JPH0133802B2 - - Google Patents

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JPH0133802B2
JPH0133802B2 JP56041796A JP4179681A JPH0133802B2 JP H0133802 B2 JPH0133802 B2 JP H0133802B2 JP 56041796 A JP56041796 A JP 56041796A JP 4179681 A JP4179681 A JP 4179681A JP H0133802 B2 JPH0133802 B2 JP H0133802B2
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JP
Japan
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optical
waveguide
refractive index
mode
coupling
Prior art date
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Expired
Application number
JP56041796A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57157207A (en
Inventor
Yoshitaka Namihira
Kyobumi Mochizuki
Hideharu Tokiwa
Hiroharu Wakabayashi
Yasuhiko Niino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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Publication date
Application filed by Kokusai Denshin Denwa KK filed Critical Kokusai Denshin Denwa KK
Priority to JP4179681A priority Critical patent/JPS57157207A/ja
Publication of JPS57157207A publication Critical patent/JPS57157207A/ja
Publication of JPH0133802B2 publication Critical patent/JPH0133802B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数本の光導波路または複数本の光
フアイバを1本の光導波路または1本の光フアイ
バに結合する光分布結合器に係り、特に単一モー
ドで伝搬する光の結合に適した光分布結合器に関
する。
従来から提案されている光導波路で構成された
光分布結合器の例を第1図および第2図に、光フ
アイバで構成された光分布結合器の従来例を第3
図に示す。
第1図において、1は光導波路で1A,1Bが
光入力端、1Cが光出力端であり、光入力端1
A,1Bの幅をaとすれば光出力端1Cの幅はa
の2倍となつている。2は基板である。この基板
2の有する屈折率をn2とすると、光導波路1はn2
よりも大きいn2+Δn(=n1)の屈折率を有してい
る。従来技術では、第1図のように光出力端1C
の光導波路幅が、光入力端1Aと1Bの光導波路
幅の和(a+a)となつていれば、光入力端1A
から入射される入力光3Aと、光入力端1Bから
入射される入力光3Bはそれぞれ何ら損失を受け
ず光出力端1Cに現われる(0dBまたは100%結
合)ことが知られている。しかしながら、入力光
3A,3Bは通常光フアイバを通して光入力端1
A,1Bに結合され、出力光3Cも同じく光フア
イバに結合される。従つて、光入力端1A,1B
の導波路幅aを光フアイバのコア径に等しくして
も、光出力端1Cの導波路幅は光フアイバのコア
径より大きく(a+a)となり、出力光3Aを光
フアイバに入射するためにレンズなどの光学系回
路要素を必要とし、このために損失が生じるとい
う欠点があつた。
次に第1図の従来例における光伝搬モードにつ
いて検討する。第1図の従来例はスラブ型導波路
と等価であるので、第4図にスラブ型導波路の正
規化周波数Vに対する等価屈折率β/k0を示し、
導波路幅と伝搬モードの関係を述べる。
正規化周波数Vは、導波路幅をd1、比屈折率差
をΔ(=1−n2/n1)、自由空間波長をk0(=2π/
λ:λ=波長)とするとき次式で表わされる。
V=k0d1n1√2 ……(1) 第4図は、(1)式のVを横軸にとり、導波路の長
手方向の伝搬定数βを自由空間波長k0で除した等
価屈折率β/k0を縦軸にとつている。図から、比
屈折率差Δを一定とし、導波路幅d1を適当に定
め、正規化周波数をV1とした場合、その導波路
には正規モードTE0だけが存在(点)している
ことが判る。いま、導波路幅d1を2倍とし正規化
周波数がV2(=2V1)とすると、導波路には正規
モードTE0(点)と高次モードTE1(点)とが
存在することが判る。
以上のことを第1図の従来例に当てはめてみる
と、入射光3A,3Bが正規モードTE0の単一モ
ード波であつても、光導波路の幅が2aとなつた
部分においては高次モードTE1が発生することに
なる。第1図の従来例によれば、0dB結合が可能
であると前に述べたが、正規モードTE0について
のみ考えれば、高次モードTE1のもつ電力分だけ
損失を受けたことになる。このことは、単一モー
ドの伝送系では大きな欠点となる。
第2図は、上述した高次モードが出力されない
ようにした単一モードの光伝送用に提案された光
分布結合器の例である。これは光出力端1Cの幅
を光入力端1A,1Bの幅と同じにして、単一モ
ードフアイバとの結合を容易にしたものである。
この例では、3dB(50%)結合が得られることが
実験的に確かめられている。3dB(50%)の損失
を受ける理由は、光導波路の結合部の長さ(図中
lで示した)が約10波長程度以下で短いため、光
導波路幅が急激に異なり、それによる導波モード
から放射モードへのモード変換が生じるため損失
が大きくなるものと考えられる。
第3図は光フアイバ6A,6B,6CをP点に
おいて熱融着して構成した光分布結合器であり、
4はクラツド、5はコアである。この従来例は第
2図の従来例と等価で、P点における放射モード
の発生が大きな損失を与える欠点がある。
本発明は、上述した従来技術の欠点を解決する
ために、結合部において高次モードが発生せず損
失が少ない単一モードの光伝送に適した光分布結
合部を提供するものであり、結合部として低屈折
率テーパ導波路を設け、かつ比屈折率差Δをテー
パ導波路の幅の変化に従つて変化させ、正規化周
波数Vの値が常に正規モードのみが存在する範囲
内に、あるいは一定値になるようにしたことを特
徴とする。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第5図aは本発明の一実施例であり、導波路の
みを示したものである。この図において、は導
波路1のうちで正規モードが存在する領域(独立
した導波路)である。は、導波路1Aと1Bが物
理的に接近しているため相互の結合が発生し、独
立した導波路(領域)に存在するような固有モ
ードはなく、局部正規モードと呼ばれるようなモ
ードが励起される領域であり、ここではそれを光
結合部と呼び、その長さをl1とする。この光結合
部は、光導波路の幅をa1、2本の導波路間距離を
hとするとき、h/a1が約1.5以下の部分である。
は、光結合部において所望の伝搬モード(基
本モード)が高次のモードへモード変換される割
合を少なくするように設計されたテーパー状の導
波路であり、その長さをl2とする。光結合部の
長さl1及びテーパー状導波路の長さl2は大体以
下のようになつている。光結合部における2本
の導波路間の角度θは、モード変換を抑えるに
は、約1〜2゜であることが知られており、2本の
導波路間の距離hをフアイバ素線の外径に相当す
る約125μmとすると、l1は約3.4〜1.7mmになる。
一方、0dB(100%)結合に必要なテーパー状導波
路の長さl2は約250〜1000波長あれば良いこと
が理論的に確められており、例えば、波長が1μ
m程度であれば、0.25〜1.0mm程度になる。従つ
て、光結合部及びテーパー状導波路を合わせ
た長さ(l1+l2)は、最大でも4mm程度であり、
光分布結合器の小型化が容易に実現可能である。
第5図aにおいて、n1は、コアとなる導波路1の
屈折率であり、、領域では低屈折率n′1(<
n1)、n″1(<n1)になつている。n2は、クラツド
となる基板2の屈折率である。
第5図bは、導波路1の幅、すなわちコア径の
変化の模様を示したものであり、第5図cは、導
波路1の等価屈折率β/k0(β=伝搬定数、k0
自由空間波数)の変化を示したものである。第5
図cに図示した等価屈折率β/k0は、もし、
領域におけるコアの屈折率n1′、n1″が、領域の
屈折率n1に等しいとすれば、16a,16bの曲
線のように変化する。低損失(高効率)の光結合
器を実現するためには、伝搬モード間の位相整合
をする必要があり、そのためには18′のように、
領域の導波路の基本モードに関する等価屈折率
18(=ne1)と等しくなれば良いので、、
領域の導波路の等価屈折率neを17a,17bの
ような特性すなわち16a,16bの逆特性にな
るようにすれば良いことが分る。
以上のように、本発明は、導波モードから放射
モードへの変換が生じうる領域を波長に対して
充分長いテーパ状導波路として放射モードへのモ
ード変換を防ぎ、かつ、テーパ状としたための光
導波路幅の変化に対しては、その変化を相殺する
ように比屈折率差Δを選び、前記(1)式で与えられ
る正規化周波数Vの値を一定値として高次モード
の発生を防ぎ光分布結合器の通過損失を原理上な
くしたものである。さらに、光入力端1A,1B
および光出力端の光導波路の幅はそれぞれが結合
される光フアイバのコア径に等しくすることがで
きるので、この間の結合損失もなくすことがで
き、特に単一モードフアイバを使用する系に有効
である。
なお第5図aの実施例では導波路1の屈折率に
変化をもたせたが、比屈折率差Δに変化をもたせ
るという原理からすれば、導波路1の屈折率は一
定としておき、基板2の屈折率に変化をもたせて
も良いのは自明である。また、導波路1と基板2
の両方に屈折率変化をもたせてもよい。
また屈折率の変化をつける方法としては、現在
三次元光導波路の作成方法として、イオン交換
法、イオン拡散法、イオンプランテーシヨン法な
どがある。例えば、イオン交換法の場合には、基
板(石英ガラス)中のNa+イオンをAg+イオンや
K+イオンで置き換えることにより低損失な(
0.01dB/cm)導波路を容易に作成できる。また、
置換イオンの選択により屈折率増加量を制御で
き、コアの大きさもマスク幅とイオン交換時間に
よつて制御できることが知られており、上記に述
べたような等価屈折率ne(=β/k0)の変化を得
るには現状の技術で十分実現可能である。
さらに領域のテーパーの形状は、直線形以外
に波長に比べて十分ゆるやかな傾斜を有する指数
関数形も変形例として考えられる。
第6図に本発明のLD2重化用光分布結合器とし
ての応用例を示す。現在、光海底ケーブル方式の
中継器においてLD(レーザーダイオード)光源を
現用と予備のLDによるLD2重化回路とすること
が検討されているが、従来の形式では、磁石を使
用したプリズム可動型かフアイバ移動型に限られ
ており、信頼性の上で問題があるほかに、スイツ
チのオンオフ時に、光信号の瞬断が生じるという
大きな欠点がある。
第6図において、2′は基板2の屈折率と等価
な媒質でバツフア層と呼ばれ結合効果を向上させ
る層7,8は光フアイバ(又は偏波面保存光フア
イバ)、9はLDで、別途設けられる制御回路によ
り選択的に励振される。このように本発明による
光分布結合器を用いることにより、励振された
LD9からの出力光は低損失で光フアイバ8に入
射されることになる。また、機械的動作をする部
分がなく信頼性の高い光信号の無瞬断切替が容易
に実現できる。
次に光フアイバを用いた光分布結合器の実施例
を第7図に示し、これについて説明する。同図に
おいて、10A,10B,10Cはそれぞれ光フ
アイバ、11,12はそれぞれのクラツドおよび
コアを示している。それぞれのコアはテーパを付
けられ組み合されている。本実施例は第5図の実
施例と等価となるが、光フアイバのコアに屈折率
の変化をつけることは製造上困難であるので、屈
折率はクラツド部でつけることにし、図中の斜線
で示した部分13がその領域に従つて第5図cで
示した7a,7bの屈折率変化をもつている。
以上、本発明にあたつては、2本の光導波路が
1本の光導波路に結合する例について説明した
が、3本以上の光導波路が1本の光導波路に結合
する場合においても本発明を適用できる。
以上説明したように、本発明はよれば、導波モ
ードから放射モードへのモード変換と、基本モー
ドから高次モードへの変換を伴なうことのない光
分布結合器を実現でき、低損失であるため光通信
用部品としてその適用範囲は広く工業的価値の高
いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来の光分布結合器の例を
示す斜視図、第3図は光フアイバで構成された光
分布結合器の従来例を示す平面図、第4図はスラ
ブ型導波路の正規化周波数に対する等価屈折率の
関係を示す特性図、第5図aは本発明の一実施例
を示す平面図、第5図bは第5図aの実施例にお
ける導波路の幅の変化を示す特性図、第5図cは
本発明の実施例における等価屈折率特性を示す特
性図、第6図は本発明をLD2重化用光分布結合器
に適用した応用例を示す斜視図、第7図は光フア
イバを用いた本発明の実施例を示す縦断面図であ
る。 1……導波路、1A,1B……光入力端、1C
……光出力端、2,2′……基板、3A,3B,
3A′,3B′……入力光、3C,3C′……出力光、
4……クラツド、5……コア、6A,6B,6C
……光フアイバ、7,8……光フアイバ、9……
LD、10A,10B,10C……光フアイバ、
11……クラツド、12……コア、13……クラ
ツド部分。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一端が出力側光導波路の径にほぼ等しい径を
    有し他端が入力側光導波路の外径のほぼ複数倍の
    外径を有するテーパ状導波路の前記他端に複数の
    入力光導波路を集中させて該テーパ状導波路を介
    して前記出力導波路に結合するように構成され、
    前記テーパ状導波路の外径が太くなるにしたがつ
    て前記テーパ状導波路の屈折率を低下させて前記
    入力側光導波路から前記出力側導波路までの光導
    波路の等価屈折率がほぼ均一になるように設定さ
    れていることを特徴とする光分布結合器。
JP4179681A 1981-03-24 1981-03-24 Optical distribution coupler Granted JPS57157207A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4179681A JPS57157207A (en) 1981-03-24 1981-03-24 Optical distribution coupler

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JP4179681A JPS57157207A (en) 1981-03-24 1981-03-24 Optical distribution coupler

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Publication Number Publication Date
JPS57157207A JPS57157207A (en) 1982-09-28
JPH0133802B2 true JPH0133802B2 (ja) 1989-07-14

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ID=12618293

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JPS5530602A (en) * 1978-08-23 1980-03-04 Berber Viktor A Device for introducing material into grain size analyzer for grains contained in liquid

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JPS57157207A (en) 1982-09-28

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