TW201830071A - 光波導構件及光耦合構造 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種對接連接於具有複數個光入射出射部之第1光波導零件、與具有複數個光入射出射部之第2光波導零件的光波導構件。光波導構件具備：本體部，其具有第1及第2端面；及複數條光波導，其於上述本體部內自第1端面延伸至第2端面。複數條光波導之第1端成一維狀地排列且分別露出於上述第1端面，複數條光波導之第2端成二維狀地排列且分別露出於上述第2端面。各光波導之第1端之模場直徑與各光波導之第2端之模場直徑互不相同。
Description
本發明係關於光波導構件及光耦合構造。 本申請案基於2017年1月19日申請之日本專利申請案2017-007374號主張優先權，並引用上述日本專利申請案所記載之全部記載內容。
非專利文獻1揭示一種PC(Physical Contact：實體接觸)連接於LC(Lucent connector：朗訊連接器)連接器型之多心光纖(MCF：Multi Core Fiber)之扇出零件。該扇出零件係將複數個單心光纖之前端部捆束而設為光纖束者。於該前端部中，複數個單心光纖之核心於自其光軸方向觀察時成二維狀地配置，MCF之核心於自其光軸方向觀察時亦成二維狀地配置。複數個單心光纖之核心與MCF之核心彼此對向。 非專利文獻2揭示一種模場轉換光纖(Mode-Field-Converting fiber：MFC光纖)。該MFC光纖設置於具有互不相同之模場形狀及尺寸之光波導晶片與光纖之間。MFC光纖之一端對接連接於光纖，MFC光纖之另一端對接連接於光波導晶片。該MFC光纖具有藉由加熱處理而形成之錐部。於該錐部中，以如下之方式轉換MFC光纖之模場之形狀及尺寸：將MFC光纖一端之模場之形狀及尺寸分別整合為各光纖之模場之形狀及尺寸，將MFC光纖另一端之模場之形狀及尺寸分別整合為光波導晶片之模場之形狀及尺寸。 [先前技術文獻] [非專利文獻] [非專利文獻1]川島 修、等2位「LC連接器型多心光纖用扇出」，2015年電子資訊通信學會通信協會會議通信講座論文集，社團法人電子資訊通信學會，B-13-34，2015年8月25日 [非專利文獻2]柳川 久治「模場轉換光纖」，光學，日本光學會，第24卷，第5期，284-285頁，1995年5月
本揭示之光波導構件係關於對接連接於具有複數個光入射出射部之第1光波導零件、與具有複數個光入射出射部之第2光波導零件者。該光波導構件具備：本體部，其具有第1及第2端面；及複數條光波導，其於本體部內自第1端面延伸至第2端面。複數條光波導之第1端成一維狀地排列且分別露出於第1端面，複數條光波導之第2端成二維狀地排列且分別露出於第2端面。各光波導之第1端之模場直徑與各光波導之第2端之模場直徑互不相同。
[本發明欲解決之課題] 於非專利文獻1所記載之連接2個光波導零件(光纖束及MFC)之方式中，限制各光波導零件之核心配置。其理由在於：於一光波導零件即光纖束中，僅可以自光軸方向觀察時複數條單心光纖之存在密度為最高之配置(最密配置)之方式配置各核心。因此，於該方式中，於一光波導零件之核心配置與另一光波導零件之核心配置不同之情形時，於如例如一光波導零件之核心配置為一維狀，另一光波導零件之核心配置為二維狀之情形時，難以將其等連接。 於非專利文獻2所記載之方式中，藉由將以加熱處理形成之錐部設置於MFC光纖，而實現模場之形狀及尺寸互不相同之光波導晶片及光纖之連接。然而，為了將此種錐部形成於MFC光纖，必須確保MFC光纖之長度為某程度。因此，導致MFC光纖長條化，且器件大型化。 [本發明之效果] 根據本揭示，於連接具有複數個光入射出射部之光波導零件彼此時，即使於一維狀地排列一光波導零件之複數個光入射出射部，二維狀地排列另一光波導零件之複數個光入射出射部之情形，且一光波導零件之光入射出射部之模場直徑與另一光波導零件之光入射出射部之模場直徑互不相同之情形時，亦可將其等較佳地連接。 [本發明之實施形態之說明] 首先列記本案發明之實施形態之內容。本案一實施形態之光波導構件係關於對接連接於具有複數個光入射出射部之第1光波導零件、與具有複數個光入射出射部之第2光波導零件者。該光波導構件具備：本體部，其具有第1及第2端面；及複數條光波導，其於本體部內自第1端面延伸至第2端面。複數條光波導之第1端成一維狀排列且分別露出於第1端面，複數條光波導之第2端成二維狀排列且分別露出於第2端面。各光波導之第1端之模場直徑與各光波導之第2端之模場直徑互不相同。 於上述之光波導構件中，各光波導之第1端係一維狀地排列、第2端係二維狀地排列。因此，即使於一維狀地排列第1光波導零件之各光入射出射部之配置，二維狀地排列第2光波導零件之各光入射出射部之配置之情形時，亦可使其等之光入射出射部彼此光耦合。又，由於各光波導之第1端之模場直徑與第2端之模場直徑互不相同，故即使於第1及第2光波導零件之光入射出射部之模場直徑互不相同之情形時，亦可將其等效率良好地連接。因此，根據上述之光波導構件，於連接第1及第2光波導零件時，即使於一維狀地排列第1光波導零件之各光入射出射部，二維狀地排列第2光波導零件之各光入射出射部之情形，且其等之光入射出射部之模場直徑互不相同之情形時，亦可將其等較佳地連接。光波導構件之光波導之上述配置可使用例如飛秒雷射之超短脈衝雷射而較佳地形成。 於上述之光波導構件中，第1端面與第2端面彼此對向，且第1端面與第2端面之距離可為第1端面之複數條光波導之排列方向中之第1端面之寬度的80倍以下。如此，可藉由縮小第1端面與第2端面之距離而將光波導構件小型化。藉此，可實現包含該光波導構件之光模組之小型化。 於上述之光波導構件中，本體部及複數條光波導可由石英玻璃構成。藉此，可使用例如上述之脈衝雷射較佳地實現光波導構件之複數條光波導。 於上述之光波導構件中，本體部及複數條光波導可由添加有選自包含鉀、鍺、氟、硼、及磷之群之至少一種折射率調整材之石英玻璃構成。藉此，由於可使用例如上述之脈衝雷射效率良好地使各光波導之折射率變化，故可較佳地實現光波導構件之複數條光波導。 於上述之光波導構件中，各光波導可進而具有模場轉換部，於各模場轉換部中，模場直徑可自第1端之大小向第2端之大小以17 μm/mm以下之變化率變化。可藉由將此種模場轉換部設置於各光波導，而抑制各光波導之模場直徑之急遽變化，抑制自各光波導產生漏光。 於上述之光波導構件中，複數條光波導之第1端之模場直徑可為3 μm且以上5 μm以下，複數條光波導之第2端之模場直徑可為5 μm以上且20 μm以下。複數條光波導之第2端之模場直徑可大於複數條光波導之第1端之模場直徑。複數條光波導之第1端之光軸可相對於第1端面之法線方向以角度10°以下之範圍偏移，複數條光波導之第2端之光軸可相對於第2端面之法線方向以角度10°以下之範圍偏移。複數條光波導各者於自與第1及第2端面之對向方向正交之方向觀察時，可至少一部分與其他之光波導交叉。本體部可呈由第1及第2端面、彼此對向之上表面及下表面、彼此對向之第1及第2側面所劃定之大致長方體形狀，上表面及下表面間之距離可為80 μm以上且1000 μm以下，第1及第2側面間之距離可為80 μm以上且1000 μm以下。 本案一實施形態之光耦合構造具備：具備上述構成之任一者之光波導構件、及配置於光波導構件之第1端面側之第1光波導零件或配置於光波導構件之第2端面側之第2光波導零件之至少任一者。第1光波導零件具有一維狀地配置之複數個光入射出射部，且以光波導構件之第1端各者與第1光波導零件之光入射出射部各者對向而光耦合之方式與光波導構件對接連接。第2光波導零件具有二維狀地配置之複數個光入射出射部，且以光波導構件之第2端各者與第2光波導零件之光入射出射部各者對向而光耦合之方式與光波導構件對接連接。