JP3877973B2

JP3877973B2 - Connected optical waveguide

Info

Publication number: JP3877973B2
Application number: JP2001114297A
Authority: JP
Inventors: 健治河野; 勇一赤毛; 孝明硴塚; 泰正須崎; 泰夫柴田; 博昭竹内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002311267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、損失と反射が少ない接続型光導波路に関し、より詳細には、埋め込み光導波路とスポットサイズ変換用光導波路とハイメサ光導波路とを備えた接続型光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の接続型光導波路の構造を示す図で、図７は図６のＡ−Ａ′線断面図、図８は図６のＢ−Ｂ′線断面図を各々示す図である。図中符号２１は第１の光導波路である埋め込み光導波路３１のコアで、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ、２２は左右のＩｎＰクラッド、２３は上下のＩｎＰクラッド、２４はＩｎＰ基板である。
【０００３】
符号２５は、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２のコアで、エキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸（ウェル：ＩｎＧａＡｓＰ、バリア：ＩｎＧａＡｓＰ）である。２６はハイメサ光導波路３２における左右のクラッドであり、ポリイミドや空気など、屈折率ｎが埋め込み光導波路３１の左右のＩｎＰクラッド２２よりも極めて低い材料を仮定している。ここではクラッド２６としてポリイミドを想定しているが、他の材料でも良いことは言うまでもない。
【０００４】
上述したように、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２の両者とも、上下にはＩｎＰクラッド２３を有しているが、埋め込み光導波路３１のコア２１の左右にはＩｎＰクラッド２２、ハイメサ光導波路３２のコア２５の左右にはポリイミドクラッド２６があり、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２では左右のクラッドの材料が異なっている。なお、ＩｎＰとポリイミドの屈折率は、１．５５μｍ帯において各々３．１７、１．７程度である。
【０００５】
図９は、図６に示した従来の接続型光導波路の上面図で、図１０と図１１には、第１の光導波路である埋め込み導波路３１と、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ａ、ｂを各々点線で示している。図１０に示す埋め込み光導波路３１では、左右のＩｎＰクラッド２の屈折率が約３．１７と高いため、導波光は、左右のＩｎＰクラッド２２へ漏れ出して、左右へ広がっている。
【０００６】
一方、図１１に示すハイメサ光導波路３２では、左右のポリイミドクラッド２６の屈折率が約１．７と低いので、導波光は左右のポリイミドクラッド２６に漏れ出すことができずに、左右の方向にはコア２５の中に閉じ込められている。つまり、第１の光導波路である埋め込み導波路３１と、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２では固有モードの界分布ａ、ｂが異なっている。
【０００７】
図１２は、従来の接続型光導波路の他の例を示す上面図で、第１の光導波路である埋め込み導波路３１のコア２１をテーパ状とすることにより、第１の光導波路である埋め込み導波路３１の固有モードの界分布ｃを第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ｄに変換している。図中ｅはテーパコアによるスポットサイズ変換された導波光を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各々の領域での導波光の分布が異なっているために、第１の光導波路である埋め込み光導波路３１から第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２へ光が伝搬する場合、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２の接続部において、まず、スポットサイズの不整合に起因する光の損失が生じる。さらに、図９からわかるように、埋め込み光導波路３１での固有モードの界分布ａを有する光は、ハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ｂを有する光よりも広がっているため、埋め込み光導波路３１での固有モードの光のうち、ハイメサ光導波路３２よりも広がった光は、接続部において、屈折率が低い媒質２６を感じるため反射戻り光も生じてしまうという問題があった。
【０００９】
