JPS61232406A - 結合光導波路およびその製造方法 - Google Patents

結合光導波路およびその製造方法

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JPS61232406A
JPS61232406A JP7465085A JP7465085A JPS61232406A JP S61232406 A JPS61232406 A JP S61232406A JP 7465085 A JP7465085 A JP 7465085A JP 7465085 A JP7465085 A JP 7465085A JP S61232406 A JPS61232406 A JP S61232406A
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
coupling
optical coupling
end surface
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JP7465085A
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English (en)
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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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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、光制御に係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およびその製造方法に関
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光導波路とその製造方法に関
する。
従来の技術 従来、この種の光導波路と光ファイバとの光結合は、第
4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4図に示した光導波路31およびコア3
3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、小山次部、西原浩「光波電子工学」(昭t
s:a、5.15)、コロナ社、p、25(1)。
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1μmD×10μmW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ルド光ファイバと
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食料0QEs
 O−123(198(1) p、67 )を薄膜光導
波路への適用が考えられる0構成を第6図に示す。同図
において第4図と同一物には同一番号を付し説明を省略
する。
構成は光フアイバ先端を約900のテーバ(楔)状に研
磨したのち、コア33の先端をアーク放電により加熱溶
融しテーバ状半円柱レンズ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0.6μmD×2〜3μ
mW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、2.9〜3.3dB 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とテーバ状半円
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
の特性の経年変動の発生する問題があった。これは下記
の理由による。
つまり、コア33をテーバ状に加工するに要求される点
は、コア33の中心軸を2つのテーパ面42の交線とを
一致させ且つ2テ一バ面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バ状円柱
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
ーバ状円柱レンズ加工はサブミクロン精度の加工技術が
必要であり、放電溶融加工(例えば、レンズ半径4〜7
μmX8〜1oμtoWのしンズ加工)も技術的に未確
立な点が多い。
したがって、コア33とテーバ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良いデ・ゝイ
ス構成を実現できない。さらに光導波路内のモードの分
散状態の安定化が、光結合面の相対位置ずれにより困難
となっていた0そこで、本発明は高効率で光結合効率の
経年変動が少なく組立の容易な構造を提供するものであ
る0 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
明基板内に少なくとも一本の光導波路と上記光導波路端
が鏡面端面となる光結合面とを有し、上記光導波路の断
面形状が連続的に変化し少なくとも2つの上記光結合面
において上記光導波路の断面形状が異なる結合光導波路
を、前記光回路を構成する光導波路と光ファイバとの間
に設けるものである。
作  用 この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、光回路を構成する光導波路の断面形状と前記
結合光導波路の1つの光結合面における断面形状と、光
ファイバのコア部の断面形状と前記結合導波路の他の1
つの光結合面における断面形状を一致させると、前記2
つの光結合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
前記2光結合面は連続的に断面形状の変化する光導波路
で結ばれているので、光導波路内の不連続性に寄因する
損失がなく光信号は伝送され、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結合される。
さらに、従来例のレンズ作用と異なり、光軸の一致した
つき合せによる光結合であるので、基本的に基本モード
以外は励振されにくい特長を有しており、したがって光
導波路のモード分散状態が安定で、組立加工が容易とな
り、又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図面にもとづいて説明する。
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内に少なくとも1本の光導
波路12と光導波路12端が鏡面端面となる光結合面1
3a、13bとを有し、光導波路12の断面形状が連続
的に変化し少なくとも2つの光結合面13a、13bに
おいて光導波路12の断面形状を異ならせて構成した。
次に、この一実施例の構成における作用を具体的に第2
図にしたがって説明する。同図において、11.12.
13a、13bは第1図と、31゜32 、33 、3
4は第4図と同じである。ホウ珪酸ガラス11内に光導
波路の断面形状1μmD×10μm から6μmD×6
μmWまで連続的に変化させたTlイオン交換光導波路
12を設け、両端13a、13bを鏡面研磨した。6μ
