JP3897231B2

JP3897231B2 - Optical splitter

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Publication number: JP3897231B2
Application number: JP2001311767A
Authority: JP
Inventors: 英伸浜田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2003121671A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光分岐器に関し、より特定的には、マルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ−ＭｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：以下、ＭＭＩと略称する）を利用したＭＭＩ型光分岐器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光分岐器の性能はますます向上し、特に、ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、過剰損失のより少ない数多くの形態が開発されている。このＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路の原理について簡単に説明する。ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、マルチモード導波路部を有しており、基本モード光がマルチモード導波路部に入射すると、マルチモード導波路部において基本モード光と高次モード光が発生する。この両モード光の位相差に基づく干渉の結果、伝播する光の波形が変形する。そして、両モード光の位相がちょうどπだけ異なる箇所で、伝播する光は２つのピークをもつ強度分布を有するになる。この部分に対して２つの出力導波路を配置すれば、分岐比１：１の対称なＹ分岐を実現することができる。
【０００３】
また、特開２０００−１２１８５７号公報には、マルチモード干渉で現れる光強度分布の２つのピークについて、それらの高さに差を生じさせて、分岐比が非対称となるようなＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路が開示されている。
【０００４】
このようにＭＭＩ型光分岐器は、光強度分布がピークに達する位置にあわせて出力導波路を設け、過剰損失を低減している。したがって、その形状や大きさは精密に規定されることになる。典型的には、光分岐器の分岐幅は２０〜３０μｍ程度である。また、その結果として、典型的には２５０μｍ程度の直径を有する光ファイバと光結合させるために、別個に結合用素子を用意したり、出力導波路を光ファイバの大きさに合わせて加工したりする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のように、別個に素子を用意したり、出力導波路に特別な加工を施すことには、さらにコストがかかることになる。また、光ファイバとの光軸合わせを容易に行えるように特別な構成としない限り、従来のＭＭＩ型光分岐器では、光ファイバと容易に光結合させる構成とすることが困難である。さらに、従来のＭＭＩ型光分岐器のように、その形状や大きさが精密に規定された導波路を作製することは必ずしも容易ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光ファイバと容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができるＭＭＩ型光分岐器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、光結合する外部の入力側光ファイバからの入射光を分岐して、光結合する外部の互いに平行な複数の出力側光ファイバへそれぞれ出射する光分岐器であって、入力側光ファイバの出射側端面と接し、複数の出力側光ファイバの入射端面と接する直方体の分岐部と、分岐部は、入力側光ファイバの出射側端面と接し、かつ、入力側光ファイバの直径を一辺とする正方形の形状を有する第１平面と、複数の出力側光ファイバの入射端面と接し、第１平面に平行で、第１平面と同一の正方形形状を有する第２平面と、第１平面と垂直であり、分岐部の側部にお互い平行に位置する第３及び第４平面と、分岐部の上部に位置する第５平面と、分岐部の下部に位置する第６平面とを有し、分岐部の第３平面と接し、第３平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第１ガイドと、分岐部の第４平面と接し、第４平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第２ガイドと、分岐部の第５平面と接し、第５平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、分岐部に光を閉じ込めることができる所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第１カバーと、分岐部の第６平面と接し、第６平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第２カバーとで構成され、入力側光ファイバは、第１及び第２ガイドと第１及び第２カバーとに接することで固定されており、複数の出力側光ファイバは、第１及び第２ガイドに接することで固定されていることを特徴とする。
【０００８】
上記のように、第１の発明によれば、入力側光ファイバと出力側光ファイバとを容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができる光分岐器を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面と第２平面とに露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置に分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部よりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１０】
上記のように、第２の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面に露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部が分岐した光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置までそれぞれ伝播する複数の導波路コアと、スラブ部及び複数の導波路コアよりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１２】
上記のように、第３の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１３】
第４の発明は、第２及び第３の発明に従属する発明であって、スラブ部のスラブ長は、入力側光ファイバの光軸と複数の出力側光ファイバの光軸との距離と、スラブ部の屈折率と、基板の屈折率と、第１のカバーの屈折率と、第２のカバーの屈折率とに基づいて、最適な値が選ばれることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、第４の発明によれば、上記の距離や屈折率等をパラメータとする所定の関数によって、最適なスラブ長を容易に決定することができる。
【００１５】
第５の発明は、第３の発明に従属する発明であって、所定の使用環境温度の範囲内における前記複数の導波路コアの屈折率および前記基板の屈折率は、前記複数の出力側光ファイバとの光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする。
【００１６】
上記のように、第５の発明によれば、光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、前記複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅に関連して選ばれることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、第６の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅とを考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１９】
第７の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅の平均値に関連して選ばれることを特徴とする。
【００２０】
上記のように、第７の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅との平均値を考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図１に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー６９および７０と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部７３とを備える。また、分岐部７３は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８と、基板７４とを含む。
【００４０】
なお、以下の全ての実施形態に係る説明において、本光分岐器の上下方向は、図の上下方向に対応し、その前方向は、図の左方向に対応し、その後方向は、図の右方向に対応し、その左方向は、図の手前方向に対応し、その右方向は、図の奥方向に対応するものとする。
【００４１】
まず、入射側光ファイバ６１は、スラブ６６の前面の所定部分に対して前方から光を入射するように、本光分岐器に接続される。第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３は、相互に平行に配置されており、対応する第１および第２の導波路コア６７および６８の後面から射出した光を後方へ伝播するように、本光分岐器に接続される。このように、第１および第２の導波路コア６７および６８を設けることによって、光軸の位置決めを容易に行うことができる。なお、光ファイバと本光分岐器の対応部分との光軸を容易に合わせるための構造については後述する。
