JP2002258076A

JP2002258076A - 導波路型光合分波器

Info

Publication number: JP2002258076A
Application number: JP2001056147A
Authority: JP
Inventors: Hideki Namise; 秀樹南畝; Satoru Takasugi; 哲高杉; Satoru Ouchi; 悟大内
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】分波波長数が増加しても量産性を損なわない偏
波面保持型の導波路型光合分波器を提供する。【解決手段】偏波面保持型光ファイバ１０のモードフィ
ールド径とマッチングが取れる程度の比屈折率差を有す
る第２の光導波路素子を、偏波面保持型光ファイバ１０
と高屈折率差を有する第１の光導波路素子１４の間に挿
入すると共に、第２の光導波路素子１３は、入力側１７
から出力側１８に向かって導波路のコア間隔が広がるよ
うに光回路が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長多重伝送方
式に使用される光合分波器に関するものであり、特に光
導波路素子により構成される導波路型光合分波器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】導波路型光合分波器が適用される通信シ
ステムには、通信の際に発生する雑音を低減する目的
で、偏波状態を保持する導波路型光合分波器が要求され
る。図５は光合分波器全体として偏波面を保持する導波
路型光合分波器の内部構造概略図である。同図に示す導
波路型光合分波器は、偏波面を保持するために偏波面保
持型光ファイバ１０が接続され、光合分波機能を有する
石英型光導波路素子２が樹脂によって内部筐体３に固定
されている。そして、この内部筐体３が台座４を介して
外部筐体５に固定され、内部筐体３と外部筐体５との間
の空間に断熱層６が充填されて構成されている。光学特
性がモジュール周囲の環境温度に依存する光導波路素子
を用いた場合には、導波路型光合分波器の光学特性を維
持するために光導波路素子の温度調節が必要となる。そ
のため、石英型光導波路素子２の温度検出と温度調節を
行うべく、ヒータ７と温度センサ８が設けられている。
石英型光導波路素子２と内部筐体３及び内部筐体３とヒ
ータ７とは、それぞれ樹脂により接着固定されている。
導波路型光合分波器の外部（外部筐体５の外部）には温
度コントローラ（図示せず）が設けられ、温度センサ８
で検出される温度に応じてヒータ７の温度を制御するこ
とにより石英型光導波路素子２の温度調節を行ってい
る。導波路型光合分波器の外部要素との接続は、偏波面
保持型光ファイバ１０の末端に取り付けられた偏波面保
持型光コネクタ１１により行われる。なお、偏波面保持
型光ファイバ１０は光ファイバ内でコアに対して故意に
応力分布を持たせる型の光ファイバであり、コアへの応
力作用によって入力した光の偏波状態を維持することが
可能なものである。また、偏波面保持型光コネクタ１１
は光コネクタ内部まで挿入されてきた偏波面保持型光フ
ァイバ１０を固定する際に、偏波面保持型光ファイバ１
０への応力作用によって入力した光の偏波状態を維持す
ることが可能なものである。また、ヒータ等の発熱体の
代わりにペルチェ素子等の吸熱体を設けて冷却による温
度調節が行われることもある。

【０００３】以上のような構成および動作によって、導
波路型光合分波器は、周囲の環境温度に依存しない所望
の光学特性を維持することができる。そして、偏波面保
持型光ファイバ１０と偏波面保持型光コネクタ１１を適
用することで、導波路型光合分波器全体として入力され
てくる光の偏波状態を保つことが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近時、上記した偏波面
保持型の導波路型光合分波器のニーズは高いが、その性
能として分波波長数の増加と同時に挿入損失の低減が要
求されている。しかしながら、偏波面保持型の導波路型
光合分波器において、分波波長数の増加と同時に挿入損
失の低減を図るためには、以下の２点の問題が生じる。

