WO2005116704A1 - 光分岐光導波路 - Google Patents

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WO2005116704A1
WO2005116704A1 PCT/JP2005/009531 JP2005009531W WO2005116704A1 WO 2005116704 A1 WO2005116704 A1 WO 2005116704A1 JP 2005009531 W JP2005009531 W JP 2005009531W WO 2005116704 A1 WO2005116704 A1 WO 2005116704A1
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WO
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optical waveguide
optical
branching
incident
waveguide
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Application number
PCT/JP2005/009531
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nobuo Miyadera
Rei Yamamoto
Original Assignee
Hitachi Chemical Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co., Ltd. filed Critical Hitachi Chemical Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
    • G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging

Definitions

  • the present invention relates to an optical branching optical waveguide and an optical device using the same.
  • an optical branching circuit and an optical multiplexing circuit are indispensable as basic elements, and a Y-branched optical waveguide has been conventionally known.
  • a Y-branch optical waveguide consists of a main waveguide 1, a tapered waveguide 2, and branch waveguides 3 and 4, which are connected between the tapered waveguide 2 and the branch waveguides 3 and 4.
  • branch waveguides 3 and 4 There is a branch point 5 in.
  • the branch point 5 in order to reduce light loss, the branch point 5 needs to be sharp, but a completely sharp structure is required due to factors such as patterning and etching accuracy.
  • the optical central part (the central axis of the light propagation mode) having the highest light intensity is scattered at the branch point 5, and a large branch loss occurs.
  • a tapered waveguide is connected to the main waveguide, a plurality of branch optical waveguides having inflection points are connected to branch points of the tapered waveguide, and emission waveguides are respectively connected to the branch optical waveguides.
  • the inflection point of the branching optical waveguide and the connection point with the output waveguide are provided with an axial offset (offset), and the branching waveguide at the branching point of the tapered waveguide is provided. It has been proposed to provide a gap between them (see, for example, Patent Document 1, the scope of patent request).
  • the intensity distribution (field distribution) of the propagating light is, as shown in Fig. 2, the central axis of the light intensity distribution (the central axis of the light propagation mode) h and the incident optical waveguide (core). If the geometric center axis a of Fig. 7 coincides with the center axis h of the light intensity distribution and the shape is symmetric with respect to the center axis h of the light, A branched optical waveguide can be obtained.
  • the central axis of the light intensity distribution (the central axis of the light propagation mode) h is In the case where the geometric central axis a of the optical waveguide does not coincide with the geometric central axis a of the optical waveguide, as shown in FIG.
  • the shape indicating the light intensity distribution may be asymmetric with respect to the central axis h of the light intensity distribution. In such a case, even if the above-described axis offset (offset) structure is provided, the branching ratio cannot be equally divided in the optical branching optical waveguide! /, And! /, There was a problem.
  • the light propagating in the incident optical waveguide has a light intensity distribution (field distribution) that is asymmetric with respect to the geometric center axis of the incident optical waveguide, a long or straight line is required to make it symmetrical. Since a portion is required, there is a problem that the module becomes large.
  • MMI multi-mode interference
  • the propagating light has an intensity distribution with two peaks.
  • a branching ratio of 1: 1 (equally divided) (see Patent Document 2, paragraphs 0038 and 0039). Therefore, light can be branched in a short distance as compared with the tapered waveguide, and the optical center portion having the highest light intensity as described above is scattered at the branch point, resulting in a large branch loss. It does not happen.
  • the light propagating through the incident waveguide is only the fundamental mode. It is symmetric with respect to the central axis, the central axes of the input waveguide and the multi-mode waveguide are coincident, and the shape of the multi-mode waveguide is symmetrical with respect to the central axis. That is, M
  • the branching optical waveguide is used. There has been a problem that the light cannot be equally divided in the waveguide.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 4 213407
  • Patent Document 2 JP-A-2000-121857
  • the present inventors displace the geometric center axis of the incident optical waveguide and the geometric center axis of the multimode optical waveguide, and change the Z or the core shape of the multimode optical waveguide.
  • the intensity distribution (field distribution) of light propagating through the optical waveguide on the incident side is asymmetrical with respect to the geometrical central axis of the optical waveguide. Even if it does, it has been found that variations in branch loss and branch ratio are reduced.
  • the wavelength dependence of the field distribution caused by shifting the geometric center axis of the incident optical waveguide and the geometric center axis of the multimode optical waveguide, and the core shape of the multimode optical waveguide are defined by the geometric center axis. It has been found that by matching the wavelength dependence of the field distribution generated by making the field distribution asymmetric with respect to the wavelength, it is possible to suppress the variation in the branch loss and the branch ratio independent of the wavelength, and to complete the present invention. Reached.
  • At least one incident optical waveguide (A) is optically connected to one end of the multimode optical waveguide, and a larger number of output optical waveguides than the incident optical waveguide (A) are connected to the other end.
  • B) is an optically branched optical branching optical waveguide, which is provided at a connection surface between the incident optical waveguide (A) and the multi-mode optical waveguide, and at least one optical waveguide of the incident optical waveguide (A).
  • the intensity distribution of the light incident on the multimode optical waveguide is asymmetric with respect to the geometric center axis of the optical waveguide (a), and the geometric distribution of the optical waveguide (a) is An optical branching optical waveguide characterized in that the extension line of the central axis does not coincide with the geometrical central axis of the multimode optical waveguide;
  • At least one input optical waveguide (A) is optically connected to one end of the multi-mode optical waveguide, and a larger number of output optical waveguides than the input optical waveguide (A) are connected to the other end.
  • B) is an optically branched optical branching optical waveguide, which is provided at a connection surface between the incident optical waveguide (A) and the multi-mode optical waveguide, and at least one optical waveguide of the incident optical waveguide (A).
  • the intensity distribution of the light incident on the multimode optical waveguide is asymmetric with respect to the geometrical central axis of the optical waveguide (a), and the core shape of the multimode optical waveguide is the shape of the matrix.
  • the optical waveguide (a) The force also varies in the intensity distribution of light incident on the multimode optical waveguide.
  • the optical central axis having the highest intensity substantially coincides with the geometrical central axis of the multimode optical waveguide, wherein the optical branching optical waveguide according to the above (1) or (3),
  • the notch structure has a side force connected to the incident optical waveguide (A) of the core of the multimode optical waveguide, which is notched toward the side end of the core, and the shape of the notch is the incident light.
  • the optical branching optical waveguide according to the above (5) which has a sinusoidal structure from the side connected to the waveguide (A) to the side connected to the outgoing optical waveguide (B),
  • the incident optical waveguide (A) is one incident optical waveguide
  • the outgoing optical waveguide (B) is two or more outgoing optical waveguides
  • each optical waveguide in two or more outgoing optical waveguides is The light branching optical waveguide according to (1) or (2), wherein the light branching ratio is substantially equal.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a conventional Y-branch optical waveguide.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a light intensity distribution (field distribution).
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a light intensity distribution (field distribution).
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a light intensity distribution (field distribution).
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a basic configuration of a multimode optical branching optical waveguide.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of an optical branching optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a core shape of the multimode optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a core shape of the multimode optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a core shape of the multimode optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view showing an optical branching optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view showing an optical branching optical waveguide according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an optical branching optical waveguide of the present invention.
  • At least one incident optical waveguide (A) is optically connected to one end of the multimode optical waveguide, and the incident optical waveguide (A) is connected to the other end.
  • the basic configuration of the optical branching optical waveguide of the present invention is such that one incident optical waveguide (core) 7 is optically connected to one end of the multi-mode optical waveguide (core) 6, For example, two outgoing optical waveguides (core portions) 8 and 9 are optically connected to the ends.
  • the branching ratio of the light to the two output optical waveguides (core portions) 8 and 9 is substantially equal.
  • the optical waveguides (core portions) 7, 8, and 9 and the multi-mode optical waveguide (core portion) 6 may be connected without any gap as shown in FIG. 5 as long as they are optically connected.
  • the present invention also includes a case where the optical fiber is directly optically connected to the multi-mode optical waveguide instead of the optical waveguides (core portions) 7, 8 and 9.
  • the intensity distribution of light incident from the incident optical waveguide (core) 7 to the multi-mode optical waveguide (core) 6 is determined by the connection surface between the incident optical waveguide (core) 7 and the multi-mode optical waveguide (core) 6. At 10, it is asymmetric with respect to the geometric center axis of the incident optical waveguide.
  • the geometrical central axis of the incident optical waveguide refers to the central axis of the core constituting the incident optical waveguide, and the distance from the central axis to the cladding on both sides is equal.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the optical branching optical waveguide according to the first invention of the present application.
