JP3599080B2 - 導波型スプリッタアレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信システムにおいて用いられる複数の導波型スプリッタを一つの基板上に形成した導波型スプリッタアレイに関するものであり、さらに詳細には、複数の光ファイバアレイとの接続を容易にしかつ回路を小型化できる導波型スプリッタアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スプリッタは、光ファイバ通信システムにおいて、光情報の分配のために使用される。最近、光ファイバ通信システムを一般家庭にまで導入するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｈｏｍｅ ）の研究開発とその実用化が進められている。このＦＴＴＨにおいては、スプリッタを用いて光信号を分岐することにより、高額な通信装置を多数のユーザで共用してシステム全体の低コスト化を図る光ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ ）方式が主流になっている。このため、スプリッタが大量に用いられる状況になり、その小型化・低価格化が必要となっている。
【０００３】
スプリッタとしては、光ファイバ自身を構成材料として研磨や融着・延伸工程を経て形成されたファイバカップラを接続したファイバ型のものや、平面基板上にフォトリソグラフィやエッチングの技術により形成される導波路によって構成された導波型のものが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のファイバカップラをツリー状に接続したスプリッタの場合、前段のファイバカップラの出力ファイバと後段のファイバカップラの入力ファイバを相互に接続して構成しているため、部品点数が多く高価になる、交互につなぐファイバの本数が多く余長処理のため部品が非常に大きくなる、といった問題があった。
【０００５】
一方、後者の導波型スプリッタは、光分岐結合回路とそれらをつなぐ光導波路を平面基板上に一括して作製するので、小型化、低価格化に向いている。また、それをアレイ化することも容易であるという特徴を有する。
【０００６】
図１は従来の導波型スプリッタの一例、ここでは１つの基板１上に２つの２×１６スプリッタ２，３を形成した例（２連２×１６スプリッタ）を示す。各２×１６スプリッタ２，３はそれぞれ、２本の入力用導波路と、１６本の出力用導波路と、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路と、１４個のＹ型光分岐結合回路と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成されている。また、２×１６スプリッタ２，３は全ての出力用導波路が所定の等間隔となるように配置されており、これらの３２本の出力用導波路には４本の８芯テープファイバから作製される３２芯ファイバアレイ（図示せず）が一括して接続される如くなっている。
【０００７】
しかし、この構成では、２×１６スプリッタ２の入力用導波路４，５と、２×１６スプリッタ３の入力用導波路６，７とが離れた位置となるため、入力側を２つの２芯ファイバアレイで個別に接続しなければならず、その分、製造工程が煩雑となり、価格が高くなるという問題があった。
【０００８】
また、図２は前述した点を改良した従来の導波型スプリッタの他の例を示すものである。即ち、１つの基板１１上に２つの２×１６スプリッタ１２，１３を形成している点は同様であるが、２×１６スプリッタ１２及び１３における入力用導波路１４，１５及び１６，１７と初段のマッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路１８及び１９との間をそれぞれ、２本の円弧状の接続用導波路２１，２２及び２３，２４で繋ぐことにより、各入力用導波路１４〜１７を等間隔に配置することを可能とし、これによって入力側についても４芯テープファイバから作製される４芯ファイバアレイで一括接続できるようになしている。
【０００９】
しかし、この構成では、分岐結合回路部分と入力用導波路との間を繋ぐ接続用導波路が長く、スプリッタ全体が大きくなり、その分、１枚の平面基板上にチップとして作製可能な、アレイ化されたスプリッタの数を多くすることができず、価格が高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能で、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタアレイを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明では、互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上偶数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くすることを特徴とする。また、互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上奇数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、中央の導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、前記入力用導波路及び前記出力用導波路の光軸に対して平行になし、残りの導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くすることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、初段の光分岐結合回路と入力用導波路との間の接続部分を長くすることなく、各入力用導波路を等間隔に配置することができ、これによってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる。
