimide or the like is used for the main core 302A and the sub core 302B, the refractive index of polyimide is in the range of 1.5 to 1.6, so the relative refractive index difference between the main core 302A and the sub core 302B is about 3.2% or less. . When the relative refractive index difference is small, confinement becomes weaker as the core becomes thinner. Therefore, even if the core size is reduced, the spot size is not reduced. On the other hand, when polyimide is used for the sub-core 302B and a silicon oxide film or silicon nitride film is used for the main core 302A, the relative refractive index difference can be increased up to about 20%. As a result, an optical waveguide having a relatively small mode size can be formed.

図3はクラッド層301と副コア302Bの比屈折率を0.5%、副コアの厚さを 5μm、主コア302Aの屈折率を1.6〜1.9の間で変化させたときのスポットサイズを例示するものである。図3のグラフのうち曲線(a)は主コアの厚さが 0.2μm の場合、曲線(b)は主コアの厚さが 0.5μm の場合である。   FIG. 3 illustrates the spot size when the relative refractive index of the clad layer 301 and the secondary core 302B is 0.5%, the thickness of the secondary core is 5 μm, and the refractive index of the primary core 302A is changed between 1.6 and 1.9. It is. In the graph of FIG. 3, curve (a) shows the case where the thickness of the main core is 0.2 μm, and curve (b) shows the case where the thickness of the main core is 0.5 μm.

このように主コアに無機材料を用い、主コアを高屈折率で薄いものにすることにより小さなモードサイズの光導波路を形成でき、光導波路と半導体レーザのモード整合が容易になる。例えば、光導波路のスポットサイズを図3の線Aで取り囲んだ範囲に選ぶと、半導体レーザと光結合したときのモード不整合による結合損失を非常に小さなものとすることができる。   Thus, by using an inorganic material for the main core and making the main core thin with a high refractive index, an optical waveguide with a small mode size can be formed, and mode matching between the optical waveguide and the semiconductor laser becomes easy. For example, when the spot size of the optical waveguide is selected within the range surrounded by the line A in FIG. 3, the coupling loss due to mode mismatch when optically coupled to the semiconductor laser can be made extremely small.

次に手段9は、図6、図7、図15、図16に例示するように、手段7または手段8のいずれかによる光導波路について、当光導波路を有機物の層と有機物の層の間に無機物の薄膜311を有する構造とするものである。   Next, as illustrated in FIGS. 6, 7, 15, and 16, the means 9 is arranged between the organic layer and the organic layer with respect to the optical waveguide by either the means 7 or 8. A structure having an inorganic thin film 311 is employed.

図6、図7、図15、図16の例ではコア302とアンダークラッド層301Aの間に無機材料よりなる薄膜311を有する。コア302に有機物を用いた場合には、プラズマエッチングによってコアを加工するが、図6、図7、図15、図16に例示するようにコア302とアンダークラッド層301Aの間に無機材料の薄膜311を形成すると、酸素プラズマエッチングでコア302を矩形に加工するとき、薄膜311でエッチングを停止させることができる。その結果、コアの加工の際のエッチング工程の管理が容易になり、エッチングが確実なものとなる効果を生ずる。   In the examples of FIGS. 6, 7, 15, and 16, a thin film 311 made of an inorganic material is provided between the core 302 and the under cladding layer 301A. When an organic substance is used for the core 302, the core is processed by plasma etching. As illustrated in FIGS. 6, 7, 15, and 16, an inorganic material thin film is formed between the core 302 and the undercladding layer 301A. When 311 is formed, etching can be stopped at the thin film 311 when the core 302 is processed into a rectangle by oxygen plasma etching. As a result, the management of the etching process at the time of processing the core is facilitated, and the effect of ensuring the etching is produced.

以上説明した如く本発明によれば、光導波路のコアを、主コアと主コアより低屈折率の副コアを、主コアを中心に副コアをその周囲を取り巻く構造で且つ光の進行方向に沿って主コアの断面積を徐々に小さくなるように形成することによって、あるいは、光導波路のコアの断面積を光の伝播方向に変化させることによって、コアを伝播する光のスポット径を変化させることができ、主コアの断面積が大きい側に半導体レーザを、小さい側に光ファイバを接続した場合、高い結合度にて半導体レーザと光ファイバを光結合させることができ、また、光導波路を小さい曲率半径で曲げることができて光結合装置を小型化できる効果がある。   As described above, according to the present invention, the core of the optical waveguide is composed of the main core, the sub-core having a lower refractive index than the main core, the structure surrounding the sub-core around the main core, and in the light traveling direction. The spot diameter of the light propagating through the core is changed by forming the cross-sectional area of the main core gradually smaller along the direction, or by changing the cross-sectional area of the core of the optical waveguide in the light propagation direction. If the semiconductor laser is connected to the side where the cross-sectional area of the main core is large and the optical fiber is connected to the small side, the semiconductor laser and the optical fiber can be optically coupled with a high degree of coupling. There is an effect that the optical coupling device can be miniaturized because it can be bent with a small radius of curvature.

以降、図面を併用して本発明の詳細について説明する。   Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings.

図8、図10、及び図11は、光が光導波路を伝搬するにつれて、場所により光のスポットサイズあるいは閉じ込めの強さが変化する単体の光導波路の実施例を示すものである。   FIGS. 8, 10, and 11 show examples of a single optical waveguide in which the spot size of light or the strength of confinement varies depending on the location as light propagates through the optical waveguide.

