JP2005189564A - Three-dimensional plate-shaped optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導波路の小型化及び強度の向上を可能とする平面状光導波路に関する。 The present invention relates to a planar optical waveguide capable of reducing the size and improving the strength of a waveguide.
近年、FTTH(Fiber To The Home)の導入が始まり各家庭での高速インターネットの利用が急速に普及してきている。このような状況において通信ネットワークをますます充実させる必要性が高まり、高信頼性を有し低コストでかつ小型の光導波路が要求されてきている。 In recent years, the introduction of FTTH (Fiber To The Home) has begun, and the use of the high-speed Internet in each home has been rapidly spreading. Under such circumstances, there is an increasing need to enhance the communication network, and there is a demand for a highly reliable, low-cost and small-sized optical waveguide.
光導波路の中で、平面状光導波路は、屈折率の高いコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに、周囲を覆われた構成をしている。多分岐の平面状光導波路はコアがツリー状に多数分岐して構成されている。 Among the optical waveguides, the planar optical waveguide has a structure in which a core having a high refractive index is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core. A multi-branch planar optical waveguide is constituted by a large number of core branches in a tree shape.
このような平面状光導波路は、ガラスなどの基板上に写真製版技術を利用して作製され、コアが2次元に分岐している。従って、分岐数が多くなるとコアが平面状に広がりを持つようになる(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
Such a planar optical waveguide is produced on a substrate such as glass using a photoengraving technique, and the core is branched in two dimensions. Therefore, as the number of branches increases, the core has a planar spread (see, for example,
図5は従来の平面状光導波路41を示しており、1つのコア42がツリー状に分岐して16のコアに別れている。即ち、この図は1x16分岐導波路の例を表している。なお、1x16分岐というのは、1個のコアから最終的に16個のコアに分岐をする構成のことをいう。ここで、導波路の幅方向がX軸、厚さ方向がY軸、長手方向がZ軸というように、座標軸を表示した。
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。 By the way, the conventional techniques as described above have the following problems to be solved.
近年の通信ネットワークの進展に伴い、平面状光導波路も高密度化が要求されてきている。平面状光導波路が高密度化されるということはコアの分岐数が増加することである。このコアの分岐数が多くなればなるほど、基板の上面に平行な方向、即ちX軸方向とZ軸方向に、コアが広がりを持ち、基板が大型化する傾向がある。 With the recent development of communication networks, planar optical waveguides are also required to have higher density. The increase in the density of the planar optical waveguide means that the number of core branches increases. As the number of branches of the core increases, the core tends to expand in the direction parallel to the upper surface of the substrate, that is, in the X-axis direction and the Z-axis direction, and the substrate tends to increase in size.
一方、市場においては、各種機器類の小型化が望まれており、平面状光導波路も例外ではない。従って、高密度でありながらコンパクトな平面状光導波路の実現が望まれていた。 On the other hand, miniaturization of various devices is desired in the market, and planar optical waveguides are no exception. Therefore, realization of a compact planar optical waveguide with high density has been desired.
また、従来の平面状光導波路は、前記したように、基板上面に平行な方向に2次元に分岐しているために、分岐数が増加すると、基板の面積を拡大させなければならない。しかし、基板の厚さは通常一定であるので、曲げ強度が低下し、耐衝撃性が悪くなるという問題があった。 In addition, since the conventional planar optical waveguide is two-dimensionally branched in a direction parallel to the upper surface of the substrate as described above, the area of the substrate must be increased when the number of branches increases. However, since the thickness of the substrate is usually constant, there is a problem that the bending strength is lowered and the impact resistance is deteriorated.
本発明は以上の点に着目してなされたもので、たとえ高密度化をしても小型化が可能で、しかも耐衝撃性にも優れた特性を有する平面状光導波路を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above points, and it is an object of the present invention to provide a planar optical waveguide that can be reduced in size even if the density is increased and that has excellent impact resistance. It is what.
