JPH0285803A - 導波路型光スターカプラ - 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］ 本発明はある入力導波路へ入射した光信号を複数の出力
導波路へ分配する導波路型光スターカプラに関する。

［従来の技術］ １つの伝送路内を伝搬している光信号を複数の伝送路へ
分配する光スターカプラは、光データリンクシステム、
光加入者システム、光計測システムなど、非常に広範囲
に使われている。

そし、て、最近では多モード光ファイバ用以外に、単一
モード光ファイバ用の光スターカプラの要求が高まって
きている。この単一モード光ファイバ用の光スターカブ
ラとして、最近、導波路型の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
浴びつつある。

従来、導波路型単一モード光スターカブラとして、第１
１図のように、Ｙ分岐導波路２１−１　。

２１−２及び２１−３を多段に接続した構成と、第１２
図のように、方向性結合器２２−１．２２−２及び２２
−３を多段に接続した構成が知られている（西原、春色
、栖原：光集積回路、オーム社発行、昭和６０年２月２
５日初版）。

し発明が解決しようとする課ｌ！］ 第１１図のＹ分岐型光スターカブラは分岐の波長依存性
が小さく、広域特性をもっているという特徴があるが、
反面、分岐部での散乱損失が大きく、多ポート化＜ＩＸ
Ｎ、Ｎ≧８〉が難しいという問題点がある。第５図の方
向性結合器型光スターカプラは損失は小さいが、狭帯域
特性（５０〜１００人）であり、また結合部の構造寸法
の僅かな偏差によって分岐比が大きく変わり、更に、多
ポート化（ＩＸＮ、Ｎ≧８）しようと思うと非常に寸法
が長くなり、製作１作りにくい、コスト高、性能劣化を
生じ易いといった問題点がある。

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、低損失、多ポート化（Ｎ≧８）、小型、等分配、及
び広帯域特性を満足させるものは未だ開発されていない
。

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、
低損失、多ポート、小型、等分配、及び広帯域特性をも
った導波路型光スターカプラを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の導波路型光スターカプラは、基板上に屈折率が
ｎｃ２のスラブ導波路から成る第２クラッド層が形成さ
れ、そのスラブ導波路上に屈折率がｎ　ｗｉ　（ｎ　１
２＞　ｎ　ｃｉ）で入力部が矩形状導波路で出力部が矩
形状のＮポート（Ｎ２２）に分岐された第２のコア導波
路が形成され、上記第２コア導波路上に屈折率がｎ　＊
Ｉ（ｎ　ｗ＋＞　ｎ　ｗｉ＞で入力側から出力側に行く
に従って、途中で矩形状導波路の厚みがテーパ状に薄く
なって無くなる第１のコア導波路が積層され、そして上
記導波路全体を屈折率がｎ　ｃＩ　（ｎ　ｃＩ＜　ｎ　
Ｗ２）のスラブ状導波路で覆い、第１のコア導波路に入
射した光信号を第２のコア導波路のＮポートからそれぞ
れ分配して取り出すように構成したものである。

［作用］ このような構成にすることにより、第１のコア導波路の
入力側に入射した光信号は上記第１のコア導波路を伝搬
し、テーパ状部分で放射されて第２のコア導波路内に一
様に拡がって伝搬し、第２のコア導波路の各出力ポート
へ均等な振幅の光信号を分配させるものである。

本発明の特徴は、まずテーパ状導波路を用いていること
により、第１コア導波路から第２コア導波路への変換効
率を高めると共に、上記テーパ部を扇形あるいは放射形
構造とすることにより、第１コア導波路から第２コア導
波路へ光信号を放舷状に拡がらせて伝搬させ、多分配を
実現させることができる点にある。しかも、従来のＹ分
岐導波路型、方向性結合器型に比し、小型に実現できる
。

また扇形あるいは放射形等に形成される本発明のテーパ
部は上記のごとくモードパターン整合機能を持っている
ばかりでなく、波長依存性が少ないので広帯域な光スタ
ーカプラを実現することができる。

［実施例１ 以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図〜第４図に本発明の導波路型光スターカプラの一
実施例を示す、同図において、第１図は上から見た上面
図、第２図は■−■断面図、第３図及び第４図は左側面
図及び右側面図をそれぞれ示したものである。

