JP2000231026A

JP2000231026A - 光導波路型光分岐合波回路

Info

Publication number: JP2000231026A
Application number: JP34052699A
Authority: JP
Inventors: Haruto Noro; 治人野呂; Masaki Sakakibara; 正毅榊原; Naoshi Sakamoto; 直志坂本
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性および再現性を良好にし、而も低損失で
小型化を図る。【解決手段】基板上のクラッド中に入力直線導波路２１
を、２本の分岐曲線導波路２６、２７および分岐テーパ
直線導波路２８に分岐する３分岐構造の３分岐部２０が
形成され、この３分岐部は、入力直線導波路に接続され
当該入力直線導波路の接続側から徐々に幅が広がるテー
パ導波路２２と、テーパ導波路に接続され所定間隔で分
離した対称形状から成る２つの台形導波路２３、２４
と、２つの台形導波路間に隙間Ｗ2を有して配設される
矩形導波路２５とを備え、２つの台形導波路の各上底側
２３ａ、２４ａおよび矩形導波路の一方の長辺側２５ａ
はテーパ導波路の幅広側２２ａに接続され、２つの台形
導波路の各下底側２３ｂ、２４ｂおよび矩形導波路の他
方の長辺側２５ｂは、所定間隔で分離された２本の分岐
曲線導波路および分岐テーパ直線導波路に対してそれぞ
れ個別に接続される。

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】従来から、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８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。なお、分岐
曲線導波路５４、５５の分岐角度θは、予め所定角度に
設定されている。ここで、分岐角度θとは、分岐曲線始
点における接線と光軸とがなす角度である。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。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。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】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
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。

【０００７】また、分岐角度θを大きくすると、それに
伴って分岐前と分岐後との光波波面の不整合が大きくな
るので、分岐角度θは１度程度までしか設定することが
できなかった。これにより、回路の小型化が思うように
図れなかった。

【０００８】さらに、このような従来の光導波路型光分
岐合波回路は２分岐の対称構造なので、分岐損失を低減
するには２^N個の分岐数にしなければならなかった。し
たがって、光システムの構築上、分岐数を奇数や２^N以
外の偶数にするには、使用されない分岐ポートが生じて
いた。

【０００９】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、特開平4-213407号公報）が開示されている。

【００１０】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、
而も小型化可能で分岐数に拘らず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。

【００１１】

【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、入力導波路を
２本の分岐導波路に分岐するＹ分岐構造のＹ分岐部が少
なくとも１つ以上、基板上のクラッド中に形成された光
導波路型光分岐合波回路において、Ｙ分岐部は、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所定間
隔で分離した対称形状から成る２つの台形導波路とを備
え、２つの台形導波路は、各上底側がテーパ導波路の幅
広側に接続され、一方の下底側が所定間隔と同一間隔で
分離されている２本の分岐導波路の一方に接続され、他
方の下底側が２本の分岐導波路の他方に接続されている
ものである。

【００１２】このような光導波路型光分岐合波回路は、
所定間隔で分離した対称形状から成る２つの台形導波路
が、入力導波路および２本の分岐導波路間に接続されて
いるので、分岐前と分岐後との光波波面の不整合損失を
抑制することができる。また、分岐前と分岐後との光波
波面の不整合損失を抑制することができるので、当該２
つの台形導波路に接続される２本の分岐導波路の分岐角
度を１度以上に設定しても、低損失で光波を分岐するこ
とができる。

【００１３】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
においては、テーパ導波路および２つの台形導波路間、
２つの台形導波路および２本の分岐導波路間には、それ
ぞれ光導波可能な所定長さの隙間が設けられていること
が好ましい。これにより、分岐部の加工性および再現性
が良好になる。

【００１４】さらに、本発明の光導波路型光分岐合波回
路において２つの台形導波路の下底側における所定間隔
を含めた総幅は、２本の分岐導波路の当該２つの台形導
波路への接続側における隙間を含めた総幅の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、Ｙ分岐部における２本の分岐導波路同士の
間隔を２μｍ以上にしても分岐損失を低減させることが
できる。

【００１５】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
は、入力導波路を３本の分岐導波路に分岐する３分岐構
造の３分岐部が基板上のクラッド中に形成された光導波
路型光分岐合波回路において、３分岐部は、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所定間隔で
分離した対称形状から成る２つの台形導波路と、２つの
台形導波路間に隙間を有して配設される矩形導波路とを
備え、２つの台形導波路の各上底側および矩形導波路の
一方の長辺側はテーパ導波路の幅広側に接続され、２つ
の台形導波路の各下底側および矩形導波路の他方の長辺
側は、所定間隔で分離された３本の分岐導波路に対して
それぞれ個別に接続されているものである。

【００１６】このような光導波路型光分岐合波回路は、
所定間隔で分離した対称形状から成る２つの台形導波路
と、２つの台形導波路間に隙間を有して配設される矩形
導波路とが、入力導波路および２本の分岐導波路間に接
続されているので、分岐前と分岐後との光波波面の不整
合損失を抑制しつつ、入力導波路に入射した光を３分岐
することができる。また、分岐前と分岐後との光波波面
の不整合損失を抑制することができるので、当該第２の
台形導波路に接続される２本の分岐導波路の分岐角度を
１度以上に設定しても、低損失で光波を分岐することが
できる。