  • the extension of the geometrical central axis a of the incident optical waveguide (core portion) 7 is a multimode optical waveguide. It does not coincide with the geometric center axis b of the wave path (core part) 6.
  • the geometrical central axis of the multi-mode optical waveguide refers to the central axis of the core constituting the multi-mode optical waveguide, and the central axial force is equally spaced from the cladding on both sides.
  • the distance between the extension of the geometric center axis a of the incident optical waveguide (core part) 7 and the geometric center axis b of the multi-mode optical waveguide (core part) 6 (offset) X is the incident light guide Wave path and
  • the incident optical waveguide force at the connection surface of the multi-mode optical waveguide is also appropriately determined according to the asymmetry of the intensity distribution of the light incident on the multi-mode optical waveguide. Usually, it is preferably 1. It is preferably 0.7 m or less.
  • the optical center axis (light) having the highest intensity in the intensity distribution of light incident from the incident optical waveguide (core) 7 to the multi-mode optical waveguide (core) 6 It is preferable to set the distance X of the axial offset (offset) so as to substantially coincide with the geometric center axis b of the multimode optical waveguide (core portion) 6. This is particularly effective when the intensity distribution of light propagating through the incident optical waveguide (core portion) 7 has a shape as shown in FIG.
  • the axial distribution (offset) between the geometric center axis a of the incident optical waveguide and the geometric center axis b of the multimode optical waveguide causes the intensity distribution (field distribution) of the light propagating through the optical waveguide on the incident side.
  • Is asymmetric with respect to the geometric center axis of the optical waveguide it is possible to reduce the branching loss and the variation of the branching ratio.
  • the optical branching optical waveguide according to the second invention of the present application has the basic configuration shown in FIG. 5, and the core shape of the multi-mode optical waveguide (core) 6 is different from that of the multi-mode optical waveguide. It is characterized by being asymmetric with respect to the central axis b.
  • the multi-mode optical waveguide usually has a symmetrical shape with respect to the geometric center axis b, and by controlling the length and width of the multi-mode optical waveguide, for example, the light to be propagated can be made substantially uniform.
  • the light to be propagated can be made substantially uniform.
  • the intensity distribution (field distribution) of light propagating through the optical waveguide on the incident side is asymmetric with respect to the geometric center axis of the optical waveguide on the incident side, multimode
  • the light propagating in the optical waveguide does not have an intensity distribution having two equal peaks, and the splitting ratio of the light cannot be equalized in the branched optical waveguide.
  • the second invention is characterized in that the core shape force of the multimode optical waveguide is asymmetric with respect to the geometric center axis of the multimode optical waveguide.
  • the geometric center axis of the multi-mode optical waveguide refers to the same as the center axis of the core constituting the above-described multi-mode optical waveguide, and depends on the presence or absence of a notched structure described in detail later. It doesn't move.
  • the core shape that is asymmetric with respect to the geometric center axis of the multimode optical waveguide.However, considering the ease of manufacture, etc., at least one of the core shapes of the multimode optical waveguide is considered. It is preferable to have a notch structure at the side end.
  • the notch structure may be a structure in which the side end of the core is cut into some shape.
  • the distance between the side end of the core and the geometric center axis of the multimode optical waveguide is
  • the distance between the side end of the core of the multi-mode optical waveguide and the geometrical central axis b of the multi-mode optical waveguide is curved in the light traveling direction.
  • the change in the distance between the side end of the core of the multi-mode optical waveguide and the geometric center b of the multi-mode optical waveguide may be made gentle near the exit of the multi-mode optical waveguide.
  • the distance is increased in a sinusoidal manner from the entrance to the exit of the multi-mode optical waveguide, that is, the notch structure forms a sinusoidal structure from the entrance to the exit of the multi-mode optical waveguide. It is preferable to have one.
  • the advantage is that loss of light intensity can be further suppressed and design can be easily performed by CAD or the like.
  • the third invention of the present application is required.
  • the extension of the geometric center axis of the incident optical waveguide that is clear does not coincide with the geometric center axis of the multimode optical waveguide, and the core shape of the multimode optical waveguide is the geometric center. More preferably it is asymmetric with respect to the axis. Due to the offset between the geometric center axis of the incident optical waveguide and the geometric center axis of the multimode optical waveguide, the branch loss and the variation in the branch ratio can be reduced as described above.
  • the wavelength distribution of the intensity distribution (field distribution) of the light propagating through the optical waveguide occurs. Therefore, it is necessary to change the design of the optical waveguide depending on the wavelength of the light used.
  • the branch loss and the dispersion of the branch ratio can be reduced, but at the same time, the wavelength dependence of the field distribution is reduced. Therefore, it is necessary to change the design of the optical waveguide depending on the wavelength of the light to be used, as in the case where the offset is performed.
  • the third invention of the present application relates to the wavelength dependence of the field distribution generated by the offset and the field distribution generated by making the core shape of the multimode optical waveguide asymmetric with respect to its geometric center axis.
  • the optical waveguide is designed so that the offset and the asymmetricity of the core shape of the multi-mode optical waveguide, which cause the two wavelength dependencies, cancel each other's wavelength dependence.
  • the output optical waveguide is described as having two so-called Y-branch optical waveguides.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an optical waveguide having more output optical waveguides.
  • the “Y branch” or “Y-branch” does not refer to a narrowly defined ⁇ -branch structure composed of three straight lines, but instead of one input to two outputs (or its output). It refers to a circuit element of an optical waveguide having a 1 ⁇ 2 branch structure that branches into the opposite direction.
  • the case where the number of the incident optical waveguides is one has been described, but there may be a plurality of the incident optical waveguides. In this case, of the plurality of incident optical waveguides, In both cases, the above condition must be satisfied for one optical waveguide.
  • the incident optical waveguide and the outgoing optical waveguide are single-mode optical waveguides in which one or both of V and a shift are provided.
  • the input light intensity distribution is more stable than when a multi-mode optical waveguide is used.
  • the effect of the present invention that proposes a branching structure corresponding to the input light intensity distribution can be obtained. It can be demonstrated accurately and stably.
  • the incident optical waveguide and the Z or outgoing optical waveguide may be an optical fiber.
  • the present invention is particularly effective when a plurality of branch structures are used successively, for example, when an I Xn branch splitter is configured with a 1 ⁇ 2 branch structure as a tree structure.
  • the first-stage incident optical waveguide is often connected to the optical fiber, and the incident optical waveguide itself is the optical fiber.
  • the optical fiber is sometimes connected obliquely because it has an advantage of reducing the return loss and has a great advantage. In such a case, the incident light intensity distribution becomes asymmetric, so that the present invention is particularly effective.
  • the optical waveguide of the present invention is an optical multiplexed optical waveguide that is not limited to the optical branch optical waveguide. It can also be used as a wave path.
  • the outgoing optical waveguide is used as an incident optical waveguide
  • the incident optical waveguide is used as an outgoing optical waveguide
  • the optical waveguide of the present invention has at least one optical waveguide at one end of the multimode optical waveguide.
  • optical multiplexing in which the optical waveguide (A) used for emission is optically connected, and the other end is optically connected to a larger number of optical waveguides (B) used for incidence than the optical waveguide (A).
  • the intensity distribution of the optical waveguide (a) is asymmetric with respect to the geometrical central axis of the optical waveguide (a), and the extension of the geometrical central axis of the optical waveguide (a) is Not coincident with the geometric central axis of the waveguide or of the multimode optical waveguide
  • a shape is a light combining optical waveguide is asymmetric with respect to the geometric center axis of the multimode optical waveguide.
  • polymers such as inorganic materials such as glass and semiconductor materials, and organic materials such as resins are preferred.
  • Polymers such as resins are preferred because they can be dried in a short time by dry etching or the like.
  • an air layer may be used as all or a part of the clad.
  • Any of such polymers can be used, and specific examples thereof include polyimide resins (eg, polyimide resins, poly (imide'isoindoloquinazolinedionimide) resins, and polyetherimide resins.
  • the resin may have a fluorine atom.
  • Preferred as the polymer is a polyimide resin which has a high glass transition temperature (Tg) and is excellent in heat resistance, and among these, a polyimide resin containing fluorine having a transmittance and a refractive index characteristic is preferred. Especially preferred ⁇ .
  • fluorine-containing polyimide resin examples include fluorine-containing polyimide resin, fluorine-containing poly (imide “isoindoloquinazolinedionimide”), fluorine-containing polyetherimide resin, and fluorine-containing polyamideimide. And the like.
  • the precursor solution of the polyimide resin containing fluorine is mixed with tetracarboxylic dianhydride in a polar solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N dimethylacetamide, ⁇ -butyrolataton, and dimethyl sulfoxide. Obtained by reacting diamine.
  • Fluorine may be contained in both tetracarboxylic dianhydride and diamine, or may be contained in only one of them.
