JP2000171652A

JP2000171652A - 光導波路型光分岐合波回路

Info

Publication number: JP2000171652A
Application number: JP34892398A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Ogino; 勝利荻野; Haruto Noro; 治人野呂
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性および再現性を良好にし、而も分岐損失
を低減させる。【解決手段】基板上のクラッド２中に、入力直線導波路
３と、入力直線導波路３に接続され当該入力直線導波路
３の接続側３ａから徐々に幅が広がるテーパ導波路４
と、テーパ導波路４に接続される２本の分岐曲線導波路
５、６とが形成され、この２本の分岐曲線導波路５、６
は、対称形状で何れもテーパ導波路４への接続側５ａ、
６ａから徐々に幅が広がるテーパ状に形成され、且つ当
該接続側５ａ、６ａが所定間隔Ｗ1で分離され、さらに
テーパ導波路４との分岐接続部１０には光導波可能な所
定の隙間Ｌ1が設けられている。これにより、分岐曲線
導波路５、６の両端の幅を変化させれば、分岐前と分岐
後との光波フィールドの整合性を容易に制御できるよう
になるので、加工性および再現性を良好にしても分岐損
失を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光センサ
などにおいて光信号を分岐したり合波したりするための
光導波路型光分岐合波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光導波路型光分岐合波回路
は、光集積回路等における最も基本的な素子として必要
不可欠である。かかる光導波路型光分岐合波回路として
は、方向性結合器やＹ分岐光導波路などが知られてい
る。特に、Ｙ分岐光導波路は方向性結合器に比べて波長
依存性がなく、分岐比のばらつきが小さいという長所を
有している。

【０００３】このようなＹ分岐光導波路は図３に示すよ
うに、基板上のクラッド５１中に、入力直線導波路５
２、テーパ導波路５３、分岐曲線導波路５４、５５、お
よび出力直線導波路５６、５７が順に接続された状態で
埋め込まれている。入力直線導波路５２、分岐曲線導波
路５４、５５、および出力直線導波路５６、５７の幅は
何れも等しく、また、テーパ導波路５３および分岐曲線
導波路５４、５５から成る分岐部５８においては、テー
パ導波路５３と分岐曲線導波路５４、５５とが所定間隔
Ｌ10で分離されると共に、分岐曲線導波路５４、５５間
には所定長さの隙間Ｗ10が設けられている。さらに、分
岐部５８においては、分岐曲線導波路５４、５５のテー
パ導波路５３への接続側の隙間Ｗ10を含めた総幅Ｔ10
は、テーパ導波路５３の幅広側の幅Ｔ20とほぼ同一か、
若干大きめに形成されている。

【０００４】このように構成されたＹ分岐光導波路５０
において、入力直線導波路５２に光を入力すると、その
光波は分岐部５８で分岐され、分岐された各光波が分岐
曲線導波路５４、５５を介してそれぞれ出力直線導波路
５６、５７から出力される。また、逆に、出力直線導波
路５６、５７に光を同時に入力すると、それら光波はそ
れぞれ分岐曲線導波路５４、５５を通過して分岐部５８
で合波され、合波された光波は入力直線導波路５２から
出力される。

【０００５】このような光学特性を有するＹ分岐光導波
路５０の分岐曲線導波路５４、５５間に設けられた隙間
Ｗ10は、小さいほど分岐に起因する損失が小さくなるの
で、一般的には２μｍ以下がよいとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＹ分岐光導波路５０では、パターニングやエッチン
グ等の加工精度の原因により、分岐曲線導波路５４、５
５間に設けられた隙間Ｗ10を、２μｍ以下で再現性よく
加工することは非常に困難であった。これにより、分岐
曲線導波路５４、５５は、分岐部５８近傍において非対
称となりやすく分岐比にばらつきが生じる難点があっ
た。

