JP2003270468A - Beam diameter transformation device - Google Patents

Beam diameter transformation device

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JP2003270468A
JP2003270468A JP2002073733A JP2002073733A JP2003270468A JP 2003270468 A JP2003270468 A JP 2003270468A JP 2002073733 A JP2002073733 A JP 2002073733A JP 2002073733 A JP2002073733 A JP 2002073733A JP 2003270468 A JP2003270468 A JP 2003270468A
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JP
Japan
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waveguide
mode
order mode
width
constant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002073733A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Takahashi
英憲 高橋
Masashi Usami
正士 宇佐見
Kousuke Nishimura
公佐 西村
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KDDI Corp
Original Assignee
KDDI Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease a beam diameter. <P>SOLUTION: A tapered waveguide 22 has a waveguide width which is gradually narrower from an incident port to an emitting port. A waveguide 24 having the same waveguide width as that of an emitting port 22b is connected to the emitting port 22b of the tapered waveguide 22. A mode waveguide 26 having a constant waveguide width narrower than that of the waveguide 24 is connected to the other end of the waveguide 24. The waveguide 22 has multimode at the incident port 22a, but has only zeroth mode, primary mode, and secondary mode at the emitting port 22b. The waveguide 24 has only zeroth mode, primary mode, and secondary mode. The waveguide 26 has only zeroth mode. The waveguide width discontinuously changes at the connected portion of the waveguide 24 and the waveguide 26. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光波のビーム径を
変換するビーム径変換デバイスに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a beam diameter conversion device for converting the beam diameter of a light wave.

【0002】[0002]

【従来の技術】マルチモード光源の出力光のようにビー
ム径の大きな光波を、より小さいビーム径に変換する光
学デバイスとして、図21に示すように、伝搬に従い導
波路幅が狭くなるテーパ状の導波路10と、導波路10
の出射口に接続し、当該出射口と同じ導波路幅の単一モ
ード導波路12とからなる構成が知られている。導波路
10,12のクラッドの屈折率は共にn、導波路10
及び12の屈折率は共にnである。
2. Description of the Related Art As an optical device for converting a light wave having a large beam diameter, such as output light of a multimode light source, into a smaller beam diameter, as shown in FIG. Waveguide 10 and waveguide 10
There is known a configuration including a single mode waveguide 12 which is connected to the emission port of and has the same waveguide width as the emission port. The refractive indexes of the claddings of the waveguides 10 and 12 are both n 2 , and the waveguide 10
The refractive indices of 12 and 12 are both n 1 .

【0003】テーパ導波路10は、その入射口14では
3次以上の高次モードが導波モードとして存在可能であ
り、出射口16では0次モードのみが導波モードとして
存在可能であるように、導波路パラメータ、例えば導波
路幅が設定されている。ほぼ中心対称なフィールド分布
であって高次モード成分を含む光波が入射光14に入射
した場合、その光波は、テーパ導波路10では、伝搬に
従い、低次モード、具体的には0次モードに移行する。
In the tapered waveguide 10, at the entrance 14, the higher-order modes higher than the third order can exist as the guided mode, and at the exit 16, only the 0th-order mode can exist as the guided mode. , A waveguide parameter, for example, a waveguide width is set. When a light wave having a substantially centrosymmetrical field distribution and including a higher-order mode component is incident on the incident light 14, the light wave is propagated through the tapered waveguide 10 into a lower-order mode, specifically, a zero-order mode. Transition.

【0004】テーパ導波路10の出射口16の導波路パ
ラメータは、単一モード導波路12の導波路パラメータ
と一致する。出射口16では、光波は原理的には無損失
で単一モード導波路12に結合する。
The waveguide parameter of the exit 16 of the tapered waveguide 10 matches the waveguide parameter of the single mode waveguide 12. At the exit port 16, the light wave is coupled to the single mode waveguide 12 lossless in principle.

【0005】このようにして、ビーム径の大きな光波
を、単一モード導波路12の0次モードのビーム径に小
さくすることができる。
In this way, a light wave having a large beam diameter can be reduced to a beam diameter of the 0th mode of the single mode waveguide 12.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、マルチモー
ド光源の出力光は、ガウス分布で近似されるように、中
央部分にパワーが集まっており、低次モードほど大きな
パワーを持っている。従って、高次モード成分を有する
マルチモード光を0次モードのみの光波に変換する場
合、1次モードから0次モードへの変換効率が高いこと
が重要と考えられる。しかし、図21に示すような、伝
搬方向に対して軸対称な導波路の場合、奇数次モードで
ある1次モードは、偶数次モードである0次モードに変
換されない。即ち、奇数次モードは全て損失となる。
Generally, the output light of a multi-mode light source has power concentrated in the central portion as approximated by a Gaussian distribution, and the lower order mode has a larger power. Therefore, when converting multimode light having a higher-order mode component into a light wave of only the 0th-order mode, it is considered important that the conversion efficiency from the 1st-order mode to the 0th-order mode is high. However, in the case of a waveguide that is axially symmetric with respect to the propagation direction as shown in FIG. 21, the first-order mode that is an odd-order mode is not converted to the zero-order mode that is an even-order mode. That is, all odd modes are lost.

【0007】入射光が偶数次モードのみの場合、2次モ
ードから0次モードへの変換効率を高くすることで、全
体のモード変換効率が高くなる。
When the incident light is only in the even mode, the efficiency of conversion from the secondary mode to the mode of 0 is increased to increase the overall mode conversion efficiency.

【0008】光波の逆進性により、テーパ導波路10に
おけるモード変換の態様を理解できる。図21に示す従
来例で、光波を逆進させ、導波路12の0次モードをテ
ーパ導波路10の出射口16に入射した場合、テーパ導
波路10では、テーパの角度に関わらず2次モードなど
の高次モードへの変換効率は低く、大部分が0次モード
のまま伝搬する。
The mode of mode conversion in the tapered waveguide 10 can be understood from the backward traveling property of the light wave. In the conventional example shown in FIG. 21, when the light wave is made to travel backward and the 0th-order mode of the waveguide 12 is incident on the exit 16 of the tapered waveguide 10, the tapered waveguide 10 has a secondary mode regardless of the taper angle. The conversion efficiency to a higher-order mode such as is low, and most of it propagates in the 0th-order mode.

【0009】これは、入射口14から2次モード以上の
高次モードを入射した場合、導波路10を伝搬中に高次
モードから2次モードに移行するとしても、2次モード
から0次モードへの移行はほとんど起こらないことを意
味する。即ち、従来例では、入射光14に入射する1次
モード以上の成分は、ほとんど損失となり、単に、入射
口14に入射する0次モードを取り出し、そのモード径
を単一モード導波路12の0次モードのモード径まで小
さくしているに過ぎない。従来例では、エネルギーの損
失が多すぎる。
This is because, when a higher-order mode higher than the second-order mode is incident from the entrance 14, even if the higher-order mode shifts to the second-order mode during propagation through the waveguide 10, the second-order mode changes to the zero-order mode. This means that the transition to is rare. That is, in the conventional example, most of the components of the first-order mode and higher incident on the incident light 14 are lost, and the 0th-order mode incident on the entrance 14 is simply taken out, and the mode diameter is set to 0 of the single-mode waveguide 12. Only the mode diameter of the next mode is reduced. In the conventional example, there is too much energy loss.

【0010】本発明は、より効率的に、光波のビーム径
を低減するビーム径変換デバイスを提示することを目的
とする。
An object of the present invention is to present a beam diameter conversion device that reduces the beam diameter of a light wave more efficiently.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係るモード変換
デバイスは、入射端から出射端に向かって導波路幅が狭
くなり、当該出射端において0次モード、1次モード及
び2次モードが存在可能な第1の導波路と、当該第1の
導波路の出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に一定で
ある第2の導波路であって、0次モード、1次モード及
び2次モードが存在可能な第2の導波路と、当該第2の
導波路の出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に一定で
ある単一モード伝送の第3の導波路とを具備し、当該第
1の導波路及び当該第2の導波路における当該0次モー
ド及び当該2次モードの位相差が実質的に2nπ(但
し、nは整数)に等しいことを特徴とする。
In the mode conversion device according to the present invention, the width of the waveguide becomes narrower from the entrance end toward the exit end, and the 0th mode, the 1st mode and the 2nd mode exist at the exit end. A possible first waveguide, and a second waveguide connected to the output end of the first waveguide and having a constant waveguide width in the optical axis direction, the zero-order mode, the first-order mode, A second waveguide in which a secondary mode can exist and a third waveguide for single mode transmission which is connected to the output end of the second waveguide and has a constant waveguide width in the optical axis direction. The phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the first waveguide and the second waveguide is substantially equal to 2nπ (where n is an integer).