  • the precursor solution of the above-mentioned polyimide resin containing no fluorine is prepared in a polar solvent such as 2-methyl-2-piperidone, ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ dimethylacetamide, ⁇ -butyrate ratatone, dimethyl sulfoxide, or the like.
  • a polar solvent such as 2-methyl-2-piperidone, ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ dimethylacetamide, ⁇ -butyrate ratatone, dimethyl sulfoxide, or the like.
  • Fluorine-free tetracarboxylic dianhydride and fluorine-free diamine It is obtained by reacting an amine.
  • Examples of the acid dianhydride containing fluorine include (trifluoromethyl) pyromellitic dianhydride, di (trifluoromethyl) pyromellitic dianhydride, and di (heptafluoropropyl) Pyromellitic dianhydride, pentafluoroethyl pyromellitic dianhydride, bis ⁇ 3,5-di (trifluoromethyl) phenoxy ⁇ pyromellitic dianhydride, 2,2 bis (3,4 dicarboxy) -Le) hexafluoropropane dianhydride, 5,5'-bis (trifluoromethyl) 3,3 ', 4,4'-tetracarboxybiphenyl-anhydride, 2, 2', 5 , 5 '—tetrakis (trifluoromethyl) 3,3', 4,4 '-tetracarboxybiphenyl-anhydride, 5,5'-bis (trifluoromethyl) 3,3'
  • diamine containing fluorine examples include, for example, 4 (1H, 1H, 11H—eicosafluorenedecanoxy) 1,3 diaminobenzene, 4- (1H, 1H—perfluoro-1-butanoxy) 1,3 diaminobenzene, 4 — (1H, 1H—perfluoro-1-heptanoxy) —1,3 diaminobenzene, 4— (1H, 1H—perfluoro-1-otatanoxy) 1,3 —diaminobenzene, 4 pentaphlenolorphenoxy-1,3 diaminobenzene, 4— (2,3,5,6-tetrafluorophenoxy) 1,3 diaminobenzene, 4- (4 fluorophenoxy) 1,3 diaminobenzene, 4— (1H, 1H, 2H, 2H—perfluoro-1 Hexanoxy) 1,3 diaminobenzene, 4— (1H, 1H, 2H, 2H—perfluoro-1-
  • Two or more of the above tetracarboxylic dianhydrides and diamines may be used in combination.
  • a solution having photosensitivity may be used as the precursor solution of the polyimide resin.
  • the polyimide resin precursor solution is applied onto the substrate surface by a method such as spinner or printing, and is heat-treated at a final temperature of 200 to 400 ° C. to be cured to form a polyimide resin film.
  • An optical device is configured using the optical waveguide described in any one of the above (1) to (10).
  • Such optical devices include optical splitters, directional optical couplers, optical power blurs, optical multiplexers / demultiplexers, optical multiplexers / demultiplexers, optical transmission modules, optical reception modules, optical transmission / reception modules, optical switches, optical modulators. , An optical filter, an optical polarizer, an optical dispersion compensator, an optical add / drop module, an optical cross connect, and the like.
  • An optical branching optical waveguide having a schematic structure shown in FIG. 10 was manufactured using the following materials.
  • the incident optical waveguide (core portion) 7 has a curved portion with a power curvature radius r of 15 mm (not shown), and at the connection surface 10 between the incident optical waveguide and the multimode optical waveguide, The intensity distribution of the light incident on the multimode optical waveguide had an asymmetric shape with respect to the geometric center axis of the incident optical waveguide.
  • Incident optical waveguide (core) Geometric central axis 7 of 7 and geometry of multimode optical waveguide
  • the axis deviation (offset) x from the central axis b was set to 0.
  • the branching ratio of the light emitted to the two outgoing optical waveguides (core portions) 8 and 9 was measured using light having a wavelength of 1.55 / zm. As a result, the light splitting ratio was 0.99: 1.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1 except that the geometric center axis a of the incident optical waveguide (core part) 7 and the geometric center axis b of the multi-mode optical waveguide are not offset! In this way, an optical branching optical waveguide was produced, and the branching ratio of the light emitted to the two outgoing optical waveguides (core portions) 8 and 9 was measured. As a result, the light splitting ratio was 0.98: 1 when the light wavelength was 1.31 m, and 0.90: 1 when the light wavelength was 1.55 m.
  • an optical branching optical waveguide having a multi-mode optical waveguide having a cut-out structure as shown in FIG. 11 was manufactured.
  • the width Wi of the input optical waveguide (core) 7 and the two output optical waveguides (core) 8 and 9 is 6.
  • the width w of the multimode optical waveguide is m, the length L is m,
  • the distance d of the outgoing optical waveguide at the exit of the path is 3.5 m.
  • the geometric center axis a of the incident optical waveguide (core part) 7 and the geometric center axis b of the multimode optical waveguide were matched.
  • the incident optical waveguide (core portion) 7 has a curved portion with a radius of curvature r of 15 mm, and is incident on the connecting surface 10 between the incident optical waveguide and the multimode optical waveguide.
  • the intensity distribution of light incident on the multimode optical waveguide from the optical waveguide had an asymmetric shape with respect to the geometrical central axis a of the incident optical waveguide.
  • the branching ratio of the light emitted to the two outgoing optical waveguides (core portions) 8 and 9 was measured. As a result, the light splitting ratio was 1: 1.
  • an optical branching optical waveguide having a notch structure as shown in FIG. 12 and an off-axis (offset) structure in the core shape of the multimode optical waveguide was used. Produced.
  • the width w of the input optical waveguide (core) 7 and the two output optical waveguides (core) 8 and 9 is 6.
  • the width w of the multimode optical waveguide is 15 / ⁇ , the length L is 220 / ⁇ , and the multimode optical waveguide is
  • the distance d of the output optical waveguide at the exit of the path is 3.5 ⁇ m.
  • the axial offset (offset) X between the geometric center axis a of the incident optical waveguide (core portion) 7 and the geometric center axis b of the multi-mode optical waveguide was set to 0.9 m.
  • the incident optical waveguide (core portion) 7 has a curved portion with a radius of curvature r of 15 mm, and is formed at the connection surface 10 between the incident optical waveguide and the multimode optical waveguide from the incident optical waveguide.
  • the intensity distribution of light incident on the multi-mode optical waveguide had an asymmetric shape with respect to the geometrical central axis a of the incident optical waveguide.
  • the branching ratio of the light emitted to the two outgoing optical waveguides (core portions) 8 and 9 was measured using light having a wavelength of 1.55 / zm. As a result, the light splitting ratio was 1: 1.
  • An optical branching optical waveguide was produced in the same manner as in Example 3, except that the axial deviation (offset) X from the geometric center axis b was 0.5 m.
  • the branching ratio of the light emitted to the two emission optical waveguides (core portions) 8 and 9 was measured.
  • the light splitting ratio was 0.99: 1 at the wavelength of 1.31 / zm and 1.01: 1 at 1.55111.
  • ⁇ and X also varies depending on the curvature of the incident optical waveguide, but similarly, ⁇ and X can be selected so that the branching ratio is substantially equal.
  • the relationship between z and x depends on the wavelength of the light used. Even if two types of light having different wavelengths are used, z and X are selected such that the branching ratio is substantially equal. As shown in Example 4, it was possible to achieve a branching ratio of 1: 1 with two types of light having different wavelengths. That is, according to the optical branching optical waveguide having the structure shown in FIG.
  • the light splitting ratio into 8 and 9 can be made substantially equal.
  • the present invention it is possible to obtain a low-loss optical branching optical waveguide with little variation in branching loss and branching ratio.
  • An optical branching optical waveguide with a small length dependence can be obtained.
  • this optical branching optical waveguide as a splitter module, it is possible to obtain an optical device with small optical loss and a stable branching ratio of 1: 1.

