JPH023482B2 - - Google Patents
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- JPH023482B2 JPH023482B2 JP56027749A JP2774981A JPH023482B2 JP H023482 B2 JPH023482 B2 JP H023482B2 JP 56027749 A JP56027749 A JP 56027749A JP 2774981 A JP2774981 A JP 2774981A JP H023482 B2 JPH023482 B2 JP H023482B2
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Classifications
-
- 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
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光導波路に光波を効率良く結合させる
ための装置に関するものである。
ための装置に関するものである。
近年集積光回路の利用は光通信系、光データー
処理、その他光を利用する各種システムにおいて
大いに関心をもたれている。集積光回路の利点は
小型化、低コスト化が実現されることである。光
回路系の集積化を実現するための装置の１つとし
て光導波路の利用が考えられるが、通常光導波路
の厚みは伝送処理されるべき光の波長と同程度の
寸法となり、従つてこのような光導波路に効率良
く光を導入することにかなりの困難さを伴うのが
実状である（くわえてデーター処理をより高速に
行えるようなシステムの開発は急務とされている
が、光データー処理をより高速に行うために、集
積光回路においてより高い周波数（ＧHz領域）で
励起された波動（例えば表面弾性波）と伝送され
るべき光信号との相互作用を利用することが考え
られる。この高周波化に伴う必然の光導波路の薄
層化によつて生起される光の導入の困難さは想像
を絶するものがある。） 従来光導波路の表面を介して光波を結合させる
ために内部反射プリズムを用いる方法が知られて
いる。このようなプリズム結合は光導波路端部を
介して光導入されるいわゆるButtカツプラーよ
りもずつと有効であることがわかつているが、光
導波路とプリズムの間に介在する空気ギヤツプ層
の厚さを光波の1/5〜1/10波長の間隔に安定に保
持せねば結合が容易に劣化することが知られてい
る。更にプリズム結合器は相対的に云えばある程
度寸法上小型化することに困難がある。結合器の
寸法を減少させることは集積回路の小型化ひいて
は低価格化にとつて意義の深いものであり、かか
る目的のため光導波路内に体積型ホログラムグレ
ーテイングを設けた光結合器が知られている。こ
れは導波路を横切る方向から入射してきた光が光
導波路内のグレーテイングによつて反射回折さ
れ、その際適切な入射角を選定することによつて
回折光が光導波路内に捕獲され、入射角と格子の
周期性とに依存した特定の光導波路のモードを誘
起して結合できうる。
処理、その他光を利用する各種システムにおいて
大いに関心をもたれている。集積光回路の利点は
小型化、低コスト化が実現されることである。光
回路系の集積化を実現するための装置の１つとし
て光導波路の利用が考えられるが、通常光導波路
の厚みは伝送処理されるべき光の波長と同程度の
寸法となり、従つてこのような光導波路に効率良
く光を導入することにかなりの困難さを伴うのが
実状である（くわえてデーター処理をより高速に
行えるようなシステムの開発は急務とされている
が、光データー処理をより高速に行うために、集
積光回路においてより高い周波数（ＧHz領域）で
励起された波動（例えば表面弾性波）と伝送され
るべき光信号との相互作用を利用することが考え
られる。この高周波化に伴う必然の光導波路の薄
層化によつて生起される光の導入の困難さは想像
を絶するものがある。） 従来光導波路の表面を介して光波を結合させる
ために内部反射プリズムを用いる方法が知られて
いる。このようなプリズム結合は光導波路端部を
介して光導入されるいわゆるButtカツプラーよ
りもずつと有効であることがわかつているが、光
導波路とプリズムの間に介在する空気ギヤツプ層
の厚さを光波の1/5〜1/10波長の間隔に安定に保
持せねば結合が容易に劣化することが知られてい
る。更にプリズム結合器は相対的に云えばある程
度寸法上小型化することに困難がある。結合器の
寸法を減少させることは集積回路の小型化ひいて
は低価格化にとつて意義の深いものであり、かか
る目的のため光導波路内に体積型ホログラムグレ
ーテイングを設けた光結合器が知られている。こ
れは導波路を横切る方向から入射してきた光が光
導波路内のグレーテイングによつて反射回折さ
れ、その際適切な入射角を選定することによつて
回折光が光導波路内に捕獲され、入射角と格子の
周期性とに依存した特定の光導波路のモードを誘
起して結合できうる。
これらの手法はプリズム結合に較べ空気ギヤツ
プ層を介在する必要がないので一旦光導波路内に
ホログラフイ等の技術によつて形成せしめれば再
