JP2896945B2 - 光導波路接続用光ファイバ - Google Patents

光導波路接続用光ファイバ

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JP2896945B2 JP3216187A JP21618791A JP2896945B2 JP 2896945 B2 JP2896945 B2 JP 2896945B2 JP 3216187 A JP3216187 A JP 3216187A JP 21618791 A JP21618791 A JP 21618791A JP 2896945 B2 JP2896945 B2 JP 2896945B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバに関し、特に
光導波路との接続に用いて好適な光導波路接続用光ファ
イバに関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、光ファイバと光導波路デバイスの結
合部において接続損失を生じさせる最も大きな原因は、
シングルモードの場合は光ファイバと光導波路間のモー
ドフィールド径の不整合にあった。
【0003】従って光ファイバと光導波路を効率よく結
合させるためには、両者のモードフィールド径を一致さ
せることが最も有効な手段となる。そのための方法とし
ては、従来、以下の3つの方法が上げられる。
【0004】光導波路のモードフィールド径を光ファ
イバのモードフィールド径に合わせるように、光導波路
デバイスの構造を設計する。
【0005】例えば、光導波路の光ファイバと結合する
端面をレンズ効果を持った構造にして、光導波路よりも
広がっている光ファイバからの光を集光して光導波路内
に入射させる方法がある。
【0006】また光導波路の光ファイバと結合する端面
に、補助導波路を設けて光ファイバからの入射光をまず
補助導波路に入射させ、次に分布結合を利用して補助導
波路から最終的に光導波路に光を伝搬させていく方法も
ある(例えば特開昭55−2262号公報)。
【0007】光ファイバ終端のモードフィールド径
が、光導波路デバイスのモードフィールド径に合うよう
に、光ファイバ終端の構造を設計する。
【0008】例えば光ファイバ終端を先球状に形成した
り、光ファイバ終端のコア形状を細くしたりして、光導
波路の断面形状に近づけることにより、結合効率を高め
る方法がある(例えば特開昭57−100409号公
報,特開昭60−88909号公報)。
【0009】光ファイバと光導波路デバイスの間に、
互いのモードフィールド径を合うようにするモードフィ
ールド変換素子を介在させる(例えば特開昭60−16
4708号公報)。
【0010】一方、他の接続損失の要因として、シング
ルモード,マルチモードに限らず、光ファイバのコアと
光導波路の屈折率の違いから生じる端面反射による損失
がある。この反射損失を防ぐための手段としては、光フ
ァイバの端面あるいは光導波路端面に反射防止膜をコー
ティングする方法がとられる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の
方法においては、光導波路基板への高精度な微細加工技
術が必要とされ、その製造が困難である。例えば補助導
波路を用いた分布結合により両者を結合させる場合は、
補助導波路に入射した光のパワーが光導波路に移行する
割合(結合率)は、両者の結合長に対して周期的に変化
するため、該結合長を精密に設計通りにしないと、適切
な結合効率が得られない。
【0012】次に上記の方法においては、光ファイバ
終端の形状を精度良く加工することが容易でない。また
光ファイバの先端を先球状にした場合は、この欠点に合
わせて、該光ファイバを光導波路の端部に固定する方法
が、通常の光ファイバの固定方法に比べて困難である。
【0013】上記の方法の場合も同様に、モードフィ
ールド変換素子自体の設計に精度が要求され、さらに結
合面が光ファイバ〜モードフィールド変換素子間と、モ
ードフィールド変換素子〜光導波路間の2か所となり、
接続損失を生じる個所が増えてしまう。
【0014】一方、端面反射による損失を防ぐために反
射防止膜を用いた場合、コストがかかってしまう。また
膜厚のコントロールを精度良く行わなければならない。
