JPH10232324A - 導波型スプリッタアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファイバアレイとの一括接続とともに小型化
が可能で、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可
能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタ
アレイを提供すること。 【解決手段】 互いに平行な入力用導波路及び出力用導
波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続し
てなるスプリッタ４０，５０の初段の光分岐結合回路４
４，５４を軸Ａに対して傾斜させることにより、初段の
光分岐結合回路４４，５４と入力用導波路４１，４２，
５１，５２との間の接続部分を長くすることなく、各入
力用導波路４１，４２，５１，５２を等間隔に配置する
ことを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステムにおいて用いられる複数の導波型スプリッタを一
つの基板上に形成した導波型スプリッタアレイに関する
ものであり、さらに詳細には、複数の光ファイバアレイ
との接続を容易にしかつ回路を小型化できる導波型スプ
リッタアレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スプリッタは、光ファイバ通信システム
において、光情報の分配のために使用される。最近、光
ファイバ通信システムを一般家庭にまで導入するＦＴＴ
Ｈ（Fiber to the Home ）の研究開発とその実用化が進
められている。このＦＴＴＨにおいては、スプリッタを
用いて光信号を分岐することにより、高額な通信装置を
多数のユーザで共用してシステム全体の低コスト化を図
る光ＰＤＳ（Passive Double Star ）方式が主流になっ
ている。このため、スプリッタが大量に用いられる状況
になり、その小型化・低価格化が必要となっている。

【０００３】スプリッタとしては、光ファイバ自身を構
成材料として研磨や融着・延伸工程を経て形成されたフ
ァイバカップラを接続したファイバ型のものや、平面基
板上にフォトリソグラフィやエッチングの技術により形
成される導波路によって構成された導波型のものが開発
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者のファイバカップ
ラをツリー状に接続したスプリッタの場合、前段のファ
イバカップラの出力ファイバと後段のファイバカップラ
の入力ファイバを相互に接続して構成しているため、部
品点数が多く高価になる、交互につなぐファイバの本数
が多く余長処理のため部品が非常に大きくなる、といっ
た問題があった。

【０００５】一方、後者の導波型スプリッタは、光分岐
結合回路とそれらをつなぐ光導波路を平面基板上に一括
して作製するので、小型化、低価格化に向いている。ま
た、それをアレイ化することも容易であるという特徴を
有する。

【０００６】図１は従来の導波型スプリッタの一例、こ
こでは１つの基板１上に２つの２×１６スプリッタ２，
３を形成した例（２連２×１６スプリッタ）を示す。各
２×１６スプリッタ２，３はそれぞれ、２本の入力用導
波路と、１６本の出力用導波路と、マッハツェンダ干渉
計型光分岐結合回路と、１４個のＹ型光分岐結合回路
と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成され
ている。また、２×１６スプリッタ２，３は全ての出力
用導波路が所定の等間隔となるように配置されており、
これらの３２本の出力用導波路には４本の８芯テープフ
ァイバから作製される３２芯ファイバアレイ（図示せ
ず）が一括して接続される如くなっている。

【０００７】しかし、この構成では、２×１６スプリッ
タ２の入力用導波路４，５と、２×１６スプリッタ３の
入力用導波路６，７とが離れた位置となるため、入力側
を２つの２芯ファイバアレイで個別に接続しなければな
らず、その分、製造工程が煩雑となり、価格が高くなる
という問題があった。

【０００８】また、図２は前述した点を改良した従来の
導波型スプリッタの他の例を示すものである。即ち、１
つの基板１１上に２つの２×１６スプリッタ１２，１３
を形成している点は同様であるが、２×１６スプリッタ
１２及び１３における入力用導波路１４，１５及び１
６，１７と初段のマッハツェンダ干渉計型光分岐結合回
路１８及び１９との間をそれぞれ、２本の円弧状の接続
用導波路２１，２２及び２３，２４で繋ぐことにより、
各入力用導波路１４〜１７を等間隔に配置することを可
能とし、これによって入力側についても４芯テープファ
イバから作製される４芯ファイバアレイで一括接続でき
るようになしている。

【０００９】しかし、この構成では、分岐結合回路部分
と入力用導波路との間を繋ぐ接続用導波路が長く、スプ
リッタ全体が大きくなり、その分、１枚の平面基板上に
チップとして作製可能な、アレイ化されたスプリッタの
数を多くすることができず、価格が高くなるという問題
があった。

【００１０】本発明の目的は、ファイバアレイとの一括
接続とともに小型化が可能で、接続が容易でかつ１枚の
平面基板上に作製可能な数を多くできる、低価格が可能
な導波型スプリッタアレイを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明では、互いに平行な入力用導波路及び出
力用導波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段
接続してなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少な
くとも２つ形成した導波型スプリッタアレイにおいて、
奇数個配列させた場合の中央の導波型スプリッタを除く
各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波
型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の
光軸に対して傾斜させたことを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、初段の光分岐結合回路と
入力用導波路との間の接続部分を長くすることなく、各
入力用導波路を等間隔に配置することができ、これによ
ってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可能
となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可能
な数を多くできる。

【００１３】この際、初段の光分岐結合回路として、２
本の導波路から構成される２個の方向性結合器を連結し
たマッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路であって、
前記２個の方向性結合器を連結する導波路の長さの差
に、制御された僅かな差を与えて所望波長域での分岐比
をほぼ５０％とした光分岐結合回路を用いることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１５】図３は本発明の導波型スプリッタアレイの
実施の形態の一例を示すもので、図中、３０は基板、４
０，５０は基板３０上に形成された２×１６スプリッタ
である。

【００１６】２×１６スプリッタ４０は、２本の入力用
導波路４１，４２と、１６本の出力用導波路４３−１〜
４３−１６と、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路
４４と、１４個のＹ型光分岐結合回路４５−１〜４５−
１４と、これらの間を接続する接続用導波路とから構成
されている。

【００１７】入力用導波路４１，４２及び出力用導波路
４３−１〜４３−１６は、その光軸が互いに平行、ここ
では図中に示す１つの軸Ａに対して平行な、直線状の光
導波路で構成されている。

【００１８】マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路４
４は、例えば発明者等の出願にかかる特願平１−２２７
４４９号に記載されている設計方法を用い、広い波長域
で分岐比が約５０％となるように２本の光導波路を２ヶ
所で近接させて構成した２入力２出力のものであり、そ
の主要部は前述した軸Ａに対して傾斜する如く形成され
ている。また、マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路
４４の入力側は入力用導波路４１，４２に接続され、出
力側は接続用導波路を介してＹ型光分岐結合回路４５−
１，４５−２に接続されている。

【００１９】また、Ｙ型光分岐結合回路４５−１及び４
５−２はそれぞれ、接続用導波路を介して残りのＹ型光
分岐結合回路が２個、４個と順次、ツリー状に接続され
て合計３段７個接続の８分岐回路を構成する如くなって
おり、これらの２つの８分岐回路の出力は各出力用導波
路４３−１〜４３−１６に接続されている。

【００２０】このような構成からなる２×１６スプリッ
タ４０は、入力用導波路４１あるいは４２に入力した光
を１６本の出力用導波路４３−１〜４３−１６から均等
に分岐して出力する２入力１６出力の分岐素子として動
作する。

【００２１】また、２×１６スプリッタ５０も、前記２
×１６スプリッタ４０と同様に構成され、その機能も同
様であるが、各導波路及び回路は前記軸Ａに対して２×
１６スプリッタ４０の各導波路及び回路と線対称になる
ように配置され、入力用導波路５１，５２が２×１６ス
プリッタ４０の入力用導波路４１，４２とともに所定の
等間隔となるように構成されている。

【００２２】以下、具体的な素材や数値を限定した実施
例によって本発明を詳細に説明する。

【００２３】以下の実施例では、光導波路として、石英
基板上に形成した石英系単一モード光導波路を使用して
いるが、これは石英系単一モード光導波路が単一モード
光ファイバとの接続性に優れ、実用的な導波型多連スプ
リッタを提供できるためであり、本発明は石英系光導波
路に限定されるものではない。

【００２４】図４は図３に示したマッハツェンダ干渉計
型光分岐結合回路、ここでは４４を拡大して示すもの
で、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）
における線分Ｂ−Ｂ´に沿う拡大断面図である。

【００２５】図中、３０は石英基板、４４−１，４４−
２は石英基板３０上に石英系ガラス材料により形成され
た石英系光導波路である。光導波路は２ヶ所で互いに近
接して方向性結合器４４ａ，４４ｂを構成している。光
導波路４４−１，４４−２は膜厚５０μｍ程度のＳｉＯ
₂ 系ガラス層３１と、これに埋設された断面寸法が７μ
ｍ×７μｍ程度で屈折率がガラス層３１より０．４２％
程度高いＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ 系ガラスコア３２とからな
り、直線導波路と曲率半径１５ｍｍの円弧導波路との組
合せによりマッハ・ツェンダ干渉計が構成されている。

【００２６】このような石英系光導波路は四塩化シリコ
ンや四塩化チタンの火炎加水分解反応を利用したガラス
膜堆積と反応性イオンエッチングによる微細加工とを組
合わせた公知の技術により形成できる。

