JPH0414762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は基板上に作成された光導波部とプリズ
ム内の光束を、もしくは前記光導波部内を伝搬す
る光波をプリズム内に導波する為の光結合装置に
関するものである。

従来の構成とその問題点 近年レーザーの発達によりレーザーを光源とし
た機器開発が活発化している。しかし従来から使
用されて来た光学部品はバルクタイプであり、重
い、容積が大きくなる等の欠点があつた。これ等
の欠点をなくし、機器内に使用される光学系をよ
り安定なものとする為、いわゆる光ICなるもの
が考えられている。

これは第１図に示すように誘電体基板１上に、
これよりも誘電率の大きい光導波部２が蒸着、ス
パツター又はイオン交換法、拡散法等により形成
されており、光がこの光導波部２を進行するうち
に、種々のプロセシングを受けるという概念のも
のである。このように光導波部２に光を通過させ
ることにより、光学素子の小型化、低コスト化、
安定性向上等の点で従来のバルクタイプ光学部品
よりもはるかにすぐれた光学部品を製作すること
が出来る。

しかし、レーザー光源から出たあるいはフアイ
バー内を通過してきた光をいかに効率よくかつ安
定に光導波部２に伝送するか、又、光導波部２内
を伝送されている光をいかに効率よくかつ安定に
外部へ取り出すかに、大きな問題が残されてい
た。

以下従来の三角プリズム光結合器について第１
図をもちい説明する。１は誘電体基板、２は透明
誘電体光導波部、３は三角柱プリズム、４はテー
パー状ギヤツプ、５は入射光、６は光の進行方
向、７は光結合点、８は結合面、９は接触点を示
す。なお、この原理はJ.O.S.A.，Vol61，No.11，
1971，P1467に述べられている。

三角柱プリズム３に入射された入射光５は屈折
された後結合面８へ送られる。この面８で入射光
５はエバネセント光に変換され光導波部２に送ら
れる。したがつてこの結合面８は面精度が非常に
重要であり光学研磨がなされている。さて光導波
部２に伝送された光は進行方向６に向つて進む。
一方結合面８と光導波部２との間は結合効率を上
げる為テーパー状エアーギヤツプ４が必要とさ
れ、この角度により大巾に結合効率が変化する。

したがつて、この構成によれば、三角柱プリズ
ム３を一頂点９で光導波部２と接触させながらプ
リズム３を回転させ、1/10ミリラジアンという小
さいテーパー状エアーギヤツプ４形成しなければ
ならないから光導波部２の面精度すなわち基板面
精度が必要となる。そして、接触点９と伝送点７
との距離が大きくなるため、前記前精度がたとえ
ば約1/10λ（λ：伝送光の波長）程度に非常に高
く要求される。また、接触点９はプリズム３の肉
厚の小さい部分であるため、この部分に加わる圧
力でプリズムが破損したり、良好な接触が得られ
ない。さらに、三角柱プリズム３の固定に際して
は、光導波部の光路を除くプリズム周辺にのみ接
着剤を用いることができるが、第１図の構造では
強固な接着強度が得られないため、不安定な＝製
品とならざるを得ない。

発明の目的 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
ので、従来の三角プリズム柱とほぼ同程度のコス
トで製作可能で、基板の面精度も従来の1/10程度
で高効率の光結合が可能であり、安定な固定を行
なうことができる光結合装置を得ることを目的と
する。

発明の構成 本発明は、一つのプリズム内（ハリアワセ等も
可）に光導波用プリズム部とこれとは別に一頂角
が鈍角をなす光結合用プリズム部とに分けられる
部分を有する一体形光結合用プリズムを用い、こ
の光結合プリズムを基板上に作成された光導波部
への入力又は光導波部からの出力部に用いること
を特徴とするものである。

実施例の説明 第２図は本発明の第１の実施例における光結合
用プリズムを用いた結合装置の側面図を示すもの
である。

第２図において１は基板、２は透明誘電体光導
波部、３ａは光導用三角プリズム部、４はテーパ
ー状エアーギヤツプ、５は入射光、６は光の進行
方向、７は光伝送点、８は光結合面、９は頂角
（接触点）、１０は調整用ギヤツプ、１１は結合用
三角柱プリズムであり、プリズム３ａと一体形成
されており、接触点９で光導波部２と接触されて
いる。

以上の構成の光結合装置の動作を第２図ととも
に説明する。

入射光５は光導波用プリズム部３ａに送られ表
面屈折後、光結合面８へと送られる。さて本発明
の場合、通常の三角プリズムとは異なり図中点線
をもつて示される結合用三角柱状プリズム部１１
が存在する。この部分の拡大図を第３図に示す。
さてこの本発明による光結合プリズムでは光導波
用柱状プリズム部３ａとは別の三角柱状光結合用
プリズム部１１の一頂角であつて鈍角をなす頂点
が光導波部２と光結合用プリズムとの接触点９と
なつている。したがつて結合面８は三角柱状結合
用プリズム部１１の一斜面となつており、この結
合面８で入射光５はエバネセント光に変換され光
導波部２に送られる。したがつてこの結合面８は
面精度が非常に重要となり光学研磨がなされてい
る。一方三角柱状光結合用プリズム部１１の反対
側斜面と光導波部２との間には調整用ギヤツプ１
０が存在するように頂角９の角度が選ばれる。

つぎに本発明による光結合用プリズムの設置方
法について述べる。本発明による結合用プリズム
は上方部からの圧力によつて頂点９で光導波部２
と接触させられる。つぎに結合面８と光導波部２
との間に最適結合テーパー状エアーギヤツプ５が
得られるように、結合用プリズムが接触点９を中
心に微少回転する。結合用テーパー状エアーギヤ
ツプは通常1/10ミリラジアン程度が良い。上記の
調整法により本発明のプリズムをもちいて結合効
率90％以上が得られている。

以上のように本実施例によれば、一頂角が鈍角
をなす三角柱状光結合プリズム部１１を従来の三
角プリズムに相当するプリズム部３ａに付加する
ことにより、従来の単純三角プリズム結合器と比
較して次の効果を得ることができる。

(1)頂角９の位置を変えることにより結合面長
L₁が任意に変化させられるから、入射光束径や
基板面精度にしたがつて結合面長L₁を変化させ
最適の長さにすることが来る。よつて従来の結合
面長L₁より短かくてすむから、基板面精度の要
求度が従来の三角プリズム法よりはるかに低くな
る。（λ程度で可）。(2)結合面８と反射側には調整
用ギヤツプ１０が設けられているから、このギヤ
ツプ１０に光硬化性接着剤等を充填することが可
能であり従来の三角プリズム結合器のようにプリ
ズム周辺部だけの接着よりはるかに強度な接着が
可能となつた。(3)本発明のプリズムは従来の三角
プリズム結合器とほとんど同程度のコストとする
ことが出来るように第２，３図のプリズムは、従
来の三角プリズム光結合器３を点線１２で切断す
ることによつて得られる。この切断面は光の結合
に何等関係しないから面精度は一切必要とされな
い。(4)接触点９が鈍角をなす一頂角となるから、
この点のプリズムの肉厚は従来の三角柱プリズム
より厚い。したがつて前述のように最適エアーギ
ヤツプを得てプリズムと光導波部とを良好に接触
させるべくプリズムに強い圧力を与えても、従来
のように欠け等の欠損は発生しにくい。したがつ
て結果的に良好なテーパー状エアーギヤツプ４が
形成されることとなり、きわめて良好な伝送効率
が得られる。

以上の説明からも理解されるように三角柱状光
結合用プリズム部１１の一頂角の鈍角には厳密な
制限はない。ただ調整用ギヤツプ１０は結合用ギ
ヤツプよりはるかに大きくしなければ、このギヤ
ツプ１０からプリズム内の迷光が光導波部２内に
６とは逆方向に進行する光波として送りこまれる
可能性がある。又、最終的にギヤツプ１０に接着
剤を流すことを考える時テーパー角が10゜以上あ
ることが望ましい。しかしあまりテーパー角度を
大きくすると頂点９の角度が急しゆんとなるから
頂点９にかけが発生する可能性があり、したがつ
て45゜以下が望ましい。又頂点９の位置は通常結
合長が１mm程度になるよう選ばれる。我々の実際
に使用している例では調整用ギヤツプ角10゜テー
パー状エアーギヤツプ角0.5mradであるから頂角
は170゜、調整用ギヤツプの長さ２mm、結合長約１
mmとなつている。

又、通常導入用プリズム３ａの斜面と入射光５
が直角をなすとき反射がもつとも少なくなり、か
つ斜面で屈折の影響を受けないから、調整がさら
に簡単になる。今基板１の屈折率1.77、光導波部
薄膜２の屈折率2.6、結合プリズムの屈折率3.3と
いう条件下で考える場合、斜面と入射光５が直角
となりかつ膜内に光が伝送されるためには薄膜へ
の入射角が51゜でなければならない。したがつて
この例の場合、頂点９の鈍角としては129゜以上の
角度が望ましい。

次に本発明の第２の実施例について、図面を参
照しながら説明する。

第５図は本発明の第２の実施例を示す光結合用
プリズムである。番号の付与は第２図と同一であ
り、この実施例の場合、光導入用プリズム部１２
ａは四角柱プリズムであり、調整用エアーギヤツ
プ１０を構成している三角柱状光結用プリズム１
１の一部斜面１３は反射面としても利用されてい
る。したがつて入射光５は反射面１３によつて反
射された後結合面８へ送られ、光導波部２へと導
波される。本実施例の場合は前実施例とは異なり
基板に対して垂直に入射光５が送られているとい
う特徴と前述した実施例で述べた特徴をあわせも
つ。

本実施例の場合、頂点９の角度、位置は、反射
面１３から反射された光束が結合面８に達するよ
うに設計されねばならない。一例として、基板、
光導波部、結合プリズムの各屈折率を前述と同じ
とすると、第５図に示すごとく導入用プリズム１
２ａと入射光５とが直角になるためには、頂点９
の鈍角は115゜とする必要がある。

なお、前述の実施例は、光を導波部に入射させ
る場合を述べたが、導波部より光を出射させる場
合にも本発明は適用可能である。

第６図は本発明の第２図の光結合装置を光の入
射部と出射部の両方に用いた光伝送装置を示すも
ので、１４は出射光である。第７図は同様に第３
図の装置を用いた光伝送装置を示すものである。

以上の説明は結合面がすべて直線的である場合
について述べて来たが、実際は直線である必要は
ない。むしろ前述したR.Ulrichの論文には、最適
結合面は直線でないとしている。したがつて、結
合面と基板間に作られるギヤツプ４は直線的テー
パー状エアーギヤツプとはならず、ある函数に相
当するテーパー状エアーギヤツプとなる。今まで
述べて来たテーパー状エアーギヤツプには当然上
述の意味は含まれている。

発明の効果 本発明の光結合用プリズムは導波用プリズム部
と一頂角が鈍角をなす結合用三角柱プリズム部を
有しかつ結合面が前記結合用三角柱プリズム部の
一斜面である。したがつて、従来の三角プリズム
柱とほぼ同程度のコストで製作することが可能で
あり、基板の面精度が1/10程度で従来同等、それ
以上の高効率の光結合が可能となり、かつ安定な
る固定可能という光結合装置を得ることができ、
その工業的効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の結合用三角プリズムを用いた光
結合装置の概略図、第２図は本発明の第１の実施
例における光結合装置の側面図、第３図は第２図
の結合部の拡大図、第４図は本発明の加工説明用
側面図、第５図は本発明の第２の実施例における
光結合装置の側面図、第６図は本発明の第２図の
装置を光入出力部として用いた光伝送装置の概略
図、第７図は本発明の第５図の装置を入出力部と
して用いた光伝送装置の概略図である。 １……基板、２……透明誘電体光導波部、３ａ
……光導波用三角プリズム、４……テーパー状エ
アーギヤツプ、５……入射光束、６……光の進行
方向、７……光結合点、８……結合面、９……接
触点、１１……三角柱状光結合用三角プリズム
部、１２……切断線、１２ａ……四角柱プリズ
ム、１３……反射面、１４……出射光束。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に形成された光導波部上に、一頂角が
   鈍角をなし光結合面を有する三角柱状光結合用プ
   リズム部と光導波用プリズム部とを設置するとと
   もに、前記光結合用プリズム部の前記一頂角を有
   する頂角と前記光導波部とを接触させ、前記両プ
   リズムからの光束を前記光導波部に入射させるか
   又は前記光導波部からの光束を前記両プリズムよ
   り出射させることを特徴とする光結合装置。 ２ 光導波用プリズム部が三角柱状又は四角柱状
   プリズムであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の光結合装置。 ３ 光結合用プリズム部の頂点につながる一斜面
   を反射面とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の光結合装置。