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JPH09159865A - Optical waveguide connection structure - Google Patents

Optical waveguide connection structure

Info

Publication number
JPH09159865A
JPH09159865A JP32029895A JP32029895A JPH09159865A JP H09159865 A JPH09159865 A JP H09159865A JP 32029895 A JP32029895 A JP 32029895A JP 32029895 A JP32029895 A JP 32029895A JP H09159865 A JPH09159865 A JP H09159865A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
core
substrate type
refractive index
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP32029895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichiro Asakawa
修一郎 浅川
Akira Nagase
亮 長瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP32029895A priority Critical patent/JPH09159865A/en
Publication of JPH09159865A publication Critical patent/JPH09159865A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the connection structure which can reduce connection loss and reflection attenuation without requiring high precision for a device and operation for connection or requiring any spot size converter. SOLUTION: Optical fibers 22 having cores 22a worked increasing in sectional area gradually with the distance from the tips are arranged on a substrate type optical waveguide 21 having the top surface of a core 21a exposed so that their flanks come into contact with each other, thereby constituting a coupling part 24. At this time, the substrate type optical waveguide 21 and optical fibers 22 are so set that the cord 22a is a little higher in refractive index than the core 21a on the opposite side from the tip of the core 22a of the coupling part 24 or the core 22a is a little larger in sectional area than the core 21a when both the cores 21a and 22a are nearly equal in refractive index.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光を導波伝搬する
コア及び該コアよりも屈折率がわずかに小さいクラッド
を有する光導波路同士、特に基板上に形成された光導波
路(以下、基板型光導波路と称す。)と光ファイバとの
接続に適した接続構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical waveguides having a core for guiding and propagating light and a clad having a refractive index slightly smaller than that of the core, particularly an optical waveguide formed on a substrate (hereinafter referred to as substrate type). (Referred to as an optical waveguide) and an optical fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に光導波路とともに発光素子、受
光素子、光変調器等の光回路素子を形成してなる光集積
回路は、高度な光信号処理が可能であり、量産性、安定
性、コスト性等の観点から、光ファイバ通信を始めとす
る光産業における主要な部品となりつつある。この光集
積回路を実際に使用する場合、処理すべき光信号を外部
から入力し、あるいは処理した光信号を外部へ出力する
には、光ファイバを用いるのが一般的である。従って、
光集積回路の実装においては、光集積回路内の基板型光
導波路と光入出力用の光ファイバとの光学的な接続が非
常に重要な問題となっている。
2. Description of the Related Art An optical integrated circuit in which an optical circuit element such as a light emitting element, a light receiving element and an optical modulator is formed on a substrate together with an optical waveguide is capable of advanced optical signal processing, mass productivity and stability. From the viewpoint of cost efficiency, it is becoming a major component in the optical industry including optical fiber communication. When this optical integrated circuit is actually used, an optical fiber is generally used to input an optical signal to be processed from the outside or output the processed optical signal to the outside. Therefore,
In mounting an optical integrated circuit, optical connection between a substrate type optical waveguide in the optical integrated circuit and an optical fiber for optical input / output has become a very important problem.

【0003】この光学的な接続に対する要求としては、
実用上の観点から、主として次の2つがある。第1は、
本来、伝達されるべき光信号の光エネルギーの一部が接
続部分で失われること、即ち接続損失を極力小さくする
ことである。第2は、本来、伝達されるべき光信号の光
エネルギーの一部が接続部分で反射され、伝達方向とは
反対方向に戻ってゆくこと、即ち反射戻り光を極力少な
くすることであり、別の表現をすれば反射減衰量を極力
小さくすることである。
The requirements for this optical connection are:
From a practical point of view, there are mainly the following two. The first is
Essentially, a part of the optical energy of the optical signal to be transmitted is lost at the connection portion, that is, the connection loss is minimized. Secondly, originally, a part of the optical energy of the optical signal to be transmitted is reflected at the connection portion and returns in the direction opposite to the transmission direction, that is, the reflected return light is reduced as much as possible. The expression is to minimize the return loss.

【0004】基板型光導波路と光ファイバとを光学的に
接続することは、基板型光導波路及び光ファイバのコア
を伝搬する導波モード同士を光結合させることであり、
このような結合を実現する接続構造として、従来、(1)
突き合わせ結合、(2)プリズム結合、(3)方向性結合を用
いた接続構造が提案されていた。
Optically connecting the substrate type optical waveguide and the optical fiber is to optically couple the waveguide modes propagating through the core of the substrate type optical waveguide and the optical fiber,
Conventionally, as a connection structure that realizes such coupling, (1)
A connection structure using butt coupling, (2) prism coupling, and (3) directional coupling has been proposed.

【0005】図1は突き合わせ結合を用いた光導波路の
接続構造の一例を示すもので、コア1a、クラッド1b
及び基板1cよりなる基板型光導波路1の端面と、コア
2a及びクラッド2bよりなる光ファイバ2の端面と
を、コア1aと2aとが同一直線上になるように突き合
わせて接続するものである。
FIG. 1 shows an example of an optical waveguide connection structure using butt coupling, which includes a core 1a and a clad 1b.
The end face of the substrate type optical waveguide 1 composed of the substrate 1c and the end face of the optical fiber 2 composed of the core 2a and the clad 2b are butted and connected so that the cores 1a and 2a are on the same straight line.

【0006】この構造は非常に一般的であり、現在、実
用化されている接続構造のほぼ全てにおいて用いられて
いる。
This structure is very common and is used in almost all of the connection structures that are currently in practical use.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在か
ら将来に亘って使用が予想される、単一モードタイプの
基板型光導波路及び光ファイバにおいて、基板型光導波
路のコアの幅または高さ、光ファイバのコアの直径は1
0μm前後あるいはそれ以下である。このため、実用
上、十分低い接続損失を得るためには、端面同士を突き
合わせた時の基板型光導波路のコアと光ファイバのコア
との光軸のずれをおおよそ1μm以下となるように位置
決めを行う必要がある。また、この時、基板型光導波路
と光ファイバとの光軸の角度のずれもおおよそ1°以下
になるように配置する必要がある。従って、この接続構
造では、接続を行うための装置や作業に非常に高い精度
が要求され、その分、コストが高くなる欠点があった。
However, in the single mode type substrate type optical waveguide and optical fiber which are expected to be used from now to the future, the width or height of the core of the substrate type optical waveguide, Fiber core diameter is 1
It is around 0 μm or less. Therefore, in practical use, in order to obtain a sufficiently low connection loss, positioning should be performed so that the optical axis deviation between the core of the substrate type optical waveguide and the core of the optical fiber when the end faces are butted to each other is approximately 1 μm or less. There is a need to do. Further, at this time, it is necessary to dispose the substrate-type optical waveguide and the optical fiber so that the deviation of the angle of the optical axis is about 1 ° or less. Therefore, with this connection structure, there is a drawback that the device and work for making the connection require very high accuracy, and the cost becomes higher accordingly.

