JPH09304665A - 発光素子と光導波路の光結合構造 - Google Patents
発光素子と光導波路の光結合構造Info
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- JPH09304665A JPH09304665A JP8118791A JP11879196A JPH09304665A JP H09304665 A JPH09304665 A JP H09304665A JP 8118791 A JP8118791 A JP 8118791A JP 11879196 A JP11879196 A JP 11879196A JP H09304665 A JPH09304665 A JP H09304665A
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- 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
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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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
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な組立を必要とせず、簡易で低結合損失
な発光素子と光導波路を光学的に結合する構造を提供す
る。 【解決手段】 光導波路２の端面近傍にＶ溝３が設けら
れており、短尺のグレーデッドインデックス型（ＧＩ
型）光ファイバ１がＶ溝３上に固定されている。光導波
路のコア部１０に対して光軸中心を一致させておくこと
により、発光素子４から放射された光５は、短尺のＧＩ
型光ファイバのコア１３の屈折率変化によるレンズ作用
により、光導波路のコア部１０に集光される。発光素子
４からの出射光５が光導波路のコア部１０の外へ漏れて
しまうのを防ぎ、発光素子４と光導波路２の低損失な光
結合を可能とする。
な発光素子と光導波路を光学的に結合する構造を提供す
る。 【解決手段】 光導波路２の端面近傍にＶ溝３が設けら
れており、短尺のグレーデッドインデックス型（ＧＩ
型）光ファイバ１がＶ溝３上に固定されている。光導波
路のコア部１０に対して光軸中心を一致させておくこと
により、発光素子４から放射された光５は、短尺のＧＩ
型光ファイバのコア１３の屈折率変化によるレンズ作用
により、光導波路のコア部１０に集光される。発光素子
４からの出射光５が光導波路のコア部１０の外へ漏れて
しまうのを防ぎ、発光素子４と光導波路２の低損失な光
結合を可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と光導波
路を光学的に結合する構造に関し、特に低損失で簡易な
発光素子と光導波路の光結合構造に関する。
路を光学的に結合する構造に関し、特に低損失で簡易な
発光素子と光導波路の光結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の発光素子と光導波路の光結合構造
の一例を図８及び図９に示す。
の一例を図８及び図９に示す。
【０００３】従来の構造では、図８に示されるように、
発光素子３１の端面より放射状に拡がって出射される光
３２は、レンズ３３を用いて光導波路３４の入射端に集
光する光結合構造が用いられている。このような例は、
例えば、特開平５−３３３２４８号公報の図４、特開平
３−２８７２０７号公報の図１、または特開平３−７３
９０５号公報の図１等に開示されている。
発光素子３１の端面より放射状に拡がって出射される光
３２は、レンズ３３を用いて光導波路３４の入射端に集
光する光結合構造が用いられている。このような例は、
例えば、特開平５−３３３２４８号公報の図４、特開平
３−２８７２０７号公報の図１、または特開平３−７３
９０５号公報の図１等に開示されている。
【０００４】一方、他の構造として、図９に示されるよ
うに発光素子３５から出射される光３６を直接、光導波
路３７の入射端と光結合させる構造も知られている。
うに発光素子３５から出射される光３６を直接、光導波
路３７の入射端と光結合させる構造も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図８に示さ
れるような従来の構造では、レンズを用いて集光してい
るため、低損失な光結合が可能である反面、組立に手間
と時間を要し、コスト高であるという問題がある。すな
わち、発光素子とレンズ間の光軸調整、およびレンズと
光導波路間の光軸調整の２箇所の光軸調整が必要なこと
であり、また、レンズを正確に固定しておく構造が必要
となり、必然的に製造コストが増大することとなる。ま
た、レンズにコストがかかることもあげられる。
れるような従来の構造では、レンズを用いて集光してい
るため、低損失な光結合が可能である反面、組立に手間
と時間を要し、コスト高であるという問題がある。すな
わち、発光素子とレンズ間の光軸調整、およびレンズと
光導波路間の光軸調整の２箇所の光軸調整が必要なこと
であり、また、レンズを正確に固定しておく構造が必要
となり、必然的に製造コストが増大することとなる。ま
た、レンズにコストがかかることもあげられる。
【０００６】また、図９に示されるような従来の構造で
は、他の部品を用いていないため、低コストである反
面、光結合の損失が大き過ぎるという問題が生じる。こ
れは、発光素子から出射される光は、放射状に拡がって
