JP2003057470A - 小型の光学スプリッタ／コンバイナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的小型にして良好な特性を有する、誘電体
導波路により成る光学スプリッタ／コンバイナを提供す
ること。 【解決手段】本発明による光学スプリッタ／コンバイナ
によれば、少なくとも第１段及び第２段を含む複数段の
それぞれで一対に分枝されて第１段よりも多くの光導波
路枝を第２段で形成して成る光導波路を備える光学スプ
リッタ／コンバイナ４２８であって、第１段で分枝され
る光導波路枝の二等分線４２６と、第２段で分枝される
光導波路枝の二等分線４１４、４１８とは、方向が相違
するようにされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路コンバイ
ナ又はスプリッタに関するものであり、とりわけ、複数
の異なるｓ字状湾曲部から構成されるコンパクトな光導
波路コンバイナ又はスプリッタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明の解決すべき課題】電気通信業界
は、現在、光ファイバを利用して、ユーザ間におけるデ
ータの伝送を行っている。光ファイバを介してデータを
送るためのいくつかのアプローチには、光導波路コンバ
イナ又はスプリッタの利用が含まれる。光導波路は、光
のような伝搬する電磁波を閉じ込めて、導く材料媒体で
ある。導波路の例としては、光ファイバ又は平面光波回
路（ＰＬＣ）等が含まれる。典型的な光ファイバは、直
径１２５ミクロンとすることが可能である。通信産業で
利用される場合、光ファイバは、外部誘電体材料によっ
て包囲された内部誘電体材料を含む伝送ラインとして用
いられる。外部誘電体材料の例には、内部誘電体材料よ
り屈折率の低い空気、ガラス、プラスチック、又は、任
意の誘電体材料が含まれている。電磁波は、内部誘電体
材料と外部誘電体材料との屈折率の差によって導かれ
て、導波路に閉じ込められることになる。電磁波は、導
波路の外側表面、又は、導波路内の表面からの屈折又は
反射によって閉じ込められる。導波路コンバイナは、一
般に、複数導波路又は光ファイバを用いて、組み合わ
せ、Ｓ字状湾曲部及びＹ接合部を利用して、一般に２段
階以上かけて、例えば、単一光ファイバのような出力導
波路が形成されるようにする。典型的なスプリッタは、
単一導波路を複数導波路に分割することによって、上記
プロセスの逆を行う。

【０００３】ある特定の誘電体導波路プロセスについて
は（即ち、クラッディング屈折率、コア屈折率、コア寸
法、Ｓ字状湾曲部の機能形状）、損失が許容できなくな
る前にできることは、デバイスの水平方向サイズを非常
に小さくすることだけである。即ち、湾曲部の半径があ
まりに小さくなると、コアによって導かれるパワーの一
部が、導波路から放射され、失われる。既知のように、
湾曲部の半径縮小を可能にするには、コアのサイズを変
更することもできるし、或いは、コアとクラッディング
の屈折率の差を増すことも可能である。

【０００４】従って、本発明は、比較的小型にして良好
な特性を有する、誘電体導波路により成る光学スプリッ
タ／コンバイナを提供することをその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】導波路プロセスの幾何学
形状を修正して、光学スプリッタ／コンバイナを短縮
し、なおかつ、許容可能な低損失を維持することが可能
である。コンバイナのＹブランチを修正して、出力が傾
斜するようにすることも可能である。従って、完全なＳ
字状湾曲部は、その入力セグメントの必要な構成要素で
はない。完全なＳ字状湾曲部は、結果として、光学スプ
リッタ／コンバイナに余分な長さが生じるので、回避す
るのが望ましい。本発明の光学スプリッタ／コンバイナ
は、少なくとも第１の入力／出力セグメント、第２の入
力／出力セグメント、第３の入力／出力セグメント、及
び、第４の入力／出力セグメントを備えた分割端、即
ち、入力／出力端を備えている。光学スプリッタ／コン
バイナは、第１の入力／出力セグメントと第２の入力／
出力セグメントを結合する上方の第１段接合部を備えて
いる。第１の入力／出力セグメントと第２の入力／出力
セグメントは、上方の第１段二等分線を形成している。
下方の第１段接合部は、第３の入力／出力セグメントと
第４の入力／出力セグメントを結合して、下方の第１段
二等分線を形成している。第３の入力／出力セグメント
と第４の入力／出力セグメントは、下方の第１段二等分
線を形成している。上方の中間セグメントは、上方の第
１段接合部とつながっている。下方の中間セグメント
は、下方の第１段接合部とつながっている。第２段接合
部は、上方の中間セグメントと下方の中間セグメントを
結合して、単一入力／出力セグメントを形成している。
上方の中間セグメントと下方の中間セグメントは、第２
段二等分線を形成している。上方の第１段二等分線と下
方の第１段二等分線は、角度が第２段二等分線からオフ
セットしている。角度がオフセットした二等分線を用い
る結果、光学スプリッタ／コンバイナの長さが短縮され
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明の好適実施形態となる光学スプリッタ／コンバイナ
及びその製造方法について詳細に説明する。尚、説明の
便宜上、以下では、従来技術の説明も含み、それらとの
比較において本発明の好適実施形態について説明する。
図１（ａ）を参照すると、本発明に利用可能な典型的な
導波路又は光ファイバ１０は、シリカ・ベースのガラ
ス、プラスチック、ニオブ酸リチウム、他の材料、又
は、リン化インジウムのような半導体材料から構成する
ことが可能なコア１２から構成されている。コア１２
は、一般に、クラッディング１４によって包囲されてい
る。クラッディング１４は、空気、ガラス、プラスチッ
ク、又は、内部誘電体材料より屈折率の低い任意の誘電
体材料から造ることが可能である。クラッディング１４
は、一般に、ポリマ・オーバコート１６によって包囲さ
れている。使用時、光導波路又は光ファイバ１０は、さ
まざまな用途に合わせて組み合わせるか、又は、分割す
ることが必要になる可能性がある。