【0008】また、この接続構造では、通常、基板型光
導波路と光ファイバとを突き合わせた時、端面間に空隙
が生じるため、反射戻り光が発生する。これを防止する
には、基板型光導波路及び光ファイバの端面が光軸に直
交する面に対して8°程度傾くように加工したり、両者
のコアの屈折率に整合した屈折率を有する整合液あるい
は接着剤で端面間を満たす必要があり、その分、コスト
がより高くなる欠点があった。
Further, in this connection structure, when a substrate type optical waveguide and an optical fiber are butted against each other, a gap is generated between the end faces, so that reflected return light is generated. In order to prevent this, the end faces of the substrate type optical waveguide and the optical fiber are processed so as to be inclined by about 8 ° with respect to the plane orthogonal to the optical axis, or the matching has a refractive index matching the refractive index of the cores of both. It is necessary to fill the space between the end faces with a liquid or an adhesive, which has a drawback that the cost becomes higher.

【0009】さらにまた、基板型光導波路及び光ファイ
バの導波モードのフィールド分布に関するスポットサイ
ズが相違する場合は、たとえ基板型光導波路のコアと光
ファイバのコアとの光軸同士を高精度に合わせたとして
も、基板型光導波路と光ファイバとの導波モード同士の
結合損失による接続損失を避けることはできない。この
ようなスポットサイズの不整合による接続損失を避ける
ためには、基板型光導波路あるいは光ファイバにスポッ
トサイズ変換器を付加して、接続点におけるスポットサ
イズを整合させる必要があり、その分、コストがさらに
高くなる欠点があった。
Furthermore, when the spot sizes relating to the field distribution of the guided mode of the substrate type optical waveguide and the optical fiber are different, even if the optical axes of the core of the substrate type optical waveguide and the core of the optical fiber are highly accurate. Even if they are combined, the connection loss due to the coupling loss between the guided modes of the substrate type optical waveguide and the optical fiber cannot be avoided. In order to avoid such connection loss due to spot size mismatch, it is necessary to add a spot size converter to the substrate type optical waveguide or optical fiber to match the spot size at the connection point. Has the drawback of becoming even higher.

【0010】図2はプリズム結合を用いた光導波路の接
続構造の一例を示すもので、コア3a、クラッド3b及
び基板3cよりなる基板型光導波路3のコア3a上にプ
リズム4を設置しておき、コア5a及びクラッド5bよ
りなる光ファイバ5のコア5aから出射した光をレンズ
6により集光し、プリズム4を介してコア3aに入射さ
せ、導波モードとして光結合させるものである。なお、
光の可逆性により、前記と反対に基板型光導波路3から
光ファイバ5に光を伝達する場合にも適用できる。
FIG. 2 shows an example of an optical waveguide connection structure using prism coupling. A prism 4 is installed on a core 3a of a substrate type optical waveguide 3 including a core 3a, a clad 3b and a substrate 3c. The light emitted from the core 5a of the optical fiber 5 including the core 5a and the clad 5b is condensed by the lens 6 and is incident on the core 3a via the prism 4 to optically couple as a waveguide mode. In addition,
Due to the reversibility of light, it can also be applied to the case where light is transmitted from the substrate type optical waveguide 3 to the optical fiber 5 contrary to the above.

【0011】しかしながら、この構造でも基板型光導波
路と光ファイバとの位置や角度を、図1の構造と同程度
の高い精度で調整する必要があり、また、プリズムやレ
ンズ等の光学部品を付加する必要があり、その分、コス
トが高くなる欠点があった。また、基板型光導波路のコ
アの上部にクラッドが存在する場合は適用が不可能であ
ったり、上部のクラッドを除去する必要がある。さらに
また、前述した光学部品や光ファイバを高精度に位置決
めできたとしても、プリズムを通過した光と基板型光導
波路の導波モードの結合効率を十分に高くすることはで
きず、図1の構造と同程度に接続損失を低くすることは
できない。従って、この構造は、実際には、基板型光回
路に関する研究等において、基板型光導波路の光学的特
性の測定等に利用されるに留まっている。
However, even with this structure, it is necessary to adjust the position and angle between the substrate type optical waveguide and the optical fiber with the same high accuracy as in the structure shown in FIG. 1, and optical components such as prisms and lenses are added. However, there is a drawback that the cost becomes higher accordingly. Further, when the clad is present on the upper part of the core of the substrate type optical waveguide, it cannot be applied or it is necessary to remove the upper clad. Furthermore, even if the above-mentioned optical components and optical fibers can be positioned with high accuracy, the coupling efficiency between the light passing through the prism and the waveguide mode of the substrate-type optical waveguide cannot be sufficiently increased, and as shown in FIG. The connection loss cannot be as low as the structure. Therefore, this structure is actually used only for the measurement of the optical characteristics of the substrate type optical waveguide in the research on the substrate type optical circuit.

【0012】なお、光ファイバの先端を特異な形状に加
工し、これを基板型光導波路のコア上に接触させ、前述
したようなプリズム結合の原理により、基板型光導波路
と光ファイバとを光結合する構造が特公昭58−577
24号公報に開示されている。しかし、この構造では、
プリズム結合を正確に実現するための光ファイバの先端
の加工が困難であり、光学部品が不要になる点を除いて
前述した他の欠点がそのままであるため、提案のみに留
まっている。
The tip of the optical fiber is processed into a peculiar shape, and the tip is brought into contact with the core of the substrate type optical waveguide, and the substrate type optical waveguide and the optical fiber are optically coupled by the principle of prism coupling as described above. The structure to be combined is Japanese Patent Publication Sho 58-577
No. 24 discloses this. However, with this structure,
Since it is difficult to process the tip of the optical fiber to accurately realize the prism coupling, and the above-mentioned other drawbacks remain the same except that the optical component is not necessary, the proposal is limited to the proposal.

【0013】図3は方向性結合を用いた光導波路の接続
構造の一例を示すもので、ここでは前述した特公昭58
−57724号公報に記載された例を示す。本例は、予
めコア7a及びクラッド7bよりなる光ファイバ7の端
面と、コア8a、クラッド8b及び可撓性基板8cより
なる基板型光導波路8の端面とを、コア7aと8aとが
同一直線上になるように突き合わせて接続しておき、コ
ア9a、クラッド9b及び基板9cよりなる基板型光導
波路9に前記基板型光導波路8のコア8aを、可撓性基
板8cの可撓性を利用して接触させ、基板型光導波路
8,9間に方向性結合を実現することにより、光ファイ
バ7と基板型光導波路9とを接続するものである。この
時、両基板型光導波路8,9は接触している部分におい
て光の伝搬方向に沿って一定の構造を持ち、同一の伝搬
定数を持つ。
FIG. 3 shows an example of an optical waveguide connection structure using directional coupling.
An example described in Japanese Patent Publication No. 57774 is shown. In this example, the end face of the optical fiber 7 including the core 7a and the clad 7b and the end face of the substrate type optical waveguide 8 including the core 8a, the clad 8b and the flexible substrate 8c are arranged in the same straight line in advance. The cores 8a of the substrate type optical waveguide 8 are connected to the substrate type optical waveguide 9 composed of the core 9a, the clad 9b and the substrate 9c by utilizing the flexibility of the flexible substrate 8c. Then, the optical fibers 7 and the substrate type optical waveguide 9 are connected by bringing them into contact with each other to realize the directional coupling between the substrate type optical waveguides 8 and 9. At this time, the two substrate type optical waveguides 8 and 9 have a constant structure along the light propagation direction at the contacting portions, and have the same propagation constant.

