JPH04131806A

JPH04131806A - 光方向性結合器

Info

Publication number: JPH04131806A
Application number: JP25188490A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kito; 勤鬼頭; Norio Takato; 高戸　範夫; Masao Kawachi; 河内　正夫
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JP2804363B2

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、光方向性結合器に関し、特に低損失な先導波
回路を構成する際に、好適なものである。

〈従来の技術〉光方向性結合器は、光導波回路において必要不可欠な素
子であり、その従来の構造としては、第７図（ａ）　（
ｂ）に示すものが知られている。第７図（ａ）は平面図
、同図（ｂ）は断面図である。

この光方向性結合器は、５ｉＣ１，、ＧｅＣ１いＴ１Ｃ
ｆ４．ＰｏＣ１’４．８Ｃｆｓ等の塩化物を出発材料と
して、例えば第８図に示すようにシリコン等の基板ｌ上
にクラッドガラス層２、コアガラス層３を順次積層し、
次いでエツチング加工によりコアガラス層３を部分的に
エツチングして光が伝搬する光導波路４，５を形成し、
弓き続き、クラッドガラス層２をその上に堆積すること
により作成される。

ここで、光導波路４．５は幅がＷであり、直線状の部分
と曲線状の部分とを交互に配設したものである。

即ち、光導波路４，５は、光が入射する直線状の入力部
６、伝搬する光の方向を連続的に変える曲線状の展開部
７、相互に近接して平行に配置され光を結合させ、又は
分岐する直線状の結合部９、伝搬する光の方向を連続的
に変える曲線状の展開部８及び光を出射する直線状の出
力部１０とからなり、これらの部分を軸ずれ無く接続し
た形状となっている。

また、各展開部７．８は変曲点１１，１２゜１３．１４
をそれぞれ有し、この変曲点１１゜１２．１３．１４を
境にして、相互に逆方向に曲率半径Ｒで湾曲する円弧を
軸ずれ無く接続した形状となっている。

結合部９は光導波路間隔がＧであり、その結合部長さは
！である。

従って、光が光導波路４，５の入力部６に入射すると、
その光は展開部７に沿って曲がって伝搬し、結合部９で
分岐し、或いは結合して、更に展開部８に沿って曲がっ
て伝搬し、その後出力部１０から出射することになる。

〈発明が解決しようとする課題〉従来、光方向性結合器を低損失化させるためには、展開
部７，８の円弧の曲率半径Ｒを大きくする必要がある。

しかし、現実には、回路サイズは基板ｌの大きさにより
制約されるため、展開部７，８の曲率半径Ｒの拡大にも
限界があった。

また、光スィッチ等のように多数の光方向性結合器によ
って構成された回路では、曲率半径Ｒの小さな展開部７
．８を使用せざるを得す、この為、挿入損失が増大する
という問題があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
容易に集積化することができると共に挿入損失を低減し
た光方向性結合器を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉斯かる目的を達成する本発明の構成は基板上に形成され
た２本の光導波路が、光を入射する直線状の入力部と、
伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状の展開部と、
相互に平行に近接して配置され伝搬する光を分岐し、又
は結合する直線状の結合部と、伝搬した光を出射する直
線状の出力部とを接続してなる光方向性結合器において
、前記入力部と前記展開部の接続点、前記展開部と結合
部との接続点、前記展開部と出力部との接続点の少なく
とも一つに光導波路の軸ずれ設けたことをを特徴とする
。

また、前記展開部が変曲点を有する場合には、該変曲点
において光導波路の軸ずれを設けることが望ましい。

く作用〉第２図に示すように、直線状の光導波路では、界分布の
ピークは光導波路の中心に存在するが、曲線状の光導波
路では、界分布のピークは、その曲率半径が小さくなる
ほど、外側に移動する。

この為、従来の光方向性結合器のように、入力部と展開
部の接続点、展開部と結合部の接続点、展開部と出力部
との接続点において、軸ずれなく接続−すると、界分布
のピークの位置が異なる為、界分布不整合による挿入損
失が生じていた。

また、展開部の変曲点の前後における光導波路では、曲
率半径の中心が反対位置に有るため、界分布のピークは
逆方向に移動する。この為、展開部の変曲点では、直線
状の光導波路と曲線状の光導波路を接続する場合の二倍
のピークの位置がずれることになっていた。

