JP2006039080A - 分岐光導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＦＴＴＨ用等に使用できる広帯域に渡り低損失かつ分岐比が一定な光スプリッタを、複雑な製造工程を経ずに提供する。
【解決手段】 本発明においては、１本の光導波路１０と２本の光導波路２０が、テーパ状光導波路３０によりＹ字型に接続された分岐光導波路を用い、テーパ状光導波路のコア内に、コアと屈折率の異なる光分割構造体を設ける。この光分割構造体は三角形５２、四角形５３、多角形、円形５４、楕円形の互いに分離した島状あるいは連結された島状５５であることが好ましい。これらの分岐光導波路を多段に接続して多分岐光導波路を構成することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光通信分野で用いられる光導波路に関し、とくに１つの光導波路を伝搬する光を複数の光導波路に分岐する分岐光導波路に関する。

光通信分野では１つの光路を伝搬する光のパワーを複数の光路に分岐する光学素子である光スプリッタが必要とされる。従来から２本またはそれ以上の光ファイバを融着した光ファイバスプリッタが用いられているが、平板光導波路を用いた光スプリッタも知られている。この光導波路型スプリッタとしては、図５に示すように、Ｙ字型の光導波路を用いたＹ分岐型（図５（ａ））、方向性結合器型（同図（ｂ））、多モード干渉型（同図（ｃ））などが提案されている。

一般に、方向性結合器型および多モード干渉型は波長依存性が大きい。このため、局と加入者間の光通信、いわゆるファイバ・ツー・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）に使用される通信波長の全帯域（１．２６〜１．５６μｍ）に渡り、損失を小さく維持し、分岐比を一定にすることは難しい。これに対し、Ｙ分岐型は波長依存性が小さくＦＴＴＨに適したスプリッタを提供することが可能である。

Ｙ分岐型は、図６（ａ）に示すように、１本の光導波路１０をテーパ状光導波路３０を介して２本の光導波路２０に分岐させるが、分岐角θを限りなく小さくすることが可能であれば損失を小さくでき、また波長依存性も小さくできる。しかし、分岐部クラッド先端部２２の細く尖った形状の再現が難しく、実際には図６（ｂ）に示すような「鈍り」のある先端部２４となり、またこの形状もばらつきやすい。このため、ある程度の損失の発生は避けらず、また複数の素子間で分岐比を一定にするのが難しい。

この損失を低減する方法としては、次の（Ａ）〜（Ｄ）のような方法が提案され、損失低減の効果は得られている。
（Ａ）分岐部にマルチモード導波路を設ける（例えば、特許文献１参照）。
（Ｂ）分岐部にモード結合を導入する（例えば、特許文献２参照）。
（Ｃ）分岐部にフェーズアクセラレータを設ける（例えば、特許文献３参照）。
（Ｄ）分岐部に回折格子を設ける（例えば、特許文献４参照）。
特開平９−２１１２４４号公報 特開平９−２６５０１８号公報 特開平８−３２７８３６号公報 特開平９−３２５２２６号公報

しかし、上記（Ａ）〜（Ｄ）の方法を導入することにより、波長依存性は増大する。したがってこれらの手段では、分岐比の均一性向上、低損失化という課題と波長依存性の低減という課題を同時に解決できないため、広い波長帯を用いるＦＴＴＨ用としては不十分である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、広帯域に渡り低損失かつ分岐比が一定なスプリッタを、複雑な製造工程を経ずに提供することを目的とする。

本発明においては、１本の光導波路と２本の光導波路が、テーパ状光導波路によりＹ字型に接続された分岐光導波路を用い、テーパ状光導波路のコア内に、コアと屈折率の異なる光分割構造体を設ける。

上記光分割構造体の導入により、分岐部クラッド先端の形状に影響された損失の増大を防止でき、かつ分岐比のばらつきを低減できる。また本手段は屈折の効果を利用しているため、波長依存性が小さく、広い波長範囲で使用できる。

上記の光分割構造体は三角形、四角形、多角形、円形、楕円形の互いに分離した島状あるいは連結された島状であることが好ましい。
光分割構造体の形状はとくに限定されるものではないが、上記の形状であれば、光ビームの進行方向が単純であり、光導波路の構造設計が容易になる。

上記分岐光導波路を多段に接続することができる。
本発明によれば、損失が小さく分岐比のばらつきが小さいＹ分岐光導波路が得られるので、これを多段接続し、多分岐光導波路を形成する場合でも、損失が小さく、分岐比が安定した多分岐光導波路を提供できる。

