JP3897231B2 - 光分岐器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光分岐器に関し、より特定的には、マルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：以下、ＭＭＩと略称する）を利用したＭＭＩ型光分岐器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光分岐器の性能はますます向上し、特に、ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、過剰損失のより少ない数多くの形態が開発されている。このＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路の原理について簡単に説明する。ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、マルチモード導波路部を有しており、基本モード光がマルチモード導波路部に入射すると、マルチモード導波路部において基本モード光と高次モード光が発生する。この両モード光の位相差に基づく干渉の結果、伝播する光の波形が変形する。そして、両モード光の位相がちょうどπだけ異なる箇所で、伝播する光は２つのピークをもつ強度分布を有するになる。この部分に対して２つの出力導波路を配置すれば、分岐比１：１の対称なＹ分岐を実現することができる。
【０００３】
また、特開２０００−１２１８５７号公報には、マルチモード干渉で現れる光強度分布の２つのピークについて、それらの高さに差を生じさせて、分岐比が非対称となるようなＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路が開示されている。
【０００４】
このようにＭＭＩ型光分岐器は、光強度分布がピークに達する位置にあわせて出力導波路を設け、過剰損失を低減している。したがって、その形状や大きさは精密に規定されることになる。典型的には、光分岐器の分岐幅は２０〜３０μｍ程度である。また、その結果として、典型的には２５０μｍ程度の直径を有する光ファイバと光結合させるために、別個に結合用素子を用意したり、出力導波路を光ファイバの大きさに合わせて加工したりする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のように、別個に素子を用意したり、出力導波路に特別な加工を施すことには、さらにコストがかかることになる。また、光ファイバとの光軸合わせを容易に行えるように特別な構成としない限り、従来のＭＭＩ型光分岐器では、光ファイバと容易に光結合させる構成とすることが困難である。さらに、従来のＭＭＩ型光分岐器のように、その形状や大きさが精密に規定された導波路を作製することは必ずしも容易ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光ファイバと容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができるＭＭＩ型光分岐器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、光結合する外部の入力側光ファイバからの入射光を分岐して、光結合する外部の互いに平行な複数の出力側光ファイバへそれぞれ出射する光分岐器であって、入力側光ファイバの出射側端面と接し、複数の出力側光ファイバの入射端面と接する直方体の分岐部と、分岐部は、入力側光ファイバの出射側端面と接し、かつ、入力側光ファイバの直径を一辺とする正方形の形状を有する第１平面と、複数の出力側光ファイバの入射端面と接し、第１平面に平行で、第１平面と同一の正方形形状を有する第２平面と、第１平面と垂直であり、分岐部の側部にお互い平行に位置する第３及び第４平面と、分岐部の上部に位置する第５平面と、分岐部の下部に位置する第６平面とを有し、分岐部の第３平面と接し、第３平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第１ガイドと、分岐部の第４平面と接し、第４平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第２ガイドと、分岐部の第５平面と接し、第５平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、分岐部に光を閉じ込めることができる所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第１カバーと、分岐部の第６平面と接し、第６平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第２カバーとで構成され、入力側光ファイバは、第１及び第２ガイドと第１及び第２カバーとに接することで固定されており、複数の出力側光ファイバは、第１及び第２ガイドに接することで固定されていることを特徴とする。
【０００８】
上記のように、第１の発明によれば、入力側光ファイバと出力側光ファイバとを容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができる光分岐器を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面と第２平面とに露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置に分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部よりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１０】
上記のように、第２の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面に露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部が分岐した光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置までそれぞれ伝播する複数の導波路コアと、スラブ部及び複数の導波路コアよりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１２】
上記のように、第３の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１３】
第４の発明は、第２及び第３の発明に従属する発明であって、スラブ部のスラブ長は、入力側光ファイバの光軸と複数の出力側光ファイバの光軸との距離と、スラブ部の屈折率と、基板の屈折率と、第１のカバーの屈折率と、第２のカバーの屈折率とに基づいて、最適な値が選ばれることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、第４の発明によれば、上記の距離や屈折率等をパラメータとする所定の関数によって、最適なスラブ長を容易に決定することができる。
【００１５】
第５の発明は、第３の発明に従属する発明であって、所定の使用環境温度の範囲内における前記複数の導波路コアの屈折率および前記基板の屈折率は、前記複数の出力側光ファイバとの光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする。
【００１６】
上記のように、第５の発明によれば、光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、前記複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅に関連して選ばれることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、第６の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅とを考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１９】
第７の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅の平均値に関連して選ばれることを特徴とする。
