JPH0621888B2 - モード結合型y分岐導波路 - Google Patents

モード結合型y分岐導波路

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JPH0621888B2
JPH0621888B2 JP61202687A JP20268786A JPH0621888B2 JP H0621888 B2 JPH0621888 B2 JP H0621888B2 JP 61202687 A JP61202687 A JP 61202687A JP 20268786 A JP20268786 A JP 20268786A JP H0621888 B2 JPH0621888 B2 JP H0621888B2
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實 清野
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は、Y分岐導波路において、その分岐部の所定位
置に部分的に屈折率の異なる矩形状の領域を設けたこと
で、上記分岐部に高次モード光を励起させ、この高次モ
ード光と基本モード光との相互作用を利用して、分岐損
失の低減を可能にしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、Y字形の導波路を持つY分岐導波路に係り、
特には分岐部で励起する複数のモードの相互作用を利用
したモード結合型のY分岐導波路に関する。
Y分岐導波路は、LAN(ローカルエリアネットワー
ク)やマッハツェンダ型変調器における分岐、合波回路
等として使用されており、その低損失化が望まれてい
る。
〔従来技術〕
従来のY分岐導波路の理想的な形状を第4図(a)に示
す。これは、互いにY字形状をなす3本の直線導波路
1,2,3から構成され、これらが互いに交わる部分を
分岐部4とする。上記構成において、直線導波路1を伝
播されてきたシングルモード光は、分岐部4を介して2
本の直線導波路2,3に対称に分岐される。この種のY
分岐導波路の作成は、例えば電気光学材料であるLiNbO
等の基板5に対して、上記直線導波路1,2,3及び
分岐部4となるべきY字形の領域に、Ti等の不純物を
拡散させるか或いはイオン交換を行って、その領域の屈
折率(n)を基板5の屈折率(n)よりも大きくし
て導波路を形成することにより行っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来のY分岐導波路では、分岐部4での損失を小さ
くするために、その分岐角θを非常に小さく(例えば
0.4゜)する必要がある。ところが、このような分岐
角θを小さくしようとすると、分岐点4aの近傍におけ
る直線導波路2,3の互いの間隔が非常に狭く微細な形
状となる。そのため、実際にこれを作製した場合、露光
や拡散もしくはイオン交換等のプロセスにおいて、上記
分岐点4aの近傍が第4図(b)に示すようになまってし
まい、この部分で大きな損失を生ずることになった。
本発明は、上記問題点に鑑み、分岐損失を低減したY分
岐導波路を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のモード結合型Y分岐導波路は、シングルモード
導波路(もしくは数個のモードしか励起しないマルチモ
ード導波路)をY字形に構成してなるY分岐導波路にお
いて、上記導波路よりも狭い幅であって、かつ導波路と
基板の中間の屈折率を持つ矩形状の領域(以下、中間屈
折率領域と称す)を、分岐部における導波路の幅が広が
り始める第1の位置と導波路が1本から2本に分離する
第2の位置との中間(もしくはこの第2の位置の近傍)
の位置であって、上記中間屈折領域の存在により励起さ
れる偶数次の高次モード光と基本モード光との相互作用
で分岐部の終端での導波光のパワー分布がその中央で括
れた形状となる位置から始まり、上記第2の位置の外側
まで及ぶように設けたものである。
〔作 用〕
分岐部では、導波路幅が太くなっており、しかも上述し
た中間屈折率領域が存在するので、基本モード光と偶数
次の高次モード光(放射モード光を含む)が同時に励起
され得る。このような高次モード光と基本モード光とは
相互に作用し合うので、上記中間屈折率領域の位置を調
整すれば、分岐部の終端で、中央で括れた形状を持つパ
ワー分布を得ることができる。本発明では、このような
パワー分布となるように上記中間屈折率領域の先頭部の
位置を決めたことにより、分岐損失に影響する中央付近
のパワーを小さくすることができ、よって分岐損失の低
減が可能になる。
