JP2004240064A

JP2004240064A - Spot size converting optical waveguide, optical module and waveguide type optical circuit

Info

Publication number: JP2004240064A
Application number: JP2003027587A
Authority: JP
Inventors: Takashi Chiba; 貴史千葉; Masahiro Hikage; 正広日景; Naoto Uetsuka; 尚登上塚
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spot size converting optical waveguide which can be easily manufactured, has a small polarization-dependent loss, can generate a specified spot size of light after conversion, and can thereby couple optical devices without increasing the coupling loss. <P>SOLUTION: A plurality of cores 1 separately arranged along the light propagation direction z in a clad 2 are arranged by dividing them into a structural part 6 with different periods and a structural part 7 with a constant period. Even when the spot size of light in the structural part 6 with different periods varies, the varied spot size is made constant in the structural part 7 with a constant period. The structural part 6 with different periods is formed to have a constant segment length S and core lengths L1 to L6 gradually decreasing along the light propagation direction z so as to gradually decrease the spot size of the light propagating in the single mode waveguide. The structural part 7 with a constant period is formed to have a constant segment length S1, core length L7 and gap length d7 between the cores, and keeps the spot size of the light from the structural part 6 with different periods. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光のスポットサイズを所定のサイズに変換するスポットサイズ変換光導波路に関し、例えば、互いにモードフィールド径が異なる光導波路素子と光ファイバとの接続の際に、これらの中間に介在させる光回路素子として用いられるスポットサイズ変換光導波路、その光回路素子に光ファイバ、光導波路素子等の光学系デバイスが接続されて構成される光モジュールおよびスポットサイズ変換光導波路が組み込まれた導波路型光回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スポットサイズ変換光導波路は、基板上に光（光信号）を伝搬させるコアと、このコアを覆うクラッドとから成り、このクラッドはコアを保護すると共に光をコアに閉じ込めるためにコアよりも低い屈折率を有している。このスポットサイズ変換光導波路の主な構造として、コア幅やコア高さが光の伝搬方向に沿って徐々に変化するテーパー導波路構造、光の伝搬方向に沿ってコアの一部が複数個あるギャップをもって分割された分割導波路構造等が報告されている。
【０００３】
図１５（ａ）〜（ｃ）に、従来のテーパー導波路構造のスポットサイズ変換光導波路の構成例を示し、図１６（ａ）および（ｂ）に、従来の分割導波路構造のスポットサイズ変換光導波路の構成例を示す。但し、図１５（ａ）、（ｂ）はアップテーパー導波路構造、（ｃ）はダウンテーパー導波路構造である。また、本明細書では、図１５（ａ）並びに図１６（ｃ）などに示す座標軸上のｚ軸方向（光の伝搬方向）の寸法を長さ、ｙ軸方向の寸法を高さ、ｘ軸方向の寸法を幅と表現する。
【０００４】
図１５（ａ）に示すスポットサイズ変換光導波路は、コア１の幅および高さの両方が光の伝搬方向ｚに対して徐々に変化するテーパー導波路構造のものであり、図１５（ｂ）および（ｃ）、図１６（ａ）および（ｃ）に示す他の構造のスポットサイズ変換光導波路と比較して、スポットサイズの変換範囲が広く、変換後のスポットサイズを維持することも容易である。このスポットサイズ変換光導波路を用いて比屈折率差１．５％の石英系光導波路とシングルモードファイバの結合損失を１箇所あたり１．６ｄＢ以上低減した報告例もある（井藤他２００２電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−６７）。
【０００５】
図１５（ｂ）および（ｃ）に示すスポットサイズ変換光導波路は、コア１の幅だけが光の伝搬方向ｚに沿って徐々に変化するテーパー導波路構造のものである。図１５（ｃ）の構造の場合、コア１の幅を細くすることで光の閉じ込めを弱くし、スポットサイズを拡大するもので、図１５（ｂ）の構造の場合と比較してコア１の高さ方向ｙのスポットサイズを拡大することができる（水野他２００１電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−９７等）。
【０００６】
図１６（ａ）および（ｂ）に示すスポットサイズ変換光導波路は、分割導波路構造の例であり、コア１の部分だけを示している。ここで、図１６（ｃ）に示すように分割されたコア１と１ａの間に形成されるギャップ３と、分割されたコア１ａとを合わせて一つのセグメント５と考え、セグメント長Ｓをギャップ長ｄとコア長Ｌとを足した合わせた長さ（ｄ＋Ｌ）で定義する。
【０００７】
この場合、図１６（ａ）に示すスポットサイズ変換光導波路は、セグメント長Ｓが一定で、コア長Ｌ_１〜Ｌ_４が徐々に光の伝搬方向ｚに沿って減少する構造であり、図１６（ｂ）に示すスポットサイズ変換光導波路は、ギャップ長ｄが一定でコア長Ｌ_１〜Ｌ_４が徐々に光の伝搬方向ｚに沿って減少し、このため、セグメント長Ｓ_１〜Ｓ_４が徐々に光の伝搬方向ｚに沿って減少する構造である。どちらの構造においても、コア１の幅方向ｘおよび高さ方向ｙの両方向にスポットサイズを変換することが可能である。さらに、図１５（ｂ）および（ｃ）の場合と異なり、コア１の幅および高さの寸法変化がないため、コア１の幅と高さの寸法比が１であれば偏波依存性損失が生じないという利点がある。
【０００８】
また、図１５（ｂ）および（ｃ）に示す構造、並びに図１６（ａ）および（ｂ）に示す構造では、通常の光導波路作製技術においてマスクパターンを変更するだけで作製することができる利点がある。また、それら構造のスポットサイズ変換光導波路を光回路素子として用いる場合は、変換された所定のスポットサイズに応じて、その光回路素子に、光ファイバ、光導波路素子および受発光素子等の光学系デバイスを接続する必要がある。
【０００９】
さらに、図１６（ｂ）の構造は、図１６（ａ）の構造と比較して、同じスポットサイズ変換量を得るため必要な導波路長を短縮できることが、記述されている文献がある（特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２６２２４４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のスポットサイズ変換光導波路において、図１５（ａ）に示すテーパー導波路構造では、側面形状が曲線状を成すようにコア１の高さ寸法を変えなければならないので、製造工程が複雑化するなど容易に製造することができないという問題がある。
【００１２】
また、図１５（ｂ）のタイプの場合、コア１の高さが一定で、高さ方向ｙのスポットサイズを変換することができないため、所望のスポットサイズを得ることができず、図１５（ｃ）のタイプでは、コア１を極端に細くするため、偏波依存性損失が大きくなるという問題がある。
【００１３】
