JPS62115102A - 単一モ−ド光導波装置 - Google Patents
単一モ−ド光導波装置Info
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- JPS62115102A JPS62115102A JP61214252A JP21425286A JPS62115102A JP S62115102 A JPS62115102 A JP S62115102A JP 61214252 A JP61214252 A JP 61214252A JP 21425286 A JP21425286 A JP 21425286A JP S62115102 A JPS62115102 A JP S62115102A
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- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light 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
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- G—PHYSICS
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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。
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〕
本発明は光通信装置に用いられる光導波装置に関するも
のである。
のである。
光導波装置は、光通信において、方向性結合器や位相変
調器や干渉計振幅変調器のような導波装置と、光ファイ
バとのいずれにも使用される。
調器や干渉計振幅変調器のような導波装置と、光ファイ
バとのいずれにも使用される。
一般に、光導波装置は、導波領域と、との導波領域の周
縁に配置された１つまたは複数個の閉じ込め領域と、と
の導波領域に電磁波を結合するための連結部とを有する
。導波領域の平均屈折率は閉じ込め領域の屈折率よりも
大きい。使用中においては、連結部で結合される電磁波
は導波領域に沿って伝播する。
縁に配置された１つまたは複数個の閉じ込め領域と、と
の導波領域に電磁波を結合するための連結部とを有する
。導波領域の平均屈折率は閉じ込め領域の屈折率よりも
大きい。使用中においては、連結部で結合される電磁波
は導波領域に沿って伝播する。
光通信装置において、信号の損失をできるだけ小さくす
ることが好ましい。このような装置に使用される導波装
置を設計するさいに、第１にこの装置内での伝播損失が
小さいこと、そして第２にこの装置とそれに連結される
部品との間の結合損失が小さいことが重要である。伝播
損失が０．１ｄＢ ／ ｃｍのように小さな導波装置は
開発されているが、結合損失を小さくするという点では
いろいろと問題点がある。具体的にいえば、導波装置を
光ファイバに結合するさいに、いろいろな問題点が生じ
ている。
ることが好ましい。このような装置に使用される導波装
置を設計するさいに、第１にこの装置内での伝播損失が
小さいこと、そして第２にこの装置とそれに連結される
部品との間の結合損失が小さいことが重要である。伝播
損失が０．１ｄＢ ／ ｃｍのように小さな導波装置は
開発されているが、結合損失を小さくするという点では
いろいろと問題点がある。具体的にいえば、導波装置を
光ファイバに結合するさいに、いろいろな問題点が生じ
ている。
２つの導波装置を連結するさいの結合損失を小さくする
ためには、おのおのの装置の接合部における電磁界の分
布がほぼ同じでなければならない。
ためには、おのおのの装置の接合部における電磁界の分
布がほぼ同じでなければならない。
けれども、今日、通常に使用されている光ファイバの電
磁界の分布とほぼ同じ電磁界の分布をもった導波装置を
製造することは、極めて難しいことがわかっている。
磁界の分布とほぼ同じ電磁界の分布をもった導波装置を
製造することは、極めて難しいことがわかっている。
通常の光ファイバでは、導波領域と閉じ込め領域とは、
屈折率の違いによって見られている。この屈折率の違い
は、光ファイバの横断面では、円対称にまたは楕円状に
分布している。通信装置において、特に遠距離通信装置
において、現在用いられている大部分の光ファイバは単
一モードである。この光ファイバは、直径が１５μｍま
たはそれ以下の大きな屈折率のコアと、その外側の１２
５μｍ程の外径をもつ小さな屈折率のクラッドとで構成
される。これらの光ファイバは、０．８μｍから１．６
５μｍまでの範囲の波長の電磁波を伝送するのに用いら
れ、この光ファイバに沿って伝播する電磁波は単−横モ
ードである。一般に、ビーム・スポットの寸法は５μｍ
から１５μ＋ｎｔでの範囲内にあり、光フアイバ内での
屈折率の変化の分布状況のために、１−ムの横断面での
形状は、円対称または楕円状である。（ここで、本明細
書において使われているビーム寸法またはビーム・スポ
ットの寸法とは、ビームまたはビーム・スポット内での
電磁界の分布においてｌ／ｅになる点間の全幅のことで
あることを断っておく。） 光ファイバとは違って、導波装置は一般に平板状の材料
