DE60307610T2

DE60307610T2 - Optischer koppler

Info

Publication number: DE60307610T2
Application number: DE60307610T
Authority: DE
Inventors: c/o NHK SPRING CO. Fumio Yokohama-shi TAKAHASHI; c/o NHK SPRING CO. Takeshi Yokohama-shi NARITA
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2023-03-29
Also published as: EP1491924A1; EP1491924A4; US7088889B2; CA2480396C; EP1491924B1; US20050041925A1; JP3795821B2; WO2003083536A1; JP2003294962A; CA2480396A1; DE60307610D1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen optischen Teiler, der zum Beispiel für eine Vorrichtung zum Teilen eines Signallichtstrahles zur optischen Kommunikation und dergleichen angewendet wird.
Allgemeiner Stand der Technik
Zum Beispiel ist in einer Vorrichtung für integrierte optische Schaltungen, die für optische Kommunikationen verwendet werden, ein sogenanner Y-Teilungs-Wellenleiter als ein Mittel zum Teilen eines Signallichtstrahles bekannt. Ein Teiler, der fähig ist, optische Leistung in einem Verhältnis von 60 zu 40 oder in einem Verhältnis von 90 zu 10 asymmetrisch zu teilen, wird ebenfalls in Anspruch genommen.
Zum Beispiel hat ein herkömmlicher optischer Teiler, wie in der 14 gezeigt, einen Haupt-Wellenleiter 1, einen sich verjüngenden Wellenleiter 2 und ein Paar Teilungs-Wellenleiter 3 und 4. Die Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4 werden erzeugt, um sich voneinander zu unterscheiden, damit die optische Leistung asymmetrisch geteilt werden kann. Der sich verjüngende Wellenleiter 2 verjüngt und erweitert sich von dem Haupt-Wellenleiter 1 in Richtung der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4, d. h. von der Breite W₁ zur Breite W₂. Eine Teilungsabschnittsstirnseite 5 der Breite Wg ist zwischen den Teilungs-Wellenleitern 3 und 4 ausgebildet.
Bei dem in der 14 gezeigten herkömmlichen optischen Teiler ist die Breite W₂ des sich verjüngenden Wellenleiters 2 an den Verbindungsabschnitten des sich verjüngenden Wellenleiters 2 und den Teilungs-Wellenleitern 3 und 4 gleich der Summe der Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4 und der Breite der Teilungsstirnseite 5. Mit anderen Worten – der optische Teiler ist ausgelegt, um die folgenden Beziehungen aufzuweisen: W2 = (W3 + W4 + Wg) und W3 ≠ W4.
15 zeigt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis zwischen den Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4 und jeweils zu einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungsverlust bei dem herkömmlichen optischen Teiler, der in der 14 gezeigt ist. In 15 stellt die horizontale Achse das Verhältnis zwischen den Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4 [W₃/W₃ + W₄] dar. Die linke vertikale Achse stellt ein Teilungsverhältnis zwischen den Teilungs-Wellenleitern 3 und 4 dar und die rechte vertikale Achse stellt einen übermäßigen Teilungsverlust dar. Die Summe der Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 3 und 4 beträgt 10 μm, und der Querschnitt des Haupt-Wellenleiters 1 ist ein Rechteck von 7 μm × 7 μm. Die relative Brechungsindexdifferenz zwischen einem Kern und einer Kaschierungsschicht beträgt 0,45 %, die Breite Wg der Teilungsabschnittsstirnseite 5 beträgt 3 μm, die Länge des sich verjüngenden Wellenleiters 2 beträgt 600 μm und die Wellenlänge eines optischen Signals beträgt 1,55 μm.
Die japanische Patentanmeldung von KOKAI, Veröffentlichung Nr. 9-80244 beschreibt andererseits einen optischen Teiler, bei dem die Positionen eines Paares von Teilungs-Wellenleitern in eine Breiten-Richtung eines sich verjüngenden Wellenleiters versetzt sind. Dieser Stand der Technik ist auf einen optischen Teiler, wie in der 16 gezeigt, gerichtet. Der optische Teiler hat ein Paar Teilungs-Wellenleiter 3' und 4', deren Breiten W₅ zueinander gleich sind, und die zentralen Achsen der Teilungs-Wellenleiter 3' und 4' sind um Δx in Richtung der Breite eines sich verjüngenden Wellenleiters 2 von der zentralen Achse des Haupt-Wellenleiters 1 und des sich verjüngenden Wellenleiters 2 verschoben.
