JPH0422481B2 - - Google Patents

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JPH0422481B2
JPH0422481B2 JP60054326A JP5432685A JPH0422481B2 JP H0422481 B2 JPH0422481 B2 JP H0422481B2 JP 60054326 A JP60054326 A JP 60054326A JP 5432685 A JP5432685 A JP 5432685A JP H0422481 B2 JPH0422481 B2 JP H0422481B2
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JP
Japan
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function
grating lens
pattern
light
optical
Prior art date
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Application number
JP60054326A
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Japanese (ja)
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JPS61213802A (en
Inventor
Genichi Hatagoshi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP5432685A priority Critical patent/JPS61213802A/en
Publication of JPS61213802A publication Critical patent/JPS61213802A/en
Publication of JPH0422481B2 publication Critical patent/JPH0422481B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206Optical features

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば光波を複数個の光フアイバに
分岐したり、複数個の光源若しくは光フアイバか
らの光岐を一つの光フアイバに合波する光カプラ
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to, for example, branching light waves into a plurality of optical fibers, or combining light branches from a plurality of light sources or optical fibers into one optical fiber. Regarding optical couplers.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近時、分岐・合波用の光カプラとして第20図
に示すようなホロカプラが報告されている
(IEEE J.QUANTUM ELECTR0N.QE−11
(1975)794−796)。これは図示の如くホハカプラ
100により一本の光フアイバ102からの光を
二本の光フアイバ104に分岐するものである。
このようなホロカプラ100は、第21図に示す
ように一点から発散する光106と複数個の点に
収束する光108,110との干渉パターンを記
録基板112にホログラフイツクに記録すること
により作製される。この場合、記録基板112と
して厚い乳剤層を持つ記録材料を用いれば比較的
高い回析効率のホロカプラ100を得ることがで
きる。しかしながら、ホログラフイツクに記録し
てホロカプラ100を作製する方法では、使用す
る波長とホログラム記録に用いる波長が異なる場
合にはそれによる収差が問題となる。例えば光通
信に用いられる1μm〜1.6μmの波長帯ではホログ
ラム記録材料として適当なものがなく、そのため
記録には可視光の波長を用いることになるが、こ
の波長の違いによる収差があるため回析光は一点
に集束されず、従つて光フアイバへ光結合する際
に高い効率が得られないことになる。また、この
結合効率の低下は特に単一モードフアイバを用い
る場合に顕著となる。さらに、ホログラフイツク
な方法では記録の際に精密な光学系調整が必要と
され、量産には適さない。また、光カプラの特性
として、分岐された光強度が一定、或いは場合に
よつて所定の分岐比に再現性良く分岐されること
が要求されるが、上述の方法では分岐比を精度良
くコントロールすることが困難である。
Recently, a holo coupler as shown in Figure 20 has been reported as an optical coupler for branching and multiplexing (IEEE J.QUANTUM ELECTR0N.QE−11
(1975) 794−796). As shown in the figure, light from one optical fiber 102 is split into two optical fibers 104 by a Hoha coupler 100.
Such a holo coupler 100 is manufactured by holographically recording an interference pattern of light 106 emanating from one point and light 108, 110 converging at a plurality of points on a recording substrate 112, as shown in FIG. Ru. In this case, if a recording material having a thick emulsion layer is used as the recording substrate 112, a holocoupler 100 with relatively high diffraction efficiency can be obtained. However, in the method of fabricating the holo coupler 100 by holographic recording, if the wavelength used is different from the wavelength used for holographic recording, aberrations due to this will become a problem. For example, there is no suitable hologram recording material in the 1 μm to 1.6 μm wavelength band used for optical communications, so visible light wavelengths are used for recording, but there is aberration due to the difference in wavelength, so diffraction occurs. The light will not be focused to a single point and therefore will not be coupled to an optical fiber with high efficiency. Further, this reduction in coupling efficiency is particularly noticeable when a single mode fiber is used. Furthermore, the holographic method requires precise optical system adjustment during recording, making it unsuitable for mass production. In addition, as a characteristic of an optical coupler, the branched light intensity is required to be constant or, in some cases, to be branched to a predetermined branching ratio with good reproducibility, but the method described above allows for accurate control of the branching ratio. It is difficult to do so.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、各種波長帯の光を使用する場
合にも収差が少なく、また分岐比のコントロール
も可能である量産に適した光カプラを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide an optical coupler suitable for mass production, which has little aberration even when using light in various wavelength bands, and allows control of the branching ratio.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