でつくられる。この場合の屈折率の変化は、曲線に沿っ
て分布させるよりも、平面界面に沿って分布させる方が
はるかに容易である。例えば、半導体導波装置は、基板
の上に、エビタクシャル成長された材料層の形で製造す
ることができる。この場合、屈折率の変化は、２つの直
交する方向のおのおのにおいて、つくることができる。
屈折率の違いによって見られている。この屈折率の違い
は、光ファイバの横断面では、円対称にまたは楕円状に
分布している。通信装置において、特に遠距離通信装置
において、現在用いられている大部分の光ファイバは単
一モードである。この光ファイバは、直径が１５μｍま
たはそれ以下の大きな屈折率のコアと、その外側の１２
５μｍ程の外径をもつ小さな屈折率のクラッドとで構成
される。これらの光ファイバは、０．８μｍから１．６
５μｍまでの範囲の波長の電磁波を伝送するのに用いら
れ、この光ファイバに沿って伝播する電磁波は単−横モ
ードである。一般に、ビーム・スポットの寸法は５μｍ
から１５μ＋ｎｔでの範囲内にあり、光フアイバ内での
屈折率の変化の分布状況のために、１−ムの横断面での
形状は、円対称または楕円状である。（ここで、本明細
書において使われているビーム寸法またはビーム・スポ
ットの寸法とは、ビームまたはビーム・スポット内での
電磁界の分布においてｌ／ｅになる点間の全幅のことで
あることを断っておく。） 光ファイバとは違って、導波装置は一般に平板状の材料
でつくられる。この場合の屈折率の変化は、曲線に沿っ
て分布させるよりも、平面界面に沿って分布させる方が
はるかに容易である。例えば、半導体導波装置は、基板
の上に、エビタクシャル成長された材料層の形で製造す
ることができる。この場合、屈折率の変化は、２つの直
交する方向のおのおのにおいて、つくることができる。
第１に、異った屈折率の材料を使うことによね、材料の
層と層との間の界面に、屈折率の変化をつくることがで
きる。第２に、直交する方向における屈折率の変化は、
材料層の中に段差をつくることによって、例えば、マス
クを使用してエツチングを行なうことによってつくられ
た段差により、つくることができる。この段差は空気に
さらされたままであってもよいし、または予め選定され
た屈折率をもった適当な材料で埋めてもよい。空気の場
合には、その屈折率は半導体材料の屈折率よりも小さい
。
層と層との間の界面に、屈折率の変化をつくることがで
きる。第２に、直交する方向における屈折率の変化は、
材料層の中に段差をつくることによって、例えば、マス
クを使用してエツチングを行なうことによってつくられ
た段差により、つくることができる。この段差は空気に
さらされたままであってもよいし、または予め選定され
た屈折率をもった適当な材料で埋めてもよい。空気の場
合には、その屈折率は半導体材料の屈折率よりも小さい
。
導波装置の１つの単純な形のもの、すなわち、半導体リ
プ導波装置は、基板と、この基板の上に、エビククシャ
ルに順次に成長された３つの材料層とで構成される。こ
の３層は、導波層とその両側に配置された２つの閉じ込
め層であって、導波層の屈折率は閉じ込め層の屈折率よ
りも大きい。閉じ込め層を配置する２次的役割りとして
、下閉じ込め層は伝播電磁波の基板による吸収を防止し
、上閉じ込め層はこの装置の上面につくられる金属接触
体層による吸収を防止する。上閉じ込め層の厚さの少な
くとも一部分から材料が除去され、そしてまた導波層の
厚さの少なくとも一部分からも材料が除去されて、直立
したリプがつくられる。
プ導波装置は、基板と、この基板の上に、エビククシャ
ルに順次に成長された３つの材料層とで構成される。こ
の３層は、導波層とその両側に配置された２つの閉じ込
め層であって、導波層の屈折率は閉じ込め層の屈折率よ
りも大きい。閉じ込め層を配置する２次的役割りとして
、下閉じ込め層は伝播電磁波の基板による吸収を防止し
、上閉じ込め層はこの装置の上面につくられる金属接触
体層による吸収を防止する。上閉じ込め層の厚さの少な
くとも一部分から材料が除去され、そしてまた導波層の
厚さの少なくとも一部分からも材料が除去されて、直立
したリプがつくられる。
この時、導波領域は、リプの中の導波層と、隣接する閉
じ込め層領竣とで構成される。閉じ込めは、導波層と閉
じ込め層との間の屈折率の差と、それと垂直の方向のリ
ゾの両側の屈折率の変化とによって見られる。
じ込め層領竣とで構成される。閉じ込めは、導波層と閉
じ込め層との間の屈折率の差と、それと垂直の方向のリ
ゾの両側の屈折率の変化とによって見られる。
このような半導体導波装置をつくのに適した材料は、ガ
リウム・ヒ素、ガリウム・アルミニウム・ヒ素、または
インジウム・リン、およびインジウム・ガリウム・ヒ素
・リンなどの璽−■族半導体材料である。これらのいず
れの場合にも、これらの材料の中に存在するガリウムお
よびアルミニウムの量を変えるといったよく知られてい
る方法によって、材料の屈折率の変化を制御することが
できる。（ここで、本明細書において用いられる「上」
および「下」という用語は装置の特定の方向を指すもの
ととられるかも知れないが、これは説明の便宜のための
ものであって、上下方向という特定の方向に限定される
ものでないことを断つておく。） 別の形式のリプ導波装置では、リゾはその後の成長段階