出射されるため、図９に示されるように光導波路端に入
射されずに、光の多くが外に漏れてしまうことに起因す
る。
は、他の部品を用いていないため、低コストである反
面、光結合の損失が大き過ぎるという問題が生じる。こ
れは、発光素子から出射される光は、放射状に拡がって
出射されるため、図９に示されるように光導波路端に入
射されずに、光の多くが外に漏れてしまうことに起因す
る。
【０００７】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造
の目的は、従来の構造で両立し得えなかった問題を解決
し、低損失、小型・軽量で、組立が簡易で低コストな発
光素子と光導波路の光結合構造を提供することにある。
の目的は、従来の構造で両立し得えなかった問題を解決
し、低損失、小型・軽量で、組立が簡易で低コストな発
光素子と光導波路の光結合構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の発光素子と光導
波路の光結合構造は、上記問題点を解決するために、光
導波路と該光導波路の光軸の方向に一致した方向に形成
された溝とを有する基板と、溝に配置され光導波路の端
面に第１の端面を相対させて前記溝に配置された、光導
波路のコア径よりも大きいコア径を有する短尺の光ファ
イバと、第１の端面と反対側にある第２の端面の側に配
置され、光ファイバに光学的に結合する発光素子とを備
えていることを特徴としている。
波路の光結合構造は、上記問題点を解決するために、光
導波路と該光導波路の光軸の方向に一致した方向に形成
された溝とを有する基板と、溝に配置され光導波路の端
面に第１の端面を相対させて前記溝に配置された、光導
波路のコア径よりも大きいコア径を有する短尺の光ファ
イバと、第１の端面と反対側にある第２の端面の側に配
置され、光ファイバに光学的に結合する発光素子とを備
えていることを特徴としている。
【０００９】ここで、光ファイバは、グレーデッド・イ
ンデックス型（以下「ＧＩ型」という。）光ファイバで
あることを特徴としている。また、第１の端面は、光導
波路の端面と密着している。さらに、発光素子は、基板
上に配置されていることを特徴としている。また、発光
素子と基板の接合部に、被膜を有していることを特徴と
している。
ンデックス型（以下「ＧＩ型」という。）光ファイバで
あることを特徴としている。また、第１の端面は、光導
波路の端面と密着している。さらに、発光素子は、基板
上に配置されていることを特徴としている。また、発光
素子と基板の接合部に、被膜を有していることを特徴と
している。
【００１０】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造
はさらに、発光素子がその出射光の光軸が光ファイバの
中心軸に対して光ファイバのコア径の範囲内でずれるよ
うに配置されていることを特徴としている。さらに、光
ファイバがその中心軸が前記光導波路の光軸に対してず
れた位置になるように配置されていることを特徴として
いる。
はさらに、発光素子がその出射光の光軸が光ファイバの
中心軸に対して光ファイバのコア径の範囲内でずれるよ
うに配置されていることを特徴としている。さらに、光
ファイバがその中心軸が前記光導波路の光軸に対してず
れた位置になるように配置されていることを特徴として
いる。
【００１１】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造
はまた、光導波路の光軸と前記光ファイバの中心軸と前
記発光素子の出射光の光軸は、基板の表面に対して同一
の高さにあり、光導波路の光軸と光ファイバの中心軸と
発光素子の出射光の光軸を含む平面内で、光導波路の光
軸と光ファイバの中心軸と発光素子の出射光の光軸が互
いにずれていることを特徴としている。
はまた、光導波路の光軸と前記光ファイバの中心軸と前
記発光素子の出射光の光軸は、基板の表面に対して同一
の高さにあり、光導波路の光軸と光ファイバの中心軸と
発光素子の出射光の光軸を含む平面内で、光導波路の光
軸と光ファイバの中心軸と発光素子の出射光の光軸が互
いにずれていることを特徴としている。
【００１２】また、光導波路の光軸と光ファイバの中心
軸と発光素子の出射光の光軸は、基板の表面に垂直な平
面内にあり、光導波路の光軸と光ファイバの中心軸と発
光素子の出射光の光軸が基板の表面に対して互いに異な
る高さにあることを特徴としている。
軸と発光素子の出射光の光軸は、基板の表面に垂直な平
面内にあり、光導波路の光軸と光ファイバの中心軸と発
光素子の出射光の光軸が基板の表面に対して互いに異な
る高さにあることを特徴としている。
【００１３】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造
は、光導波路が形成された基板に溝が形成されている。
この溝に、光導波路のコア径よりも大きいコア径を有す
る短尺の光ファイバを配置し、この光ファイバに集光作
用を持たせている。一方、発光素子は、短尺光ファイバ
に対して光導波路と反対側の端面近傍に配置されてい
る。発光素子から出射された光は、短尺光ファイバによ
り就航されて、光導波路に結合される。このため、高効
率な光結合が可能になる。
は、光導波路が形成された基板に溝が形成されている。
この溝に、光導波路のコア径よりも大きいコア径を有す
る短尺の光ファイバを配置し、この光ファイバに集光作
用を持たせている。一方、発光素子は、短尺光ファイバ
に対して光導波路と反対側の端面近傍に配置されてい
る。発光素子から出射された光は、短尺光ファイバによ
り就航されて、光導波路に結合される。このため、高効