【００１７】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
においては、３分岐部の矩形導波路が列設された２つの
台形導波路およびテーパ導波路間、矩形導波路が列設さ
れた２つの台形導波路および３本の分岐導波路間には、
それぞれ光導波可能な所定長さの隙間が設けられている
ことが好ましい。これにより、分岐部の加工性および再
現性が良好になる。

【００１８】さらに、本発明の光導波路型光分岐合波回
路において３分岐部の２つの台形導波路の下底側におけ
る矩形導波路の長辺および隙間を含めた総幅は、３本の
分岐導波路の矩形導波路が列設された２つの台形導波路
への接続側における総幅の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、３分岐
部における３本の分岐導波路同士の間隔を２μｍ以上に
しても分岐損失を低減させることができる。

【００１９】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
は、入力導波路を２本の分岐導波路に分岐する２分岐構
造の２分岐部が基板上のクラッド中に形成された光導波
路型光分岐合波回路において、２分岐部は、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
る第１の台形導波路と、第１の台形導波路の下底側に接
続され所定間隔で分離した２分割導波路とを備え、２分
割導波路の一方の導波路は第２の台形導波路から成り上
底側が第１の台形導波路の下底側に接続され下底側が所
定間隔で分離された２本の分岐導波路の一方に接続さ
れ、他方の導波路は矩体導波路から成り一方の長辺側が
第１の台形導波路の下底側に接続され他方の長辺側が２
本の分岐導波路の他方に接続されているものである。

【００２０】このような光導波路型光分岐合波回路は、
所定間隔で分離した第２の台形導波路と矩形導波路と
が、入力導波路および２本の分岐導波路間に接続されて
いるので、分岐前と分岐後との光波波面の不整合損失を
抑制しつつ、入力導波路に入射した光を所定の分岐比で
分岐することができる。また、分岐前と分岐後との光波
波面の不整合損失を抑制することができるので、当該第
２の台形導波路および矩形導波路に接続される２本の分
岐導波路の分岐角度を１度以上に設定しても、低損失で
光波を分岐することができる。

【００２１】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
においては、２分岐部の第１の台形導波路および２分割
導波路間、２分割導波路および２本の分岐導波路間に
は、それぞれ光導波可能な所定長さの隙間が設けられて
いることが好ましい。これにより、分岐部の加工性およ
び再現性が良好になる。

【００２２】さらに、本発明の光導波路型光分岐合波回
路において２分岐部の２分割導波路の所定間隔を含めた
2本の分岐導波路側における総幅は、2本の分岐導波路の
２分割導波路側への接続側における総幅の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分岐部における２本の分岐導波路同士の間隔
を２μｍ以上にしても分岐損失を低減させることができ
る。

【００２３】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
において３分岐部および２分岐部の矩形導波路に接続さ
れる分岐導波路は、矩形導波路の接続側から徐々に幅が
広がるテーパ直線導波路であることが好ましい。これに
より、矩形導波路で集光された光波の結合効率を高める
ことができる。

【００２４】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路
は、１つの入力導波路に入射した光が予め設定された２
^N以外の偶数個の分岐数や奇数個の分岐数に対応した複
数の分岐導波路へ分岐するように、上述したＹ分岐部、
３分岐部および２分岐部が組み合わされ基板上のクラッ
ド中に形成されているものである。

【００２５】このような光導波路型光分岐合波回路によ
れば、２^N以外の偶数個の分岐数や奇数個の分岐数に対
応した複数の分岐導波路すべてに、低損失で光波を分岐
することができるので、光パワーを効率的に使用できる
ようになる。

【００２６】

【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。

【００２７】本発明の光導波路型光分岐合波回路は図２
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、Ｙ分岐部４、第１の２本の分岐曲線導波路５、６
（以下、「第１の分岐曲線導波路５、６」とする。）、
第２の２本の分岐曲線導波路７、８（以下、「第２の分
岐曲線導波路７、８」とする。）および２本の出力直線
導波路９、１０（以下、「出力直線導波路９、１０」と
する。）が順に接続された状態で埋め込まれている。

【００２８】Ｙ分岐部４は図１に示すように、入力直線
導波路３に接続され当該入力直線導波路４の接続側３ａ
から徐々に幅が広がるテーパ導波路４１と、テーパ導波
路４１に接続され所定間隔Ｗ1で分離した対称形状から
成る２つの台形導波路４２、４３（以下、「台形導波路
４２、４３」とする。）とを備えている。この所定間隔
Ｗ1は、Ｙ分岐部４の加工性がよくなるような寸法に定
められる。

【００２９】台形導波路４２、４３は、各上底側４２
ａ、４３ａがテーパ導波路４１の幅広側４１ａに接続さ
れ、一方の下底側４２ｂが当該台形導波路４２、４３の
所定間隔Ｗ1で分離されている一方の第１の分岐曲線導
波路５に接続され、他方の下底側４３ｂが当該所定間隔
Ｗ1で分離されている他方の第１の分岐曲線導波路６に
接続されている。

【００３０】このように接続されているテーパ導波路４
１および台形導波路４２、４３間、台形導波路４２、４
３および第１の分岐曲線導波路５、６間には、それぞれ
光導波可能な所定長さの隙間Ｌ1が設けられている。ま
た、台形導波路４２、４３の下底側４２ｂ、４３ｂにお
ける所定間隔Ｗ1を含めた総幅Ｔ1は、分岐曲線導波路
５、６の当該台形導波路４２、４３への接続側５ａ、６
ａにおける所定間隔Ｗ1を含めた総幅Ｔ2の１．１〜１．
５倍に設定されている。

