JPS5814115A - Thick film optical circuit - Google Patents

Thick film optical circuit

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JPS5814115A
JPS5814115A JP11087281A JP11087281A JPS5814115A JP S5814115 A JPS5814115 A JP S5814115A JP 11087281 A JP11087281 A JP 11087281A JP 11087281 A JP11087281 A JP 11087281A JP S5814115 A JPS5814115 A JP S5814115A
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JP
Japan
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optical
thick film
core
light
refractive index
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JP11087281A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Sano
浩一 佐野
Takaichi Watanabe
隆市 渡辺
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/264Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting

Abstract

PURPOSE:To provide plural optical processing functions to a single thick film optical guide with a good efficiency, and match the coupling with optical fibers by providing a refractive index distribution to the core of the thick film optical guide thereby providing a focusing effect of light to the core. CONSTITUTION:The refractive index distribution of a semicircular columnar core 2 is uniform in the propagation axis direction of light, decreases in proportional to the square of the distance from the central axis of the column 2 within the section perpendicular to the propagation axis and is the same as that of a near parabolic circular columnar lens which is bisected at the plane inclusive of its central axis. Therefore, the ray from an input optical fiber 6 is bent of the optical path by the refractive index distribution of the core 2, repeats total reflection on the surface of a waveguide 1 (once in the figure), focuses again and is made incident to an output optical fiber 11. It is possible to provide plural optical processing functions in the single thick film optical guide by disposing optical function elements such as diffraction grating and filters in every surface position of the waveguide 1 where said ray reflects totally.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、厚膜光導波路と機能素子とを組み合せた多モ
ード用光回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a multimode optical circuit that combines a thick film optical waveguide and a functional element.

従来、厚膜光導波路を用いた多モード用光回路としては
、第1図、第2図に示すような、光分波器および方向性
結合器などが実現されている。しかし、そこに使用され
る厚膜光導波1は、コア2の屈折率分布が一様であるた
め、導波される光は、幾何′光学的にはコア2とクラッ
ド3の境界面で一様に全反射され、コア2の断面内では
均・−に分布することになる。
Conventionally, optical demultiplexers and directional couplers as shown in FIGS. 1 and 2 have been realized as multimode optical circuits using thick film optical waveguides. However, in the thick-film optical waveguide 1 used there, since the core 2 has a uniform refractive index distribution, the guided light is geometrically and optically uniform at the interface between the core 2 and the cladding 3. The light is totally reflected, and is evenly distributed within the cross section of the core 2.

このため、この導波路を使用して光回路を構成するには
、第1図に示すように、導波路の伝ばん軸と垂直な位置
に機能素子4を設けるか、または第2図に示すように、
コア2の全反射面の広い部分5を利用する必要があった
。よって、光集積回路のように複数の機能素子を用いて
光回路を構成するには、第1図のような構成の場合には
、導波路の端面のみしか利用できず、反射形の機能素子
4は使用できるが、透過形の機能素子を欧州するのが難
しいこと、第2図のような構成の場合には、複雑な形状
をしているコアを精度よく製作する必要がある等の欠点
があった。
Therefore, in order to configure an optical circuit using this waveguide, the functional element 4 must be provided at a position perpendicular to the propagation axis of the waveguide, as shown in FIG. like,
It was necessary to utilize the wide portion 5 of the total reflection surface of the core 2. Therefore, in order to construct an optical circuit using multiple functional elements such as an optical integrated circuit, in the case of the configuration shown in Fig. 1, only the end face of the waveguide can be used, and reflective functional elements must be used. 4 can be used, but disadvantages include the difficulty of producing transparent functional elements in Europe, and the need to precisely manufacture a core with a complex shape in the case of the configuration shown in Figure 2. was there.

また、上記のコアには光の集束作用がないために、ンて
イバとの結合を考えた場合、直接結合させると接続損失
が大きくなること、接続損失を低減させるためにはレン
ズが必要なこと等があり、ファイバとの結合の整合は、
よくないという欠点があった。
In addition, since the above-mentioned core does not have a light focusing effect, when considering coupling with a fiber, direct coupling will result in a large coupling loss, and a lens is required to reduce coupling loss. The matching of the coupling with the fiber is
There was a drawback that it was not good.

本発明はこれらの欠点を解決することを目的とし、厚膜
光導波路のコアに、屈折率分布をもうけ、コアに光の集
Ij贋たせることによって、ファイバとの結合の整合を
とりかつコア内を伝搬する光線を厚膜光導波路の表面で
周期的に全反射させ、さらにその全反射位置毎に種々の
機能素子を配置することにより1個の厚膜導波路内に複
数の光学処理機能を持たせたもので、以下図面について
詳細に説明する。
The present invention aims to solve these drawbacks, and by creating a refractive index distribution in the core of a thick-film optical waveguide and making the core concentrate light, the coupling with the fiber can be matched and the inside of the core can be adjusted. By periodically totally reflecting the light beam propagating on the surface of the thick-film optical waveguide, and arranging various functional elements at each total reflection position, multiple optical processing functions can be implemented within one thick-film waveguide. The drawings will be described in detail below.

第3図は、本発明に使用する厚膜光導波路1の構造を示
したもので、2はコア、3はクラッド、6.11は結合
用ファイバである。
FIG. 3 shows the structure of the thick film optical waveguide 1 used in the present invention, in which 2 is a core, 3 is a cladding, and 6.11 is a coupling fiber.

