JPH1172635A - Optical device and its production - Google Patents

Optical device and its production

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JPH1172635A
JPH1172635A JP18310598A JP18310598A JPH1172635A JP H1172635 A JPH1172635 A JP H1172635A JP 18310598 A JP18310598 A JP 18310598A JP 18310598 A JP18310598 A JP 18310598A JP H1172635 A JPH1172635 A JP H1172635A
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JP
Japan
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core
light
optical
waveguide
diameter
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JP18310598A
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Japanese (ja)
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Yasushi Sato
恭史 佐藤
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical device capable of easily optically coupling various kinds of optical elements with low loss by providing the device with a core diameter-reducing region where the core diameter of a waveguide core is reduced toward both ends of >=1 opening groove into which the optical elements are packaged. SOLUTION: This device has the opening groove 6 where the optical elements are disposed between a light incident side core and light exit side core constituting the waveguide core 4. The core diameter facing the optical element on the light incident side core is made smaller than the core diameter of the light incident end 4a of the light incident side core and the core diameter facing the optical element on the light exit side is made smaller than the core diameter at the light exit end 4b of the light exit side core in such a manner that the mode field diameter of the guided light transmitted through the optical element is made wider than the mode field diameter of the guided light at the light exit end 4b of the light exit side core. The opening groove 6 may be disposed in a plurality. More adequately the opening groove 6 is provided with a mode field expanding part near the same.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用機器,光
記録用機器,光センサー等に使用されるバルク型の光学
素子と、レーザーダイオード,光導波路,光ファイバ等
とのハイブリッド実装に関するものであり、特に光通信
用機器に用いられるレーザーモジュールに好適に使用可
能な、ハイブリッド実装用導波路等の光デバイス及びそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid mounting of a bulk type optical element used for an optical communication device, an optical recording device, an optical sensor, and the like, and a laser diode, an optical waveguide, an optical fiber, and the like. In particular, the present invention relates to an optical device such as a waveguide for hybrid mounting and a method for manufacturing the same, which can be suitably used for a laser module used in an optical communication device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光アイソレータや偏光子、各
種フィルタ、減衰機等の光素子が知られており、最近で
はこのようなバルク型の従来の光部品に加え、導波路型
の光部品が多く登場している。ただし、導波路形成の寸
法トレランスが厳しく、波長依存性等も大きいため、実
用化に至っていないものが多く、バルク型の部品と一部
の導波路型部品、光ファイバ、半導体レーザー等の光能
動素子を混在させて使用しているのが現状である。
2. Description of the Related Art Conventionally, optical devices such as optical isolators, polarizers, various filters, and attenuators have been known. Recently, in addition to such bulk-type conventional optical components, waveguide-type optical components have been known. Has appeared a lot. However, since the dimensional tolerance of waveguide formation is severe and the wavelength dependence is large, many of them have not been put to practical use. Bulk-type components and some waveguide-type components, optical fibers, optical active At present, devices are used in a mixed state.

【0003】図6は、両端に光ファイバを接続した従来
の光デバイスを示したものであり、ピッグテイル型のバ
ルク部品J1の断面図である。図6に示すように、パッ
ケージ51の内部には、光アイソレータ、フィルタ、減
衰器、偏光子等の光学素子52が収容されている。光フ
ァイバ53aから出射された光は、レンズ54aでコリ
メートされ、光学素子52を通過した後、再びレンズ5
4bで集光され、光ファイバ53bに入射される。
FIG. 6 shows a conventional optical device having optical fibers connected to both ends, and is a cross-sectional view of a pigtail type bulk component J1. As shown in FIG. 6, an optical element 52 such as an optical isolator, a filter, an attenuator, and a polarizer is housed inside the package 51. The light emitted from the optical fiber 53a is collimated by the lens 54a, passes through the optical element 52, and then returns to the lens 5a.
The light is condensed at 4b and is incident on the optical fiber 53b.

【0004】また、図7(b)に示すように、図6と同
様なバルク部品として、レンズを用いずに光ファイバ6
1a,61bの端面のモードフィールド径を拡大し、光
学部品62を挟み込む光デバイスJ2の提案もなされて
いる。
[0006] As shown in FIG. 7 (b), as a bulk component similar to FIG.
There has also been proposed an optical device J2 in which the mode field diameter of the end faces of 1a and 61b is enlarged to sandwich the optical component 62.

【0005】これは、図7(a)に示すように、光ファ
イバ61の所定領域を加熱し、光ファイバ61のコア6
1cにドープされているGe等のドーパントを拡散さ
せ、ドーパントの拡散領域を広げるとともに屈折率差を
小さくさせたものである。これにより、シングルモード
を保ったまま、モードフィールド径を拡大させている。
そして、光ファイバ61をV溝基板63に固定し、その
後、コア拡大部64の中央にV溝基板63の一部を切り
込んだ開口部65を形成した後に、光学素子62を挿入
している。
As shown in FIG. 7A, a predetermined area of the optical fiber 61 is heated and the core 6 of the optical fiber 61 is heated.
1C is obtained by diffusing a dopant such as Ge doped in 1c to widen a diffusion region of the dopant and reduce a difference in refractive index. As a result, the mode field diameter is increased while maintaining the single mode.
Then, the optical fiber 61 is fixed to the V-groove substrate 63, and then, after forming an opening 65 in which a part of the V-groove substrate 63 is cut at the center of the core enlarged portion 64, the optical element 62 is inserted.

【0006】また、図8に示すように、導波路80の途
中に開口部82を設け、この開口部82にバルク状の光
学素子81を設置する構造の光アイソレータJ3の提案
がなされている(例えば、特許公報第2586606号
を参照)。これは、光学素子81の幅より広い開口部8
2を形成し、光学素子81と開口部82の露出端部83
の間に隙間ができるように光学素子81を設置し、この
隙間部に光硬化性皮膜84を充填し各皮膜に接する導波
路を通じ、この光硬化性皮膜84に紫外線UVを照射す
るようにしたものである。
As shown in FIG. 8, an optical isolator J3 having a structure in which an opening 82 is provided in the middle of a waveguide 80 and a bulk optical element 81 is installed in the opening 82 has been proposed (see FIG. 8). For example, see Patent Publication No. 2586606). This is because the opening 8 is wider than the width of the optical element 81.
2 and the optical element 81 and the exposed end 83 of the opening 82
The optical element 81 is installed so that there is a gap between the two layers, and the gap is filled with a photocurable film 84, and the photocurable film 84 is irradiated with ultraviolet rays UV through a waveguide in contact with each film. Things.

【0007】この光硬化性皮膜84は、例えば、ポリメ
タクリル酸を母材とし、スチレン、ベンジルメタクリレ
ート等を添加した材料よりなり、導波路から放射状に出
射される紫外線の形状にしたがって、半球状に母材とス
チレンまたはベンジルメタクリレートが重合され、その
後、メチルアルコールに浸漬させることで未重合の添加
材が除去され、受光部のみ屈折率が大きい半球状レンズ
85を形成したものである。
The photocurable film 84 is made of, for example, a material in which polymethacrylic acid is used as a base material and to which styrene, benzyl methacrylate, and the like are added, and has a hemispherical shape according to the shape of ultraviolet rays emitted radially from the waveguide. The base material is polymerized with styrene or benzyl methacrylate, and then immersed in methyl alcohol to remove the unpolymerized additive, thereby forming a hemispherical lens 85 having a large refractive index only in the light receiving portion.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示すような従来のピッグテイル型部品は、レンズと光フ
ァイバの位置調整の精度を要し、組み立てに大変時間が
かかる。また、光路長が長くなるほど調整が困難になる
ので、間に挿入する光学素子の厚さや光学素子の個数に
制限がある。さらに、個々の光学素子をそれぞれ固定用
のホルダーに取り付けてからパッケージに固定するた
め、部品点数が非常に多くなり、これもコストと組み立
ての煩雑さを増加させている。
However, the conventional pigtail type component as shown in FIG. 6 requires the precision of the position adjustment of the lens and the optical fiber, and takes a very long time to assemble. In addition, since the adjustment becomes more difficult as the optical path length becomes longer, there are restrictions on the thickness of the optical element inserted therebetween and the number of optical elements. Furthermore, since each optical element is fixed to a package after being attached to a fixing holder, the number of components is very large, which also increases the cost and the complexity of assembly.

