JPH04346301A - 光合分岐器 - Google Patents
光合分岐器Info
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- JPH04346301A JPH04346301A JP12005091A JP12005091A JPH04346301A JP H04346301 A JPH04346301 A JP H04346301A JP 12005091 A JP12005091 A JP 12005091A JP 12005091 A JP12005091 A JP 12005091A JP H04346301 A JPH04346301 A JP H04346301A
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小型、集積化可能な光
合分岐器に関する。
合分岐器に関する。
【0002】
【従来の技術】光回路の小型化、高集積化を行なうため
にはコンパクトな光合分岐器が必要である。従来、小型
の光合分岐器としては図4に示す構成のものが知られて
いる。図4において、1は上下・左右の2方向の光閉じ
こめ構造を有する信号光導波路、2は上下方向のみの閉
じこめ構造を有する信号光導波路(2次元伝搬領域)、
3a−3gは上下・左右2方向の閉じこめ構造を有する
分岐導波路を示す。また、図5は図4におけるE−E線
断面図であり、4はAl0.6Ga0.4As クラッ
ド層、5はAl0.2Ga0.8As コア、6はGa
As基板である。なお、図4のF−F線及びG−G線断
面も導波路幅が異なることを除けば図5に示したものと
同様である。
にはコンパクトな光合分岐器が必要である。従来、小型
の光合分岐器としては図4に示す構成のものが知られて
いる。図4において、1は上下・左右の2方向の光閉じ
こめ構造を有する信号光導波路、2は上下方向のみの閉
じこめ構造を有する信号光導波路(2次元伝搬領域)、
3a−3gは上下・左右2方向の閉じこめ構造を有する
分岐導波路を示す。また、図5は図4におけるE−E線
断面図であり、4はAl0.6Ga0.4As クラッ
ド層、5はAl0.2Ga0.8As コア、6はGa
As基板である。なお、図4のF−F線及びG−G線断
面も導波路幅が異なることを除けば図5に示したものと
同様である。
【0003】ここでこの光合分岐器の動作原理について
説明する。導波路1から2次元伝搬領域2に入射した信
号光は、左右方向の光閉じこめ構造が存在しないため横
方向電界分布はガウスビームとなって広がりながら伝搬
する。このときのビームの広がり角θはθ= tan−
1(λ/πω0 ) で与えられる。ここでλは導波路中での信号光波長、ω
0 は導波路1と2次元伝搬領域2との界面におけるビ
ームウェストの半径である。いまω0 =1μm、λ=
0.4μmとすると、θは約7.3度となる。したがっ
て、空間伝搬領域の長さが1(μm)とすると空間伝搬
領域の終端におけるビーム直径は21・tan θ=0
.2561(μm)となり、この範囲にある出力導波路
には信号光が分岐して行くことになる。もし出力導波路
3の導波路間隔をdμm、導波路本数をn本とすると、
必要な2次元伝搬領域の長さlは、 l=d×n/2/tan θ=3.9nd (μm)
で与えられる。n=7本、d=200μmの場合、1=
5.5mm必要となる。また、このときの光合分岐回路
の幅は約1.5mmである。さらに、n=10本の場合
の2次元伝搬領域の長さlは7.8mmとなる。
説明する。導波路1から2次元伝搬領域2に入射した信
号光は、左右方向の光閉じこめ構造が存在しないため横
方向電界分布はガウスビームとなって広がりながら伝搬
する。このときのビームの広がり角θはθ= tan−
1(λ/πω0 ) で与えられる。ここでλは導波路中での信号光波長、ω
0 は導波路1と2次元伝搬領域2との界面におけるビ
ームウェストの半径である。いまω0 =1μm、λ=
0.4μmとすると、θは約7.3度となる。したがっ
て、空間伝搬領域の長さが1(μm)とすると空間伝搬
領域の終端におけるビーム直径は21・tan θ=0
.2561(μm)となり、この範囲にある出力導波路
には信号光が分岐して行くことになる。もし出力導波路
3の導波路間隔をdμm、導波路本数をn本とすると、
必要な2次元伝搬領域の長さlは、 l=d×n/2/tan θ=3.9nd (μm)