さらに、図１５（ｃ）に示す構造、並びに図１６（ａ）および（ｂ）に示す構造のスポットサイズ変換光導波路を互いにモードフィールド径が異なる光学系デバイスの中間に介在させる光回路素子として用いる際に、この光回路素子の端面近傍に所定の光スポットサイズを得る位置があるような場合に、光回路素子をウエハから切り出す際の位置ずれがあると、所定のスポットサイズを得ることができないという問題がある。このため、互いにモードフィールドが異なる光学系デバイスの中間に介在させてこれらを接続してもスポットサイズの整合がとれなくなり、その結果、結合損失が増大するという問題がある。この問題は、スポットサイズ変換導波路が組み込まれた導波路型光回路に光ファイバ等の光学系デバイスを接続する場合にも同様に生じるものである。
【００１４】
また、上記と同種の問題でもあるが、光回路素子は、ウエハから切り出された後、その端面が研磨されることになるが、この研磨工程において欠陥を生じ、再研磨を余儀なくされると、研磨量が増加するため、所定のスポットサイズを得ることができないという問題がある。このため、互いにモードフィールド径が異なる光学系デバイスの中間に介在させてこれらを接続してもスポットサイズの整合がとれなくなり、その結果、結合損失が増大してしまうという問題がある。この問題は、スポットサイズ変換導波路が組み込まれた導波路型光回路に光ファイバ等の光学系デバイスを接続する場合にも同様に生じるものである。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、製造が容易で、偏波依存性損失が小さく、変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができ、これによって結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合することができるスポットサイズ変換光導波路、光モジュールおよび導波路型光回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のスポットサイズ変換光導波路は、光を伝搬し、この伝搬方向に沿って分割配置された複数のコアと、前記コアを覆うクラッドとを有して成るスポットサイズ変換光導波路において、前記複数のコアは、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化する部分と、一定である部分とを有することを特徴としている。
【００１７】
また、前記複数のコアは、光の伝搬方向に対して直交するコア幅および高さが一定であることを特徴としている。
【００１８】
また、前記コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定である部分の各コアは、コア間隔が１０μｍ以下であり、コア長が前記コア間隔の０．４〜１．０倍であることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明のスポットサイズ変換光導波路は、光を伝搬するコアと、前記コアを覆うクラッドとを有して成るスポットサイズ変換光導波路において、前記コアは、光の伝搬方向に沿って徐々に幅が変化するテーパー導波路構造のコアと、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定となるように分割配置されたコア群とを有して構成されることを特徴としている。
【００２０】
また、前記テーパー導波路構造のコアと、前記コア群との間に、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化するように分割配置されたコア群を介装したことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の光モジュールは、光を伝搬し、この伝搬方向に沿って分割配置された複数のコアと、前記コアを覆うクラッドとを有し、前記複数のコアが、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化する部分と、一定である部分とを有するスポットサイズ変換光導波路に、光学系デバイスを結合して構成されることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の光モジュールは、光を伝搬するコアと、前記コアを覆うクラッドとを有し、前記コアが、光の伝搬方向に沿って徐々に幅が変化するテーパー導波路構造のコアと、コア間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定となるように分割配置されたコア群とを有するスポットサイズ変換光導波路に、光学系デバイスを結合して構成されることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の導波路型光回路は、基板上に形成された複数の光入出力部を有する導波路型光回路において、前記光入出力部の少なくとも１つは、光を伝搬し、この伝搬方向に沿って分割配置された複数のコアと、前記コアを覆うクラッドとを有し、前記複数のコアが、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化する部分と、一定である部分とを有するスポットサイズ変換光導波路を備えたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の導波路型光回路は、基板上に形成された複数の光入出力部を有する導波路型光回路において、前記光入出力部の少なくとも１つは、光を伝搬するコアと、前記コアを覆うクラッドとを有し、前記コアが、光の伝搬方向に沿って徐々に幅が変化するテーパー導波路構造のコアと、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定となるように分割配置されたコア群とを有するスポットサイズ変換光導波路を備えたことを特徴としている。
【００２５】
また、前記デーパー導波路構造のコアと、前記コア群との間に、コア長とコア間隔の比が伝搬方向に沿って変化するように分割配置されたコア群を介装したことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１に示す第１の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路は、ガラス基板上に光の伝搬方向ｚに沿って分割配置された複数のコア１と、これらのコア１を覆うクラッド２とから成り、このクラッド２は、コア１を保護すると共に光をコア１に閉じ込めるためにコアよりも低い屈折率を有している。そして、このスポットサイズ変換導波路は、各コア１の長さＬ_１〜Ｌ_７と、各コア１の間隔ｄ_１〜ｄ_７との比が、光の伝搬方向ｚに沿って異なる部分（以下、異周期構造部分という）６と、一定である部分（以下、一定周期構造部分という）７とを有する分割導波路構造を成すものである。
【００２８】
つまり、異周期構造部分６は、セグメント長Ｓ（従来例で説明済み）が一定で、コア長Ｌ_１〜Ｌ_６が徐々に光の伝搬方向ｚに沿って減少する構造を成し、シングルモード導波路を伝搬する光のスポットサイズを徐々に拡大させる。一定周期構造部分７は、セグメント長Ｓ１、コア長Ｌ_７、コア間のギャップ長ｄ_７の何れも一定な構造を成し、異周期構造部分６からの光のスポットサイズを維持する。なお、コア１とクラッド２の境界面からの反射を防止するために、コア１とクラッド２の境界面を光の伝搬方向に対して斜めにするのが好ましい。このようなスポットサイズ変換光導波路を製造する場合は、通常の光導波路の作製方法を用いれば良い。但し、例えば次の二通りの方法によっても作製することができる。
【００２９】
図２（ａ）の平面図、（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）の平面図、（ｄ）のＢ−Ｂ断面図に示すように、長手方向の一端から他端まで直線状にコア１が配置されたクラッド２の表面からエッチングを施すことによって、コア１を上記のように異周期、一定周期で分断する溝８を形成する。そして、溝８にコア１よりも屈折率の低い光透過性物質を充填する。
【００３０】
図３（ａ）の平面図、（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）の平面図、（ｄ）のＤ−Ｄ断面図に示すように、クラッド２の表面からコア１にレーザを照射する。この照射された部分の屈折率が高くなるので、照射は、上記のコア１となる部分に行う。照射されなかった低屈折率部分９は、上記のギャップ部分となる。次に、スポットサイズ変換光導波路の特性について説明する。
【００３１】
図４に示すように、異周期構造部分６の各コア長Ｌ_１〜Ｌ_６を２０．０〜７．５μｍ、ギャップ長ｄ_１〜ｄ_６を５．０〜１７．５μｍとし、一定周期構造部分７の各コア長Ｌ_７を３．０μｍ、ギャップ長ｄ_７を５．０μｍとした場合に、このスポットサイズ変換光導波路を伝搬する光のスポットサイズを伝搬方向ｚのコア位置に対して計算した。
【００３２】
図５に、その計算結果を表で示す。この計算においては、導波路の比屈折率差を１．５％、光の波長を１．５５μｍとし、スポットサイズの算出は、強度分布の２次モーメントによる下記計算式（１）により算出した。
【００３３】
【数１】

