WO2020121832A1 - 光接続構造 - Google Patents

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光太 鹿間
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    • G02B6/24—Coupling light guides
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • 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
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1223—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths high refractive index type, i.e. high-contrast waveguides

Definitions

  • the present invention relates to an optical connection structure for coupling optical waveguides having different mode fields.
  • a waveguide (hereinafter, also referred to as Si waveguide) is configured by a core made of silicon (Si) and a clad made of quartz (SiO 2 ).
  • Si waveguide is configured by a core made of silicon (Si) and a clad made of quartz (SiO 2 ).
  • Si silicon
  • SiO 2 quartz
  • FIG. 11 illustrates a conventional optical connection structure for coupling between optical waveguides having different mode fields.
  • the Si waveguide 1 has a taper structure in which the core cross-sectional area monotonically decreases in the light propagation direction (see, for example, Non-Patent Document 1), and the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 are resin-bonded. Bonded by material 3.
  • the resin adhesive material 3 functions as an optical connection structure.
  • the resin adhesive material 3 will be referred to as a conventional optical connection structure 100'.
  • the Si waveguide 1 is composed of a core (Si waveguide core) 1-1 and a clad (Si waveguide clad) 1-2, and the optical fiber 2 is a core (fiber core) 2-1 and a clad (fiber clad). 2-2 and 2).
  • the Si waveguide core 1-1 has a taper structure in which the cross-sectional area thereof is monotonically decreased in the light propagation direction.
  • the optical axis of the Si waveguide 1 and the optical axis of the optical fiber 2 are adjusted in position so that they coincide with each other.
  • the mode field of the Si waveguide 1 and the mode field of the optical fiber 2 are different due to variations in the fabrication of the tip of the Si waveguide core 1-1 having a tapered structure. And may not combine well.
  • FIGS. 12A and 12B exemplify the waveguide distribution between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 in FIG. 12A shows the normalized power distribution seen from the y-axis direction
  • FIG. 12B shows the mode field distribution (solid line) in the optical fiber plane obtained based on the waveguide analysis.
  • the light emitted from the end surface of the Si waveguide 1 contains a large amount of radiation mode light propagating in the direction away from the optical axis. Therefore, due to variations in fabrication of the tip of the Si waveguide core 1-1 having a tapered structure, the coupling efficiency with the optical fiber 2 is reduced as a result. In this example, the coupling efficiency CE has dropped to -1.4 dB.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide an optical connection structure capable of improving the coupling efficiency between optical waveguides having different mode fields. is there.
  • the present invention provides an optical connection structure (100) for coupling between a first optical waveguide (1) and a second optical waveguide (2) having different mode fields.
  • a part of light in a radiation mode which is provided in a light propagation path between the first optical waveguide and the second optical waveguide and which is emitted from the first optical waveguide and propagates in a direction away from the optical axis. It is characterized by including an optical body (10) which changes the course of the light and changes it into light of a guided mode that passes through itself.
  • the optical body changes the path of a part of the radiation mode light emitted from the first optical waveguide and propagating in the direction away from the optical axis, and makes it the guided mode light passing therethrough. .. This increases the amount of guided mode light that is incident on the second optical waveguide, and improves the coupling efficiency between the first optical waveguide and the second optical waveguide.
  • the light in the light propagation path between the first optical waveguide and the second optical waveguide, the light is emitted from the first optical waveguide and propagates away from the optical axis.
  • the path of a part of the radiation mode light to be changed is provided so as to provide the optical body that makes the guided mode light passing therethrough, so that the number of the guided mode light incident on the second optical waveguide is increased. In this way, the coupling efficiency between the optical waveguides having different mode fields can be improved.
  • FIG. 1A is a side view schematically showing an optical connection structure according to an embodiment of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view taken along the line Ib-Ib in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a diagram exemplifying a waveguide distribution between a Si waveguide and an optical fiber using this optical connection structure.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a waveguide distribution between a Si waveguide and an optical fiber using this optical connection structure.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example in which an optical body is composed of a plurality of optical bodies arranged in an array.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example in which the support has a curved shape.
  • FIG. 1A is a side view schematically showing an optical connection structure according to an embodiment of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view taken along the line Ib-Ib in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a diagram exemplifying a waveguide distribution between a
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which an optical body is joined to the lower surface of the support body.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example in which a support having a truss structure is provided.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which a frustum-shaped support is provided.
  • FIG. 8A is a diagram showing an example in which a void (recess) is provided in the central portion of the lower surface of a frustum-shaped support body.
  • 8B is a sectional view taken along line VIIIb-VIIIb of FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example in which the support is a columnar three-dimensional object.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example in which the support body is a mountain-shaped three-dimensional object.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional optical connection structure.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating a waveguide distribution between a Si waveguide and an optical fiber in a conventional optical connection structure.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the waveguide distribution between the Si waveguide and the optical fiber in the conventional optical connection structure.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic views showing an optical connection structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1A is a side view
  • FIG. 1B is a sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. 1A.
  • the same components as those described with reference to FIG. 11 are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
  • the direction indicated by arrow 201 is the upward direction
  • the direction indicated by arrow 202 is the downward direction.
  • the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 are position-adjusted so that the optical axis of the Si waveguide 1 and the optical axis of the optical fiber 2 coincide with each other, and the waveguide fixing base is also provided. 4 and an optical axis adjusting base 5 having a V groove and the like.
  • a block 6 is bonded to the upper surface of the Si waveguide 1, that is, the upper surface of the Si waveguide cladding 1-2, and a block 7 is bonded to the upper surface of the optical fiber 2, that is, the upper surface of the fiber cladding 2-2. Further, part of the lower surface of the plate-shaped bridge body 8 is joined to the upper surfaces of the blocks 6 and 7, and the bridge body 8 is bridged between the blocks 6 and 7.
  • the material for the blocks 6 and 7 is preferably a waveguide fixing adhesive with a small coefficient of thermal expansion.
  • the blocks 6 and 7 are responsible for fixing and supporting the bridge 8.
  • the thicknesses of the blocks 6 and 7 are such that the bridge body 8 is supported horizontally and that the optical axis of the optical body 10 described later, the optical axis of the Si waveguide 1 and the optical axis of the optical fiber 2 coincide with each other.
  • the material of the bridge body 8 can be a material having high thermal conductivity (for example, silicon).
  • the Si waveguide 1 between the end face of the Si waveguide 1 and the end face of the optical fiber 2, the Si waveguide 1, the waveguide fixing base 4, the block 6, the optical fiber 2, the optical axis adjusting base 5, and the block 7 are provided.
  • the optical body 10 has a rectangular parallelepiped shape and is supported by a bridge body 8 that is bridged between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 via a support body 11.
  • the optical body 10 and the support 11 are made of a photocurable resin and are integrated members.
  • the bridge body 8 that is bridged between the block 6 and the block 7 is used as a substrate and is manufactured using an optical modeling apparatus.
  • the hollow region 9 is filled with an epoxy-based or acrylic-based resin adhesive material 3.
  • the optical body 10 is supported by the bridge body 8 via the support body 11 so that the optical axis of the optical body 10, the optical axis of the Si waveguide 1 and the optical axis of the optical fiber 2 coincide with each other.
  • the length of the optical body 10 in the z direction is 2.5 ⁇ m
  • the length (width) in the x direction is 2.0 ⁇ m
  • the length (height) in the y direction is 2.0 ⁇ m.
  • the length of the hollow region 9 in the z direction is 3 ⁇ m
  • the support 11 is composed of a first support 11-1 and a second support 11-2, which are arranged to face each other along the optical axis of the optical body 10.
  • the first support 11-1 and the second support 11-2 have a flat plate shape, and at one end of one side of the first support 11-1 and the second support 11-2 (
  • the optical body 10 is formed at the lowermost portion, and the ends (uppermost portion) of the first support 11-1 and the second support 11-2 on the other side are joined to the bridge 8.
  • the distance between the first support 11-1 and the second support 11-2 is narrowed from the bridge 8 toward the optical body 10.
  • the distance between the first supporting body 11-1 and the second supporting body 11-2 at the connection position with the optical body 10 is not more than the width of the optical body 10 in the x direction.
  • the length of the first support 11-1 and the second support 11-2 in the z direction is preferably smaller than the length of the optical body 10 in the z direction.
  • connection structure between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 a support body 11 having one end portion joined to the bridge body 8 and an optical body formed at the other end portion of the support body 11 are provided.
  • the optical connection structure 100 according to the present embodiment is constituted by the hollow region 9 in which the optical body 10 and the support 11 are provided, and the resin adhesive material 3 filled in the hollow region 9. There is.
  • the Si waveguide 1 is assumed to have a taper structure in which the core cross-sectional area monotonically decreases in the light propagation direction, but the core cross-sectional area may be constant.
  • the cross section of the Si waveguide core 1-1 perpendicular to the optical axis is rectangular, and the length (height) in the y direction of its emission end face is 0.2 ⁇ m and the length (width) in the x direction is 0. It is assumed to be 0.5 ⁇ m. Further, it is assumed that the fiber core 2-1 of the optical fiber 2 is thinned in the vicinity of the incident end face and has a diameter of 4 ⁇ m. The propagation wavelength is 1.55 ⁇ m.
  • FIG. 2A and 2B exemplify the waveguide distribution between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 using this optical connection structure 100.
  • FIG. 2A shows the normalized power distribution seen from the y-axis direction
  • FIG. 2B shows the mode field distribution (solid line) in the optical fiber plane obtained based on the waveguide analysis.
  • the optical body 10 provided in the light propagation path between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 causes the light to be emitted from the Si waveguide 1 and separated from the optical axis.
  • the path of a part of the radiation mode light propagating in some direction is changed to be guided mode light passing through the optical body 10 itself.
  • the amount of guided mode light incident on the optical fiber 2 increases, and the coupling efficiency between the Si waveguide 1 and the optical fiber 2 improves.
  • the mode field distribution in the fiber plane was shaped, and the coupling efficiency CE was improved to ⁇ 0.069 dB. That is, in the conventional optical connection structure 100', the coupling efficiency CE was -1.4 dB (Fig. 12B), whereas in the optical connection structure 100 according to the present embodiment, it was improved to -0.069 dB.
  • the optical body 10 has a rectangular parallelepiped shape in the above-described embodiment, it may have a hexahedral shape or the like, and may have a shape such that the area of the surface perpendicular to the optical axis toward the optical fiber 2 decreases. Absent. Further, as shown in FIG. 3, the optical body 10 may be composed of a plurality of optical bodies 10a arranged in an array in the xy direction. Further, as shown in FIG. 4, the supports 11-1 and 11-2 may have a curved shape instead of a flat plate shape. As shown in FIG. 5, the support 11 has a flat bottom surface 11-3 that integrally connects the support 11-1 and the support 11-2. You may make it join the optical body 10 to 3. It should be noted that FIGS. 3, 4, 5 and FIGS. 7, 9 and 10 described later correspond to FIG. 1B, respectively.
  • a support body 12 having a truss structure (structure type in which members are connected to each other in a triangle) may be provided instead of the support body 11, and the optical body 10 may be bonded to the lower surface of the support body 13.
  • a void 13a penetrating in the z direction is formed on the lower surface of the support 13, and the optical body 10 is bonded to the lower side of this void 13a.
  • the resin adhesive material 3 is filled in the void 13a.
  • a void (recess) 13b is provided in the central portion of the lower surface of the frustum-shaped support 13 and the optical body 10 is bonded to the lower side of the void 13b.
  • Good. 8A is a view of the support 13 as viewed from the z direction
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line VIIIb-VIIIb of FIG. 8A.
  • the voids 13b are filled with the resin adhesive material 3, but the voids 13b do not necessarily have to be filled with the resin adhesive material 3. That is, the upper portion of the optical body 10 may be a free space.
  • the radiation mode light emitted from the Si waveguide 1 and propagating in a direction away from the optical axis passes through the support 13.
  • the light passes through the space 13b to pass therethrough, and a part of the light is changed in its course to be guided-mode light passing through the optical body 10 itself. If the void 13b does not exist, its course cannot be changed, and the light does not become a guided mode light passing through the optical body 10 itself. Therefore, it is necessary to provide the void 13b in the upper part of the optical body 10.
  • the support 13 has a frustum shape, but the support 13 may be a three-dimensional object having two or more surfaces, and a cylindrical three-dimensional object as shown in FIG. Alternatively, a mountain-shaped three-dimensional object as shown in FIG. 10 may be used.
  • the hollow area 9 is filled with the resin adhesive material 3, but the hollow area 9 may not necessarily be filled with the resin adhesive material 3.

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Abstract

Ｓｉ導波路１と光ファイバ２との間の光の伝搬路に光学体１０を設ける。光学体１０は、Ｓｉ導波路１から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路を変えて、自身を通過する導波モードの光とする。これにより、光ファイバ２に入射される導波モードの光が増え、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２との間の結合効率が向上する。これにより、異なるモードフィールドを有する光導波路間の結合効率を向上させる。

Description

光接続構造
　本発明は、異なるモードフィールドを有する光導波路間を結合する光接続構造に関する。
　近年、シリコン基板上に光電子デバイスを一括して集積する技術として、「シリコンフォトニクス」と呼ばれる技術が注目されている。シリコンフォトニクスでは、シリコン（Ｓｉ）から形成されるコアと、石英（ＳｉＯ2）から形成されるクラッドによって導波路（以下、Ｓｉ導波路ともいう。）を構成している。Ｓｉ導波路の導波光を光ファイバを介して高い結合効率で伝送するには、Ｓｉ導波路のモードフィールドと光ファイバのモードフィールドとを整合させる光接続構造が必要となる。
　図１１に、異なるモードフィールドを有する光導波路間を結合する従来の光接続構造を例示する。この例では、Ｓｉ導波路１のコア断面積を光の伝搬方向に向かって単調減少させたテーパ構造とし（例えば、非特許文献１参照。）、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２とを樹脂接着材料３によって結合させている。この例では、樹脂接着材料３が光接続構造として機能する。以下、樹脂接着材料３を従来の光接続構造１００’とする。
　なお、図１１において、ｚ軸は光の伝搬方向（光軸に沿った方向）を示し、ｙ軸は鉛直方向、ｘ軸は水平方向を示している。また、Ｓｉ導波路１はコア（Ｓｉ導波路コア）１－１とクラッド（Ｓｉ導波路クラッド）１－２とから構成され、光ファイバ２はコア（ファイバコア）２－１とクラッド（ファイバクラッド）２－２とから構成されている。Ｓｉ導波路１において、Ｓｉ導波路コア１－１は、その断面積を光の伝搬方向に向かって単調減少させたテーパ構造とされている。また、Ｓｉ導波路１の光軸と光ファイバ２の光軸とは、一致するように位置調整されている。
　しかしながら、図１１に示した従来の光接続構造１００’では、テーパ構造とされたＳｉ導波路コア１－１の先端の作製ばらつき等により、Ｓｉ導波路１のモードフィールドと光ファイバ２のモードフィールドとが十分に結合しない場合がある。
　図１２Ａおよび図１２Ｂに、図１１におけるＳｉ導波路１と光ファイバ２との間の導波分布を例示する。図１２Ａは、ｙ軸方向から見た規格化電力分布を示し、図１２Ｂは導波解析を基に得られた光ファイバ面内のモードフィールド分布（実線）を示している。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、Ｓｉ導波路１の端面から出射される光は、光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光を多く含む。このため、テーパ構造とされたＳｉ導波路コア１－１の先端の作製ばらつき等により、結果として光ファイバ２との結合効率が低下する。この例において、結合効率ＣＥは、－１．４ｄＢまで低下している。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、異なるモードフィールドを有する光導波路間の結合効率を向上させることができる光接続構造を提供することにある。
　このような目的を達成するために本発明は、異なるモードフィールドを有する第１の光導波路（１）と第２の光導波路（２）との間を結合する光接続構造（１００）において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間の光の伝搬路に設けられ、前記第１の光導波路から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路を変えて、自身を通過する導波モードの光とする光学体（１０）を備えることを特徴とする。
　本発明において、光学体は、第１の光導波路から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路を変えて、自身を通過する導波モードの光とする。これにより、第２の光導波路に入射される導波モードの光が増え、第１の光導波路と第２の光導波路との間の結合効率が向上する。
　なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
　以上説明したように、本発明によれば、第１の光導波路と第２の光導波路との間の光の伝搬路に、第１の光導波路から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路を変えて、自身を通過する導波モードの光とする光学体を設けるようにしたので、第２の光導波路に入射される導波モードの光を増やすようにして、異なるモードフィールドを有する光導波路間の結合効率を向上させることができるようになる。
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る光接続構造を模式的に示す側面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩｂ－Ｉｂ線における断面図である。 図２Ａは、この光接続構造を用いたＳｉ導波路と光ファイバとの間の導波分布を例示する図である。 図２Ｂは、この光接続構造を用いたＳｉ導波路と光ファイバとの間の導波分布を例示する図である。 図３は、アレイ状に配置された複数の光学体から光学体を構成した例を示す図である。 図４は、支持体を曲面状とした例を示す図である。 図５は、支持体の下面に光学体を接合するようにした例を示す図である。 図６は、トラス構造の支持体を設けるようにした例を示す斜視図である。 図７は、錐台状とされた支持体を設けるようにした例を示す図である。 図８Ａは、錐台状とされた支持体の下面中央部に空隙（凹部）を設けるようにした例を示す図である。 図８Ｂは、図８ＡのVIIIｂ－VIIIｂ線における断面図である。 図９は、支持体を円柱状の立体物とした例を示す図である。 図１０は、支持体を山状の立体物とした例を示す図である。 図１１は、従来の光接続構造を例示する図である。 図１２Ａは、従来の光接続構造におけるＳｉ導波路と光ファイバとの間の導波分布を例示する図である。 図１２Ｂは、従来の光接続構造におけるＳｉ導波路と光ファイバとの間の導波分布を例示する図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１Ａおよび図１Ｂは本発明の実施の形態に係る光接続構造を示す模式図であり、図１Ａは側面図、図１Ｂは図１ＡのＩｂ－Ｉｂ線における断面図である。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、図１１を参照して説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、矢印２０１で示される方向を上方向、矢印２０２で示される方向を下方向とする。
　図１Ａおよび図１Ｂにおいて、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２とは、Ｓｉ導波路１の光軸と光ファイバ２の光軸とが一致するように位置調整されたうえ、導波路固定用基台４とＶ溝等を有する光軸調整用基台５とにそれぞれ固定されている。
　Ｓｉ導波路１の上面、すなわちＳｉ導波路クラッド１－２の上面にはブロック６が接合され、光ファイバ２の上面、すなわちファイバクラッド２－２の上面にはブロック７が接合されている。さらに、ブロック６とブロック７の上面には板状の橋体８の下面の一部が接合されて、ブロック６とブロック７との間に橋体８が架け渡されている。
　なお、ブロック６，７の材料は、熱膨張係数が小さい導波路固定用接着剤が望ましい。このブロック６，７が橋体８の固定と支持を担う。ブロック６，７の厚みは、橋体８が水平に支持されるように、かつ、後述する光学体１０の光軸とＳｉ導波路１の光軸と光ファイバ２の光軸とが一致するように、調整される。例えば、橋体８の材料は、熱伝導性の高い材料（例えば、シリコン）とすることができる。
　また、Ｓｉ導波路１の端面と光ファイバ２の端面との間には、Ｓｉ導波路１と導波路固定用基台４とブロック６と光ファイバ２と光軸調整用基台５とブロック７と橋体８とで囲まれる中空の領域（以下、「中空領域」と呼ぶ。）９が形成されており、この中空領域９内にコアとして作用する光学体１０が設けられている。
　光学体１０は、直方体の形状を有し、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２との間に架けられた橋体８に、支持体１１を介して支持されている。光学体１０および支持体１１は、光硬化性樹脂から成り、一体化された部材とされている。この例では、ブロック６とブロック７との間に架けられる橋体８を基板として、光造形装置を用いて作製されている。また、中空領域９には、エポキシ系またはアクリル系の樹脂接着材料３が充填されている。
　なお、光学体１０は、光学体１０の光軸とＳｉ導波路１の光軸と光ファイバ２の光軸とが一致するように、橋体８に支持体１１を介して支持されている。また、この例において、光学体１０のｚ方向の長さは２．５μｍ、ｘ方向の長さ（幅）は２．０μｍ、ｙ方向の長さ（高さ）は２．０μｍとされているものとする。また、中空領域９のｚ方向の長さは３μｍとされ、光学体１０の屈折率ｎ１は、樹脂接着材料３の屈折率ｎ２より大きく、ｎ１＝１．７、ｎ２＝１．５とされているものとする。
　支持体１１は、光学体１０の光軸に沿って対向して配置された第１の支持体１１－１と第２の支持体１１－２とから構成されている。第１の支持体１１－１および第２の支持体１１－２は平板状とされており、第１の支持体１１－１および第２の支持体１１－２の一方側の端部に（最下部）に光学体１０が形成され、第１の支持体１１－１および第２の支持体１１－２の他方側の端部（最上部）が橋体８に接合されている。
　第１の支持体１１－１と第２の支持体１１－２との間隔は、橋体８から光学体１０に向かうにつれ狭められている。第１の支持体１１－１と第２の支持体１１－２との光学体１０との接続位置における間隔は、光学体１０のｘ方向の幅以下とされている。第１の支持体１１－１および第２の支持体１１－２のｚ方向の長さは、光学体１０のｚ方向の長さより小さいことが望ましい。また、平板状とされた第１の支持体１１－１および第２の支持体１１－２の厚さは、伝搬波長以下であることが望ましい。
　このＳｉ導波路１と光ファイバ２との接続構造において、橋体８にその一方側の端部が接合された支持体１１と、この支持体１１の他方側の端部に形成された光学体１０と、この光学体１０と支持体１１とが設けられた中空領域９と、この中空領域９に充填された樹脂接着材料３とによって、本実施の形態に係る光接続構造１００が構成されている。
　なお、Ｓｉ導波路１は、そのコア断面積を光の伝搬方向に向かって単調減少させたテーパ構造とされているものとするが、コア断面積を一定とした構造とされていてもよい。また、Ｓｉ導波路コア１－１の光軸に直交する断面の形状は長方形で、その出射端面のｙ方向の長さ（高さ）は０．２μｍ、ｘ方向の長さ（幅）は０．５μｍとされているものとする。また、光ファイバ２のファイバコア２－１は、入射端面付近で細径化され、その直径は４μｍとされているものとする。また、伝搬波長は１．５５μｍとする。
　図２Ａおよび図２Ｂに、この光接続構造１００を用いたＳｉ導波路１と光ファイバ２との間の導波分布を例示する。図２Ａは、ｙ軸方向から見た規格化電力分布を示し、図２Ｂは、導波解析を基に得られた光ファイバ面内のモードフィールド分布（実線）を示している。
　本実施の形態に係る光接続構造１００では、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２との間の光の伝搬路に設けられている光学体１０によって、Ｓｉ導波路１から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路が変えられて、光学体１０自身を通過する導波モードの光とされる。これにより、光ファイバ２に入射される導波モードの光が増え、Ｓｉ導波路１と光ファイバ２との間の結合効率が向上する。この例では、図２Ｂに示すように、ファイバ面内のモードフィールド分布が整形され、結合効率ＣＥが－０．０６９ｄＢまで改善された。すなわち、従来の光接続構造１００’では、結合効率ＣＥが－１．４ｄＢ（図１２Ｂ）であったのに対し、本実施の形態に係る光接続構造１００では－０．０６９ｄＢまで改善された。
　なお、上述した実施の形態では、光学体１０を直方体の形状としたが、６面体などとしてもよく、光ファイバ２に向かって光軸に垂直な面の面積が減少するような形状としても構わない。また、図３に示すように、光学体１０をｘｙ方向にアレイ状に配置された複数の光学体１０ａから構成されるものとしてもよい。また、図４に示すように、支持体１１－１，１１－２を平板状ではなく、曲面状としてもよい。また、図５に示すように、支持体１１を支持体１１－１と支持体１１－２とを一体的につなぐ平板状の底面１１－３を有する構造とし、この支持体１１の底面１１－３に光学体１０を接合するようにしてもよい。なお、図３，図４，図５および後述する図７，図９，図１０は、それぞれ図１Ｂに対応する図である。
　また、図６に示すように、支持体１１の代わりに、トラス構造（部材同士を三角形につなぎ合わせた構造形式）の支持体１２を設けるようにしてもよい。また、図７に示すように、支持体１１の代わりに、錐台状とされた支持体１３を設け、この支持体１３の下面に光学体１０を接合するようにしてもよい。なお、図７に示した例において、支持体１３の下面にはｚ方向に貫かれた空隙１３ａが形成されており、この空隙１３ａの下側に光学体１０が接合されている。また、空隙１３ａには樹脂接着材料３が充填されている。
　また、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、錐台状とされた支持体１３の下面中央部に空隙（凹部）１３ｂを設け、この空隙１３ｂの下側に光学体１０を接合するようにしてもよい。なお、図８Ａは、支持体１３をｚ方向からみた図であり、図８Ｂは、図８ＡのVIIIｂ－VIIIｂ線における断面図である。この図では、空隙１３ｂに樹脂接着材料３を充填しているが、必ずしも空隙１３ｂに樹脂接着材料３を充填しなくてもよい。すなわち、光学体１０の上部をただの空間としてもよい。
　図８Ａおよび図８Ｂに示したように、空隙１３ｂがｚ方向に貫かれた空隙でない場合、Ｓｉ導波路１から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光は支持体１３を通過して空隙１３ｂに進入し、その一部が進路を変えられて、光学体１０自身を通過する導波モードの光とされる。空隙１３ｂがない場合には、その進路は変えられず、光学体１０自身を通過する導波モードの光とはならない。このため、光学体１０の上部に、空隙１３ｂを設ける必要がある。
　また、図７に示した例では、支持体１３を錐台状としたが、支持体１３は２面以上の面を有する立体物であればよく、図９に示すような円柱状の立体物としたり、図１０に示すような山状の立体物としたりしても構わない。また、上述した実施の形態では、中空領域９に樹脂接着材料３を充填するようにしたが、必ずしも中空領域９に樹脂接着材料３を充填しなくてもよい。
〔実施の形態の拡張〕
　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　１…Ｓｉ導波路、１－１…Ｓｉ導波路コア、１－２…Ｓｉ導波路クラッド、２…光ファイバ、２－１…ファイバコア、２－２…ファイバクラッド、３…樹脂接着材料、４…導波路固定用基台、５…光軸調整用基台、６，７…ブロック、８…橋体、９…中空領域、１０…光学体、１１，１２，１３…支持体、１３ａ，１３ｂ…空隙。

Claims (8)

  1. 　異なるモードフィールドを有する第１の光導波路と第２の光導波路との間を結合する光接続構造において、
    　前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間の光の伝搬路に設けられ、前記第１の光導波路から出射され光軸から離れていく方向に伝搬する放射モードの光の一部の進路を変えて、自身を通過する導波モードの光とする光学体
    　を備えることを特徴とする光接続構造。
  2. 　請求項１に記載された光接続構造において、
    　前記光学体は、
    　前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に架けられた橋体に少なくとも１つの支持体を介して支持されている
    　ことを特徴とする光接続構造。
  3. 　請求項２に記載された光接続構造において、
    　前記光学体は、
    　前記支持体の一方側の端部に設けられ、
    　前記支持体の他方側の端部は、
    　前記橋体に接合されている
    　ことを特徴とする光接続構造。
  4. 　請求項２に記載された光接続構造において
    　前記支持体は、
    　前記光学体の光軸に沿って対向して配置された第１の支持体と第２の支持体とから構成され、
    　前記光学体は、
    　前記第１の支持体および前記第２の支持体の一方側の端部に設けられ、
    　前記第１の支持体および前記第２の支持体の他方側の端部は、
    　前記橋体に接合されている
    　ことを特徴とする光接続構造。
  5. 　請求項２に記載された光接続構造において、
    　前記支持体は、
    　２面以上の面を有する立体物とされている
    　ことを特徴とする光接続構造。
  6. 　請求項２～５の何れか１項に記載された光接続構造において、
    　前記光学体および前記支持体は、
    　光硬化性樹脂から成る
    　ことを特徴とする光接続構造。
  7. 　請求項２～６の何れか１項に記載された光接続構造において、
    　前記光学体および前記支持体は、
    　前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に形成された中空の領域に設けられ、
    　前記中空の領域には、
    　樹脂材料が充填されており、
    　前記光学体の屈折率は、
    　前記樹脂材料の屈折率よりも大きい
    　ことを特徴とする光接続構造。
  8. 　請求項１～７の何れか１項に記載された光接続構造において、
    　前記第２の光導波路は、
    　光ファイバであり、
    　前記光学体の光軸に垂直な面内における最大幅は、
    　前記第２の光導波路のコアの直径より小さい
    　ことを特徴とする光接続構造。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9002157B2 (en) * 2012-05-24 2015-04-07 International Business Machines Corporation Method of manufacturing a three dimensional photonic device by two photon absorption polymerization
