JPH1090537A - 光合分波回路 - Google Patents
光合分波回路Info
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- JPH1090537A JPH1090537A JP8242952A JP24295296A JPH1090537A JP H1090537 A JPH1090537 A JP H1090537A JP 8242952 A JP8242952 A JP 8242952A JP 24295296 A JP24295296 A JP 24295296A JP H1090537 A JPH1090537 A JP H1090537A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】導波光のスポットサイズを低損失で変換できる
と共に、デバイス長を短く構成できる、小形の光合分波
回路を提供することを目的とする 【解決手段】少なくとも一箇所以上の入力導波路２と、
少なくとも一箇所以上の出力導波路３を有する多モード
干渉導波路（ＭＭＩ１）において、入出力導波路２、３
の幅を光伝搬方向に向かってテーパ状に変化させる。ま
た、導波路の幅を入力部、中間部、出力部でＭＭＩ１の
幅を変化させる。また、入出力導波路２、３の幅の比率
と、ＭＭＩ１の入出力側の導波路幅の比率とを異ならせ
る。また、導波路コア層１０２の実効的厚さ、もしくは
屈折率の大きさを変える
と共に、デバイス長を短く構成できる、小形の光合分波
回路を提供することを目的とする 【解決手段】少なくとも一箇所以上の入力導波路２と、
少なくとも一箇所以上の出力導波路３を有する多モード
干渉導波路（ＭＭＩ１）において、入出力導波路２、３
の幅を光伝搬方向に向かってテーパ状に変化させる。ま
た、導波路の幅を入力部、中間部、出力部でＭＭＩ１の
幅を変化させる。また、入出力導波路２、３の幅の比率
と、ＭＭＩ１の入出力側の導波路幅の比率とを異ならせ
る。また、導波路コア層１０２の実効的厚さ、もしくは
屈折率の大きさを変える
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を伝わる
導波光を低損失で合波あるいは分波すると共に、そのス
ポットサイズを変換する光合分波回路に関するものであ
る。
導波光を低損失で合波あるいは分波すると共に、そのス
ポットサイズを変換する光合分波回路に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光スイツチ、あるいは複数の半導体レー
ザダイオード（ＬＤ）からの光波を少なくとも１本以上
の導波路や光ファイバに光結合をとるために、光合分波
回路が用いられる。この光合分波回路の一つとして、多
モード導波路内の各モード間の干渉を利用して光波の合
分波機能を持たせた多モード干渉導波路〔以下、ＭＭＩ
（Multi-Mode Interferometer）と称す〕がある。この
様なＭＭＩによる光合分波回路は、その低損失性や製作
の容易性等の特長を有することから広く用いられてい
る。
ザダイオード（ＬＤ）からの光波を少なくとも１本以上
の導波路や光ファイバに光結合をとるために、光合分波
回路が用いられる。この光合分波回路の一つとして、多
モード導波路内の各モード間の干渉を利用して光波の合
分波機能を持たせた多モード干渉導波路〔以下、ＭＭＩ
（Multi-Mode Interferometer）と称す〕がある。この
様なＭＭＩによる光合分波回路は、その低損失性や製作
の容易性等の特長を有することから広く用いられてい
る。
【０００３】図１０は従来のＭＭＩによる２×２光合分
波回路の基本構成を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は上面図である。図に示すように、半導体基板１００１
上に、導波路コア層１００２とクラッド層１００３とに
よりＭＭＩ１が構成され、入力光４ａ側に２個の入力導
波路２、出力光４ｂ側に２個の出力導波路３が接続して
構成されている。本構成の場合、導波路はリツジ構造を
とっており、また導波路側面を保護するために誘電体膜
を覆うように構成したり、あるいはエビタキシャル成長
法によって半導体層（クラツド層１００３）を導波路部
側面に埋め込むように構成している。入出力導波路２、
３は、ＭＭＩ１にハイブリッドに集積されるか、もしく
は少なくとも半導体基板１００１を共用してモノリシッ
クに集積されて接続され、光スィッチ等の半導体機能デ
バィス部の導波路の導波光と同じ大きさのスポットサイ
ズを与える構造をとっている。例えば、波長１．５５μ
ｍ帯の導波光の場合、通常、半導体基板１００１とクラ
ツド層１００３にはＩｎＰが、導波路コア層１００２に
はｌｎＧａＡｓＰ、あるいはモノリシックに集積される
半導体機能デバィス部の導波路材料・構造が用いられ
る。上記半導体機能デバィス部の導波光のスポットサイ
ズ（半径）は、通常、０．１μｍ〜２μｍ程度になるた
めに、入力導波路２の幅Ｗｉ（＝Ｗｏ）＝０．５〜３μ
ｍ、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ＝５〜２０μｍ、導波路コア層１
００２のコア厚ｔｇ＝０．１〜１μｍ程度の大きさが選
ばれる。ＭＭＩ１の損失・クロストークを低減するため
に、図１０の２×２（入力数×出力数）構成の光合分波
回路の場含、入力導波路２の位置は例えばｄ１＝ｄ２＝
