JPS59174803A - 波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサ装置 - Google Patents

波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサ装置

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JPS59174803A
JPS59174803A JP59042240A JP4224084A JPS59174803A JP S59174803 A JPS59174803 A JP S59174803A JP 59042240 A JP59042240 A JP 59042240A JP 4224084 A JP4224084 A JP 4224084A JP S59174803 A JPS59174803 A JP S59174803A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプレーナ形多モード薄膜導波路内に格子構造を
有する波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサに関
する。
波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサは光フアイ
バ通信工業で伝送容量を上昇するため使用される。この
場合様々の波長の多数の光源の変調した光線は同時に光
導体を介して伝送される。伝送区間の始端および終端で
異なる波長チャネルをできるだけ低い損失でいっしょに
導き、または分離するため、干渉フィルタまたは回折格
子で動作するマルチプレクサおよびデマルチプレクサが
公知である。とくにコンパクトで小さい構造は薄膜導波
路の使用によって達成される。
文献（八ｐｐｌｉｅｄ　ｏｐ日Ｃｓ　　１’　９　、３
５９０（１９８０））から凹面格子を使用する多モード
薄膜導波路デマルチプレクサが公知である。入射光ファ
イバのコア直径は６０μｍ、射出光ファイバのコア直径
は２５０μｍである。薄膜導波路の厚さは入射光ファイ
ン々のコア直径より大きく射出光ファイン々のコア直径
より小さい８０μｍに選択される。
もう１つの文献（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ２１．
２１９５（１９８２））から位置に依存する溝幅を有す
る平面格子を使用する多モード薄膜導波路デマルチプレ
クサが公知である。光ファイノミのコア直径および開口
数はほぼ薄膜導波路と一致する。
この公知多モード薄膜導波路デマルチプレクサによれば
十分なチャネル分離は３０〜５０ＷＩＩ１１のチャネル
間隔（約０．８〜１．３μｍの波長帯域で）でしか達成
されない。チャネル間隔が小さくなるとともに、多モー
ド薄膜導波路内の光伝搬のため、チャネル相互の重なり
が大きくなり、通信技術のためのチャネル分離はもはや
不十分になる。
それゆえ本発明の目的はチャネル幅が約１０簡の場合に
も十分なチャネル分離が達成される多モード薄膜導波路
マルチプレクサまたはデマルチプレクサを得ることであ
る。
この目的は本発明により格子構造の範囲の薄膜導波路の
厚さが入射断面の厚さまたは直径より大きく、薄膜面と
垂直の平面内で格子構造へ当る光線のア・ξ−チュアが
入射断面におけるア、ｏ−チュアより小さいことによっ
て解決される。
有利な実施例によれば薄膜面と垂直の平面内で格子構造
へ当る光線のアパーチュアは０．１以下である。厚さす
なわち断面の増大と同時にアパ−チュアが減少すること
によって全光量が維持され、はとんど損失が発生しない
。ア・ξ−チュア′ｆ：０．０５より大きく減少しても
もはや利点は得られない。というのはその際たとえば凹