【0009】また、図7に示すようなコア拡大ファイバ
では、シングルモード光ファイバのコア径を単純に増大
させると、高次モードが励振されてしまい伝送特性が劣
化する。そこで、高次モードを励振しないように、コア
径が変化してもr×(D)1/2 が一定になるように、屈
折率差を調整しなければならない。ここで、rはコア半
径、Dは比屈折率差、r×(D)1/2 は規格化周波数に
比例する数値である。
In the case of a core-expanded fiber as shown in FIG. 7, if the core diameter of a single-mode optical fiber is simply increased, a higher-order mode is excited and the transmission characteristics are degraded. Therefore, it is necessary to adjust the refractive index difference so that r × (D) 1/2 becomes constant even when the core diameter changes so as not to excite the higher-order mode. Here, r is the core radius, D is the relative refractive index difference, and r × (D) 1/2 is a numerical value proportional to the normalized frequency.

【0010】また、コア径の変化にしたがって、屈折率
を調整するのは難しいため、シングルモード光ファイバ
のコアのドーパントを熱拡散する方法が用いられてい
る。この方法では、熱によりコア内のドーパントがクラ
ッド部に拡散して行き、コア径の拡大と屈折率の低下が
同時に生じ、r×(D)1/2 は一定に保たれる。
Further, since it is difficult to adjust the refractive index according to the change in the core diameter, a method of thermally diffusing the dopant of the core of the single mode optical fiber is used. In this method, the dopant in the core is diffused into the clad by heat, and the core diameter is increased and the refractive index is reduced at the same time, so that r × (D) 1/2 is kept constant.

【0011】また、この方法では、ファイバ同士の軸ず
れは生じないが、コア拡大部は均一加熱が難しく、進行
方向に長い領域を作製することができない。また、コア
拡大部が局所的で短いため、厚い素子や複数の素子の挿
入には適さない。
[0011] Further, in this method, although there is no axial deviation between the fibers, it is difficult to uniformly heat the enlarged portion of the core, so that a region long in the traveling direction cannot be produced. Further, since the core enlarged portion is local and short, it is not suitable for inserting a thick element or a plurality of elements.

【0012】さらに、最も大きな問題点は、熱拡散プロ
セスに時間がかかることであり、例えば8μmのコア径
を40μmにするために、熱源、加熱範囲、温度等によ
って異なるものの数十時間も時間を要する。このよう
に、安価にかつ容易に作成するプロセスとしては適して
いない。
Further, the biggest problem is that the heat diffusion process takes a long time. For example, in order to reduce the core diameter of 8 μm to 40 μm, it takes several tens of hours depending on the heat source, the heating range, the temperature and the like. It costs. Thus, it is not suitable as an inexpensive and easy-to-make process.

【0013】また、図8の樹脂レンズを形成する方法
は、光学素子を実装する開口部の幅の大きさに応じて半
球レンズ85の曲率を制御し、最適な光の結合を得る必
要があるが、曲率の制御は容易でない。また、樹脂充填
や感光、あるいはメチルアルコールによる処理等の工程
が増加し、部材も増加することになる。さらに、半導体
レーザモジュールの中には、樹脂の劣化や樹脂からの長
期に渡るガスの放出を避けるため、パッケージ内に樹脂
が使用できない場合がある。
In the method of forming the resin lens shown in FIG. 8, it is necessary to control the curvature of the hemispherical lens 85 in accordance with the width of the opening for mounting the optical element, and to obtain the optimum light coupling. However, curvature control is not easy. Further, the number of steps such as resin filling, photosensitization, and treatment with methyl alcohol increases, and the number of members also increases. Further, in some semiconductor laser modules, resin may not be used in the package in order to avoid deterioration of the resin and release of gas from the resin for a long period of time.

【0014】すなわち、光ファイバやレーザーダイオー
ドや光導波路等の導波路型光部品と、バルク型光部品の
ハイブリッド実装は産業上に非常に重要な課題であるの
に適当な実装構造がなかった。
That is, hybrid mounting of a waveguide-type optical component such as an optical fiber, a laser diode, or an optical waveguide and a bulk-type optical component is a very important industrial issue, but there is no suitable mounting structure.

【0015】そこで、本発明は上述の従来の諸問題を解
消し、各種光学素子を簡便にかつ低損失に光結合できる
非常に優れた光デバイス及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。さらに詳しくは、高次モードを励振せ
ず、容易にモードフィールドを拡大する構造と、低損失
に光結合するための最適な構造,寸法を備えた光デバイ
ス及びその製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a very excellent optical device capable of optically coupling various optical elements easily and with low loss, and a method of manufacturing the same. More specifically, it is an object of the present invention to provide an optical device having a structure in which a mode field is easily expanded without exciting a higher-order mode, an optimal structure and dimensions for optical coupling with low loss, and a method of manufacturing the same. And

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光デバイスは、導波路コアを成す光入射側
コアと光出射側コアとの間に、光学素子が配設される開
口溝を備えるとともに、光学素子を透過する導波光のモ
ードフィールド径が光入射側コアの光入射端部及び光出
射側コアの光出射端部での導波光のモードフィールド径
より広くするように、光入射側コアの前記光学素子に対
面するコア径を光入射側コアの光入射端部のコア径より
小さくし、かつ光出射側コアの前記光学素子に対面する
コア径が、光出射側コアの光出射端部のコア径より小さ
くしたことを特徴とする。なお、上記開口溝は複数配設
されていてもよい。さらに好適には、開口溝の近くにモ
ードフィールド拡大部を設け、このモードフィールド拡
大部のモードフィールド径ωがω2 >7.85×10-4
λ/(πn)を満足する。
In order to solve the above-mentioned problems, in the optical device of the present invention, an optical element is disposed between a light incident side core and a light exit side core constituting a waveguide core. With the opening groove, the mode field diameter of the guided light transmitted through the optical element is made larger than the mode field diameter of the guided light at the light incident end of the light incident side core and the light exit end of the light exit side core. The core diameter of the light incident side core facing the optical element is smaller than the core diameter of the light incident end of the light incident side core, and the core diameter of the light emitting side core facing the optical element is light emitting side. It is characterized in that the diameter is smaller than the core diameter of the light emitting end of the core. Note that a plurality of the above-described opening grooves may be provided. More preferably, a mode field expanding portion is provided near the opening groove, and the mode field diameter ω of the mode field expanding portion is ω 2 > 7.85 × 10 −4.
λ / (πn) is satisfied.

【0017】また、開口溝のギャップ幅Gが次の式を満
足することを特徴とする。G <0.25πnω2 /λ
(ただし、λ:導波光の波長、n:光学素子の屈折率、
ω:導波光のモードフィールド半径)。さらに好適に
は、G<0.08πnω2 /λとする。
The gap width G of the opening groove satisfies the following expression. G <0.25πnω 2 / λ
(Where, λ: wavelength of guided light, n: refractive index of optical element,
ω: mode field radius of guided light). More preferably, G <0.08πnω 2 / λ.

【0018】また、光デバイスの開口溝に光学素子を配
設するとともに、導波路コアの光入射端部及び/又は光
出射端部に光ファイバを配設したことを特徴とする。
Further, an optical element is provided in an opening groove of the optical device, and an optical fiber is provided at a light input end and / or a light output end of the waveguide core.

