JP2590160B2 - Optical waveguide - Google Patents
Optical waveguideInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光導波路に係り、特に、光スイッチや光結合
器、光分波路の集積化光素子として用いた場合に、光フ
ァイバと良好な結合を実現できる光導波路に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical waveguide, and particularly to an optical waveguide when used as an integrated optical device for an optical switch, an optical coupler, or an optical demultiplexer. The present invention relates to an optical waveguide that can realize coupling.
光導波路の構造を工夫して光ファイバとの結合効率を
高めたものとしては、従来特開昭58−173704号公報や、
特開昭58−172603号公報に記載されているものがある。
これらの光導波路は基板上に直接光導波路を形成したも
のである。As a device for improving the coupling efficiency with the optical fiber by devising the structure of the optical waveguide, a conventional Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-173704,
There is one described in JP-A-58-172603.
These optical waveguides are obtained by directly forming an optical waveguide on a substrate.
上述の従来の構造で半導体材料等で光導波路を形成し
て、単一モードを励起するためには、導波路幅は約１μ
ｍ以下である必要があった。幅を大きくすると、高次の
モードが出現してしまうからである。しかし、このよう
な小さな寸法では、実際に光ファイバと結合する際に、
結合損失が大きくなり、実用化における最大の問題とな
っていた。本発明の目的はこのような従来技術の有する
問題点を解決し、単一モードの導波路を高効率で光ファ
イバと結合できるような光導波路を提供することにあ
る。In order to excite a single mode by forming an optical waveguide with a semiconductor material or the like in the above-described conventional structure, the waveguide width is about 1 μm.
m or less. This is because if the width is increased, a higher-order mode appears. However, with such small dimensions, when actually coupling with an optical fiber,
Coupling loss has increased, which has been the biggest problem in practical use. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide an optical waveguide that can couple a single-mode waveguide to an optical fiber with high efficiency.
上記目的は基板層と光導波層のそれぞれの屈折率に対
して中間の値の屈折率を持つクラッド層をこれら光導波
路と基板層との間に挿入することにより、達成される。The above object is achieved by inserting a cladding layer having a refractive index of an intermediate value between the respective refractive indices of the substrate layer and the optical waveguide layer between the optical waveguide and the substrate layer.
光導波層の下に屈折率が光導波層よりも小さいクラッ
ド層を設けることにより、光導波路の光の閉じ込めが弱
くなり、光導波路の幅を広くし厚くしても、導波路に
は、基本モードのみを選択的に励起することができる。By providing a cladding layer having a lower refractive index than the optical waveguide layer below the optical waveguide layer, the confinement of light in the optical waveguide is weakened. Only the mode can be selectively excited.
本発明の要旨は、基板と、前記基板上に積層されたク
ラッド層と、前記クラッド層上に積層された光導波路層
とを有する光導波路であって、 前記光導波路層、前記クラッド層および前記基板のそ
れぞれに電圧が印加されていない状態での前記光導波路
層、前記クラッド層および前記基板のそれぞれの材料の
屈折率の値をn1、n2、n3としたとき、n1＞n2＞n3の関係
を満足し、 前記光導波路層には単一モードの導波路となるような
所要の幅および厚みをもつリッジ部分が形成されている
ことを特徴とする光導波路にある。The gist of the present invention is a substrate, a clad layer laminated on the substrate, and an optical waveguide having an optical waveguide layer laminated on the clad layer, wherein the optical waveguide layer, the clad layer and the When the refractive index values of the respective materials of the optical waveguide layer, the cladding layer, and the substrate when no voltage is applied to each of the substrates are n1, n2, and n3, the relationship of n1>n2> n3 is satisfied. The optical waveguide is characterized in that a ridge portion having a required width and thickness is formed in the optical waveguide layer so as to be a single-mode waveguide.