調整する必要もなく、プリズム結合と同程度の結
合効率を得られる為プリズム法より優れていると
云えよう。しかしながら光の利用率を高める為に
更に一層の結合効率を実現することは常に望まれ
るところである。一般に光導波路内に形成せしめ
た体積型ホログラムではグレーテイング層の厚さ
が充分にとれずしたがつてブラツグ回折条件を満
足させる回折格子結合器を作製することは難し
い。前記した如く高周波を使用して光との相互作
用を行う際には、より高い周波数（数〜数10〜Ｇ
Hz）で素子を作動すればする程光導波路の厚さを
薄くせねばならず、1μ以下の光導波路を作らね
ばならない。従つて一般に前記光導波路中の体積
型ホログラムを考えると、高い結合効率を満足さ
せるホログラムを作製するのは困難となる。更に
詳しく説明するならば体積型ホログラムによる光
の回折効率ηは一般に η＝ｆ（△ｎ、ｐ、ｈ） と記述でき、回折効率ηは△ｎ、ｐ、ｈの関数と
なる。但しここで△ｎはホログラム材内で生起し
える屈折率差、ｐは体積型ホログラムグレーテイ
ングのピツチ、ｈはホログラム層の厚さとする。
ホトリソグラフイー、電子線書き込み等によつて
生起しえる屈折率差△ｎは10-3〜10-2程度であ
り、又ピツチもホトリソグラフイーでは1μｍ程
度E13露光で0.5μｍ、ホログラフイ作成による方
法でも0.2μｍ程度となり回折効率ηを出来る限り
高めるにはホログラム層の厚さを厚くするのが最
も効果的である。従つて前述した外部から光を結
合させるために光導波路内に体積型ホログラムグ
レーテイングを設ける従来法では、光を効率良く
導入し結合せしめるには光導波路の厚さ（即ちこ
の場合体積型ホログラムグレーテイングの厚さ）
を５〜10μｍ程度に取らねばならないが、しかし
一方彼様にして光導波路内を伝播する光波と他の
特に高周波で励起した波動と効率良く相互作用さ
せるために出来る限り光導波路を薄くし〜1μｍ
以下におさえて作製せねばならない矛盾に直面す
る。
プ層を介在する必要がないので一旦光導波路内に
ホログラフイ等の技術によつて形成せしめれば再
調整する必要もなく、プリズム結合と同程度の結
合効率を得られる為プリズム法より優れていると
云えよう。しかしながら光の利用率を高める為に
更に一層の結合効率を実現することは常に望まれ
るところである。一般に光導波路内に形成せしめ
た体積型ホログラムではグレーテイング層の厚さ
が充分にとれずしたがつてブラツグ回折条件を満
足させる回折格子結合器を作製することは難し
い。前記した如く高周波を使用して光との相互作
用を行う際には、より高い周波数（数〜数10〜Ｇ
Hz）で素子を作動すればする程光導波路の厚さを
薄くせねばならず、1μ以下の光導波路を作らね
ばならない。従つて一般に前記光導波路中の体積
型ホログラムを考えると、高い結合効率を満足さ
せるホログラムを作製するのは困難となる。更に
詳しく説明するならば体積型ホログラムによる光
の回折効率ηは一般に η＝ｆ（△ｎ、ｐ、ｈ） と記述でき、回折効率ηは△ｎ、ｐ、ｈの関数と
なる。但しここで△ｎはホログラム材内で生起し
える屈折率差、ｐは体積型ホログラムグレーテイ
ングのピツチ、ｈはホログラム層の厚さとする。
ホトリソグラフイー、電子線書き込み等によつて
生起しえる屈折率差△ｎは10-3〜10-2程度であ
り、又ピツチもホトリソグラフイーでは1μｍ程
度E13露光で0.5μｍ、ホログラフイ作成による方
法でも0.2μｍ程度となり回折効率ηを出来る限り
高めるにはホログラム層の厚さを厚くするのが最
も効果的である。従つて前述した外部から光を結
合させるために光導波路内に体積型ホログラムグ
レーテイングを設ける従来法では、光を効率良く
導入し結合せしめるには光導波路の厚さ（即ちこ
の場合体積型ホログラムグレーテイングの厚さ）
を５〜10μｍ程度に取らねばならないが、しかし
一方彼様にして光導波路内を伝播する光波と他の
特に高周波で励起した波動と効率良く相互作用さ
せるために出来る限り光導波路を薄くし〜1μｍ
以下におさえて作製せねばならない矛盾に直面す
る。
本発明はかかる矛盾を克服し、かつ結合装置の
大きさあるいは寸法の低減が可能で、結合の調整
の不必要な光結合器を提供する事を目的とする。
本発明の実施例においては特に光導波路内に高周
波によつて励起した波動（例えば表面弾性波）と
の相互作用を効率良く生じせしめる際に、光導波
路の厚さを他の波動との相互作用に有利なより薄
い厚さに設定でき、かつ設定した光導波路の厚さ
に依存せずに光導波路外部に体積型ホログラムグ
レーテイングを回折効率が最も高く、かつ安定し
た結合状態になる様になさしめる光結合器を実現
するものである。
大きさあるいは寸法の低減が可能で、結合の調整
の不必要な光結合器を提供する事を目的とする。
本発明の実施例においては特に光導波路内に高周
波によつて励起した波動（例えば表面弾性波）と
の相互作用を効率良く生じせしめる際に、光導波
路の厚さを他の波動との相互作用に有利なより薄
い厚さに設定でき、かつ設定した光導波路の厚さ
に依存せずに光導波路外部に体積型ホログラムグ
レーテイングを回折効率が最も高く、かつ安定し
た結合状態になる様になさしめる光結合器を実現
するものである。