【0019】また、開口溝内に、偏光面を所定角度だけ
非相反に回転させる非相反回転子と、偏光面を所定角度
だけ相反に回転させる相反回転子とを直列に配置し、開
口溝に入出する導波光の偏光モードを選択的に通過させ
るように成したことを特徴とする。
A non-reciprocal rotator for rotating the polarization plane non-reciprocally by a predetermined angle and a reciprocal rotator for rotating the polarization plane reciprocally by a predetermined angle are arranged in series in the opening groove. The polarization mode of incoming and outgoing guided light is selectively passed.

【0020】また、本発明の光デバイスの製造方法は、
基板の中央部に台形状のサブクラッド層を形成する工程
と、基板上にサブクラッド層を覆う導波層を形成する工
程と、該導波層を所定形状にパターニングして導波路コ
ア層を形成する工程と、該導波路コア層上にメインクラ
ッド層を形成する工程と、導波路コア層を横切り且つ光
学素子が配設される開口溝を形成する工程とを含む。
Further, the method for manufacturing an optical device according to the present invention comprises:
Forming a trapezoidal sub-cladding layer in the center of the substrate, forming a waveguide layer covering the sub-cladding layer on the substrate, and patterning the waveguide layer into a predetermined shape to form a waveguide core layer. Forming, forming a main cladding layer on the waveguide core layer, and forming an opening groove traversing the waveguide core layer and in which the optical element is provided.

【0021】なお、モードフィールド径は、光ビームに
おいて、その光強度がピーク値の1/e2 となる幅を意
味する。
The mode field diameter means the width of the light beam where the light intensity is 1 / e 2 of the peak value.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。図2(i)に示すよう
に、本発明の光デバイスである光導波路体Kは、導波路
コア4を成し光入射側に位置するコア(光入射側コア)
の光入射端部4aと、光出射側に位置するコア(光出射
側コア)の光出射端部4bとの間に、導波路コア4を横
切る方向に光学素子が実装される1以上の開口溝6を備
えるとともに、開口溝6の両端6a,6bに向かって導
波路コア4のコア径が縮小していくコア径縮小領域A
(テーパ部3,コア径極小領域2)を設けている。すな
わち、開口溝6(領域B)の両端6a,6bにおいては
コア径が極小に形成されている。すなわち、光学素子を
透過する導波光のモードフィールド径が光入射端部4a
及び光出射端部4bでの導波光のモードフィールド径よ
り広くするように、光入射側コアの光学素子に対面する
コア径を光入射側コアの光入射端部のコア径より小さく
し、かつ光出射側コアの光学素子に対面するコア径が、
光出射側コアの光出射端部のコア径より小さくしたこと
を特徴とする。また、コア径極小領域2、開口溝6を合
せてモードフィールド拡大部M(図2(h))となる。
コアサイズは、薄膜の導波路コアを用いたスラブ型導波
路ではコアの膜厚を意味し、コアが円形の場合その直径
を意味する。また、コアが長方形の場合はその短辺の長
さを意味し、正方形の場合はその一辺の長さを意味す
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 2 (i), an optical waveguide body K, which is an optical device of the present invention, forms a waveguide core 4 and is located on the light incident side (light incident side core).
One or more apertures in which an optical element is mounted in a direction crossing the waveguide core 4 between the light incident end 4a of the optical waveguide and the light exit end 4b of the core located on the light exit side (light exit side core). A core diameter reduction region A in which the core diameter of the waveguide core 4 is reduced toward the both ends 6a and 6b of the opening groove 6;
(Taper portion 3, core diameter minimum region 2). That is, the core diameter is extremely small at both ends 6a and 6b of the opening groove 6 (region B). That is, the mode field diameter of the guided light transmitted through the optical element is smaller than the light incident end 4a.
The core diameter of the light incident side core facing the optical element is made smaller than the core diameter of the light incident side core of the light incident side core so as to be wider than the mode field diameter of the guided light at the light emitting end section 4b; The core diameter of the light emitting side core facing the optical element is
It is characterized in that the diameter of the light exit side core is smaller than the diameter of the core at the light exit end. The mode field enlarged portion M (FIG. 2 (h)) is formed by combining the core diameter minimum region 2 and the opening groove 6.
The core size means the thickness of the core in a slab type waveguide using a thin film waveguide core, and means the diameter of the core when the core is circular. When the core is rectangular, it means the length of the short side, and when the core is square, it means the length of one side.

【0023】ここで、開口溝6の好適なギャップ幅G
は、 G<0.25πnω2 /λ (ただし、λ:導波光の波長、n:光学素子の屈折率、
ω:導波光のモードフィールド半径)とする。
Here, a suitable gap width G of the opening groove 6 is set.
G <0.25πnω 2 / λ (where λ: wavelength of guided light, n: refractive index of optical element,
ω: mode field radius of guided light).

【0024】これは、2つの導波路コア4間に屈折率が
nの物質で満たされたギャップがある場合に、電力透過
係数を0.794より大(回折損失が1dB未満)とな
るギャップ幅を算出して得られたものである。
This means that, when there is a gap between the two waveguide cores 4 filled with a substance having a refractive index of n, the gap width at which the power transmission coefficient is greater than 0.794 (the diffraction loss is less than 1 dB) Is calculated.

【0025】また、より好適には、G<0.08πnω
2 /λとする。この場合、電力透過係数を0.975よ
り大(回折損失が0.1dB未満)となるギャップ幅を
算出して得られる。
More preferably, G <0.08πnω
2 / λ. In this case, it can be obtained by calculating a gap width at which the power transmission coefficient is greater than 0.975 (diffraction loss is less than 0.1 dB).

【0026】一般に2つの対向する導波路間に屈折率が
nの物質で満たされたギャップがある場合に、そのギャ
ップ幅をG、電力透過係数をT、導波光の波長をλ、モ
ードフィールド半径をωとすると、下記式の関係があ
る。
In general, when there is a gap filled with a substance having a refractive index of n between two opposing waveguides, the gap width is G, the power transmission coefficient is T, the wavelength of the guided light is λ, and the mode field radius is Let ω be the relationship of the following equation:

【0027】 T=(1+((2λG)/(πnω2 ))2 -1 上記好適な開口幅Gは、上記関係式のTに0.794を
代入し、 0.794<(1+((2λG)/(πnω2 ))2
-1 とし、この式を変形して得た。
T = (1 + ((2λG) / (πnω 2 )) 2 ) -1 The preferred opening width G is obtained by substituting 0.794 into T in the above relational expression, and 0.794 <(1 + (( 2λG) / (πnω 2 )) 2 )
-1 was obtained by modifying this equation.

【0028】Gが100μm以下になる場合、開口溝6
に挿入する光学素子は組み立て時の公差を考慮すれば5
0μm以下程度になり、非常に限定されたものになる
か、あるいは破損し易く、扱いが困難なため、実際上は
用いることができない。したがって、産業上に利用する
場合は、実用的なギャップ幅Gの大きさからモードフィ
ールド径の好適な範囲を規定する必要があり、そのモー
ドフィールド径ωをω2>7.85×10-4λ/(π
n)とする。これは、ギャップ幅Gを200μm以上、
回折損失1dB未満として算出したものである。
When G is less than 100 μm, the opening groove 6
The optical element to be inserted into the
Since it is about 0 μm or less, it is very limited, or it is easily broken and is difficult to handle, so that it cannot be used practically. Therefore, in the case of industrial use, it is necessary to define a suitable range of the mode field diameter from the practical gap width G, and set the mode field diameter ω to ω 2 > 7.85 × 10 −4. λ / (π
n). This means that the gap width G is 200 μm or more,
It is calculated as a diffraction loss of less than 1 dB.