17 zeigt eine Beziehung zwischen dem Umfang der axialen Verschiebung Δx und jeweils einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungsverlust bei dem herkömmlichen optischen Teiler, der in der 16 gezeigt ist. In der 17 stellt die horizontale Achse den Umfang der axialen Verschiebung Δx dar. Die linke vertikale Achse stellt das Teilungsverhältnis zwischen den Teilungs-Wellenleitern 3' und 4' dar, und die rechte vertikale Achse stellt den übermäßigen Teilungsverlust dar. Der Querschnitt von jeweils dem Haupt-Wellenleiter 1 und den Teilungs-Wellenleitern 3' und 4' ist ein Rechteck von 7μm × 7 μm. Die relative Brechungsindexdifferenz zwischen einem Kern und einer Kaschierungsschicht beträgt 0,45 %, die Breite Wg einer Teilungsabschnittsstirnseite 5 beträgt 3 μm, die Länge des sich verjüngenden Wellenleiters beträgt 600 μm und die Wellenlänge eines optischen Signals beträgt 1,55 μm.
Der in der 14 gezeigte herkömmliche optische Teiler hat den Nachteil, dass der übermäßige Teilungsverlust so hoch wie etwa 0,2 dB über den ganzen Bereich von 50 % bis etwa 80 % des Teilungsverhältnisses ist, wie in 15 gezeigt ist.
Demgegenüber hat der herkömmliche optische Teiler, der in der 16 gezeigt ist, den Nachteil, dass der übermäßige Teilungsverlust höher wird, wenn sich das Teilungsverhältnis erhöht, wie in der 17 gezeigt ist. Aus diesem Grund ist ein Grenzwert der Erhöhung des Teilungsverhältnisses vorhanden.
Die JP 2000-066045 offenbart einen optischen Teiler, der einen Zwischen-Wellenteiler aufweist, der vor einem sich verjüngenden Wellenleiter ausgebildet ist. Ein Kurven-Wellenleiter ist vor dem Zwischen-Wellenleiter ausgebildet, wobei Licht, das durch den Kurven-Wellenleiter mäandert, auf die Teilungs-Wellenleiter über den Zwischen-Wellenleiter auftrifft. Das Teilungsverhältnis bei dem Teilungs-Wellenleiter wird durch die Länge des Zwischenwellenleiters eingestellt.
US 6,236,784 B1 offenbart einen verlustarmen optischen Leistungsteiler mit einem asymmetrischen Multimode-Wellenleiter. Ein Seitenabschnitt des Multimode-Wellenleiters hat eine geradlinige, parallel zu einer optischen Achse eines Eingangs-Wellenleiters verlaufende Form und der andere Seitenabschnitt hat eine Sinuskurvenform oder eine angehobene Sinusform, wodurch das einfallende Licht von einem Einzelmodus in einen Multimodus in dem Multimode-Wellenleiter geändert und das Licht direkt zu Ausgangs-Wellenleitern gelenkt wird.
EP 811 860 A2 offenbart einen verlustarmen optischen Leistungsteiler mit einem sich verjüngenden Wellenleiter, der symmetrisch mit Bezug auf eine optische Achse eines Eingangs-Wellenleiters ist. Die Seitenabschnitte des sich verjüngenden Wellenleiters sind in gleichen konischen Winkeln erweitert. Licht, das von dem Eingangs-Wellenleiter auf den sich verjüngenden Wellenleiter auftrifft, ist nicht mäandernd und wird direkt in Richtung zu einem Teilungs-Wellenleiter-Paar gelenkt, um in die Teilungs-Wellenleiter eingebracht zu werden. Auch wenn die Breite des Paares Tei lungs-Wellenleiter verschieden ausgeführt ist, ist es unmöglich, den Scheitelpunkt der Feldverteilung von Lichtstrahlen zu dem breiteren Teilungs-Wellenleiter zu lenken, so dass deren großes Teilungsverhältnis nicht erlangt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Teiler zu schaffen, der fähig ist, einen Verlust zu mindern und ein Teilungsverhältnis zu erhöhen.
