JPS59121008A - 三次元光集積回路 - Google Patents

三次元光集積回路

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JPS59121008A
JPS59121008A JP23311282A JP23311282A JPS59121008A JP S59121008 A JPS59121008 A JP S59121008A JP 23311282 A JP23311282 A JP 23311282A JP 23311282 A JP23311282 A JP 23311282A JP S59121008 A JPS59121008 A JP S59121008A
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optical integrated
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泰雄 國分
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    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、複数の光機能素子を立体的に集積化した三次
元光集積回路に関し、特に、同一基板上には集積困難な
異なる種類の光機能素子を異なる種類の基板を用いて立
体的に集積化可能にしたものである。
従来技術 従来、複数の光機能素子を集積化して形成した光集積回
路は、半導体、ガラスあるいはニオブ酸リチウムLiN
bO3等の結晶を含め友材料からなる基板の表面に形成
した各光機能素子の相互間を、同様にそれらの基板の表
面に加工して形成した光導波路によって結合させ、1個
の光機能素子から発生させた出力光を他の光機能素子の
入力元として導くようにして構成されている。しかして
、光機能素子は、一般に、半導体レーザ、発光ダイオー
ドLEDなど光源として用いる発光器、アバランシェフ
ォトダイオードAPD 、フォトダイオードなどの受光
器、アイソレータ、光スィッチ、光合波器、光分波器等
、それぞれの光機能素子の機能の相違によって各光機能
素子を構成する材料が相違するので、同一種類、同一系
統の光機能素子を同一基板上に複数個集積化することは
可能であるが、機能の種類が相違する異種系統の光機能
素子は、その構成材料が相違するが故に、同一基板上に
集積化することが、少なくとも従来の技術によっては極
めて困難であった。
発明の要点 本発明の目的は、上述した従来の困難を排除して欠点を
除去し、従来の技術によっては製作困難であった種類を
異にする複数の光機能素子の集積化を可能にして立体的
に構成した三次元光集積回路を提供することにある。
すなわち、本発明三次元光集積回路は、1種類の材料か
らなる基板上にそれぞれ形成した複数個の光機能素子と
それらの光機能素子を結合させる光導波路とからなる二
次元光集積回路に、その基板の表面からその表面と交叉
する方向に光を射出しもしくは入射させる先人出口を設
け、互いに異なる材料からなる基板上にそれぞれ構成し
た互いに異なる機能を有する複数個の光機能素子と光導
波路とをそれぞれ備えた互いに異なる種類の複数個のか
かる二次元光集積回路を互いに重ね合わせることにより
、光集積回路を3次元的に構成したものであり、互いに
異なる材質の基板に、少なくとも単一の光導波手段とそ
の光導波手段に結合した少なくとも単一の光機能素子と
を平面的に設けてそれぞれ形成した複数の二次元光集積
回路を互いに重ね、それぞれの前記光導波手段を前記基
板の面と交叉する方向に向けて互いに結合させることに
より前記複数の二次元光集積回路全立体的に互いに結合
させたことを特徴とするものである。
上述した構成の本発明三次元光集積回路によれば、同一
基板上に集積化することが本質的に困難な機能の異なる
光機能素子を、それぞれ材質を異にする基板上に形成し
た単一もしくは複数の光機能素子を立体的に重ね合わせ
ることによシ、8次元的に集積化することが可能となる
したがって、本発明によれば、それぞれ機能を異にする
