JP2001249237A - 光合分波器 - Google Patents
光合分波器Info
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
- G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
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Abstract
(57)【要約】
【課題】波長依存性が小さく、広い波長域で用いること
が可能であり、製作誤差の影響を受けにくく、なおかつ
通過域の波長平坦性が良く、広い阻止域を有する光合分
波器を提供する。 【解決手段】本発明の光合分波器は、方向性結合器の波
長依存性および作製誤差に敏感な特性による影響を極力
抑えたこと構成とした。具体的には、第一カプラ６及び
第二カプラ７に結合率が約５０％のＭＭＩ型カプラを用
い、第三カプラ８及び第四カプラに結合率が１０％未満
の方向性結合器を用いている。
が可能であり、製作誤差の影響を受けにくく、なおかつ
通過域の波長平坦性が良く、広い阻止域を有する光合分
波器を提供する。 【解決手段】本発明の光合分波器は、方向性結合器の波
長依存性および作製誤差に敏感な特性による影響を極力
抑えたこと構成とした。具体的には、第一カプラ６及び
第二カプラ７に結合率が約５０％のＭＭＩ型カプラを用
い、第三カプラ８及び第四カプラに結合率が１０％未満
の方向性結合器を用いている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光合分波器、特に
通過域の波長平坦性に優れ、広い阻止域を有し、広波長
域にわたって機能する光合分波器に関するものである。
通過域の波長平坦性に優れ、広い阻止域を有し、広波長
域にわたって機能する光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】次世代波長多重通信の一形態であるイン
ターリーブ方式では、ある一定のチャネル波長間隔の信
号をその２倍のチャネル波長間隔でチャネル波長間隔だ
けずれた２つの信号に分波、またはその逆に合波する機
能を持つ光合分波器が必要とされる。
ターリーブ方式では、ある一定のチャネル波長間隔の信
号をその２倍のチャネル波長間隔でチャネル波長間隔だ
けずれた２つの信号に分波、またはその逆に合波する機
能を持つ光合分波器が必要とされる。
【０００３】図１１はその従来例の一例を示す説明図で
ある。図１１（ａ）は石英基板上に形成された石英系平
面光波回路を示しており、４つの光カプラ２４，２５，
２６，２７とそれらを結ぶ２本の長さの異なる導波路対
（２８，２９），（３０，３１），（３２，３３）から
構成されている。ここで、光路長の違いにより導波路２
８と導波路２９を通る光では位相差が生じる。導波路対
（２８，２９）で生じる位相差をφとすると、導波路対
（３０，３１）により生じる位相差は２φ、導波路対
（３２，３３）により生じる位相差は４φとなるように
設計されている。入力ポート２０から光を入力して、出
力ポート２２，２３へ抜けるには８通りの光路がある。
その中で最も短いケースは、導波路２９，導波路３１，
導波路３３を通る場合である。次に短いケースは、導波
路２８，導波路３１，導波路３３を通る場合である。１
番短い場合と２番目に短い場合とでの位相差はφとな
る。３番目に短い場合から最も長い場合もそれぞれ、３
φから７φまでの位相差が生じることになる。ここで光
カプラ２４，２５，２６，２７の結合率を適当に決める
ことにより、矩形的で周期的なスペクトル応答を得るこ
とができる。つまり、矩形周期関数をフーリエ級数展開
した時の初めの項を位相差φの成分、次の項を位相差２
φの成分で、というようにフーリエ級数の各項を各光路
の位相差で表し、そのフーリエ係数に合うように光カプ
ラの結合率を決定する。その結果、各光路の成分を足し
合わせたときに矩形に近いスペクトル応答を得られるよ
うになる。
ある。図１１（ａ）は石英基板上に形成された石英系平
面光波回路を示しており、４つの光カプラ２４，２５，
２６，２７とそれらを結ぶ２本の長さの異なる導波路対
（２８，２９），（３０，３１），（３２，３３）から
構成されている。ここで、光路長の違いにより導波路２
８と導波路２９を通る光では位相差が生じる。導波路対
（２８，２９）で生じる位相差をφとすると、導波路対
（３０，３１）により生じる位相差は２φ、導波路対
（３２，３３）により生じる位相差は４φとなるように
設計されている。入力ポート２０から光を入力して、出
力ポート２２，２３へ抜けるには８通りの光路がある。
その中で最も短いケースは、導波路２９，導波路３１，
導波路３３を通る場合である。次に短いケースは、導波
路２８，導波路３１，導波路３３を通る場合である。１
番短い場合と２番目に短い場合とでの位相差はφとな
る。３番目に短い場合から最も長い場合もそれぞれ、３
φから７φまでの位相差が生じることになる。ここで光
カプラ２４，２５，２６，２７の結合率を適当に決める
ことにより、矩形的で周期的なスペクトル応答を得るこ
とができる。つまり、矩形周期関数をフーリエ級数展開
した時の初めの項を位相差φの成分、次の項を位相差２