によって埋め込むことができる、または、層のおのおの
は異なる屈折率をもった薄い層の複合体であることがで
きる。閉じ込め層は互いに必らずしも同じ屈折率、また
は同じ平均屈折率をもつ必要はない。
リウム・ヒ素、ガリウム・アルミニウム・ヒ素、または
インジウム・リン、およびインジウム・ガリウム・ヒ素
・リンなどの璽−■族半導体材料である。これらのいず
れの場合にも、これらの材料の中に存在するガリウムお
よびアルミニウムの量を変えるといったよく知られてい
る方法によって、材料の屈折率の変化を制御することが
できる。（ここで、本明細書において用いられる「上」
および「下」という用語は装置の特定の方向を指すもの
ととられるかも知れないが、これは説明の便宜のための
ものであって、上下方向という特定の方向に限定される
ものでないことを断つておく。） 別の形式のリプ導波装置では、リゾはその後の成長段階
によって埋め込むことができる、または、層のおのおの
は異なる屈折率をもった薄い層の複合体であることがで
きる。閉じ込め層は互いに必らずしも同じ屈折率、また
は同じ平均屈折率をもつ必要はない。
または、導波装置はニオブ酸リチウムのような誘電体で
つくることもできる。この場合には、導波領域と閉じ込
め領域は違った方法で製造されるが、やはり、装置内の
事実上平らである面に沿って、屈折率の変化がつくられ
る。
つくることもできる。この場合には、導波領域と閉じ込
め領域は違った方法で製造されるが、やはり、装置内の
事実上平らである面に沿って、屈折率の変化がつくられ
る。
屈折率が変化する位置を変えることによって、そしてこ
れらの変化の値を変えることによって、この装置内を伝
播するビームの性質を制御することができる。前記半導
体リゾ導波装置において、異なる層に対して選定された
材料は、ビームを制御するために、変えることができる
。
れらの変化の値を変えることによって、この装置内を伝
播するビームの性質を制御することができる。前記半導
体リゾ導波装置において、異なる層に対して選定された
材料は、ビームを制御するために、変えることができる
。
単−横モード・ビームが伝播する装置をうるために、比
較的狭い光閉じ込めを行なって、伝播を行なわせるとよ
いことがわかっている。すなわち、電磁波を導波領域に
閉じ込める作用をする屈折率の変化の位置が、互いに物
理的に接近させておくことである。このことにより、単
−横モードかえられるが、またスポットの寸法も小さく
なる。ここで、この装置を光ファイバに連結するさいに
、問題点が生ずる。適切な形状の横断面をもったビーム
をうろことは比較的簡単であるけれども、それと共に、
通常用いられる光ファイバと大きな結合をもつ良好な連
結かえられるために、十分な大きさのスポット寸法をう
ろことは簡単ではない。
較的狭い光閉じ込めを行なって、伝播を行なわせるとよ
いことがわかっている。すなわち、電磁波を導波領域に
閉じ込める作用をする屈折率の変化の位置が、互いに物
理的に接近させておくことである。このことにより、単
−横モードかえられるが、またスポットの寸法も小さく
なる。ここで、この装置を光ファイバに連結するさいに
、問題点が生ずる。適切な形状の横断面をもったビーム
をうろことは比較的簡単であるけれども、それと共に、
通常用いられる光ファイバと大きな結合をもつ良好な連
結かえられるために、十分な大きさのスポット寸法をう
ろことは簡単ではない。
大きなスポット寸法をうるために、比較的広い光閉じ込
めを行なうことが提案された。すなわち、屈折率が変化
する位置を、互いに離れるように移動させることである
。けれども、この屈折率の変化する位置を互いに離れる
ように移動させると、伝送は多モードになってしまう。
めを行なうことが提案された。すなわち、屈折率が変化
する位置を、互いに離れるように移動させることである
。けれども、この屈折率の変化する位置を互いに離れる
ように移動させると、伝送は多モードになってしまう。
屈折率の変化の値を小さくすることによって、単一モー
ド伝送を保持することができるが、このために屈折率の
変化を非常に小さくすることが要求される傾向があって
、この装置の大量生産が難しくなる。
ド伝送を保持することができるが、このために屈折率の
変化を非常に小さくすることが要求される傾向があって
、この装置の大量生産が難しくなる。
本発明の１つの目的は、光通信装置に使用するための単
一モード導波装置をうることにあり、この単一モード導
波装置は犬きガスポット寸法をもつように設計すること
が可能であって、従来の装置よりもその製造が格段に容
易なものである。
一モード導波装置をうることにあり、この単一モード導
波装置は犬きガスポット寸法をもつように設計すること
が可能であって、従来の装置よりもその製造が格段に容
易なものである。
本発明により、その第１の％徴として、光電磁波を単一
モード光ファイバに結合するための単一モード導波装置
かえられる。この導波装置は導波領域を有しており、そ
してこの導波領域は、互いに直交する２つの方向におい
て、屈折率の大きな領域とその両側に配置された屈折率
の小さな領域とによって定められる。互いに直交する２
つの方向のうちの第１の方向においては、屈折率の変化
が大きく、そして広い光閉じ込めかえられる。第２の方
向においては、屈折率の変化は小さく、そして狭い光閉
