JPH0273313A - 光結合装置 - Google Patents
光結合装置Info
- Publication number
- JPH0273313A JPH0273313A JP63227053A JP22705388A JPH0273313A JP H0273313 A JPH0273313 A JP H0273313A JP 63227053 A JP63227053 A JP 63227053A JP 22705388 A JP22705388 A JP 22705388A JP H0273313 A JPH0273313 A JP H0273313A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- waveguide
- coupling
- light source
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- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- 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
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (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。
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
本発明は光を導波路内に入力結合させる装置に関するも
のである。
のである。
従来の技術
従来の技術について、例えば光集積回路（西原浩他、オ
ーム社）のＰ２４５に記載のグレーティングカブラや、
特開昭８１−７１４３０号公報に記載の導波光量検出手
段に基づいて説明する。第１図は本発明の一実施例の光
結合装置の断面構成図であるがこれを使って説明する。
ーム社）のＰ２４５に記載のグレーティングカブラや、
特開昭８１−７１４３０号公報に記載の導波光量検出手
段に基づいて説明する。第１図は本発明の一実施例の光
結合装置の断面構成図であるがこれを使って説明する。
半導体レーザー１から出射する光は集光レンズ２によっ
て平行光３となり、導波層４上に形成されたグレーティ
ングカブラ５に導波路表面法線６に対してθの角で入射
し、入力結合して導波光７となる。導波層４はＳｔ基板
８の上に誘電体層９を挟んで構成されている。導波光７
は出力用のグレーティングカブラ１０により導波層外に
その一部が放射され、放射光１１となる。放射されずに
残った導波光１２はＳｔ基板上に形成された受光素子１
３によりその光量が検出される。なお、受光素子１３は
導波層４と直接接している。受光素子１３により検出さ
れた検出信号は増幅器１４により増幅され、導波光７の
光量が一定になるように、すなわち放射光１１の光量が
一定になるように半導体レーザー１のパワー制御信号と
してレーザー駆動回路１５にフィードバックされる。
て平行光３となり、導波層４上に形成されたグレーティ
ングカブラ５に導波路表面法線６に対してθの角で入射
し、入力結合して導波光７となる。導波層４はＳｔ基板
８の上に誘電体層９を挟んで構成されている。導波光７
は出力用のグレーティングカブラ１０により導波層外に
その一部が放射され、放射光１１となる。放射されずに
残った導波光１２はＳｔ基板上に形成された受光素子１
３によりその光量が検出される。なお、受光素子１３は
導波層４と直接接している。受光素子１３により検出さ
れた検出信号は増幅器１４により増幅され、導波光７の
光量が一定になるように、すなわち放射光１１の光量が
一定になるように半導体レーザー１のパワー制御信号と
してレーザー駆動回路１５にフィードバックされる。
発明が解決しようとする課題
このような従来の光結合装置において、以下の問題点が
あった。すなわち、半導体レーザー１は一般に環境温度
の高低、発光パワーの大小、モードホッピングなどによ
って波長が変動する。−万人力結合効率（入射光量に対
する導波光量の比）を最大にする入射角θは波長の関数
であり、例えば波長が１０ｎｍ程度変動しても結合効率
は最適値に比べ半減する。従って、従来例のように導波
光量を検出しそれが一定になるように半導体レーザー１
のパワー制御を行えば、波長変動時における効率低下を
補うためレーザー発光量が増大し、発光量にも上限があ
るのでレーザーを大出力で用いる場合には導波光量を一
定に（すなわち放射光１１の光量を一定に）保つことの
できない場合が生ずる。またあえて導波光量、放射光量
を一定に保てばレーザーを破損することになる。
あった。すなわち、半導体レーザー１は一般に環境温度
の高低、発光パワーの大小、モードホッピングなどによ
って波長が変動する。−万人力結合効率（入射光量に対
する導波光量の比）を最大にする入射角θは波長の関数
であり、例えば波長が１０ｎｍ程度変動しても結合効率
は最適値に比べ半減する。従って、従来例のように導波
光量を検出しそれが一定になるように半導体レーザー１
のパワー制御を行えば、波長変動時における効率低下を
補うためレーザー発光量が増大し、発光量にも上限があ
るのでレーザーを大出力で用いる場合には導波光量を一
定に（すなわち放射光１１の光量を一定に）保つことの
できない場合が生ずる。またあえて導波光量、放射光量
を一定に保てばレーザーを破損することになる。
本発明はかかる問題点に鑑み、波長が変動しても安定し
て導波光量、放射光量を一定に保つ光結合装置を提供す
ることを目的とする。
て導波光量、放射光量を一定に保つ光結合装置を提供す
ることを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するため、以下の手段を用い
る。すなわち、レーザー光源と、前記光源のパワーを駆
動し制御する制御手段と、導波路と、前記導波路上に構
成され前記光源から発光される光を導波路内に入力結合
する結合手段と、前記導波路内に構成され前記導波光の
光量を検出する検出手段とからなり、前記検出手段から
得られる検出光量を前記制御手段の制御信号とし、前記
光源の大出力時における波長に対する前記結合手段の結
合効率が小出力時における結合効率より大きいことを特
徴とする光結合装置である。
る。すなわち、レーザー光源と、前記光源のパワーを駆
動し制御する制御手段と、導波路と、前記導波路上に構
成され前記光源から発光される光を導波路内に入力結合
する結合手段と、前記導波路内に構成され前記導波光の
光量を検出する検出手段とからなり、前記検出手段から
得られる検出光量を前記制御手段の制御信号とし、前記
光源の大出力時における波長に対する前記結合手段の結
合効率が小出力時における結合効率より大きいことを特
徴とする光結合装置である。
作用
上記の様な構成により、レーザー光源の大出力時におけ
る結合効率を最適値に近くでき、導波光量、放射光量を
安定して一定に保たれてる。
る結合効率を最適値に近くでき、導波光量、放射光量を
安定して一定に保たれてる。
実施例
以下本発明の実施例を第１図から第６図に基づいて説明
する。本発明の第一実施例における光結合装置の構成は
従来例と同じであり、従来例と同じ第１図を用いて説明
する。半導体レーザー１から出射する光は集光レンズ２
によって平行光３となり、導波層４上に形成されたグレ
ーティングカプラ５に導波路表面法線６に対してθの角
で入射し、入力結合して導波光７となる。導波層４はＳ
ｉ基板８の上に誘電体層９を挟んで構成されている。導
波光７は出力用のグレーティングカプラ１０により導波
層外にその一部が放射され、放射光１１となる。放射さ
れずに残った導波光１２はＳｉ基板上に形成された受光
素子１３によりその光量が検出される。なお、受光素子
１３は導波層４と直接液している。受光素子１３により
検出された検出信号は増幅器１４により増幅され、導波
光７の光量が一定になるように、すなわち放射光１１の
光量が一定になるように半導体レーザー１のパワー制御
信号としてレーザー駆動回路１５にフィードバックされ
る。
する。本発明の第一実施例における光結合装置の構成は
従来例と同じであり、従来例と同じ第１図を用いて説明
する。半導体レーザー１から出射する光は集光レンズ２
によって平行光３となり、導波層４上に形成されたグレ
ーティングカプラ５に導波路表面法線６に対してθの角
で入射し、入力結合して導波光７となる。導波層４はＳ
ｉ基板８の上に誘電体層９を挟んで構成されている。導
波光７は出力用のグレーティングカプラ１０により導波
層外にその一部が放射され、放射光１１となる。放射さ
れずに残った導波光１２はＳｉ基板上に形成された受光
素子１３によりその光量が検出される。なお、受光素子
１３は導波層４と直接液している。受光素子１３により
検出された検出信号は増幅器１４により増幅され、導波
光７の光量が一定になるように、すなわち放射光１１の
光量が一定になるように半導体レーザー１のパワー制御
信号としてレーザー駆動回路１５にフィードバックされ
る。
入力結合効率を最大にする入射角θのは次式で与えられ
る。
る。
ｓｉｎθｓ”Ｎ＠＋Ｑλａ／Ａ −−−（１）λ。
はレーザー光の波長、Ｎｌｌは導波路の等偏屈折率、Ａ
はグレーティングのピッチ、ｑは結合次数であり２ビ一
ム結合の場合ｑ＝−１となる。
はグレーティングのピッチ、ｑは結合次数であり２ビ一
ム結合の場合ｑ＝−１となる。
入射角θがθｅよりずれれば、入力結合効率は低下する
。同様に入射角θ＝θｅであっても等偏屈折率Ｎやレー
ザー光の波長λがＮ ＱＮ λ鑓よりずれれば入力結
合効率は低下する。
。同様に入射角θ＝θｅであっても等偏屈折率Ｎやレー
ザー光の波長λがＮ ＱＮ λ鑓よりずれれば入力結
合効率は低下する。
第２図は入射角θ＝θｅ１ 等偏屈折率Ｎ＝Ｎ１１の
もとての入力結合効率ηＩと波長λの関係を示す。
もとての入力結合効率ηＩと波長λの関係を示す。
λ＝λ、のとき入力結合効率η１は極大値ηｅを示す。
第３図は入射角θ＝θｅ１ 等偏屈折率Ｎ ” Ｎ
ａのもとてのパワー制御時における半導体レーザー発光
量Ｐと波長λの関係を示す。放射光１１の光量が一定に
なるようにパワー制御されているので、ｐｘη１＝（導
波光量） −−−（２）の関係式からＰ×η１は一定
となり、第２図よりλ＝λ９のとき発光量Ｐは極小値Ｐ
ａを示し、λ＝λθに対してほぼ対称な曲線を描く。
ａのもとてのパワー制御時における半導体レーザー発光
量Ｐと波長λの関係を示す。放射光１１の光量が一定に
なるようにパワー制御されているので、ｐｘη１＝（導
波光量） −−−（２）の関係式からＰ×η１は一定
となり、第２図よりλ＝λ９のとき発光量Ｐは極小値Ｐ
ａを示し、λ＝λθに対してほぼ対称な曲線を描く。
第４図はパワー制御されていないときの半導体レーザー
発光ｆｆ１Ｐと波長久の関係を示す。波長λは発光ｆｆ
１Ｐの増大とともに単調増加し、直線１６の特性を示す
（一般に直線１６の傾きｍは約Ｏ０ｌｎｍ／ｍ、Ｗであ
る。）。半導体レーザーにモードホッピングが生じれば
１７Ａのごとくホッピングした後、直線１６とほぼ平行
な直線１７の特性を示す。また、発光量Ｐと波長λとの
関係は環境温度にも左右され、温度が高いと直線１６Ａ
に、低いと直線１８Ｂに平行移動し、その移動量はΔλ
内に収まる。
発光ｆｆ１Ｐと波長久の関係を示す。波長λは発光ｆｆ
１Ｐの増大とともに単調増加し、直線１６の特性を示す
（一般に直線１６の傾きｍは約Ｏ０ｌｎｍ／ｍ、Ｗであ
る。）。半導体レーザーにモードホッピングが生じれば
１７Ａのごとくホッピングした後、直線１６とほぼ平行
な直線１７の特性を示す。また、発光量Ｐと波長λとの
関係は環境温度にも左右され、温度が高いと直線１６Ａ
に、低いと直線１８Ｂに平行移動し、その移動量はΔλ
内に収まる。
第５図はパワー制御時におけるレーザー発光量の収束す
る様子を示す説明図である。第３図で示したように、曲
線１８．１９は入射角θ＝０８、等側屈折率Ｎ ” Ｎ
Ｑのもとでのパワー制御時における半導体レーザー発
光ｆｆ１Ｐと波長λの関係を示し、曲線１８は小出力時
の関係、曲線１９は大出力時の関係である。小出力の場
合のレーザー波長λＱは最大入力結合効率をあたえる最
適値λｅより小さく、曲線１８上の点１８Ａに位置する
。レーザー発光１を小出力から大出力へ急激にΔＰだけ
増大させると、波長一定のまま点１８Ａから曲線１８上
の点１９Ａへと移動する。レーザー発光量が大きいので
、第４図よりレーザー波長は次第にΔλＩ（ｍ×ΔＰ）
だけ増大し、曲線１９にそって点１９Ａから点１９Ｂへ
と移動する。点１９Ｂは点１９Ａに比ベレーザー発光量
がΔＰ＋だけ小さいので、レーザー波長が次第にΔλ２
（ｍ×ΔＰ＋）だけ減少し、曲線１９にそって点１９Ｂ
から点１９Ｃへと移動する。以上の過程を繰り返し、初
期のレーザー発光量（点１９Ａ）より小さい発光量（点
１９Ｃの近傍）に収束する。収束点が初期のレーザー発
光ｆｆ１（点１９Ａ）より小さくなるための条件は点１
９Ｂの発光量が点１９Ａよりも小さいことである。なお
第４図に示したように初期のレーザー波長は環境温度に
左右されλ、を中心にΔλのばらつきがある。従って、
収束点が初期のレーザー発光量より小さくなるための条
件は、曲線１９がλ＝λａに対してほぼ対称な曲線であ
ることから、λ、くλＢ−Δλ−Δλ、／２ −−−
（３）となる。式（３）を言い替えれば大出力時の波長
（収束点の波長）に対する結合効率が小出力時の波長（
点１９Ａの波長λ０−λｅ〜λ＾＋λＳ）に対する結合
効率より大きいことに相当する。
る様子を示す説明図である。第３図で示したように、曲
線１８．１９は入射角θ＝０８、等側屈折率Ｎ ” Ｎ
Ｑのもとでのパワー制御時における半導体レーザー発
光ｆｆ１Ｐと波長λの関係を示し、曲線１８は小出力時
の関係、曲線１９は大出力時の関係である。小出力の場
合のレーザー波長λＱは最大入力結合効率をあたえる最
適値λｅより小さく、曲線１８上の点１８Ａに位置する
。レーザー発光１を小出力から大出力へ急激にΔＰだけ
増大させると、波長一定のまま点１８Ａから曲線１８上
の点１９Ａへと移動する。レーザー発光量が大きいので
、第４図よりレーザー波長は次第にΔλＩ（ｍ×ΔＰ）
だけ増大し、曲線１９にそって点１９Ａから点１９Ｂへ
と移動する。点１９Ｂは点１９Ａに比ベレーザー発光量
がΔＰ＋だけ小さいので、レーザー波長が次第にΔλ２
（ｍ×ΔＰ＋）だけ減少し、曲線１９にそって点１９Ｂ
から点１９Ｃへと移動する。以上の過程を繰り返し、初
期のレーザー発光量（点１９Ａ）より小さい発光量（点
１９Ｃの近傍）に収束する。収束点が初期のレーザー発
光ｆｆ１（点１９Ａ）より小さくなるための条件は点１
９Ｂの発光量が点１９Ａよりも小さいことである。なお
第４図に示したように初期のレーザー波長は環境温度に
左右されλ、を中心にΔλのばらつきがある。従って、
収束点が初期のレーザー発光量より小さくなるための条
件は、曲線１９がλ＝λａに対してほぼ対称な曲線であ
ることから、λ、くλＢ−Δλ−Δλ、／２ −−−
（３）となる。式（３）を言い替えれば大出力時の波長
（収束点の波長）に対する結合効率が小出力時の波長（
点１９Ａの波長λ０−λｅ〜λ＾＋λＳ）に対する結合
効率より大きいことに相当する。
また
λ、 λθ−Δλ、十Δλ２
λａ−ｍ（ΔＰ−ΔＰ＋） −−−（４）とすること
で大出力時の波長がλ９の近傍になり、大出力時の入力
結合効率は最適値に近い。従って、レーザー光源の破損
を気にすることなく導波光、放射光の光量を一定に保つ
ことができる。
で大出力時の波長がλ９の近傍になり、大出力時の入力
結合効率は最適値に近い。従って、レーザー光源の破損
を気にすることなく導波光、放射光の光量を一定に保つ
ことができる。
第６図は本発明の第二実施例における光結合装置の断面
構成図を示す。その構成は第一実施例の光結合装置とほ
ぼ同じであり、同じものには同一の番号を用いる。半導
体レーザー１から出射する光は集光レンズ２によって平
行光３となり、・導波層４上に適切なギャップをおいて
置かれたプリズムカプラ２０に導波路表面法線６に対し
てθの角で入射し、入力結合して導波光７となる。導波
層４はＳｔ基板８の上に誘電体層９を挟んで構成されて
いる。導波光７は出力用のプリズムカプラ２１により導
波層外にその一部が放射され、放射光１１となる。放射
されずに残った導波光１２はＳｉ基板上に形成された受
光素子１３によりその先毒が検出される。なお、受光素
子１３は導波層４と直接接している。受光素子１３によ
り検出された検出信号は増幅器１４により増幅され、導
波光７の光量が一定になるように、すなわち放射光１１
の光量が一定になるように半導体レーザー１のパワー制
御信号としてレーザー駆動回路１５にフィードバックさ
れる。第二実施例は結合手段がグレーティングカプラか
らプリズムカプラ（こ変わっただけであり、大出力時の
波長に対する結合効率が小出力時の波長に対する結合効
率より大きくすることで、第一実施例と全く同じ効果が
得られる。
構成図を示す。その構成は第一実施例の光結合装置とほ
ぼ同じであり、同じものには同一の番号を用いる。半導
体レーザー１から出射する光は集光レンズ２によって平
行光３となり、・導波層４上に適切なギャップをおいて
置かれたプリズムカプラ２０に導波路表面法線６に対し
てθの角で入射し、入力結合して導波光７となる。導波
層４はＳｔ基板８の上に誘電体層９を挟んで構成されて
いる。導波光７は出力用のプリズムカプラ２１により導
波層外にその一部が放射され、放射光１１となる。放射
されずに残った導波光１２はＳｉ基板上に形成された受
光素子１３によりその先毒が検出される。なお、受光素
子１３は導波層４と直接接している。受光素子１３によ
り検出された検出信号は増幅器１４により増幅され、導
波光７の光量が一定になるように、すなわち放射光１１
の光量が一定になるように半導体レーザー１のパワー制
御信号としてレーザー駆動回路１５にフィードバックさ
れる。第二実施例は結合手段がグレーティングカプラか
らプリズムカプラ（こ変わっただけであり、大出力時の
波長に対する結合効率が小出力時の波長に対する結合効
率より大きくすることで、第一実施例と全く同じ効果が
得られる。
発明の効果
以上本発明の光結合手段により、大出力時の入力結合効
率は最適値に近く、レーザー光源の破損を気にすること
なく導波光、放射光の光量を一定に保つことができる。
率は最適値に近く、レーザー光源の破損を気にすること
なく導波光、放射光の光量を一定に保つことができる。
第１図は本発明の第一実施例における光結合装置の断面
構成図、第２図は入射角θ＝θ９１ 等偏屈折率Ｎ
” Ｎ ＠のちとでの入力結合効率η１と波長λの関係
図、第３図は入射角θ＝θ８、等偏屈折率Ｎ” Ｎ ａ
のもとてのパワー制御時における半導体レーザー発光量
Ｐと波長λの関係図、第４図はパワー制御されていない
ときの半導体レーザー発光量Ｐと波長λの関係図、第５
図はパワー制御されているときのレーザー発光■の収束
する様子を示す説明図、第６図は本発明の第二実施例に
おける光結合装置の断面構成図である。 １・・・半導体レーザー ２・・・集光レンズ、３・・
・レーザー光、４・・・導波層、５、 ｌＯ・・・グレ
ーティングカプラ、６・・・法線、７．１２・・・導波
光、８・・・Ｓｉ基板、９・・・誘電体層、１１・・・
放射光、１３・・・受光素子、１４・・・増幅器。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１８富 図 １−−一半Ｉ卑不にレープ− ２−集光レンズ ３−−−レープ−光 乙−一一法課 粥 区 ７、ＩＺ−ｍ＝導液光 ８−Ｓｉ基板 ｑ−−一 誘電イ本層 ／４− 増幅づ艮 入Ｏ 淡長大 ｌ長大 第４図 第 図 ρ 半導体レーデ−発光量Ｐ 第５図
構成図、第２図は入射角θ＝θ９１ 等偏屈折率Ｎ
” Ｎ ＠のちとでの入力結合効率η１と波長λの関係
図、第３図は入射角θ＝θ８、等偏屈折率Ｎ” Ｎ ａ
のもとてのパワー制御時における半導体レーザー発光量
Ｐと波長λの関係図、第４図はパワー制御されていない
ときの半導体レーザー発光量Ｐと波長λの関係図、第５
図はパワー制御されているときのレーザー発光■の収束
する様子を示す説明図、第６図は本発明の第二実施例に
おける光結合装置の断面構成図である。 １・・・半導体レーザー ２・・・集光レンズ、３・・
・レーザー光、４・・・導波層、５、 ｌＯ・・・グレ
ーティングカプラ、６・・・法線、７．１２・・・導波
光、８・・・Ｓｉ基板、９・・・誘電体層、１１・・・
放射光、１３・・・受光素子、１４・・・増幅器。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１８富 図 １−−一半Ｉ卑不にレープ− ２−集光レンズ ３−−−レープ−光 乙−一一法課 粥 区 ７、ＩＺ−ｍ＝導液光 ８−Ｓｉ基板 ｑ−−一 誘電イ本層 ／４− 増幅づ艮 入Ｏ 淡長大 ｌ長大 第４図 第 図 ρ 半導体レーデ−発光量Ｐ 第５図
Claims (1)
- レーザー光源と、前記光源のパワーを駆動し制御する制
御手段と、導波路と、前記導波路上に構成され前記光源
から発光される光を導波路内に入力結合する結合手段と
、前記導波路内に構成され前記導波光の光量を検出する
検出手段を具備し、前記検出手段から得られる検出光量
を前記制御手段の制御信号とし、前記光源の大出力時に
おける波長に対する前記結合手段の結合効率が小出力時
における結合効率より大きいことを特徴とする光結合装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63227053A JPH0273313A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 光結合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63227053A JPH0273313A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 光結合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0273313A true JPH0273313A (ja) | 1990-03-13 |
Family
ID=16854790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63227053A Pending JPH0273313A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 光結合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0273313A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009005391A (ja) * | 2002-09-10 | 2009-01-08 | Harris Corp | 光／ワイヤレス・ハイブリッド通信を提供する通信システム及び方法 |
-
1988
- 1988-09-09 JP JP63227053A patent/JPH0273313A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009005391A (ja) * | 2002-09-10 | 2009-01-08 | Harris Corp | 光／ワイヤレス・ハイブリッド通信を提供する通信システム及び方法 |
| US7583642B2 (en) | 2002-09-10 | 2009-09-01 | Harris Corporation | Communication system providing hybrid optical/wireless communications and related methods |
| US8050244B2 (en) | 2002-09-10 | 2011-11-01 | Harris Corporation | Communication system providing hybrid optical/wireless communications and related methods |
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