JPH0634839A - 相互接続可能な多端子スターカプラ - Google Patents

相互接続可能な多端子スターカプラ

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JPH0634839A
JPH0634839A JP4187065A JP18706592A JPH0634839A JP H0634839 A JPH0634839 A JP H0634839A JP 4187065 A JP4187065 A JP 4187065A JP 18706592 A JP18706592 A JP 18706592A JP H0634839 A JPH0634839 A JP H0634839A
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JP
Japan
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terminal
optical
optical waveguide
star coupler
terminals
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JP4187065A
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English (en)
Inventor
Takeshi Ota
猛史 太田
Kozo Arii
光三 有井
Masukazu Hirata
益一 平田
Yasunari Kawabata
康成 川端
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125Bends, branchings or intersections

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相互接続可能な多端子スターカプラにおい
て、曲率の変化及び変化の回数をできるだけ少なくして
曲りによる損失を低減すること。 【構成】 光導波路からなる回路を基板1上に集積して
構成した多端子スターカプラ、たとえば、4端子スター
カプラにおいて、任意の端子Taから他の全ての端子T
a〜Tdへの分岐を行う4個の3等分光分岐路3を有し
ており、任意の端子Taから隣合わない他の端子Tcへ
の光導波路5aは少なくとも一つの他の端子Tb,Td
からの光導波路5bとの交差部4を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光LANなどで用いら
れるスターカプラの構成に関し、特に互いに接続して使
用することのできるスターカプラの構成に関する。
【0002】
【従来の技術】互いに接続して使用することのできるス
ターカプラが提案されている(例えば、太田「相互接続
可能なスターカプラ」,1991年春季電子情報通信学
会B910(1991)参照)。また、相互接続可能な
スターカプラを光増幅器を介して接続して構成した光通
信ネットワークが提案されている(例えば、Takes
hi Ota:“Coupled Star Netw
ork:A New Configuration f
or Optical Local AreaNetw
ork”,IEICE Trans. Commun.
Vol.E75−B,No.2,p67−p75(1
992)参照)。さらに、入力端子と出力端子をひとつ
にまとめた相互接続可能なスターカプラも提案されてい
る(例えば、太田「カップルドスターネットワーク」1
992年春季電子情報通信学会B1020(1992)
参照)。入力端子と出力端子をひとつにまとめた相互接
続可能なスターカプラの従来例(4端子)を図7に示
す。
【0003】図7に示す従来の4端子スターカプラは、
矩形の基板1の対向する2端面にそれぞれ二つの光ファ
イバー2が結合されており、各端子Ta〜Td間は、そ
れぞれ光導波路5、1対2の不等分配光分岐路6、等分
配光分岐路7を介して結合されている。
【0004】図7に示した4端子スターカプラの或る端
子Taから入力した光信号Sは、不等分配光分岐路6に
よって2:1の比率でふたつの導波路に分岐される。こ
の内一方(分岐比の小さい方)はそのまま対向する端子
Tbに出力され、もう一方(分岐比の大きい方)は等分
配光分岐路7で分岐されてから残りのふたつの端子T
c,Tdに出力される。図7のスターカプラの各端子T
a〜Tdは対称的であるから、任意の端子の入力につい
て、自端子へは光信号は分配されず、自端子以外の端子
には光信号が等分配される。すなわち、相互接続可能な
スターカプラが実現される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図7に示し
た4端子スターカプラにおいては、光分岐路7におい
て、直線路をはさんだふたつの曲線路(ここでは円弧を
用いている)を経由するため、直線路から曲線路へ入射
する部分で光が漏れ易く、損失が高くなるという欠点が
あった(図8参照)。また、同様な損失が光分岐路6に
おいても発生する。
【0006】一般に、光導波路内を伝搬する光は、光路
の曲率が変化するときには、その変化の程度に対応して
漏れを生じる。具体的には図8(a)のように直線導波
路9と曲線導波路8を接続した場合には、2回の曲りが
生じ、それぞれの曲がりで漏れが生じる。また、これ以
外にも、同図(b)のように曲率の正負が異なる二つの
曲線路8,8が連続している場合(この場合も2回の曲
りとなる)においても、一つ目の曲線路8から二つ目の
曲線路8に入射する部分で漏れが生じる。
【0007】これはマルチモード光導波路を考えた場
合、直線光導波路で伝搬可能なモード数と曲線光導波路
で伝搬可能なモード数との差が損失になるということに
相当する。曲線光導波路で伝搬可能なモードはその光導
