JP2014026005A - Optical multiplexer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in that it is difficult for a conventional PLC multiplexer to separate a mode having an intensity distribution that is vertically odd symmetrical.SOLUTION: An optical multiplexer multiplexes mode having intensity distribution that is vertically odd symmetrical by introducing geometrical asymmetry into a clad 30 of a planar light wave circuit (PLC). The optical multiplexer according to the invention is formed with a PLC. The optical multiplexer is provided with a slit 51 in the clad 30, thereby multiplexing a mode having a distribution that is vertically odd symmetrical.

Description

本発明は、光通信、ないしその計測等に使用する光の合分波器に関する。さらに詳しくは、複数のモードを有する光部品・光伝送路(光ファイバ等)と単一のモードを有する光部品・光伝送路を接続する際にモードの整合をとりつつ合成、分波(分離)をおこなう光合分波器に関する。   The present invention relates to an optical multiplexer / demultiplexer used for optical communication or measurement thereof. More specifically, when connecting an optical component / optical transmission line (such as an optical fiber) having a plurality of modes and an optical component / optical transmission line having a single mode, combining and demultiplexing (separating) while maintaining mode matching Is related to an optical multiplexer / demultiplexer.

近年、情報通信分野において、高速なデータ通信を可能とする光通信技術が広く採用されている。従来の大容量光通信技術では単一モード光ファイバを伝送媒体として用いてきた。さらなる通信容量拡大のために、2ないし10個の複数の伝搬モードをもつ光ファイバ(数モードファイバ)を用い、おのおのの伝搬モードに異なった情報を乗せるモード多重伝送方式の研究が進んでいる。現在のモード多重伝送方式では、信号生成は単一モードの装置を使用し、複数の単一モード信号を伝送時にモード多重信号に合成し、多モード伝送路をもちいて一括で送信し、同様に、受信部ではこれを複数の単一モード信号に分離した後、単一モードの装置を用いて復号している。このため、複数の単一モード信号を安定かつ簡便に合波、分波する合分波器が使用される(例えば、非特許文献1〜3参照。)。   In recent years, optical communication technology that enables high-speed data communication has been widely adopted in the information communication field. In the conventional large-capacity optical communication technology, a single mode optical fiber has been used as a transmission medium. In order to further expand the communication capacity, research on a mode multiplex transmission system that uses two or ten optical fibers having a plurality of propagation modes (several mode fibers) and carries different information in each propagation mode is progressing. In the current mode multiplex transmission method, a single mode device is used for signal generation, a plurality of single mode signals are combined into a mode multiplex signal at the time of transmission, transmitted in a batch using a multimode transmission line, and similarly The receiving unit separates this into a plurality of single mode signals, and then decodes them using a single mode device. For this reason, a multiplexer / demultiplexer that multiplexes and demultiplexes a plurality of single mode signals stably and simply is used (for example, see Non-Patent Documents 1 to 3).

Sebastian Randel他,“6×56−Gb/s mode−division multiplexed transmission over 33−km few−mode fiber enabled by 6×6 MIMO equalization”, Optics Express,Vol.19,No.17,16697(2011)Sebastian Randel et al., “6 × 56-Gb / s mode-division multiplexed transmission over 33-km new-mode fiber enabled by 6 × 6 MIMO equalization, Opt. 19, no. 17,16697 (2011) N. Hanzawa他,“Demonstration of mode−division multiplexing transmission over 10 km two−mode fiber with mode coupler”,OFC 2011 OWA4(2011)N. Hanzawa et al., “Demonstration of mode-division multiplexing transmission over 10 km two-mode fiber with mode coupler”, OFC 2011 OWA4 (2011) Sergio G.Leon−Saval他,“Photonic Lantern”, Optics Express, Vol.18,No.8,8430(2010).Sergio G. Leon-Saval et al., “Photonic Lantern”, Optics Express, Vol. 18, no. 8, 8430 (2010). 高良秀彦、他;「2モード合分波平面光波回路とその数モードファイバへの結合」、レーザー学会第32回年次大会、G301aIV06,2012年Hidehiko Takara, et al .; “Two-mode coupling / demultiplexing planar lightwave circuit and its coupling to several-mode fiber”, Laser Society 32nd Annual Conference, G301aIV06, 2012

