JPS6360407A - Ｙ分岐導波路 - 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】 〔概　　　要〕 本発明は、Ｙ分岐導波路において、その分岐部の所定位
置に、直線導波路よりも幅が狭くかつ導波路と基板の中
間の屈折率を持つ切り込み領域を設けることにより、分
岐部で導波モードを連続的に徐々に変化させるようにし
、よって分岐損失の低減化を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、７字形の導波路を持つＹ分岐導波路に関する
。

Ｙ分岐導波路は、ＬＡＮ　（ロー力ルエリアネントワー
ク）やマツハツェング型変調器における分岐、合波回路
等として使用されており、その低損失化が望まれている
。

〔従　来　技　術〕

従来のＹ分岐導波路の理想的な形状を第４図（ａｌに示
す。これは、互いに７字形状をなす３本の直線導波路１
，２．３から構成され、これらが互いに交わる部分を分
岐部４とする。上記構成において、直線導波路１を伝播
されてきたシングルモード光は、分岐部４を介して２本
の直線導波路２３に対称に分岐される。この種のＹ分岐
導波路の作成は、例えば電気光学材料であるＬｉＮｂ０
３等の基板５に対して、上記直線導波路１．２．３及び
分岐部４となるべき７字形の領域に、Ｔｉ等の不純物を
拡散させるか或いはイオン交換を行って、その領域の屈
折率（ｎ２）を基板５の屈折率（ｎｌ）よりも大きくし
て導波路を形成することにより行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のＹ分岐導波路では、分岐部４での損失を小さ
くするために、その分岐角θを非常に小さく　（例えば
０．４°）する必要がある。ところが、このように分岐
角θを小さくしようとすると、分岐点４ａの近傍におけ
る直線導波路２，３の互いの間隔が非常に狭く微細な形
状となる。そのため、実際にこれを作製した場合、露光
や拡散もしくはイオン交換等のプロセスにおいて、上記
分岐点４ａの近傍が第４図（ｂ）に示すようになまって
しまい、この部分で大きな損失が生ずることになった。

その損失を明らかにするため、導波路をＴｉ：ＬｉＮｂ
Ｏ２とした場合の分岐損失を計算した結果を第５図に示
す。なおここでは、基板５の屈折率ｎ１を２．１４、直
線導波路１，２．３の幅を７μｍ、光波長を１．３μｍ
、分岐角θを０．４　°とした。同図より、分岐損失は
分岐部４のなまりの幅りとともに単調に増加する。また
、直線導波路１，２゜３の屈折率ｎ２から基板５の屈折
率ｎ　Ｉ（＝２．１４）を引いた差をΔｎとすると、Δ
ｎ　＝０．００４ではＤ＝１μｍで０．２　ｄｌｌ、　
２　μｍで０．５　ｄＢの損失となる。

このように大きな損失を生ずる原因は、分岐開始部で中
央にパワーが集中しているのに対し、分岐後のモード形
状は急激に中央が凹んだ形状となるためで、これら両者
の差異が大きいほど損失となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、低ｔｉ失で作製容易なＹ
分岐導波路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＹ分岐導波路は、分岐された２本の直線導波路
のそれぞれ内側の壁面が接する部分から、分岐前の１本
の直線導波路が分岐を開始する位置まで、この直線導波
路よりも狭い幅であって、かつ′ｆｉ線導線路波路板と
の中間の屈折率を持つ切り込み領域を設けたものである
。

〔作　　　用〕

分岐部に上述したような切り込み領域を設ければ、そこ
を伝播する光の導波モードは、分岐開始とともに、連続
的に徐々に変化していくようになり、パワー分布も徐々
に中央が凹んだ形状となっていく。このことにより、周
囲への光散乱が非常に小さくなり、従って分岐時の損失
は太き（低減される。しかも上記構成であると、分岐Ｉ
１１の２つの直線導波路の間隔を非常に狭い微に■な形
状にする必要がないので、露光や拡散もしくはイオン交
換等によって導波路を作製する際の形状のなまりが問題
となることはない。

