JP3258542B2 - 分岐合流光導波路 - Google Patents
分岐合流光導波路Info
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Description
た一本の主光導波路と、二本以上の分岐導波路とを有
し、光の分岐及び合流を行う分岐合流光導波路に関する
ものである。
剛性回路は基本構成要素として必要不可欠である。この
ような分岐合流光導波路回路としては、従来より二本以
上の分岐光導波路を有するY型分岐光導波回路が提案さ
れている。
を用いた分岐回路に比べ、波長依存性が無いという長所
を有しており、特に1×Nスプリッタや光タップ等への
応用が期待されている。特に、光タップへの応用におい
ては、光パワーを40対60のように非対称に分配する
ことが可能なY型分岐構造を設計する必要があった。
例を、図11に示す。図11において、符号1は主光導
波路、2はテーパ導波路、3及び4は分岐導波路、5は
分岐導波路3及び分岐導波路4の間の間隙、6はテーパ
導波路2と分岐導波路3及び分岐導波路4間の間隙を各
々図示する。ここでは、非対称パワー分岐を実現するた
めに、分岐導波路3及び分岐導波路4の幅をそれぞれW
1 ,W2 と異ならせる設計がなされていた。なお、導波
路間の間隙5及び間隙6は、特願平2179348号
(特開平4−70605号公報)に開示されているよう
に、分岐導波路の作成誤差による特性劣化を防止し、再
現性の向上を図るために設けられている。
えば特開昭58−105111号公報に開示されている
ように、行えばよい。すなわち、SiCl4 ,GeCl
4 ,TiCl4 ,POCl3 ,BCl3 の塩化物を出発
材料とし、例えば図13に示すように、シリコン等の基
板7上にクラッドガラス層8、コアガラス層9を順次堆
積し(図13(a)〜(c)参照)、次いで、エッチン
グ加工により上述の導波路1〜4に対応するコア部9a
以外のコア層9をエッチングし(図13(d)参照)、
最後にクラッドガラス層8を堆積し導波路を埋め込むよ
うにしている(図13(e)参照)。
3,4の幅の違いによる分岐比と分岐過剰損失との関係
を示すグラフである。ここで、図12の横軸は分岐導波
路3と分岐導波路4とにおける導波路幅W1,W2 の差
δW(μm)を、左縦軸は分岐導波路3と分岐導波路4
との間の分岐比(%)、右縦軸は分岐過剰損失(dB)
を示している。
は0.45%、導波路寸法7μm角(W0 =7μm)と
し、導波路間隙WgおよびWsは1.5mm、テーパ導
波路長は1mm、光信号波長は1.3μmである。分岐
導波路幅をδW=±2μmの範囲で変化させても分岐比
は高々50±3%しか変化せず、一方、過剰損失は0.
2dB以上も増加することが判る。図12に示すグラフ
より、分岐比を大幅に変化させるには、導波路幅の差δ
Wをさらに大きく設定する必要があるが、過剰損失も急
激に増加してしまうという問題がある。
の分岐比設定が容易で且つ過剰損失の少ない分岐合流光
導波路を提供することを目的とする。
明に係る第1の分岐合流光導波路の構成は、基板上に形
成されたシングルモード主光導波路と、該主光導波路の
中心軸を中心として幅が徐々に拡大されたテーパ部と、
該テーパ部に対向して配置された2つの等幅のシングル
モード分岐導波路を備えた分岐合流光導波路において、
個々の分岐導波路は、上記テーパ部と対向する端部にお
いて、中心軸が主導波路の中心軸と平行であり、かつ前
記テーパ部と間隔を開けて配置され、2本の分岐導波路
は上記テーパ部と対向する端部近傍で、主導波路の中心
軸から互いに遠ざかる方向に曲線をなし、上記2つの分
岐導波路全体の中心軸と上記主光導波路の中心軸が所定
の間隔だけずれていることを特徴とする。
成は、基板上に形成されたシングルモード主光導波路
と、該主光導波路の幅が徐々に拡大されたテーパ部と、
該テーパ部に対向して配置された2つの等幅のシングル
モード分岐導波路を備えた分岐合流光導波路において、
個々の分岐導波路は、上記テーパ部と対向する端部にお
いて、中心軸が主導波路の中心軸と平行であり、かつ前
記テーパ部と間隔を開けて配置され、2本の分岐導波路
は上記テーパ部と対向する端部近傍で、主導波路の中心
軸から互いに遠ざかる方向に曲線をなし、上記テーパ部
が、上記主光導波路の中心軸に対して非対称であること
を特徴とする。
態の内容について図面を参照して説明する。
説明する。図1は本発明の第1の構成に係る概略図であ
