JP2693354B2 - 光デバイス - Google Patents
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- 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
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Description
アレイマルチプレクサとして有用な集積光デバイスに関
する。本発明は、特に、光信号の広帯域多重化および多
重化解除に有用である。
M)は光通信に多くの応用を有する。例えば、WDM
は、光増幅システムにおいてポンピング波長と信号波長
を結合するために使用可能である。他の例として、WD
Mは、異なる波長を中心とする帯域を加えることによっ
て光ファイバの長距離容量を増大させることができる。
例えば、1.55マイクロメートルを中心とする帯域
を、1.30マイクロメートル帯域の容量を補足するた
めに加えることができる。こうした2つの帯域は、単一
ファイバでの双方向通信に使用可能である。
よび分離することが可能な要素を必要とする。このよう
な要素には主として2つのタイプがある。それらのタイ
プは、マッハ・ツェンダー干渉計および波長依存方向性
カプラである。このようなデバイスは、単一マスクレベ
ルを使用して光導波路によって容易に製造され、低い後
方反射率および高いピーク透過率を有する。しかし、そ
のスペクトルのふるまいは正弦波的であるため、クロス
トークが低いのは狭い波長範囲のみである。さらに、狭
帯域拒絶の正確に制御された波長でこのようなデバイス
を製造するのは非常に困難である。結果として、干渉計
および方向性カプラは広帯域の応用に不適当であること
が多く、拒絶範囲を増大させるために薄膜フィルタが必
要とされる。
された新しいタイプの集積光マルチプレクサが、米国特
許出願第07/748,131号(発明者:C.ドラゴ
ン、出願日:1991年8月21日。なお、この出願を
基礎として優先権主張して、特願平4−244085号
が出願されている)に記載されている。この集積デバイ
スは、カプラの対の間に配置された導波路のアレイから
なる。これは、密な波長分割多重化のための、近接して
離間した、狭帯域チャネルを作成するのに有用である。
しかし、これは、低次デバイスを必要とする広帯域マル
チプレクサには適しない。従って、低次グレーティング
またはレンズとして使用可能な集積光デバイスが要求さ
れる。
レイマルチプレクサとして有用な集積光デバイスは、1
対の光カプラと、近接して離間した光路長を与えるため
にS字形にカプラ間に広がる複数の導波路のアレイとか
らなる。S字配置は、光学レンズに等しい光路長を与え
る。曲線反転の間の領域のS字に追加される光路長は、
低次アレイマルチプレクサまたはデマルチプレクサに小
さい光路長増分を与えることができる。
サ10を示す。これは、第1のアレイカプラ11と第2
のアレイカプラ12とからなり、この2つのアレイカプ
ラはn個の導波路W1,W2,...,Wnによって結合
される。アレイカプラ11および12は、一般的に、入
力または出力点と、複数の周辺分配導波路の間にほぼ同
一の光路を与えるようにそれぞれ配置されたスラブ導波
路領域である。
波路13からPiで光を受信し、カプラ12は受信光を
Poの近くの出力導波路の対14および15に分配す
る。カプラ11と12の間のn個の導波路のアレイは、
クロストークを縮小するために、カプラから離れて広が
る導波路によってC字型に配列される。外側の導波路
は、その内側の導波路よりも、一定量Δlだけ長い光路
を与える。
光は、回折によってカプラ11の中心から広がり、定位
相の円形波面を形成する。カプラ11の周囲の導波路は
すべて等しい位相で励起される。導波路がバラバラであ
るため、光信号は分解する。しかし、分解後、導波路中
の光は最初は円形位相波面とともに継続し、導波路が最
初に励起されたときと同じ振幅分布をほぼ保持する。
隣の導波路と比較してΔlだけ長くなるように設計され
る。Δl=mλ0(λ0は媒質中の波長、mは整数の次
数)である場合、カプラ12内の光の位相波面は、Po
でカプラ軸に集束する円形波を形成する。異なる波長λ
0+Δλでは、アレイから現れる位相波面はカプラ軸C
C´に対して小さい角度θだけ傾斜し、カプラ軸からθ
だけ角度的に変位した導波路15へ、Poの近くで効率