第1の発明は、入射光を回析するグレーテイン
グレンズを有し、このグレーテイングレンズのパ
ターンが、回析光を略一点に収束させるグレーテ
イングレンズのパターンを表わす第1の関数に対
し略周期的に変化する第2の関数でオフセツトを
与えられた第3の関数によつて形成され、且つ前
記グレーテイングレンズの焦点から見た2次元平
面に描かれていることを特徴とする光カプラを提
供するものである。
The first invention has a grating lens that diffracts incident light, and the pattern of the grating lens is approximately equal to the first function representing the pattern of the grating lens that converges the diffracted light to approximately one point. An optical coupler characterized in that the optical coupler is formed by a third function offset by a periodically changing second function, and is drawn on a two-dimensional plane viewed from the focal point of the grating lens. It provides:

また、第2の発明は、基板上に形成された光導
波路に、この光導波路を伝搬する導波光を回析す
るグレーテイングレンズを有し、このグレーテイ
ングレンズのパターンが、回析光を略一点に収束
させるグレーテイングレンズのパターンを表わす
第1の関数に対し略周期的に変化する第2の関数
でオフセツトを与えられた第3の関数によつて形
成され、且つ前記グレーテイングレンズの焦点か
ら見た2次元平面に描かれていることを特徴とす
る光カプラを提供するものである。
Further, in a second invention, the optical waveguide formed on the substrate has a grating lens that diffracts the guided light propagating through the optical waveguide, and the pattern of the grating lens substantially reflects the diffracted light. The focal point of the grating lens is formed by a third function offset by a second function that changes approximately periodically with respect to a first function representing a pattern of the grating lens to be converged to one point; The present invention provides an optical coupler characterized in that it is drawn on a two-dimensional plane viewed from.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によればグレーテイングレンズの周期に
周期関数のオフセツトを与えることで任意の分岐
数及び分岐比を持つた光カプラを容易に実現する
ことができる。しかも本発明による光カプラはフ
オトマスク等に用いて容易に製造でき量産化に適
している。また、光導波路に本発明におけるグレ
ーテイングレンズを設けることにより、分岐数、
分岐比の制御された光導波路型の光カプラを得る
ことができる。
According to the present invention, by giving an offset of a periodic function to the period of the grating lens, it is possible to easily realize an optical coupler having an arbitrary number of branches and branching ratio. Moreover, the optical coupler according to the present invention can be easily manufactured for use in photomasks, etc., and is suitable for mass production. Furthermore, by providing the grating lens of the present invention in the optical waveguide, the number of branches can be increased.
An optical waveguide type optical coupler with a controlled branching ratio can be obtained.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第1図は本発明の第1の実施例を示すもので
ある。これは半導体レーザ2から出射された光が
グレーテイングレンズ4を有する光カプラ6によ
り回析されて等間隔に並んだ複数の光フアイバ8
に入射されるようになつている。以下、図示の如
き光カプラ6の原理を第2図及び第3図を参照し
て説明する。ここでは、第2図に示すように第1
図と同様の光カプラ3のグレーテイングレンズ4
面とこのレンズの焦点面10にそれぞれxy座標
とξη座標をとつている。この光カプラ6は同心
円状のグレーテイング模様を有しており、このグ
レーテイングレンズ4の位相Ω(x,y)は、次
式で与えられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the invention. In this structure, light emitted from a semiconductor laser 2 is diffracted by an optical coupler 6 having a grating lens 4, and then transmitted through a plurality of optical fibers 8 arranged at equal intervals.
It is now being injected into the Hereinafter, the principle of the optical coupler 6 as shown will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. Here, the first
Grating lens 4 of optical coupler 3 similar to the figure
The xy coordinate and the ξη coordinate are respectively set on the surface and the focal plane 10 of this lens. This optical coupler 6 has a concentric grating pattern, and the phase Ω(x,y) of this grating lens 4 is given by the following equation.

