JP3184358B2 - Star coupler - Google Patents

Star coupler

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JP3184358B2
JP3184358B2 JP5556693A JP5556693A JP3184358B2 JP 3184358 B2 JP3184358 B2 JP 3184358B2 JP 5556693 A JP5556693 A JP 5556693A JP 5556693 A JP5556693 A JP 5556693A JP 3184358 B2 JP3184358 B2 JP 3184358B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はN×Nのスターカップラ
に関し、特に大容量のLAN(Local Area Network) シ
ステムにおける光信号分配に必須の光部品として有用な
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an N.times.N star coupler, and is particularly useful as an optical component essential for optical signal distribution in a large-capacity LAN (Local Area Network) system.

【0002】[0002]

【従来の技術】任意の一つの入力光導波路に入射した光
信号を、N本の出力光導波路に均一に分岐するN×Nス
ターカップラとして、従来、図4に示すような構造のも
のが知られていた。同図のスターカップラは、N=8本
の入力光導波路4とN=8本の出力光導波路6の間を1
2個の3dB方向性結合器5で結ぶ構造となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an N × N star coupler having a structure as shown in FIG. 4 has been known as an N × N star coupler for uniformly branching an optical signal incident on an arbitrary input optical waveguide into N output optical waveguides. Had been. The star coupler shown in FIG. 1 connects one between N = 8 input optical waveguides 4 and N = 8 output optical waveguides 6.
The structure is such that two 3 dB directional couplers 5 are connected.

【0003】この様な構造のスターカップラでは、3d
B方向結合器5の数Mは M = (N/2)log2N ・・・(1) 個必要となる。
In a star coupler having such a structure, 3d
The number M of the B-direction couplers 5 requires M = (N / 2) log 2 N (1).

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記従来技術において
は、例えば、N=128の大容量LANシステムの場合
には、M=448という膨大な数になってしまう。従っ
て、スターカップラのサイズが非常に大きくなることは
勿論、作製の歩留まりが悪く高価になるという欠点を有
していた。また、通常3dB方向結合器5の結合率は、
光の波長によって変化するため、従来構造のスターカッ
プラは、ある特定の波長でしか使用出来ないという欠点
も有していた。
In the above-mentioned prior art, for example, in the case of a large-capacity LAN system with N = 128, the number becomes M = 448. Therefore, the size of the star coupler is very large, and the production yield is low and the cost is high. Also, the coupling ratio of the 3 dB directional coupler 5 is usually
The star coupler having the conventional structure also has a drawback that it can be used only at a specific wavelength because it changes depending on the wavelength of light.

【0005】本発明は、上記従来技術に鑑み、信号の分
岐比が均一になるとともに、大規模化に適したN×Nの
スターカップラを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above prior art, an object of the present invention is to provide an N × N star coupler which has a uniform signal branching ratio and is suitable for large scale.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、横方向に光閉じ込め構造を有しないスラブ
光導波路と、このスラブ光導波路の両端に相対向して配
置されたN本(Nは整数)の入力光導波路とN本の出力光導
波路とを有し、前記入力光導波路中の任意の一本に入射
した光パワーをN本の前記出力光導波路に分岐するN×N
スターカプラにおいて、前記入力光導波路および前記出
力光導波路の各々は、光の導波方向に沿ってコア幅及び
コア厚が一定であり、且つ、前記入力光導波路および前
記出力光導波路の各々は、曲げ半径が大きいほど、前記
コア幅あるいは前記コア厚小さいことを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention comprises a slab optical waveguide having no lateral light confinement structure and N slab optical waveguides disposed opposite to both ends of the slab optical waveguide. (N is an integer) and an input optical waveguide and N output optical waveguides, splitting the optical power incident on any one in the input waveguide to the output optical waveguide the N N × N
In a star coupler, the input optical waveguide and the output
Each of the optical waveguides has a core width and
The core thickness is constant and the input optical waveguide and
In each of the output optical waveguides, the core width or the core thickness is smaller as the bending radius is larger .

【0007】[0007]

【作用】上記構成の本発明によれば、任意の一本の入力
光導波路に入射した光パワーがN本の出力光導波路に均
一に分岐される。
According to the present invention having the above-described structure, the optical power incident on any one input optical waveguide is uniformly branched into N output optical waveguides.

