JPS6155612A - Three-dimensional light branching device - Google Patents

Three-dimensional light branching device

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JPS6155612A
JPS6155612A JP17728384A JP17728384A JPS6155612A JP S6155612 A JPS6155612 A JP S6155612A JP 17728384 A JP17728384 A JP 17728384A JP 17728384 A JP17728384 A JP 17728384A JP S6155612 A JPS6155612 A JP S6155612A
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branch
angle
branching
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彰二郎 川上
Mitsunobu Miyagi
光信 宮城
Osamu Hanaizumi
修 花泉
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125Bends, branchings or intersections

Abstract

PURPOSE:To obtain a three-dimensional light branching device low in branching loss and able to make branching angle large by connecting two branch waveguides having the same section and the same refractive index with a main waveguide to the main waveguide path in Y-form through a transitional area having a rectangular section and a specified refractive index, and providing a cladding of low refractive index enclosing it. CONSTITUTION:Branch waveguide paths 2, 3 having the same section and refractive index with the main waveguide 1 are connected to the main waveguide having sectional form of 2Tx in width, 2Ty in height and its refractive index is n2 in Y-form making an opening angle to 2theta through a transitional area 4 having a rectangular section and a refractive index n3, and a cladding 6 that encloses it and having a refractive index n1 lower than n2 is provided. By satisfying n3=n2[Sin<2>psi+cfs<2>(theta+psi)]<1/2> where psi is an angle made by a ray for waveguide mode transmitted in the main waveguide 1 and a transmission axis, a three-dimensional light branching device low in branching loss and capable of making branching angle 2 large can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (7)技術分野 この発明は三次元光分岐器に関する。プレーナ型光導波
路に於て、分岐導波路は、パワーデバイダやスイッチと
して重要な構造体である。
Detailed Description of the Invention (7) Technical Field The present invention relates to a three-dimensional optical splitter. In planar optical waveguides, branch waveguides are important structures as power dividers and switches.

分岐導波路における問題点は、分岐角度の増大に伴う分
岐損失の増加である。
A problem with branched waveguides is that branching loss increases as the branching angle increases.

コアとクラツディングの屈折率差が大きい場合は、導波
モードのパワーを比較的低損失で、各分岐導波路に分け
る事ができる。しかし、コアとクラツディングの間に、
極端に大きな屈折率差があると、光ファイバ等信の素子
との結合効率が低下し、又製造上困難な事も多い。
When the difference in refractive index between the core and the cladding is large, the power of the waveguide mode can be divided into each branch waveguide with relatively low loss. However, between the core and the kratzding,
If there is an extremely large difference in refractive index, the coupling efficiency with elements such as optical fibers will decrease, and it will often be difficult to manufacture.

ビ)要 約 矩形断面を有する導波路を結合した三次元光分岐器であ
る。
B) Summary This is a three-dimensional optical splitter that combines waveguides with a rectangular cross section.

放射損失を低減する為、分岐点に、クラツディングより
も低い屈折率の領域を設ける。より好ましくは、この低
屈折率領域はY型分岐を含む面に関し、直角な方向に導
波路の高さよりも、上下に余分なはみ出し部分を持つよ
うにする。
To reduce radiation loss, a region with a lower refractive index than the cladding is provided at the branching point. More preferably, this low refractive index region has an extra protruding portion above and below the height of the waveguide in the perpendicular direction with respect to the plane including the Y-shaped branch.

分岐角が大きい時に特に有効で、従来の分岐導波路の構
造に比べ、分岐損失は約1710に低下する。
This is particularly effective when the branching angle is large, and the branching loss is reduced to about 1710 nm compared to the conventional branching waveguide structure.

(つ)  従  来  技  術 第7図は一般的な2次元Y分岐を示す平面図である。2
次元というのは、紙面と直角な方向には、無限に同じ構
造が続いているという事である。スラブ線路の一種であ
る。
(1) Prior Art FIG. 7 is a plan view showing a general two-dimensional Y-branch. 2
Dimension means that the same structure continues indefinitely in the direction perpendicular to the page. It is a type of slab railway.

主導波路50が、2本の分岐導波路51と52に分岐し
ている。三つの導波路50.51.52は遷移領域53
に於て相互に結合している。導波路50.51.52、
遷移領域53は屈折率が、周囲のクラツディング54の
屈折率よりも大きいので、光はこれら導波路の中に閉じ
込められる。
The main waveguide 50 branches into two branch waveguides 51 and 52. The three waveguides 50, 51, 52 are in the transition region 53
are interconnected in the waveguide 50.51.52,
Since the transition region 53 has a refractive index greater than the refractive index of the surrounding cladding 54, light is confined within these waveguides.

導波路50、・・・・・・などをコアと呼ぶ事もある。The waveguide 50, etc. are sometimes called a core.

コアの屈折率をn2、クラツディングの屈折率をnlと
する。
The refractive index of the core is n2, and the refractive index of the cladding is nl.

”2  >  nl(1) である。Andersonと5asaki等は、このよ
うな二次元Y分岐に於ける放射損失を近似的に計算した
( H9Sasaki and 1. Anderso
n 、 IEEE J 、 Quantun Elec
tron。
``2 > nl(1).Anderson and 5Asaki et al. approximately calculated the radiation loss in such a two-dimensional Y-branch (H9Sasaki and 1. Anderso
n, IEEE J, Quantun Elec
tron.

QE −14,883(1978) )。QE-14,883 (1978)).

彼らの計算によれば、コアとクラツディングの屈折率差
が大きい場合には、導波モードのパワーを、比較的低損
失で分岐導波路に分ける事ができる。しかし、極端に大
きな屈折率差は、他の導波路との結合効率を悪くするし
、製作も困難である。
According to their calculations, when the difference in refractive index between the core and cladding is large, the power of the waveguide mode can be divided into branch waveguides with relatively low loss. However, an extremely large refractive index difference deteriorates the coupling efficiency with other waveguides and is difficult to manufacture.

第8図はcoupled −multiple −wa
vequide型の分岐の平面図である。−1Fons
tad、 Orr等によって提案されたものである( 
H,A、 )hus and C,G、 Fonsta
d 、 Jr、。
Figure 8 is coupled - multiple - wa
FIG. 3 is a plan view of a vequide type branch. -1Fons
It was proposed by tad, Orr et al.
H, A, ) hus and C, G, Fonsta
d. Jr.

IEEE J、−焦【シctron、 QE −17,
2821(1981)、 。
IEEE J,-Jiao [Cictron, QE-17,
2821 (1981), .

HlA、 Haus and L、 P/!olter
 −Orr 、 IIJE J、 Quantun E
lectron。
HlA, Haus and L, P/! alter
-Orr, IIJE J, Quantun E
electron.

QE −19,840(1983)、 )。QE-19,840 (1983), ).

主導波路50は、遷移領域53に於て途切れており、こ
の両側に中間コア部55.56が平行に形成しである。
The main waveguide 50 is interrupted at a transition region 53, and intermediate core portions 55, 56 are formed in parallel on both sides of the transition region 53.

中間コア部55.56のさらに外側に、平行な分岐導波
路51.52が形成されている。
Parallel branch waveguides 51.52 are formed further outside the intermediate core portion 55.56.