【００４２】
次に、本光分岐器の分岐部７３において、スラブ６６は、基板７４の左右方向中央部付近に形成された左右方向に薄く、前後方向に所定の長さ（以下、スラブ長と称する）を有する板状の光導波路であり、前と上下とに露出面を有する。また、第１の導波路コア６７は、スラブ６６と一体として基板７４の上部に形成された前後方向に長い棒状の光導波路であり、後ろと上とに露出面を有する。同様に、第２の導波路コア６８は、基板７４の下部に形成された長い棒状の光導波路であり、後ろと下とに露出面を有する。また、スラブ６６および第１の導波路コア６７の左右側面および上面は面一であり、スラブ６６および第２の導波路コア６８の左右側面および下面は面一である。さらに、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は、スラブ６６の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００４３】
このような分岐部７３は、例えば、以下のような製法を用いて容易に作製することができる。まず、基板７４は、左右方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板から構成されているものとする。これら第１および第２の基板の向かい合う面には、エッチングや金型成形などの手法を用いて溝を形成する。そして、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせば、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８とを容易に作製することができる。また、基板７４が、上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板で構成されていても、これらの基板の溝を上下対称な形に形成すれば、同様な方法により容易に作製することができる。さらに、基板７４の前面から後ろ方向へ金型を押し込むことによっても、同様に作製することができる。なお、基板７４を構成する材料の屈折率は、スラブ６６と第１および第２の導波路コア６７および６８とを構成する材料（以下、コア材料と称する）の屈折率よりも小さいものとする。
【００４４】
次に、本光分岐器において、第１のカバー６９は、外挿された入射側光ファイバ６１の上部と接し、かつスラブ６６および第１の導波路コア６７が露出する基板７４の上面と接する。また、第２のカバー７０は、外挿された入射側光ファイバ６１の下部と接し、かつスラブ６６および第２の導波路コア６８が露出する基板７４の下面と接する。なお、第１および第２のカバー６９および７０が、入射側光ファイバ６１を上下方向を挟むように接しているのは、光軸合わせのためである。詳しくは後述する。
【００４５】
また、これら第１および第２のカバー６９および７０を構成する材料は、コア材料の屈折率よりも小さい。したがって、これらはクラッドとして機能する。このように構成すれば、基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０とによって、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との中を伝播する光を伝搬経路から漏れ出さないように閉じ込めることができる。
【００４６】
なお、コア材料が、基板７４と第１および第２のカバー６９および７０とを構成する材料（以下、クラッド材料と称する）よりも低い屈折率を有するか、または高い屈折率であってもその屈折率差が所定値を下回る場合には、光を伝搬経路中に閉じ込めることができない。この光を閉じ込めるための条件を光閉じ込め条件と称する。
【００４７】
ここで、一般的にコア材料として樹脂を使用し、クラッド材料として無機材料（ガラスなど）を使用すると、それぞれの材料の温度特性が相違していることにより、光閉じ込め条件を満足させることができない温度範囲を生じることがある。図２は、例として、コア材料としての樹脂と、クラッド材料としてのガラスとの屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。なお、光閉じ込め条件を満たす限界の屈折率差は、点線で示されている。また、図２においては、異なるコア材料の屈折率を有する１１の例が示されている。
【００４８】
図２を参照すれば、温度を徐々に上げると上記屈折率差は小さくなり、やがて光閉じ込め条件の限界屈折率差を下回って、光閉じ込め条件を満たさなくなる。図２において、使用温度範囲内（−２０℃〜８０℃）で光閉じ込め条件を満たすのは、上から３例のみである。したがって、使用温度範囲内で光閉じ込め条件を満たすためには、屈折率差を十分大きくすれば良いことになるが、屈折率差にも上限値はある。具体的には、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりも０．２〜０．５％高めるの好適例である。
【００４９】
また、図３は、断面が正方形状である四角コア（図１における第１および第２の導波路コア６７および６８）の寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。ただし、結合ロス相対変化は、最適結合ロスから結合ロスがどれだけ変化したかを示すためのものであって、結合ロスの絶対値はそれぞれのコア寸法に応じて異なり、グラフ上では各寸法毎に見やすい位置に配置している。また、コア寸法は、小さいものから大きいものの例として、ａ１（＝２μｍ）からａ７（＝８μｍ）まで１μ毎に変化させた７つを示している。
【００５０】
図３を参照すれば、それぞれのコア寸法を有するコア材料とクラッド材料との屈折率差が所定の差以下になると、結合ロスは急激に悪化する。図中の点線は、この急激に悪化する直前の屈折率差をコア寸法毎に結んだ直線であって、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を示している。したがって、コア寸法が大きいほど屈折率差が小さくても光を閉じ込めやすいと言える。ただ、コアの大きさにも上限はある。具体的には、コアの高さと幅の平均を２〜５μｍにするのが好適例である。
【００５１】
以上より、使用温度範囲において常に光を閉じ込めるためには、コア断面の高さと幅または高さと幅の平均とを考慮し、さらに光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択する必要がある。
【００５２】
また、スラブ６６のスラブ長は、第１または第２の導波路コア６７または６８の光軸とスラブ６６の光軸との距離と、スラブ６６の屈折率と、基板７４の屈折率と、第１のカバー６９の屈折率と、第２のカバー７０の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができる。例えば、最適なスラブ長は、これらをパラメータとする所定の関数によって決定することができる。なお、第１または第２の導波路コア６７の長さを調整すれば、光分岐器の大きさを変更することなく、最適なスラブ長に設定することができることは言うまでもない。
【００５３】
図４は、入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。図４では、結合ロス（ｄＢ）を縦軸に、スラブ長を横軸にとっている。図４を参照すると、スラブ長によって、結合ロスが変化し、第１および第２の導波路コア６７および６８からの出射光位置における光量が変化する様子がみられる。このように光量が変化するのは、入射側光ファイバ６１からスラブ６６へ入射する光がシングルモードであっても、スラブ６６内において波面が互いに干渉し合うことによってマルチモード化し、光量分布がスラブ形状によって変化することになるからである。そして、結合ロスの極大点は、スラブ長に沿って複数個現れ、図７においては、第１ないし第３の最適スラブ長に対応する。ここで、本光分岐器を小型化するためには、スラブ形状が最も小さくなるのが好ましいことから、スラブ６６のスラブ長には、図７に示されるように、第１の最適スラブ長を選ぶのが好適である。
【００５４】
次に、本光分岐器において、第１のガイド７１は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との右側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との右側面に接する。第２のガイド７２は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との左側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との左側面に接する。
【００５５】
このように、第１および第２のガイド７１および７２は、左右から上記光ファイバを挟み込むことにより、光軸合わせを容易に行うことができる。すなわち、基板７４の左右方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、第１および第２のガイド７１および７２に挟まれた光ファイバのコア中心は、ちょうど基板中央に設けられたスラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との左右方向の中心に位置決めされる。
【００５６】
さらに、前述のように、第１および第２のカバー６９および７０は、入射側光ファイバ６１を上下方向に挟み込んでいるので、基板７４の上下方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、入射側光ファイバ６１のコア中心は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との上下方向の中心に位置決めされる。
【００５７】
また、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３を上下方向に挟むように、例えば図示していない第３および第４のガイドを設ければ、上下方向の位置決めも容易に行うことができる。さらに別例として、上下方向の位置を調整して最適な射出光位置に光ファイバの光軸をセットすることができるオフセット調整部を設けてもよい。
【００５８】
