JP5590800B2

JP5590800B2 - 入力クラッドモード吸収構造および／または出力セグメント化テーパ構造を有する低損失漏斗型ｐｌｃ光学スプリッタ

Info

Publication number: JP5590800B2
Application number: JP2008556501A
Authority: JP
Inventors: 謙三石田; タファポルスキーアラン; 高春藤山
Original assignee: アイディ株式会社
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: WO2007100988A3; CN101389991B; JP2009527802A; US20070196050A1; US7330620B2; KR101059331B1; KR20080094926A; CN101389991A; WO2007100988A2

Description

本発明は、広く、平面光波回路（ＰＬＣ）光学スプリッタに関する。より詳細には、本発明は、クラッドモード吸収領域および／または出力セグメント化テーパ構造を有する、改良された漏斗型（ｆｕｎｎｅｌ−ｔｙｐｅ）ＰＬＣ光学スプリッタに関する。

従来のＹ分岐型平面光波回路（ＰＬＣ）スプリッタは、偏光依存損失（ＰＤＬ）を最小化するために石英ウエハ基板をしばしば要する。しかしながら、これらの型のスプリッタは、高い挿入損失を示す。Ｙ分岐型スプリッタは、分割の数が増加するにつれてより長い導波路サイズを要し、より大きな挿入損失をもたらす。さらに、石英ウエハ基板は、Ｓｉ基板に比べて高価な可能性がある。石英基板はまた、もろい可能性がある。

Takahashi et al., "Integrated-Optic 1x128 Power Splitter with Multifunnel Waveguide," IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, No. 1, January 1993, pp. 58-60

本発明は、ＰＤＬ、挿入損失がより低く、好都合にＳｉ基板の上に形成することが可能な漏斗型ＰＬＣ光学スプリッタを提供することにより、これらの問題に対処する。

一態様において入力光信号を伝えるためのコア領域およびクラッド領域を備える入力光導波路を有する漏斗型平面光波回路（ＰＬＣ）光学スプリッタである本発明により、従来技術の欠点が対処され、付加的な利点がもたらされる。スラブ導波路が、前記入力光信号を前記入力光導波路から受信し、前記スラブ導波路から複数の出力導波路が突出し、前記入力光信号が前記複数の出力導波路に分割される。前記スラブ導波路を前記複数の出力導波路に結合する部分は、セグメント化テーパ構造であることを特徴とする。

前記セグメント化テーパ構造は、前記複数の出力導波路を交差する複数の導波路を備え、前記交差する複数の導波路のコア幅は、前記スラブ導波路からの距離が増加するにつれて低減する。

本発明の別の態様では、入力光信号を伝えるためにコア領域およびクラッド領域を備える入力光導波路を有する、漏斗型平面光波回路光学スプリッタが設けられる。スラブ導波路が、前記入力光信号を前記入力光導波路から受信しする。前記スラブ導波路から複数の出力導波路が突出し、前記入力光信号が前記複数の出力導波路に分割される。クラッドモード吸収領域が、前記入力光導波路のいずれかの側に沿って又は両側に沿って延在する。

前記クラッドモード吸収領域は、前記入力光導波路が前記スラブ導波路に近づくにつれて前記入力光導波路から漸進的に離れてもよい。前記クラッドモード吸収領域は、前記スラブ導波路の少なくとも一部に沿って延在してもよい。

クラッドモード吸収領域およびセグメント化テーパ構造の両方を有する漏斗型スプリッタは、挿入損失および偏光依存損失の両方を考慮すると「極めて（ｓｕｐｅｒ）」低損失なスプリッタの設計を提供する。好都合なことに、開示される漏斗型ＰＬＣスプリッタは、その極めて低いＰＤＬのために石英基板が必要でなく、シリコン基板を使用することが可能である。シリコン基板は、より安価で、かつ破壊（ｆｒａｃｔｕｒｅ）に対する耐性がより高いことが知られている。