mD×6μmWの鏡面端面13aとコア径6μmφの光
ファイバ34の鏡面端面51とをつき合せて光結合を用
い、さらに1μmD×10μmWのTフイオン交換光導
波路32からなる光回路の鏡面端面62との光結合をつ
き合せにより実現した。波長0.83μmのレーザ光で
光導波させた場合、結合光導波路12を使用した光結合
の損失は、2.3dBであり、従来例と比較しても高効
率が得られた。
すなわち、光ファイバ34のコア部33の鏡面端面61
と結合光導波路12の光結合面13a、光回路を構成す
る光導波路32の鏡面端面62と結合光導波路12の光
結合面13bにおける断面形状を各々の光結合面で一致
させると、2つの光結合面13a、13bにおける光の
電磁界分布、11と12,13とj4は各々一致するこ
とになり高効率の光結合が得られたのである。
また、この構成は無反射加工が可能であシ、より一層の
高効率化ができる長所も有している。加えて、つき合せ
による光結合であるため、光軸が基板表面に定まってお
り、組立加工が容易であることを確認した。また、経年
変動も小さいことも確認した。
次に、この一実施例の構成を実現する製造方法を第3図
にしたがって説明する。同図において、11.12は第
1図と同一である。すなわち、透明基板11の板厚に変
化をつけ、透明基板11の両面21.22に電圧を印加
し、電界拡散によりイオン交換することにより形成する
ことができた0理解しやすくするために具体的に述べる
。例えば、透明基板11にホウ珪酸ガラスで板厚を1f
lから6朋のテーパを有したものを使用し、イオン交換
液23としてTl2SO4の融解塩を用い、T/イオン
交換を行った。光導波路パターンを形成するために、表
面22にチタン蒸着膜からなるメタルマスクを設けた。
電界を印加すべく基板11の表面21と融解塩23中と
に電極24a 、24bを設けた。電解拡散条件として
、液温630℃、電圧4.2vの印加を加え、6分間電
解拡散を行った。
結果、透明基板11の板厚1m、6mm部でイオン交換
領域は各々6μm、1μmとな9、光導波路11の断面
形状を連続的に変化させ形成することができた。
この光導波路の拡散深さの制御は、イオン濃度C(x、
t)とすると、 に基づく。ここで、Iは透明基板表面からの距離、tは
時間、Eは電解強度、μはイオンの移動度、Dは拡散係
数である。従って、イオンはE、、tの速度でC0の領
域が深くなる原理に基づく。従来、(T、Izawa 
and H,Nakagawa ;Appl、Plys
Lett、21 (1972)584)光導波路の形状
は電界強度を変化させなければ分布をつけることができ
ないので、光導波路の断面形状の制御は困難であると考
えられていた。しかし、本発明者らは意外に容易な方法
での制御法を発明したものである。すなわち、透明基板
の板厚を変化させることによシ、透明基板内の電界強度
を変化させることに成功し、光導波路の断面形状の制御
を実現したのである。
本発明者らは、本発明の構造を検討した結果、特に良好
な材料のあることを見い出した。すなわち、石英ガラス
、ホウ珪酸ガラス、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と良い。上記ガラスで構成した場
合、材料のもつ研磨のしやすさから鏡面端面加工が容易
であり、しかも屈折率が比較的低い(1,4〜1.6)
のため無反射加工を施こさなくても高効率の得られる特
長を有している。
以上の説明において、光導波路は透明基板の表面に設け
た例で説明したが、光導波路は表面に限定されるもので
なく、光導波路上に被覆層を蒸着する、あるいは2段拡
散を用いて基板内に形成しても同一の効果が得られ本発
明に含まれるものである。
また、光導波路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、ガラス材料に限定されるものでない。例えば↓i 
N b Os 、 L i T a Osなども同様に
プロドロの電界イオン交換により本構成が実現できる。
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
導波路の構造を提案したもので、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、高安定で
実現したものである。すなわち、本発明の結合光導波路
は、光導波路の断面形状を連続的に変化させ、光結合部
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
の断面形状をほぼ一致させ、つき合わせにより光結合さ
せているので、光結合効率が高いのみならず、光軸の一
致が容易なため組立加工が簡単であり、基本モードの励
振がおこり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図は本発明の一実施例の結合光導波路の要部構成図
、第2図は本発明の一実施例における結合光導波路の接
続した状態を示す図、第3図は本発明の一実施例の結合
光導波路の製造方法の要部構成図、第4図は従来例の光
結合の要部構成図、第6図は他の従来例の要部構成図で
ある。 11・・・・・・透明基板、12・・・・・・光導波路
、13a。 13b・・・・・・光結合面、21.22・・・・・・
透明基板表面、23・・・・・・融解塩、24a 、2
4+)・・・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 中尾 敏 男 ほか1名II 
l 図             II −透明基、板
5第2図 zt、zz −−−tH,Q表体面 Z3−  社解温 織・b−−一電極 第4図 、3/ 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明基板内に少なくとも一本の光導波路と、上記
    光導波路端が鏡面端面となる光結合面とを有し、上記光
    導波路の断面形状が連続的に変化することを特徴とする
    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。
  3. (3)透明基板の板厚に変化をつけ、上記透明基板の両
    面に電圧を印加し電界拡散によりイオン交換を行うこと
    を特徴とする結合光導波路の製造方法。
JP7465085A 1985-04-09 1985-04-09 結合光導波路およびその製造方法 Pending JPS61232406A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05323139A (ja) * 1992-05-20 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光結合デバイス
JPH08271768A (ja) * 1995-03-28 1996-10-18 Hewlett Packard Co <Hp> 並列光データ・リンク

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05323139A (ja) * 1992-05-20 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光結合デバイス
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