この構造体は、分岐後に於ても波面が傾かない、という
特徴がある。導波路間隔が広くなると、結合効率が下る
。この為、広い分岐導波路間隔を得ようとすると、結合
長を長くとる必要がある。効率の良い分岐導波路間隔と
は言えない。
This structure has the characteristic that the wavefront does not tilt even after branching. As the waveguide spacing increases, the coupling efficiency decreases. Therefore, in order to obtain a wide spacing between branch waveguides, it is necessary to increase the coupling length. This cannot be said to be an efficient branch waveguide spacing.

効率の良い分岐導波路というのは、 (1)分岐損失が小さい事、 (2)結合長が短くてすむ事、 (3)  他の光学素子とのスポットサイズの整合をと
りうるよう広角の導波路である事、 などの要件をそなえるべきである。
An efficient branching waveguide has the following characteristics: (1) small branching loss, (2) short coupling length, and (3) wide-angle guidance to match the spot size with other optical elements. It should meet the requirements such as being a wave path.

本発明者は、既に二次元プレーナ型Y分岐について、放
射損失の低い分岐導波路を発明している(昭和59年度
電子通旧学会総合全国大会NO,1089予稿集4−1
43 )。
The present inventor has already invented a branching waveguide with low radiation loss for a two-dimensional planar type Y branch (1988 Electronics and Technology Society Comprehensive National Conference No. 1089 Proceedings 4-1
43).

第9図はその平面図である。主導波路50と、分岐導波
路51.52が遷移領域53で結合しているが、ここに
低屈折率部60を設けている。これが特徴である。この
屈折率n、は、コア、クラツディングの屈折率n2 、
nlよりも低い。
FIG. 9 is a plan view thereof. The main waveguide 50 and branch waveguides 51 and 52 are coupled in a transition region 53, where a low refractive index portion 60 is provided. This is its characteristic. This refractive index n is the refractive index n2 of the core and cladding,
lower than nl.

nl ) nl) n、     (2)である。主導
波路50、分岐導波路51.52の幅は2Tで、分岐導
波路の挟角は2θである。
nl ) nl) n, (2). The width of the main waveguide 50 and the branch waveguides 51 and 52 is 2T, and the included angle of the branch waveguide is 2θ.

低屈折率部60は導波路と同じ幅を持ち、終端で分岐導
波路51.52と交わるような長方形である、とする。
It is assumed that the low refractive index section 60 has a rectangular shape having the same width as the waveguide and intersects with the branch waveguides 51 and 52 at the end.

従って、低屈折率部60は、幅が2Tで、長さが2Ta
mθとなる。このような導波路の構造は、特に、分岐角
2θが大きい時に、従来のものに比して放射損失が少く
なる、という優れた特徴がちった。
Therefore, the low refractive index section 60 has a width of 2T and a length of 2Ta.
It becomes mθ. The structure of such a waveguide has an excellent feature that the radiation loss is reduced compared to the conventional structure, especially when the branching angle 2θ is large.

以上に従来技術の主なものを説明した。Y型の光分岐は
、従来全て二次元的に取扱われていた。
The main conventional techniques have been explained above. Conventionally, all Y-shaped optical branches have been treated two-dimensionally.

平面の上にY型導波路を作製する場合であっても、導波
路の深さは不変であって、従って二次元的な計算が可能
であった。
Even when a Y-shaped waveguide is fabricated on a plane, the depth of the waveguide remains unchanged, and therefore two-dimensional calculations are possible.

本発明者は、分岐損失をさらに低減するためには三次元
的な構造の導波路が適している、という事に気付いた。
The inventor of the present invention has realized that a waveguide having a three-dimensional structure is suitable for further reducing branching loss.

実際に製作する場合、二次元分岐は作りにくいし、三次
元分岐の方が現実的である、という事もある。導波路の
深さが有限のものは作り易いが、実質的に無限大のもの
は作りにくい。
In actual production, two-dimensional branches are difficult to create, and three-dimensional branches are sometimes more realistic. It is easy to create a waveguide with a finite depth, but it is difficult to create a waveguide with a substantially infinite depth.

第io図に三次元Y分岐の構造を示す。導波路60.6
1.62は、幅が2Tx、高さが2TyO長方形断面を
持っている。これらはコアを形成し、屈折率n2は、ク
ラツディング64の屈折率n1より高い。
Figure io shows the structure of a three-dimensional Y-branch. Waveguide 60.6
1.62 has a rectangular cross section with a width of 2Tx and a height of 2TyO. These form a core whose refractive index n2 is higher than the refractive index n1 of the cladding 64.

クラツディング64は図示していないが、導波路60.
61.62を、左右側方からと、底面からとで囲んでい
る。
Cladding 64 is not shown, but waveguide 60 .
61 and 62 are surrounded from the left and right sides and from the bottom.

しかし、これは、構造的に従来の二次元導波路と同じで
ある。深さ方向の寸法に変化がないからである。また、
θが大きい時、損失は大きい。
However, it is structurally the same as a conventional two-dimensional waveguide. This is because there is no change in the dimension in the depth direction. Also,
When θ is large, the loss is large.

沙)本発明の構成 本発明は、従来全く取扱われていなかった三次元構造の
Y分岐を提供する。
sha) Structure of the present invention The present invention provides a Y-branch with a three-dimensional structure that has not been handled at all in the past.

第1図は本発明の三次元光分岐器の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a three-dimensional optical splitter according to the present invention.

主導波路1は幅が2Tx 、高さが2T、の導波路であ
る。分岐導波路2.3は同じく、幅が2TX 、高さが
2Tyの導波路で、主導波路1の終端に、角θをなすよ
う斜めに接続されている。主導波路1、分岐導波路2.
3の屈折率はn2である。これらの周囲の材質をクラツ
ディング6と呼ぶが、クラツディング6の屈折率nIよ
りも、n2が大きい。そこで導波路1.2.3をコアと
呼ぶ事もある。
The main waveguide 1 is a waveguide with a width of 2Tx and a height of 2T. The branch waveguide 2.3 is also a waveguide with a width of 2TX and a height of 2Ty, and is connected obliquely to the end of the main waveguide 1 so as to form an angle θ. Main waveguide 1, branch waveguide 2.
The refractive index of 3 is n2. The material surrounding these is called the cladding 6, and the refractive index n2 of the cladding 6 is larger than nI. Therefore, the waveguide 1.2.3 is sometimes called a core.

さて、遷移領域4には、コア、クラツディング6よりも
屈折率の低い低屈折率部5を設けている。
Now, the transition region 4 is provided with a low refractive index portion 5 having a lower refractive index than the core and cladding 6.

この点で第10図の三次元分岐と異なる。この屈折率n
3は、n1、 n2よりも低く、第9図に示すものと同
様である。
This point differs from the three-dimensional branch shown in FIG. This refractive index n
3 is lower than n1 and n2 and is similar to that shown in FIG.

二次元分岐である第9図のものと異なる点は、三次元分
岐であって、各導波路1.2.3の深さが有限だという
事である。この図に示す例に於ては低屈折率部5が、導
波路1.2.3の上面よりΔTyだけ突出し、下面より
ΔTyだけ突出している。
The difference from the two-dimensional branch shown in FIG. 9 is that it is a three-dimensional branch, and the depth of each waveguide 1, 2, and 3 is finite. In the example shown in this figure, the low refractive index portion 5 protrudes from the upper surface of the waveguide 1.2.3 by ΔTy, and from the lower surface by ΔTy.

低屈折率部5の幅は2TX 、長さは2TX(社)θで
ある。
The low refractive index portion 5 has a width of 2TX and a length of 2TX (Inc.) θ.

高さは、2Ty + 2ΔTyである。ΔTyは0であ
る事もある。しかし、ΔTyはある程度の大きさがある
方が望ましい。
The height is 2Ty + 2ΔTy. ΔTy may be 0. However, it is desirable that ΔTy have a certain degree of magnitude.

屈折率n1、n2、n3の関係は第(2)式に従う。The relationship among the refractive indices n1, n2, and n3 follows equation (2).

第2図はこの分岐に於ける横断面内での導波路内を進行
する光線を示す説明線図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the light rays traveling in the waveguide within the cross section at this branch.

主導波路1の進行方向を2軸、導波路1.2.3を含む
平面に直角な方向をy軸とし、導波路を含む平面内にあ
って主導波路1に直角な方向をy軸とする。
The traveling direction of the main waveguide 1 is the two axes, the direction perpendicular to the plane containing the waveguides 1.2.3 is the y-axis, and the direction within the plane containing the waveguide and perpendicular to the main waveguide 1 is the y-axis. .

低屈折率部5の屈折率n3を、nlよりさらに低くする
のは、導波路面(xz平面)内での放射を抑えるためで
ある。
The reason why the refractive index n3 of the low refractive index portion 5 is made lower than nl is to suppress radiation within the waveguide plane (xz plane).

低屈折率部5のはみ出しΔTyを設けているのは、y方
向への放射を抑える為である。
The reason why the protrusion ΔTy of the low refractive index portion 5 is provided is to suppress radiation in the y direction.

低屈折率部5の屈折率n3を決定するため、第2図に於
て、スラブ線路内での幾何光学モデルを考える。ここで
はy方向に一様な屈折率を持つものとして取扱う。
In order to determine the refractive index n3 of the low refractive index portion 5, a geometrical optics model within the slab line is considered in FIG. Here, it is treated as having a uniform refractive index in the y direction.

主導波路1の終端と低屈折率部5の始端をx@にとる。The terminal end of the main waveguide 1 and the starting end of the low refractive index section 5 are set at x@.

つまりz=Oである。低屈折率部5の終端QWはZ =
 2Tx−θで与えられる。
In other words, z=O. The terminal end QW of the low refractive index section 5 is Z =
It is given by 2Tx-θ.

低屈折率部5は、長方形P’/WQで仕切られる領域で
ある。分岐導波路2.3は、PQK対し角θをなす半直
線PR,QSで仕切られ、或はWvに対角θをなす半直
線WNSVUで仕切られる高屈折率線路である。
The low refractive index portion 5 is an area partitioned by a rectangle P'/WQ. The branch waveguide 2.3 is a high refractive index line partitioned by half straight lines PR and QS forming an angle θ with respect to PQK, or partitioned by a half straight line WNSVU forming a diagonal angle θ with Wv.

導波モードの導波に対応する光線mを考える。Consider a light ray m corresponding to waveguide mode.

この光111mが伝搬軸(2軸)となす角をψとする。Let ψ be the angle that this light 111m makes with the propagation axis (two axes).

この先1i m 7jZ A点で、境界Pvを通過した
とする。
1i m 7jZ Suppose that the boundary Pv is passed at point A.

低屈折率部での入射角を01とする。スネルの法則から
、 n2sinψ =  n3sinθ1(3)である。光
線mが、さらに境界PQLvB点で、低屈折率部5から
分岐導波路2の中へ入射したとする。入射後の光線とP
Qのなす角を02とすると、スネルの法則から、 n3cosθ、=i12CO5θ2(4)である。
The incident angle at the low refractive index portion is assumed to be 01. From Snell's law, n2sinψ = n3sinθ1 (3). Assume that the light ray m further enters the branch waveguide 2 from the low refractive index section 5 at the boundary PQLvB point. Ray and P after incidence
If the angle formed by Q is 02, then from Snell's law, n3cosθ,=i12CO5θ2(4).

ここで、導波モードは、分岐導波路の中へ入っても同じ
モードを維持するものと仮定する。この場合、分岐導波
路の伝搬軸と光線のなす角はψでなければならない。
Here, it is assumed that the waveguide mode maintains the same mode even if it enters the branch waveguide. In this case, the angle between the propagation axis of the branch waveguide and the light beam must be ψ.

そうすると、分岐導波路2の内部の0点で反射されると
すると、/PCBはψとなる。
Then, if it is reflected at the 0 point inside the branch waveguide 2, /PCB becomes ψ.

△PBCに於て θ + ψ = 02(5) である。(3)、(4)、(5)から、θ1、θ2を消
去するとn3:= n、 (s+nψ+ cos (θ
+ψ))    (6)となる。
In ΔPBC, θ + ψ = 02(5). From (3), (4), and (5), by eliminating θ1 and θ2, we get n3:= n, (s+nψ+ cos (θ
+ψ)) (6).

この式は、n3を決定する方程式である。コア屈折率n
2、分岐角20が与えられた時、光線の伝搬軸とのなす
角ψの函数としてn3が一義的に計算される。
This formula is the equation that determines n3. Core refractive index n
2. When the branching angle 20 is given, n3 is uniquely calculated as a function of the angle ψ formed with the propagation axis of the light beam.

幾何光学的計算によってn3がψの函数として求まるが
、これは伝搬軸とのなす角がψであるような光1j1m
だけが、(5)の条件を満すものとして得られる。実際
には、ψだけの光線だけが導波路の中を伝搬するわけで
はない。
Geometrical optics calculations determine n3 as a function of ψ, which means that the light 1j1m whose angle with the propagation axis is ψ
Only the following can be obtained as satisfying the condition (5). In reality, not only ψ rays propagate in the waveguide.

ここで、幾何学的考察から、波動光学的考察に移る事に
する。
Here, we will move from geometric considerations to wave optical considerations.

ここで、導波に対応する光線mが、伝搬軸となす角度ψ
は、 ψ =、7  <   /   )   (7)βTχ によって与えられる。ここでux / Txはコア内の
X方向の位相定数、βはコア内の2方向の位相定数であ
る。
Here, the angle ψ that the light ray m corresponding to the waveguide makes with the propagation axis is
is given by ψ =, 7 < / ) (7) βTχ. Here, ux/Tx is a phase constant in the X direction within the core, and β is a phase constant in two directions within the core.

u x / T x及びβは次のようにして求める事が
できる。Hz、Eyが電磁界の主成分で、X方向にpる
。この時Hzは と表わす事ができる。他の主要成分をHxを使って表す
と となる。
u x /T x and β can be determined as follows. Hz and Ey are the main components of the electromagnetic field, p in the X direction. At this time, Hz can be expressed as. The other main components are expressed using Hx.

X=±Tx (lyl <Ty )に於けるEy、Hz
の連続側から、uXを求める特性方程式 %式%(1) の連続側からuyを求める特性方程式 uy を得る・βは・−及び17 を使9て x により求める事ができる。ここに、VxSVyはそれぞ
れX方向、X方向の正規化周波数である。こうして、β
とuXが決定されるから、(7)式からψを求める事が
でき、これによってn3を決定する。
Ey at X=±Tx (lyl <Ty), Hz
The characteristic equation uy is obtained from the continuous side of % Formula % (1) to obtain uy from the continuous side of .β can be obtained from x using - and 17. Here, VxSVy are the normalized frequencies in the X direction and the X direction, respectively. In this way, β
Since and uX are determined, ψ can be obtained from equation (7), and n3 is determined from this.

