JP3755961B2 - Optical wavelength router and waveguide array - Google Patents
Optical wavelength router and waveguide array Download PDFInfo
- Publication number
- JP3755961B2 JP3755961B2 JP11849597A JP11849597A JP3755961B2 JP 3755961 B2 JP3755961 B2 JP 3755961B2 JP 11849597 A JP11849597 A JP 11849597A JP 11849597 A JP11849597 A JP 11849597A JP 3755961 B2 JP3755961 B2 JP 3755961B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- weak
- input
- optical wavelength
- star coupler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光波長多重信号の経路を波長毎に設定するのに用いて好適な光波長ルータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光波長ルータの一例が、文献:「マイクロ・オプティクス・コンファレンス(Micro Optics Conference ;MOC)’95、予稿集、pp.140−143、1995年10月」に開示されている。この文献に開示の光波長ルータによれば、2つのスターカプラを、互いに異なる曲率の湾曲部分を有する複数の導波路を並べて設けた導波路アレイで接続している。そして、これらの導波路は、隣り合った導波路どうし間での長さの差をそれぞれ等しくなるようにそれぞれの長さが設定してあって、しかも、これら導波路をその長さの順に並べてある。その結果、隣り合ったこれら導波路を伝搬する光は、光相互間に導波路どうし間での長さの差によって互いに等しい位相差を与えられて、出力側のスターカプラに入射する。そして、出力側のスターカプラに入射した光は互いに干渉する。これら光は、出力側スターカプラの出力面に集中して、この出力面上で干渉し合う。出力側スターカプラの出力面上の干渉によって光が強め合う位置は、波長によって異なる。従って、この光波長ルータは、この出力面上の互いに異なる位置にそれぞれ接続された複数の出力導波路から、出力導波路毎に異なる波長の光をそれぞれ取り出して、波長毎に光の経路を設定することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の文献に開示の光波長ルータの小型化を図るためには、導波路アレイの占有面積をより小さくすることが望ましい。そのための一つの手法として、導波路アレイを構成する各導波路を大きな曲率で曲げることにより導波路アレイの占有面積を小さくすることが考えられる。
【0004】
しかしながら、導波路の伝搬定数は、導波路の曲率によって異なる。そして、導波路の曲率を大きくするほど、導波路の伝搬定数も大きくなる。このため、導波路アレイの各導波路の曲率をそれぞれ大きくすると、各導波路の湾曲部分どうし間での伝搬定数の差(伝搬定数差)が大きくなる。そして、各導波路の湾曲部どうし間の伝搬定数差が大きくなると、互いに異なる導波路をそれぞれ伝搬する光相互の位相差が設計値からずれて位相誤差が生じる。その理由は、位相誤差が、一般に、伝搬定数差と、その伝搬定数差の生じている導波路部分どうし間での長さの差の設計値からのずれ量(長さのばらつき)との積に比例するためである。
【0005】
また、導波路を大きな曲率の曲線導波路として形成するためには、導波路の光の閉じ込めを強くして光のしみ出しをできるだけ少なくする必要がある。導波路の光の閉じ込めを強くするには、導波路を構成する導波層とクラッド層との間の屈折率比(「比屈折率差」とも称する。)Δを大きくする必要がある。
【0006】
しかしながら、屈折率比Δを大きくすると、屈折率比Δのゆらぎも大きくなる。そして、屈折率比Δのゆらぎが大きくなると、互いに異なる導波路を伝搬する光相互間の位相誤差が大きくなる。その理由は、位相誤差が、一般に、屈折率比Δのゆらぎの大きさと、その屈折率比Δのゆらぎが生じている導波路部分の長さとの積にも比例するためである。
【0007】
導波路アレイを構成する各導波路をそれぞれ伝搬した光相互間の位相誤差が大きくなると、出力側のスターカプラの出力面上の波長毎の光強度分布のピークが低くなると共に出力面上での光の強度分布が全体的になだらかとなる。
【0008】
また、本来は、波長とその波長の光が集中すべき光強度のピーク位置とは一対一の関係にあるが、設計上特定の波長の光が集中すべきと定めた位置に、実際に集中する光の波長は、上述した位相誤差のために、設計時の選択波長からずれてしまう場合もある。すなわち、選択波長のシフトが生じる。その結果、光波長ルータから出力される選択波長のクロストークが大きくなる。すなわち、光波長ルータのクロストーク特性(波長特性)が劣化する。
【0009】
このため、位相誤差によるクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる光波長ルータの実現が望まれていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る発明者は、種々の検討および実験を重ねた結果、導波路アレイを構成する各導波路の一部分をそれぞれ直線状の弱導波型導波路にすれば、位相誤差の発生を抑制できることを発見し、この発明に到った。
【0011】
尚、ここで弱導波型導波路とは、光閉じ込めが弱い導波路を意味する。具体的には、導波路を伝搬する光のパワーが、クラッド層に囲まれた導波層(コア層)内に50%以下しか存在していない導波路を意味する。また、弱導波型導波路は、光閉じ込めの強さの点において、弱導波構造の光ファイバに相当する。
【0012】
そこで、この発明の光波長ルータによれば、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する、平面導波路(「スラブ光導波路」または「プレーナ光導波路」とも称する。)を以ってそれぞれ構成された入力側スターカプラおよび出力側スターカプラと、
入力側スターカプラの入力面と複数の入力ポートとを接続する入力導波路アレイと、
入力側スターカプラの出力面と出力側スターカプラの入力面とを接続する接続導波路アレイと、
出力側スターカプラの出力面と複数の出力ポートとを接続する出力導波路アレイとを具えた光波長ルータにおいて、
接続導波路アレイを構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分と非弱導波型導波路部分とを以って構成してあり、
接続導波路の各々の弱導波型導波路部分は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分どうし間での長さの差をそれぞれ等しくして、その長さの順に並べてあり、および、
接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分の長さを互いに等しくしてある
ことを特徴とする。
【0013】
このように、この発明の光波長ルータによれば、接続導波路アレイを構成する各接続導波路をそれぞれ、互いに等しい長さずつ長さの異なる直線状の弱導波型導波路部分(以下、「弱導波路部分」とも称する。)と、長さが互いに等しい非弱導波型導波路部分(以下、「非弱導波路部分」とも称する。)とを以って構成する。
【0014】
そして、この発明の光波長ルータによれば、この弱導波路部分では、屈折率比が小さいため、屈折率比のゆらぎが小さい。その上、互いに異なる接続導波路の弱導波路部分どうし間では、弱導波路部分をそれぞれ直線状としてあるので、伝搬定数差がない。このため、弱導波路部分に起因する位相誤差の発生を抑制することができる。
【0015】
また、この発明の光波長ルータによれば、各接続導波路の一部分を弱導波路部分を以って構成してあるので、各接続導波路を非弱導波型導波路のみで構成した場合に比べて、非弱導波路部分の長さが短い。このため、屈折率のゆらぎが大きな部分の長さが短い。したがって、接続導波路を非弱導波型導波路のみで構成した場合に比べて、各接続導波路における屈折率比のゆらぎと、そのゆらぎが生じている部分の長さとの積で与えられる位相誤差の抑制を図ることができる。
【0016】
また、この発明の光波長ルータによれば、非弱導波路部分の長さを互いに等しくすることにより、非弱導波路部分どうし間での長さのばらつきを抑制する。その結果、非弱導波路部分どうし間での伝搬定数差と、その非弱導波路部分どうし間での長さのばらつきとの積に比例する位相誤差、すなわち、その非弱導波路部分どうしに起因する位相誤差を抑制することができる。
【0017】
したがって、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分および非弱導波路部分それぞれにおいて位相誤差を抑制するので、位相誤差に関するクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる。
【0018】
尚、各接続導波路にそれぞれ2箇所以上に分け非弱導波路部分を設けてある場合には、非弱導波路部分の合計の長さが、各接続導波路間で等しければ良い。
【0019】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、弱導波型導波路部分は、入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、出力側スターカプラの入力面に接続した部分との2箇所に分けて設けてあると良い。
