JP2924121B2 - Grating coupler - Google Patents
Grating couplerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は基板に形成された光導波層内を伝搬する光
を外部に出射させるグレーティング・カプラに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a grating coupler for emitting light propagating in an optical waveguide layer formed on a substrate to the outside.
従来技術とその問題点 グレーティング・カプラの出射効率（結合効率）はグ
レーティング・カプラの長さ，およびグレーティングの
厚さとグレーティングの断面形状とによって定まる放射
損失係数によって決定される。したがって，高効率のグ
レーティング・カプラを得ようとすればその長さを長く
しなければならない。このことは光機能素子の小型化の
要請と必ずしも一致しない。2. Description of the Related Art The output efficiency (coupling efficiency) of a grating coupler is determined by the radiation loss coefficient determined by the length of the grating coupler, the thickness of the grating, and the cross-sectional shape of the grating. Therefore, in order to obtain a highly efficient grating coupler, the length must be increased. This does not always coincide with the demand for miniaturization of the optical functional element.
発明の目的 この発明は，高出射効率が得られかつ小型化を図るこ
とのできるグレーティング・カプラを提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a grating coupler that can achieve high emission efficiency and can be downsized.
発明の構成，作用および効果 この発明によるグレーティング・カプラは，基板に形
成された光導波層上に設けられ，導波光を外部に出射さ
せるためのグレーティング，および上記光出射用グレー
ティングから出射されずに通過した導波光を，上記光出
射用グレーティングから出射する光と同位相になるよう
に反射させる基板に設けられた反射手段を備えているこ
とを特徴とする。A grating coupler according to the present invention is provided on an optical waveguide layer formed on a substrate, and a grating for emitting guided light to the outside, and a grating that is not emitted from the light emitting grating. A reflecting means is provided on the substrate for reflecting the transmitted guided light so as to have the same phase as the light emitted from the light emitting grating.
上記反射手段は光導波層上に形成された反射型グレー
ティングによって実現することもできるし，基板に設け
られた反射ミラーによっても実現できる。The reflection means can be realized by a reflection grating formed on the optical waveguide layer, or by a reflection mirror provided on the substrate.
この発明によると，光出射用グレーティングから出射
されずに通過した導波光は上記反射手段によって反射さ
れ，再び光出射用グレーティングに戻り，光出射用グレ
ーティングから出射した光と同位相で光出射用グレーテ
ィングから出射する。上記反射手段で反射した光も出射
するので，グレーティング・カプラの出射光パワーはそ
の分増加し，高出射効率となる。また，光出射用グレー
ティングの長さをそれほど長くしなくてもよいので，小
型化を図ることも可能である。According to the present invention, the guided light that has passed without being emitted from the light emitting grating is reflected by the reflecting means, returns to the light emitting grating again, and has the same phase as the light emitted from the light emitting grating. Emitted from Since the light reflected by the reflection means is also emitted, the output light power of the grating coupler is increased by that amount, resulting in high emission efficiency. Further, since the length of the light emitting grating does not need to be so long, the size can be reduced.
さらにグレーティング・カプラからの出射光の振幅分
布は導波光の出射光の振幅分布と反射光の出射光の振幅
分布の加算結果によって表わされるので，両側部の振幅
が大きく中央部で振幅が小さい分布となる。これは超解
像の振幅分布に類似しており，出射光をきわめて小さな
ビーム径となるように集光することが可能となる。Furthermore, since the amplitude distribution of the light emitted from the grating coupler is represented by the addition result of the amplitude distribution of the emitted light of the guided light and the amplitude distribution of the emitted light of the reflected light, the amplitude at both sides is large and the amplitude at the center is small. Becomes This is similar to the amplitude distribution of the super-resolution, and makes it possible to focus the emitted light so as to have an extremely small beam diameter.