率な光結合が可能になる。
【００１４】また、発光素子の出射光の光軸と短尺光フ
ァイバの中心軸と光導波路の光軸は一直線上で一致させ
てもよいが、積極的に光ファイバのコア径の範囲内でず
らせてそれぞれを配置させてもよい。高さ方向の光軸ず
れ（オフセット）を、短尺のＧＩ型光ファイバにより光
路を曲げ、互いの発光素子の活性層と光導波路のコア部
とを光学的に結合できる構造としている。
ァイバの中心軸と光導波路の光軸は一直線上で一致させ
てもよいが、積極的に光ファイバのコア径の範囲内でず
らせてそれぞれを配置させてもよい。高さ方向の光軸ず
れ（オフセット）を、短尺のＧＩ型光ファイバにより光
路を曲げ、互いの発光素子の活性層と光導波路のコア部
とを光学的に結合できる構造としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の発光素子と光導波路の光
結合構造の実施例を説明する前に、本発明で用いられて
いる光ファイバの集光作用の基本原理について、まず説
明する。
結合構造の実施例を説明する前に、本発明で用いられて
いる光ファイバの集光作用の基本原理について、まず説
明する。
【００１６】いま、ここでは短尺の光ファイバには、Ｇ
Ｉ型光ファイバが用いられるものとする。ＧＩ型光ファ
イバは、コアの屈折率が光軸中心から外周に向かうにつ
れて、２乗分布で徐々に小さくなるよう作成されたＧＩ
型光ファイバは、シングルモード型の光導波路よりもコ
ア径が大きい。従って、ＧＩ型光ファイバは、発光素子
の端面から出射される光を、光導波路のコア部端面に集
光させるよう機能する。
Ｉ型光ファイバが用いられるものとする。ＧＩ型光ファ
イバは、コアの屈折率が光軸中心から外周に向かうにつ
れて、２乗分布で徐々に小さくなるよう作成されたＧＩ
型光ファイバは、シングルモード型の光導波路よりもコ
ア径が大きい。従って、ＧＩ型光ファイバは、発光素子
の端面から出射される光を、光導波路のコア部端面に集
光させるよう機能する。
【００１７】ＧＩ型光ファイバは、シングルモード型光
ファイバに比べ、コアとクラッドの屈折率の差（Δｎ）
が大きく、従ってＮ．Ａ．（開口数）が大きいため、受
光角度が広い。このため、発光素子との光結合の効率が
良い。また、屈折率が外周に近くなる程小さくなるた
め、外周方向へ向かう伝送光は、屈折率変化に伴い、中
心方向へ曲げられ、ある周期をもって集束する特性を持
つ。このレンズ効果を用い、発光素子から放射状に拡が
って出射される光を、光導波路のコア部に集光させるこ
とができる。
ファイバに比べ、コアとクラッドの屈折率の差（Δｎ）
が大きく、従ってＮ．Ａ．（開口数）が大きいため、受
光角度が広い。このため、発光素子との光結合の効率が
良い。また、屈折率が外周に近くなる程小さくなるた
め、外周方向へ向かう伝送光は、屈折率変化に伴い、中
心方向へ曲げられ、ある周期をもって集束する特性を持
つ。このレンズ効果を用い、発光素子から放射状に拡が
って出射される光を、光導波路のコア部に集光させるこ
とができる。
【００１８】ここで、ＧＩ型光ファイバの中を進む光の
蛇行周期は、コア内部が完全に２乗分布のときには、以
下の式で求められる。
蛇行周期は、コア内部が完全に２乗分布のときには、以
下の式で求められる。
【００１９】
【数１】
【００２０】Ｌｐ：蛇行ピッチ Δ：比屈折率差｛＝（コア屈折率−クラッド屈折率）／
コア屈折率｝ ａ：コア半径 また、現状のＧＩ型光ファイバは、光軸中心と外周中心
の偏心量が１ミクロン程度で作成され、外形はサブミク
ロンのオーダーで製造可能である。このため、光導波路
の端面近傍に、ＧＩ型光ファイバの外周に合わせて、Ｖ
溝を形成しておくことにより、組立時、精密な光軸調整
を行わずに、簡易に短尺のＧＩ型光ファイバの光軸と、
光導波路の光軸の結合が行える。なお、Ｖ溝と光導波路
のコアとの相対的位置関係は、その製造方法として、フ
ォトリソグラフィを用いることで、現在の半導体製造と
同程度な精密な制御が可能である。
コア屈折率｝ ａ：コア半径 また、現状のＧＩ型光ファイバは、光軸中心と外周中心
の偏心量が１ミクロン程度で作成され、外形はサブミク
ロンのオーダーで製造可能である。このため、光導波路
の端面近傍に、ＧＩ型光ファイバの外周に合わせて、Ｖ
溝を形成しておくことにより、組立時、精密な光軸調整
を行わずに、簡易に短尺のＧＩ型光ファイバの光軸と、
光導波路の光軸の結合が行える。なお、Ｖ溝と光導波路
のコアとの相対的位置関係は、その製造方法として、フ
ォトリソグラフィを用いることで、現在の半導体製造と
同程度な精密な制御が可能である。
【００２１】一方、発光素子も光導波路と同一基板上に
あらかじめ光導波路の光軸に対して位置決めキーを設定
しておくことにより、組立時、精密な光軸調整を行わず
に、簡易に光導波路と光結合することができる。
あらかじめ光導波路の光軸に対して位置決めキーを設定
しておくことにより、組立時、精密な光軸調整を行わず
に、簡易に光導波路と光結合することができる。
【００２２】次に、本発明の発光素子と光導波路の光結
合構造の一実施例について、図面を参照して詳細に説明
する。
合構造の一実施例について、図面を参照して詳細に説明
する。
【００２３】図１および図２は、それぞれ本発明の発光
素子と光導波路の光結合構造の一実施例の斜視図と光軸
方向の縦断面図である。図２に示されるように、光導波
路２のコア部の大きさａより、コア径ｂが大きい短尺の
ＧＩ型光ファイバ１が光導波路２の端面６近傍に、光導
波路のコア部１０と同一な光軸になるようにＶ溝３上に
配置されている。
素子と光導波路の光結合構造の一実施例の斜視図と光軸
