JP6084177B2 - Optical waveguide device - Google Patents
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Description
本発明は、光導波路デバイスに関し、特に、合分岐部を有する光導波路を備えた光導波路デバイスに関する。 The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to an optical waveguide device provided with an optical waveguide having a junction.
光通信や光計測などの技術分野では、光変調器や光スイッチなどの光導波路デバイスが多く用いられている。光導波路デバイスでは、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板や半導体基板などの基板に光導波路が形成されている。 In technical fields such as optical communication and optical measurement, optical waveguide devices such as optical modulators and optical switches are often used. In an optical waveguide device, an optical waveguide is formed on a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate or a substrate such as a semiconductor substrate.
光導波路のパターン形状としては、たとえば、マッハツェンダー型光導波路などのように、光導波路が複数に分岐する分岐部や、複数の光導波路が合流する合波部が使用される。特に、大容量・高速伝送を実現するために、デジタルコヒーレント技術と共に、多値変調フォーマットや偏波多重方式に対応した光変調器などが広く使われるようになっている。このため、光導波路のパターン形状は、複数のマッハツェンダー型光導波路を集積した構成などのように、複雑化、大型化している。 As the pattern shape of the optical waveguide, for example, a branching section where the optical waveguide branches into a plurality of parts, or a combining part where the plurality of optical waveguides join, such as a Mach-Zehnder type optical waveguide, is used. In particular, in order to realize large-capacity and high-speed transmission, optical modulators compatible with multilevel modulation formats and polarization multiplexing systems are widely used together with digital coherent technology. For this reason, the pattern shape of the optical waveguide is complicated and enlarged as in a configuration in which a plurality of Mach-Zehnder optical waveguides are integrated.
近年では、光通信装置の小型化・高密度実装化の要求に伴い、光導波路デバイスの小型化に対する市場ニーズが高まっている。光導波路デバイスを小型化するには、素子サイズに占める割合が高い、光導波路の分岐部や合流部、所謂、合分岐部を小型化することが重要となる。 In recent years, with the demand for miniaturization and high-density mounting of optical communication devices, market needs for miniaturization of optical waveguide devices are increasing. In order to reduce the size of the optical waveguide device, it is important to reduce the size of the branching portion and the merging portion of the optical waveguide, which are high in the element size.
合分岐部を小型化するには、光導波路を急激に曲げ(曲率半径を小さくし)たり、分岐する光導波路間の角度や合流する光導波路間の角度を大きくするなどが考えられる。しかしながら、このような方法は、光導波路の曲げ部分や結合部分で、光導波路から基板内に光導波路を伝搬する光波が漏出し、光導波路デバイスの光挿入損失が増加する。 In order to reduce the size of the joining / branching portion, it is conceivable to sharply bend the optical waveguide (decrease the radius of curvature), or increase the angle between the branched optical waveguides or the angle between the joined optical waveguides. However, in such a method, light waves propagating from the optical waveguide into the substrate at the bent portion or coupling portion of the optical waveguide leak out, and the optical insertion loss of the optical waveguide device increases.
合分岐部の小型化のために、特許文献1又は2のような光導波路の構造が提案されている。特許文献1では、図1に示すように、光導波路(合分岐部)1、シングルモード伝搬する入出力導波路11と、この入出力導波路から分岐する一対の分岐導波路とを備えている。分岐導波路の形状は、入出力導波路11よりも光導波路の幅が広いマルチモード伝搬部13と、分岐端からマルチモード伝搬部に向かって光導波路の幅が大きくなる接続部12を備えている。
In order to reduce the size of the coupling / branching portion, an optical waveguide structure as disclosed in
図1のような構造の場合、分岐開始部分(分岐端)に近い曲げ部分で,光導波路の光閉じ込め不足による光の漏洩が発生する。しかも、接続部において、光導波路の延在方向と光導波路の幅が同時に変化するため、光の伝搬に対して大きな構造変化となり、光のモード変換による損失も発生し易くなる。 In the case of the structure as shown in FIG. 1, light leakage due to insufficient optical confinement of the optical waveguide occurs at a bent portion near the branch start portion (branch end). Moreover, since the extending direction of the optical waveguide and the width of the optical waveguide simultaneously change at the connection portion, a large structural change occurs with respect to light propagation, and loss due to light mode conversion is likely to occur.
