JPS60173512A - プリズム結合器 - Google Patents

プリズム結合器

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JPS60173512A
JPS60173512A JP59197727A JP19772784A JPS60173512A JP S60173512 A JPS60173512 A JP S60173512A JP 59197727 A JP59197727 A JP 59197727A JP 19772784 A JP19772784 A JP 19772784A JP S60173512 A JPS60173512 A JP S60173512A
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prism
waveguide
coupler
facing
section
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JP59197727A
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ケビン・デニス・ワード
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    • 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
    • G02B6/34Optical coupling means utilising prism or grating
    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
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    • GPHYSICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths

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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】 [発明の技術分野〕 本発明は、光を光導波体に結合するためのプリズム結合
器およびその製造方法に関する。
[発明の技術的背景] 光を光導波体へ結合するためにいろいろな方法が使用さ
れている中で、プリズム結合器が最も広く使用されてい
る。プリズム結合器は、基本的には、第1図のようにプ
リズム1と中間層2と基体4の上に設定された光導波体
3とから構成されている。それぞれの屈折率は、基体4
がn’s導波体3がnl、中間層2がn2、そしてプリ
ズム1が03である。プリズム1は、導波体3よりも屈
折率が高い材料で作られている。中間層2は、導波体3
よりも屈折率の低い材料で成り、またこの中間層2は、
しばしばエアーギャップによって形成されている。結合
器として働くために、n3 >nl >nQ 、n2と
なっている。
プリズム1と中間層2どの界面で内方に全反射した( 
totally−internally−reflec
ted)光は、この中間層を通って導波体まで貫通する
、関係する次第に消えるフィールド(associat
ed evanscentfield)を有している。
こうして、光エネルギーが導波体3の表面へ移動する結
合される導波体が開発される。
プリズム結合器の性能は、複雑に、制御l1国難ないろ
いろな要因に依存している。非常に効率の高い(〉90
%)プリズム結合−が報告されているが、結合領域を、
これと矛盾しないように製造することは難しい。特に、
開口の大きい〈〉10mm)装置の場合は難しい。
結合器を製造する際の困難の大半は、この中間層、すな
わちプリズムと導波体の間の間隙の形成を、制御可能に
行なうことにある。この層すなわち間隙は、理想的には
、第29図に示したガウス分布の入力ビームパワー分布
をとるために、第2a図に示したように次第に薄< (
taper )するへきである。何らかの方法でこ、の
プロファイルを形成するために、従来のほとんどの、プ
リズム結合器は、導波体の基体を弾性的に変形させてい
る。たとえば、第3図に示すよく知られた型の結合器は
、底5面が平らなプリズム5と基体7上の導波体6とが
、2本の鉄床8.9の間で互いに圧迫されてい5− る。2本の鉄床に共通する軸の周囲の導波体の基体6が
変形したところに、狭い間隙ができて、結合領域が形成
される。この型式のプリズム結合器は、壊れずに変形で
きる導波体を使用しなければならない。これは、一般に
、薄い導波体の基体を使用することを意味している。
不都合なことに、そのような基体は反りや歪みを起こし
やすく、光学的に平坦でなくなる傾向がある。たとえば
、0.5mmx26mmx45mmのyカットのLiN
bO3の基体は、その26mmのZ軸に関して±1μm
しか平坦ではない。実際、もし、導波体とプリズムの表
面が平坦で、それらを使用される光の波長の約半分内の
距離に持って来ることができれば、プリズムの底面全体
にわたる結合領域が形成されるが、これはまだ観察され
たことがない。結合領域を形成するためには、普通、数
kQの力を使って、プリズムと導波体を互いに加圧しな
ければならず、その力の大部分は、導波体を平坦にする
ために使われている。しかし、この工法は、再現性がな
く、結合領6一 酸生成のために必要とされる大きなな力は、望ましいも
のではない。それは、プリズムまたは結合器の表面が、
高い応力条件下で損傷することもあり、また、基体の破
砕さえ生じることもあるからである。結合領域の周囲へ
の高い圧力の集中によって、微細な割れ目(m1cro
crack)ができ始める可能性もある。この割れ目は
、プリズム結合器の効率に悪い影響を与え、導波体の光
損失を増加させる。さらに、プリズムと結合器に必要な
圧迫を得るために、かなり複雑で高価なマウント設備が
要求されている。
プリズム結合器の価格を下げるために、複雑なマウント
設備の必要をなくすことが望まれる。また、光エポキシ
化合物または他の接着剤を使用すれば、プリズムを簡単
に導波体に接着することができるが、上述のようにプリ
ズム結合器のための結合領域の形成に大きな圧力(1k
Q/mm”のオーダー)が必要であるため、これの達成
を難しくしている。
種々のプリズム結合器が知られているが、それらは製造
するには高価であり、適当な制御性の性能もなく、また
構造が複雑である。
[発明の目的コ 本発明の目的は、LiNbO5製の光プレーナ導波体や
、その他の種類の導波体、たとえば、ストライプ導波体