第4図は、厚膜光導波路の屈折率分布を示したもので、
光の伝搬軸方向には一様で、伝搬軸と垂直な断面内では
、原点0からの距離の2乗に比例して屈折率が減少して
いる。ここでへの部分は外界、Bの部分は導波路内部を
ホし、イア1軸のOの部分が導波路表面である。この屈
折率分布は、集束形円柱レンズをその円柱の中心軸を含
む面で2分割したものと同一である。従ってコアの形状
は第3図に示すごとく断面がほぼ半円形となり、その露
出表面の中心軸Xにそう部分でもつとも屈折率が大きく
なる。
Figure 4 shows the refractive index distribution of a thick film optical waveguide.
The refractive index is uniform in the direction of the light propagation axis, and in a cross section perpendicular to the propagation axis, the refractive index decreases in proportion to the square of the distance from the origin 0. The part B here is the outside world, the part B is the inside of the waveguide, and the part O of the ear axis is the waveguide surface. This refractive index distribution is the same as that obtained by dividing a focusing cylindrical lens into two along a plane including the central axis of the cylinder. Therefore, the shape of the core is approximately semicircular in cross section as shown in FIG. 3, and the refractive index of the exposed surface becomes large even if it is located close to the central axis X.

この様な屈折率分布を有する厚膜光導波路は次のように
して製作できろ。適当な厚さの多成分ガラス板を用意し
、その表面にチン化膜を形成する。
A thick film optical waveguide having such a refractive index distribution can be manufactured as follows. A multicomponent glass plate of appropriate thickness is prepared, and a tinned film is formed on its surface.

次にその表面上にフォトリソグラフィの技術を用いて、
コア2の幅より狭い一本の細溝形状にチン化膜を取り除
く。次に、このガラス板をある種の塩溶液中に入れて長
時間反応させると、イオン交換により、チン化膜を取り
除いた細溝部分から塩が多成分ガラス板の中に拡散し、
多成分ガラス板中に必要なコア屈折率分布が形成されろ
ことになる。その後、すべてのチン化膜を取り除くと所
望の厚膜光導波路が得られる。
Next, using photolithography technology on the surface,
The tinned film is removed in the shape of a single narrow groove narrower than the width of the core 2. Next, when this glass plate is placed in some kind of salt solution and reacted for a long time, salt diffuses into the multicomponent glass plate from the narrow grooves where the tinned film has been removed due to ion exchange.
This results in the formation of the necessary core refractive index distribution in the multicomponent glass plate. Thereafter, all the tinned films are removed to obtain the desired thick film optical waveguide.

次に導波原理について述べろ。第5図(a)〜(d)は
、厚膜光導波路1を側面からファイバ6で励振した場合
の光線軌跡を示している。ここで(b)は上面図、(c
)は断面図、(d)は横面図を示す。入力光ファイバ6
から厚膜光導波路1に入射した光線は、コア2内の屈折
率分布によって光路が曲げられる。側面における入力光
ファイバ位置をr、厚膜光導波路のコア径をaとした時
、 (入力光ファイバの開口数)2 <(−X(厚膜光導波路の開口数))2の条件が満足さ
れる場合には、入射光線は、はぼ平行光束となって厚膜
光導波路10表面にある角げ、厚膜光導波路面上で全反
射を起こし、再び厚膜光導波路1内を伝搬して、入力光
ファイバ6からの光入射位置より 0.5P−πa/[
1−(乃)づ馬 の距離だけ進んだ所で一点に集光する。よって、その集
光位置にファイバを置くと光はそのままファイバ内には
いることとなる。例として、入力光ファイバに、コア径
/クラッド径−= 50Iim/ 1251inのG。
Next, explain the waveguide principle. FIGS. 5(a) to 5(d) show ray trajectories when the thick film optical waveguide 1 is excited by the fiber 6 from the side. Here, (b) is a top view, (c
) shows a cross-sectional view, and (d) shows a side view. Input optical fiber 6
The optical path of the light beam that enters the thick-film optical waveguide 1 is bent by the refractive index distribution within the core 2. When the position of the input optical fiber on the side surface is r, and the core diameter of the thick film optical waveguide is a, the following condition is satisfied: (numerical aperture of input optical fiber) 2 < (-X (numerical aperture of thick film optical waveguide)) 2 In this case, the incident light beam becomes a nearly parallel beam, undergoes total reflection on the angulation on the surface of the thick film optical waveguide 10, and propagates inside the thick film optical waveguide 1 again. From the light incident position from the input optical fiber 6, 0.5P-πa/[
1-The light converges on one point after traveling the distance of (no)zuuma. Therefore, when a fiber is placed at that condensing position, the light enters the fiber as it is. As an example, the input optical fiber has a core diameter/cladding diameter −= 50Iim/G of 1251in.

■、光ファイバ(比屈折率差−1係)を用い、r=0.
9Xa、a=1mm、n =1.602、n241.5
36、no==1.0  とすると、θoz14.6°
、θ、 ; 49.4°、0.5P= 11.0mm 
、  2A:3.3mm。
(2) Using an optical fiber (relative refractive index difference -1 factor), r=0.
9Xa, a=1mm, n=1.602, n241.5
36, no==1.0, θoz14.6°
, θ, ; 49.4°, 0.5P=11.0mm
, 2A: 3.3mm.

2 B:; 1.8im  となる。なお、第5図に示
されるような光線軌跡が成立するためには、厚膜光導波
路のコア径aは、約500Am以上であることが望まし
い0 第6図(a)、(b)は、厚膜光導波路1の表面から光
を入射させた場合を示したものである。8はプリズム、
9はレンズである。第6図fa)において、入力光ファ
イバ6より出射する光線は、レンズ9によりほぼ平行光
線に広げられプリズム8を通って厚膜光導波路1に入射
する。あとの導波の様子は、第5図の場合と同じである
。第6図(1))においては、端面が斜めカントされた
ファイバが入力光ファイバ6として用いられており、入
射点より0.5Pの距離だけ進むと再び厚膜光導波路表
面上の一点に集光する。この時、厚膜光導波路の油接率
が外界7の屈折率より太きければ、全部の光あるいは一
部分の光は全反射されて再び厚膜光導波路内を伝搬する
2 B:; 1.8im. In addition, in order to establish the ray trajectory shown in FIG. 5, it is desirable that the core diameter a of the thick film optical waveguide is approximately 500 Am or more. This shows the case where light is incident from the surface of the thick film optical waveguide 1. 8 is prism,
9 is a lens. In FIG. 6fa), the light beam emitted from the input optical fiber 6 is expanded into a substantially parallel light beam by a lens 9, passes through a prism 8, and enters the thick film optical waveguide 1. The rest of the waveguiding situation is the same as in the case of FIG. In FIG. 6 (1)), a fiber whose end face is canted obliquely is used as the input optical fiber 6, and after traveling a distance of 0.5P from the input point, it converges again at one point on the surface of the thick-film optical waveguide. Shine. At this time, if the oil tangent of the thick-film optical waveguide is greater than the refractive index of the outside world 7, all or a portion of the light is totally reflected and propagates within the thick-film optical waveguide again.

第5図(a)〜(d)及び、第6図では(a)及び(b
)では厚膜光導波路への入力光として光フ・イ・・の出
^を用いているが、発光ダイオード、半導体レーザを直
接、入力光ファイバ6の位置に置いても同様な効果が得
られる。また、出力側についても、厚膜光導波路1は相
反性が成立するので、厚膜光導波路1内の光線の方向を
逆にして考えれば、入力光ファイバ6の位置に出力光フ
ァイバあるいはフォトダイオードを置くこともできるの
は自明である。
Figures 5 (a) to (d) and Figure 6 (a) and (b)
) uses the output of the optical fiber as the input light to the thick film optical waveguide, but the same effect can be obtained by placing a light emitting diode or semiconductor laser directly at the input optical fiber 6. . Also, on the output side, since reciprocity is established in the thick film optical waveguide 1, if the direction of the light rays in the thick film optical waveguide 1 is reversed, the output optical fiber or photodiode is placed at the position of the input optical fiber 6. It is obvious that you can also put

との厚膜光導波路を用いて光回路を構成するためには、
第5図、第6図で示されているような光線が全反射する
位置に光学機能素子を配置させればよい。
In order to construct an optical circuit using a thick film optical waveguide with
The optical functional element may be placed at a position where the light beam is totally reflected as shown in FIGS. 5 and 6.

厚膜光回路の例として、第7図ja)〜(e)に回折格
子10を用いた光分波器を、第8図(a)〜(d)に干
渉膜フィルタ12を用いた光分波器を示す。第7図及び
、第8図において、10は回折格子、11は出力光ファ
イバ、12は干渉膜フィルタ、13は反射板である。
As examples of thick film optical circuits, FIGS. 7a to 7e show an optical demultiplexer using a diffraction grating 10, and FIGS. 8a to d show an optical demultiplexer using an interference film filter 12. Showing wave equipment. In FIGS. 7 and 8, 10 is a diffraction grating, 11 is an output optical fiber, 12 is an interference film filter, and 13 is a reflection plate.

第7図(a)の構成について説明する。入力光ファイバ
6からコア2に入射する複数(この場合2つ)の波長か
らなる光線はコア2を伝搬するうちに平行光線に変換さ
れて回折格子10に入射する。この複数の波長からなる
光線は回折格子1()で波長ごとに少しずつ異なる角度
で反射され再びコア2の中を伝搬し、その間に平行光線
が集束されて厚膜光導波路を出る端面では、各波長かも
なる光線が端面の異なる位置に点として像を結ぶことに
なる。
The configuration of FIG. 7(a) will be explained. A light beam composed of a plurality of (two in this case) wavelengths that enters the core 2 from the input optical fiber 6 is converted into a parallel light beam while propagating through the core 2 and enters the diffraction grating 10 . These light beams consisting of multiple wavelengths are reflected by the diffraction grating 1 ( ) at slightly different angles for each wavelength and propagate through the core 2 again, during which parallel light beams are focused and exit the thick film optical waveguide at the end face. The light rays of each wavelength focus on different positions on the end face as points.