方向の縦断面図である。図２に示されるように、光導波
路２のコア部の大きさａより、コア径ｂが大きい短尺の
ＧＩ型光ファイバ１が光導波路２の端面６近傍に、光導
波路のコア部１０と同一な光軸になるようにＶ溝３上に
配置されている。
【００２４】光導波路２およびＶ溝３は、同じ基板７上
に、同じ軸方向になるように成形されている。光導波路
２は、クラッド層９と、より屈折率が高いコア部１０を
有している。これらは、基板７上に蒸着または堆積によ
り成膜され、ドライエッチング等によりコア部が形成さ
れている。
に、同じ軸方向になるように成形されている。光導波路
２は、クラッド層９と、より屈折率が高いコア部１０を
有している。これらは、基板７上に蒸着または堆積によ
り成膜され、ドライエッチング等によりコア部が形成さ
れている。
【００２５】図３は、図２のＡ−Ａ′部の断面図であ
る。図３に示されるように、Ｖ溝３の両面は、短尺のＧ
Ｉ型光ファイバ１の外周に、面接触するように成形され
ている。また、Ｖ溝３は、短尺のＧＩ型光ファイバ１を
載せて固定した際、ＧＩ型光ファイバのコアとその外周
との位置関係により、ＧＩ型光ファイバのコア１３が光
導波路のコア部１０と光軸が同一になるように成形され
ている。
る。図３に示されるように、Ｖ溝３の両面は、短尺のＧ
Ｉ型光ファイバ１の外周に、面接触するように成形され
ている。また、Ｖ溝３は、短尺のＧＩ型光ファイバ１を
載せて固定した際、ＧＩ型光ファイバのコアとその外周
との位置関係により、ＧＩ型光ファイバのコア１３が光
導波路のコア部１０と光軸が同一になるように成形され
ている。
【００２６】また、これらの光導波路とＶ溝の境界に
は、ＧＩ型光ファイバを光導波路端面に近接できるよう
に、スリット８が形成されている。スリットはブレード
ソーなどによる精密加工によって形成される。
は、ＧＩ型光ファイバを光導波路端面に近接できるよう
に、スリット８が形成されている。スリットはブレード
ソーなどによる精密加工によって形成される。
【００２７】短尺のＧＩ型光ファイバ１は、一般に通信
で使用されているものをそのまま適用することができ、
真円に円柱成形されておりその外径は１２５〜１４０μ
ｍ程度である。また、コア径は５０〜１００μｍである
径で一定であり、外周に対するコア径の偏心量は１μｍ
程度である。
で使用されているものをそのまま適用することができ、
真円に円柱成形されておりその外径は１２５〜１４０μ
ｍ程度である。また、コア径は５０〜１００μｍである
径で一定であり、外周に対するコア径の偏心量は１μｍ
程度である。
【００２８】また、短尺のＧＩ型光ファイバ１は、発光
素子４から出射される光の５が、光導波路のコア部１０
の端面近傍６に集光されるように、光導波路側の端面１
２は、集光点１１とほぼ同じ位置か、若干短い構造とな
っている。短尺のＧＩ型光ファイバ１は、Ｖ溝３に面接
触した状態で、接着剤により固定されている。なお、短
尺のＧＩ型光ファイバの端面１２と光導波路の端面６
は、面接触するか、多少の間隙を持って対向するように
配置されている。
素子４から出射される光の５が、光導波路のコア部１０
の端面近傍６に集光されるように、光導波路側の端面１
２は、集光点１１とほぼ同じ位置か、若干短い構造とな
っている。短尺のＧＩ型光ファイバ１は、Ｖ溝３に面接
触した状態で、接着剤により固定されている。なお、短
尺のＧＩ型光ファイバの端面１２と光導波路の端面６
は、面接触するか、多少の間隙を持って対向するように
配置されている。
【００２９】基板７は、シリコンやセラミックスで形成
されている。Ｖ溝３は、基板がシリコンの場合、エッチ
ングで形成され、基板がセラミックスの場合、精密加工
で形成される。
されている。Ｖ溝３は、基板がシリコンの場合、エッチ
ングで形成され、基板がセラミックスの場合、精密加工
で形成される。
【００３０】次に、本発明の実施の動作について、図２
を参照して詳細に説明する。
を参照して詳細に説明する。
【００３１】発光素子４から放射状に拡がって出射され
る光５は、同じ光軸中心になるよう固定されたＧＩ型光
ファイバ１の広い受光角により捕らえられる。この捕ら
えられた光のうち、外周方向へ向かう伝送光５は、外周
に近くなる程小さくなる屈折率変化に伴い、中心方向へ
曲げられ、ある点１１に集光される。この集光点１１
に、光導波路２の端面６を位置するよう、コア部１０を
形成することにより、発光素子４から放射状にひろがっ
て出射される光５を光導波路のコア部１０に効率よく入
射することができる。
る光５は、同じ光軸中心になるよう固定されたＧＩ型光
ファイバ１の広い受光角により捕らえられる。この捕ら
えられた光のうち、外周方向へ向かう伝送光５は、外周
に近くなる程小さくなる屈折率変化に伴い、中心方向へ
曲げられ、ある点１１に集光される。この集光点１１
に、光導波路２の端面６を位置するよう、コア部１０を
形成することにより、発光素子４から放射状にひろがっ
て出射される光５を光導波路のコア部１０に効率よく入
射することができる。
【００３２】次に、本発明の発光素子と光導波路の光結
合構造の第２の実施例の形態について、図４および図５
を参照して詳細に説明する。
合構造の第２の実施例の形態について、図４および図５
を参照して詳細に説明する。
【００３３】図４は、発光素子１４についても、同一基
板１６上に固定されていることを特徴としている。発光
素子１４としては、通常レーザダイオード（以下「Ｌ
Ｄ」という。）が用いられるが、ＬＤの活性層、すなわ
ち発光する部分は、ＬＤ素子の下面から数ミクロンの位
置にある。一方、光導波路のコア部１５の位置は、基板
１６から１０〜２０ミクロンの高さにあり、基板面１７
