JPH0430107A - Waveguide type optical star coupler - Google Patents

Waveguide type optical star coupler

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JPH0430107A
JPH0430107A JP13548290A JP13548290A JPH0430107A JP H0430107 A JPH0430107 A JP H0430107A JP 13548290 A JP13548290 A JP 13548290A JP 13548290 A JP13548290 A JP 13548290A JP H0430107 A JPH0430107 A JP H0430107A
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浩 高橋
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Abstract

PURPOSE:To obtain a small-sized waveguide type optical star coupler which has a large distribution number and has the high uniformity of branch ratio by making an optical waveguide to constitute a pitch conversion optical waveguide group into a pseudo single mode optical waveguide a little wider than a single mode waveguide in its width, and an addition, setting its munimum radius of curvature smaller than the minimum radius of curvature of the single mode optical waveguide in a Y-type optical branch waveguide group. CONSTITUTION:An input wavguide 2, the Y-type branch waveguide group 3, a width conversion waveguide group 4, a pitch converison waveguide group 5, and plural output waveguide arrays 6 are arranged on a silicon substrate 1, and are connected in order. The input waveguide 2 and the y-type branch waveguide group 3 are constitut ed of quartz type single mode optical waveguides, and the pitch conversion waveguide group 5 and the output waveguide array 6 are constituted of quartz type pseudo single mode optical waveguides a little wider in their widths. Since plural modes can exist in the pseudo single mode waveguide, an unnecessary mode is excited at the time of propagation at a curved part. Then, a tapered shaped width conversion waveguide is arranged between the single mode waveguide and the pseudo single node waveguide different form each other in their widths, and a connection loss is suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光通信システムにおいて信号光を複数の場所
に分散する導波型光スターカプラに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a waveguide optical star coupler that disperses signal light to multiple locations in an optical communication system.

°〈従来の技術〉 光フアイバ通信を各家庭にまで普及させるには、光フア
イバ伝送路のような施設を多数人で共用するのが、コス
ト低減上望ましい。このようなな観点から、最近、1本
の光ファイバで送られてきた信号光を8分岐、16分岐
或いは322分岐て、多数人で利用する通信網構成が盛
んに検討されている。このような通信網で重要な役割を
果たす8分岐素子、16分岐素子或いは32分岐素子等
はスターカプラと呼ばれている。
<Prior Art> In order to spread optical fiber communication to every home, it is desirable for many people to share facilities such as optical fiber transmission lines in order to reduce costs. From this viewpoint, recently, communication network configurations in which a signal light transmitted through a single optical fiber is divided into 8, 16, or 322 branches for use by a large number of people have been actively studied. An 8-branch element, a 16-branch element, a 32-branch element, etc. that play an important role in such a communication network are called star couplers.

スターカプラは、その形態により■バルク型、■ファイ
バ型、■導波型に分類することが出来る。バルク型は、
マイクロレンズやプリズム、干渉膜フィルタ等を組み合
わせて構成するものであるが、組立調整に長時間を要す
ることや価格やサイズの点に問題を残しており、2分岐
程度の比較的小規模のカプラが実用化されるに留まって
いる。ファイバ型は、光フアイバ自身を原材料として研
磨、融着、延伸工程を経て構成されるものであり、比較
的小型になる利点は有るものの、いわゆる(2X2)カ
プラが基本形であるため、大規模なカプラを構成するに
は、多数個の(2X 2)カプラを接続する複雑な工程
を必要とし、全体として大型となり、生産性に欠ける等
の問題がある。これらに対して、導波型は、フォトリソ
グラフィ工程により、平面基板上に一括して大量生産で
きる利点があり、再現性や小型集積可能性等の点で将来
のるターカプラとして最も注目されている。
Star couplers can be classified into 1) bulk type, 2) fiber type, and 2) waveguide type depending on their form. The bulk type is
Although it is composed of a combination of microlenses, prisms, interference film filters, etc., it takes a long time to assemble and adjust, and there are still problems in terms of price and size. has only just been put into practical use. The fiber type is constructed by using the optical fiber itself as a raw material through polishing, fusing, and stretching processes, and although it has the advantage of being relatively compact, it is basically a so-called (2x2) coupler, so it cannot be used on a large scale. Constructing a coupler requires a complicated process of connecting a large number of (2×2) couplers, resulting in a large size as a whole, resulting in problems such as a lack of productivity. On the other hand, the waveguide type has the advantage of being able to be mass-produced on a flat substrate using a photolithography process, and is attracting the most attention as a future coupler due to its reproducibility and possibility of compact integration. .