じ込めかえられる。小さな屈折率の領域が大きな屈折率
の領域よりもずっと広く存在し、それにより使用中のこ
の装置内を伝播する電磁波が小さな屈折率の領域を越え
て大幅に漏洩することがない。この導波装置のビーム・
スポットが少なくともほぼ楕円状であるように、装置が
構成される。
モード光ファイバに結合するための単一モード導波装置
かえられる。この導波装置は導波領域を有しており、そ
してこの導波領域は、互いに直交する２つの方向におい
て、屈折率の大きな領域とその両側に配置された屈折率
の小さな領域とによって定められる。互いに直交する２
つの方向のうちの第１の方向においては、屈折率の変化
が大きく、そして広い光閉じ込めかえられる。第２の方
向においては、屈折率の変化は小さく、そして狭い光閉
じ込めかえられる。小さな屈折率の領域が大きな屈折率
の領域よりもずっと広く存在し、それにより使用中のこ
の装置内を伝播する電磁波が小さな屈折率の領域を越え
て大幅に漏洩することがない。この導波装置のビーム・
スポットが少なくともほぼ楕円状であるように、装置が
構成される。
この場合、屈折率の大きな変化とは、例えば、少なくと
も０．０２を意味するとしてよい。また、屈折率の小さ
な変化とは、例えば、０．０００１と０．０１も含めて
、０．０００１から０．０１までの範囲内を意味すると
してよい。
も０．０２を意味するとしてよい。また、屈折率の小さ
な変化とは、例えば、０．０００１と０．０１も含めて
、０．０００１から０．０１までの範囲内を意味すると
してよい。
ここで、広い光閉じ込めとは、屈折率の変化が（０，８
Ｗｌ、 −２）と２．３ ｗ、も含めて、（０，８Ｗ□
−２）から２．ろＷｌまでの範囲内の距離だけ離れてい
ることを意味するとしてよい。ここで、Ｗｌは２つの方
向のおのおのにおけるこの装置のビーム・スポットの幅
の平均値である。一方、狭い閉じ込めとは、屈折率の変
化がＷｏを越えない距離だけ離れていることを意味する
としてよい。この装置を光ファイバに連結するために、
Ｗｌは典型的には、５μｍと１５μｍも含めて、５μｍ
から１５μｍｔでの範囲内にあることが要求される。
Ｗｌ、 −２）と２．３ ｗ、も含めて、（０，８Ｗ□
−２）から２．ろＷｌまでの範囲内の距離だけ離れてい
ることを意味するとしてよい。ここで、Ｗｌは２つの方
向のおのおのにおけるこの装置のビーム・スポットの幅
の平均値である。一方、狭い閉じ込めとは、屈折率の変
化がＷｏを越えない距離だけ離れていることを意味する
としてよい。この装置を光ファイバに連結するために、
Ｗｌは典型的には、５μｍと１５μｍも含めて、５μｍ
から１５μｍｔでの範囲内にあることが要求される。
本発明により、その第２の特徴として、スポット寸法Ｗ
ｏの事実上円形のビーム、または楕円状のビームの光導
波器に結合するための、単一モード導波装置がえられる
。この導波装置は、導波領域と閉じ込め領域とを有する
。導波領域は、第１対の平行平面界面と、第２対の平行
平面界面とを有する。界面がその中にあるこれらの平面
はまた、横断面が長方形の材料の領域を定める。第１対
の界面は、厚さがＴで屈折率がｎｌの材料の１次層と、
その両側に配置された平均屈折率ｎ２およびｎ４の材料
の−Ｆ２次層および下２次層との間の面である。第２対
の界面は、屈折率がｎ３の材料の２つの領域の間に配置
された、厚さｔの上２次層の領域の両側面によって少な
くとも部分的に与えられる。これらにおいて、次の条件
が適用される。
ｏの事実上円形のビーム、または楕円状のビームの光導
波器に結合するための、単一モード導波装置がえられる
。この導波装置は、導波領域と閉じ込め領域とを有する
。導波領域は、第１対の平行平面界面と、第２対の平行
平面界面とを有する。界面がその中にあるこれらの平面
はまた、横断面が長方形の材料の領域を定める。第１対
の界面は、厚さがＴで屈折率がｎｌの材料の１次層と、
その両側に配置された平均屈折率ｎ２およびｎ４の材料
の−Ｆ２次層および下２次層との間の面である。第２対
の界面は、屈折率がｎ３の材料の２つの領域の間に配置
された、厚さｔの上２次層の領域の両側面によって少な
くとも部分的に与えられる。これらにおいて、次の条件
が適用される。
（１） （ｎｌ −ｎ３ ）は０．０２より大きいか
、または等しい。
、または等しい。
（ｉｆ） （Ｊ −ｎｔ ）および（ｎｚ −１１ｚ
）はおのおの、０．０１とＱ、ＯＯＯ１も含めて、０
．０１から０．０００１″！１′での範囲内にある。
）はおのおの、０．０１とＱ、ＯＯＯ１も含めて、０
．０１から０．０００１″！１′での範囲内にある。
（ｉｉｉ） ＴはＷｏより小さいか、または等しい。
（ｌｖ） ｔは（ｎ、ｓＷｏ −２）と２．３ Ｗｏ
も含めて、（０，８Ｗｏ−２）から２．３ ｗｏまでの
範囲内にある。
も含めて、（０，８Ｗｏ−２）から２．３ ｗｏまでの
範囲内にある。
（Ｖ）２次層の厚さは、この装置の使用中に、電磁波が
これらの層を越えて漏洩しないように十分厚い。
これらの層を越えて漏洩しないように十分厚い。
ここで、すべての長さはμｍで与えられている。
本発明による装置は、スポット寸法が５μｍと１５μｍ
も含めて５μｍから１５μｍまでの範囲内にある光ファ
イバに連結された時、童外なことに、屈折率の非常に小
さな変化による光閉じ込めか、２つの直交する方向の両
方向でなく、１つの方向だけで起っているにもかかわら