【００２０】
上記のように、第７の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅との平均値を考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図１に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー６９および７０と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部７３とを備える。また、分岐部７３は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８と、基板７４とを含む。
【００４０】
なお、以下の全ての実施形態に係る説明において、本光分岐器の上下方向は、図の上下方向に対応し、その前方向は、図の左方向に対応し、その後方向は、図の右方向に対応し、その左方向は、図の手前方向に対応し、その右方向は、図の奥方向に対応するものとする。
【００４１】
まず、入射側光ファイバ６１は、スラブ６６の前面の所定部分に対して前方から光を入射するように、本光分岐器に接続される。第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３は、相互に平行に配置されており、対応する第１および第２の導波路コア６７および６８の後面から射出した光を後方へ伝播するように、本光分岐器に接続される。このように、第１および第２の導波路コア６７および６８を設けることによって、光軸の位置決めを容易に行うことができる。なお、光ファイバと本光分岐器の対応部分との光軸を容易に合わせるための構造については後述する。
【００４２】
次に、本光分岐器の分岐部７３において、スラブ６６は、基板７４の左右方向中央部付近に形成された左右方向に薄く、前後方向に所定の長さ（以下、スラブ長と称する）を有する板状の光導波路であり、前と上下とに露出面を有する。また、第１の導波路コア６７は、スラブ６６と一体として基板７４の上部に形成された前後方向に長い棒状の光導波路であり、後ろと上とに露出面を有する。同様に、第２の導波路コア６８は、基板７４の下部に形成された長い棒状の光導波路であり、後ろと下とに露出面を有する。また、スラブ６６および第１の導波路コア６７の左右側面および上面は面一であり、スラブ６６および第２の導波路コア６８の左右側面および下面は面一である。さらに、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は、スラブ６６の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００４３】
このような分岐部７３は、例えば、以下のような製法を用いて容易に作製することができる。まず、基板７４は、左右方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板から構成されているものとする。これら第１および第２の基板の向かい合う面には、エッチングや金型成形などの手法を用いて溝を形成する。そして、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせば、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８とを容易に作製することができる。また、基板７４が、上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板で構成されていても、これらの基板の溝を上下対称な形に形成すれば、同様な方法により容易に作製することができる。さらに、基板７４の前面から後ろ方向へ金型を押し込むことによっても、同様に作製することができる。なお、基板７４を構成する材料の屈折率は、スラブ６６と第１および第２の導波路コア６７および６８とを構成する材料（以下、コア材料と称する）の屈折率よりも小さいものとする。
【００４４】
次に、本光分岐器において、第１のカバー６９は、外挿された入射側光ファイバ６１の上部と接し、かつスラブ６６および第１の導波路コア６７が露出する基板７４の上面と接する。また、第２のカバー７０は、外挿された入射側光ファイバ６１の下部と接し、かつスラブ６６および第２の導波路コア６８が露出する基板７４の下面と接する。なお、第１および第２のカバー６９および７０が、入射側光ファイバ６１を上下方向を挟むように接しているのは、光軸合わせのためである。詳しくは後述する。
【００４５】
また、これら第１および第２のカバー６９および７０を構成する材料は、コア材料の屈折率よりも小さい。したがって、これらはクラッドとして機能する。このように構成すれば、基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０とによって、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との中を伝播する光を伝搬経路から漏れ出さないように閉じ込めることができる。
【００４６】
なお、コア材料が、基板７４と第１および第２のカバー６９および７０とを構成する材料（以下、クラッド材料と称する）よりも低い屈折率を有するか、または高い屈折率であってもその屈折率差が所定値を下回る場合には、光を伝搬経路中に閉じ込めることができない。この光を閉じ込めるための条件を光閉じ込め条件と称する。
【００４７】
ここで、一般的にコア材料として樹脂を使用し、クラッド材料として無機材料（ガラスなど）を使用すると、それぞれの材料の温度特性が相違していることにより、光閉じ込め条件を満足させることができない温度範囲を生じることがある。図２は、例として、コア材料としての樹脂と、クラッド材料としてのガラスとの屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。なお、光閉じ込め条件を満たす限界の屈折率差は、点線で示されている。また、図２においては、異なるコア材料の屈折率を有する１１の例が示されている。
【００４８】
図２を参照すれば、温度を徐々に上げると上記屈折率差は小さくなり、やがて光閉じ込め条件の限界屈折率差を下回って、光閉じ込め条件を満たさなくなる。図２において、使用温度範囲内（−２０℃〜８０℃）で光閉じ込め条件を満たすのは、上から３例のみである。したがって、使用温度範囲内で光閉じ込め条件を満たすためには、屈折率差を十分大きくすれば良いことになるが、屈折率差にも上限値はある。具体的には、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりも０．２〜０．５％高めるの好適例である。
【００４９】
また、図３は、断面が正方形状である四角コア（図１における第１および第２の導波路コア６７および６８）の寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。ただし、結合ロス相対変化は、最適結合ロスから結合ロスがどれだけ変化したかを示すためのものであって、結合ロスの絶対値はそれぞれのコア寸法に応じて異なり、グラフ上では各寸法毎に見やすい位置に配置している。また、コア寸法は、小さいものから大きいものの例として、ａ１（＝２μｍ）からａ７（＝８μｍ）まで１μ毎に変化させた７つを示している。
【００５０】
図３を参照すれば、それぞれのコア寸法を有するコア材料とクラッド材料との屈折率差が所定の差以下になると、結合ロスは急激に悪化する。図中の点線は、この急激に悪化する直前の屈折率差をコア寸法毎に結んだ直線であって、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を示している。したがって、コア寸法が大きいほど屈折率差が小さくても光を閉じ込めやすいと言える。ただ、コアの大きさにも上限はある。具体的には、コアの高さと幅の平均を２〜５μｍにするのが好適例である。
【００５１】
以上より、使用温度範囲において常に光を閉じ込めるためには、コア断面の高さと幅または高さと幅の平均とを考慮し、さらに光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択する必要がある。
【００５２】
