JPH01200206A - 集光型カップラ - Google Patents
集光型カップラInfo
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- JPH01200206A JPH01200206A JP2431388A JP2431388A JPH01200206A JP H01200206 A JPH01200206 A JP H01200206A JP 2431388 A JP2431388 A JP 2431388A JP 2431388 A JP2431388 A JP 2431388A JP H01200206 A JPH01200206 A JP H01200206A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
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- -1 dielectric Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
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- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、プレーナ型光導波路から外部に光を取り出し
、外部の一点に集光させる集光型カップラに関する。
、外部の一点に集光させる集光型カップラに関する。
［従来の技術］
回折格子を利用して光導波路から外部に光を集束させる
集光型カップラは、例えば、光集積ディスクピックアッ
プ用集光グレーティングカップラ：裏升吾、栖原敏明、
西原浩、小山法部：電子通信学会論文誌ｖｏ１．Ｊ６８
−Ｃ，Ｎｏ、ｌＯ，ｐｐ８０３〜８１１に開示されてい
る。同誌に開示されている集光型カップラは、第２図に
示すように、半導体、誘電体またはガラスの基板１上の
導波層２上に形成された不等間隔曲線形状の回折格子３
を用い、導波光４を導波路表面から直接外部に集束させ
る構成になっている。
集光型カップラは、例えば、光集積ディスクピックアッ
プ用集光グレーティングカップラ：裏升吾、栖原敏明、
西原浩、小山法部：電子通信学会論文誌ｖｏ１．Ｊ６８
−Ｃ，Ｎｏ、ｌＯ，ｐｐ８０３〜８１１に開示されてい
る。同誌に開示されている集光型カップラは、第２図に
示すように、半導体、誘電体またはガラスの基板１上の
導波層２上に形成された不等間隔曲線形状の回折格子３
を用い、導波光４を導波路表面から直接外部に集束させ
る構成になっている。
［発明か解決しようとする課題］
しかしながら、前述の従来技術では、例えば光ディスク
の場合のように、導波光４の焦点５におけるスポットサ
イズを小さくするために、回折格子領域の大きさに比し
て導波路表面とディスク面との距離を小さくしなければ
ならず、このため回折格子３のピッチは小さくならざる
を得なかった。
の場合のように、導波光４の焦点５におけるスポットサ
イズを小さくするために、回折格子領域の大きさに比し
て導波路表面とディスク面との距離を小さくしなければ
ならず、このため回折格子３のピッチは小さくならざる
を得なかった。
例えば、前述の文献で論じられている集光型カップラに
おいて、実効屈折率１．５２のガラス導波路の場合、波
長０．７９μ臓の半導体レーザな用いて集束光のスポッ
ト径（半値全幅）を１．４．ＩＬＩｍにまで小さくして
光ビームを集束させるための回折格子のピッチは、０．
５２〜０．７５４ｍである。また、全く同様の集光型カ
ップラを実効屈折率２．２１のＴｉを拡散したＬｉＮｂ
０．ｌの導波路上に形成すると、回折格子のピッチは０
．３４〜０．４５になる。
おいて、実効屈折率１．５２のガラス導波路の場合、波
長０．７９μ臓の半導体レーザな用いて集束光のスポッ
ト径（半値全幅）を１．４．ＩＬＩｍにまで小さくして
光ビームを集束させるための回折格子のピッチは、０．
５２〜０．７５４ｍである。また、全く同様の集光型カ
ップラを実効屈折率２．２１のＴｉを拡散したＬｉＮｂ
０．ｌの導波路上に形成すると、回折格子のピッチは０
．３４〜０．４５になる。
従ってこのような従来の集光型カップラは・ビーム径の
小さいＥＢ（エレクトロンビーム）描画装置を用いて直
接描画する方法か、ホログラフィックな方法により作製
せざるを得なかった。
小さいＥＢ（エレクトロンビーム）描画装置を用いて直
接描画する方法か、ホログラフィックな方法により作製
せざるを得なかった。
このため生産性か悪くコスト高になるという問題かある