実施例 第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
基板10上に光導波層11が形成され，この光導波層11上
の所定箇所に光出射用グレーティング12が形成されてい
る。入射光が第１図の左側から光導波層11に導入される
とすると，光出射用グレーティング12の右側には所定距
離ｄ離れて反射型グレーティング13が形成されている。
反射型グレーティング13は光出射用グレーティング12で
出射されずにこのグレーティング12の下を通過して右方
に進む光を反射させてグレーティング12に戻し，光出射
用グレーティング12から出射した光と同位相でグレーテ
ィング12から出射させるためのものである。An optical waveguide layer 11 is formed on a substrate 10, and a light emitting grating 12 is formed at a predetermined position on the optical waveguide layer 11. Assuming that incident light is introduced into the optical waveguide layer 11 from the left side in FIG. 1, a reflection grating 13 is formed on the right side of the light emitting grating 12 at a predetermined distance d.
The reflection grating 13 reflects the light that passes right below the grating 12 without being emitted by the light-emitting grating 12 and reflects back to the grating 12, and has the same phase as the light emitted from the light-emitting grating 12. For emitting light from the grating 12.
反射型グレーティング13の周期ΛＲは，光導波層11内
の導波光の波長をλｇとすると， ΛＲ＝λg/2 …（１） で与えられる。Period lambda R of the reflective grating 13, and the wavelength of the guided light in the optical waveguide layer 11 and lambda g, is given by Λ R = λ g / 2 ... (1).
光出射用グレーティング12と反射型グレーティング13
との間の間隔ｄは次式で与えられる。Light emitting grating 12 and reflective grating 13
Is given by the following equation.
ｄ＝ｍλg/2 …（２） ｍ＝1,2,3,… 反射型グレーティングはその周期を多く設けることに
よって完全反射に近いものが得られる。d = mλ g / 2 (2) m = 1,2,3,... By providing a large number of periods, a reflection grating close to perfect reflection can be obtained.
このグレーティング・カプラの出射光強度（パワー）
は，光出射用グレーティング12の長さl,グレーティング
12の厚さｈと断面形状とによって定まる放射損失係数α
r,および反射型グレーティング13によって反射される光
の反射係数（これは具体的にはグレーティング13の段数
およびグレーティング13の断面形状により定まる）の３
つのパラメータにより決定される。Outgoing light intensity (power) of this grating coupler
Is the length l of the light emitting grating 12 and the grating
Radiation loss coefficient α determined by thickness h and cross-sectional shape of 12
r and the reflection coefficient of light reflected by the reflection grating 13 (specifically, determined by the number of stages of the grating 13 and the cross-sectional shape of the grating 13).
Is determined by two parameters.
第１図に破線Ａで示すものが導波光の光出射用グレー
ティング12からの出射光のパワー分布であり，鎖線Ｂで
示すものが反射光の出射光のパワー分布である。これら
の両出射光パワー分布を合成したものが実線Ｃで示され
ている。実線Ｃで表わされるパワー分布から分るよう
に，出射光パワーはグレーティング12の両端部で大き
く，中央部で小さくなっている。これは超解像が可能な
パワー分布であり，グレーティング12からの出射光を集
光してきわめて小さな光ビーム・スポットを形成するこ
とができる。In FIG. 1, what is indicated by a broken line A is the power distribution of the emitted light from the light emitting grating 12 of the guided light, and what is indicated by the chain line B is the power distribution of the emitted light of the reflected light. A solid line C shows a combination of these two output light power distributions. As can be seen from the power distribution represented by the solid line C, the output light power is large at both ends of the grating 12 and is small at the center. This is a power distribution capable of super-resolution, and the light emitted from the grating 12 can be condensed to form an extremely small light beam spot.
第１図に示すグレーティング・カプラはスタンパを用
いて量産可能である。グレーティング12と13の凹凸パタ
ーンをもつスタンパをあらかじめ用意し，このスタンパ
と基板10との間に紫外線（UV）硬化樹脂を充填し，紫外
線を照射することにより樹脂を硬化させる。最後にスタ
ンパを除去すれば，基板10上に光導波層11とグレーティ
ング12,13とが一体に形成されたグレーティング・カプ
ラが得られる。The grating coupler shown in FIG. 1 can be mass-produced using a stamper. A stamper having an uneven pattern of the gratings 12 and 13 is prepared in advance, an ultraviolet (UV) curable resin is filled between the stamper and the substrate 10, and the resin is cured by irradiating the ultraviolet light. Finally, if the stamper is removed, a grating coupler in which the optical waveguide layer 11 and the gratings 12 and 13 are integrally formed on the substrate 10 is obtained.