に直接ＬＤ素子を実装したのでは、高さが一致しない。
板１６上に固定されていることを特徴としている。発光
素子１４としては、通常レーザダイオード（以下「Ｌ
Ｄ」という。）が用いられるが、ＬＤの活性層、すなわ
ち発光する部分は、ＬＤ素子の下面から数ミクロンの位
置にある。一方、光導波路のコア部１５の位置は、基板
１６から１０〜２０ミクロンの高さにあり、基板面１７
に直接ＬＤ素子を実装したのでは、高さが一致しない。
【００３４】このため、発光素子１４は、光導波路のコ
ア部１５と同一な光軸になるように、基板１６上に熱伝
導性の高い被膜１８を介して固定される。被膜１８は、
堆積や蒸着により形成され、物質としてはＩＲ光を透過
するシリコンが最適である。さらに、Ｖ溝１９は、短尺
のＧＩ型光ファイバ２０が、光導波路のコア部１５と同
一な光軸になるように形成されている。
ア部１５と同一な光軸になるように、基板１６上に熱伝
導性の高い被膜１８を介して固定される。被膜１８は、
堆積や蒸着により形成され、物質としてはＩＲ光を透過
するシリコンが最適である。さらに、Ｖ溝１９は、短尺
のＧＩ型光ファイバ２０が、光導波路のコア部１５と同
一な光軸になるように形成されている。
【００３５】基板１６はシリコンで形成されており、図
５に示されるように、発光素子２１の下部と基板１６上
に、あらかじめ赤外光を透過し難いマーク２１が施され
ている。赤外光（以下「ＩＲ光」という。）を基板（１
６）の下側から照射し、基板上面より観察してマーク２
１どうしを位置合わせすることにより、発光素子自体を
発光させることなく、発光素子１４を所定の位置に精度
良く固定することができる。なお、マークをこの逆のパ
タンとし、全面に赤外光が透過し難い膜を形成してお
き、マークとなる部分を開けておく方法でもよい。この
技術を用いて、発光素子１４を基板１６上に精度良く光
軸調整された位置に固定する。
５に示されるように、発光素子２１の下部と基板１６上
に、あらかじめ赤外光を透過し難いマーク２１が施され
ている。赤外光（以下「ＩＲ光」という。）を基板（１
６）の下側から照射し、基板上面より観察してマーク２
１どうしを位置合わせすることにより、発光素子自体を
発光させることなく、発光素子１４を所定の位置に精度
良く固定することができる。なお、マークをこの逆のパ
タンとし、全面に赤外光が透過し難い膜を形成してお
き、マークとなる部分を開けておく方法でもよい。この
技術を用いて、発光素子１４を基板１６上に精度良く光
軸調整された位置に固定する。
【００３６】基板１６は、発光素子１４から発生した熱
を、被膜１８を通して放熱させるヒートシンクとして作
用する。マーク２１は、金属の蒸着等で作成される。
を、被膜１８を通して放熱させるヒートシンクとして作
用する。マーク２１は、金属の蒸着等で作成される。
【００３７】上述した本発明の第２の実施例によれば、
短尺のＧＩ型光ファイバ２０と共に、発光素子１４につ
いても同一基板１６上に固定する構造とすることで、そ
れらを簡易に光軸調整できる。
短尺のＧＩ型光ファイバ２０と共に、発光素子１４につ
いても同一基板１６上に固定する構造とすることで、そ
れらを簡易に光軸調整できる。
【００３８】次に、本発明の発光素子と光導波路の光結
合構造の第３の実施例について、図６を参照して詳細に
説明する。
合構造の第３の実施例について、図６を参照して詳細に
説明する。
【００３９】図６は、発光素子２２と光導波路２３は、
基板２４の同一表面上に固定および形成されている。す
なわち、シリコン基板２４の同一平面に、一方では光導
波路２３が成膜され、他方では発光素子２２が実装され
ているため、発光素子２２の活性層の高さと、光導波路
のコア部２７の高さの違いにより光軸ずれを発生する。
この光軸の高さずれ（オフセット）を、短尺のＧＩ型光
ファイバ２５により光路を曲げ、互いの発光素子２２の
活性層と光導波路のコア部２７とを光学的に結合できる
構造としている。
基板２４の同一表面上に固定および形成されている。す
なわち、シリコン基板２４の同一平面に、一方では光導
波路２３が成膜され、他方では発光素子２２が実装され
ているため、発光素子２２の活性層の高さと、光導波路
のコア部２７の高さの違いにより光軸ずれを発生する。
この光軸の高さずれ（オフセット）を、短尺のＧＩ型光
ファイバ２５により光路を曲げ、互いの発光素子２２の
活性層と光導波路のコア部２７とを光学的に結合できる
構造としている。
【００４０】図６に示されている構成では、発光素子２
２から出射される光２６よりも、光導波路のコア部２７
が高い場合であり、この場合、Ｖ溝２８は、短尺のＧＩ
型光ファイバ２５が、これらの光軸で挟まれた領域の中
程に、光軸中心が位置するように形成されている。ま
た、短尺のＧＩ型光ファイバ２５は、図６で示されるよ
うに、光導波路のコア部端面２９に集光するように、式
（１）に示される蛇行ピッチに合わせて形成されてい
る。この原理は、図７に示されるようにレンズ３０の結
像作用を、短尺のＧＩ型光ファイバ２５が屈折率の分布
により同様に機能することに基づいている。なお、発光
素子２２を基板２４へ固定する際は、第２の実施例と同
じく、マーク（図示せず）による固定により、製造時、
精密な光軸調整を行わずに、組み立てることができる。
２から出射される光２６よりも、光導波路のコア部２７
が高い場合であり、この場合、Ｖ溝２８は、短尺のＧＩ
型光ファイバ２５が、これらの光軸で挟まれた領域の中
程に、光軸中心が位置するように形成されている。ま
た、短尺のＧＩ型光ファイバ２５は、図６で示されるよ
うに、光導波路のコア部端面２９に集光するように、式
（１）に示される蛇行ピッチに合わせて形成されてい