【０００５】第一の問題は、分波波長数が増加すること
により、接続される偏波面保持型光ファイバの本数が増
加した場合であっても、偏波面保持型光ファイバ１０の
応力付与部の回転角ずれを光導波路素子に対して高精度
に制御しつつ、偏波面保持型光ファイバ１０を配列し、
光導波路素子に接続しなければならないことである。偏
波面保持型光ファイバは、コアに特定方向の応力分布を
故意に発生させて偏波面を保持するものであるため、こ
れを光導波路素子に接続するためにはｘｙ方向の制御の
みならず回転方向の制御も必要となる。したがって、接
続される偏波保持型光ファイバの本数が増えることによ
って増加する配列作業の困難性は、通常の光ファイバを
接続する場合に比して大きなものとなる。

【０００６】通信システムおいて要求される一般的な消
光比（偏波状態が保持されている目安となるパラメー
タ）の値は２０ｄB程度である。この値以上に消光比を
保つには、偏波面保持型光ファイバ１０の回転角ずれが
±３°以内であることが必要である。図４は偏波面保持
型光ファイバ１０の応力付与部１２の回転角ずれを視覚
的に表したものである。同図に示すように、結合する石
英型光導波路素子２の全てに対して偏波面保持型光ファ
イバ１０の応力付与部１２の回転角ずれが小さくなるよ
うに、具体的には±３°以内に制御しなくてはならな
い。ここで、分波波長数が増加した場合には、当然に使
用される偏波面保持型光ファイバ１０の本数も増加す
る。通常、偏波面保持型光ファイバ１０の応力付与部１
２の回転角合わせ作業は人間の手により行われる。従来
は、分波波長数が４０波程度の導波路型光合分波器が主
流であった。このため、偏波面保持型光ファイバ１０の
応力付与部１２の回転角精度を所定の値に設定すること
に別段問題は生じなかった。

【０００７】しかしながら、分波波長数が増加し、使用
する偏波面保持型光ファイバの本数が増加すれば、応力
付与部１２の回転角精度合わせ作業の困難性は増す。こ
のため、分波波長数を増加させ、同時に量産性を考慮し
た場合には、偏波面保持型の導波路型光合分波器の歩留
まり等に多大な影響が出ることが懸念される。

【０００８】一方、第二の問題は、偏波面保持型光ファ
イバ１０を石英型光導波路素子２に結合させる際の結合
損失の増加を抑制することが困難なことである。分波波
長数を増加させた偏波面保持型の導波路型光合分波器を
得るためには、光導波路素子２における光の閉じ込めを
強くして、光回路パターンを構成する光導波路の配置密
度を高め、光導波路素子サイズの小型化を図らなくては
ならない。素子サイズが小型化されなければ、石英型光
導波路素子２の製造プロセス上、所定のウエハ内に収納
できず作製が不可能となるからである。このため、比屈
折率差（「比屈折率差＝（コアの屈折率−クラッドの屈
折率）／コアの屈折率×１００」以下同じ。）を高比屈
折率差のものにして光導波路素子のサイズを小さくする
必要がある。これに対し、図５に示した従来の構成で
は、分波波長数は４０波程度であったので、光導波路素
子サイズの小型化は必要不可欠なものではなかった。し
たがって、従来は、光導波路素子２の比屈折率差を、偏
波面保持型光ファイバ１０のモードフィールド径とマッ
チングが取れる程度のものにすることにより、偏波面保
持型光ファイバ１０との接合部において、光の強度が損
なわれることなく光を伝播させることができた。

【０００９】しかしながら、光導波路素子の小型化の要
請から、光導波路素子２の比屈折率差を高比屈折率差
（１．５パーセント程度）のものとした場合には、光導
波路素子に接合される偏波面保持型光ファイバ１０とモ
ードフィールド径のミスマッチングが生じてしまい、両
者の結合部分で光の強度が損なわれることになってしま
う。

