JPH03132606A

JPH03132606A - 広波長域光モニタデバイス

Info

Publication number: JPH03132606A
Application number: JP27110689A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Seki; 雅文関
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1991-06-06

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、ファイバ中あるいは先導波路中を伝搬する光
パワーをモニタする光モニタデバイスに関する。特に、
２つ以上の光波長で正確なモニタができる広波長域光モ
ニタデバイスに関する。

〈従来の技術〉光モニタデバイスは、ファイバや先導波路の中を伝搬す
る光パワーの監視や一部分の光パワーを取り出す（＝モ
ニタ）ために使われる。このデバイスの製造は、方向性
結合器の動作原理を利用すれば可能であることは、公知
である。第５図に従来の光モニタデバイスの一例を示す
。５１は基板、５２は導波路型の方向性結合器、５３は
入力導波路、５４は出力導波路、５５はモニタ導波路、
５６は入力ファイバ、５７は出力ファイバ　５８はモニ
タファイバである。入力ファイバ５６の光は大部分出力
ファイバ５７に入り、一部の光がモニタファイバ５８に
導かれる。ここで以下において、出力導波路の出力を主
出力とし、モニタとなる最紡出力を最終モニタ出力とし
た時、主出力と最終モニタ出力の和に対する最終モニタ
出力の比をモニタ比と呼ぶことにする。方向性結合器５
２は所定のモニタ比を実現するように作製される。

（発明の解決しようとする問題点〉しかし、従来の光モニタデバイスはその動作原理のため
モニタ比が波長に対して変化する特徴があった。この特
徴は特定の１波長のみで使用する場合はとくに欠点では
ないが、２波長以上の光や広い波長域の光に対して使う
場合には実用上の問題点となっていた。最近、ファイバ
通信で２つ以上の異なる波長の光信号を使う／ステムが
検討されたり、２彼長の光を使用する光センサンステム
が開発されたりしており、広い波長域で動作可能な光モ
ニタデバイス、即ちモニタ比が少なくとも２つの波長で
同一である光モニタデバイスが希求されていた。

〈問題点を解決するための手段〉本発明者らは、基板上に形成されたモニタすべき導波路
に、その導波路の光の一部をモニタ光として取り出す第
１の方向性結合器を接続し、さらにそのモニタ光が伝搬
するモニタ導波路にそのモニタ光の一部分もしくは大部
分を最終モニタ光として取り出す第２の方向性結合器を
接続することにより、２波長以上でも同一のモニタ比が
実現できることを見出した。

すなわち本発明に係る光モニタデバイスは、基板に形成
した入力導波路と、この入力導波路に結合された第１の
方向性結合器と、入力導波路を入力ボートと見た時第１
の方向性結合器のクロスポートとなるモニタ導波路と、
該モニタ導波路に結合された第２の方向性結合器とで構
成される。

本発明が適用できる導波路としては、ガラス基板上のイ
オン交換導波路、火炎堆積法による石英系導波路、Ｌｉ
ＮｂＯ３基板上のＴｉ拡散導波路、化合物半導体導波路
、モノマーの選択的重合によるプラスティック導波路な
ど全てに対して適用できる。また、ファイバ伝送路に対
して本発明を適用する場合は、本発明にかかる広波長域
光モニタデバイにファイバを接続してファイバ伝送路に
フネクタ接続あるいはスプラインングを行えばよい。

く作用〉一般的な原理をまず説明する。２つの波長をλｌ、λ２
と表し、λ１くλ２とする。通常にλ２の光の方が方向
性結合器での結合が相対的に強く、λ２の光の完全結合
長りはλ１のものより短くなる（なお、完全結合長とは
方向性結合器でクロスポートに光が０％から１００％ま
で結合される距離である）。この原因は、長波長の光の
方が一般にモードフィールド径が大きく結合が強いため
である。従って、どんな方向性結合器でも一般にそのモ
ニタ比は波長λ１と＾２とでは異なっている。例えば、
方向性結合器の実効的長さを波長λｌの光に対するＬの
ｌ／２より小さ（した場合、λ１の光はその５０％以下
の光量がモニタ光として取り出されるが、λ２のモニタ
光量はλ１のものより太き（なる。

いま、この方向性結合器のバーボートに第２の方向性結
合器を接続して最終モニタ出力とする。

もし特定の条件を選べば、第２の方向性結合器で（バー
ポートあるいはクロスポートのいずれでも）λ２の光の
減少をλｌより相対的に多くして、λｌとλ２に対する
最終モニタ比を実質上同一にすることができる。この時
、第２の方向性結合器のパラメータとしては、λｌおよ
びλ２の光の最終モニタ出力の損失がなるべく小さくな
るように選ぶことが望ましい。

