JPH09211244A - Ｙ分岐光導波路 - Google Patents
Ｙ分岐光導波路Info
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- JPH09211244A JPH09211244A JP1768296A JP1768296A JPH09211244A JP H09211244 A JPH09211244 A JP H09211244A JP 1768296 A JP1768296 A JP 1768296A JP 1768296 A JP1768296 A JP 1768296A JP H09211244 A JPH09211244 A JP H09211244A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｙ分岐点領域における伝搬損失を低減し、Ｙ
分岐による伝搬損失のばらつきを少なくする。 【解決手段】 ＬｉＮｂＯ3 基板上に１本のシングルモ
ード光導波路部２０が形成され、シングルモード光導波
路部２０には、幅狭側から幅広側にかけて一定の傾斜角
θで徐々にテーパ状に幅がＷ１からＷ２に拡大されたテ
ーパ状光導波路部２２が連続している。テーパ状光導波
路部２２の幅広側には、マルチモードの導波光を伝搬さ
せる長さｄが１００〜４００μｍのマルチモード光導波
路部２４が連続している。マルチモード光導波路部２４
からは、マルチモード光導波路部２４から離れるに従っ
て相互に滑らかに離れるように、シングルモードの導波
光を伝搬させる各々幅Ｗ１の２本のシングルモード分岐
光導波路部２６、２８が２つに分岐している。
分岐による伝搬損失のばらつきを少なくする。 【解決手段】 ＬｉＮｂＯ3 基板上に１本のシングルモ
ード光導波路部２０が形成され、シングルモード光導波
路部２０には、幅狭側から幅広側にかけて一定の傾斜角
θで徐々にテーパ状に幅がＷ１からＷ２に拡大されたテ
ーパ状光導波路部２２が連続している。テーパ状光導波
路部２２の幅広側には、マルチモードの導波光を伝搬さ
せる長さｄが１００〜４００μｍのマルチモード光導波
路部２４が連続している。マルチモード光導波路部２４
からは、マルチモード光導波路部２４から離れるに従っ
て相互に滑らかに離れるように、シングルモードの導波
光を伝搬させる各々幅Ｗ１の２本のシングルモード分岐
光導波路部２６、２８が２つに分岐している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＹ分岐光導波路に係
り、特に、基板表面または基板内部に形成されかつ光波
を閉じ込めて伝搬させる光導波路に光波を伝搬させ、光
波パワーを２以上に分岐したり２以上の光波を１つに合
波させたりするためのＹ分岐光導波路に関するものであ
る。
り、特に、基板表面または基板内部に形成されかつ光波
を閉じ込めて伝搬させる光導波路に光波を伝搬させ、光
波パワーを２以上に分岐したり２以上の光波を１つに合
波させたりするためのＹ分岐光導波路に関するものであ
る。
【０００２】このようなＹ分岐光導波路は、導波路型ス
ターカップラやマッハツェンダー型変調器に用いられて
おり、低損失でかつ損失値特性の製造ばらつきの少ない
ものが望まれている。
ターカップラやマッハツェンダー型変調器に用いられて
おり、低損失でかつ損失値特性の製造ばらつきの少ない
ものが望まれている。
【０００３】
【従来の技術】図１に理想形状をした従来のＹ分岐光導
波路を示す。このＹ分岐光導波路は、１本のシングルモ
ード光導波路１０と２本のシングルモード光導波路１
２、１４との間に、幅が位置Ａから位置Ｂまで徐々にテ
ーパ状に拡大されたテーパ状光導波路部１８を介在させ
て３本のシングルモード光導波路１０、１２、１４をＹ
字型に組み合わせて構成されている。また、シングルモ
ード光導波路１２とシングルモード光導波路１４との間
には、テーパ状光導波路部１８でマルチモードに変化し
た導波光を２つに分岐するための分岐部１６が形成され
ている。
波路を示す。このＹ分岐光導波路は、１本のシングルモ
ード光導波路１０と２本のシングルモード光導波路１
２、１４との間に、幅が位置Ａから位置Ｂまで徐々にテ
ーパ状に拡大されたテーパ状光導波路部１８を介在させ
て３本のシングルモード光導波路１０、１２、１４をＹ
字型に組み合わせて構成されている。また、シングルモ
ード光導波路１２とシングルモード光導波路１４との間
には、テーパ状光導波路部１８でマルチモードに変化し
た導波光を２つに分岐するための分岐部１６が形成され
ている。
【０００４】このようなＹ分岐光導波路は、通常、ガラ
スまたはＬｉＮｂＯ3 等の電気光学効果を有する材料か
らなる基板に、イオン交換法やＴｉ等の熱拡散法によっ
て基板の屈折率よりわずかに屈折率の高い光導波領域を
形成することによって得られる。
スまたはＬｉＮｂＯ3 等の電気光学効果を有する材料か
らなる基板に、イオン交換法やＴｉ等の熱拡散法によっ
て基板の屈折率よりわずかに屈折率の高い光導波領域を
形成することによって得られる。
【０００５】この屈折率のわずかに高い光導波領域は、
次のように形成される。まず、フォトレジストと呼ばれ
る感光剤を基板上に薄く塗布し、Ｙ分岐光導波路の原盤
が描画されているフォトマスクを用いて露光・現像し、
フォトレジストのＹ分岐パターンを形成する。続いて、
基板上に形成されたフォトレジストのＹ分岐パターン
に、イオン交換法やＴｉ等の熱拡散法により光を導波さ
せる光導波領域を形成する。
次のように形成される。まず、フォトレジストと呼ばれ
る感光剤を基板上に薄く塗布し、Ｙ分岐光導波路の原盤
が描画されているフォトマスクを用いて露光・現像し、
フォトレジストのＹ分岐パターンを形成する。続いて、
基板上に形成されたフォトレジストのＹ分岐パターン
に、イオン交換法やＴｉ等の熱拡散法により光を導波さ
せる光導波領域を形成する。
【０００６】通常、このようなＹ分岐光導波路は、光通
信でよく用いられる１．３〜１．５μｍの波長の光波が
シングルモードとなるように形成されることが多いた
め、光導波領域で構成された光導波路の幅は非常に狭
く、シングルモードの光を伝搬させる光導波路部の幅は
