JP2005024914A - 光波長合分波器及び光波長合分波器と光ファイバアレイの接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバアレイの調芯及び接続時間を低減するための、光波長合分波器及び光波長合分波器と光ファイバアレイの接続方法を提供する。
【解決手段】基板２上に形成された入力用導波路６、入力側スラブ導波路４、長さが順次異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子３、出力側スラブ導波路５、複数本の出力導波路７とを備えた光波長合分波器１において、一端が入力用導波路に光学的に結合する調芯用導波路２０を設け、入力用導波路６の入力端１８と出力用導波路７の出力端１９とを基板の所定の端面に隣接させて設けると共に、調芯用導波路２０の他端を前記所定の端面とは異なる基板の端面に設けたものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野に係り、特に、波長多重伝送を行う上で用いられる光波長合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重伝送において、アレイ導波路型光波長合分波器は、例えば特許文献１に示されているように、特定の波長を出力側から取り出すことが可能である。
【０００３】
図４は、アレイ導波路型回折格子を用いた、入力が一つで出力が複数ある従来の光波長合分波器の平断面図を示し、図５（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図を示している。
【０００４】
一般的な光波長合分波器５１は、石英系ガラス基板５２上に、アレイ導波路回折格子５３とその両端に接続された入力側スラブ導波路５４、出力側スラブ導波路５５、入力側及び出力側スラブ導波路５４，５５にそれぞれ接続された入力用導波路５６、出力用導波路５７とから構成される光回路である。
【０００５】
この光波長合分波器５１の断面構造は、基板５２上に、バッファ層５８が形成され、バッファ層５８よりわずかに屈折率の高い媒質でコア５９が形成され、さらにコア５９よりもわずかに屈折率の低いクラッド６０で埋め込まれている。
【０００６】
入力用導波路５６は、矩形断面構造をもつチャネル導波路で、一方の端面は外部と接続し、他方の端面は入力側スラブ導波路５４と結合する。入力側スラブ導波路５４との結合部６１は、入力用導波路５６のコア幅が入力側スラブ導波路５４に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造を有している。
【０００７】
入力側スラブ導波路５４は、膜厚方向にのみ光の閉じ込め機能を有する平板構造をしている。入力側スラブ導波路５４のアレイ導波路回折格子側の端面６２は、入力用導波路５６と入力側スラブ導波路５４との接続点に曲率中心６３をもつ円弧形状をしている。
【０００８】
出力側スラブ導波路５５は、入力側スラブ導波路５４と同様に、膜厚方向にのみ光の閉じ込め機能を有する平板構造である。出力側スラブ導波路５５の、アレイ導波路回折格子側の端面６４は、出力用導波路５７と出力側スラブ導波路５５との接続面に曲率中心６５をもつ円弧状をしており、出力用導波路側の端面６６は、アレイ導波路回折格子側の端面６４上に曲率中心６７をもつ円弧状をしている。
【０００９】
出力用導波路５７は、矩形断面構造をもつ複数のチャネル導波路５７−１，５７−２・・・５７−ｎから構成され、出力側スラブ導波路５５の付近では直線形状をもち、出力用導波路側端面６６に沿って、一定角度間隔で、曲率中心６７から放射状に形成されている。その出射端は、基板５２上において、入力用導波路の入力端面とは異なる端面に配置されている。
アレイ導波路回折格子５３は矩形断面構造をもつ複数のチャネル導波路５３−１、５３−２・・・５３−Ｎから構成されている。各チャネル導波路５３−１，５３−２・・・５３−Ｎは、長さが一定値ずつ異なり、それぞれ湾曲状に形成され、導波路長の長い順に基板外側から配置されている。また、各チャネル導波路５３−１，５３−２・・・５３−Ｎは、入力側スラブ導波路５４との結合部６８−１，６８−２・・・６８−Ｎで、コア幅が入力側スラブ導波路５４に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造をもち、入力側スラブ導波路５４のアレイ導波路回折格子側端面６２の曲率中心６３から放射状に配置され、同様に、出力側スラブ導波路５５との結合部６９−１，６９−２・・・６９−Ｎにおいても、コア幅が出力側スラブ導波路５５に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造をもち、出力導波路側端面６６上の曲率中心６５から放射状に、各チャネル導波路５３−１，５３−２・・・５３−Ｎが出力側スラブ導波路５５と結合されている。
