專利名稱：光波導(dǎo)和使用該光波導(dǎo)的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)和使用該光波導(dǎo)的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器，具體地涉 及與光纖耦合的光波導(dǎo)的形狀以及關(guān)于該光波導(dǎo)的構(gòu)造的思想。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)通信技術(shù)的進(jìn)步，己經(jīng)對(duì)作為光通信系統(tǒng)的一部分的光回 路進(jìn)行了各種類型的開(kāi)發(fā)。因?yàn)槠矫婀獠ɑ芈吩诟纳乒δ?、減小尺寸以及 降低成本方面非常優(yōu)秀，所以對(duì)于光波導(dǎo)裝置的期望正在高漲。
在光波導(dǎo)裝置中，為了以非常有效率的方式將光波導(dǎo)與光纖耦合，光 波導(dǎo)的模需要與光纖的模相匹配。
一般地，與光纖相比，光波導(dǎo)的相對(duì)折
射率差A(yù)較大，并且光波導(dǎo)的模直徑較小。這里，使用折射率nl的芯層 和折射率n2的包層，相對(duì)折射率差A(yù)如下所示A^nl-n2ynl。此外，當(dāng) 導(dǎo)波光的光強(qiáng)度分布可以通過(guò)高斯形曲線近似時(shí)，模直徑為光強(qiáng)度相對(duì)于 光強(qiáng)度的最大值(通常對(duì)應(yīng)于芯層的中央部分)變?yōu)?/e2 (e為自然對(duì)數(shù) 的底數(shù))的部分的直徑(MFD:模場(chǎng)直徑)。
一般的思想是使光纖的模直徑靠近光波導(dǎo)的模直徑(例如，見(jiàn)專利文 獻(xiàn)1)。但是，特別是在多通道光纖陣列的情況下，改變光纖的模直徑尤 其困難。即使有可能，成本也非常高。因此，在過(guò)去，為了實(shí)現(xiàn)低損耗耦 合只改變過(guò)光波導(dǎo)式樣(例如，見(jiàn)專利文獻(xiàn)2到8等)。
但是，光波導(dǎo)的A隨著光波導(dǎo)裝置的尺寸減小而逐漸增加，并且根據(jù) 上述方法，光波導(dǎo)的加工尺寸需要非常微細(xì)并且非常精確。因此，變得難 以將模直徑調(diào)整為光纖的直徑。
因此，通過(guò)改變光波導(dǎo)的構(gòu)造來(lái)增大模直徑的方法之一為形成新的光 波導(dǎo)，其A為光波導(dǎo)的A與光纖的A之間的中間值，以使得新的光波導(dǎo)被 插入光波導(dǎo)與光纖之間(例如，見(jiàn)專利文獻(xiàn)9到12等)。專利文獻(xiàn)l:日本專利No. 3,318,406 專利文獻(xiàn)2: JP-A-06-027334 專利文獻(xiàn)3:日本專利No. 3,663,310 專利文獻(xiàn)4: JP-A-2000-235128 專利文獻(xiàn)5: JP-A-2001-337252 專利文獻(xiàn)6: JP-A-2002-258078 專利文獻(xiàn)7: JP-A-2005-115017 專利文獻(xiàn)8: JP-A-2006-146212 專利文獻(xiàn)9: JP-A-05-249331 專利文獻(xiàn)10:日本專利No. 3450068 專利文獻(xiàn)lh JP-A-04-015604 專利文獻(xiàn)12: JP-A-03-081740

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
然而，上述相關(guān)技術(shù)中的任何一種都不能充分地減小耦合損耗。艮P， 上述技術(shù)具有由于形成方法的復(fù)雜性而產(chǎn)生的關(guān)于成本和再現(xiàn)性的問(wèn)題， 由于折射率的不匹配而產(chǎn)生的關(guān)于反射發(fā)生在斷面處的構(gòu)造的問(wèn)題，以及 由于兩個(gè)或更多波導(dǎo)可能接收光纖的光而產(chǎn)生的關(guān)于光軸的調(diào)整的問(wèn)題。 因此，沒(méi)有能獲得足夠性能的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器。因此，為解決該問(wèn)題，需 要新的光波導(dǎo)以及新的用于光纖高效耦合方法。
