JPH0261005B2 - - Google Patents
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- JPH0261005B2 JPH0261005B2 JP8718781A JP8718781A JPH0261005B2 JP H0261005 B2 JPH0261005 B2 JP H0261005B2 JP 8718781 A JP8718781 A JP 8718781A JP 8718781 A JP8718781 A JP 8718781A JP H0261005 B2 JPH0261005 B2 JP H0261005B2
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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
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光導波路と外界との間で光束を効率よ
く結合する為の光結合器に関する。 近年光集積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。光集積回路は、平面
誘導体薄膜を光導波路とし、薄膜内にレンズフイ
ルタ等の機能を持たせることで、従来の光学系に
比べ十分小さな形で光学素子の集積化を図つたも
ので、その利点は、小型化はもちろん振動などの
外乱の影響を受けにくく、また再現性が良いなど
の従来の光学技術上の問題点を極小化することが
でき、低価格化の点からも大きな利点がある。 しかしながら、光導波路を形成している誘電体
薄膜の厚みは通常伝搬されるべき光の波長と同程
度であるために薄膜導波路内外へ光を効率良く結
合する上で困難さを生じる。 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
介して直接光が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、かかる性能の安定化及び低価格化の目的
のため光導波路の表面に一定厚さの低屈折率層を
介して体積型ホログラムを装着した光結合器が本
出願人により特願昭56−27749号として既に出願
されている。 しかし、プリズムを用いる場合も、上述の体積
型ホログラムを用いる場合でも、その間のギヤツ
プ又は低屈折率層の厚みが一様の場合は100％近
い結合効率は得られない。その理由を第１図を用
いて説明する。 第１図は、基版１０上に設けられた光導波路層
１１中を伝搬する光束３が、光導波路表面との間
のギヤツプ２の間隔を一定に保つたプリズム結合
器１によつて射出される場合の射出光の強度分布
を示してある。ギヤツプ間隔が一定の場合は各地
点での光結合率が一定である為、光導波路内を伝
搬する光量は指数関数的に減衰する。それに伴い
出射光束の強度分布４も出射方向に関して指数関
数的な分布になる。光の結合に関しては入射の場
合も同じであるから、もし第１図示の如くギヤツ
プが一定の間隔の光結合器を用いて100％の結合
率で外部入射光を光導波路内に導き入れる為に
は、第１図中のグラフ４のような指数関数形状の
強度分布を持つて入射光を用意しなければならな
い。しかし一般の光束は指数関数的な強度分布で
ない為指数関数形状と入射光束の強度分布形状と
の差異が結合効率損となり、入射光束がガウシヤ
ン分布の場合は最大結合効率が80％程度止まりと
なる。 一方プリズムと導波路表面の間のギヤツプの間
隔を導波路表面に沿つて変化させる事により、入
射光の強度分布と光結合効率との関係とをマツチ
ングさせる研究がR.UlrichによりJ.Opt.Soc.An
61，1467（1971）に報告されている。しかしなが
らこの考え方を、光結合効率を高める手段として
用いる為に導波路表面の形状や、プリズム底面の
形状を複雑な関数に従つて変化させる事は、非常
に困難である。 本発明は上記の点に鑑みて、光結合効率が高く
かつ小型で性能の安定性の高い光結合器を提供す
る事を目的とする。 本発明は、上記プリズム結合器の欠点をなく
し、かつ複雑な関数で示されるギヤツプ間隔の形
成を容易にして高い結合効率を安定に保てる光結
合器を提供する事が可能である。 以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。 第２図には、本発明の第１実施例を示す。本実
施例では、体積型の回折格子が光導波路よりも低
い屈折率をもつ物質の層を介して装着されてい
る。この場合光のカツプリングの為の位相整合条
件より格子の屈折率は、光導波路の屈折率よりも
大きい事が望ましい。 第１図においてAl2O3等物質でできた光導波路
１１がスペツタリングなどの附着方法によつて基
版１０上に装着されている。導波路１１の上部に
は結合のための入射光の強度分布に応じて厚み変
化を持たせた低屈折率ギヤツプ層１２が蒸着など
の方法で装着されており、その上に体積型回折格
子１３が形成されている。光導波路１１の屈折率
をnf、基版１０の屈折率をns低屈折率ギヤツプ層
１２の屈折率をnoとすると、nf＞ns＞noなる関係
を満足するように選ばれることが望ましい。又、
前述のごとく、体積型回折格子１３の屈折率ngは
nfよりも大きい必要がある。体積型回折格子１３
は、例えばホログラム感材であるPVK（ポリニル
カルバゾール）を用いてホログラフイー技術によ
りフリンジ面１４を形成することができる。 第２図において可干渉性の光源１６から必要な
らばレンズ系１５を介して平行光束にされた光を
角度φ方向に間隔Ａで形成された複数個のフリン
ジ面１４を有する体積型回折格子１３に入射させ
た時、図のように垂直入射では自由空間での光の
波長をλ0とすると、フリンジ面１４について cosφ＝λ0／2nsA (1) なる関係が成立するとき体積型格子特有のブラツ
グ回折が起こり、体積型回折格子１３が屈折率変
化型であれば低屈折率ギヤツプ層１２との境界面
に対しθBなる回折角でほぼ入射光に対して100％
の回折光が得られる。この場合、低屈折率ギヤツ
プ層１２のの厚み変化が入射ビーム光巾に対して
ほぼ一様と見なせるならば、回折角θBを回折格子
とギヤツプ層との境界面に対しての入射角Ψが Ψ＞sin-1no／ng (2) となるように選ぶことによりブラツグ回折光を低
屈折率ギヤツプ層１２との境界面で全反射させる
ことができる。従つて、プリズム結合法と全く同
様の原理から、回折光の伝搬定数を導波路１１で
の固有の導波伝殆定数β（波数ペクトルの伝搬方
向成分）に位相整合するように選ぶと入射光を導
波路伝搬モード光に結合させることができる。こ
の条件は、次のようになる。 β＝2π／λ0ngsinΨ (3) さらに、本発明においては、蒸着等により、低
屈折率ギヤツプ層１２の厚さを適当に変化させる
ことにより、入射光の強度分布に応じて導波路１
１との結合度を調節し、入射光のほぼ100％を導
波路モード光に結合させることができる。 本発明の一実施例として入射光が一般のレーザ
ー光のようなガウシヤンームである場合を考える
と最適な厚み変化Ｓ（ｘ）は次式で与えられる。
〔前述のR.Ulrich.J.Opt.Soc.Am.61，1467（1971）〕 Ｓ（ｘ）＝λ0／2π（β2−no 2）-1/2ln〔hop-1（ｘ）
〕(4) hopt（ｘ）＝（２／π）1/4（WD）−１／２｛〔１＋erf
（√２ｘ／ｗ）〕ｌ×ｐ（2x2／w2）｝-1/2(5) ここで、Ｗはガウシヤンビーム径、Ｄは単位長
さ当りの結合損を表す係数、erf（…）はガウス誤
差関数である。 一方Ｗのスポツトサイズを持つガウシヤンビー
ムのパワーはその99％以上が3Wの巾のスポツト
径内にふくまれることから、それ以上のビームの
広がりに対するギヤツプ間隔変化、つまり(5)式の
ビーム径Ｗに対するギヤツプ形状Ｓ（ｘ）の変化
はビーム中心から±1.5W以上の領域については、
ほとんど結合効率に寄与しない。しかしながら、
第２図においてもしｘ＝＋1.5W以上離した領域
でも回折格子が形成されている物質がギヤツプ層
の上に装着されていて、かつギヤツプ層の厚さが
光結合をもたらす程度に薄ければ、逆に導波路を
ｘ方向に伝搬する光は導波路外に導き出されてし
まう。この為実際上ｘ＝1.5Wの所で低屈折率ギ
ヤツプ層１２及び体積型回折格子１３の端面をエ
ツチング等の適当な方法で切断するか、又はｘ＝
1.5W以上の所でギヤツプ層の厚さＳ（ｘ）を、導