ｄ３＝Ｗｇ／３の関係で設定される。
波回路の基本構成を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）
は上面図である。図に示すように、半導体基板１００１
上に、導波路コア層１００２とクラッド層１００３とに
よりＭＭＩ１が構成され、入力光４ａ側に２個の入力導
波路２、出力光４ｂ側に２個の出力導波路３が接続して
構成されている。本構成の場合、導波路はリツジ構造を
とっており、また導波路側面を保護するために誘電体膜
を覆うように構成したり、あるいはエビタキシャル成長
法によって半導体層（クラツド層１００３）を導波路部
側面に埋め込むように構成している。入出力導波路２、
３は、ＭＭＩ１にハイブリッドに集積されるか、もしく
は少なくとも半導体基板１００１を共用してモノリシッ
クに集積されて接続され、光スィッチ等の半導体機能デ
バィス部の導波路の導波光と同じ大きさのスポットサイ
ズを与える構造をとっている。例えば、波長１．５５μ
ｍ帯の導波光の場合、通常、半導体基板１００１とクラ
ツド層１００３にはＩｎＰが、導波路コア層１００２に
はｌｎＧａＡｓＰ、あるいはモノリシックに集積される
半導体機能デバィス部の導波路材料・構造が用いられ
る。上記半導体機能デバィス部の導波光のスポットサイ
ズ（半径）は、通常、０．１μｍ〜２μｍ程度になるた
めに、入力導波路２の幅Ｗｉ（＝Ｗｏ）＝０．５〜３μ
ｍ、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ＝５〜２０μｍ、導波路コア層１
００２のコア厚ｔｇ＝０．１〜１μｍ程度の大きさが選
ばれる。ＭＭＩ１の損失・クロストークを低減するため
に、図１０の２×２（入力数×出力数）構成の光合分波
回路の場含、入力導波路２の位置は例えばｄ１＝ｄ２＝
ｄ３＝Ｗｇ／３の関係で設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の半導体ＭＭＩの光合分波回路においては、入出力導
波路２、３は、多くの場合光ファイバあるいはガラス導
波路等、他材料の導波路と接統される。通常、光ファイ
バあるいはガラス導波路の導波光スポットサイズは５μ
ｍ程度であり、半導体導波路のスポットサイズより数倍
大きいために、両者の導波路間で直接光結合をとると大
きな結合損失を生じてしまう。この問題解決のために、
例えばレンズあるいはスポットサイズ変換導波路を介し
て光結合がとられるが、いずれもデバイス製作、パツケ
ージ実装が困難であるという問題と共に、結合損失が数
ｄＢ以上生ずるという欠点があった。
来の半導体ＭＭＩの光合分波回路においては、入出力導
波路２、３は、多くの場合光ファイバあるいはガラス導
波路等、他材料の導波路と接統される。通常、光ファイ
バあるいはガラス導波路の導波光スポットサイズは５μ
ｍ程度であり、半導体導波路のスポットサイズより数倍
大きいために、両者の導波路間で直接光結合をとると大
きな結合損失を生じてしまう。この問題解決のために、
例えばレンズあるいはスポットサイズ変換導波路を介し
て光結合がとられるが、いずれもデバイス製作、パツケ
ージ実装が困難であるという問題と共に、結合損失が数
ｄＢ以上生ずるという欠点があった。
【０００５】また、入出力導波路２、３の幅Ｗｉ、Ｗｏ
を大きくしてＭＭＩ１を構成しようとすると、ＭＭＩの
低損失性、低クロストーク性の制約から、ＭＭＩ１の幅
Ｗｇも大きくする必要が生ずる。しかしながら、最適な
ＭＭＩ１の長さＬは、原理的に幅Ｗｇに対して、
を大きくしてＭＭＩ１を構成しようとすると、ＭＭＩの
低損失性、低クロストーク性の制約から、ＭＭＩ１の幅
Ｗｇも大きくする必要が生ずる。しかしながら、最適な
ＭＭＩ１の長さＬは、原理的に幅Ｗｇに対して、
【０００６】
【数１】Ｌ＝Ｃ・ｎe・Ｗｇ2／λ0−−−−−（１） （ここで、Ｃ：定数、ｎe：コア層の屈折率、λ0：導波
光の波長）の関係があるので、Ｗｇを大きくするにした
がって、Ｌは著しく長くなり、光合分波回路が大形にな
る問題があった。同様に、入出力導波路２、３の分岐数
が多数個ある従来の光合分波回路では、デバイス製作時
の導波路加工あるいはクロストーク等の特性の制約か
ら、入出力導波路２、３の幅Ｗｉ、Ｗｏ、導波路間隔ｄ
を無制限に小さくは出来ない。したがって、分岐数が多
くなるほど、ＭＭＩ１の幅Ｗｇを大きくする必要が生
じ、これに伴って、ＭＭＩ１のデバイス長Ｌも長くなる
欠点があった。
光の波長）の関係があるので、Ｗｇを大きくするにした
がって、Ｌは著しく長くなり、光合分波回路が大形にな
る問題があった。同様に、入出力導波路２、３の分岐数
が多数個ある従来の光合分波回路では、デバイス製作時
の導波路加工あるいはクロストーク等の特性の制約か
ら、入出力導波路２、３の幅Ｗｉ、Ｗｏ、導波路間隔ｄ
を無制限に小さくは出来ない。したがって、分岐数が多
くなるほど、ＭＭＩ１の幅Ｗｇを大きくする必要が生
じ、これに伴って、ＭＭＩ１のデバイス長Ｌも長くなる
欠点があった。
【０００７】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、導波光のスポットサイズを低損失で変換で
きると共に、デバイス長を短く構成でき、小形の光合分
波回路を提供することを目的とする。
れたもので、導波光のスポットサイズを低損失で変換で
きると共に、デバイス長を短く構成でき、小形の光合分
