JPS61249004A - Optical multiplexer and demultiplexer - Google Patents

Optical multiplexer and demultiplexer

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JPS61249004A
JPS61249004A JP9026985A JP9026985A JPS61249004A JP S61249004 A JPS61249004 A JP S61249004A JP 9026985 A JP9026985 A JP 9026985A JP 9026985 A JP9026985 A JP 9026985A JP S61249004 A JPS61249004 A JP S61249004A
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JP
Japan
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optical
optical waveguide
demultiplexer
waveguide
light
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Application number
JP9026985A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
Katsuki Tanaka
田中 捷樹
Minoru Maeda
稔 前田
Hiroaki Inoue
宏明 井上
Hiroyoshi Matsumura
宏善 松村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G02B6/30Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G02B6/305Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide

Abstract

PURPOSE:To form an optical multiplexer and demultiplexer of the light module integrated with light emitting elements and photodetectors with simple constitution by providing the elements which receive and emit the light signal leaking under the cut-off condition of a propagation mode onto a tapered optical waveguide. CONSTITUTION:The tapered optical waveguide 2 having the refractive index larger than the refractive index of a substrate 3 is formed on the substrate and the width (f) of the waveguide 2 is selected at the value to guide the light when the light signal of wavelengths lambda1-lambda3 is made incident to the waveguide. The light signal of the wavelength lambda1 is made into the leak mode in the part 2a and is radiated from the waveguide; similarly the light of the waveguides lambda2, lambda3 are successively demultiplexed in the parts 2b, 2c. The waveguide acts therefore as the optical demultiplexer when the photodetectors are disposed in the parts 2a-2c and the waveguide acts as the optical multiplexer and demultiplexer when the light emitting elements are provided thereto in conjunction with the optical multiplexer. The monolithic constitution of the optical multiplexer and demultiplexer with single chip is thus made possible, by which the simpler and more economical constitution thereof is made possible. Since there are no adjusting points, the considerable reduction of the cost is attained by mass production.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光合分波器に関し、特に光フアイバ通信の光
波長多重伝送に用いられる光合波器、光分波器、および
光合分波器等の光学デバイスと。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an optical multiplexer/demultiplexer, and particularly to an optical multiplexer, an optical demultiplexer, an optical multiplexer/demultiplexer, etc. used for optical wavelength multiplexing transmission in optical fiber communication. with optical devices.

それらのデバイスに半導体発光/受光素子等を−体化し
た光モジュールに関するものである。
The present invention relates to optical modules in which semiconductor light emitting/light receiving elements and the like are incorporated into these devices.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

光ファイバの伝送特性で重要な要素は、伝送損失と周波
数帯域であり、発光素子の種類によっては、ファイバと
の結合特性も重要となる。光情報伝送、光制御、光計測
等の比較的短距離に用いられる場合には、伝送損失より
も発光素子との結合が問題となるため、できるだけ開口
数(NA)の大きな光ファイバ、例えば多モードファイ
バが有利である。一方、長波長帯光ファイバは、低損失
Important elements in the transmission characteristics of optical fibers are transmission loss and frequency band, and depending on the type of light emitting element, the coupling characteristics with the fiber are also important. When used for relatively short distances such as optical information transmission, optical control, and optical measurement, coupling with the light emitting element is more important than transmission loss, so optical fibers with as large a numerical aperture (NA) as possible, such as multi-band optical fibers, are used. Mode fibers are advantageous. On the other hand, long wavelength optical fiber has low loss.

広帯域の特長を持つので、長距離大容量伝送が実現でき
、中継器の減少による信頼性、経済性、保守性の向上も
期待できる。特に、広帯域ファイバとして、モード分散
のない単一モードファイバが注目されている。単一モー
ドファイバ伝送は、将来の光フアイバ通信の究極的形態
であって、光フアイバ通信における光波長多重伝送が経
済化、サービスの拡張化を計るための重要な技術である
Because it has the feature of wideband, long-distance, large-capacity transmission can be realized, and reliability, economy, and maintainability can be expected to be improved by reducing the number of repeaters. In particular, single mode fibers without mode dispersion are attracting attention as broadband fibers. Single-mode fiber transmission is the ultimate form of optical fiber communication in the future, and is an important technology for making optical wavelength division multiplexing transmission economical and expanding services in optical fiber communication.

すなわち、1本の光伝送路中に複数の信号光を伝搬させ
る光波長多重伝送は、伝送量の増大だけでなく、システ
ム構成の自由度、柔軟性の向上を通じて、光通信の適用
領域の拡大を計る上で重要な方法と考えられている。ま
た、光波長多重伝送において、光合分波器は必須のデバ
イスとなる。
In other words, optical wavelength division multiplexing, which propagates multiple signal lights in one optical transmission path, not only increases the amount of transmission, but also expands the range of applications of optical communications by improving the freedom and flexibility of system configuration. It is considered an important method for measuring Furthermore, in optical wavelength division multiplexing transmission, an optical multiplexer/demultiplexer becomes an essential device.

