JPH0511130A - Y分岐光導波路 - Google Patents

Y分岐光導波路

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JPH0511130A
JPH0511130A JP18411691A JP18411691A JPH0511130A JP H0511130 A JPH0511130 A JP H0511130A JP 18411691 A JP18411691 A JP 18411691A JP 18411691 A JP18411691 A JP 18411691A JP H0511130 A JPH0511130 A JP H0511130A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical
branch
light
loss
Prior art date
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Pending
Application number
JP18411691A
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English (en)
Inventor
Katsunari Okamoto
勝就 岡本
Tsutomu Kito
勤 鬼頭
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一段のみならず多段に接続しても過剰損失が
極めて小さいY分岐光導波路を提供することにある。 【構成】 1本の光導波路(1)の光を2本の光導波路
(3,3)に分ける分岐導波路において、光の波長を
λ、光導波路の屈折率をn、光導波路内の光のスポット
サイズをw1 とし、 l0 =nw1 2 /λとし、1本の光導
波路(1)が2本の光導波路(3,3)に分離するまで
のテーパ状光分岐部(2)の長さLが 5 l0 ≦L≦ 20 l0 なる関係を満足しているY分岐光導波路である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムにおけ
る光信号分配に必須の光部品であるY分岐光導波路に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】1本の入力光導波路中の光パワーを、2
本の出力光導波路に分岐するY分岐光導波路としては、
従来、図9に示すような構造のものが知られている。図
9において、7は入力光導波路、8はテーパ状光分岐
部、9は出力光導波路である。1本の光導波路が2本の
光導波路に分離するまでのテーパ状光分岐部の傾き角θ
t は従来 1/250 (ラディアン)以下の十分小さい値に
決められていた(例えば西原、春名、栖原共著、「光集
積回路」、オーム社、1985年、p.265 参照)。例えば光
導波路のコア半幅をa、テーパ状分岐部の長さをLとす
ると、 なる関係が成り立つから、従来のY分岐光導波路におい
ては、テーパ状分岐部の長さLは典型的にはコア半幅が
a=4μmのときL>1000μm程度の長さであった。こ
のようなY分岐光導波路を多段に用いて、例えば図2に
示すような1×8スプリッタを構成すると、過剰損失が
大きくなるという問題が従来のY分岐光導波路にはあっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
技術に鑑みてなされたものであり、一段のみならず多段
に接続しても過剰損失が極めて小さいY分岐光導波路を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のY分岐光導波路
の構成は、1本の光導波路の光を2本の光導波路に分け
る分岐導波路において、光の波長をλ、光導波路の屈折
率をn、光導波路内の光のスポットサイズをw1 とし、
l0 =nw1 2 /λとするとき、1本の光導波路が2本の
光導波路に分離するまでのテーパ状光分岐部の長さLが 5 l0 ≦L≦ 20 l0 (3) なる関係を満足するようにする。
【0005】
【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。図1は、本発明の一実施例の
構成図である。図1に示すように、この実施例のY分岐
光導波路は、入力光導波路1、テーパ状光分岐部2およ
び出力光導波路3を有している。屈折率nの光導波路の
コアは、屈折率n0 のクラッドで覆って構成され、コア
の全幅および厚さは、それぞれ2aおよび2tであり、
テーパ状光分岐部の長さはLである。Y分岐光導波路の
過剰損失を最小にするためのテーパ状光分岐部の長さL
の設計は、ビーム伝搬法(M.D. Feit 他、「Light prop
agation in graded-index optical fibers」, Appl. Op
t., vol.17, no.24, pp.3990−3998 (1978) を用いて行