本發(fā)明的目的為解決上述問(wèn)題，并當(dāng)光波導(dǎo)與光纖耦合時(shí)實(shí)現(xiàn)高效的稱合。
解決問(wèn)題的方法
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，光波導(dǎo)包括平板形狀的襯底、設(shè)置在
襯底上的下包層以及設(shè)置在下包層上并傳輸光的芯層。這種光波導(dǎo)包括 第一光波導(dǎo)，其包括在包層上作為芯層的第一芯層，并被設(shè)置為沿著光傳 播的方向延伸到光波導(dǎo)的第一位置；第二光波導(dǎo)，其包括下包層上作為芯
5層的第二芯層，并被設(shè)置為沿著光傳播的方向延伸到光波導(dǎo)的第二位置， 并相對(duì)于第一光波導(dǎo)具有較低的相對(duì)折射率差。在第一位置與第二位置之 間，第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)形成層構(gòu)造，在所述層構(gòu)造中，第一芯層和 第二芯層被設(shè)置為使得在垂直于襯底的方向上第一芯層定位在離第二芯層 預(yù)定距離的位置。第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)中的至少一者包括模耦合 部，其包括在第一位置與第二位置之間進(jìn)行第一芯層與第二芯層的模耦合 的定向耦合器；模轉(zhuǎn)換部，其連接到模耦合部，并具有錐形芯層構(gòu)造以將 第一芯層的模直徑調(diào)整到第二芯層的模直徑。
本發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光波導(dǎo)與光纖耦合時(shí)，可以以非常高效率的方式完成
稱合o


圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例的光波導(dǎo)的示意構(gòu)造的圖示。圖 1A為上表面主要部分的截面圖。圖1B為平面主要部分的截面圖。圖1C 為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖1D為左側(cè)面主要部分的截面圖。
圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例的光波導(dǎo)的示意構(gòu)造的圖示。圖 2A為上表面主要部分的截面圖。圖2B為平面主要部分的截面圖。圖2C 為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖2D為左側(cè)面主要部分的截面圖。
圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例的光波導(dǎo)的示意構(gòu)造的圖示。圖 3A為上表面主要部分的截面圖。圖3B為平面主要部分的截面圖。圖3C 為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖3D為左側(cè)面主要部分的截面圖。 參考標(biāo)記表
1:光波導(dǎo)
2:高A光波導(dǎo)(第一光波導(dǎo))
2a:第一線性波導(dǎo)部
3:低A光波導(dǎo)(第二光波導(dǎo))
3b:第二線性波導(dǎo)部11: Si襯底 12:下包層
13:高A芯層(第一芯層)
14:低A芯層(第一芯層)
15:回流層
16:上包層
17:第一模轉(zhuǎn)換部
18:模耦合部
19:第二模轉(zhuǎn)換部
20:第二無(wú)反射終端部
21:第一無(wú)反射終端部
具體實(shí)施例方式
隨后參照

本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
本示例性實(shí)施例使用光波導(dǎo)的形狀和構(gòu)造發(fā)生了改變的光斑尺寸轉(zhuǎn)換 器。因此，本示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了光波導(dǎo)與光纖的高效率的耦合以及光波 導(dǎo)之間高效率的耦合。具體地，本示例性實(shí)施例將具有相對(duì)高的折射率差 △的光波導(dǎo)與用于光通信的單模光纖(SMF)以非常高效率的方式耦合到 一起。
