Optical fiber coupler
专利汇可以提供Optical fiber coupler专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To enable a pair of many pieces of data to be transmitted by receiving the light emitted by a diffraction grating coupler with photodetectors. CONSTITUTION:This optical coupler has the diffraction grating coupler 3 within a waveguide structure and is disposed with a photodetector (photodiode) 6 array in parallel with the waveguide direction on its rear surface. The light emitted from the diffraction grating coupler 3 is received by the photodetectors 6. All the photodiodes 6 on the waveguide sense light when the exit light of a semiconductor laser 7 is coupled to the waveguide. The intensity of the received light is, however, higher with the photodiodes 6 nearer the incident end in such a case. For example, the intensity modulation of the exit light of the laser diode is detected by the arbitrary photodiode 6 by taking out the output of this photodiode 6. The path as a photocoupler changes eventually by changing the photodiode 6 out of which the output is taken.，下面是Optical fiber coupler专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光を用いた接続、すなわち光カプラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気回路内において、ある回路を電気的に独立させたい場合、光カップラが用いられてきた。 これは半導体発光素子と受光素子を組み合わせたモジュールで、発光素子と結線された第１の回路に電流が流れると素子が発光し、その光を受光素子が受光してそれと接続する第２の回路に電気的な信号が発生するものである。 第１の回路と第２の回路は光で接続しているが、電気的には独立となるため、たとえば回路１で発生した電気的ノイズは回路２には伝わらない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の光カプラは１対１の光を用いたデータの伝送であり、半導体発光素子とそれと対抗する受光素子とからなっている。 その間、光は空間あるいは発光素子の発光波長に対して透明な材料を伝搬して受光素子に到達する。 このため発光素子と受光素子間の距離を短くする必要があった。 この距離を長くすると、光源に半導体レーザを用いても出射光は広がるために損失が大きくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の光カプラは、光導波路において、導波路内に導波光に対して放射損失係数が０でない値を持つ２次以上の回折格子結合器を有し、基板表面に導波方向と平行に受光素子アレイが配置され、回折格子結合器により出射した光が、前記受光素子で受光されることを特徴とする。
【０００５】本発明の光カプラは、好ましくは前記導波路上にエバネッセント光が導波路表面にしみだすことのない厚さ以上のクラッド層あるいはクラッド層とバッファ層を有することを特徴とする。
【０００６】本発明の光カプラは、さらに好ましくは前記回折格子が導波方向に対して一定間隔で一定長さで配置され、各々の回折格子結合器からの出射光が１対１で対応した受光素子アレイの受光素子に受光されることを特徴とする。
