JPH02277030A - 導波路型光スターカプラ - Google Patents

導波路型光スターカプラ

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JPH02277030A
JPH02277030A JP1099238A JP9923889A JPH02277030A JP H02277030 A JPH02277030 A JP H02277030A JP 1099238 A JP1099238 A JP 1099238A JP 9923889 A JP9923889 A JP 9923889A JP H02277030 A JPH02277030 A JP H02277030A
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克之 井本
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正隆 中沢
Yasuro Kimura
康郎 木村
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • 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

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、光信号を分配する機能と増幅する機能を合わ
せもった導波路型光スターカプラに関するものである。
[従来の技術] 一つの伝送路内を伝搬してきた光信号をN(N≧2)個
の伝送路内に等分配したり、逆にN個の伝送路内を伝搬
してきた夫々の光信号を一つの伝送路内に合流させる機
能をもつ光スターカプラは、光フアイバ通信、光信号処
理、光計測、光センサなどの分野でなくてはならない重
要な光部品の一つである。そして最近、導波路型光スタ
ーカプラが量産性、高信頼性、経済性の点で有望である
とのことから脚光をあびつつある。
従来、導波路型単一モード光スターカプラとして、第4
図のように、Y分岐導波路5−1〜5−7を多段に接続
した構成と、第5図のように、方向性結合器14−1〜
14−7を多段に接続した構成が知られている(西原、
春名、栖原 ;光集積回路、オーム社発行、昭和60年
2月25日初版)。尚、図中1は例えばSiあるいはS
 i 02等の材料よりなる基板、2は例えば5iOz
あるいは屈折率制御用添加物を含んだSiO2等よりな
るバッファ層、3は例えばTi5Ge%P、B。
AΩ、Na、になどの屈折率制御用添加物を少なくとも
一種含んだSiO2系ガラスなどの高屈折率材料よりな
るコア導波路、4はコア導波路3を覆う5iOzあるい
は屈折率制御用添加物を含んだSiO2などの低屈折率
材料よりなるクラッドであり、入力ポート8へ入射した
入力光信号6(光強度Pi)を8つの出力ポート9−1
〜9−8(光強度P。1〜Po8)へ8分配する例を示
している。
[発明が解決しようとする課題] 第4図のY分岐型光スターカプラは分岐比の波長依存性
が小さく、広帯域特性をもっているという特徴があるが
、Y分岐部での散乱損失を小さくするためにはその分岐
角度θを3°以下にしなければならず、全長gは非常に
大きくなり、導波路の吸収損失、散乱損失が増えて低損
失化が難しいという問題点がある。さらに出力ポート数
Nが8以上にもなると非常に細長い構造となり、製造プ
ロセス(ガラス膜形成、ホトリソグラフィ、ドライエツ
チング等の工程を経て製造される)の面からも均一な分
配特性を実現させることが難しい。
=方、第5図の方向性結合器型光スターカプラは方向性
結合器での損失は小さくできるが、Y分岐型に比べ狭帯
域特性(50〜100人)であり、また結合部の構造寸
法のわずかな偏差によって分岐比が大きく変わるという
問題点がある。さらにこの構成でも分岐角度θは3°以
下に抑えなければならず、全長gは第4図のY分岐型よ
りもさらに大きくなってしまい、多ポートで低損失特性
を実現させることは極めて困難である。またこの場合も
作る上で同様な問題点がある。
以上のように、導波路型単一モード光スターカプラとし
て、多ポート(N13)、低損失、小形サイズ、等分配
及び広帯域特性を実現させるものは未だ実現されていな
い。
なお、第4図及び第5図の構成でΩが大きくなる理由は
、出力ポート9−1〜9−8に夫々光ファイバを接続し
なければならないために、各出力ポート間の間隔を最低
250μm程度とる必要性があるからである。すなわち
、分岐導波路13−〜13−14の長さを大きくとらな
ければならないために、結果的にgも大きくなってしま
うのである。