以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
本発明の第１の実施例においては吸収型グレー
テイングあるいは位相型グレーテイングのいずれ
かとしての透過体積型ホログラムグレーテイング
が光導波路の上に光導波路およびホログラム材よ
り低い屈折率をもつ層を介して置かれるか形成さ
れる。外部光はグレーテイング上に入射せしめら
れ、その入射角によつて決まる１つの回折の次数
の光が光導波路内に捕獲されて特定の伝播導波路
モードを誘起する。第１図は第１実施例の光結合
器を示してある。
テイングあるいは位相型グレーテイングのいずれ
かとしての透過体積型ホログラムグレーテイング
が光導波路の上に光導波路およびホログラム材よ
り低い屈折率をもつ層を介して置かれるか形成さ
れる。外部光はグレーテイング上に入射せしめら
れ、その入射角によつて決まる１つの回折の次数
の光が光導波路内に捕獲されて特定の伝播導波路
モードを誘起する。第１図は第１実施例の光結合
器を示してある。
第１図で１６は0.6328μｍの可干渉性の出力光
を持つヘリウム、ネオンレーザーの如き光源であ
る。もちろん任意の他の光源を用いることができ
るのであつて、ここに述べたのは単に一例を示す
ためだけに具体的な光源を示しただけである。も
し必要な場合には光を集束するためにレンズ系１
５が用いられても良い。任意の適当な透明なたと
えばアルミナ（Al2O3）の如き光導波路物質より
形成される光導波路１１は結合されるべき光の波
長では適当なガラス基板１０上に装置されてい
る。光導波路１１と基板１０とはその屈折率がn2
＞n3＞n1なる関係を満足するように選ばれること
が望ましい。ただしここにn2は光導波路１１の屈
折率、n3は基板１０の屈折率、そしてn1は外界
（空気）の屈折率である。
を持つヘリウム、ネオンレーザーの如き光源であ
る。もちろん任意の他の光源を用いることができ
るのであつて、ここに述べたのは単に一例を示す
ためだけに具体的な光源を示しただけである。も
し必要な場合には光を集束するためにレンズ系１
５が用いられても良い。任意の適当な透明なたと
えばアルミナ（Al2O3）の如き光導波路物質より
形成される光導波路１１は結合されるべき光の波
長では適当なガラス基板１０上に装置されてい
る。光導波路１１と基板１０とはその屈折率がn2
＞n3＞n1なる関係を満足するように選ばれること
が望ましい。ただしここにn2は光導波路１１の屈
折率、n3は基板１０の屈折率、そしてn1は外界
（空気）の屈折率である。
第１図の装置の透過体積型ホログラム１３は基
板１０上に形成せしめられた光導波路１１上に低
屈折率層１２を介して装着されている。この低屈
折率層１２の屈折率は導波路１１及びホログラム
１３より低い。透過体積型ホログラム１３は第３
図に図示したようにホログラフイー法によつて、
たとえばPVK（ポリビニルカルバゾール）２３内
に平面波の物体光１８および平面波の参照光１９
をプリズム２０を介して入射させ作成する。その
際屈折率分布としてのグレーテイング１４が形成
される。ホログラム用感材であるPVK（ポリビニ
ルカルバゾール）２３はPVKのクロルベンゼン
溶液にCI4の同溶液を加えれば塗工可能なゲル状
となり、塗工は表面出しをしたガラス基板１０に
光導波路１１としてAl2O3を0.5μｍ蒸着又はスパ
ツタリングにより形成した後、さらに低屈折率層
１２を0.1μｍの厚さに蒸着した後にスピナーを用
いて1000rpm、10secの条件で行つた、ホログラ
ム材としてのPVKの膜厚は1.5μｍ〜10.0μｍの範
囲で実施したが本実施例の場合、作成したホログ
ラムグレーテイングからの回折効率を高めるため
には５〜10μｍが最も好ましかつた。PVKのホロ
グラム感材としての性能は分光感度域〜540nｍ、
感度＞10ｍＪ／cm2（λ＝0.488μｍ）、最大回折効
率83.1％、透過率85.1％、解像力＞3400leie／mm
であつた。プリズム２０とPVK２３の間にはホ
ログラムを作成するうえで好都合なPVK２３よ
りわずか大きい屈折率をもつ媒質２１（たとえば
α−ヨードナフタリン）をマツチング材として使
用してもよい。マツチングは本来、感材１３、ガ
ラス基板１０、プリズム２０、吸収板３の屈折率
を等しく設定すると共に、感材１３とプリズム２
０、吸収板３の間の境界において反射散乱を生ぜ
しめないように同じ屈折率の液浸液を境界に設け
るものである。ここでは体積型ホログラム作成に
0.488μｍのアルゴンレーザーを使用した。
板１０上に形成せしめられた光導波路１１上に低
屈折率層１２を介して装着されている。この低屈
折率層１２の屈折率は導波路１１及びホログラム
１３より低い。透過体積型ホログラム１３は第３
図に図示したようにホログラフイー法によつて、
たとえばPVK（ポリビニルカルバゾール）２３内
に平面波の物体光１８および平面波の参照光１９
をプリズム２０を介して入射させ作成する。その
際屈折率分布としてのグレーテイング１４が形成
される。ホログラム用感材であるPVK（ポリビニ
ルカルバゾール）２３はPVKのクロルベンゼン
溶液にCI4の同溶液を加えれば塗工可能なゲル状
となり、塗工は表面出しをしたガラス基板１０に
光導波路１１としてAl2O3を0.5μｍ蒸着又はスパ