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Abstract

　マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも１本の入射光導波路（Ａ）が光学的に接続され、他方の端部に入射光導波路（Ａ）よりも多数の出射光導波路（Ｂ）が光学的に接続された光分岐光導波路であって、入射光導波路（Ａ）とマルチモード光導波路の接続面において、入射光導波路（Ａ）のうちの少なくとも１本の光導波路（ａ）からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布が、該光導波路（ａ）の幾何学的な中心軸に対して非対称であり、かつ該光導波路（ａ）の幾何学的な中心軸の延長線が前記マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸と一致しないことを特徴とする光分岐光導波路である。 　分岐損失、分岐比のばらつきが少ない低損失な光分岐光導波路を提供すること、さらには、分岐損失、分岐比のばらつきが少ないことに加えて、波長依存性の小さい光分岐光導波路を提供することができる。                                                                                 

Description

光分岐光導波路
技術分野
[0001] 本発明は光分岐光導波路及びそれを用いた光学装置に関する。
背景技術
[0002] 近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大してお り、伝送速度の速い光伝送が普及されつつある。光導波路はこのような光伝送にお ける光インターコネクションとして使用されている。
ところで、光集積回路において、光分岐回路、光合波回路は基本的な要素として 必要不可欠なものであり、従来より Y型に分岐された光導波路が知られている。従来 の Y分岐光導波路の構造は図 1に示すように、主導波路 1、テーパ導波路 2、分岐導 波路 3、 4を接続してなり、テーパ導波路 2と分岐導波路 3、 4の間には分岐点 5が存 在する。
こうした Y分岐光導波路において、光の低損失ィ匕は重要な課題であり、その方法の 一つとして円弧状に湾曲する分岐導波路 3、 4の曲率半径を大きくすることが考えら れる。しかしながら、その場合には回路のサイズを大きくする必要があり、実際には回 路のサイズは基板の大きさによる制約を受けるため、曲率半径の増大には限界があ つた o
また、分岐点 5において、光の低損失化のためには、該分岐点 5は鋭峻である必要 があるが、パターンニングゃエッチングの精度などの原因により、完全に鋭峻な構造 とすることはできず、最も光の強度の大きい光学的な中心部分 (光伝搬モードの中心 軸)が、この分岐点 5で散乱され、大きな分岐損失が生じる。
さら〖こ、 1 X N光スプリツタに入出射ファイバーを接続して実装を行う場合には、治 具の工具精度、ァライメント装置の機械精度などによって、入射ファイバーと光回路 の入射直線光導波路の間で軸ずれを生じる場合がある。この場合には、光導波路に おいて、基本モードの他に、高次モード、放射モードが励振され、分岐比にばらつき が生じる。 [0003] 上述の問題点に対し、主導波路にテーパ導波路を接続し、テーパ導波路の分岐点 に、変曲点を有する複数の分岐光導波路を接続し、分岐光導波路にそれぞれ出射 導波路を接続してなる分岐合波光導波回路において、分岐光導波路の変曲点及び 出射導波路との接続点に軸ずれ (オフセット）を設け、テーパ導波路の分岐点におけ る分岐導波路の間に隙間を設けることが提案されている (例えば特許文献 1、特許請 求の範囲参照)。この入射光導波路において、伝搬する光の強度分布 (界分布）が、 図 2に示すように、光の強度分布の中心軸 (光伝搬モードの中心軸) hと、入射光導 波路 (コア部） 7の幾何学的な中心軸 aとが一致し、しかもその形状が光の強度分布 の中心軸 hに対して対称をなす場合には、上記方法によって、分岐損失、分岐比の ばらつきが少ない光分岐光導波路を得ることができる。
し力しながら、例えば光導波路が曲線構造を有する場合には、図 3に示すように、 光の強度分布の中心軸 (光伝搬モードの中心軸) hが、入射光導波路 (コア部） 7の 幾何学的な中心軸 aと一致しない場合や、図 4に示すように、光の強度分布の中心軸 hと入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的な中心軸 aとが一致していても、光の強度分 布を示す形状が、光の強度分布の中心軸 hに対して非対称である場合がある。かか る場合に、上述のような軸ずれ (オフセット)構造を設けたとしても、光分岐光導波路 にお!/、て分岐比を等分とすることができな!/、と!/、う問題点があった。
一方、入射光導波路を伝搬する光が、入射光導波路の幾何学的中心軸に対して 非対称な光の強度分布 (界分布)を持つ場合に、これを対称な形状とするには長 、 直線部分が必要であるため、モジュールが大型化するという問題点があった。
[0004] 上記テーパ導波路を用いた光分岐光導波路に対して、マルチモード干渉 (MulU- Mode Interference,以下「MMI」と省略する場合がある。）型丫分岐光導波路が知ら れており、種々提案されている（例えば特許文献 2、特許請求の範囲参照)。 MMI型 Y分岐光導波路は、入射導波路、マルチモード導波路部、及び 2つの出射導波路か らなり、入射導波路を伝搬する基本モード光が、マルチモード導波路の中心軸に入 射されると、基本モード光 (n=0)と高次モード光 (n= 2)が励振され、両モード光の 位相速度差による干渉によって伝搬する光の波形が変形する。この両モード光の位 相が πだけ異なる個所では、伝搬する光は 2つのピークを持つ強度分布を有し、この 部分に対応して 2つの出射導波路を配置することにより、分岐比 1： 1 (等分)の光の 分岐を達成することができる（特許文献 2、段落 0038、 0039参照)。従って、テーパ 導波路と比較して短距離で光を分岐させることができ、また上述のような、最も光の強 度の大きな光学的中心部分が、分岐点で散乱されて、大きな分岐損失が生じるとい うこともない。
[0005] し力しながら、上述の分岐比 1： 1 (等分)の光の分岐を達成するには、入射導波路 を伝搬する光が基本モードのみであり、基本モードが入射導波路の中心軸に対して 対称であり、入射導波路とマルチモード導波路の中心軸が一致しており、かつマル チモード導波路の形状が中心軸に対して対称である場合に限られる。すなわち、 M
Ml型光分岐光導波路にお ヽても、入射側の光導波路を伝搬する光の強度分布 (界 分布)が、光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称の場合などは、分岐光導波 路にお 、て、光の分岐比を等分とすることができな 、と 、う問題点があった。
現実には、マルチモード光導波路に入射される光は、入射光導波路を伝搬する基 本モード以外の高次モード、放射モードの成分をも含んでいることが多ぐまた例え ば、入射光導波路が曲率を有している場合には、通常基本モードが非対称となる。 さらには、 MMI型光分岐光導波路では、波長によって基本モード光と高次モード 光の干渉位置が異なるため、光の強度の損失、分岐比ともに波長依存性を持つとい う問題点があった。すなわち、光の波長に応じて MMI型光分岐光導波路の設計を 変更する必要があり、製造が非効率ィ匕する等の問題があった。
[0006] 特許文献 1 :特開平 4 213407号公報
特許文献 2：特開 2000— 121857号公報
発明の開示
[0007] 本発明は、上記問題点に鑑み、分岐損失、分岐比のばらつきが少ない低損失な光 分岐光導波路を提供することを目的とし、さらには、分岐損失、分岐比のばらつきが 少ないことに加えて、波長依存性の小さい光分岐光導波路を提供することを目的と する。
[0008] 本発明者らは、入射光導波路の幾何学的中心軸とマルチモード光導波路の幾何 学的中心軸をずらすことによって、及び Z又はマルチモード光導波路のコア形状を その幾何学的な中心軸に対して非対称とすることによって、入射側の光導波路を伝 搬する光の強度分布 (界分布)が、該光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称 であっても、分岐損失、分岐比のばらつきが小さくなることを見出した。
さらに、入射光導波路の幾何学的中心軸とマルチモード光導波路の幾何学的中心 軸をずらすことによって生じる界分布の波長依存性と、マルチモード光導波路のコア 形状をその幾何学的な中心軸に対して非対称とすることによって発生する界分布の 波長依存性を整合させることにより、波長に依存せず、かつ分岐損失、分岐比のばら つきを抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
(1)マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1本の入射光導波路 (A)が 光学的に接続され、他方の端部に入射光導波路 (A)よりも多数の出射光導波路 (B) が光学的に接続された光分岐光導波路であって、入射光導波路 (A)とマルチモード 光導波路の接続面にぉ 、て、入射光導波路 (A)のうちの少なくとも 1本の光導波路（ a)力もマルチモード光導波路に入射される光の強度分布が、該光導波路 (a)の幾何 学的な中心軸に対して非対称であり、かつ該光導波路 (a)の幾何学的な中心軸の延 長線が前記マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸と一致しないことを特徴とす る光分岐光導波路、
