JPH01231006A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、製造工程中に生ずる導波路幅変動に対する阻
止域および通過域の中心波長のずれが少なく、かつ大き
な阻止域減衰量を有る方向性結合形光合分波器に関する
ものである。

〈従来の技術〉 方向性結合形光合分波器の基本構成を第８図に示す。

第８図において、ｌは第１の導波路、２は第２の導波路
、３は間隔を設けた平行導波路からなる結合部、４は第
１の導波路１と第２の導波路２との間隔を広げ結合部３
以外での光結合を生じさせないために設けた展開部、５
−１および５−２はそれぞれ第１の導波路１の入射端お
よび出射端、６−１および６−２はそれぞれ第２の導波
路２の入射端および出射端である。第１の導波路１と第
２の導波路２の導波路パラメータは、はぼ等しくしてあ
る。結合部３の長さしを、波長λ１の完全結合長の２Ｎ
倍（Ｎは自然数）で、かつ、波長λ２の完全結合長の２
　Ｎ＋　１＠とすると、第１の導波路１の入射端５−１
から入射された波長久４、λ２の２つの光はそれぞれ第
１の導波路１の出射端５−２と第２の導波路２の出射端
６−２から出射するので、第８図の構成は方向性結合形
光合分波器として動作する。

方向性結合形光合分波器は、高いｉｙＪ衷量が得られる
阻止域が狭帯域であるため、従来第９図のように導波路
構造パラメータが同じ方向性結合形光合分波器２０を２
段に縦続接続して阻止域を拡大する方法が取られてきた
。

しかし、方向性結合形光合分波器には、実際の素子製造
工程において結き部の導波路幅Ｗと導波路間隔Ｓの変動
が生じた場合に、製造された光合分波器の特性が設計通
りにならないという素子感度の高さに問題があった。

即ち、導波路のエツチング加工中に導波路幅Ｗが設定値
から変動した場合に、光の強度分布状態が変化してしま
い、製造がされた方向性結合形光合分波器の阻止域およ
び通過域の中心波長が著しくずれてしまうという問題が
あった。

乙の問題を解決するために、従来は一つの手法として、
阻止特性の再現性を向上するため導波路の加工精度を著
しく高めることが検討されてきた。また、別の手法とし
ては、加工後の導波路構造パラメータを測定して最適な
上側クラッド層の屈折率を選択するという調整法も行わ
れている。しかし、この方法は、素子を個別に調整する
必要性があるという問題がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、製造工程中に生ずる導波路幅変動に対
する阻止域および通過域の中心波長のずれを解消して素
子の加工精度を緩和でき、また素子の個別調整を不要に
でき、かつ大きな阻止域減衰量を有する方向性結合形光
合分波器を提供することである。

く課題を解決するための手段〉 本発明による光合分波器は、２波長の光に対して光合分
波器として動作し、かつ結合部の導ｅ路中心間隔を一定
にした場合に導波路幅変動に対して素子感度が最小とな
る導波路幅の最適値に対して広狭いずれか一方の導波路
幅で構成される第１の方向性結合器の出射端に、広狭い
ずれか他方の導波ｇ８幅で構成される２つの第２の方向
性結合器をそれぞれ縦続接続した構成を有することを特
徴とする。

また、本発明による他の光合分波器は、上記の第１の方
向性結合器と第２の方向性結合器を、少なくとも導波路
幅不連続点が生じないように導波路構造パラメータが変
化している導波路構造パラメータ整合領域を介して縦続
接続した構成を有することを特徴とする。

く作　　　用〉 上記構成において、第１の方向性結合形光合分波器と第
２の方向性結合形光合分波器とは、導波路幅変動に対し
て素子感度即ち中心波長ずれが最小となる導波路幅の最
適値に対し、実寸法あるいは等両凹寸法いずれにしても
導波路幅が広狭逆にずれているから、導波路幅の変動に
対する阻止域および通過域の中心波長のずれの方向が互
いに逆である特性を有する異なった導波路構造パラメー
タを有する。そのため、第１．第２の方向性結合形光合
分波器は導波路幅変動に対する中心波長のずれを互いに
相殺することになり、中心波長のずれを抑制する。

第２図を参照して、原理を説明する。第２図は、±０．
１μｍの導波＃！幅変動におけろ中心波長のずれを設定
導波路幅Ｗに対して表したグラフを示す。一般に方向性
結合形光合分波器の製造工程において、結合部での２本
の導波路の中心間隔は常に一定であり、導波路幅変動は
２本の導波路に対して同様に生じる。

