JP2003240992A - 導波路素子および導波路デバイス - Google Patents

導波路素子および導波路デバイス

Info

Publication number
JP2003240992A
JP2003240992A JP2002046324A JP2002046324A JP2003240992A JP 2003240992 A JP2003240992 A JP 2003240992A JP 2002046324 A JP2002046324 A JP 2002046324A JP 2002046324 A JP2002046324 A JP 2002046324A JP 2003240992 A JP2003240992 A JP 2003240992A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
core
optical fiber
radius
curved
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002046324A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3818169B2 (ja
Inventor
Tadahiko Hanada
忠彦 花田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2002046324A priority Critical patent/JP3818169B2/ja
Priority to US10/370,115 priority patent/US7106929B2/en
Publication of JP2003240992A publication Critical patent/JP2003240992A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3818169B2 publication Critical patent/JP3818169B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12026Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by means for reducing the temperature dependence
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125Bends, branchings or intersections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲がり導波路の最小曲率半径を十分小さく設
定することができるだけでなく、光ファイバとの接続部
分で光の結合損失が少ない導波路素子および導波路デバ
イスを得ること。 【解決手段】 アレイ導波路格子104を構成する基板
121上の曲がり導波路の部分131、132はマルチ
モード動作を行うコア径となっているが、導波路高さお
よび幅と限界曲率半径の関係を適切に組み合せ、高次モ
ードフィルタを構成している。このため、マルチモード
を前提として限界曲率半径を小さく設定しながら高次モ
ードーの光の伝播をカットオフし、シングルモードによ
る光の伝播を実現すると共に、光ファイバ111、11
2との光の結合損失を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はAWGやマッハツェ
ンダ干渉計等の導波路素子に光ファイバを光学的に接続
してなる導波路デバイスに係り、特にこの光学的な接続
部分での光のロスを減少あるいは防止させるようにした
導波路デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】インターネットを始めとした通信ネット
ワークが爆発的に普及している。これに伴って、バック
ボーンと呼ばれる基幹伝送系に一層の高速大容量化の要
求が行われるようになっている。大容量化の有効な手法
として、異なった波長の光信号を高密度で多重化するD
WDM(Dense Wavelength Division Multiplexing:高
密度波長分割多重通信方式)が利用されている。高密度
波長分割多重通信方式では、光を合分波するAWG(Ar
rayed Waveguide Grating:アレイ導波路格子)等のよ
うに光信号を処理する導波路デバイスが数多く使用され
る。このような導波路デバイスは、光導波路に光ファイ
バを接続して光の入力や出力を行うようになっている。
【0003】光ファイバ通信ではシングルモードファイ
バとマルチモードファイバが使用されている。マルチモ
ードファイバはコア径が大きく、多数の光線の軌跡が存
在する。これに対してシングルモード光ファイバの場合
には、軌跡が1つ(偏波を考慮すると2つ)である。各
モードは異なる伝播速度を持つ。このためマルチモード
ファイバでは、信号のエネルギーが速度の異なる多数の
モードに分散され、受信側で到達時間がばらつくことに
よって信号に歪みが生じる。シングルモードファイバの
場合にはこのようなマルチモード分散が存在せず、高品
位の情報伝送が可能である。このような理由から、長距
離回線には、シングルモードファイバが用いられてい
る。
【0004】シングルモードファイバとの適合性が良好
なシングルモード導波路は、光通信システムの高速化、
多波長化が今後ますます進展するに従って重要性が増加
すると考えられている。このようなシングルモード導波
路は、小型で高性能な合分波多重器、変調器、分岐器、
結合器あるいは干渉計等の構成要素として重要な役割を
担っている。
【0005】ところで、従来からシングルモード導波路
を設計する際には、直線導波路の断面構造に着目して、
各断面で光モードの解析を行って、複数のモードが励振
されないような設計条件を採用していた。光の進行方向
を変化させる曲がり導波路は、導波路デバイスの多機能
化に必要なものである。曲がり導波路は、小さな曲率半
径で曲げるほど短い伝播距離で光路を変換することがで
き、導波路デバイスの小型化に寄与することになる。し
かしながら、曲がり導波路の曲率半径が小さくなるほ
ど、曲がった箇所の外側の部分の光波がより多く放射さ
れてしまい失われてしまうという現象を生じる。これ
は、曲げ損失と呼ばれている。
【0006】前記したAWGやマッハツェンダ干渉計は
このような曲がり導波路を必須とする導波路デバイスで
ある。したがって、これらの小型化には曲げ損失との関
係を留意しながら曲がり導波路の曲率半径をできるだけ
小さくする必要がある。
【0007】曲がり導波路の最小曲率半径は、コアとク
