JP2007147740A - マルチモード一芯双方向デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】コア径が１００〜１５０μｍのマルチモードファイバに対応し、低損失でマルチモードファイバの接続が容易な一芯双方向デバイスを提供する。
【解決手段】基板１１上に設けられ１本の結合導波路１２と２本の分岐導波路１３，１４とが接続されたマルチモード導波路１５と、結合導波路１２に接続されたレーザダイオード１６と、一方の分岐導波路１３に接続されたフォトダイオード１７と、他方の分岐導波路１４に接続されたマルチモードファイバ１８と、結合導波路１２と分岐導波路１３，１４との接続部１９に形成された多層膜フィルタ挿入用溝２１に挿入される多層膜フィルタ２２とを備え、２本の分岐導波路１３，１４を、基板１１の互いに異なる端面２３，２４に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面２３にはフォトダイオード１７を接続し、他方の端面２４にはコア径１００〜１５０μｍのマルチモードファイバ１８を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信光と受信光を、単一の光伝送路を用いて多重して双方向通信を行う一芯双方向デバイスに係り、特に、光伝送路をマルチモード光導波路で形成したマルチモード一芯双方向デバイスに関するものである。

近年、情報容量の大規模化に伴い、通信の媒体は電気に変わって光が用いられるようになってきている。大陸間や大都市間を結ぶ光ネットワークでは、情報量が膨大なため、１波長あたり１０Ｇｂｐｓで長距離伝送が可能なシングルモード（ＳＭ：Single Mode）光ファイバに波長の異なる多数の信号で情報量を増やすことが可能な波長多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing ）が用いられている。ＳＭの伝送システムでＷＤＭを用いる場合、波長間隔の短い高密度波長多重方式（ＤＷＤＭ：Dense WDM）では、波長数が８〜４０と多いために１つの素子で多波長の分波が可能なアレイ回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide grating）が用いられている。また、近年、ＤＷＤＭより波長間隔が長く低コストな低密度波長多重方式（ＣＷＤＭ：Coarse WDM）では、分波数が２〜８と少ないために複数枚の多層膜フィルタにより１波長ずつ分波するシステムが用いられている。

幹線系では光通信への移行は大方進み、今後はアクセス系やＬＡＮなどの川下での光通信への移行が進むものと考えられている。川下ではコストの低減が重要になってくると考えられる。

比較的短距離なＬＡＮ系においては、接続トレランスの尤度の大きい、コア径５０〜６２．５μｍの石英系のマルチモード光ファイバが用いられており、一部、低密度波長多重方式（ＩＥＥＥ802.3ea LX4）が用いられている。この場合に用いるマルチモード用分波器は、光ファイバから伝搬光をレンズまたは凹面鏡によりコリメートし、コリメート光を多層膜フィルタにより分波し、受光器等にレンズで集光している（例えば、特許文献１参照）。

また、短距離のホームネットワークやマンション内ネットワークでは、現状の電気配線によるネットワークと同様に、居住者によるＤＩＹ化（Do It Yourself）が求められ、切断時の安全性の点からプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fibler）が用いられている。

光通信により信号を伝送する方式は、通常光ファイバを１本用いた一芯双方向方式や２本の光ファイバを用いた二芯双方向方式がある。二芯双方向方式では、対向する送信光と受信光を、異なる線路で光伝送するために光伝送線路を２本使用する。光伝送線路を２本使用することで、光伝送線路のコストが倍増し、加えて、光伝送線路のコネクタや光送受信装置全体の小型化が困難になる。

これに対し、一芯双方向方式、つまり送信光と受信光を、単一の光伝送線路に多重して送信する技術は、１本の光伝送線路に、互いに光伝送波長の異なる送信光と受信光を乗せるものである。この方式では、光伝送路は一本で可能であり低コストにすることができる。また、一芯双方向方式は、二芯双方向方式に比べてファイバ本数が少ないために、光ファイバの占有スペースも減らすことができるメリットがある。