Ein optischer Teiler gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen Haupt-Wellenleiter, einen sich verjüngenden Wellenleiter mit einem ersten Endabschnitt, der mit dem Haupt-Wellenleiter verbunden ist, und Seitenabschnitte, die sich verjüngen und sich von dem ersten Endabschnitt in Richtung der zweiten Endabschnitte verbreitern, und eine Teilungs-Wellenleiter-Gruppe mit ersten und zweiten Teilungs-Wellenleitern, die mit den zweiten Endabschnitten des sich verjüngenden Wellenleiters verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Teilungs-Wellenleiter, die mit den zweiten Endabschnitten verbunden sind, entsprechende Einfall-Enden haben, deren Breiten sich voneinander unterscheiden, wobei eine gesamte Breite der Teilungs-Wellenleiter-Gruppe kleiner als eine Breite der zweiten Endabschnitte ist, die Seitenabschnitte jeweils linear sind, und Stufenabschnitte zwischen der Teiler-Wellenleiter-Gruppe und den linearen Seitenabschnitten des sich verjüngenden Wellenleiters ausgebildet sind. Stufenartige, sich erweiternde Abschnitte sind jeweils an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Haupt-Wellenleiter und den linearen Seitenabschnitten des sich verjüngenden Wellenleiters gebildet, und ein Bereich an einem Seitenabschnitt ist durch weitere Vergrößerung einer Breite eines sich erweiternden Abschnitts um ΔWt auf eine Breite gebildet, die größer als eine Breite eines anderen sich erweiternden Abschnitts ist. Bei dieser Konfiguration wird der Verlust herabgesetzt und das Teilungsverhältnis kann in einem weiten Bereich geändert werden, und der Scheitelpunkt der Feldverteilung von Lichtstrahlen kann in Richtung eines breiteren Teilungs-Wellenleiters verschoben werden.
Bei dieser Erfindung ist das Einfall-Ende eines breiteren Wellenleiters des ersten und zweiten Teilungs-Wellenleiters in eine Richtung ausgerichtet, in der der Scheitelpunkt der Feldverteilung von Lichtstrahlen, die auf den sich verjüngenden Wellenleiter von dem Haupt-Wellenleiter auftreffen, mäandernd ist. Bei dieser Konfiguration kann das Teilungsverhältnis weiterhin über einen weiten Bereich variiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Länge des sich verjüngenden Wellenleiters auf einen Wert dicht an einem Wert eingestellt, bei dem der Umfang des Mäanderns des Scheitelpunktes der Feldverteilung der Lichtstrahlen einen Extremwert annimmt. Bei dieser Konfiguration kann das Teilungsverhältnis weiter erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 – ist eine Draufsicht auf einen optischen Teiler, der nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 – ist eine Schnittansicht des optischen Teilers entlang der Linie F2-F2 in 1;
3 – ist eine Draufsicht auf den in der 1 gezeigten optischen Teiler, der Veränderungen in der Feldverteilung zeigt, die unmittelbar vor und nach der Teilung auftreten;
4 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Verhältnis zwischen den Breiten von Teilungs-Wellenleitern zu jeweils einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungverlust bei dem in 1 gezeigten optischen Teiler zeigt;
5 – ist eine Draufsicht auf einen optischen Teiler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 – ist eine Draufsicht auf den in der 5 gezeigten optischen Teiler, der einen mäandernden Scheitelpunkt der Feldverteilung zeigt;
7 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Länge eines sich verjüngenden Wellenleiters und dem Teilungsverhältnis bei dem in der 5 gezeigten optischen Teiler zeigt;
8 – ist eine Draufsicht auf einen optischen Teiler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Länge eines sich verjüngenden Wellenleiters und dem Teilungsverhältnis bei dem in der 8 gezeigten optischen Teiler zeigt;
10 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Fortpflanzungsdistanz von Lichtstrahlen, die sich durch den sich verjüngenden Wellenleiter fortpflanzen, und einem Umfang des Mäanderns von Lichtstrahlen bei dem in der 8 gezeigten optischen Teiler zeigt;
11 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung eines Umfangs der Erweiterung aus einer Seite des sich verjüngenden Wellenleiters und jeweils dem Teilungsverhältnis und dem übermäßigen Teilungsverlust bei dem in der 8 gezeigten optischen Teiler zeigt;
12 – ist eine Draufsicht auf einen optischen Teiler, der nicht in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fällt;
13 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung eines Verhältnisses zwischen den Breiten von Teilungs-Wellenleitern zu jeweils einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungsverlust bei dem in der 12 gezeigten optischen Teiler zeigt;
14 – ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen optischen Teiler;
15 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Verhält nis zwischen den Breiten von Teilungs-Wellenleitern und jeweils einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungsverlust bei dem in der 14 gezeigten optischen Teiler zeigt;
16 – ist eine Draufsicht auf einen anderen herkömmlichen optischen Teiler; und
17 – ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Umfang der axialen Verschiebung und jeweils einem Teilungsverhältnis und einem übermäßigen Teilungsverlust bei dem in der 16 gezeigten optischen Teiler zeigt.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Ein nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisender optischer Teiler wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
Ein in der 1 gezeigter optischer Teiler 10 enthält einen Haupt-Wellenleiter 11, einen sich verjüngenden Wellenleiter 12 und eine Gruppe von Teilungs-Wellenleitern 15 mit zwei Teilungs-Wellenleitern 13 und 14.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, die einen Querschnitt eines Teils des optischen Teilers 10 zeigt, werden der Haupt-Wellenleiter 11, der sich verjüngende Wellenleiter 12 und die Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 durch Kerne 17 und eine auf einem Substrat ausgebildete Kaschierungsschicht 18 gebildet.
