JPH06194536A - Optical coupling device - Google Patents

Optical coupling device

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JPH06194536A
JPH06194536A JP34487792A JP34487792A JPH06194536A JP H06194536 A JPH06194536 A JP H06194536A JP 34487792 A JP34487792 A JP 34487792A JP 34487792 A JP34487792 A JP 34487792A JP H06194536 A JPH06194536 A JP H06194536A
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JP
Japan
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optical
optical coupling
coupling device
waveguide
light
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JP34487792A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Mitomi
修 三冨
Hiroshi Miyazawa
弘 宮沢
Kazuo Kasatani
和生 笠谷
Masahiro Ikeda
正宏 池田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide an optical coupling device whose productivity is excellent and capable of accomplishing optical coupling between two different optical functional elements, especially between the optical functional elements which are obtained by integrating plural devices at a small loss. CONSTITUTION:As to the optical coupling device constituted of at least a semiconductor substrate 201 and optical waveguide layers 202 and 203 which are formed on the semiconductor substrate 201 and whose size and refractive index are gradually varied in a light transmission direction, the optical waveguide layers 202 and 203 are branched near a light incident end, or a light emitting end and arranged. Thus, the optical coupling is accomplished at a small loss.

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、光機能デバイスの光導
波路を伝わる光波のスポットサイズを他の光機能デバイ
スに低損失で変換する光結合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 an optical coupling device for converting the spot size of a light wave propagating through an optical waveguide of an optical functional device to another optical functional device with low loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザダイオード(LD)と単一
モードファイバとの間を光結合させる場合、LD素子端
面とファイバを直接突合せ結合(バットジョイント)さ
せると、互いの光導波路光波スポットサイズが異なって
いるために、直接突合せ部の結合損失が問題になる。通
常、LDの光波スポットサイズ(モード半径:W)は1
μm程度であり、ファイバのスポットサイズは約5μm
であるので、この結合損失は約10dBになる。そこ
で、レンズによってスポットサイズを変換する事によっ
て結合損失を低減する方法が一般にとられる。
2. Description of the Related Art In the case of optically coupling a semiconductor laser diode (LD) and a single mode fiber, if the LD element end face and the fiber are directly butt-coupled with each other, the optical waveguide light wave spot sizes are different from each other. Therefore, the coupling loss of the direct butting portion becomes a problem. Usually, the LD light wave spot size (mode radius: W) is 1
The spot size of the fiber is about 5 μm.
Therefore, the coupling loss is about 10 dB. Therefore, a method of reducing the coupling loss by converting the spot size with a lens is generally used.

【0003】複数のレーザダイオード(LD)を形成し
た光機能素子とアレーファイバとの間を、1個のレンズ
で光結合させる場合について、従来の構成例を図5に示
す。図5において、501 は半導体基板、502 は活性領域
(光導波路部)、503 はファイバ、504 はファイバを一
定間隔で固定するためのV−グルーブアレー、505 はレ
ンズである。このような構成においては、LDの集積規
模が大きくなるに従って、レンズの収差等の影響により
結合損失が大きくなるために、1個の半導体基板に集積
できるLDの個数に制限があった。
FIG. 5 shows an example of a conventional configuration in the case of optically coupling an optical fiber having a plurality of laser diodes (LDs) and an array fiber with a single lens. In FIG. 5, 501 is a semiconductor substrate, 502 is an active region (optical waveguide portion), 503 is a fiber, 504 is a V-groove array for fixing the fibers at regular intervals, and 505 is a lens. In such a configuration, as the integration scale of LDs increases, the coupling loss increases due to the influence of lens aberration and the like, and thus the number of LDs that can be integrated on one semiconductor substrate is limited.

