JP2007171769A - Optical multiplexing waveguide - Google Patents
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Description
本発明は光合波導波路に係り、特に光合波部がおおむねY形をした光合波導波路に関するものである。 The present invention relates to an optical multiplexing waveguide, and more particularly to an optical multiplexing waveguide in which an optical multiplexing section is generally Y-shaped.
光合波導波路は、例えば光波長多重伝送装置や光集積回路等を構成する基幹部品の1つとして用いられる。従来から光合波導波路の一形態として、円弧形状を有する導波路を対称に接合した2つの導波路を合流後導波路へと導くおおむねY形(以下、単にY形という)をした合波導波路がある。このY形光合波導波路の損失の発生原因を調べてみると、それは導波路合流部における漏れ光が大部分を占めている。これを図1を用いて説明する。 The optical multiplexing waveguide is used as one of basic components constituting, for example, an optical wavelength division multiplex transmission device or an optical integrated circuit. 2. Description of the Related Art Conventionally, as one form of optical multiplexing waveguide, there has been a generally Y-shaped (hereinafter simply referred to as Y-shaped) combining waveguide that guides two waveguides formed by symmetrically joining waveguides having an arc shape to the waveguide after joining. is there. When the cause of the loss of this Y-shaped optical multiplexing waveguide is examined, the leakage light at the waveguide junction is mostly occupied. This will be described with reference to FIG.
図1は、Y形光合波導波路における合流部の一例を示す図である。図示のように、Y形光合波導波路は、2つの導波路11,12と合流後導波路13とを有する。2つの導波路11,12が交差する合流部においてテーパー部14が形成される。ここで、例えば、導波路11から伝搬光15がテーパー部導波路壁へ入射角θで入射するとき、伝搬光15が導波路壁の反射臨界角度を超える時には漏洩モードによる漏れ光が発生し、これが損失となる。従って、Y形光合波導波路において、この入射角θを低減することが低損失化に寄与することとなる。これ以外にも、Y形光合波導波路の低損失化のために、各種の方策が講じられている。例えば、導波路合流部における漏れ光を低減する方法として、合流点(分岐点)近傍の導波路の傾きを零に漸近させる方法があり、例えば特許第2589367号公報には、Y分岐部の形状を二乗余弦関数に基づく形状とすることが記載されている。同様に合流部での2つの入力側導波路で形成される角度を減らすため、円弧形状の導波路を点対称に接合したS形ベンドや正弦関数の形状をしたものが使われてきた。
しかしながら、Y形光合波導波路における合流部での漏れ光の低減はまだ十分とはいえない。合流部での2つの入力側導波路で形成される角度を低減する方法としては、2つの入力側導波路を円弧形状導波路で形成し、それらの曲率半径を大きくとることで実現可能であるが、この方法では、漏れ光の低減を図ることが可能となる一方で、導波路の延伸が必要となり大型化となってしまうこと、あるいは合流部において2つの入力側導波路により形成されるテーパー部先端の形状がより鋭角となるため製法上困難となること、それに起因してテーパー部先端の丸みまたは欠損が伝搬光の損失を増大させてしまうこと等の問題があった。 However, the reduction of leakage light at the junction in the Y-type optical multiplexing waveguide is still not sufficient. As a method of reducing the angle formed by the two input side waveguides at the junction, it can be realized by forming the two input side waveguides by arc-shaped waveguides and increasing their curvature radii. However, in this method, it is possible to reduce the leakage light, but the waveguide needs to be extended, resulting in an increase in size, or a taper formed by two input-side waveguides at the junction. There is a problem that the shape of the tip of the part becomes more acute and difficult in the manufacturing method, and the roundness or the defect of the tip of the tapered part increases the loss of propagating light.
従って本発明の目的は、合流部における漏れ光の低減が可能でかつ導波路長の延伸を必要としない光合波導波路を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical multiplexing waveguide that can reduce the leakage light at the junction and does not require extension of the waveguide length.
上記目的は、第1および第2の光導波路と、前記第1および第2の光導波路が結合される第3の光導波路とを有するY形をした光合波導波路であって、前記第1の光導波路が前記第3の光導波路の端部に結合され、前記第2の光導波路が前記第3の光導波路の端部より内側部分に結合された光合波導波路により、達成される。 The object is a Y-shaped optical multiplexing waveguide having first and second optical waveguides and a third optical waveguide to which the first and second optical waveguides are coupled, wherein the first optical waveguide is the first optical waveguide. This is achieved by an optical multiplexing waveguide in which an optical waveguide is coupled to the end of the third optical waveguide and the second optical waveguide is coupled to an inner portion of the end of the third optical waveguide.
ここで、前記第1および第2の光導波路はそれぞれ円弧形状を有することができる。また、前記第1および第2の光導波路はそれぞれ2つの円弧形状を点対称で結合して形成したS字形ベンド導波路とすることができる。この場合、前記第1の光導波路の曲率半径は前記第2の光導波路の曲率半径よりも小さくすることが好ましい。さらに、前記第1および第3の光導波路の結合部における前記第1および第3の光導波路の接線の傾きが互いに等しく、および前記第2および第3の光導波路の結合部における前記第2および第3の光導波路の接線の傾きが互いに等しいことが好ましい。 Here, each of the first and second optical waveguides may have an arc shape. Each of the first and second optical waveguides may be an S-shaped bend waveguide formed by connecting two circular arc shapes symmetrically. In this case, it is preferable that the radius of curvature of the first optical waveguide is smaller than the radius of curvature of the second optical waveguide. Further, the tangential slopes of the first and third optical waveguides in the coupling portion of the first and third optical waveguides are equal to each other, and the second and third in the coupling portion of the second and third optical waveguides It is preferable that the tangent slopes of the third optical waveguide are equal to each other.
また、本発明に係る光合波導波路は、第1および第2の光導波路と、前記第1および第2の光導波路が結合される第3の光導波路とを有するY形をした光合波導波路であって、前記第1の光導波路の端部が前記第3の光導波路の端部に結合され、前記第2の光導波路が前記第3の光導波路の端部より内側部分でテーパー部を形成して前記第3の光導波路に徐々に結合されるものである。ここで、前記第1および第2の光導波路はそれぞれ2つの円弧形状を点対称で結合して形成したS字形ベンド導波路とすることができ、また前記第3の光導波路は直線状導波路とすることができる。 The optical multiplexing waveguide according to the present invention is a Y-shaped optical multiplexing waveguide having first and second optical waveguides and a third optical waveguide to which the first and second optical waveguides are coupled. The end portion of the first optical waveguide is coupled to the end portion of the third optical waveguide, and the second optical waveguide forms a tapered portion at an inner portion from the end portion of the third optical waveguide. Then, it is gradually coupled to the third optical waveguide. Here, each of the first and second optical waveguides can be an S-shaped bend waveguide formed by connecting two circular arcs symmetrically with respect to a point, and the third optical waveguide is a linear waveguide. It can be.
本発明によれば、合流部における漏れ光の低減が可能でかつ導波路長の延伸を必要としない光合波導波路を得ることができる。本発明では、Y形の光合波導波路において、2つの入力側導波路と1つの出力側導波路との合流部(結合部)を異にすることで、導波路合流部で形成されるテーパー部の角度を小さくすることができ、これにより合流部における損失を低減することができる。さらに、円弧形状を有する2つの入力側導波路の曲率半径を異にし、かつ曲率半径が小さい導波路の円弧形状が終了し、直線になったところに曲率半径の大きな導波路を合流させることで、導波路長の延伸を必要としないことが可能となる。また、低損失化を小さくとどめ、合流位置および曲率半径を最適化したとき、光合波導波路の小型化も実現できる。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical multiplexing waveguide that can reduce leakage light at the junction and does not require extension of the waveguide length. In the present invention, in the Y-shaped optical multiplexing waveguide, the tapered portion formed by the waveguide merging portion by making the merging portion (coupling portion) of the two input side waveguides and one output side waveguide different. Can be reduced, thereby reducing the loss at the junction. Furthermore, the curvature radii of the two input-side waveguides having an arc shape are made different, and the arc shape of the waveguide having a small curvature radius is finished, and a waveguide having a large curvature radius is merged at a straight line. It becomes possible not to extend the waveguide length. In addition, when the loss reduction is kept small and the joining position and the radius of curvature are optimized, the optical multiplexing waveguide can be reduced in size.
本発明は、導波路2本を1本の導波路に結合するおおむねY形の光合波導波路に関するものである。最良の形態を示す為、一般的なY形光合波導波路として、2つの円弧形状を点対称で結合して形成した2つのS字形ベンド導波路を用い、更にそれらを線対称に接合し、一本の直線導波路に導いて形成した光合波導波路について説明する。 The present invention relates to a generally Y-shaped optical multiplexing waveguide in which two waveguides are coupled to one waveguide. In order to show the best mode, two S-shaped bend waveguides formed by connecting two circular arcs with point symmetry are used as general Y-shaped optical multiplexing waveguides, and they are further joined line-symmetrically. An optical multiplexing waveguide formed by guiding to a straight waveguide will be described.
改善される形態は、円弧形状を有する2本の導波路が1本の直線状導波路と合流する地点をそれぞれ異にするものである。これにより合流部のテーパー部の角度を、同一場所において合流する場合よりも小さくし、テーパー部の角度に起因する漏れ光を減らして低損失化を図るものである。さらに、2つのS字形ベンド導波路のうち入力側に近い方(伝搬方向に対して負側)のS字形ベンド導波路の曲率半径を小さくすることで、円弧形状終了地点において直線導波路と直線的に合流し、この合流部では他の導波路との合流が無いので単独のS字ベンドと近似でき漏れ光を抑制できる。もう一つのS字形ベンド導波路は直線導波路の端部より内側部分に直線的に合流する形となり曲率半径を大きくしても損失増大を抑えられ、結果的に導波路長の延伸の回避が可能となる。以下、本発明を説明する前段階として、S字形ベンド導波路と直線導波路の結合に係る損失関係を説明する。 In the improved form, the points where two waveguides having an arc shape merge with one linear waveguide are different from each other. Accordingly, the angle of the tapered portion of the joining portion is made smaller than that when joining at the same place, and the leakage light caused by the angle of the tapered portion is reduced to reduce the loss. Further, by reducing the radius of curvature of the S-shaped bend waveguide closer to the input side (the negative side with respect to the propagation direction) of the two S-shaped bend waveguides, the straight waveguide and the straight line at the arc-shaped end point are reduced. In this junction, since there is no junction with other waveguides, it can be approximated to a single S-shaped bend and leakage light can be suppressed. The other S-shaped bend waveguide joins linearly from the end of the straight waveguide to the inner part, and even if the radius of curvature is increased, the increase in loss can be suppressed, and as a result, extension of the waveguide length can be avoided. It becomes possible. Hereinafter, as a preliminary step for explaining the present invention, a loss relationship related to the coupling between the S-shaped bend waveguide and the straight waveguide will be explained.
図2は、S字形ベンド導波路と直線導波路との結合例を示す図である。図では、上からそれぞれ、
(1)S字形ベンド導波路21,22を直線導波路23に対称的に組み合わせた従来型の光合波導波路、
(2)S字形ベンド導波路24を直線導波路25に合流させた光合波導波路、
(3)S字形ベンド導波路26に直線導波路27を後続させた導波路、
を示す。上記各S字形ベンド導波路の曲率半径はそれぞれ同一である。ここで、(1)のS字形ベンド導波路21,22のどちらか一方に光を入射させ、また(2),(3)のS字形ベンド導波路24,26にそれぞれ光を入射させたとき、導波路結合部における損失の関係は(1)>(2)>(3)となる。これは2つの導波路の結合部に形成されるテーパー角が小さい方が漏れ光の発生を抑制することができるため損失が小さく、さらにテーパー部がない場合はより損失が小さくなるからである。本発明は、これらの導波路間の結合における損失の関係を利用したものである。
FIG. 2 is a diagram illustrating a coupling example of an S-shaped bend waveguide and a straight waveguide. In the figure,
(1) a conventional optical multiplexing waveguide in which S-
(2) an optical multiplexing waveguide in which the S-
(3) a waveguide in which a
Indicates. The curvature radii of the respective S-shaped bend waveguides are the same. Here, when light is incident on one of the S-
図3は、本発明に係る光合波導波路の一例を示す概念図である。本例の光合波導波路は、図示のようにY形をしており、入力側の2つの光導波路31,32と、これらの光導波路31,32に合流される1つの出力側の光導波路33とを有する。入力側の光導波路32は結合部35において出力側の光導波路33の端部に直線的に結合され、入力側の光導波路31は結合部34において出力側の光導波路33の端部より内側部分に直線的に結合されている。つまり、結合部35は、入力側の光導波路32の端部と出力側の光導波路33の端部とを結合する地点であり、また結合部34は、出力側の光導波路33の端部より内側部分に合流した入力側の光導波路31の端部の位置する地点である。すなわち、結合部35では光導波路32の端部が33の端部に結合されるが、結合部34では、その前段階として光導波路31が光導波路33の端部より内側部分との間にテーパー部36を形成して光導波路33に徐々に結合され結合部34において最終的に結合が完了する。また、結合部35における光導波路32と33の接線の傾きは互いに等しく、結合部34における光導波路31,33の接線の傾きは互いに等しい。光導波路33が直線状導波路の場合、各結合部における光導波路31,32の接線と、光導波路33の傾きはそれぞれ等しい。ここで、入力側の2つの光導波路31,32は、それぞれ2つの円弧形状を点対称で結合して形成したS字形ベンド導波路であり、光導波路32の曲率半径は光導波路31の曲率半径よりも小さくされている。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of an optical multiplexing waveguide according to the present invention. The optical multiplexing waveguide of this example is Y-shaped as shown in the figure, and two
このS字形ベンド導波路の2つの光導波路31,32は互いに独立した導波路であり、その入力側にそれぞれ直線部が延伸されていてもよいし発光素子が備えられていてもよい。この2つの光導波路31,32を出力側の光導波路33に合流させる場合、曲率半径の小さい光導波路32の円弧部が終了して直線状の光導波路33と結合される結合部35よりも光導波路33の内側部分の結合部34で、曲率半径の大きい光導波路31が直線状の光導波路33と結合される。本例では、光導波路31,32としてS字形ベンド導波路を用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、光導波路の各結合部での接線の傾きを等しくすることで漏洩モードによる損失を抑制することができればよく、光導波路31,32の構成は例えば正弦関数形でも2乗余弦関数形でもよい。
The two
また本例では、2つの光導波路31,32の曲率半径を異にしたが、両者の曲率半径は同じでもよい。これは、2つの光導波路31,32と1つの光導波路33とのそれぞれの結合部34,35の位置を違えれば、従来の同一点における合流部の場合と比較してテーパー部36のテーパー角が小さくなり、本発明の効果は発揮できるからである。しかしながら、両者の曲率半径を同じとし、、光導波路33への結合部を異にしたとき、結合部を同一した場合と比較して系全体の光合波導波路長が延伸してしまうので、光導波路31の曲率半径を光導波路32に比べて小さくすることが導波路長の延伸回避の点からしても好ましい。光導波路31の曲率半径を小さくしても、結合部34における直線状の光導波路33との結合により、両光導波路は単独の屈曲導波路とみなされるので、光導波路31の円弧形状部分以外の損失は少ない。このように、光導波路の結合部34と結合部35とを互いにずらすことによりテーパー部36のテーパー角を減少することができるので、光合波導波路の低損失化を図ることができる。
In this example, the curvature radii of the two
図4(a)は従来型対称光合波導波路を説明するための図、(b)は本発明に係る光合波導波路の一実施例を説明するための図である。従来型対称光合波導波路は、図4(a)に示すように、同一曲率半径10mmで対称な2つのS字形ベンド導波路からなる光導波路41,42を、同一の結合部44において、直線状の光導波路43に結合したものである。
4A is a diagram for explaining a conventional symmetric optical multiplexing waveguide, and FIG. 4B is a diagram for explaining an embodiment of the optical multiplexing waveguide according to the present invention. As shown in FIG. 4A, the conventional symmetric optical multiplexing waveguide is formed by linearly connecting
一方、本実施例に係る光合波導波路は、図4(b)に示すように、曲率半径10mmのS字形ベンド導波路からなる入力側の光導波路51と、曲率半径5mmのS字形ベンド導波路からなる入力側の光導波路52と、それらが結合される出力側の直線状光導波路53とを有する。光導波路52は結合部55において光導波路53の端部に直線的に結合され、光導波路51は結合部54において光導波路53の端部より内側部分に直線的に結合されている。この場合、結合部55における光導波路52の接線と直線状光導波路53の傾きは互いに等しく、結合部54における光導波路51の接線と直線状光導波路53の傾きは互いに等しい。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the optical multiplexing waveguide according to the present embodiment includes an
光合波導波路は、例えば紫外線硬化性高分子材料からなり、5mm×15mmのフィルム型として切り出した。コア径50×50μm□で、2本のS字形ベンド導波路の合流前直線部の間隔を500μmとした。これらの光導波路はシリコンゴム鋳型を利用して作製された。光源には波長850nmのファブリペローレーザーダイオードを用い、光源から入力側の光導波路まではシングルモードファイバで導き、出力側の直線状光導波路の射出端はφ62.5のマルチモードGIファイバを介して光強度測定器に接続した。各ファイバと光導波路間にはマッチングオイルを使用した。 The optical multiplexing waveguide is made of, for example, an ultraviolet curable polymer material and cut out as a 5 mm × 15 mm film type. The core diameter was 50 × 50 μm □, and the interval between the straight portions before joining of the two S-shaped bend waveguides was 500 μm. These optical waveguides were produced using a silicon rubber mold. A Fabry-Perot laser diode with a wavelength of 850 nm is used as the light source, the light source to the input side optical waveguide is guided by a single mode fiber, and the exit end of the output side linear optical waveguide is routed through a φ62.5 multimode GI fiber. Connected to a light intensity meter. Matching oil was used between each fiber and the optical waveguide.
従来型光合波導波路と本実施例に係る光合波導波路の各パラメータ(S字ベンド曲率半径)および損失測定結果を表1に示す。 Table 1 shows the parameters (S-shaped bend curvature radius) and the loss measurement results of the conventional optical multiplexing waveguide and the optical multiplexing waveguide according to this example.
表1から分かるように、従来型では、光導波路41または42を通して光導波路53へ伝達する光の損失はそれぞれ3.08dBであるのに対して、本実施例では、光導波路51を通して光導波路53へ伝達する光の損失は2.38dBであり、光導波路52を通して光導波路53へ伝達する光の損失は1.79dBである。すなわち、本実施例に係る光合波導波路の方が従来型光合波導波路に比べて低損失である。また、光導波路52の曲率半径を光導波路51のそれに比べて小さくすることにより従来型光合波導波路と比較して導波路長の延伸が不必要となる。
As can be seen from Table 1, in the conventional type, the loss of light transmitted to the
本発明は光合波導波路に係り、特に光合波部がおおむねY形をした光合波導波路に関するものであり、産業上の利用可能性がある。 The present invention relates to an optical multiplexing waveguide, and more particularly to an optical multiplexing waveguide in which the optical multiplexing section is generally Y-shaped, and has industrial applicability.
31,32 入力側の光導波路
33 出力側の光導波路
34,35 結合部
36 テーパー部
31, 32 Optical waveguide on
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