せいぜい６〜８μｍ程度となる。
信でよく用いられる１．３〜１．５μｍの波長の光波が
シングルモードとなるように形成されることが多いた
め、光導波領域で構成された光導波路の幅は非常に狭
く、シングルモードの光を伝搬させる光導波路部の幅は
せいぜい６〜８μｍ程度となる。
【０００７】Ｙ分岐光導波路の伝搬損失は、光導波路の
Ｙ分岐点領域近傍の形状、すなわち分岐部１６の先端部
の形状に左右されることが知られている。できるだけ伝
搬損失が少なくなるように分岐させるためには、２本の
シングルモード光導波路１２、１４間に形成される分岐
部１６の先端の形状をできるだけシャープにすることが
要求され、そのシャープさは導波光の波長と同程度（例
えば、１．５μｍ）以下とされている。また、導波光モ
ードの等位相面が傾くことによる損失を防止するために
２本のシングルモード光導波路１２、１４をなるべく徐
々に離間させていくことが必要であり、このため分岐部
１６の形状は極めて細長くならざるを得ない。
Ｙ分岐点領域近傍の形状、すなわち分岐部１６の先端部
の形状に左右されることが知られている。できるだけ伝
搬損失が少なくなるように分岐させるためには、２本の
シングルモード光導波路１２、１４間に形成される分岐
部１６の先端の形状をできるだけシャープにすることが
要求され、そのシャープさは導波光の波長と同程度（例
えば、１．５μｍ）以下とされている。また、導波光モ
ードの等位相面が傾くことによる損失を防止するために
２本のシングルモード光導波路１２、１４をなるべく徐
々に離間させていくことが必要であり、このため分岐部
１６の形状は極めて細長くならざるを得ない。
【０００８】しかしながら、従来用いられている露光、
現像、熱拡散等のプロセスによってＹ分岐光導波路を形
成する方法では、分岐部１６の先端は鈍った形状になっ
てしまう。図２は、従来のＹ分岐光導波路の実際の形状
を説明したものであり、分岐部１６の先端１６Ａは理想
的な位置Ｂより後退し、その幅も拡がっている。このた
め、Ｙ分岐点領域における光波の伝搬損失が大きくなっ
てしまう、という問題点があった。
現像、熱拡散等のプロセスによってＹ分岐光導波路を形
成する方法では、分岐部１６の先端は鈍った形状になっ
てしまう。図２は、従来のＹ分岐光導波路の実際の形状
を説明したものであり、分岐部１６の先端１６Ａは理想
的な位置Ｂより後退し、その幅も拡がっている。このた
め、Ｙ分岐点領域における光波の伝搬損失が大きくなっ
てしまう、という問題点があった。
【０００９】このため、図３に示すように、導波路と基
板との中間の屈折率を持った領域Ｅを、１本のシングル
モード光導波路１０の幅が広がり始める位置Ａと２本の
シングルモード光導波路１２、１４が分岐する位置Ｂ付
近との間に設ける技術（特開昭６３−６０４０７号公
報）や、１本のシングルモード導波路部にまで中間屈折
率領域を設けた技術（特開昭５６−１２６８０９号公
報）等が開示されている。
板との中間の屈折率を持った領域Ｅを、１本のシングル
モード光導波路１０の幅が広がり始める位置Ａと２本の
シングルモード光導波路１２、１４が分岐する位置Ｂ付
近との間に設ける技術（特開昭６３−６０４０７号公
報）や、１本のシングルモード導波路部にまで中間屈折
率領域を設けた技術（特開昭５６−１２６８０９号公
報）等が開示されている。
【００１０】しかしながら、図３に示すような従来のＹ
分岐光導波路であっても、露光、現像、熱拡散等のプロ
セスを経ると、図４に示すように、分岐部である領域Ｅ
の先端は現実的には鈍った形状になってしまうことは避
けられず、更に、この鈍りの程度が一定しないために、
製品毎の伝搬損失値がばらつくという問題があった。特
に、シングルモード光導波路では、導波路の幅が狭いた
め、分岐部の先端の鈍りの程度の影響が大きくなる。
分岐光導波路であっても、露光、現像、熱拡散等のプロ
セスを経ると、図４に示すように、分岐部である領域Ｅ
の先端は現実的には鈍った形状になってしまうことは避
けられず、更に、この鈍りの程度が一定しないために、
製品毎の伝搬損失値がばらつくという問題があった。特
に、シングルモード光導波路では、導波路の幅が狭いた
め、分岐部の先端の鈍りの程度の影響が大きくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するために成されたもので、Ｙ分岐点領域における
伝搬損失を低減し、かつ分岐部の先端が露光、現像、熱
拡散等のプロセスの製造誤差によって鈍った形状になっ
たり、先端位置が多少ずれても、伝搬損失に大きな影響
を及ぼさず、Ｙ分岐による伝搬損失のばらつきが少ない
Ｙ分岐光導波路を提供することを目的とする。
解決するために成されたもので、Ｙ分岐点領域における
伝搬損失を低減し、かつ分岐部の先端が露光、現像、熱
拡散等のプロセスの製造誤差によって鈍った形状になっ
たり、先端位置が多少ずれても、伝搬損失に大きな影響
を及ぼさず、Ｙ分岐による伝搬損失のばらつきが少ない
Ｙ分岐光導波路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、シングルモードの導波光を伝搬
させる１本のシングルモード光導波路部と、幅が徐々に
拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光導波路部に
連続したテーパ状光導波路部と、前記テーパ状光導波路
部の幅広側に連続しかつマルチモードの導波光を伝搬さ
せる略一定幅のマルチモード光導波路部と、前記マルチ
モード光導波路部から分岐し、かつシングルモードの導
波光を伝搬させる複数本のシングルモード分岐光導波路
部と、を含んで構成したものである。
に、請求項１の発明は、シングルモードの導波光を伝搬
させる１本のシングルモード光導波路部と、幅が徐々に
拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光導波路部に
連続したテーパ状光導波路部と、前記テーパ状光導波路
部の幅広側に連続しかつマルチモードの導波光を伝搬さ
せる略一定幅のマルチモード光導波路部と、前記マルチ
モード光導波路部から分岐し、かつシングルモードの導