【００３１】第１の分岐曲線導波路５、６は図２に示す
ように、曲率半径Ｒで湾曲した円弧が対称形状に構成さ
れている。この第１の分岐曲線導波路５、６の各出力端
部５ｂ、６ｂには、それぞれ当該第１の分岐曲線導波路
５、６の曲率半径Ｒとは逆方向に曲率半径Ｒで湾曲して
いる第２の分岐曲線導波路７、８が、所定のオフセット
量of1でオフセット（軸ずれ）されて接続されている。
また、第２の分岐曲線導波路７、８の各出力端部７ａ、
８ａには、それぞれ出力直線導波路９、１０が所定のオ
フセット量of2でオフセット（軸ずれ）されて接続され
ている。これらオフセット量of1、of2は、光波分岐後の
曲げ損失の低減量によって定められる。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、こ
の導波路コアパターンのコア層を覆うようにクラッド層
を成膜して、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Ｙ分岐部４のテーパ導波路４１を通過して、
台形導波路４２、４３で分岐される。この一方の台形導
波路４２に入力された光波は、一方の第１の分岐曲線導
波路５および一方の第２の分岐曲線導波路７を介して一
方の出力直線導波路９へと伝搬され、他方の台形導波路
４３に入力された光波は、他方の第１の分岐曲線導波路
６および他方の第２の分岐曲線導波路８を介して他方の
出力直線導波路１０へと伝搬される。

【００３２】この際、所定間隔Ｗ1で分離した対称形状
から成る台形導波路４２、４３が、テーパ導波路４１お
よび第１の分岐導波路５、６間に接続されていることか
ら、分岐前と分岐後との光波波面の不整合損失を抑制す
ることができる。これは、この領域ではコアの屈折率を
持つ台形導波路４２、４３の部分よりも、クラッドの屈
折率を持つ台形導波路４２、４３間の隙間部分（所定間
隔Ｗ1）で光波の伝搬速度が速くなり、光波の波面が分
岐曲線導波路に対して垂直となるように傾くからであ
る。

【００３３】また、分岐前と分岐後との光波波面の不整
合損失を抑制することができるので、台形導波路４２、
４３に接続される第１の分岐曲線導波路５、６の分岐角
度を１度以上に設定しても、低損失で光波を分岐するこ
とができる。

【００３４】また、テーパ導波路４１および台形導波路
４２、４３間、台形導波路４２、４３および第１の分岐
曲線導波路５、６間に、それぞれ光導波可能な隙間Ｌ1
が設けられていることから、間隔の狭い分岐部近傍にお
いてもクラッド材が供給され易くなるため、加工性およ
び再現性がよくなる。

【００３５】さらに、台形導波路４２、４３の下底側４
２ｂ、４３ｂにおける所定間隔Ｗ1を含めた総幅Ｔ1が、
第１の分岐曲線導波路５、６の当該台形導波路４２、４
３への接続側５ａ、６ａにおける隙間Ｗ1を含めた総幅
Ｔ2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なる領域が増大する
ので、この分岐前と分岐後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Ｔ1は総幅Ｔ2の
１．１５〜１．２５倍にすると、光波フィールドの不整
合損失がより低減され０．１ｄＢ未満となり、１．２１
倍にすると、さらに低減され０．０３ｄＢ未満に低減で
きる。

【００３６】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９、１０に光を同時に入力すると、
それら光波はそれぞれ第２の分岐曲線導波路７、８およ
び第１の分岐曲線導波路５、６を通過してＹ分岐部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。

【００３７】なお、上述した本発明の光導波路型光分岐
合波回路１においては、Ｙ分岐の対称構造を使用してい
たが、これに限らず、分岐損失を低減できれば、入力導
波路を３本の分岐導波路に分岐する３分岐構造や、入力
導波路を２本の分岐導波路に分岐する２分岐構造でもよ
い。

【００３８】３分岐構造の光導波路型光分岐合波回路は
図５に示すように、基板上のクラッド（図示せず）中
に、入力直線導波路２１、３分岐部２０、２本の分岐曲
線導波路２６、２７（以下、「分岐曲線導波路２６、２
７」とする。）、分岐テーパ直線導波路２８および３本
の出力直線導波路２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ（以下、「出
力直線導波路２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ」とする。）が順
に接続された状態で埋め込まれている。

【００３９】３分岐部２０は、入力直線導波路２１に接
続され当該入力直線導波路２１の接続側２１ａから徐々
に幅が広がるテーパ直線導波路２２と、テーパ直線導波
路２２に接続され所定間隔で分離した対称形状から成る
２つの台形導波路２３、２４（以下、「台形導波路２
３、２４」とする。）と、台形導波路２３、２４間に隙
間Ｗ2を有して配設される矩形導波路２５とを備えてい
る。この台形導波路２３と矩形導波路２５との隙間Ｗ
2、台形導波路２４と矩形導波路２５との隙間Ｗ2は、そ
れぞれ３分岐部２０の加工性がよくなるような寸法に定
められる。