但し、上記式（１）において、Ｗはスポットサイズ、Ψ（ｘ）は伝搬光の振幅分布であるとする。
【００３４】
図５に示す計算結果表において、異周期構造部分６ではスポットサイズが拡大され、一定周期構造部分７ではスポットサイズの変化が非常に緩やかになっていることが確認できる。つまり、所定のスポットサイズを維持できることが確認できる。
【００３５】
図６（ａ）に、本スポットサイズ変換光導波路１１を導波路型光回路１０の入出力部１０ｂに組み込んだ構成例を示す。この導波路型光回路１０は、いわゆるＡＷＧ型の光合分波器を構成しており、入力導波路１２と、入力導波路１２に接続されたスラブ導波路１３と、このスラブ導波路１３に接続され、長さの異なる複数本の導波路が長さの順に配置されたアレイ導波路１４と、アレイ導波路１４に接続されたスラブ導波路１３と、このスラブ導波路１３に接続された出力導波路１５とから成る。そして、入力導波路１２及び出力導波路１５の一部がスポットサイズ変換導波路１１で構成されており、１０ａで示す導波路１１の端面が導波路型光回路１０における光の入出力端面となっている。この入出力端面１０ａには光ファイバ１６が接続され光モジュールが構成される。
【００３６】
図６（ｂ）、（ｃ）にＺ_１，Ｚ_２で示すように、その入出力端面１０ａは、導波路型光回路１０の切断・研磨時に、光の伝搬方向ｚにずれ、その端面１０ａの位置がＺ_１，Ｚ_２で示すようにばらつく。このように、ばらついた場合でも、その位置Ｚ_１，Ｚ_２が一定周期構造部分７であれば、図６（ｄ）に示すように、得られるスポットサイズはほとんど変化せず安定して所定のスポットサイズを得ることができる。これは、上記したスポットサイズ変換光導波路を導波路型光回路に組み込んだ場合に限らずスポットサイズ変換光導波路を独立の光回路素子と作製し、これに光学系デバイスを接続して光モジュールを構成する場合も同様である。
【００３７】
スポットサイズ変換光導波路は、比屈折率差の高い光導波路と比屈折率差の比較的低いシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと略す）との結合損失を低減する目的で用いられる。したがって、本スポットサイズ変換光導波路は、上記したＡＷＧ型の光合分波器を構成する導波路型光回路１０に限らず、ＳＭＦとの結合損失の低減が要求されるもの（例えば、マトリクス型の光導波路スイッチ、マッハツエンダ回路を有する光導波路型の光可変減衰器その他の導波路型光回路）にも適用可能である。この場合、スポットサイズ変換光導波路は、可能な限り低損失でスポットサイズを変換するように設計する必要がある。
【００３８】
図７に示すように、異周期構造部分６の各コア長Ｌ_１〜Ｌ_６を２０．０〜７．５μｍ、ギャップ長ｄ_１〜ｄ_６を７．５μｍとし、一定周期構造部分７のギャップ長ｄ_７を、２．５μｍ、５．０μｍ、１０．０μｍと変化させた場合の、ｚ軸方向位置におけるスポットサイズ変換光導波路とＳＭＦとの結合損失を計算した。但し、スポットサイズ変換光導波路の比屈折率差を１．５％、伝搬光の波長を１．５５μｍとした。ＳＭＦの界分布は、モードフィールド径１０．４μｍのガウス分布を仮定した。また、コア長Ｌ_７とギャップ長ｄ_７の比が一定となるようにコア長Ｌ_７を調整した。
【００３９】
図８に、上記のスポットサイズ変換光導波路とＳＭＦとの結合損失の計算結果を示す。即ち、図７にＺ＝０を基点とするＺ軸方向の位置と結合損失との関係を示す。曲線ＣＬ１は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝１０．０μｍ、コア長Ｌ_７＝６．０μｍの場合のＺ軸方向位置と結合損失との関係、曲線ＣＬ２は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝５．０μｍ、コア長Ｌ_７＝３．０μｍの場合の同関係、曲線ＣＬ３は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝２．５μｍ、コア長Ｌ_７＝１．５μｍの場合の同関係を示す。
【００４０】
図９に、上記の結合損失の計算を行った際のスポットサイズ変換光導波路を伝搬する光のスポットサイズとＺ軸方向の位置との関係を示す。曲線ＣＬ４は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝１０．０μｍ、コア長Ｌ_７＝６．０μｍの場合のＺ軸方向位置とスポットサイズとの関係、曲線ＣＬ５は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝５．０μｍ、コア長Ｌ_７＝３．０μｍの場合の同関係、曲線ＣＬ６は、一定周期構造部分７におけるギャップ長ｄ_７＝２．５μｍ、コア長Ｌ_７＝１．５μｍの場合の同関係を示す。
【００４１】
図８および図９の関係からわかるように、コア長Ｌ_７とギャップ長ｄ_７の比が一定になるようにコア長Ｌ_７とギャップ長ｄ_７を変化させると、スポットサイズに大きな変化がなく、結合損失に違いが現れてくる。このことは、ギャップ長ｄ_７を大きくしたことによる放射損失の増加を意味している。よって、ギャップ長ｄの値は小さい方が望ましい。ただし、ＣＶＤ装置などの堆積装置により上部クラッド２を形成する場合、ギャップ部の埋め込みが困難となることがあるので、ギャップ長ｄ_７は３〜１０μｍが好ましいことがわかる。
【００４２】
図１０は、図７のスポットサイズ変換光導波路において、一定周期構造部分７のギャップ長ｄ_７を一定値（５．０μｍ）として各コア長Ｌ_７を一律に変化させた場合の、ｚ軸方向位置５００μｍにおけるスポットサイズおよび上記の結合損失の計算結果を示した図である。但し、伝搬光の波長を１．５５μｍ、比屈折率差を１．５％とした。この図１０から一定周期構造部分７のコア長Ｌ_７をギャップ長ｄ_７に対して適切な設計値にする必要があり、コア長Ｌ_７の範囲をギャップ長ｄ_７の０．４〜１．０倍とするのが好ましいことがわかる。
【００４３】
このように、第１の実施の形態のスポットサイズ変換光導波路によれば、クラッド２の中に光の伝搬方向ｚに沿って分割配置される複数のコア１を、異周期構造部分６と一定周期構造部分７とに分けて配置することによって、異周期構造部分６で拡大された光のスポットサイズを、一定周期構造部分７で、一定に維持することができる。
【００４４】
また、従来のダウンテーパー導波路構造ようにコアを極端に細くせず、コア１の幅、高さともに一定なので、偏波依存性損失を小さくすることができる。つまり、偏波依存性損失が小さく、変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができるので、結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合して、光モジュールを構成することができる。さらに、従来のようにコアの高さを変えるタイプのものと異なり、コアの高さが一定なので、容易に製造することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図１１に示す第２の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路は、光の伝搬方向ｚに沿って徐々に幅が細くなるダウンテーパー導波路構造のコア１と、このコア１の後段に光の伝搬方向ｚに沿って分割配置された複数の同形状のコア１ｃと、これらのコア１，１ａを覆うクラッド２とから成り、このクラッド２はコア１、１ａを保護すると共に光をコア１，１ａに閉じ込めるためにコア１、１ａよりも低い屈折率を有している。コア１の後段の各コア１ｃは、一定周期構造部分７である。
【００４６】
コア１は、光の入力部分の幅と高さが各々４．３μｍであり、テーパー状に細くなる位置ｚ＝０から先端までの長さが５００μｍ、先端の端面の幅が１．０μｍの寸法を有する。また、一定周期構造部分７においては、各コア１ｃの幅、高さ共に４．３μｍであり、ギャップ長が５．０μｍに設定されている。
【００４７】
図１２に、このスポットサイズ変換光導波路における光の伝搬方向であるＺ軸方向位置と、スポットサイズＣＬ７並びに結合損失ＣＬ８の関係を示す。但し、伝搬光の波長を１．５５μｍ、比屈折率差を１．５％とした。この図１２からコア１の部分において、スポットサイズが拡大すると共に結合損失が減少し、一定周期構造部分７では、拡大されたスポットサイズが低結合損失状態のまま上記第１の実施の形態と同様に安定に維持していることが分かる。従って、第１の実施の形態と同様に、変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができ、これによって結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合して、光モジュールを構成することができる。また、本スポットサイズ変換光導波路を上記第１の実施の形態と同様に導波路光回路の入出力部に組み込んで構成することができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図１３に示す第３の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路は、光の伝搬方向ｚに沿って徐々に幅が太くなるアップテーパー導波路構造のコア１と、このコア１の後段に光の伝搬方向ｚに沿って分割位置された異周期構造部分６の各コア１ｂと、一定周期構造部分７の各コア１ｃとから成る。
【００４９】
コア１は、光の入力部分の幅と高さが各々４．３μｍであり、テーパー状に太く位置ｚ＝０から先端までの長さが５００μｍ、先端の端面の幅が８．０μｍの寸法を有する。また、異周期構造部分６においては、各コア１ｂの幅、高さ共に４．３μｍであり、長さがコア１の直後の先頭のコア１ｂが２０μｍで以降２μｍづつ短く末尾のコア１ｂが１０μｍの寸法を有し、直前のコアとのギャップ長が先頭のコア１ｂで５μｍ、以降２μｍづつ長く末尾のコア１ｂで１７μｍとなっている。一定周期構造部分７においては、各コア１ｃの幅、高さ共に４．３μｍであり、ギャップ長が５μｍに設定されている。
【００５０】
図１４に、このスポットサイズ変換光導波路における光の伝搬方向あるＺ軸方向位置と、スポットサイズＣＬ９並びに結合損失ＣＬ１０の関係を示す。但し、伝搬光の波長を１．５５μｍ、比屈折率差を１．５％とした。この図１４からコア１，１ｂの部分においてスポットサイズが拡大すると共に結合損失が減少し、一定周期構造部分７では、拡大されたスポットサイズが低結合損失状態のまま上記第１の実施の形態と同様に安定に維持していることが分かる。従って、第１の実施の形態と同様に、偏波依存性損失が小さく、変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができ、これによって結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合して、光モジュールを構成することができる。また、本スポットサイズ変換光導波路を上記第１の実施の形態と同様に導波路型光回路の入出力部に組み込んで構成することができる
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスポットサイズ変換光導波路によれば、クラッド中に光の伝搬方向に沿って分割配置された複数のコアに、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化する部分と、一定である部分とを有するように構成したので、拡大された光のスポットサイズを、一定部分の各コアで、安定に維持することができる。また、コアの幅、高さともに一定としたので、偏波依存性損失を小さくすることができる。つまり、偏波依存性損失が小さく、スポットサイズ変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができるので、結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合することができる。さらに、コアの高さが一定なので、容易に製造することができる。
【００５２】
また、本発明のスポットサイズ変換光導波路によれば、クラッド中に光の伝搬方向に沿って徐々に幅が変化するテーパー導波路構造のコアと、コア長とコアの間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定となるように分割配置されたコア群とを有するように構成したので、拡大された光のスポットサイズを分割配置されたコア群で、安定に維持することができる。つまり、スポットサイズ変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができるので、結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合することができる。さらに、コアの高さが一定なので、容易に製造することができる。
【００５３】
さらに、本発明のスポットサイズ変換光導波路によれば、クラッド中に光の伝搬方向に沿って徐々に幅が変化するテーパー導波路構造のコアと、コア長とコアの間隔の比が光の伝搬方向に沿って一定となるように分割配置されたコア群との間に、コア長とコア間隔の比が光の伝搬方向に沿って変化するように分割配置されたコア群を介装したので、拡大された光のスポットサイズを、コア長とコア間隔の比が一定のコア群で、安定に維持することができる。また、コア群のコアの幅、高さともに一定としたので、偏波依存性損失を小さくすることができる。つまり、偏波依存性損失が小さく、スポットサイズ変換後に所定の光のスポットサイズを得ることができるので、結合損失が増大することなく光学系デバイスを結合することができる。さらに、コアの高さが一定なので、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）はクラッドにコアが形成された状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）はクラッドのコアに複数の溝が形成された状態を示す図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）はクラッドにコアが形成された状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はクラッドのコアに複数の低屈折率部分が形成された状態を示す図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図４】第１の実施の形態のスポットサイズ変換光導波路においてコアの寸法を定めた場合の構成を示す斜視図である。
【図５】図４のスポットサイズ変換光導波路におけるＺ軸方向位置とスポットサイズとの関係図である。
【図６】（ａ）は導波路型光回路の入出力部にスポットサイズ変換光導波路を組み込んだ場合の構成を示す図、（ｂ）と（ｃ）はスポットサイズ変換光導波路が入出力部に組み込まれた導波路型光回路の入出力端面の比較図、（ｄ）はスポットサイズ変換光導波路が入出力部に組み込まれた導波路型光回路におけるＺ軸方向位置とスポットサイズとの関係図である。
【図７】第１の実施の形態のスポットサイズ変換光導波路において一定周期構造部分のコアの長さ並びにギャップ長を変える場合の構成を示す斜視図である。
【図８】図７のスポットサイズ変換光導波路におけるＺ軸方向位置と結合損失との関係図である。
【図９】図７のスポットサイズ変換光導波路におけるＺ軸方向位置と結合損失との関係図である。
【図１０】図７のスポットサイズ変換光導波路において、一定周期構造部分のギャップ長を一定値として各コア長を一律に変化させた場合のｚ軸方向位置と、スポットサイズおよび結合損失との関係図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路の構成を示す斜視図である。
【図１２】第２の実施の形態のスポットサイズ変換光導波路におけるｚ軸方向位置と、スポットサイズおよび結合損失との関係図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路の構成を示す斜視図である。
【図１４】第３の実施の形態のスポットサイズ変換光導波路におけるｚ軸方向位置と、スポットサイズおよび結合損失との関係図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は従来のアップテーパー導波路構造のスポットサイズ変換光導波路の構成を示す図、（ｃ）はダウンテーパー導波路構造のスポットサイズ変換光導波路の構成を示す図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は従来の分割導波路構造のスポットサイズ変換光導波路の構成を示す図、（ｃ）はコア長、ギャップ長、セグメント長の説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃコア
２クラッド
６異周期構造部分
７一定周期構造部分
８溝
９低屈折率部分
１０導波路型光回路
１０ａ入出力端面
１０ｂ入出力部
１１スポットサイズ変換光導波路
１２入力導波路
１３スラブ導波路
１４アレイ導波路
１５出力導波路
１６光ファイバ
ｄギャップ長
Ｌコア長
Ｓセグメント長[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spot size conversion optical waveguide that converts a spot size of light to a predetermined size. For example, when connecting an optical waveguide element and an optical fiber having different mode field diameters to each other, a light interposed therebetween. A spot size conversion optical waveguide used as a circuit element, an optical module configured by connecting optical devices such as an optical fiber and an optical waveguide element to the optical circuit element, and a waveguide type light incorporating the spot size conversion optical waveguide. Circuit.
[0002]
[Prior art]
The spot size conversion optical waveguide includes a core for transmitting light (optical signal) on a substrate, and a cladding that covers the core. The cladding protects the core and confine the light to the core. Have a rate. The main structure of the spot size conversion optical waveguide includes a tapered waveguide structure in which a core width and a core height gradually change along the light propagation direction, and a plurality of cores along the light propagation direction. A divided waveguide structure divided with a gap has been reported.
[0003]
FIGS. 15A to 15C show configuration examples of a conventional spot size conversion optical waveguide having a tapered waveguide structure. FIGS. 16A and 16B show spot size conversions of a conventional split waveguide structure. 2 shows a configuration example of an optical waveguide. 15 (a) and 15 (b) show an up-tapered waveguide structure, and FIG. 15 (c) shows a down-tapered waveguide structure. In this specification, the dimension in the z-axis direction (light propagation direction) on the coordinate axes shown in FIG. 15A and FIG. 16C is length, the dimension in the y-axis direction is height, and the x-axis The dimension in the direction is expressed as a width.
[0004]
The spot size conversion optical waveguide shown in FIG. 15A has a tapered waveguide structure in which both the width and height of the core 1 gradually change with respect to the light propagation direction z. And (c), the spot size conversion range is wider than that of the spot size conversion optical waveguide having another structure shown in FIGS. 16 (a) and (c), and it is easy to maintain the spot size after conversion. is there. There is a report that the coupling loss between a silica-based optical waveguide having a relative refractive index difference of 1.5% and a single-mode fiber is reduced by 1.6 dB or more per spot using this spot-size-converted optical waveguide (Ito et al. Society General Conference C-3-67).
[0005]
The spot size conversion optical waveguides shown in FIGS. 15B and 15C have a tapered waveguide structure in which only the width of the core 1 gradually changes along the light propagation direction z. In the case of the structure of FIG. 15C, the confinement of light is weakened by narrowing the width of the core 1 and the spot size is enlarged. Compared with the structure of FIG. It is possible to enlarge the spot size in the height direction y (Mizuno et al., 2001 IEICE Electronics Society Conference C-3-97).
[0006]
The spot size conversion optical waveguide shown in FIGS. 16A and 16B is an example of a split waveguide structure, and shows only the core 1. Here, as shown in FIG. 16C, the gap 3 formed between the divided cores 1 and 1a and the divided core 1a are considered as one segment 5, and the segment length S is defined as the gap length. The length is defined as the sum of the length d and the core length L (d + L).
[0007]
In this case, in the spot size conversion optical waveguide shown in FIG. 16A, the segment length S is constant and the core length L ₁ ~ L ₄ Is gradually reduced along the light propagation direction z. In the spot size conversion optical waveguide shown in FIG. 16B, the gap length d is constant and the core length L ₁ ~ L ₄ Gradually decreases along the light propagation direction z, so that the segment length S ₁ ~ S ₄ Is gradually reduced along the light propagation direction z. In either structure, the spot size can be converted in both the width direction x and the height direction y of the core 1. Further, unlike the case of FIGS. 15B and 15C, since there is no dimensional change in the width and height of the core 1, if the dimensional ratio of the width and height of the core 1 is 1, the polarization dependent loss There is an advantage that no occurrence occurs.
[0008]
In addition, the structures shown in FIGS. 15B and 15C and the structures shown in FIGS. 16A and 16B have an advantage that they can be manufactured only by changing a mask pattern in a normal optical waveguide manufacturing technique. There is. When the spot size conversion optical waveguide having such a structure is used as an optical circuit element, an optical system such as an optical fiber, an optical waveguide element, and a light receiving / emitting element is added to the optical circuit element in accordance with the converted predetermined spot size. Device needs to be connected.
[0009]
Further, there is a document describing that the structure of FIG. 16B can shorten the waveguide length necessary to obtain the same spot size conversion amount as compared with the structure of FIG. Reference 1).
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-8-262244
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional spot size conversion optical waveguide, in the tapered waveguide structure shown in FIG. 15A, the height dimension of the core 1 must be changed so that the side surface forms a curved shape, so that the manufacturing process is complicated. There is a problem that it cannot be easily manufactured.
[0012]
Further, in the case of the type shown in FIG. 15B, the height of the core 1 is constant and the spot size in the height direction y cannot be converted, so that a desired spot size cannot be obtained. In the type c), there is a problem that the polarization dependent loss increases because the core 1 is extremely thin.
[0013]
Further, the spot size conversion optical waveguide having the structure shown in FIG. 15C and the structure shown in FIGS. 16A and 16B is used as an optical circuit element interposed between optical devices having different mode field diameters. In this case, if there is a position where a predetermined light spot size is obtained near the end face of the optical circuit element, and if there is a positional shift when cutting the optical circuit element from the wafer, the predetermined spot size cannot be obtained. There is a problem. For this reason, even if the optical devices having different mode fields are interposed between them and connected to each other, the spot size cannot be matched, resulting in an increase in coupling loss. This problem also occurs when an optical device such as an optical fiber is connected to a waveguide type optical circuit in which a spot size conversion waveguide is incorporated.
[0014]
In addition, although it is the same kind of problem as described above, the optical circuit element is cut out from the wafer, and the end face thereof is polished. However, when a defect occurs in this polishing process and re-polishing is required, There is a problem that a predetermined spot size cannot be obtained because the polishing amount increases. For this reason, even if they are interposed between optical devices having different mode field diameters and connected to each other, the spot size cannot be matched, and as a result, there is a problem that the coupling loss increases. This problem also occurs when an optical device such as an optical fiber is connected to a waveguide type optical circuit in which a spot size conversion waveguide is incorporated.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and is easy to manufacture, has small polarization dependent loss, and can obtain a predetermined light spot size after conversion, thereby increasing coupling loss. It is an object of the present invention to provide a spot size conversion optical waveguide, an optical module, and a waveguide type optical circuit that can couple optical devices without any problem.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a spot size conversion optical waveguide of the present invention is a spot which has a plurality of cores which propagate light, are divided and arranged along the propagation direction, and have a clad which covers the cores. In the size conversion optical waveguide, the plurality of cores has a portion in which a ratio of a core length and a core interval changes along a light propagation direction and a portion in which the ratio is constant.
[0017]
Further, the plurality of cores have a constant core width and a height perpendicular to the light propagation direction.
[0018]
In addition, each core in a portion where the ratio between the core length and the core interval is constant along the light propagation direction has a core interval of 10 μm or less and a core length of 0.4 to 1.0 times the core interval. It is characterized by being.
[0019]
Further, the spot size conversion optical waveguide of the present invention is a spot size conversion optical waveguide having a core for transmitting light and a clad for covering the core, wherein the core gradually extends along the light propagation direction. It is characterized by having a core of a tapered waveguide structure whose width changes, and a core group divided and arranged so that the ratio of the core length to the core interval is constant along the light propagation direction. I have.
[0020]
Further, a core group divided and arranged so that a ratio of a core length and a core interval changes along a light propagation direction is interposed between the core of the tapered waveguide structure and the core group. Features.
[0021]
Further, the optical module of the present invention has a plurality of cores that propagate light and are arranged separately along the propagation direction, and a clad that covers the cores, wherein the plurality of cores have a core length and a core interval. An optical device is coupled to a spot size conversion optical waveguide having a portion where the ratio changes along the light propagation direction and a constant portion.
[0022]
Further, the optical module of the present invention has a core that propagates light and a clad that covers the core, wherein the core has a tapered waveguide structure whose width gradually changes along the light propagation direction. An optical system device is coupled to a spot size conversion optical waveguide having a core group divided and arranged so that the ratio of the core intervals becomes constant along the light propagation direction.
[0023]
Further, in the waveguide type optical circuit of the present invention, in a waveguide type optical circuit having a plurality of optical input / output sections formed on a substrate, at least one of the optical input / output sections propagates light. A plurality of cores divided along the propagation direction, and a clad that covers the core, the plurality of cores, a portion in which the ratio of the core length and the core interval changes along the light propagation direction, A spot size conversion optical waveguide having a constant portion is provided.
[0024]
Further, in the waveguide type optical circuit of the present invention, in the waveguide type optical circuit having a plurality of optical input / output units formed on a substrate, at least one of the optical input / output units is provided with a core for propagating light. A core having a tapered waveguide structure whose width gradually changes along the light propagation direction, and a ratio of the core length to the core interval along the light propagation direction. And a core group divided and arranged so as to be constant.
[0025]
Also, a core group divided and arranged so that a ratio of a core length and a core interval changes along a propagation direction is provided between the core of the data waveguide structure and the core group. I have.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
(First Embodiment)
The spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a plurality of cores 1 divided on a glass substrate along a light propagation direction z, and a clad 2 covering these cores 1. The cladding 2 has a lower refractive index than the core to protect the core 1 and to confine light to the core 1. And, this spot size conversion waveguide has a length L of each core 1. ₁ ~ L ₇ And the distance d between each core 1 ₁ ~ D ₇ Is a divided waveguide structure having a portion (hereinafter, referred to as a hetero-periodic structure portion) 6 and a portion (hereinafter, referred to as a constant-period structure portion) 7 having different ratios along the light propagation direction z. Things.
[0028]
That is, in the heterocyclic structure portion 6, the segment length S (described in the conventional example) is constant, and the core length L ₁ ~ L ₆ Is gradually reduced along the light propagation direction z, and the spot size of the light propagating through the single mode waveguide is gradually enlarged. The constant-period structure portion 7 has a segment length S1 and a core length L ₇ , Gap length d between cores ₇ Have a constant structure, and maintain the spot size of the light from the heterocyclic structure portion 6. In order to prevent reflection from the interface between the core 1 and the clad 2, it is preferable that the interface between the core 1 and the clad 2 is inclined with respect to the light propagation direction. When manufacturing such a spot size conversion optical waveguide, a normal optical waveguide manufacturing method may be used. However, it can also be manufactured by the following two methods.
[0029]
As shown in the plan view of FIG. 2A, the sectional view taken along line AA of FIG. 2B, the plan view of FIG. 2C, and the sectional view taken along line BB of FIG. Etching is performed from the surface of the clad 2 on which the core 1 is disposed to form the grooves 8 that divide the core 1 at a different period and a constant period as described above. Then, the groove 8 is filled with a light transmitting substance having a lower refractive index than the core 1.
[0030]
As shown in the plan view of FIG. 3A, the CC cross-sectional view of FIG. 3B, the plan view of FIG. 3C, and the DD cross-sectional view of FIG. Irradiate. Since the irradiated portion has a high refractive index, the irradiation is performed on the portion to be the core 1. The low-refractive-index portion 9 not irradiated becomes the above-mentioned gap portion. Next, the characteristics of the spot size conversion optical waveguide will be described.
[0031]
As shown in FIG. 4, each core length L of the heterocyclic structure portion 6 ₁ ~ L ₆ Is 20.0 to 7.5 μm and the gap length d ₁ ~ D ₆ Is 5.0-17.5 μm, and each core length L of the constant period structure portion 7 is ₇ Is 3.0 μm and the gap length d ₇ Was set to 5.0 μm, the spot size of light propagating through the spot size conversion optical waveguide was calculated with respect to the core position in the propagation direction z.
[0032]
FIG. 5 is a table showing the calculation results. In this calculation, the relative refractive index difference of the waveguide was 1.5%, the wavelength of light was 1.55 μm, and the spot size was calculated by the following equation (1) using the second moment of the intensity distribution.
[0033]
(Equation 1)

However, in the above equation (1), it is assumed that W is the spot size, and Ψ (x) is the amplitude distribution of the propagating light.
[0034]
In the calculation result table shown in FIG. 5, it can be confirmed that the spot size is enlarged in the odd-period structure portion 6 and the change in the spot size is very gentle in the constant-period structure portion 7. That is, it can be confirmed that the predetermined spot size can be maintained.
[0035]
FIG. 6A shows a configuration example in which the spot size conversion optical waveguide 11 is incorporated in the input / output unit 10b of the waveguide type optical circuit 10. The waveguide type optical circuit 10 constitutes a so-called AWG type optical multiplexer / demultiplexer, and includes an input waveguide 12, a slab waveguide 13 connected to the input waveguide 12, and a connection to the slab waveguide 13. And an array waveguide 14 in which a plurality of waveguides having different lengths are arranged in order of length, a slab waveguide 13 connected to the array waveguide 14, and an output waveguide connected to the slab waveguide 13. And a wave path 15. A part of the input waveguide 12 and the output waveguide 15 is constituted by the spot size conversion waveguide 11, and the end face of the waveguide 11 indicated by 10a is the light input / output end face in the waveguide type optical circuit 10. ing. An optical fiber 16 is connected to the input / output end face 10a to form an optical module.
[0036]
FIGS. 6B and 6C show Z. ₁ , Z ₂ As shown by, the input / output end face 10a is shifted in the light propagation direction z when the waveguide type optical circuit 10 is cut or polished, and the position of the end face 10a is Z ₁ , Z ₂ It varies as shown in. In this way, even if the position varies, the position Z ₁ , Z ₂ Is a constant periodic structure portion 7, as shown in FIG. 6D, the obtained spot size hardly changes and a predetermined spot size can be obtained stably. This is not limited to the case where the above-described spot size conversion optical waveguide is incorporated into a waveguide type optical circuit, but the spot size conversion optical waveguide is manufactured as an independent optical circuit element, and an optical system device is connected thereto to form an optical module. The same applies when configuring.
[0037]
The spot size conversion optical waveguide is used for the purpose of reducing the coupling loss between an optical waveguide having a high relative refractive index difference and a single mode fiber having a relatively low relative refractive index difference (hereinafter abbreviated as SMF). Therefore, the present spot size conversion optical waveguide is not limited to the waveguide type optical circuit 10 constituting the above-mentioned AWG type optical multiplexer / demultiplexer, but is required to reduce the coupling loss with the SMF (for example, a matrix type optical circuit). The present invention is also applicable to an optical waveguide switch, an optical waveguide type optical variable attenuator having a Mach-Zehnder circuit, and other waveguide type optical circuits. In this case, the spot size conversion optical waveguide needs to be designed so as to convert the spot size with the lowest possible loss.
[0038]
As shown in FIG. 7, each core length L of the heterocyclic structure portion 6 ₁ ~ L ₆ Is 20.0 to 7.5 μm and the gap length d ₁ ~ D ₆ Is 7.5 μm, and the gap length d of the constant-period structure portion 7 is ₇ Was changed to 2.5 μm, 5.0 μm, and 10.0 μm, the coupling loss between the spot size conversion optical waveguide and the SMF at the position in the z-axis direction was calculated. However, the relative refractive index difference of the spot size conversion optical waveguide was 1.5%, and the wavelength of the propagating light was 1.55 μm. The SMF field distribution was assumed to be a Gaussian distribution having a mode field diameter of 10.4 μm. Also, the core length L ₇ And gap length d ₇ Of the core length L so that the ratio of ₇ Was adjusted.
[0039]
FIG. 8 shows a calculation result of the coupling loss between the spot size conversion optical waveguide and the SMF. That is, FIG. 7 shows the relationship between the position in the Z-axis direction with Z = 0 as a base point and the coupling loss. The curve CL1 indicates a gap length d in the constant periodic structure portion 7. ₇ = 10.0 μm, core length L ₇ The curve CL2 indicates the relationship between the position in the Z-axis direction and the coupling loss in the case of = 6.0 μm, and the gap length d in the constant periodic structure portion 7. ₇ = 5.0 μm, core length L ₇ = 3.0 μm, the curve CL3 shows the gap length d in the constant period structure portion 7. ₇ = 2.5 μm, core length L ₇ = 1.5 μm.
[0040]
FIG. 9 shows the relationship between the spot size of light propagating through the spot size conversion optical waveguide and the position in the Z-axis direction when the above-described coupling loss is calculated. A curve CL4 indicates a gap length d in the constant periodic structure portion 7. ₇ = 10.0 μm, core length L ₇ The relationship between the position in the Z-axis direction and the spot size in the case of = 6.0 μm, the curve CL5 shows the gap length d in the constant periodic structure portion 7. ₇ = 5.0 μm, core length L ₇ = 3.0 μm, the curve CL6 indicates the gap length d in the constant periodic structure portion 7. ₇ = 2.5 μm, core length L ₇ = 1.5 μm.
[0041]
As can be seen from the relationship between FIG. 8 and FIG. ₇ And gap length d ₇ Length L such that the ratio of ₇ And gap length d ₇ Is changed, there is no significant change in the spot size, and a difference appears in the coupling loss. This means that the gap length d ₇ Means an increase in radiation loss. Therefore, it is desirable that the value of the gap length d be small. However, when the upper clad 2 is formed by a deposition apparatus such as a CVD apparatus, it may be difficult to fill the gap, so that the gap length d ₇ It is understood that 3 to 10 μm is preferable.
[0042]
FIG. 10 shows the gap length d of the constant periodic structure portion 7 in the spot size conversion optical waveguide of FIG. ₇ Is a constant value (5.0 μm), and each core length L ₇ FIG. 9 is a diagram showing a spot size at a position of 500 μm in the z-axis direction and a calculation result of the above-described coupling loss when is uniformly changed. However, the wavelength of the propagating light was 1.55 μm, and the relative refractive index difference was 1.5%. From FIG. 10, the core length L of the constant-period structure portion 7 is shown. ₇ Is the gap length d ₇ It is necessary to set an appropriate design value for ₇ The gap length d ₇ It is understood that it is preferable to set it to 0.4 to 1.0 times.
[0043]
As described above, according to the spot size conversion optical waveguide of the first embodiment, the plurality of cores 1 divided and arranged along the light propagation direction z in the cladding 2 are fixed to the hetero-periodic structure portion 6. By arranging the periodic structure portion 7 separately from the periodic structure portion 7, the spot size of the light enlarged in the heteroperiodic structure portion 6 can be maintained constant in the constant periodic structure portion 7.
[0044]
Further, since the width and height of the core 1 are constant without making the core extremely thin unlike the conventional down-tapered waveguide structure, the polarization dependent loss can be reduced. That is, since the polarization dependent loss is small and a predetermined light spot size can be obtained after conversion, an optical module can be formed by coupling optical devices without increasing the coupling loss. Further, unlike the conventional type in which the height of the core is changed, the height of the core is constant, so that the core can be easily manufactured.
[0045]
(Second embodiment)
The spot size conversion optical waveguide according to the second embodiment shown in FIG. 11 has a core 1 having a down-tapered waveguide structure in which the width gradually decreases along the light propagation direction z, and the light is disposed downstream of the core 1. And a cladding 2 covering the cores 1 and 1a. The cladding 2 covers the cores 1 and 1a. The cladding 2 protects the cores 1 and 1a and transmits light to the cores 1a. , 1a have a lower refractive index than the cores 1, 1a. Each core 1 c at the subsequent stage of the core 1 is a fixed periodic structure portion 7.
[0046]
The core 1 has a light input portion having a width and a height of 4.3 μm, a length from a tapered position z = 0 to a tip of 500 μm, and a tip end surface having a width of 1.0 μm. Having. In the constant periodic structure portion 7, the width and height of each core 1c are both 4.3 μm, and the gap length is set to 5.0 μm.
[0047]
FIG. 12 shows the relationship between the position in the Z-axis direction which is the light propagation direction in the spot size conversion optical waveguide, the spot size CL7, and the coupling loss CL8. However, the wavelength of the propagating light was 1.55 μm, and the relative refractive index difference was 1.5%. From FIG. 12, in the core 1 portion, the spot size increases and the coupling loss decreases, and in the constant periodic structure portion 7, the enlarged spot size remains the same as in the first embodiment with the low coupling loss state. It can be seen that it is maintained stably. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to obtain a predetermined light spot size after conversion, and thereby to form an optical module by coupling optical devices without increasing coupling loss. it can. Further, the present spot size conversion optical waveguide can be configured by being incorporated in the input / output unit of the waveguide optical circuit in the same manner as in the first embodiment.
[0048]
(Third embodiment)
The spot size conversion optical waveguide according to the third embodiment shown in FIG. 13 has a core 1 having an up-tapered waveguide structure whose width gradually increases in the light propagation direction z, and an optical fiber disposed downstream of the core 1. Each of the cores 1b of the odd-period structure portion 6 and the respective cores 1c of the constant-period structure portion 7 divided along the propagation direction z.
[0049]
The core 1 has a light input portion having a width and height of 4.3 μm, a tapered shape, a length from position z = 0 to a tip of 500 μm, and a tip end face having a width of 8.0 μm. Have. In the heterocyclic structure portion 6, the width and height of each core 1b are both 4.3 μm, the length of the first core 1b immediately after the core 1 is 20 μm, and the length of the last core 1b is short by 2 μm and 10 μm. And the gap length with the immediately preceding core is 5 μm for the first core 1b and 17 μm for the last core 1b which is longer by 2 μm. In the constant periodic structure portion 7, the width and height of each core 1c are both 4.3 μm, and the gap length is set to 5 μm.
[0050]
FIG. 14 shows the relationship between the position in the Z-axis direction, which is the light propagation direction, in the spot size conversion optical waveguide, the spot size CL9, and the coupling loss CL10. However, the wavelength of the propagating light was 1.55 μm, and the relative refractive index difference was 1.5%. From FIG. 14, the spot size is increased and the coupling loss is reduced in the portions of the cores 1 and 1b. In the constant-period structure portion 7, the enlarged spot size is maintained in the low coupling loss state with the first embodiment. Similarly, it can be seen that it is stably maintained. Therefore, similarly to the first embodiment, the polarization-dependent loss is small, and a predetermined light spot size can be obtained after the conversion, whereby the optical device can be coupled without increasing the coupling loss. , An optical module can be configured. Further, the spot size conversion optical waveguide can be configured by being incorporated in the input / output section of the waveguide type optical circuit in the same manner as in the first embodiment.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the spot size conversion optical waveguide of the present invention, the ratio between the core length and the core interval in the plurality of cores divided along the light propagation direction in the clad is increased in the light propagation direction. Since it is configured to have a portion that changes along and a portion that is constant, the spot size of the enlarged light can be stably maintained in each core of the fixed portion. In addition, since both the width and the height of the core are constant, the polarization-dependent loss can be reduced. That is, since the polarization dependent loss is small and a predetermined light spot size can be obtained after the spot size conversion, the optical devices can be coupled without increasing the coupling loss. Further, since the height of the core is constant, it can be easily manufactured.
[0052]
Further, according to the spot size conversion optical waveguide of the present invention, the ratio of the core length to the core interval of the tapered waveguide structure in which the width gradually changes in the cladding along the light propagation direction is determined. The core group divided and arranged so as to be constant along the direction is configured, so that the spot size of the enlarged light can be stably maintained by the divided core group. That is, since a predetermined light spot size can be obtained after the spot size conversion, the optical devices can be coupled without increasing the coupling loss. Further, since the height of the core is constant, it can be easily manufactured.
[0053]
Furthermore, according to the spot size conversion optical waveguide of the present invention, the core having a tapered waveguide structure whose width gradually changes along the light propagation direction in the clad, and the ratio of the core length to the core interval, the ratio of the light propagation Since the core group divided and arranged so that the ratio of the core length and the core interval changes along the light propagation direction is interposed between the core group divided and arranged so as to be constant along the direction. In addition, the spot size of the expanded light can be stably maintained by a core group having a constant ratio between the core length and the core interval. Further, since both the width and the height of the cores of the core group are fixed, the polarization dependent loss can be reduced. That is, since the polarization dependent loss is small and a predetermined light spot size can be obtained after the spot size conversion, the optical devices can be coupled without increasing the coupling loss. Further, since the height of the core is constant, it can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide according to a first embodiment of the present invention.
2A is a view showing a state in which a core is formed in a clad, FIG. 2B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and FIG. 2C is a state in which a plurality of grooves are formed in the core of the clad; (D) is a BB cross-sectional view.
3A is a diagram showing a state in which a core is formed on a clad, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 3A, and FIG. FIG. 4D is a diagram showing a state in which the operation is performed, and FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration in a case where a core size is determined in the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
5 is a diagram showing a relationship between a position in the Z-axis direction and a spot size in the spot size conversion optical waveguide of FIG. 4;
6A is a diagram showing a configuration in which a spot size conversion optical waveguide is incorporated in an input / output unit of a waveguide type optical circuit, and FIGS. 6B and 6C are diagrams each showing a configuration in which the spot size conversion optical waveguide is an input / output unit. FIG. 4D is a comparison diagram of the input / output end face of the waveguide type optical circuit incorporated in the optical waveguide, and FIG. 7D shows the relationship between the Z-axis position and the spot size in the waveguide type optical circuit in which the spot size conversion optical waveguide is incorporated in the input / output unit. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration in a case where the core length and the gap length of the constant periodic structure portion are changed in the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
8 is a diagram illustrating a relationship between a position in a Z-axis direction and a coupling loss in the spot size conversion optical waveguide of FIG. 7;
9 is a diagram showing the relationship between the position in the Z-axis direction and the coupling loss in the spot size conversion optical waveguide of FIG. 7;
10 shows the relationship between the position in the z-axis direction, the spot size, and the coupling loss when the core length is uniformly changed with the gap length of the constant periodic structure part being a constant value in the spot size conversion optical waveguide of FIG. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a position in the z-axis direction, a spot size, and a coupling loss in the spot size conversion optical waveguide according to the second embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a position in the z-axis direction, a spot size, and a coupling loss in the spot size conversion optical waveguide according to the third embodiment.
15A and 15B are diagrams showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide having a conventional up-tapered waveguide structure, and FIG. 15C is a diagram showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide having a down-tapered waveguide structure. FIG.
16A and 16B are diagrams showing a configuration of a spot size conversion optical waveguide having a conventional split waveguide structure, and FIG. 16C is an explanatory diagram of a core length, a gap length, and a segment length.
[Explanation of symbols]
1,1a, 1b, 1c core
2 clad
6 Different periodic structure
7 Constant periodic structure
8 grooves
9 Low refractive index part
10. Waveguide type optical circuit
10a Input / output end face
10b Input / output unit
11 Spot size conversion optical waveguide
12 Input waveguide
13 Slab waveguide
14 Array waveguide
15 Output waveguide
16 Optical fiber
d Gap length
L core length
S segment length

Claims

Propagating light, in a spot size conversion optical waveguide comprising a plurality of cores divided along the propagation direction and a clad covering the core,
The spot size conversion optical waveguide, wherein the plurality of cores has a portion where a ratio of a core length and a core interval changes along a light propagation direction and a portion where the ratio is constant.

2. The spot size conversion optical waveguide according to claim 1, wherein the plurality of cores have a constant core width and a height orthogonal to a light propagation direction. 3.

Each core in a portion where the ratio between the core length and the core interval is constant along the light propagation direction has a core interval of 10 μm or less and a core length of 0.4 to 1.0 times the core interval. The spot size conversion optical waveguide according to claim 1, wherein:

In a spot size conversion optical waveguide having a core that propagates light and a clad that covers the core,
The core has a tapered waveguide structure whose width gradually changes along the light propagation direction, and a core divided and arranged so that the ratio of the core length to the core interval becomes constant along the light propagation direction. A spot size conversion optical waveguide, comprising:

The core of the tapered waveguide structure, between the core group, a core group divided and arranged so that the ratio of the core length and the core interval changes along the light propagation direction, characterized in that interposed The spot size conversion optical waveguide according to claim 4.

Propagating light, comprising a plurality of cores divided along the propagation direction and a clad covering the core, wherein the plurality of cores have a ratio of core length and core interval along the light propagation direction. An optical module comprising an optical system device coupled to a spot size conversion optical waveguide having a portion that changes and a constant portion.

A core that propagates light, and a clad that covers the core, wherein the core has a tapered waveguide structure whose width gradually changes along the light propagation direction; An optical module comprising an optical system device coupled to a spot size conversion optical waveguide having a core group divided and arranged so as to be constant along a direction.

In a waveguide type optical circuit having a plurality of optical input / output units formed on a substrate,
At least one of the optical input / output units propagates light, has a plurality of cores divided along the propagation direction, and a clad that covers the cores, and the plurality of cores have a core length and A waveguide type optical circuit comprising: a spot size conversion optical waveguide having a portion where a ratio of core intervals changes along a light propagation direction and a portion where the ratio is constant.

In a waveguide type optical circuit having a plurality of optical input / output units formed on a substrate,
At least one of the light input / output units has a core that propagates light and a clad that covers the core, and the core has a tapered waveguide structure in which the width gradually changes along the light propagation direction. A waveguide type optical circuit, comprising: a spot size conversion optical waveguide having a core and a core group divided so that a ratio of a core length to a core interval is constant along a light propagation direction. .

The core of the tapered waveguide structure, between the core group, a core group divided and arranged so that the ratio of the core length and the core interval changes along the light propagation direction, characterized in that interposed The waveguide type optical circuit according to claim 9.