また、スラブ６６のスラブ長は、第１または第２の導波路コア６７または６８の光軸とスラブ６６の光軸との距離と、スラブ６６の屈折率と、基板７４の屈折率と、第１のカバー６９の屈折率と、第２のカバー７０の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができる。例えば、最適なスラブ長は、これらをパラメータとする所定の関数によって決定することができる。なお、第１または第２の導波路コア６７の長さを調整すれば、光分岐器の大きさを変更することなく、最適なスラブ長に設定することができることは言うまでもない。
【００５３】
図４は、入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。図４では、結合ロス（ｄＢ）を縦軸に、スラブ長を横軸にとっている。図４を参照すると、スラブ長によって、結合ロスが変化し、第１および第２の導波路コア６７および６８からの出射光位置における光量が変化する様子がみられる。このように光量が変化するのは、入射側光ファイバ６１からスラブ６６へ入射する光がシングルモードであっても、スラブ６６内において波面が互いに干渉し合うことによってマルチモード化し、光量分布がスラブ形状によって変化することになるからである。そして、結合ロスの極大点は、スラブ長に沿って複数個現れ、図７においては、第１ないし第３の最適スラブ長に対応する。ここで、本光分岐器を小型化するためには、スラブ形状が最も小さくなるのが好ましいことから、スラブ６６のスラブ長には、図７に示されるように、第１の最適スラブ長を選ぶのが好適である。
【００５４】
次に、本光分岐器において、第１のガイド７１は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との右側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との右側面に接する。第２のガイド７２は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との左側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との左側面に接する。
【００５５】
このように、第１および第２のガイド７１および７２は、左右から上記光ファイバを挟み込むことにより、光軸合わせを容易に行うことができる。すなわち、基板７４の左右方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、第１および第２のガイド７１および７２に挟まれた光ファイバのコア中心は、ちょうど基板中央に設けられたスラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との左右方向の中心に位置決めされる。
【００５６】
さらに、前述のように、第１および第２のカバー６９および７０は、入射側光ファイバ６１を上下方向に挟み込んでいるので、基板７４の上下方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、入射側光ファイバ６１のコア中心は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との上下方向の中心に位置決めされる。
【００５７】
また、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３を上下方向に挟むように、例えば図示していない第３および第４のガイドを設ければ、上下方向の位置決めも容易に行うことができる。さらに別例として、上下方向の位置を調整して最適な射出光位置に光ファイバの光軸をセットすることができるオフセット調整部を設けてもよい。
【００５８】
なお、以上のようにして位置決めされた光ファイバは、典型的には接着剤等で固定される。また、第１および第２のガイド７１および７２は、光を閉じ込める機能を有していないことから、クラッド材料である必要はないが、第１および第２のカバー６９および７０や基板７４と同一の材料によって、これらと一体的に形成されてもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図５に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー８１および８２と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部８５とを備える。また、分岐部８５は、スラブ８６と、第１および第２の基板８３および８４とを含む。なお、図１に示した第１の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図５を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２の導波路コア６７および６８が省略されており、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３のコアがスラブ８６と直接接触している点が、図１の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００６１】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部８５を容易に作製することができる。例えば、分岐部８５は、中央のスラブ８６を左右方向からそれぞれ第１および第２の基板８３および８４によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。
【００６２】
その他、図５の第１および第２のカバー８１および８２と、基板８４と、スラブ８６とは、図１のそれらとは長さが異なる他は、同一の機能を有する。なお、第１および第２のガイド７１および７２は、図１と同一であるが、もちろん必要に応じて前後方向の長さを短くしてもよい。
【００６３】
また、スラブ８６のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ６２または６３の光軸とスラブ８６の光軸との距離と、スラブ８６の屈折率と、基板８４の屈折率と、第１のカバー８１の屈折率と、第２のカバー８２の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【００６４】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図６に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー９７〜１００と、分岐部１０２とを備える。また、分岐部１０２は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の導波路コア９３〜９６と、基板１０１とを含む。
【００６５】
図６を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２のガイドに替えて、第３および第４のカバー９９および１００が備えられており、さらに、分岐部１０２において、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６と、基板１０１とを新たに含む点が、図１の光分岐器と大きく異なる。なお、本光分岐器におけるその他の部材は、図１のそれとほぼ同様であるので、説明は省略する。以下、図１の光分岐器と異なる点について詳述する。
【００６６】
本光分岐器において、第３および第４のカバー９９および１００は、入射側光ファイバ６１を左右方向から挟み込むように設けられてその位置決めを行う、という機能は、図１における第１および第２のガイド７１および７２において前述したと同様である。しかし、図６から明らかなように、本光分岐器の後面は、凹凸のない平面であって、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３の位置決めを行う部材は、特に設けられていない。
【００６７】
また、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８と同一の屈折率を有するクラッド材料で構成されており、第３および第４の導波路コア９５および９６の中に光を閉じ込めて伝播させるためのクラッドとして機能する。この点で、クラッドとして機能しない図１における第１および第２のガイド７１および７２とは異なる。