【0020】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、非弱導波型導波路部分は、入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、出力側スターカプラの入力面に接続した部分との2箇所に分けて設けてあると良い。
【0021】
また、この発明の光波長ルータにおいて、好ましくは、非弱導波型導波路部分を円弧状に設けてあると良い。非弱導波路部分を円弧状とすれば、曲線を含みかつ互いに長さが等しい非弱導波路部分を、後述の実施の形態で説明するように、容易に設計することができる。
【0022】
また、この発明の導波路によれば、
弱導波型導波路部分と非弱導波路部分とを以って構成してあり、
この弱導波型導波路部分の一端とこの非弱導波型導波路部分の一端とを接続してある
ことを特徴とする。
【0023】
この発明の導波路は、その一部分を弱導波型導波路を以って構成してある。弱導波型導波路部分においては、非弱導波型導波路部分に比べて屈折率比のゆらぎが小さい。また、弱導波型導波路部分においては、後述する実施例において説明するように、導波路の寸法の精度を緩和することができる。また、この発明の導波路は、この発明の光波長ルータの導波路アレイを構成する接続導波路に用いて好適である。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の光波長ルータの実施の形態について説明する。尚、参照する図は、この発明が理解できる程度に構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明は図示例に限定されるものではない。
【0025】
(第1の実施の形態)
先ず、図1を参照して、第1の実施の形態の光波長ルータの一構成例につき説明する。図1の(A)は、第1の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。また、図1の(B)は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【0026】
第1の実施の形態の光波長ルータ100は、SiO2 基板10上に、通常は一定の肉厚の板状体である平面導波路を以ってそれぞれ構成された入力側スターカプラ12および出力側スターカプラ14を具えている。これらの入力側スターカプラ12および出力側スターカプラ14は、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する。これら入力面および出力面は外向に凸状の面あって、図の紙面内ではそれぞれ一定の曲率半径を持った円弧状をしているが、肉厚方向では面は直線的となっている。
【0027】
この光波長ルータ100は、SiO2 基板10上に、この入力側スターカプラ12の入力面12aと複数の入力ポート16とを接続する入力導波路アレイ18を具えている。また、この光波長ルータ100は、SiO2 基板10上に、入力側スターカプラ12の出力面12bと出力側スターカプラ14の入力面14aとを接続する接続導波路アレイ20を具えている。また、この光波長ルータ100は、SiO2 基板10上に、出力側スターカプラ14の出力面14bと複数の出力ポート22とを接続する出力導波路アレイ24とを具えている。
【0028】
そして、接続導波路アレイ20を構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分(弱導波路部分)26と非弱導波型導波路部分(非弱導波路部分)28とを以って構成してある。後述するように、弱導波路部分26は、非弱導波路部分28よりも幅広に形成してあるので、図1中、弱導波路部分26を太い線で示し、非弱導波路部分28を細い線で示してある。
【0029】
ここでは、接続導波路の各々において、弱導波型導波路部分26は、入力側スターカプラ12の出力面12bに接続した部分と、出力側スターカプラ14の入力面14aに接続した部分との2箇所に分けて設けてある。
【0030】
そして、接続導波路の各々の弱導波型導波路部分26は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分26どうし間での長さの差をそれぞれ等しくするように、それぞれの弱導波路部分26の長さを定めてある。そして、これら弱導波路部分26を、その長さの順に並べてある。また、接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分28の長さを互いに等しくしてある。従って、各接続導波路をそれぞれ伝搬する光に与えられる位相差は、直線状の弱導波路部分26で生じる。
【0031】
そして、この実施の形態の光波長ルータ100は、多入力×多出力型としても用いることができる。
【0032】
また、この実施の形態においては、光波長ルータ100の構成は、図の紙面内でみると、接続導波路アレイ20の中央部分を縦断する対称軸の線に対して対称となっている。この対称軸の線を図1の(A)に一点鎖線Y−Yで示す。対称軸の右側の出力側の部分の構成は、対称軸の左側の入力側の部分の構成と同じであるので、図1の(B)には、入力側スターカプラ12の周辺部の拡大図を示して、対称軸の線より左側の入力側の部分の構成について代表して説明する。また、図1の(B)には、図1の(A)で例示した6本の接続導波路のうち図の上側の3本の接続導波路のみを図示して、他の接続導波路の図示を省略してある。
【0033】
また、入力側スターカプラ12は、図の紙面内では、対称軸X−Xに関して左右対称の構造となっている。そして、この対称軸X−Xは、入力側スターカプラ12の入力面12aおよび出力面12bとそれぞれ点O2 および点O1 で交わる。また、入力面12aは、点O1 を中心とした半径rの円弧をなしており、また、出力面12bは、点O2 を中心とした半径rの円弧をなしている。
【0034】
そして、入力側スターカプラ12の入力面12aには、入力導波路アレイ18を構成する例えば3本の入力導波路がそれぞれ接続してある。3本のうちの中央の入力導波路は、入力面12a上の点O2 に対応する位置に接続してあり、両側の入力導波路は、入力面12a上の、対称軸X−Xに対して対称となる位置(点O2 から等距離にある。)にそれぞれ接続してある。
【0035】
また、接続導波路アレイ20の各接続導波路の直線状の弱導波路部分26は、それらの延長線が、入力側スターカプラ12の入力面上の点O2 に集中する配置で設けてある。すなわち、直線状の各弱導波路部分26は、点O2 を中心として放射状に延在するように設けてある。
【0036】
また、ここでは、各弱導波路部分26の長さを、便宜的に、点O2 から弱導波路部分26の終点26eまでの長さLri で表す。実際の弱導波路部分26の長さは、このLri から入力側スターカプラ12の点O2 から出力面12bまでの半径rを引いた長さである。そして、各弱導波路部分26は、互いにΔLeずつ長さLri を変えてある。そして、このΔLeを一定とする。
【0037】
また、弱導波路部分26は、その終点26eにおいて、非弱導波路部分28に接続してある。この実施の形態においては、各接続導波路の非弱導波路部分28をいずれも長さが等しい円弧形状として設けてある。そして、各接続導波路毎に、非弱導波路部分28の円弧の曲率半径Ri を異なる値に設定してある。ここで、iを接続導波路アレイ20を構成する接続導波路の図面の下側からの順番を表す番号とする(図1の(A)では、接続導波路アレイ20を6本の接続導波路で構成してあるので、i=1、2、3、4、5、6となる。)。
【0038】
ここで、接続導波路アレイ20の配置の具体的な設計方法の一例について説明する。
【0039】
接続導波路アレイ20を構成する各接続導波路の弱導波路部分26および非弱導波路部分28についての上述の種々の条件をそれぞれ満足した光波長ルータを設計するにあたって、一例として、下記の(1)式を満足するようにする方法がある。尚、ΔRi は、隣り合った接続導波路の非弱導波路部分28どうし間での曲率半径の差を表す。
【0040】
ΔRi =[-Le+{(Lri+ ΔLe/2) sin(θi+Δθi/2)+Ri(1- cos(sinθi+Δθi/2))}Δθi]/[-( θi+Δθi/2)] sin(θi+Δθi/2)+( cos(sinθi+Δθi/2)-1) Δθi/2] ・・・(1)
但し、上記の(1)式において、θi は、入力側スターカプラ12の入力面12a上の点O2 と出力側スターカプラ14の出力面14b上の点O3 とを結ぶ直線H−Hと、弱導波路26の延長部分とが交差する角度である。尚、点O3 は、点O2 と前述の対称軸の線Y−Yについて線対称の位置にある。また、Δθi は、隣り合った弱導波路部分26どうしの成す角度である。
【0041】
また、上記の(1)式においては、各接続導波路の長さLi (=Lri +Lci )は、便宜的に対称軸の線Y−Yと直線H−Hとの交点Mと点O2 との距離Lpの長さと、点O2 と対称軸の線Y−Yとの間の導波路に沿った長さとの差、すなわちLi −Lpとして与えられる。
【0042】
また、上記の(1)式においては、設計を容易にするために、各非弱導波路部分28の曲率半径Ri の中心点に相当する位置から当該非弱導波路部分28の両端を仰いだ角度θi と、各弱導波路部分26と前述の直線H−Hとの成す角度θi と互いに等しくしてある。したがって、入力側半分の各非弱導波路部分28の長さLcは、iにかかわらず、Lci =Ri θi =一定となる。
【0043】
そして、1番目の導波路の非弱導波路部分28の曲率半径、弱導波路部分の便宜的な長さR1 および導波路の成す角度θ1 を決めれば、i+1番目の導波路の非弱導波路部分28の曲率半径Ri+1 は、上記の(1)式を用いて、下記の(2)式で順次に与えられる。
【0044】
Ri+1 =Ri +ΔRi ・・・(2)