ラッドの比屈折率差と相関関係がある。すなわち、比屈
折率差が大きくなるほど最小曲率半径を小さくすること
ができる。曲率半径を5mm(ミリメートル)以下とす
るためには、比屈折率差を通常の光ファイバに比べて非
常に大きくすると共に、マルチモード励振を防止するた
めに導波路のコア径を小さくする必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、導波路デバ
イスを構成する導波路のコア径を小さくしてしまうと、
光ファイバとの光学的な接続箇所で導波路のスポットサ
イズが光ファイバのスポットサイズよりも小さくなって
しまう。この結果、この箇所での光の結合損失が大きく
なるという問題が発生する。
【0009】導波路の比屈折率差を光ファイバのそれよ
りも大きくした状態でこのような問題の発生を避けよう
とすると、光ファイバとの接続部で導波路のコアのスポ
ット径を次第に変化させて接続部分で両者のスポット径
をほぼ一致させるという手法を採る必要がある。ところ
が、このようにすると、スポット径を次第に変化させる
領域を導波路側に新たに設けることになる。これによ
り、導波路部分が大型化するという新たな問題が発生す
る。
【0010】図6は、この問題を図解したものである。
この図に示す導波路デバイス201は、曲がり導波路2
02を備えた導波路素子203と、その両接続部20
4、205に光学的に接続する光ファイバ206、20
7によって構成されている。曲がり導波路202はシン
グルモードなので、そのコアのスポット径はマルチモー
ドであると仮定した場合と比べると小さい。したがっ
て、光ファイバ206、207のスポット径と接続箇所
においてスポット径をほぼ一致させるための接続部20
4、205の光軸方向の長さa、bを比較的長くとる必
要がある。すなわち、曲がり導波路202のこの方向の
長さcに長さa、bを加えたものが導波路素子203の
一辺の長さとして最低限必要となり、長さa、bの分だ
け導波路素子203が大型化してしまう。
【0011】そこで本発明の目的は、曲がり導波路を有
する導波路素子および導波路デバイスにおいて、小型
で、かつ光ファイバとの接続部分で光の結合損失が少な
い導波路素子および導波路デバイスを提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の導
波路素子では、マルチモードが励振されるスポット径の
コアにより構成されており、高次モードの伝播が抑制さ
れる曲率半径を有する曲がり導波路を具備することを特
徴としている。
【0013】すなわち請求項1記載の発明では、マルチ
モード励振を行うスポット径のコアで構成された導波路
が、高次モードの伝播が抑制される曲率半径を有する曲
がり導波路を備えており、この曲がり導波路で高次モー
ドの光の伝播をカットオフさせ、シングルモードの導波
路と同様の挙動を採らせるようにしている。よって、コ
ア径をシングルモード励振しか行われないスポット径の
コアよりも大きくすることができ、導波路素子の比屈折
率差を大きくした場合においても、それに伴ってコアの
大きさを小さくする必要がないため、スポット径の違い
によるシングルモード光ファイバとの結合損失を少なく
することが可能となる。さらに、比屈折率差を大きくし
た場合には、曲がり導波路の限界曲率半径を小さくする
ことができるため、導波路素子の小型化を行うことが可
能となる。
【0014】請求項2記載の発明では、(イ)シングル
モード光ファイバと、(ロ)このシングルモード光ファ
イバのコアのスポット径とほぼ等しく、かつマルチモー
ドが励振されるスポット径のコアを有しシングルモード
光ファイバと光学的に接続される光ファイバ接続部と、
高次モードの伝播が抑制される曲率半径を有する曲がり
導波路部とを備える導波路素子とを導波路デバイスに具
備させる。
【0015】すなわち請求項2記載の発明では、導波路
デバイスを、シングルモード光ファイバと、導波路素子
とで構成し、このうちの導波路素子は、シングルモード
光ファイバのコアのスポット径とほぼ等しく、かつマル
チモードが励振されるスポット径のコアを有する光ファ
イバ接続部を有すると共に、高次モードの伝播が抑制さ
れる曲率半径を有する曲がり導波路部とを備えることを
特徴としている。よって、シングルモード光ファイバと
の結合損失を少なくすることが可能となり、曲がり導波
路の限界曲率半径を小さくすることができるため、導波
路デバイスの小型化を行うことが可能となる。
【0016】請求項3記載の発明では、請求項2記載の
導波路デバイスで、導波路素子のコアとクラッドの比屈
折率差が、シングルモード光ファイバにおけるこれらの
コアとクラッドの比屈折率差よりも高いことを特徴とし
ている。
【0017】すなわち請求項3記載の発明では、導波路
素子のコアとクラッドの比屈折率差が、シングルモード
光ファイバにおけるこれらのコアとクラッドの比屈折率
差よりも高いことで曲がり導波路の小型化を図ることが
できる。
【0018】請求項4記載の発明では、請求項3記載の
導波路デバイスで、比屈折率差が0.65%よりも高い
ことを特徴としている。
【0019】すなわち、請求項4記載の発明では導波路
素子のコアとクラッドの比屈折率差として、通常のシン
グルモード光ファイバの比屈折率差とほぼ同じかこれよ
りも高い値の一例を示している。たとえば比屈折率差が
0.75%となるような場合である。
【0020】請求項5記載の発明では、請求項2記載の
導波路デバイスで、導波路素子のマルチモード励振を行
うコアのスポット径は、光ファイバ接続部以外はシング
ルモード光ファイバのコアのスポット径と異なってお
り、光ファイバ接続部では導波路素子のコアのスポット
径が連続的に変化していることを特徴としている。
【0021】すなわち請求項5記載の発明では、導波路
素子とこれと接続される光ファイバの両者のコアのスポ
ット径が異なる場合、これらの接続部ではスポット径を
ほぼ一致させ、光ファイバ接続部では導波路素子のコア
のスポット径が連続的に変化することにしている。これ
により、接続部分での光の結合損失を少なくすることが
できる。また、導波路素子の曲がり導波路はマルチモー
ドとなっているので、図6に示したシングルモードと異
なりコアのスポット径を比較的大きくすることができ
る。したがって、両接続部の光軸方向の長さもこれに応
じて短くすることができ、導波路素子の小型化に寄与す
る。
【0022】請求項6記載の発明では、請求項5記載の
導波路デバイスで、曲がり導波路と直線形状を有する直
線導波路との境界部分には光軸と垂直方向に所定のずれ
が設定されていることを特徴とする
【0023】すなわち請求項6記載の発明では、導波路
素子の曲がり導波路と直線形状を有する直線導波路との
境界部分には光軸と垂直方向に所定のずれが設定される
