JP2018063333A - Mode multiplexing/demultiplexing optical circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mode multiplexing/demultiplexing optical circuit with which it is possible to have the mode field shapes of light matched at the connection end face of planar lightwave circuits.SOLUTION: A mode multiplexing/demultiplexing optical circuit 1 includes, on each of two planar lightwave circuits 10, 20, a directional coupler comprising two waveguides 11, 12 (21, 22) mutually differing in waveguide width. The two waveguides of each of the planar lightwave circuits have their waveguide widths set so that the effective refractive indices are equal, and the two planar lightwave circuits are connected so that the substrate directions intersect at an angle of 90 degrees, the wide waveguides out of the two waveguides of the respective planar lightwave circuits are optically joined together at the connection end face of the planar lightwave circuits, and the wide waveguides at the connection end face assume the form of a square cross section that is equal in width and height.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、平面光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)を用いたモード合分波光回路に関する。   The present invention relates to a mode multiplexing / demultiplexing optical circuit using a planar lightwave circuit (PLC).

近年、モードの自由度を活用した光通信システムが多く提案されている。例えば、ファイバ1本当りの伝送容量の拡大を目指して、空間多重伝送で用いられるモード毎に信号をのせる手法や、高次モードの試験光を測定対象ファイバに入射し、後方散乱光の強度から敷設ファイバの状態を監視する手法なども提案されている(特許文献1)。   In recent years, many optical communication systems utilizing the degree of freedom of modes have been proposed. For example, with the aim of increasing the transmission capacity per fiber, a technique for placing a signal for each mode used in spatial multiplexing transmission, or a higher-order mode test light is incident on the measurement target fiber, and the intensity of the backscattered light A method for monitoring the state of the laid fiber is proposed (Patent Document 1).

敷設ファイバの状態を監視する場合には、ファイバ中で発生するモードを全て合分波する必要があるため、平面光波回路を用いたモードカプラを用いる。   When monitoring the state of the laid fiber, it is necessary to multiplex / demultiplex all the modes generated in the fiber, so a mode coupler using a planar lightwave circuit is used.

図1は、かかるモードカプラとして、石英系平面光波回路(PLC)を用いた異なる導波路幅をもつ導波路101,102を備えた非対称な方向性結合器100を示している。   FIG. 1 shows an asymmetric directional coupler 100 having waveguides 101 and 102 having different waveguide widths using a quartz-based planar lightwave circuit (PLC) as such a mode coupler.

PLCは、平面基板上において光ファイバとの接続が可能な回路である。これは、平面基板上に、フォトリソグラフィなどによるパターニングとエッチング加工とにより、コアと、コアよりも小さい屈折率を有するクラッドとを備える光導波路を作製し、複数の基本的な光回路(例えば、方向性結合器、マッハ・ツェンダー干渉計など)を組み合わせることにより、各種の機能を実現するようにしている。   The PLC is a circuit that can be connected to an optical fiber on a flat substrate. This is because an optical waveguide including a core and a clad having a refractive index smaller than that of the core is manufactured on a flat substrate by patterning and etching by photolithography or the like, and a plurality of basic optical circuits (for example, Various functions are realized by combining a directional coupler and a Mach-Zehnder interferometer.

図1において、モードカプラは、幅の細い方の導波路102を伝搬する基本モードである0次モード(以下の説明では、LP01モードとも称す。)光に関する{β(λ,Wm,Δ)m=0}の値と、幅の広い方の導波路101を伝搬する高次モード(以下の説明では、LP11モードとも称す。)光に関する{β(λ,Wm,Δ)m=1}の値とを一致させ、方向性結合器100の長さを適切に設定する。これにより、LP01モードとLP11モードの光は、方向性結合器100を介して、変換することができる。 In FIG. 1, the mode coupler {β (λ, W m , Δ) relating to 0th-order mode (also referred to as LP01 mode in the following description) light that is a fundamental mode propagating through the narrower waveguide 102. m = 0 } and a higher-order mode (also referred to as LP11 mode in the following description) propagating through the wider waveguide 101 {β (λ, W m , Δ) m = 1 } relating to light And the length of the directional coupler 100 is appropriately set. Thus, the LP01 mode and LP11 mode light can be converted through the directional coupler 100.

