JPH05307124A - 光結合回路 - Google Patents
光結合回路Info
- Publication number
- JPH05307124A JPH05307124A JP11172292A JP11172292A JPH05307124A JP H05307124 A JPH05307124 A JP H05307124A JP 11172292 A JP11172292 A JP 11172292A JP 11172292 A JP11172292 A JP 11172292A JP H05307124 A JPH05307124 A JP H05307124A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- waveguides
- optical
- refractive index
- coupling circuit
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低損失な光結合回路を提供することにある。
【構成】 基板上に形成された光が伝搬するコア部３，
４と該コア部３，４の周囲の屈折率の低いクラッド部２
からなる光導波路から構成された光回路において、コア
／クラッド間の屈折率差が異なる２種類以上の光導波路
６，７から構成された光回路であって、該光導波路６，
７を近接させ、かつ近接させた部分において一方または
両方の導波路寸法を変えた光結合回路である。
４と該コア部３，４の周囲の屈折率の低いクラッド部２
からなる光導波路から構成された光回路において、コア
／クラッド間の屈折率差が異なる２種類以上の光導波路
６，７から構成された光回路であって、該光導波路６，
７を近接させ、かつ近接させた部分において一方または
両方の導波路寸法を変えた光結合回路である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、比屈折率差が異なる導
波路間で低損失な光パワーの結合が期待できる光結合回
路に関するものである。
波路間で低損失な光パワーの結合が期待できる光結合回
路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光導波回路において、異なる比屈折率差
の導波路を低損失で結合させることは重要である。上記
の機能を有する光結合回路は、テーパー導波路形、
方向性結合器形の２種類に大別できる。
の導波路を低損失で結合させることは重要である。上記
の機能を有する光結合回路は、テーパー導波路形、
方向性結合器形の２種類に大別できる。
【０００３】テーパー導波路形光結合回路を図１に示
す。(a) は平面図であり、(b) は図１(a) に示すＡ−
Ａ′における拡大断面図である。図中、１は基板、２は
クラッド、３，４はコア、６，７は導波路、８はテーパ
ー部である。図１のテーパー導波路において、導波路
６，７の厚さはT1, T2、幅はW1, W2、テーパー部の長さ
はＬ t 、テーパー角はθt となっている。
す。(a) は平面図であり、(b) は図１(a) に示すＡ−
Ａ′における拡大断面図である。図中、１は基板、２は
クラッド、３，４はコア、６，７は導波路、８はテーパ
ー部である。図１のテーパー導波路において、導波路
６，７の厚さはT1, T2、幅はW1, W2、テーパー部の長さ
はＬ t 、テーパー角はθt となっている。
【０００４】方向性結合器形光結合回路を図２に示す。
(a) は平面図であり、(b) は図２(a) のＡ−Ａ′におけ
る拡大断面図である。図中、11は入力部、12, 13は展開
部、14は結合部、15は出力部である。図２の光方向性結
合器において、結合部の導波路間隔はＧ、結合部の長さ
はＬc となっている。
(a) は平面図であり、(b) は図２(a) のＡ−Ａ′におけ
る拡大断面図である。図中、11は入力部、12, 13は展開
部、14は結合部、15は出力部である。図２の光方向性結
合器において、結合部の導波路間隔はＧ、結合部の長さ
はＬc となっている。
【０００５】この種の光結合回路の作製は、特開昭58−
105111号に開示されているように、シリコン基板１に火
炎加水分解法によって多孔質ガラス膜を堆積させる。こ
の場合、まず、図３に示すように、火炎加水分解法によ
り、シリコン基板１の上に、下部のクラッド層として組
成が二酸化珪素(SiO2)の微粒子２′を堆積させ、ついで
コア層として二酸化珪素(SiO2)−二酸化チタン(TiO2)の
微粒子３′を堆積させる。そして、これを焼結処理す
る。この結果、シリコン基板上には、下部クラッドガラ
ス層９およびコアガラス層５が形成される。次に、反応
性イオンエッチング法によって、コアガラス層５をエッ
チングし、導波路６，７を残す。この後、火炎加水分解