波路モード光の低屈折率層側のエバツネツセント
波の浸み出し厚よりも十分な厚さで一様な膜厚に
するとよい。こうすることにより、導波路薄膜１
１保護の役割も果すことができる。ただし、この
場合、導波路伝搬モードはnsとnoなる屈折率のコ
アに対して考えなければならない。 第３図には、本発明の第２の実施例を示す。低
屈折率ギヤツプ層１２上にレリーフ型回折格子２
３が体積型回折格子の代りに装着されている以外
は第２図に示した実施例と同じである。この場
合、回折格子として特定の次数に回折光を集中す
る性質を持つブレイズド格子が結合効率の意味か
ら好ましい。第一の実施例と同様に、格子２３へ
の入射角θを回折光の伝搬定数が、導波路１１の
固有伝搬定数に一致するように選ぶことにより、
入射光を導波路モード光に結合させることができ
る。さらに、低屈折率ギヤツプ層１２の厚さＳ
（ｘ）を入射光の強度分布に対応して適当に選ぶ
ことにより入射光をほぼ100％導波路モード光に
結合させることが出来るのは、第一の実施例と全
く同じである。又低屈折率ギヤツプ層１２の端面
についても第一の実施例と同様に光導波路１２に
対し垂直に切るか、又は第３図に示すように光導
波路１２上に十分な厚さで一様に装着すればよ
い。 本発明の他の実施例においては、導波路内を伝
搬する光を低屈折率ギヤツプ層１２の厚さを変化
させることにより導波路１１外へ任意の電界強度
分布を持つ光に変換せしめることが出来る。第４
図には、その実施例を示す。基板１０、光導波路
１１、低屈折率ギヤツプ層１２および体積型回折
格子１３から成つているのは、第２図に示した実
施例と同じである。また、体積型回折格子１３の
代りに第３図に示したレリーフ型ブレーズド回折
格子を用いてもよい。本実施例では、出力結合器
としてその構成は本発明の第１及び第２の実施例
と同様であり、原理的には前述の例と全く同じで
ある。つまり、第４図において、ある導波路固有
モードで導波路内を伝搬する光が低屈折率ギヤツ
プ層を介して装着されている回折格子１３と相互
作用し、位相整合されている事によつて外部へ光
が取り出される。ただし、回折格子が第４図に示
したような体積型回折格子１３の場合には前述の
(1)，(3)式を満足するようにフリンジ面の傾きφ及
び間隔Ａが形成されていなければならない。レリ
ーフ型回折格子の場合にも、特定の回折次数に対
して位相整合条件が満足されていなければならな
いのは言うまでもない。もしガウシヤン分布の入
射光を結合して導波路内に導か入れた光束を外部
に取り出す時に、光導波路１１と回折格子１３間
の低屈折率ギヤツプ層の厚さＳ（ｘ）が一様であ
る場合には、取り出される光の電界強度分布の形
は、第５図に示すように導波路伝搬方向（Xr方
向）に対しては指数的に減衰し、（曲線３０）そ
れに直交する導波路面方向（Yr方向）に対して
は入射光の分布とほぼ同様の分布をすると考えて
よい（曲線３１）。しかし一般的に外部に射出さ
れる光束は以下の理由により回転対称な強度分布
を有している事が望ましい。即ち、光導波路上で
表面弾性波により光波を偏向させる機能を持つ光
走波装置を考えると、走査面での解像点数は最大
偏向角が決まつていると集光レンズの焦点距離と
レンズ面入射ビーム巾の積に比例することにな
る。従つて光導波路上にもうけた導波路レンズ又
は外部レンズによつて光ビームを集光する場合、
所定のレンズに入射する光ビーム巾は大きい方が
都合が良く、実際には数mm程度であるのが好まし
い。このようなYr方向に拡がつた光束を外部レ
ンズで回転対称分布の点像を結像させる場合それ
と垂直のXr方向にもほぼ同程度に拡がつたビー
ムであることが望ましい。従つて、上記のように
進行方向と垂直なYr方向については入射光の巾
を数mm程度に選ぶことにより出射光巾を選択する
ことが出来る。しかしながら、Xr方向について
は従来のプリズム結合法では、空気ギヤツプを任
意の厚さでしかも安定に保つことが非常に難しい
ために出射光Xr方向ビーム巾をYr方向と同程度
の巾に安定して設定することに困難さを生じ、ひ
いては走査面での解像点数低下の原因となる。 しかし本発明の実施例では、薄膜ギヤツプ層Ｓ
（ｘ）の厚み及び形状を前記の例と同様に(4)，(5)
