JPH0743552A - 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子及びそれを用いた導波路型モジュール - Google Patents
半導体レーザダイオード結合用光導波路素子及びそれを用いた導波路型モジュールInfo
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- JPH0743552A JPH0743552A JP19113093A JP19113093A JPH0743552A JP H0743552 A JPH0743552 A JP H0743552A JP 19113093 A JP19113093 A JP 19113093A JP 19113093 A JP19113093 A JP 19113093A JP H0743552 A JPH0743552 A JP H0743552A
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 11
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Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体レーザダイオードと光導波路素子との結
合における結合損失を減少させるため、半導体レーザダ
イオードとの結合効率を大幅に向上させることができる
新規な半導体レーザダイオード結合用光導波路素子を提
供する。 【構成】半導体レーザダイオード結合用光導波路素子端
面に近い所要量のクラッドを除去して所要長さのコアを
露出させ、更に該露出したコアに連続して端面から離れ
るにつれてクラツドの幅および厚さを徐々に大きくしテ
ーパ部を持つようにした。
合における結合損失を減少させるため、半導体レーザダ
イオードとの結合効率を大幅に向上させることができる
新規な半導体レーザダイオード結合用光導波路素子を提
供する。 【構成】半導体レーザダイオード結合用光導波路素子端
面に近い所要量のクラッドを除去して所要長さのコアを
露出させ、更に該露出したコアに連続して端面から離れ
るにつれてクラツドの幅および厚さを徐々に大きくしテ
ーパ部を持つようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路素子、特に半
導体レーザダイオード結合用単一モード光導波路素子及
びそれを用いた導波路型モジュールに関するものであ
る。
導体レーザダイオード結合用単一モード光導波路素子及
びそれを用いた導波路型モジュールに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信は、使用される光ファイ
バが、各種信号の伝送媒体として大容量・低損失・無漏
話・無誘導・軽量等と利点が多く経済効果が大きいた
め、大規模に導入されてきたが、更なる利用・発展が見
込まれる。
バが、各種信号の伝送媒体として大容量・低損失・無漏
話・無誘導・軽量等と利点が多く経済効果が大きいた
め、大規模に導入されてきたが、更なる利用・発展が見
込まれる。
【０００３】光ファイバの中にレーザ光源からレーザ光
を導入し伝搬させるためには、レーザ光源と光ファイバ
とを効率良く結合させる必要がある。
を導入し伝搬させるためには、レーザ光源と光ファイバ
とを効率良く結合させる必要がある。
【０００４】図３は、レーザ光源である半導体レーザダ
イオード２２と光導波路素子２０との結合におけるそれ
ぞれの電界分布を説明する図である。２３は光導波路素
子２０のコアである。
イオード２２と光導波路素子２０との結合におけるそれ
ぞれの電界分布を説明する図である。２３は光導波路素
子２０のコアである。
【０００５】図３に示すように、半導体レーザダイオー
ド２２の電界分布は一般にガウス型をしており、そのス
ポットサイズ（ピークパワーの１／ｅ-2となる半径）は
約１μｍである。
ド２２の電界分布は一般にガウス型をしており、そのス
ポットサイズ（ピークパワーの１／ｅ-2となる半径）は
約１μｍである。
【０００６】一方、光ファイバ通信に用いられる通常の
光導波路素子２０は、光ファイバとの整合性を考え、ス
ポットサイズは約１０μｍとなるように設計され、製造
されている。
光導波路素子２０は、光ファイバとの整合性を考え、ス
ポットサイズは約１０μｍとなるように設計され、製造
されている。
【０００７】従って、図３に示すように、スポットサイ
ズを変換する手段を用いず、半導体レーザダイオード２
２を光導波路素子２０にそのまま直接結合させると、電
界分布の不整合により、半導体レーザダイオード２２か
らのレーザ光は、光導波路であるコア２３以外の部分に
放射してしまい、結合損失が約１０ｄＢと大きな値にな
る。
ズを変換する手段を用いず、半導体レーザダイオード２
２を光導波路素子２０にそのまま直接結合させると、電
界分布の不整合により、半導体レーザダイオード２２か
らのレーザ光は、光導波路であるコア２３以外の部分に
放射してしまい、結合損失が約１０ｄＢと大きな値にな
る。
【０００８】上記のような結合損失を無くすための、従
来のスポットサイズ変換用光導波路を図４に示す。図４
（ａ）は外観図、図４（ｂ）は電界分布を説明するため
の図である。
来のスポットサイズ変換用光導波路を図４に示す。図４
（ａ）は外観図、図４（ｂ）は電界分布を説明するため
の図である。
【０００９】図４において、２２は半導体レーザダイオ
ード、２０は光導波路素子、２３は光導波路素子２０の
コアそして２６は高屈折率を持つコアである。
ード、２０は光導波路素子、２３は光導波路素子２０の
コアそして２６は高屈折率を持つコアである。
【００１０】図４に示すスポットサイズ変換用光導波路
は、通常の光導波路素子２０のコア２３の中に、高屈折
率を持つコア２６を形成したものである。
は、通常の光導波路素子２０のコア２３の中に、高屈折
率を持つコア２６を形成したものである。
【００１１】上記高屈折率のコア２６の一端はその幅が
テーパー状に細くなっており、これにより電界分布が徐
