JPH0736050B2 - 半導体発光素子と光導波路の結合方式 - Google Patents
半導体発光素子と光導波路の結合方式Info
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- JPH0736050B2 JPH0736050B2 JP60066485A JP6648585A JPH0736050B2 JP H0736050 B2 JPH0736050 B2 JP H0736050B2 JP 60066485 A JP60066485 A JP 60066485A JP 6648585 A JP6648585 A JP 6648585A JP H0736050 B2 JPH0736050 B2 JP H0736050B2
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体発光素子と光導波路の結合方式に係
り、特に反射光が半導体発光素子に戻るのを抑圧するの
に好適な結合方式に関する。
り、特に反射光が半導体発光素子に戻るのを抑圧するの
に好適な結合方式に関する。
従来、半導体レーザを用いた光通信装置において、光フ
アイバ端面，コネクタ端面，光合分波器端面などからの
反射光が半導体レーザに戻ると、C/Nやひずみが大幅に
変動することが知られている。そのため、この対策法と
して、上記端面を斜め研磨して反射光が半導体レーザに
戻らないようにする方法（第１図（ａ））、半導体レー
ザと結合光学系レンズとをオフセットする方法、反射面
を光軸に対して傾斜させる方法、が用いられ、良好な特
性が得られている。ところが将来の光デバイスとして注
目を集めている光集積回路の場合には、半導体基板上
に、半導体レーザ、受光素子、光導波路、光合分波部、
光変調部、光スイツチ部などの光デバイスが集積化され
た光モジユールで構成され、この光モジユールに光フア
イバを接続することにより、光フアイバ内に光信号が伝
送される（たとえば特開昭57-49288号公報がある。）。
この場合に光モジユール内で発生した半導体レーザの反
射光が半導体レーザに戻り、C/Nやひずみ劣化の原因に
なつていることがわかつた。この場合、光フアイバ端面
は斜め研磨（角度８°）したものを用いたにもかかわら
ず上記のような問題点が発生した。すなわち、半導体レ
ーザの出射光を光導波路（単なる光導波路以外に、上記
光合分波部などの光デバイスも含む。）を介して光フア
イバに結合する系においては、反射光対策が重要である
ことがわかつた。
アイバ端面，コネクタ端面，光合分波器端面などからの
反射光が半導体レーザに戻ると、C/Nやひずみが大幅に
変動することが知られている。そのため、この対策法と
して、上記端面を斜め研磨して反射光が半導体レーザに
戻らないようにする方法（第１図（ａ））、半導体レー
ザと結合光学系レンズとをオフセットする方法、反射面
を光軸に対して傾斜させる方法、が用いられ、良好な特
性が得られている。ところが将来の光デバイスとして注
目を集めている光集積回路の場合には、半導体基板上
に、半導体レーザ、受光素子、光導波路、光合分波部、
光変調部、光スイツチ部などの光デバイスが集積化され
た光モジユールで構成され、この光モジユールに光フア
イバを接続することにより、光フアイバ内に光信号が伝
送される（たとえば特開昭57-49288号公報がある。）。
この場合に光モジユール内で発生した半導体レーザの反
射光が半導体レーザに戻り、C/Nやひずみ劣化の原因に
なつていることがわかつた。この場合、光フアイバ端面
は斜め研磨（角度８°）したものを用いたにもかかわら
ず上記のような問題点が発生した。すなわち、半導体レ
ーザの出射光を光導波路（単なる光導波路以外に、上記
光合分波部などの光デバイスも含む。）を介して光フア
イバに結合する系においては、反射光対策が重要である
ことがわかつた。
本発明の目的は、半導体レーザの出射光を光導波路を通
して光フアイバへ結合する光集積回路において、反射光
が半導体レーザに戻らないようにした半導体発光素子と
光導波路の結合方式を提供することにある。
して光フアイバへ結合する光集積回路において、反射光
が半導体レーザに戻らないようにした半導体発光素子と
光導波路の結合方式を提供することにある。
本発明は、基板上に半導体レーザ、該レーザの出射光を
伝搬させる光導波路を設け、レーザ光入射側の光導波路
の幅，厚み，屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以上
を部分的にテーパ状に形成させた構成にしたものであ
る。すなわち、半導体レーザの出射光は光導波路の入射
側の幅あるいは厚み、または屈折率が入射光の伝搬方向
に向って部分的にテーパ状に大きくなつているので、結
合して伝搬し、光導波路の形状一定部で定常状態に保た
れて伝搬していくが、光フアイバ端面などからの反射光
に対しては上記幅あるいは厚み、または屈折率がテーパ
状に減少している部分で光は集中的に漏洩させられ、半
導体レーザへ戻りにくくなる。光導波路は、埋込形，拡
散形，装荷形，リツジ形，盛上形などが適用できる。
伝搬させる光導波路を設け、レーザ光入射側の光導波路
の幅，厚み，屈折率のいずれか一つ、あるいは２つ以上
を部分的にテーパ状に形成させた構成にしたものであ
る。すなわち、半導体レーザの出射光は光導波路の入射
側の幅あるいは厚み、または屈折率が入射光の伝搬方向
に向って部分的にテーパ状に大きくなつているので、結
合して伝搬し、光導波路の形状一定部で定常状態に保た
れて伝搬していくが、光フアイバ端面などからの反射光
に対しては上記幅あるいは厚み、または屈折率がテーパ
状に減少している部分で光は集中的に漏洩させられ、半
導体レーザへ戻りにくくなる。光導波路は、埋込形，拡
散形，装荷形，リツジ形，盛上形などが適用できる。
本発明において、反射光を抑圧できることを説明する。
上記光導波路において、たとえばレーザ光入射側に向っ
て光導波路の幅をテーパ状に部分的に、かつ連続的に減
少させていくと、上記光導波路をテーパ状に減少してい
く方向に伝搬している波長λ0の光信号は、光導波路へ
の光の閉じ込めが徐々に悪くなり、テーパ部から所望角
度で放射状に出ていき、ついには光導波路の幅、光導波
路とクラツド部の屈折率差からきまる規格化周波数が伝
搬条件を満たさないような小さな値になると、上記λ0
の光信号はカツトオフになり、伝搬しなくなる。本発明
はこの原理を応用したもので、カツトオフ特性を有する
ごく近傍まで上記光導波路の幅，厚み，屈折率のいずれ
か一つ、あるいは２つ以上をレーザ光入射側に向って部
分的にテーパ状に減少させ、反射光を放射状に漏洩させ
る。なお、上記放射状に漏洩した反射光は、光導波路の
場合にはクラツドが空気、または無限に近い位に十分に
厚いので、ふたたび光導波路内にもどることなく、した
がつて、半導体レーザにも戻つてこない。なお、従来、
半導体レーザの出射光を単一モード光フアイバへ効率よ
く結合させる方法として、第１図（ｂ）に示すように、
光フアイバ先端部をテーパ状に細くし、その先端部を球
状にする方法がるが、この場合には、半導体レーザの反
射光は、テーパ状部分で少しずつ漏洩する。しかし、漏
洩した光はクラツド部に入り、クラツド部と空気の界面
で反射しながらクラツデイングモードとなつてクラツド
部内を伝搬し、半導体レーザに戻つてくるため、本発明
のような効果はない。また、光フアイバの場合にはカツ
トオフ特性がなく、しかもクラツド部へのしめだし界も
少ない。
上記光導波路において、たとえばレーザ光入射側に向っ
て光導波路の幅をテーパ状に部分的に、かつ連続的に減
少させていくと、上記光導波路をテーパ状に減少してい
く方向に伝搬している波長λ0の光信号は、光導波路へ
の光の閉じ込めが徐々に悪くなり、テーパ部から所望角
度で放射状に出ていき、ついには光導波路の幅、光導波
路とクラツド部の屈折率差からきまる規格化周波数が伝
搬条件を満たさないような小さな値になると、上記λ0
の光信号はカツトオフになり、伝搬しなくなる。本発明
はこの原理を応用したもので、カツトオフ特性を有する
ごく近傍まで上記光導波路の幅，厚み，屈折率のいずれ
か一つ、あるいは２つ以上をレーザ光入射側に向って部
分的にテーパ状に減少させ、反射光を放射状に漏洩させ
る。なお、上記放射状に漏洩した反射光は、光導波路の
場合にはクラツドが空気、または無限に近い位に十分に
厚いので、ふたたび光導波路内にもどることなく、した
がつて、半導体レーザにも戻つてこない。なお、従来、
半導体レーザの出射光を単一モード光フアイバへ効率よ
く結合させる方法として、第１図（ｂ）に示すように、
光フアイバ先端部をテーパ状に細くし、その先端部を球
状にする方法がるが、この場合には、半導体レーザの反
射光は、テーパ状部分で少しずつ漏洩する。しかし、漏
洩した光はクラツド部に入り、クラツド部と空気の界面
で反射しながらクラツデイングモードとなつてクラツド
部内を伝搬し、半導体レーザに戻つてくるため、本発明
のような効果はない。また、光フアイバの場合にはカツ
トオフ特性がなく、しかもクラツド部へのしめだし界も
少ない。
また光導波路の入出力端部を第２図，第３図の９のごと
くテーパ状光導波路とし、入出力部での結合損失の低減
をはかることが知られている（特開昭58-118610）。こ
れは光導波路と光フアイバとのコア形状の相異による結
合損失をできる限り低減するために連続的に長い距離に
わたつてテーパ形状にしたものであり、本発明のよう
に、同一基板上に半導体レーザと光導波路を設け、部分
的にテーパ形状をもたせて反射光を漏洩させる構成と異
なり、また効果も違う。
くテーパ状光導波路とし、入出力部での結合損失の低減
をはかることが知られている（特開昭58-118610）。こ
れは光導波路と光フアイバとのコア形状の相異による結
合損失をできる限り低減するために連続的に長い距離に
わたつてテーパ形状にしたものであり、本発明のよう
に、同一基板上に半導体レーザと光導波路を設け、部分
的にテーパ形状をもたせて反射光を漏洩させる構成と異
なり、また効果も違う。
第４図に本発明の半導体レーザと光導波路の結合方式の
実施例を示す。同図（ａ）は上面図、（ｂ）および
（ｃ）は正面図である。半導体基板１（たとえば、ｎ形
GaAs基板）の上に半導体レーザ２、光導波路３がモノリ
シツクに形成されている。同図（ａ）の５は光導波路３
の幅をテーパ状にした部分である。（ｃ）は厚さもテー
パ状にした部分である。すなわち、光導波路３の幅、あ
るいは厚さを半導体レーザの出射光端側からその出射光
の伝搬方向に向かつて部分的に、かつ連続的形状に増大
させてある。
実施例を示す。同図（ａ）は上面図、（ｂ）および
（ｃ）は正面図である。半導体基板１（たとえば、ｎ形
GaAs基板）の上に半導体レーザ２、光導波路３がモノリ
シツクに形成されている。同図（ａ）の５は光導波路３
の幅をテーパ状にした部分である。（ｃ）は厚さもテー
パ状にした部分である。すなわち、光導波路３の幅、あ
るいは厚さを半導体レーザの出射光端側からその出射光
の伝搬方向に向かつて部分的に、かつ連続的形状に増大
させてある。
第５図に第４図のテーパ部５の拡大図を示す。同図にお
いて、２は波長λ1（たとえば1.55μｍ）で単一モード
発振している半導体レーザである。光導波路３の幅w2は
上記波長λ1の光信号が単一モード伝送できるように設
定された幅（約８μｍ）である。w1は波長λ1（1.55μ
ｍ）の光のモードしや断が起こる幅（5.25μｍ）よりも
若干大きい値に設定する。このような寸法構造に設定し
ておくと、半導体レーザ２の出射光は光導波路３内を伝
搬していくが、半導体レーザ２側に戻つてきた反射光は
このテーパ部５で光が光導波路３からしみだして外に漏
洩し、半導体レーザ２にほとんど戻つてこなくなる。こ
の戻り光量はw1に依存する。すなわち、w1が小さいほ
ど、光導波路３への光の閉じこめ量が少なくなり、光導
波路３外への光のしみ出し量が多くなる。テーパ部５の
長さＬは反射光の拡がり角度に依存する。Ｌが短い程、
反射光の拡がり角度が大きくなる。光導波路３の幅を変
える代わりに、光導波路３の厚み、屈折率を変えても同
様の効果が得られる。
いて、２は波長λ1（たとえば1.55μｍ）で単一モード
発振している半導体レーザである。光導波路３の幅w2は
上記波長λ1の光信号が単一モード伝送できるように設
定された幅（約８μｍ）である。w1は波長λ1（1.55μ
ｍ）の光のモードしや断が起こる幅（5.25μｍ）よりも
若干大きい値に設定する。このような寸法構造に設定し
ておくと、半導体レーザ２の出射光は光導波路３内を伝
搬していくが、半導体レーザ２側に戻つてきた反射光は
このテーパ部５で光が光導波路３からしみだして外に漏
洩し、半導体レーザ２にほとんど戻つてこなくなる。こ
の戻り光量はw1に依存する。すなわち、w1が小さいほ
ど、光導波路３への光の閉じこめ量が少なくなり、光導
波路３外への光のしみ出し量が多くなる。テーパ部５の
長さＬは反射光の拡がり角度に依存する。Ｌが短い程、
反射光の拡がり角度が大きくなる。光導波路３の幅を変
える代わりに、光導波路３の厚み、屈折率を変えても同
様の効果が得られる。
第６図はアレイ状の半導体レーザ2a,2bの出射光を合波
して伝送させる場合の実施例である。2a,2bは同一波
長、あるいは異波形の半導体レーザでもよい。
して伝送させる場合の実施例である。2a,2bは同一波
長、あるいは異波形の半導体レーザでもよい。
本発明の光導波路は第７図，第８図に示すようなものを
適用できる。第７図は埋込形、第８図はリツジ形であ
る。これらの図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は正面図である。
適用できる。第７図は埋込形、第８図はリツジ形であ
る。これらの図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は正面図である。
第４〜８図において、光導波路の半導体レーザ側先端部
は第９図（ａ）のごとく斜め傾斜（角度θは数度程
度。）をもたせると、光導波路側からの半導体レーザ側
への反射光を半導体レーザに戻るのを抑制できる。ま
た、半導体レーザ出射光の光導波路への結合効率を高め
るために、第９図（ｂ）のように、光導波路の先端部を
曲面状（好ましくは放物面状）に形成させてもよい。さ
らに、第９図（ｃ）のように、先端部に、半導体レーザ
の屈折率と等しいかそれよりも低く、光導波路の屈折率
よりも高い材質のドーピング材をイオン打込み法などに
よりドープすれば、より高結合効率特性を得ることがで
きる。また本発明の実施例では、半導体基板上に半導体
レーザと光導波路しか形成されていないが、これに限定
されるものではない。すなわち、受光素子、光合分波
部、光スイツチ部、光変調部、レンズなどの光デバイス
を形成していてもよい。さらに、光導波路の先端部には
反射防止用の膜を形成することにより、この先端部から
の反射光を低減させることができる。また、光導波路３
と光フアイバ４の接続部での反射光を半導体レーザに戻
さないようにするために、上記接続部の光導波路の端面
に傾斜を設けるとより有効である。また上記実施例では
半導体発光素子として、半導体レーザを用いたが、発光
ダイオードでもよい。
は第９図（ａ）のごとく斜め傾斜（角度θは数度程
度。）をもたせると、光導波路側からの半導体レーザ側
への反射光を半導体レーザに戻るのを抑制できる。ま
た、半導体レーザ出射光の光導波路への結合効率を高め
るために、第９図（ｂ）のように、光導波路の先端部を
曲面状（好ましくは放物面状）に形成させてもよい。さ
らに、第９図（ｃ）のように、先端部に、半導体レーザ
の屈折率と等しいかそれよりも低く、光導波路の屈折率
よりも高い材質のドーピング材をイオン打込み法などに
よりドープすれば、より高結合効率特性を得ることがで
きる。また本発明の実施例では、半導体基板上に半導体
レーザと光導波路しか形成されていないが、これに限定
されるものではない。すなわち、受光素子、光合分波
部、光スイツチ部、光変調部、レンズなどの光デバイス
を形成していてもよい。さらに、光導波路の先端部には
反射防止用の膜を形成することにより、この先端部から
の反射光を低減させることができる。また、光導波路３
と光フアイバ４の接続部での反射光を半導体レーザに戻
さないようにするために、上記接続部の光導波路の端面
に傾斜を設けるとより有効である。また上記実施例では
半導体発光素子として、半導体レーザを用いたが、発光
ダイオードでもよい。
本発明によれば、半導体レーザに反射光がほとんど戻ら
ないので、高C/N,低ひずみの安定した光伝送システムを
実現することが可能である。
ないので、高C/N,低ひずみの安定した光伝送システムを
実現することが可能である。
第１図から第３図は従来技術を説明するための図、第４
図は本発明の実施例を示す図、第５図から第９図は本発
明の他の実施例を示す図である。 １……半導体基板、2,2a,2b……半導体レーザ、3,3a,3b
……光導波路のコア部、5,5a,5b……光導波路のテーパ
部、７……高屈折率材。
図は本発明の実施例を示す図、第５図から第９図は本発
明の他の実施例を示す図である。 １……半導体基板、2,2a,2b……半導体レーザ、3,3a,3b
……光導波路のコア部、5,5a,5b……光導波路のテーパ
部、７……高屈折率材。