仮に、分岐開始部分まで入出力導波路11の幅を大きくし、曲げによる放射を抑制する場合には、太くなった光導波路部分が、2次よりも大きい高次モードが存在する光導波路となる。このような場合には、分岐開始部前後の光導波路構造が異なる、例えば、合分岐部の前後で光導波路の数に差異があると、分岐開始前後の電界分布が不整合となり、高次モードへの変換が発生し易く、過剰損失の増加や光分岐比の波長依存性が発生する。
If the width of the input /
また、光導波路デバイスの駆動電圧の低下や広帯域化のために、光導波路を形成する基板を、例えば、20μm以下の厚さにまで薄板化することも行われている。このような薄板を用いた光導波路構造の場合には、光の伝搬方向に垂直な断面において、断面横方向(厚さ方向に垂直な方向)の光電界分布の閉じ込めが弱い。薄板を用いた光導波路の曲げ部分による損失を低減するためには、さらに光導波路の閉じ込めを強くする必要がある。しかし、そのために光導波路の幅を広くすると、高次モードがより発生する光導波路条件になりやすく、また、合分岐部での光分岐比の波長依存性が大きな問題となる場合もある。しかも、薄板構造では、合分岐部で発生した漏洩光、特に分岐光導波路の間に発生した漏洩光が基板中を不要光として伝搬し、不要光が光導波路に再結合するなどの現象も発生し、光導波路デバイスの特性に大きな影響を与えることなる。 In addition, in order to reduce the driving voltage of the optical waveguide device and to increase the bandwidth, the substrate on which the optical waveguide is formed is thinned to a thickness of 20 μm or less, for example. In the case of an optical waveguide structure using such a thin plate, confinement of the optical electric field distribution in the cross-sectional lateral direction (direction perpendicular to the thickness direction) is weak in a cross-section perpendicular to the light propagation direction. In order to reduce the loss due to the bent portion of the optical waveguide using a thin plate, it is necessary to further strengthen the confinement of the optical waveguide. However, if the width of the optical waveguide is widened for that purpose, the optical waveguide condition that a higher order mode is more likely to be generated, and the wavelength dependency of the optical branching ratio at the coupling / branching portion may be a serious problem. In addition, in the thin plate structure, the leakage light generated at the junction / branch part, especially the leakage light generated between the branch optical waveguides, propagates as unnecessary light in the substrate, and the phenomenon that the unnecessary light recombines with the optical waveguide also occurs. However, this greatly affects the characteristics of the optical waveguide device.
特許文献2では、図2に示すように、光導波路(合分岐部)2を、シングルモード導波路21をテーパ部22によりマルチモード導波路23とし、マルチモード導波路(直線部)23から離間(ギャップG1)して配置される2つのシングルモード導波路(分岐導波路)24,25を備えた構造が提案されている。また、直線部23の幅W1を、2つの分岐導波路の端部の外側の側壁面間の間隔の幅W2より小さく設定することも開示されている。
In
しかしながら、図2のように、光導波路が分断された部分では、光導波路のモード変換が発生する。特に、薄板を用いた場合には、導波路24、25への導波モードだけでなく基板をコア層としたスラブモードへの変換が発生し、過剰損失の増加やモード間の干渉により合分岐部の動作が不安定になるという問題がある。
However, as shown in FIG. 2, mode conversion of the optical waveguide occurs in the portion where the optical waveguide is divided. In particular, when a thin plate is used, not only the waveguide mode to the
また、特許文献3では、図3に示すように、光導波路(合分岐部)3を、主導波路31と2つの分岐導波路32とを所定の間隙(ギャップG)を隔てて配置し、光学的結合部33を形成する構成が開示されている。この構成により、分岐部における過剰損失の低減を図っている。
In
しかしながら、狭い間隙(ギャップG)を形成する部分や、光導波路の幅が狭い部分の長さが長く、光導波路(合分岐部)3において、必要となる光導波路パターン精度を安定的に再現することが難しい。また、薄板に適用した場合には、特許文献2と同様に、光導波路端で基板をコア層としたスラブモードへの変換が発生し、合分岐部の動作が不安定になるという問題がある。
However, the length of the portion where the narrow gap (gap G) is formed or the portion where the width of the optical waveguide is narrow is long, and the required optical waveguide pattern accuracy is stably reproduced in the optical waveguide (joint branching portion) 3. It is difficult. Further, when applied to a thin plate, similarly to
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、小型化を実現しながら光挿入損失の少ない光導波路デバイスを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical waveguide device with small optical insertion loss while realizing miniaturization.