【００１０】したがって、以上のことから、分波波長数
が増加しても量産性を損なわない偏波面保持型の導波路
型光合分波器を得るためには、偏波面保持型光ファイバ
の接合作業の困難性増加に伴う量産性と歩留まり等の悪
化、及び偏波面保持型光ファイバのモードフィールド径
とのミスマッチングによる損失増加という上記２点の問
題を同時に解決しなければならない。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記２点の問題
を同時に解決し、分波波長数が増加しても量産性を損な
わない偏波面保持型の導波路型光合分波器を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光多重信号が入力される入力導波路と該
光多重信号が分波されて出力される複数の出力導波路と
を具備した光回路パターンが形成された偏波面が保持さ
れる第１の光導波路素子と、複数の導波路が並列形成さ
れ、その複数の導波路の一端側に前記第１の光導波路素
子の出力導波路が接合されると共に他端側にアレイ状に
配列された複数の偏波面保持型光ファイバが接合される
第２の光導波路素子とからなる導波路型光合分波器であ
って、前記第２の光導波路素子の比屈折率差は、前記第
１の光導波路素子の比屈折率差よりも小さいものである
と共に前記複数の偏波面保持型光ファイバのモードフィ
ールド径とマッチングが取れる程度の比屈折率差である
ことを特徴とする導波路型光合分波器を提供するもので
ある。

【００１３】また、上記課題を解決するため、本発明
は、基板上にコアと該コアよりも屈折率の低いクラッド
によって該コアが覆われて入力導波路と複数の出力導波
路とが形成されると共に前記入力導波路に入力された光
多重信号を前記複数の出力導波路に分波する所定の光回
路パターンが形成されており、前記入力導波路のコアが
入力側端面に臨み、前記複数の出力導波路のコアが出力
側端面に臨むように構成された偏波面を保持する第１の
光導波路素子と、前記第１の光導波路素子に接合される
第２の光導波路素子であって、基板上にコアと該コアよ
りも屈折率の低いクラッドによって該コアが覆われて複
数の導波路が並列形成され該複数の導波路のコアはそれ
ぞれ出力側端面と入力側端面に臨むように形成されてお
り、前記第１の光導波路素子の出力側端面に臨むコアと
前記入力側端面に臨むコアとが光学的に結合される第２
の光導波路素子と、前記第２の光導波路素子に接続さ
れ、前記第２の導波路素子の出力側端面に臨むコアと光
結合するように偏波面保持型光ファイバがアレイ状に配
列されてなる光ファイバアレイとからなる導波路型光合
分波器であって、前記第２の光導波路素子の比屈折率差
は、前記第１の光導波路素子の比屈折率差よりも小さい
ものであると共に前記複数の偏波面保持型光ファイバの
モードフィールド径とマッチングが取れる程度の比屈折
率差であり、前記光ファイバアレイは、２つ以上である
ことを特徴とする導波路型光合分波器を提供するもので
ある。

【００１４】上記の構成に加えて、出力側端面に臨むコ
アの間隔が入力側端面に臨むコアの間隔よりも大きいも
のであってもよい。

【００１５】上記の構成に加えて、第１の光導波路素子
は入力導波路に偏波面保持型光ファイバが接合されるも
のであってもよい。

【００１６】上記の構成に加えて、偏波面保持型光ファ
イバの端部に偏波面保持型光コネクタが取り付けられて
いてもよい。

【００１７】上記の構成に加えて、第１の光導波路素子
の比屈折率差が１．５パーセントであると共に前記第２
の光導波路素子の比屈折率差が０．８パーセントであっ
てもよい。

【００１８】上記の構成に加えて、偏波面保持型光ファ
イバの応力付与部回転角精度を高精度に制御するため、
偏波面保持型光ファイバをV溝基板上に配列させ光ファ
イバアレイとしてもよい。

【００１９】また、上記課題を解決するため、本発明の
導波路型光合分波器は、第１の光導波路素子を加熱する
発熱体あるいは第１の光導波路素子を冷却する吸熱体
と、第１の光導波路素子の温度を検出する温度センサ
と、該温度センサにて検出された温度に応じて発熱体あ
るいは吸熱体の温度を調整する温度コントローラとを具
え、筐体外部の環境温度と断熱された構造を有する筐体
に収納されるものであってもよい。