(2)マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1本の入射光導波路 (A)が 光学的に接続され、他方の端部に入射光導波路 (A)よりも多数の出射光導波路 (B) が光学的に接続された光分岐光導波路であって、入射光導波路 (A)とマルチモード 光導波路の接続面にぉ 、て、入射光導波路 (A)のうちの少なくとも 1本の光導波路（ a)力もマルチモード光導波路に入射される光の強度分布が、該光導波路 (a)の幾何 学的な中心軸に対して非対称であり、かつマルチモード光導波路のコア形状が該マ ルチモード光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称であることを特徴とする光 分岐光導波路、
(3)前記光導波路 (a)の幾何学的な中心軸の延長線が前記マルチモード光導波路 の幾何学的な中心軸と一致しな!、上記（2)記載の光分岐光導波路、
(4)前記光導波路 (a)力もマルチモード光導波路に入射される光の強度分布におけ る最も強度の大きい光学的な中心軸が、マルチモード光導波路の幾何学的な中心 軸と実質的に一致することを特徴とする上記（1)又は (3)に記載の光分岐光導波路
(5)前記マルチモード光導波路のコア形状が、少なくとも一方の側端部に切り欠き構 造を有する上記（2)〜 (4)の 、ずれかに記載の光分岐光導波路、
(6)前記切り欠き構造が、マルチモード光導波路のコアの入射光導波路 (A)と接続 する側力 該コアの側端部に向けて、切り欠いたものであり、かつその形状が入射光 導波路 (A)と接続する側から出射光導波路 (B)と接続する側に向けて正弦曲線構 造である上記（5)記載の光分岐光導波路、
(7)前記入射光導波路 (A)が 1本の入射光導波路であり、前記出射光導波路 (B)が 2本以上の出射光導波路であり、 2本以上の出射光導波路における各光導波路への 光の分岐比が実質的に等分である上記（1)又は (2)に記載の光分岐光導波路、
(8)前記入射光導波路 (A)及び Z又は出射光導波路 (B)がシングルモード光導波 路である上記（1)〜（7)の 、ずれかに記載の光分岐光導波路、
(9)前記マルチモード光導波路を構成するコア及び Z又はクラッドの一部又は全部 がポリマーからなる上記（1)〜（8)の 、ずれかに記載の光分岐光導波路、
(10)前記ポリマーがフッ素を含むポリイミド系榭脂である上記（9)記載の光分岐光導 波路、及び
(11)上記（1)〜（10)の 、ずれかに記載の光分岐光導波路を用いた光学装置、 を提供するものである。
[0009] 本発明によれば、分岐損失、分岐比のばらつきが少ない低損失な光分岐光導波路 を提供することができ、さらには、分岐損失、分岐比のばらつきが少ないことに加えて 、波長依存性の小さ!、光分岐光導波路を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]従来の Y分岐光導波路の構造を示す模式図である。
[図 2]光の強度分布 (界分布)を示す模式図である。
[図 3]光の強度分布 (界分布)を示す模式図である。
圆 4]光の強度分布 (界分布)を示す模式図である。 [図 5]マルチモード光分岐光導波路の基本的構成を示す模式図である。
[図 6]本発明の光分岐光導波路の構成を示す模式図である。
[図 7]本発明のマルチモード光導波路のコア形状を示す模式図である。
[図 8]本発明のマルチモード光導波路のコア形状を示す模式図である。
[図 9]本発明のマルチモード光導波路のコア形状を示す模式図である。
[図 10]本発明の光分岐光導波路を示す模式図である。
[図 11]本発明の光分岐光導波路を示す模式図である。
[図 12]本発明の光分岐光導波路を示す模式図である。
符号の説明
1.主導波路 (コア部）
2.テーパ導波路 (コア部）
3.分岐導波路 (コア部）
4.分岐導波路 (コア部）
5.分岐点
6.マルチモード光導波路 (コア部）
7.入射光導波路 (コア部）
8.出射光導波路 (コア部）
9.出射光導波路 (コア部）
10.入射光導波路とマルチモード光導波路の接続面
a:入射光導波路の幾何学的な中心軸
b：マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸
d:出射光導波路間の距離
：光の強度分布の中心軸 (光伝搬モードの中心軸）
L：マルチモード光導波路のコアの長さ
w：入射光導波路及び出射光導波路の幅
1
w：マルチモード光導波路の幅
2
X：オフセットの距離
Z :側端部からの距離 発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明の光分岐光導波路は、マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1 本の入射光導波路 (A)が光学的に接続され、他方の端部に入射光導波路 (A)よりも 多数の出射光導波路 (B)が光学的に接続された光分岐光導波路であるが、以下入 射光導波路 (A)が 1本の入射光導波路からなり、出射光導波路 (B)が 2本の出射光 導波路力 なる場合を例として具体的に説明する。
まず、本発明の光分岐光導波路の基本的構成について、図 5を用いて説明する。 本発明の光分岐光導波路の基本的構成は、マルチモード光導波路 (コア部） 6の一 方の端部に、 1本の入射光導波路 (コア部） 7が光学的に接続され、他方の端部に、 例えば 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9が光学的に接続されたものである。ここ で、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9への光の分岐比は実質的に等分である。 なお、光導波路 (コア部） 7、 8及び 9とマルチモード光導波路 (コア部） 6とは光学的に 接続されていればよぐ図 5に示すように間隙なく接続されていてもよいし、又は光導 波路 (コア部） 7、 8及び 9とマルチモード光導波路 (コア部） 6との間に間隙があっても よい。さらには、光導波路 (コア部） 7、 8及び 9に代えて、光ファイバ一を直接マルチ モード光導波路に光学的に接続させる場合をも含むものである。
入射光導波路 (コア部） 7からマルチモード光導波路 (コア部） 6に入射される光の強 度分布は、入射光導波路 (コア部） 7とマルチモード光導波路 (コア部） 6の接続面 10 において、入射光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称である。ここで、入射 光導波路の幾何学的な中心軸とは、入射光導波路を構成するコアの中心軸をいい、 該中心軸から両側のクラッドまでの距離が等間隔である。
[0013] 図 6は本願の第一の発明における、光分岐光導波路の一形態を示すものであり、 入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的な中心軸 aの延長線がマルチモード光導波路（ コア部） 6の幾何学的な中心軸 bと一致しないことを特徴とする。ここで、マルチモード 光導波路の幾何学的な中心軸とは、マルチモード光導波路を構成するコアの中心 軸をいい、該中心軸力も両側のクラッドまでの距離が等間隔である。
入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的な中心軸 aの延長線とマルチモード光導波路 (コア部） 6の幾何学的な中心軸 bの軸ずれ (オフセット）の距離 Xは、入射光導波路と マルチモード光導波路の接続面における、入射光導波路力もマルチモード光導波 路に入射される光の強度分布の非対称性に応じて適宜決定される力 通常 1. 以下であることが好ましぐさらには 0. 7 m以下であることが好ましい。
[0014] また、図 6に示すように、入射光導波路 (コア部） 7からマルチモード光導波路 (コア 部） 6に入射される光の強度分布における最も強度の大きい光学的な中心軸 (光伝 搬モードの中心軸）力 マルチモード光導波路 (コア部） 6の幾何学的な中心軸 bと実 質的に一致するように軸ずれ (オフセット)の距離 Xを設定することが好ま 、。これは 入射光導波路 (コア部） 7を伝搬する光の強度分布が、図 3に示すような形状を有す る場合に特に有効である。
このように、入射光導波路の幾何学的中心軸 aと、マルチモード光導波路の幾何学 的中心軸 bの軸ずれ (オフセット）によって、入射側の光導波路を伝搬する光の強度 分布 (界分布)が、該光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称であっても、分 岐損失、分岐比のばらつきを小さくすることができる。
[0015] 次に、本願の第二の発明に係る光分岐光導波路は、図 5に示す基本構成を有し、 かつマルチモード光導波路 (コア） 6のコア形状が、マルチモード光導波路の幾何学 的な中心軸 bに対して非対称であることを特徴とする。
マルチモード光導波路は、通常幾何学的な中心軸 bに対して対称な形状を有して おり、マルチモード光導波路の長さ、幅を制御することにより、例えば伝搬する光をほ ぼ均等な 2つのピークを持つ強度分布とし、この部分に対応して 2つの出射光導波路 を配置することにより、分岐比 1 : 1 (等分)の光の分岐を達成するものである。しかしな がら、前述のように、入射側の光導波路を伝搬する光の強度分布 (界分布)が、該入 射側の光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称の場合、マルチモード光導波 路内を伝搬する光は均等な 2つのピークを持つ強度分布を有さず、分岐光導波路に おいて、光の分岐比を等分とすることができない。
[0016] これに対して、第二の発明では、マルチモード光導波路のコア形状力 マルチモー ド光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称であることに特徴がある。ここで、マ ルチモード光導波路の幾何学的な中心軸とは、前述のマルチモード光導波路を構 成するコアの中心軸と同一のものを指し、後に詳述する切り欠き構造の有無によって 移動するものではない。
マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称なコア形状としては、 種々のものが考えられるが、製造の容易さ等を考慮すると、マルチモード光導波路の コア形状が、少なくとも一方の側端部に切り欠き構造を有するものであることが好まし い。
