JPH04213407A - 分岐合波光導波回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分岐合波光導波回路に
関するものであり、導波路の製作性を容易にするととも
に再現性に優れた低損失回路が期待できるものである。

【０００２】

【従来の技術】光集積回路において、光分岐回路，光合
波回路は基本構成要素として必要不可欠なものである。 このような分岐合波光導波路回路としては、従来より２
本以上の分岐光導波路を有するＹ分岐光導波路が知られ
ている。特にＹ分岐導波回路は、方向性結合器に比較し
て波長依存性が低いことから、１×Ｎスプリッタ光回路
等への応用が期待されている。

【０００３】従来のＹ分岐導波回路の構造を図１５及び
図１６に示す。両図に示すよＹ分岐導波回路は、主導波
路４、テーパ導波路８、分岐導波路５，６を順に接続し
てなる光導波路であり、テーパ導波路８と分岐導波路５
，６の間には分岐点７が介在している。図１７及び図１
８に示すように分岐導波路５，６は何れも変曲点ａを有
し、この変曲点ａの前後において相互に逆方向に曲率半
径Ｒで湾曲する曲線状導波路である。更に、分岐導波路
５，６はそれぞれ出力導波路ｃに接続している。また、
主導波路４の幅Ｗ４　と分岐導波路５，６の幅Ｗ５　，
Ｗ６　とは等しく、更に、分岐点７における分岐導波路
５，６の間の幅（以下、なまり幅という）は零の理想的
形状となっている。

【０００４】このＹ分岐導波回路を製作するには、Ｓｉ
　Ｃｌ４，Ｇｅ　Ｃｌ４，Ｔｉ　Ｃｌ４，Ｐｏ　Ｃｌ３
，ＢＣｌ３等の塩化物を出発材料として、例えば、図１
９〜図２３に示すように、シリコン基板１にクラッド層
２、コアガラス層３を順次堆積し、次いでエッチング加
工によりコア部以外のコアガラス層３を取り除いて光が
伝搬する導波路として主導波路４、分岐導波路５，６及
びテーパ導波路８を形成し、引き続き、クラッドガラス
層２を堆積することにより行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、Ｙ分岐導波回路
を低損失化するためには、第一に円弧状に湾曲する分岐
導波路５，６の曲率半径を大きくすること、第二に理想
的に鋭峻な分岐点７とすること、つまり、なまり幅を零
とすることが重要である。しかし、上記の二つの事項を
達成する上で、以下に示す問題がある。

【０００６】第一に、分岐導波路５，６の曲率半径を大
きくする為には回路サイズを大きくする必要があるが、
現実には、回路サイズは基板の大きさにより制約を受け
るので、曲率半径の増大には限界があった。また、１×
Ｎ光スプリッタのように多段の分岐導波路によって構成
された回路では、小さな曲率半径の導波路を使用するの
で、必然的に挿入損失が大きくなるという問題が生じる
。

【０００７】第二に、理想的な鋭峻な分岐点７を実現す
る上で、パターニング及びエッチングの精度等の原因に
より、図２４に示すように鋭峻な分岐点７とならず、分
岐点７における分岐導波路５，６の幅ＷＢ　が零となら
ないで作成された場合に、大きな分岐損失を生じること
になる。

【０００８】次に、Ｙ分岐導波路の分岐比のバラツキに
も問題がある。

【０００９】第一に、従来構造においては分岐点７の形
状が繊細なため、図２５に示すように分岐点７が非対称
な形状となった場合には、大きな分岐損失が生じると共
に分岐比にバラツキを生じることになる。また、再現性
についても良好ではない。

【００１０】第二に、１×Ｎ光スプリッタのように多段
の分岐導波路で構成された回路では、前段の分岐導波路
を通過した光は、その出力導波路、即ち後段の入力導波
路において界分布が揺らぐため、分岐比にバラツキを生
じることになる。

【００１１】第三に、１×Ｎ光スプリッタに入出力ファ
イバを接続等の実装を行う場合、治具の工具精度、アラ
イメント装置の機械精度の原因によって、入力ファイバ
と光回路の入力直線導波路が軸ずれを生じる場合がある
。この場合には、導波路において、基本モードの他に高
次モード、放射モードが励振されてしまうので、この結
果、分岐比にバラツキを生じてしまうことになる。

【００１２】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、分岐損失、分岐比のバラツキ及び再現性の
問題を解消した低損失な光分岐合波回路を提供すること
を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は主導波路にテーパ導波路を接続すると共に
該テーパ導波路の分岐点に、変曲点を有する複数の分岐
光導波路を接続し、更に前記分岐光導波路にそれぞれ出
力導波路を接続してなる分岐合波光導波回路において、
前記分岐光導波路の変曲点及び前記出力導波路との接続
点に軸ずれを設け、前記テーパ導波路の分岐点における
前記分岐導波路の間に隙間を設けることを特徴とする。

