JPH02301701A - 曲り光導波路 - 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］ 本発明は誘電体薄膜光導波路、特に曲げを与えて使用さ
れる曲り光導波路に関するものである。

［従来の技術〕 従来の誘電体薄膜光導波路はクラッドの屈折率か一定で
ある。例えば、第５図（ａ）に示すように、屈折率ｒｌ
　ｏでコア径２Ｔのコア１１と、屈折率ｂｎｏのクラッ
ド２１．２２とから成り、その屈折率分布ｎ（ｒ）から
分かるようにクラッド２１．２２の屈折率は一定である
。

第５図（ｂ）は上記直線光導波路を半径Ｒで曲げた曲り
光導波路とした場合の等価な屈折率分布を示す。尚、曲
げられる前と後を区別するなめ、曲げられた後の光導波
路（彎曲光導波路）については、コア１２、曲りの内側
のクラッド２３、曲りの外側のクラッド２４から成るも
のとして示す。

上記直線光導波路を第５図（ｂ）の如く曲げた場合、そ
の彎曲光導波路の屈折率分布ｎ　（ｒ）は、曲りの外側
に行くに従い、コア１２及びクラッド２３．２４の屈折
率値か高くなる。そして、モード屈折率β／ｋｏ　（β
：進行方向の伝搬定数。

ｋｏ：自由空間波数）と外側クラッド２４の屈折率ｎ、
　（ｒ　＞の直線か交わった点か転移点ＴＰ１となり、
これより先では波か放射されて損失（曲げ損失）となる
。この曲げ損失は転移点′ｒＰ１かコアｌ２より遠さ゛
かっている程低くなる。

［発明が解決しようとする課題１ しかし、従来ではこの転移点’ｒｐｉが：ｌア゛１’２
に比較的近い有限の点に存在し、このなめ必ず損失を伴
っていた。即ぢ、＋ＩＩ＋　Ｃブ半径丁ｔを小さくする
と転移点ＴＰ１がコア１２に近くなり曲げ＃１失がｈ・
１大する。従って、大きな曲げ半径しが許容できず、光
導波路（素子）全体をコンパクトに形成することが離し
いという問題があった。

また、コア１２内の等価な屈折率がコア中心に対し非対
称のため、電界分布が曲りの外側に集中する。従って、
一般の直線光導波路との接続部てモード変換損失（接続
損失）が大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、小さな半径でも曲は損失か小さく、ま
た一般の直線光導波路との＃：続においてモード変換損
失（接続損失）が小さな曲り先導波路を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明の曲り光導波路は、曲げを与えて使用される
誘電体薄膜光導波路において、曲りの外側となるクラッ
ドの屈折率をコアから離れるに従い減少させた構成のも
のである。

第２の発明の曲り光導波路は、曲げを与−えて使用され
る誘電体薄膜光導波路において、コアの屈折率を曲りの
内ｒＮＩＪとなる端で最も高くし、曲りの外側になる端
に近づくに従い減少させた構成のものである。

［作用］ 直線光導波路において、曲りの外側となるクラッドの屈
折率をコアから離れるに従い減少させることにより、曲
げを与え彎曲光導波路としたとき、曲りによる等価的な
屈折率の増加分と上記減少分とが打ち消し合い、打ち消
し景が適切ならは、外側のクラッドの屈折率は一定にな
る。この場合には、モード屈折率β／ｋｏと外側クラッ
ドの屈折率分布（一定）の交点である転移点ＴＰ２が無
限遠にあることになり、曲げ損失を零とし得る。

また、コアの屈折率を曲りの内側となる端で最も高くし
、曲りの外側になる端に近づくに従い減少させることに
より、曲げを与え彎曲先導波路とした場合、曲りによる
コアの等価的な屈折率の増加分、か上記減少分と打ち消
し合い、打ち消し量か適切ならば、コアの屈折率値、か
一定となる。この場合には、電界が光導波路の１中、心
付近に分布し、直線光導波路との接続点におけるモード
変換損失（接続損失）が小さくなる。　　　、・Ｕ実施
例コ　　　　　　　　　　　　　　　・以下、本発明を
図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は曲り光導波路の一実施例を示す図であり、（ａ
’）は直線光導波路のとき、（ｂ）は彎曲先導波路とな
っているときの屈折率分布図である。