φの成分で、というようにフーリエ級数の各項を各光路
の位相差で表し、そのフーリエ係数に合うように光カプ
ラの結合率を決定する。その結果、各光路の成分を足し
合わせたときに矩形に近いスペクトル応答を得られるよ
うになる。
【０００４】インターリーブに用いる光合分波器には、
周期的に通過域と阻止域が、矩形的なスペクトルで実現
されるのが理想である。従来例のポイントは要するに、
この周期を位相差φで決め、さらに２段目の導波路対
（３０，３１）で生じる位相差を２φ、３段目の導波路
対（３２，３３）で生じる位相差を４φにし、光カプラ
の結合率を適当に決めることにより、矩形的スペクトル
応答を得たことにある。
周期的に通過域と阻止域が、矩形的なスペクトルで実現
されるのが理想である。従来例のポイントは要するに、
この周期を位相差φで決め、さらに２段目の導波路対
（３０，３１）で生じる位相差を２φ、３段目の導波路
対（３２，３３）で生じる位相差を４φにし、光カプラ
の結合率を適当に決めることにより、矩形的スペクトル
応答を得たことにある。
【０００５】従来例は波長１．５４５μｍで最も良く機
能するように設計されている。波長１．５４５μｍで、
光カプラ２４，２５は結合率が約５０％、光カプラ２６
は結合率が約９８％、光カプラ２７は結合率が約２％の
方向性結合器である。導波路２８は導波路２９と屈折
率、導波路形状は同じで、長さが約２０３３μｍ長い。
同様に導波路３０は導波路３１より４０６６μｍ長く、
導波路３２は導波路３３より８１３２μｍ長い。導波路
コア幅は６μｍ、導波路コア高さは６μｍである。ま
た、コアとクラッドの比屈折率差Δは０．８％である。
能するように設計されている。波長１．５４５μｍで、
光カプラ２４，２５は結合率が約５０％、光カプラ２６
は結合率が約９８％、光カプラ２７は結合率が約２％の
方向性結合器である。導波路２８は導波路２９と屈折
率、導波路形状は同じで、長さが約２０３３μｍ長い。
同様に導波路３０は導波路３１より４０６６μｍ長く、
導波路３２は導波路３３より８１３２μｍ長い。導波路
コア幅は６μｍ、導波路コア高さは６μｍである。ま
た、コアとクラッドの比屈折率差Δは０．８％である。
【０００６】図１２及び図１３は従来例の波長損失特性
を示す図である。図１２は入力ポート２０から光を入力
した時の出力ポート２２の、図１３は出力ポート２３の
波長１．５４６μｍから波長１．５５０μｍまでの波長
損失特性を示している。設計波長１．５４５μｍ付近の
波長では、波長平坦な通過域、広い阻止域が実現されて
いることがわかる。
を示す図である。図１２は入力ポート２０から光を入力
した時の出力ポート２２の、図１３は出力ポート２３の
波長１．５４６μｍから波長１．５５０μｍまでの波長
損失特性を示している。設計波長１．５４５μｍ付近の
波長では、波長平坦な通過域、広い阻止域が実現されて
いることがわかる。
【０００７】また、通過域と阻止域が約０．８nm周期で
繰り返されている。これは、導波路２８，２９の光路長
差に対応して決まっている。
繰り返されている。これは、導波路２８，２９の光路長
差に対応して決まっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、各カプラ間で
の位相差がφ、２φ、４φという構成では、５０％以上
の高結合率の光カプラを使用することは避けられず、結
合率の高い方向性結合器を使う構成となってしまう。そ
のため実用にあたっては下記のような問題点がある。
の位相差がφ、２φ、４φという構成では、５０％以上
の高結合率の光カプラを使用することは避けられず、結
合率の高い方向性結合器を使う構成となってしまう。そ
のため実用にあたっては下記のような問題点がある。
【０００９】図１４は設計波長より短波長でのスペクト
ル特性、図１５は長波長でのスペクトル特性を示してい
る。阻止域のレベルが下がっており、波長１．５４５μ
ｍ付近と比較すると、アイソレーション特性の劣化が著
しい。波長１．５３μｍから波長１．５６μｍの間での
ＩＴＵ−ｇｒｉｄ波長±０．０８nmでのアイソレーショ
ン最悪値は１７dBであり、実用的には十分とは言えない
特性である。これは、主に光カプラ２４，２５，２６の
結合率波長依存性によるものである。光カプラ２７は低
結合率であるため、結合長は短く、波長依存性は小さ
い。
ル特性、図１５は長波長でのスペクトル特性を示してい
る。阻止域のレベルが下がっており、波長１．５４５μ
ｍ付近と比較すると、アイソレーション特性の劣化が著
しい。波長１．５３μｍから波長１．５６μｍの間での
ＩＴＵ−ｇｒｉｄ波長±０．０８nmでのアイソレーショ
ン最悪値は１７dBであり、実用的には十分とは言えない
特性である。これは、主に光カプラ２４，２５，２６の
結合率波長依存性によるものである。光カプラ２７は低
結合率であるため、結合長は短く、波長依存性は小さ
い。
【００１０】図１６及び図１７は、方向性結合器の導波
路間隙（図１１（ｃ）のＧａｐ）の寸法作製誤差の影響
を示す図であり、図１６は間隙が０．３μｍ狭まった
時、図１７は間隙が０．３μｍ広がった時の波長特性で
ある。図示の如くアイソレーション劣化が著しく、光合
分波器としては使用できない。これは、方向性結合器の