しかも上記構成だと、2つの導波路の間隔が非常に狭い
微細な形状にする必要がないので、露光や拡散もしくは
イオン変換等のプロセスにおける形状のなまりが問題と
なることはない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同図
において、Y字形に構成された直線導波路1,2,3お
よび分岐部4をを基板5に形成した点は第4図に示した
従来のY分岐導波路と同様であるが、本実施例の特徴
は、分岐部4に矩形状の中間屈折率領域6を設けたこと
にある。なお、直線導波路1,2,3は、シングルモー
ド導波路、もしくは数個のモードしか励起しないマルチ
モード導波路とする。
上記中間屈折率領域6は、直線導波路1,2,3よりも
狭い幅であって、かつ直線導波路1,2,3の屈折率n
と基板5の屈折率nとの中間の屈折率n(n
<n)を有している。更に、この領域6は、その
先頭部6aが、直線導波路1の幅が広がり始める位置A
と、直線導波路2,3が互いに分離する位置(即ち、理
想上の分岐点4aのある位置)Bとの中間(もしくは位
置Bの近傍)に位置し、そこから位置Bの外側(後方)
に向って延びている。
上記構成において、分岐部4では導波路幅が太くなって
おり、しかも中間屈折率領域6を設けてあるので、基本
モード光及び偶数次の高次モード光(放射モード光を含
む)が励起可能である。このような高次モード光と基本
モード光とは相互に作用(干渉)し合うので、上記先頭
部6aの位置Lを調整することにより、分岐部の終端で
導波光のパワー分布をその中央で括れた形状とすること
ができる。本実施例では、このようなパワー分布が得ら
れるように、直線導波路1,2,3の幅W、分岐角θ、
屈折率n,n,n等に基づき、上記の位置Lを設
定してある。この具体的な設定手順については後述す
る。なお、中心屈折率領域6の幅Gも、上述したW,
θ,n,n,n等に基づいて、適宜設定される。
上述したように中央で括れた形状のパワー分布が得られ
ることにより、分岐損失に大きく影響する中央付近のパ
ワーを小さくすることができるので、分岐側の直線導波
路2,3での伝播モードへ、損失を抑えて接続させるこ
とが可能となり、すなわち分岐損失が低減される。
次に、上述した中間屈折率領域6の屈折率n、位置L
及び幅Gの具体的な設定手順について説明する。ここで
は、基板5の屈折率nを2.14、直線導波路1,2,3
の屈折率nを2.144 、直線導波路1,2,3の幅Wを
7μm、分岐角θを0.4゜ として、波長1.3 μmの半導
体レーザ光を導波させる場合について考える。
第1に、屈折率nの設定手順について述べる。まず、
中間屈折率領域6の幅Gを2μmとし、屈折率nの値
を様々に変化させて分岐損失を調べてみる。その結果、
=2.142 の時に分岐損失が最低となった。この値
は、屈折率n(=2.14)と屈折率n(=2.144 )の
丁度中間の値となっているのがわかる。このことは、種
々のY分岐導波路についても言うことができ、n
(n+n)/2が満足される時、常に最低の分岐損
失となることがわかった。このことから、屈折率n
は、(n+n)/2にできるだけ近くなるように
設定することが望ましいと言える。
第2に、位置Lの設定手順について述べる。まず、上記
の結果に基づいて屈折率nを2.142 とし、幅Gを2μ
mとして、上記の位置Lを変化させた場合の分岐損失の
変化を調べてみる。すると、第2図に示すような結果が
得られた。同図において、分岐損失がLの変化とともに
振動しているのがわかる。これは、中間屈折率領域6の
存在により偶数次の高次モード(放射モードを含む)光
が発生し、これと基本モード光との相互作用(干渉)に
よって生ずるものである。両者の相互作用が分岐終了点
で中央にパワーが集中する状態では分岐損失が大きくな
り(図中、山の部分)、逆に中央のパワーが少なくなる
状態(すなわち、パワー分布がその中央で括れた形状と
なっている状態)では分岐損失が低減する(図中、谷の
部分)。また、振動の振幅の振幅が、Lが小さくなると
ともに抑えられている。この理由は、Lが小さい領域で
は導波路幅が狭いため、高次モードが立ちにくかった
り、伝播定数が大きく異なり、これらのことから高次モ
ードへの結合が小さくなるためである。
同図においては、L=210 ,610 ,1050μmの3点で分
岐損失は極小となるので、このような3点のいずれかを
選択すればよい。これらのどの点を選択した場合であっ
ても、第4図(a)に示したような従来の理想的なY分岐
導波路の分岐損失(図中に破線で示す)よりも更に低損
失化が図れることがわかる。なお、第1図に示した分岐
