JPS604904A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は基板上に作成された光導波部とプリズム内の光
束を、もしくは前記光導波部内を伝搬する光波をプリズ
ム内に導波する為の光結合装置に関するものである。

従来の構成とその問題点 近年レーザーの発達によシレーザーを光源とした機器開
発が活発化している。しかし従来から使用されて来た光
学部品はバルククイプであり、重い、容積が大きくなる
等の欠点があった。これ等の欠点をなく１１４機器内に
使用される光学系をより安定なものとする為、いわゆる
光ＩＣなるものが考えられている。

これは第１図に示すように誘電体基板１上に、これより
も誘電率の大きい光導波部２が蒸着、スパッター又はイ
オン交換法、拡散法等により形成されており、光がこの
光導波部２を進行するうちに、種々のプロセシングを受
けるとい９概念のものである。このように光導波部２に
光を通過させることにより、光学素子の小型化、低コス
ト化。

安定性向上等の点で従来のバルクタイプ光学部品よりも
はるかにすぐれた光学部品を製作することが出来る。

しかし、レーザー光源から出たあるいはファイバー内を
通過してきた光をいかに効率よくかつ安定に光導波部２
に伝送するか、又、光導波部２内−を伝送されている光
をいかに効率よくかつ安定に外部へ取り出すかに、大き
な問題が残されていた。

以下従来の三角プリズム光結合器について第１図をもら
い説明する。１ｉｄ誘電体基板、２ｉｄ透明誘電体光導
波部、３は三角柱プリズム、４はテーパー状ギャップ、
５は入射光、６は光の進行方向、７は光結合点、８は結
合面、９は接触点を示す。

ナオ、コ（７）ＪＩＪｔ理ハＩ　、０　、Ｓ　、Ａ、　
、　Ｖｏ１６１　、＆　１１　。

１９７１　、　ｐ１４６７　に述べられている。

三角柱プリズム３に入射された入射光５は屈折された後
結合面８へ送られる。この面８で入射光６はエバネセン
ト光に変換され光導波部２に送られる。したがってこの
結合面８は面精度が非常に重要であり光学研磨がなされ
ている。さて光導波部２に伝送された光は進行方向６に
向って進む。

−力結合面８と光導波部２との間は結合効率を上げる為
テーパー状エアーギャノグへか必要とされ、この角度に
より大巾に結合効率が変化する。

したがって、この構成によれば、三角柱プリズム３を一
頂点９で光導波部２と接触させながらプリズム３を回転
させ、３Ａｉミリラジアンという小さいテーパー状エア
ーギャップ４形成しなければならないから光導波部２の
前精度すなわち基板面精度が必要となる。そして、接触
点９と伝送点７との距離が犬きくなるため、前記前精度
がたとえば約％λ（λ：伝送光の波長）程度に非常に高
く要求される。捷た、接触点９はプリズム３の肉厚の小
さい部分であるため、この部分に加わる圧力でプリズム
が破損したり、良好な接触が得られない。

さらに、三角柱プリズム３の固定に際しては、光導波部
の光路を除くプリスム周辺にのみ接着剤を用いることが
できるが、第１図の構造では強固な接着強度が得られな
いため、不安定なミ製品とならざるを得ない。

発明の目的 本発明はこのような問題点に鑑ガてなされたもので、従
来の三角プリズム柱とほぼ同程度のコストで製作可能で
、基板の面精度も従来の％程度で高効率の光結合が可能
であり、安定な固定を行なうことができる光結合装置を
得ることを目的とする０ 発明の構成 本発明は、一つのプリズム内（）・リアワセ等も可）に
光導波用プリズム部とこれとは別に一頂角が鈍角をなす
光結合用プリズム部とに分けられる部分を有する一体形
光結合用プリズムを用い、この光結合プリズムを基板上
に作成された光導波部への入力又は光導波部からの出力
部に用いることを特徴とするものである。

実施例の説明 囃２図は本発明の第１の実施例における光結合用プリズ
ムを用いた納会装置の側面図を示すものである。

第２図において１は基板、２は透明誘電体光導波部、３
ａは光導用三角プリズム部、４はテーパー状エアーギャ
ップ、５は入射光、６は光の進行方向、７は光伝送点′
、８は光結合面、９は頂角（接触点）、１０は調整用キ
ャップ、１１は結合用三角柱プリズムであり、プリズム
３ａと一体形成されており、接触点９で光導波部２と接
触されている０ 以上の構成の光結合装置の動作を第２図とともに説明す
る。

入射光ＳＶｉ光導波用プリズム部３ａに送られ表面屈折
後、光結合面８へと送られる。さて本発明の場合、通常
の三角プリズムとは異なり図中点線をもって示される結
合用三角柱状プリズム部１１が存在する。この部分の拡
大図を第３図に示す。

さてこの本発明による光結合プリズムでは光導波用柱状
プリズム部３ａとは別の三角柱状光結合用プリズム部１
１の一頂角であって鈍角をなす頂点が光導波部２と光結
合用プリズムとの接触点９となっている。したがって結
合面８は三角柱状結合用プリズム部１１の一斜面となっ
ており、この結合面８で入射光・５は占バネセント光に
変換され光導波部２に送られる。したがってこの結合面
８は面積度が非常に重要となり光学研磨がなされている
。一方三角柱状光結合用プリズム部１１の反対側斜面と
光導波部２との間には調整用ギャップ１０が存在するよ
うに頂角９の角度が選ばれる。

つぎに本発明による光結合用プリズムの設置方法につい
て述べる。本発明による結合用プリズムは上方部からの
圧力によって頂点９で光導波部２と接触させられる。つ
ぎに結合面８と光導波部２との間に最適結合テーパー状
エアーギャップ５が得られるように、結合用プリズムが
接触点９を中心に微少回転する。結合用テーパー状エア
ーギャグは通常ｈミリラジアン程度が良い。上記の調整
法により本発明のプリズムをもちいて結合効率９０％以
上が得られている。

以上のように本実施例によれば、−頂角が鈍角をなす三
角柱状光結合プリズム部１１を従来の三角プリズムに相
当するプリズム部３ａに付加することにより、従来の単
純三角プリズム結合器と比較して次の効果を得ることが
できる。

（１）頂角９の位置を変えることにより結合面長Ｌ１が
任意に変化させられるから、入射光束径や基板面精度に
したがって結合面長Ｌ１を変化させ最適の長さにするこ
とが来る。よって従来の結合面長Ｌ１より短かくてすむ
から、基板面精度の要求度が従来の三角プリズム法より
はるかに低くなる。（λ程度で可）。（２）結合面８と
反射側には調整用ギャップ１０が設けられているから、
このギャップ１ｏに光硬化性接着剤等を充填することが
可能であり従来の三角プリズム結合器のようにプリズム
周辺部だけの接着よりはるかに強度な接着が可能となっ
た。（３）本発明のプリズムは従来の三角プリズム結合
器とほとんど同程度のコストとすることが出来るように
第２，３図のプリズムは、従来の三角プリズム光結合器
３を点線１２で切断することによって得られる。この切
断面は光の結合に何等関係しないから面精度は一切必要
とされない。（４）接触点９が鈍角をなす一頂角となる
から、この点のプリズムの肉厚は従来の三角柱プリズム
より厚い。したがって前述のように最適エアーギャップ
を得てプリズムと光導波部とを良好に接触させるべくプ
リズムに強い圧力を与えても、従来のように欠は等の欠
損は発生しにくい。

したがって結果的に良好なテーパー状エアーギャップ４
が形成されることとなり、きわめて良好な伝送効率が得
られる。

以上の説明からも理解されるように三角柱状光結合用プ
リズム部１１の一頂角の鈍角には厳密な制限はない。た
だ調整用ギャップ１０は結合用ギャップよりはるかに太
きくしなければ、このギャップ１ｏからプリズム内の迷
光が光導波部２内に６とは逆方向に進行する光波として
送りこまれる可能性がある。又、最終的にギャップ１ｏ
に接着剤を流すことを考える時テーパー角が１００以上
あることが望捷しい。しかしあ捷りテーパー角度を大き
くすると頂点９の角度が急しゅんとなるから頂点９にか
けが発生する可能性があり、したがって４６°以下が望
ましい。又頂点９の位置は通常結合長が１　Ｆ＋、９．
程度になるよう選ばれる。我々の実際に使用している例
では調整用ギヤツブ角１ｏ０テーパー状エアーギヤノブ
角０．５ｍｚａｄであるから頂角は１７０°　、調整用
ギャップの長さ２ｍＢ。

結合要約１ａｍとなっている。

又、通常導入用プリズム３ａの斜面と入射光５が直角を
なすとき反射がもっとも少なくなり、かつ斜面で屈折の
影響を受けないから、調整がさらに簡単になる。今基板
１の屈折率１．７７、光導液部薄膜２の屈折率２．６、
結合プリズムの屈折率３．３という条件下で考える場合
、斜面と入射光６が直角となりかつ膜内に光が伝送され
るためには薄膜への入射角が６１°でなければならない
。りたがってこの例の場合、頂点９の鈍角としては１２
９゜以上の角度が重重しい。

次に本発明の第２の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第５図は本発明の第２の実施例を示す光結合用プリズム
である。査号の付与は第２図と同一であり、この実施例
の場合、光害入用プリズム部１２ａは四角柱プリズムで
あり、調整用エアーギャップ１ｏを構成している三角柱
状光結合用プリズム１１の一部斜面１３は反射面として
も利用されている。

したがって入射光５は反射面１３によって反射された後
結合面８へ送られ、光導波部２へと導波されるＱ不実施
例の場合は前実施例とは異なり基板に対して垂直に入射
光６が送られているという特徴と前述した実施例で述べ
た特徴をあわせもつ。

本実施例の場合、頂１点９の角度２位置に、反射面１３
から反射された光束が結合面８に達するように設計され
ねばならない。−例として、基板。

光導波部、結合プリズムの各屈折率を前述と同じとする
と、第５図に示すごとく導入用プリズム１２ａと入射光
５とが直角になるためには、頂点９の鈍角は１１５°と
する必要がある。

なお、前述の実施例は、光を導波部に入射させる場合を
述べたが、導波部より光を出射させる場合にも本発明は
適用可能である。

第６図は本発明の第２図の光結合装置を光の入射部と出
射部の両方に用いた光伝送装置を示すもの・で、１４は
出射光である。第７図は同様に第３図の装置を用いた光
伝送装置を示すものである。

以上の説明は結合面がすべて直線的である場合について
述べて来たが、実際は直線である必要はない。むしろ前
述したＲ　、　Ｕｌｒｉｃｈの論文には、最適結合面は
直線でないとしている。したがって、結合面と基板間に
作られるギャップ４は直線的テーパー状エアーギヤング
とはならず、ある函数に相当するテーパー状エアーギャ
ップとなる。今まで述べて来たテーパー状エアーギャッ
プには当然上述の意味は含捷れている。

発明の効果 本発明の光結合用プリズムは導波用プリズム部と一頂角
が鈍角をなす結合用三角柱プリズム部を有しかつ結合面
が前記結合用三角柱プリズム部の一斜面である。したが
って、従来の三角プリズム柱とほぼ同程度のコストで製
作することが可能であシ、基板の面精度がｙ６程度で従
来量等、それ以上の高効率の光結合が可能となり、かつ
安定なる固定可能という光結合装置を得ることができ、
その工業的効果は犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の結合用三角プリズムを用いた光結合装置
の概略図、第２図は本発明の第１の実施例における光結
合装置の側面図、第３図に第２図の結合部の拡大図、第
４図は本発明の加工説明用側面図、第６図は本発明の第
２の実施例における光結合装置の側面図、第６図は本発
明の第２図の装置を光入出力部として用いた光伝送装置
の概略図、第７図は本発明の第６図の装置を入出力部と
して用いた光伝送装置の概略図である。 １・・・・基板、２・・・・・透明誘電体光導波部、３
ａ・・・・・光導波用三角プリズム、４・・・・・・テ
ーパー状エアーギャップ、５・・・・入射光束、６・−
・・光の進行方向、７・・・・・・光結合点、８・・・
・・・結合面、９・・・　接触点、１１・・・・・・三
角柱状光結合用三角プリズム部、１２・・・・切断線、
１２ａ・・・・・四角柱プリズム、１３・・・・・反射
面、１４・・・・出射光束。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された光導波部上に、−頂角が鈍角
   をなし光結合面を有する三角柱状光結合用プリズム部と
   光導波用プリズム部とを設置するとともに、前記光結合
   用プリズム部の前記−頂角を有する頂角と前記光導波部
   とを接触させ、前記両プリズムからの光束を前記光導波
   部に入射させるか又は前記光導波部からの光束を前記両
   プリズムより出射させることを特徴とする光結合装置。
2. （２）光導波用プリズム部が三角柱状又は四角柱状プリ
   ズムであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の光結合装置。
3. （３）光結合用プリズム部の頂点につながる一斜面を反
   射面とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の光結合装置。