JP2583310B2 - 光導波路型分岐合流器 - Google Patents
光導波路型分岐合流器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光導波路型分岐合流器に関し、更に詳しく
は、導波する光の波長特性がフラットになって、波長依
存性が小さくなる光導波路型分岐合流器に関する。
は、導波する光の波長特性がフラットになって、波長依
存性が小さくなる光導波路型分岐合流器に関する。
（従来の技術） 従来、光方向性結合器とも呼ばれる光導波路型分岐合
流器は、第９図（ａ）に平面図として示したような構造
になっている。すなわち、例えば石英から成る基板３
に、同じ断面構造の導波路1,2を互いに近接して配置
し、両導波路1,2の伝搬定数β1,β２を等しくすること
により、両導波路1,2間でエバネッセント結合を生じさ
せるものである。すなわち、このタイプの導波路型分岐
合流器では、両導波路間の伝搬定数差（△β＝β１−β
２）はゼロになっている。
流器は、第９図（ａ）に平面図として示したような構造
になっている。すなわち、例えば石英から成る基板３
に、同じ断面構造の導波路1,2を互いに近接して配置
し、両導波路1,2の伝搬定数β1,β２を等しくすること
により、両導波路1,2間でエバネッセント結合を生じさ
せるものである。すなわち、このタイプの導波路型分岐
合流器では、両導波路間の伝搬定数差（△β＝β１−β
２）はゼロになっている。
この構造の光方向性結合器の場合、両導波路間では光
パワーの完全な移行が行なわれ、例えば、入射端で導波
路１のみに光パワーI1の光を入射すると、素子長Ｌに対
しては、導波路1,2における光パワーI1,I2（導波路２の
光パワー）が第９図（ｂ）のグラフで示したように変化
する。
パワーの完全な移行が行なわれ、例えば、入射端で導波
路１のみに光パワーI1の光を入射すると、素子長Ｌに対
しては、導波路1,2における光パワーI1,I2（導波路２の
光パワー）が第９図（ｂ）のグラフで示したように変化
する。
今、素子長Ｌを完全結合長Loに設定すると、導波路１
と導波路２の間では、1:1の光分岐を達成することがで
きる。
と導波路２の間では、1:1の光分岐を達成することがで
きる。
しかしながら、この完全結合長Loは導波する光の波長
に依存して変動する。すなわち、導波する光の波長が長
くなると導波路内への光の閉じ込め状態が悪くなって、
導波路からの光のしみ出しが増量し、その結果、導波路
間の相互作用が強まる。すなわち、完全結合長Loは短く
なり、分岐比は1:1から偏倚することになる。
に依存して変動する。すなわち、導波する光の波長が長
くなると導波路内への光の閉じ込め状態が悪くなって、
導波路からの光のしみ出しが増量し、その結果、導波路
間の相互作用が強まる。すなわち、完全結合長Loは短く
なり、分岐比は1:1から偏倚することになる。
このように、第９図に示した従来構造の光導波路型分
岐合流器は、波長依存性が悪いという問題がある。
岐合流器は、波長依存性が悪いという問題がある。
このようなことから、導波路においても、ファイバ型
分岐合流器（溶融テーパ型）の場合と同じように、導波
路１の伝搬定数β１と導波路２の伝搬定数β２を相違せ
しめて、すなわち、導波路間の伝搬定数差（△β）を△
β＝β１−β２≠０として、広波長帯域化を実現するこ
とが研究されている。
分岐合流器（溶融テーパ型）の場合と同じように、導波
路１の伝搬定数β１と導波路２の伝搬定数β２を相違せ
しめて、すなわち、導波路間の伝搬定数差（△β）を△
β＝β１−β２≠０として、広波長帯域化を実現するこ
とが研究されている。
この場合は、導波路間での光パワーの完全移行は進行
せず、第10図に示したような光パワーの移行が行なわれ
るにすぎない。この光パワーの変化における特徴は、曲
線I1,I2のピークまたはボトム近辺における素子長Ｌの
変化に対するI1,I2の変化量が、第９図（ｂ）の場合に
比べて、小さいということである。
せず、第10図に示したような光パワーの移行が行なわれ
るにすぎない。この光パワーの変化における特徴は、曲
線I1,I2のピークまたはボトム近辺における素子長Ｌの
変化に対するI1,I2の変化量が、第９図（ｂ）の場合に
比べて、小さいということである。
したがって、今、動作点をL1の位置におくと両導波路
間の結合が波長依存性をもち多少の変動を起こしても、
光パワーI2のピーク（またはボトム）付近の変化量は小
さくなる。すなわち、この構造の場合は、第９図（ａ）
