WO2005026796A1 - 波長合分波器 - Google Patents

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WO2005026796A1
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multilayer film
wavelength
dielectric multilayer
demultiplexer
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PCT/JP2004/013228
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Masahiro Yanagisawa
Taisuke Oguchi
Yasuyuki Inoue
Yoshinori Hibino
Yasuhiro Hida
Motohaya Ishi
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Nippon Telegraph And Telephone Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength multiplexer / demultiplexer used for optical communication and the like, and more particularly to an optical wavelength multiplexer / demultiplexer capable of separating wavelength bands having narrow wavelength intervals from each other with a simple configuration.
  • an optical wavelength multiplexing method for transmitting light of a plurality of wavelengths through one transmission line.
  • the wavelength division multiplexing method there are various types of multiplexer / demultiplexers that perform the function of multiplexing / demultiplexing multiplexed light, and a low-cost component configuration is required for the subscriber (access) multiplexer / demultiplexer. .
  • FIG. 14 is a diagram showing a conventional multiplexing / demultiplexing device 500.
  • a conventional wavelength multiplexer / demultiplexer 500 is a low-cost multiplexer / demultiplexer, which multiplexes / demultiplexes two wavelengths of 1. and 1.55 / zm (for example, see Patent Document 1) ).
  • the "wavelength multiplexer / demultiplexer" used for optical communication is an element that combines or separates signals with different wavelengths.
  • the conventional wavelength multiplexer / demultiplexer 500 includes a single mode optical waveguide 2, 3, 2 ', a groove 4 provided at a position where the optical waveguides 2 and 3 intersect, a dielectric multilayer film 5, The dielectric multilayer film 5 is inserted into the groove 4 and has a reflection area in the 1.55 m band and a transmission area in the 1.31 / zm band.
  • the dielectric multilayer film 5 is set so that it is perpendicular to the bisector of the intersection angle formed by the optical waveguides 2 and 3, and its reflection surface is located at the intersection of the optical waveguides 2 and 3. Been!
  • the optical waveguides 2 and 3 and the dielectric multilayer film 5 provide a geometric reflection structure, and the optical waveguide 2 'is disposed on the transmitted light of the dielectric multilayer film 5 with respect to the force. I do.
  • the 1.55 m light is converted into the dielectric multilayer film 5.
  • the 1.31 m light transmits through the dielectric multilayer film 5 and is output to the optical waveguide 2 ′.
  • the optical waveguide 3 to which the 1.55 ⁇ m light reflected by the dielectric multilayer film 5 is a single-mode optical waveguide, it is necessary to reduce the coupling loss to a low level. This is an important issue.
  • the setting position of the dielectric multilayer film 5, the intersection angle between the optical waveguides 2 and 3, the marker position for high-precision groove processing, etc. are optimized, and a multiplexer / demultiplexer with the required loss is realized. (For example, see Patent Document 1).
  • the optical waveguide 2 ' is Y-branched, and a transmitting / receiving module in which a laser diode or a photodiode is mounted on each of the branched optical waveguides is shown. Te ru.
  • the Y-branch optical waveguide, the laser diode, and the photodiode are omitted.
  • the variety of services in the access system has been progressing, and the wavelength interval to be demultiplexed tends to be narrow.
  • the 1480-1580 nm band used as a downlink signal is divided into two, a 1480-15OO nm band and a 1550-1560 nm band.
  • a method of allocating the latter to another service in the future such as video distribution has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the duplexer for separating the 1480-1500nm band and the 1550-1560nm band has the ability to separate the two wavelengths of 1500nm and 1550nm, which are closest to each other. is necessary.
  • FIG. 15 is a diagram showing characteristics of the wavelength multiplexer / demultiplexer 500 in the above conventional example.
  • the inventors of the present invention set the optical waveguide relative refractive index difference to a practical lower limit of about 0.3% and proceeded with the study of trial manufacture. As a result, the inventors determined that the reflection path from the optical waveguide 2 to the optical waveguide 3 was low. Therefore, the spectrum was degraded as shown in Fig. 15, which hindered the realization of a wavelength multiplexer / demultiplexer.
  • This spectrum degradation has a peak P at which the loss is minimized near the cutoff wavelength, and the loss increases on the long wave side, and the characteristic power of the dielectric multilayer film 5 cannot be predicted. is there.
  • An object of the present invention is to provide an optical waveguide cross-type wavelength multiplexer / demultiplexer that has good mitigation power for spectrum degradation and good cut-off characteristics even for two wavelengths with a narrow wavelength interval. It is.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-190026
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-368695
  • Non-Patent Document 1 NTT Technical Journal, January 2003, Vol. 15, Nol, p.
  • the present invention is a wavelength multiplexing / demultiplexing device for separating two wavelength bands in which an end of one wavelength band and an end of another wavelength band are arranged at an interval of a predetermined length or less.
  • a dielectric multilayer film is provided at the intersection of two optical waveguides that intersect each other, and light incident on the dielectric multilayer film is separated into transmitted light and reflected light.
  • the distance X from the surface of the multilayer film on the light incident side of the dielectric multilayer film to the intersection of the centers of the two intersecting optical waveguides is 0 ⁇ X ⁇ dZ2 (d is the dielectric multilayer film Thickness).
  • the statistic in the reflection path is substantially rectangular, so that the reflection loss is longer on the longer wavelength side than the cutoff wavelength. Losses do not increase significantly. In other words, the remarkable loss maximum in the conventional example shown in FIG. There is no small peak P.
  • the spectral characteristics in the reflection path become closer to a rectangle, so that the degree of separation for wavelengths arranged at narrow intervals is improved. I do. Further, there is no increase in reflection loss on the longer wavelength side than the cutoff wavelength.
  • FIG. 1A is a plan view showing a wavelength multiplexer / demultiplexer 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a front view showing a wavelength multiplexer / demultiplexer 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1C is a right side view showing a wavelength multiplexer / demultiplexer 100 which is Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing a positional relationship in a wavelength multiplexer / demultiplexer 100 in which a distance X from a multilayer surface 5s of a dielectric multilayer film 5 to an intersection C1 between the optical waveguides 2 and 3 is 0. is there.
  • FIG. 2B shows a positional relationship in the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 where the distance X from the multilayer surface 5s of the dielectric multilayer film 5 to the intersection C1 between the optical waveguides 2 and 3 is 0-d.
  • FIG. 2C is a diagram showing a positional relationship in the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 where a distance X from the multilayer surface 5s of the dielectric multilayer film 5 to an intersection C1 between the optical waveguides 2 and 3 is d. is there.
  • FIG. 3 is a view showing the vicinity of the dielectric multilayer film 5 (the vicinity of the optical waveguide intersection C1) in the wavelength multiplexer / demultiplexer 100.
  • FIG. 4 is a diagram showing the demultiplexing characteristics obtained by Example 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance X from the multilayer surface 5s of the dielectric multilayer 5 to the intersection C1 and the reflection spectrum from the optical waveguide 2 to the optical waveguide 3 in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distance X and the wavelength where the reflection spectrum from the optical waveguide 2 to the optical waveguide 3 reaches a loss of 0.7 dB and 20 dB in Example 1 of the present invention. It is a figure which shows a relationship.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the reflection loss and the distance X on the longer wavelength side than the cutoff wavelength in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 8 shows an optical waveguide width W at an intersection in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 shows that, in Example 1 of the present invention, the relative refractive index difference of the optical waveguide was set to 0.45%, and the dielectric multilayer film 5 was set near the cutoff wavelength of 1620 nm.
  • FIG. 10 shows the relationship between the reflection loss and the distance X on the longer wavelength side than the cutoff wavelength when the thickness of the dielectric multilayer film 5 was reduced to 25 m in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing the return loss with respect to an optical waveguide crossing angle of 2 ° in Embodiment 1 of the present invention, using the widened optical waveguide width W as a parameter.
  • FIG. 12 is a graph showing the reflection spectrums in the first embodiment of the present invention in the case where the optical waveguide widening structure is present (solid line) and when there is no optical waveguide widening structure (dotted line) in the cutoff region. It is the figure which compared.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a wavelength multiplexer / demultiplexer 200 according to a second embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating the vicinity of the dielectric multilayer film 5 (the vicinity of the optical waveguide intersection C1).
