JPH03228233A - 導波路型光学素子 - Google Patents
導波路型光学素子Info
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- JPH03228233A JPH03228233A JP2022474A JP2247490A JPH03228233A JP H03228233 A JPH03228233 A JP H03228233A JP 2022474 A JP2022474 A JP 2022474A JP 2247490 A JP2247490 A JP 2247490A JP H03228233 A JPH03228233 A JP H03228233A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- light
- guided
- focal
- reflecting mirrors
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 10
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
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- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Optical Head (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
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2発明は、光集積回路、光通信、光演算等の分野で用
いられる導波路型光学装置に関する。
いられる導波路型光学装置に関する。
従来の技術
二次元導波路内を伝搬する導波光に対して機能する導波
路形レンズは、光集積回路等の構成上極めで重要な素Y
・である。
路形レンズは、光集積回路等の構成上極めで重要な素Y
・である。
このような導波路形レンズとしては、種々のものがある
。
。
まず、第9図にモードインデックスレンズlを示す。こ
れは、バルク形レンズを単純に二次元化したもので、レ
ンズ領域2の屈折率をnL、その周囲3の屈折率を08
とすると、レンズ領域2が導波光4に対して凸レンズと
して作用し、集光作用が得られる。
れは、バルク形レンズを単純に二次元化したもので、レ
ンズ領域2の屈折率をnL、その周囲3の屈折率を08
とすると、レンズ領域2が導波光4に対して凸レンズと
して作用し、集光作用が得られる。
また、第10図はルネブルグレンズ5の例を示す。これ
は、基板6上の導波層7上に位置させて回転対称でグレ
ーデッドな実効屈折率分布を持たせて堆積形成したレン
ズ部8を持つものである。
は、基板6上の導波層7上に位置させて回転対称でグレ
ーデッドな実効屈折率分布を持たせて堆積形成したレン
ズ部8を持つものである。
このような構成によりレンズ部8と同心の円周(半径S
1)上の点Aをもう一つの同心円(半径S、)上の点B
に完全結像させるというものである。このようなルネブ
ルグレンズ5の作製は、導波層7上部にスパッタリング
又は蒸着法により膜厚分布を持つ層としてレンズ部8を
堆積させることによる。
1)上の点Aをもう一つの同心円(半径S、)上の点B
に完全結像させるというものである。このようなルネブ
ルグレンズ5の作製は、導波層7上部にスパッタリング
又は蒸着法により膜厚分布を持つ層としてレンズ部8を
堆積させることによる。
また、第11図に示すようなジオデシックレンズ9もあ
る。これは、二次元導波路の導波面を一部の領域で湾曲
させて元の導波面を外れた曲面とすれば、この領域を通
過する導波光線はフェルマの原理に従い曲線を描いて進
行しその方向を変えるので、第11図に示すような適当
なるレンズ曲面10によりレンズ作用を行わせるという
ものである。このジオデシックレンズ9の特徴は、本質
的に色収差がなく、焦点距離がモード次数に依存しない
ので多モード導波路において全てのモードに対して収差
なく機能することである。このようなジオデシックレン
ズ9の作製は、基板を加工してレンズ曲面(凹み)を形
成し、この凹みを含む基板表面に導波層を形成するとい
う方法による。
る。これは、二次元導波路の導波面を一部の領域で湾曲
させて元の導波面を外れた曲面とすれば、この領域を通
過する導波光線はフェルマの原理に従い曲線を描いて進
行しその方向を変えるので、第11図に示すような適当
なるレンズ曲面10によりレンズ作用を行わせるという
ものである。このジオデシックレンズ9の特徴は、本質
的に色収差がなく、焦点距離がモード次数に依存しない
ので多モード導波路において全てのモードに対して収差
なく機能することである。このようなジオデシックレン
ズ9の作製は、基板を加工してレンズ曲面(凹み)を形
成し、この凹みを含む基板表面に導波層を形成するとい
う方法による。
さらに、第12図に示すように回折を利用して導波光を
集光させるグレーティングレンズ11もある。
集光させるグレーティングレンズ11もある。
これらのレンズを適宜組合せれば種々の導波路光学系を
構成できる。
構成できる。
発明が解決しようとする課題
ところが、屈折を利用した第9図のモードインデックス
レンズIや第10図のルネブルグレンズ5の場合、焦点
距離が先導波層の屈折率と厚みに依存するため、実際の
作製においては高精度な焦点側at、位置制御が困難で
ある。
レンズIや第10図のルネブルグレンズ5の場合、焦点
距離が先導波層の屈折率と厚みに依存するため、実際の
作製においては高精度な焦点側at、位置制御が困難で
ある。
また、光路長差を利用した第11図のジオデシックレン
ズ9の場合、光路長差を持たせるための構造を高精度に
作製するのが困難なため、やはり、高精度な焦点距離、
位置制御が困難である。
ズ9の場合、光路長差を持たせるための構造を高精度に
作製するのが困難なため、やはり、高精度な焦点距離、
位置制御が困難である。
さらに、回折を利用した第]2図のグレーティングレン
ズ11の場合、そのグレーティング形状により焦点距離
を設定できるため焦点距離の制御がKi述した他のもの
よりも容易ではあるが、光源の波長変動に対して変化し
、かつ、回折効率を高くとれない、といった欠点がある
。
ズ11の場合、そのグレーティング形状により焦点距離
を設定できるため焦点距離の制御がKi述した他のもの
よりも容易ではあるが、光源の波長変動に対して変化し
、かつ、回折効率を高くとれない、といった欠点がある
。
よって、これらのレンズを組合せても高精度な導波路型
光学系を構成することは現実には不可能といえる。
光学系を構成することは現実には不可能といえる。
課題を解決するための手段
基板上に光導波層を設け、平面的形状が楕円、放物線、
双曲線等の2次曲線形状とされて前記光導波層との境界
部によりこの先導波層を導波する導波光を反射させて集
光させる少なくとも一つの導波路反射鏡による集光光学
系を設けた。
双曲線等の2次曲線形状とされて前記光導波層との境界
部によりこの先導波層を導波する導波光を反射させて集
光させる少なくとも一つの導波路反射鏡による集光光学
系を設けた。
作用
先導波層中を導波する導波光は、集光光学系により所定
位置に集光されるが、少なくとも一つの導波路反射鏡の
反射による集光であり、その焦点位置が光導波層の屈折
率、膜厚、光源波長等番こ依存しないものであり、各導
波路反射鏡の平面的な形状精度、位置精度のみにより焦
点位置を高精度に制御できる。特に、導波路反射鏡の平
面的形状が楕円、放物線、双曲線等の2次曲線形状であ
るため、これらの組合せにより焦点位置を自由に設定で
きるとともに、平行導波光、点光源からの発散導波光、
収束導波光の何れであっても、焦点位置に球面収差なく
集光させることもできる。
位置に集光されるが、少なくとも一つの導波路反射鏡の
反射による集光であり、その焦点位置が光導波層の屈折
率、膜厚、光源波長等番こ依存しないものであり、各導
波路反射鏡の平面的な形状精度、位置精度のみにより焦
点位置を高精度に制御できる。特に、導波路反射鏡の平
面的形状が楕円、放物線、双曲線等の2次曲線形状であ
るため、これらの組合せにより焦点位置を自由に設定で
きるとともに、平行導波光、点光源からの発散導波光、
収束導波光の何れであっても、焦点位置に球面収差なく
集光させることもできる。
実施例
本発明の第一の実施例を第1図ないし第5図に基づいて
説明する。まず、基板12上には先導波層13が形成さ
れている。ついで、光導波層13の一部が第2図に示す
ようにドライ/ウェットエツチング、研削或いは蒸発等
の手段により除去されて、先導波層13中の一部に一つ
又は複数、ここでは第1図に示すように2つの導波路反
射鏡I4.15による集光光学系が形成されている。
説明する。まず、基板12上には先導波層13が形成さ
れている。ついで、光導波層13の一部が第2図に示す
ようにドライ/ウェットエツチング、研削或いは蒸発等
の手段により除去されて、先導波層13中の一部に一つ
又は複数、ここでは第1図に示すように2つの導波路反
射鏡I4.15による集光光学系が形成されている。
なお、これらの導波路反射鏡14.15は単なる開口形
成による他、開口部分に光導波層】3よりも低屈折率の
別材料を充填させたものでもよい。
成による他、開口部分に光導波層】3よりも低屈折率の
別材料を充填させたものでもよい。
また、第2図(b)に示すように除去開口端面に対して
、光源波長に対し高反射率の金属16をめっき、蒸着、
スパッタリングその他の方法で設けたものでもよい。
、光源波長に対し高反射率の金属16をめっき、蒸着、
スパッタリングその他の方法で設けたものでもよい。
ちなみに、これらの導波路反射鏡14.15は凹面鏡と
して形成されるが、例えば導波路反射鏡14に対して入
射する導波光の入射角を第3図に示すようにOlとする
。また、光導波層13における導波光の等偏屈折率をN
1、光導波層13を除去した部分の等偏屈折率をN、と
する(除去したままで空気で満たされている場合はN、
=1となる)。ここに、第2図(a)に示す構造又は除
去部分に別の低屈折率材料を充填させた構造(ただし、
N、)N、なる関係は維持する)の場合、導波路反射v
A14は入射光を全反射により反射させるためには、入
射角f)ifJ<Oi ≧s r n−’ (N r
/ N+ )なる関係を満たさなければならない。つま
り、導波路反射鏡の配置はある程度制約を受ける。しか
るに、第2図(b)に示すように除去端面に金属16を
装荷した構造によれば、常に全反射するため、このよう
な配置上の制約は受けない。
して形成されるが、例えば導波路反射鏡14に対して入
射する導波光の入射角を第3図に示すようにOlとする
。また、光導波層13における導波光の等偏屈折率をN
1、光導波層13を除去した部分の等偏屈折率をN、と
する(除去したままで空気で満たされている場合はN、
=1となる)。ここに、第2図(a)に示す構造又は除
去部分に別の低屈折率材料を充填させた構造(ただし、
N、)N、なる関係は維持する)の場合、導波路反射v
A14は入射光を全反射により反射させるためには、入
射角f)ifJ<Oi ≧s r n−’ (N r
/ N+ )なる関係を満たさなければならない。つま
り、導波路反射鏡の配置はある程度制約を受ける。しか
るに、第2図(b)に示すように除去端面に金属16を
装荷した構造によれば、常に全反射するため、このよう
な配置上の制約は受けない。
しかして、本実施例では先導波層13中を導波する平行
入射光17に対して最初に反射させる導波路反射鏡14
は平面形状が放物線形状の凹面鏡とされ(以下、放物線
鏡14とする)、この放物線鏡14からの反射導波光を
さらに反射させる導波路反射鏡15は平面形状が双曲線
形状の凹面鏡とされている(以下、双曲線鏡15とする
)。
入射光17に対して最初に反射させる導波路反射鏡14
は平面形状が放物線形状の凹面鏡とされ(以下、放物線
鏡14とする)、この放物線鏡14からの反射導波光を
さらに反射させる導波路反射鏡15は平面形状が双曲線
形状の凹面鏡とされている(以下、双曲線鏡15とする
)。
このような構成において、放物線鏡14による場合、第
4図に示すように平行光を球面収差なしに1点(焦点F
)に集光させる能力があるため、先導波層13を導波し
た平行入射光17は放物線鏡14により反射された後、
この放物線鏡14の焦点に収束しようとする。この収束
光の導波光路中に双曲線鏡15が存在して反射させるた
め、さらに収束作用が働き、焦点位置を変化させること
ができる。ここに、双曲線鏡15の2焦点を第5図に示
すようにF、、F、とすると、焦点F、に集光すべき光
束が双曲線鏡15で反射されると別の焦点F、に集光す
る、という性質を持っている。
4図に示すように平行光を球面収差なしに1点(焦点F
)に集光させる能力があるため、先導波層13を導波し
た平行入射光17は放物線鏡14により反射された後、
この放物線鏡14の焦点に収束しようとする。この収束
光の導波光路中に双曲線鏡15が存在して反射させるた
め、さらに収束作用が働き、焦点位置を変化させること
ができる。ここに、双曲線鏡15の2焦点を第5図に示
すようにF、、F、とすると、焦点F、に集光すべき光
束が双曲線鏡15で反射されると別の焦点F、に集光す
る、という性質を持っている。
このため、放物線鏡14の焦点に双曲線鏡15の焦点F
、を一致させるとともに、所望の焦点に双曲線鏡15の
他方の焦点F1 が一致するように、双曲線鏡15のパ
ラメータを調整することにより、放物線鏡14に入射し
た平行入射光17を球面収差なしに焦点F1 に集光さ
せることができる。
、を一致させるとともに、所望の焦点に双曲線鏡15の
他方の焦点F1 が一致するように、双曲線鏡15のパ
ラメータを調整することにより、放物線鏡14に入射し
た平行入射光17を球面収差なしに焦点F1 に集光さ
せることができる。
つづいて、本発明の第二の実施例を第6図及び第7図に
より説明する。本実施例は、’T’−i?+i楕円形状
の導波路反射鏡(楕円鏡)18と平面双曲線形状の導波
路反射鏡(双曲線鏡)19とを組合せた集光光学系とし
たものである。
より説明する。本実施例は、’T’−i?+i楕円形状
の導波路反射鏡(楕円鏡)18と平面双曲線形状の導波
路反射鏡(双曲線鏡)19とを組合せた集光光学系とし
たものである。
このような構成において、楕円鏡18の場合、第7図に
示すように、一方の焦点[パ、の位置に点光源があると
すると、点光源から出射されて楕円鏡18により反射さ
れた光は、他方の焦点Iパ4に球面収差なしに集光する
、という性質を持つ。このため、第6図で点[パ3の位
置に点光源があるとすると、点光源から出射されて先導
波層13を導波した光束20は楕円鏡18により反射さ
れ、その他方の焦点に集光することになる。この反射導
波光の光路中に、さらに双曲線鏡19が配置されている
ので、前記実施例と同様に再度反射されて焦点1・゛、
の位置に集光導波する。即ち、双曲線鏡19は前述した
ようにその一方の焦点に向かう光束を反射により他方の
焦点に集光させる性質を持つので、楕円鏡18の焦点F
4と所望する焦点F。
示すように、一方の焦点[パ、の位置に点光源があると
すると、点光源から出射されて楕円鏡18により反射さ
れた光は、他方の焦点Iパ4に球面収差なしに集光する
、という性質を持つ。このため、第6図で点[パ3の位
置に点光源があるとすると、点光源から出射されて先導
波層13を導波した光束20は楕円鏡18により反射さ
れ、その他方の焦点に集光することになる。この反射導
波光の光路中に、さらに双曲線鏡19が配置されている
ので、前記実施例と同様に再度反射されて焦点1・゛、
の位置に集光導波する。即ち、双曲線鏡19は前述した
ようにその一方の焦点に向かう光束を反射により他方の
焦点に集光させる性質を持つので、楕円鏡18の焦点F
4と所望する焦点F。
とを2焦点とするように双曲線鏡19の双曲線パラメー
タを決めることにより、焦点F、からの出射光20を球
面収差なしに所望の焦点F、の位置に集光導波させるこ
とができる。
タを決めることにより、焦点F、からの出射光20を球
面収差なしに所望の焦点F、の位置に集光導波させるこ
とができる。
ちなみに、本実施例においては、焦点F、の位置に点光
源を置き、双曲線鏡19、楕円鏡18の順に反射導波さ
せるようにすれば、焦点F1位置に集光させることもで
きる、可逆性を持つ。
源を置き、双曲線鏡19、楕円鏡18の順に反射導波さ
せるようにすれば、焦点F1位置に集光させることもで
きる、可逆性を持つ。
さらに、本発明の第三の実施例を第8図により説明する
。本実施例は、平面双曲線形状の導波路反射M(双曲線
鏡)21と平面双曲線形状の導波路反射鏡(双曲線鏡)
22とを組合せた集光光学系としたものである。
。本実施例は、平面双曲線形状の導波路反射M(双曲線
鏡)21と平面双曲線形状の導波路反射鏡(双曲線鏡)
22とを組合せた集光光学系としたものである。
このような構成において、1点F、に集光すべき収束気
味の光束23が2つの双曲線&’t21,22により順
次反射導波されて焦点F、に集光することになる。この
時、双曲線鏡は第5図により111述したように一方の
焦点に集光しようとする光束を反射により他方の焦点に
集光させる機能を持つため、双曲線鏡21の一方の焦点
を1点1・゛、に合わせるとその反射光を他方の焦点に
集光させることができる。ついで、この焦点を双曲線鏡
22の一方の焦点とし、他方の焦点が所望の点F、に一
致するように双曲線パラメータを調節することにより、
点F、に集光すべき光束23を焦点F、の位置に球面収
差なしに集光させることができる。
味の光束23が2つの双曲線&’t21,22により順
次反射導波されて焦点F、に集光することになる。この
時、双曲線鏡は第5図により111述したように一方の
焦点に集光しようとする光束を反射により他方の焦点に
集光させる機能を持つため、双曲線鏡21の一方の焦点
を1点1・゛、に合わせるとその反射光を他方の焦点に
集光させることができる。ついで、この焦点を双曲線鏡
22の一方の焦点とし、他方の焦点が所望の点F、に一
致するように双曲線パラメータを調節することにより、
点F、に集光すべき光束23を焦点F、の位置に球面収
差なしに集光させることができる。
発明の効果
本発明は、上述したように構成し、少なくとも一つの導
波路反射鏡の反射により導波光を集光させるようにした
ので、その焦点位置が先導波層の屈折率、膜厚、光源波
長等に依存しないものとなり、各導波路反射鏡の平面的
な形状精度、位置精度のみにより焦点位置を高精度に制
御でき、特に、導波路反射鏡の平面的形状が楕円、放物
線、双曲線等の2次曲線形状であるため、これらの組合
せにより焦点位置を自由に設定できるとともに、平行導
波光、点光源からの発散導波光、収束導波光の何れであ
っても、焦点位置に球面収差なく集光させることもでき
る。
波路反射鏡の反射により導波光を集光させるようにした
ので、その焦点位置が先導波層の屈折率、膜厚、光源波
長等に依存しないものとなり、各導波路反射鏡の平面的
な形状精度、位置精度のみにより焦点位置を高精度に制
御でき、特に、導波路反射鏡の平面的形状が楕円、放物
線、双曲線等の2次曲線形状であるため、これらの組合
せにより焦点位置を自由に設定できるとともに、平行導
波光、点光源からの発散導波光、収束導波光の何れであ
っても、焦点位置に球面収差なく集光させることもでき
る。
第1図ないし第5図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第1図は概略平面図、第2図は概略断面図、第3図
ないし第5図は反射特性図、第6図は本発明の第二の実
施例を示す概略平面図、第7図は反射特性図、第8図は
本発明の第三の実施例を示す概略平面図、第9図は第一
の従来例を示す平面及び断面図、第10図は第二の従来
例を示す断面及び平面図、第11図は第三の従来例を示
す斜視図及び平面図、第12図は第四の従来例を示す平
面図である。 12・・・基板、13・・・光導波層、14.15・・
・導波路反射鏡、17・・・導波光、18.19・・・
導波路反射鏡、20・・・導波光、21.22・・・導
波路反射鏡、23・・・導波光 出 願 人 株式会社 リ コ 一代 理 人
相 木 明」 図 (−ノ N 同 図
で、第1図は概略平面図、第2図は概略断面図、第3図
ないし第5図は反射特性図、第6図は本発明の第二の実
施例を示す概略平面図、第7図は反射特性図、第8図は
本発明の第三の実施例を示す概略平面図、第9図は第一
の従来例を示す平面及び断面図、第10図は第二の従来
例を示す断面及び平面図、第11図は第三の従来例を示
す斜視図及び平面図、第12図は第四の従来例を示す平
面図である。 12・・・基板、13・・・光導波層、14.15・・
・導波路反射鏡、17・・・導波光、18.19・・・
導波路反射鏡、20・・・導波光、21.22・・・導
波路反射鏡、23・・・導波光 出 願 人 株式会社 リ コ 一代 理 人
相 木 明」 図 (−ノ N 同 図
Claims (1)
- 基板上に形成した光導波層と、平面的形状が楕円、放
物線、双曲線等の2次曲線形状とされて前記光導波層と
の境界部によりこの光導波層を導波する導波光を反射さ
せて集光させる少なくとも一つの導波路反射鏡による集
光光学系とよりなることを特徴とする導波路型光学素子
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022474A JPH03228233A (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 導波路型光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022474A JPH03228233A (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 導波路型光学素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03228233A true JPH03228233A (ja) | 1991-10-09 |
Family
ID=12083716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022474A Pending JPH03228233A (ja) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | 導波路型光学素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03228233A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0915458A2 (en) * | 1997-11-06 | 1999-05-12 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical head and optical disk apparatus |
-
1990
- 1990-02-01 JP JP2022474A patent/JPH03228233A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0915458A2 (en) * | 1997-11-06 | 1999-05-12 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical head and optical disk apparatus |
EP0915458A3 (en) * | 1997-11-06 | 1999-12-29 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical head and optical disk apparatus |
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