JP2016212414A

JP2016212414A - Waveguide coupling circuit

Info

Publication number: JP2016212414A
Application number: JP2016092289A
Authority: JP
Inventors: 基博中原; Motohiro Nakahara
Original assignee: NAKAHARA KODENSHI KENKYUSHO KK
Current assignee: NAKAHARA KODENSHI KENKYUSHO KK
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2016-12-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly accurate waveguide coupling circuit that can accomplish a reduction in thickness by combining an optical fiber capable of being curved at a small bending radius with a waveguide.SOLUTION: A waveguide coupling circuit comprises: a core region 22 that is formed of a material having a refractive index higher than that of a cladding layer on an upper surface of the cladding layer and propagates light; a light emission part that is formed in the core region or in proximity thereto and emits a signal light propagated through the core region to an outside of the core region; a bending-free optical fiber 25 that propagates the signal light emitted from the light emission part; and a light connection part 24 that guides the signal light emitted from the light emission part to the bending-free optical fiber.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、導波路用結合回路に関する。 The present disclosure relates to a coupling circuit for a waveguide.

一般的に光通信では、多量の情報の高速通信が可能であることから、光接続部品として光ファイバと光導波路とを組み合わせた導波路用結合回路が用いられている。関連技術では、基板上に形成された光導波路及び光ファイバの組み合わせによる導波路用結合回路の伝送方式として、基板上の光導波路から反射鏡を用いて信号光を伝搬する方式が用いられている。 In general, in optical communication, a high-speed communication of a large amount of information is possible. Therefore, a waveguide coupling circuit in which an optical fiber and an optical waveguide are combined is used as an optical connection component. In the related art, as a transmission method of a waveguide coupling circuit using a combination of an optical waveguide formed on a substrate and an optical fiber, a method of propagating signal light from the optical waveguide on the substrate using a reflecting mirror is used. .

図１は、関連技術に係る導波路用結合回路を示す。導波路用結合回路は、導波路１２と光ファイバ１５とを組み合わせた回路である。支持基板１１上には、導波路１２及び反射鏡１３が形成されている。関連技術に係る導波路用結合回路では、導波路１２上を伝搬した信号光を光接続部１４を介して光ファイバ１５に出射させるために、反射鏡１３を用いて信号光を光ファイバ１５方向に出射させる。 FIG. 1 shows a waveguide coupling circuit according to the related art. The waveguide coupling circuit is a circuit in which the waveguide 12 and the optical fiber 15 are combined. A waveguide 12 and a reflecting mirror 13 are formed on the support substrate 11. In the waveguide coupling circuit according to the related art, in order to emit the signal light propagating on the waveguide 12 to the optical fiber 15 through the optical connection portion 14, the signal light is transmitted in the direction of the optical fiber 15 using the reflecting mirror 13. To emit.

しかし、支持基板１１上に反射鏡１３を形成する際に、反射鏡１３が有する壁面の反射部が平坦であり、かつ微細な反射角を形成する程の高精度な加工が要求されることから製造コストが高くなる問題が生じる。 However, when the reflecting mirror 13 is formed on the support substrate 11, the reflecting portion of the wall surface of the reflecting mirror 13 is flat, and high-precision processing is required to form a fine reflection angle. The problem of high manufacturing costs arises.

また、関連技術に係る導波路用結合回路は、外部からの粉塵等の侵入や、熱による影響を防ぐために予め用意した樹脂又は金属製のハウジングに収納される。導波路１２と光ファイバ１５とを組み合わせた回路である導波路用結合回路が、ハウジング内に収納される場合、省スペース設計の観点から光ファイバ１５が有する許容曲げ半径までしか光ファイバ１５を湾曲させることができず、冗長な空間が大きくなる問題が生じる。 Further, the waveguide coupling circuit according to the related art is housed in a resin or metal housing prepared in advance in order to prevent the entry of dust and the like from the outside and the influence of heat. When a waveguide coupling circuit, which is a circuit in which the waveguide 12 and the optical fiber 15 are combined, is housed in a housing, the optical fiber 15 is bent only to an allowable bending radius of the optical fiber 15 from the viewpoint of space saving design. This causes a problem that the redundant space becomes large.