ここで、切り欠き構造とは、コアの側端部を何らかの形状に切った構造であればよく 、例えば、該コアの側端部とマルチモード光導波路の幾何学的な中心軸との距離が 、光の進行方向に対して、少なくとも一部で互いに異なるように構成したものが挙げら れる。より具体的には、図 7に示すように、マルチモード光導波路の光の入射部にお けるコアの幅を、出射部のコアの幅よりも小さくするように切り欠く形状や、図 8に示す ように、マルチモード光導波路のコアの中間部分において、側端部を切り欠く形状等 が挙げられる。
[0017] また、図 9に示すように、光の進行方向に対して、マルチモード光導波路のコアの 側端部とマルチモード光導波路の幾何学的な中心軸 bとの距離が、曲線状に変化す るようにした形状を挙げることができる。この場合には、マルチモード光導波路のコア の側端部とマルチモード光導波路の幾何学的中心部 bとの距離の変化を、マルチモ 一ド光導波路の出口付近において緩やかにするとよい。こうした形状をとることで、光 の強度の損失をより抑制することができる。
さらには該距離をマルチモード光導波路の入り口から出口に向力つて正弦関数状 に大きくすること、すなわち、前記切り欠き構造が、マルチモード光導波路の入り口部 分から出口部分に向けて正弦曲線構造を有するものであることが好ましい。光の強 度の損失をより抑制することができるとともに、 CAD等で容易に設計できるという利点 がある。
[0018] また、本発明の目的である分岐損失、分岐比のばらつきが小さぐかつ波長依存性 の小さ!、低損失なマルチモード光分岐光導波路を得るためには、本願の第三の発 明である入射光導波路の幾何学的な中心軸の延長線が、マルチモード光導波路の 幾何学的な中心軸と一致せず、かつマルチモード光導波路のコア形状が、その幾何 学的な中心軸に対して非対称であることがより好ましい。 入射光導波路の幾何学的中心軸とマルチモード光導波路の幾何学的中心軸の軸 ずれ (オフセット）によって、上述のように分岐損失及び分岐比のばらつきを小さくす ることができるが、それと同時に光導波路を伝搬する光の強度分布 (界分布)の波長 依存性が生じる。従って、使用する光の波長によって、光導波路の設計を変更する 必要性がある。
一方、マルチモード光導波路のコア形状をその幾何学的な中心軸に対して非対称 とすることによって、分岐損失及び分岐比のばらつきを小さくすることができるが、そ れと同時に界分布の波長依存性が生じ、オフセットを行ったときと同様に、使用する 光の波長によって、光導波路の設計を変更する必要性がある。
これに対して、本願の第三の発明は、オフセットによって生じる界分布の波長依存 性と、マルチモード光導波路のコア形状をその幾何学的な中心軸に対して非対称と することによって生じる界分布の波長依存性を整合させることにより、波長に依存せ ず、かつ分岐損失、分岐比のばらつきを抑えるものである。すなわち、 2つの波長依 存性を生じさせる原因である、オフセットとマルチモード光導波路のコア形状の非対 称性を、互いの波長依存性を相殺させるように、光導波路を設計するものである。 なお、上記の説明では、出射光導波路が 2つのいわゆる Y分岐光導波路をもって 説明したが、これに限定されず、さらに多くの出射光導波路を有する光導波路にも適 用可能である。ここで、本発明において「Y分岐」又は「Y型分岐」とは、直線 3本で構 成された狭義の Υ型分岐構造を指すのではなぐ 1本の入力から 2本の出力 (もしくは その逆）に分岐する 1 X 2分岐の構造の光導波路の回路要素を指すものとする。 また、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9への光の分岐比は実質的に等分であ る場合について説明したが、マルチモード光導波路の長さ、幅を制御することにより、 例えば 1： 2の分岐比など任意の分岐比を得ることができるため（例えば、特開 2000 — 121857参照）、これに本発明を適用することで、任意の分岐比で、かつ分岐損失 、分岐比のばらつきが少なぐしかも、波長依存性の小さい光分岐光導波路を得るこ とがでさる。
さらに、上記の説明では、入射光導波路が 1本である場合について説明したが、入 射光導波路は複数あってもよい。この場合には、複数ある入射光導波路のうち少なく とも 1本の光導波路にぉ 、て上記の条件を満たせばょ 、。
[0020] 本発明にお 、て、入射光導波路及び出射光導波路は、 V、ずれか一方、または両 方がシングルモード光導波路であることが好まし 、。シングルモード光導波路を用い ると、マルチモード光導波路を用いた場合に比較して、入力の光強度分布が安定す るため、入力光強度分布に対応した分岐構造を提案する本発明の効果を的確に安 定して発揮することができる。
また、入射光導波路及び Z又は出射光導波路は光ファイバ一であってもよい。本 発明は、複数の分岐構造が連続して使用される場合、例えば 1 X 2分岐構造をツリー 構成として I X n分岐のスプリッタを構成する場合に、特に効果を発揮する。この場合 には第 1段目の入射光導波路は、光ファイバ一と接続されることが多ぐ入射光導波 路自体を光ファイバ一とすることは、本発明の好ましい態様の一つである。なお、光フ アイバーは反射減衰量の低減と ヽぅ利点があることから斜めに接続される場合があり 、その場合には入射光強度分布が非対称となるため、本発明が特に有効である。 さらに、一般に双方向の光伝送では、 Y型分岐光導波路において、出射光導波路 から、入射光導波路に光を伝搬させることもあり、本発明の光導波路は光分岐光導 波路のみではなぐ光合波光導波路として使用することもできる。この場合、出射光 導波路は入射用の光導波路として、入射光導波路は出射用光導波路として用いら れ、本発明の光導波路は、マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1本の 出射用として用いられる光導波路 (A)が光学的に接続され、他方の端部に光導波路 (A)よりも多数の入射用として用いられる光導波路 (B)が光学的に接続された光合 波光導波路であって、光導波路 (A)とマルチモード光導波路の接続面において、マ ルチモード光導波路力 出射され光導波路 (A)のうちの少なくとも 1本の光導波路 (a )に結合される光の強度分布が、該光導波路 (a)の幾何学的な中心軸に対して非対 称であり、かつ該光導波路 (a)の幾何学的な中心軸の延長線が前記マルチモード光 導波路の幾何学的な中心軸と一致しないか又はマルチモード光導波路のコア形状 が該マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称である光合波光導 波路となる。
[0021] 次に、本発明のマルチモード光導波路を構成するコア及びクラッドの材料としては 、ガラスや半導体材料等の無機材料、榭脂等の有機材料など様々なものが挙げられ る力 榭脂等のポリマーがドライエッチング等により短時間でカ卩ェしゃすいため好まし い。なお、クラッドの全部もしくは一部として空気層を用いてもよい。このようなポリマー としてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系榭脂（例、ポリイミ ド榭脂、ポリ (イミド 'イソインドロキナゾリンジオンイミド)榭脂、ポリエーテルイミド榭脂、 ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド榭脂等）、シリコーン系榭脂、アクリル系榭 脂、ポリスチレン系榭脂、ポリカーボネート系榭脂、ポリアミド系榭脂、ポリエステノレ系 榭脂、フエノール系榭脂、ポリキノリン系榭脂、ポリキノキサリン系榭脂、ポリべンゾォ キサゾ一ル系榭脂、ポリべンゾチアゾール系榭脂、ポリべンゾイミダゾール系榭脂、 及びフォトブリーチング用榭脂（例えば特開 2001— 296438号公報記載のポリシラ ン、二トロン化合物を有するシリコーン榭脂、 DMAPN{ (4-N, N ジメチルアミノフ ェ -ル）—N—フエ-ル-トロン }を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer)、二トロンィ匕合物を含有するポリイミド榭脂あるいはエポキシ榭脂、特開 200 0— 66051号公報記載の加水分解性シランィ匕合物等）が挙げられる。上記榭脂はフ ッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラ ス転移温度 (Tg)が高ぐ耐熱性に優れることからポリイミド榭脂が挙げられ、その中 でも透過率、屈折率特性カゝらフッ素を含むポリイミド系榭脂が特に好まし ヽ。
フッ素を含むポリイミド系榭脂としては、フッ素を含むポリイミド榭脂、フッ素を含むポ リ（イミド 'イソインドロキナゾリンジオンイミド)榭脂、フッ素を含むポリエーテルイミド榭 脂、フッ素を含むポリアミドイミド榭脂などが挙げられる。
上記フッ素を含むポリイミド系榭脂の前駆体溶液は、 N—メチル—2—ピロリドン， N , N ジメチルァセトアミド、 γ ブチロラタトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶 媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジァミンを反応させることにより得られる。フッ素 は、テトラカルボン酸二無水物とジァミンの両者に含まれていてもよいし、いずれか一 方にのみ含まれて 、てもよ 、。
また、上記フッ素を含まないポリイミド系榭脂の前駆体溶液は、 Ν—メチル—2—ピ 口リドン， Ν, Ν ジメチルァセトアミド、 γ—ブチ口ラタトン、ジメチルスルホキシドなど の極性溶媒中で、フッ素を含まな ヽテトラカルボン酸二無水物とフッ素を含まな ヽジ アミンを反応させること〖こより得られる。
