JPH04319905A

JPH04319905A - 光合分岐器

Info

Publication number: JPH04319905A
Application number: JP8828691A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shibata; 泰夫柴田; Masahiro Ikeda; 正宏池田; Satoru Oku; 哲奥
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-11-10

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、小型で、集積化が可能
な光合分岐器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光回路の小型化、高集積化を行うために
はコンパクトな光合分岐器が必要である。

【０００３】ここで、従来の小型の光合分岐器の一例を
図５を参照しながら説明する。同図中、１は分岐される
信号光又は合波された信号光が伝搬する第一の信号光導
波路、２はこの第一の信号光導波路と直線状に結合した
第二の信号光導波路、３はこの第二の信号光導波路との
なす角が４５度であり且つ第一の信号光導波路と結合し
た第三の信号光導波路である。これら信号光導波路１，
２の境界部の信号光導波路３の結合側の反対側には、溝
４の形成により製作された全反対ミラー５が設けられて
いる。この全反射ミラー５は第一の信号光導波路３の一
部（図では左半分）と交差するように形成されており、
該全反射ミラー５の法線と第一の信号光導波路３を伝搬
する信号光の光軸とのなす角は２２．５度に設定されて
いる。そして、この全反射ミラー５の反射光が第二の信
号光導波路３へ結合するようになっている。

【０００４】図５に示す光合分岐器では、信号光導波路
１から入射した信号光は、全反射ミラー５まで導波され
ると、図中右半分が直進する。ここで、半導体と空気と
の界面における全反射臨界角は１８度であり、信号光は
入射角２２．５度で全反射ミラー５へ入射するので、該
信号光は全反射される。したがって、信号光導波路１に
入射した信号光の図中右側半分のパワーは直進して信号
光導波路２に、また、図中左半分のパワーは全反射ミラ
ー５により全反射されて第三の信号光導波路３にそれぞ
れ結合する。なお、光合波の場合は、光が逆行するだけ
で同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の光合分
岐器は、小型化は可能であるが次のような欠点を有する
。（１）　　全反射ミラー５近傍の導波路幅が狭くなるの
で、製作が難しい。（２）　　分岐部を通過した信号光が導波路の固有モー
ドと結合する際にモード変換が生じてしまい、損失が大
きい。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑み、製作が容
易で低損失な光合分岐器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る光合分岐器は、光の全反射を利用して入射信号
光の伝搬方向を変えることにより信号光を合分岐する導
波路型の光合分岐器において、分岐される信号光若しく
は合波された信号光が伝搬する第一の導波路と、この第
一の導波路に連通してその導波路幅を徐々に広げること
により形成されたモード変換領域と、このモード変換領
域の一部に交差するように設けられると共に該モード変
換領域からの信号光の入射角が全反射臨界角以上となる
全反射鏡と、この全反射鏡が交差しないモード変換領域
の残部から直進した信号光が結合する第二の導波路と、
この第二の導波路とは伝搬方向が異なり上記全反射鏡に
より反射された信号光が結合する第三の導波路とを有す
ることを特徴とし、また、上記構成において、さらに、
第二の導波路の少なくとも一部に交差するように設けら
れると共に第一の導波路から第二の導波路へ結合した信
号光の入射角が全反射臨界角以上となる他の全反射鏡と
、この他の全反射鏡で反射された信号光が結合する第四
の導波路とを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】前記第一の構成において、第一の導波路から入
射した信号光は、モード変換領域で徐々にモード変換さ
れた後、その一部は全反射鏡で全反射されると共に残部
は直進する。そして、直進した信号光は第二の導波路へ
結合され、また、全反射鏡で全反射された信号光は第三
の導波路へ結合される。また、第二の構成においては、
第二の導波路へ結合した信号光のうち少なくとも一部は
他の全反射鏡に入射し、全反射されて第四の導波路へ結
合する。このとき、他の全反射鏡に入射しない残部があ
ればそのまま直進し、この場合には３分岐となる。なお
、以上は光分岐器としての作用を説明したが、光を逆行
させれば当然、光合波器として作用する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１には一実施例に係る光合分岐器を示し
、図２（ａ），（ｂ）にはそのＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ
線断面を示す。図１において、１１は第一の入出力導波
路、１２は第一の入出力導波路１１に連通するモード変
換領域、１３，１４はモード変換領域から分岐する第二
及び第三の入出力導波路である。ここで、第一，第二及
び第三の入出力導波路１１，１３，１４は、同一断面形
状を有するシングルモード信号光導波路であり、図２に
示すように、厚さ約０．３　μｍのＩｎ０．７２Ｇａ０
．２　Ａｓ０．５９Ｐ０．４１からなるコア１５及びこ
れを囲むＩｎＰからなるクラッド１６，１７により構成
されている。なお、これら導波路幅は約２μｍである。一方、モード変換領域１２は、第一の入出力導波路１１
側から第二及び第三の入出力導波路１３，１４側へかけ
て導波路幅が２μｍから４μｍへ、広がり角約１度で変
化する以外は、入出力導波路１１，１３，１４と同様な
構成を有する。