【００６８】
なお、図６において、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８を左右方向から挟み込むように構成されている。しかし、第３および第４のカバー９９および１００の上下方向の長さを短くして、第１および第２のカバー９７および９８によって上下方向から挟み込まれるように構成されてもよいし、これらを含む構成部全てが一体的に形成されていてもよい。
【００６９】
次に、本光分岐器の分岐部１０２において、第１のスラブ９１や第１および第２の導波路コア９３および９４は、図１のスラブ６６などと同様である。また、これらを入射側光ファイバ６１の光軸（すなわち、第１のスラブ９１の光軸）を中心軸として９０度回転させると、第２のスラブ９２や第３および第４の導波路コア９５および９６の構造に合致する。すなわち、第２のスラブ９２および第３の導波路コア９５の上下面および左側面は面一であり、第２のスラブ９２および第４の導波路コア９６の上下面および右側面は面一である。さらに、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は、第２のスラブ９２の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００７０】
このような分岐部１０２は、図１の分岐部７３と同様に、例えば、左右方向または上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板に溝を形成し、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせることにより、容易に作製することができる。
【００７１】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第１および第２のカバー９７および９８の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第３および第４のカバー９９および１００の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、前述と同様である。
【００７２】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図７に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー１０６〜１０９と、分岐部１１４とを備える。また、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８とを含む。なお、図６に示した第３の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７３】
図７を参照すると、本光分岐器は、図６の光分岐器に備えられる第１ないし第４の導波路コア９３および９６が省略されており、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３のコアが対応する第１および第２のスラブ９１および９２と直接接触している点が、図６の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００７４】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部１１４を容易に作製することができる。例えば、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２を上下左右方向からそれぞれ対応する第１ないし第４の基板１１５〜１１８によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。これらの特徴は、図５に示す第２の実施形態に係る光分岐器と同様である。
【００７５】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第１および第２のカバー１０６および１０７の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第３および第４のカバー１０８および１０９の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図２】コア材料とクラッド材料との屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。
【図３】四角コアの寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。
【図４】入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【符号の説明】
６１ 入射側光ファイバ
６２ 第１の出射側光ファイバ
６３ 第２の出射側光ファイバ
６６ スラブ
６７ 第１の光導波路
６８ 第２の光導波路
６９ 第１のカバー
７０ 第２のカバー
７１ 第１のガイド
７２ 第２のガイド
７３ 分岐部
７４ 基板
８１ 第１のカバー
８２ 第２のカバー
８３ 第１の基板
８４ 第２の基板
８５ 分岐部
８６ スラブ
９１ 第１のスラブ
９２ 第２のスラブ
９３ 第１の導波路コア
９４ 第２の導波路コア
９５ 第３の導波路コア
９６ 第４の導波路コア
９７ 第１のカバー
９８ 第２のカバー
９９ 第３のカバー
１００ 第４のカバー
１０１ 基板
１０６ 第１のカバー
１０７ 第２のカバー
１０８ 第３のカバー
１０９ 第４のカバー
１１０ 第１の出射側光ファイバ
１１１ 第２の出射側光ファイバ
１１２ 第３の出射側光ファイバ
１１３ 第４の出射側光ファイバ
１１５ 第１の基板
１１６ 第２の基板
１１７ 第３の基板
１１８ 第４の基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光分岐器に関し、より特定的には、マルチモード干渉（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：以下、ＭＭＩと略称する）を利用したＭＭＩ型光分岐器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光分岐器の性能はますます向上し、特に、ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、過剰損失のより少ない数多くの形態が開発されている。このＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路の原理について簡単に説明する。ＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路は、マルチモード導波路部を有しており、基本モード光がマルチモード導波路部に入射すると、マルチモード導波路部において基本モード光と高次モード光が発生する。この両モード光の位相差に基づく干渉の結果、伝播する光の波形が変形する。そして、両モード光の位相がちょうどπだけ異なる箇所で、伝播する光は２つのピークをもつ強度分布を有するになる。この部分に対して２つの出力導波路を配置すれば、分岐比１：１の対称なＹ分岐を実現することができる。
【０００３】
また、特開２０００−１２１８５７号公報には、マルチモード干渉で現れる光強度分布の２つのピークについて、それらの高さに差を生じさせて、分岐比が非対称となるようなＭＭＩ型Ｙ分岐光導波路が開示されている。
【０００４】
