JPS6286307A - グレ−テイングカツプラ - Google Patents

グレ−テイングカツプラ

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JPS6286307A
JPS6286307A JP22492785A JP22492785A JPS6286307A JP S6286307 A JPS6286307 A JP S6286307A JP 22492785 A JP22492785 A JP 22492785A JP 22492785 A JP22492785 A JP 22492785A JP S6286307 A JPS6286307 A JP S6286307A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
grating
light
buffer layer
reflective
Prior art date
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Pending
Application number
JP22492785A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Handa
半田 佑一
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPS6286307A publication Critical patent/JPS6286307A/ja
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はグレーティングカップラに関し、特に単一ビー
ムグレーティングカッシラに関する。
〔従来の技術及びその問題点〕
従来、薄膜光導波路内に光波を入力させたり薄膜導波路
内を伝搬する光波を出力させたシするための手段として
グレーティング構造を有する力。
シラが提案されている。
第6図は従来のグレーティングカップラの代表例を示す
模式的断面図である。図において、2は光導波路基板で
あシ、たとえばLiNbO3からなる。
1は該基板の表面上に形成された薄膜光導波路層であシ
、該層は基板2の材料の表面からTi拡散やゾロトン交
換を行なうことにより形成される。3は光導波路層1に
形成されたグレーティング構造でアシ、該構造はフォト
リソグラフィー技術によシ光導波路層1の表面に所定ピ
ッチにてストライゾ状に溝を作製することによシ形成さ
れる。
この種のグレーティングカップラは光導波路層l上にプ
リズムを接合してなるプリズムカッシラに比べて平面構
造であることから光回路の集積化に有用であると考えら
れている。
しかして、上す己グレーティングカッシラでtよ、第6
回に示される様に、光導波路層1内を伝搬する導波光4
がグレーティング構造3に到4すると空気側への放射光
5と基板側への放射光6とに分離され【出射される。両
数射光5.6の・母ワーの比はグレーティング構造3の
屈折率分布やグレーティング形状によって変化するが、
たとえば空気側へ60チ出射され基板側へ4(l出射さ
れる。
該グレーティングカッグラ全入力カッグッとして利用す
る場合には空気側からは入力許容量の60チしか入射さ
せることができず基板側からは入力許容量の40係しか
入射させることができない。
光回路を構成するにおいては、薄膜光導波路と空気側あ
るいは基板側のうちのいづれか一方との高効率の光結合
を行なうのが好ましく、このため空気側めるいは基板側
のいづれか一方と選択的に結合を行なうグレーティング
カッシラが望ましい。
この様なグレーティングカッシラtま単一ビームカップ
ラと呼ばれる。
以上の様なグレーティングカップラの選択的結合の効率
に関する考察については、RoUlrlch。
”Efflclenoy of optical−gr
ating aoupl@rs ”J、Opt。
Soc、An、63,11.pp、1419〜1431
 (Nov、1973 )に詳しい記述がある。
上記の単一ビーム力ッゾラとしては従来いくつかのグレ
ーティングカッシラが提案されており、第7〜8図にそ
の模式的断面図金示す。尚、これらの図面においては上
記第6図におけると同様の部材には同一の符号が付され
ている。
第7図はグレーティング構造としてブレーズ化されたも
のを用いた例であり、これにより空気側への放射光5の
割合を高め基板側への放射光6の割合を低下させること
ができる。
しかしながら、この種のグレーティング構造の形成は一
般に光導波路層表面全科め入射のイオンビームで加工す
ることによシ行なわれるが、ブレーズ角を設計値通りに
作製するためには極めて高度の加工技術金要し、再現性
が低いなどの問題があった。また、グレーティング力、
シラは通常サラミクロンの周期を有しているため広い面
積にわたって精度の良いブレーズ形状を得るのは困難で
あるという問題もあった。
第8図はグレーディング構ihとして通常のグレーティ
ングカッシラに比べてかな多周期の小さいもの金用い、