  • FIG. 14 is a diagram showing a conventional wavelength multiplexer / demultiplexer 500.
  • FIG. 15 is a diagram showing characteristics of a conventional multiplexer / demultiplexer 500.
  • FIG. 1A is a plan view showing a wavelength multiplexer / demultiplexer 100 according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a front view thereof
  • FIG. 1C is a right side view thereof.
  • FIG. 2A shows a positional relationship in the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 where the distance X from the multilayer surface 5s of the dielectric multilayer film 5 to the intersection C1 between the optical waveguides 2 and 3 is 0.
  • FIG. 2B is a diagram showing a positional relationship where the distance X is 0-d
  • FIG. 2C is a diagram showing a positional relationship where the distance X is d. It is a figure showing a relation.
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 has a silicon substrate 1, single mode optical waveguides 2, 3, and 2 ′, a groove 4, and a dielectric multilayer film 5.
  • the single-mode optical waveguides 2, 3, and 2 each include a core and a clad formed of quartz glass.
  • the dielectric multilayer film 5 is provided in the groove 4.
  • the optical waveguides 2 and 3 form an intersection optical waveguide having an intersection C 1 at the center of the substrate 1, and guide the light reflected by the dielectric multilayer film 5 to the optical waveguide 3. Further, the optical axis of the optical waveguide 2 ′ is made to coincide with the optical axis of the optical waveguide 2, and the transmitted light transmitted through the dielectric multilayer film 5 is guided to the optical waveguide 2 ′. At a position where the optical waveguides 2 and 3 intersect, a groove 4 is provided, into which a dielectric multilayer film 5 is inserted and fixed with an adhesive (not shown).
  • the dielectric multilayer film 5 is a short wavelength band-pass type having a transmission band at a wavelength of 1260 to 1500 nm and a reflection band at a wavelength of 1550 to 1600 ⁇ m, and a polyimide thin film substrate (substrate portion 51 ) On which an alternating multilayer film of SiO and TaO is formed with a thickness of about 30 m.
  • the light in the wavelength range of 1260 to 1500 nm and the light in the wavelength range of 1550 to 1600 nm input to the optical waveguide 2 the light in the wavelength range of 1260 to 1500 nm is transmitted and the optical waveguide is transmitted.
  • the light can be coupled to the optical waveguide 3 by reflecting light in the wavelength range of 1550 to 1600 nm.
  • the dielectric multilayer film 5 is set so that the multilayer film surface 5s side faces the light incident side, and the distance X from the multilayer film surface 5s to the optical waveguide intersection C1 is set to 6 m. It has been.
  • the thickness of the dielectric multilayer film 5 is 30 m
  • the thickness of the substrate portion 51 is 5 m
  • the distance X from the multilayer film surface 5s to the optical waveguide intersection C1 6 m
  • the center of the groove 4 is located at a distance of 11.5 m away from the optical waveguide intersection C1.
  • the groove 4 is set so as to be positioned and perpendicular to the perpendicular bisector of the optical waveguide 2 and the optical waveguide 3, with a force that is 2-3 m wider than the entire thickness of the dielectric multilayer film 5. ing.
  • the groove 4 is a groove formed by a dicing saw, and a metal marker serving as a position reference when forming the groove 4 is provided on the optical waveguide chip (silicon substrate 1). Since it is provided, the distance X from the multilayer film surface 5s to the optical waveguide intersection C1 can be set to 6 / ⁇ ⁇ 3 / ⁇ .
  • Fig. 2 ⁇ shows a positional relationship where the distance X from the multilayer film surface 5s to the optical waveguide intersection C1 is 0, and Fig. 2B shows a positional relationship where the distance X is 0 ⁇ X ⁇ d. (d is the thickness of the dielectric multilayer film 5), and FIG. 2C shows a positional relationship where the distance X is the same as the thickness d of the dielectric multilayer film 5.
  • FIG. 3 is a diagram showing the vicinity of the dielectric multilayer film 5 (the vicinity of the optical waveguide intersection C 1) in the wavelength multiplexer / demultiplexer 100.
  • a dielectric multilayer film 5 is provided at the optical waveguide intersection C1 where the single mode optical waveguides 2, 3, and 2 'intersect.
  • the single-mode optical waveguide 2 is represented as an input optical waveguide 2
  • the single-mode optical waveguide 3 is represented as an output optical waveguide 3
  • the single-mode optical waveguide 2 ′ is represented.
  • the input optical waveguide 2 is an optical waveguide for guiding input light
  • the output optical waveguide 3 is an optical waveguide for guiding reflected light in the dielectric multilayer film 5
  • the output optical waveguide 2 ' is a dielectric multilayer film.
  • 5 is an optical waveguide for guiding the transmitted light.
  • the input optical waveguide 2 for guiding the input light is composed of the input optical waveguide 2a, the tapered optical waveguide 2b, and the widened optical waveguide 2c. That is, the width of the input optical waveguide 2a is increased through the tapered optical waveguide 2b, and the input optical waveguide 2a is connected to the widened optical waveguide 2c.
  • the output optical waveguide 2 ' includes an output optical waveguide 2'a, a tapered optical waveguide 2'b, and a widened optical waveguide. 2'c. That is, the width of the output optical waveguide 2'a is increased through the tapered optical waveguide 2'b, and the output optical waveguide 2'a is connected to the widened optical waveguide 2'c.
  • the output optical waveguide 2 ′ a is located at a position that is point-symmetric with respect to the input optical waveguide 2 a, the tapered optical waveguide 2 b, and the widened optical waveguide 2 c. , A taper optical waveguide 2'b and a widened optical waveguide 2'c.
  • the output optical waveguide 3 includes an output optical waveguide 3a, a tapered optical waveguide 3b, and a widened optical waveguide 3c. That is, the width of the output optical waveguide 3a is expanded through the tapered optical waveguide 3b, and the output optical waveguide 3a is connected to the widened optical waveguide 3c.
  • the output optical waveguide 3a, the tapered optical waveguide 2b, the tapered optical waveguide 2b, and the widened optical waveguide 2c are positioned at mirror-symmetrical positions.
  • a single optical waveguide 3b and a widened optical waveguide 3c are arranged.
  • the optical waveguide has a relative refractive index difference of 0.3%
  • the optical waveguide widths 2a, 3a, and 2 ′ a at the input and output ends of light are represented by the following, and the tapered optical waveguide 2b, By 3b, 2'b
  • the optical waveguide width has been increased to 25 m.
  • the optical waveguides 2 and 3 have an intersection angle of 1
  • the width of the optical waveguide in the region where the width of the optical waveguide is increased at the intersection C1, the width of the optical waveguide is constant so that the mode of the light expanded by the taper optical waveguide is stable. It is preferable that the width is maintained at a constant width. That is, in the region where the width of the optical waveguide at the intersection C1 is increased, it is preferable that the width of the optical waveguide is equal to a position where the optical waveguide is in contact with the other optical waveguide that intersects or the outside thereof.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the demultiplexing characteristics obtained according to the first embodiment.
  • the characteristics in the wavelength region longer than 1550 m are flat and low loss characteristics as shown in FIG.
  • a problem in the conventional example that is, an increase in loss in a long wavelength band is solved.
  • the wavelength range from 1250 nm to 1500 nm and the wavelength range from 1550 nm to 1600 nm Consider the case of splitting.
  • the loss has good characteristics of 1.5 dB or less.
  • the amount of rejection for preventing the crosstalk of the partner wavelength is sufficient at 50 dB or more for the optical waveguide 2 ⁇ 2 ′, but is sufficient for the optical waveguide 2 ⁇ 3 due to the transmission band ripple of the dielectric multilayer film 5. However, it is limited to about 20 dB. This is not caused by the configuration of the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 of the first embodiment, but is also found in the general configuration of other beam-type wavelength multiplexers / demultiplexers that extracts reflected light from the dielectric multilayer film 5. Things.