因此，使用本示例性實(shí)施例的光波導(dǎo)的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器具有平面光波 導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，其至少包括平板形狀的襯底；設(shè)置在襯底上的下包層；以及 設(shè)置在下包層上的芯層。芯層包括至少兩種芯層具有高相對(duì)折射率差的
光波導(dǎo)(高A光波導(dǎo))，以及具有低相對(duì)折射率差的光波導(dǎo)(低A光波 導(dǎo))。在這些芯層耦合到一起的區(qū)域中，通過(guò)使高A光波導(dǎo)與低A光波導(dǎo)
分隔開(kāi)預(yù)定的距離，在垂直于襯底的方向上形成了層構(gòu)造。這些芯層中的
至少一個(gè)具有模轉(zhuǎn)換部(模轉(zhuǎn)換器部分)，其使用錐形構(gòu)造將該芯層的 模直徑調(diào)整到其他芯層的模直徑；模耦合部(模耦合部分)，其使用定向
耦合器將該芯層與其他芯層耦合。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，高A光波導(dǎo)與低A光波導(dǎo)都可以具有模轉(zhuǎn)換部和模耦合部。但是，高A光波導(dǎo)或低A光波導(dǎo)至少一者可以具有錐形無(wú)反射終端 構(gòu)造，該構(gòu)造的寬度朝向尖端減小。此外，高A光波導(dǎo)和低A光波導(dǎo)都可 以具有寬度朝向尖端減小的錐形無(wú)反射終端構(gòu)造。此外，當(dāng)通過(guò)高A光波 導(dǎo)和低A光波導(dǎo)在垂直于襯底的方向上形成層構(gòu)造時(shí)，可以在高A光波導(dǎo) 作為下層并且低A光波導(dǎo)作為上層的情況下，實(shí)現(xiàn)模式耦合。
如上所述，根據(jù)本示例性實(shí)施例，插入并形成了新的低A光波導(dǎo)，并 且在光波導(dǎo)與光纖耦合到一起的區(qū)域中將模直徑調(diào)整到的對(duì)方的模直徑， 其中新的低A光波導(dǎo)的相對(duì)折射率差A(yù)介于高A光波導(dǎo)與低A光波導(dǎo)之 間。因?yàn)樗褂玫墓獍叱叽甾D(zhuǎn)換器具有在高A光波導(dǎo)與低A光波導(dǎo)之間設(shè) 置了緩沖的多層構(gòu)造的定向耦合器，所以實(shí)現(xiàn)了高效率的耦合。
因此，本示例性實(shí)施例表現(xiàn)出以下效果。
第一效果是通過(guò)設(shè)置低A光波導(dǎo)作為中間A，使得將模直徑調(diào)整到對(duì) 方的模直徑更容易，其中低A光波導(dǎo)為高A光波導(dǎo)與光纖之間的中間部 分。因此，可以在保持低功率損耗的情況下，將功率從高△光波導(dǎo)傳輸?shù)?低A光波導(dǎo)。此外，可以在保持低功率損耗的情況下，使用朝向尖端變得 更粗的傳統(tǒng)的錐形(taper)或者朝向尖端變得更細(xì)的傳統(tǒng)的錐形，將低A 光波導(dǎo)與光纖耦合到一起。通過(guò)將耦合過(guò)程分割為兩步，能夠更容易將模 直徑調(diào)整到對(duì)方的模直徑。因此，可以實(shí)現(xiàn)高效率耦合。
第二效果可以歸功于模轉(zhuǎn)換部與模耦合部的分離。與傳統(tǒng)技術(shù)不同， 用于光波導(dǎo)的模耦合部的目的是保持穩(wěn)定的模在光到達(dá)模耦合部之前， 實(shí)現(xiàn)模轉(zhuǎn)換以使得每個(gè)波導(dǎo)具有相同的模直徑，之后在模耦合部傳遞光功 率。由于上述構(gòu)造，所形成的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器對(duì)于抵抗間隙的一些改變和 光波導(dǎo)之間尺寸的差別非?？煽?。
第三效果是因?yàn)榈虯光波導(dǎo)被夾在光纖與高A光波導(dǎo)之間，所以高A 光波導(dǎo)不直接出現(xiàn)在光學(xué)裝置的端面上。因?yàn)楦逜光波導(dǎo)不直接出現(xiàn)在光 學(xué)裝置的端面上，所以可能由折射率的不同所引起的端面反射(費(fèi)涅耳反 射)幾乎不出現(xiàn)。S口，可以抑制端面反射的返回光效果。此外，不直接出 現(xiàn)在光學(xué)裝置的端面上的高A光波導(dǎo)的另一個(gè)效果為在端面處可以觀察到 一個(gè)出光端。如果在端面處可以觀察到多個(gè)芯層，因?yàn)楣廨S傾向于相互發(fā)散，所以光軸的對(duì)準(zhǔn)將變得難以處理。但是，本示例性實(shí)施例也具有以下 特征因?yàn)閮H有一個(gè)出光端，所以光軸幾乎不彼此發(fā)散。 隨后描述本發(fā)明的具體示例。