この誘電体薄膜光導波路は、第１図（ａ）に示す直線光
導波路のとき、；１ア径２Ｔで屈折率１’ｉ　。

のコア１１と、その曲りの内側及び外側となる側のクラ
ッド２１．２２とから成る。その屈折率分布ｎ　（ｒ）
は、曲りの内側となるクラッド２１については屈折率が
一定（ｂｎｏ）、コア１１についても屈折率が一定（ｎ
ｏ　）であるが、曲りの外ｆｌｌ！Ｉとなるクラッド２
２は屈折率が一定でなく、コア１１から離れるに従って
減少している秦このように曲りの外側となるクラッド２
．２の屈折率を、コア１１中心からの距離ｒの関数とし
て減少さぜな点に特徴があり、曲げ半径Ｒで曲げた光導
波路としたとき、その曲りの外側クラッド２４の屈折率
か一定化するものである。

この実施例では、曲りの外側となる側のクラッド２２の
屈折率分布ｎ（ｒ）を、第１図（４ａ）に示すように ｎ　＜ｒ）＝ｂｎ、（１−ｒｌＲ’ｔ ・・・・・・、（１） 但し、Ｒ：曲り半径。

ｂｎｏ　：直線光導波路におけるクラッドの屈折率 とする。即ち、クラッド２２の屈折率は、コア１１との
境界点（ｒ　＝　Ｔ　）ではクラッド２１の屈折重重ｎ
０より一定値（ｂｎｏ　（Ｔ／Ｒン）だけ低くし、コア
１１から曲りの外側方向の領域では距離ｒの関数（−ｂ
ｎｏ　（ｒ／Ｒ））に従い減少−６＝ させる。

このようにクラッド２２の屈折率分布を定めておくと、
彎曲光導波路としたとき、第１図（ｂ）に示すように、
曲りによる等価的な屈折率の増加分と　（１）式の減少
分とが打ち消し合い、外側のクラッド２／′Ｊでは屈折
率がｂｎｏ−一定となる。

従って、モード屈折率β／ｋ。　（β：進行方向の伝搬
定数、ｋｏ：自由空間波数）と外側クラッド２４の屈折
率分布（ｂｎｏ一定）の交点である転移点ＴＰ２は、無
限遠にあることになり、曲げ損失を零とすることができ
る。

」１記屈折率分布を有する誘電体薄膜光導波路の製作は
、従来のリンクラフィ技術、ＥＢ蒸着技術等により行え
る。実際の試作ては、曲は半径Ｒ，＝＝１、ｍｍ以下で
も曲げ伊失のない光導波路を得ることができな。

ところで、第１図（ｂ）のコア１２の屈折率分布を見て
みると、曲りの外側になるほど屈折率が高くなっている
。このため、電界分布が屈折率の高い曲りの外側に集中
して分布し、モード変換損失（接続損失）を生じる。ま
た、曲りの内側と外側のクラッド２３．２４の屈折率値
はコア１２との境界（−”Ｔ”、Ｔ’）において異なっ
た値になっている。このような場合、一般に電界分布は
光導波路の中心に位置ぜす、クラッドの屈折率値が高い
方へ中心から更に僅かにすれて分布する。

第２図は、この欠点を補うようにした実施例である。即
ち、曲りによる電界分布のシフト（変形）を少なくする
ため、直線光導波路のコア１１の屈折率を、曲りの内側
となる側で最も高くし、曲りの外側になるＩＲｌＩに行
くに従い減少さぜな屈折率分布とし、更に、クラッドの
屈折率値が曲りの内側と外側で同じになるようにしたも
のである。

この実施例では、第２図（ａ）に示すように、クラッド
２２の屈折率分布ｎ（ｒ）を上記（１）式％式％ コア１１の屈折率分布ｎ（ｒ＞を ｎ　（ｒ）＝ｎ。（１ｒ／Ｒｉ−・１２）クラッド２１
の屈折率ｎＣを ｎ（＝ｂｎｏ（１士Ｔ　／　Ｒ，）　・−−−−−（３
）としている。但し、ｒの符号はコアの中心からクラッ
ド２２側を＋、クラッド２２側を−にとる。