空気側へは全反射とし基板側への放射光のみ全取出そう
とする側を示すものである。
この様なグレーティングカッシラはリバース力。
シラと呼ばれる。
しかしながら、このグレーティングカッシラはグレーテ
ィング周期を小さくする必要があるので作製が困難でめ
シ、また基板側放射光6を該基板外へと取出すためにプ
リズム7を必要とし、平面構造且つ小型であるというグ
レーティングカッシラの特長が損なわれるという問題点
があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、光導波路層の一部にグレーティング構造
が形成されており、該グレーティング構造の片面側に反
射構造層が付設されていることを特徴とする、グレーテ
ィングカッシラが提供される。
〔実施例〕 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
第1図は本発明グレーティングカッシラの第1の実施例
全話す模式的断面図である。本図においては上記第6図
におけると同様の部材には同一の符号が付されており、
これらについてはここでは説明を省略する。
第1図において、グレーティング構造3の上面には誘導
体からなるバッファ層10が形成されており、その膜厚
はdである。該バッファ層10の上面には金属からなる
反射層11が形成されている。該パ、ファ層10と反射
層11とで反射構造層が構成される。
光導波路層1内を伝搬する導波光4がグレーティング構
造3に到達すると、バッファ層10側−\の放射光と基
板2側への放射光とに分岐されて出射せしめられる。パ
、ファ層側への放射光12は上部の金属反射層11によ
り反射されて先導波路層1に入射し、その一部は該導波
路層1内の導波光に結合され他の一部は該光導波路1′
fr:通過して基板側へと入射する。かくして基板側へ
と入射した光6′は上記基板側への放射光6と重ねあわ
される。
第2図(&)〜(e)は本実施例グレーティング力、デ
ラの作製工程を示す模式的断面図でおる。
先ず、Yカッ) LINbO,結晶基板20両面全光学
研磨した後にその片面にTi拡散またはゾロトン交換等
により全面に光導波路層1を形成する〔第2図(a)〕
。次に、光導波路層1上にフォトレジスト(AZ  1
350など)を塗布し、アルゴンレーザ光(波長0.4
88μPn)を用いた2光束干渉法を行ない、現像・定
着にニジフォトレゾスト13をグレーティング・母ター
ン形状となす〔第2図(b)〕。次に、7オトレジスト
13をマスクとしてアルプンイオンビーム加工を行ない
光導波路層1の表面の所望の領域を凹凸形状とした後に
フォトレジストを除去し、グレーティング構造3全形成
する〔第2図(C)〕。次に、5102’eアルコール
で希釈した液またFiPMMAなどの液全上記グレーテ
ィング構造3上にスピナー塗布し、該塗布層の表面を平
坦として硬化させてパ、ファ層10全形成する〔第2図
(d) ) 9該バツフアI閃10の厚さdはスピナー
の回転敷金制御することにより所望の値に設定すること
ができる。
次に、該バッファ層10上にAjを蒸着して反射層11
を形成する〔第2図(e)〕。
尚、バッファ層10及び反射層11はグレーティング構
造3以外の領域上にも形成されるが、続いてフォl−I
Jソゲラフイー技術により該領域上のバッファ層及び反
射ttaを除去することもできる。
本実施例においては、/?ッファ層10の層厚dは、光
反射層11により反射された光12の一部が光導波路層
1全通過して基板2への入射光6′となる際に基板側へ
の放射光6と位相が揃う(位相整合)様にすることがで
き、これによシ基板側へ効率良く光を出射せしめること
ができる。
この様な位相整合を行なうためには、上記バッファ層1
0がグレーティング構造の凹凸形状を埋め且つ上面が平
坦であることが必戟であり、四に該バッファ層10は光
学的損失が少ないことが望ましく、また核パ、ファW1
10の形成に際してはその層厚の制御が容易であること
が望ましい。
以下、該位相整合条件について説明する。パ。
ファ層10により位相聚合をとるためには、第3図に示
される様な構造における反射率が極大となる条件を求め
ればよい0反射率極大の条件は、パ、ファ層10と金属
反射層11との界面における位相シフトがπであること
を考慮すると、であり、この条件下で位相整合が得られ
る。ここで)nlはバッファ層10の屈折率でろり、θ
、はバッファ層10内での入射角であり、m FiOま
たは正の整数であり、λはA仝中での光波長である。
第4図は、光導波路層lとして目Nb05(n−/q 
) 2、1788 )を用い、バッファ1# 10として8
10□(n 、−1,5)を用い、金属反射層11とし
てM(II = 1.914 +17.078 )を用
11人射角θ。
ヲ2θ°とした場合の反射率Rとパ、ファ層10の厚さ
との関係を示すグラフ(実線)で必る。尚、本図におい
ては参考のため反射層なしの場合の上記関係全点線で示
す。
尚、バッファ層10が薄い場合には導波光自体がリーキ
ーとなって反射層11内にしみ出して吸収される。従っ
て、導波光の伝搬損失を低くするためにはバッファJ−
10をめる程度厚くしておく必要がある。摂動法によっ
て損失を評価した結果、波長λ−0,78μmにおいて
SiO□バッファ層10の厚さdが0.5μm以上であ
れば0.1 dB / cm以下の損失に押えられるこ
とが明らかとなった。
以上から、位相整合条件としてはmが2以上の条件が好
ましいことが分った。m = 2の場合にはd/λ−0
,94となる。第4図にこの条件を矢印にて示す。λ−
0,78μmの場合に反射率の低減を2%以内とするた
めには、バッファ層10の厚さdを0、733−:l:
0.0514mとすればよい。この精度の層厚制御は通
常のスピナー塗布において回転数vM節によシ容易に達
成し得る。
かくして、位相整合条件音溝たす様に作製した本実施例
のグレーティング力、デラにおいては入力結合効率が反
射構造層のない従来のグレーティングカップラに比べて
約2倍に増加していることが確かめられた。
また、位相整合条件から著しく外れたグレーティングカ
ップラでは入力結合効率が低下するとともに出力時の結
合長(導波光・fワーが1/2に減・ 少する長さ)も増大していることが明らかとなり、上記
位相整合条件をほげ満足することが高効率化のために重
要であることが分った。
以上の実施例においては、・童、ファ層の作製の111
にスピンコーティングによる手法が用りられているが、
以下に示す様な手法を用いることもできる。
(1)高分子の重合膜の堆積、 (2)  電子ビーム法、ス・譬、夕法による堆積、(
3)  液相エピタキシー(LPE ) 、分子線エピ
タキシー(MBE)、熱分解気相成長(MOCVD )
等の手法による堆積、 これらの手法によればバッファ層材料を堆積した時にグ
レーティング構造の表面形状が表面に現われて凹凸形状
となる場合があるが、その場合には加熱や表面エツチン
グ等によって表面を平坦化することができる。
更に、本発明グレーティングカップラにおいてはグレー
ティング構造は屈折率分布型のものであってもよく、こ
の場合には上記の様なパ、ファ層材料の堆積後には表面
が平坦となるので更に平坦化のゾロセスを行なう必要は
なくなる〇また、上記実施例においては反射構造層を構
成する反射層として金属からなるものが用いられている
が、本発明においては反射層として多層膜からなるもの
を用いることもできる。この実施例の模式的断面図を第
5図に示す、この場合には多層膜14の構成とパ、ファ
層の厚さとの設計については上記実施例と同様に反射率
の極大化をはかれば同様にして直効率化が実現できる。
〔発明の効果〕
以上の様な本発明によれt、r、従来のグレーティング
カップラにバッファ層と反射層とからなる反射構造層を
付するという比較的簡単な構成によシ、はぼ平板状の単
一ビームグレーティングカッゾラを得ることができる。
また、反射構造層の位相整合条件をほぼ満足せしめるこ
とによシ従来のグレーティングカップラに比べ【入力結
合効率及び出力結合効率ともに著しく向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第5図は本発明グレーティングカップラを示
す模式的断面図である。 第2図(a)〜(e)は本発明グレーティングカッシラ
の作製工程を示す模式的断面図である。 第3図は位相整合条件を説明するための模式的断面図で
ある。 第4図はパ、ファ層厚と反射率との関係を示すグラフで
ある。 第6図〜第8図は従来のグレーティングカップr13) うを示す模式的断面図でおる。 に光導波路層、2;基板、3ニゲレーテイング構造、1
0:1277層、11,14:反射層。 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第 1 閃 第3図 第5N

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光導波路層の一部にグレーティング構造が形成さ
    れており、該グレーティング構造の片面側に反射構造層
    が付設されていることを特徴とする、グレーティングカ
    ップラ。
  2. (2)反射構造層がグレーティング構造上に形成された
    誘電体層と該誘電体層上に形成された反射層とを有する
    、特許請求の範囲第1項のグレーティングカップラ。
  3. (3)反射層が金属からなる、特許請求の範囲第2項の
    グレーティングカップラ。
  4. (4)反射層が多層膜からなる、特許請求の範囲第2項
    のグレーティングカップラ。
  5. (5)反射構造層が、入力光または出力光の位相整合条
    件をほぼ満足し且つ光導波路層を伝搬する導波光の伝搬
    損失がそれ程高くならない様に設定されている、特許請
    求の範囲第1項のグレーティングカップラ。
JP22492785A 1985-10-11 1985-10-11 グレ−テイングカツプラ Pending JPS6286307A (ja)

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