JPH0973026A

JPH0973026A - 一体型光接続構造

Info

Publication number: JPH0973026A
Application number: JP22818295A
Authority: JP
Inventors: Masato Ishioka; 昌人石岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は外乱に強く、小型で、低コストの光接
続構造を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る一体型光接続構造は、基板１
の表面に設けた光導波路３と、基板１の裏面に設けた回
折格子型レンズ７と、基板表面の斜エッチング窓を利用
したリフレクタ９を備え、リフレクタ９は、回折格子型
レンズ７を通って入射した光が焦点を結ぶ位置に設置さ
れ、回折格子型レンズ７を通って入射した光５を前記光
導波路３に導くことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面光導波路を用
いたデバイスと、光ファイバおよび空間光との光接続構
造に関する。本発明は、平面光導波路を用いているデバ
イス部品が組み込まれている装置全般に利用することが
できる。

【０００２】

【従来の技術】一装置内の小型光源（例えば、半導体レ
ーザ）と平面光導波路デバイスとの光接続に必要な従来
の技術には、主に以下の（１）と、（２）の方法があ
る。（１）従来技術１従来技術１は、小型光源からの空間光を、一旦、光ファ
イバに光結合させ、光ファイバを光伝送媒体として利用
し、その端面と導波路基板端面との直接接着で光接続を
行なう手法である。

【０００３】図４にその一例を示し、説明する。小型光
源１０５（この例では、ファイバ出力半導体レーザモジ
ュール）からの光は、光ファイバ１０３を通して伝搬光
１０４となって平面光導波路１０１の端面１０２に直接
光接続される。

【０００４】この時、光ファイバ１０３の末端面１００
と平面光導波路１０１の端面１０２は、光学接着剤によ
り固定される。（２）従来技術２従来技術１は、微小レンズ（ボール、ロッドレンズ等）
を組み合わせた空間光接続の手法である。

【０００５】図５にその一例を示し、説明する。小型光
源３０５（この例ではキャンタイプ半導体レーザ）から
の発散光３０７は、ボールレンズ３０４によって平行光
３０９に変換され、光軸３０６の方向に伝搬し、ロッド
レンズ３０３で収束光３０８に変換され、平面光導波路
１０１の端面１０２に光結合する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術における、
平面光導波路との光接続には、光ファイバや、小型光源
の端面や、微小光学（屈折型）レンズ等の光学部品が必
要であった。そのため以下の課題がある。（１）従来技術１（図４）における課題光ファイバによる直接光接続では、装置内において光フ
ァイバを収納するスペースが必要なため、装置全体が大
型化する。

【０００７】また、光ファイバ端面の微小面積（φ１２
５μｍ）に対し接着するため、外乱に弱い。その上、、
接続端面の高精度な研磨工程が必要なため、高コストの
原因となっている。（２）従来技術２（図５）における課題微小光学レンズ群による空間光接続では、光源、平面光
導波路の光軸に対する個々のレンズの位置合わせが難し
い。

