JP2699414B2 - 対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置 - Google Patents
対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置Info
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- JP2699414B2 JP2699414B2 JP63144534A JP14453488A JP2699414B2 JP 2699414 B2 JP2699414 B2 JP 2699414B2 JP 63144534 A JP63144534 A JP 63144534A JP 14453488 A JP14453488 A JP 14453488A JP 2699414 B2 JP2699414 B2 JP 2699414B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ディスク等に用いられる光の入出力素子
である対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置
に関するものである。
である対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置
に関するものである。
［従来技術］ 従来、使用波長で光の透過率の高い光学材料を基板と
して、その表面に屈折率のわずかに高い領域を作り、そ
こに光を閉じ込める光導波路を光ディスク等の信号読み
取りに利用する場合、第５図に示すように基板９の表面
に回析格子溝を施したグレーティングカップラ11aを用
い、導波層11内を光が伝搬する導波モードと外部へ光が
漏れる放射モードとの間の変換を行い、光の入出力結合
器として使っていた。
して、その表面に屈折率のわずかに高い領域を作り、そ
こに光を閉じ込める光導波路を光ディスク等の信号読み
取りに利用する場合、第５図に示すように基板９の表面
に回析格子溝を施したグレーティングカップラ11aを用
い、導波層11内を光が伝搬する導波モードと外部へ光が
漏れる放射モードとの間の変換を行い、光の入出力結合
器として使っていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、グレーティングカップラ11aに集光効
果を持たせようとした場合、その格子の周期を徐々に小
さくしたチャープグレーティングにする必要がある。第
６図にグレーティングカップラを示す。ここでは、シリ
コン（Si）基板９上に酸化シリコン（SiO2）バッファ層
８を1.86μｍ、米国コーニング社製＃7059ガラス導波路
11を0.95μｍ、窒化シリコン（SiN）クラッド層10を0.0
35μｍ積層させてグレーティングカップラを作製してい
る。この場合、長さ1.0mmに亘って周期を0.75μｍから
0.52μｍで変化させると、波長790nmの光が2.0mm離れた
空間に集光する。このような微細な加工は電子ビーム描
画法を用いる必要があり、更にその光の利用効率は50％
程度と低い。また、放射方向は基板端部9aに対し原理上
傾いており、上記の例では15゜である。つまり、例えば
光ディスク等の読み取り装置として用いた場合、光ディ
スクに対して15゜傾けて設置する必要がある。
果を持たせようとした場合、その格子の周期を徐々に小
さくしたチャープグレーティングにする必要がある。第
６図にグレーティングカップラを示す。ここでは、シリ
コン（Si）基板９上に酸化シリコン（SiO2）バッファ層
８を1.86μｍ、米国コーニング社製＃7059ガラス導波路
11を0.95μｍ、窒化シリコン（SiN）クラッド層10を0.0
35μｍ積層させてグレーティングカップラを作製してい
る。この場合、長さ1.0mmに亘って周期を0.75μｍから
0.52μｍで変化させると、波長790nmの光が2.0mm離れた
空間に集光する。このような微細な加工は電子ビーム描
画法を用いる必要があり、更にその光の利用効率は50％
