JPH0690336B2 - 立体光回路 - Google Patents
立体光回路Info
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- JPH0690336B2 JPH0690336B2 JP59270243A JP27024384A JPH0690336B2 JP H0690336 B2 JPH0690336 B2 JP H0690336B2 JP 59270243 A JP59270243 A JP 59270243A JP 27024384 A JP27024384 A JP 27024384A JP H0690336 B2 JPH0690336 B2 JP H0690336B2
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- substrate
- light
- optical
- face
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12002—Three-dimensional structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、１つの基板上に立体的に構成された光回路
に関する。
に関する。
近年、多くの光処理機能を一基板上に集積化して作製す
る技術の研究が盛んに行なわれている。基板上の所望の
場所に光を導くために基板に光導波路が形成される。多
くの光機能素子を基板上に集積化した場合には、光を縦
横に伝播させなければならないから、光を伝播させるた
めの光導波路が互いに交差してしまうことがあるのは避
けられない。光導波路の交差部では一方の光導波路を伝
播してきた光が交差する他方の光導波路に漏れてしまう
ので、クロス・トーク量の増加やS/N比の低下を招くと
いう問題がある。このような点から、一基板上に集積化
できる光機能素子の数は自ずと限られたものとなつてし
まう。
る技術の研究が盛んに行なわれている。基板上の所望の
場所に光を導くために基板に光導波路が形成される。多
くの光機能素子を基板上に集積化した場合には、光を縦
横に伝播させなければならないから、光を伝播させるた
めの光導波路が互いに交差してしまうことがあるのは避
けられない。光導波路の交差部では一方の光導波路を伝
播してきた光が交差する他方の光導波路に漏れてしまう
ので、クロス・トーク量の増加やS/N比の低下を招くと
いう問題がある。このような点から、一基板上に集積化
できる光機能素子の数は自ずと限られたものとなつてし
まう。
発明の概要 この発明は、一基板でおおよそ２基板分の集積化を図る
ことのできる立体光回路を提供することを目的とする。
ことのできる立体光回路を提供することを目的とする。
この発明によると立体光回路は、一つの基板の表面に形
成された第１の光導波路、上記基板の裏面に形成された
第２の光導波路、上記基板の少なくとも１つの端面に形
成され、かつ上記表面に形成された第１の光導波路と上
記裏面に形成された第２の光導波路とを接続する第３の
光導波路、上記基板の表面と端面との陵に相当する部分
に形成され、かつ上記表面の第１の光導波路および上記
端面の第３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を
伝播する光を他方の光導波路に反射させる斜面、ならび
に上記基板の裏面と端面との陵に相当する部分に形成さ
れ、かつ上記裏面の第２の光導波路および上記端面の第
３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を伝播する
光を他方の光導波路に反射させる斜面を備えている。
成された第１の光導波路、上記基板の裏面に形成された
第２の光導波路、上記基板の少なくとも１つの端面に形
成され、かつ上記表面に形成された第１の光導波路と上
記裏面に形成された第２の光導波路とを接続する第３の
光導波路、上記基板の表面と端面との陵に相当する部分
に形成され、かつ上記表面の第１の光導波路および上記
端面の第３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を
伝播する光を他方の光導波路に反射させる斜面、ならび
に上記基板の裏面と端面との陵に相当する部分に形成さ
れ、かつ上記裏面の第２の光導波路および上記端面の第
３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を伝播する
光を他方の光導波路に反射させる斜面を備えている。
ここで、光導波路とは光導波層を含み、端面とは側面を
含む概念とする。
含む概念とする。
また、反射は、全反射および鏡面反射を含むが、この発
明の好ましい実施態様においては、上記光を反射させる
斜面は、上記光導波路を伝播する光を、上記光導波路と
空気との境界で全反射させるものとして構成される。こ
れにより、鏡面反射における鏡を省略することができ
る。
明の好ましい実施態様においては、上記光を反射させる
斜面は、上記光導波路を伝播する光を、上記光導波路と
空気との境界で全反射させるものとして構成される。こ