【００１０】
図６は、図４におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図と、出力側スラブ導波路端面６４での集光位置と波長の関係を示している。ここで、アレイ導波路回折格子型光波長合分波器の動作原理について説明する。
【００１１】
波長λ１〜λｎのｎ波が多重されている波長多重光は、入力用導波路５６から入射され、入力側スラブ導波路５４に伝搬し、回折効果により広げられ、アレイ導波路回折格子５３を構成する複数個のチャネル導波路５３−１，５３−２・・・５３−Ｎ内を伝搬し、出力側スラブ導波路５５に伝搬される。ここで、アレイ導波路回折格子５３に導入された光は、各チャネル導波路５３−１，５３−２・・・５３−Ｎの長さが一定長ずつ異なるため、光束の位相がずれる。この位相のずれは波長分散をもつため、出力側スラブ導波路５５において、各波長の集光ビームは各出力用導波路５７にそれぞれ集光する。そのため、波長λ１〜λｎのｎ波による波長多重光が、それぞれの出力用導波路５７−１、５７−２・・・５７−ｎ毎に分波される。
【００１２】
次に、従来のアレイ導波路型波長合分波器５１の入出力用導波路５６，５７に光ファイバアレイを調芯、接続する方法について説明する。
【００１３】
入出力用導波路５６，５７のコアの位置と光ファイバアレイのコアの位置を調整するには二つの方法があり、一つは、図７に示すように、光回路から独立した調芯用導波路７１を用いて調芯する方法で、その方法を、図７，８を用いて説明する。
【００１４】
まず、図８（ａ）に示すように、調芯用導波路７１の一端にマルチモードファイバ７４を突き合わせ、図８（ｂ）に示すように、入力用光ファイバ７２の固定された入力光ファイバアレイ７３を調芯用導波路７１の他端に位置決めする。なお、この入力光ファイバアレイと７３マルチモードファイバ７４を調芯用導波路に突き合わせる工程は順序が逆でもよい。
【００１５】
次に、入力光ファイバアレイ７３を調芯し、その入力光ファイバアレイ７３の入力用光ファイバ７２から光を入射して、調芯用導波路７１を介してマルチモードファイバ７４に受光させる。図示はしないが、マルチモードファイバ７４には検出器が接続され、マルチモードファイバ７４への出射光が最大となる光ファイバアレイ７３の位置を検出する。
【００１６】
その後、図８（ｃ）に示すように、既知の移動量だけ入力用導波路５６へ入力光ファイバアレイ７３を移動させる事により入力用導波路５６との調芯ができる。
【００１７】
最後に、図８（ｄ）に示すように、出力用光ファイバ７５が固定された出力光ファイバアレイ７６を出力用導波路５７に突き合わせ、入力用導波路５６に調芯、接続された入力用光ファイバ７２から波長多重光を光波長合分波器５１に入射させる。分波された光が各出力用導波路５７から出射するので、その光が各出力用光ファイバに最大出力で入射するように各々調芯し、出力光ファイバアレイ７５の調芯、接続が完了する。
【００１８】
もう一つの方法は、光波長合分波器５１から独立した調芯用導波路７１を設けず、入出力用導波路５４，５７を使用して光ファイバアレイ７３，７６をそれぞれ調芯する方法がある。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−１４２４５号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光回路から独立した調芯用導波路７１を用いて調芯する方法は、調芯、接続までに多くの時間を費やしてしまう。
【００２１】
また、入出力用導波路５６，５７を使用して光ファイバアレイ７３，７６を調芯する方法は、調芯したい入出力用導波路５６，５７以外にも光が入力され、漏れ光により最適接続位置を見つけにくい問題がある。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光ファイバアレイの調芯及び接続時間を低減するための、光波長合分波器及び光波長合分波器と光ファイバアレイの接続方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板と該基板上に形成された１本または複数本の入力用導波路と、入力用導波路に接続された平板構造を有する入力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路に接続された長さが順次異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子に接続された出力側スラブ導波路と、出力側スラブ導波路に接続された複数本の出力導波路とを備えた光波長合分波器において、一端が前記入力用導波路または出力用導波路に光学的に結合する調芯用導波路を設け、前記入力用導波路の入力端と前記出力用導波路の出力端とを前記基板の所定の端面に隣接させて設けると共に、前記調芯用導波路の他端を前記所定の端面とは異なる前記基板の端面に設けた光波長合分波器である。