図8は伝搬するに伴い光スポットサイズが変化する光導波路の例1を示し、相対的に高い屈折率の主コア302Aを相対的に屈折率が低い副コア302Bで取り囲んだ構造のコア302を有する光導波路300を例示するものである。図8(a)はその斜視図を、図8(b)は図8(a)の上側から見た平面図を、図8(c)は図8(b)の線X1-X1'上およびX2-X2'上の屈折率分布を、図8(d)は右下方向から見た側面図断面を、図8(e)は図8(d)の線Y1-Y1'上及びY2-Y2'上の屈折率分布を示す。なお図8(d)は光軸中心に沿って切断したときの側面断面図、図8(c)の点線はX1-X1'上の屈折率分布、図8(c)の実線はX2-X2'上の屈折率分布、図8(e)の点線はY1-Y1'上の屈折率分布、図8(e)の実線はY2-Y2'上の屈折率分布、図8(d)の線(1)と(2)は導波路にガイドされる光の電界分布である。   FIG. 8 shows an example 1 of an optical waveguide whose light spot size changes as it propagates. A core 302 having a structure in which a main core 302A having a relatively high refractive index is surrounded by a sub-core 302B having a relatively low refractive index. An example of the optical waveguide 300 is shown. 8 (a) is a perspective view thereof, FIG. 8 (b) is a plan view seen from the upper side of FIG. 8 (a), FIG. 8 (c) is a view on the line X1-X1 ′ of FIG. The refractive index profile on X2-X2 ′, FIG. 8 (d) is a side view cross section viewed from the lower right direction, FIG. 8 (e) is on the lines Y1-Y1 ′ and Y2-Y2 in FIG. 8 (d). 'Shows the refractive index distribution above. 8D is a side sectional view taken along the center of the optical axis, the dotted line in FIG. 8C is the refractive index distribution on X1-X1 ′, and the solid line in FIG. 8C is X2-X2. The refractive index distribution on ', the dotted line in Fig. 8 (e) is the refractive index distribution on Y1-Y1', the solid line in Fig. 8 (e) is the refractive index distribution on Y2-Y2 ', the line in Fig. 8 (d) (1) and (2) are electric field distributions of light guided by the waveguide.

本実施例の光導波路300は、一方の端には主コア302Aを有し、そこから光軸に沿って進むに従って、一定の区間では一定の幅の主コア302Aを有し、次いで主コア302Aの幅が徐々に狭くなり、次いで主コア302Aが消失する。具体的構成は、クラッド層301の屈折率が1.55、クラッド層301と副コア302Bの比屈折率差が0.5%、主コア302Aの屈折率が1.6、副コア302Bの断面の外形寸法が6μm×6μm、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが0.8μm、幅が3μmである。また、クラッド層301、副コア302Bおよび主コア302Aはいずれもポリイミドである。   The optical waveguide 300 of the present embodiment has a main core 302A at one end, and has a main core 302A having a constant width in a certain section as it advances along the optical axis therefrom, and then the main core 302A. Gradually decreases, and then the main core 302A disappears. Specifically, the refractive index of the clad layer 301 is 1.55, the relative refractive index difference between the clad layer 301 and the sub-core 302B is 0.5%, the refractive index of the main core 302A is 1.6, and the external dimension of the cross-section of the sub-core 302B is 6 μm × At the end on the side including the main core 302A, the thickness of the main core 302A is 0.8 μm and the width is 3 μm. Also, the cladding layer 301, the sub-core 302B, and the main core 302A are all polyimide.

このような構成の光導波路300は、図8(d)の(1)、(2)に示すように、主コア302Aがある部分では主コア302Aをコアとし、副コア302Bをクラッドとするような導波路が形成される。そのため、主コア302Aが存在する側では相対的にスポットサイズが小さくなり、主コア302Aが存在しない側では相対的にスポットサイズが大きくなる。   In the optical waveguide 300 having such a configuration, as shown in (1) and (2) of FIG. 8 (d), the main core 302A is used as a core and the sub-core 302B is used as a clad in a portion where the main core 302A is present. A simple waveguide is formed. Therefore, the spot size is relatively small on the side where the main core 302A is present, and the spot size is relatively large on the side where the main core 302A is not present.

具体的には、主コア302Aを有する側の導波路にガイドされる光のスポットサイズは約3.1μm(縦)×5.5μm(横)であり、主コア302Aがない側の導波路のスポットサイズの径は約6.7μmである。   Specifically, the spot size of the light guided by the waveguide on the side having the main core 302A is about 3.1 μm (vertical) × 5.5 μm (horizontal), and the spot size of the waveguide on the side without the main core 302A The diameter is about 6.7 μm.

本実施例による光導波路300の主コア302Aを有する側のスポット径は、図4の実施例に用いた半導体レーザ200のスポットサイズとほぼ等しい。具体的には、図4の実施例に用いた半導体レーザ200のスポットサイズは3μm×6.8μmである。そのため、例えば図4の実施例の光導波路300に本実施例による光導波路300を用い、主コア302Aを有する側と半導体レーザ200を対向させると、高い結合効率が得られる。   The spot diameter on the side having the main core 302A of the optical waveguide 300 according to this embodiment is substantially equal to the spot size of the semiconductor laser 200 used in the embodiment of FIG. Specifically, the spot size of the semiconductor laser 200 used in the embodiment of FIG. 4 is 3 μm × 6.8 μm. Therefore, for example, when the optical waveguide 300 according to this embodiment is used for the optical waveguide 300 of the embodiment of FIG. 4 and the side having the main core 302A is opposed to the semiconductor laser 200, high coupling efficiency can be obtained.

さらに、主コア302Aがない側の光導波路と光ファイバとは、比較的高い効率で結合する。そのため、例えば図4、図5等に例示する光結合装置の光導波路に本実施例の光導波路を用いると、半導体レーザと光導波路の両方に高効率で結合する光結合装置が実現される。   Furthermore, the optical waveguide on the side without the main core 302A and the optical fiber are coupled with a relatively high efficiency. Therefore, for example, when the optical waveguide of this embodiment is used as the optical waveguide of the optical coupling device illustrated in FIGS. 4 and 5, an optical coupling device that is coupled with high efficiency to both the semiconductor laser and the optical waveguide is realized.

