JPH08171020A - Optical coupling device - Google Patents
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- JPH08171020A JPH08171020A JP6314786A JP31478694A JPH08171020A JP H08171020 A JPH08171020 A JP H08171020A JP 6314786 A JP6314786 A JP 6314786A JP 31478694 A JP31478694 A JP 31478694A JP H08171020 A JPH08171020 A JP H08171020A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を伝わる光波
のスポット径を低損失で変換する光結合デバイスの構成
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 a spot diameter of a light wave propagating through an optical waveguide with low loss.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体レーザダイオードや半導体光スイ
ッチ等の半導体光導波路デバイス（一方の光機能デバイ
ス）と、単一モード光ファイバ（他方の光機能デバイ
ス）との間を光結合させる場合、光導波路デバイスの端
面と光ファイバとを直接に突合せ結合（バットジョイン
ト）させると、互いの光導波路光波のスポットサイズが
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、半導体光導波路デバイスの光波スポットサ
イズ（モード半径：Ｗ）は１μｍ程度であり、これに対
して光ファイバのスポットサイズは約５μｍであるの
で、この場合の結合損失は約１０ｄＢになる。そこで、
従来は、レンズによってスポットサイズを変換すること
によって、光半導体デバイスと光ファイバとの結合損失
を低減化する方法が、一般にとられている。2. Description of the Related Art When a semiconductor optical waveguide device (one optical functional device) such as a semiconductor laser diode or a semiconductor optical switch is optically coupled to a single mode optical fiber (the other optical functional device), an optical waveguide is used. When the end face of the device and the optical fiber are directly butt-coupled to each other (butt joint), the spot size of the optical waveguide light waves are different from each other, and thus the coupling loss of the direct butt portion becomes a problem. Usually, the light wave spot size (mode radius: W) of the semiconductor optical waveguide device is about 1 μm, while the spot size of the optical fiber is about 5 μm, so the coupling loss in this case is about 10 dB. Therefore,
Conventionally, a method of reducing a coupling loss between an optical semiconductor device and an optical fiber by converting a spot size with a lens is generally used.
【０００３】複数のレーザダイオードを形成した光機能
素子とアレー光ファイバとの間を、１個のレンズで光結
合させる場合について、従来の光結合デバイスの構成例
を図９に示す。図９において、符号５００は光機能素
子、５０２，５０３は半導体基板、５０１はレーザダイ
オードの活性領域（光導波路コア部）、５０４は光波、
５０９はレンズ、５１０は光ファイバ、５１１は複数
（図では４本）の光ファイバ５１０を一定間隔で固定す
るためのＶ−グルーブアレーである。このような構成に
おいては、光機能素子５００の集積規模が大きくなるに
従って、レンズ５０９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光
機能素子部の個数に制限があった。FIG. 9 shows an example of the configuration of a conventional optical coupling device in the case of optically coupling an optical functional element formed with a plurality of laser diodes and an array optical fiber with a single lens. In FIG. 9, reference numeral 500 is an optical functional element, 502 and 503 are semiconductor substrates, 501 is an active region (optical waveguide core portion) of a laser diode, and 504 is a light wave.
Reference numeral 509 is a lens, 510 is an optical fiber, and 511 is a V-groove array for fixing a plurality of (four in the figure) optical fibers 510 at regular intervals. In such a configuration, as the integration scale of the optical functional device 500 increases, the coupling loss increases due to the influence of the aberration of the lens 509, etc., and thus the number of optical functional device parts that can be integrated on one semiconductor substrate. There was a limit.