ツタリングにより形成した後、さらに低屈折率層
１２を0.1μｍの厚さに蒸着した後にスピナーを用
いて1000rpm、10secの条件で行つた、ホログラ
ム材としてのPVKの膜厚は1.5μｍ〜10.0μｍの範
囲で実施したが本実施例の場合、作成したホログ
ラムグレーテイングからの回折効率を高めるため
には５〜10μｍが最も好ましかつた。PVKのホロ
グラム感材としての性能は分光感度域〜540nｍ、
感度＞10ｍＪ／cm2（λ＝0.488μｍ）、最大回折効
率83.1％、透過率85.1％、解像力＞3400leie／mm
であつた。プリズム２０とPVK２３の間にはホ
ログラムを作成するうえで好都合なPVK２３よ
りわずか大きい屈折率をもつ媒質２１（たとえば
α−ヨードナフタリン）をマツチング材として使
用してもよい。マツチングは本来、感材１３、ガ
ラス基板１０、プリズム２０、吸収板３の屈折率
を等しく設定すると共に、感材１３とプリズム２
０、吸収板３の間の境界において反射散乱を生ぜ
しめないように同じ屈折率の液浸液を境界に設け
るものである。ここでは体積型ホログラム作成に
0.488μｍのアルゴンレーザーを使用した。
第３図でホログラムを形成する際にホログラム
材としての媒体にPVKを使用したがもちろん他
のホログラム材を用いることができるのであつ
て、ここで述べたのは単に一例を示すために具体
的にホログラム材としてのPVKを示しただけで
ある。他の具体的なホログラム結合器の具体的な
例として基板１０としてLiNbO3（ニオブ酸リチ
ウム）を採用してこの上にTi拡散によつて形成
した光導波路１１上にMgF2（フツ化マグネシウ
ム）の低屈折率層１２を介してホログラム材とし
て特にAs2S3（三硫化砒素）を使用しても差しつ
かえない。この場合光導波路としてLiNbO3上に
蒸着したTi膜を熱拡散により形成した光導波路
は光伝播損失がAl2O3光導波路より大幅に小さく
0.5dB／cm程度の値をもつことが知られており、
本発明の目的には一層有効である。
材としての媒体にPVKを使用したがもちろん他
のホログラム材を用いることができるのであつ
て、ここで述べたのは単に一例を示すために具体
的にホログラム材としてのPVKを示しただけで
ある。他の具体的なホログラム結合器の具体的な
例として基板１０としてLiNbO3（ニオブ酸リチ
ウム）を採用してこの上にTi拡散によつて形成
した光導波路１１上にMgF2（フツ化マグネシウ
ム）の低屈折率層１２を介してホログラム材とし
て特にAs2S3（三硫化砒素）を使用しても差しつ
かえない。この場合光導波路としてLiNbO3上に
蒸着したTi膜を熱拡散により形成した光導波路
は光伝播損失がAl2O3光導波路より大幅に小さく
0.5dB／cm程度の値をもつことが知られており、
本発明の目的には一層有効である。
第２図に第２実施例を示す。
本発明の第２の実施例においては、導波路１１
の光の入射面とは反対側の面上に光導波路より低
い屈折率をもつ層１２に接して置かれた反射体積
型ホログラム３３によつて可干渉性光が光導波路
内へと結合せしめられる。この反射体積型ホログ
ラムは、透過体積型ホログラムとその上の金属反
射層２３からなる。入射光は光導波路１１と低屈
折率層１２を通過した後グレーテイング３４及び
金属反射層２３によつて反射回折され入射光の入
射角如何によつて１つ又はそれ以上の回折の次数
で反射光の一部が光導波路内に捕獲される。この
ようにして捕獲された光は光導波路の縦方向内で
一定の伝播定数をもち、入射光の入射角とグレー
テイングの周期性とに特に依存して、特定の光導
波路のモードを誘起して結合する。
の光の入射面とは反対側の面上に光導波路より低
い屈折率をもつ層１２に接して置かれた反射体積
型ホログラム３３によつて可干渉性光が光導波路
内へと結合せしめられる。この反射体積型ホログ
ラムは、透過体積型ホログラムとその上の金属反
射層２３からなる。入射光は光導波路１１と低屈
折率層１２を通過した後グレーテイング３４及び
金属反射層２３によつて反射回折され入射光の入
射角如何によつて１つ又はそれ以上の回折の次数
で反射光の一部が光導波路内に捕獲される。この
ようにして捕獲された光は光導波路の縦方向内で
一定の伝播定数をもち、入射光の入射角とグレー
テイングの周期性とに特に依存して、特定の光導
波路のモードを誘起して結合する。
第２図に示した反射体積型ホログラム３３も第
３図に示したと同様の方法で作成可能である。
３図に示したと同様の方法で作成可能である。
彼様にして作成された体積型ホログラムグレー
テイングは、第１図および第２図における光導波
路１１及び基板１０に垂直な法線４に対して角度
を成し、ピツチｐの周期をもつ。第１図におい
て基板１０としてBK7ガラス（n3＝1.52）、光導
波路１１として厚さ0.5μｍに蒸着したAl2O3（n2＝
1.63）、低屈折率層１２としてMgF2（n4＝1.38）、
ホログラム材１３としてPVK（ｎ＝1.64）を使用
し法線４の方向から0.6328μｍのヘリウムネオン
レーザーを入射させて光を光導波路１１に結合捕
獲するための法線４に対するグレーテイング１４
の傾き角およびブラツク条件を満足するピツチ
ｐを求める。光結合の理論よりホログラム１３と