程度と低い。また、放射方向は基板端部9aに対し原理上
傾いており、上記の例では15゜である。つまり、例えば
光ディスク等の読み取り装置として用いた場合、光ディ
スクに対して15゜傾けて設置する必要がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、光の利用効率が従来より高い対向カップラ
を提供することを目的とし、例えば、光ディスク等の読
み取りに用いた場合、光軸合せが容易で、作製し易いた
め、安価な信号読み取り信号が提供できることを目的と
している。
ものであり、光の利用効率が従来より高い対向カップラ
を提供することを目的とし、例えば、光ディスク等の読
み取りに用いた場合、光軸合せが容易で、作製し易いた
め、安価な信号読み取り信号が提供できることを目的と
している。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明の対向カップラは、
光透過性を有する光学材料にて形成され、光が入出射す
る端面を有した基板と、前記基板の両面にそれぞれ設け
られ、一方は前記基板に沿って前記端面に向かう方向に
等価屈折率が減少し、他方は前記基板に沿って前記端面
から離れる方向に等価屈折率が増加するように形成され
た光導波層とからなり、前記一方の光導波層は前記端面
側に向かう光を前記基板に放射し、他方の光導波層は前
記端面から基板に入射した光が入射される。
光透過性を有する光学材料にて形成され、光が入出射す
る端面を有した基板と、前記基板の両面にそれぞれ設け
られ、一方は前記基板に沿って前記端面に向かう方向に
等価屈折率が減少し、他方は前記基板に沿って前記端面
から離れる方向に等価屈折率が増加するように形成され
た光導波層とからなり、前記一方の光導波層は前記端面
側に向かう光を前記基板に放射し、他方の光導波層は前
記端面から基板に入射した光が入射される。
また、光ディスク等の信号読み取り装置は、光透過性
を有する光学材料にて形成され、光が入出射する端面を
有した基板と、その基板の両面にそれぞれ設けられ、一
方は前記基板に沿って前記端面に向かう方向に等価屈折
率が減少し、他方は前記基板に沿って前記端面から離れ
る方向に等価屈折率が増加するように形成された光導波
層とを有する対向カップラと、その対向カップラの前記
一方の光導波層に半導体レーザ光を出射する光源と、前
記対向カップラの他方の光導波層に入射された光により
光電変換を行う光検出器とを備えている。
を有する光学材料にて形成され、光が入出射する端面を
有した基板と、その基板の両面にそれぞれ設けられ、一
方は前記基板に沿って前記端面に向かう方向に等価屈折
率が減少し、他方は前記基板に沿って前記端面から離れ
る方向に等価屈折率が増加するように形成された光導波
層とを有する対向カップラと、その対向カップラの前記
一方の光導波層に半導体レーザ光を出射する光源と、前
記対向カップラの他方の光導波層に入射された光により
光電変換を行う光検出器とを備えている。
［作用］ 上記した構成を有する本発明の対向カップラは、基板
の片面に設けられた一方の光導波層を基板の端面側に伝
搬する光は、その光導波層の等価屈折率の減少により基
板側に放射されて前記端面から外部に出射される。ま
た、基板の端面から基板に入射した光は基板の他面に設
けられた他方の光導波層の等価屈折率の増加により基板
から他方の光導波層に入射して伝搬していくのである。
の片面に設けられた一方の光導波層を基板の端面側に伝
搬する光は、その光導波層の等価屈折率の減少により基
板側に放射されて前記端面から外部に出射される。ま
た、基板の端面から基板に入射した光は基板の他面に設
けられた他方の光導波層の等価屈折率の増加により基板
から他方の光導波層に入射して伝搬していくのである。
また、上記の構成を有する本発明の信号読み取り装置
は、光源より出射された半導体レーザ光が対向カップラ
ーの一方の光導波層に入射して伝搬し、その等価屈折率
の減少により基板側に入射した後に基板の側面から外部
に出射される。外部に出射された光は光ディスク等の信
号面で反射され、基板の前記端面から基板に入射した
