JP3858638B2 - 光カプラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路同士を接続するための光カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の光カプラの概念図である。
【０００３】
この光カプラ１は、二つの伝搬モードを有する長方形平面形状のマルチ導波路部２の両側に二つの入力導波路３、４と二つの出力導波路５、６とがそれぞれ接続されたＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラである。これらの導波路２〜６は略矩形断面形状のコア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドからなるチャネル導波路（図ではコアのみが示されている。）である。入出力導波路３〜６のマルチ導波路２との接続部近傍３ａ〜６ａは、光がマルチ導波路部２とスムースに結合するようにマルチ導波路２側が太いテーパ状に形成されている。マルチ導波路部２は、基本モード、１次モード、２次モード、…等多くの伝搬モードが伝送可能となっている。
【０００４】
外部から入力導波路３へ入射された光（入力光）はマルチ導波路部２の種々のモードを励起する。これらのモードは、それぞれ独自の伝搬定数で出力導波路５、６に伝搬していく。入射光はある一定の距離だけ進むと、マルチ導波路部２の伝搬定数の違いから、基本モード、１次モード、２次モード、…の干渉状態が変化し、出力導波路５、６から略同一パワーの光を取り出すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光カプラには以下の問題があった。
【０００６】
マルチ導波路部２における伝搬モード（基本モード、１次モード、２次モード、…）の伝搬定数は波長依存性を有しており、この波長依存性に対応して、光カプラから出力する光パワーの損失が波長によって変化する。
【０００７】
図７は図６に示した従来構造の光カプラの波長損失特性を示したものであり、横軸は波長軸を示し、縦軸は損失軸を示している。
【０００８】
入力導波路３を伝搬する光の波長が１．５５μｍのときは低損失で二つに分配されて出力導波路５、６から出力されるが、１．５５μｍの短波長側と長波長側とでは損失が増加していることが分かる。
【０００９】
一般に、光ファイバシステムに用いられる光カプラは、波長依存性が小さいことが望ましい。
【００１０】
図８は図６に示した光カプラを用いた波長スプリッタの光回路を示した図である。
【００１１】
この波長スプリッタ１０は、１枚の基板１１上で図６に示した光カプラ（ＭＭＩカプラ）１が４段に接続されたものである。入力導波路１２、１３の一方の入導波路１２に入力した光（矢印１４）は、波長スプリッタ１０で分岐され出力導波路１５〜１８のうちの出力導波路１６、１８から矢印１９、２０方向に出力される。
【００１２】
図９は図８に示した波長スプリッタの波長損失特性を示した図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失軸である。
【００１３】
光カプラ１の損失を反映して短波長側及び長波長側で損失が増加していることが分かる。このため、このような波長依存性の低減が望まれていた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、損失の少ない光カプラを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光カプラは、コア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの屈折率が局所的に高い高屈折率部が形成されているものである。
【００１６】
上記構成に加え本発明の光カプラの高屈折率部は入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成されていてもよい。
【００１７】
上記構成に加え本発明の光カプラの高屈折率部は入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成され、両端がテーパ状に形成されていてもよい。
【００１８】
上記構成に加え本発明の光カプラのマルチ導波路部及び入出力導波路はＧｅＯ2が添加された石英系ガラスからなり、高屈折率部は紫外光の局所的な照射により形成されたものであるのが好ましい。
【００１９】
本発明の光カプラは、コア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの高さが局所的に高い突起部が形成されているのが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、マルチ導波路部の入出力導波路との接続部近傍のコアの屈折率を局所的に高くした高屈折率部を形成することにより、高屈折率部がゲートの役割をはたすので、外部から入力導波路を伝搬してくる各伝搬モードのマルチ導波路部への光閉じ込めを強くすることができる。マルチ導波路部への光閉じ込めが強くなると、伝搬定数は波長依存性が小さくなるので、マルチ導波路部と入出力導波路との接続部の損失が減少し波長特性が大幅に改善される。この結果、損失の少ない光カプラの提供を実現することができる。また、マルチ導波路部の入出力導波路との接続部近傍のコアの高さを局所的に高くした突起部を形成しても突起部の形成されたコア部がゲートの役割を果たすので同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態を示す概念図である。
【００２３】
