JPS603606A - Optical coupling device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain an optical coupling device causing a small coupling loss by preparing a substrate having an embedded optical waveguide under one principal face and by removing a part of the principal face around the incident end of the waveguide and except the waveguide to a prescribed depth by a prescribed length. CONSTITUTION:Ti is thermally diffused in an LiNbO3Y substrate 1' to form an optical waveguide 3', and a part 1'A of the substrate around the incident end 4 of the waveguide 3' and except the waveguide 3' is removed to a prescribed depth by a prescribed length to project a region 3'A including the end 4 of the waveguide 3'. Thus, an optical coupling device causing a small coupling loss to an optical fiber is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光通信、光情報処理などで使用されるファイ
バ出力光、レーザ出力光などと光導波路を低損失で結合
させる光結合装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an optical coupling device that couples optical waveguides with fiber output light, laser output light, etc. used in optical communication, optical information processing, etc. with low loss. be.

従来例の構成とその問題点 従来より光変調器、光スィッチなどの元素子はＬ　ｘ　
Ｎｂ　Ｏ３，Ｌ　Ｉ　Ｔ　ａ０３などの基板にＴｉなど
の金属を拡散することによシ埋め込み光導波路を形成す
ることにより構成されていた。上述のような光素子には
ＬｉＮｂＯ３のＹ板が主に用いられる。第１図は従来の
Ｌ　ｉ　Ｎｂ０ａ　Ｙ板１上に形成された光導波路３と
ファイバ２との結合方法を示した斜視図である。Conventional configuration and its problems Traditionally, elements such as optical modulators and optical switches are L x
It was constructed by forming a buried optical waveguide by diffusing a metal such as Ti into a substrate such as Nb O3 or L I T a03. LiNbO3 Y plates are mainly used in optical devices such as those described above. FIG. 1 is a perspective view showing a conventional method of coupling an optical waveguide 3 formed on a L i Nb0a Y plate 1 and a fiber 2. As shown in FIG.

第１図のようにＬ　Ｉ　Ｎｂ０３Ｙ板１では横方向の拡
散係数が深さ方向に比べてかなり大きく、ファイバ２と
光導波路３を結合させる場合、光ファイバ２のコア形状
と光導波路の入射端面部分４の形状が大きく違うため、
光の結合損失が非常に大きくなっていた。As shown in Fig. 1, in the L I Nb03Y plate 1, the diffusion coefficient in the lateral direction is considerably larger than that in the depth direction. Because the shape of part 4 is greatly different,
The coupling loss of light was extremely large.

発明の目的 本発明の目的は、上記のように従来では大きく異なって
いた入力光形状と光導波路端面部分形状を近付けること
により、結合損失を減少させる光結合装置を提供するこ
とにある。OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical coupling device that reduces coupling loss by bringing the shape of the input light closer to the shape of the end face of the optical waveguide, which were conventionally very different, as described above.

発明の構成 本発明による光結合装置は、−主面に埋め込み光導波路
を有する基板で構成され、前記−主面の一部領域の前記
光導波路を除く部分が、前記光導波路の入射端面より所
定の長さにわたって所定の深さだけ除去された構成でな
る。また、本発明は前記光導波路周囲に光導波路よりも
低い屈折率を有する物質を形成したものである。Composition of the Invention The optical coupling device according to the present invention is comprised of a substrate having an embedded optical waveguide in its main surface, and a portion of the main surface other than the optical waveguide is located at a predetermined distance from the incident end surface of the optical waveguide. It consists of a structure in which a predetermined depth is removed over the length of the . Further, in the present invention, a material having a refractive index lower than that of the optical waveguide is formed around the optical waveguide.

実施例の説明 第２図は本発明による光結合装置の第１の実施例の構成
を示した斜視図である。第２図においてＬ　Ｉ　ＮｂＯ
５Ｙ板１′にＴｉを熱拡散することにより光導波路ぎが
形成さｐている。また、との光導波路３′の光の入射端
面細分４を含む一部領域３／Ａが基板の一生面１Ａより
も突出して凸状部となっている。すなわち、光導波路３
′の入射端面周辺の基板の一部が除去されたものである
。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a first embodiment of an optical coupling device according to the present invention. In Figure 2, L I NbO
An optical waveguide is formed by thermally diffusing Ti onto the 5Y plate 1'. Further, a partial region 3/A including the light incident end surface subdivision 4 of the optical waveguide 3' is a convex portion that protrudes beyond the whole surface 1A of the substrate. That is, the optical waveguide 3
A part of the substrate around the incident end face of ' is removed.