第２図はこの発明の第２の実施例を示している。 FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
この実施例は反射型グレーティングに代えて，基板10
および光導波層11に溝14を形成し，この溝14の壁面14a
を反射ミラーとして使用するものである。壁面14aには
たとえばAl等の反射膜を形成しておくとよい。光出射用
グレーティング12と壁面14aとの間隔ｄは上記第（２）
式で表わされる。This embodiment uses a substrate 10 instead of a reflection grating.
And a groove 14 is formed in the optical waveguide layer 11, and a wall 14a of the groove 14 is formed.
Is used as a reflection mirror. It is preferable to form a reflective film such as Al on the wall surface 14a. The distance d between the light-emitting grating 12 and the wall surface 14a is the above (2).
It is expressed by an equation.
第３図はこの発明の第３の実施例を示している。 FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
この実施例では基板10の端面に反射ミラー15を設けて
いる。反射ミラー15はたとえばAlを蒸着することにより
形成される。In this embodiment, a reflection mirror 15 is provided on the end face of the substrate 10. The reflection mirror 15 is formed by evaporating Al, for example.
上記実施例ではステップ・タイプのグレーティングが
図示されているが，ブレーズ化されたもの等，任意の形
状のものを採用することができる。In the above embodiment, a step type grating is shown, but an arbitrary shape such as a blazed one can be adopted.
第１図はこの発明の第１実施例を示す断面図である。 第２図はこの発明の第２実施例を示す断面図である。 第３図はこの発明の第３実施例を示す断面図である。 10……基板， 11……光導波層， 12……光出射用グレーティング， 13……反射型グレーティング， 14……溝,14a……反射用壁面， 15……反射ミラー。 FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. 10 ... substrate, 11 ... optical waveguide layer, 12 ... light emitting grating, 13 ... reflective grating, 14 ... groove, 14 a ... reflective wall surface, 15 ... reflective mirror.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 牧 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/42 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Maki Yamashita Omron Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 6/42
Claims (3)
導波光を外部に出射させるためのグレーティング，およ
び 上記光出射用グレーティングから出射されずに通過した
導波光を，上記光出射用グレーティングから出射する光
と同位相になるように反射させる基板に設けられた反射
手段， を備えたグレーティング・カプラ。1. An optical waveguide provided on an optical waveguide layer formed on a substrate,
A grating for emitting the guided light to the outside, and a substrate for reflecting the guided light that has passed through without being emitted from the light-emitting grating so as to have the same phase as the light emitted from the light-emitting grating. Grating coupler with reflective means.
射型グレーティングである請求項（１）に記載のグレー
ティング・カプラ。2. A grating coupler according to claim 1, wherein said reflection means is a reflection type grating formed on an optical waveguide layer.
ーである請求項（１）に記載のグレーティング・カプ
ラ。3. The grating coupler according to claim 1, wherein said reflection means is a reflection mirror provided on a substrate.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19626390A JP2924121B2 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Grating coupler |
| US07/588,332 US5138687A (en) | 1989-09-26 | 1990-09-26 | Rib optical waveguide and method of manufacturing the same |
| US07/925,613 US5511142A (en) | 1989-09-26 | 1992-08-06 | Rib optical waveguide and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19626390A JP2924121B2 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Grating coupler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483208A JPH0483208A (en) | 1992-03-17 |
| JP2924121B2 true JP2924121B2 (en) | 1999-07-26 |
Family
ID=16354899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19626390A Expired - Lifetime JP2924121B2 (en) | 1989-09-26 | 1990-07-26 | Grating coupler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924121B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005283435A (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Infrared sensor |
-
1990
- 1990-07-26 JP JP19626390A patent/JP2924121B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0483208A (en) | 1992-03-17 |
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