で示した構造の分岐合流器に比べて波長依存性は小さく
なる。
間の結合が波長依存性をもち多少の変動を起こしても、
光パワーI2のピーク（またはボトム）付近の変化量は小
さくなる。すなわち、この構造の場合は、第９図（ａ）
で示した構造の分岐合流器に比べて波長依存性は小さく
なる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記したファイバ型分岐合流器で適用され
ている手法を応用し、一層、波長特性が向上した光導波
路型分岐合流器の提供を目的とする。
ている手法を応用し、一層、波長特性が向上した光導波
路型分岐合流器の提供を目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においては、
基板と、該基板にエバネッセント結合が生ずるように互
いに近接して配置されている２本の導波路とから成る光
導波路型分岐合流器において、前記２本の導波路を長手
方向に分割して複数組の分割導波路を形成し、かつ、互
いに隣接する分割導波路の間では、互いの伝搬定数差の
符号を反転せしめたことを特徴とする光導波路型分岐合
流器が提供される。
基板と、該基板にエバネッセント結合が生ずるように互
いに近接して配置されている２本の導波路とから成る光
導波路型分岐合流器において、前記２本の導波路を長手
方向に分割して複数組の分割導波路を形成し、かつ、互
いに隣接する分割導波路の間では、互いの伝搬定数差の
符号を反転せしめたことを特徴とする光導波路型分岐合
流器が提供される。
本発明の光導波路型分岐合流器において、基板に２本
の導波路が互いに近接して配置されることは、従来の場
合と変わることがない。
の導波路が互いに近接して配置されることは、従来の場
合と変わることがない。
本発明においては、互いに結合対象として関係しあう
２本の導波路が、その長手方向で複数に分割されて、複
数組の分割導波路を形成し、それらが連続した構造にな
っている。
２本の導波路が、その長手方向で複数に分割されて、複
数組の分割導波路を形成し、それらが連続した構造にな
っている。
そして、互いに隣接する分割導波路の間では、その分
割導波路を構成する２本の部分導波路間の伝搬定数差△
βの符号が反転するようになっていることを特徴とす
る。
割導波路を構成する２本の部分導波路間の伝搬定数差△
βの符号が反転するようになっていることを特徴とす
る。
このことを、第１図の平面図として示すように、導波
路1,導波路２をLA,LBとなるように分割して分割導波路
A,分割導波路Ｂを形成した場合で説明する。ここで、分
割導波路Ａにおける導波路1,導波路２の伝搬定数をそれ
ぞれβ1A,β2Aとし、分割導波路Ｂにおける導波路1,導
波路２の伝搬定数をそれぞれβ1B,β2Bとなるように、
各導波路が形成されている。
路1,導波路２をLA,LBとなるように分割して分割導波路
A,分割導波路Ｂを形成した場合で説明する。ここで、分
割導波路Ａにおける導波路1,導波路２の伝搬定数をそれ
ぞれβ1A,β2Aとし、分割導波路Ｂにおける導波路1,導
波路２の伝搬定数をそれぞれβ1B,β2Bとなるように、
各導波路が形成されている。
本発明の場合、素子長Ｌが０≦Ｌ≦LAの範囲内におい
ては、伝搬定数差△βを、△β＝β1A−β2A＞０（また
は＜０）となるようにし、かつ、LA≦Ｌ≦LA＋LBの範囲
では△β＝β1B−β2B＜０（または０＞）となるよう
に、各分割導波路を形成するのである。
ては、伝搬定数差△βを、△β＝β1A−β2A＞０（また
は＜０）となるようにし、かつ、LA≦Ｌ≦LA＋LBの範囲
では△β＝β1B−β2B＜０（または０＞）となるよう
に、各分割導波路を形成するのである。
各分割導波路間で△βの符号を互いに反転せしめるた
めには、導波路の路幅を長手方向で変化させたり、また
は、導波路の断面構造を長手方向で変化させればよい。
めには、導波路の路幅を長手方向で変化させたり、また
は、導波路の断面構造を長手方向で変化させればよい。
（作用） 本発明の分岐合流器の作用を、第１図の構造のもので
説明する。今、説明の都合上、LA＝LB＝L/2,β1A＝
β2B,β2A＝β1Bとする。
説明する。今、説明の都合上、LA＝LB＝L/2,β1A＝
β2B,β2A＝β1Bとする。
素子長が０≦Ｌ≦LAの範囲では、この分割導波路Ａの
伝搬定数差：△βは、△β＝δβである。ここで、δβ
＝β1A−β2A＝−（β1B−β2B）である。したがって、
LA≦Ｌ≦LA＋LBの範囲では、分割導波路βの伝搬定数
