JP2005331582A - Optical waveguide type wdm multiplexer/demultiplexer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の波長の光を合波したり分波したりするための簡易な構造で低価格な光導波路型WDM合分波器に関する。 The present invention relates to a low cost optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer having a simple structure for multiplexing and demultiplexing light of a plurality of wavelengths.
近年、FTTH(Fiber To The Home)の導入が始まりインターネットに代表される情報通信ネットワークがオフィスの範囲を超え各家庭まで急速に普及してきている。 In recent years, introduction of FTTH (Fiber To The Home) has started, and information communication networks represented by the Internet have rapidly spread to homes beyond the range of offices.
このような状況において各ユーザーへのサービスの提供を可能とするアクセス系ネットワークの形態が多様化する中、特に光ファイバを伝送路とする経済的高速広帯域アクセスシステムであるATM−PON(Asynchronous Transfer Modebased Passive Optical Network)システムの早期導入が検討されている。 In such a situation, the form of an access network that can provide services to each user is diversified. In particular, an ATM-PON (Asynchronous Transfer Modebased) which is an economical high-speed broadband access system using an optical fiber as a transmission path. Early introduction of the Passive Optical Network) system is being studied.
ATM−PONは、例えば上りに波長1.31μm(音声)帯の光を、下りに1.49μm(パソコンデータ)、1.55μm(画像)帯の光を用いた加入者系の波長多重光通信システムであり、その仕様はITU(国際電気通信連合;International Telecommunication Union)で標準化されている。 ATM-PON is a wavelength division multiplexing optical communication system for subscribers using, for example, light in the wavelength band of 1.31 μm (voice) and light in the band of 1.49 μm (computer data) and 1.55 μm (image) in the downstream. The system is standardized by the ITU (International Telecommunication Union).
そこで、この1.31μm、1.49μm、1.55μmの波長を分離、合成するためには、3波長のWDM(Wavelength Division Multiplexing)合分波器が必要となる。この合分波器及びLD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)を含めたONU(Optical Network Unit)装置は各家庭にまで光ファイバ網が普及するための基本ユニットとなっている。 Therefore, in order to separate and synthesize the wavelengths of 1.31 μm, 1.49 μm, and 1.55 μm, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) multiplexer / demultiplexer is required. An ONU (Optical Network Unit) device including this multiplexer / demultiplexer, LD (Laser Diode), and PD (Photo Diode) is a basic unit for spreading an optical fiber network to each home.
従来光導波路型WDM合分波器は石英ガラスから構成されているものが一般的であり、石英型導波路とフィルタを組み合わせたものが使用されている(例えば、特許文献1参照)。その他微小光学系を用いてフィルタ構成する方法も提供されている。 Conventionally, an optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer is generally made of quartz glass, and a combination of a quartz type waveguide and a filter is used (for example, see Patent Document 1). In addition, a method of configuring a filter using a micro optical system is also provided.
一方、より低価格化を目指して石英ガラスより加工性に優れ、材料が安価な有機高分子材料を用いた光導波路型WDM合分波器も用いられている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, an optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer that uses an organic polymer material that is superior in processing performance and is cheaper than quartz glass is also being used in order to reduce the price (for example, see Patent Document 2).
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.
即ち、特許文献1に示すような光導波路型WDM合分波器は、フィルタを挿入するために光導波路の途中に溝加工を施す必要があり工程が煩雑で高価なものになるという問題点があった。そして溝加工を施すことによって界面が多く存在することになり、挿入損失が大きくなり特性が不安定になるという問題点もあった。
That is, the optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer as shown in
また、微小光学系を用いてフィルタを構成したものは光学系を組み上げるのに高精度の技術を必要とし、はやり特性上安定化が難しく、光学系を構成する各部品も高価なものが多いという問題点があった。 In addition, a filter constructed using a micro-optical system requires high-precision technology for assembling the optical system, is difficult to stabilize because of its characteristics, and many parts constituting the optical system are expensive. There was a problem.
一方、特許文献2に示すようなフッ素化ポリイミドのような有機高分子材料と誘電体多層膜フィルタあるいは微小光学系を用いた光導波路型WDM合分波器は価格的には石英ガラスから構成される光導波路型WDM合分波器よりも安価であるが、やはり上記したような問題点は依然として解決できない。
On the other hand, an optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer using an organic polymer material such as fluorinated polyimide and a dielectric multilayer filter or a micro optical system as shown in
インターネットが普及し、家庭内にも光導波路型WDM合分波器が用いられるような場合には小型で低価格な機器が必須となる。従って、本発明は以上の点に着目してなされたもので、簡易な構造で特性的安定性もよくかつ低価格な光導波路型WDM合分波器を提供することを目的とするものである。 When the Internet is widespread and an optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer is used in the home, a small and low-priced device is essential. Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above points, and an object thereof is to provide an optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer having a simple structure, good characteristic stability, and low cost. .
本発明は以上の点を解決するため次のような構成からなるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration.
即ち、本発明の第1の態様である光導波路型WDM合分波器は、複数の波長の光を一つの入力ポートから入射し、内部で単数の光に分波して複数の出力ポートから出射、または複数の波長の光を複数の入力ポ−トからそれぞれ入射し、内部で合波して一つの出力ポートから出射する光導波路型WDM合分波器において、前記光導波路のコアの途中に設けたコア内を伝搬する光を分波若しくは合波する分岐部にグレーティング部を形成したことを特徴としている。 That is, the optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer according to the first aspect of the present invention receives light of a plurality of wavelengths from one input port, and internally demultiplexes the light into a single light from a plurality of output ports. In an optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer that emits light having a plurality of wavelengths from a plurality of input ports, multiplexes the light beams from the input ports, and emits the light from one output port. A grating portion is formed at a branching portion that demultiplexes or multiplexes light propagating in the core provided in FIG.
また、第2の態様として、前記第1の態様において、前記光導波路型WDM合分波器は有機高分子材料により構成されていることを特徴としている。 As a second aspect, in the first aspect, the optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer is made of an organic polymer material.
また、第3の態様として、前記第2の態様において、前記有機高分子材料はフッ素化ポリイミド、ポリシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートから選択された一種であることを特徴としている。 Further, as a third aspect, in the second aspect, the organic polymer material is a kind selected from fluorinated polyimide, polysilane, polymethyl methacrylate, and polycarbonate.
さらに、第4の態様として、前記第2または第3の態様において、前記グレーティング部の形成はホットエンボス法で行われたものであることを特徴としている。 Furthermore, as a fourth aspect, in the second or third aspect, the grating portion is formed by a hot embossing method.
また、第5の態様として、前記第2または第3の態様において、前記グレーティング部の形成はレーザ照射法で行われたものであることを特徴としている。 According to a fifth aspect, in the second or third aspect, the grating portion is formed by a laser irradiation method.
光導波路のコアの途中に設けたコア内を伝搬する光を分波若しくは合波する分岐部にグレーティング部を形成したので、フィルタの挿入や微小光学系の組み上げ等の煩雑な工程を経ずに簡易な構造で小型化が可能な光導波路型WDM合分波器が実現でき、また有機高分子材料を用いることにより低価格化も可能であるので、特性が安定しかつ安価な光導波路型WDM合分波器を提供することができる。 Since the grating part is formed at the branch part that splits or multiplexes the light propagating in the core provided in the middle of the core of the optical waveguide, it does not go through complicated steps such as insertion of filters and assembly of micro optical system An optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer that has a simple structure and can be miniaturized can be realized, and the cost can be reduced by using an organic polymer material. Therefore, the optical waveguide WDM has stable characteristics and is inexpensive. A multiplexer / demultiplexer can be provided.
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は本発明の光導波路型WDM合分波器の第一の実施の形態を模式的に表した図である。本図においては説明のためにコア部のみを表しており、クラッド部は省略している。図1において、本発明の光導波路型WDM合分波器1はY分岐型の合分波器で、単数若しくは複数の入力ポート2及び出力ポート3(3a、3b、3c)を有しており、導波路5(5a、5b、5c、5d、5e、5f)内のこれらの各入出力ポートの分岐部4(4a、4b、4c)にグレーティング部が形成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of an optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer according to the present invention. In the figure, only the core part is shown for the sake of explanation, and the cladding part is omitted. In FIG. 1, an optical waveguide WDM multiplexer /
本発明の光導波路型WDM合分波器1は有機高分子材料、例えばフッ素化ポリイミド、ポリシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどを用いると良い。このような有機高分子材料は材料価格が安く加工もし易いので石英ガラス系の光導波路型WDM合分波器に比べて総合的に低価格な製品を提供することが可能である。
The optical waveguide WDM multiplexer /
上記のような有機高分子材料を用いた光導波路型WDM合分波器1の分岐部4にグレーティング部を形成する場合、ホットエンボス法や紫外光によるレーザ照射法を用いると良い。いずれも有機高分子材料に対して微細な加工を施すことができ、WDM特性の安定化が実現できる。
When the grating portion is formed in the
図2は本発明の光導波路型WDM合分波器の第二の実施の形態を模式的に表した図である。なお、図1と同一の箇所は同一の符号で表している。またやはり図1と同様にコア部のみを表し、クラッド部は省略している。図2において、本発明の光導波路型WDM合分波器1はL分岐型の合分波器で、やはり図1と同様に単数若しくは複数の入力ポート2及び出力ポート3(3a、3b、3c)を有しており、導波路5(5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h)内のこれらの各入出力ポートの分岐部4(4a、4b、4c、4d)にグレーティング部が形成されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a second embodiment of the optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Similarly to FIG. 1, only the core part is shown, and the clad part is omitted. In FIG. 2, an optical waveguide type WDM multiplexer /
ここで、本発明の光導波路型WDM合分波器1の動作について、例えば3波長の光を多重化して一つの入力ポート2に入射し、これらの光を分波してそれぞれ出力ポート3a、3b、3cに出射する場合を説明する。
Here, regarding the operation of the optical waveguide type WDM multiplexer /
まず第一の実施の形態において、λ1、λ2、λ3の3波長の光を多重化して一つの入力ポート2から入射する。これらの光は導波路5a内を伝搬して第1のグレーティング部4aに到達する。第1のグレーティング部4aはλ1の波長の光を反射して、他のλ2及びλ3の2波長の光を通過させる機能を有している。従って、λ1の波長の光は第1のグレーティング部4aにより反射され導波路5bを伝搬して出力ポート3aより出射する。
First, in the first embodiment, light of three
そしてλ2及びλ3の波長の光はさらに導波路5cを伝搬して第2のグレーティング部4bに到達する。この第2のグレーティング部4bはλ2の波長の光を反射して、他のλ3の波長の光を通過させる機能を有している。従って、λ2の波長の光は第2のグレーティング部4bにより反射されて導波路5dを伝搬して出力ポート3bより出射する。
Then, light having wavelengths λ2 and λ3 further propagates through the
次に第2のグレーティング部4bを通過したλ3の波長の光は導波路5eを伝搬して第3のグレーティング部4cに到達する。この第3のグレーティング部4cはλ3の波長の光を反射させる機能を有しているので、λ3の波長の光は第3のグレーティング部4cにより反射されて導波路5fを伝搬して出力ポート3cより出射することになる。なお、ここで導波路5gは本実施の形態では光の伝搬には直接関与しないがさらに多数のグレーティング部を形成する場合には必要となる。
Next, light having a wavelength of λ3 that has passed through the second grating
第二の実施の形態においては、やはりλ1、λ2、λ3の3波長の光を多重化して一つの入力ポート2から入射する。これらの光は導波路5a内を伝搬して第1のグレーティング部4aに到達する。第1のグレーティング部4aはλ1、λ2、λ3の3波長のいずれの波長も通過させ、伝搬方向を本実施の形態では例えば90度変化させて導波路5bに導く。導波路5bを伝搬したλ1、λ2、λ3の3波長は第2のグレーティング部4bに到達する。
In the second embodiment, light of three
第2のグレーティング部4bはλ1の波長の光の伝搬方向を90度変化させて導波路5cを伝搬させて出力ポート3aから出力させるとともにλ2、λ3の波長は通過させる機能を有している。そしてλ2、λ3の波長は導波路5dを伝搬して第3のグレーティング部4cに到達する。
The
第3のグレーティング部4cはλ2の波長の光の伝搬方向を90度変化させて導波路5eを伝搬させて出力ポート3bから出力させるとともにλ3の波長は通過させる機能を有している。そしてλ3の波長は導波路5fを伝搬して第4のグレーティング部4dに到達する。
The third grating portion 4c has a function of changing the propagation direction of the light having the wavelength of λ2 by 90 degrees, propagating the light through the waveguide 5e and outputting it from the
第4のグレーティング部4dはλ3の波長の光の伝搬方向を90度変化させて導波路5gを伝搬させて出力ポート3cから出力させる機能を有している。なお、ここで導波路5hは本実施の形態では光の伝搬には直接関与しないがさらに多数のグレーティング部を形成する場合には必要となる。
このようにして多重化された複数の光信号がそれぞれ光導波路型WDM合分波器内で個々の光に分波されて出射されるが、本発明では導波路内に誘電体多層膜フィルタを挿入する必要がないために構造が簡易で小型化が可能となり、各家庭内にこのような光導波路型WDM合分波器を導入する効果が極めて大きい。
The fourth grating section 4d has a function of changing the propagation direction of light having a wavelength of λ3 by 90 degrees to propagate the
A plurality of optical signals multiplexed in this way are respectively demultiplexed into individual light beams in the optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer. In the present invention, a dielectric multilayer filter is provided in the waveguide. Since it is not necessary to insert the optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer in each home, the structure is simple and the size can be reduced.
ところで、上記説明したように本実施の形態では分波について説明したが、合波の場合には光の伝搬の経路を逆にして考えればよい。即ち、第一の実施の形態で説明すると、まずポート3cよりλ3の波長の光を入射すると、この光は導波路5fを伝搬して第3のグレーティング部4cで反射されて導波路5eを伝搬してゆく。そこでλ3の波長の光が第2のグレーティング部4bに到達した際に、この第2のグレーティング部4bはλ3の波長の光は通過させるので、λ3の波長の光は導波路5cを伝搬してゆく。
By the way, as described above, demultiplexing has been described in the present embodiment. However, in the case of multiplexing, the light propagation path may be reversed. That is, in the first embodiment, when light having a wavelength of λ3 is first incident from the port 3c, this light propagates through the
一方、ポート3bより入射したλ2の波長の光は導波路5dを伝搬して第2のグレーティング部4bに到達して反射され、導波路5cを伝搬してゆくことになる。このときλ3の波長の光とλ2の波長の光が導波路5c内で合波され、多重化されて伝搬することになる。
On the other hand, light having a wavelength of λ2 incident from the
次にポート3aより入射したλ1の波長の光は導波路5bを伝搬して第1のグレーティング部4aにより反射され導波路5aを伝搬する。また導波路5cを伝搬してきた多重化されたλ3の波長の光とλ2の波長の光は第1のグレーティング部4aを通過して導波路5aを伝搬する。この結果導波路5aにはλ3、λ2、λ1の波長の光が多重化されて伝搬し、これら多重化された3波長の光がポート2より出射されることになる。この合波の動作は第二の実施の形態においても同様である。
Next, light having a wavelength of λ1 incident from the port 3a propagates through the waveguide 5b, is reflected by the first grating portion 4a, and propagates through the waveguide 5a. The multiplexed light having the wavelength of λ3 and light having the wavelength of λ2 propagated through the
なお、上記した実施の形態において、分岐部とは実質的に光が分波若しくは合波される機能を有する部分を指すが、その機能を実現するために作用効果上必要ならば分岐部の近傍も含まれるものであり、分岐箇所だけに限定して解釈する必要はないものとする。 In the above-described embodiment, the branching portion refers to a portion having a function of substantially demultiplexing or multiplexing light, but in the vicinity of the branching portion if necessary for operation and effect to realize the function. In other words, it is not necessary to interpret only the branching points.
第一の実施の形態におけるY分岐型の合分波器を作成するために、Si基板に目的とする導波路形状に有機高分子材料であるポリシランを塗布し、スピンコートで膜厚をコントロールしながら下部クラッドを形成して加熱キュアを行った。次いで、加熱キュアした下部クラッドの上にさらにポリシランをスピンコートで膜厚をコントロールしながら塗布した。そしてマスクを使用して紫外光を照射して屈折率差を付与しコア層を形成した。この後分岐部に紫外レーザ光を照射してグレーティング部を形成した。最後にポリシランを塗布し、スピンコートで膜厚をコントロールして加熱キュアを行い上部クラッドを形成した。 In order to create the Y-branch type multiplexer / demultiplexer in the first embodiment, polysilane, which is an organic polymer material, is applied to the target waveguide shape on the Si substrate, and the film thickness is controlled by spin coating. The lower clad was formed while heating. Next, polysilane was further applied onto the heat-cured lower clad while controlling the film thickness by spin coating. The mask layer was used to irradiate ultraviolet light to give a refractive index difference to form a core layer. Thereafter, the grating portion was formed by irradiating the branched portion with ultraviolet laser light. Finally, polysilane was applied, the film thickness was controlled by spin coating, and heat curing was performed to form an upper clad.
このようにして作成した本発明の光導波路型WDM合分波器は光の挿入損失が5.2dB以下、偏波依存損失が0.1dB以下、反射損失が35dB以上あり、良好なグレーティング特性を示した。また、試験温度が−10〜60℃の範囲でも安定した特性を示した。 The optical waveguide type WDM multiplexer / demultiplexer of the present invention thus produced has a good grating characteristic with an optical insertion loss of 5.2 dB or less, a polarization dependent loss of 0.1 dB or less, and a reflection loss of 35 dB or more. Indicated. Further, stable characteristics were exhibited even in the test temperature range of -10 to 60 ° C.
1・・・光導波路型WDM合分波器
2・・・入力ポート
3・・・出力ポート
4・・・グレーティング部
5・・・導波路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
4. The optical waveguide WDM multiplexer / demultiplexer according to claim 2, wherein the grating portion is formed by a laser irradiation method.
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