なお、上述した値に関して、β:伝搬定数、λ:波長、Wm:導波路幅、Δ:コアとクラッドとの屈折率差、m:モード次数、を示す。 For the above-mentioned values, β: propagation constant, λ: wavelength, W m : waveguide width, Δ: refractive index difference between core and clad, m: mode order.

上述した伝搬定数βは、β=n・k(n:実効屈折率、k:2π/λ)として表されることになるので、それぞれのモードの実効屈折率nを一致させることと、伝搬定数βを一致させることとは同義になる。実効屈折率nは、「λ」、「Wm」および「Δ」によって決定される関数であるので、伝搬定数βを、「β(λ,Wm,Δ)」と称する。導波路101を伝搬するLP01モードの光は、導波路102を伝搬するLP01モードの光と伝搬定数が一致しないため、そのまま通過する(図1)。これにより、モードカプラを用いたモードの合分波が可能となる。   The above-described propagation constant β is expressed as β = n · k (n: effective refractive index, k: 2π / λ), so that the effective refractive index n of each mode is matched with the propagation constant. Matching β is synonymous. Since the effective refractive index n is a function determined by “λ”, “Wm”, and “Δ”, the propagation constant β is referred to as “β (λ, Wm, Δ)”. The LP01 mode light propagating through the waveguide 101 passes through as it is because the propagation constant does not match that of the LP01 mode light propagating through the waveguide 102 (FIG. 1). As a result, mode multiplexing / demultiplexing using a mode coupler is possible.

図1では、1種類のLP11モードが示されていたが、例えば、1μm帯の光の場合は2種類のLP11モードが存在する。   Although one type of LP11 mode is shown in FIG. 1, for example, in the case of 1 μm band light, there are two types of LP11 modes.

図2は、敷設ファイバ130を伝搬するかかる2種類のLP11モードとして、(a)電界成分dのx方向の山の数が2つ存在するLP11aモードと、(b)電界成分dのy方向の山の数が2つ存在するLP11bモードとを示している。したがって、このとき、敷設ファイバ130を伝搬する光のモードとしては、図1に示したLP01モードのほか、図2(a)のLP11aモードと、図2(b)のLP11bモードの全部で3種類のモードが存在する。   FIG. 2 shows two types of LP11 modes propagating through the laying fiber 130: (a) an LP11a mode in which there are two peaks in the x direction of the electric field component d; and (b) an LP11a mode in which the electric field component d is in the y direction. LP11b mode in which there are two peaks is shown. Accordingly, at this time, there are three modes of light propagating through the laying fiber 130 in addition to the LP01 mode shown in FIG. 1, the LP11a mode in FIG. 2A, and the LP11b mode in FIG. 2B. There are modes.

一般に、PLCでは、PLC基板面に平行なモードしかモードを変換することができないため、上述したLP11aモードまたはLP11bモードのいずれか一方しか変換することができない。そこで、従来のPLCは、2つのPLCの基板の向きを90度変えて、それぞれのPLCの導波路を光学的に接続するようにして、2種類のLP11aモードおよびLP11bモードの両方を変換するようにしている(特許文献2)。   In general, in a PLC, since only a mode parallel to the PLC substrate surface can be converted, only one of the above-described LP11a mode or LP11b mode can be converted. Therefore, the conventional PLC converts both of the two types of LP11a mode and LP11b mode by changing the orientation of the two PLC substrates by 90 degrees and optically connecting the waveguides of the respective PLCs. (Patent Document 2).

図3(a)は、上述した従来のPLCとして、2つのPLC200,300の基板の向きを90度変えて、それぞれのPLC200,300に設けられている直線導波路210,310を光学的に端面で接続するようにした平面光波回路1000が示されている。図3(a)において、導波路220,320は、曲がり部を含む。   FIG. 3A shows the conventional PLC described above, in which the directions of the substrates of the two PLCs 200 and 300 are changed by 90 degrees, and the linear waveguides 210 and 310 provided in the PLCs 200 and 300 are optically end faces. A planar lightwave circuit 1000 is shown which is connected at. In FIG. 3A, the waveguides 220 and 320 include a bent portion.

図3(b)は、PLC300の方向性結合部において高次モードLP11bから0次モードLP01に変換され、PLC200の方向性結合部において高次モードLP11aから0次モードLP01に変換されることが示してある。   FIG. 3B shows that the higher-order mode LP11b is converted to the 0th-order mode LP01 in the directional coupling section of the PLC 300, and the higher-order mode LP11a is converted to the 0th-order mode LP01 in the directional coupling section of the PLC 200. It is.