る。同図中、符号1は主光導波路、2は主光導波路から
連続するテーパ導波路、3及び4は分岐導波路、5は分
岐導波路間隙、6はテーパ導波路と分岐導波路との間の
間隙を各々図示する。
は、基板上に形成された主光導波路1と、該主光導波路
1の中心軸を中心として幅が徐々に拡大されたテーパ部
2と、該テーパ部2に対向して配置された複数の等幅の
光導波路群(本実施の形態では2本の分岐導波路3,
4)よりなる分岐合流光導波路において、上記光導波路
群全体の中心軸と上記主光導波路の中心軸が所定の間隔
(δX)だけずれているものである。
は、ガウスビーム同士の結合により一般的に説明するこ
とができる。ここで、説明の簡略化のために、光導波路
の光フィールド分布はガウス分布であり、そのスポット
サイズは導波路半幅と等しいと仮定する。従って、分岐
光導波路のスポットサイズをωとすると、テーパ導波路
のスポットサイズは2ωとなる。また、幅ずれδXの規
格化のために規格化軸ずれ量Δ=δX/2ωを定義す
る。
を原点として設定すると、テーパ導波路の光フィールド
分布f(x)は、下記「数1」の(1)式に示すように
表される。
は、下記「数2」の(2)式に示すように表される。
への結合率η3 は、二つのガウスビームの重なり積分と
なり、下記「数3」の(3)式に示すように表される。
への結合率をη4 とすると、分岐比Rは下記「数4」の
(4)式に示すように表される。
示す。規格化軸ずれ0〜0.4において、分岐比を50
〜78%までほぼ直線的に変化させることが可能であ
る。
比特性を求めることができる。図11に示されている分
岐導波路3のフィールド分布h(x)は、下記「数5」
の(5)式に示すように表される。
δWをΔ=δX/2ωのように規格化している。
への結合率η3 は、下記「数6」の(6)式に示す二つ
のガウスビームの重なり積分で表され、また、分岐比R
は下記「数7」の(7)式に示すように表される。
す。図3より、規格化導波路幅差Δを0.4まで変化し
ても分岐比は62%程度までしか変化せず、分岐比変化
量は本発明の場合の半分以下である。
いた解析により、本発明の構造は大きな分岐比変化を得
るのに適していることが判明した。より、正確な分岐比
や挿入損失を求めるには、更に数値計算に依らなければ
ならないが、分岐比特性の傾向はこの近似解析を変わる
ものではない。
波路の作製にあたっては、直径4インチ、厚さ1mmの
シリコン基板上に火炎堆積法によって、先ずクラッド層
として組成がSiO2 −P2 O5 −B2 O3 の多孔質ガ
ラス膜を堆積し、次にコア層として組成がSiO2 −G
eO2 −P2 O5 −B2 O3 の多孔質ガラス膜を堆積し
た。その後、温度1300℃のHeとO2 との混合雰囲
気下で2時間熱処理をした。次に、反応性イオンエッチ
ングにより上述したような光導波路パターンを形成し、
その後、このコア層を埋め込むように、上述したものと
同様の組成のクラッド層を形成した。
より、様々な比屈折率差Δを有する分岐合流光導波路を
作製するとが可能となる。
0.3%、0.45%及び0.75%の分岐合流光導波
路における、軸ずれδXと分岐比及び分岐過剰損失の関
係を示している。ここで、比屈折率差Δが0.3%、
0.45%及び0.75%に対する導波路寸法は、それ
ぞれ8×8μm、7×7μm、6×6μmである。ま
た、それぞれの場合について、導波路間隙Wg及びWs
は1.5μm、テーパ導波路2の長さは1mmと設定
し、光信号波長は1.3μmである。比屈折率差Δに依
らず、軸ずれ量δXを0〜2μmにおいて、分岐比を5
0〜68%程度の範囲でほぼ直線的に変化させることが
可能であることが判明した。
は、0.75%の場合による0.1dB程度の揺らぎが
見られるが、分岐過剰損失の増加自体は0.1dB以下
と小さくほとんど無視できることが判明した。
説明する。図7は本発明の第2の実施の形態分岐合流光
導波路の概略図である。同図中、符号1は主光導波路、
2は主光導波路から連続するテーパ導波路、3及び4は
分岐導波路、5は分岐導波路間隙、6はテーパ導波路と
分岐導波路との間の間隙を各々図示する。また、テーパ
導波路2の導波路拡大量を図7に示すようにD1 ,D2
とし、その非対称性をδY=D1 −D2 と表している。
0.3%、0.45%及び0.75%の分岐合流光導波
路における、テーパ導波路2の非対称性δYと、分岐比
及び分岐過剰損失との関係を示している。ここで、比屈
折率差Δが0.3%、0.45%、0.75%に対する
導波路寸法は、それぞれ8×8μm、7×7μm、6×
6μmである。また、それぞれの場合について、導波路
間隙Wg及びWsは1.5μm、テーパ導波路2の長さ
は1mmと設定し、光信号波長は1.3μmである。比
屈折率差Δに依らず、非対称性δYを0〜2μmにおい
て、分岐比を50〜68%程度の範囲でほぼ直線的に変
化させることが可能であることが判明した。さらに、こ
の範囲に於ける分岐過剰損失の増加は0.1dBと小さ
く、ほとんど無視できることが判明した。
では、特願平2−179378号(特開平4−7060
5号)で示した導波路間隙を備えているので、回路制作
の再現性が高いという特徴も兼ね備えている。
導波路を用いた分岐合流導波路を例示して説明したが、
本発明はこれに限定されず、例えば有機材料系導波路、
半導体材料系導波路等、導波路材料に依らず適用可能で
ある。
3%、0.45%、0.75%の導波路の場合について
示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、比
屈折率差や導波路寸法が異なる導波路に対しても、設計
の変更のみで本発明を適用することができることはいう
までもない。
易な分岐導波路構造で、広範囲での分岐比設定が可能と
なり、且つ分岐過剰損失が小さいという優れた効果を奏
するものである。
態を示す説明図である。
との関係を示すグラフである。
比との関係を示すグラフである。
%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフである。
5%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフであ
る。
5%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフであ
る。
態を示す説明図である。
%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフである。
5%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフであ
る。
75%)の分岐比と過剰損失との関係を示すグラフであ
る。
る。
損失との関係を示すグラフである。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上に形成されたシングルモード主光
導波路と、 該主光導波路の中心軸を中心として幅が徐々に拡大され
たテーパ部と、 該テーパ部に対向して配置された2つの等幅のシングル
モード分岐導波路を備えた分岐合流光導波路において、個々の分岐導波路は、上記テーパ部と対向する端部にお
いて、中心軸が主導波路の中心軸と平行であり、かつ前
記テーパ部と間隔を開けて配置され、 2本の分岐導波路は上記テーパ部と対向する端部近傍
で、主導波路の中心軸から互いに遠ざかる方向に曲線を
なし、 上記2つの分岐導波路全体の中心軸と上記主光導波路の
中心軸が所定の間隔だけずれていることを特徴とする分
岐合流光導波路。 - 【請求項2】 基板上に形成されたシングルモード主光
導波路と、 該主光導波路の幅が徐々に拡大されたテーパ部と、 該テーパ部に対向して配置された2つの等幅のシングル
モード分岐導波路を備えた分岐合流光導波路において、 個々の分岐導波路は、上記テーパ部と対向する端部にお
いて、中心軸が主導波路の中心軸と平行であり、かつ前
記テーパ部と間隔を開けて配置され、 2本の分岐導波路は上記テーパ部と対向する端部近傍
で、主導波路の中心軸から互いに遠ざかる方向に曲線を
なし、 上記テーパ部が、上記主光導波路の中心軸に対して非対
称であることを特徴とする分岐合流光導波路。
Priority Applications (1)
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JP29248095A Expired - Lifetime JP3258542B2 (ja) | 1995-07-12 | 1995-11-10 | 分岐合流光導波路 |
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1995
- 1995-11-10 JP JP29248095A patent/JP3258542B2/ja not_active Expired - Lifetime
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