さらに、付加的特徴および利点が本発明の技術を通じて実現される。本発明の他の実施形態および態様は本明細書により詳細に説明され、請求される発明の一部であると考えられている。

本発明とみなされる主題は、特に、特許請求の範囲において明瞭に請求されている。前述した内容ならびに本発明のその他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明から明らかになる。

本願は、２００６年２月２２日出願の米国仮出願第６０／７７５６６８号の利益を主張し、この仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃを参照すると、先に論じたように、クラッドモード吸収領域２０および／またはセグメント化テーパ構造３０を有する、本発明の一態様に従った漏斗型ＰＬＣ光学スプリッタ１０が提供される。これらの領域は、入力導波路１２、スラブ領域１４、及びスラブ領域１４から突出する複数の出力導波路１６を有する、従来の漏斗型ＰＬＣスプリッタの内部および周囲に形成される。

典型的な漏斗型ＰＬＣ光学スプリッタが、非特許文献１に開示されている。非特許文献１の内容は、参照により組み込まれる。

本明細書において極めて低損失のスプリッタが開示され、これは、シリコン（Ｓｉ）若しくはガラス基板上の石英導波路構造、又は、Ｓｉ若しくはガラス基板上のポリマー導波路構造のいずれかに適用可能である。開示される、クラッドモード吸収領域２０を有する漏斗型ＰＬＣ光学スプリッタ１０は、入力導波路構造において示される光学干渉を最小化する。すなわち、クラッドモード吸収領域２０は、分割分散（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を改善する。入力光ファイバがＰＬＣスラブ領域に直接に接続されているとすると、クラッドモードは光ファイバ内で除去される。しかしながら、クラッドモード吸収領域なしで入力ＰＬＣ導波路が用いられると、分割分散が増大する。本発明は、入力光導波路１２内の分割分散を最小化する。

セグメント化テーパ構造３０を有する漏斗型スプリッタは、図３に示すように複数の出力導波路１６を交差する複数の導波路３２を使用することで、損失をさらに低減する。交差する導波路がテーパ構造を用いると（交差する導波路の幅が出力方向に向かって減少すると）、隙間（ｇａｐｓ）（スペース（ｓｐａｃｅ））に入ってくる光が元のコアに戻ることになる。これは、損失がより少ない構造をもたらす。

これらの技術は、本発明により意図されているように別個に使用することが可能だが、クラッドモード吸収領域２０およびセグメント化テーパ構造３０の両方を有する漏斗型スプリッタは、挿入損失および偏光依存損失の両方を考慮すると「極めて（ｓｕｐｅｒ）」低損失なスプリッタの設計を提供する。

図２Ａ〜２Ｂを参照すると、重要な設計パラメータの１つは、入力導波路コアの中心からクラッドモード吸収領域の端の距離（Ｓｇｒｄと呼ぶ。）である。この例に示されるように、吸収領域は入力導波路と平行に延在し、そして漸進的に入力導波路から離れ、スラブの周囲に延びていく。Ｍ−デルタ（ｍｅｄｉｕｍｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｄｅｌｔａｗａｖｅｇｕｉｄｅ）では、図示の断面図においてＳｇｒｄは約１５ｕｍとすることができる。Ｌ−デルタでは、Ｓｇｒｄは１５〜１６ｕｍとすることができる。Ｈ−デルタでは、Ｓｇｒｄは１４ｕｍとすることができる。しかしながら、より一般的な値は、約１０〜２０ｕｍの範囲とすることができる。図２Ｂはまた、基板上の導波路構造のさらなる詳細を示している。一般に、すべての導波路、クラッドモード吸収領域、およびセグメント化テーパ構造は、同一の平面層上に同一材料で、既知のＰＬＣ作製技術に従って形成される。