この像を結ぶんだ位置に出力光ファイバ11を配置する
と、それぞれ波長の異なる光線が異なった出力光ファイ
バ11に結合して取り出され光分波器として動作する。
When the output optical fiber 11 is placed at a position where this image is focused, light beams having different wavelengths are coupled to the different output optical fibers 11 and extracted, thereby operating as an optical demultiplexer.

計算例として、コア径a = 1 mm、出力光ファイ
バ11の間隔を8071771.分波する波長間隔を3
0nm、  ブレーズ波長を850nn+とすると、回
折格子10の格子溝数は約1100本/mm、格子溝角
は125°となり、これは十分実現可能な値である。第
7図(a)の動作な光分波器として説明したが、入力光
ファイバ6と出力光ファイバ11を入れ換えると光路が
逆になるだけなので、これは光合波器として動作する。
As a calculation example, the core diameter a = 1 mm, and the interval between the output optical fibers 11 is 8071771. The wavelength interval for demultiplexing is 3
0 nm, and the blaze wavelength is 850 nn+, the number of grating grooves of the diffraction grating 10 is approximately 1100/mm, and the grating groove angle is 125°, which are fully achievable values. Although the optical demultiplexer shown in FIG. 7(a) has been described, if the input optical fiber 6 and the output optical fiber 11 are interchanged, the optical path is simply reversed, so that this operates as an optical multiplexer.

第7図(a)、(b)、(d)は回折格子10に反射形
を使用し、第7図(C)、(d)は透過形を使用してい
る。第7図(b)〜(e)の動作もほぼ第7図(a)の
場合と同様である。
7(a), 7(b), and 7(d) use a reflection type diffraction grating 10, and FIGS. 7(C) and 7(d) use a transmission type diffraction grating. The operations in FIGS. 7(b) to 7(e) are almost the same as those in FIG. 7(a).

第8図(a)〜(e)に使用されている干渉膜フィルタ
は、それが持つ波長特性に従ってλ1、λ2の波長の光
を透過又は反射させろものである。第8図では。
The interference film filters used in FIGS. 8(a) to 8(e) transmit or reflect light of wavelengths λ1 and λ2 according to their wavelength characteristics. In Figure 8.

λ1の波長の光を透過させ、λ2の波長の光を反射させ
ている。干渉膜フィルタを透過あるいは反射した光の軌
跡は、第7図の場合と同じである。第8図の光分波器も
当然、光合波器として動作する。
Light with a wavelength of λ1 is transmitted, and light with a wavelength of λ2 is reflected. The locus of light transmitted or reflected by the interference film filter is the same as in the case of FIG. Naturally, the optical demultiplexer shown in FIG. 8 also operates as an optical multiplexer.

なお、第8図(a)〜(d)において干渉膜フィルタ1
20代わりに先手透明板を用いるとその分岐比に応、!
5 じて光電力を分岐・結合する分岐・結合を構成すること
ができる。
In addition, in FIGS. 8(a) to (d), the interference film filter 1
If you use a transparent plate instead of 20, it will depend on the branching ratio!
5, it is possible to configure a branching/coupling system for branching/coupling optical power.

次に、超音波素子を厚膜光導波路面上に配置した構成の
厚膜光回路の例を第9図(a)〜(d)に示す。
Next, FIGS. 9(a) to 9(d) show examples of thick film optical circuits having an ultrasonic element disposed on the thick film optical waveguide surface.

14は表面超音波発生素子、15はバルク超音波発生素
子である。
14 is a surface ultrasound generating element, and 15 is a bulk ultrasound generating element.

第9図(a)及び(b)の動作について説明する。入力
光ファイバ6からの光は平行光線となり厚膜導波路表面
に到達する。表面では、表面超音波発生素子によって表
面弾性波が発生しており、これは進行波形の回折格子と
して働く。するとこの弾性波にぶつかった光は、あるパ
ワー比で分岐され、異なる角度方向へ反射されて、(い
わゆるラマン・ナス散乱)、厚膜光導波路端部において
異なる位置に集光される。表面弾性波のパワーと周波数
を調節することにより、パワー分岐化、反射角度方向(
つまり端面集光位置)を変えることができる。
The operations shown in FIGS. 9(a) and 9(b) will be explained. The light from the input optical fiber 6 becomes a parallel beam and reaches the surface of the thick film waveguide. On the surface, a surface acoustic wave is generated by a surface ultrasound generating element, and this acts as a traveling wave diffraction grating. Then, the light that hits this elastic wave is split at a certain power ratio, reflected in different angular directions (so-called Raman-Nass scattering), and focused at different positions at the end of the thick-film optical waveguide. By adjusting the power and frequency of surface acoustic waves, power branching, reflection angle direction (
In other words, the end face condensing position) can be changed.

これは、この光回路が、光変調器、光スィッチとして働
くことを示している。
This indicates that this optical circuit works as an optical modulator and an optical switch.

第9図(C)及び(d)の動作も(a)及び(1))と
同様であり、ただ出力光ファイバの配置方向が異なるだ
けである。
The operations in FIGS. 9(C) and 9(d) are also similar to those in FIGS. 9(a) and (1), except that the direction in which the output optical fiber is arranged is different.

第9図(e)及び(f)には、光偏向器の例を示1−で
ある。
FIGS. 9(e) and 9(f) show examples of optical deflectors 1-.