なお、以上のようにして位置決めされた光ファイバは、典型的には接着剤等で固定される。また、第１および第２のガイド７１および７２は、光を閉じ込める機能を有していないことから、クラッド材料である必要はないが、第１および第２のカバー６９および７０や基板７４と同一の材料によって、これらと一体的に形成されてもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図５に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー８１および８２と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部８５とを備える。また、分岐部８５は、スラブ８６と、第１および第２の基板８３および８４とを含む。なお、図１に示した第１の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図５を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２の導波路コア６７および６８が省略されており、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３のコアがスラブ８６と直接接触している点が、図１の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００６１】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部８５を容易に作製することができる。例えば、分岐部８５は、中央のスラブ８６を左右方向からそれぞれ第１および第２の基板８３および８４によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。
【００６２】
その他、図５の第１および第２のカバー８１および８２と、基板８４と、スラブ８６とは、図１のそれらとは長さが異なる他は、同一の機能を有する。なお、第１および第２のガイド７１および７２は、図１と同一であるが、もちろん必要に応じて前後方向の長さを短くしてもよい。
【００６３】
また、スラブ８６のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ６２または６３の光軸とスラブ８６の光軸との距離と、スラブ８６の屈折率と、基板８４の屈折率と、第１のカバー８１の屈折率と、第２のカバー８２の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【００６４】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図６に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー９７〜１００と、分岐部１０２とを備える。また、分岐部１０２は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の導波路コア９３〜９６と、基板１０１とを含む。
【００６５】
図６を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２のガイドに替えて、第３および第４のカバー９９および１００が備えられており、さらに、分岐部１０２において、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６と、基板１０１とを新たに含む点が、図１の光分岐器と大きく異なる。なお、本光分岐器におけるその他の部材は、図１のそれとほぼ同様であるので、説明は省略する。以下、図１の光分岐器と異なる点について詳述する。
【００６６】
本光分岐器において、第３および第４のカバー９９および１００は、入射側光ファイバ６１を左右方向から挟み込むように設けられてその位置決めを行う、という機能は、図１における第１および第２のガイド７１および７２において前述したと同様である。しかし、図６から明らかなように、本光分岐器の後面は、凹凸のない平面であって、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３の位置決めを行う部材は、特に設けられていない。
【００６７】
また、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８と同一の屈折率を有するクラッド材料で構成されており、第３および第４の導波路コア９５および９６の中に光を閉じ込めて伝播させるためのクラッドとして機能する。この点で、クラッドとして機能しない図１における第１および第２のガイド７１および７２とは異なる。
【００６８】
なお、図６において、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８を左右方向から挟み込むように構成されている。しかし、第３および第４のカバー９９および１００の上下方向の長さを短くして、第１および第２のカバー９７および９８によって上下方向から挟み込まれるように構成されてもよいし、これらを含む構成部全てが一体的に形成されていてもよい。
【００６９】
次に、本光分岐器の分岐部１０２において、第１のスラブ９１や第１および第２の導波路コア９３および９４は、図１のスラブ６６などと同様である。また、これらを入射側光ファイバ６１の光軸（すなわち、第１のスラブ９１の光軸）を中心軸として９０度回転させると、第２のスラブ９２や第３および第４の導波路コア９５および９６の構造に合致する。すなわち、第２のスラブ９２および第３の導波路コア９５の上下面および左側面は面一であり、第２のスラブ９２および第４の導波路コア９６の上下面および右側面は面一である。さらに、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は、第２のスラブ９２の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００７０】
このような分岐部１０２は、図１の分岐部７３と同様に、例えば、左右方向または上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板に溝を形成し、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせることにより、容易に作製することができる。
【００７１】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第１および第２のカバー９７および９８の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第３および第４のカバー９９および１００の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、前述と同様である。
【００７２】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図７に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー１０６〜１０９と、分岐部１１４とを備える。また、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８とを含む。なお、図６に示した第３の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７３】
図７を参照すると、本光分岐器は、図６の光分岐器に備えられる第１ないし第４の導波路コア９３および９６が省略されており、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３のコアが対応する第１および第２のスラブ９１および９２と直接接触している点が、図６の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００７４】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部１１４を容易に作製することができる。例えば、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２を上下左右方向からそれぞれ対応する第１ないし第４の基板１１５〜１１８によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。これらの特徴は、図５に示す第２の実施形態に係る光分岐器と同様である。
【００７５】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第１および第２のカバー１０６および１０７の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第３および第４のカバー１０８および１０９の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図２】コア材料とクラッド材料との屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。
【図３】四角コアの寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。
【図４】入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【符号の説明】
６１入射側光ファイバ
６２第１の出射側光ファイバ
６３第２の出射側光ファイバ
６６スラブ
６７第１の光導波路
６８第２の光導波路
６９第１のカバー
７０第２のカバー
７１第１のガイド
７２第２のガイド
７３分岐部
７４基板
８１第１のカバー
８２第２のカバー
８３第１の基板
８４第２の基板
８５分岐部
８６スラブ
９１第１のスラブ
９２第２のスラブ
９３第１の導波路コア
９４第２の導波路コア
９５第３の導波路コア
９６第４の導波路コア
９７第１のカバー
９８第２のカバー
９９第３のカバー
１００第４のカバー
１０１基板
１０６第１のカバー
１０７第２のカバー
１０８第３のカバー
１０９第４のカバー
１１０第１の出射側光ファイバ
１１１第２の出射側光ファイバ
１１２第３の出射側光ファイバ
１１３第４の出射側光ファイバ
１１５第１の基板
１１６第２の基板
１１７第３の基板
１１８第４の基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical branching device used for optical communication, and more particularly to an MMI type optical branching device using multi-mode interference (hereinafter abbreviated as MMI).