〔実　　施　　例〕 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す構成図である
。同図において、７字形に構成されたシングルモードの
直線導波路１，２．３および分岐部４を基板５に形成し
た点は第４図に示した従来のＹ分岐導波路と同様である
が、本実施例の特徴は、分岐部４に光の進行方向（矢印
Ａ方向）に関して対称に広がる楔状の切り込み領域６を
設けたことにある。

上記切り込み領域６は、直線導波路１．２．３よりも狭
い幅であって、かつ直線導波路１，２゜３の屈折率ｎ２
と基板５の屈折率ｎ１との中間の屈折率ｎ３　（ｎ＋＜
ｎ３＜ｎ２）を有している。

更に、この切り込み領域６は、分岐側の直線導波路２．
３のそれぞれ内側の壁面２ａ、３ａが接する部分（即ち
、理想上の分岐点４ａ付近）から、分岐部４の中央を直
線導波路１に向って延び、その先端部６ａは、この先端
部６ａから直線導波路１が分岐を開始する位置Ｂまでの
距離Ｌ　＝　Ｏとすることによりこの分岐開始位置にあ
る。すると分岐部４に存在する導波路４ｂ、４ｃは、分
岐開始位ｚｎから光の進行方向に沿ってテーパを成すよ
うになる。そして導波モードの変化は分岐開始位置から
始まるので、切り込み領域６の先端部６ａが分岐開始位
置（Ｌ＝Ｏ）から始まれば導波モードを分岐部４で連続
的に変化させることができる。

上記構成において、直線導波路１内を進行してきたシン
グルモード光が２本の直線導波路２．３内に分岐される
ときのパワー分布の変化を：、Ｌ−〇の場合につき第１
図（ａ）の３つの位置（分岐前の位ｉａ、分岐開始直後
の位置ｂ、分岐完了前の位置ｃ　）と対応させて同図（
′ｂ）に示す。すると、中央に集中していたパワー分布
（ａ）が、分岐開始直後に中央に小さな凹みが生じ（ｂ
）、更に分岐が進むと上記中央の凹みは更に大きく変化
する（Ｃ）。

このことから、分岐部４ａを伝播する光の導波モードは
、分岐開始とともに連続的に徐々に変化Ｌ７ていくこと
がわかる。従って、周囲への光散乱が非常に小さくなり
、分岐時の損失は大きく低減される。

なお、切り込み領域６を楔状（Ｆ＜Ｇ）とする代りに矩
形状（Ｆ＝（：、）としてもよく、このようにした場合
であっても導波路４ｂ、４ｃをテーパ状にでき、上記と
同様に低損失化が可能になる。

次に、切り込み領域６を矩形状（Ｆ＝Ｇ）とした場合に
おいて、その屈折率ｎ：ｌおよび幅Ｆ　Ｃ＝Ｇ）の具体
的な設定手順について説明する。なおここでは、Ｔ　ｉ
：　ＬｉＮｂ０　：ｌ導波路を想定し、導波路幅を７μ
ｍ、その屈折率ｎ２を２．１４４　、基板屈折率ｎｌを
２．１４０　、分岐角θを０．４　°とした場合につい
て、数値計算による理論検討を行ったものである。

まず、切り込み領域６の屈折率ｎ３の設定手順について
述べる。そのために、幅Ｆ＝Ｇ＝２μｍとし、切り込み
領域６の屈折率差Δｎ′　（屈折率ｎ３から基板５の屈
折率ｎ＋　　（＝２．１４）を引いた値）を変化させて
、分岐損失を調べてみる。その結果を第２図に示す。同
図により、上記屈折率差Δｎ′が０．００２　　（１！
１１ちｎ　］　＝　２．１４２　）の時に分岐ｔｆｆｉ
失が極小値をとることがわかる。この値は、導波路の屈
折率差Δｎ　（＝０．００４　）の半分の値である。こ
のことから、屈折率ｎ３は、ｎｌとｎ２の丁度中間の値
に設定することが望ましいと言える。

このような値を持つ屈折率ｎ３はバクーン形状がなまる
導波路作製法（例えば拡散、イオン交換等）で導波路を
作製すれば、切り込み領域６に両側からＴ１等がしみ出
すことにより容易に得られる。

