JP2000249857A

JP2000249857A - 方向性結合器

Info

Publication number: JP2000249857A
Application number: JP5384499A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Ogino; 勝利荻野
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】２種の波長の光を等分に分波し完全に合波でき
る方向性結合器を得る。【解決手段】２つの光導波路２、３が、光を導入する直
線状の入力部４、１４と、該入力部から相互に近接する
方向に曲げられる曲線部５、１５と、該曲線部に接続さ
れ相互に平行に所定の幅のギャップを保持して設けられ
伝播する光の分波または合波がなされる結合部６、１６
と、該結合部から相互に離反する方向に曲げられる曲線
部７、１７と、該曲線部から光を出射する直線状の出力
部８、１８とを備えた方向性結合器において、２つの光
導波路は結合部を対称軸とする対称形状を有し、且つ、
光導波路は相互に異なる幅を有する。

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
等において信号光を合波または分波するための方向性結
合器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有線放送テレビジョンにおいて
は、電話信号と共に、画像信号、各種情報信号等を多重
化して伝送する必要があることから、これらの伝送方式
として波長分割多重通信（ＷＤＭ）方式が採用されてい
る。この場合、具体的には、電話信号を１．３μｍの波
長帯域で伝送し、画像信号、各種情報信号等を１．５５
μｍの波長帯域で伝送することが考えられており、この
ような波長帯域の信号光を合波、分波することが不可欠
なものとなる。

【０００３】従来から、光集積回路において信号光を合
波または分波する基本的な素子として方向性結合器、Ｙ
分岐導波路等が知られており、方向性結合器は合波、分
波可能な波長帯域が広範囲に亘るため、信号光を合波ま
たは分波するのみならず、光変調器や光スイッチ等にも
多用されている。方向性結合器は、クラッドガラス層に
コアとなる特定の形状の２つの光導波路が埋設されたも
のであり、２つの光導波路が相互に平行に近接した部
分、即ち結合部で光の干渉が起こり、光信号の合波また
は分波がなされるものである。この種の方向性結合器
は、図４に示すように、クラッドガラス層２１に埋設さ
れる２つの相互に対称に形成される光導波路２２、３２
を備える。光導波路２２は入射光ファイバーｆ１が接続
される入射ポートｐ１から直線状に設けられる入力直線
部２３と、これに続く曲線部２４、更に他の光導波路３
２に近接して平行に設けられる結合部２５、光導波路３
２から離反するように設けられる曲線部２６、出射光フ
ァイバーｆ２が接続されるスルーポートｐ３に接続され
る直線状の出力直線部２７を有するものである。一方、
光導波路３２は光導波路２２の入力部２３と対称的な位
置に入力直線部３３、入力直線部３３に続く曲線部３
４、光導波路２２の結合部２５に対応して設けられる結
合部３５、光導波路２２から離反するように設けられる
曲線部３６、出射光ファイバーｆ３が接続されるクロス
ポートｐ４に接続される直線状の出力直線部３７を有す
るものである。光導波路２２、３２は結合部２５、３５
において所定の幅のギャップ２９を保持し一方を反転さ
せた対称形状となっている。

【０００４】更に、光導波路２２、３２においては、直
線部では光の分布は導波路の中心が最大となり、曲線部
では曲率半径が小さい程外側に移動することが経験上知
られている。このため、光導波路の直線部から曲線部、
曲線部から直線部また、曲線部の変曲点で光の分布が異
なるため、光導波路を軸ずれなく接続すると伝播損失が
増大してしまう。このため、光導波路２２、３２の入力
直線部２３、３３と曲線部２４、３４の接続部位、曲線
部２４、３４の変曲点の位置、曲線部２４、３４と結合
部２５、３５の接続部位、結合部２５、３５と曲線部２
６、３６の接続部位、曲線部２６、３６の変曲点の位
置、曲線部２６、３６と出力直線部２７、３７の接続部
位において、光分布が最大となる位置を一致させて接続
するようにオフセット（軸ずれ）２８、３８が設けられ
ている。