差：△βは、△β＝−δβとなる。
伝搬定数差：△βは、△β＝δβである。ここで、δβ
＝β1A−β2A＝−（β1B−β2B）である。したがって、
LA≦Ｌ≦LA＋LBの範囲では、分割導波路βの伝搬定数
差：△βは、△β＝−δβとなる。
このとき、導波路１の光出力I1,導波路２からの光出
力I2は、入射パワーを１とした場合、モード結合理論に
より次式のとおりである。
力I2は、入射パワーを１とした場合、モード結合理論に
より次式のとおりである。
（ただし、βＣ＝k2＋（△β）2/4,k:結合数） Ｋ≦２△βのときのI1,I2とＬの関数を第２図（ａ）
に、また、Ｋ≧２△βのときの関係を第２図（ｂ）に示
す。
に、また、Ｋ≧２△βのときの関係を第２図（ｂ）に示
す。
Ｋ≦２△βの場合、I1,I2のピーク（またはボトム）
におけるＬに対する変化率は、第10図に示した場合より
も一層フラットになる。すなわち、本発明の光導波路型
分岐合流器は、前述したファイバ型分岐合流器の場合よ
りも、一層、波長特性はフラットになり波長依存性が小
さくなる。
におけるＬに対する変化率は、第10図に示した場合より
も一層フラットになる。すなわち、本発明の光導波路型
分岐合流器は、前述したファイバ型分岐合流器の場合よ
りも、一層、波長特性はフラットになり波長依存性が小
さくなる。
また、Ｋ≧２△βの場合、I1,I2のピーク（またはボ
トム）においては双峰特性を示し、その波長特性はフラ
ットになる。
トム）においては双峰特性を示し、その波長特性はフラ
ットになる。
（実施例） 以下に、図面に則して本発明の実施例を説明する。
第３図（ａ）の平面図、第３図（ｂ）の断面図で示す
ような本発明の分岐合流器を製造した。
ような本発明の分岐合流器を製造した。
シリコン基板11の上に、厚み20μｍの下部クラッド
層、厚み２μｍのコア層、厚み1.5μｍの上部クラッド
層14を順次石英で形成し、更にこの上部クラッド層14の
上には、7.2μｍの間隔を置いて導波路1,2をリッジ状に
形成した。
層、厚み２μｍのコア層、厚み1.5μｍの上部クラッド
層14を順次石英で形成し、更にこの上部クラッド層14の
上には、7.2μｍの間隔を置いて導波路1,2をリッジ状に
形成した。
導波路1,2はいずれも、全体の中間位置で路幅が変化
して、その断面構造が変り、２等分割導電波路A,Bを形
成している。すなわち、導波路１は、分割導波路Ａでは
路幅が8.0μｍ、分割導波路Ｂでは路幅が10.0μｍにな
っている。そして、導波路２は、導波路１と対称の形に
なっている。したがって、分割導波路Ａにおける伝搬定
数差△βＡと分割導波路Ｂにおける伝搬定数差△βＢの
間では、△βＡ＝−△βＢの関係が成立している。そし
て△βは、△β＝2.5π/Lである。
して、その断面構造が変り、２等分割導電波路A,Bを形
成している。すなわち、導波路１は、分割導波路Ａでは
路幅が8.0μｍ、分割導波路Ｂでは路幅が10.0μｍにな
っている。そして、導波路２は、導波路１と対称の形に
なっている。したがって、分割導波路Ａにおける伝搬定
数差△βＡと分割導波路Ｂにおける伝搬定数差△βＢの
間では、△βＡ＝−△βＢの関係が成立している。そし
て△βは、△β＝2.5π/Lである。
この分岐合流器で、使用中心波長がλ＝1.3μｍであ
る場合、完全結合長LoはLo＝6.1mm、素子長ＬはＬ＝10m
mである。すなわち、動作点は、Ｌ＝1.64×Loの関係を
満足する。
る場合、完全結合長LoはLo＝6.1mm、素子長ＬはＬ＝10m
mである。すなわち、動作点は、Ｌ＝1.64×Loの関係を
満足する。
この分岐合流器の1:1分岐に対する波長依存性を第４
図の曲線Ａとして示した。あわせて、△β＝０であり、
Ｌ＝0.5×Loの動作点の従来の分岐合流器の波長依存性
を曲線Ｂとして、更に、△β＝0.8π/Lであり、Ｌ＝0.9
5×Loの動作点である従来のファイバ型分岐合流器の波
長依存性を曲線Ｃとして示した。
図の曲線Ａとして示した。あわせて、△β＝０であり、
Ｌ＝0.5×Loの動作点の従来の分岐合流器の波長依存性
を曲線Ｂとして、更に、△β＝0.8π/Lであり、Ｌ＝0.9
5×Loの動作点である従来のファイバ型分岐合流器の波
長依存性を曲線Ｃとして示した。
図から明らかなように、本発明の分岐合流器において
は、完全結合長Loに対する素子長Ｌの依存性は、他の場
合に比べて緩慢であり、その波長特性はフラットになっ
ている。
は、完全結合長Loに対する素子長Ｌの依存性は、他の場