従来の8分岐導波型スターカプラを第8図に示す。同図
に示すように、基板24上には、入力導波路25、Y型
分岐導波路を三段に接続したY型分岐導波路群26、複
数段のピッチ変換導波路群27及び出力導波路アレイ2
8が配置され順に接続されている。即ち、これらの導波
路は、ガラス基板やシリコン基板上に形成された単一モ
ードガラス導波路により通常構成され、入力ファイバ2
9から導かれた信号光は入力導波路25を伝搬した後、
1段目のY型分岐導波路にて二つに分岐され、その後、
更にそれぞれが2段目のY型分岐導波路にて二つに分岐
される。一般に、n段の分岐を繰り返すことにより、N
=2・(2のn乗)の分配数を得ることができ、第8図
のスターカプラではn=3、N=8の場合に相当してい
る。このように、N(=8)波に分配された後、複数段
のピッチ変換導波路群27により間隔を広げ、出力導波
路アレイ28に接続される。出力ファイバアレイ30の
間隔は通常の場合、250μmであり、出力導波路アレ
イ28の間隔をこれと等しく設定されている。
A conventional eight-branch waveguide type star coupler is shown in FIG. As shown in the figure, on the substrate 24 are an input waveguide 25, a Y-shaped branch waveguide group 26 in which Y-shaped branch waveguides are connected in three stages, a plurality of stages of pitch conversion waveguide group 27, and an output waveguide. array 2
8 are arranged and connected in order. That is, these waveguides are usually constructed from single-mode glass waveguides formed on glass or silicon substrates, and the input fiber 2
After the signal light guided from 9 propagates through the input waveguide 25,
It is branched into two at the first stage Y-shaped branch waveguide, and then
Furthermore, each wave is branched into two by a second-stage Y-shaped branch waveguide. Generally, by repeating n stages of branching, N
A distribution number of =2·(2 to the n power) can be obtained, which corresponds to the case of n=3 and N=8 in the star coupler of FIG. After being distributed into N (=8) waves in this way, the intervals are widened by the plurality of stages of pitch conversion waveguide group 27 and the waves are connected to output waveguide array 28 . The spacing between the output fiber arrays 30 is normally 250 μm, and the spacing between the output waveguide arrays 28 is set equal to this.

〈発明が解決しようとする課題〉 第8図の導波型スターカプラの構成では、これまでにN
=8又は16程度のスターカプラが実現されているが、
Nを更に大きくした大規模なスターカプラを実現しよう
とすると次のような問題に直面していた。
<Problem to be solved by the invention> In the configuration of the waveguide type star coupler shown in FIG.
= 8 or 16 star couplers have been realized,
When trying to realize a large-scale star coupler with even larger N, the following problems were encountered.

即ち、分岐数Nを増大するとすると、複数段のピッチ変
換導波路群27の占める長さが急増し、限られた面積の
基板上にスターカプラ全体を収容できないという問題が
あった。例えば、N= 128 (2’)の場合、出力
導波路アレイ28の占める幅は概ね250μmXN=3
2m+にも達し、ピッチ変換導波路群27を緩やかな曲
がり導波路で構成すると、その専有面積が増大してしま
うことに原因があった。
That is, if the number of branches N is increased, the length occupied by the plurality of stages of pitch conversion waveguide group 27 increases rapidly, and there is a problem that the entire star coupler cannot be accommodated on a substrate with a limited area. For example, in the case of N=128 (2'), the width occupied by the output waveguide array 28 is approximately 250 μmXN=3
2m+, which is caused by the fact that if the pitch conversion waveguide group 27 is composed of gently curved waveguides, the occupied area will increase.

この問題を回避するために、ピッチ変換導波路群27を
小さな曲率半径の曲がり導波崎により構成すると、曲が
り部での放射光損失の急増を招く問題を生じた。
In order to avoid this problem, when the pitch conversion waveguide group 27 is constructed of curved waveguides with a small radius of curvature, a problem arises in which the radiation loss at the curved portion increases rapidly.

ここで、小さな曲率半径を維持しつつ、曲がり部での放
射光損失発生を抑えるためには、基本(0次)モードの
他に一次モードの高次モード程度まで伝搬させ得る疑似
単一モード光導波路を採用し、この疑似単一モード光導
波路に基本モードのみを伝搬させれば良いことが知られ
ている。
Here, in order to maintain a small radius of curvature and suppress the occurrence of radiation loss at the bend, it is necessary to introduce a pseudo-single-mode optical guide that can propagate not only the fundamental (zero-order) mode but also a higher-order mode of the first-order mode. It is known that it is sufficient to employ a waveguide and propagate only the fundamental mode in this pseudo single mode optical waveguide.

しかし、この疑似単一モード光導波路により導波型スタ
ーカプラを構成すると、各Y型分岐導波路の分岐比が1
対1からずれ易くなり、出力導波路アレイに分岐される
光の強度にバラツキが生じるという欠点があった。この
欠点は、疑似単一モード光導波路中では基本モードのパ
ワー分布が導波路の中心からずれ易いこと、Y型分岐導
波路で高次モードのモード変換が発生しやすく、次段の
Y型分岐導波路で分岐比にむらが生じることに起因して
いると推察される。
However, when a waveguide star coupler is constructed using this quasi-single mode optical waveguide, the branching ratio of each Y-shaped branching waveguide is 1.
This has the disadvantage that it tends to deviate from the pair-to-one relationship, resulting in variations in the intensity of light branched to the output waveguide array. The disadvantages of this are that the power distribution of the fundamental mode tends to deviate from the center of the waveguide in a quasi-single mode optical waveguide, and mode conversion of higher-order modes tends to occur in the Y-shaped branch waveguide, and It is presumed that this is caused by uneven branching ratio in the waveguide.

このため、第8図に示した従来の導波型光スターカプラ
においては、分配数の拡大と分配率の均一化を同時に実
現することは不可能であった。
Therefore, in the conventional waveguide type optical star coupler shown in FIG. 8, it was impossible to simultaneously increase the number of distributions and make the distribution ratio uniform.

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
分配数を大きく、且つ、分岐比の均一性の高い小型の導
波型光スターカプラを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art,
It is an object of the present invention to provide a small-sized waveguide type optical star coupler with a large number of distributions and a highly uniform branching ratio.