【０００４】図１０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ことにより、レーザダ
イオードと光ファイバとの間を低損失に光結合させる方
法がある。図１０は、従来の光結合デバイスの上面図で
あり、図１１は同光結合デバイスの側断面図であり、図
１２は同光結合デバイスの動作原理を説明するための特
性図である。図に示すように、光導波路を形成するコア
６０１は上から見るとテーパ状に入力側から出力側に縮
径しており、側面から見ると上面部が下方に傾斜して出
力側に向かって縮径している。この時のコア６０１の入
力側の幅寸法をｗi 、厚さ寸法をｔi で示し、同コア６
０１の出力側の幅寸法をｗ0 、厚さ寸法をｔ0 で示す。
なお、６０２、６０３はクラッド層であり、６１２は入
力光、６０４は出力光である。このような構成の光結合
デバイスにおいては、スポットサイズＷとコアの大きさ
（ｔ、ｗ）との関係を示した図１２から分かるように、
光導波路のコア６０１の比屈折率差Δｎ［＝（ｎ−ｎ
1 ）／ｎ1 、ここで、ｎ1 およびｎはそれぞれクラッド
６０２，６０３、およびコア６０１の屈折率である］を
一定の大きさに固定した場合、コア６０１の厚さｔ、も
しくは幅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、多モード光導波路になり、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６
０１の大きさｔおよびｗの設計においては、光入射端側
（レーザダイオードとの結合側）では、レーザダイオー
ド光６１２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１００
ｎｍ〜数μｍ）に、光出射端側では、光ファイバのスポ
ットサイズ（約５μｍ）と同程度の大きさＷ0 を与える
寸法ｔ0 ，ｗ0 （＝数１０ｎｍ〜数μｍ）に設定すれば
よい。また、コア６０１の大きさがテーパ状になってい
る領域の長さＬは、放射による損失を低減するために、
数１０μｍから数ｍｍ以上の長さに設定される。しか
し、このようなテーパ状導波路を形成するには、例え
ば、選択成長技術あるいは複雑かつ高精度なプロセス技
術を要し、製作上に困難性があった。An optical coupling device for converting the spot size of light by means of a tapered optical waveguide as shown in FIG. 10 is used as a substitute for a lens, so that the laser diode and the optical fiber are optically coupled with low loss. There is a way to do it. FIG. 10 is a top view of a conventional optical coupling device, FIG. 11 is a side sectional view of the same optical coupling device, and FIG. 12 is a characteristic diagram for explaining the operation principle of the same optical coupling device. As shown in the figure, the core 601 forming the optical waveguide has a tapered diameter from the input side to the output side when viewed from above, and when viewed from the side, the upper surface portion inclines downward and faces toward the output side. It has a reduced diameter. At this time, the width of the core 601 on the input side is represented by w i and the thickness thereof is represented by t i.
The width dimension on the output side of 01 is denoted by w 0 , and the thickness dimension is denoted by t 0 .
In addition, 602 and 603 are cladding layers, 612 is input light, and 604 is output light. In the optical coupling device having such a configuration, as can be seen from FIG. 12, which shows the relationship between the spot size W and the core size (t, w),
The relative refractive index difference Δn [= (n−n of the core 601 of the optical waveguide.
1 ) / n 1 , where n 1 and n are the refractive indices of the clads 602 and 603 and the core 601 respectively, and the thickness t or width w of the core 601 is fixed to a fixed value. When the value is gradually increased from 0, the spot size W of the guided light (fundamental mode light) is gradually decreased from the infinite size, has a minimum value, and then increases again. Here, if t and w become too large, a multimode optical 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, the core 6 of the optical coupling device
In the design of the sizes t and w of 01, on the light incident end side (coupling side with the laser diode), a dimension w i that gives a spot size W i approximately equal to the spot size (about 1 μm) of the laser diode light 612. , T i (= number 100
nm to several μm), on the light emitting end side, if the dimensions t 0 and w 0 (= several tens nm to several μm) are provided, which gives a size W 0 approximately equal to the spot size of the optical fiber (about 5 μm) Good. In addition, the length L of the region where the size of the core 601 is tapered is set to reduce the loss due to radiation.
The length is set to several tens of μm to several mm or more. However, in order to form such a tapered waveguide, for example, a selective growth technique or a complicated and highly accurate process technique is required, which is difficult to manufacture.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、その課題は、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り、しかも製作の容易な光結合デ
バイスを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to achieve low loss between two different optical functional elements, particularly an optical functional element in which a plurality of devices are integrated. An object of the present invention is to provide an optical coupling device that is optically coupled and easy to manufacture.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明では、スポットサ
イズ変換部の光導波路コア部の寸法をステップ状に変化
させて構成することにより、低損失な結合特性を得ると
ともに製作性を改良した光結合デバイスを実現可能とし
ている。According to the present invention, an optical waveguide core portion of a spot size conversion portion is constructed by changing the dimensions of the optical waveguide core portion in a step-like manner to obtain a low loss coupling characteristic and improve the manufacturability. A coupling device is feasible.