一般に２段に接続した方向性結合器の出力について、第
１図の概念図に基づき考察する。１０．２０は第１、第
２の方向性結合器である。１１は第１の方向性結合器Ｉ
Ｏの入力導波路、１２．３はその出力導波路である。２
１は第２の方向性結合器２０の入力導波路、２２．２３
はその最終モニタ導波路である。出力導波路１３と入力
導波路２１が結合されている。第１の方向性結合器ｌＯ
においては、入力導波路１１に対して、出力導波路１２
がバーポート、モニタ導波路１３がクロスポートになる
。同様に、第２の方向性結合器２０においは、入力導波
路２１に対して、第１の最終モニタ導波路２２がバーボ
ート、第２の最終モ二タ導波路２３がクロスポートにな
る。

第１、第２の方向性結合器ｌ０１２０が等しい完全結合
長を持つとする（即ち、結合部の長さを除き同一仕様で
あるような場合である）。方向性結合器１０．２０の結
合部の実効的長さをａｌ、ａ２とし、方向性結合器１０
．２０の波長λ１、λ２における結合長をＬｌ、Ｌ２と
すれば、出力導波路１２と最終モニタ導波路２２．２３
の出力パワーＰＯ，ＰＩ、Ｐ２は理論的に次式で表され
る。

ＰＯ＝ＣＯ３２（ｙｒ／２−　ａ　１／Ｌ　＋）　・＝
・（１）式％式％）ｘＣＯ３２（＋ｒ／２　＋　ａ　２／Ｌ　ｊ）　・（２
）式Ｐ２＝ＳＩＮ２（π／２　　・　ａｌ／Ｌｉ）ｘｓ
　Ｉ　Ｎ２＜ｙｒ／２　・ａ　２／Ｌ　ｉ）　・・（３
）式（但し、ＬＩの添字ｉはλ１またはλ２に対応して
、■または２をとる）第１図の構成では、ＰｌもしくはＰ２のいずれかをモニ
タ出力とすることができる。この２段接続の方向性結合
器において、ａｌ／Ｌ１＝０．２の場合について、全出
力ＰＯ＋Ｐ１またはＰｏ＋Ｐ２、およびモニタ比ＰＩ／
（ＰＯ＋Ｐ１）またはＰ２／（ＰＯ＋Ｐ２）を計算する
と、第２図（ａ）および（ｂ）のようになる。図におい
て、購軸はａ２／ＬＬ（即ちＬｌで規格化した結合部の
実効的長さ）であり、縦軸はＰＯ＋Ｐ１とＰＩ／（ＰＯ
＋Ｐ１）もしくはＰＯ＋Ｐ２とＰ２／（ＰＯ＋Ｐ１）で
ある。図中の実線は波長λｌに対するものであり、他の
破線、鎖線等は波長λ２のそれぞれ異なるに値（＝Ｌ１
／Ｌ２）に対するものである（ｋ＝１．　２．１．４．
１．　６．１．８）。

このに値については、１９８９年電子情報通信学会秋季
全国大会に横圧らが報告した論文（論文番号Ｃ−２６３
）の図から知ることができる。

図の下側はモニタ比Ｐｉ／（ＰＯ’＋ＰＩ）（ｉ＝１ま
たは２）であり、実線と破線等の交点が２つの波長で同
じモニタ比となる点を表している。

図の上側は取り出せる光の全体の出力ＰＯ＋Ｐｉ１＝１
または２）を表しており、１．　０からの減少分が損失
を表している。

第２図（ａ）　　（ｔ））を見れば、ｋがある値の時、
ある程度の損失を許容すれば２つの波長でモニタ比を等
しくすることができることがわかる。

〈実施例〉第３図は本発明の広波長域光モニタデバイスの第１の実
施例を示す図である。基板１はイオン交換に適したＮａ
およびにイオンを含有した光学板のボロンリケード系ガ
ラス基板である。基板ｌに２段熱イオン交換法で、第１
図に示すようなパターンの導波路を形成した。この２段
熱イオン交換法に関しては、本発明者がエレクトロニク
スレターズ誌（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）　１９８８年第２４巻１２５８頁で開示している。

１１は人力導波路、１２は出力導波路、１３はモニタ導
波路、１４は最終モニタ導波路、３１は第１の方向性結
合器、３２は第２の方向性結合器、４１は入力ファイバ
、４２は出力ファイバ　４３はモニタファイバである。

人力ファイバ４１と出力ファイバ４２は、入力導波路１
１と出力導波路１２にそれぞれ結合している。最終モニ
タ導波路１４はモニタファイバ４３と結合している。

第１の方向性結合器３１のに値を１．　４とし、ａｌ／
Ｌ１＝０．２、　ａ２／Ｌｌ＝１．７とした。

この条件を第２図（ａ）のＭ印で示す。この時、モニタ
比は０．０９（即ち人力導波路とモニタ導波路の出力比
が約１０：１）であり、理論的な損失（主出力とモニタ
出力の和の損失）以外は、波長λ１とλ２に対しそれぞ
れ０．０４ｄＢと０゜４６ｄＢと僅かである。