また、i+1番目の導波路の弱導波路部分26の便宜的な長さLri+1 は、上記の(1)式を用いて、下記の(3)式で順次に与えられる。
【0045】
Lri+1 =Lri +ΔLe ・・・(3)
また、i+1番目の導波路の角度θi+1 は、上記の(1)式を用いて、下記の(4)式で順次に与えられる。
【0046】
θi+1 =θi +Δθi ・・・(4)
このようにして、各弱導波路部分26の長さおよび延在方向、および、各非弱導波路部分28の曲率半径および円弧の角度を順次に決定することにより、接続導波路アレイ20を設計することができる。
【0047】
また、この実施の形態においては、非弱導波路部分28を曲線状部分(湾曲部分)のみとしたが、この発明においては、非弱導波路部分28に直線部分を設けても良い。そして、非弱導波路部分28に直線部分を設けた場合も、各接続導波路の非弱導波路部分28の合計の長さを互いに等しくする。
【0048】
(導波路の構造について)
次に、図2を参照して、弱導波路部分26および非弱導波路部分28の構造の一例について説明する。図2の(A)は、接続導波路アレイ20を構成する接続導波路の導波層(コア層)の平面パターンである。また、図2の(B)は、弱導波路部分26の終点26e付近の要部切欠斜視図である。
【0049】
この実施の形態においては、弱導波路部分26および非弱導波路部分28のコア層30をGe(ゲルマニウム)を添加したSiO2 で以って構成してある。このコア層30の屈折率はn1 =1.46である。また、コア層30の厚さは、6μmで均一としてある。
【0050】
また、このコア層30は、屈折率n0 =1.45のSiO2 基板10上に設けてある。このSiO2 基板10は、下側クラッドとして働く。また、コア層30の上側には、屈折率n0 =1.45のSiO2 層32を設けてある。このSiO2 層32は、上側クラッドとして働く。
【0051】
また、非弱導波路部分28では、コア層30の両側を空気層(屈折率n≒1)として、横方向(SiO2 基板10の主表面に沿った方向)の光の閉じ込めを強くしてある。すなわち、屈折率比Δ1 は、下記の式(5)で与えられる。
【0052】
また、弱導波路部分26では、コア層30の両側にもSiO2 層34(屈折率n=1.45)を設けて、横方向(SiO2 基板10の主表面に沿った方向)の光の閉じ込めを弱くしてある。すなわち、屈折率比Δ2 は、下記の式(6)で与えられる。
【0053】
また、この実施の形態においては、図2の(A)に示すように、導波路を伝搬する光の単一モードを維持するために、非弱導波路部分28の幅(2μm)を、弱導波路部分26の幅(6μm)よりも狭くしてある。また、入力側スターカプラ12と弱導波路部分26との接続部分には、この接続部分における光の損失の発生を抑制するために、テーパ部36を設けてある。このテーパ部36の入力側スターカプラ12との接続点での幅は12μmであり、500μmの長さをかけて、弱導波路部分26の幅である6μmに収束している。また、弱導波路部分26と非弱導波路部分28との接続部分(終点26e)にも、この接続部分における光の発生を抑制するために、テーパ部38を設けてある。
【0054】
(弱導波路部分の寸法精度について)
次に、弱導波路部分26の寸法精度について検討する。一般に、導波路の幅WがΔWだけ変化したときの当該導波路の透過屈折率の変化δne は、下記の(7)式で与えられる。
【0055】
δne =∂ne /∂W・ΔW ・・・(7)
透過屈折率の変化に対して、導波路を伝搬する光の選択波長特性は、下記の(8)式で示すΔλだけずれる。
【0056】
Δλ=λ0 ・δne /ne ・・・(8)
ここで、λ0 は、波長多重された光の中心波長を表す。
【0057】
また、上記の(7)式について下記の(9)式の近似が成り立つ場合には、上記の(8)式は、下記の(10)式で表すことができる。
【0058】
∂ne /∂W・ΔW≒Δn・ΔW/W ・・・(9)
Δλ=Δn/ne ・ΔW/W=λ0 Δ・ΔW/W ・・・(10)
ところで、従来は、光の閉じ込めが強くなるように、屈折率比Δ=1%程度としていた。その場合、Δλ≒2×10-4程度の精度を得るためには、上述した(10)式から、ΔW/W≒2%の精度が必要であることが分かる。この場合、例えば、弱導波路部分26の幅がW=6μmの場合は、0.1μm程度の幅の寸法精度が必要となる。
【0059】
これに対して、弱導波路部分26においては、光の閉じ込めが弱くても良いので、屈折率比を例えばΔ=0.1%程度まで小さくすることができる。その場合、Δλ≒2×10-4程度の精度を得るためには、上述した(10)式から、ΔW/W≒20%の精度が必要であることが分かる。この場合、例えば、導波路の幅W=6μmの場合は、弱導波路部分26の幅の寸法に要求される精度を、従来の10倍の1μm程度まで緩和することができる。
【0060】
(第2の実施の形態)
次に、図3を参照して、第2の実施の形態の光波長ルータについて説明する。図3は、第2の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。
【0061】
先ず、図3を参照して、第2の実施の形態の光波長ルータについて説明する。図3の(A)は、第2の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図である。また、図3の(B)は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【0062】
第2の実施の形態の光波長ルータ200は、SiO2 基板40上に、通常は一定の肉厚の板状体の平面導波路を以ってそれぞれ構成され、互いに対向した入力面および出力面をそれぞれ有する入力側スターカプラ42および出力側スターカプラ44を具えている。これら入力面および出力面は外向に凸状の面であって、図の紙面内ではそれぞれ一定の曲率半径を持った円弧状をしているが、肉厚方向では面は直線的となっている。
【0063】
この光波長ルータ200は、SiO2 基板40上に、この入力側スターカプラ42の入力面42aと複数の入力ポート46とを接続する入力導波路アレイ48を具えている。また、この光波長ルータ200は、SiO2 基板40上に、入力側スターカプラ42の出力面42bと出力側スターカプラ44の入力面44aとを接続する接続導波路アレイ50を具えている。また、この光波長ルータ200は、SiO2 基板40上に、出力側スターカプラ44の出力面44bと複数の出力ポート52とを接続する出力導波路アレイ54とを具えている。
【0064】
そして、接続導波路アレイ50を構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分(弱導波路部分)56と非弱導波型導波路部分(非弱導波路部分)58とを以って構成してある。後述するように、弱導波路部分56では、非弱導波路部分58よりも幅広に形成してあるので、図3中、弱導波路部分56を太い線で示し、非弱導波路部分58を細い線で示してある。
【0065】
ここでは、接続導波路の各々において、非弱導波型導波路部分58は、入力側スターカプラ42の出力面42bに接続した部分と、出力側スターカプラ44の入力面44aに接続した部分との2箇所に分けて設けてある。そして、各接続導波路において、2箇所の非弱導波路部分58を弱導波路部分56で接続してある。
【0066】
また、各接続導波路の弱導波型導波路部分56は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分56どうし間の長さの差を等しくするように、それぞれ弱導波路部分56の長さを定めてある。そして、これら弱導波路部分56をその長さの順に並べてある。また、接続導波路の各々の非弱導波型導波路部分58の長さを等しくしてある。従って、各接続導波路をそれぞれ伝搬する光に与えられる位相差は、直線状の弱導波路部分46で生じる。
【0067】
また、この実施の形態の光波長ルータ200は、多入力×多出力型としても用いることができる。
【0068】
また、この実施の形態においては、光波長ルータ200の構成は、図の紙面内でみると、接続導波路アレイ50の中央部分を縦断する対称軸の線に対して対称となっている。この対称軸の線を図3の(A)に一点鎖線Z−Zで示す。対称軸の右側の出力側の部分の構成も、対称軸の左側の入力側の部分の構成と同じであるので、図3の(B)には、入力側スターカプラ42の周辺部の拡大図を示して、対称軸の線よりも左側の入力側の部分の構成について代表して説明する。また、図3の(B)には、図3の(A)で例示した6本の接続導波路のうち、図の上側の3本の接続導波路を図示して、他の接続導波路の図示を省略してある。
【0069】
入力側スターカプラ42は、図の紙面内では、対称軸X−Xに関して左右対称の構造となっている。そして、この対称軸X−Xは、入力側スターカプラ42の入力面42aおよび出力面42bとそれぞれ点O2 および点O1 で交わる。また、入力面42aは、点O1 を中心とした半径rの円弧をなしており、また、出力面42bは、点O2 を中心とした半径rの円弧を成している。
【0070】
そして、入力側スターカプラ42の入力面42aには、入力導波路アレイ48を構成する例えば3本の入力導波路がそれぞれ接続してある。3本のうちの中央の入力導波路は、入力面42a上の点O2 に対応する位置に接続してあり、両側の入力導波路は、入力面42a上の、対称軸X−Xを挟んで対称となる位置(点O2 から等距離にある。)に、それぞれ接続してある。
【0071】
また、接続導波路アレイ50の各接続導波路の非弱導波路部分58は、それぞれ直線部分58aおよび曲線部分(湾曲部分)58bより構成してある。そして、各直線部分58aは、当該直線部分58aの延長線が入力側スターカプラ42の入力面上の点O2 に集中する配置で設けてある。すなわち、各非弱導波路部分58の直線部分58aは、点O2 を中心として放射状に延在するように設けてある。