上記課題を解決するために、本発明の光導波路デバイスは、以下のような技術的特徴を有する。 In order to solve the above problems, an optical waveguide device of the present invention, that having a following technical features.
(1) 基板に形成された光導波路と、該光導波路の少なくとも一部に光導波路が分岐又は合流する合分岐部を有する光導波路デバイスにおいて、該合分岐部が、2本の光導波路が合流し、1本の光導波路となり、その後、前記1本の光導波路が3本の光導波路に分岐するよう構成されており、前記3本の光導波路は、1本の出力用光導波路とそれを挟む2本の漏洩光用光導波路から構成され、前記1本の光導波路と前記3本の光導波路とを直接接続した位置において、前記1本の光導波路の幅W3は、前記3本の光導波路の全体の幅W2より小さく、当該接続位置において、該幅W3の中心と該幅W2の中心は一致しており、かつ、光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成されていることを特徴とする。 (1) an optical waveguide formed on a substrate, the optical waveguide device having a coupling branch portion where the optical waveguide at least a portion of the optical waveguide is branched or confluent,該合bifurcation, two optical waveguides merge The optical waveguide is configured to branch into three optical waveguides, and the three optical waveguides are composed of one output optical waveguide and the output optical waveguide. At the position where the one optical waveguide and the three optical waveguides are directly connected, the width W3 of the one optical waveguide is set to the three optical waveguides. It is smaller than the entire width W2 of the waveguide, the center of the width W3 and the center of the width W2 coincide with each other at the connection position, and a discontinuous step is formed in the outer contour of the optical waveguide. It is characterized by that.
(2) 上記(1)に記載の光導波路デバイスにおいて、前記2本の光導波路と前記1本の光導波路とを直接接続した位置において、前記2本の光導波路の全体の幅W1は、前記1本の光導波路の幅W3より大きく、当該接続位置において、該幅W1の中心と該幅W3の中心は一致しており、かつ、光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成されていることを特徴とする。 (2) In the optical waveguide device according to (1), the entire width W1 of the two optical waveguides at the position where the two optical waveguides and the one optical waveguide are directly connected is It is larger than the width W3 of one optical waveguide, the center of the width W1 coincides with the center of the width W3 at the connection position, and a discontinuous step is formed in the outer contour of the optical waveguide. It is characterized by.
(3) 上記(1)又は(2)に記載の光導波路デバイスにおいて、該光導波路の該合分岐部の光伝播方向の上流側には、高次モード光を除去するための分岐光導波路が配置されていることを特徴とする。 ( 3 ) In the optical waveguide device according to the above (1) or ( 2), a branched optical waveguide for removing higher-order mode light is disposed upstream of the optical waveguide in the light propagation direction of the coupling portion. It is arranged.
(4) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光導波路デバイスにおいて、該基板は、厚みが20μm以下であることを特徴とする。 (4) An optical waveguide device according to any one of the above (1) to (3), the substrate shall be the wherein the thickness is 20μm or less.
本発明により、基板に形成された光導波路と、該光導波路の少なくとも一部に光導波路が分岐又は合流する合分岐部を有する光導波路デバイスにおいて、該合分岐部が、2本の光導波路が合流し、1本の光導波路となり、その後、前記1本の光導波路が3本の光導波路に分岐するよう構成されており、前記3本の光導波路は、1本の出力用光導波路とそれを挟む2本の漏洩光用光導波路から構成され、前記1本の光導波路と前記3本の光導波路とを直接接続した位置において、前記1本の光導波路の幅W3は、前記3本の光導波路の全体の幅W2より小さく、当該接続位置において、該幅W3の中心と該幅W2の中心は一致しており、かつ、光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成されているため、合分岐部での過剰損失を抑制し、光導波路デバイスの小型化も併せて実現することができる。 The present invention, an optical waveguide formed on a substrate, the optical waveguide device having a coupling branch portion where the optical waveguide at least a portion of the optical waveguide is branched or confluent,該合bifurcation, two optical waveguides merged, becomes one optical waveguide, thereafter, the one optical waveguide is configured to branch to three of the optical waveguide, said three optical waveguide, it and one of the output optical waveguide It is composed of two leakage leading optical waveguide sandwiching, at a position directly connecting the one optical waveguide and said three optical waveguides, the width W3 of the one optical waveguide, the three It is smaller than the entire width W2 of the optical waveguide, the center of the width W3 coincides with the center of the width W2 at the connection position, and a discontinuous step is formed in the outer contour of the optical waveguide. order to have, to suppress excessive loss in the coupling branch portion, light It can be realized also to miniaturization of the waveguide device.
以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光導波路デバイスは、図4乃至6に示すように、基板4に形成された光導波路5と、該光導波路の少なくとも一部に光導波路が分岐又は合流する合分岐部を有する光導波路デバイスにおいて、該合分岐部が、N本の光導波路51が合流し、N本より多いM本の光導波路(53,54)に分岐するよう構成されており、前記N本の光導波路と前記M本の光導波路とを直接接続した位置において、前記N本の光導波路の全体の幅W1は、前記M本の光導波路の全体の幅W2より小さく、当該接続位置において光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成されていることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
As shown in FIGS. 4 to 6, the optical waveguide device of the present invention has an
本発明の光導波路デバイスに使用される基板としては、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)等のように、電気光学効果を有する材料を利用することが可能である。また、プレーナ光波回路(PLC)に用いられる石英系基板や、ポリマー、半導体などの材料も利用することが可能である。 As a substrate used for the optical waveguide device of the present invention, for example, a material having an electro-optic effect such as lithium niobate, lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate) can be used. is there. It is also possible to use materials such as quartz substrates, polymers, and semiconductors used in planar lightwave circuits (PLC).
また、本発明は、基板の厚さが20μm以下の薄板を用いた光導波路デバイスに対しては、特に好適に適用することが可能である。これは、薄板自体がスラブ型の光導波路として機能し、光導波路による閉じ込めが弱くなるためである。 The present invention can be particularly preferably applied to an optical waveguide device using a thin plate having a substrate thickness of 20 μm or less. This is because the thin plate itself functions as a slab type optical waveguide, and confinement by the optical waveguide is weakened.
本発明で利用する光導波路の形成は、Tiなどを用いた熱拡散法や、プロトン交換法などで、基板表面に基板の屈折率より高い部分を形成する方法や、基板にリッジ又はリブを形成し、凸部状の光導波路を形成する方法等を採用することができる。 The optical waveguide used in the present invention can be formed by a method of forming a portion higher than the refractive index of the substrate on the substrate surface, such as a thermal diffusion method using Ti or a proton exchange method, or by forming a ridge or rib on the substrate. In addition, a method of forming a convex optical waveguide or the like can be employed.
図4の中では、図示していないが、光導波路5に沿って、制御電極を形成することが可能である。制御電極は、例えば、変調信号を印加するための信号電極と接地電極や、DC電圧を印加するためのバイアス用電極、光路切替を行うためのスイッチング電極など、機能や目的に応じた各種のものが知られている。制御電極は、基板上に、Ti・Auなどの金属膜を蒸着法やスパッタリング法により成膜し、フォトリソフラフィー技術を用いてパターニングしたり、金メッキ法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体SiO2等のバッファ層を設け、光導波路の上側に形成した電極による光波の吸収や散乱を抑制することも可能である。
Although not shown in FIG. 4, a control electrode can be formed along the
本発明の光導波路デバイスの特徴は、図4(a)〜(c)に示す、光導波路の合分岐部の形状にある。図4(a)は、主マッハツェンダー型導波路の分岐導波路に副マッハツェンダー型導波路を組み込んだ、所謂、ネスト型の光導波路の例を示している。点線で囲んでいる部分は、光導波路の分岐部や合流部を示している。図4(b)は、図4(a)の点線領域Aの拡大図であり、図4(c)は、図4(b)の点線領域Bの拡大図である。 The feature of the optical waveguide device of the present invention lies in the shape of the coupling portion of the optical waveguide shown in FIGS. FIG. 4A shows an example of a so-called nested optical waveguide in which a sub Mach-Zehnder type waveguide is incorporated in a branching waveguide of the main Mach-Zehnder type waveguide. A portion surrounded by a dotted line indicates a branching portion or a merging portion of the optical waveguide. FIG. 4B is an enlarged view of the dotted area A in FIG. 4A, and FIG. 4C is an enlarged view of the dotted area B in FIG. 4B.
