JPH0720359A - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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JPH0720359A
JPH0720359A JP16355193A JP16355193A JPH0720359A JP H0720359 A JPH0720359 A JP H0720359A JP 16355193 A JP16355193 A JP 16355193A JP 16355193 A JP16355193 A JP 16355193A JP H0720359 A JPH0720359 A JP H0720359A
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
face
waveguide
light
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Application number
JP16355193A
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English (en)
Inventor
Osamu Mitomi
修 三冨
Kazuo Kasatani
和生 笠谷
Yuichi Tomori
裕一 東盛
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光が出射または入射される端面を
有する光導波路とその光導波路に光学的に連結された光
回路素子とを有する光デバイスに関し、光導波路の端面
の反射による動作特性の変動分を十分に抑圧することを
目的とする。 【構成】 端面において光軸を傾斜させ、かつ漸次断面
積を拡大または縮小させて基板上に形成された光導波路
と、光導波路に光学的に結合した光回路素子とを備えて
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光が出射または入射さ
れる端面を有する光導波路とその光導波路に光学的に連
結された光回路素子とを有する光デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】単一基板上に光導波路を形成し、その光
導波路を介して種々の光回路素子を結合・配置して構成
される光集積回路は、小型軽量化に応じて振動やたわみ
等の機械的な外乱による光学的な不安定性が抑圧されて
動作特性が改善され、さらに量産性および経済性が高め
られるために、近年、多く用いられつつある。特に、光
導波路型変調器は、光導波路に光ビームを閉じ込めて伝
送することにより変調所要電力が小さくて小型であり、
かつ広帯域の特性を有して同一基板上における他の素子
との結合・集積化に敵した構造を有するために、半導体
レーザと組み合わせてモノリシックIC化した光デバイ
スに多く用いられている。
【0003】図5は、従来の光デバイスの構成例を示す
図である。図において、クラッド層51とその下に配置
されてクラッドとなる半導体基板(図示されない。)と
の間には、光導波路52が形成され、その光導波路に沿
ってDFB半導体レーザ53と外部光変調器54とが配
置される。外部光変調器54の出射口に対応した光導波
路52の端部は、上述した半導体基板およびクラッド層
51のへき開面に沿って平板状に形成された反射防止膜
55を介して外部に光学的に結合される。DFB半導体
レーザ53は光導波路52に沿って形成された電極56
を有し、外部光変調器54は同様に光導波路52に沿っ
て形成された電極57を有する。
【0004】このような構成の光デバイスでは、DFB
半導体レーザ53は、電極56に与えられる所定の電気
信号に応じてレーザ光を出射する。このようなレーザ光
は、光導波路52を介して外部光変調器54に導かれ、
その光導波路内を伝搬する間に電極57に与えられる変
調信号に応じて変調されて反射防止膜55を介して出射
される。
【0005】また、反射防止膜55は、コーティング等
によりその両面に個別に薄膜を形成し、これらの薄膜面
からの反射光の光路差を上述したレーザ光の半波長に予
め設定することにより、その光路差によって外部光変調
器54側への反射光の一部を抑圧する。したがって、反
射防止膜55は、DFB半導体レーザ53に対する反射
光の入射を抑え、外部光変調器54の変調深度に応じた
その反射光の強度および位相の変動分に対して、DFB
半導体レーザ53の発振周波数およびレーザ光の出射強
度の安定化をはかる。
【0006】さらに、このような反射光の抑圧は、コヒ
ーレント光伝送を行う通信システムでは、送信端におい
て伝送情報に応じて光信号の周波数、位相および振幅が
変調され、さらに、受信端においてこのような光信号と
局部発振された光信号とをミキシングした後に復調処理
が行われるために、特に、十分に行われなければならな
かった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の光デバイスでは、光導波路52のスポットサイズ
が約1μmと小さいために、上述した光路差を精度よく
得るためには高い製造技術が要求され、かつこのような
光路差が実現されても回折効果によって反射光の抑圧特
性が劣化するために、実際に所望の特性を有する反射防
止膜を得ることは極めて難しく、DFB半導体レーザ5
3の動作特性の安定性を高く保つことができなかった。
【0008】本発明は、光導波路の端面の反射による動
作特性の変動分を十分に抑圧できる光デバイスを提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、端面において
光軸を傾斜させ、かつ漸次断面積を拡大または縮小させ
て基板上に形成された光導波路と、光導波路に光学的に
結合した光回路素子とを備えたことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明にかかわる光デバイスでは、光回路素子
から出射され、あるいはその光回路素子を通過して光導
波路に導かれた光の一部は、その光導波路の端面で反射
されて再び光導波路内を逆方向に進む。しかし、このよ
うにして反射された光は上述した端面における光導波路
の光軸の傾斜角が大きいほど入射角が増加して導波され
難くなり、かつ光導波路はその端面におけるスポットサ
イズが大きいほど大きな回折角の反射光が導波し難くな
る特性を有する。
【0011】本発明では、このような特性に基づいて端
面からの距離に応じて漸次断面積を拡大または縮小さ
せ、かつ端面に対して光軸を傾斜させて光導波路を形成
することにより、端面におけるスポットサイズと上述し
た傾斜角とを設定し、これらの値の組合せに応じて所望
の反射減衰量を得る。
【0012】したがって、本発明を適用した光回路素子
では、上述した反射により光導波路を介して再入射され
る光の強度が抑圧されるので、その光に起因して生じる
特性の劣化や変動が軽減される。
【0013】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図1は、本発明の第一の実施例を示
す図である。
【0014】図において、(a) は図5と同様に光導波路
の光軸に沿った水平方向の断面図(以下、「上面図」と
いう。)であり、(b) はその光軸にそった垂直方向の断
面図である。なお、図5に示すものと構成が同じものに
ついては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその
説明を省略する。
【0015】本発明の特徴とする構成は、本実施例で
は、反射防止膜55が有する平面に対して光軸を所定の
角度θ傾斜させ、かつ外部光変調器54の領域から出射
端面に近づくにしたがってコアの断面積を直線的に減少
させてテーパ状に形成された光導波路11が、従来の光
導波路52に代えて設けられた点にある。また、参照番
号「12」は、クラッド層51と共に導波路11を形成
する半導体基板を示す。
【0016】なお、本実施例と請求項1に記載の発明と
の対応関係については、光導波路11は光導波路に対応
し、DFB半導体レーザ53および外部光変調器54は
光回路素子に対応する。
【0017】図2は、本実施例の動作原理を説明する図
である。以下、図1および図2を参照して本実施例の動
作を説明する。上述したようにテーパー状に成形された
光導波路11の領域では、出射端面(反射防止膜55)
に近づくほどスポットサイズの値が連続的に拡大され
る。光導波路11内では、一般に、スポットサイズが大
きいほど回折角が小さな光が導波し易くなる。さらに、
光導波路11の出射端面に発生する反射光は、上述した
角度θが大きく設定されるほど、入射角が増加するため
に光導波路11内を導波し難くなる。
【0018】したがって、角度θが0度であるときの出
射端面におけるフレネル反射量を基準とした反射光の相
対レベルで定義される反射減衰量RL は、上述した2つ
の特性の理論的な解析結果に基づく近似計算によると、
上述した図2〜に示すように、出射端面のスポット
サイズWの値が大きいほど増加し、かつ角度θに対する
変化率も増加する。
【0019】したがって、本実施例では、スポットサイ
ズWを約5μmに設定し、かつ角度θを10度に設定す
ることにより、図2に点線で示すようにDFB半導体レ
ーザ53の固有の特性に応じて許容され得る反射減衰量
α(>50dB)を達成し、DFB半導体レーザ53の発
振周波数およびレーザ光の出射強度を安定化する。
【0020】なお、本実施例では、「テーパ状の光導波
路を用いたスポットサイズの変換方法」については、詳
述されていないが、本発明は、例えば、IEEE(Photo
nicsTechnology Letters,Vol.5,no.3,pp.345-347.199
3.) の論文に記載された種々の単一モード用テーパ導波
路構造の何れも適用可能であり、さらに、テーパ部の長
さを適正な値に設定することにより、放射損失を十分に
抑圧することも可能である。
【0021】図3は、本発明の第二の実施例を示す図で
ある。本図は図5(a) に対応した上面図を示し、図にお
いて、図5に示すものと構成が同じものについては、同
じ参照番号を付与して示し、ここではその説明を省略す
る。
【0022】本実施例と図1に示す実施例との構成上の
相違点は、出射端面に反射防止膜55を配置せず、かつ
DFB半導体レーザ53に対応した領域では図5に示す
従来例と同様に出射端面に垂直に形成され、さらに、外
部光変調器54に対応した領域で曲がり導波路や全反射
鏡を用いた曲がり導波路により出射端面に傾斜させて形
成されたテーパ状の光導波路31が、光導波路11に代
えて設けられた点にある。
【0023】なお、本実施例と請求項1に記載の発明と
の対応関係については、光導波路31は光導波路に対応
し、DFB半導体レーザ53および外部光変調器54は
光回路素子に対応する。
【0024】このような構成の光デバイスでは、光導波
路31の光軸は、DFB半導体レーザ53に対応した領
域で従来例および図1に示す実施例と同様にして半導体
基板の結晶に対してミラー指数[110]の面の方向に形
成され、さらに、外部光変調器54に対応した領域で、
ミラー指数[−110]で示されるへき開面に形成された
出射端面の方向に調整される。
【0025】すなわち、DFB半導体レーザ53に対応
