JPS6243609A - 光回路素子 - Google Patents
光回路素子Info
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- JPS6243609A JPS6243609A JP18300585A JP18300585A JPS6243609A JP S6243609 A JPS6243609 A JP S6243609A JP 18300585 A JP18300585 A JP 18300585A JP 18300585 A JP18300585 A JP 18300585A JP S6243609 A JPS6243609 A JP S6243609A
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- Japan
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- optical waveguide
- tip
- lens
- light
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4206—Optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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、光制御に係る光回路素子に関し、特
に、１膜光導波路型の光回路素子に関するものである。
に、１膜光導波路型の光回路素子に関するものである。
（従来の技術）
従来のこの種の薄膜光導波路型の光回路素子は、第３図
に示すように、基板１１上に設けた光導波路１２と、光
波を伝送するコア１３を含む光伝送線１４を光結合させ
て構成していた。
に示すように、基板１１上に設けた光導波路１２と、光
波を伝送するコア１３を含む光伝送線１４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１１及びコア１３の鏡面端面を突
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５３．５．１５）、
コロナ社、Ｐ、２５０）。
３図に示した光導波路１１及びコア１３の鏡面端面を突
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５３．５．１５）、
コロナ社、Ｐ、２５０）。
この種の構成において、光導波路１２とコア１３との断
面形状寸法は通常、例えば、１μｍ’ Ｘ １０μピと
１０μｍｅと異なるため良好な結合効果が得られなかっ
た。
面形状寸法は通常、例えば、１μｍ’ Ｘ １０μピと
１０μｍｅと異なるため良好な結合効果が得られなかっ
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（坂口晴男、関紀男、山本
周ｒ電子通信学会光量子エレクトロニクス研究会資料０
ＱＥ８０−１２３（１９８０） Ｐ 、５７Ｊ）を薄膜
光導波路へ応用することが考えられる。
送線との光結合にかかる構成（坂口晴男、関紀男、山本
周ｒ電子通信学会光量子エレクトロニクス研究会資料０
ＱＥ８０−１２３（１９８０） Ｐ 、５７Ｊ）を薄膜
光導波路へ応用することが考えられる。
第４図は、前記の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を薄膜光導波路へ応用した構成を
示す。
の光結合にかかる構成を薄膜光導波路へ応用した構成を
示す。
ここで、１１，１２，１３．１４は第３図と同一であり
、２１は半円柱レンズ、２２はテーパ面である。
、２１は半円柱レンズ、２２はテーパ面である。
構成は光フアイバ光端を約９０″のテーパ（楔）状に研
磨してテーパ面２２とした後、コア１３の先端をアーク
放電により加熱溶融し、テーパ状半円柱レンズ２１に加
工し結合効率を上げる工夫がなされている。
磨してテーパ面２２とした後、コア１３の先端をアーク
放電により加熱溶融し、テーパ状半円柱レンズ２１に加
工し結合効率を上げる工夫がなされている。
例えば、０．６μｓ’Ｘ２〜３μ、ｗの活性層を有する
半導体レーザ、 １０μｍ９のステップ形単−モード光
伝送線の場合は、２．９〜３．３ｄＢの結合損失が報告
されている。
半導体レーザ、 １０μｍ９のステップ形単−モード光
伝送線の場合は、２．９〜３．３ｄＢの結合損失が報告
されている。
第５図は光結合の安定性を向上するための従来例である
。
。
第５図（ａ）は正面図で、１３はコア、１４は光ファイ
バ、１５は支持板である。