示例1
圖1為示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例的使用光波導(dǎo)1的光斑尺 寸轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造的示例的示意圖。圖1A為上表面主要部分的截面圖。圖 IB為平面主要部分的截面圖。圖1C為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖ID
為左側(cè)面主要部分的截面圖。附帶地，圖1A和圖1B示出了光波導(dǎo)1的主
要部分的截面表面。如圖中的波浪線所示，光波導(dǎo)1的兩端都不限于實(shí)際 波導(dǎo)芯片的端面。此外，在由該圖所示出的示例的情況下，光波導(dǎo)1與光 纖耦合。可選擇地，光波導(dǎo)1可以應(yīng)用到其他情況，諸如當(dāng)光波導(dǎo)1與例
如SOA (半導(dǎo)體光放大器)或LD (激光二極管)而不是光纖耦合時(shí)的情 況。
圖1A到圖1D中圖示的光波導(dǎo)1以與平板形狀的Si襯底11的平面表 面相平行的方向延伸。光波導(dǎo)1包括下包層12，其設(shè)置在Si襯底11 上；芯層，其設(shè)置在下包層12上并傳導(dǎo)光；上包層16，其設(shè)置在芯層 上。如下所述，芯層為兩層的芯層，即，經(jīng)由回流層(緩沖)15在垂直于 Si襯底11的方向上設(shè)置在不同位置的下層高A芯層(第一芯層)13以及 上層低A芯層(第二芯層)14。
由于兩層的芯層構(gòu)造，光波導(dǎo)1包括高A光波導(dǎo)(第一光波導(dǎo))2 以及低A光波導(dǎo)(第二光波導(dǎo))3，其中高A光波導(dǎo)2具有高A芯層13。 高A光波導(dǎo)2被設(shè)置為沿著光傳播的方向延伸到光波導(dǎo)1的第一位置Pl。 高△光波導(dǎo)2的相對(duì)折射率差A(yù)高于光纖的相對(duì)折射率差△。低△光波導(dǎo) 3被設(shè)置為沿著光傳播的方向延伸到光波導(dǎo)1的第二位置P2。低A光波導(dǎo) 3的差A(yù)高于光纖的差A(yù)，但是低于高A光波導(dǎo)的差A(yù)。
在第一位置Pl與第2位置P2之間，高△光波導(dǎo)2和低△光波導(dǎo)3形 成層構(gòu)造高A芯層13和低A芯層14被設(shè)置為使得高A芯層13經(jīng)由回 流層15在垂直于Si襯底11的方向上定位在距離低A芯層14預(yù)定距離的位置。根據(jù)上述層構(gòu)造，高A光波導(dǎo)2設(shè)置在下層，低A光波導(dǎo)3設(shè)置在 上層?；亓鲗?5作為高△光波導(dǎo)2與低△光波導(dǎo)3之間的波導(dǎo)間空隙 (緩沖)。
在第一位置Pl與第二位置P2之間，高A光波導(dǎo)2與低△光波導(dǎo)3包 括模耦合部(完全耦合部)18，模耦合部18包括進(jìn)行高A芯層13與低A 芯層14之間的模耦合的定向耦合器。
例如，高A光波導(dǎo)2連接到圖中未示出的各種光學(xué)回路。高A光波導(dǎo) 2包括線性延伸的第一線性波導(dǎo)部2a;第一模轉(zhuǎn)換部(模轉(zhuǎn)換器)17， 其將第一線性波導(dǎo)部2a與膜耦合部18順序地連接以處于它們之間，并且 第一模轉(zhuǎn)換部17具有錐形芯層構(gòu)造以將高A芯層13的模直徑調(diào)整到低△ 芯層14的模直徑；第一無(wú)反射終端部21，其順序地連接到模耦合部18的
末端并具有寬度朝向尖端減小的錐形芯層構(gòu)造。
在圖l的示例中，低A光波導(dǎo)3連接到光纖。低A光波導(dǎo)3包括線 性延伸的第二線性波導(dǎo)部3a;第二模轉(zhuǎn)換部(模轉(zhuǎn)換器)19，其將第二線 性波導(dǎo)部3a與膜耦合部18順序地連接以處于它們之間，并且第二模轉(zhuǎn)換 部19具有錐形芯層構(gòu)造以將低A芯層14的模直徑調(diào)整到高A芯層13的 模直徑；第二無(wú)反射終端部20，其順序地連接到模耦合部18的末端并具 有寬度朝向尖端減小的錐形芯層構(gòu)造。