【００４０】台形導波路２３、２４の各上底側２３ａ、
２４ａおよび矩形導波路２５の一方の長辺側２５ａはテ
ーパ直線導波路２２の幅広側２２ａに接続され、台形導
波路２３、２４の各下底側２３ｂ、２４ｂおよび矩形導
波路２５の他方の長辺側２５ｂは、分岐曲線導波路２
６、２７および分岐テーパ直線導波路２８に対してそれ
ぞれ個別に接続されている。即ち、台形導波路２３は分
岐曲線導波路２６、台形導波路２４は分岐曲線導波路２
７、矩形導波路２５は分岐テーパ直線導波路２８にそれ
ぞれ接続されている。

【００４１】このように接続されているテーパ導波路２
２と、台形導波路２３、２４および矩形導波路２５との
間、台形導波路２３、２４および矩形導波路２５と、分
岐曲線導波路２６、２７および分岐テーパ直線導波路２
８との間には、それぞれ光導波可能な所定長さの隙間Ｌ
2が設けられている。また、３分岐部２０の台形導波路
２３、２４の下底側２３ｂ、２４ｂにおける矩形導波路
２５の長辺および２つの隙間Ｗ2、Ｗ2を含めた総幅Ｔ3
は、分岐曲線導波路２６、２７および分岐テーパ直線導
波路２８の矩形導波路２５が列設された台形導波路２
３、２４への接続側２６ａ、２７ａ、２８ａにおける総
幅Ｔ4の１．１〜１．５倍に設定されている。

【００４２】分岐曲線導波路２６、２７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に構成され、各出力端部
２６ｂ、２７ｂが離反するように配設されている。な
お、この分岐曲線導波路２６、２７は、上述した光導波
路型光分岐合波回路１のオフセットされた第１の分岐曲
線導波路５、６および第２の分岐曲線導波路７、８でも
よいのは言うまでもない。また、分岐テーパ直線導波路
２８は矩形導波路２５の接続側２８ａから徐々に幅が広
がるように構成されている。これら分岐曲線導波路２
６、２７および分岐テーパ直線導波路２８の各出力端部
２６ｂ、２７ｂ、２８ｂには、それぞれ出力直線導波路
２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが接続されている。

【００４３】このように構成された光導波路型光分岐合
波回路の入力直線導波路２１に光を入力すると、その光
波は３分岐部２０のテーパ導波路２２を通過して、台形
導波路２３、２４および矩形導波路２５で分岐される。
この一方の台形導波路２３に入力された光波は一方の分
岐曲線導波路２６を介して出力直線導波路２９Ａへと伝
搬され、他方の台形導波路２４に入力された光波は他方
の分岐曲線導波路２７を介して出力直線導波路２９Ｂへ
と伝搬され、さらに矩形導波路２５に入力された光波は
分岐テーパ直線導波路２８を介して出力直線導波路２９
Ｃへと伝搬される。

【００４４】この際、２つの隙間Ｗ2、Ｗ2で分離した台
形導波路２３、２４および矩形導波路２５が、テーパ導
波路２２と分岐曲線導波路２６、２７および分岐テーパ
直線導波路２８との間に接続されていることから、分岐
前と分岐後との光波波面の不整合損失を抑制することが
できる。これは、この領域ではコアの屈折率を持つ台形
導波路２３、２４および矩形導波路２５の部分よりも、
クラッドの屈折率を持つ台形導波路２３および矩形導波
路２５と、台形導波路２４および矩形導波路２５との各
隙間Ｗ2、Ｗ2部分で光波の伝搬速度が速くなり、光波の
波面が分岐曲線導波路に対して垂直となるように傾くか
らである。但し、矩形導波路２５にある光波の波面は分
岐テーパ直線導波路２８に対しほぼ垂直である。

【００４５】また、分岐前と分岐後との光波波面の不整
合損失を抑制することができるので、台形導波路２３、
２４に接続される分岐曲線導波路２６、２７の分岐角を
１度以上に設定しても、低損失で光波を分岐することが
できる。

【００４６】また、テーパ導波路２２と、台形導波路２
３、２４および矩形導波路２５との間、台形導波路２
３、２４および矩形導波路２５と、分岐曲線導波路２
６、２７および分岐テーパ直線導波路２８との間に、そ
れぞれ光導波可能な隙間Ｌ2が設けられていることか
ら、間隔の狭い分岐部近傍においてもクラッド材が供給
され易くなるため、加工性および再現性がよくなる。

【００４７】さらに、３分岐部２０の台形導波路２３、
２４の下底側２３ｂ、２４ｂにおける矩形導波路２５の
長辺および２つの隙間Ｗ2、Ｗ2を含めた総幅Ｔ3は、分
岐曲線導波路２６、２７および分岐テーパ直線導波路２
８の矩形導波路２５が列設された台形導波路２３、２４
への接続側２６ａ、２７ａ、２８ａにおける総幅Ｔ4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なる領域が増大するので、
この分岐前と分岐後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Ｔ3は総幅Ｔ4の１．１
５〜１．２５倍にすると、光波フィールドの不整合損失
がより低減され０．１５ｄＢ未満となり、１．２１倍に
すると、さらに低減され０．１ｄＢ未満に低減できる。

【００４８】なお、このような光導波路型光分岐合波回
路の各出力直線導波路２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ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
２６、２７および分岐テーパ直線導波路２８を通過して
３分岐部２０で合波されるので、合波された光波を入力
直線導波路２１から出力させることができる。