波光を伝搬させる複数本のシングルモード分岐光導波路
部と、を含んで構成したものである。
【００１３】請求項２の発明は、シングルモードの導波
光を伝搬させる１本のシングルモード光導波路部と、幅
が徐々に拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光導
波路部に連続したテーパ状光導波路部と、前記テーパ状
光導波路部の幅広側に連続しかつマルチモードの導波光
を伝搬させる略一定幅のマルチモード光導波路部と、前
記マルチモード光導波路部から分岐し、かつシングルモ
ードの導波光を伝搬させる２本のシングルモード分岐光
導波路部と、を含んで構成したものである。
光を伝搬させる１本のシングルモード光導波路部と、幅
が徐々に拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光導
波路部に連続したテーパ状光導波路部と、前記テーパ状
光導波路部の幅広側に連続しかつマルチモードの導波光
を伝搬させる略一定幅のマルチモード光導波路部と、前
記マルチモード光導波路部から分岐し、かつシングルモ
ードの導波光を伝搬させる２本のシングルモード分岐光
導波路部と、を含んで構成したものである。
【００１４】また、請求項３の発明は、請求項２の発明
において、テーパ状光導波路部の幅狭側を前記シングル
モード光導波路部の幅と同じ幅とし、かつ幅広側を前記
シングルモード光導波路部の幅の２倍以上、前記シング
ルモード光導波路部の幅の２倍に前記シングルモード分
岐光導波路部の間に形成された分岐部の先端の幅を加え
た値以下の幅にしたものである。
において、テーパ状光導波路部の幅狭側を前記シングル
モード光導波路部の幅と同じ幅とし、かつ幅広側を前記
シングルモード光導波路部の幅の２倍以上、前記シング
ルモード光導波路部の幅の２倍に前記シングルモード分
岐光導波路部の間に形成された分岐部の先端の幅を加え
た値以下の幅にしたものである。
【００１５】そして、請求項４の発明は、請求項１また
は２の発明において、マルチモード光導波路部の導波光
進行方向の長さを１００〜４００μｍとしたものであ
る。
は２の発明において、マルチモード光導波路部の導波光
進行方向の長さを１００〜４００μｍとしたものであ
る。
【００１６】請求項１、２の発明では、１本のシングル
モード光導波路部を伝搬したシングルモードの導波光
は、幅が徐々に拡大されたテーパ状光導波路部を伝搬す
るときに徐々に２以上のモードのマルチモードに変化
し、マルチモード光導波路部を伝搬する。
モード光導波路部を伝搬したシングルモードの導波光
は、幅が徐々に拡大されたテーパ状光導波路部を伝搬す
るときに徐々に２以上のモードのマルチモードに変化
し、マルチモード光導波路部を伝搬する。
【００１７】従って、テーパ状光導波路部のマルチモー
ド光導波路部側の領域及びマルチモード光導波路部で
は、基本モードと高次モードとが同時に存在する状態に
なる。このような状態では、各モードが相互作用し、モ
ード間でエネルギーの授受を行うため、各モードの重ね
合わせによって光波のパワーに分布が生じ、パワー分布
が１つのローブ（山）から成るシングルモードの導波光
がパワー分布が２つ以上のローブから成るマルチルモー
ドの導波光に変化する。
ド光導波路部側の領域及びマルチモード光導波路部で
は、基本モードと高次モードとが同時に存在する状態に
なる。このような状態では、各モードが相互作用し、モ
ード間でエネルギーの授受を行うため、各モードの重ね
合わせによって光波のパワーに分布が生じ、パワー分布
が１つのローブ（山）から成るシングルモードの導波光
がパワー分布が２つ以上のローブから成るマルチルモー
ドの導波光に変化する。
【００１８】このとき、マルチモード光導波路部の幅は
略一定であるため、光波は伝搬しながらパワー分布が徐
々に安定して行く。マルチモード光導波路部において安
定したパワー分布で導波光が伝搬する安定伝搬領域の導
波光進行方向の範囲（距離）は、導波光の分岐位置が製
造誤差によって設計位置からずれる範囲（距離）より遙
かに長いので、安定伝搬領域内に導波光の分岐位置が位
置するように設計しておけば、製造誤差によって実際の
分岐位置がずれても、このずれ量だけマルチモード光導
波路部の長さが変化するだけであり、このずれた分岐位
置は安定伝搬領域内に常に位置するようにすることがで
きる。
略一定であるため、光波は伝搬しながらパワー分布が徐
々に安定して行く。マルチモード光導波路部において安
定したパワー分布で導波光が伝搬する安定伝搬領域の導
波光進行方向の範囲（距離）は、導波光の分岐位置が製
造誤差によって設計位置からずれる範囲（距離）より遙
かに長いので、安定伝搬領域内に導波光の分岐位置が位
置するように設計しておけば、製造誤差によって実際の
分岐位置がずれても、このずれ量だけマルチモード光導
波路部の長さが変化するだけであり、このずれた分岐位
置は安定伝搬領域内に常に位置するようにすることがで
きる。
【００１９】従って、パワー分布が安定した状態で、各
々のローブ部分で分岐するように複数のシングルモード
分岐光導波路部をマルチモード光導波路部から分岐させ
ておくことにより、マルチモード光導波路部を伝搬した
導波光は、大きな損失を伴うことなくシングルモード分
岐光導波路部の各々に分岐されて伝搬する。
々のローブ部分で分岐するように複数のシングルモード
分岐光導波路部をマルチモード光導波路部から分岐させ
ておくことにより、マルチモード光導波路部を伝搬した
導波光は、大きな損失を伴うことなくシングルモード分
岐光導波路部の各々に分岐されて伝搬する。
【００２０】なお、導波光を合波する場合には、導波光
の進行方向は上記と逆になる。請求項１、２の発明で
は、略一定幅のマルチモード光導波路部が設けられてい
るため、導波光はこのマルチモード光導波路部を伝搬し
ていく過程で安定し、Ｙ分岐点領域の製造誤差があって
も安定した位置で分岐される。このため、伝搬損失を低
くすることができ、またＹ分岐による伝搬損失のばらつ
きを少なくすることができる。
の進行方向は上記と逆になる。請求項１、２の発明で
は、略一定幅のマルチモード光導波路部が設けられてい
るため、導波光はこのマルチモード光導波路部を伝搬し
ていく過程で安定し、Ｙ分岐点領域の製造誤差があって
も安定した位置で分岐される。このため、伝搬損失を低
くすることができ、またＹ分岐による伝搬損失のばらつ
きを少なくすることができる。
【００２１】上記テーパ状光導波路部の幅狭側はシング
ルモード光導波路部の幅と同じ幅とし、かつ幅広側はシ
ングルモード光導波路部の幅の２倍以上、シングルモー
ド光導波路部の幅の２倍にシングルモード分岐光導波路
部の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた値以下の
幅にすることができる。
ルモード光導波路部の幅と同じ幅とし、かつ幅広側はシ
ングルモード光導波路部の幅の２倍以上、シングルモー
ド光導波路部の幅の２倍にシングルモード分岐光導波路
部の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた値以下の
幅にすることができる。
【００２２】また、光導波路における光波のパワー分布
は、幅が変化するテーパ状光導波路部で特に大きく変化
するので、光波のパワー分布を急激に変化させないよう
にすると共にテーパ状光導波路部の長さを必要以上に長
くさせないようにするために、テーパ状光導波路部の幅
の変化の程度を導波光進行方向に対する傾斜角で０．１
〜２°程度にするのが好ましい。
は、幅が変化するテーパ状光導波路部で特に大きく変化
するので、光波のパワー分布を急激に変化させないよう
にすると共にテーパ状光導波路部の長さを必要以上に長
くさせないようにするために、テーパ状光導波路部の幅
の変化の程度を導波光進行方向に対する傾斜角で０．１
〜２°程度にするのが好ましい。
【００２３】上記のように、光波のパワー分布は各モー
ドの重ね合わせによって発生するので、マルチモード光
導波路部の導波光進行方向における各位置によって光波
のパワー分布が異なることになる。このため、マルチモ
ード光導波路部の長さによって、マルチモード光導波路
部からシングルモード分岐光導波路部へ移行する光波の
パワー分布が異なることになる。
ドの重ね合わせによって発生するので、マルチモード光
導波路部の導波光進行方向における各位置によって光波
のパワー分布が異なることになる。このため、マルチモ
ード光導波路部の長さによって、マルチモード光導波路
部からシングルモード分岐光導波路部へ移行する光波の
パワー分布が異なることになる。
【００２４】従って、マルチモード光導波路部からシン
グルモード分岐光導波路部へパワー分布が安定した導波
光を移行させるためには、マルチモード光導波路部の長
さを第１の所定値以上としてある程度の距離伝搬させる
必要があるが、マルチモード光導波路部が長いとマルチ
モード光導波路部の屈折率分布の乱れ等による伝搬損失
が増大するため、マルチモード光導波路部の導波光進行
方向の長さは第１の所定値より大きい第２の所定値以下
とするのが好ましい。
グルモード分岐光導波路部へパワー分布が安定した導波
光を移行させるためには、マルチモード光導波路部の長
さを第１の所定値以上としてある程度の距離伝搬させる
必要があるが、マルチモード光導波路部が長いとマルチ
モード光導波路部の屈折率分布の乱れ等による伝搬損失
が増大するため、マルチモード光導波路部の導波光進行
方向の長さは第１の所定値より大きい第２の所定値以下
とするのが好ましい。
【００２５】このマルチモード光導波路部の導波光進行
方向の長さを上記の範囲内で調整することによって、シ
ングルモード分岐光導波路部に移行するときの光波のパ
ワー分布を調整すれば、より伝搬損失の低いＹ分岐光導
波路を提供することができる。
方向の長さを上記の範囲内で調整することによって、シ
ングルモード分岐光導波路部に移行するときの光波のパ
ワー分布を調整すれば、より伝搬損失の低いＹ分岐光導
波路を提供することができる。
【００２６】具体的には、マルチモード光導波路部の導
波光進行方向の長さは、１００μｍ〜４００μｍ、好ま
しくは１５０μｍ〜２００μｍとすることができる。こ
れは、マルチモード光導波路部の導波光の進行方向長さ
を１００μｍ未満とした場合には、光波のパワー分布が
安定しないため伝搬損失が大きくなるため好ましくな
く、一方この長さを４００μｍを越える値とした場合に
は光導波路の屈折率分布の乱れ等による損失が増大し、
伝搬損失が大きくなるため好ましくないからである。こ
の長さを１００μｍ〜４００μｍとすることにより、Ｙ
分岐点領域における伝搬損失を０．２ｄＢ以下にするこ
とができ、また長さを１５０μｍ〜２００μｍとするこ
とにより、伝搬損失を略０にすることができる。
波光進行方向の長さは、１００μｍ〜４００μｍ、好ま
しくは１５０μｍ〜２００μｍとすることができる。こ
れは、マルチモード光導波路部の導波光の進行方向長さ
を１００μｍ未満とした場合には、光波のパワー分布が
安定しないため伝搬損失が大きくなるため好ましくな
く、一方この長さを４００μｍを越える値とした場合に
は光導波路の屈折率分布の乱れ等による損失が増大し、
伝搬損失が大きくなるため好ましくないからである。こ
の長さを１００μｍ〜４００μｍとすることにより、Ｙ
分岐点領域における伝搬損失を０．２ｄＢ以下にするこ
とができ、また長さを１５０μｍ〜２００μｍとするこ
とにより、伝搬損失を略０にすることができる。
【００２７】また、シングルモードの導波光をパワー分
布において２つのローブを備えたマルチモードの導波光
に変化させ、このマルチモードの導波光をシングルモー
ドの導波光に分岐するためには、マルチモード光導波路
部の幅方向中央部でのパワーが小さく、かつ左右に大き
なパワーを持つ対称なパワー分布になった状態でシング
ルモード分岐光導波路部に移行させるのが好ましい。こ
のような２つのローブを備えたマルチモードの導波光を
シングルモードの導波光に分岐するためには、テーパ状
光導波路部の幅広側の幅及びマルチモード光導波路部側
の幅はシングルモード光導波路部の幅の２倍以上、シン
グルモード光導波路部の幅の２倍にシングルモード分岐