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に半導体発光素子、該発光素子の出
射光を伝搬させる光導波路を設け、該出射光の入射側の
光導波路の幅，厚み，屈折率の少なくとも一つを入射光
の伝搬方向に向って部分的にテーパ状に増大させて形成
することを特徴とする半導体発光素子と光導波路の結合
方式。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記半導
体発光素子の出射光端側の光導波路の先端部を曲面状に
構成したことを特徴とする半導体発光素子と光導波路の
結合方式。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、上記半導
体発光素子の出射光端側の光導波路の曲面状先端部に、
上記半導体発光素子の屈折率と等しいかそれよりも低
く、光導波路の屈折率よりも高い材質のドーピング材を
ドープしたことを特徴とする半導体発光素子と光導波路
の結合方式。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、上記半導
体発光素子の出射光端側の光導波路の先端部を傾斜構造
にしたことを特徴とする半導体発光素子と光導波路の結
合方式。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項において、上記光導
波路は埋込形、拡散形、リッジ形若しくは盛上形のいず
れかの構造を採用したことを特徴とする半導体発光素子
と光導波路の結合方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066485A JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60066485A JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61226717A JPS61226717A (ja) | 1986-10-08 |
| JPH0736050B2 true JPH0736050B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=13317136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60066485A Expired - Lifetime JPH0736050B2 (ja) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 半導体発光素子と光導波路の結合方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736050B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828358A (en) * | 1988-03-03 | 1989-05-09 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Testing in the manufacture, operation, and maintenance of optical device assemblies |
| JP2595070Y2 (ja) * | 1990-12-27 | 1999-05-24 | 京セラ株式会社 | 光導波路の接続構造 |
| JP2002169043A (ja) | 2000-12-01 | 2002-06-14 | Nec Corp | 光モジュール |
| JP6330486B2 (ja) * | 2014-05-29 | 2018-05-30 | 富士通株式会社 | 半導体ナノワイヤ光装置及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-04-01 JP JP60066485A patent/JPH0736050B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61226717A (ja) | 1986-10-08 |
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