JPS61148405A

JPS61148405A - 立体光回路装置

Info

Publication number: JPS61148405A
Application number: JP27160684A
Authority: JP
Inventors: Keiji Hanada; 花田　啓二; Shiro Ogata; 司郎緒方; Masaharu Matano; 俣野　正治; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-07-07

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】発明の背景この発明は、光回路が形成された複数の基板が立体的に
構成された光回路装置に関する。

近年、多くの光処理機能を一基板上に集積化して作成す
る技術の研究が盛んに行なわれている。基板上の所望の
場所に光を導くために基板に光導波路が形成される。多
くの光機能素子を一基板上に集積化した場合には、光を
縦横に伝播させなければならないから、光を伝播させる
ための光導波路が互いに交差してしまうことがあるのは
避けられない。光導波路の交差部では一方の光導波路を
伝播してきた光が交差する他方の光導波路に漏れてしま
うので、クロス・１−一り量やＳ／Ｎ比の増大を招くと
いう問題があるシこのような点から、−基板上に集積化
できる光機能素子の数は自ずと限られたものとなってし
まう。たとえ−基板上に多くの光機能素子を集積化する
ことが可能であったとしても、一平面上に多くの光機能
素子を配列すると広い面積が必要となり、基板の占める
スペースが広くなる。

発明の概要この発明は、複数の光回路基板を立体的に配置して光回
路装置のコンパクト化を図ることを目的とする。

この発明による立体光回路装置は、光導波路が形成され
た母基板と、この母基板に直角に配置されたそれぞれ光
導波路を有する複数の回路基板とからなり、母基板の光
導波路と回路基板の光導波路とが光結合手段を介して相
互に光結合されていることを特徴とする。

複数の回路基板は母基板を介して相互に光学的に接続さ
れている。したがって、母基板から複数の回路基板に同
じ光信号を供給することもできるし、各回路基板の出力
光信号を母基板を通して取出すこともできる。回路基板
相互間の光信号の送受も母基板を介して行なえるのはい
うまでもない。母基板に対して複数の回路基板が垂直に
配置されるから装置全体がコンパクトにまとまる。

実施例の説明（１）立体光回路装置第１図は立体光回路装置の概要を示している。

母基板（１０）および複数の回路基板（２０）　　（３
０）（４０）が支持体（１）に固定支持されている。

各回路基板（２０）〜（４０）は母基板（１０）に対し
て直角に接している。母基板（１０〉および回路基板（
２０）〜（４０）には所望の光回路を構成する光導波路
および光機能素子が集積化してつ（られている。母基板
（１０）上に形成された光導波路の一例が（１１）　　
（１５）で示されている。

光導波路（１１）から導かれた′光を受光する受光素子
（１６）および光導波路（１５）に光を送出するための
発光素子（１２）が母基板（１０）の端面に固定されて
いる。回路基板（２０）上に形成された光導波路の一例
が（２１）　　（２５）で示されており、これらの光導
波路（２１）　　（２５）の途上に設けられた光機能素
子または光処理部の例が（２３）　　（２７）で示され
ている。光導波路（２１）および光処理部（２３）は回
路基板（２０）の上面に、光導波路（２５）および光処
理部（２７）は基板（２０）の下面に形成されている。

光導波路（２１）には発光素子（２２）からの光が導か
れ、光導波路（２５）を伝播してきた光は受光素子（２
６）に受光される。これらの素子（２２）　　（２６）
は回路基板（２０）の端面に固定されている。光導波路
はよく知られているように、基板に所定の物質を拡散さ
せることにより形成される。回路基板（３０）にも、同
じように、光導波路（３１）（３５）、光処理部（３３
）　　（３７）　、発光素子（３２）、受光素子（３６
）等が設けられている。図示は省略されているが、必要
に応じて他の光導波路、光機能素子または光処理部、発
、受光素子等が母基板（１０）、回路基板（２０）〜（
４０）に設けられる。

（２）回路基板と光結合手段回路基板（２０）〜（４０）上の光導波路、およびこれ
らの回路基板（２０）〜（４０）と母基板（１０）との
間の光結合手段はすべて同じ構成であるから、回路基板
（２０）およびその光導波路（２１）を例にとって説明
する。