【００１３】
この際、初段の光分岐結合回路として、２本の導波路から構成される２個の方向性結合器を連結したマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路であって、前記２個の方向性結合器を連結する導波路の長さの差に、制御された僅かな差を与えて所望波長域での分岐比をほぼ５０％とした光分岐結合回路を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図３は本発明の導波型スプリッタアレイの実施の形態の一例を示すもので、図中、３０は基板、４０，５０は基板３０上に形成された２×１６スプリッタである。
【００１６】
２×１６スプリッタ４０は、２本の入力用導波路４１，４２と、１６本の出力用導波路４３−１〜４３−１６と、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４と、１４個のＹ型光分岐結合回路４５−１〜４５−１４と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成されている。
【００１７】
入力用導波路４１，４２及び出力用導波路４３−１〜４３−１６は、その光軸が互いに平行、ここでは図中に示す１つの軸Ａに対して平行な、直線状の光導波路で構成されている。
【００１８】
マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４は、例えば発明者等の出願にかかる特願平１−２２７４４９号に記載されている設計方法を用い、広い波長域で分岐比が約５０％となるように２本の光導波路を２ヶ所で近接させて構成した２入力２出力のものであり、その主要部は前述した軸Ａに対して傾斜する如く形成されている。また、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４の入力側は入力用導波路４１，４２に接続され、出力側は接続用導波路を介してＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２に接続されている。
【００１９】
また、Ｙ型光分岐結合回路４５−１及び４５−２はそれぞれ、接続用導波路を介して残りのＹ型光分岐結合回路が２個、４個と順次、ツリー状に接続されて合計３段７個接続の８分岐回路を構成する如くなっており、これらの２つの８分岐回路の出力は各出力用導波路４３−１〜４３−１６に接続されている。
【００２０】
このような構成からなる２×１６スプリッタ４０は、入力用導波路４１あるいは４２に入力した光を１６本の出力用導波路４３−１〜４３−１６から均等に分岐して出力する２入力１６出力の分岐素子として動作する。
【００２１】
また、２×１６スプリッタ５０も、前記２×１６スプリッタ４０と同様に構成され、その機能も同様であるが、各導波路及び回路は前記軸Ａに対して２×１６スプリッタ４０の各導波路及び回路と線対称になるように配置され、入力用導波路５１，５２が２×１６スプリッタ４０の入力用導波路４１，４２とともに所定の等間隔となるように構成されている。
【００２２】
以下、具体的な素材や数値を限定した実施例によって本発明を詳細に説明する。
【００２３】
以下の実施例では、光導波路として、石英基板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用しているが、これは石英系単一モード光導波路が単一モード光ファイバとの接続性に優れ、実用的な導波型多連スプリッタを提供できるためであり、本発明は石英系光導波路に限定されるものではない。
【００２４】
図４は図３に示したマッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路、ここでは４４を拡大して示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における線分Ｂ−Ｂ´に沿う拡大断面図である。
【００２５】
図中、３０は石英基板、４４−１，４４−２は石英基板３０上に石英系ガラス材料により形成された石英系光導波路である。光導波路は２ヶ所で互いに近接して方向性結合器４４ａ，４４ｂを構成している。光導波路４４−１，４４−２は膜厚５０μｍ程度のＳｉＯ２ 系ガラス層３１と、これに埋設された断面寸法が７μｍ×７μｍ程度で屈折率がガラス層３１より０．４２％程度高いＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ 系ガラスコア３２とからなり、直線導波路と曲率半径１５ｍｍの円弧導波路との組合せによりマッハ・ツェンダ干渉計が構成されている。