【０００７】本発明の光カプラは、さらに好ましくは一定間隔で配置された回折格子の長さが、導波路の入射端面から基板内部に行くにつれて長くなっており、回折格子結合器の全放射損失係数をα、各回折格子結合器の長さをＬで表すとき、各回折格子結合器のαＬが一定ではなく、出射光強度が等しくなるように設計されている。
【０００８】本発明では光導波路において、導波路構造内に回折格子結合器を有し、基板表面あるいは裏面に導波方向と平行に受光素子（フォトダイオード）アレイを配置し、回折格子結合器により出射した光が、前記受光素子で受光する構造を持った光カプラを提供する。 半導体レーザの出射光を導波路に結合すると、導波路上のすべてのフォトダイオードは光を感じる。 ただしこの場合には入射端に近いフォトダイオードほど受光する光の強度は大きくなる。 たとえば任意のフォトダイオードの出力を取り出すことで、レーザダイオードの出射光の強度変調をそのフォトダイオードで受光できる。 また出力を取り出すフォトダイオードを変えることで、光カプラとしてのパスが変わることになる。 もちろんこの光接続は１対１だけではなく、１対多の接続も可能である。
【０００９】本発明では、導波路全域に回折格子を作製した場合について述べた。 ところがフォトダイオードアレイの各ビット間の回折格子は、すべて導波損失をもたらす。 そこで導波路内部の回折格子結合器を導波方向に対して一定間隔で一定長さに配置し、各々の回折格子結合器からの出射光が１対１で対応したフォトダイオードアレイのビットに受光されるようにするとよい。 また入射端近傍には回折格子結合器のない領域を設け、光源とフォトダイオード間の距離を長くすることもできる。
【００１０】上記いずれの場合も、各フォトダイオードに到達する光強度、すなわちフォトン数は入射端から遠ざかるにつれて弱くなる。 これを解決する手段としては以下の２通りの方法あるいはその組み合わせが考えられる。 １つはフォトダイオードのサイズを入射端から遠ざかるにつれて大きくすることである。 もう１つの方法は各回折格子結合器のαＬを等しくしないものである。 ここでαは回折格子結合器の放射損失係数、Ｌは回折格子結合器の長さである。 このためには、Ｌを入射端から遠ざかるにつれて長くする方法が最も簡単な方法であるが、これ以外に、回折格子の深さを入射端から遠ざかるにつれて深くしてαを徐々に大きくする方法、導波路構造を導波方向に対して徐々に変化させる方法などが考えられる。
【００１１】
【作用】光導波路内に設けた回折格子は出射結合器として作用し、光信号をそれぞれのフォトダイオードに分配する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。 図１は本発明の光カプラの製造工程を説明するための斜視図である。 図２は、本発明の実施例で示した光導波路内の光強度分布の計算結果を示すグラフである。 図３は、本発明の光カプラの断面模式図である。 図４は、
フォトダイオードからの信号を取り出すために用いた電気回路を説明するための図である。 図５は、本発明の光カプラの製造工程の中で、工程の一部の回折格子の製造工程を説明するための斜視図である。
【００１３】図１（ａ）または図５（ａ）に示すように、石英ガラス基板１にＣＶＤでＧｅＯ2膜２を厚み０．５μｍで成膜し、導波層（導波路）とした。 図５
（ｂ）に示すように、後工程のエッチングマスクとして用いるＣｒ膜２０をスパッタ法でＧｅＯ2膜２上に成膜した。 図５（ｃ）に示すように、その上に干渉露光法により周期０．５μｍのフォトレジストの回折格子パターン２１を形成した。 このパターン２１をマスクとしてＣ
ｒ膜２０をウエットエッチングし、図５（ｄ）に示すように、Ｃｒ膜を格子状に加工した。 図５（ｅ）に示すように、この格子状のＣｒ膜をマスクとしてＣＦ4ガスによる反応性イオンエッチング技術（ＲＩＥ）で深さ０．
１５μｍの回折格子３をＧｅＯ2膜２上に形成した。 図１（ｂ）に示すように、格子状のＣｒ膜を除去した後、
図１（ｃ）に示すように、横方向の光の閉じ込めのために導波層の一部をリブ構造４となし、幅５μｍを残して、深さ０．２μｍエッチングした。 図１（ｄ）に示すように、再びＣＶＤ法により厚み１μｍのＳｉＯ2クラッド層５を成膜した。 このようにして作製した光導波路において、導波路内の回折格子は出射結合器（回折格子結合器）として作用する。 すなわち導波路を伝搬する光は導波路内の回折格子によって回折され＜導波路外へ出射する。 本光導波路内の導波光の光強度分布を計算した結果を図２に示す。 この計算では石英ガラス基板１、Ｇ