【０００７】すなわち、本発明の請求項１の光結合デバ
イスは、互いに異なった構造で光波のスポットサイズが
異なる光機能デバイスを相互に低損失で光結合する光結
合デバイスであって、前記光機能デバイスの一方から光
波を他方の光機能デバイスへ伝送する少なくとも一本の
光導波路を有し、該光導波路のコアが少なくとも幅もし
くは厚さの一方がステップ状に径寸法が変化しているこ
とを特徴とする。That is, an optical coupling device according to claim 1 of the present invention is an optical coupling device for optically coupling optical functional devices having different structures and different spot sizes of light waves with each other with low loss. It has at least one optical waveguide for transmitting a light wave from one of the devices to the other optical functional device, and the core of the optical waveguide has at least one of width or thickness in which the diameter dimension is changed stepwise. Characterize.
【０００８】また、本発明の請求項２の光結合デバイス
は、前記請求項１の光結合デバイスにおいて、光機能デ
バイスの一方とモノリシックに形成されていることを特
徴とする。An optical coupling device according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the optical coupling device according to the first aspect, it is formed monolithically with one of the optical functional devices.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例と原理
を詳細に説明する。Embodiments and principles of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１０】（実施例１）図１ないし図３は、本発明に
よる光結合デバイスの第１の実施例を示すものであり、
スポットサイズ変換を２段階で縮径した構造の光導波路
で行う場合の本発明の光結合デバイスの基本構成を示し
ている。図１は本光結合デバイスの斜視図、図２は本光
結合デバイスの側断面図、図３は同光結合デバイスの上
面図である。図中、符号１０１は光導波路のコア、１０
２はｎ形半導体基板、１０３は埋め込み層あるいはｐ形
半導体層であり、これらｎ形半導体基板１０２およびｐ
形半導体層１０３は光導波路のクラッド領域になる。図
中の領域Ｉは半導体レーザや光変調器あるいは光スイッ
チ等の光機能素子部である。また、領域IIおよびIII
は、スポットサイズ変換機能を有する光導波路であり、
領域Ｉの光導波路の光波スポットサイズを段階的に徐々
に変化させ、光出射端部に接続される光機能デバイス
（例えば光ファイバ）との結合損失が小さくなるように
している。１０４は出射光である。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of an optical coupling device according to the present invention.
The basic configuration of the optical coupling device of the present invention when the spot size conversion is performed by an optical waveguide having a structure in which the diameter is reduced in two steps is shown. 1 is a perspective view of the present optical coupling device, FIG. 2 is a side sectional view of the present optical coupling device, and FIG. 3 is a top view of the same optical coupling device. In the figure, reference numeral 101 is an optical waveguide core, 10
2 is an n-type semiconductor substrate, 103 is a buried layer or a p-type semiconductor layer, and these n-type semiconductor substrates 102 and p
The shaped semiconductor layer 103 becomes the cladding region of the optical waveguide. A region I in the drawing is an optical functional element portion such as a semiconductor laser, an optical modulator, or an optical switch. Also, regions II and III
Is an optical waveguide having a spot size conversion function,
The light wave spot size of the optical waveguide in the region I is gradually changed in stages to reduce the coupling loss with the optical functional device (for example, optical fiber) connected to the light emitting end. Reference numeral 104 denotes emitted light.
【００１１】ここで、領域IIおよびIII のコアの幅と厚
さは、図２、図３に示すように、それぞれ、ｗ2 ，ｔ
2 ，ｗ3 ，ｔ3 である。これらの領域IIおよびIII にお
ける光スポットサイズは、幅ｗ1 、厚さｔ1 の領域Ｉの
光導波路のスポットサイズと、結合しようとする光ファ
イバのスポットサイズとの中間の大きさになるように、
設定される。また、領域II，III の導波路長Ｌ2 ，Ｌ3
は、それぞれの領域における伝搬光がそれぞれの定常導
波モードに近い状態になるのに必要な長さに設定すれば
よく、通常、数１０μｍから数ｍｍの長さにすれば、本
発明の効果が得られる。Here, the widths and thicknesses of the cores in the regions II and III are, as shown in FIGS. 2 and 3, w 2 and t, respectively.