【００２６】
このような石英系光導波路は四塩化シリコンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利用したガラス膜堆積と反応性イオンエッチングによる微細加工とを組合わせた公知の技術により形成できる。
【００２７】
前記方向性結合器４４ａ，４４ｂの結合部では２本の光導波路４４−１，４４−２が最も近づいた時の間隔がそれぞれ１．８μｍ，４．６μｍに設定され、また、２個の方向性結合器４４ａ，４４ｂを連結する一方の光導波路４４−１ａは円弧の組み合わせで、また、他方の光導波路４４−１ｂは直線導波路で構成され、その長さの差は０．５８μｍに設定されている。
【００２８】
このような設計により、波長１．２５〜１．６５μｍの広い波長域で分岐比５０±５％の光分岐結合回路となる。
【００２９】
次に、前述したマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路と入力用直線導波路及び２つの８分岐回路との接続のようすを詳細に述べる。
【００３０】
図５は図３の光分岐結合回路４４周辺の拡大図である。光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して傾けて形成した光分岐結合回路４４の方向性結合器４４ａには、曲率半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成された接続部６１，６２により入力用導波路４１，４２が滑らかに接続され、さらに方向性結合器４４ｂには、曲率半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成された接続部６３，６４によりＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２の直線導波路が滑らかに接続される。
【００３１】
本実施例では、入力側では４芯テープファイバから作製された２５０μｍピッチの４芯ファイバアレイとの接続を考慮し、入力用導波路４１，４２，５１，５２を２５０μｍピッチに配列させている。同様に出力側では８芯テープファイバ４本から作製された２５０μｍピッチの３２芯ファイバアレイとの接続ができるように、出力用導波路４３−１〜４３−１６及び５３−１〜５３−１６を２５０μｍピッチに配列させている。従って、４つの８分岐回路の入力部は２ｍｍ間隔で並んでいる。
【００３２】
このように入出力用導波路の配列間隔を決め、さらに前述したように２入力２出力のマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路の設計パラメータを具体的に決めると、幾何学的計算により、これらを接続する導波路６１，６２及び６３，６４を１つあるいは２つの円弧からなる導波路で構成してその円弧パラメータを決めることができる。
【００３３】
前述したように２個の方向性結合器４４ａ，４４ｂを連結する部分の一方の光導波路４４−１ａを曲率半径１５ｍｍの円弧の組み合わせで構成し、他方の光導波路４４−１ｂを直線導波路とし、その長さの差を０．５８μｍにした場合、該光導波路４４−１ｂの長さは２．８７ｍｍとなる。
【００３４】
この光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して７．４８度傾けるように配置すると、入力側については接続部６１を開き角度７．４８度の円弧導波路、接続部６２を開き角度１０．４８度の円弧導波路及びそれと変曲した開き角度３．００度の円弧導波路の組み合わせ、出力側については接続部６３を開き角度１４．８２度の円弧導波路及びそれと変曲した開き角度２２．３０度の円弧導波路の組み合わせ、接続部６４を開き角度１０．４８度の円弧導波路とすることによって、入力用導波路４１，４２と方向性結合器４４ａとの間、並びに方向性結合器４４ｂと２つの８分岐回路の初段のＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２の直線導波路との間を滑らかにつなぐことができる。
【００３５】
このようにして形成した２連２×１６スプリッタの全長は３３ｍｍとなり、図２に示した従来の２連２×１６スプリッタの全長が４４ｍｍになるのと比較して１１ｍｍ短かくなり、３／４の長さにすることができる。
【００３６】
図６は４インチ基板上に本実施例による２連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を、また、図７は同じく４インチ基板上に従来例（図２）による２連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を示している。
【００３７】
本実施例では２連２×１６スプリッタの１チップは９×３３ｍｍとなり、図６に示すように１列８個を２列作れ、合計１６個作製できるのに対し、従来例の場合には２連２×１６スプリッタの１チップは９×４４ｍｍとなり、図７に示すように１列８個のみしか作製できない。
【００３８】
このように本実施例によれば、従来例に比較して長さを３／４程度に短くすることができ、１枚の平面基板上に２倍近くの個数が作製でき、スプリッタアレイの低価格化に極めて有効である。
【００３９】
