JPH05264853A - Waveguide type optical device - Google Patents

Waveguide type optical device

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Publication number
JPH05264853A
JPH05264853A JP6381692A JP6381692A JPH05264853A JP H05264853 A JPH05264853 A JP H05264853A JP 6381692 A JP6381692 A JP 6381692A JP 6381692 A JP6381692 A JP 6381692A JP H05264853 A JPH05264853 A JP H05264853A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical waveguide
waveguide
optical fiber
groove
Prior art date
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Pending
Application number
JP6381692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaru Yui
大 油井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP6381692A priority Critical patent/JPH05264853A/en
Publication of JPH05264853A publication Critical patent/JPH05264853A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To easily provide the optical waveguide type device which can make extremely low-loss optical connection with good reproducibility. CONSTITUTION:A groove 1a constituted of a main path and branch path is formed on a dielectric substrate 1 and an optical waveguide 2 is formed in the groove 1a of the confluent part of the prescribed length of the main path and the branch path as well as the branch path part. An optical fiber 4 has a clad of a prescribed thickness and is imposed by being pressed at two points to the optical waveguide 2 within the groove 1a of the main path part and is fixed by a resin 5. Electrodes 3 for phase modulation are formed on both sides of the optical waveguide 2 in the branch path part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバネットワーク
等に用いられる導波路型光デバイスに関し、特に、光フ
ァイバとの接続構造に特徴を有する導波路型光デバイス
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical device used in an optical fiber network or the like, and more particularly to a waveguide type optical device characterized by a connection structure with an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光導波路と光ファイバとの光学的
接続には、基板に形成された光導波路の導波方向と光フ
ァイバの芯線方向とを突き合わす、いわゆる突き合わせ
結合による接続構造が一般的に採用されている。この種
の突き合わせ結合は、例えば、特開昭63−12720
7号公報に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for optical connection between an optical waveguide and an optical fiber, a connection structure by so-called butt coupling in which the waveguide direction of the optical waveguide formed on a substrate and the core line direction of the optical fiber are abutted is generally used. Has been adopted. This type of butt joint is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-12720.
No. 7 publication.

【0003】また、光導波路と光ファイバとの接続部に
おける光損失の低減を図るため、光導波路の電磁界フィ
ールド分布を光ファイバのそれに近付ける工夫も行われ
ている。このような技術としては、例えば、特開昭61
−134731号公報に開示されたものがある。同公報
には、基板端部における光導波路の入出力端を円形化さ
せて光ファイバ形状に近付けることにより、フィールド
分布の均一化が工夫されており、接続部における光損失
の低減化が図られている。
Further, in order to reduce the optical loss at the connecting portion between the optical waveguide and the optical fiber, a device for making the electromagnetic field field distribution of the optical waveguide close to that of the optical fiber has been made. As such a technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-61
There is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 134731. In this publication, the input and output ends of the optical waveguide at the end of the substrate are circularized so as to approximate the shape of the optical fiber, so that the field distribution is made uniform, and the optical loss at the connection is reduced. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の突き合わせ結合においては、光導波路の導波方向と
光ファイバの芯線方向とを一致させるためのアライメン
トがずれてしまうと、接続部において生じる光損失は増
大してしまう。また、光導波路のフィールド分布と光フ
ァイバのそれとが一致しないため、光モードのミスマッ
チが生じ、接続損失は増大する。
However, in the conventional butt-coupling described above, if the alignment for aligning the waveguide direction of the optical waveguide and the core line direction of the optical fiber is deviated, the optical loss caused at the connection portion is lost. Will increase. In addition, since the field distribution of the optical waveguide does not match that of the optical fiber, optical mode mismatch occurs and the connection loss increases.

【0005】一方、フィールド分布を近付ける工夫をし
た上記従来の結合においては、その接続構造を実現する
製造プロセスが複雑である。また、プロセスの制御性も
良くなく、同一構造の再現性に劣っている。
On the other hand, in the above-mentioned conventional coupling in which the field distribution is made closer, the manufacturing process for realizing the connection structure is complicated. Moreover, the controllability of the process is not good, and the reproducibility of the same structure is poor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、本路および分岐路か
ら構成される溝が形成された基板と、本路および分岐路
の所定長さの合流部分並びに分岐路部分の上記溝中に形
成された光導波路と、本路部分の上記溝内で光導波路に
一部当接して載置された所定厚さのクラッドを持つ光フ
ァイバとを備えて導波路型光デバイスが形成されたもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and a substrate having a groove formed of a main passage and a branch passage, and a predetermined shape of the main passage and the branch passage. An optical fiber having an optical waveguide formed in the groove of the merging portion of the length and the branch passage portion and a clad of a predetermined thickness placed in contact with the optical waveguide in the groove of the main passage portion. And a waveguide type optical device is formed.