特開２００９−２８８６１４JP 2009-288614 A

上述のように、反射鏡には高精度な機械精度が要求され高コストの加工が必要となる。また、省スペース設計の観点から、導波路用結合回路を収納するハウジングの寸法はより小さい方が望ましい。しかし、関連技術に係る導波路用結合回路では、ハウジングの空間内において、光ファイバの引き回し際の曲げ半径及び機械的強度を考慮した寸法を確保しなければならないため、冗長な実装スペースを必要とする。 As described above, the reflecting mirror is required to have high mechanical accuracy, and high-cost processing is required. From the viewpoint of space-saving design, it is desirable that the size of the housing for housing the waveguide coupling circuit is smaller. However, in the waveguide coupling circuit according to the related art, it is necessary to secure a dimension in consideration of the bending radius and the mechanical strength when the optical fiber is routed in the housing space, so that a redundant mounting space is required. To do.

前記課題を解決するために、本開示は、コア領域を伝搬する信号光をコア領域の外部に出射させる光出射部と小さい曲げ半径で湾曲可能な光ファイバとを組み合わせることで、高精度で薄型化可能な導波路用結合回路を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present disclosure provides a high-precision and thin configuration by combining a light emitting unit that emits signal light propagating through a core region to the outside of the core region and an optical fiber that can be bent with a small bending radius. An object of the present invention is to provide a waveguide coupling circuit that can be configured.

上記目的を達成するため、本開示では、信号光をコア領域の外部に出射させる光出射部と曲げフリーファイバとを用いた導波路用結合回路で光通信を行う。 In order to achieve the above object, in the present disclosure, optical communication is performed by a waveguide coupling circuit using a light emitting portion that emits signal light to the outside of the core region and a bending-free fiber.

具体的には、本開示に係る導波路用結合回路は、
クラッド層の上面に前記クラッド層よりも高い屈折率の材料で形成され、光を伝搬するコア領域と、
前記コア領域又はその近傍に形成され、前記コア領域を伝搬する信号光を前記コア領域の外部に出射させる光出射部と、
前記光出射部から出射された前記信号光を伝搬する曲げフリー光ファイバと、
前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに導く光接続部と、を備える。 Specifically, the waveguide coupling circuit according to the present disclosure is:
A core region formed of a material having a refractive index higher than that of the cladding layer on the upper surface of the cladding layer and propagating light;
A light emitting portion that is formed at or near the core region and emits signal light propagating through the core region to the outside of the core region;
A bending-free optical fiber that propagates the signal light emitted from the light emitting portion;
An optical connecting portion for guiding the signal light emitted from the light emitting portion to the bending-free optical fiber.

前記光接続部は、整列配置された貫通孔に前記曲げフリー光ファイバを保持し、前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに導くキャピラリであってもよい。 The optical connection unit may be a capillary that holds the bending-free optical fiber in the aligned through holes and guides the signal light emitted from the light emitting unit to the bending-free optical fiber.

前記光接続部は、前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに透過させるシリカガラスであってもよい。 The optical connection portion may be silica glass that allows the signal light emitted from the light emitting portion to pass through the bending-free optical fiber.

前記光出射部は、前記コア領域に回折格子が形成されたグレーティングであってもよい。 The light emitting part may be a grating in which a diffraction grating is formed in the core region.

前記光出射部は、前記コア領域を伝搬する信号光の光路上に配置されたミラーであってもよい。 The light emitting unit may be a mirror disposed on an optical path of signal light propagating through the core region.

なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。 The above disclosures can be combined as much as possible.

本開示によれば、コア領域を伝搬する信号光をコア領域の外部に出射させる光出射部と小さい曲げ半径で湾曲可能な光ファイバとを組み合わせることで、高精度で薄型化可能な導波路用結合回路を提供することができる。 According to the present disclosure, for a waveguide that can be thinned with high accuracy by combining a light emitting portion that emits signal light propagating in the core region to the outside of the core region and an optical fiber that can be bent with a small bending radius. A coupling circuit can be provided.

関連技術に係る導波路用結合回路の一例を示す。An example of the coupling circuit for waveguides which concerns on related technology is shown. 本実施形態に係る導波路用結合回路の一例を示す。An example of the coupling circuit for waveguides concerning this embodiment is shown.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this indication is not limited to embodiment shown below. These embodiments are merely examples, and the present disclosure can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

（実施形態１）
本実施形態に係る導波路用結合回路を図２に示す。導波路用結合回路として機能する導波路用結合回路は、支持基板２１と、コア領域２２と、グレーティング２３と、光接続部２４と、曲げフリー光ファイバ２５とを備える。支持基板２１の材質は、シリコン（Ｓｉ）を用いてもよい。ここで、支持基板２１は、クラッド層を兼ねてもよい。また、図２に示すように、コア領域２２の厚みａは２μｍが例示され、曲げフリー光ファイバ２５のコア半径ｂは１０μｍが例示される。 (Embodiment 1)
A waveguide coupling circuit according to this embodiment is shown in FIG. The waveguide coupling circuit that functions as a waveguide coupling circuit includes a support substrate 21, a core region 22, a grating 23, an optical connection portion 24, and a bending-free optical fiber 25. The material of the support substrate 21 may be silicon (Si). Here, the support substrate 21 may also serve as a cladding layer. Further, as shown in FIG. 2, the thickness a of the core region 22 is exemplified by 2 μm, and the core radius b of the bending free optical fiber 25 is exemplified by 10 μm.

曲げフリー光ファイバ２５のモードフィールド径は、例えば、８．６±０．４μｍである。曲げフリー光ファイバ２５の許容曲げ半径は、例えば１５ｍｍ以上である。φ３０ｍｍに曲げフリー光ファイバ２５を１０周させたときの波長１．５５μｍでのファイバ曲げ特性は、例えば、は０．５ｄＢ以下であることが好ましく、０．０３ｄＢ以下であることが好ましい。φ２０ｍｍに曲げフリー光ファイバ２５を１周させたときの波長１．５５μｍでのファイバ曲げ特性は、０．１ｄＢ以下であることが好ましい。φ１５ｍｍに曲げフリー光ファイバ２５を１周させたときの波長１．５５μｍでのファイバ曲げ特性は、０．５ｄＢ以下であることが好ましい。 The mode field diameter of the bending free optical fiber 25 is, for example, 8.6 ± 0.4 μm. The allowable bending radius of the bending free optical fiber 25 is, for example, 15 mm or more. The fiber bending characteristic at a wavelength of 1.55 μm when the bending-free optical fiber 25 is rotated 10 times to φ30 mm is preferably, for example, 0.5 dB or less, and preferably 0.03 dB or less. The fiber bending characteristic at a wavelength of 1.55 μm when the bending-free optical fiber 25 is rotated once around φ20 mm is preferably 0.1 dB or less. The fiber bending characteristic at a wavelength of 1.55 μm when the bending-free optical fiber 25 is rotated once to φ15 mm is preferably 0.5 dB or less.

本実施形態では、コア領域２２は熱処理を行ったシリコン（Ｓｉ）素材からなり、クラッド層と比屈折率差を有し、コア領域２２の屈折率がクラッド層の屈折率より大きくすることで、コア領域２２に閉じ込められて信号光が伝搬される構成が用いられている。コア領域２２のクラッド層と接していない部分は空気であってもよい。 In this embodiment, the core region 22 is made of a heat-treated silicon (Si) material, has a relative refractive index difference with the cladding layer, and the refractive index of the core region 22 is larger than the refractive index of the cladding layer. A configuration in which the signal light is propagated while confined in the core region 22 is used. The portion of the core region 22 that is not in contact with the cladding layer may be air.