従来の光分波器には、干渉膜フィルタを用いる構成、回
折格子を用いる構成、プリズムを用いる構成等が検討さ
れている(柳井久義著「光通信ハンドブック」朝食書店
発行、1982年9月1日。
For conventional optical demultiplexers, configurations using interference film filters, configurations using diffraction gratings, configurations using prisms, etc. are being considered (Hisayoshi Yanai, "Optical Communication Handbook", published by Chokoku Shoten, September 1, 1982). Day.

P、324〜331参照)。干渉膜フィルタを用いるも
のは、4分の1波長や2分の1波長に近い光学的厚さの
高/低屈折率誘電体膜を積層した干渉フィルタ膜の波長
選択性を利用して、光分波器を実現している。しかし、
この型の光分波器では、チャネル数の増加に対してフィ
ルタ数を増加させる必要があり、そのためにチャネル数
の増加に伴って挿入損失が増加する傾向にある。また、
回折格子を用いるものとしては、特定の次数に回折光を
集中させるブレーズ回折格子が用いられている。
(See p. 324-331). Those using interference film filters utilize the wavelength selectivity of the interference filter film, which is a stack of high/low refractive index dielectric films with an optical thickness close to 1/4 wavelength or 1/2 wavelength. It realizes a duplexer. but,
In this type of optical demultiplexer, it is necessary to increase the number of filters as the number of channels increases, and therefore insertion loss tends to increase as the number of channels increases. Also,
As a diffraction grating, a blazed diffraction grating is used, which concentrates diffracted light on a specific order.

この型の光分波器では、かなりの多重度までチャネル数
の増加に対する損失増加が殆んどないので。
With this type of optical demultiplexer, there is almost no increase in loss as the number of channels increases up to a considerable degree of multiplicity.

比較的チャネル数の大きい光分波回路に適する。Suitable for optical demultiplexing circuits with a relatively large number of channels.

また、プリズムを用いるものは、回折格子を用いる前の
初期段階に使用されており、これも1回折格子を用いる
ものと同じく、角度分散型の光分波器である。しかし、
これらの光合分波器は、個別部品の組合せによるハイブ
リッド構成のため、構造が複雑で1部品点数が多く、組
立て加工、光軸調整に時間がかかり、そのために低コス
ト化、小形化は不可能であって、量産性、信頼性ともに
極めて悪い。このような問題点があるため、光通信シス
テムの適用領域拡大は困難となっている。
Also, those using a prism are used in the initial stage before using a diffraction grating, and like those using a single diffraction grating, this is also an angular dispersion type optical demultiplexer. but,
These optical multiplexers/demultiplexers have a hybrid configuration made of a combination of individual parts, so they have a complex structure and a large number of parts, and it takes time to assemble and adjust the optical axis, making it impossible to reduce costs and downsize. However, both mass productivity and reliability are extremely poor. These problems make it difficult to expand the scope of application of optical communication systems.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、従
来より簡単化、経済化が可能な光分波器、光合波器、光
合分波器、および半導体発光/受光素子等を一体化した
光モジュール等の光合分波器を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve such conventional problems and to integrate an optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical multiplexer/demultiplexer, a semiconductor light emitting/light receiving element, etc., which can be simpler and more economical than the conventional ones. An object of the present invention is to provide an optical multiplexer/demultiplexer such as an optical module.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するため1本発明の光合分波器は、テー
パ状に幅を徐々に細くした形状の光導波路と、該光導波
路上に複数の波長の異なる光信号を伝搬させ、テーパ部
での伝搬モードのカットオフ条件により該光導波路から
漏洩した光信号をそれぞれ受光する複数個の受光素子ま
たは該受光素子の全部ないし一部が置換えられた半導体
発光素子とを具備することに特徴がある。
In order to achieve the above objects, the optical multiplexer/demultiplexer of the present invention includes an optical waveguide having a tapered shape whose width is gradually narrowed, a plurality of optical signals having different wavelengths propagated on the optical waveguide, and a plurality of optical signals having different wavelengths propagated on the optical waveguide. It is characterized by comprising a plurality of light-receiving elements each receiving an optical signal leaked from the optical waveguide according to the cut-off condition of the propagation mode, or a semiconductor light-emitting element in which all or a part of the light-receiving elements are replaced. .

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第9図は、光フアイバ中の光の伝搬の原理を示す図であ
る。光ファイバの中心部であるコア2の屈折率をnl、
その外側のクラッド9の屈折率をnlとすると、コア2
から光がクラッド9に角度θ1で入射したとき、光がク
ラッド9に角度θ2で透過した場合、それらの屈折角の
間にはスネルの法則により、次の関係が成立つ。
FIG. 9 is a diagram showing the principle of light propagation in an optical fiber. The refractive index of core 2, which is the center of the optical fiber, is nl,
If the refractive index of the outer cladding 9 is nl, then the core 2
When light is incident on the cladding 9 at an angle θ1, and the light is transmitted through the cladding 9 at an angle θ2, the following relationship holds between these refraction angles according to Snell's law.

いま、nt>nlの場合、θl〉θ2であり。Now, if nt>nl, θl>θ2.