後、他方の光導波層の等価屈折率の増加により当該他方
の光導波層に入射してそこを伝搬し、光検出器により光
電変換が行われて信号面の読み取りが行われる。
は、光源より出射された半導体レーザ光が対向カップラ
ーの一方の光導波層に入射して伝搬し、その等価屈折率
の減少により基板側に入射した後に基板の側面から外部
に出射される。外部に出射された光は光ディスク等の信
号面で反射され、基板の前記端面から基板に入射した
後、他方の光導波層の等価屈折率の増加により当該他方
の光導波層に入射してそこを伝搬し、光検出器により光
電変換が行われて信号面の読み取りが行われる。
［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
説明する。
第１図は本発明の対向カップラの構成を示している。
光の透過性を有する光学材料を用いた基板３の一側面に
第１光導波層２が、他側面に第２光導波層４が形成さ
れ、対向カップラ１を構成している。前記第１光導波層
２及び第２光導波層４は基板端部3aに向ってテーパ状に
厚さが薄くなっており、各々第１テーパカップラ2a、第
２テーパカップラ4aと称す。光は第１光導波層２内に導
かれ層内を伝搬して行くが、第１テーパカップラ2aに伝
搬すると徐々に基板３側へ放射され、更に基板端部3aか
ら外部へ出射される。一方、基板端部3aから第２テーパ
カップラ4aへ向って入射した光は、第２光導波層４内を
伝搬する導波モードに変換される。以下にテーパカップ
ラを説明する。
光の透過性を有する光学材料を用いた基板３の一側面に
第１光導波層２が、他側面に第２光導波層４が形成さ
れ、対向カップラ１を構成している。前記第１光導波層
２及び第２光導波層４は基板端部3aに向ってテーパ状に
厚さが薄くなっており、各々第１テーパカップラ2a、第
２テーパカップラ4aと称す。光は第１光導波層２内に導
かれ層内を伝搬して行くが、第１テーパカップラ2aに伝
搬すると徐々に基板３側へ放射され、更に基板端部3aか
ら外部へ出射される。一方、基板端部3aから第２テーパ
カップラ4aへ向って入射した光は、第２光導波層４内を
伝搬する導波モードに変換される。以下にテーパカップ
ラを説明する。
第２図はテーパカップラの構造を示す斜視図である。
光導波層２は、例えばＺカットニオブ酸リチウム（LiNb
O3）結晶からなる基板３上に作製されたものである。こ
の光導波層２は三次元構造をしており、基板の屈折率2.
2に対して2.204の表面屈折率を有し、幅は４μｍ、深さ
（Ｚ軸）方向にはガウス分布の屈折率分布を示してい
る。一方、第１図に示すように、第１光導波層２及び第
２光導波層４は基板端部3aに向って薄くなるテーパ形状
をしている。テーパカップラの動作原理を第３図で説明
する。光導波層２内を伝搬してきた光は図中に示したよ
うな強度分布のビーム形状を示している。この光がテー
パカップラ2aを伝搬すると徐々に強度分布が変化しこの
変化分のエネルギーが屈折率差の小さい基板３側へと放
射される。このテーパカップラ2aには光を閉じ込められ
なくなるカットオフ領域が存在する。そのため、光は更
に進行すると、このカットオフ領域で全ての光エネルギ
ーは基板３側へ放射され、その効率は70％が達成でき
る。このことは光の性質上、逆に基板３側から光が入射
する場合にも同様である。つまり、第１図、第３図に示
すように、例えば、光導波層２内を基板の端面3aから離
れた位置から端面3aに向けて伝搬する光は、テーパカッ
プラ2aの層厚が大から小へ変化するので、その等価屈折
率は減少することとなり、当該光は基板３に放射されて
前記端面3aから外部に出射される。逆に、端面3aから基
板３に入射した光は、テーパカップラ2aの層厚が小から
大へ変化するので、その等価屈折率は増加することとな
り、当該光は基板から光導波層２に入射して伝搬されて
いく。これは光導波層４についても同様である。以下、
このテーパカップラ2aの作製法を示す。
光導波層２は、例えばＺカットニオブ酸リチウム（LiNb
O3）結晶からなる基板３上に作製されたものである。こ
の光導波層２は三次元構造をしており、基板の屈折率2.