【００２４】
請求項２の発明は、請求項１に記載された光波長合分波器の入力用導波路と出力用導波路に接続する入力用と出力用光ファイバアレイの接続方法において、同一基板上に入力用と出力用の光ファイバを固定して光ファイバアレイを形成し、前記入力用若しくは出力用光ファイバから光を入射し、前記調芯用導波路から出射される光をモニタして、前記入力用若しくは出力用導波路と、前記入力用光若しくは出力用光ファイバを粗調芯したのち、前記光ファイバアレイを移動させることなく、入力用若しくは出力用ファイバから光を入射し、出力用若しくは入力用導波路から出射される光をモニタして出力用及び入力用ファイバを調芯するようにした光波長合分波器と光ファイバアレイの接続方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
図１は、本発明の光波長合分波器の構造の平断面図を示したものである。
【００２７】
この光波長合分波器１は一定波長間隔の光信号を合分波するための、アレイ導波路型波長合分波器であり、石英系ガラス基板２上中央に、アレイ導波路回折格子３が設けられ、そのアレイ導波路回折格子３の一方に、入力側スラブ導波路４が設けられ、他方に、出力側スラブ導波路５が設けられ、入力側スラブ導波路４から基板２外部に結合する入力用導波路６が設けられ、出力側スラブ導波路５から基板２外部に接続する出力用導波路７が設けられる。
【００２８】
この光波長合分波器１は、基板２上に、詳細は省略するが図５の従来例で説明したように、バッファ層が形成され、バッファ層よりわずかに屈折率の高い媒質でコアが形成され、さらにコアよりもわずかに屈折率の低いクラッドで埋め込まれたものである。
【００２９】
入力用導波路６は、矩形断面構造をもつチャネル導波路で、入力側スラブ導波路４との結合部１１において、入力用導波路６のコア幅が入力側スラブ導波路４に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造を有している。
【００３０】
入力側スラブ導波路４は、膜厚方向にのみ光の閉じ込め機能を有する平板構造をしている。入力側スラブ導波路４のアレイ導波路回折格子側の端面１２は、入力用導波路６と入力側スラブ導波路４との接続点に曲率中心１３をもつ円弧形状をしている。
【００３１】
出力側スラブ導波路５は、入力側スラブ導波路４と同様に、膜厚方向にのみ光の閉じ込め機能を有する平板構造である。出力側スラブ導波路５の、アレイ導波路回折格子３側の端面１４は、出力用導波路７と出力側スラブ導波路５との接続面に曲率中心１５をもつ円弧状をしており、出力用導波路７側の端面１６は、アレイ導波路回折格子側の端面１４上に曲率中心１７をもつ円弧状をしている。
【００３２】
出力用導波路７は、矩形断面をもつ複数のチャネル導波路７−１，７−２・・・７−ｎから構成され、出力側スラブ導波路５の付近では直線形状をもち、出力用導波路側端面１６に沿って、一定角度間隔で、曲率中心１７から放射状に配置されている。
【００３３】
入力用導波路６及び出力用導波路７は基板外部と接続するが、その入力用導波路６の入力端１８と出力用導波路７の各出力端１９−１，１９−２・・・１９−ｎは、基板２上の所定の同じ端面で隣接して設けられ、また、調芯用導波路２０が入力用導波路６から分岐されて設けられる。入力用導波路６と調芯用導波路２０は、入力用導波路６に入力された光の進行方向に対して鋭角的に分岐されている。入力用導波路６と調芯用導波路２０とのなす角を適宜調整することで、光の分岐比を調整することができる。調芯用導波路２０は矩形断面構造をもち、その一端が基板２外部と接続し、その調芯用導波路２０の接続端２１は、入力用導波路６及び出力用導波路７の入出力端１８，１９と、基板１おいて、異なる所定の端面に設けられる。本実施の形態では、入出力端１８，１９とは反対側の基板１の端面に設けられている。
【００３４】
アレイ導波路回折格子３は矩形断面構造をもつ複数のチャネル導波路３−１、３−２・・・３−Ｎから構成されている。各チャネル導波路３−１，３−２・・・３−Ｎは、長さが一定値ずつ異なり、それぞれ湾曲状に形成され、導波路長の長い順に基板外側から配置されている。また、各チャネル導波路３−１，３−２・・・３−Ｎは、入力側スラブ導波路４との結合部２２−１，２２−２・・・２２−Ｎで、コア幅が入力側スラブ導波路４に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造をもち、入力側スラブ導波路４のアレイ導波路回折格子側端面１２の曲率中心１３から放射状に配置され、同様に、出力側スラブ導波路５との結合部２３−１，２３−２・・・２３−Ｎにおいても、コア幅が出力側スラブ導波路５に向かって緩やかに拡大するようなテーパ構造をもち、出力導波路側端面１６上の曲率中心１５から放射状に、各チャネル導波路３−１，３−２・・・３−Ｎが出力側スラブ導波路５と結合されている。
【００３５】
本実施の形態の作用について説明する。ただし、光合分波機能については、従来技術に記した作用と同じであるため省略する。
【００３６】
本発明の光波長合分波器１に光ファイバアレイ３０を接続する方法を説明する。
【００３７】
図２（ａ），（ｂ）は光ファイバアレイの調芯、接続手順を示す図である。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すように、調芯用導波路２０の接続端２１にマルチモードファイバ３４を突き合わせると共に、パワーメータ等の光検出器３５を接続する。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、光ファイバアレイ３０の入力用ファイバ３２を入力用導波路６の入力端突き合わせる。図示はしないが、入力用光ファイバ３２の他端に光源が接続され、光源からの光が入力用ファイバ３２から入力用導波路６を通り、入力用導波路６から分岐される調芯用導波路２０を通り、マルチモードファイバ３４へ入射する。ここで、光ファイバアレイ３０を任意の範囲で移動させ、光検出器３５が受光する光の強度が最大となるようモニタしながら、入力用光ファイバ３２と入力用導波路６の光軸を合わせ、これを粗調芯とする。
【００４０】
光ファイバアレイ３０は、基板３１とその基板３１上に固定された１本の入力用光ファイバ３２と複数の出力用光ファイバ３３から構成されており、光ファイバアレイ３０上の各入出力ファイバ３２，３３の配置間隔は、光波長合分波器１上の入出力導波路６，７の導波路間隔と同じになるように設計されている。各入出力用光ファイバ３２，３３と各入出力用導波路６，７は同間隔で配置されているため、入力用ファイバ３２が粗調芯されると、同時に出力用ファイバ３３の最適位置も決定され、粗調芯されている。
【００４１】
最後に、入力用光ファイバ３２より波長多重光を入力し、アレイ導波路回折格子３により分波され、出力用導波路７から出射する光が、光ファイバアレイ３０上の出力用光ファイバ３３に最大で入射するようそれぞれ微調整し、光ファイバアレイ３０上の出力用ファイバの調芯、接続が完了する。
【００４２】
本発明の作用は、入力用導波路６から分岐された調芯用導波路２０を用いて、光ファイバアレイ３０上の入力用光ファイバ１本を粗調芯した段階で光波長合分波器１に接続する光ファイバ全ての粗調芯が完了し、後は光ファイバアレイ３０上の各出力用光ファイバ３３を微調整するだけで調芯が完了するので、調芯、接続にかかる時間が短縮でき、コストの低減やリードタイムの短縮が可能になることである。
【００４３】
また、上述の説明では、先に入力用導波路６を調芯したが、任意の波長の光を用いて、最初に出力用導波路７を粗調芯してから、光ファイバアレイ３０上の各入出力用ファイバ３２，３３を調芯しても、同様に、少ない光ファイバアレイ３０の移動回数で、最適接続位置を見つけることができる。
【００４４】
図３（ａ）は本発明の他の実施形態を示したものである。上述の実施形態では、光ファイバアレイ３０の調芯に使用する調芯用導波路２０は、入力用導波路６から分岐されたが、図３（ａ）の形態では、調芯用導波路２０が出力用導波路７から分岐された形状の光波長合分波器の例を示したものである。
【００４５】
光ファイバアレイ３０の光波長合分波器１への接続方法を説明する。
【００４６】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の光波長合分波器１と光ファイバアレイ３０の調芯、接続を説明する平断面図である。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、出力用導波路７から分岐された調芯用導波路２０の接続端２１に、検出器３５が接続されたマルチモードファイバ３４を突き合わせ、光ファイバアレイの出力用ファイバの一本に光源を接続し、調芯用導波路２０に連結された出力用導波路７−ｎの出射端１９−ｎに出力用ファイバを突き合わせる。次に、先に説明した入力用導波路６を用いて調芯、接続したときと同様に、光源から出力用光ファイバ、出力用導波路７−ｎ、調芯用導波路２０を経てマルチモードファイバ３４で受光される光の強度が最大となるようにモニタしながら光ファイバアレイの最適接続位置を検出し、粗調芯する。最後に、光ファイバアレイ３０を移動することなく、光ファイバアレイ３０上の入力及び出力用光ファイバ３２，３３を微調整し、光ファイバアレイ３０の調芯、接続が完了となる。
【００４８】
この実施の形態の作用も、同様に、出力用導波路７から分岐された調芯用導波路２０を用いて、光ファイバアレイ３０上の入力用光ファイバ１本を粗調芯した段階で光波長合分波器に接続する光ファイバ全ての粗調芯が完了し、後は光ファイバアレイ３０上の各出力用光ファイバ３１を微調整するだけで調芯が完了するので、調芯、接続にかかる時間が短縮される。
【００４９】
また、調芯導波路２０と出力用導波路７−ｎとのなす角が分波される光の進行方向（図１参照）に対して鈍角であるため、光波長合分波器の使用時に分波光が調芯用導波路２０へ漏れ込むことがない。
【００５０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すごとく優れた効果を発揮するものである。
【００５１】
（１）調芯、接続時間の短縮が可能なため、コストの低減並びにリードタイムの短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波長合分波器の構造を示す平断面図である。
【図２】図１の光波長合分波器と光ファイバアレイとの接続方法を示す平断面図である。
【図３】（ａ）は、図１における光波長合分波器の調芯調導波路の変形例を示し、（ｂ）は、（ａ）の光波長合分波器と光ファイバアレイとの接続方法を示す平断面図である。
【図４】従来の光波長合分波器を示す平断面図である。
【図５】図４に示す光波長合分波器の断面図である。
【図６】図４に示す光波長合分波器の断面における信号光の集光位置と出力用導波路位置の関係を示す図である。
【図７】図４に示す光波長合分波器に光ファイバアレイを接続したときの平面図である。
【図８】図７に示す光波長合分波器の接続方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光波長合分波器
２ 基板
３ アレイ導波路回折格子
４ 入力側スラブ導波路
５ 出力側スラブ導波路
６ 入力用導波路
７ 出力用導波路
１８ 入力端
１９ 接続端
２０ 調芯用導波路
３０ 光ファイバアレイ

Claims (2)

1. 基板と該基板上に形成された１本または複数本の入力用導波路と、入力用導波路に接続された平板構造を有する入力側スラブ導波路と、入力側スラブ導波路に接続された長さが順次異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路回折格子と、アレイ導波路回折格子に接続された出力側スラブ導波路と、出力側スラブ導波路に接続された複数本の出力導波路とを備えた光波長合分波器において、一端が前記入力用導波路または出力用導波路に光学的に結合する調芯用導波路を設け、前記入力用導波路の入力端と前記出力用導波路の出力端とを前記基板の所定の端面に隣接させて設けると共に、前記調芯用導波路の他端を前記所定の端面とは異なる前記基板の端面に設けたことを特徴とする光波長合分波器。
2. 請求項１に記載された光波長合分波器の入力用導波路と出力用導波路に接続する入力用と出力用光ファイバアレイの接続方法において、同一基板上に入力用と出力用の光ファイバを固定して光ファイバアレイを形成し、前記入力用若しくは出力用光ファイバから光を入射し、前記調芯用導波路から出射される光をモニタして、前記入力用若しくは出力用導波路と、前記入力用光若しくは出力用光ファイバを粗調芯したのち、前記光ファイバアレイを移動させることなく、入力用若しくは出力用ファイバから光を入射し、出力用若しくは入力用導波路から出射される光をモニタして出力用及び入力用ファイバを調芯することを特徴とする光波長合分波器と光ファイバアレイの接続方法。

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