Ω(x,y)=Ω0(x,y)+Ω1(x) …… ここで、Ω0(x,y)は光源12から出射され
た光14と焦点16に収束する光18とのxy面
における位相差であり、Ω1(x)は位相のオフセ
ツトを与える関数でx方向の周期がΛの周期関数
である。このように本発明は光カプラのグレーテ
イングレンズの位相関数が周期的に変化する関数
でオフセツトを与えられていることを特徴として
いる。このような構成において焦点面10上の点
Q(ξ,η)における光カプラ6の回析光の強度
I(ξ,η)は近軸近似を用いると次式で表わさ
れる。
Ω (x, y) = Ω 0 (x, y) + Ω 1 (x) ... Here, Ω 0 (x, y) is the difference between the light 14 emitted from the light source 12 and the light 18 converging on the focal point 16. It is a phase difference in the xy plane, and Ω 1 (x) is a function giving a phase offset, and is a periodic function whose period in the x direction is Λ. As described above, the present invention is characterized in that the phase function of the grating lens of the optical coupler is a function that changes periodically and is given an offset. In such a configuration, the intensity I (ξ, η) of the diffracted light from the optical coupler 6 at a point Q (ξ, η) on the focal plane 10 is expressed by the following equation using paraxial approximation.

I(ξ,η)∝{|a(ξ)|2sinC2(Mπξ/d)
/sinC2(πξ/d)}sinC2(πn0B/λfη)…… (sinCx≡sinx/x) ここで、λは光の波長、fはグレーテイングレ
ンズ2と焦点面10との距離、n0はグレーテイン
グレンズ2と焦点面10との間にある媒質の屈折
率、A及びBはx方向及びy方向のグレーテイン
グレンズの大きさ(長さ)、またM及びdは次式
で与えられる量である。
I(ξ, η)∝{|a(ξ)| 2 sinC 2 (Mπξ/d)
/sinC 2 (πξ/d)}sinC 2 (πn 0 B/λfη)... (sinCx≡sinx/x) Here, λ is the wavelength of light, f is the distance between the grating lens 2 and the focal plane 10, n 0 is the refractive index of the medium between the grating lens 2 and the focal plane 10, A and B are the sizes (lengths) of the grating lens in the x and y directions, and M and d are the following formulas. It is the amount given.

M=A/Λ …… d=λf/(n0Λ) …… また、式中のa(ξ)は位相関数Ω1(x)に
より決まる関数で次式で与えられる。
M=A/Λ... d=λf/(n 0 Λ)... Also, a(ξ) in the equation is a function determined by the phase function Ω 1 (x) and is given by the following equation.

a(ξ)=1/ΛA Oexp{i(Ω1+2πn0/λfξx)
}dx …… 式で示されるようにI(ξ,η)は(md,
0)においてピークを持つ関数である(m=0,
±1,±2,…)。すなわち、ξη面上では距離d
で等間隔に位置する複数個の点に回析光が収束す
ることになる。従つて、このような構造のグレー
テイングレンズにより第1図に示したような1:
Nの分岐あるいは配置を逆にするとN:1の合波
の機能を持つ光カプラが実現できる。この場合、
複数個の焦点の間隔dと関数Ω1の周期Λとは
式の関係で与えられる。
a(ξ)=1/Λ A O exp{i(Ω 1 +2πn 0 /λfξx)
}dx... As shown in the formula, I (ξ, η) is (md,
0) is a function that has a peak at (m=0,
±1, ±2,…). In other words, on the ξη plane, the distance d
The diffracted light will converge on multiple points located at equal intervals. Therefore, by using a grating lens having such a structure, a structure 1 as shown in FIG. 1 can be obtained.
By reversing the N branching or arrangement, an optical coupler having an N:1 multiplexing function can be realized. in this case,
The distance d between the plurality of focal points and the period Λ of the function Ω 1 are given by the following equation.