【0029】また、図9に示すように、複数の開口溝、
例えば開口溝22,23を設けて、図10に示すように
光学素子24,25をそれぞれの開口溝22,23に配
設することにより、上記複数の開口溝の幅の合計(=G
1+G2)と等しいギャップ幅を有する1つの間隙部に
光学素子を配設する場合よりも回折損失が低減するので
好適である。
As shown in FIG. 9, a plurality of open grooves,
For example, by providing the opening grooves 22 and 23 and arranging the optical elements 24 and 25 in the respective opening grooves 22 and 23 as shown in FIG. 10, the total width of the plurality of opening grooves (= G
1 + G2) is preferable because the diffraction loss is reduced as compared with the case where the optical element is provided in one gap having a gap width equal to 1 + G2).

【0030】これは、図4のグラフから明らかなよう
に、対向間隔が大きくなるほど回折損失の上昇が急激と
なるからである。例えば、図4を参照すれば、波長1.
31μmでモードフィールド径30μm、開口溝のギャ
ップ幅が600μmの場合の回折損失は1.17dBだ
が、開口溝のギャップ幅が300μmの場合の回折損失
は0.32dBであり、300μmのギャップが2つあ
っても回折損失の合計は0.64dBとなる。これは、
トータルの素子厚さが同じでも、素子を分割した方が損
失が少ないことを示している。また、光の進行方向と平
行方向にモードフィールド拡大部を1mm以上備えるこ
とで、比較的厚い素子を挿入したり、複数の開口溝の形
成が容易にできる。このように間隙幅の小さいものを複
数に分割して設けることで、合計の結合損失を1つの間
隙部を設ける場合より低く抑えることが可能になる。
This is because, as is apparent from the graph of FIG. 4, the diffraction loss increases sharply as the facing distance increases. For example, referring to FIG.
When the mode field diameter is 31 μm, the mode field diameter is 30 μm, and the gap width of the opening groove is 600 μm, the diffraction loss is 1.17 dB. However, when the gap width of the opening groove is 300 μm, the diffraction loss is 0.32 dB, and there are two 300 μm gaps. Even so, the total diffraction loss is 0.64 dB. this is,
This shows that even if the total element thickness is the same, the loss is smaller when the element is divided. In addition, by providing the mode field enlarging portion of 1 mm or more in the direction parallel to the traveling direction of light, a relatively thick element can be inserted, and a plurality of opening grooves can be easily formed. By dividing the gap with a small gap width into a plurality of pieces as described above, the total coupling loss can be suppressed to be lower than the case where one gap is provided.

【0031】次に、この光導波路体Kの作製方法につい
て説明する。まず、図2(a),(b)に示すように、
例えば石英(SiO2 )等の基板上1にCVD法等の成
膜法により、テーパクラッド13を台形状に所定の厚さ
(例えば、7.5μm程度の厚さ)で形成しサブクラッ
ド層とする。これは、基板1よりマスクを数十μmから
数百μm浮かせて成膜することで比較的容易に作製でき
る。また、テーパの度合いは上記浮かせる距離で制御す
る。
Next, a method of manufacturing the optical waveguide body K will be described. First, as shown in FIGS. 2A and 2B,
For example, a taper clad 13 is formed in a trapezoidal shape with a predetermined thickness (for example, a thickness of about 7.5 μm) on a substrate 1 such as quartz (SiO 2 ) by a film forming method such as a CVD method. I do. This can be made relatively easily by floating the mask from the substrate 1 by several tens μm to several hundred μm to form a film. The degree of taper is controlled by the floating distance.

【0032】次に、図2(c)に示すように、例えばS
iO2 にGe等をドーピングして比屈折率をSiO2
り0.3%程度高くした導波層14を、基板1からの厚
さが8μm、テーパクラッド13からの厚さが0.5μ
mになるように、CVD法等により形成する。
Next, as shown in FIG.
A waveguide layer 14 whose relative refractive index is about 0.3% higher than that of SiO 2 by doping iO 2 with Ge or the like has a thickness of 8 μm from the substrate 1 and a thickness of 0.5 μm from the taper clad 13.
m is formed by a CVD method or the like.

【0033】次に、図2(d)に示すように、導波層1
4の上にマスク15を形成する。ここで、モードフィー
ルド拡大部Mはその幅D1を0.5μmに絞り、両端部
の幅D2は8μmにしてある。
Next, as shown in FIG.
A mask 15 is formed on 4. Here, the mode field enlarging portion M narrows the width D1 to 0.5 μm, and the width D2 at both ends is 8 μm.

【0034】次に、図2(e)に示すように、RIE
(反応イオン性エッチング:ReactiveIon Etching) に
よるエッチングにより、導波路側部を削除し導波路コア
4を形成し、図2(f)に示すように、マスク15を取
り去る。
Next, as shown in FIG.
By etching by (Reactive Ion Etching), the waveguide core 4 is formed by removing the waveguide side portion, and the mask 15 is removed as shown in FIG.

【0035】次に、図2(g)に示すように、基板1、
テーパクラッド13と同一の屈折率を有するSiO2
メインクラッド層5として導波路コア4を被覆する。こ
こで、図2(h)は導波路コア4を透視した様子を図示
している。
Next, as shown in FIG.
The waveguide core 4 is covered with SiO 2 having the same refractive index as the tapered clad 13 as the main clad layer 5. Here, FIG. 2H illustrates a state in which the waveguide core 4 is seen through.

【0036】最後に、図2(i)に示すように、光学素
子を固定するための開口溝6を例えばダイシングソーに
て研削する。
Finally, as shown in FIG. 2I, an opening groove 6 for fixing the optical element is ground by, for example, a dicing saw.

【0037】上記作製方法は、通常のストレート(直線
状)の導波路を作製する場合に比べ、図2(b),
(d)の工程が異なるだけであり、通常の作製工程をわ
ずかに変えることにより、導波路体を作製することがで
きる。
The above manufacturing method is different from the case of manufacturing a normal straight (linear) waveguide in FIGS.
Only the process of (d) is different, and the waveguide body can be manufactured by slightly changing the normal manufacturing process.

【0038】すなわち、図2(b)において、テーパク
ラッド13の形成が増加するだけであるが、一連の他の
成膜と同じ装置(例えば、CVD装置)で作製できるの
で、別の装置を用意したり、セッティング等の手間は一
切かからず、作製時間の増加も僅かである。また、図2
(d)はストレートの導波路とマスクパターンが異なる
だけなので工程も煩雑にならない。
That is, in FIG. 2B, only the formation of the tapered cladding 13 is increased, but another apparatus can be prepared because it can be manufactured by the same apparatus (for example, a CVD apparatus) as a series of other film formation. There is no trouble of setting or setting, and the increase of the manufacturing time is slight. FIG.
In (d), the process is not complicated because the mask pattern is different from the straight waveguide.

【0039】次に、2つの導波路を対向させた場合の光
の結合効率を図4に示す。横軸は導波路の対向間隔であ
り、本発明においては開口溝6の幅Bに相当する。縦軸
は光の損失を示す。モードフィールドはガウシアン分布
を仮定しており、波長は1.31μmで開口溝内の屈折
率は空気(n=1)としてある。破線はモードフィール
ド径Wが10μmの導波路の場合を示し、対向間隔の幅
(開口溝6のギャップ幅)が500μmになれば、損失
は12dB以上になってしまう事を示している。しか
し、モードフィールド径を40μmに拡大した場合(実
線)は、対向間隔が500μmでも光の損失は0.3d
B程度に低減できることがわかる。
Next, FIG. 4 shows the light coupling efficiency when two waveguides are opposed to each other. The horizontal axis is the facing distance between the waveguides, and corresponds to the width B of the opening groove 6 in the present invention. The vertical axis indicates light loss. The mode field assumes a Gaussian distribution, the wavelength is 1.31 μm, and the refractive index in the open groove is air (n = 1). The broken line indicates the case of a waveguide having a mode field diameter W of 10 μm, and indicates that if the width of the facing space (gap width of the opening groove 6) becomes 500 μm, the loss becomes 12 dB or more. However, when the mode field diameter is enlarged to 40 μm (solid line), the light loss is 0.3 d even when the facing distance is 500 μm.
It can be seen that it can be reduced to about B.