本発明の手段は屈折現象に基礎を置いているため、広い波長範囲に渡って分岐比が均一で、かつ挿入損失が小さい分岐光導波路を実現でき、これを用いたスプリッタを提供できる。

本発明の実施形態について以下に説明する。
図１は本発明の基本原理を示している。一定な屈折率ｎ1をもつ媒質中を進行してきた光ビーム１００が、媒質とは異なる屈折率ｎ2をもつ光分割構造体５０（以下、構造体と略称する）を、その端面に対して斜めに通過する場合には、媒質と構造体の屈折率差によって屈折が生じる。構造体を光ビームの進行方向に対して適切に配置することにより、光ビームの進行方向を構造体の両側に２分することが可能である。図１（ａ）はｎ1＞ｎ2の場合、同図（ｂ）はｎ1＜ｎ2の場合の構造体の配置の例を示している。屈折率差があればいずれの場合でも光ビームの進行方向を２分することができる。

本発明においては上記の原理を応用し、図２に示すようにＹ分岐光導波路のテーパ状導波路３０内に伝搬光を２分する効果を有する光分割構造体を配置する。光導波路はもともと屈折率の異なるコアとクラッドからなるため、コアと屈折率の異なる構造体を導入しやすい。この構造体の存在により、分岐部クラッド先端に「鈍り」が発生しても、それが損失増大には結びつかず、低損失なＹ分岐光導波路を得ることが可能である。

また一般的に、波長依存性や温度依存性を小さくするため、光導波路においてはコアとクラッドに同系統の材料（例えば石英系、高分子材料系など）を用いることが多く、波長が変化してもコアとクラッドの屈折率差Δｎはほとんど変化しないように設計される。このため、屈折を用いる本方法は、従来の低損失化法、すなわち干渉、モード結合、回折という現象を利用した方法、に比較して波長依存性が小さい。

構造体５２、５３、５４の形状としては、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、三角形、四角形、円形などが可能であり、またこれらの中間の多角形や楕円形も使用できる。さらに、これらの構造体は、複数配置する方が効果が発揮されやすい。これらは互いに分離した島状に配置してもよいが、図２（Ｄ）のように互いに連結した構造体５５を配置してもよい。それぞれの形状に応じ最適な配置を選ぶことが望ましい。

表１は、図３（ａ）に示すようなＹ分岐光導波路に対し、同図（ｂ）に示す四角形（ひし形）の構造体５６を分離して配置した場合の損失の計算値を示している。同図（ａ）に示すように計算では分岐部クラッド先端部２６の鈍りを幅Ｗの平坦部がある場合として想定しているが、構造体を設けることにより、鈍りが無い理想的な場合（Ｗ＝０の場合）以上に低損失化が可能であることがわかる。なお、構造体の頂点に鈍りが発生した場合や、三角形、円形の構造体を用いた場合でも、構造体の個数と間隔を最適化することにより同水準の低損失化が可能である。

Ｙ分岐光導波路は多段に接続することにより、１×４、１×８、１×１６、１×３２等の多分岐光スプリッタを構成できる。図４は本発明のＹ分岐光導波路を７素子接続して８分岐光スプリッタを構成した例を示している。このような場合に、各Ｙ分岐光導波路の損失が小さいことは、複数の分岐光導波路が縦続されることによる損失の増大を抑えるために極めて重要である。また各Ｙ分岐光導波路の分岐比のばらつきが小さいことも多分岐化する際、所望の分岐比を得るために極めて重要である。したがって本発明のＹ分岐光導波路は多段化のために適しているといえる。

光分割構造体の原理を説明する図である。 本発明の分岐光導波路の実施例を示す模式図である。 計算モデルとして使用した分岐光導波路の例を示す模式図である。 本発明の多分岐光スプリッタの構成の一例を示す図である。 従来の光スプリッタの構成例を示す図である。 従来のＹ分岐光導波路の問題点を示す図である。

符号の説明

１０、２０ 光導波路
３０ テーパ状光導波路
５０、５２、５３、５４、５５，５６ 光分割構造体
１００ 光ビーム

Claims (3)

1. １本の光導波路と２本の光導波路が、テーパ状光導波路によりＹ字型に接続された分岐光導波路において、前記テーパ状光導波路のコア内に、コアと屈折率の異なる光分割構造体を設けたこと特徴とする分岐光導波路。
2. 前記光分割構造体は三角形、四角形、多角形、円形、楕円形の、互いに分離した島状あるいは連結された島状であることを特徴とする請求項１に記載の分岐光導波路。
3. 請求項１または２に記載の分岐光導波路を多段に接続したことを特徴とする分岐光導波路。
   

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