JPS61226717A - 半導体発光素子と光導波路の結合方式 - Google Patents
半導体発光素子と光導波路の結合方式Info
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- JPS61226717A JPS61226717A JP60066485A JP6648585A JPS61226717A JP S61226717 A JPS61226717 A JP S61226717A JP 60066485 A JP60066485 A JP 60066485A JP 6648585 A JP6648585 A JP 6648585A JP S61226717 A JPS61226717 A JP S61226717A
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- Optics & Photonics (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体発光素子と光導波路の結合方式に係り
、特に反射光が半導体発光素子に戻るのを抑圧するのに
好適な結合方式に関する。
、特に反射光が半導体発光素子に戻るのを抑圧するのに
好適な結合方式に関する。
従来、半導体レーザを用いた光通信装置において、光フ
アイバ端面、コネクタ端面、光合分波器端面などからの
反射光が半導体レーザに戻ると、Ｃ／Ｎやひずみが大幅
に変動することが知られている。そのため、この対策法
として、上記端面を斜め研磨して反射光が半導体、レー
ザに戻らないようにする方法（第１図（ａ） ） 、半
導体レーザと結合光学系レンズとをオフセットする方法
、反射面を光軸に対して傾斜させる方法、が用いられ、
良好な特性が得られている。ところが将来の光デバイス
として注目を集めている光集積回路の場合には、半導体
基板上に、半導体レーザ、受光素子、光導波路、光合分
波部、光変調部、元スイッチ部などの元デバイスが集積
化された光モジュールで構成され、この光モジュールに
光ファイバを接続することにより、光フアイバ内に元信
号が伝送される（たとえば特開昭５７−４９２８８号公
報がある。）この場合に光子ジュール内で発生した半導
体レーザの反射光が半導体レーザに戻Ｆ）、Ｃ／Ｎやひ
ずみ劣化の原因になっていることがわかった。この場合
、光フアイバ端面は斜め研磨（角度８°）したものを用
いたにもかかわらず上記のような問題点が発生した。す
なわち、半導体レーザの出射光を光導波路（単なる光導
波路以外に、上記光合分波部などの光デバイスも含む。
アイバ端面、コネクタ端面、光合分波器端面などからの
反射光が半導体レーザに戻ると、Ｃ／Ｎやひずみが大幅
に変動することが知られている。そのため、この対策法
として、上記端面を斜め研磨して反射光が半導体、レー
ザに戻らないようにする方法（第１図（ａ） ） 、半
導体レーザと結合光学系レンズとをオフセットする方法
、反射面を光軸に対して傾斜させる方法、が用いられ、
良好な特性が得られている。ところが将来の光デバイス
として注目を集めている光集積回路の場合には、半導体
基板上に、半導体レーザ、受光素子、光導波路、光合分
波部、光変調部、元スイッチ部などの元デバイスが集積
化された光モジュールで構成され、この光モジュールに
光ファイバを接続することにより、光フアイバ内に元信
号が伝送される（たとえば特開昭５７−４９２８８号公
報がある。）この場合に光子ジュール内で発生した半導
体レーザの反射光が半導体レーザに戻Ｆ）、Ｃ／Ｎやひ
ずみ劣化の原因になっていることがわかった。この場合
、光フアイバ端面は斜め研磨（角度８°）したものを用
いたにもかかわらず上記のような問題点が発生した。す
なわち、半導体レーザの出射光を光導波路（単なる光導
波路以外に、上記光合分波部などの光デバイスも含む。
）を介して光ファイバに結合する系においては、反射光
対策が重要であることがわかった。
対策が重要であることがわかった。
本発明の目的は、半導体レーザの出射光を光導波路を通
して元ファイバへ結合する光集積回路において、反射光
が半導体レーザに戻らないようにした半導体発光素子と
光導波路の結合方式を提供することにある。。
して元ファイバへ結合する光集積回路において、反射光
が半導体レーザに戻らないようにした半導体発光素子と