【0040】図5に、コア径とモードフィールド径の関
係の目安として、スラブ型導波路での導波層の厚さ(コ
ア径に相当)とモードフィールド径との関係を示す。図
5から明らかなように、導波層厚の増加に伴い、モード
フィールド径は増加するが、厚さ4μm程度を境に導波
層厚が減少してもモードフィールド径が拡大できること
がわかる。また、比屈折率差が変わらなければ、コア径
が増大すれば高次モードが発生し伝送特性が劣化してし
まうが、導波路コアを縮小する場合、高次モードは発生
しないので比屈折率差を変化させる必要はない。
FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the waveguide layer (corresponding to the core diameter) and the mode field diameter in a slab-type waveguide as a measure of the relationship between the core diameter and the mode field diameter. As is clear from FIG. 5, the mode field diameter increases as the thickness of the waveguide layer increases, but the mode field diameter can be increased even when the thickness of the waveguide layer decreases at a thickness of about 4 μm. If the relative refractive index difference does not change, a higher-order mode will occur if the core diameter increases, and the transmission characteristics will deteriorate, but if the waveguide core is reduced, the higher-order mode will not occur, so the relative refractive index will not occur. There is no need to change the difference.

【0041】このように、導波路コアを縮小した導波路
同士を対向させ、低損失な結合を実現するハイブリッド
実装の提案はこれまで無かった。バルク実装部を含むモ
ードフィールド拡大部(=2つのコア極小部2+領域
B)の長さは自由に設計できるため、任意の厚さの複数
枚のバルク状光学素子と光ファイバあるいは光能動素子
を容易に結合できる。モードフィールド拡大部をあらか
じめ数mmを超える長さに作製しておき、挿入する素子
の厚さ、個数は予め定まっていなくとも、汎用的に対応
させることも可能である。
As described above, there has been no proposal of hybrid mounting in which waveguides each having a reduced waveguide core are opposed to each other to realize low-loss coupling. Since the length of the mode field expanding portion (= the two core minimum portions 2 + region B) including the bulk mounting portion can be freely designed, a plurality of bulk optical elements having an arbitrary thickness and an optical fiber or an optical active element can be used. Can be easily combined. It is also possible to prepare the mode field enlarging portion in advance with a length exceeding several mm, and to make it universally applicable, even if the thickness and number of elements to be inserted are not predetermined.

【0042】また、上記の実装構造において、素子実装
用の溝にバルク状の非相反偏光回転子,相反回転子を設
け、溝部を中心にコア径が縮小していく領域の外側に金
属、もしくは異方性の誘電体、もしくは金属、誘電体の
複合薄膜を装荷して、導波路型モードスプリッタを形成
し、光デバイスである表面実装型光アイソレータとする
ことができ、これにより、挿入損失の少ない表面実装型
光アイソレータが容易に実現される。
In the above mounting structure, a bulk non-reciprocal polarization rotator and a reciprocal rotator are provided in the groove for mounting the element, and a metal or a metal is provided outside the region where the core diameter decreases around the groove. A waveguide-type mode splitter can be formed by loading a composite thin film of an anisotropic dielectric, metal, or dielectric, and can be used as a surface-mounted optical isolator that is an optical device. A small surface-mount optical isolator can be easily realized.

【0043】[0043]

【実施例】次に具体的な実施例について説明する。EXAMPLES Next, specific examples will be described.

【0044】〔例1〕図1に光デバイスである光導波路
体Kの光入射端部4aと光出射端部4bのそれぞれに光
ファイバ8,8を光結合して成る光デバイスの斜視図を
示す。なお、8aはファイバコアである。図1に示すよ
うに、石英基板1上に、その全長15mmに対し、断面
略正方形状のコアサイズ0.5μmのモードフィールド
拡大部(開口溝6のギャップ幅L3:0.5mm、それ
ぞれのコア径極小部2の長さL2:1mm)を2.5m
m、その両側にテーパ部3(長さL1)を5mmずつ、
断面略正方形状のコアサイズ8μmの光入射部4a、光
出射部4bをそれぞれ長さ6.25mmになるように、
コア形状をCVD法及びエッチング法により形成した。
導波路コア4は石英基板1に対し比屈折率差0.3%で
コア全体に渡って屈折率は変化しない。その上から石英
のクラッド層5を形成した。
Example 1 FIG. 1 is a perspective view of an optical device in which optical fibers 8, 8 are optically coupled to a light input end 4a and a light output end 4b of an optical waveguide body K as an optical device. Show. 8a is a fiber core. As shown in FIG. 1, on a quartz substrate 1, a mode field enlarged portion having a substantially square cross section and a core size of 0.5 μm (gap width L3 of the opening groove 6: 0.5 mm, each core having a square shape of 15 mm) is provided. The length L2 of the minimum diameter part 2: 1 mm) is 2.5 m
m, a taper portion 3 (length L1) on each side of 5 mm,
The light incident portion 4a and the light emitting portion 4b each having a core size of 8 μm and having a substantially square cross section are each set to have a length of 6.25 mm.
The core shape was formed by a CVD method and an etching method.
The waveguide core 4 has a relative refractive index difference of 0.3% with respect to the quartz substrate 1, and the refractive index does not change over the entire core. A quartz cladding layer 5 was formed thereon.

【0045】モードフィールド径はコアサイズが0.5
μmのモードフィールド拡大部で約30μm、光入出射
部4a,4bでモードフィールド径はおよそ10μmと
なる。
The mode field diameter is 0.5 for the core size.
The mode field diameter is about 30 μm in the μm mode field expanding section, and about 10 μm in the light input / output sections 4 a and 4 b.

【0046】光入出射端部4a,4bには、光ファイバ
8をバットジョイントにより接続した。9は表面実装用
導波路7と光ファイバ8をアライメントして固定するた
めのV溝付き基板であり、ファイバの位置決め、保持の
ためにV溝10を有している。
An optical fiber 8 was connected to the light input / output ends 4a and 4b by a butt joint. Reference numeral 9 denotes a substrate having a V-groove for aligning and fixing the surface mounting waveguide 7 and the optical fiber 8, and has a V-groove 10 for positioning and holding the fiber.

【0047】また、モードフィールド拡大部には開口溝
6のギャップ幅が約500μm幅に、ダイシングソーで
切削されており、ここに誘電体の多層膜から成る波長フ
ィルター12を挿入固定した。なお、誘電体の多層膜に
は、例えばZnSとMgF2の組み合わせやTiO2
SiO2 の組み合わせ等とする。
In the enlarged mode field portion, a gap width of the opening groove 6 is cut to about 500 μm by a dicing saw, and a wavelength filter 12 made of a dielectric multilayer film is inserted and fixed therein. The dielectric multilayer film is, for example, a combination of ZnS and MgF 2 or a combination of TiO 2 and SiO 2 .

【0048】光入射端部4aへの入射光と光出射端部4
bからの出射光について光損失の測定を行ったところ、
ギャップ幅500μmでの回折損失は波長1.31μm
で約0.85dBであった。
Light incident on the light input end 4a and the light output end 4
When the light loss was measured for the light emitted from b,
Diffraction loss at a gap width of 500 μm is 1.31 μm in wavelength
Was about 0.85 dB.