【０００８】また、外乱による導波路端面の各軸（ｘ，
ｙ，ｚ，θ）の相対位置のズレによる結合効率の低下が
問題になる。そのうえ、（１）と同様に、接続端面の高
精度な研磨工程が必要なことが問題になっている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタを備え、
（Ｄ）前記リフレクタは、回折格子型レンズを通って入
射した光が焦点を結ぶ位置に設置され、前記回折格子型
レンズを通って入射した光を前記光導波路に導くことを
特徴とする。（第２の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタを備え、
（Ｄ）前記リフレクタは、回折格子型レンズを通って入
射した光が焦点を結ぶ位置に設置され、前記光導波路か
らの光を回折格子型レンズを通過する方向に反射させる
ことを特徴とする。（第３の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタと、（Ｄ）コ
ネクタ付光ファイバを備え、（Ｅ）前記回折格子型レン
ズは、前記光ファイバのフェルール先端からの発散光
が、前記リフレクタ上に焦点を結ぶように、基板の裏面
に設置され、（Ｆ）前記リフレクタは、前記光ファイバ
の中を通過し、フェルール先端から回折格子型レンズに
照射された光を、前記光導波路に導くことを特徴とす
る。（第４の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタと、（Ｄ）コ
ネクタ付光ファイバを備え、（Ｅ）前記回折格子型レン
ズは、前記光ファイバのフェルール先端からの発散光
が、前記リフレクタ上に焦点を結ぶように、基板の裏面
に設置され、（Ｆ）前記リフレクタは、前記光導波路を
通過した光を回折格子型レンズを通過する方向に反射さ
せ、前記光ファイバ中に入射させることを特徴とする。（第５の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタと、（Ｄ）コ
ネクタ付光ファイバを備え、（Ｅ）前記光ファイバのフ
ェルール先端からの照射される光が、前記回折格子型レ
ンズを通った後、前記リフレクタ上に焦点を結ぶよう
に、前記光ファイバを固定する手段を有することを特徴
とする。（第６の手段）本発明に係る一体型光接続構造は、
（Ａ）基板の表面に設けた光導波路と、（Ｂ）前記基板
の裏面に設けた回折格子型レンズと、（Ｃ）前記基板表
面の斜エッチング窓を利用したリフレクタと、（Ｄ）コ
ネクタ付光ファイバを備え、（Ｅ）前記光導波路を通過
し、前記リフレクタで反射され、前記回折格子型レンズ
を通過した光が前記光ファイバの中に入射する位置に、
該光ファイバを固定する手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】従来技術（１）の接着材固定における光フ
ァイバ直接端面接続の不安定さの問題は、本発明に係る
一体型光接続構造によれば、回折格子型レンズと導波路
とを一つの基板に一体型化することで、光ファイバ端面
と導波路側基板との非接触な結合が実現でき、接着材が
介在しない高安定な光接続が可能となる。

【００１１】また、光源から直接空間を伝搬する様々な
形態のビームに合わせた平面回折パターンの設計によ
り、あえて光ファイバを経由する必要のない構造のもの
には、光源からの非接触な光接続も可能であり、装置の
小型化が実現できる。

【００１２】従来技術（２）における問題、すなわち、
結合レンズと平面光導波路基板とが分離している構造の
ため、相対的な位置ズレは避けられないという問題は、
本発明に係る一体型光接続構造によれば、一枚の基板で
導波路と回折格子型レンズが構成されている（モノシリ
ック構造）ので、フォトリソグラフィの高精度な導波路
部と回折レンズの位置合わせが可能になる。

【００１３】これより、極めて安定で位置ズレのない光
接続が実現できる。また、接続は基板中で行なわれるた
め、従来技術（１）と（２）の共通課題である高精度な
端面研磨は不要になる。

【００１４】以上の手段により、従来技術（１）と
（２）の課題を解決することができる。そして、次のよ
うに作用する。外部入力光は導波路基板裏面の回折格子
型レンズによって、導波路端の斜エッチングリフレクタ
へ集光し、導波路へ伝搬する向きに変換され、光接続が
行なわれる。これらの構成部品は、すべて、単一基板上
に集積されているため、外乱による位置ズレはなくな
る。また端面研磨も不要になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図３
に示す。（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態、すな
わち回折格子型レンズ一体型平面光導波路接続構造によ
る外部空間平行光との接続の形態を、図１および図２に
しめす。

【００１６】第１の実施の形態においては、入力部は、
基板裏面にある回折格子型レンズ７と、基板表面にある
斜エッチングによるリフレクタ９（反射膜として金属膜
２をコーティング）と、導波路３により構成されてい
る。

【００１７】出力部８においても、入力部と同様な構成
をしているので、外部光との入出力が可能である。図１
を用いて本光接続構造の動作について説明する。

【００１８】外部からの垂直入射空間平行光（導波路断
面に比べ十分大きいビーム径）５が回折格子型レンズ７
に入射すると、レンズと同等な作用をする回折光６が生
じ、導波路基板中１を伝搬する。

【００１９】この場合の導波基板１は、回折型レンズを
採用しているため、特に材質は選ばないのが特徴であ
る。集光動作する回折光６は、導波路端にある斜エッチ
ングによるリフレクタ９の反射金属膜２上に焦点を結
び、これによって、回折光６は導波路伝搬方向に反射
し、光路を変換して導波路３を伝搬する導波光４とな
る。