【００２０】このように、本発明の導波路型光合分波器
は、偏波面保持型光ファイバのモードフィールド径とマ
ッチングが取れる程度の比屈折率差を有する光導波路素
子を、偏波面保持型光ファイバと高屈折率差を有する石
英型光導波路素子の間に挿入した構成を採用したことに
より、この光導波路素子のモードフィールド径が偏波面
保持型光ファイバのモードフィールド径とマッチングが
とれているため、直接偏波面保持型光ファイバと高屈折
率差を有する石英型光導波路素子とを接続するよりも結
合損失の増加が抑えられる。

【００２１】また、本発明の導波路型光合分波器は、第
２の光導波路素子の出力側端面に臨むコアの間隔を入力
側端面に臨むコアの間隔よりも大きいものとしたことに
より、素子の小型化に伴って狭くなった導波路間隔を偏
波面保持型光ファイバと接合しやすい間隔まで広げるこ
とができ、分波波長数の増加および接合される光ファイ
バの数が増加しても容易に接合できる。

【００２２】さらに、本発明の導波路型光合分波器は、
第２の光導波路素子に偏波面保持型光ファイバが２つ以
上の光ファイバアレイに配列されて接合されているの
で、あらかじめ石英型光導波路素子のコアを光ファイバ
アレイの作製が容易な本数で任意に選択することで、光
ファイバアレイの製作作業効率が良好な芯数で対応する
ことが可能となり、分波波長数の増加に対してもフレキ
シブルに対応でき作業性を損なうことがない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。図１は、実際に試作を行った
本発明における偏波面を保持する型の導波路型光合分波
器（偏波面保持型の導波路型光合分波器）の一実施形態
を示す構造図である。なお、図１においては、図５に示
した従来例と同じ部材には同じ符号を用いた。

【００２４】同図に示す導波路型光合分波器は、光ファ
イバアレイ１５に組み込んだ偏波面保持型光ファイバ１
０が第２の光導波路素子１３に接続され、この第２の光
導波路素子１３は光合分波機能を有する第１の光導波路
素子１４に樹脂により接合されて構成されている。ここ
で、第１の光導波路素子１４の比屈折率差は、１．５パ
ーセントであり、第２の光導波路素子１３の比屈折率差
は０．８パーセントである。そして、これら第１の光導
波路素子１４および第２の光導波路素子１３は、石英系
材料で構成されている（石英型光導波路素子）。すなわ
ち、石英基板上にコア及びこのコアを覆うようにしてこ
のコアよりも屈折率の低いクラッドが形成されて光導波
路が形成されている。なお、石英型光導波路素子の単体
で伝播する光の偏波面を保持することは一般に知られて
いる。

【００２５】第１の光導波路素子１４及び第２の光導波
路素子１３を含んで構成された導波路型光合分波器は、
外部筐体５に収納されている。すなわち、第１の光導波
路素子１４は内部筐体３に樹脂固定され、そして、この
内部筐体３が台座４を介して外部筐体５に固定され、更
に、内部筐体３と外部筐体５との間の空間には断熱層６
が充填されている。第１の光導波路素子１４の温度調節
を行うため、ヒータ７と第１の光導波路素子１４の温度
検出を行うための温度センサ８とが設けられている。そ
して、第１の光導波路素子１４と内部筐体３及び内部筐
体３とヒータ７とはそれぞれ樹脂により接着固定されて
いる。また、温度センサ８で検出される温度に応じてヒ
ータ７の温度を制御することにより第１の光導波路素子
１４の温度調節を行う温度コントローラ（図示せず）が
設けられている。外部要素との光のやり取りは偏波面保
持型光ファイバ１０の末端に取り付けられた偏波面保持
型光コネクタ１１により行われる。なお、ヒータ７等の
発熱体の代わりにペルチェ素子等の吸熱体を設けて冷却
による温度調節を行うこともできる。

【００２６】本実施形態では、分波波長数は１２８波と
している。第２の光導波路素子１３に接合される光ファ
イバアレイ１５は、偏波面保持型光ファイバ１０の回転
角合わせ作業の高精度な制御が比較的容易である４４芯
程度で作成した。１２８波合分波を実現するため、この
光ファイバアレイ１５を３個用いた。第２の光導波路素
子１３の一方のコア間隔は、この３個の光ファイバアレ
イに配列された偏波面保存型光ファイバのコア間隔と合
わせて作製した。また、上記とは反対側の第２の光導波
路素子１３のコア間隔は、第１の光導波路素子１４のコ
ア間隔に合わせて作製した。

【００２７】図２は、第１の光導波路素子１４と第２の
光導波路素子１３、及び偏波面保持型光ファイバ１０が
配列された光ファイバアレイ１５を上面から見た図であ
る。本実施形態では、第１の光導波路素子１４の入力側
についても第２の光導波路素子１３及び光ファイバアレ
イ１５が配置接続されている。また、本実施形態におい
ては、第１の光導波路素子１４に形成されている光回路
パターンは、アレイ導波路回折格子型（ＡＷＧ型）の光
回路が形成されている。すなわち、この光回路は、入力
導波路に接続される入力側スラブ導波路と、この入力側
スラブ導波路に接続され、所定の導波路長差を有する複
数の導波路からなるアレイ導波路と、このアレイ導波路
に接続されると共に複数の出力導波路が接続される出力
用スラブ導波路から構成される。

【００２８】第１の光導波路素子１４の出力導波路１６
のコア間隔は、小型化及び分波波長数の増加により、製
作可能な光ファイバアレイ１５のコア間隔と比べて狭い
ため位置ずれを生じる。したがって、これを整合させて
偏波保持型ファイバ１０との接合を可能とするため、第
２の光導波路素子１３は、入力側１７から出力側１８に
向かって導波路のコア間隔が広がるように光回路が形成
されている。これにより、コアの位置ずれによる結合損
失の増加が抑制できる。

【００２９】図３は、上記実施形態に基づいて試作した
１２８波導波路型光合分波器の分波波長特性を示す説明
図である。この図によれば、１２８波の波長損失特性が
好ましく得られており、分波波長数が増加した場合にお
いて図１に示した構成が有用なものであることが分か
る。また、挿入損失も９．３ｄB程度となっている。こ
れは偏波面保持型光ファイバの結合損失増加が低く抑え
られていることを示している。また、図６は上記実施形
態に基づいて試作した導波路型光合分波器の消光比の一
覧である。いずれのポートにおいても消光比２０ｄB以
上を満たしていることが分かる。したがって、偏波面保
持型の１２８波合分波器として十分実用レベルにあるこ
とが分かる。

【００３０】以上本発明の実施の形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものでないのは言うまで
もない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、次のよ
うな優れた効果を発揮する。すなわち、分波波長数の増
加に対応可能な、偏波面を保持する型の導波路型光合分
波器が実現する。また、偏波面保持型光ファイバと石英
型光導波路素子の結合において、結合損失を著しく増大
させることなく製作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施形態における偏波面保持
型の導波路型光合分波器の構造図である。

【図２】図２は本発明の一実施形態における比屈折率差
の異なる石英型光導波路素子と光ファイバアレイのコア
間隔を示した上面図である。

【図３】図３は図１の構造で試作した導波路型光合分波
器の分波波長特性を示す説明図である。

【図４】図４は偏波面保持型光ファイバの応力付与部回
転角ずれをファイバ端面側より示した説明図である。

【図５】図５は従来の偏波面を保持する型の導波路型光
合分波器の構造断面図である。

【図６】図６は図１の構造で試作した導波路型光合分波
器の消光比の一覧を示した表である。

【符号の説明】

３内部筐体５外部筐体１０偏波面保持型光ファイバ１１偏波面保持型光コネクタ１２応力付与部１３第２の光導波路素子１４第１の光導波路素子１５光ファイバアレイ１６第１の光導波路素子の出力導波路１７第２の光導波路素子の導波路（入力側）１８第２の光導波路素子の導波路（出力側）