光導波路の結合方式を提供することにある。。
本発明は、基板上に半導体レーザ、該レーザの出射光を
伝搬させる光導波路を設け、レーザ元入射側の光導波路
の幅、厚み、屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以上
を部分的にテーパ状に形成させた構成にしたもので勘る
。すなわち、半導体レーザの出射光は光導波路の入射側
の幅あるいは厚み、または屈折率が部分的にテーパ状に
大きくなっているので、結合して伝搬し、光導波路の形
状−足部で定常状態に保たれて伝搬していくが、光フア
イバ端面などからの反射光に対しては上記幅あるいは厚
み、箇たは屈折率がテーパ状に減少している部分で光は
集中的に漏洩させられ、半導体レーザへ戻りにくくなる
。光導波路は、埋込形。
伝搬させる光導波路を設け、レーザ元入射側の光導波路
の幅、厚み、屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以上
を部分的にテーパ状に形成させた構成にしたもので勘る
。すなわち、半導体レーザの出射光は光導波路の入射側
の幅あるいは厚み、または屈折率が部分的にテーパ状に
大きくなっているので、結合して伝搬し、光導波路の形
状−足部で定常状態に保たれて伝搬していくが、光フア
イバ端面などからの反射光に対しては上記幅あるいは厚
み、箇たは屈折率がテーパ状に減少している部分で光は
集中的に漏洩させられ、半導体レーザへ戻りにくくなる
。光導波路は、埋込形。
拡散形、装荷形、リッジ形、盛土形などが適用できる。
本発明において、反射光を抑圧できることを説明する。
上記光導波路において、たとえば光導波路の幅をテーパ
状に部分的に、かつ連続的に減少させていくと、上記光
導波路をテーパ状に減少していく方向に伝搬している波
長λ０の光信号は、光導波路への光の閉じ込めが徐々に
悪くなシ、テーパ部から所望角度で放射状に出ていき、
ついには光導波路の幅、光導波路とクラッド部の屈折率
差からきまる規格化周波数が伝搬条件を溝たさないよう
な小さな値になると、上記λ０の光信号はカットオフに
なり、伝搬しなくなる。本発明はこの原理を応用したも
ので、カットオフ特性を有するごく近傍まで上記光導波
路の幅、厚み、屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以
上を部分的にテーパ状に減少させ、反射光を放射状に漏
洩させる。
状に部分的に、かつ連続的に減少させていくと、上記光
導波路をテーパ状に減少していく方向に伝搬している波
長λ０の光信号は、光導波路への光の閉じ込めが徐々に
悪くなシ、テーパ部から所望角度で放射状に出ていき、
ついには光導波路の幅、光導波路とクラッド部の屈折率
差からきまる規格化周波数が伝搬条件を溝たさないよう
な小さな値になると、上記λ０の光信号はカットオフに
なり、伝搬しなくなる。本発明はこの原理を応用したも
ので、カットオフ特性を有するごく近傍まで上記光導波
路の幅、厚み、屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以
上を部分的にテーパ状に減少させ、反射光を放射状に漏
洩させる。
なお、上記放射状に漏洩した反射光は、光導波路の場合
にはクラッドが空気、または無限に近い位に十分に厚い
ので、ふたたび光導波路内にもどることなく、シたがっ
て、半導体レーザにも戻って仁ない。なお、従来、半導
体レーザの出射光を単一モード米ファイバへ効率よく結
合させる方法として、第１図Φ）に示すように、光フア
イバ先端部をテーパ状に細くシ、その先端部を球状にす
る方法がおるが、この場合には、半導体レーザの反射光
は、テーパ状部分で少しずつ漏洩する。しかし、漏洩し
た光はクラッド部に入シ、クラッド部と空気の界面で反
射しながらクラツディングモードとなってクラッド部内
を伝搬し、半導体Ｖ−ザに戻ってくるため、本発明のよ
うな効果はない。また、光ファイバの場合にはカットオ
フ特性がなく、シかもクラッド部へのしめだし界も少な
い。
にはクラッドが空気、または無限に近い位に十分に厚い
ので、ふたたび光導波路内にもどることなく、シたがっ
て、半導体レーザにも戻って仁ない。なお、従来、半導
体レーザの出射光を単一モード米ファイバへ効率よく結
合させる方法として、第１図Φ）に示すように、光フア