図８は前記実施例の２連２×１６スプリッタに入力用４芯ファイバアレイ及び出力用３２芯ファイバアレイを接続したもの５個の全３２０ポートについて、波長１．３１μｍ、１．５５μｍで測定した挿入損失のヒストグラムである。波長１．３１μｍで平均損失１３．３ｄＢ、偏差０．３２ｄＢ、波長１．５５μｍでは平均損失１３．１ｄＢ、偏差０．２９ｄＢであり、従来のスプリッタと同等な良好な特性を示している。
【００４０】
前記実施例では、初段の光分岐結合回路の入力側の接続部６１を１つの円弧導波路、接続部６２を２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、出力側の接続部６３を２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、接続部６４は１つの円弧導波路としたが、これに限られるものではない。また、初段の光分岐結合回路をマッハ・ツェンダ干渉計型で構成したものについて説明したが、Ｙ型光分岐結合回路を使用する場合でも本発明は適用できる。さらにまた、前記実施例では２連２×１６スプリッタについて説明したが、３つ以上のスプリッタを配列したスプリッタアレイや、入出力ポート数の異なるＭ×Ｎスプリッタにも適用できることはいうまでもない（但し、奇数個のスプリッタを配列したアレイでは、中央のスプリッタについては初段の光分岐結合回路を傾斜させて配置させず、単一のスプリッタと同様にＡ軸に対して平行に配置させる点が異なる。）。
【００４１】
また、前述した実施例では、石英ガラス基板上の石英系（ＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ ）光導波路により光分岐素子を構成したが、基板は石英ガラスに限定されるものではなく、Ｓｉ基板に変更することも可能である。また、本発明はこれらの石英系光導波路に限定されるものではなく、他の導波路材料系、例えば多成分ガラス導波路系やニオブ酸リチウム導波路系や高分子導波路系にも適用できることを付記する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に２つ以上偶数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させることにより、また、導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に２つ以上奇数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、中央の導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、前記入力用導波路及び前記出力用導波路の光軸に対して平行になし、残りの導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させることにより、初段の光分岐結合回路と入力用導波路との間の接続部分の長さを長くすることなく各導波型スプリッタの入力用導波路を等間隔に配置することが可能となり、これによってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタアレイを提供することができる。
【００４３】
このような導波型スプリッタアレイは、高額な通信装置を多数のユーザで共用する光ＰＤＳ方式に使用され、そのシステムの経済化に資すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の導波型スプリッタアレイの一例を示す構成図
【図２】従来の導波型スプリッタアレイの他の例を示す構成図
【図３】本発明の導波型スプリッタアレイの実施の形態の一例を示す構成図
【図４】図３中の初段の光分岐結合回路の拡大構成図
【図５】図３中の初段の光分岐結合回路付近の拡大図
【図６】本発明の導波型スプリッタアレイによる生産性の説明図
【図７】従来の導波型スプリッタアレイによる生産性の説明図
【図８】本発明の導波型スプリッタアレイにおける挿入損失のヒストグラム
【符号の説明】
３０…基板、４０，５０…２×１６スプリッタ、４１，４２，５１，５２…入力用導波路、４３−１〜４３−１６，５３−１〜５３−１６…出力用導波路、４４，５４…マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路、４５−１〜４５−１４，５５−１〜５５−１４…Ｙ型光分岐結合回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信システムにおいて用いられる複数の導波型スプリッタを一つの基板上に形成した導波型スプリッタアレイに関するものであり、さらに詳細には、複数の光ファイバアレイとの接続を容易にしかつ回路を小型化できる導波型スプリッタアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スプリッタは、光ファイバ通信システムにおいて、光情報の分配のために使用される。最近、光ファイバ通信システムを一般家庭にまで導入するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｈｏｍｅ ）の研究開発とその実用化が進められている。このＦＴＴＨにおいては、スプリッタを用いて光信号を分岐することにより、高額な通信装置を多数のユーザで共用してシステム全体の低コスト化を図る光ＰＤＳ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ ）方式が主流になっている。このため、スプリッタが大量に用いられる状況になり、その小型化・低価格化が必要となっている。