【0072】
また、入力側スターカプラ42の入力面42a上の点O2 と出力側スターカプラ44の出力面44b上の点O3 とを結ぶ直線を直線H−Hとする。そして、各直線部分58aと直線H−Hとの成す角度をθi とする。また、隣り合った直線部分58aの延長線の交差する角度をΔθi (=θi+1 −θi )とする。
【0073】
また、ここでは、各非弱導波路部分58の直線部分58aの長さを、便宜的に点O1 から直線部分58aの終点58aeまでの長さLri で表す。実際の直線部分58aの長さは、このLri から入力側スターカプラ42の点O2 から出力面42bまでの半径rを引いた長さである。また、隣り合った直線部分58aどうし間の長さの差をΔLri (=Lri+1 −Lri )とする。
【0074】
そして、この直線部分58aの終点58aeには、非弱導波路部分58の曲線部分58bが接続してある。この実施の形態においては、各接続導波路の非弱導波路部分58の曲線部分58bをいずれも長さが等しい円弧形状として設けてある。そして、各接続導波路毎に、非弱導波路部分58の円弧の曲率半径Ri を異なる値に設定してある。ここで、iを接続導波路アレイ50を構成する接続導波路の図面の下側からの順番を表す番号とする(図3の(A)では接続導波路アレイを6本の接続導波路で構成してあるので、i=1、2、3、4、5、6となる。)。
【0075】
ここでは、各接続導波路の非弱導波路部分58の長さLi (図3ではLi を図示せず)を、直線部分58aの長さLri と曲線部分58bとの和で表す。そして、この非弱導波路部分58の長さLi は、上述したように一定である。従って、各接続導波路どうし間の長さの差は、直線状の弱導波路部分56の長さの差ΔLeのみによって生じる。
【0076】
ここで、接続導波路アレイ50を構成する各接続導波路の弱導波路部分56および非弱導波路部分58についての上述の種々の条件をそれぞれ満足した光波長ルータを設計する一例について説明する。
【0077】
先ず、各接続導波路の非弱導波路部分58を、前述の直線H−Hに投影した投影長をLpi とすると、点O2 からこの直線H−Hと対称軸の線Z−Zとの交点Mまでの直線H−Hに沿った距離は、Lpi +Lsi で与えられる。
【0078】
そこで、導波路の長さLi を、このLpi +Lsi を基準として表した長さをLei とすると、Lei は、下記の(11)式で表される。
【0079】
ところで、非弱導波路部分58の長さLi が一定であるので、各接続導波路どうし間の長さの差ΔLeは、下記の(12)式で与えられる。
【0080】
ΔLe=−ΔLpi ・・・(12)
したがって、上記の(12)式と、Li =一定に基づいて、これらを偏分した後、隣り合った直線部分58aどうし間の長さの差ΔLri を、隣り合った直線部分58aの延長部分が交差する角度Δθi の関数として表すと、下記の(13)式の逐次計算式が得られる。
【0081】
ΔLri =[ -ΔLe+ {Lri sinθi- Ri( cosθ~i- sin θ~i/ θ~i)}]/[cos θ~i+ sin θ~i/ θ~i] ・・・(13)
また、上記の(13)式と同様にして、上記の(12)式と、Li =一定に基づいて、これらを偏分した後、各接続導波路の非弱導波路部分58の隣り合った曲線部分58bどうし間の曲率半径の差ΔRi をΔθi の関数として表すと、下記の(14)式が得られる。
【0082】
ΔRi =[ΔLri −Ri Δθi ]/[θ~i] ・・・(14)
但し、θ~iは、θi+1 とθi との平均である。
【0083】
そして、1番目の導波路の非弱導波路部分58の曲線部分58bの曲率半径R1 、非弱導波路部分58の直線部分58aの便宜的な長さLr1 および直線部分58aが直線H−Hと成す角度θ1 を決めれば、i+1番目の導波路の非弱導波路部分58の曲率半径Ri+1 は、上記の(13)式および(14)式を用いて、下記の(15)式で順次に与えられる。
【0084】
Ri+1 =Ri +ΔRi ・・・(15)
また、i+1番目の導波路の非弱導波路部分58の直線部分58aの便宜的な長さLri+1 は、上記の(13)式を用いて、下記の(16)式で順次に与えられる。
【0085】
Lri+1 =Lri +ΔLe・・・(16)
また、i+1番目の導波路の非弱導波路部分58の直線部分58aが直線H−Hと成す角度θi+1 は、上記の(13)式を用いて、下記の(17)式で順次に与えられる。
【0086】
θi+1 =θi +Δθi ・・・(17)
このようにして、各非弱導波路部分58の直線部分58aの長さおよび延在方向、および、各非弱導波路部分58の曲線部分58bの曲率半径および円弧の角度を順次に決定することにより、接続導波路アレイ50を設計することができる。
【0087】
(導波路の構造について)
次に、図4を参照して、弱導波路部分56および非弱導波路部分58の構造の一例について説明する。図4は、非弱導波路部分58の終点58be付近の要部切欠斜視図である。
【0088】
この実施の形態においては、弱導波路部分56および非弱導波路部分58のコア層60をGe(ゲルマニウム)を添加したSiO2 で以って構成してある。このコア層60の屈折率はn1 =1.46である。また、コア層60の厚さは、6μmである。
【0089】
また、このコア層60は、屈折率n0 =1.45のSiO2 基板40上に設けてある。このSiO2 基板40は、下側クラッド層として働く。また、コア層60の上側には、屈折率n0 =1.45のSiO2 層62を設けてある。このSiO2 層62は、上側クラッド層として働く。
【0090】
そして、非弱導波路部分58では、コア層60の、光の伝搬方向に垂直な断面形状を、上下2段のリッジ形状としてある。そして、非弱導波路部分58のコア層60の下段部分60aの断面形状は幅広の長方形であり、上段部分60bの断面形状は幅狭の長方形であって、下段部分60aのほぼ中央に上段部分60bが乗った、上下に段差のある構造としてある。そして、この上段部分の両側を空気(屈折率n≒1)として、横方向(SiO2 基板40の主表面に沿った、上段部分60bの側壁に直交する方向)の光の閉じ込めを強くしてある。すなわち、屈折率比Δ1 は、下記の式(18)で与えられる。
【0091】
また、非弱導波路部分コア層60の下段部分の両側には、SiO2 層64(屈折率n=1.45)を設けてある。
【0092】
また、弱導波路部分56では、コア層60の光の伝搬方向に垂直な断面形状を、横長の長方形としてある。そして、非弱導波路部分のコア層60の両側にもSiO2 層64(屈折率n=1.45)を設けて、横方向(SiO2 基板40の主表面に沿った、コア層60の側壁に直交する方向)の光の閉じ込めを弱くしてある。すなわち、屈折率比Δ2 は、下記の式(19)で与えられる。
【0093】
また、この実施の形態においては、図4に示すように、導波路を伝搬する光の単一モードを維持するために、非弱導波路部分58の幅(2μm)を弱導波路部分56の幅(6μm)よりも狭くしてある。また、入力側スターカプラ42と弱導波路部分56との接続部分には、非弱導波路部分58の小さなビームスポットサイズを弱導波路部分56の大きなビームポットサイズに滑らかに変換してこの部分における光の損失の発生を抑制するために、テーパ部66を設けてある。
【0094】
また、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、弱導波路部分56の幅の寸法の精度を緩和することができる。
【0095】
上述した各実施の形態では、これらの発明を特定の材料を用い、特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、これらの発明は多くの変更および変形を行うことができる。例えば、上述した実施の形態では、非弱導波路部分の湾曲部分を円弧形状としたが、この発明の光波長ルータにおいては、湾曲部分は必ずしも円弧形状でなくとも良い。
【0096】
また、上述した実施の形態では、一つの接続導波路に弱導波路を1箇所または2箇所に分けて設けた例について説明したが、この発明では、接続導波路を3つ以上に分けて設けても良い。
【0097】
【発明の効果】
このように、この発明の光波長ルータによれば、接続導波路アレイを構成する各接続導波路をそれぞれ、互いに等しい長さずつ長さの異なる直線状の弱導波型導波路部分(弱導波路部分)と、長さが互いに等しい非弱導波型導波路部分(非弱導波路部分)とを以って構成する。
【0098】
そして、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分では、屈折率比が小さいため、屈折率比のゆらぎが小さい。その上、弱導波路部分を直線状としてあるので、互いに異なる接続導波路の弱導波路部分どうし間では、伝搬定数差がない。このため、弱導波路部分に起因する位相誤差の発生を抑制することができる。
【0099】
また、この発明の光波長ルータによれば、各接続導波路の一部分を弱導波路部分を以って構成してあるので、各接続導波路を非弱導波型導波路部分のみで構成した場合に比べて、非弱導波路部分の長さが短い。このため、屈折率のゆらぎが大きい部分の長さが短い。従って、接続導波路を非弱導波型導波路部分のみで構成した場合に比べて、各接続導波路における位相誤差の抑制を図ることができる。
【0100】
また、この発明の光波長ルータによれば、非弱導波路部分の長さを互いに等しくすることにより、非弱導波路部分どうし間の長さのばらつきを抑制する。その結果、その非弱導波路部分どうしに起因する位相誤差を抑制することができる。
【0101】
したがって、この発明の光波長ルータによれば、弱導波路部分および非弱導波路部分それぞれにおいて位相誤差を抑制するので、位相誤差に起因するクロストーク特性の劣化の抑制を図ることができる。
【0102】