−例として、導波路コアの屈折率ｎ１を１．５３、クラ
ッドの屈折率ｎ２を１．４６、導彼路厚りを１．２μｍ
１合分波波長を１．３μｍ／　１．５５μｍとした。

導波路幅変動ΔＷが±０．１μｍの場合、導波路幅１．
２μｍ付近で素子感度即ち中心波長のずれが最小となり
、これが導波路幅の最適値に対応する。また、導波路幅
変動ΔＷが＋０．１μｍの場合、設定導波路幅Ｗが１μ
ｍ付近で（よ中心波長が長波側にずれ、１．４μｍ付近
で；よ短波側にずれろ。また、導波路幅変動ΔＷ７！＋
−一〇１μｍの場合は、逆の特性を示す。

したがって、例えば合分波波長が１．３μｍ／１．５５
μｍでは、設定導波路幅Ｗが１μｍと１．４μｍの２種
の方向性結合形光合分波器を縦続接続すれば、導波路幅
変動△Ｗに対する中心波長のずれを互いに相殺すること
になり、中心波長のずれを抑制することが可能となる。

一方、第１の方向性結合形光合分波器と第２の方向性結
合形光合分波器間の導波路構造パラメータ整合領域は、
導波路幅の不連続点での伝播光の反射による損失を防止
する。

く実　施　例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の光合分波器の一実施例を説明する図
であって、７は基板、８は第１の方向性結合形光合分波
器、９は第２の方向性結合形光合分波器、１０は展開部
を兼ねた導波路構造パラメータ整合領域、１１は入射端
、１２−１は波長＾、の光の出射端、１２−２は波長＾
２の光の出射端である。波長＾１として１．３μｍ１波
長λ２として１．５５μｍを設定した。

基板７にはＳｉウェハを用い、Ｓｌｌウニ裏表面熱酸化
法により４μｍの５ＩＯ２膜を形成した。この５１０２
１１！Ｊ！上にスパッタ法により７０５９ガラス膜を１
．２μｍ形成した後、フォトリソグラフィ技術と反応性
イオンエツチング技術を用いて導波路のパターニングを
行い、最後に４μｍの５Ｉ０２膜をスパッタ法で形成し
、方向性結合形光合分波器８，９，９を製作した。第１
の方向性結合形光合分波器８は、導波路幅を最適値１．
２μｍに対して広い１．４μｍと設定し、導波路間隔を
１２２μｍ１結合部長を４７５．８μｍと設定した。第
２の方向性結合形光合分波器９，９は、導波路幅を最適
（１１１１，２゛μｍに対して狭い１μｍと設定し、導
波路間隔を１．５７μｍ、結合部長４３７．１μｍと設
定した。また、導波路構造パラメータ整合領域１０は、
導波路幅の不連続点での伝播光の反射による損失を防止
するために導波路幅を１．４μｍから１μｍへと徐々に
狭くしている。入射端１１から入射された１、３μｍと
１．５５μｍの光は、方向性結合形光合分波器でそれぞ
れ分波され、１．３μｍの光は１２−１の出射端から、
１．５５μｍの光は１２−２の出射端から出射される。

第３図は、導波路幅が設定値通りに製作された場合の光
合分波器の波長選択特性である。

縦軸は光合分波器の挿入損失、横軸は波長を示しており
、実線は１，３μｍ帯の特性、点線は１．５５μｍ帯の
特性である。総合特性における１、３μｍ帯の通過域（
損失≦０．５ｄＢ）と阻止域（損失≧２５ｄＢ）の帯域
幅はともに７３ｎｍである。総合特性は、ｄＢ表示のた
め、Ｗ＝１．４μｍの第１の方向性結合形光合分波器８
の特性と、Ｗ＝１．０μｍの第２の方向性を結合形光合
分波器９の特性との和として求まる。

第４図は、導波路幅が設定値から＋０．１μｍ変動した
場合の波長選択特性である。第１の方向性結合形光台分
器８と第２の方向性結合形光合分波器９とが波長選択特
性のずれを互いに解消し、総合特性において１．３μｍ
帯の中心波長のずれは一４ｎｏ＋に抑えられている。

第５図は、導波路［１１！が設定値から−０，１μｍ変
動した場合の波長選択特性であり、この場合も総合特性
において１．３μｍ帯の中心波長のずれは一４ｎｍに抑
えられている。

更に、本発明の光合分波器は、第１の方向性結合器と第
２の方向性結合器のクラッド層の屈折率を変えろことに
より等両凹に導波路幅を異ならせろ方法を用いても実現
可能である。

また、第１の方向性結合形光合分波器８の導波路幅を１
．０μｍなど最適値に対して狭くし、第２の方向性結合
形光合分波器９の導波＃１幅を１．４μｍなどＲ適値よ
りも広くしても良い。

また、接続段数を３段以上に多段化することにより、導
波路幅変動の許容範囲を拡大することも可能である。更
に、第１と第２の方向性結合形光合分波器８，９を１つ
づつ用いて縦続接続し、１つの光を選択しても良い。