特開2015−152399号公報JP2015-152399A 特開2013−152272号公報JP 2013-152272 A

一般に、PLCでは、ファイバとの接続損失が最小となるように、入出力部の導波路幅を設計するようにしているが、PLCとファイバとを接続する場合には、PLCに形成される導波路のコアの厚さ(高さ方向)を大きくすることが難しいことから、高さ方向よりも、導波路幅の方向のみに合わせて、PLC同士を接続する場合がある。そのため、PLCのそれぞれに形成される導波路のコアが高さ方向でずれ、その結果、接続損失となることもあり得る。   In general, in the PLC, the waveguide width of the input / output unit is designed so as to minimize the connection loss with the fiber. However, when connecting the PLC and the fiber, the conductor formed in the PLC is designed. Since it is difficult to increase the thickness (height direction) of the core of the waveguide, the PLCs may be connected only in the direction of the waveguide width rather than the height direction. For this reason, the waveguide cores formed in the PLCs may be displaced in the height direction, resulting in connection loss.

図4は、かかるずれが生じた場合のPLC同士の接続状態を示している。この場合、PLCのそれぞれの導波路210,310間の接続部分において、光のモードフィールド形状が整合せず、接続損失が生じ得る。   FIG. 4 shows a connection state between PLCs when such a shift occurs. In this case, the connection between the waveguides 210 and 310 of the PLC does not match the mode field shape of the light, and connection loss may occur.

本発明は、PLC同士の接続端面において光のモードフィールド形状を整合させることができるモード合分波光回路を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a mode multiplexing / demultiplexing optical circuit capable of matching the mode field shape of light at the connection end faces of PLCs.

上記の課題を達成するため、本発明は、第1の平面光波回路、および第2の平面光波回路と、前記第1の平面光波回路、および前記第2の平面光波回路上の各々に、それぞれ、導波路幅が互いに異なる2本の導波路からなる第1の方向性結合器、および第2の方向性結合器とを含み、前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路のそれぞれの前記2本の導波路は、実効屈折率が等しくなるように導波路幅が設定され、前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路とは、基板の向きが90度直交するように接続され、前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路との接続端面では、それぞれの平面光波回路の前記2本の導波路のうちの幅広の導波路同士が光結合するように接続され、前記接続端面における前記幅広の導波路は、幅と高さが等しい正方形断面となるように形成されている。   To achieve the above object, the present invention provides a first planar lightwave circuit, a second planar lightwave circuit, and each of the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit. A first directional coupler composed of two waveguides having different waveguide widths, and a second directional coupler, wherein the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit Each of the two waveguides has a waveguide width set so that the effective refractive index is equal, and the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit are orthogonal to each other by 90 degrees. The wide waveguides of the two waveguides of the respective planar lightwave circuits are optically coupled to each other at the connection end surfaces of the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit. And the wide waveguide at the connection end face It is formed so as to be equal square cross-sectional width and height.

前記幅広の導波路は、前記方向性結合器から前記接続端面にかけて、段階的に、幅を狭くして変化させるようにしてもよい。   The wide waveguide may be changed in steps from the directional coupler to the connection end face with a narrow width.

前記第1の方向性結合器と前記第2の方向性結合器とは、複数のモード変換を行うように構成するようにしてもよい。   The first directional coupler and the second directional coupler may be configured to perform a plurality of mode conversions.

前記幅広の導波路の幅および高さは、前記接続端面において、5μm以上7μm以下としてもよい。   The width and height of the wide waveguide may be 5 μm or more and 7 μm or less on the connection end face.

本発明によれば、PLC同士の接続端面において光のモードフィールド形状を整合させることができる。   According to the present invention, it is possible to match the mode field shape of light at the connection end faces between PLCs.

従来のモードカプラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional mode coupler. 一般的な2種類の高次モードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating two general high-order modes. 異なるPLC同士を接続した従来のPLCを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional PLC which connected different PLCs. 従来のPLCにおいて、異なるPLCの接続部分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the connection part of different PLC in the conventional PLC. 高次モードの伝搬が可能な導波路幅と高次モードの伝搬が不可能な導波路幅とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the waveguide width | variety which can propagate high order mode, and the waveguide width which cannot propagate high order mode. 一実施形態のモード合分波光回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit of one Embodiment.