於該情形時，與上述之光波導構件同樣，可設為較佳地將一維狀地排列各光入射出射部之第1光波導零件、與模場直徑與第1光波導零件不同之二維狀排列各光入射出射部之第2光波導零件連接的構成。 於上述之光耦合構造中，第1光波導零件可為矽光子晶片。第2光波導零件可為具有複數個核心及包覆該複數個核心之纖殼之多心光纖。又，上述之光耦合構造可為具備第1光波導零件與第2光波導零件兩者之構成。 [本發明之實施形態之細節] 以下，對本發明之實施形態參照圖式詳細地進行說明。本發明並非限定於該等例示者，而係由申請專利範圍予以揭示，且意圖包含與申請專利範圍均等意義及範圍內之所有變更。於以下之說明中，於圖式之說明中對同一要素標註同一符號，而省略重複之說明。 圖1係本實施形態之光波導構件1之立體圖。於圖1為了易於理解而顯示XYZ正交座標系統。如圖1所示，光波導構件1具備：本體部10與複數條光波導20。本體部10具有大致長方體狀之外觀。複數條光波導20設置於本體部10內。本體部10及複數條光波導20以相同之材料構成。本體部10及複數條光波導20由例如石英玻璃構成。或本體部10及複數條光波導20可由添加有例如選自包含鉀(K)、鍺(Ge)、氟(F)、硼(B)、及磷(P)之群之至少一種折射率調整用之添加材(折射率調整材)之石英玻璃構成。於該情形時，該添加物可遍及本體部10及複數條光波導20整體添加，亦可添加於本體部10之包含複數條光波導20之一部分。 本體部10具有：端面10a、端面10b、上表面10c、下表面10d、側面10e、及側面10f。端面10a與端面10b於Z方向上彼此對向設置。於一例中，端面10a及10b為平坦面，且相互平行。上表面10c與下表面10d於Y方向上彼此對向設置，且沿著Z方向延伸。於一例中，上表面10c及下表面10d為平坦面，且相互平行。側面10e與側面10f於X方向上彼此對向設置，且沿著Z方向延伸。於一例中，側面10e及10f為平坦面，且相互平行。端面10a與端面10b之距離為1 mm以上且為端面10a之複數條光波導20之排列方向之端面10a之寬度的80倍以下，於一實施例中為5 mm。上表面10c與下表面10d之距離、及側面10e與側面10f之距離為80 μm以上且1000 μm以下，於一實施例中為125 μm。於端面10a與端面10b之距離為10 mm以下，上表面10c與下表面10d之距離、及側面10e與側面10f之距離分別為125 μm之情形時，本體部10之體積為0.16 mm3
以下。 複數條光波導20自端面10a延伸至端面10b。複數條光波導20之一端面(一端)20a包含於端面10a，複數條光波導20之另一端面(另一端)20b包含於端面10b。由於根據連接之光波導零件30、40之光入射出射部31、41(參照後述之圖4)、與一端面20a及另一端面20b之折射率之不同，於一端面20a及另一端面20b中光分別產生折射，故各一端面20a之光軸方向與端面10a之法線方向未必相互一致。即，複數條光波導20之一端面20a之光軸可相對於端面10a之法線方向偏移，該偏移量較佳為10°以下。同樣地，各另一端面20b之光軸方向與端面10b之法線方向未必相互一致。即，複數條光波導20之另一端面20b之光軸可相對於端面10b之法線方向偏移，該偏移量較佳為10°以下。端面10b之各另一端面20b之模場直徑、與端面10a之各一端面20a之模場直徑互不相同。 此處，圖2係顯示光波導構件1之端面10a之前視圖。如圖2所示，於一實施例中，複數個一端面20a之形狀為圓形狀，模場之形狀亦同樣為圓形狀。複數個一端面20a之模場直徑為例如3 μm以上且5 μm以下。複數個一端面20a分別露出於與後述之光波導零件30之光入射出射部31(參照圖4)之配置對應之位置。