JPH1164654A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPH1164654A
JPH1164654A JP22028297A JP22028297A JPH1164654A JP H1164654 A JPH1164654 A JP H1164654A JP 22028297 A JP22028297 A JP 22028297A JP 22028297 A JP22028297 A JP 22028297A JP H1164654 A JPH1164654 A JP H1164654A
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JP
Japan
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waveguide
curvature
bent
continuously
optical waveguide
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JP22028297A
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Manabu Oguma
学 小熊
Takashi Go
隆司 郷
Mitsuho Yasu
光保 安
Akira Himeno
明 姫野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば光通信、光信号処理、光計測等に用い
られる、曲げ導波路構造当たりの過剰損失を軽減した光
導波路を提供することを課題とする。 【解決手段】 平面基板状に形成された光を伝搬するコ
アと前記コアより屈折率の低いクラッドにより構成され
た光導波路において、前記光導波路の曲げ導波路部分1
2の曲率が連続的に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信、光
信号処理、光計測等に用いられる、光導波路に関する。
【0002】
【従来の技術】石英系導波路型光部品は石英系光ファイ
バとの整合性が良く、伝搬損失が0.1dB/cmと小さ
く、熱的に安定で長期信頼性に優れていることから、実
用的な光部品として注目されている。これまでに16×
16大規模マトリックス・スイッチが72×88mmの
チップ上に作成され良好に動作する等が確認されている
(参考文献:A HIMENO"STRICTLY NONBLICKING 16×16 M
ATRIX SWITCH USING SILICA-BASED PLANAR LIGHTWAVECI
RSUITS" ECOC'94,vol.3 PD)。
【0003】上記16×16大規模マトリックス・スイ
ッチの導波路全長は、58cmになる。しかし、低損失
な曲げ導波路の使用によりスイッチ群が葛篭折りに配置
できるため、当該大規模マトリックス・スイッチのサイ
ズを72×88mmというチップサイズに納めることが
できる。
【0004】この従来の曲げ導波路構図を図8に示す。
図8に示すように、従来の曲げ導波路構造01は、直線
導波路部分02,04と曲率一定の曲線導波路部分03
とから構成されている。このような導波路においては、
ある一定値以上の曲率の曲線導波路を光が伝搬すると、
光は放射モードに結合し、導波路の損失が生じる。その
ため、通常は曲線導波路部分03の曲率は損失が増大す
る曲率より小さな値に設定されている。
【0005】一方、導波路を伝搬する光の横モードの分
布は導波路の曲率に依存し、変化する。直線導波路部分
02,04を伝搬する光の横モードの分布と、曲線導波
路部分03を伝搬する光の横モードの分布とは異なって
いる。そのため、直線導波路部分02,04と曲線導波
路部分03との接合部分では、横モードの分布のズレに
起因する損失が生じる。この横モードの分布のズレに起
因する損失を軽減するために、直線導波路部分02,0
4と曲線導波路部分03との接続部での横モードの分布
のズレを補償し、損失を低減する様々な工夫が行われて
いる。
【0006】例えば、図8に示すように、直線導波路部
分02,04と曲線導波路部分03との接続部におい
て、導波路の中心をズラして接続する方法が知られてい
る。その他の方法としては、図10に示した;Ladouceur
等が提案した曲げ導波路部分の構成がある( 参考文献:F
rancois Ladouceur and Pierre Labeye "A NEW GENERAL
APPROACH TO OPTICAL WAVEGUIDE PATH DESIGN" IEEE l
ightwave technol,vol.13,No.3,1995)。図10に示した
曲げ導波路構造05は、直線導波路部分06,08と曲
線導波路部分07とから構成されており、曲線導波路部
分07の導波路幅を直線導波路部分06,08より大き
めにとり、接続部近接部には丸みを持たせて二つの幅の
異なる導波路を接続している。
【0007】これらの工夫により、導波路接続部の両側
でそれぞれ伝搬する光の横モードの分布のズレを少なく
することができる。横モード同士の分布のズレが小さく
なると、接続部での損失が小さくなり低損失な曲げ導波
路が実現可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の提案では、直線導波路を伝搬する光の横モードと曲線
導波路を伝搬する光の横モードを近似的に重ね合わせる
工夫にすぎない。そのため、依然として、横モードの大
