JPS6266208A - 導波路型光分波器 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は光通信用伝送部品あるいは光集積回路素子とし
て用いる導波路型光分波器に関するものである。

従来の技術 近年オプトエレクトロニクス技術の進展に伴い、大容量
通信用デバイスとして半導体レーザなどの発光素子・Ｐ
ＩＮフォトダイオードなどの受光素子そして光スィッチ
、光測調器などの機能素子の開発が盛んに行われている
。さらには、ファイバー有効活用の手段として、超波長
多重通信の研究が光集積化技術と歩調を合せて、着々と
進められている。光集積回路を構成する様々な素子を、
個別に基板上に集積化を実現するハイブリッド型と、同
一基板上に同種の材料で集積化を実現するモノリシック
型が並向して開発が行われてきたが、最近ではエビ技術
・プロセス技術の改良により後者の方でも実用的デバイ
スの可能性が立証され、モノリシック型に開発の主流が
移ってきている。

このような光集積回路上の種々の素子は、基板上に作成
された光導波路により相互に接続されている。光導波路
に回折格子を形成することによって波長選択機能を持た
せることができ、分波器を構成できる。導波路型光分波
器も現在までに数多く提案され、一部試作されているが
、第３図にその代表的な分波回路の斜視構成図を示す（
特公昭５４−３８１４３号公報参照）。図中７は基板、
８は基板表面に形成され基板７より屈折率が高い光導波
層、９訃よび９′は光導波層上に形成された分波作用を
もつ回折格子、１０および１０′は分波された光を受光
する光検出器である。今、入力光が回折格子の溝に対し
αの角度で入射するとλ を満たす条件の所で回折される。ここでλは光の波長、
ｎｅは光導波層の実効屈折率、Ａは回折格子の周期であ
る。こういう構成をとることによシ、多重化された信号
光λ１．λ２が各々ブラッグ条件１を満足する回折格子
９および９′によりそれぞれ回折され、光検出器１０お
よび１０′にて検知される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の方法では以下のような欠点を有し
ていた。導波路を分波器と外部光伝送路、例えば光ファ
イバとの接続にはレンズ等を用いビームを最適に絞り込
んで導波路の端面に直接結像する方法やプリズムやグレ
ーティングを用いた方法などが通常用いられるが、いづ
れも結合効率は１００％に達せず、散乱ロスや不用な伝
搬モードを引き起こしてしまう。所定の導波路以外を伝
搬する迷光は、信号光とともに光検出器に入射され雑音
の原因となる。また、回折格子においても、導波路上に
形成された周期的凹凸形状を有するため、信号光の回折
以外にも散乱光が生じてしまい、同様に光検出器のノイ
ズ成分としてＳ／Ｎの低下を招いてしまうという問題が
あった。

波長多重通信の性能を左右するのは、分波器を構成する
デバイス°の分波特性、特に波長多重度とクロストーク
であり、検出感度として２０　ｄＢ以上のものが要求さ
れるが上述のような理由により、所望する導波路以外の
領域を伝搬するモード、あるいは回折格子波長選択領域
における信号光以外の散乱光によって引き起こされるノ
イズ成分により、特性のよい導波路型光分波器を構成す
ることが困難であった。

よって本発明の目的は、上述の欠点を除去することので
きる、すなわちクロストークの低い、分波特性に優れた
導波路型光分波器を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明では、まず基板
表面に形成された第１の光導波路と、これに対して結合
するように配置された第２の光導波路と、第１及び第２
の光導波路の結合部に設けられた波長選択反射機能を持
つ回折格子を備え、第１及び第２の光導波路以外の基板
表面に光の伝搬を阻止する領域を形成している。このと
き、たとえば第１及び第２以外の光導波路の膜厚を伝搬
光に対して、基本モードが伝搬する最小膜厚以下に設定
することによって伝搬阻止領域が設けられた導波路型光
分波器を構成することができる。

作　　用 本発明はこのような構成であるので、低損失で低クロス
トークの特性の導波型光分波器を実現することができる
。

実施例 次に第１図、第２図を参照して本発明の詳細な説明する
。第１図において、１はＩｎＰ　基板、２はＩｎＧａＡ
ａＰ　　より成る光導波層、３及び４は光導波路、６は
導波路に形成された回折格子、所定の導波路３及び４以
外の斜線の施された領域６は、膜厚ｔがカットオフ条件
以下に設定された導波光伝搬阻止領域である。導波路１
及び２の幅：Ｗはシングルモード条件を満足するように
設定すればよい。通常、この種の材料を用いた場合、プ
ロセス上の制約もあり２〜３μｍ程度である。