ず、単−横モードかえられていることがわかった。した
がって、屈折率の精密な制御は、従来の装置のように４
つの界面に関してではなく、２つの界面についてだけ実
行すればよいので、この導波装置の製造は簡単になる。
も含めて５μｍから１５μｍまでの範囲内にある光ファ
イバに連結された時、童外なことに、屈折率の非常に小
さな変化による光閉じ込めか、２つの直交する方向の両
方向でなく、１つの方向だけで起っているにもかかわら
ず、単−横モードかえられていることがわかった。した
がって、屈折率の精密な制御は、従来の装置のように４
つの界面に関してではなく、２つの界面についてだけ実
行すればよいので、この導波装置の製造は簡単になる。
さらに、導波領域が見かけ」二大幅に非対称であるにも
かかわらず、ビーム・スポットはほぼ円対称または楕円
状であシ、シたがって、光ファイバとよい整合かえられ
る。
かかわらず、ビーム・スポットはほぼ円対称または楕円
状であシ、シたがって、光ファイバとよい整合かえられ
る。
屈折率ｎ３の材料の２つの領域の間に配置された上２次
層の幅ｔの領域は、上２次層内の対向した段差によって
つくられた直立するリプで構成することができる。この
直立するリプの両側に、屈折率ｎ３の材料が配置される
。または、この段差は一ヒ２次層を越えて１次層の中に
まで延長されてもよく、またはさらに下２次層にまで延
長されてもよい。
層の幅ｔの領域は、上２次層内の対向した段差によって
つくられた直立するリプで構成することができる。この
直立するリプの両側に、屈折率ｎ３の材料が配置される
。または、この段差は一ヒ２次層を越えて１次層の中に
まで延長されてもよく、またはさらに下２次層にまで延
長されてもよい。
本発明による導波装置は、例えば、金属有機蒸気相エピ
タキシ（ＭＯＶＰＥ ）成長段階と、エツチング段階と
のような、標準的な製造技術によって、半導体材料から
製造することができる。
タキシ（ＭＯＶＰＥ ）成長段階と、エツチング段階と
のような、標準的な製造技術によって、半導体材料から
製造することができる。
本発明の１つの実施例であるリプ導波装置を、例示の目
的のために、添付図面を参照して訝明する。
的のために、添付図面を参照して訝明する。
第１図にリゾ導波装置が示されている。この導波装置は
導波層２を有しており、この導波層２の両側に閉じ込め
層、すなわち、バッファ層１，３が配置されている。下
のバッファ層１はその一部分だけが図面に示されている
が、この下のバッファ層１は基板（図示されていない）
の上に配置されている。一方、導波層２と上バッファ層
３は、この装置のリプを構成する。
導波層２を有しており、この導波層２の両側に閉じ込め
層、すなわち、バッファ層１，３が配置されている。下
のバッファ層１はその一部分だけが図面に示されている
が、この下のバッファ層１は基板（図示されていない）
の上に配置されている。一方、導波層２と上バッファ層
３は、この装置のリプを構成する。
この装置は、波長λが１．５５μｍで、ビームの横断面
での分布が少なくともほぼがウス形である電磁波を伝送
し、ビーム・スポットの寸法が１０μｍである、光ファ
イバと共に用いられるように設計されている。
での分布が少なくともほぼがウス形である電磁波を伝送
し、ビーム・スポットの寸法が１０μｍである、光ファ
イバと共に用いられるように設計されている。
下バッファ層１の厚さは１２μｍであり、そしてＧａＡ
ｌＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ２は３．４３７
６である。導波層２の厚さＴは２μｍであり、そしてＧ
ａＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ１は３．４４で
ある。上バッファ層３の厚さは８μｍであり、そしてま
たＧａＡｌＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ、は３
．４３７６である。リプの幅ｔは１４μｍである。リプ
の側面とリプの上はいずれも空気であって、その屈折率
ｎ３は１．０である。
ｌＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ２は３．４３７
６である。導波層２の厚さＴは２μｍであり、そしてＧ
ａＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ１は３．４４で
ある。上バッファ層３の厚さは８μｍであり、そしてま
たＧａＡｌＡｓで構成されていて、その屈折率ｎ、は３
．４３７６である。リプの幅ｔは１４μｍである。リプ
の側面とリプの上はいずれも空気であって、その屈折率
ｎ３は１．０である。
第２図に示されているように、前記装置は単一モード・
ビームを生ずる。この単一モード・ビームの電磁界の分
布の様子が、はぼ円対称である等強度線４によって示さ
れている。
ビームを生ずる。この単一モード・ビームの電磁界の分
布の様子が、はぼ円対称である等強度線４によって示さ
れている。
さらに、前記装置はスポット寸法が１０μｍでガウス形
電界分布をもつ円対称光ファイバに連結される時、結合
効率が８７％（０，６ａＢ）であると計算されている。
電界分布をもつ円対称光ファイバに連結される時、結合
効率が８７％（０，６ａＢ）であると計算されている。
第１図で説明したリゾ導波装置は・その側面と上表面と
が空気であるリプを有しているけれども、実際には、こ
のリゾを他の材料で埋めることもできる。リプが埋めら
れる場合には、この埋め込まれる材料の屈折率はｎ３で
表される。
が空気であるリプを有しているけれども、実際には、こ
のリゾを他の材料で埋めることもできる。リプが埋めら
れる場合には、この埋め込まれる材料の屈折率はｎ３で
表される。
前記装置は具体的な装置の１つであって、特定の波長１
．５５μｍの電磁波の円形ビーム・スポットを生ずると
いう特定の特性をもった光ファイバと共に動作するよう
に設計されたものである。けれども、実際には、この導
波装置はいろいろな特性の光導波器と連結するようにす
ることができる。
．５５μｍの電磁波の円形ビーム・スポットを生ずると
いう特定の特性をもった光ファイバと共に動作するよう
に設計されたものである。けれども、実際には、この導
波装置はいろいろな特性の光導波器と連結するようにす
ることができる。
導波装置を、水平軸方向の寸法がＷ。Ｘで、垂直軸方向
の寸法がＷ。ｙ（これらの平均値がＷ。）である楕円状
ビーム・スポットをもつ導波器に連結するものとする。
の寸法がＷ。ｙ（これらの平均値がＷ。）である楕円状
ビーム・スポットをもつ導波器に連結するものとする。
ＷｏＸおよびＷ。ｙは次の範囲内にあるものとする。
Ｗｏ′
および
Ｏｙ
次の記号を用いるとする。
ｎ１＝１次層の屈折率、
ｎ２＝下２次層の屈折率、
ｆｉ、 ＝＝ ＩＪデの両側の材料の屈折率（前記実施
例では、この両側の材料は空気）、 ｎ４＝上２次層の屈折率、 ｔ ＝リブの幅、 Ｔ ＝１次層の厚さ、 λ ＝関与する電磁波の波長。
例では、この両側の材料は空気）、 ｎ４＝上２次層の屈折率、 ｔ ＝リブの幅、 Ｔ ＝１次層の厚さ、 λ ＝関与する電磁波の波長。
この導波装置の設計は、本発明の範囲内において、次の
設計条件内で変更することができる。
設計条件内で変更することができる。
（１）Ｔを次の式に従って選定する。
（＋＋） ｎｌとｎ２を次の式に従って選定する。
（ｉｉｌ） ｎ ３を次の式に従って選定する。
０ｘ
Ｏｖ） ｎ４を次の式に従って選定する。
および
ここで
（Ｖ） ｔを次の式に従って選定する。
λ
および
λ
閉じ込め層１，３の厚さは、との導波装置を使用するさ
いに、伝播するビームから電磁波が閉じ込め層１，３を
越えて漏洩しないように、十分に厚くなければならない
。例えば、閉じ込め層１，３のおのおのの厚さは少なく
ともｉＷｏに等しくするとよい。
いに、伝播するビームから電磁波が閉じ込め層１，３を
越えて漏洩しないように、十分に厚くなければならない
。例えば、閉じ込め層１，３のおのおのの厚さは少なく
ともｉＷｏに等しくするとよい。
このことから、２つの閉じ込め層１．３の屈折率は必ら
ずしも等しくなくてもよいことがわかるであろう。
ずしも等しくなくてもよいことがわかるであろう。
前記設計条件の範囲内において設計された導波装置によ
シ、本質的に、１つの軸に沿っての屈折率の小さな違い
でもって、狭い領域に光学的閉じ込めかえられることと
、垂直な軸に沿っての屈折率の大きな違いでもって、広
い領竣に光学的閉じ込めかえられることとが、組み合わ
せて見られる。
シ、本質的に、１つの軸に沿っての屈折率の小さな違い
でもって、狭い領域に光学的閉じ込めかえられることと
、垂直な軸に沿っての屈折率の大きな違いでもって、広
い領竣に光学的閉じ込めかえられることとが、組み合わ
せて見られる。
意外なことに、垂直軸に沿っての屈折率の差がより大き
くそして広い閉じ込めであるにもかかわらず、単−横モ
ード伝播がえられる。
くそして広い閉じ込めであるにもかかわらず、単−横モ
ード伝播がえられる。
本発明の実施例による導波装置は、位相変調器のような
第２装置を光ファイバに連結するさいの端部部品として
用いることができる。このように用いた場合、利点がえ
られる。それは、第２装置が要求するパラメータと、光
ファイバと良好な結合がえられるために必要々パラメー
タとが相客れないことがあるからである。
第２装置を光ファイバに連結するさいの端部部品として
用いることができる。このように用いた場合、利点がえ
られる。それは、第２装置が要求するパラメータと、光
ファイバと良好な結合がえられるために必要々パラメー
タとが相客れないことがあるからである。
装置の電磁界の分布は、装置の長さ方向に沿ってのもの
よりも、導波領域の端部部分におけるものが重要である
ことがわかるであろう。それは、他の光学部品と連結す
る部分が、導波装置の端部部分であるからである。
よりも、導波領域の端部部分におけるものが重要である
ことがわかるであろう。それは、他の光学部品と連結す
る部分が、導波装置の端部部分であるからである。
導波装置と光ファイバとの間の連結について主として説
明してきたけれども、光ファイバと類似のビーム特性を
もった部品と連結する場合にも適用でき、部品それ自身
は光ファイバでなくてもよい。本発明による導波装置は
、もちろん、このような部品に対しても適切に使用する
ことができる。
明してきたけれども、光ファイバと類似のビーム特性を
もった部品と連結する場合にも適用でき、部品それ自身
は光ファイバでなくてもよい。本発明による導波装置は
、もちろん、このような部品に対しても適切に使用する