[0023] フッ素を含む酸二無水物の例としては、（トリフルォロメチル）ピロメリット酸二無水物 、ジ（トリフルォロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルォロプロピル）ピロメリ ット酸二無水物、ペンタフルォロェチルピロメリット酸二無水物、ビス {3, 5—ジ（トリフ ルォロメチル）フエノキシ }ピロメリット酸二無水物、 2, 2 ビス（3, 4 ジカルボキシフ 工 -ル）へキサフルォロプロパン二無水物、 5, 5' —ビス（トリフルォロメチル） 3, 3 ' , 4, 4' —テトラカルボキシビフエ-ルニ無水物、 2, 2' , 5, 5' —テトラキス（トリ フルォロメチル） 3, 3' , 4, 4' —テトラカルボキシビフエ-ルニ無水物、 5, 5' - ビス（トリフルォロメチル） 3, 3' , 4, 4' —テトラカルボキシジフエニルエーテル二 無水物、 5, 5' —ビス（トリフルォロメチル）ー 3, 3' , 4, 4' ーテトラカルボキシベン ゾフエノン二無水物、ビス { (トリフルォロメチル）ジカルボキシフエノキシ }ベンゼン二 ゼンニ無水物、ビス（ジカルボキシフエノキシ）（トリフルォロメチル）ベンゼン二無水物 、ビス（ジカルボキシフエノキシ）ビス（トリフルォロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジ カルボキシフエノキシ）テトラキス（トリフルォロメチル）ベンゼン二無水物、 2, 2—ビス { (4 (3, 4ージカルボキシフエノキシ）フエ-ル}へキサフルォロプロパン二無水物、 ビス { (トリフルォロメチル）ジカルボキシフエノキシ }ビフエ-ルニ無水物、ビス { (トリフ ルォロメチル）ジカルボキシフエノキシ }ビス（トリフルォロメチル）ビフエ-ルニ無水物 、ビス { (トリフルォロメチル）ジカルボキシフエノキシ }ジフエ-ルエーテル二無水物、 ビス（ジカルボキシフエノキシ）ビス（トリフルォロメチル）ビフエ-ルニ無水物などが挙 げられる。
[0024] フッ素を含むジァミンとしては、例えば、 4 (1H, 1H, 11H—エイコサフルォロウ ンデカノキシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (1H, 1H—パーフルオロー 1—ブタノ キシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (1H, 1H—パーフルオロー 1—ヘプタノキシ） —1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (1H, 1H—パーフルオロー 1—オタタノキシ） 1, 3 —ジァミノベンゼン、 4 ペンタフノレオロフエノキシ一 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (2 , 3, 5, 6—テトラフルオロフエノキシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (4 フルオロフ エノキシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (1H, 1H, 2H, 2H—パーフルオロー 1— へキサノキシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 4— (1H, 1H, 2H, 2H—パーフルオロー 1—ドデカノキシ） 1, 3 ジァミノベンゼン、 2, 5 ジァミノべンゾトリフルオライド、 ビス（トリフルォロメチル）フエ-レンジァミン、ジアミノテトラ（トリフルォロメチル）ベンゼ ン、ジァミノ（ペンタフルォロェチル）ベンゼン、 2, 5 ジァミノ（パーフルォ口へキシル )ベンゼン、 2, 5 ジァミノ（パーフルォロブチル）ベンゼン、 2, 2' ビス（トリフルォ ロメチル）—4, 4, —ジアミノビフエ-ル、 3, 3, —ビス（卜リフルォロメチル）—4, 4, ージアミノビフエニル、ォクタフルォロベンジジン、 4, 4' ージアミノジフエニルエーテ ル、 2, 2 ビス（p ァミノフエ-ル）へキサフルォロプロパン、 1, 3 ビス（ァ-リノ）へ キサフルォロプロパン、 1, 4 ビス（ァニリノ）ォクタフルォロブタン、 1, 5 ビス（ァニ リノ）デカフルォロペンタン、 1, 7 ビス（ァ-リノ）テトラデカフルォロヘプタン、 2, 2' ビス（トリフルォロメチル） 4, 4' —ジアミノジフエ-ルエーテル、 3, 3' —ビス（ト リフルォロメチル） 4, 4' ージアミノジフエニルエーテル、 3, 3' , 5, 5' ーテトラキ ス（トリフルォロメチル） 4, 4' —ジアミノジフエ-ルエーテル、 3, 3' —ビス（トリフ ルォロメチル） 4, 4' —ジァミノべンゾフエノン、 4, 4' —ジァミノ一 p—テルフエ- ル、 1, 4 ビス（p ァミノフエ-ル）ベンゼン、 p ビス（4 ァミノ一 2 トリフルォロメ チルフエノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフエノキシ）ビス（トリフルォロメチル）ベンゼン、 ビス（アミノフエノキシ）テトラキス（トリフルォロメチル）ベンゼン、 2, 2 ビス {4— (4— アミノフエノキシ）フエ-ル}へキサフルォロプロパン、 2, 2 ビス {4— (3—アミノフエノ キシ）フエ-ル}へキサフルォロプロパン、 2, 2—ビス {4— (2—アミノフエノキシ）フエ -ル }へキサフルォロプロパン、 2, 2 ビス {4— (4 アミノフエノキシ） 3, 5 ジメ チルフエ-ル}へキサフルォロプロパン、 2, 2 ビス {4一（4ーァミノフエノキシ） 3, 5—ジトリフルォロメチルフエ-ル}へキサフルォロプロパン、 4, 4' —ビス（4—ァミノ —2 トリフルォロメチルフエノキシ）ビフエ-ル、 4, 4' —ビス（4 ァミノ一 3 トリフ ルォロメチルフエノキシ）ビフエ-ル、 4, 4' -ビス（4 -ァミノ 2 トリフルォロメチル フエノキシ）ジフエ-ルスルホン、 4, 4' —ビス（3—アミノー 5—トリフルォロメチルフエ ノキシ）ジフエ-ルスルホン、 2, 2 ビス {4— (4 ァミノ一 3 トリフルォロメチルフエ ノキシ）フエ-ル}へキサフルォロプロパン、ビス { (トリフルォロメチル）ァミノフエノキシ }ビフエ-ル、ビス〔{ (トリフルォロメチル）ァミノフエノキシ }フエ-ル〕へキサフルォロプ 口パン、ビス {2—〔（アミノフエノキシ）フエ-ル〕へキサフルォロイソプロピル }ベンゼン などが挙げられる。
[0025] 上記のテトラカルボン酸二無水物およびジァミンは二種以上を併用してもよい。ポリ イミド系榭脂の前駆体溶液として、感光性を有するものを使用することもできる。
ポリイミド系榭脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面 上に塗布され、最終温度 200〜400°Cで熱処理し硬化されてポリイミド系榭脂被膜と される。
[0026] 本発明の光学装置は、上記（1)〜（10)の ヽずれかに記載の光導波路を用いて構 成される。このような光学装置としては、光スプリッタ、方向性光結合器、光力ブラ、光 合分岐器、光合分波器、光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジユー ル、光スィッチ、光変調器、光フィルタ、光偏光器、光分散補償器、光アドドロップモ ジュール、光クロスコネクトなどが挙げられる。
実施例
[0027] 次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する力 本発明は、これらの例によ つてなんら限定されるものではな!/、。
実施例 1
以下の材料を用いて、図 10に示される概略構造を有する光分岐光導波路を作製 した。
コア：フッ素化ポリイミド榭脂（日立化成工業株式会社製 ΓΟΡΙ-Ν3205] ) クラッド:フッ素化ポリイミド榭脂（日立化成工業株式会社製「OPI— N1005J ) 入射光導波路 (シングルモード、コア部） 7、 2本の出射光導波路 (シングルモード、 コア部） 8及び 9の幅 wは 6. 5 m、マルチモード光導波路の幅 wは 15 μ m、長さ L
1 2
は 220 μ m、マルチモード光導波路の出口における出射光導波路 (シングルモード、 コア部）の距離 dは 3. 5 mである。また入射光導波路 (コア部） 7は、図には示さない 力 曲率半径 rが 15mmの曲線部分を有し、入射光導波路とマルチモード光導波路 の接続面 10にお 、て、入射光導波路からマルチモード光導波路に入射される光の 強度分布は、入射光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称な形状を有してい た。入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的中心軸 aとマルチモード光導波路の幾何学 的中心軸 bとの軸ずれ (オフセット） xを 0. とした。波長 1. 55 /z mの光を用いて 、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9へ出射される光の分岐比を測定した。その結 果、光の分岐比は 0. 99 : 1であった。
[0028] 比較例 1
入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的中心軸 aと、マルチモード光導波路の幾何学 的中心軸 bとの軸ずれ (オフセット）を行わな!/、こと以外は実施例 1と同様にして光分 岐光導波路を作製し、 2本の出射光導波路 (コア部) 8及び 9へ出射される光の分岐 比を測定した。その結果、光の分岐比は光の波長が 1. 31 mの場合に 0. 98 : 1、 光の波長が 1. 55 mの場合に 0. 90 : 1であった。
[0029] 実施例 2
実施例 1に記載したのと同様の材料を用いて、コア形状が図 11に示されるような切 り欠き構造を持つ、マルチモード光導波路を有する光分岐光導波路を作製した。 入射光導波路 (コア部） 7、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9の幅 Wiは 6.