結合率が寸法誤差の影響を受けやすいことによる。ただ
し、光カプラ２７は結合長が短いため、比較的誤差の影
響を受けにくく、劣化はそれ以外の光カプラ２４，２
５，２６の影響が大である。
路間隙（図１１（ｃ）のＧａｐ）の寸法作製誤差の影響
を示す図であり、図１６は間隙が０．３μｍ狭まった
時、図１７は間隙が０．３μｍ広がった時の波長特性で
ある。図示の如くアイソレーション劣化が著しく、光合
分波器としては使用できない。これは、方向性結合器の
結合率が寸法誤差の影響を受けやすいことによる。ただ
し、光カプラ２７は結合長が短いため、比較的誤差の影
響を受けにくく、劣化はそれ以外の光カプラ２４，２
５，２６の影響が大である。
【００１１】図１１（ｂ）及び（ｃ）は、図１１（ａ）
に示した方向性結合器２６の拡大図であり、同図（ｂ）
は上平面図、同図は点線部の断面図である。導波路の作
製プロセスで、狭い導波路間隙にクラッドを形成する技
術（埋め込み技術）は非常に高度であり、導波路間隙の
埋め込みが歩留まりを劣化させる原因となりやい。また
同図（ｃ）のＧａｐが導波路コア高さよりも大きいと導
波路の偏光依存性を小さく形成できるプラズマＣＶＤプ
ロセスの適用が可能になる。よって、導波路間隙は広い
方が望ましい。
に示した方向性結合器２６の拡大図であり、同図（ｂ）
は上平面図、同図は点線部の断面図である。導波路の作
製プロセスで、狭い導波路間隙にクラッドを形成する技
術（埋め込み技術）は非常に高度であり、導波路間隙の
埋め込みが歩留まりを劣化させる原因となりやい。また
同図（ｃ）のＧａｐが導波路コア高さよりも大きいと導
波路の偏光依存性を小さく形成できるプラズマＣＶＤプ
ロセスの適用が可能になる。よって、導波路間隙は広い
方が望ましい。
【００１２】ところが従来例の光カプラ２６の結合率は
約９８％であるため、例えばプラズマＣＶＤプロセスが
適用できるように導波路間隙Ｇａｐを６μｍとすると、
方向性結合率の長さは１０mm以上とする必要があり、素
子寸法が大きくなりすぎ現実的ではない。従来はＧａｐ
を３．５μｍ程度とし、導波路間隙を狭めるようにして
いた。
約９８％であるため、例えばプラズマＣＶＤプロセスが
適用できるように導波路間隙Ｇａｐを６μｍとすると、
方向性結合率の長さは１０mm以上とする必要があり、素
子寸法が大きくなりすぎ現実的ではない。従来はＧａｐ
を３．５μｍ程度とし、導波路間隙を狭めるようにして
いた。
【００１３】発明の目的は上記した問題点を解決し、波
長依存性が小さく、広い波長域で用いることが可能であ
り、製作誤差の影響を受けにくく、なおかつ通過域の波
長平坦性が良く、広い阻止域を有する光合分波器を提供
することにある。
長依存性が小さく、広い波長域で用いることが可能であ
り、製作誤差の影響を受けにくく、なおかつ通過域の波
長平坦性が良く、広い阻止域を有する光合分波器を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光合分波器は、方向性結合器の波長依存性
および作製誤差に敏感な特性による影響を極力抑えたこ
と構成とした。
め、本発明の光合分波器は、方向性結合器の波長依存性
および作製誤差に敏感な特性による影響を極力抑えたこ
と構成とした。
【００１５】即ち、２つの入力ポートを２つの出力ポー
トを有する光カプラが４個直列に配置され、それらカプ
ラ間を長さの異なる２本の導波路で接続してなる多段マ
ッハツエンダー接続構成による光合分波器において、第
一の光カプラと第二の光カプラを結ぶ長い方の導波路と
第二のカプラと第三のカプラを結ぶ短い方の導波路と第
三のカプラと第四のカプラを結ぶ長い方の導波路が連続
して接続され、それとは反対側に第一の光カプラと第二
の光カプラを結ぶ短い方の導波路と第二のカプラと第三
のカプラを結ぶ長い方の導波路と第三のカプラと第四の
カプラを結ぶ短い方の導波路が連続して接続されるよう
にし、結合率が５０％を超える方向性結合率を使用しな
いで済む構成としたことにある。
トを有する光カプラが４個直列に配置され、それらカプ
ラ間を長さの異なる２本の導波路で接続してなる多段マ
ッハツエンダー接続構成による光合分波器において、第
一の光カプラと第二の光カプラを結ぶ長い方の導波路と
第二のカプラと第三のカプラを結ぶ短い方の導波路と第
三のカプラと第四のカプラを結ぶ長い方の導波路が連続
して接続され、それとは反対側に第一の光カプラと第二
の光カプラを結ぶ短い方の導波路と第二のカプラと第三
のカプラを結ぶ長い方の導波路と第三のカプラと第四の
カプラを結ぶ短い方の導波路が連続して接続されるよう
にし、結合率が５０％を超える方向性結合率を使用しな
いで済む構成としたことにある。
【００１６】そして、第１カプラ及び第２の光カプラと
しては結合率が約５０％のＭＭＩ（Multi Mode Interfe
rence ）型カプラを用い、第三のカプラ及び第四のカプ
ラとしては結合率が10％未満である方向性結合器を用
い、第１カプラ、第２カプラ間を結ぶ２本の導波路によ
り生じる位相差をφとした時、第２カプラ、第３カプラ
間では−２φ、第３カプラ、第４カプラ間では４φ±π
とすることが望ましい。
しては結合率が約５０％のＭＭＩ（Multi Mode Interfe
rence ）型カプラを用い、第三のカプラ及び第四のカプ
