JPH05173030A - 光導波路の曲がり構造 - Google Patents

光導波路の曲がり構造

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JPH05173030A
JPH05173030A JP35501591A JP35501591A JPH05173030A JP H05173030 A JPH05173030 A JP H05173030A JP 35501591 A JP35501591 A JP 35501591A JP 35501591 A JP35501591 A JP 35501591A JP H05173030 A JPH05173030 A JP H05173030A
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Japan
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optical waveguide
refractive index
region
substrate
curved portion
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Akira Ishikawa
朗 石川
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さな曲率半径でも低損失な光導波路を得る
曲がり構造を実現する。 【構成】 光導波路内に三角形状の高屈折率領域２０，
２１を設け、伝搬する光が、曲がり導波路内で屈折を受
けることによってまたは曲がり部の屈折率を等価的に高
めることで電磁界分布が曲がり方向の外側に逃げないよ
うにしてある。 【効果】 小さな曲げ半径で低損失な光導波路が得ら
れ、小型な光導波路デバイスが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光センサ等に
用いられる光導波路デバイスの小型化に必須な光導波路
の曲がり構造に関し、特に曲げ半径が小さくても損失の
少ない光導波路の曲がり構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の光導波路の曲がり構造と
して、図８に示すようにＬｉＮｂＯ3基板上に第１のＴ
ｉ拡散曲がり光導波路１２と第２のＴｉ拡散曲がり光導
波路１３が軸ずれ部１４を設けて形成されている（例え
ば、Ｅ．Ｇ．Ｎｅｕｍａｎｎ，“Ｃｕｒｖｅｄ ｄｉｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
ｌｏｓｓｅｓ”， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ， ｖｏ
ｌ．１２９， ｎｏ．５， ｐｐ．２７８−２７９，
Ｏｃｔ． １９８２）。図の左から光導波路１２を伝搬
してきた光は、第１の曲がり光導波路１２の外側にシフ
トしていくため、第２の曲がり光導波路１３の入射端は
外側方向に軸ずれさせて設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光導波
路の曲がり構造では、低損失な光導波路を実現するため
には曲がり部での曲率半径が大きくなり、曲がり部を有
する光導波路デバイスの小型化が難しいという欠点を有
していた。
【０００４】本発明の目的は、小さな曲率半径でも低損
失な光導波路を得る曲がり構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る光導波路の曲がり構造においては、基
板に形成された光導波路の曲がり部に、該光導波路の曲
がり部より屈折率が高くかつ前記曲がり部の外側に向か
って広がる三角形状の領域を設けたものである。
【０００６】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に、該光導波路の曲がり部より屈折率が低くかつ前記
曲がり部の内側に向かって広がる三角形状の領域を設け
たものである。
【０００７】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に、該光導波路の曲がり部より屈折率が高くかつ前記
曲がり部の外側に向かって広がる三角形状の領域と、前
記曲がり部より屈折率が低くかつ前記曲がり部の内側に
向かって広がる三角形状の領域とを交互に設けたもので
ある。
【０００８】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記
基板より屈折率の高い領域を設け、該領域の屈折率が曲
がり部の内側に向かって低くなるように形成されている
ものである。
【０００９】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の外側に沿って前記
基板より屈折率の低い領域を設け、該領域の屈折率が曲
がり部の外側に向かって高くなるように形成されている
ものである。
【００１０】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記
基板より屈折率が高くかつ該屈折率が前記曲がり部の内
側に向かって低くなるように形成された第１の領域と、
前記光導波路の曲がり部の外側に沿って前記基板より屈
折率が低くかつ該屈折率が前記曲がり部の外側に向かっ
て低くなるように形成された第２の領域を設けたもので
ある。
【００１１】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記
基板より屈折率の高い領域を設け、該領域が前記光導波
路の曲がり部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広が
り、前記光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向
かって徐々に幅が狭まっているように形成されているも
のである。
【００１２】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の外側に沿って前記
基板より屈折率の低い領域を設け、該領域が前記光導波
路の曲がり部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広が
り、前記光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向
かって徐々に幅が狭まっているように形成されているも
のである。
【００１３】また、基板に形成された光導波路の曲がり
部に近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記
基板より屈折率の高い第１の領域および該光導波路の曲
がり部の外側に沿って前記基板より屈折率の低い第２の
領域を設け、該第１および第２の領域が前記光導波路の
曲がり部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、
前記光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向かっ
て徐々に幅が狭まっているように形成されているもので
ある。
【００１４】
【作用】本発明の光導波路の曲がり構造では、光導波路
を伝搬する光が曲がり導波路内で屈折を受けることによ
って電磁界分布が曲がり方向の外側に逃げない手段、ま
たは曲がり部の屈折率を等価的に高めることで電磁界分
布が曲がり方向の外側に逃げない手段を設けてある。
【００１５】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１６】（実施例１）図１は、本発明の実施例１を
示す概略図である。図１において、ｚカットのＬｉＮｂ
Ｏ3 基板にＴｉ拡散による光導波路１１が曲がり部を含
んで形成されている。この光導波路１１の曲がり部にお
いて、光導波路１１より屈折率が高くかつ曲がり部の外
側に向かって広がる第１および第２の三角形状の領域２
０，２１が設けられている。
【００１７】この高屈折率の三角形状の領域２０，２１
は、光導波路１１を形成するＴｉ成膜プロセス時にフォ
トリソグラフィー技術を用いて光導波路１１よりＴｉ膜
厚を厚く形成すればよい。一例として、Ｔｉ膜厚は光導
波路１１では、４００Å、三角形状の領域２０，２１で
は８００Åとし、１０５０℃で８ｈ熱拡散させた場合
（光導波路幅８μｍ，波長１．３μｍ）、曲がりによる
損失は曲げ半径が２０ｍｍで０．４ｄＢ以下と従来の２
ｄＢの１／５以下に低減できた。
【００１８】高屈折率の三角形状の領域２０，２１は、
Ｔｉ拡散光導波路１１を形成した後、プロトン交換法で
形成してもよい。図１の左から伝搬してきた光は、曲が
り部で光導波路１１の外側にシフトしていくように進む
が、第１の三角形状の高屈折率領域２０で光導波路１１
の内側に戻され、領域２０を出射した後また光導波路１
１の外側にシフトしていくように進み、これを同じよう
に第２の三角形状の高い屈折率領域２１で光導波路１１
の内側に戻して出射する。このようにして、小さな曲が
りでも低損失となる。
【００１９】（実施例２）図２は、本発明の実施例２を
示す概略図である。
【００２０】図１に示したものとの違いは、基板に形成
された光導波路１１の曲がり部において、該光導波路１
１の曲がり部より屈折率が低くかつ前記曲がり部の内側
に向かって広がる第１および第２の三角形状の領域３
０，３１が設けられている点である。
【００２１】第１および第２の三角形状の低屈折率領域
３０，３１は、フォトリソグラフィー技術を用いて光導
波路１１を形成するときＴｉとＭｇＯを同時に成膜する
か、光導波路１１を形成するためのＴｉ成膜時に第１お
よび第２の三角形状の低屈折率領域３０，３１にはＴｉ
を成膜せずＭｇＯのみ成膜すればよい。
【００２２】また、三角形状の低屈折率領域３０，３１
は、Ｔｉ拡散光導波路１１を形成した後、ＭｇＯを形成
してもよい。動作は実施例１と同じである。
【００２３】図１，図２に示した他にも、光導波路１１
の曲がり部に、光導波路１１の曲がり部より屈折率が高
くかつ曲がり部の外側に向かって広がる三角形状の領域
と、曲がり部より屈折率が低くかつ曲がり部の内側に向
かって広がる三角形状の領域を交互に設けてもよい。
【００２４】（実施例３）図３は、本発明の実施例３を
示す概略図である。
【００２５】図３において、基板に形成された光導波路
１１の曲がり部に近接し、光導波路１１の曲がり部の外
側に沿って基板より屈折率の低い領域４０を設け、この
領域４０の屈折率が光導波路１１の曲がり部の外側に向
かって低くなるように形成されている。
【００２６】屈折率の低い領域４０は、実施例２に示し
た場合と同じようにＭｇＯを成膜し熱拡散させればよ
い。領域４０の屈折率が光導波路１１の曲がり部の外側
に向かって低くなるように形成するには、領域４０の光
導波路１１の曲がり部側にＭｇＯ膜厚を厚く形成すれば
よい。
【００２７】図３の左から伝搬してきた光は、曲がり部
で光導波路１１の外側にシフトしていこうとするが、屈
折率の低い領域４０が光導波路１１の曲がり部の外側に
あるため、光導波路１１の外側は等価的に屈折率が高く
なったように見え、曲がり部での電磁界は放射モードに
なる割合が減少し光導波路１１内に閉じ込められて伝搬
する。このようにして、小さな曲がりでも低損失とな
る。
【００２８】（実施例４）図４は、本発明の実施例４を
示す概略図である。
【００２９】図３に示したものとの違いは、基板に形成
された光導波路１１の曲がり部に近接し、光導波路１１
の曲がり部の内側に沿って基板より屈折率の高い領域５
０を設け、この領域５０の屈折率が曲がりの内側に向か
って低くなるように形成されている点である。
【００３０】屈折率の高い領域５０は、実施例１に示し
た場合と同じようにＴｉを成膜し熱拡散させればよい。
また、屈折率の高い領域５０は、プロトン交換法で形成
してもよい。領域５０の屈折率が光導波路１１の曲がり
部の内側に向かって低くなるように形成するには、領域
５０の光導波路１１の曲がり部側にＴｉ膜厚を厚く形成
すればよい。
【００３１】図４の左から伝搬してきた光は、曲がり部
で光導波路１１の外側にシフトしていこうとするが、屈
折率の高い領域５０が光導波路１１の曲がり部の内側に
あるため、光導波路１１の側は等価的に屈折率が高くな
ったように見え、光導波路１１内の光は曲がり部の内側
に引っ張られて曲がり部で放射モードになる割合が減少
し、光導波路１１内に閉じ込められて伝搬する。このよ
うにして、小さな曲がりでも低損失となる。
【００３２】（実施例５）図３，図４に示した場合の他
にも、図５に示すように、基板に形成された光導波路１
１の曲がり部に近接し、光導波路１１の曲がり部の外側
に沿って基板より屈折率が低くかつ曲がり部の外側に向
かって低くなるような第１の領域４１と、光導波路１１
の曲がり部の内側に沿って基板より屈折率が高くかつ曲
がり部内側に向かって低くなるような第２の領域５１を
設けてもよい。
【００３３】（実施例６）図６は、本発明の実施例６を
示す概略図である。
【００３４】図６において、基板に形成された光導波路
１１の曲がり部に近接し、光導波路１１の曲がり部の外
側に沿って基板より屈折率の低い領域６０を設け、この
領域６０が光導波路１１の曲がり部の曲がりが始まる部
分から徐々に幅が広がり、光導波路１１の曲がり部の曲
がりが終わる部分に向かって徐々に幅が狭まっているよ
うに形成されている。
【００３５】屈折率の低い領域６０は、実施例３に示し
た場合と同じようにＭｇＯを成膜し熱拡散させればよ
い。
【００３６】図６の左から伝搬してきた光は、曲がり部
で光導波路１１の外側にシフトしていこうとするが、屈
折率の低い領域６０が光導波路１１の曲がり部の外側に
あるため、光導波路１１の外側は徐々に等価的に屈折率
が高くなったように見え、曲がり部での電磁界は放射モ
ードになる割合が減少し光導波路１１内に閉じ込められ
て伝搬する。このようにして、小さな曲がりでも低損失
となる。
【００３７】（実施例７）図７は、本発明の実施例７を
示す概略図である。
【００３８】図６に示したものとの違いは、基板に形成
された光導波路１１の曲がり部に近接し、光導波路１１
の曲がり部の内側に沿って基板より屈折率の高い領域７
０を設け、この領域７０が光導波路１１の曲がり部の曲
がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、光導波路の曲
がり部の曲がりが終わる部分に向かって徐々に幅が狭ま
っているように形成されている点である。
【００３９】屈折率の高い領域７０は、第４の実施例に
示した場合と同じようにＴｉ熱拡散かプロトン交換法で
形成できる。
【００４０】図６，図７に示した場合の他にも、基板に
形成された光導波路１１の曲がり部に近接し、光導波路
１１の曲がり部の外側に沿って光導波路１１の曲がり部
の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、光導波路
１１の曲がり部の曲がりが終わる部分に向かって徐々に
幅が狭まっていくように基板より屈折率の低い第１の領
域と、曲がり部の内側に沿って曲がり部の曲がりが始ま
る部分から徐々に幅が広がり、曲がり部の曲がりが終わ
る部分に向かって徐々に幅が狭まっていく基板より屈折
率の高い第２の領域とを設けてもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路の
曲がり構造では、光導波路を伝搬する光が曲がり導波路
内で屈折を受けること、または曲がり部の屈折率を等価
的に高めることにより、電磁界分布が曲がり方向の外側
に逃げない手段を設けてあることにより、小さな曲げ半
径で低損失な光導波路が得られ、小型な光導波路デバイ