〈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と、該基板上
に配置され順次連結された入力光導波路、少なくとも一
段以上のY型光分岐導波路群、ピッチ変換光導波路群及
び出力光導波路アレイからなる導波型光スターカプラで
あって、前記Y型光分岐導波路群を構成する各光導波路
が単一モード光導波路であり、前記ピッチ変換光導波路
群を構成する光導波路が前記単一モード光導波路よりも
やや幅の広い疑似単一モード光導波路であり、しかも、
前記ピッチ変換光導波路群における前記疑似単一モード
光導波路の最小曲率半径が、前記Y型光分岐導波路群に
友ける前記単一モード光導波路の最小曲率半径よりも小
さく設定されることを特徴とする。
<Means for Solving the Problems> The configuration of the present invention that achieves the above object includes a substrate, input optical waveguides arranged on the substrate and connected in sequence, a group of Y-shaped optical branching waveguides having at least one stage, and a pitch. A waveguide type optical star coupler comprising a conversion optical waveguide group and an output optical waveguide array, wherein each optical waveguide constituting the Y-shaped optical branching waveguide group is a single mode optical waveguide, and the pitch conversion optical waveguide group The optical waveguide constituting the is a quasi-single mode optical waveguide that is slightly wider than the single mode optical waveguide, and
The minimum radius of curvature of the pseudo single mode optical waveguide in the pitch conversion optical waveguide group is set smaller than the minimum radius of curvature of the single mode optical waveguide that is compatible with the Y-type optical branching waveguide group. shall be.

更に、上記単一モード光導波路と上記疑似単一モード光
導波路との間にテーパ状の幅変換光導波路が設置される
ことが望ましい。
Furthermore, it is desirable that a tapered width conversion optical waveguide be installed between the single mode optical waveguide and the quasi-single mode optical waveguide.

〈作用〉 ピッチ変換光導波路群を構成する疑似単一モード導波路
は、単一モード導波路に比較し、基本モードに関して光
の閉じ込め効果が大きい。
<Operation> The pseudo-single mode waveguides constituting the pitch conversion optical waveguide group have a greater optical confinement effect regarding the fundamental mode than single mode waveguides.

このため、ピッチ変換光導波路群の曲線部分における放
射損失を抑えながら、曲率半径を小さくすることが出来
る。
Therefore, the radius of curvature can be reduced while suppressing radiation loss in the curved portion of the pitch conversion optical waveguide group.

しかしながら、疑似単一モード導波路中では複数のモー
ドが存在し得るので、曲線部分を伝搬する時に不要なモ
ードが励振される。その為、導波路断面における光の強
度分布が左右対象でないことが生じる。これを放置する
と、Y型分岐導波路における分配比のバラツキの原因と
なる。
However, since multiple modes may exist in a quasi-single mode waveguide, unwanted modes are excited when propagating through curved sections. Therefore, the intensity distribution of light in the cross section of the waveguide may not be symmetrical. If this is left unaddressed, it will cause variations in the distribution ratio in the Y-shaped branch waveguide.

そこで、このような場合には、幅の異なる単一モード導
波路と疑似単一モード導波路との間にテーパ状の幅変換
導波路を配置することにより、接続損失を抑制すること
ができる。
Therefore, in such a case, connection loss can be suppressed by arranging a tapered width conversion waveguide between a single mode waveguide and a quasi-single mode waveguide having different widths.

〈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。
<Examples> The present invention will be described in detail below with reference to examples shown in the drawings.

尚、以下の実施例では、光導波路としてシリコン基板上
に形成した石英系導波路を使用しているが、これは、石
英系光導波路が単一モード光ファイバとの結合性に優れ
、実用的な導波型光分岐素子を提供できるためであり、
本発明は、これに限るものではない。
In the examples below, a silica-based waveguide formed on a silicon substrate is used as an optical waveguide. This is because it is possible to provide a waveguide type optical branching element that is
The present invention is not limited to this.

第1図に本発明の第1の実施例を示す。本実施例は分岐
数を128とした場合の例である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This embodiment is an example in which the number of branches is 128.

即ち、シリコン基板!上には、入力導波路2、Y型分岐
導波路を上段に接続したY型分岐導波路群3、幅変換導
波路群4、ピッチ変換導波路群5及び複数の出力導波路
アレイ6が配置され順に連結されている。入力導波路2
、出力導波路アレイ6は、それぞれ入力光ファイバ、7
出力光フアイバ(図示省略)に接続している。入力導波
路2及びY型分岐導波路群3は石英系単一モード光導波
路により構成され、ピッチ変換導波路群5及び出力導波
路アレイ6はやや幅の広い石英系疑似単一モード光導波
路により構成されている。
In other words, a silicon substrate! Arranged above are an input waveguide 2, a Y-shaped branch waveguide group 3 with a Y-shaped branch waveguide connected to the upper stage, a width conversion waveguide group 4, a pitch conversion waveguide group 5, and a plurality of output waveguide arrays 6. are concatenated in order. Input waveguide 2
, output waveguide array 6 is connected to input optical fiber 7, respectively.
It is connected to an output optical fiber (not shown). The input waveguide 2 and the Y-type branching waveguide group 3 are composed of silica-based single-mode optical waveguides, and the pitch conversion waveguide group 5 and the output waveguide array 6 are composed of slightly wide silica-based pseudo-single-mode optical waveguides. It is configured.

