JPH02259610A - 導波形光波長多重化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は集積光学装置として作成された導波形光波長多
重化装置に関するものである。

［従来の技術］ ’？　”Ｉ　ハーツェーンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅ
ｒ　）干渉計を基本とする導波形光波長釜１化装置は、
Ｃ，Ｈ，ヘンリ（Ｈｅｎｒｙ　）ほか名の「シリコン上
のリンでドープされた二酸化シリコンで製造される集積
化された４チヤンネル・マツハ・ツェーンダ多重化Ｒｉ
ｂ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｆｏｕｒ−ｃｈａｎｎｅｌ
　ｅａｃｈ−ｚｅｈｎｄｅｒｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｓ　
ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｏ
ｕｓｄｏｐｅｄ　Ｓ　ｉ　Ｏ２ｗａｖｅｏｕｉｄｅｓ　
ｏｎ　Ｓ　ｉ　）　Ｊ（Ｔｏｐｉｃａｌ　Ｍｅｅｔｉｎ
ｇ　Ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ａｎｄ　Ｇｕｉｄｅ
ｄ−Ｗａｖｅ　０ｐｔｉｃｓ　）　１９８８年３月、サ
ンタフェ、ニューメキシコ、１９８８テクニカル・ダイ
ジェスト・シリーズ第５巻６６頁〜６９頁に開示されて
いる。１つの典型的な＠Ｈの構造が第１図に示されてい
る。このＨＭは導波器６．８と、それぞれの入力ポート
２．４を有している。これらの導波器は、透明な表面を
有する結晶の中で、大きな屈折率を有する細長い領域と
して作成される。方向性結合器領域１０がそなえられて
いて、この領域内では２つの導波器６，８が相互に十分
に接近して配置されており、光が導波器８から導波器６
に転送されることが可能である。その後、この２つの導
波器は分離する。導波器８は直線状に配置されていて、
もう１つの方向性結合器領域１２を通る。このもう１つ
の方向性結合器領域１２の中では、２つの導波器が相互
に十分に接近して配Ｗ１され、それらの間で光が転送さ
れることが可能である。もう１つの導波器６は、方向性
結合器領域１２に達するまでの間に、直線状導波器８の
光路長りよりも長い光路長（Ｌ＋ΔＬ）を有するように
配置される。２つの出力ポート１４．がそなえられてい
る。したがって、この構造の装置では、入力ポート４に
入射するスペクトル波長成分ａ１およびａ２を有する光
は、方向性結合器領域１０において、２つの等しい部分
光に分割され、そしてこれらの部分光は方向性結合ｉ！
Ｊｌ域１２において重ね合わされる。けれども、光路長
が異なるために、波長ａ１の光は、重ね合わされた結果
、導波Ｎ６の中では強まり、出力ポート１４に波長ａ１
の光が出力する。一方、導波器８の中の光は波長ａ１の
成分は打ち消し合い、出力ポートには波長ａ２の成分が
出力する。この効果が第２図に示されている。第２図は
、出力ポート１４における出力光の強度を波長の関数と
して示したグラフである。第２図に示されている関数は
正弦的に変化していて、ａｌに極大を有し、そしてａ２
に極小を有することがわかるであろう。

光路差（ΔＬ）のために光位相差Δｐが生ずる。

２π Δｐ−Δ１−ｎ（ａ） ここで、ａは光の波長であり、ｎ（ａ）は導波器の「実
効」屈折率である。この「実効」屈折率ｎ（ａ）は導波
Ｂ／材料分散関数を通して波長ａの関数である。

もしΔｐがπ（１８０°）の偶数倍であるなら腿、すべ
ての光は出力ポート１４に現われるであろう。もしΔｐ
がπの奇数倍であるならば、光は出力ポートに現われる
であろう。出力の大きさはΔｐの正弦関数であり、した
がって、ａおよびΔしの正弦同数である。設計される２
つの波長が、高い波長純度をもって、異なる出力ポート
に現われるように、ΔＬの値を設定することがＢＰされ
る。

本発明の１つの適用例では、この多重化装置は、レーザ
送信器と光検出受信器とを有し、かつ、入射光（例えば
、波長１．５３μｍ）を出力光（例えば、波長１．３μ
ｍ）から分離するための波長多重化装置を有する、集積
化されたオプトエレクトロニック送信／受信チップの中
に設置されるべきである。双方向の通信は、このチップ
に結合された同じ光フアイバ路で行なわれる。このよう
な構造体の主要な問題点は、送信される信号が受信され
る信号よりもずっと強いことであり、したがって、端部
近傍での漏話（出力信号が光検出器によ、つて受信され
ること）ができるだけ小さくなければならないことであ
る。さらに、このようなチップは多数個製造されるので
、後で精密な調整を行なわなくても、製造時にそのパラ
メータを正確に定めることができるべきである。