式に従つて変化させることにより、Xr方向、Yr
方向にほぼ同じ拡がりをもつ所望の巾のガウシヤ
ン分布を持つ出射光を得ることが出来（曲線３
２，３１）しかもプリズムに比べ安定であるため
に都合が良い。 尚、このような低屈折率ギヤツプ層は、入出力
ビーム径が実際の使用条件では数mmであることを
考えると、ギヤツプ層厚みは最大厚で数千オング
ストローム程度であり十分に作成可能である。 又、低屈折率ギヤツプ層１２は第１，第２の実
施例と同様の形態で作成され得る。 以上、要約すれば本発明の実施例で示された光
結合器は以下の第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 nfなる屈折率をもち、向かい合つた表面を持
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nfとは異なるns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noなる低
屈折率をもつ層を介してngなる物質からなる体
積型回折格子もしくはレリーフ型回折格子が形
成されており、入射光が回折格子により特定方
向に回折され、プリズム結合と同様に低屈折率
ギヤツプ層との境界において生じる消滅性（エ
バネツセント）波によつて導波路伝搬モード光
との間に位相整合が実現されることにより入射
光を導波路内に結合させるための手段によつて
構成される光波結合装置。 ２ 前記第１項による光波結合装置において低屈
折率ギヤツプ層の厚みを入出射光の電解強度分
布に応じて変化させることにより高い結合効率
を得ることが出来ることを特徴とする光波結合
装置。 ３ 前記第１項による光波結合装置において、低
屈折率ギヤツプ層および該回折格子が該光導波
路部材に対して垂直な端面を有するか、また
は、該低屈折率ギヤツプ層１２が最適結合長以
上の部分は該導波路伝搬モード光の浸み出し距
離よりも十分な厚さで光導波路上に装着されて
いることを特徴とする光波結合装置。 ４ 前記第２項による光波結合装置において、出
力光結合器として導波路光を任意の電界強度分
布を持つ出力光として外部へ取り出すことを特
徴とする光波結合装置。 ５ 前記第４項による光波結合装置において、該
回折格子の唯一の回折次数光を所望の導波路伝
搬モード光と位相整合させることにより、導波
路内で生じる複数モード光によるｍラインを抑
圧し、所望のモード光のみを外部に取り出せる
ことを特徴とする光波結合装置。
く結合する為の光結合器に関する。 近年光集積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。光集積回路は、平面
誘導体薄膜を光導波路とし、薄膜内にレンズフイ
ルタ等の機能を持たせることで、従来の光学系に
比べ十分小さな形で光学素子の集積化を図つたも
ので、その利点は、小型化はもちろん振動などの
外乱の影響を受けにくく、また再現性が良いなど
の従来の光学技術上の問題点を極小化することが
でき、低価格化の点からも大きな利点がある。 しかしながら、光導波路を形成している誘電体
薄膜の厚みは通常伝搬されるべき光の波長と同程
度であるために薄膜導波路内外へ光を効率良く結
合する上で困難さを生じる。 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
介して直接光が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、かかる性能の安定化及び低価格化の目的
のため光導波路の表面に一定厚さの低屈折率層を
介して体積型ホログラムを装着した光結合器が本
出願人により特願昭56−27749号として既に出願
されている。 しかし、プリズムを用いる場合も、上述の体積
型ホログラムを用いる場合でも、その間のギヤツ
プ又は低屈折率層の厚みが一様の場合は100％近
い結合効率は得られない。その理由を第１図を用
いて説明する。 第１図は、基版１０上に設けられた光導波路層
１１中を伝搬する光束３が、光導波路表面との間
のギヤツプ２の間隔を一定に保つたプリズム結合
器１によつて射出される場合の射出光の強度分布
を示してある。ギヤツプ間隔が一定の場合は各地
点での光結合率が一定である為、光導波路内を伝
搬する光量は指数関数的に減衰する。それに伴い
出射光束の強度分布４も出射方向に関して指数関
数的な分布になる。光の結合に関しては入射の場
合も同じであるから、もし第１図示の如くギヤツ
プが一定の間隔の光結合器を用いて100％の結合
率で外部入射光を光導波路内に導き入れる為に
は、第１図中のグラフ４のような指数関数形状の
強度分布を持つて入射光を用意しなければならな
い。しかし一般の光束は指数関数的な強度分布で
ない為指数関数形状と入射光束の強度分布形状と
の差異が結合効率損となり、入射光束がガウシヤ
ン分布の場合は最大結合効率が80％程度止まりと
なる。 一方プリズムと導波路表面の間のギヤツプの間
隔を導波路表面に沿つて変化させる事により、入
射光の強度分布と光結合効率との関係とをマツチ
ングさせる研究がR.UlrichによりJ.Opt.Soc.An
61，1467（1971）に報告されている。しかしなが
らこの考え方を、光結合効率を高める手段として
用いる為に導波路表面の形状や、プリズム底面の
形状を複雑な関数に従つて変化させる事は、非常
に困難である。 本発明は上記の点に鑑みて、光結合効率が高く
かつ小型で性能の安定性の高い光結合器を提供す
る事を目的とする。 本発明は、上記プリズム結合器の欠点をなく
し、かつ複雑な関数で示されるギヤツプ間隔の形
成を容易にして高い結合効率を安定に保てる光結
合器を提供する事が可能である。 以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。 第２図には、本発明の第１実施例を示す。本実
施例では、体積型の回折格子が光導波路よりも低
い屈折率をもつ物質の層を介して装着されてい
る。この場合光のカツプリングの為の位相整合条
件より格子の屈折率は、光導波路の屈折率よりも
大きい事が望ましい。 第１図においてAl2O3等物質でできた光導波路
１１がスペツタリングなどの附着方法によつて基
版１０上に装着されている。導波路１１の上部に
は結合のための入射光の強度分布に応じて厚み変
化を持たせた低屈折率ギヤツプ層１２が蒸着など
の方法で装着されており、その上に体積型回折格
子１３が形成されている。光導波路１１の屈折率
をnf、基版１０の屈折率をns低屈折率ギヤツプ層
１２の屈折率をnoとすると、nf＞ns＞noなる関係
を満足するように選ばれることが望ましい。又、
前述のごとく、体積型回折格子１３の屈折率ngは
nfよりも大きい必要がある。体積型回折格子１３
は、例えばホログラム感材であるPVK（ポリニル
カルバゾール）を用いてホログラフイー技術によ
りフリンジ面１４を形成することができる。 第２図において可干渉性の光源１６から必要な
らばレンズ系１５を介して平行光束にされた光を
角度φ方向に間隔Ａで形成された複数個のフリン
ジ面１４を有する体積型回折格子１３に入射させ
た時、図のように垂直入射では自由空間での光の
波長をλ0とすると、フリンジ面１４について cosφ＝λ0／2nsA (1) なる関係が成立するとき体積型格子特有のブラツ
グ回折が起こり、体積型回折格子１３が屈折率変
化型であれば低屈折率ギヤツプ層１２との境界面
に対しθBなる回折角でほぼ入射光に対して100％
の回折光が得られる。この場合、低屈折率ギヤツ
プ層１２のの厚み変化が入射ビーム光巾に対して
ほぼ一様と見なせるならば、回折角θBを回折格子
とギヤツプ層との境界面に対しての入射角Ψが Ψ＞sin-1no／ng (2) となるように選ぶことによりブラツグ回折光を低
屈折率ギヤツプ層１２との境界面で全反射させる
ことができる。従つて、プリズム結合法と全く同
様の原理から、回折光の伝搬定数を導波路１１で
の固有の導波伝殆定数β（波数ペクトルの伝搬方
向成分）に位相整合するように選ぶと入射光を導
波路伝搬モード光に結合させることができる。こ
の条件は、次のようになる。 β＝2π／λ0ngsinΨ (3) さらに、本発明においては、蒸着等により、低
屈折率ギヤツプ層１２の厚さを適当に変化させる
ことにより、入射光の強度分布に応じて導波路１
１との結合度を調節し、入射光のほぼ100％を導
波路モード光に結合させることができる。 本発明の一実施例として入射光が一般のレーザ
ー光のようなガウシヤンームである場合を考える
と最適な厚み変化Ｓ（ｘ）は次式で与えられる。
〔前述のR.Ulrich.J.Opt.Soc.Am.61，1467（1971）〕 Ｓ（ｘ）＝λ0／2π（β2−no 2）-1/2ln〔hop-1（ｘ）
〕(4) hopt（ｘ）＝（２／π）1/4（WD）−１／２｛〔１＋erf
（√２ｘ／ｗ）〕ｌ×ｐ（2x2／w2）｝-1/2(5) ここで、Ｗはガウシヤンビーム径、Ｄは単位長
さ当りの結合損を表す係数、erf（…）はガウス誤
差関数である。 一方Ｗのスポツトサイズを持つガウシヤンビー
ムのパワーはその99％以上が3Wの巾のスポツト
径内にふくまれることから、それ以上のビームの
広がりに対するギヤツプ間隔変化、つまり(5)式の
ビーム径Ｗに対するギヤツプ形状Ｓ（ｘ）の変化
はビーム中心から±1.5W以上の領域については、
ほとんど結合効率に寄与しない。しかしながら、
第２図においてもしｘ＝＋1.5W以上離した領域
でも回折格子が形成されている物質がギヤツプ層
の上に装着されていて、かつギヤツプ層の厚さが
光結合をもたらす程度に薄ければ、逆に導波路を
ｘ方向に伝搬する光は導波路外に導き出されてし
まう。この為実際上ｘ＝1.5Wの所で低屈折率ギ
ヤツプ層１２及び体積型回折格子１３の端面をエ
ツチング等の適当な方法で切断するか、又はｘ＝
1.5W以上の所でギヤツプ層の厚さＳ（ｘ）を、導
波路モード光の低屈折率層側のエバツネツセント
波の浸み出し厚よりも十分な厚さで一様な膜厚に
するとよい。こうすることにより、導波路薄膜１
１保護の役割も果すことができる。ただし、この
場合、導波路伝搬モードはnsとnoなる屈折率のコ
アに対して考えなければならない。 第３図には、本発明の第２の実施例を示す。低
屈折率ギヤツプ層１２上にレリーフ型回折格子２
３が体積型回折格子の代りに装着されている以外
は第２図に示した実施例と同じである。この場
合、回折格子として特定の次数に回折光を集中す
る性質を持つブレイズド格子が結合効率の意味か
ら好ましい。第一の実施例と同様に、格子２３へ
の入射角θを回折光の伝搬定数が、導波路１１の
固有伝搬定数に一致するように選ぶことにより、
入射光を導波路モード光に結合させることができ
る。さらに、低屈折率ギヤツプ層１２の厚さＳ
（ｘ）を入射光の強度分布に対応して適当に選ぶ
ことにより入射光をほぼ100％導波路モード光に
結合させることが出来るのは、第一の実施例と全
く同じである。又低屈折率ギヤツプ層１２の端面
についても第一の実施例と同様に光導波路１２に
対し垂直に切るか、又は第３図に示すように光導
波路１２上に十分な厚さで一様に装着すればよ
い。 本発明の他の実施例においては、導波路内を伝
搬する光を低屈折率ギヤツプ層１２の厚さを変化
させることにより導波路１１外へ任意の電界強度
分布を持つ光に変換せしめることが出来る。第４
図には、その実施例を示す。基板１０、光導波路
１１、低屈折率ギヤツプ層１２および体積型回折
格子１３から成つているのは、第２図に示した実
施例と同じである。また、体積型回折格子１３の
代りに第３図に示したレリーフ型ブレーズド回折
格子を用いてもよい。本実施例では、出力結合器
としてその構成は本発明の第１及び第２の実施例
と同様であり、原理的には前述の例と全く同じで
ある。つまり、第４図において、ある導波路固有
モードで導波路内を伝搬する光が低屈折率ギヤツ
プ層を介して装着されている回折格子１３と相互
作用し、位相整合されている事によつて外部へ光
が取り出される。ただし、回折格子が第４図に示
したような体積型回折格子１３の場合には前述の
(1)，(3)式を満足するようにフリンジ面の傾きφ及
び間隔Ａが形成されていなければならない。レリ
ーフ型回折格子の場合にも、特定の回折次数に対
して位相整合条件が満足されていなければならな
いのは言うまでもない。もしガウシヤン分布の入
射光を結合して導波路内に導か入れた光束を外部
に取り出す時に、光導波路１１と回折格子１３間
の低屈折率ギヤツプ層の厚さＳ（ｘ）が一様であ
る場合には、取り出される光の電界強度分布の形
は、第５図に示すように導波路伝搬方向（Xr方
向）に対しては指数的に減衰し、（曲線３０）そ
れに直交する導波路面方向（Yr方向）に対して