【０００７】また、分岐部５８の加工性および再現性を
向上させるために、分岐曲線導波路５４、５５間に設け
られた隙間Ｗ10を２μｍ以上にすると、分岐前と分岐後
との光波フィールドの不整合性が増大するので、分岐損
失が大きくなってしまう難点があった。なお、このよう
な難点がある光導波路型光分岐合波回路として、分岐合
波光導波回路（特開平3-245107号公報）が開示されてい
る。

【０００８】本発明はこのような従来の難点を解決する
ためになされたもので、加工性および再現性が良好で、
而も分岐損失を低減できる光導波路型光分岐合波回路を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の光導波路型光分岐合波回路は、入力導波路
と、入力導波路に接続され当該入力導波路の接続側から
徐々に幅が広がるテーパ導波路と、テーパ導波路に接続
される２本の分岐曲線導波路とが基板上のクラッド中に
形成されたＹ分岐構造の光導波路型光分岐合波回路にお
いて、２本の分岐曲線導波路は、対称形状で何れもテー
パ導波路への接続側から徐々に幅が広がるテーパ状に形
成され、且つ当該接続側が所定間隔で分離され、さらに
テーパ導波路との分岐接続部には光導波可能な所定の隙
間が設けられているものである。

【００１０】このような光導波路型光分岐合波回路は、
２本の分岐曲線導波路がテーパ導波路への接続側から徐
々に幅が広がるテーパ状に形成されているので、分岐曲
線導波路の両端の幅を変化させれば、分岐前と分岐後と
の光波フィールドの整合性を容易に制御することができ
る。また、２本の分岐曲線導波路の接続側が所定間隔で
分離され、テーパ導波路との接続部位に光導波可能な所
定の隙間が設けられているので、分岐接続部の加工性お
よび再現性が良好になる。

【００１１】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
において、テーパ導波路の幅広側の幅は、２本の分岐曲
線導波路のテーパ導波路への接続側における所定間隔を
含めた総幅の１．１〜１．５倍であることが好ましい。
これにより、分岐前と分岐後との光波フィールドの不整
合損失を低減することができるので、２本の分岐曲線導
波路のテーパ導波路に接続される側における間隔を３μ
ｍ以上にしても分岐損失を低減させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路型光分岐
合波回路の実施の一形態について、図面を参照して説明
する。本発明の光導波路型光分岐合波回路は図１に示す
ように、基板上のクラッド２中に、入力直線導波路３
と、入力直線導波路３に接続され当該入力直線導波路３
の接続側３ａから徐々に幅が広がるテーパ導波路４と、
テーパ導波路４に接続される２本の分岐曲線導波路５、
６と、２本の分岐曲線導波路５、６それぞれに接続され
る２本の出力直線導波路７、８とが埋め込まれている。

【００１３】２本の分岐曲線導波路５、６は、何れも変
曲点を有し、この変曲点の前後において相互に逆方向に
所定の曲率半径で湾曲した対称形状で、テーパ導波路４
に接続する側５ａ、６ａから徐々に幅が広がるテーパ形
状に形成されている。また、２本の分岐曲線導波路５、
６のテーパ導波路４への接続側５ａ、６ａは所定間隔Ｗ
1で分離されている。この所定間隔Ｗ1は、２本の分岐曲
線導波路５、６とテーパ導波路４との分岐接続部１０の
加工性がよくなるような寸法に定められる。さらに、こ
の分岐接続部１０には光導波可能な所定の隙間Ｌ1が設
けられている。

