JP2843466B2 - 光パワースプリッタ - Google Patents

光パワースプリッタ

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JP2843466B2 JP4289818A JP28981892A JP2843466B2 JP 2843466 B2 JP2843466 B2 JP 2843466B2 JP 4289818 A JP4289818 A JP 4289818A JP 28981892 A JP28981892 A JP 28981892A JP 2843466 B2 JP2843466 B2 JP 2843466B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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平面光波回路型
光パワースプリッタに関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信を各家庭までに普及ささ
せるためには、光ファイバ伝送路などの施設を多数人で
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、一本の光ファイバで送られてきた信号光を
8分岐、16分岐或いは32分岐して、多数人で利用す
る通信網構成が盛んに検討されている。このような通信
網で重要な役割を果たす8分岐素子、16分岐素子、3
2分岐素子は光パワースプリッタと呼ばれている。近い
将来の光ファイバ通信ネットワークの拡大を考えると、
分岐数として100以上の大規模光パワースプリッタが
必要となる。
【0003】光パワースプリッタは、その形態により、
バルク型、ファイバ型、平面光波回路型に大別す
ることができる。この内、バルク型とファイバ型は従来
から検討されてきたが、第一に、個別部品を組み立てる
という作業を必要とするため生産性に欠け、第二に分岐
数が大きくなると大型になるという欠点があった。
【0004】これに対して、平面光波回路型は、基板上
の光導波路で構成され、その作製方法としては、例え
ば、光導波膜の堆積、フォトリソグラフィ、ドライエッ
チング等の近年の半導体産業で培われた微細加工技術が
利用できるため、平面基板上に一括して大量生産できる
利点があり、更に、再現性や小型集積可能性等の利点を
有するため、将来の光パワースプリッタとして有望な形
とされている。
【0005】平面光波回路型の光パワースプリッタとし
て、従来からY分岐型が知られている。これは、Y分岐
導波路を多段に接続したものであり、その構成は単純で
設計が容易であるが、Y分岐部における光の散乱による
損失が累積されるので、分岐数が大きくなると損失が無
視できなくなるほど増大する欠点がある。また、分岐数
が2のべき乗に限定されるという制限もあった。
【0006】これに対して近頃提案されたマルチファネ
ル型では、スラブ導波路において回折により広がった光
を複数のファネル(funnel:漏斗型)導波路で受光する
ため、大きな分岐数でも損失が小さいという長所がある
(特願平2−135483号)。図5にその従来の構成
を示す。
【0007】同図に示すように、基板2上には、入力導
波路10、扇型スラブ導波路3、複数のファネル導波路
4、出力導波路5が順に配置されている。扇型スラブ導
波路3は、入力導波路10の先端を曲率中心とする扇型
であり、その円周部には、図6に示すように、ファネル
導波路4が隙間なく配置している。また、入力導波路1
0は、伝送路である光ファイバ1と基端側で接続してい
る。
【0008】従って、光ファイバ1から入力された信号
光は、入力導波路10からスラブ導波路3へ出る際、横
方向の閉じ込めがなくなるので、回折光7として広が
り、この回折光7は、複数のファネル導波路4で分岐受
光され、出力導波路5へと導かれる。このとき回折光7
の強度分布はほぼガウス型であり中央付近では強く、周
辺部では弱い。そこで、ファネル導波路4は、分岐出力
の均一化を図るため、中央に配置されるものほど開口幅
が狭く、周辺部に配置されるものほど開口部を広くして
いる。
【0009】このようにマルチファネル型の光パワース
プリッタでは、分岐が一括して行われるので、Y分岐型
のように分岐部における散乱損失が累積することもな
