JPS60172001A

JPS60172001A - 光導波路の光フアイバとの結合構造

Info

Publication number: JPS60172001A
Application number: JP2726884A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Morita; 哲郎森田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1985-09-05

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】産業上の利用分野本発明は、光集積回路等の光導波路の光ファイバとの結
合構造に関するものである。

従来技術光ファイバと光導波路との光結合には、直接結合、プリ
ズム結合、回折格子結合、テーパ結合等が知られている
。

直接結合は、第１図に図解するように、基板１に形成さ
れた先導波路２の精密に研磨した端面に、光ファイバ３
のコア４の研磨端面を整合させて結合して、光ビームを
光ファイバから光導波路へ直接導くものである。

この直接結合方法によれば、光導波路および光ファイバ
の寸法を同じにし、端面を精密に研磨し、軸ずれをなく
すれば、幾何光学的には、はぼ１００％の結合を得るこ
とができる。

しかしながら、実際には、光フアイバ内を伝搬する光の
電磁界分布と、光導波路を伝搬する光の電磁界分布との
不整合によって、光ファイバからの光の大部分は放射に
よって失われてしまう場合がある。光ファイバのコアと
クラッドとの比屈折率と、先導波路と基板との間の比屈
折率とが、実際上具ならざるをえないために、上記した
電磁界分布の不一致は避けることはできない。

プリズム結合は、第２図に示す如く、基板１に形成され
た光導波路２より大きい屈折率をもつプリズム５を薄い
空気層をはさんで先導波路２に押し付け、プリズムの全
反射角以上の入射角θで光ビームを入射する。このとき
プリズム底面からの漏れ光電界で光導波路２との結合が
起きる。このプリズム結合も理論的には１囲％の結合が
得られるが、実際上は８０％台の結合度に止まっている
。

そして、このプリズム結合の更に大きな問題は、プリズ
ムを使用しなければならないことであり、そのための結
合部の構造が大きくならざるを得ないことである。更に
、プリズムへの光ビームの入射角を正確に調整すること
が必要なだけでなく、プリズムと先導波路との間の空気
層の厚さも正確に調整しなければならず、直接結合方法
に比べて調整が煩雑である。

残りの回折格子結合およびテーパ結合は、整合条件が厳
しく、また、実際上の結合度が低い問題がある。

以上の如く、従来の光ファイバと光導波路との結合は、
結合のための調整が煩雑であり、結合度が十分でなく、
また結合部が大型乃至複雑な構造となる問題がある。

発明の目的そこで、本発明は、結合のための調整が直接結合と同程
度で足り、十分な結合度が得られ、構造が比較的簡単か
つ小型な、光導波路の光ファイバとの結合構造を提供せ
んとするものである。

発明の構成本件出願の発明者は、光ファイバと先導波路との間に電
磁界分布を緩やかに変化させる結合部を置くことにより
、電磁界分布の不一致による結合損失を小さくできると
考え、種々検討した結果、本発明に至った。

すなわち、本発明によるならば、基板に形成された光導
波路の光ファイバとの結合部上に形成され光結合導波路
を有し、該光結合導波路は、前詰基板上に形成されたク
ラッド部に囲まれて該基板の光導波路まで延在している
コア部を有し、該コア部は、光ファイバとの結合部にお
いて光ファイバのコアの直径と少なくとも等しい幅と厚
さを有し、且つ、前記光結合導波路のコア部とクラッド
部との比屈折率は、光ファイバのコアとクラッドとの比
屈折率とほぼ等しくなされ、光結合導波路の光ファイバ
との結合部における光の電磁界分布が、光ファイバにお
ける光の電磁界分布と同じになるようになされており、
そして、前記光結合導波路のコア部と前記基板の先導波
路との結合部において前記コア部の中心軸は前記基板の
光導波路の中心軸に対して傾斜していることを特徴とす
る光導波路の光ファイバとの結合構造が提供される。

以上の如き構成の光導波の光ファイバとの結合構造にあ
っては、光結合導波路のコア部の光ファイバとの結合部
での幅と厚さは、光ファイバのコアの直径と少なくとも
ほぼ同じてあり、光結合導波路と光ファイバとの結合部
において両者の屈折率分布が同じとなるので、光結合導
波路の光ファイバとの結合部における光の電磁界分布が
、光ファイバにおける光の電磁界分布と同じになり、光
ファイバからの光は、電磁界分布の不一致による結合損
失もなく極めて高い結合度で光結合導波路に結合される
。一方、前記光結合導波路のコア部と前記基板の先導波
路との結合部において前記コア部の中心軸は前記基板の
光導波路の中心軸に対して傾斜しているため、光結合導
波路から基板の光導波路への結合部にあっては、電磁界
分布が徐々に変化してゆくので、電磁界分布の不一致に
よる損失は極めて小さい。それ故、光ファイバからの光
は、電磁界分布の不一致による結合損失がほとんどなく
基板の先導波路へ結合される。

実施例以下添付図面を参照して本発明による先導波路の光ファ
イバとの結合構造の実施例を説明する。

第３図は、例えば、圧電効果及び光導電効果を有する光
集積回路装置のような光集積回路の基板に形成された本
発明による光導波路の光ファイバとの結合構造の概略斜
視図である。基板１に形成された光導波路２の光ファイ
バ３のコア４との結合部上に光結合導波路１０が形成さ
れている。

この光結合導波路１０は、第４図の縦断面図に示すよう
に、基板ｌの一方の端部に形成されｔこクラッド層１１
および１２とを有しており、それらクラッド層１１と１
２の間にコア部１３が設けられている。クラッド層１１
および１２とコア部１３の光ファイバ３との結合側の端
面ば、基板１の一方の端部の端面と共面になっており、
コア部１３の他端は、基板１の光導波路２と結合してい
る。

コア部１３の光ファイバ３との結合部での幅と厚さは、
光ファイバ３のコア４の直径とほぼ等しいか若しくは大
きくなされている。そして、コア部１３は、光ファイバ
３のコア４の屈折率と等しい材料、例えば同一組成のガ
ラス材料で構成され、クラッド層１１および１２は、光
ファイバ３のクラッドの屈折率と等しい材料、例えば同
一の組成のガラス材料で構成されている。かくして、光
結合導波路１０と光ファイバ３とが、それらの結合部に
おいて同じ屈折率分布を有するので、光結合導波路１０
の光ファイバ３との結合部における光の電磁界分布が、
光ファイバにおける光の電磁界分布と同じになる。

また、クラッド層１１は、光ファイバ３との結合部から
離れるに従い徐々に薄くなっている。従って、光結合導
波路１０のコア部１３と基板１の光導波路２との結合部
においてコア部１３の中心軸Ｘは基板１の光導波路２の
中心軸Ｙに対して傾斜している。それ故、クラッド層１
１が消滅した点からコア部１３も、光ファイバ３との結
合部から離れるに従い徐々に薄くなっている。このよう
な光結合導波路ｌＯと基板１の光導波路２との結合によ
り、光結合導波路１０から光導波路２への光の伝撮路の
屈折率分布が徐々に変化するので、光ファイバ３におけ
る光の電磁界分布と同じ分布で結合された光結合導波路
１０の光の電磁界分布は徐々に変化してゆき、基板１の
先導波路２における電磁界分布に移行してゆく。

光ファイバ３から基板１の先導波路への光の結合を模擬
的に図解するべく、電界強度を例にとって第４図に電界
強度分布を示す。参照番号１４で示す如き電界強度分布
を持って光フアイバ３内を伝搬して来た光は、電界強度
分布の変化なく光結合導波路１０に結合される。光結合
導波路１０に結合された光の参照番号１５で示す如き電
界強度分布は、コア部１３の基板１の光導波路２との結
合部において、参照番号１６で示す如くに変化し、次い
で、先導波路２の中に完全に結合されると参照番号１７
で示す如き電界強度分布に変化する。

以上の如き電界強度分布パターンの変化において、電界
強度のピーク即ち光エネルギーの集中部分は、コア部１
３と先導波路の中に位置しており、光ファイバ３からの
光のエネルギの大部分が基板１の先導波路２へ結合され
ることがわかろう。

更に、上記した本発明による先導波路の光ファイバとの
結合構造の実施例において、光ファイバと光結合導波路
との結合は、従来の直接結合と同様の軸ずれ調整や対向
端面角の調整で十分であることがわかろう。

なお、種々検討した結果、電磁界分布の不一致による結
合損失を効率的に抑えるには、光結合導波路１０のコア
部１３と基板１の光導波路２との結合部におけるコア部
１３の中心軸Ｘと基板１の光導波路２の中心軸Ｙとの傾
斜角が、４５度以下であることが好ましいことがわかっ
た。

また、上記実施例において、光結合導波路１０のコア部
１３とクラッド層１１および１２は、光ファイバ３のコ
ア４とクラッドとそれぞれ同一の屈折率を持つ材料でつ
くった。しかし、光結合導波路１０のコア部１３とクラ
ッド層１１及び１２は、コア部１３とクラッド層１１及
び１２との比屈折率が光ファイバ３のコアとクラッドと
の比屈折率と同じであれば、光ファイバ３のコアとクラ
ッドの屈折率と同じでなくてもよい。

第５Ａ図から第５Ｄ図は、上記した本発明による光導波
路の光ファイバとの結合構造の製造方法を図解している
ものである。

まず、第５Ａ図に示す如く、光導波路２が既に形成され
ている基板１の上に、基板１から少し浮かし且つ基板１
の結合側の一端を露出させてマスク板１８を置いて、光
ファイバ３のクラッドと同一材料をスパッタリングし、
クラッド層１１を形成する。マスク板１８を浮すことに
より、マスク板１８の縁の下においては、図示の如くク
ラッド層１１が緩やかに薄くなる。

次いで、第５Ｂ図に示す如く、基板１から少し浮かし且
つクラッド一層１１から少し離してマスク板１９を置い
て、光ファイバ３のコア４と同一材料をスパッタリング
して、コア層２０を形成する。

そのあと、光導波路２の真上に位置するコア層２０上に
マスクを置いてコア層２０をメサエッチングして、第５
Ｃ図に示す如く、コア部１３を形成する。

次に、第５Ｄ図に示す如く、基板１から少し浮し且つコ
ア部１３から少し離してマスク板２１を置いて、光ファ
イバ３のクラッドと同一材料をスパッタリングして、ク
ラッド層１２を形成する。

最後に、クラッド層１１と１２およびコア部１３が形成
された基板１の結合側の端面を、クラッド層とコア部の
端面と共に、精密に研磨して、光導波路の光ファイバと
の結合構造が基板１の一端に形成される。

以上、光集積回路の光導波路の光ファイバとの結合構造
に適用した例を説明したが、本発明による光導波路の光
ファイバとの結合構造は、光集積回路だけでなく、方向
性結合器や、分岐器やフィルタ等のほかの回路素子の光
導波路の光ファイバとの結合構造にも適用できることは
、当業者には明らかであろう。

発明の効果以上から明らかなように、本発明による光導波路の光フ
ァイバとの結合構造は、構造が比較的簡単且つ小型であ
り、また、結合にあたり直接結合と同程度の調整により
直接結合に比べて十分高い結合度で光導波路を光ファイ
バに結合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来の先導波路の光ファイバと
の結合構造を示す概略図、第３図は、本発明による光導
波路の光ファイバとの結合構造の概略斜視図、第４図は
、本発明による光導波路の光ファイバとの結合構造の光
軸に沿って縦断面図、そして、第５Ａ図から第５Ｄ図は
、本発明による光導波路の光ファイバとの結合構造の製
造方法の各ステップを図解した図である。（主な参照番号）１・・・基板、　２・・光導波路、３・・・光ファイバ、４・・・光ファイバのコア、５・・・プリズム、１０・・・光導波路の光ファイバとの結合構造、１１、
１２・・・クラッド層、１３・・・コア部特許出願人　住友電気工業株式会社代　理　人　弁理士　新居正彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板に形成された光導波路の光ファイバとの結合
部上に形成され光結合導波路を有し、該光結合導波路は
、前記基板上に形成されたクラッド部に囲まれて該基板
の光導波路まで延在しているコア部を有し、該コア部は
、光ファイバとの結合部において光ファイバのコアの直
径と少なくとも等しい幅と厚さを有し、且つ、前記光結
合導波路のコア部とクラッド部との比屈折率は、光ファ
イバのコアとクラッドとの比屈折率とほぼ等しくなされ
、光結合導波路の光ファイバとの結合部における光の電
磁界分布が、光ファイバにおける光の電磁界分布と同じ
になるようになされており、そして、前記光結合導波路
のコア部と前記基板の光導波路との結合部において前記
コア部の中心軸は前記基板の光導波路の中心軸に対して
傾斜していることを特徴とする光導波路の光ファイバと
の結合構造。
（２）前記光結合導波路のコア部とクラッド部とは、そ
れぞれ、光ファイバのコアとクラッドと同一屈折率を有
していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光導波路め光ファイバとの結合構造。
（３）前記基板は、光集積回路、方向性結合器、分岐器
またはフィルタの基板であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項記載の先導波路の光ファイバ
との結合構造。