は入射光の分布とほぼ同様の分布をすると考えて
よい（曲線３１）。しかし一般的に外部に射出さ
れる光束は以下の理由により回転対称な強度分布
を有している事が望ましい。即ち、光導波路上で
表面弾性波により光波を偏向させる機能を持つ光
走波装置を考えると、走査面での解像点数は最大
偏向角が決まつていると集光レンズの焦点距離と
レンズ面入射ビーム巾の積に比例することにな
る。従つて光導波路上にもうけた導波路レンズ又
は外部レンズによつて光ビームを集光する場合、
所定のレンズに入射する光ビーム巾は大きい方が
都合が良く、実際には数mm程度であるのが好まし
い。このようなYr方向に拡がつた光束を外部レ
ンズで回転対称分布の点像を結像させる場合それ
と垂直のXr方向にもほぼ同程度に拡がつたビー
ムであることが望ましい。従つて、上記のように
進行方向と垂直なYr方向については入射光の巾
を数mm程度に選ぶことにより出射光巾を選択する
ことが出来る。しかしながら、Xr方向について
は従来のプリズム結合法では、空気ギヤツプを任
意の厚さでしかも安定に保つことが非常に難しい
ために出射光Xr方向ビーム巾をYr方向と同程度
の巾に安定して設定することに困難さを生じ、ひ
いては走査面での解像点数低下の原因となる。 しかし本発明の実施例では、薄膜ギヤツプ層Ｓ
（ｘ）の厚み及び形状を前記の例と同様に(4)，(5)
式に従つて変化させることにより、Xr方向、Yr
方向にほぼ同じ拡がりをもつ所望の巾のガウシヤ
ン分布を持つ出射光を得ることが出来（曲線３
２，３１）しかもプリズムに比べ安定であるため
に都合が良い。 尚、このような低屈折率ギヤツプ層は、入出力
ビーム径が実際の使用条件では数mmであることを
考えると、ギヤツプ層厚みは最大厚で数千オング
ストローム程度であり十分に作成可能である。 又、低屈折率ギヤツプ層１２は第１，第２の実
施例と同様の形態で作成され得る。 以上、要約すれば本発明の実施例で示された光
結合器は以下の第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 nfなる屈折率をもち、向かい合つた表面を持
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nfとは異なるns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noなる低
屈折率をもつ層を介してngなる物質からなる体
積型回折格子もしくはレリーフ型回折格子が形
成されており、入射光が回折格子により特定方
向に回折され、プリズム結合と同様に低屈折率
ギヤツプ層との境界において生じる消滅性（エ
バネツセント）波によつて導波路伝搬モード光
との間に位相整合が実現されることにより入射
光を導波路内に結合させるための手段によつて
構成される光波結合装置。 ２ 前記第１項による光波結合装置において低屈
折率ギヤツプ層の厚みを入出射光の電解強度分
布に応じて変化させることにより高い結合効率
を得ることが出来ることを特徴とする光波結合
装置。 ３ 前記第１項による光波結合装置において、低
屈折率ギヤツプ層および該回折格子が該光導波
路部材に対して垂直な端面を有するか、また
は、該低屈折率ギヤツプ層１２が最適結合長以
上の部分は該導波路伝搬モード光の浸み出し距
離よりも十分な厚さで光導波路上に装着されて
いることを特徴とする光波結合装置。 ４ 前記第２項による光波結合装置において、出
力光結合器として導波路光を任意の電界強度分
布を持つ出力光として外部へ取り出すことを特
徴とする光波結合装置。 ５ 前記第４項による光波結合装置において、該
回折格子の唯一の回折次数光を所望の導波路伝
搬モード光と位相整合させることにより、導波
路内で生じる複数モード光によるｍラインを抑
圧し、所望のモード光のみを外部に取り出せる
ことを特徴とする光波結合装置。
第１図は従来のプリズム結合器を示す図、第２
図は本発明の第１の実施例を図式的に示す図、第
３図は第２の実施例を図式的に示す図、第４図
は、本発明の他の実施例を図式的に示した図、第
５図は本発明の光結合器による出力光電界分布を
示した図である。 図中 １０…基板、１１…光導波路、１２…低
屈折率ギヤツプ層、１３…体積型回折格子、１４