また、この発明の光波長ルータにおいて、非弱導波路部分を円弧状とすれば、非弱導波路部分を容易に設計することができる。
【0103】
また、この発明の導波路は、その一部分を弱導波型導波路部分を以って構成してある。弱導波型導波路部分においては、非弱導波型導波路部分に比べて屈折率比のゆらぎが小さい。また、弱導波型導波路部分においては、導波路の寸法の精度を緩和することができる。また、この発明の導波路は、この発明の光波長ルータの導波路アレイを構成する接続導波路に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、第1の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図であり、(B)は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【図2】(A)は、導波路アレイを構成する導波路の導波層(コア)の平面パターンであり、(B)は、弱導波路部分の終点付近の要部切欠斜視図である。
【図3】(A)は、第2の実施の形態の光波長ルータの説明に供する構成図であり、(B)は、光波長ルータの入力側スターカプラ付近の拡大図である。
【図4】弱導波路部分の終点付近の要部切欠斜視図である。
【符号の説明】
100、200:光波長ルータ
10、40:SiO2 基板
12、42:入力側スターカプラ
12a、14a、42a、44a:入力面
12b、14b、42b、44b:出力面
14、44:出力側スターカプラ
16、46:入力ポート
18、48:入力導波路アレイ
20、50:接続導波路アレイ
22、52:出力ポート
24、54:出力導波路アレイ
26、56:弱導波型導波路部分(弱導波路部分)
26e:終点
28、58:非弱導波型導波路部分(非弱導波路部分)
58a:直線部分
58b:曲線部分
58ae、58be:終点
30、60:コア層
60a:下段部分
60b:上段部分
32、62:SiO2 層(上側クラッド層)
34、64:SiO2 層
36、66:テーパ部
38:テーパ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical wavelength router suitable for use in setting an optical wavelength multiplexed signal path for each wavelength.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional optical wavelength router is disclosed in the document: “Micro Optics Conference (MOC) '95, Proceedings, pp. 140-143, October 1995”. According to the optical wavelength router disclosed in this document, two star couplers are connected by a waveguide array in which a plurality of waveguides having curved portions with different curvatures are arranged side by side. The lengths of these waveguides are set so that the difference in length between adjacent waveguides is equal, and the waveguides are arranged in the order of their lengths. is there. As a result, the light propagating through these adjacent waveguides is given an equal phase difference between the light beams due to the difference in length between the waveguides, and enters the output star coupler. The lights incident on the output side star coupler interfere with each other. These lights concentrate on the output surface of the output side star coupler and interfere with each other on this output surface. The position where the light is strengthened by the interference on the output surface of the output side star coupler differs depending on the wavelength. Therefore, this optical wavelength router takes out light of different wavelengths for each output waveguide from a plurality of output waveguides connected to different positions on this output surface, and sets the light path for each wavelength. can do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to reduce the size of the optical wavelength router disclosed in the above document, it is desirable to further reduce the area occupied by the waveguide array. As one method for that purpose, it is conceivable to reduce the area occupied by the waveguide array by bending each waveguide constituting the waveguide array with a large curvature.
[0004]
However, the propagation constant of the waveguide varies depending on the curvature of the waveguide. As the curvature of the waveguide increases, the propagation constant of the waveguide also increases. For this reason, when the curvature of each waveguide of the waveguide array is increased, the difference in propagation constant (propagation constant difference) between the curved portions of each waveguide increases. When the difference in propagation constant between the curved portions of each waveguide increases, the phase difference between the lights propagating through different waveguides deviates from the design value, resulting in a phase error. The reason is that, in general, the phase error is the product of the propagation constant difference and the deviation (length variation) from the design value of the length difference between the waveguide portions where the propagation constant difference occurs. This is because it is proportional to
[0005]
In addition, in order to form a waveguide as a curved waveguide having a large curvature, it is necessary to strengthen light confinement in the waveguide and minimize light leakage. In order to strengthen the light confinement in the waveguide, it is necessary to increase the refractive index ratio (also referred to as “relative refractive index difference”) Δ between the waveguide layer and the cladding layer constituting the waveguide.