次に、低屈折率部の上下方向のはみ出しΔTyの決定法
について述べる。
Next, a method for determining the vertical protrusion ΔTy of the low refractive index portion will be described.

Δ’r、=0の場合には、分岐点近傍の屈折率を下げた
ためリーキー構造であり、yz面内での光線はy軸と小
さな角度をもってクラツディングに出射する。これは放
射損失の原因となる。
When Δ'r,=0, the structure is leaky because the refractive index near the branch point is lowered, and the light beam in the yz plane exits to the cladding at a small angle with the y axis. This causes radiation loss.

そこで、クラツディングへの界のはみ出しを十分おおう
程度の△T、が上下に存在すれば、この放射は抑制され
る、と考えられる。
Therefore, it is thought that this radiation will be suppressed if there are ΔTs above and below that are large enough to sufficiently cover the protrusion of the field to the cluttering.

即ち、 ΔTy >>Ty (Vy2− uy2)″″1/2(
17)の程度であれば良い。
That is, ΔTy >>Ty (Vy2- uy2)″″1/2(
17) is sufficient.

次に、こうして設計された三次元分岐構造に於ける低損
失化の限界について述べる。第2図に於て、PR上で反
射された導波の光線がQS上にある場合には、分岐導波
路内を反射しながら進行してゆく。しかしPR上で反射
された光線がPQ上にくる場合は、再び低屈折率部に入
射するから、損失になる。
Next, we will discuss the limits of loss reduction in the three-dimensional branch structure designed in this way. In FIG. 2, when the guided wave reflected on PR is on QS, it travels through the branch waveguide while being reflected. However, when the light beam reflected on PR comes on PQ, it enters the low refractive index region again, resulting in a loss.

このような損失が起こるのはθくψの場合である。そこ
で、分岐角度θに対する適用範囲をθ 〉 ψ    
 (18) に定める事にする。
Such a loss occurs when θ and ψ. Therefore, the applicable range for the branching angle θ is θ 〉 ψ
(18).

通常、分岐導波路では分岐角の大きな構造が要求される
ため式(18)の適用範囲は大きな障害となるものでは
ない。
Usually, a branched waveguide requires a structure with a large branching angle, so the scope of application of equation (18) does not pose a major problem.

に)分岐損失の計算 分岐損失を計算するためには、導波路のモード関数を求
める必要がある。この為には、いくつかの方法が提案さ
れている。
B) Calculation of branch loss In order to calculate branch loss, it is necessary to find the mode function of the waveguide. Several methods have been proposed for this purpose.

ここでは、コアとクラツディングの屈折率差の小サイ場
合に適用できるP B M (Propegating
 B6amMethod )を採用して、Zooのモー
ド関数を計算した。これと、分岐導波路の固有函数φ(
x 、 y)との積を積分すれば、分岐導波路へ透過し
てゆくエネルギーを求める事ができる。
Here, P B M (Propegating
B6amMethod) was employed to calculate the mode function of Zoo. In addition to this, the eigenfunction φ(
x, y), the energy transmitted to the branch waveguide can be determined.

PBM法は屈折率が光の進行方向に緩やかに変化してゆ
く場合に適合する近似方法である。2方向に伝搬する光
に対し、Hx 、又はEyに関して簡単にεと書く) である。今、 t (XlyIZ) = E <x、yrz)exp 
(−jkz)    (20)a 〜 として(19)式に代入し、−工こ一〇とすると、を得
る。ただし、 である。(22)式カラ、E(X、y、z)からE(X
+ yr z+Δ2)を求める漸化式 %式%(24) である。このように、(25)式のオペレータを順次作
用させる事により、全空間におけるE(x+y+z)を
数値計算によって近1以的に求める事ができる。
The PBM method is an approximation method that is suitable for cases where the refractive index changes slowly in the direction in which light travels. For light propagating in two directions, Hx or Ey is simply written as ε). Now, t (XlyIZ) = E <x, yrz)exp
(-jkz) (20) Substituting a ~ into equation (19) and setting -kko10, we obtain. However, . (22) From E(X, y, z) to E(X
+ yr z + Δ2) is the recurrence formula % formula % (24). In this way, by sequentially applying the operators of equation (25), E(x+y+z) in the entire space can be determined in a near-unique manner by numerical calculation.

電界(又は磁界)をE (X+ y+ z)とし、分岐
導波路の固有函数をφ。(X、y)とする。
The electric field (or magnetic field) is E (X+ y+ z), and the eigenfunction of the branch waveguide is φ. Let it be (X, y).

電力透過率ηは、 77=161J J E(x、y、z)φo(x−xc
、y)exp(jkon2xsinθ)dxdy1によ
って与えられる。XCは分岐導波路の中心のX座標であ
る。aX’P (・・−・・−・)はE(x+y+z)
とφ。(X−Xc。
The power transmittance η is 77=161J J E(x, y, z)φo(x-xc
,y)exp(jkon2xsinθ)dxdy1. XC is the X coordinate of the center of the branch waveguide. aX'P (・・−・・−・) is E(x+y+z)
andφ. (X-Xc.

y)との波面がθだけ傾いている事による因子である。This is a factor due to the fact that the wavefront with respect to y) is tilted by θ.

分岐損失は−10logηによって与えられる。Branch loss is given by -10log η.

従来の分岐と、本発明の分岐の損失を比較する。Compare the losses of the conventional branch and the branch of the present invention.

(6)式によってn3が決定される。これはψが与えら
れると一意的に決まる。多モード導波路の場合、ψはい
くつも存在する。しかし、n3はひととおりしかない。
n3 is determined by equation (6). This is uniquely determined when ψ is given. In the case of a multimode waveguide, there are many ψ. However, there is only one option for n3.

本発明は、従って、ψがひとつの場合に最も有力である
わけである。
Therefore, the present invention is most effective when ψ is one.

そこで、単一モード導波路とする。さらに簡単のため、
縦横の等しい断面のコア(Tx = Ty )を仮定す
る。”12、E21モードがカットオフで°あるために
、正規化周波数Vは2.2以下であれば良い。
Therefore, a single mode waveguide is used. To make it even easier,
Assume a core with equal vertical and horizontal cross sections (Tx = Ty). 12. Since the E21 mode is the cutoff, the normalized frequency V only needs to be 2.2 or less.

■はここで ■”  (n2− n12)k2T2(28)である。■ is here ■" (n2-n12) k2T2 (28).

TはTx、Tyの長さである。定数は光の波長 λ =
 1μm 導波路幅深さ T=5μm クラツディング屈折率n1=   1.5正規化周波数
  V  =  1.81上下のはみ出しΔTy  =
  20μmとする。第3図は三次元分岐の分岐角2θ
に対する分岐損失の(−10#ogη)計算結果を示す
グラフである。
T is the length of Tx and Ty. The constant is the wavelength of light λ =
1 μm Waveguide width depth T = 5 μm Cladding refractive index n1 = 1.5 Normalized frequency V = 1.81 Upper and lower protrusion ΔTy =
It is set to 20 μm. Figure 3 shows the branching angle 2θ of the three-dimensional branch.
It is a graph which shows the calculation result of (-10#og(eta)) of the branch loss with respect to FIG.