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
InP/InGaAsP系材料を用いて、波長12μｍの光で動作
するキャリア注入型光スイッチを作製する場合、第１図
に示すように、InP基板３上に、液相エピタキシャル成
長法により、厚さ５μｍのInGaAsPクラッド層２（屈折
率n2＝3.34）を形成し、その上に厚さ2.5μｍのInGaAsP
光導波層１（屈折率n1＝3.39）を形成する。InGaAsP光
導波層１をドライエッチングにより、幅５μｍ、高さ４
μｍのリッジ型導波路に加工する。この方法により形成
した光導波層から成る光スイッチを第２図に示す。この
スイッチの導波層には高次モードを励起せず、選択的に
基本モードのみを励起し、伝搬することができる。した
がって、この光スイッチは、単一モード光ファイバ６か
ら結合した光を単一モードのままでスイッチさせること
が可能となり、単一モードで光出力し、単一モード光フ
ァイバ６′に結合する。光ファイバとの結合部断面寸法
も、従来の単一モード励起光導波路よりも大きくなり、
結合損失は単一モード光ファイバに対して5dBであっ
た。In the case of manufacturing a carrier injection type optical switch which operates with light having a wavelength of 12 μm using an InP / InGaAsP-based material, as shown in FIG. 1, a 5 μm-thick film is formed on an InP substrate 3 by liquid phase epitaxial growth. An InGaAsP cladding layer 2 (refractive index n 2 = 3.34) is formed, and a 2.5 μm thick InGaAsP cladding layer is formed thereon.
An optical waveguide layer 1 (refractive index n 1 = 3.39) is formed. InGaAsP optical waveguide layer 1 is dry etched to a width of 5 μm and a height of 4 μm.
Process into a ridge waveguide of μm. FIG. 2 shows an optical switch comprising an optical waveguide layer formed by this method. The waveguide layer of this switch does not excite higher-order modes, but can selectively excite and propagate only the fundamental mode. Therefore, this optical switch can switch the light coupled from the single mode optical fiber 6 while maintaining the single mode, output light in the single mode, and couple to the single mode optical fiber 6 '. The cross-sectional dimension of the coupling part with the optical fiber is also larger than that of the conventional single-mode pumping optical waveguide,
The coupling loss is 5dB for single mode optical fiber.
実施例２ 上記、実施例１に示した光導波層および厚膜のクラッ
ド層から成る多層膜を、ホトリソグラフィにより、一つ
の入力端（あるいは出力端）と、複数の出力端（あるい
は入力端）を有する光分波器（あるいは光合波器）のマ
スクパタンによって形成する第３図。実施例１と同様に
ドライエッチングによってリッジ型光導波路を形成し
た。このようにして作成した光分波器（光合波器）は、
高効率で単一モード光ファイバと結合し、かつ、単一モ
ードを励起する光導波路となる。Embodiment 2 The multilayer film composed of the optical waveguide layer and the thick clad layer shown in the above-described embodiment 1 is subjected to one input terminal (or output terminal) and a plurality of output terminals (or input terminals) by photolithography. FIG. 3 is a diagram formed by a mask pattern of an optical demultiplexer (or an optical multiplexer) having the following. A ridge-type optical waveguide was formed by dry etching in the same manner as in Example 1. The optical demultiplexer (optical multiplexer) created in this way is
An optical waveguide that couples with a single-mode optical fiber with high efficiency and excites a single mode.
上記、各実施例において、光導波層および厚膜クラッ
ド層の屈折率（組成）を任意に設定することにより、任
意の導波光に対して、最も低損失な光導波路を形成でき
ることはもちろんである。また、上記、各実施例におい
て、光導波路の形成にドライエッチングにかわり、化学
（ウエット）エッチングを用いてもよい。更に、 上記、各実施例において、リッジ型光導波路の側面お
よび上面を、光導波路材料よりもわずかに小さい屈折率
を有するInGaAsP等で埋め込むことにより、さらに導波
路幅、厚さを大きくしても基本モードのみ励起すること
が可能となる。In each of the embodiments described above, by setting the refractive indices (composition) of the optical waveguide layer and the thick film cladding layer arbitrarily, it is possible to form an optical waveguide having the lowest loss for any guided light. . In each of the above embodiments, chemical (wet) etching may be used instead of dry etching for forming the optical waveguide. Further, in each of the above embodiments, the side and top surfaces of the ridge-type optical waveguide are embedded with InGaAsP or the like having a refractive index slightly smaller than that of the optical waveguide material, thereby further increasing the waveguide width and thickness. Only the fundamental mode can be excited.