  • the wavelength intervals to be demultiplexed are close to each other, and even when the wavelength intervals are 25nm, they are at a sufficiently practical level. For example, when splitting the wavelength bands of 1250nm to 1515nm and 1540nm to 1600 ⁇ m, a loss of 2dB or less and a rejection of 30dB (optical waveguide 2 ⁇ 2 ') are secured.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance X from the multilayer film surface 5s of the dielectric multilayer film 5 to the intersection C1 and the reflection spectrum from the optical waveguide 2 to the optical waveguide 3 in the above embodiment.
  • the “distance X” is, as shown in FIGS. 2A to 2C, a distance from the multilayer film surface 5s on the light incident side to a point where the center of the optical waveguide intersects (intersection C1). , And set distance X.
  • the dielectric multilayer film 5 is a short-wavelength multilayer structure in which a 30-111-thick alternating multilayer film of SiO and TaO is laminated on a 5 m-thick polyimide film substrate (substrate part 51).
  • the relative refractive index difference is 0.3%
  • the standard width W 8 / ⁇
  • the widened width W 20 m
  • the intersection angle 20 12 degrees.
  • the distance X increases, and at the same time, the slope characteristic of the cut-off region is improved and the shape becomes closer to a steeper rectangle. Has become.
  • the cutoff wave A peak with a minimum loss appears near the length.
  • the loss tends to increase on the long wavelength side, and this tendency becomes remarkable as the set distance X increases.
  • the loss increase on the long wavelength side is relatively sharp, and in this range, it is considered that the coupling of the beam reflected by the dielectric multilayer film 5 to the optical waveguide 3 is rapidly reduced. .
  • the characteristic (peak P) shown in Fig. 15 that was confirmed in the preliminary study can be assumed to be in this region. The reason for exhibiting such characteristics is not clear, but one is that most of the reflection from the dielectric multilayer film 5 is determined by the reflected wave of the force near the multilayer film surface 5s. On the other hand, it seems that the slope characteristics of the cut-off area are determined by the reflected waves from the overall force of the multilayer.
  • FIG. 6 is a diagram showing the interval between the wavelength at which the loss is 0.7 dB and the wavelength at which the loss is 20 dB in the reflection spectrum shown in FIG. 5. The smaller the wavelength interval, the better the sharpness of the spectrum. It is shown that.
  • the set distance X is 3 ⁇ m or more.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the reflection loss and the distance X on the longer wavelength side than the cutoff wavelength.
  • the horizontal axis shows the distance X to the dielectric multilayer surface force waveguide intersection
  • the vertical axis shows the reflection loss at a wavelength of 1550 nm.
  • the reflection The return loss, at which loss does not increase excessively, is less than 1 dB. Further, when the distance X is in a range of 3 m to 12 m, the return loss has a minimum value.
  • the set distance X when the set distance X is in the range from 0 to 15 m corresponding to 1Z2 of the thickness of the dielectric multilayer film, the return loss on the long wavelength side does not significantly increase.
  • the reflection loss at the longer wavelength side is within ldB.
  • the set distance X when the set distance X is in a range from 3 m corresponding to 1Z10 of the thickness of the dielectric multilayer film to 12 m corresponding to 2Z5, the cutoff characteristics are arranged at narrow intervals closer to a rectangle. For wavelengths, the degree of separation improves.
  • the set distance X of the dielectric multilayer film 5 with respect to the optical waveguide intersection C 1 is controlled to a predetermined range in order to suppress the degradation of the reflection spectrum, which is a problem in the conventional example. Is the biggest feature.
  • FIG. 8 shows that the optical waveguide width W at the intersection ⁇ is 8 m and 20 m, and the intersection angle 2 ⁇ is 8, 1
  • FIG. 8 is a diagram summarizing an appropriate range of a set distance X when 0 and 12 degrees are set.
  • the optical waveguide width of 20 m indicates a case where the standard optical waveguide width of 8 ⁇ m is widened to 20 ⁇ m at the intersection C1.
  • a mark " ⁇ " indicates that the inclination characteristic of the cut-off region and the return loss are both in the optimum range, and a mark “ ⁇ ” indicates that the return loss is within an acceptable range.
  • the X mark indicates that the set distance X is inappropriate. Regardless of the optical waveguide width and the crossing angle, the same result as that shown in FIG. 5 can be obtained.
  • FIG. 9 shows that the relative refractive index difference of the optical waveguide is set to 0.45%, and the dielectric multilayer film 5 is set to have a cutoff wavelength of about 1620 nm, and the SiO and TaO alternating multilayer film has a thickness of about 40 m.
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 9 is similar to the result shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the reflection loss and the distance X on the longer wavelength side than the cutoff wavelength when the thickness of the dielectric multilayer film 5 is reduced to 25 m.
  • the horizontal axis represents the distance X to the dielectric multilayer surface force waveguide intersection, and the vertical axis represents the reflection loss at a wavelength of 1550 nm.
  • the cut-off wavelength of the dielectric multilayer film used was 153 Onm, the crossing angle 2 ° of the waveguide was 12 degrees, the relative refractive index difference was 0.3%, the standard width of the waveguide, The widened widths are 8 ⁇ m and 25 ⁇ m, respectively.
  • the reflection loss shows excellent characteristics of less than IdB. Further, in the range of 2.5 111 corresponding to 1Z10 of the multilayer film thickness to 10 m corresponding to 275 of the multilayer film thickness, lower loss characteristics can be obtained.
  • the set distance X in an area limited to about 10% of the multilayer film thickness in the above area.
  • dZlO ⁇ X ⁇ 2dZ5 is preferable in order to improve both the loss and the cutoff characteristics.
  • the distance X force 0 ⁇ X ⁇ dZ2 (d is the distance from the surface of the multilayer film on the light incident side of the dielectric multilayer film to the intersection of the centers of the two optical waveguides intersecting each other. (Thickness of the dielectric multilayer film).
  • the dielectric multilayer film 5 In the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 in which the dielectric multilayer film 5 is provided between the optical waveguides, light emitted from the optical waveguide to the region of the groove 4 and incident on the dielectric multilayer film 5 becomes divergent light. This degrades the characteristics of the dielectric multilayer film 5 on the assumption that parallel light is incident.
  • the angle of incidence on the dielectric multilayer film 5 spreads by the divergence angle around the angle determined by the optical waveguide crossing angle, and enters the dielectric multilayer film 5 at different angles from each other. I do. Since the light enters the dielectric multilayer film 5 at different angles as described above, the above-described characteristics are deteriorated. This is because the cutoff wavelength shifts little by little at different angles of incidence, This is because the gradient force of the cut-off region in the response of the dielectric multilayer film 5 that appears as the superposition is dull compared to the parallel light incidence.
  • an optical waveguide having a low relative refractive index difference it is effective to use an optical waveguide having a low relative refractive index difference and to increase the width of the optical waveguide in contact with the groove 4.
  • the mode field diameter of the optical waveguide in contact with the groove 4 locally increases, and the dielectric multilayer film 5 The divergence angle of the emitted light beam becomes smaller.
  • the relative refractive index difference When the relative refractive index difference is less than 0.3%, the relative refractive index difference does not match with the standard connecting fiber, the allowable bending radius of the optical waveguide increases, and the optical waveguide dimension increases. Therefore, it is not practical to make the relative refractive index difference less than 0.3%. On the other hand, if the relative refractive index difference is 0.45% or more, the inclination characteristic of the cut-off region of the dielectric multilayer film 5 deteriorates, so that a desired degree of wavelength separation cannot be obtained.
  • the relative refractive index difference is preferably about 0.3-0.45%.
  • a preferable dimension W of the widened optical waveguide is such that the relative refractive index difference is 0.3-0.45%.
  • the thickness of the core constituting the optical waveguide is set to 7 ⁇ 10 / zm, and the cross section of the input / output optical waveguide 2a is made to have a substantially rectangular core shape. Thereby, the bending loss of the optical waveguide can be suppressed. This is advantageous in reducing the curvature of the bent portion and reducing the size of the optical waveguide.