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration in order to solve the above points.
〈構成1〉
複数の平面状光導波路を、これらの上面が平行になるように積層して成る、平面状光導波路ブロックと、この平面状光導波路ブロックの入力端面に出力端面を結合させた他の平面状光導波路とを備え、上記複数の平面状光導波路と上記他の平面状光導波路とは、いずれも、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに周囲を覆われた構成をし、前記コアは、それぞれ、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する分岐路を形成しており、上記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面とが、互いに所定の交差角で交差した状態で、前記平面状光導波路ブロックの入力端面と前記他の平面状光導波路の出力端面とが結合され、かつ、上記他の平面状光導波路の出力端面のN個の分岐路にあるN個のコアと、平面状光導波路ブロックを構成するN枚の各平面状光導波路の入力端面の、合計N個のコアが、それぞれ相互に結合されていることを特徴とする3次元平面状光導波路。
<
A planar optical waveguide block formed by laminating a plurality of planar optical waveguides so that their upper surfaces are parallel to each other, and another planar optical light having an output end face coupled to an input end face of the planar optical waveguide block Each of the plurality of planar optical waveguides and the other planar optical waveguides has a configuration in which a core having a predetermined refractive index is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core. Each of the cores forms a branching path that branches into a plurality from the input end face toward the output end face, and the upper surface of each planar optical waveguide constituting the planar optical waveguide block and another plane The input end face of the planar optical waveguide block and the output end face of the other planar optical waveguide are coupled to each other at a predetermined crossing angle with the upper surface of the planar optical waveguide, and the other plane Of the output end face of the optical waveguide A total of N cores of the N cores in each of the branch paths and the input end faces of each of the N planar optical waveguides constituting the planar optical waveguide block are coupled to each other. A three-dimensional planar optical waveguide.
このような構成にすると、平面状光導波路ブロックに3次元的に他の平面状光導波路を結合するようにしたので小型化が可能となりかつ耐衝撃性にも優れた平面状光導波路を実現することができる。 With such a configuration, since the planar optical waveguide block is three-dimensionally coupled to another planar optical waveguide, it is possible to reduce the size and realize a planar optical waveguide with excellent impact resistance. be able to.
〈構成2〉
上記各平面状光導波路を積層一体化したときに、当該各平面状光導波路の入力端面の合計N個のコア端が、当該全ての平面状光導波路の上面と交差する所定の直線上に配列されると同時に、上記他の平面状光導波路の出力端面にあるN個の分岐路にあるN個のコア端の配列間隔を保つように配列されることを特徴とする構成1記載の3次元平面状光導波路。
<
When the above planar optical waveguides are laminated and integrated, a total of N core ends of the input end faces of the respective planar optical waveguides are arranged on a predetermined straight line that intersects the upper surfaces of all the planar optical waveguides. The three-dimensional structure according to
このように各コアの位置関係を調整すると、任意の構成の平面状光導波路を相互に任意の交差角で結合させることができる。 By adjusting the positional relationship between the cores in this way, planar optical waveguides having an arbitrary configuration can be coupled to each other at an arbitrary crossing angle.
〈構成3〉
上記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面の交差角が、90度であることを特徴とする構成1記載の3次元平面状光導波路。
<
3. The three-dimensional planar optical waveguide according to
このように交差角を90度にすると、通常最も多く作製されている平面状光導波路を小型化して3次元平面状光導波路を構成することができる。 When the crossing angle is set to 90 degrees in this way, the planar optical waveguide that is usually produced most often can be miniaturized to form a three-dimensional planar optical waveguide.
〈構成4〉
伝送光の光軸に対して垂直な面を基準面にしたとき、上記各平面状光導波路の入力端面及び上記他の面状光導波路の出力端面を、前記基準面に対して所定の角度だけ傾斜させるように、上記入力端面あるいは上記出力端面を研磨したことを特徴とする構成1記載の3次元平面状光導波路。
<
When a plane perpendicular to the optical axis of the transmitted light is used as a reference plane, the input end face of each of the planar optical waveguides and the output end face of the other planar optical waveguide are set at a predetermined angle with respect to the reference plane. The three-dimensional planar optical waveguide according to
このように結合面を斜め研磨することにより、伝送光の反射が防止できるので前記平面状光導波路ブロックと他の平面状光導波路との結合効率が向上する。 By obliquely polishing the coupling surface in this manner, transmission light can be prevented from being reflected, so that the coupling efficiency between the planar optical waveguide block and another planar optical waveguide is improved.
〈構成5〉
各平面状光導波路の各入力端面を、当該平面状光導波路の上面を含む面内で、上記所定の角度だけ傾斜させるように一括研磨したことを特徴とする構成4記載の3次元平面状光導波路。
<
The three-dimensional planar light guide according to
このように前記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の端面を長手方向に所定の角度をつけて行うと前記他の平面状光導波路との結合面での光の反射による影響が軽減される。 As described above, when the end surfaces of the respective planar optical waveguides constituting the planar optical waveguide block are formed at a predetermined angle in the longitudinal direction, there is an influence due to the reflection of light at the coupling surface with the other planar optical waveguide. It is reduced.
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using specific examples.
図1は本発明の平面状光導波路の3次元的に結合した状況を示す斜視図である。
図1においては、1x4分岐の、それぞれ全く同一の構成の平面状光導波路1a〜1dが、4枚積層されて、破線で囲んだ一つの平面状光導波路ブロック2を形成している。この図の例では、各平面状光導波路1a〜1dの間に一定の幅の隙間が形成されている。各平面状光導波路1a〜1dは、例えば、適当なスペーサを挟んで積層してもよいし、あるいは隙間なく密着させて一体化してもよい。これとは別に、平面状光導波路1a〜1dと全く同一の構成の、1x4分岐の平面状光導波路3が用意される。この平面状光導波路3のことを、他の平面状光導波路3と呼ぶことにする。また、図のように、平面状光導波路3を構成する基板の光入力側の端面Tを入力端面、光分岐出力側の端面を出力端面と呼ぶことにする。なお、いずれの平面状光導波路も、それぞれ、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに、周囲を覆われた構成をしている。
FIG. 1 is a perspective view showing a three-dimensionally coupled state of planar optical waveguides of the present invention.
In FIG. 1, four planar
本発明では、平面状光導波路ブロック2と、1枚の他の平面状光導波路3とを3次元的に結合する。即ち、平面状光導波路ブロック2を構成する各平面状光導波路1a〜1dの上面と、他の平面状光導波路3の上面とが互いに90度交差した状態で結合されている。なお、上面というのは、導波路が形成された基板面のことである。その結果、平面状光導波路3の出力端面の4個の分岐されたコア4と、平面状光導波路ブロック2を構成する各平面状光導波路1a〜1dの入力端面の、合計4個のコア5が、それぞれ相互に結合される。平面状光導波路3は1x4分岐で、各平面状光導波路1a〜1dも1x4分岐である。従って、全体として、1x16分岐の平面状光導波路を形成することができる。また、この全体を図4に示したものと比較すると、X軸方向の幅を十分に狭くできるので、小型化が実現できる。
In the present invention, the planar
図2(a)は、各平面状光導波路1a〜1dと他の平面状光導波路3とを結合させた、完成後の平面状光導波路の斜視図である。
図1に示したしたものの完成後の平面状光導波路はこの図のようになる。一般的に矩形断面を有する材料の破断強度は断面係数に比例する。ここで、断面係数は、断面の幅(X軸方向のサイズ)をw、厚さ(Y軸方向のサイズ)をtとすると、wt2/6と表すことができる。即ち、幅wが小さく厚さtが厚くなるほど強度が向上することになる。本発明のような構成の平面状光導波路は、幅方向(図1のX軸方向)の広がりを抑制することができるから、小型化が可能となるばかりではなく、耐衝撃性等の強度にも優れたものとなる。さらに、4枚の平面状光導波路1a〜1dを積層するから、厚さtが増し、強度が向上する。
FIG. 2A is a perspective view of a completed planar optical waveguide in which the planar
The planar optical waveguide after completion of what is shown in FIG. 1 is as shown in this figure. Generally, the breaking strength of a material having a rectangular cross section is proportional to the section modulus. Here, the section modulus is the width of the cross-section (the size of the X-axis direction) w, when the thickness of the (Y-axis direction size) t, can be expressed as wt 2/6. That is, the strength is improved as the width w is reduced and the thickness t is increased. Since the planar optical waveguide having the configuration as in the present invention can suppress the spread in the width direction (X-axis direction in FIG. 1), not only can the size be reduced, but also the strength such as impact resistance can be obtained. Will also be excellent. Further, since the four planar
図2(b)と(c)は、平面状光導波路ブロック2と他の平面状光導波路3との交差角の説明をする説明図である。
上記の実施例1において、平面状光導波路ブロック2を構成する各平面状光導波路1a〜1dの上面と、他の平面状光導波路3の上面とは、必ずしも、互いに正確に90度交差した状態で結合される必要はない。各平面状光導波路の構成も、それぞれ同一である必要はない。例えば、平面状光導波路1a〜1dのうちの一枚は、1x8分岐のものでもよい。即ち、いずれの平面状光導波路も、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する、1xN(Nは2以上の正の任意の整数)分岐の分岐路を形成している。上記コア4は他の平面状光導波路3の分岐路にある。平面状光導波路ブロック2の積層枚数は、他の平面状光導波路3の分岐数と一致させればよく、複数の、任意の数の平面状光導波路を、これらの上面が平行になるように積層して成る、平面状光導波路ブロックを製造すればよい。
FIGS. 2B and 2C are explanatory diagrams for explaining the crossing angle between the planar
In the first embodiment, the upper surfaces of the planar
各平面状光導波路1a〜1dの、入力端面のコア5の位置も、任意でよい。しかし、これら入力端面のコア5の端は、各平面状光導波路1a〜1dを積層一体化したときに、図の(b)に示すように、全ての平面状光導波路1a〜1dと交差する所定の直線8上に配列される。同時に、平面状光導波路3の出力端面にある4個の分岐路にある4個のコア4の端の配列間隔を保つように正確に配列されなければならない。この関係を保つ限り、平面状光導波路ブロック2を構成する各平面状光導波路1a〜1dの上面と、他の平面状光導波路3の上面の交差角αは、図の(b)と(c)に示すように、90度に満たない角度で構わない。
The position of the
ところで、積層した平面状光導波路1a〜1dの端面と平面状光導波路3の端面とを結合する時に、その入力端面と出力端面とを光導波路の長手方向の光軸に対して垂直に密着させると、端面に光の反射が生じ結合損失が大きくなってしまう。そこで、通常は入出力両端面を斜めに研磨して、光の反射を減少させるようにすることが行われている。従って、本発明では、伝送光の光軸に対して垂直な面を基準面にしたとき、平面状光導波路の入力端面及び出力端面を、基準面に対して所定の角度だけ傾斜させる。
By the way, when the end faces of the laminated planar
図3は実施例3の平面状光導波路を示したものであり、図3(a)は一実施例の側面図、(b)は他の実施例の側面図である。
例えば図3(a)に示すように、積層した各平面状光導波路1a〜1dの入力端面と平面状光導波路3の出力端面を角度βだけ傾斜させるように研磨すると、平面状光導波路3の端面からの光が反射して再び平面上光導波路3に戻ることがなくなる。図の(b)に示す実施例では、各平面状光導波路1a〜1dの入力端面をそれぞれ個別に、また平面状光導波路3の出力端面を角度βだけ傾斜させるように研磨した。即ち、図のZ軸方向が伝送光の光軸方向であり、X軸とY軸を含む面が、伝送光の光軸に対して垂直な面であるが、この面を基準にしたとき、各平面状光導波路1a〜1dの入力端面及び他の平面状光導波路3の出力端面を所定の角度だけ傾斜させる。これで、他の平面状光導波路3からの光が反射して再び平面上光導波路3に戻ることがなくなる。
FIG. 3 shows a planar optical waveguide of Example 3, FIG. 3 (a) is a side view of one example, and FIG. 3 (b) is a side view of another example.
For example, as shown in FIG. 3A, when the input end faces of the laminated planar
図4は実施例4の平面状光導波路を示したものであり、図4(a)はその斜視図、図4(b)は、平面状光導波路1a〜1dの各入力端面と平面状光導波路3の出力端面との関係を示す平面図である。
図の(b)に示すように、平面状光導波路1a〜1dの各入力端面と平面状光導波路3の出力端面を平面状光導波路1a〜1dの上面を含む面内で、角度θだけ傾斜させるように一括研磨した。このように平面状光導波路1a〜1dの各入力端面を研磨すると、全ての平面状光導波路1a〜1dの、各入力端面のコア5と、平面状光導波路3の、出力端面のコア4との位置関係が同等になり、実施例3と同様に、結合損失を少なくすることができるとともに反射光による影響がなくなる。
FIG. 4 shows a planar optical waveguide of Example 4, FIG. 4 (a) is a perspective view thereof, and FIG. 4 (b) is an input end face of the planar
As shown in FIG. 5B, the input end faces of the planar
上記したように本発明の平面状光導波路は、積層した複数の平面状光導波路により構成される平面状光導波路ブロックに対して、他の平面状光導波路を3次元的に結合したので、小型化が可能となり耐衝撃性等の強度も向上した特性を有するようになった。 As described above, the planar optical waveguide of the present invention is small in size because the other planar optical waveguide is three-dimensionally coupled to the planar optical waveguide block constituted by a plurality of laminated planar optical waveguides. It has become possible to make it possible to improve the strength such as impact resistance.
1 平面状光導波路
2 平面状光導波路ブロック
3 他の平面状光導波路
4 他の平面状光導波路のコア
5 平面状光導波路のコア
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この平面状光導波路ブロックの入力端面に出力端面を結合させた他の平面状光導波路とを備え、
前記複数の平面状光導波路と前記他の平面状光導波路とは、いずれも、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに周囲を覆われた構成をし、前記コアは、それぞれ、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する分岐路を形成しており、
前記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面とが、互いに所定の交差角で交差した状態で、前記平面状光導波路ブロックの入力端面と前記他の平面状光導波路の出力端面とが結合され、
かつ、前記他の平面状光導波路の出力端面のN個の分岐路にあるN個のコアと、平面状光導波路ブロックを構成するN枚の各平面状光導波路の入力端面の、合計N個のコアが、それぞれ相互に結合されていることを特徴とする3次元平面状光導波路。 A planar optical waveguide block formed by laminating a plurality of planar optical waveguides such that their upper surfaces are parallel;
Another planar optical waveguide having an output end face coupled to the input end face of the planar optical waveguide block;
The plurality of planar optical waveguides and the other planar optical waveguides each have a configuration in which a core having a predetermined refractive index is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core, , Each of which forms a branching path that branches into a plurality from the input end face toward the output end face,
The input end face of the planar optical waveguide block, with the upper surface of each planar optical waveguide constituting the planar optical waveguide block and the upper surface of another planar optical waveguide intersecting each other at a predetermined intersection angle The output end face of the other planar optical waveguide is coupled,
In addition, a total of N cores including N cores in N branch paths on the output end face of the other planar optical waveguide and input end faces of each of the N planar optical waveguides constituting the planar optical waveguide block The three-dimensional planar optical waveguides are characterized in that the cores are coupled to each other.
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