図４〜１０Ｃは、一般的な光ファイバ伝送波長にわたり、Ｙｉｎｓｔパラメータ及びＳｇｒｄパラメータを変えて、本発明の改良を有する１ｘ３２スプリッタ及び本発明の改良を有しない１ｘ３２スプリッタについて様々な試験を行った結果を示している（これらの試験結果およびそこに示される注記は当業者に理解されるものである）。たとえば、図８Ｃは、平均１５．８ｄＢの損失を示し、対照的に従来のＹ分岐スプリッタの損失は１６．５〜１６．８ｄＢである。理想的な入力光が使用されると、本発明は、漏斗型スプリッタに対して少なくとも０．５ｄＢの改善をもたらす。

図１１Ａと１１Ｂは、本発明の一態様に従った１ｘ６４の例示的スプリッタと、その性能データをそれぞれ示す。

石英導波路技術またはポリマー導波路技術のいずれかを、シリコン基板、ガラスベースの基板および任意のその他の適切な基板材料上で、すべての導波路およびクラッドモード吸収領域に対して利用することができる。しかしながら、好都合なことに、漏斗型ＰＬＣスプリッタはその極めて低いＰＤＬのために石英基板を必要とせず、シリコンを使用することができる。シリコンウエハは、より安価で、かつ、破壊に対する耐性が高いことが知られている。

本発明の原理は、プリント基板技術（場合によりシリコン、ポリマー、又はガラス基板上で）、および金属基板に対して適用できる。

開示されたクラッドモード吸収領域の設計は、漏斗型スプリッタのみならず、Ｙ分岐（Ｙ−ｂｒａｎｃｈ）型スプリッタ、ＰＬＣ−ＶＯＡ、ＰＬＣ−ＡＷＧ、およびＰＬＣスイッチデバイスに対しても適用可能である。

好ましい実施形態について説明してきたが、当業者には、本発明の精神から逸脱することなく様々な改変、追加、置換等を行うことができ、したがってこれらは特許請求の範囲で規定される発明の範囲に属すると考えられていることが明らかだろう。

本発明の１ｘ３２光学スプリッタの例示的実施形態の平面図である。本発明の例示的クラッドモード吸収領域の平面図である。本発明の例示的セグメント化テーパ構造の平面図である。切断が示されている、本発明のクラッドモード吸収領域の一部を示す図である。図２Ａの切断の断面図である。本発明のセグメント化テーパ構造のさらなる詳細を示す平面図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の実施形態を比較する試験結果とこれらの異なる寸法を示す図である。本発明の１ｘ６４光学スプリッタの例示的実施形態を示す図である。図１１Ａに示す１ｘ６４光学スプリッタの試験結果を示す図である。

Claims

入力光信号を伝えるための入力光導波路であって、コア領域およびクラッド領域を備える入力光導波路と、
前記入力光導波路から前記入力光信号を受信するスラブ導波路と、
前記スラブ導波路から突出する複数の出力導波路であって、前記入力光信号が分割されていく複数の出力導波路と、
前記入力光導波路のいずれかの側に沿って又は両側に沿って延在するクラッドモード吸収領域であって、前記入力導波路と前記クラッドモード吸収領域との間の距離は、前記入力光導波路が前記スラブ導波路に近づくにつれて増大し、漏斗型平面光波回路光学スプリッタの基板上で前記入力光導波路から分離されているクラッドモード吸収領域と
を備えることを特徴とする漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。
前記クラッドモード吸収領域は、前記スラブ導波路の少なくとも一部に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。
前記入力光導波路、前記スラブ導波路、および前記複数の出力導波路は、石英またはポリマーから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。
前記漏斗型平面光波回路光学スプリッタの前記基板は、シリコン又はガラスから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。
前記クラッドモード吸収領域は、石英またはポリマーから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。
前記スラブ導波路を前記複数の出力導波路に接続する領域は、セグメント化テーパ構造であることを特徴とする請求項１に記載の漏斗型平面光波回路光学スプリッタ。