第１図に示された従来の多重化装置をこのような場合に
応用する場合、いくつかの問題点がある。

１つの問題点は、光路差をうるための導波器の湾曲した
部分は、その部分を滑らかに製造しても、光を散乱する
ことである。湾曲した導波器は製造時のマスク書き込み
工程で生ずるディジタル状階段形を有するので、実際に
はこの問題点はさらに重大なものとなる。したがって、
湾曲した導波器は直線状導波器よりも損失がより大きく
なる傾向があり、そしてこのことは漏話を大ぎくする。

さらに、湾曲した導波器は曲率が移り変わる領域を有す
る。すなわち、２つの領域１８．２０において直線導波
器から湾曲導波器へ移り変わっており、また領域２２．
２４において曲率が反転している。

このような曲率が移り変わる領域では、損失が起こる。

また別の問題点として、直線導波器と湾曲導波器が混っ
ているために、この多重化装置の伝播パラメータを前も
って計算することが難しい。

［発明の要約］ 前記問題点を解決するために、本発明により、基板表面
上に作成された第１導波器と第２導波器とに結合された
入力ポートを有し、前記第１導波器と前記第２導波器と
が第１結合器領域と第２結合器領域との中に配置されて
いて光を１つの導波器から他の導波器へ転送することが
でき、前記第１結合器領域と前記第２結合器領域との間
の前記第１導波器と前記第２ｓ波器とが全体的に同じ方
向に湾曲しておりかつ異なる光路長を有し、それにより
前記入力ポートに入射する前記第１波長と前記第２波長
のスペクトル成分を有する光に対し前記第１波長成分が
第１出力ポートと第２出力ポートのうちの１つの出力ポ
ートから出力しかつ前記第２波長成分が他の出力ポート
から出力する、集積光学装置として製造される導波形光
波長多重化装置がえられる。

全体的に同じ方向に湾曲している２つの導波器をそなえ
ることにより、光路差を確実にうろことができる。それ
は、湾曲した２つの導波器のうち、内側に配置された導
波器は外側に配置された導波器よりも少し短いからであ
る。さらに、このような構造体°では損失が起こりうる
曲率の急に変わる領域がなく、かつまた２つの導波器で
起こる損失は同じである。これらの湾曲している部分は
同じように湾曲していることが好ましい。１つの好まし
い湾曲の形は、その部分が同じ中心を有する円弧である
場合である。同じ中心を有する円弧は特に簡単な形状で
あり、そして製造が容易である。

この場合には、光路長を精密に計算することができ、そ
して光の損失は２つの導波器の間で均等に分布しており
、かつ、その損失は最小である。

第１結合器領域と第２結合器領域との間の導波器と、湾
曲した領域が分離していく形は対称的であることが好ま
しい。この湾曲した領域が分離して行く形は、それらの
導波器が十分な距離にまで離れて相互に結合しなくなる
まで、波形の形状であることが好ましい。

本発明のこの他の利点は、前記第１結合器領域と前記第
２結合器領域が異なる方向に分離するようにそれぞれの
導波器の曲率が定められるので、前記第２領域を越えて
いるが前記第１領域に垂直な読電体境界面からの不必要
な反射が前記第２結合器領域における導波器の中に戻っ
て行かないことである。

入力ポート装置は、それぞれの導波器に結合された第１
人力ポートと第２人力ポートとを有することができる、
または１つの入力ポートを有することができる。導波器
結合器領域は相互に接近して配置された平行な導波器部
分を有することができる、またはＹ連結部または３導波
固結合器を有することができる。ＹＮＮ郡部たは３１波
器結合器の場合には、第１１１ｗｔ器と第２導波器の平
行な部分の間に配置された第３導波器に、光が入力する
。結合器領域の形式が異なれば導波器に結合する光の位
相差が異なる。どの形式の結合器領域を選定するかはど
のような特性の多重化＠胃を必要とするかによる。

第３図は本発明の第１実施例の図面である。第３図にお
いて、第１図と同等な部分には同じ参照番号が付けられ
ている。結合３領１１１０．１２に近接している導波器
領域２２および２４は、対称的にかつ波形状に離れてい
き、結合器領域１０゜１２から少し離れた位置では導波
器の間の距離は十分に大きく、それらの間での結合は起
こらない。