イバ先端部をテーパ状に細くシ、その先端部を球状にす
る方法がおるが、この場合には、半導体レーザの反射光
は、テーパ状部分で少しずつ漏洩する。しかし、漏洩し
た光はクラッド部に入シ、クラッド部と空気の界面で反
射しながらクラツディングモードとなってクラッド部内
を伝搬し、半導体Ｖ−ザに戻ってくるため、本発明のよ
うな効果はない。また、光ファイバの場合にはカットオ
フ特性がなく、シかもクラッド部へのしめだし界も少な
い。
また光導波路の入出力端部を第２図、第３図の９のどと
くテーパ状光導波路とし、入出力部での結合損失の低減
をはかることが知られている（％開昭５８−１１８６１
０ ）。これは光導波路と光ファイバとのコア形状の相
異による結合損失をできる限り低減するために連続的に
長い距離にわたってテーパ形状にしたものであシ、本発
明のように、同−基板上に半導体レーザと光導波路を設
け、部分的にテーパ形状をもたせて反射光を漏洩させる
構成と異なり、また効果も違う。
くテーパ状光導波路とし、入出力部での結合損失の低減
をはかることが知られている（％開昭５８−１１８６１
０ ）。これは光導波路と光ファイバとのコア形状の相
異による結合損失をできる限り低減するために連続的に
長い距離にわたってテーパ形状にしたものであシ、本発
明のように、同−基板上に半導体レーザと光導波路を設
け、部分的にテーパ形状をもたせて反射光を漏洩させる
構成と異なり、また効果も違う。
第４図に本発明の半導体レーザと光導波路の結合方式の
・実施例を示す。同図（ａ）は上面図、（ｂ）および（
Ｃ）は正面図である。半導体基板１（たとえば、ｎ型Ｇ
ａＡ３基板）の上に半導体レーザ２、光導波路３がモノ
リシックに形成されている。同図（ｂ）の５は光導波路
３の幅をテーパ状にした部分である。
・実施例を示す。同図（ａ）は上面図、（ｂ）および（
Ｃ）は正面図である。半導体基板１（たとえば、ｎ型Ｇ
ａＡ３基板）の上に半導体レーザ２、光導波路３がモノ
リシックに形成されている。同図（ｂ）の５は光導波路
３の幅をテーパ状にした部分である。
（Ｃ）は厚さもテーパ状にした部分である。すなわち、
光導波路３の幅、あるいは厚さを半導体レーザの出射光
端側からその出射光の伝搬方向に向かって部分的に、か
つ連続的形状に減少させである。
光導波路３の幅、あるいは厚さを半導体レーザの出射光
端側からその出射光の伝搬方向に向かって部分的に、か
つ連続的形状に減少させである。
第５図に第４図のテーパ部５の拡大図を示す。
同図において、２は波長λＫ （たとえば１．５５μｍ
）で単一モード発振している半導体レーザである。
）で単一モード発振している半導体レーザである。
光導波路３の幅Ｗｚは上記波長λ１の光信号が単一モー
ド伝送できるように設定された幅（約８μｍ）である。
ド伝送できるように設定された幅（約８μｍ）である。
Ｗｌは波長λ、（１，５５μｍ）の光のモードしゃ断が
起こる幅（５，２５μｍ）よυも若干大きい値に設定す
る。このような寸法構造に設定しておくと、半導体Ｖ−
ザ２の出射光は光導波路３内を伝搬していくが、半導体
レーザ２側に戻ってきた反射光はこのテーパ部５で光が
光導波路３からしみだして外に漏洩し、半導体レーザ２
にほとんど戻ってこなくなる。この戻り光量はＷｌに依
存する。すなわち、Ｗｌが小さいほど、光導波路３への
光の閉じこめ量が少なくなり、光導波路３外への光のし
み出し量が多くなる。テーパ部５の長さＬは反射光の拡
がり角度に依存する。Ｌが短い程、反射光の拡がり角度
が犬きくなる。光導波路３の幅を変える代わりに、光導
波路３の厚み、屈折率を変えても同様の効果が得られる
。
起こる幅（５，２５μｍ）よυも若干大きい値に設定す
る。このような寸法構造に設定しておくと、半導体Ｖ−
ザ２の出射光は光導波路３内を伝搬していくが、半導体
レーザ２側に戻ってきた反射光はこのテーパ部５で光が
光導波路３からしみだして外に漏洩し、半導体レーザ２
にほとんど戻ってこなくなる。この戻り光量はＷｌに依
存する。すなわち、Ｗｌが小さいほど、光導波路３への
光の閉じこめ量が少なくなり、光導波路３外への光のし
み出し量が多くなる。テーパ部５の長さＬは反射光の拡
がり角度に依存する。Ｌが短い程、反射光の拡がり角度
が犬きくなる。光導波路３の幅を変える代わりに、光導
波路３の厚み、屈折率を変えても同様の効果が得られる
。