ｅＯ2膜２、およびＣＶＤＳｉＯ2クラッド層５の屈折率をそれぞれ１．４６０、１．６０３、１．４５０とし、
導波光の真空中での波長を７８０ｎｍとした。 この導波路はシングルモードで基本波の等価屈折率は１．５３０
になる。 回折格子を導波路に設けると導波光は回折格子によって回折され、 ｓｉｎθ＝Ｎ−ｍλ／Λ を満たす角度θの方向に出射する。 ここでＮは導波路の等価屈折率、λは入射光の真空中における波長、Λは回折格子の周期である。 またｍは回折次数と呼ばれ、 −１＜Ｎ−ｍλ／Λ＜１ を満足する整数である。 本実施例の場合、ｍ＝１のときのみ上式が成立し、放射される光は基板の垂線に対して−１．２３゜の角度を持つ。 この際の放射損失係数、すなわち回折効率は表面側に２５．７ｃｍ -1 、基板側に２
５．４ｃｍ -1となった。 したがって、トータルで５１．
１ｃｍ -1の放射損失になる。 図１（ｅ）に示すように、
最後にアモルファスシリコンのｐｉｎフォトダイオード６のアレイを導波路上に作製した。 図３に示すように、
フォトダイオードアレイの各ビットは長さ５０μｍ、それぞれの間隔は２０μｍとした。 ｎ番目のフォトダイオードで受光する光強度Ｉは、入射光強度Ｉ 0で規格化すると Ｉ／Ｉ 0 ＝ｅｘｐ［−（ｎ−１）α（Ｌ＋ｄ）］×［１−ｅｘｐ（−α s Ｌ）］ と表すことができる。 ここでαは全放射損失係数、αs
は表面側への放射損失係数、Ｌはフォトダイオードの長さ、ｄはフォトダイオードの間隔である。 なお放射損失係数以外の導波損失は無視している。 これを用いるとフォトダイオードに入射する光の強度は、ｎ＝１で入射光の強度の１２％、ｎ＝２で８％、ｎ＝３で６％、ｎ＝４
で４％、ｎ＝５で３％、そしてｎ＝１０では０．４７％
になる。 図３に示すように、光接続を確認するために、
出力１０ｍＷの７８０ｎｍ半導体レーザ７からの出射光を導波路に結合した。 各フォトダイオードからのデータの取り出しは、等価的に図４に示す回路で行った。 フォトダイオードからデータをサンプリングするときには電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）８をｏｎ、ＦＥＴ９をｏ
ｆｆとして信号取り出し電極１０間の電流をモニタした。 一方、データをモニタしないときにはＦＥＴ８をｏ
ｆｆ、ＦＥＴ９をｏｎにし、フォトダイオードの両端を短絡してキャリアの蓄積を防いだ。 なお、ＦＥＴ８のドライブは制御電極１２のバイアス値で制御し、ＦＥＴ９
はそのバイアスをインバータ１１で反転したバイアスでドライブした。 それぞれのフォトダイオードからの出力比はほぼ先の計算通り、ｎ＝１で１２％、ｎ＝２で８
％、ｎ＝３で６％、ｎ＝４で４％、ｎ＝５で３％であった。
【００１４】上記実施例では回折格子結合器から表面方向に出射した光のみを受光している。 ところが回折格子結合器からは基板側にも光が出射するので、この光を有効に利用するために、基板裏面あるいは導波路と基板間に多層膜反射鏡を挿入し、基板側に出射した光を表面方向に反射させてフォトダイオードで効率よく受光させることもできる。 あるいは基板側にもフォトダイオードアレイを設置することで、受光素子数を上記実施例の場合の２倍に増すことも可能である。
【００１５】
【発明の効果】本発明によると１対多のデータ転送が可能な光カプラが実現できる。 また発光素子とフォトダイオード間の距離を任意に設定できる。
【図１】本発明の光カプラの製造工程を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の実施例で示した光導波路内の光強度分布の計算結果を示すグラフである。
【図３】本発明の光カプラの断面模式図である。
【図４】フォトダイオードからの信号を取り出すために用いた電気回路を説明するための図である。
【図５】本発明の光カプラの製造工程の中で、工程の一部の回折格子の製造工程を説明するための斜視図である。
１ 石英ガラス基板 ２ ＧｅＯ2膜 ３ 回折格子 ４ リブ構造 ５ ＳｉＯ2クラッド層 ６ フォトダイオード ７ 半導体レーザ ８、９ ＦＥＴ １０ 信号取り出し電極 １１ インバータ １２ 制御電極 ２０ Ｃｒ膜 ２１ フォトレジストの回折格子パターン
フロントページの続き (51)Int.Cl. 5識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18
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