第２図および第４図において、回路基板（２０）に形成
された光導波路（２１）は基板（２０）の母基板（１０
）と接する端面（２０ａ＞にまでのびている。端面上の
光導波路部分を（２１ａ）で示す。

そうして、回路基板（２０）の表面と端面（２０ａ）と
の稜が４５°の角泣で切欠かれ斜面（２４）となってい
る。この斜面（２４）が全反射面どなる。

光導波路（２１）を伝播する光は斜面（２４）で全反射
して光導波路（２１ａ　）に向う。光導波路（２１ａ　
）を伝播する光があれば、この光は斜面（２４）で全反
射して光導波路（２１）に向うのはいうまでもない。

光導波路（２１）の屈折率を０１、空気の屈折率を０２
−１とし、斜面（２４）への入射光が斜面（２４）に立
てた法線となす角をθとすると、入射光が斜面（２４）
で全反射する条件はｓｉｎθ〉ｎ２／ｎｌで与えられる
。基板（２０）がＬｉＮｂＯ３の場合にはその屈折率は
約２．２、ガラスの場合は約１．５である。これらの屈
折率を０１として採用したとすると、上記の全反射条件
はそれぞれθ〉２７°、θ〉４２°となる。通常、基板
（２０）の表面と端面とのなす角は直角であるから斜面
（２４）は４５°の傾きをもつ。したがって、第４図に
示されるθは４５°であるから、斜面（２４）は全反射
の条件を満足する。

第２図において、母基板（１０）の表面上の光導波路（
１１）と回路基板（２０）の端面（２０ａ　＞上の光導
波路（２１ａ　）とは対面している。また基板（１０）
の表面と回路基板（２０）の端面（２０ａ）とは密着し
て接しているが、両面の間には実際にはわずかの間隙（
波長オーダ）がある。

したがって、母基板（１０）、その光導波路（１１）、
上記両面間の間隙、光導波路（２１ａ＞および回路基板
（２０）は５層２次元光導波路構造と考えることできる
。このような５層２次元光導波路構造では、光導波路（
２１ａ）を伝播する光は、光の伝播にともない次第に光
導波路（１１）に移行し、ある長さく完全結合長）で光
導波路（１１）にその全パワーが移行する。光導波路（
２１ａ）から光導波路（１１）に移行する光のパワーは
、両光導波路（２１ａ　）　　（１１）の重なっている
部分の長さく結合長）に依存する。完全結合長の場合に
全光パワーが光導波路（２１ａ　）から光導波路（１１
）に移る。したがって、光導波路（２１）を伝播する光
は、斜面（２４）で全反射して光導波路（２１ａ　）に
進み、さらに結合長に応じた割合で光導波路（１１）に
移行し、光導波路（１１）を伝播していく。

光導波路（１１）を伝播する光があればこの先は光導波
路（２１ａ　）に移行し、さらに光導波路（２１）に進
むのはいうまでもない。

第３図は、回路基板（２０）の上下（表裏）両面に光導
波路（２１）　　（２８）が形成され、これらの光導波
路（２１）　　（２８）が端面に形成された光導波路（
２１ａ　）と全反射面を経てつながっている例を示して
いる。光導波路（２１）の光は光導波路（２１ａ　）か
ら母基板（１０）の光導波路（１１）に移行する。また
光導波路（１１）の光は光導波路（２１ａ　）に移り光
導波路（２８）に進む。

第５図は、第２図、第３図に示すような光導波路を作成
するための方法を示している。槽（６０）内に、たとえ
ばＫＮＯ３溶液が入っている。基板材料、たとえばＬｆ
Ｎ１１０３基板（７０）および電極（６１）がこの溶液
内に浸されている。

基板（７０）の稜には斜面（全反射面）があらかじめ形
成されかつ光学研磨されている。基板（７０）は直流電
源（６２）の負極に、電極（６１）はスイッチ（６３）
を介して正極にそれぞれ接続されている。スイッチ（６
３）がオンとされると、Ｋ　Ｎ　Ｏ３溶液中のに＋イオ
ンが基板（７０）に引き寄せられかつ基板（７０）内部
に拡散していく。

この結果、基板（７０）にはに＋が拡散された光導波路
が形成される。これはイオン交換法と呼ばれる方法であ
る。基板（７０）の光導波路を形成すべき部分以外の表
面をマスクしておけば、所望パターンの光導波路をつく
ることができ、マスクを施さない場合には基板（７０）
の表裏、端、側面および斜面に光導波層（路）が形成さ
れる。