このようにＭＭＩ型光分岐器は、光強度分布がピークに達する位置にあわせて出力導波路を設け、過剰損失を低減している。したがって、その形状や大きさは精密に規定されることになる。典型的には、光分岐器の分岐幅は２０〜３０μｍ程度である。また、その結果として、典型的には２５０μｍ程度の直径を有する光ファイバと光結合させるために、別個に結合用素子を用意したり、出力導波路を光ファイバの大きさに合わせて加工したりする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のように、別個に素子を用意したり、出力導波路に特別な加工を施すことには、さらにコストがかかることになる。また、光ファイバとの光軸合わせを容易に行えるように特別な構成としない限り、従来のＭＭＩ型光分岐器では、光ファイバと容易に光結合させる構成とすることが困難である。さらに、従来のＭＭＩ型光分岐器のように、その形状や大きさが精密に規定された導波路を作製することは必ずしも容易ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光ファイバと容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができるＭＭＩ型光分岐器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、光結合する外部の入力側光ファイバからの入射光を分岐して、光結合する外部の互いに平行な複数の出力側光ファイバへそれぞれ出射する光分岐器であって、入力側光ファイバの出射側端面と接し、複数の出力側光ファイバの入射端面と接する直方体の分岐部と、分岐部は、入力側光ファイバの出射側端面と接し、かつ、入力側光ファイバの直径を一辺とする正方形の形状を有する第１平面と、複数の出力側光ファイバの入射端面と接し、第１平面に平行で、第１平面と同一の正方形形状を有する第２平面と、第１平面と垂直であり、分岐部の側部にお互い平行に位置する第３及び第４平面と、分岐部の上部に位置する第５平面と、分岐部の下部に位置する第６平面とを有し、分岐部の第３平面と接し、第３平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第１ガイドと、分岐部の第４平面と接し、第４平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長い直方体の第２ガイドと、分岐部の第５平面と接し、第５平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、分岐部に光を閉じ込めることができる所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第１カバーと、分岐部の第６平面と接し、第６平面に対して入力側光ファイバと平行する方向において分岐部より長く、かつ、所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第２カバーとで構成され、入力側光ファイバは、第１及び第２ガイドと第１及び第２カバーとに接することで固定されており、複数の出力側光ファイバは、第１及び第２ガイドに接することで固定されていることを特徴とする。
【０００８】
上記のように、第１の発明によれば、入力側光ファイバと出力側光ファイバとを容易に光結合させることができる構造を有し、かつ低コストで容易に作製することができる光分岐器を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面と第２平面とに露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置に分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部よりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１０】
上記のように、第２の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、分岐部は、少なくとも第１平面に露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって入射光を分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、スラブ部が分岐した光を第２平面上の複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置までそれぞれ伝播する複数の導波路コアと、スラブ部及び複数の導波路コアよりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む。
【００１２】
上記のように、第３の発明によれば、低コストで容易に作製することができるマルチモード干渉（ＭＭＩ）型光分岐器を提供することができる。
【００１３】
第４の発明は、第２及び第３の発明に従属する発明であって、スラブ部のスラブ長は、入力側光ファイバの光軸と複数の出力側光ファイバの光軸との距離と、スラブ部の屈折率と、基板の屈折率と、第１のカバーの屈折率と、第２のカバーの屈折率とに基づいて、最適な値が選ばれることを特徴とする。
【００１４】
上記のように、第４の発明によれば、上記の距離や屈折率等をパラメータとする所定の関数によって、最適なスラブ長を容易に決定することができる。
【００１５】
第５の発明は、第３の発明に従属する発明であって、所定の使用環境温度の範囲内における前記複数の導波路コアの屈折率および前記基板の屈折率は、前記複数の出力側光ファイバとの光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする。
【００１６】
上記のように、第５の発明によれば、光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、前記複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅に関連して選ばれることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、第６の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅とを考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００１９】
第７の発明は、第５の発明に従属する発明であって、屈折率差は、複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅の平均値に関連して選ばれることを特徴とする。
【００２０】
上記のように、第７の発明によれば、さらにコア断面の高さと幅との平均値を考慮することにより、使用温度範囲において常に光を閉じ込めることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図１に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー６９および７０と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部７３とを備える。また、分岐部７３は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８と、基板７４とを含む。
【００４０】
なお、以下の全ての実施形態に係る説明において、本光分岐器の上下方向は、図の上下方向に対応し、その前方向は、図の左方向に対応し、その後方向は、図の右方向に対応し、その左方向は、図の手前方向に対応し、その右方向は、図の奥方向に対応するものとする。
【００４１】
まず、入射側光ファイバ６１は、スラブ６６の前面の所定部分に対して前方から光を入射するように、本光分岐器に接続される。第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３は、相互に平行に配置されており、対応する第１および第２の導波路コア６７および６８の後面から射出した光を後方へ伝播するように、本光分岐器に接続される。このように、第１および第２の導波路コア６７および６８を設けることによって、光軸の位置決めを容易に行うことができる。なお、光ファイバと本光分岐器の対応部分との光軸を容易に合わせるための構造については後述する。
【００４２】