モード多重通信に使用されうる多モード光ファイバ中のモードの空間分布(横断面)の代表的なモードを図1に示す。モードの名称は弱導波近似における名称である。モード多重通信ではこれら複数のモードが同時に1本の光ファイバ中に混在して伝送され、かつ、各々のモードで別の情報が伝送されるため、送受信部ではそれらを合成・分離する必要がある。LP11モードは、複数のモードが縮退して存在しており、それらを光学的に分離する事は難しい。LP21モードも同様に複数のモードが縮退している。図2は矩形の導波路のモードとその縦方向の電界分布であり、モードの名称はマルカティリ近似における名称を示している。図2のE00,E10,E20モード等はコアの上下方向に対して鏡映関係のモード分布をしている。ここではこれを縦方向に偶対称の電界分布と総称する。これに対して、E01,E11モード等は縦方向に点対称の分布であり、縦方向に奇対称の電界分布と総称する。 A typical mode of spatial distribution (cross section) of modes in a multimode optical fiber that can be used for mode multiplexing communication is shown in FIG. The name of the mode is the name in the weak waveguide approximation. In mode multiplex communication, these multiple modes are transmitted simultaneously in a single optical fiber, and different information is transmitted in each mode, so it is necessary to synthesize and separate them in the transmission / reception unit. . In the LP11 mode, a plurality of modes exist in a degenerated state, and it is difficult to optically separate them. In the LP 21 mode, a plurality of modes are similarly degenerated. FIG. 2 shows the modes of the rectangular waveguide and the electric field distribution in the vertical direction, and the names of the modes indicate the names in the Markatiri approximation. The E00, E10, E20 modes, etc. in FIG. 2 have a mirror-related mode distribution in the vertical direction of the core. Here, this is generically called an evenly symmetrical electric field distribution in the vertical direction. On the other hand, the E01, E11 modes, etc. are point-symmetrical distributions in the vertical direction and are collectively referred to as odd-symmetrical electric field distributions in the vertical direction.

非特許文献1にみるように、合分波器としては空間光学系を用いることが行われるが、合波・分波に半透明鏡を使用する。分波器で考えると、n個のモードを使用する場合、元の光をn個にわける必要があるため、原理的に光の損失が大きい。合成時にも同様に光の損失が発生する。さらに空間系を使用した場合小型化には限界があり、また安定性を向上させる事も困難である。   As seen in Non-Patent Document 1, a spatial optical system is used as a multiplexer / demultiplexer, but a translucent mirror is used for multiplexing / demultiplexing. Considering a demultiplexer, in the case of using n modes, it is necessary to divide the original light into n, so that the light loss is large in principle. Similarly, light loss occurs during synthesis. Further, when a space system is used, there is a limit to miniaturization, and it is difficult to improve stability.

非特許文献2のように光ファイバカプラーを使用することもできる。この場合、複数のモードを一括して合成・分離する事はむずかしく、2つのモードのみの使用が現実的である。   As in Non-Patent Document 2, an optical fiber coupler can also be used. In this case, it is difficult to combine and separate a plurality of modes at once, and it is practical to use only two modes.

非特許文献3のように面的にモードを一括受信することも行われているが、受信後に高度な信号処理をおこなってモードを分離する必要があり、この光部品のみではモード分波器とはなっていない。   As in Non-Patent Document 3, it is also possible to receive modes collectively in a plane, but it is necessary to separate the modes by performing advanced signal processing after reception. It is not.

これらの欠点を克服した方法として石英平面光波回路(PLC)を使用したモード合分波器も使用されている。(非特許文献4)しかし、PLCはその名の通り通常2次元状に構成されるため、縦方向に偶対称の電界分布を持つモードの合成分離には適しているが、E01,E11モード等縦方向に奇対称の電界分布を持つモードに対しては上半分と下半分からの結合が相殺され光合分波器としての動作をなさず、モードの分離を行う事はできない。PLCを使用して縦方向のモード合成・分離を行うためには積層型のPLCを使用する必要があり、精度良く作製する事は難しかった。   As a method for overcoming these drawbacks, a mode multiplexer / demultiplexer using a quartz planar lightwave circuit (PLC) is also used. (Non-Patent Document 4) However, since the PLC is normally configured in a two-dimensional shape as the name suggests, it is suitable for combining and separating modes having an even-symmetric electric field distribution in the vertical direction, but the E01, E11 modes, etc. For a mode having an odd-symmetrical electric field distribution in the vertical direction, the coupling from the upper half and the lower half is canceled and the operation as an optical multiplexer / demultiplexer is not performed, and the modes cannot be separated. In order to perform longitudinal mode synthesis / separation using a PLC, it is necessary to use a laminated PLC, and it is difficult to manufacture with high accuracy.