以下に、具体的に、図9のような結合系の場合の結合効率を例示する。図9(a)は半導体レーザ200に光ファイバ 3 を直接結合する場合、図9(b)は半導体レーザ200と光ファイバ3 を主コア302Aを有しない光導波路300を介して結合する場合、図9(c)は半導体レーザ200と光ファイバ3を本実施例(図8の実施例)の光導波路を介して結合する場合である。   Specific examples of the coupling efficiency in the case of the coupling system as shown in FIG. 9 are given below. 9A shows a case where the optical fiber 3 is directly coupled to the semiconductor laser 200, and FIG. 9B shows a case where the semiconductor laser 200 and the optical fiber 3 are coupled via the optical waveguide 300 having no main core 302A. 9 (c) shows a case where the semiconductor laser 200 and the optical fiber 3 are coupled via the optical waveguide of this embodiment (the embodiment of FIG. 8).

以上記載の実施例について、半導体レーザ200の接合に垂直な方向のみに着目して半導体レーザ200と光ファイバ3の最大の光結合効率を求めると、図9(a)の場合が約67%、図9(b)の場合が約77%、図9(c)の場合が約95%になる。このように本実施例を用いると、比較的容易に、高結合効率の光結合装置を実現することができる。   In the embodiment described above, when the maximum optical coupling efficiency between the semiconductor laser 200 and the optical fiber 3 is obtained by paying attention only to the direction perpendicular to the junction of the semiconductor laser 200, the case of FIG. The case of FIG. 9B is about 77%, and the case of FIG. 9C is about 95%. As described above, when this embodiment is used, an optical coupling device with high coupling efficiency can be realized relatively easily.

以上、クラッド層301、副コア302Bおよび主コア302Aがポリイミドである光導波路について説明したが、これらは無機材料であってもよいし、有機材料の層と無機材料の層が混在するものであってもよい。   The optical waveguide in which the clad layer 301, the sub-core 302B, and the main core 302A are polyimide has been described above. However, these may be inorganic materials, or a mixture of organic material layers and inorganic material layers. May be.

そこで次に、例えば、クラッド層301と副コア302Bにポリイミドを用い、主コア302Aにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いる場合の実施例について説明する。   Therefore, for example, an example in which polyimide is used for the clad layer 301 and the sub-core 302B and a silicon oxide film or silicon nitride film is used for the main core 302A will be described.

このような実施例の光導波路は、図8と同じ構成とし、例えばプラズマCVDでシリコン窒化膜を形成し、これを主コア302Aとすればよい。具体的な構成は、クラッド層301の屈折率が 1.55 、クラッド層301と副コア302Bの比屈折率差が0.5%、主コア302Aの屈折率が 1.7、副コア302Bの断面の外形寸法が 6μm×6μm、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが 0.19μm、幅が 4.55μmである。   The optical waveguide of such an embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 8, for example, a silicon nitride film is formed by plasma CVD, and this may be used as the main core 302A. Specifically, the refractive index of the cladding layer 301 is 1.55, the relative refractive index difference between the cladding layer 301 and the secondary core 302B is 0.5%, the refractive index of the primary core 302A is 1.7, and the external dimension of the cross-section of the secondary core 302B is 6 μm. × 6 μm At the end including the main core 302A, the thickness of the main core 302A is 0.19 μm and the width is 4.55 μm.

このような光導波路の主コア302Aを有する側のスポットサイズは 3μm×5.7μmである。例えば図4の実施例の光導波路300にこのような光導波路を用い、この光導波路の主コア302Aを有する側を半導体レーザ200に対向させると、垂直方向のみについては99%の効率で光結合する。このように本実施例を用いると、垂直方向のスポットサイズを半導体レーザに一致させ、結合効率を向上させることが容易になる。その結果結合効率が向上する。   The spot size on the side of the optical waveguide having the main core 302A is 3 μm × 5.7 μm. For example, when such an optical waveguide is used for the optical waveguide 300 in the embodiment of FIG. 4 and the side having the main core 302A of the optical waveguide is opposed to the semiconductor laser 200, optical coupling is performed with 99% efficiency only in the vertical direction. To do. As described above, when this embodiment is used, it becomes easy to make the spot size in the vertical direction coincide with that of the semiconductor laser and to improve the coupling efficiency. As a result, the coupling efficiency is improved.

次に、本実施例により光導波路にガイドされる光のスポットサイズを大きく変化させる例を、図3を用いて説明する。図3はクラッド層301と副コア302Bの比屈折率を0.5%、副コア302Bの厚さを 5μm、主コア302Aの屈折率を1.6〜1.9の間で変化させたときのスポットサイズを例示するものである。図3のグラフのうち曲線(a)は主コア302Aの厚さが0.2μmの場合、曲線(b)は主コア302Aの厚さが0.5μmの場合である。   Next, an example in which the spot size of light guided by the optical waveguide according to the present embodiment is greatly changed will be described with reference to FIG. FIG. 3 illustrates the spot size when the relative refractive index of the clad layer 301 and the secondary core 302B is 0.5%, the thickness of the secondary core 302B is 5 μm, and the refractive index of the primary core 302A is changed between 1.6 and 1.9. Is. In the graph of FIG. 3, the curve (a) is when the thickness of the main core 302A is 0.2 μm, and the curve (b) is when the thickness of the main core 302A is 0.5 μm.

図3によれば、主コア302Aの屈折率と厚さを変化させてスポットサイズを約 1μm〜7μmの間で変化させることが可能になることがわかる。さらに、本実施例において副コア302Bの屈折率及び断面のサイズを変化させると、主コア302Aがない側にガイドされる光のスポットサイズを変化させることも可能になる。   FIG. 3 shows that the spot size can be changed between about 1 μm and 7 μm by changing the refractive index and thickness of the main core 302A. Furthermore, if the refractive index and the cross-sectional size of the sub-core 302B are changed in this embodiment, the spot size of light guided to the side where the main core 302A is not provided can be changed.