で与えられる。n=7本、d=200μmの場合、1=
5.5mm必要となる。また、このときの光合分岐回路
の幅は約1.5mmである。さらに、n=10本の場合
の2次元伝搬領域の長さlは7.8mmとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光合分岐器
とファイバとの接続を行うためには出力導波路間隔を2
00μm程度に広げなければならないが、前述したよう
な構成の光合分岐器では空間伝搬領域の終端におけるビ
ーム直径を大きくするために素子長を増大しなければな
らないという問題がある。また、分岐数が増大すると、
素子長も大幅に増大してしまうという問題もある。
とファイバとの接続を行うためには出力導波路間隔を2
00μm程度に広げなければならないが、前述したよう
な構成の光合分岐器では空間伝搬領域の終端におけるビ
ーム直径を大きくするために素子長を増大しなければな
らないという問題がある。また、分岐数が増大すると、
素子長も大幅に増大してしまうという問題もある。
【0005】本発明はこのよう事情に鑑み、製作が容易
で、小型,低損失な光合分岐器を提供することを目的と
する。
で、小型,低損失な光合分岐器を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の光合分岐器は、上下・左右の2方向の光閉じこめ構
造を有する第1の光導波路と、この第1の光導波路に結
合し左右方向の光閉じこめ構造を有しない第2の光導波
路と、この第2の光導波路に結合し上下・左右方向の光
閉じこめ構造を有する複数の光導波路とからなる一入力
多出力若しくは多入力一出力タイプの光合分岐器におい
て、上記第2の光導波路に、上下・左右の2方向の光閉
じこめ構造を有すると共に幅広の多モード導波領域を接
続し、且つ該多モード導波領域の側壁に該多モード導波
領域の幅方向の一部と交差する全反射ミラーを導波方向
に亘って複数個形成すると共に該全反射ミラーでの反射
により分岐した光パワーの一部を伝搬する複数の分岐導
波路を設けたことを特徴とする。
明の光合分岐器は、上下・左右の2方向の光閉じこめ構
造を有する第1の光導波路と、この第1の光導波路に結
合し左右方向の光閉じこめ構造を有しない第2の光導波
路と、この第2の光導波路に結合し上下・左右方向の光
閉じこめ構造を有する複数の光導波路とからなる一入力
多出力若しくは多入力一出力タイプの光合分岐器におい
て、上記第2の光導波路に、上下・左右の2方向の光閉
じこめ構造を有すると共に幅広の多モード導波領域を接
続し、且つ該多モード導波領域の側壁に該多モード導波
領域の幅方向の一部と交差する全反射ミラーを導波方向
に亘って複数個形成すると共に該全反射ミラーでの反射
により分岐した光パワーの一部を伝搬する複数の分岐導
波路を設けたことを特徴とする。
【0007】
【作用】前記構成の光合分岐器では、例えば第1の光導
波路から入力された光は第2の光導波路を左右方向に広
がりながら伝搬して多モード導波領域に入る。多モード
導波領域を伝搬する光はこの側壁に導波方向に亘って複
数設けられている全反射ミラーで反射され、複数の分岐
導波路に分岐される。また、光合波の場合も光の伝搬が
逆なだけで同様である。したがって、かかる光合分岐器
では分岐導波路間の距離、及び分岐数は多モード導波領
域の長さを大きくすることにより対応できる。
波路から入力された光は第2の光導波路を左右方向に広
がりながら伝搬して多モード導波領域に入る。多モード
導波領域を伝搬する光はこの側壁に導波方向に亘って複
数設けられている全反射ミラーで反射され、複数の分岐
導波路に分岐される。また、光合波の場合も光の伝搬が
逆なだけで同様である。したがって、かかる光合分岐器
では分岐導波路間の距離、及び分岐数は多モード導波領
域の長さを大きくすることにより対応できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0009】図1には一実施例に係る光合分岐器の構成
を示す。同図に示すように、光合分岐器10は1×7の
合分岐回路であり、11は上下・左右の2方向の光閉じ
込め構造を有する光導波路、12は上下方向のみの閉じ
こめ構造を有する信号導波路(2次元伝搬領域)、13
は上下・左右方向の2方向の光閉じこめ構造を有する導
波路幅の広い多モード導波領域である。ここで、光導波
路11の構造は、A−A線断面を示す図2に示すように
、Al0.6Ga0.4Asクラッド層14、Al0.