【０００５】このような方向性結合器に、入射光ファイ
バーｆ１を伝送された光が光導波路２２の入力ポートｐ
１から入力されると、結合部２５において光の干渉が起
こり一部が光導波路３２の結合部３５へ移行し、光導波
路２２のスルーポートｐ３と、光導波路３２のクロスポ
ートｐ４からそれぞれ出射光ファイバーｆ２へ出力され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方向性結合器において、結合部で生じる光の干渉、
即ち分波、合波は光の波長、比屈折率等に依存して生ず
る。このため、単一光信号の場合、光導波路の長さ、結
合部の長さ、結合部のギャップの幅をその光信号の波長
に対応させて設定することにより、任意の割合で分波す
ることができ、また、等分にも分波することが可能であ
る。例えば、光信号の波長が１．３μｍあるいは１．５
５μｍの何れかの場合は、それぞれの波長に対応した長
さの光導波路、結合部を備えた方向性結合器とすること
により、スルーポートｐ３、クロスポートｐ４から光信
号を等分に出力させることができるが、これらの波長を
有する光が入射光ポートｐ１から同時に入力されたと
き、同一の光導波路を伝送されるこれらの光信号の位相
差を結合部で補正することは困難であり、結合部におい
てそれぞれの光信号を等分に分波することは不可能であ
った。

【０００７】また、結合部のギャップの幅は狭い程、干
渉が起こりやすく結合損を低減することができるが、加
工技術に制限を受け、その限界内の幅で満足しければな
らなかった。更に、ギャップ幅が大きいと干渉が弱くな
り結合損を増加させ、比屈折率の変化に敏感になり、ス
ルーポートｐ３、クロスポートｐ４からの出力の変動幅
が大きくなるという欠点があった。

【０００８】このような結合損を排除して比屈折率の変
化に追従させないため、結合部を複数、多段に設けたマ
ッハチェンダー光干渉型光合分波器を用いたり、Ｙ分岐
導波路に誘電体フィルタを挿入する措置が取られていた
が、マッハチェンダー光干渉型光合分波器は装置の長さ
が長くなってしまい、また、誘電体フィルタはフィルタ
の挿入技術が困難であることに起因して、製品の品質の
信頼性、安定性に問題があり、コスト面でも不利であっ
た。

【０００９】本発明は上記欠点を解消するためになされ
たものであって、加工容易で再現性のよいギャップ幅を
有し、比屈折率の変化に対する変動を抑制し、異なる波
長の光信号が同時に入力された場合、各波長の光信号
を、同時に等分に分波し、出力を可能とする方向性結合
器を提供することを目的とする。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本願発明の方向性結合器
は、２つの光導波路が、光を導入する直線状の入力部
と、該入力部から相互に近接する方向に曲げられる曲線
部と、該曲線部に接続され相互に平行に所定の幅のギャ
ップを保持して設けられ伝播する光の分波または合波が
なされる結合部と、該結合部から相互に離反する方向に
曲げられる曲線部と、該曲線部から光を出射する直線状
の出力部とを備えた方向性結合器において、２つの光導
波路は結合部を対称軸とする対称形状を有し、且つ、光
導波路は相互に異なる幅を有するものであり、好ましく
は、光導波路の幅は０．５から１μｍの差を有するもの
である。また、結合部のギャップの幅は２から６μｍが
好ましい。

【００１１】本願発明の方向性結合器は、２つの光導波
路を結合部を軸として対象形に形成しても、幅が異なる
ため、波長の異なる光を分波、合波を行う場合、結合損
を少なくして、それぞれの光を等分に分波することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方向性結合器の実
施の一形態を、図面を参照して説明する。図１に示すよ
うに、本発明の方向性結合器１は、基板（図示せず）上
に積層されるクラッドガラス層１に埋設されるコアガラ
スからなる２つの光導波路２、３を備える。光導波路２
は入射光ファイバーＦ１が接続される入力ポートＰ１か
ら直線状に設けられる入力直線部４と、これに続く曲線
部５、更に他方の光導波路３に所定の幅を有するギャッ
プ９を保持して平行に設けられ所定の長さを有する結合
部６、光導波路３から離反するように設けられる曲線部
７、出射光ファイバーＦ２が接続されるスルーポートＰ
３に接続される直線状の出力直線部８を有するものであ
る。一方、光導波路３は入力直線部１４、入力直線部１
４に続く曲線部１５、光導波路２の結合部６に対応して
設けられる結合部１６、光導波路２から離反するように
設けられる曲線部１７、出射光ファイバーＦ３が接続さ
れるクロスポートＰ４に接続される直線状の出力直線部
１８を有するものである。

【００１３】更に、光導波路２、３は、前述のように、
直線部と、曲線部において、光信号の分布が異なるた
め、直線部と曲線部間の光の伝送における損失を防止す
るため、光信号の分布の最大部分が相互に一致するよう
に接続されるようオフセット（軸ずれ）が設けられる。
即ち、光導波路２、３の入力直線部４、１４と曲線部
５、１５の接続部位、曲線部５、１５の変曲点の位置、
曲線部５、１５と結合部６、１６の接続部位、結合部
６、１６と曲線部７、１７の接続部位、曲線部７、１７
の変曲点の位置、曲線部７、１７と出力直線部８、１８
の接続部位において、オフセット１０、１１を設けてい
る。

【００１４】このような光導波路３は光導波路２と結合
部６、１６間において保持されるギャップ９を対称軸と
して光導波路２と対称的な形状を有する。即ち、光導波
路２、３の入力直線部４、１４はギャップ９に対して対
称な位置に配置され、同一の長さに設けられる。曲線部
５及び１５、７及び１７は同一の曲率半径を有し、結合
部６、１６は同一の長さを有する。出力直線部８、１８
はギャップ９に対して対称な位置に配置され、同一の長
さに設けられ、オフセット１０、１１はギャップ９に対
して対称な位置に配置される。

【００１５】ここで、光導波路２、３の結合部６のギャ
ップ９の幅を２〜６μｍとし、光導波路２、３の幅を
０．５〜１μｍ差異を有するものとすると、波長１．３
μｍ及び１．５５μｍの信号光に対して、それぞれ等分
に分波可能となる。尚、入力ポートＰ１、スルーポート
Ｐ３、クロスポートＰ４のように、接続される光ファイ
バーＦ１、Ｆ２、Ｆ３との関係がある場合は、略同一の
幅とする。即ち、入射光ファイバーＦ１から、波長１．
３μｍの信号光Ｓ１と、波長１．５５μｍを有する信号
光Ｓ２が光導波路２の入力ポートＰ１から入力される
と、曲線部５を通過して結合部６において信号光Ｓ１、
Ｓ２は結合部６において、それぞれ光量の半分が光導波
路３に移行し、スルーポートＰ３とクロスポートＰ４か
らそれぞれ等分に分波された信号光Ｓ１、Ｓ２が出力さ
れる。ここで、結合部のギャップの幅を２μｍ未満にし
た場合は、製造が著しく困難となり、歩留が低下し、６
μｍより大きくすると１．３μｍと１．５５μｍの両波
長を等分に分波するという本発明の目的を達成させるこ
とができなくなる。また、光導波路の幅の差異を０．５
μｍ未満とすると従来技術と特性的に変わらなくなり、
１μｍより大きくすると、やはり本発明の目的を達成で
きなくなる。

【００１６】このような方向性結合器を製造するには以
下のような方法による。石英等の基板上に火炎堆積法
（ＦＨＤ法）等によって、ＳｉＯ₂を主成分としドープ
剤を添加したコア層を成膜し、これをフォトリソグラフ
ィー及び反応性イオンエッチングにより所定の光導波路
のコアパターンに形成する。このコア層より若干屈折率
が低くなるようにＳｉＯ₂を主成分としドープ剤を添加
したクラッド層を光導波路のコアパターンを覆うように
成膜する。[実施例]スルーポート用光導波路の幅を８μ
ｍ、クロスポート用導波路の幅を７μｍとし、対称形の
コアパターンとし、結合部のギャップ幅を３μｍ及び６
μｍにして方向性結合器とした。比較例として、２つの
光導波路の幅を共に８μｍとし対称形のコアパターンと
し、結合部のギャップ幅を３μｍにした方向性結合器と
した。

【００１７】波長１．３μｍの信号と波長１．５５μｍ
の信号を入力ポートからそれぞれ入力し、比屈折率差
０．２８〜０．３２％における、クロスポートの出力値
を求めた。波長１．３μｍの信号光の結果を図２に、波
長１．５５μｍの信号光の結果を図３に示す。結果から
も明らかなように、波長１．３μｍの信号光の場合、比
屈折率差依存性が低く、実線で示すギャップ幅３μｍの
場合及び２点鎖線で示すギャップ幅６μｍの場合の何れ
も略等分されている。これに対し点線で示す比較例で
は、等分されていないことがわかる。

【００１８】また、波長１．５５μｍの信号光の場合、
点線で示す比較例では、クロスポートの出力値が１００
％となっており、即ちスルーポートからの出力値はゼロ
に等しいこととなっているが、実線で示すギャップ幅が
３μｍの場合、２点鎖線で示す６μｍの場合の何れも
１．３μｍの信号光の場合よりもより等分となっている
ことがわかる。

【００１９】本発明は上記実施例においては、分波につ
いて説明したが、スルーポート、クロスポートから逆に
それぞれ波長１．３μｍの信号光Ｓ１と、波長１．５５
μｍの信号光Ｓ２光を入力すれば、結合部において光導
波路３を伝送される信号光は光導波路２へ移行させるこ
とができ、結合損を生じさせず、完全に合波され、入力
ポートＰ１から合波された信号光が出力される。

【００２０】また、本願発明は上記実施例に限定され
ず、波長領域もこれに限定されるものではなく、また、
製造方法もこれに限定されるものではない。

【００２１】

【発明の効果】上記説明からも明らかなように、本願発
明の方向性結合器によれば、２つの光導波路の形状を結
合部において相互に対称であって、且つ幅に差異を設け
て形成したため、簡単な構成により、結合損を生じるこ
とがなく、波長の異なる信号光でもそれぞれ等分に分波
することができ、また、一方の光導波路へ完全に移行可
能とし合波することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方向性結合器の一実施例を示す構成
図。

【図２】本発明の一実施例の作用を示す説明図。

【図３】本発明の一実施例の作用を示す説明図。

【図４】従来例を示す構成図。

【符号の説明】

２、３・・・・・光導波路４、１４・・・・・入力部５、７、１５、１７・・・・・曲線部６、１６・・・・・結合部８、１８・・・・・出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの光導波路が、光を導入する直線状の
入力部と、該入力部から相互に近接する方向に曲げられ
る曲線部と、該曲線部に接続され相互に平行に所定の幅
のギャップを保持して設けられ伝播する光の分波または
合波がなされる結合部と、該結合部から相互に離反する
方向に曲げられる曲線部と、該曲線部から光を出射する
直線状の出力部とを備えた方向性結合器において、２つ
の前記光導波路は前記結合部を対称軸とする対称形状を
有し、且つ、前記光導波路は相互に異なる幅を有するこ
とを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】前記光導波路の幅は０．５から１μｍの差
を有することを特徴とする請求項１記載の方向性結合
器。
【請求項３】前記結合部のギャップの幅が２から６μｍ
であることを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。