合に比べて緩慢であり、その波長特性はフラットになっ
ている。
第５図は、分割導波路の断面構造を変えた場合を例示
する図で、第５図（ａ）はある分割導波路における一方
の導波路の断面を示し、第５図（ｂ）は、隣接する分割
導波路において上記一方の導波路の上に、更に別のクラ
ッド層15を設けてなる導波路の断面を示す。
する図で、第５図（ａ）はある分割導波路における一方
の導波路の断面を示し、第５図（ｂ）は、隣接する分割
導波路において上記一方の導波路の上に、更に別のクラ
ッド層15を設けてなる導波路の断面を示す。
第６図は、導波路を３分割した場合を示す平面図で、
この場合は、領域Ａの分割導波路の△βを△β＞０とす
れば、領域Ｂの分割導波路の△βは△β＜０、更に、領
域Ｃの分割導波路の△βは△β＞０となっている。
この場合は、領域Ａの分割導波路の△βを△β＞０とす
れば、領域Ｂの分割導波路の△βは△β＜０、更に、領
域Ｃの分割導波路の△βは△β＞０となっている。
第７図は、入力端、出力端における導波路の分離を容
易にし、また光ファイバとの接続を容易に行なうため
に、両導波路の適宜な個所に曲がり部16,16を形成し、
更に、入力端、出力端における各導波路の路幅を一定に
するため、両導波路の適宜な個所にテーパ部17,17を形
成した場合を例示する平面図である。この構造は実用的
である。
易にし、また光ファイバとの接続を容易に行なうため
に、両導波路の適宜な個所に曲がり部16,16を形成し、
更に、入力端、出力端における各導波路の路幅を一定に
するため、両導波路の適宜な個所にテーパ部17,17を形
成した場合を例示する平面図である。この構造は実用的
である。
第８図は、上述してきたものが、いずれも、分割導波
路の△βを不連続に変化させる場合を示していることと
異なり、分割導波路間を路幅が一次関数的に連続的に変
化する遷移領域18とした構造を例示する平面図である。
路の△βを不連続に変化させる場合を示していることと
異なり、分割導波路間を路幅が一次関数的に連続的に変
化する遷移領域18とした構造を例示する平面図である。
（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の光導波路型分
岐合流器は、その構成を、基板と、該基板にエバネッセ
ント結合が生ずるように互いに近接して配置されている
２本の導波路とから成る光導波路型分岐合流器におい
て、前記２本の導波路を長手方向に分割して複数組の分
割導波路を形成し、かつ、互いに隣接する分割導波路の
間では、互いの伝搬定数差の符号を反転せしめたことを
特徴とするので、その波長特性はフラットとなり、波長
依存性が従来に比べて一層小さくなる。
岐合流器は、その構成を、基板と、該基板にエバネッセ
ント結合が生ずるように互いに近接して配置されている
２本の導波路とから成る光導波路型分岐合流器におい
て、前記２本の導波路を長手方向に分割して複数組の分
割導波路を形成し、かつ、互いに隣接する分割導波路の
間では、互いの伝搬定数差の符号を反転せしめたことを
特徴とするので、その波長特性はフラットとなり、波長
依存性が従来に比べて一層小さくなる。
したがって、この分岐合流器を縦続接続したツリーカ
ップラ，スターカップラにおていは、その波長特性の向
上がより顕著となり、工業的価値は極めて大である。
ップラ，スターカップラにおていは、その波長特性の向
上がより顕著となり、工業的価値は極めて大である。
第１図は本発明の導波路型分岐合流器の基本構造を示す
平面図、第２図（ａ）および第２図（ｂ）は第１図の分
岐合流器における光パワーと素子長との関係を示すグラ
フ、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は実施例の平面図
および断面図、第４図は分岐合流器の波長依存性を示す
グラフ、第５図（ａ）および第５図（ｂ）は他の実施例
の導波路を示す断面図、第６図は別の実施例の平面図、
第７図は更に別の実施例の平面図、第８図は更に他の実
施例の平面図、第９図（ａ）は従来の導波路型分岐合流
器を例示する平面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）の導
波路型分岐合流器における光パワーと素子長との関係を
示すグラフ、第10図はファイバ型分岐合流器における光
パワーと素子長との関係を示すグラフである。 1,2……導波路、3,11……基板、12……下部クラッド
層、13……コア層、14,15……上部クラッド層、16……