【0015】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、特別な微細加工をしな
くても、光導波路のモードフィールド径に合わせたモー
ドフィールド径が得られ、しかも端面反射による損失を
低減化できる光導波路接続用光ファイバを提供すること
にある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明にかかる光導波路接続用光ファイバは、光ファ
イバの端面からドーパントをドープすることにより、該
光ファイバのコアの屈折率が、その端面において光導波
路20の屈折率と同一あるいは近似値を持ち、該端面か
ら光軸方向に向かって離れるに従って除々に変化してド
ープ前の光ファイバの屈折率となっていくように構成し
た。
【0017】また本発明にかかる光導波路接続用光ファ
イバは、光ファイバの端面からドーパントをドープする
ことにより、該光ファイバのモードフィールド径が、そ
の端面において光導波路のモードフィールド径と同一あ
るいは近似値を持ち、該端面から光軸方向に向かって離
れるに従って除々に変化してドープ前の光ファイバのモ
ードフィールド径となっていくように構成した。
【0018】
【作用】上記の如く光ファイバの端面からドーパントを
ドープするだけで、容易に該光ファイバ端面のコアの屈
折率を光導波路の屈折率に合わせたり、光ファイバ端面
のモードフィールド径を光導波路のモードフィールド径
に合わせられる。従って、特別な微細加工をしなくて
も、両者の屈折率の相違による端面反射や、モードフィ
ールド径の相違による接続損失を低減化できる。
【0019】
【実施例】本発明は光ファイバの端面からドーパントを
ドープすることによって、該光ファイバ端面付近のコア
の屈折率を光導波路の屈折率と同一あるいは近似値を持
たせるようにするか或いは光ファイバ端面付近のモード
フィールド径を光導波路のモードフィールド径と同一あ
るいは近似値を持たせるようにしたものである。
【0020】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図1は本発明の第1の実施例にかかる光
導波路接続用光ファイバ10の構造を示す図であり、同
図(a)は概略側断面図、同図(b)は該光ファイバ1
0の光軸Z方向のコア11とクラッド13の屈折率分布
を示す図、同図(c)は同図(a)に示すA−A′断面
とB−B′断面における光ファイバ10の半径方向Rの
屈折率分布を示す図、同図(d)は該光ファイバ10の
光軸Z方向のドーパント濃度分布を示す図である。
【0021】同図(b)に示すように、この光ファイバ
10のコア11の屈折率n1とクラッド13の屈折率n
2は、いずれも光ファイバ10の端面に近づくに従って
除々に大きくなるように構成されており、その端面付近
におけるコア11の屈折率n1はこの光ファイバ10を
接続しようとする光導波路(下記する図3に示す光導波
路20)の屈折率とほぼ同一となるように構成されてい
る。
【0022】またこのとき、同図(b)に示すように、
光ファイバ10のコア11とクラッド13の屈折率の差
(n1−n2)は、該光ファイバ10の光軸Z方向のい
ずれの位置においても変化しておらず、例えば同図
(c)に示すA面とB面における屈折率分布は、全体的
にコア11とクラッド13の屈折率が端面側(B面側)
の方が大きくなるだけである。従ってこの光ファイバ1
0の光軸Z方向におけるコア11の径は変化しない。
【0023】次にこの光ファイバ10の製造方法につい
て説明する。図2はこの光ファイバ10を製造するのに
用いる通常の光ファイバ10′を示す図であり、同図
(a)は概略側断面図、同図(b)は該光ファイバ1
0′のコア11′とクラッド13′の屈折率分布を示す
図である。
【0024】同図に示すように通常の光ファイバ10′
は、光軸Z方向におけるコア11′の屈折率n1′とク
ラッドの屈折率n2′は変化しない。そしてこの光ファ
イバ10′の端面から〔即ち同図(a)の矢印D方向か
ら〕該光ファイバ10′の屈折率を上昇させる種類のド
ーパントを熱拡散によって所定量ドープすれば、図1
(a)に示すような光ファイバ10が完成する。
【0025】このように光ファイバ10′の端面からド