ことで、曲がり導波路の部分での光の損失を減少させて
いる。
【0024】請求項7記載の発明では、請求項5記載の
導波路デバイスで、曲がり導波路は連続的にその曲率を
変化させていることを特徴としている。
【0025】すなわち請求項7記載の発明では、曲がり
導波路が連続的にその曲率を変化させている場合を扱っ
ている。たとえばサインカーブやコサインカーブがこれ
らに該当する。連続的に変化させているので、直線状の
導波路との接続箇所での損失が少ない。なお、曲がり導
波路はその曲率が一定しているものであってもよい。円
弧の一部を構成するものがその例である。
【0026】請求項8記載の発明では、請求項5記載の
導波路デバイスで、曲がり導波路は高次モードの伝播を
阻止する高次モードフィルタを構成していることを特徴
としている。
【0027】すなわち請求項8記載の発明では、曲がり
導波路が高次モードの伝播を阻止する高次モードフィル
タとしての機能を備えているものを扱っている。このよ
うな曲がり導波路が存在することで、導波路素子をシン
グルモードで扱うことができる。
【0028】請求項9記載の発明では、請求項1記載の
導波路素子で、曲がり導波路の最も小さい半径としての
限界曲率半径は、0次モードの光を透過しかつ1次以上
のモードの光をカットオフする領域における最小半径で
あることを特徴としている。
【0029】すなわち請求項9記載の発明では、導波路
素子における曲がり導波路の限界曲率半径を設定する際
には、0次モードの光を透過しかつ1次以上のモードの
光をカットオフする領域における最小半径とすることで
曲がり導波路のサイズを最も小さくすることができ、導
波路素子の小型化に寄与することになる。
【0030】請求項10記載の発明では、請求項5記載
の導波路デバイスで、曲がり導波路の最も小さい半径と
しての限界曲率半径は、0次モードの光を透過しかつ1
次以上のモードの光をカットオフする領域における最小
半径であることを特徴としている。
【0031】すなわち請求項10記載の発明では、導波
路デバイスの導波路素子における曲がり導波路の限界曲
率半径を設定する際には、0次モードの光を透過しかつ
1次以上のモードの光をカットオフする領域における最
小半径とすることで曲がり導波路のサイズを最も小さく
することができ、導波路デバイスの小型化に寄与するこ
とになる。
【0032】請求項11記載の発明では、請求項5記載
の導波路デバイスで、導波路素子はアレイ状導波路であ
ることを特徴としている。
【0033】すなわち請求項11記載の発明では、曲が
り導波路を有する導波路デバイスの導波路素子の一例と
してアレイ状導波路を挙げている。
【0034】請求項12記載の発明では、請求項5記載
の導波路デバイスで、導波路素子はマッハツェンダ干渉
計であることを特徴としている。
【0035】すなわち請求項12記載の発明では、曲が
り導波路を有する導波路デバイスの導波路素子の一例と
してマッハツェンダ干渉計を挙げている。
【0036】
【発明の実施の形態】
【0037】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0038】図1は本発明の一実施例における導波路デ
バイスとしてのアレイ導波路格子モジュールの要部を表
わしたものである。このアレイ導波路格子モジュール1
01は、箱状のケース102とその底部に配置されたペ
ルチェ素子からなる発熱あるいは冷却を行う温度制御素
子103と、アレイ導波路格子104とこれらの間に介
在する金属板105から構成されている。金属板105
は温度制御素子103の温度制御領域を拡大するために
温度制御素子103の接触サイズよりも大きなものが使
用されている。金属板105には温度センサ106が配
置されている。この温度検出出力は、温度制御回路10
8に入力されて温度制御素子103の温度制御が行われ
るようになっている。
【0039】アレイ導波路格子104の両側部には光フ
ァイバ111、112の一端がそれぞれ接続されてい
る。このうちの光ファイバ111の図示しない他端は図
示しない光源に接続されており、他の光ファイバ112
の同じく図示しない他端は分波後の信号光を処理する図
示しない回路部分に接続されるようになっている。
【0040】図2は、図1に示したアレイ導波路格子モ
ジュールのアレイ導波路格子の部分を表わしたものであ
る。このアレイ導波路格子104を構成する基板121
上には1または複数の第1のチャネル導波路122と、
複数の第2のチャネル導波路123と、異なった曲率で
それぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ12
4と、第1のチャネル導波路122とチャネル導波路ア
レイ124を接続する第1の扇形スラブ導波路125
と、チャネル導波路アレイ124と第2のチャネル導波
路123を接続する第2の扇形スラブ導波路126とが
配置されている。
【0041】第1のチャネル導波路122から入射した
波長λ1、λ2、……λnの多重信号光は、第1の扇形ス
ラブ導波路125によってその進路を広げられ、チャネ
ル導波路アレイ124に入射する。チャネル導波路アレ
イ124では、これを構成する各アレイ導波路の間に一
定の光路長差(導波路長差)ΔLが設けられており、光
路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されてい
る。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光
には一定間隔ずつの位相差が付けられて第2の扇形スラ
ブ導波路126に到達するようになっている。実際には
波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾
く。この結果、波長によって第2の扇形スラブ導波路1
26と複数の導波路から成る第2のチャネル導波路12
3の界面上の異なった位置に光が結像(集光)する。波
長に対応したそれぞれの位置に第2のチャネル導波路1
23が配置されているので、第2のチャネル導波路12
3からは任意の波長成分λ1、λ2、……λnを個別に取
り出すことが可能になる。
【0042】ここで本実施例のアレイ導波路格子104
は、基板121として半導体(シリコン)基板を使用し
ている。もちろん、基板121は半導体に限るものでは
ない。本実施例の基板121は半導体基板等の上面に下
層クラッド層として、リン、ゲルマニウム、チタン、ボ
ロン、フッ素などを添加した石英系の材料を用い、火炎
堆積法、常圧CVD(Chemical Vapor Deposition:化
学気相成長)法、スパッタ法、スピンコート法、電子ビ
ーム蒸着法等の手法を使用して、数十μm(ミクロンメ
ータ)の厚さで堆積させている。この上に、下層のクラ
