JP2666874B2 - 光結合器とその製造方法 - Google Patents
光結合器とその製造方法Info
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Description
る光素子同士を光結合するための光通信用の光結合器の
製造方法に関するものである。
半導体発光素子や光行路を切り換える光スイッチ、光フ
ァイバアンプ、光半導体アンプ等の光導波路と石英系光
導波路とを結合させる光結合路は、光通信システムを構
成する上で重要なデバイスの1つである。
光素子同士を光結合させる光結合路としては、例えばア
プライド フィジクス レターズ(Applide P
hysics Letters)1989年、第55
巻、第2389項のシャニー氏(Y.Shani)等に
よる論文に記載された光結合器があげられる。
路のコアの寸法の大きさに応じてビームサイズ、すなわ
ちスポットサイズの大きさが決まる。論文に記載されて
いる光結合器は、石英系光導波路のコア内の一部に三角
形状の高屈折率層を形成し、その高屈折率層の端面を光
素子の一つである半導体レーザの出射光に近接させ、そ
の高屈折層の端面を光素子の一つである半導体レーザの
出射端に近接させ、半導体レーザから出射光を三角系状
の高屈折率層に伝搬させることにより、その伝搬光のス
ポットサイズの寸法を大きくして、石英系光導波路のス
ポットサイズの寸法に変える。これにより、半導体レー
ザからの出射光を効率よく石英系光導波路に結合させて
いる。
工学」米津宏雄著、工学図書株式会社刊のp212に記
載されている。
状の高屈折率層をコア内部に形成するには、CVD(化
学蒸着)法が用いられている。すなわち、光導波路のコ
アを基板上に形成する前に、コアよりも屈折率の高い高
屈折率層を基板上に堆積させた後に、その高屈折率層を
三角形状にエッチングする工程を通常の光導波路の作製
工程に付加する。このため、通常の光導波路の作製工程
より多くの工数を必要とする。また、複数の光結合器が
アレイ状に並んだものを作製する場合には、1つ1つの
光結合器に対してそれぞれの光屈折率層を堆積しエッチ
ングしなければならないので、作業効率が悪かった。さ
らに、高屈折率層の堆積は、他の堆積層との大きな熱膨
張係数差によりクラックなどが発生しやすく、歩留まり
の低下を招くという大きな問題があった。
方法は、石英系光導波路のコアドーパント濃度が高いと
ころほどエッチング速度が遅くなるエッチング液で石英
系光導波路の端部をエッチングすることにより、コアを
光軸方向にテーパ形状に形成することを特徴とする。
H 4 Fの混合液からなるエッチング液を用いると良い。
また、コアを光軸方向にテーパ形状に形成した後、テー
パ状コアを加熱して半球状に成形することにより、光結
合器の結合効率をさらに向上することができる。
の大きさに応じてビームサイズ、すなわちスポットサイ
ズの大きさが決まる。このため、テーパ状のコアを伝搬
する光は、除々にスポットサイズの大きさを変える。従
って、テーパ状のコアはスポットサイズ変換器として作
用し、スポットサイズの異なる光導波路同士を高効率で
光結合させることが出来る。
は、ステップ型を理想とするため、コアドーパント濃度
はそのコア内でほぼ一定になるように設計する。しか
し、実際には光導波路作製中の熱拡散などによりコア内
のドーパントは拡散し、ドーパント濃度分布は中心部か
らの距離に対して減少するような分布となる。したがっ
て、ドーパント濃度が高いところほどエッチング速度が
遅くなるエッチング液で石英系光導波路端部を端面部、
側面部よりエッチングすることにより、端面部では端面
方向からもエッチングされるので、コア部分が光軸方向
にテーパ形状を有した光導波路が作製できる。
する。図1および図2は、本発明の第1の実施例を示す
側面図および上面図である。シリコン(Si)基板1上
に形成された石英光導波路2のコア3が光軸方向にテー
パ状に突き出ており、そのテーパ部の先端に接近して半
導体レーザ素子4か金錫半田6を介してSi基板1上に
形成された金パット7に接合さらえている。ここで、コ
ア3の光軸と半導体レーザ素子4の光軸は一致してい
る。また、半導体レーザ素子4のスポットサイズは、石
英光導波路2のスポットサイズより小さい。光層波路2
のコア3の断面寸法は10μm×10μm程度、ドーパ
ントは5酸化リン(P2 O5 )と3酸化ホウ素(B2 O
3 )、比屈折率差は0.2%程度、クラッド5の厚さは
約10μmである。また、コア3のテーパ部の先端面寸
法は2μm×2μm程度である。本実施例の光結合器の
製造方法は、まず、Si基板1上に石英光導波路2をC
VD製法により形成する。次に、石英光導波路2の入射
端部をドライエッチングによりエッチングして垂直端面
を形成する。そして、その垂直端面をコアドーパント濃
度が高いところほどエッチング速度が遅くなるエチング
液でエッチングしてコア3を光軸方向にテーパ状に突き
出させる。本実施例で用いたエッチング液は,49%濃
度のフッ酸(HF)と40%濃度のフッ化アンモニウム
(NH4 F)を1対10の重量比で混合したものであ
り、エッチング時間は室温で約2時間である。
端部に近接してSi基板1上の金パット7に金錫半田6
を介して接合する。この際、半導体レーザ素子4は、そ
の光軸がコア3の光軸と一致するように位置調整され
る。
を上げることで短くできるため、上記のエッチング時間
を短くし、更に作業能率を上げるのは容易である。ま
た、エッチング液も上記のものに限定する必要はなく、
ドーパント濃度が高い程エッチング速度が遅いエッチン
グ液であれば良い。例えば、前述のHFとNH4 Fの重
量比を2対10や3対10に変えたものや、硝酸を加え
て硝酸とHFとNH4 Fの重量比を1対1対10にした
もの等でも良い。硝酸を加えるとエッチング面が滑らか
になる。
の小さな半導体レーザ4から出力される波長1.55μ
mの光ビームは、まず、テーパ部の先端に結合する。一