波回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、少なくとも一箇所以上の光入力
部と、少なくとも一箇所以上の光出力部を有する多モー
ド干渉導波路で構成された光合分波回路において、上記
多モード干渉導波路の幅を光伝搬方向に向かってテーパ
状に変化させる。
め、本発明においては、少なくとも一箇所以上の光入力
部と、少なくとも一箇所以上の光出力部を有する多モー
ド干渉導波路で構成された光合分波回路において、上記
多モード干渉導波路の幅を光伝搬方向に向かってテーパ
状に変化させる。
【０００９】また、上記多モード干渉導波路の光出力側
の導波路幅を、上記多モード干渉導波路の光入力側の導
波路幅と異なる大きさで構成する。
の導波路幅を、上記多モード干渉導波路の光入力側の導
波路幅と異なる大きさで構成する。
【００１０】また、上記多モード干渉導波路の中間部の
導波路幅を、上記光入力側および上記光入力側の導波路
幅より狭くする。
導波路幅を、上記光入力側および上記光入力側の導波路
幅より狭くする。
【００１１】また、上記光入力部に入力導波路を用い上
記光出力部に出力導波路を用いて、上記入力導波路の幅
（Ｗｉ）と上記出力導波路の幅（Ｗｏ）の比Ｗｉ／Ｗｏ
と、上記多モード干渉導波路の上記光入力側の導波路の
幅（Ｗｇｉ）と上記光出力側の導波路の幅（Ｗｇｏ）の
比Ｗｇｉ／Ｗｇｏとを異ならせる。
記光出力部に出力導波路を用いて、上記入力導波路の幅
（Ｗｉ）と上記出力導波路の幅（Ｗｏ）の比Ｗｉ／Ｗｏ
と、上記多モード干渉導波路の上記光入力側の導波路の
幅（Ｗｇｉ）と上記光出力側の導波路の幅（Ｗｇｏ）の
比Ｗｇｉ／Ｗｇｏとを異ならせる。
【００１２】また、上記多モード干渉導波路のコアの実
効的厚さ、もしくは屈折率の大きさを、光伝搬方向に向
かってテーパ状に変化させる。
効的厚さ、もしくは屈折率の大きさを、光伝搬方向に向
かってテーパ状に変化させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る光合分波回路
の実施の形態を示す図で、（ａ）は全体構成の斜視図、
（ｂ）は上面図である。図に示すように、半導体基板１
０１上に、導波路コア層１０２と、クラッド層１０３と
により、ＭＭＩ１が構成され、光入力部として、２箇所
に入力導波路２を設け、、光出力部として、２箇所に出
力導波路３が設けられている。（以下２×２光合分波回
路と称す。一般的に光入出力部分岐数がそれぞれＭ、Ｎ
の場合、Ｍ×Ｎ光合分波回路と称す。）入力導波路２、
出力導波路３の構造は、基本的にはＭＭＩ１と同じ構造
をとり、外部から入力導波路２に接統される半導体光機
能デバイスの導波光と同じ大きさのスポットサイズを与
えるように、入力導波路２の幅Ｗｉ、ＭＭＩ光入力側の
幅Ｗｇｉ、コア厚ｔｇｉの寸法ならびに材質が設定され
る。また、ＭＭＩ１の光出力側では、出力後のスポツト
サイズに合わせるように、出力導波路３の幅Ｗｏ、ＭＭ
Ｉ光出力側の幅Ｗｇｏ、コア厚ｔｇｏが設定される。こ
こでは、光入力側と比較して光出力側の導波光のスポツ
トサイズを拡大している場合を示している。横（ｘ軸）
方向のスポットサイズは、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）を光
軸（ｚ軸）方向でテーパ状に徐々に広くする事によって
拡大されている。そのテーパ形状については、例えば放
物線状、指数関数状等の曲線形状、直線形状、あるいは
それらの組み合わせでもよい。
の実施の形態を示す図で、（ａ）は全体構成の斜視図、
（ｂ）は上面図である。図に示すように、半導体基板１
０１上に、導波路コア層１０２と、クラッド層１０３と
により、ＭＭＩ１が構成され、光入力部として、２箇所
に入力導波路２を設け、、光出力部として、２箇所に出
力導波路３が設けられている。（以下２×２光合分波回
路と称す。一般的に光入出力部分岐数がそれぞれＭ、Ｎ
の場合、Ｍ×Ｎ光合分波回路と称す。）入力導波路２、
出力導波路３の構造は、基本的にはＭＭＩ１と同じ構造
をとり、外部から入力導波路２に接統される半導体光機
能デバイスの導波光と同じ大きさのスポットサイズを与
えるように、入力導波路２の幅Ｗｉ、ＭＭＩ光入力側の
幅Ｗｇｉ、コア厚ｔｇｉの寸法ならびに材質が設定され
る。また、ＭＭＩ１の光出力側では、出力後のスポツト
サイズに合わせるように、出力導波路３の幅Ｗｏ、ＭＭ
Ｉ光出力側の幅Ｗｇｏ、コア厚ｔｇｏが設定される。こ
こでは、光入力側と比較して光出力側の導波光のスポツ
トサイズを拡大している場合を示している。横（ｘ軸）
方向のスポットサイズは、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）を光
軸（ｚ軸）方向でテーパ状に徐々に広くする事によって
拡大されている。そのテーパ形状については、例えば放
物線状、指数関数状等の曲線形状、直線形状、あるいは
それらの組み合わせでもよい。
【００１４】縦（ｙ軸）方向のスポットサイズは、コア
厚ｔｇ（ｚ）をｚ軸方向で徐々に薄くして縦方向の導波
路閉じ込め効果を弱くすることによって拡大している。
なお、導波路コア層１０２については、多層膜構成とし
てその層数を徐々に減らしてその層厚を薄くする方法、
導波路コア層１０２の屈折率の大きさを徐々に小さくす
る方法、あるいは多層膜構成の内の一部の層の幅を徐々
に狭める方法によって実効的に導波路コア層１０２の厚
さを変化させ、縦方向の閉じ込め効果を弱める構造にし
てもよい。また、逆に、コア厚ｔｇ（ｚ）を必要なスポ