以下、本実施形態におけるモード合分波光回路について説明する。   Hereinafter, the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit in the present embodiment will be described.

先ず、このモード合分波光回路に備えられる導波路に関連して、図1、図2および図5を参照して説明する。   First, the waveguide provided in this mode multiplexing / demultiplexing optical circuit will be described with reference to FIGS.

図5は、高次モードの伝搬が可能な導波路幅と高次モードの伝搬が不可能な導波路幅とを説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the width of a waveguide in which higher-order mode propagation is possible and the width of a waveguide in which higher-order mode propagation is impossible.

図5において、横軸は、1030nmの波長をもつ光が伝搬する導波路幅を表し、縦軸は、導波路の実効屈折率を表す。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the waveguide width through which light having a wavelength of 1030 nm propagates, and the vertical axis represents the effective refractive index of the waveguide.

図5の例では、導波路内のコアとクラッドとの屈折率差Δを0.45%とし、コアの高さを7μmとしている。このとき、0次モードと1次モードとを変換するには、{β(λ,Wm,Δ)m=0−β(λ,Wm,Δ)m=1=0}の関係式を満たす必要がある。 In the example of FIG. 5, the refractive index difference Δ between the core and the clad in the waveguide is 0.45%, and the core height is 7 μm. At this time, in order to convert between the zero-order mode and the first-order mode, the relational expression {β (λ, W m , Δ) m = 0 −β (λ, W m , Δ) m = 1 = 0} is obtained. It is necessary to satisfy.

なお、上記関係式において、β:伝搬定数、λ:波長、Wm:導波路幅、Δ:コアとクラッドとの屈折率差、m:モード次数、を示す。 In the above relational expression, β: propagation constant, λ: wavelength, W m : waveguide width, Δ: refractive index difference between core and clad, m: mode order.

上述したとおり、伝搬定数βは、β=n・k(n:実効屈折率、k:2π/λ)として表され、それぞれのモードの実効屈折率nを一致させることと、伝搬定数βを一致させることとは同義になるので、伝搬定数βを、この実施形態においても、「β(λ,Wm,Δ)」と称する。   As described above, the propagation constant β is expressed as β = n · k (n: effective refractive index, k: 2π / λ), and the effective refractive index n of each mode is matched with the propagation constant β. Therefore, the propagation constant β is also referred to as “β (λ, Wm, Δ)” in this embodiment.

図5に示した例によれば、LP01モードを伝搬する導波路幅を「4.0μm」とし、さらに、LP11aモードおよびLP11bモードを伝搬する導波路幅を「10.6μm」としておけば、各モードの実効屈折率nが同一となるので、上述した関係式を満たすことになる。   According to the example shown in FIG. 5, if the waveguide width that propagates the LP01 mode is set to “4.0 μm”, and the waveguide width that propagates the LP11a mode and the LP11b mode is set to “10.6 μm”, Since the effective refractive indexes n of the modes are the same, the above-described relational expression is satisfied.

なお、この場合、上述した異なる導波路幅からなる方向性結合器の長さについては、あらかじめ最適化して設定しておけばよい。   In this case, the length of the directional coupler having the different waveguide widths described above may be optimized and set in advance.

次に、上記関係式を満たすモード合分波光回路1の構成について、図6を参照して説明する。   Next, the configuration of the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 1 that satisfies the above relational expression will be described with reference to FIG.

図6(a)は、本実施形態のモード合分波光回路1の構成例を示す図である。図6(b)は、図6(a)に示したPLC10,20の接続部分を拡大した図である。   FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration example of the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 1 according to the present embodiment. FIG. 6B is an enlarged view of a connection portion of the PLCs 10 and 20 shown in FIG.

図6(a)に示すように、モード合分波光回路1は、2つのPLC10,20を備える。PLC10,20は、基板の向きを90度変えて互いに直交して接続されている。   As shown in FIG. 6A, the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 1 includes two PLCs 10 and 20. The PLCs 10 and 20 are connected orthogonally to each other by changing the direction of the substrate by 90 degrees.