１は基板であり、Ｓｔ、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの半導体
基板か、或いはＳｉＯ２，ＬｉＮｂ　Ｏｓなどの誘電体
基板から成る。この基板１上に、スラブ状の第２クラッ
ド層２（屈折率ｎＣ２）を形成し、そのスラブ導波路上
に、矩形状で入力側が１ポート、出力側がＮポート（こ
の例の場合、Ｎ＝８）のパターン化した第２コア層３（
屈折率ｎｗ２）を設け、またその上に一端が扇形テーパ
部６を有する第１コア層４（屈折率ｎｗｌ＞を形成し、
最後に全体をスラブ状の第１クラヅド層５（屈折率ｎｃ
＋）で覆った構成である。第２コア層３上に積層される
第１のコア層４の扇形テーパ部６は、入力側から出力側
に行くに従って、途中で矩形状導波路の厚みがテーパ状
に薄くなって無くなる形状、即ちこの実施例では、第２
図の断面で見て左から右へ厚みが薄くなり、且つこの光
伝搬方向と直交する方向に見て、第１図及び第４図に示
唆するように扇形に拡がり途中から厚みが薄くなった形
状とを有する。また、上記それぞれの導波路の屈折率の
関係は。

ｎ　ｖ＋＞　ｎ　１１２＞　ｎ　ｃ＋　＋　ｎ　ｃ２”
’　（１）但し、ｎ　ｃ（”　ｎ　Ｃ２１或いはｎ　ｃ
＋−Ｉ＝ｎ　Ｃ２””　（２）のように選ばれる。

さて、第１コア層４内に入射した入力光は、この第１コ
ア層４内を伝搬して扇形テーパ部６に到達する。そして
、第２図に示唆するように、このテーパ部６内をジグザ
グに反射しながらその反射角度を増していき、遂には次
式で示す臨界角θ。

を越え、第２コア履３内に放射される。

ｃｃ　”Ｓ　ｉ　ｎ−’　（ｎｗ＋／　ｎｗｉ）　　　
−（３）第２コア層３内に放射された光信号は、第１２
ラツト層５と第２クラッド層２との間を反射しながら第
２コア層内を伝搬する。そして、扇形テーパ部６の基部
からの長さＪｌ、を進む間に、十分に導波モード波面が
一様になり、第２コア層３のそれぞれの出力ポート１０
−１〜１０−８に、略等分配分された光信号Ｐｏｔ〜ｐ
ｏａが取り出される。

ここで、第１コア層４内から第２コア層３内への変換効
率を高め、かつ第２コア層３内へ放射された光信号の波
面をできるだけ第２コア層３内で均等にするために、扇
形テーパ部６は、そのテーパ部６の光伝搬方向長さＪｌ
２　　（第２図）を長く取り、またこれと直交する方向
に適度に拡がった扇形とされている。第２コアｆｆ１３
についても、上記扇形テーパ部６の周囲を扇形部８とし
ているが、これは第２コア層３の幅Ｗでの光パワー分布
を略均等に保つようにする為のものであり、また、第２
コア層３の入力部から出力分岐部までに適当な長さで１
　（第１図）をとるのも、同様な効果を狙ったものであ
る。第２コア層３の出力側の平面的に見たヤリ形テーパ
切込み部７は、等分配出力を得るためと、各ポート１０
−１〜１０−８へ分配するとき、それぞれのポート間で
のモードミスマツチングによる放射損失を低減するため
のものである。

扇形テーパ部６のテーパ角度α（第２図）は、第１コア
層４から第２コア層３へ放射される時の角度θｒに影響
を及ぼし、テーパ角度αが大きいと、第１コア層４から
放射された光信号が第２コア層３内に閉じ込められなく
なり、第２クラッド層２、基板１内へ洩れ込む。

従って、上記αの値は、 αく数度　　　　　　　　　・・・・・・（４）が好ま
しい値である。

以上のように、上記の構成は方向性結合器形のような光
の分布結合方式ではない、従って、帯域幅は導波モード
の波長分散によって決まるため、非常に広帯域（≧１０
００人）である、尚、第１コア層４の入力側及び第２コ
ア層３の出力側は単一モード導波路として構成され、第
２コア層３の領域１、は複数のモードが伝搬するように
構成されている。

第１コア層４から第２コア層３への放射パワーＰｒは、
第２コア層３への光の放射角θｒに依存しており、 Ｐ　ｒ　ｃｃ　ｃａｓｅｒ　　　　　　　　−・−”　
（５）で表されている。また上記θｒはテーパ部６のテ
ーパ角度αが小さい程、大きくなって第２コア層３内に
効率よく閉じ込められる。尚、第２コア層３の出カポ−
Ｉ・間隔は図中では狭く見えるが、実際にはお互いに結
合を起こさない間隔に保たれることは言うまでもないこ
とである。