フロントページの続き (72)発明者大内悟茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA24 CA03 DA04 DA35 2H047 KA03 KA12 LA19 MA05 QA04 RA08 TA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光多重信号が入力される入力導波路と該光
多重信号が分波されて出力される複数の出力導波路とを
具備した光回路パターンが形成された偏波面が保持され
る第１の光導波路素子と、複数の導波路が並列形成さ
れ、その複数の導波路の一端側に前記第１の光導波路素
子の出力導波路が接合されると共に他端側にアレイ状に
配列された複数の偏波面保持型光ファイバが接合される
第２の光導波路素子とからなる導波路型光合分波器であ
って、前記第２の光導波路素子の比屈折率差は、前記第
１の光導波路素子の比屈折率差よりも小さいものである
と共に前記複数の偏波面保持型光ファイバのモードフィ
ールド径とマッチングが取れる程度の比屈折率差である
ことを特徴とする導波路型光合分波器。
【請求項２】基板上にコアと該コアよりも屈折率の低い
クラッドによって該コアが覆われて入力導波路と複数の
出力導波路とが形成されると共に前記入力導波路に入力
された光多重信号を前記複数の出力導波路に分波する所
定の光回路パターンが形成されており、前記入力導波路
のコアが入力側端面に臨み、前記複数の出力導波路のコ
アが出力側端面に臨むように構成された偏波面を保持す
る第１の光導波路素子と、前記第１の光導波路素子に接合される第２の光導波路素
子であって、基板上にコアと該コアよりも屈折率の低い
クラッドによって該コアが覆われて複数の導波路が並列
形成され該複数の導波路のコアはそれぞれ出力側端面と
入力側端面に臨むように形成されており、前記第１の光
導波路素子の出力側端面に臨むコアと前記入力側端面に
臨むコアとが光学的に結合される第２の光導波路素子
と、前記第２の光導波路素子に接続され、前記第２の導波路
素子の出力側端面に臨むコアと光結合するように偏波面
保持型光ファイバがアレイ状に配列されてなる光ファイ
バアレイとからなる導波路型光合分波器であって、前記第２の光導波路素子の比屈折率差は、前記第１の光
導波路素子の比屈折率差よりも小さいものであると共に
前記複数の偏波面保持型光ファイバのモードフィールド
径とマッチングが取れる程度の比屈折率差であり、前記
光ファイバアレイは、２つ以上であることを特徴とする
導波路型光合分波器。
【請求項３】前記第２の光導波路素子は、出力側端面に
臨むコアの間隔が入力側端面に臨むコアの間隔よりも大
きいものであることを特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の導波路型光合分波器。
【請求項４】前記第１の光導波路素子は、前記入力導波
路に偏波面保持型光ファイバが接合されるものであるこ
とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に
記載の導波路型光合分波器。
【請求項５】前記偏波面保持型光ファイバの端部に偏波
面保持型光コネクタが取り付けられていることを特徴と
する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導波
路型光合分波器。
【請求項６】前記第１の光導波路素子の比屈折率差が
１．５パーセントであると共に前記第２の光導波路素子
の比屈折率差が０．８パーセントであることを特徴とす
る請求項１から請求項５のいずれか一項記載の導波路型
光合分波器。
【請求項７】前記第１の光導波路素子を加熱する発熱体
あるいは前記第１の光導波路素子を冷却する吸熱体と、
前記第１の光導波路素子の温度を検出する温度センサ
と、該温度センサにて検出された温度に応じて前記発熱
体あるいは吸熱体の温度を調整する温度コントローラと
を具えた筐体であって、該筐体外部の環境温度と断熱さ
れた構造を有する筐体に収納されてなる請求項１から請
求項６のいずれか一項に記載の導波路型光合分波器。