2 , w 3 and t 3 . The light spot size in these regions II and III should be an intermediate size between the spot size of the optical waveguide in the region I of width w 1 and thickness t 1 and the spot size of the optical fiber to be coupled. ,
Is set. In addition, the waveguide lengths L 2 and L 3 in the regions II and III
Can be set to a length required for the propagating light in each region to be in a state close to each steady guided mode. Normally, if the length is set to several tens of μm to several mm, the effect of the present invention can be obtained. Is obtained.
【００１２】（実施例２）図４および図５は、本発明に
よる光結合デバイスの第２の実施例である。図４は同デ
バイスの側断面図、図５は同デバイスの上面図である。
図中、符号２０２はｎ形ＩｎＰ基板、２０３はｉもしく
はｐ形ＩｎＰ層であり、２０５，２０６，２０７はＩｎ
ＧａＡｓＰ等で構成される光導波路のコアである。ま
た、２０８は段階的に縮径しているコアの厚さｔ2 ，ｔ
3 を選択エッチング法にて形成する時に使用されたＩｎ
Ｐストップ層である。ここでは、領域III の光導波路
と、結合しようとする光ファイバとの間の結合損失が最
小になるように、領域III の光導波路の寸法ｗ3 ，ｔ3
が設定され、さらに領域Ｉと領域IIとの結合損失が最小
になるように、領域IIの光導波路の寸法ｗ2 ，ｔ2 が設
定される。なお、光導波路製作プロセスを容易にするた
めに、コア２０５，２０６，２０７の幅は、全領域で同
一の大きさｗ（＝ｗ1 ＝ｗ2 ＝ｗ3 ）にしてある。この
点が本実施例の特徴の一つである。(Second Embodiment) FIGS. 4 and 5 show a second embodiment of the optical coupling device according to the present invention. FIG. 4 is a side sectional view of the device, and FIG. 5 is a top view of the device.
In the figure, reference numeral 202 is an n-type InP substrate, 203 is an i or p-type InP layer, and 205, 206 and 207 are In.
It is a core of an optical waveguide made of GaAsP or the like. Further, 208 is the thickness t 2 , t of the core whose diameter is gradually reduced.
In used when forming 3 by selective etching
It is a P-stop layer. Here, the dimensions w 3 and t 3 of the optical waveguide in the region III are set so that the coupling loss between the optical waveguide in the region III and the optical fiber to be coupled is minimized.
Is set, and the dimensions w 2 and t 2 of the optical waveguide in the region II are set so that the coupling loss between the region I and the region II is minimized. In order to facilitate the optical waveguide manufacturing process, the widths of the cores 205, 206, 207 are the same size w (= w 1 = w 2 = w 3 ) in all regions. This is one of the features of this embodiment.
【００１３】図６、図７は、前記第２の実施例におい
て、本発明の効果を説明するための図であり、領域IIお
よびIII の光導波路の最適なコアの厚さｔ2 およびｔ3
と、光ファイバ結合損失との関係を示したグラフであ
る。これらのコアの厚さｔ2 およびｔ3 は、有限要素法
を用いたスカラー波近似解析による計算値である。ここ
では、波長λ＝１．５５μｍ用で、スポット半径Ｗf ＝
４μｍの光ファイバに結合させ、コア２０５，２０６，
２０７として、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰを用い
た場合を示している。また、領域Ｉの光機能素子部のコ
ア寸法はｗ1 ＝１．５μｍ、ｔ1 ＝０．３μｍとした。
図６は、領域III の光導波路のコアの最適寸法ｔ3 ，ｗ
3 を設計するための計算結果である。この結果より、ｗ
3 ＝１．５μｍとした時、最適コア厚ｔ3 は、ｔ3 ＝７
００〜８００Å程度にすればよく、その時の光ファイバ
との結合損失は約１ｄＢの特性になる。図７は、ｗ＝
１．５μｍ、ｔ1 ＝０．３μｍ、ｔ3 ＝８００Åとした
時に、領域IIの最適コア厚ｔ2 の設計に関する計算結果
を示したものである。図７より、ｔ2 ＝１．２〜１．３
μｍ程度に設定すると、領域Ｉ〜光ファイバ間の結合損
失の総和が最小になり、その全結合損失は約３．５ｄＢ
になる。なお、本発明による光結合デバイスを用いず
に、領域Ｉの導波路端面から光ファイバに直接結合させ
た時の結合損失は、約９ｄＢである。従って、本発明に
よる光結合デバイスにより、５．５ｄＢの損失改善が可
能になることになる。また、この時、光導波路２０７か
らの出射光２０４と光ファイバとの軸ずれトレランス
は、光ファイバ同士のトレランスと同程度になるので、
光ファイバを実装する時の光デバイスモジュール化が比
較的容易になる、という利点も得られる。FIGS. 6 and 7 are views for explaining the effect of the present invention in the second embodiment, and the optimum core thicknesses t 2 and t 3 of the optical waveguides in the regions II and III are shown.