【0014】この構造では、基板型光導波路8,9間の
方向性結合を実現することが要点となる。基板型光導波
路8,9間の方向性結合を100%に近い効率とするた
めには、基板型光導波路8の伝搬定数と基板型光導波路
9の伝搬定数とをかなり正確に一致させる必要がある。
また、両基板型光導波路8,9の接触部分の長手方向の
長さを完全結合長、即ち一方の光導波路の光エネルギー
が他方の光導波路に最大に移行する時の長さと一致させ
る必要がある。
In this structure, it is essential to realize the directional coupling between the substrate type optical waveguides 8 and 9. In order to make the directional coupling between the substrate type optical waveguides 8 and 9 close to 100%, it is necessary to make the propagation constant of the substrate type optical waveguide 8 and the propagation constant of the substrate type optical waveguide 9 coincide with each other quite accurately. is there.
Further, the length in the longitudinal direction of the contact portion between the two substrate type optical waveguides 8 and 9 needs to be matched with the complete coupling length, that is, the length at which the optical energy of one optical waveguide is maximally transferred to the other optical waveguide. is there.

【0015】しかしながら、一般に、導波路構造の製作
誤差等により基板型光導波路の伝搬定数を正確に制御す
ることは困難であるので、基板型光導波路8,9の伝搬
定数を正確に一致させることはかなり困難である。ま
た、基板型光導波路8,9の導波路構造の製作誤差や両
者を接触させた時のコア同士の間隔の誤差等により、実
際に接続した時の完全結合長は設計値と大きく相違する
ことが予想される。従って、実際には、基板型光導波路
8,9間の結合効率を100%近くまで高くすることは
非常に困難であった。
However, it is generally difficult to accurately control the propagation constants of the substrate type optical waveguides due to manufacturing errors of the waveguide structure, so that the propagation constants of the substrate type optical waveguides 8 and 9 should be exactly matched. Is quite difficult. Also, due to manufacturing errors in the waveguide structure of the substrate-type optical waveguides 8 and 9 and errors in the spacing between cores when they are in contact with each other, the complete coupling length when actually connected should differ greatly from the design value. Is expected. Therefore, in reality, it was very difficult to increase the coupling efficiency between the substrate type optical waveguides 8 and 9 to nearly 100%.

【0016】図4は方向性結合を用いた光導波路の接続
構造の他の例を示すもので、ここでは前述した特公昭5
8−57724号公報に記載された別の例を示す。本例
は、予めコア10a及びクラッド10bよりなる光ファ
イバ10のクラッド10b及びコア10aの一部を除去
し、コア10aの一部を露出させておき、コア11a、
クラッド11b及び基板11cよりなる基板型光導波路
11に前記光ファイバ10のコア10aを接触させ、光
ファイバ10及び基板型光導波路11間に方向性結合を
実現することにより接続するものである。
FIG. 4 shows another example of an optical waveguide connection structure using directional coupling.
Another example described in JP-A-8-57724 is shown. In this example, a part of the clad 10b and the core 10a of the optical fiber 10 including the core 10a and the clad 10b is removed in advance, and a part of the core 10a is exposed, and the core 11a,
The core 10a of the optical fiber 10 is brought into contact with the substrate type optical waveguide 11 composed of the clad 11b and the substrate 11c, and the optical fiber 10 and the substrate type optical waveguide 11 are connected by realizing directional coupling.

【0017】この構造では、光ファイバと基板型光導波
路とが直接接続されるが、図3の例の場合と同様の欠点
がある。また、クラッド及びコアを除去した後の光ファ
イバの伝搬定数を特定の値に制御することは、基板型光
導波路の伝搬定数を特定の値に制御するよりかなり困難
であった。
In this structure, the optical fiber and the substrate type optical waveguide are directly connected, but there is a drawback similar to the case of the example of FIG. Further, controlling the propagation constant of the optical fiber after removing the clad and the core to a specific value is considerably more difficult than controlling the propagation constant of the substrate type optical waveguide to a specific value.

【0018】これまで述べた3種類の光結合を用いた接
続構造は、基板型光導波路と光ファイバとを接続する場
合だけでなく、基板型光導波路同士あるいは光ファイバ
同士を接続する場合にも適用できるが、それらの場合も
基本的には同様の欠点が生ずる。
The connection structure using the three types of optical coupling described so far is not only for connecting the substrate type optical waveguide and the optical fiber, but also for connecting the substrate type optical waveguides or the optical fibers. Although applicable, basically the same drawbacks also occur in those cases.

【0019】ところで、光ファイバへの基板型光導波路
からの光の入出力は、突き合わせ結合を用いたものでは
基板型光導波路の端面を通して行われ、プリズム結合及
び方向性結合を用いたものでは基板型光導波路の上面を
通して行われる。即ち、突き合わせ結合を用いたもので
は基板型光導波路を含む光集積回路の端面あるいはその
付近から光ファイバに対する光の入出力が行われるが、
プリズム結合及び方向性結合を用いたものでは光集積回
路の上面の任意の位置から光ファイバに対する光の入出
力を行うことができる。しかしながら、プリズム結合及
び方向性結合を用いたものは、実用的にはほとんど採用
されていない事実及び前述した欠点から考えると、突き
合わせ結合を用いたものと比べて、特に実用には向いて
いない。
By the way, the input and output of light from the substrate type optical waveguide to the optical fiber is carried out through the end face of the substrate type optical waveguide in the case of using the butt coupling, and in the substrate using the prism coupling and the directional coupling. Through the upper surface of the mold optical waveguide. That is, in the butt-coupling type, light is input / output to / from the optical fiber from or near the end face of the optical integrated circuit including the substrate type optical waveguide.
With the prism coupling and the directional coupling, it is possible to input and output light to and from the optical fiber from an arbitrary position on the upper surface of the optical integrated circuit. However, considering the fact that the prism coupling and the directional coupling are not practically used and the above-mentioned drawbacks, the one using the prism coupling and the directional coupling is not particularly suitable for practical use as compared with the one using the butt coupling.

【0020】本発明の目的は、接続のための装置や作業
に高い精度を必要とすることなく、また、光導波路の導
波モードのスポットサイズに不整合があってもスポット
サイズ変換器を必要とすることなく、接続損失や反射減
衰量を小さくすることが可能で、しかも基板型光導波路
の上面の任意の位置から光を入出力することも可能な光
導波路の接続構造を提供することにある。
An object of the present invention is to require a spot size converter without requiring high precision in a device for connection and work, and even if there is a mismatch in a spot size of a waveguide mode of an optical waveguide. To provide an optical waveguide connection structure capable of reducing the connection loss and the return loss, and capable of inputting and outputting light from an arbitrary position on the upper surface of the substrate type optical waveguide. is there.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、光を導波伝搬するコア及び該コアより
も屈折率がわずかに小さいクラッドを有する2つの光導
波路を光学的に接続する光導波路の接続構造において、
2つの光導波路のコアをその側面同士がほぼ平行な状態
で接触または光学的に十分接近するように配置して結合
部を構成し、該結合部における等価屈折率が光を入力す
る側から光を出力する側へ行くに従い、光を入力する方
の光導波路での値が光を出力する方の光導波路での値よ
り大きい状態から、光を入力する方の光導波路での値が
光を出力する方の光導波路での値より小さい状態へ徐々
に変化するように、2つの光導波路のコアの断面積ある
いは屈折率を設定した光導波路の接続構造を提案する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention optically connects two optical waveguides each having a core for propagating and guiding light and a clad having a refractive index slightly smaller than that of the core. In the connection structure of the optical waveguide to
The cores of the two optical waveguides are arranged so that their side surfaces are substantially parallel to each other so that they are in contact with each other or are sufficiently close to each other to form a coupling part, and the equivalent refractive index of the coupling part is the light input side. From the state where the value in the optical waveguide that inputs light is larger than the value in the optical waveguide that outputs light, the value in the optical waveguide that inputs light becomes We propose a connection structure of optical waveguides in which the cross-sectional area or refractive index of the cores of the two optical waveguides are set so as to gradually change to a value smaller than the value in the output optical waveguide.