第３図は本発明による第１の実施例の光結合装置とファ
イバとの結合を示した上面図である。第３図においてフ
ァイバ２とＬ　Ｉ　ＮｂＯ５Ｙ板１′上に形成された光
導波路３′の入射端面部分４とを付き合せ接続している
。なおファイバ２はシングルモードファイバでコア径は
６μｍ、光導波路３′の凸状部３久は幅６μｍ、高さ５
μｍ、長さ１０μｍである。この構成により、本発明に
よる光結合装置を用いない場合の結合損失カー５ｄＢで
あったものが、この第１の実施例の光結合装置を用いる
ことにより２ｄＢにまで低減することができた。FIG. 3 is a top view showing the coupling between the optical coupling device of the first embodiment of the present invention and a fiber. In FIG. 3, the fiber 2 and the input end face portion 4 of the optical waveguide 3' formed on the L I NbO5Y plate 1' are connected together. The fiber 2 is a single mode fiber with a core diameter of 6 μm, and the convex portion 3 of the optical waveguide 3' has a width of 6 μm and a height of 5 μm.
The length is 10 μm. With this configuration, the coupling loss, which was 5 dB when the optical coupling device according to the present invention was not used, could be reduced to 2 dB by using the optical coupling device of the first embodiment.

次に第４図に本発明による光結合回路の第１の実施例の
作製方法を示す。第４図（ａ）において、Ｌ　ｚ　Ｎｂ
０３Ｙ板１′に通常のフォトレジスト法により７オトレ
ジスト膜７に幅１０μＩ１１の抜きパターン８を形成し
た。この抜きパターン８の直下に第２図で示した光導波
路が形成されることとなる。次にＴｉを２００人程度蒸
着し、フォトレジスト膜７を除去する通常のリフトオフ
法により幅１０μｍ程度のＴｉ膜９を形成した（ｂ）。Next, FIG. 4 shows a method for manufacturing the first embodiment of the optical coupling circuit according to the present invention. In FIG. 4(a), L z Nb
A cut-out pattern 8 having a width of 10 μI11 was formed on the photoresist film 7 of the 03Y plate 1' by a conventional photoresist method. The optical waveguide shown in FIG. 2 is formed directly below this punched pattern 8. Next, Ti was deposited by about 200 people, and a Ti film 9 having a width of about 10 μm was formed by the usual lift-off method of removing the photoresist film 7 (b).

次にＴｉ膜９を形成シたＬｉＮｂｏ３Ｙｉ１”ｉｚ　９
６０°Ｃで５時間熱拡散することによシ光導波路３′を
形成した（ｃ）。Next, a Ti film 9 was formed, LiNbo3Yi1"iz 9
The optical waveguide 3' was formed by thermal diffusion at 60° C. for 5 hours (c).

次に通常のフォトレジスト法により第２図における光導
波路３′の凸状部３入を除いた領域にフォ　１トレジス
ト膜の抜きパターン１０を形成した（ｄ）。Next, a punched pattern 10 of the photoresist film was formed in the area excluding the three convex portions of the optical waveguide 3' in FIG. 2 by a conventional photoresist method (d).

ここで、第２図における光導波路３′の凸状部３Ａおよ
び一部領域を除いた領域は、フォトレジスト膜１１でお
おった。最後に７オトレジスト膜１１をマスクとしてＬ
ｉＮｂ０３Ｙ板１′を通常のドライエツチング法によシ
エッチングすることにより抜きパターン１０直下部分の
基板１″ｆ：５μｍ程度除去した後、フォトレジスト膜
１１を除去した（ｅ）。以上のような工程によシ第２図
に示すような第１の実施額の光結合装置が作製された。Here, the area other than the convex portion 3A and a part of the optical waveguide 3' in FIG. 2 was covered with a photoresist film 11. Finally, using the 7 photoresist film 11 as a mask, L
The iNb03Y plate 1' was etched by a normal dry etching method to remove a portion of the substrate 1''f: approximately 5 μm directly below the punched pattern 10, and then the photoresist film 11 was removed (e).The above steps were performed. A first embodiment of the optical coupling device as shown in FIG. 2 was fabricated.

第５図は本発明による光結合回路の第２の実施例の斜視
図である。第５図では、凸状部３／Ａが形成された一生
面１′Ｉｉ、の部分が、基板１′をチーツク−状に除去
して形成されており、第５図において凸状となっだ光導
波路部分３入との結合はよりなめらかとなる。したがっ
て結合部での光の反射が無視できるのでさらに結合損失
を小さくできる。実際筒１の実施例と同様の状態での結
合損失は１ｄＢとなった。FIG. 5 is a perspective view of a second embodiment of the optical coupling circuit according to the invention. In Fig. 5, the part of the whole surface 1'Ii on which the convex part 3/A is formed is formed by removing the substrate 1' in a cheek-like shape, and in Fig. The coupling with the optical waveguide section 3 becomes smoother. Therefore, since the reflection of light at the coupling portion can be ignored, the coupling loss can be further reduced. In fact, the coupling loss in the same condition as in the example of tube 1 was 1 dB.

次にこの第２の実施例の作製方法を第６図に示す。第６
図（ａ）において、第１の実施例と同様の方法でＬ　ｚ
　ＮｂＯ５Ｙ板１１上に形成したＴ１膜９にフォトレジ
スト法により抜きノζターン１０′を形成する。Next, a method of manufacturing this second embodiment is shown in FIG. 6th
In Figure (a), L z
A punched ζ turn 10' is formed on the T1 film 9 formed on the NbO5Y plate 11 by a photoresist method.

Ｔｉ膜膜上上はフォトレジスト１１′が残っている。A photoresist 11' remains on the Ti film.

次にフォトレジスト１１′をマスクとしてＬ　Ｉ　Ｎｂ
０３Ｙ板１′を６μｍ程度ドライエ、ノチングする（ｂ
）。最後に７オトレジスト１１′を有機溶剤で除去した
後、第１の実施例と同様の熱拡散を行って光導波路３′
を形成することにより、光結合装置が作製される（Ｃ）
。Next, using the photoresist 11' as a mask, L I Nb
Dry and notch the 03Y plate 1' to about 6 μm (b
). Finally, after removing the photoresist 11' with an organic solvent, the same thermal diffusion as in the first embodiment is performed to form the optical waveguide 3'.
An optical coupling device is produced by forming (C)
.

第７図は本発明による光結合装置の第３の実施例の構成
を示しだ斜視図である。第７図において光導波路３′の
凸状部３人の周囲にはＳ　ｚ　０２層１２を形成した。FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a third embodiment of the optical coupling device according to the present invention. In FIG. 7, an S z 02 layer 12 was formed around the three convex portions of the optical waveguide 3'.

６０８１０２層１２ハＬｉＮｂｏ３Ｙ板１′ヨリも低い
屈折率を有しており、光の凸状部３入での導波損失を防
いでいる。このＳ　ｚ　０２層１２を形成することによ
り導波損失が０．３　ｄＢ改善できた。The 608102 layer 12 LiNbo3Y plate 1' also has a low refractive index, which prevents waveguide loss when light enters the convex portion 3. By forming this S z 02 layer 12, the waveguide loss could be improved by 0.3 dB.

以上の実施例ではＬ　Ｌ　Ｎｂ０３Ｙ板にＴｉを拡散し
た拡散導波路を用いたが、これに限らずイオン交換導波
路、イオン注入導波路などの埋め込み導波路でも良い。In the above embodiments, a diffusion waveguide in which Ti is diffused in the L L Nb03Y plate is used, but the present invention is not limited to this, and buried waveguides such as ion exchange waveguides and ion implantation waveguides may also be used.

また光導波路凸状部の長さはエツチングによる導波路側
面よりの散乱損失が問題にならない程度例えば１００μ
ｍ以下であれば良い。In addition, the length of the convex portion of the optical waveguide is set to such an extent that scattering loss from the side surface of the waveguide due to etching does not become a problem, for example, 100 μm.
It is sufficient if it is less than m.

また基板としてはＬ　ｚ　ＮｂＯ３を用いたが、Ｌ　Ｉ
　Ｔ　ａｏｓなどの強誘電体、ガラスなどの誘電体、Ｚ
ｎＳなどのＢ−■化合物、ＧａＡｓなどの■−■化合物
でも良い。また本発明による光結合装置の光導波路の凸
状部の導波損失を防ぐ物質としてＳｉＯ２を用いたが、
基板より低屈折率を有するものであればこれに限ること
はない。Furthermore, L z NbO3 was used as the substrate, but L I
Ferroelectric materials such as Taos, dielectric materials such as glass, Z
A B-■ compound such as nS or a ■-■ compound such as GaAs may be used. Furthermore, although SiO2 was used as a substance to prevent waveguide loss in the convex portion of the optical waveguide of the optical coupling device according to the present invention,
The material is not limited to this as long as it has a lower refractive index than the substrate.

発明の詳細 な説明したように本発明の光結合装置によれば従来では
非常に大きかった光導波路への結合損失を光導波路端面
部分の形状を入力光形状に近付けることが可能とな９、
最大４ｄＢ改善させることができた。また、光導波路端
面部分囲に基板よりも低い屈折率を有する物質を形成す
ることにより、一層導波損失を改善することができる。As described in detail, the optical coupling device of the present invention makes it possible to reduce the coupling loss to the optical waveguide, which was extremely large in the past, by making the shape of the end face of the optical waveguide closer to the shape of the input light9.
We were able to improve this by up to 4dB. Furthermore, by forming a material having a lower refractive index than the substrate around the end face portion of the optical waveguide, waveguide loss can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来のファイバと光導波路の結合を示す斜視図
、第２図は本発明による光結合装置の第１の実施例の構
成を示しだ斜視図、第３図は本発明による第１の実施例
の光結合装置とファイバとの結合を示す上面図、第４図
ａ　−ｅは本発明による光結合装置の第１の実施例の作
製工程を示す測面図、第６図は本発明による光結合装置
の第２の実施例の構成を示した斜視図、第６図ａ　−Ｃ
は本発明による光結合装置の第２の実施例の作製工程を
示す断面図、第７図は本発明による光結合装置の第３の
実施例の構成を示した斜視図である。 １′・・・・・・Ｌ　Ｉ　Ｎｂ０３Ｙ　９．２・・・・
・・フフイバ、３′・・・・・・光導波路、３入・・・
・・・凸状部、４・・・・・・入射端面部分、９・・・
・・・Ｔｉ膜、１２・・・・・・５１０２゜代理人の氏
名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名う 第１図 第２図 第３図 ＩＡ’ 第４図 ７／７ （１７１）　３′ 第５図 第６図 ｂＪ ３′ 第７図 、９′FIG. 1 is a perspective view showing a conventional coupling between a fiber and an optical waveguide, FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a first embodiment of an optical coupling device according to the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a first embodiment of an optical coupling device according to the present invention. FIGS. 4a to 4e are surface views showing the manufacturing process of the first embodiment of the optical coupling device according to the present invention, and FIG. Perspective views showing the configuration of the second embodiment of the optical coupling device according to the invention, FIGS. 6a-C
7 is a sectional view showing the manufacturing process of a second embodiment of the optical coupling device according to the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the third embodiment of the optical coupling device according to the present invention. 1'...L I Nb03Y 9.2...
...Fiberglass, 3'...Optical waveguide, 3 inputs...
...Convex portion, 4...Incidence end surface portion, 9...
...Ti film, 12...5102゜Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and one other person Figure 1 Figure 2 Figure 3 IA' Figure 4 7/7 (171) 3 ' Fig. 5 Fig. 6 bJ 3' Fig. 7, 9'

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）基板の一生面に埋め込み光導波路を形成し、前記
基板の一生面の一部領域の前記光導波路を除く部分が前
記光導波路の入射端面より所定の長さにわたって所定の
深さだけ除去されてなることを特徴とする光結合装置。(1) An embedded optical waveguide is formed on the whole surface of the substrate, and a part of the whole surface of the substrate excluding the optical waveguide is removed by a predetermined depth over a predetermined length from the input end surface of the optical waveguide. An optical coupling device characterized by: （２）光導波路周囲に前記基板よりも低い屈折率を有す
る物質を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光結合装置。(2) A substance having a lower refractive index than the substrate is formed around the optical waveguide.
Optical coupling device as described in section.