…フリンジ面、１５…集光レンズ系、１６…光
源。
図は本発明の第１の実施例を図式的に示す図、第
３図は第２の実施例を図式的に示す図、第４図
は、本発明の他の実施例を図式的に示した図、第
５図は本発明の光結合器による出力光電界分布を
示した図である。 図中 １０…基板、１１…光導波路、１２…低
屈折率ギヤツプ層、１３…体積型回折格子、１４
…フリンジ面、１５…集光レンズ系、１６…光
源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光導波路と外界との間で光束を結合させる光
結合器において、 前記光導波路の表面上にそれよりも低い屈折率
の物質で形成された低屈折率層を介して回折格子
体が装着され、前記低屈折率層は光束の強度分布
に応じてその厚みが変化している事を特徴とする
光結合器。 ２ 前記回折格子体は体積型回折格子である事を
特徴とする特許請求の範囲第１項の光結合器。 ３ 前記回折格子体はレリーフ型ブレーズト回折
格子である事を特徴とする特許請求の範囲第１項
の光結合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8718781A JPS57201209A (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Photocoupler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8718781A JPS57201209A (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Photocoupler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57201209A JPS57201209A (en) | 1982-12-09 |
| JPH0261005B2 true JPH0261005B2 (ja) | 1990-12-18 |
Family
ID=13907978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8718781A Granted JPS57201209A (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Photocoupler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57201209A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0259608A2 (de) * | 1986-09-04 | 1988-03-16 | BOMEG Gesellschaft für angewandte Bodenmelioration mbH | Düngemittel und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61241712A (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 導波光入出力装置 |
| JP2517772B2 (ja) * | 1989-02-17 | 1996-07-24 | シャープ株式会社 | 回折格子光結合器 |
-
1981
- 1981-06-05 JP JP8718781A patent/JPS57201209A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0259608A2 (de) * | 1986-09-04 | 1988-03-16 | BOMEG Gesellschaft für angewandte Bodenmelioration mbH | Düngemittel und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57201209A (en) | 1982-12-09 |
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