Y型分岐導波路群3は、Y型分岐導波路7を7段に接続
したものであり(n=7)、第2図(alに示すように
配置されている。ここて、そのY型分岐導波路7は、そ
の分岐付近の拡大図を第2図(blに示すように、入力
側の単一モード導波路8、テーパ領域9及び2本の出力
側の単一モード導波路IOとから構成されている。
The Y-type branch waveguide group 3 is constructed by connecting Y-type branch waveguides 7 in seven stages (n=7), and is arranged as shown in FIG. 2 (al). The branch waveguide 7 has an input-side single-mode waveguide 8, a tapered region 9, and two output-side single-mode waveguides IO, as shown in FIG. 2 (bl), an enlarged view of the vicinity of the branch. It consists of

入力側単一モード導波路8は、その第2図(′b)中■
−■断面図を第3図に示すように、導波路が単一モード
条件を満たすように、コア13の大きさが決められてい
る。例えば、クララK 12の屈折率とコアI3の屈折
率の差が0.75%である石英系光導波路の場合には、
コア断面寸法は5μmX5μmである。この位置におい
て、光の強度分布は進行方向に対して左右対称であり、
テーパ領域9を通過後、光はその強度が二つの導波路1
0に三等分される。尚、第3図中、11はシリコン基板
である。
The single mode waveguide 8 on the input side is shown in Fig. 2 ('b).
The size of the core 13 is determined so that the waveguide satisfies the single mode condition, as shown in FIG. For example, in the case of a silica-based optical waveguide in which the difference between the refractive index of Clara K12 and the refractive index of Core I3 is 0.75%,
The core cross-sectional dimensions are 5 μm×5 μm. At this position, the light intensity distribution is symmetrical with respect to the traveling direction,
After passing through the tapered region 9, the light has an intensity equal to that of the two waveguides 1.
Divided into 0 thirds. In addition, in FIG. 3, 11 is a silicon substrate.

一方、出力側の単一モード導波路10も上記単一モード
導波路8と同様な構成となっている。
On the other hand, the single mode waveguide 10 on the output side also has the same configuration as the single mode waveguide 8 described above.

即ち、Y型分岐導波路7は、テーパ領域9を除いて、第
3図に示す断面構造の単一モード導波路で構成されてお
り、曲がり部の距離率半径は25wonに設定されてい
る。
That is, except for the tapered region 9, the Y-shaped branch waveguide 7 is composed of a single mode waveguide having the cross-sectional structure shown in FIG. 3, and the distance ratio radius of the bending portion is set to 25 won.

従って、7段のY型分岐導波路7を経た後の出力側の単
一モード光導波路10は128本のアレイ状に配列し、
そのピッチは25μmに設定されている。この25μm
の導波路ピッチは導波路間での結合を無視できる最小の
間隔である。
Therefore, the single mode optical waveguides 10 on the output side after passing through the seven stages of Y-shaped branch waveguides 7 are arranged in an array of 128 pieces.
The pitch is set to 25 μm. This 25 μm
The waveguide pitch is the minimum spacing at which coupling between waveguides can be ignored.

次に、ピッチ変換導波路群5では、その断面を第4図に
示すように導波路幅の広い疑似単一モード導波路が使用
されている。これは、ピッチ変換導波路群5における曲
率半径を小さくして、その専有面積を極力短くするため
である。
Next, in the pitch conversion waveguide group 5, a quasi-single mode waveguide with a wide waveguide width is used, the cross section of which is shown in FIG. This is to reduce the radius of curvature in the pitch conversion waveguide group 5 and to minimize its exclusive area.

この疑似単一モード導波路の幅は、前記Y型分岐導波路
7における単一モード導波路よりもやや広く設定されて
いる。例えば、クラッド15の屈折率とコア16の屈折
率の差が上記と同じ石英系光導波路の場合、コア断面寸
法は5μm×7μmである。尚、第4図中14はシリコ
ン基板である。
The width of this pseudo single mode waveguide is set to be slightly wider than the single mode waveguide in the Y-shaped branch waveguide 7. For example, in the case of a silica-based optical waveguide in which the difference between the refractive index of the cladding 15 and the refractive index of the core 16 is the same as above, the core cross-sectional dimensions are 5 μm×7 μm. Note that 14 in FIG. 4 is a silicon substrate.

ここで、ピッチ変換導波路群5の入力側間隔は25μm
であり、出力側では250μmである。ピッチ変換導波
路群5に用いられている曲線導波路の曲率半径は中央部
で大きく、周辺に向かうに従って小さくなり、周辺部で
の最小の曲率半径は5m+である。間隔が250μmに
広げられた導波路群は出力導波路アレイ6を通じて出力
ファイバアレイ(図示省略)に接続される。
Here, the interval on the input side of the pitch conversion waveguide group 5 is 25 μm.
and 250 μm on the output side. The radius of curvature of the curved waveguide used in the pitch conversion waveguide group 5 is large at the center and becomes smaller toward the periphery, and the minimum radius of curvature at the periphery is 5 m+. A group of waveguides whose spacing is increased to 250 μm is connected to an output fiber array (not shown) through an output waveguide array 6.

