JPS61221706A - 平面光回路 - 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、平面光回路に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

一般に平面光回路は、光・音響（ＡＯ］スペクトラムア
ナライザ、ＡＯコリレータ、光ディスクまたは光磁気デ
ィスク用光ヘッドのノーイブリッド化、モノリシック化
のために用いられる。そして弾性表面波による光の回折
を利用したＡＯコリレータは２Ｍ号の相関を瞬時にうる
ものであり、基板表面に形成された平面光導波路の端面
エフ入射した拡がり角ｔ−有する光を平面レンズに１９
コリメート光に変換し、弾性表面波に工り偏向されたコ
リメート光から光検出器で相関信号を検出するものであ
る。また、ＡＯスペクトラムアナライザは弾性表面波へ
の入力信号の周波数分析を行なうものであり、次の工う
に構成されている。すなわち、基板表面に形成された平
面光導波路の端面工り入射した拡がり角を有する光を平
面レンズに工りコリメート光に変換し、弾性表面波によ
り偏向する。この偏向されたコリメート光を平面レンズ
により集光し検出する。このとき偏向角は弾性表面波の
励振周波数にほぼ比例するため、集光された偏向光の集
光点の位置ずれて弾性表面波への入力信号の周波数分析
を行なうことができる。

また、光デイスク用光ヘッドは、光ディスクへの情報の
書き込み及び元ディスクからの情報の読み、出しを行な
うものであり、例えば、次の工うに構成されている。す
なわち、基板表面に形成された平面光導波路の端面エリ
入射した拡がり角を有する光を平面レンズにエリコリメ
ート光に変換し、このコリメート光全グレーティングカ
プラー等に工り光デイスク上に集光させ、光ディスクへ
の情報の書き込み、または光ディスクからの反射光を検
出することにＬす、光ディスクからの情報の読み出し全
行なうものである。

これらＡＯコリレータ、ＡＯスペクトラムアナライザ、
光ディスク月光ヘッド等に用Ａられる平面光回路におい
てに、上述のとおり平面光導波路の端面工り入射した拡
がり角を有する光を平面レンズにエリコリメート光に変
換することが必要となる。もしコリメート光が完全でな
い場合には、ＡＯコリレータ、ＡＵスペクトラムアナラ
イザ等において弾性表面波による元の偏向の偏向効率が
劣化り、ＡＯコリレータ、ＡＯスペクトラムアナライザ
等の性能を劣化させることになる。まｔ。

ＡＯスペクトラムアナライザ、光ディスク月光ベッド等
でに、コリメート光を再び平面レンズまたは、グレーテ
ィングカップラー等にエフ集光するため、コリメート光
が完全でない場合に框、集光された光のスポットサイズ
に収差が生じ、ＡＯスペクトラムアナライザ、光デイス
ク用光ヘッド等の性能を劣化させる。従って、Ａ（Ｊコ
リレータ。

ＡＯスペクトラムアナライザ、光ディスク月光ヘッドに
用いる平面光回路においては、拡がり角を有する光を発
生する光源と平面レンズとの間の距離を平面レンズの焦
点距離に精確にあわせ、拡がり角ｆ：有する光をコリメ
ート光に変換することが極めて重要である。