例えば図2のグラフ(a)は、図4のようなスラブ導波路のコア302とクラッド層301(屈折率1.55)の比屈折率差が変化したとき、光導波路にガイドされる光のスポットサイズがどのように変化するかを例示するものである。なお、コア302とクラッド層301の比屈折率差を変化させるとコア302の厚さも変化させなければならないため、図2にはコア302の厚さ(グラフ(b))も同時に示している。   For example, the graph (a) in FIG. 2 shows the spot size of light guided to the optical waveguide when the relative refractive index difference between the core 302 and the clad layer 301 (refractive index 1.55) of the slab waveguide as shown in FIG. 4 changes. It is an example of how the changes. Since the thickness of the core 302 must be changed when the relative refractive index difference between the core 302 and the clad layer 301 is changed, the thickness of the core 302 (graph (b)) is also shown in FIG.

図2によれば、副コア302Bの屈折率と厚さを変化させてスポットサイズを約 5μm〜12μmの間で変化させることが可能になることがわかる。光導波路にガイドされる光のスポットサイズを拡大すると、光導波路と光ファイバの結合効率が向上し、さらに結合トレランスが拡大される。   2 that the spot size can be changed between about 5 μm and 12 μm by changing the refractive index and thickness of the sub-core 302B. When the spot size of light guided by the optical waveguide is increased, the coupling efficiency between the optical waveguide and the optical fiber is improved, and the coupling tolerance is further increased.

このように、本実施例を用い、主コア302Aおよび副コア302Bのサイズと屈折率を変化させることにより、ガイドされる光のスポットサイズを広い範囲にわたって変化させることが可能な光導波路が実現される。その結果、高い結合効率と大きな結合トレランスを有する光結合構造を形成することが可能になる。   As described above, by using the present embodiment, by changing the size and refractive index of the main core 302A and the sub-core 302B, an optical waveguide capable of changing the spot size of the guided light over a wide range is realized. The As a result, an optical coupling structure having a high coupling efficiency and a large coupling tolerance can be formed.

図10と図11は伝搬するに伴い光のスポットサイズが変化する光導波路の例2、例3及び例4であって、光軸方向に進むに従って副コア302Bの断面形状が変化する光導波路の実施例を示すものである。ここに、図10は、図8の実施例において、主コア302Aがある側の副コア302Bの幅を主コア302Aと同じにしたものである(図8の場合には主コア302Aに比べて副コア302Bのほうが幅は広い)。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径がより小さくなる。そのため本実施例を用いると、例えば、横方向のスポット径がより小さい半導体レーザとの結合効率が向上する。   FIGS. 10 and 11 show examples 2, 3, and 4 of the optical waveguide in which the spot size of the light changes as it propagates, and the optical waveguide in which the cross-sectional shape of the sub-core 302B changes as it advances in the optical axis direction. An example is shown. Here, FIG. 10 shows that the width of the secondary core 302B on the side where the main core 302A is present in the embodiment of FIG. 8 is the same as that of the main core 302A (in the case of FIG. 8, compared to the main core 302A). The secondary core 302B is wider. In this case, as will be described later, the spot diameter in the lateral direction on the side having the main core 302A of the optical waveguide becomes smaller. Therefore, when this embodiment is used, for example, the coupling efficiency with a semiconductor laser having a smaller lateral spot diameter is improved.

図11(a)は、主コア302Aが存在する側の副コア302Bの幅を、主コア302Aの幅よりも広く且つ反対側の端の副コア302Bの幅よりも狭くしたものである(図8の場合には副コア302Bの幅が一定である)。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径が図8の実施例の場合と図10の実施例の場合の中間になる。   In FIG. 11 (a), the width of the secondary core 302B on the side where the main core 302A exists is wider than the width of the main core 302A and narrower than the width of the secondary core 302B on the opposite end (FIG. 11A). In the case of 8, the width of the secondary core 302B is constant). In this way, as will be described later, the lateral spot diameter on the side having the main core 302A of the optical waveguide is intermediate between the case of the embodiment of FIG. 8 and the embodiment of FIG.

図11(b)は、主コア302Aが存在する側の副コア302Bの幅が、相対的に広くなるようにしたものである(図8の場合には副コア302Bの幅が一定である)。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径が相対的に大きくなるので、横方向のスポット径が相対的に大きい半導体レーザとの結合効率を向上させることができる。   FIG. 11 (b) is such that the width of the secondary core 302B on the side where the main core 302A exists is relatively wide (in the case of FIG. 8, the width of the secondary core 302B is constant). . In this way, as will be described later, the lateral spot diameter on the side of the optical waveguide having the main core 302A is relatively large, so that the coupling efficiency with a semiconductor laser having a relatively large lateral spot diameter is obtained. Can be improved.

図12は、図10及び図11の実施例の効果を定性的に説明するためのものである。ここに図12(a)は光導波路の断面図である。クラッド層301の屈折率をn1、副コア302Bの屈折率をn2、主コア302Aの屈折率をn3で示す。また、主コア302Aの幅をWm、副コア302Bの幅と主コア302Aの幅の差をWsで示している。さらに(1)は、この導波路にガイドされる光の電界強度分布を示しており、そのスポットサイズをWeで示す。   FIG. 12 is for qualitatively explaining the effect of the embodiment of FIGS. FIG. 12 (a) is a sectional view of the optical waveguide. The refractive index of the cladding layer 301 is denoted by n1, the refractive index of the sub-core 302B is denoted by n2, and the refractive index of the main core 302A is denoted by n3. Further, the width of the main core 302A is indicated by Wm, and the difference between the width of the sub core 302B and the width of the main core 302A is indicated by Ws. Further, (1) shows the electric field intensity distribution of the light guided by this waveguide, and the spot size is indicated by We.

図12(b)は図12(a)のWsと副コア302Bの屈折率n2が変化した場合のWeの変化を定性的に示すものである。Wsを横軸にとり、n2をα、β、γにしたときのWeの変化を示している。   FIG. 12 (b) qualitatively shows changes in We when Ws in FIG. 12 (a) and the refractive index n2 of the sub-core 302B change. The change of We when the horizontal axis is Ws and n2 is α, β, γ is shown.

