JPS63254404A - 光合分波器 - 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、簡易な構造にして、阻止域減衰量の大きな方
向性結合形光合分波器に関するものである。

（従来の技術） 従来の方向性結合器形光合分波器の構成を第３図に示す
。

第３図において、１は第１の導波路、２は第２の導波路
、３は間隔を設けた平行導波路から成る結合部、４は第
１の導波路１と第２の導波路２との間隔を広げ、結合部
３以外での結合を生じさせないために設けた展開部、５
−１および５−２はそれぞれ第１の導波路ｌの入射端お
よび出射端、６−１および６−２はそれぞれ第２の導波
路２０入射端および出射端である。

第１の導波路ｌおよび第２の導波路２の導波路パラメー
タはほぼ等しくしである。

結合部３の波長λにおける結合係数を元□、結合部３の
長さを！とすれば、第１の導波路１の入射端５−１から
出射端５−２への光電力伝達係数Ｔ、および第２の導波
路２の出射端６−２への光電力伝達係数Ｔ２は次式で表
わすことができる。

ＴＩ　＝−１０１ｏｇｌｃｏｓ　（ＺＡ　・Ｉ！、）　
　ｌ　”　　　（１）Ｔ２　＝−１０１ｏｇｌｓｉｎ　
（ｚλ・ｌ）　　ｌ　”　　　（２）第４図に光電力伝
達係数Ｔ、、Ｔ、を破線で示す。横軸はχλ・尼である
。

χλ・ｆｆ１＝ｎπ（ただしｎは正の整数）のとき、Ｔ
Ｉ　＝　Ｏｄ　Ｂ、　Ｔｚ　＝■となり、χ□　・１＝
（ｎ＋４）ｒｔのとき、Ｔ、＝（Ｘ）、Ｔｚ＝ＯｄＢと
なることがわかる。結合係数χ□は波長の増大とともに
増大する傾向を有するので、χ２、・ｆ＝ｎπ。

χ□２・１＝　（ｎ＋４）π（ただしλ２＞λｌ）とな
るような結合係数λ、結合長！、正の整数ｎを選べば、
波長λ１でＴＩ　＝ＯｄＢＳＴ、−ω、波長λ２　（＞
λｌ）でＴ、＝■、Ｔｚ＝ＯｄＢとなり、波長し、λ２
の光合分波器が得られる。

またχλ□・ｌ＝　（ｎ＋））π、χλ、・１＝（ｎ＋
１）π（ただしλ２＞λＩ）となるようなλ、ｌ、ｎを
選べば、波長λ、でＴ、＝ω、Ｔ２＝ＯｄＢ、波長λ２
　（＞λｌ）でＴ、＝ＯｄＢ、Ｔｚ＝ωとなり、前述の
光合分波器と対をなす光合分波器が得られる。

第３図に示すように従来の光合分波器の欠点は、高い減
衰量が得られる阻止域が狭帯域な点にある。

第４図は直接、波長選択特性を示すものではないが、χ
ルが波長の増加に対して単調に増加することを考慮すれ
ば、ほぼ波長選択特性に対応する変化を示していること
がわかる。

そこでＴ　＋　、　　Ｔ　ｚ≦０．５　ｄ　Ｂとなるχ
ｌの幅Δ。、、およびＴＩ　、Ｔｚ≧２５ｄＢとなるχ
ｌの幅４２５を、ＴＩ、Ｔｔ　＝Ｏｄ　ＢからＴ１．Ｔ
２　＝■に変化するχ！の間隔Δ。−■で規格化して示
すと次式となる。

Δ。、、／Δ。−。＝　０．４２８　　　　　　　　　
（３）Ｊ　２％／Δ、−−＝０．０７２　　　　　　　
　　　（４）Δ。、、゛は光合分波器の通過域幅に対応
するものであり、７□、は光合分波器の阻止域幅に対応
するものであって、両者はほぼ等しいことが望ましい。

しかしく３）式、（４）式に見られるように、阻止域幅
が通過域幅に比べて極端に狭くなっており、従来の光合
分波器を光伝送システムに適用するためには、干渉フィ
ルタを付加して阻止域特性を向上するなどの補助手段が
必要であった。

また第３図の展開部４で導波路損失を小さくするために
は、曲率半径が大きなことが望ましい。

このため展開部４の寸法が大きくり、また結合部３から
展開部４に連続的に移行するので、結合長が実効的に増
大する欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来の方向性結合器形光合分波器に比べて阻
止域幅が広く、かつ小形な方向性結合器形光合分波器を
提供することになる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ほぼ等しい導波路パラメータを有する第１の
導波路と第２の導波路の少なくとも１区間を接近して平
行に配置し、前記の区間の第１の導波路と第２の導波路
の間に第１、第２の導波路にほぼ等しい導波路パラメー
タを有する所定の長さで無反射の端面を備えた第３の導
波路を設け、第１の導波路と第３の導波路間の結合係数
は第２の導波路と第３の導波路間の結合係数にほぼ等し
い値とし、その結合係数の波長λ１における値をχλ０
、波長λ２　（λ２＞λ１）における値をχ□２とした
とき（Ｊχ□、・２ζ（２ｎ−１）　π。

Ｊｚ　１２　・ｆ　’　２　ｎ　π）　、または（Ｎ　
ｚ　λＩ　Ｈ１−＃２　ｎ　π。

Ｊχ□２・ｌζ（２ｎ＋１）　　π）となるように、結
合部の長さｌと正の整数ｎを定める。

本発明の光合分波器の光電力伝達係数は前記（１）式、
（２）式で表わされる従来の方向性結合器形光合分波器
の２倍となる。このため阻止域幅を増大し、通過域幅を
減少して、両者をほぼ等しい値にすることが可能となる
。

また第１の導波路と第２の導波路の間に第３の導波路を
設けるため、第１の導波路と第２の導波路の結合部の間
隔は、従来の方向性結合器形光合分波器の場合に比べて
約２倍となり、第３の導波路がない領域ではほとんど結
合を生じないので、展開部が不要となる。

このため直線部分のみで方向性結合器形光合分波器を構
成することが可能となる。さらに結合部から展開部への
連続的な移行が不要となるので、第３の導波路の長さで
結合長を精密に制御できる利点がある。

（実施例） 第１図は本発明の光合分波器の一実施例を説明する図で
あって、７は基板、８は第１の導波路、９は第２の導波
路、１０は第３の導波路、１１は結合部、１２−１は第
１の導波路８の入力端、１２−２は第１の導波路８の出
力端、１３−１は第２の導波路９の入力端、１３−２は
第２の導波路９の出力端、１４−１は第３の導波路１０
の入力端、１４−２は第３の導波路１０窃出力端である
。

この実施例においては基板７にシリコンウェハを用いた
。シリコンウェハ上に熱酸化法により４μｍ厚のＳｉ０
ｇ膜を形成し、この上に高周波スパッタ法を用いて７０
５９ガラス（商品名）膜を１１１ｍ形成し、ホトリソグ
ラフィー技術と反応性イオンエツチング技術を用いて、
ストライブ状に加工した後に、高周波スパッタ法により
Ｓｉｎ。

膜を約４μｍ形成して、導波路８，９．１０とした。

導波路８，９．１０の幅は１．５μｍ１深さは１μｍで
あり、導波路８．１０の間隙および導波路９、ＩＯの間
隙はともに０．７μｍである。導波路１０の長さは１３
３．７μｍである。導波路コアの７０５９膜の屈折率は
１．５３、導波路クラッドのＳｉＯ□膜の屈折率は１．
４６である。

第３の導波路ｌＯの入力端１４−１および出力端１４−
２は反射性イオンエツチング技術を用いて導波路８，９
．１０のストライプ状加工を施す時に基本の法線に対し
て約２５度傾斜した端面とし、第３の導波路１０内の導
波光に対して無反射、の端面とした。

第１図に示したように、導波路パラメータがほぼ等しい
３本の導波路が、長さｌの結合部１１を共有するとき、
第１の導波路８の入力端１２−１から出力端１２−２へ
の光電力伝達係数Ｔ１および第２の導波路９の出力端１
３−２べの光電力伝達係数Ｔ２は、次の（５）式、（６
）式で表わすことかできる。

Ｔ、　＝　−１０ｌｏｇ　ｒ　音（ｃｏｓ（Ｊｒ　ｚ　
・７り＋１）　”）　（５）Ｔｚ　＝　−１０ｌｏｇ　
（＋　（ｃｏｓ（Ｊ　Ｚ　・ｆ）−１）　”）　（６）
ここでχは第１の導波路８と第３の導波路１゜の間の結
合係数および第２の導波路９と第３の導波路１０の間の
結合係数である。

了ｚ−ｅｒｔ：肘６Ｔ・・１・″８化４（５）式・（６
）式から求めると、第４図に実線で示した特性となる。

第４図の実線から明らかなように、−ｚ　・ｌ　＝　ｎ
　πで（Ｔ、　＝Ｏ，Ｔ、　＝（Ｘ））とσ なり、□χ・ｌ＝　（ｎ＋４）πで（Ｔｔ＝ω。

σ Ｔ　ｚ　＝０　）となる。ここでｎは正の整数である。

丁２　　ｚ・ｊ！＋７）範囲をΔ２３、Ｔ　ｔ　、　Ｔ
　ｚ　＝　０がらＴ、、Ｔ、＝ωに変化する ７６．５／Δ。−■＝　０．３０４　　　　　　　　（
７）Δ２．／Δ。−■＝　０．３０４　　　　　　　　
　（８）第４図は直接、波長選択特性を示すものではな
いが、χ、が波長の増加に対して単調に増加することを
考慮すれば、ほぼ波長選択特性に対応する変化を示して
いることがわかる。すなわちΔ。、。

は通過域幅に対応するものであり、ｌ　ｉｓは阻止域幅
に対応するものである。そこで（３）式、（４）式と（
力式、（８）弐を比較すれば、本発明の光合分波器の阻
止域幅（ＴＩ　、Ｔｚ≧２５ｄＢ）は従来の光合分波器
の約４倍となることがわかる。また阻止域幅（Ｔｌ、Ｔ
２≧２５ｄＢ）が通過域幅（Ｔ１゜Ｔ２≦０．５ｄＢ）
とほぼ等しいことも本願発明の光合分波器の特徴である
。

第２図に第１図に示す実施例の波長選択特性を示す。縦
軸は光電力伝達係数Ｔ、、Ｔ、　、横軸は波長である。

導波路の励振モードはＴＥ、。であり、使用波長は１．
３μｍと１．５５μｍである。阻止域幅（ＴＩ、Ｔ２≧
２５ｄＢ）と通過域幅（Ｔ１゜Ｔ２≦０．５　ｄ　Ｂ　
）は、ともに７８ｎｍとなる。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明の光合分波器は、阻止域
幅を従来の方向性結合器形光合分波器に比べて約４倍に
広帯域化できる利点がある。また第１の導波路と第２の
導波路の間に第３の導波路を設けるため、第１の導波路
と第２の導波路の結合部の間隔は、従来の方向性結合器
形光合分波器の場合に比べて約２倍となり、第３の導波
路がない領域ではほとんど結合を生じないので、展開部
が不要となる。このため小形化できる利点および展開部
の曲り導波路で生じる損失を削減できる利点、直線導波
路のみで光合分波器が構成できるため導波路作製が容易
となる利点がある。結合部から展開部に連続的に移行す
るときに生じる結合部の長さの不明確となる欠点がなく
、第３の導波路の長さで結合部の良さを高精度に制御で
きることも本発明の利点である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の構成図、 第２図は第１図に示す実施例の光合分波２二の波長選択
特性図、 第３図は従来の方向性結合器形光合分波器の構成図、 第４図は従来および本発明の方向性結合器形光合分波器
の特性図である。 １−第１の導波路　　　２・−第２の導波路３−結合部
　　　　　　４・−展開部 ５−１−・−第１の導波路１の入力端 ５−２−・第１の導波路Ｉの出力端 ６−１−第２の導波路２の入力端 ６−２−第２の導波路２の出力端 ７−基板　　　　　　　８−第１の導波路９−第２の導
波路　　　１０−第３の導波路１１−結合部 １２−１　　第１の導波路８の入力端 １２−２−一第１の導波路８の出力端 １３−１　第２の導波路９の入力端 １３−２−第２の導波路９の出力端 １４−１−第３の導波路１０の入力端 １４−２−−第３の導波路１０の出力端第２図 は憂（メ傾） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ほぼ等しい導波路パラメータを有する第１の導波路
   と第２導波路の少なくとも一区間を接近して平行に配置
   し、前記の区間の第１の導波路と第２の導波路の間に第
   １、第２の導波路にほぼ等しい導波路パラメータを有し
   、かつ無反射端面を備えた所定の長さの第３の導波路を
   設け、第１の導波路と第３の導波路間の結合係数は第２
   の導波路と第３の導波路間の結合係数にほぼ等しい値と
   し、その結合係数の波長λ＿１における値をχ＿λ＿１
   波長λ＿２（λ＿２＞λ＿１）における値をχ＿λ＿２
   とし、√２χ＿λ＿１・ｌ≒（２ｎ−１）π，√２χ＿
   λ＿２・ｌ≒２ｎπ、または√２χ＿λ＿１・ｌ≒２ｎ
   π，√２χ＿λ＿２・≒（２ｎ＋１）πとなるように、
   結合部の長さｌおよび正の整数ｎを定めたことを特徴と
   する光合分波器。