【0004】図6に示すようなテーパ状の光導波路によ
り光のスポットサイズを変換する光結合デバイスを、レ
ンズの代わりとして用いる事により、LDとファイバ間
を低損失に光結合させる方法がある。図6(a) は、従来
の光結合デバイスの上面図、(b) は断面図、図7は動作
原理を説明するための図である。すなわち、図7から分
かるように、光導波路のコアー層602 の屈折率差Δn
[=(n1 −n2 )/n1 、n1 :クラッド層601,603
の屈折率、n2 :コアー層602 の屈折率]を一定の大き
さに固定した場合、コアー層602 の厚さt,幅wを0か
ら次第に大きくしていくと、導波光(基本モード光)の
スポットサイズWは、無限の大きさから次第に小さくな
り、極小値をとった後、再び大きくなる関係がある。こ
こで、t,wが大きくなり過ぎると多モード導波路にな
り、高次モード変換による損失が大きくなるために、通
常、この領域の寸法は用いられない。この関係を利用し
て、光結合デバイスのコアー層602 の大きさt,wの設
計においては、光入射端側(LDとの結合側)では、L
D光のスポットサイズ(約1μm)と同程度のスポット
サイズWi を与える寸法wi ,ti (=数100nm 〜数μ
m)に、光出射端側では、ファイバのスポットサイズ
(約5μm)と同程度の大きさスポットサイズWo を与
える寸法to ,wo (=数10〜数100nm )に設定される
(具体的設計例については、例えば1992信学秋季全大,
C-201,1991. 参照)。また、コアー層602の大きさがテ
ーパ状になる領域の長さLは、放射による損失を低減す
るために、〜100 μmから数mm以上の長さに設定され
る。
There is a method of optically coupling the LD and the fiber with low loss by using an optical coupling device for converting the spot size of light by a tapered optical waveguide as shown in FIG. 6 instead of the lens. FIG. 6 (a) is a top view of a conventional optical coupling device, FIG. 6 (b) is a sectional view, and FIG. 7 is a diagram for explaining the operation principle. That is, as can be seen from FIG. 7, the refractive index difference Δn of the core layer 602 of the optical waveguide is
[= (N1-n2) / n1, n1: clad layers 601, 603
, N2: refractive index of the core layer 602] is fixed to a constant value, and when the thickness t and width w of the core layer 602 are gradually increased from 0, guided light (fundamental mode light) is obtained. The spot size W is gradually decreased from an infinite size, has a minimum value, and then increases again. Here, if t and w become too large, a multimode waveguide is formed, and the loss due to the higher-order mode conversion becomes large, so that the size of this region is not usually used. Utilizing this relationship, in designing the sizes t and w of the core layer 602 of the optical coupling device, L is set on the light incident end side (coupling side to the LD).
Dimensions w i and t i (= several 100 nm to several μ) that give a spot size Wi approximately equal to the spot size of D light (about 1 μm)
m), on the light emitting end side, the dimensions to and wo (= several tens to several hundreds of nm) are set so as to give a spot size Wo of the same size as the fiber spot size (about 5 μm) (specific design example). As for
See C-201, 1991.). Further, the length L of the region where the size of the core layer 602 is tapered is set to a length of -100 μm to several mm or more in order to reduce the loss due to radiation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような構成におい
て、光出射端側の寸法to ,wo を小さくしてスポット
サイズWo を大きくすると、光閉じ込めの弱い状態にな
るので、導波路の光強度分布は指数関数形状になる。一
方、光ファイバの導波光強度分布がほぼガウス分布形状
になっているために、形状の不整合による結合損失が原
理的に生ずる。また、低結合損失を得るための最適なt
o ,wo の許容される寸法変動量が比較的小さいため
に、通常の工法を用いる場合製作上の難点もある。
In such a structure, if the dimensions to and wo on the light emitting end side are made small and the spot size Wo is made large, the light confinement becomes weak, so that the light intensity distribution of the waveguide is reduced. Has an exponential shape. On the other hand, since the guided light intensity distribution of the optical fiber has a substantially Gaussian distribution shape, coupling loss due to shape mismatch occurs in principle. Also, the optimum t for obtaining low coupling loss
Since the allowable dimensional variation of o and wo is relatively small, there is a manufacturing difficulty when using the normal method.