ーパントをドープすれば、図1(d)に示すようにドー
パントの濃度Cはその端面付近が最も高く、該端面から
遠ざかるに従って除々に低くなる。このためコア11の
屈折率n1とクラッド13の屈折率n2はその端部付近
が最も高く、該端面から遠ざかるに従って除々に低くな
り、且つ光ファイバ10の半径R方向におけるコア11
の屈折率n1とクラッドの屈折率n2の差(n1−n
2)はいずれの場所でも一定であるような屈折率分布を
有する光ファイバ10が得られるのである。
【0026】図3(a)は上記光ファイバ10を光導波
路20の端面に接続したときの状態を示す概略側断面図
であり、図3(b)は該光ファイバ10のコア11の屈
折率分布と光導波路20の屈折率分布を示す図である。
同図(b)に示すように、光ファイバ10のコア11の
端面付近の屈折率は大きくなっており、光導波路20の
屈折率と一致している。これによって、光ファイバ10
と光導波路20の間の屈折率の違いに起因する端面反射
による損失は低減化できることとなる。なお同図(a)
に示す21は光導波路基板、23,25は光導波路クラ
ッドである。
【0027】図4(a)は本発明の他の実施例にかかる
光ファイバ30を光導波路40の端面に接続したときの
状態を示す概略側断面図であり、図4(b)は該光ファ
イバ30のコア31の屈折率分布と光導波路40の屈折
率分布を示す図である。
【0028】同図に示すように、光導波路40の屈折率
の方が光ファイバ30のコア31の屈折率よりも低い場
合は、光ファイバ30の端面から屈折率を低くするドー
パントを該光ファイバ30中に拡散させて所望の屈折率
分布を得るように構成している。
【0029】即ちこの光ファイバ30のコア31の屈折
率は、その端面付近においては光導波路40の屈折率と
一致し、該端面から離れるに従ってその屈折率が除々に
高くなるように構成されている。
【0030】図5は本発明のさらに他の実施例にかかる
光導波路接続用光ファイバ50を示す図であり、同図
(a)は側断面概略図、同図(b)は該光ファイバ50
の光軸Z方向のコア51とクラッド53の屈折率分布を
示す図である。この実施例においては、光導波路と接続
する光ファイバ50の先端は半球状に加工されている。
このように構成すれば、該光ファイバ50端面にレンズ
効果を持たせることができる。
【0031】図6(a)は本発明のさらに他の実施例に
かかる光ファイバ60を光導波路70の端面に接続した
ときの状態を示す概略側断面図であり、図6(b)は該
光ファイバ60のコア61の屈折率分布と光導波路70
の屈折率分布を示す図である。この実施例においては、
光ファイバ60の端面のモードフィールド径を、光導波
路70のモードフィールド径に一致させるために、光フ
ァイバ60のコア61とクラッド63の屈折率を光軸方
向に変化させたものである。
【0032】一般に光ファイバ伝搬光のスポットサイズ
ω0は、 但し、Δn=n1−n2 A:コア径 a:コア半径 V:規格化周波数 n1:光ファイバのコア屈折率 n2:光ファイバのクラッド屈折率 で表される。つまり、光ファイバのスポット径は、コア
の屈折率n1が大きくなるほど小さくなり、コアの屈折
率n1が小さくなるほど大きくなる。
【0033】従って光導波路70のモードフィールド径
に合わせて、所望のファイバスポットサイズになるよう
に、光ファイバ60の屈折率分布を構成すればよい。
【0034】図7(a)は図6(a)に示す光ファイバ
60のドーパントをドープしていない部分のモードフィ
ールド径を示す図、図7(b)の実線はドーパントをド
ープした光ファイバ60の端部付近のモードフィールド
径を示し、破線は光導波路70のモードフィールド径を
示す図である。同図からわかるようにこの実施例におい
ては光導波路70のモードフィールド径の方が光ファイ
バ60のモードフィールド径よりも小さいので、光ファ
イバ60の端面からドーパントをドープしてその端面付
近の屈折率を所定量高くしてモードフィールド径をその
分小さくすれば、光導波路70のモードフィールド径と
ほぼ一致させることができ、結合効率の高い接続を行な
うことが可能となるのである。
【0035】この実施例の場合、光ファイバ60と光導
波路70のモードフィールド径の整合化を優先させたた
め、図6(b)に示すように光ファイバ60のコア61