【００４９】次に、２分岐構造の光導波路型光分岐合波
回路について説明する。この２分岐構造の光導波路型光
分岐合波回路は図６に示すように、基板上のクラッド
（図示せず）中に、入力直線導波路３１、２分岐部３
０、分岐曲線導波路３５、分岐テーパ直線導波路３６お
よび２本の出力直線導波路３７Ａ、３７Ｂ（以下、「出
力直線導波路３７Ａ、３７Ｂ」とする。）が順に接続さ
れた状態で埋め込まれている。

【００５０】２分岐部３０は、入力直線導波路３１に接
続され当該入力直線導波路３１の接続側３１ａから徐々
に幅が広がる第１の台形導波路３２と、第１の台形導波
路３２の下底側３２ｂに接続され所定間隔Ｗ3で分離し
た２分割導波路３３、３４とを備えている。この所定間
隔Ｗ3は、２分岐部３０の加工性がよくなるような寸法
に定められる。

【００５１】第１の台形導波路３２は上底側３２ａが入
力直線導波路３１と同一幅に形成され、下底側３２ｂに
行くにしたがって幅が広がるように傾斜する傾斜面３２
ｃを有している。

【００５２】２分割導波路３３、３４の一方の導波路３
３は第２の台形導波路から成り、上底側３３ａが第１の
台形導波路３２の傾斜面３２ｃ側に位置する下底側３２
ｂに接続され、下底側３３ｂが分岐テーパ直線導波路３
６と所定間隔で分離された分岐曲線導波路３５に接続さ
れている。また、２分割導波路３３、３４の他方の導波
路３４は矩体導波路から成り、一方の長辺側３４ａが第
１の台形導波路３２の下底側３２ｂに接続され、他方の
長辺側３４ｂが分岐テーパ直線導波路３６に接続されて
いる。

【００５３】このように接続されている第１の台形導波
路３２と２分割導波路３３、３４との間、２分割導波路
３３、３４と、分岐曲線導波路３５および分岐テーパ直
線導波路３６との間には、それぞれ光導波可能な所定長
さの隙間Ｌ3が設けられている。また、２分岐部３０の
２分割導波路３３、３４の所定間隔Ｗ3を含めた分岐曲
線導波路３５および分岐テーパ直線導波路３６側におけ
る総幅Ｔ5は、分岐曲線導波路３５および分岐テーパ直
線導波路３６の２分割導波路３３、３４側への接続側３
５ａ、３６ａにおける総幅Ｔ6の１．１〜１．５倍に設
定されている。

【００５４】分岐曲線導波路３５は変曲点を有し、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
湾曲した対称形状に構成されている。なお、この分岐曲
線導波路３５は、上述した光導波路型光分岐合波回路１
のオフセットされた第１の分岐曲線導波路５および第２
の分岐曲線導波路７でもよいのは言うまでもない。ま
た、分岐テーパ直線導波路３６は矩形導波路３４の接続
側３６ａから徐々に幅が広がるように構成されている。
これら分岐曲線導波路３５および分岐テーパ直線導波路
３６の各出力端部３５ｂ、３６ｂには、それぞれ出力直
線導波路３７Ａ、３７Ｂが接続されている。

【００５５】このように構成された光導波路型光分岐合
波回路の入力直線導波路３１に光を入力すると、その光
波は２分岐部３０の第１の台形導波路３２を通過して、
２分割導波路３３、３４で分岐される。２分割導波路３
３、３４の一方の第２の台形導波路３３に入力された光
波は、分岐曲線導波路３５を介して一方の出力直線導波
路３７Ａへと伝搬され、他方の矩形導波路３４に入力さ
れた光波は、分岐テーパ直線導波路３６を介して他方の
出力直線導波路３７Ｂへと伝搬される。

【００５６】この際、所定間隔Ｗ3で分離した第２の台
形導波路３３および矩形導波路３４が、第１の台形導波
路３２と、分岐曲線導波路３５および分岐テーパ直線導
波路３６との間に接続されていることから、分岐前と分
岐後との光波波面の不整合損失を抑制することができ
る。これは、この領域ではコアの屈折率を持つ第２の台
形導波路３３および矩形導波路３４の部分よりも、クラ
ッドの屈折率を持つ第２の台形導波路３３および矩形導
波路３４間の隙間部分（所定間隔Ｗ3）で光波の伝搬速
度が速くなり、光波の波面が分岐曲線導波路に対して垂
直となるように傾くからである。なお、矩形導波路３４
は光波を中心に集光させるレンズの役割を果す。したが
って、この集光された光波は、矩形導波路３４と分岐テ
ーパ直線導波路３６の形状を最適にすることにより、任
意に光の結合効率を高めることができる。

【００５７】また、分岐前と分岐後との光波波面の不整
合損失を抑制することができるので、第２の台形導波路
３３に接続される分岐曲線導波路３５の分岐角を１度以
上に設定しても、低損失で光波を分岐することができ
る。

【００５８】また、第１の台形導波路３２と２分割導波
路３３、３４との間、２分割導波路３３、３４と、分岐
曲線導波路３５および分岐テーパ直線導波路３６との間
に、それぞれ光導波可能な所定長さの隙間Ｌ3が設けら
れていることから、間隔の狭い分岐部近傍においてもク
ラッド材が供給され易くなるため、加工性および再現性
がよくなる。

