JP4010011B2 - 光導波路構造 - Google Patents
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Description
第2の従来の分岐合波光導波路は、入力光導波路に曲線光導波路を設ける構造である(例えば、特許文献1、図12及びその説明参照)。
第3の従来の分岐合波導波路は、入力光導波路にくびれ部分を設ける構造である。例えば、特許第2809517号公報の図14及びその説明を参照すべきである。
第2、第3の分岐光導波路は、光導波路形状に変化を加え、閉じ込め効果が弱い高次モードを放射させるが、光導波路形状が変化しているので基本モードも放射する問題がある。また、光導波路形状を変化させる場合、基本モードを放射させないようにするには、光の伝搬方向に対して形状変化具合を鈍くする必要があり、長尺化してしまう問題がある。すなわち、いずれの場合においても放射損失が大きくなり、かつ(または)長尺化してしまう問題がある。前述した第1の分岐光導波路は、長い直線入力光導波路を必要とし、長尺化する問題がある。
本発明は、従来の分岐光導波路の上述した問題に鑑みてなされたものであって、部品の製作が容易でありかつ組立て調整が簡易で安定した光導波路構造を提供することを目的とする。
本発明はまた、界分布のピークのずれの補填を十分に行うことができ、また再現性が高く、光量損失を小さく、さらに分岐比を高精度に均等化することができる光導波路構造を提供することを目的とする。
本発明はさらに、くびれ部等がなく製作が容易で、かつ高次モードの放射が少なく放射損失が小さい光導波路構造を提供することを目的とする。
光強度ピークが、前記第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第2出入射端部において軸上を通過するように、すなわち第2出入射端部の厳密な中心軸上とともに、第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動中心とするとき、光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下、好ましくは1/3以下、さらに好ましくは1/4以下まで中心軸上からずれた位置まで含む領域を通過するように前記第1光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造である。
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)+6.4
(N=1、2、3、・・)
であることを特徴とする。
本発明はまた、前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)-12.6Wt+208
(N=1、2、3、・・)
であることを特徴とする。
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(10.6Ws+147)-12.6Wt+658
(N=1、2、3、・・)
ただし、L=Ls+Lt
であることを特徴とする。
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2 -415Ws+1540)+6.4
(N=1、2、3、・・)
であることを特徴とする。
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2 -415Ws+1540)-12.6Wt+208
(N=1、2、3、・・)
であることを特徴とする。
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(32.5Ws 2 -415Ws+1540)-12.6Wt+658
(N=1、2、3、・・)
ただし、L=Ls+Lt
であることを特徴とする。
また、樹脂等の材料は、ガラス、半導体材料等の無機材料に比較して柔軟性に富んでいるために、割れにくく、強靭である長所がある。さらに、膜形成に要する温度を低くすることができ、エッチング速度が早いため、光導波路構造の製造に掛かる時間を短くすることができるため、量産性に向いている。
一方、樹脂等の材料では、石英ガラスに比較して材料固有の伝播損失が大きくなることがある。材料固有の伝播損失は、光導波路の長さに比例するので、同じ機能を与える光導波路を構成するにあたって、光導波路長を短くすることが好ましい。この点で、樹脂製光導波路の場合、従来例に比較して本発明の短尺化効果は相対的に大きくなり、有効な選択と言える。
このようなポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂(例、ポリイミド樹脂、ポリ(イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド)樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等)、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂(例、特開2001−296438号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、DMAPN{(4−N,N−ジメチルアミノフェニル)−N−フェニルニトロン}を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー(dye polymer)、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開2000−66051号公報記載の加水分解性シラン化合物等)が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度(Tg)が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素を含むポリイミド系樹脂が特に好ましい。
ポリイミド系樹脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度200〜400℃で熱処理し硬化されてポリイミド系樹脂被膜とされる。
また、本発明の光導波路構造は、上記のようなアクティブ調芯法によって組み立てられる光導波路以外に、例えば、第1光導波路のA端部にV溝等、ファイバをパッシブ実装するための手段を有する光導波路部品に対しても好適に用いることができる。パッシブ実装用光導波路の場合には、V溝等と第1光導波路とのアライメントずれを許容することができるので、製造ばらつきに強い高歩留な製造を可能とする。
本発明の光導波路構造によればまた、界分布のピークのずれの補填を十分に行うことができ、また再現性が高く、光量損失を小さく、さらに分岐比及び合波比を高精度に均等化することができる光導波路構造を構成できる効果を有する。
本発明はさらに、くびれ部等がなく製作が容易で、かつ高次モードの放射が少なく放射損失が小さい光導波路構造を構成することができる効果を有する。
分岐光導波路構造10は、図1に示すように、A端部12とB端部14を有する第1光導波路16と、C端部22とD端部24を有する第2光導波路26と、E端部32とF端部34を有する第3光導波路36と、及び前記第1光導波路16のB端部14を第1出入射端部42に接続し、前記第2光導波路26のC端部22及び第3光導波路36のE端部32を第2出入射端部44に接続した分岐合波光導波路48とを有する。
第1光導波路16の長さ及び分岐合波光導波路48の長さの和は、第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、分岐合波光導波路の第2出入射端部において軸上を通過するように決定される。
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)+6.4
(N=1、2、3、・・)
を満たすように、第1光導波路16及び分岐合波光導波路48の長さが決定される。
本発明の分岐光導波路の形状は、入力直線光導波路を第1光導波路としコア幅Wsを6.5μm、長さLsを4×(10.6×6.5+147)+6.4=870μm、分岐合波光導波路の長さLtを450μm、第2出入射部のコア幅Wtを16μmで設定した。従来の分岐光導波路の形状は、入力直線光導波路のコア幅を6.5μm、くびれ部のコア幅を3.5μmに設定した。入力光は、0.5μm軸ずれさせた。
区分 本発明 参考例
入力波長(μm) 過剰損失(dB) 均一性(dB) 過剰損失(dB) 均一性(dB)
1.31 0.47 0.20 0.92 0.52
1.55 0.44 0.48 0.60 0.74
次に、前記1×4光スプリッタの評価を行った。評価に当たっては、V溝にファイバをパッシブ実装した形態で行い、光源としては、波長1.31μmと1.55μmの半導体レーザを使用した。
