JP2714097B2 - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

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JP2714097B2 JP1012703A JP1270389A JP2714097B2 JP 2714097 B2 JP2714097 B2 JP 2714097B2 JP 1012703 A JP1012703 A JP 1012703A JP 1270389 A JP1270389 A JP 1270389A JP 2714097 B2 JP2714097 B2 JP 2714097B2
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【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、光ディスクメモリ用ピックアップ等に用い
られる光導波路装置に関する。
The present invention relates to an optical waveguide device used for an optical disk memory pickup or the like.

(ロ) 従来の技術 従来、光導波路装置は例えば信学技報、Vo1.84、No.2
59、P.97〜104(1985)に示されているように集積型光
ピックアップに用いられる。第3図(a)はその斜視図
を示し、同図(b)は正面図、同図(c)は側面図を示
す。図において、(1)はSiからなる基板、(2)は該
基板(1)上に積層されたSiO2からなるバッファ層、
(3)はバッファ層(2)の上に積層された導波路で、
その材料として例えばコーニング#7059(商品名)が用
いられる。(4)は半導体レーザで、一方の光出射端面
を上記導波路に端面直接結合法によって結合されてい
る。(5′)は半導体レーザ(4)から出射され、導波
路(3)内に伝搬する光の進行方向に配された集光グレ
ーティングカプラ(以下FGCと記す)で、導波路(3)
上にSiNを所望形状に積層して作製されている。即ち導
波光は直接、あるいは図示していない導波レンズでコリ
メートされた後FGC(5′)に入射し、FGC(5′)によ
って進行方向を変換され、導波路(3)外に取り出され
ると共にある一点に集光される。(6)は斯る集光型光
ピックアップ上方に配された光ディスクで、導波路
(3)から取り出された光は当該光ディスク(6)のデ
ィスク面で集光される。そして、光ディスク(6)で反
射した光は、再びFGC(5′)に入射し、導波路(3)
に結合する。斯る集光型光ピックアップはこの光を検出
することにより信号を読み取るものである。但し、図で
は信号検出用のエレメントについては省略している。
(B) Conventional technology Conventionally, an optical waveguide device is described in, for example, IEICE Technical Report, Vo1.84, No.2
59, pp. 97-104 (1985). FIG. 3 (a) shows a perspective view, FIG. 3 (b) shows a front view, and FIG. 3 (c) shows a side view. In the figure, (1) is a substrate made of Si, (2) is a buffer layer made of SiO 2 laminated on the substrate (1),
(3) is a waveguide laminated on the buffer layer (2),
For example, Corning # 7059 (trade name) is used as the material. (4) is a semiconductor laser having one light emitting end face coupled to the waveguide by an end face direct coupling method. (5 ') is a condenser grating coupler (hereinafter referred to as FGC) arranged in the traveling direction of light emitted from the semiconductor laser (4) and propagating in the waveguide (3).
It is manufactured by laminating SiN on a desired shape. That is, the guided light enters the FGC (5 ') directly or after being collimated by a waveguide lens (not shown), the traveling direction is changed by the FGC (5'), and is taken out of the waveguide (3). It is collected at a certain point. (6) is an optical disk disposed above the condensing type optical pickup, and light extracted from the waveguide (3) is collected on the disk surface of the optical disk (6). Then, the light reflected by the optical disk (6) is again incident on the FGC (5 '), and is reflected by the waveguide (3).
To join. Such a condensing type optical pickup reads a signal by detecting this light. However, in the figure, elements for signal detection are omitted.

(ハ) 発明が解決しようとする課題 従来の光導波路装置においてはFGC(5′)から出射
されるレーザ光(以下出射光と記す)の光軸を、導波路
(3)面に垂直な方向から導波路(3)内を伝播するレ
ーザ光(以下導波光と記す)の光軸方向に傾ける必要が
あった。これは、出射光の光軸を導波路(3)の面に対
して垂直となるようにFGC(5′)の形状を設計する
と、FGC(5′)が一部の導波光に対してブラック条件
を満たし、その一部の導波光が反射することによって半
導体レーザ(4)に帰還し、半導体レーザ(4)の発振
特性を不安定にさせるため、好ましくないからである。
(C) Problems to be Solved by the Invention In the conventional optical waveguide device, the optical axis of the laser light (hereinafter referred to as “emitted light”) emitted from the FGC (5 ′) is set in the direction perpendicular to the waveguide (3) plane. Therefore, it is necessary to incline the laser light (hereinafter referred to as guided light) propagating in the waveguide (3) in the optical axis direction. This is because if the shape of the FGC (5 ') is designed so that the optical axis of the emitted light is perpendicular to the plane of the waveguide (3), the FGC (5') is black for some of the guided light. This is because the condition is satisfied, and part of the guided light is reflected to return to the semiconductor laser (4), and the oscillation characteristics of the semiconductor laser (4) become unstable.

また、光導波路装置は、信号検出のため、光ディスク
(6)からの反射光を導波路(3)内に帰還させるよう
に、FGC(5′)から出射されるレーザ光の光軸が光デ
ィスク(6)面に対して垂直となるように配さなければ
ならない。
In addition, the optical waveguide device adjusts the optical axis of the laser light emitted from the FGC (5 ') to return the reflected light from the optical disk (6) to the waveguide (3) for signal detection. 6) They must be arranged perpendicular to the plane.

これらの理由により、従来の光導波路装置は、第3図
(b)、(c)に示す如く、光ディスク(6)面に対し
て、導波光の光軸を傾けて配置されることになる。この
ため従来装置では、図に示す如く、光ディスク(6)面
と垂直な方向における装置の占有長さWが必要であり、
斯る従来装置を用いたピックアップを大型化させるとい
った問題があった。
For these reasons, the conventional optical waveguide device is arranged with the optical axis of the guided light inclined with respect to the optical disk (6) surface as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c). Therefore, in the conventional device, as shown in the figure, the occupied length W of the device in the direction perpendicular to the optical disk (6) surface is required.
There is a problem that a pickup using such a conventional device is increased in size.

(ニ) 課題を解決するための手段 本発明は、半導体レーザと、該半導体レーザに光結合
され、上記半導体レーザから出射されるレーザ光を伝播
する導波路と、該導波路上に設けられ、上記導波路内を
伝播するレーザ光を、外部空間に出射するグレーティン
グカプラと、を備え、前記導波路内を伝播するレーザ光
の光軸方向の装置長さよりも、該装置長さと垂直方向の
装置幅の方が小さい光導波路装置であって、上記グレー
ティングカプラから出射されるレーザ光の光軸が、上記
導波路内を伝播する光軸と垂直な面内に存在すると共
に、上記導波路の面と垂直な方向から傾くように前記グ
レーティングカプラが構成され、前記グレーティングカ
プラから出射されるレーザ光の光軸が光ディスク面と垂
直になるように配置されていることを特徴とする。
(D) Means for Solving the Problems The present invention provides a semiconductor laser, a waveguide optically coupled to the semiconductor laser, and propagating laser light emitted from the semiconductor laser, provided on the waveguide, A grating coupler that emits laser light propagating in the waveguide to an external space, and a device perpendicular to the device length of the laser light propagating in the waveguide, rather than the device length in the optical axis direction. An optical waveguide device having a smaller width, wherein an optical axis of laser light emitted from the grating coupler exists in a plane perpendicular to an optical axis propagating in the waveguide, and a plane of the waveguide. The grating coupler is configured to be inclined from a direction perpendicular to the optical disc surface, and the optical axis of the laser beam emitted from the grating coupler is arranged to be perpendicular to the optical disk surface. To.

(ホ) 作用 一般的に光導波路装置においては導波光の光軸方向の
装置長さAに対して、これと垂直方向の装置幅Bを1/4
以下にすることができる(第3図(a)参照)。
(E) Function Generally, in the optical waveguide device, the device width B in the direction perpendicular to the device length A in the optical axis direction of the guided light is 1/4.
It can be as follows (see FIG. 3 (a)).

本発明は光導波路装置の斯る構造的特徴に鑑みてなさ
れたものであって、出射光の光軸を、導波光の光軸と垂
直な面内で、且つ上記導波路の面と垂直な方向から傾け
て配している。これにより、出射レーザ光の光軸が光デ
ィスク面と垂直になるように装置を配置した時に装置は
導波光の光軸と垂直な方向、即ち装置の幅方向に傾くこ
とになる。
The present invention has been made in view of such structural features of an optical waveguide device, and has an optical axis of outgoing light within a plane perpendicular to the optical axis of guided light, and perpendicular to the plane of the waveguide. Arranged at an angle from the direction. Accordingly, when the device is arranged so that the optical axis of the emitted laser light is perpendicular to the optical disk surface, the device is inclined in the direction perpendicular to the optical axis of the guided light, that is, in the width direction of the device.

(ヘ) 実施例 第1図は本発明装置の一実施例を示し、同図(a)は
斜視図、同図(b)は正面図、同図(c)は側面図であ
る。第1図において第3図と同じものには同番号を付
し、説明を省略する。本発明装置の従来装置と異なると
ころは、FGC(5)から出射されるレーザ光(出射光)
の光軸を、導波路(3)内を伝播するレーザ光(導波
光)の光軸と垂直な面内に存在させると共に、導波路
(3)面と垂直な方向から傾けていることである。これ
は、FGC(5)の設計を変えることによって実現するこ
とができる。例えば、第2図に示すように、空間座標に
おいて、xy平面を導波路(3)面、y軸上のP点を半導
体レーザ(4)による光源、y軸を導波光の光軸とし、
更にzx平面内に存在し、z軸から反時計回りにθ傾いた
位置にあるQ点をFGC(5)によって導波路(3)外部
に出射されるレーザ光の焦点とする。この時、光源
(P)から原点(O)までの距離をr、焦点(Q)から
原点(O)までの距離をfとすると、FGC(5)の形状
は次式で表わされる。
(F) Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus of the present invention. FIG. 1 (a) is a perspective view, FIG. 1 (b) is a front view, and FIG. 1 (c) is a side view. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The difference between the present apparatus and the conventional apparatus is that the laser light (emitted light) emitted from the FGC (5)
Is present in a plane perpendicular to the optical axis of the laser light (guided light) propagating in the waveguide (3), and is inclined from a direction perpendicular to the waveguide (3) plane. . This can be achieved by changing the design of FGC (5). For example, as shown in FIG. 2, in spatial coordinates, the xy plane is the plane of the waveguide (3), the point P on the y axis is the light source of the semiconductor laser (4), the y axis is the optical axis of the guided light,
Further, a point Q existing in the zx plane and at a position inclined by θ in a counterclockwise direction from the z axis is set as a focal point of the laser light emitted to the outside of the waveguide (3) by the FGC (5). At this time, if the distance from the light source (P) to the origin (O) is r and the distance from the focal point (Q) to the origin (O) is f, the shape of FGC (5) is expressed by the following equation.

ここでNは導波路(3)の実効屈折率、λはレーザ光
の真空中での波長、mは0、±1、±2、…となる整数
である。また、cは任意の定数で、例えばx=y=0で
m=0とすると、 C=Nr+f と表わせる。
Here, N is the effective refractive index of the waveguide (3), λ is the wavelength of the laser light in a vacuum, and m is an integer of 0, ± 1, ± 2,. Further, c is an arbitrary constant. For example, if x = 0 and m = 0, then C = Nr + f.

本実施例装置は、出射光の光軸が光ディスク(6)面
と垂直になるように装置を配置した場合、導波光の光軸
と垂直な方向、即ち装置の幅方向に傾くことになる。一
方、斯る光導波路装置においては、導波光の光軸方向の
装置長さAを15mmとした時、装置幅Bは3mm程度であ
る。従って本実施例装置では装置の長さ方向に比して充
分短い幅方向に傾けるため、光ディスク(6)面と垂直
な方向における装置の占有長さWを従来装置に比して大
幅に小さくすることができる。
When the device of this embodiment is arranged so that the optical axis of the emitted light is perpendicular to the optical disk (6) surface, the device is inclined in the direction perpendicular to the optical axis of the guided light, that is, in the width direction of the device. On the other hand, in such an optical waveguide device, when the device length A in the optical axis direction of the guided light is 15 mm, the device width B is about 3 mm. Therefore, in the device of the present embodiment, the device is tilted in the width direction which is sufficiently shorter than the length direction of the device. be able to.

また本実施例装置における信号検出方法は、導波路
(3)内を伝播するレーザ光の光軸を中心にその左右で
光ディスク(6)からの反射光の取り込み量が異なるこ
とがあるため、左右の光取り込み量あるいは出力信号強
度のバランスを調整する必要があるが、原理として、信
学技報、Vol.84、No.259、P.96〜104(1985)等に示さ
れる如き従来方法を採用することができる。
In the signal detection method in the present embodiment, the amount of reflected light from the optical disk (6) may be different between the left and right sides of the optical axis of the laser light propagating in the waveguide (3). It is necessary to adjust the balance between the amount of light taken in or the intensity of the output signal, but the principle is to use the conventional method as shown in IEICE Technical Report, Vol.84, No.259, P.96-104 (1985), etc. Can be adopted.

以上、本実施例では、FGC(5)によって直接光ディ
スク(6)面上に集光する場合を示したが、FGC(5)
からの出射光を平行光とし、これを外付けの対物レンズ
で集光する構成としてもよい。このときのFGC(5)の
形状は次式で表わされる。
As described above, in this embodiment, the case where the light is directly condensed on the optical disk (6) surface by the FGC (5) has been described.
It is also possible to use a configuration in which the outgoing light from is converted into parallel light, which is condensed by an external objective lens. The shape of FGC (5) at this time is expressed by the following equation.

また、任意定数cは、前述の式と同様、x=y=0、
m=0とすると C=Nr と表わせる。
Further, the arbitrary constant c is, as in the above-described equation, x = y = 0,
If m = 0, then C = Nr.

(ト) 発明の効果 本発明装置によれば、装置から出射されるレーザ光の
光軸を、導波路内を伝播するレーザ光の光軸と垂直な面
内に存在させると共に、導波路面と垂直な方向から傾け
ることによって、出射光の光軸が光ディスク面と垂直に
なるように装置を配置したとき、装置は長さ方向に比し
て充分短い幅方向に傾く。これによって光ディスク面と
垂直な方向における装置の占有長さWを小さくすること
ができ、本発明装置を用いたピックアップの薄型化が図
れる。また、出射光の光軸が光ディスク面と垂直になる
ため、前記出射光の光ディスクへのスポット形状は真円
となり、光の利用効率が良好となる。
(G) Effects of the Invention According to the device of the present invention, the optical axis of the laser light emitted from the device is present in a plane perpendicular to the optical axis of the laser light propagating in the waveguide, and at the same time, When the device is arranged such that the optical axis of the emitted light is perpendicular to the optical disk surface by tilting from a vertical direction, the device tilts in a width direction that is sufficiently shorter than the length direction. As a result, the occupied length W of the device in the direction perpendicular to the optical disk surface can be reduced, and the thickness of the pickup using the device of the present invention can be reduced. Further, since the optical axis of the emitted light is perpendicular to the optical disk surface, the spot shape of the emitted light on the optical disk is a perfect circle, and the light use efficiency is improved.

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

第1図(a)は本発明装置の一実施例を示す斜視図、同
図(b)はその正面図、同図(c)は側面図、第2図は
本発明装置におけるFGCを設計するための説明図、第3
図(a)は従来装置を示す斜視図、同図(b)はその正
面図、同図(c)は側面図である。 (1)……基板、(2)……バッファ層、(3)……導
波路、(4)……半導体レーザ、(5)……集光グレー
ティングカプラ(FGC)、(6)……光ディスク。
1 (a) is a perspective view showing an embodiment of the apparatus of the present invention, FIG. 1 (b) is a front view thereof, FIG. 1 (c) is a side view thereof, and FIG. 2 designs an FGC in the apparatus of the present invention. Explanatory diagram for the third
FIG. 1A is a perspective view showing a conventional apparatus, FIG. 1B is a front view thereof, and FIG. 1C is a side view. (1) substrate, (2) buffer layer, (3) waveguide, (4) semiconductor laser, (5) focusing grating coupler (FGC), (6) optical disk .

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体レーザと、該半導体レーザに光結合
され、上記半導体レーザから出射されるレーザ光を伝播
する導波路と、該導波路上に設けられ、上記導波路内を
伝播するレーザ光を、外部空間に出射するグレーティン
グカプラと、を備え、前記導波路内を伝播するレーザ光
の光軸方向の装置長さよりも、該装置長さと垂直方向の
装置幅の方が小さい光導波路装置であって、上記グレー
ティングカプラから出射されるレーザ光の光軸が、上記
導波路内を伝播する光軸と垂直な面内に存在すると共
に、上記導波路の面と垂直な方向から傾くように前記グ
レーティングカプラが構成され、前記グレーティングカ
プラから出射されるレーザ光の光軸が光ディスク面と垂
直になるように配置されていることを特徴とする光導波
路装置。
1. A semiconductor laser, a waveguide optically coupled to the semiconductor laser and propagating a laser beam emitted from the semiconductor laser, and a laser beam provided on the waveguide and propagating in the waveguide. A grating coupler that emits light into an external space, wherein the device length and the device width in the vertical direction are smaller than the device length in the optical axis direction of the laser light propagating in the waveguide. The optical axis of the laser beam emitted from the grating coupler is present in a plane perpendicular to the optical axis propagating in the waveguide, and is inclined from a direction perpendicular to the plane of the waveguide. An optical waveguide device, comprising a grating coupler, and arranged so that an optical axis of laser light emitted from the grating coupler is perpendicular to an optical disk surface.
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