なお、クラッド層の厚さは３〜15μｍであることが好
ましい。また本発明は、光スイッチや光分波器等以外に
も、光を導波する構造を有する光素子に応用できること
はもちろんである。Note that the thickness of the cladding layer is preferably 3 to 15 μm. In addition, the present invention can of course be applied to an optical element having a structure for guiding light, in addition to an optical switch and an optical demultiplexer.
本発明の実施例によれば、光導波路の断面寸法を単一
モード光ファイバのコア径（例えば、９μｍ）に近づけ
ることができ、かつ光導波路の基本モード励起とするこ
とができるので、単一モードで動作し、かつ、単一モー
ド光ファイバと高効率で結合する光スイッチの作製が可
能となる。また、光ファイバ作製においては、光導波路
の幅を大きくできるため、プロセスにおける加工精度が
緩和できる。According to the embodiment of the present invention, the cross-sectional dimension of the optical waveguide can be made close to the core diameter of the single-mode optical fiber (for example, 9 μm), and the fundamental mode of the optical waveguide can be excited. It is possible to manufacture an optical switch that operates in a mode and couples with a single-mode optical fiber with high efficiency. In the production of an optical fiber, the width of the optical waveguide can be increased, so that the processing accuracy in the process can be reduced.
本発明によれば、光導波路のリッジ部分の幅を拡げた
単一モード光導波路を形成できる。According to the present invention, it is possible to form a single mode optical waveguide in which the width of the ridge portion of the optical waveguide is increased.
第１図は本発明に係る光導波路の断面と伝搬モードの概
念図、第２図は本発明に係る光スイッチと単一モード光
ファイバの結合図、第３図は本発明に係る光分波路（光
合波器）と単一モード光ファイバの結合図を示す図であ
る。 符号の説明 １……光導波路 ２……クラッド層 ３……基板 ４……基本モードの電界分布 ５……高次モードの電界分布 ６……単一モード光ファイバFIG. 1 is a conceptual diagram of a cross section and a propagation mode of an optical waveguide according to the present invention, FIG. 2 is a coupling diagram of an optical switch and a single mode optical fiber according to the present invention, and FIG. It is a figure which shows the coupling diagram of an (optical multiplexer) and a single mode optical fiber. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical waveguide 2 ... Clad layer 3 ... Substrate 4 ... Electric field distribution of fundamental mode 5 ... Electric field distribution of higher-order mode 6 ... Single mode optical fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 宏明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 勝山 俊夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−145209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31133（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Inoue 1-280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Toshio Katsuyama 1-280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (56) References JP-A-62-145209 (JP, A) JP-A-63-121826 (JP, A) JP-A-64-31133 (JP, A)
Claims (1)
層と、前記クラッド層上に積層された光導波路層とを有
する光導波路であって、 前記光導波路層、前記クラッド層および前記基板のそれ
ぞれに電圧が印加されていない状態での前記光導波路
層、前記クラッド層および前記基板のそれぞれの材料の
屈折率の値をn1、n2、n3としたとき、n1＞n2＞n3の関係
を満足し、 前記光導波路層には単一モードの導波路となるような所
要の幅および厚みをもつリッジ部分が形成されているこ
とを特徴とする光導波路。An optical waveguide comprising: a substrate; a cladding layer laminated on the substrate; and an optical waveguide layer laminated on the cladding layer, wherein the optical waveguide layer, the cladding layer, and the substrate When the values of the refractive indices of the respective materials of the optical waveguide layer, the cladding layer, and the substrate in a state where no voltage is applied to each of n1, n2, and n3, a relationship of n1>n2> n3 is obtained. The optical waveguide, wherein a ridge portion having a required width and thickness is formed in the optical waveguide layer so as to be a single-mode waveguide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318837A JP2590160B2 (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318837A JP2590160B2 (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Optical waveguide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161204A JPH01161204A (en) | 1989-06-23 |
| JP2590160B2 true JP2590160B2 (en) | 1997-03-12 |
Family
ID=18103507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318837A Expired - Lifetime JP2590160B2 (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Optical waveguide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590160B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62145209A (en) * | 1985-12-19 | 1987-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical waveguide device |
| JPH0760237B2 (en) * | 1986-11-12 | 1995-06-28 | 沖電気工業株式会社 | Waveguide type optical switch |
| JPS6431133A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-01 | Nec Corp | Wavelength selection switch |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318837A patent/JP2590160B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01161204A (en) | 1989-06-23 |
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