【００５９】さらに、２分割導波路３３、３４の所定間
隔Ｗ3を含めた分岐曲線導波路３５および分岐テーパ直
線導波路３６側における総幅Ｔ5が、分岐曲線導波路３
５および分岐テーパ直線導波路３６の２分割導波路３
３、３４側への接続側３５ａ、３６ａにおける総幅Ｔ6
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なる領域が増大するの
で、この分岐前と分岐後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Ｔ5は総幅Ｔ6の
１．１５〜１．２５倍にすると、光波フィールドの不整
合損失がより低減され０．１５ｄＢ未満となり、１．２
１倍にすると、さらに低減され０．１ｄＢ未満に低減で
きる。

【００６０】なお、このような光導波路型光分岐合波回
路の出力直線導波路３７Ａ、３７Ｂ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３５および
分岐テーパ直線導波路３６を通過して２分岐部３０で合
波されるので、合波された光波を入力直線導波路３１か
ら出力させることができる。

【００６１】このようなＹ分岐部４、３分岐部２０およ
び２分岐部３０を適宜組合せて、基板上のクラッド中に
形成させれば、１つの入力導波路に入射した光が予め設
定された２^N以外の偶数個の分岐数や奇数個の分岐数に
対応した複数の分岐導波路へ、低損失で光波を分岐させ
ることができるようになる。

【００６２】

【実施例】また、本発明の光導波路型光分岐合波回路に
ついて、以下のような条件で実験を行った。 [実施例１]まず、図１に示す光導波路型光分岐合波回路
１を使用して、過剰分岐損失を測定した。

【００６３】コア幅Ａ1＝８μｍ、コア厚Ｄ1＝８μｍ、
コアとクラッドとの比屈折率差Δ＝０．３％、テーパ導
波路４１の長さＣ1＝２８０μｍ、台形導波路４２、４
３の長さＢ1＝７５μｍ、第１の分岐曲線導波路５、６
の分岐角度θ1＝１．５度、台形導波路４２、４３およ
び第１の分岐曲線導波路５、６それぞれの間隔Ｗ1＝３
μｍ、Ｙ分岐部４における各導波路間隔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、１．５５μｍの光を
それぞれ入射して、台形導波路４２，４３の長さＢ1に
対する過剰分岐損失を測定した。なお、コア幅Ａ1は入
力直線導波路３、第１の分岐曲線導波路５、６、第２の
分岐曲線導波路７、８および出力直線導波路９、１０の
幅であり、コア厚Ｄ1はこれらとＹ分岐部４の厚さであ
る。

【００６４】測定結果は図３に示すように、過剰分岐損
失が最小となる台形導波路の最適長さがあることがわか
った。この過剰分岐損失が最小となる台形導波路長さ
は、波長λ＝１．３０μｍ、１．５５μｍの何れの光で
も同じで、過剰分岐損失はそれぞれ０．０５３ｄＢ、
０．０６４ｄＢであった。したがって、非常に低損失に
なることが確認できた。 [実施例２]次に、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３．５ｃｍの１×１６Ｙ分岐スプリ
ッターを試作し、入力ポートから波長λ＝１．３０μ
ｍ、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。なお、挿入損失には、１６分の
１の本質的な分岐損失、過剰分岐損失、入出力光ファイ
バとの結合損失および光導波路の伝播損失が含まれる。

【００６５】測定結果は図４に示すように、出力ポート
の平均挿入損失は、波長λ＝１．３０μｍ、１．５５μ
ｍにおいて、それぞれ１２．８７９ｄＢ、１２．８３０
ｄＢとなり、出力ポート間のばらつきは各波長において
０．４５ｄＢになることが確認できた。

【００６６】なお、この１×１６Ｙ分岐スプリッターの
製造上の加工性および再現性も良好であった。 [実施例３]さらに、Ｙ分岐部４（図１）、３分岐部２０
（図５）および２分岐部３０（図６）を組合せ、図７に
示すような１×５分岐導波路を試作して分岐特性を調べ
た。具体的には、光を入力させるための入力直線導波路
３１に２分岐部３０が接続され、２分岐部３０の第２の
台形導波路３３に分岐曲線導波路３５が、矩形導波路３
４に当該矩形導波路３４の接続側から徐々に幅が広がる
分岐テーパ曲線導波路３８がそれぞれ接続され、分岐曲
線導波路３５の出力端部に入力直線導波路２１が、分岐
テーパ曲線導波路３８の出力端部に入力直線導波路２が
それぞれ接続されている。この入力直線導波路２１に３
分岐部２０が、入力直線導波路２に２分岐部２がそれぞ
れ接続されている。そして、３分岐部２０の一方の台形
導波路２３に一方の分岐曲線導波路２６が、他方の台形
導波路２４に他方の分岐曲線導波路２７が、中心の矩形
導波路２５に分岐テーパ直線導波路２８がそれぞれ接続
され、２分岐部２の一方の台形導波路４２に一方の分岐
曲線導波路１１が、他方の台形導波路４３に他方の分岐
曲線導波路１２がそれぞれ接続されて、基板上のクラッ
ド中に形成されている。

