JPS6033516A - 光導波路素子 - Google Patents

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 本発明は光導波路素子、特にプリズム結合型光導波路素
子の構造に関するものである。

従来例の構成とその問題点 光エレクロトニクス部品は最近捷す１す高密度化、高性
能化されている。特に部品の高密度・高信頼性をめざす
一方法として光導波路を用いた光回路部品が注目されて
いる。特に光伝送システムにおいては光伝送路を任意の
他の光伝送路に切替えることのできる光スィッチが随所
に必要なることは論を待たず、これらの光スィッチにお
いても、従来の可動部分を含む主として機械的な光スイ
・ンチに代って固体化された光回路化された導波路型ス
イッチが望まれている。光導波路型光スイッチは研究レ
ベルでは種々の提案や試みがなされ、遂次性能の向上が
実現されつつある。しかし、これらの光スィッチも現実
の光システムに導入するという観点から評価するとその
性能の点で不充分な状態にある。

従来光スィッチに使用される機能性光導波路では、第１
図に示す例えば基板１ｏ上に形成された電気光学効果の
大きいＰＬＺＴ薄膜１１に、主導波路１２を形成すると
ともに、主導波路１２に接続する副導波路１３を形成し
、制御電極１４　、１４’を接続部１５上に設け、制御
電極１４　、１４’に電圧を印加し、電極ギャップ下の
導波路の屈折率を低下させて低屈折率層を形成し、導波
路中を伝搬する導波光を低屈折率層との界面で全反射さ
せ導波光の方向を変化させるＴＩＲ型光導波路をもちい
ていた。具体的な動作は、たとえばａｌから２２に進む
導波光を電圧の印加により℃１から℃３に偏向させるこ
とにより行う。このＴＩＲ型光導波路に光ファイバー１
６　、１７　、１７’を接続し光スィッチを構成する。

しかし、光ファイバー１６からの伝搬光を光導波路１２
に効率よく結合させることは困難で、光導波路形状と光
ファイバーのコア径とをほぼ一致させるようにし且つ位
置合せ精度も厳格に要求される。特にＰＬＺＴ系薄膜１
１の場合は導波路形状が膜厚０．１〜１μｍであるため
、コア径６μｍのシングルモードファイバーを使用して
も結合ロスは３０　ｄＢ以上あり、実用上困難があった
。

寸だ、膜厚の薄い点を除去するために第２図に示すよう
にプリズム２１を導波路１２．１３上に設けて、光ファ
イバーからの伝送光Ｌｉ結合させると、光が広がるため
通常光導波路として使用される導波路幅３〜３０μｍよ
りもはるかに大きくなり結合効率が充分にとれない。１
だ、プリズムの９００工ツジ部でモードの変換現象が生
じ、消光比ならびに分岐比を劣下させていた。

発明の目的 本発明の目的は光導波路素子の構造を提供するものであ
る。特に光の伝送経路を切り替える光導波路素子の構造
に改良を加え、結合効率を改善し、しかも消光比ならび
に分岐比も改善するものである。

発明の構成 本発明の光導波路素子は、ＰＬＺＴ薄膜導波路により構
成されたＴＩＲ型スイッチと、導波路」二に付与された
プリズムとからなり、プリズム内の少なくとも一面以」
二の全反射面で反射された光波を上記導波路に伝送させ
るべく配置したことを特徴としている。上記構造ケ持つ
プリズム結合器で光６　・ 波を伝送させることにより、従来第１図あるいは第２図
では結合効率が良くならないとされてきたＰＬＺＴ薄膜
導波路に対して高効率の光波の伝送が出来るようになっ
た。すなわち、第１図に見られるようなコア径の不精台
・厳格な位置合せの問題が解消し、第２図に見られるよ
う々９０°エツジ部におけるモード変換とそのために起
きる結合効率の劣化も、プリズム而で一度全反射させる
ことで防いでいる。これにより以前は実用的な使用は難
しいとされていたＰＬＺＴ薄膜導波路より構成されたＴ
ＩＲ型光スイッチを、光波と高効率で結合しうる光導波
路素子として用いることが出来た。

丑だ本発明の光導波路素子は、光ファイバーにより伝送
された光波を導波路に伝送しめるべく屈折率分布型レン
ズを光ファイバーとプリズムの間に設けたことを特徴と
している。屈折率分布型レンズにより光ファイバーで伝
送された光波を細く絞ることが出来るため、導波路中と
同じ程度の広がりの光波にして結合させて高効率を得る
ことが出来る。これによりファイバー人力の効率化が計
られだのに加えて、マルチモードファイバーにより種々
のモードを持つ光波に対しても絞って結合させることが
出来るという利点がある。

またより有効な結合を得るため、光波の入力にシングル
モードファイバー’（ｚ、光波の出力にマルチモードフ
ァイバーを用いることも出来る。シングルモードファイ
バーを通って屈折率分布型レンズにより絞られた光波は
非常に径が細いものとなり、より高い効率で導波路と結
合させることが出来る０捷だ出力される光波はやはり屈
折率分布型レンズで集光されるが、この時点での光波は
モード変換等によりマルチモード的になっているため、
径の大きいマルチモードファイバーにより光波を出力す
ることでさらに損失を少なくすることが出来る。