【0012】本発明に係るビーム径変換デバイスはま
た、入射端から出射端に向かって導波路幅が狭くなり、
当該出射端において0次モード、1次モード及び2次モ
ードが存在可能な第1の導波路と、当該第1の導波路の
出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に一定である単一
モード伝送の第3の導波路とを具備し、当該第1の導波
路における当該0次モード及び当該2次モードの位相差
が実質的に2nπ(但し、nは整数)に等しいことを特
徴とする。
In the beam diameter conversion device according to the present invention, the width of the waveguide becomes narrower from the entrance end to the exit end,
A first waveguide in which a 0th-order mode, a 1st-order mode, and a 2nd-order mode can exist at the emission end and an output end of the first waveguide are connected, and the waveguide width is constant in the optical axis direction. A third waveguide for single-mode transmission, wherein the phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the first waveguide is substantially equal to 2nπ (where n is an integer). Characterize.

【0013】本発明に係るビーム径変換デバイスはま
た、入射端から出射端に向かって導波路幅が狭くなり、
当該出射端において0次モード及び1次モードが存在可
能な第1の導波路と、当該第1の導波路の出力端に接続
し、導波路幅が光軸方向に一定である第2の導波路であ
って、0次モード及び1次モードが存在可能な第2の導
波路と、当該第2の導波路の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である単一モード伝送の第3の導波路
とを具備し、当該第1の導波路及び当該第2の導波路に
おける当該0次モード及び当該2次モードの位相差が実
質的にnπ(但し、nは整数)に等しく、当該第3の導
波路の光軸が、当該第2の導波路の光軸からオフセット
していることを特徴とする。
In the beam diameter conversion device according to the present invention, the waveguide width becomes narrower from the entrance end to the exit end,
A first waveguide in which a 0th-order mode and a 1st-order mode can exist at the emission end and a second waveguide connected to the output end of the first waveguide and having a constant waveguide width in the optical axis direction. A second waveguide that is a waveguide and is capable of having a zero-order mode and a first-order mode, and a single mode that is connected to an output end of the second waveguide and has a constant waveguide width in the optical axis direction. A third waveguide for transmission, wherein the phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the first waveguide and the second waveguide is substantially nπ (where n is an integer). And the optical axis of the third waveguide is offset from the optical axis of the second waveguide.

【0014】本発明に係るビーム径変換デバイスはま
た、入射端から出射端に向かって導波路幅が狭くなり、
当該出射端において0次モード、1次モード及び2次モ
ードが存在可能な第1の導波路と、当該第1の導波路の
出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に一定である第2
の導波路であって、0次モード、1次モード及び2次モ
ードが存在可能な第2の導波路と、当該第2の導波路の
出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に一定である第3
の導波路であって、0次モード及び1次モードが存在可
能な第3の導波路と、当該第3の導波路の出力端に接続
し、導波路幅が光軸方向に一定である単一モード伝送の
第4の導波路とを具備し、当該第1の導波路及び第2の
導波路における当該0次モード及び当該2次モードの位
相差が実質的に2nπ(但し、nは整数)に等しく、当
該第1の導波路、当該第2の導波路及び第3の導波路に
おける当該0次モード及び当該1次モードの位相差が実
質的にmπ(但し、mは整数)に等しく、当該第4の導
波路の光軸が、当該第3の導波路の光軸からオフセット
していることを特徴とする。
In the beam diameter conversion device according to the present invention, the waveguide width becomes narrower from the entrance end to the exit end,
A first waveguide in which a 0th-order mode, a 1st-order mode, and a 2nd-order mode can exist at the emission end and an output end of the first waveguide are connected, and the waveguide width is constant in the optical axis direction. Second
Of the second waveguide in which the 0th-order mode, the 1st-order mode, and the 2nd-order mode can exist, and the waveguide is connected to the output end of the second waveguide, and the waveguide width is in the optical axis direction. Third that is constant
Of the third waveguide in which the 0th-order mode and the 1st-order mode can exist, and a single waveguide having a constant waveguide width in the optical axis direction, which is connected to the output end of the third waveguide. A fourth waveguide for one-mode transmission, wherein the phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the first waveguide and the second waveguide is substantially 2nπ (where n is an integer). ) And the phase difference between the 0th-order mode and the 1st-order mode in the first waveguide, the second waveguide, and the third waveguide is substantially equal to mπ (where m is an integer). The optical axis of the fourth waveguide is offset from the optical axis of the third waveguide.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。理解を容易にするため、各導波路構成で
は、各導波路のコアの屈折率は等しく、クラッドの屈折
率も等しくしてあり、単に導波路幅のみが異なるように
している。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In order to facilitate understanding, in each waveguide configuration, the cores of the respective waveguides have the same refractive index and the cladding has the same refractive index, and only the waveguide widths are different.

【0016】(第1実施例)図1は、本発明の第1実施
例の導波路構成の平面図を示す。基板20上に、テーパ
導波路22、同一導波路幅の導波路24及び同一導波路
幅の導波路26をシリアルに配置する。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a plan view of a waveguide structure according to a first embodiment of the present invention. A tapered waveguide 22, a waveguide 24 having the same waveguide width, and a waveguide 26 having the same waveguide width are serially arranged on the substrate 20.

【0017】テーパ導波路22は、入射口22aから出
射口22bに向かって導波路幅が徐々に狭くなる導波路
である。テーパ導波路22の入射口22aでは、3次以
上の高次モードが存在可能であるが、出射口22bで
は、0次、1次及び2次モードのみが存在可能であり、
4次モード以上は存在できない。
The tapered waveguide 22 is a waveguide in which the waveguide width gradually narrows from the entrance 22a to the exit 22b. At the entrance 22a of the tapered waveguide 22, higher-order modes higher than the third order can exist, but at the exit 22b, only 0th-order, first-order, and second-order modes can exist.
There can be no more than 4th mode.

【0018】出射口22bには、出射口22bの導波路
幅と同じ一定導波路幅の導波路24が接続する。即ち、
導波路24では、0次、1次及び2次モードのみが存在
可能である。
A waveguide 24 having the same waveguide width as the waveguide width of the emission port 22b is connected to the emission port 22b. That is,
In the waveguide 24, only 0th-order, 1st-order, and 2nd-order modes can exist.

【0019】導波路24の他端には、一定導波路幅の導
波路26が接続する。導波路26には、0次モードのみ
が存在可能である。従って、導波路26の導波路幅は、
導波路24の導波路幅よりも狭く、導波路24と導波路
26の接続点では、導波路幅が不連続に変化する。
A waveguide 26 having a constant waveguide width is connected to the other end of the waveguide 24. Only the 0th mode can exist in the waveguide 26. Therefore, the waveguide width of the waveguide 26 is
It is narrower than the waveguide width of the waveguide 24, and the waveguide width changes discontinuously at the connection point of the waveguide 24 and the waveguide 26.

【0020】導波路22の入射口22aに、偶数次モー
ドのみからなる多モード光波が入射したとする。この光
波は、複数の導波モードに展開されてテーパ導波路22
を伝搬する。テーパ導波路22を伝搬するにつれ、一部
は放射モードとなって外部に漏洩するが、一部は低次の
偶数次モードに変換される。最終的に、出射口22bで
は、2次モードと0次モードのみとなる。
It is assumed that a multimode light wave consisting of only even-order modes is incident on the entrance 22a of the waveguide 22. This light wave is expanded into a plurality of waveguide modes, and the tapered waveguide 22
Propagate. As it propagates through the tapered waveguide 22, a part thereof becomes a radiation mode and leaks to the outside, but a part thereof is converted into a low-order even-order mode. Finally, the exit port 22b has only the second-order mode and the zero-order mode.