ッド層よりも屈折率が高くなるように添加物を含ませた
石英の光導波路形状のコア層を3〜8μm程度堆積させ
て作製する。
【0043】コア層の回路作製にはフォトリソグラフィ
を使用し、微細領域を適切なマスク材から転写する。続
いて反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion E
tching)装置や反応性イオンビームエッチング(RIB
E:Reactive Ion Beam Etching)装置等のドライエッ
チング法によって不要領域を除去する。最後に、再び屈
折率をコア層よりも低く設定した前記した石英材料を使
用して、厚さ数十μmの上層クラッド層を堆積するよう
になっている。
【0044】ところで、図1に示した本実施例のアレイ
導波路格子モジュール101は、光ファイバ111、1
12が共にシングルモードファイバであり、図2に示し
たアレイ導波路格子104の第1および第2のチャネル
導波路122、123ならびにチャネル導波路アレイ1
24は共にマルチモード動作を行う導波路として構成さ
れている。そして、光ファイバ111の図示しないコア
と第1のチャネル導波路122のコアのスポットサイズ
は等しくなっており、光ファイバ112の図示しないコ
アと第2のチャネル導波路123のコアのスポットサイ
ズも等しくなっている。このため、これら光ファイバ1
11、112と基板121の光学的な接続部分で光の損
失はほとんど生じないようになっている。
【0045】また、第1および第2のチャネル導波路1
22、123における曲がり導波路の部分131、13
2ならびにチャネル導波路アレイ124の部分では、マ
ルチモード励振されてきた信号光に対して高次モードは
クラッドに抜ける曲率半径となっている。この曲率半径
は、0次モードについてコア内に留まることが可能な小
さな値となっている。したがって、これらの曲がり導波
路等の部分131、132、124は、コアプロファイ
ルとしてマルチモードでありながら、シングルモードと
して機能している。
【0046】すなわち本実施例のアレイ導波路格子モジ
ュール101では、そのアレイ導波路格子104の設計
について、その直線導波路の部分について高次モードが
立ち上がる条件を使用すると共に、曲がり導波路の箇所
で高次モードをカットオフさせるようにしている。この
結果、アレイ導波路格子104については結果的に高次
モードが伝達されないことになる。以下、これについて
詳しい説明を行う。
【0047】曲がり導波路における光損失Lossは次の
(1)式で近似できることが知られている。 Loss=(A1×exp(−A2×R)+A4)×R+A3 ……(1)
【0048】ただし、半径Rは曲がり導波路の曲げ半径
であり、標識A1およびA2はVパラメータに依存する定
数である。また、標識A3は導波路の散乱吸収損であ
り、固有の値をとる。標識A4は曲がりに比例する損失
増加を表わしており、一般には無視できる値である。標
識A2は光損失Lossを決める際に重要な意味を持ってい
る。標識A2は次の(2)式で表わすことができる。
【0049】
【数1】
【0050】ただし、この(2)式で屈折率ncoreはコ
アの屈折率を示している。また、屈折率Neffはモード
の等価屈折率を示しており、屈折率ncladはクラッドの
屈折率を示している。更に波数k0は真空中の波数を表
わしている。
【0051】(2)式で表わされた標識A2に曲がり導
波路の曲げ半径Rを掛け合わせた値A2Rを調整するこ
とで、曲がり導波路の損失を変えることができる。すな
わち実験によると、値A2Rが“10”以上の場合のモ
ードでは、曲げ時の損失が少ない。また、値A2Rが
“1”前後の値をとる場合のモードでは、曲げ時の損失
が大きく、光のカットオフ(遮断)が行われることが判
明した。
【0052】図3は、この値A2Rに注目して、アレイ
導波路格子104を構成する導波路をその高さと幅が等
しい方形導波路と仮定し、シングルモードとしての0次
モード(基底モード)について損失が小さく(値A2
が基準値として11.5)、1次モードをカットオフ
(値A2Rが基準値として1.28)するときの、導波
路の高さとその場合の曲率半径をプロットしたものであ
る。
【0053】図4はこの図3の読み方を説明するため
に、シンプルな形でその一例を示したものである。この
図で縦軸は限界曲率半径RLを表わしている。この縦軸
で上の方ほど半径が大きくなる。横軸は導波路が方形で
あると仮定した場合の導波路高さを表わしている。実線
で示した曲線141は、0次モードにおける値A2Rが
11.5の場合を示している。したがって、値A2Rが
11.5以上となる曲線141よりも図で上側の領域1
42では0次モードの光が曲がり導波路を透過すること
になる。
【0054】一方、破線で示した曲線143は1次モー
ドにおける値A2Rが1.28の場合を示している。し
たがって、値A2Rが1.28未満となる曲線143よ
りも図で下側の領域144で1次モードの光が曲がり導
波路でカットオフされることになる。
【0055】本実施例では、図2に示した基板121に
形成された導波路自体はマルチモード励振を行うスポッ
ト径のコアのものとし、曲がり導波路の部分で0次モー
ド以外のモード(1次モード、2次モード、3次モード
等の高次モード)の光をカットオフさせることで、結果
的にアレイ導波路格子104がシングルモードの信号を
伝送するようにしている。
【0056】図4で曲線141よりも図で上の領域14
2では0次モードが透過するので、曲がり導波路はこれ
以上の領域である必要がある。そして、同時に曲線14
3よりも図で下側の領域144であることを満足すれ
ば、1次モード等の高次モードの光を遮断することがで
きる。したがって、両曲線141、143の交点145
よりも上で、これらの曲線141、143によって挟ま
れた領域146では0次モードの光のみが透過し、高次
モードの光が遮断されることになる。本実施例では、こ
のような条件を満たす曲がり導波路が高次モードの光を
フィルタリングする機能を備えているため、曲がり高次
モードフィルタと呼ぶことにする。
【0057】曲がり高次モードフィルタは図4で領域1
46の範囲内で作製することができる。本実施例ではア
レイ導波路格子104の小型化の要請から、曲がり導波
路の曲率半径はできるだけ短いことが望ましい。したが
って、限界曲率半径RLは領域146でかつ縦軸の下の
方に位置するものほど好ましいことになる。すなわち、
このような理想的な場所は、図4で交点145の付近で
領域146に含まれる領域、たとえば領域147がこれ
に該当することになる。このような領域147では限界
曲率半径RLが可能な限り小さくなり、これに応じてコ
ア径がその限度で大きくなっている。
【0058】図3では、0次モードと1次モードのそれ
