JPH07230014A - 2つの導波路間の近接結合のための集積光装置 - Google Patents
2つの導波路間の近接結合のための集積光装置Info
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Abstract
性を有する改良された光近接カプラを提供する。 【構成】 第1および第2のストレ−トな導波路セグメ
ント27,28の入力端部に、それぞれ第1および第2
の湾曲セグメント33,34を含む手段によって、第1
および第2の端部セグメント37,38が接続されてい
る。端部セグメントは両方とも、それらが接続される従
来の光ファイバによって決定される同じ予め定められた
サイズである。ストレ−ト・セグメントの一方が他方よ
り狭くなされなければならない。装置の過剰損失を軽減
するために、第1のストレ−ト・セグメントと、各湾曲
セグメントの少なくとも一部分が端部セグメントより若
干短くなされ、そして第2のストレ−ト・セグメント
と、各湾曲セグメントの少なくとも一部分が端部セグメ
ントより若干幅広くなされる。
Description
の導波路間の近接結合のための光学装置に関し、さらに
詳細には低損失で広帯域の動作を特徴とし、かつ許容し
うるカットオフ波長特性を有するこの種の装置に関す
る。
とによって光ネットワ−クのコスト軽減を得ることがで
きる。例えば、イオン交換技術が、16もの出力ポ−ト
を有する1×Nスプリッタ−を作成するための技術とし
て有望であることが判っている。このような装置は、Y
ジャンクションとして形成された場合には、低コストで
優れた色消し性と均一性を与える。
分割点に達するための異なる通路における冗長、(c)
ネットワ−クの将来的展開における柔軟性、および
(d)ネットワ−ク試験入口ポイント(netwark testin
g entry point)の提供のような種々の理由で、1つの
システムに第2の入力を設け得ることがさらに望ましく
なりつつある。第2の入力を提供することができるジャ
ンクション、例えば2×2ジャンクションは、プレ−ナ
Yジャンクション技術を使用する場合には、1×2ジャ
ンクションよりも実現するのが困難である。1つが1×
Nスプリッタ−に第2の入力を与えるためのものである
2つのYジャンクションを組合せると、さらに3dBの
損失を生ずることになり、そのような大きい損失は許容
できない。
めに干渉計装置が用いられた。図1は、波長の異なる2
つの信号を結合/分離するための波長分割マルチプレク
サ(WDM)として機能する対称導波路カプラ10を示
している。それは、2つのストレ−トな平行した導波路
11および12と、端部が入力/出力ポ−トと呼ばれる
湾曲した進入セグメント13、14、15および16を
具備している。それらのポ−トはそれらの例えば「ピグ
テ−リング」(pigtailing)の技術によってそれらのポ
−トに付着された被覆光ファイバ19−22の直径によ
って定められる距離だけ離間されている。
al. "Broadband Silica-Based Optical Waveguide Coup
ler with Asymmetric Structure", Electronics Letter
s, 18 Jan. 1990, Vol 26, No. 2, pp. 132-133という
刊行物に開示されている。その装置は、2つの通路をそ
れらが結合領域で異なる伝播定数を有するように形成す
ることによって広帯域化される。図1を参照すると、導
波路通路のうちの1つの幅を変えることによって伝播定
数が異なるようになされる。ストレ−トな導波路11
と、セグメント13および15はWDMカプラ内では同
じ幅であるが、導波路12’が導波路11’より狭くな
されており、進入セグメント14および16は入力およ
び出力ポ−トにおける標準幅から導波路12’における
狭い幅までテ−パされている。
方の導波路に伝達されるパワ−は P1-2 = F2 sin2 {(C/F)L} (1) で与えられる。ただし、Lは相互作用の長さ、Cは結合定
数であり、そしてFはΔβ、すなわち2つの導波路の伝
播定数β1およびβ2間の差に依存し、 F = 1 + [(β1 - β2)2/4C2]-1/2 (2) 3dBカプラを作成するためには、近接カプラの波長レ
スポンスは、F2が1/2に等しく、かつCL/Fが(2n + 1)π/
2に等しくなるようにLが選定された場合に、最大限フラ
ットになることが示され得る。不完全なパワ−伝達が生
じ、そのため、波長の関数としての出力パワ−がよりフ
ラットになる。
は、Si上へのSiO2の火炎加水分解沈積と、フォトリソグ
ラフィ(photolithography)と、反応イオン・エッチン
グの組合せによって形成される。狭くされた進入セグメ
ント14’および16’の湾曲した部分には、それらの
直径が減寸されているために、比較的小さい過剰損失が
誘起される。
ことなしにはイオン交換導波路通路の幅を減寸すること
ができない点で、火炎加水分解や他のプレ−ナ技術とは
異なっている。したがって、狭い通路の実効屈折率は
(a)通路幅を狭くすること、および(b)屈折率を低