表面弾性波の進向方向を光の伝搬方向に対しである角度
で傾けると光の伝搬方向を変えることができる(ブラッ
グ反射)。第9図(′e)を要素としてつなげると(こ
の場合、ファイバはとってよい)マトリックス光スィッ
チが構成できる。第9図(g)及び(11)は、バルク
弾性波を発生させる超音波発生素子15を用いた例で、
ラマンナス散乱を用いるものである。1.0Pの長さの
厚膜光導波路を用いると0.5Pの位置の所で光は集光
されるので、この位置に超音波弾性波を入射させると、
光は弾性波を入射させない以前に比べて角度を広げて進
んで行く。よって厚膜光導波路端面の集光位置では、出
力光ファイバ11への入射開口数が変化することになる
。よって、この光回路は、入射開口数可変器として働く
。これは、光変調器、モード変調器、光スペックル消去
器等に応用できる。
By tilting the direction of propagation of surface acoustic waves at a certain angle with respect to the propagation direction of light, the propagation direction of light can be changed (Bragg reflection). By connecting the elements shown in FIG. 9('e) (in this case, fibers may be used), a matrix optical switch can be constructed. FIGS. 9(g) and (11) are examples using an ultrasonic generating element 15 that generates bulk elastic waves.
This method uses Ramannus scattering. If a thick film optical waveguide with a length of 1.0P is used, the light will be focused at a position of 0.5P, so if an ultrasonic elastic wave is made incident at this position,
Light travels through a wider angle than before without the incidence of elastic waves. Therefore, the numerical aperture of incidence on the output optical fiber 11 changes at the focal point of the end face of the thick-film optical waveguide. Therefore, this optical circuit works as an input numerical aperture variable device. This can be applied to optical modulators, mode modulators, optical speckle cancelers, etc.

第10図は、厚膜光導波路表向に光の伝搬方向に対して
斜めに回折格子16をおいた例である。これ例えば液晶
)を厚膜光導波路表面につけた例である。外場によりθ
。〉θ、−5in−1(1−(−!l!−Q−)2]’
  と2 なる光は表面で全反射せずに膜層18に逃げる。よって
、これは光スィッチとして動作する。
FIG. 10 shows an example in which a diffraction grating 16 is placed obliquely with respect to the light propagation direction on the surface of a thick film optical waveguide. This is an example in which a layer (for example, liquid crystal) is attached to the surface of a thick film optical waveguide. Due to the external field θ
. 〉θ, -5in-1(1-(-!l!-Q-)2]'
The light 2 escapes to the film layer 18 without being totally reflected at the surface. Therefore, it operates as an optical switch.

第12図は、種々の光学特性な示すパルクツ結晶18を
表面に配置したもので、結晶の厚みがそれほど必要なけ
れば入出力結合用レンズ不要の小形の光回路素子として
動作する。
In FIG. 12, a Parctz crystal 18 exhibiting various optical properties is placed on the surface.If the crystal does not need to be very thick, it can operate as a small optical circuit element that does not require an input/output coupling lens.

その他、表面に抵抗膜をつけると固定減衰器としても動
作する。
Additionally, if a resistive film is attached to the surface, it can also function as a fixed attenuator.

以上述べた光回路を数段縦続、あるいは面的につなぐこ
とにより、多機能な特性を有する光集積回路を実現する
ことも可能である。
It is also possible to realize an optical integrated circuit having multifunctional characteristics by cascading several stages of the above-mentioned optical circuits or connecting them in a plane.

以上説明したように、厚膜光導波路のコアの屈折率に適
当な分布を付は厚膜光導波路の中を伝搬する光線を周期
的にその表面で全反射させるとともに、その位置毎に種
々の光機能素子を配置することにより単一の厚膜光導波
路に複数の光学処理機能を持たせることが容易になると
ともに、厚膜光導波路自身に集束性があるため、厚膜光
導波路と入出力光ファイバとの結合系にレンズ等の光学
系が不要となる。このため小形、低損失化であること、
信頼性があること、各回路部品の調整が容易になるため
低価格になること等の利点がある。
As explained above, by giving an appropriate distribution to the refractive index of the core of a thick-film optical waveguide, the light beam propagating inside the thick-film optical waveguide is periodically totally reflected on its surface, and various By arranging optical functional elements, it is easy to provide multiple optical processing functions to a single thick-film optical waveguide, and since the thick-film optical waveguide itself has focusing properties, it is possible to easily connect input and output to the thick-film optical waveguide. An optical system such as a lens is not required in the coupling system with the optical fiber. Therefore, it must be small and have low loss.
It has advantages such as high reliability and low cost because each circuit component can be easily adjusted.

また厚膜光導波路自身も多成分ガラスのイオン交換によ
り大量でかつ安価に製造できる等の利点も婦えている。
Further, the thick film optical waveguide itself also has the advantage that it can be manufactured in large quantities and at low cost by ion exchange of multi-component glass.

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

第1図は従来の厚膜光導波路を用いた光分波器の構成図
、第2図は従来の厚膜光導波路を用(・た方向性結合器
の構成図、第3図は本発明による厚膜光導波路の構造例
、第4図は本発明による厚膜光導波路の屈折率分布を示
す図、第5図(a)〜(d)は本発明による厚膜光導波
路の光路を示す図、第6図(a)〜(1〕)は本発明に
よる厚膜光導波路の入力光線との結合法を示す図、第7
図(a)〜(e)は本発明による光合波器/光分波器の
構成図、第8図(a)〜(d)は本発明による光合波器
/光分波器の別の構成図、第9図(a)〜(h)は本発
明による光変調器、光スィッチ、光偏光器及びN、Ai
変器の構成図、第10図は本発明による光分岐回路の構
成図、第11図は本発明による光スィッチの構成図、及
び第12図は本発明によるレンズ不要の光学結晶光回路
の構成図である。 ■・・・・・・厚膜光導波路、2・・・・・・コ  ア
、3・・・・・・クラッド、   4・・・・・・機能
素子、5・・・・・・全反射面の広い部分、 6・・・・・・入力光ファイバ、7・・・・・・外 界
、8・・・・・・プリズム、   9・・・・・・し 
ン ズ、10・・・・・・回折格子、  11・・・・
・・出力光ファイバ、12・・・・・・干渉膜フィルタ
、13・・・・・・反 射 板、14.15・・・・・
・超音波発生素子、16・・・・・・回折格子、   
17・・・・・・屈折率変化膜層、18・・・・・・バ
ルク光学結晶。 特許出願人 日本電信電話公社 特許出願代理人 弁理士 山本恵− Ll1図 79122 手 続 補 正 書(自発) 昭和57年1月27日 特許庁長官  島 1)春 樹 殿 1、事件の表示 昭和56年特許 願 第110872号2、発明の名称 厚膜光回路 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称(422)日本電信電話公社 明細1第9頁第5行−同第9頁第12行の[−シている
。・曲・・・・・・第7図の場合とIMJじである。第
8−1をJ′)、下のとおり補正する。 口している。第7図(1))は回折格子10の格子溝数
、格子溝角を第7図(a)で用いる値とは異なる値どし
、回折格子10に入射した光線が波長毎に¥11−なる
角度で反射されろ角度を入射光線と同一の方向にしたも
ので入出力光ファイバを厚膜光導波路の同一端面に設置
できろため小形になるという利点をもつ。 第7図(C)は入力光ファイバ6かも入射するλ1.λ
2の波長からなる光線をレンズ9で平行光線に変換し、
これを透過形の回折格子10に入射させ波長毎に異なる
角度で透過させろことにより厚膜光導波路の端面の異な
る位置に波長毎に焦点を結ばせ各波長を分離して異なる
出力光ファイバ11から取り出す。この構成の特徴は、
レンズ9で入力光ファイバ6から入射する光線を平行光
線、発散光線、収束光線の任意の光線に変換し、史に厚
膜光導波路によって収束させ出力光ファイバ11に結合
させるので、入力光ファイバ6から出てくる光線の開口
数とプリズム8と通過してコア2に入射するところのコ
ア2が有している開口数をほぼ一致させることができ、
入力光ファイバ6かも出射する光線を効率良く厚膜導波
路に結合させることができる。このため、この厚膜光回
路の挿入損失を小さくできる利点がある。ここで使用す
るレンズとしては収束性円柱レンズ、球面レンズ、非球
面レンズそれらを組合せた組レンズが考えられる。第7
図(d)は第6図(b)に示した厚膜導波路と入出力光
ファイバの結合法を用いて構成した例である。動作原理
は第7図(a) 、 (b)に示した構成とほぼ同様で
ある。第7図(elは本発明の厚膜導波路2ケをそのコ
ア2が一致するように透過形の回折格子を介して設置し
たものである。入力元ファイバ6かも出射した光線は下
側の厚膜導波路のコア2でほぼ平行光線に変換され透過
形の回折格子10を波長毎に異なる角度で透過し上側の
厚膜導波路のコア2で収束されて波長毎に厚膜導波路の
端面の異なる位置に焦点を結び波長毎に異なる出力光フ
ァイバ11から出力されろ。第7図の構成では波長λ1
とλ2の2つの波長を分離する場合について説明したが
分離する波長は必要な数の出力光ファイバを設置すれば
2波長以上でも可能である。 第8図(a)〜((1)に使用されている干渉膜フィル
タは、それが持つ波長特性に従ってλ1.λ2の波長の
光を透過又は反射させるものである。第8図では、λ、
の波長の光を透過させ、λ2の波長の光を反則させてい
る。第8図(a)は第7図(21)の回jノ1格子10
0代りに干渉膜フィルタ12、プリズム8、反則板1;
3を用いて構成したものである。入力光ファイバ6かも
出射した光線は、コア2でほぼ平行光線に変換されコア
2の屈折率分布から決まる入射角θ。で干渉膜フィルタ
12に入射する。波長λ2かもなる光線は、ここで入射
角θ。と同じ角度の方向に反射されコア2で収束されて
厚膜光導波路の端面に焦点を結び出力光ファイバ11か
ら出力される。一方、干渉膜フィルタ12を透過した波
長λ1かもなる光線(1−プリズム8を透過し反射板1
3で反射されて円び干渉膜フィルタ12を透過しコア2
で収束されて出力光ファイバ11かも出力されろ。この
動作において波長λ、からなろ光線が2回目に干渉膜フ
ィルタ12に入射するときの入射角(佳θ0と同一の値
にすることが望ましい。その理由は、干渉膜フィルタの
波長特性が光線の入射角により変化するからである。波
長λ、の光線と波長λ2の光線が反射されて同一の入射
角θ。でコア2に入射するにもかかわらす厚膜光導波路
の端面の異なる位置に焦点を結ぶのは、2つの光線がコ
ア2上の異なる位置から入射するためである。第8図(
1))は第8図(a)の構成において波長λ、の光線を
第7図(C)と同様にレンズを用いて出力光ファイバ1
1に結合させる構成としたもので、動作、効果および使
用するレンズの種類などは、それぞれの場合と同様であ
る。第8図(C)は第7図(e)における回折格子10
を干渉膜フィルタ12に置き換えたもので、基本的構成
は第7図(e)と同様である。また動作原理、光線の軌
跡についても第7図(e)第8図(blのそれぞれの部
分と同様である。第8図(d)は第7図(dlにおいて
回折格子100代りに干渉膜フィルタ12、プリズム8
、反射板13を用いたもので、動作および光線の軌跡に
ついては第7図(diと第8図(a)のそれぞれ対応し
た部分と同様である。 (4) 第8図(a)〜(d)において干渉膜フィルタは、単一
の波長を透過させ他の波長を反射させろ帯域通過フィル
タ、短い波長を透過させ、長い波長を反射させる短波長
通過フィルタ、その逆の特性を有する長波長通過フィル
タおよび、それらを組合せた組フィルタを使用すること
ができる。また、反射板としては全反射面、金属蒸着面
、反射板に入射する光線の全ての波長を反射する波長特
性をもつ干渉膜フィルタが使用できろ。第8」 以上 (5)
Fig. 1 is a block diagram of an optical demultiplexer using a conventional thick-film optical waveguide, Fig. 2 is a block diagram of a directional coupler using a conventional thick-film optical waveguide, and Fig. 3 is a block diagram of a directional coupler using the conventional thick-film optical waveguide. Fig. 4 is a diagram showing the refractive index distribution of the thick film optical waveguide according to the present invention, and Fig. 5 (a) to (d) show the optical path of the thick film optical waveguide according to the present invention. Figures 6(a) to 6(1) are diagrams showing a method of coupling the thick film optical waveguide with the input light beam according to the present invention.
Figures (a) to (e) are configuration diagrams of the optical multiplexer/optical demultiplexer according to the present invention, and Figures 8 (a) to (d) are other configurations of the optical multiplexer/optical demultiplexer according to the present invention. 9(a) to 9(h) show the optical modulator, optical switch, optical polarizer, N, and Ai according to the present invention.
A block diagram of a transformer, FIG. 10 is a block diagram of an optical branching circuit according to the present invention, FIG. 11 is a block diagram of an optical switch according to the present invention, and FIG. 12 is a block diagram of a lens-free optical crystal optical circuit according to the present invention. It is a diagram. ■... Thick film optical waveguide, 2... Core, 3... Clad, 4... Functional element, 5... Total reflection Wide area, 6... Input optical fiber, 7... Outside world, 8... Prism, 9...
