JP2007086637A

JP2007086637A - Y branching optical waveguide device

Info

Publication number: JP2007086637A
Application number: JP2005277961A
Authority: JP
Inventors: Taketomo Nakane; 健智中根
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve branching characteristics by reducing mismatching of guide mode distribution between a transient waveguide and a branching starting end section, in a Y branching optical waveguide device. <P>SOLUTION: The cross section of the branching starting end sections 124, 125 is a trapezoidal shape comprising bases 140, 150 and the upper sides 141, 151 on the horizontal planes (X-Z plane), oppositely facing inner (center side) sides 142, 152 on the vertical planes (Y-Z plane), and outer sides 143, 153 which are inclined at an angle θ(about 4°) inwardly (center side) from the vertical planes at the end position of the bases 140, 150. The center of the field distributions 132, 133 of the branched light is drawn up to the center C side of a gap 126, making pseudo reduction of the gap width g, and suppressing useless radiation of light from the gap 126. In addition, coupling is improved between the pre-branching light and the post-branching light. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はＹ分岐光導波路装置に関する。 The present invention relates to a Y-branch optical waveguide device.

Ｙ分岐光導波路装置は、生産性が格段に良く、製造コストも格段に安価であるという利点を有しており、また、波長依存性が小さいという特長があり、光モジュールを構成する部品として多く利用されている。 The Y-branch optical waveguide device has the advantages that the productivity is remarkably good, the manufacturing cost is remarkably low, and the wavelength dependency is small. It's being used.

光ファイバを利用したPON(Passive Optical Network)の光通信システムは、局から光ファイバケーブルが延びており、この光ファイバケーブルの端に分岐機器が接続され、この分岐機器から複数の細い光ファイバケーブルが延びて、各光ファイバケーブルが各家庭に導かれている構成である。光信号の通信は双方向であり、局から各家庭へ送るだけでなく、光信号が各家庭から局へ送られる。 In a PON (Passive Optical Network) optical communication system using optical fiber, an optical fiber cable extends from a station, and a branch device is connected to the end of the optical fiber cable. A plurality of thin optical fiber cables are connected to the branch device. Is extended and each optical fiber cable is led to each home. Optical signal communication is bi-directional, not only from the station to each home, but also from each home to the station.

Ｙ分岐光導波路装置は、上記の分岐機器の内部に組み込まれて使用され、特性としては、各ポートの損失ができるだけ均一であって且つ低いことが求められる。各ポートの損失をできるだけ低くするには、分岐前の元の光と分岐された二つの分岐光とのカップリングを向上させて、分岐に伴って生ずる損失をできるだけ抑えるようにすることが必要である。 The Y-branch optical waveguide device is used by being incorporated in the above branching device, and as a characteristic, the loss of each port is required to be as uniform and low as possible. In order to reduce the loss of each port as much as possible, it is necessary to improve the coupling between the original light before branching and the two branched light beams, and to suppress the loss caused by the branching as much as possible. is there.

図１０（Ａ）乃至（Ｄ）は従来のＹ分岐光導波路装置１０を示す。１１はシリコン基板、１２は下部クラッド層、１３は上部クラッド層、１４はコアである。光導波路は、合流側導波路２０と、分岐側の幅が合流側の幅よりも広いテーパ形状を成す過渡導波路２１と、Ｙ字形状に分岐してある２つの分岐側導波路２２，２３とを有する。２４，２５は分岐始端区間部であり、分岐側導波路２２，２３のうちの根元の部分であり、過渡導波路２１と接続されている部分であり、分岐した光の間で相互作用が起きている区間部分をいう。２６はギャップであり、分岐始端区間部２４，２５の間の間隔であり、ギャップ幅ｇを有する。Ｃはギャップ２６の中心である。Ｙ分岐光導波路装置１０の製造プロセス上、ギャップ幅ｇを零とすることは出来ない。ＣＬはＹ分岐光導波路装置１０の中心線、ＧＬはギャップ２６を通って中心線ＣＬに直交する線である。分岐始端区間部２４，２５は、線ＧＬの位置から始まってＺ１方向に延在する僅かな部分である。 10A to 10D show a conventional Y-branch optical waveguide device 10. 11 is a silicon substrate, 12 is a lower cladding layer, 13 is an upper cladding layer, and 14 is a core. The optical waveguide includes a merging-side waveguide 20, a transient waveguide 21 having a tapered side wider than the merging-side width, and two branch-side waveguides 22 and 23 branched in a Y shape. And have. Reference numerals 24 and 25 denote branch start end section portions, which are root portions of the branch side waveguides 22 and 23, and are connected to the transient waveguide 21, and an interaction occurs between the branched lights. The section that is Reference numeral 26 denotes a gap, which is an interval between the branch start end section portions 24 and 25, and has a gap width g. C is the center of the gap 26. In the manufacturing process of the Y-branch optical waveguide device 10, the gap width g cannot be made zero. CL is a center line of the Y-branch optical waveguide device 10, and GL is a line that passes through the gap 26 and is orthogonal to the center line CL. The branch start end section portions 24 and 25 are slight portions starting from the position of the line GL and extending in the Z1 direction.