ぞれについて透過あるいはカットオフのそれぞれの程度
に応じた特性曲線を示している。この図で0次モードに
ついては値A2Rが11.5を基準としている。この値
以上では、0次モード(基底モード)についてカットオ
フされない。一方、1次モードについては値A2Rが
1.28を基準にしている。この値以下では1次モード
がカットオフされる。図中のパラメータは、比屈折率差
である。
【0059】したがって、この図3を使用すると、図4
で説明したように0次モードの曲線よりも上で、かつ1
次モードの曲線よりも下の領域であれば、曲がり導波路
でシングルモード動作が行われることが分かる。これは
先に説明した曲がり高次モードフィルタである。
【0060】ところで、高次モードフィルタが機能する
このような動作領域で、同様の比屈折率差で同一の断面
形状の直線導波路が同様にシングルモード動作を保証さ
れるわけではない。直線導波路でマルチモードとなる設
計で導波路を作成する際に、導波路回路の各部分が全領
域にわたって滑らかに接続されていると、光ファイバか
ら0次モードの光が励振され伝播する際に擾乱が発生し
ない。このような条件では、モード間の結合が発生せ
ず、コア径が大きくマルチモードとなりうる導波路でも
0次モードで導波させることが可能である。もちろん、
このような導波路設計を行った場合でも、光ファイバと
導波路が接続する箇所で微妙な軸ずれがあると、これに
より高次モードが励振される。この高次モードは、導波
路内部で望まないモードの競合や干渉を生じさせ、導波
路デバイスあるいはこれを使用した光システムの光学特
性を劣化させることになる。
【0061】しかしながら、導波路回路の一部に曲がり
高次モードフィルタが存在すれば、その場所で高次モー
ドの光についてカットされる。本実施例の導波路デバイ
スとしのアレイ導波路格子モジュール101(図1)
は、この現象を利用して、曲がり高次モードフィルタを
挿入することで、アレイ導波路格子104内で高次モー
ドの光が励振伝播することを防止している。導波路素子
の基板端面の近傍に曲がり高次モードフィルタを配置す
れば、光ファイバと導波路の軸ずれによる高次モードの
損失感度を増加させることができ、同様に導波路デバイ
スの光学特性の劣化を防ぐことができる。
【0062】図3に示した各矢印は、それぞれの条件下
で設計上好ましい限界曲率半径RLとなる箇所を示して
いる。この図でも明らかなように限界曲率半径RLがシ
ングルモードの導波路を前提とした従来では不可能とさ
れた4mm付近の値にまで達していることは注目される
べきことである。
【0063】図5は、導波路素子とこれに接続される光
ファイバのコア径の違いによる結合損失特性の一例を表
わしたものである。この図で縦軸は例えば図1における
光ファイバ111に対して第1のチャネル導波路122
のコア径を各種設定した場合の結合損失を示しており、
横軸は導波路側のコア径を示している。この場合にもコ
アは高さと幅が等しい方形導波路と仮定している。図3
にそれぞれ矢印で示したコア径の場合に、結合損失は
0.2dB(デシベル)以下となり、損失が小さいこと
が分かる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、導波路素子が、マルチモードが励振されるス
ポット径のコアにより構成されており、高次モードの伝
播が抑制される曲率半径を有する曲がり導波路を備えて
いるので、シングルモードの導波路を備える場合と比べ
るとコアのスポットサイズを変える部分を不要とした
り、あるいは光軸方向におけるこの部分の長さを短くす
ることができ、素子自体のサイズの小型化を図ることが
できる。
【0065】また、請求項2記載の発明によれば、導波
路素子とシングルモード光ファイバの2つのコアのスポ
ット径がほぼ等しいので、これらの接続部分で光のロス
を減少あるいは防止させることができる。また、高次モ
ードの伝播が抑制される曲率半径を有する曲がり導波路
部を備えているので、マルチモード励振を抑制すること
ができる。
【0066】更に請求項3または請求項4記載の発明に
よれば、導波路素子のコアとクラッドの比屈折率差が、
シングルモード光ファイバにおけるこれらのコアとクラ
ッドの比屈折率差よりも高いので、曲がり導波路の小型
化を図ることができる。
【0067】また、請求項5記載の発明では、導波路素
子とこれと接続される光ファイバの両者のコアのスポッ
ト径が異なる場合、これらの接続部ではスポット径をほ
ぼ一致させると共に、光ファイバ接続部では導波路素子
のコアのスポット径が連続的に変化させているので、接
続部分での光の結合損失を少なくすることができる。ま
た、導波路素子の曲がり導波路はマルチモードとなって
いるので、シングルモードと異なりコアのスポット径を
比較的大きくすることができる。したがって、両接続部
の光軸方向の長さもこれに応じて短くすることができ、
導波路素子の小型化に寄与することになる。
【0068】更に請求項6記載の発明によれば、導波路
素子の曲がり導波路と直線形状を有する直線導波路との
境界部分に光軸と垂直方向に所定のずれを設定したの
で、曲がり導波路の部分での光の進路を補正し、光の損
失を減少することができる。
【0069】また、請求項9記載の発明では、導波路素
子における曲がり導波路の限界曲率半径を設定する際に
は、0次モードの光を透過しかつ1次以上のモードの光
をカットオフする領域における最小半径としたので、曲
がり導波路のサイズを最も小さくすることができ、導波
路素子の小型化に寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における導波路デバイスとし
のアレイ導波路格子モジュールの要部を表わした断面図
である。
【図2】図1に示したアレイ導波路格子モジュールのア
レイ導波路格子の部分を表わした平面図である。
【図3】本実施例で用いられるアレイ導波路格子と同等
の曲がり導波路における導波路高さと限界曲率半径の関
係を示す特性図である。
【図4】導波路高さと限界曲率半径の関係を単純化して
示した説明図である。
【図5】導波路素子とこれに接続される光ファイバのコ
ア径の違いによる結合損失特性を示した特性図である。
【図6】従来の導波路デバイスで光ファイバ接続部のス
ポット径を一致させるためにスポット径を連続的に変化
させた場合の問題を示した説明図である。
【符号の説明】
101 アレイ導波路格子モジュール(導波路デバイ
ス) 104 アレイ導波路格子(導波路素子) 111、112 光ファイバ 121 基板 122 第1のチャネル導波路 123 第2のチャネル導波路 124 チャネル導波路アレイ 131、132 曲がり導波路の部分 141、143 曲線 142 上側の領域 144 下側の領域 147 領域 RL 限界曲率半径

