JP2557455B2 - 光合分波器 - Google Patents

光合分波器

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JP2557455B2 JP5637188A JP5637188A JP2557455B2 JP 2557455 B2 JP2557455 B2 JP 2557455B2 JP 5637188 A JP5637188 A JP 5637188A JP 5637188 A JP5637188 A JP 5637188A JP 2557455 B2 JP2557455 B2 JP 2557455B2
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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、製造工程中に生ずる導波路幅変動に対する
阻止域および通過域の中心波長のずれが少なく、かつ大
きな阻止域減衰量を有る方向性結合形光合分波器に関す
るものである。
〈従来の技術〉 方向性結合形光合分波器の基本構成を第8図に示す。
第8図において、1は第1の導波路、2は第2の導波
路、3は間隔を設けた平行導波路からなる結合部、4は
第1の導波路1と第2の導波路2との間隔を広げ結合部
3以外での光結合を生じさせないために設けた展開部、
5−1および5−2はそれぞれ第1の導波路1の入射端
および出射端、6−1および6−2はそれぞれ第2の導
波路2の入射端および出射端である。第1の導波路1と
第2の導波路2の導波路パラメータは、ほぼ等しくして
ある。結合部3の長さLを、波長λ1の完全結合長の2N
倍(Nは自然数)で、かつ、波長λ2の完全結合長の2N
+1倍とすると、第1の導波路1の入射端5−1から入
射された波長λ1、λ2の2つの光はそれぞれ第1の導波
路1の出射端5−2と第2の導波路2の出射端6−2か
ら出射するので、第8図の構成は方向性結合形光合分波
器として動作する。
方向性結合形光合分波器は、高い減衰量が得られる阻
止域が狭帯域であるため、従来第9図のように導波路構
造パラメータが同じ方向性結合形光合分波器20を2段に
縦続接続して阻止域を拡大する方法が取られてきた。
しかし、方向性結合形光合分波器には、実際の素子製
造工程において結合部の導波路幅Wと導波路間隔Sの変
動が生じた場合に、製造された光合分波器の特性が設計
通りにならないという素子感度の高さに問題があった。
即ち、導波路のエッチング加工中に導波路幅Wが設定値
から変動した場合に、光の強度分布状態が変化してしま
い、製造がされた方向性結合形光合分波器の阻止域およ
び通過域の中心波長が著しくずれてしまうという問題が
あった。
この問題を解決するために、従来は一つの手法とし
て、阻止特性の再現性を向上するため導波路の加工精度
を著しく高めることが検討されてきた。また、別の手法
としては、加工後の導波路構造パラメータを測定して最
適な上側クラッド層の屈折率を選択するという調整法も
行われている。しかし、この方法は、素子を個別に調整
する必要性があるという問題がある。
〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、製造工程中に生ずる導波路幅変動に
対する阻止域および通過域の中心波長のずれを解消して
素子の加工精度を緩和でき、また素子の個別調整を不要
にでき、かつ大きな阻止域減衰量を有する方向性結合形
光合分波器を提供することである。
〈課題を解決するための手段〉 本発明による光合分波器は、2波長の光に対して光合
分波器として動作し、かつ結合部の導波路中心間隔を一
定にした場合に導波路幅変動に対して素子感度が最小と
なる導波路幅の最適値に対して広狭いずれか一方の導波
路幅で構成される第1の方向性結合器の出射端に、広狭
いずれか他方の導波路幅で構成される2つの第2の方向
性結合器をそれぞれ縦続接続した構成を有することを特
徴とする。
また、本発明による他の光合分波器は、上記の第1の
方向性結合器と第2の方向性結合器を、少なくとも導波
路幅不連続点が生じないように導波路構造パラメータが
変化している導波路構造パラメータ整合領域を介して縦
続接続した構成を有することを特徴とする。
〈作用〉 上記構成において、第1の方向性結合形光合分波器と
第2の方向性結合形光合分波器とは、導波路幅変動に対
して素子感度即ち中心波長ずれが最小となる導波路幅の
最適値に対し、実寸法あるいは等価的寸法いずれにして
も導波路幅が広狭逆にずれているから、導波路幅の変動
に対する阻止域および通過域の中心波長のずれの方向が
互いに逆である特性を有する異なった導波路構造パラメ
ータを有する。そのため、第1,第2の方向性結合形光合
分波器は導波路幅変動に対する中心波長のずれを互いに
相殺することになり、中心波長のずれを抑制する。
第2図を参照して、原理を説明する。第2図は、±0.
1μmの導波路幅変動における中心波長のずれを設定導
波路幅Wに対して表したグラフを示す。一般に方向性結
合形光合分波器の製造工程において、結合部での2本の
導波路の中心間隔は常に一定であり、導波路幅変動は2
本の導波路に対して同様に生じる。一例として、導波路
コアの屈折率n1を1.53、クラッドの屈折率n2を1.46、導
波路厚Dを1.2μm、合分波波長を1.3μm/1.55μmとし
た。導波路幅変動ΔWが±0.1μmの場合、導波路幅1.2
μm付近で素子感度即ち中心波長のずれが最小となり、
これが導波路幅の最適値に対応する。また、導波路幅変
動ΔWが+0.1μmの場合、設定導波路幅Wが1μm付
近では中心波長が長波側にずれ、1.4μm付近では短波
側にずれる。また、導波路幅変動ΔWが−0.1μmの場
合は、逆の特性を示す。
したがって、例えば合分波波長が1.3μm/1.55μmで
は、設定導波路幅Wが1μmと1.4μmの2種の方向性
結合形光合分波器を縦続接続すれば、導波路幅変動ΔW
に対する中心波長のずれを互いに相殺することになり、
中心波長のずれを抑制することが可能となる。
一方、第1の方向性結合形光合分波器と第2の方向性
結合形光合分波器間の導波路構造パラメータ整合領域
は、導波路幅の不連続点での伝播光の反射による損失を
防止する。
〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図は、本発明の光合分波器の一実施例を説明する
図であって、7は基板、8は第1の方向性結合形光合分
波器、9は第2の方向性結合形光合分波器、10は展開部
を兼ねた導波路構造パラメータ整合領域、11は入射端、
12−1は波長λ1の光の出射端、12−2は波長λ2の光の
出射端である。波長λ1として1.3μm、波長λ2として
1.55μmを設定した。
基板7にはSiウエハを用い、Siウエハ表面に熱酸化法
により4μmのSiO2膜を形成した。このSiO2膜上にスパ
ッタ法により7059ガラス膜を1.2μm形成した後、フォ
トリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング技術を用
いて導波路のパターニングを行い、最後に4μmのSiO2
膜をスパッタ法で形成し方向性結合形光合分波器8,9,9
を製作した。第1の方向性結合形光合分波器8は、導波
路幅を最適値1.2μmに対して広い1.4μmと設定し、導
波路間隔を1.22μm、結合部長を475.8μmと設定し
た。第2の方向性結合形光合分波器9,9は、導波路幅を
最適値1.2μmに対して狭い1μmと設定し、導波路間
隔を1.57μm、結合部長437.1μmと設定した。また、
導波路構造パラメータ整合領域10は、導波路幅の不連続
点での伝播光の反射による損失を防止するために導波路
幅を1.4μmから1μmへと徐々に狭くしている。入射
端11から入射された1.3μmと1.55μmの光は、方向性
結合形光合分波器でそれぞれ分波され、1.3μmの光は1
2−1の出射端から、1.55μmの光は12−2の出射端か
ら出射される。
第3図は、導波路幅が設定値通りに製作された場合の
光合分波器の波長選択特性である。縦軸は光合分波器の
挿入損失、横軸は波長を示しており、実線は1.3μm帯
の特性、点線は1.55μm帯の特性である。総合特性にお
ける1.3μm帯の通過域(損失≦0.5dB)と阻止域(損失
≧25dB)の帯域幅はともに73nmである。総合特性は、dB
表示のため、W=1.4μmの第1の方向性結合形光合分
波器8の特性と、W=1.0μmの第2の方向性を結合形
光合分波器9の特性との和として求まる。
第4図は、導波路幅が設定値から+0.1μm変動した
場合の波長選択特性である。第1の方向性結合形光合分
器8と第2の方向性結合形光合分波器9とが波長選択特
性のずれを互いに解消し、総合特性において1.3μm帯
の中心波長のずれは−4nmに抑えられている。
第5図は、導波路幅が設定値から−0.1μm変動した
場合の波長選択特性であり、この場合も総合特性におい
て1.3μm帯の中心波長のずれは−4nmに抑えられてい
る。
更に、本発明の光合分波器は、第1の方向性結合器と
第2の方向性結合器のクラッド層の屈折率を変えること
により等価的に導波路幅を異ならせる方法を用いても実
現可能である。
また、第1の方向性結合形光合分波器8の導波路幅を
1.0μmなど最適値に対して狭くし、第2の方向性結合
形光合分波器9の導波路幅を1.4μmなど最適値よりも
広くしても良い。
また、接続段数を3段以上に多段化することにより、
導波路幅変動の許容範囲を拡大することも可能である。
更に、第1と第2の方向性結合形光合分波器8,9を1つ
づつ用いて縦続接続し、1つの光を選択しても良い。
ここで、導波路幅の変動に対して素子感度が最小とな
る導波路幅の最適値を求める方法の一例を説明する。
この方法は、設計段階において、まず導波路幅Wと導
波路間隔Sとの間に特定の関係を満足するように定めた
場合に、良好な波長特性を満足する構造パラメータを決
定し得るという知見に基づいてなされた、設計手法であ
る。
まず、光合分波器として動作する方向性結合器の構造
パラメータ(導波路コアの屈折率n1,クラッドの屈折率
n2,導波路幅W,導波路厚D,導波路間隔S,結合部長L)の
値を、特定2波長に対して合分波が起こるように計算よ
り求め、得られた前記構造パラメータの組を、横軸に前
記導波路間隔Sをとり縦軸に前記結合部長Lをとったグ
ラフ上で、前記導波路幅W及び前記導波路コアの屈折率
n1をグラフにおけるパラメータとして表し、設計チャー
トを作成する。第6図にクラッドの屈折率n2=1.46、導
波路厚D=1μmの場合の設計チャートを示す。次にこ
の設計チャート上で、結合部長Lの導波路間隔Sに対す
る変化がほぼ零になり、かつ導波路幅Wの変動と導波路
間隔Sの変動が符号が反対で絶対値が等しくなる点、即
ち、 dL/dS≒0 dW/dS≒−1 を満足する点Aが示す構造パラメータで方向性結合形光
合分波器を製造する。このときの導波路幅が素子感度を
最小とする最適値である。
第7図に(中心波長の偏差)/(導波路幅の偏差)と
−(導波路幅の変化)/(導波路間隔の変化)の関係を
示す。n1を1.53、n2を1.46、Dを1μm、中心波長を1.
3μmとした。一般に、基板上に導波路を加工する場
合、導波路が変化すれば導波路間隔も変化する。この
時、導波路幅と導波路間隔の変化量は、符号が反対で絶
対値が同じである。つまり、−(導波路幅の変化)/
(導波路間隔の変化)はほぼ1であり、しかも、そのと
きの(中心波長の偏差)/(導波路幅の偏差)が最も0
に近くなっている。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の光合分波器は、製造工
程中に生じる導波路幅変動による波長選択特性への影響
を抑制することが可能である。従って、エッチングなど
の加工精度を上げることなく、また製作後に素子特性の
調整も必要なく、広帯域な阻止域と所望の波長選択特性
を有する光合分波器を再現性良く製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光合分波器の一実施例を示す図、第2
図は±0.1μmの導波路幅変動における中心波長のずれ
を設定導波路幅に対して表したグラフ、第3図は導波路
幅が設定値通りに製作された場合の本光合分波器の波長
選択特性を示す図、第4図は導波路幅が設定値から+0.
1μm変動した場合の波長選択特性を示す図、第5図は
導波路幅が設定値から−0.1μm変動した場合の波長選
択特性を示す図、第6図は最適導波路幅の設計チャート
の一例を示す図、第7図は導波路幅変動と波長ずれの関
係を示す図、第8図は方向性結合形光合分波器の基本構
成を示す図、第9図は従来の方向性結合形光合分波器の
構成例を示す図である。 図面中、 1は第1の導波路、2は第2の導波路、3は結合部、4
は展開部、5−1は第1の導波路1の入射端、5−2は
第1の導波路1の出射端、6−1は第2の導波路2の入
射端、6−2は第2の導波路2の出射端、7は基板、8
は第1の方向性結合形光合分波器、9は第2の方向性結
合形光合分波器、10は展開部を兼ねた導波路構造パラメ
ータ整合領域、11は入射端、12−1は波長λ1の光の出
射端、12−2は波長λ2の光の出射端である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2波長の光に対して光合分波器として動作
    し、かつ結合部の導波路中心間隔を一定にした場合に導
    波路幅変動に対して素子感度が最小となる導波路幅の最
    適値に対して広狭いずれか一方の導波路幅で構成される
    第1の方向性結合器の出射端に、広狭いずれか他方の導
    波路幅で構成される2つの第2の方向性結合器をそれぞ
    れ縦続接続した構成を有することを特徴とする方向性結
    合形光合分波器。
  2. 【請求項2】上記の第1の方向性結合器と第2の方向性
    結合器を、少なくとも導波路幅不連続点が生じないよう
    に導波路構造パラメータが変化している導波路構造パラ
    メータ整合領域を介して縦続接続した構成を有すること
    を特徴とする第1請求項記載の方向性結合形光合分波
    器。
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