ットサイズの大きさに合わせて、徐々に厚く構成しても
よい。
厚ｔｇ（ｚ）をｚ軸方向で徐々に薄くして縦方向の導波
路閉じ込め効果を弱くすることによって拡大している。
なお、導波路コア層１０２については、多層膜構成とし
てその層数を徐々に減らしてその層厚を薄くする方法、
導波路コア層１０２の屈折率の大きさを徐々に小さくす
る方法、あるいは多層膜構成の内の一部の層の幅を徐々
に狭める方法によって実効的に導波路コア層１０２の厚
さを変化させ、縦方向の閉じ込め効果を弱める構造にし
てもよい。また、逆に、コア厚ｔｇ（ｚ）を必要なスポ
ットサイズの大きさに合わせて、徐々に厚く構成しても
よい。
【００１５】入出力導波路２、３の位置については、光
合分波回路の過剰損失・クロストークが小さくなるよう
に構成される。例えば光入力側ではｄｉ１＝ｄｉ２＝ｄ
ｉ３＝Ｗｇｉ／３、光出力側ではｄｏ１＝ｄｏ２＝ｄｏ
３＝Ｗｇｏ／３程度の大きさになる位置に設定すればよ
い。ただし、この導波路位置関係のみに制約されるもの
ではなく、機能デバイス等の接続されるデバイスの配置
に応じて、これらの間隔を適切に設定すればよい。半導
体基板１０１、クラッド層１０３については、低損失性
を確保するために、導波光の縦方向のスポットサイズを
考慮して、その厚さを設定すればよい。
合分波回路の過剰損失・クロストークが小さくなるよう
に構成される。例えば光入力側ではｄｉ１＝ｄｉ２＝ｄ
ｉ３＝Ｗｇｉ／３、光出力側ではｄｏ１＝ｄｏ２＝ｄｏ
３＝Ｗｇｏ／３程度の大きさになる位置に設定すればよ
い。ただし、この導波路位置関係のみに制約されるもの
ではなく、機能デバイス等の接続されるデバイスの配置
に応じて、これらの間隔を適切に設定すればよい。半導
体基板１０１、クラッド層１０３については、低損失性
を確保するために、導波光の縦方向のスポットサイズを
考慮して、その厚さを設定すればよい。
【００１６】図２は、ＭＭＩ１内を導波光が伝搬する様
子を示した図で、波長１．５５μｍ帯の導波光の２×２
光合分波回路について、固有モード展開法を用いた計算
結果を示す。なお縦軸は導波光の光強度を示している。
ここで、半導体基板１０１、クラツド層１０３としてＩ
ｎＰを、導波路コア層１０２にＩｎＧａＡｓＰを用い、
光入力側ではＷｉ＝２μｍ、Ｗｇｉ＝１２μｍ、ｔｇｉ
＝０．３μｍとし、光出力側ではＷｏ＝８μｍ、Ｗｇｏ
＝４８μｍ、ｔｇｏ≦０．１μｍとしており、出力導波
路３のスポットサイズは通常の光ファィバとほぼ同程度
の大きさになるように構成されている。ｚ＝０の位置
は、ＭＭＩ１の光入射部に相当する。図に示すように、
入射光はＭＭＩ１内で徐々に拡大され、光軸方向の位置
ｚ＝約０．８ｍｍの箇所で導波光の光強度は２分割され
ている。この時、横（ｘ軸）方向のスポットサイズ変換
率は約４倍になっており、ＭＭＩ１の導波路幅比（Ｗｇ
ｏ／Ｗｇｉ）、入出力導波路２、３の幅比（Ｗｏ／Ｗ
ｉ）におよそ対応することが分かる。したがって、拡大
化された出力導波路３もしくは光ファイバを（およそｄ
ｏ１＝ｄｏ２＝ｄｏ３＝Ｗｇｏ／３）の位置に設定すれ
ば、低損失なスポットサイズ変換機能付２×２光合分波
回路が実現される。
子を示した図で、波長１．５５μｍ帯の導波光の２×２
光合分波回路について、固有モード展開法を用いた計算
結果を示す。なお縦軸は導波光の光強度を示している。
ここで、半導体基板１０１、クラツド層１０３としてＩ
ｎＰを、導波路コア層１０２にＩｎＧａＡｓＰを用い、
光入力側ではＷｉ＝２μｍ、Ｗｇｉ＝１２μｍ、ｔｇｉ
＝０．３μｍとし、光出力側ではＷｏ＝８μｍ、Ｗｇｏ
＝４８μｍ、ｔｇｏ≦０．１μｍとしており、出力導波
路３のスポットサイズは通常の光ファィバとほぼ同程度
の大きさになるように構成されている。ｚ＝０の位置
は、ＭＭＩ１の光入射部に相当する。図に示すように、
入射光はＭＭＩ１内で徐々に拡大され、光軸方向の位置
ｚ＝約０．８ｍｍの箇所で導波光の光強度は２分割され
ている。この時、横（ｘ軸）方向のスポットサイズ変換
率は約４倍になっており、ＭＭＩ１の導波路幅比（Ｗｇ
ｏ／Ｗｇｉ）、入出力導波路２、３の幅比（Ｗｏ／Ｗ
ｉ）におよそ対応することが分かる。したがって、拡大
化された出力導波路３もしくは光ファイバを（およそｄ
ｏ１＝ｄｏ２＝ｄｏ３＝Ｗｇｏ／３）の位置に設定すれ
ば、低損失なスポットサイズ変換機能付２×２光合分波
回路が実現される。
【００１７】上述のように、本発明においては、下記
〜の様な原理を利用する事によって低損失かつ小形の
スポットサイズ変換機能付光合分波回路を実現してい
る。
〜の様な原理を利用する事によって低損失かつ小形の
スポットサイズ変換機能付光合分波回路を実現してい
る。
【００１８】ＭＭＩ１内で励振される各モードのｘ軸
方向の大きさは、ＭＭＩ１の横方向閉じ込め効果が大き
いことから、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）とほぼ同じ大きさ
になる。
方向の大きさは、ＭＭＩ１の横方向閉じ込め効果が大き
いことから、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）とほぼ同じ大きさ
になる。
【００１９】ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）もしくはコア厚
ｔｇ（ｚ）を光の伝搬方向（ｚ軸）でテーパ状にして、
各モードの大きさを光軸方向で徐々に変換させることが