般に、光導波路を伝搬する光は、光導波路のコア寸法の
大きさに応じてビームサイズ、すなわちスポットサイズ
の大きさが変わる。このため、結合した光ビームのスポ
ットサイズは除々に大きくなり、光導波路内のコア3に
相当したスポットサイズに変換される。これにより、光
ビームは,効率良く石英光導波路内のコア3に結合され
る。本実施例では結合損失3dBの高効率結合の光結合
器が得られた。
ンネルのアレイ状光結合器の上面図である。シリコン
(Si)基板1上にピッチ250μmの4本の石英光導
波路2a〜2dが形成されており、それぞれのコア3a
〜3dが光軸方向にテーパ状に突き出ている。光導波路
2a〜2d、コア3a〜3dのテーパ部の形状寸法は第
1の実施例の場合と同様である。そして、そのテーパ部
の先端に近接して4つの半導体レーザ4a〜4dがピッ
チ250μmで並列にSi基板1上に形成された金パッ
ト7に金錫半田6を介して結合されている。
る方法は、第1の実施例の場合と同様である。すなわ
ち、上述のエッチング液でエッチングすることにより、
先端が揃った垂直端面のコアを複数個一括してテ−パ状
に形成できる。このため、作業の効率化を増し、アレイ
状光結合器のピッチが高精度なものを保留まりよく製作
できる。
dから出力された光ビームは、第1の実施例と同様にテ
ーパ部の先端にそれぞれ結合される。本実施例で4チャ
ンネル共に結合損失3dBの高効率結合アレイ状光結合
器が得られた。
スポットサイズの小さな光素子として半導体レーザ4を
用いたが、これは光スイッチ、光ファイバアンプ、光半
導体アンプ、更には石英系光導波路、石英系光ファイバ
等の光導波路でも良く、テーパ状コアを有する石英高導
波路よりもスポットサイズが小さければ良い。
するために、テーパ部先端を若干加熱溶融して先端部を
滑らか、もしくは半球化しても良い。尚、加熱溶融方法
は放電加熱、炉加熱、レーザ加熱など特に限定されな
い。
パ部の先端表面上に無反射コートを施しても良い。
としたがこれに限定されず、4チャンネル以上に用いて
も良い。
にすることにより、高屈折率層を堆積する必要はなくス
ポットサイズの異なった光素子同士の結合を高効率で行
うことができ、さらにコアドーパント濃度の違いによる
エッチングレート差を用いた選択エッチング法により、
一度にたくさんのテーパ形状のコアを有した光結合器を
作製することができ、製造歩留まりが向上する。
Claims (3)
- 【請求項1】 石英系光導波路のコアドーパント濃度が
高いところほどエッチング速度が遅くなるエッチング液
で石英系光導波路の端部をエッチングすることにより、
コアを光軸方向にテーパ形状に形成することを特徴とす
る光結合器の製造方法。 - 【請求項2】 前記エッチング液として、HFとNH 4
Fの混合液からなるエッチング液を用いたことを特徴と
する請求項1記載の光結合器の製造方法。 - 【請求項3】 石英系光導波路のコアドーパント濃度が
高いところほどエッチング速度が遅くなるエッチング液
で石英系光導波路の端部をエッチングすることにより、
コアを光軸方向にテーパ形状に形成し、テーパ状コアを
加熱することにより半球状に成形することを特徴とする
光結合器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4311845A JP2666874B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 光結合器とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4311845A JP2666874B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 光結合器とその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP550096A Division JPH08248278A (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 光結合器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06160675A JPH06160675A (ja) | 1994-06-07 |
JP2666874B2 true JP2666874B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP4311845A Expired - Fee Related JP2666874B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 光結合器とその製造方法 |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JPH09292539A (ja) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Nec Corp | 導波路形コリメータ |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61165709A (ja) * | 1985-12-06 | 1986-07-26 | Hitachi Ltd | 光フアイバおよびその製造方法 |
JPS63226607A (ja) * | 1986-10-24 | 1988-09-21 | Hitachi Ltd | 光結合構造 |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP4311845A patent/JP2666874B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH06160675A (ja) | 1994-06-07 |
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