PLC10は、2つの導波路11,12を含む。導波路11は、直線に形成され、導波路12よりも幅が広い。そして、導波路12は、曲げ部分を含む。これらの導波路11,12によって、方向性結合器として機能し、モードの異なる光結合が実現される。   The PLC 10 includes two waveguides 11 and 12. The waveguide 11 is formed in a straight line and is wider than the waveguide 12. The waveguide 12 includes a bent portion. These waveguides 11 and 12 function as directional couplers and realize optical coupling with different modes.

また、PLC20は、2つの導波路21,22を含む。導波路21は、直線に形成され、導波路22よりも幅が広い。そして、導波路22は、曲げ部分を含む。これらの導波路21,22によって、方向性結合器として機能し、モードの異なる光結合が実現される。   The PLC 20 includes two waveguides 21 and 22. The waveguide 21 is formed in a straight line and is wider than the waveguide 22. The waveguide 22 includes a bent portion. These waveguides 21 and 22 function as directional couplers and realize optical coupling with different modes.

図6(b)において、導波路12は、LP01モードとLP11aモードとのモード結合が可能で、かつLP11aモードおよびLP11bモードが伝搬可能な幅と高さとを有する。   In FIG. 6B, the waveguide 12 has a width and a height that allow mode coupling between the LP01 mode and the LP11a mode and allow the LP11a mode and the LP11b mode to propagate.

また、図6(b)において、PLC10,20の接続端面において、それぞれのPLCの導波路11,21は、LP11aモードおよびLP11bモードが伝搬可能な幅および高さを有する。すなわち、導波路11,21の幅は、段階的に狭くなるように変化し、これにより、導波路11,21の接続部分の形状が同じになるようになっている。図6(b)の例では、導波路11,21の幅と高さが等しい正方形断面となるように形成されている。これにより、導波路11,21の接続端面におけるコア部分のずれがなくなり、PLC10,20同士の接続端面において光のモードフィールド形状を整合させることができる。   In FIG. 6B, on the connection end faces of the PLCs 10 and 20, the waveguides 11 and 21 of the PLCs have a width and a height that allow the LP11a mode and the LP11b mode to propagate. That is, the widths of the waveguides 11 and 21 are changed so as to be narrowed in steps, so that the shapes of the connection portions of the waveguides 11 and 21 are the same. In the example of FIG. 6B, the waveguides 11 and 21 are formed to have a square cross section having the same width and height. Thereby, the shift of the core portion at the connection end surfaces of the waveguides 11 and 21 is eliminated, and the mode field shape of the light can be matched at the connection end surfaces of the PLCs 10 and 20.

例えば、図6(b)の例では、導波路11の高さは、常に「h」である。一方、導波路11の幅は、方向性結合部から接続端面にかけて、「Wa」、「h」(h<Wa)の順に段階的に狭くなるように変化させてある(図6(b)の導波路部分11a〜11cを参照)。後述するように、「h」の値は、接続端面において、5μm以上7μm以下にするのが好ましい。   For example, in the example of FIG. 6B, the height of the waveguide 11 is always “h”. On the other hand, the width of the waveguide 11 is changed from the directional coupling portion to the connection end face so as to gradually decrease in the order of “Wa” and “h” (h <Wa) (in FIG. 6B). (See Waveguide portions 11a-11c). As will be described later, the value of “h” is preferably 5 μm or more and 7 μm or less on the connection end face.

また、導波路21についても、導波路11とは向きが異なるが、対応する方向性結合部から接続端面にかけて、「Wa」、「h」(h<Wa)の順に段階的に狭くなるように変化させてある(図6(b)の導波路部分21a〜21cを参照)。   The direction of the waveguide 21 is also different from that of the waveguide 11, but gradually decreases in the order of “Wa” and “h” (h <Wa) from the corresponding directional coupling portion to the connection end surface. It is changed (see the waveguide portions 21a to 21c in FIG. 6B).

[導波路同士の接続断面形状]
以下、導波路11,21同士の接続断面形状に関連して、上述した「Wa」および「h」の値について、再度図5を参照して説明する。
[Connection cross section between waveguides]
Hereinafter, the values of “Wa” and “h” described above will be described again with reference to FIG. 5 in connection with the connection cross-sectional shape of the waveguides 11 and 21.

図5では、LP11モード(以下、LP11a,LP11bを含む。)の場合の実効屈折率は、導波路幅が約5μmからになってから示されているが、これは、導波路の幅および高さが5μm以下よりも小さくなると、導波路においてLP11モードを伝搬することができず、伝播損失となることを意味する。   In FIG. 5, the effective refractive index in the case of the LP11 mode (hereinafter including LP11a and LP11b) is shown after the waveguide width starts from about 5 μm. Is less than 5 μm or less, it means that the LP11 mode cannot be propagated in the waveguide, resulting in propagation loss.