ラとしては結合率が10％未満である方向性結合器を用
い、第１カプラ、第２カプラ間を結ぶ２本の導波路によ
り生じる位相差をφとした時、第２カプラ、第３カプラ
間では−２φ、第３カプラ、第４カプラ間では４φ±π
とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】図９及び図１０は本発明の作用を
説明するためのもので、図９は従来例を、図１０は本発
明を模式的に書いたものであり、記号θは第１カプラ、
第２カプラ間を結ぶ導波路を通るときの位相シフトが生
じることを示している。つまり第１カプラと第２カプラ
間で生じる位相差は２θとなる。これまで使用した記号
φとは、φ＝２θという関係にある。図９と図１０で
は、第１のカプラが図９では方向性結合器を用い、図１
０ではＭＭＩカプラを用いている点で異なり、また第２
カプラと第３カプラとの間の導波路の長さの長短が逆で
ある点で異なる。ＭＭＩカプラは方向性結合器よりも原
理的に波長依存性を持たず、広い波長範囲で結合率を約
５０％にすることができる。またＭＭＩカプラは製作誤
差の影響を受けにくい。
説明するためのもので、図９は従来例を、図１０は本発
明を模式的に書いたものであり、記号θは第１カプラ、
第２カプラ間を結ぶ導波路を通るときの位相シフトが生
じることを示している。つまり第１カプラと第２カプラ
間で生じる位相差は２θとなる。これまで使用した記号
φとは、φ＝２θという関係にある。図９と図１０で
は、第１のカプラが図９では方向性結合器を用い、図１
０ではＭＭＩカプラを用いている点で異なり、また第２
カプラと第３カプラとの間の導波路の長さの長短が逆で
ある点で異なる。ＭＭＩカプラは方向性結合器よりも原
理的に波長依存性を持たず、広い波長範囲で結合率を約
５０％にすることができる。またＭＭＩカプラは製作誤
差の影響を受けにくい。
【００１８】また図９の第３カプラの結合率は９８％で
あるが、これを図１０では２％にしている。結合率２％
の方向性結合器は波長依存性も小さく、製作誤差の影響
も受けにくい。また結合率２％であれば、導波路間隙を
広くしてもそれほどの結合長にはならない。この結合率
98％を２％にできる理由は以下に述べる通りである。
あるが、これを図１０では２％にしている。結合率２％
の方向性結合器は波長依存性も小さく、製作誤差の影響
も受けにくい。また結合率２％であれば、導波路間隙を
広くしてもそれほどの結合長にはならない。この結合率
98％を２％にできる理由は以下に述べる通りである。
【００１９】図９中に記載した式（１）は図９におい
て、第２カプラの上側導波路から電界振幅Ａの光を入力
して、第３カプラの上側から出力される光の電界振幅お
よび位相を示す式である。同様に図１０中に記載した式
（２）は図１０において、第２カプラの上側導波路から
電界振幅Ａの光を入力して、第３カプラの上側から出力
される光の電界振幅および位相を示す式である。式
（１）（２）を見比べると式（２）にｅｘｐ（ｉ・π）
を乗ずれば式（１）（２）は等しくなることがわかる。
これは、第３カプラと第４カプラ間で生じる位相差を４
φでは無く、４φ−πとすることに相当する。この時、
−πではなく、πとしてもほぼ同じ特性が得られる。ま
たπの奇数倍であればある程度の特性は得られることに
なる（良い特性の得られる波長範囲が狭まる）。
て、第２カプラの上側導波路から電界振幅Ａの光を入力
して、第３カプラの上側から出力される光の電界振幅お
よび位相を示す式である。同様に図１０中に記載した式
（２）は図１０において、第２カプラの上側導波路から
電界振幅Ａの光を入力して、第３カプラの上側から出力
される光の電界振幅および位相を示す式である。式
（１）（２）を見比べると式（２）にｅｘｐ（ｉ・π）
を乗ずれば式（１）（２）は等しくなることがわかる。
これは、第３カプラと第４カプラ間で生じる位相差を４
φでは無く、４φ−πとすることに相当する。この時、
−πではなく、πとしてもほぼ同じ特性が得られる。ま
たπの奇数倍であればある程度の特性は得られることに
なる（良い特性の得られる波長範囲が狭まる）。
【００２０】図９の振幅Ａの光は、第２、第３カプラ間
の長い方の導波路を通るとき第２カプラを透過、第３カ
プラを透過する。これに対し、図１０では第２カプラで
結合、第３カプラで結合される。ＭＭＩ型カプラや方向
性結合器を透過する場合と結合する場合では位相がπ／
２だけ異なる。図９では２回透過、図１０では２回結合
するため、πの差があることになる。第３、第４カプラ
での位相差を４φ−πとするのは、このφをキャンセル
するためである。
の長い方の導波路を通るとき第２カプラを透過、第３カ
プラを透過する。これに対し、図１０では第２カプラで
結合、第３カプラで結合される。ＭＭＩ型カプラや方向
性結合器を透過する場合と結合する場合では位相がπ／
２だけ異なる。図９では２回透過、図１０では２回結合
するため、πの差があることになる。第３、第４カプラ
での位相差を４φ−πとするのは、このφをキャンセル
するためである。
【００２１】
【実施例】図１は本発明の一実施例である導波路型光合
分波器を示すものであり、図１（ａ）は平面図、図１
（ｂ）及び（ｃ）は方向性結合器８の拡大図である。入