やLiNbC)+以外の材料を使用した導波体等のよう
な導波体に、可視領域以外のものも含めて光を結合する
ために、適切に制御性される性能を有する実用的な結合
器の構造を作り出すことである。
E発明の概要] この発明のプリズム結合器の構造は、必要な間隙を形成
するために、プリズムと導波体の間に導波体を変形させ
るような力を加えないで、導波体表面の、プリズムと導
波体が接触する領域を平坦に保っている。一般には、ご
みや表面の乱れによって、プリズムと導波体とはミクロ
ンの何分の−かの微小な量だけ離されているので、接触
を得ることはできない。導波体の表面は、結合領域に高
い機械的圧力加えなくてよいように、光学的に平坦であ
ることが要求される。プリズムと導波体の間に光結合に
ほぼ最適な形の間隙を形成するために、この間隙を、プ
リズムの底面の形状によって、またはプリズムと導波体
の間に設置したスペーサーによって、形成する。スペー
サーは、たとえば蒸着アルミニウム等の薄いフィルムを
、導波体かプリズムの表面に付着することによって得ら
れる。
導波体の表面は、結合領域での高い機械的圧力を避ける
ために平坦である必要がある。
本発明の一局面によると、プリズムを、このプリズムと
導波体の間にできる領域の形状がその間の光エネルギー
の結合をほぼ最適にするように、光学的に平坦な導波体
の表面に配置する工程と、このプリズムを、導波体の変
形を引き起こさずに、導波体に固定する工程とを含むプ
リズム結合器の製造方法が提供される。
本発明の別の一局面によると、光学的に平坦な導波体と
、プリズムとその導波体の間にできる領域の形状がその
間の光エネルギーの結合を実質的に最適にするように導
波体の表面上に配置された9− プリズムと、プリズムを導波体の変形を引き起こさずに
導波体に固定する手段とを備えたプリズム結合器が、提
供される。
[発明の実施例] 第4図に示した本発明の一実施例の結合器には、基体1
2上の導波体11の上に配置された、底面がカーブした
プリズム10が使用されている。第5図には、スペーサ
ー(spacer) 15.16で限定された間隙によ
って導波体14から分離されているプリズム13を有す
る結合器の構造が示されている。第6図は、次第に薄く
した(taper )スペーサー19によって導波体1
8から分離されたプリズム17を有する結合器を示して
いる。どちらの場合も、スペーサーが、プリズムおよび
/または導波体の上に形成されている。この間隙は、材
料を変形させることなく形成されるので、プリズムと導
波体を圧迫するための大きな力は必要がなくなり、した
がって、結合長さや間隙プロファイルのようなパラメー
ターは、従来よりも容易に調節されることができる。
特に、底面が円柱面の一部分状であるプリズム10− を使用して、最適に近い間隙プロファイルを有する第4
図の変形種の結合器を形成することができる。結合長と
間隙プロファイルは、プリズムの底面のたとえば100
−1000mmの範囲の曲率半径によって調節される。
また、プリズムの底面のカーブの形状は、この他に放物
線等を使用してもよい。
光学的に平坦な導波体は、反りや歪みを避けるために、
従来よりも厚みを増した基体から製造することができる
。代表例として、現在では基体の厚みは0.5〜l、Q
mmである。光学的に平坦という表現は、λを使用光の
波長として、約λ/4よりもよい平坦を意味している。
必要な平坦性を得るために、通常のものよりも厚くした
(数mm)基体は磨くことができる。また、現在使用さ
れているものより薄い基体を、磨く前にキャリヤーに接
着することもできる。この場合、基体はキャリヤーに永
久的に固定されるので、このような設置がいつも実用的
というわけではない。
第7図のプリズム結合器の何番よ、底面が円柱面の一部
分状であるプリズム20と、キャリヤー23を伴ってい
る基体22の上の平坦な導波体21と、そして、矢印2
4で示すようなプリズムを適当な位置に保持するために
必要な軽い圧力を加える手段とを有している。プリズム
と導波体を保持するために要する力は小さいので、プリ
ズムは、たとえばエポキシテクノロジー社 (tJsA
)、EPO−TER353NDの光エポキシ化合物など
を使用して簡単に導波体の表面に接着することができる
。接着材料を使用すると間隙の屈折率が増加するが、そ
れは、導波体の屈折率値を越えてはならない。そうする
と、間隙の領域中の消えて行くフィールド(eVans
Oent field )はよりゆるやかに減少し、そ
れは、製造されるべき層上の要求される許容条件をゆる
やかにする。
本発明のプリズム結合器とその製造方法は、簡単であり
、コスト低下が可能であるため、raggセル光スキャ
ナーや、分光分析器やその他の信号処理装置を含めて製
作された集積光学装置に、光を結合するのに適している
本発明のプリズム結合器の長所は、結合条件を制御でき
ること、プリズムと導波体を圧着保持するための力が小
さくてよいこと、結合器の構造が単純であること、そし
て、プリズムを導波体に接着することによって、その製
造が単純に低価格で行なうことができ、製造のオートメ
ーション化にも適当であることである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のプリズム結合器の基本的なものを示す図
、第2a図および第2b図は、それぞれ結合領域に沿っ
た距離に対する、最適間隙のプロファイルおよびガウス
分布の入力ビームパワー分布を示す図、第3図は他の型
の従来のプリズム結合器を示す図、第4図乃至第6図は
本発明に係るプリズム結合器の構造を示す図、第7図は
第4図に示した構造の結合器を使用したの実際の結合器
の構造の概要図である。 1・・・プリズム、2・・・中間層、3・・・光導波体
、4・・・基体、5・・・プリズム、6・・・光導波体
、7・・・基体、8.9・・・鉄床、10・・・プリズ
ム、11・・・光導波体、′1213− ・・・基体、13・・・プリズム、14・・・光導波体
、15,6・・・スペーサ「、1,7・・・プリズム、
18・・・光導波体、19・・・スペーサー、20・・
・プリズム、21・・・光導波体、22・・・基体、2
3・・・キャリヤー。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 14− ■、事件の表示 特願昭59−197727号 2、発明の名称 プリズム結合器 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 インターナショナル・スタンダード$エレクトリックコ
ーIレイジョン 4、代理人 昭和60年2月26日 6、補正の対象 図 面、委任状およびその訳文 7・ 補正の内容 別紙の通り 図面の浄書(内容に変更なし) p

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) プリズムを、このプリズムと導波体の間にでき
    る領域の形状がその間の光エネルギーの結合をほぼ最適
    にするように、光学的に平坦な導波体の表面に配置する
    工程と、このプリズムを、導波体の変形を引き起こさず
    に、導波体に固定する工程とを含むプリズム結合器の製
    造方法。
  2. (2) プリズムの導波体に面する表面が、断面におい
    てカーブしている特許請求の範囲第1項記載、の方法。
  3. (3) プリズムの導波体に面する表面が、断面におい
    て円柱面の一部分状である特許請求の範囲第2項記載の
    方法。
  4. (4) プリズムの・導波体に面する表面がほぼ平坦で
    、プリズムと導波体との間にスペーサーが設けられて、
    それによって領域が形作られている特許請求の範囲第1
    項記載の方法。
  5. (5) スペーサーが、プリズムおよび/または導波体
    の表面に設置された薄いフィルムで形成された特許請求
    の範囲第4項記載の方法。
  6. (6)プリズムの導波体に面する表面がほぼ平坦で、プ
    リズムと導一体の間にテーパー状のスペーサーが設けら
    れている特許請求の範囲第1項記載の方法。
  7. (7) プリズムが導波体に接着化合物で固定されてい
    る特許請求の範囲第1項乃至第゛6項のいずれか1項記
    載の方法。
  8. (8) 接着化合物が光エポキシ化合物である特許請求
    の範囲第7項記載の方法。
  9. (9) 光学的に平坦な導波体と、プリズムとその導波
    体の間にできる領域の形状がその間の光エネルギーの結
    合を実質的に最適にするようにして導波体の表面上に配
    置されたプリズムと、プリズムを導波体の変形を引き起
    こさずに導波体に固定する手段とを備えているプリズム
    結合器。
  10. (10) プリズムの導波体に面する表面が、断面にお
    いてカーブしている特許請求の範囲第9項記載のプリズ
    ム結合器。
  11. (11) プリズムの導波体に面する表面が、断面にお
    いて円柱面の一部分状である特許請求の範囲第10項記
    載のプリズム結合器。
  12. (12) プリズムの導波体に面する表面がほぼ平坦で
    、プリズムと導波体との間にスペーサーが設けられて、
    それによって領域が形作られている特許請求の範囲第9
    項記載のプリズム結合器。
  13. (13)プリズムの導波体に面する表面がほぼ平坦で、
    プリズムと導波体の間にテーパー状のスペーサーが設け
    られている特許請求の範囲第9項記載のプリズム結合器
  14. (14) プリズムが導波体に接着化合物で固定されて
    いる特許請求の範囲第9項乃至第13項のいずれか1項
    記載のプリズム結合器。
  15. (15) 接着化合物が光エポキシ化合物である特許請
    求の範囲第14項記載のプリズム結合器。
JP59197727A 1983-09-20 1984-09-20 プリズム結合器 Pending JPS60173512A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8325099 1983-09-20
GB08325099A GB2146788B (en) 1983-09-20 1983-09-20 Prism coupling to flat waveguides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60173512A true JPS60173512A (ja) 1985-09-06

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ID=10549015

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JP59197727A Pending JPS60173512A (ja) 1983-09-20 1984-09-20 プリズム結合器

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US (1) US4653844A (ja)
JP (1) JPS60173512A (ja)
AU (1) AU3309984A (ja)
FR (1) FR2552235A1 (ja)
GB (1) GB2146788B (ja)

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