[0006]
However, when the refractive index ratio Δ is increased, the fluctuation of the refractive index ratio Δ also increases. When the fluctuation of the refractive index ratio Δ increases, the phase error between the lights propagating through different waveguides increases. The reason is that the phase error is generally proportional to the product of the magnitude of the fluctuation of the refractive index ratio Δ and the length of the waveguide portion in which the fluctuation of the refractive index ratio Δ occurs.
[0007]
When the phase error between the light beams propagating through the waveguides constituting the waveguide array increases, the peak of the light intensity distribution for each wavelength on the output surface of the star coupler on the output side decreases, and on the output surface. The light intensity distribution becomes gentle as a whole.
[0008]
Originally, there is a one-to-one relationship between the wavelength and the peak position of the light intensity at which the light of that wavelength should be concentrated, but it is actually concentrated at the position where light of a specific wavelength should be concentrated by design. The wavelength of the light to be shifted may deviate from the selected wavelength at the time of design due to the phase error described above. That is, a shift of the selection wavelength occurs. As a result, the crosstalk of the selected wavelength output from the optical wavelength router increases. That is, the crosstalk characteristic (wavelength characteristic) of the optical wavelength router deteriorates.
[0009]
For this reason, it has been desired to realize an optical wavelength router capable of suppressing the deterioration of the crosstalk characteristic due to the phase error.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various examinations and experiments, the inventor according to the present invention suppresses the occurrence of phase error if a part of each waveguide constituting the waveguide array is formed into a linear weak waveguide type waveguide. It was discovered that it was possible to arrive at this invention.
[0011]
Here, the weak waveguide type waveguide means a waveguide with weak optical confinement. Specifically, it means a waveguide in which the power of light propagating through the waveguide is 50% or less in the waveguide layer (core layer) surrounded by the cladding layer. In addition, the weak waveguide type waveguide corresponds to an optical fiber having a weak waveguide structure in terms of light confinement strength.
[0012]
Therefore, according to the optical wavelength router of the present invention, each is configured with a planar waveguide (also referred to as “slab optical waveguide” or “planar optical waveguide”) having input and output surfaces facing each other. Input side star coupler and output side star coupler,
An input waveguide array connecting the input surface of the input side star coupler and a plurality of input ports;
A connection waveguide array for connecting the output surface of the input side star coupler and the input surface of the output side star coupler;
In an optical wavelength router comprising an output waveguide array connecting an output surface of an output side star coupler and a plurality of output ports,
Connections that make up the connection waveguide array Connection Each of the waveguides is composed of a weak waveguide type waveguide portion and a non-weak waveguide type waveguide portion,
Each of the weak waveguide type waveguide portions of the connecting waveguide is provided in a straight line, and the difference in length between adjacent weak waveguide type waveguide portions is made equal to each other. In order of length, and
The lengths of the non-weakly guided waveguide portions of the connecting waveguide are equal to each other
It is characterized by that.
[0013]
As described above, according to the optical wavelength router of the present invention, each of the connection waveguides constituting the connection waveguide array is made of a linear weak waveguide type waveguide portion (hereinafter, referred to as “longitudinal”) having a length equal to each other. And a non-weak waveguide type waveguide portion (hereinafter also referred to as “non-weak waveguide portion”) having the same length.
[0014]
According to the optical wavelength router of the present invention, since the refractive index ratio is small in this weak waveguide portion, the fluctuation of the refractive index ratio is small. Moreover, there is no difference in propagation constant between the weak waveguide portions of the connection waveguides that are different from each other because the weak waveguide portions are respectively linear. For this reason, generation | occurrence | production of the phase error resulting from a weak waveguide part can be suppressed.
[0015]
In addition, according to the optical wavelength router of the present invention, since a part of each connection waveguide is configured with a weak waveguide part, each connection waveguide is configured only with a non-weak waveguide type waveguide. The length of the non-weak waveguide portion is shorter than that of. Therefore, the refractive index fluctuation is big The length of the important part is short. Therefore, compared to the case where the connection waveguide is composed only of non-weak waveguides, the fluctuation of the refractive index ratio in each connection waveguide and the fluctuation thereof. But The phase error given by the product of the length of the generated portion can be suppressed.
[0016]
Further, according to the optical wavelength router of the present invention, the lengths of the non-weak waveguide portions are made equal to each other, so Road Suppresses the variation in length between parts. As a result, non-weak waveguide Road Difference of propagation constant between parts and its non-weak wave guide Road Variation in length between parts of Phase error proportional to the product, ie its non-weak waveguide Road A phase error caused by the portions can be suppressed.
[0017]
Therefore, according to the optical wavelength router of the present invention, the phase error is suppressed in each of the weak waveguide portion and the non-weak waveguide portion. Concerning It is possible to suppress the deterioration of the crosstalk characteristics.
[0018]
In addition, when each connection waveguide is divided into two or more locations and the non-weak waveguide portion is provided, the total length of the non-weak waveguide portions may be equal between the connection waveguides.
[0019]
In the optical wavelength router of the present invention, it is preferable that the weak waveguide type waveguide portion has two portions, a portion connected to the output surface of the input side star coupler and a portion connected to the input surface of the output side star coupler. It is good to have it divided into.
[0020]
In the optical wavelength router according to the present invention, preferably, the non-weak waveguide type waveguide portion includes two portions, ie, a portion connected to the output surface of the input side star coupler and a portion connected to the input surface of the output side star coupler. It is good to have it divided into places.
[0021]
In the optical wavelength router of the present invention, preferably, the non-weak waveguide type waveguide portion is provided in an arc shape. If the non-weak waveguide portion is arcuate, non-weak waveguide portions that include curves and are equal in length can be easily designed as will be described in the following embodiments.
[0022]
Moreover, according to the waveguide of the present invention,
It is composed of a weak waveguide type waveguide part and a non-weak waveguide part,
One end of the weak waveguide type waveguide portion is connected to one end of the non-weak waveguide type waveguide portion
It is characterized by that.
[0023]
A part of the waveguide of the present invention is constituted by a weak waveguide type waveguide. In the weak waveguide type waveguide portion, the fluctuation of the refractive index ratio is smaller than that in the non-weak waveguide type waveguide portion. Further, in the weak waveguide type waveguide portion, the accuracy of the waveguide dimension can be relaxed, as will be described in the embodiments described later. The waveguide of the present invention is suitable for use as a connection waveguide constituting the waveguide array of the optical wavelength router of the present invention.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the optical wavelength router according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings to be referred to merely schematically show the sizes, shapes, and arrangement relationships of the constituent components to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated example.
[0025]
(First embodiment)
First, a configuration example of the optical wavelength router according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a configuration diagram for explaining the optical wavelength router according to the first embodiment. FIG. 1B is an enlarged view of the vicinity of the input side star coupler of the optical wavelength router.
[0026]
The
[0027]
This
[0028]
Each of the connection waveguides constituting the
[0029]
Here, in each of the connection waveguides, the weak waveguide
[0030]
Each weak waveguide
[0031]
The
[0032]
Further, in this embodiment, the configuration of the
[0033]
Further, the input
[0034]
For example, three input waveguides constituting the input waveguide array 18 are connected to the
[0035]
Further, the linear
[0036]
In addition, here, the length of each
[0037]
Further, the
[0038]
Here, an example of a specific design method of the arrangement of the
[0039]
In designing an optical wavelength router that satisfies the above-described various conditions for the
[0040]
ΔR i = [-L e + {(L ri + ΔL e / 2) sin (θ i + Δθ i / 2) + R i (1-cos (sinθ i + Δθ i / 2))} Δθ i ] / [-(Θ i + Δθ i / 2)] sin (θ i + Δθ i / 2) + (cos (sinθ i + Δθ i / 2) -1) Δθ i / 2] (1)
However, in the above equation (1), θ i Is a point O on the
[0041]
In the above equation (1), the length L of each connection waveguide i (= Lr i + Lc i ) Is a point of intersection M and a point O between the line YY of the axis of symmetry and the line HH for convenience. 2 And the length of the distance Lp and the point O 2 And the length along the waveguide between the line of symmetry YY, ie L i -Lp is given.