具體而言，端面10a中複數個一端面20a一維狀地排列。於一實施例中，4個一端面20a沿著X方向等間隔且排列成一行。圖3係顯示光波導構件1之端面10b之後視圖。如圖3所示，於一實施例中，複數個另一端面20b之形狀為圓形狀，模場之形狀亦同樣為圓形狀。複數個另一端面20b之模場直徑為例如5 μm以上且20 μm以下，且大於複數個一端面20a之模場直徑。複數個另一端面20b分別露出於與後述之光波導零件40之光入射出射部41(參照圖4)之配置對應之位置。具體而言，端面10b中複數個另一端面20b二維狀地排列。於一實施例中，沿著X方向排列之2個另一端面20b沿著Y方向跨及2行地配置。於光波導20中，可為如下之構成：於自一維狀之排列轉換成二維狀之排列時，自與端面10a、10b之對向方向(Z方向)正交之Y方向觀察時，光波導20之至少一部分與其他之光波導交叉(參照圖4)。 再次參照圖1。各光波導20於端面10a至端面10b之間，包含使各光波導20之模場直徑變化之模場轉換部20c。於一實施例中，如圖1所示，端面10a至端面10b之各光波導20之整個範圍均為模場轉換部20c。模場轉換部20c可於端面10a至端面10b之範圍中部分地形成。於該模場轉換部20c中，使模場直徑自各一端面20a之大小向各另一端面20b之大小圓滑地(作為一例以17 μm/mm以下之變化率)變化。換言之，以隨著接近端面10b，自各一端面20a之模場直徑逐漸接近各另一端面20b之模場直徑之方式使各光波導20之模場直徑變化。 具有此種構成之複數條光波導20使用例如脈衝雷射之雷射加工形成於本體部10內。脈衝雷射為例如鈦藍寶石飛秒雷射(Ti-sapphire Femtosecond Laser)。當自該脈衝雷射輸出之光脈衝之聚光點形成於本體部10內時，於該聚光點上本體部10之折射率變化。因此，藉由掃描該聚光點，於本體部10內形成如軌跡不僅於X方向，亦於Y方向上變化之三維之複數條光波導20。此處，於本體部10及複數條光波導20均由添加有上述添加材之石英玻璃構成之情形時，根據該添加材之不同，光脈衝之聚光點之本體部10之折射率變化之狀態不同。例如，於該添加材為鉀、鍺、或磷之情形時，光脈衝之聚光點之折射率高於其周圍之折射率。因此，於該情形時，沿著光脈衝之聚光點之軌跡形成複數條光波導20(核心區域)。又，根據該等添加劑之不同，該光脈衝之聚光點之折射率之變化量不同。相對於此，例如於該添加材為氟或硼之情形時，光脈衝之聚光點之折射率低於其周圍之折射率。因此，於該情形時，沿著光脈衝之聚光點之軌跡形成複數條光波導20之周邊(纖殼區域)。又，根據該等添加劑之種類，該光脈衝之聚光點之折射率之變化量不同。 圖4係顯示經由本實施形態之光波導構件1將光波導零件30、40彼此連接之狀態之俯視圖。又，圖4所示之XZ座標系統對應於圖1所示之XYZ正交座標系統。如圖4所示，光波導構件1設置於光波導零件30與光波導零件40之間，並沿著Z方向對接連接於光波導零件30、40。由光波導構件1與波導零件30或光波導零件40之至少一者形成光耦合構造。光波導零件30為本實施形態之第1光波導零件，為例如矽光子晶片(Silicon Photonics chip)。光波導零件30具有連接端面30a、與複數個光入射出射部31。連接端面30a與端面10a對向，於一實施例中與端面10a成PC連接。複數個光入射出射部31為自連接端面30a沿著Z方向延伸之光波導端面，且沿著X方向一維狀地排列。複數個光入射出射部31分別與複數個一端面20a對向而光耦合。各光入射出射部31之模場直徑分別與各一端面20a之模場直徑整合(一致)。於一實施例中，各光入射出射部31之形狀為圓形狀，模場之形狀亦為圓形狀。 光波導零件40為本實施形態之第2光波導零件，為例如具有複數個核心及包覆該複數個核心之纖殼之多心光纖。光波導零件40具有連接端面40a、與複數個光入射出射部41。連接端面40a與端面10b對向，於一實施例中與端面10b成PC連接。複數個光入射出射部41為自連接端面40a沿著Z方向延伸複數核心之端面，且分別與複數個另一端面20b對向而光耦合。各光入射出射部41之模場直徑分別與各另一端面20b之模場直徑整合(一致)。於一實施例中，各光入射出射部41之形狀為圓形狀，模場之形狀亦為圓形狀。 於本實施形態之光波導構件1中，自光波導零件30之各光入射出射部31出射之光分別入射至各光波導20之一端面20a，並分別自各光波導20之另一端面20b出射，而分別入射至光波導零件40之各光入射出射部41。又，自各光入射出射部41出射之光分別入射至各光波導20之另一端面20b，並自各光波導20之一端面10a出射，而分別入射至各光入射出射部31。 對藉由以上說明之本實施形態之光波導構件1獲得之效果進行說明。如圖1～圖3所示，各光波導20之一端面20a係一維狀地排列，另一端面20b係二維狀地排列。因此，即使於各光入射出射部31之配置如例如矽光子晶片般，於自該光入射出射部31之光軸方向觀察時一維狀地排列，各光入射出射部41之配置如例如多心光纖般，於自該光入射出射部41之光軸方向觀察時二維狀地排列之情形時，亦可使各光入射出射部31、41相互光耦合。又，與非專利文獻1所記載之構成不同，可自由地設計光波導20之一端面20a及另一端面20b之配置。因此，可提高各光入射出射部31、41之配置自由度。又，由於各一端面20a之模場直徑、與各另一端面20b之模場直徑互不相同，故即使於各光入射出射部31之模場直徑、與各光入射出射部41之模場直徑互不相同之情形時，亦可將該等效率良好地連接。因此，根據本實施形態之光波導構件1，於連接光波導零件30與光波導零件40時，即使於一維狀地排列各光入射出射部31，二維狀地排列各光入射出射部41之情形，且各光入射出射部31、41之模場直徑互不相同之情形時，亦可提高各光入射出射部31、41之配置自由度，可將其等較佳地連接。 如本實施形態般，端面10a與端面10b之距離可為端面10a之複數條光波導20之排列方向中之端面10a之寬度的80倍以下。如此，可藉由縮小端面10a與端面10b之距離而將光波導構件1小型化。藉此，可實現包含該光波導構件1之光模組之小型化。 如本實施形態般，本體部10及複數條光波導20可由石英玻璃構成。藉此，可使用上述之脈衝雷射較佳地實現光波導構件1之複數條光波導20。 如本實施形態般，本體部10及複數條光波導20可由添加有選自包含鉀、鍺、氟、硼、及磷之群之至少一種添加劑之石英玻璃構成。藉此，由於可使用上述之脈衝雷射效率良好地使各光波導20之折射率變化，故可較佳地實現光波導構件1之複數條光波導20。 如本實施形態般，各光波導20可進而具有模場轉換部20c。可藉由將此種模場轉換部20c設置於各光波導20，而抑制各光波導20之模場直徑急遽變化，抑制自各光波導20產生漏光而降低連接損失。
1‧‧‧光波導構件
2c‧‧‧模場轉換部
10‧‧‧本體部
10a‧‧‧端面
10b‧‧‧端面
10c‧‧‧上表面
10d‧‧‧下表面
10e‧‧‧側面
10f‧‧‧側面
20‧‧‧光波導
20a‧‧‧一端面
20b‧‧‧另一端面
30‧‧‧光波導零件
30a‧‧‧連接端面
31‧‧‧光入射出射部
40‧‧‧光波導零件
40a‧‧‧連接端面
41‧‧‧光入射出射部
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
圖1係一實施形態之光波導構件之立體圖。 圖2係顯示圖1所示之光波導構件之一端面之前視圖。 圖3係顯示圖1所示之光波導構件之另一端面之後視圖。 圖4係顯示經由一實施形態之光波導構件將光波導零件彼此連接之狀態(光耦合構造)之俯視圖。
Claims (15)
- 一種光波導構件，其係對接連接於具有複數個光入射出射部之第1光波導零件、與具有複數個光入射出射部之第2光波導零件者，且具備： 本體部，其具有第1及第2端面；及 複數條光波導，其於上述本體部內自上述第1端面延伸至上述第2端面；且 上述複數條光波導之第1端成一維狀地排列且分別露出於上述第1端面， 上述複數條光波導之第2端成二維狀地排列且分別露出於上述第2端面， 各光波導之上述第1端之模場直徑與各光波導之上述第2端之模場直徑互不相同。
- 如請求項1之光波導構件，其中 上述第1端面與上述第2端面彼此對向，且 上述第1端面與上述第2端面之距離為上述第1端面之上述複數條光波導之排列方向中之上述第1端面之寬度的80倍以下。
- 如請求項1或2之光波導構件，其中 上述本體部及上述複數條光波導由石英玻璃構成。
- 如請求項1或2之光波導構件，其中 上述本體部及上述複數條光波導係由添加有選自包含鉀、鍺、氟、硼、及磷之群之至少一種折射率調整材之石英玻璃構成。
- 如請求項1至4中任一項之光波導構件，其中 各光波導進而具有模場轉換部， 於各模場轉換部中，模場直徑自上述第1端之大小向上述第2端之大小以17 μm/mm以下之變化率變化。
- 如請求項1至5中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導之上述第1端之模場直徑為3 μm以上且5 μm以下。
- 如請求項1至6中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導之上述第2端之模場直徑為5 μm以上且20 μm以下。
- 如請求項1至7中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導之上述第2端之模場直徑大於上述複數條光波導之上述第1端之模場直徑。
- 如請求項1至8中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導之上述第1端之光軸相對於上述第1端面之法線方向以角度10°以下之範圍偏移。
- 如請求項1至9中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導之上述第2端之光軸相對於上述第2端面之法線方向以角度10°以下之範圍偏移。
- 如請求項1至10中任一項之光波導構件，其中 上述複數條光波導各者於自與上述第1及第2端面之對向方向正交之方向觀察時，至少一部分與其他之光波導交叉。
- 如請求項1至11中任一項之光波導構件，其中 上述本體部呈由上述第1及第2端面、彼此對向之上表面及下表面、及彼此對向之第1及第2側面所劃定之大致長方體形狀， 上述上表面及下表面間之距離為80 μm以上且1000 μm以下， 上述第1及第2側面間之距離為80 μm以上且1000 μm以下。
- 一種光耦合構造，其具備： 如請求項1至12中任一項之光波導構件、及 配置於上述光波導構件之上述第1端面側之第1光波導零件或配置於上述光波導構件之上述第2端面側之第2光波導零件之至少任一者，且 上述第1光波導零件具有一維狀地配置之複數個光入射出射部，且以上述光波導構件之上述第1端各者與上述第1光波導零件之上述光入射出射部各者對向而光耦合之方式與上述光波導構件對接連接， 上述第2光波導零件具有二維狀地配置之複數個光入射出射部，且以上述光波導構件之上述第2端各者與上述第2光波導零件之光入射出射部各者對向而光耦合之方式與上述光波導構件對接連接。
- 如請求項13之光耦合構造，其中 上述第1光波導零件為矽光子晶片。
- 如請求項13或14之光耦合構造，其中 上述第2光波導零件為具有複數個核心及包覆該複數個核心之纖殼之多心光纖。
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