波路の曲率が変わらない限り導波されることになるか
ら、このような損失は、曲率の変化及び変化の回数によ
って決まり、同一の曲率の光導波路が連続する場合は導
波路の長さには依存しない。
【0008】また、図9に示されるような、従来の6端
子スターカプラにおいても、分岐路6,7の曲がり部分
において損失が発生する。図9に示される例において
は、一部の経路では2回以上の曲りを経由して他端子と
結ばれた構造になり、曲りによる損失が一層大きくな
る。
【0009】そこで本発明は、相互接続可能な多端子ス
ターカプラにおいて、曲率の変化及び変化の回数をでき
るだけ少なくして曲りによる損失を低減することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の相互接続可能な
多端子スターカプラは、前記目的を達成するため、光導
波路からなる回路を基板上に集積して構成した端子数N
が4以上の多端子スターカプラにおいて、任意の端子か
ら他の全ての端子への分岐を行うN個の1対(N−1)
分岐路を有しており、任意の端子から隣合わない他の端
子への光導波路は少なくとも一つの他の端子からの光導
波路との交差部を含んでいることを特徴とする。
【0011】
【作用】交差したふたつの光導波路を通る光信号は光の
直進性のためにそれぞれ直進し、相手の光導波路に光信
号が漏れることはほとんどない。したがって、光集積回
路の設計自由度を向上させることができ、光導波路の曲
りの回数を少なくした回路構成を実現することができ
る。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。
【0013】図1は、本発明の相互接続可能な4端子ス
ターカプラの実施例を示す平面図である。矩形の基板1
上に、互いに垂直に交差する二つの光導波路5a,5b
が形成されており、各光導波路5a,5bの端部は基板
1の四つの端面にそれぞれ導出されて端子Ta〜Tdを
形成している。各端子Ta〜Tdにはそれぞれ光ファイ
バー2が結合される。また、隣接する端子同士は、基板
1上に形成された90°曲がった光導波路5c〜5fに
よって互いに結ばれており、各端子Ta〜Tdの近傍
で、光導波路5a,5bとともに等分配の1×3光分岐
路3を構成している。光導波路は、たとえば、コア層と
このコア層を覆うクラッド層から構成されており、光は
コア層とクラッド層との間の界面に形成される反射面で
反射され、光導波路内を進む。
【0014】図2は、光導波路5a,5bの交差部4を
拡大して示す説明図である。いま、端子Taから光導波
路5aに光が供給されている場合を考える。光導波路5
aにおいては、光は光導波路5aの界面で全反射されな
がら伝播する。界面に対する光の入射角θが大きいと光
は界面を通過するので、界面に対する角度が非常に小さ
い光L1だけが光導波路5aを進むことになる。いま、
符号L2で示す光が、光導波路5aと垂直な光導波路5
bに入った場合を考えると、光L2は光導波路5bの界
面に対する角度は非常に大きくなるので、全反射は発生
せず、光L2は光導波路5bの界面を通過する。したが
って、光導波路5aから光導波路5bのへの光の漏洩は
ない。すなわち、光導波路5aと光導波路5bとは、構
造的には結合しているが、光学的には独立して存在して
いると見做すことができる。
【0015】いま、端子Taから光が供給されている場
合を考えると、この光は光分岐路3で三つに等分割さ
れ、端子Tb〜Tdには等分割された光が出力される。
各端子Ta〜Tdは対称的であるから、任意の端子の入
力について、自端子へは光信号は分配されず、自端子以
外の端子には光信号が等分配される。すなわち、図7に
示す従来例と同じスターカプラの機能を実現することが
できる。
【0016】ここで、光導波路の曲がり状態を検討す
る。図1に示す本実施例のスターカプラにおいては、直
線部から曲線部への曲がりの回数は最大で1回のみであ
り、図7に示す従来例の2回に比べて曲がりの回数が減
少している。すなわち、従来例と同じスターカプラの機
能を実現しながら曲り損失を低減することができる。
【0017】図1に示す実施例においては二つの光導波
路は垂直に交差しているが、必ずしも垂直に交差してい
る必要はない。以下に、光導波路の交差角度の採りえる
範囲について検討する。
【0018】いま、図3(a)に示すように、光導波路
5a,5bの交差角度をδ、光導波路5aの界面に対す
る臨界角度をθ、光導波路5bの界面に対する光の角度
をωとすると、同図(b)に示すように、 δ=θ+ω の関係が成り立つ。したがって、 ω=δ−θ となる。光導波路5aの界面で全反射が生じ、且つ、光
導波路5bの界面で全反射が生じないようにするための
条件は、 ω>θ である。したがって、交差している相手の光導波路に光
が漏れないようにするためには、 δ>2θ とすればよい。
【0019】たとえば、光導波路が、図4に示すよう
に、コア層Aとこのコア層Aを覆うクラッド層Bとから
構成されており、コア層Aの屈折率をn1 、クラッド層
Bの屈折率をn2 (n1 >n2 )とし、また、θを光導
波路中を進む光が採りえる界面に対する最大の角度すな
わち臨界角とすると、 θ=90−sin(n2 /n1 ) となる。一般に、n2 /n1 ≒0.98程度であるの
で、θ≒2.8°となる。したがって、原理的には二つ
の光導波路の交差角度δは約5.6°より大きければよ
いことになる。但し、交差角度δが小さいと、光通過側
の光導波路から相手側の光導波路を見たときの開口面積
が広くなり、相手側の光導波路に進行して光導波路外に
飛び出す光の量が増えて光の減衰量が増えるので、交差
角度δは90°に近い方が望ましい。
【0020】図5は、本発明の5端子スターカプラの実
施例を示す。5角形の基板1上に、任意の1端子と他の
全ての端子を結ぶ複数の光導波路が形成されている。任