在圖l的示例中，低A光波導(dǎo)3連接到光纖。但是，在示例中，低A 光波導(dǎo)3可以被應(yīng)用到其他情況中，諸如，當(dāng)?shù)虯光波導(dǎo)3經(jīng)由光回路或 錐形光斑尺寸轉(zhuǎn)換器連接到光纖時(shí)或當(dāng)?shù)虯光波導(dǎo)3直接連接到光纖時(shí)的 情況。
石英用來(lái)制作下包層12、回流層15以及上包層16。下包層12、回流 層15以及上包層16的厚度為15/mi。高△芯層13有3平方/zm的尺寸。 低A芯層14有5平方/mi的尺寸。折射率有以下關(guān)系高A芯層13〉低A 芯層14>下包層12=上包層16。對(duì)于相對(duì)折射率差△，高△為2%，低△ 為1%。
在第一模轉(zhuǎn)換部17中的高A芯層13為錐形，使得波導(dǎo)的寬度從3/mi 改變到0.7/mi。高A芯層13的模在模耦合部18與低A芯層14的模相耦
10合。在第二模轉(zhuǎn)換部19中的低A芯層14為錐形，使得波導(dǎo)的寬度從5/mi
改變到2.5/mi。低△芯層14的模在模耦合部18與高△芯層13的模相耦 合。
此外，對(duì)于高A芯層13，第一無(wú)反射終端部21被制造為使其接著第 一模轉(zhuǎn)換部17和模耦合部18，由此防止沒(méi)有完全耦合的光成為返回光。 類似地，對(duì)于低A芯層14，第二無(wú)反射終端部20被制造為使其接著第二 模轉(zhuǎn)換部19和模耦合部18，由此防止未完全耦合的光成為反射光。
通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，在高A光波導(dǎo)2的模直徑在第一模轉(zhuǎn)換部17和第二 模轉(zhuǎn)換部19處被調(diào)整為低A光波導(dǎo)3的模直徑之后，光波導(dǎo)1在模耦合 部18處進(jìn)行模耦合。因此，在將功率損耗保持得非常低的同時(shí)，可以進(jìn) 行耦合。結(jié)果，低A芯層14與高A芯層13的耦合損耗為O.ldB。此外， 因?yàn)閷?duì)于低A芯層14形成了 0.7/mi的寬度朝向尖端減小的錐形，所以當(dāng) 低△芯層14與單模光纖耦合時(shí)，低△芯層14與單模光纖的耦合損耗為 0.3dB。因此，從高A芯層13到單模光纖的總耦合損耗或者說(shuō)兩個(gè)損耗之 和為0.1+0.3=0.4dB。
與此相反，如果高△芯層13保持3/mi的波導(dǎo)寬度不變，在從高△芯 層13直接連接到單模光纖而不是上述結(jié)構(gòu)的情況下，損耗為4.0dB。如果 在高△芯層13的耦合部分處形成寬度為0.7/mi并朝向尖端減小的錐形， 耦合損耗從2.5dB改善到1.5dB，這仍然是較大的耦合損耗。附帶地，如 果高A芯層13的光波導(dǎo)可以為錐形的以使得寬度小到0.3Mm，那么可以以 0.2dB到0.3dB的耦合損耗完成耦合。但是，在生產(chǎn)工藝方面，很難生產(chǎn) 寬度0.3/xm的光波導(dǎo)。再現(xiàn)性也很難實(shí)現(xiàn)。因此，即使使用寬度朝向尖端 變小的錐形，也希望所使用的光波導(dǎo)的寬度應(yīng)該盡可能得大以改善再現(xiàn) 性。
此外，根據(jù)本示例，回流層15作為模耦合部分18處的波導(dǎo)間空隙。 通過(guò)使用回流層15，可以保持預(yù)定的距離。因此，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)光斑尺 寸轉(zhuǎn)換器。
如上所述，通過(guò)使用具有多層構(gòu)造的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出了低損耗因此，根據(jù)本示例，通過(guò)使用具有多層構(gòu)造的定向耦合器的光斑尺寸
轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了高效率耦合，其中回流層15設(shè)置在高A光波導(dǎo)2與低A光 波導(dǎo)3之間作為緩沖。
示例2
隨后參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的第二示例。
圖2為示意地示出了根據(jù)本示例的光波導(dǎo)1的結(jié)構(gòu)的示例的示意圖。 圖2A為上表面主要部分的截面圖。圖2B為平面主要部分的截面圖。圖 2C為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖2D為左側(cè)面主要部分的截面圖。