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチモードが励振されるスポット径の
    コアにより構成されており、高次モードの伝播が抑制さ
    れる曲率半径を有する曲がり導波路を具備することを特
    徴とする導波路素子。
  2. 【請求項2】 シングルモード光ファイバと、 このシングルモード光ファイバのコアのスポット径とほ
    ぼ等しく、かつマルチモードが励振されるスポット径の
    コアを有し前記シングルモード光ファイバと光学的に接
    続される光ファイバ接続部と、高次モードの伝播が抑制
    される曲率半径を有する曲がり導波路部とを備える導波
    路素子とを具備することを特徴とする導波路デバイス。
  3. 【請求項3】 前記導波路素子のコアとクラッドの比屈
    折率差が、前記シングルモード光ファイバにおけるこれ
    らのコアとクラッドの比屈折率差よりも高いことを特徴
    とする請求項2記載の導波路デバイス。
  4. 【請求項4】 前記比屈折率差が0.65%よりも高い
    ことを特徴とする請求項3記載の導波路デバイス。
  5. 【請求項5】 前記導波路素子の前記マルチモード励振
    を行うコアのスポット径は、前記光ファイバ接続部以外
    は前記シングルモード光ファイバのコアのスポット径と
    異なっており、前記光ファイバ接続部では導波路素子の
    コアのスポット径が連続的に変化していることを特徴と
    する請求項2記載の導波路デバイス。
  6. 【請求項6】 前記曲がり導波路と直線形状を有する直
    線導波路との境界部分には光軸と垂直方向に所定のずれ
    が設定されていることを特徴とする請求項5記載の導波
    路デバイス。
  7. 【請求項7】 前記曲がり導波路は連続的にその曲率を
    変化させていることを特徴とする請求項5記載の導波路
    デバイス。
  8. 【請求項8】 前記曲がり導波路は高次モードの伝播を
    阻止する高次モードフィルタを構成していることを特徴
    とする請求項5記載の導波路デバイス。
  9. 【請求項9】 前記曲がり導波路の最も小さい半径とし
    ての限界曲率半径は、0次モードの光を透過しかつ1次
    以上のモードの光をカットオフする領域における最小半
    径であることを特徴とする請求項1記載の導波路素子。
  10. 【請求項10】 前記曲がり導波路の最も小さい半径と
    しての限界曲率半径は、0次モードの光を透過しかつ1
    次以上のモードの光をカットオフする領域における最小
    半径であることを特徴とする請求項5記載の導波路デバ
    イス。
  11. 【請求項11】 前記導波路素子はアレイ状導波路であ
    ることを特徴とする請求項5記載の導波路デバイス。
  12. 【請求項12】 前記導波路素子はマッハツェンダ干渉
    計であることを特徴とする請求項5記載の導波路デバイ
    ス。
JP2002046324A 2002-02-22 2002-02-22 導波路デバイス Expired - Fee Related JP3818169B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002046324A JP3818169B2 (ja) 2002-02-22 2002-02-22 導波路デバイス
US10/370,115 US7106929B2 (en) 2002-02-22 2003-02-21 Waveguide device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002046324A JP3818169B2 (ja) 2002-02-22 2002-02-22 導波路デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003240992A true JP2003240992A (ja) 2003-08-27
JP3818169B2 JP3818169B2 (ja) 2006-09-06