Diffraction grating, 11...
... Output optical fiber, 12 ... Interference film filter, 13 ... Reflection plate, 14.15 ...
・Ultrasonic generation element, 16... Diffraction grating,
17...Refractive index change film layer, 18... Bulk optical crystal. Patent Applicant Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Patent Application Agent Megumi Yamamoto - Ll1 Figure 79122 Procedural Amendment (Spontaneous) January 27, 1980 Commissioner of the Patent Office Shima 1) Haruki Tono 1, Display of the Case 1982 Patent Application No. 110872 2, Title of Invention Thick Film Optical Circuit 3, Relationship with the Amendment Case Name of Patent Applicant (422) Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Specification 1, Page 9, Line 5 - Page 9 of the same The 12th line [- is shown. -Song: Same as IMJ in Figure 7. 8-1 is corrected as shown below. I'm talking. In FIG. 7(1)), the number of grating grooves and the grating groove angle of the diffraction grating 10 are set to values different from those used in FIG. 7(a), and the light rays incident on the diffraction grating 10 are It has the advantage of being compact because the input and output optical fibers can be installed on the same end face of the thick film optical waveguide because the angle of reflection is set in the same direction as the incident light beam. FIG. 7(C) shows λ1. which is also input to the input optical fiber 6. λ
The light beam consisting of two wavelengths is converted into parallel light beam by lens 9,
This is made incident on a transmission type diffraction grating 10 and transmitted at different angles for each wavelength.By this, each wavelength is focused at a different position on the end face of the thick film optical waveguide, and each wavelength is separated and outputted from a different output optical fiber 11. Take it out. The characteristics of this configuration are
The lens 9 converts the light rays incident from the input optical fiber 6 into any one of parallel rays, diverging rays, and convergent rays, and converges the light rays through the thick-film optical waveguide and couples them to the output optical fiber 11. The numerical aperture of the light beam coming out of the prism 8 and the numerical aperture of the core 2 that passes through the prism 8 and enters the core 2 can be made to almost match,
The light beam emitted from the input optical fiber 6 can be efficiently coupled to the thick film waveguide. Therefore, there is an advantage that the insertion loss of this thick film optical circuit can be reduced. As the lens used here, a lens combination consisting of a convergent cylindrical lens, a spherical lens, and an aspherical lens can be considered. 7th
FIG. 6(d) shows an example constructed using the method of coupling the thick film waveguide and the input/output optical fiber shown in FIG. 6(b). The operating principle is almost the same as the configuration shown in FIGS. 7(a) and 7(b). FIG. 7 (el shows two thick-film waveguides of the present invention installed through a transmission type diffraction grating so that their cores 2 coincide.The light rays emitted from the input source fiber 6 are The core 2 of the thick film waveguide converts the beam into almost parallel light, which passes through the transmission type diffraction grating 10 at different angles for each wavelength. Focus at different positions on the end face and output from different output optical fibers 11 for each wavelength.In the configuration shown in Fig. 7, the wavelength λ1
Although the case of separating two wavelengths, λ and λ2, has been described, it is also possible to separate two or more wavelengths by installing the necessary number of output optical fibers. The interference film filters used in FIGS. 8(a) to (1) transmit or reflect light with wavelengths of λ1 and λ2 according to their wavelength characteristics. In FIG.
It transmits light with a wavelength of λ2 and reflects light with a wavelength of λ2. FIG. 8(a) shows the first grid 10 of FIG. 7(21).
0, an interference film filter 12, a prism 8, and a fouling plate 1;
3. The light beam emitted from the input optical fiber 6 is converted into a nearly parallel light beam by the core 2, and the incident angle θ is determined from the refractive index distribution of the core 2. and enters the interference film filter 12. The light beam with wavelength λ2 has an incident angle θ here. The light is reflected in the same angular direction, converged by the core 2, focused on the end face of the thick-film optical waveguide, and output from the output optical fiber 11. On the other hand, the light beam having the wavelength λ1 that has passed through the interference film filter 12 (1 - passed through the prism 8 and has the reflection plate 1
3 and passes through the circular interference film filter 12 and passes through the core 2.
The light is converged and output from the output optical fiber 11. In this operation, it is desirable to set the wavelength λ to the same value as the incident angle (θ0) when the light ray enters the interference film filter 12 for the second time.The reason is that the wavelength characteristics of the interference film filter This is because the light beam with wavelength λ and the light beam with wavelength λ2 are reflected and enter the core 2 at the same angle of incidence θ.However, they are focused at different positions on the end face of the thick-film optical waveguide. The reason for this connection is that the two light rays enter from different positions on the core 2.
1)) In the configuration shown in FIG. 8(a), a light beam of wavelength λ is connected to the output optical fiber 1 using a lens as in FIG. 7(C).
1, and the operations, effects, and types of lenses used are the same as in each case. FIG. 8(C) shows the diffraction grating 10 in FIG. 7(e).
is replaced with an interference film filter 12, and the basic configuration is the same as that shown in FIG. 7(e). In addition, the operating principle and the trajectory of the light beam are the same as those in Fig. 7(e) and Fig. 8(bl). Fig. 8(d) shows the interference film filter in place of the diffraction grating 100 in Fig. 12. Prism 8
, using a reflecting plate 13, and the operation and trajectory of the light beam are the same as the corresponding parts in FIG. 7(di) and FIG. 8(a). (4) FIGS. 8(a)-( In d), interference film filters are bandpass filters that transmit a single wavelength and reflect other wavelengths, short wavelength pass filters that transmit short wavelengths and reflect long wavelengths, and long wavelength pass filters that have the opposite characteristics. Filters and combination filters that are a combination of these can be used.Also, as a reflection plate, a total reflection surface, a metal vapor deposited surface, and an interference film filter having wavelength characteristics that reflect all wavelengths of light rays incident on the reflection plate can be used. Can be used. No. 8” (5)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 光を導波する少なくとも一部を外部に露出するコア部分
とこれをほぼ囲む屈折率が一様なりラッド部分とを有す
る平板構造の厚膜光導波路と、前記コア部分の露出部i
cもうけられる能動機能素子または受動機能素子と、前
記厚膜光導波路に入出力用光ファイバを結合する手段と
を有する厚膜光回路において、コア部分の屈折率分布が
導波される光線の伝搬軸方向に一様で伝搬軸に垂直な断
面内では厚膜導波路の表面の所定の点からほぼ距離の2
乗に比例゛−て減少し、前記能動機能素子又は受動機能
素子がコア部分の屈折率分布で定まる周期でもうけられ
ることを特徴とする厚膜光回路。
A thick film optical waveguide having a flat plate structure having a core portion in which at least a portion of light guided is exposed to the outside, and a rad portion having a uniform refractive index that substantially surrounds the core portion, and an exposed portion i of the core portion.
In a thick film optical circuit having an active functional element or a passive functional element to be produced, and a means for coupling an input/output optical fiber to the thick film optical waveguide, the refractive index distribution of the core portion affects the propagation of the guided light ray. In a cross section that is uniform in the axial direction and perpendicular to the propagation axis, it is approximately 2 mm away from a given point on the surface of the thick film waveguide.
1. A thick film optical circuit characterized in that the active functional element or the passive functional element is formed at a period determined by the refractive index distribution of the core portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571817U (en) * 1991-04-25 1993-09-28 ホーヤ株式会社 Acousto-optic device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0571817U (en) * 1991-04-25 1993-09-28 ホーヤ株式会社 Acousto-optic device

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