【００１４】更に、主導波路に接続する入力直線導波路
にモード安定化領域としてくびれ部を設けるようにする
と、一層好適である

【００１５】

【実施例】図１〜図３に本発明の第一の実施例を示す。 この実施例は、本発明をＹ分岐光導波路に適用したもの
である。即ち、このＹ分岐光導波路は、主導波路４、テ
ーパ導波路８、分岐導波路５，６を順に接続してなるも
のであり、テーパ導波路８と分岐導波路５，６の間には
分岐点７が介在している。この分岐点７において、分岐
導波路５，６の間には、隙間ｄ１　が設けられている。 分岐導波路５，６は何れも変曲点ａを有し、この変曲点
ａの前後で相互に逆方向に湾曲する曲線状導波路である
。 分岐導波路５，６のの変曲点ａには軸ずれｄ２　が設け
られるとともに、この分岐導波路５，６は出力導波路ｃ
と接続しており、その接続点ｂには軸ずれｄ３　が設け
られている。

【００１６】ここで、図４に示すように、直線導波路の
界分布のピークは導波路の中心に存在するが、曲線導波
路の界分布は、曲率半径が小さくなるにしたがって、界
分布のピークは外側に移動する。この為、入力導波路と
分岐導波路との接続点、分岐導波路の変曲点ａ、分岐導
波路と出力導波路ｃとの接続点ｂにおいて、軸ずれなく
接続すると、従来技術のように界分布のピークの位置が
異なるため、界分布不整合による損失が発生する。更に
、上記界分布不整合による摂動のため、出力導波路ｃの
界分布が左右に揺らぎ、分岐比のバラツキ発生の原因と
なる。尚、図５に示すように、曲線状導波路の接線方向
ｚに対して、直角方向外側向きをｘ軸の正方向とする。

【００１７】これに対して、本実施例では、分岐導波路
５，６の変曲点ａ、分岐導波路５，６と出力導波路ｃと
の接続点ｂにおいて、軸ずれｄ２　，ｄ３　を設けて界
分布のピークの位置を一致させたので、界分布不整合に
よる損失の増加及び分岐比のバラツキを抑圧することが
できる。図６は、分岐点７における分岐導波路５，６の
間の隙間ｄ１　と挿入損失との関係を示すものである。 同図に示すように、挿入損失を最小とする隙間ｄ１　の
値は０ではなく、約１μｍであることが判る。従って、
分岐点７における分岐導波路５，６の間に隙間を設けな
い従来の場合（ｄ１　＝０μｍ）よりも、その間の隙間
をｄ１　を約１μｍとするほうが、挿入損失が低下する
ことになる。 但し、図６では、ｄ２　＝ｄ３　＝０μｍと仮定した。

【００１８】図７は、分岐導波路５，６の変曲点ａにお
ける軸ずれｄ２　と挿入損失との関係を示すものである
。 同図に示すように、挿入損失を最小とする隙間ｄ２　の
値は０ではなく、０．２　〜０．５　μｍの間に存在す
ることが判る。従って、軸ずれを与えない従来構造に比
較し、本発明による構造は挿入損失を低減することがで
きる。但し、図７では、ｄ３＝２ｄ２　，ｄ１　＝０〜
３μｍと仮定した。図８は、分岐導波路の軸ずれｄ２　
，ｄ３　の有無と出力導波路ｃでの界分布の摂動との関
係を示すものである。横軸ｚは、分岐導波路５，６と出
力導波路ｃの接続点ｂからの距離、縦軸ｘｏは界分布が
最大となる位置を示すものである。軸ずれｄ２　，ｄ３
　を設けた場合については図中に黒丸で示すように、白
丸で示す軸ずれｄ２　，ｄ３　を設けない場合に比較し
、軸ずれの効果により、界分布の不整合が解消され、出
力導波路ｃの摂動が抑えられる様子が判る。尚、入力フ
ァイバと光回路の軸ずれによって導波路内に励振された
基本モード以外の高次モード、放射モードは閉じ込め効
果が弱いので、長い直線導波路、曲線導波路、くびれ等
のモード安定化領域を設けることにより除去することが
できる。この結果、導波路の界分布の摂動が抑えられ、
分岐比のバラツキの無い良好な特性が得られる。