く、低損失が実現できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のマルチ
ファネル型の光パワースプリッタでは、光ファイバ1と
スラブ導波路3とを直接に接続せず、入力導波路10を
介してスラブ導波路3と光ファイバ1とを接続している
ため、以下に述べる欠点があった。
【0011】(1)入力導波路10と光ファイバ1を低
損失で接続するためには、軸合わせに1μm以内の精度
を必要とし、この為、接続に労力を要する。 (2)また、入力導波路10と光ファイバ1との軸合わ
せにズレがあったり、ファイバが基板2に対して直角か
らズレて接続された場合など、理想的な条件からでも僅
かにずれた場合には、入力導波路10を伝搬する光の強
度分布がガウス型ではなくなり、スラブ導波路3におけ
る回折光7の強度分布もガウス型ではなくなる。この
為、均一した分岐を行うことは困難となる。この影響
は、入力導波路10がマルチモードである場合には特に
著しい。
【0012】このように説明したようにマルチファネル
型の光パワースプリッタは、原理的には低損失で均一な
分岐が可能であるが、入力導波路と光ファイバとの接続
に非常な高精度な技術を必要とするので、実際の製作に
おいて多大な労力を必要とし、生産性を考えると現実的
ではなかった。本発明は、上記従来技術を鑑みて成され
たものであり、分岐出力の均一性が光ファイバの接続精
度に影響を受けない構成により、生産性の良いマルチフ
ァネル型光パワースプリッタを提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は基板と、基板上に作製された複数の出力導
波路と、基板上に作製された扇型のスラブ導波路と、前
記出力導波路と前記スラブ導波路とを接続する、基板上
に作製された複数のファネル導波路から構成され平面
光波回路型の光パワースプリッタにおいて、扇型スラブ
導波路が、入力光導波路を介することなく、入力用の一
つ或いは複数の光ファイバに直接に接続されていること
を特徴とする。
【0014】
【作用】本発明においては、光ファイバからの回折光が
扇型スラブ導波路に直接入射する。ここで用いている光
ファイバは、単一モードであり、その内部における強度
分布がほぼガウス型に近い0次モードのみが存在する。
この光ファイバからの回折光は、入力導波路を経ること
なく、扇型スラブ導波路へ直接に入射するので、強度分
布が乱れることなく、設計値通りの均一な分岐出力が得
られる。
【0015】また、スラブ導波路と光ファイバの接続に
おいて、水平方向の軸ずれが回折光の強度分布に乱れを
起こすことがないので、垂直方向のみの軸合わせだけで
十分出ある。このように本発明では、光ファイバと入力
導波路との接続が完全でないと強度分布が乱れる為に均
一な分岐ができない従来技術に比較し、容易に均一な分
岐が実現できる。
【0016】
【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。図1、図2に本発明の一実施
例を示す。図1は、分岐数が128のマルチファネル型
光パワースプリッタの平面構造図、図2は図1のファネ
ル導波路付近の詳細を示す拡大図である。
【0017】両図に示すように、基板2上には、扇型ス
ラブ導波路3、複数のファネル導波路4、出力導波路5
が順に配置されており、扇型スラブ導波路3の曲率中心
は、基板端面に位置している。また、入力側の光ファイ
バ1は扇型スラブ導波路1の曲率中心で基板2と接続し
ている。ファネル導波路4は、図2に示すように扇型ス
ラブ導波路3の円周部に隙間なく並べられている。
【0018】この為、光ファイバ1からの回折光7は、
扇型スラブ導波路3で回折により広がった後、以下に述
べるように複数のファネル導波路4で効率よく受光さ
れ、出力導波路5へ導かれる。出力導波路5には、図示
しない光ファイバが接続しており、分岐出力として目的
地へ導かれる。ここで、図3にファネルポジションと光
強度との関係を示す。図3に示す分布は、入力光ファイ
バからの回折光の強度分布は中央付近で最も強く周辺に
ゆくに従って弱くなるガウス型である。尚、図3の横軸
であるファネルポジションは、扇型スラブ導波路3の端
部におけるファネル導波路4の位置を示す座標であり、
縦軸は光の強度を示す。
【0019】従って、均一に光パワーを分岐させるため
には、内側のファネル導波路4の開口幅を狭く、外側の