2Ga0.8As コア15及びGaAs基板16から
なる。
を示す。同図に示すように、光合分岐器10は1×7の
合分岐回路であり、11は上下・左右の2方向の光閉じ
込め構造を有する光導波路、12は上下方向のみの閉じ
こめ構造を有する信号導波路(2次元伝搬領域)、13
は上下・左右方向の2方向の光閉じこめ構造を有する導
波路幅の広い多モード導波領域である。ここで、光導波
路11の構造は、A−A線断面を示す図2に示すように
、Al0.6Ga0.4Asクラッド層14、Al0.
2Ga0.8As コア15及びGaAs基板16から
なる。
【0010】信号導波路12の途中には全反射ミラー1
7が設けられており、その伝搬方向を90度変えている
。すなわち全反射ミラー17の法線と信号導波路12の
光の伝搬方向とのなす角度は45度となっている。かか
る信号導波領域12の一端の幅方向中央に光導波路11
が結合しており、この光導波路11から信号導波領域1
2に入った光は徐々に左右方向に広がりながら伝搬され
、該信号導波領域12の他端では伝搬光が幅いっぱいま
で広がるようになっている。そして、信号導波領域12
の他端には幅が同一の多モード導波領域13が結合して
おり、伝搬光はそのまま伝搬する。
7が設けられており、その伝搬方向を90度変えている
。すなわち全反射ミラー17の法線と信号導波路12の
光の伝搬方向とのなす角度は45度となっている。かか
る信号導波領域12の一端の幅方向中央に光導波路11
が結合しており、この光導波路11から信号導波領域1
2に入った光は徐々に左右方向に広がりながら伝搬され
、該信号導波領域12の他端では伝搬光が幅いっぱいま
で広がるようになっている。そして、信号導波領域12
の他端には幅が同一の多モード導波領域13が結合して
おり、伝搬光はそのまま伝搬する。
【0011】多モード導波領域13の一方側の側壁には
それぞれ多モード導波領域13の幅方向の一部と交差す
る複数(7つ)の全反射ミラー18a〜18gが該多モ
ード導波領域13の導波方向に亘って形成されている。 また、多モード導波領域13の他方側の側壁の各全反射
ミラー18a〜18gと対応する位置には、上下・左右
方向の2方向の閉じこめ構造を有する分岐導波路19a
〜19gが結合している。ここで、全反射ミラー18a
〜18gの法線と多モード導波領域13とのなす角は4
5度であり、多モード導波領域13を伝搬する信号光の
うち各全反射ミラー18a〜18gに対応する部分はそ
れぞれ全反射されてその伝搬方向が90度変化し、他方
側の側壁に設けられた分岐導波路19a〜19gに結合
するようになっている。
それぞれ多モード導波領域13の幅方向の一部と交差す
る複数(7つ)の全反射ミラー18a〜18gが該多モ
ード導波領域13の導波方向に亘って形成されている。 また、多モード導波領域13の他方側の側壁の各全反射
ミラー18a〜18gと対応する位置には、上下・左右
方向の2方向の閉じこめ構造を有する分岐導波路19a
〜19gが結合している。ここで、全反射ミラー18a
〜18gの法線と多モード導波領域13とのなす角は4
5度であり、多モード導波領域13を伝搬する信号光の
うち各全反射ミラー18a〜18gに対応する部分はそ
れぞれ全反射されてその伝搬方向が90度変化し、他方
側の側壁に設けられた分岐導波路19a〜19gに結合
するようになっている。
【0012】全反射ミラー18a〜18gはB−B線断
面を表す図3に示すように、導波路の側壁をコア15よ
りも深くエッチングして溝20a〜20gを設けること
により形成したものである。これら全反射ミラー18a
〜18gの法線と信号光の光軸とのなす角は45度であ
り、全反射の条件である約18度を越えている。なお、
全反射ミラー17も同様に溝21を設けることにより形
成されている。
面を表す図3に示すように、導波路の側壁をコア15よ
りも深くエッチングして溝20a〜20gを設けること
により形成したものである。これら全反射ミラー18a
〜18gの法線と信号光の光軸とのなす角は45度であ
り、全反射の条件である約18度を越えている。なお、
全反射ミラー17も同様に溝21を設けることにより形
成されている。
【0013】光導波路11及び信号光導波路19a〜1
9gは、共に道路路幅が2μmで、基本モードのみが伝
搬可能なシングルモード導波路である。なお、信号光導
波路19a〜19gの例えばC−C線断面の構造は図2
と同様である。また、多モード導波領域12は、導波路
幅が14μmであることを除けば光導波路11と同様な
構造であり、D−D線断面は、幅の違いを除けば図2と
同様である。
9gは、共に道路路幅が2μmで、基本モードのみが伝
搬可能なシングルモード導波路である。なお、信号光導
波路19a〜19gの例えばC−C線断面の構造は図2
と同様である。また、多モード導波領域12は、導波路
幅が14μmであることを除けば光導波路11と同様な
構造であり、D−D線断面は、幅の違いを除けば図2と
