JPH1082925A - 光導波路と受光素子の結合構造 - Google Patents

光導波路と受光素子の結合構造

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JPH1082925A JP23601796A JP23601796A JPH1082925A JP H1082925 A JPH1082925 A JP H1082925A JP 23601796 A JP23601796 A JP 23601796A JP 23601796 A JP23601796 A JP 23601796A JP H1082925 A JPH1082925 A JP H1082925A
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    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路と受光素子を高効率で光結合させる
とともに、光導波路への反射戻り光を低減させる。 【解決手段】 光導波路1のコア部4を横切るようにV
溝8が形成されている。V溝8の導波光が出射される側
の面は、基板表面に対してほぼ垂直に形成され、対向す
る面は約45度に傾斜して形成されている。傾斜面9に
は全反射コート10が形成されており、導波光は上方向
に反射され、光導波路1の上部に受光面7を下に向けて
配置された受光素子6に結合する。ここで、V溝8と受
光素子6との間は光導波路1のコア4とほぼ同じ屈折率
を有する屈折率整合剤11により充填されている。光導
波路1から出射された導波光は反射面を経ないで受光素
子に結合するので、高効率、低反射結合が可能になる。
また、屈折率整合剤11の表面を表面張力を利用して凸
形状にしてレンズ効果を持たせることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路と受光素
子を光学的に結合する構造に関し、特に低反射で、低損
失な光結合を実現する構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光導波路と受光素子の結合構造を
図3に示す。
【0003】従来の光導波路と受光素子の結合構造で
は、光導波路の端面20を光軸に対して45度に傾け、
その端面20に全反射コート21を施すことで、コア部
18を伝搬してきた導波光22を、基板と垂直方向に反
射させ、受光素子23と光結合させている。
【0004】また、他の従来の結合構造では、特開昭6
3−191111号公報の図1で示すように、V字溝の
出射斜面5を全反射しない角度に設定しておくことによ
り、光導波路コア層3を伝搬してきた光を屈曲させて出
射させ、高反射率層6で、基板と垂直方向に反射させる
ことで受光素子8と光結合させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の結合
構造では、光路の屈折率変化による、反射戻り光の発生
と光結合効率の劣化という問題が生じる。
【0006】すなわち、図3に示すような従来の構造で
は、図4の詳細図で示すように、光導波路の端面20よ
り反射した導波光24が、コア部18からクラッド層1
9に出射される際、両者の屈折率の違いにより反射が起
こることによる。これにより、反射戻り光25が発生す
ると共に、光結合効率の劣化が起こる。
【0007】また、特開昭63−191111号公報の
図1に示されるような従来の構造においては、光導波路
のコア層3とV字溝内の空気層との屈折率には差があ
る。このため、出射端面5を光軸の垂直面に対して傾け
て、導波光がコア層3内を戻らないようにしても、反射
が発生してしまい、結果として光の結合効率が劣化す
る。さらに、この屈折率差のためスネルの法則により、
出射斜面5において導波光の拡がりが生じる。この導波
光の拡がりによって、受光素子8の受光面積よりも導波
光径が大きくなり、十分な結合効率が得られない。
【0008】また、特開昭63−191111号公報記
載の従来の構造においては、V字溝の製造が非常に困難
という問題がある。
【0009】すなわち、特開昭63−191111号公
報の図1に示されるように、導波光出射斜面5および高
反射率層6の角度、それぞれが、スネルの法則に基づい
て、正確に形成されなければ受光素子8へ導波光が到達
しないことによる。よって、V字溝には、非常に精密な
加工が必要となり、製造上困難である。
【0010】本発明の目的は、従来の構造では成しえな
かった、I低反射・低損失による光伝送効率の向上、J構
成の簡易化、K生産性向上を実現する光導波路と受光素
子の結合構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の光導波路と受光
素子の結合構造は、低反射・低損失による光伝送効率の
向上、構成の簡易化を行う手段を有する。
【0012】具体的には、光導波路上の受光素子に、導
波光が結合されるよう、コア部を横切るようにV溝を形
成し、導波光があたる側の斜面に全反射コートを施し、
さらにV溝から受光素子までの空間全域がコア部と同じ
屈折率を有する物質(屈折率整合剤)で充填された構造
としている。なお、出射側の端面の角度は、特に精度を
必要とせず、反射側斜面の角度のみ、導波光に対して4
