JPS63216009A - 光フアイバ薄膜光導波路結合用光回路 - Google Patents

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］ 本発明は光ファイバ薄膜光導波路結合用光回路に関する
ものである。

［従来の技術］ 近年、光情報処理等を目的として半導体あるいは絶縁体
基板上に薄膜光集積回路を形成する研究が進められてい
る。特に化合物半導体を用いたものは発光、受光素子及
び電子回路も含めモノリシックに集積化できるため、次
世代のデバイスとして最も有望視され、学会での報告も
多い。しかし現在研究のウェイトは光集積回路本体の性
能向上に置かれているため、伝送路である光ファイバと
の結合に関しては十分な検討がなされていない状況にあ
る。これまで提案されている光回路の結合部構造（柳井
久義編「光通信ハンドブック」朝食書店発行　１９８２
年　初版の３４４〜３４５頁参照）が第４図から第７図
に示されている。

第４図に示されているのは、バットカップリングで基板
１上に形成された基板１よりやや屈折率の高い導波膜２
にＴｉ等の金属を熱拡散させて形成した導波膜２より屈
折率の高い薄膜光導波路である導波路３と光ファイバ４
のコア５とを直接対向させ、軸を合せて結合する。第５
図に示されているのはレンズカップリングである。光フ
ァイバ４のコア５からの拡散光をレンズ６で集光し、導
波膜２上に形成されたりッジタイブの薄膜光導波路であ
る導波路７の端面に焦点を合わせ結合する。

第６図に示されているのはテーパー導波路を使うもので
ある。導波膜２上に形成するリッジ導波路の幅を光ファ
イバ４との突き合わせ部で広くし、伝送方向に沿って徐
々にその幅を狭くするテーパー導波路８で光ファイバ４
との結合効率を高めるものである。第７図に示されてい
るのはジオディシックレンズを用いたものである。球状
凹部の導波膜で形成されたジオディシックレンズ９で光
ファイバ４のコア５から導波膜２内に入射し、拡散する
光を集光し、導波路７の端面に焦点を合わせ結合させる
。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記従来技術の問題点を第４図〜第７図を参照し乍ら説
明する。

第４図のバットカップリングは最も簡単な構造であるが
、光ファイバ４のコア５及び導波路３を伝搬する光のス
ポットサイズが異なると結合損失が大きくなる。導波膜
２上に種々の光回路を集積化するには曲がり導波路が必
要となるが、導波路３内への光の閉じ込めを弱くしスポ
ットサイズを大きくすると、曲げ損失が増加する。従っ
て光ファイバ４のスポットサイズ（例えば波長１．３μ
ｍの単一モード光ファイバで１０μｍ）に比べ、導波路
３のスポットサイズは小さくなるのが一般的である。導
波路３のスポットサイズが光ファイバに比べ１／３の場
合結合損失は１０ｄＢとなる。

第５図のレンズカップリングではレンズの集束効果によ
って、スポットサイズのミスマツチングによる損失を小
さくできる。しかし光ファイバ４、レンズ６、導波路７
間の相対位置を精密に合わせ固定する技術が必要である
。第６図のテーパー導波路タイプではテーパ一部分が多
モード導波路となる。従って高次モードの発生による損
失は避けられず、特に導波路７のリッジ表面に微少な凹
凸があると高次モードの発生量が増加する。第７図では
ジオディシックレンズ９を形成するために機械研削のプ
ロセスが必要であり、精度及び量産性の点で問題がある
。また、光ファイバ４と導波膜２との結合効率の悪いの
も欠点である。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、光ファイ
バと薄膜光導波路との結合のための光軸調整固定を容易
にし、その結合損失の大幅低減を可能とした光ファイバ
薄膜光導波路結合用光回路を提供することを目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、薄膜光導波路を、光ファイバからの信号光
を励振する励振用導波路と、この励振用導波路に平行に
設けた結合用導波路とで形成することにより、達成され
る。

［作　用］ 薄膜光導波路を光ファイバからの信号光を励振する励振
用導波路と、この励振用導波路に平行に設けた結合用導
波路とで形成したので、結合用導波路で励振された光は
導波路間の分布結合で励振用導波路一本に集中させられ
るようになる。従って光ファイバと薄膜光導波路との結
合のための光軸調整固定を容易にし、その結合損失を大
幅に低減することができる。

［実施例コ 以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の一実施例が示されている。なお従来と
同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。本
実施例では薄膜光導波路を、光ファイバ４からの信号光
を励振する励振用導波路７ａと、この励振用導波路７ａ
に平行に設けた複数の結合用導波路１０ａ、１０ｂとで
形成した。

このようにすることにより光ファイバ４と薄膜光導波路
との結合のための光軸調整固定が容易で、その結合損失
が大幅に低減するようになって、光ファイバ４と薄膜光
導波路との結合のための光軸調整固定を容易にし、その
結合損失の大幅低減を可能とした光ファイバ薄膜光導波
路結合用光回路を得ることができる。

すなわち基板１上に屈折率が導波膜２よりやや低く、か
つ基板１よりも高いバッファ層１１を設ける。導波膜２
とバッファ層１１との屈折率差を光ファイバ４のコアル
クラッド間の屈折率差と同程度かあるいは小さくするこ
とで、導波膜２に垂直な方向の光強度分布のスポットサ
イズを光ファイバ４のスポットサイズと一致させること
ができる。光集積回路の導波路の曲がりは導波膜２に平
行な面内が一般的である。従って導波膜２に垂直な方向
のスポットサイズを広げ、光の閉じ込めを弱くしても損
失増加の原因にはならない。信号光を励振する励振用導
波路７ａの両端には導波路７ａと同一構造で長さＺ。の
結合用導波路１０ａ。