【０００３】
スプリッタとしては、光ファイバ自身を構成材料として研磨や融着・延伸工程を経て形成されたファイバカップラを接続したファイバ型のものや、平面基板上にフォトリソグラフィやエッチングの技術により形成される導波路によって構成された導波型のものが開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のファイバカップラをツリー状に接続したスプリッタの場合、前段のファイバカップラの出力ファイバと後段のファイバカップラの入力ファイバを相互に接続して構成しているため、部品点数が多く高価になる、交互につなぐファイバの本数が多く余長処理のため部品が非常に大きくなる、といった問題があった。
【０００５】
一方、後者の導波型スプリッタは、光分岐結合回路とそれらをつなぐ光導波路を平面基板上に一括して作製するので、小型化、低価格化に向いている。また、それをアレイ化することも容易であるという特徴を有する。
【０００６】
図１は従来の導波型スプリッタの一例、ここでは１つの基板１上に２つの２×１６スプリッタ２，３を形成した例（２連２×１６スプリッタ）を示す。各２×１６スプリッタ２，３はそれぞれ、２本の入力用導波路と、１６本の出力用導波路と、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路と、１４個のＹ型光分岐結合回路と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成されている。また、２×１６スプリッタ２，３は全ての出力用導波路が所定の等間隔となるように配置されており、これらの３２本の出力用導波路には４本の８芯テープファイバから作製される３２芯ファイバアレイ（図示せず）が一括して接続される如くなっている。
【０００７】
しかし、この構成では、２×１６スプリッタ２の入力用導波路４，５と、２×１６スプリッタ３の入力用導波路６，７とが離れた位置となるため、入力側を２つの２芯ファイバアレイで個別に接続しなければならず、その分、製造工程が煩雑となり、価格が高くなるという問題があった。
【０００８】
また、図２は前述した点を改良した従来の導波型スプリッタの他の例を示すものである。即ち、１つの基板１１上に２つの２×１６スプリッタ１２，１３を形成している点は同様であるが、２×１６スプリッタ１２及び１３における入力用導波路１４，１５及び１６，１７と初段のマッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路１８及び１９との間をそれぞれ、２本の円弧状の接続用導波路２１，２２及び２３，２４で繋ぐことにより、各入力用導波路１４〜１７を等間隔に配置することを可能とし、これによって入力側についても４芯テープファイバから作製される４芯ファイバアレイで一括接続できるようになしている。
【０００９】
しかし、この構成では、分岐結合回路部分と入力用導波路との間を繋ぐ接続用導波路が長く、スプリッタ全体が大きくなり、その分、１枚の平面基板上にチップとして作製可能な、アレイ化されたスプリッタの数を多くすることができず、価格が高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能で、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタアレイを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明では、互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上偶数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くすることを特徴とする。また、互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上奇数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、中央の導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、前記入力用導波路及び前記出力用導波路の光軸に対して平行になし、残りの導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くすることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、初段の光分岐結合回路と入力用導波路との間の接続部分を長くすることなく、各入力用導波路を等間隔に配置することができ、これによってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる。
【００１３】
