JPH09258049A - モードフィールド変換光導波路の形成方法と形成装置 - Google Patents

モードフィールド変換光導波路の形成方法と形成装置

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JPH09258049A
JPH09258049A JP6428496A JP6428496A JPH09258049A JP H09258049 A JPH09258049 A JP H09258049A JP 6428496 A JP6428496 A JP 6428496A JP 6428496 A JP6428496 A JP 6428496A JP H09258049 A JPH09258049 A JP H09258049A
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JP
Japan
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optical waveguide
carbon dioxide
silica
laser light
mode field
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Pending
Application number
JP6428496A
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English (en)
Inventor
Kenichi Morosawa
健一 諸沢
Kazuhisa Matsumoto
和久 松本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】石英系光導波路のモードフィールドを短時間か
つ低コストで、所望のモードフィールドに拡大する方法
と装置を提供する。 【解決手段】炭酸ガスレーザ1と、該炭酸ガスレーザか
らの出射光を石英系光導波路7まで導き、照射パワー量
を制御する炭酸ガスレーザ光導光器2と、前記石英系光
導波路を前記炭酸ガスレーザ光が照射できる位置に保持
する光導波路素子保持器3からなり、少なくとも水平方
向の1軸方向に任意の速度で前記石英系光導波路を移動
させることが可能な前記光導波路素子保持器と、前記石
英系光導波路に対して前記炭酸ガスレーザ光を集光する
レンズ4を備え、かつ前記レンズと前記石英系光導波路
の間隔を任意の速度で変えることができる前記レンズ駆
動機構5を備えたモードフィールド変換光導波路の形成
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は石英系光導波路に関
して、特にそのモードフィールドを変換する光導波路の
形成方法と形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光部品を接続する際には、モードフィー
ルドを合わせることが重要である。モードフィールドが
合っていない場合、接続損失が大きくなったり、接続部
で信号光の一部が送信端に反射されたりしてシステムの
性能を大幅に低下させてしまうことがある。そのため、
光部品の接続方法に種々の工夫がなされて来た。
【0003】例えば半導体材料で形成された光スイッチ
は、半導体材料の屈折率が大きいためモードフィールド
は通常波長1.55μmで短軸径3μm、長軸径7μm
の楕円形状であり、石英径光導波路のモードフィールド
は通常波長1.55μmで直径10μmの円形状であ
る。
【0004】従って、そのまま接続すると大きさと形状
が異なっているため、大きな接続損失が発生する。この
損失を低減するため、例えば先端に球状のレンズを設け
た先端球光ファイバやボールレンズを用いることによ
り、信号光のモードフィールドを変換し、集光して結合
する方法が用いられている。
【0005】最近では、光ファイバと光導波路のモード
フィールドの違いに対して、第2図のように光導波路の
モードフィールドを連続的に変換して、接続損失の低減
を図るモードフィールド変換光導波路の研究が進められ
ている。モードフィールドの変換方法は、石英系光導波
路のコアに添加された屈折率を高めるGeやTiなどの
ドーパントを熱拡散させて、コアの光の閉じこめ効果を
抑制することによりモードフィールドを拡大する方法を
用いている。
【0006】屈折率の高いコアで高密度に形成し、複数
の機能を集積化したプレーナ型の光回路と光ファイバを
接続する際、この方法を用いることで挿入損失や接続損
失の小さい多機能小型光部品の作成が可能となる。
【0007】石英系光導波路のモードフィールドを変換
する方法としては、電気炉で石英系光導波路の一部や全
体を加熱したり、光導波路表面にヒータを張り付けて局
部的に加熱する方法が一般的に用いられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のモードフィール
ド変換の方法では、電気炉や局部的に加熱するヒータを
用いるため、製作に非常に長い時間がかかるという問題
があった。例えば、電気炉やヒータを用いた方法では、
約5μmのモードフィールドを2倍の10μmに拡大す
るのに5〜10時間程度必要であった。また装置全体が
複雑で大掛かりとなり、光部品のコストを高くする要因
になっていた。
【0009】また、電気炉やヒータによる加熱方法で
は、モードフィールドの変換が必要でない光回路部にま
で熱の影響が及ぶため、光回路の特性を変えてしまうと