バ、１５は支持板である。
第５図（ｂ）は側面図である。
これは、光】アイバ１４の先端をテーパ状に加工し、コ
ア１３部分をテーパ状にしたテーパコア部分１６を形成
した後、支持板１５を固定し、コア１３の端面１７を光
導波路１２の端面１８に突き合わせ結合するものである
。
ア１３部分をテーパ状にしたテーパコア部分１６を形成
した後、支持板１５を固定し、コア１３の端面１７を光
導波路１２の端面１８に突き合わせ結合するものである
。
第６図は第５図を改良した従来例である。
この構成の大要は第５図と同じで、光ファイバ１４のテ
ーパ部と支持板１５の間に金属反射膜１９を挿入した点
が異なる。
ーパ部と支持板１５の間に金属反射膜１９を挿入した点
が異なる。
いずれにしても、光ファイバ１４のコア１３中を伝搬し
た光は、テーパコア部１６において、屈折率の低い支持
板１５あるいは金属反射膜１９により光がテーパコア部
１６中に閉じ込められ、導波光の同図面内方向のビーム
サイズが小さくなり、光導波路１２のそれに合うように
するもので、良好な特性が得られる。これは特開昭６０
−６８７４号に示されている。
た光は、テーパコア部１６において、屈折率の低い支持
板１５あるいは金属反射膜１９により光がテーパコア部
１６中に閉じ込められ、導波光の同図面内方向のビーム
サイズが小さくなり、光導波路１２のそれに合うように
するもので、良好な特性が得られる。これは特開昭６０
−６８７４号に示されている。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の方法では、光ファイバのテーパ加工が困難である
ために、製作性が悪かった。
ために、製作性が悪かった。
具体的に述べると、１０μｌφの小さなコアの中心線を
通る平面を対称面とし、はぼ対称にテーパ面を形成する
ことが必要である。
通る平面を対称面とし、はぼ対称にテーパ面を形成する
ことが必要である。
テーパ面の形成は、通常、研磨によって行うが、研磨量
をμｍオーダの精度で制御し、光ファイバの中心出しを
行うことが必要であり、製作性が悪いという問題点があ
った。
をμｍオーダの精度で制御し、光ファイバの中心出しを
行うことが必要であり、製作性が悪いという問題点があ
った。
（問題点を解決するための手段）
基板上に設けた少なくとも１つの光導波路と、前記光導
波路と光結合する光波を伝送するコアを有する少なくと
も１つの光伝送線路とからなり。
波路と光結合する光波を伝送するコアを有する少なくと
も１つの光伝送線路とからなり。
前記、光伝送線路の一端面と、一軸方向の自己収束性平
板レンズの一端面とを対向して配置し、前記自己収束性
円柱レンズの他端部が、均一な屈折率分布を持つ面にお
いてテーパ断面形状を有し、前記テーパ部の先端を、前
記光導波路に近接して配置する。
板レンズの一端面とを対向して配置し、前記自己収束性
円柱レンズの他端部が、均一な屈折率分布を持つ面にお
いてテーパ断面形状を有し、前記テーパ部の先端を、前
記光導波路に近接して配置する。
また、テーパ部の先端の形状を、平面もしくは凸子面、
もしくは凸面とする。
もしくは凸面とする。
この様にすることにより製作性の良い高効率の光結合が
実現できる。また、テーパ面に金属薄膜を設けることに
より結合効率を上げることができる。
実現できる。また、テーパ面に金属薄膜を設けることに
より結合効率を上げることができる。
（作用）
本発明は、光フアイバ中を伝搬する光のビーム寸法と、
光導波路の伝搬モードのビーム寸法とが、間に均一な屈
折率を持つテーパ断面形状を有する一軸方向の自己収束
性平板レンズを設けることにより、テーパ面で全反射し
ながらビーム寸法が先端部に行くに従い小さくなり、整
合し、高効率な光結合を実現させる。
光導波路の伝搬モードのビーム寸法とが、間に均一な屈
折率を持つテーパ断面形状を有する一軸方向の自己収束
性平板レンズを設けることにより、テーパ面で全反射し
ながらビーム寸法が先端部に行くに従い小さくなり、整
合し、高効率な光結合を実現させる。
また、自己収束性平板レンズのテーパ加工部の誤差によ
る光軸ずれは、光ファイバと、自己収束性平板レンズと
の位置調整により補正できる。
る光軸ずれは、光ファイバと、自己収束性平板レンズと
の位置調整により補正できる。
従って、自己収束性平板レンズのテーパ加工の要求精度
が低下し、製作性が向上する。
が低下し、製作性が向上する。
（実施例）
第１図（ａ）は本発明の光回路素子における光ファイバ
と導波路の接続部を示す一実施例の要部断面正面図であ
り、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に対し垂直な位置から