【００１４】また、テーパ導波路４の幅広側４ａの幅Ｂ
は、２本の分岐曲線導波路５、６のテーパ導波路４への
接続側５ａ、６ａにおける所定間隔Ｗ1を含めた総幅Ｄ
の１．１〜1.5倍に設定されている。次に、このように
構成された光導波路型光分岐合波回路１の製造方法およ
び光導波制御機能について説明する。 [製造方法]例えば、基板上に火炎堆積法などの膜形成手
段によって、ドープ剤を添加したＳｉＯ₂を主成分とす
るコア層を成膜し、このコア層にフォトリソグラフィで
上述した導波路パターンを形成した後、反応性イオンエ
ッチングで導波路コアパターンに成形する。さらに、コ
ア層より若干屈折率が低くなるようにドープ剤を添加し
たＳｉＯ₂を主成分とするクラッド層を、導波路コアパ
ターンから成るコア層を覆うように成膜して、上述した
光導波路型光分岐合波回路１の製作が完了する。なお、
基板としては、電気光学効果などの物理効果をもたせる
ために、石英、ＬｉＮｂＯ₃等の電気光学結晶、Ｓｉ、
ＧａＡｓ等の半導体材料、またはポリイミド、ＰＭＭＡ
等の高分子有機材料で形成させることが好ましい。 [光導波制御機能]入力直線導波路３に光を入力すると、
その光波はテーパ導波路４を通過して、２本の分岐曲線
導波路５、６で分岐される。この一方の分岐曲線導波路
５に入力された光波は一方の出力直線導波路７に、他方
の分岐曲線導波路６に入力された光波は他方の出力直線
導波路８にそれぞれ伝搬される。

【００１５】この際、２本の分岐曲線導波路５、６が、
それぞれテーパ導波路４への接続側５ａ、６ａから徐々
に幅が広がるテーパ形状に形成されていることから、分
岐前と分岐後の光波フィールドの重ね合わせ領域の増大
が可能なので、分岐前と分岐後との各分岐曲線導波路
５、６の両端の幅を変化させれば、分岐前と分岐後との
光波フィールドの整合性を容易に制御することができ
る。

【００１６】また、２本の分岐曲線導波路５、６は、テ
ーパ導波路４への接続側５ａ、６ａが所定間隔Ｗ1で分
離され、テーパ導波路４との分岐接続部１０に光導波可
能で、且つ加工容易な所定の隙間Ｌ1が設けられている
ことから、隙間Ｌ1へのクラッド膜の埋め込みが良好と
なる。このことから、２本の分岐曲線導波路５、６のテ
ーパ導波路４への接続側５ａ、６ａにおける所定間隔Ｗ
1を２〜４μｍに、または（および）テーパ導波路４と
２本の分岐曲線導波路５、６との分岐接続部１０に設け
られた所定の隙間Ｌ1を４〜６μｍにしても、分岐前と
分岐後との光波フィールドの整合性を高めることができ
るので、加工性および再現性が良好な光導波路型光分岐
合波回路でも、分岐損失を低減させることができる。

【００１７】さらに、テーパ導波路４の幅広側４ａの幅
Ｂが、２本の分岐曲線導波路５、６のテーパ導波路４へ
の接続側５ａ、６ａにおける所定間隔Ｗ1を含めた総幅
Ｄの１．１〜１．５倍に設定されていることから、分岐
前と分岐後の光波フィールドの重ね合わせ領域の増大が
可能になるので、この分岐前と分岐後との光波フィール
ドの不整合損失を低減することができる。なお、総幅Ｔ
1は総幅Ｔ2の１．１５〜１．２５倍にすると、分岐前と
分岐後の光波フィールドの不整合損失が０．１ｄＢ以下
になり、その中でも１．２１倍では更に０．０３ｄＢと
なる。

【００１８】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
１の出力直線導波路７、８に光を同時に入力すると、そ
れら光波はそれぞれ分岐曲線導波路５、６を通過してテ
ーパ導波路４で合波されるので、合波された光波を入力
直線導波路３から出力させることができる。

【００１９】

【実施例】さらに、本発明の光導波路型光分岐合波回路
の光導波制御機能について、以下のような条件で実験し
た。 [実施例１]コアとクラッドとの比屈折率差Δ＝０．３
％、入力直線導波路３および出力直線導波路７、８の幅
Ａ＝８μｍ、分岐曲線導波路５、６の間隔Ｗ1＝３μ
ｍ、２本の分岐曲線導波路５、６とテーパ導波路４との
間隔Ｌ1＝５μｍに製造された光導波路型光分岐合波回
路１の入力直線導波路３から、波長λ＝１．３０μｍの
光を入射して、テーパ導波路４の終了幅Ｂ（テーパ導波
路４の幅広側４ａの幅）と分岐曲線導波路５、６の開始
幅Ｃ（テーパ導波路４への接続側５ａ、６ａの幅）の変
動に対する分岐前と分岐後との光波フィールドの不整合
損失について測定した。

