JPH03122605A - 導波路―プリズム結合器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光集積明路等の導波路型デバイスにおける入
射カップリング装置として用いられる導波路−プリズム
結合器に関する。

〔従来の技術〕

レンズ、プリズム、回折格子等の光学素子を光導波路上
に集積化した光集積回路等の導波路型デバイスが提案さ
れており、このような導波路型デバイスは、その使用−
により光学系を小型化、軽量化できるので、近来、光デ
イスクドライブ用の光ピツクアップ等への実用化が強く
意図されている。

ところで、このような導波路型デバイスの先導波路に光
ビームを結合させる方法としては、プリズム結合法が知
られており、このプリズム結合法は、 ■　道波路石上にプリズムを圧着するだけで入射光と導
波光とを容易に結合できる（尚、圧着としたが、実際に
は数１０００人程度０空気ギャップ層が介在しているこ
とを利用している）。

■　高い結合効率が容易に得られる。

などの点で利点があるが、あまり実用的ではなかった。

これは、プリズム結合法では、プリズムと導波路層の間
隔を一定に保つ必要があるが、機械的振動や衝撃等によ
りプリズムと導波路層の間隔が変化した場合に、結合効
率が変化するという問題があるためであった。

そこで、この問題を解決するものとして、第７図に示す
導波路−プリズム結合器のように、基板１上に形成され
た光導波路層２上に、光導波路層２より屈折率の低い低
屈折率ギャップ層３を積層し、光導波路層２より高い屈
折率を持つプリズム４１を、このプリズム４１と同程度
の屈折率を持つ高屈折率接着剤５１により低屈折率ギャ
ップ層３に接着する構造が提案されている（例えば、Ｉ
ＥＥＥ　　Ｊ。

Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　ＱＥ−６
，Ｐ５７７　（１９７０））。

この第７図に示す導波路−プリズム結合器の構造によれ
ば、ギャップ層３は厚みが一定に保たれるようになり、
機械的振動や衝撃等の外乱があっても、結合効率が一定
となることが期待できる。

（発明が解決しようとする課題〕 ところで、第７図に示す構造の導波路−プリズム結合器
においては、高屈折率接着剤５１により、プリズム４１
をギャップ層３に接着させるが、この接着剤５１の屈折
率分布は均一に保つ必要がある。

これは、もし接着剤５１の屈折率分布が均一でなければ
、接着剤中の光ビームの光路が変わり、また一部は散乱
され、導波路−プリズム間の結合効率が低下してしまう
からである。また、一般には、この導波路−プリズム結
合器で導波路に導波された光は、必要な機能を持たせる
ため、何らかの作用を行わせるが、そのためには、導波
路に導波された光が接着剤中の不均一な屈折率分布のた
めに、設計した光路から外れたりしては困ることになる
。

ところで、プリズム４１の屈折率に近い屈折率を持つ誘
電性高屈折率接着剤５１は、一般に溶剤に屈折率媒質を
溶かしたものが多く、接着時に溶剤を熱などによって発
散させなければならない。すなわち、溶剤を発散させる
ことにより、屈折率媒質の持つ屈折率が得られるので、
もし溶剤が十分発散せずに残っていると、その部分は本
来の屈折率媒質の持つ屈折率よりも低い屈折率になって
しまう。

ところが、第７図に示す構造では、接着層が周囲から部
材によって挾まれた構造であるため２接着層の内部はど
溶剤が発散しに＜＜、このため。

内部に残った溶剤成分のために、所望の屈折率が得られ
ないという問題が生じる。また、極端な場合には、接着
層内部に残った溶剤成分のために、接着層内部に斑点状
に屈折率分布ができてしまう等の問題が生じる６ 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、プリ
ズム等の誘電体媒質とギャップ層との間に介在する接着
層の屈折率分布を均一にでき、機械的振動や衝撃等の外
乱に対しても安定で、高い結合効率を持つことのできる
構造の導波路−プリズム結合器を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための第１の手段として、本発明で
は、基板上に形成された光導波路層と、その光導波路層
上に形成された光導波路層よりも低い屈折率を有するギ
ャップ層と、このギャップ層上に形成された上記光導波
路層よりも高い屈折率を有する誘電性接着層と、この誘
電性接着層上に設けられた上記光導波路層よりも高い屈
折率を有する誘電体媒質とにより猜成された導波路−プ
リズム結合器において、上記ギャップ層と上記誘電性接
着層とが接触している領域中で、入射光と導波光とが結
合する開口部と導波光の光路となる部分とを除いた領域
の一部若しくは全部について、基板の深さ方向へ、その
構成部材を除去したことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための第２の手段として、基
板上に形成された光導波路層と、その光導波路層上に形
成された光導波路層よりも低い屈折率を有するギャップ
層と、このギャップ層上に形成された上記光導波路層よ
りも高い屈折率を有する誘電性接着層と、この誘電性接
着層上に設けられた上記光導波路層よりも高い屈折率を
有する誘電体媒質とにより構成された導波路−プリズム
結合器において、上記ギャップ層と上記誘電性接着層と
が接触している領域中で、入射光と導波光とが結合する
開口部を除いた領域の一部若しくは全部について、誘電
体媒質の一部の構成部材を除去したことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による導波路−プリズム結合器においては、第１
の手段として、ギャップ層と誘電性接着層とが接触して
いる領域中で、入射光と導波光とが結合する開口部と導
波光の光路となる部分とを除いた領域の一部若しくは全
部について、基板の深さ方向へ、その構成部材を除去し
たことにより、この構成部材の除去部が誘電性接着剤の
逃げ領域として作用し、上記開口部の接着剤の溶剤が均
一に発散し得るように作用する。したがって、上記開口
部の接着剤の屈折率分布が均一に保たれる。

また、第２の手段として、ギャップ層と上記誘電性接着
層とが接触している領域中で、入射光と導波光とが結合
する開口部を除いた領域の一部若しくは全部について、
誘電体媒質の一部の構成部材を除去したことにより、そ
の除去部が誘電性接着剤の逃げ領域として作用し、上記
開口部の接着剤の溶剤が均一に発散し得るように作用す
る。したがって、上記開口部の接着剤の屈折率分布が均
一に保たれる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明による導波路−プリズム結合器の一例を
示す図であって、同図（ａ）は導波路−プリズム結合器
の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ！断面図、
同図（Ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

第１図において、この導波路−プリズム結合器は、基板
１上に形成された先導波路Ｎ２と、その光導波路層２上
に形成された光導波路層２よりも低い屈折率を有するギ
ャップ層３と、このギャップ層３上に形成された上記光
導波路層２よりも高い屈折率を有する誘電性接着剤層５
と、この誘電性接着剤Ｎ５上に設けられた上記光導波路
層２よりも高い屈折率を有するプリズム状の誘電体媒質
４（以下、プリズムと称す）とにより構成されており、
その特徴とするところは、上記ギャップ層３と上記誘電
性接着剤層５とが接触している領域中で、入射光９と導
波光とが結合する開口部３１と導波光の光路となる部分
とを除いた領域の一部若しくは全部について、基板の深
さ方向へ、その構成部材を除去した接着剤逃げ領域３２
を設けたことにある。

以下、より詳しく説明する。

一般に、プリズム４を使って光導波路に光を導波させる
場合、プリズム底面全面に入射した全ての光ビーム９が
必要ではなく、そのうちの光導波路Ｎ２上の開口部３１
に入射した光ビームがギャップＮ３を通して光導波路層
２中に導波光として結合すればよい、従って、プリズム
４とギャップ層３を接着させる誘電性接着剤５は、プリ
ズム４の底面全面でその屈折率分布を均一に保たなくて
も。

開口部３１の領域内で、その屈折率分布が均一であ九ば
よい６そのため１本発明では、開口部３１の領域内の誘
電性接着剤５の溶剤が、間口部３１領域から他の領域側
に発散し易いようにするため、開口部３１の接着剤層５
の厚みｄｇより、開口部３１の周囲の接着剤５が充填さ
れる領域（以下、「接着剤逃げ領域」と呼ぶことにする
）３２の厚みｄｃが大きくなるように、すなわち、ｄａ
＞ｄｇとなるように構成する。

そこで、第１図に示す実施例においては、開口部３１の
ギャップ層３の厚みを最適結合効率が得られるように選
び、導波光の進行側のギャップ層３の厚みは、デカップ
リングで出射する効率が小さくなるように厚くして開口
部３１を形成する。

そして、前述したように、導波光の光路を遮らないよう
に、開口部３１の周囲の構成部材であるギャップ層３と
光導波路層２とをコの字形に基板の深さ方向へ除去して
接着剤逃げ領域３２を設ける。

尚、基板１の構成部材（ギャップ層３．光導波路層２．
また場合によってはバッファＭ（図示せず）及び基板）
の除去深さは、誘電性接着剤５の溶剤が発散し易い深さ
を選ぶ。また、除去方法としては、例えば公知のフォト
リソグラフィ技術を用いたエツチング等により行うこと
ができる。

次に、第２図は本発明による導波路−プリズム結合器の
別の例を示す図であって、同図（ａ）は導波路−プリズ
ム結合器の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線
断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

第２図に示す実施例は、入射光と導波光とが結合される
開口部３１の形成方法を変えたものである。

すなわち、第２図に示す実施例においては、開口部３１
のギャップ層３の厚みを最適結合効率が得られるように
選び、導波光の進行側にデカップリングで出射する光を
閉じ込めるために、金属層６をギャップ層３の上に装荷
している。そして、接着剤逃げ領域３２は、第１図に示
した実施例と同様に基板１の構成部材をコの字形に除去
して設けである。

次に、第３＠は本発明による導波路−プリズム結合器の
さらに別の例を示す図であって、同図（ａ）は導波路−
プリズム結合器の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ線断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面
図である。

第３図に示す実施例においては、開口部３１のギャップ
層３の厚みを最適結合効率が得られるように選び、導波
光の進行の前後側のギャップ層３の厚みはデカップリン
グで出射する効率が小さくなるように厚くして開口部３
１を形成し、その開口部３１の導波光進行方向に対して
左右部分の構成部材を基板１の深さ方向に除去して、接
着剤逃げ領域３２を設けている。

次に、第４図は本発明による導波路−プリズム結合器の
さらに別の例を示す図であって、同図（ａ）は導波路−
プリズム結合器の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａｉ断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面
図である。

第４図に示す実施例においては、開口部３１の前後でギ
ャップ層３上に金属層６を装荷し、開口部３１の左右部
分の構成部材を基板１の深さ方向に除去して、接着剤逃
げ領域３２を設けている。

以上、第１図乃至第４図の各実施例に示したように、本
発明による導波路−プリズム結合器においては、ギャッ
プ層３と誘電性接着剤ＭＳとが接触している領域中で、
入射光と導波光とが結合する開口部３１と導波光の光路
となる部分とを除いた領域の一部若しくは全部について
、基板の深さ方向へ、その構成部材を除去したことによ
り、この構成部材の除去部が誘電性接着剤Ｓの逃げ領域
３２として作用し、上記開口部３１の接着剤の溶剤が均
一に発散し得るように作用する。したがって、本発明に
よる導波路−プリズム結合器では、開口部３１の接着剤
の屈折率分布を均一に保つことができる。

次に、第５図、第６図は本発明の第２の構成手段に基づ
〈実施例である。

第５図、第６図において、この導波路−プリズム結合器
は、基板１上に形成された光導波路層２と、その光導波
路層２上に形成された光導波路層２よりも低い屈折率を
有するギャップ層３と、このギャップ［３上に形成され
た上記光導波路層２よりも高い屈折率を有する誘電性接
着剤層５と、この誘電性接着剤Ｎ５上に設けられた上記
光導波路層２よりも高い屈折率を有するプリズム状の誘
電体媒質４（以下、プリズムと称す）とにより構成され
ており、その特徴とするところは、上記ギャップＭ３と
上記誘電性接着剤層５とが接触している領域中で、入射
光９と導波光とが結合する開口部３１を除いた領域の一
部若しくは全部について、プリズム４の一部の構成部材
を除去し、接着剤逃げ領域４２を設けたことにある。

以下、より詳しく説明する。

第５図は本発明による導波路−プリズム結合器の一例を
示す図であって、同図（ａ）は導波路−プリズム結合器
の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、
同図（ｃ）は同図（、）のＢ−Ｂ４！断面図である。

第５図に示す実施例においては、開口部３１のギャップ
層３の厚みを最適結合効率が得られるように選び、その
周囲では、ギャップ層３の厚みがデカップリングで出射
する効率が小さくなるように、開口部３１でのギャップ
層厚みより厚くしている。

そして、前述したように、プリズム４側の構成部材の一
部を除去することにより、接着剤逃げ領域４２が設けら
れる。

第６図は本発明による導波路−プリズム結合器の別の例
を示す図であって、同図（ａ）は導波路−プリズム結合
器の平面図、同図（ｂ）は同図（、）のＡ−Ａ線断面図
、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

第６図に示す実施例においては、開口部３１のギャップ
層３の厚みを最適結合効率が得られるように選び、その
周囲のギャップ層３上には開口部部分が一部除去された
遮光用の金属層６を装荷する。

そして、前述したように、プリズム４側の構成部材の一
部を除去することにより、接着剤逃げ領域４２が設けら
れる。

以上、第５図、第６図の各実施例に示した導波路−プリ
ズム結合器においては、ギャップ層３と誘電性接着剤層
５とが接触している領域中で、入射光と導波光とが結合
する開口部３１を除いた領域の一部若しくは全部につい
て、誘電体媒質（プリズム）４の一部の構成部材を除去
したことにより、その除去部が誘電性接着剤５の逃げ領
域４２として作用し、上記開口部３１の接着剤の溶剤が
均一に発散し得るように作用する。したがって、上記開
口部３１の接着剤の屈折率分布が均一に保たれる。

〔発明の効果〕

以上、図示の実施例に基づいて説明したように。

請求項１記載の導波路−プリズム結合器においては、プ
リズムに入射した光ビームの、必要な結合領域をギャッ
プ層上に形成した開口部で選択し、且つ、ギャップ層と
誘電性接着剤層とが接触している領域中で、上記開口部
と導波光の光路となる部分とを除いた領域の一部若しく
は全部について、基板の深さ方向へ、その構成部材を除
去したことにより、この構成部材の除去部が誘電性接着
剤の逃げ領域として作用し、上記関口部の接着剤の溶剤
が均一に発散し、その開口部の接着剤の屈折率分布を均
一に保つことができる。

従って、この発明によれば、所望の位置へ正確に光を入
射でき、機械的振動や衝撃等の外乱に対して安定で、高
い結合効率を開口部全域に渡って得ることができる、導
波路−プリズム結合器を提供することができる。

また、請求項２記載の導波路−プリズム結合器において
は、プリズムに入射した光ビームの、必要な結合領域を
ギャップ層上に形成した開口部で選択し、その開口部を
除いた周囲の領域の一部若しくは全部について、プリズ
ムの一部の構成部材を除去したことにより、その除去部
が誘電性接着剤の逃げ領域として作用し、上記開口部の
接着剤の溶剤が均一に発散し、その開口部の接゛着剤の
屈折率分布を均一に保つことができる。

従って、この発明によれば、所望の位置へ正確に光を入
射でき９機械的振動や衝撃等の外乱に対して安定で、高
い結合効率を開口部全域に渡って得ることができる、導
波路−プリズム結合器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明による導波路−プリズム結
合器の一例を示す図であって、同図（ａ）は導波路−プ
リズム結合器の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−
Ａ線断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図
である。第２図、第３図、第４図は請求項１記載の発明
による導波路−プリズム結合器の夫々別の実施例を示す
図であって、各図の（ａ）は導波路−プリズム結合器の
平面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は
（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。第５図、第６図は請
求項２記載の発明による導波路−プリズム結合器の夫々
別の実施例を示す図であって、各回の（ａ）は導波路−
プリズム結合器の平面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ線
断面図、Ｃａ）はＣａ）図のＢ　−Ｂ線断面図である。 第７［は従来技術の一例を示す導波路−プリズム結合器
の側面構成図である。 １・・・・基板、２・・・・光導波路層、３・・・・ギ
ャップ層、４・・・・誘電体媒質（プリズム）、５・・
・・誘電性接着層、３１・・・・開口部、３２．４２・
・・・接着剤逃げ領域（構成部材除去部）。 （ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に形成された光導波路層と、その光導波路層
   上に形成された光導波路層よりも低い屈折率を有するギ
   ャップ層と、このギャップ層上に形成された上記光導波
   路層よりも高い屈折率を有する誘電性接着層と、この誘
   電性接着層上に設けられた上記光導波路層よりも高い屈
   折率を有する誘電体媒質とにより構成された導波路−プ
   リズム結合器において、上記ギャップ層と上記誘電性接
   着層とが接触している領域中で、入射光と導波光とが結
   合する開口部と導波光の光路となる部分とを除いた領域
   の一部若しくは全部について、基板の深さ方向へ、その
   構成部材を除去したことを特徴とする導波路−プリズム
   結合器。 ２、基板上に形成された光導波路層と、その光導波路層
   上に形成された光導波路層よりも低い屈折率を有するギ
   ャップ層と、このギャップ層上に形成された上記光導波
   路層よりも高い屈折率を有する誘電性接着層と、この誘
   電性接着層上に設けられた上記光導波路層よりも高い屈
   折率を有する誘電体媒質とにより構成された導波路−プ
   リズム結合器において、上記ギャップ層と上記誘電性接
   着層とが接触している領域中で、入射光と導波光とが結
   合する開口部を除いた領域の一部若しくは全部について
   、誘電体媒質の一部の構成部材を除去したことを特徴と
   する導波路−プリズム結合器。