次に、本光分岐器の分岐部７３において、スラブ６６は、基板７４の左右方向中央部付近に形成された左右方向に薄く、前後方向に所定の長さ（以下、スラブ長と称する）を有する板状の光導波路であり、前と上下とに露出面を有する。また、第１の導波路コア６７は、スラブ６６と一体として基板７４の上部に形成された前後方向に長い棒状の光導波路であり、後ろと上とに露出面を有する。同様に、第２の導波路コア６８は、基板７４の下部に形成された長い棒状の光導波路であり、後ろと下とに露出面を有する。また、スラブ６６および第１の導波路コア６７の左右側面および上面は面一であり、スラブ６６および第２の導波路コア６８の左右側面および下面は面一である。さらに、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第１および第２の導波路コア６７および６８の光軸は、スラブ６６の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００４３】
このような分岐部７３は、例えば、以下のような製法を用いて容易に作製することができる。まず、基板７４は、左右方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板から構成されているものとする。これら第１および第２の基板の向かい合う面には、エッチングや金型成形などの手法を用いて溝を形成する。そして、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせば、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８とを容易に作製することができる。また、基板７４が、上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板で構成されていても、これらの基板の溝を上下対称な形に形成すれば、同様な方法により容易に作製することができる。さらに、基板７４の前面から後ろ方向へ金型を押し込むことによっても、同様に作製することができる。なお、基板７４を構成する材料の屈折率は、スラブ６６と第１および第２の導波路コア６７および６８とを構成する材料（以下、コア材料と称する）の屈折率よりも小さいものとする。
【００４４】
次に、本光分岐器において、第１のカバー６９は、外挿された入射側光ファイバ６１の上部と接し、かつスラブ６６および第１の導波路コア６７が露出する基板７４の上面と接する。また、第２のカバー７０は、外挿された入射側光ファイバ６１の下部と接し、かつスラブ６６および第２の導波路コア６８が露出する基板７４の下面と接する。なお、第１および第２のカバー６９および７０が、入射側光ファイバ６１を上下方向を挟むように接しているのは、光軸合わせのためである。詳しくは後述する。
【００４５】
また、これら第１および第２のカバー６９および７０を構成する材料は、コア材料の屈折率よりも小さい。したがって、これらはクラッドとして機能する。このように構成すれば、基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０とによって、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との中を伝播する光を伝搬経路から漏れ出さないように閉じ込めることができる。
【００４６】
なお、コア材料が、基板７４と第１および第２のカバー６９および７０とを構成する材料（以下、クラッド材料と称する）よりも低い屈折率を有するか、または高い屈折率であってもその屈折率差が所定値を下回る場合には、光を伝搬経路中に閉じ込めることができない。この光を閉じ込めるための条件を光閉じ込め条件と称する。
【００４７】
ここで、一般的にコア材料として樹脂を使用し、クラッド材料として無機材料（ガラスなど）を使用すると、それぞれの材料の温度特性が相違していることにより、光閉じ込め条件を満足させることができない温度範囲を生じることがある。図２は、例として、コア材料としての樹脂と、クラッド材料としてのガラスとの屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。なお、光閉じ込め条件を満たす限界の屈折率差は、点線で示されている。また、図２においては、異なるコア材料の屈折率を有する１１の例が示されている。
【００４８】
図２を参照すれば、温度を徐々に上げると上記屈折率差は小さくなり、やがて光閉じ込め条件の限界屈折率差を下回って、光閉じ込め条件を満たさなくなる。図２において、使用温度範囲内（−２０℃〜８０℃）で光閉じ込め条件を満たすのは、上から３例のみである。したがって、使用温度範囲内で光閉じ込め条件を満たすためには、屈折率差を十分大きくすれば良いことになるが、屈折率差にも上限値はある。具体的には、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりも０．２〜０．５％高めるの好適例である。
【００４９】
また、図３は、断面が正方形状である四角コア（図１における第１および第２の導波路コア６７および６８）の寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。ただし、結合ロス相対変化は、最適結合ロスから結合ロスがどれだけ変化したかを示すためのものであって、結合ロスの絶対値はそれぞれのコア寸法に応じて異なり、グラフ上では各寸法毎に見やすい位置に配置している。また、コア寸法は、小さいものから大きいものの例として、ａ１（＝２μｍ）からａ７（＝８μｍ）まで１μ毎に変化させた７つを示している。
【００５０】
図３を参照すれば、それぞれのコア寸法を有するコア材料とクラッド材料との屈折率差が所定の差以下になると、結合ロスは急激に悪化する。図中の点線は、この急激に悪化する直前の屈折率差をコア寸法毎に結んだ直線であって、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を示している。したがって、コア寸法が大きいほど屈折率差が小さくても光を閉じ込めやすいと言える。ただ、コアの大きさにも上限はある。具体的には、コアの高さと幅の平均を２〜５μｍにするのが好適例である。
【００５１】
以上より、使用温度範囲において常に光を閉じ込めるためには、コア断面の高さと幅または高さと幅の平均とを考慮し、さらに光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材料とクラッド材料の温度特性を考慮して選択する必要がある。
【００５２】
また、スラブ６６のスラブ長は、第１または第２の導波路コア６７または６８の光軸とスラブ６６の光軸との距離と、スラブ６６の屈折率と、基板７４の屈折率と、第１のカバー６９の屈折率と、第２のカバー７０の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができる。例えば、最適なスラブ長は、これらをパラメータとする所定の関数によって決定することができる。なお、第１または第２の導波路コア６７の長さを調整すれば、光分岐器の大きさを変更することなく、最適なスラブ長に設定することができることは言うまでもない。
【００５３】
図４は、入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。図４では、結合ロス（ｄＢ）を縦軸に、スラブ長を横軸にとっている。図４を参照すると、スラブ長によって、結合ロスが変化し、第１および第２の導波路コア６７および６８からの出射光位置における光量が変化する様子がみられる。このように光量が変化するのは、入射側光ファイバ６１からスラブ６６へ入射する光がシングルモードであっても、スラブ６６内において波面が互いに干渉し合うことによってマルチモード化し、光量分布がスラブ形状によって変化することになるからである。そして、結合ロスの極大点は、スラブ長に沿って複数個現れ、図７においては、第１ないし第３の最適スラブ長に対応する。ここで、本光分岐器を小型化するためには、スラブ形状が最も小さくなるのが好ましいことから、スラブ６６のスラブ長には、図７に示されるように、第１の最適スラブ長を選ぶのが好適である。
【００５４】
次に、本光分岐器において、第１のガイド７１は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との右側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との右側面に接する。第２のガイド７２は、外挿された入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３との左側部分に接し、かつ基板７４と、第１および第２のカバー６９および７０との左側面に接する。
【００５５】