【0006】一方、Δnの大きさを光の進行方向に沿っ
て徐々に小さくし、それに伴ってt,wを徐々に大きく
する事によっても、図7から分かるように、スポットサ
イズを拡大できる。しかし、この場合屈折率をテーパ状
に変化させ、光出射端で充分に小さく形成する事は困難
であり、低損失な特性を実現できない欠点があった。本
発明の目的は、異なる2つの光機能素子、特に複数のデ
バイスを集積化した光機能素子間を低損失で光結合をと
ることができる、製作性の良い光結合デバイスを提供す
ることにある。
On the other hand, the spot size can be enlarged by gradually reducing the magnitude of Δn along the light traveling direction and gradually increasing t and w accordingly. However, in this case, it is difficult to change the refractive index into a taper shape and to make it sufficiently small at the light emitting end, and there is a drawback that low loss characteristics cannot be realized. It is an object of the present invention to provide a manufacturable optical coupling device capable of performing optical coupling with low loss between two different optical functional elements, particularly an optical functional element integrating a plurality of devices. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項1では半導体基板と、該半導体基板上
に形成され、大きさもしくは屈折率を光伝搬方向に沿っ
て徐々に変化させた光導波層で少なくとも構成される光
結合デバイスにおいて、光入射端もしくは光出射端付近
において該光導波層を複数に分岐配置した。また請求項
2では、請求項1において、少なくとも複数に配置した
前記光導波層の幅もしくは前記導波層の間隔を空間的に
分布させた。また請求項3では、請求項1もしくは2に
おいて、前記光導波層の厚さを光の進行方向において一
定の厚さで構成した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor substrate and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate, wherein the size or the refractive index is gradually changed along the light propagation direction. In the optical coupling device including at least the optical waveguide layer, the plurality of optical waveguide layers are arranged in the vicinity of the light incident end or the light emitting end. According to a second aspect, in the first aspect, the width of at least a plurality of the optical waveguide layers or the intervals between the optical waveguide layers are spatially distributed. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thickness of the optical waveguide layer is constant in the light traveling direction.

【0008】[0008]

【作用】本発明では光導波層を複数に分岐配置すること
により、低損失な光結合が実現される。
In the present invention, a low-loss optical coupling is realized by arranging a plurality of optical waveguide layers in a branched manner.

【0009】[0009]

【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。図1,図2は本発明による光結合デバイス
の一実施例、図3は本発明の原理を説明するための図、
図4は本発明の他の実施例である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing an embodiment of an optical coupling device according to the present invention, and FIG. 3 is a view for explaining the principle of the present invention.
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.

【0010】図1(a)(b)は、本発明による光結合デバイ
スの実施例を示すものであり、アレーLD素子とファイ
バとの間に、本発明の光結合デバイスを挿入し、低損失
に光結合をとる場合の構成図である。図1(a) は上面
図、(b) は断面図であり、101は本発明にかかる光結合
デバイスの半導体基板、102 はコアー層、103 はクラッ
ド層、104 は反射防止膜である。なお、105 は光ファイ
バ、106 はVグルーブアレーである。この構成では、光
結合デバイスのコアー層102 によってLDの光波スポッ
トサイズから次第に大きさを変換し、光出射部において
適当なサイズに変換している。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) show an embodiment of an optical coupling device according to the present invention, in which the optical coupling device of the present invention is inserted between an array LD element and a fiber to reduce loss. It is a block diagram in the case of taking optical coupling in. 1A is a top view and FIG. 1B is a cross-sectional view. 101 is a semiconductor substrate of an optical coupling device according to the present invention, 102 is a core layer, 103 is a cladding layer, and 104 is an antireflection film. In addition, 105 is an optical fiber and 106 is a V groove array. In this configuration, the size of the light wave spot of the LD is gradually converted by the core layer 102 of the optical coupling device, and the size is converted to an appropriate size at the light emitting portion.