光導波路部の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた
値以下とし、２本のシングルモード分岐光導波路部を設
ければよい。
布において２つのローブを備えたマルチモードの導波光
に変化させ、このマルチモードの導波光をシングルモー
ドの導波光に分岐するためには、マルチモード光導波路
部の幅方向中央部でのパワーが小さく、かつ左右に大き
なパワーを持つ対称なパワー分布になった状態でシング
ルモード分岐光導波路部に移行させるのが好ましい。こ
のような２つのローブを備えたマルチモードの導波光を
シングルモードの導波光に分岐するためには、テーパ状
光導波路部の幅広側の幅及びマルチモード光導波路部側
の幅はシングルモード光導波路部の幅の２倍以上、シン
グルモード光導波路部の幅の２倍にシングルモード分岐
光導波路部の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた
値以下とし、２本のシングルモード分岐光導波路部を設
ければよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図５に示すように、本実施
の形態のＹ分岐光導波路は、ＬｉＮｂＯ3 （以下ＬＮと
略記する）基板上に形成され、シングルモードの導波光
を伝搬させる幅Ｗ１の１本のシングルモード光導波路部
２０を備えている。ＬＮ基板としては、Ｚ−カット，Ｙ
−伝搬やＸ−カット，Ｚ−伝搬のＬＮ基板を用いること
ができる。
施の形態を詳細に説明する。図５に示すように、本実施
の形態のＹ分岐光導波路は、ＬｉＮｂＯ3 （以下ＬＮと
略記する）基板上に形成され、シングルモードの導波光
を伝搬させる幅Ｗ１の１本のシングルモード光導波路部
２０を備えている。ＬＮ基板としては、Ｚ−カット，Ｙ
−伝搬やＸ−カット，Ｚ−伝搬のＬＮ基板を用いること
ができる。
【００２９】このシングルモード光導波路部２０には、
幅狭側から幅広側にかけて一定の傾斜角θで徐々にテー
パ状に幅がＷ１からＷ２に拡大されたテーパ状光導波路
部２２が連続している。
幅狭側から幅広側にかけて一定の傾斜角θで徐々にテー
パ状に幅がＷ１からＷ２に拡大されたテーパ状光導波路
部２２が連続している。
【００３０】このテーパ状光導波路部２２の幅広側に
は、マルチモードの導波光を伝搬させるマルチモード光
導波路部２４が連続している。このマルチモード光導波
路部２４の幅は略一定の幅Ｗ２で、かつ導波光の進行方
向の長さはｄである。このとき、幅Ｗ２は、シングルモ
ード光導波路部２０の幅Ｗ１の２倍に、２本のシングル
モード分岐光導波路２６、２８の間に形成された分岐部
３０の先端の幅を加えた幅である。この長さｄは、導波
光のパワー分布が安定しかつ伝搬損失が大きくならない
程度に設定されている。
は、マルチモードの導波光を伝搬させるマルチモード光
導波路部２４が連続している。このマルチモード光導波
路部２４の幅は略一定の幅Ｗ２で、かつ導波光の進行方
向の長さはｄである。このとき、幅Ｗ２は、シングルモ
ード光導波路部２０の幅Ｗ１の２倍に、２本のシングル
モード分岐光導波路２６、２８の間に形成された分岐部
３０の先端の幅を加えた幅である。この長さｄは、導波
光のパワー分布が安定しかつ伝搬損失が大きくならない
程度に設定されている。
【００３１】マルチモード光導波路部２４からは、マル
チモード光導波路部２４から離れるに従って相互に滑ら
かに離れるように、シングルモードの導波光を伝搬させ
る各々幅Ｗ１の２本のシングルモード分岐光導波路部２
６、２８が２つに分岐している。マルチモード光導波路
部２４から２本のシングルモード分岐光導波路部２６、
２８が分岐する結果、シングルモード分岐光導波路部２
６、２８のマルチモード光導波路部２４側の部位の間
に、導波光の波長と同じ程度（例えば、１．５μｍ）の
幅の分岐部３０が形成される。
チモード光導波路部２４から離れるに従って相互に滑ら
かに離れるように、シングルモードの導波光を伝搬させ
る各々幅Ｗ１の２本のシングルモード分岐光導波路部２
６、２８が２つに分岐している。マルチモード光導波路
部２４から２本のシングルモード分岐光導波路部２６、
２８が分岐する結果、シングルモード分岐光導波路部２
６、２８のマルチモード光導波路部２４側の部位の間
に、導波光の波長と同じ程度（例えば、１．５μｍ）の
幅の分岐部３０が形成される。
【００３２】図５においてｄ’は、テーパ状光導波路部
２２の幅広側から２本のシングルモード分岐光導波路部
２６、２８の対向する内側の２辺の間隔が導波路の波長
と同じ程度まで接近する部分である分岐部３０の先端ま
での設計上の距離、すなわちマルチモード光導波路部２
４の設計上の長さを示す。また、ｄは実際のマルチモー
ド光導波路部２４の長さ、すなわちプロセスの加工精度
等の影響を受けて分岐部３０の先端が設計値より鈍り、
かつその位置が設計位置よりずれて構成されたマルチモ
ード光導波路部２４の長さを示している。
２２の幅広側から２本のシングルモード分岐光導波路部
２６、２８の対向する内側の２辺の間隔が導波路の波長
と同じ程度まで接近する部分である分岐部３０の先端ま
での設計上の距離、すなわちマルチモード光導波路部２
４の設計上の長さを示す。また、ｄは実際のマルチモー
ド光導波路部２４の長さ、すなわちプロセスの加工精度
等の影響を受けて分岐部３０の先端が設計値より鈍り、
かつその位置が設計位置よりずれて構成されたマルチモ
ード光導波路部２４の長さを示している。
【００３３】マルチモード光導波路部では、屈折率分布
及び光導波路の幅が略一定であるため、伝搬する導波光
のパワー分布はプロセスの加工精度の影響を受け難く、
安定して伝搬する。マルチモード光導波路部において安
定したパワー分布で導波光が伝搬する安定伝搬領域の導
波光進行方向の距離は、導波光の分岐位置が製造誤差に
よって設計位置からずれる距離より遙かに長いので、図
５のように後退した状態においても分岐部３０の先端は
安定伝搬領域内に位置するように設計位置を設定するこ
とは容易である。
及び光導波路の幅が略一定であるため、伝搬する導波光
のパワー分布はプロセスの加工精度の影響を受け難く、
安定して伝搬する。マルチモード光導波路部において安