上記の目的を達成するために、本発明では2次元的なPLCで縦方向のモード合成・分離を実現する。具体的には、PLCのクラッド部分に上下方向の非対称性を導入する事でこれを実現する。PLCでの光伝搬は相反的であるため、入力と出力の関係は逆にしても同等の効果が得られることは自明であり、同じ構造で光合波器、光分波器を実現できる。   In order to achieve the above object, in the present invention, longitudinal mode synthesis / separation is realized by a two-dimensional PLC. Specifically, this is realized by introducing vertical asymmetry in the clad portion of the PLC. Since the light propagation in the PLC is reciprocal, it is obvious that the same effect can be obtained even if the relationship between the input and the output is reversed, and an optical multiplexer and an optical demultiplexer can be realized with the same structure.

具体的には、本発明に係る光合分波器は、クラッド中に導波路が形成された平面光波回路を用いて構成され、複数の単一モード信号を一つの多モード信号に合成又は分離を行う光合分波器において、前記単一モード信号を伝送する単一モード導波路と前記多モード信号を伝送する多モード導波路の間に、前記平面光波回路の厚み方向において誘電率を非対称にするための誘電性調整部を配置した。   Specifically, an optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention is configured by using a planar lightwave circuit in which a waveguide is formed in a clad, and combines or separates a plurality of single mode signals into one multimode signal. In the optical multiplexer / demultiplexer, the dielectric constant is made asymmetric in the thickness direction of the planar lightwave circuit between the single mode waveguide transmitting the single mode signal and the multimode waveguide transmitting the multimode signal. For this purpose, a dielectric adjustment unit is disposed.

本発明に係る光合分波器では、前記誘電性調整部は、前記平面光波回路の上面に設けられたスリットであってもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the dielectric adjustment unit may be a slit provided on an upper surface of the planar lightwave circuit.

本発明に係る光合分波器では、前記スリットは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の最も上面に近い位置を基準にして、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの5%の位置よりも深く、かつ、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの80%の位置よりも浅くてもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the slits of the single mode waveguide and the multimode waveguide are based on a position closest to the top surface of the single mode waveguide and the multimode waveguide. It may be deeper than the position of 5% of the average thickness and shallower than the position of 80% of the average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide.

本発明に係る光合分波器では、前記スリットの一部又は全部に、クラッドと異なる誘電率をもつ媒質が配置されていてもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, a medium having a dielectric constant different from that of the cladding may be disposed in a part or all of the slit.

本発明に係る光合分波器では、前記スリットに配置されている媒質は電気光学効果、磁気光学効果又は熱光学効果を有し、前記スリットに配置されている媒質に電気、磁気又は熱を与えることで前記スリットに配置されている媒質の光学特性を調整してもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the medium disposed in the slit has an electro-optic effect, a magneto-optic effect, or a thermo-optic effect, and applies electricity, magnetism, or heat to the medium disposed in the slit. Thus, the optical characteristics of the medium disposed in the slit may be adjusted.

本発明に係る光合分波器では、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの1倍以上であり、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの25%以下であってもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the thickness of the clad disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is an average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. And the thickness of the cladding disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is equal to the average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. It may be 25% or less.

本発明に係る光合分波器では、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの15%以下であってもよい。   In the optical multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the thickness of the clad disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is an average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. It may be 15% or less.

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。   The above inventions can be combined as much as possible.

本発明の光合分波器は、PLC作製プロセスのみで作製することができるため、モードの混信が少ない(消光比の高い)モード合分波器の作製が可能となる。また、不要モードの混入が少ないため、原理的な光損失も少なくすることができる。   Since the optical multiplexer / demultiplexer of the present invention can be manufactured only by the PLC manufacturing process, it is possible to manufacture a mode multiplexer / demultiplexer with less mode interference (high extinction ratio). Further, since there is little mixing of unnecessary modes, it is possible to reduce the fundamental optical loss.