  • the length 1 of the tapered optical waveguide 2b is preferably such that the taper angle is 1 degree or less on one side, so that the taper becomes gentler and the mode field diameter gradually increases. The occurrence of excessive loss can be suppressed. It is possible to extend the widened optical waveguide 2c with a constant length of equal width. The length 1 of the widened optical waveguide 2c comes into contact with the other crossing waveguide.
  • the tilt characteristic of the cutoff region also depends on the optical waveguide crossing angle 2 ⁇ shown in FIG. This is because the cutoff wavelength of the dielectric multilayer film 5 is proportional to cos ⁇ , so that the degradation of the inclination characteristic of the cutoff region due to divergent light becomes more noticeable as the incident angle ⁇ to the dielectric multilayer film 5 increases. It is. Therefore, the inclination characteristics of the cutoff region depend on the optical waveguide cross angle 2 °.
  • FIG. 11 is a diagram showing the return loss with respect to the optical waveguide crossing angle of 2 ° in the above embodiment, using the widened optical waveguide width W as a parameter.
  • an optical waveguide having a relative refractive index difference of about 0.3% is used.
  • the reflection attenuation characteristic deteriorates when the optical waveguide crossing angle 2 ⁇ ⁇ ⁇ is set to a small value, but the return loss is large when the optical waveguide width W is large even with the same optical waveguide crossing angle 2 ⁇ .
  • the optical waveguide crossing angle is set to 8-12 degrees, and the optical waveguide width W is set to at least
  • the optical waveguide crossing angle is set in a range of 8 to 12 degrees.
  • FIG. 12 is a diagram in which the reflection spectrum is compared in the above embodiment with the cut-off region when the optical waveguide widening structure is used (solid line) and when there is no optical waveguide widening structure (dotted line) using the intersection angle as a parameter. It is.
  • FIG. 12 is a diagram showing the effect of the introduction of the widened optical waveguide and the setting of the intersection angle on the inclination characteristics of the cutoff region.
  • the slope of the cutoff is improved when the crossing angle is 12 degrees than when the crossing angle is 16 degrees, and when the crossing angle is fixed at 12 degrees or 16 degrees, the optical waveguide width is increased to 20 m. As a result, it can be seen that the cutoff slope becomes steeper.
  • the effect of improving the inclination characteristics of the cutoff region is as follows. , Are also obtained in the transmission characteristics.
  • the above embodiment is a wavelength multiplexer / demultiplexer for separating two wavelength bands in which the end of one wavelength band and the end of another wavelength band are arranged at a distance of about 50 nm or less.
  • a dielectric multilayer film is provided at the intersection of two optical waveguides that intersect each other, and light incident on the dielectric multilayer film is separated into transmitted light and reflected light.
  • the distance X from the surface of the multilayer film on the light incident side of the dielectric multilayer film to the intersection of the centers of the two intersecting optical waveguides is 0 ⁇ X ⁇ dZ2 (d is the dielectric multilayer film (Thickness).
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a wavelength multiplexer / demultiplexer 200 according to a second embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating the vicinity of the dielectric multilayer film 5 (the vicinity of the optical waveguide intersection C1).
  • the wavelength multiplexer / demultiplexer 200 is basically the same as the wavelength multiplexer / demultiplexer 100 except that the waveguide 3 ′ is provided at a point symmetric position with respect to the output waveguide 3. Only the wavelength multiplexer / demultiplexer 10
  • the output optical waveguide 3 ' includes an output optical waveguide 3'a, a tapered optical waveguide 3'b, and a widened optical waveguide 3'c. That is, the width of the output optical waveguide 3'a is increased through the tapered optical waveguide 3'b, and the output optical waveguide 3'a is connected to the widened optical waveguide 3'c.