この際、初段の光分岐結合回路として、２本の導波路から構成される２個の方向性結合器を連結したマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路であって、前記２個の方向性結合器を連結する導波路の長さの差に、制御された僅かな差を与えて所望波長域での分岐比をほぼ５０％とした光分岐結合回路を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図３は本発明の導波型スプリッタアレイの実施の形態の一例を示すもので、図中、３０は基板、４０，５０は基板３０上に形成された２×１６スプリッタである。
【００１６】
２×１６スプリッタ４０は、２本の入力用導波路４１，４２と、１６本の出力用導波路４３−１〜４３−１６と、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４と、１４個のＹ型光分岐結合回路４５−１〜４５−１４と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成されている。
【００１７】
入力用導波路４１，４２及び出力用導波路４３−１〜４３−１６は、その光軸が互いに平行、ここでは図中に示す１つの軸Ａに対して平行な、直線状の光導波路で構成されている。
【００１８】
マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４は、例えば発明者等の出願にかかる特願平１−２２７４４９号に記載されている設計方法を用い、広い波長域で分岐比が約５０％となるように２本の光導波路を２ヶ所で近接させて構成した２入力２出力のものであり、その主要部は前述した軸Ａに対して傾斜する如く形成されている。また、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４４の入力側は入力用導波路４１，４２に接続され、出力側は接続用導波路を介してＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２に接続されている。
【００１９】
また、Ｙ型光分岐結合回路４５−１及び４５−２はそれぞれ、接続用導波路を介して残りのＹ型光分岐結合回路が２個、４個と順次、ツリー状に接続されて合計３段７個接続の８分岐回路を構成する如くなっており、これらの２つの８分岐回路の出力は各出力用導波路４３−１〜４３−１６に接続されている。
【００２０】
このような構成からなる２×１６スプリッタ４０は、入力用導波路４１あるいは４２に入力した光を１６本の出力用導波路４３−１〜４３−１６から均等に分岐して出力する２入力１６出力の分岐素子として動作する。
【００２１】
また、２×１６スプリッタ５０も、前記２×１６スプリッタ４０と同様に構成され、その機能も同様であるが、各導波路及び回路は前記軸Ａに対して２×１６スプリッタ４０の各導波路及び回路と線対称になるように配置され、入力用導波路５１，５２が２×１６スプリッタ４０の入力用導波路４１，４２とともに所定の等間隔となるように構成されている。
【００２２】
以下、具体的な素材や数値を限定した実施例によって本発明を詳細に説明する。
【００２３】
以下の実施例では、光導波路として、石英基板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用しているが、これは石英系単一モード光導波路が単一モード光ファイバとの接続性に優れ、実用的な導波型多連スプリッタを提供できるためであり、本発明は石英系光導波路に限定されるものではない。
【００２４】
図４は図３に示したマッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路、ここでは４４を拡大して示すもので、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における線分Ｂ−Ｂ´に沿う拡大断面図である。
【００２５】
図中、３０は石英基板、４４−１，４４−２は石英基板３０上に石英系ガラス材料により形成された石英系光導波路である。光導波路は２ヶ所で互いに近接して方向性結合器４４ａ，４４ｂを構成している。光導波路４４−１，４４−２は膜厚５０μｍ程度のＳｉＯ２ 系ガラス層３１と、これに埋設された断面寸法が７μｍ×７μｍ程度で屈折率がガラス層３１より０．４２％程度高いＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ 系ガラスコア３２とからなり、直線導波路と曲率半径１５ｍｍの円弧導波路との組合せによりマッハ・ツェンダ干渉計が構成されている。
【００２６】
このような石英系光導波路は四塩化シリコンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利用したガラス膜堆積と反応性イオンエッチングによる微細加工とを組合わせた公知の技術により形成できる。
【００２７】
前記方向性結合器４４ａ，４４ｂの結合部では２本の光導波路４４−１，４４−２が最も近づいた時の間隔がそれぞれ１．８μｍ，４．６μｍに設定され、また、２個の方向性結合器４４ａ，４４ｂを連結する一方の光導波路４４−１ａは円弧の組み合わせで、また、他方の光導波路４４−１ｂは直線導波路で構成され、その長さの差は０．５８μｍに設定されている。
【００２８】
このような設計により、波長１．２５〜１．６５μｍの広い波長域で分岐比５０±５％の光分岐結合回路となる。
【００２９】
次に、前述したマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路と入力用直線導波路及び２つの８分岐回路との接続のようすを詳細に述べる。