Family

ID=27784498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002046324A Expired - Fee Related JP3818169B2 (ja) 2002-02-22 2002-02-22 導波路デバイス

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7106929B2 (ja)
JP (1) JP3818169B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008108422A1 (ja) * 2007-03-07 2008-09-12 Nec Corporation 光導波路モジュール
CN102360098A (zh) * 2011-11-01 2012-02-22 浙江富春江光电科技股份有限公司 Plc分路器及其封装方法
JP2014095780A (ja) * 2012-11-08 2014-05-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光増幅装置
KR20220008606A (ko) * 2020-07-14 2022-01-21 서울시립대학교 산학협력단 마하-젠더 간섭계 및 이를 이용한 센서

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278769A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nec Corp 波長可変レーザ
CN100383583C (zh) * 2005-11-30 2008-04-23 中国科学院半导体研究所 采用损耗微调波导实现阵列波导光栅通道均匀性的方法
JP5275634B2 (ja) * 2008-01-17 2013-08-28 古河電気工業株式会社 光集積素子および光集積素子の製造方法
US20100284645A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Alcatel-Lucent Usa Inc. Semiconductor thermooptic phase shifter
US9372310B1 (en) 2014-12-19 2016-06-21 Gooch And Housego Plc Free space fibre-to-fibre coupling using optical fibres below cut-off
PL229961B1 (pl) 2016-04-21 2018-09-28 Polskie Centrum Fotoniki I Swiatlowodow Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów
US11309619B2 (en) 2016-09-23 2022-04-19 Intel Corporation Waveguide coupling systems and methods
US10566672B2 (en) 2016-09-27 2020-02-18 Intel Corporation Waveguide connector with tapered slot launcher
US10256521B2 (en) 2016-09-29 2019-04-09 Intel Corporation Waveguide connector with slot launcher
US11394094B2 (en) 2016-09-30 2022-07-19 Intel Corporation Waveguide connector having a curved array of waveguides configured to connect a package to excitation elements