本発明の目的は、前記した従来技術の間居点を解決し得
る光スターカプラを得ることにあり、光信号を分配する
機能と増幅する機能を合わせもった導波路型光スターカ
プラを提供することにより、多ポート、低損失、等分配
、広帯域特性をもち、かつ小形化を実現させるものであ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明は、コア導波路として活性物質である希土類元素
(例えばEr、Nd5Yb、Ce5Ho、Tmなど)を
少なくとも1種含んだガラス材料を用い、該コア導波路
を入力が、M(M≧2の整数)ポートで、出力がN (
N≧4の整数)ポートになるようにY分岐導波路の多段
接続構造に形成した導波路型光スターカプラとなし、該
入力ポートの一つより信号光を、他の入力ポートより該
活性物質を励起するための励起光を入射させるようにし
たものである。
【作用] 本発明の導波路型光スターカプラは、方向性結合器型に
比べ小形化に有利でかつ広帯域なY分岐型の先導波路構
造を採用するが、そのコア導波路材料には少なくとも一
の希土類元素を含有したガラスを用い、入力ポートの一
つから励起光を入射させることにより光信号を増幅させ
る機能を付加している。これにより、コア導波路内を伝
搬するにつれて生ずる吸収損失、散乱損失、Y分岐導波
路で分配される際生ずる分岐損失を上記増幅作用により
補うことができ、出力ポート数を増加しても低損失特性
をもたせることができる。また、上記増幅作用ゆえ従来
狭かった分岐角度を広く設定することが可能となり、小
形で等分配特性を有する光カブラを得ることができる。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の導波路型光スターカプラの一実施例を
示す図であり、同図(a)は正面図、(b)は(a)の
側面図のA−A−断面図を示したものである。なお、第
4図、第5図と同一構成部分には同一符号を付しここで
は説明を省略する。
これは第4図同様入力ポート8へ入射した入力光信号6
(Pi)を8つの出力ポート9−1〜9−8へ8分配(
出力光信号7−1〜7−8)する例を示したものである
。光信号の分配はすべてY分岐導波路5−1〜5−8で
実現されている。導波路の構成は、基板1上に低屈折率
(屈折率nb)のバッファ層2を設け、その上に希土類
元素(例えばEr、Nds Yb、Ce、Ho、Tmな
ど)を少なくとも一種含んだ5iOz系ガラス(例えば
Ti、Ge、P、B、A11% Na、になどの屈折率
制御用添加物を少なくとも一種含んだ5i(hガラスで
、屈折率がnw  (但し、nv >nb )のものの
コア導波路3′を構成させ、そのコア導波路3′全体を
屈折率nc  (nc <nw )のクラッド4で覆っ
たものである。Y分岐導波路5−8の一方の入力ポート
8へ入射した入力光信号6に対して、もう一つの入力ポ
ート11より、半導体レーザ10の励起光信号12を合
流させ、Y分岐導波路5−1.5−2.5−3.5−4
.5−5.5−6及び5−7内を伝搬させる。例えば、
コア導波路3′内にE「を添加しておくと、上記励起光
信号によって41−4夏   遷移準位に反13/2 
   15/2 軽分布が生じ、信号光による誘導放出により信号光の増
幅が行われる。ここで、信号光5の波長として、1.5
μm帯を用いると、励起光信号の光源には波長1,48
μm帯の半導体レーザあるいは波長514.5nmのA
rイオンレーザなどを用いることができる。この構成に
よれば、Y分岐導波路5−1〜5−8内を伝搬するにつ
れて生ずる吸収損失、散乱損失及び分配されることによ
って生ずる分岐損失をコア導波路3′の上記増幅作用に
よって補うことができる。また分岐導波路13−1〜1
3−5の分岐角度ψ1 ψ2、ψ3を従来よりも大きく
とることができ、結果として導波路の長さgを短かくす
ることができる。これはコア導波路3′が上記増幅機能
を有しているために初めて可能になるものであり、本発
明の大きな特徴になっている。すなわち、従来の構成方
法ではY分岐導波路の分岐角度を2・〜3″程度にする
のが精−杯であったが、本発明の構成では4゜以上に設
定することができるため、導波路の全長gを短かくする
ことができる。従って、本発明では出力ポート数を16
.32.64あるいはそれ以上にすることも現実的に可
能になってくる。すなわち、コア導波路3′内への希土
類元素の添加量を多くし、励起光信号強度を増大するこ
とによって可能となる。なお、出力ポート数を多くする
程、全長gは大きくなっていき、従来の光スターカプラ
では損失がどんどん増大していくが、本発明では逆にg
が大きくなると、光信号の増幅度はgに比例して増大し