Der sich verjüngende Wellenleiter 12 hat einen ersten Endabschnitt 21, der einem Verbindungsabschnitt zwischen dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 und dem Haupt-Wellenleiter 11 entspricht. Der sich verjüngende Wellenleiter 12 hat ebenfalls zweite Endabschnitte 22, die Verbindungsabschnitten zwischen dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 und den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 entsprechen. Weiterhin hat der sich verjüngende Wellenleiter 12 Seitenabschnitte 23 und 24, die sich verjüngen und die sich von dem ersten Endabschnitt 21 in Richtung der zweiten Endabschnitte 22 erweitern. Mit anderen Worten, der sich verjüngende Wellenleiter verjüngt sich und seine Breite vergrößert sich von W₁ bis W₂ von dem ersten Endabschnitt 21 in Richtung der zweiten Endabschnitte 22.
Die Breite W₁ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an dem ersten Endabschnitt 21 ist größer als die Breite Wo des Haupt-Wellenleiters 11. Somit wird ein stufenartiger, sich erweiternder Abschnitt 25 an dem ersten Endabschnitt 21 gebildet, der einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Haupt-Wellenleiter 11 und dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 entspricht.
Die ersten und zweiten Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 haben ihre jeweiligen Einfall-Enden 13a und 14a, die mit den zweiten Endabschnitten 22 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 verbunden sind. Die Breiten W₃ und W₄ der Einfall-Enden 13a und 14a unterscheiden sich voneinander. Zum Beispiel ist die Breite W₃ des Einfall-Endes 13a des ersten Teilungs-Wellenleiters 13 größer als die Breite W₄ des Einfall-Endes 14a des zweiten Teilungs-Wellenleiters 14. Eine Teilungsabschnittsstirnseite 27 mit einer Breite Wg ist zwischen den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 ausgebildet.
Bei dem optischen Teiler 10 ist die gesamte Breite W₆ der Teiler-Wellenleiter-Gruppe 15 kleiner als die Breite W₂ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an den zweiten Endabschnitten 22. Aus diesem Grund ist ein Stufenabschnitt 30 zwischen dem Seitenabschnitt 23 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und dem Einfall-Ende 13a des Teilungs-Wellenleiters 13 ausgebildet, und ein Stufenabschnitt 31 ist zwischen dem Seitenabschnitt 24 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und dem Einfall-Ende 14a des Teilungs-Wellenleiters 14 ausgebildet.
Die Breite W₆ der Teiler-Wellenleiter-Gruppe 15 hat eine Dimension, die der Summe der Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 und der Breite Wg der Teilungsabschnittsstirnseite 27 entspricht. Das heißt, dass folgende Beziehung gegeben ist: W₂ > (W₃ + W₄ + Wg). Der optische Teiler 10 ist ausgelegt, um die Beziehung W₃ ≠ W₄ zu erfüllen.
Da die Stufenabschnitte 30 und 31 gebildet sind, wird eine mit M1 in der 3 bezeichnete Feldverteilung an den Verbindungsabschnitten (zweite Endabschnitte 22) zwischen dem Haupt-Wellenleiter 11 und den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 gebildet. Mit anderen Worten, ein Analogon zu der Feldverteilung von Lichtstrahlen kann sich zu den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 ohne deformiert zu werden möglichst unmittelbar vor und nach der Teilung ausbreiten. Folglich kann der übermäßige Teilungsverlust kleiner gehalten werden als der des in der 14 gezeigten optischen Teilers.