本実施例において、疑似単一モード導波路はコア厚みは
5μmに保ち、幅のみを5μmから7μmへと増大させ
ることにより設定している。この理由は、幅のみの制御
で単一モード条件と疑似単一モード条件とを切り換える
のがスターカプラの製造プロセス上容易であるからであ
る。即ち、コア部の製造工程において、幅の異なる導波
路パターンをフォトマスク上に製作しておけば、同一の
コア膜から単一モード導波路部と疑似単一モード導波路
部とを公知のフォトリソグラフィ反応イオンエツチング
を用いて所望のコア幅に切り出すことができるのである
。尚、製造プロセスが複雑になることを問題としなけれ
ば、コアの厚さや、コアとクラッド間の屈折率の差を変
えて単一モード導波路と疑似単一モード導波路の両方を
同一の基板上に製作しても良い。
In this example, the pseudo single mode waveguide is set by keeping the core thickness at 5 μm and increasing only the width from 5 μm to 7 μm. The reason for this is that it is easy to switch between the single mode condition and the pseudo-single mode condition by controlling only the width in the star coupler manufacturing process. That is, if waveguide patterns with different widths are fabricated on a photomask in the manufacturing process of the core part, a single mode waveguide part and a quasi-single mode waveguide part can be formed from the same core film using a known photomask. The desired core width can be cut using lithography and reactive ion etching. If the complexity of the manufacturing process is not a problem, it is possible to create both a single mode waveguide and a quasi-single mode waveguide on the same substrate by changing the core thickness and the difference in refractive index between the core and the cladding. It may be manufactured on top.

ここで、本発明に用いる疑似単一モード導波路のコア幅
は、単一モード導波路のコア幅に比べて1.2〜1.6
倍程度に設定するのが望ましい。
Here, the core width of the pseudo-single mode waveguide used in the present invention is 1.2 to 1.6 compared to the core width of the single mode waveguide.
It is desirable to set it to about twice that.

!、1倍程度以下であると小さな曲率半径に耐えられず
、逆に、1.7倍以上では、基本モード以外の高次モー
ドが発生し易くなり、やはり望ましくないからである。
! , if it is about 1 times or less, it cannot withstand a small radius of curvature, and conversely, if it is more than 1.7 times, higher modes other than the fundamental mode are likely to occur, which is also undesirable.

ここで肝要な点は、上述した単一モード導波路部と疑似
単一モード導波路部との結合部の形状である。この接続
部において、単一モード導波路と疑似単一モード導波路
は中心軸を一致させておくのが望ましい。しかも、この
接続部の前後の少なくとも200μm長程度の領域にお
いては、何れの導波路も直線形状を保ち、曲がりを与え
ないことが望ましい。これは接続部において、疑似単一
モード導波路の基本モードを優先的に励振し、ピッチ変
換導波路群の急激な曲率部において高次モードが放射さ
れ失われるのを防止するためである。
The important point here is the shape of the coupling portion between the single mode waveguide section and the quasi-single mode waveguide section described above. In this connection, it is desirable that the central axes of the single mode waveguide and the quasi-single mode waveguide coincide. Moreover, it is desirable that both waveguides maintain a straight shape and do not bend in a region of at least about 200 μm in length before and after the connecting portion. This is to preferentially excite the fundamental mode of the quasi-single-mode waveguide at the connection portion, and to prevent higher-order modes from being radiated and lost at the sharply curved portion of the pitch conversion waveguide group.

更に、望ましくは、この接続部の形状を緩やかなテーパ
状とし、接続部のコア形状不連続性による僅かな接続損
失の発生をも防止するためである。
Furthermore, it is desirable that the shape of this connecting portion be gently tapered to prevent even the slightest connection loss from occurring due to the discontinuity of the core shape of the connecting portion.

このため、本実施例では接続部をテーパ形状とするため
の幅変換導波路4をY型分岐導波路群3とピッチ変換導
波路群5との間に設けている。この幅変換導波路4は、
その断面形状を第5図に示すように、コア幅の変化に伴
う損失を避けるために幅を5μmから7μmへと広げる
の必要なテーパ部距離を300μmに設定したものであ
る。従って、コア19は300μmの距離の間において
緩やかに幅が5μmから7μmへと広がることになる。
For this reason, in this embodiment, a width conversion waveguide 4 is provided between the Y-shaped branch waveguide group 3 and the pitch conversion waveguide group 5 to make the connecting portion tapered. This width conversion waveguide 4 is
As shown in FIG. 5, the cross-sectional shape is such that the taper distance necessary to widen the width from 5 μm to 7 μm is set to 300 μm in order to avoid loss due to change in core width. Therefore, the width of the core 19 gradually increases from 5 μm to 7 μm over a distance of 300 μm.

尚、第5図中18はクラッド、19は基板である。In FIG. 5, 18 is a cladding, and 19 is a substrate.

上記構成を有する本実施例の128分岐スターカプラで
は、基板1の寸法が50IIf11×50wnであり、
安価な3インチのシリコンウェハ上に収納できる大きさ
である。入力導波路2から7段のY型分岐導波路7を経
て25μmの128分岐に別れるまでの横方向長さは約
33−であり、ピッチ変換導波路群5と出力導波路アレ
イ6の占める横方向長さは約15mmである。出力導波
路アレイ6の占める幅は約3211IInである。
In the 128-branch star coupler of this embodiment having the above configuration, the dimensions of the substrate 1 are 50IIf11×50wn,
It is large enough to be stored on an inexpensive 3-inch silicon wafer. The lateral length from the input waveguide 2 through the 7-stage Y-shaped branch waveguide 7 until it is divided into 128 branches of 25 μm is approximately 33-, and the lateral length occupied by the pitch conversion waveguide group 5 and the output waveguide array 6 is approximately 33-. The length in the direction is about 15 mm. The width occupied by the output waveguide array 6 is approximately 3211IIn.