このように、第１および第２のガイド７１および７２は、左右から上記光ファイバを挟み込むことにより、光軸合わせを容易に行うことができる。すなわち、基板７４の左右方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、第１および第２のガイド７１および７２に挟まれた光ファイバのコア中心は、ちょうど基板中央に設けられたスラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との左右方向の中心に位置決めされる。
【００５６】
さらに、前述のように、第１および第２のカバー６９および７０は、入射側光ファイバ６１を上下方向に挟み込んでいるので、基板７４の上下方向の厚みを光ファイバの直径とほぼ同一にすれば、入射側光ファイバ６１のコア中心は、スラブ６６と、第１および第２の導波路コア６７および６８との上下方向の中心に位置決めされる。
【００５７】
また、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３を上下方向に挟むように、例えば図示していない第３および第４のガイドを設ければ、上下方向の位置決めも容易に行うことができる。さらに別例として、上下方向の位置を調整して最適な射出光位置に光ファイバの光軸をセットすることができるオフセット調整部を設けてもよい。
【００５８】
なお、以上のようにして位置決めされた光ファイバは、典型的には接着剤等で固定される。また、第１および第２のガイド７１および７２は、光を閉じ込める機能を有していないことから、クラッド材料である必要はないが、第１および第２のカバー６９および７０や基板７４と同一の材料によって、これらと一体的に形成されてもよい。
【００５９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図５に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３とに接続しており、第１および第２のカバー８１および８２と、第１および第２のガイド７１および７２と、分岐部８５とを備える。また、分岐部８５は、スラブ８６と、第１および第２の基板８３および８４とを含む。なお、図１に示した第１の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図５を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２の導波路コア６７および６８が省略されており、第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３のコアがスラブ８６と直接接触している点が、図１の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００６１】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部８５を容易に作製することができる。例えば、分岐部８５は、中央のスラブ８６を左右方向からそれぞれ第１および第２の基板８３および８４によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。
【００６２】
その他、図５の第１および第２のカバー８１および８２と、基板８４と、スラブ８６とは、図１のそれらとは長さが異なる他は、同一の機能を有する。なお、第１および第２のガイド７１および７２は、図１と同一であるが、もちろん必要に応じて前後方向の長さを短くしてもよい。
【００６３】
また、スラブ８６のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ６２または６３の光軸とスラブ８６の光軸との距離と、スラブ８６の屈折率と、基板８４の屈折率と、第１のカバー８１の屈折率と、第２のカバー８２の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【００６４】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図６に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー９７〜１００と、分岐部１０２とを備える。また、分岐部１０２は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の導波路コア９３〜９６と、基板１０１とを含む。
【００６５】
図６を参照すると、本光分岐器は、図１の光分岐器に備えられる第１および第２のガイドに替えて、第３および第４のカバー９９および１００が備えられており、さらに、分岐部１０２において、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６と、基板１０１とを新たに含む点が、図１の光分岐器と大きく異なる。なお、本光分岐器におけるその他の部材は、図１のそれとほぼ同様であるので、説明は省略する。以下、図１の光分岐器と異なる点について詳述する。
【００６６】
本光分岐器において、第３および第４のカバー９９および１００は、入射側光ファイバ６１を左右方向から挟み込むように設けられてその位置決めを行う、という機能は、図１における第１および第２のガイド７１および７２において前述したと同様である。しかし、図６から明らかなように、本光分岐器の後面は、凹凸のない平面であって、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３の位置決めを行う部材は、特に設けられていない。
【００６７】
また、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８と同一の屈折率を有するクラッド材料で構成されており、第３および第４の導波路コア９５および９６の中に光を閉じ込めて伝播させるためのクラッドとして機能する。この点で、クラッドとして機能しない図１における第１および第２のガイド７１および７２とは異なる。
【００６８】
なお、図６において、第３および第４のカバー９９および１００は、第１および第２のカバー９７および９８を左右方向から挟み込むように構成されている。しかし、第３および第４のカバー９９および１００の上下方向の長さを短くして、第１および第２のカバー９７および９８によって上下方向から挟み込まれるように構成されてもよいし、これらを含む構成部全てが一体的に形成されていてもよい。
【００６９】
次に、本光分岐器の分岐部１０２において、第１のスラブ９１や第１および第２の導波路コア９３および９４は、図１のスラブ６６などと同様である。また、これらを入射側光ファイバ６１の光軸（すなわち、第１のスラブ９１の光軸）を中心軸として９０度回転させると、第２のスラブ９２や第３および第４の導波路コア９５および９６の構造に合致する。すなわち、第２のスラブ９２および第３の導波路コア９５の上下面および左側面は面一であり、第２のスラブ９２および第４の導波路コア９６の上下面および右側面は面一である。さらに、第２のスラブ９２と、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は同一平面上に含まれ、かつ、第３および第４の導波路コア９５および９６の光軸は、第２のスラブ９２の光軸に対して、平行であって対称な位置にある。
【００７０】
このような分岐部１０２は、図１の分岐部７３と同様に、例えば、左右方向または上下方向の中央において２つに分割される第１および第２の基板に溝を形成し、これらの溝に対して所定の屈折率を有する材料を流し込んで貼り合わせることにより、容易に作製することができる。
【００７１】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第１および第２のカバー９７および９８の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、基板１０１の屈折率と、第３および第４のカバー９９および１００の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、前述と同様である。
