JP2538099B2 - 導波型光スタ―カプラ - Google Patents
導波型光スタ―カプラInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、光通信システムにおいて信号光を複数の場
所に分配するための、導波型光スターカプラに関する。
所に分配するための、導波型光スターカプラに関する。
＜従来の技術＞ 光ファイバ通信を各家庭にまで普及させるには、光フ
ァイバ伝送路などの施設を多人数で共用することが、コ
スト低減上望ましい。
ァイバ伝送路などの施設を多人数で共用することが、コ
スト低減上望ましい。
このような観点から、近年、１本の光ファイバで送ら
れてきた信号光を８分岐、16分岐、あるいは32分岐し
て、多人数で利用する通信網構成が盛んに検討されてい
る。
れてきた信号光を８分岐、16分岐、あるいは32分岐し
て、多人数で利用する通信網構成が盛んに検討されてい
る。
このような光通信網で重要な役割を果す８分岐素子、
16分岐素子、32分岐素子は光スターカプラと呼ばれてい
る。
16分岐素子、32分岐素子は光スターカプラと呼ばれてい
る。
光スターカプラは、その形態により（ｉ）バルク型、
（ii）ファイバ型、（iii）導波型に大別することがで
きる。
（ii）ファイバ型、（iii）導波型に大別することがで
きる。
（ｉ） バルク型光スターカプラは、マイクロレンズや
プリズム、干渉膜フィルタ等を組合せて構成するもので
あるが、組立と調整に長時間を要すること、また価格や
サイズの点に問題を残しており、２分岐程度の比較的小
規模のカプラが実用化されているのに留まっている。
プリズム、干渉膜フィルタ等を組合せて構成するもので
あるが、組立と調整に長時間を要すること、また価格や
サイズの点に問題を残しており、２分岐程度の比較的小
規模のカプラが実用化されているのに留まっている。
（ii） ファイバ型光スターカプラは、光ファイバ自身
を構成材料として研摩や、融着・延伸工程を経て構成さ
れるものであり、比較的小形になる利点がある。しか
し、いわゆる２×２カプラが基本形であるため、分岐数
が多い大規模なカプラを構成するには、多数個の２×２
カプラを接続する煩雑な工程を必要とし、全体として大
形になる、生産性に欠ける等の問題がある。
を構成材料として研摩や、融着・延伸工程を経て構成さ
れるものであり、比較的小形になる利点がある。しか
し、いわゆる２×２カプラが基本形であるため、分岐数
が多い大規模なカプラを構成するには、多数個の２×２
カプラを接続する煩雑な工程を必要とし、全体として大
形になる、生産性に欠ける等の問題がある。
（iii） これらに対して導波型光スターカプラは、フ
ォトリソグラフィ工程により平面基板上に一括して大量
生産できる利点があり、再現性や小形集積可能性等の点
で将来型の光スターカプラとして注目されている。
ォトリソグラフィ工程により平面基板上に一括して大量
生産できる利点があり、再現性や小形集積可能性等の点
で将来型の光スターカプラとして注目されている。
第４図は従来の８分岐導波型光スターカプラの構成例
を示し、それぞれ基板10上に配置されて接続された、入
力用チャンネル導波路11と、２分岐導波路12Aを３段に
接続してなる２分岐導波路群12と、ピッチ変換導波路群
13と、出力導波路アレイ14とから構成されている。
を示し、それぞれ基板10上に配置されて接続された、入
力用チャンネル導波路11と、２分岐導波路12Aを３段に
接続してなる２分岐導波路群12と、ピッチ変換導波路群
13と、出力導波路アレイ14とから構成されている。
これらの導波路11〜14は通常、ガラス基板やシリコン
基板に形成された単一モードガラス導波路により構成さ
れる。２分岐導波路12Aとしては、一般的に、Ｙ型分岐
導波路を用いたものと、２×２型の導波型方向結合器を
用いたものがある。
基板に形成された単一モードガラス導波路により構成さ
れる。２分岐導波路12Aとしては、一般的に、Ｙ型分岐
導波路を用いたものと、２×２型の導波型方向結合器を
用いたものがある。
動作としては、入力ファイバ15からの信号光が入力用
チャンネル導波路11を伝搬した後、１段目の２分岐導波
路12Aで２つに分配され、分配された信号光それぞれが
２段目の２分岐導波路12Aで２分配される。更に、分配
後の信号光それぞれが３段目の二分岐導波路12Aで２分
配され、ピッチ変換導波路群13及び出力導波路アレイ14
を伝搬して各出力ファイバアレイ16へ信号光が出力され
る。
チャンネル導波路11を伝搬した後、１段目の２分岐導波
路12Aで２つに分配され、分配された信号光それぞれが
２段目の２分岐導波路12Aで２分配される。更に、分配
後の信号光それぞれが３段目の二分岐導波路12Aで２分
配され、ピッチ変換導波路群13及び出力導波路アレイ14
を伝搬して各出力ファイバアレイ16へ信号光が出力され
る。
一般に、ｎ段の２分岐を繰返すことにより、Ｎ＝2nの
分配数を得ることができ、第４図の８分岐の光スターカ
プラはｎ＝3,N＝８の場合に相当する。
分配数を得ることができ、第４図の８分岐の光スターカ