点4aの位置(すなわち、位置B)ではL=1000μmと
なるので、L=210 と610 μmの極小点は位置AとBと
の中間に位置し、またL=1050μmの極小点は位置Bの
後方近傍に位置している。このような極小点の数は、分
岐角θが小さく、しかも屈折率差(n〜n)が大き
い場合に増加する。本実施例においても、分岐角θを1
゜と大きくすると極小点の数は1つだけとなる。
第3に、幅Cの設定手順について述べる。まず、先頭部
6aの位置Lを上記の結果から1050μmとし、屈折率n
を2.142 として、幅Gを変化させた場合の分岐損失の
変化を調べてみる。その結果を第3図に示す。同図よ
り、幅Gにも最適値が存在することがわかり、この場合
にはG=2μmで分岐損失が最小となっている。
なお、G=7μmとした場合にも低損失となるが、この
場合には中間屈折率領域6の上下の導波路幅が極めて狭
くなるので、作製時における拡散やイオン交換等による
形状のなまりが大きな問題となってくることを考慮する
必要がある。また、マスクパターン上では中間屈折率領
域6を導波路周囲と等しくマスクされた状態にし、マス
クパターンからのなまりを生ずるような導波路作成法
(例えば拡散やイオン交換等)で導波路を作製した場
合、幅Gが2μm程度の間隔では、両側からのパターン
のなまりにより、この部分の屈折率nを等価的に(n
+n)/2とすることができる。この方法を用いれ
ば、本実施の分岐導波路を比較的容易に作製することが
できる。
また、導波路の電気光学材料、磁気光学材料、熱光学材
料のいずれか1つで形成し、中間屈折率領域6の屈折率
が所望の値となるように、それぞれ電界、磁界、熱を印
加するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
本発明のモード結合型Y分岐導波路によれば、複数のモ
ードの相互作用を利用することにより、分岐損失を従来
の理想的Y分岐導波路よりも更に低減することが可能に
なり、しかも従来のY分岐導波路のような微細形状を含
まないため、マスクの作製や露光等に対して条件が緩く
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、 第2図は同実施例における中間屈折率領域の位置Lと分
岐損失との関係の一例を示す図、 第3図は同実施例における中間屈折率領域の幅Gと分岐
損失との関係の一例を示す図、 第4図(a),(b)はそれぞれ、従来のY分岐導波路の理想
形状と実際形状を示す構成図である。 1,2,3……直線導波路、 4……分岐部、 6……中間屈折率領域、 6a……先頭部.

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シングルモード導波路もしくは数個のモー
    ドしか励起しないマルチモード導波路(1,2,3)を
    基板内にY字形に構成してなるY分岐導波路において、 前記導波路よりも狭い幅であって、かつ前記導波路の屈
    折率と前記基板の屈折率との中間の屈折率を持つ矩形状
    の領域(6)を、前記導波路の幅が広がり始める第1の
    位置(A)と前記導波路が1本から2本に分離する第2
    の位置(B)との中間もしくは該第2の位置の近傍であ
    って、前記矩形状の領域の存在により励起される偶数次
    の高次モード光と基本モード光との相互作用で分岐部の
    終端での導波光のパワー分布がその中央で括れた形状と
    なる位置から始まり、前記第2の位置の外側まで及ぶよ
    うに設けたことを特徴とするモード結合型Y分岐導波
    路。
  2. 【請求項2】前記矩形状の領域の屈折率は、前記導波路
    の屈折率と前記基板の屈折率の丁度中間の値であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のモード結合型
    Y分岐導波路。
  3. 【請求項3】前記導波路を電気光学材料、磁気光学材
    料、熱光学材料のいずれか1つで形成し、前記矩形状の
    領域の屈折率をそれぞれ電気的、磁気的、熱的に変化さ
    せることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項記載のモード結合型Y分岐導波路。
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JP2907844B2 (ja) * 1988-11-07 1999-06-21 株式会社日立製作所 光分岐回路
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