シミュレーションには、2次元のビーム伝播法を用いた。入力光は、0.5μm軸ずれさせた。シミュレーションの結果を表2に示す。表2から判るように、本発明の1×4光スプリッタにおいては、入力が0.5μmずれた場合でも、4ch出力側の各チャンネル損失ばらつきが小さく、均一性を保つことができる。本発明によらずLsを任意に設定した参考例ではばらつきが大きく、均一性を保つことが困難である。このことにより、本発明の分岐合波光導波路を使用することにより、高精度に均一性を保つことができ、損失が小さい光スプリッタを作成することができる。
区分 本発明 参考例
入力波長(μm) 過剰損失(dB) 均一性(dB) 過剰損失(dB) 均一性(dB)
1.31 0.38 0.04 0.50 0.72
1.55 0.36 0.05 0.50 1.49
Claims (22)
- A端部とB端部を有する第1光導波路と、C端部とD端部を有する第2光導波路と、E端部とF端部を有する第3光導波路と、及び前記第1光導波路のB端部を第1出入射端部に接続し、前記第2光導波路のC端部及び第3光導波路のE端部を第2出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有する光導波路構造であって、
光強度ピークが、前記第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第2出入射端部においては高次モードを含んだまま第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動の中心としてそれを基準として正負方向に光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下の範囲を通過するように前記第1光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造。 - A端部とB端部を有する第1光導波路と、C端部とD端部を有する第2光導波路と、E端部とF端部を有する第3光導波路と、及び前記第1光導波路のB端部を第1出入射端部に接続し、前記第2光導波路のC端部及び第3光導波路のE端部を第2出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有する光導波路の製造方法であって、
光強度ピークが、前記第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第2出入射端部においては高次モードを含んだまま第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動の中心としてそれを基準として正負方向に光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下の範囲を通過するように前記第1光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定することを特徴とする光導波路の製造方法。 - 使用される波長のうち最も短波長の光強度ピーク位置が前記第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第2出入射端部において第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動の中心としてそれを基準として正負方向に光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下の範囲を通過するように前記第1光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)+6.4
(N=4)
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)+6.4
(N=4)
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記光導波路構造が、分岐光導波路として作用することを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記光導波路構造が、合波光導波路として作用することを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記光導波路構造が、樹脂製光導波路である特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記光導波路構造が、V溝付き光導波路基板を包含することを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記光強度ピークが、第1波長及び第2波長において前記第1光導波路のA端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第2出入射端部において第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動の中心としてそれを基準として正負方向に光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下の範囲を通過するように前記第1光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記第1光導波路のコア幅が、前記第2及び第3光導波路のコア幅に比べて広いことを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。
- 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)−12.6Wt+208
(N=4)
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(10.6Ws+147)−12.6Wt+208
(N=4)
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(10.6Ws+147)−12.6Wt+658
(N=4)
ただし、L=Ls+Lt
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(10.6Ws+147)−12.6Wt+658
(N=4)
ただし、L=Ls+Lt
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)+6.4
(N=4)
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
Wt=16μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)+6.4
(N=4)
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)−12.6Wt+208
(N=4)
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
Lt=450μm
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
Ls=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)−12.6Wt+208
(N=4)
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)−12.6Wt+658
(N=4)
ただし、L=Ls+Lt
であり、波長1.31μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - 前記第1光導波路のコア幅をWs、長さをLs、前記分岐合波光導波路の長さをLt、前記第2出入射出端部のコア幅をWtとし、
コアとクラッドの屈折率差=0.4%であるとき、
L=N(32.5Ws 2−415Ws+1540)−12.6Wt+658
(N=4)
ただし、L=Ls+Lt
であり、波長1.55μmで用いることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 - A端部12とB端部14を有する非直線の第1光導波路16と、C端部22とD端部24を有する非直線の第2光導波路26と、E端部32とF端部34を有する非直線の第3光導波路36と、及び前記第1光導波路16のB端部14を第1出入射端部42に接続し、前記第2光導波路26のC端部22及び第3光導波路36のE端部32を第2出入射端部44に接続した分岐合波光導波路48とを有し、
光強度ピークが前記第1出入射端部42の軸ずれ位置を通過し、かつ光強度ピークが前記第2出入射端部44において第2光導波路と第3光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動の中心としてそれを基準として正負方向に光強度ピーク位置の振動の振幅の半分以下の範囲を通過するように前記分岐合波光導波路48の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造。
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