  • the waveguide 3 ′ may be used as a monitor terminal or the like, or may be an open end without using the waveguide 3.

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Abstract

　１つの波長帯域の端と別の波長帯域の端とが所定長以下の間隔で配置されている２つの波長帯域を分離するための波長合分波器が開示されている。互いに交差する２本の光導波路の交差部に、誘電体多層膜を設け、上記誘電体多層膜への入射光を透過光と反射光とに分離する。ここで、上記誘電体多層膜の光入射側の多層膜表面から上記交差する２本の光導波路の中心の交点までの距離Ｘが、０≦Ｘ≦ｄ／２（ｄは、上記誘電体多層膜の厚さ）であるように、設定されている。このような構成により、波長間隔の狭い２波長に対しても、スペクトラム劣化がなく、カットオフ特性の良い波長合分波器を実現することができる。

Description

明 細 書
波長合分波器
技術分野
[0001] 本発明は、光通信等に使用される波長合分波器に関し、特に、狭い波長間隔の波 長帯同士を簡易な構成で分離することができる光波長合分波器に関するものである 背景技術
[0002] 大容量伝送や双方向同時伝送を可能とするために、複数の波長の光を 1つの伝送 路で伝送する光波長多重方式が用いられている。波長多重方式において、多重光 の合分波の機能を行う合分波器には各種あり、加入者系（アクセス系）の合分波器と しては、低価格な部品構成が必要である。
[0003] 図 14は、従来の合波長分波器 500を示す図である。
[0004] 従来の波長合分波器 500は、低価格な合分波器であり、 1. と 1. 55 /z mとの 2波長を合分波するものである (たとえば、特許文献 1参照)。なお、光通信に使用さ れる「波長合分波器」は、異なる波長の信号を一緒にしたり分離したりする素子である
[0005] 従来の波長合分波器 500は、シングルモード光導波路 2、 3、 2'と、光導波路 2と 3 とが交差する位置に設けられている溝 4と、誘電体多層膜 5とを有し、誘電体多層膜 5 は、溝 4内に挿入され、 1. 55 m帯に反射域を有し、 1. 31 /z m帯に透過域を有し ている。
[0006] 誘電体多層膜 5は、光導波路 2と 3とが成す交差角の 2等分線に垂直で、しかもそ の反射面が、光導波路 2と 3との交差点に位置するように設定されて!、る。
[0007] このように、光導波路 2、 3と誘電体多層膜 5とによって、幾何学的反射構造を持た せ、し力も、光導波路 2'を、誘電体多層膜 5の透過光上に配置する。これによつて、 光ファイバ（図示せず)を介して光導波路 2を伝播する 1. 31 111と1. 55 mの波長 多重光のうちで、 1. 55 m光を、誘電体多層膜 5で反射させ、光導波路 3に出力す る。また、 1. 31 m光は、誘電体多層膜 5を透過させ、光導波路 2'に出力する。 [0008] この構造では、誘電体多層膜 5で反射する 1. 55 μ m光が結合する光導波路 3が、 単一モード光導波路であるので、その結合損失を如何に低損失に抑えるかが重要な 課題である。これを実現する誘電体多層膜 5の設定位置、光導波路 2と 3との交差角 、高精度溝加工のためのマーカ位置等が、最適化され、所要の損失の合分波器が 実現されている (たとえば、特許文献 1参照)。
[0009] なお、従来の合波長分波器 500では、光導波路 2'が Y分岐し、分岐された光導波 路のそれぞれに、レーザダイオードまたはフォトダイオードが搭載されて ヽる送受信 モジュールが示されて 、る。
[0010] なお、上記 Y分岐光導波路、レーザダイオード、フォトダイオードを、図 14では、省 略している。
[0011] 最近、アクセス系においてサービスの多様ィ匕が進み、分波すべき波長間隔も狭くな る傾向にある。たとえば、 1芯双方向通信を行う PON (Passive Optical Network )システムにおいては、下り信号として用いられる 1480— 1580nm帯を、 1480— 15 OOnm帯と 1550— 1560nm帯との 2つに分割する。そして、後者を、映像配信等、 将来的な別サービスに割り当てる方式が提案されている（たとえば、非特許文献 1参 照)。
[0012] この従来例によれば、 1480— 1500nm帯と 1550— 1560nm帯とを分離するため の分波器には、波長間隔力 Sもっとも近接する 1500nmと 1550nmとの 2波長を分離 する性能が必要である。
[0013] また、他の従来例として、通信波長とは別の波長を試験光に用い、各種光線路試 験を行うシステムにおいて、通信波長帯域の上限波長である 1625nmに対して 165 Onmを試験波長として使用するものがある（たとえば、特許文献 2参照)。この場合に は、 25nmで近接した信号光と試験光とを分波する必要がある。
[0014] このような狭間隔で配置される 2波長を、従来の交差光導波路を用いた部品構成で 実現できれば、波長合分波器の低価格化に有利である。
[0015] 上記交差光導波路によって波長合分波器を構成する場合、誘電体多層膜 5への 入射光が発散光であることに起因して、得られる合分波特性の透過域力 遮断域に 至るカットオフ領域の傾斜が劣化する。そのため、分波間隔が狭い場合には、上記力 ットオフ領域の傾斜の劣化を無視することができない。また、分波間隔を狭くするため には誘電体多層膜を厚くする必要があるが、これにより発散光によるスペクトル劣化 への影響がより強く出ることになる。
[0016] 図 15は、上記従来例における波長合分波器 500の特性を示す図である。
[0017] 発明者らは、光導波路比屈折率差を、実用的な下限値 0. 3%程度に設定して試 作検討を進めたところ、光導波路 2から光導波路 3に至る反射経路で、図 15に示す ようなスペクトラムの劣化があり、波長合分波器を実現する上で障害となった。
[0018] このスペクトラムの劣化は、カットオフ波長付近で損失最小となるピーク Pを有し、そ の長波側で損失が増加する形状であり、誘電体多層膜 5の特性力 は予想できない ものである。
[0019] また、合分波スペクトラムにおいて、透過域力も遮断域に至るカットオフ特性につい ても十分とは言えな ヽと 、う問題がある。
[0020] 本発明は、波長間隔の狭い 2波長に対しても、スペクトラム劣化がなぐし力も、カツ トオフ特性が良好な光導波路交差型の波長合分波器を提供することを目的とするも のである。
特許文献 1 :日本国特開平 8— 190026号公報
特許文献 2 :日本国特開 2002-368695号公報
非特許文献 1 :NTT技術ジャーナル、 2003年 1月、 Vol. 15、 Nol、 p. 24— 27 発明の開示
[0021] 本発明は、 1つの波長帯域の端と別の波長帯域の端とが所定長以下の間隔で配置 されている 2つの波長帯域を分離するための波長合分波器である。互いに交差する 2本の光導波路の交差部に、誘電体多層膜を設け、上記誘電体多層膜への入射光 を透過光と反射光とに分離する。ここで、上記誘電体多層膜の光入射側の多層膜表 面から上記交差する 2本の光導波路の中心の交点までの距離 Xが、 0≤X≤dZ2 (d は、上記誘電体多層膜の厚さ）であるように、設定される。
[0022] すなわち、本発明にお 、て、距離 X力 SO— dZ2である範囲では、反射経路でのスぺ タトル特性がほぼ矩形であるので、カットオフ波長よりも長波長側において、反射損 失が極端に増加することはない。つまり、図 15に示す従来例における顕著な損失最 小ピーク Pは存在しない。
[0023] また、本発明において、距離 Xが dZlO≤X≤2Z5dである範囲では、反射経路で のスペクトル特性がより矩形に近づくので、狭間隔で配置される波長に対しての分離 度が向上する。さらに、カットオフ波長よりも長波長側における反射損失の増加が生 じない。
[0024] 本発明によれば、光導波路交差型の波長合分波器において、波長間隔の狭い 2 波長に対しても、スペクトラム劣化がなぐし力も、カットオフ特性も良好であるという効 果を奏する。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1A]図 1Aは、本発明の実施例 1である波長合分波器 100を示す平面図である。
[図 1B]図 1Bは、本発明の実施例 1である波長合分波器 100を示す正面図である。
[図 1C]図 1Cは、本発明の実施例 1である波長合分波器 100を示す右側面図である
[図 2A]図 2Aは、波長合分波器 100において、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから 光導波路 2と 3との交差点 C1までの距離 Xが 0となる位置関係を示す図である。
[図 2B]図 2Bは、波長合分波器 100において、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから 光導波路 2と 3との交差点 C1までの距離 Xが 0— dとなる位置関係を示す図である。