分岐角Δθが増大すると、従来の分岐(第10図に示す
)では、分岐損失が急に増加する。
As the branching angle Δθ increases, branching losses rapidly increase in the conventional branching (as shown in FIG. 10).

破線で示すのは、本発明に含まれるが上下のはみ出しが
ない(ΔTy = 0 )三次元分岐構造の分岐損失で
ある。
What is shown by the broken line is the branching loss of the three-dimensional branched structure included in the present invention but without vertical protrusion (ΔTy = 0).

ΔTy=20μmのものは、下方の実線で示されている
。矢印はθ=ψの点である。不等式(18)は矢印より
右側の領域に該当する。
The one with ΔTy=20 μm is shown by the lower solid line. The arrow is the point of θ=ψ. Inequality (18) corresponds to the region to the right of the arrow.

ΔTy=20μmによるものが、最も損失が少い。The one with ΔTy=20 μm has the least loss.

もしも、分岐損失の許容できるf@囲をl dBとする
と、従来の構造では、分岐角を4度までしかとれない。
If the allowable f@ range of branching loss is 1 dB, then in the conventional structure, the branching angle can only be set to 4 degrees.

しかし、本発明のΔTy = 20μmとしたものでは
10度まで拡げる事ができる。
However, in the case of the present invention in which ΔTy = 20 μm, the angle can be expanded to 10 degrees.

本発明の構造は、特に広角の分岐に好適である事が分る
It can be seen that the structure of the present invention is particularly suitable for wide-angle branching.

第4図は同じパラメータ(ΔTy = 20μm)で、
本発明に於て、分岐角2θに対し、低屈折率部の屈折率
n3の、クラツディング屈折率n1との相異の割合を示
すグラフである。横軸は2θであり、縦軸は Δn3n1−n3 =          (29) ln1 である。これは、シングルモードの条件から、(7)式
でψを求め、(6)式にθの値とともに代入する事によ
って計算される。
Figure 4 shows the same parameters (ΔTy = 20 μm),
In the present invention, it is a graph showing the ratio of difference between the refractive index n3 of the low refractive index portion and the cladding refractive index n1 with respect to the branching angle 2θ. The horizontal axis is 2θ, and the vertical axis is Δn3n1−n3 = (29) ln1. This is calculated by finding ψ using equation (7) from the single mode condition and substituting it together with the value of θ into equation (6).

矢印はψ=θの点である。シングルモードであるという
条件から、1本の曲線をり1く事ができる。
The arrow is the point of ψ=θ. Due to the single mode condition, one curve can be drawn.

多モードの導波路であればモードごとにψが異なるので
、モード数だけの曲線が生ずる。n3はひとつの値を取
るから、この場合、モード選択性のある分岐となる。
In the case of a multimode waveguide, ψ differs for each mode, so curves corresponding to the number of modes are generated. Since n3 takes one value, in this case, the branch has mode selectivity.

次に、正規化周波数のより小さい導波路の例について、
同様の計算結果を第5図、第6図に示す。
Next, for an example of a waveguide with a smaller normalized frequency,
Similar calculation results are shown in FIGS. 5 and 6.

定数は 光の波長 λ = 1 μm 導波路幅深さ ’l’=5  μm クラツディング屈折率  n1=   1.5正規化周
波数 V  =  1.22 上下のはみ出し ΔTy  =  28μm破線は本発
明に於てΔTy= Oとしたもの、下方の実線がΔTy
=28μmとしたものである。
The constants are the wavelength of light λ = 1 μm Waveguide width depth 'l' = 5 μm Cladding refractive index n1 = 1.5 Normalized frequency V = 1.22 Upper and lower protrusion ΔTy = 28 μm The broken line is ΔTy in the present invention = O, the lower solid line is ΔTy
=28 μm.

前の例より、コア、クラツディング屈折率差が少いので
、光線が軸となす角ψがより小さくなる。
Since the core and cladding refractive index difference is smaller than in the previous example, the angle ψ that the ray makes with the axis is smaller.

従来例の場合、分岐角2θが大きくなると、急速に損失
が増加する。これは、前例よりψが小さい事による。
In the case of the conventional example, as the branching angle 2θ increases, the loss increases rapidly. This is because ψ is smaller than the previous example.

本発明の場合、分岐角が10度であっても損失は2 d
B以下である。
In the case of the present invention, even if the branch angle is 10 degrees, the loss is 2 d
It is below B.

第6図は本発明に於て、低屈折率部の屈折率n3のクラ
ツディング屈折率n1からのずれを、nlで割った値を
示す。(6)、 (7)式などから決まるものである。
FIG. 6 shows the value obtained by dividing the deviation of the refractive index n3 of the low refractive index portion from the cladding refractive index n1 by nl in the present invention. It is determined from equations (6) and (7).

本発明と従来の構造とのモード関数の変化のメカニズム
の相異をより詳しく示すために、分岐の始まりから、終
わりにかけて、電界分布(磁界分布)がどのように変化
するかをグラフにして示す。
In order to show in more detail the difference in the mechanism of mode function change between the present invention and the conventional structure, a graph showing how the electric field distribution (magnetic field distribution) changes from the beginning to the end of the branch is shown. .

従来例の界分布が第11図〜第16図に与えられる。The field distribution of the conventional example is given in FIGS. 11-16.

本発明の界分布が第17図〜第22図に与えられる。Field distributions of the present invention are given in FIGS. 17-22.

いずれの例も、定数は同じで、 分  岐  角       2θ=8゜クラツディン
グ屈折率      n、 =1.5光  の  波 
 長       λ = 1 μm導波路幅深さ  
   2T =5μm正規化周波数     v=1・
81 (本発明のはみ出しΔT7 = 20μm)である。第
11図は従来例のl E(0,y、Z) 1、IE(x
、Q、z) 1の220〜200μmに於ける分布であ
る。y軸、y軸が縦軸になっている。x=Q、y=0の
線へ放射している部分の多い事が分る。
In both examples, the constants are the same, branching angle 2θ = 8°, cluttering refractive index n, = 1.5 light wave.
Length λ = 1 μm Waveguide width Depth
2T = 5μm normalized frequency v = 1・
81 (protrusion ΔT7 of the present invention = 20 μm). Figure 11 shows the conventional example l E (0, y, Z) 1, IE (x
, Q, z) 1 at 220 to 200 μm. The y-axis is the vertical axis. It can be seen that there are many parts radiating to the line x=Q, y=0.

第12図〜第16図は同じ従来例でのz” O,50%
100.150.200 μmに於けるxy平面での界
分布を示している。Z=Qで、X=Qに集中していた光
のエネルギーが、2が大きくなるに従って、中心から、
両側へ分散してゆくのが分る。しかし、z = 200
μmに於ても、なお、y軸の延長上(x=0.7=0)
に多くの光のエネルギーが残っている。これは放射損失
になる。又分岐導波路に入るエネルギーも小さい。
Figures 12 to 16 show the same conventional example with z"O, 50%
It shows the field distribution on the xy plane at 100, 150, and 200 μm. When Z=Q, the energy of light that was concentrated at
I can see it dispersing to both sides. However, z = 200
Even in μm, on the extension of the y-axis (x=0.7=0)
There is still a lot of light energy left. This results in radiation loss. Also, the energy entering the branch waveguide is small.