プラはｎ＝3,N＝８の場合に相当する。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、２分岐導波路12Aを多段接続してなる従来の
導波型光スターカプラにおいて、分配数が100以上の大
規模なものを作製するには、下記（１）〜（３）の欠点
がある。
導波型光スターカプラにおいて、分配数が100以上の大
規模なものを作製するには、下記（１）〜（３）の欠点
がある。
（１） ２分岐を繰返すため、分岐数が２のｎ乗に限定
される。
される。
（２） ２分岐導波路12Aを多段接続するため、分岐出
力にばらつきが生じ易い。
力にばらつきが生じ易い。
例えば７段128分岐の光スターカプラにおいては、２
分岐導波路12Aの分岐比が仮に１％ずれて49％対51％の
場合、入力を１とすると、 分岐出力のうち最小のものは、 0.497＝0.0068 分岐出力のうち最大のものは、 0.517＝0.0090 となり、これは分岐出力ばらつき1.2dBに相当し、等分
配を目的とするスターカプラには適用できない。
分岐導波路12Aの分岐比が仮に１％ずれて49％対51％の
場合、入力を１とすると、 分岐出力のうち最小のものは、 0.497＝0.0068 分岐出力のうち最大のものは、 0.517＝0.0090 となり、これは分岐出力ばらつき1.2dBに相当し、等分
配を目的とするスターカプラには適用できない。
この分岐出力ばらつきの問題は、特に、分岐比が導波
膜の屈折率や導波路の加工形状等の影響を受け易い方向
性結合器型の２分岐導波路において著しい。また、方向
性結合器は原理的に分岐比が波長に依存するため、光通
信で重要な波長1.3μｍ帯と1.55μｍ帯での共用が困難
である。
膜の屈折率や導波路の加工形状等の影響を受け易い方向
性結合器型の２分岐導波路において著しい。また、方向
性結合器は原理的に分岐比が波長に依存するため、光通
信で重要な波長1.3μｍ帯と1.55μｍ帯での共用が困難
である。
（３） ２分岐導波路12Aにおける損失が段数分累積さ
れるため、挿入損失が大きい。
れるため、挿入損失が大きい。
この挿入損失の問題は、特に、Ｙ型分岐導波路を用い
る場合に深刻である。例えば、最も実用的な石英系導波
路を用いたＹ型分岐導波路の場合、その散乱損失は0.3d
Bであるため、７段の光スターカプラでは累積により、
2.1dBという大きな挿入損失になる。
る場合に深刻である。例えば、最も実用的な石英系導波
路を用いたＹ型分岐導波路の場合、その散乱損失は0.3d
Bであるため、７段の光スターカプラでは累積により、
2.1dBという大きな挿入損失になる。
以上のように、２分岐導波路を多段接続した従来の導
波型光スターカプラの技術では、挿入損失の低減と、分
岐出力ばらつきの低減の両方を達成することができず、
実用的な導波型光スターカプラを作製することが困難で
あった。
波型光スターカプラの技術では、挿入損失の低減と、分
岐出力ばらつきの低減の両方を達成することができず、
実用的な導波型光スターカプラを作製することが困難で
あった。
そこで本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を
解決し、分岐数が大きくても挿入損失の小さい導波型光
スターカプラを提供することにあり、更に分岐出力ばら
つきも小さい導波型光スターカプラを提供することでも
ある。
解決し、分岐数が大きくても挿入損失の小さい導波型光
スターカプラを提供することにあり、更に分岐出力ばら
つきも小さい導波型光スターカプラを提供することでも
ある。
＜課題を解決するための手段＞ 第１の発明の導波型光スターカプラは、基板と、基板
上に配置された入力用チャンネル導波路と、基板上に配
置された複数の出力用チャンネル導波路と、前記入力用
チャンネル導波路と出力用の各チャンネル導波路とを接
続する、基板上に配置された扇型スラブ導波路とから構
成され、入力用チャンネル導波路の片端が扇型スラブ導
波路の曲率中心またはその近傍に位置し、出力用の各チ
ャンネル導波路の片端が扇型スラブ導波路の円周上に接
続されている導波型光スターカプラにおいて、 出力用の各チャンネル導波路と扇型スラブ導波路との
間に、テーパ導波路を有することを特徴とする。
上に配置された入力用チャンネル導波路と、基板上に配
置された複数の出力用チャンネル導波路と、前記入力用
チャンネル導波路と出力用の各チャンネル導波路とを接
続する、基板上に配置された扇型スラブ導波路とから構
成され、入力用チャンネル導波路の片端が扇型スラブ導
波路の曲率中心またはその近傍に位置し、出力用の各チ
ャンネル導波路の片端が扇型スラブ導波路の円周上に接
続されている導波型光スターカプラにおいて、 出力用の各チャンネル導波路と扇型スラブ導波路との
間に、テーパ導波路を有することを特徴とする。
また第２の発明の導波型光スターカプラは、第１の発
明において、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ
番目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開
口幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強
度分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導
波路間で等しくなるように、各テーパ導波路の形状が設
定されていることを特徴とする。
明において、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ
番目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開
口幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強
度分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導
波路間で等しくなるように、各テーパ導波路の形状が設
定されていることを特徴とする。
更に第３の発明の導波型光スターカプラは、第１の発
明において、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ
番目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開
口幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強
度分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導
波路間で異なるように、各テーパ導波路の形状が設定さ
れていることを特徴とする。
明において、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ
番目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開
口幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強
度分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導
波路間で異なるように、各テーパ導波路の形状が設定さ
れていることを特徴とする。
＜作用＞ 第１の発明に関し、チャンネル導波路とスラブ導波路
が接続されている場合、チャンネル導波路を伝搬してき
た信号光は、スラブ導波路内では、閉じ込めがないの
で、回折により水平方向に広がる。このときの波面は、
チャンネル導波路とスラブ導波路との接続部近傍を中心
とする円弧上にある。
が接続されている場合、チャンネル導波路を伝搬してき
た信号光は、スラブ導波路内では、閉じ込めがないの
で、回折により水平方向に広がる。このときの波面は、
チャンネル導波路とスラブ導波路との接続部近傍を中心
とする円弧上にある。
従って、入力用チャンネル導波路の片端を扇型スラブ
導波路の曲率中心又はその近傍に配置することにより、
信号光の波面が扇型スラブ導波路の円周上に一致する。
導波路の曲率中心又はその近傍に配置することにより、
信号光の波面が扇型スラブ導波路の円周上に一致する。
そして、扇型スラブ導波路の円周上に所望の分岐数の
出力用チャンネル導波路を配置することにより、扇型ス
ラブ導波路内を伝搬してきた信号光は出力用の各チャン
ネル導波路に導かれて分岐し、導波型光スターカプラと
なる。この場合、信号光は一度に所望の分岐数に分岐す
るので、従来の２分岐導波路を多段に接続する場合に比
較し、分岐損失が累積されることがなく、低損失化が実
現可能である。
出力用チャンネル導波路を配置することにより、扇型ス
ラブ導波路内を伝搬してきた信号光は出力用の各チャン
ネル導波路に導かれて分岐し、導波型光スターカプラと
なる。この場合、信号光は一度に所望の分岐数に分岐す
るので、従来の２分岐導波路を多段に接続する場合に比
較し、分岐損失が累積されることがなく、低損失化が実
現可能である。
但し、分岐比は、扇型スラブ導波路の円周上での光強
度分布と、出力用各チャンネル導波路の扇型スラブ導波
路の円周上における接続部の位置と、接続部の開口幅と
に依存する。
度分布と、出力用各チャンネル導波路の扇型スラブ導波
路の円周上における接続部の位置と、接続部の開口幅と
に依存する。
そこで、扇型スラブ導波路と出力用各チャンネル導波
路との間にテーパ導波路を接続することにより、テーパ
導波路の形状の設定により任意の分岐比を設定すること
ができる。
路との間にテーパ導波路を接続することにより、テーパ
導波路の形状の設定により任意の分岐比を設定すること
ができる。
第２の発明は均一な分岐比を設定するものである。一
般に、入力側チャンネル導波路内の光強度分布はガウス
分布にほぼ等しく、回折により広がった扇型スラブ導波
路内の光強度分布もガウス分布に従い、周辺部の光強度
は中心部よりも小さい。
般に、入力側チャンネル導波路内の光強度分布はガウス
分布にほぼ等しく、回折により広がった扇型スラブ導波
路内の光強度分布もガウス分布に従い、周辺部の光強度
は中心部よりも小さい。
そこで、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ番
目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開口
幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強度
分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導波
路間で等しくなるように、各テーパ導波路の形状を設定
する、簡単に言えば、各テーパ導波路の扇型スラブ導波
路側の開口幅を、光強度の大きい中心部では狭く、逆に
光強度の小さい周辺部では広く設定することにより、全
ての出力用チャンネル導波路に分岐される信号光の強度
が均一になる。
目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開口
幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強度
分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導波
路間で等しくなるように、各テーパ導波路の形状を設定
する、簡単に言えば、各テーパ導波路の扇型スラブ導波
路側の開口幅を、光強度の大きい中心部では狭く、逆に
光強度の小さい周辺部では広く設定することにより、全
ての出力用チャンネル導波路に分岐される信号光の強度
が均一になる。
この場合、前述の如く、所望の多数の分岐が一度に行
われるので、従来の２分岐導波路の多段接続に比較し、
分岐比のばらつきが累積されることがなく、分岐出力ば
らつきが低減する。
われるので、従来の２分岐導波路の多段接続に比較し、
分岐比のばらつきが累積されることがなく、分岐出力ば
らつきが低減する。
第３の発明は分岐比が異なるものであり、第２の発明
とは逆に、Ｘ軸上での光強度分布のうちXiとXi-1で挾ま
れる部分の面積がテーパ導波路間で異なるように、各テ
ーパ導波路の形状を設定することにより、出力用チャン
ネル導波路に分岐される信号光の強度が異なる。この場
合も、所望の多数の分岐が一度に行われるので、従来の
２分岐導波路の多段接続に比較し、分岐比のばらつきが
累積することがなく、設計通りの分岐比が簡単に得られ
る。なお、各テーパ導波路を同じ開口幅とすれば（これ
はテーパ導波路がなく、扇型スラブ導波路の円周上に直
接各出力用チャンネル導波路を接続する場合と等価であ
る）、分岐比はガウス分布に従う。
とは逆に、Ｘ軸上での光強度分布のうちXiとXi-1で挾ま
れる部分の面積がテーパ導波路間で異なるように、各テ
ーパ導波路の形状を設定することにより、出力用チャン
ネル導波路に分岐される信号光の強度が異なる。この場
合も、所望の多数の分岐が一度に行われるので、従来の
２分岐導波路の多段接続に比較し、分岐比のばらつきが
累積することがなく、設計通りの分岐比が簡単に得られ
る。なお、各テーパ導波路を同じ開口幅とすれば（これ
はテーパ導波路がなく、扇型スラブ導波路の円周上に直
接各出力用チャンネル導波路を接続する場合と等価であ
る）、分岐比はガウス分布に従う。
＜実 施 例＞ 第１図に本発明の第１の実施例として、128分岐導波
型光スターカプラの平面から見た構成例を示す。第１図
において、シリコン基板１上に、入力用単一モードチャ
ンネル導波路２、扇型スラブ導波路３、多数のテーパ導
波路４及び多数の出力用単一モードチャンネル導波路５
を順次配置し、接続してある。
型光スターカプラの平面から見た構成例を示す。第１図
において、シリコン基板１上に、入力用単一モードチャ
ンネル導波路２、扇型スラブ導波路３、多数のテーパ導
波路４及び多数の出力用単一モードチャンネル導波路５
を順次配置し、接続してある。
入力用チャンネル導波路２には入力用光ファイバ（図
示省略）が接続され、光ファイバからの信号光がチャン
ネル導波路２を伝搬した後、扇型スラブ導波路３内で、
水平方向の閉じ込めがないために広がる。
示省略）が接続され、光ファイバからの信号光がチャン
ネル導波路２を伝搬した後、扇型スラブ導波路３内で、
水平方向の閉じ込めがないために広がる。
ここで、扇型スラブ導波路３の幅は、回折により広が
る光が境界を感じない程度に十分大きくしてある。ま
た、チャンネル導波路から回折により広がる波面の曲率
中心はチャンネル導波路端よりも奥にあることが知られ
ているので、扇型スラブ導波路３の曲率中心をチャンネ
ル導波路２の端よりも数〜数10μｍ奥に配置してある。
る光が境界を感じない程度に十分大きくしてある。ま
た、チャンネル導波路から回折により広がる波面の曲率
中心はチャンネル導波路端よりも奥にあることが知られ
ているので、扇型スラブ導波路３の曲率中心をチャンネ
ル導波路２の端よりも数〜数10μｍ奥に配置してある。
各テーパ導波路４の位置と形状（扇型スラブ導波路３
側の開口幅）は所定の分岐比となるように設定てしてあ
り、扇型スラブ導波路３内を伝搬してきた信号光が各テ
ーパ導波路４で受光されることにより一度に分布し、出
力用各チャンネル導波路５を伝搬してゆく。なお、出力
用各チャンネル導波路５には出力用光ファイバ（図示省
略）が接続される。
側の開口幅）は所定の分岐比となるように設定てしてあ
り、扇型スラブ導波路３内を伝搬してきた信号光が各テ
ーパ導波路４で受光されることにより一度に分布し、出
力用各チャンネル導波路５を伝搬してゆく。なお、出力
用各チャンネル導波路５には出力用光ファイバ（図示省
略）が接続される。
次に、第２図と第３図により、均一な分岐比を実現す
る実施例を説明する。
る実施例を説明する。
第２図は扇型スラブ導波路３とテーパ導波路４の接続
部分の拡大図である。ここでテーパ導波路４のテーパ角
はできるだけ小さくし、導波路幅減少に伴う光の放射損
失を抑制している。座標軸Ｘは扇型スラブ導波路３の円
周に一致する曲線座標軸であり、ｉ番目の出力用チャン
ネル導波路５に接続するテーパ導波路４の開口幅はXi−
Xi-1で与えられ、ｉ＋１番目のテーパ導波路４の開口幅
はXi+1−Xiで与えられる。
部分の拡大図である。ここでテーパ導波路４のテーパ角
はできるだけ小さくし、導波路幅減少に伴う光の放射損
失を抑制している。座標軸Ｘは扇型スラブ導波路３の円
周に一致する曲線座標軸であり、ｉ番目の出力用チャン
ネル導波路５に接続するテーパ導波路４の開口幅はXi−
Xi-1で与えられ、ｉ＋１番目のテーパ導波路４の開口幅
はXi+1−Xiで与えられる。
第３図はＸ軸上、すなわち、扇型スラブ導波路３とテ
ーパ導波路４の接続部における光の強度分布７を示した
ものである。ガウス分布である光強度分布７のうち、ｉ
番目のテーパ導波路４に入射する光の強度８はXiとXi-1
で挾まれる部分の面積に相当する。そこで、この面積が
128のテーパ導波路４に対してすべて等しくなるようにX
i座標を決定してあり、入射信号光は128本の出力用チャ
ンネル導波路５に等しく分岐される。前述の如く、出力
用チャンネル導波路５の端には出力用光ファイバ（図示
省略）が接続されており、強度が等しく分岐された信号
光を光ファイバから得ることができる。
ーパ導波路４の接続部における光の強度分布７を示した
ものである。ガウス分布である光強度分布７のうち、ｉ
番目のテーパ導波路４に入射する光の強度８はXiとXi-1
で挾まれる部分の面積に相当する。そこで、この面積が
128のテーパ導波路４に対してすべて等しくなるようにX
i座標を決定してあり、入射信号光は128本の出力用チャ
ンネル導波路５に等しく分岐される。前述の如く、出力
用チャンネル導波路５の端には出力用光ファイバ（図示
省略）が接続されており、強度が等しく分岐された信号
光を光ファイバから得ることができる。
ここで肝要な点は、テーパ導波路４の本数である。
つまり、テーパ導波路４は近接して配置されており導
波路間の結合が非常に強く、テーパ導波路４間で光強度
の行き来が起こっている。
波路間の結合が非常に強く、テーパ導波路４間で光強度
の行き来が起こっている。
しかしながら、隣接するテーパ導波路４同士の寸法な
どがほぼ等しく、光の伝搬状態に違いがないため、隣接
する導波路から流入する強度と隣接する導波路へ流出す
る強度は等しく光強度にばらつきは生じない。
どがほぼ等しく、光の伝搬状態に違いがないため、隣接
する導波路から流入する強度と隣接する導波路へ流出す
る強度は等しく光強度にばらつきは生じない。
ところが、一番端のテーパ導波路４には片側にしか隣
接するテーパ導波路がないためこのような効果はなく、
結果として周辺部のテーパ導波路に分岐される光強度が
不均一となる。これを回避するために、一番端のテーパ
導波路４の外側にもダミーのテーパ導波路を配置して、
一番端のテーパ導波路を中央部のテーパ導波路４と等価
な状態にする必要がある。ダミー導波路の数は、導波路
の屈折率や、導波路の間隔などによりもちろん異なる
が、分岐数16の時４本程度、32の時８本程度である。第
３図中、符号９は、ダミーのテーパ導波路に入る光強度
を示している。
接するテーパ導波路がないためこのような効果はなく、
結果として周辺部のテーパ導波路に分岐される光強度が
不均一となる。これを回避するために、一番端のテーパ
導波路４の外側にもダミーのテーパ導波路を配置して、
一番端のテーパ導波路を中央部のテーパ導波路４と等価
な状態にする必要がある。ダミー導波路の数は、導波路
の屈折率や、導波路の間隔などによりもちろん異なる
が、分岐数16の時４本程度、32の時８本程度である。第
３図中、符号９は、ダミーのテーパ導波路に入る光強度
を示している。
また、テーパ導波路４の開口幅端の位置Xiの値に関し
て、全光強度を所望の分岐数128よりも大きい数で分割
して設計することが望ましい。仮に128分割したとする
と、両端の、すなわち第１番目と第128番目のテーパ導
波路の開口幅が無限大になるからである。そこで、第３
図に示すように、128よりも大きい数、例えば160で分割
するように各テーパ導波路の開口幅を設計すれば、両端
のテーパ導波路の開口幅は中央部の開口幅の２倍程度で
すむ。もちろんテーパ導波路自体は160本の必要はな
く、140本程度がよい。つまり、所望分岐数は128である
から、周辺部の12本（片側６本づつ）のテーパ導波路
は、先述のダミー導波路と動作するのである。そして、
中央部の128本のテーパ導波路４から取り出される光を
使用すれば良い。128分岐のスターカプラの場合、各分