4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Verhältnis zwischen den Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 und jeweils dem Teilungsverhältnis und dem übermäßigen Teilungsverlust bei dem optischen Teiler 10 gemäß der ersten Ausführungsform. In der 4 stellt die horizontale Achse das Verhältnis zwischen den Breiten W₃ und W₄ [W₃/(W₃ + W₄)] der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 dar. Die linke vertikale Achse stellt das Teilungsverhältnis zwischen den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 dar und die rechte vertikale Achse stellt den übermäßigen Teilungsverlust dar.
Die Summe der Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 beträgt 10 μm, und der Querschnitt des Haupt-Wellenleiters 11 ist ein Rechteck von 7 μm × 7 μm. Die relative Brechungsindexdifferenz zwischen jedem der Kerne 17 und der Kaschierungsschicht 18 beträgt 0,45 %, und die Breite Wg der Teilungsabschnittsstirnseite 27 beträgt 3 μm. Die Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 beträgt 600 μm, und die Wellenlänge eines optischen Signals 12 beträgt 1,55 μm.
Die Breite W₂ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an den zweiten Endabschnitten 22 ist entsprechend einem gewünschten Teilungsverhältnis optimiert. Wenn das Teilungsverhältnis zum Beispiel 67 : 33 ist, ist die Breite W₂ auf 17 μm eingerichtet. In diesem Fall beträgt die Breite der Stufenabschnitte 30 und 31 jeweils 2 μm.
Es ist wünschenswert, dass die Breite W₁ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an dem ersten Endabschnitt 21 gleich oder etwas größer als die Breite Wo des Haupt-Wellenleiters 11 ist, um einen Verlust an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Haupt-Wellenleiter 11 und dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 zu mindern.
Gemäß dem optischen Teiler 10 wird, wie in der 4 gezeigt ist, der übermäßige Teilungsverlust auf einen festgelegten niedrigen Wert von etwa 0,1 dB in einem weiten Bereich des Teilungsverhältnisses (50 % bis 82 %) gehalten. Verglichen mit dem in der 14 gezeigten optischen Teiler kann dieser optische Teiler 10 den übermäßigen Teilungsverlust fast auf die Hälfte reduzieren.
Die 5 und 6 zeigen einen optischen Teiler 10A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Teiler 10A weist ebenfalls einen Haupt-Wellenleiter 11, einen sich verjüngenden Wellenleiter 12 und eine Teiler-Wellenleiter-Gruppe 15 auf, die ein Paar Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 hat. Der sich verjüngende Wellenleiter 12 des optischen Teilers 10A hat einen Bereich S, der durch weitere Expansion des sich verjüngenden Wellenleiters 12 um ΔWt in Richtung einer Seite (ein Seitenabschnitt 24) gebildet ist.
Mit anderen Worten, ein expandierender Abschnitt 25a ist an einem ersten Endabschnitt 21 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 gebildet, indem die eine Seite des sich verjüngenden Wellenleiters 12 in Richtung des einen Seitenabschnitts 24 mehr erweitert ist, als dessen andere Seite. Somit ist die zentrale Achse C2 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 von der zentralen Achse C1 des Haupt-Wellenleiters 11 in Richtung der Breite des sich verjüngenden Wellenleiters 12 verschoben. Da die anderen Konfigurationen des optischen Teilers 10A die Gleichen wie solche des vorstehend beschriebenen optischen Teilers 10 sind, sind die gleichen Komponenten, wie vorstehend beschrieben, mit den gleichen Referenznummern gekennzeichnet und deren Beschreibungen werden weggelassen.
Bei dem optischen Teiler 10A gemäß der ersten Ausführungsform ist der expandierte Abschnitt 25a an einer Seite des sich verjüngenden Wellenleiters 12 ausgebildet, und die zentrale Achse C2 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 ist von der zentralen Achse C1 des Haupt-Wellenleiters 11 verschoben. Der Scheitelpunkt einer Feldverteilung ist daher mäandernd, wie durch P1 in 6 angegeben. Mit anderen Worten, der Scheitelpunkt der Feldverteilung von Lichtstrahlen, die von dem Haupt-Wellenleiter 11 auf den sich verjüngenden Wellenleiter 12 auftreffen, bewegt sich in Richtung eines Seitenabschnitts 24 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und dann in Richtung des anderen Seitenabschnitts 23. Somit mäandert der Scheitelpunkt der Feldverteilung mit Bezug auf die zentrale Achse C2 des sich verjüngenden Wellenleiters 12.