同様である。
【0014】ここで、図1の構成の光合分岐器10の光
分岐動作について説明する。光導波路11から入射した
信号光は2次元伝搬領域12で広がりながら伝搬する。 ここでは全反射ミラー17を用いて信号光の伝搬方向を
変えているが、これは入力信号光と出力信号光の伝搬方
向を一致させるためのもので分岐動作自体に影響は及ば
さない。この2次元伝搬領域12ではビーム径は出力導
波路間隔に関係なく出力導波路である分岐導波路19a
〜19gの幅の導波路本数倍、すなわち2×7=14μ
mまで広げればよく長さは54μmでよい。2次元伝搬
領域12を54μm伝搬した信号光は、導波路幅14μ
mの多モード領域13に入射する。多モード領域13の
入口では信号光ビーム直径は54μmまで広がっており
、多モード導波路13は均一に励振される。多モード導
波路13を伝搬する信号光の一部は全反射ミラー18a
〜18gにより伝搬方向を90度変化させられ分岐導波
路19a〜19gに結合する。その結果、信号光は7つ
の全反射ミラー18a〜18gにより7分割され、7本
の分岐導波路19a〜19gに分岐される。なお、光合
波の動作は信号光が逆行するだけで基本的に同一である
ので省略する。
分岐動作について説明する。光導波路11から入射した
信号光は2次元伝搬領域12で広がりながら伝搬する。 ここでは全反射ミラー17を用いて信号光の伝搬方向を
変えているが、これは入力信号光と出力信号光の伝搬方
向を一致させるためのもので分岐動作自体に影響は及ば
さない。この2次元伝搬領域12ではビーム径は出力導
波路間隔に関係なく出力導波路である分岐導波路19a
〜19gの幅の導波路本数倍、すなわち2×7=14μ
mまで広げればよく長さは54μmでよい。2次元伝搬
領域12を54μm伝搬した信号光は、導波路幅14μ
mの多モード領域13に入射する。多モード領域13の
入口では信号光ビーム直径は54μmまで広がっており
、多モード導波路13は均一に励振される。多モード導
波路13を伝搬する信号光の一部は全反射ミラー18a
〜18gにより伝搬方向を90度変化させられ分岐導波
路19a〜19gに結合する。その結果、信号光は7つ
の全反射ミラー18a〜18gにより7分割され、7本
の分岐導波路19a〜19gに分岐される。なお、光合
波の動作は信号光が逆行するだけで基本的に同一である
ので省略する。
【0015】この構成の光合分岐器10に波長1.3μ
mの信号光を導波路11から入射したところ、分岐導波
路19a〜19gから信号光が取り出され、光信号を7
本に分岐する事が出来た。また、逆に、光を分岐導波路
19a〜19gから入射したところ、光導波路11から
信号光が取り出され、光信号を合波する事が出来た。本
構成の光合分岐器10は、入出力導波路11、19a〜
19gを除いて長さ30μm、幅1.5mmと、従来例
と比較して1/100以下に小型化され、過剰分岐損失
の5dB程度以下と低損失なものである。
mの信号光を導波路11から入射したところ、分岐導波
路19a〜19gから信号光が取り出され、光信号を7
本に分岐する事が出来た。また、逆に、光を分岐導波路
19a〜19gから入射したところ、光導波路11から
信号光が取り出され、光信号を合波する事が出来た。本
構成の光合分岐器10は、入出力導波路11、19a〜
19gを除いて長さ30μm、幅1.5mmと、従来例
と比較して1/100以下に小型化され、過剰分岐損失
の5dB程度以下と低損失なものである。
【0016】以上1×7の光合分岐器について説明して
きたが、これが1×N(N=2、3、4・・・)の場合
についても同様な効果が得られることは言うまでもない
。例えば1×10ならば本発明の構成によれば素子長は
40μmと従来例と比べて約1/200に小型化できる
。また、ここではシングルモード導波路を用いた光合分
岐器について説明したが、この構造がマルチモード導波
路に対して導入されても同様な効果が期待できることは
言うまでもない。さらに、以上実施例では、半導体を用
いた光合分岐回路について説明してきたが、信号光の光
軸とミラーの法線とのなす角が全反射角をこえていれば
、石英・ニオブ酸リチウム等あらゆる材料を用いた場合
でも同様な効果が期待できる。なお、この場合の全反射
角は、石英の場合で約42度ニオブ酸リチウムの場合で
約27度となる。
きたが、これが1×N(N=2、3、4・・・)の場合
についても同様な効果が得られることは言うまでもない
。例えば1×10ならば本発明の構成によれば素子長は
40μmと従来例と比べて約1/200に小型化できる
。また、ここではシングルモード導波路を用いた光合分
岐器について説明したが、この構造がマルチモード導波
路に対して導入されても同様な効果が期待できることは
言うまでもない。さらに、以上実施例では、半導体を用
いた光合分岐回路について説明してきたが、信号光の光
軸とミラーの法線とのなす角が全反射角をこえていれば
、石英・ニオブ酸リチウム等あらゆる材料を用いた場合