【００１１】第二の入出力導波路１３は、モード変換領
域１２の幅広の先端側の図１中右半分に直線状に連通す
るように設けられており、その光軸の中心は入出力導波
路１１の光軸の中心から図中右側へ１μｍずれている。また、第三の入出力導波路１４はモード変換領域１２及
び第二の入出力導波路１３の境界部から分岐して第二の
入出力導波路１３に対して図中右側へ４５度傾斜するよ
うに設けられている。一方、モード変換領域１２の幅広
の先端側の第３の入出力導波路１４の分岐方向とは反対
側（図１中左側）には、モード変換領域１２の図１中左
半分と交差する全反射ミラー１８が設けられている。こ
の全反射ミラー１８は図２に示すように、ドライエッチ
ングにより導波路側壁にコア１５より深い溝１９を形成
することにより製作されたものである。この全反射ミラ
ー１８は、モード変換領域１２の先端に向って外側から
内側へ反射するように設けられており、その傾斜角は、
モード変換領域１２の図１中左半分を伝搬する信号光を
反射して第三の入出力導波路１４へ結合するように設定
されている。すなわち、この場合、全反射ミラー１８の
法線とモード変換領域１２からの信号光の光軸とのなす
角は２２．５度に設定されている。なお、この角度は全
反射臨界角より大きく、全反射の条件を満たしている。さらに、第三の入出力導波路１４から全反射ミラー１８
を介して光路を変換された光軸の中心は、第一の入出力
導波路１１の光軸の中心に対して図中左側へ１μｍずれ
ており、全反射ミラー１８の中心に一致するように設定
されている。

【００１２】以上説明した構成の光合分岐器では、第一
の入出力導波路１１から入射した信号光はモード変換領
域１２で徐々にモード変換され、導波路の図１中右半分
のパワーは直進して第二の入出力導波路１３に、また、
図１中左半分のパワーは全反射ミラー１８で全反射され
て第三の入出力導波路１４に、それぞれ結合する。すな
わち、第一の入出力導波路１１からの信号光は第二及び
第三の入出力導波路１３，１４に分岐される。そして、
この際急激なモード変換が生じないので、原理的にはモ
ード変換ロスが発生しない。また、光を合波する場合も
同様であり、第二及び第三の入出力導波路１３，１４か
ら入力された信号光は、モードロスが生じない状態で第
一の入出力導波路へ合波される。

【００１３】上述した実施例の光合分岐器は、最小導波
路幅が２μｍであり、通常のリソグラフィーにより容易
に製作できる。また、分岐の方向、分岐比なども自由に
設定できるのは勿論である。

【００１４】上記実施例の光合分岐器に、波長１．５５
μｍの信号光を第一の入出力導波路１１から入力したと
ころ、第二及び第三の入出力導波路１３，１４から信号
光を取り出すことができた。また、逆に、第二及び第三
の入出力導波路１３，１４から信号光を入射したところ
、第一の導波路１１から合波した信号光を取り出すこと
ができた。なお、これらの分岐及び合波において、モー
ド変換による過剰損失は１ｄＢ以下となり、低損失な光
合分岐器であることが確認できた。

【００１５】図３及び図４には他の実施例に係る光合分
岐器を示す。この光合分岐は、分岐の方向が上記実施例
と異なるだけで基本的には同様であるので、同一作用を
示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する
。

【００１６】図３に示すように、本実施例の光合分岐器
は、上記実施例で第二の入出力導波路１３に分岐された
信号光を第三の入出力導波路１４とは逆方向に傾斜する
第四の入出力導波路２０へ導くものであり、第二の入出
力導波路１３に交差する全反射ミラー２１が設けられて
いる。この全反射ミラー２１は全反射ミラー１８と同様
に、図４に示すようなコア１５より深い溝２２を形成す
ることにより製作されたものである。そして、第二及び
第四の入主力導波路１３，２０の光軸の中心は、全反射
ミラー２１の中心に一致するようになっており、一方か
らの光を他方へ結合されるように構成されている。なお
、全反射ミラー２１の傾斜は、全反射臨界角以上となる
ように設定されているのは言うまでもない。

【００１７】このような光合分岐器では、第一の入出力
導波路１１から入力された信号光はモード変換領域１２
で徐々にモード変換され、導波路の図３中右半分のパワ
ーは第二の入出力導波路１３を介して全反射ミラー２０
で全反射されて第四の入出力導波路に結合し、また、左
半分のパワーは全反射ミラー１８で全反射されて第三の
入出力導波路１４に結合する。この際にモード変換ロス
が生じないのは、上記実施例と同様である。また、光合
波の光が逆行する以外は同様であり、モード変換ロスが
生じない状態で合波される。

【００１８】図３に示す構造では、全反射ミラー２１を
第二の入出力導波路１３の全体に交差するように設けた
が、その一部、例えば半分のみに交差するように設ける
と共に交差しない半分には直線状に延びる他の導波路を
結合されるようにすれば、３分岐が可能となる。また、
図３に示す全反射ミラー２１の傾斜方向を反対にしても
、ロスのない光合分岐器が構成できる。

【００１９】以上説明した実施例ではシングルモード導
波路を用いた例を示したが、同様な構造をマルチモード
導波路に導入されても同様な効果が得られることは言う
までもない。また、導波路構造は特に限定されず、例え
ば埋め込み型等種々の導波路構造に本発明を適用できる
。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光合分岐
器は、モード変換領域と光導波路の側壁に形成した全反
射ミラーとにより構成したため、全反射ミラー近傍の導
波路幅が狭くならずに製作が容易であり、また、モード
変換が徐々におこり、モード変換ロスが低減できるとい
う効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る光合分岐器の説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】他の実施例に係る光合分岐器の説明図である。

【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図である。

【図５】従来の光合分岐器の構成図である。

【符号の説明】

１１　　第一の入出力導波路１２　　モード変換領域１３　　第二の入出力導波路１４　　第三の入出力導波路１５　　コア１６，１７　　クラッド１８，２１　　全反射ミラー１９，２２　　溝２０　　第四の入出力導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　光の全反射を利用して入射信号光の伝
搬方向を変えることにより信号光を合分岐する導波路型
の光合分岐器において、分岐される信号光若しくは合波
された信号光が伝搬する第一の導波路と、この第一の導
波路に連通してその導波路幅を徐々に広げることにより
形成されたモード変換領域と、このモード変換領域の一
部に交差するように設けられると共に該モード変換領域
からの信号光の入射角が全反射臨界角以上となる全反射
鏡と、この全反射鏡が交差しないモード変換領域の残部
から直進した信号光が結合する第二の導波路と、この第
二の導波路とは伝搬方向が異なり上記全反射鏡により反
射された信号光が結合する第三の導波路とを有すること
を特徴とする光合分岐器。
【請求項２】　　請求項１において、第一の導波路、第
二の導波路及び第三の導波路が、基本モードのみが導波
可能な導波路で構成されていることを特徴とする光合分
岐器。
【請求項３】　　請求項１において、さらに、第二の導
波路の少なくとも一部に交差するように設けられると共
に第一の導波路から第二の導波路へ結合した信号光の入
射角が全反射臨界角以上となる他の全反射鏡と、この他
の全反射鏡で反射された信号光が結合する第四の導波路
とを有することを特徴とする光合分岐器。
【請求項４】　　請求項３において、各導波路が基本モ
ードのみが導波可能な導波路で構成されていることを特
徴とする光合分岐器。