また、図１２に示した例では、埋め込み導波路３１のコア２１を微細に加工しなければならず、製作が困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、挿入損失と反射戻り光の少なく、製作が容易である接続型光導波路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、断面形状が変化しない第１のコアの幅方向に両側が第１の媒質で埋め込まれた埋め込み光導波路と、前記第１のコアと同じ幅を有し断面形状が変化しない第２のコアの幅方向の両側に前記第１の媒質よりも屈折率が低い第２の媒質を備えたハイメサ光導波路とを接続する接続型光導波路において、前記第１のコアおよび前記第２のコアと同じ幅を有し、前記第１のコアおよび前記第２のコアを接続する第３のコアの幅方向の少なくとも一方側に、屈折率が前記第２の媒質よりも高い第３の媒質を備えるとともに、前記第３の媒質の幅が前記埋め込み光導波路から前記ハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、前記埋め込み光導波路と前記ハイメサ光導波路との間に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の媒質と前記第３の媒質の屈折率が等しいことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記テーパは、前記第３の媒質の幅が直線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記テーパは、前記第３の媒質の幅が曲線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成により、本発明では、スポットサイズ変換用光導波路が有する左右のクラッドの幅が、埋め込み光導波路側からハイメサ光導波路へ向かって緩やかに変化しているため、スムーズな導波光の変換が可能となる。そのため、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路との接続部において結合損失や反射戻り光が生じることがない。また、スポットサイズ変換用光導波路のクラッドがテーパ状に変化しているため、この部分における放射損失も小さいので、全体としての挿入損失を小さくできるという効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の接続型光導波路の一実施例を示す斜視図で、図中符号１は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１のコアで、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ、２は左右のＩｎＰクラッド、３は上下のＩｎＰクラッド、４はＩｎＰ基板である。
【００１７】
符号５は、第２の光導波路であるハイメサ光導波路１２のコアで、エキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸（ウェル：ＩｎＧａＡｓＰ、バリア：ＩｎＧａＡｓＰ）である。６はハイメサ光導波路１２における左右のクラッドであり、ポリイミドや空気など、屈折率ｎが埋め込み光導波路１１の左右のＩｎＰクラッド２よりも極めて低い材料を仮定している。
【００１８】
上述したように、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の両者とも、上下にはＩｎＰクラッド３を有しているが、埋め込み光導波路１１のコア１の左右にはＩｎＰクラッド２、ハイメサ光導波路１２のコア５の左右にはポリイミドクラッド６があり、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２では左右のクラッドの材料が異なっている。なお、ＩｎＰとポリイミドの屈折率は、１．５５μｍ帯において各々３．１７、１．７程度である。
【００１９】
このような構成において、第１の光導波路である埋め込み光導波路１１の導波光のスポットサイズを、第２の光導波路であるハイメサ光導波路１２のスポットサイズに変換するスポットサイズ変換用光導波路１３を、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の間に設けている。
【００２０】
つまり、第３の光導波路であるスポットサイズ変換用光導波路１３は、屈折率がポリイミドクラッド６よりも高いＩｎＰクラッド７が、コア５の左右の少なくとも一方にあるとともに、ＩｎＰクラッド７の幅が、埋め込み光導波路１１からハイメサ光導波路１２の側に向かってテーパ状に狭くなるように構成されていて、このスポットサイズ変換用光導波路１３は、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の間に設けられている。
【００２１】
図２は、スポットサイズ変換用光導波路の領域の断面図で、図３は、図１の上面図である。図２に示すように、スポットサイズ変換用光導波路１３は、コア５の左右に幅ＷのＩｎＰクラッド７があり、その外側にポリイミド６がある。そのため、スポットサイズ変換用光導波路１３は、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の中間的な構造となっている。なお、Ｗ＝０の場合はハイメサ光導波路となる。また、図中Ａは埋め込み光導波路１１の固有モードの界分布、Ｂはハイメサ光導波路１２の固有モードの界分布、Ｃはスポットサイズ変換の界分布をそれぞれ示している。
【００２２】
図４は、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路への全挿入損失を３次元ビーム伝搬法（３−ＤＢＰＭ）により計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。ここで、光導波路１１、１２、１３におけるコアの幅は、２μｍ、コアの厚みは約０．２μｍとした。スポット変換用光導波路１３やハイメサ光導波路１２の長さとして、ここでは各々１５μｍ、２００μｍを仮定したが、その他の長さでもよい。
【００２３】
また、スポットサイズ変換用光導波路１３における左右のクラッド７の幅は、直線状テーパもしくは２乗曲線状テーパとして変化させた。図４からわかるように、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッド７の幅Ｗが零の場合、挿入損失が１ｄＢ弱と大きいが、ＩｎＰクラッド７の幅Ｗとして１μｍ以上設けることにより、損失を充分に低減できることがわかる。
【００２４】
図５は、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路へ光が伝搬する場合に、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の接続面から、埋め込み光導波路へ戻る反射戻り光を計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。図５からわかるように、ＩｎＰクラッド７の幅Ｗとして１．５μｍ以上設けることにより、反射戻り光量を充分に低減できることがわかる。なお、図４及び図５ともＷ＝０の場合が従来の実施例に相当する。
【００２５】
上述した実施例では、波長として１．５５μｍを仮定したが、その他の波長でもよいことは言うまでもない。また、埋め込み光導波路部１１とハイメサ光導波路部１２のコアとして、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰとエキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸を仮定したが、これらはその他の材料からなるコアでもよいし、埋め込み光導波路１１、ハイメサ光導波路１２、スポットサイズ変換用光導波路１３のコアは互いに異なっていてもよい。さらにそれらのコアは同じでもよい。また、本発明は半導体材料からなる光導波路のみでなく、石英系やポリマー系など材料の種類を問わず適用できる。
【００２６】
第３の光導波路であるスポット変換光導波路１３の領域では、コアの左右にクラッド７があると仮定した。しかしながら、効果は薄れるものの、左右のうち片方だけでもよいことは言うまでもない。さらに左右のクラッドは、埋め込み光導波路１１の左右のクラッドと同じとしているが、効果は若干薄れるものの、それらは互いに異なっていてもよい。
【００２７】
また、スポットサイズ変換用光導波路１３おける左右のクラッドの幅は、直線状もしくは２乗曲線状に変化させたが、その他の曲線の形で変化させてもよい。さらに、図１の実施例とは逆方向、すなわちハイメサ光導波路から埋め込み光導波路に光が伝搬する場合にも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、屈折率が第２の媒質よりも高い第３の媒質が、コアの左右の少なくとも一方にあるとともに、第３の媒質の幅が、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の間に設けたので、スポットサイズ変換用光導波路が有する左右のクラッドの幅が、埋め込み光導波路側からハイメサ光導波路へ向かって緩やかに変化しているため、スムーズな導波光の変換が可能となる。そのため、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路との接続部において結合損失や反射戻り光が生じることがない。また、スポットサイズ変換用光導波路のクラッドがテーパ状に変化しているためこの部分における放射損失も小さいので、全体として挿入損失を小さくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続型光導波路の一実施例を示す斜視図である。
【図２】スポットサイズ変換用光導波路の領域の断面図である。
【図３】図１に示した本発明の実施例の上面図である。
【図４】埋め込み光導波路からハイメサ光導波路への全挿入損失を３次元ビーム伝搬法（３−ＤＢＰＭ）により計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。
【図５】埋め込み光導波路からハイメサ光導波路へ光が伝搬する場合に、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の接続面から、埋め込み光導波路へ戻る反射戻り光を計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。
【図６】従来の接続型光導波路の構造を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ′線断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図９】従来の接続型光導波路の上面図である。
【図１０】埋め込み導波路の固有モードの界分布を示す図である。
【図１１】ハイメサ光導波路の固有モードの界分布を示す図である。
【図１２】従来の接続型光導波路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１第１の光導波路である埋め込み光導波路のコア
２第１の光導波路の左右のＩｎＰクラッド
３光導波路の上下のＩｎＰクラッド
４ＩｎＰ基板
５第２の光導波路であるハイメサ光導波路のコア
６第２の光導波路の左右のクラッドＩｎＰクラッド
７第３の光導波路であるスポット変換光導波路の左右のＩｎＰクラッド
１１埋め込み光導波路
１２ハイメサ光導波路
１３スポット変換光導波路
２１第１の光導波路である埋め込み光導波路のコア
２２第１の光導波路の左右のＩｎＰクラッド
２３光導波路の上下のＩｎＰクラッド
２４ＩｎＰ基板
２５第２の光導波路であるハイメサ光導波路のコア
２６第２の光導波路の左右のクラッドＩｎＰクラッド
３１埋め込み光導波路
３２ハイメサ光導波路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection type optical waveguide with less loss and reflection, and more particularly to a connection type optical waveguide including a buried optical waveguide, a spot size conversion optical waveguide, and a high mesa optical waveguide.
[0002]
[Prior art]
6 is a diagram showing a structure of a conventional connection type optical waveguide, FIG. 7 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 6, and FIG. 8 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. . In the figure, reference numeral 21 denotes a core of a buried optical waveguide 31 which is a first optical waveguide. InGaAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm, 22 is a left and right InP cladding, 23 is an upper and lower InP cladding, and 24 is an InP substrate. .
[0003]
Reference numeral 25 denotes a core of a high mesa optical waveguide 32 which is a second optical waveguide, which is a multiple quantum well (well: InGaAsP, barrier: InGaAsP) having an exciton peak wavelength of 1.46 μm. Reference numeral 26 denotes left and right clads in the high mesa optical waveguide 32, and a material such as polyimide or air is assumed that has a refractive index n extremely lower than that of the left and right InP clads 22 of the embedded optical waveguide 31. Here, polyimide is assumed as the clad 26, but it goes without saying that other materials may be used.
[0004]
As described above, both the embedded optical waveguide 31 and the high mesa optical waveguide 32 have the InP cladding 23 on the upper and lower sides, but the InP cladding 22 and the high mesa optical waveguide 32 are provided on the left and right sides of the core 21 of the embedded optical waveguide 31. There are polyimide clads 26 on the left and right sides of the core 25, and the materials of the left and right clads are different between the embedded optical waveguide 31 and the high mesa optical waveguide 32. The refractive indexes of InP and polyimide are about 3.17 and 1.7 in the 1.55 μm band, respectively.
[0005]
FIG. 9 is a top view of the conventional connection type optical waveguide shown in FIG. 6, and FIGS. 10 and 11 show the embedded waveguide 31 as the first optical waveguide and the high mesa light as the second optical waveguide. The field distributions a and b of the natural mode of the waveguide 32 are indicated by dotted lines. In the embedded optical waveguide 31 shown in FIG. 10, since the refractive index of the left and right InP claddings 2 is as high as about 3.17, the guided light leaks to the left and right InP claddings 22 and spreads to the left and right.
[0006]
On the other hand, in the high mesa optical waveguide 32 shown in FIG. 11, the refractive index of the left and right polyimide claddings 26 is as low as about 1.7, so that the guided light cannot leak into the left and right polyimide claddings 26, but in the left and right directions. Is confined in the core 25. That is, the field distributions a and b of the eigen modes are different between the embedded waveguide 31 that is the first optical waveguide and the high mesa optical waveguide 32 that is the second optical waveguide.
[0007]
FIG. 12 is a top view showing another example of a conventional connection type optical waveguide. By embedding the core 21 of the embedded waveguide 31 as the first optical waveguide into a tapered shape, the embedded optical waveguide as the first optical waveguide is formed. The field distribution c of the eigenmode of the waveguide 31 is converted to the field distribution d of the eigenmode of the high mesa optical waveguide 32 that is the second optical waveguide. In the figure, e indicates the waveguide light that has undergone spot size conversion by the tapered core.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, since the distribution of guided light in each region is different, light propagates from the embedded optical waveguide 31 that is the first optical waveguide to the high mesa optical waveguide 32 that is the second optical waveguide. In the connection portion between the embedded optical waveguide 31 and the high mesa optical waveguide 32, first, light loss due to spot size mismatch occurs. Further, as can be seen from FIG. 9, the light having the eigenmode field distribution a in the embedded optical waveguide 31 is broader than the light having the eigenmode field distribution b of the high mesa optical waveguide 32, so Of the eigenmode light at 31, the light spreading beyond the high-mesa optical waveguide 32 has a problem in that reflected return light is also generated because the medium 26 having a low refractive index is felt at the connection portion.
[0009]
In the example shown in FIG. 12, the core 21 of the embedded waveguide 31 has to be finely processed, which makes it difficult to manufacture.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a connection type optical waveguide that can be easily manufactured with little insertion loss and reflected return light.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an embedded optical waveguide in which both sides are embedded with a first medium in the width direction of the first core whose cross-sectional shape does not change. A high-mesa optical waveguide provided with a second medium having the same width as that of the first core and having a refractive index lower than that of the first medium on both sides in the width direction of the second core , the cross-sectional shape of which does not change. In the connection type optical waveguide to be connected, the first core and the second core have the same width and at least one of the width directions of the third core connecting the first core and the second core A third medium having a higher refractive index than the second medium is provided on the side, and the width of the third medium is tapered from the embedded optical waveguide toward the high mesa optical waveguide. The embedded optical waveguide for spot size conversion It is characterized in that provided between the optical waveguide and the high mesa waveguide.
[0012]
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the refractive indexes of the first medium and the third medium are equal.
[0013]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the taper includes a taper shape in which a width of the third medium changes linearly. is there.
[0014]
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the taper includes a taper shape in which a width of the third medium changes in a curved shape. is there.
[0015]
With such a configuration, in the present invention, since the width of the left and right clads of the spot size conversion optical waveguide gradually changes from the buried optical waveguide side to the high mesa optical waveguide, smooth waveguide light conversion Is possible. Therefore, no coupling loss or reflected return light occurs at the connection portion between the embedded optical waveguide and the high mesa optical waveguide. In addition, since the cladding of the spot-size converting optical waveguide changes in a taper shape, the radiation loss in this portion is small, so that the insertion loss as a whole can be reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a connection type optical waveguide according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a core of a buried optical waveguide 11 which is a first optical waveguide, and an InGaAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm. Reference numeral 2 denotes left and right InP clads, 3 denotes upper and lower InP clads, and 4 denotes an InP substrate.
[0017]
Reference numeral 5 denotes a core of the high mesa optical waveguide 12 as the second optical waveguide, which is a multiple quantum well (well: InGaAsP, barrier: InGaAsP) having an exciton peak wavelength of 1.46 μm. Reference numeral 6 denotes left and right clads in the high-mesa optical waveguide 12, and it is assumed that the refractive index n is extremely lower than the left and right InP clads 2 of the buried optical waveguide 11 such as polyimide and air.
[0018]
As described above, both the embedded optical waveguide 11 and the high mesa optical waveguide 12 have the InP cladding 3 on the upper and lower sides, but the InP cladding 2 and the high mesa optical waveguide 12 are provided on the left and right sides of the core 1 of the embedded optical waveguide 11. There are polyimide claddings 6 on the left and right sides of the core 5, and the materials of the left and right claddings are different between the embedded optical waveguide 11 and the high mesa optical waveguide 12. The refractive indexes of InP and polyimide are about 3.17 and 1.7 in the 1.55 μm band, respectively.
[0019]
In such a configuration, the spot size converting optical waveguide 13 for converting the spot size of the guided light of the embedded optical waveguide 11 as the first optical waveguide into the spot size of the high mesa optical waveguide 12 as the second optical waveguide is provided. The embedded optical waveguide 11 and the high mesa optical waveguide 12 are provided.
[0020]
That is, the spot size conversion optical waveguide 13 which is the third optical waveguide has an InP cladding 7 having a refractive index higher than that of the polyimide cladding 6 on at least one of the left and right sides of the core 5, and the width of the InP cladding 7 is The spot size conversion optical waveguide 13 is configured to be tapered from the embedded optical waveguide 11 toward the high mesa optical waveguide 12, and is provided between the embedded optical waveguide 11 and the high mesa optical waveguide 12. ing.
[0021]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a spot size converting optical waveguide, and FIG. 3 is a top view of FIG. As shown in FIG. 2, the spot size converting optical waveguide 13 has an InP clad 7 having a width W on the left and right sides of the core 5, and a polyimide 6 on the outside thereof. Therefore, the spot size converting optical waveguide 13 has an intermediate structure between the embedded optical waveguide 11 and the high mesa optical waveguide 12. When W = 0, a high mesa optical waveguide is formed. In the figure, A represents the field distribution of the eigen mode of the buried optical waveguide 11, B represents the field distribution of the eigen mode of the high mesa optical waveguide 12, and C represents the field distribution of spot size conversion.
[0022]
FIG. 4 is a diagram showing the result of calculating the total insertion loss from the buried optical waveguide to the high mesa optical waveguide by the three-dimensional beam propagation method (3-D BPM), with the width W of the InP cladding in the spot conversion region as a variable. is there. Here, the core width in the optical waveguides 11, 12, and 13 was 2 μm, and the core thickness was about 0.2 μm. The lengths of the spot converting optical waveguide 13 and the high mesa optical waveguide 12 are assumed to be 15 μm and 200 μm, respectively, but other lengths may be used.
[0023]
The widths of the left and right clads 7 in the spot size converting optical waveguide 13 were changed as a linear taper or a square curve taper. As can be seen from FIG. 4, when the width W of the InP cladding 7 in the spot conversion region is zero, the insertion loss is as large as 1 dB, but the loss can be sufficiently reduced by providing the width W of the InP cladding 7 of 1 μm or more. I understand.
[0024]
FIG. 5 shows the result of calculating the reflected return light returning to the embedded optical waveguide from the connection surface between the embedded optical waveguide and the high mesa optical waveguide when light propagates from the embedded optical waveguide to the high mesa optical waveguide. It is the figure which showed the width W of the clad as a variable. As can be seen from FIG. 5, the amount of reflected return light can be sufficiently reduced by providing the InP cladding 7 with a width W of 1.5 μm or more. 4 and 5, the case where W = 0 corresponds to the conventional embodiment.
[0025]
In the above-described embodiments, the wavelength is assumed to be 1.55 μm, but it is needless to say that other wavelengths may be used. As the cores of the buried optical waveguide section 11 and the high mesa optical waveguide section 12, an InGaAsP with a band gap wavelength of 1.55 μm and a multiple quantum well with an exciton peak wavelength of 1.46 μm are assumed, but these are made of other materials. The cores of the embedded optical waveguide 11, the high mesa optical waveguide 12, and the spot size converting optical waveguide 13 may be different from each other. Furthermore, the cores may be the same. The present invention can be applied not only to optical waveguides made of semiconductor materials, but also to any type of material such as quartz and polymer.
[0026]
In the region of the spot conversion optical waveguide 13 which is the third optical waveguide, it is assumed that the clad 7 exists on the left and right sides of the core. However, it goes without saying that only one of the left and right may be used, although the effect is diminished. Further, the left and right clads are the same as the left and right clads of the embedded optical waveguide 11, but the effects may be slightly reduced, but they may be different from each other.
[0027]
Further, although the width of the left and right clads in the spot size converting optical waveguide 13 is changed to a linear shape or a square curve shape, it may be changed in the form of other curves. Furthermore, the present invention is also applicable to the case where light propagates in the opposite direction from the embodiment of FIG.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the third medium having a refractive index higher than that of the second medium is on at least one of the left and right sides of the core, and the width of the third medium is changed from the embedded optical waveguide to the high mesa. Since the spot size conversion optical waveguide narrowed in a tapered shape toward the optical waveguide side is provided between the embedded optical waveguide and the high mesa optical waveguide, the width of the left and right clads of the spot size conversion optical waveguide is Since it gradually changes from the embedded optical waveguide side toward the high mesa optical waveguide, smooth conversion of the guided light becomes possible. Therefore, no coupling loss or reflected return light occurs at the connection portion between the embedded optical waveguide and the high mesa optical waveguide. In addition, since the cladding of the spot size converting optical waveguide changes in a taper shape, the radiation loss in this portion is small, so that the insertion loss can be reduced as a whole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a connection type optical waveguide according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a region of a spot size conversion optical waveguide.