力ポート２から入力した光は、出力ポート４、５に分波
される。ここで分波間隔は約０．４nmである。
分波器を示すものであり、図１（ａ）は平面図、図１
（ｂ）及び（ｃ）は方向性結合器８の拡大図である。入
力ポート２から入力した光は、出力ポート４、５に分波
される。ここで分波間隔は約０．４nmである。
【００２２】コアとクラッドの比屈折率差はΔ＝０．８
％、導波路コア高さは６μｍである。４つの光カプラ
６，７，８，９の波長１．５４５μｍでの結合率はそれ
ぞれ５０％、５０％、２．４％、２．４％であり、光カ
プラ６、７は同一構造のＭＭＩカプラ、光カプラ８、９
は同一構造の方向性結合器である。導波路１０，１１，
１２，１３，１４，１５は同一コア幅で、曲線部の曲率
半径は５mmである。導波路１０は導波路１１よりΔＬ＝
２０３３μｍだけ長く、導波路１３は導波路１２よりΔ
Ｌの２倍（＝４０６６μｍ）だけ長く、導波路１４は導
波路１５より４×ΔＬ−λ／Ｎｅｆｆだけ長い。ここで
使用波長λ＝１．５４５μｍ、導波路等価屈折率Ｎｅｆ
ｆ＝１．４４５である。方向性結合器８，９の導波路間
隙Ｇａｐは６．３μｍであり、結合長は０．９mmであ
り、十分に実用的な寸法となる。（従来もしＧａｐが
６．３μｍなら結合長は１０mm以上） 基板１はＳｉＯ2 、コアはＧｅＯ2 −ＳｉＯ2 、クラッ
ド１’はＳｉＯ2 である。導波路の作製方法は石英基板
１にスパッタリング法によりＧｅＯ2 −ＳｉＯ 2 コア膜
を形成し、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチン
グ等により光回路パターンを形成後プラズマＣＶＤ法に
よりクラッドを形成する。導波路間隙が最も狭いところ
でも６．３μｍとコア高さより広いため、埋め込み特性
は良好であった。
％、導波路コア高さは６μｍである。４つの光カプラ
６，７，８，９の波長１．５４５μｍでの結合率はそれ
ぞれ５０％、５０％、２．４％、２．４％であり、光カ
プラ６、７は同一構造のＭＭＩカプラ、光カプラ８、９
は同一構造の方向性結合器である。導波路１０，１１，
１２，１３，１４，１５は同一コア幅で、曲線部の曲率
半径は５mmである。導波路１０は導波路１１よりΔＬ＝
２０３３μｍだけ長く、導波路１３は導波路１２よりΔ
Ｌの２倍（＝４０６６μｍ）だけ長く、導波路１４は導
波路１５より４×ΔＬ−λ／Ｎｅｆｆだけ長い。ここで
使用波長λ＝１．５４５μｍ、導波路等価屈折率Ｎｅｆ
ｆ＝１．４４５である。方向性結合器８，９の導波路間
隙Ｇａｐは６．３μｍであり、結合長は０．９mmであ
り、十分に実用的な寸法となる。（従来もしＧａｐが
６．３μｍなら結合長は１０mm以上） 基板１はＳｉＯ2 、コアはＧｅＯ2 −ＳｉＯ2 、クラッ
ド１’はＳｉＯ2 である。導波路の作製方法は石英基板
１にスパッタリング法によりＧｅＯ2 −ＳｉＯ 2 コア膜
を形成し、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチン
グ等により光回路パターンを形成後プラズマＣＶＤ法に
よりクラッドを形成する。導波路間隙が最も狭いところ
でも６．３μｍとコア高さより広いため、埋め込み特性
は良好であった。
【００２３】素子作製後、屈折率誤差、導波路コア幅誤
差、収縮等により生じる位相誤差をＣＯ2 レーザーを導
波路１０，１１，１２，１３，１４，１５の一部に照射
して、補正した。
差、収縮等により生じる位相誤差をＣＯ2 レーザーを導
波路１０，１１，１２，１３，１４，１５の一部に照射
して、補正した。
【００２４】図２及び図３は本実施例の諸特性を示す図
である。図２及び図３はそれぞれ、入力ポート２から光
を入力した時の出力ポート４と出力ポート５の１．５４
６μｍから１．５５μｍの波長帯での波長損失特性を示
す説明図である。従来例の図１２、１３と比較してみる
と、この狭い波長範囲でも優れたアイソレーションを示
していることがわかる。図４及び図５は短波長、長波長
での波長特性を示している。十分使用に耐える特性が得
られており、本実施例は波長１．５３μｍから１．５６
μｍの範囲で機能することがわかる。図６及び図７は、
導波路間隙Ｇａｐの製作誤差の影響を示す図であり、そ
れぞれ０．３μｍ狭まった時、０．３μｍ広がった時の
波長特性を示す図である。従来例では図１６及び図１７
に示すように波長損失特性の劣化が著しかったのに対
し、本実施例では製作誤差の影響を受けにくいことがわ
かる。
である。図２及び図３はそれぞれ、入力ポート２から光
を入力した時の出力ポート４と出力ポート５の１．５４
６μｍから１．５５μｍの波長帯での波長損失特性を示
す説明図である。従来例の図１２、１３と比較してみる
と、この狭い波長範囲でも優れたアイソレーションを示
していることがわかる。図４及び図５は短波長、長波長
での波長特性を示している。十分使用に耐える特性が得
られており、本実施例は波長１．５３μｍから１．５６
μｍの範囲で機能することがわかる。図６及び図７は、
導波路間隙Ｇａｐの製作誤差の影響を示す図であり、そ
れぞれ０．３μｍ狭まった時、０．３μｍ広がった時の
波長特性を示す図である。従来例では図１６及び図１７
に示すように波長損失特性の劣化が著しかったのに対
し、本実施例では製作誤差の影響を受けにくいことがわ