、マルチモード光導波路の幅 wは m、長さ Lは m、マルチモード光導波
2
路の出口における出射光導波路の距離 dは 3. 5 mである。入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的中心軸 aとマルチモード光導波路の幾何学的中心軸 bは一致させた。 マルチモード光導波路の入り口部分は、側端部から距離 z (z = 0. 6 m)だけ短くな つており、該入り口部分力 マルチモード光導波路の出口部分に向けて正弦曲線構 造を有するものである。また入射光導波路 (コア部） 7は、図には示さないが、曲率半 径 rが 15mmの曲線部分を有し、入射光導波路とマルチモード光導波路の接続面 1 0にお 、て、入射光導波路からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布は 、入射光導波路の幾何学的な中心軸 aに対して非対称な形状を有していた。波長 1. 31 mの光を用いて、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9へ出射される光の分岐 比を測定した。その結果、光の分岐比は 1 : 1であった。
[0030] 実施例 3
実施例 1に記載したのと同様の材料を用いて、マルチモード光導波路のコア形状 が図 12に示されるような切り欠き構造を持ち、かつ軸ずれ (オフセット)構造を持つ光 分岐光導波路を作製した。 入射光導波路 (コア部） 7、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9の幅 wは 6.
1
、マルチモード光導波路の幅 wは 15/ζπι、長さ Lは 220/ζπι、マルチモード光導波
2
路の出口における出射光導波路の距離 dは 3. 5 μ mである。マルチモード光導波路 の入り口部分は、側端部から距離 z(z = 0.8 m)だけ短くなつており、該入り口部分 力もマルチモード光導波路の出口部分に向けて正弦曲線構造を有するものである。 また、入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的中心軸 aとマルチモード光導波路の幾何 学的中心軸 bとの軸ずれ (オフセット） Xを 0. 9 mとした。
なお、入射光導波路 (コア部） 7は、図には示さないが、曲率半径 rが 15mmの曲線 部分を有し、入射光導波路とマルチモード光導波路の接続面 10において、入射光 導波路からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布は、入射光導波路の 幾何学的な中心軸 aに対して非対称な形状を有していた。
波長 1. 55/zmの光を用いて、 2本の出射光導波路 (コア部） 8及び 9へ出射される 光の分岐比を測定した。その結果、光の分岐比は 1:1であった。
[0031] 実施例 4
マルチモード光導波路の入り口部分が、側端部から距離 z(z = 0. 2 m)だけ短く なっており、入射光導波路 (コア部） 7の幾何学的中心軸 aとマルチモード光導波路の 幾何学的中心軸 bとの軸ずれ (オフセット) Xを 0. 5 mとしたこと以外は、実施例 3と 同様にして光分岐光導波路を作製した。
波長 1. 31/zm及び 1. 55/zmの光を用いて、 2本の出射光導波路（コア部） 8及び 9へ出射される光の分岐比を測定した。その結果、光の分岐比は波長 1. 31/zmで ίま 0. 99:1、 1. 55 111で【ま1.01:1であった。
[0032] 実施例 1と実施例 3を比較すると、側端部からの距離 ζと、オフセット X以外の光導波 路形状は同一であり、いずれも分岐比が実質的に等分となった。すなわち、複数の ζ と Xとの組み合わせによって、分岐比を 1:1とすることができた。実施例 1及び 3では、 ζ=-2.08χ+1. 12の関係を満足する ζと Xを選択することにより、分岐比を実質的 に等分とすることができた。
また、入射光導波路の有する曲率によっても、 Ζと Xの関係は異なるが、同様に、分 岐比が実質的に等分となるように、 Ζと Xを選択することが可能である。 [0033] さらに、 zと xとの関係は用いる光の波長により異なる力 波長の異なる 2種類の光を 用いても、分岐比が実質的に等分となるように、 zと Xを選択することが可能であり、実 施例 4に示すように、波長の異なる 2種類の光で分岐比 1： 1を実現することができた。 すなわち、図 12に示される構造を有する光分岐光導波路によれば、入射光導波路 (コア部） 7からマルチモード光導波路 (コア部） 6に入射される光の強度分布力 入射 光導波路とマルチモード光導波路の接続面 10において、入射光導波路 (コア部） 7 の幾何学的な中心軸に対して非対称であっても、光の波長に依存することなぐ 2本 の出射光導波路 (コア部） 8及び 9への光の分岐比を実質的に等分とすることができ る。
産業上の利用可能性
[0034] 本発明によれば、分岐損失、分岐比のばらつきが少ない低損失な光分岐光導波路 を得ることができ、さらには、分岐損失、分岐比のばらつきが少ないことにカ卩えて、波 長依存性の小さい光分岐光導波路を得ることができる。また、この光分岐光導波路を スプリッタモジュールとして用いることにより、光損失の小さい、 1 : 1の安定した分岐比 を有する光学装置を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1本の入射光導波路 (A)が光 学的に接続され、他方の端部に入射光導波路 (A)よりも多数の出射光導波路 (B)が 光学的に接続された光分岐光導波路であって、入射光導波路 (A)とマルチモード光 導波路の接続面にぉ 、て、入射光導波路 (A)のうちの少なくとも 1本の光導波路 (a) からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布が、該光導波路 (a)の幾何学 的な中心軸に対して非対称であり、かつ該光導波路 (a)の幾何学的な中心軸の延長 線が前記マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸と一致しないことを特徴とする 光分岐光導波路。
[2] マルチモード光導波路の一方の端部に、少なくとも 1本の入射光導波路 (A)が光 学的に接続され、他方の端部に入射光導波路 (A)よりも多数の出射光導波路 (B)が 光学的に接続された光分岐光導波路であって、入射光導波路 (A)とマルチモード光 導波路の接続面にぉ 、て、入射光導波路 (A)のうちの少なくとも 1本の光導波路 (a) からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布が、該光導波路 (a)の幾何学 的な中心軸に対して非対称であり、かつマルチモード光導波路のコア形状が該マル チモード光導波路の幾何学的な中心軸に対して非対称であることを特徴とする光分 岐光導波路。
[3] 前記光導波路 (a)の幾何学的な中心軸の延長線が前記マルチモード光導波路の 幾何学的な中心軸と一致しない請求項 2記載の光分岐光導波路。
[4] 前記光導波路 (a)からマルチモード光導波路に入射される光の強度分布における 最も強度の大きい光学的な中心軸が、マルチモード光導波路の幾何学的な中心軸 と実質的に一致することを特徴とする請求項 1又は 3に記載の光分岐光導波路。
[5] 前記マルチモード光導波路のコア形状が、少なくとも一方の側端部に切り欠き構造 を有する請求項 2〜4のいずれかに記載の光分岐光導波路。
[6] 前記切り欠き構造が、マルチモード光導波路のコアの入射光導波路 (A)と接続す る側力 該コアの側端部に向けて、切り欠いたものであり、かつその形状が入射光導 波路 (A)と接続する側から出射光導波路 (B)と接続する側に向けて正弦曲線構造で ある請求項 5記載の光分岐光導波路。
[7] 前記入射光導波路 (A)が 1本の入射光導波路であり、前記出射光導波路 (B)が 2 本以上の出射光導波路であり、 2本以上の出射光導波路における各光導波路への 光の分岐比が実質的に等分である請求項 1又は 2に記載の光分岐光導波路。
[8] 前記入射光導波路 (A)及び Z又は出射光導波路 (B)がシングルモード光導波路 である請求項 1〜7のいずれかに記載の光分岐光導波路。
[9] 前記マルチモード光導波路を構成するコア及び Z又はクラッドの一部又は全部が ポリマーからなる請求項 1〜8のいずれかに記載の光分岐光導波路。
[10] 前記ポリマーがフッ素を含むポリイミド系榭脂である請求項 9記載の光分岐光導波 路。
[11] 請求項 1〜10のいずれかに記載の光分岐光導波路を用いた光学装置。
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