【0049】なお、波長フィルターの固定は半田等でも
よいが、その場合は、波長フィルター12の両面は対空
気用のARコート(anti-refrection coating) とし、
エアーギャップを設ける必要がある。また、波長フィル
ター12の両面は対接着剤用のARコートを施し、波長
フィルター12の挿入時の隙間は屈折率を調整した(屈
折率:約1.6)熱硬化性のエポキシ系の接着剤等の光
硬化樹脂を充填してもよい。また、図1には図示しない
が、最終的には信頼性向上のためにパッケージ内に密閉
される。
The wavelength filter may be fixed with solder or the like. In this case, both surfaces of the wavelength filter 12 are provided with an AR coating (anti-refrection coating) for air.
It is necessary to provide an air gap. Further, both surfaces of the wavelength filter 12 are coated with an AR coating for an adhesive, and the gap at the time of insertion of the wavelength filter 12 is adjusted in refractive index (refractive index: about 1.6), a thermosetting epoxy adhesive. And the like. Although not shown in FIG. 1, the package is finally sealed in a package for improving reliability.

【0050】〔例2〕図3に本発明の実装構造を用いた
光デバイスである光アイソレータS2を示す。基板1、
クラッド5は石英ガラスからなり、導波路コア4は石英
ガラスにGe等をドーピングして屈折率を0.3%上げ
ている。モードフィールド拡大部のコア径は0.5μm
でモードフィールド径は約30μm、光入出射端部4
a、4bのコア径は8μmでモードフィールド径は約1
0μmとした。
Example 2 FIG. 3 shows an optical isolator S2 which is an optical device using the mounting structure of the present invention. Substrate 1,
The clad 5 is made of quartz glass, and the waveguide core 4 is made of quartz glass doped with Ge or the like to increase the refractive index by 0.3%. The core diameter of the mode field expansion section is 0.5 μm
And the mode field diameter is about 30 μm.
a and 4b have a core diameter of 8 μm and a mode field diameter of about 1
It was set to 0 μm.

【0051】光学素子を実装する開口溝6を挟むよう
に、Al薄膜をコア4の上に成膜し、第1の偏光モード
スプリッタ16aと第2の偏光モードスプリッタ16b
を形成した。
An Al thin film is formed on the core 4 so as to sandwich the opening groove 6 for mounting the optical element, and a first polarization mode splitter 16a and a second polarization mode splitter 16b are formed.
Was formed.

【0052】開口溝6には、厚さ約400μmの磁性ガ
ーネットからなる非相反偏光回転子17と、厚さ90μ
mの水晶からなる相反偏光回転子18とを併設し、これ
ら光学素子を縦列に配置した。
A non-reciprocal polarization rotator 17 made of a magnetic garnet having a thickness of about 400 μm and a 90 μm thick
A reciprocal polarization rotator 18 made of m-quartz was provided, and these optical elements were arranged in tandem.

【0053】なお、水晶のC軸は水平面から22.5度
の角度を持たせている。磁性ガーネット等からなる非相
反偏光回転子をファラデー回転子、水晶等の複屈折材料
からなる相反偏光回転子は1/2波長板と称する場合も
ある。
The C axis of the crystal has an angle of 22.5 degrees from the horizontal plane. A non-reciprocal polarization rotator made of a magnetic garnet or the like may be called a Faraday rotator, and a reciprocal polarization rotator made of a birefringent material such as quartz may be called a half-wave plate.

【0054】次に、この表面実装型の光アイソレータの
動作について説明する。ここで、入射部4aから出射部
4bの方向を見て時計周りの方向をプラス(+)、逆を
マイナス(−)の回転とする。
Next, the operation of the surface mount type optical isolator will be described. Here, when looking in the direction from the entrance 4a to the exit 4b, the clockwise direction is plus (+) and the reverse is minus (-).

【0055】入射部4aへの入射光20は、第1の偏光
モードスプリッタ16aでTE偏光のみになり、モード
フィールド拡大部で光のモードフィールドを拡大させ
る。次に非相反偏光回転子17で偏光面は45度回転
し、相反偏光回転子18で−45度回転し、TE偏光と
して第2の偏光モードスプリッタ16bを通過する。
The light 20 incident on the incident part 4a becomes only TE polarized light by the first polarization mode splitter 16a, and the mode field of the light is expanded by the mode field expanding part. Then the plane of polarization in the non-reciprocal polarizing rotator 17 is rotated ° + 45, reciprocal polarization rotator 18 in rotated -45 degrees, passes through the second polarization mode splitter 16b as TE polarized light.

【0056】逆方向の入射光21は、第2の偏光モード
スプリッタ16bでTE偏光になり、相反偏光回転子1
8で−45度偏光面を回転させ、非相反偏光回転子17
でさらに−45度偏光を回転させTM偏光となる。この
光は第1の偏光モードスプリッタ16aにより除去され
る。
The incident light 21 in the opposite direction becomes TE-polarized light by the second polarization mode splitter 16b, and the reciprocal polarization rotator 1
8, the polarization plane is rotated by -45 degrees, and the non-reciprocal polarization rotator 17 is rotated.
Then, the polarized light is further rotated by -45 degrees to become TM polarized light. This light is removed by the first polarization mode splitter 16a.

【0057】この表面実装型光アイソレータ12によれ
ば、挿入損失1dB以下、アイソレーション36dB以
上の優れた特性が容易に実現できた。
According to the surface mount type optical isolator 12, excellent characteristics such as insertion loss of 1 dB or less and isolation of 36 dB or more could be easily realized.

【0058】なお、基板1は石英ガラスの他高分子材料
や他の光学ガラス、半導体からなるものでもよい。さら
に偏光モードスプリッタとしてはAl以外にもCuやA
gの金属を成膜しTM偏光を吸収するもの、水晶やルチ
ルを装荷し屈折率の異方性を利用し片方のモードを放射
させるもの、導波路型分岐器で伝搬定数を変え、2つの
モードに分岐させるもの等がある。したがって、実施例
とは逆にTE偏光を除去しTM偏光のみを透過させるこ
とも可能である。
The substrate 1 may be made of a polymer material other than quartz glass, another optical glass, or a semiconductor. Furthermore, as a polarization mode splitter, besides Al, Cu or A
g, which absorbs TM polarized light, which is loaded with quartz or rutile and emits one mode using the anisotropy of the refractive index, There are those that branch to modes. Therefore, contrary to the embodiment, it is possible to remove the TE polarized light and transmit only the TM polarized light.

【0059】さらに、開口溝6を複数設けて、光アイソ
レータとフィルタや、2つの光アイソレータを同時に実
装することも可能である。例えば、図4のグラフを見れ
ば厚さ300μmの光学素子2枚を導波路中に挿入する
場合、モードフィールド径30μmのモードフィールド
拡大部に600μmの溝を一箇所形成すると溝部での回
折損失は1.17dBだが、300μmの溝を2個所形
成すると回折損失は合計でも0.64dBにしかならな
いことがわかる。すなわち、光路長の合計が同じでも素
子が分割できれば素子実装時の損失を減らすことが可能
である。これはレンズでは実現できない大きな利点であ
る。
Further, it is possible to provide a plurality of opening grooves 6 and mount an optical isolator and a filter or two optical isolators at the same time. For example, according to the graph of FIG. 4, when two optical elements each having a thickness of 300 μm are inserted into a waveguide, if a groove of 600 μm is formed at a mode field enlarging portion having a mode field diameter of 30 μm, the diffraction loss at the groove is reduced. Although it is 1.17 dB, it can be seen that when two 300 μm grooves are formed, the total diffraction loss is only 0.64 dB. That is, even if the total of the optical path lengths is the same, if the element can be divided, the loss at the time of mounting the element can be reduced. This is a great advantage that cannot be realized with a lens.

【0060】〔例3〕光デバイスである光導波路Kの別
の形状、作製方法について説明する。まず、図11
(a)(a′)、(b)(b′)に示すように、例えば
石英(SiO2)等の基板1上にCVD法等の成膜法に
より、例えばSiO2 にGe等をドーピングして比屈折
率をSiO2 より0.3%程度高くした導波層14を、
基板1からの厚さが8μmに成るよう形成する。
Example 3 Another shape and manufacturing method of the optical waveguide K as an optical device will be described. First, FIG.
As shown in (a), (a ′) and (b) and (b ′), for example, Ge is doped into SiO 2 by, for example, CVD on a substrate 1 made of, for example, quartz (SiO 2). The waveguide layer 14 having a relative refractive index higher than that of SiO 2 by about 0.3%
It is formed so that the thickness from the substrate 1 becomes 8 μm.

【0061】次に、図11(c)(c′)に示すよう
に、導波層14の上にマスク15を形成する。ここで、
モードフィールド拡大部Mはその幅D1を0.5μmに
絞り、両端部の幅D2は8μmにしてある。
Next, as shown in FIGS. 11C and 11 C, a mask 15 is formed on the waveguide layer 14. here,
The mode field enlarging portion M narrows the width D1 to 0.5 μm, and the width D2 at both ends is 8 μm.

【0062】次に、図11(d)(d′)に示すよう
に、RIEによるエッチングにより導波路側部を削除し
導波路コア4を形成し、図11(e)(e′)に示すよ
うに、マスク15を取り去る。
Next, as shown in FIGS. 11 (d) and 11 (d '), the waveguide side is removed by etching by RIE to form the waveguide core 4, and as shown in FIGS. 11 (e) and (e'). Then, the mask 15 is removed.

【0063】次に、図11(f)(f′)に示すように
導波路コア4の中央部が所定の厚みまで(例えば0.5
μm程度の厚さ)薄くなるようにRIEでエッチングす
る。なお光入出射端部4a、4bとはなだらかなテーパ
でつながるようにする。これは、導波路コア4よりマス
クを数十μmから、数百μm浮かせてエッチングを行う
ことで容易に形成できる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。
Next, as shown in FIGS. 11F and 11F, the central portion of the waveguide core 4 has a predetermined thickness (for example, 0.5%).
Etching is performed by RIE to reduce the thickness. The light input / output end portions 4a and 4b are connected by a gentle taper. This can be easily formed by floating the mask from the waveguide core 4 by several tens μm to several hundred μm and performing etching. Further, the degree of taper is controlled by the floating distance.

【0064】次に、図11(g)(g′)に示すよう
に、基板1と同一の屈折率を有するSiO2 をメインク
ラッド層5として導波路コア4を被覆する。ここで、図
11(g)(g′)は導波路コア4を透視した様子を図
示している。
Next, as shown in FIGS. 11 (g) and (g ′), the waveguide core 4 is covered with SiO 2 having the same refractive index as the substrate 1 as the main cladding layer 5. Here, FIGS. 11 (g) and 11 (g ') show a state where the waveguide core 4 is seen through.

【0065】〔例4〕さらに、光導波路Kの別の形状、
作製方法について説明する。
[Example 4] Further, another shape of the optical waveguide K,
A manufacturing method will be described.

【0066】まず、図12(a)(a′)、(b)
(b′)に示すように、例えば石英(SiO2 )等の基
板1上にCVD法等の成膜法によりテーパクラッド13
を台形状に所定の厚さ(例えば3.75μm程度の厚
さ)で形成しサブクラッド層とする。これは、基板1よ
りマスクを数十μmから、数百μm浮かせて成膜するこ
とで比較的容易にできる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。
First, FIGS. 12 (a), (a '), and (b)
As shown in (b '), the taper clad 13 is formed on the substrate 1 such as quartz (SiO 2 ) by a film forming method such as a CVD method.
Is formed in a trapezoidal shape with a predetermined thickness (for example, a thickness of about 3.75 μm) to form a sub-cladding layer. This can be relatively easily achieved by forming a film by floating the mask from the substrate 1 by several tens μm to several hundred μm. Further, the degree of taper is controlled by the floating distance.

【0067】次に、図12(c)(c′)に示すよう
に、例えばSiO2にGe等をドーピングして比屈折率
をSiO2 より0.3%程度高くした導波層14を、基
板1からの厚さが8μm、テーパクラッド13からの厚
さが7.75μmになるように、CVD法等により形成
する。
Next, as shown in FIGS. 12 (c) and 12 (c '), the waveguide layer 14 having a relative refractive index about 0.3% higher than that of SiO 2 by doping SiO 2 with Ge or the like is formed on the substrate. It is formed by a CVD method or the like so that the thickness from 1 is 8 μm and the thickness from the tapered clad 13 is 7.75 μm.

【0068】次に、図12(d)(d′)に示すよう
に、導波層14の上にマスク15を形成する。ここで、
モードフィールド拡大部Mはその幅D1を0.5μmに
絞り、両端部の幅D2は8μmにしてある。
Next, as shown in FIGS. 12D and 12D, a mask 15 is formed on the waveguide layer 14. here,
The mode field enlarging portion M narrows the width D1 to 0.5 μm, and the width D2 at both ends is 8 μm.

【0069】次に、図12(e)(e′)に示すよう
に、RIEによるエッチングにより導波路側部を削除し
導波路コア4を形成し、図12(f)(f′)に示すよ
うに、マスク15を取り去る。
Next, as shown in FIGS. 12E and 12E, the waveguide side portion is removed by etching by RIE to form the waveguide core 4, and as shown in FIGS. 12F and 12F. Then, the mask 15 is removed.

【0070】次に図12(g)(g′)に示すように導
波路コア4の中央部が所定の厚みまで(例えば0.5μ
m程度の厚さ)薄くなるようにRIEでエッチングす
る。なお光入出射端部4a、4bとはなだらかなテーパ
でつながるようにする。これは、導波路コア4よりマス
クを数十μmから、数百μm浮かせてエッチングを行う
ことで容易に形成できる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。
Next, as shown in FIGS. 12 (g) and 12 (g '), the central portion of the waveguide core 4 has a predetermined thickness (for example, 0.5 μm).
(Thickness of about m) Etching by RIE so as to be thin. The light input / output end portions 4a and 4b are connected by a gentle taper. This can be easily formed by floating the mask from the waveguide core 4 by several tens μm to several hundred μm and performing etching. Further, the degree of taper is controlled by the floating distance.

【0071】次に、図12(h)(h′)に示すよう
に、基板1と同一の屈折率を有するSiO2 をメインク
ラッド層5として導波路コア4を被覆する。ここで、図
12(h)は導波路コア4を透視した様子を図示してい
る。
Next, as shown in FIGS. 12H and 12H, the waveguide core 4 is covered with SiO 2 having the same refractive index as the substrate 1 as the main cladding layer 5. Here, FIG. 12H shows a state where the waveguide core 4 is seen through.

【0072】なお、導波路形状は、開口溝6に挿入する
光学素子に好適な形状にすることができる。図2に示し
た光導波路体Kはモードフィールド拡大部が上側に偏っ
ているため、モードフィールドも上側に偏っており、図
3に示した光アイソレータを形成する場合に表面の薄膜
16a、16bと光の相互作用が生じ易いため好適であ
る。また図12に示した光導波路体Kは対称性が高いた
め、テーパ部での光の損失が少なく、汎用性も高い。
The shape of the waveguide can be a shape suitable for an optical element to be inserted into the opening groove 6. In the optical waveguide body K shown in FIG. 2, since the mode field expanding portion is biased upward, the mode field is also biased upward. When forming the optical isolator shown in FIG. This is preferable because light interaction easily occurs. Further, since the optical waveguide body K shown in FIG. 12 has high symmetry, light loss at the tapered portion is small and versatility is high.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下に示す優れた効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.