低屈折率層１２との境界面に光束が入射する角度
ｙをｙ＝74.6688゜に設定すればホログラムから回
折した波長λの光は光導波路１１に結合される。
この時、ホログラム媒体の屈折率n5、ピツチｐお
よびグレーテイング１４の法線４に対する傾き
との間には λ／n5＝2psin ∴ｐ＝λ／2n5sin の関係があり、＝ｙ／２＝37.3344゜、n5＝1.64、
λ＝0.6328μｍを代入すると、ｐ＝0.3181μｍの値
を得る。本実施例において第３図に図示した如
く、ホログラフイー法によつて体積型ホログラム
を形成せしめれば、所望のホログラムグレーテイ
ング結合器を得ることができ、得られたホログラ
フイグレーテイング結合器は光導波路１１の厚さ
に依存せず任意の厚さを選ぶことが可能で、従つ
て数μから数10μｍ、望ましくは5μｍから10μｍ
の厚さに形成でき高い回折効率ηをもたしめるこ
とが可能である。
テイングは、第１図および第２図における光導波
路１１及び基板１０に垂直な法線４に対して角度
を成し、ピツチｐの周期をもつ。第１図におい
て基板１０としてBK7ガラス（n3＝1.52）、光導
波路１１として厚さ0.5μｍに蒸着したAl2O3（n2＝
1.63）、低屈折率層１２としてMgF2（n4＝1.38）、
ホログラム材１３としてPVK（ｎ＝1.64）を使用
し法線４の方向から0.6328μｍのヘリウムネオン
レーザーを入射させて光を光導波路１１に結合捕
獲するための法線４に対するグレーテイング１４
の傾き角およびブラツク条件を満足するピツチ
ｐを求める。光結合の理論よりホログラム１３と
低屈折率層１２との境界面に光束が入射する角度
ｙをｙ＝74.6688゜に設定すればホログラムから回
折した波長λの光は光導波路１１に結合される。
この時、ホログラム媒体の屈折率n5、ピツチｐお
よびグレーテイング１４の法線４に対する傾き
との間には λ／n5＝2psin ∴ｐ＝λ／2n5sin の関係があり、＝ｙ／２＝37.3344゜、n5＝1.64、
λ＝0.6328μｍを代入すると、ｐ＝0.3181μｍの値
を得る。本実施例において第３図に図示した如
く、ホログラフイー法によつて体積型ホログラム
を形成せしめれば、所望のホログラムグレーテイ
ング結合器を得ることができ、得られたホログラ
フイグレーテイング結合器は光導波路１１の厚さ
に依存せず任意の厚さを選ぶことが可能で、従つ
て数μから数10μｍ、望ましくは5μｍから10μｍ
の厚さに形成でき高い回折効率ηをもたしめるこ
とが可能である。
ホログラム材としてAs2S3（n5＝2.52）、低屈折
率層１２としてMgF2（n4＝1.38）、基板１０およ
び光導波路１１としてそれぞれLiNbO3（n3＝
2.20）およびTi拡散LiNbO3（n2＝2.22）の構成の
場合、全く同様にして法線４との傾き角＝
30.7856、ｙ＝61.5712、ｐ＝0.2453μｍの値を得
る。
率層１２としてMgF2（n4＝1.38）、基板１０およ
び光導波路１１としてそれぞれLiNbO3（n3＝
2.20）およびTi拡散LiNbO3（n2＝2.22）の構成の
場合、全く同様にして法線４との傾き角＝
30.7856、ｙ＝61.5712、ｐ＝0.2453μｍの値を得
る。
第４図に示した従来の内部反射プリズムの結合
器と第１図に示した本発明による体積型ホログラ
ムグレーテイング結合器を比較すると本発明の新
規さを更によく理解できる。即ち、第４図におけ
るエアーギヤツプ層が第１図の低屈折率層１２に
対応する。従つて従来のプリズム結合器使用の際
に生じるエアギヤツプ層を一定間隔に保持する条
件も結合器を作成する際に任意にかつ低屈折率層
１２の厚さを蒸着によつて自由に選定して一旦作
成すればギヤツプ層の厚さを結合面全面にわたつ
て固定化できる。これは従来のプリズム結合器で
は考えられない調整の必要が一切不必要な新規の
結合器を提供するものである。
器と第１図に示した本発明による体積型ホログラ
ムグレーテイング結合器を比較すると本発明の新
規さを更によく理解できる。即ち、第４図におけ
るエアーギヤツプ層が第１図の低屈折率層１２に
対応する。従つて従来のプリズム結合器使用の際
に生じるエアギヤツプ層を一定間隔に保持する条
件も結合器を作成する際に任意にかつ低屈折率層
１２の厚さを蒸着によつて自由に選定して一旦作
成すればギヤツプ層の厚さを結合面全面にわたつ
て固定化できる。これは従来のプリズム結合器で
は考えられない調整の必要が一切不必要な新規の
結合器を提供するものである。
一方、第４図に示したプリズム結合器７の光導
波路１１に垂直な端面２７は効率のよい光結合の
為には正しく垂直に保持される必要があるが、本
発明の実施例の如く厚いホログラムを用いる場合
も第１図又は第２図に示したホログラムグレーテ
イング結合器１３及び低屈折率層１２にわたる光
導波路１１と垂直な端面を出来得るかぎり垂直に
なるよう作製せしむる事が望ましい。それを実施
する為には適切なるマスクを用いてO2又はCF4又
はこれらの混合ガスにおいてプラズマエツチして
PVKのホログラム材およびMgF2の低屈折率層を
除去せしめればよい。又ホログラム材として
As2S3を使用する際にはさらに通常のケミカルエ