面格子の結像収差が顕著に認められるからである。
有利な実施例によれば光ファインζを薄膜導波路へ結合
するためクサビ状光伝送路が備えられ、その厚さは入射
断面の厚さまたけ直径から薄膜導波路の厚さへ増大する
。その際光伝送路の幅も増大する。有利には射出側にも
同様の光伝送路が備えられる。
とくに有利な実施例によれば薄膜導波路は格子構造とそ
の反対側の光線が入射および射出する境界面との間の範
囲の少なくとも一部がクサビ状に形成される。
本発明の他の形成は特許請求の範囲第２〜８項から明ら
かである。
次に本発明を図示の実施例により説明する。
第１８およびｌｂ図には薄膜導波路２を支持する基板１
が示される。基板１および薄膜導波路２は１つの側が四
面２ａによって仕切られ、この面に公知技術により格子
構造２ｃを有する部材２ｂが設置される。薄膜導波路２
の他の側にコア３ａおよびフラッド３ｂからなる入射光
ファイバ３が光伝送路３ｃを介して結合する。
射出光ファイバのうち（簡単のため）４および５で示す
２つだけが示される。そのコア４ａおよび５ａは光伝送
路４ｃおよび５ｃを介して薄膜導波路２に結合する。光
伝送路３ｃ、４ｃおよび５ｃはたとえば西独公開特許公
報第３０２４１０４号から公知の技術により基板１へ支
持される。
光ファイバ３．４および５と光伝送路３ｃ　、　４ｃお
よび５ｃの結合も図示されていない公知技術によシ行わ
れる。
光伝送路３ｃ、４ｃおよび５ｃによって光ファイバ３，
４および５のコア直径３ａ、４ａおよび５ａから薄膜導
波路２の厚さへの移行が行われる。
光伝送路の第１１〕図に示すクサビ状の厚さ変化および
第１ａ図に示す幅の拡大によってその中を伝搬する光線
のアパ−チュアが変化する。
明りようにするため光ファイバ３，４および５、光伝送
路３ｃ　、４ｃおよび５ｃならびに薄膜導波路２の厚さ
は他の寸法に比しとくに大きく示される。実施例の場合
入射光コアイノ々のコア３ａけ直径５０μｍ、射出コア
イノ々のコア１４ａおよび５ａは直径１００μｍである
。光伝送路は製造技術上の理由から正方形または矩形断
面を有し、光伝送路３ｃの入射断面３Ｉは５０μｍ×５
０μｍ。
射出断面３ｄは２００μｆｆＬＸ２００μｍであシ、光
伝送路４ｃおよび５ｃの断面４ｏおよび５ｏは１０　’
Ｏｔｔｍ×１００μｍ、断面４ｄおよび５ｄは４００μ
ｍ×２００μｍである。薄膜導波路２の厚さは２００μ
ｍ、他の寸法は約２０　ｒａｙｎ　Ｘ　１．５　ｍｍで
ある。
凹面格子構造２ｃは公知のように入射断面３ｄのスペク
トルが境界面２ｆに結像する□ように、薄膜導波路２に
配置される。境界面に結合した光伝送路４ｃおよび５ｃ
の断面４ｄおよび５ｄは光伝送路３ｃの断面３ｄより幅
が大きいので、個々のチャネルの波長の誤差が補償され
る。薄膜導波路内の入射光線の開口数は第１ａ図に３ｅ
で示され、射出光源の２つの波長チャネルのアパーチュ
アは４Ｃおよび５ｅで示される。このアノξ−チュアに
応じて基板１と薄膜導波路２の屈折率差が選択される。
たとえば光ファイ、Ｓのアパーチュアが０．２４であり
、このアノξ−チュアをファクタ４で帆０６に縮小する
場合、基板１と薄膜導波路２の屈折率差は（公知の近似
式△、　＝　（Ｎ　Ａ、　）　２／／２ｎにより）基板
の屈折率ｎを１．５とすれば、０．００１２に等しくな
ければならない。
光伝送路３ｃ　、４ｃおよび５Ｃの基板に対する屈折率
差は光ファイバにおけるコアとクラッドの差とほぼ同じ
大きさなので、光伝送路と薄膜導波路の間の移行部には
屈折率の急変化が生じない。薄膜導波路２の上および光
伝送路３ｃ。
４ｃおよび５ｃの上またはこれに隣接して基板を配置し
、または空気によって閉鎖することができる。
第１ｃおよび１６図の場合、薄膜導波路２と光ファイバ
３，４および５０間に光伝送路の代りにレンズ３　ｕ　
＋　３　ｖｇ　４　ｕ　＋　４　ｖ　＋　５　ｕおよび
５■が配置される。レンズ３■の直径は少なくとも薄膜
導波路２の厚さに等しく、レンズ３ｕの直径は少なくと
も入射断面３Ｉの直径に等しい。レンズ３ｕおよび３ｖ
は同じ焦点距離を有し、この焦点距離の間隔で互いに離
れる。焦点距離は入射断面３Ｉの半径がレンズ３ｖから
、サインが薄膜導波路２内の所望の開口数３ｅ［相当す
る角度で見えるように選択される。射出側レンズ４ｕ、
４ｖおよび５　ｕ　、　５　ｖの直径および焦点距離は
同じ比で入射側レンズ３ｕ　、　３ｖより大きく、射出
断面４０または５０の直径は入射断面３１の直径より太
きい。
第１ｅおよび１１図はレンズを勾配パーレンズ３ｗ　、
４ｗおよび５Ｗに代えた有利な実施例を示す。勾配パー
レンズは光コアイノζ３，４および５と同じ開口数を有
し、直接光ファイバおよび薄膜導波路２に接続する。勾
配）々−レンズ３Ｗは薄膜導波路２の厚さに等しいコア
直径３Ｘを有する。その長さは周波数長さの１／４であ
る。このレンズによって入射光線の開口数は入射直径３
ｉ（コア直径３ａに等しい。）とコア直径３Ｘの比で縮
小する。射出側の勾配パーレンズ４ｗおよび５ｗは薄膜
導波路２の厚さより、射出直径４ｏまたは５ｏの入射直
径３Ｉに対する比で大きい直径４ｘまたは５ｘを有する
。その長さは同様周波数長さの馬であシ、直径が大きい
ため勾配パーレンズ３ｗの長さより大きい。
第２３および２ｂ図はデマルチプレクサにとくに有利な
実施列を示し、光ファイバ３，４および５は直接薄膜導
波路２′に結合し、薄膜導波路２′自体の中で厚さおよ
びアパ−チュア変化が行われる。さらにこの実施例では
格子構造２ｄは公知法で直接薄膜導波路２′内につくら
れる。これはたとえばホトラッカを薄膜導波路２′の表
面へ被覆して実施される。ホトラッカを格子構造の像で
露光し、次に現像する。格子構造を薄膜導波路から腐食
除去した後、金属層を被覆する。
第２３および２ｂ図には入射光ファイバは３゜射出光フ
ァイバは４および５で示される。光ファイバが断面３ｇ
、４ｇおよび５ｇと結合する側で薄膜導波路２′は入射
光ファイバのコア直径３ａに相当する厚さを有する。こ
の厚さは線２ｅまで均一にたとえば５０μｍから２００
μｍに増大する。しかし折線２ｅまででなく、格子構造
２ｄの後方まで厚さを増大することもできる７薄膜導波
路２′のクサビ状に増大する層厚によって層基板に対し
垂直の平面内で光線の開口数がファクタ４だけ淀少する
。これに反し層基板に対し平行の平面内の第２ａ図に３
ｆ、４１および５ｒで示すアパ−チュアは不変に留する
。チャネル分離のためにこれはほとんど重要性がない。
というのは分離は層基板に対し垂直捷たは格子構造の溝
に対し平行の平面内の光線のアパ−チュアのみに依存す
るからである。層基板に対し平行の光線の大きいアパー
チュアに＝つて凹面格子構造２ｄの第１ａ図に示す実施
例の場合より大きい結像収差が発生するだけである。
しかしこの結像収差は前記寸法の場合少しも重要性がな
い。第２ａ図に示す実施例の第１ａ図に示す実施例に比
する欠点は格子構造２ｄがその溝に対し垂直の拡がりに
おいてファクタ４たけ太きくなければならないことであ
る。しかしその代シその他の構造は簡単である。第２３
および２１）図に示す実施例によれば薄膜導波路２／の
屈折率は光ファイツクのコア３ａ、４ａおよび５ａのそ
れにほぼ等しい。
第１ａ図の光伝送路３ｃ、４ｃおよび５ｃの場合、入射
側の幅を射出側まで維持することができる。この場合層
基板に対し垂直の平面内の光線のアパーチュアのみが光
伝送路によって変化され、格子２ｃは溝と垂直の方向に
４倍大きい拡がりを有しなければならない。これはチャ
ネル分離にほとんど影響しない。もちろんファクタ４よ
シ小さい幅の増大も可能である。
第３ａ〜３ｃ図はマルチプレクサの第１実施例である。
１は同様基板、２は薄膜導波路、２ｄは°格子構造を表