でも同様な効果が期待できる。なお、この場合の全反射
角は、石英の場合で約42度ニオブ酸リチウムの場合で
約27度となる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光合
分岐器は、2次元伝搬領域及びこれに結合する多モード
領域、並びに多モード領域の側壁に形成された全反射ミ
ラーとで構成されるため、素子長が出力導波路間隔によ
らず、小型な光合分岐器が実現でき、また、過剰分岐損
失が小さく且つ出力導波路間隔に依存せず、しかも、分
岐数が増大しても素子長の増加が導波路幅程度と極めて
小さいという効果を奏するものである。
分岐器は、2次元伝搬領域及びこれに結合する多モード
領域、並びに多モード領域の側壁に形成された全反射ミ
ラーとで構成されるため、素子長が出力導波路間隔によ
らず、小型な光合分岐器が実現でき、また、過剰分岐損
失が小さく且つ出力導波路間隔に依存せず、しかも、分
岐数が増大しても素子長の増加が導波路幅程度と極めて
小さいという効果を奏するものである。
【図1】一実施例に係る光合分岐器の構成図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図1のB−B線断面図である。
【図4】従来技術に係る光合分岐器の構成図である。
【図5】図4のE−E線断面図である。
10 光合分岐器
11 光導波路
12 信号導波路(2次元伝搬領域)13 多モー
ド導波領域 14 AlGaAsクラッド 15 AlGaAsコア 16 GaAs基板 17,18a,18b 全反射ミラー19a〜19g
分岐導波路 20a〜20g,21 溝
ド導波領域 14 AlGaAsクラッド 15 AlGaAsコア 16 GaAs基板 17,18a,18b 全反射ミラー19a〜19g
分岐導波路 20a〜20g,21 溝
Claims (3)
- 【請求項1】 上下・左右の2方向の光閉じこめ構造
を有する第1の光導波路と、この第1の光導波路に結合
し左右方向の光閉じこめ構造を有しない第2の光導波路
と、この第2の光導波路に結合し上下・左右方向の光閉
じこめ構造を有する複数の光導波路とからなる一入力多
出力若しくは多入力一出力タイプの光合分岐器において
、上記第2の光導波路に、上下・左右の2方向の光閉じ
こめ構造を有すると共に幅広の多モード導波領域を接続
し、且つ該多モード導波領域の側壁に該多モード導波領
域の幅方向の一部と交差する全反射ミラーを導波方向に
亘って複数個形成すると共に該全反射ミラーでの反射に
より分岐した光パワーの一部を伝搬する複数の分岐導波
路を設けた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1の光導波路が
、基本モードのみを伝搬可能な光導波路であることを特
徴とする光合分岐器。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、分岐された
信号光が結合する複数の分岐導波路が、基本モードのみ
を伝搬可能な光導波路であることを特徴とする光合分岐
器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12005091A JPH04346301A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 光合分岐器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12005091A JPH04346301A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 光合分岐器 |
Publications (1)
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JPH04346301A true JPH04346301A (ja) | 1992-12-02 |
Family
ID=14776655
Family Applications (1)
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JP12005091A Withdrawn JPH04346301A (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 光合分岐器 |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH04346301A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-05-24 JP JP12005091A patent/JPH04346301A/ja not_active Withdrawn
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