第６図はアレイ状の半導体レーザ’ｌａ、 ２ｂの出射
光を合波して伝送させる場合の実施例である。
光を合波して伝送させる場合の実施例である。
Ｑａ、 ２ｂは同一波長、あるいは異波長の半導体レー
ザでもよい。
ザでもよい。
本発明の光導波路は第７図、第８図に示すようなものを
適用できる。第７図は埋込形、第８図はリッジ形である
。これらの図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（
Ｃ）は正面図である。
適用できる。第７図は埋込形、第８図はリッジ形である
。これらの図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（
Ｃ）は正面図である。
第４〜８図において、光導波路の半導体レーザ側先端部
は第９図（ａ）のごとく斜め傾斜（角度θは数置程度。
は第９図（ａ）のごとく斜め傾斜（角度θは数置程度。
）をもたせると、光導波路側からの半導体レーザ側への
反射光を半導体レーザに戻るのを抑制できる。また、半
導体レーザ出射光の光導波路への結合効率を高めるため
に、第９図Φ）のように、光導波路の先端部を曲面状（
好ましくは放物面状）に形成させてもよい。さらに、第
９図（Ｃ）のように、先端部に、半導体レーザの屈折率
と等しいかそれよりも低く、光導波路の屈折率よりも高
い材質のドーピング材をイオン打込み法などによりドー
プすれば、よ抄高結合効率特性を得ることができる。ま
た本発明の実施例で−は、半導体基板上に半導体レーザ
と光導波路しか形成されていないが、これに限定される
ものではない。すなわち、受光素子、光合分波部、光ス
イツチ部、光変調部、レンズなどの光デバイスを形成し
ていてもよい。さらに、光導波路の先端部には反射防止
用の膜を形成することにより、この先端部からの反射光
を低減させることができる。また、光導波路３と光ファ
イバ４の接続部での反射光を半導体レーザに戻さないよ
うにするために、上記接続部の光導波路の端面に傾斜を
設けるとより有効である。
反射光を半導体レーザに戻るのを抑制できる。また、半
導体レーザ出射光の光導波路への結合効率を高めるため
に、第９図Φ）のように、光導波路の先端部を曲面状（
好ましくは放物面状）に形成させてもよい。さらに、第
９図（Ｃ）のように、先端部に、半導体レーザの屈折率
と等しいかそれよりも低く、光導波路の屈折率よりも高
い材質のドーピング材をイオン打込み法などによりドー
プすれば、よ抄高結合効率特性を得ることができる。ま
た本発明の実施例で−は、半導体基板上に半導体レーザ
と光導波路しか形成されていないが、これに限定される
ものではない。すなわち、受光素子、光合分波部、光ス
イツチ部、光変調部、レンズなどの光デバイスを形成し
ていてもよい。さらに、光導波路の先端部には反射防止
用の膜を形成することにより、この先端部からの反射光
を低減させることができる。また、光導波路３と光ファ
イバ４の接続部での反射光を半導体レーザに戻さないよ
うにするために、上記接続部の光導波路の端面に傾斜を
設けるとより有効である。
また上記実施例では半導体発光素子として、半導体レー
ザを用いたが、発光ダイオードでもよい。
ザを用いたが、発光ダイオードでもよい。
本発明によれば、半導体レーザに反射光がほとんど戻ら
ないので、高Ｃ／Ｎ、低ひずみの安定した光伝送システ
ムを実現することが可能である。
ないので、高Ｃ／Ｎ、低ひずみの安定した光伝送システ
ムを実現することが可能である。
第１図から第３図は従来技術を説明するだめの図、第４
図は本発明の実施例を示す図、第５図から第９図は本発
明の他の実施例を示す図である。 １・・・半導体基板、２，２ａ、２ｂ・・・半導体レー
ザ、３．３ａ、３ｂ・・・光導波路ノコア部、５，５ａ
。
図は本発明の実施例を示す図、第５図から第９図は本発
明の他の実施例を示す図である。 １・・・半導体基板、２，２ａ、２ｂ・・・半導体レー
ザ、３．３ａ、３ｂ・・・光導波路ノコア部、５，５ａ
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に半導体発光素子、該発光素子の出射光を伝
搬させる光導波路を設け、該出射光の入射側の光導波路
の幅、厚み、屈折率の少なくとも一つを部分的にテーパ
状に形成することを特徴とする半導体発光素子と光導波