角度θlを小さくしていくと、θ2が0になって全反射
する。光の全反射で表わされた導波の現象を、光のもう
1つの性質である波動と結び付けるためには、モードと
呼ばれる特定の光の組で表わすのが便利である。すなわ
ち、コア2内で境界と角度θ1をもって進む光は、真空
中での波長をλとすると、伝搬定数kOは次式で表わさ
れる。
As the angle θl becomes smaller, θ2 becomes 0 and total reflection occurs. In order to connect the phenomenon of waveguiding expressed by total reflection of light with wave motion, which is another property of light, it is convenient to express it as a specific set of light called a mode. That is, for light traveling within the core 2 at an angle θ1 with respect to the boundary, the propagation constant kO is expressed by the following equation, assuming that the wavelength in vacuum is λ.

この値は、コア2内では、屈折率がnlであるために、
波長がλ/ n Lと短くなり、伝搬定数は逆にkon
lと大きくなる。横方向に進む平面波の伝搬定数の成分
をγとすると、γ= (ko nr)sinθとなる。
This value is because the refractive index is nl in the core 2.
The wavelength becomes λ/n L, and the propagation constant becomes kon
It becomes large as l. If the component of the propagation constant of a plane wave traveling in the horizontal direction is γ, then γ=(ko nr) sin θ.

光の強さの横方向の分布は、軸に沿った方向では変わら
ない。この形態をモードといい、光と境界面との角が特
別の値のときにのみ形成される。導波路の横方向におけ
る1周期の位相変化は、コア2の幅を28とすると、λ
×2aX2と、さらに上下の境界面で2回全反射される
ときにうける位相変化−2φとの和Δφで表わされる。
The lateral distribution of light intensity does not change along the axis. This form is called a mode, and is formed only when the angle between the light and the boundary surface is a special value. If the width of the core 2 is 28, the phase change of one period in the lateral direction of the waveguide is λ
It is expressed as the sum Δφ of ×2aX2 and the phase change −2φ caused when the light is further totally reflected twice at the upper and lower boundary surfaces.

もし、位相変化量Δφが2πの整数倍、例えばN倍にな
っているときには、すべての多重反射される波は同じ位
置で重なるので、1種の定在波となる。N=1.2,3
.  ・・・に対応する平面波の重ね合せにより光強度
の強弱ができる模様を示すが、Nの値を大きくしていく
と、角度θも大きくなり、全反射の条件を満足するNに
達する。この値をNMAXとすると、これ以上のNに対
しては全反射が起らず、光はクラッド9に抜は出てしま
う。導波モードの数の最大値NMAX以上の角度を持つ
モードは伝搬できないので、カットオフになっていると
いう。
If the amount of phase change Δφ is an integral multiple of 2π, for example, N times, all the multiple reflected waves overlap at the same position, resulting in a type of standing wave. N=1.2,3
.. The superposition of plane waves corresponding to . If this value is set to NMAX, total reflection will not occur for N larger than this, and the light will escape to the cladding 9. Modes with angles greater than the maximum number of waveguide modes NMAX cannot propagate, so they are said to be cut off.

本発明の光合分波器は、光導波路のカットオフ特性を利
用して、光を分波、あるいは合波したものであり、光導
波路、例えば埋込み形、拡散形、装荷形、リッジ形、盛
上げ形等の3次元光導波路に。
The optical multiplexer/demultiplexer of the present invention demultiplexes or multiplexes light by utilizing the cutoff characteristics of an optical waveguide. For three-dimensional optical waveguides such as shapes.

光分波素子、光合波素子、あるいは光合分波素子を構成
したものである。さらに、この光導波路上に半導体発光
素子(半導体レーザ、発光ダイオード等)や受光素子、
光変調素子、光スイッチ等の機能素子も一体化したもの
である。
It is a configuration of an optical demultiplexing element, an optical multiplexing element, or an optical multiplexing/demultiplexing element. Furthermore, on this optical waveguide, semiconductor light emitting devices (semiconductor lasers, light emitting diodes, etc.) and light receiving devices,
Functional elements such as a light modulation element and an optical switch are also integrated.

具体的には、光導波路をテーパ状に徐々に細くすること
によって、波長λ1.λ2.・・・λ。
Specifically, by gradually tapering the optical waveguide, the wavelength λ1. λ2. ...λ.

(λl〉λ2〉・・・・λn)の光 を、順次にカットオフ条件により漏洩させる。漏洩する
光導波路の部分に受光素子を順次配置させておけば、光
分波器を構成することができる。また、上記受光素子の
代りに、波長がλ1.λ2.・・・・λnからなるn個
の半導体発光素子を配置すれば、光合波器を構成できる
。さらに、半導体発光素子と受光素子とを混在させれば
、・光合分波器を構成できる。なお、テーパ状光導波路
の形状分布としては、第10図(a)の放物線分布型テ
ーパ状光導波路、第10図(b)の直線状傾斜分布型テ
ーパ光導波路、第10図(c)のホーン型テーパ状光導
波路、等を用いることができる。また、波長λnでカッ
トオフモードとなるための光導波路の幅(または厚み)
fnは、次式を満足するように選択する。
The light of (λl>λ2>...λn) is sequentially leaked under cutoff conditions. An optical demultiplexer can be constructed by sequentially arranging light-receiving elements in the leaky portions of the optical waveguide. Moreover, instead of the above-mentioned light receiving element, the wavelength is λ1. λ2. By arranging n semiconductor light emitting elements of λn, an optical multiplexer can be constructed. Furthermore, by mixing semiconductor light-emitting elements and light-receiving elements, an optical multiplexer/demultiplexer can be constructed. Note that the shape distribution of the tapered optical waveguide includes the parabolic distribution type tapered optical waveguide shown in FIG. 10(a), the linear gradient distribution type tapered optical waveguide shown in FIG. A horn-type tapered optical waveguide, etc. can be used. Also, the width (or thickness) of the optical waveguide to become a cutoff mode at wavelength λn
fn is selected so as to satisfy the following equation.

