JPH0483208A - Grating coupler - Google Patents

Grating coupler

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JPH0483208A
JPH0483208A JP19626390A JP19626390A JPH0483208A JP H0483208 A JPH0483208 A JP H0483208A JP 19626390 A JP19626390 A JP 19626390A JP 19626390 A JP19626390 A JP 19626390A JP H0483208 A JPH0483208 A JP H0483208A
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JP
Japan
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grating
light
outgoing
optical waveguide
substrate
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JP19626390A
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Hironobu Kiyomoto
清本 浩伸
Norisada Horie
堀江 教禎
Hayami Hosokawa
速美 細川
Maki Yamashita
山下 牧
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

PURPOSE:To improve the outgoing efficiency and to reduce the size by providing a reflecting means which reflects waveguide light, passed through a grating for light outgoing without outgoing, so that the light is in phase with outgoing light. CONSTITUTION:The grating 12 for light outgoing is formed at a specific place on the optical waveguide 11. Assuming that incident light is entered into the optical waveguide layer 11 from the left side, a reflection type grating 13 is formed on the right side of the grating 12 for light outgoing at a specific distance (d). In this case, the reflection type grating 13 reflects and returns the light, which passes below the grating 12 without outgoing from the grating 12 for light outgoing to travel to the right, to the grating 12, and the light is outgone from the grating 12 in the in-phase relation with the light outgone from the grating 12 for light projection. Consequently, the outgoing light power is increased and the high projection efficiency is obtained. Further, the grating for light outgoing need not be so long, so the side is reducible.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は基板に形成された光導波層内を伝搬する光を
外部に出射させるグレーティング・カブラに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to a grating coupler that emits light propagating within an optical waveguide layer formed on a substrate to the outside.

従来技術とその問題点 グレーティング・カブラの出射効率(結合効率)はグレ
ーティング・カブラの長さ、およびグレーティングの厚
さとグレーティングの断面形状とによって定まる放射損
失係数によって決定される。したがって、高効率のグレ
ーティング・カブラを得ようとすればその長さを長くし
なければならない。このことは光機能素子の小型化の要
請と必ずしも一致しない。
Prior Art and Its Problems The output efficiency (coupling efficiency) of a grating coupler is determined by the length of the grating coupler, and the radiation loss coefficient determined by the thickness of the grating and the cross-sectional shape of the grating. Therefore, in order to obtain a highly efficient grating coupler, its length must be increased. This does not necessarily match the demand for miniaturization of optical functional elements.

発明の目的 この発明は、高出射効率が得られかつ小型化を図ること
のできるグレーティング・カブラを提供することを目的
とする。
OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a grating/coupler that can obtain high output efficiency and can be miniaturized.

発明の構成1作用および効果 この発明によるグレーティング・カプラは、基板に形成
された光導波層上に設けられ、導波光を外部に出射させ
るためのグレーティング、および上記光出射用グレーテ
ィングから出射されずに通過した導波光を、上記光出射
用グレーティングから出射する光と同位相になるように
陵射させる基板に設けられた反射手段を備えていること
を特徴とする。
Arrangement 1 of the Invention Functions and Effects The grating coupler according to the present invention includes a grating that is provided on an optical waveguide layer formed on a substrate and for emitting guided light to the outside, and a grating that does not emit guided light from the light emitting grating. The light emitting device is characterized in that it includes a reflecting means provided on the substrate for projecting the guided light that has passed therethrough so that it is in the same phase as the light emitted from the light emitting grating.

上記反射手段は光導波層上に形成された反射型グレーテ
ィングによって実現することもできるし、基板に設けら
れた反射ミラーによっても実現できる。
The reflecting means can be realized by a reflection grating formed on the optical waveguide layer, or by a reflection mirror provided on the substrate.

この発明によると、光出射用グレーティングから出射さ
れずに通過した導波光は上記反射手段によって反射され
、再び光出射用グレーティングに戻り、光出射用グレー
ティングから出射した光と同位相で光出射用グレーティ
ングから出射する。
According to this invention, the guided light that has passed through the light emitting grating without being emitted is reflected by the reflecting means, returns to the light emitting grating again, and returns to the light emitting grating in the same phase as the light emitted from the light emitting grating. Emits from.

上記反射手段で反射した光も出射するので、グレーティ
ング・カブラの出射光パワーはその分増加し、高出射効
率となる。また、光出射用グレーティングの長さをそれ
ほど長くしなくてもよいので、小型化を図ることも可能
である。
Since the light reflected by the reflecting means is also emitted, the output light power of the grating/cobra increases accordingly, resulting in high output efficiency. Further, since the length of the light emitting grating does not have to be very long, it is also possible to achieve miniaturization.

さらにグレーティング・カブラからの出射光の振幅分布
は導波光の出射光の振幅分布と反射光の出射光の振幅分
布の加算結果によって表わされるので1両側部の振幅が
大きく中央部で振幅が小さい分布となる。これは超解像
の振幅分布に類似しており 出射光をきわめて小さなビ
ーム径となるように集光することが可能となる。
Furthermore, the amplitude distribution of the light emitted from the grating coupler is expressed by the addition result of the amplitude distribution of the emitted light of the guided light and the amplitude distribution of the emitted light of the reflected light, so the amplitude is large on both sides and small in the center. becomes. This is similar to the amplitude distribution of super-resolution, and it becomes possible to focus the emitted light into an extremely small beam diameter.

実施例 第1図はこの発明の第1実施例を示すものである。Example FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.

基板10上に光導波層11が形成され、この光導波層1
1上の所定箇所に光出射用グレーティング12が形成さ
れている。入射光が第1図の左側から光導波層11に導
入されるとすると、光出射用グレーティング12の右側
には所定距離dMれて反射型グレーティング13が形成
されている。反射型グレーティング13は光出射用グレ
ーティング12で出射されずにこのグレーティング12
の下を通過して右方に進む光を反射させてグレーティン
グ12に戻し。
An optical waveguide layer 11 is formed on a substrate 10, and this optical waveguide layer 1
A light emitting grating 12 is formed at a predetermined location on the light emitting device 1 . Assuming that incident light is introduced into the optical waveguide layer 11 from the left side in FIG. 1, a reflective grating 13 is formed on the right side of the light output grating 12 at a predetermined distance dM. The reflective grating 13 is not emitted by the light emitting grating 12 and is
The light passing under the grating 12 and traveling to the right is reflected and returned to the grating 12.

光出射用グレーティング12から出射した光と同位相で
グレーティング12から出射させるためのものである。
This is for emitting light from the grating 12 in the same phase as the light emitted from the light emitting grating 12.

反射型グレーティング13の周期ΔRは、光導波層ll
内の導波光の波長をλ とすると。
The period ΔR of the reflective grating 13 is the same as the optical waveguide layer ll.
Let λ be the wavelength of the guided light within.

AR−λg/2            ・・・(1)
で与えられる。
AR-λg/2...(1)
is given by

光出射用グレーティング12と反射型グレーティング1
3との間の間隔dは次式で与えられる。
Light output grating 12 and reflective grating 1
The distance d between 3 and 3 is given by the following equation.

d−mλ /2           ・・・(2)m
−1,2,3,・・・ 反射型グレーティングはその周期を多く設けることによ
って完全反射に近いものが得られる。
d-mλ/2...(2)m
-1, 2, 3,... In the reflection type grating, by providing a large number of periods, it is possible to obtain something close to perfect reflection.

このグレーティング・カブラの出射光強度(パワー)は
、光出射用グレーティング12の長さp。
The intensity (power) of the emitted light from this grating/cobra is determined by the length p of the light emitting grating 12.

グレーティング12の厚さhと断面形状とによりて定ま
る放射損失係数α 、および反射型グレーティング13
によって反射される光の反射係数(これは具体的にはグ
レーティング13の段数およびグレーティング13の断
面形状により定まる)の3つのパラメータにより決定さ
れる。
The radiation loss coefficient α determined by the thickness h and cross-sectional shape of the grating 12, and the reflective grating 13
The reflection coefficient of the light reflected by the grating 13 (this is specifically determined by the number of stages of the grating 13 and the cross-sectional shape of the grating 13) is determined by three parameters.

第1図に破線Aで示すものが導波光の光出射用グレーテ
ィング12からの出射光のパワー分布であり、鎖線Bで
示すものが反射光の出射光のパワー分布である。これら
の両出射光パワー分布を合成したものが実線Cで示され
ている。実線Cで表わされるパワー分布から分るように
、出射光パワーはグレーティング12の両端部で大きく
、中央部で小さくなっている。これは超解像が可能なパ
ワー分布であり、グレーティング12からの出射光を集
光してきわめて小さな光ビーム・スポットを形成するこ
とができる。
In FIG. 1, the dashed line A indicates the power distribution of the guided light emitted from the light output grating 12, and the dashed line B indicates the power distribution of the reflected light. A solid line C shows the combination of both of these output light power distributions. As can be seen from the power distribution represented by the solid line C, the output light power is large at both ends of the grating 12 and small at the center. This is a power distribution that allows super resolution, and allows the light emitted from the grating 12 to be focused to form an extremely small light beam spot.

第1図に示すグレーティング・カブラはスタンバを用い
て量産可能である。グレーティング12と13の凹凸パ
ターンをもつスタンバをあらかじめ用意し、このスタン
バと基板10との間に紫外線(UV)硬化樹脂を充填し
、紫外線を照射することにより樹脂を硬化させる。最後
にスタンバを除去すれば、基板10上に光導波層11と
グレーティング12.13とが一体に形成されたグレー
ティング・カブラが得られる。
The grating cover shown in FIG. 1 can be mass-produced using a standber. A standby having an uneven pattern of gratings 12 and 13 is prepared in advance, an ultraviolet (UV) curing resin is filled between the standby and the substrate 10, and the resin is cured by irradiating the standby with ultraviolet light. Finally, by removing the standby, a grating covert in which the optical waveguide layer 11 and the gratings 12 and 13 are integrally formed on the substrate 10 is obtained.

第2図はこの発明の第2の実施例を示している。FIG. 2 shows a second embodiment of the invention.

この実施例は反射型グレーティングに代えて基板10お
よび光導波層11に満14を形成し、この溝14の壁面
14aを反射ミラーとして使用するものである。壁面1
4aにはたとえばAI等の反射膜を形成しておくとよい
。光出射用グレーティング12と壁面14aとの間隔d
は上記第(2)式で表わされる。
In this embodiment, grooves 14 are formed on the substrate 10 and the optical waveguide layer 11 instead of the reflective grating, and the wall surfaces 14a of the grooves 14 are used as reflective mirrors. wall 1
It is preferable to form a reflective film such as AI on 4a. Distance d between the light emission grating 12 and the wall surface 14a
is expressed by the above equation (2).

第3図はこの発明の第3の実施例を示している。FIG. 3 shows a third embodiment of the invention.

この実施例では基板lOの端面に反射ミラー15を設け
ている。反射ミラー15はたとえばANを蒸着すること
により形成される。
In this embodiment, a reflecting mirror 15 is provided on the end face of the substrate IO. The reflecting mirror 15 is formed by depositing AN, for example.

上記実施例ではステップ・タイプのグレーティングが図
示されているが、ブレーズ化されたもの等、任意の形状
のものを採用することができる。
Although a step type grating is illustrated in the above embodiment, a grating of any shape, such as a blazed grating, may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の第1実施例を示す断面図である。 第2図はこの発明、の第2実施例を示す断面図である。 第3図はこの発明の第3実施例を示す断面図である。 10・・・基板。 11・・光導波層。 12・・・光出射用グレーティング。 13・・・反射型グレーティング。 14・・・溝、14a・・・反射用壁面。 15・・・反射ミラー 以  上 FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the invention. FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the invention. 10...Substrate. 11... Optical waveguide layer. 12... Grating for light emission. 13... Reflective grating. 14...Groove, 14a...Reflection wall surface. 15...Reflection mirror that's all

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板に形成された光導波層上に設けられ、導波光
を外部に出射させるためのグレーティング、および 上記光出射用グレーティングから出射されずに通過した
導波光を、上記光出射用グレーティングから出射する光
と同位相になるように反射させる基板に設けられた反射
手段、 を備えたグレーティング・カプラ。
(1) A grating provided on the optical waveguide layer formed on the substrate for emitting the guided light to the outside, and a grating that passes through the light emitting grating without being emitted from the light emitting grating. A grating coupler equipped with a reflecting means provided on a substrate that reflects light in the same phase as the emitted light.
(2)上記反射手段が光導波層上に形成された反射型グ
レーティングである請求項(1)に記載のグレーティン
グ・カプラ。
(2) The grating coupler according to claim 1, wherein the reflecting means is a reflective grating formed on the optical waveguide layer.
(3)上記反射手段が基板に設けられた反射ミラーであ
る請求項(1)に記載のグレーティング・カプラ。
(3) The grating coupler according to claim 1, wherein the reflecting means is a reflecting mirror provided on the substrate.
JP19626390A 1989-09-26 1990-07-26 Grating coupler Expired - Lifetime JP2924121B2 (en)

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US07/588,332 US5138687A (en) 1989-09-26 1990-09-26 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same
US07/925,613 US5511142A (en) 1989-09-26 1992-08-06 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283435A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Infrared sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005283435A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Infrared sensor

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