路の結合方式。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記半導体発光素
子の出射光端側の光導波路の先端部を曲面状に構成した
ことを特徴とする半導体発光素子と光導波路の結合方式
。 ３、特許請求の範囲第２項において、上記半導体発光素
子の出射光端側の光導波路の曲面状先端部に、上記半導
体発光素子の屈折率と等しいかそれよりも低く、光導波
路の屈折率よりも高い材質のドーピング材をドープした
ことを特徴とする半導体発光素子と光導波路の結合方式
。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記半導体発光素
子の出射光端側の光導波路の先端部を傾斜構造にしたこ
とを特徴とする半導体発光素子と光導波路の結合方式。 ５、特許請求の範囲第１項において、上記光導波路の出
射端側の該光導波路の先端部を傾斜構造にしたことを特
徴とする半導体発光素子と光導波路の結合方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066485A JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066485A JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61226717A true JPS61226717A (ja) | 1986-10-08 |
| JPH0736050B2 JPH0736050B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=13317136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60066485A Expired - Lifetime JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736050B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0210242A (ja) * | 1988-03-03 | 1990-01-16 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 光学装置アセンブリの製造、操作および保守における試験 |
| JPH0491311U (ja) * | 1990-12-27 | 1992-08-10 | ||
| US6937779B2 (en) | 2000-12-01 | 2005-08-30 | Nec Corporation | Optical module |
| JP2015226021A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | 富士通株式会社 | 半導体ナノワイヤ光装置及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-04-01 JP JP60066485A patent/JPH0736050B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0210242A (ja) * | 1988-03-03 | 1990-01-16 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 光学装置アセンブリの製造、操作および保守における試験 |
| JPH0491311U (ja) * | 1990-12-27 | 1992-08-10 | ||
| US6937779B2 (en) | 2000-12-01 | 2005-08-30 | Nec Corporation | Optical module |
| JP2015226021A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | 富士通株式会社 | 半導体ナノワイヤ光装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0736050B2 (ja) | 1995-04-19 |
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