第171Nl’i:本発明ノ界分光IE(0,y、z)
kIE(x、0.z)1を2軸にそって示すものである
。2θ=8°0、n1=1.5、λ= 1 μm、 2
T = 5 ttmSV= 1.81 、Δτy=20
μmである。
171st Nl'i: Field spectroscopy IE of the present invention (0, y, z)
kIE(x, 0.z)1 is shown along two axes. 2θ=8°0, n1=1.5, λ=1 μm, 2
T = 5 ttmSV = 1.81, Δτy = 20
It is μm.

光のエネルギーのほとんどが分岐導波路に入っている事
が分る。y軸の延長(x=o 、 y=O)には殆ど光
のエネルギーが存在しない。つまり放射損失が少い。
It can be seen that most of the light energy enters the branch waveguide. Almost no light energy exists in the extension of the y-axis (x=o, y=O). In other words, radiation loss is small.

第18図〜第22図は本発明に於て、z = O,5o
 5100.150.200μmのxy面に於ける界の
強度を示す図である。z = 150で、光エネルギー
は分離して、分岐導波路に入り、Z = 200では、
y軸の延長上(x=0 、7=0 )には、′はとんど
光が存在しない。つまり、放射損失になるべきものがな
く、効率よく分岐導波路内へ入ってゆく。
FIGS. 18 to 22 show that in the present invention, z = O, 5o
5100. It is a diagram showing the field strength in the xy plane of 150.200 μm. At z = 150, the optical energy separates and enters the branch waveguide, and at z = 200,
On the extension of the y-axis (x=0, 7=0), there is almost no light. In other words, there is no radiation loss and the radiation efficiently enters the branch waveguide.

け)  効   果 (1)三次元光分岐である。現実的に作りやすい構造で
ある。
Effects (1) Three-dimensional light branching. It is a structure that is realistic and easy to make.

(2)  コア、クラツディングの屈折率差が僅かであ
りながら、しかも分岐損失の低い光分岐を与える事がで
きる。
(2) Although the difference in refractive index between the core and cladding is small, it is possible to provide optical branching with low branching loss.

損失が低いので、光集積回路、光デバイスなどに於て、
有力な分岐構造を提供できる。
Due to its low loss, it is used in optical integrated circuits, optical devices, etc.
A powerful branching structure can be provided.

(3)従来の分岐に比して、著しく損失が低く、しかも
分岐角を大きくしても、損失の増加が著しくない。従っ
て広角の分岐を実現できる。
(3) Compared to conventional branching, the loss is significantly lower, and even if the branching angle is increased, the loss does not increase significantly. Therefore, wide-angle branching can be realized.

(4)屈折率差が少いので、他の光学素子との整合をと
り易い。
(4) Since the difference in refractive index is small, it is easy to match with other optical elements.

(5)本発明において、ΔTy = 0は、比較的リー
キーな構造である。ΔTyを成る程度の大きさく(17
)式)にすれば、漏れはもつと少なくなる。この点は計
算結果で説明したが、より直観的に説明を加える。
(5) In the present invention, ΔTy = 0 is a relatively leaky structure. ΔTy (17
) formula), the leakage will be reduced. This point was explained using the calculation results, but I will explain it more intuitively.

第23図は低屈折率部(斜線を付す)のyz面によって
切断した断面図を示している。に)ははみ出しがないΔ
Ty=Qの場合である。xz平面となす角がψ′である
光線は、M点でクラツディングへ抜けてゆくとする。境
界面となす角をΦ1とする。
FIG. 23 shows a cross-sectional view taken along the yz plane of the low refractive index portion (hatched). ) has no protrusion Δ
This is the case when Ty=Q. It is assumed that a ray whose angle with the xz plane is ψ' passes through to the cluttering at point M. Let the angle formed with the boundary surface be Φ1.

スネルの法則により n3ccsグ=n、cosΦr     (30)であ
る。境界面にほぼ平方に入射する。
According to Snell's law, n3ccsg=n, cosΦr (30). It is incident almost squarely on the boundary surface.

(bJは本発明の構成に対応し、はみ出しがある場合で
ある(ΔTy>O)。ψ′の傾きをなす光線は、N点で
屈折し、Φ2の屈折角で出射したとする。境界面にほぼ
直角に入射する。スネルの法則より n35inq)’  =   n l sinΦ2  
        (31)である。
(bJ corresponds to the configuration of the present invention and is the case where there is protrusion (ΔTy>O). It is assumed that a ray with an inclination of ψ′ is refracted at point N and exits at a refraction angle of Φ2. Boundary surface From Snell's law, n35inq)' = n l sinΦ2
(31).

Φは低屈折率部を抜けてゆく時、光線が光軸となす角で
ある。低屈折率を出る時に、いずれにしても、y軸方向
により大きく屈折するが、この屈折角は(Φ−ψ′)で
ある。
Φ is the angle that a light ray makes with the optical axis when passing through the low refractive index region. When leaving the low refractive index, it is in any case refracted more in the y-axis direction, and this refraction angle is (Φ-ψ').

ψlはもともと小さい角度である。(3o)、(31)
から、常に Φ1 〉  Φ2        (32)である事が
分る。Φ1の方が大きいので、ΔTy=Qの時に、y方
向へ光波が逃げてゆく事になる。
ψl is originally a small angle. (3o), (31)
From this, it can be seen that Φ1 〉 Φ2 (32). Since Φ1 is larger, the light wave will escape in the y direction when ΔTy=Q.

屈折角は本発明の場合、近似的に Φ2−ψl=−γψ’      (33)である。た
だしrは である。第4図、第6図の縦軸にあられれるもので極め
て小さい値である。
In the case of the present invention, the refraction angle is approximately Φ2-ψl=-γψ' (33). However, r is. The value shown on the vertical axis in FIGS. 4 and 6 is extremely small.

ところが、はみ出しΔTyかない場合の屈折角(Φ1−
ψ/)は、近似的に ψ′ となる。Δ+、Ty 4 Q、の場合より1/ψ′ 倍
になる。
However, the refraction angle (Φ1−
ψ/) is approximately ψ′. It is 1/ψ' times more than the case of Δ+, Ty 4 Q.

ψIは極めて小さい値であるから、この逆数は1よりか
なり大きい。従って4Tyキ0は、ΔTy== Qの場
合よりも、y方向の光線の逃げによる放射損失を巧みに
抑制できる。しかも(,33)式のように、これは負の
値であるから、Φ2はグよりも小さいのである。
Since ψI is an extremely small value, its reciprocal is much larger than 1. Therefore, 4TyK0 can more effectively suppress the radiation loss due to the escape of light rays in the y direction than when ΔTy==Q. Moreover, as in equation (, 33), this is a negative value, so Φ2 is smaller than g.