的に結合される。
るように配置され、出力導波路15はλ0+Δλに結合
するように配置される。従って、このデバイスは、導波
路13からの2つの波長入力(λ0およびλ0+Δλ)を
受信するために使用可能であり、波長分離された出力、
すなわち、14でλ0および15でλ0+Δλを与える。
こうして、このデバイスはグレーティングおよびデマル
チプレクサとして作用する。逆方向には、これはマルチ
プレクサとして作用する。
すなわち、mの値が約10未満のデバイスを作成しよう
とすると生じる。低次デバイスは、波長の数倍のオーダ
ーの光路差Δlを要求する。また、導波路は、分解のた
めに分離され、損失を防ぐために鋭い曲げを回避すると
いう条件もある。これらの競合する条件を考えると、図
1のC字形アレイは、低次グレーティングに必要な小さ
い一定の光路差を与えるように容易に適合させることは
できない。すなわち、従来型の構造は、広帯域マルチプ
レクサまたは平面レンズを作成するように容易に適合さ
せることができない。
るように適合されたデバイスの概略図である。図2のデ
バイスは、アレイカプラ21と22の間のn個の導波路
(W1,W2,...,Wn)がC字形ではなくS字形に
配列されること以外は図1のデバイスと同様である。特
に、各導波路は2つのほぼ円形の弧からなる。これらの
弧は、カプラ間の中間のAA´で湾曲の向きを反転す
る。S字配置では、n個の導波路はそれぞれカプラ21
と22の間で等しい光路長を示す。従って、カプラ21
の中心Piから放出された光は、n個の導波路のそれぞ
れから等しい位相でカプラ22の中心Poに到着する。
こうして、PiとPoは共役点となり、この構造体は、単
一の出力導波路24によって、平面レンズとして作用す
る。
波路23と、周囲に配列された複数の導波路(W1,
W2,...,Wn)のそれぞれの間に等しい光路長を与
える円形部分では、スラブ形状導波路とするのが好まし
い。カプラ22も、周囲の位置で複数の導波路を受容
し、導波路から22の中心Poまでに等しい光路長を与
える、同様のスラブ形状導波路であるのが好ましい。
等しい光路長を与えるように設計可能であることは、C
字形デバイスにおいて直線PoPiに垂直な対称軸AA´
を考えることによって図1から分かる。図1のデバイス
では、導波路と光路長の関係は次の通りである。 W1=l,W2=l+Δl,W3=l+2Δl,...,
Wn=l+(n−1)Δl ここで、AA´で切断し、W1の左半分がWnの右半分と
接続され、W2の左半分がWn-1の右半分と接続され、な
どとなるように構造体を180度回転することによって
形成されるS字構造体を考える。すると、各導波路の全
光路長は等しく、l+(n−1)Δl/2となる。さら
に、クロストークを縮小するために必要な分離は保持さ
れ、鋭い曲げは導入されない。こうして、S字配置集積
光デバイスは、PiからPoまでに等しい光路長を与える
ことができる。
て、図2から、入力カプラファンアウトを形成する直線
導波路は、直線AA´への垂線にまで曲げられることが
分かる。直線AA´は、入力光軸に対して角度π/2−
γ0だけ傾斜する。入力部分の各導波路は、15mm以
上の曲率半径を有する円弧に接続された直線セグメント
からなる。入力部導波路の隣接導波路間での光路差は等
しく、W1が最短でWnが最長となるように光路長が増大
するように配列される。また、導波路は、直線AA´と
の交点では等間隔である。出力部分は、湾曲方向が反転
されて対称である。全デバイス寸法を最小にするため、
γ0は30゜に最適化される。例えば、デバイスの全長
は25mm、高さは4mmである。
ドープガラス導波路からなるのが好ましい。これは、
C.H.ヘンリ他「ハイブリッド光パッケージのための
シリコン上のガラス導波路」J.Lightwave
Technol.第7巻第1530〜1539ページ
(1989年)に記載のように製造される。本質的に、
シリコン基板が用意され、SiO2の15マイクロメー
トルのベース層が高圧気相酸化によってシリコン上に成
長される。
する8%リンドープガラスのコア層がLPCVDを使用
して酸化物上に堆積され、このコア層は、カプラおよび
導波路をパターン形成するためにRIEのような方法で
乾式エッチングすることができる。次に、コアガラスが
アニールされ、その後、リン・ホウ素ドープガラスの7
マイクロメートルの層が、上部クラッディングとして作
用するように堆積される。典型的な導波路コア幅は4.
5〜6.5マイクロメートルであり、隣接導波路間の典
型的な分離間隔は中心間で30マイクロメートルであ
り、典型的な最小曲げ半径は約15mmである。
て作用する、本発明によるデバイスの概略図を示す。こ
のS字グレーティングは、このグレーティングにおい
て、長さが増加するほぼ直線の領域が、曲線反転の領域
IIの導波路に追加されていることを除いては、S字レ
ンズと同様である。特に、追加されたセグメント30
は、AA´とBB´の間のセグメントである。
はΔlだけ内側のものよりも長い光路長を有する。この
増分は、鋭い曲げや、導波路間の間隔を小さくすること
なく追加される。従って、S字グレーティングにおける
隣接する導波路は、C字デバイスにおける増分よりもは
るかに短い長さの増分で容易に与えられる。こうして、
このデバイスは図1のデバイスのようなデマルチプレク
サとして作用する。すなわち、出力導波路23でチャネ
ルλ1およびλ2を受信し、出力24でチャネルλ1、お
よび、出力25でチャネルλ2という分離された出力チ
ャネルを与える。また、逆方向には、このデバイスはマ
ルチプレクサとして作用することができる。すなわち、
24および25における別々のチャネルλ1、λ2を単一
の出力導波路23に出力する。
力部分Iと出力部分IIIの間の曲線反転領域に位置す
る拡張部分IIを除いては図2のデバイスのものと同様
である。部分IIの導波路は、例えば、小さい角度θw
の同心円弧であり、その曲率半径は少なくとも15mm
以上である。部分IIの導波路間の光路差(これは全光
路差Δlを決定する)は、角度θwおよび直線AA´お
よびBB´に沿った導波路間の間隔dhに関係し、Δl
=θwdhとなる。θwを制御することによって、部分I
およびIIIの設計と同一の所望の次数のアレイマルチ
プレクサが得られる。θw=0の極限では、デバイスは
平面レンズとなる。
の2つのチャネル多重化用に製造された。これらのデバ
イスの主な構造パラメータを図4および5に示す。これ
らの図は、それぞれ、好ましいカプラ21および22付
近の領域の拡大図である。図4で、aは、入力カプラ2
1の周囲での導波路W1,W2,...,Wn間の中心間
間隔である。円形波面の中心は、導波路の出口点からΔ
zだけ後退している。Wは導波路幅であり、rはアレイ
半径である。
と、それぞれλ1およびλ2を中心とする帯域を受信する
出力導波路24および25との間のオフセット角であ
る。ΔzAは、導波路がほぼ対称的なアレイ励起に従う
点までの距離である。
個のグレーティング(フィルタ)を製造し試験した。
特性が、1100μmに近いカットオフ波長の標準的な
単一モードファイバを使用して、これらのデバイスを通
して光を結合することによって測定された。従来の導波
路マルチプレクサと比較して、これらのデバイスは、低
いクロストークの広いスペクトル範囲を示す。最良の性
能のデバイスはアレイ1である。その測定された透過特
性を図6に示す。このデバイスのクロストークおよびフ
ァイバ間挿入損失はそれぞれ約−35dBおよび−2d
Bであり、これは、これまでアレイマルチプレクサにつ
いて報告されている最低値であると考えられる。
次グレーティングまたはレンズとして使用可能な集積光
デバイスが実現される。本発明の実施例のデバイスのク
ロストークおよびファイバ間挿入損失は、これまでアレ
イマルチプレクサについて報告されている最低値である
と考えられるものである。
する、従来型集積光デマルチプレクサの概略図である。
る。
である。
入力アレイカプラの概略図である。
出力アレイカプラの概略図である。
すグラフ図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 入力カプラと、 入力カプラへの入力からの光路長が等しくなるなるよう
に結合された複数の光導波路と、 これら複数の導波路を受容する出力カプラとからなる型
の光デバイスにおいて、 前記導波路が、出力カプラにおいてほぼ等しい光路長と
なるようにS字アレイに配置されたことを特徴とする光
デバイス。 - 【請求項2】 前記アレイの各導波路が、約15mm以
上の曲率半径を有する第1曲線領域と、約15mm以上
の曲率半径を有する逆方向に曲げられた第2曲線領域と
からなることを特徴とする請求項1の光デバイス。 - 【請求項3】 前記アレイの各導波路が、入力光学軸に
対して角度π/2−γ0だけ傾斜した直線に垂直である
ことを特徴とする請求項1の光デバイス。 - 【請求項4】 導波路が前記直線に垂直であり、かつ、
その直線上で等間隔であることを特徴とする請求項3の
光デバイス。 - 【請求項5】 各導波路が、平面レンズとして作用する
ために、カプラ間で等しい光路長を有することを特徴と
する請求項1の光デバイス。 - 【請求項6】 γ0が約30゜であることを特徴とする
請求項3の光デバイス。 - 【請求項7】 S字アレイが曲率の反転間にある領域を
有し、この領域は、カプラ間で前記複数の隣接する導波
路に増大する光路長を与えるために、導波路ごとに次第
に増大する光路長の領域からなることを特徴とする請求
項1の光デバイス。 - 【請求項8】 出力カプラが、デマルチプレクサとして
作用するために複数の出力導波路を有することを特徴と
する請求項7の光デバイス。 - 【請求項9】 入力カプラが、マルチプレクサとして作
用するために複数の入力導波路を有することを特徴とす
る請求項7の光デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
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US07/866,614 US5212758A (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Planar lens and low order array multiplexer |
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JPH0627339A JPH0627339A (ja) | 1994-02-04 |
JP2693354B2 true JP2693354B2 (ja) | 1997-12-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5106024A Expired - Lifetime JP2693354B2 (ja) | 1992-04-10 | 1993-04-09 | 光デバイス |
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EP (1) | EP0565308B1 (ja) |
JP (1) | JP2693354B2 (ja) |
DE (1) | DE69312369T2 (ja) |
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