ことができる。
本発明により、光ファイバと連結するさいに連結損失が
小さく、かつ、製造が容易な導波装置がえられる。２つ
の直交する方向において、広い光閉じ込めと狭い閉じ込
めを行ない、それにより電磁界の分布が円対称または楕
円状になり、光ファイバの円形電磁界分布とよい整合を
うろことができ、したがって、連結のさいの連結損失が
小さい。
小さく、かつ、製造が容易な導波装置がえられる。２つ
の直交する方向において、広い光閉じ込めと狭い閉じ込
めを行ない、それにより電磁界の分布が円対称または楕
円状になり、光ファイバの円形電磁界分布とよい整合を
うろことができ、したがって、連結のさいの連結損失が
小さい。
また、光閉じ込めのための屈折率の差の精密な制御は１
つの方向についてのみ行なえばよいので、容易にとの導
波装置を製造することができる。
つの方向についてのみ行なえばよいので、容易にとの導
波装置を製造することができる。
第１図は装置の横断面図、
第２図はこの装置の電磁界の分布図。
〔記号の説明〕
２・・・導波領域
１．３・・・閉じ込め領竣
Claims (8)
- （１）単一モード光ファイバに光電磁波を結合するため
の単一モード導波装置であつて、２つの直交する方向の
おのおのにおいて大きな屈折率をもつ領域とその両側に
ある小さな屈折率をもつ領域とによつて定められる導波
領域を有し、ここで第１の方向において屈折率の変化が
大きくそして広い光閉じ込めがえられ、かつ、第２の方
向において屈折率の変化が小さくそして狭い光閉じ込め
がえられ、屈折率の小さな領域が屈折率の大きな領域よ
りもはるかに広く存在して、それにより使用される前記
装置内を伝播する光電磁波が小さな屈折率の領域から著
しく漏洩することがなく、前記導波装置のビーム・スポ
ットが事実上少なくとも楕円状であるように構成された
、前記単一モード導波装置。 - （２）特許請求の範囲第１項において、前記第１方向の
屈折率の変化が０．０２より大きいかまたは等しい、前
記単一モード導波装置。 - （３）特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに
おいて、前記第２方向の屈折率の変化が０．０００１と
０．０１も含めて０．０００１から０．０１までの領域
内にある、前記単一モード導波装置。 - （４）特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
１つの項において、前記第１方向の屈折率の変化が、Ｗ
＿１を前記２つの方向のおのおのにおける前記装置のビ
ーム・スポットの幅の値の平均であるとして、（０．８
Ｗ＿１−２）と２．３Ｗ＿１も含めて（０．８Ｗ＿１−
２）から２．３Ｗ＿１までの範囲内の距離だけ隔てられ
ている、前記単一モード導波装置。 - （５）特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
１つの項において、前記第２方向の屈折率の変化が、Ｗ
＿１を前記２つの方向のおのおのにおける前記装置のビ
ーム・スポットの幅の値の平均であるとして、Ｗ＿１よ
り小さいかまたは等しい距離だけ隔てられている、前記
単一モード導波装置。 - （６）特許請求の範囲第４項または第５項において、前
記Ｗ＿１が５μｍと１５μｍも含めて５μｍから１５μ
ｍまでの範囲内にある、前記単一モード導波装置。 - （７）その２つの軸に沿つての平均寸法Ｗ＿０の楕円状
ビーム・スポットをもつ単一モード光導波器に波長λの
電磁波を結合するための単一モード導波装置であつて、
導波領域と閉じ込め領域とを有し、前記導波領域が事実
上平行平面である第１対の界面と第２対の界面とによつ
て定められ、前記界面がその中にある前記平面が長方形
の横断面をもつ材料領域を定め、第１対の前記界面が厚
さがＴでかつ屈折率がｎ＿１の材料から成る１次層と前
記１次層の両側に配置された平均屈折率ｎ＿２およびｎ
＿４の材料から成る上２次層および下２次層とで定めら
れ、第２対の前記界面が幅ｔの前記上２次層の領域と前
記上２次層の両側に配置された屈折率ｎ＿３の材料から
成る領域とによつて少なくとも部分的に定められ、すべ
ての長さがμｍで与えられるとして次の設計条件、 （ I ）（ｎ＿１−ｎ＿３）≧０．０２、 （II）（ｎ＿１−ｎ＿４）および（ｎ＿１−ｎ＿２）の
おのおのが０．０１と０．０００１も含めて０．０１か
ら０．０００１までの範囲内にある、 （III）Ｔ≦Ｗ＿０、 （IV）ｔが（０．８Ｗ＿０−２）と２．３Ｗ＿０も含め
て（０．８Ｗ＿０−２）から２．３Ｗ＿０までの範囲内
にあり、 （Ｖ）使用中の前記装置内を伝播する電磁波が前記２次
層を越えて漏洩しないような厚さを前記２次層がもつこ
と、 が適用される、前記単一モード導波装置。 - （８）特許請求の範囲第７項において、第２対の前記界
面が幅ｔの前記１次層の領域と前記１次層の両側に配置
された屈折率がｎ＿３の材料から成る２つの領域とによ
つて部分的に定められる、前記単一モード導波装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB858522704A GB8522704D0 (en) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | Optical waveguide devices |