と共に、非点収差が発生するという性能面ても課題かあ
った。
と共に、非点収差が発生するという性能面ても課題かあ
った。
本発明は、屈折率か大きい誘電体基板を用いた場合にも
容易に実施することかてき、フォトリソグラフィー技術
を用いて作製てき、製作コストを大幅に低減てきる集光
型カップラを提供することを目的とするものである。
容易に実施することかてき、フォトリソグラフィー技術
を用いて作製てき、製作コストを大幅に低減てきる集光
型カップラを提供することを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］
本発明は、上記目的を達成するため、透光性の基板と、
該基板の主平面に形成された該基板より屈折率の高い導
波層とからなる光導波路から、導波光を該光導波路外部
に出射させると共に、該光導波路の外部の一点に集束さ
せる集光型カップラにおいて、 上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面または
該基板との界面に、導波光を基板側に回折する第１の回
折格子を設け、 上記基板の反対側の主平面に、上記第１の回折格子によ
る回折光を上記導波層側に反射する反射領域を設け、 かつ、上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面
または該基板との界面に、上記反射光を基板外部側に回
折する第２の回折格子とを設けて、 導波光を基板外部に出射すると共に、集束させる構成と
したことを特徴とする。
該基板の主平面に形成された該基板より屈折率の高い導
波層とからなる光導波路から、導波光を該光導波路外部
に出射させると共に、該光導波路の外部の一点に集束さ
せる集光型カップラにおいて、 上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面または
該基板との界面に、導波光を基板側に回折する第１の回
折格子を設け、 上記基板の反対側の主平面に、上記第１の回折格子によ
る回折光を上記導波層側に反射する反射領域を設け、 かつ、上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面
または該基板との界面に、上記反射光を基板外部側に回
折する第２の回折格子とを設けて、 導波光を基板外部に出射すると共に、集束させる構成と
したことを特徴とする。
上記透光性の基板としては、半導体、誘電体、ガラス等
の基板を使用することかできる。好ましくは、例えば、
ＬｉＮｂＯ３基板を用いる。
の基板を使用することかできる。好ましくは、例えば、
ＬｉＮｂＯ３基板を用いる。
上記導波層は、上記基板より屈折率の高い透光性の物質
にて形成し、例えば、ＬｉＮｂ０：＋基板に、Ｔｉを拡
散して形成する。
にて形成し、例えば、ＬｉＮｂ０：＋基板に、Ｔｉを拡
散して形成する。
また、上記第１、第２の回折格子は、例えば、ＬｉＮｂ
Ｏ３基板にＴｉを拡散して形成された上記導波層上に、
ＴｉＯ□にて、等間隔直線形状または不等間隔曲線形状
に形成する。
Ｏ３基板にＴｉを拡散して形成された上記導波層上に、
ＴｉＯ□にて、等間隔直線形状または不等間隔曲線形状
に形成する。
上記反射領域は、第１の回折格子により導波層から基板
側に回折された回折光を全反射する角度に形成すること
が好ましい。
側に回折された回折光を全反射する角度に形成すること
が好ましい。
［作用］
本発明は、導波光を、第１の回折格子により導波層から
基板側に回折し、この回折光を反射領域により再び導波
層側に向けて全反射し、この反射光を第２の回折格子に
より基板外部側に回折して、基板外部に出射すると共に
、集束させる。
基板側に回折し、この回折光を反射領域により再び導波
層側に向けて全反射し、この反射光を第２の回折格子に
より基板外部側に回折して、基板外部に出射すると共に
、集束させる。
すなわち、本発明の集光型カップラによれば、まず、基
板の主平面に形成された該基板より屈折率の高い導波層
を伝播する導波光は、第１の回折格子に達すると、該回
折格子により基板側に回折される。この回折光は、基板
の反対側の主平面に向かって進行し、上記基板の反対側
の主平面に設けられた反射領域に達すると、反射される
。この反射光は、第２の回折格子により、基板外部側に
回折されて、基板外部に出射すると共に、外部の−点に
集束される。
板の主平面に形成された該基板より屈折率の高い導波層
を伝播する導波光は、第１の回折格子に達すると、該回
折格子により基板側に回折される。この回折光は、基板