【0022】本発明によれば、2つの光導波路の光結合
を行う結合部において、入力側の光導波路の等価屈折率
が大きい状態から出力側の光導波路の等価屈折率が大き
い状態へ徐々に変化するため、光の伝搬方向に従って導
波モードも伝搬し、入力側の光導波路の導波モードが出
力側の光導波路の導波モードに結合、即ち断熱的に変換
される。これによって、入力側及び出力側の光導波路の
スポットサイズが整合しない場合においても損失のない
接続が可能となり、また、光の伝搬方向において反射の
要因となる急激な導波路構造の変化がないため、結合部
における反射戻り光を極めて少なくでき、反射減衰量を
小さくすることができ、また、結合部における2つの光
導波路は等価屈折率を特定の値に正確に調整する必要が
ないので、光導波路の構造を厳密に制御する必要がな
く、さらにまた、結合部における2つの光導波路は相対
的な位置関係を正確に調整する必要がないので、接続の
ための装置や作業に高い精度を必要とすることがない。
According to the present invention, in the coupling portion for optically coupling two optical waveguides, the state where the equivalent refractive index of the input side optical waveguide is large is gradually changed to the state where the equivalent refractive index of the output side optical waveguide is large. Because of the change, the guided mode also propagates according to the light propagation direction, and the guided mode of the input side optical waveguide is coupled to the guided mode of the output side optical waveguide, that is, adiabatically converted. This enables a lossless connection even when the spot sizes of the input-side and output-side optical waveguides do not match, and there is no abrupt waveguide structure change that causes reflection in the light propagation direction. The reflected return light at the coupling portion can be extremely reduced, the return loss can be reduced, and the two optical waveguides at the coupling portion do not need to be accurately adjusted to have a specific value. Since it is not necessary to strictly control the structure of the waveguide, and furthermore, it is not necessary to accurately adjust the relative positional relationship between the two optical waveguides in the coupling part, so high precision is required for the device and work for connection. There is nothing to do.

【0023】また、本発明において、光導波路の一方に
基板型光導波路を用い、他方に光ファイバを用いれば、
基板型光集積回路の上面の任意の位置から光を入出力す
ることができる。さらにまた、本発明において、屈折率
が2つの光導波路のいずれのコアの屈折率よりも低い樹
脂に埋め込んで固定すれば、2つの光導波路間の結合作
用をより強くすることができる。
In the present invention, if a substrate type optical waveguide is used for one of the optical waveguides and an optical fiber is used for the other,
Light can be input and output from any position on the upper surface of the substrate type optical integrated circuit. Furthermore, in the present invention, when the resin is embedded and fixed in a resin having a refractive index lower than the core of any of the two optical waveguides, the coupling action between the two optical waveguides can be further strengthened.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路の接続構
造を図面を用いて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The optical waveguide connection structure of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0025】図5は本発明の第1の実施の形態を示すも
ので、図中、21はコア21a、クラッド21b及びシ
リコン基板21cよりなる基板型光導波路、22はコア
22a及びクラッド22bよりなる光ファイバ、23は
屈折率整合液である。
FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a substrate type optical waveguide comprising a core 21a, a clad 21b and a silicon substrate 21c, and 22 is a core 22a and a clad 22b. The optical fiber 23 is a refractive index matching liquid.

【0026】基板型光導波路21及び光ファイバ22は
そのコア21a,22aの側面同士がほぼ平行な状態で
接触または光学的に十分接近するように配置され、結合
部24を構成する如くなっており、この結合部24で基
板型光導波路21の導波モードと光ファイバ22の導波
モードとの結合が行われる。25は結合部24の長手方
向の各地点における断面縦方向の光電磁界分布を模式的
に表したもので、ここでは光が基板型光導波路21から
入力し、光ファイバ22から出力する場合について示し
ている。
The substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 are arranged such that the cores 21a and 22a are in contact with each other or are sufficiently close to each other in a state where the side surfaces of the cores 21a and 22a are substantially parallel to each other to form a coupling portion 24. At this coupling portion 24, the guided mode of the substrate type optical waveguide 21 and the guided mode of the optical fiber 22 are coupled. Reference numeral 25 is a schematic representation of the photoelectric field distribution in the longitudinal direction of the cross section at each point in the longitudinal direction of the coupling portion 24. Here, the case where light is input from the substrate type optical waveguide 21 and output from the optical fiber 22 is shown. ing.

【0027】基板型光導波路21は、表面が平坦なシリ
コン基板21cの上に火炎堆積法により製作された石英
系の光導波路であり、断面が矩形であるコア21a及び
該コア21aよりわずかに屈折率が低いクラッド21b
を備えている。該基板型光導波路21は、結合部24が
形成される領域付近においてコア21aの上方のクラッ
ド21bが除去され、コア21aの上面が露出されてい
る。但し、コア21aの上面に段差が形成され、そこで
損失が生じないようにコア21a上部まで除去しないよ
うに注意する必要がある。光ファイバ22のコア22a
を接触させた時に基板型光導波路21の導波モードの光
電磁界分布が光ファイバ22のコア22aへ十分しみ出
せば良いので、コア21a上のクラッド21bを除去す
る際、その一部がコア21aの上部に多少残っても良
い。このようなクラッド21bの除去は研削加工、研磨
加工、リアクティブ・イオン・エッチング等によるドラ
イ・エッチング、フッ酸溶液等によるウェット・エッチ
ングにより行うことができる。
The substrate type optical waveguide 21 is a silica type optical waveguide manufactured by a flame deposition method on a silicon substrate 21c having a flat surface, and has a core 21a having a rectangular cross section and a slight refraction from the core 21a. Low clad 21b
It has. In the substrate type optical waveguide 21, the clad 21b above the core 21a is removed in the vicinity of the region where the coupling portion 24 is formed, and the upper surface of the core 21a is exposed. However, it is necessary to be careful not to remove the upper portion of the core 21a so that a step is formed on the upper surface of the core 21a and a loss is not generated there. Core 22a of optical fiber 22
Since the photoelectric field distribution of the guided mode of the substrate type optical waveguide 21 should sufficiently exude to the core 22a of the optical fiber 22 when they are brought into contact with each other, part of the core 21a is removed when the clad 21b on the core 21a is removed. You may leave some on the top of. Such removal of the clad 21b can be performed by grinding, polishing, dry etching by reactive ion etching or the like, or wet etching by hydrofluoric acid solution or the like.