【００１９】次に、本発明の第二の実施例について図９
を参照して説明する。本実施例は、１×８スプリッター
光回路に本発明を適用したものである。即ち、この１×
８スプリッター光回路は、Ｙ分岐光導波路１８〜２５を
３段７個接続したものであり、更に、入力ポート９、出
力ポート１０〜１７が接続している。各Ｙ分岐光導波路
１８〜２４は、図１０に示すように、テーパ導波路８と
分岐導波路５，６の間がクラッドにより切り離された構
造である。これは、分岐導波路５，６の狭い間隙に、ク
ラッド材質を均一に導入するためである。このような構
成を有する光回路は、次のような手順により作成される
。先ず、直径３インチ、厚さ７００μｍのシリコン基板
に火炎堆積法によって多孔質ガラス膜を堆積し、その堆
積順序は、まずクラッド層として組成がＳｉ　Ｏ２−Ｐ
２　Ｏ５−Ｂ２　Ｏ３　の多孔質ガラス膜を堆積し、次
いでコア層として組成がＳｉ　Ｏ２−Ｇｅ　Ｏ−　Ｐ２
　Ｏ５　の多孔質ガラス膜を堆積した。多孔質ガラス膜
を堆積した基板を温度１３９０度のＨｅとＯ２　の混合
雰囲気中で２時間熱処理した。次いで、反応性イオンエ
ッチングにより光導波路パターンを形成した。更に、こ
のコア層を覆うようクラッド層を形成する。この結果、
図９に示す光導波路が形成され、１×８スプリッタ光回
路の製作が完了する。但し、コアの寸法は８μｍ×８μ
ｍ、ｄ１　＝１μｍ、ｄ２　＝０．４　μｍ、ｄ３　＝
０．２　μｍとした。この結果、出力ポート１０〜１７
の挿入損失のバラツキは±０．３　ｄＢ、Ｙ分岐導波路
１段当たりの分岐損失は０．１　ｄＢと非常に低損失で
、しかも、そのバラツキが小さかった。

【００２０】図１１は、本発明の第三の実施例を示すも
のである。本実施例は、モード安定化領域を備えた１×
２スプリッタ光回路に関するものである。即ち、Ｙ分岐
導波路２５の主導波路にはモード安定化領域として長い
入力直線導波路（１５ｍｍ）２６が接続しており、この
ように長い入力直線導波路２６を設けることによって、
閉じ込めの弱い基本モード以外のモードが減衰し、入力
ファイバの位置ずれに対し分岐比のバラツキの小さな特
性が得られた。尚、この回路のＹ分岐導波路は、第二の
実施例と同様とした。

【００２１】図１２は、本発明の第四の実施例を示すも
のである。本実施例は、モード安定化領域としてＳ字状
に湾曲する曲線導波路を備えた１×２スプリッタ光回路
に関するものである。即ち、Ｙ分岐導波路２７の主導波
路にはモード安定化領域としてＳ字状に湾曲する曲線導
波路２８が接続しており、このように曲線導波路２１を
設けることによって、摂動の原因となる高次モード、放
射モードの光が曲線導波路２８によって除去され、入力
ファイバの位置ずれに対する分岐比のバラツキが小さく
なった。尚、この回路のＹ分岐導波路２７は、第二の実
施例と同様とした。

【００２２】図１３は、本発明の第五の実施例を示すも
のである。本実施例では、モード安定化領域として入力
直線導波路にくびれ部を形成した１×２スプリッタ光回
路に関するものである。即ち、Ｙ分岐導波路２９の主導
波路には入力直線導波路３０が接続しており、この入力
直線導波路３０には図１４に示すように幅の狭くなった
くびれ部３１が設けられている。このように入力直線導
波路３０にくびれ部３１を形成することにより、摂動の
原因となる高次モード、放射モードの光はくびれ部３１
において除去され、入力ファイバの位置ずれに対する分
岐比のバラツキが小さくなった。尚、この回路のＹ分岐
導波路２９は、第二の実施例と同様とした。

【００２３】本実施例では、モード安定化領域として入
力直線導波路３０にくびれ部３１を設けたので、第四の
実施例のようにＳ字状に湾曲する曲線導波路２８を設け
た場合に比較して最適化した設計が可能である。即ち、
曲線導波路の設計においては、広い波長にわたって基本
モードの挿入損失を低くしつつ、高次モードの遮断波長
領域で挿入損失を高くすることを両立するように最適化
することは困難である。これに対して、くびれ部の導波
路の設計では、広い波長にわたって基本モードの挿入損
失を低くしつつ、高次モードの遮断波長領域で挿入損失
を高くすることを両立することが可能である。

【００２４】尚、上記第二、第三、第四、第五の実施例
では、石英系ガラス導波路について説明したが、本発明
は、このようなものに限られるものではなく、半導体導
波路等他の導波路に対しても適用できるものである。更
に、Ｔｉ　拡散Ｌｉ　Ｎｂ　Ｏ３　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
。

【００２５】

【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、分岐光導波路の変曲点及び出力導
波路との接続点に軸ずれを設け、テーパ導波路の分岐点
における分岐導波路の間に隙間を設けたので、曲線導波
路における界分布のピークのずれを補填できる。この為
に、導波路の製作性が容易となると共に再現性に優れた
低損失な分岐合波光導波回路を提供することができる。 更に、入力導波路にモード安定化領域を設けると、摂動
の原因となる高次モード、放射モードを除去して分岐比
のバラツキを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＹ分岐導波路の構成図
である。

【図２】図１に示すＹ分岐導波路における分岐導波路の
変曲点近傍を拡大して示す説明図である。

【図３】図１に示すＹ分岐導波路における分岐導波路と
出力導波路との接続点近傍を拡大して示す説明図である
。

【図４】直線導波路、曲線導波路における界分布を示す
グラフである。

【図５】界分布における座標を示す説明図である。

【図６】テーパ導波部の分岐点における分岐導波路５，
６の隙間ｄ１　と挿入損失との関係を示すグラフである
。

【図７】分岐導波路の変曲点における軸ずれｄ２　と挿
入損失との関係を示すグラフである。

【図８】軸ずれがの有無による界分布の摂動を示すグラ
フである。

【図９】本発明の第二の実施例に係る１×８スプリッタ
光回路の平面図である。

【図１０】図９における１×８スプリッタ光回路のＹ分
岐導波路を拡大して示す説明図である。

【図１１】本発明の第三の実施例を示す説明図である。

【図１２】本発明の第四の実施例を示す説明図である。

【図１３】本発明の第五の実施例を示す説明図である。

【図１４】図５に示すくびれ部を拡大して示す説明図で
ある。

【図１５】従来のＹ分岐導波路の構成を示す説明図であ
る。

【図１６】図１５中直線Ａ−Ｂで切断した断面図である
。

【図１７】図１５のＹ分岐導波路における分岐導波路の
変曲点近傍を拡大して示す説明図である。

【図１８】図１５のＹ分岐導波路における分岐導波路と
出力導波路との接続点近傍を拡大して示す説明図である
。

【図１９】従来のＹ分岐導波路の製作工程を示す説明図
である。

【図２０】従来のＹ分岐導波路の製作工程を示す説明図
である。

【図２１】従来のＹ分岐導波路の製作工程を示す説明図
である。

【図２２】従来のＹ分岐導波路の製作工程を示す説明図
である。

【図２３】従来のＹ分岐導波路の製作工程を示す説明図
である。

【図２４】Ｙ分岐導波路の分岐点における分岐導波路の
間に隙間が形成された様子を示す説明図である。

【図２５】Ｙ分岐導波路の分岐点が非対称的に形成され
た様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　クラッド ３　　コア ４　　主導波路 ５　　分岐導波路 ６　　分岐導波路 ７　　分岐点 ８　　テーパ導波路 ９　　入力ポート １０　　出力ポート １１　　出力ポート １２　　出力ポート １３　　出力ポート １４　　出力ポート １５　　出力ポート １６　　出力ポート １７　　出力ポート １８　　Ｙ分岐導波路 １９　　Ｙ分岐導波路 ２０　　Ｙ分岐導波路 ２１　　Ｙ分岐導波路 ２２　　Ｙ分岐導波路 ２３　　Ｙ分岐導波路 ２４　　Ｙ分岐導波路 ２５　　Ｙ分岐導波路 ２６　　入力直線導波路 ２７　　Ｙ分岐導波路 ２８　　入力直線導波路 ２９　　Ｙ分岐導波路 ３０　　入力直線導波路 ３１　　くびれ部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主導波路にテーパ導波路を接続すると
   共に該テーパ導波路の分岐点に、変曲点を有する複数の
   分岐光導波路を接続し、更に前記分岐光導波路にそれぞ
   れ出力導波路を接続してなる分岐合波光導波回路におい
   て、前記分岐光導波路の変曲点及び前記出力導波路との
   接続点に軸ずれを設け、前記テーパ導波路の分岐点にお
   ける前記分岐導波路の間に隙間を設けることを特徴とす
   る分岐合波光導波回路。
2. 【請求項２】　　前記主導波路に接続する入力直線導波
   路にモード安定化領域を有することを特徴とする請求項
   １記載の分岐合波光導波回路。
3. 【請求項３】　　前記モード安定化領域としてくびれ部
   を設けたことを特徴とする請求項２記載の分岐合波光導
   波回路。