【0011】図2(a) は、1個のLD素子と1本のファ
イバ間の光結合をとるための本発明の一実施例の上面
図、(b) は中心部の断面図であり、201 は例えばInP 等
で構成される半導体基板(屈折率n1 )、202 はスポッ
トサイズ変換用導波路コアー層(例えばInGaAsP ,屈折
率n2 )、203 は半導体クラッド層(例えばInP 、屈折
率n3 )である。これらの屈折率の大きさは、n1 ,n
3 <n2 の関係がある。204 はLDからの入射光、205
は単一モード光ファイバ側の拡大された出射光である。
図中の領域の光導波路部ではLDの光波スポットサイ
ズとほぼ同じ大きさのスポットサイズを有する通常の導
波路構造になっている。領域では、コアー層202 が複
数に分岐配置されており、ファイバと直接光結合させた
場合に低損失な結合特性を得る拡大されたスポットサイ
ズ・形状になるように、導波路の構造と寸法w,t,屈
折率nの大きさは設定される。領域では、スポットサ
イズが徐々に変換されるように、実効的な導波路幅wが
テーパ状に形成されており、そのテーパの長さはLであ
る。
FIG. 2A is a top view of one embodiment of the present invention for optical coupling between one LD element and one fiber, and FIG. 2B is a sectional view of the central portion. 201 is a semiconductor substrate made of, for example, InP (refractive index n1), 202 is a spot size conversion waveguide core layer (for example, InGaAsP, refractive index n2), and 203 is a semiconductor cladding layer (for example, InP, refractive index n3). is there. The magnitude of these refractive indices is n1, n
There is a relationship of 3 <n2. 204 is the incident light from the LD, 205
Is the expanded outgoing light on the single mode optical fiber side.
The optical waveguide portion in the region shown in the figure has a normal waveguide structure having a spot size substantially the same as the light wave spot size of the LD. In the region, the core layer 202 is divided into a plurality of branches, and the structure and the dimension w of the waveguide are designed so that the spot size and shape are expanded to obtain the low loss coupling characteristics when the optical coupling is performed directly with the fiber. , T and the refractive index n are set. In the region, the effective waveguide width w is formed in a taper shape so that the spot size is gradually converted, and the taper length is L.

【0012】以下、本発明の原理を説明する。図6(a),
(b) に示す従来のスポットサイズ変換のテーパ導波路で
は、スポットサイズを拡大するためにコアーの大きさを
極端に小さくしているために、モードフィールド形状は
指数関数状になる。しかし、屈折率差Δnを小さくする
と、図7から分かるように、w,tを小さくしなくとも
スポットサイズを大きくすることができる。この時、Δ
nを小さくするに伴ってw,tを適当な大きさにする
と、光導波路の閉じ込め係数を大きくした状態に保たれ
るので、通常の単一モードファイバのようにモードフィ
ールド形状はガウシアン状になる。本発明では、図2に
示すように、領域において、全導波路幅w3 はファイ
バのコアー径と同程度の大きさにし、コアー層202 の幅
w31とコアー層間の間隔w32を適当な寸法に設定するこ
とにより、n2 の大きさを変えることなく、光導波路の
実効的なΔnを小さくしている。このことにより、半導
体基板201 面x方向のスポットサイズを拡大しているの
で、ファイバとの結合損失を低減できる。
The principle of the present invention will be described below. Figure 6 (a),
In the conventional spot size conversion taper waveguide shown in (b), the mode field shape is exponential because the size of the core is extremely small in order to enlarge the spot size. However, if the refractive index difference Δn is reduced, as can be seen from FIG. 7, the spot size can be increased without reducing w and t. At this time, Δ
By setting w and t to appropriate values as n is made small, the confinement coefficient of the optical waveguide is kept large, so that the mode field shape becomes Gaussian like an ordinary single mode fiber. . In the present invention, as shown in FIG. 2, in the region, the total waveguide width w3 is set to the same size as the core diameter of the fiber, and the width w31 of the core layer 202 and the interval w32 between the core layers are set to appropriate dimensions. By doing so, the effective Δn of the optical waveguide is reduced without changing the size of n2. As a result, the spot size in the x direction of the surface of the semiconductor substrate 201 is enlarged, so that the coupling loss with the fiber can be reduced.