[0002]
[Prior art]
In recent years, the performance of optical branching devices has been improved, and in particular, many forms of MMI type Y branching optical waveguides with less excess loss have been developed. The principle of this MMI type Y branch optical waveguide will be briefly described. The MMI type Y-branch optical waveguide has a multimode waveguide section. When the fundamental mode light is incident on the multimode waveguide section, fundamental mode light and higher-order mode light are generated in the multimode waveguide section. As a result of interference based on the phase difference between the two mode lights, the waveform of the propagating light is deformed. Then, at the location where the phases of the two mode lights are exactly different by π, the propagating light has an intensity distribution having two peaks. If two output waveguides are arranged for this part, a symmetric Y branch with a branching ratio of 1: 1 can be realized.
[0003]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-121857 discloses an MMI type Y-branch optical system in which the two peaks of the light intensity distribution appearing due to multimode interference cause a difference in their heights and the branching ratio becomes asymmetric. A waveguide is disclosed.
[0004]
As described above, the MMI type optical branching device is provided with an output waveguide in accordance with the position where the light intensity distribution reaches the peak, thereby reducing excess loss. Therefore, the shape and size are precisely defined. Typically, the branching width of the optical branching unit is about 20 to 30 μm. As a result, in order to optically couple with an optical fiber having a diameter of typically about 250 μm, a coupling element is prepared separately, or the output waveguide is processed according to the size of the optical fiber. There is a need to.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, it is more costly to prepare elements separately or to perform special processing on the output waveguide. In addition, unless a special configuration is adopted so that the optical axis can be easily aligned with the optical fiber, it is difficult to make the conventional MMI type optical branching device easy to optically couple with the optical fiber. Further, it is not always easy to manufacture a waveguide whose shape and size are precisely defined as in a conventional MMI type optical branching device.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an MMI type optical branching device that has a structure that can be easily optically coupled to an optical fiber and that can be easily manufactured at low cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  A first invention is an optical branching device that branches incident light from an external input-side optical fiber to be optically coupled and outputs the branched light to a plurality of externally parallel output-side optical fibers that are optically coupled. A rectangular parallelepiped branching portion that is in contact with the output side end surface of the side optical fiber and in contact with the incident end surfaces of the plurality of output side optical fibers, the branching portion is in contact with the output side end surface of the input side optical fiber, and the diameter of the input side optical fiber A first plane having a square shape with one side as a side, a second plane in contact with the incident end faces of the plurality of output side optical fibers, parallel to the first plane and having the same square shape as the first plane, A third plane and a fourth plane that are perpendicular to the plane and are parallel to each other on the side of the branch, a fifth plane that is positioned above the branch, and a sixth plane that is positioned below the branch. In contact with the third plane of the bifurcation and input to the third plane The first guide and the long rectangular parallelepiped the branch portion in the direction parallel to the optical fibers in contact with the fourth plane of the bifurcation of the long rectangular parallelepiped the branch portion in a direction parallel to the input side optical fiber for the fourth plane first2 gaAnd a clad having a predetermined refractive index that is in contact with the fifth plane of the branch portion, is longer than the branch portion in a direction parallel to the input-side optical fiber with respect to the fifth plane, and can confine light in the branch portion Made of material1The bar is in contact with the sixth plane of the branching section, and is longer than the branching section in the direction parallel to the input-side optical fiber with respect to the sixth plane and made of a clad material having a predetermined refractive index.2The input side optical fiber includes first and second guides, and first and second covers.Fixed by touchingThe plurality of output side optical fibers are the first and second guides.Fixed by touchingIt is characterized by being.
[0008]
  As described above, according to the first invention,Input side optical fiber and output side optical fiberIt is possible to provide an optical branching device that has a structure that can be easily optically coupled and that can be easily manufactured at low cost.
[0009]
  A second invention is an invention dependent on the first invention, wherein the branching portion has exposed surfaces at least on the first plane and the second plane, and is incident by the internal propagation of light using multimode interference. Light secondflatA slab portion made of a material having a refractive index that can be branched to a position coincident with each optical axis of a plurality of output side optical fibers on the surface, and a substrate made of a material having a refractive index smaller than that of the slab portion.
[0010]
  As described above, according to the second invention,Provided is a multimode interference (MMI) type optical branching device that can be easily manufactured at low cost.be able to.
[0011]
  The third invention is an invention subordinate to the first invention,The branching portion has an exposed surface at least on the first plane, and a slab portion made of a material having a refractive index capable of branching incident light by internal propagation of light using multimode interference, and second light that is branched from the slab portion. It includes a plurality of waveguide cores that propagate to positions corresponding to the optical axes of a plurality of output-side optical fibers on a plane, and a substrate made of a material having a refractive index smaller than that of the slab part and the plurality of waveguide cores.
[0012]
  As described above, according to the third invention,Provided is a multimode interference (MMI) type optical branching device that can be easily manufactured at low cost.be able to.
[0013]
  The fourth invention is:2nd and 3rdAn invention subordinate to the invention ofThe slab length of the slab part includes the distance between the optical axis of the input side optical fiber and the optical axes of the plurality of output side optical fibers, the refractive index of the slab part, the refractive index of the substrate, and the refractive index of the first cover. The optimum value is selected based on the refractive index of the second cover.
[0014]
  As described above, according to the fourth invention,The optimum slab length is easily determined by a predetermined function using the above distance, refractive index, etc. as parameters.be able to.
[0015]
  The fifth invention is:ThirdAn invention subordinate to the invention ofThe refractive index of the plurality of waveguide cores and the refractive index of the substrate within a predetermined operating environment temperature range are equal to or greater than a minimum refractive index difference that can allow an optical coupling loss with the plurality of output-side optical fibers. Chosen to produce a refractive index differenceIt is characterized by that.
[0016]
  As described above, according to the fifth invention,By selecting the core material and cladding material in consideration of the temperature characteristics so that the refractive index difference satisfies the optical confinement condition, the light is always confined in the operating temperature range.be able to.
[0017]
  The sixth invention is an invention subordinate to the fifth invention,The refractive index difference is selected in relation to the height and width of each vertical section of the plurality of waveguide cores.It is characterized by that.
[0018]
  As described above, according to the sixth invention,In addition, by taking into account the height and width of the core cross section, light is always confined in the operating temperature range.be able to.
[0019]
  The seventh invention5thAn invention subordinate to the invention ofThe refractive index difference is selected in relation to the average value of the height and width of each vertical section of the plurality of waveguide cores.
[0020]
  As described above, according to the seventh invention,In addition, by taking into account the average value of the core cross-section height and width, light is always confined in the operating temperature range.be able to.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the present optical branching unit is connected to the incident side optical fiber 61 and the first and second emission side optical fibers 62 and 63, and the first and second covers 69 and 70. And first and second guides 71 and 72 and a branching portion 73. The branching portion 73 includes a slab 66, first and second waveguide cores 67 and 68, and a substrate 74.
[0040]
In the description of all the embodiments below, the vertical direction of the present optical splitter corresponds to the vertical direction in the figure, the forward direction corresponds to the left direction in the figure, and the backward direction corresponds to the right side in the figure. The left direction corresponds to the front direction of the figure, and the right direction corresponds to the back direction of the figure.
[0041]
First, the incident side optical fiber 61 is connected to the present optical branching device so that light is incident on the predetermined portion of the front surface of the slab 66 from the front. The first and second emission side optical fibers 62 and 63 are arranged in parallel to each other so as to propagate the light emitted from the rear surfaces of the corresponding first and second waveguide cores 67 and 68 backward. And connected to the present optical branching unit. Thus, by providing the first and second waveguide cores 67 and 68, the optical axis can be easily positioned. A structure for easily aligning the optical axes of the optical fiber and the corresponding part of the present optical splitter will be described later.
[0042]
Next, in the branching portion 73 of the present optical branching device, the slab 66 is thin in the left-right direction formed near the central portion in the left-right direction of the substrate 74 and has a predetermined length in the front-rear direction (hereinafter referred to as slab length). A plate-shaped optical waveguide having exposed surfaces on the front and upper and lower sides. The first waveguide core 67 is a rod-shaped optical waveguide that is formed in the upper part of the substrate 74 integrally with the slab 66 and is long in the front-rear direction, and has exposed surfaces on the back and top. Similarly, the second waveguide core 68 is a long rod-shaped optical waveguide formed in the lower part of the substrate 74, and has exposed surfaces on the back and the bottom. The left and right side surfaces and the upper surface of the slab 66 and the first waveguide core 67 are flush with each other, and the left and right side surfaces and the lower surface of the slab 66 and the second waveguide core 68 are flush with each other. Furthermore, the optical axes of the slab 66 and the first and second waveguide cores 67 and 68 are included in the same plane, and the optical axes of the first and second waveguide cores 67 and 68 are the same as each other. Are parallel and symmetrical with respect to the optical axis.
[0043]
Such a branch part 73 can be easily manufactured using the following manufacturing method, for example. First, it is assumed that the substrate 74 includes first and second substrates that are divided into two at the center in the left-right direction. Grooves are formed on the opposing surfaces of the first and second substrates using a technique such as etching or mold forming. Then, if a material having a predetermined refractive index is poured into these grooves and bonded together, the slab 66 and the first and second waveguide cores 67 and 68 can be easily manufactured. Further, even if the substrate 74 is composed of the first and second substrates divided into two at the center in the vertical direction, if the grooves of these substrates are formed in a vertically symmetrical shape, the same method is used. It can be easily manufactured. Furthermore, it can be similarly produced by pushing the mold from the front surface of the substrate 74 backward. Note that the refractive index of the material constituting the substrate 74 is smaller than the refractive index of the material constituting the slab 66 and the first and second waveguide cores 67 and 68 (hereinafter referred to as the core material). .
[0044]
Next, in the present optical branching device, the first cover 69 is in contact with the upper part of the extraneous incident side optical fiber 61 and is in contact with the upper surface of the substrate 74 from which the slab 66 and the first waveguide core 67 are exposed. . The second cover 70 is in contact with the lower portion of the incident-side optical fiber 61 that is extrapolated, and is in contact with the lower surface of the substrate 74 from which the slab 66 and the second waveguide core 68 are exposed. The first and second covers 69 and 70 are in contact with the incident side optical fiber 61 so as to sandwich the vertical direction in order to align the optical axis. Details will be described later.
[0045]
Moreover, the material which comprises these 1st and 2nd covers 69 and 70 is smaller than the refractive index of a core material. Therefore, they function as a cladding. If comprised in this way, the light which propagates the inside of the slab 66 and the 1st and 2nd waveguide cores 67 and 68 with the board | substrate 74 and the 1st and 2nd covers 69 and 70 is a propagation path. It can be confined so as not to leak from.
[0046]
Note that even if the core material has a lower refractive index than the material constituting the substrate 74 and the first and second covers 69 and 70 (hereinafter referred to as a cladding material) or has a higher refractive index. When the refractive index difference is below a predetermined value, light cannot be confined in the propagation path. This condition for confining light is referred to as an optical confinement condition.
[0047]
Here, when a resin is generally used as the core material and an inorganic material (glass or the like) is used as the clad material, the optical confinement conditions cannot be satisfied because the temperature characteristics of the respective materials are different. May cause temperature range. FIG. 2 is a graph showing a relationship between a refractive index difference and a temperature change between a resin as a core material and glass as a cladding material as an example. The critical refractive index difference that satisfies the optical confinement condition is indicated by a dotted line. Also shown in FIG. 2 are 11 examples with different core material refractive indices.
[0048]
Referring to FIG. 2, when the temperature is gradually raised, the refractive index difference becomes smaller, and eventually falls below the critical refractive index difference of the optical confinement condition, so that the optical confinement condition is not satisfied. In FIG. 2, only the three examples from the top satisfy the optical confinement condition within the operating temperature range (−20 ° C. to 80 ° C.). Therefore, in order to satisfy the optical confinement condition within the operating temperature range, the refractive index difference should be sufficiently large, but the refractive index difference also has an upper limit value. Specifically, this is a preferred example in which the refractive index of the core is increased by 0.2 to 0.5% over the refractive index of the cladding.
[0049]
3 shows the dimensions of a square core having a square cross section (first and second waveguide cores 67 and 68 in FIG. 1), the refractive index difference between the core material and the clad material, the optical fiber and the optical fiber. It is the graph which showed the relationship with the coupling loss relative change (dB) of a branching device. However, the relative change in coupling loss is to show how much the coupling loss has changed from the optimum coupling loss, and the absolute value of the coupling loss varies depending on the core dimensions. It is placed in a position that is easy to see. In addition, as an example of the core size from small to large, seven core dimensions are changed from a1 (= 2 μm) to a7 (= 8 μm) every 1 μm.
[0050]
Referring to FIG. 3, when the refractive index difference between the core material having the respective core dimensions and the clad material is equal to or smaller than a predetermined difference, the coupling loss is rapidly deteriorated. The dotted line in the figure is a straight line connecting the refractive index difference just before the sudden deterioration for each core dimension, and indicates the lowest refractive index difference that can allow the coupling loss. Therefore, it can be said that the larger the core dimension, the easier it is to confine light even if the refractive index difference is small. However, there is an upper limit to the size of the core. Specifically, it is a preferable example that the average of the height and width of the core is 2 to 5 μm.
[0051]
From the above, in order to always confine light in the operating temperature range, the core material and cladding should be set so that the difference in refractive index satisfies the optical confinement condition, considering the height and width of the core cross section or the average of the height and width. It is necessary to select in consideration of the temperature characteristics of the material.
[0052]
Further, the slab length of the slab 66 is such that the distance between the optical axis of the first or second waveguide core 67 or 68 and the optical axis of the slab 66, the refractive index of the slab 66, the refractive index of the substrate 74, The optimum value can be determined based on the refractive index of the first cover 69 and the refractive index of the second cover 70. For example, the optimum slab length can be determined by a predetermined function using these as parameters. Needless to say, if the length of the first or second waveguide core 67 is adjusted, the optimum slab length can be set without changing the size of the optical splitter.
[0053]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the coupling loss from the incident side optical fiber 61 to the first and second output side optical fibers 62 and 63 and the slab length. In FIG. 4, the coupling loss (dB) is on the vertical axis and the slab length is on the horizontal axis. Referring to FIG. 4, it can be seen that the coupling loss varies depending on the slab length, and the amount of light at the position of the light emitted from the first and second waveguide cores 67 and 68 varies. The amount of light changes in this way because even if the light incident on the slab 66 from the incident side optical fiber 61 is in a single mode, the wave fronts interfere with each other in the slab 66 to form a multimode, and the light amount distribution becomes slab. This is because it changes depending on the shape. A plurality of maximum points of coupling loss appear along the slab length, and correspond to the first to third optimum slab lengths in FIG. Here, in order to reduce the size of the present optical branching device, it is preferable that the slab shape is the smallest. Therefore, the slab length of the slab 66 is set to the first optimum slab length as shown in FIG. It is preferable to choose.
[0054]
Next, in the present optical splitter, the first guide 71 is in contact with the right side portion of the extrapolated incident side optical fiber 61 and the first and second outgoing side optical fibers 62 and 63, and the substrate 74. And the right side surfaces of the first and second covers 69 and 70. The second guide 72 is in contact with the left side portions of the extrapolated incident side optical fiber 61 and the first and second outgoing side optical fibers 62 and 63, and the substrate 74 and the first and second covers. It contacts the left side of 69 and 70.
[0055]
Thus, the first and second guides 71 and 72 can easily align the optical axes by sandwiching the optical fiber from the left and right. That is, if the thickness of the substrate 74 in the left-right direction is substantially the same as the diameter of the optical fiber, the core center of the optical fiber sandwiched between the first and second guides 71 and 72 is exactly the slab provided at the center of the substrate. 66 and the first and second waveguide cores 67 and 68 are positioned at the center in the left-right direction.
[0056]
Further, as described above, since the first and second covers 69 and 70 sandwich the incident side optical fiber 61 in the vertical direction, the thickness of the substrate 74 in the vertical direction is made almost the same as the diameter of the optical fiber. For example, the core center of the incident side optical fiber 61 is positioned at the center in the vertical direction between the slab 66 and the first and second waveguide cores 67 and 68.
[0057]
In addition, if the third and fourth guides (not shown) are provided so as to sandwich the first and second emission-side optical fibers 62 and 63 in the vertical direction, positioning in the vertical direction can be easily performed. it can. As another example, an offset adjustment unit that can adjust the position in the vertical direction and set the optical axis of the optical fiber at an optimal emission light position may be provided.
[0058]
The optical fiber positioned as described above is typically fixed with an adhesive or the like. Further, since the first and second guides 71 and 72 do not have a function of confining light, the first and second guides 71 and 72 do not have to be clad materials, but are the same as the first and second covers 69 and 70 and the substrate 74. These materials may be formed integrally with these.
[0059]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the present optical branching unit is connected to the incident side optical fiber 61 and the first and second emission side optical fibers 62 and 63, and the first and second covers 81 and 82 are connected. And first and second guides 71 and 72 and a branching portion 85. Further, the branching portion 85 includes a slab 86 and first and second substrates 83 and 84. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the optical branching device based on 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
[0060]
Referring to FIG. 5, in the present optical branching device, the first and second waveguide cores 67 and 68 included in the optical branching device of FIG. 1 are omitted, and the first and second emission-side optical fibers 62 are omitted. 1 and 63 are in direct contact with the slab 86, which is very different from the optical branching device of FIG. Therefore, the present optical branching device can be reduced in size by shortening the length in the front-rear direction.
[0061]
Moreover, since it is not necessary to produce the first and second waveguide cores, the branch portion 85 can be easily produced. For example, the branch portion 85 is manufactured so that the central slab 86 is sandwiched between the first and second substrates 83 and 84 from the left and right directions, respectively. Therefore, it is not necessary to form a groove in the substrate using a technique such as etching or mold forming, and it can be easily manufactured.
[0062]
In addition, the first and second covers 81 and 82, the substrate 84, and the slab 86 in FIG. 5 have the same functions except that they have different lengths from those in FIG. The first and second guides 71 and 72 are the same as those in FIG. 1, but of course the length in the front-rear direction may be shortened as necessary.
[0063]
Further, the slab length of the slab 86 is determined by the distance between the optical axis of the first or second exit-side optical fiber 62 or 63 and the optical axis of the slab 86, the refractive index of the slab 86, the refractive index of the substrate 84, The optimum value can be determined based on the refractive index of the first cover 81 and the refractive index of the second cover 82, as described above with reference to FIG.
[0064]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the present optical branching unit is connected to the incident side optical fiber 61 and the first to fourth emission side optical fibers 110 to 113, and the first to fourth covers 97 to 100. And a branching unit 102. The branch portion 102 includes first and second slabs 91 and 92, first to fourth waveguide cores 93 to 96, and a substrate 101.
[0065]
Referring to FIG. 6, the present optical branching device includes third and fourth covers 99 and 100 in place of the first and second guides provided in the optical branching device of FIG. The branching portion 102 is greatly different from the optical branching device of FIG. 1 in that the second slab 92, the third and fourth waveguide cores 95 and 96, and the substrate 101 are newly included. The other members in this optical branching device are substantially the same as those in FIG. Hereinafter, differences from the optical branching device of FIG. 1 will be described in detail.
[0066]
In the present optical branching device, the third and fourth covers 99 and 100 are provided so as to sandwich the incident-side optical fiber 61 from the left and right directions, and perform the positioning function. The guides 71 and 72 are the same as described above. However, as apparent from FIG. 6, the rear surface of the present optical branching unit is a flat surface having no irregularities, and members for positioning the first to fourth emission-side optical fibers 110 to 113 are particularly provided. Absent.
[0067]
  The third and fourth covers 99 and 100 are the first and second covers.97and98And function as a clad for confining and propagating light in the third and fourth waveguide cores 95 and 96. This is different from the first and second guides 71 and 72 in FIG. 1 that do not function as a cladding.
[0068]
  In FIG. 6, the third and fourth covers 99 and 100 are the first and second covers.97and98Is sandwiched from the left-right direction. However, the lengths of the third and fourth covers 99 and 100 in the vertical direction are shortened so that the first and second covers97and98May be configured to be sandwiched from above and below, or all the components including these may be formed integrally.
[0069]
Next, in the branching portion 102 of the present optical branching device, the first slab 91 and the first and second waveguide cores 93 and 94 are the same as the slab 66 of FIG. Further, when these are rotated 90 degrees around the optical axis of the incident side optical fiber 61 (that is, the optical axis of the first slab 91), the second slab 92 and the third and fourth waveguide cores 95 are rotated. And 96 structures. That is, the upper and lower surfaces and the left side surface of the second slab 92 and the third waveguide core 95 are flush with each other, and the upper and lower surfaces and the right side surface of the second slab 92 and the fourth waveguide core 96 are flush with each other. is there. Furthermore, the optical axes of the second slab 92 and the third and fourth waveguide cores 95 and 96 are included in the same plane, and the optical axes of the third and fourth waveguide cores 95 and 96 are The optical axis of the second slab 92 is parallel and symmetrical.
[0070]
Such a branch part 102 forms grooves in the first and second substrates that are divided into two at the center in the left-right direction or the vertical direction, for example, as with the branch part 73 in FIG. Can be easily manufactured by pouring and bonding a material having a predetermined refractive index.
[0071]
The slab length of the first slab 91 is determined by the distance between the optical axis of the first or second emission-side optical fiber 110 or 111 and the optical axis of the first slab 91, and the refractive index of the first slab 91. And an optimum value can be determined based on the refractive index of the substrate 101 and the refractive indexes of the first and second covers 97 and 98, and the slab length of the second slab 92 is The distance between the optical axis of the third or fourth exit-side optical fiber 112 or 113 and the optical axis of the second slab 92, the refractive index of the second slab 92, the refractive index of the substrate 101, the third and As described above, the optimum value can be determined based on the refractive indexes of the fourth covers 99 and 100.
[0072]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the present optical splitter is connected to the incident side optical fiber 61 and the first to fourth emission side optical fibers 110 to 113, and the first to fourth covers 106 to 109 are connected. And a branching unit 114. The branch portion 114 includes first and second slabs 91 and 92 and first to fourth substrates 115 to 118. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the optical splitter which concerns on 3rd Embodiment shown in FIG. 6, and the description is abbreviate | omitted.
[0073]
Referring to FIG. 7, in the present optical branching device, the first to fourth waveguide cores 93 and 96 provided in the optical branching device of FIG. 6 are omitted, and the first to fourth emission-side optical fibers 110 are omitted. The point that the cores of -113 are in direct contact with the corresponding first and second slabs 91 and 92 is greatly different from the optical branching device of FIG. Therefore, the present optical branching device can be reduced in size by shortening the length in the front-rear direction.
[0074]
In addition, since it is not necessary to produce the first and second waveguide cores, the branch portion 114 can be easily produced. For example, the branch portion 114 is manufactured so that the first and second slabs 91 and 92 are sandwiched between the corresponding first to fourth substrates 115 to 118 in the vertical and horizontal directions, respectively. Therefore, it is not necessary to form a groove in the substrate using a technique such as etching or mold forming, and it can be easily manufactured. These features are the same as those of the optical branching device according to the second embodiment shown in FIG.
[0075]
The slab length of the first slab 91 is determined by the distance between the optical axis of the first or second emission-side optical fiber 110 or 111 and the optical axis of the first slab 91, and the refractive index of the first slab 91. And an optimum value can be determined based on the refractive indexes of the first to fourth substrates 115 to 118 and the refractive indexes of the first and second covers 106 and 107, and The slab length of the slab 92 also includes the distance between the optical axis of the third or fourth exit-side optical fiber 112 or 113 and the optical axis of the second slab 92, the refractive index of the second slab 92, The optimum value can be determined based on the refractive indexes of the fourth substrates 115 to 118 and the third and fourth covers 108 and 109, as described above with reference to FIG. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure of an optical branching device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a refractive index difference and a temperature change between a core material and a clad material.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the dimensions of the square core, the refractive index difference between the core material and the clad material, and the relative change (dB) in coupling loss between the optical fiber and the optical branching device.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the coupling loss from the incident side optical fiber 61 to the first and second emission side optical fibers 62 and 63 and the slab length.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of an optical branching device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
61 Incident-side optical fiber
62 1st output side optical fiber
63 Second outgoing optical fiber
66 Slab
67 First optical waveguide
68 Second optical waveguide
69 First cover
70 second cover
71 First Guide
72 Second Guide
73 Bifurcation
74 substrates
81 First cover
82 Second cover
83 First substrate
84 Second substrate
85 branch
86 Slab
91 First slab
92 Second Slab
93 First waveguide core
94 Second waveguide core
95 Third waveguide core
96 Fourth Waveguide Core
97 First cover
98 second cover
99 Third cover
100 4th cover
101 substrate
106 First cover
107 second cover
108 3rd cover
109 4th cover
110 1st output side optical fiber
111 2nd output side optical fiber
112 Third output-side optical fiber
113 4th output side optical fiber
115 First substrate
116 Second substrate
117 third substrate
118 Fourth substrate

Claims

An optical branching device for branching incident light from an external input side optical fiber to be optically coupled and emitting each of the incident light to a plurality of external parallel output side optical fibers to be optically coupled,
Contact with the end surface on the outputting side of the input side optical fiber, a rectangular branch portion in contact with the incident end face of the front Symbol plurality of output optical fibers,
The branch portion is
A first plane having a square shape in contact with the output-side end face of the input-side optical fiber and having the diameter of the input-side optical fiber as one side;
A second plane that is in contact with the incident end faces of the plurality of output-side optical fibers, is parallel to the first plane, and has the same square shape as the first plane;
Third and fourth planes that are perpendicular to the first plane and are parallel to the sides of the bifurcation,
A fifth plane located at the top of the branch part;
A sixth plane located at the lower part of the branch part,
A rectangular parallelepiped first guide that is in contact with the third plane of the branch section and is longer than the branch section in a direction parallel to the input-side optical fiber with respect to the third plane;
Contact with the fourth plane of the branch portion, and a long rectangular second guide from the branch portion in a direction parallel to the input side optical fiber to said fourth plane,
Contact with the fifth plane of the branch portion, the fifth longer than the branch portion in a direction parallel to the input side optical fiber to the plane, and predetermined refractive index that can confine light to the branching unit a first cover made of a cladding material having,
A second cover made of a clad material that is in contact with the sixth plane of the branch portion and is longer than the branch portion in a direction parallel to the input-side optical fiber with respect to the sixth plane and having the predetermined refractive index. It consists of a bar and
The input side optical fiber is fixed by being in contact with the first and second guides and the first and second covers,
The plurality of output-side optical fibers are fixed by being in contact with the first and second guides.

The branch portion is
At least the exposed surface of the first plane and the said second plane, each light of said plurality of output optical fibers on the incident light by internal propagation of light using multi-mode interference the second flat surface A slab portion made of a refractive index material that can be branched to a position that coincides with the axis;
The optical branching device according to claim 1, further comprising a substrate made of a material having a refractive index smaller than that of the slab portion.

The branch portion is
A slab portion having an exposed surface at least in the first plane and made of a material having a refractive index capable of branching the incident light by internal propagation of light using multimode interference;
A plurality of waveguide cores for propagating the light branched by the slab part to positions corresponding to the optical axes of the plurality of output-side optical fibers on the second plane;
The optical branching device according to claim 1, further comprising a substrate made of a material having a refractive index smaller than that of the slab portion and the plurality of waveguide cores.

Slab length of the slab part, and the distance between the optical axis of the plurality of output-side optical fiber and the optical axis of said input side optical fiber, the refractive index of said slab part, and the refractive index of the substrate, said first The optical branching device according to claim 2 or 3 , wherein an optimum value is selected based on a refractive index of one cover and a refractive index of the second cover .

The refractive index of the plurality of waveguide cores and the refractive index of the substrate within a predetermined operating environment temperature range are equal to or greater than a minimum refractive index difference that can allow an optical coupling loss with the plurality of output-side optical fibers . 4. The optical branching device according to claim 3 , wherein the optical branching device is selected so as to produce a refractive index difference.

6. The optical branching device according to claim 5 , wherein the refractive index difference is selected in relation to the height and width of each vertical section of the plurality of waveguide cores .

The optical branching device according to claim 5 , wherein the refractive index difference is selected in relation to an average value of height and width of each vertical section of the plurality of waveguide cores .