【0028】光ファイバ22は石英系の単一モード光フ
ァイバであり、断面が円形であるコア22a及び該コア
22aよりわずかに屈折率が低いクラッド22bを備え
ている。該光ファイバ22は、先端付近においてクラッ
ド22bが除去され、コア22aが露出され、さらに該
露出したコア22aの部分が先鋭かつテーパ状、即ち先
端から離れる方向にコア22aの断面積が徐々に大きく
なるような形状に加工する。このような形状を得るため
の加工方法としては、フッ酸系溶液を用いて適当な条件
によりエッチングを行う方法が一般的である。この方法
において、コアの最先端がおおよそコアの断面中心にな
り、また、最先端の直径が0.1μm以下になるまで細
くできることが知られている。その他の加工方法として
は、研磨加工、局部的に加熱して溶融させて引き延ばす
方法、あるいはそれらを組み合わせる方法等が考えられ
る。
The optical fiber 22 is a silica single mode optical fiber, and has a core 22a having a circular cross section and a clad 22b having a refractive index slightly lower than that of the core 22a. In the optical fiber 22, the clad 22b is removed in the vicinity of the tip, the core 22a is exposed, and the exposed portion of the core 22a is sharp and tapered, that is, the cross-sectional area of the core 22a gradually increases in the direction away from the tip. It is processed into the shape. As a processing method for obtaining such a shape, a method of etching using a hydrofluoric acid-based solution under appropriate conditions is generally used. In this method, it is known that the tip of the core is approximately at the center of the cross section of the core, and the diameter of the tip can be reduced to 0.1 μm or less. As other processing methods, polishing, a method of locally heating and melting and stretching, or a method of combining them can be considered.

【0029】屈折率整合液23は、光エネルギーの吸収
が十分に小さい透明なものとし、また、基板型光導波路
21及び光ファイバ22のクラッド21b及び22bの
屈折率と同程度で且つコア21a及び22aの屈折率よ
りも低いものを用いる。該屈折率整合液23は、結合部
24において基板型光導波路21及び光ファイバ22の
クラッドの役割を果たす。原理的には、屈折率整合液2
3を必ず用いる必要はないが、このような屈折率整合液
23を用いることにより、結合部24においてコア21
aとコア22aとの間の相互の光電磁界分布のしみ出し
が大きくなり、基板型光導波路21と光ファイバ22と
の光結合作用を強くすることができる。
The refractive index matching liquid 23 is transparent so that the absorption of light energy is sufficiently small, and the refractive index matching liquid 23 has the same refractive index as that of the claddings 21b and 22b of the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 and the core 21a and the core 21a. A material having a refractive index lower than that of 22a is used. The refractive index matching liquid 23 plays a role of a clad for the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 in the coupling portion 24. In principle, the index matching liquid 2
3 is not necessarily used, but by using such a refractive index matching liquid 23, the core
Extrusion of the mutual photoelectric field distribution between a and the core 22a becomes large, and the optical coupling action between the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 can be strengthened.

【0030】なお、基板型光導波路21において結合部
24の右側の終端面が斜めに研磨されているのは、結合
部24において基板型光導波路21から光ファイバ22
に結合できなかった光がその終端面で反射され、戻って
来ないようにするためである。
In the substrate type optical waveguide 21, the right end surface of the coupling section 24 is obliquely polished because the coupling type 24 has the optical fiber 22 extending from the substrate type optical waveguide 21.
This is to prevent the light that could not be coupled to the light from being reflected by the end surface and returning.

【0031】基板型光導波路21の上に光ファイバ22
の先端を接触させて結合部24を構成する際は、基板型
光導波路21から光ファイバ22が離れている時に基板
型光導波路21と光ファイバ22とを平行に整列した状
態とし、光ファイバ22の先端が基板型光導波路21に
近づく格好で該光ファイバ22を適当な角度だけ傾か
せ、それらを接触させる。これにより、光ファイバ22
の先端付近の弾性的な曲げ変形により、コア21aの上
面及びコア22aの底面がほぼ平行な状態で接触し、同
時に光ファイバ22の弾性力により、コア21aの上面
とコア22aの底面とが適当な力で押し当てられる。
An optical fiber 22 is formed on the substrate type optical waveguide 21.
When the coupling portion 24 is formed by bringing the ends of the optical fiber 22 into contact with each other, when the optical fiber 22 is away from the substrate type optical waveguide 21, the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 are aligned parallel to each other. The optical fiber 22 is tilted by an appropriate angle such that the tip of the optical fiber 22 approaches the substrate type optical waveguide 21, and they are brought into contact with each other. This allows the optical fiber 22
The upper surface of the core 21a and the bottom surface of the core 22a are in contact with each other in a substantially parallel state due to elastic bending deformation near the tip of the core 21a. It can be pressed with powerful force.

【0032】等価屈折率は導波モードが伝搬する際に感
知する実効的な屈折率であり、実効屈折率と呼ばれるこ
ともある。一般に、光導波路の等価屈折率はそのコアの
屈折率が高くなる程、高くなる。また、そのコアの断面
積が小さい程、導波モードの光電磁界が屈折率の低いク
ラッドへしみ出すので、等価屈折率は低くなる。
The equivalent refractive index is an effective refractive index sensed when a guided mode propagates, and is sometimes called an effective refractive index. In general, the equivalent refractive index of an optical waveguide becomes higher as the refractive index of its core becomes higher. In addition, the smaller the cross-sectional area of the core, the more the photoelectric field of the guided mode oozes out into the clad having the low refractive index, and the lower the equivalent refractive index.

【0033】前記結合部24では、基板型光導波路21
及び光ファイバ22のコア21a,22aが十分に接近
するため、基板型光導波路21及び光ファイバ22が共
有する導波モードが伝搬することになる。従って、結合
部24における基板型光導波路21及び光ファイバ22
の等価屈折率は、それらが十分に離れて独立な時のもの
と考える。
In the coupling portion 24, the substrate type optical waveguide 21
Since the cores 21a and 22a of the optical fiber 22 are sufficiently close to each other, the guided mode shared by the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 propagates. Therefore, the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 in the coupling portion 24
The equivalent refractive index of is considered to be when they are sufficiently separated and independent.

【0034】また、結合部24において、光が基板型光
導波路21から入力し、光ファイバ22から出力するも
のとすると、基板型光導波路21の等価屈折率は一定で
あるが、光ファイバ22の等価屈折率はコア22aの断
面積の増加に従って徐々に増加していく。結合部24の
光の入力側においては光ファイバ22のコア22aの断
面積が小さいため、光ファイバ22よりも基板光導波路
21の方が等価屈折率が高くなる。一方、結合部24の
光の出力側においては基板型光導波路21よりも光ファ
イバ22の方が等価屈折率が高くなるようにする。この
ためには、コア21aよりもコア22aの方が屈折率が
多少高くなるように、あるいは両コア21a,22aの
屈折率が同程度ならばコア21aよりもコア22aの方
が断面積が多少大きくなるように、基板型光導波路21
と光ファイバ22とを設定する。
If light is input from the substrate type optical waveguide 21 and output from the optical fiber 22 in the coupling section 24, the equivalent refractive index of the substrate type optical waveguide 21 is constant, but the optical fiber 22 has a constant refractive index. The equivalent refractive index gradually increases as the cross-sectional area of the core 22a increases. Since the cross-sectional area of the core 22a of the optical fiber 22 is small on the light input side of the coupling portion 24, the substrate optical waveguide 21 has a higher equivalent refractive index than the optical fiber 22. On the other hand, on the light output side of the coupling portion 24, the optical fiber 22 has a higher equivalent refractive index than the substrate type optical waveguide 21. For this purpose, the core 22a may have a slightly higher refractive index than the core 21a, or if the cores 21a and 22a have the same refractive index, the core 22a may have a slightly larger cross-sectional area than the core 21a. The substrate-type optical waveguide 21
And the optical fiber 22 are set.