ツチング法も適用できる。この際にはまずAs2S3
のホログラム材上にホトレジスト層をスピナーな
どによりホログラム材１３上の装着せしめ露光し
通常のケミカルエツチを実施すれば良い。か様に
して体積型ホログラム１３及び低屈折率層１２
に、光導波路１１と垂直な端面１７を形成せしめ
た後、ホトレジスト層は化学的に除去され第１図
又は第２図に示すような端面１７を得る。その結
果これら実施例の光結合器における結合効率は高
まる。
波路１１に垂直な端面２７は効率のよい光結合の
為には正しく垂直に保持される必要があるが、本
発明の実施例の如く厚いホログラムを用いる場合
も第１図又は第２図に示したホログラムグレーテ
イング結合器１３及び低屈折率層１２にわたる光
導波路１１と垂直な端面を出来得るかぎり垂直に
なるよう作製せしむる事が望ましい。それを実施
する為には適切なるマスクを用いてO2又はCF4又
はこれらの混合ガスにおいてプラズマエツチして
PVKのホログラム材およびMgF2の低屈折率層を
除去せしめればよい。又ホログラム材として
As2S3を使用する際にはさらに通常のケミカルエ
ツチング法も適用できる。この際にはまずAs2S3
のホログラム材上にホトレジスト層をスピナーな
どによりホログラム材１３上の装着せしめ露光し
通常のケミカルエツチを実施すれば良い。か様に
して体積型ホログラム１３及び低屈折率層１２
に、光導波路１１と垂直な端面１７を形成せしめ
た後、ホトレジスト層は化学的に除去され第１図
又は第２図に示すような端面１７を得る。その結
果これら実施例の光結合器における結合効率は高
まる。
第５図に本発明の他の実施例を図式的に示し
た。第３図で体積型ホログラムグレーテイングを
作製する際に可干渉性の光のうち一方を平面波か
ら球面波に変えるとホログラム材４３内部に第５
図に示すようなゾーンプレート型ホログラムグレ
ーテイング２４を形成せしめることができる。こ
の場合グレーテイングのピツチは図示した如くｐ
からp′へ順次変化しこの為グレーテイングに入射
する発散光２５は光導波路１１内で平行光２６に
コリメートされ光導波路１１内を伝播することが
できる。この場合には明らかな様に第１図、第２
図で示した集束レンズ１２を用いる必要がなくな
り集積光回路をさらに簡素化することができる。
光源としてとくに半導体レーザーを使用する場合
発散角は約30゜近くにも及ぶので、この際第５図
に示したゾーンプレート型体積ホログラムグレー
テイングは光導波路１１へ光を結合することは勿
論、自から結像効果をもつことによつて発散光２
５を平行光２６に変換する効果を同時に持たしめ
ることにより有意義である。
た。第３図で体積型ホログラムグレーテイングを
作製する際に可干渉性の光のうち一方を平面波か
ら球面波に変えるとホログラム材４３内部に第５
図に示すようなゾーンプレート型ホログラムグレ
ーテイング２４を形成せしめることができる。こ
の場合グレーテイングのピツチは図示した如くｐ
からp′へ順次変化しこの為グレーテイングに入射
する発散光２５は光導波路１１内で平行光２６に
コリメートされ光導波路１１内を伝播することが
できる。この場合には明らかな様に第１図、第２
図で示した集束レンズ１２を用いる必要がなくな
り集積光回路をさらに簡素化することができる。
光源としてとくに半導体レーザーを使用する場合
発散角は約30゜近くにも及ぶので、この際第５図
に示したゾーンプレート型体積ホログラムグレー
テイングは光導波路１１へ光を結合することは勿
論、自から結像効果をもつことによつて発散光２
５を平行光２６に変換する効果を同時に持たしめ
ることにより有意義である。
第５図にはIn−couplerとしての結像作用をも
つゾーンプレート型ホログラムグレーテイング結
合器の実施例を示したが、Out−couplerとして
使用しても何ら差しつかえないことは云うまでも
無い。
つゾーンプレート型ホログラムグレーテイング結
合器の実施例を示したが、Out−couplerとして
使用しても何ら差しつかえないことは云うまでも
無い。
以上要約すれば、本発明の各実施例は以下の第
１項またはそれ以上の項の如き特徴を有するもの
と云える。
１項またはそれ以上の項の如き特徴を有するもの
と云える。
１ 光導波路上に、体積型ホログラム低屈折率層
を介して装着されており、前記低屈折率層は前
記光導波路および体積型ホログラムよりも低い
屈折率を有する事を特徴とする光結合器。
を介して装着されており、前記低屈折率層は前
記光導波路および体積型ホログラムよりも低い
屈折率を有する事を特徴とする光結合器。
２ n2なる屈折率をもち、向かいあつた表面を持
つ物質でできた光導波部材、該部材が上に形成
されていて、n2とは異なるn3なる屈折率をもつ
物質よりなる基板、該光導波部材の上にn4なる
低屈折率をもつ層を介してn5なる物質がこの上
に広がり、この物質中に形成されている体積型
ホログラム、および該ホログラムに対して光波
が入射するものとするとき、回折の次数の１つ
に属する光と伝播性の導波モードの光との間に
位相整合が実現されるように光ビームを該格子
上に入射させるための手段によつて構成される
光結合器。
つ物質でできた光導波部材、該部材が上に形成
されていて、n2とは異なるn3なる屈折率をもつ