【0021】導波路22,24は、0次モードの伝搬定
数と2次モードの伝搬定数の差を導波路22,24の範
囲で積分した結果が2nπ(nは整数)に等しいように
なっていればよい。即ち、 ∫0 b(β−β)dz=2nπ (1) 但し、βは、導波路22,24における0次モードの
伝搬定数、βは導波路22,24における2次モード
の伝搬定数である。この位相条件の下では、導波路24
の0次モードと2次モードが同位相で導波路26を励振
するので、異なる位相の0次モードと2次モードで励振
する場合、及び0次モードのみで励振する場合に比べ
て、より高い効率で導波路26の0次モードを生成でき
る。
In the waveguides 22 and 24, the result of integrating the difference between the propagation constant of the 0th-order mode and the propagation constant of the 2nd-order mode in the range of the waveguides 22 and 24 is equal to 2nπ (n is an integer). Just do it. That is, ∫ 0 b0 −β 2 ) dz = 2nπ (1) where β 0 is the propagation constant of the 0th-order mode in the waveguides 22 and 24, and β 2 is the propagation constant of the 2nd-order mode in the waveguides 22 and 24. It is a propagation constant. Under this phase condition, the waveguide 24
Since the 0th-order mode and the 2nd-order mode excite the waveguide 26 in the same phase, it is higher than the case where the 0th-order mode and the 2nd-order mode of different phases are excited, and the case where only the 0th-order mode is excited. The 0th-order mode of the waveguide 26 can be efficiently generated.

【0022】また、テーパ導波路20では、β,β
は伝搬につれて変化するが、その変化を加味して、式
(1)を満たすようにすればよい。
Further, in the tapered waveguide 20, β 0 , β 2
Changes with the propagation, and it suffices to satisfy Expression (1) by adding the change.

【0023】(第2実施例)図1に示す構成で、 (β−β)L=2nπ (2) が成立するように、導波路24の光学長L及び導波モ
ードが設定されている場合、図2に示すように、実質的
には、導波路24は無くても良い。
(Second Embodiment) With the configuration shown in FIG. 1, the optical length L 2 and the waveguide mode of the waveguide 24 are set so that (β 02 ) L 2 = 2nπ (2) holds. In that case, as shown in FIG. 2, the waveguide 24 may be substantially omitted.

【0024】図2に示す構成の効果を従来例と定量的に
比較した。図2に示す構成で、入射口22aの導波路幅
を50μm、出射口22bの導波路幅を12μm、導波
路26の導波路幅を6μmとして、テーパ導波路22の
長さLに対して伝搬損失がどのように変化するかを調
べた。コア及びクラッド間の比屈折率差は、波長1.5
5μmで0.6%である。導波路22,26の高さは、
全て6μmである。モード径が幅方向に50μmであ
り、強度が幅方向に一定のマルチモード光を、入射口2
2aに入射した。図3は、入射光量に対する導波路26
の0次モードの光量の割合から求められる損失の測定結
果を示す。横軸はテーパ導波路22の光学長L(=
)、縦軸は損失をそれぞれ示す。損失の推定にはビ
ーム伝搬法(BPM)を用いた。0次モードと2次モー
ド間の位相が一致する周期で、損失に極小値が現れる。
テーパ導波路22の光学長が2000μm以下でも、極
小値0.3dB以下の結合損失が得られている。
The effect of the configuration shown in FIG. 2 was quantitatively compared with the conventional example. In the configuration shown in FIG. 2, the waveguide width of the entrance 22a is 50 μm, the waveguide width of the exit 22b is 12 μm, and the waveguide width of the waveguide 26 is 6 μm, with respect to the length L 1 of the tapered waveguide 22. We investigated how the propagation loss changes. The relative refractive index difference between the core and the clad is 1.5
It is 0.6% at 5 μm. The height of the waveguides 22 and 26 is
All are 6 μm. Multi-mode light having a mode diameter of 50 μm in the width direction and a constant intensity in the width direction is incident on the entrance port 2.
It was incident on 2a. FIG. 3 shows the waveguide 26 with respect to the amount of incident light.
The measurement result of the loss calculated from the ratio of the 0th-order mode light amount is shown. The horizontal axis represents the optical length L (=
L 1 ), the vertical axis represents loss. The beam propagation method (BPM) was used to estimate the loss. A minimum value appears in the loss in a cycle in which the phases of the 0th-order mode and the 2nd-order mode match.
Even if the optical length of the tapered waveguide 22 is 2000 μm or less, a coupling loss of a minimum value of 0.3 dB or less is obtained.

【0025】比較のため、図21に示す構成に対して、
テーパ導波路10の光学長と損失の関係を調べた。その
結果を、図4に示す。横軸はテーパ導波路10の光学長
L、縦軸は損失をそれぞれ示す。テーパ導波路10の出
射口の導波路幅が単一モード導波路12の導波路幅に等
しいこと以外のパラメータは、図3に示す構成での測定
と同じであり、測定方法も同じである。
For comparison, with respect to the configuration shown in FIG.
The relationship between the optical length and the loss of the tapered waveguide 10 was investigated. The result is shown in FIG. The horizontal axis represents the optical length L of the tapered waveguide 10, and the vertical axis represents the loss. Parameters other than that the waveguide width of the exit of the tapered waveguide 10 is equal to the waveguide width of the single mode waveguide 12, are the same as the measurement in the configuration shown in FIG. 3, and the measurement method is also the same.

【0026】図21に示す従来例では、テーパ導波路1
0の長さが長いほど損失が低下する。これは、テーパの
傾斜が緩やかになるほどテーパ導波路10での放射損失
が低下するからである。テーパ導波路の長さが6000
μm付近から損失の低下が飽和し、10000μm以上
でも約0.67dB以下にはならない。
In the conventional example shown in FIG. 21, the tapered waveguide 1
The longer the length of 0, the lower the loss. This is because the radiation loss in the tapered waveguide 10 decreases as the taper slope becomes gentler. The length of the tapered waveguide is 6000
The decrease in loss saturates from around μm, and even at 10,000 μm or more, it does not fall below about 0.67 dB.

【0027】このことから分かるように、図2に示す実
施例は、従来例に比べ、結合効率が高いだけではなく、
導波路の短縮化も可能であり、コンパクト化が可能であ
る。
As can be seen from the above, the embodiment shown in FIG. 2 is not only higher in coupling efficiency than the conventional example, but also
The waveguide can be shortened and can be made compact.

【0028】図5は、テーパ導波路20の長さが506
6μm近傍における結合損失と導波路長の関係を示す。
最小値である0.2395dBを示す長さ5066μm
から±5μmの範囲内で、損失増加が0.025dB以
内に抑えられている。
FIG. 5 shows that the length of the tapered waveguide 20 is 506.
The relationship between the coupling loss and the waveguide length near 6 μm is shown.
Length of 5066 μm showing the minimum value of 0.2395 dB
Within the range of ± 5 μm, the increase in loss is suppressed within 0.025 dB.

【0029】(第3実施例)図6は、本発明の第3実施
例の導波路構成の平面図を示す。マルチモード光は、一
般的に、低次モードほど高いパワーを有しているので、
2次モード以上を損失としても、トータルの損失はさほ
ど、低下しない。
(Third Embodiment) FIG. 6 shows a plan view of a waveguide structure according to a third embodiment of the present invention. Since multi-mode light generally has higher power in lower order modes,
Even if the loss is in the secondary mode or higher, the total loss does not decrease so much.

【0030】基板30上に、テーパ導波路32、同一導
波路幅の導波路34,及び同一導波路幅の導波路36を
配置する。
A tapered waveguide 32, a waveguide 34 having the same waveguide width, and a waveguide 36 having the same waveguide width are arranged on the substrate 30.

【0031】テーパ導波路32は、入射口32aから出
射口32bに向かって導波路幅が徐々に狭くなる導波路
である。テーパ導波路32の入射口32aでは、3次以
上の高次モードが存在可能であるが、出射口32bで
は、0次及び1次モードのみが存在可能であり、3次モ
ード以上は存在できない。
The tapered waveguide 32 is a waveguide in which the width of the waveguide gradually narrows from the entrance 32a toward the exit 32b. At the entrance 32a of the tapered waveguide 32, higher and higher-order modes can exist, but at the exit 32b, only 0th and 1st-order modes can exist, and 3rd-order and higher modes cannot exist.

【0032】出射口32bには、出射口32bの導波路
幅と同じ一定導波路幅の導波路34が接続する。即ち、
導波路34では、0次及び1次モードのみが存在可能で
ある。
A waveguide 34 having the same waveguide width as the waveguide width of the emission port 32b is connected to the emission port 32b. That is,
In the waveguide 34, only 0th and 1st order modes can exist.

【0033】導波路34の他端には、導波路34の光軸
から距離dだけずれて、一定導波路幅の単一モードの導
波路36が接続する。導波路36には、0次モードのみ
が存在可能である。従って、導波路36の導波路幅は、
導波路34の導波路幅よりも狭く、導波路34と導波路
36の接続点では、導波路幅が不連続に変化する。
The other end of the waveguide 34 is connected to a single-mode waveguide 36 having a constant waveguide width and displaced from the optical axis of the waveguide 34 by a distance d. Only the 0th mode can exist in the waveguide 36. Therefore, the waveguide width of the waveguide 36 is
It is narrower than the waveguide width of the waveguide 34, and the waveguide width changes discontinuously at the connection point between the waveguide 34 and the waveguide 36.

【0034】導波路32,34は、0次モードの伝搬定
数と1次モードの伝搬定数の差を導波路32,34の範
囲で積分した結果がnπ(nは整数)に等しいようにな
っていればよい。即ち、 ∫0 b(β−β)dz=nπ (3) 但し、βは、導波路32,34における0次モードの
伝搬定数、βは導波路32,34における1次モード
の伝搬定数である。
In the waveguides 32 and 34, the result of integrating the difference between the propagation constant of the 0th-order mode and the propagation constant of the 1st-order mode in the range of the waveguides 32 and 34 is equal to nπ (n is an integer). Just do it. That is, ∫ 0 b0 −β 1 ) dz = nπ (3) where β 0 is the propagation constant of the 0th-order mode in the waveguides 32 and 34, and β 1 is the first-order mode of the waveguides 32 and 34. It is a propagation constant.

【0035】この位相条件の下では、導波路34の0次
モードと1次モードが同位相又は逆位相で導波路36を
励振する。0次モードと1次モードの位相関係に応じ
て、導波路34に対する導波路36のオフセット量dを
調節する。換言すると、0次モードと1次モードがトー
タルで最も高い効率で導波路26を励振するように、オ
フセットdを調節する。これにより、0次モードのみで
励振する場合に比べて、より高い効率で導波路36の0
次モードを生成できる。
Under this phase condition, the 0th-order mode and the 1st-order mode of the waveguide 34 excite the waveguide 36 in the same phase or opposite phases. The offset amount d of the waveguide 36 with respect to the waveguide 34 is adjusted according to the phase relationship between the 0th-order mode and the 1st-order mode. In other words, the offset d is adjusted so that the 0th mode and the 1st mode excite the waveguide 26 with the highest total efficiency. As a result, as compared with the case of exciting only the 0th mode,
The next mode can be created.

【0036】導波路34の導波路幅をwとすると、導波
路36のオフセットdは、 w/2>d>0 である。オフセットdは、実際には、導波路34の出射
口における1次モードと0次モードのパワー比に依存す
る。
When the waveguide width of the waveguide 34 is w, the offset d of the waveguide 36 is w / 2>d> 0. The offset d actually depends on the power ratio between the first-order mode and the zero-order mode at the exit of the waveguide 34.

【0037】導波路34の出射口において0次モードと
1次モードの位相が一致している場合の、導波路36の
オフセット量dと結合効率の関係をBPM法により求め
た。クラッドの屈折率を1.445、導波路32,3
4,36の屈折率を1.456とした。導波路34の幅
を8μm、導波路36の幅を4μmとした。導波路34
の出射口における0次モードと1次モードのパワー比を
1:1、2:1及び4:1とした場合の計算結果を図7
に示す。横軸は導波路36の導波路34に対するオフセ
ットd(μm)を示し、縦軸は、導波路34から導波路
36への結合効率を示す。導波路34と導波路36の光
軸が一致するとき、d=0である。
The relationship between the offset amount d of the waveguide 36 and the coupling efficiency when the phases of the 0th-order mode and the 1st-order mode coincide with each other at the exit of the waveguide 34 was obtained by the BPM method. The refractive index of the clad is 1.445, and the waveguides 32 and 3 are
The refractive index of 4,36 was set to 1.456. The width of the waveguide 34 was 8 μm, and the width of the waveguide 36 was 4 μm. Waveguide 34
FIG. 7 shows the calculation results when the power ratios of the 0th-order mode and the 1st-order mode at the emission port of are 1: 1, 2: 1 and 4: 1.
Shown in. The horizontal axis represents the offset d (μm) of the waveguide 36 with respect to the waveguide 34, and the vertical axis represents the coupling efficiency from the waveguide 34 to the waveguide 36. When the optical axes of the waveguide 34 and the waveguide 36 coincide with each other, d = 0.

【0038】図7から明らかなように、結合効率の極大
値を示すオフセットdは、1次モードと0次モードのパ
ワー比に依存している。1次モードと0次モードのパワ
ー比が事前に推定可能である場合、最適なオフセットd
で、導波路34に導波路36を配置すれば良い。パワー
比が事前に不明でも、例えば、導波路34の導波路幅を
wとし、導波路34の中心からw/4の位置(図7の場
合、2μmの位置)とすることで、図7の数値例では、
振幅比が1:1から4:1の範囲において結合効率90
%以上が得られる。
As is apparent from FIG. 7, the offset d showing the maximum value of the coupling efficiency depends on the power ratio between the first-order mode and the zero-order mode. If the power ratio between the first-order mode and the zero-order mode can be estimated in advance, the optimum offset d
Then, the waveguide 36 may be arranged in the waveguide 34. Even if the power ratio is unknown in advance, for example, by setting the waveguide width of the waveguide 34 to w and setting the position to w / 4 from the center of the waveguide 34 (the position of 2 μm in the case of FIG. 7), In the numerical example,
Coupling efficiency 90 in the amplitude ratio range of 1: 1 to 4: 1
% Or more is obtained.

【0039】この結果、適切なオフセットdの下で、導
波路34の0次モードと1次モードが同位相で導波路3
6を励振するので、図6に示す実施例では、異なる位相
の0次モードと1次モードで励振する場合、及び0次モ
ードのみで励振する場合に比べて、より高い効率で導波
路36の0次モードを生成できる。
As a result, under the proper offset d, the 0th-order mode and the 1st-order mode of the waveguide 34 have the same phase and the waveguide 3
6 is excited, therefore, in the embodiment shown in FIG. 6, the efficiency of the waveguide 36 is higher than that in the case of exciting in the 0th-order mode and the 1st-order mode having different phases and in the case of exciting only in the 0th-order mode. A 0th-order mode can be generated.

【0040】(第4実施例)図8に示すように、基板3
0を、導波路32,34を保持する基板30aと、導波
路36を保持する基板30bとに分離し、基板30bを
導波路36の光軸に直交する方向に移動自在とすること
で、オフセットdの調節が容易になる。
(Fourth Embodiment) As shown in FIG.
0 is separated into a substrate 30a that holds the waveguides 32 and 34 and a substrate 30b that holds the waveguide 36, and the substrate 30b is movable in a direction orthogonal to the optical axis of the waveguide 36, thereby offsetting Adjustment of d becomes easy.

【0041】(第5実施例)導波モードの伝搬定数は、
導波路を加熱することで調節できる。即ち、加熱により
屈折率が変化し、屈折率の変化が伝搬定数を変化させ
る。上述の各実施例における導波路22,24,32,
34のコア及び/又はクラッドを、温度により屈折率が
変化しやすい材料、例えば、SiO、TiO、Si
N、SiON、紫外線硬化樹脂又はポリイミド等により
構成し、それぞれの上に、Cr等の金属や金属化合物等
の薄膜により構成されたヒータを配置する。
(Fifth Embodiment) The propagation constant of the guided mode is
It can be adjusted by heating the waveguide. That is, the refractive index changes due to heating, and the change in the refractive index changes the propagation constant. The waveguides 22, 24, 32 in each of the above-described embodiments,
The core and / or clad of 34 is made of a material whose refractive index is easily changed by temperature, such as SiO 2 , TiO 2 , or Si.
The heater is made of N, SiON, an ultraviolet curable resin, polyimide or the like, and a heater made of a thin film of a metal such as Cr or a metal compound is arranged on each of them.

【0042】図9は図1に示す実施例に対し、導波路2
4をその屈折率を温度により変化しやすい材料で形成
し、導波路24上にヒータ25を配置した変更構成の平
面図を示す。図1と同じ構成要素には同じ符号を付して
ある。図10は、図9のA−A線の断面図を示す。構造
例として、導波路24の高さは6μm、幅が12μmで
あり、導波路24とヒータ25の間隔は30μmであ
る。
FIG. 9 shows a waveguide 2 in comparison with the embodiment shown in FIG.
4 is a plan view of a modified configuration in which the refractive index 4 is made of a material whose temperature changes easily with temperature, and the heater 25 is arranged on the waveguide 24. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. FIG. 10 shows a sectional view taken along the line AA of FIG. As a structural example, the height of the waveguide 24 is 6 μm, the width is 12 μm, and the distance between the waveguide 24 and the heater 25 is 30 μm.

【0043】温度をTとし、導波路22,24,26の
屈折率をn(T)と記し、クラッドの屈折率をn
(T)と記し、温度0°Cのクラッドの屈折率n
(0)が1.445、導波路22,24,26の屈折
率n(0)が1.456であるとする。クラッド及び
導波路22,24,26の屈折率の熱光学定数を10
−5とすると、或る温度Tにおけるクラッド及び導波路
22,24,26の屈折率はそれぞれ、 n(T)=1.445+10−5T n(T)=1.456+10−5T である。
Let T be the temperature, the refractive indices of the waveguides 22, 24, and 26 be denoted by n 1 (T), and the refractive index of the cladding by n 1.
2 (T), the refractive index n of the cladding at a temperature of 0 ° C
2 (0) is 1.445, and the refractive index n 1 (0) of the waveguides 22, 24 and 26 is 1.456. The thermo-optic constant of the refractive index of the cladding and the waveguides 22, 24, 26 is set to 10
-5 , the refractive indices of the cladding and the waveguides 22, 24, and 26 at a certain temperature T are n 2 (T) = 1.445 + 10 −5 T n 1 (T) = 1.456 + 10 −5 T, respectively. is there.

【0044】従って、導波路24における0次モード及
び2次モードの伝搬定数β,βは、温度Tの関数で
あり、一般に、任意のTに対し(β(T)−β
(T))は一定ではない。換言すると、ヒータ25に
より、(β(T)−β(T))を調節できるので、
従って、式(1)の位相条件を満たすように導波路24
の伝搬条件を制御できる。
Therefore, the propagation constants β 0 and β 2 of the zero-order mode and the second-order mode in the waveguide 24 are functions of the temperature T, and generally (β 2 (T) -β for any T.
0 (T)) is not constant. In other words, since (β 2 (T) −β 0 (T)) can be adjusted by the heater 25,
Therefore, the waveguide 24 is made to satisfy the phase condition of the equation (1).
Can control the propagation conditions of.

【0045】一例として、導波路24の長さが1000
0μmの場合、約0〜100°Cの温度変化で0から2
πの範囲で位相を変化させることが可能であることか
ら、2次モードと0次モードの位相差がどのような値で
あっても、ヒータ25により両モードの位相を一致させ
ることが可能である。
As an example, the length of the waveguide 24 is 1000
In the case of 0 μm, a temperature change of about 0 to 100 ° C will result in 0 to 2
Since the phase can be changed in the range of π, it is possible to match the phase of both modes with the heater 25, regardless of the value of the phase difference between the secondary mode and the zero-order mode. is there.

【0046】伝搬定数の差(β(T)−β(T))
を利用しているので、伝搬定数差がより大きくなる条
件、例えば2次モードがカットオフ近傍となる導波路幅
とする等により、導波路24の長さLをより短くで
き、より低い温度差の温度変化で2πの位相変化が可能
になる。
Propagation constant difference (β 2 (T) -β 0 (T))
Therefore, the length L 2 of the waveguide 24 can be further shortened and the temperature can be lowered by setting the condition that the difference in the propagation constant becomes larger, for example, by setting the waveguide width such that the secondary mode is near the cutoff. A phase change of 2π is possible due to the temperature change of the difference.

【0047】また、熱光学定数の大きい材料ほど、伝搬
定数差が著しく異なる傾向を示す。従って、熱光学定数
の大きい材料を導波路24に使用すれば、導波路24の
長さL2をより短くでき、より低い温度差の温度変化で
2πの位相変化が可能になる。
Further, a material having a larger thermo-optical constant tends to have a significantly different propagation constant difference. Therefore, if a material having a large thermo-optic constant is used for the waveguide 24, the length L2 of the waveguide 24 can be further shortened, and a phase change of 2π can be achieved with a temperature change having a lower temperature difference.

【0048】(第6実施例)図11は、本発明の第6実
施例の導波路構成の平面図を示す。基板40上に、テー
パ導波路42、一定導波路幅の導波路44及び一定導波
路幅の導波路46をシリアルに配置し、基板48上に一
定導波路幅の導波路50を配置する。基板48、即ち、
導波路50は、導波路46に対して、その光軸に直交す
る方向に移動自在である。
(Sixth Embodiment) FIG. 11 shows a plan view of a waveguide structure according to a sixth embodiment of the present invention. A tapered waveguide 42, a waveguide 44 having a constant waveguide width, and a waveguide 46 having a constant waveguide width are serially arranged on a substrate 40, and a waveguide 50 having a constant waveguide width is arranged on a substrate 48. Substrate 48, that is,
The waveguide 50 is movable with respect to the waveguide 46 in a direction orthogonal to its optical axis.

【0049】テーパ導波路42は、入射口42aから出
射口42bに向かって導波路幅が徐々に狭くなる導波路
である。テーパ導波路42の入射口42aでは、3次以
上の高次モードが存在可能であるが、出射口42bで
は、0次、1次及び2次モードのみが存在可能であり、
4次モード以上は存在できない。出射口42bには、出
射口42bの導波路幅と同じ一定導波路幅の導波路14
4が接続する。即ち、導波路44では、0次、1次及び
2次モードのみが存在可能である。
The tapered waveguide 42 is a waveguide in which the width of the waveguide gradually narrows from the entrance 42a to the exit 42b. At the entrance 42a of the tapered waveguide 42, higher and higher order modes can exist, but at the exit 42b, only 0th, 1st and 2nd order modes can exist,
There can be no more than 4th mode. The exit port 42b has a waveguide 14 having the same waveguide width as the exit port 42b.
4 connects. That is, in the waveguide 44, only 0th-order, 1st-order, and 2nd-order modes can exist.

【0050】導波路46の他端には一定導波路幅の導波
路46が接続する。導波路46では、0次モード及び1
次モードが存在可能である。従って、導波路46の導波
路幅は導波路44の導波路幅よりも狭く、導波路44と
同46の接続点では、導波路幅が不連続に変化する。
A waveguide 46 having a constant waveguide width is connected to the other end of the waveguide 46. In the waveguide 46, the 0th mode and 1
There can be next modes. Therefore, the waveguide width of the waveguide 46 is narrower than the waveguide width of the waveguide 44, and the waveguide width changes discontinuously at the connection point of the waveguides 44 and 46.

【0051】導波路46の他端に導波路50が接続す
る。導波路50では、0次モードのみが存在可能であ
る。従って、導波路50の導波路幅は導波路46の導波
路幅よりも狭く、導波路46と同50の接続点では、導
波路幅が不連続に変化する。
The waveguide 50 is connected to the other end of the waveguide 46. In the waveguide 50, only the 0th mode can exist. Therefore, the waveguide width of the waveguide 50 is narrower than the waveguide width of the waveguide 46, and the waveguide width changes discontinuously at the connection point of the waveguides 46 and 50.

【0052】導波路42,44及び46は基板40上に
配置され、導波路50は別の基板48上に配置される。
基板48は導波路50の光軸に直交する方向に移動自在
である。従って、導波路46の出射口と導波路50の入
射口の結合位置は可変であり、任意の位置に設定でき
る。例えば、導波路50は、導波路46の出射口の中心
から距離dだけ横方向にずれて配置される。導波路46
の導波路幅をwとすると、dの範囲は、w/2>d>0
である。
The waveguides 42, 44 and 46 are arranged on the substrate 40, and the waveguide 50 is arranged on another substrate 48.
The substrate 48 is movable in the direction orthogonal to the optical axis of the waveguide 50. Therefore, the coupling position of the exit of the waveguide 46 and the entrance of the waveguide 50 is variable and can be set at any position. For example, the waveguide 50 is laterally displaced from the center of the exit of the waveguide 46 by a distance d. Waveguide 46
If the waveguide width of is w, then the range of d is w / 2>d> 0
Is.

【0053】図12に示すように、各導波路42,4
4,46上にヒータ52,54,56を配置して、各導
波路42,44,46の伝搬条件を微調整できるように
するのが好ましい。図13,図14及び図15は、それ
ぞれ、図12のB−B線、C−C線及びD−D線での断
面図を示す。
As shown in FIG. 12, each of the waveguides 42, 4
It is preferable to arrange heaters 52, 54 and 56 on 4, 46 so that the propagation conditions of the waveguides 42, 44 and 46 can be finely adjusted. 13, 14 and 15 are cross-sectional views taken along the line BB, CC and DD of FIG. 12, respectively.

【0054】導波路42の入射口42aに、偶数次モー
ドのみからなる多モード光波が入射したとする。この光
波は、複数の導波モードに展開されてテーパ導波路42
を伝搬する。テーパ導波路42を伝搬するにつれ、一部
は放射モードとなって外部に漏洩するが、一部は低次の
偶数次モードに変換される。最終的に、出射口42bで
は、0次モード、1次モード及び2次モードのみとな
る。
It is assumed that a multimode light wave composed of only even-order modes is incident on the entrance 42a of the waveguide 42. This light wave is expanded into a plurality of waveguide modes, and the tapered waveguide 42
Propagate. As it propagates through the tapered waveguide 42, a part thereof becomes a radiation mode and leaks to the outside, but a part thereof is converted into a low-order even-order mode. Finally, at the exit 42b, only the 0th-order mode, the 1st-order mode, and the 2nd-order mode are available.

【0055】導波路44では、0次モード、1次モード
及び2次モードが伝搬しうるが、導波路46では、0次
モードと1次モードのみとなる。βを導波路42,4
4における0次モードの伝搬定数、βを導波路42,
44における2次モードの伝搬定数としたとき、導波路
42,44において、 ∫0 b(β−β)dz=2nπ (4) が成立すると、導波路46の0次モードを効率良く励振
できる。式(4)が満たされるように、ヒータ52,5
4により導波路42,44の伝搬条件を調節する。
In the waveguide 44, the 0th-order mode, the 1st-order mode, and the 2nd-order mode can propagate, but in the waveguide 46, only the 0th-order mode and the 1st-order mode. β 0 to the waveguides 42, 4
4 is the propagation constant of the 0th mode, β 2 is the waveguide 42,
Assuming that the propagation constant of the second-order mode in 44 is ∫ 0 b0 −β 2 ) dz = 2nπ (4) in the waveguides 42 and 44, the 0th-order mode of the waveguide 46 is efficiently excited. it can. The heaters 52 and 5 are arranged so that the equation (4) is satisfied.
4 adjusts the propagation conditions of the waveguides 42 and 44.

【0056】また、図6を参照して説明したのと同じ理
由で、βを導波路42,44,46における1次モー
ドの伝搬定数としたとき、導波路42,44,46にお
いて、 ∫0 c(β−β)dz=nπ (5) が成立すると、導波路50の0次モードを効率良く励振
できる。式(5)が満たされるように、ヒータ52,5
4,56により導波路42,44,56の伝搬条件を調
節する。そして、導波路50の出力パワーが最大になる
ように、導波路50を光軸に対する直交する方向に移動
して、導波路46に対する導波路50の光軸のオフセッ
ト量を調節する。
For the same reason as described with reference to FIG. 6, when β 1 is the propagation constant of the first-order mode in the waveguides 42, 44, 46, ∫ in the waveguides 42, 44, 46. When 0 c0 −β 1 ) dz = nπ (5) holds, the 0th-order mode of the waveguide 50 can be efficiently excited. The heaters 52, 5 are arranged so that the equation (5) is satisfied.
4, 56 adjust the propagation conditions of the waveguides 42, 44, 56. Then, the waveguide 50 is moved in a direction orthogonal to the optical axis so that the output power of the waveguide 50 is maximized, and the offset amount of the optical axis of the waveguide 50 with respect to the waveguide 46 is adjusted.

【0057】結局、式(4)及び(5)が満たされるよ
うに、ヒータ52,54,56により導波路42,4
4,56の伝搬条件を調節し、基板48を移動して、導
波路46に対する導波路50の光軸のオフセット量を調
節することで、ビーム径変換の損失を最小にすることが
できる。
Eventually, the heaters 52, 54 and 56 are used to guide the waveguides 42 and 4 so that the expressions (4) and (5) are satisfied.
By adjusting the propagation conditions of 4, 56 and moving the substrate 48 to adjust the offset amount of the optical axis of the waveguide 50 with respect to the waveguide 46, the loss of beam diameter conversion can be minimized.

【0058】(第7実施例)伝搬定数差、ひいては2つ
の導波モードの位相差を調節する手段として、ヒータを
使用する代わりに、電気光学効果を使用しても良い。例
えば、図1に示す実施例の基板20として、基板LiN
bOのZカット基板を使用する。図16は、その変更
実施例の構成の平面図を示す。図17は、図16のE−
E線における断面図を示す。
(Seventh Embodiment) Instead of using a heater, an electro-optical effect may be used as a means for adjusting the propagation constant difference, and thus the phase difference between the two guided modes. For example, as the substrate 20 of the embodiment shown in FIG.
A Z-cut substrate of bO 3 is used. FIG. 16 shows a plan view of the configuration of the modified embodiment. FIG. 17 shows E- of FIG.
The sectional view in the E line is shown.

【0059】LiNbOのZカット基板である基板6
0上に、テーパ導波路62、同一導波路幅の導波路64
及び同一導波路幅の導波路66をシリアルに配置する。
導波路62,64,66の導波特性は、それぞれ、図1
に示す実施例の導波路22,24,26のそれと同じで
ある。基板60の電気光学定数r33は30.8(pm
/V)である。導波路62,64,66はTi拡散によ
り形成されており、各導波路62,64,66の高さの
パラメータとして、基板60の厚さ方向には単一モード
である。
Substrate 6 which is a Z-cut substrate of LiNbO 3
0, a tapered waveguide 62 and a waveguide 64 having the same waveguide width.
And the waveguides 66 having the same waveguide width are serially arranged.
The waveguide characteristics of the waveguides 62, 64, 66 are shown in FIG.
This is the same as that of the waveguides 22, 24 and 26 of the embodiment shown in FIG. The electro-optic constant r 33 of the substrate 60 is 30.8 (pm
/ V). The waveguides 62, 64 and 66 are formed by Ti diffusion, and the height of each of the waveguides 62, 64 and 66 is a single mode in the thickness direction of the substrate 60.

【0060】導波路64上に電気絶縁用のSiO2層6
8を積層し、SiO2層68上に金属導電体薄膜からな
る電極70,72,74を、LiNbOのZ軸方向
(x3方向)に電界が生じるように配置する。電極7
2,74を同電位とし、電極70と電極72,74間に
電圧を印加する。図18は、電界の一例を示す。導波路
64の電界強度をEとすると、導波路64の屈折率は、 n=(1/n +r33E)−1/2 である。但し、nは電界を印加していないときの、導
波路64の屈折率である。
A SiO 2 layer 6 for electrical insulation is formed on the waveguide 64.
8 is laminated, and is made of a metal conductor thin film on the SiO 2 layer 68.
The electrodes 70, 72, 74 which areThreeZ-axis direction
It is arranged so that an electric field is generated in the (x3 direction). Electrode 7
2 and 74 are set to the same potential, and between the electrode 70 and the electrodes 72 and 74
Apply voltage. FIG. 18 shows an example of an electric field. Waveguide
When the electric field strength of 64 is E, the refractive index of the waveguide 64 is n = (1 / n0 Two+ R33E)-1/2 Is. However, n0Is the conduction when no electric field is applied.
The refractive index of the waveguide 64.

【0061】導波路64の電界強度を調節することで、
ヒータの場合と同様に、導波路64を伝搬する導波モー
ドの伝搬定数を調節できる。
By adjusting the electric field strength of the waveguide 64,
As in the case of the heater, the propagation constant of the guided mode propagating in the waveguide 64 can be adjusted.

【0062】その他に、電流を注入することで屈折率を
変更できる材料を基板及び/又は導波路22,24,3
2,34,42,44,62,64に採用することで、
導波モード間の位相差を制御できる。
In addition, a material whose refractive index can be changed by injecting a current is used as the substrate and / or the waveguides 22, 24, 3
By adopting 2, 34, 42, 44, 62, 64,
The phase difference between the guided modes can be controlled.

【0063】(第8実施例)本発明は、光ファイバにも
適用可能である。図19は、光ファイバに適用した実施
例の斜視図、図20は、中央断面図を示す。
(Eighth Embodiment) The present invention can also be applied to an optical fiber. 19 is a perspective view of an embodiment applied to an optical fiber, and FIG. 20 is a central sectional view.

【0064】光ファイバ110は、伝搬方向で半径が小
さくなるコア112と、コア112を囲むクラッド11
4からなる。コア112の入射口112aでは、LP
01モード(0次モードに相当する。)及びLP11
ード(1次モードに相当する。)を含む複数の導波モー
ドが存在可能であるが、出射口112bでは、LP01
モード及びLP11モードのみが存在可能である。従っ
て、入射口112aから出射口112bに伝搬する間
に、LP11モードより高次のモード成分は外部に放射
される。
The optical fiber 110 includes a core 112 having a smaller radius in the propagation direction and a clad 11 surrounding the core 112.
It consists of 4. At the entrance 112a of the core 112, the LP
Although there can be a plurality of guided modes including the 01 mode (corresponding to the 0th-order mode) and the LP 11 mode (corresponding to the 1st-order mode), LP 01 is generated at the exit 112b.
Only modes and LP 11 modes can exist. Therefore, while propagating from the entrance 112a to the exit 112b, mode components higher than the LP 11 mode are radiated to the outside.

【0065】光ファイバ120は、伝搬方向で半径が一
定のコア122と、コア122を囲むクラッド124か
らなる。コア122の入射口122aは、光ファイバ1
10のコア112の出射口112bに対面し、コア12
2の光軸とコア112の光軸が同じ直線上に位置してい
る。光ファイバ120は、単一モード(LP01モー
ド)のみが存在しうる単一モード光ファイバからなる。
The optical fiber 120 comprises a core 122 having a constant radius in the propagation direction, and a clad 124 surrounding the core 122. The entrance 122a of the core 122 has the optical fiber 1
10 facing the emission port 112b of the core 112,
The optical axis of 2 and the optical axis of the core 112 are located on the same straight line. The optical fiber 120 is a single mode optical fiber in which only a single mode (LP 01 mode) can exist.

【0066】原理的には、図2に示す平面導波構造の場
合と同じように、入射口112aから光ファイバ110
に入射する光は、光ファイバ110に入射して、導波モ
ードに展開される。入射光の一部は外部に放射され、出
射口112bでは、0次モードと1次モードのみとな
る。
In principle, as in the case of the planar waveguide structure shown in FIG. 2, the optical fiber 110 is introduced from the entrance 112a.
The light incident on is incident on the optical fiber 110 and is expanded into a guided mode. Part of the incident light is radiated to the outside, and only the 0th-order mode and the 1st-order mode are present at the exit 112b.

【0067】光ファイバ110を光軸方向に機械的に延
伸することで、光ファイバ110における0次モードと
1次モードの位相差を調節できる。その位相差を2nπ
になるように調節することで、光ファイバ120の0次
モードを効率良く励振できる。
By mechanically extending the optical fiber 110 in the optical axis direction, the phase difference between the 0th-order mode and the 1st-order mode in the optical fiber 110 can be adjusted. The phase difference is 2nπ
The zero-order mode of the optical fiber 120 can be efficiently excited by adjusting so that

【0068】[0068]

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、光波の高次モード成分を低次モー
ドに効率よく変換でき、ビーム後を効果的に低減でき
る。例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器(以下、E
DFA)の励起光源の出力光を集束する手段として好適
である。
As can be easily understood from the above description, according to the present invention, the higher-order mode component of the light wave can be efficiently converted into the lower-order mode, and the post beam can be effectively reduced. For example, an erbium-doped fiber amplifier (hereinafter, E
It is suitable as a means for focusing the output light of the excitation light source of (DFA).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1実施例の導波路構成の平面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view of a waveguide structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2実施例の導波路構成の平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view of a waveguide structure according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 図2に示す実施例の損失の測定結果である。FIG. 3 is a result of measuring the loss of the embodiment shown in FIG.

【図4】 図21に示す従来例の損失の測定結果であ
る。
FIG. 4 is a measurement result of loss in the conventional example shown in FIG.

【図5】 第2実施例において、テーパ導波路20の
長さが5066μm近傍における結合損失と導波路長の
関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the coupling loss and the waveguide length when the length of the tapered waveguide 20 is near 5066 μm in the second embodiment.

【図6】 本発明の第3実施例の導波路構成の平面図で
ある。
FIG. 6 is a plan view of a waveguide structure according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 第3実施例におけるオフセットdの結合効率
の関係の計算例である。
FIG. 7 is a calculation example of the relationship of the coupling efficiency of the offset d in the third embodiment.

【図8】 本発明の第4実施例の導波路構成の平面図で
ある。
FIG. 8 is a plan view of a waveguide structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第5実施例の平面図である。FIG. 9 is a plan view of a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 図9のA−A線の断面図である。10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図11】 本発明の第6実施例の導波路構成の平面図
である。
FIG. 11 is a plan view of a waveguide structure according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】 第6実施例にヒータを追加した構成の平面
図である。
FIG. 12 is a plan view of a configuration in which a heater is added to the sixth embodiment.

【図13】 図12のB−B線での断面図である。13 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図14】 図12のC−C線での断面図を示す。FIG. 14 shows a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図15】 図12のD−D線での断面図を示す。FIG. 15 is a sectional view taken along line DD of FIG.

【図16】 本発明の第7実施例の導波路構成の平面図
である。
FIG. 16 is a plan view of a waveguide structure according to a seventh embodiment of the present invention.

【図17】 図16のE−E線での断面図を示す。FIG. 17 is a sectional view taken along line EE in FIG.

【図18】 電界例である。FIG. 18 is an example of an electric field.

【図19】 光ファイバに適用した実施例の斜視図であ
る。
FIG. 19 is a perspective view of an example applied to an optical fiber.

【図20】 図19に示す実施例の中央断面図である。20 is a central cross-sectional view of the embodiment shown in FIG.

【図21】 従来例の導波路構成を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing a conventional waveguide structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:テーパ導波路 12:単一モード導波路 14:テーパ導波路10の入射口 16:テーパ導波路10の出射口 20:基板 22:テーパ導波路 22a:入射口 22b:出射口 24,26:導波路 25:ヒータ 30,30a,30b:基板 32:テーパ導波路 32a:入射口 32b:出射口 34:導波路 36:導波路 40:基板 42:テーパ導波路 42a:入射口 42b:出射口 44:導波路 46:導波路 48:基板 50:導波路 52,54,56:ヒータ 60:基板 62:テーパ導波路 64,66:導波路 68:SiO2層 70,72,74:電極 110:光ファイバ 112:コア 112a:入射口 112b:出射口 114:クラッド 120:光ファイバ 122:コア 124:クラッド 10: Tapered waveguide 12: Single mode waveguide 14: entrance of tapered waveguide 10 16: Outlet of taper waveguide 10 20: substrate 22: Tapered waveguide 22a: entrance 22b: exit port 24, 26: Waveguide 25: heater 30, 30a, 30b: substrate 32: Tapered waveguide 32a: entrance 32b: exit port 34: Waveguide 36: Waveguide 40: substrate 42: Tapered waveguide 42a: entrance 42b: exit port 44: Waveguide 46: Waveguide 48: Substrate 50: Waveguide 52, 54, 56: heater 60: substrate 62: Tapered waveguide 64, 66: Waveguide 68: SiO2 layer 70, 72, 74: electrodes 110: optical fiber 112: Core 112a: entrance 112b: exit port 114: Clad 120: optical fiber 122: Core 124: Clad

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 公佐 埼玉県上福岡市大原二丁目1番15号株式会 社ケイディーディーアイ研究所内 Fターム(参考) 2H047 KA03 KA13 LA23 TA35 TA36   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Komura Nishimura             2-15 Ohara Stock Exchange, Kamifukuoka City, Saitama Prefecture             Company KDI Research Institute F term (reference) 2H047 KA03 KA13 LA23 TA35 TA36

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射端から出射端に向かって導波路幅が
狭くなり、当該出射端において0次モード、1次モード
及び2次モードが存在可能な第1の導波路(22)と、 当該第1の導波路(22)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である第2の導波路であって、0次モ
ード、1次モード及び2次モードが存在可能な第2の導
波路(24)と、 当該第2の導波路(24)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である単一モード伝送の第3の導波路
(26)とを具備し、当該第1の導波路及び当該第2の
導波路における当該0次モード及び当該2次モードの位
相差が実質的に2nπ(但し、nは整数)に等しいこと
を特徴とするビーム径変換デバイス。
1. A first waveguide (22) in which a waveguide width becomes narrower from an incident end toward an emitting end, and a 0th-order mode, a first-order mode, and a second-order mode can exist at the emitting end, It is a second waveguide connected to the output end of the first waveguide (22) and having a constant waveguide width in the optical axis direction, and a 0th mode, a 1st mode and a 2nd mode can exist. A second waveguide (24) and a third waveguide (26) for single mode transmission, which is connected to the output end of the second waveguide (24) and has a constant waveguide width in the optical axis direction. And a phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the first waveguide and the second waveguide is substantially equal to 2nπ (where n is an integer). Beam diameter conversion device.
【請求項2】 更に、当該第2の導波路(24)の所定
導波モード間の位相差を調節する位相差調節手段(2
5;70,72,74)を具備する請求項1にビーム径
変換デバイス。
2. A phase difference adjusting means (2) for adjusting a phase difference between predetermined waveguide modes of the second waveguide (24).
5; 70, 72, 74), The beam diameter conversion device according to claim 1.
【請求項3】 入射端から出射端に向かって導波路幅が
狭くなり、当該出射端において0次モード、1次モード
及び2次モードが存在可能な第1の導波路(22)と、 当該第1の導波路(22)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である単一モード伝送の第3の導波路
(26)とを具備し、当該第1の導波路(22)におけ
る当該0次モード及び当該2次モードの位相差が実質的
に2nπ(但し、nは整数)に等しいことを特徴とする
ビーム径変換デバイス。
3. A first waveguide (22), wherein the width of the waveguide is narrowed from the entrance end toward the exit end, and a 0th-order mode, a first-order mode, and a second-order mode can exist at the exit end, A third waveguide (26) for single-mode transmission, which is connected to the output end of the first waveguide (22) and has a constant waveguide width in the optical axis direction. (22) The beam diameter conversion device, wherein the phase difference between the 0th mode and the 2nd mode is substantially equal to 2nπ (where n is an integer).
【請求項4】 入射端から出射端に向かって導波路幅が
狭くなり、当該出射端において0次モード及び1次モー
ドが存在可能な第1の導波路(32)と、当該第1の導
波路(32)の出力端に接続し、導波路幅が光軸方向に
一定である第2の導波路であって、0次モード及び1次
モードが存在可能な第2の導波路(34)と、 当該第2の導波路(34)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である単一モード伝送の第3の導波路
(36)とを具備し、当該第1の導波路(32)及び当
該第2の導波路(34)における当該0次モード及び当
該2次モードの位相差が実質的にnπ(但し、nは整
数)に等しく、当該第3の導波路(36)の光軸が、当
該第2の導波路(34)の光軸からオフセットしている
ことを特徴とするビーム径変換デバイス。
4. A first waveguide (32) having a narrower waveguide width from an entrance end toward an exit end, in which a zero-order mode and a first-order mode can exist at the exit end, and the first waveguide (32). A second waveguide (34) which is connected to the output end of the waveguide (32) and has a constant waveguide width in the optical axis direction and in which a 0th-order mode and a 1st-order mode can exist. And a third waveguide (36) for single-mode transmission, which is connected to the output end of the second waveguide (34) and has a constant waveguide width in the optical axis direction. The phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the waveguide (32) and the second waveguide (34) is substantially equal to nπ (where n is an integer), and the third waveguide Beam diameter conversion wherein the optical axis of (36) is offset from the optical axis of the second waveguide (34) device.
【請求項5】 更に、当該第3の導波路(34)を、当
該第3の導波路の光軸に対して直交する方向に移動自在
に保持する導波路保持手段(30b)を具備する請求項
4に記載のビーム径変換デバイス。
5. A waveguide holding means (30b) for holding the third waveguide (34) movably in a direction orthogonal to the optical axis of the third waveguide. Item 4. The beam diameter conversion device according to item 4.
【請求項6】 入射端から出射端に向かって導波路幅が
狭くなり、当該出射端において0次モード、1次モード
及び2次モードが存在可能な第1の導波路(42)と、 当該第1の導波路(42)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である第2の導波路であって、0次モ
ード、1次モード及び2次モードが存在可能な第2の導
波路(44)と、 当該第2の導波路(44)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である第3の導波路であって、0次モ
ード及び1次モードが存在可能な第3の導波路(46)
と、 当該第3の導波路(46)の出力端に接続し、導波路幅
が光軸方向に一定である単一モード伝送の第4の導波路
(50)とを具備し、 当該第1の導波路(42)及び第2の導波路(44)に
おける当該0次モード及び当該2次モードの位相差が実
質的に2nπ(但し、nは整数)に等しく、 当該第1の導波路(42)、当該第2の導波路(44)
及び第3の導波路(44)における当該0次モード及び
当該1次モードの位相差が実質的にmπ(但し、mは整
数)に等しく、 当該第4の導波路(50)の光軸が、当該第3の導波路
(46)の光軸からオフセットしていることを特徴とす
るビーム径変換デバイス。
6. A first waveguide (42), wherein the width of the waveguide becomes narrower from the entrance end toward the exit end, and a 0th-order mode, a first-order mode, and a second-order mode can exist at the exit end, A second waveguide connected to the output end of the first waveguide (42) and having a constant waveguide width in the optical axis direction, in which a 0th-order mode, a 1st-order mode and a 2nd-order mode can exist. A second waveguide (44) and a third waveguide connected to the output end of the second waveguide (44) and having a constant waveguide width in the optical axis direction. Third waveguide (46) in which the first mode can exist
And a fourth waveguide (50) for single-mode transmission, which is connected to the output end of the third waveguide (46) and has a constant waveguide width in the optical axis direction. The phase difference between the zeroth-order mode and the second-order mode in the waveguide (42) and the second waveguide (44) is substantially equal to 2nπ (where n is an integer), and the first waveguide ( 42), the second waveguide (44)
And the phase difference between the zeroth-order mode and the first-order mode in the third waveguide (44) is substantially equal to mπ (where m is an integer), and the optical axis of the fourth waveguide (50) is A beam diameter conversion device, wherein the beam diameter conversion device is offset from the optical axis of the third waveguide (46).
【請求項7】 更に、当該第1の導波路(42)におけ
る導波モード伝搬定数を調節する第1の伝搬定数調節手
段(52)、当該第2の導波路(44)における導波モ
ード伝搬定数を調節する第2の伝搬定数調節手段(5
4)、及び、当該第3の導波路(46)における導波モ
ード伝搬定数を調節する第3の伝搬定数調節手段(5
6)の内の少なくとも1つを具備する請求項6に記載の
ビーム径変換デバイス。
7. A first propagation constant adjusting means (52) for adjusting a guided mode propagation constant in the first waveguide (42), and a guided mode propagation in the second waveguide (44). Second propagation constant adjusting means (5) for adjusting the constant
4) and third propagation constant adjusting means (5) for adjusting the propagation constant of the guided mode in the third waveguide (46).
The beam diameter conversion device according to claim 6, comprising at least one of 6).
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