定したパワー分布で導波光が伝搬する安定伝搬領域の導
波光進行方向の距離は、導波光の分岐位置が製造誤差に
よって設計位置からずれる距離より遙かに長いので、図
５のように後退した状態においても分岐部３０の先端は
安定伝搬領域内に位置するように設計位置を設定するこ
とは容易である。
【００３４】なお、シングルモード光導波路部２０、テ
ーパ状光導波路部２２、マルチモード光導波路部２４、
及びシングルモード分岐光導波路部２６、２８の屈折率
は略同じ値である。
ーパ状光導波路部２２、マルチモード光導波路部２４、
及びシングルモード分岐光導波路部２６、２８の屈折率
は略同じ値である。
【００３５】シングルモード光導波路部２０、シングル
モード分岐光導波路部２６、２８の幅Ｗ１は、これらの
光導波路部を形成する領域の屈折率の大きさによって変
化するが、本実施の形態では７μｍとした。マルチモー
ド光導波路部２４の幅Ｗ２は、本実施の形態では１５．
５μｍとした。従って、テーパ状光導波路部２２の幅狭
側の幅は、シングルモード光導波路部の幅Ｗ１と同じ７
μｍになり、幅広側の幅は、シングルモード光導波路部
の幅Ｗ１の２倍に分岐部の先端の幅を加えた１５．５μ
ｍになっている。また、テーパ状光導波路部２２の傾斜
角θは０．１〜２°の範囲とした。傾斜角θが２°を越
えるとモードが急激に変化するので好ましくなく、傾斜
角θが０．１°未満であるとテーパ状光導波路部２２の
長さが長くなって伝搬損失が増加するので好ましくな
い。
モード分岐光導波路部２６、２８の幅Ｗ１は、これらの
光導波路部を形成する領域の屈折率の大きさによって変
化するが、本実施の形態では７μｍとした。マルチモー
ド光導波路部２４の幅Ｗ２は、本実施の形態では１５．
５μｍとした。従って、テーパ状光導波路部２２の幅狭
側の幅は、シングルモード光導波路部の幅Ｗ１と同じ７
μｍになり、幅広側の幅は、シングルモード光導波路部
の幅Ｗ１の２倍に分岐部の先端の幅を加えた１５．５μ
ｍになっている。また、テーパ状光導波路部２２の傾斜
角θは０．１〜２°の範囲とした。傾斜角θが２°を越
えるとモードが急激に変化するので好ましくなく、傾斜
角θが０．１°未満であるとテーパ状光導波路部２２の
長さが長くなって伝搬損失が増加するので好ましくな
い。
【００３６】本実施の形態のテーパ状光導波路部２２で
は、光導波路の幅が徐々に広がっているため、シングル
モード光導波路部２０側から伝搬した導波光は、パワー
分布においてローブが１つのシングルモードからローブ
が２つのマルチモードへ徐々に変化して行く。マルチモ
ード光導波路部の幅は略一定であるため、光波は伝搬し
ながらマルチモードのパワー分布が徐々に安定して行
く。安定したマルチモードのパワー分布は、マルチモー
ド光導波路部の幅方向中央部でのパワーが最小で、かつ
幅方向左右に大きなパワーを持つ対称なパワー分布にな
る。
は、光導波路の幅が徐々に広がっているため、シングル
モード光導波路部２０側から伝搬した導波光は、パワー
分布においてローブが１つのシングルモードからローブ
が２つのマルチモードへ徐々に変化して行く。マルチモ
ード光導波路部の幅は略一定であるため、光波は伝搬し
ながらマルチモードのパワー分布が徐々に安定して行
く。安定したマルチモードのパワー分布は、マルチモー
ド光導波路部の幅方向中央部でのパワーが最小で、かつ
幅方向左右に大きなパワーを持つ対称なパワー分布にな
る。
【００３７】シングルモード分岐光導波路部２６、２８
の間に形成された分岐部３０は、マルチモード光導波路
部の幅方向中央部に位置しているため、導波光のパワー
の最小の部分が分岐部３０に当接するように伝搬し、パ
ワーが最小の部分で分岐され、２つのローブはシングル
モードとしてシングルモード分岐光導波路部２６、２８
を各々伝搬する。
の間に形成された分岐部３０は、マルチモード光導波路
部の幅方向中央部に位置しているため、導波光のパワー
の最小の部分が分岐部３０に当接するように伝搬し、パ
ワーが最小の部分で分岐され、２つのローブはシングル
モードとしてシングルモード分岐光導波路部２６、２８
を各々伝搬する。
【００３８】図６は、本実施の形態のＹ分岐光導波路の
マルチモード光導波路部の導波光進行方向の長さｄを０
〜７００μｍの範囲で変化させ、波長１．５５μｍのレ
ーザビームをシングルモード光導波路部２０側から入射
させたときの、マルチモード光導波路部２４の導波光の
進行方向の長さｄとＹ分岐光導波路の伝搬損失との関係
を示すものである。図６から、マルチモード光導波路部
２４の導波光の進行方向の長さｄを６５μｍ〜４１０μ
ｍ程度、好ましくは１００μｍ〜４００μｍとすること
によって、Ｙ分岐光導波路の伝搬損失を０．２ｄＢ以下
の小さな値にすることができ、さらに長さｄを１５０μ
ｍ〜２００μｍとすることによって、前記伝搬損失を略
０ｄＢ以下にすることができる。
マルチモード光導波路部の導波光進行方向の長さｄを０
〜７００μｍの範囲で変化させ、波長１．５５μｍのレ
ーザビームをシングルモード光導波路部２０側から入射
させたときの、マルチモード光導波路部２４の導波光の
進行方向の長さｄとＹ分岐光導波路の伝搬損失との関係
を示すものである。図６から、マルチモード光導波路部
２４の導波光の進行方向の長さｄを６５μｍ〜４１０μ
ｍ程度、好ましくは１００μｍ〜４００μｍとすること
によって、Ｙ分岐光導波路の伝搬損失を０．２ｄＢ以下
の小さな値にすることができ、さらに長さｄを１５０μ
ｍ〜２００μｍとすることによって、前記伝搬損失を略
０ｄＢ以下にすることができる。
【００３９】次に、上記構造のＹ分岐光導波路の具体的
製造方法を説明する。まず、ＬＮ基板上に、フォトレジ
ストをスピンコート法によって、約７００ｎｍの厚みに
塗布する。次に、図５に示したＹ分岐光導波路のパター
ン（Ｙ分岐パターン）が描画されたフォトマスクを用い
て、ＬＮ基板上にこのＹ分岐パターンを露光して現像
し、フォトレジストのＹ分岐パターンを形成する。
製造方法を説明する。まず、ＬＮ基板上に、フォトレジ
ストをスピンコート法によって、約７００ｎｍの厚みに
塗布する。次に、図５に示したＹ分岐光導波路のパター
ン（Ｙ分岐パターン）が描画されたフォトマスクを用い
て、ＬＮ基板上にこのＹ分岐パターンを露光して現像
し、フォトレジストのＹ分岐パターンを形成する。
【００４０】このとき、露光・現像の僅かな条件の相違
や、フォトレジストの厚さや硬さの相違によって、Ｙ分
岐パターンの幅が非常に細くなる分岐部３０の形状は、
原パターンと相違してくる。露光・現像後の分岐部３０
の形状は、フォトレジストの付着力、露光の分解能等か
ら１μｍ程度の先端幅を有する台形、長方形（図５参
照）又は光の進行方向に対し末広がりになるホーン状
（但し、分岐の場合）等に形成される。
や、フォトレジストの厚さや硬さの相違によって、Ｙ分
岐パターンの幅が非常に細くなる分岐部３０の形状は、
原パターンと相違してくる。露光・現像後の分岐部３０
の形状は、フォトレジストの付着力、露光の分解能等か
ら１μｍ程度の先端幅を有する台形、長方形（図５参
照）又は光の進行方向に対し末広がりになるホーン状
（但し、分岐の場合）等に形成される。
【００４１】次に、ＬＮ基板にＴｉを約８０ｎｍの厚み
に蒸着した後、リフトオフによってＴｉのＹ分岐パター
ンを形成し、１０００°Ｃで１０時間熱拡散を行う。こ
のようにＴｉがＬＮ基板に熱拡散すると熱拡散した部位
の屈折率が上昇し、光波を閉じ込めて伝搬する導波路を
形成することができる。
に蒸着した後、リフトオフによってＴｉのＹ分岐パター
ンを形成し、１０００°Ｃで１０時間熱拡散を行う。こ
のようにＴｉがＬＮ基板に熱拡散すると熱拡散した部位
の屈折率が上昇し、光波を閉じ込めて伝搬する導波路を
形成することができる。
【００４２】なお、上記の例では、テーパ状光導波路部
２２の幅広側の幅Ｗ２は、シングルモード光導波路部を
２つに分岐するために、シングルモード光導波路部の幅
Ｗ１の２倍にシングルモード分岐光導波路部２６、２８
の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた値に形成さ
れている。
２２の幅広側の幅Ｗ２は、シングルモード光導波路部を
２つに分岐するために、シングルモード光導波路部の幅
Ｗ１の２倍にシングルモード分岐光導波路部２６、２８
の間に形成された分岐部の先端の幅を加えた値に形成さ
れている。
【００４３】幅Ｗ２は、分岐部３０の先端の幅に応じて
変更してもよい。ここで、分岐部の先端の幅は、伝搬す
る導波光の波長をλとしたとき、およそλ〜３λの範囲
であることが好ましい。分岐部３０の幅は、鋭い程伝搬
損失を低減できるが、製造限界及び製造誤差の見地から
λ程度で十分である。また、先端幅が３λを上回ると、
分岐部での屈折率分布の変化が大きくなり、伝搬損失が
増大してしまう。
変更してもよい。ここで、分岐部の先端の幅は、伝搬す
る導波光の波長をλとしたとき、およそλ〜３λの範囲
であることが好ましい。分岐部３０の幅は、鋭い程伝搬
損失を低減できるが、製造限界及び製造誤差の見地から
λ程度で十分である。また、先端幅が３λを上回ると、
分岐部での屈折率分布の変化が大きくなり、伝搬損失が
増大してしまう。
【００４４】また、上記実施の形態では、基板としてＬ
Ｎを用いた例について説明したが、ガラスや電気光学効
果を備えたＬｉＴａＯ3 等のその他の誘電体を用いても
よい。また、Ｔｉ拡散法によって形成した導波路を例に
説明したが、プロトン交換法によって形成した導波路等
他の光導波路に対しても本発明を適用することができ
る。また、ガラス導波路、半導体導波路等のように屈折
率分布が段階状の光導波路に対しても本発明を適用する
ことができる。
Ｎを用いた例について説明したが、ガラスや電気光学効
果を備えたＬｉＴａＯ3 等のその他の誘電体を用いても
よい。また、Ｔｉ拡散法によって形成した導波路を例に
説明したが、プロトン交換法によって形成した導波路等
他の光導波路に対しても本発明を適用することができ
る。また、ガラス導波路、半導体導波路等のように屈折
率分布が段階状の光導波路に対しても本発明を適用する
ことができる。
【００４５】また、上記の形態では、導波光を２つに分
岐する例について説明したが、３以上に分岐するように
してもよい。
岐する例について説明したが、３以上に分岐するように
してもよい。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように請求項１〜３の発明
によれば、略一定幅のマルチモード光導波路部が設けら
れているため、導波光はこのマルチモード光導波路部を
伝搬していく過程で安定し、安定した状態で分岐される
ため、Ｙ分岐点領域の製造誤差があっても伝搬損失を低
くすることができ、またＹ分岐による伝搬損失のばらつ
きを少なくすることができる、という効果が得られる。
によれば、略一定幅のマルチモード光導波路部が設けら
れているため、導波光はこのマルチモード光導波路部を
伝搬していく過程で安定し、安定した状態で分岐される
ため、Ｙ分岐点領域の製造誤差があっても伝搬損失を低
くすることができ、またＹ分岐による伝搬損失のばらつ
きを少なくすることができる、という効果が得られる。
【００４７】また、請求項４の発明によれば、マルチモ
ード光導波路部の導波光進行方向の長さを１００μｍ〜
４００μｍとしたので、Ｙ分岐点領域における伝搬損失
を０．２ｄＢ以下にすることができる、という効果が得
られる。
ード光導波路部の導波光進行方向の長さを１００μｍ〜
４００μｍとしたので、Ｙ分岐点領域における伝搬損失
を０．２ｄＢ以下にすることができる、という効果が得
られる。
【図１】従来の理想的なＹ分岐光導波路の一例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】図１のＹ分岐光導波路の現実的な構成図であ
る。
る。
【図３】従来の理想的なＹ分岐光導波路の他の例を示す
構成図である。
構成図である。
【図４】図３のＹ分岐光導波路の現実的な構成図であ
る。
る。
【図５】本発明のＹ分岐光導波路の実施の形態を示す構
成図である。
成図である。
【図６】マルチモード導波路部の長さｄに対するＹ分岐
光導波路の伝搬損失値の測定結果を示す特性図である。
光導波路の伝搬損失値の測定結果を示す特性図である。