いう実用上の問題があった。
【0010】従って、本発明の目的は、前記した従来技
術の問題点を解決し、短時間でしかも他の光回路の特性
に影響を与えることなく、所望の領域に石英系光導波路
のコアに含まれる屈折率を高めるドーパントを拡散でき
るだけの熱エネルギを与え、任意のモードフィールドに
拡大する方法とその装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、屈折率を高めるための材料、すなわちドー
パントが添加された石英系コアと該コアを埋め込む石英
系クラッドから形成された石英系光導波路の前記コア
に、炭酸ガスレーザ光を照射して、前記コア中に含まれ
た前記屈折率を高めるための材料を、周囲の前記クラッ
ドに拡散させ、任意のモードフィールドに変換する方法
を用いた。
【0012】更に、上記の形成方法において、前記炭酸
ガスレーザ光の照射位置を連続的に移動させると同時
に、前記炭酸ガスレーザ光のパワー密度とスポットサイ
ズを連続的に変化させて、前記モードフィールド径を連
続的に変換する方法を用いた。そして、炭酸ガスレーザ
と、該炭酸ガスレーザからの出射光を上記石英系光導波
路まで導き、照射パワー量を制御する炭酸ガスレーザ光
導光器と、前記石英系光導波路を前記炭酸ガスレーザ光
が照射できる位置に保持する光導波路素子保持器からな
り、少なくとも水平方向の1軸方向に任意の速度で前記
石英系光導波路を移動させることが可能な前記光導波路
素子保持器と、前記石英系光導波路に対して前記炭酸ガ
スレーザ光を集光するレンズを備え、かつ前記レンズと
前記石英系光導波路の間隔を任意の速度で変えることが
できる前記レンズ駆動機構を備えたことを特徴とするモ
ードフィールド変換光導波路の形成装置を使用した。
【0013】更に、上記の形成装置において、上記導波
路素子保持器に水平方向の移動に加えて、上記炭酸ガス
レーザ光の光軸方向に移動する機構を備えたことを特徴
とするモードフィールド変換光導波路の形成装置や、上
記石英系光導波路の両側で光ファイバのコアと調芯でき
るようにファイバチャックを備えたことを特徴とするモ
ードフィールド変換光導波路の形成装置、そしてまた、
一方の光ファイバの替わりに上記石英系光導波路と位置
合わせ可能なフォトダイオードを備えたことを特徴とす
るモードフィールド変換光導波路の形成装置を用いた。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を示す。図
1は本発明に係わるモードフィールド変換導波路形成装
置を示す。本装置は波長10.6μmの光を発振する炭
酸ガスレーザ1、該炭酸ガスレーザからの出射光を石英
系光導波路まで導き、かつ照射パワー量を制御する炭酸
ガスレーザ光導光器2、光導波路を保持する光導波路素
子保持器3、炭酸ガスレーザからの出射光を集光する集
光レンズ4、該集光レンズを垂直方向に駆動する集光レ
ンズ駆動器5、および光ファイバクランプ6a、6bよ
り構成されている。
【0015】石英系光導波路はコアの屈折率を高めるド
ーパントにGeを用い、コアとクラッドの比屈折率差は
約1%である。波長1.55μmでのモードフィールド
径は5μmである。なお、この石英系光導波路の製作方
法は通常のフォトリソグラフィの技術を用いた。この石
英系光導波路7を光導波路素子保持器3に、真空吸引法
により取り付ける。
【0016】その後、光ファイバ8aにモニタ光9を入
射して、石英系光導波路7にモニタ光を結合し、石英系
光導波路7からの出射光を光ファイバ8bで受光して光
パワーメータ10でその強度を測定する。モニタ光には
通常の波長1.55μmの半導体レーザを用いた。この
測定から石英系光導波路7の挿入損失が測定される。な
お光ファイバ8a、8bと石英系光導波路7の結合はレ
ンズを用いても良いが、ここではレンズを用いず突き合
わせにより行った。光ファイバ8aは波長1.55μm
の単一モード光ファイバを、光ファイバ8bは多モード
光ファイバを用いた。
【0017】石英系光導波路7の挿入損失を測定した
後、モードフィールドを拡大する側の光ファイバ、ここ
では光ファイバ8aの単一モード光ファイバを石英系光
導波路7から十分に後退させる。光導波路素子保持器3
の機能により、石英系光導波路7の端面方向に向かって
炭酸ガスレーザ光13が照射されるように、石英系光導
波路7を一定の速度で移動させる。
【0018】この時、石英系光導波路7の移動開始と同
時に、予め集光レンズ4の焦点距離の高さにあった集光
レンズ駆動器5を適切な速度で上方に移動させ、炭酸ガ
スレーザ光13のスポットサイズ11を大きくする。上
記動作と同時に、炭酸ガスレーザ光導光器2の減衰器1
2を駆動して照射パワーが徐々に大きくなるように制御
する。これらの操作により石英系光導波路7のモードフ
ィールド径は、最初の炭酸ガスレーザ光の照射位置より
石英系光導波路の端部に向かって次第に大きくなるよう
に形成され、端部では10μmと2倍に拡大した。
【0019】この石英系光導波路7と光ファイバ8aを
再び調芯して挿入損失を測定したところ、挿入損失は約
0.8dB改善した。これは、石英系光導波路7の固有の
モードフィールドは直径5μmの円形状、光ファイバ8
a、8bの固有のモードフィールドは直径10μmの円
形状であり、2ヶ所の突き合わせ部でのモードフィール
ドのミスマッチが上記操作を行いモードフィールドを拡
大したことで、1ヶ所のミスマッチになったことによ
る。このモードフィールド変換部の形成に要した時間は