物質よりなる基板、該光導波部材の上にn4なる
低屈折率をもつ層を介してn5なる物質がこの上
に広がり、この物質中に形成されている体積型
ホログラム、および該ホログラムに対して光波
が入射するものとするとき、回折の次数の１つ
に属する光と伝播性の導波モードの光との間に
位相整合が実現されるように光ビームを該格子
上に入射させるための手段によつて構成される
光結合器。
３ 前記第１項による光結合装置において、該ホ
ログラムが透過型の体積型ホログラムであり、
そのグレーテイングが導波路表面に垂直な方向
に対してなる傾きを持ち、ピツチｐなる互い
に平行であることを特徴とする光結合器。
ログラムが透過型の体積型ホログラムであり、
そのグレーテイングが導波路表面に垂直な方向
に対してなる傾きを持ち、ピツチｐなる互い
に平行であることを特徴とする光結合器。
４ 前記第１項による光結合装置において、前記
ホログラムは前記光導波路側と反対側の面側に
反射層を設けた反射型の体積ホログラムである
ことを特徴とする光結合器。
ホログラムは前記光導波路側と反対側の面側に
反射層を設けた反射型の体積ホログラムである
ことを特徴とする光結合器。
５ 前記第１項による光結合装置において、該体
積型ホログラムおよび低屈折率層が該光導波部
材に対して垂直な端面を有することを特徴とす
る光結合器。
積型ホログラムおよび低屈折率層が該光導波部
材に対して垂直な端面を有することを特徴とす
る光結合器。
６ 前記第１項において該透過型の体積型ホログ
ラムのグレーテイング表面となる傾きを成し
かつピツチがｐからp′へ順次変化するゾーンプ
レート型であることを特徴とする光結合器。
ラムのグレーテイング表面となる傾きを成し
かつピツチがｐからp′へ順次変化するゾーンプ
レート型であることを特徴とする光結合器。
７ 前記第６項において該ホログラムが外部から
入射する発散光に対して集光作用を有し、該光
導波路中に伝播される光波を平行光に変換する
ことを特徴とする光結合器。
入射する発散光に対して集光作用を有し、該光
導波路中に伝播される光波を平行光に変換する
ことを特徴とする光結合器。
８ 前記第６項において、該導波路中に伝播され
る光波をout−couplerする際に集光作用を有す
ることを特徴とする光結合器。
る光波をout−couplerする際に集光作用を有す
ることを特徴とする光結合器。
以上述べたように本発明の光結合器は高い結合
効率と安定した結合状態を保てる為非常に有用で
ある。
効率と安定した結合状態を保てる為非常に有用で
ある。
第１図は本発明の第１の実施例の光結合器を示
す図、第２図は本発明の第２の実施例を示す図、
第３図は体積型ホログラムグレーテイングの作成
を説明する図、第４図は従来のプリズム結合器を
説明する図、第５図は本発明の第３の実施例を図
式的に示した図である。 図中、１０……基板、１１……光導波路、１２
……低屈折率層、１３……ホログラム材、１４…
…ホログラムグレーテイング、１５……集光レン
ズ、１６……光源、２３……金属反射層、１８…
…物体光、１９……参照光、２０……プリズム、
２１……液浸液、１７……端面、７……プリズ
ム、８……エア・ギヤツプ層、２５……発散光、
２６……平行光、２４……ゾーンプレート格子。
す図、第２図は本発明の第２の実施例を示す図、
第３図は体積型ホログラムグレーテイングの作成
を説明する図、第４図は従来のプリズム結合器を
説明する図、第５図は本発明の第３の実施例を図
式的に示した図である。 図中、１０……基板、１１……光導波路、１２
……低屈折率層、１３……ホログラム材、１４…
…ホログラムグレーテイング、１５……集光レン
ズ、１６……光源、２３……金属反射層、１８…
…物体光、１９……参照光、２０……プリズム、
２１……液浸液、１７……端面、７……プリズ
ム、８……エア・ギヤツプ層、２５……発散光、
２６……平行光、２４……ゾーンプレート格子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光導波路上に、体積型ホログラムが低屈折率
層を介して装着されており、前記低屈折率層は前
記光導波路および体積型ホログラムよりも低い屈
折率を有し、且つ、前記体積型ホログラムが前記
光導波路よりも高い屈折率を有する事を特徴とす
る光結合器。 ２ 前記体積型ホログラムは前記光導波路の表面
に対して垂直な端面を有している特許請求の範囲
第１項記載の光結合器。 ３ 前記体積型ホログラムは前記光導波路よりも
大きい厚さを有する特許請求の範囲第１項記載の
光結合器。 ４ 前記体積型ホログラムは集光作用を有するホ
ログラムである特許請求の範囲第１項記載の光結