図12(b)に図示したように、Wsが大きくなるとスポットサイズWeが大きくなる。またn2が大きくなるとスポットサイズが大きくなる。なおWsが一定値より小さくなると逆の変化をするようになる。具体的には図8の実施例の光導波路(主コア302Aを、屈折率1.7、厚さ0.19μmのシリコン窒化膜で構成するもの)において、例えばWsを10μmにすると、横方向のスポット径は6.3μmになる(Wsが0.7μmの場合のスポット径は5.7μm)。さらに、Wsを十分広くし(例えば20μm)、Wmを1.5μmまで狭くすると、横方向のスポット径は7.2μmになる。   As illustrated in FIG. 12B, the spot size We increases as Ws increases. Further, as n2 increases, the spot size increases. Note that when Ws becomes smaller than a certain value, the opposite change occurs. Specifically, in the optical waveguide of the embodiment of FIG. 8 (the main core 302A is composed of a silicon nitride film having a refractive index of 1.7 and a thickness of 0.19 μm), for example, when Ws is 10 μm, the spot diameter in the lateral direction is It becomes 6.3μm (the spot diameter is 5.7μm when Ws is 0.7μm). Further, when Ws is sufficiently wide (for example, 20 μm) and Wm is narrowed to 1.5 μm, the lateral spot diameter is 7.2 μm.

図8の実施例のうち、主コア302Aを、屈折率1.6、厚さ0.8μmのポリイミドで構成するものの場合には、Wmを1.6μm、Wsを10μmにすると、横方向のスポット径は6.5μmになる。このように、WsとWmを調節すると、広い範囲にわたってスポットサイズを調節することができる。光導波路のスポットサイズを調節し、半導体レーザに一致させることにより高い結合効率を持った光結合装置を実現することができる。   In the embodiment shown in FIG. 8, when the main core 302A is made of polyimide having a refractive index of 1.6 and a thickness of 0.8 μm, when Wm is 1.6 μm and Ws is 10 μm, the spot diameter in the lateral direction is 6.5 μm. become. Thus, by adjusting Ws and Wm, the spot size can be adjusted over a wide range. An optical coupling device having high coupling efficiency can be realized by adjusting the spot size of the optical waveguide and matching it with the semiconductor laser.

図13は主コア及び副コアを用いた曲がり導波路を有する単体の光導波路であって、図8の実施例による光導波路を曲がりを有する導波路に適用する例を示したものである。図13(a)は、光導波路を、曲がりの部分およびその前後に主コア302Aを有する構成としたものである。図13(b)は、光導波路を、曲がりの部分から片方の端部にかけて主コア302Aを有する構成としたものである。   FIG. 13 shows a single optical waveguide having a curved waveguide using a main core and a sub core, and shows an example in which the optical waveguide according to the embodiment of FIG. 8 is applied to a waveguide having a curvature. FIG. 13 (a) shows a configuration in which an optical waveguide has a bent portion and a main core 302A before and after the bent portion. FIG. 13 (b) shows a configuration in which the optical waveguide has a main core 302A from a bent portion to one end.

本実施例による導波路は、曲がりの部分において光が強く閉じ込められるので、曲がりの曲率を比較的小さくした場合でも損失が小さいものとなる。さらに図13(b)の場合には、主コア302Aのある側にガイドされる光のスポットサイズが小さいものとなり、半導体レーザ等との結合効率が向上する効果が得られる。   In the waveguide according to the present embodiment, light is strongly confined in the bent portion, so that the loss is small even when the curvature of bending is relatively small. Further, in the case of FIG. 13 (b), the spot size of the light guided to the side where the main core 302A is provided becomes small, and the effect of improving the coupling efficiency with a semiconductor laser or the like is obtained.

図14はコアの幅を変化させた曲がり導波路を有する光導波路であって、図14において、光導波路を、曲がりの部分およびその前後で幅が広くなる構成のコア302の周囲をクラッド層301で取り囲む構成としたものである。ここに図14(a)は本実施例による光導波路の斜視図、図14(b)は図14(a)を上側から見た平面図である。   FIG. 14 shows an optical waveguide having a bent waveguide with the width of the core changed. In FIG. 14, the optical waveguide is divided into a bent portion and a periphery of a core 302 having a wide width before and after the bent portion. The structure is surrounded by. FIG. 14 (a) is a perspective view of the optical waveguide according to the present embodiment, and FIG. 14 (b) is a plan view of FIG. 14 (a) viewed from above.

本実施例による導波路は、曲がりの部分において光が強く閉じ込められるので、曲がりの曲率を比較的小さくした場合でも損失が小さいものとなる。   In the waveguide according to the present embodiment, light is strongly confined in the bent portion, so that the loss is small even when the curvature of bending is relatively small.

図15および図16は、光導波路300を、ポリイミドによるクラッド層301Aの上側にプラズマCVDで形成したシリコン窒化膜311を配置し、その上にコア302とオーバークラッド層301Bを配置した構成としたものである。シリコン窒化膜311の厚さは200nm以下である。   15 and 16 show a configuration in which a silicon nitride film 311 formed by plasma CVD is arranged on the upper side of a clad layer 301A made of polyimide, and a core 302 and an over clad layer 301B are arranged thereon. It is. The thickness of the silicon nitride film 311 is 200 nm or less.

図15(a)は単一の構成のコア302を有する例1にて、図15(b)および図16(a) 〜図16(c)は、コア302を主コア302Aと副コア302Bの複合体で構成する例2、例3、例4及び例5である。それぞれ図8、図11(a)、図11(b)、図10に対応する導波路のクラッド301とコア302の間にプラズマCVDで形成したシリコン窒化膜311を配置したものである。本実施例では、コア302となるべき層を形成した後にその上にマスクを形成し、次いで酸素プラズマでエッチングして矩形のコア302を形成する。本実施例を用いると、酸素プラズマエッチングによりコア302を矩形に加工する際、シリコン窒化膜311がエッチングストップ層になり、加工が容易になる。   15 (a) shows an example 1 having a single core 302. FIGS. 15 (b) and 16 (a) to 16 (c) show that the core 302 is composed of the main core 302A and the sub-core 302B. It is Example 2, Example 3, Example 4 and Example 5 comprised with a composite_body | complex. A silicon nitride film 311 formed by plasma CVD is disposed between the clad 301 and the core 302 of the waveguide corresponding to FIG. 8, FIG. 11 (a), FIG. 11 (b), and FIG. In this embodiment, after forming a layer to be the core 302, a mask is formed thereon, and then etching is performed with oxygen plasma to form the rectangular core 302. When this embodiment is used, when the core 302 is processed into a rectangle by oxygen plasma etching, the silicon nitride film 311 becomes an etching stop layer, which facilitates processing.