岐出力は−21dBであるが、160分割で設計した場合には
−22dBとなり、1dBの過剰な損失となる。しかしなが
ら、従来技術のＹ型分岐導波路を７段接続したスターカ
プラでは７回の分岐により2.1dBの過剰損失を生じてい
たことを考えれば、1.1dBの損失低減が図れることにな
る。
て、全光強度を所望の分岐数128よりも大きい数で分割
して設計することが望ましい。仮に128分割したとする
と、両端の、すなわち第１番目と第128番目のテーパ導
波路の開口幅が無限大になるからである。そこで、第３
図に示すように、128よりも大きい数、例えば160で分割
するように各テーパ導波路の開口幅を設計すれば、両端
のテーパ導波路の開口幅は中央部の開口幅の２倍程度で
すむ。もちろんテーパ導波路自体は160本の必要はな
く、140本程度がよい。つまり、所望分岐数は128である
から、周辺部の12本（片側６本づつ）のテーパ導波路
は、先述のダミー導波路と動作するのである。そして、
中央部の128本のテーパ導波路４から取り出される光を
使用すれば良い。128分岐のスターカプラの場合、各分
岐出力は−21dBであるが、160分割で設計した場合には
−22dBとなり、1dBの過剰な損失となる。しかしなが
ら、従来技術のＹ型分岐導波路を７段接続したスターカ
プラでは７回の分岐により2.1dBの過剰損失を生じてい
たことを考えれば、1.1dBの損失低減が図れることにな
る。
第１図に示される実施例では本発明による導波型光ス
ターカプラの基本的部分のみ説明しているが、実際の適
用に当たっては、第４図に示す従来の導波型光スターカ
プラと同様に、出力用光ファイバアレイに出力用チャン
ネル導波路５の間隔を合わせるためのピッチ変換導波路
群13など実装用の設計が必要であることを付記する。
ターカプラの基本的部分のみ説明しているが、実際の適
用に当たっては、第４図に示す従来の導波型光スターカ
プラと同様に、出力用光ファイバアレイに出力用チャン
ネル導波路５の間隔を合わせるためのピッチ変換導波路
群13など実装用の設計が必要であることを付記する。
以上の事柄を鑑み、160分割でテーパ導波路４の開口
幅を設計し、ダミーのテーパ導波路を含めて140個のテ
ーパ導波路を配置した128分割導波型光スターカプラを
試作したところ、128の分岐光出力は、 平均−22.5dB（過剰損失1.5dB）、 ばらつき±0.2dB、 と非常に良好な結果が得られた。またこのとき、分岐出
力は入射光の偏光および波長に影響なく一定であった。
幅を設計し、ダミーのテーパ導波路を含めて140個のテ
ーパ導波路を配置した128分割導波型光スターカプラを
試作したところ、128の分岐光出力は、 平均−22.5dB（過剰損失1.5dB）、 ばらつき±0.2dB、 と非常に良好な結果が得られた。またこのとき、分岐出
力は入射光の偏光および波長に影響なく一定であった。
上記実施例においては均一分岐の導波型光スターカプ
ラについて説明したが、本発明はこれに限定されるもの
でない。例えば、分岐先の通信系の必要に応じて、テー
パ導波路４の開口幅を設定すれば、分岐出力の異なる導
波型光スターカプラを作製することが可能である。
ラについて説明したが、本発明はこれに限定されるもの
でない。例えば、分岐先の通信系の必要に応じて、テー
パ導波路４の開口幅を設定すれば、分岐出力の異なる導
波型光スターカプラを作製することが可能である。
ところで、より多くのテーパ導波路４を配置して分岐
数の拡大を図るには、扇型スラブ導波路３の曲率半径を
大きくしてやればよいが、素子の小型化という点で好ま
しくない。これを回避するには、入力用のチャンネル導
波路２と扇型スラブ導波路３の間にテーパ導波路を設置
して、開口幅を狭くすれば良い。回折光の広がり角は開
口幅に反比例するので、より多くの受光用テーパ導波路
４を配置することが可能となる。また、開口幅を広げて
広がり角を小さくすることにより、分岐数の少ない場合
にも適用できる。このように、入力側の開口幅を変える
ことにより、分岐数に応じた設計が可能となることを付
記する。
数の拡大を図るには、扇型スラブ導波路３の曲率半径を
大きくしてやればよいが、素子の小型化という点で好ま
しくない。これを回避するには、入力用のチャンネル導
波路２と扇型スラブ導波路３の間にテーパ導波路を設置
して、開口幅を狭くすれば良い。回折光の広がり角は開
口幅に反比例するので、より多くの受光用テーパ導波路
４を配置することが可能となる。また、開口幅を広げて
広がり角を小さくすることにより、分岐数の少ない場合
にも適用できる。このように、入力側の開口幅を変える
ことにより、分岐数に応じた設計が可能となることを付
記する。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明の導波型光スターカプラ
によれば、従来の２分岐導波路の多段縦続により構成さ
れていた導波型スターカプラに代わり、チャンネル導波
路、扇型スラブ導波路、テーパ導波路を巧みに複合し、
入射信号光がスラブ導波路内の回折により広がることを
利用して入射信号光を一度に分岐するので、過剰損失と
分岐出力ばらつきの小さな大規模導波型光スターカプラ
を作製することが可能となる。
によれば、従来の２分岐導波路の多段縦続により構成さ
れていた導波型スターカプラに代わり、チャンネル導波
路、扇型スラブ導波路、テーパ導波路を巧みに複合し、
入射信号光がスラブ導波路内の回折により広がることを
利用して入射信号光を一度に分岐するので、過剰損失と
分岐出力ばらつきの小さな大規模導波型光スターカプラ
を作製することが可能となる。
本発明は、実施例で説明した128分岐に限定されるも
のではなく、さらに大規模なスターカプラの構成にも適
用できる。もちろん、分岐数が２のべき乗に限定される
ことはなく任意の分岐数が実現可能である。
のではなく、さらに大規模なスターカプラの構成にも適
用できる。もちろん、分岐数が２のべき乗に限定される
ことはなく任意の分岐数が実現可能である。
また、従来の２分岐を多段に接続した導波型スターカ
プラでは、Ｙ型分岐部の散乱損失や、方向性結合導波路
の分岐比のばらつきなど、その特性が導波路の作製条件
に依存するため、歩留まりが良くないという欠点もあっ
た。一方、本発明の導波型光スターカプラでは、散乱が
生ずる箇所は１ケ所しかない。さらに分岐比を左右する
テーパ導波路の開口幅は高精度なフォトリソグラフィ工
程の精度で決まるため、分岐比のばらつきが非常に小さ
い。従って、本発明によれば、従来の導波型光スターカ
プラと比較して、歩留まり良く製造することが可能とな
り、大規模光通信システムの構築にあたり、より実用的
な大規模導波型光スターカプラを提供し得るものであ
る。
プラでは、Ｙ型分岐部の散乱損失や、方向性結合導波路
の分岐比のばらつきなど、その特性が導波路の作製条件
に依存するため、歩留まりが良くないという欠点もあっ
た。一方、本発明の導波型光スターカプラでは、散乱が
生ずる箇所は１ケ所しかない。さらに分岐比を左右する
テーパ導波路の開口幅は高精度なフォトリソグラフィ工
程の精度で決まるため、分岐比のばらつきが非常に小さ
い。従って、本発明によれば、従来の導波型光スターカ
プラと比較して、歩留まり良く製造することが可能とな
り、大規模光通信システムの構築にあたり、より実用的
な大規模導波型光スターカプラを提供し得るものであ
る。
第１図は本発明の実施例としての128分岐導波型光スタ
ーカプラの平面構成図、第２図は本発明における扇型ス
ラブ導波路とテーパ導波路との接続部分の拡大図、第３
図は本発明における光の分岐方法を説明するための光強
度分布の模式図、第４図は従来の８分岐導波型光スター
カプラの平面構成例図である。 図面中、 １はシリコン基板、 ２は入力用単一モードチャンネル導波路、 ３は扇型スラブ導波路、 ４はテーパ導波路、 ５は出力用単一モードチャンネル導波路、 ７はガウス分布型光強度分布曲線、 ８は第ｉ番目のテーパ導波路に入る光強度、 ９はダミーのテーパ導波路に入る光強度である。
ーカプラの平面構成図、第２図は本発明における扇型ス
ラブ導波路とテーパ導波路との接続部分の拡大図、第３
図は本発明における光の分岐方法を説明するための光強
度分布の模式図、第４図は従来の８分岐導波型光スター
カプラの平面構成例図である。 図面中、 １はシリコン基板、 ２は入力用単一モードチャンネル導波路、 ３は扇型スラブ導波路、 ４はテーパ導波路、 ５は出力用単一モードチャンネル導波路、 ７はガウス分布型光強度分布曲線、 ８は第ｉ番目のテーパ導波路に入る光強度、 ９はダミーのテーパ導波路に入る光強度である。
Claims (3)
- 【請求項１】基板と、基板上に配置された入力用チャン
ネル導波路と、基板上に配置された複数の出力用チャン
ネル導波路と、前記入力用チャンネル導波路と出力用の
各チャンネル導波路とを接続する、基板上に配置された
扇型スラブ導波路とから構成され、入力用チャンネル導
波路の片端が扇型スラブ導波路の曲率中心またはその近
傍に位置し、出力用の各チャンネル導波路の片端が扇型
スラブ導波路の円周上に接続されている導波型光スター
カプラにおいて、 出力用の各チャンネル導波路と扇型スラブ導波路との間
に、テーパ導波路を有することを特徴とする導波型光ス
ターカプラ。 - 【請求項２】請求項（１）記載の導波型光スターカプラ
において、扇型スラブ導波路の円周上のＸ軸とし、ｉ番
目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開口
幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強度
分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導波
路間で等しくなるように、各テーパ導波路の形状が設定
されていることを特徴とする導波型光スターカプラ。 - 【請求項３】請求項（１）記載の導波型光スターカプラ
において、扇型スラブ導波路の円周上をＸ軸とし、ｉ番
目のテーパ導波路の扇型スラブ導波路との接続部の開口
幅両端の座標をXi,Xi-1とするとき、Ｘ軸上での光強度
分布のうちXiとXi-1で挾まれる部分の面積がテーパ導波
路間で異なるように、各テーパ導波路の形状が設定され
ていることを特徴とする導波型光スターカプラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13548390A JP2538099B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 導波型光スタ―カプラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13548390A JP2538099B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 導波型光スタ―カプラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0430108A JPH0430108A (ja) | 1992-02-03 |
| JP2538099B2 true JP2538099B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=15152777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13548390A Expired - Lifetime JP2538099B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 導波型光スタ―カプラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538099B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327918B2 (en) | 2004-03-05 | 2008-02-05 | Nec Corporation | Waveguide-type optical splitter and waveguide-type optical module having the same |
| JP2015506483A (ja) * | 2012-02-07 | 2015-03-02 | メドルミクス，エセ．エレ．Ｍｅｄｌｕｍｉｃｓ，Ｓ．Ｌ� | 光学干渉性断層撮影のためのフレキシブル導波管 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2843466B2 (ja) * | 1992-10-28 | 1999-01-06 | 日本電信電話株式会社 | 光パワースプリッタ |
| JP2817565B2 (ja) * | 1993-03-18 | 1998-10-30 | 日立電線株式会社 | 光スターカップラ |
| JPH09178964A (ja) * | 1995-12-27 | 1997-07-11 | Nhk Spring Co Ltd | 光導波路の分岐構造 |
| JP2005266381A (ja) | 2004-03-19 | 2005-09-29 | Nec Corp | 導波路型光スプリッタ及びこれを備えた導波路型光モジュール |
| JP4625420B2 (ja) * | 2006-04-04 | 2011-02-02 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
| JP5561305B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2014-07-30 | 沖電気工業株式会社 | 光素子 |
| JP5980105B2 (ja) * | 2012-11-22 | 2016-08-31 | 住友建機株式会社 | コンベア巻き込まれ防止機能を有する舗装機械 |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP13548390A patent/JP2538099B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327918B2 (en) | 2004-03-05 | 2008-02-05 | Nec Corporation | Waveguide-type optical splitter and waveguide-type optical module having the same |
| JP2015506483A (ja) * | 2012-02-07 | 2015-03-02 | メドルミクス，エセ．エレ．Ｍｅｄｌｕｍｉｃｓ，Ｓ．Ｌ� | 光学干渉性断層撮影のためのフレキシブル導波管 |
| US9261350B2 (en) | 2012-02-07 | 2016-02-16 | Medlumics S.L. | Flexible waveguides for optical coherence tomography |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0430108A (ja) | 1992-02-03 |
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