2に対して2.204の表面屈折率を有し、幅は４μｍ、深さ
（Ｚ軸）方向にはガウス分布の屈折率分布を示してい
る。一方、第１図に示すように、第１光導波層２及び第
２光導波層４は基板端部3aに向って薄くなるテーパ形状
をしている。テーパカップラの動作原理を第３図で説明
する。光導波層２内を伝搬してきた光は図中に示したよ
うな強度分布のビーム形状を示している。この光がテー
パカップラ2aを伝搬すると徐々に強度分布が変化しこの
変化分のエネルギーが屈折率差の小さい基板３側へと放
射される。このテーパカップラ2aには光を閉じ込められ
なくなるカットオフ領域が存在する。そのため、光は更
に進行すると、このカットオフ領域で全ての光エネルギ
ーは基板３側へ放射され、その効率は70％が達成でき
る。このことは光の性質上、逆に基板３側から光が入射
する場合にも同様である。つまり、第１図、第３図に示
すように、例えば、光導波層２内を基板の端面3aから離
れた位置から端面3aに向けて伝搬する光は、テーパカッ
プラ2aの層厚が大から小へ変化するので、その等価屈折
率は減少することとなり、当該光は基板３に放射されて
前記端面3aから外部に出射される。逆に、端面3aから基
板３に入射した光は、テーパカップラ2aの層厚が小から
大へ変化するので、その等価屈折率は増加することとな
り、当該光は基板から光導波層２に入射して伝搬されて
いく。これは光導波層４についても同様である。以下、
このテーパカップラ2aの作製法を示す。
ＺカットLiNbO3結晶上にチタン（Ti）を幅４μｍ、厚
さ300Åで基板端部3aまでパターニングを施す。これを1
000℃５時間拡散することで、光導波層２が作製され
る。更に基板端部3aまでＹ方向に長さ200μｍをテーパ
状に研磨することでテーパカップラ2aが作製される。
さ300Åで基板端部3aまでパターニングを施す。これを1
000℃５時間拡散することで、光導波層２が作製され
る。更に基板端部3aまでＹ方向に長さ200μｍをテーパ
状に研磨することでテーパカップラ2aが作製される。
以上説明した対向カップラを、例えば、光ディスク等
の読み取り装置に応用した場合を第４図の構成図で説明
する。光源としての半導体レーザ５及び光電変案を行う
光検出器６が対向カップラ１に直接結合され、更に、光
ディスク７はその法線と基板端部3aの法線が一致するよ
う配置されている。光は半導体レーザ５より発し、第１
光導波層２に導かれる。以下、前記テーパカップラの動
作原理で示したように、基板端部3aから光ディスク７へ
向けて出射される。光ディスク７で反射された光は、再
び基板端部3aから入射し、前述とは逆に第２光導波層４
を伝搬する。更に、光検出器６で光量が検出され、例え
ば光ディスク７に反射率の変化で情報が記録されていれ
ば、情報に応じた変調信号が検出されるのである。
の読み取り装置に応用した場合を第４図の構成図で説明
する。光源としての半導体レーザ５及び光電変案を行う
光検出器６が対向カップラ１に直接結合され、更に、光
ディスク７はその法線と基板端部3aの法線が一致するよ
う配置されている。光は半導体レーザ５より発し、第１
光導波層２に導かれる。以下、前記テーパカップラの動
作原理で示したように、基板端部3aから光ディスク７へ
向けて出射される。光ディスク７で反射された光は、再
び基板端部3aから入射し、前述とは逆に第２光導波層４
を伝搬する。更に、光検出器６で光量が検出され、例え
ば光ディスク７に反射率の変化で情報が記録されていれ
ば、情報に応じた変調信号が検出されるのである。
ここでは、テーパ形状にすることが光の入出力を実現
したが、テーパ形状には限定されない。即ち、基本的に
は導波層内での光の導波は等価屈折率によって記述さ
れ、上記構成は等価屈折率を光の進行方向に変化させる
ことを意味している。例えば、チタンの拡散量を進行方
向に徐々に変化させることで屈折率分布を持たせること
でも実現できる。
したが、テーパ形状には限定されない。即ち、基本的に
は導波層内での光の導波は等価屈折率によって記述さ
れ、上記構成は等価屈折率を光の進行方向に変化させる
ことを意味している。例えば、チタンの拡散量を進行方
向に徐々に変化させることで屈折率分布を持たせること
でも実現できる。
［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明の対向
カップラによれば、光が入出射する端面を有した基板の
両面に光導波層を設け、その各々に等価屈折率の分布を
持たせるだけで光の利用効率を高めることができる。ま
た、本発明の信号読み取り装置は、従来よりも容易に作
成できるとともに安価にし重、光軸合わせも容易にでき
る。例えば、光ディスクを読み取る場合は、光ディスク
の読み取り面の放線と基板端面の放線とを一致させるこ
とによりように光軸を合わせることができる。
カップラによれば、光が入出射する端面を有した基板の
両面に光導波層を設け、その各々に等価屈折率の分布を
持たせるだけで光の利用効率を高めることができる。ま
た、本発明の信号読み取り装置は、従来よりも容易に作
成できるとともに安価にし重、光軸合わせも容易にでき
る。例えば、光ディスクを読み取る場合は、光ディスク