グレーティング２３は、コア領域２２の表面又はコア領域２２や光接続部２４のエバネッセント場の及ぶ近傍に配置されている。グレーティング２３は、光出射部として機能し、コア領域２２を伝搬する信号光を、曲げフリー光ファイバ２５の配置方向に向けて、コア領域２２の外部に出射させる。ここで、グレーティング２３の形成は図２に示すように、上述した配置位置において、コア領域２２に対しエッチング加工して凹形状の回折格子の周期を形成してもよいし、コア領域２２に対し当該コア領域２２と異なる屈折率の材料で凸形状の回折格子の周期を形成してもよい。 The grating 23 is disposed on the surface of the core region 22 or in the vicinity of the core region 22 and the optical connection portion 24 where the evanescent field extends. The grating 23 functions as a light emitting portion, and emits signal light propagating through the core region 22 to the outside of the core region 22 in the direction in which the bending-free optical fiber 25 is arranged. Here, as shown in FIG. 2, the grating 23 may be formed by etching the core region 22 to form a concave diffraction grating period at the above-described arrangement position. The period of the convex diffraction grating may be formed of a material having a refractive index different from that of the core region 22.

回折格子の周期は、一定でもよい。グレーティング２３によって信号光を曲げフリー光ファイバ２５の方向へ出射させることができる。回折格子の周期は、グレーティング２３の中心位置から信号光の進行方向の後方に向かって徐々に大きく、信号光の進行方向の前方に向かって徐々に小さく形成されていてもよい。グレーティング２３によって信号光の放射角の拡散を低減することができ、光接続部２４を介して曲げフリー光ファイバ２５への信号光の光接続損失を低減することができる。 The period of the diffraction grating may be constant. Signal light can be emitted in the direction of the bending-free optical fiber 25 by the grating 23. The period of the diffraction grating may be gradually increased from the center position of the grating 23 toward the rear in the traveling direction of the signal light and gradually decreased toward the front in the traveling direction of the signal light. The diffusion of the radiation angle of the signal light can be reduced by the grating 23, and the optical connection loss of the signal light to the bending-free optical fiber 25 can be reduced via the optical connection portion 24.

本実施形態では、コア領域２２の表面又はコア領域２２や光接続部２４のエバネッセント場の及ぶ近傍に対し回折格子を形成するだけで、反射鏡を用いることなく信号光の出射方向の最適化を高精度に行うことができる。 In the present embodiment, it is possible to optimize the emission direction of the signal light without using a reflecting mirror by merely forming a diffraction grating on the surface of the core region 22 or in the vicinity of the core region 22 or the optical connection portion 24 where the evanescent field reaches. It can be performed with high accuracy.

グレーティング２３と光接続された光接続部２４は、シリカガラス（ＳｉＯ_２）で形成され、信号光を曲げフリー光ファイバ２５へ透過させるために適切な屈折率差を与える材料を添加した信号光の伝送領域が形成されていてもよい。 The optical connecting portion 24 optically connected to the grating 23 is made of silica glass (SiO ₂ ), and is made of signal light added with a material that gives an appropriate refractive index difference to transmit the signal light to the bending-free optical fiber 25. A transmission region may be formed.

なお、上述したコア領域２２はＳｉから形成され、光接続部２４は、ＳｉＯ_２で形成される。一般に、Ｓｉは、ＳｉＯ_２に比べ高い屈折率を有する。ここで、信号光の集束性を高めるために、ＳｉがＳｉＯ_２に比べ単位温度変化当りの屈折率変化量が高い特性を有する点で、Ｓｉで形成されたコア領域２２に対し、外部装置による温度制御を用いて屈折率の最適化を行うことで信号光の集束性を高めてもよい。 The core region 22 described above is made of Si, and the optical connection portion 24 is made of SiO ₂ . In general, Si has a higher refractive index than SiO ₂ . Here, in order to improve the convergence of the signal light, Si has a characteristic that the amount of change in the refractive index per unit temperature change is higher than that of SiO _2. The convergence of the signal light may be improved by optimizing the refractive index using temperature control.

また、本実施形態に係る導波路用結合回路は、複数の光伝送路を有するアレイ構造であってもよい。具体的には、コア領域２２は、それぞれの信号光の波長に対応する複数のグレーティング２３を有する。光接続部２４は、それぞれのグレーティング２３に対応する複数の曲げフリー光ファイバ２５と接続される。 The waveguide coupling circuit according to the present embodiment may have an array structure having a plurality of optical transmission lines. Specifically, the core region 22 has a plurality of gratings 23 corresponding to the wavelengths of the respective signal lights. The optical connection unit 24 is connected to a plurality of bending-free optical fibers 25 corresponding to the respective gratings 23.

コア領域２２に伝搬される波長の異なる複数の信号光は、それぞれの信号光の波長に対応する複数のグレーティング２３により出射方向が異なり、光接続部２４に出射される。光接続部２４を透過した複数の信号光は、それぞれの信号光の波長に対応する複数の曲げフリー光ファイバ２５に伝搬される。導波路用結合回路は、上述したアレイ構造を有することで、光通信の伝送効率を高めることができる。 A plurality of signal lights having different wavelengths propagating to the core region 22 have different emission directions depending on the plurality of gratings 23 corresponding to the wavelengths of the respective signal lights, and are emitted to the optical connection unit 24. The plurality of signal lights transmitted through the optical connection unit 24 are propagated to the plurality of bending-free optical fibers 25 corresponding to the wavelengths of the respective signal lights. Since the waveguide coupling circuit has the above-described array structure, the transmission efficiency of optical communication can be increased.

関連技術で用いられる光ファイバ１５のように石英ガラスのみのクラッド部では当該光ファイバ１５を曲げたときに角度によっては光が外に漏れることで光損失が発生した。しかし、本実施形態では上述した曲げフリー光ファイバ２５は、クラッド部に空孔を空けることで、曲げによる光の漏れを空孔が光の反射材として機能し信号光を閉じ込めることができ、そのため、図２に示すように曲げ部で直角状態に曲げることが可能である。 In an optical fiber 15 used in the related art, in a clad portion made only of quartz glass, when the optical fiber 15 is bent, light leaks due to leakage of light depending on the angle. However, in the present embodiment, the above-described bending-free optical fiber 25 can open the holes in the clad portion, so that the leakage of light due to bending can function as a light reflecting material and confine the signal light. As shown in FIG. 2, it can be bent at a right angle at the bent portion.

光接続部２４から入射された曲げフリー光ファイバ２５はハウジング２０内に導波路用結合回路を収納する際、関連技術の導波路用結合回路に比べ高精度で薄型化可能な導波路用結合回路を提供することができる。 The bending-free optical fiber 25 incident from the optical connection portion 24 can be thinned with higher accuracy and thinner than the related-art waveguide coupling circuit when the waveguide coupling circuit is accommodated in the housing 20. Can be provided.

本実施形態は、信号光を透過する光接続部２４に代えて、曲げフリー光ファイバ２５を保持するファイバアレイであってもよい。この場合、複数の貫通孔が整列配置されたキャピラリアレイを用いることが好ましい。具体的には、キャピラリアレイに備わる各貫通孔に曲げフリー光ファイバ２５を挿入し、グレーティング２３から出射された信号光を曲げフリー光ファイバ２５に導く。 The present embodiment may be a fiber array that holds the bending-free optical fiber 25 instead of the optical connection portion 24 that transmits the signal light. In this case, it is preferable to use a capillary array in which a plurality of through holes are arranged. Specifically, the bending free optical fiber 25 is inserted into each through hole provided in the capillary array, and the signal light emitted from the grating 23 is guided to the bending free optical fiber 25.