【0007】[0007]

【作用】本路部分に形成された光導波路と光ファイバと
は方向性結合器を構成し、光導波路および光ファイバ間
で光の授受が行われる。また、光導波路の合流部分の長
さを方向性結合器の完全結合長の奇数倍に設定すること
により、光導波路または光ファイバを導波する全ての光
が光ファイバまたは光導波路に移行する。
The optical waveguide and the optical fiber formed in the main path portion form a directional coupler, and light is transmitted and received between the optical waveguide and the optical fiber. Further, by setting the length of the merging portion of the optical waveguide to an odd multiple of the complete coupling length of the directional coupler, all the light guided in the optical waveguide or the optical fiber is transferred to the optical fiber or the optical waveguide.

【0008】また、この方向性結合器の結合特性は、合
流部分に接する光ファイバのクラッドの厚さによって定
まる。
The coupling characteristic of this directional coupler is determined by the thickness of the cladding of the optical fiber which is in contact with the merging portion.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の一実施例による導波路型光デ
バイスの構造を示し、同図(a)は斜視図,同図(b)
は断面図である。この光デバイスは以下のように製造さ
れる。
1 shows the structure of a waveguide type optical device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view and FIG.
Is a sectional view. This optical device is manufactured as follows.

【0010】まず、長さ5cmのLiNbO3 誘電体基
板1上に幅15μmの溝形成用のパターニングが行われ
る。次に、反応性イオンエッチング(RIE)により、
深さ15μmの溝1aが形成される。この溝1aは直線
状に形成された本路と、この本路から分岐して再びこの
本路に戻る分岐路とから構成されている。次に、光導波
路形成のためのパターニングが行われ、厚さ100nm
のTi金属が蒸着される。次に、リフトオフ法によって
パターン上の不要なTi金属が除去され、光導波路領域
以外つまり本路および分岐路の合流部分並びに分岐路部
分以外にある金属が取り去られる。その後、1000℃
で5時間の加熱処理が行われる。この加熱処理により、
合流部分および分岐路部分の溝中にあるTi金属が誘電
体基板1内に熱拡散し、光導波路2が形成される。この
光導波路2は本路部分においては2箇所に形成され、こ
れらは基板端部からそれぞれ距離A,Bの長さに形成さ
れている。次に、再び光機能部形成のためのパターニン
グが行われ、このパターン上にCr/Au金属が形成さ
れる。その後、リフトオフ法によって不要な金属が除去
され、位相変調用電極3が形成される。この位相変調用
電極3は、分岐路部分に形成された光導波路2を挟んで
形成されている。
First, patterning for forming a groove having a width of 15 μm is performed on a LiNbO 3 dielectric substrate 1 having a length of 5 cm. Next, by reactive ion etching (RIE),
A groove 1a having a depth of 15 μm is formed. The groove 1a is composed of a straight main road and a branch road that branches from the main road and returns to the main road again. Next, patterning is performed to form an optical waveguide, and the thickness is 100 nm.
Ti metal is deposited. Then, the unnecessary Ti metal on the pattern is removed by the lift-off method, and the metal other than the optical waveguide region, that is, the portion other than the confluence portion of the main path and the branch path and the branch path portion is removed. After that, 1000 ℃
The heat treatment is performed for 5 hours. By this heat treatment,
The Ti metal in the grooves of the confluence portion and the branch path portion is thermally diffused in the dielectric substrate 1 to form the optical waveguide 2. The optical waveguide 2 is formed at two locations in the main path portion, and these are formed with the lengths A and B from the end portion of the substrate, respectively. Next, patterning for forming the optical function portion is performed again, and Cr / Au metal is formed on this pattern. After that, unnecessary metal is removed by the lift-off method, and the phase modulation electrode 3 is formed. The phase modulation electrode 3 is formed so as to sandwich the optical waveguide 2 formed in the branch path portion.

【0011】一方、光ファイバ4は、その一部(約6c
m)がフッ酸に33時間浸され、クラッドの厚さが10
μmになるまで溶かされる。この結果、光ファイバ4の
径はコア径の2〜3倍程度になる。溶かされて細くなっ
たこのファイバ部分は溝1aの本路内に載置され、本路
部分に形成された2箇所の光導波路2に当接される。そ
して、この当接状態を維持するため、同図(b)に示さ
れるように本路部分の溝1a中に樹脂5が流し込まれ、
光ファイバ4は固定される。この状態におけるデバイス
の平面図は図2に示される。なお、光ファイバ4のクラ
ッド部の一部除去は、機械的研磨によって行うことも可
能である。
On the other hand, the optical fiber 4 has a part (about 6c).
m) was soaked in hydrofluoric acid for 33 hours, and the clad thickness was 10
It is melted until it becomes μm. As a result, the diameter of the optical fiber 4 is about 2 to 3 times the core diameter. The melted and thinned fiber portion is placed in the main path of the groove 1a and abutted on two optical waveguides 2 formed in the main path portion. Then, in order to maintain this contact state, the resin 5 is poured into the groove 1a of the main road portion as shown in FIG.
The optical fiber 4 is fixed. A plan view of the device in this state is shown in FIG. It is also possible to partially remove the cladding portion of the optical fiber 4 by mechanical polishing.