また、光方向性結合器の場合、１本の光導波路から構成
されるＳ字曲がりの光導波路と異なり、１本の光導波路
の外側に更に他方の光導波路が隣接する構造であるため
、上述した界分布不整合が一層顕著となる。それは、２
本の光導波路の隣接する光方向性結合器の基板では、ク
ラッドの屈折率が等価的に高くなるため、単独の光導波
路の場合に比較して、界分布のピークは更に外側に移動
する為である。

そこで、本発明では、上記接続点及び展開部の変曲点に
光導波路の軸ずれを設けて、界分布を整合させるように
したのである。この為、本実施例でば、界分布不整合に
よる損失の増加を抑圧することが期待できる。

〈実施例〉以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳
細に説明する。

第１図に本発明の第一の実施例を示す。同図に示すよう
に、基板１上には直線状の部分と曲線状の部分とを交互
に配列した２本の光導波路４．５が形成されている。即
ち、光導波路４゜５は、光が入射する直線状の入力部６
、伝搬する光の方向を連続的に変える曲線状の展開部７
、相互に近接して光を結合させる直線状の結合部９、伝
搬する光の方向を連続的に変える曲線状の展開部８及び
光を出射する直線状の出力部ｌＯとを順に接続した形状
であり、これらの接続点に光導波路の軸ずれ量Δｄが設
けられている。

また、各展開部７．８は変曲点１１，１２゜１３．１４
をそれぞれ有し、この変曲点１１゜１２．１３．１４を
境にして、相互に逆方向に曲率半径Ｒで湾曲する円弧か
ら構成されており、その変曲点に光導波路の軸ずれ量２
Δｄが設けられている。

ここで、上記軸ずれ量Δｄとしては、第３図に示す挿入
損失を最小にする最適な値に決定すると良い。第３図に
挿入損失と軸ずれ量との関係を示すように、挿入損失を
最小にする値は、軸ずれ量Δｄが０．２〜０．５μｍの
範囲に存在し、軸ずれを与えない従来構造に比較し、挿
入損失を０．１ｄＢから０．０２ｄＢに低減できること
が判る。

従って、上記軸ずれ量Δｄとして、０．２〜０．５μｍ
の値を選ぶと、従来に比較し挿入損失を低減することが
可能となる。

次に、本発明の第二の実施例を第４図（ａ）　（ｂ）を
参照して説明する。

本実施例は、光方向性結合器を多段に連結した光回路で
あり、コアとクラッドの比屈折率差Δを０，２５〜０，
３０％としたものである。

即ち、基板ｌ上には、２本の光導波路４，５が形成され
ており、これら光導波路４．５は連結された多段の光方
向性結合器１５〜２０を構成している。各光方向性結合
器１５〜２０の構成は、第４図（ｂ）に示すように前述
した実施例の光方向性結合器と同様である。また、展開
部７゜８は、曲率半径Ｒ＝５０ｍｍ、軸ずれ量Δｄ＝０
．２μｍ、コア断面寸法＝８×８μｍ２である。

このような光回路を作成する（こは、次の手順による。

先ず、直径３インチ、厚さ７００μｍのシリコン基板上
に火炎堆積法によって多孔質ガラス膜を堆積する。多孔
質ガラス膜のクラッドガラス層としテハ組成；６＜５ｉ
Ｏｚ−ＰｔＯｓ−Ｂ２０ｚのものを、そのコアガラス層
としては組成が５ｔ０２−ＧｅＯ−Ｐｔｏ−−ＢｔＯｓ
のものを堆積させた。次いで、多孔質ガラス膜の堆積し
た基板を温度１３９０°ＣのＨｅと○、の混合雰囲気中
で２時間熱処理した。

引き続き、反応イオンエツチングによりコア層を部分的
エツチングして光導波路を形成した。

更に、この露出したコア層を覆うようにクラッド層を被
覆した。

このようにして制作された光回路は、挿入損失を全体で
従来構造の１．２０ｄＢから、０．６４ｄＢへ低減させ
ることができ、１個の光方向性結合器当たりの挿入損失
は０．０８ｄＢと非常に低損失な特性が得られた。