【００６７】このように形成された光導波路型光分岐合
波回路は、コア幅Ａ＝８μｍ、コア厚Ｄ＝８μｍ、コア
とクラッドとの比屈折率差Δ＝０．３３％、２分岐部３
０の第１の台形導波路３２の長さＣ3＝２００μｍ、３
分岐部２０のテーパ導波路２２の長さＣ2＝２５０μ
ｍ、Ｙ分岐部４のテーパ導波路４１の長さＣ1＝３００
μｍ、分岐曲線導波路３５、３８の分岐角度θ3＝１．
０度、分岐曲線導波路２６、２７の分岐角度θ2＝１．
０度、分岐曲線導波路１１、１２の分岐角度θ1＝１．
０度、２分岐部３０の２分割導波路３３、３４の間隔Ｗ
3＝３．０μｍ、２分岐部３０における各導波路間隔Ｌ3
＝３．０μｍ、３分岐部２０の台形導波路２３および矩
形導波路２５と、台形導波路２４および矩形導波路２５
との各隙間Ｗ2＝３．０μｍ、３分岐部２０における各
導波路間隔Ｌ2＝２．５μｍ、Ｙ分岐部４の台形導波路
４２、４３および分岐曲線導波路１１、１２それぞれの
間隔Ｗ1＝３μｍ、Ｙ分岐部４における各導波路間隔Ｌ1
＝２．５μｍに製造されている。なお、２分岐部３０で
は光パワーを３：２で分岐するために、矩形導波路３４
の幅＝６μｍ、分岐テーパ曲線導波路３８の矩形導波路
３４への接続側の幅＝５μｍとし、さらに、３分岐部２
０の矩形導波路２５に接続される分岐テーパ直線導波路
２８の当該矩形導波路２５への接続側の幅＝７μｍとす
る。

【００６８】このような光導波路型光分岐合波回路の入
力直線導波路３１から、波長λ＝１．３１μｍの光を入
射して、各分岐出力ポートＰ1〜Ｐ5から出力される光パ
ワーを測定した。測定した結果、各分岐出力ポートＰ1
〜Ｐ5から出力される光パワーは、１０．７ｄＢであっ
た。また、伝搬損失を考慮すると分岐損失は０．２０ｄ
Ｂになることがわかった。この値は、従来の１×２Ｙ分
岐導波路とほぼ同じ値である。

【００６９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のＹ分岐
部が基板上のクラッド中に形成された光導波路型光分岐
合波回路によれば、分岐前と分岐後との光波波面の不整
合損失を抑制することができるので、当該２つの台形導
波路に接続される２本の分岐導波路の分岐角度を１度以
上に設定しても、低損失で光波を分岐することができ
る。また、分岐前と分岐後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、Ｙ分岐部における２本
の分岐導波路同士の間隔を２μｍ以上にしても分岐損失
を低減させることができる。したがって、加工性および
再現性が良好になると共に小型化を図ることが可能にな
る。

【００７０】また、本発明の３分岐部が基板上のクラッ
ド中に形成された光導波路型光分岐合波回路によれば、
Ｙ分岐部を有する光導波路型光分岐合波回路のような効
果を具備すると共に、入力導波路に入射した光を３分岐
することができる。

【００７１】また、本発明の２分岐部が基板上のクラッ
ド中に形成された光導波路型光分岐合波回路によれば、
Ｙ分岐部を有する光導波路型光分岐合波回路のような効
果を具備すると共に、入力導波路に入射した光を２分岐
することができる。

【００７２】さらに、これらＹ分岐部、３分岐部および
２分岐部を適宜組合せれば、２^N以外の偶数個の分岐数
や奇数個の分岐数に対応した複数の分岐導波路すべて
に、低損失で光波を分岐することができるので、光パワ
ーを効率的に使用できるようになる。

【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
形態を示す部分詳細図。

【図２】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３】本発明の光導波路型光分岐合波回路の台形導波
路長さと通過分岐損失との関係を示すグラフ。