第６図は光結合手段の他の例を示している。

回路基板（２０）には上述の全反射面（２４）および端
面の光導波路（２１ａ　）は形成されていない。

回路基板（２０）の端面が母基板（１０）の表面に付き
合わされている。そうして、母基板（１０）とその光導
波路（１１）との境界付近であってかつ回路基板（２０
）の光導波路（２１）の端面と対向する位置にグレーテ
ィング（１４）が形成されている。母基板（１０）の光
導波路（１１）を伝播してきた光はグレーティング（１
４）によって回折され、回路基板（１０）の光導波路（
２１）に進む。

第７図は、回路基板（２０）の両面に光導波路（２１）
　　（２８）が形成された例であり、これらのために２
つのグレーティング（１４）が母基板（１０）に形成さ
れている。

第６図および第７図において、回路基板（２０）の光導
波路（２１）　　（２８）を伝播する光をグレーティン
グ（１４）によって母基板（１０）に移行させることも
できる。

（３）立体光回路装置の作用第１図に戻って、発光素子（１２）から出力された光は
母基板（１０）上の光導波路（１５）を伝播し、上述の
光結合手段により回路基板（２０）（３０）の下面に形
成された光導波路（２５）　　（３５）に適当な割合で
移行しこれらの光導波路（２５）（３５）をそれぞれ伝
播していく。そして、光処理部（２７）　　（３γ）で
所定の加工がそれぞれ施されたのち、各受光素子（２Ｇ
）　　（３６）に受光される。このようにして、母基板
（１０）から光を複数の回路基板（２０）　　（３０）
等に供給することが可能となる。

発光素子（２２）から出力された光は回路基板（２０）
の上面に形成された光導波路（２１）に導かれ、光処理
部（２３）で適当な処理が施されたのち、さらに光導波
路（２１）を進み、上述の光結合手段を介して母基板（
１０）上の光導波路（１１）に移行する。そして、光導
波路（１１）を伝播し、受光素子（１６）によって受光
される。

回路基板（３０）上の発光素子（３２）から出力され光
導波路（３１）を伝播する光もまた同じように、母基板
（１０）上の光導波路（１１）から取出される。このよ
うに、複数の回路基板（２０）（３０）等上を伝播する
光を母基板（１０）から取出すことができる。

上述の光の導入、取出しは同時に行なってもよいし、時
間的タイミングを変えて（たとえば時分割に）行なって
もよい。母基板（１０）上の光導波路と回路基板（２０
）　　（３０）等上の光導波路との結合効率を所望の値
に設定することにより、任意の光量の光の導入、取出し
が可能となる。

たとえば、回路基板（２０）から回路基板（３０）へと
いう風に、複数の回路基板上の光導波路間の光の送受も
母基板（１０）を介して行なうことができる。

上記実施例では、各基板上に３次元的な光導波路が形成
されているが、各基板表（裏、端、側）面全体に高屈折
率層を形成し、これを光導波路（層）としてもよい。も
ちろん、発、受光素子等との光結合のために、光導波路
（層）上に導波型レンズを形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は立体光回路装置の例を示す斜視図、第２図およ
び第３図は光結合手段の例をそれぞれ示す断面図、第４
図は回路基板の角部を拡大して示す断面図、第５図は回
路基板の作成方法の例を説明するための構成図、第６図
および第７図は光結合手段の他の例をそれぞれ示す断面
図である。（１０）・・・母基板、（１１）　　（１５）・・・母
基板の光導波路、（１４）・・・グレーティング（光結
合手段）、＜２０＞　　（３０）　　（４０）・・・回
路基板、（２１）　　（２５）（３１）　　（３５）・
・・回路基板の光導波路、（２１ａ　）・・・回路基板
の端面に形成された光導波路（光結合手段）、（２４）
・・・斜面（全反射面）。以上外４名第１図第４図囚第５閃第６因第７図手続補正書（自発）昭和５１年１月ノ３日

Claims

【特許請求の範囲】

光導波路が形成された母基板と、この母基板に直角に配
置されたそれぞれ光導波路を有する複数の回路基板とか
らなり、母基板の光導波路と回路基板の光導波路とが光
結合手段を介して相互に光結合されている、立体光回路
装置。