見た要部断面上面図である。
と導波路の接続部を示す一実施例の要部断面正面図であ
り、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に対し垂直な位置から
見た要部断面上面図である。
以５、具体的に説明する。
光ファイバ１のコア２中を伝搬する最低次モートの光の
導波光強度分布６のスポットサイズは、はぼコア２の径
程度で、光ファイバの軸に対し回転対称である。
導波光強度分布６のスポットサイズは、はぼコア２の径
程度で、光ファイバの軸に対し回転対称である。
一方、基板４上に形成された３次元光導波路５は、基板
４の内面方向と面に垂直な方向では通常寸法が極端に異
なっており、光導波路５を伝搬する光の強度分布８ａ
、 ８ｂの大きさは夫々異なっている。
４の内面方向と面に垂直な方向では通常寸法が極端に異
なっており、光導波路５を伝搬する光の強度分布８ａ
、 ８ｂの大きさは夫々異なっている。
光ファイバ１のコア２と光導波路５とを直接突き合わせ
たのでは、各々の界の強度分布形状が異なるために、大
きな結合損失を生ずることになり、不都合である。
たのでは、各々の界の強度分布形状が異なるために、大
きな結合損失を生ずることになり、不都合である。
そこで、光ファイバ１と光導波路５の間に、テーパ断面
を有する一軸方向自己収束性平板レンズ３を設けること
により、光フアイバ１中の光ビームの導波光強度分布６
と、光導波路５中の光ビームの強度分布８ａ 、 ８ｂ
との整合をとることができる。
を有する一軸方向自己収束性平板レンズ３を設けること
により、光フアイバ１中の光ビームの導波光強度分布６
と、光導波路５中の光ビームの強度分布８ａ 、 ８ｂ
との整合をとることができる。
この働きを詳細に見てみると、一軸方向自己収束性平板
レンズ３に入射した光線のうちの一つは、自己収束性平
板レンズ３の均一な屈折率分布を有する面内において直
進し、テーパ面９にぶつかり、そこで全反射し、方向を
変え再び自己収束性平板レンズ３中を直進する。
レンズ３に入射した光線のうちの一つは、自己収束性平
板レンズ３の均一な屈折率分布を有する面内において直
進し、テーパ面９にぶつかり、そこで全反射し、方向を
変え再び自己収束性平板レンズ３中を直進する。
この様に何度か反射しながら先端１０に達し、自己収束
性平板レンズ３の外部へ出射する。出射光は光導波路５
の端面５ａより光導波路５内に入射する。
性平板レンズ３の外部へ出射する。出射光は光導波路５
の端面５ａより光導波路５内に入射する。
このとき、光導波路５内の導波光強度分布８ａのビーム
寸法と、出射光である伝搬光線７ｃのビーム寸法を、テ
ーパ角と先端１０の形状により整合することができる。
寸法と、出射光である伝搬光線７ｃのビーム寸法を、テ
ーパ角と先端１０の形状により整合することができる。
特に、先端１０の形状が、平面もしくは凸子面、もしく
は凸面にすることにより、光軸に対し、断面内の直交す
る２方向の出射光のビームウェスト位置を整合させるこ
とができ、光導波路５の端面５ａに合わせることにより
、最高結合効率を得ることができる。
は凸面にすることにより、光軸に対し、断面内の直交す
る２方向の出射光のビームウェスト位置を整合させるこ
とができ、光導波路５の端面５ａに合わせることにより
、最高結合効率を得ることができる。
この面内方向の強度分布より決まる結合係数をη１とす
る。
る。
他方、第１図（ｂ）において、自己収束性平板レンズ３
に入射しだ伝搬光線７ｄは、レンズ３の自己収束性のた
め、正弦波状トラジェクトリーを描きながら、レンズ３
の先端ｌＯに達し、はぼ入力部のビーム寸法に等しい大
きさの光ビームとなり出射する。
に入射しだ伝搬光線７ｄは、レンズ３の自己収束性のた
め、正弦波状トラジェクトリーを描きながら、レンズ３
の先端ｌＯに達し、はぼ入力部のビーム寸法に等しい大
きさの光ビームとなり出射する。
出射光は光導波路５の端面５ａより入射する。
光導波路５の導波光強度分布８ｂのビーム寸法と、入射
する光の強度分布とは、はぼ等しくすることが容易であ
り、この方向の結合係数をη２とすると、全体の光結合
効率はη１・η２で与えられ、相当良い効率が得られる
。
する光の強度分布とは、はぼ等しくすることが容易であ
り、この方向の結合係数をη２とすると、全体の光結合
効率はη１・η２で与えられ、相当良い効率が得られる
。
また、自己収束性平板レンズ３の加工には研磨を用いる
が、この際の加工誤差による光軸ずれは、光ファイバ１
の接続位置調整により補正ができるため、従来の様にテ
ーパ加工に厳しい精度を必要としなくなり、製作性が一
段と向上する。
