JP2005091469A - 回折格子型分波器 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで波長補正機能を有し、しかも、ごみによる付着損失の少ない回折格子型分波器を提供する。
【解決手段】 波長多重された信号光が入射する光入射ファイバ１７と、入射した光を照射し回折により波長ごとに光信号を分波し、刻線方向と直交する方向について信号光の広がり角を低減する機能をもつ回折格子１９と、回折格子１９により分波された信号光を受光器２１まで絞り込むテーパ型導波路１０と、信号光を電気信号に変換する受光器２１を有する回折格子型分波器において、該テーパ型導波路１０がオーバークラッドとして空気を用いたリッジ型であり、コア材料よりも屈折率が小さい接着層を有する薄膜１５をコア１３の上面に貼りつけたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信用分波器のうちテーパ型導波路を用いた回折格子型分波器に係り、特に低コストで特性の優れるテーパ型導波路を用いた回折格子型分波器に関するものである。

従来、インターネットをはじめ、各種情報機器の急速な発展により、必要とされる情報量が大幅に増加しており、大陸間や大都市間を結ぶ幹線系ネットワークはすでに光化されている。

今後は、より川下のアクセス系の光化が課題であり、そこでは、低コスト化および接続容易性が重要な要素となってくる。

比較的大容量のデータを高速で伝送できる光通信においては、より多くの情報を伝送するために異なる波長を多重にすることで、より多くの情報量を伝送するということが行われている。その際には異なる波長を合波する合波器、波長ごとに光を分波する分波器が必要となってくる。温度補正を行わないため低コスト化が図れる低密度波長多重方式ＣＷＤＭ（Coarse wavelength division multlplexing ）伝送に対応した分波器が、今後はより期待できる。

分波器としては、回折格子を用いる方法が１つの回折格子だけで設計により容易に波長の多重度を増やすことができ、低コスト化が期待できる。しかしながら、回折格子を用いる方式では、温度変化に伴うレーザの発振波長のずれによる集光位置のずれを補正する必要があり、その温度補正にテーパ型導波路が必要となる。

テーパ型導波路では光屈折率差をつけて、損失を低減し素子を小型化できるリッジ型が有用である（特許文献１）。

特開２００２−２７７６６３号公報

しかしながら、上記従来技術では、クラッドに空気を用いていることにより、導波路表面へごみが付着し損失が増加するという問題を有していた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低コストで波長補正機能を有し、しかも、ごみによる付着損失の少ない回折格子型分波器を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、波長多重された信号光が入射する光入射部と、入射した光を照射し回折により波長ごとに光信号を分波し、刻線方向と直交する方向について信号光の広がり角を低減する機能をもつ回折格子と、回折格子により分波された信号光を受光器まで絞り込むテーパ型導波路と、信号光を電気信号に変換する受光器を有する回折格子型分波器において、該テーパ型導波路がオーバークラッドとして空気を用いたリッジ型であり、コア材料よりも屈折率が小さい接着層を有する薄膜をコアの上面に貼りつけた回折格子型分波器である。

請求項２の発明は、テーパ型導波路のコア上面に貼りつけた薄膜の接着層が、コアとの比屈折率差が０．３％以上となるような小さい屈折率を有する請求項１記載の回折格子型分波器である。

以上要するに本発明によれば、リッジ型のテーパ型導波路のコアの上面に、コア材料より屈折率の小さい薄膜を貼り付けることにより、ごみの付着による損失増加を防止することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本発明のテーパ型導波路１０の断面の模式図を図１に示す。

図１において、基板１１上にクラッド１２が形成され、そのクラッド１２上に、コア１３が露出したリッジ型のテーパ型導波路１０が形成される。

このコア１３の側面部はテーパ形状を有しており光の閉じ込めを強くする必要があるので、コア１３の側面部のクラッド１４はリッジ型と同様に空気にして、高屈折率差を維持した。

次に導波路１０の基板１１と垂直な方向には、テーパの傾斜がなく、その方向の屈折率差は一般的なマルチモード導波路の条件を満たしていればよいので、ごみの付着がないようにコア１３よりも屈折率が小さい接着層を有する薄膜１５をコア１３上面に貼りつけることで、ごみからコア１３を保護するようにしたものである。

ここで、コア１３の上面に貼りつける薄膜１５は、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・ビニリデンフロライド）などの薄膜材１６ａに、ブチルアクリレートなどの接着層１６ｂを貼り合わせて構成される。このの接着層１６ｂは、コア１３との比屈折率差で０．３％以上小さい屈折率を有していることが望ましい。すなわち、コア屈折率が１．５６７であれば、屈折率１．５２０以下の材料を用いる。また、接着層１６ｂは、薄膜材１６ａの全面に貼り付けるようにしても或いは貼り付けるコア１３の上面形状に合わせた幅で薄膜材１６ａに貼り付けるようにしてもよい。

次に、この接着層の比屈折率差を０．３％以上小さくする理由を説明する。

まず、本発明を用いた回折型分波器の基本構造を図２に示した。

図２において、波長を多重化された光は光ファイバ１７から送られ、まず第１のレンズ１８により、紙面に対して垂直にコリメートされる。コリメートされた光は回折格子１９により、波長ごとに紙面に平行方向に分波集光される。

次に第２のレンズ２０によりテーパ型導波路１０の入り口へ紙面に対して垂直に集光される。

テーパ型導波路１０の出口に受光器２１を配置する。

なお、回折格子１９は平面回折格子、曲面回折格子、階段状回折格子等を用いても良い。

このテーパ型導波路１０と受光器２１からなる受光部拡大図を図３（ａ）、図３（ｂ）に示した。

テーパ形状を有する導波路１０の形状は、図３（ａ）のように、コア１３が受光器２１の各素子２１ｓ毎に同じテーパ形状にされたものに限らず、状況により例えば、図３（ｂ）に示したように、各素子２１ｓ毎のコア１３の入り口面側で一体にされ、適宜素子２１ｓ毎に分岐されてテーパ状に形成されたものでもかまわない。

さて図２の回折型分波器におけるテーパ型導波路１０のコア１３に貼付した薄膜１５がクラッドとしての効果を持つ基板１１に垂直な方向に注目する。

図４は、基板１１に垂直な方向における光ファイバ１７からテーパ型導波路１０の光の経路の模式図を示したものである。なお、垂直方向への光の動きに回折格子１９は関与しないので、図では省略してある。

また入射光ファイバ１７側の拡大図を図５（ａ）に、テーパ型導波路１０への光の入射部を図５（ｂ）に示した。

図４に示すように、入射光ファイバ１７、レンズ１８、レンズ２０、テーパ型導波路１０、受光器２１となっているとき、入射光ファイバ１７の径をＤ₁ 、テーパ型導波路１０の入り口における焦点のスポット径をＤ₂ 、レンズ１８の焦点距離をＦ₁ 、レンズ２０の焦点距離をＦ₂ としたとき、
Ｆ₁ Ｄ₂＝Ｆ₂ Ｄ₁ （１）
という関係があり、ファイバ１７からの出射光の広がり角をθ₁ 、テーパ型導波路１０への入射角をθ₂ 、平行光の径をａとすると
Ｆ₁ ＝ａ／（２×ｔａｎ（０．５×θ₁ ））
Ｆ₂ ＝ａ／（２×ｔａｎ（０．５×θ₂ ）） （２）
なので式１、２から
ｔａｎ（０．５×θ₂ ）＝Ｄ₂ ｔａｎ（０．５×θ₁ ）／Ｄ₁ （３）
となる。

上記（３）式からスポット径Ｄ₂ が大きいほど、焦点への入射角θ₂ が小さくなることがわかる。

一方、損失を小さくするためには、テーパ型導波路１０の上下方向の光の漏れがないように、受光器２１の径よりもテーパ型導波路１０の径が小さい必要があり、また、テーパ型導波路１０の入射部よりも焦点のスポット径Ｄ₂ は小さい必要がある。コアとクラッドとなる薄膜の接着層との比屈折率差△は、コアの屈折率をｎ₁ 、接着層の屈折率をｎ₂ としたときに
ｓｉｎ（０．５×θ₂ ）＝ｎ₁（２△）＾０．５ （４）
で表されるので、式（３）、（４）より損失がでない最大のスポット径のときテーパ型導波路への入射角（図４のθ₂ ）が最小となり、そのとき要求されるコアと薄膜の接着層の比屈折率差△が最小となる。そこでこの比屈折率差よりも小さいときには損失が発生するので、この比屈折率差よりも大きい必要がある。

一般的なマルチモードファイバ、受光器を用いたとき、上記比屈折率差がもっとも小さくなるのはコア径５０μｍ、出射光の広がり角が２３°のＧＩ光ファイバを用い、高速通信用の受光器の径である８０μｍへ損失なく光を入射したときである。そのときのコアと薄膜の接着層によるクラッドの比屈折率差は上記式から０．３％以上が望ましい。

また、例えばコア径６２．５μｍ、出射光の広がり角が３２°である一般的なＧＩ光ファイバと７０μｍ径の受光器を用いたときにはコアに対し１．１％以上の比屈折率差を有した接着層つきの薄膜を用いる必要がある。