Bei dem optischen Teiler 10A hat der breitere Teilungs-Wellenleiter 13 ein Einfall-Ende 13a, das in die Richtung angeordnet ist, in die der Scheitelpunkt der Feldverteilung mäandert. Bei dieser Konfiguration kann die Feldverteilung in Richtung des breiteren Teilungs-Wellenleiters 13 an Verbindungsabschnitten zwischen dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 und den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 verschoben sein. Das Teilungsverhältnis des optischen Teilers 10A kann somit viel größer als das des oben beschriebenen optischen Teilers 10 eingestellt sein.
7 zeigt eine Beziehung zwischen der Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und dem Teilungsverhältnis beim optischen Teiler 10A. Die Breite W₃ des ersten Teilungs-Wellenleiters 13 beträgt 7 μm, und die Breite W₄ des zweiten Teilungs-Wellenleiters 14 beträgt 3 μm. Der Querschnitt des Haupt-Wellenleiters 11 ist ein Rechteck von 7 μm × 7 μm. Die Breite Wg einer Teilungsabschnittsstirnseite 27 beträgt 3 μm, die relative Brechungsindexdifferenz beträgt 0,45 %, und die Wellenlänge eines optischen Signals beträgt 1,55 μm. Die Breite W₂ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an den zweiten Endabschnitten 22 beträgt 16 μm, und ein Expansionsmaß ΔWt der einen Seite des sich verjüngenden Wellenleiters 12 beträgt 1 μm.
Wie in der 7 gezeigt ist, erscheinen der Höchstwert und der Mindestwert abwechselnd bei dem Teilungsverhältnis entsprechend der Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12. Dies ist deshalb so, weil der Scheitelpunkt der Feldverteilung in dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 mäandert.
8 zeigt einen optischen Wellenleiter 10B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein sich verjüngender Wellenleiter 12 dieser Ausführungsform hat einen Bereich S, der durch weitere Expansion des sich verjüngenden Wellenleiters 12 um ΔWt in Richtung des anderen Seitenabschnitts 23 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, ein expandierender Abschnitt 25a wird an einem ersten Endabschnitt 21 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 gebildet, indem die eine Seite des sich verjüngenden Wellenleiters 12 in Richtung des einen Seitenabschnitts 23 mehr als dessen andere Seite erweitert ist. Somit ist die zentrale Achse C2 des sich verjüngenden Wellenleiters 12 von der zentralen Achse C1 des Haupt-Wellenleiters 11 in Richtung des anderen Seitenabschnitts 23 verschoben.
Bei dem optischen Teiler 10B bewegt sich der Scheitelpunkt der Feldverteilung von Lichtstrahlen, die aus dem Haupt-Wellenleiter 11 auf den sich verjüngenden Wellenleiter 12 auftreffen, in Richtung des anderen Seitenabschnitts 23, wie durch P1 angezeigt ist. Da deshalb der breitere Teilungs-Wellenleiter 13 in diese Richtung angeordnet ist, kann das Teilungsverhältnis noch weiter erhöht werden als das des optischen Teilers 10.
Die 9 zeigt eine Beziehung zwischen der Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und dem Teilungsverhältnis bei dem optischen Teiler 10B. Wie in 9 gezeigt ist, erscheinen der Höchstwert und der Mindestwert abwechselnd bei dem Teilungsverhältnis entsprechend der Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12. Dies ist so, weil der Scheitelpunkt der Feldverteilung in dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 mäandert.
10 zeigt Analyseergebnisse davon, wie der Scheitelpunkt der Feldverteilung mäandert, wenn die Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 auf 600 μm bei dem in der 8 gezeigten optischen Teiler 10B festgelegt ist. In 10 stellt die horizontale Achse eine Fortpflanzungsdistanz von Lichtstrahlen durch den sich verjüngenden Wellenleiter 12 dar, und die vertikale Achse stellt einen Umfang des Mäanderns dar oder eine Differenz zwischen der zentralen Achse C1 des Haupt-Wellenleiters 11 und der Position des Scheitelpunktes der Feldverteilung.
11 zeigt Variationen des Teilungsverhältnisses und übermäßigen Teilungsverlustes, wenn das Expansionsmaß ΔWt der einen Seite bei dem in der 8 gezeigten optischen Teiler 10B verändert wird. In 11 stellt die horizontale Achse das Expansionsmaß ΔWt dar, die linke vertikale Achse stellt das Teilungsverhältnis dar, und die rechte vertikale Achse stellt den übermäßigen Teilungsverlust dar.
Wie vorstehend beschrieben, hängt das Teilungsverhältnis bei den optischen Teilern 10A und 10B der ersten und zweiten Ausführungsform von der Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 ab und hat Periodizität. Mit anderen Worten, wenn sich das Teilungsverhältnis erhöht, wird ein Versatz zwischen der zentralen Achse C1 des Haupt-Wellenleiters 11 und des Scheitelpunktes der Feldverteilung (ein Umfang des Mäanderns) groß.
Daher kann das Teilungsverhältnis effektiv erhöht werden, wenn die Länge L des sich verjüngenden Wellenleiters 12 derart bestimmt wird, dass der Umfang des Mäanderns der Lichtstrahlen einen Extremwert annimmt und das Einfall-Ende 13a des breiteren Teilungs-Wellenleiters 13 in die Richtung angeordnet ist, in die der Lichtstrahl mäandert. Mit anderen Worten – das Teilungsverhältnis kann am wirksamsten erhöht werden, wenn das Einfall-Ende 13a des breiteren Teilungs-Wellenleiters 13 in der Position angeordnet wird, in der die mäandernden Lichtstrahlen einen Extremwert aufweisen. Die Position des Einfall-Endes 13a kann jedoch etwas verschoben sein und die Verschiebung kann praktisch innerhalb eines Bereiches von ±100 μm zulässig sein.
In Bezug auf den Verlust können die optischen Teiler 10A und 10B, wie der optische Teiler 10, verglichen mit dem herkömmlichen optischen Teiler, jedoch Lichtstrahlen ohne Deformierung eines Analogos zu einem Modus an den Verbindungsabschnitten zwischen dem sich verjüngenden Wellenleiter 12 und den Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 teilen. Bei den optischen Teilern 10A und 10B gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform kann auch das Teilungsverhältnis in einem weiten Bereich verändert werden, wobei ein kleiner übermäßiger Teilungsverlust beibehalten wird.
Wenn bei den optischen Teilern 10A und 10B das Expansionsmaß ΔWt einer Seite 0 ist, entsprechen diese optischen Teiler dem optischen Teiler 10. Die Dimensionen der jeweiligen Komponenten in der ersten Ausführungsform liegen nahe der Grenze, die es zulässt, den optischen Teiler 10 mit Stabilität herzustellen. Demzufolge ist es schwierig, ein Teilungsverhältnis zu erlangen, das 80 % in der ersten Ausführungsform überschreitet.
Wenn demzufolge ein optischer Teiler wie die optischen Teiler 10A und 10B gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform konfiguriert ist, kann das Teilungsverhältnis entsprechend dem Expansionsmaß ΔWt weiter erhöht werden, während der übermäßige Teilungsverlust auf einen nahezu festgelegten niedrigen Wert gehalten wird.
Demzufolge können die optischen Teiler 10A und 10B der ersten und zweiten Ausführungsform angewendet werden, wenn der optische Teiler 10 der ersten Ausführungsform das Teilungsverhältnis aus Gründen der Herstellung und dergleichen nicht weiter erhöhen kann, er jedoch ein weiteres großes Teilungsverhältnis erfordert.
12 zeigt einen optischen Teiler 10c, der nicht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung fällt. Bei diesem optischen Teiler 10C sind die Breite Wo des Haupt-Wellenleiters 11 und die Breite W₁ des sich verjüngenden Wellenleiters 12 an dem ersten Endabschnitt 21 im Wesentlichen die Gleichen. Mit anderen Worten, der Haupt-Wellenleiter 11 und der sich verjüngende Wellenleiter 12 setzen sich ohne Herausbildung der expandierenden Abschnitte 25 und 25a, wie bei den entsprechenden vorstehend beschriebenen Ausbildungsformen, fort. Abgesehen davon ist der optische Teiler 10C in der gleichen Art und Weise wie der optische Teiler 10 konfiguriert. Wie die optischen Teiler 10A und 10B der ersten und zweiten Ausführungsform kann der optische Teiler 10C einen sich verjüngenden Wellenleiter 12 verwenden, dessen eine Seite um ΔWt erweitert ist.
13 zeigt eine Beziehung eines Verhältnisses von Breiten W₃ und W₄ der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 zu jeweils dem Teilungsverhältnis und dem übermäßigen Teilungsverlust bei dem optischen Teiler 10C von 12. Wie in der 13 gezeigt ist, lässt der optischer Teiler 10C zu, dass der übermäßige Teilungsverlust auf einen niedrigen Wert von ungefähr 0,1 % in einem weiten Bereich des Teilungsverhältnisses gesetzt ist.
Wie vorstehend beschrieben können die zentralen Achsen des Haupt-Wellenleiters 11, des sich verjüngenden Wellenleiters 12 und der Teilungs-Wellenleiter 13 und 14 fluchtend miteinander ausgerichtet oder voneinander versetzt sein. Wenn die zentralen Achsen verschoben sind, wird der Freiheitsgrad, einen optischen Teiler zu konstruieren, höher als der in dem Fall, in dem sie fluchend ausgerichtet sind.
Bei den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen sind der Haupt-Wellenleiter 11 und die Seitenabschnitte 23 und 24 des sich verjüngenden Wellenlei ters 12 geradlinig ausgebildet. Die Teiler-Wellenleiter-Gruppe 15 kann aus zwei oder mehr Teilungs-Wellenleitern 13 und 14 gebildet sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Der optische Teiler der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel bei einer Vorrichtung angewendet werden, die einen Signallichtstrahl bei optischen Kommunikationen und dergleichen teilt.

Claims

Ein optischer Teiler mit Kernen (17) und einer Kaschierungsschicht (18), die die Kerne (17) abdeckt, mit: einem Haupt-Wellenleiter (11); einem sich verjüngenden Wellenleiter (12) mit einem ersten Endabschnitt (21), der mit dem Haupt-Wellenleiter (11) verbunden ist und Seitenabschnitten (23, 24), die sich verjüngen und von dem ersten Endabschnitt (21) in Richtung der zweiten Endabschnitte (22) verbreitern; und einer Gruppe (15) von Teilungs-Wellenleitern mit ersten und zweiten Teilungs-Wellenleitern (13, 14), die mit den zweiten Endabschnitten (22) des sich verjüngenden Wellenleiters (12) verbunden sind, wobei die ersten mit den zweiten Endabschnitten (22) verbundenen ersten und zweiten Teilungs-Wellenleiter (13, 14) jeweils Einfall-Enden (13a, 14a) haben, deren Breite (W₃, W₄) sich voneinander unterscheiden, wobei eine gesamte Breite (W₆) der Teiler-Wellenleitergruppe (15) schmaler als die Breite (W₂) des sich verjüngenden Wellenleiters (12) an den zweiten Endabschnitten (22) ist, die Seitenabschnitte (23, 24) jeweils linear sind und Stufenabschnitte (30, 31) zwischen der Teiler-Wellenleitergruppe (15) und den linearen Seitenabschnitten (23, 24) des sich verjüngenden Wellenleiters (12) ausgebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass stufenartige sich erweiternde Abschnitte (25, 25a) jeweils an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Haupt-Wellenleiter (11) und den linearen Seitenabschnitten (23, 24) des sich verjüngenden Wellenleiters (12) gebildet sind und ein Bereich (S) an einem Seitenabschnitt (24) durch weitere Expansion einer Breite eines expandierenden Abschnitts (25a) auf eine Breite, die größer als eine Breite eines anderen expandierenden Abschnitts (25) ist, gebildet ist.
Lichtstrahlenteiler nach Anspruch 1, wobei das Einfall-Ende (13a) eines breiteren Wellenleiters (13) des ersten und zweiten Teilungs-Wellenleiters (13, 14) in eine Richtung ausgerichtet ist, in der der Scheitelpunkt der Feldverteilung der Lichtstrahlen, die auf den sich verjüngenden Wellenleiter von dem Haupt-Wellenleiter auftreffen, mäandernd ist.
Lichtstrahlenteiler nach Anspruch 2, wobei eine Länge (L) der sich verjüngenden Wellenleiter (12) auf einen Wert nahe zu einem Wert eingestellt ist, bei dem der Umfang des Mäanderns des Scheitelpunktes der Feldverteilung der Lichtstrahlen einen Extremwert annimmt.