Is a graph showing the relationship between the optical fiber coupling loss and the optical fiber coupling loss. The thicknesses t 2 and t 3 of these cores are calculated values by the scalar wave approximation analysis using the finite element method. Here, for wavelength λ = 1.55 μm, spot radius Wf =
The core 205, 206,
As 207, the case where InGaAsP having a composition of 1.3 μm is used is shown. Further, the core dimensions of the optical function element portion in the region I were set to w 1 = 1.5 μm and t 1 = 0.3 μm.
FIG. 6 shows the optimum dimensions t 3 , w of the core of the optical waveguide in the region III.
It is a calculation result for designing 3 . From this result, w
When 3 = 1.5 μm, the optimum core thickness t 3 is t 3 = 7
It may be set to about 00 to 800Å, and the coupling loss with the optical fiber at that time has a characteristic of about 1 dB. In FIG. 7, w =
It shows the calculation result regarding the design of the optimum core thickness t 2 in the region II when 1.5 μm, t 1 = 0.3 μm, and t 3 = 800 Å. From FIG. 7, t 2 = 1.2 to 1.3
When it is set to about μm, the total sum of the coupling loss between the region I and the optical fiber is minimized, and the total coupling loss is about 3.5 dB.
become. The coupling loss when the optical coupling device according to the present invention is directly coupled to the optical fiber from the end face of the waveguide of the region I is about 9 dB. Therefore, the optical coupling device according to the present invention can improve the loss by 5.5 dB. Further, at this time, since the tolerance of the axis deviation between the light emitted from the optical waveguide 207 and the optical fiber is approximately the same as the tolerance between the optical fibers,
There is also an advantage that it becomes relatively easy to form an optical device module when mounting an optical fiber.
【００１４】（実施例３）図８は、本発明による光結合
デバイスの第３の実施例の側断面図を表し、スポットサ
イズ変換を領域IIの１段の光導波路で構成した場合を示
している。この場合、領域IIにおける光導波路のスポッ
トサイズは、領域Ｉの光導波路スポットサイズと、結合
しようとする光ファイバのスポットサイズとの中間的な
大きさになり、領域Ｉ〜II間および領域II〜光ファイバ
間の結合損失の総和が最小値になるコアの屈折率ｎと寸
法ｗ2 ，ｔ2 に設定される。従って、前記第２の実施例
より光導波路構造が単純であり、製作が容易になる特長
がある。例えば、波長λ＝１．５５μｍで、コア４０
５，４０６として１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰを用
い、ｗ（＝ｗ1 ＝ｗ2 ）＝１．５μｍ、ｔ1 ＝０．３μ
ｍとしてＷf ＝４μｍの光ファイバに結合させる場合、
領域IIの光導波路のコアの厚さｔ2 を０．１２μｍ程度
にすると、領域Ｉ〜光ファイバ間の全結合損失は４．２
ｄＢ程度になり、低損失な結合特性を実現できる。な
お、この場合の光導波路４０６からの出射光４０４に対
する光ファイバの軸ずれトレランスも、前記第２の実施
例とほぼ同等の特性が得られ、光ファイバ固定のための
モジュール化が容易になる。(Embodiment 3) FIG. 8 is a side sectional view of a third embodiment of the optical coupling device according to the present invention, showing a case where the spot size conversion is constituted by the one-stage optical waveguide in the region II. There is. In this case, the spot size of the optical waveguide in the region II becomes an intermediate size between the spot size of the optical waveguide in the region I and the spot size of the optical fiber to be coupled, and the spot size between the regions I to II and the region II to II. The refractive index n and the dimensions w 2 and t 2 of the core are set so that the total sum of coupling losses between the optical fibers is minimum. Therefore, the optical waveguide structure is simpler than that of the second embodiment, and it is easy to manufacture. For example, at the wavelength λ = 1.55 μm, the core 40
InGaAsP having a composition of 1.3 μm is used as 5,406, w (= w 1 = w 2 ) = 1.5 μm, t 1 = 0.3 μ
When coupling to an optical fiber with W f = 4 μm as m,
When the thickness t 2 of the core of the optical waveguide in the region II is set to about 0.12 μm, the total coupling loss between the region I and the optical fiber is 4.2.
It becomes about dB and a low loss coupling characteristic can be realized. In this case, the axial deviation tolerance of the optical fiber with respect to the outgoing light 404 from the optical waveguide 406 is almost the same as that of the second embodiment, and the modularization for fixing the optical fiber is facilitated.
【００１５】以上の実施例では、光結合デバイスとして
１段もしくは２段の光導波路で構成した例を説明した
が、さらに多段の光導波路を用いて同様に構成すれば、
低損失なスポットサイズ変換が可能である。また、光導
波路のコアの屈折率ｎが均一の材料を用いた場合を説明
したが、例えば、多重量子井戸層を用い、井戸層、障壁
層の材質および厚さを選択することにより、任意にその
実効的屈折率を設定できる。In the above embodiments, an example in which the optical coupling device is composed of one-stage or two-stage optical waveguides has been described.
Spot size conversion with low loss is possible. Further, the case where the material having the uniform refractive index n of the core of the optical waveguide is used has been described. However, for example, by using the multiple quantum well layer and selecting the material and the thickness of the well layer and the barrier layer, it is possible to arbitrarily The effective refractive index can be set.
【００１６】また、以上の実施例では、光出射端側のコ
アの寸法ｗ，ｔを領域Ｉの導波路の寸法ｗ1 ，ｔ1 より
小さくして、光波のスポットサイズを拡大する場合につ
いて説明したが、例えば、ｗをより広くし、ｔを極端に
薄くしたコアを構成してスポットサイズを変換しても良
い。Further, in the above embodiments, the case where the dimensions w and t of the core on the light emitting end side are made smaller than the dimensions w 1 and t 1 of the waveguide in the region I to enlarge the spot size of the light wave will be described. However, for example, the spot size may be converted by forming a core in which w is wider and t is extremely thin.
【００１７】また、本発明は、半導体デバイス以外に、
例えばＬｉＮｂＯ3 等の強誘電体材料やＳｉＯ2 等のガ
ラス材料、あるいは有機材料等を利用した光デバイスに
適用できることは自明である。In addition to the semiconductor device, the present invention also provides:
For example, it is obvious that it can be applied to an optical device using a ferroelectric material such as LiNbO 3 or a glass material such as SiO 2 or an organic material.
【００１８】本光結合デバイスは、半導体材料で構成で
きるので、例えば、半導体レーザや光変調器、レーザダ
イオードアンプ、光スイッチ等の光機能素子の光入出射
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せるよ
うに光結合用導波路を形成しても良い。Since the present optical coupling device can be made of a semiconductor material, for example, the present coupling device is formed on the same substrate at the light input / output end of an optical functional element such as a semiconductor laser, an optical modulator, a laser diode amplifier, or an optical switch. It is also possible to realize a monolithically integrated optical device on top. 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 section is formed, the optical waveguides are directly abutted to each other. A coupling waveguide may be formed.
【００１９】さらに、以上の実施例では、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のあら
ゆる光導波路部品との接続部に対しても、それら導波路
の光スポットサイズに合わせるように、本発明による光
結合デバイス導波路の材質、寸法を設定すれば、低結合
損失の特性を実現できる。Furthermore, in the above embodiments, the case of connecting an optical fiber has been described, but in addition to this, it is possible to connect to any other semiconductor optical waveguide component or any optical waveguide component such as a glass waveguide component. However, if the material and dimensions of the optical coupling device waveguide according to the present invention are set so as to match the optical spot size of those waveguides, low coupling loss characteristics can be realized.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、スポ
ットサイズ変換部の光導波路コア部の寸法をステップ状
にして構成することにより、低損失な特性を得るととも
に製作性を改良した光結合デバイスを実現可能としてい
る。As described above, according to the present invention, by forming the optical waveguide core portion of the spot size conversion portion in a stepwise shape, a low loss characteristic is obtained and the manufacturability is improved. Makes the device feasible.