圖2A到圖2D中示出的本示例的光波導(dǎo)1與第一示例的光波導(dǎo)具有相 同的基本結(jié)構(gòu)。但是，本示例與第一示例之間的區(qū)別在于本示例的光波導(dǎo) 不具有第一無(wú)反射終端部20和第二無(wú)反射終端部21。接下來(lái)描述這個(gè)區(qū) 別。
如果在模耦合的時(shí)候不能完成完全耦合，光被光波導(dǎo)的末端反射并作 為返回光返回。這種反射光作為噪聲而影響裝置，導(dǎo)致有可能降低裝置的 性能。因此，期望光波導(dǎo)1與第一示例一樣裝備無(wú)反射終端部。但是，如 果完全地完成了模耦合，那么基本沒(méi)有反射光的影響。在這種情況下，即 使光波導(dǎo)1沒(méi)有裝備無(wú)反射終端部，也基本沒(méi)有問(wèn)題。因此，第二示例示 出了這種情況。在這里，波導(dǎo)的尺寸等與第一示例相同
因?yàn)樗a(chǎn)的光波導(dǎo)1具有上述結(jié)構(gòu)，在將高A光波導(dǎo)2的模直徑調(diào) 整到低A光波導(dǎo)3的模直徑之后，完成模耦合。因此，可以在將功率損耗 保持得非常低的同時(shí)完成耦合。結(jié)果，低A芯層14和高A芯層13的耦合 損耗為0.1dB。此外，當(dāng)?shù)虯芯層14與單模光纖耦合時(shí)，因?yàn)樾纬闪藢挾?為0.7/mi并朝向尖端減小的錐形，所以低△芯層14和單模光纖的耦合損 耗為0.3dB。因此，從高A芯層13到單模光纖的總耦合損耗為0.4dB，這 與第一示例的結(jié)果相同。
如上所述，根據(jù)本示例，通過(guò)使用具有多層構(gòu)造的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器表 現(xiàn)出了低損耗耦合。示例三
隨后參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的第三示例。
圖3為示意地示出了根據(jù)本示例的光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)的示例的示意圖。圖
3A為上表面主要部分的截面圖。圖3B為平面主要部分的截面圖。圖3C 為右側(cè)面主要部分的截面圖。圖3D為左側(cè)面主要部分的截面圖。
圖3A到圖3D中示出的本示例的光波導(dǎo)1與第一示例的光波導(dǎo)具有相 同的基本結(jié)構(gòu)。但是，本示例與第一示例之間的區(qū)別在于在本示例的光波 導(dǎo)1中，模轉(zhuǎn)換部19不具有錐形部分。接下來(lái)描述這個(gè)區(qū)別。
本示例說(shuō)明了可以在低A芯層14的模不被轉(zhuǎn)換并且模直徑在傳輸?shù)?時(shí)候與低△芯層14的模直徑保持相同的狀態(tài)下完成模耦合的情況。高△ 芯層13在第一模轉(zhuǎn)換部17處為錐形，使得波導(dǎo)的寬度從3/mi改變到 0.6/mi。高△芯層13的模與低△芯層14的模在模耦合部18處耦合。對(duì)于 低A芯層14，波導(dǎo)的寬度在第二模轉(zhuǎn)換部19處為5/xm并保持不變。低△ 芯層14的模與高A芯層13的模在模耦合部18處耦合。
因?yàn)樗a(chǎn)的光波導(dǎo)1具有上述結(jié)構(gòu)，在將波導(dǎo)2的模直徑調(diào)整到波 導(dǎo)3的模直徑之后，完成模耦合。因此，可以在將功率損耗保持得非常低 的同時(shí)完成耦合。在這里，低△芯層14和高△芯層13的耦合損耗為 0.4dB。此外，當(dāng)?shù)汀餍緦?4與單模光纖耦合時(shí)，因?yàn)樾纬闪藢挾葹?0.7/mi并朝向尖端減小的錐形，所以低A芯層14與單模光纖的耦合損耗為 0.3dB。因此，從高A芯層13到單模光纖的總耦合損耗為0.7dB。
如上所述，根據(jù)本示例，盡管本示例在某些方面可能不像第一示例那 么好，通過(guò)使用具有多層構(gòu)造的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器仍表現(xiàn)出了低損耗耦合。
(其他示例)