5度にする。
【0013】また、上記屈折率整合剤は、上部の表面が
凸形状になるように形成されている。
【0014】コア部と屈折率差がない屈折率整合剤をV
溝から受光素子までの空間内に充填しているため、光導
波路のコア部を伝搬してきた導波光は、V溝の出射側端
面で反射を起こすことなく、さらに導波光の拡がりを抑
えられて、V溝内に出射される。続いて導波光は、45
度に傾けて形成された全反射コートで光導波路の平面と
垂直に全反射され、劣化することなく受光素子に到達す
る。
【0015】さらに、本発明の光導波路の受光素子の結
合構造では、上記屈折率整合剤は、上部の表面が凸形状
になるように形成されている。表面を凸形状にすること
により、全反射面で反射した光は、屈折率整合剤の表面
でレンズ作用により集光されて受光素子に結合する。ま
た、表面が凸形状となっているので、フレネル反射が生
じても反射光はより放射されるので、光導波路のコアに
再結合しにくくなる。
【0016】屈折率整合剤の表面を凸形状に形成するの
は、屈折率整合剤の表面張力を利用することにより極め
て容易にできる。ここで、本発明の光導波路と受光素子
の結合構造によれば、光導波路の光が出射される側の端
面を基板表面に対して垂直にし対向する反射面を45度
の傾斜面としているので、屈折率整合剤を塗布したとき
に、ちょうど反射された光の光軸の中心に上記凸形状の
中心が位置するようにできる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の光導波路と受光素
子の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明す
る。
【0018】光導波路の光軸中心を含む縦断面図である
図1を参照すると、本発明の最良の実施の形態は、基板
2上に、下から順に光導波路の下部クラッド層3、コア
部4、上部クラッド層5を形成しており、コア部4はク
ラッド層3,5よりも高い屈折率を有している。受光素
子6は、受光面7を光導波路1に向けており、光導波路
1には、受光素子6の位置に、コア部4を横切るように
V溝8を形成している。さらに、V溝の導波光があたる
側の斜面9には、全反射コート10を施しており、V溝
8内から受光素子6の受光面7まで、コア部4と同じ屈
折率を有する屈折率整合剤11を充填している。
【0019】V溝の出射側の端面12は、導波光13に
対して垂直か、それに対して傾けた斜面としており、特
に精度を必要としておらず、一方、反対側の斜面9は、
光軸に対して45度に傾けている。V溝8は、精密機械
加工やエッチング等で形成する。全反射コート10は、
蒸着等で形成する。また、屈折率整合剤11は、シリコ
ングリース等の比較的流動性のある物質を充填するか、
コア部4と同じ物質を、堆積あるいは光学的に整合する
接着剤等によりV溝8内に固定している。
【0020】次に、本発明の光導波路と受光素子の実施
の作用について、図1を参照して詳細に説明する。
【0021】本発明では、V溝8内から受光素子6まで
の光路全て、コア部4と同じ屈折率を有する屈折率整合
剤11を充填しているため、光導波路のコア部4を伝搬
してきた導波光13は、V溝の出射側端面12において
反射を起こすことなく、さらに導波光の拡がりを抑えら
れて、屈折率整合剤11内に出射される。続いて、屈折
率整合剤11内を伝搬した導波光14は、全反射コート
10で光導波路の平面に対して垂直に全反射され、受光
素子6に到達する。よって、導波光13は、伝搬途中
で、劣化することなく受光素子6と光学的に結合する。
【0022】
【実施例】次に、本発明の光導波路と受光素子の実施例
について図面を参照して詳細に説明する。
【0023】図1を参照すると、基板2はシリコンによ
り形成し、光導波路の下部クラッド層3および上部クラ
ッド層5は石英により形成し、コア部4はクラッド層
3,5よりも屈折率が高くなるように、ゲルマニウムを
添加した石英により形成する。または、クラッド層3,
5はフッ素を添加した石英により形成しており、コア部
4はクラッド層3,5よりも屈折率が高くなるように、
無添加の石英により形成する。
【0024】V溝8は精密研削による機械加工または選
択的エッチングにより、光導波路1の表面上に、コア部
4を横切るように形成し、導波光13が出射される側の
端面12は、導波光13に対して垂直あるいは斜面とす
るが、角度は特に問わない。V溝8のもう一方の斜面、
すなわち導波光14があたる側の斜面9は、導波光14
に対して45度に傾けて形成する。さらに、この斜面9
の上面には、全反射コート10を金蒸着にて形成する。
【0025】コア部4と同じ屈折率を有する屈折率整合
剤11は、V溝8内から受光素子6の受光面7までを充
填するように、シリコングリースか、透光性の有る樹脂
で形成されている。なお、透光性樹脂としては、アクリ
ル系、アクリレート系、ポリカーボネート系、ポリイミ
ド系等がある。
【0026】また、屈折率整合剤11は、コア部4と同
じ物質を堆積させて形成する。堆積方法としては、CV
D、PVD、火炎堆積法等がある。
【0027】受光素子6は、受光面7を光導波路1に向
け、さらに全反射コート10により反射された導波光1
4′の光軸中心に受光面7の中心が合うように固定して
いる。
【0028】次に、本発明の光導波路と受光素子の実施