ここで、npは光導波路の屈折率、ncは上記光導波路
を囲むクラッドの屈折率である。
Here, np is the refractive index of the optical waveguide, and nc is the refractive index of the cladding surrounding the optical waveguide.

第1図は、本発明の第1の実施例を示す光導波路のカッ
トオフ特性を利用した光分波素子の構成図である。第1
図(a)は上面図であり、第1図(b)は左側面図であ
る。基板3(例えば、G a A I As、LiNb
C)1.ガラス、高分子重合体等の材質、屈折率ns)
上にテーパ状の光導波路2(屈折率nF、ただし、nF
>ns)が形成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical demultiplexing element that utilizes the cutoff characteristics of an optical waveguide, showing a first embodiment of the present invention. 1st
FIG. 1(a) is a top view, and FIG. 1(b) is a left side view. Substrate 3 (e.g. Ga AI As, LiNb
C)1. Materials such as glass and polymers, refractive index ns)
Optical waveguide 2 tapered upward (refractive index nF, however, nF
>ns) is formed.

ここでは、テーパ状光導波路2は、放物線分布型をして
いる。いま、矢印1側から波長λ1.λ2゜λ3(ただ
し、λ3〉λ2〉λl)の光信号が光導波路2に入射し
た場合を考える。光導波路の幅fは、上記λ1.λ2.
λ3の波長の光が導波する値に選ばれているa 2 a
の部分の光導波路の幅f3は、次式を満足するように設
定される。
Here, the tapered optical waveguide 2 has a parabolic distribution type. Now, from the arrow 1 side, the wavelength λ1. Consider the case where an optical signal of λ2°λ3 (where λ3>λ2>λl) is incident on the optical waveguide 2. The width f of the optical waveguide is determined by the above λ1. λ2.
a 2 a is selected as a value that allows light with a wavelength of λ3 to be guided.
The width f3 of the optical waveguide at the portion is set to satisfy the following equation.

ただし、nc:1である。However, nc:1.

これにより、波長λ3の光信号は2aの部分でカットオ
フ条件になるので、漏洩モードとなって矢印4のように
漏洩されて、光導波路から放射される。ただし、λ2.
λ1の光信号が2aの部分を導波するように、f3を設
定する。具体的には、となるようにする、同じように、
2bの部分の光導波路の幅f2を、次式を満足するよう
に設定しておく。
As a result, the optical signal of wavelength λ3 meets the cut-off condition at the portion 2a, so it becomes a leakage mode, leaks as shown by arrow 4, and is radiated from the optical waveguide. However, λ2.
f3 is set so that the optical signal of λ1 is guided through the portion 2a. Specifically, make it so that, similarly,
The width f2 of the optical waveguide in the portion 2b is set to satisfy the following equation.

これにより、波長λ2の光信号は2bの部分でカットオ
フになり、漏洩モードとなって光導波路から矢印5のよ
うに放射される。この場合も、λ1の光信号は2bの部
分を導波するように、に選択する0次に20の部分の光
導波路の幅f1も、次式を満足するように、設定する。
As a result, the optical signal of wavelength λ2 is cut off at the portion 2b, becomes a leaky mode, and is emitted from the optical waveguide as shown by arrow 5. In this case as well, the width f1 of the optical waveguide of the 0th-order 20th part is set so that the optical signal of λ1 is guided through the part 2b, and the width f1 of the optical waveguide of the 20th order part is also set to satisfy the following equation.

これにより、波長λ1の光信号2cの部分でカットオフ
になり、漏洩モードとなって光導波路から矢印6のよう
に放射される。このようにして、光導波路を伝搬してい
た波長λ3.λ2.λlの光信号が、それぞれ2 a 
e 2 b * 2 cの部分で順次分波される。従っ
て、2a、2b、2cの部分に半導体受光素子を配置し
ておけば、光分波器が構成される。また、受光素子の代
りに半導体発光素子を配置しておけば、光合波器が構成
される。さらに、半導体発光素子、受光素子を混在させ
れば、光合分波器になる。なお、第1図〜第8図には。
As a result, the optical signal 2c having the wavelength λ1 is cut off, becomes a leaky mode, and is emitted from the optical waveguide as shown by the arrow 6. In this way, the wavelength λ3. which was propagating through the optical waveguide. λ2. Each optical signal of λl is 2 a
It is sequentially demultiplexed at the e 2 b * 2 c portion. Therefore, by arranging semiconductor light-receiving elements at portions 2a, 2b, and 2c, an optical demultiplexer is constructed. Furthermore, if a semiconductor light emitting element is placed in place of the light receiving element, an optical multiplexer can be constructed. Furthermore, if a semiconductor light emitting element and a light receiving element are mixed, an optical multiplexer/demultiplexer can be obtained. In addition, in FIGS. 1 to 8.