一方、導波路のコアの膜厚は、製造上、厚くても7μm程度の厚さとするのが限界となる。このため、導波路において、LP11の両モード(LP11a,LP11b)が伝搬可能で、PLC10,20同士の接続端面で導波路のずれをなくすように導波路の断面形状を正方形にするには、コアの膜厚は、5μm以上7μm以下にするのが好ましい。なお、実際には、コアの膜厚が5μm付近のカットオフ寸前では、導波路においてLP11モードが安定して伝搬できないため、それよりも1〜2μm程度余裕を持たせた設計が必要となる。   On the other hand, the thickness of the waveguide core is limited to about 7 μm even if it is thick. For this reason, in the waveguide, both modes of LP11 (LP11a, LP11b) can propagate, and in order to make the cross-sectional shape of the waveguide square, so as to eliminate the shift of the waveguide at the connection end surfaces of the PLCs 10 and 20, the core The film thickness is preferably 5 μm or more and 7 μm or less. Actually, the LP11 mode cannot be stably propagated in the waveguide when the core film thickness is just before the cutoff of about 5 μm, so a design with a margin of about 1 to 2 μm is required.

以下の説明では、一例として、コアの膜厚を7μmとして説明する。   In the following description, as an example, the film thickness of the core is described as 7 μm.

PLC10,20同士の接続部分において、接続損失をなくすためには、導波路幅と導波路高さとを同じにする必要がある。例えば、導波路高さが7μmの場合、作製できる最小の導波路幅は4μm程度である。このため、導波路幅を7μmとしても、導波路の断面形状を正方形にすることが可能である。   In order to eliminate the connection loss in the connection portion between the PLCs 10 and 20, it is necessary to make the waveguide width and the waveguide height the same. For example, when the waveguide height is 7 μm, the minimum waveguide width that can be produced is about 4 μm. For this reason, even if the waveguide width is 7 μm, the cross-sectional shape of the waveguide can be made square.

一方、図5の例によれば、仮に導波路11,21の幅および高さが7μmの場合、その値のままの導波路幅でモードカプラを設計すると、幅の狭い方(図6の例では、導波路12,22)の導波路幅が4μm以下となる。このため、製造できない導波路幅が必要となる。   On the other hand, according to the example of FIG. 5, if the width and height of the waveguides 11 and 21 are 7 μm, if the mode coupler is designed with the waveguide width as it is, the narrower one (example of FIG. 6) Then, the waveguide width of the waveguides 12 and 22) is 4 μm or less. For this reason, a waveguide width that cannot be manufactured is required.

上記を鑑み、本実施形態のモード合分波光回路1では、幅の狭い方(図6の例では、導波路12,22)の導波路幅を4μmとした場合に、モード変換ができる幅の広い方(図6の例では、導波路11,21)の導波路幅10.6μmにしその導波路幅を断熱的に変化させる(図6(b))。これにより、製造可能なモードカプラが実現される。   In view of the above, in the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 1 of the present embodiment, when the waveguide width of the narrower one (the waveguides 12 and 22 in the example of FIG. 6) is 4 μm, the width of the mode conversion is possible. The waveguide width of the wider one (waveguides 11 and 21 in the example of FIG. 6) is 10.6 μm, and the waveguide width is adiabatically changed (FIG. 6B). Thereby, a manufacturable mode coupler is realized.