の反対側の主平面に向かって進行し、上記基板の反対側
の主平面に設けられた反射領域に達すると、反射される
。この反射光は、第２の回折格子により、基板外部側に
回折されて、基板外部に出射すると共に、外部の−点に
集束される。
［実施例］
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
〈実施例の構成〉
第１図に１本発明集光型カップラの一実施例の構成を示
す。
す。
同図に示す実施例の集光型カップラは、例えばＬｉＮｂ
０＋からなる透光性の基板ｌに、該基板ｌの主平面に形
成された該基板１より屈折率の高い導波層２を、Ｔｉを
拡散して形成し、かつ、該導波層２上に、等間隔直線形
状（不等間隔曲線形状でもよい。）の第１の回折格子７
と、不等間隔曲線形状の第２の回折格子８とを形成し、
さらに、上記基板ｌの反対側の主平面に、上記第１の回
折格子７による回折光を上記導波層２側に全反射する反
射領域として反射面１２を設けて構成される。
０＋からなる透光性の基板ｌに、該基板ｌの主平面に形
成された該基板１より屈折率の高い導波層２を、Ｔｉを
拡散して形成し、かつ、該導波層２上に、等間隔直線形
状（不等間隔曲線形状でもよい。）の第１の回折格子７
と、不等間隔曲線形状の第２の回折格子８とを形成し、
さらに、上記基板ｌの反対側の主平面に、上記第１の回
折格子７による回折光を上記導波層２側に全反射する反
射領域として反射面１２を設けて構成される。
〈実施例の作用〉
本実施例の集光型カップラでは、導波光４は、平行光、
非平行光のいずれであってもよいが、本実施例では、平
行光を使用するものとする。また、同図には、この導波
光４の他、第１の回折格子７による回折光９と、第２の
回折格子８による回折光と、第２の回折格子８による集
束回折光ｌＯと、焦点１１とか示されている。
非平行光のいずれであってもよいが、本実施例では、平
行光を使用するものとする。また、同図には、この導波
光４の他、第１の回折格子７による回折光９と、第２の
回折格子８による回折光と、第２の回折格子８による集
束回折光ｌＯと、焦点１１とか示されている。
なお、以下の説明では、導波光４の進行方向にＸ軸、導
波層表面上Ｘ軸に直角な方向にｙ軸、Ｘ軸およびｙ軸に
それぞれ直角な方向に２軸をとり、基板の厚さをｈとし
である。
波層表面上Ｘ軸に直角な方向にｙ軸、Ｘ軸およびｙ軸に
それぞれ直角な方向に２軸をとり、基板の厚さをｈとし
である。
この集光型カップラでは、第１の回折格子７に入射した
導波光４は、第１の回折格子７で基板ｌ側に回折される
。基板ｌの裏面の傾斜面１２て全反射した第１の回折格
子７による回折光は、第２の回折格子８に入射し、第２
の回折格子８で回折して基板ｌ外に集束光１０として出
射し、焦点１１に集光する。
導波光４は、第１の回折格子７で基板ｌ側に回折される
。基板ｌの裏面の傾斜面１２て全反射した第１の回折格
子７による回折光は、第２の回折格子８に入射し、第２
の回折格子８で回折して基板ｌ外に集束光１０として出
射し、焦点１１に集光する。
次に、第１の回折格子７および第２の回折格子８の作用
について、その選定条件と共に説明する。
について、その選定条件と共に説明する。
導波路を伝播する光の自由空間中での波数なに０．導波
光４の伝播定数をＫ。Ｎ （Ｎは導波層２の実効屈折率
）、基板ｌの屈折率をｎｌ、第１の回折格子７の格子間
隔をΔとする。
光４の伝播定数をＫ。Ｎ （Ｎは導波層２の実効屈折率
）、基板ｌの屈折率をｎｌ、第１の回折格子７の格子間
隔をΔとする。
第１の回折格子７によるｍ次回折光の伝播定数２π
のＸ成分は、ＫｏＮ−ｔｎ−て与えられる。格子の高Δ
さは低いので、２方向の位相整合は無視てきるか２π
ら、 にｏＮ −ｔｓ−がＫ。ｎ、より小さいと、導波
光４Δ は、基板ｌの裏面側へ回折され、ざらにＫ。よりも小さ
いと空気側へも回折される。従って、次の条件 ゛ ２π Ｋｏ＜ ＫｏＮ−−＜にＯｎｇ （１）
Δ を満たすように八を選べば、１次回折光は、基板ｌの裏
面方向にのみ回折され、空気側へは回折されない。
光４Δ は、基板ｌの裏面側へ回折され、ざらにＫ。よりも小さ
いと空気側へも回折される。従って、次の条件 ゛ ２π Ｋｏ＜ ＫｏＮ−−＜にＯｎｇ （１）
Δ を満たすように八を選べば、１次回折光は、基板ｌの裏
面方向にのみ回折され、空気側へは回折されない。
基板ｌの裏面方向に回折された回折光がｙ軸となす角を
Ｏとすれば、θとへの間には、次の関係が成立する。
Ｏとすれば、θとへの間には、次の関係が成立する。
また、基板ｌの裏面の傾斜面１２がＸ軸となす角を！と