２０ シングルモード光導波路部 ２２ テーパ状光導波路部 ２４ マルチモード光導波路部 ２６，２８ シングルモード分岐光導波路部 ３０ 分岐部
Claims (4)
- 【請求項１】シングルモードの導波光を伝搬させる１本
のシングルモード光導波路部と、 幅が徐々に拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光
導波路部に連続したテーパ状光導波路部と、 前記テーパ状光導波路部の幅広側に連続しかつマルチモ
ードの導波光を伝搬させる略一定幅のマルチモード光導
波路部と、 前記マルチモード光導波路部から分岐し、かつシングル
モードの導波光を伝搬させる複数本のシングルモード分
岐光導波路部と、 を含むＹ分岐光導波路。 - 【請求項２】シングルモードの導波光を伝搬させる１本
のシングルモード光導波路部と、 幅が徐々に拡大されかつ幅狭側が前記シングルモード光
導波路部に連続したテーパ状光導波路部と、 前記テーパ状光導波路部の幅広側に連続しかつマルチモ
ードの導波光を伝搬させる略一定幅のマルチモード光導
波路部と、 前記マルチモード光導波路部から分岐し、かつシングル
モードの導波光を伝搬させる２本のシングルモード分岐
光導波路部と、 を含むＹ分岐光導波路。 - 【請求項３】前記テーパ状光導波路部は、幅狭側が前記
シングルモード光導波路部の幅と同じ幅で、かつ幅広側
が前記シングルモード光導波路部の幅の２倍以上、前記
シングルモード光導波路部の幅の２倍に前記シングルモ
ード分岐光導波路部の間に形成された分岐部の先端の幅
を加えた値以下の幅である請求項２のＹ分岐光導波路。 - 【請求項４】前記マルチモード光導波路部の導波光進行
方向の長さを、１００μｍ〜４００μｍとした請求項１
または２のＹ分岐光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08017682A JP3077118B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Ｙ分岐光導波路 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08017682A JP3077118B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Ｙ分岐光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09211244A true JPH09211244A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3077118B2 JP3077118B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=11950619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08017682A Expired - Fee Related JP3077118B2 (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Ｙ分岐光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077118B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5281574A (en) * | 1991-11-01 | 1994-01-25 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Uracil derivatives and their use |
| GB2368131A (en) * | 2000-10-11 | 2002-04-24 | Marconi Caswell Ltd | Flared optical waveguide coupler |
| KR20040009525A (ko) * | 2002-07-24 | 2004-01-31 | 영 철 정 | 미세 채널 조정이 가능한 저밀도 파장 분할 다중화용두모드 간섭 파장 다중화기 |
| KR100429567B1 (ko) * | 2002-02-20 | 2004-04-29 | 삼성전자주식회사 | 광세기 분할기 |
| US6970625B2 (en) * | 2002-07-12 | 2005-11-29 | Intel Corporation | Optimized Y-branch design |
| JP2018169593A (ja) * | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04225115A (ja) * | 1990-04-06 | 1992-08-14 | Litton Syst Inc | 集積光学減相関器 |
-
1996
- 1996-02-02 JP JP08017682A patent/JP3077118B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04225115A (ja) * | 1990-04-06 | 1992-08-14 | Litton Syst Inc | 集積光学減相関器 |
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| KR100429567B1 (ko) * | 2002-02-20 | 2004-04-29 | 삼성전자주식회사 | 광세기 분할기 |
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| JP2018169593A (ja) * | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3077118B2 (ja) | 2000-08-14 |
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