第3図に焦点面におけばξ方向の強度分布を示
す。この図で実線はsinC2(Mπξ/d)/sinC2
(πξ/d)、破線は|a(ξ)|2の分布を表わして
おり、実際の強度分布は両者の績になる。ξ=
md(m=0,±1,±2,…)においてsinC2
(Mπξ/d)/sinC2(πξ/d)は1となるから、
結局各焦点に収束する光の強度比は|a(md)|2
で決まることになる。a(ξ)はΩ1を用いて式
で表わされるので、関数Ω1を変えることにより、
様々な分岐強度比の光カプラを設計できる。
FIG. 3 shows the intensity distribution in the ξ direction in the focal plane. In this figure, the solid line is sinC 2 (Mπξ/d)/sinC 2
(πξ/d), and the broken line represents the distribution of |a(ξ)| 2 , and the actual intensity distribution is the result of both. ξ=
sinC 2 in md (m=0, ±1, ±2,…)
(Mπξ/d)/sinC 2 (πξ/d) is 1, so
In the end, the intensity ratio of the light that converges at each focal point is |a(md)| 2
It will be decided. Since a(ξ) is expressed by the formula using Ω 1 , by changing the function Ω 1 ,
Optical couplers with various branch strength ratios can be designed.

第4図aはΩ1(x)=0すなわち、位相のオフ
セツトがない場合のパターンの一例で、入射光を
一点にのみ収束させるグレーテイングレンズのパ
ターンに相当する。この場合の関数Ω1の具体的
な与え方の一例としては第4図bに示すようにN
等分したものがある。このN等分した各区間では Ω1=αo (n=0〜N−1)…… とした場合を考える。第4図bに示すパターンの
Ω1は、α0,α1,…、α4から構成され第4図cに
示すようになる。一般には、式と式より |a(md)|2=1/N2sinC2mπ/N|N-1n=0 exp{i(2πnm/N+αo)}|2 …… ここで、分岐数Nを例えば第4図に示すように
N=5とすると、式を用いて |a(−2d)|2=|a(−d)|2=|a(o)|2
|a(d)|2=|a(2d)|2 …… を解くことによりαoが求まる。
FIG. 4a shows an example of a pattern when Ω 1 (x)=0, that is, there is no phase offset, and corresponds to the pattern of a grating lens that converges incident light to only one point. As an example of how to give the function Ω 1 in this case, as shown in Figure 4b, N
There are equal parts. Consider the case where Ω 1o (n=0 to N-1)... in each of these N equally divided sections. Ω 1 in the pattern shown in FIG. 4b is composed of α 0 , α 1 , . . . , α 4 as shown in FIG. 4c. In general, from the equations |a(md)| 2 = 1/N 2 sinC 2 mπ/N | N-1n=0 exp {i(2πnm/N+α o )}| 2 ... Here, branch For example, if the number N is 5 as shown in Figure 4, then using the formula |a(-2d)| 2 =|a(-d)| 2 =|a(o)| 2 =
α o is found by solving |a(d)| 2 = |a(2d) | 2 ....

位相のオフセツトの関数Ω1の他の例としては
第5図a,bに示すようなものもある。この場
合、第5図bのようなΩ1(x)とすればグレーテ
イングレンズのパターンは第5図aのような斜線
パターンとなる。このとき周期Λ内のx1,x2点の
パターンのΩ1(x)=0のときに対するそれぞれ
のずれδ(x1),δ(x2)は、グレーテイングレン
ズのピツチをL(x)とすると δ(x1)=L(x1)・Ω1(x1)/2π δ(x2)=L(x2)・Ω1(x2)/2π で与えられる。
Other examples of the phase offset function Ω 1 are shown in FIGS. 5a and 5b. In this case, if Ω 1 (x) is set as shown in FIG. 5b, the pattern of the grating lens becomes a diagonal line pattern as shown in FIG. 5a. At this time, the respective deviations δ(x 1 ) and δ(x 2 ) of the pattern of x 1 and x 2 points within the period Λ from when Ω 1 (x) = 0 are such that the pitch of the grating lens is L(x ), it is given by δ(x 1 )=L(x 1 )・Ω 1 (x 1 )/2π δ(x 2 )=L(x 2 )・Ω 1 (x 2 )/2π.