合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2774981A JPS57142608A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Optical coupler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2774981A JPS57142608A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Optical coupler |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13523789A Division JPH0220810A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | 光結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57142608A JPS57142608A (en) | 1982-09-03 |
| JPH023482B2 true JPH023482B2 (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=12229673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2774981A Granted JPS57142608A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Optical coupler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57142608A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03100264U (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-21 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656456B2 (ja) * | 1986-07-02 | 1994-07-27 | 日本電気株式会社 | 平面型光制御素子 |
| US4838630A (en) * | 1987-12-21 | 1989-06-13 | Physical Optics Corporation | Holographic planar optical interconnect |
| JP3046616B2 (ja) * | 1990-09-07 | 2000-05-29 | 株式会社トプコン | 光ｉｃ用光学素子のパターン作製方法 |
| US5455693A (en) * | 1992-09-24 | 1995-10-03 | Hughes Aircraft Company | Display hologram |
| US5418631A (en) * | 1993-05-14 | 1995-05-23 | Kaiser Optical Systems, Inc. | Edge-lit holographic diffusers for flat-panel displays |
| US5659408A (en) * | 1995-05-24 | 1997-08-19 | Polaroid Corporation | Reflective image-providing display viewed with holographically diffused ambient light |
| US6606432B2 (en) * | 2000-05-03 | 2003-08-12 | Georgia Tech Research Corp. | Phase mask consisting of an array of multiple diffractive elements for simultaneous accurate fabrication of large arrays of optical couplers and method for making same |
| FI128573B (en) * | 2018-03-28 | 2020-08-14 | Dispelix Oy | Waveguide display element |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4940955A (ja) * | 1972-08-25 | 1974-04-17 | ||
| JPS49134347A (ja) * | 1973-04-26 | 1974-12-24 |
-
1981
- 1981-02-27 JP JP2774981A patent/JPS57142608A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4940955A (ja) * | 1972-08-25 | 1974-04-17 | ||
| JPS49134347A (ja) * | 1973-04-26 | 1974-12-24 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03100264U (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57142608A (en) | 1982-09-03 |
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