かる。
【００２５】図８は、波長１．５３μｍ〜１．５６μｍ
でのＩＴＵ−ｇｒｉｄ波長±０．０８nmのアイソレーシ
ョン特性の製作誤差による劣化度合いを従来の光合分波
器と本実施例の光合分波器で比較したものである。従来
例１８は製作誤差が無い場合でも方向性結合器の波長依
存性のためアイソレーションが１７dB程度しか取らな
い。また、点線１７は第１、第２カプラをＭＭＩカプラ
にしたのみ（第３は９８％結合率）の特性を示してい
る。この図から一目瞭然で、本発明の効果は非常に大き
いことがわかる。
でのＩＴＵ−ｇｒｉｄ波長±０．０８nmのアイソレーシ
ョン特性の製作誤差による劣化度合いを従来の光合分波
器と本実施例の光合分波器で比較したものである。従来
例１８は製作誤差が無い場合でも方向性結合器の波長依
存性のためアイソレーションが１７dB程度しか取らな
い。また、点線１７は第１、第２カプラをＭＭＩカプラ
にしたのみ（第３は９８％結合率）の特性を示してい
る。この図から一目瞭然で、本発明の効果は非常に大き
いことがわかる。
【００２６】なお、本発明においては、素子作製プロセ
スとしては一般的な導波路作製プロセス技術すべてが適
用可能である。
スとしては一般的な導波路作製プロセス技術すべてが適
用可能である。
【００２７】また、本発明は、導波路型に限らず、ファ
イバ型カプラ等を用いて実現することも可能である。
イバ型カプラ等を用いて実現することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】（１）波長依存性の少ないＭＭＩカプラ
を用い、それ以外の光カプラの結合率を小さくすること
で、方向性結合器の波長依存性の影響を極力抑え、広い
波長範囲で機能する光合分波器を提供できる。
を用い、それ以外の光カプラの結合率を小さくすること
で、方向性結合器の波長依存性の影響を極力抑え、広い
波長範囲で機能する光合分波器を提供できる。
【００２９】（２）ＭＭＩカプラおよび結合率の低い方
向性結合器で構成することにより、製作誤差の影響を受
けにくくできる。
向性結合器で構成することにより、製作誤差の影響を受
けにくくできる。
【００３０】（３）狭い導波路間隙（少なくとも導波路
コア高さより広い）を作らずに構成できるため、狭間隙
埋め込み不良をおこさず、歩留まり良く作製できるよう
になる。
コア高さより広い）を作らずに構成できるため、狭間隙
埋め込み不良をおこさず、歩留まり良く作製できるよう
になる。
【００３１】（４）波長平坦な通過域、広い阻止域を実
現できるので多段に接続しても通過域を狭めたりするこ
とがなく、波長多重通信システム、例えばＡｄｄ／Ｄｒ
ｏｐシステム等に有効である。
現できるので多段に接続しても通過域を狭めたりするこ
とがなく、波長多重通信システム、例えばＡｄｄ／Ｄｒ
ｏｐシステム等に有効である。
【図１】本発明の一実施例を示す説明図であり、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は方向性結合器の拡大平面
図、同図（ｃ）は方向性結合器の断面図である。
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は方向性結合器の拡大平面
図、同図（ｃ）は方向性結合器の断面図である。
【図２】本発明の一本実施例の波長損失特性を示す説明
図である。
図である。
【図３】本発明の一本実施例の波長損失特性を示す説明
図である。
図である。
【図４】本発明の一本実施例の波長損失特性を示す説明
図である。
図である。
【図５】本発明の一本実施例の波長損失特性を示す説明
図である。
図である。
【図６】本発明の一本実施例で製作誤差があった場合の
波長損失特性を示す説明図である。
波長損失特性を示す説明図である。
【図７】本発明の一本実施例で製作誤差があった場合の
波長損失特性を示す説明図である。
波長損失特性を示す説明図である。
【図８】ＩＴＵ波長±０．０８nmでのアイソレーション
の製作誤差による劣化を示す説明図である。
の製作誤差による劣化を示す説明図である。
【図９】従来の光合分波回路を示す模式図である。
【図１０】本発明の光合分波回路を示す模式図である。
【図１１】従来例を示す説明図であり、同図（ａ）は平
面図、同図（ｂ）は方向性結合器の拡大平面図、同図
（ｃ）は方向性結合器の断面図である。
面図、同図（ｂ）は方向性結合器の拡大平面図、同図
（ｃ）は方向性結合器の断面図である。
【図１２】従来例の波長損失特性を示す説明図である。
【図１３】従来例の波長損失特性を示す説明図である。
【図１４】従来例の波長損失特性を示す説明図である。
【図１５】従来例の波長損失特性を示す説明図である。
【図１６】従来例で製作誤差があった場合の波長損失特
性を示す説明図である。
性を示す説明図である。
【図１７】従来例で製作誤差があった場合の波長損失特
性を示す説明図である。
性を示す説明図である。
１ 石英基板（クラッド） １’ クラッド ２，３，４，５ 入出力ポート ６，７ ＭＭＩ型光カプラ ８，９ 方向性結合器 ８ａ，８ｂ 導波路（方向性結合器） ８ｃ クラッド（導波路間隙 １０，１１，１２，１３，１４，１５ 導波路
Claims (7)
- 【請求項１】２つの入力ポートと２つの出力ポートを有