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03225301A (ja) 1990-01-31 1991-10-04 Nec Corp 光分岐回路
JPH03248107A (ja) 1990-02-27 1991-11-06 Furukawa Electric Co Ltd:The 石英系導波路型光回路部品の製造方法
JP2859375B2 (ja) 1990-05-28 1999-02-17 日本電信電話株式会社 導波型光スターカプラ
JP2804363B2 (ja) 1990-09-25 1998-09-24 日本電信電話株式会社 光方向性結合器
JPH05323138A (ja) 1992-05-18 1993-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 積層型光導波回路
US5719976A (en) 1995-10-24 1998-02-17 Lucent Technologies, Inc. Optimized waveguide structure
JP3970350B2 (ja) 1996-02-23 2007-09-05 株式会社フジクラ 光分岐デバイス
JP2858656B2 (ja) * 1997-02-14 1999-02-17 日立電線株式会社 光波長合分波器
FI103619B (fi) * 1997-05-26 1999-07-30 Nokia Telecommunications Oy Optinen multipleksointi ja demultipleksointi
JPH1152158A (ja) 1997-08-07 1999-02-26 Hitachi Cable Ltd 導波路型光回路
US6069990A (en) * 1997-11-27 2000-05-30 Hitachi Cable Ltd. Optical wavelength multiplexer/demultiplexer
FR2772144B1 (fr) * 1997-12-08 2000-02-25 France Telecom Dispositif d'echange de signaux optiques a travers une fibre optique
JPH11248949A (ja) 1998-02-27 1999-09-17 Hitachi Cable Ltd 光波長合分波器
DE19815404A1 (de) * 1998-04-06 1999-10-14 Siemens Ag Anordnung zur räumlichen Trennung und/oder Zusammenführung optischer Wellenlängenkanäle
JP2001235645A (ja) 2000-02-25 2001-08-31 Furukawa Electric Co Ltd:The 光導波回路
EP1219983B1 (en) * 2000-12-22 2008-09-17 Nippon Telegraph and Telephone Corporation Polarization independent optical waveguide circuit
US6810167B2 (en) * 2001-10-29 2004-10-26 Fujitsu Limited Wavelength division demultiplexing apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008108422A1 (ja) * 2007-03-07 2008-09-12 Nec Corporation 光導波路モジュール
CN102360098A (zh) * 2011-11-01 2012-02-22 浙江富春江光电科技股份有限公司 Plc分路器及其封装方法
JP2014095780A (ja) * 2012-11-08 2014-05-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光増幅装置
KR20220008606A (ko) * 2020-07-14 2022-01-21 서울시립대학교 산학협력단 마하-젠더 간섭계 및 이를 이용한 센서
KR102490915B1 (ko) 2020-07-14 2023-01-20 서울시립대학교 산학협력단 마하-젠더 간섭계 및 이를 이용한 센서

Also Published As

Publication number Publication date
US20030169965A1 (en) 2003-09-11
JP3818169B2 (ja) 2006-09-06
US7106929B2 (en) 2006-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4749724B2 (ja) 光ファイバとプレーナ光導波路とを高密度に結合する方法及び装置
CA2198836C (en) Optical wavelength multiplexer/demultiplexer
JP2004234031A (ja) 平面型光学導波路素子
JP3794327B2 (ja) 光結合器及びその製造方法
JP2003240992A (ja) 導波路素子および導波路デバイス
EP1059545B1 (en) Arrayed waveguide grating multiplexer and demultiplexer
JP3952696B2 (ja) 光結合構造
EP3203282B1 (en) Rib type optical waveguide and optical multiplexer/demultiplexer using same
JP2005326876A (ja) 光導波路
US6574410B2 (en) Planar light waveguide circuit with landmarks
JP2005301301A (ja) 光結合器
JP2004170627A (ja) 平面導波路及びアレイ導波路型回折格子
JP3912250B2 (ja) 光合分波器
JP3116927B2 (ja) アレイ導波路格子
JP2002090561A (ja) 光合分波器
Song et al. Silicon Nanowire Waveguides and Their Applications in Planar Wavelength Division Multiplexers/Demultiplexers
US20060153501A1 (en) Optical waveguide apparatus
JP2006251152A (ja) 導波路型温度無依存光合分波器
JP2004246282A (ja) レンズ列スポットサイズ変換型光回路
JP2005215009A (ja) 光導波路回路及びその製造方法
GB2360098A (en) Optical waveguide array device
JP2007108339A (ja) 温度無依存光合分波器
JP2005326561A (ja) 光波長合分波器
Zou High performance dense wavelength division multiplexing/demultiplexing based on blazed grating and ion-exchanged glass waveguide technique
JP2005215263A (ja) 光合分波器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050114

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051206

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060307

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060523

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060605

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110623

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110623

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130623

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees