JP2850996B2 - Optical coupling device - Google Patents

Optical coupling device

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JP2850996B2
JP2850996B2 JP21405493A JP21405493A JP2850996B2 JP 2850996 B2 JP2850996 B2 JP 2850996B2 JP 21405493 A JP21405493 A JP 21405493A JP 21405493 A JP21405493 A JP 21405493A JP 2850996 B2 JP2850996 B2 JP 2850996B2
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修 三冨
和生 笠谷
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    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を伝わる光波
のスポットサイズを低損失で変換する光結合デバイスの
構成に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling device for converting a spot size of a light wave propagating through an optical waveguide with low loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザダイオード(LD)と単一
モード光ファイバとの間を光結合させる場合、LD素子
端面と光ファイバを直接突合せ結合(バットジョイン
ト)させると、互いの光導波路における光波のスポット
サイズが異なっているために、直接突合せ部の結合損失
が問題になる。通常、LDの光波スポットサイズ(モー
ド半径:W)は1μmであり、光ファイバのスポットサ
イズは約5μmであるので、この結合損失は約10dB
になる。そこで、レンズによってスポットサイズを変換
することによって結合損失を低減化する方法が一般にと
られる。
2. Description of the Related Art In the case of optical coupling between a semiconductor laser diode (LD) and a single mode optical fiber, when the end face of the LD element and the optical fiber are directly butt-coupled (butt joint), light waves in the optical waveguides of each other are converted. Since the spot sizes are different, the coupling loss at the direct butting portion becomes a problem. Normally, the light spot size (mode radius: W) of the LD is 1 μm and the spot size of the optical fiber is about 5 μm, so that the coupling loss is about 10 dB.
become. Therefore, a method of reducing the coupling loss by converting the spot size by a lens is generally adopted.

【0003】複数のレーザダイオード(LD)を形成し
た光機能素子とアレイファイバとの間を、1個のレンズ
で光結合させる場合について、従来の構成例を図5に示
す。図5において、503は半導体基板、501はLD
の活性領域(光導波路コア部に相当)、509はレン
ズ、507は光ファイバ、508は光ファイバを一定間
隔で固定するためのV−グルーブアレイである。このよ
うな構成においては、LDの集積規模が大きくなるに従
って、レンズの収差等の影響により結合損失が大きくな
るために、1個の半導体基板に集積できるLDの個数に
制限があった。
FIG. 5 shows a conventional configuration example in which a single lens is used to optically couple an optical function element having a plurality of laser diodes (LDs) and an array fiber with one lens. In FIG. 5, reference numeral 503 denotes a semiconductor substrate, and 501 denotes an LD.
509 is a lens, 507 is an optical fiber, and 508 is a V-groove array for fixing the optical fiber at regular intervals. In such a configuration, as the integration scale of the LDs increases, the coupling loss increases due to the influence of lens aberrations and the like, so that the number of LDs that can be integrated on one semiconductor substrate is limited.

【0004】図6に示すような、テーパ状の光導波路に
より光のスポットサイズを変換する光結合デバイスを、
レンズの代わりとして用いることにより、LDと光ファ
イバ間を低損失に光結合させる方法がある。図6(A)
は、従来の光結合デバイスの上面図、(B)は断面図、
(C)は動作原理を説明するための特性図である。すな
わち、図6(C)から分かるように、光導波路のコア6
01の比屈折率差Δn[=(n−n1 )/n1 、n1
nはそれぞれクラッド層603,コア層601の屈折
率]を一定の大きさに固定した場合、コア601の厚さ
t、もしくは幅wを0から次第に大きくしていくと、導
波光(基本モード光)のスポットサイズWは、無限の大
きさから次第に小さくなり、極小値をとった後、再び大
きくなる関係がある。ここで、t,wが大きくなり過ぎ
ると多モード光導波路になり、高次モード変換による損
失が大きくなるために、通常、この領域の寸法は用いら
れない。この関係を利用して、光結合デバイスのコア6
01の大きさt,wの設計においては、光入射端側(L
Dとの結合側)では、LD光のスポットサイズ(約1μ
m)と同程度のスポットサイズWi を与える寸法wi
i (=数100nm〜数μm)に、光出射端側では、
光ファイバのスポットサイズ(約5μm)と同程度の大
きさW0 を与える寸法t0 ,w0 (=数10〜数100
nm)に設定される。また、コア601の大きさがテー
パ状になる領域の長さLは、放射による損失を低減する
ために、〜100μmから数mm以上の長さに設定され
る。しかし、光出射端側の寸法t0 ,w0 を小さくして
0 を大きくすると、光ファイバの導波光強度分布がほ
ぼガウス分布形状になっているのに対し、光導波路の光
強度分布は、規格化周波数vが1より小さくなるため
に、指数関数形状になる。このため、形状の不整合によ
る結合損失がある。また、光閉じ込めが極めて弱い光導
波路を使用しているために、光導波路内の僅かな構造欠
陥や材質揺らぎによって放射損失が生じ易い欠点があっ
た。また、コアの寸法w,tの小さい領域でスポットサ
イズWが急激に大きくなる。そのため作製時の寸法のゆ
らぎが、光ファイバとの結合損失の大きさに、大きな変
動を与える。したがって製作の再現性に厳しい要求が課
せられていた。
As shown in FIG. 6, an optical coupling device for converting a light spot size by a tapered optical waveguide is shown in FIG.
There is a method of optically coupling between an LD and an optical fiber with low loss by using it as a substitute for a lens. FIG. 6 (A)
Is a top view of a conventional optical coupling device, (B) is a cross-sectional view,
(C) is a characteristic diagram for explaining the operation principle. That is, as can be seen from FIG.
01 relative refractive index difference Δn [= (n−n 1 ) / n 1 , n 1 ,
n is the refractive index of the cladding layer 603 and the refractive index of the core layer 601], and when the thickness t or the width w of the core 601 is gradually increased from 0, guided light (basic mode light) is obtained. The spot size W of (1) gradually decreases from an infinite size, takes a minimum value, and then increases again. Here, if t and w become too large, the waveguide becomes a multi-mode optical waveguide, and the loss due to higher-order mode conversion becomes large. Therefore, usually, the size of this region is not used. By utilizing this relationship, the core 6 of the optical coupling device is used.
In the design of the sizes t and w of 01, the light incident end side (L
D), the spot size of LD light (about 1 μm)
Dimensions w i to m) to give the same degree of spot size W i,
At t i (= several 100 nm to several μm), on the light emitting end side,
Dimensions t 0 , w 0 (= number 10 to number 100) giving a size W 0 comparable to the spot size (about 5 μm) of the optical fiber
nm). The length L of the region where the size of the core 601 is tapered is set to a length of 〜100 μm to several mm or more in order to reduce radiation loss. However, when the dimensions t 0 and w 0 on the light emitting end side are reduced and W 0 is increased, the guided light intensity distribution of the optical fiber is substantially Gaussian, whereas the light intensity distribution of the optical waveguide is not. , Since the normalized frequency v is smaller than 1, an exponential function is formed. For this reason, there is a coupling loss due to the shape mismatch. In addition, since an optical waveguide having extremely weak light confinement is used, there is a disadvantage that radiation loss easily occurs due to a slight structural defect or material fluctuation in the optical waveguide. Further, the spot size W sharply increases in a region where the core dimensions w and t are small. For this reason, fluctuations in the dimensions at the time of fabrication greatly change the magnitude of the coupling loss with the optical fiber. Therefore, severe requirements were imposed on the reproducibility of the production.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した欠点を解決し、異なる2つの光機能素子、特に複数
の光デバイスを集積化した光機能素子間を低損失で光結
合をとる、製作の容易な光結合デバイスを提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to achieve low-loss optical coupling between two different optical functional elements, particularly an optical functional element in which a plurality of optical devices are integrated. To provide an optical coupling device that is easy to manufacture.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に従う光結合デバ
イスは、互いに異なった構造の光機能デバイスを低損失
で光結合する光結合デバイスであって、少なくとも幅も
しくは厚さを光の伝搬方向において徐々に変化させた、
少なくとも一本の光導波路コアと、前記光導波路コアを
取り囲むように構成した第1のクラッド領域と、前記第
1のクラッド領域を取り囲むように構成した第2のクラ
ッド領域とを少なくとも含み、かつ前記第2のクラッド
の屈折率の大きさを、前記第1のクラッドの屈折率より
小さくしたことを特徴とする。
An optical coupling device according to the present invention is an optical coupling device for optically coupling optical functional devices having different structures with low loss, wherein at least a width or a thickness of the optical functional device in a light propagation direction. Gradually changed,
At least one optical waveguide core, a first cladding region configured to surround the optical waveguide core, and at least a second cladding region configured to surround the first cladding region, and The refractive index of the second cladding is smaller than the refractive index of the first cladding.

【0007】[0007]

【作用】本発明では、光導波路のコア部を2層のクラッ
ドで取り囲みコアを直接包囲する内側の第1のクラッド
領域(層)の屈折率を外側の第2のクラッド領域(層)
の屈折率より大きく、コアの屈折率より小さくなるよう
に構成するとともに、コア部のテーパ形状の少なくとも
幅もしくは厚さを光伝搬方向に変化させると光ファイバ
との結合損失が低減し、かつ、光閉じ込めが強化されて
放射損失が低減する。従って、低損失な特性を得るとと
もに製作性を改良した光結合デバイスを実現できる。
According to the present invention, the core portion of the optical waveguide is surrounded by two layers of cladding, and the refractive index of the inner first cladding region (layer) directly surrounding the core is set to the outer second cladding region (layer).
The refractive index of the core is larger than the refractive index of the core, and at least the width or thickness of the tapered shape of the core is changed in the light propagation direction to reduce the coupling loss with the optical fiber, and Light confinement is enhanced and radiation losses are reduced. Therefore, an optical coupling device having low loss characteristics and improved manufacturability can be realized.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例と原理
を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されないこと
は勿論である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments and principles of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but it is needless to say that the present invention is not limited thereto.

【0009】図1は、本発明による光結合デバイスの一
例であり、図1(A)は斜視図、(B)は断面図、
(C)は上面図である。101は光導波路のコア層、1
02は第1のクラッド領域I、103は第2のクラッド
領域II、104は入射光、105は出射光、106は光
入射端部、107は光出射端部である。テーパ状のコア
層によって、入射光104のLD光波スポットサイズを
徐々に変化させ、光出射端部107に接続される光機能
デバイス(例えば光ファイバ)との結合損失が小さくな
る適当なサイズに変換している。ここで、第1のクラッ
ド領域の幅,厚さはそれぞれwc1,tc1に設定される。
コア層101の幅w,厚さtは、レーザとの接続部、す
なわち、光入射端部106では半導体光機能素子のスポ
ット形状と同様の大きさを与えるwi ,ti に設定さ
れ、光出射端部107では、そこに接続される光ファイ
バとの結合損失が小さくなるようなw0 ,t0 の大きさ
に設定される。コア層,第1のクラッド領域,第2のク
ラッド領域の屈折率の大きさは、それぞれn,n1 ,n
2 であり、n>n1 >n2 の関係になっている。
FIG. 1 shows an example of an optical coupling device according to the present invention. FIG. 1 (A) is a perspective view, FIG.
(C) is a top view. 101 is a core layer of an optical waveguide, 1
02 is a first cladding region I, 103 is a second cladding region II, 104 is incident light, 105 is outgoing light, 106 is a light incident end, and 107 is a light exit end. The tapered core layer gradually changes the spot size of the LD light wave of the incident light 104 and converts it to an appropriate size that reduces the coupling loss with the optical functional device (eg, optical fiber) connected to the light emitting end 107. doing. Here, the width and thickness of the first cladding region are set to wc1 and tc1 , respectively.
The width w and the thickness t of the core layer 101 are set to w i and t i that give the same size as the spot shape of the semiconductor optical function element at the connection portion with the laser, that is, the light incident end portion 106. At the emission end 107, w 0 and t 0 are set so as to reduce the coupling loss with the optical fiber connected thereto. The refractive indices of the core layer, the first cladding region, and the second cladding region are n, n 1 , and n, respectively.
2 and n> n 1 > n 2 .

【0010】図2(A),(B)は、本発明の原理を説
明するための図であり、それぞれ図1の実施例の光入射
端部,光出射端部での導波光フィールド強度分布を表
す。光入射端部(半導体レーザ側)では、光波をコア部
と第1のクラッド領域Iに分布させており、コアは閉じ
込めの強い状態になっている。これに対し、光出射端部
では、コアは閉じ込めの弱い状態になっている。n1
2 の関係があるために、光波はコアと第1のクラッド
領域I内に主に分布しており、第2のクラッド領域IIで
フィールド強度は弱くなっている。図2(C)は、従来
の実施例(本発明でwc1,tc1→∞の場合に相当)の光
出射端部のフィールド強度分布である。本発明では、こ
の従来例(図6(A),(B))と比較して、第1のク
ラッド領域Iの大きさwc1,tc1を適当な大きさに設定
することによって、光ファイバとの結合損失を小さくす
るとともに、光がコア,第1のクラッド領域Iに強く閉
じ込められるために放射損失が低減する。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the principle of the present invention, and show the guided light field intensity distribution at the light entrance end and light exit end in the embodiment of FIG. 1, respectively. Represents At the light incident end (semiconductor laser side), light waves are distributed to the core and the first cladding region I, and the core is in a state of strong confinement. On the other hand, at the light emitting end, the core is in a state of weak confinement. n 1 >
Due to the relationship of n 2 , the light wave is mainly distributed in the core and the first cladding region I, and the field intensity is weak in the second cladding region II. FIG. 2C shows the field intensity distribution at the light emitting end of the conventional embodiment (corresponding to the case of w c1 , t c1 → ∞ in the present invention). In the present invention, the size of the first cladding region I, w c1 , t c1 , is set to an appropriate size as compared with the conventional example (FIGS. 6 (A), 6 (B)). And the radiation loss is reduced because light is strongly confined in the core and the first cladding region I.

【0011】図3は、本発明の効果を説明するための図
であり、図3(A)は光出射端部107(ファイバ接続
側)でのコアの幅w0 ,第1のクラッドの幅wc1と光フ
ァイバとの結合損失特性の関係を、図3(B)はテーパ
光導波路において光入射端部106から基本モードを励
振したときのテーパ長Lと放射損失特性の関係をそれぞ
れスラブ光導波路モデルにより計算した結果を示し、
(C)は光結合デバイスのコア部のテーパ形状を示す上
面図である。ここで、(A)は、コアの屈折率n=3.
3、第1のクラッド領域Iの屈折率n1 =3.17、第
2のクラッド領域の屈折率n2 =1.0、波長λ=1.
55μmにおいて、第1のクラッド領域Iの幅wc1を種
々変えた(5μm,10μm,15μm,∞)場合の結
合損失特性であり、また、(B)は、(C)に上面図を
示すテーパ形状のコア部を有する光結合デバイスを使用
して、n=3.3、n1 =3.166、n2 =1.0、
光入射端部側のコアの幅wi =0.25μm、光出射端
部側のコアの幅wb =0.05μmでwi を種々変えた
(10μm,20μm,30μm,∞)場合の放射損失
特性であり、wc1=∞は従来例の特性を表す。図3
(A)より、w0 ,wc1を適当な大きさに設定すること
により、光ファイバ結合損失を小さくでき、しかも従来
例と比較して、w0 の大きさに対する製作トレランスが
緩和されることが分かる。これは、w0 の小さい領域に
おける結合損失の変化が、従来に比べてゆるやかになっ
ているからである。また、図3(B)より、テーパ長L
を従来例と同じにすると放射損失を低減でき、放射損失
を同じ大きさにするとテーパ長Lを大幅に短縮化できる
ことが分かる。なお、本構造では、第1のクラッド領域
の幅wc1が有限の大きさになるので、高次モードも導波
するマルチモード光導波路になっているが、高次モード
変換による損失は小さいことが分かる。本計算値は概算
値であるが、例えば有限差分法や有限要素法等により正
確な光導波路構造設計ができる。
FIG. 3 is a view for explaining the effect of the present invention. FIG. 3A shows the width w 0 of the core at the light emitting end 107 (the fiber connection side) and the width of the first clad. FIG. 3B shows the relationship between w c1 and the coupling loss characteristic of the optical fiber, and FIG. 3B shows the relationship between the taper length L and the radiation loss characteristic when the fundamental mode is excited from the light incident end 106 in the tapered optical waveguide. Shows the results calculated by the wave model,
(C) is a top view which shows the taper shape of the core part of an optical coupling device. Here, (A) shows the refractive index of the core n = 3.
3, the refractive index n 1 of the first cladding region I = 3.17, the refractive index n 2 of the second cladding region = 1.0, the wavelength λ = 1.
At 55 μm, the coupling loss characteristics are obtained when the width w c1 of the first cladding region I is variously changed (5 μm, 10 μm, 15 μm, ∞), and (B) shows the taper shown in the top view in (C). Using an optical coupling device having a shaped core, n = 3.3, n 1 = 3.166, n 2 = 1.0,
Radiation with various widths (10 μm, 20 μm, 30 μm, で) when the width w i of the core on the light incident end side is 0.25 μm and the width w b of the core on the light exit end side is 0.05 μm and w i is variously changed. It is a loss characteristic, and w c1 = ∞ represents the characteristic of the conventional example. FIG.
According to (A), by setting w 0 and w c1 to appropriate values, the coupling loss of the optical fiber can be reduced, and the manufacturing tolerance for the value of w 0 can be reduced as compared with the conventional example. I understand. This is because the change in the coupling loss in the region where w 0 is small is smaller than in the conventional case. Further, from FIG. 3B, the taper length L
It can be understood that when the radiation loss is made the same as in the conventional example, the radiation loss can be reduced, and when the radiation loss is made the same, the taper length L can be greatly reduced. In this structure, since the width w c1 of the first cladding region is finite, the multi-mode optical waveguide also guides higher-order modes. However, loss due to higher-order mode conversion is small. I understand. Although the calculated values are approximate values, an accurate optical waveguide structure can be designed by, for example, a finite difference method or a finite element method.

【0012】屈折率n,n1 ,n2 の大きさは、誘電体
材料や半導体材料の組成、あるいはプラズマ効果を利用
して不純物ドーピング濃度を適当に設定することにより
任意に設定できる。例えば、半導体InPを用いた場
合、波長λ=1.55μm帯の光に対してはn=3.1
7である。また、InGaAsPの屈折率は、その組成
によって、約3.2から3.5程度まで任意の大きさに
設定できる。また、多重量子井戸層を用い、井戸層,障
壁層の材質・厚さを選択することにより任意にその実効
的屈折率を設定できる。半導体材料を用いる場合、例え
ばエピタキシャル成長技術、あるいはフォトリソグラフ
ィ技術等によって、本例の光結合デバイスを製作するこ
とができる。
The magnitudes of the refractive indices n, n 1 and n 2 can be arbitrarily set by appropriately setting the impurity doping concentration by using the composition of a dielectric material or a semiconductor material or the plasma effect. For example, when semiconductor InP is used, n = 3.1 for light in the wavelength λ = 1.55 μm band.
7 Further, the refractive index of InGaAsP can be set to an arbitrary size from about 3.2 to about 3.5 depending on its composition. The effective refractive index can be arbitrarily set by using a multiple quantum well layer and selecting the material and thickness of the well layer and the barrier layer. When a semiconductor material is used, the optical coupling device of the present example can be manufactured by, for example, an epitaxial growth technique or a photolithography technique.

【0013】以上の説明では、第1,第2のクラッド領
域の屈折率n1 ,n2 は均一の場合を説明したが、第
1,第2のクラッド領域内でそれぞれ概ね等しくなる材
料で構成すれば本発明と同様の効果を得ることができ
る。図4は本発明の光結合デバイスの他の例を示す断面
図であり、半導体基板403上に、コア層401,第1
のクラッド層402を形成した後、さらに第2のクラッ
ド層406を埋め込むように形成した場合である。この
場合、半導体基板403は第2のクラッド層として構成
してあり、基板403の屈折率n21と第2のクラッド層
406の屈折率n22が異なった大きさであっても、第1
のクラッド層の屈折率n1 に対して、n1 >n21,n22
の関係があれば、上述の実施例と同様の効果を得ること
ができる。従って、第2のクラッド層406を空気で構
成してもよい。また、第1のクラッド層402を複数の
異なった材料で構成するなど、非対象構造にしても同様
の効果を得ることができる。
In the above description, the case where the refractive indices n 1 and n 2 of the first and second cladding regions are uniform has been described. By doing so, the same effect as the present invention can be obtained. FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the optical coupling device of the present invention.
In this case, the second cladding layer 402 is formed and then the second cladding layer 406 is embedded. In this case, the semiconductor substrate 403 is configured as a second cladding layer, and even if the refractive index n 21 of the substrate 403 is different from the refractive index n 22 of the second cladding layer 406, the first cladding layer 406 is formed.
Against the refractive index n 1 of the clad layer, n 1> n 21, n 22
In this case, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. Therefore, the second cladding layer 406 may be made of air. Further, even when the first cladding layer 402 is formed of a plurality of different materials, the same effect can be obtained even when the structure is asymmetric.

【0014】以上の説明では、光出射端部側のコアの寸
法w0 ,t0 を光入射端部側のコアの寸法wi ,ti
り充分小さくしてスポットサイズを拡大する場合につい
て説明したが、例えばwi はより広くti は極端に薄く
してコアを構成する、あるいは、寸法もしくは屈折率の
異なる複数のコアの層を組み合わせて、少なくともその
一部の層の寸法をテーパ形状にしてスポットサイズを変
換してもよい。
In the above description, a case where the spot size is enlarged by making the dimensions w 0 , t 0 of the core on the light emitting end side sufficiently smaller than the dimensions w i , t i of the core on the light incident end side is described. However, for example, w i is wider and t i is extremely thin to form a core, or a plurality of core layers having different dimensions or refractive indices are combined, and at least some of the layers have a tapered shape. To convert the spot size.

【0015】さらに、コアのテーパ形状を直線状の場合
を示したが、放物線あるいは指数関数状等の曲線状にし
てもよい。また、光の進行方向を逆にすれば、逆スポッ
トサイズ変換も可能である。
Furthermore, although the case where the tapered shape of the core is a straight line is shown, it may be a curved line such as a parabola or an exponential function. If the traveling direction of the light is reversed, reverse spot size conversion is also possible.

【0016】以上、光ファイバを接続する場合について
説明したが、この他に、他の半導体光導波路部品、ある
いはガラス光導波路部品などあらゆる光導波路部品との
接続部に対しても、それら光導波路の光強度分布に合わ
せるように本発明による光結合デバイス導波路の材質,
寸法を設定すれば、低結合損失の特性を実現できること
は自明である。
In the above description, the case where optical fibers are connected has been described. In addition to the above, the connection of the optical waveguide to any other optical waveguide component such as a semiconductor optical waveguide component or a glass optical waveguide component. The material of the optical coupling device waveguide according to the present invention is adjusted to match the light intensity distribution,
It is obvious that the characteristics of low coupling loss can be realized by setting the dimensions.

【0017】本発明の光結合デバイスは半導体材料で構
成できるので、例えば、半導体レーザやLDアンプ,光
スイッチ等の光機能素子の光入出射端部に、本発明の光
結合デバイスを同一基板上にモノリシック集積化した光
デバイスを実現することも可能である。この場合、半導
体基板上に、光機能素子光導波路を形成する時に、本発
明の光結合用光導波路を同時に形成する、あるいは光機
能素子部を形成した後、互いの光導波路を直接突合せる
ように光結合用テーパ光導波路を形成してもよい。
Since the optical coupling device of the present invention can be composed of a semiconductor material, the optical coupling device of the present invention can be mounted on the same substrate at the light input / output end of an optical functional element such as a semiconductor laser, an LD amplifier or an optical switch. It is also possible to realize a monolithically integrated optical device. In this case, when forming the optical functional device optical waveguide on the semiconductor substrate, the optical coupling optical waveguide of the present invention is simultaneously formed, or after the optical functional device portion is formed, the optical waveguides are directly joined to each other. May be formed with a tapered optical waveguide for optical coupling.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では光導波
路のコア部をテーパ状に形成し、その周囲に2重のクラ
ッド層を形成することにより、低損失で製作性の優れた
光結合デバイスを実現可能としている。
As described above, according to the present invention, by forming the core portion of the optical waveguide into a tapered shape and forming a double cladding layer around the core portion, an optical coupling with low loss and excellent manufacturability is obtained. Makes the device feasible.

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

【図1】本発明による光結合デバイスの1構成例を示
す。(A)は斜視図、(B)は断面図および(C)は上
面図である。
FIG. 1 shows one configuration example of an optical coupling device according to the present invention. (A) is a perspective view, (B) is a sectional view, and (C) is a top view.

【図2】本発明の動作原理を説明するための図であり、
(A),(B)は、それぞれ、本発明によるテーパ光導
波路の入・出射端部の光フィールド強度分布を示した線
図、(C)は従来のテーパ光導波路出射端部の光フィー
ルド強度分布を示した線図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation principle of the present invention;
(A) and (B) are diagrams showing the optical field intensity distribution at the input / output end of the tapered optical waveguide according to the present invention, respectively, and (C) is the optical field intensity at the output end of the conventional tapered optical waveguide. FIG. 3 is a diagram showing distribution.

【図3】本発明の動作原理を説明するための図であり、
(A),(B)は、それぞれ、光導波路の構造,材質,
寸法と、光ファイバ結合損失,テーパ部放射損失との関
係を示した線図、(C)はコア部のテーパ形状を示す模
式的上面図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the present invention;
(A) and (B) show the structure and material of the optical waveguide, respectively.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between dimensions, an optical fiber coupling loss, and a radiation loss at a tapered portion, and FIG. 4C is a schematic top view showing a tapered shape of a core portion.

【図4】本発明による光結合デバイスの他の構成例を示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing another configuration example of the optical coupling device according to the present invention.

【図5】従来の光結合方法を示した模式的上面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic top view showing a conventional optical coupling method.

【図6】従来の光結合デバイスの構造と動作原理を示し
た図であり、(A)は上面図、(B)は断面図、(C)
は特性図である。
6A and 6B are diagrams showing the structure and operation principle of a conventional optical coupling device, wherein FIG. 6A is a top view, FIG. 6B is a cross-sectional view, and FIG.
Is a characteristic diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 光導波路のコア層 102 第1のクラッド領域 103 第2クラッド領域もしくは半導体基板 104 入射光 105 出射光 106 光入射端部 107 光出射端部 401 光導波路のコア層 402 第1のクラッド領域 403 第2のクラッド領域もしくは半導体基板 406 第2のクラッド層 501 光導波路のコア層 503 第2のクラッド領域もしくは半導体基板 507 光ファイバ 508 V−グルーブアレイ 509 レンズ 601 光導波路のコア層 603 第2のクラッド領域もしくは半導体基板 604 入射光 605 出射光 L テーパ長 n コアの屈折率 n1 第1のクラッド領域の屈折率 n2 第2のクラッド領域の屈折率 t0 第1のクラッド領域の厚さ w0 第1のコアの幅 wi 光入射端部側のコアの幅 wc1 第1のクラッド領域の幅Reference Signs List 101 core layer of optical waveguide 102 first cladding region 103 second cladding region or semiconductor substrate 104 incident light 105 outgoing light 106 light incident end 107 light emitting end 401 optical waveguide core layer 402 first cladding region 403 2 cladding region or semiconductor substrate 406 second cladding layer 501 core layer of optical waveguide 503 second cladding region or semiconductor substrate 507 optical fiber 508 V-groove array 509 lens 601 core layer of optical waveguide 603 second cladding region Or semiconductor substrate 604 incident light 605 outgoing light L taper length n core refractive index n 1 refractive index of first cladding region n 2 refractive index of second cladding region t 0 thickness of first cladding region w 0 th width w c1 of the first width w i light entering end side of the core the core of the first cladding region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12 - 6/122 G02B 6/42──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6 /12-6/122 G02B 6/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 互いに異なった構造の光機能デバイスを
低損失で光結合する光結合デバイスであって、 少なくとも幅もしくは厚さを光の伝搬方向において徐々
に変化させた、少なくとも一本の光導波路コアと、 前記光導波路コアを取り囲むように構成した第1のクラ
ッド領域と、 前記第1のクラッド領域を取り囲むように構成した第2
のクラッド領域とを少なくとも含み、かつ前記第2のク
ラッドの屈折率の大きさを、前記第1のクラッドの屈折
率より小さくしたことを特徴とする光結合デバイス。
An optical coupling device for optically coupling optical functional devices having different structures with low loss, wherein at least one optical waveguide has at least a width or a thickness gradually changed in a light propagation direction. A core, a first cladding region configured to surround the optical waveguide core, and a second cladding region configured to surround the first cladding region.
And a refractive index of the second cladding is smaller than a refractive index of the first cladding.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003014788A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-20 Nec Corporation Optical coupler
US8655122B2 (en) 2009-12-04 2014-02-18 Canon Kabushiki Kaisha Mode converter

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0915435A (en) * 1995-06-26 1997-01-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical coupling device and optical function device
US6104738A (en) * 1995-12-28 2000-08-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser and process for producing the same
JP3434986B2 (en) * 1996-09-13 2003-08-11 日本電信電話株式会社 Optical multiplexing / demultiplexing circuit
JP3497794B2 (en) * 2000-02-08 2004-02-16 日本電信電話株式会社 Manufacturing method of light spot size converter
KR100397320B1 (en) * 2000-10-05 2003-09-06 주식회사 에이티아이 Optical mode size converter
JP2005331967A (en) * 2005-06-24 2005-12-02 Fujitsu Ltd Optical coupling apparatus
JP5104665B2 (en) 2008-08-29 2012-12-19 沖電気工業株式会社 Spot size converter
US8150224B2 (en) 2010-01-28 2012-04-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Spot-size converter
EP2581772A1 (en) 2011-10-14 2013-04-17 Astrium Limited A spectrometer
US8619511B1 (en) * 2012-08-06 2013-12-31 HGST Netherlands B.V. Heat-assisted magnetic recording head with optical spot-size converter fabricated in 2-dimensional waveguide
JP2017134348A (en) 2016-01-29 2017-08-03 ソニー株式会社 Optical waveguide sheet, optical transfer module, and manufacturing method of optical waveguide sheet

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003014788A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-20 Nec Corporation Optical coupler
US7020367B2 (en) 2001-08-02 2006-03-28 Nec Corporation Optical coupler
US8655122B2 (en) 2009-12-04 2014-02-18 Canon Kabushiki Kaisha Mode converter

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