【0012】このような本実施例による導波路型光デバ
イスにおいては、本路部分の2箇所に形成された光導波
路2と光ファイバ4との間でエバネッセント波の結合が
生じ、方向性結合器が形成される。このため、光導波路
2および光ファイバ4間で光の授受が行われるようにな
る。この方向性結合器の結合特性は、光導波路2に接す
る光ファイバ4のクラッドの厚さ、つまり、光導波路2
とコア間の距離によって定まる。クラッドの厚さは極め
て制御性良く定まるため、本実施例による光接続構造は
再現性が良く、同一の光結合特性を持つデバイスが製造
されるようになる。
In such a waveguide type optical device according to the present embodiment, the evanescent wave is coupled between the optical waveguide 2 and the optical fiber 4 formed at two points of the main path portion, and the directional coupler is formed. Is formed. Therefore, light is transmitted and received between the optical waveguide 2 and the optical fiber 4. The coupling characteristic of this directional coupler is the thickness of the cladding of the optical fiber 4 in contact with the optical waveguide 2, that is, the optical waveguide 2
And the distance between the cores. Since the thickness of the clad is determined with extremely good controllability, the optical connection structure according to the present embodiment has good reproducibility, and devices having the same optical coupling characteristics can be manufactured.

【0013】また、光導波路2の合流部分の長さA,B
を方向性結合器の完全結合長の奇数倍に設定することに
より、各光線路を導波する光は次のように移行する。す
なわち、図3に示されるように、図示の左方から光ファ
イバ4を導波してきた光の全てが光導波路2に移行し、
さらに、光導波路2に移行した全ての光が光ファイバ4
に移行する。この際、分岐路の光導波路2を挟んで形成
された電極3によって光導波路2を導波する光は位相変
調を受ける。このため、光ファイバ4に入射された光は
光導波路2を導波する間に機能変調を受け、再び光ファ
イバ4に戻されることになる。
The lengths A and B of the merging portions of the optical waveguide 2
Is set to an odd multiple of the full coupling length of the directional coupler, the light guided in each optical line shifts as follows. That is, as shown in FIG. 3, all of the light guided through the optical fiber 4 from the left side of the drawing moves to the optical waveguide 2,
Furthermore, all the light that has moved to the optical waveguide 2 is converted into the optical fiber 4.
Move to. At this time, the light guided through the optical waveguide 2 is phase-modulated by the electrodes 3 formed with the branched optical waveguide 2 interposed therebetween. Therefore, the light incident on the optical fiber 4 undergoes function modulation while being guided through the optical waveguide 2, and is returned to the optical fiber 4 again.

【0014】上記実施例においては、光ファイバ4と光
導波路2とによって方向性結合器が構成され、エバネッ
セント波の結合を生じて光が移行するため、従来のよう
にフィールド分布不整合に起因する光結合損失を生じる
ことはない。また、屈折率の違いによる反射損失を発生
させることなく、光ファイバ4と光導波路2とを接続す
ることができる。また、接続にアライメントを必要とせ
ず、また、軸ずれによる光損失を生じることもない。こ
のため、非常に低損失な光接続が行える導波路型光デバ
イスが再現性よく容易に提供される。
In the above-described embodiment, the optical fiber 4 and the optical waveguide 2 constitute a directional coupler, and the evanescent wave is coupled to shift the light, resulting in the field distribution mismatch as in the conventional case. No optical coupling loss occurs. Further, the optical fiber 4 and the optical waveguide 2 can be connected without causing reflection loss due to the difference in refractive index. In addition, no alignment is required for connection, and no optical loss due to axis deviation occurs. Therefore, a waveguide type optical device capable of very low loss optical connection can be easily provided with good reproducibility.