テーバ状光導波路の各実施例が示されているが。Although embodiments of tapered optical waveguides are shown.

放物線分布型、直線状傾斜分布型、ホーン型のどの型に
も適用できる(第10図参照)。
It can be applied to any of the parabolic distribution type, linear gradient distribution type, and horn type (see Fig. 10).

第2図は1本発明の実施例を示す各種形状の導波路の斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view of waveguides of various shapes showing an embodiment of the present invention.

光導波路の構成には、第1図のリッジ形以外に、第2図
(a)〜第21!l (d)に示すような形状のものが
使用できる。第2図(a)は、コア部2をクラッド部3
の中に埋込んだ埋込形導波路である。
In addition to the ridge-type configuration of the optical waveguide shown in FIG. 1, there are other configurations of the optical waveguide shown in FIGS. A shape as shown in l (d) can be used. FIG. 2(a) shows the core part 2 and the clad part 3.
It is a buried waveguide embedded in the

分波した光信号は、コア部2に接近させて別のコア部(
図示省略)を設け、この別個に設けられたコア部を介し
て漏洩光を伝搬させることにより取り出される。第2図
(b)は、拡散形光導波路である。コア部7は、中心か
ら周辺に行くに従って屈折率が低下するように構成され
ており、光の漏洩をより簡単に行わせることができる。
The demultiplexed optical signal is brought close to the core part 2 and sent to another core part (
(not shown), and the leaked light is extracted by propagating through this separately provided core section. FIG. 2(b) shows a diffused optical waveguide. The core portion 7 is configured such that the refractive index decreases from the center toward the periphery, so that light leakage can be more easily performed.

この場合の光の取り出しは、コア部7に接近させて分波
光伝搬用のコア部を埋込むか、またはコア部7と同じよ
うに、拡散法により形成させたコア部を並設することに
よって行う。次に、第2図(c)は、装荷形溝波路であ
る。これは基板3(屈折率n3)にクラッド部9を形成
し、その上にコア部8 (屈折率ncwnc>ns)を
設けて構成する。次に、第2図(d)は、盛土形導波路
である。基板3にコア部10が形成されている。
In this case, the light can be extracted by embedding a core part for propagation of demultiplexed light close to the core part 7, or by arranging core parts formed by a diffusion method in parallel in the same way as the core part 7. conduct. Next, FIG. 2(c) shows a loaded groove waveguide. This is constructed by forming a cladding part 9 on a substrate 3 (refractive index n3) and providing a core part 8 (refractive index ncwnc>ns) thereon. Next, FIG. 2(d) shows an embankment type waveguide. A core portion 10 is formed on the substrate 3.

第3図は、本発明の第2の実施例を示す光分波素子の構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an optical demultiplexing element showing a second embodiment of the present invention.

なお、λ1〜λ3は、すべての実施例において、λn〉
λn−1>・・・・λ3〉λ2〉λ1の関係にある。第
3図においては、基板3上にテーバ状の曲がり光導波路
2dを設け、漏洩を促進させるようにすると同時に、受
光素子11,12.13の間隔を十分にとれるように意
図している。すなわち、テーバ状の曲がり光導波路にす
ることによって、受光素子12に波長λ3の光信号が漏
れ込むのを岬制し、また受光素子13に波長λ2の光信
号が漏れ込むのを抑制することができる。なお、素子1
1,12.13のすべて、あるいはそのうちの一部は、
半導体発光素子に置替えることもできる。受光素子11
,12.13の間隔をあけることは、光および電気的漏
話減衰量を大きくとれる点でも有利である。また、受光
素子のサイズを考慮した場合にも、各素子の間隔をあけ
た方が有利である。
Note that λ1 to λ3 are λn〉 in all examples.
The relationship is λn-1>...λ3>λ2>λ1. In FIG. 3, a tapered curved optical waveguide 2d is provided on the substrate 3 to promote leakage and at the same time to provide a sufficient distance between the light receiving elements 11, 12, and 13. That is, by using a tapered curved optical waveguide, it is possible to prevent the optical signal with the wavelength λ3 from leaking into the light receiving element 12, and to suppress the optical signal with the wavelength λ2 from leaking into the light receiving element 13. can. In addition, element 1
1, 12, all or part of 13,
It can also be replaced with a semiconductor light emitting device. Light receiving element 11
, 12.13 is also advantageous in that a large amount of optical and electrical crosstalk attenuation can be achieved. Also, when considering the size of the light-receiving elements, it is advantageous to leave space between the elements.

第4図は1本発明の第3の実施例を示す光分波素子の構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an optical demultiplexing element showing a third embodiment of the present invention.