できる。なお、縦方向（ｙ軸）のモードの大きさは、導
波路コア層１０２の屈折率の大きさをｚ軸方向で徐々に
変化させることによっても変換できる。
ｔｇ（ｚ）を光の伝搬方向（ｚ軸）でテーパ状にして、
各モードの大きさを光軸方向で徐々に変換させることが
できる。なお、縦方向（ｙ軸）のモードの大きさは、導
波路コア層１０２の屈折率の大きさをｚ軸方向で徐々に
変化させることによっても変換できる。
【００２０】ＭＭＩ１の最適なデバイス長Ｌは、実効
的導波路の幅Ｗｇ（ｚ）に対してＷｇ（ｚ）2に比例す
る関係がある。この関係を利用して、ＭＭＩ１内の実効
的導波路の幅Ｗｇ（ｚ）を狭くすることによつてデバイ
ス長Ｌを短小化することができる。
的導波路の幅Ｗｇ（ｚ）に対してＷｇ（ｚ）2に比例す
る関係がある。この関係を利用して、ＭＭＩ１内の実効
的導波路の幅Ｗｇ（ｚ）を狭くすることによつてデバイ
ス長Ｌを短小化することができる。
【００２１】図３は、入力導波路２の幅Ｗｉ、ＭＭＩ入
力側の幅Ｗｇｉに対するデバイス長Ｌと過剰損失（出力
導波路３の結合損失を含む）の関係を示した図である。
図１の実施の形態において、光出力側では光ファイバと
低損失な結合を得るためにＷｏ＝８μｍ、Ｗｇｏ＝４８
μｍとして、入力導波路２の幅Ｗｉ、ＭＭＩ光入力側の
幅Ｗｇｉに対する２×２光合分波回路のデバイス長Ｌと
（過剰損失＋結含損失）の関係を示す。ここで、ＭＭＩ
１の幅Ｗｇ（ｚ）は、
力側の幅Ｗｇｉに対するデバイス長Ｌと過剰損失（出力
導波路３の結合損失を含む）の関係を示した図である。
図１の実施の形態において、光出力側では光ファイバと
低損失な結合を得るためにＷｏ＝８μｍ、Ｗｇｏ＝４８
μｍとして、入力導波路２の幅Ｗｉ、ＭＭＩ光入力側の
幅Ｗｇｉに対する２×２光合分波回路のデバイス長Ｌと
（過剰損失＋結含損失）の関係を示す。ここで、ＭＭＩ
１の幅Ｗｇ（ｚ）は、
【００２２】
【数２】 Ｗｇ（ｚ）＝Ｗｇｉ＋（Ｗｇｏ−Ｗｇｉ）・（ｚ／Ｌ）a−−−−−（２） の関係で与えた場合を示している。すなわち、形状パラ
メータａに対して、ａ＝１はテーパが直線状の場合を、
ａ＝２はテーパが放物線状の場合を示す。図に示すよう
に、最適のデバイス長Ｌは、ＭＭＩ光入力側の導波路幅
Ｗｇｉを小さくする程、また形状パラメ一夕ａを大きく
する程小さくなり、小形化が可能なことが分かる。ま
た、入出力導波路２、３間の過剰損失も、ＭＭＩ１を適
当なテーパ形状にすることによって低く抑えることがで
きる。この他に、テーパ形状として例えば指数関数状な
ど、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）が光軸方向で緩やかに変化
する形状をとれば、低損失な光合分波回路が実現でき
る。
メータａに対して、ａ＝１はテーパが直線状の場合を、
ａ＝２はテーパが放物線状の場合を示す。図に示すよう
に、最適のデバイス長Ｌは、ＭＭＩ光入力側の導波路幅
Ｗｇｉを小さくする程、また形状パラメ一夕ａを大きく
する程小さくなり、小形化が可能なことが分かる。ま
た、入出力導波路２、３間の過剰損失も、ＭＭＩ１を適
当なテーパ形状にすることによって低く抑えることがで
きる。この他に、テーパ形状として例えば指数関数状な
ど、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）が光軸方向で緩やかに変化
する形状をとれば、低損失な光合分波回路が実現でき
る。
【００２３】図４は、本発明による２×２光合分波回路
の他の実施の形態を示す上面図である。ＭＭＩ１は光軸
（ｚ軸）に対して非対称構造をとっており、ＭＭＩ１の
幅Ｗｇ（ｚ）はテーパ形状によって徐々に広がってい
る。この場合も、ＭＭＩ１に接続される導波路デパイス
の形状・配置等を考慮した最適な光合分波回路構造を設
定できる。
の他の実施の形態を示す上面図である。ＭＭＩ１は光軸
（ｚ軸）に対して非対称構造をとっており、ＭＭＩ１の
幅Ｗｇ（ｚ）はテーパ形状によって徐々に広がってい
る。この場合も、ＭＭＩ１に接続される導波路デパイス
の形状・配置等を考慮した最適な光合分波回路構造を設
定できる。
【００２４】図５は、本発明による２×１光合分波回路
の実施の形態を示す上面図である。図に示すように、Ｍ
ＭＩ入力側の幅Ｗｇｉを長さＬ1だけ一定に保ち、残り
の長さＬ2の領域をテーパ形状に拡大している。
の実施の形態を示す上面図である。図に示すように、Ｍ
ＭＩ入力側の幅Ｗｇｉを長さＬ1だけ一定に保ち、残り
の長さＬ2の領域をテーパ形状に拡大している。
【００２５】図６は、本発明による２×１光合分波回路
の他の実施の形態を示す上面図である。ＭＭＩ１の中ほ
どの幅Ｗｇ（ｚ）を入出力部の幅より狭くすることによ
って、デバイス長Ｌ（＝Ｌ3＋Ｌ4）を相対的により短く
する事が可能となる。また、入力導波路２ａ、２ｂ、出
力導波路３の構造をＷｉ＝Ｗｏ、Ｗｇｉ＝Ｗｇｏと同じ
にしても、ＭＭＩ１の中間付近を相対的に狭くすること
によって、デバイス長Ｌを短く構成できるので、小形の
光合分波回路を実現できる。なお、２×１光合分波回路
の場合、入力導波路２は、およそｄｉ１＝ｄｉ３＝Ｗｇ
ｉ／４、ｄｉ２＝Ｗｇｉ／２の位置に設定すればよい。
の他の実施の形態を示す上面図である。ＭＭＩ１の中ほ
どの幅Ｗｇ（ｚ）を入出力部の幅より狭くすることによ
って、デバイス長Ｌ（＝Ｌ3＋Ｌ4）を相対的により短く
する事が可能となる。また、入力導波路２ａ、２ｂ、出
力導波路３の構造をＷｉ＝Ｗｏ、Ｗｇｉ＝Ｗｇｏと同じ