【0015】なお、上記実施例の説明においては、光導
波路2をLiNbO3 誘電体基板1にTiを拡散して形
成したものとしたが、半導体基板やガラス基板にこれら
基板よりも大きな屈折率を持つ材料を拡散して光導波路
を形成するようにしても良い。また、上記実施例では光
導波路2を挟む電極3を形成して光機能部に位相変調機
能を持たせたが、位相変調に限らず、光導波路の種類に
応じたあらゆる機能を持たせることが可能である。例え
ば、光導波路上に金属を装荷することにより、光機能部
に偏光子作用を持たせるようにしても良い。これら各場
合においても上記実施例と同様な効果が奏される。
Although the optical waveguide 2 is formed by diffusing Ti into the LiNbO 3 dielectric substrate 1 in the above description of the embodiment, a semiconductor substrate or a glass substrate has a larger refractive index than these substrates. You may make it form the optical waveguide by diffusing the material which it has. Further, in the above-mentioned embodiment, the electrodes 3 sandwiching the optical waveguide 2 are formed so that the optical function section has a phase modulation function, but not limited to the phase modulation, it is possible to have any function according to the type of the optical waveguide. It is possible. For example, by loading a metal on the optical waveguide, the optical function section may have a polarizer function. In each of these cases, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、本
路部分に形成された光導波路と光ファイバとは方向性結
合器を構成し、光導波路および光ファイバ間で光の授受
が行われる。また、光導波路の合流部分の長さを方向性
結合器の完全結合長の奇数倍に設定することにより、光
導波路または光ファイバを導波する全ての光が光ファイ
バまたは光導波路に移行する。また、この方向性結合器
の結合特性は、合流部分に接する光ファイバのクラッド
の厚さによって定まる。
As described above, according to the present invention, the optical waveguide and the optical fiber formed in the main path portion form a directional coupler, and light is transmitted and received between the optical waveguide and the optical fiber. Be seen. Further, by setting the length of the merging portion of the optical waveguide to an odd multiple of the complete coupling length of the directional coupler, all the light guided in the optical waveguide or the optical fiber is transferred to the optical fiber or the optical waveguide. Further, the coupling characteristic of this directional coupler is determined by the thickness of the cladding of the optical fiber which is in contact with the merging portion.

【0017】このため、光ファイバのクラッド径および
合流部分の光導波路の長さを所定に設定することによ
り、所望の光結合特性を持つ光接続が再現性良く行え
る。従って、従来の突き合わせ結合による光接続構造
や、フィールド分布を一致させる光接続構造が持つ問題
点を生じることなく、非常に低損失な光接続を行える光
導波路型デバイスが再現性良く容易に提供される。
Therefore, by setting the clad diameter of the optical fiber and the length of the optical waveguide at the confluent portion to a predetermined value, optical connection with desired optical coupling characteristics can be performed with good reproducibility. Therefore, an optical waveguide type device capable of optical connection with very low loss can be easily provided with good reproducibility without causing the problems of the conventional optical connection structure by butt coupling and the optical connection structure for matching the field distribution. It

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

【図1】本発明の一実施例による光導波路型デバイスの
構造を説明するための斜視および断面図である。
FIG. 1 is a perspective view and a sectional view for explaining a structure of an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による光導波路型デバイスを
示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による光導波路型デバイスに
おける光の移行の原理を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing the principle of light migration in an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…LiNbO3 誘電体基板、2…Ti拡散光導波路、
3…位相変調用電極、4…光ファイバ、5…樹脂。
1 ... LiNbO 3 dielectric substrate, 2 ... Ti diffusion optical waveguide,
3 ... Electrode for phase modulation, 4 ... Optical fiber, 5 ... Resin.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 本路および分岐路から構成される溝が形
成された基板と、本路および分岐路の所定長さの合流部
分並びに分岐路部分の前記溝中に形成された光導波路
と、本路部分の前記溝内で前記光導波路に一部当接して
載置された所定厚さのクラッドを持つ光ファイバとを備
えて形成された導波路型光デバイス。
1. A substrate in which a groove formed of a main path and a branch path is formed, and an optical waveguide formed in the groove of the junction part and a branch path part of a predetermined length of the main path and the branch path. A waveguide type optical device formed by including an optical fiber having a clad having a predetermined thickness, which is placed so as to partially contact the optical waveguide in the groove of the main path portion.
【請求項2】 溝を構成する分岐路は本路から分岐して
再び本路に合流し、分岐路部分に形成された光導波路に
は光機能部が形成され、光ファイバは本路部分の溝中に
形成された光導波路の2箇所に当接して載置されている
ことを特徴とする請求項1記載の導波路型光デバイス。
2. The branch path forming the groove branches from the main path and joins the main path again, and an optical function portion is formed in the optical waveguide formed in the branch path portion, and the optical fiber is connected to the main path portion. The waveguide type optical device according to claim 1, wherein the waveguide type optical device is placed in contact with two places of the optical waveguide formed in the groove.
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