JP3181268B2 - 偏波低依存の導波路型光部品 - Google Patents

偏波低依存の導波路型光部品

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JP3181268B2 JP11938699A JP11938699A JP3181268B2 JP 3181268 B2 JP3181268 B2 JP 3181268B2 JP 11938699 A JP11938699 A JP 11938699A JP 11938699 A JP11938699 A JP 11938699A JP 3181268 B2 JP3181268 B2 JP 3181268B2
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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、FTTD(ファイバ・
トウ・ザ・デスク)や光LAN(ローカル・エリア・ネ
ットワーク)等のユーザー系光ネットワーク及び通信処
理装置内の光インターコネクションに必須な、1.3μ
m〜1.6μmの光通信波長帯域において偏波低依存の
導波路型光部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マルチメディア通信の萌芽期を迎えつつ
ある今日、今後の伝送容量の需要拡大に対応するため、
交換・ルーティング等のすべてを光で行う光波長多重
(WDM:Wavelength Division Multiplexing )型ネッ
トワーク技術が注目されている。この光波長多重型ネッ
トワーク上の光ノードには、様々な波長に対して様々な
偏波を持った光信号が到達する。
【0003】このとき、このノードに導入される導波路
型光部品に偏波依存性が存在すると、各波長ごとに信号
強度が異なることになり、これが原因でネットワーク全
体の柔軟性及び信頼性を損なう要因となりうる。従っ
て、このノードに導入される導波路型光部品は、偏波低
依存特性を有することが必須となる。
【0004】従来、各々平行な光軸を有するm本の第一
の光導波路群と各々平行な光軸を有し該第一の光導波路
群と各々交差するn本の第二の光導波路群を有するm×
n格子状光導波路で、該第一の光導波路群からの光を該
第二の光導波路群へ切り替えることのできる反射構造を
持つ導波路型光部品において、その偏波依存性に関する
検討は、十分なされていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した導波路型光素
子において、反射状態でのグース−ヘンヒェンシフトを
考慮して、該反射構造物の反射面からの光の侵込み量を
計算すると、入射光の偏波方向によって光の侵込み量が
異なる、つまり、偏波依存性が存在することが判明し
た。そこで、本発明の目的は、この光の偏波方向による
侵込み量の違いに起因した偏波依存性を低減した導波路
型光部品を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の請求項1に係る偏波低依存の導波路型光部品は、前
記の課題を解決するため、各々平行な光軸を有するm本
の第一の光導波路群と各々平行な光軸を有し該第一の光
導波路群と各々交差するn本の第二の光導波路群を有す
るm×n格子状光導波路で、該第一の光導波路群からの
光を該第二の光導波路群へ切り替えることのできる反射
構造を有し、該反射構造物の内側が反射時に空気で満た
される反射構造付き交差光導波路で、該第一の光導波路
群及び該第二の光導波路群のコアの屈折率がガラスと等
価であり、且つ、該反射構造物の内側が反射時に空気で
満たされる反射構造付き交差光導波路において、該第一
の光導波路群と該第二の光導波路群の間の交差角、即
ち、第一の光波路群の光の進行方向から該第二の光導波
路群の光の進行方向を見た角度が50度から80度の範
囲内に限定することを特徴とする。
【0007】上記目的を達成する本発明の請求項2に係
る偏波低依存の導波路型光部品は、各々平行な光軸を有
するm本の第一の光導波路群と各々平行な光軸を有し該
第一の光導波路群と各々交差するn本の第二の光導波路
群を有するm×n格子状光導波路で、該第一の光導波路
群からの光を該第二の光導波路群へ切り替えできる反射
構造を有し、該第一の光導波路群及び該第二の光導波路
群のコアの屈折率がガラスと等価であり、且つ、該反射
構造物の内側が反射時に空気で満たされる反射構造付き
交差光導波路において、該第一の光導波路群と該第二の
光導波路群の間の交差角、即ち、第一の光波路群の光の
進行方向から該第二の光導波路群の光の進行方向を見た
角度が73度から74度の範囲内にあることを特徴とす
る。
【0008】
【作用】請求項1記載の導波路型光部品のように、該第
一の光導波路群及び該第二の光導波路群のコアの屈折率
がガラスと等価であり、且つ、該反射構造物の内側が反
射時に空気で満たされる反射構造付き交差光導波路にお
いて、該第一の光導波路群と該第二の光導波路群の間の
交差角が0度より大きく0度以下の範囲内に限定す
ることで、光損失の偏波依存性の原因となる偏光方向に
よる光の侵込み量の違いを低減し、1.3μm〜1.6
μmの光通信波長帯域において、光通信を行なう上で無
視できるレベルの偏波低依存導波路型PLC(Planar L