本実施例の128分岐導波型スターカプラの性能は、光
通信分野で最も重要な1.3μm波長帯及び1.55μ
m波長帯において、以下に示すように良好であった。
The performance of the 128-branch waveguide star coupler of this example is in the 1.3μm wavelength band and the 1.55μm wavelength band, which is the most important in the optical communication field.
In the m wavelength band, the results were good as shown below.

分岐過剰損失  〜3dB(入出力光2アイバ接続損失
損を含む) 分配むら    ±1dB 比較のために、故意に、疑似単一モード導波路を併用せ
ず、全体を単一モードで形成したスターカプラを試作し
たところ(他の条件は上記と同様)、分岐過剰損失は8
〜1OdB程度と大きいことが確認された。特に、12
8の分岐のうち周辺部から取り出される光の減衰が著し
かった、これはピッチ変換導波路群で最小5Mにまで至
る曲率半径に耐えられず信号光が放射され損失してしま
うためである。逆に、すべてを疑似単一モード導波路で
構成したものを試作したところ、分岐過剰損失は〜4d
Bであったが、分配むらが±4と大きく、均等分配とは
いえなかった。
Excessive branching loss ~3 dB (including input/output optical 2-eyebar connection loss) Distribution unevenness ±1 dB For comparison, a star coupler was intentionally formed entirely in a single mode without using a quasi-single mode waveguide. When we prototyped (other conditions are the same as above), the excess branching loss was 8.
It was confirmed that it was as large as ~1 OdB. In particular, 12
Among the 8 branches, the attenuation of the light extracted from the peripheral part was significant. This is because the pitch conversion waveguide group cannot withstand the radius of curvature up to a minimum of 5M, and the signal light is radiated and lost. On the other hand, when we fabricated a prototype consisting entirely of quasi-single mode waveguides, the excess branching loss was ~4d.
Although it was B, the distribution unevenness was as large as ±4, and it could not be said that it was distributed evenly.

因みに、単一モード導波路のみにより低損失なピッチ変
換導波路群を構成するには、最小曲げ半径は20閣程度
以上に止めることが放射損失の発生を抑制する為の観点
から必要であり、この場合、基板長の増大を招〈従来の
問題点を解決することは出来なかった このように本実施例の構成により初めて、分配数128
の大規模且つ高性能な導波型光スターカプラを50mX
50+nm程度の基板上で実現することが可能になる。
Incidentally, in order to construct a low-loss pitch conversion waveguide group using only single mode waveguides, it is necessary to keep the minimum bending radius to about 20 degrees or more from the viewpoint of suppressing the occurrence of radiation loss. In this case, the length of the board would increase.
A large-scale and high-performance waveguide optical star coupler of 50mX
It becomes possible to realize this on a substrate of about 50+ nm.

本実施例では、出力導波路アレイ6は基板の一辺に配置
されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく
、基板の二辺以上にわたって出力導波路アレイを分割し
て配置し、更に分配数の一層の増大を図ることも可能で
ある。
In this embodiment, the output waveguide array 6 was arranged on one side of the substrate, but the present invention is not limited to this, but the output waveguide array 6 is divided and arranged over two or more sides of the substrate, Furthermore, it is also possible to further increase the number of distributions.

例えば、第6図に示す本発明の第2の実施例のように三
箇所に出力導波路アレイを配置しても良い。
For example, output waveguide arrays may be arranged at three locations as in the second embodiment of the present invention shown in FIG.

即ち、本実施例でも基本的な構成は、上述した実施例と
同様であるが、分配数を256に増大させるために、8
段のY型分岐導波路群を使用し、このY型分岐導波路群
を通過した25μmピッチの256本の単一モード光導
波路を、128本の中心群と、各64本の上下群に分け
、それぞれピッチ変換導波路群を経て基板の三辺の出力
導波路アレイ20.21に接続したものである。
That is, the basic configuration of this embodiment is the same as that of the above-mentioned embodiment, but in order to increase the number of distributions to 256, 8
The 256 single mode optical waveguides with a pitch of 25 μm that passed through the Y-shaped branch waveguide group were divided into a central group of 128 and upper and lower groups of 64 each. , respectively, are connected to output waveguide arrays 20 and 21 on three sides of the substrate via a group of pitch conversion waveguides.

本実施例においては、ピッチ変換導波路群を除いて出力
導波路アレイも単一モード導波路設計とし、テーバ状の
幅変換導波路を、ピッチ変換導波路群の入口と出口の双
方に設けている。
In this example, except for the pitch conversion waveguide group, the output waveguide array is also designed as a single mode waveguide, and tapered width conversion waveguides are provided at both the entrance and exit of the pitch conversion waveguide group. There is.

出口側にも設けることで、出力光ファイバアレイとの光
軸合わせ誤差によるモード変換の発生を抑制し、光軸ず
れに起因する接続損失のむらを一層抑制することができ
る。
By providing it also on the exit side, it is possible to suppress the occurrence of mode conversion due to an error in optical axis alignment with the output optical fiber array, and further suppress unevenness in connection loss due to optical axis misalignment.