ていく。従って、本発明では多ポート化による導波路の
吸収損失αa、散乱損失αS及び分岐損失αdをgの増
大による光信号の増幅度の増大によって補うことができ
る。すなわち、従来の光スターカプラの場合には、出力
光信号の強度は、 Σ  Pon= P  i  −(Ca  + as 
 + αd  )   −=(1)rl であったのに対し、本発明の場合には、Σ  Pon−
P  i  −CaB  +as  +αd  )  
+G10“1                  ・
・・(aで表わされる。但し、Gは希土類元素を添加し
たコア導波路3゛の利得係数であり、希土類元素の添加
量、励起光信号強度、コア導波路の横モードのスポット
サイズ、吸収損失Ca1散乱損失αSなどに依存してい
る。
第2図は本発明の導波路型光スターカプラの別の実施例
を示したもので、同図(a)は正面図、(b)は(a)
の側面図のA−A ’断面図を示したものである。これ
は、励起光信号入力を2つ設けることによって、導波路
の利得係数Gを大きくするようにした実施例である。す
なわち、分岐導波路13−1.13−2にY分岐導波路
5−8.5−9を接続し、分岐導波路13−17.13
−18より励起用の半導体レーザ10−1.1〇−2の
励起光信号11−1.11−2を入力させるようにした
ものである。
第3図も本発明の導波路型光スターカプラの別の実施例
を示したものであり、ここでは導波路構成として、第1
図のような埋込み型の代りにリッジ型を用いたものであ
る。すなわち、同図(a)に示すようにクラッド4′と
して薄いガラス膜を形成することにより、15−1.1
5−2などのコーナ一部分での散乱損失の低減を図るよ
うにしたものである。
本発明は上記実施例に限定されない。まず、導波路は単
一モード、多モード用のいずれでもよい。
また、希土類元素を少なくとも一種含んだコア導波路の
主材料にはSiO2系ガラスの代りに、屈折率制御用の
添加物(Tt、Ge、P、8% Ag、Znなど)を少
なくとも一種含んだ多成分系ガラスを用いてもよい。ま
たコア導波路3゛は断面矩形構造の他、円形、楕円形な
どでもよい。さらに基板1上にバッファ層2を設けない
構造でもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の導波路型光スターカプラ
は、光信号を分配する機能と増幅する機能を合わせもっ
ているので、出力ポート数を多くしても低損失特性を実
現することが可能である。
また、Y分岐導波路の分岐角度θを大きくすることがで
きるので、小形化も可能である。さらに、コア導波路中
への希土類元素のドープ量を多くすることにより、ある
いは励起光信号の強度を大きくすることにより、導波路
の吸収損失、散乱損失を補うばかりでなく、分岐損失の
一部をも補うことができ、従来の光スターカプラ特性に
ない特性を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の導波路型光スターカプラの一実
施例を示す正面図、同図(b)は(a)におけるA−A
−断面図、第2図、第3図は夫々別の実施例を同様の正
面図及びA−A ’断面図で示した図、第4図、第5図
は夫々従来の導波路型光スターカプラの例を同様の正面
図及びA−A ’断面図で示した図である。 に基板、 2:パフフッ層、 3−a−:コア導波路、 4−4 =クラッド、 5−1〜5−9:Y分岐、 10:半導体レーザ、 13−1〜13−8.分岐導波路、 14−1〜14−7:方向性結合器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一の基板上に、希土類元素を少なくとも一種含有し
    たガラス材料よりなるコア導波路をM個(M≧2の整数
    )の入力ポートとN個(N≧4の整数)の出力ポートを
    有するようY分岐導波路の多段接続構造に形成し、該入
    力ポートの一より信号光を他の入力ポートより励起光を
    夫々入射させるようにしたことを特徴とする導波路型光
    スターカプラ。 2、コア導波路が、SiO_2又はSiO_2にTi、
    Ge、P、B、Al、Na、Kのうち少なくとも一種の
    添加物を含むガラスに、 Er、Nd、Yb、Ce、Ho、Tmのうち少なくとも
    一種含有させたものであることを特徴とする請求項1記
    載の導波路型光スターカプラ。 3、導波路構成が埋込み型またはリッジ型であることを
    特徴とする請求項1または2記載の導波路型光スターカ
    プラ。
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