Ｖ溝型のファイバアレイを用いた場合、リッドを固定するためには接着剤を塗布する領域が必要になる。このため、Ｖ溝型のファイバアレイを用いた場合、支持基板２１に固定するために必要な大きさ及び導波路２２からの高さは、それぞれ、１芯及び４芯のファイバアレイでは２．５×２．５ｍｍ及び８ｍｍ、８芯のファイバアレイでは２．５×３．７ｍｍ及び１０ｍｍ必要であった。一方、キャピラリアレイを用いた場合、支持基板２１に固定するために必要な大きさ及び導波路２２からの高さは、それぞれ、１芯のファイバアレイでは直径１ｍｍ及び３ｍｍ、４芯のファイバアレイでは直径１．２ｍｍ及び３ｍｍ、８芯のファイバアレイでは直径１．８ｍｍ及び３ｍｍであった。 When a V-groove type fiber array is used, an area where an adhesive is applied is necessary to fix the lid. For this reason, when a V-groove type fiber array is used, the size required for fixing to the support substrate 21 and the height from the waveguide 22 are 2.5 for a one-core and four-core fiber array, respectively. For 2.5 × and 8 mm, 8-core fiber arrays, 2.5 × 3.7 mm and 10 mm were required. On the other hand, when a capillary array is used, the size necessary for fixing to the support substrate 21 and the height from the waveguide 22 are 1 mm and 3 mm in diameter for a 1-core fiber array, and 4 mm for a 4-core fiber array, respectively. The diameters were 1.2 mm and 3 mm, and the diameters were 1.8 mm and 3 mm for the 8-core fiber array.

このように、実施形態に係る導波路用結合回路は、光接続部２４に代えて、曲げフリー光ファイバ２５を保持するキャピラリアレイを用いても、高精度で薄型化可能な導波路用結合回路を提供することができる。 As described above, the waveguide coupling circuit according to the embodiment can be thinned with high accuracy even if a capillary array that holds the bending-free optical fiber 25 is used instead of the optical connection portion 24. Can be provided.

なお、本実施形態に係る導波路用結合回路は、グレーティング２３に代えて、光出射部にミラーを用いてもよい。 In the waveguide coupling circuit according to the present embodiment, a mirror may be used in the light emitting section instead of the grating 23.

本開示は情報通信産業に適用することができる。 The present disclosure can be applied to the information communication industry.

１０：ハウジング
１１：支持基板
１２：導波路
１３：反射鏡
１４：光接続部
１５：光ファイバ
２０：ハウジング
２１：支持基板
２２：コア領域
２３：グレーティング
２４：光接続部
２５：曲げフリー光ファイバ 10: housing 11: support substrate 12: waveguide 13: reflecting mirror 14: optical connection 15: optical fiber 20: housing 21: support substrate 22: core region 23: grating 24: optical connection 25: bending-free optical fiber

Claims

クラッド層の上面に前記クラッド層よりも高い屈折率の材料で形成され、光を伝搬するコア領域と、
前記コア領域又はその近傍に形成され、前記コア領域を伝搬する信号光を前記コア領域の外部に出射させる光出射部と、
前記光出射部から出射された前記信号光を伝搬する曲げフリー光ファイバと、
前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに導く光接続部と、
を備えることを特徴とする導波路用結合回路。 A core region formed of a material having a refractive index higher than that of the cladding layer on the upper surface of the cladding layer and propagating light;
A light emitting portion that is formed at or near the core region and emits signal light propagating through the core region to the outside of the core region;
A bending-free optical fiber that propagates the signal light emitted from the light emitting portion;
An optical connecting part for guiding the signal light emitted from the light emitting part to the bending-free optical fiber;
A coupling circuit for a waveguide, comprising:

前記光接続部は、整列配置された貫通孔に前記曲げフリー光ファイバを保持し、前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに導くキャピラリである、
請求項１に記載の導波路用結合回路。 The optical connecting part is a capillary that holds the bending-free optical fiber in the aligned through holes and guides the signal light emitted from the light emitting part to the bending-free optical fiber.
The waveguide coupling circuit according to claim 1.

前記光接続部は、前記光出射部から出射された前記信号光を前記曲げフリー光ファイバに透過させるシリカガラスである、
請求項１に記載の導波路用結合回路。 The optical connecting portion is silica glass that transmits the signal light emitted from the light emitting portion to the bending-free optical fiber.
The waveguide coupling circuit according to claim 1.

前記光出射部は、
前記コア領域に回折格子が形成されたグレーティング、又は、
前記コア領域を伝搬する信号光の光路上に配置されたミラーである、
請求項１又は２に記載の導波路用結合回路。 The light emitting part is
A grating in which a diffraction grating is formed in the core region, or
A mirror disposed on the optical path of the signal light propagating through the core region,
The waveguide coupling circuit according to claim 1 or 2.