にしても、ＭＭＩ１の中間付近を相対的に狭くすること
によって、デバイス長Ｌを短く構成できるので、小形の
光合分波回路を実現できる。なお、２×１光合分波回路
の場合、入力導波路２は、およそｄｉ１＝ｄｉ３＝Ｗｇ
ｉ／４、ｄｉ２＝Ｗｇｉ／２の位置に設定すればよい。
【００２６】図７は、本発明による１×８光合分波回路
の実施の形態を示す上面図である。本発明の原理を用い
て、入出力導波路２、３のＷｉ、Ｗｏ、ｄｏやＭＭＩ１
のＷｇｉ、Ｗｇｍ、Ｗｇｏ等の大きさを適切な大きさに
設定し、ｚ軸方向でＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）をテーパ状
に構成する事によってデバイス長Ｌを短くできる。
の実施の形態を示す上面図である。本発明の原理を用い
て、入出力導波路２、３のＷｉ、Ｗｏ、ｄｏやＭＭＩ１
のＷｇｉ、Ｗｇｍ、Ｗｇｏ等の大きさを適切な大きさに
設定し、ｚ軸方向でＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）をテーパ状
に構成する事によってデバイス長Ｌを短くできる。
【００２７】図８は、図７の実施の形態において、Ｗｉ
＝Ｗｏ＝２μｍ、Ｗｇｏ＝３２μｍ、ｄｏ＝４μｍとし
て、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）を直線テーパ状にした時、
１×８光合分波回路のＭＭＩ入力側の幅Ｗｇｉに対する
デバイス長Ｌと過剰損失（含結合損失）の関係を示して
いる。Ｗｇｉ＝３２μｍの特性は従来の場合であるが、
図に示すように、Ｗｇｉを狭くすることによって、過剰
損失の大幅な増加を招くことなく、デバイス長Ｌを短小
化できる。
＝Ｗｏ＝２μｍ、Ｗｇｏ＝３２μｍ、ｄｏ＝４μｍとし
て、ＭＭＩ１の幅Ｗｇ（ｚ）を直線テーパ状にした時、
１×８光合分波回路のＭＭＩ入力側の幅Ｗｇｉに対する
デバイス長Ｌと過剰損失（含結合損失）の関係を示して
いる。Ｗｇｉ＝３２μｍの特性は従来の場合であるが、
図に示すように、Ｗｇｉを狭くすることによって、過剰
損失の大幅な増加を招くことなく、デバイス長Ｌを短小
化できる。
【００２８】図９は、本発明による光合分波回路のその
他の実施の形態を示す上面図である。この場合、ＭＭＩ
１への入力導波路は設定せずに、光ファイバ９０４をＭ
ＭＩ１の光入力部端面に直接光結合をとっている。光フ
ァィバ９０４の導波光のスポットサイズは光ファィバコ
ア９０５の半径と同程度の大きさになるので、この大き
さに合わせてＭＭＩ１の構造を設定すれば本発明の効果
を得ることができる。したがって、スポツトサイズ変換
比Ｗｏ／Ｗｉの大きさにおおよそ合わせるようにＭＭＩ
１の幅比Ｗｇｏ／Ｗｇｉを設定すればよい。
他の実施の形態を示す上面図である。この場合、ＭＭＩ
１への入力導波路は設定せずに、光ファイバ９０４をＭ
ＭＩ１の光入力部端面に直接光結合をとっている。光フ
ァィバ９０４の導波光のスポットサイズは光ファィバコ
ア９０５の半径と同程度の大きさになるので、この大き
さに合わせてＭＭＩ１の構造を設定すれば本発明の効果
を得ることができる。したがって、スポツトサイズ変換
比Ｗｏ／Ｗｉの大きさにおおよそ合わせるようにＭＭＩ
１の幅比Ｗｇｏ／Ｗｇｉを設定すればよい。
【００２９】なお本発明において、この比の大きさＷｏ
／Ｗｉに対して、Ｗｇｏ／Ｗｇｉを異なった大きさにす
る、すなわち、ＷｇｉもしくはＷｇｏをより狭くして、
入出力導波路位置をそれに合わせて最適箇所に設定する
ことにより、本発明の原理によってデバイス長Ｌを大幅
に短小化できる。
／Ｗｉに対して、Ｗｇｏ／Ｗｇｉを異なった大きさにす
る、すなわち、ＷｇｉもしくはＷｇｏをより狭くして、
入出力導波路位置をそれに合わせて最適箇所に設定する
ことにより、本発明の原理によってデバイス長Ｌを大幅
に短小化できる。
【００３０】上記の図４〜９に示した実施の形態は、入
出力導波路の幅の比Ｗｉ／Ｗｏの大きさと、ＭＭＩ１の
光入出力部の導波路幅比Ｗｇｉ／Ｗｇｏの大きさと異な
っていることを特徴としている。
出力導波路の幅の比Ｗｉ／Ｗｏの大きさと、ＭＭＩ１の
光入出力部の導波路幅比Ｗｇｉ／Ｗｇｏの大きさと異な
っていることを特徴としている。
【００３１】以上の説明では、波長１．５５μｍ帯の導
波光で、導波路コア層１０２の材質として１ｎＧａＡｓ
Ｐ、半導体基板１０１およびクラッド層１０３にＩｎＰ
を用いた場合を示したが、導波光の波長や、モノリシツ
ク集積等によって接続される光機能デバイス、あるいは
光結合される光ファイバのスポットサイズに含わせて、
導波路の材料・材質・構造・寸法を適切に設定すれば、
本発明の効果を同様に得る事ができるのは自明である。
例えば、導波路コア層１０２として、モノリシックに集
積される機能デバイス部コアの構造と同じ構造としても
よく、半導体のエピタキシャル再成長法を用いて機能デ
バイス部とは異なる組成・構造をもつ導波路の直接突き
合わせ構造をとってもよく、あるいはＭＱＷ（Multiple
QuantumWell）構造等の多層膜構造をとってもよい。Ｍ
ＭＩ１および入出力導波路２、３の周辺部については、
誘電体や半導体材料で埋め込んだ構成にしてもよい。ま
た、導波路材料として、ガラス、石英等の無機材料、ポ
リイミド等の有機材料、ＬｉＮｂ０3等の強誘電体材料
などあらゆる光導波路材料を用いたデバイスに対しても
本発明を適用することができる。
波光で、導波路コア層１０２の材質として１ｎＧａＡｓ
Ｐ、半導体基板１０１およびクラッド層１０３にＩｎＰ
を用いた場合を示したが、導波光の波長や、モノリシツ
ク集積等によって接続される光機能デバイス、あるいは
光結合される光ファイバのスポットサイズに含わせて、
導波路の材料・材質・構造・寸法を適切に設定すれば、
本発明の効果を同様に得る事ができるのは自明である。
例えば、導波路コア層１０２として、モノリシックに集
積される機能デバイス部コアの構造と同じ構造としても
よく、半導体のエピタキシャル再成長法を用いて機能デ
バイス部とは異なる組成・構造をもつ導波路の直接突き
合わせ構造をとってもよく、あるいはＭＱＷ（Multiple
QuantumWell）構造等の多層膜構造をとってもよい。Ｍ
ＭＩ１および入出力導波路２、３の周辺部については、
誘電体や半導体材料で埋め込んだ構成にしてもよい。ま
た、導波路材料として、ガラス、石英等の無機材料、ポ
リイミド等の有機材料、ＬｉＮｂ０3等の強誘電体材料
などあらゆる光導波路材料を用いたデバイスに対しても
本発明を適用することができる。
【００３２】なお、上記の説明では、ＭＭＩ１の入出力
部に入出力導波路２、３を配置した場合を示したが、Ｍ
ＭＩ１の入出力部に他の光導波路デバイスがそれぞれの
導波路端面で直接光結合をとる場合、あるいはレンズを
介して接続される場含も、それら接続される導波光のス
ポットサイズに合わせるように、ＭＭＩ１の構造・材質
・寸法を適当に設定すれば本発明の効果を得ることがで
きる。
部に入出力導波路２、３を配置した場合を示したが、Ｍ
ＭＩ１の入出力部に他の光導波路デバイスがそれぞれの
導波路端面で直接光結合をとる場合、あるいはレンズを
介して接続される場含も、それら接続される導波光のス
ポットサイズに合わせるように、ＭＭＩ１の構造・材質
・寸法を適当に設定すれば本発明の効果を得ることがで
きる。
【００３３】また、上記の説明では、単一波長の導波光
を取り扱うｍ×ｎ光合分波回路の場合を示したが、これ
以外に、１．３μｍ帯あるいは１．５μｍ帯等の少なく
とも２つ以上の波長の導波光を取り扱うｍ×ｎ光合分波
回路に本発明を利用できる。例えば、図６のような構成
において、デバイス長Ｌ（＝Ｌ3＋Ｌ4）を適当な長さに
設定すれば、一方の入力導波路２ａから１．３μｍの導
波光を、もう一方の入力導波路２ｂから１．５μｍの導
波光をを入射すると、出力導波路３に低損失でそれぞれ
の導波光を出力させることができる。逆に出力導波路３
から、１．３μｍおよび１．５μｍの導波光を入射する
と、入力導波路２ａ、２ｂから１．３μｍおよび１．５
μｍの導波光を分離して出力させることができる。この
時、本発明の効果により、Ｗｇｉ、Ｗｇｏを適当な大き
さに限定すれば、導波光のスポットサイズを変換でき
る。また、ＭＭＩ１の中間部の幅Ｗｇ（ｚ）をテーパ状
に細くすることによって、デバイス長Ｌを短くすること
が可能となる。
を取り扱うｍ×ｎ光合分波回路の場合を示したが、これ
以外に、１．３μｍ帯あるいは１．５μｍ帯等の少なく
とも２つ以上の波長の導波光を取り扱うｍ×ｎ光合分波
回路に本発明を利用できる。例えば、図６のような構成
において、デバイス長Ｌ（＝Ｌ3＋Ｌ4）を適当な長さに
設定すれば、一方の入力導波路２ａから１．３μｍの導
波光を、もう一方の入力導波路２ｂから１．５μｍの導
波光をを入射すると、出力導波路３に低損失でそれぞれ
の導波光を出力させることができる。逆に出力導波路３
から、１．３μｍおよび１．５μｍの導波光を入射する
と、入力導波路２ａ、２ｂから１．３μｍおよび１．５
μｍの導波光を分離して出力させることができる。この
時、本発明の効果により、Ｗｇｉ、Ｗｇｏを適当な大き
さに限定すれば、導波光のスポットサイズを変換でき
る。また、ＭＭＩ１の中間部の幅Ｗｇ（ｚ）をテーパ状
に細くすることによって、デバイス長Ｌを短くすること
が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光合
分波回路においては、ＭＭＩの幅をテーパ状に変化さ
せ、導波路の幅を光入力側と、光出力側で変化させるこ
とにより、導波光のスポットサイズを低損失で変換でき
ると共に、デバイス長を短く構成でき、小形の光合分波
回路が実現可能となった。
分波回路においては、ＭＭＩの幅をテーパ状に変化さ
せ、導波路の幅を光入力側と、光出力側で変化させるこ
とにより、導波光のスポットサイズを低損失で変換でき
ると共に、デバイス長を短く構成でき、小形の光合分波
回路が実現可能となった。
【００３５】また、ＭＭＩの中間部の導波路幅を、光入
力側および光出力側の導波路幅より小さくすることによ
り、デバイス長を相対的により短くすることができた。
力側および光出力側の導波路幅より小さくすることによ
り、デバイス長を相対的により短くすることができた。
【００３６】また、入出力導波路の幅の比率と、ＭＭＩ
光入出力側の導波路幅の比率とを変えることにより、上
述と同様の効果が得られ、デバイス長を大幅に短くする
ことができた。
光入出力側の導波路幅の比率とを変えることにより、上
述と同様の効果が得られ、デバイス長を大幅に短くする
ことができた。
【００３７】また、上記ＭＭＩのコア層の実効的厚さ、
もしくは屈折率の大きさを変えることにより、上述と同
様な効果が得られた。
もしくは屈折率の大きさを変えることにより、上述と同
様な効果が得られた。
【図１】本発明に係る光合分波回路の実施の形態を示す
図である。
図である。
【図２】ＭＭＩ内を導波光が伝搬する様子を示した図で
ある。