」−記（２）式のようにコア１１の屈折率分布を定める
と、曲は半径Ｒの彎曲光導波路とした場合、曲りによる
コアの等価的な屈折率の増加分が上記（２）式の減少分
と打ち消し合い、第２図（ｂ）に示すように、コア１２
内では屈折率値かｎ。（一定）となる。従って、電界は
基本的に彎曲光導波路の中心付近に分布し、一般の直線
光導波路との接続点におけるモード変換損失（接続損失
）が小さくなる。

また、曲りの内側のクラッド２３と外側のクラッド２４
の屈折率値が、コア１２との境界−’Ｔ’　。

Ｔにおいて同じ屈折率値ｂｎｏとなる。従って、曲りに
よる電界分布のシフ１〜量を小さくすることかでき、直
線光導波路との接続点におけるモード変換損失（接続損
失）を小さくすることができる。

更に、曲けの外側のクラッド２４の屈折率も−・定値ｂ
ｎｏとなるなめ、第１図の場合と同様に、モード屈折率
β／に、との交点（転移点Ｔ’Ｐ２）が無限遠になり、
曲げ損失を零とすることができる。

第３図は、：１ア１１の屈折率を曲りの内側で最も高く
し、曲りの外側に行くに従って低くした光導波路の実施
例であり、第１図及び第２図とは、曲りの内側及び外側
となる側のクラッド２１゜２２の屈折率か共に一定値ｂ
ｎｏとなっている点で相違する。

コア１１の屈折を低くする程度は」−記（２）式と同じ
で、必要な曲げ半径Ｒに関し、第３図（ａ）に示すよう
に、 ｎ　（ｒ）　−ｆｉｏ　（１−ｒ／Ｒ）としている。

このように定めておくと、彎曲光導波路とした場合、曲
りによる等価的な屈折率の増加分か上記式の減少分と打
ち消し合い、コア１２内では屈折率かｎ。（一定）とな
る（第３図（ｂ）参照）。

従って、電界は常に光導波路の中心付近に分布し、直線
光導波路との接続点でモード変換損失（接続損失）が小
さくできる。

但し、曲りの内側と外側のクラッド２３．２４の屈折率
値はコア１２との境界（−’Ｉ’、Ｔ’）において異な
っており、外側のクラッド２４の方か屈折率値が高くな
っている。従って、電界分布は光導波路の中心に位置ぜ
す、クラッドの屈折率か高い方へ中心から僅かにずれて
分布する。

既に述べたように、…ロナ損失は、コア１２と転移点１
゛Ｐ２どの距離か小さいほど低損失となる。従って、転
移点′Ｔ”Ｐ２を遠さ゛けるには、曲りの外側のクラッ
ド２４の屈折率を内側のクラッド２３の屈折率より低く
ずれは良いことになるが、そうすると、今度は、電界分
布か先導波路の中心からクラッドの屈折率が高い方へ僅
かにずれることになる。

第４図は、曲りの内側及び外側となるクラッド２１．２
２の屈折率分布を距離ｒの関数とすることなく一定値と
したｉｔで、」ユ記の欠点を補い、電界分布のシフト（
変形）を少なくした実施例である。即ち、コア１１の屈
折率を曲りの内側となる側で最も高く、曲りの外側に行
くに従って低くした光導波路（第３図（ａ））を前提と
し、そのクラッド２１については屈折率値を予め高く、
クラ−１１＝ ラド２２については屈折率値を予め低く定めて、非対称
としておきくむのである。

しかし、第４図の屈折率分布に限定されるものではなく
、コア１１の屈折率が一定の場合でも、クラッド２１．
２２の屈折率値を曲りの内側と外側で非対称とし、曲り
による電界分布のシフト量（曲りの外側方向）と、クラ
ッド２１．２２の屈折率値の非対称によるシフト量（曲
りの内側クラッド２１か外側クラッド２２より高い場合
は、曲りの内側方向となる）とを、打ち消し合うように
ずれは、電界分布が光導波路の中心に位置し且つ曲げ損
失を小さくすることができる。