わす。この実施例および次の実施例の場合も明りょうに
するためデマルチプレクサの前記例に応じて、光伝送路
６ｃおよび７ｃを介して薄膜導波路２ｊｃ伝送する２つ
の入射チャネルしか示していない。直径的１５ｍｍのレ
ーザダイオード６■および７■がら図面の面に対し垂直
に約帆４１図面の面と平行に約０．１５の開口数を有す
る光線が出る。この光線は公知の球レンズ６ｍおよび７
ｍｆ介して光伝送路６ｃおよび７ｃの入射断面６Ｉおよ
び７１へ倍率１：１で結像する。光伝送路の断面は層基
板に対し垂直に１５μｍから１２０μｍに増大する。そ
れによって光線のアパーチュアは０．４かう０．０５へ
縮小する。層基板に対し平行に断面は１５μｍから４５
μｍに増大し、それによってこの面内の光線のアパーチ
ュアは０．１５から０．０５に減少する。薄膜導波路２
の入口で光伝送路６ｃおよび７ｃの端部は密に隣接し他
の側でこれらの端部はレーザダイオード６■および７１
のマウント６におよび７１（ならびに球レンズ６１１］
および７ｍのホルダ６ｎおよび７ｎのため互いに広く離
れる。薄膜導波路２は１２０μｍの均一な厚さを有する
。この中に配置した格子構造２ｄは入射断面６ｆおよび
７ｆに存在する異なる波長の光線を断面８ｆでいっしょ
にする。とくにレーザダイオードの不可避の誤差および
温度の影響等のため、光伝送路８ｃの断面８ｆは層基板
に対し平行１／１Ｚ１２０μｍの幅を有し、この幅は断
面８０で４０μｍに縮小する。層基板に対し垂直に断面
８ｆの厚さは薄膜導波路２の厚さ１２０μｍから断面８
ｏで同様４０μｍに変化するので、全光線は直径５０μ
ｍのコア８ａを有する接続した光コアイノ′！８によっ
て受光される。光伝送路８ｃ内でアノξ−チュアは０．
０５から０．１５へ、すなわち光ファイバ８によって完
全に伝送される値へ上昇する。光伝送Ｎ　６　ｃ　、　
７　ｃおよび８ｃから薄膜導波路２への移行部で第１図
実施列に相当する屈折率変化が行われる。
マルチプレクサのもう１つの実施例が第４ａ〜４０図に
示される。この場合、同様薄膜導波路２′内でアパーチ
ュア変化が行われる。図面に対し垂直の平面内でレーザ
ダイオードのアノξ−チュアが非常に太きいため、それ
にもかかわらず入射側に光伝送路６Ｚおよび７ｚが配置
され、この伝送路はその厚さが入射断面６寛および７！
の１５μｍから断面６ｆおよび７ｆの４０ｔｔｍに増大
することによりアパーチュアを０．４から０．１５へ減
少する。１５μｍの幅が同じに留まるため、層基板と平
行の平面内の光線のアノξ−チュアは０．１５のｉｔ変
化しない。薄膜導波路２′内では４０μｍから１２０μ
ｍへの厚さの上昇によってア・ξ−チュアが０．１５か
ら帆０５へ緘少し、格子構造で反射した後再び０．０５
から帆１・５へ上昇する。コア直径５０μｍの射出光コ
アイノ々８は断面８ｆでアパーチュア０．１５の光線全
受光し、その際層基板と平行の平面内でコア直径約スし
か利用されず、それによって再び不可避の誤差に対する
十分な安全性が達成される。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は光コアイノ々と薄膜導波路の間に光伝送路を
有するデマルチプレクサの平面図、第１ｂ図は第１ａ図
の）ｂ−ｉｂｂ線断面図第１Ｃ図は光コアイノ々と薄膜
導波路の間にレンズを有するデマルチプレクサの平面図
、第１ｄ図は第１ｃ図の■ｂ−Ｉｂ線断面図、第１ｅ図
は光ファイバと薄膜導波路の間に勾配ノ々−レンズを有
するデマルチプレクサの平面図、第ｉｆ図は第１ｃ図の
（＋）　−ｌ　Ｉｌｌ線断面図、第２ａ図は光ファイバ
がクサビ形薄膜導波路へ直接結合しているデマルチプレ
クサの平面図、第２ｂ図は第２ａ図の［ｂ−［ｂ線断面
図、第３ａ図は均一厚さの薄膜導波路を有するマルチプ
レクサの平面図、第３ｂ図は第３ａ図のＴ［ｈ　−Ｉ［
ｂ＃断面図、第３ｃ図は第３ａ図のｍｅ−ｍｃ線断面図