ある。
【図３】導波路幅に対するデバイス長と過剰損失の関係
を示した図である。
を示した図である。
【図４】本発明による２×２光合分波回路の他の実施の
形態を示す図である。
形態を示す図である。
【図５】本発明による２×１光合分波回路の実施の形態
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明による２×１光合分波回路の他の実施の
形態を示す図である。
形態を示す図である。
【図７】本発明による１×８光合分波回路の実施の形態
を示す図である。
を示す図である。
【図８】導波路幅に対するデバイス長と過剰損失の関係
を示した図である。
を示した図である。
【図９】本発明による光合分波回路のその他の実施の形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図１０】従来の光合分波回路の基本構成を示す図であ
る。
る。
１ ：ＭＭＩ ２ ：入力導波路 ２ａ ：入力導波路 ２ｂ ：入力導波路 ３ ：出力導波路 ４ａ ：入力光 ４ｂ ：出力光 １０１ ：半導体基板 １０２ ：導波路コア層 １０３ ：クラッド層 １００１：従来技術の半導体基板 １００２：従来技術の導波路コア層 １００３：従来技術のクラッド層 ９０４ ：光ファイバ ９０５ ：光ファイバコア ９０６ ：クラッド Ｌ ：デバイス長 ｔｇ（ｚ）：コア厚（位置ｚ） ｔｇｉ ：コア厚 ｔｇｏ ：コア厚 Ｗｉ ：入力導波路の幅 Ｗｏ ：出力導波路の幅 Ｗｇｉ ：ＭＭＩ入力側の幅 Ｗｇｍ ：ＭＭＩ中間最小部の幅 Ｗｇｏ ：ＭＭＩ出力側の幅 Ｗｇ ：ＭＭＩの幅 Ｗｇ（ｚ）：ＭＭＩの幅（位置ｚ） ｄ１〜３ ：導波路間隔 ｄｉ１〜３：入力導波路の間隔 ｄｏ１〜３：出力導波路の間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 直人 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 川口 悦弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】少なくとも一箇所以上の光入力部と、少な
くとも一箇所以上の光出力部を有する多モード干渉導波
路で構成された光合分波回路において、上記多モード干
渉導波路の幅を光伝搬方向に向かってテーパ状に変化さ
せることを特徴とする光合分波回路。 - 【請求項２】上記多モード干渉導波路の光出力側の導波
路幅を、上記多モード干渉導波路の光入力側の導波路幅
と異なる大きさで構成することを特徴とする請求項１に
記載の光合分波回路。 - 【請求項３】上記多モード干渉導波路の中間部の導波路
幅を、上記光入力側および上記光出力側の導波路幅より
狭くした事を特徴とする請求項１または２に記載の光合
分波回路。 - 【請求項４】上記光入力部に入力導波路を用い上記光出
力部に出力導波路を用いて、上記入力導波路の幅（Ｗ
ｉ）と上記出力導波路の幅（Ｗｏ）の比Ｗｉ／Ｗｏと、
上記多モード干渉導波路の上記光入力側の導波路の幅
（Ｗｇｉ）と上記光出力側の導波路の幅（Ｗｇｏ）の比
Ｗｇｉ／Ｗｇｏとが異なることを特徴とする請求項１、
２または３に記載した光合分波回路。 - 【請求項５】上記多モード干渉導波路のコアの実効的厚
さ、もしくは屈折率の大きさを、光伝搬方向に向かって
テーパ状に変化させることを特徴とする請求項１、２、
３または４に記載の光合分波回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24295296A JP3434986B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 光合分波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24295296A JP3434986B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 光合分波回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090537A true JPH1090537A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3434986B2 JP3434986B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=17096675
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24295296A Expired - Fee Related JP3434986B2 (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 光合分波回路 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3434986B2 (ja) |
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- 1996-09-13 JP JP24295296A patent/JP3434986B2/ja not_active Expired - Fee Related
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