[図 2C]図 2Cは、波長合分波器 100において、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから 光導波路 2と 3との交差点 C1までの距離 Xが dとなる位置関係を示す図である。
[図 3]図 3は、波長合分波器 100において、誘電体多層膜 5の近傍 (光導波路交差部 C1の近傍)を示す図である。
[図 4]図 4は、本発明の実施例 1によって得られた分波特性を示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の実施例 1において、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから交差 点 C1までの距離 Xと、光導波路 2から光導波路 3に至る反射スペクトラムとの関係を 示す図である。
[図 6]図 6は、本発明の実施例 1において、光導波路 2から光導波路 3に至る反射ス ぺクトラムが損失 0. 7dBとなる波長と 20dBとなる波長の間隔と、距離 Xとの関係を示 す図である。 [図 7]図 7は、本発明の実施例 1において、カットオフ波長よりも長波長側における反 射損失と距離 Xとの関係を示す図である。
[図 8]図 8は、本発明の実施例 1において、交差部における光導波路幅 Wを、
2
、 とし、交差角 2 Θを、 8、 10、 12度とした場合の設定距離 Xの適正範囲をまと めた図である。
[図 9]図 9は、本発明の実施例 1において、光導波路の比屈折率差が、 0. 45%に設 定され、誘電体多層膜 5が、カットオフ波長 1620nm近傍に設定された SiOと Ta O
2 2 5 交互多層膜 (厚さ約 40 m)に変えた場合を示す図である。
[図 10]図 10は、本発明の実施例 1において、誘電体多層膜 5の厚さを 25 mと薄く した場合に、カットオフ波長よりも長波長側の反射損失と距離 Xとの関係を示す図で める。
[図 11]図 11は、本発明の実施例 1において、光導波路交差角 2 Θに対する反射減衰 量を、拡幅された光導波路幅 Wをパラメータとして示す図である。
2
[図 12]図 12は、本発明の実施例 1において、交差角をパラメータとし、光導波路拡幅 構造がある場合 (実線)と、無い場合 (点線)の反射スペクトラムを、そのカットオフ領 域で比較した図である。
[図 13]図 13は、本発明の実施例 2である波長合分波器 200を示す図であり、誘電体 多層膜 5の近傍 (光導波路交差部 C1の近傍)を示す図である。
[図 14]図 14は、従来の波長合分波器 500を示す図である。
[図 15]図 15は、従来の合波長分波器 500の特性を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。
実施例 1
[0027] 図 1Aは、本発明の実施例 1である波長合分波器 100を示す平面図であり、図 1B は、その正面図、図 1Cは、その右側面図である。
[0028] 図 2Aは、波長合分波器 100にお 、て、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから光導 波路 2と 3との交差点 C1までの距離 Xが 0となる位置関係を示す図である。また、図 2 Bは、距離 Xが 0— dとなる位置関係を示す図であり、図 2Cは、距離 Xが dとなる位置 関係を示す図である。
[0029] 波長合分波器 100は、シリコン基板 1と、シングルモード光導波路 2、 3、 2'と、溝 4 と、誘電体多層膜 5とを有する。
[0030] シングルモード光導波路 2、 3、 2，は、石英系のガラスで形成されているコアとクラッ ドとを具備する。誘電体多層膜 5は、溝 4内に設置されている。
[0031] 光導波路 2、 3は、基板 1の中央部において交差点 C1を具備している交差光導波 路を形成し、誘電体多層膜 5における反射光を光導波路 3に導く。また、光導波路 2' の光軸を、光導波路 2の光軸と一致させ、誘電体多層膜 5を透過した透過光を光導 波路 2'に導く。光導波路 2と 3とが交わる位置には、溝 4が設けられ、その中に誘電 体多層膜 5が挿入され、接着剤（図示せず)で固定されて!ヽる。
[0032] 誘電体多層膜 5は、波長 1260— 1500nmに透過帯を有し、波長 1550— 1600η mに反射帯を有する短波長域通過型であり、厚さ約 のポリイミド薄膜基板 (基板 部 51)上に、 SiOと Ta Oとの交互多層膜が約 30 mの厚さで形成されている多層
2 2 5
膜である。
[0033] したがって、光導波路 2に入力された波長域 1260— 1500nm帯の光と、波長域 15 50— 1600nm帯の光とのうちで、波長域 1260— 1500nm帯の光を透過させて光導 波路 2'に結合させ、波長域 1550— 1600nm帯の光を反射させて光導波路 3に結 合させることができる。
[0034] 誘電体多層膜 5は、その多層膜表面 5s側が、光入射側に向くように設定され、また 多層膜表面 5sから光導波路交差点 C1までの距離 Xが、 6 mであるように設定され ている。
[0035] 上記のように、誘電体多層膜 5の厚さが 30 mであり、基板部 51の厚さが 5 mで あり、誘電体多層膜 5と基板部 51とが溝 4に収まる。そのため、この合計の厚さ 30 m+ 5 m= 35 mの半分である 17. 5 mが、多層膜表面 5sから溝 4の中心まで の距離である。また、多層膜表面 5sから光導波路交差点 C1までの距離 X=6 mで あるので、光導波路交差点 C1から溝 4の中心までの距離は、 17. — 6 /ζ πι= 1 1. 5 ^ mである。
[0036] つまり、光導波路交差点 C1に対して、 11. 5 mだけ離れた距離に、溝 4の中心が 位置し、かつ、光導波路 2と光導波路 3との垂直 2等分線に垂直に、し力も、誘電体 多層膜 5全体の厚さよりも 2— 3 m広めの幅で、溝 4が設定されている。
[0037] 実施例 1にお ヽて、溝 4は、ダイシング ·ソ一で形成した溝であり、溝 4の形成時に位 置基準となる金属マーカが、光導波路チップ (シリコン基板 1)上に設けられているの で、多層膜表面 5sから光導波路交差点 C1までの距離 Xを、 6 /ζ πι± 3 /ζ πιに収める ことができる。
[0038] なお、図 2Αは、多層膜表面 5sから光導波路交差点 C1までの距離 Xが 0である位 置関係を示し、図 2Bは、距離 Xが 0≤X≤dである位置関係を示し (dは、誘電体多層 膜 5の厚さ）、図 2Cは、距離 Xが誘電体多層膜 5の厚さ dと同じである位置関係を示し ている。
[0039] 図 3は、波長合分波器 100において、誘電体多層膜 5の近傍 (光導波路交差部 C1 の近傍)を示す図である。
[0040] シングルモード光導波路 2、 3、 2'が交差する光導波路交差部 C1には、誘電体多 層膜 5が設けられている。
[0041] なお、以後の説明では、シングルモード光導波路 2を、入力光導波路 2と表現し、シ ングルモード光導波路 3を、出力光導波路 3と表現し、シングルモード光導波路 2 'を
、出力光導波路 2'と表現する。
[0042] 入力光導波路 2は、入力光を導く光導波路であり、出力光導波路 3は、誘電体多層 膜 5における反射光を導く光導波路であり、出力光導波路 2'は、誘電体多層膜 5に おける透過光を導く光導波路である。
[0043] 後述する理由によって、誘電体多層膜 5に入射する光ビームの発散角は小さい程 よいので、光導波路の比屈折率差を、 0. 3-0. 45%程度に押さえ、し力も、溝 4に 接する領域では光導波路幅を拡幅し、モードフィールド径を大きくする。
[0044] すなわち、入力光を導く入力光導波路 2は、入力光導波路 2aと、テーパ光導波路 2 bと、拡幅光導波路 2cとによって構成されている。つまり、入力光導波路 2aは、テー パ光導波路 2bを介して、光導波路幅が広げられ、拡幅光導波路 2cと接続されている
[0045] 出力光導波路 2'は、出力光導波路 2' aと、テーパ光導波路 2' bと、拡幅光導波路 2' cとによって構成されている。つまり、出力光導波路 2' aは、テーパ光導波路 2' bを 介して、光導波路幅が広げられ、拡幅光導波路 2' cと接続されている。
[0046] そして、入力光導波路 2との光結合を維持するように、入力光導波路 2a、テーパ光 導波路 2b、拡幅光導波路 2cに対して点対称になる位置に、出力光導波路 2' a、テ 一パ光導波路 2' b、拡幅光導波路 2' cが配置されている。
[0047] 出力光導波路 3は、出力光導波路 3aと、テーパ光導波路 3bと、拡幅光導波路 3cと によって構成されている。つまり、出力光導波路 3aは、テーパ光導波路 3bを介して、 光導波路幅が広げられ、拡幅光導波路 3cと接続されて ヽる。
[0048] そして、入力光導波路 2との光結合を維持するように、入力光導波路 2a、テーパ光 導波路 2b、拡幅光導波路 2cに対して鏡面対称になる位置に、出力光導波路 3a、テ 一パ光導波路 3b、拡幅光導波路 3cが配置されている。
[0049] 上記実施例において、光導波路は、比屈折率差 0. 3%であり、光の入出力端部に おける光導波路幅 2a、 3a、 2' aを、 とし、テーパ光導波路 2b、 3b、 2' bによって