US9034222B2 (en) * 2012-02-23 2015-05-19 Karlsruhe Institut Fuer Technologie Method for producing photonic wire bonds
WO2018083191A1 (de) * 2016-11-02 2018-05-11 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur herstellung eines optischen systems und optisches system
JP2018533033A (ja) * 2015-08-10 2018-11-08 マルチフォトン オプティクス ゲーエムベーハー ビーム偏向素子を有する光学部品、その製造方法及び当該部品に適したビーム偏向素子
JP2018189875A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 日本電信電話株式会社 光接続構造およびその形成方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060239612A1 (en) * 2002-06-19 2006-10-26 Peter De Dobbelaere Flip-chip devices formed on photonic integrated circuit chips
WO2005067573A2 (en) * 2004-01-12 2005-07-28 Xponent Photonics Inc Apparatus and methods for launching an optical signal into multimode optical fiber
US7480432B2 (en) * 2006-02-28 2009-01-20 Corning Incorporated Glass-based micropositioning systems and methods
US9341787B2 (en) * 2013-01-02 2016-05-17 Micron Technology, Inc. Apparatus providing simplified alignment of optical fiber in photonic integrated circuits
US9482818B2 (en) * 2015-02-23 2016-11-01 Cisco Technology, Inc. Optically coupling waveguides
JP7211235B2 (ja) * 2019-04-15 2023-01-24 日本電信電話株式会社 光接続構造
JP7211236B2 (ja) * 2019-04-15 2023-01-24 日本電信電話株式会社 光接続構造

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9034222B2 (en) * 2012-02-23 2015-05-19 Karlsruhe Institut Fuer Technologie Method for producing photonic wire bonds
US9002157B2 (en) * 2012-05-24 2015-04-07 International Business Machines Corporation Method of manufacturing a three dimensional photonic device by two photon absorption polymerization
JP2018533033A (ja) * 2015-08-10 2018-11-08 マルチフォトン オプティクス ゲーエムベーハー ビーム偏向素子を有する光学部品、その製造方法及び当該部品に適したビーム偏向素子
WO2018083191A1 (de) * 2016-11-02 2018-05-11 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur herstellung eines optischen systems und optisches system
JP2018189875A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 日本電信電話株式会社 光接続構造およびその形成方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WILLIAMS ET AL.: "Fabrication of three-dimensional micro-photonic structures on the tip of optical fibers using SU -8", OPTICS EXPRESS, vol. 19, no. 23, 27 October 2011 (2011-10-27), pages 22910 - 22922, XP055337463, DOI: 10.1364/OE.19.022910 *

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