従来、ＡＵコリレータ、ＡＯスペクトラムアナライザ、
光デイスク用光ヘッドにおける光源より放射された拡が
り角を有する光をコリメート光に変換する方法として、
アイ・イー・イー・イー（ＩＥＥＥ）　　ウルトラソニ
ック・シンポジウム１９８２年４０５〜４０７ページの
論文、フォース・インターナシ菖ナル・コンファレンス
・オプ・インチブレッド・オプティカル・アンド・オプ
ティカル・ファイバー・コミ具二ケＪシ璽ン（４ｔｈ　
Ｉα℃］のテクニカル・ダイジェスト　１９８３年２５
５〜２５９ページの論文、及び昭和５９年度電子通信学
会光・電波部門全国大会講演論文集２−５９ページの論
文などには、光源を全面平面光導波路と端面で結合させ
、光源と平面レンズの間の距離を平面レンズの焦点距離
にあわせる方法を採用している。第５図は、その原理を
示す平面図でＡＯスペクトラムアナライザの例を示して
いる。基板表面全面に形成した平面光導波路６０に、そ
の端面６１に設けた光源６２から放射された拡がり角を
有する光を導波し、拡がり角を有しながら伝搬する光６
３ｔ一平面レンズ６４にエリコリメート光６６に変換す
る。コリメート光６６は弾性表面発生用電極６７エり発
生する弾性表面波６８にエリ偏向された後、平面レンズ
６５で集光され光検出器６９で検出される。この時、偏
向角は弾性表面波の励振周波数にほぼ比例するため光検
出器６９上での集光され友光の位置ずれ全観測すること
にエリ、弾性表面波発生用電極６７への入力信号の周波
数分析を行なうことができる。前述した如く、コリメー
ト光６６の平行性が完全でにない場合ＩＣＣススペクト
ラムアナライザ性能が劣化するため、平面レンズ６４と
光源６２の間の距離は平面レンズ６４の焦点距離ｆにあ
わせる必要がある。このｔめ光源６２から放射され之光
が入射する平面光導波器６０の端面６１ｔ−徐々に研磨
していき、焦点距離ｆに合わせる方法や、また、焦点距
離ｆの位置に労開面を形成し、端面６１とする方法が用
いられている。しかし、これら２つの方法では、精度工
く位置合わせする必要があるため、製作時間が多くかか
るとともに、平面レンズ６４の焦点距離ｆＬＤ短い位置
に端面６１を形成してしまうと平面レンズ６４の焦点距
離ｆの位置に端面６１を形成し直すなどの修復が不可能
なため、歩溜りが悪いという欠点があった。まｔ、光源
６２の光軸と、平面レンズ６４の光軸をあわせるのは、
光源を移動して行なうのでその位置の精度を出すことが
必要であり、製作時間が長くかかる。さらに、平面レン
ズ６４の焦点距離ｆの位置に端面６１を形成し、光源６
２と端面６１を結合させる場合、直接端面６１に光源６
２を密着させて結合させなければならず、また、平面レ
ンズ６４の焦点距離ｆの位置工り数μｍから数十μｍ短
い位置に端面６１を形成し、光源６２と端面６１を結合
させる場合には、光源６２を平面レンズ６４の焦点距離
ｆの位置に配置して結合させる必要があり、両方法とも
光源６２０光軸方向の位置精度を出すことが必要なため
製作時間が長くかかるという欠点もあった。

なお、上記の光源６２としては半導体レーザ等が用いら
れ、平面光導波路６０Ｕ、例えば基板がニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂ０３）の場合には、チタン（Ｔｉ）ｋ拡散
して形成され、基板がシリコン（Ｓｉ）の場合にはＡｌ
２Ｓ３等を堆積して形成さ篩。

平面レンズ６４．６５とじてはフレネルレンズ。

チャープグレイティングレンズ、ジオデシツタレンズ等
が用いられる。

〔本発明の目的〕

本発明の目的は、平面光回路における上記のような欠点
を除去し、位置合わせが簡単にでき、製作時間が短く、
かつ、歩溜りが高い平面光回路を提供することである。

〔発明の構成〕

本発明の平面光回路は、基板表面に形成された平面光導
波路上に、少なくとも１つの平面レンズを設け、さらに
、前記平面レンズに入射する光ビームを伝搬せしめるｔ
めの三次元光導波路を前記平面レンズの光ビーム入射側
に少なくとも１つ配置せしめた構成ｔ−有する。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明による平面光回路の第１の実施例の平
面図である。平面光回路１１の端部に設けた光源１２エ
リ放射された光は平面光回路１１上に形成された三次元
光導波路１３に導波され伝搬する。三次元光導波路１３
を伝搬する光が、平面光導波路１４に達すると、光はそ
の波長と三次元光導波路を伝搬しているときのビームス
ポットサイズでほぼ決まる拡がり角ｆ：有する拡がり光
１５となる。拡がり角を有する光１５は、その後平面レ
ンズ１６に入射し、コリメート光１７に変換される。こ
のとき、平面レンズ１６から三次元光導波路１３と平面
光導波路１４との境界１Ｂまでの距離を平面レンズ１６
の焦点距離ｆと同一にしておけば、コリメート光１７は
平行を保つ。

三次元４彼路の長さＩＶｃは制限がな込ので、従来例に
おける欠点はない。すなわち、端面１９ｔ−形成する場
合、位置合わせには九だ端面１９に三次元光導波路１３
が存在すれば工いので簡単であり、製作時間及び製作コ
ス）［少なくてすむ。また、研磨またに骨間による端面
１９の形成が失敗した場合でも、三次元光導波路１３が
残っている範囲では、製作し直すことができるため、歩
溜りが向上する利点を本発明による平面光回路は有する
。

また、平面レンズ１６と平面レンズ１６に入射する拡が
り角を有する光１５のそれぞれの光軸は、三次元光導波
路１３と平面レンズ１６を形成する時に合わせてあり、
平面レンズ１６と境界１８の間の距離も三次元光導波路
と平面レンズ１６を形成する時に合わせであるため、光
源１２と三次元光導波路１３とを結合させる場合の位置
精度は単に光源１２から放射された光が三次元光導波路
１３に導波されればよく、従来例における光源の平面レ
ンズに対する設定位置の相対位置誤差によるコリメート
光の不完全さなどを本質的に除去することができる利点
を有するとともに、光源の位置設定における製作時間が
低減される利点を有する。

光源１２としては、例えば半導体レーザを用りることが
でき、三次元光導波路１３及び平面光導波路１４に、例
えば、基板がＬｉＮｂＯ５の場合には、Ｔｉｔ−熱拡散
して形成でき、基板がＳｉの場合にはＡｓ３ｓｚ等を堆
積して形成できる。ま九、平面レンズ１６はフレネルレ
ンズ、チャープグレイティングレンズ等からなる。さら
に、三次元光導波路、平面光導波路、平面レンズにそれ
ぞれ光学リソグラフィ法、電子ビームソグラフィ法等に
より、パターンを形成できる几め、それぞれの位置精度
に、１μｍ程度の誤差に抑えることができ、コリメート
光の平行性を容易に達成することができる。

第２図は本発明による平面光回路の第２の実施例の平面
図である。平面光回路２０の端部に設けた光源２１工り
放射された光は平面光回路２０上に形成され九三次元光
導波路２２に導波され伝搬する。三次元光導波路２２に
伝搬する光が、平面光導波路２３に達すると、光はその
波長と光が三次光導波路２２Ｃから平面光導波路２３に
出射するときに有しているビームスポットサイズ（Ｗ、
）でほぼきまる拡がりθを有する光２６となる。ビーム
スポットサイズ（Ｗｅ　）ｉ、三次元光導波路２２ｃの
導波路幅　ｄｙ、または基板と三次元導波路２２Ｃとの
屈折率差△ｎ″ｆｔ選べは、自由に選択できる。従って
、第２図において拡がり光２６の拡がり角θを自由に選
択できるため、平面レンズ２４の焦点距離ｆ”を一定と
しても、コリメート光２５のビーム幅ｄｉ自由に選択す
ることができる。

第２図では、光源２１と三次元光導波路２２のモード結
合損失全少なくする三次元光導波路＠ｄ　ｔを有する三
次元光導波路２２ａｆｆｉ形底し、その後徐々に三次元
導波路幅が狭くなる三次元光導波路２２ｂｋ形成し、平
面光導波路２３への出射手前の三次元光導波路２２ｃｃ
Ｄ幅ｄｗｔ−コリメート光２５０幅ｄが目的の幅となる
几めに必要なものとしている。三次元光導波器２２Ｃの
幅ｄｗは、第２図では三次元光導波路２２ａの幅ｄｌ工
り狭くなっているが、三次元光導波路２２の寸法はどの
工うなものでも工い、これより１従来の平面光回路では
、平面レンズの焦点距離が一定であるとき、コリメート
光のビーム幅が、光源独自が有する放射角が限定されて
いたのに対し、第２の実施例で示し九本発明による平面
光回路を用いれば、前述した２つの利点と同時に平面レ
ンズの焦点距離及び光源の放射角に工らず、コリメート
光のビーム幅全自由に選択することができる利点も有す
る。

第３図は本発明による平面光回路の＠３の実施例の平面
図である。平面光回路３０の端部に設けた光源３１エク
放射された光は、三次元光導波路３２ａに導波され、そ
の後三次元光導波路３２ｂ。

３２Ｃに分岐される。そして、三次元光導波路３２ａ。

３２ｂから平面光導波路３３に放射された拡がり角を有
する光３４．３５ｄ、それぞれ平面レンズ３６．３７に
入射し、コリメート光３８．３９に変換される。これエ
リ、例えば１つの光源３１から送られてきた信号等を並
列に処理することが簡単な構造で実現できる。分岐の数
は２本とは限定されず何本でも工い、第３の実施例は、
第１及び第２の実施例で述べ几利点を有するとともに、
本発明による平面光回路は、並列処理光デバイス等へも
適応できることを示している。