ファネル導波路4の開口幅を広くすれば良いことにな
る。しかし、入力パワーを100%無駄なく利用するた
めには、最も外側のファネル導波路4の開口幅を無限大
としなければならず、現実的ではない。そこで、ガウス
分布の回折光の全強度のうち、外側の20%(片側10
%づつ:図中8で示す)を捨てて、比較的強度分布のむ
らの小さい中央部分の残りの80%を128個のファネ
ル導波路4で受光することとした。
【0020】これにより、最も外側のファネル導波路の
開口幅が中央の2.2倍ですむことになる。第i番目の
ファネル導波路の開口幅Wi(xi-1からxi:図中9で
示す)の積分値が残りの強度80%の128分の1とな
るように、数値計算により求めた。このとき、中央のフ
ァネル導波路4の開口幅は20μmであり、外側にゆく
に従って広くなり、最も外側の開口幅は44μmであっ
た。次に、作製方法について説明する。導波路材料には
火炎堆積法で作製される石英ガラスを用いた。
【0021】先ず、火炎堆積法によりシリコンウェハ基
板上に石英ガラスを堆積し、次いで導波路のコアとなる
ゲルマニウムとなる添加した石英ガラスを堆積した。次
に、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィと反応イ
オンエッチングにより導波路パターンを形成した。引続
き、再び火炎堆積法により、石英ガラスを堆積し、埋め
込み型の導波路とした。最後に、ダイシングソーを用い
てウェハの縁を切断して図1に示す四角形に加工した。
この時、切断線が扇型スラブ導波路の曲率中心を通るよ
うに、切断の位置合わせに注意を払った。
【0022】図4に分岐出力の測定結果を示す。同図に
示すように、128本の全ての出力はほぼ等しい損失を
有し、均一な分岐が達成されていることが判る。損失の
バラツキを示す標準偏差は、0.64dBであった。損
失の平均値は、23.7dBであり、128分岐による
原理的な損失の21.1dBを差し引くと、過剰な損失
は僅か2.6dBであった。測定に際しては、先ず、光
パワースプリッタを固定し、微動台を用いて入力側の光
ファイバの位置合わせを行い、扇型スラブ導波路の曲率
中心に光ファイバ端を固定した。出力側においても、微
動台を用いて光ファイバを出力導波路と接続して、分岐
出力光を光パワーメーターで測定した。損失値の算出
は、入力ファイバにおける光強度と分岐出力光の強度を
比較して行った。
【0023】従って、損失の値には、光パワースプリッ
タ内部の損失の他に、光ファイバと導波の接続部におけ
る損失も含まれている。尚、この測定は波長1.55μ
mの光源を用いて行ったものであるが、同様の測定を波
長1.3μmの光源を用いて行ったところ、ほぼ同様な
結果が得られ、光通信で重要な1.3及び1.55μm
の両方の波長帯で使用可能であることが確認された。こ
れは、光ファイバからの回折光の広がり角が、波長に余
り依存しない為である。
【0024】更に、入力導波路を水平方向に±1mm程
度移動し、同様の測定を行ったところ、図4と同様な結
果が得られた。これは、従来技術の光パワースプリッタ
に比較して、水平方向には精密な軸合わせの必要がない
ことを示している。この特徴を利用すると、複数本の入
力ファイバを接続することが可能となる。例えば、光フ
ァイバ1の代わりに250μmピッチで作製された8芯
ファイバアレイを接続した場合、どの光ファイバから入
力しても同様な分岐が達成される。即ち、8入力128
出力のスターカップラとしても用いることができるので
ある。そこで、8本のの入力ファイバに異なる光源、例
えば、レーザーダイオードを接続し、それぞれ異なった
信号を乗せれば、8チャンネルが波長多重された光信号
を128の受信者に分配するシステムを構築することが
できる。
【0025】尚、スラブ導波路3の曲率中心を目視で探
すことは困難であるため、図1に示すように、マーカー
6を付けておくと良い。その方法としては、例えば、フ
ォトマスク設計の段階で曲率中心から5mm離れたとこ
ろに、マーカー6を直線で入れておけば、導波路パター
ン形成と同時に、コア膜でできたマーカーが作製される
ので、工程を増やすことなく行えて便利である。そし
て、光ファイバの接続に当たっては、先ずマーカーと光
ファイバとの位置合わせを行い、そこから5mm移動さ
せれば良い。
【0026】また、入力側光ファイバの接続に当たって