この距離は約１０ミクロンであるとすることができる。

ＪｉｌＡとＩＩＢの間の導波器部分２６は円弧の形をし
ている。この円弧部分の張る角度は、実際には約４°で
ある。２つのこれら円弧状導波器部分の円弧の中心は一
致している。したがって、これらの円弧状導波器の半径
Ｒと半径Ｒ２の差は、これらの導波器の中央部の距離に
等しい。経路差ΔＬは ΔＬ−Ｒ１Ａ−Ｒ，２Ａ−ΔＲ−Ａ で与えられる。ここで、Ａは円弧の角度である。

したがって、この構造の場合、２つの導波器の間の光路
差を精密に定めることが可能であり、そしてこの光路差
゛を製造時に予め設定することができる。これらの２つ
の導波器はほぼ同じ曲がり方をしているから、これらの
２つの導波器の損失特性と伝播特性は同じと考えること
ができる。ΔしはＡとΔＲに比例して大きくなるから、
かなり大きなΔＬの値を効率よくうることができる。領
域１０と領域１２は異なる位置にあり、かつ、相互に異
った方、向を向いている。したがって、領域１０で前方
に散乱された光は領域１２から反射されて入力に戻るこ
とはないであろう。

実施例 １．３μｍ光と１．５３μｍ光とをＩｎＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ導波器を用いて多重化するためには ΔＬ＝１．　１９１５μｍ が必要である。

従来のＳベンド（バルジ）法（第１図）では、最大分離
距離は３０μｍであり、そして分離器と再結合器との間
の長さはベンド半径８．５．ｗの場合に２．０１４ｍで
ある。

同心円弧法（第３図）では、導波器の最小分離距離１５
μｍの場合、円弧角度４．５５°が必要である。４．５
５°の円弧角度はＲ−８，５ｍでは６７５μｍの長さに
なる。（同じ半径で）離れていく部分と近づいていく部
分とに必要な長さを含めると、全長は１．４７５０履と
なる。このように、この他の利点の外に、装置全体の大
きさが１層の半分程度小さくしうるという利点がえられ
る。

第４図は第３図の実施例を変更した実施例の図面である
。第４図において、第３図と同等な部分には同じ参照番
号が付Ｇノられている。第３図の実施例と第４図の実施
例との間の主な違いは、第４図の実施例ではその入力部
分３０に導波器結合器領域があるが、この導波器結合器
領域では光が１つの入力導波器３２に送り込まれ、そし
て領域３０において、この人力導波器３２が２つの導波
器６．８の間に対称的に配置されていることである。

２つの平行な導波器で構成される通常の導波器とは異プ
て、導波器６と導波！１８に結合する光信号に（π／２
の）位相差は生じない。この位相差は周期的出力／波長
関数を４分の１周期だけすら′１Ｊ。

同様な効果は分離した導波器３２をＹ連結器で置き替え
てもえられる。Ｙ連結器とは、導波ａ６と導波器８の入
力部分に入力導波器を一体化してＹ形に結合した結合器
である。

異なる形式の入力結合器を用いると位相差も異ってくる
が、置体的なスペクトル波長対に対して、最適の導波器
を選定して用いることができる。

第５図はまた別の変更実施例の図面である。この変更実
施例では、入力ポートと出力ポートがポート５０．５２
として組み合わされている。単一光結合ｉｓ域５４がそ
なえられ、そして第３図において部分２６として示され
ている導波器部分の長さの半分（円弧部分Ａの半分）で
ある、湾曲した導波器部分５６がそなえられる。この湾
曲した導波器部分５６には１１１５８（第５図ではその
ｌ！要図が示されている）が取り付けられている。１ｉ
５８は導波器の端部に垂直に配置されていて、光を反射
して導波器の中に戻し、したがって、光はポート５０．
５２に戻っていく。このｌ！訳の利点は、入力チャンネ
ル５０をバックアップしてそれに送り返すことにより、
１つの波長を除去することだけが要求されるならば、ス
ペースが節約できることであり、それで波長ａ２の光が
ポート５２から出力する。

第６図は、第３図の実施例と第５図の実施例どを組み合
わせて送信／受信装置とした１つの変更実施例の図面で
ある。第６図の実施例では、光はレーザ６ｏから入力ポ
ートロ２に送信される。入力ポートロ２は、領域６４に
おいて、２つの導波ｉ！！６６．６８に結合する。この
２つの導波器６６゜６８は円弧状に配置されていて第２
結合器領域７０に達する。その後、光は出力ポードア２
から出力する。また、波長ａ２の入射光がポート７２を
通して入ってきて、導波器６６．６８に沿って伝播する
。波長ａ２のこの入力光はまた別の導波器結合ＳａＷ域
７４に入り、そして導波器領域７６を通って、１Ｉ７８
によって反射される。前記の全体的な結果として、波長
ａ２の光は入力／出力ポート８０から光検出ｆ！Ａ８２
に取り出される。この装置の利点は、結合器領域７４と
導波器７６と１１１７４゜ ８（第６図と比較せよ）とで構成されるまた別の多重化
装置によってフィルタ作用をうることかでき、それによ
り、波長ａ２で入射する光をポート８０から高い純度で
引き出すことができることである。