の読み取り面の放線と基板端面の放線とを一致させるこ
とによりように光軸を合わせることができる。
第１図から第４図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明の対向カップラの構成を示す
側面図、第２図はテーパカップラの構造を示す斜視図、
第３図は動作原理を説明する断面図、第４図は本発明の
対向カップラを光ディスク等の読み取り装置に応用した
構成図、第５図は従来のグレーティングカップラを説明
する斜視図、第６図は従来のグレーティングカップラの
作製法を説明する断面図である。 図中、１は対向カップラ、２は光導波層、３は基板、５
は半導体レーザ、６は光検出器である。
すもので、第１図は本発明の対向カップラの構成を示す
側面図、第２図はテーパカップラの構造を示す斜視図、
第３図は動作原理を説明する断面図、第４図は本発明の
対向カップラを光ディスク等の読み取り装置に応用した
構成図、第５図は従来のグレーティングカップラを説明
する斜視図、第６図は従来のグレーティングカップラの
作製法を説明する断面図である。 図中、１は対向カップラ、２は光導波層、３は基板、５
は半導体レーザ、６は光検出器である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝 和也 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通９丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 審査官 瀧本 十良三
Claims (2)
- 【請求項１】光透過性を有する光学材料にて形成され、
光が入出射する端面を有した基板と、 前記基板の両面にそれぞれ設けられ、一方は前記基板に
沿って前記端面に向かう方向に等価屈折率が減少し、他
方は前記基板に沿って前記端面から離れる方向に等価屈
折率が増加するように形成された光導波層とからなり、 前記一方の光導波層は前記端面側に向かう光を前記基板
に放射し、他方の光導波層は前記端面から基板に入射し
た光が入射されることを特徴とする対向カップラ。 - 【請求項２】光透過性を有する光学材料にて形成され、
光が入出射する端面を有した基板と、その基板の両面に
それぞれ設けられ、一方は前記基板に沿って前記端面に
向かう方向に等価屈折率が減少し、他方は前記基板に沿
って前記端面から離れる方向に等価屈折率が増加するよ
うに形成された光導波層とを有する対向カップラと、 その対向カップラの前記一方の光導波層に半導体レーザ
光を出射する光源と、 前記対向カップラの他方の光導波層に入射された光によ
り光電変換を行う光検出器と を備えたことを特徴とする信号読み取り装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63144534A JP2699414B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置 |
| US07/262,693 US4865407A (en) | 1987-10-22 | 1988-10-26 | Optical waveguide element, method of making the same and optical coupler employing optical waveguide element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63144534A JP2699414B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01312512A JPH01312512A (ja) | 1989-12-18 |
| JP2699414B2 true JP2699414B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15364548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63144534A Expired - Fee Related JP2699414B2 (ja) | 1987-10-22 | 1988-06-10 | 対向カップラ及びそれを用いた信号読み取り装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699414B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2709090B2 (ja) * | 1988-09-14 | 1998-02-04 | 株式会社三協精機製作所 | 導波路型光学ヘッド |
-
1988
- 1988-06-10 JP JP63144534A patent/JP2699414B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01312512A (ja) | 1989-12-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |