JPH06174982A - 光結合デバイス - Google Patents
光結合デバイスInfo
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- JPH06174982A JPH06174982A JP4324214A JP32421492A JPH06174982A JP H06174982 A JPH06174982 A JP H06174982A JP 4324214 A JP4324214 A JP 4324214A JP 32421492 A JP32421492 A JP 32421492A JP H06174982 A JPH06174982 A JP H06174982A
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- layer
- core
- light
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 異なる2の光機能素子、特に複数のデバイス
を集積化した光機能素子間を低損失で結合することがで
きる小形の光結合デバイスを提供すること。 【構成】 半導体基板131上に、光の伝搬方向に沿って
テーパ形状に形成された第1のコア層132の上に、光の
伝搬方向に沿ってテーパ形状に形成された第2のコア層
133を形成し、かつ第2のコア層133の光の伝搬方向の長
さを第1のコア層132の長さよりも短く形成する。これ
により、コア層を伝搬する光のスポットサイズは、コア
層の大きさの変化に伴って変化すると共に、コア層にお
ける光の閉じ込め状態はこれらの相対的な大きさに基づ
いて変化され、この相対的な大きさを所定値に設定する
ことによりコア層における損失が低減される。 【効果】 低損失な光結合特性を小形に構成することが
でき、デバイスの高集積化を実現することができる。
を集積化した光機能素子間を低損失で結合することがで
きる小形の光結合デバイスを提供すること。 【構成】 半導体基板131上に、光の伝搬方向に沿って
テーパ形状に形成された第1のコア層132の上に、光の
伝搬方向に沿ってテーパ形状に形成された第2のコア層
133を形成し、かつ第2のコア層133の光の伝搬方向の長
さを第1のコア層132の長さよりも短く形成する。これ
により、コア層を伝搬する光のスポットサイズは、コア
層の大きさの変化に伴って変化すると共に、コア層にお
ける光の閉じ込め状態はこれらの相対的な大きさに基づ
いて変化され、この相対的な大きさを所定値に設定する
ことによりコア層における損失が低減される。 【効果】 低損失な光結合特性を小形に構成することが
でき、デバイスの高集積化を実現することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を伝わる光波
のスポット径を低損失で変換する光結合デバイスの構成
に関するものである。
のスポット径を低損失で変換する光結合デバイスの構成
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザダイオード(LD)と単一
モードファイバとの間を光結合させる際、レーザダイオ
ード素子端面とファイバを直接突合せ結合(バットジョ
イント)させた場合、互いの光導波路光波スポットサイ
ズが異なっているために、直接突合せ部の結合損失が問
題になる。通常、レーザダイオードの光波スポットサイ
ズ(モード半径:W)は1μm程度であり、ファイバの
スポットサイズは約5μmであるので、この結合損失は
約10dBになる。そこで、レンズによってスポットサ
イズを変換することによって結合損失を低減化する方法
が一般にとられている。
モードファイバとの間を光結合させる際、レーザダイオ
ード素子端面とファイバを直接突合せ結合(バットジョ
イント)させた場合、互いの光導波路光波スポットサイ
ズが異なっているために、直接突合せ部の結合損失が問
題になる。通常、レーザダイオードの光波スポットサイ
ズ(モード半径:W)は1μm程度であり、ファイバの
スポットサイズは約5μmであるので、この結合損失は
約10dBになる。そこで、レンズによってスポットサ
イズを変換することによって結合損失を低減化する方法
が一般にとられている。
【0003】複数のレーザダイオード(LD)を形成し
た光機能素子とアレーファイバとの間を、1個のレンズ
で光結合させる場合について、従来の結合における構成
例を図2に示す。図において、21は光機能素子で、半
導体基板211上にレーザダイオードの活性領域(光導波
路部)212を形成することにより複数のレーザダイオー
ドが形成されている。22はレンズ、23はアレーファ
イバで、ファイバ231、及びファイバ231を一定間隔で固
定するためのV−グルーブアレー232からなる。このよ
うな構成においては、レーザダイオードの集積規模が大
きくなるに従って、レンズ22の収差等の影響により結
合損失が大きくなるために、1個の半導体基板211に集
積できるレーザダイオードの個数に制限があった。
た光機能素子とアレーファイバとの間を、1個のレンズ
で光結合させる場合について、従来の結合における構成
例を図2に示す。図において、21は光機能素子で、半
導体基板211上にレーザダイオードの活性領域(光導波
路部)212を形成することにより複数のレーザダイオー
ドが形成されている。22はレンズ、23はアレーファ
イバで、ファイバ231、及びファイバ231を一定間隔で固
定するためのV−グルーブアレー232からなる。このよ
うな構成においては、レーザダイオードの集積規模が大
きくなるに従って、レンズ22の収差等の影響により結
合損失が大きくなるために、1個の半導体基板211に集
積できるレーザダイオードの個数に制限があった。
【0004】この様な、レーザダイオードとファイバ間
の結合損失を低減させる方法として、図3に示すよう
な、テーパ状の光導波路により光のスポットサイズを変
換する光結合デバイスを、レンズ22の代わりとして用
いて、レーザダイオードとファイバ間を低損失に光結合
させる方法がある。
の結合損失を低減させる方法として、図3に示すよう
な、テーパ状の光導波路により光のスポットサイズを変
換する光結合デバイスを、レンズ22の代わりとして用
いて、レーザダイオードとファイバ間を低損失に光結合
させる方法がある。
【0005】図3の(a) は、光結合デバイスの平面断面
図、(b) は側面断面図である。図において、31、32
はクラッド層、33はコア層である。また、図4はコア
層の大きさとスポットサイズの関係を示す図であり、横
軸はコア層33の大きさ(厚さt,幅w)、また縦軸は
スポットサイズをそれぞれ表し、特性曲線における実線
部分は単一モード領域を、また破線部分は多モード領域
をそれぞれ表している。この様な構成において、図4に
示すように、次式で表される光導波路のコア層33の屈
折率差Δnを一定の大きさに固定した場合、 Δn=(n2 −n1 )/n1 (n1 :クラッド層31,32の屈折率、n2 :コア層
32の屈折率) コア層33の厚さt及び幅wを0から次第に大きくして
いくと、導波光(基本モード光)のスポットサイズW
は、無限の大きさから次第に小さくなり、極小値をとっ
た後、再び大きくなる関係がある。ここで、コア層33
の厚さt、或は幅wが大きくなり過ぎると多モード導波
路になり、高次モード変換による損失が大きくなるため
に通常、この領域の寸法は用いられない。この関係を利
用して、光結合デバイスのコア層33の大きさ(厚さ
t,幅w)の設計においては、光入射端側(レーザダイ
オードとの結合側)では、レーザダイオードの光のスポ
ットサイズ(約1μm)と同程度のスポットサイズWi
を与える寸法wi ,ti(=数100nm〜数μm)に、
また光出射端側では、ファイバのスポットサイズ(約5
μm)と同程度大きさWo を与える寸法to ,wo (=
数10〜数100nm)にそれぞれ設定される(具体的
設計例については、例えば1992年電子情報通信学会秋季
全国大会誌,C-201,1992を参照)。
図、(b) は側面断面図である。図において、31、32
はクラッド層、33はコア層である。また、図4はコア
層の大きさとスポットサイズの関係を示す図であり、横
軸はコア層33の大きさ(厚さt,幅w)、また縦軸は
スポットサイズをそれぞれ表し、特性曲線における実線
部分は単一モード領域を、また破線部分は多モード領域
をそれぞれ表している。この様な構成において、図4に
示すように、次式で表される光導波路のコア層33の屈
折率差Δnを一定の大きさに固定した場合、 Δn=(n2 −n1 )/n1 (n1 :クラッド層31,32の屈折率、n2 :コア層
32の屈折率) コア層33の厚さt及び幅wを0から次第に大きくして
いくと、導波光(基本モード光)のスポットサイズW
は、無限の大きさから次第に小さくなり、極小値をとっ
た後、再び大きくなる関係がある。ここで、コア層33
の厚さt、或は幅wが大きくなり過ぎると多モード導波
路になり、高次モード変換による損失が大きくなるため
に通常、この領域の寸法は用いられない。この関係を利
用して、光結合デバイスのコア層33の大きさ(厚さ
t,幅w)の設計においては、光入射端側(レーザダイ
オードとの結合側)では、レーザダイオードの光のスポ
ットサイズ(約1μm)と同程度のスポットサイズWi
を与える寸法wi ,ti(=数100nm〜数μm)に、
また光出射端側では、ファイバのスポットサイズ(約5
μm)と同程度大きさWo を与える寸法to ,wo (=
数10〜数100nm)にそれぞれ設定される(具体的
設計例については、例えば1992年電子情報通信学会秋季
全国大会誌,C-201,1992を参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の光結合デバイスにおいては、コア層33の大き
さがテーパ状になる領域の長さLは、放射損失を低減す
るために必要な長さに設定されるが、例えば放射損失を
0.1dB以下に抑えるには約1nm以上の長さを必要
とする。このため、デバイスの大きさが大きくなる等の
デバイスの高集積化に伴う問題を有していた。
た従来の光結合デバイスにおいては、コア層33の大き
さがテーパ状になる領域の長さLは、放射損失を低減す
るために必要な長さに設定されるが、例えば放射損失を
0.1dB以下に抑えるには約1nm以上の長さを必要
とする。このため、デバイスの大きさが大きくなる等の
デバイスの高集積化に伴う問題を有していた。
【0007】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、異な
る2の光機能素子、特に複数のデバイスを集積化した光
機能素子間を低損失で結合することができる小形の光結
合デバイスを提供することにある。
る2の光機能素子、特に複数のデバイスを集積化した光
機能素子間を低損失で結合することができる小形の光結
合デバイスを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、半導体基板上に形成された光導波層が光の
伝搬方向に沿ってその大きさを徐々に変化させた構造を
有する光結合デバイスにおいて、前記光導波層の上に、
光の伝搬方向に沿ってその大きさを徐々に変化させた第
2の光導波層を有し、かつ該第2の光導波層の光の伝搬
方向の長さが、前記光導波層の長さよりも短く形成され
ている光結合デバイスを提案する。
成するため、半導体基板上に形成された光導波層が光の
伝搬方向に沿ってその大きさを徐々に変化させた構造を
有する光結合デバイスにおいて、前記光導波層の上に、
光の伝搬方向に沿ってその大きさを徐々に変化させた第
2の光導波層を有し、かつ該第2の光導波層の光の伝搬
方向の長さが、前記光導波層の長さよりも短く形成され
ている光結合デバイスを提案する。
【0009】
【作用】本発明によれば、半導体基板上に形成され、光
の伝搬方向に沿ってその大きさが徐々に変化する光導波
層、例えばテーパ形状に形成された光導波層の上に、光
の伝搬方向に沿ってその大きさが徐々に変化する第2の
光導波層、例えば前記光導波層と同様にテーパ形状に形
成された第2の光導波層が設けられ、かつ該第2の光導
波層の光の伝搬方向の長さは前記光導波層の長さよりも
短く形成される。これにより、前記光導波層及び第2の
光導波層を伝搬する光のスポットサイズは、前記光導波
層及び第2の光導波層の大きさの変化に伴って変化する
と共に、前記光導波層及び第2の光導波層における光の
閉じ込め状態は前記光導波層に対する第2の光導波層の
相対的な大きさに基づいて変化され、この相対的な大き
さを所定値に設定することにより前記光導波層及び第2
の光導波層における損失が低減される。
の伝搬方向に沿ってその大きさが徐々に変化する光導波
層、例えばテーパ形状に形成された光導波層の上に、光
の伝搬方向に沿ってその大きさが徐々に変化する第2の
光導波層、例えば前記光導波層と同様にテーパ形状に形
成された第2の光導波層が設けられ、かつ該第2の光導
波層の光の伝搬方向の長さは前記光導波層の長さよりも
短く形成される。これにより、前記光導波層及び第2の
光導波層を伝搬する光のスポットサイズは、前記光導波
層及び第2の光導波層の大きさの変化に伴って変化する
と共に、前記光導波層及び第2の光導波層における光の
閉じ込め状態は前記光導波層に対する第2の光導波層の
相対的な大きさに基づいて変化され、この相対的な大き
さを所定値に設定することにより前記光導波層及び第2
の光導波層における損失が低減される。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例と原理
を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
る結合例を示す構成図、図5は第1の実施例の光結合デ
バイスを示す構成図、図6は本発明の原理を説明するた
めの図である。
を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
る結合例を示す構成図、図5は第1の実施例の光結合デ
バイスを示す構成図、図6は本発明の原理を説明するた
めの図である。
【0011】図1の(a)(b)は、アレーレーザダイオード
素子11とアレーファイバ12の間に、本発明の光結合
デバイス13を挿入して低損失に光結合をとる場合の構
成図である。図1の(a) は上面図、(b) は概略側面断面
図である。アレーレーザダイオード素子11は、半導体
基板111上にレーザダイオードの活性領域(光導波路
部)112を形成することにより構成され、アレーファイ
バ12はファイバ121と、ファイバ121を一定間隔で固定
するためのV−グルーブアレー122によって構成されて
いる。
素子11とアレーファイバ12の間に、本発明の光結合
デバイス13を挿入して低損失に光結合をとる場合の構
成図である。図1の(a) は上面図、(b) は概略側面断面
図である。アレーレーザダイオード素子11は、半導体
基板111上にレーザダイオードの活性領域(光導波路
部)112を形成することにより構成され、アレーファイ
バ12はファイバ121と、ファイバ121を一定間隔で固定
するためのV−グルーブアレー122によって構成されて
いる。
【0012】また、光結合デバイス13は、半導体基板
131、半導体基板131上に形成された第1のコア層132、
第1のコア層132上に形成された第2のコア層133、これ
らの上面を覆うクラッド層134、及び前後端のそれぞれ
に形成された反射防止膜135によって構成されている。
この構成では、光結合デバイス13の第1及び第2のコ
ア層132,133 によってレーザダイオードの光波スポット
サイズから次第に大きさを変換し、光出射端部において
光波スポットサイズを所定のサイズに変換している。
131、半導体基板131上に形成された第1のコア層132、
第1のコア層132上に形成された第2のコア層133、これ
らの上面を覆うクラッド層134、及び前後端のそれぞれ
に形成された反射防止膜135によって構成されている。
この構成では、光結合デバイス13の第1及び第2のコ
ア層132,133 によってレーザダイオードの光波スポット
サイズから次第に大きさを変換し、光出射端部において
光波スポットサイズを所定のサイズに変換している。
【0013】即ち、図5の(a) は第1の実施例の光結合
デバイス13の要部を示す上面図、(b) はその中心部の
側面断面図であり、半導体基板131 は例えばInP 等で構
成され、屈折率n1 を有する。また、第1のコア層132
はスポットサイズ変換用導波路をなし、例えばInGaAsP
によって形成され、第2のコア層133 は例えばInGaAs或
はInGaAsPによって形成される。また、半導体クラッド
層134 は例えばInP によって形成される。これら半導体
基板131 、第1及び第2のコア層132,133 及びクラッド
層134 の屈折率の大きさは、それぞれn1 、n2 、n3
、n4 であり、n1 ,n4 <n2 ,n3 の関係に設定
されている。15はレーザダイオードからの入射光の進
行方向、16は単一モード光ファイバ側の拡大された出
射光の進行方向である。
デバイス13の要部を示す上面図、(b) はその中心部の
側面断面図であり、半導体基板131 は例えばInP 等で構
成され、屈折率n1 を有する。また、第1のコア層132
はスポットサイズ変換用導波路をなし、例えばInGaAsP
によって形成され、第2のコア層133 は例えばInGaAs或
はInGaAsPによって形成される。また、半導体クラッド
層134 は例えばInP によって形成される。これら半導体
基板131 、第1及び第2のコア層132,133 及びクラッド
層134 の屈折率の大きさは、それぞれn1 、n2 、n3
、n4 であり、n1 ,n4 <n2 ,n3 の関係に設定
されている。15はレーザダイオードからの入射光の進
行方向、16は単一モード光ファイバ側の拡大された出
射光の進行方向である。
【0014】図中の一端側領域Aの光導波路部ではレー
ザダイオードの光波スポットサイズとほぼ同じ大きさの
モードサイズを有しており、他端側領域Cではファイバ
と直接光結合させた場合に低損失な結合特性を得る拡大
されたモードサイズになるように、コア層132、133の寸
法(幅w,厚さt)と屈折率nの大きさがそれぞれ設定
されている。中間の領域Bではコア層132の幅wがテー
パ状に形成されており、第1のコア層132 のテーパ長さ
はL1 である。第2のコア層133 のテーパー部は第1の
コア層132のテーパ部の途中まで形成されており、その
長さはL2 に設定される。
ザダイオードの光波スポットサイズとほぼ同じ大きさの
モードサイズを有しており、他端側領域Cではファイバ
と直接光結合させた場合に低損失な結合特性を得る拡大
されたモードサイズになるように、コア層132、133の寸
法(幅w,厚さt)と屈折率nの大きさがそれぞれ設定
されている。中間の領域Bではコア層132の幅wがテー
パ状に形成されており、第1のコア層132 のテーパ長さ
はL1 である。第2のコア層133 のテーパー部は第1の
コア層132のテーパ部の途中まで形成されており、その
長さはL2 に設定される。
【0015】以下、本発明の原理を説明する。図3(a)
,(b) に示す従来のスポットサイズ変換用テーパ導波
路においては、図4から分かるように、そのコア寸法
(厚さt,幅w)を小さくすると、スポットサイズは厚
さt,幅wが小さくなるに従って急激に大きくなる傾向
がある。従って、テーパ長さを固定した場合、テーパ部
の放射損失を小さくするには、導波路(コア層)が閉じ
込めの強い(スポットサイズが比較的小さい、あるいは
コア寸法が比較的大きい)状態では相対的に速やかにコ
ア寸法を変化させ、閉じ込めの弱い(スポットサイズが
比較的大きい)状態では相対的に緩やかに変化させれば
良い。この事から、図5に示す第1の実施例では第2の
コア層133 のテーパ長さL2 を全テーパ長さL1 より短
くすることによって、閉じ込めの強い領域A付近で実効
的なコア寸法を相対的に速やかに変化させることによ
り、テーパ部の放射損失を小さくしている。
,(b) に示す従来のスポットサイズ変換用テーパ導波
路においては、図4から分かるように、そのコア寸法
(厚さt,幅w)を小さくすると、スポットサイズは厚
さt,幅wが小さくなるに従って急激に大きくなる傾向
がある。従って、テーパ長さを固定した場合、テーパ部
の放射損失を小さくするには、導波路(コア層)が閉じ
込めの強い(スポットサイズが比較的小さい、あるいは
コア寸法が比較的大きい)状態では相対的に速やかにコ
ア寸法を変化させ、閉じ込めの弱い(スポットサイズが
比較的大きい)状態では相対的に緩やかに変化させれば
良い。この事から、図5に示す第1の実施例では第2の
コア層133 のテーパ長さL2 を全テーパ長さL1 より短
くすることによって、閉じ込めの強い領域A付近で実効
的なコア寸法を相対的に速やかに変化させることによ
り、テーパ部の放射損失を小さくしている。
【0016】図6は、本発明の効果を確認するために、
図中に示す2次元導波路(スラブ導波路)モデルに対し
て、テーパに起因する放射モード電力の、テーパ部の長
さL1 に対する依存性を固有モード結合法(電子情報通
信学会論文誌vol.J63-C,NO.2,pp.104-111,1980参照)に
より計算した一例を示す。ここでは、テーパ長さの比L
2 /L1 をパラメータにしており、この比を1、3/4、1
/2、1/3としたときの特性を示している。さらに、参考
として従来の単層コアタイプの計算例も合わせて示し
た。
図中に示す2次元導波路(スラブ導波路)モデルに対し
て、テーパに起因する放射モード電力の、テーパ部の長
さL1 に対する依存性を固有モード結合法(電子情報通
信学会論文誌vol.J63-C,NO.2,pp.104-111,1980参照)に
より計算した一例を示す。ここでは、テーパ長さの比L
2 /L1 をパラメータにしており、この比を1、3/4、1
/2、1/3としたときの特性を示している。さらに、参考
として従来の単層コアタイプの計算例も合わせて示し
た。
【0017】計算で使用したパラメータは、通常の半導
体レーザ(波長λ=1.55μm帯)を考慮して、第1
のコア層132は屈折率n2 =3.3,一端側の幅w11=
0.12μm,他端側の幅w13=0.05μmに設定
し、第2のコア層133は屈折率n3 =3.45,一端側
の幅w21=0.1μmに、また半導体基板131 及びクラ
ッド層134 は屈折率n3 =n4 =3.17(InP)にそれ
ぞれ設定した。尚、図中の放射損失特性は、実際の3次
元テーパ導波路の場合の概算値である。図から分かるよ
うに、本発明によると、テーパ長さL1 を従来と同程度
にすると放射損失を小さくできる。一方、放射損失を例
えば0.1dBとすると、テーパ長さL1を従来の約
1.5mmから0.7mm以下にでき、コンパクトな光
結合デバイスが実現できることが分かる。
体レーザ(波長λ=1.55μm帯)を考慮して、第1
のコア層132は屈折率n2 =3.3,一端側の幅w11=
0.12μm,他端側の幅w13=0.05μmに設定
し、第2のコア層133は屈折率n3 =3.45,一端側
の幅w21=0.1μmに、また半導体基板131 及びクラ
ッド層134 は屈折率n3 =n4 =3.17(InP)にそれ
ぞれ設定した。尚、図中の放射損失特性は、実際の3次
元テーパ導波路の場合の概算値である。図から分かるよ
うに、本発明によると、テーパ長さL1 を従来と同程度
にすると放射損失を小さくできる。一方、放射損失を例
えば0.1dBとすると、テーパ長さL1を従来の約
1.5mmから0.7mm以下にでき、コンパクトな光
結合デバイスが実現できることが分かる。
【0018】図7は本発明による光結合デバイスの第2
の実施例の要部を示す構成図であり、図7(a) は上面
図、(b) は中心部の側面断面図である。図において、70
1は半導体基板、702は第1のコア層、703は第2のコア
層、704はクラッド層、である。第2の実施例では、第
1及び第2のコア層702,703の厚さtをテーパ状にして
スポットサイズを変換しており、これによっても第1の
実施例と同様の効果を得ることができる。
の実施例の要部を示す構成図であり、図7(a) は上面
図、(b) は中心部の側面断面図である。図において、70
1は半導体基板、702は第1のコア層、703は第2のコア
層、704はクラッド層、である。第2の実施例では、第
1及び第2のコア層702,703の厚さtをテーパ状にして
スポットサイズを変換しており、これによっても第1の
実施例と同様の効果を得ることができる。
【0019】本光結合デバイスは半導体材料より構成さ
れるので、例えば、一端側の領域Aもしくは他端側の領
域Cに半導体レーザやLDアンプ、光スイッチ等の光機
能素子を形成し、本結合デバイスを同一基板上にモノリ
シック集積化した光デバイスを実現する事も可能であ
る。この場合、半導体基板上に、光機能素子導波路を形
成する時に、本光結合用導波路を同時に形成したり、或
は光機能素子部を形成した後、互いの導波路を直接突合
わせるように光結合用テーパ導波路を形成しても良い。
また、図5及び図7に示す領域A,Bにおいて、第2の
コア層133,703をレーザダイオード(LD)の活性層と
し、第1のコア層132,702をレーザダイオード(LD)
のガイド層として構成しても良い。
れるので、例えば、一端側の領域Aもしくは他端側の領
域Cに半導体レーザやLDアンプ、光スイッチ等の光機
能素子を形成し、本結合デバイスを同一基板上にモノリ
シック集積化した光デバイスを実現する事も可能であ
る。この場合、半導体基板上に、光機能素子導波路を形
成する時に、本光結合用導波路を同時に形成したり、或
は光機能素子部を形成した後、互いの導波路を直接突合
わせるように光結合用テーパ導波路を形成しても良い。
また、図5及び図7に示す領域A,Bにおいて、第2の
コア層133,703をレーザダイオード(LD)の活性層と
し、第1のコア層132,702をレーザダイオード(LD)
のガイド層として構成しても良い。
【0020】図8は本発明による光結合デバイスの第3
の実施例の要部を示す構成図で、レーザダイオードとス
ポットサイズ変換部をモノリシック集積化した例であ
り、図8(a) は上面図、(b) は中心部の側面断面図であ
る。図において、801は半導体基板、802は第1のコア
層、803は第2のコア層、804はクラッド層、である。第
3の実施例では、一端側の領域A及び中間領域Bの第2
コア層803をLD活性層とし、一端側領域Aの第1のコ
ア層802の幅を広く形成することによって、レーザ部の
導波路伝搬損失を低減し、高性能なLD特性を実現する
ことができた。
の実施例の要部を示す構成図で、レーザダイオードとス
ポットサイズ変換部をモノリシック集積化した例であ
り、図8(a) は上面図、(b) は中心部の側面断面図であ
る。図において、801は半導体基板、802は第1のコア
層、803は第2のコア層、804はクラッド層、である。第
3の実施例では、一端側の領域A及び中間領域Bの第2
コア層803をLD活性層とし、一端側領域Aの第1のコ
ア層802の幅を広く形成することによって、レーザ部の
導波路伝搬損失を低減し、高性能なLD特性を実現する
ことができた。
【0021】以上説明した第1乃至第3の実施例におい
ては、第1及び第2のコア層の屈折率n2 ,n3 の大き
さは半導体材料を選ぶ事により任意に設定できる。例え
ば、波長λ=1.55μm帯の光に対してInGaAsP の屈
折率は、その組成によって、約3.2から3.5程度ま
で任意の大きさに設定できる。また、コア層として多重
量子井戸層を用い、井戸層、障壁層の材質・厚さを選択
することにより任意に屈折率を設定できる。さらに、例
えば選択成長マスクやエピタキシャル選択成長技術、あ
るいはフォトリソグラフィ技術等を用いる事により、導
波路の屈折率n2 ,n3 や寸法w,tの大きさをテーパ
状に設定・製作することができる。
ては、第1及び第2のコア層の屈折率n2 ,n3 の大き
さは半導体材料を選ぶ事により任意に設定できる。例え
ば、波長λ=1.55μm帯の光に対してInGaAsP の屈
折率は、その組成によって、約3.2から3.5程度ま
で任意の大きさに設定できる。また、コア層として多重
量子井戸層を用い、井戸層、障壁層の材質・厚さを選択
することにより任意に屈折率を設定できる。さらに、例
えば選択成長マスクやエピタキシャル選択成長技術、あ
るいはフォトリソグラフィ技術等を用いる事により、導
波路の屈折率n2 ,n3 や寸法w,tの大きさをテーパ
状に設定・製作することができる。
【0022】また、第1乃至第3の実施例では、InP 基
板上にスポットサイズ変換用導波層を形成する場合につ
いて説明したが、他の半導体材料、例えばGaAs系や、あ
るいはSiO2等のガラス導波路に対しても同様の効果を得
ることができる。
板上にスポットサイズ変換用導波層を形成する場合につ
いて説明したが、他の半導体材料、例えばGaAs系や、あ
るいはSiO2等のガラス導波路に対しても同様の効果を得
ることができる。
【0023】さらに、第1乃至第3の実施例では、光導
波路のクラッド部になる半導体基板の材料とクラッド層
の材質を同じにした場合について説明したが、これらに
異なった材料を組み合わせて非対象構造の導波路を構成
しても良いし、第1のコア層及び第2のコア層の数を複
数として構成したり、或は第1及び第2のコア層を同一
材質にしてテーパ部領域Bの途中でその厚さtもしくは
幅wを変えて、その形状を図5、図7、図8に示す第1
乃至第3の実施例の形状と同じにしても良い。また、コ
ア層のテーパ形状として、直線状だけでなく、指数関数
或は放物線等の曲線形状にしても本発明の効果を得る事
ができる。
波路のクラッド部になる半導体基板の材料とクラッド層
の材質を同じにした場合について説明したが、これらに
異なった材料を組み合わせて非対象構造の導波路を構成
しても良いし、第1のコア層及び第2のコア層の数を複
数として構成したり、或は第1及び第2のコア層を同一
材質にしてテーパ部領域Bの途中でその厚さtもしくは
幅wを変えて、その形状を図5、図7、図8に示す第1
乃至第3の実施例の形状と同じにしても良い。また、コ
ア層のテーパ形状として、直線状だけでなく、指数関数
或は放物線等の曲線形状にしても本発明の効果を得る事
ができる。
【0024】さらにまた、第1乃至第3の実施例では、
レーザダイオードと光ファイバを接続する場合について
説明したが、この他に、他の半導体光導波路部品、ある
いはガラス導波路部品などあらゆる光導波路部品との接
続部に対しても、それら導波路の光強度分布に合わせる
ように本発明による光結合デバイス導波路の寸法、屈折
率の大きさを設定すれば、低結合損失の特性を実現でき
る事は明白である。
レーザダイオードと光ファイバを接続する場合について
説明したが、この他に、他の半導体光導波路部品、ある
いはガラス導波路部品などあらゆる光導波路部品との接
続部に対しても、それら導波路の光強度分布に合わせる
ように本発明による光結合デバイス導波路の寸法、屈折
率の大きさを設定すれば、低結合損失の特性を実現でき
る事は明白である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
導波層及び第2の光導波層を伝搬する光のスポットサイ
ズは、前記光導波層及び第2の光導波層の大きさの変化
に伴って変化すると共に、前記光導波層及び第2の光導
波層における光の閉じ込め状態は前記光導波層に対する
第2の光導波層の相対的な大きさに基づいて変化され、
この相対的な大きさを所定値に設定することにより前記
光導波層及び第2の光導波層における損失が低減される
ので、低損失な光結合特性を小形に構成することがで
き、デバイスの高集積化を実現することができるという
非常に優れた効果を奏するものである。
導波層及び第2の光導波層を伝搬する光のスポットサイ
ズは、前記光導波層及び第2の光導波層の大きさの変化
に伴って変化すると共に、前記光導波層及び第2の光導
波層における光の閉じ込め状態は前記光導波層に対する
第2の光導波層の相対的な大きさに基づいて変化され、
この相対的な大きさを所定値に設定することにより前記
光導波層及び第2の光導波層における損失が低減される
ので、低損失な光結合特性を小形に構成することがで
き、デバイスの高集積化を実現することができるという
非常に優れた効果を奏するものである。
【図1】本発明による光結合デバイスの第1の実施例に
おける結合例を示す構成図
おける結合例を示す構成図
【図2】従来の光結合方法を示す構成図
【図3】従来の光結合デバイスの一例を示す構成図
【図4】従来の光結合デバイスの動作原理を説明する図
【図5】本発明による光結合デバイスの第1の実施例の
要部を示す構成図
要部を示す構成図
【図6】第1の実施例の動作原理を説明するためのテー
パ導波路の長さと放射損失との関係を示す図
パ導波路の長さと放射損失との関係を示す図
【図7】本発明による光結合デバイスの第2の実施例の
要部を示す構成図
要部を示す構成図
【図8】本発明による光結合デバイスの第3の実施例の
要部を示す構成図
要部を示す構成図
11…アレーレーザダイオード素子、111…半導体基
板、112…活性領域、12…アレーファイバ、121…ファ
イバ、122…V−グルーブアレー、13…光結合デバイ
ス、131,701,801…半導体基板、132,702,802…第1
のコア層、133,703,803…第2のコア層、134,704,8
04…クラッド層、135 …反射防止膜、15,…入射光進
行方向、16,…出射光進行方向。
板、112…活性領域、12…アレーファイバ、121…ファ
イバ、122…V−グルーブアレー、13…光結合デバイ
ス、131,701,801…半導体基板、132,702,802…第1
のコア層、133,703,803…第2のコア層、134,704,8
04…クラッド層、135 …反射防止膜、15,…入射光進
行方向、16,…出射光進行方向。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成された光導波層が光
の伝搬方向に沿ってその大きさを徐々に変化させた構造
を有する光結合デバイスにおいて、 前記光導波層の上に、光の伝搬方向に沿ってその大きさ
を徐々に変化させた第2の光導波層を有し、かつ該第2
の光導波層の光の伝搬方向の長さが、前記光導波層の長
さよりも短く形成されている、 ことを特徴とする光結合デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4324214A JPH06174982A (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 光結合デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4324214A JPH06174982A (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 光結合デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06174982A true JPH06174982A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18163321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4324214A Pending JPH06174982A (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 光結合デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06174982A (ja) |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-12-03 JP JP4324214A patent/JPH06174982A/ja active Pending
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