る。この原理は、図７に示されるようにレンズ３０の結
像作用を、短尺のＧＩ型光ファイバ２５が屈折率の分布
により同様に機能することに基づいている。なお、発光
素子２２を基板２４へ固定する際は、第２の実施例と同
じく、マーク（図示せず）による固定により、製造時、
精密な光軸調整を行わずに、組み立てることができる。
【００４１】以上、本発明の第３の実施の形態は、短尺
のＧＩ型光ファイバ２５を介在させることにより、発光
素子２２と光導波路のコア部２７がオフセットされてい
る場合においても、低損失な光結合が行える。
のＧＩ型光ファイバ２５を介在させることにより、発光
素子２２と光導波路のコア部２７がオフセットされてい
る場合においても、低損失な光結合が行える。
【００４２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００４３】図１および図２を参照すると、本発明の実
施例として、ＧＩ型光ファイバ１の外径は１２５μｍで
あり、コア径は５０μｍであり、外径に関してはサブミ
クロンのオーダーで製造される。基板７がシリコンの場
合、Ｖ溝３は、選択性エッチングにより形成されてお
り、両面の角度は５４．７°である。また、基板７がセ
ラミックスの場合は、結晶化ガラス、アルミナ、ジルコ
ニア等で成形されており、Ｖ溝３は、ブレード等を用い
た精密研削による形成、あるいは金型で成形されてお
り、両面の角度は、５０〜９０°程度である。
施例として、ＧＩ型光ファイバ１の外径は１２５μｍで
あり、コア径は５０μｍであり、外径に関してはサブミ
クロンのオーダーで製造される。基板７がシリコンの場
合、Ｖ溝３は、選択性エッチングにより形成されてお
り、両面の角度は５４．７°である。また、基板７がセ
ラミックスの場合は、結晶化ガラス、アルミナ、ジルコ
ニア等で成形されており、Ｖ溝３は、ブレード等を用い
た精密研削による形成、あるいは金型で成形されてお
り、両面の角度は、５０〜９０°程度である。
【００４４】光導波路２については、クラッド層９は、
石英（ＳｉＯ2 ）から成り、コア部１０は、クラッド層
より屈折率を高くするため、ゲルマニウム（Ｇｅ）やチ
タン（Ｔｉ）や燐（Ｐ）等の酸化物を添加した石英（Ｓ
ｉＯ2 ）から成る。または、コア部１０にチタン（Ｔ
ｉ）を拡散したリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ3 ）
からなる。コア部の大きさａは、１０×１０μｍ以下で
あり、一般的には８×８μｍ程度である。また、クラッ
ド層の厚さは、１０〜３０μｍ程度で、サブミクロンの
オーダーで一定に制御される。スリット８は、ブレード
ソー等を用いた精密研削により、幅は数十μｍ〜百μｍ
程度、深さはＶ溝の合わせ目より、若干深くなるように
形成されている。
石英（ＳｉＯ2 ）から成り、コア部１０は、クラッド層
より屈折率を高くするため、ゲルマニウム（Ｇｅ）やチ
タン（Ｔｉ）や燐（Ｐ）等の酸化物を添加した石英（Ｓ
ｉＯ2 ）から成る。または、コア部１０にチタン（Ｔ
ｉ）を拡散したリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ3 ）
からなる。コア部の大きさａは、１０×１０μｍ以下で
あり、一般的には８×８μｍ程度である。また、クラッ
ド層の厚さは、１０〜３０μｍ程度で、サブミクロンの
オーダーで一定に制御される。スリット８は、ブレード
ソー等を用いた精密研削により、幅は数十μｍ〜百μｍ
程度、深さはＶ溝の合わせ目より、若干深くなるように
形成されている。
【００４５】また、図３に示されるように、本発明の実
施例として、Ｖ溝３の断面形状は、両面同士が最下部で
合わさらず、最下部が水平になった台形の場合もある。
図４に示されるように、本発明の一実施例として、発光
素子１４は、ＬＤ素子であり、発光部分は、ＬＤ素子の
下面から４ミクロン、一方、光導波路のコア部１５の光
軸中心は、基板１６から２０ミクロンとすると、シリコ
ンの被膜１８は、１６ミクロンの厚みで成膜することに
より、発光素子１４と光導波路のコア部１５の光軸が一
致することになる。図５に示されるように、本発明の実
施例として、マーク２１は、金の蒸着で作成される。
施例として、Ｖ溝３の断面形状は、両面同士が最下部で
合わさらず、最下部が水平になった台形の場合もある。
図４に示されるように、本発明の一実施例として、発光
素子１４は、ＬＤ素子であり、発光部分は、ＬＤ素子の
下面から４ミクロン、一方、光導波路のコア部１５の光
軸中心は、基板１６から２０ミクロンとすると、シリコ
ンの被膜１８は、１６ミクロンの厚みで成膜することに
より、発光素子１４と光導波路のコア部１５の光軸が一
致することになる。図５に示されるように、本発明の実
施例として、マーク２１は、金の蒸着で作成される。
【００４６】次に、本発明の実施例の動作について、図
１を参照して詳細に説明する。
１を参照して詳細に説明する。
【００４７】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造
の製造は、あらかじめ位置決めされて成形されたＶ溝３
に、式（１）に示される蛇行ピッチに合わせて、長さを
調整しておいた短尺のＧＩ型光ファイバ１を載せて、固
定するだけで、光導波路のコア部１０とＧＩ型光ファイ
バのコア１３の光軸調整が行える。なお、ＧＩ型光ファ
イバ１は、端面１２が光導波路の端面６に突き合わされ
て固定される構造にした方が位置決めが容易であり、生
産性も優れる。
の製造は、あらかじめ位置決めされて成形されたＶ溝３
に、式（１）に示される蛇行ピッチに合わせて、長さを
調整しておいた短尺のＧＩ型光ファイバ１を載せて、固