【0035】一般に、ある導波モードは、光の伝搬方向
に沿って導波路の断面構造が徐々に変化している時、等
価屈折率が高い経路を伝搬していくので、基板型光導波
路21の導波モードは光ファイバ22の方へ伝搬してい
く。また、光伝搬の可逆性により、前述と反対の方向に
光が伝搬する場合、光ファイバ22の導波モードは基板
型光導波路21へ伝搬していく。これにより、基板型光
導波路21と光ファイバ22との光学的接続が行われ
る。
In general, a certain waveguide mode propagates through a path having a high equivalent refractive index when the sectional structure of the waveguide gradually changes along the light propagation direction. The guided mode of is propagated toward the optical fiber 22. Further, due to the reversibility of light propagation, when light propagates in the opposite direction to the above, the waveguide mode of the optical fiber 22 propagates to the substrate type optical waveguide 21. As a result, the optical connection between the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 is performed.

【0036】以上述べた結合部24における光伝搬をさ
らに詳細にみると、基板型光導波路21を伝搬してきた
導波モードは、結合部24において基板型光導波路21
と光ファイバ22とに共有される導波モードになる。こ
の導波モードはその光電磁界分布を徐々に変化させなが
ら、入力側での基板型光導波路21の導波モードの光電
磁界分布の形から、出力側では光ファイバ22の導波モ
ードの形へと遷移する。言い替えれば、基板型光導波路
21の導波モードは光ファイバ22の導波モードに断熱
的に結合する。このため、基板型光導波路21及び光フ
ァイバ22における光電磁界分布のスポットサイズが相
違していても、基板型光導波路21と光ファイバ22と
の間において低損失な光学的接続を行うことができる。
Looking at the above-described light propagation in the coupling section 24 in more detail, the guided mode propagating in the substrate type optical waveguide 21 is detected in the coupling section 24.
And a guided mode shared by the optical fiber 22. This waveguide mode gradually changes its photoelectric field distribution, while changing from the waveguide mode photoelectric field distribution form of the substrate type optical waveguide 21 on the input side to the optical fiber 22 waveguide mode form on the output side. And transition. In other words, the guided mode of the substrate type optical waveguide 21 is adiabatically coupled to the guided mode of the optical fiber 22. Therefore, even if the spot sizes of the photoelectric field distribution in the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 are different, a low loss optical connection can be made between the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22. .

【0037】ここで、結合部24の伝搬方向における長
さを長くして、単位長さ当たりのモード変換の程度を小
さくする、即ちモード変換をより断熱的にすることによ
って、接続損失をより小さくすることができる。基板型
光導波路21と光ファイバ22との間で光エネルギーに
おいて99%以上の結合効率を得るためには、伝搬方向
における結合部24の長さを数100μm以上にする。
Here, the coupling loss is further reduced by increasing the length of the coupling portion 24 in the propagation direction to reduce the degree of mode conversion per unit length, that is, by making the mode conversion more adiabatic. can do. In order to obtain a coupling efficiency of 99% or more in optical energy between the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22, the length of the coupling portion 24 in the propagation direction is set to several hundreds μm or more.

【0038】本形態によれば、従来の方向性結合を用い
た接続構造の場合のように、結合部24の長さを特定の
長さに調節する必要がない。また、光の伝搬方向におい
て反射の原因となる導波路構造の急激な変化がないた
め、反射減衰量を非常に小さくすることができる。ま
た、結合部24が十分に長く、基板型光導波路21及び
光ファイバ22が前述したような等価屈折率の大小関係
を満たしていれば、低損失な光結合を達成できるので、
基板型光導波路21や光ファイバ22の構造を厳密に制
御し、それらの等価屈折率を特定の値に厳密に設定する
必要はない。さらにまた、光ファイバ22を基板型光導
波路21上に取り付けて結合部24を構成する時、光フ
ァイバ22の先端部の光伝搬方向に関する設置位置の許
容範囲も広い。
According to the present embodiment, it is not necessary to adjust the length of the coupling portion 24 to a specific length as in the case of the conventional connection structure using directional coupling. Further, since there is no abrupt change in the waveguide structure that causes reflection in the light propagation direction, the return loss can be made extremely small. Further, if the coupling portion 24 is sufficiently long and the substrate-type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 satisfy the magnitude relation of the equivalent refractive index as described above, low loss optical coupling can be achieved.
It is not necessary to strictly control the structures of the substrate type optical waveguide 21 and the optical fiber 22 and strictly set their equivalent refractive index to a specific value. Furthermore, when the optical fiber 22 is mounted on the substrate type optical waveguide 21 to form the coupling portion 24, the allowable range of the installation position of the tip end portion of the optical fiber 22 in the light propagation direction is wide.

【0039】以上に述べた接続構造は、基板型光導波路
と光ファイバとを半永久に接続する接続装置や、基板型
光導波路に対して光ファイバを2回以上着脱できる光コ
ネクタに応用することが期待される。また、屈折率整合
液の代わりに、同様の屈折率を有し、光エネルギーの吸
収が十分に小さい接着剤を用いることにより、基板型光
導波路と光ファイバとを堅固に永久接続することができ
る。
The connection structure described above can be applied to a connection device for semipermanently connecting a substrate type optical waveguide and an optical fiber, and an optical connector capable of attaching and detaching the optical fiber to the substrate type optical waveguide more than once. Be expected. Also, instead of the refractive index matching liquid, an adhesive having the same refractive index and sufficiently small absorption of light energy can be used to firmly and permanently connect the substrate type optical waveguide and the optical fiber. .

【0040】図6は本発明の第2の実施の形態を示すも
ので、ここでは基板型光導波路のコアの断面積を変化さ
せるようになした例を示す。即ち、図中、31はコア3
1a、クラッド31b及びシリコン基板31cよりなる
基板型光導波路、32はコア32a及びクラッド32b
よりなる光ファイバ、33は屈折率整合液である。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, and here shows an example in which the cross-sectional area of the core of the substrate type optical waveguide is changed. That is, in the figure, 31 is the core 3
1a, a clad 31b and a substrate type optical waveguide comprising a silicon substrate 31c, 32 is a core 32a and a clad 32b
The optical fiber 33 is a refractive index matching liquid.

【0041】基板型光導波路31及び光ファイバ32は
そのコア31a,32aの側面同士がほぼ平行な状態で
接触または光学的に十分接近するように配置され、結合
部34を構成する如くなっており、この結合部34で基
板型光導波路31の導波モードと光ファイバ32の導波
モードとの結合が行われる。35は結合部34の長手方
向の各地点における断面縦方向の光電磁界分布を模式的
に表したもので、ここでは光が基板型光導波路31から
入力し、光ファイバ32から出力する場合について示し
ている。
The substrate type optical waveguide 31 and the optical fiber 32 are arranged such that the side surfaces of the cores 31a and 32a thereof are in contact with each other or are sufficiently close to each other in an optically close state to form a coupling portion 34. At this coupling portion 34, the guided mode of the substrate type optical waveguide 31 and the guided mode of the optical fiber 32 are coupled. Reference numeral 35 is a schematic representation of the photoelectric field distribution in the longitudinal direction of the cross section at each point in the longitudinal direction of the coupling portion 34. Here, the case where light is input from the substrate type optical waveguide 31 and output from the optical fiber 32 is shown. ing.