々に変化し、コア２３を伝搬する電界分布に接近させる
ことができる。
テーパー状に細くなっており、これにより電界分布が徐
々に変化し、コア２３を伝搬する電界分布に接近させる
ことができる。
【００１２】上記のように、スポットサイズ変換用光導
波路を持つ構造とすることにより半導体レーザダイオー
ド２２と光導波路素子２０の結合を約３ｄＢの損失とす
ることができる。
波路を持つ構造とすることにより半導体レーザダイオー
ド２２と光導波路素子２０の結合を約３ｄＢの損失とす
ることができる。
【００１３】上記従来例においては、スポツトサイズ変
換用高屈折率コア２６の材料としてはＳｉ3 Ｎ4 が用い
られ、コア２３の材料としては更にＰ2 Ｏ5 を添加した
石英系ガラスが用いられている。
換用高屈折率コア２６の材料としてはＳｉ3 Ｎ4 が用い
られ、コア２３の材料としては更にＰ2 Ｏ5 を添加した
石英系ガラスが用いられている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来のスポ
ットサイズ変換用光導波路においては、以下のような欠
点があった。
ットサイズ変換用光導波路においては、以下のような欠
点があった。
【００１５】（１）スポットサイズの変換は、１次元で
あり、２次元でスポットサイズを変換しているわけでは
ない。すなわち、高屈折率のコア２６のテーパー形状は
コアの幅方向のみであり、コアの厚さ方向においてはテ
ーパー形状となっていないため、完全にコア２３を伝搬
する電界分布に一致させることができない。そのため約
３ｄＢの結合損失を持っている。
あり、２次元でスポットサイズを変換しているわけでは
ない。すなわち、高屈折率のコア２６のテーパー形状は
コアの幅方向のみであり、コアの厚さ方向においてはテ
ーパー形状となっていないため、完全にコア２３を伝搬
する電界分布に一致させることができない。そのため約
３ｄＢの結合損失を持っている。
【００１６】（２）スポットサイズ変換用導波路の製作
工程として、テーパー状の高屈折率のコア２６を形成し
た後、コア２３を形成する必要があり、そのため製作工
程が複雑になる。
工程として、テーパー状の高屈折率のコア２６を形成し
た後、コア２３を形成する必要があり、そのため製作工
程が複雑になる。
【００１７】（３）高屈折率のコア２６の材料Ｓｉ3 Ｎ
4 は、屈折率が大きい（ｎ1 ＝２．１）が、空気（屈折
率ｎ2 ＝１．０）とのフレネル反射損失が大きい（フレ
ネル反射損失は、２つの屈折率差の二乗に比例する。フ
レネル反射損失＝（ｎ1 −ｎ2 ）2 ／（ｎ1 ＋ｎ2 ）
2 ）。
4 は、屈折率が大きい（ｎ1 ＝２．１）が、空気（屈折
率ｎ2 ＝１．０）とのフレネル反射損失が大きい（フレ
ネル反射損失は、２つの屈折率差の二乗に比例する。フ
レネル反射損失＝（ｎ1 −ｎ2 ）2 ／（ｎ1 ＋ｎ2 ）
2 ）。
【００１８】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、半導体レーザダイオードとの結合効率を大幅
に向上させることができる新規な半導体レーザダイオー
ド結合用単一モード光導波路素子を提供することにあ
る。
を解消し、半導体レーザダイオードとの結合効率を大幅
に向上させることができる新規な半導体レーザダイオー
ド結合用単一モード光導波路素子を提供することにあ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、屈折率の大きいコアとそれより小さい屈折
率のクラッドとから構成され、光ファイバとほぼ同じス
ポットサイズを持つ半導体レーザダイオード結合用光導
波路素子において、該半導体レーザダイオード結合用光
導波路素子端面に近い所要量のクラッドを除去して所要
長さのコアを露出させ、該露出したコアに連続して端面
から離れるにつれてクラツドの幅および厚さを徐々に大
きくしテーパー部を持つようにしたものである。
成するため、屈折率の大きいコアとそれより小さい屈折
率のクラッドとから構成され、光ファイバとほぼ同じス
ポットサイズを持つ半導体レーザダイオード結合用光導
波路素子において、該半導体レーザダイオード結合用光
導波路素子端面に近い所要量のクラッドを除去して所要
長さのコアを露出させ、該露出したコアに連続して端面
から離れるにつれてクラツドの幅および厚さを徐々に大
きくしテーパー部を持つようにしたものである。
【００２０】
【作用】半導体レーザダイオード結合用光導波路素子端
面に近い所要量のクラッドを除去して所要長さのコアを
露出させ、該露出したコアに連続して端面から離れるに
つれてクラツドの幅および厚さを徐々に大きくしテーパ
部を持つことにより、電界分布を徐々に結合効率よく変
換する。
面に近い所要量のクラッドを除去して所要長さのコアを
露出させ、該露出したコアに連続して端面から離れるに
つれてクラツドの幅および厚さを徐々に大きくしテーパ
部を持つことにより、電界分布を徐々に結合効率よく変
換する。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例を図１および図２にて説明す
る。図１に本発明による半導体レーザダイオード結合用
光導波路素子の外観図、図２に半導体レーザダイオード
結合用光導波路素子の上から見た電界分布説明図および
側面から見た電界分布説明図を示す。
る。図１に本発明による半導体レーザダイオード結合用
光導波路素子の外観図、図２に半導体レーザダイオード
結合用光導波路素子の上から見た電界分布説明図および
側面から見た電界分布説明図を示す。
【００２２】図１において、１は半導体レーザダイオー
ド結合用光導波路素子、３は石英系ガラスからなるコ
ア、石英系ガラスからなる４はクラッド、５はコア３に
連続するクラッドのテーパー部そして６は端面である。
ド結合用光導波路素子、３は石英系ガラスからなるコ
ア、石英系ガラスからなる４はクラッド、５はコア３に
連続するクラッドのテーパー部そして６は端面である。
【００２３】図１に示すように、本発明による半導体レ
ーザダイオード結合用光導波路素子１は、導波路端面６
近くのクラッドガラス４の一部を所要量エッチングで除
去してコア３を所要長さ露出した構造としている。更に
は露出したコア３に連続するクラッドガラス４の幅方向
および厚さ方向をテーパー状にしてテーパー部５とする
ことにより、電界分布を徐々に変換する構造である。
ーザダイオード結合用光導波路素子１は、導波路端面６
近くのクラッドガラス４の一部を所要量エッチングで除
去してコア３を所要長さ露出した構造としている。更に
は露出したコア３に連続するクラッドガラス４の幅方向
および厚さ方向をテーパー状にしてテーパー部５とする
ことにより、電界分布を徐々に変換する構造である。
【００２４】図２に示すように、本発明による半導体レ
ーザダイオード結合用光導波路素子１の露出したコア３
に連続してテーパー部５を図２（ａ）に示すようにｘ軸
方向に、図２（ｂ）に示すようにｙ軸方向に設けること
により、レーザ光の電界分布が徐々に変換されている。
ーザダイオード結合用光導波路素子１の露出したコア３
に連続してテーパー部５を図２（ａ）に示すようにｘ軸
方向に、図２（ｂ）に示すようにｙ軸方向に設けること
により、レーザ光の電界分布が徐々に変換されている。
【００２５】コア３の中を伝搬する光のスポットサイズ
Ｒ0 は、次式により与えられる。
Ｒ0 は、次式により与えられる。
【００２６】 Ｒ0 １／（２×１ｎＶ）1/2 ・・・・・・・（１） 但し、Ｖは、規格化周波数であり、次式によって与えら
れる。
れる。
【００２７】 Ｖ＝２π・ｎ・ａ（２Δ）1/2 ・・・・・・（２） 但し、ｎはコアの屈折率、ａはコア幅、Δはコアとクラ
ッドの比屈折率差を表す。
ッドの比屈折率差を表す。
【００２８】クラッド４が除去された部分は、空気がク
ラッドとなるため、（２）式により、Ｖの値は大きくな
る。
ラッドとなるため、（２）式により、Ｖの値は大きくな
る。
【００２９】そのため、（１）式により、スポットサイ
ズを小さくすることができ、半導体レーザダイオードと
の電界分布の整合性を良くすることができる。
ズを小さくすることができ、半導体レーザダイオードと
の電界分布の整合性を良くすることができる。
【００３０】また、クラッド４の一部をテーパー状に
し、テーパー部５を持つ構造としたことにより、レーザ
光の電界分布を徐々に拡げることになり、低損失で半導
体レーザダイオードからのレーザ光のスポットサイズを
変換できる。
し、テーパー部５を持つ構造としたことにより、レーザ
光の電界分布を徐々に拡げることになり、低損失で半導
体レーザダイオードからのレーザ光のスポットサイズを
変換できる。
【００３１】本発明においては、クラッド４の厚さ方向
（ｙ軸方向）においても、その厚さをテーパー状にする
ことにより、２次元のスポットサイズ変換機能を持ち、
最適化することにより、ほぼ０ｄＢに近い、結合損失が
可能となる。
（ｙ軸方向）においても、その厚さをテーパー状にする
ことにより、２次元のスポットサイズ変換機能を持ち、
最適化することにより、ほぼ０ｄＢに近い、結合損失が
可能となる。
【００３２】製法も、従来のドライエッチング技術（反
応性エッチング法、イオンミリングなど）により、容易
に加工可能である。
応性エッチング法、イオンミリングなど）により、容易
に加工可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明による半導体レーザダイオード結
合用光導波路素子は、構造が簡単であるため、製作が容
易であり、コアに連続して導波路幅方向（ｘ軸方向）・
深さ方向（ｙ軸方向）とも、テーパー形状となっている
ため半導体レーザダイオードとの結合効率を大幅に向上
でき、且つ経済効果も大きい。
合用光導波路素子は、構造が簡単であるため、製作が容
易であり、コアに連続して導波路幅方向（ｘ軸方向）・
深さ方向（ｙ軸方向）とも、テーパー形状となっている
ため半導体レーザダイオードとの結合効率を大幅に向上
でき、且つ経済効果も大きい。
【図１】本発明による半導体レーザダイオード結合用光
導波路素子を示す外観図。
導波路素子を示す外観図。
【図２】本発明による半導体レーザダイオード結合用光
導波路素子の電界分布を説明する図。
導波路素子の電界分布を説明する図。
【図３】半導体レーザ素子及び光導波路素子の電界分布
説明図。
説明図。
【図４】従来のスポットサイズ変換用光導波路を示す外
観図および電界分布を説明する図。
観図および電界分布を説明する図。
１ 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子 ３ コア ４ クラッド ５ 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子テーパ
ー部 ６ 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子端面
ー部 ６ 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子端面
Claims (2)
- 【請求項１】屈折率の大きいコアとそれより小さい屈折
率のクラッドとから構成され、光ファイバとほぼ同じス
ポットサイズを持つ半導体レーザダイオード結合用光導
波路素子において、該半導体レーザダイオード結合用光
導波路素子端面に近い所要量のクラッドを除去して所要
長さのコアを露出させ、該露出したコアに連続して端面
から離れるにつれてクラツドの幅および厚さを徐々に大
きくしテーパー部を持つようにしたことを特徴とする半
導体レーザダイオード結合用光導波路素子。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザダイオード結
合用光導波路素子と半導体レーザダイオードを光学的に