きな不連続点が残り、横モードの不一致による損失は原
理的に残ってしまう、という問題がある。特に、葛折り
にして長尺導波路では、一つ一つの曲げ導波路の損失が
積算され、全体として大きな損失となってしまうという
問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明による[請求項1]の光導波路は、平
面基板状に形成された光を伝搬するコアと前記コアより
屈折率の低いクラッドにより構成された光導波路におい
て、前記光導波路の曲げ部分の曲率が連続的に変化する
ことを特徴とする。
【0010】また、[請求項2]の光導波路は、平面基
板状に形成された光を伝搬するコアと前記コアより屈折
率の低いクラッドにより構成された光導波路において、
前記光導波路の曲げ部分の曲率が階段的に変化すること
を特徴とする。
【0011】本発明によれば、曲率零の直線導波路か
ら、導波路の曲率を連続的または階段的に曲率を大きく
していき、その後再び曲率を小さくしていき、再び曲率
零である直線導波路に結合させる曲げ導波路構造が実現
できる。本発明による曲げ導波路構造においては、導波
路の曲率が連続的またはステップ状の階段的に変化する
ので、導波路を伝搬する光の横モードは連続的または階
段的に変化し、従来問題となった横モードの大きな不連
続点が無くなる。そのため本発明による曲げ導波路構造
を用いれば横モードの不一致による光の損失を抑えるこ
とが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0013】[第1の実施の形態]図1に本実施の形態
による曲げ導波路部分の構造を示す。図2には、本実施
の形態による曲げ導波路における、導波路上の道のりと
導波路の曲率との関係を示す。
【0014】図1の曲げ導波路構造10は、曲率零の直
線導波路部分11から曲率連続変化領域12へ移行し、
再び直線導波路部分13につらなる構造をしている。曲
率連続変化領域12では、図2に示すように、導波路の
曲率が零から連続的に大きくなり、その後再び連続的に
小さくなり再び曲率零になるように設計した。導波路の
幅と高さとは一定であり、8μm×8μmとした。ま
た、曲率連続変化領域12での最大曲率部の曲げ半径は
5mmとした。
【0015】図3には図1の曲げ導波路構造を用いて作
成した長尺導波路の模式図を示す。図3に示した長尺導
波路パターンは、図1の曲げ導波路構造10を162個
含み、全体で7.5mの導波路長を持つように設計した。
【0016】ここで、比較のために、図8に示した導波
路の中心をズラして接続する従来の曲げ導波路構造01
を用いて、図7に示す長尺導波路を作成した。ここで、
導波路の幅と高さとは一定であり、8μm×8μmとし
た。また、曲率連続変化領域での最大曲率部の曲げ半径
は5mmとした。図7の従来技術による導波路も、図3
の本実施の形態の導波路と同様に曲げ導波路構造を16
2個含み、全体で7.5mの導波路長を持つように設計し
た。
【0017】図9には、図8の従来構造の曲げ導波路に
おける、導波路上の道のりと導波路の曲率の関係を図示
する。
【0018】前述した通り、図8の曲げ導波路構造01
は、直線導波路部分02から曲線導波路部分03を経て
直線導波路部分04に連なる構造をしている。しかしな
がら、図9に示すように、曲線導波路部分での曲げ半
径、すなわち、曲率は一定である。この従来構造では曲
率の不連続点が生じるので、直線導波路部分と曲線導波
路部分との接続には、導波路同士の中心をずらし、横モ
ード同士の不一致が少なくなるようにした。
【0019】本実施の形態の導波路(図3)及び従来技
術の導波路(図7)は以下の工程により作成した。先
ず、シリコン基板上に、火炎体積法により、石英系下部
クラッド層と、二酸化ゲルマニウム等を添加して屈折率
を高めた石英系コア層とを形成した。次に、コア層をフ
ォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて
加工し、前記導波路構造のコア・パターンを形成した。
その後、火炎体積法により上部クラッド層を形成して埋
め込み導波路を作成した。クラッド層とコア層との比屈
折率差は0.75%とした。
【0020】導波路の過剰損失の評価には波長1.3μm
のレーザ光と波長1.55μmのレーザ光で評価した。入
力側には1.3μm用偏波保持ファイバを用い、出力側に
は1.3μm用シングルモードファイバを用いた。入力側
と出力側とのファイバを直接つきあわせたときの受光レ
ベルの差より導波路の過剰損失を計測した。
【0021】図7に示した従来型の曲げ導波路構造を用
いた長尺導波路の波長1.3μmと波長1.55μmでの導
波路の過剰損失の結果は、各々24dBと28dBであ
った。一方、図3に示した本実施の形態による曲げ構造
を用いた長尺導波路の波長1.3μmと波長1.5μmでの
過剰損失の結果は、各々17.5dBと20dBであっ
た。このように、本実施の形態での曲げ導波路構造の使
用により導波路全体で波長1.3μmと波長1.5μmとで
6.5dBと8dBの状損失の軽減が達成された。曲げ導
波路構造あたりにすると各々約0.04dB/個と約0.0
5dB/個の過剰損失改善がみられた。
【0022】[第2の実施の形態]つぎに、導波路の曲
率を零から一定値まで段階的に変化させた曲げ導波路構
造をもった、導波路作成の実施の形態を説明する。
【0023】図4は本実施の形態により作成した曲げ導
波路部分の導波路構造の概略図である。本実施の形態で
は、曲率を変化させる分割数を、2,4,8,16段階
とした。すなわち、図4において、導波路構造21,2
2,23,24はそれぞれ分割数2,4,8,16の場
合を示している。全ての曲げ導波路構造の最小曲げ半径
を5mmとした。さらに、一定の導波路長毎に曲率が変
化する点が分布するように設計した。ここで、分割数2
の曲げ導波路構造は従来型の曲げ導波路構造の一つであ
る図8のものに相当する。比較のため、分割数2の曲げ
導波路構造に限り、従来から行われている過剰損失低減
の工夫である、直線導波路部分と曲線導波路部分との接
続部分で導波路の中心をズラす工夫を施した。
【0024】図5にこれらの曲げ構造を用いた長尺導波
路の模式図を示す。分割数2と4の回路を一枚のウエハ
で、分割数8と16の回路を別のウエハ上に作成した。
一本の導波路あたりの曲げ導波路構造の数は42個で、
導波路長は2.1mで一定になるように設計した。ここ
で、符号25は図4に示す導波路構造21,22,2
3,24である。また、図中、符号Aは分割数2又は8
を示し、符号Bは分割数4又は16を示す。導波路は、
第1の実施の形態と同様に、火炎体積法、フォトリソグ
ラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて作成した埋
め込み型石英導波路で、導波路の比屈折率差は0.75%
とし、導波路幅8μm、導波路高さ8μmとした。波長
1.3μmでの導波路の過剰損失の測定結果を図6に示
す。曲率を変化させる階段数を増やすことにより、導波
路の過剰損失を7.5dB/から5.9dBに軽減された過
剰損失を曲げ導波路構造の数で割ると約0.03dB/個
となる。
【0025】これは第1の実施の形態で測定された改善
量、約0.04dB/個に近い値である。このように、曲
げ導波路構造の曲率の変化は連続的ではなくいわゆるス
テップ状の階段的なものであっても過剰損失に対しては
十分効果的であったことが確認された。
【0026】本実施の形態では、導波路の曲率に合わせ
て、導波路の中心軸をずらす事や、導波路の幅を替える
ことはしなかったが、本発明に併せてこれらを最適化す
れば過剰損失が低減できることは容易に推測できること
はいうまでもない。
【0027】本実施の形態では、曲率の不連続点で、接
続部の構造に丸みをもたせることはしなかったが、本発
明に併せて丸みを最適化すれば過剰損失が低減できるこ
とは容易に推測できることはいうまでもない。
【0028】本実施の形態では、埋込型で矩形断面の石
英系導波路について説明したが、リブ型導波路でも、拡
散型導波路のように断面が矩形でなくても、また半導体
導波路にように石英系とは異なる材料系の導波路におい
ても同様の効果が期待されることはいうまでもない。
【0029】本実施の形態では、導波路の道のりあたり
の曲率の変化率を一定にしたり、曲率の不連続点の分布
を平均化したりしたが、曲率の変化率や不連続点の分布
に変化を持たせても、過剰損失の低減に効果があること
はいうまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の曲げ導
波路構造を用いると、導波路の曲率の不連続変化量を極
めて小さくすることができる。そのため導波路の曲率不
連続点での、伝搬する光の横モードの不一致が軽減さ
れ、曲げ導波路構造当たりの過剰損失が軽減される。こ
の曲げ導波路構造は、特に葛折りにした長尺な光回路を
作成したとき、光回路の過剰損失を低減させるのに極め
て効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の光導波路の曲げ導波路構造
図である。
【図2】第1の実施の形態の曲げ導波路構造における、
導波路上の道のりと導波路の曲率の関係を示す図であ
る。
【図3】第1の実施の形態の長尺導波路を示す模式図で
ある。
【図4】第2の実施の形態の光導波路の曲げ導波路構造
図である。
【図5】第2の実施の形態の長尺導波路を示す模式図で
ある。
【図6】第2の実施の形態の長尺導波路の過剰損失測定
結果を示すグラフである。
【図7】比較のために用いた従来型の長尺導波路を示す
模式図である。
【図8】従来の光導波路の曲げ導波路構造図である。
【図9】従来の曲げ導波路構造における、導波路上の道
のりと導波路の曲率の関係を示す図である。
【図10】従来(Ladouceur 等が提案) の光導波路の曲
げ導波路構造図である。
【符号の説明】
10 曲げ導波路構造 11 直線導波路部分 12 曲率連続変化領域 13 直線導波路部分 21〜24 導波路構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姫野 明 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面基板状に形成された光を伝搬するコ
    アと前記コアより屈折率の低いクラッドにより構成され
    た光導波路において、 前記光導波路の曲げ部分の曲率が連続的に変化すること
    を特徴とする光導波路。
  2. 【請求項2】 平面基板状に形成された光を伝搬するコ
    アと前記コアより屈折率の低いクラッドにより構成され
    た光導波路において、 前記光導波路の曲げ部分の曲率が階段的に変化すること
    を特徴とする光導波路。
JP22028297A 1997-08-15 1997-08-15 光導波路 Withdrawn JPH1164654A (ja)

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