【０００７】次に、図１（ｂ）を参照すると、本発明の
実施態様である導波路スプリッタ／コンバイナ又は平面
光波回路（ＰＬＣ）１８が示されている。角度は、場合
によっては一定の比率で示されていないこともある。Ｐ
ＬＣ１８は、ＰＬＣ１８のクラッディング層２０を形成
する基板を備えたモノリシック構造である。導波路コア
層２２を用いて、導波路２４、２６、２８、及び、３０
が形成され、これらを組み合わせて、単一導波路３２が
形成される。

【０００８】次に、図２を参照すると、先行技術による
光学スプリッタ／コンバイナ又はＹブランチ１００が示
されている。援用によって組込まれ、Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅ
ｔｔ．Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２５，ｐｐ．１７１２−１
７１３のＬｏｗ−ＬｏｓｓＹ−Ｂｒａｎｃｈ Ｐｏｗｅ
ｒ Ｄｉｖｉｄｅｒｓと題するＧ．Ｂｏｇｅｒｔ及び
Ｙ．Ｃｈｅｎによる論文には、光学スプリッタ／コンバ
イナ１００の一例について記載がある。典型的な光学ス
プリッタ／コンバイナ１００は、光学スプリッタ／コン
バイナ１００のどちらの端部が入力端として利用される
かに従って、コンバイナ又はスプリッタとして利用する
ことが可能になる。光学スプリッタ／コンバイナ１００
は、第１の入力／出力セグメント１０４が設けられた分
割端１０２を備えている。入力／出力セグメント１０４
は、末端部１０６を備えている。分割端部１０２は、更
に、第２の入力／出力セグメント１０８を備えている。
第２の入力／出力セグメント１０８も末端部１１０を備
えている。光学スプリッタ／コンバイナ１００は、高さ
が２ｈで、長さがＬである。第１の入力／出力セグメン
ト１０４及び第２の入力／出力セグメント１０８は、接
合部１１２において互いに結合している。光学スプリッ
タ／コンバイナ１００は、二等分線１１４を形成してい
る。図２に示すように、セグメント１０４と１０８を結
合する接合部１１２の右側に、組み合わせ端部１１６が
形成されている。組み合わせ端部１１６は、接合部１１
２につながった単一入力／出力セグメント１１８を備え
ている。

【０００９】更に図２を参照すると、第１の入力／出力
セグメント１０４と第２の入力／出力セグメント１０８
の間の特定の垂直間隔が２ｈの場合、光学スプリッタ／
コンバイナ１００が、特定の導波路実施例に関する最短
長Ｌを超えなければならないか、或いは、セグメント１
０４及び１０８の曲率が極端すぎるため、導波路からの
パワー損失量が許容できなくなる。結果として、許容さ
れる導波路損失を生じるように構成された光学スプリッ
タ／コンバイナ１００の一例は、隆起正弦湾曲部の形状
を呈する曲率を有する、第１の入力／出力セグメント１
０４と、第２の入力／出力セグメント１０８を備えてい
る。隆起正弦湾曲部の配向は、下記の方程式によって表
すことが可能である： ｘ＝（ｈｚ／Ｌ）−（（ｈ／２π）ｓｉｎ（２πｚ／
Ｌ）） ここで、 ｘ＝中心線又は二等分線１１４から曲線までの距離、 ｚ＝中心線又は二等分線１１４に沿った距離、 ｈ＝中心線又は二等分線１１４から測定された、分割端
１０２の入力／出力における高さ、 Ｌ＝分割端１０２から組み合わせ端１１６までの水平距
離（Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．７ｔｈ Ｄｅｃ．１９８
９，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２５の「Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ
Ｙ−Ｂｒａｎｃｈ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｉｄｅｒｓ」を
参照されたい）。

【００１０】第１の入力／出力セグメント１０４及び第
２の入力／出力セグメント１０８のＳ字状湾曲部に関す
る曲率の一例が、３．２４ｍｍであるが、これは、コア
の屈折率がクラッディング材料より０．７５％高い場
合、方形導波路に関して許容できる損失を示す。

【００１１】次に図３を参照すると、図２に関して既述
の構造を繰り返すことによって、４入力光導波路又は光
学スプリッタ／コンバイナ２００を開発することが可能
である。ここでは、「４入力」という用語が用いられて
いるが、光学スプリッタ／コンバイナ２００は、４出力
光導波路としても利用可能であると理解すべきである。
４入力光学スプリッタ／コンバイナ２００は、４つの入
力／出力セグメント２０４、２０６、２０８、及び、２
１０を備えた分割端２０２を備えており、ここで、４つ
の入力／出力セグメントは、第１の入力／出力セグメン
ト２０４、第２の入力／出力セグメント２０６、第３の
入力／出力セグメント２０８、及び、第４の入力／出力
セグメント２１０から構成されている。第１の入力／出
力セグメント２０４及び第２の入力／出力セグメント２
０６は、上方の第１段接合部２１２において結合してい
る。第１の入力／出力セグメント２０４及び第２の入力
／出力セグメント２０６は、上方の第１段二等分線２１
４を形成している。第４の入力／出力セグメント２１０
及び第３の入力／出力セグメント２０８は、下方の第１
段接合部２１６において結合している。第３の入力／出
力セグメント２０８及び第４の入力／出力セグメント２
１０は、下方の第１段二等分線２１８を形成している。
上方の中間セグメント２２０は、上方の第１段接合部２
１２につながっている。下方の中間セグメント２２２
は、下方の第１段接合部２１６につながっている。上方
の中間セグメント２２０及び下方の中間セグメント２２
２は、第２段接合部２２４において結合している。上方
の中間セグメント２２０及び下方の中間セグメント２２
２は、第２段二等分線又は中心線２２６を形成してい
る。組み合わせ端２２８は、第２段接合部２２４につな
がる単一入力／出力セグメント２３０を備えている。留
意すべきは、図３に示す光学スプリッタ／コンバイナ２
００のような先行技術の場合、上方の第１段二等分線２
１４及び下方の第１段二等分線２１８は、互いに、及
び、第２段二等分線又は中心線２２６に対して平行であ
るという点である。アーム２２０、２２２間の垂直距離
が増したので、長さＬ_２が、第２段接合部において必然
的に増すことにも留意されたい。

【００１２】次に、図４を参照すると、入力光導波路又
は光学スプリッタ／コンバイナ３００が示されている。
ここでは、「４入力」という用語が用いられているが、
光学スプリッタ／コンバイナ３００は、４出力光導波路
としても利用可能であると理解すべきである。４入力光
学スプリッタ／コンバイナ３００は、４つの入力／出力
セグメント３０４、３０６、３０８、及び、３１０を備
えた分割端３０２を備えており、ここで、４つの入力／
出力セグメントは、第１の入力／出力セグメント３０
４、第２の入力／出力セグメント３０６、第３の入力／
出力セグメント３０８、及び、第４の入力／出力セグメ
ント３１０から構成されている。第１の入力／出力セグ
メント３０４及び第２の入力／出力セグメント３０６
は、上方の第１段接合部３１２において結合している。
第１の入力／出力セグメント３０４及び第２の入力／出
力セグメント３０６は、図４に示すように、上方の第１
段接合部３１２の直前の領域において水平である。第１
の入力／出力セグメント３０４及び第２の入力／出力セ
グメント３０６は、上方の第１段接合部３１２の直前の
領域において、セグメント３０４及び３０６に対して平
行な上方の第１段二等分線（不図示）を形成している。
第４の入力／出力セグメント３１０及び第３の入力／出
力セグメント３０８は、下方の第１段接合部３１６にお
いて結合している。第３の入力／出力セグメント３０８
及び第４の入力／出力セグメント３１０は、下方の第１
段接合部３１６において結合している。第３の入力／出
力セグメント３０８及び第４の入力／出力セグメント３
１０は、下方の第１段接合部３１６の直前の領域におい
て、セグメント３０８及び３１０に対して平行な下方の
第１段二等分線（不図示）を形成している。上方の中間
セグメント３２０は、上方の第１段接合部３１２につな
がっている。下方の中間セグメント３２２は、下方の第
１段接合部３１６につながっている。上方の中間セグメ
ント３２０及び下方の中間セグメント３２２は、第２段
接合部３２４において結合している。上方の中間セグメ
ント３２０及び下方の中間セグメント３２２は、第２段
二等分線又は中心線３２６を形成している。組み合わせ
端３２８は、第２段接合部３２４につながる単一入力／
出力セグメント３３０を備えている。留意すべきは、図
４に示す光学スプリッタ／コンバイナ３００のような先
行技術の場合、上方の第１段二等分線（不図示）及び下
方の第１段二等分線（不図示）は、互いに、及び、第２
段二等分線又は中心線３２６に対して平行であるという
点である。

【００１３】第１の入力／出力セグメント３０４、第２
の入力／出力セグメント３０６、第３の入力／出力セグ
メント３０８、第４の入力／出力セグメント３１０は、
水平方向に、即ち、上方の第１段二等分線及び下方の第
１段二等分線と、第２段二等分線３２６に対して平行に
始まって、終わる、Ｓ字状湾曲部である。光学スプリッ
タ／コンバイナ３００の長さは、湾曲部における最大曲
率によって制限される。

【００１４】図５には、本発明の光学スプリッタ／コン
バイナ４００の望ましい実施態様が示されている。光学
スプリッタ／コンバイナ４００の分割端４０２は、４つ
の入力／出力セグメント４０４、４０６、４０９、４１
２を備えている。セグメント４０４、４０６、４０９、
及び、４１２における光学コアのサイズの一例は、４．
８ミクロンである。この各光導波路の中心間の最短間隔
は、一般に、１２５ミクロン、又は、分割端に結合され
た光ファイバの直径であるが、他の寸法も可能である。
例えば、リボン・ケーブル・システムに関する工業規格
では、間隔が２５０ミクロンである。入力／出力セグメ
ントは、第１の入力／出力セグメント４０４、上方セグ
メント４０８及び片側隆起正弦湾曲部４０７を備えた第
２の入力／出力セグメント４０６、下方セグメント４１
１及び片側隆起正弦湾曲部又は下方セグメント４１０を
備えた第３の入力／出力セグメント４０９、及び、第４
の入力／出力セグメント４１２である。第１の入力／出
力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４
０６の下方セグメント４０７は、上方の第１段接合部４
１３において結合している。下方セグメント４０７は、
上方の第１段接合部４１３の下方の片側である。第１の
入力／出力セグメント４０４及び第２の入力／出力セグ
メント４０６は、上方の第１段二等分線４１４を形成し
ている。

【００１５】上記では、「４入力／出力」光導波路又は
光学スプリッタ／コンバイナが示されているが、光学ス
プリッタ／コンバイナ３００の上方片側と下方片側か
ら、「２入力／出力」光導波路又は光学スプリッタ／コ
ンバイナを形成することも可能である。更に、図４に示
す４入力の１つを除去することによって、「３入力」を
形成することも可能である。最後に、光学スプリッタ／
コンバイナ３００又はその任意の部分は、より大規模な
光学スプリッタ／コンバイナ・システムの一部として利
用することが可能である。

【００１６】第４の入力／出力セグメント４１２及び第
３の入力／出力セグメント４０９の下方セグメント４１
０は、下方の第１段接合部４１６において結合する。第
３の入力／出力セグメント４０９及び第４の入力／出力
セグメント４１２は、下方の第１段二等分線４１８を形
成している。上方の中間セクション４２０は、上方の第
１段接合部４１３につながっている。下方の中間セグメ
ント４２２は、下方の第１段接合部４１６につながって
いる。下方セグメント４１１は、下方の第１段接合部４
１６の上方片側である。上方の中間セグメント４２０及
び下方の中間セグメント４２２は、第２段接合部４２４
で結合している。上方の中間セグメント４２０及び下方
の中間セグメント４２２は、第２段二等分線４２６を形
成している。

【００１７】光学スプリッタ／コンバイナ４００は、単
一入力／出力セグメント４３０が設けられた組み合わせ
端４２８を備えている。入力／出力セグメント４３０
は、第２段接合部４２４につながっている。上方の第１
段二等分線４１４及び下方の第１段二等分線４１８は、
第２段二等分線又は中心線４２６から角度がオフセット
している。光学スプリッタ／コンバイナ３００の上方又
は下方の片側から形成される２入力／出力光導波路の場
合、中心線４２６は、基準線と呼ばれる。前記第１段二
等分線と前記中心線との望ましいオフセット角は、少な
くとも５゜である。同様に、前記第２段二等分線と前記
中心線の望ましいオフセット角は、少なくとも５゜であ
る。

【００１８】第１の入力／出力セグメント４０４及び上
方の中間セグメント４２０が、滑らかな曲線を形成して
いる。同様に、第４の入力／出力セグメント４１２及び
下方の中間セグメント４２２も、滑らかな曲線を形成し
ている。典型的な曲線は、最小曲率半径が３．２４ｍｍ
である。この曲線は、一般に、それぞれ、下記方程式に
よって表される形を備えた片側隆起正弦湾曲部である、
いくつかのセグメントから構成されている： ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／
Ｌ）］））） ここで、例えば： ｘ＝中心線又は第２段二等分線４２６からの曲線４２０
の距離、 ｚ＝中心線又は第２段二等分線４２６に沿った距離、 ｈ＝中心線又は第２段二等分線４２６から測定された分
割端４０２の入力／出力における高さ、 Ｌ＝ｚの最大値、即ち、ｚ＝０及びｚ＝Ｌがセグメント
の両端である。

【００１９】次に、図６を参照すると、入力／出力セグ
メント４０４及び４１２の末端から第２段二等分線４２
６までの経路を構成する曲線が、３つの部分から構成さ
れている。３つの部分には、中心線又は第２段二等分線
４２６に向かって進む導波路を開始する最初の片側隆起
正弦湾曲部Ａ_１又は上方の片側隆起正弦湾曲部が含まれ
ている。第２の部分は、Ａ_２で表示の遷移セグメントか
ら構成される小さい対称性Ｙ接合部４１３である。小さ
い対称性Ｙ接合部４１３は、第１の入力／出力セグメン
ト４０４に結合する滑らかな曲線と、上方セグメント４
０７から成る２つの片側隆起正弦湾曲部Ａ_２、Ａ_２’か
ら構成されている。更に、上方の中間セグメント４２０
は、中心線４２６に向かって延び、中心線４２６にほぼ
達すると同時に曲がって、水平即ち中心線４２６に対し
て平行になる片側正弦湾曲部Ａ_３から構成されている。
更に、Ａ_１、Ａ_２、及び、Ａ_３の勾配は、３つの曲線が
交わる位置で整合している。

【００２０】片側隆起正弦湾曲部Ａ_１は、２つの未知数
ｈ及びＬを持つ上述の方程式によって定義される。未知
数の１つは、この場合、Ｃ_ｍａｘ＝πｈ／Ｌ^２によって
表される最大曲率（Ｃ_ｍａｘ）から計算することが可能
である。対称性Ｙ接合部Ａ_２、Ａ_２’は、二等分線の角
度が未知数であるが、Ａ_１に関するパラメータが指定さ
れると、求めることが可能になる方程式によって定義さ
れる。一例として、上述の方程式は、Ｃ_ｍａｘが与えら
れ、ｈが適切に小さい値であれば、解決することが可能
である、即ち、Ｃ_ｍａｘが与えられ、ｈが妥当な値にな
るように選択することができれば、全ての係数が得られ
る。Ａ_２の傾斜が求められると、Ａ_３の開始角が分か
り、これによって、Ａ_３のサイズ及び形状を計算するこ
とが可能になる。上述の例の場合、光学スプリッタ／コ
ンバイナ４００の全高は、０．３７５ｍｍである。

【００２１】更に図６を参照すると、上述の、図５に示
す光学スプリッタ／コンバイナ４００を構成する方法に
は、片側隆起正弦湾曲部Ａ_１の高さ（ｈ）を推定するス
テップが含まれている。従って、初期推量値ｈが得られ
ると、上方部分の高さが計算される。その結果が３．７
５を超えると、ｈが短縮され、計算が繰り返される。必
要があれば、即ち、光学スプリッタ／コンバイナ４００
の全高が、指定の設計制約を超えると、光学スプリッタ
／コンバイナ４００の全高と設計制約との所望の差、例
えば、０．３７５ｍｍに達するまで、片側隆起正弦湾曲
部Ａ_１の高さを再推定すべきである。上述の推定及び計
算ステップの結果は、所望の最大二次微分係数を備え、
それらが交わる位置でその勾配が整合する、一連の３つ
の片側隆起正弦湾曲部Ａ_１、Ａ_２、及び、Ａ_３が望まし
い。

【００２２】次に図７を参照すると、必要があれば、セ
グメントＡ_１とセグメントＡ_２の間に、直線のセグメン
トＡ_５を挿入することが可能である。即ち、導波路間の
所定の間隔が得られると、直線の間隔セグメントが必要
になる可能性がある。次に、上述の推定ステップ、並び
に、計算ステップ及び判定ステップを反復して、Ａ_１、
Ａ_２、及び、Ａ_３に関するパラメータを求めるべきであ
る。片側隆起正弦湾曲部Ａ_４のパラメータを計算して、
上方セグメント４０７（Ａ_２）の末端が、中心線４２６
から所望の高さ又は距離にくるようにするのが望まし
い。この時点において、Ａ_４の半径が必要とされる最小
値未満でないことを検証すべきである。次に、水平セグ
メントＡ_ＨをＡ_４の末端に付加することが可能である。
セグメントＡ_Ｈを延長して、セグメントＡ_１の末端の直
下に終端がくるようにするのが望ましい。所望の設計基
準が満たされると、上記構造が、中心線４２６のまわり
に再現され、上述の構造に付加すると、図５に示す、２
段のＹブランチから４：１ディバイダ／コンバイナを構
成する、導波路セグメントの集合体を形成することが可
能になる。

【００２３】本明細書には、本発明の特定の実施態様が
示されているが、当業者には明らかなように、本発明
は、そうした制限を受けるものではなく、本発明の範囲
を逸脱することなく、さまざまな変更が可能である。

【００２４】上述の好適実施形態から理解されるよう
に、本発明は、少なくとも第１段及び第２段を含む複数
段のそれぞれで一対に分枝されて第１段よりも多くの光
導波路枝を第２段で形成して成る光導波路を備える光学
スプリッタ／コンバイナであって、前記第１段で分枝さ
れる導波路枝の二等分線と、前記第２段で分枝される導
波路枝の二等分線とは、方向が相違するように設定され
ることを特徴とする光学スプリッタ／コンバイナを提供
する。

【００２５】換言すれば、本発明は、組み合わせ端から
分割端までの間に設けられる複数段のそれぞれにおいて
一つの枝が一対に分岐されて構成される光導波路を含む
光学スプリッタ／コンバイナであって、該複数段のうち
の一つの段で分岐される導波路枝の二等分線の方向は、
他の一つの段で分岐される導波路枝の二等分線の方向と
相違するよう設定されることを特徴とする光学スプリッ
タ／コンバイナを提供するものである。

【００２６】即ち、組合わせ端では直線的に延びる単一
の導波路であるものを、最初の段で２つに分岐し、更に
その後の段でも更なる分岐を行う。この際に、後段の分
岐における分岐された導波路の二等分線は、最初の段に
おける分岐の二等分線に対して傾斜した方向を向くもの
とされる。

【００２７】即ち、本発明を上述の実施形態に即して説
明すると、本発明は、光学スプリッタ／コンバイナ４０
０であって、少なくとも第１の入力／出力セグメント４
０４、第２の入力／出力セグメント４０６、第３の入力
／出力セグメント４０９、及び、第４の入力／出力セグ
メント４１２を備える分割端４０２と、前記第１の入力
／出力セグメント４０４と前記第２の入力／出力セグメ
ント４０６を結合する上方の第１段接合部４１３が含ま
れており、前記第１の入力／出力セグメント４０４及び
前記第２の入力／出力セグメント４０６によって、上方
の第１段二等分線４１４が形成されることと、前記第３
の入力／出力セグメント４０９と前記第４の入力／出力
セグメント４１２を結合する下方の第１段接合部４１６
が含まれており、前記第３の入力／出力セグメント４０
９及び前記第４の入力／出力セグメント４１２によっ
て、下方の第１段二等分線４１８が形成されることと、
前記上方の第１段接合部４１３につながっている上方の
中間セグメント４２０と、前記下方の第１段接合部４１
６につながっている下方の中間セグメント４２２と、前
記上方の中間セグメント４２０及び前記下方の中間セグ
メント４２２を結合して、単一入力／出力セグメント４
３０を形成する第２段接合部４２４が含まれており、前
記上方の中間セグメント４２０及び前記下方の中間セグ
メント４２２によって、第２段二等分線４２６が形成さ
れることと、前記上方の第１段二等分線４１４及び前記
下方の第１段二等分線４１８の角度が、前記第２段二等
分線４２６からオフセットしていることを特徴とする、
光学スプリッタ／コンバイナを提供する。

【００２８】好ましくは、前記第２の入力／出力セグメ
ント４０６に、上部セグメント４０７と、片側隆起正弦
湾曲部が含まれる。

【００２９】好ましくは、前記第２の入力／出力セグメ
ント４０６の前記上部セグメント４０７は、前記上方の
第１段接合部４１３の一部である。

【００３０】好ましくは、前記第３の入力／出力セグメ
ント４０９に、下方セグメント４１０と、片側隆起正弦
湾曲部が含まれる。

【００３１】好ましくは、前記第３の入力／出力セグメ
ント４０９の前記下方セグメント４１０は、前記下方の
第１段接合部４１６の一部である。

【００３２】好ましくは、前記第２段二等分線４２６
は、前記光学スプリッタ／コンバイナ４００の中心線で
ある。

【００３３】好ましくは、前記第１の入力／出力セグメ
ント４０４及び前記上方中間セグメント４２０は、滑ら
かな曲線を形成する。

【００３４】好ましくは、前記第１の入力／出力セグメ
ント４０４及び前記第４の入力／出力セグメント４１２
が、隆起正弦湾曲部であることと、前記隆起正弦湾曲部
が、 方程式：ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π
（ｚ／Ｌ）］））） によって表され、ここで、 ｘ＝前記第２段二等分線４２６から前記第１及び第４の
セグメントの一方までの距離、 ｚ＝前記第２段二等分線４２６に沿った距離、 ｈ＝前記第２段二等分線４２６から測定した前記第１と
第４のセグメントの一方の入力における高さ、 Ｌ＝前記第１の入力／出力セグメント４０４及び前記第
４の入力／出力セグメント４１２の長さである。

【００３５】好ましくは、前記第２段二等分線４２６が
中心線である。

【００３６】好ましくは、前記曲線が、前記第２段二等
分線４２６に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲
部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備え
たＹ接合部、及び、前記第２段二等分線４２６と交差す
る時、ほぼ水平になるように曲がる、中間片側隆起正弦
湾曲部からなる、３つの部分から構成されている。

【００３７】好ましくは、前記Ｙ接合部が対称性であ
る。

【００３８】好ましくは、前記部分が、それぞれ、中心
線に対してある勾配を有する、前記最初の片側隆起正弦
湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間
片側正弦湾曲部から構成されることと、前記最初の片側
隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、
前記中間片側正弦湾曲部の勾配が、前記最初の片側隆起
正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記
中間片側正弦湾曲部が交差する位置で整合している。

【００３９】好ましくは、前記最初の片側隆起正弦湾曲
部が、２つの未知数を有する方程式によって定義され
る。

【００４０】好ましくは、前記Ｙ接合部が、角度が未知
数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパ
ラメータが指定されると、求めることが可能になる方程
式によって定義される。

【００４１】好ましくは、前記Ｙ接合部の前記外側部分
の傾斜が求められると、前記中間片側隆起正弦湾曲部の
開始角度が分かるので、前記中間片側隆起正弦湾曲部の
サイズ及び形状を計算することが可能になる。

【００４２】好ましくは、前記オフセット角が少なくと
も５゜である。

【００４３】前記光学スプリッタ／コンバイナがモノリ
シック構造を成す。

【００４４】更に本発明は、光学スプリッタ／コンバイ
ナ４０を構成する方法であって、最初の片側隆起正弦湾
曲部の高さを推定するステップと、前記光学スプリッタ
／コンバイナ４００の全高を計算するステップと、前記
光学スプリッタ／コンバイナ４００の全高が、選択され
たパラメータ未満か否かを判定するステップと、前記光
学スプリッタ／コンバイナ４００の全高と前記選択され
たパラメータの所望の差に達するまで、前記最初の片側
隆起正弦湾曲部の前記高さを再推定し、前記全高を再計
算するステップが含まれており、前記推定及び計算ステ
ップの結果、一連のつながった３つの片側隆起正弦湾曲
部が得られるが、前記湾曲部は、所望の最大二次微分係
数を備え、また、それらが交わることになる位置で勾配
が整合していることを特徴とする方法を提供する。

【００４５】好ましくは、前記つながった３つの片側隆
起正弦湾曲部に、前記第２段二等分線４２６に向かって
曲がった最初の片側隆起正弦湾曲部、片側隆起正弦湾曲
部から構成される外側部分を備えたＹ接合部、及び、前
記第２段二等分線４２６と交差する位置で、前記第２段
二等分線４２６に対して平行になる中間片側隆起正弦湾
曲部からなる。

【００４６】好ましくは、更に、前記最初の片側隆起正
弦湾曲部と前記Ｙ接合部の間に直線セグメントを追加す
るステップと、前記推定ステップ、前記計算ステップ、
及び、前記判定ステップを繰り返して、前記最初の片側
隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部、及び、前記中間片側正
弦湾曲部に関するパラメータを求めるステップが含まれ
る。

【００４７】好ましくは、更に、前記Ｙ接合部の内側セ
グメントの末端部につながり、第２段接合部４２４から
所望の距離に終端がくる追加片側隆起正弦湾曲部のパラ
メータを計算するステップが含まれる。

【００４８】好ましくは、更に、前記追加片側隆起正弦
湾曲部の半径が必要な最小値未満でないか検証するステ
ップと、前記追加片側隆起正弦湾曲部の端部に水平セグ
メントを追加するステップと、水平セグメントを延長し
て、前記最初の片側隆起正弦湾曲部の端部のすぐ下方に
終端がくるようにするステップが含まれる。

【００４９】更に、本発明は、光学スプリッタ／コンバ
イナ４００を構成する方法であって、中心線のまわりに
示されたもとの構造をコピーするステップと、前記もと
の構造にコピーした構造を追加して、２段のＹブランチ
から４：１コンバイナを構成するように、まとめられ
た、導波路セグメントの集合体を形成するステップが含
まれている方法を提供する。

【００５０】更に、本発明は、光学スプリッタ／コンバ
イナ４００を利用した光学系であって、前記スプリッタ
／コンバイナ４００に、少なくとも第１の入力／出力セ
グメント４０４及び第２の入力／出力セグメント４０６
を備えた分割端４０２と、前記第１の入力／出力セグメ
ント４０４とつながった上方の最初の片側隆起正弦湾曲
部と、前記第２の入力／出力セグメント４０６とつなが
った下方の最初の片側隆起正弦湾曲部と、前記上方の最
初の片側隆起正弦湾曲部とつながった上方遷移片側隆起
正弦湾曲部と、前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部と
つながった下方遷移片側隆起正弦湾曲部と、前記上方遷
移片側隆起正弦湾曲部とつながった上方の中間片側隆起
正弦湾曲部と、前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部とつな
がった下方の中間片側隆起正弦湾曲部と、前記下方の中
間片側隆起正弦湾曲部と前記上方の中間片側隆起正弦湾
曲部の組み合わせ端部を結合して、単一入力／出力セグ
メントを形成する接合部が含まれていることを特徴とす
る光学系を提供する。

【００５１】好ましくは、前記下方の最初の片側隆起正
弦湾曲部と前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部の間に配置
された直線セグメントが含まれる。

【００５２】好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正
弦湾曲部と前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部の間に配置
された直線セグメントが含まれる。

【００５３】好ましくは、前記上方遷移片側隆起正弦湾
曲部に、上方Ｙ接合部の上方の片側が含まれる。

【００５４】好ましくは、前記上方Ｙ接合部が対称性で
ある。

【００５５】好ましくは、前記下方遷移片側隆起正弦湾
曲部に、下方Ｙ接合部の下方の片側が含まれる。

【００５６】好ましくは、前記下方Ｙ接合部が対称性で
ある。

【００５７】好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正
弦湾曲部、前記上方遷移片側隆起正弦湾曲部、前記上方
の中間片側隆起正弦湾曲部、前記下方の最初の片側隆起
正弦湾曲部、前記下方遷移片側隆起正弦湾曲部、前記下
方の中間片側隆起正弦湾曲部が、方程式： ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／
Ｌ）］））） によって表され、ここで、 ｘ＝中心線から前記曲線の一方までの距離、 ｚ＝前記中心線に沿った距離、 ｈ＝前記中心線から測定される入力における高さ、 Ｌ＝前記入力から前記接合部までの長さ である。

【００５８】好ましくは、前記上方の最初の片側隆起正
弦湾曲部及び前記下方の最初の片側隆起正弦湾曲部の少
なくとも一方が、２つの未知数を備える方程式によって
定義される。

【００５９】好ましくは、前記上方Ｙ接合部が、角度が
未知数であるが、前記上方の最初の片側隆起正弦湾曲部
に関するパラメータが指定されると、求めることが可能
になる方程式によって定義される。

【００６０】好ましくは、前記下方Ｙ接合部が、角度が
未知数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関す
るパラメータが指定されると、求めることが可能になる
方程式によって定義される。

【００６１】好ましくは、前記上方Ｙ接合部の前記上方
片側部分の傾斜が求められると、前記上方の中間片側隆
起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記上方の中間
片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが
可能になる。

【００６２】好ましくは、前記下方Ｙ接合部の前記下方
片側部分の傾斜が求められると、前記下方の中間片側隆
起正弦湾曲部の開始角度が分かるので、前記下方の中間
片側隆起正弦湾曲部のサイズ及び形状を計算することが
可能になる。

【００６３】更に本発明は、光学スプリッタ／コンバイ
ナであって、少なくとも第１の入力／出力セグメント４
０４及び第２の入力／出力セグメント４０６を備えた分
割端部４０２と、前記第１の入力／出力セグメント４０
４と前記第２の入力／出力セグメント４０６を結合する
上方の第１段接合部４１３が含まれており、前記第１の
入力／出力セグメント４０４及び前記第２の入力／出力
セグメント４０６によって、上方の第１段二等分線４１
４が形成されることと、第１の端部が前記上方の第１段
接合部４１３につながっており、第２の端部が入力／出
力セグメントにつながっている上方の中間セグメント４
２０が含まれており、前記上方の中間セグメント４２０
の前記第２の端部における前記入力／出力セグメント
が、前記入力／出力セグメントと前記第２の中間セグメ
ントの交差点においてある配向をなすことと、前記上方
の第１段二等分線４１４の角度が、前記上方の中間セグ
メント４２０の前記第２の端部において前記入力／出力
セグメントの配向からオフセットしている。

【００６４】好ましくは、前記第２の入力／出力セグメ
ント４０６に、上方セグメント４０７と片側隆起正弦湾
曲部が含まれる。

【００６５】好ましくは、前記第２の入力／出力セグメ
ント４０６の前記上方セグメント４０７が、前記上方の
第１段接合部４１３の一部である。

【００６６】好ましくは、前記第１の入力／出力セグメ
ント４０４及び上方の中間セグメント４２０が、滑らか
な曲線を形成する。

【００６７】好ましくは、前記第１の入力／出力セグメ
ント４０４が、隆起正弦湾曲部であることと、前記隆起
正弦湾曲部が、方程式： ｘ＝ｈ（ｚ／Ｌ−（（１／π）（ｓｉｎ［π（ｚ／
Ｌ）］））） によって表され、ここで、 ｘ＝基準線から前記第１のセグメントまでの距離であ
り、前記上方の中間セグメント４２０の前記第２の端部
において、前記基準線と前記入力／出力セグメントの前
記配向とのアライメントがとれる、 ｚ＝前記第２段二等分線４２６に沿った距離、 ｈ＝前記基準線から測定される前記第１のセグメントの
入力における高さ、 Ｌ＝前記第１の入力／出力セグメント４０４の長さであ
る。

【００６８】好ましくは、前記曲線が、前記第２段二等
分線４２６に向かって曲がった最初の片側隆起正弦湾曲
部、片側隆起正弦湾曲部から構成される外側部分を備え
たＹ接合部、及び、前記第２段二等分線４２６と交差す
る時、ほぼ水平になるように曲がる、中間片側隆起正弦
湾曲部からなる、３つの部分から構成されている。

【００６９】好ましくは、前記Ｙ接合部が対称性であ
る。

【００７０】好ましくは、前記部分が、それぞれ、中心
線に対してある勾配を有する、前記最初の片側隆起正弦
湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記中間
片側正弦湾曲部から構成されることと、前記最初の片側
隆起正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、
前記中間片側正弦湾曲部の勾配が、前記最初の片側隆起
正弦湾曲部、前記Ｙ接合部の前記外側部分、及び、前記
中間片側正弦湾曲部が交差する位置で整合している。

【００７１】好ましくは、前記最初の片側隆起正弦湾曲
部が、２つの未知数を有する方程式によって定義され
る。

【００７２】好ましくは、前記Ｙ接合部が、角度が未知
数であるが、前記最初の片側隆起正弦湾曲部に関するパ
ラメータが指定されると、求めることが可能になる方程
式によって定義される。

【００７３】好ましくは、前記Ｙ接合部の前記外側部分
の傾斜が求められると、前記中間片側隆起正弦湾曲部の
開始角度が分かるので、前記中間片側隆起正弦湾曲部の
サイズ及び形状を計算することが可能になる。

【００７４】好ましくは、前記オフセット角が少なくと
も５゜である。

【００７５】好ましくは、前記光学スプリッタ／コンバ
イナ４００がモノリシック構造をなす。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、典型的な光導波路又は光ファイバの
部分切り取り透視図、（ｂ）は、点線で導波路を示す、
典型的な光導波路コンバイナ又は平面光波回路の透視図
である。

【図２】先行技術による光学スプリッタ／コンバイナの
図である。

【図３】先行技術による４入力導波路の図である。

【図４】先行技術による他の１つの型の４入力導波路の
図である。

【図５】本発明の光学スプリッタ／コンバイナの実施態
様の１つに関する図である。

【図６】図５の光学スプリッタ／コンバイナの構造に用
いることが可能な片側隆起正弦湾曲部を示す図である。

【図７】図５の光学スプリッタ／コンバイナの構造に用
いることが可能な片側隆起正弦湾曲部のもう１つの構成
を示す図である。

【符号の説明】

４００ 光学スプリッタ／コンバイナ ４０４ 第１の入力／出力セグメント ４０６ 第２の入力／出力セグメント ４０９ 第３の入力／出力セグメント ４１０ 下方セグメント ４１２ 第４の入力／出力セグメント ４１３ 上方の第１段接合部 ４１４ 上方の第１段二等分線 ４１６ 下方の第１段接合部 ４１８ 下方の第１段二等分線 ４２０ 上方の中間セグメント ４２２ 下方の中間セグメント ４２４ 第２段接合部 ４２６ 第２段二等分線 ４３０ 単一入力／出力セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレン・ホッチ・ランキン アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロ・ パーク トレントン・ウェイ312 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA12 LA12 QA03 QA04 QA05 TA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学スプリッタ／コンバイナであって、 少なくとも第１の入力／出力セグメント、第２の入力／
   出力セグメント、第３の入力／出力セグメント、及び第
   ４の入力／出力セグメントを備える分割端と、 前記第１の入力／出力セグメントと前記第２の入力／出
   力セグメントを結合する上方の第１段接合部が含まれて
   おり、 前記第１の入力／出力セグメント及び前記第２の入力／
   出力セグメントによって、上方の第１段二等分線が形成
   されることと、 前記第３の入力／出力セグメントと前記第４の入力／出
   力セグメントを結合する下方の第１段接合部が含まれて
   おり、 前記第３の入力／出力セグメント及び前記第４の入力／
   出力セグメントによって、下方の第１段二等分線が形成
   されることと、 前記上方の第１段接合部につながっている上方の中間セ
   グメントと、 前記下方の第１段接合部につながっている下方の中間セ
   グメントと、 前記上方の中間セグメント及び前記下方の中間セグメン
   トを結合して、単一入力／出力セグメントを形成する第
   ２段接合部が含まれており、 前記上方の中間セグメント及び前記下方の中間セグメン
   トによって、第２段二等分線が形成されることと、 前記上方の第１段二等分線及び前記下方の第１段二等分
   線の角度が、前記第２段二等分線からオフセットしてい
   ることを特徴とする、光学スプリッタ／コンバイナ。
2. 【請求項２】光学スプリッタ／コンバイナを構成する方
   法であって、 最初の片側隆起正弦湾曲部の高さを推定するステップ
   と、 前記光学スプリッタ／コンバイナの全高を計算するステ
   ップと、 前記光学スプリッタ／コンバイナの全高が、選択された
   パラメータ未満か否かを判定するステップと、 前記光学スプリッタ／コンバイナの全高と前記選択され
   たパラメータの所望の差に達するまで、前記最初の片側
   隆起正弦湾曲部の前記高さを再推定し、前記全高を再計
   算するステップが含まれており、 前記推定及び計算ステップの結果、一連のつながった３
   つの片側隆起正弦湾曲部が得られるが、前記湾曲部は、
   所望の最大二次微分係数を備え、また、それらが交わる
   ことになる位置で勾配が整合していることを特徴とする
   方法。