【００３０】
図５は図３の光分岐結合回路４４周辺の拡大図である。光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して傾けて形成した光分岐結合回路４４の方向性結合器４４ａには、曲率半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成された接続部６１，６２により入力用導波路４１，４２が滑らかに接続され、さらに方向性結合器４４ｂには、曲率半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成された接続部６３，６４によりＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２の直線導波路が滑らかに接続される。
【００３１】
本実施例では、入力側では４芯テープファイバから作製された２５０μｍピッチの４芯ファイバアレイとの接続を考慮し、入力用導波路４１，４２，５１，５２を２５０μｍピッチに配列させている。同様に出力側では８芯テープファイバ４本から作製された２５０μｍピッチの３２芯ファイバアレイとの接続ができるように、出力用導波路４３−１〜４３−１６及び５３−１〜５３−１６を２５０μｍピッチに配列させている。従って、４つの８分岐回路の入力部は２ｍｍ間隔で並んでいる。
【００３２】
このように入出力用導波路の配列間隔を決め、さらに前述したように２入力２出力のマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路の設計パラメータを具体的に決めると、幾何学的計算により、これらを接続する導波路６１，６２及び６３，６４を１つあるいは２つの円弧からなる導波路で構成してその円弧パラメータを決めることができる。
【００３３】
前述したように２個の方向性結合器４４ａ，４４ｂを連結する部分の一方の光導波路４４−１ａを曲率半径１５ｍｍの円弧の組み合わせで構成し、他方の光導波路４４−１ｂを直線導波路とし、その長さの差を０．５８μｍにした場合、該光導波路４４−１ｂの長さは２．８７ｍｍとなる。
【００３４】
この光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して７．４８度傾けるように配置すると、入力側については接続部６１を開き角度７．４８度の円弧導波路、接続部６２を開き角度１０．４８度の円弧導波路及びそれと変曲した開き角度３．００度の円弧導波路の組み合わせ、出力側については接続部６３を開き角度１４．８２度の円弧導波路及びそれと変曲した開き角度２２．３０度の円弧導波路の組み合わせ、接続部６４を開き角度１０．４８度の円弧導波路とすることによって、入力用導波路４１，４２と方向性結合器４４ａとの間、並びに方向性結合器４４ｂと２つの８分岐回路の初段のＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−２の直線導波路との間を滑らかにつなぐことができる。
【００３５】
このようにして形成した２連２×１６スプリッタの全長は３３ｍｍとなり、図２に示した従来の２連２×１６スプリッタの全長が４４ｍｍになるのと比較して１１ｍｍ短かくなり、３／４の長さにすることができる。
【００３６】
図６は４インチ基板上に本実施例による２連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を、また、図７は同じく４インチ基板上に従来例（図２）による２連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を示している。
【００３７】
本実施例では２連２×１６スプリッタの１チップは９×３３ｍｍとなり、図６に示すように１列８個を２列作れ、合計１６個作製できるのに対し、従来例の場合には２連２×１６スプリッタの１チップは９×４４ｍｍとなり、図７に示すように１列８個のみしか作製できない。
【００３８】
このように本実施例によれば、従来例に比較して長さを３／４程度に短くすることができ、１枚の平面基板上に２倍近くの個数が作製でき、スプリッタアレイの低価格化に極めて有効である。
【００３９】
図８は前記実施例の２連２×１６スプリッタに入力用４芯ファイバアレイ及び出力用３２芯ファイバアレイを接続したもの５個の全３２０ポートについて、波長１．３１μｍ、１．５５μｍで測定した挿入損失のヒストグラムである。波長１．３１μｍで平均損失１３．３ｄＢ、偏差０．３２ｄＢ、波長１．５５μｍでは平均損失１３．１ｄＢ、偏差０．２９ｄＢであり、従来のスプリッタと同等な良好な特性を示している。
【００４０】
前記実施例では、初段の光分岐結合回路の入力側の接続部６１を１つの円弧導波路、接続部６２を２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、出力側の接続部６３を２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、接続部６４は１つの円弧導波路としたが、これに限られるものではない。また、初段の光分岐結合回路をマッハ・ツェンダ干渉計型で構成したものについて説明したが、Ｙ型光分岐結合回路を使用する場合でも本発明は適用できる。さらにまた、前記実施例では２連２×１６スプリッタについて説明したが、３つ以上のスプリッタを配列したスプリッタアレイや、入出力ポート数の異なるＭ×Ｎスプリッタにも適用できることはいうまでもない（但し、奇数個のスプリッタを配列したアレイでは、中央のスプリッタについては初段の光分岐結合回路を傾斜させて配置させず、単一のスプリッタと同様にＡ軸に対して平行に配置させる点が異なる。）。