法により、コアを覆うように、上部のクラッド層として
再び二酸化珪素(SiO2)の微粒子２′を堆積させ、焼結処
理を施して、上部クラッドガラス10を形成する。
105111号に開示されているように、シリコン基板１に火
炎加水分解法によって多孔質ガラス膜を堆積させる。こ
の場合、まず、図３に示すように、火炎加水分解法によ
り、シリコン基板１の上に、下部のクラッド層として組
成が二酸化珪素(SiO2)の微粒子２′を堆積させ、ついで
コア層として二酸化珪素(SiO2)−二酸化チタン(TiO2)の
微粒子３′を堆積させる。そして、これを焼結処理す
る。この結果、シリコン基板上には、下部クラッドガラ
ス層９およびコアガラス層５が形成される。次に、反応
性イオンエッチング法によって、コアガラス層５をエッ
チングし、導波路６，７を残す。この後、火炎加水分解
法により、コアを覆うように、上部のクラッド層として
再び二酸化珪素(SiO2)の微粒子２′を堆積させ、焼結処
理を施して、上部クラッドガラス10を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、異なる比屈折率
差の導波路を低損失で結合するためには、以下に示すよ
うな問題点が存在した。
差の導波路を低損失で結合するためには、以下に示すよ
うな問題点が存在した。
【０００７】第１に、テーパー導波路形ではテーパー部
でのモード変換損失が発生するので、低損失化するには
限界があった。第２に、方向性結合器形について述べ
る。隣接する異種導波路の比屈折率差が異なる非対称方
向性結合器では、隣接導波路へのパワー結合率ηは次式
によって表わすことができる。
でのモード変換損失が発生するので、低損失化するには
限界があった。第２に、方向性結合器形について述べ
る。隣接する異種導波路の比屈折率差が異なる非対称方
向性結合器では、隣接導波路へのパワー結合率ηは次式
によって表わすことができる。
【数１】
【０００８】ここで、Ｌ0 は完全結合長、κは結合定
数、β1 ，β2 は各導波路の伝搬定数、Ｎeff,1 ，Ｎ
eff,2 は実効屈折率、ｋ0 は自由空間の伝搬定数であ
る。したがって、式(1) によってηは１より小さく、隣
接導波路へ伝達されないパワーが光結合回路の損失とな
る。
数、β1 ，β2 は各導波路の伝搬定数、Ｎeff,1 ，Ｎ
eff,2 は実効屈折率、ｋ0 は自由空間の伝搬定数であ
る。したがって、式(1) によってηは１より小さく、隣
接導波路へ伝達されないパワーが光結合回路の損失とな
る。
【０００９】本発明者は、以上の問題に鑑みて種々の検
討を行い、本発明に至ったものである。すなわち本発明
は、従来の技術で問題であった光結合回路の低損失化の
問題を解消するものである。
討を行い、本発明に至ったものである。すなわち本発明
は、従来の技術で問題であった光結合回路の低損失化の
問題を解消するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明では、基板上に形成された２本の光導波路か
らなる光方向性結合器において、一方または両方の導波
路寸法を変えて双方の伝搬定数を等しくする。
め、本発明では、基板上に形成された２本の光導波路か
らなる光方向性結合器において、一方または両方の導波
路寸法を変えて双方の伝搬定数を等しくする。
【００１１】図４は、本発明に係わる方向性結合器を示
し、(a) は平面図、(b) は図４(a)に示す結合部の拡大
断面図である。図５に示すように、導波路７の幅W2を変
えることによって実効屈折率Ｎeff,2 は導波路６の実効
屈折率Ｎeff,1 に一致させることができる。この結果、
式(1) から明らかなように、結合部の長さＬc として完
全結合長Ｌ0 の奇数倍の値を選択することによって、パ
ワー結合率ηは１、すなわち、無損失で導波路６から導
波路７へパワーを伝達することが可能である。
し、(a) は平面図、(b) は図４(a)に示す結合部の拡大
断面図である。図５に示すように、導波路７の幅W2を変
えることによって実効屈折率Ｎeff,2 は導波路６の実効
屈折率Ｎeff,1 に一致させることができる。この結果、
式(1) から明らかなように、結合部の長さＬc として完
全結合長Ｌ0 の奇数倍の値を選択することによって、パ
ワー結合率ηは１、すなわち、無損失で導波路６から導
波路７へパワーを伝達することが可能である。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。実施例１ この実施例では、コアとクラッドの非屈折率差Δが0.75
％と1.5 ％の異種導波路について、光結合回路を製作し
て本発明の有用性を確認することとする。いま、導波路
６の比屈折率差Δを0.75％、コア寸法W1×T1を7.5 ×7.