【００７２】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。図７に示すように、本光分岐器は、入射側光ファイバ６１と、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３とに接続しており、第１ないし第４のカバー１０６〜１０９と、分岐部１１４とを備える。また、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８とを含む。なお、図６に示した第３の実施形態に係る光分岐器と同一の構成部には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７３】
図７を参照すると、本光分岐器は、図６の光分岐器に備えられる第１ないし第４の導波路コア９３および９６が省略されており、第１ないし第４の出射側光ファイバ１１０〜１１３のコアが対応する第１および第２のスラブ９１および９２と直接接触している点が、図６の光分岐器と大きく異なる。このことから、本光分岐器は、前後方向の長さをより短くすることによって小型化することができる。
【００７４】
また、第１および第２の導波路コアを作製する必要がないことから、分岐部１１４を容易に作製することができる。例えば、分岐部１１４は、第１および第２のスラブ９１および９２を上下左右方向からそれぞれ対応する第１ないし第４の基板１１５〜１１８によって挟み込むようにして作製される。したがって、エッチングや金型成形などの手法を用いて基板に溝を形成する必要がなく、容易に作製することができる。これらの特徴は、図５に示す第２の実施形態に係る光分岐器と同様である。
【００７５】
また、第１のスラブ９１のスラブ長は、第１または第２の出射側光ファイバ１１０または１１１の光軸と第１のスラブ９１の光軸との距離と、第１のスラブ９１の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第１および第２のカバー１０６および１０７の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができるし、さらに、第２のスラブ９２のスラブ長も、第３または第４の出射側光ファイバ１１２または１１３の光軸と第２のスラブ９２の光軸との距離と、第２のスラブ９２の屈折率と、第１ないし第４の基板１１５〜１１８の屈折率と、第３および第４のカバー１０８および１０９の屈折率とに基づいて、最適な値を決定することができることは、図４において前述したと同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図２】コア材料とクラッド材料との屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。
【図３】四角コアの寸法と、コア材料およびクラッド材料の屈折率差と、光ファイバおよび光分岐器の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。
【図４】入射側光ファイバ６１から第１および第２の出射側光ファイバ６２および６３までの結合ロスとスラブ長との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光分岐器の構造を示した模式図である。
【符号の説明】
６１ 入射側光ファイバ
６２ 第１の出射側光ファイバ
６３ 第２の出射側光ファイバ
６６ スラブ
６７ 第１の光導波路
６８ 第２の光導波路
６９ 第１のカバー
７０ 第２のカバー
７１ 第１のガイド
７２ 第２のガイド
７３ 分岐部
７４ 基板
８１ 第１のカバー
８２ 第２のカバー
８３ 第１の基板
８４ 第２の基板
８５ 分岐部
８６ スラブ
９１ 第１のスラブ
９２ 第２のスラブ
９３ 第１の導波路コア
９４ 第２の導波路コア
９５ 第３の導波路コア
９６ 第４の導波路コア
９７ 第１のカバー
９８ 第２のカバー
９９ 第３のカバー
１００ 第４のカバー
１０１ 基板
１０６ 第１のカバー
１０７ 第２のカバー
１０８ 第３のカバー
１０９ 第４のカバー
１１０ 第１の出射側光ファイバ
１１１ 第２の出射側光ファイバ
１１２ 第３の出射側光ファイバ
１１３ 第４の出射側光ファイバ
１１５ 第１の基板
１１６ 第２の基板
１１７ 第３の基板
１１８ 第４の基板
Claims (7)
- 光結合する外部の入力側光ファイバからの入射光を分岐して、光結合する外部の互いに平行な複数の出力側光ファイバへそれぞれ出射する光分岐器であって、
前記入力側光ファイバの出射側端面と接し、前記複数の出力側光ファイバの入射端面と接する直方体の分岐部と、
前記分岐部は、
前記入力側光ファイバの出射側端面と接し、かつ、前記入力側光ファイバの直径を一辺とする正方形の形状を有する第１平面と、
前記複数の出力側光ファイバの入射端面と接し、前記第１平面に平行で、前記第１平面と同一の正方形形状を有する第２平面と、
前記第１平面と垂直であり、前記分岐部の側部にお互い平行に位置する第３及び第４平面と、
前記分岐部の上部に位置する第５平面と、
前記分岐部の下部に位置する第６平面とを有し、
前記分岐部の前記第３平面と接し、前記第３平面に対して前記入力側光ファイバと平行する方向において前記分岐部より長い直方体の第１ガイドと、
前記分岐部の前記第４平面と接し、前記第４平面に対して前記入力側光ファイバと平行する方向において前記分岐部より長い直方体の第２ガイドと、
前記分岐部の前記第５平面と接し、前記第５平面に対して前記入力側光ファイバと平行する方向において前記分岐部より長く、かつ、前記分岐部に光を閉じ込めることができる所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第１カバーと、
前記分岐部の前記第６平面と接し、前記第６平面に対して前記入力側光ファイバと平行する方向において前記分岐部より長く、かつ、前記所定の屈折率を有するクラッド材料から成る第２カバーとで構成され、
前記入力側光ファイバは、前記第１及び第２ガイドと第１及び第２カバーとに接することで固定されており、
前記複数の出力側光ファイバは、前記第１及び第２ガイドに接することで固定されていることを特徴とする、光分岐器。 - 前記分岐部は、
少なくとも前記第１平面と前記第２平面とに露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって前記入射光を前記第２平面上の前記複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置に分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、
前記スラブ部よりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む、請求項１に記載の光分岐器。 - 前記分岐部は、
少なくとも前記第１平面に露出面を有し、マルチモード干渉を利用した光の内部伝播によって前記入射光を分岐できる屈折率の材料から成るスラブ部と、
前記スラブ部が分岐した光を前記第２平面上の前記複数の出力側光ファイバの各光軸と一致する位置までそれぞれ伝播する複数の導波路コアと、
前記スラブ部及び前記複数の導波路コアよりも屈折率が小さい材料から成る基板とを含む、請求項１に記載の光分岐器。 - 前記スラブ部のスラブ長は、前記入力側光ファイバの光軸と前記複数の出力側光ファイバの光軸との距離と、前記スラブ部の屈折率と、前記基板の屈折率と、前記第１のカバーの屈折率と、前記第２のカバーの屈折率とに基づいて、最適な値が選ばれることを特徴とする、請求項２又は３に記載の光分岐器。
- 所定の使用環境温度の範囲内における前記複数の導波路コアの屈折率および前記基板の屈折率は、前記複数の出力側光ファイバとの光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする、請求項３に記載の光分岐器。
- 前記屈折率差は、前記複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅に関連して選ばれることを特徴とする、請求項５に記載の光分岐器。
- 前記屈折率差は、前記複数の導波路コアの各垂直断面の高さ及び幅の平均値に関連して選ばれることを特徴とする、請求項５に記載の光分岐器。
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