すれば、第１の回折格子７で回折した光がこの傾斜面１
２で全反射する条件は。
すれば、第１の回折格子７で回折した光がこの傾斜面１
２で全反射する条件は。
である、（１）式を変形すると、
となるから、これに（２）式を考慮すると、第１の回折
格子７の格子間隔（ピッチ）に対する（１）の（または
（１）’）の条件を課した場合、となり、全反射を起こ
す条件としては（３）式の条件が厳しくなる。
格子７の格子間隔（ピッチ）に対する（１）の（または
（１）’）の条件を課した場合、となり、全反射を起こ
す条件としては（３）式の条件が厳しくなる。
次に、第２の回折格子８は、その中心をｘ＝ｙ＝０とす
ると、ｘ−ｙ平面での形状を表わす形状方程式は、 ｎ、５ｉｎ（θ−２重）ｙ＋ ｘ２＋（ｙ−ｆｓｉｎ
ψ）”（ｆｃｏｓψ）２二 ｍλｏｗｆ
（５） （ｍ＝ ０．±１．±２．・・・） となる。ここてｆは焦点距離、ψはｘ＝ｙ＝ｏの点と焦
点１１を結ぶ線か２軸となす角である。すなわち、（５
）式で表わされる形状に回折格子８を形成すれば、傾斜
面１２で全反射して第２の回折格子８に入射する光は焦
点１１に集光する。
ると、ｘ−ｙ平面での形状を表わす形状方程式は、 ｎ、５ｉｎ（θ−２重）ｙ＋ ｘ２＋（ｙ−ｆｓｉｎ
ψ）”（ｆｃｏｓψ）２二 ｍλｏｗｆ
（５） （ｍ＝ ０．±１．±２．・・・） となる。ここてｆは焦点距離、ψはｘ＝ｙ＝ｏの点と焦
点１１を結ぶ線か２軸となす角である。すなわち、（５
）式で表わされる形状に回折格子８を形成すれば、傾斜
面１２で全反射して第２の回折格子８に入射する光は焦
点１１に集光する。
第２の回折格子８の格子間隔は場所により異なり１．こ
れをΔ（ｘ、ｙ）とすると、 Δ（ｘ、ｙ） となる。特にｘ＝ｙ＝ｏては、 となる。第２図に示した従来技術による集光型カップラ
では、 となるから、式（６）または（６）゛と式（７）または
（７）°を比較すれば、本発明による第２の回折格子８
の格子間隔は、式（３）の条件を課したとしても大幅に
広くてきる。
れをΔ（ｘ、ｙ）とすると、 Δ（ｘ、ｙ） となる。特にｘ＝ｙ＝ｏては、 となる。第２図に示した従来技術による集光型カップラ
では、 となるから、式（６）または（６）゛と式（７）または
（７）°を比較すれば、本発明による第２の回折格子８
の格子間隔は、式（３）の条件を課したとしても大幅に
広くてきる。
従って、入ｏ ＝ ０．７９ＪＬＩｌ、 ｎ、＝ ２．
２． Ｎ＝ ２．２１の場合（３）式の条件を満たす格
子間隔Δ（ｘ、ｙ）は１．６１Ｌｍ以上にすることが可
能て、これはフォトリソグラフィー技術で作成可能な値
である。第１の回折格子７の格子間隔Δは（２）式で与
えられるから、 （４）式の条件を課しても同様にフォ
トリックラフイー技術で作成可能な値になる。
２． Ｎ＝ ２．２１の場合（３）式の条件を満たす格
子間隔Δ（ｘ、ｙ）は１．６１Ｌｍ以上にすることが可
能て、これはフォトリソグラフィー技術で作成可能な値
である。第１の回折格子７の格子間隔Δは（２）式で与
えられるから、 （４）式の条件を課しても同様にフォ
トリックラフイー技術で作成可能な値になる。
〈他の実施例〉
上記実施例では、第１の回折格子および第２の回折格子
を、基板の主平面に形成された上記導波層の表面に形成
した例を示したか、木１発明ては、基板との界面に、こ
れらを設ける構成としてもよい。また、一方な導波層の
表面に、他方を基板との界面に設けてもよい。
を、基板の主平面に形成された上記導波層の表面に形成
した例を示したか、木１発明ては、基板との界面に、こ
れらを設ける構成としてもよい。また、一方な導波層の
表面に、他方を基板との界面に設けてもよい。
上記実施例では、透光性の基板として、ＬｉＮｂ０ｚ基
板を用いた例を示したが、他の材料を使用することもで
きる。
板を用いた例を示したが、他の材料を使用することもで
きる。
また、上記実施例では、反射面を、上記第１の回折格子
による回折光を上記導波層側に全反射する角度に設定し
てあり、これが好ましい態様ではあるが、本発明は、全
反射ではない反射の場合を排除するものではない。
による回折光を上記導波層側に全反射する角度に設定し
てあり、これが好ましい態様ではあるが、本発明は、全
反射ではない反射の場合を排除するものではない。
［発明の効果］
本発明は、屈折率の大きい誘電体基板を使用した場合に
おいても、容易に実施することができ。
おいても、容易に実施することができ。
フォトリソグラフィー技術を用いて作製でき、作製コス
トを大幅に低減できる集光型カップラを実現することが
できる。
トを大幅に低減できる集光型カップラを実現することが
