JPS61190307A - 結合光導波路 - Google Patents

結合光導波路

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JPS61190307A
JPS61190307A JP3209185A JP3209185A JPS61190307A JP S61190307 A JPS61190307 A JP S61190307A JP 3209185 A JP3209185 A JP 3209185A JP 3209185 A JP3209185 A JP 3209185A JP S61190307 A JPS61190307 A JP S61190307A
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
light guide
coupling
waveguide
Prior art date
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Pending
Application number
JP3209185A
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English (en)
Inventor
Takao Kawaguchi
隆夫 川口
Hidetaka Tono
秀隆 東野
Osamu Yamazaki
山崎 攻
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02B2006/12166Manufacturing methods
    • G02B2006/12195Tapering

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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 本発明は光通信、光制御にかかる光回路デバイスと光フ
ァイバの光結合用の結合光導波路に関する。特に薄膜光
導波路からなる光回路デバイスと光ファイバとの光結合
用の結合先導波路に関する。
従来の技術 従来、この種の先導波路と光ファイバとの光結合は、第
3図に示すように基板31上に設けた光導波路32と光
波を伝送するコア33を含む光ファイバ34を光結合さ
せて構成していた。光結合の方法は通常信頼性、小型化
の観点から第3図に示した光導波路31およびコア33
の鏡面端面をつき合わせる端面結合法が使用されている
(例えば、小山法部、西原浩「光波電子工学」(昭63
゜5.15)、コロナ社、p、250)。
この種の構成において、光導波路32とコア33との断
面積は通常例えば、1μmDx10μm と10μmφ
と異なるため良好な結合効率が得られなかった。改良の
観点から見ると半導体レーザと単一モード光伝送線との
光結合にかかる構成(坂ロ晴男、関紀男、山本周;電子
通信学会光量子エレクトロニクス研究会費料0QE80
−123(1980)p、57)を薄膜光導波路への適
用が考えられる。
構成を第4図に示す。同図において31 、32 。
33.34は第3図と同一である。構成は光フアイバ先
端を約90°のテーパ(楔)状に研磨したのち、コア3
3の先端をアーク放電によシ加熱溶融しテーパ状半円柱
レンズ41に加工し結合効率を上げる工夫がなされてい
る。例えば0.6μmDX2〜3μmWの半導体レーザ
、10μmφのステップ形単−モード光ファイバでは、
2.9〜3.3 dBの結合損失が報告されている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、この種の構成では光導波路32とテーパ状半円
柱レンズ41とコア33との光軸の一致が困難であるた
め、光結合効率が経年変動するという問題があった。し
たがって、光導波路32で光回路を構成すると、光回路
の特性の経年変動が発生する問題があった。これは下記
の理由による。
つまシ、コア33をテーパ状に加工するに要求される点
は、コア33の中心軸を2テ一パ面42の交線とを一致
させ且つ2テ一パ面42のなす角の2等分線とコアの中
心軸とを一致させることである。加えて精度よいコア先
端のテーパ状半円柱レンズの放電溶融加工である。結果
、コア33の中心軸と一致する光軸とテーパ状円柱レン
ズの光軸が一致し、焦点面で光導波路の断面にビーム径
を絞り込み一致させ、コア33と光導波路32との光結
合効率を理論値に接近させることが出来る。
このテーパ状円柱レンズ加工はサブミクロン精度の加工
技術が必要であシ、放電溶融加工(例えば、レンズ半径
4〜7μmx8〜10μm のレノズ加工)も技術的に
未確立な点が多い。
したがって、コア33とテーパ状半円柱レンズの光軸の
一致と焦点面での光波断面の一致との実現が困難なため
、光結合面の微少な相対位置ずれ(、温度等による)に
よる光結合効率の不安定の発生が生ずるのである。加え
て、光軸の不一致のため、光導波路32とコア33とを
同一平面近傍にて光結合が出来ず所定の角度で光結合効
率が極大となり、組立加工が難しい問題があった。多モ
ード光導波路ではさらに基本モードの励振効率の極大と
光結合効率の極大との一致が困難なため効率の良いデバ
イス構成を実現が困難であった。さらに光導波路内のモ
ードの分散状態の安定化が、光結合面の経年変化による
相対位置ずれにより基本モードの励振状態からずれ易く
困難であった。
そこで、本発明は高効率で光結合効率の経年変動の少な
く加えて組立加工の容易な構造を提供するものである。
問題点を解決するための手段 そして前記問題点を解決する本発明の技術的手段は、透
明基板上に設けた第1光導波路上に、膜厚のテーパから
なるテーパ部を有し第1光導波路よシ高い屈折率を持つ
第2光導波路とからなシ、第1光導波路と第2光導波路
の端面において端面形状の異なる鏡面端面を有し、上記
2鏡面端面間を結ぶ第1.第2光導波路の断面形状を連
続的に変化させて構成し、前記光回路と光伝送線との間
に挿入し光結合させるものである。
作用 上記構成により本発明は、光回路を構成する光導波路の
端面の断面形状と前記結合光導波路の第2光導波路の1
つの鏡面端面における断面形状と、光ファイバのコア部
の端面の断面形状と前記結合光導波路の第1光導波路の
1つの鏡面端面における断面形状を一致させると、前記
2つの鏡面端面における光の電磁界分布は光回路と結合
光導波路、光ファイバと結合光導波路において各々一致
し高効率の光結合が得られる。加えて、結合光導波路の
第2光導波路の屈折率は第1光導波路の屈折率が大きい
ため、第2光導波路の膜厚にテーパを設けた部分で、第
1.第2光導波路内の光の位相速度の一致する領域が存
在し、第1光導波路の導波光は第2光導波路へ伝送され
る。また、第1.第2光導波路の断面形状は連結的に変
化しているので、光導波路内の不連続性に寄因する損失
が少なく光信号は伝送される。したがって、光回路と光
ファイバは前記結合光導波路により高効率で光結合され
る。
さらに、従来例のレンズ作用と異なシ、光軸はほぼ基板
の面内方向に一致しているため、光回路。
結合光導波路、光ファイバの光軸の一致は容易である。
加えて、鏡面端面のつき合せによる光結合であるため・
基本的に基本モードが励振され易い特長を有しているの
で、光導波路内のモード分散状態が安定で、組立加工が
容易となる。また、経年変動の少ない光結合が得られる
のである。
以上の結果、高効率で経年変動の少ない、しかも組立加
工の容易性が実現されるのである。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづき説明する
第1図は本発明にがかる一実施例の要部構成図である。
同図において、透明基板11上に設けた第1光導波路1
2上に、膜厚のテーパからなるテーパ部13aを第1光
導波路12より高い屈折率を持つ第2光導波路13とか
らなシ、第1光導波路12と第2光導波路13の端面に
おいて断面形状の異なる鏡面端面12b、13bを有し
、上記2鏡面端面12b、13b間を結ぶ第1.第2光
導波路12.13の断面形状を連続的に変化させて構成
した。
この実施例の構成における作用を具体的に説明する。ホ
ウケイ酸ガラス110表面に断面形状6μmDX6pr
nWから6 pmDx 10prn” 4 テ連続的に
光導波路幅を連続的に変化させたiイオン交換光導波路
からなる第1光導波路12を形成した。
これはTi マスクをホウケイ酸ガラス表面に設けたの
ち、T22804融解塩中530°C,0,7v/mの
電界印加時、6分間で作成したものである。次に第2光
導波路13として酸化アルミナ(屈折率1.78)を使
用し、す7トオフ法により形成した。
テーパ部の作成にはメタルマスクを基板から11浮かし
て透明基板110半面を遮幣し、スパッタ蒸着法によシ
酸化アルミナを蒸着してメタルマスク端近傍に形成した
6μmD×6μmWの第1光導波路の鏡面端面とコア径
6μmの光ファイバの鏡面端面とをつき合わせて光結合
し、さらに1μmX10μm の酸化アルミからなる第
2光導波路の鏡面端面と1μmx10μm のT1イオ
ン交換光導波路からなる光回路の鏡面端面との光結合を
つき合わせによシ実現した。波長0.83μmのレーザ
光で光導波させた場合、光結合の損失は2.adBであ
り、従来例と同程度の光結合効率が得られた。この構成
は無反射加工が可能であるので、より一層の効率化が計
ることができ、従来例を上回る性能を示す。加えて、つ
き合わせの光結合であるため、3者の光軸がほぼ同一平
面内におさまシ組立加工が容易であった。また、励振モ
ードの経年変化の少ないことも確認した。
次に、本発明にかかる他の実施例を第2図に従って説明
する。同図において、11.12は第1図と同一である
。すなわち、本実施例は第1の実施例と同じであるが、
第2光導波路21がストリップ型光導波路で構成された
。つまり、第1先導波路12が第2光導波路21のスト
リップ負荷となるため、例えばT2イオン交換光導波路
からなる第1光導波路12上に膜厚のテーパをもつ酸化
アルミをスパッタ蒸着することによシテーパ部21aを
もつ第2光導波路が形成された。第1゜第2光導波路1
2.21の端を鏡面研磨して、鏡面端面12b、21b
を形成した。第1実施例と同じ寸法形状構成で0.83
μmのレーザ光の導波実験した場合、結合損失2.7d
Bであシ、第1実施例とほぼ同じ結果が得られ、組立加
工の容易さ経年変動の少なさも同様の効果が確認された
。特にこの方法は、第2先導波路の形成に位置精度が必
要でないので、その点だけ高効率になったと考えられる
本発明者らは、さらに本発明の構成を検討した結果、特
に効果のある材料のあることを見い出した。すなわち、
石英ガラス、ホウケイ酸ガラス。
鉛ガラス、ソーダガラスの少なくとも一種から透明基板
が構成されると良い。上記ガラスで構成した場合、材料
のもつ研磨の容易性にもとづく良好な鏡面端面が得られ
、しかも屈折率が比較的低い(164〜1.6)のため
無反射コーティングを施さなくても高効率の光結合の得
られる特長を有していた。
以上の説明において、第1.第2の光導波路の表面は空
気層であったが、第1.第2光導波路よシ低い屈折率を
有するもので被覆しても本発明の効果はかわりなく、本
発明の構成に含まれるものである。
また、透明基板としてはガラス材料について説明したが
、本発明の効果は構造が同一であれば同様の効果が得ら
れ、ガラス基板に限定されるものでない。例えば、Li
NbO3,LiTaO3などの拡散光導波路用の基板を
用いても同一の効果が得られ、本発明に含まれる。
発明の効果 本発明は、光ファイバと光回路との間に、新たに結合光
導波め構造による光結合を提案したもので、従来困難と
されていた断面形状の異なる光導波路の光結合を高効率
、高安定と実現したものである。すなわち、本発明の結
合光導波路はテーパで結合する第1.第2光導波路の断
面形状を連続的に変化させ、第1.第2光導波路の鏡面
端面において光ファイバあるいは光回路を構成する光導
波路の断面形状とをほぼ一致させ、つき合わせによシ光
結合させているので、全ての光軸がほぼ同一平面内にあ
シ組立加工が容易で光結合効率が高く、基本モードの励
振が起とシ易いため経年変動の少ないものである。
したがって、光回路の実用化に有力な光結合構成として
、光産業に与える寄与は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる一実施例の結合光導波路の要部
構成図、第2図は本発明にかかる他の一実施例の要部構
成図、第3図は従来例の光結合の要部構成図、第4図は
他の従来例の光結合の要部構成図である。 11・・・・・・透明基板、12・・・・・・第1光導
波路、13・・・・・・第2光導波路、13a・・・・
・・テーノく部、12b。 13b・・・・・・鏡面端面、21・・・・・・第2光
導波路、21a・・・・−・テーパ部、21b・・・−
・・鏡面端面。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名11
−一一盪IH基項 第351 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明基板上に設けた第1光導波路上に、膜厚のテ
    ーパからなるテーパ部を有し上記第1光導波路より高い
    屈折率を持つ第2光導波とからなり、上記第1光導波路
    と第2光導波路の端面において断面形状の異なる鏡面端
    面を有し、上記2鏡面端面間を結ぶ上記第1、第2光導
    波路の断面形状を連続的に変化させたことを特徴とする
    結合光導波路。
  2. (2)透明基板を石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガ
    ラス、ソーダガラスの少なくとも一種から構成されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の結合光導波
    路。
JP3209185A 1985-02-20 1985-02-20 結合光導波路 Pending JPS61190307A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1640754A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-29 STMicroelectronics S.r.l. Optical interferometer device description
WO2008066159A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-05 Nec Corporation Polarization rotator and method for manufacturing the same

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