実施例の説明 本発明の内容のより深い理解のために以下具体的な実施
例によって本発明を説明する。

第３図（ａ）は本発明の一実施例における光導波路素子
である。サファイア基板３１１：に育成させた厚さ０．
５１１ｍのＰＬＺＴ薄膜１１を加工して導波路１２．１
３ｉ作る。この交差線上に制御電極１４゜１４′を付け
ることによりＴＩＲ型光スイッチが構成される。光波は
入力光ファイバー１６から入り屈折率分布型レンズ３２
で絞られプリズム結合器２１を通って導波路を伝送し、
ＴＩＲスイ・ソチで切り換えられた後プリズム結合器２
１′を通ってレンズ３２′で集光され出力光ファイバー
１７の片側に出る。入出フアイバー巾１６にはコア径６
μｍのシングルモードファイバーを、出力ファイバー１
７．１７′にはコア径３ｏ／１ｍのマルチモードファイ
バーを、また導波路１２．１２’、１３の巾を２０７、
＋ｍとしている。従って光波の入力の際には、屈折率分
布型レンズ３２で光波径６μｍをさらに絞って結合させ
るため、効率はきわめて高い。寸だ出力の際にも、２０
７＊ｍ巾の導波路から出てきた光波を屈折率分布型レン
ズ３２′で集光して絞り３０μｍ径のファイバー１７　
、１７’に入れるため、位置合せが容易で効率高く出す
ことが出来る。光波と導波路との結合にはＧａＰの直角
プリズム２１゜２１′を用いて行なう。

第３図（ｂ）は（ａ）のプリズム結合器の入力部の断面
図である。導波路１２上にプリズム２１を図のように密
着し、プリズム２１の全反射面３３で反射された光波３
４を導波路１２に伝送させるべく配置される。この構成
において、はじめに光波３４は全反射面３３に向かって
送込まれ、反射面３３で反射されテーパー状ギャップ３
６へ送られエバネセント光となり導波路１２へ送り込ま
れ、光は方向３６へと伝送される。

このような結合方法は図から解るように、もっともプリ
ズム２１の肉厚の厚い点で導波路１２と接触しているの
で欠は等がプリズム２１に発生しないので良好な接触が
得られ、結果的に良好なテーパー状エアーギャップ３５
が形成されることとなり、きわめて良好な伝送効率が得
られる。又接触点３７と光波が膜内に伝送される点３８
との距離を小さくすることが可能であるから、基板の面
精度は悪くても良好な結合が得られる（必要面精間はλ
程度）。逆に薄膜からプリズム２１′で光を９　、　・ 抜き出す場合も、捷ったく逆の同様の行程を経て行なわ
れることが理解されるであろう。

以上の構成をもたせた光導波路素子により素子の光損失
が６ｄＢにおさえられ、効率の良い光導波路素子を構成
することが出来た。

また、上記実施例で用いた直角プリズム以外にも第３図
（Ｃ）に示す断面ケ持つ５角柱プリズム２１を用いた場
合さらに良好な結合を行なうことが出来る。なぜなら三
角プリズムにおいて、屈折率分布型レンズ３２とプリズ
ム２１の接合は傾いて行なわれることに々す、またプリ
ズム面とレンズ面が平行ではないことから、固定が難し
く接合が不安定である。このような問題も６角柱プリズ
ムを用いると、プリズム面とレンズ面をほぼ平行に配置
させることが出来丑た基板３１に対しても屈折率分布型
レンズ３２は垂直に位置するので、固定がし易い上に頑
強で安定な接合が得られる。入射光波は、やはり反射面
３３で全反射され３６方向の伝搬光へ結合させることが
出来る。このような五角柱プリズムを光入射部および出
射部に用いる０ ことでさらに良好な光導波路素子を形成することが可能
となる。

発明の効果 以上のように、本発明はＰＬＺＴ薄膜光導波路のＴＩＲ
型光スイッチにおいて、入出カフアイバーを接続して、
全反射面を用いたプリズム結合器により導波路と光波を
結合せしめるものであり、この種の光素子としては高効
率の結合を得ることが出来、またマルチモードのファイ
バー光をも効率よく結合させることが出来る。よって本
発明の工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の光導波路素子を示す図、第３図
（ａ）は本発明の一実施例にがかる光導波路素子の構成
図、第３図（ｂ）　、　（Ｃ）は本発明にががる素子の
要部断面図である。 １１・・・・・・ＰＬＺＴ薄膜、１２・旧・・主導波路
、１３・・・・・・副導波路、１４　、１４’・川・・
制御電極、１５・・・・・・接続部、１６・・・・・・
入力光ファイバー１７・旧・・出力光ファイバー、２１
．２１’・・・・・・プリズム、３１・・・・・・サフ
ァイア基板、３２．３２’・・・・・・屈折率分布型レ
ンズ、３３・・・・・・全反射面、３４・・・・・・光
波、３６・・・・・・テーパー状ギャップ、３６・・・
・・・光波の伝送される方向。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第　３　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ＰＬＺＴ薄膜導波路上にプリズムを設置し、上
   記プリズム内の全反射面で反射された光波を上記導波路
   に伝送させることを特徴とする光導波路素子。
2. （２）光ファイバーにより伝送された光波を導波路に伝
   送せしめるべく、屈折率分布型レンズを光ファイバーと
   プリズムの間に設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の光導波路素子。
3. （３）光波の入力にシングルモードファイバーを用い、
   光波の出力にマルチモードファイバーを用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波路素子。