この他、関数Ω1の例としては第6図に示すよ
うなものであつても良い。
In addition, an example of the function Ω 1 may be as shown in FIG. 6.

次に第7図は、第4図に示すような光カプラに
よる回析光強度分布のシミユレーシヨン結果を示
したものである。同時にαoを調整して分岐数を3
とした場合の結果を第8図に示す。第7図、第8
図を比較して判るように、分岐数に対してΛの分
割数Nが多いほど自由度が増すため、所要の分岐
以外への回析光パワーを小さくすることができ
る。さらに必要に応じて各分岐への強度比を異な
るように設計することも可能である。
Next, FIG. 7 shows a simulation result of the diffracted light intensity distribution by the optical coupler as shown in FIG. 4. At the same time, adjust α o to increase the number of branches to 3.
The results are shown in Figure 8. Figures 7 and 8
As can be seen by comparing the figures, the degree of freedom increases as the number of divisions N of Λ increases with respect to the number of branches, so it is possible to reduce the power of the diffracted light to branches other than the required branches. Furthermore, it is also possible to design the strength ratios to each branch to be different if necessary.

尚、第7図、第8図では5分岐、3分岐の場合
を示したが、この各分岐された光強度は、適宜制
御することができる。この分岐比の制御は、式
で各焦点の光強度に任意の比を与えてαoを得るこ
とにより可能である。
Although FIGS. 7 and 8 show cases of five branches and three branches, the intensity of each branched light can be controlled as appropriate. This branching ratio can be controlled by giving an arbitrary ratio to the light intensity at each focal point using the formula to obtain α o .

また、グレーテイングレンズのパターンとして
は振幅型のバイナリーパターンでも良く、また第
9図に示すように、レリーフ型(位相型)バイナ
リーパターンすなわち、グレーテイングレンズ基
板20の厚さをグレーテイングの位相に応じて変
えたパターンとしても良い。このようなパターン
は電子ビーム露光による直接描画あるいはフオト
マスクによるレジストの露光、現象によつて作製
可能であり、またレプリカによる量産にも適して
いる。
Further, the pattern of the grating lens may be an amplitude type binary pattern, or as shown in FIG. The pattern may be changed depending on the situation. Such a pattern can be produced by direct drawing using electron beam exposure, exposure of a resist using a photomask, and phenomenon, and is also suitable for mass production using replicas.

第10図はさらに回析効率を向上させるため、
ブレーズ化したレリーフ型グレーテイングとした
例である。このような形状の場合にもレプリカ複
製が可能である。
Figure 10 shows that in order to further improve the diffraction efficiency,
This is an example of a blazed relief grating. Replica copying is also possible in the case of such a shape.

次に本発明の第2の実施例を第11図に示す。
この図に示した光カプラ22は光フアイバ24か
ら出射された光を2次元的に並べられた光フアイ
バ26へ結合される。この場合グレーテイングレ
ンズ28の位相にオフセツトを与える関数Ω1は、
x方向だけでなくy方向にも周期的に変化する関
数となつている。
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
The optical coupler 22 shown in this figure couples the light emitted from the optical fiber 24 to the two-dimensionally arranged optical fibers 26. In this case, the function Ω 1 that offsets the phase of the grating lens 28 is:
It is a function that changes periodically not only in the x direction but also in the y direction.