なお、薄膜はゴミよけの機能を満たしていればよく、屈折率は問わないが、接着層が薄い場合には薄膜まで漏れ光が生じる可能性があるので、薄膜も接着層と同様の屈折率を有している必要がある。また、光の閉じ込めを強くできるので比屈折率差は大きいほど望ましい。

以下、本発明のテーパ型導波路およびそれを用いた分波器の実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
テーパ型導波路は感光性アクリルを用い図６のように作製した。図６（ａ）に示したシリコン基板２６にクラッド材２７を塗布後硬化し（図６（ｂ））、コア材２８を塗布し（図６（ｃ））、パターンを有するマスク２９を通してＵＶ３０照射し（図６（ｄ））、現像液により未露光部を除去しコア部３１を作製した。このとき作製したテーパ型導波路のコア屈折率は１．５６７、クラッド屈折率は１．５１７、先端部のコア径は８０μｍであった。その後、屈折率１．５１７であるアクリル系材料でできた接着層を有するＰＥＴフィルム３２を貼りつけ素子を完成させた（図６（ｅ））。その損失をマルチモードファイバで測定したところ、１．０ｄＢであった。作製した素子を室内に１日放置し、再度損失を測定したが１．０ｄＢと変化はなく、ゴミの影響がないことを確認した。

実施例２
実施例１と同様にテーパ型導波路を作製しＰＥＴフィルムをコア上面に貼付した。作製したテーパ型導波路を用いた光分波器を作製した。

このときの模式図を図７に示す。

入力用光ファイバ３７、コリメートするためのシリンドリカルレンズ３８、分波集光するためのエポキシ製チャープド平面回折格子３９、導波路への入り口に集光するための第２のシリンドリカルレンズ４０、テーパ型導波路５０、そして受光径８０μｍの受光器５１をパッシブに実装した波長間隔２４．５ｎｍ、通過帯域１５ｎｍ、４波（中心波長１２７６ｎｍ、１３００ｎｍ、１３２５ｎｍ、１３４９ｎｍ）のＣＷＤＭ分波器である。

これにより使用温度におけるレーザの発振波長範囲において３ｄＢ以下一定の損失で、−１５ｄＢ以上のアイソレーションがあることを確認した。

比較例１
実施例と同様にテーパ型導波路を作製した。しかしながら、本テーパ型導波路にはＰＥＴフィルムを貼付しなかった。作製したテーパ型導波路を実施例１と同様損失測定したところ１ｄＢであった。測定後、実施例１と同様に室内に１日放置し損失を測定したところ、１．５ｄＢと０．５ｄＢの損失増加があった。損失の原因を調査したところ、コア表面へのゴミの付着であることがわかった。

比較例２
実施例１と同様にテーパ型導波路を作製した。その後、コア屈折率１．５６７より僅かに小さい、屈折率１．５６５であるアクリル系接着層を有するＰＥＴフィルムを貼りつけ素子を完成させた。作製したテーパ型導波路を実施例１と同様に損失測定したところ２ｄＢであり、損失が大きいことが分かった。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上述した実施例に限らず、例えば、分波する波長の数は４つに限られず、たとえば８波や１６波も可能である。さらに波長間隔、通過帯域も実施例に挙げたものにかぎらず、任意の間隔、通過帯域を用いることができる。

本発明の一実施の形態を示すテーパ型導波路の断面図である。 本発明のテーパ型導波路を用いた回折格子型分波器の模式図である。 図２における受光部の拡大図を示す図である。 図２における分波器の基板垂直側模式図である。 図４の投光部と受光部の拡大模式図である。 本発明において、テーパ型導波路を作成する工程を示す図である。 本発明のテーパ型導波路を用いた他の回折格子型分波器の模式図である。

符号の説明

１０ テーパ型導波路
１１ 基板
１２ クラッド
１３ コア
１５ 薄膜
１７ 光入射ファイバ１
１９ 回折格子
２１ 受光器

Claims (2)

1. 波長多重された信号光が入射する光入射部と、入射した光を照射し回折により波長ごとに光信号を分波し、刻線方向と直交する方向について信号光の広がり角を低減する機能をもつ回折格子と、回折格子により分波された信号光を受光器まで絞り込むテーパ型導波路と、信号光を電気信号に変換する受光器を有する回折格子型分波器において、該テーパ型導波路がオーバークラッドとして空気を用いたリッジ型であり、コア材料よりも屈折率が小さい接着層を有する薄膜をコアの上面に貼りつけたことを特徴とする回折格子型分波器。
2. テーパ型導波路のコア上面に貼りつけた薄膜の接着層が、コアとの比屈折率差が０．３％以上となるような小さい屈折率を有する請求項１記載の回折格子型分波器。
   

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