【0013】図3は、領域の導波路構造と、本導波路
−ファイバ間のx方向モード結合効率ηx の関係の概算
値を示すものである。ここでは、光の波長はλ=1.55 μ
m、コアー及びクラッド層の屈折率はn2=3.3 ,n1 =
n3 =3.17一定とし、ファイバのモード半径はwf=4.5
μmであり、コアー層202 の分岐数は5本でw31+ w32
=2μm一定とした。本図から分かるように、コアー幅w
31( dx )とコアー厚t3 (= dy)を所定の大きさにす
るとファイバ結合損失を極めて小さく(0.1dB以下)で
きることが分かる。なお、この時基板面と垂直方向(y
方向)のモードフィールド形状は指数関数状になってお
り、y方向での結合損失は従来例と同程度(0.2dB)の大
きさになっている。従って、ファイバとの全結合損失は
0.3dB 以下にできる。さらに、コアー寸法w31,w32を
小さくして、その分岐本数を増やし、全幅w3 をファイ
バのモードフィールド形状に合わせるように適当な大き
さに設定する事により、結合損失をさらに小さくでき
る。これらの構造は、有限要素法等の解析により正確に
設計を行う事ができる。本発明において、少なくとも領
域もしくは領域の導波路を除去し、領域の導波路
のみで構成しても同様の特性を実現できる。
FIG. 3 shows the approximate value of the relationship between the waveguide structure in the region and the mode coupling efficiency ηx between the waveguide and the fiber in the x direction. Here, the wavelength of light is λ = 1.55 μ
m, the refractive index of the core and clad layers is n2 = 3.3, n1 =
With n3 = 3.17 constant, the mode radius of the fiber is wf = 4.5
μm, and the number of branches of the core layer 202 is 5 and w31 + w32
= 2 μm constant. As can be seen from this figure, the core width w
It can be seen that the fiber coupling loss can be made extremely small (0.1 dB or less) when 31 (dx) and the core thickness t3 (= dy) are set to predetermined values. At this time, the direction (y
The mode field shape in the (direction) is an exponential function, and the coupling loss in the y direction is as large as that of the conventional example (0.2 dB). Therefore, the total coupling loss with the fiber is
It can be less than 0.3dB. Further, by reducing the core dimensions w31 and w32, increasing the number of branches, and setting the overall width w3 to an appropriate size to match the mode field shape of the fiber, the coupling loss can be further reduced. These structures can be accurately designed by analysis such as the finite element method. In the present invention, the same characteristics can be realized by removing at least the region or the region waveguide and forming only the region waveguide.

【0014】なお、本発明による光導波路を制作する場
合、n1 ,n2 ,n3 の大きさは半導体材料を選ぶ事に
より任意に設定可能である。例えば、クラッド層にInP
を用いた場合、波長λ=1.55 μm帯の光に対してはn=
3.166である。また、InGaAsPの屈折率は、その組成によ
って、約3.2 から3.5 程度まで任意の大きさに設定でき
る。また、コアー層として多重量子井戸層を用い、井戸
層、障壁層の材質・厚さを選択することにより任意に屈
折率を設定できる。また、例えば選択成長マスクやエピ
タキシャル選択成長技術、あるいはフォトリソグラフィ
技術等を用いることにより、コアー層202 の屈折率n2
や導波路寸法w,tの大きさを空間的にテーパ状に設定
・製作することもできる。
When manufacturing the optical waveguide according to the present invention, the sizes of n1, n2 and n3 can be arbitrarily set by selecting a semiconductor material. For example, InP
Is used, n = for light in the wavelength λ = 1.55 μm band
3.166. Further, the refractive index of InGaAsP can be set to any value from about 3.2 to 3.5 depending on its composition. Further, a multiple quantum well layer is used as the core layer, and the refractive index can be arbitrarily set by selecting the material and thickness of the well layer and the barrier layer. In addition, the refractive index n2 of the core layer 202 is set by using, for example, a selective growth mask, an epitaxial selective growth technique, or a photolithography technique.
It is also possible to set and manufacture the waveguide dimensions w and t in a spatially tapered manner.

【0015】図2において、最良の結合損失を得るため
の最適なコアー寸法を実現するには、コアー厚t3 は例
えば結晶エピタキシャル成長技術によって精度よく製作
できる。コアー層幅w31は、許容変動量が比較的大きい
ことから、通常のフォトリソグラフィ技術によって容易
に製作可能なことが分かる。また、領域,,全域
にわたってコアー層厚tを一定(t1 =t3 )にして、
コアー層幅wのみを変換させた構造にすることも可能で
あり、この場合、製作工程が簡易になる。
In FIG. 2, in order to realize the optimum core size for obtaining the best coupling loss, the core thickness t3 can be accurately manufactured by, for example, a crystal epitaxial growth technique. Since the core layer width w31 has a relatively large allowable fluctuation amount, it can be seen that the core layer width w31 can be easily manufactured by an ordinary photolithography technique. Further, the core layer thickness t is kept constant (t1 = t3) over the entire area,
It is also possible to have a structure in which only the core layer width w is converted, and in this case, the manufacturing process is simplified.