ightwave Circuit)を提供することが可能となる。
【0009】ただし、該第一の光導波路群と該第二の光
導波路群の間の交差角を低角度に設定すると、該第一の
光導波路群と該第二の光導波路群が接近するため、結果
として、消光比を悪化させることになる。従って、該第
一の光導波路群と該第二の光導波路群の間の交差角は、
前記範囲内で、可能な限り大きくとる方が良い。
【0010】また、請求項2記載の導波路型光部品にお
いて、該第一の光導波路群と該第二の光導波路群の間の
交差角が73度から74度に限定することで、光損失の
偏波依存性の原因となる偏光方向による光の侵込み量の
違いをほとんどゼロとし、1.0μm〜1.6μmの光
通信波長帯域において、光通信を行なう上で、ほとんど
偏波依存性を持たない導波路型光部品を提供することが
可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】p偏光の光を入射した際のグース
−ヘンヒェンシフト量(xg)は一般に次式で表される
(光電子工学;小山次郎、西原浩共著;コロナ社)。
【0012】
【数1】
【0013】ただし、k1zは下式で示される。
【0014】
【数2】
【0015】ここで、k0は真空中での波数、k1は媒質
I(請求項記載の導波路系ではコアに対応)中での波
数、k2は媒質II(請求項記載の導波路系では反射構造
物内に対応)中での波数、k1zは媒質I中での波数のz
軸成分、φは入射角の補角の2倍角(請求項記載の導波
路系では交差角に対応;単位:度)、n2は媒質II中の
屈折率を表す。入射角をαとすれば、90°−α=φ/
2である。また、S偏光の光を入射した際のグース−ヘ
ンヒェンシフト量は、次式で表される。
【0016】
【数3】
【0017】本発明の実施の形態に係る偏波低依存の導
波路型光部品を図1に示す。同図に示すように、この導
波路型光部品には、各々平行な光軸を有するm本の第一
の光導波路群と各々平行な光軸を有し、これら第一の光
導波路群と各々交差するn本の第二の光導波路群を有す
るm×n格子状光導波路が形成されている。また、この
導波路型光部品には、第一の光導波路群からの光を該第
二の光導波路群へ切り替えできる反射構造が形成され、
該第一の光導波路群及び該第二の光導波路群のコアの屈
折率がガラスと等価となっている。更に、該反射構造物
の内側が反射時に空気で満たされる反射構造付が設けら
れている。
【0018】
【作用】の欄で記載した
【数1】、
【数3】は、自由空間における各偏波光に対するグース
−ヘンヒェンシフト量の算出式である。ところが、本発
明では、図1に示されるように、各偏波光は自由空間を
進行するのではなく、導波路内に閉じ込められた状態で
伝搬している。このため、本発明における波数は、自由
空間の系における波数とは異なり、以下のようにして求
められる。先ず、本発明において計算を行う場合、媒質
I(導波路コアに相等)中での波数k1とそのz軸成分
1zは、等価屈折率法で求められる屈折率(ne)を用
いて下式で算出した。
【0019】
【数4】
【0020】
【数5】
【0021】また、その波数のz軸成分k1z
【数5】と
【数2】より算出した。ここで、βは伝搬定数を表し、
以下の関係式より算出した。
【0022】
【数6】
【0023】
【数7】
【0024】
【数8】
【0025】
【数9】
【0026】ここで、VはV値、WはW値、UはU値、
aはコア半径、n0はクラッドの屈折率、n1はコアの屈
折率を表す。同様にして、媒質IIの波数k2は、k2=2
π/(λ/n2)により求められる。
【0027】代表的な例として、P偏光、S偏光の各々
について、入力光波長が1.55μm及び1.3μm、
クラッドの屈折率n0が1.45、コアの屈折率n1
1.45435、コア半径aが4μm、空気の屈折率n
2が1.0である場合の計算結果を図2に示す。図3
は、図2におけるP偏光及びS偏光のグース−ヘンヒェ
ンシフト量差(絶対値)を導波路間の交差角に対してプ
ロットしたものである。導波路交差角が74度近傍にあ
るとき、P偏光及びS偏光のグース−ヘンヒェンシフト
量差、つまり、偏波依存性が完全に除去されることがわ
かる。
【0028】本発明の代表的な実施例を図4に示す。図
4は、図3におけるP偏光及びS偏光のグース−ヘンヒ
ェンシフト量差を反射損失(PDL)に換算したもので
ある。導波路交差角が90度以下にあるとき、導波光波
長が1.55μm及び1.3μmの両波長領域で、反射
損失の偏波依存性が0.2dB以下となることから、導
波路交差角が90度以下にあるとき、偏波依存性は充分
に無視しうる、と言える。ここで、交差角の範囲として
は、50度〜80度の範囲が好ましく、また、70度〜
75度の範囲が更に好ましく、更に73度〜74度が最
も好ましい。
【0029】尚、反射損失とはグース−ヘンヒエンシフ
ト量差を換算したものであるが、グース−ヘンヒェンシ
フト量差とは、S偏光とP偏光のそれぞれのグース−ヘ
ンヒエンジフト量の差である。実際の反射損失は、S偏
光とP偏光の反射損失を別々に測定し、その差をとるこ
とによって求める。それぞれの測定誤差は、通常使用さ
れる光検出器の検出感度を考慮するとせいぜい0.ld
B程度である。
【0030】S偏光とP偏光の差をとる場合、誤差は加
算されるので、反射損失が0.2dB以下では反射損失
があるかどうかは正確には検出できない。よって、0.
2dB以下では偏波依存が無視できるといえる。なお、
実際に実用化されているTO(熱光学)スイッチの場
合、反射損失は0.5dB程度であるが、一般的に偏波
依存性は無視できるといわれている。
【0031】請求項1又は請求項2記載の導波路型光部
品において、第一の光導波路群及び該第二の光導波路群
のコアの断面寸法が8.0μm角でコア・クラッド間の
比屈折率差が0.15%から0.25%の範囲内にする
か、又は、該第一の光導波路群及び該第二の光導波路群
のコア・クラッド間の比屈折率差が0.30%でコアの
断面寸法が6.7μm角から7.0μm角の範囲内に限
定することで、偏波低依存性と同時に、反射構造物を作
製する際の位置合せ誤差や、光導波路との光ファイバ接
合の軸合せ誤差に起因する波長依存性を低減させた導波
路型光部品を提供することが可能となる(特願平10−
238599号)。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による導波
路型光部品は、該第一の光導波路群及び該第二の光導波
路群のコアの屈折率がガラスと等価であり、且つ、該反
射構造物の内側が反射時に空気で満たされる反射構造付
き交差光導波路において、該第一の光導波路群と該第二
の光導波路群の間の交差角を50度から80度まで範囲
内に限定することで、1.3μm〜1.6μmの光通信
波長帯域において、偏波低依存の導波路型光部品を提供
することが可能となる。更に、該第一の光導波路群と該
第二の光導波路群の間の交差角を73度から74度の範
に限定することで、1.3μm〜1.6μmの光通信
波長帯域において、ほとんど偏波依存性を持たない導波
路型光部品を提供することが可能となる等の著しい効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における反射構造付き交差
光導波路の交差部近傍の概略図である。
【図2】P偏光及びS偏光のグース−ヘンヒェンシフト
量を導波路交差角に対して表したグラフである。
【図3】P偏光及びS偏光のグース−ヘンヒェンシフト
量差(絶対値)を導波路交差角に対してプロットしたグ
ラフである。
【図4】本発明の代表的な実施例に係り、図3における
P偏光及びS偏光のグース−ヘンヒェンシフト量差を反
射損失に換算したグラフである。
【符号の説明】
0 クラッドの屈折率 n1 コアの屈折率 n2 反射構造物内の屈折率 xg グース−ヘンヒェンシフト量 λ 波長 φ 導波路間の交差角 w コア寸法 a コア半径(a=w/2)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−46707(JP,A) 特開 平5−303048(JP,A) 特開 平6−75179(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 26/00 - 26/08 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々平行な光軸を有するm本の第一の光
    導波路群と各々平行な光軸を有し該第一の光導波路群と
    各々交差するn本の第二の光導波路群を有するm×n格
    子状光導波路で、該第一の光導波路群からの光を該第二
    の光導波路群へ切り替えできる反射構造を有し、該第一
    の光導波路群及び該第二の光導波路群のコアの屈折率が
    ガラスと等価であり、且つ、該反射構造物の内側が反射
    時に空気で満たされる反射構造付き交差光導波路におい
    て、該第一の光導波路群と該第二の光導波路群の間の交
    差角、即ち、第一の光波路群の光の進行方向から該第二
    の光導波路群の光の進行方向を見た角度が50度から8
    0度の範囲内にあることを特徴とする偏波低依存の導波
    路型光部品。
  2. 【請求項2】 各々平行な光軸を有するm本の第一の光
    導波路群と各々平行な光軸を有し該第一の光導波路群と
    各々交差するn本の第二の光導波路群を有するm×n格
    子状光導波路で、該第一の光導波路群からの光を該第二
    の光導波路群へ切り替えできる反射構造を有し、該第一
    の光導波路群及び該第二の光導波路群のコアの屈折率が
    ガラスと等価であり、且つ、該反射構造物の内側が反射
    時に空気で満たされる反射構造付き交差光導波路におい
    て、該第一の光導波路群と該第二の光導波路群の間の交
    差角、即ち、第一の光波路群の光の進行方向から該第二
    の光導波路群の光の進行方向を見た角度が73度から7
    4度の範囲内にあることを特徴とする偏波低依存の導波
    路型光部品。
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