図17は、図5の実施例において、金属製のリング304の下側に相当する部分および半導体レーザ200に対向する端部を、主コア302Aと副コア302Bの複合体で構成されるコア302を有する導波路にしたものである。具体的には、本導波路は、クラッド層301の屈折率が1.55、副コア302Bの屈折率が1.558、主コア302Aの屈折率が1.6、副コア302Bの断面の外形寸法が 6μm×6μm、さらに、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが 1μm、主コア302Aの幅が 3μm、アンダークラッド層301Aとオーバークラッド層301Bの厚さが20μmである。このようにすることにより、金属製のリング304が存在することによる損失を低減することができる。   FIG. 17 shows a core 302 formed of a composite of a main core 302A and a sub core 302B in a portion corresponding to the lower side of the metal ring 304 and an end facing the semiconductor laser 200 in the embodiment of FIG. A waveguide having Specifically, this waveguide has a refractive index of the cladding layer 301 of 1.55, a refractive index of the sub-core 302B of 1.558, a refractive index of the main core 302A of 1.6, and a cross-sectional dimension of the sub-core 302B of 6 μm × 6 μm, Furthermore, at the end including the main core 302A, the thickness of the main core 302A is 1 μm, the width of the main core 302A is 3 μm, and the thicknesses of the under cladding layer 301A and the over cladding layer 301B are 20 μm. By doing so, loss due to the presence of the metal ring 304 can be reduced.

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 基板上に、互いに対向して載置された少なくとも一つの光導波路と少なくとも一つの光部品とを有し、該光導波路をいずれかの方向に伝播する光ビームの光軸に垂直な断面の光分布の広がりが、該光部品に対向する端面側では小さく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って大きくなるか、又は該光部品に対向する端面側では大きく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って小さくなる機能を有することを特徴とする光結合装置。
(付記2) 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであることを特徴とする付記1に記載の光結合装置。
(付記3) 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアを、該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで上下又は左右の2方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲を該クラッド層で取り囲んだ構造を有することを特徴とする付記1に記載の光結合装置。
(付記4) 光軸方向に進むに従い前記副コアの断面積又は断面の形状が変化する部分を有することを特徴とする付記2もしくは付記3に記載の光結合装置。
(付記5) 基板上に、少なくとも一カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる2つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と該光導波路直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の曲がり部分が、相対的に高屈折率の主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するもので、且つ該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであり、且つ該光導波路の少なくとも一つの直線部の一部に、主コアを含まない構成の光導波路部を有していることを特徴とする光結合装置。
(付記6) 基板上に、相対的に高屈折率のコアを相対的に低屈折率のクラッド層で取り囲んだ構造で且つ少なくとも1カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる2つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と、該光導波路の直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の直線部のうちの曲がり部から離れた領域のコアの断面積が曲がり部よりも相対的に小さくなっていることを特徴とする光結合装置。
(付記7) 前記光導波路のクラッド層、副コア層、主コア層の少なくとも1層を有機物の層とすることを特徴とする付記2乃至付記5のいずれかに記載の光結合装置。
(付記8) 前記光導波路の主コア層に無機材料を副コア層に有機材料を使用することを特徴とする付記2乃至付記5のいずれかに記載の光結合装置。
(付記9) 互いに接している有機物材料の層間に、更に無機材料の薄膜を追加して積層したことを特徴とする付記7、付記8のいずれかに記載の光結合装置。
The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.
(Additional remark 1) It has at least 1 optical waveguide and at least 1 optical component which were mounted facing each other on a board | substrate, and is perpendicular | vertical to the optical axis of the light beam which propagates this optical waveguide in either direction The spread of the light distribution of a simple cross section is small on the end surface facing the optical component and increases as the end surface opposite to the end surface is approached, or is large on the end surface facing the optical component. An optical coupling device having a function of decreasing as it approaches an end surface opposite to the side.
(Supplementary note 2) The optical waveguide has at least part of the periphery of the main core having a portion with a relatively high refractive index and a portion in which the cross-sectional area or cross-sectional shape of the optical waveguide changes as it advances in the optical axis direction. It has a composite core surrounded by a sub-core having a lower refractive index than the main core and a higher refractive index than the cladding layer of the optical waveguide, and the periphery of the composite core is surrounded by the cladding layer. The optical coupling device according to Supplementary Note 1, wherein:
(Supplementary note 3) The optical core has, at least in part, a main core having a portion having a relatively high refractive index and a portion in which a cross-sectional area or a cross-sectional shape of the optical waveguide changes as it proceeds in the optical axis direction. It has a composite core having a structure sandwiched between two upper and lower or left and right directions by a secondary core having a lower refractive index than the main core and a higher refractive index than the cladding layer of the optical waveguide, and further surrounding the composite core 2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device has a structure surrounded by the cladding layer.
(Supplementary note 4) The optical coupling device according to supplementary note 2 or supplementary note 3, wherein the optical coupling device has a portion in which a cross-sectional area or a cross-sectional shape of the sub-core changes as it proceeds in the optical axis direction.
(Supplementary Note 5) An optical waveguide which is a first optical component having at least one bent portion and two straight portions extending from both ends of the bent portion on the substrate, and one end of the straight portion of the optical waveguide. And at least the bent portion of the optical waveguide has a refractive index lower than that of the main core and higher than that of the cladding layer. A composite core surrounded by a secondary core, and the periphery of the composite core is surrounded by the clad layer, and a main core is disposed on a part of at least one straight portion of the optical waveguide. An optical coupling device having an optical waveguide portion not included.
(Appendix 6) A structure in which a relatively high refractive index core is surrounded by a relatively low refractive index cladding layer on a substrate, and at least one bent portion and two straight portions extending from both ends of the bent portion An optical waveguide that is a first optical component comprising: a second optical component placed opposite to one end of the linear portion of the optical waveguide, and at least of the linear portion of the optical waveguide An optical coupling device characterized in that the cross-sectional area of the core in a region away from the bent portion is relatively smaller than that of the bent portion.
(Supplementary note 7) The optical coupling device according to any one of supplementary notes 2 to 5, wherein at least one of the cladding layer, the sub-core layer, and the main core layer of the optical waveguide is an organic layer.
(Supplementary note 8) The optical coupling device according to any one of supplementary notes 2 to 5, wherein an inorganic material is used for the main core layer of the optical waveguide and an organic material is used for the sub-core layer.
(Supplementary note 9) The optical coupling device according to any one of Supplementary note 7 and Supplementary note 8, wherein an inorganic material thin film is additionally laminated between layers of organic materials in contact with each other.