複数種類の光機能素子、例えば、光源すなわち発光器、
受光器、光アイソレータ、元スイッチ、光合波器、光分
波器等を容易に集積化することができる。
実施例 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。
捷ず、本発明三次元光集積回路の基本的構成の例を第】
図に示す。図示の基本的構成においては、ある1種の材
料からなる基板】上に形成した光機能素子2に同様に基
板1上に形成した光導波路3を介して導いた入射光7金
光導波路8の開口から基板1の面と交叉する方向に射出
し、基板]とは異なる種類の材料からなる基板4上に上
述したと同様に形成した光導波路6の開口に入射させ、
同様に基板4上に形成した光機能素子5を介し、光導波
路6の他端開口より射出光8として取出しておシ、その
間、相対向する基板1.4上の光機能素子2.5により
、入射光7にそれぞれ異なる所要の処理を施すことがで
きる。
上述した第1図示の基本的構成において相対向する基板
】と4とに、第2図に示すように相互に密着させること
もでき、あるいは、第8図に示すように、間隔を空けて
対向させ、相互間にバルク型光機能素子やマイクロレン
ズ等の光学系9を介在させることもできる。また、第8
図示の構成においては、双方の基板1および4における
光入出射部分の表面に反射防止膜、あるいは、誘電体多
層膜等を用いた波長選択性透過膜からなる光学膜]0お
よび1】をそれぞれ被着することにより、屈折率が異な
る材質よりなる各基板の境界面にて光が反射されて逆行
するのを防止し、あるいは、波長選択機能を付与するこ
ともできる。なお、各光導波路8,5は各基板1.4の
表面部分に設ける必要はなく、双方もしくは一方の光導
波路全基板の中間部分に埋込むこともでき、さらには、
第4図に示すように基板の背面部分に設けることもでき
る。
上述のようにして相対向する各基板内の光導波路を相互
に結合させる具体的構造としては、例えば、上述した各
構成例における光導波路3と6との各開口部に、第5図
に示すように、テーバ部12と18とを設け、あるいは
、第6図に示すように、長大な開口部全般け、相互に密
着して重ね合わせることができる。捷た、相対向する基
板1と4との間に間隔がある場合には、例えば、基板1
の光導波路8を基板表面からその表面と斜めあるいは直
角の方向に光導波路8内を導いて来た光を射出させる必
要がある。かかる光射出を行なうための具体的構造とし
ては、例えば、第7図に示すように、光導波路8の末端
に、斜めに、適切な角度をなして反射鏡】4を設け、あ
るいは、第8図に示すように、光導波路3の表面側壁面
に2次もしくはさらに高次の回折格子15を設ける。な
お、第7図示のような斜め方向の反射面14分光導波路
8に設けるには、エツチングにより、第7図示のように
基板1とともに光導波路8の端面を斜め方向に削除し、
あるいは、第9図もしくは第1O図に示すように、光導
波路3に直交する溝16を基板1に形成して、その溝1
6の側壁を所要の斜め角度にし、さらには、上述のよう
にして形成した第1O図示のV型溝16の側壁面に、第
11図に示すように反射防止膜17と高反射膜18とを
被着形成するとともに、屈折角調整用充填材19をその
V型溝16内に充填することにより、その溝]6の側壁
面全反射面として作用させ、光導波路3内の光を所要の
斜め方向に射出させる。
つぎに、上述したようにして構成した二次元光集積回路
を複数個立体的に組合わせて構成した本発明三次元光集
積回路の詳細構成の例を第12図および第】8図にそれ
ぞれ示す。すなわち、第12図示の詳細構成の例は、そ
れぞれ材質を異にする基板1,4.・・・、N−1,N
上に上述したようにして形成したN個の二次元光集積回
路を順次に積層して相互に密接させ、それぞれの光導波
路を順次に結合させ、特に最終段の二次元光集積回路N
には複数個の光機能素子Na、 Nb、 Nc、 Nd
を設けて、多機能の三次元光集積回路を構成1〜だもの
であり、−!た、第18図示の詳細構成の例は、長大な
基板]上に複数個の光機能素子2−1゜2−2.・・・
・・を設け、それらの各光機能素子を順次に結合させる
ようにして、異なる材質よりなる基板4−1.4−2.
・・・・・上に形成した光機能素子5−1.5−2.・
・・・・を順次に対向配置して多機能の三次元光集積回
路を構成したものである。
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、少な
くとも相対向する基板間においては材質を異にする複数
個の基板上にそれぞれ構成した複数個の光機能素子とそ
れらの光機能素子間を結合させる光導波路とからなる複
数個の二次元光集積回路を重ね合わせることによって三
次元光集積回路を構成することができ、かかる構成によ
り、同一基板上にはモノリシックに集積化することが困
難な機能を異にする複数種類の光機能素子を、それぞれ
の機能に適した材質の基板上に、まず、2次元的に集積
化し、ついでそれら機能を異にする二次元光集積回路を
重ね合わせて、8次元的に集積化し、種々の機能を有す
る光機能素子を集積化してコンパクトな多機能光集積回
路を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の三次元光集積回路の基本的構成の]例
を示す斜視図、 第2図乃至第6図は同じくその光導波回路を結合した態
様の蚤例をそれぞれ示す側面図、第7図乃至第]】図は
同じくその光導波路からの光射出の態様の例をそれぞれ
示す側面図、第12図および第18図は同じくその三次
元光集積回路の詳細構成の1例をそれぞれ示す側面図で
ある。 1 、4 、4−1 、4−2 、  ・・、N−1,
N・・・基板、2 、2−1.2−2.・・・、 5 
、5−1.5−2.・・・。 Na r Nl) + No * N(1・・・光機能
素子、3.6・・・光導波路、  7・・・入射光、8
・・・射出光、      9・光学系、10 、11
・・・光学膜、  12 、18・・・テーバ部、]4
・・・反射鏡、     15・・・回折格子、】6・
・・溝、       ]7・・・反射防止膜、J8・
・・高反射膜、    J9・・・屈折角調整用充填材
、20−1.20−2 、20−8・・・波長選択性透
過膜。 第1図 第2図 −4・ 第3図 第4図 手続補正書 昭和58年 2 月1418 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願第233112 号2、発明の
名称 三次元光集積回路 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京工業大学長 松 1)武 彦 図面の簡単な説明の楠および図面。 7、補正の内容 (別紙の通り) ■、明細書第1頁第8行乃至第8頁第17行の特許請求
の範囲をつぎのとおりに訂正する。 「2、特許請求の範囲 L 互いに異なる材質の基板に、少なくとも単一の光導
波手段とその光導波手段に結合した少なくとも単一の光
機能素子とを平面的に設けてそれぞれ形成した複数の二
次元光集積回路を互いに重ね、それぞれの前記光導波手
段を前記基板の面と交叉する方向に向けて互いに結合さ
せることにより前記複数の二次元光集積回路を立体的に
互いに結合させたことを特徴とする三次元光集積回路。 λ 複数の前記光機能素子を単一の前記光導波手段に順
次に結合させて前記二次元光集積回路を形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の三次元光集積回
路。 & 複数の前記光機能素子を複数の前記光導波手段を介
して二次元アレイ状もしくL    9.    + は光分岐路を含む網目状に結合させて前記三次元光集積
回路を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の三次元光集積回路。 表 複数の前記二次元光集積回路を順次に結合させたこ
とを特徴とする特許請求の範囲前記各項のいずれかに記
載の三次元光集積回路。 42個の前記二次元光集積回路をそれぞれ複数の前記光
導波手段を順次に互いに介し反復して相互に結合させた
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項または
第8項記載の三次元光集積回路。 a 前記光導波手段を前記基板の面と斜交する方向の光
反射面を備えた光導波路としたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項、第2項または第8項記載の三次元光集
積回路。 7、 前記光導波手段を回折格子を側壁に備えた光導波
路としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
項または第3項記載の三次元光集積回路。 8、 前記光導波手段を前記基板の面に漸次近接するテ
ーバ部を備えた光導波路としたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項、第2項または第8項記載の三次元光集