しかし、一芯双方向方式では、１本に多重化された送信光と受信光の分離、合波するデバイスが必要であり、このデバイスの低コスト化が重要である。一芯双方向方式用のデバイスとしては多層膜フィルタを用いたものが一般的である（例えば、特許文献２参照）。

例えば、図８に示すように、一芯双方向デバイス８０は、基板８１上に１本の結合導波路８２と２本の分岐導波路８３，８４とが接続されてなる光導波路８５が設けられ、結合導波路８２にはレーザダイオード（ＬＤ）８６が接続され、一方の分岐導波路８３にはフォトダイオード（ＰＤ）８７が接続され、他方の分岐導波路８４にはシングルモードの光ファイバ８８が接続されている。結合導波路８２と分岐導波路８３，８４との接続部８９には、多層膜フィルタ挿入溝９１が形成され、その多層膜フィルタ挿入溝９１に多層膜フィルタ９２が挿入されている。多層膜フィルタ９２は、所定波長帯の光を透過すると共に、それ以外の波長帯の光を反射する波長フィルタである。尚、図中の点線で囲まれた箇所は光導波路８５の曲げ部位９３である。

一芯双方向デバイス８０では、ＬＤ８６を出射し、結合導波路８２を伝搬した光は、多層膜フィルタ９２を透過し、分岐導波路８４を通って光ファイバ８８へ送信される。また、光ファイバ８８から分岐導波路８４に入射した光は多層膜フィルタ９２で反射し、分岐導波路８３を通ってＰＤ８７で受信される。ただし、光ファイバ８８から入射する光とＬＤ８６から出射する光とは互いに波長の異なる光である。

このような多層膜フィルタ９２を用いた一芯双方向デバイス８０は主にシングルモード用であり、ＬＤ８６と光導波路８５、ＰＤ８７と光導波路８５、光導波路８５と光ファイバ８８を接続するのに手間がかかり高コストであった。今後、家庭内等で用いるためには接続が容易で低コスト化が可能なマルチモードファイバを用いた一芯双方向デバイスが必要になると考えられ、マルチモード型の一芯双方向デバイスが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０００−１６２４６６号公報 特開平１０−５４９１７号公報 成瀬他，「高分子導波路を用いた１０Ｇｂｐｓ一芯全二重光モジュールの開発」，２００５年，電子情報通信学会総合大会 Ｃ−３−１３３

しかしながら、従来のマルチモード一芯双方向デバイスは、コア径が５０μｍのファイバに対応したものであり、一芯双方向デバイスに形成される光導波路のコア径はマルチモードファイバとの接続損失を小さくするために２０〜４０μｍと小さくなる。よって、マルチモード双方向デバイスの実装トレランスが小さく、十分にコストを下げられない問題がある。また、光導波路に接続される光ファイバには、ガラスで形成された光ファイバを用いているため、割れやすく扱いづらいので家庭内で用いるのに向かないという問題がある。

これを解決する方法としてコア径が１００〜１５０μｍのプラスチックファイバを用いる方法が考えられる。１００〜１５０μｍのマルチモードファイバを用いた一芯双方向デバイスの場合、光の広がり角が大きいため、光損失や光クロストーク特性に問題があった。

なお、さらに大きな１ｍｍのマルチモードプラスチックファイバもあるが、受光径が大きすぎるため高速応答可能な小口径（２０μｍ程度）のフォトダイオードを用いることはできない。