5 μm とする。一方、導波路７の比屈折率差Δは1.5
％、コア寸法W2×T2は６×4.5 μm とする。この回路で
は、図６に示すように、結合部の導波路７の幅W2を２μ
m に細くした方向性結合器を用いた構造となっている。
図６(a) は平面図、(b) は図６(a)に示す結合部の拡大
断面図である。
に説明する。実施例１ この実施例では、コアとクラッドの非屈折率差Δが0.75
％と1.5 ％の異種導波路について、光結合回路を製作し
て本発明の有用性を確認することとする。いま、導波路
６の比屈折率差Δを0.75％、コア寸法W1×T1を7.5 ×7.
5 μm とする。一方、導波路７の比屈折率差Δは1.5
％、コア寸法W2×T2は６×4.5 μm とする。この回路で
は、図６に示すように、結合部の導波路７の幅W2を２μ
m に細くした方向性結合器を用いた構造となっている。
図６(a) は平面図、(b) は図６(a)に示す結合部の拡大
断面図である。
【００１３】このような構成を有する光回路は、以下の
手順によって製作される。直径３インチ、厚さ700 μm
のシリコン基板上に、火炎堆積法によって多孔質ガラス
膜を堆積する。その順序は、まずクラッド層として組成
がSiO2−P2O5−B2O3の多孔質ガラス膜を堆積し、次いで
コア層として、SiO2−GeO2−P2O5−B2O3の多孔質ガラス
を堆積した。多孔質ガラスを堆積した基板を、温度1390
℃で２時間熱処理した。次いで、反応性イオンエッチン
グにより、光導波路パターンを形成した。さらに、この
コア層を覆うようにクラッド層を形成する。この結果、
図６に示す方向性結合器が形成され、光結合回路の製作
が完了する。
手順によって製作される。直径３インチ、厚さ700 μm
のシリコン基板上に、火炎堆積法によって多孔質ガラス
膜を堆積する。その順序は、まずクラッド層として組成
がSiO2−P2O5−B2O3の多孔質ガラス膜を堆積し、次いで
コア層として、SiO2−GeO2−P2O5−B2O3の多孔質ガラス
を堆積した。多孔質ガラスを堆積した基板を、温度1390
℃で２時間熱処理した。次いで、反応性イオンエッチン
グにより、光導波路パターンを形成した。さらに、この
コア層を覆うようにクラッド層を形成する。この結果、
図６に示す方向性結合器が形成され、光結合回路の製作
が完了する。
【００１４】この結果、結合部の長さＬc に対し導波路
６から導波路７への結合率ηは、図７に示すように変化
し、結合部の長さとして最適な値を選択することによっ
て、低損失な光結合回路が実現できた。
６から導波路７への結合率ηは、図７に示すように変化
し、結合部の長さとして最適な値を選択することによっ
て、低損失な光結合回路が実現できた。
【００１５】実施例２ この実施例では、導波路６および導波路７を積層した構
造の場合について、光結合回路を製作して本発明の有用
性を確認することとする。この光回路は、第１の実施例
と同じ異種導波路を用いた。図８に示すように、結合部
の導波路７の幅W2を２μm に細くした方向性結合器を用
いた構造となっている。図８(a) は本発明の光結合回路
の平面図、図８(b) は図８(a) に示す結合部の拡大断面
図である。この結果、結合部の長さＬ0 に対し導波路６
から導波路７への結合率は、図９に示すように変化し、
結合部の長さとして最適な値を選択することによって、
低損失な光結合回路が実現できた。
造の場合について、光結合回路を製作して本発明の有用
性を確認することとする。この光回路は、第１の実施例
と同じ異種導波路を用いた。図８に示すように、結合部
の導波路７の幅W2を２μm に細くした方向性結合器を用
いた構造となっている。図８(a) は本発明の光結合回路
の平面図、図８(b) は図８(a) に示す結合部の拡大断面
図である。この結果、結合部の長さＬ0 に対し導波路６
から導波路７への結合率は、図９に示すように変化し、
結合部の長さとして最適な値を選択することによって、
低損失な光結合回路が実現できた。
【００１６】なお、実施例１、実施例２では、石英系ガ
ラス導波路について説明したが、半導体導波路等、他の
導波路に対しても、本発明が適用できることは言うまで
もない。また、Ti拡散LiNbO3導波路、プロトン交換導波
路、イオン交換導波路のような、屈折率分布が分布関数
の場合であっても、本発明が適用できることはもち論で
ある。
ラス導波路について説明したが、半導体導波路等、他の
導波路に対しても、本発明が適用できることは言うまで
もない。また、Ti拡散LiNbO3導波路、プロトン交換導波
路、イオン交換導波路のような、屈折率分布が分布関数
の場合であっても、本発明が適用できることはもち論で
ある。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光結合回路
は、比屈折率差が異なる導波路間で低損失な光パワーの
結合ができる利点がある。
は、比屈折率差が異なる導波路間で低損失な光パワーの
結合ができる利点がある。
【図１】(a) は、テーパー導波路形光結合回路の平面図
である。(b) は、図１(a) のＡ−Ａ′における拡大断面
図である。
である。(b) は、図１(a) のＡ−Ａ′における拡大断面
図である。
【図２】(a) は、方向性結合器形光結合回路の平面図で
ある。(b) は、図２(a) のＡ−Ａ′における拡大断面図
である。
ある。(b) は、図２(a) のＡ−Ａ′における拡大断面図
である。
【図３】光結合回路の製作工程を示す図である。
【図４】(a) は、本発明に係わる方向性結合器の平面図
である。(b) は、図４(a) に示す結合部の拡大断面図で
ある。
である。(b) は、図４(a) に示す結合部の拡大断面図で
ある。
【図５】本発明の原理を説明する図である。
【図６】(a) は、本発明の光結合回路の実施例１の構成
を示す平面図である。(b) は、図６(a) に示す結合部の
拡大断面図である。