と光導波路70の接合面における屈折率は一致していな
い。但しこの実施例の場合は、少なくとも両者の屈折率
の差は小さくなっているので、端面反射は減少する。
【0036】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる光導波路接続用光ファイバによれば、以下のような
優れた効果を有する。 光ファイバの端面付近のコアの屈折率を光導波路の屈
折率に近づけたので、両者の接合面での反射損失が低減
化できる。
【0037】光ファイバの端面付近のコアの屈折率を
所定のものとすることで、光導波路のモードフィールド
径に合わせたモードフィールド径を持つ光ファイバが得
られるので、接続損失が低減化できる。
【0038】微細加工技術を必要としないので、簡単
に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる光導波路接続用光
ファイバ10の構造を示す図であり、同図(a)は概略
側断面図、同図(b)は該光ファイバ10の光軸Z方向
のコア11とクラッド13の屈折率分布を示す図、同図
(c)は同図(a)に示すA−A′断面とB−B′断面
における光ファイバ10の半径R方向の屈折率分布を示
す図、同図(d)は該光ファイバ10の光軸Z方向のド
ーパント濃度分布を示す図である。
【図2】光ファイバ10を製造するのに用いる通常の光
ファイバ10′を示す図であり、同図(a)は概略側断
面図、同図(b)は該光ファイバ10′のコア11′と
クラッド13′の屈折率分布を示す図である。
【図3】図3(a)は光ファイバ10を光導波路20の
端面に接続したときの状態を示す概略側断面図であり、
図3(b)は光ファイバ10のコア11の屈折率分布と
光導波路20の屈折率分布を示す図である。
【図4】図4(a)は本発明の他の実施例にかかる光フ
ァイバ30を光導波路40の端面に接続したときの状態
を示す概略側断面図であり、図4(b)は光ファイバ3
0のコア31の屈折率分布と光導波路40の屈折率分布
を示す図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例にかかる光導波路接
続用光ファイバ50を示す図であり、同図(a)は概略
側断面図、同図(b)は該光ファイバ50の光軸Z方向
のコア51とクラッド53の屈折率分布を示す図であ
る。
【図6】図6(a)は本発明のさらに他の実施例にかか
る光ファイバ60を光導波路70の端面に接続したとき
の状態を示す概略側断面図であり、図6(b)は該光フ
ァイバ60のコア61の屈折率分布と光導波路70の屈
折率分布を示す図である。
【図7】図7(a)は図6(a)に示す光ファイバ60
のドーパントをドープしていない部分のモードフィール
ド径を示す図、図7(b)は該光ファイバ60の端部付
近のモードフィールド径(実線)と、光導波路70のモ
ードフィールド径(破線)を示す図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ 11 コア 20 光導波路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光導波路の端面に接続される光導波路接続
    用光ファイバにおいて、 光ファイバの端面からドーパントをドープすることによ
    って、該光ファイバのコアの屈折率が、その端面におい
    て光導波路の屈折率と同一あるいは近似値を持ち、該端
    面から光軸方向に離れるに従って除々に変化してドープ
    前の光ファイバの屈折率となっていくように構成したこ
    とを特徴とする光導波路接続用光ファイバ。
  2. 【請求項2】光導波路の端面に接続される光導波路接続
    用光ファイバにおいて、 光ファイバの端面からドーパントをドープすることによ
    って、該光ファイバのモードフィールド径が、その端面
    において光導波路のモードフィールド径と同一あるいは
    近似値を持ち、該端面から光軸方向に離れるに従って除
    々に変化してドープ前の光ファイバのモードフィールド
    径となっていくように構成したことを特徴とする光導波
    路接続用光ファイバ。
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