バッファ層を有する3層スラブ構造の光導波路の断面図と屈折率分布図Cross-sectional view and refractive index profile of a three-layer slab structure optical waveguide with a buffer layer 図1の光導波路にガイドされる光のスポットサイズとコアの厚さを示す図The figure which shows the spot size and core thickness of the light guided by the optical waveguide of FIG. 図8の光導波路にガイドされる光のスポットサイズを示す図The figure which shows the spot size of the light guided by the optical waveguide of FIG. 実施例による光結合装置を示す図The figure which shows the optical coupling device by an Example 図4の光結合装置を示す図The figure which shows the optical coupling device of FIG. 半導体レーザと光導波路の高さ方向の光軸合わせを容易にした光結合装置を示す図The figure which shows the optical coupling device which made the optical axis alignment of the height direction of the semiconductor laser and the optical waveguide easy 半導体レーザと光導波路(それぞれ単体)の高さ方向の光軸合わせを容易にした光結合装置を示す図The figure which shows the optical coupling device which made the optical axis alignment of the height direction of the semiconductor laser and the optical waveguide (each simple substance) easy 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図Diagram showing a single optical waveguide whose spot size changes as it propagates 半導体レーザの出力を直接光ファイバに導入する場合と光導波路を介して導入する場合とその光導波路が光スポットサイズを変化させる場合の光結合説明図Explanation of optical coupling when the output of a semiconductor laser is introduced directly into an optical fiber, when introduced through an optical waveguide, and when the optical waveguide changes the light spot size 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図Diagram showing a single optical waveguide whose spot size changes as it propagates 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図Diagram showing a single optical waveguide whose spot size changes as it propagates 図10及び図11における光スポットサイズの変化を示す図The figure which shows the change of the light spot size in FIG.10 and FIG.11. 主コアと副コアを有する単体の曲がり導波路を含む光導波路を示す図Diagram showing an optical waveguide including a single bent waveguide having a main core and a sub-core コアの幅を変化させた曲がり導波路を含む光導波路を示す図The figure which shows the optical waveguide which includes the curved waveguide where the width of the core is changed ポリイミドによるクラッド層の上にシリコン窒化膜を配置し、更にその上にコアを形成した光導波路を示す図Diagram showing an optical waveguide in which a silicon nitride film is placed on a clad layer made of polyimide and a core is formed on the silicon nitride film ポリイミドによるクラッド層の上にシリコン窒化膜を配置し、更にその上にコアを形成した光導波路を示す図Diagram showing an optical waveguide in which a silicon nitride film is placed on a clad layer made of polyimide and a core is formed on the silicon nitride film 図5の実施例の光導波路に複合コアを適用した実施例を示す図The figure which shows the Example which applied the composite core to the optical waveguide of the Example of FIG. 半導体レーザと光ファイバをレンズを用いて光結合させた従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which optically coupled the semiconductor laser and the optical fiber using the lens 気密封止をした光半導体レーザと光ファイバをレンズを用いて光結合させた従来の光結合装置を示す図1 is a view showing a conventional optical coupling device in which a hermetically sealed optical semiconductor laser and an optical fiber are optically coupled using a lens. 半導体レーザと先端をレンズ状に加工した光ファイバを結合させた従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which combined the semiconductor fiber and the optical fiber which processed the tip into the lens shape 図20の半導体レーザを気密封止した従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which airtightly sealed the semiconductor laser of FIG. 半導体レーザと光ファイバの位置合わせを簡易化する構造を有する従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which has the structure which simplifies the alignment of a semiconductor laser and an optical fiber 図22の光ファイバにテーパ先球ファイバを用いて結合効率の向上を図った従来の光結合装置を示す図22 is a diagram showing a conventional optical coupling device that uses a tapered tip sphere fiber in the optical fiber of FIG. 22 to improve the coupling efficiency. 図22あるいは図23の半導体レーザを気密封止した従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which airtightly sealed the semiconductor laser of FIG. 22 or FIG. マルチモード光導波路を適用した従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which applied the multimode optical waveguide シングルモード光導波路を適用した従来の光結合装置を示す図The figure which shows the conventional optical coupling device which applied the single mode optical waveguide 半導体レーザの光軸を持ち上げて半導体レーザとシングルモード光導波路を結合させた従来の光結合装置を示す図1 shows a conventional optical coupling device in which a semiconductor laser and a single mode optical waveguide are coupled by raising the optical axis of the semiconductor laser. 微動装置を用い、マークを利用して半導体レーザを基板に実装することを示す実装説明図を示す図The figure which shows mounting explanatory drawing which shows mounting a semiconductor laser on a substrate using a mark using a fine movement device 半導体レーザをクリップチップボンディングするときの半導体レーザ及び基板の従来の構成図とその寸法図Conventional configuration diagram and dimensions of semiconductor laser and substrate for clip chip bonding of semiconductor laser