した光導波路31の領域が出射端面に対して傾斜させず
に形成され、かつその光導波路31が所望のへき開面に
形成される出射端面にテーパ状の導波路を介して導かれ
るので、DFB半導体レーザ53の特性を保ちつつ、図
1に示す実施例と同様にして、反射減衰量RL が大きな
値に設定され、DFB半導体レーザ53の発振周波数お
よびレーザ光の出射強度が安定化される。
【0026】図4は、本発明の第三の実施例を示す図で
ある。図において、図5に示すものと構成が同じものに
ついては、同じ参照番号を付与して示し、ここではその
説明を省略する。
【0027】本実施例の特徴とする構成は、DFB半導
体レーザ53に対応した領域に出射端側をテーパ状にし
て形成されて、かつ直線状の光軸を有する光導波路41
1 と、外部光変調器54に対応した領域に形成されて入
射端と出射端とが共にテーパ状に成形され、かつ直線状
の光軸を有する光導波路412 と、光導波路411 、4
2 間の結合部に、これらの光導波路の光軸に対して上
述した角度θ傾斜させて物理的化学的エッチングあるい
は機械的加工によって形成された溝421 と、光導波路
412 の出射端にその光導波路の光軸に対して角度θ傾
斜させて同様にして形成された溝422 とを備えた点に
ある。
【0028】なお、光導波路411 の出射端と光導波路
412 の入射端および出射端とにおけるスポットサイズ
については、簡単のため、図1に示す実施例と同様の値
(=5μm)に設定され、かつ角度θについても同様に
して10度に設定されるものとする。
【0029】また、本実施例と請求項1に記載の発明と
の対応関係については、光導波路411 および溝42
1(光導波路412 および溝422)は光導波路に対応し、
DFB半導体レーザ53(外部光変調器54)は光回路
素子に対応する。
【0030】このような構成の光デバイスでは、光導波
路411 、412 は、双方の光軸がクラッド層51上で
平行となり、かつそれぞれ溝421 に対して、その溝の
幅と上述した角度θとに応じて光学的に連結されるよう
に配置される。したがって、溝421 では、反射による
損失を抑圧して光導波路411 、412 間の効率的な光
結合が行われる。
【0031】また、溝422 は、光導波路412 の出射
端において、光軸に対して角度θ傾斜した平面を有して
図1に記載の実施例と同様の出射端面を形成する。した
がって、光導波路411 、412 は、半導体基板12上
に従来例とほぼ同じ配置関係で形成され、かつ上述した
各実施例と同様にしてテーパ状の導波路を介して出射端
面に導かれるので、DFB半導体レーザ53および外部
光変調器の特性を従来例と同様に保ちつつ、反射減衰量
L が大きな値に設定されてDFB半導体レーザ53の
発振周波数およびレーザ光の出射強度が安定化される。
【0032】なお、上述した各実施例では、DFB半導
体レーザ53と外部光変調器54とを単一基板上に結合
・配置してなるモノリシック型の光集積回路について示
したが、本発明は、このような光集積回路に限定され
ず、個々の光回路素子について、入射端面、出射端面お
よび段間の結合部の何れかに光導波路を用いたものであ
れば、その光回路素子の種類および組合せの如何にかか
わらず適用可能である。
【0033】また、上述した各実施例では、矩形の断面
を有する光導波路を用いた光デバイスについて示した
が、本発明では、このような光導波路に限定されず、所
望の光が導波され、かつ端面に発生する反射波について
所望の反射減衰量が得られるならば、円形その他の如何
なる形状の断面を有する光導波路についても適用可能で
ある。
【0034】さらに、上述した各実施例では、端面にお
けるスポットサイズを所望の値に設定するために、断面
積を直線的に変化させてテーパ状の光導波路を形成した
が、本発明では、このような断面積の変化の態様に限定
されず、光導波路内における光の導波特性を許容限度内
に保ちつつ所望の反射減衰量が得られるならば、非線型
に断面積を変化させて形成された光導波路を用いてもよ
い。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、光回路
素子から出射されたりその素子を通過して光導波路に導
かれた光の内、その光導波路の端面で反射して光導波路
を介し光回路素子に再入射される光の強度が従来例に比
べて小さな値に抑圧される。したがって、本発明を適用
した光デバイスでは、上述したように光回路素子に再入
射される光に応じて生じる特性の劣化や変動が軽減さ
れ、その光回路素子の動作の安定性が高められて性能が
向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図2】本実施例の動作原理を説明する図である。
【図3】本発明の第二の実施例を示す図である。
【図4】本発明の第三の実施例を示す図である。
【図5】従来の光デバイスの構成例を示す図である。
【符号の説明】
11,31,41,52 光導波路 12 半導体基板 42 溝 51 クラッド層 53 DFB半導体レーザ 54 外部光変調器 55 反射防止膜 56,57 電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 端面において光軸を傾斜させ、かつ漸次
    断面積を拡大または縮小させて基板上に形成された光導
    波路と、 前記光導波路に光学的に結合した光回路素子とを備えた
    ことを特徴とする光デバイス。
JP16355193A 1993-07-01 1993-07-01 光デバイス Pending JPH0720359A (ja)

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