例の作用について、図1を参照して詳細に説明する。
【0029】光導波路1のコア部4を伝搬してきた導波
光13は、光路途中に形成されたV溝8の出射側の端面
12より、V溝8内に出射される。V溝8内には屈折率
整合剤11が充填されているため、光路に屈折率変化が
なく、境界面において反射を引き起こすことなく、かつ
屈折による導波光の広がりを受けることなくV溝8内に
出射される。
【0030】さらに、V溝8内を伝搬した導波光14
は、導波光14に対して45度に傾けられた反対側の斜
面9上に形成された全反射コート10により、垂直方向
に全反射され、あらかじめ位置決めされた受光素子6の
受光面7に劣化することなく入射される。
【0031】このように、本発明の光導波路と受光素子
の結合構造は、導波光の伝搬光路が同一の屈折率である
ため、反射による戻り光が発生することもなく、かつ導
波光の拡がりによる結合損失もない。
【0032】図2は、本発明の第2の実施例を示す断面
図である。図1に示される構成と基本的には同じである
が、本実施例では、屈折率整合剤11の表面が凸形状に
形成されており、凸形状部26を有している。このよう
な凸形状部26は、屈折率整合剤を塗布するだけで表面
張力により容易に形成することができる。また、その曲
率は、屈折率整合剤の粘性により調整することができ
る。
【0033】本実施例では、全反射コート10において
垂直方向に反射された導波光13は、屈折率整合剤を透
過し、凸形状部26を経て出射される。この際、凸形状
部26でレンズ作用により集光されて、受光素子6の受
光面に結合する。
【0034】ここで、光導波路1の光が出射される側の
端面12を基板表面に対して垂直にし対向する反射面を
45度の傾斜面としているので、屈折率整合剤11を塗
布したときに、ちょうど反射された導波光13の光軸の
中心に上記凸形状部26の中心が位置するようにでき
る。
【0035】
【発明の効果】第1の効果は、光導波路と受光素子の光
結合において、反射のない光結合が行えることである。
これにより、戻り光が発生することなく、低損失で、高
効率な光結合が行える。
【0036】その理由は、光導波路上のV溝による光結
合において、V溝から受光素子までの全光路を屈折率整
合剤により充填したことによる。
【0037】第2の効果は、光導波路と受光素子の光結
合において、構成の簡易化が行えることである。
【0038】その理由は、屈折率整合剤の使用により光
結合効率を図っているため、簡易な構成で実現できるこ
とによる。
【0039】第3の効果は、V溝の形成が容易なことに
より、生産性が良いことである。
【0040】その理由は、屈折率整合剤の使用により、
出射側端面の角度が高精度管理を必要としないことによ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光導波路と受光素子の結合構造の第1
の実施例を示す縦断面図である。
【図2】本発明の光導波路と受光素子の結合構造の第2
の実施例を示す縦断面図である。
【図3】従来の光導波路と受光素子の結合構造を示す縦
断面図である。
【図4】図3におけるA部の詳細を示す図である。
【符号の説明】
1 光導波路 2 基板 3 下部クラッド層 4 コア部 5 上部クラッド層 6 受光素子 7 受光面 8 V溝 9 反射側斜面 10 全反射コート 11 屈折率整合剤 12 出射側端面 13 導波光 14 導波光 14′ 導波光 15 光導波路 16 基板 17 下部クラッド層 18 コア部 19 上部クラッド層 20 光導波路端面 21 全反射コート 22 導波光 23 受光素子 24 導波光 25 反射戻り光 26 凸形状部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板中に形成された光導波路と、 受光素子とを備え、 前記光導波路は、第1の壁面が前記光導波路に対して垂
    直であり、第2の壁面が前記基板の表面に対して傾斜し
    該第2の壁面に光を反射する反射膜が形成された溝が形
    成され、 前記受光素子は、前記溝の上部に配置され、 前記溝には、前記光導波路のコアとほぼ同じ屈折率を有
    する屈折率整合剤が充填されており、 前記光導波路の前記第1の壁面から出射された光が、前
    記反射膜で反射して前記受光素子に光学的に結合するこ
    とを特徴とする光導波路と受光素子の結合構造。
  2. 【請求項2】 前記基板は、シリコン基板であって、 前記光導波路は、石英導波路であることを特徴とする請
    求項1記載の光導波路と受光素子の結合構造。
  3. 【請求項3】 前記光導波路は、 前記基板表面に配置された光ファイバであることを特徴
    とする請求項1記載の光導波路と受光素子の結合構造。
  4. 【請求項4】 前記屈折率整合剤は、 前記溝の開口部において凸形状を有していることを特徴
    とする請求項1または請求項2または請求項3のいずれ
    かの請求項に記載の光導波路と受光素子の結合構造。
  5. 【請求項5】 前記反射膜は、 金属薄膜であることを特徴とする請求項4記載の光導波
    路と受光素子の結合構造。
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