| GB8522704 | 1985-09-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62115102A true JPS62115102A (ja) | 1987-05-26 |
| JP2708119B2 JP2708119B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=10585130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61214252A Expired - Lifetime JP2708119B2 (ja) | 1985-09-13 | 1986-09-12 | 単一モード光導波装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4776655A (ja) |
| EP (1) | EP0218381B1 (ja) |
| JP (1) | JP2708119B2 (ja) |
| AT (1) | ATE97503T1 (ja) |
| CA (1) | CA1273514A (ja) |
| DE (1) | DE3689302T2 (ja) |
| ES (1) | ES2000976A6 (ja) |
| GB (1) | GB8522704D0 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6961493B2 (en) | 2001-04-18 | 2005-11-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
| US7184631B2 (en) | 2000-09-18 | 2007-02-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device |
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| GB2367904B (en) * | 2000-10-09 | 2004-08-04 | Marconi Caswell Ltd | Guided wave spatial filter |
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-
1985
- 1985-09-13 GB GB858522704A patent/GB8522704D0/en active Pending
-
1986
- 1986-09-08 US US06/904,280 patent/US4776655A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-11 CA CA000518014A patent/CA1273514A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-11 DE DE86307026T patent/DE3689302T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-11 EP EP86307026A patent/EP0218381B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-11 AT AT86307026T patent/ATE97503T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-09-12 JP JP61214252A patent/JP2708119B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-12 ES ES8601881A patent/ES2000976A6/es not_active Expired
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Also Published As
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|---|---|
| EP0218381B1 (en) | 1993-11-18 |
| CA1273514A (en) | 1990-09-04 |
| JP2708119B2 (ja) | 1998-02-04 |
| US4776655A (en) | 1988-10-11 |
| EP0218381A2 (en) | 1987-04-15 |
| GB8522704D0 (en) | 1985-10-16 |
| ATE97503T1 (de) | 1993-12-15 |
| DE3689302T2 (de) | 1994-03-31 |
| EP0218381A3 (en) | 1989-07-12 |
| DE3689302D1 (de) | 1993-12-23 |
| ES2000976A6 (es) | 1988-04-01 |
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