、第４ａ図はクサビ状薄膜導波路を有するマルチプレク
サの平面図、第４ｂ図は第４ａ図のｌＶｂ〜ＪＶｂ線断
面図、第４ｃ図は第４ａ図のＩＶｃ−ＩＶｃ線断面図で
ある。・ ■・・・基板、２，２′・・・薄膜導波路、２ｃ、２ｄ
・・格子構造、３，４，５．８・・・光コアイノ々、３
ｃ、　４　ｃ　、　５　ｃ　、　６　ｃ　、　８　ｃ　
、　６　ｚ　、　７　ｚ　−光伝送路、６１．７１・・
・レーザダイオード、６ｎ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　プレーナ形多モード薄膜導波路内に格子構造を有す
    る波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサ装置にお
    いて、格子構造（２ｃ　、２ｄ）の範囲の薄膜導波路（
    ２，２’）の厚さが入射断面（３ｉ、３ｇ、６ｉ、７’
    ｉ　）の厚さまたは直径よシ大きく、薄膜面に対し垂直
    の平面内で格子構造（２ｃ、２ｄ）へ当る光線のアノξ
    −チュアが入射断面（３ｉ、３ｇ、６ｉ、７ｉＪにおけ
    るアパーチュアより小さいことを特徴とする波長マルチ
    プレクサまたはデマルチプレクサ装置。 ２　薄膜面に対し垂直の平面内で格子構造（２ｃ。 ２ｄ）へ当る光線のアノξ−チュアが帆１以下である特
    許請求の範囲第１項記載の装置。 ３　入射断面（３ｉ、６ｉ、７ｉ　）と薄膜導波路（２
    、２’）の間にクサビ状の光伝送路（３ｃ、＝６ｃ、７
    ｃ、６ｚ、７ｚ）を備え、その厚さが入射断面（３ｉ、
    ６ｉ、７ｉ）の厚さまたは直径から薄膜導波路（２、２
    ’）の厚さへ増大する特許請求の範囲第１項または第２
    項記載の装置。 ４　クサビ状光伝送路（３ｃ、６ｃ、７ｃ）の幅が入射
    断面（３ｉ、６ｉ、７ｉ）の幅または直径から大きい値
    へ増大する特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５、薄膜導波路（２，、２’）と射出断面（４ｏ　、　
    ５ｏ　。 ８ｏ）の間にクサビ状の光伝送路（４ｃ、５ｃ、８ｃ）
    を備え、その厚さが薄膜導波路（２，２’）の厚さから
    射出断面（４ｏ、５ｏ、８ｏ）の厚さまたは直径へ減少
    し、その幅が射出断面（４−ｏ　、　５’ｏ　。 ８ｏ）の幅または直径へ減少する特許請求の範囲第３項
    または第４項記載の装置。 ６　入射断面（３１）と薄膜導波路（２）の間および薄
    膜導波路（２）と射出断面（４ｏ、５ｏ、８ｏ）の間に
    レンズ（３ｕ、３ｖ、４ｕ、４．ｖ、５ｕ、５ｖ）が配
    置されている特許請求の範囲第１項または第２項記載の
    装置。 ７、　入射断面（３１）と薄膜導波路（２ンの間および
    薄膜導波路（２）と射出断面（４ｏ、５ｏ、８ｏンの間
    に勾配ツク−レンズ（３ｗ　＋’　４　ｗ　、　５　ｗ
    　）が配置されている特許請求の範囲第１項または第２
    項記載の装置。 ８　薄膜導波路（２′）の格子構造（２ｃ、２ｄｌと光
    線が入射および射出する反対側境界面（２ｆ）の間の範
    囲の少なくとも一部がクサビ状に形成されている特許請
    求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の装置。
JP59042240A 1983-03-16 1984-03-07 波長マルチプレクサまたはデマルチプレクサ装置 Pending JPS59174803A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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