【0008】[0008]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0009】図1に示すように、入力光導波路アレイI
は、多数(本例ではN=16本)の入力光導波路1の集
合体である。また、出力光導波路アレイIIは、入力光
導波路1と同数の出力光導波路2の集合体である。これ
ら入出力光導波路1,2は、本実施例の場合、コア幅W
(通常、コア厚T=W)、屈折率n1 のコアを屈折率n
0 のクラッドで覆った矩形光導波路で構成してあり、ス
ラブ光導波路3の両端に相対向して配設してある。スラ
ブ光導波路3は横方向には光閉じ込め構造を有しない光
導波路である。
As shown in FIG. 1, an input optical waveguide array I
Is an aggregate of many (in this example, N = 16) input optical waveguides 1. The output optical waveguide array II is an aggregate of the same number of output optical waveguides 2 as the input optical waveguides 1. These input / output optical waveguides 1 and 2 have a core width W in this embodiment.
(Usually, the core thickness T = W), a core of refractive index n 1 refractive index n
It is composed of a rectangular optical waveguide covered with a cladding of 0 , and is disposed opposite to both ends of the slab optical waveguide 3. The slab optical waveguide 3 is an optical waveguide having no light confinement structure in the lateral direction.

【0010】なお、スターカップラのスラブ光導波路近
傍の詳細な構造に関しては、特開平4−96007号公
報及び特開平4−204508号公報に記載されてい
る。
The detailed structure near the slab optical waveguide of the star coupler is described in JP-A-4-96007 and JP-A-4-204508.

【0011】コアとクラッドの比屈折率差が△=(n1
−n0 )/n1 =0.75%、W=T=6μmの場合、入
出力光導波路1,2の最小曲げ半径(曲げ損失が0.1d
B以下)はR=5mmである。したがって、スラブ光導波
路3の最外部の入出力光導波路1,2の最小曲げ半径は
5mmとなり、スラブ光導波路3の中心部の入出力光導波
路1,2程その曲げ半径は大きくなる。
The relative refractive index difference between the core and the clad is ク ラ ッ ド = (n 1
−n 0 ) / n 1 = 0.75% and W = T = 6 μm, the minimum bending radius of the input / output optical waveguides 1 and 2 (the bending loss is 0.1d)
B or less) is R = 5 mm. Therefore, the minimum bending radius of the outermost input / output optical waveguides 1 and 2 of the slab optical waveguide 3 is 5 mm, and the bending radius of the input / output optical waveguides 1 and 2 at the center of the slab optical waveguide 3 is larger.

【0012】通常、光導波路に光を入射するとき、その
光導波路に伝搬する固有のモードの他に不要なモードの
光が励起される。スラブ光導波路3の周辺部により近い
入出力光導波路1,2においては、曲げ半径が小さく、
これらの不要モードの光は入出力光導波路1,2外に捨
てられるので、スターカップラの特性に悪影響を及ぼす
ことはない。これに対して、中心部の入出力光導波路
1,2においては、曲げ半径が大きく直線に近いので励
起された不要モードはそのまま伝搬する。このため、光
が入力光導波路アレイIからスラブ光導波路3に放射さ
れる際の光パターンが乱れ均一な光分布が得られない。
Normally, when light enters the optical waveguide, unnecessary modes of light are excited in addition to the intrinsic mode propagating in the optical waveguide. In the input / output optical waveguides 1 and 2 closer to the peripheral portion of the slab optical waveguide 3, the bending radius is small,
Since the light in these unnecessary modes is discarded outside the input / output optical waveguides 1 and 2, it does not adversely affect the characteristics of the star coupler. On the other hand, in the input / output optical waveguides 1 and 2 at the center, the excited unnecessary mode propagates as it is because the bending radius is large and close to a straight line. For this reason, the light pattern when light is emitted from the input optical waveguide array I to the slab optical waveguide 3 is disturbed, and a uniform light distribution cannot be obtained.

【0013】この様子を図2(a),(b)に示す。図
2は入出力光導波路アレイI,IIのコア幅Wがすべて
同じ64×64スターカップラにおいて、(a) 最外
部の入力光導波路1に光を入力した場合と、(b) 中
心部の入力光導波路2に光を入力した場合の出力光導波
路2の光分布を測定した結果である。ここで、最外部の
入出力光導波路1,2の曲げ半径はR=5mmであり、中
心部の入出力光導波路1,2の曲げ半径はR=120mm
である。図2(a)においては曲げ半径が小さいので不
要モードの光は導波路外に捨てられ良好な光分岐特性が
得られている。これに対して、図2(b)においては曲
げ半径が大きいために不要モードはそのまま光導波路を
伝搬するので光分岐特性が大きく劣化していることが分
かる。
This situation is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). FIGS. 2A and 2B show the input / output optical waveguide arrays I and II in a 64 × 64 star coupler having the same core width W, in which (a) light is input to the outermost input optical waveguide 1 and (b) input at the center. It is a result of measuring a light distribution of the output optical waveguide 2 when light is input to the optical waveguide 2. Here, the bending radius of the outermost input / output optical waveguides 1 and 2 is R = 5 mm, and the bending radius of the central input / output optical waveguides 1 and 2 is R = 120 mm.
It is. In FIG. 2A, since the bending radius is small, the light in the unnecessary mode is discarded outside the waveguide, and good light branching characteristics are obtained. On the other hand, in FIG. 2B, it can be seen that the unnecessary mode propagates through the optical waveguide as it is because the bending radius is large, so that the light branching characteristic is greatly deteriorated.

【0014】そこで、本実施例では、中心部の入出力光
導波路1,2のコア幅Wを周辺部のそれよりも小さく
し、中心部で発生し易い不要モードの光をコア幅を絞る
ことにより導波路外に捨てるように構成している。
Therefore, in the present embodiment, the core width W of the input / output optical waveguides 1 and 2 at the central portion is made smaller than that at the peripheral portion to reduce the unnecessary mode light which is likely to be generated at the central portion. Is disposed so as to be thrown out of the waveguide.

【0015】例えば、曲げ半径R(mm)の入出力光導波
路1,2のコア幅Wを、
For example, the core width W of the input / output optical waveguides 1 and 2 having a bending radius R (mm) is

【0016】 W=W0 +(C/R)(μm) ・・・(2) のように曲げ半径Rの大きい中心部の入出力光導波路
1,2程、コア幅Wを小さくしている。ここで、式
(2)において、W0 は直線光導波路(R=∞)のコア
幅Wであり、C(μm・mm)は定数である。
W = W 0 + (C / R) (μm) The core width W is smaller in the input / output optical waveguides 1 and 2 at the center where the bending radius R is large as shown in (2). . Here, in equation (2), W 0 is the core width W of the linear optical waveguide (R = ∞), and C (μm · mm) is a constant.

【0017】なお、コア厚T及びコア径を絞ることによ
っても同等の効果を得る。
The same effect can be obtained by reducing the core thickness T and the core diameter.

【0018】次に、上述のスターカップラを石英系光導
波路を用いて作製する場合の作製方法を説明する。ま
ず、Si基板上に火災堆積法によってSiO2 下部クラ
ッド層を堆積し、次にTiO2 あるいは、Ge2 をド
ーパントとして添加したSiO2 ガラスのコア層を堆積
した後に、電気炉で透明ガラス化する。続いて、式
(2)を元に作製したマスクパターンを用いてコア層を
エッチングし、所定の入出力光導波路アレイI,II、
及びスラブ光導波路3を形成し、最後に、SiO2 上部
クラッド層を堆積する。
Next, the above-mentioned star coupler is connected to a quartz light guide.
A manufacturing method in the case of manufacturing using a waveguide will be described. Ma
Without using a SiOTwoLower class
A TiO2 layer and then TiOTwoOr GeOTwoThe
-SiO added as puntTwo Deposit glass core layer
After that, the glass is transparently vitrified in an electric furnace. Then, the expression
The core layer is formed using the mask pattern prepared based on (2).
Etching, predetermined input / output optical waveguide arrays I, II,
And a slab optical waveguide 3 are formed.TwoUpper part
Deposit a cladding layer.

【0019】図3はW0 =4(μm)、C=10(μm
・mm)とした場合の64×64スターカップラにおい
て、(a) 最外部の入力光導波路1に光を入力した場
合と、(b) 中心部の入力光導波路1に光を入力した
場合の出力光導波路2の光分布を測定した結果である。
ここで、最外部の入力光導波路1の曲げ半径はR=5mm
(W=6μm)であり、中心部の入力光導波路1の曲げ
半径はR=120mm(W=4.08μm)である。図3
(a)においては、曲げ半径が小さいので従来の図2
(a)と同様に不要モードの光は導波路外に捨てられ良
好な光分岐特性が得られている。一方、図3(b)にお
いては、従来とは異なりコア幅Wが小さいので曲げ半径
が大きくても不要モードの光は導波路外に捨てられ良好
な光分岐特性が得られており、本発明の固有な効果が確
認された。また、この測定において、W 0 =4(μ
m)、C=10(μm・mm)としたが、これはあくまで
一例に過ぎない。
FIG.0= 4 (μm), C = 10 (μm
・ Mm) 64 × 64 star coupler smell
(A) When light is input to the outermost input optical waveguide 1
(B) Light was input to the input optical waveguide 1 at the center.
It is a result of measuring the light distribution of the output optical waveguide 2 in the case.
Here, the bending radius of the outermost input optical waveguide 1 is R = 5 mm.
(W = 6 μm), and bending of the input optical waveguide 1 at the center portion
The radius is R = 120 mm (W = 4.08 μm). FIG.
In FIG. 2A, since the bending radius is small, the conventional FIG.
As in (a), the light in the unnecessary mode is discarded outside the waveguide.
Good light branching characteristics are obtained. On the other hand, FIG.
Since the core width W is smaller than before, the bending radius
Even if the light is large, the light in the unnecessary mode is discarded outside the waveguide and good.
Optical branching characteristics are obtained, and the unique effects of the present invention are confirmed.
It has been certified. In this measurement, W 0= 4 (μ
m), C = 10 (μm · mm), but this is only
This is just one example.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した通
り、本発明のスターカップラは、任意の一本の光導波路
に入射した光パワーを、N本の出力光導波路に均一に分
岐できるので、大規模LANシステムや、波長多重方式
等における光信号分配において大きな利点を有する。
As described above in detail with the embodiments, the star coupler of the present invention can uniformly branch the optical power incident on any one optical waveguide into N output optical waveguides. This has a great advantage in optical signal distribution in a large-scale LAN system, a wavelength multiplexing system, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係るスターカップラを示す説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a star coupler according to an embodiment of the present invention.

【図2】入出力光導波路のコア幅Wがすべて同じ64×
64スターカップラにおいて、(a)最外部の入力光導
波路に光を入力した場合と、(b)中心部の入力光導波
路に光を入力した場合の出力光導波路の光分布を測定し
た結果を示す特性図である。
FIG. 2 shows the same input / output optical waveguides having the same core width W of 64 ×
In the 64-star coupler, the results of measuring the light distribution of the output optical waveguide when (a) light is input to the outermost input optical waveguide and (b) when light is input to the central input optical waveguide are shown. It is a characteristic diagram.

【図3】W0 =4(μm)、C=10(μm・mm)とし
た場合の64×64スターカップラにおいて、(a)最
外部の入力光導波路に光を入力した場合と、(b)中心
部の入力光導波路に光を入力した場合の出力光導波路の
光分布を測定した結果を示す特性図である。
FIGS. 3A and 3B show (a) a case where light is input to the outermost input optical waveguide and (b) a case where W 0 = 4 (μm) and C = 10 (μm · mm); FIG. 4 is a characteristic diagram showing a result of measuring a light distribution of an output optical waveguide when light is input to an input optical waveguide in a central part.

【図4】従来のN×Nスターカップラの構造を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a conventional N × N star coupler.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力光導波路 2 出力光導波路アレイ 3 スラブ光導波路 Reference Signs List 1 input optical waveguide 2 output optical waveguide array 3 slab optical waveguide

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/28 - 6/293 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 G02B 6/28-6/293

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】横方向に光閉じ込め構造を有しないスラブ
光導波路と、このスラブ光導波路の両端に相対向して配
置されたN本(Nは整数)の入力光導波路とN本の出力光導
波路とを有し、前記入力光導波路中の任意の一本に入射
した光パワーをN本の前記出力光導波路に分岐するN×N
スターカプラにおいて、前記入力光導波路および前記出力光導波路の各々は、光
の導波方向に沿ってコア幅及びコア厚が一定であり、且
つ、 前記入力光導波路および前記出力光導波路の各々は、
曲げ半径が大きいほど、前記コア幅あるいは前記コア
小さいことを特徴とするスターカプラ。
1. A slab optical waveguide having no lateral light confinement structure, N (N is an integer) input optical waveguides and N output optical waveguides disposed opposite each other at both ends of the slab optical waveguide. and a waveguide, for branching the optical power incident on any one in the input waveguide to the output optical waveguide the N N × N
In the star coupler, each of the input optical waveguide and the output optical waveguide is an optical waveguide.
Core width and core thickness are constant along the waveguide direction of
One, each of said input optical waveguide and the output optical waveguide has a minimum bend the larger radius, star coupler, wherein the core width or the core thickness is small.
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