JPS5942841B2 - 光結合器 - Google Patents

光結合器

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JPS5942841B2
JPS5942841B2 JP51140820A JP14082076A JPS5942841B2 JP S5942841 B2 JPS5942841 B2 JP S5942841B2 JP 51140820 A JP51140820 A JP 51140820A JP 14082076 A JP14082076 A JP 14082076A JP S5942841 B2 JPS5942841 B2 JP S5942841B2
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JP
Japan
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waveguide
groove
refractive index
optical
optical fiber
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JP51140820A
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JPS5280042A (en
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ジヨン・デ−ビツド・クロウ
エリツク・ガンハ・リ−ン
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学分野に関し、さらに具体的には光学繊維導
波管及び薄膜導波管間で光放射を双方向に結合するため
の光学結合器に関する。
光学繊維及び薄膜導波管間で光学放射を結合する従来装
置は米国特許第３７９１７１５号、第３７７４９８７号
、第３８６４０１９号に開示されている。
上記米国特許第３７９１７１５号においては、光学繊維
中の光は共振空洞並びに、空洞及び薄膜導波管間に選択
的に形成され得る格子を使用して薄膜導波管へ結合され
ている。
この結合は単一方向、即ち繊維から導波管へ向うもので
あり、共振空洞を使用している。上記米国特許第３７７
４９８７号においては光学繊維は基板中の結晶学的に食
刻されたＶ溝中に取付けられ、その上に薄膜導波管が付
着される事によつて薄膜導波管と軸方向に整列されてい
る。
上記米国特許第３８６４０１９号では、光学繊維を基板
中の穿孔孔中に挿入し、半球レンズを形成する様に充填
材料を加える事によつて薄膜導波管及び光学繊維間の双
方向結合を与えている。基板中の光はそれが薄膜導波管
もしくは光学繊維のどちらから来るかにかゝわらず、実
質上導波されず、幾何学形状の相対性に決定的な影響を
受け、製造が困難である。本発明は上記米国特許第３８
６４０１９号とは異なり、導波管、光学繊細及ひ結合領
域自体に完全な導波モード構造を与える。
上記米国特許の発明者は基板中の導波されない光を先入
観で結合効率にむすびつけている。高い結合効率は角度
モード即ち低モード数の導波管でのみ可能である。本発
明の漏洩性の結合及び完全導波モード結合は多重モード
導波でも高い効率を与える。本発明の目的は完全導波モ
ードが得られる様な構造によつて光学繊維及び薄膜光導
波管が光学放射の双方向伝送に対して結合される光学導
波管に対する結合器を与える事にある。
本発明の目的は複数個の異なる導波モード構造体間にお
ける光放射の双方向伝送を与えるため漏洩性の結合を与
える光学結合器を与える事にある。
本発明の他の目的は光学繊維が結合器の基板中のＶ溝内
に取付けられ、溝中に光学材料が充填され、薄膜導波管
が重畳されて光学繊維及び導波管間に双方向の漏洩性の
導波モードを与える上記目的に従う結合構造体を与える
事にある。以下本発明を詳細に説明する。
薄膜光学素子の正確な寸法表示を与える事は極端に困難
である事は明らかであろう。従つて、当然、或る素子は
明瞭のために誇張されなければならない。本発明は第１
図に最も良く図示されている図で光学繊維１０は結合領
域１５によつて薄膜導波管２０に結合されており、光学
繊維１０及び導波管２０の軸は平行ではあるが、段違い
になつている。
結合及び必要な整列を達成するためケイ素チツプもしく
は基板１１中には複数個の間隔をおかれた平行な溝１２
が食刻されている。これ等のＵ型溝はＷ−ｄ（Ｓｅｃθ
＋Ｔａｎθ）に等しい幅を有する。こ＼でθは食刻角に
等しく、ｄは光学繊維の外装を含む外径である。この関
係は繊維が基板の表面と接する事を保証する。３５．５
維の食刻角及び５Ｘ１０−３ｃｒｒＬの繊維直径の場合
には、溝幅は略１２．５×１０−３（１−JモV！となる
。
従つて、この値はこの直径の繊維に対する最小のチヤン
ネル間間隔であると云える。溝の深さは繊維の外径より
もわずかに大きい。溝１２は先細りの遷移領域を有し、
こ＼では溝の頂点は基板の上部表面に向つて傾斜してい
る。
溝の傾斜部分１２ａは同様に食刻工程中に形成される。
この傾斜部はく１００〉配向のＳ！ウエハの場合には同
一食刻角度、例えば３５．５ウを有する。既に説明され
た層１１ａは遷移部導波管及び基板１１間の光学バツフ
アもしくは外装としての働きを有する。
これはケイ素基板を酸化する事によつて得られる２酸化
ケイ素か、低屈折率及び低光学損失の薄いプラスチツク
被覆であり得る。この層はＶ溝及びその傾斜部を含む基
板の全上部表面を覆つている。結合領域１５は光学繊維
１０が溝中に固定され、基板の上部の酸化表面と平らに
なる様に接触された後にプラスチツクもしくは光学エポ
キシ材料が充填される。
次いで薄膜導波管２０が遷移領域の上部及び応用に従つ
て遷移領域を越えて付着され得る。導波管２０はテーパ
端２０ａを有し、上部表面から光学繊維の端におけるＯ
幅に先細になつている。このテーパは導波管材料及び結
合領域１５の充填材料の屈折率間の差に左右されるもの
であり、代表的には導波管間の平滑な低損失遷移を保障
するために数１００波長の長さである。繊維芯の屈折率
がｎ１であり、充填材料のそれがＮ２、導波管のそれが
Ｎ３であるならば、Ｎ３≧Ｎ２≧Ｎ，が成立たなくては
ならない。ｎ−Ｎ３−Ｎ２が大きければ大きい程、結合
はより効果的であり、結合領域１５の長さは短かくなり
得る。代表的な装置パラメータは次の通りである。
繊維芯の直径・・・・・・３５μｍ繊維の（外装を含め
た）外径・・・・・・５０Ｉｔｍ繊維芯の屈折率・・・
・・・１．５基板中の溝幅・・・・・・１２５μｍ 基板中の溝の角度・・・・・・７００ 溝中の繊維の長さ・・・・・・３５μｍ 第１図のＬの距離・・・・・・１０＞＜２傾斜１２ａの
勾配角・・・・・・３５＜ 充填材料の屈折率・・・・・・１．５； 例えば１．７
導波管の屈折率・・・・・・〉充填材料、例えば２．０
導波管の厚さ・・・・・・１０！Ｔｍ導波管のテーパｌ
・・・・・・１００−１０００×厚さ導波管の幅・・・
・・・溝幅と同じ挿入の損失を減少するためには、プラ
スチツク充填材料１５は紫外線にさらされるか化学処理
を受けて傾斜１２ａの底部から溝の底部に近そ領域にお
けるその屈折率を上昇させる事が出来る。
ＵＶ光はケイ素からもしくは繊維自体を経て印加され得
る。しかしながら、この工程は装置の動作に本質的なも
のでない。同様に溝は型チヤンネルを形成する様完全食
刻され得る。
繊維からの光はプラスチツク領域へ結合され得、Ｎ３〉
Ｎ２であるので領域２０へ導かれ得る。
プラスチツク領域長ｌは溝の傾斜部分が領域Ｎ２をカツ
ト・オフにする前に導波管に転送される様十分長くされ
ている。逆方向の場合には、光はプレーナ導波管２０か
らテーパ部によつてプラスチツク部へ強制される。光学
繊維１０、結合領域１５及びプレーナ導波管中の光の伝
搬はすべての３つの場合に導波モードである。これは基
板及び導波管中のテーパによる結合全体に対する支配性
をもつて漏洩性の波結合を生ずる。漏洩性及びテーパ端
結合は従つて高効率を保持しつ＼多重モード導波へ拡張
され得る。結合効率の増大を与えるのに加えて、平行段
違い結合幾何学形状は同様に食刻及び付着技法によつて
容易に製造され得る構造体を与える。
例えば溝１２は選択性食刻過程によつて極めて正確な溝
を生じ、配列体全体にわたつて極めて正確な制御を与え
る。従つて、多重チヤンネル装置が大量生産技法によつ
て容易に経済的に製造され得る。以上効率的な双方向多
重モード放射結合のための光学繊維及びプレーナ導波管
を光結合するための簡単な構造体が説明された。この構
造体は効率的な結合、正確な光学的整列を与え、プレー
ナ装置技法によつて容易に製造され得る。この発明では
、光学繊維、充填材料および導波管にわたるすべての経
路でそれらの光学的性質に依存して光が確実にそれら経
路内に封じ込められて案内されることに留意されたい。
すなわち光が光学繊維から導波管へと伝播する場合には
、上述のとおり導波管、充填材料および導波管の各屈折
率Ｎｌ，ｎ２，ｎ３がｎ１くＮ２〈Ｎ３であるので光は
順次導波管、充填材料および導波管に封じ込められてい
く。他方光が導波管から光学繊維に伝播する場合には、
通常では導波管内に封じ込められた光が全反射して充填
材料へとは進行しないものの、導波管端部のテーパによ
つて光が充填材料へと漏洩していき、この漏洩した光が
さらに光学繊維に案内されていくのである。この場合で
も光が全経路にわたつた経路内部に封じ込められている
ことは明らかである。光がこれを案内する媒体の全経路
においてその内部に封じ込められる点、および双方向で
光伝播が実現できる点にこの発明の特長がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従う光結合器の１つの光学繊維及ひ導
波管の軸上の断面図である。 １０・・・・・・光学繊維、１１・・・・・・基板、１
５・・・・・・結合領域、２０・・・・・・薄膜導波管
。 第２図は第１図の線２−２に治つて見た断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 光学繊維と薄膜導波管との間で多重モード光放射を
    双方向に結合するための光学構造体であつて、一つの面
    にＵ字形溝が形成され、この溝の延在方向端部位置にお
    いて上記溝の底部から上記一つの面に向けて上方に傾斜
    する勾配部分を有する基体と、端部が上記溝の勾配部分
    から離隔するように上記溝内に配置された光学繊維と、
    上記溝に上記基板の上記一つの面と同面になる迄充填さ
    れた透明体誘電材料と、上記光学繊維の端部に向けて延
    在する薄膜導波管部材であつて、上記透明体誘電材料部
    材の上面の少くとも一部を被覆し、その延在方向端部に
    その延在方向に進むほど薄くなるテーパを付したものと
    を有し、上記誘電体の充填材料の屈折率は上記光学繊維
    の屈折率に等しいか或いはこれより大きく且つ上記導波
    部材材料の屈折率は上記充填材料の屈折率よりも大きい
    事を特徴とする光結合器。
JP51140820A 1975-12-22 1976-11-25 光結合器 Expired JPS5942841B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US000000642861 1975-12-22
US05/642,861 US3994559A (en) 1975-12-22 1975-12-22 Bidirectional guided mode optical film-fiber coupler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5280042A JPS5280042A (en) 1977-07-05
JPS5942841B2 true JPS5942841B2 (ja) 1984-10-18

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ID=24578344

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JP51140820A Expired JPS5942841B2 (ja) 1975-12-22 1976-11-25 光結合器

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