が、この際の加工誤差による光軸ずれは、光ファイバ１
の接続位置調整により補正ができるため、従来の様にテ
ーパ加工に厳しい精度を必要としなくなり、製作性が一
段と向上する。
実際には、光ファイバ１には、コア２の径ｌＯμｍφの
シングルモード石英光ファイバと、サファイア基板−４
（屈折率１．７７）上のＰＬＺＴ薄膜光導波路５（屈折
率２．６）との光結合において、光導波路寸法は、厚さ
０．３５μｍ、幅１０μ■で、導波光のビーム寸法は約
０．５μｍ×１０μｌであり、直接結合では約−１５ｄ
Ｂ程度の結合効率しか得られないが、一軸性自己収束性
平板レンズ３にスラブレンズ（登録商標）を用い、約１
７２ピツチの長さに切出し、一端を研磨によりレンズの
中心軸に対し±８度のテーパ面を形成した。
シングルモード石英光ファイバと、サファイア基板−４
（屈折率１．７７）上のＰＬＺＴ薄膜光導波路５（屈折
率２．６）との光結合において、光導波路寸法は、厚さ
０．３５μｍ、幅１０μ■で、導波光のビーム寸法は約
０．５μｍ×１０μｌであり、直接結合では約−１５ｄ
Ｂ程度の結合効率しか得られないが、一軸性自己収束性
平板レンズ３にスラブレンズ（登録商標）を用い、約１
７２ピツチの長さに切出し、一端を研磨によりレンズの
中心軸に対し±８度のテーパ面を形成した。
従来の光ファイバのテーパ加工では歩留り１０％以下で
あったが、今回の方法では１００％近い歩留りが得られ
ている。
あったが、今回の方法では１００％近い歩留りが得られ
ている。
その後、先端１０の部分の乱れをなくすると同時に、光
の収束性を良くするためにアーク放電による溶融整形を
行い、楕円体面体状形状に加工した。
の収束性を良くするためにアーク放電による溶融整形を
行い、楕円体面体状形状に加工した。
この結果、光ビームの寸法はレンズ３に光を入射させた
時の遠視野像強度観測から、 約１０μＩＩＩＷ×１μｍｅ程度が得られ、結合効率は
、光導波路端面５ａの反射（約１ ｄＢ）も含めて約５
ｄＢであった０反射損を除去することにより、更に高い
光結合が得られる。
時の遠視野像強度観測から、 約１０μＩＩＩＷ×１μｍｅ程度が得られ、結合効率は
、光導波路端面５ａの反射（約１ ｄＢ）も含めて約５
ｄＢであった０反射損を除去することにより、更に高い
光結合が得られる。
第２図は本発明の第２の実施例を示す接続部の要部断面
図である。
図である。
同図において、３１は金属薄膜であり、Ａｇ（屈折率０
．２、波長１．３μｍ）を先端１０をレジストにて被っ
た後、真空蒸着にてテーパ部に形成したもので、この場
合、光結合は先の実施例より１ｄＢ程改善された。これ
は、自己収束性平板レンズ３のテーパ部での光の閉じ込
めが強いことにより１強くビームが絞れるためと考えら
れる。
．２、波長１．３μｍ）を先端１０をレジストにて被っ
た後、真空蒸着にてテーパ部に形成したもので、この場
合、光結合は先の実施例より１ｄＢ程改善された。これ
は、自己収束性平板レンズ３のテーパ部での光の閉じ込
めが強いことにより１強くビームが絞れるためと考えら
れる。
（発明の効果）
以上説明したように、従来は高効率光結合が容易に得ら
れなかったが、本発明の実施により、高効率光結合が製
作性良く実現でき、工業上その効果は絶大なものがある
。
れなかったが、本発明の実施により、高効率光結合が製
作性良く実現でき、工業上その効果は絶大なものがある
。
第１図（ａ）及び（ｂ）はは本発明の光回路素子におけ
る光ファイバと導波路の結合部を示す一実施例の要部断
面正面図及び上面図、 第２図は本発明の第２の実施例の同接続部の要部断面図
、 第３図〜第６図は従来例の同接続部の要部構成図である
。 １ ・・・光ファイバ、２ ・・・コア、３ ・・・一
軸方向の自己収束性平板レンズ、４ ・・・基板、５・
・・光導波路、 ６．８ａ、８ｂ・・・導波光強度分布、７ａ、７ｂ、７
ｃ、７ｄ ・・・光線、９ ・・・テーバ面、１０・・
・先端、３１・・・金属薄膜。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 （ａ） 第１図 （ｂ） ８ｂ・・−ｊＪ：！Ｌ九５！！及すΦ 第２図 ２・・−コア ３１、−ｔＪ！簿膿 第３図 込 １４ −・九フフイハ゛ 第４図 ｎ・−テーパ面 第５図 （ａ） （ｂ） １８・−・九４沢路８１！］ 第６図
る光ファイバと導波路の結合部を示す一実施例の要部断
面正面図及び上面図、 第２図は本発明の第２の実施例の同接続部の要部断面図
、 第３図〜第６図は従来例の同接続部の要部構成図である
。 １ ・・・光ファイバ、２ ・・・コア、３ ・・・一
軸方向の自己収束性平板レンズ、４ ・・・基板、５・
・・光導波路、 ６．８ａ、８ｂ・・・導波光強度分布、７ａ、７ｂ、７