また上述の例では光分岐の機能を示したが、入
出力を逆にすると光合波も実現できる。第12図
は本発明の第3の実施例を示したものである。こ
の例では複数の半導体レーザ30から出射された
光が光カプラ32により一本の光フアイバ34に
結合される。このように本発明による光カプラを
合波器として用いる場合には光源の波長誤差の許
容度を比較的大きくとれるという利点がある。こ
れはグレーテイングレンズがインライン型である
ことによる。従つて同一波長だけでなく、20〜50
Å程度の狭い波長間隔で並人だ光源からの光を光
フアイバに結合させる波長多重用合波器としても
使用できる。
Furthermore, although the above example shows the function of optical branching, optical multiplexing can also be realized by reversing the input and output. FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention. In this example, light emitted from a plurality of semiconductor lasers 30 is coupled to one optical fiber 34 by an optical coupler 32. As described above, when the optical coupler according to the present invention is used as a multiplexer, there is an advantage that the tolerance for the wavelength error of the light source can be relatively large. This is because the grating lens is an inline type. Therefore, not only the same wavelength, but also 20 to 50
It can also be used as a wavelength multiplexing multiplexer that couples light from an ordinary light source to an optical fiber at wavelength intervals as narrow as Å.

また以上示した透過型グレーテイングとしての
使用の他に、金属蒸着などにより反射型のグレー
テイングを用いた光カプラの設計も可能である。
In addition to the above-mentioned use as a transmission type grating, it is also possible to design an optical coupler using a reflection type grating by metal vapor deposition or the like.

尚、式は近軸近似による式であるが、焦点距
離に比較してグレーテイングレンズの大きさがそ
れほど大きくなり場合には、この近似を用いても
大きな収差は生じない。開口数が大きい場合およ
び焦点の間隔が大きい場合にはグレーテイングレ
ンズの外周である程度の収差が生ずる。この場合
例えば分岐数が2の場合に対して収差を押えるに
は以下のようにすれば良い。すなわち第13図に
示すように2つの焦点F1,F2に対し、オフセツ
トを与える関数Ω1(x,y)を次式で与える。
Note that the equation is based on paraxial approximation, but if the size of the grating lens becomes much larger than the focal length, no large aberration will occur even if this approximation is used. When the numerical aperture is large and when the distance between the focal points is large, a certain amount of aberration occurs at the outer periphery of the grating lens. In this case, for example, in the case where the number of branches is 2, the aberration can be suppressed as follows. That is, as shown in FIG. 13, a function Ω 1 (x, y) that provides an offset for two focal points F 1 and F 2 is given by the following equation.

Ω1(x,y)=2πn0/λ(l1−l2)…… ここでl1,l2は点(x,y)とF1およびF2との
距離である。このときΩ1(x,y)=mλ(m:整
数)となる等位相線36は次式で表わされるよう
な双曲線となる。
Ω 1 (x,y)=2πn 0 /λ(l 1 −l 2 )... Here, l 1 and l 2 are the distances between the point (x, y) and F 1 and F 2 . At this time, the equiphase line 36 where Ω 1 (x, y)=mλ (m: integer) becomes a hyperbola as expressed by the following equation.

4{(n0d)2−(mλ)2}x2−4(mλ)2y2=(mλ
2
{4(n0f)2+(n0d)2−(mλ)2} …… fが大きい場合にはd≪f、mλ≪fより上式
は x=mλf/n0d…… となり、一周期分の間隔はΛ=λf/(n0d)すな
わち式で表わされる関係となる。
4 {(n 0 d) 2 − (mλ) 2 }x 2 −4 (mλ) 2 y 2 = (mλ
) 2
{4(n 0 f) 2 + (n 0 d) 2 − (mλ) 2 } ... If f is large, d≪f, mλ≪f, so the above equation becomes x=mλf/n 0 d... , the interval for one period is Λ=λf/(n 0 d), that is, the relationship expressed by the equation.