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，光波導(dǎo)包括平板形狀的襯底； 設(shè)置在襯底上的下包層；以及設(shè)置在下包層上并傳輸光的芯層。光波導(dǎo)包 括第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)。第一光波導(dǎo)包括在下包層上作為芯層的第一 芯層，并且被設(shè)置為使其沿著光傳播的方向延伸到光波導(dǎo)的第一位置。第 二光波導(dǎo)包括在下包層上作為芯層的第二芯層，并且被設(shè)置為使其沿著光傳播的方向延伸到光波導(dǎo)的第二位置，并且相對(duì)于第一光波導(dǎo)具有較低的
相對(duì)折射率差。第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)在第一位置與第二位置之間形成
層構(gòu)造，其中，第一芯層和第二芯層被設(shè)置為使得第一芯層在垂直于襯底
的方向上定位在離第二芯層預(yù)定距離的位置。第一光波導(dǎo)或第二光波導(dǎo)中
的至少一者包括模耦合部和模轉(zhuǎn)換部。模耦合部包括定向耦合器，以在第 一位置與第二位置之間進(jìn)行第一芯層和第二芯層的模耦合。模轉(zhuǎn)換部連接
到模耦合部，并具有錐形芯層構(gòu)造以將第一芯層的模直徑調(diào)整到第二芯層 的模直徑。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，在光波導(dǎo)中，第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)都可以 具有模轉(zhuǎn)換部和模耦合部。
在具有上述結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)中，在模耦合部的末端附近，第一光波導(dǎo)或 第二光波導(dǎo)中的至少一者可以包括無(wú)反射終端部，無(wú)反射終端部具有寬度 朝向尖端減小的錐形芯層構(gòu)造。
在具有上述結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)中，在模耦合部的末端附近，第一光波導(dǎo)和 第二光波導(dǎo)都可以包括無(wú)反射終端部，其具有寬度朝向尖端減小的錐形芯 層構(gòu)造。
在具有上述結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)中，在第一位置與第二位置之間，第一光波 導(dǎo)和第二光波導(dǎo)可以形成層構(gòu)造，其中，第一芯層和第二芯層分別設(shè)置在
垂直于襯底方向上的上層和下層；模耦合部可以包括定向耦合器，以在第
一位置與第二位置之間進(jìn)行設(shè)置在下層的第一芯層和設(shè)置在上層的第二芯 層的模耦合。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，光斑尺寸轉(zhuǎn)換器使用上述光波導(dǎo) 中的一種。
雖然參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例和示例具體地示出并說(shuō)明了本發(fā)明， 但是本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施例和示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí) 到，可以在不超出權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的同時(shí)，做出各 種形式和細(xì)節(jié)的改變。
本申請(qǐng)基于遞交于2007年3月20日的日本專利申請(qǐng)No. 2007-072594，并要求其優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在這里。工業(yè)適用性