第４図（ａ）の実施例は、コア１１の屈折率を上記（２
）式により ｎ＜ｒ）−ｎ。（１−ｒ／Ｒ） と変化さる場合（第３図と同じンを前提とし、更に、ク
ラッド２１．２２の屈折率値を曲りの内側と外側で非対
称とすることで電界分布のシフト量を小さくするため、
クラッドの屈折率値ｎ。を次のようにしている。

ｎｃ　＝ｌ）　ｎｏ　　（］、　＋’ｒ、’　Ｆｊ）　
；曲りの内側ｒｌｃ　＝ｉ）　ｎｏ　　（Ｉ　　Ｔ／　
Ｒ）　；曲りの外ｍｕ但し、ｂは定数で１に近い値 ・・・・・・（５） かくすると、彎曲光導波路では、第４図（ｂ）に示すよ
うに、コア・クラッドの境界の屈折率値が共にｂｎｏと
なり、電界分布のシフ１〜量を少なくできる。また、転
移点ＴＰ２を従来の転移点ＴＰ１よりもコア１２がら遠
ざけることができ、曲げ損失を小さくすることができる
。

実際の試作では、従来、直線部−曲り部−直線部を接続
して光導波路を゛構成する場合、曲ｔ′ｙ損失と接続損
失の和を０．５ｄＢ以下とするのに曲げ半径２０　ｔＩ
ｌｌｒｌを必要としたが、本発明によれば、曲げ半径２
ＩＩＩＩｒｌでも同等の性能を有することが確認できた
。

［発明の効果］ 以上述べたように、第１の発明では、曲りの外側となる
クラッドの屈折率をコアがら肯「ノＬるに従い減少させ
、曲げを与えた光導波路としたとき、モード屈折率β／
ｋｏと外側クラッドの屈折率分布の直線との交点である
転移点ＴＰ２を、無限遠に近付けることが可能であり、
それにより曲は損失を零とし得る。また曲げ損失を零に
できることから、素子全体の小形化を図ることができ、
基板に高密度実装が可能となる。。

また、第２の発明では、曲げを与えた光導波路とした場
合、コアの屈折率値を一定にすることが可能であり、こ
れにより電界を光導波路の中心付近に分布させ、直線光
導波路との接続点におけるモード変換損失（接続損失）
を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の曲り光導波路とその屈折率
分布を示す図であり、（ａ）は直線状態のときの図、（
ｂ）は曲っているときの図である。第２図、第３図及び
第４図は本発明のそれぞれ他の実施例の屈折率分布図で
あり、それぞれ（ａ）は直線状態のときの図、（ｂ）は
曲っているときの図である。第５図は従来技術の光導波
路と屈折率分布を示したもので、（ａ）は直線状態のと
きの図、（ｂ）は彎曲光導波路の状態の図である。 図中、１１は直線光導波路のコア、１２は彎曲光導波路
のコア、２１は直線光導波路の内側のクラッド、２２は
直線光導波路の外側のクラッド、２３は彎曲光導波路の
内側のクラッド、２４は彎曲光導波路の外側のクラッド
、Ｒは曲げ半径、２Ｔはコア径、ｎｏはコアの屈折率、
ｂｎｏはクラッドの屈折率、ＴＰは転移点、β／ｋｏは
モード屈折率、ｎ（ｒ）は屈折率分布、ＴＰｌは従来技
術の光導波路におけるφム移点、Ｔ”ｌ）２は本発明の
先導波路における転移点を示す。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 −１，５−−−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、曲げを与えて使用される誘電体薄膜光導波路におい
   て、曲りの外側となるクラッドの屈折率をコアから離れ
   るに従い減少させたことを特徴とする曲り光導波路。 ２、曲げを与えて使用される誘電体薄膜光導波路におい
   て、コアの屈折率を曲りの内側となる端で最も高くし、
   曲りの外側になる端に近づくに従い減少させたことを特
   徴とする曲り光導波路。