積回路。 9、 それぞれの前記光導波手段を低屈折率とを特徴と
する特許請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の
三次元光集積回路。 lα それぞれの前記光導波手段を互いに直接に結合さ
せることにより前記二次元光集積回路を互いに結合させ
たことを特徴とする特許請求の範囲前記各項のいずれか
に記載の三次元光集積回路。 1t  それぞれの前記光導波手段をバルク型光機能素
子を介して互いに結合させるとともにそれぞれの前記基
板の表面に反射防止膜もしくは波長選択性透過膜を仮着
させることにより前記三次元光集積回路を互いに結合さ
せたことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第7項
のいずれかに記載の三次元光集積回路。」 2明細書第5頁第2行の「るが、」の次に1異なる単結
晶材料よりなり、」を加入する。 8同第8頁第11行の「光導波路8,5」を「光導波路
3,6」に訂正し、 同頁第19行の「各面0部ゴを「各結合部Jcこ訂正す
る。 4同第9頁第1行の「長大な開口部を設け、」を「基板
lと4との間に低屈折率媒質層21を挾んで方向性光結
合器を構成し、jに訂正し、同頁第16行の「直交する
」を「直交もしくは斜交する方向の」に訂正する。 5、同第12頁第18行の[。ゴを「、ゴGこ訂正し、
同頁第18行の次に「21・・・・・・方向性光結合器
用低屈折率媒質層。」を加入する。 6図面中、第3図、第4図、第6図および第12図を別
#1.訂正図のとおりにそれぞれ訂正する〇第3図 第4図 第6図 第12図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 互いに異なる材質の基板に、少なくとも単一の光導
    波手段とその光導波手段に結合した少なくとも単一の光
    機能素子と全平面的に設けてそれぞれ形成した複数の二
    次元光集積回路を互いに重ね、それぞれの前記光導波手
    段を前記基板の面と交叉する方向に向けて互いに結合さ
    せることにより前記複数の二次元光集積回路を立体的に
    互いに結合させたことを特徴とする三次元光集積回路。 & 複数の前記光機能素子を単一の前記光導波手段に順
    次に結合させて前記二次元光集積回路を形成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の三次元光集積回
    路。 & 複数の前記光機能素子を複数の前記光導波手段を介
    して二次元アレイ状もしくに光分岐路を含む網目状に結
    合させて前記二次元光集積回路を形成し次ことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の三次元光集積回路。 表 複数の前記二次元光集積回路を順次に結合させたこ
    と全特徴とする特許請求の範囲前記各項のいずれかに記
    載の三次元光集積回路。 五 2個の前記二次元集積回路をそれぞれ複数の前記光
    導波手段を順次に互いに介し反復して相互に結合させた
    こと’?%徴とする特許請求の範囲第1項、第2項また
    は第8項記載の三次元光集積回路。 a 前記光導波手段を前記基板の面と斜交する方向の光
    反射面を備えた光導波路としたことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項、第2項または第8項記載の三次元光集
    積回路。 I 前記光導波手段を回折格子を側壁に備えた光導波路
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項
    または第8項記載の三次元光集積回路。 & 前記光導波手段を前記基板の面に漸次近接するテー
    パ部を備えた光導波路としたこと全特徴とする特許請求
    の範囲第1項、第2項または第8項記載の三次元光集積
    回路。 9. 前記光導波手段を前記基板の面に長大な開口を備
    え次光導波路としたことを特徴とする特許請求の範囲@
    1項、第2項捷たに第8項記載の三次元光集積回路。 10、  それぞれの前記光導波手段を互いに1バ接に
    結合させることにより前記二次元光集積回路を互いに結
    合させたことを特徴とする特許請求の範囲前記各項のい
    ずれかに記載の三次元光集積回路。 11  それぞれの前記光導波手段をバルク型光機能素
    子を介して互いに結合させるとともにそれぞれの前記基
    板の表面に反射防止膜もしくは波長選択性透過膜を被着
    させることにより前記二次元光集積回路を互いに結合さ
    せたことを特徴とする第1項乃至第9項のいずれかに記
    載の三次元光集積回路。
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