【0074】・光学アライメントのための光学素子を保
持する部品が不要になり部品点数,容積等を低減させる
ことができ、ひいては組み立て作業が簡便となり小型化
を図ることができる。
Parts for holding optical elements for optical alignment are not required, so that the number of parts, the volume, etc. can be reduced, and the assembling work can be simplified and the size can be reduced.

【0075】・一つの設計(製品)のみで、さまざまな
厚さ,個数の光学素子の実装に対応できるため、特に、
複数の光学素子を同時に、容易に実装できる。また、光
学素子の実装位置を分割することで、実装時の損失を低
減することができ、開口溝形成位置のトレランスも非常
に大きい。
[0086] Since only one design (product) can support mounting of optical elements of various thicknesses and numbers,
Multiple optical elements can be easily and simultaneously mounted. Further, by dividing the mounting position of the optical element, the loss at the time of mounting can be reduced, and the tolerance of the opening groove forming position is very large.

【0076】・光の通過部には空間伝播部がほとんど存
在しないため、環境の変化による特性の変化が生じにく
い。
Since there is almost no space propagating portion in the light passing portion, a change in characteristics due to a change in environment is unlikely to occur.

【0077】・コアを縮小する場合、高次モードは発生
しないので、比屈折率差を変化させる必要がなく、これ
によりモードフィールド拡大部の作製が容易となる。
When the core is reduced, no higher-order mode is generated, so that it is not necessary to change the relative refractive index difference, thereby facilitating the production of the mode field expanding portion.

【0078】・通常の直線状の導波路作製プロセスを僅
かに変えるだけで、特別な製造装置,追加の部材,手間
が不要で、作製時間もほとんど変えずに容易に作製が可
能となる。
A special manufacturing apparatus, additional members, and labor are not required just by slightly changing the process of manufacturing a normal linear waveguide, and the manufacturing can be easily performed with almost no change in the manufacturing time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る表面実装用の光導波路体及び光デ
バイスを説明する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an optical waveguide body for surface mounting and an optical device according to the present invention.

【図2】本発明に係る光導波路体の作製工程を模式的に
説明する斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a manufacturing process of an optical waveguide according to the present invention.

【図3】本発明に係る光アイソレータを説明する斜視図
である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an optical isolator according to the present invention.

【図4】モードフィールド半径、対向間距離及び回折損
失の関係を説明するグラフである。
FIG. 4 is a graph illustrating a relationship among a mode field radius, a facing distance, and a diffraction loss.

【図5】スラブ型導波路の導波層厚とモードフィールド
径の関係を説明するグラフである。
FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between a waveguide layer thickness and a mode field diameter of a slab waveguide.

【図6】従来のピッグテイル型部品を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional pigtail type component.

【図7】(a),(b)はそれぞれ従来のコア拡大ファ
イバによる実装方法を説明する一部断面図である。
FIGS. 7A and 7B are partial cross-sectional views illustrating a mounting method using a conventional core-expanded fiber.

【図8】従来の光アイソレータを示す一部断面図であ
る。
FIG. 8 is a partial sectional view showing a conventional optical isolator.

【図9】本発明に係る光デバイスの斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of an optical device according to the present invention.

【図10】本発明に係る光デバイスの斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of an optical device according to the present invention.

【図11】(a)〜(g)は、本発明に係る光導波路の
他の製造工程を示す上面図であり、(a′)〜(g′)
はその側面図である。
11 (a) to 11 (g) are top views showing another manufacturing step of the optical waveguide according to the present invention, and FIGS.
Is a side view thereof.

【図12】(a)〜(h)は、本発明に係る光導波路の
他の製造工程を示す上面図であり、(a′)〜(h′)
はその側面図である。
12 (a) to 12 (h) are top views showing other steps of manufacturing the optical waveguide according to the present invention, and are (a ′) to (h ′).
Is a side view thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 : 基板 4 : 導波路コア 4a: 光入射端部 4b: 光出射端部 5 : 導波層(クラッド層) 6 : 開口溝 K : 光導波路体(光デバイス) S1: 光デバイス S2: 光アイソレータ 1: substrate 4: waveguide core 4a: light incident end 4b: light emitting end 5: waveguide layer (cladding layer) 6: open groove K: optical waveguide body (optical device) S1: optical device S2: optical isolator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導波路コアを成す光入射側コアと光出射
側コアとの間に、光学素子が配設される開口溝を備える
とともに、前記光学素子を透過する導波光のモードフィ
ールド径が前記光入射側コアの光入射端部及び前記光出
射側コアの光出射端部での導波光のモードフィールド径
より広くするように、前記光入射側コアの前記光学素子
に対面するコア径を前記光入射側コアの光入射端部のコ
ア径より小さくし、かつ前記光出射側コアの前記光学素
子に対面するコア径が、前記光出射側コアの光出射端部
のコア径より小さくしたことを特徴とする光デバイス。
1. An optical device according to claim 1, wherein an optical element is provided between the light incident side core and the light output side core, and the mode field diameter of the guided light transmitted through the optical element is reduced. The core diameter of the light incident side core facing the optical element is set to be larger than the mode field diameter of the guided light at the light incident end of the light incident side core and the light exit end of the light exit side core. The diameter of the light incident side core is smaller than the diameter of the light incident end, and the diameter of the light exit side core facing the optical element is smaller than the diameter of the light exit end of the light exit side core. An optical device, comprising:
【請求項2】 前記開口溝のギャップ幅Gが下記式を満
足することを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。 G < 0.25πnω2 /λ (ただし、λ:導波光の波長、n:光学素子の屈折率、
ω:導波光のモードフィールド半径)
2. The optical device according to claim 1, wherein a gap width G of the opening groove satisfies the following expression. G <0.25πnω 2 / λ (where λ: wavelength of guided light, n: refractive index of optical element,
ω: mode field radius of guided light)
【請求項3】 前記光デバイスの開口溝に光学素子を配
設するとともに、前記導波路コアの光入射端部及び/又
は光出射端部に光ファイバを配設したことを特徴とする
請求項1に記載の光デバイス。
3. An optical element is disposed in an opening groove of the optical device, and an optical fiber is disposed on a light incident end and / or a light exit end of the waveguide core. 2. The optical device according to 1.
【請求項4】 前記開口溝内に、偏光面を所定角度だけ
非相反に回転させる非相反回転子と、偏光面を所定角度
だけ相反に回転させる相反回転子とを直列に配置し、前
記開口溝に入出する導波光の偏光モードを選択的に通過
させるように成したことを特徴とする請求項1に記載の
光デバイス。
4. A non-reciprocal rotator for rotating the polarization plane non-reciprocally by a predetermined angle and a reciprocal rotator for rotating the polarization plane reciprocally by a predetermined angle are arranged in series in the opening groove. 2. The optical device according to claim 1, wherein the polarization mode of the guided light entering and leaving the groove is selectively passed.
【請求項5】 基板の中央部に台形状のサブクラッド層
を形成する工程と、前記基板上に前記サブクラッド層を
覆う導波層を形成する工程と、該導波層を所定形状にパ
ターニングして導波路コア層を形成する工程と、該導波
路コア層上にメインクラッド層を形成する工程と、前記
導波路コア層を横切り且つ光学素子が配設される開口溝
を形成する工程とを含む光デバイスの製造方法。
5. A step of forming a trapezoidal sub-cladding layer at the center of a substrate, a step of forming a waveguide layer covering the sub-cladding layer on the substrate, and patterning the waveguide layer into a predetermined shape. Forming a waveguide core layer, forming a main clad layer on the waveguide core layer, and forming an opening groove traversing the waveguide core layer and in which an optical element is provided. An optical device manufacturing method including:
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