【図４】本発明の光導波路型光分岐合波回路から成る１
×１６Ｙ分岐スプリッターの各出力ポートでの挿入損失
を示すグラフ。

【図５】本発明の光導波路型光分岐合波回路の他の実施
の一形態を示す説明図。

【図６】本発明の光導波路型光分岐合波回路の他の実施
の一形態を示す説明図。

【図７】本発明の光導波路型光分岐合波回路の他の実施
の一形態を示す説明図。

【図８】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４・・・・・Ｙ分岐部５・・・・・一方の分岐曲線導波路６・・・・・他方の分岐曲線導波路４１・・・・・テーパ導波路４２・・・・・一方の台形導波路４２ａ・・・・・一方の台形導波路の上底側４２ｂ・・・・・一方の台形導波路の下底側４３・・・・・他方の台形導波路４３ａ・・・・・他方の台形導波路の上底側４３ｂ・・・・・他方の台形導波路の下底側２０・・・・・３分岐部２１・・・・・入力直線導波路２２・・・・・テーパ導波路２２ａ・・・・・テーパ導波路の幅広側２３・・・・・一方の台形導波路２３ａ・・・・・一方の台形導波路の上底側２３ｂ・・・・・一方の台形導波路の下底側２４・・・・・他方の台形導波路２４ａ・・・・・他方の台形導波路の上底側２４ｂ・・・・・他方の台形導波路の下底側２５・・・・・矩形導波路２５ａ・・・・・矩形導波路の一方の長辺側２５ｂ・・・・・矩形導波路の他方の長辺側３０・・・・・２分岐部３１・・・・・入力直線導波路３２・・・・・第１の台形導波路３２ｂ・・・・・第１の台形導波路の下底側３３・・・・・第２の台形導波路３３ａ・・・・・第２の台形導波路の上底側３３ｂ・・・・・第２の台形導波路の下底側３４・・・・・矩形導波路３４ａ・・・・・矩形導波路の一方の長辺側３４ｂ・・・・・矩形導波路の他方の長辺側３５・・・・・分岐曲線導波路３６・・・・・分岐テーパ直線導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本直志神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力導波路を２本の分岐導波路に分岐する
Ｙ分岐構造のＹ分岐部が基板上のクラッド中に形成され
た光導波路型光分岐合波回路において、前記Ｙ分岐部は、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所定間隔で分離した対称形状
から成る２つの台形導波路とを備え、前記２つの台形導
波路は、各上底側が前記テーパ導波路の幅広側に接続さ
れ、一方の下底側が前記所定間隔と同一間隔で分離され
た前記２本の分岐導波路の一方に接続され、他方の下底
側が前記２本の分岐導波路の他方に接続されていること
を特徴とする光導波路型光分岐合波回路。
【請求項２】入力導波路を３本の分岐導波路に分岐する
３分岐構造の３分岐部が基板上のクラッド中に形成され
た光導波路型光分岐合波回路において、前記３分岐部は、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所定間隔で分離した対称形状
から成る２つの台形導波路と、前記２つの台形導波路間
に隙間を有して配設される矩形導波路とを備え、前記２
つの台形導波路の各上底側および前記矩形導波路の一方
の長辺側は前記テーパ導波路の前記幅広側に接続され、
前記２つの台形導波路の各下底側および前記矩形導波路
の他方の長辺側は、所定間隔で分離された前記３本の分
岐導波路に対してそれぞれ個別に接続されていることを
特徴とする光導波路型光分岐合波回路。
【請求項３】入力導波路を２本の分岐導波路に分岐する
２分岐構造の２分岐部が基板上のクラッド中に形成され
た光導波路型光分岐合波回路において、前記２分岐部は、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第１の台形導波路
と、前記第１の台形導波路の下底側に接続され所定間隔
で分離した２分割導波路とを備え、前記２分割導波路の
一方の導波路は第２の台形導波路から成り上底側が前記
第１の台形導波路の前記下底側に接続され下底側が所定
間隔で分離された前記２本の分岐導波路の一方に接続さ
れ、他方の導波路は矩体導波路から成り一方の長辺側が
前記第１の台形導波路の前記下底側に接続され他方の長
辺側が前記２本の分岐導波路の他方に接続されているこ
とを特徴とする光導波路型光分岐合波回路。
【請求項４】１つの前記入力導波路に入射した光が予め
設定された２^N以外の偶数個の分岐数や奇数個の分岐数
に対応した複数の前記分岐導波路へ分岐するように、請
求項１記載の前記Ｙ分岐部、請求項２記載の前記３分岐
部および請求項３記載の前記２分岐部が組み合わされ前
記基板上の前記クラッド中に形成さ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５】前記Ｙ分岐部の前記テーパ導波路および前
記２つの台形導波路間、前記２つの台形導波路および前
記２本の分岐導波路間には、それぞれ光導波可能な所定
長さの隙間が設けられていることを特徴とする請求項１
または４記載の光導波路型光分岐合波回路。
【請求項６】前記Ｙ分岐部の前記２つの台形導波路の前
記下底側における前記所定間隔を含めた総幅は、前記２
本の分岐導波路の当該２つの台形導波路への接続側にお
ける前記同一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、４または５記載の光導波
路型光分岐合波回路。
【請求項７】前記３分岐部の前記矩形導波路が列設され
た前記２つの台形導波路および前記テーパ導波路間、前
記矩形導波路が列設された前記２つの台形導波路および
前記３本の分岐導波路間には、それぞれ光導波可能な所
定長さの隙間が設けられていることを特徴とする請求項
２または４記載の光導波路型光分岐合波回路。
【請求項８】前記３分岐部の前記２つの台形導波路の前
記下底側における前記矩形導波路の前記長辺および前記
隙間を含めた総幅は、前記３本の分岐導波路の前記矩形
導波路が列設された前記２つの台形導波路への接続側に
おける総幅の１．１〜１．５倍であることを特徴とする
請求項２、４または７記載の光導波路型光分岐合波回
路。
【請求項９】前記２分岐部の前記第１の台形導波路およ
び前記２分割導波路間、前記２分割導波路および前記２
本の分岐導波路間には、それぞれ光導波可能な所定長さ
の隙間が設けられていることを特徴とする請求項３また
は４記載の光導波路型光分岐合波回路。
【請求項１０】前記２分岐部の前記２分割導波路の前記
所定間隔を含めた前記2本の分岐導波路側における総幅
は、前記2本の分岐導波路の前記２分割導波路側への接
続側における総幅の１．１〜１．５倍であることを特徴
とする請求項３、４または９記載の光導波路型光分岐合
波回路。
【請求項１１】前記３分岐部および前記２分岐部の前記
矩形導波路に接続される分岐導波路は、前記矩形導波路
の接続側から徐々に幅が広がるテーパ直線導波路である
ことを特徴とする請求項２、３、４、７、８、９または
１０記載の光導波路型光分岐合波回路。