【００２０】導波光４の出力側は、前述と逆の動作をし
て、外部に出力光８として取り出される。従って、結合
レンズに回折型レンズを採用することで、基板材料を選
ばず導波路との表裏面における一体型構造が成り立ち、
かつ斜エッチングによるリフレクタにより、導波路への
光接続が可能になる。

【００２１】これらは、すべてプレーナ技術を用いた一
体型構造であり、これまでの光学接着材を全く使用して
いないため、極めて安定な光接続が、低コストで実現で
きることになる。（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図３
にしめす。

【００２２】第２の実施の形態においては、導波路３０
と、斜エッチングによるリフレクタ２８と、回折格子型
レンズ２５とが、基板２４において一体型構造を成して
おり、それらとコネク付光ファイバ２１とをホールドす
るパッケージング２３により、全体を構成している。

【００２３】つぎに、第２の実施の形態（図３）の動作
を説明する。第２の実施の形態の基本動作は、第１の実
施の形態の場合と同じである。すなわち、コネクタ付光
ファイバ２１のフェルール先端２２からの発散光２６
が、斜エッチングによるリフレクタ２８上に焦点を結ぶ
ような平面パターンの回折格子型レンズ２５を、基板２
４の裏面に作製することで、第１の実施の形態と同等な
作用をする。

【００２４】フェルール先端２２と基板２４とは空間的
に離れているので、その相対位置関係を固定するため
に、パッケージ２３で本発明の光接続構造全体を保持し
ている。

【００２５】パッケージ２３と光接続構造とは、接着材
以外の固定方法を採用することができる。例えば、基板
にメタライズした半田固定等により、外乱に強い光接続
を、光ファイバにおいても実現できる。なおかつ、その
ままコネクタ付光ファイバによる脱着が自由にできるの
で、簡便で低コストな光接続を実現することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明では結合レンズに回折格子型レン
ズを採用し、導波路に対して垂直な集光を、導波路へ水
平な方向に変換するための斜エッチングリフレクタを一
枚の導波路基板に集積し、一体構造にしているので、以
下に記載するような効果を奏する。（１）接着材等を一切使わないため、外乱（位置ズレ）
に強い導波路への光接続が可能になる。（２）すべての構成部品が共通のプレーナ技術によって
実現できるため、光接続の低コスト化が可能になる。（３）コネクタ付光ファイバによる簡便な光接続が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である「回折格子型
レンズ一体型平面光導波路と空間平行光との光接続構
造」の動作原理を説明する断面図。

【図２】図１の「回折格子型レンズ一体型平面光導波路
と空間平行光との光接続構造」の構成を示す斜視図。

【図３】本発明の第２の実施の形態である「回折格子型
レンズ一体型平面光導波路と光ファイバとの光接続構
造」の構成並びに動作原理を説明するための断面拡大
図。

【図４】従来技術１の「光接続技術」の構成図。

【図５】従来技術２の「光接続技術」の構成図。

【符号の説明】

１…光導波路基板、２…金属反射膜、３…光導波路、４…導波光、５…空間平行光（入射光）、６…回折光、７…回折格子型レンズ、８…空間平行光（出射光）、９…リフレクタ、２１…コネクタ付光ファイバ、２２…フェルール先端、２３…パッケージ（外装）、２４…光導波路基板、２５…回折格子型レンズ、２６…発散光（入射光）、２７…回折光、２８…リフレクタ、２９…金属反射膜、３０…光導波路、３１…導波光、１００…光ファイバ接続端面、１０１…チャネル光導波路、１０２…チャネル導波路端面、１０３…光ファイバ、１０４…伝搬光、１０５…光ファイバ出力型半導体レーザモジュール、３０３…ロッドレンズ、３０４…ボールレンズ、３０５…キャンタイプ半導体レーザ、３０６…光軸、３０７…発散出力光、３０８…収束光、３０９…平行光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）基板（１）の表面に設けた光導波路
（３）と、（Ｂ）前記基板（１）の裏面に設けた回折格
子型レンズ（７）と、（Ｃ）前記基板表面の斜エッチン
グ窓を利用したリフレクタ（９）を備え、（Ｄ）前記リ
フレクタ（９）は、回折格子型レンズ（７）を通って入
射した光が焦点を結ぶ位置に設置され、前記回折格子型
レンズ（７）を通って入射した光（５）を前記光導波路
（３）に導くことを特徴とする一体型光接続構造。
【請求項２】（Ａ）基板（１）の表面に設けた光導波路
（３）と、（Ｂ）前記基板（１）の裏面に設けた回折格
子型レンズ（７）と、（Ｃ）前記基板表面の斜エッチン
グ窓を利用したリフレクタ（９）を備え、（Ｄ）前記リ
フレクタ（９）は、回折格子型レンズ（７）を通って入
射した光が焦点を結ぶ位置に設置され、前記光導波路
（３）からの光を回折格子型レンズ（７）を通過する方
向に反射させることを特徴とする一体型光接続構造。
【請求項３】（Ａ）基板（２４）の表面に設けた光導波
路（３０）と、（Ｂ）前記基板（２４）の裏面に設けた
回折格子型レンズ（２５）と、（Ｃ）前記基板表面の斜
エッチング窓を利用したリフレクタ（２８）と、（Ｄ）
コネクタ付光ファイバ（２１）を備え、（Ｅ）前記回折
格子型レンズ（２５）は、前記光ファイバ（２１）のフ
ェルール先端（２２）からの発散光（２６）が、前記リ
フレクタ（２８）上に焦点を結ぶように、基板（２４）
の裏面に設置され、（Ｆ）前記リフレクタ（２８）は、
前記光ファイバ（２１）の中を通過し、フェルール先端
（２２）から回折格子型レンズ（２５）に照射された光
（２６）を、前記光導波路（３０）に導くことを特徴と
する一体型光接続構造。
【請求項４】（Ａ）基板（２４）の表面に設けた光導波
路（３０）と、（Ｂ）前記基板（２４）の裏面に設けた
回折格子型レンズ（２５）と、（Ｃ）前記基板表面の斜
エッチング窓を利用したリフレクタ（２８）と、（Ｄ）
コネクタ付光ファイバ（２１）を備え、（Ｅ）前記回折
格子型レンズ（２５）は、前記光ファイバ（２１）のフ
ェルール先端（２２）からの発散光（２６）が、前記リ
フレクタ（２８）上に焦点を結ぶように、基板（２４）
の裏面に設置され、（Ｆ）前記リフレクタ（２８）は、
前記光導波路（３０）を通過した光を回折格子型レンズ
（２５）を通過する方向に反射させ、前記光ファイバ
（２１）中に入射させることを特徴とする一体型光接続
構造。
【請求項５】（Ａ）基板（２４）の表面に設けた光導波
路（３０）と、（Ｂ）前記基板（２４）の裏面に設けた
回折格子型レンズ（２５）と、（Ｃ）前記基板表面の斜
エッチング窓を利用したリフレクタ（２８）と、（Ｄ）
コネクタ付光ファイバ（２１）を備え、（Ｅ）前記光フ
ァイバ（２１）のフェルール先端（２２）からの照射さ
れる光が、前記回折格子型レンズ（２５）を通った後、
前記リフレクタ（２８）上に焦点を結ぶように、前記光
ファイバ（２１）を固定する手段（２３）を有すること
を特徴とする一体型光接続構造。
【請求項６】（Ａ）基板（２４）の表面に設けた光導波
路（３０）と、（Ｂ）前記基板（２４）の裏面に設けた
回折格子型レンズ（２５）と、（Ｃ）前記基板表面の斜
エッチング窓を利用したリフレクタ（２８）と、（Ｄ）
コネクタ付光ファイバ（２１）を備え、（Ｅ）前記光導
波路（３０）を通過し、前記リフレクタ（２８）で反射
され、前記回折格子型レンズ（２５）を通過した光が前
記光ファイバ（２１）の中に入射する位置に、該光ファ
イバ（２１）を固定する手段（２３）を設けたことを特
徴とする一体型光接続構造。