次に本発明の第3の実施例を第14図を参照し
て説明する。この例では誘電体基板50上に形成
された2次元導波路層52及びこの導波路上に形
成された導波路グレーテイングレンズ54により
光カプラが構成されている。これによれば半導体
レーザ56から出射された光は、光導波路層52
を伝搬する導波光58となり、さらにこの導波光
58は導波路グレーテイングレンズ54により回
析されて導波路端面60上に位置する複数個の焦
点に収束し、それぞれの収束光が複数本のフアイ
バ62に結合される。さらに第15図bに第14
図に示したグレーテイングレンズ54のパターン
例を示す。第15図aに示したパターンはΩ1
(x)=0すなわち、位相のオフセツトがない場合
のパターンで、入射導波光を一点のみに収束され
るグレーテイングレンズのパターンに相当する。
一方右側に示したのがΩ1(x)として周期Λのあ
る周期関係をとつたもので、格子の位相て場所に
より、もとのパターンとはずれている。このずれ
δ(x)はグレーテイングピツチL(x)用いて、 δ(x)=L(x)・Ω1(x)/(2π)…… で与えられる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, an optical coupler is configured by a two-dimensional waveguide layer 52 formed on a dielectric substrate 50 and a waveguide grating lens 54 formed on this waveguide. According to this, the light emitted from the semiconductor laser 56 is transmitted to the optical waveguide layer 52.
This guided light 58 is further diffracted by the waveguide grating lens 54 and converged on a plurality of focal points located on the waveguide end face 60, and each converged light is transmitted through a plurality of fibers. 62. Furthermore, in Figure 15b, the 14th
An example of the pattern of the grating lens 54 shown in the figure is shown. The pattern shown in Figure 15a is Ω 1
(x)=0, that is, this is the pattern when there is no phase offset, and corresponds to the pattern of a grating lens that converges the incident waveguide light to only one point.
On the other hand, the one shown on the right is a periodic relationship with period Λ as Ω 1 (x), which deviates from the original pattern depending on the location of the phase of the grating. This deviation δ(x) is given by δ(x)=L(x)·Ω 1 (x)/(2π)... using the grating pitch L(x).

第15図のようなパターンは電子ビーム露光に
よる直接描画あるいはフオトマスクによるレジス
トの露光、現象によつて形成可能である。
A pattern such as that shown in FIG. 15 can be formed by direct drawing using electron beam exposure or by exposing a resist using a photomask.

光導波路に形成するグレーテイングレンズ形状
の他の例を第16図に示す。この例では導波光の
進行方向のレンズ厚さを変えることにより位相を
付加している。第17図に示す例では光フアイバ
64より入射された光はグレーテイングレンズ6
6により回析され、基板50中を伝搬する放射モ
ードとなつて基板端面68に接続された複数の光
フアイバ70に結合される。この場合の位相にオ
フセツトを与える関数Ω1(x,y)の等位相線を
第18図に実線で示す。図中破線はオフセツトを
与えない場合のグレーテイングレンズパターンを
表わす。この場合、第17図の光フアイバ70が
並んでいる直線からfだけ離れた直線72上にお
ける等位相線の間隔Λは光フアイバの間隔dに対
して式の関係で与えられる。ただしこの場合n0
は基板1の屈折率を表わすことになる。Zの値に
より、距離fが異なるので等位相線は第18図に
示したような曲線となる。
Another example of the shape of the grating lens formed in the optical waveguide is shown in FIG. In this example, phase is added by changing the lens thickness in the traveling direction of the guided light. In the example shown in FIG. 17, the light incident from the optical fiber 64 is transmitted to the grating lens 6
6, becomes a radiation mode that propagates through the substrate 50, and is coupled to a plurality of optical fibers 70 connected to the substrate end surface 68. In this case, the equiphase line of the function Ω 1 (x, y) that provides an offset to the phase is shown by a solid line in FIG. The broken line in the figure represents the grating lens pattern when no offset is provided. In this case, the interval Λ between equiphase lines on the straight line 72 separated by f from the straight line along which the optical fibers 70 in FIG. However, in this case n 0
represents the refractive index of the substrate 1. Since the distance f varies depending on the value of Z, the equiphase line becomes a curve as shown in FIG.

第19図は本発明の第3の実施例を示したもの
である。この例では光フアイバ74は2次元的に
並べられており、Ω1もそれに対応して2方向で
周期的に変わる関数となつている。
FIG. 19 shows a third embodiment of the present invention. In this example, the optical fibers 74 are arranged two-dimensionally, and Ω 1 corresponds to a function that changes periodically in two directions.

