JP2004177776A

JP2004177776A - 光合波器及びそれを用いた光デバイス

Info

Publication number: JP2004177776A
Application number: JP2002345556A
Authority: JP
Inventors: Akio Sugama; 明夫菅間; Koji Tsukamoto; 浩司塚本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】加工精度が緩く、且つ、使用される光の波長に制限が生じない光合波器、及びそれを用いた光デバイスを提供すること。
【解決手段】外部から入力された複数本の光信号のそれぞれを個別にコリメートしてそれらを一つにするコリメート部８と、コリメート部８により一つにされた光信号を集光する集光レンズ９と、集光レンズ９により集光された光信号が入力される出力チャネル導波路２ｂと、コリメート部８と集光レンズ９との間に配されて、光信号が通る共通光導波路３ｄと、を備えたことを特徴とする光合波器による。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光合波器、及びそれを用いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号は、高速・大容量の信号伝送に適しており、長距離の基幹通信システムでは光信号を用いた信号伝達が既に実用化されている。そのようなシステムの中でも、光波長多重（ＷＤＭ）システムは、波長の異なる複数の光信号の各々に独立に情報を持たせることで、より容量の大きな信号を伝送することが可能となる。
【０００３】
その光多重システムでは、波長の異なる複数の入力光信号を一本に合波（合流）させる光合波器が必要であるが、そのような光合波器としては、Ｙ分岐、方向性結合器、マルチモード干渉器、スターカップラ等が提案されており、実際に実用に供されている。或いは、レンズ系を設けることにより、複数の入力信号を合流させる構造も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）
なお、光合波器ではなく、光信号の伝播経路を変える光スイッチとしては、例えば特願２００２−１７８２９１号に記載される構造がある。
【０００４】
また、光合波器や光スイッチではなく、１２個の波長の異なるレーザ源から一つのレーザを選択してそれを出力する波長可変光源も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２２４０８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０７３８７号公報
【非特許文献１】
Ｂ．Ｐｅｚｅｓｈｋｉｅｔａｌ．， ”２０ｍＷｗｉｄｅｌｙｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒｍｏｄｕｌｅｕｓｉｎｇＤＦＢａｒｒａｙａｎｄＭＥＭｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎ”，ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，（Ｆｉｇ．１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造のうち、Ｙ分岐は、幅が数μｍという非常に細い二本の入力チャネル導波路が一本の出力チャネル導波路に結合した構造であるため、非常に高い加工精度が要求される。
【０００７】
また、方向性結合器は、隣接する光導波路を通る光信号同士の相互作用を利用しているため、使用できる光の波長に制限が生じる。同様に、マルチモード干渉器及びスターカップラは、いずれも光の干渉を利用しているため、やはり使用できる光の波長に制限が生じてしまう。
【０００８】
一方、特開平５−２２４０８２号公報に記載の構造では、レンズ系の前面に偏角プリズム３が配されており、その偏角プリズム３によって全体の構造がやや複雑となっている。
【０００９】
更に、特開平１０−１０７３８７号公報の構造では、入力チャネル導波路ＩＷＧ１〜ＩＷＧ８が途中で屈曲した構造となっているため、Ｙ分岐と同様に、高い加工精度が要求される。
【００１０】
本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、加工精度が緩く、且つ、使用される光の波長に制限が生じない光合波器、及びそれを用いた光デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第１の発明である、外部から入力された複数本の光信号のそれぞれを個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部からの前記光信号を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された前記光信号が入力される出力チャネル導波路と、前記コリメート部と前記集光レンズとの間に配されて、前記光信号が通る共通光導波路と、を備えたことを特徴とする光合波器によって解決する。