第５図〜第８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ある。これは第１コア層４か
らの光信号を第２コア層３内に効率よく結合させ、かつ
第２コア層内に結合させられた光信号の導波モードの波
面を一様にするようにするために、上記の扇形テーパ部
６に相当する部分を、放射状に幾つかに分けた放射状テ
ーパ部１】、として形成したものである。その作用につ
いては、第１図〜第４図の実施例と同様である。

第９図及び第１０図は本発明の導波路型光スターカプラ
の更に別の実施例を示す、これは、より多ポート化を図
って１４ポートＰｏ、〜Ｐ１．とし、その規模拡大に伴
い、テーパ状導波路を持ったコア導波路を複数−積Ｈさ
せた形とした例である。

即ち、Ｅ記第１コア層４を、上位コア層（屈折率ｎ□）
４１と、それより面積規模の大きい下位コア層（屈折率
ｎｗｉ＋　ｎｖｚ＜ｎｗ＋）　４２とで構成し、上記第
２クラッド層２上に設けた第２コア層３の屈折率をｎ　
Ｗ３　（ｎ　ｗｓ＜　ｎ　１１２＜　ｎ　ｗ＋　）とす
る。

そして、上位コア層４１には扇形テーパ部６１を、下位
コア層４２にはより面積規模の大きい扇形テーパ部６２
を形成する。かかる構成の下で、上位コア層４１内に入
射した光信号を先ず最初の扇形テーパ部６１で下位コア
１４２内に放射させ、ついで、扇形テ・−バ部６２で第
２コアＮ（屈折率ｎＷ３、ｎ　１１３＜　ｎ　９２＜　
ｎ　ｖ＋　）　３内に光信号を放射させ、導波路幅Ｗ内
での導波モードの波面をほぼ一様にすることにより、多
分配を実現させるようにしたものである。

このように、テーパ部を持ったコア層を積層させること
により、多ポート化を実現することが可能である。

尚、本発明の光スターカプラは上記実施例に限定されな
い、先ず、従来のＹ分岐形、方向性結合器形と組み合わ
せて用いてもよい。また本発明の光スターカブラを縦続
接続して用いてもよい、更に本発明の光スターカプラの
テーパ部６．１１．６１及び６２の上部には、ここでの
放射損失を小さくするために、低屈折率膜で覆ってもよ
い。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明の導波路型光スターカブラ
は、第２コア導波路上に、出力端にテーパ部を持った第
１のコア導波路を積層したので、光の結合効率が高く、
また導波モードの波面の傾きを一様にできるモードパタ
ーン整合機能を持っているので、小型にも拘らず、多ポ
ート化が実現可能であり、更に波長依存性が少ないので
広帯域な光スターカブラを期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の導波路型光スターカプラの一
実施例を示したもので、第１図は上面図、第２図はその
■−■断面図、第３図及び第４図は左側面図及び右側面
図、第５図〜第８図は本発明の導波路型光スターカブラ
の別の実施例を示したもので、第５図は上面図、第６図
はそのＶ［−Ｖｌ断面図、第７図及び第８図は左側面図
及び右側面図、第９図及び第１０図は本発明の導波路型
光スターカプラの更に別の実施例を示したもので、第９
図は上面図、第１０図はそのｘ−ｘ断面図、第１１図及
び第１２図は従来の導波路型光スターカプラを示した概
略図である。 図中、１は基板、２は第２クラッド層、３は第２コア層
、４は第１コア層、５は第１クラッド層、６，１１，６
１．６２は扇形テーパ部、７はヤリ形テーパ切込み部、
８は扇形部、４１は上位コア層１．４２は下位コア層を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に屈折率ｎ＿ｃ＿２のスラブ導波路を有し、
   そのスラブ導波路上に、屈折率がｎ＿ｗ＿２（ｎ＿ｗ＿
   ２＞ｎ＿ｃ＿２）で入力部が矩形状導波路で、その出力
   部がＮポート（Ｎ≧２）に分岐された矩形状導波路で構
   成された第２のコア導波路が形成され、該第２コア導波
   路上に屈折率がｎ＿ｗ＿１（ｎ＿ｗ＿１＞ｎ＿ｗ＿２）
   で入力側から出力側に行くに従って、途中で矩形状導波
   路の厚みがテーパ状に薄くなって無くなる第１のコア導
   波路が積層され、そして上記導波路全表面を屈折率がｎ
   ＿ｃ＿１（ｎ＿ｃ＿１＜ｎ＿ｗ＿２）のスラブ状導波路
   で覆い、第１のコア導波路に入射した光信号を第２のコ
   ア導波路のＮポートからそれぞれ分配して取り出すこと
   を特徴とする導波路型光スターカプラ。