JPS61166504A - 光回路デバイス - 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 本発明は光通信、光制御に係る光回路デバイスに関する
。特に薄膜光導波路型の光回路デバイスに関する。

従来の技術 従来のこの種の薄膜光導波路型の光回路デノ（イスは、
第３図に示すように基板３１上に設けた光導波路３２と
光波を伝送するコア３３を含む光伝送線３４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３１およびコア３３
の鏡面端面をつき合わせる端面結合法が使用されている
（例えば、小山次部、西原浩「光波電子工学」（昭６３
．５゜１５）、コロナ社、Ｐ、２５０）。

この種の構成において、光導波路３２とコア３３との断
面積は通常例えば、１８ｍＸ１０μｍＷと１０μｍψと
異なるため良好な結合効率が得られなかった。改良の観
点から見ると半導体し〜ザと単一モード光伝送線との光
結合にかかる構成（坂ロ晴男、関紀男、山本周、（電子
通信学会光量子エレクトロニクス研究会資料０ＱＥ８０
−１２３（１９８０）Ｐ、５７）を薄膜光導波路への適
用が考考えられる。構成を第４図に示す。同図において
３１．３２，３３．３４は第３図と同一である。

構成は光フアイバ光端を約９００のテーパ（楔）状に研
磨したのち、コア３３の先端をアーク放電によシ加熱溶
融しテーパ状半円柱レンズ４１に加工し結合効率を上げ
る工夫がなされている。例えば０．６μｍ　　Ｘ２〜３
μｍｗの半導体レーザ、１０μｍψ　のステップ形単−
モード光伝送線では、２．９〜３．３　ｄＢの結合損失
が報告されている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この種の構成では光導波路３２とテーパ状半円
柱レンズ４１とコア３３との光軸の一致が困難であるた
め、光結合効率が経年変動するという問題があった。し
たがって、光導波路３２で光回路を構成すると、光回路
の特性の経年変動が発生する問題があった。これは下記
の理由による。

つｌ、コア３３をテーパ状に加工するに要求される点は
、コア３３の中心軸を２テ一パ面４２の交線とを一致さ
せ且つ２テ一パ面４２のなす角の２等分線とコアの中心
軸とを一致させることである。加えて精度よいコア先端
のテーパ状半円柱レンズの放電溶融加工である。結果、
コア３３の中心軸と一致する光軸とテーパ状円柱レンズ
の光軸が一致し、焦点面で光導波路の断面にビーム径を
絞り込み一致させ、コア３３と光導波路３２との光結合
効率を論理値に接近させることが出来る。

このテーパ状円柱レンズ加工はサブミクロン精度の加工
技術が必要であり、放電溶融加工（例えば、レンズ半径
４〜Ｔμｍ　×８〜１０μｍＷのレンズ加工）も技術的
に未確立な点が多い。

したがって、コア３３とテーバ状半円柱レンズの光軸の
一致と焦点面での光波断面の一致との実現が困難なため
、光結合面の微少な相対位置ずれ（温度等による）によ
る光結合効率の不安定の発生が生ずるのである。加えて
、光軸の不一致のため、光導波路３２とコア３３とを同
一平面近傍にて光結合が出来ず所定の角度で光結合効率
が極大となり、組立加工が難しい問題があった。多モー
ド光導波路ではさらに基本モードの励振効率の極大と光
結合効率の極大が一致せず効率良いデバイス構成を実現
することが出来ず、さらに光導波路内のモードの分散状
態の安定化が光結合面の相対位置ずれにより困難であっ
た。

そこで、本発明は光導波路と光伝送線の光軸を一致させ
高効率で光結合効率の経年変動が少なく組立の容易な構
造を提供するものである。

問題点を解決するための手段 そして前記問題点を解決する本発明の技術的手段は、前
記光伝送線の一端のコアの厚さを小角のテーパ状とする
テーパコア部を有し且つ前記テーパコア部のコア終端面
の断面を前記光導波路祷端面に近似させ、前記コア終端
面との共通面を有し前記テーパコア部を保持する支持板
を設けるものである。

作　　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、光伝送線の一端のコアの厚さを小角のテーパ
状とし支持板での保持により、テーパコア部表面の保護
と安定化が果たされるので、光伝送線中の伝送光は基本
モードのままコア終端面まで伝送される作用し、光伝送
線と光導波路とをつき合わせることにより伝送光の電磁
界分布を光導波路の基本モード導波光の電磁界分布にほ
ぼ一致させることができる。この結果得られる光結合は
、第４図に示したレンズ作用とは異なり、第３図に示し
たつき合わせの端面結合法なので高効率で経年変動の少
ない光結合が得られる。

支持板の採用によシテーパコア部の固有振動が除去され
る作用を有しているため、安定した結合効率も得られる
。

多モード光導波路の場合にも、光伝送線のコア終端面ま
で基本モードで伝送され、光軸の一致したつき合わせに
よる光結合であるので、基本的に基本モード以外は励振
されにくく、したがって光導波路のモード分散状態が安
定で高い光結合効率が得られる。

以上の結果、高効率で経年変動の少なく、組立が容易に
実現されるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図において、ｂは要部構成を示しており、ａはｂの
Ａ−Ａ／断面の要部構成を示している。

同図において、基板１１上に設けた少なくとも１つの光
導波路１２と、光導波路１２と光結合する光波を伝送す
るコア１３を有する少なくとも１つの光伝送線１４とか
らなり、光伝送線１４の一端のコア１３の厚さをテーパ
状とするテーパコア部１３ａを有し且つテーパコア部１
３ａのコア終端面１３ｂの断面を光導波路終端面１２ａ
に近似させ、コア終端面１３ｂとの共通面１５ａを有し
テーパコア部１３ａを保持する支持板１６を設けている
。

次に、この一実施例の構成における作用を具体的に説明
する。サファイア基板１１（屈折率１．７７）上にスパ
ッタ蒸着により膜厚０．８μｍのＰＬＺＴ薄膜（屈折率
２６）を形成した。次に幅１０μｍに例エバ、イオンビ
ームエツチングにより光導波路１２を形成したのち、端
面研磨を行い鏡面端面１２ａを作製した。一方、光伝送
線１４には例えキ、外径１２６μｍψ、コア径１０μｍ
ψの石英単一モードファイバを使用し、テーバ面をテー
ノく面のなす角度を１００として研磨を行い厚さｌｆｆ
１１ｍの石英基板をエポキシ樹脂接着剤（屈折率１．６
）で接着し、テーパコア部１３ａを保持した。次にコア
終端の鏡面研磨を行い、１μｍＤ×１０μｍＷのコア終
端面１３ｂを作製した。伝送光の遠視野像は単一モード
であることが確認された。エポキシ樹脂の屈折率は１．
６と石英ファイバの屈折率１．４７よりも大きいが、エ
ポキシ樹脂の膜厚が０．２μｍ（ＳＥＭ観察）とコア終
端面１３ｂでの厚さに比較し薄く、コア１３の厚さを角
度１０°のテーパ状の構成としているので、基本モード
のままコア終端面１３ｂまで伝送されたと考えられる。

作製された光導波路終端面１２＆とコア終端面１３ｂと
をつき合わせて光結合を行い、光回路デバイスを作製し
た。

作製した光回路デバイスにおいて、光伝送線１４中の伝
送光は基本モードで伝送されているので、光伝送線１４
と光導波路１２とをつき合わせることにより伝送光の電
磁界分布と光導波路の基　　　　　　；・本モードの電
磁界分布にほぼ一致していると考えられる。光結合損失
は３　ｄＢと良好であった。光導波路１２と光伝送線１
４は光軸が一致しており、同一平面上にほぼ構成され組
立が容易に出来た。

特に光導波路１２と光伝送線１４との光軸が一致してお
り、支持板の採用によるテーパコア部の固有振動の除去
もなされているので、１週間の経時変化にも光結合損失
３ｄＢと極めて変動は少ないものであった。多モードＰ
ＬＺＴ薄膜光導波路（４モード）でＹ分岐を構成した場
合も、分岐１対１で安定しているのを確認しており、従
って主として基本モードが励振されておりモード分散状
態が安定していたと考えられる。

なお第１図における１１は基板、１２は光導波路、１３
はコア、１４は光伝送線、１６は支持板である。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第２図は他の実施例を示しており、この実施例では、光
伝送線側の要部構成図を示しだ。同図において、１３，
１４．１５は第１図と同一である。

同図においては光伝送線を４本並列したものである。光
伝送線１４には例えば、外径１２５μｍφ。

コア径１０μｍφ　の石英単一モードファイバを使用し
、光伝送線１４を１２６μｍ間隔で並列し、第１の実施
例で示した加工を施し作製した。光導波路１２は幅１０
μｍ、膜厚１μｍのＴｉ拡散ＬｉＮｂＯ３光導波路を用
い１２６μｍ間隔で作製し端面研磨を行った。両者をつ
き合わせて光結合させ光回路デバイスを作製した。

作製した光回路デバイスの光結合損失は３．６±ｏ、ｔ
ｓ　ｄＢの範囲に入り良好であった。又、経年変動も認
められなかった。一方、第２従来例で示した構成では加
工時に光軸が各光結合点で不一致が発生し、結合損失の
ばらつきをおさえることが困難である。したがって、本
発明の構成は複数の光伝送線と光導波路との光結合に有
効である。

本実施例においてエポキシ樹脂接着剤を使用したが、低
融点ガラス、例えばコーニング８３６３（軟化点３８０
’Ｃ、屈折率１．９）の薄膜（例えば０．２μｍ）を支
持板に蒸着し、テーパコア部とを真空加熱接着を行うな
ど、支持板とテーパコア部の接着が本発明の手段に含ま
れるものでありエポキシ樹脂接着材に限定されるもので
ない。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第６図は他の実施例の要部構成を示し、１１゜１２．１
３，１４．１５は第１図と同じである。

この実施例ではテーパコア部１３ｂの終端の厚さを０．
４μｍとし、テーパ面に金属薄膜５１例えばＡｑ　Ｏ，
２μｍを蒸着したのち、エポキシ樹脂で支持板を接着し
た。勾の屈折率は０．２（波長１．３μｍ）であり、伝
送光は良好に閉じ込められて伝送されるため０．４μｍ
まで絞ることが出来た。

０．４μｍ×１０μｍＷのＰＬＺＴ薄膜光導波路との光
結合させて回路デバイスを作製した。

作製した光回路デバイスの結合損失は４　ｄＢが得られ
、膜厚１μｍの場合に遜色ない特性が得られた。この実
施例では、膜厚の薄くて第１　、第２の実施例が適用で
きない場合に有効であることが示された。すなわち、第
１．第２の実施例では接着層の屈折率がコアよりも高い
ためにテーパコア部を薄くすると輻射モードが生じ結合
損失を増大させる。もちろん、光結合効率の安定性、モ
ード分散状態の安定性は第１．第２の実施例と同様の効
果が得られた。

発明の効果 本発明は、光伝送線の一端のコアの厚さを小角のテーパ
状とするテーパコア部を有し、且つ前記テーパコア部の
コア終端面の断面を光導波終端面に近似させ、コア終端
面との共通面を有しテーパコア部を保持する支持板を設
けであるので、高効率で光結合効率の経年変動が少なく
組立が容易であり、しかも次のような効果も有している
。

すなわち、本発明ではつき合わせによる光結合を用いて
いるので複数本の光伝送線と光導波路との光結合も、高
効率でバラツキを少なく作製できる効果を有しており、
光回路デバイスの小型集積化を図ることもできるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、Φ）は本発明の一実施例の光回路デバイ
スの要部断面図、要部構成図、第２図は本発明の他の実
施例の同デバイスの要部構成図、第３図は従来例の同デ
バイスの要部構成図、第４図は他の従来例の要部構成図
、第５図は本発明の第３の実施例の同デバイスの要部構
成図である。 １１・・・・・・基板、１２・・・・・・光導波路、１
３・・・・・・コア、１４・・・・・・光伝送線、１６
・・・・・・支持板、６１・・・・・・金属薄膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１３
・−・コ　ア ｇ、、・光イ云送織 １５・・・友詩扱 ′：ｐＩｚ図 ｆ３ 第３図　　　　　　３４ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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つの光伝送線とからなり、前記光伝送線の一端のコア
   の厚さをテーパ状とするテーパコア部を有し、且つ前記
   テーパコア部のコア終端面の断面を前記光導波路終端面
   に近似させ、前記コア終端面との共通面を有し前記テー
   パコア部を保持する支持板を設けたことを特徴とする光
   回路デバイス。