円形光導波路(光ファイバ)の伝搬モード例である。It is an example of a propagation mode of a circular optical waveguide (optical fiber). 矩形光導波路の伝搬モード例である。It is an example of the propagation mode of a rectangular optical waveguide. 本実施形態に係る光合分波器の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the optical multiplexer / demultiplexer which concerns on this embodiment. A−A’断面の一例を示す。An example of A-A 'cross section is shown. 本発明の第1の実施形態を示した透視図である。It is the perspective view which showed the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the 1st Embodiment of this invention. スリットの深さによる導波路の最適長さの変化を計算した図である。It is the figure which calculated the change of the optimal length of the waveguide by the depth of a slit. 本発明の第2の実施形態を示した透視図とである。It is the perspective view which showed the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the 2nd Embodiment of this invention. 上側クラッドの厚さによる導波路長の最適長さの変化を計算した図である。It is the figure which calculated the change of the optimal length of the waveguide length by the thickness of an upper clad. 本発明の第3の実施形態を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態を示した横断面図である。It is the cross-sectional view which showed the 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

図3は、本実施形態に係る光合分波器の一例を示す上面図である。本実施形態に係る光合分波器は、平面光波回路を用いて構成され、多モード信号を伝送する多モード導波路10と、単一モード信号を伝送する単一モード導波路20と、平面光波回路の厚さ方向において誘電率を非対称にする誘電率調整部50と、を備える。誘電率調整部50は、クラッドと誘電率の異なる任意の媒質であり、その誘電率はクラッドよりも大きくてもよいし小さくてもよい。   FIG. 3 is a top view showing an example of the optical multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment. The optical multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment is configured using a planar lightwave circuit, and includes a multimode waveguide 10 that transmits a multimode signal, a single mode waveguide 20 that transmits a single mode signal, and a planar lightwave. And a dielectric constant adjusting unit 50 that makes the dielectric constant asymmetric in the thickness direction of the circuit. The dielectric constant adjusting unit 50 is an arbitrary medium having a dielectric constant different from that of the cladding, and the dielectric constant thereof may be larger or smaller than that of the cladding.

図4に、A−A’断面の一例を示す。誘電率調整部50は、単一モード信号と多モード信号との間で結合の生じる位置に配置される。例えば、単一モード導波路20と多モード導波路10の間に配置されたクラッドに配置される。単一モード信号と多モード信号との間で結合の生じる位置であれば、誘電率調整部50は、単一モード導波路20及び多モード導波路10よりも上面に近い位置に配置されていてもよいし、単一モード導波路20及び多モード導波路10よりも下面に近い位置に配置されていてもよい。   FIG. 4 shows an example of the A-A ′ cross section. The dielectric constant adjusting unit 50 is disposed at a position where coupling occurs between the single mode signal and the multimode signal. For example, the clad is disposed between the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10. If the coupling occurs between the single mode signal and the multimode signal, the dielectric constant adjusting unit 50 is disposed at a position closer to the upper surface than the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10. Alternatively, the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10 may be disposed closer to the lower surface.

誘電率調整部50は、平面光波回路の厚さ方向において誘電率が非対称になるような位置に配置される。例えば、単一モード導波路20及び多モード導波路10の中心線LCを境にして、図4に示すように上面に近い位置のみに配置されていてもよいし、下面に近い位置のみに配置されていてもよい。また、中心線LCを境にして、誘電率調整部50の体積が、中心線LCよりも上面に近い位置と下面に近い位置とで異なるようにしてもよい。この場合、厚み方向の長さが異なっていてもよいし、面方向の幅が異なっていてもよいし、厚み方向及び面方向が異なっていてもよい。
以下、具体的な構成について説明する。
The dielectric constant adjusting unit 50 is disposed at a position where the dielectric constant becomes asymmetric in the thickness direction of the planar lightwave circuit. For example, with respect to the center line LC of the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10, it may be arranged only at a position close to the upper surface as shown in FIG. May be. Further, with the center line LC as a boundary, the volume of the dielectric constant adjusting unit 50 may be different between a position closer to the upper surface than the center line LC and a position closer to the lower surface. In this case, the length in the thickness direction may be different, the width in the surface direction may be different, or the thickness direction and the surface direction may be different.
Hereinafter, a specific configuration will be described.