下させることによって低下される。Δβ近接カプラにお
ける導波路通路を形成するためにイオン交換技術が用い
られる場合には、上記(a)および(b)の両方とも2
つの通路間の実効屈折率の差(すなわちΔβ)を増加さ
せ、そしてまた屈曲した進入領域における損失を増大さ
せるであろう。
の1つの目的は改良された集積光近接カプラを提供する
ことである。他の目的は低い損失を呈示しかつ所望のカ
ットオフ波長特性を呈示する広帯域化された集積光近接
カプラを提供することである。
は2つの導波路間の近接結合のための集積光装置に関す
る。この装置は同じ幅を有する第1および第2の導波路
入力端部セグメントを具備している。第1および第2の
ストレ−トな相互作用導波路セグメントは互いに平行で
かつ接近している。第1のストレ−トなセグメントは第
1および第2の入力端部セグメントより狭く、そして第
2のストレ−トな相互作用セグメントは第1および第2
の入力端部セグメントより幅が広い。第1の入力手段が
第1の入力端部セグメントを第1のストレ−トなセグメ
ントに接続し、そして第2の入力手段が第2の端部セグ
メントを第2のストレ−トなセグメントに接続する。出
力手段は第1および第2のストレ−トな通路のうちの1
つからの信号を結合する。
示されている。このカプラは2つのストレ−トで平行な
導波路27および28と、進入セグメント29、30、
31および32を具備している。ストレ−ト・セグメン
ト27に接続された進入セグメント29および31は、
それぞれ遷移セグメント41および43によって端部セ
グメント38および40に接続された湾曲セグメント3
4および36を具備している。遷移セグメントは、光フ
ァイバに対してカプラの導波路通路間の低損失接続を与
えるために必要とされる。図2では遷移セグメントは端
部セグメントに隣接して配置されているが、それらは図
1に示されているように湾曲セグメントの長さに沿って
配置されてもよい。しかし、遷移セグメントを湾曲領域
に配置すると、損失が大きくなるおそれがある。
グメント37および39より狭い。過剰損失を少なくす
るために、狭い通路27は従来技術(図1参照)のよう
に狭くはなされていない。これは、他方のストレ−ト導
波路通路28をセグメント38および40ようり若干幅
広くすることによって達成される。したがって、通路2
7をそれの幅と低下された屈折率が過剰損失を過剰に増
加させるように狭くすることなしに、所要のΔβを得る
ことができる。
なるにつれて、それのカットオフ波長が増加する。2次
モ−ドの標準カットオフ波長は約1200nmである。通路幅
の1.0μmの差がカットオフ波長に200nmのシフトを生ず
ることになる。幅の広い通路28はそれのカットオフ波
長が動作波長より大きくなるように幅広くはなされ得な
い。なぜなら、2次モ−ドへのパワ−の注入に基因した
ある程度のノイズまたは損失が生ずるおそれがあるから
である。したがって、2つの結合した導波路の伝播定数
の差は、ストレ−トな通路または等しい幅を有する標準
の狭帯域カプラと比較して、両方の導波路の幅の適度な
変化によって得られる。
幅を有するには、セグメント27および28は端部セブ
メント幅とは通常約0.2μm〜0.5μmだけ幅が異なるであ
ろう。
は、S'は典型的には9μmと12μmの間であり、そしてL'
は1.3および1.55nmにおいて3dB分割比を有するよう
に500μmと2000μmの間である。距離L'は結合領域の長
さであり、そしてS'は1つの導波路の中心から他の導波
路の中心までの距離である。
長さになされているが、100μm程度の短い長さで満足に
動作した。それより長いテ−パは装置を不当に長くする
にすぎない。
法によって構成された。ガラス基板の表面に光導波通路
通路をイオン交換によって形成し、そして続いてその通
路を埋設する方法および装置の例が米国特許第3836
348号、第4765702号、第4842629号、
第4913717号、および第4933262号に開示
されている。また、R.V. Ramaswamy et al. "Ion-Excha
nged Glass Waveguides: A Review", Journal of Light
wave Technology, Vol. 6, No. 6, June 1988,pp. 984-
1002; H.J. Lilienhof et al. "Index Profiles of Mul
timode Optical Strip Waveguides by Field Enhanced
Ion Exchange in Glasses", Optics Communications, V
ol. 35, No. 1, October, 1980, pp. 49-53; a. Miliou
et al."Fiber-Compatible K+-Na+ Ion-Exchanged Chan
nel Waveguides: Fabricationand Characterization",
IEEE Journal of Wuantum Electronics, Vol. 25, No.
8, August, 1989, pp. 1889-1897の刊行物をも参照さS
れたい。基板はナトリウムおよびカリウム・イオンを含
んだアルミノ・ボロシリケ−ト・ガラス(alimino boro
silicate glass)で作成された。それの屈折率は1.463
であった。導波路通路を形成した交換されたイオンはタ
リウムであった。通路27、33および35のためのマ
スク開孔の幅は2.6μmであった。通路28、34および
36のためのマスク開孔の幅は3.2μmであった。マスク
開孔の幅と屈折率分布半径または導波路通路幅との間に
は直接的な相関関係が存在する。高屈折率導波路の断面
形状は幾分円形であり、その分布は拡散された。寸法L'
およびS'は1000μmおよび11.5μmであった。図5はこの
カプラの挿入損失を示している。曲線61は入力信号が
セグメント37に印加された場合のセグメント39にお
ける出力信号を表わしている。曲線62は入力信号がセ
グメント37に印加された場合のセグメント40におけ
る出力信号を表わしている。挿入損失は第1の窓(1260
-1360nm)では3.3dB±0.5dBであり、そして第2の窓(1
480-1580nm)では3.7dB±0.5dBである。したがって、平
均過剰損失は標準のWDMカプラの場合と同じレベルで
ある。
に用いられる場合には、両方のストレ−ト・セグメント
27および28に接続される出力セグメントを有する必
要はない。図3および4では、図2に対応した要素は同
じ符号にダッシを付けて示されている。図3および4に
おいては、湾曲セグメント36および35が終端セグメ
ント50および55でそれぞれ置換されている。
所望のカットオフ波長特性を呈示する広帯域化された集
積光近接カプラを得ることができるが以上の説明から理
解されるであろう。
る。
プラの概略図である。
ある。
ある。
すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 2つの導波路間の近接結合のための集積
光装置であって、 同じ幅を有する第1および第2の導波路入力端部セグメ
ント(37、38)と、 互いに平行でかつ近接した第1および第2のストレ−ト
な相互作用導波路セグメント(27、28)を具備し、
前記第1のストレ−ト・セグメント(27)は前記第1
および第2の入力端部セグメント(37、38)より狭
く、前記第2のストレ−ト・セグメント(28)は前記
第1および第2の入力端部セグメント(37、38)よ
り幅広く、前記第1および第2のストレ−トな相互作用
導波路セグメント(27、28)間の間隔は前記第1お
よび第2の入力端部セグメント(37、38)間の間隔
より小さく、 前記第1の入力端部セグメント(37)を前記第1のス
トレ−ト・セグメント(27)に接続する第1の入力手
段(29)と、 前記第2の入力端部セグメント(38)を前記第1のス
トレ−ト・セグメント(28)に接続する第2の入力手
段(30)と、 前記第1および第2のストレ−ト・セグメント(27、
28)のうちの1つからの信号を結合する出力手段(3
1、32)を具備している2つの導波路間の近接結合の
ための集積光装置。 - 【請求項2】 前記第1の入力手段(29)が前記第1
のストレ−ト・セグメント(27)と前記第1の入力端
部セグメント(37)の間に接続された第1の湾曲セグ
メント(33)を具備しており、前記第1の入力手段
(29)内に第1のテ−パした遷移セグメント(41)
が配置されており、前記第2の入力手段(30)が前記
第2のストレ−ト・セグメント(28)と前記第2の入
力端部セグメント(38)の間に接続された第2の湾曲
セグメント(34)を具備しており、前記第1の入力手
段(30)内に第2のテ−パした遷移セグメント(4
2)が配置されている請求項1の光装置。 - 【請求項3】 前記第1および第2のテ−パした遷移セ
グメント(41、42)がそれぞれ前記第1および第2
の入力端部セグメント(37、38)に隣接して配置さ
れている請求項2の光装置。 - 【請求項4】 前記第1および第2のテ−パした遷移セ
グメント(41、42)がそれぞれ前記第1および第2
の湾曲セグメント(33、34)の長さに沿って配置さ
れている請求項2の光装置。 - 【請求項5】 前記出力手段(31、31’)が第3の
端部セグメント(39、39’)と、前記第2のストレ
−ト・セグメント(28、28’)の出力端部と前記第
3の端部セグメント(39、39’)の間に接続された
第3の湾曲セグメント(35、35’)よりなる請求項
1の光装置。 - 【請求項6】 前記出力手段(32、32’)が第4の
端部セグメント(40、40’)と、前記第2のストレ
−ト・セグメント(28、28’)の出力端部と前記第
4の端部セグメント(40、40’)の間に接続された
第4の湾曲セグメント(36、36’)よりなる請求項
1または5の光装置。 - 【請求項7】 前記出力手段が前記第1および第2のス
トレ−ト・セグメントのうちの1つに導波路通路によっ
て接続された光ファイバ(21’、22’)である請求
項1の光装置。 - 【請求項8】 前記第3または第4の端部セグメントに
対して軸線方向に配置された光ファイバ(21’)を具
備した請求項5または6の光装置。 - 【請求項9】 前記第3の端部セグメント(39)に対
して軸線方向に配置された第1の出力光ファイバ(3
9)と、前記第4の端部セグメント(40)に対して軸
線方向に配置された第2の出力光ファイバ(22’)を
具備した請求項5または6の光装置。 - 【請求項10】 前記セグメントがイオン交換処理によ
って形成された請求項1〜9のうちの1つによる光装
置。
Applications Claiming Priority (2)
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EP94400230A EP0667542B1 (en) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | Broadband integrated optical proximity coupler |
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