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

第1図は本発明の三次元分岐の斜視図。 第2図は本発明のY分岐の横断面に於ける光線の反射屈
折を示す幾何光学的説明図。 第3図は本発明に於てΔ’ry) 0としたY分岐と、
本発明に於てΔ7y==QとしたY分岐と、従来のY分
岐の、分岐角2θに対する分岐損失(aB)の計算結果
を示すグラフ。下方の実線が本発明、それより上の破線
がΔTy= Oとしたもの、上方の斜線が従来例(n3
がなく、コアn1になっている)による。 n1= 1.5、λ= 1 itm、 V= 1.81
.2T = 5 μm 。 であり、これらは3者について共通である。n3は2θ
の函数として式(6)〜(23)によって与えられる。 第4図にも示される。本発明で、ΔTy=20μmであ
る。縦の矢印はθ=ψとなる点で、本発明はこれよりθ
の大きい領域に於て有効である。 第4図は本発明に於て、分岐角2θの函数として、低屈
折率部の屈折率n3を計算した結果を示すグラフ。横軸
は分岐角2θ、縦軸は、nl−n3=Δn3をnlで割
った値を%で示している。縦の矢印は0=ψとなる点で
ある。定数は第3図のものと同じである。 ゛ 第5図は本発明のΔTy>OとしたY分岐と、本発
明のΔTy = 0としたY分岐と、従来のY分岐の、
分岐角2θに対する分岐損失(dB)の計算結果を示す
グラフ。下方の実線が本発明、それより上の破線がΔT
y= 0としたもの、上方の斜線が従来例(n3=:n
2)による。n1= 1.5、λ=1μm、  V=1
.22.2T=5μmテあり、コレラノ値は3つの分岐
について共通である。n3ば2θの函数として与えられ
、第6図に表わされている。本発明に於て、この例で、
Δ7y:= 28μmである。 第6図は本発明の分岐構造に於て、分岐角2θの函数と
して、低屈折率部の屈折率n、を計算した結果を示すグ
ラフ。横軸は2θ(分岐角)、M軸はΔn3/n□ で
ある。定数は第5図のものと同じである。 第7図はもつとも一般的な二次元光分岐の平面図(従来
例)。 第8図はcoupled −multiple =wa
veguide型の二次元分岐(公知)の平面図。 第9図は本発明者が以前に発明した遷移領域に低屈折率
部を有する二次元Y分岐の平面図。 第10図は三次元分岐として考えうる一般的な形状を示
す斜視図。 第11図は従来のY分岐(第10図に示す)に於ける遷
移領域での界分布を示すグラフ線図。2θ=8ミn1=
 1.5、λ= 1 μm、 2T= 5 μm、 V
= 1.81である。横軸は伝搬方向2を示す。上半分
はIE(0,y。 Z)lを示す。下半分はlli:(x、0.Z) l 
 を示す。 第12図は第11図に界分布をグラフで表わした従来の
Y分岐に於て、z=0でのxy平面での界の強度を二次
元的に表現したグラフ。縦横の目盛は1μm間隔である
。高さが界の強度で、任意目盛である。 第13図は従来のY分岐:cz=50μmのxy面内で
の界分布を示すグラフ。 第14図は従来のY分岐でz = 100μmのxy面
内での界分布を示すグラフ。 第15図は従来のY分岐に於て、Z = 150μmの
xy面内での界分布を示すグラフ。 第16図は従来のY分岐でz = 200μmのxy平
面内での界分布を示すグラフ。 第17図は本発明のY分岐(第1図に示す)に於ける遷
移領域での界分布を示すグラフ線図。2θ=8°、1l
l= 1.5、λ=1μm12T=5μm1v=1.8
1、Δ’ry=2oμm である。横軸は伝搬方向2を
示す。遷移領域でのz=Q〜200μmの界分布である
。上半分はIE(0,y、z)lである。下半分はIE
(X、0.Z)lである。 第18図は本発明のY分岐に於て、z=Qのxy面での
界分布を二次元的に示すグラフ線図である。 実線は1μmごとにX1y方向に引いである。高さ、が
界強度を表わしている。 第19図は本発明のY分岐に於て、Z = 50μmの
xy平面での界分布を二次元的に示すグラフ線図。 第20図は本発明のY分岐に於て、z = tooμm
のxy平面での界分布を二次元的に示すグラフ線図。 第21図は本発明のY分岐に於て、Z = 150μm
のxy平面での界分布を二次元的に示すグラフ線図。 第22図は本発明のY分岐に於て、Z = 200μm
のxy平面での界分布を二次元的に示すグラフ線図。 第23図はY分岐のyz平面での光線の経路を示す幾何
光学的説明図。(a)はΔTy=0としたものである。 Φ)は本発明の場合を示しΔTy>Oである。 1  ・・・・・・・・・  主  導  波  路2
.3・・・・・・・・・分岐導波路 4  ・・・・・・・・・  遷  移  領  域5
 ・・・・・・・・・低屈折率部 6 ・・・・・・・・・ クラツディングn1  ・・
・・・・・・・ クラツディングの屈折率n2  ・・
・・・・・・・ コアの屈折率n3  ・・・・・・・
・・ 低屈折率部の屈折率2θ ・・・・・・・・・ 
分岐導波路の開き角2TX・・・・・・・・・導波路の
幅 2T、  ・・・・・・・・・ 導波路の高さΔTy 
・・・・・・・・・ 低屈折率部の導波路の上下面から
のはみ出し長さ 発  明  者     川  上  彰二部宮  城
  光  信 花  泉      修 特許出願人   川 上 彰二部 住友電気工業株式会社 第10図 第1図 第3図 (dB) 第4図 (%) 第5図 (dB) Cつ−− 第6図 n=1.5i=l/1m V = 1.222T= 5 //l11(%)  Δ
Ty=2811m 分岐角 20 第7図 第8図 第14図 従来例  Z=150μm 第16図 従来例 Z=200μm 第20図 第21図 Z=150μm 第22図 z=200μm 本発明 第23図 (a) n3のy方向のはみ出しがない ΔT y = On。 (b)
FIG. 1 is a perspective view of a three-dimensional branch of the present invention. FIG. 2 is a geometrical optical explanatory diagram showing catadioptric refraction of light rays in the cross section of the Y branch of the present invention. Figure 3 shows a Y branch with Δ'ry) set to 0 in the present invention,
7 is a graph showing calculation results of branching loss (aB) with respect to branching angle 2θ of the Y branch with Δ7y==Q in the present invention and the conventional Y branch. The lower solid line is the present invention, the upper broken line is the one with ΔTy=O, and the upper diagonal line is the conventional example (n3
core n1). n1=1.5, λ=1 itm, V=1.81
.. 2T = 5 μm. These are common to all three. n3 is 2θ
is given by equations (6) to (23) as a function of . Also shown in FIG. In the present invention, ΔTy=20 μm. The vertical arrow is the point where θ=ψ, and the present invention is based on this point.
It is effective in a large area. FIG. 4 is a graph showing the results of calculating the refractive index n3 of the low refractive index portion as a function of the branching angle 2θ in the present invention. The horizontal axis shows the branching angle 2θ, and the vertical axis shows the value obtained by dividing nl−n3=Δn3 by nl in %. The vertical arrow is the point where 0=ψ. The constants are the same as those in FIG.゛ Figure 5 shows the Y branch of the present invention with ΔTy > O, the Y branch of the present invention with ΔTy = 0, and the conventional Y branch.
A graph showing calculation results of branch loss (dB) with respect to branch angle 2θ. The lower solid line is the present invention, and the upper dashed line is ΔT.
The diagonal line above is the conventional example (n3=:n
According to 2). n1=1.5, λ=1μm, V=1
.. 22.2T=5μm, and the collerano value is common for the three branches. n3 is given as a function of 2θ and is represented in FIG. In the present invention, in this example,
Δ7y:=28 μm. FIG. 6 is a graph showing the results of calculating the refractive index n of the low refractive index portion as a function of the branching angle 2θ in the branched structure of the present invention. The horizontal axis is 2θ (branching angle), and the M axis is Δn3/n□. The constants are the same as those in FIG. FIG. 7 is a plan view of a very common two-dimensional light branch (conventional example). Figure 8 is coupled - multiple = wa
FIG. 2 is a plan view of a veguide type two-dimensional branch (known). FIG. 9 is a plan view of a two-dimensional Y-branch having a low refractive index portion in the transition region, which was previously invented by the present inventor. FIG. 10 is a perspective view showing a general shape that can be considered as a three-dimensional branch. FIG. 11 is a graph diagram showing the field distribution in the transition region in the conventional Y-branch (shown in FIG. 10). 2θ=8minn1=
1.5, λ = 1 μm, 2T = 5 μm, V