【００２７】前記方向性結合器４４ａ，４４ｂの結合部
では２本の光導波路４４−１，４４−２が最も近づいた
時の間隔がそれぞれ１．８μｍ，４．６μｍに設定さ
れ、また、２個の方向性結合器４４ａ，４４ｂを連結す
る一方の光導波路４４−１ａは円弧の組み合わせで、ま
た、他方の光導波路４４−１ｂは直線導波路で構成さ
れ、その長さの差は０．５８μｍに設定されている。

【００２８】このような設計により、波長１．２５〜
１．６５μｍの広い波長域で分岐比５０±５％の光分岐
結合回路となる。

【００２９】次に、前述したマッハ・ツェンダ干渉計型
光分岐結合回路と入力用直線導波路及び２つの８分岐回
路との接続のようすを詳細に述べる。

【００３０】図５は図３の光分岐結合回路４４周辺の拡
大図である。光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して傾けて
形成した光分岐結合回路４４の方向性結合器４４ａに
は、曲率半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成され
た接続部６１，６２により入力用導波路４１，４２が滑
らかに接続され、さらに方向性結合器４４ｂには、曲率
半径１５ｍｍの円弧状の曲線導波路で構成された接続部
６３，６４によりＹ型光分岐結合回路４５−１，４５−
２の直線導波路が滑らかに接続される。

【００３１】本実施例では、入力側では４芯テープファ
イバから作製された２５０μｍピッチの４芯ファイバア
レイとの接続を考慮し、入力用導波路４１，４２，５
１，５２を２５０μｍピッチに配列させている。同様に
出力側では８芯テープファイバ４本から作製された２５
０μｍピッチの３２芯ファイバアレイとの接続ができる
ように、出力用導波路４３−１〜４３−１６及び５３−
１〜５３−１６を２５０μｍピッチに配列させている。
従って、４つの８分岐回路の入力部は２ｍｍ間隔で並ん
でいる。

【００３２】このように入出力用導波路の配列間隔を決
め、さらに前述したように２入力２出力のマッハ・ツェ
ンダ干渉計型光分岐結合回路の設計パラメータを具体的
に決めると、幾何学的計算により、これらを接続する導
波路６１，６２及び６３，６４を１つあるいは２つの円
弧からなる導波路で構成してその円弧パラメータを決め
ることができる。

【００３３】前述したように２個の方向性結合器４４
ａ，４４ｂを連結する部分の一方の光導波路４４−１ａ
を曲率半径１５ｍｍの円弧の組み合わせで構成し、他方
の光導波路４４−１ｂを直線導波路とし、その長さの差
を０．５８μｍにした場合、該光導波路４４−１ｂの長
さは２．８７ｍｍとなる。

【００３４】この光導波路４４−１ｂを軸Ａに対して
７．４８度傾けるように配置すると、入力側については
接続部６１を開き角度７．４８度の円弧導波路、接続部
６２を開き角度１０．４８度の円弧導波路及びそれと変
曲した開き角度３．００度の円弧導波路の組み合わせ、
出力側については接続部６３を開き角度１４．８２度の
円弧導波路及びそれと変曲した開き角度２２．３０度の
円弧導波路の組み合わせ、接続部６４を開き角度１０．
４８度の円弧導波路とすることによって、入力用導波路
４１，４２と方向性結合器４４ａとの間、並びに方向性
結合器４４ｂと２つの８分岐回路の初段のＹ型光分岐結
合回路４５−１，４５−２の直線導波路との間を滑らか
につなぐことができる。

【００３５】このようにして形成した２連２×１６スプ
リッタの全長は３３ｍｍとなり、図２に示した従来の２
連２×１６スプリッタの全長が４４ｍｍになるのと比較
して１１ｍｍ短かくなり、３／４の長さにすることがで
きる。

【００３６】図６は４インチ基板上に本実施例による２
連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を、また、
図７は同じく４インチ基板上に従来例（図２）による２
連２×１６スプリッタを作製する場合の配置を示してい
る。

【００３７】本実施例では２連２×１６スプリッタの１
チップは９×３３ｍｍとなり、図６に示すように１列８
個を２列作れ、合計１６個作製できるのに対し、従来例
の場合には２連２×１６スプリッタの１チップは９×４
４ｍｍとなり、図７に示すように１列８個のみしか作製
できない。

【００３８】このように本実施例によれば、従来例に比
較して長さを３／４程度に短くすることができ、１枚の
平面基板上に２倍近くの個数が作製でき、スプリッタア
レイの低価格化に極めて有効である。

【００３９】図８は前記実施例の２連２×１６スプリッ
タに入力用４芯ファイバアレイ及び出力用３２芯ファイ
バアレイを接続したもの５個の全３２０ポートについ
て、波長１．３１μｍ、１．５５μｍで測定した挿入損
失のヒストグラムである。波長１．３１μｍで平均損失
１３．３ｄＢ、偏差０．３２ｄＢ、波長１．５５μｍで
は平均損失１３．１ｄＢ、偏差０．２９ｄＢであり、従
来のスプリッタと同等な良好な特性を示している。

【００４０】前記実施例では、初段の光分岐結合回路の
入力側の接続部６１を１つの円弧導波路、接続部６２を
２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、出力側の接続
部６３を２つの変曲した円弧導波路の組み合わせ、接続
部６４は１つの円弧導波路としたが、これに限られるも
のではない。また、初段の光分岐結合回路をマッハ・ツ
ェンダ干渉計型で構成したものについて説明したが、Ｙ
型光分岐結合回路を使用する場合でも本発明は適用でき
る。さらにまた、前記実施例では２連２×１６スプリッ
タについて説明したが、３つ以上のスプリッタを配列し
たスプリッタアレイや、入出力ポート数の異なるＭ×Ｎ
スプリッタにも適用できることはいうまでもない（但
し、奇数個のスプリッタを配列したアレイでは、中央の
スプリッタについては初段の光分岐結合回路を傾斜させ
て配置させず、単一のスプリッタと同様にＡ軸に対して
平行に配置させる点が異なる。）。

【００４１】また、前述した実施例では、石英ガラス基
板上の石英系（ＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂）光導波路により光
分岐素子を構成したが、基板は石英ガラスに限定される
ものではなく、Ｓｉ基板に変更することも可能である。
また、本発明はこれらの石英系光導波路に限定されるも
のではなく、他の導波路材料系、例えば多成分ガラス導
波路系やニオブ酸リチウム導波路系や高分子導波路系に
も適用できることを付記する。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続してなる導
波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも２つ形成
した導波型スプリッタアレイにおいて、各導波型スプリ
ッタの初段の光分岐結合回路を、平行な入力用導波路及
び出力用導波路の光軸に対して傾斜させることにより、
初段の光分岐結合回路と入力用導波路との間の接続部分
の長さを長くすることなく、各導波型スプリッタの入力
用導波路を等間隔に配置することが可能となり、これに
よってファイバアレイとの一括接続とともに小型化が可
能となり、接続が容易でかつ１枚の平面基板上に作製可
能な数を多くできる、低価格が可能な導波型スプリッタ
アレイを提供することができる。

【００４３】このような導波型スプリッタアレイは、高
額な通信装置を多数のユーザで共用する光ＰＤＳ方式に
使用され、そのシステムの経済化に資すること大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の導波型スプリッタアレイの一例を示す構
成図

【図２】従来の導波型スプリッタアレイの他の例を示す
構成図

【図３】本発明の導波型スプリッタアレイの実施の形態
の一例を示す構成図

【図４】図３中の初段の光分岐結合回路の拡大構成図

【図５】図３中の初段の光分岐結合回路付近の拡大図

【図６】本発明の導波型スプリッタアレイによる生産性
の説明図

【図７】従来の導波型スプリッタアレイによる生産性の
説明図

【図８】本発明の導波型スプリッタアレイにおける挿入
損失のヒストグラム

【符号の説明】

３０…基板、４０，５０…２×１６スプリッタ、４１，
４２，５１，５２…入力用導波路、４３−１〜４３−１
６，５３−１〜５３−１６…出力用導波路、４４，５４
…マッハツェンダ干渉計型光分岐結合回路、４５−１〜
４５−１４，５５−１〜５５−１４…Ｙ型光分岐結合回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥田 安広 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 福満 高雄 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な入力用導波路及び出力用導
   波路間に導波型光分岐結合回路をツリー状に多段接続し
   てなる導波型スプリッタを、１つの基板上に少なくとも
   ２つ形成した導波型スプリッタアレイにおいて、 奇数個配列させた場合の中央の導波型スプリッタを除く
   各導波型スプリッタの初段の光分岐結合回路を、該導波
   型スプリッタの平行な入力用導波路及び出力用導波路の
   光軸に対して傾斜させたことを特徴とする導波型スプリ
   ッタアレイ。
2. 【請求項２】 前記初段の光分岐結合回路として、２本
   の導波路から構成される２個の方向性結合器を連結した
   マッハ・ツェンダ干渉計型光分岐結合回路であって、前
   記２個の方向性結合器を連結する導波路の長さの差に、
   制御された僅かな差を与えて所望波長域での分岐比をほ
   ぼ５０％とした光分岐結合回路を用いたことを特徴とす
   る請求項１記載の導波型スプリッタアレイ。