(第1の実施形態)
図5及び図6は、それぞれ本発明の第1の実施形態の光合分波器のうち光結合が生じる部分の透視図及び横断面図を示したものである。本実施形態では、誘電率調整部50として、平面光波回路の上面にスリット51が設けられている。クラッド30にスリットを入れる事でモード結合に上下で非対称が生じ、縦高次モードのモードカプラを構成できる。
(First embodiment)
5 and 6 are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, of a portion where optical coupling occurs in the optical multiplexer / demultiplexer according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a slit 51 is provided on the upper surface of the planar lightwave circuit as the dielectric constant adjusting unit 50. By making slits in the clad 30, the mode coupling becomes asymmetric in the vertical direction, and a mode coupler of a longitudinal higher order mode can be configured.

スリット51にはクラッド30と異なる誘電率(屈折率)をもつ媒質が配置されている。クラッド30に切れ込みを入れることで、空気をスリット51の媒質とすることが簡便である。ここでは、媒質が空気である場合の計算結果を示すが、媒質は空気に限らない。   A medium having a dielectric constant (refractive index) different from that of the clad 30 is disposed in the slit 51. It is easy to use air as a medium for the slit 51 by making a cut in the clad 30. Here, although the calculation result when the medium is air is shown, the medium is not limited to air.

本実施形態における具体的なパラメータを紹介すると、クラッド30の厚さTCが20μm、多モード導波路10の断面は厚さ10μm、幅14μm、Δ=0.7%、単一モード導波路20の断面は厚さ10μm、幅は概略4μm、Δ=0.7%、多モード導波路10及び単一モード導波路20の間隔は4μm、スリット51は多モード導波路10及び単一モード導波路20の導波路の中心に位置し、その幅は幅1μmとしている。単一モード導波路20の幅は多モード導波路10への結合パワーが最も高くなるように設計を行う。計算では、多モード導波路10の幅を一定とし、結合パワーが最も高くなる導波路長とした場合に98%以上のパワーが結合するように単一モード導波路20幅を調整した。ここの導波路長は、多モード導波路10と単一モード導波路20の間隔が4μmとなっている多モード信号と単一モード信号とに結合が生じる導波路の有効長をいう。実際のPLCでは導波路を加熱する等して特性の微調整を行うこともある。   Introducing specific parameters in the present embodiment, the thickness TC of the clad 30 is 20 μm, the cross section of the multimode waveguide 10 is 10 μm thick, the width is 14 μm, Δ = 0.7%, and the single mode waveguide 20 The cross section is 10 μm thick, the width is approximately 4 μm, Δ = 0.7%, the distance between the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20 is 4 μm, and the slit 51 is the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20. The width of the waveguide is 1 μm. The width of the single mode waveguide 20 is designed so that the coupling power to the multimode waveguide 10 is the highest. In the calculation, the width of the single-mode waveguide 20 is adjusted so that 98% or more of the power is coupled when the width of the multimode waveguide 10 is constant and the waveguide length has the highest coupling power. The waveguide length here refers to the effective length of the waveguide in which coupling occurs between the multimode signal and the single mode signal in which the distance between the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20 is 4 μm. In an actual PLC, the characteristics may be finely adjusted by heating the waveguide.

図7はスリット51の深さを変えた場合に結合率が最も高くなる導波路長を計算したグラフである。スリット51の深さdが多モード導波路10及び単一モード導波路20の厚さの50%である場合に本実施形態はもっとも効果的に作用するが、スリット51の深さdは任意であっても導波路長を調整する事でほぼ100%の分離・合成を行う光合分波器を作製することができる。光合分波器の作製上の観点から導波路長を50mm以内にすることを考慮すると、スリット51の深さdが多モード導波路10及び単一モード導波路20の上面HHを基準にして、多モード導波路10及び単一モード導波路20の平均厚さの5%の位置より深く、多モード導波路10及び単一モード導波路20の上面から下に多モード導波路10及び単一モード導波路20の平均厚さの80%の位置よりも浅いことが好ましい。   FIG. 7 is a graph obtained by calculating the waveguide length at which the coupling rate is highest when the depth of the slit 51 is changed. The present embodiment works most effectively when the depth d of the slit 51 is 50% of the thickness of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20, but the depth d of the slit 51 is arbitrary. Even if it exists, the optical multiplexer / demultiplexer which performs isolation | separation and a synthesis | combination of 100% by adjusting waveguide length can be produced. In consideration of making the waveguide length within 50 mm from the viewpoint of manufacturing the optical multiplexer / demultiplexer, the depth d of the slit 51 is based on the upper surface HH of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20. The multimode waveguide 10 and the single mode are deeper than the position of 5% of the average thickness of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20 and below the top surface of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20. It is preferably shallower than the position where the average thickness of the waveguide 20 is 80%.