結合させたことを特徴とする導波路型モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19113093A JPH0743552A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子及びそれを用いた導波路型モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19113093A JPH0743552A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子及びそれを用いた導波路型モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0743552A true JPH0743552A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16269380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19113093A Pending JPH0743552A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 半導体レーザダイオード結合用光導波路素子及びそれを用いた導波路型モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743552A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2768232A1 (fr) * | 1997-09-11 | 1999-03-12 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un composant optique integre comprenant un guide d'onde epais couple a un guide d'onde mince |
| KR100369329B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2003-01-24 | 주식회사 케이티 | 무결함, 무반사의 스폿사이즈 변환기를 구비한 광소자의제조 방법 |
| WO2003048823A3 (en) * | 2001-11-29 | 2003-12-31 | Denselight Semiconductors Pte | Standoffs for passive alignment of semiconductor chip and coupling bench |
| KR100429912B1 (ko) * | 2002-07-23 | 2004-05-03 | 한국전자통신연구원 | 광 모드 크기 변환기가 집적된 봉우리형 집적화 반도체광소자 |
| JP2012048049A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光波長フィルタ |
| WO2013157287A1 (ja) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光モジュール |
| JP2015206969A (ja) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 三菱電機株式会社 | スポットサイズ変換素子および半導体装置 |
| CN111211182A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-29 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种波导型光电探测器及其制造方法 |
-
1993
- 1993-08-02 JP JP19113093A patent/JPH0743552A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2768232A1 (fr) * | 1997-09-11 | 1999-03-12 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un composant optique integre comprenant un guide d'onde epais couple a un guide d'onde mince |
| EP0902306A1 (fr) * | 1997-09-11 | 1999-03-17 | Alcatel | Procédé de fabrication d'un composant optique intégré comprenant un guide d'onde épais couplé à un guide d'onde mince |
| KR100369329B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2003-01-24 | 주식회사 케이티 | 무결함, 무반사의 스폿사이즈 변환기를 구비한 광소자의제조 방법 |
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| JP2012048049A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光波長フィルタ |
| WO2013157287A1 (ja) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光モジュール |
| JP2015206969A (ja) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 三菱電機株式会社 | スポットサイズ変換素子および半導体装置 |
| CN111211182A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-29 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种波导型光电探测器及其制造方法 |
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