本発明の光導波路デバイスでは、合分岐部前後の光導波路が線対称で、合分岐部の光導波路の本数は、図4(b)に示すように、分岐前が1本、分岐後が2本のY分岐(1×2分岐)を例示している。後述するように、本発明の光導波路デバイスに係る合分岐部の構成は、N本の光導波路が合流し、N本より多いM本の光導波路に分岐するような合分岐部に対して、適用することができる。また、本発明は接続部の光導波路本数の大小と光導波路幅との関係が重要であり、合分岐部の入出力方向が入れ替わった場合においても本発明の効果を得ることができる。 In the optical waveguide device according to the present invention, the optical waveguides before and after the junction are axisymmetric, and the number of the optical waveguides at the junction is 1 before branching and 2 after branching, as shown in FIG. A Y branch (1 × 2 branch) of the book is illustrated. As will be described later, the configuration of the branching unit according to the optical waveguide device of the present invention is such that N optical waveguides merge and branch into more than N optical waveguides. Can be applied. Further, in the present invention, the relationship between the number of optical waveguides in the connecting portion and the width of the optical waveguide is important, and the effect of the present invention can be obtained even when the input / output direction of the coupling / branching portion is switched.
図4(b)に示すように、入力側の単独の光導波路51は、通常、シングルモード光導波路となるように光導波路の幅が設定される。その幅から接続部(図4(c)の接続位置)での電界の不連続を減少させるために、符号52に示すように、光導波路をテーパ状に太くする。分岐光導波路(53,54)側の接続部では、パターン精度の影響を少なくするために、分岐光導波路(53,54)間に間隙をもって接続される。
As shown in FIG. 4B, the width of the optical waveguide is usually set so that the single
また、その際に、2分岐側の曲げ部での損失を低減させるため、個々の分岐光導波路に対しても、図4(b)のように、曲げ部分の最小曲率半径部の光導波路幅と同一の光導波路幅を用意するのが好ましい。これにより分岐光導波路間の広角化を行うことができ、より小型で、曲げによる光の放射が抑制された光導波路デバイスを提供できる。 At that time, in order to reduce the loss at the bent portion on the two branch side, the optical waveguide width of the minimum radius of curvature portion of the bent portion is also shown in FIG. It is preferable to prepare the same optical waveguide width. As a result, the angle between the branched optical waveguides can be increased, and an optical waveguide device that is smaller and that suppresses light emission due to bending can be provided.
テーパ形状の光導波路52は、幅を広くし過ぎると、光の伝搬に対して大きな構造変化となり、光のモード変換による損失も発生する。本発明では、図4(c)及び図5に示すように、接続位置における光導波路の幅の関係に関しては、分岐開始前後の本数の少ない側の光導波路幅W1を光導波路本数が多い側の光導波路の全幅をW2とすると、W1<W2となるように設定している。これにより合分岐部の接続前後の光電界分布の整合が高くなり、損失や分岐比の波長依存性を低減することができる。図5及び図6に伝搬する光波の電界分布を符号L1〜L5で模式的に図示している。
If the taper-shaped
本発明に係る合分岐部では、合流する光導波路の全体の幅W1と、分岐する光導波路の全体の幅W2が、W1<W2として、当該接続位置において光導波路の外側の輪郭には不連続な段差を形成している。従来は、このような段差は光波の散乱を誘発し、過剰損失の発生原因と考えられていたが、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、このような段差があっても、分岐導波路の幅をより広く確保する広くする方が、結果として、過剰損失を低減することを見出し、本発明を完成させたものである。 In the junction / branch portion according to the present invention, the entire width W1 of the optical waveguide to be merged and the entire width W2 of the optical waveguide to be branched are discontinuous in the outer contour of the optical waveguide at W1 <W2. A step is formed. Conventionally, such a step has been considered to cause light wave scattering and cause excessive loss.However, as a result of extensive research, the present inventors have conducted divergent guidance even if such a step exists. As a result, the inventors have found that excessively reducing the width of the waveguide to reduce the excess loss has completed the present invention.