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B、1C:光結合装置、
2:フォトダイオード、
3、3A:光ファイバ、
5:スペーサ、
31:フェルール、
32:ファイバ結合部、
41、42:レンズ、
100、180:基板、
101:熱酸化膜、
102、205:ボンディングパッド、
102A、103:配線パターン、
106:基板に形成した窪み、
107:位置合わせのための印、
108:絶縁膜、
181:ファイバをガイドするための溝、
200:半導体レーザ等の光半導体装置、
200X、300X:アレイ状の光部品、
201:能動領域、
202:切り欠き、
203:ボンディングのための接着用部材、
204:位置合わせのための印、
231:クラッド層、
300:光導波路、
301:光導波路のクラッド層、
301A:アンダークラッド層、
301B:オーバークラッド層、
302:光導波路のコア、
302A:主コア、
302B:副コア、
303:孔、
304:リング状の金属部材、
311:無機物の薄膜、
400:気密封止をするための蓋、
500:電気配線部材、
501、503、504:リング状の部材、
502:電気配線パターン、
600:光半導体素子を気密封止するための入れ物、
601:基体、
603:サブマウント、
606:スペーサ、
607:封止用窓、
610:ブロック、
611:半田、
700:光半導体素子を気密封止するための基体、
702:突起枠、
703:突起704を切り欠いた部分、
704:突起、
705:接着剤。
1, 1A, 1B, 1C: optical coupling device,
2: Photodiode,
3, 3A: optical fiber,
5: Spacer
31: Ferrule,
32: Fiber coupling part,
41, 42: Lens,
100, 180: substrate,
101: Thermal oxide film
102, 205: Bonding pads,
102A, 103: wiring pattern,
106: depressions formed on the substrate,
107: mark for alignment,
108: Insulating film
181: groove for guiding the fiber,
200: an optical semiconductor device such as a semiconductor laser,
200X, 300X: Arrayed optical components,
201: active region,
202: Notch
203: Adhesive member for bonding,
204: Mark for alignment,
231: cladding layer,
300: Optical waveguide,
301: Clad layer of optical waveguide,
301A: Undercladding layer,
301B: Over clad layer,
302: core of optical waveguide,
302A: Main core,
302B: Deputy core,
303: hole,
304: Ring-shaped metal member,
311: inorganic thin film,
400: lid for hermetic sealing,
500: Electrical wiring member,
501, 503, 504: ring-shaped members,
502: Electrical wiring pattern,
600: A container for hermetically sealing an optical semiconductor element,
601: Base body
603: Submount,
606: Spacer,
607: sealing window,
610: Block,
611: Solder,
700: Base for hermetically sealing an optical semiconductor element,
702: protrusion frame,
703: the part where the protrusion 704 is cut out,
704: protrusion,
705: Adhesive.

Claims (5)

基板上に、互いに対向して載置された少なくとも一つの光導波路と少なくとも一つの光部品とを有し、該光導波路をいずれかの方向に伝播する光ビームの光軸に垂直な断面の光分布の広がりが、該光部品に対向する端面側では小さく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って大きくなるか、又は該光部品に対向する端面側では大きく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って小さくなる機能を有することを特徴とする光結合装置。   Light having a cross section perpendicular to the optical axis of a light beam having at least one optical waveguide and at least one optical component mounted on the substrate in opposition to each other and propagating in either direction. The spread of the distribution is small on the end surface facing the optical component and increases as the end surface on the side opposite to the end surface is approached, or is large on the end surface facing the optical component, and is opposite to the end surface. An optical coupling device having a function of decreasing as it approaches an end face on the side. 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであることを特徴とする請求項1に記載の光結合装置。   At least part of the optical waveguide has a portion with a relatively high refractive index and a portion in which the cross-sectional area or cross-sectional shape of the optical waveguide changes as it advances in the optical axis direction. A composite core having a low refractive index and surrounded by a sub-core having a higher refractive index than that of the cladding layer of the optical waveguide, and the periphery of the composite core is surrounded by the cladding layer. The optical coupling device according to claim 1. 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアを、該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで上下又は左右の2方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲を該クラッド層で取り囲んだ構造を有することを特徴とする請求項1に記載の光結合装置。   The optical waveguide has a main core having at least a portion with a relatively high refractive index and a portion whose cross-sectional area or cross-sectional shape changes as it advances in the optical axis direction. A composite core having a refractive index and a structure in which a secondary core having a refractive index higher than that of the clad layer of the optical waveguide is sandwiched between two directions of upper and lower sides or right and left is sandwiched. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device has a structure surrounded by 基板上に、少なくとも一カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる2つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と該光導波路直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の曲がり部分が、相対的に高屈折率の主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するもので、且つ該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであり、且つ該光導波路の少なくとも一つの直線部の一部に、主コアを含まない構成の光導波路部を有していることを特徴とする光結合装置。   An optical waveguide, which is a first optical component having at least one bent portion and two straight portions extending from both ends of the bent portion, is placed on the substrate so as to face one end of the optical waveguide straight portion. A second optical component, and at least a bent portion of the optical waveguide has a lower refractive index around the main core having a relatively higher refractive index than the main core and a higher refractive index than the cladding layer. The composite core is surrounded by the clad layer, and at least one straight portion of the optical waveguide does not include the main core. An optical coupling device having an optical waveguide portion. 基板上に、相対的に高屈折率のコアを相対的に低屈折率のクラッド層で取り囲んだ構造で且つ少なくとも1カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる2つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と、該光導波路の直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の直線部のうちの曲がり部から離れた領域のコアの断面積が曲がり部よりも相対的に小さくなっていることを特徴とする光結合装置。

The substrate has a structure in which a relatively high refractive index core is surrounded by a relatively low refractive index cladding layer, and has at least one bent portion and two straight portions extending from both ends of the bent portion. An optical waveguide that is a first optical component; and a second optical component that is placed opposite to one end of the linear portion of the optical waveguide, and at least from a bent portion of the linear portion of the optical waveguide. An optical coupling device, wherein a cross-sectional area of a core in a remote area is relatively smaller than a bent portion.

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