【００２０】結果は図２に示すように、不整合損失が最
小となる分岐曲線導波路５、６の開始幅Ｃは、入力直線
導波路３および出力直線導波路７、８の幅Ａよりも小さ
くなることがわかった。また、テーパ導波路４の終了幅
Ｂを小さくすると、不整合損失の最小値のピークは鋭く
なり、不整合損失を非常に小さくすることが確認でき
た。 [実施例２]次に、コア厚さ＝８μｍ、クラッド層厚さ＝
３０μｍ、テーパ導波路４の終了幅Ｂ＝１３μｍ、分岐
曲線導波路５、６の開始幅Ｃ＝３μｍにした実施例１で
使用した光導波路型光分岐合波回路１で、全長２ｃｍの
１×２Ｙ分岐スプリッターを試作し、入力ポートから波
長λ＝１．３０μｍ、１．５５μｍの光をそれぞれ入射
して各出力ポートの挿入損失を測定した。

【００２１】測定結果は、出力ポートの挿入損失が波長
λ＝１．３０μｍ、１．５５μｍにおいて、それぞれ
３．６１０ｄＢ、３．６３２ｄＢで、出力ポート間のば
らつきは各波長において±０．１５ｄＢであった。この
ような挿入損失から分岐損失を計算すると、波長λ＝
１．３０μｍ、１．５５μｍにおいて、それぞれ０．９
０ｄＢ、０．１１２ｄＢとなることが確認できた。した
がって、分岐曲線導波路５、６の間隔Ｗ1を３μｍ以上
にしても、分岐損失を低減できることがわかった。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光導波
路型光分岐合波回路によれば、分岐前と分岐後との光波
フィールドの整合性を容易に制御することができるの
で、加工性および再現性が良好な光導波路型光分岐合波
回路でも、分岐損失を低減させることができる。また、
分岐前と分岐後との光波フィールドの不整合損失を低減
することができるので、２本の分岐曲線導波路のテーパ
導波路に接続される側における間隔を３μｍ以上にして
も分岐損失を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路型光分岐合波回路の実施の一
形態を示す全体説明図。

【図２】本発明の光導波路型光分岐合波回路のテーパ導
波路の終了幅に対する分岐曲線導波路の開始幅Ｃと、光
波フィールドの不整合損失との関係を示すグラフ。

【図３】従来のＹ分岐導波路（光導波路型光分岐合波回
路）を示す全体説明図。

【符号の説明】

１・・・・・導波路型光分岐合波回路３・・・・・入力直線導波路３ａ・・・・・テーパ導波路に対する入力直線導波路の接続
側４・・・・・テーパ導波路４ａ・・・・・テーパ導波路の幅広側５、６・・・・・２本の分岐曲線導波路５ａ、６ａ・・・・・２本の分岐曲線導波路のテーパ導波路
への接続側１０・・・・・分岐接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力導波路と、前記入力導波路に接続され
当該入力導波路の接続側から徐々に幅が広がるテーパ導
波路と、前記テーパ導波路に接続される２本の分岐曲線
導波路とが基板上のクラッド中に形成されたＹ分岐構造
の光導波路型光分岐合波回路において、前記２本の分岐曲線導波路は、対称形状で何れも前記テ
ーパ導波路への接続側から徐々に幅が広がるテーパ状に
形成され、且つ当該接続側が所定間隔で分離され、さら
に前記テーパ導波路との分岐接続部には光導波可能な所
定の隙間が設けられていることを特徴とする光導波路型
光分岐合波回路。
【請求項２】前記テーパ導波路の幅広側の幅は、前記２
本の分岐曲線導波路の前記テーパ導波路への前記接続側
における前記所定間隔を含めた総幅の１．１〜１．５倍
であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型光分
岐合波回路。