【0016】図4は本発明の他の実施例の上面図であ
り、領域のコアー幅w31の大きさに分布を持たせるこ
とによって、モードフィールド形状をファイバのそれと
より一致させた結合損失を低減化した場合である。ま
た、コアー間隔w32の大きさを空間的に分布を持たせる
ことによって同様の効果を得ることができるのは自明で
ある。
FIG. 4 is a top view of another embodiment of the present invention. By giving a distribution to the size of the core width w31 of the region, the coupling loss in which the mode field shape is more matched with that of the fiber is reduced. That is the case. Also, it is obvious that the same effect can be obtained by giving the size of the core interval w32 a spatial distribution.

【0017】領域のテーパ部の構成としては、図2の
ようにテーパ形状を直線状にしてもよく、あるいは指数
関数状、放物線状等の曲線形状にすることによってLが
同じ長さの場合放射損失を比較的小さくできる。また、
コアー層の分岐法として、図2のような枝分かれ状、あ
るいは図4のような結合分岐構成にしてもいよい。
As the structure of the tapered portion of the region, the tapered shape may be linear as shown in FIG. 2, or the curved shape such as an exponential function shape or a parabolic shape may be used to radiate when L has the same length. The loss can be made relatively small. Also,
The branching method of the core layer may be a branched shape as shown in FIG. 2 or a combined branched structure as shown in FIG.

【0018】以上では領域の全導波路幅w3 を例えば
ファイバのコアー径と同程度大きさ(通常w1 <w3 )
にする場合について説明したが、このw3 の大きさを領
域の導波路幅w1 と同程度として、w31,w32を適当
な大きさに設定することにより、この領域のスポットサ
イズを拡大できる。ただし、この場合、モードフィール
ド形状は指数関数状になるが、従来例と同様に低損失な
ファイバ光結合が実現できることは自明である。
In the above, the total waveguide width w3 in the region is as large as the core diameter of the fiber (usually w1 <w3).
However, by setting the size of w3 to be approximately the same as the waveguide width w1 of the region and setting w31 and w32 to appropriate sizes, the spot size of this region can be enlarged. However, in this case, although the mode field shape is an exponential function shape, it is obvious that the fiber optical coupling with low loss can be realized as in the conventional example.

【0019】以上では、In P基板上にスポットサイズ
変換用導波層を構成する場合について説明したが、他の
半導体材料、例えばGaAs系、あるいはSiO 2 等のガラス
系材料の光導波路に対しても同様の効果を得ることがで
きるのは自明である。また、以上では光導波路のクラッ
ド部になる基板材料とクラッド層の材質を同じにして、
単層のコアー層で構成した場合について説明したが、こ
れらクラッドに異なった材料を組み合わせたもの、ある
いは複数のコアー層で構成したものについても本発明と
同様の原理を利用できる。以上では、光ファイバを接続
する場合について説明したが、この他に、他の半導体光
導波路部品、あるいはガラス導波路部品などあらゆる光
導波路部品との接続部に対しても、それら導波路の光強
度分布に合わせるように本発明による光結合デバイス導
波路の構造を適当に設定すれば、低結合損失の特性を実
現できることは自明である。
In the above description, the case where the spot size conversion waveguide layer is formed on the InP substrate has been described. However, for an optical waveguide made of another semiconductor material such as GaAs or glass material such as SiO 2 . It is obvious that the same effect can be obtained with. Also, in the above, the material of the clad layer and the material of the clad part of the optical waveguide are the same,
Although the case where the clad is composed of a single core layer has been described, the same principle as that of the present invention can be applied to a case where these clads are combined with different materials or a case where the clad is composed of a plurality of core layers. In the above, the case of connecting an optical fiber was explained, but in addition to this, the optical intensity of these waveguides is also applied to the connection parts with other optical waveguide components such as other semiconductor optical waveguide components or glass waveguide components. It is obvious that the characteristics of low coupling loss can be realized by appropriately setting the structure of the optical coupling device waveguide according to the present invention so as to match the distribution.

【0020】本光結合デバイスは半導体材料より構成さ
れるので、例えば、半導体レーザやLDアンプ、光スイ
ッチ等の光機能素子の光入射端部に、本結合デバイスを
同一基板上にモノリシック集積化した光デバイスを実現
することも可能である。この場合、半導体基板上に、光
機能素子導波路を形成する時に、本光結合用導波路を同
時に形成する、あるいは光機能素子部を形成した後、互
いの導波路を直接突合わせるように光結合用テーパ導波
路を形成しても良い。
Since the present optical coupling device is made of a semiconductor material, for example, the present coupling device is monolithically integrated on the same substrate at the light incident end of an optical functional element such as a semiconductor laser, an LD amplifier or an optical switch. It is also possible to realize an optical device. In this case, when the optical functional element waveguide is formed on the semiconductor substrate, the optical coupling waveguide is formed at the same time, or after the optical functional element portion is formed, the optical waveguides are directly abutted to each other. A coupling tapered waveguide may be formed.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光導
波路のコアー部になる半導体層の大きさ、もしくは屈折
率をテーパ状に形成し、他の光機能素子と接続する端面
付近において、コアー半導体層を複数に分岐配置するこ
とによって、低損失な光結合を実現可能としている。
As described above, according to the present invention, the size or the refractive index of the semiconductor layer which becomes the core portion of the optical waveguide is formed in a taper shape, and in the vicinity of the end face connected to another optical functional element, By arranging the core semiconductor layer in a plurality of branches, low-loss optical coupling can be realized.

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

【図1】本発明による光結合デバイスの1構成例を示す
上面図及び断面図
FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view showing one configuration example of an optical coupling device according to the present invention.

【図2】本発明による光結合デバイスの1構成例を示す
上面図及び断面図
FIG. 2 is a top view and a cross-sectional view showing one configuration example of the optical coupling device according to the present invention.

【図3】本発明の動作原理を示すもので、導波路の構造
とファイバ結合損失との関係を示した図
FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of the present invention, showing the relationship between the waveguide structure and fiber coupling loss.

【図4】本発明による光結合デバイスの他の構成例を示
す図
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the optical coupling device according to the present invention.

【図5】従来の光結合方法を示した図FIG. 5 is a diagram showing a conventional optical coupling method.

【図6】従来の光結合デバイスの構造を示した図FIG. 6 is a diagram showing a structure of a conventional optical coupling device.

【図7】図6の光結合デバイスの動作原理の説明図7 is an explanatory diagram of an operation principle of the optical coupling device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,401 …半導体基板、102,202,402 …コアー層、
103,203,403 …クラッド層、204,404 …入射波、205,40
5 …出射光。
101,201,401 ... Semiconductor substrate, 102,202,402 ... Core layer,
103,203,403… cladding layer, 204,404… incident wave, 205,40
5… Outgoing light.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 正宏 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masahiro Ikeda 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板上に形成さ
れ、大きさもしくは屈折率を光伝搬方向に沿って徐々に
変化させた光導波層で少なくとも構成される光結合デバ
イスにおいて、 光入射端もしくは光出射端付近において該光導波層を複
数に分岐配置したことを特徴とする光結合デバイス。
1. An optical coupling device comprising at least a semiconductor substrate and an optical waveguide layer formed on the semiconductor substrate and having a size or a refractive index gradually changed along a light propagation direction. Alternatively, an optical coupling device characterized in that a plurality of the optical waveguide layers are branched and arranged in the vicinity of the light emitting end.
【請求項2】 複数に配置した前記光導波層の幅もしく
は前記導波層の間隔を空間的に分布させたことを特徴と
する請求項1記載の光結合デバイス。
2. The optical coupling device according to claim 1, wherein widths of the plurality of optical waveguide layers arranged or intervals of the waveguide layers are spatially distributed.
【請求項3】 光導波層の厚さを光の進行方向において
一定の厚さで構成したことを特徴とする請求項1または
2記載の光結合デバイス。
3. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical waveguide layer has a constant thickness in the light traveling direction.
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