次に、本発明の第三の実施例について説明する。

本実施例は、前記実施例と同様に光方向性結合器を多段
に結合したものであり、コアとクラッドの比屈折率差を
〜０．７５％としたものである。

また、各先方向性結合器の構成としては、第７図に示す
ものと同様とした。但し、方向性結合器は、展開部の曲
率半径Ｒ＝ｌＯｌ！ＩＩｌ、軸ずれ量Δｄ＝０．２μｍ
、コア寸法−６，５Ｘ　６．５　μｍ’とした。

この結果、挿入損失は全体で従来構造の３、ＯｄＢから
２．０ｄＢに低減でき、方向性結合器の１個当たりの挿
入損失は０．２５ｄＢと非常に低損失となった。

第５図（ａ）　（ｂ）は本発明の第四の実施例に係るも
のである。

この実施例は、導波型マツハツエンダ−光干渉計に本発
明を適用したものである。

即ち、基板１上には光導波路４．５が配設され、その一
部が光方向性結合器２３．２４を構成している。これら
の光方向性結合器２３，２４では、入力部、展開部、結
合部、出力部等が形成されており、それらの接続点には
それぞれ軸ずれが設けられている。このように、軸ずれ
を与えた結果、導波型マツハツエンダ−光干渉計の挿入
損失を低減できた。但し、展開部は、変曲点のない円弧
状であるので、軸ずれを与えなかった。

第６図は、本発明の第五の実施例に係るものである。

この実施例は、非対称形のマツハツエンダ−光干渉計に
本発明を適用したものである。

即ち、基板１上には、光導波路４．５が配設され、その
一部が光方向性結合器２５．２６を構成している。これ
ら光方向性結合器２５，２６では、入力部、展開部、結
合部、出力部等が形成されており、それらの接続点及び
展開部の変曲点にはそれぞれ軸ずれが設けられている。

このように、軸ずれを与えた結果、導波型マツハツエン
ダ−光干渉計の挿入損失を低減できた。

但し、実施例１とは、方向性結合器の構造が非対称であ
る点が異なる。

尚、上記第一〜第五の実施例では、石英系光導波路につ
いて説明したが、本発明は半導体導波路等その他の光導
波路に対しても適用できるものである。更に、Ｔｉ拡散
ＬｉＮｂ○、光導波路、プロトン交換導波路、イオン交
換導波路のような屈折率分布が分布関数の場合であって
も、本発明は適用できるものである。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明は、展開部との接続点及び展開部の変曲点に光導波路
の軸ずれを設けたので、界分布を整合させて挿入損失を
低減できる。この為、展開部の曲率半径の小径化が容易
となり、光方向性結合器の集積化の問題を改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第一の実施例に係る光方向性結
合器の平面図、第１図（＋））は同図（ａ）中の要部の
拡大図、第２図は座標位置と界分布の関係を示すグラフ
、第３図は軸ずれ量と挿入損失との関係を示すグラフ、
第４図（ａ）は本発明の第二の実施例に係る光回路の平
面図、第４図屹は同図（ａ）中の各先方向性結合器の平
面図、第５図（ａ）は本発明の第四の実施例に係る導波
型マツハツエンダ−光干渉計の平面図、第５図（ｂ）は
同図（ａ）中の要部を示す拡大図、第６図（ａ）は非対
称形マツハツエンダ−光干渉計の平面図、第６図（′ｂ
）は同図（ａ）中の要部の拡大図、第７図（ａ）は従来
の光方向性結合器の平面図、第７図（ｂ）は同図（ａ）
中入−Ａ°線断面図、第８図（ａ）〜（ｅ）は、第７図
中の光方向性結合器の製造過程を示す説明図である。図面中、１は基板、２はクラッド、３はコア、４．５は光導波路、６は入力部、７．８は展開部、９は結合部、ｌＯは出力部、１１〜１４は変曲点、１５〜２６は光方向性結合器である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に形成された２本の光導波路が、光を入射
する直線状の入力部と、伝搬する光の方向を連続的に曲
げる曲線状の展開部と、相互に平行に近接して配置され
伝搬する光を分岐し、又は結合する直線状の結合部と、
伝搬した光を出射する直線状の出力部とを接続してなる
光方向性結合器において、前記入力部と前記展開部の接
続点、前記展開部と結合部との接続点、前記展開部と出
力部との接続点の少なくとも一つに光導波路の軸ずれ設
けたことをを特徴とする光方向性結合器。
（２）前記展開部は変曲点を有し、該変曲点において光
導波路の軸ずれを設けたことを特徴とする請求項（１）
記載の光方向性結合器。