この構成において、導波路１の片端面から入射され導波
路１を伝搬する信号光へのうち、回折格子５によりブラ
ッグ条件を満足する信号光λＢのみ回折作用を受け、導
波路２を伝搬する。導波路２の先端には受光素子あるい
は、外部導波路が接続され、分離された信号光λＢを検
出することによって導波路型光分波器を構成する。導波
路３への信号光のカンプリング時に通常、レンズ等を用
いて端面に直接結像する方法が用いられるが、この場合
所望する導波路以外にも伝搬モードを生じてしまい、フ
ィルタリングされた正規の信号光以外にもこれらの伝搬
モードが混入してしまうという問題があったが、本実施
例の方法によれば、このような伝搬光は全てカットオフ
され導波路を伝搬することができないので、受光素子へ
の混入も大幅に低減することができる。まだ、回折格子
５領域においても、通常その構造は、導波路表面に形成
された周期的凹凸による屈折率分布を用いているため、
導波光の一部が散乱を受けてしまい、同様にノイズの原
因となるような問題があったが、散乱光のほとんどは伝
搬阻止領域６によってカットすることができるため、従
来より信号のＳ／Ｎ比大幅大幅上させることができる。

導波阻止領域の加工プロセスにおいては、膜厚１〜２μ
ｍ程度のＩｎＧａＡｓＰ　　導波層を本実施例の条件で
は０．７μｍ程度のカットオフ膜厚以下にエツチング処
理を施して薄くする必要があるが、制御性の点でも問題
なく容易に実現できる。

なお、本実施例ではＩｎＰ基板１上のＩｎＧａＡｓＰ層
２を光導波路として用いた導波型光分波器として説明を
行なったが、他の材料、例えばＧａＡ　ｓ系の半導体材
料、あるいはＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏ３等の強誘電体材料環、
光導波路として用いるのに低損失なものであれば応用が
できることは言うまでもない。

次に第２図を用いて本実施例の分波器の作用を考える。

まず第２図ａのようなスラブ型導波路を考える。図中１
１はＩｎＰ　基板、導波路１２としてバンドギャップ波
長：λ９＝１．２μｍ　なる組成をもツＩｎＧａＡｓＰ
層、導波光１３は１．３ｐｍの波長である。導波路１２
の屈折率は基板１１のそれに対して高いため、導波路の
膜厚を適当に設定することによって、導波光１３は導波
路１２内に閉じ込められて伝搬することになる。この時
の伝搬特性は、種々の導波路条件によって決定され、導
波路の膜厚によっても特性が大きく左右される。

第２図すに、導波路膜厚によって、導波路の実効屈折率
が変化する様子を示す。この時伝搬する光は、導波路に
対して平行な偏波面をもち（ＴＥモ導波路膜厚がＱ、７
５μｍ以下の場合、導波路はカットオフ状態となり、光
はいかなるモードも導波路を伝搬することはできず、基
板への放射モードとなる。よって、所望の導波踏部以外
の領域を適当な手段を用いてエツチングを施し、その膜
厚が所定の条件に対してカットフ条件になるように設定
することによって、導波路への入出力時に発生する不用
な伝搬モードや回折格子領域にて発生する散乱ロス等の
迷光成分を全てカットすることができる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、光多重通信として用
いられる光集積回路素子の導波型光分波器を非常に低損
失で低クロストークの特性で実現でき、超波長多重通信
用デバイスとしても十分に使用し得る分波特性に優れた
ものを提供するもので、その実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

明するだめのスラブ型導波路の斜視図、第２図すはその
導波路膜厚に依存する実効屈折率の関係を示す特性図、
第３図は従来の分波器の斜視図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・光導波層、３，４
・・・・・・光導波路、６・・・・・・回折格子、６・
・・・・・伝搬阻止領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名喪ゼ 〜　　ａ　　　　　　慄渠史榔そ 虐Ｉふ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面に形成した第１の光導波路と、前記第１
   の光導波路に結合配置された第２の光導波路と、前記第
   １の光導波路と前記第２の光導波路の結合部に設けた波
   長選択反射機能を有する回折格子を有し、前記第１およ
   び第２の光導波路以外の基板表面に光の伝搬を阻止する
   領域を設けてなる導波路型光分波器。
2. （２）光導波路の膜厚を伝搬光に対してカットオフ以下
   の膜厚に設定してなる特許請求の範囲第１項記載の導波
   路型光分波器。