また、図１０（Ｂ）に示すように、合流側導波路２０の断面形状は長方形である。図１０（Ｃ）は、過渡導波路２１のうち線ＧＬより僅かにＺ２側の位置の断面形状であり、長方形である。図１０（Ｄ）は、分岐始端区間部２４，２５の断面形状であり、同じく長方形である。図１０（Ｅ）は、分岐側導波路２２，２３の断面形状であり、長方形である。 Further, as shown in FIG. 10B, the cross-sectional shape of the merging side waveguide 20 is a rectangle. FIG. 10C shows a cross-sectional shape at a position slightly on the Z2 side of the line GL in the transient waveguide 21 and is rectangular. FIG. 10D shows a cross-sectional shape of the branch start end section 24, 25, which is also rectangular. FIG. 10E shows a cross-sectional shape of the branch-side waveguides 22 and 23, which is a rectangle.

ここで、光信号が局から家庭へ送られる場合について説明する。図１１に模式的に示すように、合流側導波路２０をＺ１方向に伝播する光は界分布３０を有する。この光は過渡導波路２１に入りここを伝播し、続いて分岐されて、夫々分岐始端区間部２４、２５を経て、分岐側導波路２２，２３内をＺ１方向に伝播する。 Here, a case where an optical signal is sent from a station to a home will be described. As schematically shown in FIG. 11, the light propagating through the merging-side waveguide 20 in the Z1 direction has a field distribution 30. This light enters the transient waveguide 21 and propagates there, and is then branched and propagates in the Z1 direction through the branch side waveguides 22 and 23 through the branch start end sections 24 and 25, respectively.

過渡導波路２１の終端では、光は模式的に示す界分布３１を有する。分岐コア始端区間部２４では、光は模式的に示す界分布３２を有する。分岐始端区間部２５では、光は模式的に示す界分布３３を有する。界分布３１の中心は過渡導波路２１の中心と一致している。界分布３２の中心は分岐始端区間部２４の中心と一致している。界分布３３の中心は分岐始端区間部２５の中心と一致している。 At the end of the transient waveguide 21, the light has a field distribution 31 schematically shown. In the branch core start end section 24, the light has a field distribution 32 schematically shown. In the branch start end section 25, the light has a field distribution 33 schematically shown. The center of the field distribution 31 coincides with the center of the transient waveguide 21. The center of the field distribution 32 coincides with the center of the branch start end section 24. The center of the boundary distribution 33 coincides with the center of the branch start end section 25.

図１１中、Ｂは界分布３２の中心と界分布３３の中心との間の距離である。Ｅは界分布３１の中心と界分布３２の中心との間の距離であり、Ｆは界分布３１の中心と界分布３３の中心との間の距離である。
特開平２００１−１２４９４５号公報 In FIG. 11, B is the distance between the center of the field distribution 32 and the center of the field distribution 33. E is the distance between the center of the field distribution 31 and the center of the field distribution 32, and F is the distance between the center of the field distribution 31 and the center of the field distribution 33.
JP 2001-124945 A

本発明者は入射された光が分岐されるときの状況をシミュレーションしてみた。また、本発明者はシミュレーションの結果が実測の結果に近いことを確認した。 The inventor tried to simulate the situation when the incident light is branched. In addition, the present inventor has confirmed that the simulation result is close to the actual measurement result.

図１２は図１０（Ｄ）及び図１１中、線４０で断面した界分布、即ち、分岐始端区間部２４内に入った光と分岐始端区間部２５内に入った光との界分布を示す。 FIG. 12 shows the field distribution taken along line 40 in FIGS. 10D and 11, that is, the field distribution between the light entering the branch start end section 24 and the light entering the branch start end section 25. .

ギャップ２６が存在することに起因して、ギャップ２６からの光の無用な漏れ出しがあり、従来のＹ分岐光導波路装置１０は分岐に伴って生ずる損失が０．１３ｄＢ程度あった。分岐に伴って生ずる損失を更に抑えることが望まれている。 Due to the existence of the gap 26, there is unnecessary leakage of light from the gap 26, and the conventional Y-branch optical waveguide device 10 has a loss caused by branching of about 0.13 dB. It is desired to further reduce the loss caused by the branching.

そこで、本発明は、上記課題を解決して分岐に伴って生ずる損失（過剰損失）の改善を図ったＹ分岐光導波路装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a Y-branch optical waveguide device that solves the above-described problems and improves the loss (excess loss) caused by branching.

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、基板（１１１）上に、Ｙ字形状のコア（１１４）と前記コアを覆うクラッド（１１２，１１３）とを有し、一本の合流側導波路（１２０）と、二本の分岐側導波路（１２２，１２３）と、分岐側の幅が合流側の幅よりも広いテーパ形状を成し且つ前記合流側導波路と前記分岐側導波路との間に設けられた過渡導波路（１２１）とを備えるＹ分岐光導波路装置において、
前記分岐側導波路の始端であってその間にギャップを有する第１及び第２の分岐始端区間部（１２４，１２５）を、分岐された光の界分布の中心を前記ギャップの中心側に寄せるように作用する構成としたことを特徴とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention has a Y-shaped core (114) and a clad (112, 113) covering the core on a substrate (111). A waveguide (120), two branch side waveguides (122, 123), a taper shape in which the width on the branch side is wider than the width on the merge side, and the merge side waveguide and the branch side waveguide; In a Y-branch optical waveguide device comprising a transient waveguide (121) provided between
The first and second branch start end sections (124, 125) that are the start ends of the branch side waveguides and have a gap therebetween are arranged to bring the center of the field distribution of the branched light toward the center side of the gap. It is characterized by having a configuration that acts on.

本発明によれば、第１及び第２の分岐始端区間部を、分岐された光の界分布の中心をギャップの中心側に寄せるように作用する構成としたことによって、擬似的にギャップ幅を減じることが出来、これによって、光が合流側導波路を経て二本の分岐側導波路に伝播する場合に、ギャップからの光の無駄な放射が抑制され、過渡導波路内を伝播してきた光と分岐した光とのカップリングが改善され、よって、過渡導波路と分岐始端区間部との間における導波モード分布の不整合が低減される。これによって、過剰損失の改善が図られる。 According to the present invention, the first and second branch start end sections are configured to act so as to bring the center of the field distribution of the branched light toward the center side of the gap. As a result, when light propagates through the merging-side waveguide to the two branching-side waveguides, useless emission of light from the gap is suppressed, and light that has propagated through the transient waveguide The coupling between the branched light and the branched light is improved, so that the mismatch of the waveguide mode distribution between the transient waveguide and the branch start end section is reduced. As a result, excess loss can be improved.

次に本発明の実施の形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.

［Ｙ分岐光導波路装置１００の構成］
図１（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路装置１００を示す。Ｚ１−Ｚ２は長手方向、Ｘ１−Ｘ２は幅方向、Ｙ１−Ｙ２は厚さ方向である。 [Configuration of Y-branch optical waveguide device 100]
1A to 1E show a Y-branch optical waveguide device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Z1-Z2 is the longitudinal direction, X1-X2 is the width direction, and Y1-Y2 is the thickness direction.

Ｙ分岐光導波路装置１００は、シリコン基板１１１上に、下部クラッド層１１２と、Ｙ字形状のコア１１４と、このコア１１４を覆う上部クラッド層１１３とを有する構成である。光導波路は、合流側導波路１２０と、分岐側の幅が合流側の幅よりも広いテーパ形状を成す過渡導波路１２１と、Ｙ字形状に分岐してある２つの分岐側導波路１２２，１２３とを有する。１２４，１２５は分岐始端区間部であり、分岐側導波路１２２，１２３のうちの根元の部分であり、過渡導波路１２１と接続されている部分であり、分岐した光の間で相互作用が起きている区間部分をいう。１２６はギャップであり、分岐始端区間部１２４，１２５の間の間隔であり、ギャップ幅ｇを有する。Ｃはギャップ２６の中心である。Ｙ分岐光導波路装置１００の製造プロセス上、ギャップ幅ｇを零とすることは出来ない。ＣＬはＹ分岐光導波路装置１００の中心線、ＧＬはギャップ１２６を通って中心線ＣＬに直交する線である。分岐始端区間部１２４，１２５は、線ＧＬの位置から始まってＺ１方向に延在する僅かな部分である。 The Y-branch optical waveguide device 100 is configured to have a lower clad layer 112, a Y-shaped core 114, and an upper clad layer 113 covering the core 114 on a silicon substrate 111. The optical waveguide includes a merging-side waveguide 120, a transient waveguide 121 having a tapered side wider than the merging-side width, and two branch-side waveguides 122 and 123 branched in a Y-shape. And have. Reference numerals 124 and 125 denote branch start end section portions, which are root portions of the branch side waveguides 122 and 123 and are connected to the transient waveguide 121, and interaction occurs between the branched lights. The section that is Reference numeral 126 denotes a gap, which is an interval between the branch start end section portions 124 and 125, and has a gap width g. C is the center of the gap 26. In the manufacturing process of the Y-branch optical waveguide device 100, the gap width g cannot be made zero. CL is a center line of the Y-branch optical waveguide device 100, and GL is a line that passes through the gap 126 and is orthogonal to the center line CL. The branch start end section portions 124 and 125 are slight portions starting from the position of the line GL and extending in the Z1 direction.

コア１１４の屈折率ｎ１は１．５３６、クラッド層１１２、１１３の屈折率ｎ２は１．５２７、ギャップ幅ｇは１．０μｍである。 The refractive index n1 of the core 114 is 1.536, the refractive index n2 of the cladding layers 112 and 113 is 1.527, and the gap width g is 1.0 μm.

また、図１（Ｂ）に示すように、合流側導波路１２０の断面形状は矩形である。図１（Ｃ）は、過渡導波路１２１のうち線ＧＬより僅かにＺ２側の位置の断面形状であり、矩形である。図１（Ｄ）は、分岐始端区間部１２４，１２５の断面形状であり、台形である。図１（Ｅ）は、分岐側導波路１２２，１２３の断面形状であり、矩形である。 Further, as shown in FIG. 1B, the cross-sectional shape of the merging side waveguide 120 is rectangular. FIG. 1C shows a cross-sectional shape at a position slightly on the Z2 side from the line GL in the transient waveguide 121, and is a rectangle. FIG. 1D shows a cross-sectional shape of the branch start end section portions 124 and 125, which is a trapezoid. FIG. 1E shows a cross-sectional shape of the branch side waveguides 122 and 123, which is rectangular.

分岐始端区間部１２４，１２５の断面形状は、図１（Ｄ）に示すように、水平（Ｘ方向）の底辺１４０，１５０及び上辺１４１，１５１と、対向する内側（中心Ｃ側）の側辺１４２、１５２が垂直（Ｙ方向）であり、外側の側辺１４３、１５３が、底辺１４０，１５０の端の位置に立てた垂直線に対して内側（中心Ｃ側）の方向に角度θ（約４度）傾斜している斜辺である台形である。 As shown in FIG. 1D, the cross-sectional shapes of the branch start end sections 124 and 125 are the horizontal (X direction) bottom sides 140 and 150 and the top sides 141 and 151, and the inner side (center C side) opposite to each other. 142 and 152 are vertical (Y direction), and the outer side sides 143 and 153 are angled in the direction of the inner side (center C side) with respect to the vertical line set at the end of the bases 140 and 150 (about C). 4 degrees) A trapezoid that is an inclined hypotenuse.

なお、分岐始端区間部１２４，１２５の終端付近から第１、第２の分岐導波路１２２、１２３にかけての部分では、外側の側面は、傾斜角度が徐々に小さくなって、遂には垂直面となるように円滑に変化されている。 Note that, in the portion from the vicinity of the end of the branch start end section portions 124 and 125 to the first and second branch waveguides 122 and 123, the outer side surface gradually decreases in inclination angle and finally becomes a vertical surface. Has been changed smoothly.

なお、上記断面形状の分岐始端区間部１２４，１２５は、例えばこの部分のレジスト膜を通常よりも厚くして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置によってドライエッチングを行なうことによって形成することが可能である。 The branch start end sections 124 and 125 having the cross-sectional shape can be formed, for example, by making the resist film in these portions thicker than usual and performing dry etching with a reactive ion etching (RIE) apparatus. is there.

また、Ｙ字形状のコア１１４はスタンパを利用した方法によっても形成することが可能である。 The Y-shaped core 114 can also be formed by a method using a stamper.

なお、分岐始端区間部１２４，１２５の外側の側辺１４３、１５３は、直線に限らず、裾広がりの曲線でもよい。
［Ｙ分岐光導波路装置１００の動作及び特性］
ここでは、光信号が局から家庭へ送られる場合について説明する。図２に模式的に示すように、合流側導波路１２０をＺ１方向に伝播する光は界分布１３０を有する。この光は過渡導波路１２１に入りここを伝播し、続いて分岐されて、夫々分岐始端区間部１２４、１２５を経て、分岐側導波路１２２，１２３内をＺ１方向に伝播する。 In addition, the outer sides 143 and 153 of the branch start end section portions 124 and 125 are not limited to straight lines but may be curved lines spreading toward the bottom.
[Operation and Characteristics of Y-Branch Optical Waveguide Device 100]
Here, a case where an optical signal is sent from a station to a home will be described. As schematically shown in FIG. 2, the light propagating through the merging-side waveguide 120 in the Z1 direction has a field distribution 130. This light enters the transient waveguide 121, propagates there, and is subsequently branched, and propagates in the Z1 direction through the branch-side waveguides 122 and 123 via the branch start end sections 124 and 125, respectively.

過渡導波路１２１の終端では、光は模式的に示す界分布１３１を有する。界分布１３１の中心は過渡導波路１２１の中心と一致している。 At the end of the transient waveguide 121, the light has a field distribution 131 shown schematically. The center of the field distribution 131 coincides with the center of the transient waveguide 121.

分岐始端区間部１２４では、光は模式的に示す界分布１３２を有する。分岐始端区間部１２５では、光は模式的に示す界分布１３３を有する。 In the branch start end section 124, the light has a field distribution 132 schematically shown. In the branch start end section 125, the light has a field distribution 133 schematically shown.

分岐始端区間部１２４，１２５は外側の側面１４３、１５３がこれを延長した面の交線がＹ１側である斜面となっていることによって、外側の側面が垂直面である従来に比較して、界分布１３２，１３３の中心がギャップ１２６の中心Ｃ側に寄せられる。即ち、界分布１３２の中心は、分岐始端区間部１２４の底辺１４０の中点を通るＹ軸線１４０ＹよりもＸ２側に偏倚している。界分布１３３の中心は、分岐始端区間部１２５の底辺１５０の中点を通るＹ軸線１５０ＹよりもＸ１側に偏倚している。即ち、界分布１３１の中心と界分布１３２の中心との間の距離はＥ１であり、従来の対応する距離Ｅよりも短い。界分布１３１の中心と界分布１３３の中心との間の距離はＦ１であり、従来の対応する距離Ｆよりも短い。 The branch start end section portions 124 and 125 are inclined surfaces whose outer side surfaces 143 and 153 are extended from the surface where the outer side surfaces 143 and 153 extend, compared to the conventional example in which the outer side surface is a vertical surface. The centers of the field distributions 132 and 133 are brought closer to the center C side of the gap 126. That is, the center of the field distribution 132 is biased to the X2 side with respect to the Y-axis line 140Y passing through the midpoint of the base 140 of the branch start end section 124. The center of the field distribution 133 is biased to the X1 side with respect to the Y-axis line 150Y passing through the midpoint of the base 150 of the branch start end section 125. That is, the distance between the center of the field distribution 131 and the center of the field distribution 132 is E1, which is shorter than the conventional corresponding distance E. The distance between the center of the field distribution 131 and the center of the field distribution 133 is F1, which is shorter than the conventional corresponding distance F.

これによって、界分布１３２の中心と界分布１３３の中心との間の距離はＢ１であり、従来の対応する距離Ｂよりも短くなる。 Thereby, the distance between the center of the field distribution 132 and the center of the field distribution 133 is B1, which is shorter than the corresponding distance B in the related art.

距離Ｂ１が短くなっていることによって、擬似的にギャップ幅ｇを減じたことになる。擬似的にギャップ幅ｇが減じられた分、ギャップ１２６からの光の無駄な放射が抑制される。また、距離Ｂ１が従来の対応する距離Ｂよりも短くなっている分、過渡導波路１２１と分岐始端区間部１２４，１２５との間における導波モード分布の不整合が低減される。 Since the distance B1 is shortened, the gap width g is reduced in a pseudo manner. Since the gap width g is artificially reduced, useless emission of light from the gap 126 is suppressed. In addition, since the distance B1 is shorter than the conventional corresponding distance B, the mismatch of the waveguide mode distribution between the transient waveguide 121 and the branch start end sections 124 and 125 is reduced.

本発明者は上記角度θをパラメータとして適宜変更して、入射された光が分岐されるときの状況をシミュレーションしてみた。また、本発明者はシミュレーションの結果が実測の結果に近いことを確認した。 The inventor tried to simulate the situation when the incident light is branched by appropriately changing the angle θ as a parameter. In addition, the present inventor has confirmed that the simulation result is close to the actual measurement result.

図３の線IIIは、上記の角度θを適宜変更した場合の、分岐に伴う損失の変化を示す。同図より、角度θを増やしていくと、分岐に伴う損失が減少し、約４度で、分岐に伴う損失が最大に減少して、角度θが０度である場合に比較して０．０３ｄＢ程度改善され、その後は、分岐に伴う損失が増加し、角度θが約８度で、角度θが０度である場合と同じとなり、角度θが約８度を越えると、分岐に伴う損失が角度θが０度である場合の損失よりも増えていることが分かる。 A line III in FIG. 3 shows a change in loss due to branching when the angle θ is appropriately changed. As shown in the figure, as the angle θ is increased, the loss associated with the branch decreases, and at about 4 degrees, the loss associated with the branch decreases to the maximum. After that, the loss due to the branching increases, and the angle θ is about 8 degrees and the angle θ is 0 degree. When the angle θ exceeds about 8 degrees, the loss due to the branching It can be seen that this is greater than the loss when the angle θ is 0 degrees.

よって、角度θは０度より大きくて約８度以下であり、望ましくは、約４度であればよいことがわかる。 Therefore, it can be seen that the angle θ is greater than 0 degree and not more than about 8 degrees, and preferably about 4 degrees.

なお、角度θが約４度を越えると分岐に伴う損失が増えてくる理由は、第１の分岐光１３２Ａの一部が傾斜している側面１４３から外に漏れ出し、第２の分岐光１３３Ａの一部が傾斜している側面１５３から外に漏れ出して、損失となるからであると考えられる。 The reason why the loss due to the branching increases when the angle θ exceeds about 4 degrees is that a part of the first branched light 132A leaks out from the inclined side surface 143 and the second branched light 133A. It is thought that this is because a part of the liquid leaks out from the inclined side surface 153 and becomes a loss.

図４は、角度θが約４度である場合の、図２中、線４０で断面した分岐された二つの光の界分布を示す。図４は、シミュレーションでもって得た結果である。図４中の破線は、従来のＹ分岐光導波路装置１０における分岐された光の界分布を示す。 FIG. 4 shows the field distribution of two branched light beams taken along line 40 in FIG. 2 when the angle θ is about 4 degrees. FIG. 4 shows the results obtained by simulation. The broken line in FIG. 4 shows the field distribution of the branched light in the conventional Y branch optical waveguide device 10.

本実施例のＹ分岐光導波路装置１００は、従来に比較して、過渡導波路１２１と分岐始端区間部１２４，１２５との間における導波モード分布の不整合が低減され、過剰損失が改善されて分岐特性が改善される。 In the Y-branch optical waveguide device 100 of the present embodiment, the mismatch of the waveguide mode distribution between the transient waveguide 121 and the branch start end section portions 124 and 125 is reduced, and the excess loss is improved as compared with the conventional one. Branching characteristics are improved.

なお、分岐始端区間部１２４，１２５の断面形状は、台形に限定されるものではなく、例えば底辺の長さが上辺の長さよりも短い逆向きの台形でもよく、要は、分岐光のモード界分布の中心をギャップ１２６の中心Ｃ側に寄せることが可能である形状であればよい。 The cross-sectional shapes of the branch start end section portions 124 and 125 are not limited to trapezoids, and may be, for example, reverse trapezoids in which the length of the bottom side is shorter than the length of the upper side. Any shape that can bring the center of the distribution toward the center C of the gap 126 may be used.

図５（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の実施例２になるＹ分岐光導波路装置１００Ａを示す。前記のＹ分岐光導波路装置１００と相違するのは、分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａである。図５中、図１（Ａ）乃至（Ｅ）に示す構成部分と同じ部分には同じ符号を付す。 5A to 5E show a Y-branch optical waveguide device 100A according to the second embodiment of the present invention. The Y branch optical waveguide device 100 is different from the branch start end section portions 124A and 125A. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1A to 1E are denoted by the same reference numerals.

図５（Ａ）及び（Ｄ）に示すように、分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａは、断面形状が矩形であり、図６に示すように、屈折率が、中央側がｎ１１で、その他の部分がｎ１であり、ｎ１１＞ｎ１であるように、分布を有する構造である。なお、屈折率ｎ１１、ｎ１は共にクラッドの屈折率ｎ２よりも大きい。 As shown in FIGS. 5A and 5D, the branch start end section 124A, 125A has a rectangular cross-sectional shape, and as shown in FIG. 6, the refractive index is n11 on the center side, and the other parts are It is a structure having a distribution such that n1 and n11> n1. The refractive indexes n11 and n1 are both greater than the refractive index n2 of the cladding.

コア１１４Ａは拡散型のものであり、分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａは、拡散時に熱処理温度に分布を持たせることによって、或いは、拡散を抑制する材料をドープすることによって上記のように形成される。 The core 114A is of a diffusion type, and the branch start end sections 124A and 125A are formed as described above by giving a distribution to the heat treatment temperature during diffusion or by doping a material that suppresses diffusion. .

ここでは、光信号が局から家庭へ送られる場合について説明する。図７に模式的に示すように、合流側導波路１２０をＺ１方向に伝播する光は界分布１３０を有する。この光は過渡導波路１２１に入りここを伝播し、続いて分岐されて、夫々分岐始端区間部１２４Ａ、１２５Ａを経て、分岐側導波路１２２，１２３内をＺ１方向に伝播する。 Here, a case where an optical signal is sent from a station to a home will be described. As schematically shown in FIG. 7, the light propagating through the merging-side waveguide 120 in the Z1 direction has a field distribution 130. This light enters the transient waveguide 121, propagates there, and is subsequently branched, and propagates in the Z1 direction through the branch side waveguides 122 and 123 via the branch start end sections 124A and 125A, respectively.

分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａは中央側の屈折率がその他の部分の屈折率よりも高くなっていることによって、分岐された光の界分布１６１，１６２の中心がギャップ１２６の中心Ｃ側に寄せられる。即ち、界分布１６１の中心は、分岐始端区間部１２４Ａの中心よりもＸ２側に偏倚している。界分布１６２の中心は、分岐始端区間部１２５Ａの中心よりもＸ１側に偏倚している。即ち、界分布１３１の中心と界分布１６１の中心との間の距離はＥ２であり、従来の対応する距離Ｅよりも短い。界分布１３１の中心と界分布１６２の中心との間の距離はＦ２であり、従来の対応する距離Ｆよりも短い。 In the branch start end section portions 124A and 125A, the center of the refractive index on the center side is higher than the refractive index of the other portions, so that the centers of the branched light field distributions 161 and 162 are brought closer to the center C side of the gap 126. It is done. That is, the center of the field distribution 161 is biased to the X2 side from the center of the branch start end section 124A. The center of the field distribution 162 is biased to the X1 side from the center of the branch start end section 125A. That is, the distance between the center of the field distribution 131 and the center of the field distribution 161 is E2, which is shorter than the conventional corresponding distance E. The distance between the center of the field distribution 131 and the center of the field distribution 162 is F2, which is shorter than the conventional corresponding distance F.

これによって、界分布１６１の中心と界分布１６２の中心との間の距離はＢ２であり、従来の対応する距離Ｂよりも短くなる。 Thereby, the distance between the center of the field distribution 161 and the center of the field distribution 162 is B2, which is shorter than the conventional corresponding distance B.

距離Ｂ２が短くなっていることによって、擬似的にギャップ幅ｇを減じたことになる。擬似的にギャップ幅ｇが減じられた分、ギャップ１２６からの光の無駄な放射が抑制される。 Since the distance B2 is shortened, the gap width g is reduced in a pseudo manner. Since the gap width g is artificially reduced, useless emission of light from the gap 126 is suppressed.

本実施例のＹ分岐光導波路装置１００Ａは、従来に比較して、過渡導波路１２１と分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａとの間における導波モード分布の不整合が低減され、過剰損失が改善されて分岐特性が改善される。 In the Y-branch optical waveguide device 100A of the present embodiment, the mismatch of the waveguide mode distribution between the transient waveguide 121 and the branch start end section portions 124A and 125A is reduced and the excess loss is improved as compared with the conventional one. Branching characteristics are improved.

なお、分岐始端区間部１２４Ａ，１２５Ａの屈折率は、できれば、中央側の屈折率が徐々に大きくなるようにグラデーションを有する構成がよい。 Note that the refractive index of the branch start end sections 124A and 125A preferably has a gradation so that the refractive index on the center side gradually increases.

図８は本発明の実施例３になるＹ分岐光導波路装置１００Ｂを示す。前記のＹ分岐光導波路装置１００と相違するのは、分岐始端区間部１２４Ｂ，１２５Ｂである。図８中、図１（Ａ）乃至（Ｅ）に示す構成部分と同じ部分には同じ符号を付す。 FIG. 8 shows a Y-branch optical waveguide device 100B according to the third embodiment of the present invention. The Y branch optical waveguide device 100 is different from the branch start end section portions 124B and 125B. In FIG. 8, the same components as those shown in FIGS. 1A to 1E are denoted by the same reference numerals.

分岐始端区間部１２４Ｂ，１２５Ｂは互いに逆方向に、半径Ｒの曲率の湾曲形状を有している。 The branch start end section portions 124B and 125B have curved shapes with a curvature having a radius R in opposite directions.

ここでは、光信号が局から家庭へ送られる場合について説明する。光信号は合流側導波路１２０を伝播し、過渡導波路１２１を経て、一方では分岐始端区間部１２４Ｂ内に入り分岐されて第１の分岐光１７１となって伝播され、他方では、分岐始端区間部１２５Ｂ内に入り分岐されて第２の分岐光１７２となって伝播される。 Here, a case where an optical signal is sent from a station to a home will be described. The optical signal propagates through the merging-side waveguide 120, passes through the transient waveguide 121, and enters and branches into the branch start end section 124B and is propagated as the first branched light 171 and on the other hand, the branch start end section. The light enters the part 125B, is branched, and propagates as the second branched light 172.

ここで、分岐始端区間部１２４Ｂ，１２５Ｂは互いに逆方向に半径Ｒの曲率の湾曲形状を有しているため、第１の分岐光１７１はＸ２方向に寄せられ、第２の分岐光１７２はＸ１方向に寄せられ、ギャップ部１２６の中心Ｃ側に寄せられる。 Here, since the branch start end section portions 124B and 125B have curved shapes with curvatures having a radius R in opposite directions, the first branched light 171 is directed in the X2 direction, and the second branched light 172 is X1. In the direction and toward the center C of the gap 126.

本実施例のＹ分岐光導波路装置１００Ｂは、従来に比較して、過渡導波路１２１と分岐始端区間部１２４Ｂ，１２５Ｂとの間における導波モード分布の不整合が低減され、過剰損失が改善されて分岐特性が改善される。 In the Y-branch optical waveguide device 100B of the present embodiment, the mismatch of the waveguide mode distribution between the transient waveguide 121 and the branch start end section portions 124B and 125B is reduced and the excess loss is improved as compared with the conventional one. Branching characteristics are improved.

なお、本発明はＹ分岐を複数段に有する構成の分岐光導波路装置も包含することは勿論である。 Of course, the present invention also includes a branched optical waveguide device having a Y branch in a plurality of stages.

なお、第１実施例の分岐始端区間部１２４，１２５の台形の断面形状は、図９（Ａ），（Ｂ）に示す光回路の方向性結合器５００の分岐、結合部分５０１に適用が可能であり、低い損失で分岐、結合が可能となる。 Note that the trapezoidal cross-sectional shape of the branch start end section portions 124 and 125 of the first embodiment can be applied to the branch and coupling portion 501 of the directional coupler 500 of the optical circuit shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B). Therefore, branching and coupling are possible with low loss.

本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路装置を示す図である。It is a figure which shows the Y branch optical waveguide apparatus which becomes Example 1 of this invention. 図１のＹ分岐光導波路装置における分岐直前、分岐直後の光の界分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the field distribution of the light just before branching in the Y branch optical waveguide apparatus of FIG. 分岐始端区間部の外側の面の角度と分岐に伴なう損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the angle of the surface of the outer side of a branch start end area part, and the loss accompanying a branch. 図１のＹ分岐光導波路装置における分岐直後の光の界分布を示す図である。It is a figure which shows the field distribution of the light immediately after branching in the Y branch optical waveguide apparatus of FIG. 本発明の実施例２になるＹ分岐光導波路装置を示す図である。It is a figure which shows the Y branch optical waveguide apparatus which becomes Example 2 of this invention. 分岐始端区間部の屈折率の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the refractive index of a branch start end area part. 図５のＹ分岐光導波路装置における分岐直前、分岐直後の光の界分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the field distribution of the light just before the branch in the Y branch optical waveguide apparatus of FIG. 本発明の実施例３になるＹ分岐光導波路装置を示す図である。It is a figure which shows the Y branch optical waveguide apparatus which becomes Example 3 of this invention. 本発明を利用した光回路の方向性結合器を示す図である。It is a figure which shows the directional coupler of the optical circuit using this invention. 従来のＹ分岐光導波路装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional Y branch optical waveguide apparatus. 図１０のＹ分岐光導波路装置における光の分岐を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the branch of the light in the Y branch optical waveguide apparatus of FIG. 図１０のＹ分岐光導波路装置における分岐直前、分岐直後の光の界分布を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the field distribution of the light just before a branch in the Y branch optical waveguide apparatus of FIG.

Explanation of symbols

１００、１００Ａ，１００ＢＹ分岐光導波路装置
１１１シリコン基板
１１２下部クラッド層
１１３上部クラッド層
１１４、１１４Ａ，１１４ＢＹ字形状のコア
１２０合流側導波路
１２１過渡導波路
１２２，１２３分岐側導波路
１２４、１２４Ａ，１２４Ｂ第１の分岐始端区間部
１２５、１２５Ａ，１２５Ｂ第２の分岐始端区間部
１２６ギャップ
１４０，１５０底辺
１４１，１５１上辺
１４２、１５２垂直の内側の側辺
１４３、１５３傾斜した外側の側辺 100, 100A, 100B Y-branch optical waveguide device 111 Silicon substrate 112 Lower clad layer 113 Upper clad layer 114, 114A, 114B Y-shaped core 120 Merge-side waveguide 121 Transient waveguide 122, 123 Branch-side waveguide 124, 124A 124B First branch start end section 125, 125A, 125B Second branch start end section 126 Gap 140,150 Base 141, 151 Top 142, 152 Vertical inner side 143, 153 Inclined outer side

Claims

The substrate has a Y-shaped core and a clad covering the core, and includes one merging-side waveguide, two branching-side waveguides, and a branching side wider than a merging-side width. In a Y-branch optical waveguide device comprising a tapered waveguide and a transient waveguide provided between the merge-side waveguide and the branch-side waveguide,
A first and second branch start end section having a gap between the start ends of the branch-side waveguide and acting to bring the center of the field distribution of the branched light toward the center side of the gap; A Y-branch optical waveguide device characterized by that.

In the Y branch optical waveguide device according to claim 1,
The Y-branch optical waveguide device characterized in that the first and second branch start end sections have a cross-sectional shape in which the inner side is vertical and the outer side is slanted.

In the Y branch optical waveguide device according to claim 1,
The Y-branch optical waveguide device characterized in that the first and second branch start end section portions have a distribution in refractive index, and the refractive index of the inner portion is higher than the refractive index of the outer portion.

In the Y branch optical waveguide device according to claim 1,
The Y-branch optical waveguide device, wherein the first and second branch start end sections are curved in a direction away from each other.