続いて、切り込み領＠６の幅Ｆ　（＝Ｇ）の設定手順に
ついて述べる。この場合は、」二記で得られた結果に基
づきΔｎ　’　＝　０．００２とし、幅Ｆ　（＝Ｇ）を
変化させて分岐損失を調べてみる。その結果を第３図に
示す。同図より、Ｆ　（＝Ｇ）＝２μｍまでは分岐損失
に変化が見らず、それ以上で増加している。このことか
ら２幅Ｆ　（＝Ｇ）を２μｍに設定することが望ましい
と言える。このように２μｍという幅は、第４図に示し
た分岐点４ａの近傍における微小な導波路間隔と比べて
太き（、形状のなまりは問題とならない。

このようにして切り込み領域６の屈折率ｎ３および＠Ｆ
　Ｃ＝Ｇ）を設定することにより、従来のＹ分岐導波路
よりも著しく低損失なＹ分岐導波路が実現できる。

なお、ここでは切り込み領域６が矩形状の場合について
検討を行ったが、第１図（ａｌに示したような楔状（Ｆ
　＜　Ｇ）とすることにより、更に低損失化が可能とな
る。

また第１図（ａ）において、切り込み領域６と分岐側の
直線導波路２．３の内側の壁面２ａ、３ａとをなめらか
に接続するようにしてもよい。即ち、切り込み領域６の
幅と上記壁面２ａ、２ａの互いの間隔とが、光の進行方
向に対して連続的に接合されるとともに、この接合によ
って形成される壁面曲線の一次の微分係数が連続的とな
るようにしてもよい、このようにすれば、更に効率良く
光を分岐することができる。

〔発明の効果〕

本発明のＹ分岐導波路によれば、導波モードが連続的に
徐々に変化してい（ために、著しい低損失化が可能にな
り、しかも従来のＹ分岐導波路のような微細形状を含ま
ないために、露光や拡散もしくはイオン交換等のプロセ
スによる形状のなまりが問題にならず、よって作製が非
常に容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す構成図、第１図
（ｂ）は同実施例における光パワー分布の変化を示す図
、 第２図は同実施例における切り込み領域の屈折率差Δｎ
′と分岐損失との関係の一例を示す図、第３図は同実施
例における切り込み領域の幅Ｆ（−Ｇ）と分岐損失との
関係の一例を示す図、第４図（ａｌ、　（ｂ）はそれぞ
れ、従来のＹ分岐導波路の理想形状と実際形状を示す構
成図、 第５図は上記従来のＹ分岐導波路における分岐部のなま
りの幅りと分岐損失との関係の一例を示す図である。 １．２．３・・・直線導波路、 ４・・・分岐部、 ６・・・切り込み領域、 ６ａ・・・先端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シングルモードの直線導波路（１、２、３）を基板
   （５）内にＹ字形に構成してなるＹ分岐導波路において
   、 前記直線導波路よりも狭い幅であって、かつ前記直線導
   波路の屈折率と前記基板の屈折率との中間の屈折率を持
   つ切り込み領域（６）を、前記直線導波路のうち分岐さ
   れた２本の直線導波路（２、３）のそれぞれ内側の壁面
   が接する部分から、分岐前の１本の直線導波路（１）が
   分岐を開始する位置まで設けたことを特徴とするＹ分岐
   導波路。 ２）前記切り込み領域は矩形状であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のＹ分岐導波路。 ３）前記切り込み領域は光の進行方向に対して対称に広
   がる楔状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のＹ分岐導波路。 ４）前記切り込み領域の幅と前記分岐された２本の直線
   導波路の内側の互いの壁面間隔とが前記光の進行方向に
   対して連続的に接合されるとともに、該接合によって形
   成される曲線の一次の微分係数が連続的であることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載のＹ分岐導波路。 ５）前記切り込み領域の先端部の幅は０．５〜２μｍで
   あることをを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
   項のいずれか１つに記載のＹ分岐導波路。 ６）前記切り込み領域の屈折率は、前記直線導波路の屈
   折率と前記基板の屈折率との丁度中間の値であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
   １つに記載のＹ分岐導波路。