第４図は、本発明による平面光回路の第４の実施例の平
面図である。

平面光回路４０の端部に設けた２つの光源４１゜４２エ
リ放射された光は平面光回路４０上に形成された三次元
光導波路４３．４４にそれぞれ導波され伝搬する。三次
元導波路４３．４４に伝搬する光が平面光導波路４５に
達すると、光はそれぞれ元の波長と光が三次元光導波路
４３．４４から平面光導波路４５に出射するときに有し
ているビームスポットサイズでほぼ決まる拡がり角θＸ
。

θ雪を有する光４６．４７となる。拡がり角を有する光
４６．４７は平面レンズ４８．４９に１９それぞれコリ
メート光５０．５１に変換される。

この時、平面レンズ４８．４９のそれぞれの焦点距離ｆ
＊　、ｆ＊は同じでも異なっていても工い。

ま友、光源の数に２個以上でもよく、光源の数に対応し
て三次元光導波路を形成すれば工い、Ｗ、４の実施例に
％第１．　第２の実施例で述べた利点を有するとともに
、本発明による平面光回路は光源が複数個の場合にも適
応できることを示している。

また、第４の実施例に、第３の実施例を適用できること
は簡単に類推できる。

なお、１！１．第２．第３．第４の実施例では、三次元
光導波路及び、平面レンズを拡がり角を有する光をコリ
メート光に変換する友めに用いているが、三次元光導波
路、及び、平面レンズの使い方は、前述の使い方に限定
するものではない。

〔発明の効果〕 本発明は以上説明し几工うに、平面光回路上にある平面
レンズに光源より放射され入射する光のｔめに専用の三
次元光導波路を形成することにより、光源から放射され
た光が入射する平面光回路の端面を形成する場合の製作
時間及び製作コストを少なくすることができる。ま九、
端面の形成は、三次元光導波路が残存する限り製作し直
すことができるため、少滴りが同上する。また、形成さ
れた端面と光源の結合に、従来例と比べ、単に光源から
放射された光を三次元光導波路に導波させれば工い九め
、製作時間をすくなくすることができると同時に、従来
例における光源の平面レンズに対する設定位置の相対的
位置誤差によるコリメート光の不完全さなど全本質的に
除去することができる。

ま几、従来例では、平面レンズの焦点距離が一定である
時、拡がり角を有する光が入射しコリメート光に変換さ
れ几ときのコリメート光のビーム幅は、光源独自が有す
る拡がり角で限定されるが、本発明による構造でに、三
次元光導波路の幅の寸法を選択することにエリ、また、
三次元光導波路）−其厨の屈析罵善を１釈すふこ２に１
リ−コリメート光のビーム幅を自由に選択することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の、＠１の実施例の平面図、＠２図は本
発明の８１！２の実施例の平面図、第３図は本発明の第
３の実施例の平面図、第４図は本発明の第４の実施例の
平面図、第５図は従来例における光学系を示す平面図で
ある。 １１．２０，３０．４０・・・・・・平面光回路、１２
゜２１．３１，４１，４２．６２・・・・・・光源、１
４゜２３．３３，４５．６０・・・・・・平面光導波路
、１３゜２２．２２ａ、２２ｂｌ　２２Ｃ，３２ａ、３
２ｂ。 ３２ｃ、４３．４４・・・・・・三次元光導波路、１５
゜２６．３４，３５，４６，４７，６３・・・・・・拡
がり角ｔ−苓する光、１６．．２４．３６，３７，４８
゜４９．６４．６５・・・・・・平面レンズ、１７．２
５゜３８．３９．５０，５１．６６・・・・・・コリメ
ート光、１８・・・・・・三次元光導波路と平面光導波
路との境界、１９．６１・・・・・・端面、６７・・・
・・・弾性表面波発生用％１旧 箔乙図 篤３図 箔に図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板表面に形成された平面光導波路上に、少なくとも１
   つの平面レンズを設け、さらに前記平面レンズに入射す
   る光ビームを伝搬せしめるための三次元光導波路を前記
   平面レンズの光ビーム入射側に少なくとも１つ配設した
   ことを特徴とする平面光回路。