は、接続強度を維持するため、光ファイバをガラス或い
は金属等で出来たブロックに固定し、このブロックと導
波路基板を接続するのが望ましい。複数のファイバがア
レイ化された場合も同様である。尚、この方法において
は、ブロック端面と光ファイバの軸が直交するようにブ
ロックと光ファイバとを固定しておけば、ブロック端面
と基板端面を接続する際に自動的に光ファイバが基板端
面に直角をなすようになり光ファイバ角度を調整する必
要がなくなる利点がある。
【0027】更に、上記実施例では、切り捨てられる光
強度を全体の20%としたが、本発明はこれに限るもの
ではなく、これを小さくすれば損失を更に低減すること
が可能である。
【0028】
【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、本発明のマルチファネル導波路型光パワース
プリッタによれば、扇型スラブ導波路と入力用光ファイ
バとが直接に接続され、入力ファイバの水平方向の正確
な位置合わせを不要にできるので、入力ファイバの位置
合わせに多大な労力を必要とした従来技術に比較し、入
力ファイバの接続工程を大幅に短縮することができる。
また、環境温度の変化、接着剤の経時変化等による入力
ファイバの位置ズレか生じたとしても、分岐特性に影響
がないので、従来に比較して安定性も増加するものであ
る。更に、分岐特性が入力ファイバの水平方向の位置に
依存しないことから、複数のファイバを接続することが
可能となり、例えば、8入力128出力のような、スタ
ーカップラとすることも可能である。このように本発明
によれば、入力光ファイバの接続工程が簡便でしかも分
岐特性の安定性に優れたマルチファネル型光パワースプ
リッタを提供することができ、大規模光通信システムの
構築に当り、非常に大きな効果を奏することが期待され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るマルチファネル型の1
28分岐光パワースプリッタの平面構成図である。
【図2】本発明の一実施例のマルチファネル型の128
分岐光パワースプリッタにおける扇型スラブ導波路とフ
ァネル導波路との接続部分の拡大図である。
【図3】光強度分布を示すグラフである。
【図4】本発明の一実施例におけるマルチファネル型の
128分岐光パワースプリッタの分岐特性を示すグラフ
である。
【図5】従来のマルチファネル型光パワースプリッタの
平面構成図である。
【図6】従来のマルチファネル型の128分岐光パワー
スプリッタの扇型スラブ導波路とファネル導波路との接
続部分の拡大図である。
【符号の説明】
1 入力側の光ファイバ 2 シリコン基板 3 扇型スラブ導波路 4 ファネル導波路 5 出力導波路 6 マーカー 7 回折光 8 切り捨てられる光強度 9 第i番目のファネル導波路が受光する光強度 10 入力導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 勝就 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−30108(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/28 G02B 6/122

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、基板上に作製された複数の出力
    導波路と、基板上に作製された扇型のスラブ導波路と、
    前記出力導波路と前記スラブ導波路とを接続する、基板
    上に作製された複数のファネル導波路から構成され
    面光波回路型の光パワースプリッタにおいて、扇型スラ
    ブ導波路が、入力光導波路を介することなく、入力用の
    一つ或いは複数の光ファイバに直接に接続されているこ
    とを特徴とする光パワースプリッタ。
JP4289818A 1992-10-28 1992-10-28 光パワースプリッタ Expired - Lifetime JP2843466B2 (ja)

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JPH06138335A JPH06138335A (ja) 1994-05-20
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