意の1端子に供給された光は、等分配の1×4光分岐路
3によって各光導波路に分配され、全ての端子に供給さ
れる。図5に示される実施例においても、或る1端子と
この端子に隣合わない他の二つの端子を結ぶ光導波路
と、他の1端子とこの端子に隣合わない他の二つの端子
を結ぶ光導波路とが交差して交差部4を形成している。
光導波路同士が先に説明した一定角度以上で交差してい
れば、交差部4における漏洩はない。図5に示される実
施例においても、それぞれの光導波路は、1回の曲りし
かないので、曲りによる損失が低減される。
【0021】図6は、本発明の6端子スターカプラの実
施例を示す。任意の1端子からは等分配の1×5光分岐
路3によって光導波路を介して他の全ての端子と結ばれ
ており、また、光導波路同士が交差する交差部4が存在
する。図6に示す実施例においても、それぞれの光導波
路は1回の曲りしかないので、曲りによる損失が低減さ
れる。
【0022】上述の実施例に示したN端子スターカプラ
は、たとえば、T.Kurokawa,N.Takat
o,S.Okikawa,and T.Okada:
“Fiber optic sheet format
ion by selective photopol
ymerization”,Appl.Opt.17,
p646(1978)に記載されているような、ポリカ
ーボネートとアクリル酸メチルの選択光重合法によって
形成することができる。この場合、形成される光導波路
はマルチモードである。
【0023】但し、本発明は上記製法に限定されるもの
ではなく、ガラス基板にタリウム等の金属イオンを拡散
することによって光導波路を形成する公知の製法を用い
ても良い(例えば、E.Okuda,I.Tanak
a, and T.Yamasaki:“Planar
gradient−index glass wav
eguide and its applicatio
ns to a 4−port branched c
ircuit and star coupler”,
Appl.Opt.23,p1745(1984)参
照)。
【0024】また、スターカプラの端子数は6端子迄に
限られるものではなく、必要に応じて拡張することがで
きる。
【0025】なお、本発明において交差部とは、複数の
光導波路が所定の角度をもって同一平面上で交差した部
分を示している。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、光導波路を交差させて
光回路を構成したので、相互接続可能なスターカプラの
光導波路の曲りを少なくすることができ、光導波路の損
失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の相互接続可能な4端子スターカプラ
の実施例を示す平面図である。
【図2】 図1に示す4端子スターカプラの交差部を拡
大して示す模式図である。
【図3】 交差部での交差角度の採り得る範囲を説明す
るための模式図である。
【図4】 光導波路の断面構造を示す模式図である。
【図5】 本発明の相互接続可能な5端子スターカプラ
の実施例を示す平面図である。
【図6】 本発明の相互接続可能な6端子スターカプラ
の実施例を示す平面図である。
【図7】 従来の相互接続可能な4端子スターカプラを
示す平面図である。
【図8】 光導波路の曲がりに起因する光の漏れを示す
模式図である。
【図9】 従来の相互接続可能な6端子スターカプラを
示す平面図である。
【符号の説明】
1…光導波路の基板、2…光ファイバー、3…等分配光
分岐路、4…交差部、5,5a〜5f…光導波路、6…
不等分配光分岐路、7…等分配光分岐路、8…曲線導波
路、9…直線導波路、Ta〜Td…端子
フロントページの続き (72)発明者 平田 益一 東京都葛飾区新宿6丁目1番1号 三菱瓦 斯化学株式会社東京研究所内 (72)発明者 川端 康成 東京都葛飾区新宿6丁目1番1号 三菱瓦 斯化学株式会社東京研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路からなる回路を基板上に集積し
    て構成した端子数Nが4以上の多端子スターカプラにお
    いて、任意の端子から他の全ての端子への分岐を行うN
    個の1対(N−1)分岐路を有しており、任意の端子か
    ら隣合わない他の端子への光導波路は少なくとも一つの
    他の端子からの光導波路との交差部を含んでいることを
    特徴とする相互接続可能な多端子スターカプラ。
JP4187065A 1992-07-14 1992-07-14 相互接続可能な多端子スターカプラ Pending JPH0634839A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4187065A JPH0634839A (ja) 1992-07-14 1992-07-14 相互接続可能な多端子スターカプラ
DE69330365T DE69330365T2 (de) 1992-07-14 1993-07-09 Miteinander verbindbare Vielfachschluss-Sternkoppler
EP93111025A EP0579134B1 (en) 1992-07-14 1993-07-09 Interconnectable multi-terminal star coupler
US08/090,955 US5343545A (en) 1992-07-14 1993-07-13 Interconnectable multi-terminal star coupler

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EP (1) EP0579134B1 (ja)
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