本実施例の256分岐導波型スターカプラの波長13μ
m帯及び1.55μm帯で、以下に示す良好な性能を示
した。
The wavelength of the 256 branch waveguide star coupler of this example is 13μ
The following good performance was shown in the m band and 1.55 μm band.

分岐過剰損失  〜3.5dB(入出力光ファイバ接続
損を含む) 分配むら    ±1 dB 以上二つの石英系光導波路を基本とした実施例において
は、ピッチ変換導波路群における最小曲率半径を5Mを
採用したが、この半径を更に小さく例えば4闘に設定し
たい場合には、ピッチ変換導波路群における曲率の向き
が異なる二つの曲線導波路の接続部において、導波路の
中心軸をずらして曲がり損失の増加を抑制することもで
きる。
Excessive branching loss ~3.5 dB (including input/output optical fiber connection loss) Distribution unevenness ±1 dB In the example based on two silica-based optical waveguides, the minimum radius of curvature in the pitch conversion waveguide group is set to 5M. However, if you want to set this radius even smaller, for example, to 4, you can reduce the bending loss by shifting the center axis of the waveguide at the connection part of two curved waveguides with different directions of curvature in the pitch conversion waveguide group. It is also possible to suppress the increase in

第7図は、本発明で使用できる上記軸ずれ形状の一例で
ある。二つの曲線導波路22の曲率が反転する接続部2
3において導波路に0.2μm程度の軸ずれを与えてい
る。この軸ずれは、急激な曲がり導波路部においては光
電界は、導波路の幾何学的な中心軸よりも外周側に偏っ
て伝搬していることを考慮して、曲率の向きが反転する
接続部において、光電界の実質的な中心軸を一致させる
ように、見かけ上の幾何学的な中心軸をずらすものであ
る。
FIG. 7 is an example of the above-mentioned axis misalignment shape that can be used in the present invention. Connection part 2 where the curvatures of two curved waveguides 22 are reversed
3, an axis shift of about 0.2 μm is given to the waveguide. This axis misalignment is based on the fact that in a sharply curved waveguide, the optical electric field propagates more toward the outer periphery than the geometric center axis of the waveguide. In this case, the apparent geometrical central axes are shifted so that the substantial central axes of the optical electric field coincide with each other.

上記実施例では、コアとクラッドの比屈折率差は0.7
5%であったが、本発明はこれに限るものでない。比屈
折率を、より大きく設定した場合には、上記実施例にお
ける曲率半径設定値を相対的に大きくして、基板を大き
くすれば良い。
In the above example, the relative refractive index difference between the core and the cladding is 0.7
Although it was 5%, the present invention is not limited to this. When the relative refractive index is set larger, the radius of curvature set value in the above embodiments may be relatively increased to increase the size of the substrate.

逆に、比屈折率をより大きく設定した場合には、曲率半
径は相対的に小さく設定して基板を小さくすればよい。
Conversely, when the relative refractive index is set larger, the radius of curvature may be set relatively smaller to make the substrate smaller.

また、上記実施例では、出力導波路アレイと出力光ファ
イバアレイとの接続は、いわゆる突き合わせ法(バッテ
ィング法)により実施したが、出力導波路アレイ端部近
傍のシリコン基板上にファイバガイド溝を予め形成して
おき多数本の光ファイバとの接続作業を効率化すること
ができる。
Furthermore, in the above embodiment, the output waveguide array and the output optical fiber array were connected by the so-called butting method. It is possible to make the connection work with a large number of optical fibers more efficient.

〈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
明の導波型光スターカプラは、単一モード導波路と疑似
単一モード導波路とを巧みに組み合わせることにより、
素子の小型化、集積化を実現すると同時に分岐比のバラ
ツキを抑制できたので、限られた基板面積に大規模な導
波型光スターカプラを製作することが可能である。この
為、従来のファイバ型では困難であった分岐数の拡大を
可能にし、大規模通信システムの構築に大いに役立つも
のである。尚、上記実施例では、128分岐と256分
岐について説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のではなく64分岐や更に大規模なスターカプラの構成
にも適用できるものである。
<Effects of the Invention> As specifically explained above based on the embodiments, the waveguide type optical star coupler of the present invention is achieved by skillfully combining a single mode waveguide and a quasi-single mode waveguide. ,
Since we were able to reduce the size and integration of the device and at the same time suppress variations in the branching ratio, it is possible to manufacture a large-scale waveguide optical star coupler on a limited substrate area. Therefore, it is possible to increase the number of branches, which was difficult with conventional fiber type, and it is very useful for building large-scale communication systems. In the above embodiments, 128 branches and 256 branches have been described, but the present invention is not limited to these, but can also be applied to 64 branches or a larger scale star coupler configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例にかかる128分岐導波
型光スターカプラの平面構成説明図、第2図(a) (
b)はそれぞれ本発明で使用されるY型分岐導波路群の
全体配置図、分岐部分の拡大図、第3図は本発明で使用
される単一モード導波路の断面図、第4図は本発明で使
用される疑似単一モード導波路の断面図、第5図は本発
明で使用されるテーパ状の幅変換導波路の奢移図、第6
図は本発明の第2の実施例にかかる256分岐導波型ス
ターカプラの平面構成説明図、第7図は本発明で使用さ
れるピッチ変換導波路群の曲がり導波路部の軸ずれ形状
説明図、第8図は従来の8分岐導波型スターカプラの構
成図である。 図面中、 1は導波路基板、 2.25は入力導波路、 3.26はY型分岐導波路群、 4は幅変換導波路、 5.27はピッチ変換導波路群、 6.28は出力導波路アレイ、 7はY型分岐導波路、 8は入力側単一モード導波路、 9はテーパ領域、 10は出力側単一モード導波路、 11.14.17はシリコン基板、 12.15.18はクラッド、 +3.16.19はコア、 20.21は出力導波路アレイ、 22は曲線導波路、 23は曲率反転接続部、 24は導波路基板、 29は入力ファイバ 30は出力ファイバアレイでアル。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the planar configuration of a 128-branch waveguide type optical star coupler according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) (
b) is an overall layout diagram of the Y-shaped branch waveguide group used in the present invention, an enlarged view of the branch part, FIG. 3 is a cross-sectional view of the single mode waveguide used in the present invention, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the pseudo single mode waveguide used in the present invention, and FIG. 6 is a transition diagram of the tapered width conversion waveguide used in the present invention.
The figure is an explanatory diagram of the planar configuration of a 256-branch waveguide type star coupler according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the axis-shifted shape of the curved waveguide section of the pitch conversion waveguide group used in the present invention. 8 are configuration diagrams of a conventional eight-branch waveguide type star coupler. In the drawing, 1 is a waveguide substrate, 2.25 is an input waveguide, 3.26 is a Y-shaped branch waveguide group, 4 is a width conversion waveguide, 5.27 is a pitch conversion waveguide group, and 6.28 is an output. Waveguide array, 7 is a Y-shaped branch waveguide, 8 is an input side single mode waveguide, 9 is a tapered region, 10 is an output side single mode waveguide, 11.14.17 is a silicon substrate, 12.15. 18 is the cladding, +3, 16, 19 is the core, 20.21 is the output waveguide array, 22 is the curved waveguide, 23 is the curvature inversion connection, 24 is the waveguide substrate, 29 is the input fiber 30 is the output fiber array Al.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板と、該基板上に配置され順次連結された入力
光導波路、少なくとも一段以上のY型光分岐導波路群、
ピッチ変換光導波路群及び出力光導波路アレイからなる
導波型光スターカプラであって、前記Y型光分岐導波路
群を構成する各光導波路が単一モード光導波路であり、
前記ピッチ変換光導波路群を構成する光導波路が前記単
一モード光導波路よりもやや幅の広い疑似単一モード光
導波路であり、しかも、前記ピッチ変換光導波路群にお
ける前記疑似単一モード光導波路の最小曲率半径が、前
記Y型光分岐導波路群における前記単一モード光導波路
の最小曲率半径よりも小さく設定されることを特徴とす
る導波型光スターカプラ。
(1) A substrate, input optical waveguides disposed on the substrate and sequentially connected, and a group of at least one stage of Y-shaped optical branching waveguides;
A waveguide optical star coupler comprising a pitch conversion optical waveguide group and an output optical waveguide array, wherein each optical waveguide constituting the Y-type optical branching waveguide group is a single mode optical waveguide,
The optical waveguides constituting the pitch-converted optical waveguide group are pseudo-single-mode optical waveguides that are slightly wider than the single-mode optical waveguide, and the width of the pseudo-single-mode optical waveguide in the pitch-converted optical waveguide group is A waveguide type optical star coupler, wherein a minimum radius of curvature is set smaller than a minimum radius of curvature of the single mode optical waveguide in the Y-type optical branching waveguide group.
(2)上記単一モード光導波路と上記疑似単一モード光
導波路との間にテーパ状の幅変換光導波路が設置されて
いることを特徴とする請求項(1)記載の導波型光スタ
ーカプラ。
(2) A waveguide type optical star according to claim (1), characterized in that a tapered width conversion optical waveguide is installed between the single mode optical waveguide and the pseudo single mode optical waveguide. coupler.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0961648A (en) * 1995-08-29 1997-03-07 Hitachi Cable Ltd Nxm splitter waveguide element
JP2005070193A (en) * 2003-08-21 2005-03-17 Fuji Xerox Co Ltd Pitch conversion waveguide array
US7106929B2 (en) 2002-02-22 2006-09-12 Nec Corporation Waveguide device
JP2008008970A (en) * 2006-06-27 2008-01-17 Mitsumi Electric Co Ltd Optical waveguide device
WO2010082673A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 日本碍子株式会社 Branched optical waveguide, optical waveguide substrate and optical modulator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0961648A (en) * 1995-08-29 1997-03-07 Hitachi Cable Ltd Nxm splitter waveguide element
US7106929B2 (en) 2002-02-22 2006-09-12 Nec Corporation Waveguide device
JP2005070193A (en) * 2003-08-21 2005-03-17 Fuji Xerox Co Ltd Pitch conversion waveguide array
JP2008008970A (en) * 2006-06-27 2008-01-17 Mitsumi Electric Co Ltd Optical waveguide device
WO2010082673A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 日本碍子株式会社 Branched optical waveguide, optical waveguide substrate and optical modulator
JPWO2010082673A1 (en) * 2009-01-16 2012-07-12 日本碍子株式会社 Branched optical waveguide, optical waveguide substrate, and optical modulator

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