そこで本発明の目的は、上記の欠点を解消し、コア径が１００〜１５０μｍのマルチモードファイバに対応して光ファイバの接続を容易にし、かつ低損失な一芯双方向デバイスを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオード或いはフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオード或いはレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記２本の分岐導波路を、基板の互いに異なる端面に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面にはフォトダイオード或いはレーザダイオードを接続し、他方の端面にはコア径１００〜１５０μｍのマルチモードファイバを接続したことを特徴とするマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項２の発明は、基板上に設けられ１本の結合導波路と２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記結合導波路には所定波長の光を出力する第１のレーザダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路に、上記所定波長とは異なる波長の光を出力する第２のレーザダイオードが接続される請求項１記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項３の発明は、基板上に設けられ１本の結合導波路と２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記結合導波路には第１のフォトダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路には第２のフォトダイオードが接続される請求項１記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項４の発明は、上記多層膜フィルタは、２本の分岐導波路が完全に交わる部分を０の位置とし、２本の分岐導波路が交わり始める部分を１の位置としたとき、０〜１／５の位置に挿入される請求項１〜３いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項５の発明は、上記多層膜フィルタ挿入溝が上記マルチモードファイバを接続する端面と平行に形成された請求項１〜４いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項６の発明は、上記接続部の分岐角が１０°以下である請求項１〜５いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

請求項７の発明は、上記結合導波路及び上記分岐導波路のＮＡが０．３〜０．６である請求項１〜６いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。

本発明によれば、低損失で、かつ、コア径が１００〜１５０μｍのマルチモードファイバに対応して光ファイバの接続を容易にすることができるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係るマルチモード一芯双方向デバイスの好適な実施の形態を示した平面図である。

マルチモード一芯双方向デバイス１０は、基板１１上に設けられ１本の結合導波路１２と２本の分岐導波路１３，１４とが接続されたマルチモード導波路１５と、結合導波路１２に接続されたレーザダイオード（ＬＤ）１６と、一方の分岐導波路１３に接続されたフォトダイオード（ＰＤ）１７と、他方の分岐導波路１４に接続されたマルチモードファイバ１８と、結合導波路１２と分岐導波路１３，１４との接続部（分岐部）１９に形成された多層膜フィルタ挿入溝２１に挿入される多層膜フィルタ２２とを備えたものである。

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０は、２本の分岐導波路１３，１４を、基板１１の互いに異なる端面２３，２４に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面２３にはＰＤ１７を接続し、他方の端面２４にはコア径１００〜１５０μｍのマルチモードファイバ１８を接続したことに特徴を有する。

具体的には、マルチモード導波路１５は、結合用導波路１２と一方の分岐導波路１４とは略直線的に形成され、各導波路１２，１４の入出力端（ポート１、ポート３）が基板１１の互いに対向する端面２５，２４（図中、上側及び下側）に位置するように形成されている。他方の分岐導波路１３は、その入出力端（ポート２）が端面２４，２５と異なる端面２３に位置するように形成されている。各導波路１２，１３，１４には、それぞれ所定の端面に臨んで光路が形成されるべく、曲げ部位２６が形成されている。

さらに、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０は、端面２４に平行に多層膜フィルタ挿入溝２１が形成され、その多層膜フィルタ挿入溝２１には多層膜フィルタ２２が挿入されている。多層膜フィルタ２２は、所定波長帯の光（例えば、λ１）を透過すると共に、それ以外の波長帯の光（例えば、λ２）を反射する波長フィルタである。

端面２４に接続されるマルチモードファイバ１８は、曲げに強く、また割れづらく扱いやすいプラスチックファイバを用いるのが望ましい。

マルチモードファイバ１８のコア径を１００μｍ以上とすることで、実装トレランスを大きくすることができる。例えば、ホームネットワークやマンション内ネットワークにおいては、接続が容易となるためユーザのＤＩＹ（Do It Yourself）化を可能とする。

また、コア径を１５０μｍ以下とすることで、受光径が約１００μｍ程度に小さい２．５Ｇｂｐｓ以上の高速応答可能なＰＤとの接続損失を小さくすることができる。

マルチモード導波路１５のコア径は、マルチモードファイバ１８のコア径を１２０μｍとすると、７０μｍに形成することが望ましい。なぜなら、ＬＤ１６を出射した光が多層膜フィルタ２２で一部反射して発生する戻り光や散乱光等により、結合導波路１２を通ってＬＤ１６に光が戻ってくるが、コア径が５０μｍ以下であると戻り光によりレーザダイオード発振の安定性が妨げられるという可能性がある。その場合、マルチモード導波路１５とＬＤ１６との間にアイソレータを設けなければならず双方向デバイスの構成が複雑になるためである。一方、コア径が大きければ大きいほど戻り光の影響は小さくなるが、コア径を１００μｍ以上に形成すると、マルチモードファイバ１８やＰＤ１７とマルチモード導波路１５との間の接続損失が大きくなるという問題があるためである。

マルチモード導波路１５の基板１１はシリコン或いは石英などの材料で形成されている。また、マルチモード導波路１５を形成する材料はアクリル系、エポキシ系などいずれの樹脂を用いてもよい。

ＬＤ１６は、低コスト化が期待できるＶＣＳＥＬを用いるのが望ましい。他に、ＬＤ１６として、ファブリーペロー型レーザ、ＤＦＢ型レーザなどを用いてもよい。

ＬＤ１６とマルチモード導波路１５との接続は、端面２５に臨む入出射端にＬＤの光軸を一致させて接続してもよい。また、マルチモード導波路１５の光路を基板側或いはオーバクラッド側に変換するべく、ダイシングソー等を用いてコアの端面を斜めに切断したミラー端面を形成すると共に、基板１１表面或いはオーバクラッド上にＬＤ１６およびＰＤ１７を配置して、ＬＤ１６とマルチモード導波路１５とを接続してもよい。このときＬＤ１６は表面実装に向いている面発光型ＬＤ（例えば、ＶＣＳＥＬ）を用いることが望ましい。さらに、マルチモードファイバ１８のマルチモード導波路１５への接続には基板１１にＶ溝などを形成して接続してもよい。

さらに、図２に示すように、本実施の形態では、多層膜フィルタ２２を、２本の分岐導波路１３，１４が完全に交わる部分を０の位置（図中、Ｙ座標）とし、２本の分岐導波路１３，１４が交わり始める部分を１の位置としたとき、０〜１／５の位置に挿入している。また、分岐部１９の分岐角θは、１０°以下に形成されている。

マルチモード光導波路１５はポリマ導波路で形成されるのが望ましい。マルチモード導波路１５は、石英系導波路で形成されてもよいが、石英系導波路は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて作製するため、コア径の大きな導波路を作製する場合には時間がかかる。これに対し、ポリマ導波路ではコア径の大きな導波路でも直接露光法や金型法などにより短時間で作製することができ、低コスト化が図れる。

ここで、図４（ａ）〜図４（ｈ）に基づき直接露光法を用いたマルチモード導波路１５の作製方法を説明する。

図４（ａ）に示される基板１１を用意し、図４（ｂ）に示すように、基板１１上にクラッド材４１として紫外線硬化樹脂を塗布する。図４（ｃ）に示すように、塗布されたクラッド材４１に紫外線ＵＶを照射し、クラッド材４１を硬化させてアンダークラッド４２を形成する。図４（ｄ）に示すように、アンダークラッド４２上にコア材４３としてクラッド材４１とは屈折率の異なる紫外線硬化樹脂を塗布する。図４（ｅ）に示すように、コア材４３上方にコアのパターン（導波路パターン）が描かれたフォトマスク４４を設置し、そのフォトマスク４４を介してコア材４３に紫外線ＵＶを照射する。図４（ｆ）に示すように、紫外線照射されたコア材４３を現像液で現像して未硬化部分を除去し、コア４５が得られる。図４（ｇ）に示すように、コア４５及びアンダークラッド４２上にクラッド材４６を塗布する。ここで、クラッド材４６は、アンダークラッド４２を形成したクラッド材４１と同じ材料とした。最後に図４（ｈ）に示すように、塗布されたクラッド材４６に紫外線ＵＶを照射して、オーバクラッド４７を形成し、マルチモード導波路１５が得られる。

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０の動作原理について説明する。マルチモードファイバ１８を伝搬してきた波長λ１の光をポート３から入射させると、その光は分岐導波路１４を通り、多層膜フィルタ２２で反射し、分岐導波路１３を通ってＰＤ１７で受光される。また、ＬＤ１６で発振される波長λ２の光をポート１から入射させると、結合導波路１２を通り、多層膜フィルタ２２を透過し、分岐導波路１４を通ってマルチモードファイバ１８に送光される。

このとき、ポート１から入射した光は基板端面２５やフィルタ挿入溝２１で一部散乱し、クラッド内を伝搬して、端面２４の方へ向かう。

ここで、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０によれば、２本の分岐導波路１３，１４を、基板１１の互いに異なる端面２３、２４に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面２３にはＰＤ１７を接続し、他方の端面２４にはマルチモードファイバ１８を接続した構造とすることにより、マルチモードファイバ１８とＰＤ１７とのアイソレーションを確保しているので、散乱光をＰＤ１７で受信することがない。

また、ポート１にＰＤを接続し、ポート３から波長λ２の光を入射させた場合、その光は多層膜フィルタ２２を透過するが、一部戻り光として端面２４側へ向かう。このような場合でも、ＰＤとマルチモードファイバ１８とを異なる端面に接続しているので、戻り光をＰＤで受信することがない。

よって、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０によれば、多層膜フィルタ２２での戻り光や散乱光などをＰＤで受光することを防止し、クロストークの悪化を防止することができる。

ここで、図３に多層膜フィルタ２２の挿入位置と損失との関係、及びフィルタ位置と戻り光の強度（ｄＢ比）との関係を示す。ここで、戻り光とは、ポート３（或いはポート２）から入射し、多層膜フィルタ２２においてポート２側に反射した光以外に、多層膜フィルタ２２で反射してマルチモードファイバ１８側に反射して戻る光のことを示す。図３において、横軸のフィルタ位置は、図２のＹ座標を表し、縦軸はポート１に出射される光の損失、及び端面２４側に出射される戻り光の損失を表している。

図３に示すように、多層膜フィルタ２２で反射する光をポート３から光を入射したとき、フィルタ位置が０〜１／５の場合に、コアを伝搬する光の損失が３ｄＢ以下と小さく、かつ戻り光の強度が小さい。

したがって、多層膜フィルタ２２を０〜１／５の位置に挿入することにより低損失にすることができる。

また、本実施の形態では、多層膜フィルタ挿入溝２１をマルチモードファイバ１８を接続する端面２４と平行となるように形成した。ただし、図２に示すように、分岐部１９は、分岐導波路１４と結合導波路１２とを略直線状に形成すると共に、２本の分岐導波路１３，１４が多層膜フィルタ２２に対して同じ入反射角を有するように形成している。多層膜フィルタ挿入溝２１と端面２４とを平行に形成することにより、一枚のウェハからの双方向デバイス１０の切り出しと多層膜フィルタ挿入溝２１の形成を一括で行うことができ、低コスト化が図れる。

分岐部１９の分岐角θ（図２参照）は、１０°以下に形成するのが望ましい。例えば、分岐角１０°では、最低次モードのフィルタへの入射角が５°以上となる。また、ＮＡ０．２に形成された通常の光ファイバの最高次のモードの入射角は、屈折率が１．５の媒体中で最大１２°、最低０°となる。その場合、多層膜フィルタ２２を、入射角（分岐角）に対してｐ偏光、ｓ偏光の光の反射特性を補正しなければならない。波長間隔を大きくすることにより、補正は可能であるが、大口径のマルチモードファイバ１８を光導波路に接続する場合、損失の波長依存性が大きい。例えば、フッ素系樹脂を用いた光導波路では、８５０ｎｍでの損失が１０ｄＢ／ｋｍに対して、６５０ｎｍでは５０ｄＢ／ｋｍと大きく異なり、波長間隔を１００ｎｍ以上に大きくすることは適していない。そこで、波長間隔を１００ｎｍとし、多層膜フィルタ２２の作製精度を±１０ｎｍ、ＬＤ１６の波長ずれを±５ｎｍとすれば、多層膜フィルタ２２の転移波長間隔７０ｎｍが要求され、ｐ偏光、ｓ偏光の両方の偏光の反射特性を考慮した場合、多層膜フィルタ２２への入射光の角度幅は１２°が最大となるためである。

また、マルチモード導波路１５のＮＡは０．３〜０．６であることが望ましい。ＮＡが０．３以下では、曲げ損失が発生する曲げ半径の閾値が３ｍｍ程度と大きく、デバイスのサイズが大きくなり、ホームネットワーク等の限られたスペースで使用するには好ましくない。また、ＮＡが０．６以上のマルチモード導波路を形成するためには、コアとクラッドの比屈折率差を大きくする必要がある。よって、コアとクラッドに大きく特性の異なる異種の材料を用いることになり、コアとクラッド間の密着性において問題となる。ＮＡを０．６以上とすると、例えばコアに屈折率１．５のアクリル樹脂を用いた場合、クラッドの屈折率は１．３７としなければならず、通常は他材料とは接着力の弱いフッ素系樹脂が必要となる。逆に、コアの屈折率を１．５以上とする場合には、分子屈折の大きなベンゼン環や、ハロゲン系の塩素、臭素を用いることになり環境上好ましくない。

次に第２の実施の形態のマルチモード双方向デバイスについて説明する。

図５に示すように、本実施の形態のマルチモード双方向デバイス５０は、基本的な構成は図１のマルチモード一芯双方向デバイス１０と同じであるが、結合導波路１２に所定波長の光を出力する第１のＬＤ１７が接続されると共に、一方の分岐導波路１３に、所定波長とは異なる波長の光を出力する第２のＬＤ５１を接続した点において異なる。

マルチモード一芯双方向デバイス５０の動作原理について説明する。本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス５０は、２つの異なる波長の光を合波させてマルチモードファイバ１８に送信する合波デバイスである。

一方のＬＤ５１から出た光は、分岐導波路１３を通り、多層膜フィルタ２２で反射され、他方の分岐導波路１４を伝搬して、マルチモードファイバ１８まで伝搬する。他方、ＬＤ１６から出た光は、結合導波路１２を通り、多層膜フィルタ２２を透過し、他方の分岐導波路１４を通って、マルチモードファイバ１８まで伝搬する。したがって、ＬＤ５１の出射光とＬＤ１６の出射光は多層膜フィルタ２２で合波し、その合波した光が分岐導波路１４を通ってマルチモードファイバ１８へ送信される。

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス５０も、ＬＤ５１とマルチモードファイバ１８とが基板１１の互いに異なる端面２３，２４に接続されており、前実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス１０と同様な作用効果を有する。

次に、第３の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスについて説明する。

図６に示すように、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス６０は、基本的な構成は図１のマルチモード一芯双方向デバイス１０と同じであるが、結合導波路１２には第１のＰＤ１７が接続されると共に、一方の分岐導波路１３には第２のＰＤ１７を接続した点において異なる。

マルチモード一芯双方向デバイス６０の動作原理について説明する。本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス６０は、マルチモードファイバ１８から入射される２波長多重化された光を分波させてそれぞれ各波長の光毎に検知する分波デバイスである。

マルチモードファイバ１８から入射した波長多重光は、分岐導波路１４を通り多層膜フィルタ２２に入射する。多層膜フィルタ２２では、所定波長帯の光を透過すると共に、その所定波長帯以外の光を反射する。よって、一方の波長の光は多層膜フィルタ２２を透過し、結合導波路１２を通って第１のＰＤ１７で受光され、他方の波長の光は多層膜フィルタ２２で反射して分岐導波路１３を通って第２のＰＤ１７で受光される。

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス６０も、図１のマルチモード一芯双方向デバイス１０と同様な作用効果を有する。

次に、本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
裏面に電気配線を施した石英基板１１の表面に直接露光法によりポリマ材料でマルチモード導波路１５を形成した。ポリマ材料としては光硬化型のアクリル系樹脂を用い、コアの屈折率を１．５６７、クラッドの屈折率を１．５１７とした。マルチモード導波路１５はアンダークラッド厚２０μｍ、コア径７０μｍ×７０μｍ（幅×高さ）、オーバクラッド厚をコア上から２０μｍに形成した。マルチモード導波路１５のパターンは図１及び図２に示したような構造とし、分岐角は１０度とした。本実施例では、ポート１から光を入射したときの分岐比はポート３：ポート２＝１７：１である。

また、Ｖ字型のブレードでダイシングすることによりポート１とポート２付近でコアをミラー端面に形成した。素子切り出しと幅０．０２ｍｍの多層膜フィルタ挿入溝２１の形成を一括でダイシングにより行った。多層膜フィルタ挿入溝２１には波長７８０ｎｍでは反射、８５０ｎｍでは透過する多層膜フィルタ２２を挿入した。多層膜フィルタ挿入溝２１には、コア材と同じ材料を滴下して紫外線を照射しマッチングオイルの役割もかねながら多層膜フィルタ２２を固定した。基板裏側には、ポート１のミラー端面に位置して波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを配設し、ポート２のミラー端面に位置してＰＤを配設し、ポート３にマルチモードファイバ１８を接続してマルチモード一芯双方向デバイスＡを作製した。

またさらに、ポート１にＰＤ、ポート２に波長７８０ｎｍのＬＤをそれぞれ配設し、ポート３にマルチモードファイバ１８を接続し、一芯双方向デバイスＢを作製した。デバイスＡ，Ｂそれぞれ、マルチモードファイバ１８の他端にＬＤおよびＰＤを接続して一芯双方向デバイスの損失を確認したところ、デバイスＡ，Ｂの損失は、いずれも送受信ともに３ｄＢ以下であった。また、長さ１００ｍのマルチモードファイバ１８を用いて、一芯双方向デバイスＡと一芯双方向デバイスＢとを接続し、動作確認をしたところ、２．５Ｇｂｐｓの動作でもアイパターンが開くことを確認できた。

（実施例２）
シリコン基板上に、コア材料として屈折率１．５０２のアクリル系樹脂を用い、クラッド材料として屈折率１．４５２のアクリル系樹脂を用い、ＮＡ０．３８のマルチモード導波路１５を、直接露光法により作製した。作製したマルチモード導波路１５のコア径は７０μｍ×７０μｍ（幅×高さ）である。また、分岐角は１０°とした。マルチモード導波路１５に、多層膜フィルタ挿入溝２１を、幅２０μｍのダイシングソーにより、図２のＹ座標０の位置から２０μｍの位置に形成した。多層膜フィルタ２２は、図７に示す透過反射特性を持ち、厚さ１２μｍのポリイミド基板上に作製したものである。

図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、多層膜フィルタ２２は、波長８４０ｎｍ以上の光を透過し（透過損失０．５ｄＢ以下）、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示すように、波長７９０ｎｍ以下の光を反射させる（透過損失２０ｄＢ以上）透過反射特性を有する。

多層膜フィルタ２２を、多層膜フィルタ挿入溝２１に挿入し、屈折率１．５０２のアクリル系紫外線硬化型の接着剤で固定した。さらに、結合導波路１２に（ポート１）は波長７８０ｎｍのＬＤ１６を、ＬＤ１６からの出射光が結合導波路１２に最も効率よく結合する位置に合わせ、接着剤で固定した。また一方の分岐導波路１３（ポート２）には波長８５０ｎｍのＬＤ５１を波長７８０ｎｍのＬＤ１６と同様に固定した。他方の分岐導波路１４（ポート３）には、コア径１２０μｍ、ＮＡ０．１９のＧＩ型プラスチック光ファイバ１８を、分岐導波路１４からの出射光を最も効率よく受けることができる位置で固定した。

本実施例のマルチモード一芯双方向デバイスの特性は、プラスチック光ファイバとの接続損失を含めて、波長８５０ｎｍの光の損失が１．７ｄＢ、波長７８０ｎｍの光の損失が２．９ｄＢと良好な結果を得た。

（実施例３）
シリコン基板１１上に、コア材料として屈折率１．５０２のアクリル系樹脂を用い、クラッド材料として屈折率は１．４５２のアクリル系樹脂を用い、ＮＡ０．３８のマルチモード導波路１５を、直接露光法により作製した。作製したマルチモード導波路１５のコア径は７０×７０（幅×高さ）である。また、分岐角は１０°とした。マルチモード導波路１５に、多層膜フィルタ挿入溝２１を、幅２０μｍのダイシングソーにより、図２のＹ座標０の位置から２０μｍの位置に形成した。多層膜フィルタ２２は、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す透過反射特性を持ち、厚さ１２μｍのポリイミド基板上に作製したものである。

図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、多層膜フィルタ２２は、波長８４０ｎｍ以上の光を透過し（透過損失０．５ｄＢ以下）、波長７９０ｎｍ以下の光を反射させる（透過損失２０ｄＢ以上）透過反射特性を有する。

多層膜フィルタ２２を、多層膜フィルタ挿入溝２１に挿入し、屈折率１．５０２のアクリル系紫外線硬化型の接着剤で固定した。さらに、結合用導波路１２に（ポート１）、及び一方の分岐導波路１３（ポート２）にはそれぞれＰＤ１７，１７を各ポートの最も効率よく結合する位置で合わせ、接着剤で固定した。他方の分岐導波路１４（ポート３）には、コア径１２０μｍ、ＮＡ０．１９のＧＩ型プラスチック光ファイバを、他方の分岐導波路１４へ最も光を効率よく結合させることができる位置で固定した。

接続したプラスチック光ファイバに波長７８０ｎｍと波長８５０ｎｍの波長多重光を通した結果、７８０ｎｍの光はポート２に配設されたＰＤ、８５０ｎｍの光はポート１に配設されたＰＤで受光することができ、損失はそれぞれ、３．０ｄＢ、３．０ｄＢと良好な結果を得た。

好適な第１の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。 Ｙ分岐部の拡大平面図である。 図１のマルチモード一芯双方向デバイスにおける多層膜フィルタ位置と損失の関係を示す図である。 （ａ）〜（ｈ）は図１のマルチモード一芯双方向デバイスの作製方法の各工程を示す断面図である。 第２の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。 第３の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。 （ａ）、（ｃ）は多層膜フィルタの透過特性を示す図であり、（ｂ）、（ｄ）は多層膜フィルタの反射特性を示す図である。 従来のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。

符号の説明

１０ マルチモード一芯双方向デバイス
１１ 基板
１２ 結合導波路
１３，１４ 分岐導波路
１５ マルチモード導波路
１６ レーザダイオード
１７ フォトダイオード
１８ マルチモードファイバ
２１ 多層膜フィルタ挿入溝
２２ 多層膜フィルタ

Claims (7)

1. 基板上に設けられ１本の結合導波路と２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオード或いはフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオード或いはレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
   上記２本の分岐導波路を、基板の互いに異なる端面に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面にはフォトダイオード或いはレーザダイオードを接続し、他方の端面にはコア径１００〜１５０μｍのマルチモードファイバを接続したことを特徴とするマルチモード一芯双方向デバイス。
2. 基板上に設けられ１本の結合導波路と２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
   上記結合導波路には所定波長の光を出力する第１のレーザダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路に、上記所定波長とは異なる波長の光を出力する第２のレーザダイオードが接続される請求項１記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
3. 基板上に設けられ１本の結合導波路と２本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
   上記結合導波路には第１のフォトダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路には第２のフォトダイオードが接続される請求項１記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
4. 上記多層膜フィルタは、２本の分岐導波路が完全に交わる部分を０の位置とし、２本の分岐導波路が交わり始める部分を１の位置としたとき、０〜１／５の位置に挿入される請求項１〜３いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
5. 上記多層膜フィルタ挿入溝が上記マルチモードファイバを接続する端面と平行に形成された請求項１〜４いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
6. 上記接続部の分岐角が１０°以下である請求項１〜５いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
7. 上記結合導波路及び上記分岐導波路のＮＡが０．３〜０．６である請求項１〜６いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。

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