、光導波路幅を、 25 mまで広げられている。また、光導波路 2および 3は、交差角 1
2度で交差されている。
[0050] 上記実施例にお!、て、交差部 C1における光導波路幅が拡大された領域では、テ 一パ光導波路で拡大された光のモードが安定するように、その光導波路幅が一定長 等幅で維持されていることが好ましい。つまり、交差部 C1における光導波路幅が拡 大された領域では、交差する他方の光導波路と接触する位置、もしくはその外側まで 上記光導波路の幅が等 、ことが好ま 、。
[0051] 本発明者らが反射スペクトラムの劣化の原因について実験検討を進めた結果、光 導波路交差部 C1に対して誘電体多層膜 5を設定する位置によって、スペクトラムの 形状が、著しく変化することが明らかになった。
[0052] 図 4は、実施例 1によって得られた分波特性を示す図である。
[0053] 光導波路 2から光導波路 3に至る反射によって得られる分波特性のうちで、 1550 mよりも長波長部分における特性は、図 4に示すように、平坦かつ低損失の特性であ り、従来例で問題になって 、る長波長帯の損失増が解決されて 、る。
[0054] 図 4において、 1250nm— 1500nmの波長域と 1550nm— 1600nmの波長域とを 分波する場合を検討する。この場合、各通過帯域において、光源波長が最も近接す る波長 1500nmと波長 1550nmとにおいて、損失は 1. 5dB以下の良好な特性であ ることがゎカゝる。
[0055] なお、相手波長の漏話を阻止する阻止量について、光導波路 2→2 'では、 50dB 以上と十分であるが、光導波路 2→3では、誘電体多層膜 5の透過域リップルのため に、 20dB程度に制限される。これは、実施例 1の波長合分波器 100の構成に起因 するものではなぐ誘電体多層膜 5から反射光を取り出す他のビーム型の波長合分 波器の構成等でも見られる一般的なものである。
[0056] さらに、分波すべき波長間隔が近接し、その波長間隔が 25nmになっても十分実用 可能なレベルにある。たとえば波長 1250nm— 1515nmと、波長 1540nm— 1600η mの帯域を分波する場合、損失 2dB以下、阻止量 30dB (光導波路 2→2' )が確保さ れる。
[0057] 図 5は、上記実施例において、誘電体多層膜 5の多層膜表面 5sから交差点 C1まで の距離 Xと、光導波路 2→光導波路 3に至る反射スペクトラムとの関係を示す図である
[0058] 上記「距離 X」は、図 2A— Cに示すように、光が入射する側の多層膜表面 5sから光 導波路中心が交差する点 (交差点 C1)までの距離であり、以下では、設定距離 Xとも 表現する。
[0059] 実験では、交差点 C1が、多層膜表面 5sと一致する位置（図 2A、距離 X=0)から、 交差点 C1が、多層膜 5と基板部 51との境界と一致する位置（図 2B、距離 X=d)まで 、誘電体多層膜 5の設置位置を変化させた。誘電体多層膜 5は、 5 m厚のポリイミド 膜基板 (基板部 51)上に、 30 111厚の SiOと Ta Oとの交互多層膜を積層した短波
2 2 5
長透過型フィルタであり、そのカットオフ波長は、 1530nm近辺に設定されている。
[0060] また、光導波路において、比屈折率差は 0. 3%であり、標準幅 W =8 /ζ πι、拡幅 幅 W = 20 m、交差角 2 0 = 12度である。
2
[0061] 図 5に示す例によれば、距離 X=0— 12 /z mの範囲では、距離 Xが増加するととも に、カットオフ領域の傾斜特性が改善され、より急峻な矩形に近い形になっている。し かし、設定距離 Xがさらに増加し、設定距離 X= 15— 30 mになると、カットオフ波 長付近で損失最小になるピークが現れる。また、長波長側では損失が増加する傾向 を示し、設定距離 Xの増加に伴い、この傾向は顕著になる。
[0062] この長波長側における損失増加は、比較的急激であり、この範囲では、誘電体多 層膜 5で反射するビームの光導波路 3への結合が急速に低下して 、ると見られる。事 前検討で認められた図 15に示す特性 (ピーク P)は、この領域のものと推測できる。こ のような特性を示す理由は、明確でないが、 1つには、誘電体多層膜 5からの反射の 大部分は、多層膜表面 5s付近力 の反射波で決まることである。反面、カットオフ領 域の傾斜特性は、多層部全体力ゝらの反射波で決まるためと思われる。
[0063] そして、このような現象は、急峻な傾斜特性を実現するために積層数を増力!]させた 厚 ヽ多層膜にぉ ヽて顕著に現れると考えられ、本実施例で用いて 、る短波長透過 型エッジフィルタだけでなぐ長波長透過型エッジフィルタやバンドパス型フィルタで も同様である。
[0064] 図 6は、図 5に示す反射スペクトルにおいて、損失が 0. 7dBとなる波長と 20dBとな る波長の間隔を示す図であり、この波長間隔が小さい程、スペクトルの急峻性が良い ことを示している。
[0065] ここで、距離 X= 0— 12 μ mの範囲では、 Χ= 12 μ mで若干のピークが存在するも のの、距離 Xが増加するとともに波長間隔が小さくなり、特性がより急峻な矩形状なつ ていることが確認できる。
[0066] また、波長間隔の狭い 2つの波長帯を分離することを想定すると、設定距離 Xは 3 μ m以上であることが望ましい。
[0067] なお、設定距離 X= 15— 30 mにおいては、カットオフ波長付近で損失最小とな るピークから長波長側へ行くに従って損失が増加し、 ldBを超えるスペクトル形状と なっている（図 5)。そのため、図 6には、この領域の距離 Xについては、図示していな い。
[0068] 図 7は、カットオフ波長よりも長波長側における反射損失と距離 Xとの関係を示す図 である。
[0069] 横軸は、誘電体多層膜表面力 導波路交差点までの距離 Xを示し、縦軸は、波長 1550nmにおける反射損失を示す。距離 Xが、 0カゝら 15 μ mまでの範囲では、反射 損失が極端に増加することはなぐ反射損失は、 ldB以下である。さらに、距離 Xが、 3 mから 12 mの範囲では、反射損失が最小値をとる。
[0070] 以上の実験結果によると、設定距離 Xが、 0から誘電体多層膜の厚さの 1Z2に相 当する 15 mまでの範囲では、長波長側において反射損失が極端に増加すること はなぐ長波長側における反射損失は、 ldB以内である。さらに、設定距離 Xが、誘 電体多層膜の厚さの 1Z10に相当する 3 mから同 2Z5に相当する 12 mまでの 範囲では、カットオフ特性がより矩形に近ぐ狭間隔で配置される波長に対しては、分 離度が向上する。
[0071] すなわち、設定距離 X= 3— 12 mの範囲が、カットオフ領域の傾斜特性と反射損 失とが両立する最適な範囲である。この傾向は、交差光導波路のパラメータを変えた 他の場合にも、ほぼ同様に生じる現象である。
[0072] 上記実施例では、従来例にぉ 、て課題である反射スペクトラムの劣化を抑制するた めに、光導波路交差部 C1に対する誘電体多層膜 5の設定距離 Xを、所定の範囲に 制御する点が最大の特徴である。
[0073] 図 8は、交差咅における光導波路幅 Wを、 8 m、 20 mとし、交差角 2 Θを、 8、 1
2
0、 12度とした場合において、設定距離 Xの適正範囲をまとめた図である。
[0074] ここで、 20 mZl2度は、図 5の場合に相当するものである。なお、光導波路幅 W
= 8 /ζ πιは、交差部 C1において光導波路の拡幅がされずに、全領域において 8
2
mの光導波路で構成された場合であり、光導波路幅 20 mは、交差部 C1において 、 8 μ mの標準光導波路幅が 20 μ mに拡幅されて ヽる場合を示す。
[0075] 図 8において、〇印は、カットオフ領域の傾斜特性と反射損失とが両立する最適範 囲であることを示し、△印は、反射損失が許容できる範囲内であることを示し、 X印は 、設定距離 Xとして不適当な距離であることを示している。光導波路幅、交差角とは 無関係に、図 5に示す場合と同様の結果を得ることができる。
[0076] 図 9は、光導波路の比屈折率差を、 0. 45%に設定し、誘電体多層膜 5が、カットォ フ波長 1620nm近傍に設定された SiOと Ta O交互多層膜約 40 mのものに変え
2 2 5
た場合を示す図である。
[0077] 図 9に示す場合の結果は、図 8に示す場合と同様の結果になる。 [0078] 図 10は、誘電体多層膜 5の厚さを 25 mと薄くした場合に、カットオフ波長よりも長 波長側の反射損失と距離 Xとの関係を示す図である。
[0079] 横軸は、誘電体多層膜表面力 導波路交差点までの距離 Xを示し、縦軸は、波長 1550nmにおける反射損失を示す。用いた誘電体多層膜のカットオフ波長は、 153 Onmであり、導波路の交差角 2 Θは、 12度であり、比屈折率差は、 0. 3%であり、導 波路の標準幅、拡幅された幅は、それぞれ 8 ^ m, 25 μ mである。設定距離 Xが 0か ら多層膜厚の 1Z2に相当する 12. 5 mまでの範囲では、反射損失が IdB以下と良 好な特性を示している。さらに、多層膜厚の 1Z10に相当する 2. 5 111から同275 に相当する 10 mまでの範囲では、より低損失な特性を得ることができる。