FIG. 3 is a top view of the embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the result of calculating the total insertion loss from the buried optical waveguide to the high mesa optical waveguide by the three-dimensional beam propagation method (3-D BPM), with the width W of the InP cladding in the spot conversion region as a variable. is there.
FIG. 5 shows a calculation result of reflected return light that returns to the embedded optical waveguide from the connection surface between the embedded optical waveguide and the high mesa optical waveguide when light propagates from the embedded optical waveguide to the high mesa optical waveguide. It is the figure which showed the width W of the clad as a variable.
FIG. 6 is a view showing a structure of a conventional connection type optical waveguide.
7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
8 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
FIG. 9 is a top view of a conventional connection type optical waveguide.
FIG. 10 is a diagram showing a field distribution of an eigenmode of a buried waveguide.
FIG. 11 is a diagram showing field distribution of eigenmodes of a high mesa optical waveguide.
FIG. 12 is a diagram showing another example of a conventional connection type optical waveguide.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core of embedded optical waveguide which is the first optical waveguide 2 InP clad 3 on the left and right of the first optical waveguide InP clad 4 above and below the optical waveguide 4 InP substrate 5 Core 6 of the high mesa optical waveguide which is the second optical waveguide Left and right clad InP clad 7 of the optical waveguide 2 Left and right InP clad 11 of the spot conversion optical waveguide which is the third optical waveguide Embedded optical waveguide 12 High mesa optical waveguide 13 Spot conversion optical waveguide 21 Embedded optical light which is the first optical waveguide Waveguide core 22 Left and right InP cladding 23 of the first optical waveguide InP cladding 24 above and below the optical waveguide InP substrate 25 High-mesa optical waveguide core 26 as the second optical waveguide Cladding InP cladding on the left and right of the second optical waveguide 31 Embedded Optical Waveguide 32 High Mesa Optical Waveguide

Claims

断面形状が変化しない第１のコアの幅方向に両側が第１の媒質で埋め込まれた埋め込み光導波路と、前記第１のコアと同じ幅を有し断面形状が変化しない第２のコアの幅方向の両側に前記第１の媒質よりも屈折率が低い第２の媒質を備えたハイメサ光導波路とを接続する接続型光導波路において、
前記第１のコアおよび前記第２のコアと同じ幅を有し、前記第１のコアおよび前記第２のコアを接続する第３のコアの幅方向の少なくとも一方側に、屈折率が前記第２の媒質よりも高い第３の媒質を備えるとともに、前記第３の媒質の幅が前記埋め込み光導波路から前記ハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、前記埋め込み光導波路と前記ハイメサ光導波路との間に設けたことを特徴とする接続型光導波路。 Both sides in the width direction of the first core and the embedded optical waveguide embedded in the first medium which is the cross-sectional shape does not change, the width of the first of the second core cross-sectional shape having the same width as the core does not change in connection optical waveguides for connecting the high mesa optical waveguide refractive index than the first medium on both sides of the direction with low second medium,
The first core and the second core have the same width, and at least one side in the width direction of the third core connecting the first core and the second core has a refractive index of the first core. provided with a high third medium than 2 medium, the third spot size converting waveguide width of the medium is narrowed in a tapered shape toward the side of the high mesa optical waveguide from said buried optical waveguide, connection type optical waveguide, characterized in that provided between the buried optical waveguide and the high mesa waveguide.

前記第１の媒質と前記第３の媒質の屈折率が等しいことを特徴とする請求項１に記載の接続型光導波路。The connection type optical waveguide according to claim 1, wherein the first medium and the third medium have the same refractive index.

前記テーパは、前記第３の媒質の幅が直線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続型光導波路。The connection type optical waveguide according to claim 1 , wherein the taper includes a taper shape in which a width of the third medium changes linearly .

前記テーパは、前記第３の媒質の幅が曲線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続型光導波路。The connection type optical waveguide according to claim 1 , wherein the taper includes a taper shape in which a width of the third medium changes in a curved shape .