[0042]
In the above equation (1), in order to facilitate the design, the radius of curvature R of each
[0043]
And the radius of curvature of the
[0044]
R i + 1 = R i + ΔR i ... (2)
Further, a convenient length Lr of the
[0045]
Lr i + 1 = Lr i + ΔLe (3)
In addition, the angle θ of the i + 1-th waveguide i + 1 Are sequentially given by the following equation (4) using the above equation (1).
[0046]
θ i + 1 = Θ i + Δθ i ... (4)
In this way, the
[0047]
In this embodiment, the
[0048]
(About waveguide structure)
Next, an example of the structure of the
[0049]
In this embodiment, the
[0050]
The
[0051]
Further, in the
[0052]
In the
[0053]
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, in order to maintain a single mode of light propagating through the waveguide, the width (2 μm) of the
[0054]
(About dimensional accuracy of weak waveguide part)
Next, the dimensional accuracy of the
[0055]
δn e = ∂n e / ∂W · ΔW (7)
With respect to the change in the transmission refractive index, the selective wavelength characteristic of the light propagating through the waveguide is shifted by Δλ shown in the following equation (8).
[0056]
Δλ = λ 0 ・ Δn e / N e ... (8)
Where λ 0 Represents the center wavelength of wavelength-multiplexed light.
[0057]
In addition, when approximation of the following equation (9) is established for the above equation (7), the above equation (8) can be expressed by the following equation (10).
[0058]
N e / ∂W · ΔW ≒ Δn · ΔW / W (9)
Δλ = Δn / n e ・ ΔW / W = λ 0 Δ ・ ΔW / W (10)
Conventionally, the refractive index ratio Δ is about 1% so that light confinement becomes strong. In that case, Δλ≈2 × 10 -Four In order to obtain a certain degree of accuracy, it can be seen from the above-described equation (10) that an accuracy of ΔW / W≈2% is necessary. In this case, for example, when the width of the
[0059]
On the other hand, in the
[0060]
(Second Embodiment)
Next, an optical wavelength router according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram for explaining the optical wavelength router according to the second embodiment.
[0061]
First, an optical wavelength router according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a configuration diagram for explaining an optical wavelength router according to the second embodiment. FIG. 3B is an enlarged view of the vicinity of the input side star coupler of the optical wavelength router.
[0062]
The
[0063]
This
[0064]
Each of the connection waveguides constituting the
[0065]
Here, in each of the connection waveguides, the non-weak waveguide
[0066]
Further, the weak waveguide
[0067]
The
[0068]
In this embodiment, the configuration of the
[0069]
The input
[0070]
For example, three input waveguides constituting the
[0071]
The
[0072]
The point O on the
[0073]
In addition, here, the length of the
[0074]
The curved portion 58b of the
[0075]
Here, the length L of the
[0076]
Here, an example of designing an optical wavelength router that satisfies the above-described various conditions for the
[0077]
First, the projection length obtained by projecting the
[0078]
Therefore, the length L of the waveguide i , This Lp i + Ls i The length expressed with reference to Le i Then Le i Is represented by the following equation (11).
[0079]
By the way, the length L of the
[0080]
ΔLe = −ΔLp i (12)
Therefore, the above equation (12) and L i = Based on a constant value, after dividing these, the difference in length ΔLr between the adjacent
[0081]
ΔLr i = [-ΔLe + {Lr i sinθ i -R i (cosθ ~ i -sin θ ~ i / θ ~ i )}] / [Cos θ ~ i + sin θ ~ i / θ ~ i ] (13)
Further, in the same manner as the above expression (13), the above expression (12) and L i = Based on the constant, after these are divided, the difference ΔR in the radius of curvature between the adjacent curved portions 58b of the
[0082]
ΔR i = [ΔLr i -R i Δθ i ] / [Θ ~ i ] (14)
However, θ ~ i Is θ i + 1 And θ i And the average.
[0083]
And the radius of curvature R of the curved portion 58b of the
[0084]
R i + 1 = R i + ΔR i (15)
Further, the convenient length Lr of the
[0085]
Lr i + 1 = Lr i + ΔLe (16)
The angle θ formed by the
[0086]
θ i + 1 = Θ i + Δθ i ... (17)
In this way, the length and extending direction of the
[0087]
(About waveguide structure)
Next, an example of the structure of the
[0088]
In this embodiment, the
[0089]
The
[0090]
In the
[0091]
In addition, on both sides of the lower portion of the non-weak waveguide
[0092]
In the
[0093]
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 4, in order to maintain a single mode of light propagating through the waveguide, the width (2 μm) of the
[0094]
Also in the second embodiment, the accuracy of the width dimension of the
[0095]
In each of the above-described embodiments, only examples in which these inventions are configured using specific materials and under specific conditions have been described. However, these inventions can be modified and modified in many ways. For example, in the above-described embodiment, the curved portion of the non-weak waveguide portion has an arc shape. However, in the optical wavelength router of the present invention, the curved portion does not necessarily have an arc shape.
[0096]
In the above-described embodiment, the example in which the weak waveguide is provided in one or two locations in one connection waveguide has been described. However, in the present invention, the connection waveguide is provided in three or more locations. May be.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical wavelength router of the present invention, each of the connection waveguides constituting the connection waveguide array is formed of a linear weak waveguide type waveguide portion (weakly conductive) having different lengths by the same length. (Waveguide portion) and a non-weak waveguide type waveguide portion (non-weak waveguide portion) having the same length.
[0098]
According to the optical wavelength router of the present invention, since the refractive index ratio is small in the weak waveguide portion, the fluctuation of the refractive index ratio is small. In addition, since the weak waveguide portion is linear, there is no difference in propagation constant between the weak waveguide portions of different connection waveguides. For this reason, generation | occurrence | production of the phase error resulting from a weak waveguide part can be suppressed.
[0099]
In addition, according to the optical wavelength router of the present invention, a part of each connection waveguide is configured with a weak waveguide part, so each connection waveguide is configured only with a non-weak waveguide type waveguide part. Compared to the case, the length of the non-weak waveguide portion is short. For this reason, the length of the portion where the refractive index fluctuation is large is short. Therefore, it is possible to suppress the phase error in each connection waveguide as compared with the case where the connection waveguide is configured by only the non-weak waveguide type waveguide portion.
[0100]
Further, according to the optical wavelength router of the present invention, the length of the non-weak waveguide portions is made equal to each other, thereby suppressing variations in length between the non-weak waveguide portions. As a result, the phase error caused by the non-weak waveguide portions can be suppressed.
[0101]
Therefore, according to the optical wavelength router of the present invention, since the phase error is suppressed in each of the weak waveguide portion and the non-weak waveguide portion, it is possible to suppress the deterioration of the crosstalk characteristics due to the phase error.
[0102]
In the optical wavelength router of the present invention, if the non-weak waveguide portion is formed in an arc shape, the non-weak waveguide portion can be easily designed.
[0103]
In addition, the waveguide of the present invention is partially configured with a weak waveguide type waveguide portion. In the weak waveguide type waveguide portion, the fluctuation of the refractive index ratio is smaller than that in the non-weak waveguide type waveguide portion. Further, in the weak waveguide type waveguide portion, the accuracy of the dimensions of the waveguide can be relaxed. The waveguide of the present invention is suitable for use as a connection waveguide constituting the waveguide array of the optical wavelength router of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a configuration diagram for explaining an optical wavelength router according to a first embodiment, and FIG. 1B is an enlarged view of the vicinity of an input side star coupler of an optical wavelength router.
FIG. 2A is a plan pattern of a waveguide layer (core) of a waveguide constituting a waveguide array, and FIG. 2B is a cutaway perspective view of a main part near an end point of a weak waveguide portion. .
FIG. 3A is a configuration diagram for explaining an optical wavelength router according to a second embodiment, and FIG. 3B is an enlarged view of the vicinity of an input side star coupler of the optical wavelength router;
FIG. 4 is a cutaway perspective view of a main part near an end point of a weak waveguide portion.
[Explanation of symbols]
100, 200: Optical wavelength router
10, 40: SiO 2 substrate
12, 42: Input side star coupler
12a, 14a, 42a, 44a: input surface
12b, 14b, 42b, 44b: output surface
14, 44: Output side star coupler
16, 46: Input port
18, 48: Input waveguide array
20, 50: Connection waveguide array
22, 52: Output port
24, 54: Output waveguide array
26, 56: Weak waveguide type waveguide portion (weak waveguide portion)
26e: end point
28, 58: Non-weak waveguide type waveguide part (non-weak waveguide part)
58a: Straight line portion
58b: Curve portion
58ae, 58be: end point
30, 60: Core layer
60a: Lower part
60b: Upper part
32, 62: SiO 2 Layer (upper cladding layer)
34, 64: SiO 2 layer
36, 66: Tapered portion
38: Tapered portion
Claims (5)
前記入力側スターカプラの前記入力面と複数の入力ポートとを接続する入力導波路アレイと、
前記入力側スターカプラの前記出力面と前記出力側スターカプラの前記入力面とを接続する接続導波路アレイと、
前記出力側スターカプラの前記出力面と複数の出力ポートとを接続する出力導波路アレイとを具えた光波長ルータにおいて、
前記接続導波路アレイを構成する各接続導波路は、それぞれ弱導波型導波路部分と非弱導波型導波路部分とを以って構成してあり、
前記接続導波路の各々の前記弱導波型導波路部分は、それぞれ直線状に設けてあり、かつ、隣り合った弱導波型導波路部分どうし間での長さの差をそれぞれ等しくして、その長さの順に並べてあり、および、
前記接続導波路の各々の前記非弱導波型導波路部分の長さを互いに等しくしてある
ことを特徴とする光波長ルータ。An input-side star coupler and an output-side star coupler each configured with a planar waveguide, each having an input surface and an output surface facing each other;
An input waveguide array connecting the input surface of the input side star coupler and a plurality of input ports;
A connection waveguide array connecting the output surface of the input-side star coupler and the input surface of the output-side star coupler;
In an optical wavelength router comprising an output waveguide array that connects the output surface of the output side star coupler and a plurality of output ports,
Each connection waveguide constituting the connection waveguide array is constituted by a weak waveguide type waveguide portion and a non-weak waveguide type waveguide portion, respectively.
The weak waveguide type waveguide portions of each of the connection waveguides are linearly provided, and the difference in length between adjacent weak waveguide type waveguide portions is made equal. , Ordered by length, and
An optical wavelength router characterized in that the lengths of the non-weakly waveguide-type waveguide portions of the connection waveguides are equal to each other.
前記弱導波型導波路部分は、前記入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、前記出力側スターカプラの入力面に接続した部分との2箇所に分けて設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。The optical wavelength router according to claim 1,
The weak waveguide type waveguide portion is provided in two parts, a portion connected to the output surface of the input side star coupler and a portion connected to the input surface of the output side star coupler. Optical wavelength router.
前記非弱導波型導波路部分は、前記入力側スターカプラの出力面に接続した部分と、前記出力側スターカプラの入力面に接続した部分との2箇所に分けて設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。The optical wavelength router according to claim 1,
The non-weak waveguide type waveguide portion is provided in two parts, a portion connected to the output surface of the input side star coupler and a portion connected to the input surface of the output side star coupler. An optical wavelength router.
前記非弱導波型導波路部分を円弧状に設けてある
ことを特徴とする光波長ルータ。In the optical wavelength router in any one of Claims 1-3,
An optical wavelength router, wherein the non-weak waveguide type waveguide portion is provided in an arc shape.
前記導波路のそれぞれの前記弱導波型導波路部分は、直線状に設けられており、
隣り合う前記導波路を構成するそれぞれの弱導波型導波路部分どうし間の長さの差は、隣接する何れの導波路間においても全て等しく設定されており、
前記導波路のそれぞれの非弱導波型導波路部分の長さは、それぞれ等しく設定されており、
前記導波路は、それぞれの弱導波型導波路部分の長さの順に配列されている
ことを特徴とする導波路アレイ。 The Jakushirubeha waveguide portion and the non-weak waveguide type waveguide section and a waveguide is constructed I hereinafter, is constituted by a plurality lined,
Each of the weak waveguide type waveguide portions of the waveguide is provided in a straight line,
The difference in length between the weak waveguide-type waveguide portions constituting the adjacent waveguides is all set equally between any adjacent waveguides,
The lengths of the respective non-weak waveguide type waveguide portions of the waveguide are set to be equal to each other,
The waveguide array, wherein the waveguides are arranged in the order of the lengths of the respective weak waveguide type waveguide portions .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11849597A JP3755961B2 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Optical wavelength router and waveguide array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11849597A JP3755961B2 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Optical wavelength router and waveguide array |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10307222A JPH10307222A (en) | 1998-11-17 |
JP3755961B2 true JP3755961B2 (en) | 2006-03-15 |
Family
ID=14738093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11849597A Expired - Fee Related JP3755961B2 (en) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | Optical wavelength router and waveguide array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3755961B2 (en) |
-
1997
- 1997-05-08 JP JP11849597A patent/JP3755961B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10307222A (en) | 1998-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3389242B2 (en) | Optical device | |
US5243672A (en) | Planar waveguide having optimized bend | |
US5226100A (en) | Optical grating comprising a plurality of side-by-side outfeed end faces of optical waveguides | |
JP3860782B2 (en) | Optical device | |
US6968096B2 (en) | Diffraction device using photonic crystal | |
JP3726062B2 (en) | Optical multiplexer / demultiplexer | |
JP4636439B2 (en) | Calculation method of core width and distance between cores of two linear optical waveguides of directional optical coupler | |
US6516120B2 (en) | Rib waveguide device with mode filter | |
US7062130B2 (en) | Low-loss optical waveguide crossovers using an out-of-plane waveguide | |
US6553164B1 (en) | Y-branch waveguide | |
JPH0862050A (en) | Asymmetrical unitary optical mach-zehnder interferometer | |
JP2007233294A (en) | Optical coupler | |
JPH09200187A (en) | Waveguide grating type optical demultiplexer and its method of use | |
US12092852B2 (en) | Optical device having fan-out waveguides and bus waveguide | |
KR20090061876A (en) | Photonics device | |
US6787868B1 (en) | Microlenses for integrated optical devices | |
JP3755961B2 (en) | Optical wavelength router and waveguide array | |
JP2961057B2 (en) | Optical branching device | |
JP4482486B2 (en) | Semiconductor star coupler type optical converging branch circuit and semiconductor array diffraction grating | |
JPH1123868A (en) | Light wavelength router | |
JP2004126131A (en) | Optical multiplexer/demultiplexer | |
US6229943B1 (en) | Optical circuit device and wavelength router | |
JPH1130723A (en) | Optical multiplexing/demultiplexing element | |
JPH06273629A (en) | Optical star coupler | |
JP2000231026A (en) | Optical waveguide type optical demultiplexing multiplexing circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040415 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041105 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050315 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100106 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100106 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110106 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110106 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120106 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130106 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |