JP2804363B2

JP2804363B2 - 光方向性結合器

Info

Publication number: JP2804363B2
Application number: JP25188490A
Authority: JP
Inventors: 勤鬼頭; 範夫高戸; 正夫河内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JPH04131806A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、光方向性結合器に関し、特に低損失な光導
波回路を構成する際に、好適なものである。

〈従来の技術〉光方向性結合器は、光導波回路において必要不可欠な
素子であり、その従来の構造としては、第７図（ａ）
（ｂ）に示すものが知られている。第７図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は断面図である。

この光方向性結合器は、SiCl₄,GeCl₄,TiCl₄,PoCl₄,BC
l₃等の塩化物を出発材料として、例えば第８図に示すよ
うにシリコン等の基板１上にクラッドガラス層２、コア
ガラス層３を順次積層し、次いでエッチング加工により
コアガラス層３を部分的にエッチングして光が伝搬する
光導波路4,5を形成し、引き続き、クラッドガラス層２
をその上に堆積することにより作成される。

ここで、光導波路4,5は幅がｗであり、直線状の部分
と曲線状の部分とを交互に配設したものである。

即ち、光導波路4,5は、光が入射する直線状の入力部
６、伝搬する光の方向を連続的に変える曲線状の展開部
７、相互に近接して平行に配置され光を結合させ、又は
分岐する直線状の結合部９、伝搬する光の方向を連続的
に変える曲線状の展開部８及び光を出射する直線状の出
力部10とからなり、これらの部分を軸ずれ無く接続した
形状となっている。

また、各展開部7,8は変曲点11,12,13,14をそれぞれ有
し、この変曲点11,12,13,14を境にして、相互に逆方向
に曲率半径Ｒで湾曲する円弧を軸ずれ無く接続した形状
となっている。

結合部９は光導波路間隔がＧであり、その結合部長さ
はｌである。

従って、光が光導波路4,5の入力部６に入射すると、
その光は展開部７に沿って曲がって伝搬し、結合部９で
分岐し、或いは結合して、更に展開部８に沿って曲がっ
て伝搬し、その後出力部10から出射することになる。

〈発明が解決しようとする課題〉従来、光方向性結合器を低損失化させるためには、展
開部7,8の円弧の曲率半径Ｒを大きくする必要がある。

しかし、現実には、回路サイズは基板１の大きさによ
り制約されるため、展開部7,8の曲率半径Ｒの拡大にも
限界があった。

また、光スイッチ等のように多数の光方向性結合器に
よって構成された回路では、曲率半径Ｒの小さな展開部
7,8を使用せざるを得ず、この為、挿入損失が増大する
という問題があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであ
り、容易に集積化することができると共に挿入損失を低
減した光方向性結合器を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉斯かる目的を達成する本発明の構成は基板上に形成さ
れた２本の光導波路が、光を入射する直線状の入力部
と、伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状の展開部
と、相互に平行に近接して配置され伝搬する光を分岐
し、又は結合する直線状の結合部と、伝搬した光を出射
する直線状の出力部とを接続してなる光方向性結合器に
おいて、前記入力部と前記展開部の接続点、前記展開部
と結合部との接続点、前記展開部と出力部との接続点の
少なくとも一つに光導波路の軸ずれ設けたことをを特徴
とする。

また、前記展開部が変曲点を有する場合には、該変曲
点において光導波路の軸ずれを設けることが望ましい。

〈作用〉第２図に示すように、直線状の光導波路では、界分布
のピークは光導波路の中心に存在するが、曲線状の光導
波路では、界分布のピークは、その曲率半径が小さくな
るほど、外側に移動する。

この為、従来の光方向性結合器のように、入力部と展
開部の接続点、展開部と結合部の接続点、展開部と出力
部との接続点において、軸ずれなく接続すると、界分布
のピークの位置が異なる為、界分布不整合による挿入損
失が生じていた。

また、展開部の変曲点の前後における光導波路では、
曲率半径の中心が反対位置に有るため、界分布のピーク
は逆方向に移動する。この為、展開部の変曲点では、直
線状の光導波路と曲線状の光導波路を接続する場合の二
倍のピークの位置がずれることになっていた。

また、光方向性結合器の場合、１本の光導波路から構
成されＳ字曲がりの光導波路と異なり、１本の光導波路
の外側に更に他方の光導波路が隣接する構造であるた
め、上述した界分布不整合が一層顕著となる。それは、
２本の光導波路の隣接する光方向性結合器の基板では、
クラッドの屈折率が等価的に高くなるため、単独の光導
波路の場合に比較して、界分布のピークは更に外側に移
動する為である。

そこで、本発明では、上記接続点及び展開部の変曲点
に光導波路の軸ずれを設けて、界分布を整合させるよう
にしたのである。この為、本実施例では、界分布不整合
による損失の増加を抑圧することが期待できる。

〈実施例〉以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して
詳細に説明する。

第１図に本発明の第一の実施例を示す。同図に示すよ
うに、基板１上には直線状の部分と曲線状の部分とを交
互に配列した２本の光導波路4,5が形成されている。即
ち、光導波路4,5は、光が入射する直線状の入力部６、
伝搬する光を方向を連続的に変える曲線状の展開部７、
相互に近接して光を結合させる直線状の結合部９、伝搬
する光の方向を連続的に変える曲線状の展開部８及び光
を出射する直線状の出力部１とを順に接続した形状であ
り、これらの接続点に光導波路の軸ずれ量Δｄが設けら
ている。

また、各展開部7,8は変曲点11,12,13,14をそれぞれ有
し、この変曲点11,12,13,14を境にして、相互に逆方向
に曲率半径Ｒで湾曲する円弧から構成されており、その
変曲点に光導波路の軸ずれ量２Δｄが設けられている。

ここで、上記軸ずれ量Δｄとしては、第３図に示す挿
入損失を最小にする最適な値に決定すると良い。第３図
に挿入損失と軸ずれ量との関係を示すように、挿入損失
を最小にする値は、軸ずれ量Δｄが0.2〜0.5μｍの範囲
に存在し、軸ずれを与えない従来構成に比較し、挿入損
失を0.1dBから0.02dBに低減できることが判る。

従って、上記軸ずれ量Δｄとして、0.2〜0.5μｍの値
を選ぶと、従来に比較し挿入損失を低減することが可能
となる。

次に、本発明の第二の実施例を第４図（ａ）（ｂ）を
参照して説明する。

本実施例は、光方向性結合器を多段に連結した光回路
であり、コアとクラッドの比屈折率差Δを0.25〜0.30％
としたものである。

即ち、基板１上には、２本の光導波路4,5が形成され
ており、これら光導波路4,5は連結された多段の光方向
性結合器15〜20を構成している。各光方向性結合器15〜
20の構成は、第４図（ｂ）に示すように前述した実施例
の光方向性結合器と同様である。また、展開部7,8は、
曲率半径Ｒ＝50mm、軸ずれ量Δｄ＝0.2μｍ、コア断面
寸法＝８×８μm²である。

このような光回路を作成するには、次の手順による。

先ず、直径３インチ、厚さ700μｍのシリコン基板上
に火災堆積法によって多孔質ガラス膜を堆積する。多孔
質ガラス膜のクラッドガラス層としては組成がSiO₂−P₂
O₅−B₂O₃のものを、そのコアガラス層としては組成がSi
O₂−GeO₂−P₂O₅−B₂O₂のものを堆積させた。次いで、多
孔質ガラス膜の堆積した基板を温度1390℃のHeとO₂の混
合雰囲気中で２時間熱処理した。引き続き、反応イオン
エッチングによりコア層を部分的エッチングして光導波
路を形成した。更に、この露出したコア層を覆うように
クラッド層を被覆した。

このようにして制作された光回路は、挿入損失を全体
で従来構造の1.20dBから、0.64dBへ低減させることがで
き、１個の光方向性結合器当たりの挿入損失は0.08dBと
非常に低損失な特性が得られた。

次に、本発明の第三の実施例について説明する。

本実施例は、前記実施例と同様に光方向性結合器を多
段に結合したものであり、コアとクラッドの比屈折率差
を〜0.75％としたものである。また、各光方向性結合器
の構成としては、第７図に示すものと同様とした。但
し、方向性結合器は、展開部の曲率半径Ｒ＝10mm、軸ず
れ量Δｄ＝0.2μｍ、コア寸法＝6.5×6.5μm²とした。
この結果、挿入損失は全体で従来構造の3.0dBから2.0dB
に低減でき、方向性結合器の１個当たりの挿入損失は0.
25dBと非常に低損失となった。

第５図（ａ）（ｂ）は本発明の第四の実施例に係るも
のである。

この実施例は、導波型マッハツェンダー光干渉計に本
発明を適用したものである。

即ち、基板１上には光導波路4,5が配設され、その一
部が光方向性結合器23,24を構成している。これらの光
方向性結合器23,24では、入力部、展開部、結合部、出
力部等が形成されており、それらの接続点にはそれぞれ
軸ずれが設けられている。このように、軸ずれを与えた
結果、導波型マッハツェンダー光干渉計の挿入損失を低
減できた。但し、展開部は、変曲点のない円弧状である
ので、軸ずれを与えなかった。

第６図は、本発明の第五の実施例に係るものである。

この実施例は、非対称形のマッハツェンダー光干渉計
に本発明を適用したものである。

即ち、基板１上には、光導波路4,5が配設され、その
一部が光方向性結合器25,26を構成している。これら光
方向性結合器25,26では、入力部、展開部、結合部、出
力部等が形成されており、それらの接続点及び展開部の
変曲点にはそれぞれ軸ずれが設けられている。このよう
に、軸ずれを与えた結果、導波型マッハツェンダー光干
渉計の挿入損失を低減できた。但し、実施例１とは、方
向性結合器の構造が非対称である点が異なる。

尚、上記第一〜第五の実施例では、石英系光導波路に
ついて説明したが、本発明は半導体導波路等その他の光
導波路に対しても適用できるものである。更に、Ti拡散
LiNbO₃光導波路、プロトン交換導波路、イオン交換導波
路のような屈折率分布が分布関数の場合であっても、本
発明は適用できるものである。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本
発明は、展開部との接続点及び展開部の変曲点に光導波
路の軸ずれを設けたので、界分布を整合させて挿入損失
を低減できる。この為、展開部の曲率半径の小径化が容
易となり、光方向性結合器の集積化の問題を改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第一の実施例に係る光方向性結
合器の平面図、第１図（ｂ）は同図（ａ）中の要部の拡
大図、第２図は座標位置と界分布の関係を示すグラフ、
第３図は軸ずれ量と挿入損失との関係を示すグラフ、第
４図（ａ）は本発明の第二の実施例に係る光回路の平面
図、第４図（ｂ）は同図（ａ）中の各光方向性結合器の
平面図、第５図（ａ）は本発明の第四の実施例に係る導
波型マッハツェンダー光干渉計の平面図、第５図（ｂ）
は同図（ａ）中の要部を示す拡大図、第６図（ａ）は非
対称形マッハツェンダー光干渉計の平面図、第６図
（ｂ）は同図（ａ）中の要部の拡大図、第７図（ａ）は
従来の光方向性結合器の平面図、第７図（ｂ）は同図
（ａ）中Ａ−Ａ′線断面図、第８図（ａ）〜（ｅ）は、
第７図中の光方向性結合器の製造過程を示す説明図であ
る。図面中、１は基板、２はクラッド、３はコア、 4,5は光導波路、６は入力部、 7,8は展開部、９は結合部、 10は出力部、 11〜14は変曲点、 15〜26は光方向性結合器である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された２本の光導波路が、光
を入射する直線状の入力部と、伝搬する光の方向を連続
的に曲げる曲線状の展開部と、相互に平行に近接して配
置され伝搬する光を分岐し、又は結合する直線状の結合
部と、伝搬した光を出射する直線状の出力部とを接続し
てなる光方向性結合器において、前記入力部と前記展開
部の接続点、前記展開部と結合部との接続点、前記展開
部と出力部との接続点の少なくとも一つに光導波路の軸
ずれ設けたことをを特徴とする光方向性結合器。
【請求項２】前記展開部は変曲点を有し、該変曲点にお
いて光導波路の軸ずれを設けたことを特徴とする請求項
（１）記載の光方向性結合器。