= 1.81. The horizontal axis indicates the propagation direction 2. The upper half shows IE(0,y.Z)l. The lower half is lli: (x, 0.Z) l
shows. FIG. 12 is a graph that two-dimensionally expresses the field strength on the xy plane at z=0 in the conventional Y-branch whose field distribution is graphically expressed in FIG. 11. The vertical and horizontal scales are at intervals of 1 μm. The height is the strength of the field and is on an arbitrary scale. FIG. 13 is a graph showing the field distribution in the xy plane of a conventional Y branch: cz = 50 μm. FIG. 14 is a graph showing the field distribution in the xy plane at z = 100 μm in a conventional Y branch. FIG. 15 is a graph showing the field distribution in the xy plane at Z = 150 μm in the conventional Y branch. FIG. 16 is a graph showing the field distribution in the xy plane at z = 200 μm in a conventional Y branch. FIG. 17 is a graph diagram showing the field distribution in the transition region of the Y-branch (shown in FIG. 1) of the present invention. 2θ=8°, 1l
l=1.5, λ=1μm12T=5μm1v=1.8
1, Δ'ry=2oμm. The horizontal axis indicates the propagation direction 2. Field distribution of z=Q~200 μm in the transition region. The upper half is IE(0,y,z)l. The bottom half is IE
(X, 0.Z)l. FIG. 18 is a graph diagram two-dimensionally showing the field distribution on the xy plane where z=Q in the Y branch of the present invention. The solid line is drawn in the X1y direction every 1 μm. The height represents the field strength. FIG. 19 is a graph diagram two-dimensionally showing the field distribution on the xy plane at Z = 50 μm in the Y branch of the present invention. FIG. 20 shows z = too μm in the Y branch of the present invention.
FIG. 2 is a graph diagram two-dimensionally showing the field distribution on the xy plane. FIG. 21 shows Z = 150 μm in the Y branch of the present invention.
FIG. 2 is a graph diagram two-dimensionally showing the field distribution on the xy plane. FIG. 22 shows Z = 200 μm in the Y branch of the present invention.
FIG. 2 is a graph diagram two-dimensionally showing the field distribution on the xy plane. FIG. 23 is a geometrical optical explanatory diagram showing the path of a ray on the yz plane of the Y branch. In (a), ΔTy=0. Φ) indicates the case of the present invention and ΔTy>O. 1 ・・・・・・・・・ Main waveguide 2
.. 3...Branch waveguide 4...Transition region 5
......Low refractive index section 6 ...... Cladding n1 ...
・・・・・・ Krutsding's refractive index n2 ・・・
・・・・・・ Core refractive index n3 ・・・・・・・・・
・・・Refractive index 2θ of low refractive index part ・・・・・・・・・
Opening angle of branch waveguide 2TX...Waveguide width 2T, ......Waveguide height ΔTy
・・・・・・・・・ Protrusion length of the low refractive index section from the top and bottom surfaces of the waveguide Inventor: Kawakami, Shojibe, Miyagi Hikaru, Nobuka, Izumi Patent applicant: Kawakami, Shojibe, Sumitomo Electric Industries, Ltd. Figure 10 Figure 1 Figure 3 (dB) Figure 4 (%) Figure 5 (dB) C-- Figure 6 n=1.5i=l/1m V = 1.222T= 5 //l11 (%) Δ
Ty=2811m Branch angle 20 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 14 Conventional example Z = 150 μm Fig. 16 Conventional example Z = 200 μm Fig. 20 Fig. 21 Z = 150 μm Fig. 22 Z = 200 μm Present invention Fig. 23 (a ) There is no protrusion of n3 in the y direction ΔT y = On. (b)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)幅2Tx、高さ2Tyの断面を有し屈折率がn_
2である主導波路1と、主導波路1の端に開き角2θを
なしてY型に結合される屈折率がn_2であり幅2Tx
、高さ2Tyの断面を有する分岐導波路2、3と、導波
路1、2、3を囲みn_2より低い屈折率n_1を有す
るクラツデイング6と、主導波路1と分岐導波路2、3
との結合する遷移領域4に設けられ導波路を含む面にお
いてほぼ矩形断面PQWVを有し、n_1、n_2より
低い屈折率n_3を持つ低屈折率部5とよりなり、主導
波路1を伝搬する導波モードの光の素波に対応する光線
が伝搬軸となす角をψとすると、 n_3=n_2〔sin^2ψ+cos^2(θ+ψ)
〕^1^/^2である事を特徴とする三次元光分岐器。
(1) It has a cross section with a width of 2Tx and a height of 2Ty and a refractive index of n_
The main waveguide 1 is 2, and the refractive index coupled to the end of the main waveguide 1 in a Y shape with an opening angle 2θ is n_2 and the width is 2Tx.
, branch waveguides 2 and 3 having a cross section with a height of 2Ty, a cladding 6 surrounding the waveguides 1, 2, and 3 and having a refractive index n_1 lower than n_2, the main waveguide 1 and the branch waveguides 2 and 3.
A low refractive index portion 5 is provided in the transition region 4 coupled to the main waveguide 1 and has a substantially rectangular cross section PQWV in the plane containing the waveguide, and has a refractive index n_3 lower than n_1 and n_2. If ψ is the angle that the light ray corresponding to the elementary wave of wave mode light makes with the propagation axis, then n_3=n_2 [sin^2ψ+cos^2 (θ+ψ)
] A three-dimensional optical splitter characterized by ^1^/^2.
(2)遷移領域4の低屈折率部5が主導波路1及び分岐
導波路2、3の上下面よりはみ出した部分ΔTyを有す
る特許請求の範囲第(1)項記載の三次元光分岐器。
(2) The three-dimensional optical splitter according to claim (1), in which the low refractive index portion 5 of the transition region 4 has a portion ΔTy that protrudes from the upper and lower surfaces of the main waveguide 1 and branch waveguides 2 and 3.
(3)主導波路1、分岐導波路2、3が単一モード導波
路である特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項に記
載の三次元光分岐器。
(3) The three-dimensional optical branching device according to claim (1) or (2), wherein the main waveguide 1 and the branch waveguides 2 and 3 are single mode waveguides.
(4)低屈折率部5の上下のはみ出しΔTyが、ΔTy
≫Ty(v_y^2−u_y^2)^−^1^/^2で
ある特許請求の範囲第(2)項又は第(3)項記載の三
次元光分岐器。
(4) The upper and lower protrusion ΔTy of the low refractive index portion 5 is ΔTy
>>Ty(v_y^2-u_y^2)^-^1^/^2 The three-dimensional optical splitter according to claim (2) or (3).
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