ここで、導波路幅の変動に対して素子感度が最小となる
導波路幅のＮｋ適値を求めろ方法の一例を説明する。

この方法は、設計段階において、まず導波＊ｅＡｗと導
波路間隔Ｓとの間に特定の関係を満足するように定めた
場合に、良好な波長特性を満足する構造パラメータを決
定し得るという知見に基づいてなされた、設計手法であ
る。

まず、光合分波器として動作する方向性結合器の構造パ
ラメータ　（導波路コアの屈折率ｎ１．クラッドの屈折
率ｎ２．導波路幅Ｗ、導彼路厚り、導波路間隔Ｓ、結合
部長し）の値を、特定２波長に対して合分波が起こるよ
うに計算よゆ求め、得られた前記構造パラメータの組を
、横軸に前記導波路間隔Ｓをとり縦軸に前記結合部長り
をとったグラフ上で、前記導波路幅Ｗ及び前記導波路コ
アの屈折率ｎをグラフにおけるパラメータとして表し、
設計チャートを作成する。第６図にクラッドの屈折率ｎ
２＝　１．４６　、導波路厚Ｄ＝１μｍの場合の設計チ
ャートを示す。次にこの設計チャート上で、結合部長り
の導波路間隔Ｓに対する変化がほぼ零になり、かつ導波
路幅Ｗの変動と導波路間隔Ｓの変動が符号が反対で絶対
値が等しくなる点、即ち、 ｄＬ／ｄＳ二〇 ｄＷ／ｄＳニー１ を満足する点Ａが示す構造パラメータで方向性結合形光
合分波器を製造する。このときの導波路幅が素子感度を
最小とする最適値である。

第７図に（中心波長の偏差）／（導波路幅の偏差）と−
（導波路幅の変化）／（導波路間隔の変化）の関係を示
す。ｎ、を１．５３、ｎ２を１．４６、Ｄを１μｍ、中
心波長を１．３μｍとした。一般に、基板上に導波路を
加工する場合、導波路が変化すれば導波路間隔も変化す
る。この時、導波路幅と導波路間隔の変化量は、符号が
反対で絶対値が同じである。つます、−（導波路幅の変
化）／（導波路間隔の変化）はほぼ１であり、しかも、
そのときの（中心波長の偏差）／（導波路幅の偏差）が
最もＯに近くなっている。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の光合分波器は、製造工程
中に生じる導波路幅変動によろ波長選択特性への影響を
抑制することが可能である。従って、エツチングなどの
加工精度を上げることなく、また製作後に素子特性の調
整も必要なく、広帯域な阻止域と所望の波長選択特性を
有する光合分波器を再現性良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ本発明の光合分波器の一実施例を示す図、第
２図は±０．１μｍの導波路幅変動におけろ中心波長の
ずれを設定導波路幅に対して表したグラフ、第３図は導
波路幅が設定値通りに製作された場合の本光合分波器の
波長選択特性を示す図、第４図は導波路幅が設定値から
十０．１μｍ変動した場合の波長選択特性を示す図、第
５図は導波路幅が設定値から−０，１μｍ変動した場合
の波長選択特性を示す図、第６図は最適導波路幅の設計
チャートの一例を示す図、第７図は導波路幅変動と波長
ずれの関係を示す図、第８図は方向性結合形光合分波器
の基本構成を示す図、第９図は従来の方向性結合形光合
分波器の構成例を示す図である。 図　　面　　中、 １１よ第１の導波路、 ２ば第２の導波路、 ３ば結合部、 ４ば展開部、 ５−１（よ第１の導波路１の入射端、 ５−２は第１の導波路１の出射端、 ６−］１よ第２の導波路２の入射端、 ６−２（ま第２の導波路２の出射端、 ７（よ基板、 ８（よ第１の方向性結合形光合分波器、９ば第２の方向
性結合形光１分波器、 １０は展開部を兼ねた導波ｒ＃ｉ構造パラメータ整合領
域、 １１は入射端、 １２−ＩＩよ波長λ　の光の出射端、 １２−２は波長λ２の光の出射端である。 第１図 第２図 第６図 導返路間隔Ｓ（μｍ） −（３ｅ路中し変イヒン／（＠ヨ安ｊ瞬シーり隔の麦匂
第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２波長の光に対して光合分波器として動作し、か
   つ結合部の導波路中心間隔を一定にした場合に導波路幅
   変動に対して素子感度が最小となる導波路幅の最適値に
   対して広狭いずれか一方の導波路幅で構成される第１の
   方向性結合器の出射端に、広狭いずれか他方の導波路幅
   で構成される２つの第２の方向性結合器をそれぞれ縦続
   接続した構成を有することを特徴とする方向性結合形光
   合分波器。
2. （２）上記の第１の方向性結合器と第２の方向性結合器
   を、少なくとも導波路幅不連続点が生じないように導波
   路構造パラメータが変化している導波路構造パラメータ
   整合領域を介して縦続接続した構成を有することを特徴
   とする第１請求項記載の方向性結合形光合分波器。