【図１】本発明による光結合デバイスの第１の実施例を
示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment 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第１の実施例を
示す側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a first embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図３】本発明による光結合デバイスの第１の実施例を
示す上面図である。FIG. 3 is a top view showing a first embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図４】本発明による光結合デバイスの第２の実施例を
示す側断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a second embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図５】本発明による光結合デバイスの第２の実施例を
示す上面図である。FIG. 5 is a top view showing a second embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図６】本発明の第２の実施例における動作原理および
効果を説明するための図であり、コア幅と光ファイバ結
合損失との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation principle and effects in the second embodiment of the present invention, and is a graph showing the relationship between the core width and the optical fiber coupling loss.
【図７】本発明の第２の実施例における動作原理および
効果を説明するための図であり、コア厚と光ファイバ結
合損失との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation principle and effect in the second embodiment of the present invention, and is a graph showing the relationship between the core thickness and the optical fiber coupling loss.
【図８】本発明による光結合デバイスの第３の実施例を
示す側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view showing a third embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図９】従来の光結合デバイスの概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a conventional optical coupling device.
【図１０】従来の他の光結合デバイスの上面図である。FIG. 10 is a top view of another conventional optical coupling device.
【図１１】従来の他の光結合デバイスの側断面図であ
る。FIG. 11 is a side sectional view of another conventional optical coupling device.
【図１２】従来の他の光結合デバイスの特性を示すグラ
フである。FIG. 12 is a graph showing characteristics of another conventional optical coupling device.
１０１，５０１，６０１ 光導波路コア １０２，２０２，４０２，５０２，６０２ クラッド領
域を構成するｎ形半導体基板 １０３，２０３，４０３，５０３，６０３ クラッド領
域を構成するｉもしくはｐ形半導体層 １０４，２０４，４０４，５０４，６０４ 出射光 ２０５，２０６，２０７，４０５，４０６ 光導波路コ
ア ２０８，４０８ ストップ層 ５０９ レンズ ５１０ 光ファイバ ５１１ Ｖ−グルーブアレー ６１２ 入射光101, 501, 601 Optical waveguide core 102, 202, 402, 502, 602 n-type semiconductor substrate 103, 203, 403, 503, 603 forming a cladding region i or p-type semiconductor layer 104, 204 forming a cladding region 404, 504, 604 Emitted light 205, 206, 207, 405, 406 Optical waveguide core 208, 408 Stop layer 509 Lens 510 Optical fiber 511 V-groove array 612 Incident light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/0232 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 31/0232
Claims (2)
イズが異なる光機能デバイスを相互に低損失で光結合す
る光結合デバイスであって、 前記光機能デバイスの一方から光波を他方の光機能デバ
イスへ伝送する少なくとも一本の光導波路を有し、該光
導波路のコアが少なくとも幅もしくは厚さの一方がステ
ップ状に径寸法が変化していることを特徴とする光結合
デバイス。1. An optical coupling device that optically couples optical functional devices having different structures and different light beam spot sizes to each other with low loss, wherein the optical wave is transmitted from one of the optical functional devices to the other optical functional device. An optical coupling device having at least one optical waveguide for transmission, wherein at least one of width and thickness of the core of the optical waveguide has a stepwise change in diameter.
クに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
光結合デバイス。2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the optical coupling device is formed monolithically with one of the optical functional devices.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP6314786A JPH08171020A (en) | 1994-12-19 | 1994-12-19 | Optical coupling device |
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|---|---|---|---|
| JP6314786A JPH08171020A (en) | 1994-12-19 | 1994-12-19 | Optical coupling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08171020A true JPH08171020A (en) | 1996-07-02 |
Family
ID=18057583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6314786A Pending JPH08171020A (en) | 1994-12-19 | 1994-12-19 | Optical coupling device |
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