れにより、鏡面反射における鏡を省略することができ
る。
この発明によると、一基板の表裏両面間で端面を経て自
在に光を授受することができる。また、構成も簡素であ
る。一基板の表裏両面に光回路を形成し、これらの二面
間で自在に光の送受が可能となるから、一基板の面積で
ほぼ２基板分の光回路を形成して集積度を高めることが
でき、全体的にコンパクトな集積型光回路の実現に役立
つ。また、端面を広くとることによりこの端面にも光回
路を設けることもできるので、さらに多くの光機能素子
の集積化が可能となる。一表面上で２つの光導波路が交
差するような場合にも、一方の光導波路を端面または端
面および裏面を経由させて再び表面に戻すことが可能と
なるので、交差部を避けることを可能となる。さらに、
端面上の光導波路を他の基板の光導波路と密着させるこ
とにより、容易に他の基板との光結合も行なえる。
在に光を授受することができる。また、構成も簡素であ
る。一基板の表裏両面に光回路を形成し、これらの二面
間で自在に光の送受が可能となるから、一基板の面積で
ほぼ２基板分の光回路を形成して集積度を高めることが
でき、全体的にコンパクトな集積型光回路の実現に役立
つ。また、端面を広くとることによりこの端面にも光回
路を設けることもできるので、さらに多くの光機能素子
の集積化が可能となる。一表面上で２つの光導波路が交
差するような場合にも、一方の光導波路を端面または端
面および裏面を経由させて再び表面に戻すことが可能と
なるので、交差部を避けることを可能となる。さらに、
端面上の光導波路を他の基板の光導波路と密着させるこ
とにより、容易に他の基板との光結合も行なえる。
実施例の説明 第１図において、基板(1)の表面(10)には適当な物質を
拡散することにより光導波路(11)(12)(13)(14)が形成さ
れている。基板(1)の裏面(20)にも光導波路(21)(22)(2
3)が形成されている。基板(1)の端面(30)にも光導波路
(31)(32)が形成されている。表面(10)の光導波路(12)は
端面(30)の光導波路(31)を経て裏面(20)の光導波路(21)
につながつている。同様に、光導波路(13)は光導波路(3
2)を経て光導波路(22)につながつている。
拡散することにより光導波路(11)(12)(13)(14)が形成さ
れている。基板(1)の裏面(20)にも光導波路(21)(22)(2
3)が形成されている。基板(1)の端面(30)にも光導波路
(31)(32)が形成されている。表面(10)の光導波路(12)は
端面(30)の光導波路(31)を経て裏面(20)の光導波路(21)
につながつている。同様に、光導波路(13)は光導波路(3
2)を経て光導波路(22)につながつている。
さらに第２図および第３図を参照して、基板(1)の表面
(10)と端面(30)との稜が45゜の角度で切欠かれ、斜面(3
5)となつている。同様に端面(30)と裏面(20)との稜部分
に斜面(36)が形成されている。これらの斜面(35)(36)が
全反射面となる。光導波路(12)を伝播する光は斜面(35)
で全反射して光導波路(31)に向い、さらに斜面(36)で全
反射して光導波路(21)に進む。光はこの逆方向にも進み
うるのはいうまでもない。
(10)と端面(30)との稜が45゜の角度で切欠かれ、斜面(3
5)となつている。同様に端面(30)と裏面(20)との稜部分
に斜面(36)が形成されている。これらの斜面(35)(36)が
全反射面となる。光導波路(12)を伝播する光は斜面(35)
で全反射して光導波路(31)に向い、さらに斜面(36)で全
反射して光導波路(21)に進む。光はこの逆方向にも進み
うるのはいうまでもない。
光導波路(12)の屈折率をn1、空気の屈折率をn2＝１と
し、斜面(35)への入射光が斜面(35)に立てた法線となす
角をθとすると、入射光が斜面(35)で全反射する条件は
sinθ＞2/n1で与えられる。基板(1)がLiNbO3の場合には
その屈折率は約2.2、ガラスの場合は約1.5である。これ
らの屈折率をn1として採用したとすると、上記の全反射
条件はそれぞれθ＞27゜、θ＞42゜となる。通常、基板
(1)の表面(10)と端面(30)とのなす角は直角であるから
斜面(35)は45゜の傾きをもつ。したがつて、第３図に示
されるθは45゜であるから、斜面(35)は全反射の条件を
満足する。
し、斜面(35)への入射光が斜面(35)に立てた法線となす
角をθとすると、入射光が斜面(35)で全反射する条件は
sinθ＞2/n1で与えられる。基板(1)がLiNbO3の場合には
その屈折率は約2.2、ガラスの場合は約1.5である。これ
らの屈折率をn1として採用したとすると、上記の全反射
条件はそれぞれθ＞27゜、θ＞42゜となる。通常、基板
(1)の表面(10)と端面(30)とのなす角は直角であるから
斜面(35)は45゜の傾きをもつ。したがつて、第３図に示
されるθは45゜であるから、斜面(35)は全反射の条件を
満足する。
第４図は、第１図に示すような光導波路を作製するため
の方法を示している。槽(60)内に、たとえばKNO3溶液が
入つている。基板材料、たとえばLiNbO3基板(1)および
電極(61)がこの溶液内に浸されている。基板(1)には斜
面(35)(36)があらかじめ形成されかつ光学研磨されてい
る。基板(1)は直流電源(62)の負極に、電極(61)はスイ
ツチ(63)を介して正極にそれぞれ接続されている。スイ
ツチ(63)がオンとされると、KNO3の溶液中のK+イオンが
基板(1)に引き寄せられかつ基板(1)内部に拡散してい
く。この結果、基板(1)にはK+が拡散された光導波路が
形成される。これはイオン交換法と呼ばれる方法であ
る。基板(1)の光導波路を形成すべき部分以外の面をマ
スクしておけば、所望パターンの光導波路をつくること
ができ、マスクを施こさない場合には基板(1)の表裏、
端、側面に光導波層（路）が形成される。
の方法を示している。槽(60)内に、たとえばKNO3溶液が
入つている。基板材料、たとえばLiNbO3基板(1)および
電極(61)がこの溶液内に浸されている。基板(1)には斜
面(35)(36)があらかじめ形成されかつ光学研磨されてい
る。基板(1)は直流電源(62)の負極に、電極(61)はスイ
ツチ(63)を介して正極にそれぞれ接続されている。スイ
ツチ(63)がオンとされると、KNO3の溶液中のK+イオンが
基板(1)に引き寄せられかつ基板(1)内部に拡散してい
く。この結果、基板(1)にはK+が拡散された光導波路が
形成される。これはイオン交換法と呼ばれる方法であ
る。基板(1)の光導波路を形成すべき部分以外の面をマ
スクしておけば、所望パターンの光導波路をつくること
ができ、マスクを施こさない場合には基板(1)の表裏、
端、側面に光導波層（路）が形成される。
第１図において、基板(1)の表面付近に設けられた発光
素子(16)から出力された光は光導波路(11)を伝播し、光
導波路(12)と(13)に分岐して進む。光導波路(12)に進ん
だ光は端面(30)上の光導波路(31)を経て裏面(20)の光導
波路(21)に送られる。そして、この光導波路(21)の途上
に設けられた光処理部(25)で所定の加工が加えられたの
ち、基板(1)の裏面付近に設けられた受光素子(26)に受
光される。
素子(16)から出力された光は光導波路(11)を伝播し、光
導波路(12)と(13)に分岐して進む。光導波路(12)に進ん
だ光は端面(30)上の光導波路(31)を経て裏面(20)の光導
波路(21)に送られる。そして、この光導波路(21)の途上
に設けられた光処理部(25)で所定の加工が加えられたの
ち、基板(1)の裏面付近に設けられた受光素子(26)に受
光される。
光導波路(13)を伝播する光の一部は表面(10)上の光処理
部(15)で処理されたのち、同じように端面(30)の光導波
路(32)を経て裏面(20)の光導波路(22)に進む。
部(15)で処理されたのち、同じように端面(30)の光導波
路(32)を経て裏面(20)の光導波路(22)に進む。
このようにして、表面(10)の光導波路の光を端面(30)の
光導波路を経て裏面(20)の光導波路に導くことができ
る。
光導波路を経て裏面(20)の光導波路に導くことができ
る。
もちろん、裏面(20)の光導波路の光を端面を経て表面(1
0)の光導波路に導くことも可能である。表面(10)の光導
波路の光を端面を経て裏面(20)側に導き、さらに同じ端
面または別の端面の光導波路を経て再び表面(10)側に戻
すようにすることもできよう。端面としては、第１図に
示された面(30)以外の３面を利用できるのはいうまでも
ないし、これらの端面にも光機能素子や光処理部を設け
てもよい。表面(10)上等で２つの光導波路が交差するの
を避けるために、表面(10)上の１つの光導波路を端面に
導き、そして横方向に光を進ませたのち再び表面(10)に
戻すようにすることもできよう。
0)の光導波路に導くことも可能である。表面(10)の光導
波路の光を端面を経て裏面(20)側に導き、さらに同じ端
面または別の端面の光導波路を経て再び表面(10)側に戻
すようにすることもできよう。端面としては、第１図に
示された面(30)以外の３面を利用できるのはいうまでも
ないし、これらの端面にも光機能素子や光処理部を設け
てもよい。表面(10)上等で２つの光導波路が交差するの
を避けるために、表面(10)上の１つの光導波路を端面に
導き、そして横方向に光を進ませたのち再び表面(10)に
戻すようにすることもできよう。
基板(1)の表面(10)上の光導波路(13)の光の一部は光導
波路(14)に分岐する。この光導波路(14)の終端部（途上
でもよい）にはグレーテイング(17)が設けられている。
光導波路(14)の光はグレーテイング(17)から基板(1)内
に出射して裏面(20)に向う。裏面(20)にもグレーテイン
グ(27)が形成されており、光はこのグレーテイング(27)
から光導波路(23)に結合して導かれる。基板(1)が光の
波長に対して透明な材料で形成されている場合には、こ
のようにグレーテイングを介して表、裏面を光結合させ
ることも可能である。
波路(14)に分岐する。この光導波路(14)の終端部（途上
でもよい）にはグレーテイング(17)が設けられている。
光導波路(14)の光はグレーテイング(17)から基板(1)内
に出射して裏面(20)に向う。裏面(20)にもグレーテイン
グ(27)が形成されており、光はこのグレーテイング(27)
から光導波路(23)に結合して導かれる。基板(1)が光の
波長に対して透明な材料で形成されている場合には、こ
のようにグレーテイングを介して表、裏面を光結合させ
ることも可能である。
第１図に示す立体光回路は、他の基板に形成された光導
波路とも光結合させることができる。
波路とも光結合させることができる。
第５図に示すように、他の基板(40)に光導波路(41)が形
成されている。この光導波路(41)と基板(1)の端面の光
導波路(31)とが対面するように、両基板(1)(40)が密着
させられている。基板(40)の表面と基板(1)の端面(30)
とは密着して接しているが、両面の間には実際にはわず
かの間隙（波長オーダ）がある。したがつて、基板(4
0)、その光導波路(41)、上記両面間の間隙、光導波路(3
1)および基板(1)は５層２次元光導波路構造と考えるこ
とができる。このような５層２次元光導波路構造では、
光導波路(41)を伝播する光は、光の伝播にともない次第
に光導波路(31)に移行し、ある長さ（完全結合長）で光
導波路(31)にその全パワーが移行する。光導波路(41)か
ら光導波路(31)に移行する光のパワーは、両光導波路(4
1)(31)の重なつている部分の長さ（結合長）に依存す
る。完全結合長の場合に全光パワーが光導波路(41)から
光導波路(31)に移る。光導波路(31)に移行した光は、斜
面(35)、(36)で全反射して基板(1)の表、裏面上の光導
波路(12)(21)に導かれる。
成されている。この光導波路(41)と基板(1)の端面の光
導波路(31)とが対面するように、両基板(1)(40)が密着
させられている。基板(40)の表面と基板(1)の端面(30)
とは密着して接しているが、両面の間には実際にはわず
かの間隙（波長オーダ）がある。したがつて、基板(4
0)、その光導波路(41)、上記両面間の間隙、光導波路(3
1)および基板(1)は５層２次元光導波路構造と考えるこ
とができる。このような５層２次元光導波路構造では、
光導波路(41)を伝播する光は、光の伝播にともない次第
に光導波路(31)に移行し、ある長さ（完全結合長）で光
導波路(31)にその全パワーが移行する。光導波路(41)か
ら光導波路(31)に移行する光のパワーは、両光導波路(4
1)(31)の重なつている部分の長さ（結合長）に依存す
る。完全結合長の場合に全光パワーが光導波路(41)から
光導波路(31)に移る。光導波路(31)に移行した光は、斜
面(35)、(36)で全反射して基板(1)の表、裏面上の光導
波路(12)(21)に導かれる。
光導波路(31)を伝播する光があればこの光は光導波路(4
1)に移行するのはいうまでもない。
1)に移行するのはいうまでもない。
第６図は、基板(1)とこれと同じような基板(50)とがそ
の端面で突き合わされた状態を示している。この場合に
は、これらの基板(1)(50)の端面の光導波路を通して、
両基板(1)(50)間で光の授受が行なわれる。
の端面で突き合わされた状態を示している。この場合に
は、これらの基板(1)(50)の端面の光導波路を通して、
両基板(1)(50)間で光の授受が行なわれる。
第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図は第１
図のII−II線断面図、第３図は第２図の角部の拡大断面
図、第４図は立体光回路の製造過程を示す説明図、第５
図および第６図は他の基板上の光回路との光結合の様子
を示す断面図である。 (1)……基板、(10)……表面、(12)(13)(21)(22)(31)(3
2)……光導波路、(20)……裏面、(30)……端面、(35)(3
6)……斜面。
図のII−II線断面図、第３図は第２図の角部の拡大断面
図、第４図は立体光回路の製造過程を示す説明図、第５
図および第６図は他の基板上の光回路との光結合の様子
を示す断面図である。 (1)……基板、(10)……表面、(12)(13)(21)(22)(31)(3
2)……光導波路、(20)……裏面、(30)……端面、(35)(3
6)……斜面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 俣野 正治 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立 石電機株式会社内 (72)発明者 山下 牧 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立 石電機株式会社内 (72)発明者 加藤 充孝 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立 石電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−42202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−42203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−29016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−121008（ＪＰ，Ａ) 実公 昭54−23903（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (2)
- 【請求項１】一つの基板の表面に形成された第１の光導
波路、 上記基板の裏面に形成された第２の光導波路、 上記基板の少なくとも１つの端面に形成され、かつ上記
表面に形成された第１の光導波路と上記裏面に形成され
た第２の光導波路とを接続する第３の光導波路、 上記基板の表面と端面との陵に相当する部分に形成さ
れ、かつ上記表面の第１の光導波路および上記端面の第
３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を伝播する
光を他方の光導波路に反射させる斜面、ならびに 上記基板の裏面と端面との陵に相当する部分に形成さ
れ、かつ上記裏面の第２の光導波路および上記端面の第
３の光導波路のうちいずれか一方の光導波路を伝播する
光を他方の光導波路に反射させる斜面を備えている、 立体光回路。 - 【請求項２】上記光を反射させる斜面は、上記光導波路
を伝播する光を、上記光導波路と空気との境界で全反射
させるものである、 特許請求の範囲第（１）項に記載の立体光回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270243A JPH0690336B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 立体光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59270243A JPH0690336B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 立体光回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61147204A JPS61147204A (ja) | 1986-07-04 |
| JPH0690336B2 true JPH0690336B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=17483539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59270243A Expired - Lifetime JPH0690336B2 (ja) | 1984-12-20 | 1984-12-20 | 立体光回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690336B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2600832B2 (ja) * | 1988-08-16 | 1997-04-16 | 日立電線株式会社 | 光導波路デバイス |
| JP2631902B2 (ja) * | 1990-04-20 | 1997-07-16 | 日本航空電子工業 株式会社 | 光集積回路 |
| GB2452505A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-11 | Univ Kent Canterbury | Optical external modulator and method of modulating a light beam |
| JP5504476B2 (ja) * | 2010-02-19 | 2014-05-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光導波路交差構造 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5423903U (ja) * | 1977-07-21 | 1979-02-16 | ||
| JPS5729016A (en) * | 1980-07-28 | 1982-02-16 | Fujitsu Ltd | Large scale optical integrated circuit |
| JPS59121008A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Tokyo Inst Of Technol | 三次元光集積回路 |
-
1984
- 1984-12-20 JP JP59270243A patent/JPH0690336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61147204A (ja) | 1986-07-04 |
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