以上は光分岐の例を示したが、入出力を逆にす
ると光合波も実現できる。
The above example shows optical branching, but optical multiplexing can also be realized by reversing the input and output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による光カプラの一例を示す
図、第2図乃至第13図は光学基板に形成した光
カプラを示す図、第14図乃至第19図は光導波
路に形成した光カプラを示す図、第20図及び第
21図は従来例を示す図である。 2,12,30,56……光源、4,54,6
6……グレーテイングレンズ、6,22,32…
…光カプラ、8,24,26,30,34,6
2,64,70,74……光フアイバ、10……
焦点面、16……焦点、52……光導波路層。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical coupler according to the present invention, FIGS. 2 to 13 are diagrams showing an optical coupler formed on an optical substrate, and FIGS. 14 to 19 are diagrams showing an optical coupler formed on an optical waveguide. 20 and 21 are diagrams showing conventional examples. 2, 12, 30, 56... light source, 4, 54, 6
6...Grating lens, 6, 22, 32...
...Optical coupler, 8, 24, 26, 30, 34, 6
2,64,70,74...optical fiber, 10...
Focal plane, 16... Focal point, 52... Optical waveguide layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入射光を回析するグレーテイングレンズを有
し、このグレーテイングレンズのパターンが、回
析光を略一点に収束させるグレーテイングレンズ
のパターンを表わす第1の関数に対し略周期的に
変化する第2の関数でオフセツトを与えられた第
3の関数によつて形成され、且つ前記グレーテイ
ングレンズの焦点から見た2次元平面に描かれて
いることを特徴とする光カプラ。 2 前記第2の関数の周期Λは、 Λ=λf/(n0d) 但し λ:使用する光の波長 d:第3の関数により形成されたグレーテイン
グレンズの焦点の間隔 f:第3の関数により形成されたグレーテイン
グレンズのパターン面と焦点との距離 n0:第3の関数により形成されたグレーテイン
グレンズのパターン面と焦点との間にある媒
質の屈折率 で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の光カプラ。 3 前記第2の関数の周期は前記第3の関数によ
り形成されたグレーテイングレンズのパターンの
2方向で異なることを特徴とする特許請求の範囲
第2項記載の光カプラ。 4 基板上に形成された光導波路に、この光導波
路を伝搬する導波光を回析するグレーテイングレ
ンズを有し、このグレーテイングレンズのパター
ンが、回析光を略一点に収束させるグレーテイン
グレンズのパターンを表わす第1の関数に対し略
周期的に変化する第2の関数でオフセツトを与え
られた第3の関数によつて形成され、且つ前記グ
レーテイングレンズの焦点から見た2次元平面に
描かれていることを特徴とする光カプラ。
[Scope of Claims] 1. A grating lens that diffracts incident light, and a pattern of the grating lens that corresponds to a first function representing a pattern of the grating lens that converges the diffracted light to approximately one point. Light characterized by being formed by a third function offset by a second function that changes approximately periodically, and being drawn on a two-dimensional plane viewed from the focal point of the grating lens. coupler. 2 The period Λ of the second function is: Λ=λf/(n 0 d) where λ: Wavelength of the light used d: Distance between focal points of the grating lens formed by the third function f: Third function Distance n 0 between the pattern surface of the grating lens formed by the third function and the focal point: It is characterized by being expressed by the refractive index of the medium between the pattern surface of the grating lens formed by the third function and the focal point. An optical coupler according to claim 1. 3. The optical coupler according to claim 2, wherein the period of the second function is different in two directions of the grating lens pattern formed by the third function. 4. An optical waveguide formed on a substrate has a grating lens that diffracts the guided light propagating through the optical waveguide, and the pattern of the grating lens converges the diffracted light to approximately one point. is formed by a third function that is offset by a second function that changes approximately periodically with respect to a first function that represents a pattern of An optical coupler characterized by what is depicted.
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