以上説明したように、本実施形態のモード合分波光回路1によれば、平面光波回路10,20上の各々に、それぞれ、導波路幅が互いに異なる2本の導波路からなる方向性結合器を含む。ここで、平面光波回路10,20のそれぞれの2本の導波路は、実効屈折率が等しくなるように導波路幅が設定され、平面光波回路10,20は、基板の向きが90度直交するように接続される。そして、平面光波回路10,20の接続端面では、それぞれの平面光波回路10,20の2本の導波路のうちの幅広の導波路11,21同士が光結合するように接続され、接続端面における幅広の導波路11,21は、幅と高さが等しい正方形断面となるように形成されている。これにより、導波路11,21の接続端面におけるコア部分のずれがなくなり、PLC10,20同士の接続端面において光の各モードフィールド形状を整合させることができる。   As described above, according to the mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 1 of the present embodiment, the directional coupler including the two waveguides having different waveguide widths on the planar lightwave circuits 10 and 20 respectively. including. Here, the waveguide widths of the two waveguides of each of the planar lightwave circuits 10 and 20 are set so that the effective refractive indexes are equal, and the planar lightwave circuits 10 and 20 are 90 degrees perpendicular to the substrate. So that they are connected. In the connection end faces of the planar lightwave circuits 10 and 20, the wide waveguides 11 and 21 of the two waveguides of the respective planar lightwave circuits 10 and 20 are connected so as to be optically coupled to each other. The wide waveguides 11 and 21 are formed to have a square cross section having the same width and height. Thereby, the shift of the core portion at the connection end faces of the waveguides 11 and 21 is eliminated, and the mode field shapes of light can be matched at the connection end faces of the PLCs 10 and 20.

また、上述した導波路11,21の接続部分を正方形断面とすることで、LP11モードは、LP01モードよりも高感度となり、結果、最大の感度を得る。そのため、導波路11,21の接続部分におけるLP11モードの使用は、高感度な光伝搬をもたらすこととなる。   In addition, by making the connecting portion of the waveguides 11 and 21 have a square cross section, the LP11 mode has higher sensitivity than the LP01 mode, and as a result, the maximum sensitivity is obtained. Therefore, the use of the LP11 mode in the connection portion between the waveguides 11 and 21 results in highly sensitive light propagation.

1 モード合分波光回路
10,20 平面光波回路(PLC)
11,12,21,22 導波路
1-mode multiplexing / demultiplexing optical circuit 10,20 Planar lightwave circuit (PLC)
11, 12, 21, 22 Waveguide

Claims (4)

第1の平面光波回路、および第2の平面光波回路と、
前記第1の平面光波回路、および前記第2の平面光波回路上の各々に、それぞれ、導波路幅が互いに異なる2本の導波路からなる第1の方向性結合器、および第2の方向性結合器と
を含み、
前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路のそれぞれの前記2本の導波路は、実効屈折率が等しくなるように導波路幅が設定され、
前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路とは、基板の向きが90度直交するように接続され、
前記第1の平面光波回路と前記第2の平面光波回路との接続端面では、それぞれの平面光波回路の前記2本の導波路のうちの幅広の導波路同士が光結合するように接続され、
前記接続端面における前記幅広の導波路は、幅と高さが等しい正方形断面となるように形成されている
ことを特徴とするモード合分波光回路。
A first planar lightwave circuit and a second planar lightwave circuit;
On each of the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit, a first directional coupler composed of two waveguides having different waveguide widths, and a second directional characteristic, respectively. Including a coupler and
Each of the two waveguides of the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit has a waveguide width set so that the effective refractive index is equal,
The first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit are connected such that the orientation of the substrate is 90 degrees orthogonal,
The connection end faces of the first planar lightwave circuit and the second planar lightwave circuit are connected so that the wide waveguides of the two waveguides of the respective planar lightwave circuits are optically coupled to each other,
The mode multiplexing / demultiplexing optical circuit, wherein the wide waveguide on the connection end face is formed to have a square cross section having the same width and height.
前記幅広の導波路は、前記方向性結合器から前記接続端面にかけて、段階的に、幅を狭くして変化させていることを特徴とする請求項1に記載のモード合分波光回路。   2. The mode multiplexing / demultiplexing optical circuit according to claim 1, wherein the wide waveguide is changed in a stepwise manner from the directional coupler to the connection end surface in a stepwise manner. 前記第1の方向性結合器と前記第2の方向性結合器とは、複数のモード変換を行うように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のモード合分波光回路。   The mode multiplexing / demultiplexing optical circuit according to claim 1, wherein the first directional coupler and the second directional coupler are configured to perform a plurality of mode conversions. . 前記幅広の導波路の幅および高さは、前記接続端面において、5μm以上7μm以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモード合分波光回路。   4. The mode multiplexing / demultiplexing optical circuit according to claim 1, wherein a width and a height of the wide waveguide are 5 μm or more and 7 μm or less at the connection end face. 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114754870A (en) * 2022-06-13 2022-07-15 南京航空航天大学 Wide spectrum shaping device for calculating type spectrum measurement and calculating type spectrometer
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