【００４１】
また、前述した実施例では、石英ガラス基板上の石英系（ＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ ）光導波路により光分岐素子を構成したが、基板は石英ガラスに限定されるものではなく、Ｓｉ基板に変更することも可能である。また、本発明はこれらの石英系光導波路に限定されるものではなく、他の導波路材料系、例えば多成分ガラス導波路系やニオブ酸リチウム導波路系や高分子導波路系にも適用できることを付記する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に２つ以上偶数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させることにより、また、導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に２つ以上奇数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、入力用導波路を等間隔に配置するとともに、中央の導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、前記入力用導波路及び前記出力用導波路の光軸に対して平行になし、残りの導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させることにより、初段の光分岐結合回路と入力用導波路との間の接続部分の長さを長くすることなく各導波型スプリッタの入力用導波路を等間隔に配置することが可能となり、これによってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタアレイを提供することができる。
【００４３】
このような導波型スプリッタアレイは、高額な通信装置を多数のユーザで共用する光ＰＤＳ方式に使用され、そのシステムの経済化に資すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の導波型スプリッタアレイの一例を示す構成図
【図２】従来の導波型スプリッタアレイの他の例を示す構成図
【図３】本発明の導波型スプリッタアレイの実施の形態の一例を示す構成図
【図４】図３中の初段の光分岐結合回路の拡大構成図
【図５】図３中の初段の光分岐結合回路付近の拡大図
【図６】本発明の導波型スプリッタアレイによる生産性の説明図
【図７】従来の導波型スプリッタアレイによる生産性の説明図
【図８】本発明の導波型スプリッタアレイにおける挿入損失のヒストグラム
【符号の説明】
３０…基板、４０，５０…２×１６スプリッタ、４１，４２，５１，５２…入力用導波路、４３−１〜４３−１６，５３−１〜５３−１６…出力用導波路、４４，５４…マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路、４５−１〜４５−１４，５５−１〜５５−１４…Ｙ型光分岐結合回路。
Claims (3)
- 互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上偶数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、
入力用導波路を等間隔に配置するとともに、
各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くする
ことを特徴とする導波型スプリッタアレイ。 - 互いに平行でファイバアレイに接続される入力用導波路及び出力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ以上奇数個形成した導波型スプリッタアレイにおいて、
入力用導波路を等間隔に配置するとともに、
中央の導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を前記入力用導波路及び前記出力用導波路の光軸に対して平行になし、
残りの導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の光軸に対して、前記入力用導波路をファイバアレイに一括接続が可能な方向に傾斜させ、前記初段の光分岐結合回路と前記入力用導波路との間の接続部分の長さを短くする
ことを特徴とする導波型スプリッタアレイ。 - 前記初段の光分岐結合回路として、２本の導波路から構成される２個の方向性結合器を連結したマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路であって、前記２個の方向性結合器を連結する導波路の長さの差に、制御された僅かな差を与えて所望波長域での分岐比をほぼ５０％とした光分岐結合回路を用いたことを特徴とする請求項１または２記載の導波型スプリッタアレイ。
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