【0042】基板型光導波路31は、結合部34が形成
される領域付近においてコア31aの上方のクラッド3
1bが除去され、コア31aの上面が露出されている。
また、コア31aは光の伝搬方向に沿ってその厚さが徐
々に薄くなるように加工する。このようにコア31aの
厚さをテーパ状に加工することは、ビーム強度が位置的
に傾斜するイオンビームを用いたイオンビームエッチン
グ、研削加工等により行うことができる。ここで、コア
31aの厚さを減少させる代わりに、コア31aの厚さ
を一定としてコア31aの幅を減少させることも考えら
れ、この場合はコア31aを形成するためのマスク・パ
ターンを変化させるだけで容易に実現することができ
る。
The substrate-type optical waveguide 31 has the cladding 3 above the core 31a near the region where the coupling portion 34 is formed.
1b is removed and the upper surface of the core 31a is exposed.
Further, the core 31a is processed so that the thickness thereof gradually decreases along the light propagation direction. The tapered processing of the thickness of the core 31a can be performed by ion beam etching using an ion beam whose beam intensity is positionally inclined, grinding, or the like. Here, instead of reducing the thickness of the core 31a, it may be possible to reduce the width of the core 31a by keeping the thickness of the core 31a constant. In this case, the mask pattern for forming the core 31a is changed. It can be easily realized only by.

【0043】一方、光ファイバ32は、先端付近におい
て研削加工や研磨加工によりクラッド32bが除去さ
れ、コア32aが適度に露出するように加工されるのみ
で、長手方向に関してコア32aの断面構造の変化はな
い。
On the other hand, in the optical fiber 32, the cladding 32b is removed by grinding or polishing in the vicinity of the distal end so that the core 32a is appropriately exposed, and the cross-sectional structure of the core 32a changes in the longitudinal direction. There is no.

【0044】結合部34は、基板型光導波路31のコア
31aの上面と光ファイバ32の露出したコア32aの
底面とを、光ファイバ32の弾性力により接触させるこ
とにより構成される。接触後のコア31aの上面とコア
32aの底面との間には、これらの面のうねりや粗さに
より部分的にギャップができる。このギャップが空気の
場合、コア31aとコア32aとの間の導波モードの光
電磁界分布のしみ出しを妨げ、光結合の効率を低下させ
るので、コア31a及びコア32aを接触させる前に基
板型光導波路31の上面に屈折率整合液33を塗布して
おき、これでギャップを満たすようにする。光ファイバ
32の断面は、結合部34においては同図(b)に示すよ
うに減少しているが、結合部34から離れた部分におい
ては長手方向に沿って徐々に回復して通常の断面に戻る
如くなっている。
The coupling portion 34 is constructed by bringing the upper surface of the core 31a of the substrate type optical waveguide 31 and the exposed bottom surface of the core 32a of the optical fiber 32 into contact with each other by the elastic force of the optical fiber 32. A gap is partially formed between the upper surface of the core 31a and the bottom surface of the core 32a after the contact due to the undulations and roughness of these surfaces. When this gap is air, it prevents the photoelectric field distribution of the guided mode between the core 31a and the core 32a from exuding and reduces the efficiency of optical coupling. Therefore, before the core 31a and the core 32a are brought into contact with each other, the substrate type The refractive index matching liquid 33 is applied on the upper surface of the optical waveguide 31 to fill the gap. The cross section of the optical fiber 32 is reduced at the coupling portion 34 as shown in FIG. 7B, but at the portion away from the coupling portion 34, the optical fiber 32 gradually recovers along the longitudinal direction to a normal cross section. It's getting back.

【0045】なお、光ファイバ32の最先端が面取りさ
れているのは、結合部34において光ファイバ32から
基板型光導波路31に結合できなかった光がその最先端
で反射され、戻って来ないようにするためである。
The tip of the optical fiber 32 is chamfered because the light that could not be coupled from the optical fiber 32 to the substrate type optical waveguide 31 at the coupling portion 34 is reflected at the tip and does not return. To do so.

【0046】結合部34において、光が基板型光導波路
31から入力し、光ファイバ32から出力するものとす
ると、光ファイバ32の等価屈折率は一定であるが、基
板型光導波路31の等価屈折率はコア31aの断面積の
減少に従って徐々に減少していく。結合部34の出力側
においては基板型光導波路31のコア31aの断面積が
小さいため、基板型光導波路31よりも光ファイバ32
の方が等価屈折率が高くなる。一方、結合部34の入力
側においては光ファイバ32よりも基板型光導波路31
の方が等価屈折率が高くなるようにする。このために
は、コア32aよりもコア31aの方が屈折率が多少高
くなるように、あるいは両コア31a,32aの屈折率
が同程度ならばコア32aよりもコア31aの方が断面
積が多少大きくなるように、基板型光導波路31と光フ
ァイバ32とを設定する。
If light is input from the substrate type optical waveguide 31 and output from the optical fiber 32 in the coupling section 34, the equivalent refractive index of the optical fiber 32 is constant, but the equivalent refractive index of the substrate type optical waveguide 31 is constant. The rate gradually decreases as the cross-sectional area of the core 31a decreases. Since the cross-sectional area of the core 31a of the substrate type optical waveguide 31 is small on the output side of the coupling section 34, the optical fiber 32 is smaller than the substrate type optical waveguide 31.
Has a higher equivalent refractive index. On the other hand, on the input side of the coupling section 34, the substrate type optical waveguide 31
Is to have a higher equivalent refractive index. For this purpose, the core 31a may have a slightly higher refractive index than the core 32a, or if the cores 31a and 32a have the same refractive index, the core 31a may have a slightly larger cross-sectional area than the core 32a. The substrate type optical waveguide 31 and the optical fiber 32 are set so as to be large.

【0047】図7は本発明の第3の実施の形態を示すも
ので、ここでは基板型光導波路に光ファイバを位置決め
するためのガイド溝を形成した例を示す。即ち、図中、
41はコア41a、クラッド41b及び基板(図示せ
ず)よりなる基板型光導波路、42はコア42a及びク
ラッド42bよりなる光ファイバ、43はガイド溝であ
る。なお、屈折率整合液は省略した。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention, and here shows an example in which a guide groove for positioning an optical fiber is formed in a substrate type optical waveguide. That is, in the figure,
Reference numeral 41 is a substrate type optical waveguide including a core 41a, a clad 41b and a substrate (not shown), 42 is an optical fiber including a core 42a and a clad 42b, and 43 is a guide groove. The refractive index matching liquid was omitted.

【0048】ガイド溝43は、基板型光導波路41のコ
ア41aの上方のクラッド41bを除去し、コア41a
の上面を露出させる際、クラッド41bを除去する領域
を適当に設定することにより形成する。これにより、結
合部を構成するための光ファイバ42の位置決めを高い
精度で且つ容易に行うことを可能にする。このガイド溝
43は、基板型光導波路41を製作する時に用いるリソ
グラフィ技術やエッチング技術を用いて容易に形成する
ことができる。
The guide groove 43 is formed by removing the clad 41b above the core 41a of the substrate-type optical waveguide 41 and removing the core 41a.
It is formed by appropriately setting the region for removing the clad 41b when exposing the upper surface of the. This makes it possible to position the optical fiber 42 that constitutes the coupling portion with high accuracy and easily. The guide groove 43 can be easily formed by using a lithography technique or an etching technique used when manufacturing the substrate type optical waveguide 41.

【0049】これまでの説明では基板型光導波路と光フ
ァイバとを接続する場合について述べたが、本発明は基
板型光導波路同士あるいは光ファイバ同士を接続する場
合にも適用できる。
In the above description, the case of connecting the substrate type optical waveguide and the optical fiber has been described, but the present invention can be applied to the case of connecting the substrate type optical waveguides or the optical fibers.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、2つ
の光導波路の光結合を行う結合部において、入力側の光
導波路の等価屈折率が大きい状態から出力側の光導波路
の等価屈折率が大きい状態へ徐々に変化するため、光の
伝搬方向に従って導波モードも伝搬し、入力側の光導波
路の導波モードが出力側の光導波路の導波モードに結
合、即ち断熱的に変換され、これによって入力側及び出
力側の光導波路のスポットサイズが整合しない場合にお
いても損失のない接続が可能となり、また、光の伝搬方
向において反射の要因となる急激な導波路構造の変化が
ないため、結合部における反射戻り光を極めて少なくで
き、反射減衰量を小さくすることができ、また、結合部
における2つの光導波路は等価屈折率を特定の値に正確
に調整する必要がないので、光導波路の構造を厳密に制
御する必要がなく、さらにまた、結合部における2つの
光導波路は相対的な位置関係を正確に調整する必要がな
いので、接続のための装置や作業に高い精度を必要とす
ることがない。
As described above, according to the present invention, in the coupling portion for optically coupling two optical waveguides, the equivalent refractive index of the output side optical waveguide changes from the state where the input side optical waveguide has a large equivalent refractive index. Since the rate gradually changes to a large state, the guided mode also propagates according to the light propagation direction, and the guided mode of the input side optical waveguide is coupled to the guided mode of the output side optical waveguide, that is, adiabatic conversion. As a result, even if the spot sizes of the input-side and output-side optical waveguides do not match, a lossless connection is possible, and there is no sudden change in the waveguide structure that causes reflection in the light propagation direction. Therefore, the reflected return light at the coupling portion can be extremely reduced, the return loss can be reduced, and the two optical waveguides at the coupling portion need to be accurately adjusted to have a specific equivalent refractive index. Therefore, it is not necessary to strictly control the structure of the optical waveguide, and further, since it is not necessary to accurately adjust the relative positional relationship between the two optical waveguides in the coupling portion, it is high in equipment and work for connection. There is no need for precision.

【0051】また、本発明において、光導波路の一方に
基板型光導波路を用い、他方に光ファイバを用いれば、
基板型光集積回路の上面の任意の位置から光を入出力す
ることができる。さらにまた、本発明において、屈折率
が2つの光導波路のいずれのコアの屈折率よりも低い樹
脂に埋め込んで固定すれば、2つの光導波路間の結合作
用をより強くすることができる。
In the present invention, if a substrate type optical waveguide is used for one of the optical waveguides and an optical fiber is used for the other,
Light can be input and output from any position on the upper surface of the substrate type optical integrated circuit. Furthermore, in the present invention, when the resin is embedded and fixed in a resin having a refractive index lower than the core of any of the two optical waveguides, the coupling action between the two optical waveguides can be further strengthened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の突き合わせ結合を用いた光導波路の接続
構造の一例を示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical waveguide connection structure using butt coupling.

【図2】従来のプリズム結合を用いた光導波路の接続構
造の一例を示す構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical waveguide connection structure using prism coupling.

【図3】従来の方向性結合を用いた光導波路の接続構造
の一例を示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical waveguide connection structure using directional coupling.

【図4】従来の方向性結合を用いた光導波路の接続構造
の他の例を示す構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of a conventional optical waveguide connection structure using directional coupling.

【図5】本発明の光導波路の接続構造の第1の実施の形
態を示す構成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical waveguide connection structure of the present invention.

【図6】本発明の光導波路の接続構造の第2の実施の形
態を示す構成図
FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of an optical waveguide connection structure of the present invention.

【図7】本発明の光導波路の接続構造の第3の実施の形
態を示す構成図
FIG. 7 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical waveguide connection structure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21,31,41…基板型光導波路、21a,31a,
41a…基板型光導波路のコア、21b,31b,41
b…基板型光導波路のクラッド、21c,31c…シリ
コン基板、22,32,42…光ファイバ、22a,3
2a,42a…光ファイバのコア、22b,32b,4
2b…光ファイバのクラッド、23,33…屈折率整合
液、24,34…結合部、25,35…光電磁界分布、
43…ガイド溝。
21, 31, 41 ... Substrate type optical waveguide, 21a, 31a,
41a ... Core of substrate type optical waveguide, 21b, 31b, 41
b ... Clad of substrate type optical waveguide, 21c, 31c ... Silicon substrate, 22, 32, 42 ... Optical fiber, 22a, 3
2a, 42a ... Optical fiber cores, 22b, 32b, 4
2b ... Cladding of optical fiber, 23, 33 ... Refractive index matching liquid, 24, 34 ... Coupling part, 25, 35 ... Photoelectric field distribution,
43 ... Guide groove.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を導波伝搬するコア及び該コアよりも
屈折率がわずかに小さいクラッドを有する2つの光導波
路を光学的に接続する光導波路の接続構造において、 2つの光導波路のコアをその側面同士がほぼ平行な状態
で接触または光学的に十分接近するように配置して結合
部を構成し、 該結合部における等価屈折率が光を入力する側から光を
出力する側へ行くに従い、光を入力する方の光導波路で
の値が光を出力する方の光導波路での値より大きい状態
から、光を入力する方の光導波路での値が光を出力する
方の光導波路での値より小さい状態へ徐々に変化するよ
うに、2つの光導波路のコアの断面積あるいは屈折率を
設定したことを特徴とする光導波路の接続構造。
1. A connection structure of optical waveguides for optically connecting two optical waveguides, each of which has a core for guiding and propagating light and a clad having a refractive index slightly smaller than that of the core. The side surfaces are arranged substantially parallel to each other such that they are in contact with each other or arranged so as to be sufficiently close to each other optically to form a coupling section, and the equivalent refractive index of the coupling section increases from the light input side to the light output side. , From the state where the value in the optical waveguide for inputting light is larger than the value in the optical waveguide for outputting light, the value in the optical waveguide for inputting light in the optical waveguide for outputting light A cross-sectional area or refractive index of the cores of the two optical waveguides is set so as to gradually change to a state smaller than the value of 1.
【請求項2】 2つの光導波路の一方が基板上に形成さ
れた光導波路であり、他方が光ファイバであることを特
徴とする請求項1記載の光導波路の接続構造。
2. The optical waveguide connection structure according to claim 1, wherein one of the two optical waveguides is an optical waveguide formed on a substrate and the other is an optical fiber.
【請求項3】 2つの光導波路を、屈折率が該2つの光
導波路のいずれのコアの屈折率よりも低い樹脂に埋め込
んで固定したことを特徴とする請求項1記載の光導波路
の接続構造。
3. The optical waveguide connection structure according to claim 1, wherein the two optical waveguides are fixed by being embedded in a resin whose refractive index is lower than the refractive index of either core of the two optical waveguides. .
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