第４図に示した第２の実施例は、モニタ出方導波路をク
ロスポートに変えた場合である。最終モニタ導波路１５
はモニタファイバ４４と結合している。第１の方向性結
合器３１のに値を１．４とし、　ａｌ／Ｌｌ＝０．２、
　ａ２／Ｌ１＝１．２　とした。この条件を第２図（ｂ
）のＮ印で示す。この時、モニタ比　は０．０９６（即
ち入力導波路とモニタ導波路の出力比が約９．４：１）
であり、理論的過剰損失波長λ１とλ２に対し０．００
３ｄＢと０．４６ｄＢと僅かである。

上記二つの例における動作について、以下説明する。

第１の実施例では、入力ファイバ４１の光は出力ファイ
バ４２とモニタファイバ４３に分配される。

この動作において、波長１．３０μｍと波長１゜５５μ
ｍで分岐はほぼ等しく、５０％±２％に収まっていた。

その間の波長およびその近傍の波長においても分岐比の
変動は±２％に収まっていた。

主出力の損失は波長１．３０μｍで１．０（ｆＢ。

波長１．５５μｍで１．４ｄＢであった。

第２の実施例では、入力ファイバ４１の光は出力ファイ
バ４２とモニタファイバ４４に分配される。この動作に
おいて、波長１．３０μｍと波長１．５５μｍで分岐は
ほぼ等しく、５０％±２％に収まっていた。その間の波
長およびその近傍の波長においても分岐比の変動は±２
％に収まっていた。主出力の損失は波長１．３０μｍで
０．９ｄ　Ｂ、　　波長１．５５μｍで１．４ｄＢであ
った。

なお、上述の実施例では導波路作製方法としてイオン交
換法を用いたが、他の導波路作製方法であってもよい。

また、方向性結合器の数は３つ以上でも原理的に可能で
ある。導波路パターンは実施例以外のものが種々考えら
れる。また、モニタした光の取り出しをファイバで行っ
たが、フォトダイオードを最終モニタ導波路の端面など
に配置して受光させ電気信号として光パワーの情報を取
り出しもよい。

また、実施例ではａｌ／Ｌ１＝０．２、ｋ＝０゜１４を
用いたが、これ以外の数値の組合せも使い得る。

〈発明の効果〉本発明によれば、モニタ比が少なくとも２つの波長で同
一である光モニタデバイスが得られる。

例えば、前述した第１の実施例で、２つの波長λ１かつ
λ２に対しモニタ比０．０９を実現することが出来た。

また第２の実施例で、２つの波長λ１かつλ２に対しモ
ニタ比０．０９６を実現することが出来た。波長λ１１
とλ２の間の波長あるいはそれらの近傍の波長において
もほぼ同じモニタ比が得られた。これは、実施例のパラ
メータでは第２図（ａ）（、ｂ）の破線等で表される曲
線がある程度動いてもその交点の位置はあまり変わらな
いことから理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導波路構成を示す配線図、第２図（ａ
）はパーポートをモニタ導波路とする場合の特性を示す
図、第２図（ｂ）はクロスポートをモニタ導波路とする
場合の特性を示す図、第３図は本発明の第１の実施例を
示す図、第４図は本発明の第２の実施例を示す図、箪５
図は従来の光モニタデバイスの例を示す図である。図において、ｌ　・・・ガラス基板１１・・・入力導波路１２・・・主出力導波路Ｉ３・・・モニタ導波路１４゜１０゜２０゜４１゜である。２２．２３・・最終モニタ導波路・・第１の方向性結合器・・第２の方向性結合器４３．４４・・・光ファイバ１１第図２２第図（ｂ）ＯＨ／Ｌ＋−０，２の場合０２／Ｌ。第図（Ｑ）Ｑ＋／Ｌ＋−０，２の場合Ｑゾい第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１）基板に形成した入力導波路と、該入力導波路に結合
された第１の方向性結合器と、前記入力導波路を入力ポ
ートと見た時該第１の方向性結合器のクロスポートとな
るモニタ導波路と、該モニタ導波路に結合された第２の
方向性結合器からなる広波長域光モニタデバイス。２）前記モニタ導波路を入力ポートと見た時、第２の方
向性結合器のバーポートを最終モニタ導波路として使う
請求項第１項記載の広波長域光モニタデバイス。３）前記モニタ導波路を入力ポートと見た時、第２の方
向性結合器のクロスポートを最終モニタ導波路として使
う請求項第１項記載の広波長域光モニタデバイス。