約5分であり、従来技術の5時間と比較すると、桁違い
に短縮された。
【0020】上記の実施例において、モニタ用の光ファ
イバ8bの替わりに受光用のフォトダイオードを用いて
も同様の効果が得られる。そして炭酸ガスレーザ集光レ
ンズ4を、集光レンズ駆動器5で動かしスポットサイズ
11を制御する替わりに、光導波路素子保持器3に上下
方向の駆動機構を付加しても同様な効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、炭酸ガスレーザと、該
炭酸ガスレーザからの出射光を上記石英系光導波路まで
導き、照射パワー量を制御する炭酸ガスレーザ光導光器
と、前記石英系光導波路を前記炭酸ガスレーザ光が照射
できる位置に保持する光導波路素子保持器からなり、少
なくとも水平方向の1軸方向に任意の速度で前記石英系
光導波路を移動させることが可能な前記光導波路素子保
持器と、前記石英系光導波路に対して前記炭酸ガスレー
ザ光を集光するレンズを備え、かつ前記レンズと前記石
英系光導波路の間隔を任意の速度で変えることができる
前記レンズ駆動機構を備えたことを特徴とするモードフ
ィールド変換光導波路の形成装置を用いることにより、
屈折率を高めるための材料が添加された石英系コアと該
コアを埋め込む石英系クラッドから形成された石英系光
導波路において、炭酸ガスレーザ光を前記コアに照射し
て、前記コア中に含まれた前記屈折率を高めるための材
料を、周囲の前記クラッドに拡散させ、任意のモードフ
ィールドに変換することが可能となる。
【0022】従って、光回路の特性に影響を与えること
無く、モードフィールドを変換した石英系光導波路を短
時間で形成することができる。更に、上記装置により炭
酸ガスレーザ光のパワー密度とスポットサイズを独立に
制御できるため、モードフィールドの変換に必要な炭酸
ガスレーザの諸条件を最適に設定できる。これにより石
英系の光ファイバと低損失に結合するモードフィールド
変換光導波路、そして高密度に集積化した小型光部品の
製作が可能となり、しかも低コストで提供することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるモードフィールド変換光導波路
の形成装置を示す。
【図2】従来技術、および本発明に係わるモードフィー
ルド変換光導波路を示す。
【符号の説明】
1 炭酸ガスレーザ 2 炭酸ガスレーザ光導光器 3 光導波路素子保持器 4 炭酸ガスレーザ集光レンズ 5 集光レンズ駆動器 6a、6b 光ファイバクランプ 7 石英系光導波路 8a、8b 光ファイバ 9 モニタ光 10 光パワーメータ 11 スポットサイズ 12 減衰器 13 炭酸ガスレーザ 14 石英系クラッド 15 モードフィールド 16 石英系基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】屈折率を高めるためのドーパントが添加さ
    れた石英系コアと該コアを埋め込む石英系クラッドから
    形成された石英系光導波路の前記コアに、炭酸ガスレー
    ザ光を照射して、前記コア中に含まれた前記ドーパント
    を、周囲の前記クラッドに拡散させ、任意のモードフィ
    ールドに変換することを特徴とするモードフィールド変
    換光導波路の形成方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の形成方法において、前記炭
    酸ガスレーザ光の照射位置を連続的に移動させると同時
    に、前記炭酸ガスレーザ光のパワー密度とスポットサイ
    ズを連続的に変化させて、前記モードフィールドを連続
    的に変換することを特徴とするモードフィールド変換光
    導波路の形成方法。
  3. 【請求項3】炭酸ガスレーザと、該炭酸ガスレーザから
    の出射光を上記石英系光導波路まで導き、照射パワー量
    を制御する炭酸ガスレーザ光導光器と、前記石英系光導
    波路を前記炭酸ガスレーザ光が照射できる位置に保持す
    る光導波路素子保持器からなり、少なくとも水平方向の
    1軸方向に任意の速度で前記石英系光導波路を移動させ
    ることが可能な前記光導波路素子保持器と、前記石英系
    光導波路に対して前記炭酸ガスレーザ光を集光するレン
    ズを備え、かつ前記レンズと前記石英系光導波路の間隔
    を任意の速度で変えることができる前記レンズ駆動機構
    を備えたことを特徴とするモードフィールド変換光導波
    路の形成装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の形成装置において、上記導
    波路素子保持器に水平方向の移動に加えて、上記炭酸ガ
    スレーザ光の光軸方向に移動する機構を備えたことを特
    徴とするモードフィールド変換光導波路の形成装置。
  5. 【請求項5】請求項3および請求項4記載の形成装置に
    おいて、上記石英系光導波路の両側で、光ファイバのコ
    アと調芯できるようにファイバチャックを備えたことを
    特徴とするモードフィールド変換光導波路の形成装置。
  6. 【請求項6】請求項5記載の形成装置において、一方の
    光ファイバの替わりに上記石英系光導波路と位置合わせ
    可能なフォトダイオードを備えたことを特徴とするモー
    ドフィールド径変換光導波路の形成装置。
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