[0080] 上記結果をまとめると、損失増を招力ないためには、光入射側から誘電体多層膜 5 の厚さの半分までの領域を、光導波路交差点 C1に一致させることが必要である（つ まり、 0≤X≤dZ2である）。
[0081] また、損失およびカットオフ特性をともに良好とするには、上記領域のうちで、多層 膜厚の 10%程度分、内部に制限された領域に、設定距離 Xを設定することが好まし い。つまり、損失およびカットオフ特性をともに良好とするには、 dZlO≤X≤2dZ5 であることが好ましい。
[0082] すなわち、上記実施例では、誘電体多層膜の光入射側の多層膜表面から交差す る 2本の光導波路の中心の交点までの距離 X力 0≤X≤dZ2(dは、上記誘電体多 層膜の厚さ）に設定されている例である。
[0083] 次に、光導波路パラメータが合分波特性に及ぼす影響について説明し、適正な光 導波路パラメータの範囲について説明する。
[0084] 光導波路間に誘電体多層膜 5を設置する波長合分波器 100では、光導波路から 溝 4の領域に出射し、誘電体多層膜 5に入射する光は、発散光になる。これは、平行 光入射を前提とする誘電体多層膜 5の特性を劣化させることになる。
[0085] 発散光の場合、誘電体多層膜 5への入射角は、光導波路交差角で決まる角度を中 心として発散角の分だけ広がりを持ち、互いに異なる角度で誘電体多層膜 5に入射 する。このように互いに異なる角度で誘電体多層膜 5に入射するので、上記特性の劣 化が生じる。これは、異なる入射角によって、カットオフ波長が少しずつずれるので、 その重畳として現れる誘電体多層膜 5の応答におけるカットオフ領域の傾斜力 平行 光入射と比べて鈍るためである。
[0086] この影響を小さくするためには、低比屈折率差の光導波路を用い、また、溝 4に接 する光導波路幅を拡大することが有効である。このように、低比屈折率差の光導波路 を用い、溝 4に接する光導波路幅を拡大することによって、溝 4に接する光導波路の モードフィールド径が局所的に拡がり、誘電体多層膜 5に出射する光ビームの発散 角が小さくなる。
[0087] 比屈折率差が 0. 3%未満であると、標準的な接続用ファイバの比屈折率差と整合 しなくなり、また、光導波路の許容曲げ半径が増大し、光導波路寸法が大きくなるの で、比屈折率差を 0. 3%未満にすることは、実用的でない。一方、比屈折率差が 0. 45%以上であると、誘電体多層膜 5のカットオフ領域の傾斜特性が劣化するので、 目的とする波長分離度を得ることができない。
[0088] したがって、比屈折率差は、 0. 3-0. 45%程度がよい。
[0089] また、拡幅光導波路の好ましい寸法 Wは、比屈折率差が 0. 3-0. 45%である場
2
合、入出力光導波路 2aの標準幅 W = 7— 8 mに対して、幅 W力^ 8 m以上であ
1 2
ることがよい。これは、入出力光導波路の幅 Wが 18 /z mよりも小さいと、モードフィー
2
ルド径の拡大効果が十分ではな 、ためである。
[0090] さらに、光導波路を構成するコアの厚さを、 7— 10 /z mに設定し、入出力光導波路 2aの断面を、略矩形のコア形状とする力 コア厚をやや厚めに設定することによって 、光導波路の曲げ損失を抑えることができる。このようにすれば、曲げ部の曲率を小 さくし、光導波路を小型にする場合に有利である。
[0091] テーパ光導波路 2bの長さ 1は、テーパ角度が片側 1度以下にするのがよぐこのよ うにすることによって、テーパが緩やかになり、モードフィールド径が徐々に拡大され るので、過剰損失の発生を抑えることができる。拡幅光導波路 2cを、一定長の等幅 で延ばすことがよぐ拡幅光導波路 2cの長さ 1は、交差する他方の導波路と接触する
2
位置よりも長めに取られている。拡幅光導波路 2cの長さ 1として、一定長を確保する
2
ことによって、拡幅光導波路 2c中を伝播するモードが安定ィ匕される。これにより、誘 電体多層膜 5に出射する光ビームの中心が、光導波路中心と一致し、反射特性も安 定に保たれる。
[0092] カットオフ領域の傾斜特性は、図 3に示す光導波路交差角 2 Θにも依存する。これ は、誘電体多層膜 5のカットオフ波長が cos Θに比例するので、発散光によるカットォ フ領域の傾斜特性の劣化が、誘電体多層膜 5への入射角 Θが大きい程、顕著に現 れる。そのため、カットオフ領域の傾斜特性が、光導波路交差角 2 Θに依存すること になる。
[0093] したがって、カットオフ領域の傾斜特性を劣化させないためには、交差角 2 Θを小さ くすることがよい。交差角 2 Θを小さくすると、誘電体多層膜 5における反射減衰特性 が劣化するが、拡幅された光導波路構成を採用することによって、当該反射減衰特 性の劣化を軽減することができる。
[0094] 図 11は、上記実施例にお!/、て、光導波路交差角 2 Θに対する反射減衰量を、拡幅 された光導波路幅 Wをパラメータとして示す図である。
2
[0095] ここで、比屈折率差が 0. 3%程度の光導波路を使用している。
[0096] 図 11から、光導波路交差角 2 Θを小さく設定すると、反射減衰特性が劣化するが、 同じ光導波路交差角 2 Θでも、光導波路幅 Wが大きい場合には、反射減衰量が大
2
きい。そして、光導波路交差角を 8— 12度に設定し、光導波路幅 Wを 以上
2
にすれば、反射減衰特性として概ね良好な 35dB以上が得られることが判る。この傾 向は、比屈折率差が 0. 45%程度である光導波路の場合も同様であり、光導波路幅 Wを調整することによって、光導波路交差角を 8— 12度の範囲に設定することがで
2
きる。
[0097] 図 12は、上記実施例において、交差角をパラメータとし、光導波路拡幅構造がある 場合 (実線)と、無い場合 (点線)とにおいて、反射スペクトラムを、そのカットオフ領域 で比較した図である。
[0098] 図 12は、上記拡幅光導波路の導入と、交差角の設定とがカットオフ領域の傾斜特 性に及ぼす影響を示す図である。カットオフの傾斜は、交差角が 16度の場合よりも、 交差角が 12度の場合に改善され、交差角を 12度または 16度で一定にすれば、光 導波路幅を 20 mに拡幅することによって、カットオフの傾斜がより急峻になることが 判る。このようなカットオフ領域の傾斜特性の改善効果は、光導波路 2から光導波路 2 ，に至る透過特性においても得られる。
[0099] 上記実施例は、 1つの波長帯域の端と別の波長帯域の端とが 50nm程度以下の間 隔で配置されている 2つの波長帯域を分離するための波長合分波器である。互いに 交差する 2本の光導波路の交差部に、誘電体多層膜を設け、上記誘電体多層膜へ の入射光を透過光と反射光とに分離する。ここで、上記誘電体多層膜の光入射側の 多層膜表面から上記交差する 2本の光導波路の中心の交点までの距離 Xが、 0≤X ≤dZ2(dは、上記誘電体多層膜の厚さ）であるように、設定されている例である。
[0100] また、誘電体多層膜 5の多層膜厚さが、 20 m以上に厚くなる場合に上記の距離 Xの設定が特に有効となる。
実施例 2
[0101] 図 13は、本発明の実施例 2である波長合分波器 200を示す図であり、誘電体多層 膜 5の近傍 (光導波路交差部 C1の近傍)を示す図である。
[0102] 波長合分波器 200は、基本的には、波長合分波器 100と同じであるが、出力導波 路 3に対して点対称位置に導波路 3'が設けられている点のみが、波長合分波器 10
0とは異なる。
[0103] 出力光導波路 3'は、出力光導波路 3 ' aと、テーパ光導波路 3' bと、拡幅光導波路 3' cとによって構成されている。つまり、出力光導波路 3' aは、テーパ光導波路 3' bを 介して、光導波路幅が広げられ、拡幅光導波路 3' cと接続されている。
[0104] なお、導波路 3'を、モニタ用端子等として使用するようにしてもよぐまた、導波路 3 ，を使用せずに開放端としてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 互いに交差する 2本の光導波路の交差部に、誘電体多層膜を設け、上記誘電体多 層膜への入射光を透過光と反射光とに分離する波長合分波器において、
上記誘電体多層膜の光入射側の多層膜表面から上記交差する 2本の光導波路の 中心の交点までの距離 Xが、 0≤X≤dZ2 (dは、上記誘電体多層膜の厚さ）であるこ とを特徴とする波長合分波器。
[2] 請求項 1において、
上記交差する 2本の光導波路は、上記交差部に向力つて、光導波路幅に拡大され て！ヽることを特徴とする波長合分波器。
[3] 請求項 2において、
上記拡大された光導波路幅は、上記交差部近傍において、一定であることを特徴 とする波長合分波器。
[4] 請求項 1一請求項 3のうちのいずれ力 1項において、
上記光導波路の比屈折率差は、 0. 3%— 0. 45%に設定されていることを特徴と する波長合分波器。
[5] 請求項 1一請求項 3のうちのいずれ力 1項において、
上記距離 Xが、 dZl〇≤X≤2dZ5であることを特徴とする波長合分波器。
[6] 請求項 1一請求項 3のうちのいずれ力 1項において、
上記誘電体多層膜の多層膜厚さが、 20 m以上であることを特徴とする波長合分 波器。
[7] 請求項 1一請求項 3のうちのいずれ力 1項において、
上記交差する 2本の光導波路の交差角が、 8— 16度であることを特徴とする波長合 分波器。
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