スが実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例２を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例３を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例４を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例５を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例６を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例７を示す概略図である。
【図８】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１ Ｔｉ拡散光導波路 １２，１３ 第１および第２のＴｉ拡散曲がり光導波路 １４ ２つのＴｉ拡散曲がり光導波路の軸ずれ部 ２０ 第１の三角形状の高屈折率領域 ２１ 第２の三角形状の高屈折率領域 ３０ 第１の三角形状の低屈折率領域 ３１ 第２の三角形状の低屈折率領域 ４０，４１，６０ 屈折率の低い領域 ５０，５１，７０ 屈折率の高い領域

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板に形成された光導波路の曲がり部
    に、該光導波路の曲がり部より屈折率が高くかつ前記曲
    がり部の外側に向かって広がる三角形状の領域を設けた
    ことを特徴とする光導波路の曲がり構造。
  2. 【請求項２】 基板に形成された光導波路の曲がり部
    に、該光導波路の曲がり部より屈折率が低くかつ前記曲
    がり部の内側に向かって広がる三角形状の領域を設けた
    ことを特徴とする光導波路の曲がり構造。
  3. 【請求項３】 基板に形成された光導波路の曲がり部
    に、該光導波路の曲がり部より屈折率が高くかつ前記曲
    がり部の外側に向かって広がる三角形状の領域と、前記
    曲がり部より屈折率が低くかつ前記曲がり部の内側に向
    かって広がる三角形状の領域とを交互に設けたことを特
    徴とする光導波路の曲がり構造。
  4. 【請求項４】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記基板
    より屈折率の高い領域を設け、該領域の屈折率が曲がり
    部の内側に向かって低くなるように形成されていること
    を特徴とする光導波路の曲がり構造。
  5. 【請求項５】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の外側に沿って前記基板
    より屈折率の低い領域を設け、該領域の屈折率が曲がり
    部の外側に向かって高くなるように形成されていること
    を特徴とする光導波路の曲がり構造。
  6. 【請求項６】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記基板
    より屈折率が高くかつ該屈折率が前記曲がり部の内側に
    向かって低くなるように形成された第１の領域と、前記
    光導波路の曲がり部の外側に沿って前記基板より屈折率
    が低くかつ該屈折率が前記曲がり部の外側に向かって低
    くなるように形成された第２の領域を設けたことを特徴
    とする光導波路の曲がり構造。
  7. 【請求項７】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記基板
    より屈折率の高い領域を設け、該領域が前記光導波路の
    曲がり部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、
    前記光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向かっ
    て徐々に幅が狭まっているように形成されていることを
    特徴とする光導波路の曲がり構造。
  8. 【請求項８】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の外側に沿って前記基板
    より屈折率の低い領域を設け、該領域が前記光導波路の
    曲がり部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、
    前記光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向かっ
    て徐々に幅が狭まっているように形成されていることを
    特徴とする光導波路の曲がり構造。
  9. 【請求項９】 基板に形成された光導波路の曲がり部に
    近接し、該光導波路の曲がり部の内側に沿って前記基板
    より屈折率の高い第１の領域および該光導波路の曲がり
    部の外側に沿って前記基板より屈折率の低い第２の領域
    を設け、該第１および第２の領域が前記光導波路の曲が
    り部の曲がりが始まる部分から徐々に幅が広がり、前記
    光導波路の曲がり部の曲がりが終わる部分に向かって徐
    々に幅が狭まっているように形成されていることを特徴
    とする光導波路の曲がり構造。
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