定するだけで、光導波路のコア部１０とＧＩ型光ファイ
バのコア１３の光軸調整が行える。なお、ＧＩ型光ファ
イバ１は、端面１２が光導波路の端面６に突き合わされ
て固定される構造にした方が位置決めが容易であり、生
産性も優れる。
【００４８】最後に、モジュール化されたこの光導波路
と、発光素子４を、軸方向および軸と垂直な方向につい
て、光軸調整することにより、組立が完了する。
と、発光素子４を、軸方向および軸と垂直な方向につい
て、光軸調整することにより、組立が完了する。
【００４９】次に、本発明の第２の実施例の動作につい
て、図４及び図５を参照して詳細に説明する。
て、図４及び図５を参照して詳細に説明する。
【００５０】本発明の第２の実施例における発光素子と
光導波路の光結合構造の製造は、上記の方法と同様に、
短尺のＧＩ型光ファイバ２０がＶ溝（１９）に固定さ
れ、さらに、発光素子１４があらかじめ位置決めされた
マーク２１が用いられてＩＲ光が基板１６の下部から照
射され、発光素子１４上部から、互いのマーク２１が合
わせられて固定される。なお、発光素子１４の固定は、
被膜上に形成されたパタンとハンダ付けする方法や接着
剤により行われる。
光導波路の光結合構造の製造は、上記の方法と同様に、
短尺のＧＩ型光ファイバ２０がＶ溝（１９）に固定さ
れ、さらに、発光素子１４があらかじめ位置決めされた
マーク２１が用いられてＩＲ光が基板１６の下部から照
射され、発光素子１４上部から、互いのマーク２１が合
わせられて固定される。なお、発光素子１４の固定は、
被膜上に形成されたパタンとハンダ付けする方法や接着
剤により行われる。
【００５１】次に、本発明の発光素子と光導波路の光結
合構造の第３の実施例の動作について、図６を参照して
詳細に説明する。
合構造の第３の実施例の動作について、図６を参照して
詳細に説明する。
【００５２】本発明の第３の実施例の発光素子と光導波
路の光結合構造の製造は、上記の第２の方法と同様に、
短尺のＧＩ型光ファイバ２５および発光素子２２をあら
かじめ位置決めされたＶ溝２８およびマーク（図示せ
ず）に合わせて、固定することにより組立が行える。
路の光結合構造の製造は、上記の第２の方法と同様に、
短尺のＧＩ型光ファイバ２５および発光素子２２をあら
かじめ位置決めされたＶ溝２８およびマーク（図示せ
ず）に合わせて、固定することにより組立が行える。
【００５３】
【発明の効果】本発明の発光素子と光導波路の光結合構
造によれば、光導波路と発光素子との間に配置された短
尺光ファイバに集光機能を持たせているので、簡易な構
成で低損失な光結合が行える。これにより、高性能で、
高信頼性な光デバイスが製造できる。
造によれば、光導波路と発光素子との間に配置された短
尺光ファイバに集光機能を持たせているので、簡易な構
成で低損失な光結合が行える。これにより、高性能で、
高信頼性な光デバイスが製造できる。
【００５４】また、組立が容易でかつ短時間で行え、量
産性に優れる。すなわち、あらかじめ位置決めされたＶ
溝上に、短尺のＧＩ型光ファイバを固定するだけで、組
立が行えるからであり、さらに、発光素子についても、
同一基板上に固定した場合、あらかじめマークで位置決
めしておくことにより、発光素子自体を発光させること
なく位置決め、組立が可能になる。
産性に優れる。すなわち、あらかじめ位置決めされたＶ
溝上に、短尺のＧＩ型光ファイバを固定するだけで、組
立が行えるからであり、さらに、発光素子についても、
同一基板上に固定した場合、あらかじめマークで位置決
めしておくことにより、発光素子自体を発光させること
なく位置決め、組立が可能になる。
【００５５】さらに、上述したように簡易に組立が行え
るので、生産性に優れているとともに、集光部品も低コ
ストなＧＩ型光ファイバを用いているのでコスト面でも
従来に比べ大きなメリットがある。また、発光素子と光
導波路が、同一の光軸にできない構造においても、低損
失な光結合が行えるという特長もある。ＧＩ型光ファイ
バが、これらの光軸のずれを緩和して吸収し、発光素子
からの光を光導波路のコア部に集光できるからである。
るので、生産性に優れているとともに、集光部品も低コ
ストなＧＩ型光ファイバを用いているのでコスト面でも
従来に比べ大きなメリットがある。また、発光素子と光
導波路が、同一の光軸にできない構造においても、低損
失な光結合が行えるという特長もある。ＧＩ型光ファイ
バが、これらの光軸のずれを緩和して吸収し、発光素子
からの光を光導波路のコア部に集光できるからである。
【図１】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造の一
実施例を示す斜視図である。
実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造の一
実施例を示す縦断面図である。
実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造の一
実施例を示す横断面図である。
実施例を示す横断面図である。
【図４】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造の第
２の実施例を示す縦断面図である。
２の実施例を示す縦断面図である。
【図５】図４に示される第２の実施例において発光素子
を基板上に固定を示す斜視図である。
を基板上に固定を示す斜視図である。
【図６】本発明の発光素子と光導波路の光結合構造の第
３の実施例を示す縦断面図である。
３の実施例を示す縦断面図である。
【図７】レンズによる結像作用を示す図である。