する光カプラが４個直列に配置され、それらカプラ間を
長さの異なる２本の導波路で接続してなる多段マッハツ
エンダー接続構成による光合分波器において、第一の光
カプラと第二の光カプラを結ぶ長い方の導波路と第二の
カプラと第三のカプラを結ぶ短い方の導波路と第三のカ
プラと第四のカプラを結ぶ長い方の導波路が連続して接
続され、それとは反対側に第一の光カプラと第二の光カ
プラを結ぶ短い方の導波路と第二のカプラと第三のカプ
ラを結ぶ長い方の導波路と第三のカプラと第四のカプラ
を結ぶ短い方の導波路が連続して接続されていることを
特徴とする光合分波器。 - 【請求項２】第一のカプラと第二のカプラの結合率が約
５０％のＭＭＩ（Multi Mode Interference ）型カプラ
であることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。 - 【請求項３】第一のカプラと第二のカプラを結ぶ２本の
導波路間で生じる位相差をφとしたとき、第二のカプラ
と第三のカプラ間で生じる位相差は約２φ、第三のカプ
ラと第四のカプラ間で生じる位相差は約４φ±πである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光合分
波器。 - 【請求項４】第一のカプラと第二のカプラを結ぶ２本の
導波路長差をΔＬとしたとき、第二のカプラと第三のカ
プラを結ぶ２本の導波路長差がΔＬの２倍であり、第三
のカプラと第四のカプラを結ぶ２本の導波路長差がΔＬ
の４倍よりも使用する波長帯の導波路内波長（管内波
長）の半分の長さだけ短いかあるいは長いことを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光合分波
器。 - 【請求項５】第三のカプラと第四のカプラは、結合率が
10％未満の方向性結合器であることを特徴とする請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載の光合分波器。 - 【請求項６】光合分波器が、基板上にコア導波路及びこ
れを覆うクラッドを形成した石英系平面光波回路により
形成されている請求項１乃至請求項５に記載の光合分波
器。 - 【請求項７】光合分波器において、第三のカプラ及び第
四のカプラが、コア導波路の間隙がその高さよりも大き
いことを特徴とする請求項６に記載の光合分波器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063302A JP3695273B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 光合分波器 |
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| US09/783,385 US6631223B2 (en) | 2000-03-03 | 2001-02-15 | Optical multiplexer/demultiplexer |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063302A JP3695273B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 光合分波器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18583190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000063302A Expired - Fee Related JP3695273B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 光合分波器 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP3695273B2 (ja) |
| CA (1) | CA2333437C (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7085446B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-08-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical multi/demultiplexer |
| JP2008209955A (ja) * | 2002-12-06 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 位相生成機能を備えた光合分波回路 |
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|---|---|---|---|---|
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| US7194162B2 (en) * | 2002-02-22 | 2007-03-20 | Neophotonics Corporation | Filter response optimization for an arrayed waveguide grating device by adjusting grating optical path length at nanometer scale |
| US6768843B1 (en) * | 2002-08-16 | 2004-07-27 | Wavesplitter Technologies, Inc. | Cascaded fourier filter interleaver having enhanced performance |
| GB2395796A (en) * | 2002-11-27 | 2004-06-02 | Alcatel Optronics Uk Ltd | Optical waveguide branching component with MMI couplers |
| EP1447693A1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-18 | Avanex Corporation | Flexible Passband Filter |
| WO2007021041A1 (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Bongjun Lee | Variable optical distributors using multi-mode interference |
| WO2007021040A1 (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-22 | Bongjun Lee | Optical wavelength coupler using multi-mode interference |
| JP2013061431A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 復調用遅延回路および光受信器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5852505A (en) | 1994-12-28 | 1998-12-22 | Lucent Technologies Inc. | Dense waveguide division multiplexers implemented using a first stage fourier filter |
| US5596661A (en) * | 1994-12-28 | 1997-01-21 | Lucent Technologies Inc. | Monolithic optical waveguide filters based on Fourier expansion |
| US6266464B1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-07-24 | Nortel Networks Limited | Optical arrayed waveguide grating devices |
-
2000
- 2000-03-03 JP JP2000063302A patent/JP3695273B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-01-30 CA CA002333437A patent/CA2333437C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-02-15 US US09/783,385 patent/US6631223B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7085446B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-08-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical multi/demultiplexer |
| JP2008209955A (ja) * | 2002-12-06 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 位相生成機能を備えた光合分波回路 |
| JP4494495B2 (ja) * | 2002-12-06 | 2010-06-30 | 日本電信電話株式会社 | 位相生成機能を備えた光合分波回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2333437C (en) | 2008-03-18 |
| CA2333437A1 (en) | 2001-09-03 |
| US20010051018A1 (en) | 2001-12-13 |
| JP3695273B2 (ja) | 2005-09-14 |
| US6631223B2 (en) | 2003-10-07 |
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