第4図では1分波光を互いに反対側に取り出す場合の例
を示す。すなわち、光導波路2eを非対称構造にして、
波長λ2の光信号は、光導波路の部分14の上側から、
波長λlの光信号は、光導波路の部分15の下側から、
それぞれ取り出す。
FIG. 4 shows an example in which one-minute wavelength light is extracted to opposite sides. That is, the optical waveguide 2e has an asymmetric structure,
An optical signal with a wavelength λ2 is transmitted from the upper side of the optical waveguide section 14,
An optical signal with a wavelength λl is transmitted from the lower side of the optical waveguide section 15,
Take out each.

このため、光導波路は2dは、部分14の上側で下方に
曲がった構造を持ち、部分15の下側で上方に曲がった
構造を持っている。このように、互いに反対側から光信
号を取り出せば、λ1とλ2の光信号間の光および電気
的漏話減衰量を大きくとることが可能である。また、受
光素子(あるいは1発光素子)の配置スペースを十分に
とることができ、発光素子駆動回路および受光素子受信
回路を同一基板上に集積化することができる。
Therefore, the optical waveguide 2d has a structure that is bent downward above the portion 14 and bent upward below the portion 15. In this way, by extracting optical signals from opposite sides, it is possible to increase the amount of optical and electrical crosstalk attenuation between the optical signals of λ1 and λ2. Furthermore, a sufficient space for arranging a light receiving element (or one light emitting element) can be secured, and a light emitting element driving circuit and a light receiving element receiving circuit can be integrated on the same substrate.

第5図は、本発明の第4の実施例を示すもので、漏洩光
をより簡単に取り出せるようにした光分波器の構成図で
ある。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, and is a configuration diagram of an optical demultiplexer that allows leakage light to be extracted more easily.

光導波路2e(屈折率nE)に接して、光導波路2g(
屈折率nc)+光導波路2h(屈折率nH)を設け、矢
印5,6方向へのカットオフされた波長λ2.λlの光
信号を取り出し易くしたものである。ここで、ncwn
l(は、nEとほぼ等しい値(ただし、nE>nc+n
H)であるほど、光の取り出しが有効となる。なお、1
2.13は受光素子である。
In contact with the optical waveguide 2e (refractive index nE), the optical waveguide 2g (
refractive index nc) + optical waveguide 2h (refractive index nH), and the cut-off wavelength λ2 . This makes it easier to extract the optical signal of λl. Here, ncwn
l( is a value almost equal to nE (however, nE>nc+n
H), the more effective light extraction becomes. In addition, 1
2.13 is a light receiving element.

第6図は、本発明の第5の実施例を示す光分波素子の構
成図であって、受光素子の前にレンズ16.17を設け
た場合を示している。これらのレンズ16.17を介し
て漏洩された光信号を受光素子11.12に取り込む。
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical demultiplexing element showing a fifth embodiment of the present invention, and shows a case where lenses 16 and 17 are provided in front of the light receiving element. The optical signals leaked through these lenses 16 and 17 are taken into the light receiving elements 11 and 12.

これによって、漏洩光を受光素子11.12に効率よく
結合させることができる。また、第6図においては、双
方向用に構成されており、矢印1の方向からは波長λ2
゜λ3の光信号が光導波路21内に入射し、矢印18の
方向からは、波長λ1の発光素子の光信号が光導波路2
1に入射し、矢印19の方向に出ていく。すなわち、端
面20に光ファイバ(単一モード)を接続しておけば、
波長λ1.λ2.λ3の光信号が上記光フアイバ内を波
長多重双方向伝送されることになる。
Thereby, leaked light can be efficiently coupled to the light receiving elements 11 and 12. In addition, in FIG. 6, it is configured for bidirectional use, and from the direction of arrow 1, the wavelength λ2
An optical signal with a wavelength of λ3 enters the optical waveguide 21, and from the direction of the arrow 18, an optical signal of the light emitting element with a wavelength of λ1 enters the optical waveguide 21.
1 and exits in the direction of arrow 19. That is, if an optical fiber (single mode) is connected to the end face 20,
Wavelength λ1. λ2. The optical signal of λ3 will be wavelength-multiplexed and bidirectionally transmitted within the optical fiber.

第7図は、本発明の第6の実施例を示す光分波器の構造
図であって、テーパ状光導波路2jの厚みを傾斜状に変
化させた場合を示す。第7図(a)は上面図、第7図(
b)は右側面図である。(b)に示すように、光導波路
2jの厚みが傾斜状に変化していると、カットオフ条件
によって光導波路力)ら放射される漏洩光は、光導波路
の厚みが薄い方向に伝搬し、光導波路から矢印4,5.
6のように放射される。勿論、光導波路の幅と波長λ1
゜λ2.λ3との関係が、両式(4)〜(8)を満足す
るように構成しておくことにより、それぞれ矢印4,5
.6のように別個にλ【、λ2.λ3の波長の光信号が
漏洩モードで取り出される。このような構造は1分波光
を一方の側(図では上側)からのみ取り出す場合に有効
である。第7図(b)に示すように、厚い方から薄い方
に傾斜している部分のうち、先端の薄い部分の厚さをあ
まり薄くすると、挿入損失が増加するので、単一モード
光ファイバ伝送条件の範囲内から厚みの寸法を選ぶ。
FIG. 7 is a structural diagram of an optical demultiplexer showing a sixth embodiment of the present invention, in which the thickness of the tapered optical waveguide 2j is changed in an inclined manner. Figure 7(a) is a top view, Figure 7(a) is a top view;
b) is a right side view. As shown in (b), when the thickness of the optical waveguide 2j changes in an inclined manner, the leakage light emitted from the optical waveguide force due to the cutoff condition propagates in the direction where the optical waveguide is thinner, From the optical waveguide, arrows 4, 5.
It is radiated like 6. Of course, the width of the optical waveguide and the wavelength λ1
゜λ2. By configuring the relationship with λ3 to satisfy both equations (4) to (8), arrows 4 and 5 can be
.. 6 separately λ[, λ2 . An optical signal with a wavelength of λ3 is extracted in leaky mode. Such a structure is effective when extracting one-minute wavelength light only from one side (the upper side in the figure). As shown in Figure 7(b), if the thickness of the thin part at the tip of the part that slopes from thick to thin is made too thin, the insertion loss will increase, so single mode optical fiber transmission Select the thickness dimension from within the range of conditions.

第8図は、本発明の第7実施例を示す光分波器の構造図
であって、第7図の変形例を示すものである。すなわち
、テーパ状光導波路2j  (屈折率nJ)の上に薄膜
2k(屈折率n K +ただし、nKはnJに極めて近
い値であるが、nK<nJの関係にある)を設けること
により、矢印4,5の方向への分波光の伝搬を促進させ
、受光素子11゜12へ導くようにしたものである。な
お、第7図および第8図において、光導波路の厚みに傾
斜を設ける代りに、光導波路の屈折率nに上記のような
傾斜を設けるようにしても、はぼ同じ特性を期待できる
FIG. 8 is a structural diagram of an optical demultiplexer showing a seventh embodiment of the present invention, and shows a modification of FIG. 7. That is, by providing a thin film 2k (refractive index n K +, where nK is extremely close to nJ, the relationship nK < nJ) on the tapered optical waveguide 2j (refractive index nJ), the arrow The propagation of the demultiplexed light in directions 4 and 5 is promoted and guided to the light receiving elements 11 and 12. In addition, in FIGS. 7 and 8, substantially the same characteristics can be expected even if the refractive index n of the optical waveguide is provided with a slope as described above instead of providing a slope in the thickness of the optical waveguide.

以上、各実施例について、種々の形状のものについて説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定はされない。
Although various shapes of the embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

例えば、第1図から第8図までのものを種々組合せた構
成にすることができることは勿論である。すなわち、テ
ーパ状光導波路の形状分布は、前述のように、放物線分
布型、直線状傾斜分布型、ホーン状分布型(第10図参
照)等の導波路以外にも、これらの組合せや、さらには
曲げ導波路(第3図、第4図、第5図参照)、厚み変化
型導波路(第7図、第8図参照)、屈折率分布型導波路
(第8図参照)等の種々の組合せを用いることができる
。また、これらのテーバ状光導波路は、連続的および不
連続的な形状変化(例えば、連続的なものとしては第1
図、第3図参照、不連続的なものとしては第4図〜第7
図参照)であってもよい。また、対称構造でも、非対称
構造でもよいことは勿論である(対称構造としては、第
1図、第10図参照、非対称構造としては、第3図〜第
8図参照)、また、第6図に示すレンズ16.17には
、フレネルレンズを用いることができる。さらに、光ス
イッチ、光変調素子、電気回路等も、光導波路に形成す
ることができる。なお、波長多重数は、2波以上に適用
することができ、片方向、双方向伝送のいずれにも適用
することができる。
For example, it goes without saying that the configurations shown in FIGS. 1 to 8 can be combined in various ways. In other words, as mentioned above, the shape distribution of the tapered optical waveguide includes waveguides of the parabolic distribution type, the linear slope distribution type, the horn distribution type (see Figure 10), as well as combinations of these waveguides, and There are various types of waveguides such as bent waveguides (see Figures 3, 4 and 5), variable thickness waveguides (see Figures 7 and 8), and graded index waveguides (see Figure 8). A combination of can be used. In addition, these tapered optical waveguides can undergo continuous and discontinuous shape changes (for example, continuous changes include first
See Figure 3, and Figures 4 to 7 for discontinuous items.
(see figure). Moreover, it goes without saying that either a symmetrical structure or an asymmetrical structure may be used (see FIG. 1 and FIG. 10 for a symmetrical structure, and FIGS. 3 to 8 for an asymmetrical structure). A Fresnel lens can be used as the lenses 16 and 17 shown in FIG. Furthermore, optical switches, optical modulators, electrical circuits, etc. can also be formed on the optical waveguide. Note that the wavelength multiplexing number can be applied to two or more waves, and can be applied to either unidirectional or bidirectional transmission.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、光導波路型の光
分波器、光合波器、光合分波器、さらには半導体発光/
受光素子、光スイッチ等を内蔵した光デバイスを、1チ
ツプでモノリシックに構成−できるので、簡易化、経済
化を計ることができ。
As explained above, according to the present invention, an optical waveguide type optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical multiplexer/demultiplexer, and a semiconductor light emitting/demultiplexer can be used.
Optical devices with built-in photodetectors, optical switches, etc. can be constructed monolithically on a single chip, making them simpler and more economical.

かつ調整箇所がないため、量産による大幅なコストダウ
ンを期待することができる。さらに、電気回路も光導波
路上に集積すれば、半導体集積回路と同等なコスト、歩
留りを期待することができる。
Moreover, since there are no adjustment points, significant cost reductions can be expected through mass production. Furthermore, if electric circuits are also integrated on optical waveguides, costs and yields comparable to those of semiconductor integrated circuits can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例を示す光分波器の構造図
、第2図は本発明の光導波路の構造、形状を示す図、第
3図から第8図まではそれぞれ本発明の第2〜第7実施
例を示す光分波器の構成図、第9図は光ファイバの光伝
搬の原理を示す図、第10図は本発明の光導波路の基本
的構成図である。 1:光導波路への光の入射方向、2,2a〜2に:光導
波路、コア部、3=基板、9:クラッド部、11〜13
:受光素子または発光素子、16゜17:レンズ、7,
8,10,14..15:光導波路の一部。 第   1   図 (b)    (a) 第   2   図 (a) 第3図 第   5   図 第   6   図 @7図 (a)                  (1))
第   8   図 (&)    (b) 第   9   図 第1O図
Fig. 1 is a structural diagram of an optical demultiplexer showing the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the structure and shape of the optical waveguide of the invention, and Figs. FIG. 9 is a diagram showing the principle of light propagation in an optical fiber; FIG. 10 is a basic configuration diagram of an optical waveguide of the present invention. . 1: Direction of incidence of light into the optical waveguide, 2, 2a to 2: Optical waveguide, core part, 3 = substrate, 9: Clad part, 11 to 13
: Light receiving element or light emitting element, 16° 17: Lens, 7,
8, 10, 14. .. 15: Part of optical waveguide. Figure 1 (b) (a) Figure 2 (a) Figure 3 Figure 5 Figure 6 @ Figure 7 (a) (1))
Figure 8 (&) (b) Figure 9 Figure 1O

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)テーパ状に幅を徐々に細くした形状の光導波路と
、該光導波路上に複数の波長の異なる光信号を伝搬させ
、テーパ部での伝搬モードのカットオフ条件により該光
導波路から漏洩した光信号をそれぞれ受光する複数個の
受光素子または該受光素子の全部ないし一部が置替えら
れた半導体発光素子とを具備することを特徴とする光合
分波器。
(1) An optical waveguide with a tapered shape whose width gradually becomes narrower, and a plurality of optical signals with different wavelengths propagated on the optical waveguide, and leakage from the optical waveguide due to the cutoff condition of the propagation mode at the tapered part. What is claimed is: 1. An optical multiplexer/demultiplexer comprising: a plurality of light-receiving elements each receiving an optical signal; or a semiconductor light-emitting element in which all or a portion of the light-receiving elements are replaced.
(2)放物線、直線あるいはホーン状に幅を細くし、さ
らに部分的に曲げを加え、あるいは厚みを部分的に変化
させるか、厚み方向に屈折率を分布させた形状の組合せ
からなるテーパ状の光導波路と、該光導波路上に複数の
波長の異なる光信号を伝搬させ、テーパ部での伝搬モー
ドのカットオフ条件により該光導波路から漏洩した光信
号をそれぞれ受光する複数個の受光素子または該受光素
子の全部ないし一部が置替えられた半導体発光素子とを
具備することを特徴とする光合分波器。
(2) A tapered shape consisting of a parabola, straight line, or horn shape with a narrow width, a partial bend, a partial thickness change, or a combination of shapes with a refractive index distributed in the thickness direction. an optical waveguide, and a plurality of light receiving elements that propagate a plurality of optical signals of different wavelengths on the optical waveguide and each receive an optical signal leaked from the optical waveguide according to a cutoff condition of a propagation mode at a tapered portion. An optical multiplexer/demultiplexer comprising a semiconductor light emitting element in which all or part of the light receiving element is replaced.
(3)上記光導波路から光信号が漏洩する位置には、テ
ーパ状光導波路に接近して別の光導波路を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光合分波器。
(3) The optical multiplexer/demultiplexer according to claim 2, wherein another optical waveguide is provided close to the tapered optical waveguide at a position where an optical signal leaks from the optical waveguide.
(4)上記光導波路から光信号が漏洩する位置には、テ
ーパ状光導波路に接近してレンズを設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の光合分波器。
(4) The optical multiplexer/demultiplexer according to claim 2, wherein a lens is provided close to the tapered optical waveguide at a position where an optical signal leaks from the optical waveguide.
(5)上記光導波路には、光分波器、光合波器、光分合
波器、半導体発光素子/受光素子、光スイッチ、あるい
は電気回路を集積化して、構成することを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の光合分波器。
(5) A patent characterized in that the optical waveguide is configured by integrating an optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical demultiplexer/multiplexer, a semiconductor light emitting element/light receiving element, an optical switch, or an electric circuit. An optical multiplexer/demultiplexer according to claim 2.
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