を示す平面図である。(b) は、図６(a) に示す結合部の
拡大断面図である。
【図７】結合部の長さＬc に対し導波路６から導波路７
への結合率を示す図である。
への結合率を示す図である。
【図８】(a) は、本発明の光結合回路の実施例２の構成
を示す平面図である。(b) は、図８(a) に示す結合部の
拡大断面図である。
を示す平面図である。(b) は、図８(a) に示す結合部の
拡大断面図である。
【図９】結合部の長さＬc に対し導波路６から導波路７
への結合率を示す図である。
への結合率を示す図である。
１ 基板 ２ クラッド ２′ SiO2の微粒子 ３，４ コア ３′ SiO2−TiO2微粒子 ６，７ 導波路 ８ テーパー部 ９ 下部クラッドガラス 10 上部クラッドガラス 11 入力部 12, 13 展開部 14 結合部 15 出力部
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成された光が伝搬するコア部
と該コア部の周囲の屈折率の低いクラッド部からなる光
導波路から構成された光回路において、コア／クラッド
間の屈折率差が異なる２種類以上の光導波路から構成さ
れた光回路であって、該光導波路を近接させ、かつ近接
させた部分において一方または両方の導波路寸法を変え
たことを特徴とする光結合回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の光結合回路において、２
種類以上の光導波路が同一面上に形成されたことを特徴
とする光結合回路。 - 【請求項３】 請求項１記載の光結合回路において、２
種類以上の光導波路が積層されて形成されたことを特徴
とする光結合回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11172292A JPH05307124A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 光結合回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11172292A JPH05307124A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 光結合回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05307124A true JPH05307124A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=14568509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11172292A Pending JPH05307124A (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 光結合回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05307124A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007047326A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 熱光学光変調器および光回路 |
| US11275210B1 (en) * | 2018-12-07 | 2022-03-15 | PsiQuantum Corp. | Waveguide couplers for multi-mode waveguides |
| US11391890B1 (en) | 2019-05-15 | 2022-07-19 | PsiQuantum Corp. | Multi-mode spiral delay device |
| US11635570B1 (en) | 2019-02-08 | 2023-04-25 | PsiQuantum Corp. | Multi-mode multi-pass delay |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP11172292A patent/JPH05307124A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007047326A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 熱光学光変調器および光回路 |
| US11275210B1 (en) * | 2018-12-07 | 2022-03-15 | PsiQuantum Corp. | Waveguide couplers for multi-mode waveguides |
| US11714329B1 (en) | 2018-12-07 | 2023-08-01 | PsiQuantum Corp. | Waveguide couplers for multi-mode waveguides |
| US11635570B1 (en) | 2019-02-08 | 2023-04-25 | PsiQuantum Corp. | Multi-mode multi-pass delay |
| US11391890B1 (en) | 2019-05-15 | 2022-07-19 | PsiQuantum Corp. | Multi-mode spiral delay device |
| US11789205B1 (en) | 2019-05-15 | 2023-10-17 | PsiQuantum Corp. | Multi-mode spiral delay device |
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