った。
【0006】Y分岐光導波路の伝搬特性を検討するため
には、図2に示すように、Y分岐光導波路を多段(図2
においては、3段)に接続した1×N(図2において
は、N=8)スプリッタの伝搬特性を調べる方が、一段
のみのY分岐光導波路で調べるより詳細に評価できる。
【0007】図3は、シミュレーションで求めた従来の
1×8スプリッタ(コア幅2a=8μm、コア厚2t=
8μm、比屈折率差Δ=0.3 %、光の波長λ=1.55μ
m、テーパ状光分岐部の長さL=1000μm)の光強度伝
搬の様子を示す。
【0008】また図4は、シミュレーションで求めた本
発明の実施例の1×8スプリッタ(コア幅2a=8μ
m、コア厚2t=8μm、比屈折率差Δ=0.3 %、光の
波長λ=1.55μm、テーパ状光分岐部の長さL=165 μ
m)の光強度伝搬の様子を示す。
【0009】図3に示す従来型の1×8スプリッタと、
図4に示す本発明の実施例の1×8スプリッタの平均過
剰損失(8分の1の本質的な分岐損失を除いた損失)
は、それぞれ0.25 dBおよび0.05 dBである。このよう
に、従来型1×8スプリッタに比べて本発明の実施例の
1×8スプリッタの平均過剰損失が小さいのは、以下の
ような理由による。すなわち図3と図4を比較すると明
らかなように、従来の1×8スプリッタにおいては、光
の蛇行が大きいので、光導波路からの放射損失が大きく
なるためである。したがって、Y分岐光導波路の過剰損
失を低減するためには、光の蛇行を極力小さくすること
が重要であることがわかる。
【0010】図5、図6、図7には、種々の異なる光導
波路からなる1×8スプリッタに対して、用いているY
分岐光導波路のテーパ状光分岐部の長さLと平均過剰損
失との関係をシミュレーションした結果を示す。図5、
図6、図7において、光導波路のコア幅2a、コア厚2
t、コアとクラッドの比屈折率差Δ=(n−n0 )/n
0 は、それぞれ 2a=2t=8μm、Δ=0.3 %、λ=1.55μm ・・・図5 2a=2t=7μm、Δ=0.5 %、λ=1.3 μm ・・・図6 2a=2t=6μm、Δ=0.75%、λ=1.55μm ・・・図7 である。それぞれの図において、w1 (eを自然対数の
底として、光強度分布が中心の1/eになる位置)は、
光導波路内の光のスポットサイズであり、 l0 はnw1 2
/λで与えられる定数である。図5、図6、図7に示す
ように、最小損失からの損失増加が 0.1 dB以内の条件
を求めると 5 l0 ≦L≦ 20 l0 (4) なる関係式が得られる。
【0011】光の波長λ=1.55μm、光導波路の屈折率
n=1.45、コア半幅a=4μm、コアとクラッドの比屈
折率差Δ=0.3 %のとき、光導波路内の光のスポットサ
イズはw1 =4.2 μmであるから、 l0 =nw1 2 /λ=
16.5μmであり、式(4) より決まるテーパ状光分岐部の
長さLは L= 82.5 〜 330 (μm) (5) と従来のY分岐光導波路に比べて数分の一から10の1以
下と短くなるので、Y分岐光導波路を用いた光デバイス
の小型化に対しても、本発明の実施例のY分岐光導波路
は有利である。
【0012】前記のY分岐光導波路の計算機シミュレー
ションを元に、石英系光導波路を用いて1×8スプリッ
タの作製を行った。まず、Si基板上に火炎堆積法によ
ってSiO2 下部クラッド層を堆積し、次にTiO2
たはGeO2 をドーパンとして添加したSiO2 ガラス
のコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。
次に、計算機シミュレーションを元に作製したマスクパ
ターン(コア幅2a=8μm、コア厚2t=8μm、比
屈折率差Δ=0.3 %、光の波長λ=1.55μm、テーパ状
光分岐部の長さL=165 μmの設計)を用いてコア層を
エッチングして、所定の1×8スプリッタ光導波路を形
成し、最後に、SiO2 上部クラッド層を堆積した。
【0013】図8は、作製された本発明の実施例の1×
8スプリッタ(テーパ状光分岐部の長さL=165 μm)
および従来の1×8スプリッタ(テーパ状光分岐部の長
さL=1000μm)の各出力光導波路からの規格化光出力
(8分の1の本質的な分岐損失および入出力光ファイバ
との結合損、光導波路の伝搬損失を除いた損失)を示し
たものである。この実施例の1×8スプリッタの平均過
剰損失は0.08 dB、従来の1×8スプリッタの平均過剰
損失は 0.3 dBであり、さらにこの実施例の1×8スプ
リッタの出力のバラツキは、従来の1×8スプリッタに
比べて極めて小さいことがわかる。これから、計算機シ
ミュレーションによるY分岐光導波路の設計(図2〜図
7)の妥当性が確認された。
【0014】なお図5、図6、図7において 0.1 dBと
規定した最小損失からの損失増加は、本発明の実施例の
Y分岐光導波路が用いられるシステムによって異なる。
すなわち、最小平均過剰損失からの損失増加が 0.2 dB
以内というような、本発明の実施例よりも緩るめの条件
を用いる場合には、式(1) のテーパ状光分岐部の長さL
を規定する条件は、より広くなることは明らかである。
【0015】
【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Y分岐光導波路は、任意の1本の光
導波路に入射した光パワーを、2本または多数本の出力
光導波路に低損失、かつ均一に分岐できるので、光通信
システム、光信号処理等における光信号分配において大
きな利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかわるY分岐光導波路の
構成図である。
【図2】Y分岐光導波路を3段に接続して構成した1×
8スプリッタを示す図である。
【図3】シミュレーションで求めた従来の1×8スプリ
ッタ(コア幅2a=8μm、コア厚2t=8μm、比屈
折率差Δ=0.3 %、光の波長λ=1.55μm、テーパ状光
分岐部の長さL=1000μm)の光強度伝搬の様子を示す
図である。
【図4】シミュレーションで求めた本発明の実施例の1
×8スプリッタ(コア幅2a=8μm、コア厚2t=8
μm、比屈折率差Δ=0.3 %、光の波長λ=1.55μm、
テーパ状光分岐部の長さL=165 μm)の光強度伝搬の
様子を示す図である。
【図5】コア幅2a=8μm、コア厚2t=8μm、比
屈折率差Δ=0.3 %、光の波長λ=1.55μmの場合の、
Y分岐光導波路のテーパ状光分岐部の長さLと平均過剰
損失との関係を示す図である。
【図6】コア幅2a=7μm、コア厚2t=7μm、比
屈折率差Δ=0.5 %、光の波長λ=1.3 μmの場合の、
Y分岐光導波路のテーパ状光分岐部の長さLと平均過剰
損失との関係を示す図である。
【図7】コア幅2a=6μm、コア厚2t=6μm、比
屈折率差Δ=0.75%、光の波長λ=1.55μmの場合の、
Y分岐光導波路のテーパ状光分岐部の長さLと平均過剰
損失との関係を示す図である。
【図8】作製された本発明の実施例の1×8スプリッタ
(テーパ状光分岐部の長さL=165 μm)および従来の
1×8スプリッタ(テーパ状光分岐部の長さL=1000μ
m)の各出力光導波路からの規格化光出力(8分の1の
本質的な分岐損失および入出力光ファイバとの結合損、
光導波路の伝搬損失を除いた損失)を示した図である。
【図9】従来のY分岐光導波路の構造を示す図である。
【符号の説明】
1 入力光導波路 2 テーパ状光分岐部 3 出力光導波路 4 1×8スプリッタの光導波路 5 光強度分布 6 光強度分布 7 入力光導波路 8 テーパ状光分岐部 9 出力光導波路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 1本の光導波路の光を2本の光導波路に
    分ける分岐導波路において、光の波長をλ、光導波路の
    屈折率をn、光導波路内の光のスポットサイズをw1
    し、 l0 =nw1 2 /λとし、1本の光導波路が2本の光
    導波路に分離するまでのテーパ状光分岐部の長さLが 5 l0 ≦L≦ 20 l0 (1) なる関係を満足することを特徴とするY分岐光導波路。
JP18411691A 1991-06-28 1991-06-28 Y分岐光導波路 Pending JPH0511130A (ja)

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JP (1) JPH0511130A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5586209A (en) * 1993-11-01 1996-12-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical branching device
US5627928A (en) * 1993-11-01 1997-05-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical branching device
US5757995A (en) * 1995-12-27 1998-05-26 Nhk Spring Co., Ltd. Optical coupler
US6404957B1 (en) 1997-11-05 2002-06-11 Samsung Electronics, Co., Ltd. Optical power divider and fabrication method thereof
US6553164B1 (en) 1999-10-28 2003-04-22 Oki Electric Industry, Co., Ltd. Y-branch waveguide

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