(第2の実施形態)
図8及び図9は、それぞれ本発明の第2の実施形態の光合分波器の透視図及び横断面図を示したものである。スリット51を入れる代わりに、クラッド30の厚さを上下非対称にする事で、モード分布に上下の非対称性を生じさせ、縦高次モードのモードカプラを構成する。例えば、単一モード導波路20及び多モード導波路10よりも下に配置される下側クラッドの厚さDDと、単一モード導波路20及び多モード導波路10よりも上に配置される上側クラッドの厚さDUと、について、DU<DDとする。
(Second Embodiment)
8 and 9 are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, of an optical multiplexer / demultiplexer according to the second embodiment of the present invention. Instead of inserting the slit 51, the thickness of the clad 30 is made asymmetrical in the vertical direction, so that a vertical asymmetry is generated in the mode distribution to constitute a mode coupler of the longitudinal higher order mode. For example, the thickness DD of the lower clad disposed below the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10 and the upper side disposed above the single mode waveguide 20 and the multimode waveguide 10. For the thickness DU of the cladding, DU <DD.

本実施形態における具体的なパラメータを紹介すると、下側クラッド30の厚さDD=20μm、多モード導波路10の断面は厚さ10μm、幅20μm、Δ=0.7%、単一モード導波路20の断面は厚さ10μm、幅は概略3.5μm、Δ=0.7%で、多モード導波路10と単一モード導波路20の間隔は4μmである。   Introducing specific parameters in the present embodiment, the thickness DD of the lower clad 30 is 20 μm, the cross section of the multimode waveguide 10 is 10 μm thick, 20 μm wide, Δ = 0.7%, single mode waveguide The cross section 20 has a thickness of 10 μm, a width of approximately 3.5 μm, Δ = 0.7%, and the interval between the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20 is 4 μm.

原理的には上側クラッドの厚さDUと下側クラッドの厚さDDに差があればよいが、クラッド30部分の電界はコアから離れるに従って指数関数的に弱くなるため、Δが0.数%以上である通常のPLCにおいては、クラッド30の厚さを多モード導波路10及び単一モード導波路20の厚さ以上とすることで実際上は無限大のクラッドがあるものと大差ない特性となる。このため、本実施形態では下側クラッドの厚さDDを多モード導波路10と単一モード導波路20の厚さの2倍である20μmとして計算をしている。クラッド30の厚さの上下を逆転させてもよいが、基板を使用するためには下側クラッド30を厚くする事が好ましい。   In principle, it is sufficient if there is a difference between the thickness DU of the upper clad and the thickness DD of the lower clad. However, since the electric field in the portion of the clad 30 becomes exponentially weaker as the distance from the core increases, Δ becomes 0. In a normal PLC of several percent or more, the thickness of the clad 30 is set to be equal to or greater than the thicknesses of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20, so that there is practically no difference from an infinite clad. It becomes a characteristic. Therefore, in this embodiment, the thickness DD of the lower cladding is calculated as 20 μm, which is twice the thickness of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20. Although the thickness of the clad 30 may be reversed upside down, it is preferable to make the lower clad 30 thick in order to use the substrate.

図10は上側クラッドの厚さDUを変えた場合に結合率が最も高くなる導波路長を計算したグラフである。作製上の観点から導波路長を50mm以内にすることを考慮すると、上側クラッドの厚さDUは多モード導波路10及び単一モード導波路20の平均厚さの15%よりも薄いことが好ましい。また、導波路長の条件を100mm以内と緩和した場合、上側クラッドの厚さDUが多モード導波路10及び単一モード導波路20の平均厚さの25%よりも薄ければよい。   FIG. 10 is a graph obtained by calculating the waveguide length at which the coupling rate is highest when the thickness DU of the upper cladding is changed. In consideration of making the waveguide length within 50 mm from the viewpoint of manufacturing, the thickness DU of the upper cladding is preferably thinner than 15% of the average thickness of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20. . Further, when the waveguide length condition is relaxed to within 100 mm, the upper cladding thickness DU should be less than 25% of the average thickness of the multimode waveguide 10 and the single mode waveguide 20.

(第3の実施形態)
図11は本発明の第3の実施形態の光合分波器の横断面図を示したものである。第2の実施形態に第1の実施形態を加える事で作製の自由度をあげることができる。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical multiplexer / demultiplexer according to the third embodiment of the present invention. By adding the first embodiment to the second embodiment, the degree of freedom in manufacturing can be increased.

(第4の実施形態)
本実施形態の光合分波器は、実施形態1で説明したスリット51の一部又は全部に、クラッド30とは異なる誘電率をもつ媒質を配置する。図12は本発明の第4の実施形態の光合分波器の横断面図を示したものである。図12(a)はスリット51の全部にクラッドと異なる誘電率をもつ媒質52が充填され、図12(b)はスリット51の底部にクラッドと異なる誘電率をもつ媒質52が充填され、図12(c)はスリット51の中間部にクラッドと異なる誘電率をもつ媒質52が配置され、図12(d)はスリット51の側面部にクラッドと異なる誘電率をもつ媒質52が配置されている。このように、充填する媒質52の誘電率や量を調整することで、作製後にスリット51の特性を微調整することが可能となる。
(Fourth embodiment)
In the optical multiplexer / demultiplexer of the present embodiment, a medium having a dielectric constant different from that of the clad 30 is disposed in part or all of the slit 51 described in the first embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical multiplexer / demultiplexer according to the fourth embodiment of the present invention. 12A, the entire slit 51 is filled with a medium 52 having a dielectric constant different from that of the cladding, and FIG. 12B is filled with a medium 52 having a dielectric constant different from that of the cladding at the bottom of the slit 51. In FIG. 12C, a medium 52 having a dielectric constant different from that of the clad is arranged in the middle part of the slit 51, and in FIG. As described above, by adjusting the dielectric constant and the amount of the medium 52 to be filled, it is possible to finely adjust the characteristics of the slit 51 after the production.

(第5の実施形態)
本実施形態の光合分波器は、実施形態4で説明したスリット51内に配置した媒質52をヒーター電極で加熱あるいは電界、磁界をかけることにより、当該媒質52の光学特性を微調整する。特に充填する媒質として、熱光学効果・電気光学効果・磁気光学効果の大きい媒質を選択すれば、少ない温度変化・電界強度変化で光学特性を大きく変化させることができ、調整範囲を拡大することが可能である。液晶のように異方性をもつ媒質をスリット51に充填し、電界・磁界によって光学軸の方向を変化させることによりスリット51に配置されている媒質52の光学特性を調整することも可能である。PLCあるいはその他の導波路あるいはその近傍に電極を設け、加熱あるいは電界・磁界をかける方法は公知の技術である。
(Fifth embodiment)
The optical multiplexer / demultiplexer of the present embodiment finely adjusts the optical characteristics of the medium 52 by heating the medium 52 disposed in the slit 51 described in the fourth embodiment with a heater electrode or applying an electric field or magnetic field. In particular, if a medium with a large thermo-optic effect, electro-optic effect, or magneto-optic effect is selected as the filling medium, the optical characteristics can be changed greatly with a small change in temperature and change in electric field strength, and the adjustment range can be expanded. Is possible. It is also possible to adjust the optical characteristics of the medium 52 disposed in the slit 51 by filling the slit 51 with an anisotropic medium such as liquid crystal and changing the direction of the optical axis by an electric field / magnetic field. . A method of providing an electrode in a PLC or other waveguide or in the vicinity thereof and applying a heating or electric / magnetic field is a known technique.

以上の実施形態における計算例では石英のガラスを使用したPLCを想定して計算したが、単一モード信号や多モード信号を伝搬できる媒質であれば、平面光波回路の材質はこれに限定されない。   In the calculation examples in the above embodiment, the calculation is performed assuming a PLC using quartz glass, but the material of the planar lightwave circuit is not limited to this as long as it is a medium capable of propagating a single mode signal or a multimode signal.

本発明は、モード多重光通信、ないしその計測等に使用する光の合分波器であり、複数のモードを有する光部品・光伝送路(光ファイバ等)と単一のモードを有する光部品・光伝送路を接続する際にモードの整合をとりつつ合成、分波(分離)をおこなう光合分波器である。   The present invention is an optical multiplexer / demultiplexer used for mode multiplexing optical communication or measurement thereof, and has an optical component / optical transmission line (optical fiber, etc.) having a plurality of modes and an optical component having a single mode. An optical multiplexer / demultiplexer that combines and demultiplexes (separates) while matching the modes when connecting optical transmission lines.

本発明の光合分波器は、技術的に確立されているPLC作製プロセスで作製することができるため、モードの混信が少ない(消光比の高い)モード合分波器の作製が可能となる。また、不要モードの混入が少ないため、原理的な光損失も少なくすることができる。   Since the optical multiplexer / demultiplexer of the present invention can be manufactured by a technically established PLC manufacturing process, it is possible to manufacture a mode multiplexer / demultiplexer with less mode interference (high extinction ratio). Further, since there is little mixing of unnecessary modes, it is possible to reduce the fundamental optical loss.

10:多モード導波路
20:単一モード導波路
30:クラッド
50:誘電率調整部
51:スリット
52:媒質
10: Multimode waveguide 20: Single mode waveguide 30: Clad 50: Dielectric constant adjustment unit 51: Slit 52: Medium

Claims (7)

クラッド中に導波路が形成された平面光波回路を用いて構成され、複数の単一モード信号を一つの多モード信号に合成又は分離を行う光合分波器において、
前記単一モード信号を伝送する単一モード導波路と前記多モード信号を伝送する多モード導波路の間に、前記平面光波回路の厚み方向において誘電率を非対称にするための誘電性調整部を配置した光合分波器。
In an optical multiplexer / demultiplexer configured by using a planar lightwave circuit in which a waveguide is formed in a clad and combining or separating a plurality of single mode signals into one multimode signal,
A dielectric adjustment unit for making the dielectric constant asymmetric in the thickness direction of the planar lightwave circuit between the single mode waveguide that transmits the single mode signal and the multimode waveguide that transmits the multimode signal. Arranged optical multiplexer / demultiplexer.
前記誘電性調整部は、前記平面光波回路の上面に設けられたスリットであることを特徴とする請求項1に記載の光合分波器。   2. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 1, wherein the dielectric adjustment unit is a slit provided on an upper surface of the planar lightwave circuit. 前記スリットは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の最も上面に近い位置を基準にして、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの5%の位置よりも深く、かつ、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの80%の位置よりも浅いことを特徴とする請求項2に記載の光合分波器。   The slit is located at a position that is 5% of the average thickness of the single-mode waveguide and the multimode waveguide, with reference to the position closest to the top surface of the singlemode waveguide and the multimode waveguide. 3. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 2, wherein the optical multiplexer / demultiplexer is deep and shallower than a position of 80% of an average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. 前記スリットの一部又は全部に、クラッドと異なる誘電率をもつ媒質が配置されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の光合分波器。   4. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 2, wherein a medium having a dielectric constant different from that of the cladding is disposed in part or all of the slit. 前記スリットに配置されている媒質は電気光学効果、磁気光学効果又は熱光学効果を有し、
前記スリットに配置されている媒質に電気、磁気又は熱を与えることで前記スリットに配置されている媒質の光学特性を調整することを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の光合分波器。
The medium disposed in the slit has an electro-optic effect, a magneto-optic effect or a thermo-optic effect,
5. The optical coupling according to claim 2, wherein the optical characteristic of the medium disposed in the slit is adjusted by applying electricity, magnetism, or heat to the medium disposed in the slit. Waver.
前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの1倍以上であり、
前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの25%以下である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光合分波器。
The thickness of the clad disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is at least one times the average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide;
The thickness of the clad disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is 25% or less of the average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. An optical multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 5.
前記単一モード導波路及び前記多モード導波路よりも下に配置されるクラッドの厚さは、前記単一モード導波路及び前記多モード導波路の平均厚さの15%以下であることを特徴とする請求項6に記載の光合分波器。   The thickness of the clad disposed below the single mode waveguide and the multimode waveguide is 15% or less of the average thickness of the single mode waveguide and the multimode waveguide. The optical multiplexer / demultiplexer according to claim 6.
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