曲がり部、17……テーパ部、18……遷移領域。
平面図、第２図（ａ）および第２図（ｂ）は第１図の分
岐合流器における光パワーと素子長との関係を示すグラ
フ、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は実施例の平面図
および断面図、第４図は分岐合流器の波長依存性を示す
グラフ、第５図（ａ）および第５図（ｂ）は他の実施例
の導波路を示す断面図、第６図は別の実施例の平面図、
第７図は更に別の実施例の平面図、第８図は更に他の実
施例の平面図、第９図（ａ）は従来の導波路型分岐合流
器を例示する平面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）の導
波路型分岐合流器における光パワーと素子長との関係を
示すグラフ、第10図はファイバ型分岐合流器における光
パワーと素子長との関係を示すグラフである。 1,2……導波路、3,11……基板、12……下部クラッド
層、13……コア層、14,15……上部クラッド層、16……
曲がり部、17……テーパ部、18……遷移領域。
Claims (1)
- 【請求項１】基板と、該基板にエバネッセント結合が生
ずるように互いに近接して配置されている２本の導波路
とから成る光導波路型分岐合流器において、前記２本の
導波路を長手方向に分割して複数組の分割導波路を形成
し、かつ、互いに隣接する分割導波路の間では、互いの
伝搬定数差の符号を反転せしめたことを特徴とする光導
波路型分岐合流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13782589A JP2583310B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 光導波路型分岐合流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13782589A JP2583310B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 光導波路型分岐合流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH032806A JPH032806A (ja) | 1991-01-09 |
| JP2583310B2 true JP2583310B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=15207729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13782589A Expired - Fee Related JP2583310B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 光導波路型分岐合流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2583310B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05264834A (ja) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 導波路型光部品 |
| JP3027965B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2000-04-04 | 日本電気株式会社 | 光合分波装置 |
| JP2007206127A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Nec Corp | 光反射器、及びそれを用いた光共振器、並びにそれを用いたレーザ |
| JP6351114B2 (ja) * | 2015-02-17 | 2018-07-04 | 日本電信電話株式会社 | モード合分波器及びモード合分波器の設計方法 |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13782589A patent/JP2583310B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH032806A (ja) | 1991-01-09 |
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