合分岐部における光閉じ込めを改善することで、図6に示すような漏洩光L0の発生を抑制できる。その結果、マッハツェンダー型光導波路において、合分岐部や曲げに要する素子サイズが小さくなり、小型でありながら、挿入損失やOn/Off消光比などの特性が優れた光導波路デバイスを得ることができる。 By improving the light confinement at the coupling / branching portion, it is possible to suppress the generation of the leakage light L0 as shown in FIG. As a result, in the Mach-Zehnder type optical waveguide, the element size required for the junction and bending is reduced, and an optical waveguide device having excellent characteristics such as insertion loss and On / Off extinction ratio can be obtained while being small. .
図7は、本発明に係る光導波路デバイスの別の実施例で、合分岐部(51〜54)の光伝搬方向の上流側(光導波路50)には、分岐光導波路(55,56)が配置されている例である。この分岐光導波路(55,56)を設けることで、高次モード光が、合分岐部に入ることを防止することが可能となる。このような構造を採用することで、例えばファイバ接続のずれや、曲げなどにより、光の電界分布が光導波路の中心からずれた場合においても、分岐比の波長依存性のばらつきを抑制することができる。特に、導波路基板が20μm以下の薄板である場合にはより効果がある。当然、合分岐部の形状は、図5等に示した形状を採用している。 FIG. 7 shows another embodiment of the optical waveguide device according to the present invention. On the upstream side (optical waveguide 50) in the light propagation direction of the coupling portion (51-54), the branched optical waveguide (55, 56) is provided. This is an example of arrangement. By providing the branched optical waveguides (55, 56), it is possible to prevent higher-order mode light from entering the coupling / branching portion. By adopting such a structure, even when the electric field distribution of light deviates from the center of the optical waveguide due to, for example, fiber connection deviation or bending, variation in the wavelength dependence of the branching ratio can be suppressed. it can. In particular, it is more effective when the waveguide substrate is a thin plate of 20 μm or less. Naturally, the shape shown in FIG.
図8(b)は、合流する光導波路が2本で、分岐する光導波路が3本の合分岐部(2×3分岐)を示す。例えば、図8(a)に示すように、合流する2つの光導波路(61,62)が、マッハツェンダー型光導波路の2つの分岐光導波路であり、分岐する3つの光導波路の内、中央が出力用光導波路63、それを挟む2つの光導波路(64,65)は、合流部の漏洩光を導波する漏洩光用光導波路とすることもできる。
FIG. 8B shows a joining / branching portion (2 × 3 branches) having two optical waveguides to be joined and three optical waveguides to be branched. For example, as shown in FIG. 8A, the two optical waveguides (61, 62) to be joined are two branch optical waveguides of the Mach-Zehnder type optical waveguide, and the center of the three optical waveguides to be branched is The output
図8のような場合にも、合流側の光導波路の全体の幅W1を、分岐側の光導波路の全体の幅W2よりも小さくすることで、1×2分岐のY分岐の場合と同様に、過剰損失を抑制することが可能となる。 In the case of FIG. 8 as well, the entire width W1 of the optical waveguide on the merging side is made smaller than the entire width W2 of the optical waveguide on the branch side, similarly to the case of the 1 × 2 branch Y branch. It becomes possible to suppress excessive loss.
さらに、図9に示すように、合分岐部が、2本(N本)の光導波路(71,72)が合流し、1本の光導波路73となり、その後、前記1本の光導波路73がN本より多い3本(M本)の光導波路に分岐するよう構成している。過剰損失を抑制するには、前記1本の光導波路73と前記2本(M本)の光導波路とを直接接続した位置において、前記1本の光導波路の幅W3は、前記M本の光導波路の全体の幅W2より小さく設定し、当該接続位置において光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成することが好ましい。
Further, as shown in FIG. 9, two (N) optical waveguides (71, 72) merge to form one
さらに、図9の合分岐部では、前記2本(N本)の光導波路(71,72)と前記1本の光導波路73とを直接接続した位置においても、前記N本の光導波路の全体の幅W1は、前記1本の光導波路の幅W3より大きく、当該接続位置において光導波路の外側の輪郭には不連続な段差を形成することで、過剰損失を抑制することができる。
Further, in the coupling / branching portion of FIG. 9, the N optical waveguides as a whole are also at a position where the two (N) optical waveguides (71, 72) and the one
本発明に係る合分岐部の効果を確認するため、図7のような分岐光導波路(55,56)を前段に備えた合分岐部について、光伝搬法(BPM)による解析を行った。そのシミュレーション結果を図10に示す。図10(a)は、従来例であり、合分岐部の接続位置における光導波路の幅をW1=W2とし、光導波路の外側の輪郭は連続的に接続されている。 In order to confirm the effect of the coupling / branching portion according to the present invention, the coupling / branching portion provided with the branching optical waveguide (55, 56) as shown in FIG. 7 was analyzed by the light propagation method (BPM). The simulation result is shown in FIG. FIG. 10A shows a conventional example, where the width of the optical waveguide at the connection position of the junction is W1 = W2, and the outer contour of the optical waveguide is continuously connected.
これに対し、図10(b)は、本発明に係る合分岐部であり、図5のような形状となっている。図10(a)と(b)とを対比すると、従来例の方が、分岐光導波路間の分岐端から漏洩光が発生していることが容易に理解される。 On the other hand, FIG.10 (b) is the junction part which concerns on this invention, and has a shape like FIG. 10A and 10B, it can be easily understood that leakage light is generated from the branch ends between the branched optical waveguides in the conventional example.
さらに、光伝搬法による解析結果から、光導波路の幅の比W1/W2を変化させた場合の光閉じ込め効果を調べた。W1/W2が0.5〜0.9の範囲である程度の漏洩光の抑制効果が確認できた。より好ましくは、0.6〜0.8の範囲であった。 Furthermore, the optical confinement effect when the ratio W1 / W2 of the width of the optical waveguide was changed was examined from the analysis result by the light propagation method. A certain amount of leakage light suppression effect was confirmed when W1 / W2 was in the range of 0.5 to 0.9. More preferably, it was the range of 0.6-0.8.
光導波路の幅の比W1/W2をこの範囲に設定することで、接続部での不要光への結合やモード変換を減少させ、損失や分岐比がより安定した光導波路デバイスを得ることができる。また、曲げ導波路部についても、接続部から最小曲げ半径部にかけて、光導波路の光閉じ込めが高い光導波路幅を用いることが可能となり、より伝搬損失が小さく、放射損失も抑制されるため、後段の光導波路との再結合を防ぐことができる。 By setting the ratio W1 / W2 of the width of the optical waveguide within this range, it is possible to obtain an optical waveguide device in which the coupling to unnecessary light and the mode conversion at the connection portion are reduced and the loss and branching ratio are more stable. . Also, with respect to the bending waveguide section, it is possible to use an optical waveguide width with high optical confinement of the optical waveguide from the connection section to the minimum bending radius section, so that the propagation loss is smaller and the radiation loss is suppressed. Recombination with the optical waveguide can be prevented.
本発明によれば、小型化を実現しながら光挿入損失の少ない光導波路デバイスを提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical waveguide device with small optical insertion loss while realizing miniaturization.
4 基板
5,50〜74 光導波路
6,7 合分岐部
4
Claims (4)
該合分岐部が、2本の光導波路が合流し、1本の光導波路となり、その後、前記1本の光導波路が3本の光導波路に分岐するよう構成されており、
前記3本の光導波路は、1本の出力用光導波路とそれを挟む2本の漏洩光用光導波路から構成され、
前記1本の光導波路と前記3本の光導波路とを直接接続した位置において、前記1本の光導波路の幅W3は、前記3本の光導波路の全体の幅W2より小さく、当該接続位置において、該幅W3の中心と該幅W2の中心は一致しており、かつ、光導波路の外側の輪郭には不連続な段差が形成されていることを特徴とする光導波路デバイス。 In an optical waveguide device having an optical waveguide formed on a substrate, and a junction part where the optical waveguide branches or merges in at least a part of the optical waveguide,
該合bifurcation, two optical waveguides merge, become one optical waveguide, thereafter, being configured the one optical waveguide is branched into three optical waveguides,
The three optical waveguides are constituted by one optical waveguide for output and two optical waveguides for leakage light sandwiching the optical waveguide,
At the position where the one optical waveguide and the three optical waveguides are directly connected, the width W3 of the one optical waveguide is smaller than the entire width W2 of the three optical waveguides, and at the connection position. The optical waveguide device is characterized in that the center of the width W3 and the center of the width W2 coincide with each other, and a discontinuous step is formed on the outer contour of the optical waveguide.
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