本發(fā)明可以用于與光纖耦合的光波導(dǎo)以及使用該光波導(dǎo)的多層光斑尺 寸轉(zhuǎn)換器，并且可以被應(yīng)用到構(gòu)成光通信系統(tǒng)的核心構(gòu)件的平面光波回路 等。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)，其包括平板形狀的襯底、設(shè)置在所述襯底上的下包層以及設(shè)置在所述下包層上并傳輸光的芯層，所述光波導(dǎo)包括第一光波導(dǎo)，其包括所述下包層上作為所述芯層的第一芯層，并被設(shè)置為沿著光傳播的方向延伸到所述光波導(dǎo)的第一位置；以及第二光波導(dǎo)，其包括所述下包層上作為所述芯層的第二芯層，并被設(shè)置為沿著光傳播的方向延伸到所述光波導(dǎo)的第二位置，并相對(duì)于所述第一光波導(dǎo)具有更低的相對(duì)折射率差，其中在所述第一位置與所述第二位置之間，所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)形成層構(gòu)造，在所述層構(gòu)造中，所述第一芯層和所述第二芯層被設(shè)置為使得在垂直于所述襯底的方向上所述第一芯層定位在離所述第二芯層預(yù)定距離的位置；所述第一光波導(dǎo)或所述第二光波導(dǎo)中的至少一者包括模耦合部，其包括定向耦合器，所述定向耦合器在所述第一位置與所述第二位置之間進(jìn)行所述第一芯層與所述第二芯層的模耦合；以及模轉(zhuǎn)換部，其連接到所述模耦合部，并具有將所述第一芯層的模直徑調(diào)整到所述第二芯層的模直徑的錐形芯層構(gòu)造。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述第一光波導(dǎo)與所述第二光波導(dǎo)都具有所述模轉(zhuǎn)換部和所述模耦合部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的光波導(dǎo)，其中，在所述模耦合部的末端附近，所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)中的 至少一者包括具有錐形芯層構(gòu)造的無(wú)反射終端部，所述錐形芯層構(gòu)造的寬度朝向尖端減小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光波導(dǎo)，其中，在所述模耦合部的末端附近，所述第一光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)都包 括具有錐形芯層構(gòu)造的無(wú)反射終端部，所述錐形芯層構(gòu)造的寬度朝向尖端 減小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)，其中 在所述第一位置與所述第二位置之間，所述第一光波導(dǎo)與所述第二光波導(dǎo)形成層構(gòu)造，在所述層構(gòu)造中，所述第一芯層和所述第二芯層分別設(shè)置在垂直于所述襯底的方向上的上層和下層；以及所述模耦合部包括定向耦合器，以在所述第一位置與所述第二位置之 間進(jìn)行設(shè)置在所述下層的所述第一芯層與設(shè)置在所述上層的所述第二芯層 的模耦合。
6. —種光斑尺寸轉(zhuǎn)換器，其使用權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的光 波導(dǎo)中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)和使用該光波導(dǎo)的光斑尺寸轉(zhuǎn)換器。光波導(dǎo)包括平板襯底、設(shè)在襯底上的下包層及設(shè)在下包層上允許光通過(guò)的芯層。光波導(dǎo)設(shè)有第一和第二光波導(dǎo)。第一光波導(dǎo)具有下包層上的第一芯層并設(shè)置為沿光傳播方向延伸到第一位置。第二光波導(dǎo)具有下包層上的第二芯層并設(shè)置為沿光傳播方向延伸到第二位置，其相對(duì)折射率差比第一光波導(dǎo)更低。在第一與第二位置之間，第一和第二光波導(dǎo)形成層構(gòu)造，第一和第二芯層在垂直于襯底的方向上相距預(yù)定間隔。第一或第二光波導(dǎo)中至少一者具有模耦合部和模轉(zhuǎn)換部。模耦合部包括在第一與第二位置之間將第一與第二芯層耦合的定向耦合器。模轉(zhuǎn)換部連接到模耦合部并包括將第一芯層和第二芯層的模直徑對(duì)齊的錐形芯層。
文檔編號(hào)G02B6/122GK101641622SQ20088000910
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者出來(lái)裕香里, 高橋森生 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社