JPH026906A - 導波路光学素子 - 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、導波路光学素子に関する。

［従来の技術］ 光を導波路中に閉じ込めて導波させ、導波光を導波光学
系により屈折または回折させて集光させる導波路光学系
が提案されている。このような導波路光学系は、その使
用により光学系を小型化。

軽量化できるので近来その実用化が強く意図されている
。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ このような導波路光学素子の実用化を困難にしている問
題として導波光学系の問題がある。

即ち、導波光学系は導波光を集光させるための光学系で
あるが、従来、論文誌：応用物理　第４８巻　第３号　
第２４１頁以下に示されているモードインデックスレン
ズ、ルネブルクレンズ、ジオデシックレンズ、グレーテ
ィングレンズ等が導波光学。

系として使用を意図されている。これらのレンズの内、
モードインデックスレンズ、ルネブルクレンズは、その
作製過程で必要とされる屈折率制御に極めて高精度を要
求されるが、高精度の屈折率制御は現在の技術では難し
く、量産性の面からして現段階では実用化が困難である
。また、ジオデシックレンズは導波路に窪みをつけて導
波路レンズとするものであり窪み形状が非球面であると
ころから、その加工が難しく製作工程として、精密切削
とこれに続く研磨工程を必要とするところからやはり量
産が難しく、コストの低減化も困難である。

グ１／−ティングレンズは作製は比較的容易であり低コ
ス１−で実現可能であるが、そのレンズ作用が光波長に
依存しでおり光波長が変化するど焦点距離が変化してし
まう。然るに導波路光学素子に用いる光源として普通に
用いられる半導体レーザーには。周知の如く温度変化に
よる波長シフトの性質があり、従って、グ１ノーティン
グレンズを用いる場合には、半導体レーザーに対して極
めて高精度の温度制御を行うか、あるいは波長シフトの
ないＤＦＢ半導体レーザーを使用する必要があり、これ
が装置の大型化や高コスト化を招来してしまうと言う問
題がある７ 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
５その目的とするところは低コストで容易に実現でき、
しかも普通の半導体レーザーを光源としで用い得る新規
な導波路光学素子の提供にある。

［課題製解決゛多”るための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明の導波路光学素子は、基板上に設けられた導波ｍ
と、Ｒ波光学系とを有する。

導波光学系は、導波層中を導波される導波光を集束させ
るための光学系であり、導波層の端面として形成さ九た
導波路反射光学系である。

［作　　用］ 本発明に於いては、導波光学系が上述の如く導波層の端
面として形成された導波路反射光学系であり、導波層を
導波される導波光はこの導波路反射光学系により反射さ
れ一点に集束する。

このように、導波光は屈折によらず反射により集束する
ので、光波長が変化しても導波路反射光学系の機能は何
ら変化しない。また、導波路反射光学系は導波層の端面
として形成されるので、その作製も容易である。

［実施例］ 以下０図面を参照しながら具体的な実施例に即して説明
する。

第１図に示す実施例１に於いて、符号５は導波路光学素
子を示している。

導波路光学素子５は、透明基板５１上に導波層５２を積
層して構成されている。

導波層５２中を導波される導波光は、後述する導波路反
射光学系により集光される。

第１図は、導波路光学素子５の平面図であり。

導波路光学素子の透明基板５１（第２図参照）は、例え
ばガラス、石英等の平板であり、その一方の面に、透明
基板５１よりも高屈折率の材料１例ヌばＺｎＳ、ＺｎＯ
，Ｃｅ０１．ＳｉＮ、５ｉＯＮ、コー、ニング７０９５
ガラス等。

を真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法などで製膜して
導波Ｊ１５２が形成されている。

導波層５２は第１図で、導波層の一部が除去された状態
となっており、この除去された部分の端面のうちの符号
５２Ａで示す部分が導波路反射光学系として放物線状に
形成されている。第１図のＡ−Ａ断面図を第２図に示す
、導波路反射光学系５２Ａ？。

なず導波層５２の端面１才、透明基板５１、導波層５２
の各表面に対して直交的である。

このような垂直の端面は、成膜した導波層をイオンビー
ムエツチング、反応性イオンビームエツチング等のドラ
イエツチング法にてエツチングすることにより容易に形
成できる。

上述の如く導波路反射光学系５２Ａの形状は平面図的に
見ると放物線形状であるが、この放物線の焦点は第１２
図のＥ点である。

導波層５２中を伝搬する平行導波光は導波路反射光学系
５２Ａで全反射さ九、Ｅ点に集光するが、このように全
反射を行わせるためには、導波光に対する導波層５２の
等側屈折率をＮ１．空気の屈折率を。

１とするとき導波路反射光学系への入射角０．が至る所
で。

ＯＩ≧５ｉｎ−’　（ｉ／Ｎ＋　） なる条件を満足するように反射面の形状を定めれば良い
。

第１図の実施例では、導波路反射光学系を構成する導波
層の端面ば、第２図に示す様に、透明基板５１、導波層
５２の名表面に対して垂直に切り立った形状であったが
、導波路反射光学系を構成する導波層端面は、第３図に
切断端面図として示を様にテーパーを持っていても良い
。

この場合テーパー輻Δは少なくども導波光の波長以上で
あることが望ましい、このようなテーパーを持つ導波層
端面を形成する方法としては、ウェットエツチング、あ
るいはイオンビーム等を斜めに照射してドライエツチン
グする方法、あるいは導波層成膜時に透明基板に対して
若干間隙を持った開口を有するマスクを介して製膜する
方法等を挙げることができる。テーパーを持つ導波層端
面を導波路反射光学系として用いる場合、前述の。

如く全反射を利用するには、基板の等側屈折率をＮ２と
して、入射角θ、が至るとろで。

θ、≧５ｉｎ−”（Ｎｚ／Ｎ＋） を満足するようにすれば良い。

さらに、第４図に示すように導波路反射光学系を形成す
るために導波層５２を取り除いた部分に、低屈折率層５
９を装荷しても良い、低屈折率層５９は導波層５２より
も低屈折率であり、例えばＳｉＯ２や樹脂等が用いられ
導波路反射光学系の保護の機能も果たす、この低屈折率
層５９の等側屈折率をＮ３とするとＮ２≦Ｎ３のときは
入射角θ、が至るところでθ、≧５ｉｎ−’　（Ｎ３／
Ｎ＋） を満足するように、またＮ　ｚ　＞　Ｎ　ｓのときはθ
１≧５ｉｎ−’（Ｎ２／Ｎ＋） を満足するようにすれば全反射を実現できる。

勿論、低屈折率層の装荷は、第２図の如きテーパーのな
い、透明基板に対し垂直に切り立った端面に対して行っ
ても良く、この場合の全反射の条件は。

θ、≧５ｉｎ−’（Ｎ３／Ｎ＋） である。

第５図、第６図には、実施例２の特徴部分のみを示す、
上に説明した実施例１では、導波路反射光学系の形状は
、放物線であって、導波光を全反射させる形状に形成さ
れていた。この実施例２では、全反射ではなく通常の反
射を利用する。即ち、第５図に示すように、この実施例
２では導波路光学素子５Ｅは、その導波路反射光学系５
２Ｆが導波、Ｎ５２の端面として形成されているが、導
波光を集束性の光束として集束点Ｆへ向けて反射する。

導波路反射光学系５２ＦはＦ点を焦点とする放物線形状
もしくはこれを近似する円形状である。この導波路反射
光学系５２Ｆをなす導波層５２の端面は、第６図に示す
様に、透明基板５１に対して垂直に切り立っている。こ
のような端面は前述したようにドライエツチングで形成
できる。この実施例２では、導波路反射光学系への入射
条件が全反射の条件を充たさないので反射面としての導
波／［５２の端面に接して、第６図に示す様に高反射率
の金属、例えばＡ　１　ｐ　Ａ　ｇ　ｐ　Ａ　ｕ　ｔ　
Ｃｕ等の高反射率Ｍ５９０を形成している。。

この金属層の形成は蒸着等で行なうことができる。

また、高反射率Ｎ５９０は、金属の他、誘電体多層膜、
その他の高反射率を有する材料を用いても良い。

［発明の効果］ 以上１本発明によれば新規な導波路光学素子を提供でき
る。この素子は上述の如く、導波層を伝搬する導波光を
導波路反射光学系により反射させて集束させるので、光
源からの光に波長変化があってもその影響を受けない、
また導波路反射光学系は、導波層の端面として形成され
るが、この端面の形成は容易であり、且つその形状もリ
ングラフィ等の手法で、容易に正確な形状を実現できる
ので高度の光学特性を期待できる。従って、従来の導波
路光学素子に於いて問題となっていた、量産性の問題、
波長変化に対する問題が解決され。

導波路光学素子の実用化が容易になる。

なお、第４図の構成例に於いて、導波Ｍ５２の導波路反
射光学系をなす端面には低屈折率層５９が接合しており
、導波路反射光学系をなす部分への入射条件が全反射の
条件を満足しないときは、導波光の一部は低屈折率層５
９にも導波される。従ってかかる場合は低屈折率層５９
も導波層と呼び得るものであるが、この場合、導波路反
射光学系をなす導波層端面とは、あくまでも導波層５２
の端面を意味し、低屈折率層をも導波層と考えるならば
本発明に言う「導波路反射光学系をなす端面」とは導波
層の不連続面とも称すべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を説明するための図、第２
図は、第１図の実施例の導波路光学素子の平面図、第３
図は、第１図の実施例の導波路光字素子の断端面図、第
４図は、導波路光学素子の変形Ｓｋ説明するための図、
第５図及び第６同は、本発明の別実旅例を説明ずろため
の図である。 ５１．７導波路光学素子、５２゜７、導波Ｊ鐸、５３Ａ
、。。導波Ｆ 弗 氾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に設けられた導波層と、上記導波層中を導波され
   る導波光を集光するための導波光学系とを有し、 上記導波光学系が上記導波層の端面として形成された導
   波路反射光学系であることを特徴とする、導波路光学素
   子。