ｌｎｂが設けられる。この場合に光ファイバ４、励振用
導波路７ａｓ結合用導波路１０ａ、１０ｂの光強度分布
をＦ、Ａ、Ｂ、Ｂ２とした場合の■ 導波路端部の各導波路７ａ、１０ａ、１０ｂの光強度分
布Ａ、Ｂ、Ｂ２と光ファイバ４の光強度■ 分布Ｆとが示されている第２図に示されているように、
導波膜に平行な面内ての励振用導波路、結合用導波路の
横方向光強度分布Ａ、Ｂ、Ｂ２の和が光ファイバの光強
度分布Ｆに最も類似するよう励振用導波路と結合用導波
路との間隔を選ぶ。

この導波路間隔が定まれば励振用導波路と一方の結合用
導波路及び励振用導波路と他方の結合用導波路との結合
係数Ｃが決まる（結合用導波路間の直接結合は十分小さ
く無視できる）。この場合励振用導波路と結合用導波路
との光強度振幅比が１　：ｔａｎ　ＣＺ　ｏと一致する
ように、各結合用環波路の長さを決める。また、第１図
に示されているように励振用導波路７ａの端部に移相器
１２を設け、結合用導波路ＩＱａ、１０ｂに比べ励振用
導波路７ａの光の位相を９０″進める（励振用導波路’
７　ａの実効屈折率をΔｎ小さくし、その長さ△ρをΔ
ｇ−λ／４△ｎとすること等で実現できる）。このよう
に各構造パラメータを選んだとき結合用導波路１０ａ、
１０ｂに励振された光は各導波路７ａ、１０ａ、１０ｂ
の伝送方向の光強度変化が示されている第３図に示され
ているように、すべて励振用導波路に結合する。従って
第１図に示されているように導波膜２に平行な方向で励
振用導波路７ａと光ファイバ４とのスポットサイズが異
なっても高い結合効率が得られる。更に励振用導波路７
ａへの光の閉じ込めを強くすることは曲げ損失を小さく
できるので、光集積回路の小型化にも有効である。

このように本実施例によれば光集積回路製作プロセスを
複雑化しないで、一般的に使用される光ファイバとの結
合効率を高くできる。また、励振用導波路への光の閉じ
込めを強くできるので、光集積回路の低損失化と小型化
とにも有効である。

更にレンズ等の光学部品を使用しないので、組立て工程
も簡単で、かつ信頼性も高い。

なお本実施例ではリッジ型構造の導波路を使用したが拡
散型導波路構造でもよく、本発明の原理は結合導波路を
構成可能な光集積回路すべてに適用できる。また、本実
施例では励振用導波路に移相器を設けたが、これのみに
限るものではなく結合用導波路に移相器を設け、９０″
位相を遅らせてもよい。

また導波路の数を２本にしても同様な考え方で結合効率
を高めることができる。この場合、励振用導波路に平行
して完全結合長の１／２の長さの結合用導波路を設け、
その端部に移相器を設けることで実現できる。

［発明の効果］ 上述のように本発明は光ファイバと薄膜光導波路との結
合のための光軸調整固定が容易で、その結合損失が大幅
に低減するようになって、光ファイバと薄膜光導波路と
の結合のための光軸調整固定を容易にし、その結合損失
の大幅低減を可能とした光ファイバ薄膜光導波路結合用
光回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ薄膜光導波路結合用光回路
の一実施例の斜視図、第２図は同じく一実施例の導波路
端部における各導波路の光強度分布と光ファイバの光強
度分布とを示す特性図、第３図は同じく一実施例の各導
波路の伝送方向の光強度変化を示す特性図、第４図から
第７図は従来の光ファイバ薄膜光導波路結合用光回路の
夫々異なる例を示す斜視図である。 １：基板、 ４４光ファイバ、 ７ａ：励振用導波路、 １０ａ、１０ｂ：結合用導波路、 １２：移相器。 晃　１　肥 第　２　（２）　　　　　　　１２湯相巻第５旧 ＯＺｏ　　Ｚ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバと基板上に形成された薄膜光導波路と
   がこれら両者を結合する結合手段を持って結合されてい
   る光ファイバ薄膜光導波路結合用光回路において、前記
   薄膜光導波路を、前記光ファイバからの信号光を励振す
   る励振用導波路と、この励振用導波路に平行に設けた結
   合用導波路とで形成したことを特徴とする光ファイバ薄
   膜光導波路結合用光回路。
2. （２）前記励振用導波路、結合用導波路が、これらいず
   れかの前記光ファイバ側端部に移相調整用の移相器が設
   けられたものである特許請求の範囲第１項記載の光ファ
   イバ薄膜光導波路結合用光回路。
3. （３）前記結合用導波路が、その位相定数を前記励振用
   導波路と等しくし、かつその長さを完全結合長の１／２
   に選ばれたものである特許請求の範囲第１項記載の光フ
   ァイバ薄膜光導波路結合用光回路。
4. （４）前記移相器が、その移相量を９０°にされたもの
   である特許請求の範囲第２項記載の光ファイバ薄膜導波
   路結合用光回路。