【図８】従来の発光素子と光導波路の光結合構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図９】従来の発光素子と光導波路の光結合構造を示す
断面図である。
断面図である。
１ 短尺のＧＩ型光ファイバ ２ 光導波路 ３ Ｖ溝 ４ 発光素子 ５ 出射光 ６ 光導波路の端面 ７ 基板 ８ スリット ９ 光導波路のクラッド層 １０ 光導波路のコア部 １１ 集光点 １２ 短尺のＧＩ型光ファイバの端面 １３ 光ファイバのコア １４ 発光素子 １５ 光導波路のコア部 １６ 基板 １７ 基板面 １８ 被膜 １９ Ｖ溝 ２０ 短尺のＧＩ型光ファイバ ２１ マーク ２２ 発光素子 ２３ 光導波路 ２４ 基板 ２５ 短尺のＧＩ型光ファイバ ２６ 光 ２７ 光導波路のコア部 ２８ Ｖ溝 ２９ 光導波路のコア部端面 ３０ レンズ ３１ 発光素子 ３２ 光 ３３ レンズ ３４ 光導波路 ３５ 発光素子 ３６ 光 ３７ 光導波路
Claims (10)
- 【請求項１】 光導波路と該光導波路の光軸の方向に一
致した方向に形成された溝とを有する基板と、 前記溝に配置され前記光導波路の端面に第１の端面を相
対させて前記溝に配置された、前記光導波路のコア径よ
りも大きいコア径を有する短尺の光ファイバと、 前記第１の端面と反対側にある第２の端面の側に配置さ
れ、前記光ファイバに光学的に結合する発光素子とを備
えていることを特徴とする発光素子と光導波路の光結合
構造。 - 【請求項２】 前記光ファイバは、 グレーデッド・インデックス型光ファイバであることを
特徴とする請求項１記載の発光素子と光導波路の光結合
構造。 - 【請求項３】 前記第１の端面は、 前記光導波路の端面と密着していることを特徴とする請
求項２記載の発光素子と光導波路の光結合構造。 - 【請求項４】 前記発光素子は、 前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１
記載の発光素子と光導波路の光結合構造。 - 【請求項５】 前記発光素子と光導波路の光結合構造は
さらに、 前記発光素子と前記基板の接合部に、被膜を有している
ことを特徴とする請求項４記載の発光素子と光導波路の
光結合構造。 - 【請求項６】 前記発光素子は、 その出射光の光軸が前記光ファイバの中心軸に対して前
記光ファイバのコア径の範囲内でずれるように配置され
ていることを特徴とする請求項１記載の発光素子と光導
波路の光結合構造。 - 【請求項７】 前記光ファイバは、 その中心軸が前記光導波路の光軸に対してずれた位置に
なるように配置されていることを特徴とする請求項６記
載の発光素子と光導波路の光結合構造。 - 【請求項８】 前記光導波路の光軸と前記光ファイバの
中心軸と前記発光素子の出射光の光軸は、前記基板の表
面に対して同一の高さにあり、 前記光導波路の光軸と前記光ファイバの中心軸と前記発
光素子の出射光の光軸を含む平面内で、前記光導波路の
光軸と前記光ファイバの中心軸と前記発光素子の出射光
の光軸が互いにずれていることを特徴とする請求項７記
載の発光素子と光導波路の光結合構造。 - 【請求項９】 前記光導波路の光軸と前記光ファイバの
中心軸と前記発光素子の出射光の光軸は、前記基板の表
面に垂直な平面内にあり、 前記光導波路の光軸と前記光ファイバの中心軸と前記発
光素子の出射光の光軸が前記基板の表面に対して互いに
異なる高さにあることを特徴とする請求項７記載の発光
素子と光導波路の光結合構造。 - 【請求項１０】 前記基板は、 前記光導波路と前記溝の間に、前記光導波路に対して垂
直に形成されたスリットを備えていることを特徴とする
請求項３記載の発光素子と光導波路の光結合構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8118791A JP3006832B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 発光素子と光導波路の光結合構造 |
| US08/856,143 US5859942A (en) | 1996-05-14 | 1997-05-14 | Optical coupling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8118791A JP3006832B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 発光素子と光導波路の光結合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304665A true JPH09304665A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3006832B2 JP3006832B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=14745195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8118791A Expired - Fee Related JP3006832B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 発光素子と光導波路の光結合構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5859942A (ja) |
| JP (1) | JP3006832B2 (ja) |
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