【００１２】
次に、本発明の作用について説明する。
【００１３】
本発明によれば、外部から入力された光信号をコリメート部によりコリメートし、それらを合波するので、光を干渉させる必要が無い。よって、使用される光の波長に制限が生じず、適応波長範囲が広められる。
【００１４】
また、入力された各光信号は、コリメート部により一旦幅広の光束にされた後に合波されるので、細い光導波路を結合するＹ分岐と比較して、その加工精度が緩やかとなる。
【００１５】
更に、入力端が広径となるテーパー部を出力チャネル導波路に設けることで、集光レンズによる各光入力信号の焦点位置のずれがカバーされ、光量のロスを招くことなく各光入力信号が合波される。
【００１６】
また、本発明に係る光デバイスによれば、上記光合波器の前段に、複数の光信号の各々を射出する複数のレーザ源が設けられる。そのような光デバイスは、例えば、各レーザ源として波長の異なるものを使用し、そのうちの一つのみを選択的にオンし、残りをオフとすることで、選択されたレーザ光のみが射出される波長可変光源として使用される。
【００１７】
また、この場合、複数のレーザ源のうちの少なくとも二つを同じ波長にすることで、一方のレーザ源が故障したとき、他方をバックアップ用のレーザ源として使用することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光合波器について示す斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、この光合波器は、屈折率が約１．４４である石英基板等の基板１上にコア層２を有する。そのコア層２は、例えばＧａをドープして屈折率を約０．３〜０．４％程度高くした石英よりなり、複数の入力チャネル導波路２ａと、一本の出力チャネル導波路２ｂとを有する。このうち、出力チャネル導波路２ｂには、その入力端が広径となるテーパー部２ｃが図示の如く設けられる。
【００２０】
コア層２上には、例えば石英よりなる上部クラッド層３が形成され、更に、基板１に至る深さの第１溝６と第２溝７とがこれら上部クラッド層３とコア層２とに形成される。その第１溝６、第２溝７には、例えばフッ素樹脂等のポリマーが充填されて、そのポリマーによりコリメート部８と集光レンズ９とが構成される。
【００２１】
コリメート部８と集光レンズ９との間のコア層２は、複数の入力光が共通に通るスラブ導波路（共通導波路）２ｄとして機能する。
【００２２】
この光合波器は次のように動作する。
【００２３】
まず、外部から複数本の光信号が各入力チャネル導波路２ａに入力されると、その光信号は、各入力チャネル導波路２ａを通ってそれらの終端から広がり出るが、そのように広がり出た光信号はコリメート部８により一旦平行光にコリメートされる。コリメート部８を通った光信号は、スラブ導波路２ｄを通り、集光レンズ９の近くで一つにされる。集光レンズ９は、一つにされた複数の光信号を集光し、各光信号を合波するように機能する。このように合波された各光信号は、出力チャネル導波路２ｂの入力端に入力された後、該出力チャネル導波路２ｂを通って外部に出力される。
【００２４】
このような光合波器によれば、光の干渉を利用していないため、各入力光信号の波長に制限が生じず、適応波長範囲を広くすることができる。また、入力光信号をコリメート部８により一旦幅広にしてから集光レンズ９に集めるので、光束の幅方向のアライメント精度が緩やかとなり、Ｙ分岐のように高い加工精度を必要とせず、加工精度を緩やかにすることができる。
【００２５】
しかも、集光レンズ９の焦点位置は、各入力光信号の入射角の違いにより各入力光信号毎に異なるのであるが、出力チャネル導波路２ｂの入力端にテーパー部２ｃを設けることで、そのような焦点位置のずれをカバーすることができ、光量のロスを招くことなく入力光信号を合波することができる。
【００２６】
なお、図２の平面図に示すように、各入力光信号の各々を発する複数の半導体レーザー（レーザ源）１０を上記の光合波器の前段に設けてもよい。この場合、各半導体レーザ１０のレーザ射出部１０ａは、コリメート部８の入力側の焦点位置に配置されることになる。
【００２７】
このような光デバイスは、半導体レーザ１０のそれぞれに異なる波長のものを使用して、各半導体レーザ１０のうちの一つを選択的にオンにし、残りをオフとすることで、選択された波長のレーザが出力される波長可変光源として機能する。
【００２８】
更に、この場合、半導体レーザ１０のうちの二つに同じ波長のものを使用することで、その波長の一方のレーザが故障したとき、残りの一つをバックアップ用のレーザ源として使用することが可能となる。
【００２９】
次に、上記のような光合波器の製造方法について、図３〜図４を参照しながら説明する。図３〜図４は、本実施形態に係る光合波器の製造方法について示す斜視図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１として厚さが約１〜２ｍｍの石英基板を用意する。
【００３１】
次いで、図３（ｂ）に示すように、Ｇａをドープした石英を基板１上にＣＶＤ法により厚さ３〜５μｍ程度に形成し、それをコア層２とする。
【００３２】
続いて、図３（ｃ）に示すように、コア層２上に金属膜をスパッタ法により形成し、それをパターニングして第１マスクパターン３とする。
【００３３】
次に、図３（ｄ）に示す構造を得るまでの工程について説明する。まず、第１マスクパターン３をエッチングマスクとして使用し、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によるドライエッチングによりコア層２をパターニングする。その結果、コア層２には、複数本の入力チャネル導波路２ａと、一本の出力チャネル導波路２ｂとが形成されることになる。そのようなパターニングの後、第１マスクパターン３は除去される。
【００３４】
次いで、図４（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により石英を全面に厚さ約１０μｍに形成し、それを上部クラッド層４とする。
【００３５】
続いて、図４（ｂ）に示すように、上部クラッド層４上に金属膜を形成し、それをパターニングすることで第２マスクパターン５とする。そのマスクパターン５には、コリメート部８（図１参照）、集光レンズ９に対応する開口５ａ、５ｂが形成されている。
【００３６】
次に、図４（ｃ）に示す構造を得るまでの工程について説明する。まず、第２マスクパターン５をエッチングマスクにし、ＲＩＥによりコア層２と上部クラッド層４とをパターニングし、基板１に至る深さの第１溝６、第２溝７を形成する。
【００３７】
その後、第２マスクパターン５を除去し、第１、第２溝６、７にサイトップ（旭硝子株式会社製）等のポリマーを充填し、それをベーク・キュアしてコリメート部８、集光レンズ９とする。
【００３８】
以上により、本実施形態に係る光合波器が完成する。既述のように、この光合波器は、コリメート部８で入力光信号を幅広にするので、上記の製造方法における加工精度を比較的緩やかにすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光合波器によれば、光の干渉を利用しないため、使用する光の波長に制限が生じず、適応波長範囲を広くすることができる。
【００４０】
また、入力された各光信号は、コリメート部により一旦幅広の光束にされた後に合波されるので、光合波器の加工精度を緩やかにすることができる。
【００４１】
しかも、入力端が広径となるテーパー部を出力チャネル導波路に設けることで、光量のロスを招くことなく各光入力信号を合波することができる。
【００４２】
また、本発明に係る光デバイスによれば、波長の異なる複数のレーザ源が上記光合波器の前段に設けられるので、波長可変光源として使用することができる。
【００４３】
更に、そのレーザ源のうちの少なくとも二つを同じ波長にすることで、一方のレーザ源が故障したとき、他方をバックアップ用のレーザ源として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る光合波器の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る光デバイスの平面図である
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る光合波器の製造方法について示す斜視図（その１）である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る光合波器の製造方法について示す斜視図（その２）である。
【符号の説明】
１…基板、２…コア層、２ａ…入力チャネル導波路、２ｂ…出力チャネル導波路、２ｃ…テーパー部、３…第１マスクパターン、４…上部クラッド層、５…第２マスクパターン、５ａ、５ｂ…開口、６…第１溝、７…第２溝、８…コリメート部、９…集光レンズ、１０…スラブ導波路。

Claims

外部から入力された複数本の光信号のそれぞれを個別にコリメートするコリメート部と、
前記コリメート部からの前記光信号を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された前記光信号が入力される出力チャネル導波路と、
前記コリメート部と前記集光レンズとの間に配されて、前記光信号が通る共通光導波路と、
を備えたことを特徴とする光合波器。
前記出力チャネル導波路は、その入力端が広径となるテーパー部を有することを特徴とする請求項１に記載の光合波器。
請求項１又は請求項２に記載の光合波器の前段に、前記複数の光信号の各々を射出する複数のレーザ源が設けられたことを特徴とする光デバイス。
前記レーザー源のレーザ射出部は、前記コリメート部の焦点位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
前記複数のレーザ源のうちの少なくとも二つは、同じ波長のレーザを射出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光デバイス。