前記実施例の導波器の長さは一定であるとしてきたが、
電極を配置し、そしてこの電極に選定された電圧を加え
ることによって、光路長を変えることができる。それに
より電気的に波長の微細同調をうることができる。この
場合には、この装置を電気光学媒体の上に作成すること
が必要である。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の方式の導波形光波長多重化装置の概要図
、第２図は第１図の実施例の動作を表すグラフを示す図
、第３図は本発明の好ましい第１実施例の概要図、第４
図は本発明の第２実施例の概Ｉ！図、第５図は本発明の
第３実施例の概要図、第６図は本発明の第１実施例と第
３実施例を光送信／受信回路の中に組み合わせて有する
実施例の概要図である。 ［符号の説明］ ６．８，２２，２６．５８．６６゜ ６８．７８・・・・・・第１廊波器と第２導波器４．３
２，５０．６２・・・・・・入力ポート装置１０．１２
．５４．６４．７０゜ ７４・・・・・・第１結合器領域と第２結合器領域１４
．．５０．５２，７２゜ ８０・・・・・・第１出力ポートと第２出力ポート３２
・・・・・・第３導波器

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面上に作成された第１導波器と第２導波器
   とに結合された入力ポート装置を有し、前記第１導波器
   と前記第２導波器とが第１結合器領域と第２結合器領域
   との中に配置されていて光を１つの導波器から他の導波
   器へ転送することができ、前記第１結合器領域と前記第
   ２結合器領域との間の前記第１導波器と前記第２導波器
   とが全体的に同じ方向に湾曲しておりかつ異なる光路長
   を有し、それにより前記入力ポート装置に入射する前記
   第１波長と前記第２波長のスペクトル成分を有する光に
   対し前記第１波長成分が第１出力ポートと第２出力ポー
   トのうちの１つの出力ポートから出力しかつ前記第２波
   長成分が他の出力ポートから出力する、集積光学装置と
   して製造される導波形光波長多重化装置。
2. （２）請求項１において、前記導波器の湾曲した部分は
   いずれも円弧である前記導波形光波長多重化装置。
3. （３）請求項２において、前記円弧が同じ中心を有する
   前記導波形光波長多重化器。
4. （４）請求項１または請求項２において、前記導波器が
   前記第１結合器領域および前記第２結合器領域から前記
   湾曲した領域に向けて対称的にかつ波形に分離していく
   前記導波形光波長多重化装置。
5. （５）請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、
   前記第１結合器領域およびまたは前記第２結合器領域が
   予め定められた距離の間相互に平行に配置された前記導
   波器で構成される前記導波形光波長多重化装置。
6. （６）請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、
   前記第１結合器領域およびまたは前記第２結合器領域が
   前記第１導波器と前記第２導波器との間に配置された第
   ３導波器を有する前記導波形光波長多重化装置。
7. （７）請求項１から請求項６までのいずれかにおいて、
   前記第１結合器領域および／または前記第２結合器領域
   が前記第１導波器と前記第２導波器によって構成された
   Ｙ形連結構造体を有する前記導波形光波長多重化装置。
8. （８）請求項５から請求項７までのいずれかにおいて、
   前記第１導波器と前記第２導波器との間の光路差が要求
   された特性を与えることができるように前記第１結合器
   領域と前記第２結合器領域との形状が選定される前記導
   波形光波長多重化装置。
9. （９）請求項１から請求項８までのいずれかにおいて、
   前記入力ポートと前記出力ポートが組み合わされ、かつ
   、前記導波器の１つの端部に反射鏡がそなえられそれに
   より前記組み合わせポートに向けて光を反射する前記導
   波形光波長多重化装置。
10. （１０）請求項９において、請求項９の装置と請求項１
    から請求項８までのいずれかの装置とが組み合わされそ
    れによりフィルタ作用がえられて光の１つのスペクトル
    成分が１つの出力にえられる前記導波形光波長多重化装
    置。
11. （１１）添付図面の第２図から第６図に基づいて実質的
    に開示されている導波形光波長多重化装置。