ｃ、７ｄ ・・・光線、９ ・・・テーバ面、１０・・
・先端、３１・・・金属薄膜。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 （ａ） 第１図 （ｂ） ８ｂ・・−ｊＪ：！Ｌ九５！！及すΦ 第２図 ２・・−コア ３１、−ｔＪ！簿膿 第３図 込 １４ −・九フフイハ゛ 第４図 ｎ・−テーパ面 第５図 （ａ） （ｂ） １８・−・九４沢路８１！］ 第６図
Claims (3)
- （１）基板上に設けた少なくとも１つの光導波路と、前
記光導波路と光結合する光波を伝送するコアを有する少
なくとも１つの光伝送線路とからなり、 前記光伝送線路の一端面と、一軸方向の自己収束性平板
レンズの一端面とを対向して配置し、前記自己収束性平
板レンズの他端部が、均一な屈折率分布を持つ面におい
て、テーパ断面形状を有し、 前記テーパ断面形状のテーパ部の先端を、前記光導波路
に近接して配置したことを特徴とする光回路素子。 - （２）テーパ部の先端の形状が、平面もしくは凸平面、
もしくは凸面であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の光回路素子。 - （３）テーパ部の先端を除く部分に金属薄膜を設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の光回路
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18300585A JPS6243609A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 光回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18300585A JPS6243609A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 光回路素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6243609A true JPS6243609A (ja) | 1987-02-25 |
Family
ID=16128078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18300585A Pending JPS6243609A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 光回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6243609A (ja) |
Cited By (5)
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| JPH02217007A (ja) * | 1989-02-17 | 1990-08-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | バランス型逓倍回路及びバランス型ハーモニックミクサ |
| US5410747A (en) * | 1990-07-31 | 1995-04-25 | Nec Corporation | Dual conversion transmitter |
| CN100337141C (zh) * | 2005-10-20 | 2007-09-12 | 南开大学 | 全内反射－折射激光光束变换器 |
| US11318687B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-05-03 | BRANSON Ultraschall Niederlassung der Emerson Technolocles GmbH & Co. OHG | Waveguide for plastic welding, arrangement for plastic welding, a welding method as well as a manufacturing method of a waveguide |
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-
1985
- 1985-08-22 JP JP18300585A patent/JPS6243609A/ja active Pending
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