できる。
第１図は本発明集光型カップラの一実施例の構成を示す
斜視図、第２図は従来の集光型カップラの構成を示す斜
視図である。 ｌ・・・基板 ２・・・導波層 ４・・・導波光 ７・・・第１の回折格子 ８・・・第２の回折格子 １２・・・反射面
斜視図、第２図は従来の集光型カップラの構成を示す斜
視図である。 ｌ・・・基板 ２・・・導波層 ４・・・導波光 ７・・・第１の回折格子 ８・・・第２の回折格子 １２・・・反射面
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、透光性の基板と、該基板の主平面に形成された該基
板より屈折率の高い導波層とからなる光導波路から、導
波光を該光導波路外部に出射させると共に、該光導波路
の外部の一点に集束させる集光型カップラにおいて、 上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面または
該基板との界面に、導波光を基板側に回折する第１の回
折格子を設け、 上記基板の反対側の主平面に、上記第１の回折格子によ
る回折光を上記導波層側に反射する反射領域を設け、 かつ、上記基板の主平面に形成された上記導波層の表面
または該基板との界面に、上記反射光を基板外部側に回
折する第２の回折格子とを設けて、 導波光を基板外部に出射すると共に、集束させる構成と
したことを特徴とする集光型カップラ。 ２、上記透光性の基板として、ＬｉＮｂＯ＿３基板を用
いた請求項１記載の集光型カップラ。 ３、上記反射領域を、上記第１の回折格子による回折光
を上記導波層側に全反射する角度に設定した請求項１記
載の集光型カップラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024313A JP2669840B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 集光型カップラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024313A JP2669840B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 集光型カップラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01200206A true JPH01200206A (ja) | 1989-08-11 |
| JP2669840B2 JP2669840B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=12134693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63024313A Expired - Lifetime JP2669840B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 集光型カップラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2669840B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101022144B1 (ko) * | 2004-03-11 | 2011-03-17 | 주식회사 케이티 | 이동 인터넷 프로토콜의 핸드오프 시스템 및 그 방법 |
| CN112639575A (zh) * | 2018-09-07 | 2021-04-09 | 华为技术有限公司 | 用于增强现实的高折射率波导 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58174905A (ja) * | 1982-04-08 | 1983-10-14 | Toshiba Corp | 導波光収束装置 |
| JPS62117150A (ja) * | 1985-11-15 | 1987-05-28 | Alps Electric Co Ltd | 光学式ピツクアツプ |
-
1988
- 1988-02-04 JP JP63024313A patent/JP2669840B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2669840B2 (ja) | 1997-10-29 |
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