二つの伝搬モードを有する長方形平面形状のマルチ導波路部２１の両側に二つの入力導波路２２、２３と二つの出力導波路２４、２５とがそれぞれ接続されている。これらの導波路２１〜２５は矩形断面形状のコア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路である。マルチ導波路部２１及び入出力導波路２２〜２５は石英基板（あるいはシリコン基板）上に形成されている。
【００２４】
入出力導波路２２〜２５のマルチ導波路部２１との接続部近傍２２ａ〜２５ａは、外部から入力導波路２２、２３を伝搬してくる光がマルチ導波路部２１とスムースに結合するように、かつマルチ導波路部２１から外部へ出ようとする光が出力導波路２４、２５とスムースに結合するようにマルチ導波路部２１側が太いテーパ状に形成されている。
【００２５】
マルチ導波路部２１の各入出力導波路２２〜２５との接続部近傍には、コアの屈折率が局所的に高い略直方体の高屈折率部２６〜２９がそれぞれ各入出力導波路２２〜２５に沿って平行に形成されている。
【００２６】
これらマルチ導波路部２１、入出力導波路２２〜２５及び高屈折率部２６〜２９で光カプラ（ＭＭＩカプラ）３０が構成されている。
【００２７】
このような構造の光カプラ３０の例えば入力導波路２２の外部から光を入力すると、高屈折率部２６〜２９がゲートの役割を果たすので、入力導波路２２を伝搬してくる各伝搬モード（基本モード、１次モード、２次モード、…）のマルチ導波路部２１への光閉じ込めが強くなる。
【００２８】
一般に、光閉じ込めを十分に強くすると伝搬定数は波長依存性が小さくなるため、光カプラ３０の損失の波長依存性も小さくすることができる。さらに、入力導波路２２からの光分布を徐々にマルチ導波路部２１の光分布に変化させることができるため、低損失化が可能となる。
【００２９】
図２は図１に示した光カプラの波長損失特性を示した図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失軸である。
【００３０】
従来の光カプラと比較して波長に対して平坦な損失特性を示しており、波長依存性を大きく低減していることが分かる。
【００３１】
図３はコアの屈折率を高くする方法の説明図である。
【００３２】
ＧｅＯ2が添加された石英系ガラスからなる導波路３１を準備し、屈折率を高くしたい部分に開口３２を設けた金属マスク（例えばアルミニウムマスク）３３を形成し、この金属マスクを介してエキシマレーザ等の紫外光レーザを照射することにより、紫外光レーザの照射された部分の屈折率を高くすることができる。金属マスクはフォトリソグラフィの技術により高精度に作製することができる。
【００３３】
図４は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す概念図である。以下、図１に示した光カプラと同様の部材には共通の符号を用いた。
【００３４】
図１に示した光カプラ３０との相違点は、マルチ導波路部３４の高屈折率部３５〜３８が入出力導波路２２〜２５の長手方向に沿って略直方体に形成され、かつ光の入出射端側がテーパ状に形成されている点である。このような光カプラ３９においても図１に示した光カプラ３０と同様の効果が得られる。
【００３５】
図５（ａ）は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。
【００３６】
図１に示した光カプラ３０との相違点は、マルチ導波路部４０の入出力導波路〜２５との接続部近傍のコアの高さが局所的に高い突起部４１〜４４が形成されている点である。
【００３７】
このような光カプラ４５においても、突起部４１〜４４の形成されたコア部がゲートの役割を果たすので、図１に示した光カプラと同様の効果が得られる。尚、図中４６は基板であり、４７はクラッドである。
【００３８】
突起部４１〜４４の平面形状は、図では入出力導波路２２〜２５の長手方向に沿って略長方形に形成され、光の入出射端側がテーパ状に形成されているが、長方形であってもよい。また、突起部４１〜４４の高さｈはコアの高さの約１０％程度であるのが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４０】
損失の少ない光カプラの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示した光カプラの波長損失特性を示した図である。
【図３】コアの屈折率を高くする方法の説明図である。
【図４】本発明の光カプラの他の実施の形態を示す概念図である。
【図５】（ａ）は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。
【図６】従来の光カプラの概念図である。
【図７】図６に示した従来構造の光カプラの波長損失特性を示した図である。
【図８】図６に示した光カプラを用いた波長スプリッタの光回路を示した図である。
【図９】図８に示した波長スプリッタの波長損失特性を示した図である。
【符号の説明】
２１、３４、４０ マルチ導波路部
２２〜２５ 入出力導波路
２６〜２９、３５〜３８ 高屈折率部
４１〜４４ 突起部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路同士を接続するための光カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の光カプラの概念図である。
【０００３】
この光カプラ１は、二つの伝搬モードを有する長方形平面形状のマルチ導波路部２の両側に二つの入力導波路３、４と二つの出力導波路５、６とがそれぞれ接続されたＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラである。これらの導波路２〜６は略矩形断面形状のコア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドからなるチャネル導波路（図ではコアのみが示されている。）である。入出力導波路３〜６のマルチ導波路２との接続部近傍３ａ〜６ａは、光がマルチ導波路部２とスムースに結合するようにマルチ導波路２側が太いテーパ状に形成されている。マルチ導波路部２は、基本モード、１次モード、２次モード、…等多くの伝搬モードが伝送可能となっている。
【０００４】
外部から入力導波路３へ入射された光（入力光）はマルチ導波路部２の種々のモードを励起する。これらのモードは、それぞれ独自の伝搬定数で出力導波路５、６に伝搬していく。入射光はある一定の距離だけ進むと、マルチ導波路部２の伝搬定数の違いから、基本モード、１次モード、２次モード、…の干渉状態が変化し、出力導波路５、６から略同一パワーの光を取り出すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光カプラには以下の問題があった。
【０００６】
マルチ導波路部２における伝搬モード（基本モード、１次モード、２次モード、…）の伝搬定数は波長依存性を有しており、この波長依存性に対応して、光カプラから出力する光パワーの損失が波長によって変化する。
【０００７】
図７は図６に示した従来構造の光カプラの波長損失特性を示したものであり、横軸は波長軸を示し、縦軸は損失軸を示している。
【０００８】
入力導波路３を伝搬する光の波長が１．５５μｍのときは低損失で二つに分配されて出力導波路５、６から出力されるが、１．５５μｍの短波長側と長波長側とでは損失が増加していることが分かる。
【０００９】
一般に、光ファイバシステムに用いられる光カプラは、波長依存性が小さいことが望ましい。
【００１０】
図８は図６に示した光カプラを用いた波長スプリッタの光回路を示した図である。
【００１１】
この波長スプリッタ１０は、１枚の基板１１上で図６に示した光カプラ（ＭＭＩカプラ）１が４段に接続されたものである。入力導波路１２、１３の一方の入導波路１２に入力した光（矢印１４）は、波長スプリッタ１０で分岐され出力導波路１５〜１８のうちの出力導波路１６、１８から矢印１９、２０方向に出力される。
【００１２】
図９は図８に示した波長スプリッタの波長損失特性を示した図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失軸である。
【００１３】
光カプラ１の損失を反映して短波長側及び長波長側で損失が増加していることが分かる。このため、このような波長依存性の低減が望まれていた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、損失の少ない光カプラを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光カプラは、コア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの屈折率が局所的に高い高屈折率部が形成されているものである。
【００１６】
上記構成に加え本発明の光カプラの高屈折率部は入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成されていてもよい。
【００１７】
上記構成に加え本発明の光カプラの高屈折率部は入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成され、両端がテーパ状に形成されていてもよい。
【００１８】
上記構成に加え本発明の光カプラのマルチ導波路部及び入出力導波路はＧｅＯ2が添加された石英系ガラスからなり、高屈折率部は紫外光の局所的な照射により形成されたものであるのが好ましい。
【００１９】
本発明の光カプラは、コア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの高さが局所的に高い突起部が形成されているのが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、マルチ導波路部の入出力導波路との接続部近傍のコアの屈折率を局所的に高くした高屈折率部を形成することにより、高屈折率部がゲートの役割をはたすので、外部から入力導波路を伝搬してくる各伝搬モードのマルチ導波路部への光閉じ込めを強くすることができる。マルチ導波路部への光閉じ込めが強くなると、伝搬定数は波長依存性が小さくなるので、マルチ導波路部と入出力導波路との接続部の損失が減少し波長特性が大幅に改善される。この結果、損失の少ない光カプラの提供を実現することができる。また、マルチ導波路部の入出力導波路との接続部近傍のコアの高さを局所的に高くした突起部を形成しても突起部の形成されたコア部がゲートの役割を果たすので同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態を示す概念図である。
【００２３】
二つの伝搬モードを有する長方形平面形状のマルチ導波路部２１の両側に二つの入力導波路２２、２３と二つの出力導波路２４、２５とがそれぞれ接続されている。これらの導波路２１〜２５は矩形断面形状のコア及びコアを覆いコアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路である。マルチ導波路部２１及び入出力導波路２２〜２５は石英基板（あるいはシリコン基板）上に形成されている。
【００２４】
入出力導波路２２〜２５のマルチ導波路部２１との接続部近傍２２ａ〜２５ａは、外部から入力導波路２２、２３を伝搬してくる光がマルチ導波路部２１とスムースに結合するように、かつマルチ導波路部２１から外部へ出ようとする光が出力導波路２４、２５とスムースに結合するようにマルチ導波路部２１側が太いテーパ状に形成されている。
【００２５】
マルチ導波路部２１の各入出力導波路２２〜２５との接続部近傍には、コアの屈折率が局所的に高い略直方体の高屈折率部２６〜２９がそれぞれ各入出力導波路２２〜２５に沿って平行に形成されている。
【００２６】
これらマルチ導波路部２１、入出力導波路２２〜２５及び高屈折率部２６〜２９で光カプラ（ＭＭＩカプラ）３０が構成されている。
【００２７】
このような構造の光カプラ３０の例えば入力導波路２２の外部から光を入力すると、高屈折率部２６〜２９がゲートの役割を果たすので、入力導波路２２を伝搬してくる各伝搬モード（基本モード、１次モード、２次モード、…）のマルチ導波路部２１への光閉じ込めが強くなる。
【００２８】
一般に、光閉じ込めを十分に強くすると伝搬定数は波長依存性が小さくなるため、光カプラ３０の損失の波長依存性も小さくすることができる。さらに、入力導波路２２からの光分布を徐々にマルチ導波路部２１の光分布に変化させることができるため、低損失化が可能となる。
【００２９】
図２は図１に示した光カプラの波長損失特性を示した図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失軸である。
【００３０】
従来の光カプラと比較して波長に対して平坦な損失特性を示しており、波長依存性を大きく低減していることが分かる。
【００３１】
図３はコアの屈折率を高くする方法の説明図である。
【００３２】
ＧｅＯ2が添加された石英系ガラスからなる導波路３１を準備し、屈折率を高くしたい部分に開口３２を設けた金属マスク（例えばアルミニウムマスク）３３を形成し、この金属マスクを介してエキシマレーザ等の紫外光レーザを照射することにより、紫外光レーザの照射された部分の屈折率を高くすることができる。金属マスクはフォトリソグラフィの技術により高精度に作製することができる。
【００３３】
図４は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す概念図である。以下、図１に示した光カプラと同様の部材には共通の符号を用いた。
【００３４】
図１に示した光カプラ３０との相違点は、マルチ導波路部３４の高屈折率部３５〜３８が入出力導波路２２〜２５の長手方向に沿って略直方体に形成され、かつ光の入出射端側がテーパ状に形成されている点である。このような光カプラ３９においても図１に示した光カプラ３０と同様の効果が得られる。
【００３５】
図５（ａ）は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。
【００３６】
図１に示した光カプラ３０との相違点は、マルチ導波路部４０の入出力導波路〜２５との接続部近傍のコアの高さが局所的に高い突起部４１〜４４が形成されている点である。
【００３７】
このような光カプラ４５においても、突起部４１〜４４の形成されたコア部がゲートの役割を果たすので、図１に示した光カプラと同様の効果が得られる。尚、図中４６は基板であり、４７はクラッドである。
【００３８】
突起部４１〜４４の平面形状は、図では入出力導波路２２〜２５の長手方向に沿って略長方形に形成され、光の入出射端側がテーパ状に形成されているが、長方形であってもよい。また、突起部４１〜４４の高さｈはコアの高さの約１０％程度であるのが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４０】
損失の少ない光カプラの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示した光カプラの波長損失特性を示した図である。
【図３】コアの屈折率を高くする方法の説明図である。
【図４】本発明の光カプラの他の実施の形態を示す概念図である。
【図５】（ａ）は本発明の光カプラの他の実施の形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図である。
【図６】従来の光カプラの概念図である。
【図７】図６に示した従来構造の光カプラの波長損失特性を示した図である。
【図８】図６に示した光カプラを用いた波長スプリッタの光回路を示した図である。
【図９】図８に示した波長スプリッタの波長損失特性を示した図である。
【符号の説明】
２１、３４、４０ マルチ導波路部
２２〜２５ 入出力導波路
２６〜２９、３５〜３８ 高屈折率部
４１〜４４ 突起部
Claims (5)
- コア及び前記コアを覆い前記コアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、前記マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの屈折率が局所的に高い高屈折率部が形成されていることを特徴とする光カプラ。
- 前記高屈折率部は前記入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成されている請求項１に記載の光カプラ。
- 前記高屈折率部は前記入出力導波路の長手方向に沿って平行な略直方体に形成され、両端がテーパ状に形成されている請求項１に記載の光カプラ。
- 前記マルチ導波路部及び前記入出力導波路はＧｅＯ2が添加された石英系ガラスからなり、前記高屈折率部は金属マスクを介して紫外光を局所的に照射することにより形成されたものである請求項１から３のいずれかに記載の光カプラ。
- コア及び前記コアを覆い前記コアより屈折率の低いクラッドで構成された導波路からなり、少なくとも二つの伝搬モードを有するマルチ導波路部の両側に複数の入力導波路と複数の出力導波路とが接続された光カプラにおいて、前記マルチ導波路部の各入出力導波路との接続部近傍のみにコアの高さが局所的に高い突起部が形成されていることを特徴とする光カプラ。
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|---|---|---|---|---|
| JP4625420B2 (ja) * | 2006-04-04 | 2011-02-02 | 日本電信電話株式会社 | 光回路 |
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2001
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