JPH09189817A - 光分岐器用光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で分岐精度のばらつきを抑制した
光分岐器用光導波路を提供する。 【解決手段】 光導波路が一本の入力側光ファイバと結
合する主線導波路部と該主線導波路部に連続し複数本の
出光側光ファイバと結合する分岐導波路部とを平板透光
体に形成してなる光導波路において、該主線導波路部の
一本の光ファイバと結合する側に、結合する光ファイバ
のコアの直径にほぼ等しい幅の導入導波路部を設けたこ
とを特徴とする光分岐器用光導波路。 【効果】 高精度の研磨を必要とせず、分岐精度のばら
つきを抑制した光分岐器用光導波路が製造できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ローカルエリア
ネットワーク（光ＬＡＮ）などで用いられるマルチモー
ド光分岐器に使用する光導波路に関し、さらに詳しく
は、光分岐器における分岐精度のばらつきを抑制するた
めの光導波路の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光分岐器は、一本の光ファイバからの光
信号を複数の光ファイバに分配する機能を持つ部品であ
り、光ＬＡＮを構成する主要な部品として使用される。
光分岐器の主な製法としては複数の光ファイバを直接融
着する融着型、本発明のように光導波路と光ファイバを
接続する光導波路型、などがある。なかでも光導波路型
は、設計の自由度が高く、多分岐回路が容易に得られ、
量産性に富む、等の優れた特徴を有するため、その実用
化に向けてこれまで多くの研究がなされている。

【０００３】光導波路型光分岐器の一例を図４に示す。
光導波路型光分岐器１の光回路部は、主線導波路部４と
これに連続した分岐導波路部５からなる光導波路を形成
した平板透光体２の上下面に補強板８を接着した構造で
あり、光回路部の両端には、主線導波路側には一本の入
光ファイバ６、および分岐導波路側には複数本の出光フ
ァイバ７がそれぞれ光ファイバアレイ９を構成して結合
されており、入光ファイバからの光は光導波路により出
光ファイバに分配される。

【０００４】このような光分岐器の主要な性能の指標
は、光分岐器全体としての光損失を表す過剰損失と、個
々の出光ファイバに分配された光パワーのばらつきの程
度を表す分岐比である。過剰損失とは以下の式で計算さ
れる数値を表す。 過剰損失(dB)＝−１０×ｌｏｇ（出射光強度の総和／入
射光強度） また、分岐比とは、分配された各ポートにおける挿入損
失（次式で示され、分岐数ｎの場合ｎ通りの値が存在す
る）の最大値と最小値との差(dB)を表す。 挿入損失(dB)＝−１０×ｌｏｇ（特定１ポートの出射光
強度／入射光強度) 過剰損失が小さいほど光損失は少なく、また分岐比は小
さいほど分配された光パワーのばらつきは小さい。これ
らの性能の改善は実用化のための重要な課題である。

【０００５】光損失は、光導波路と光ファイバの結合部
分で生じる結合損失と、光が光導波路内を伝搬する際生
じる伝搬損失とに分けることができる。このうち結合損
失は更に光導波路と光ファイバのコアとの寸法、形状の
相違による形状損失と、両者の開口数（以下、NAと記
す）の不一致による損失に分けられる。

【０００６】これらの損失の発生について説明する。図
５は光ファイバと光導波路の結合状態を模式的に示した
断面図であり、図５(a) は入光側、図５(b) は出光側に
おける一例である。図中の円形部分は光ファイバの断
面、また矩形部分は光導波路の断面を表している。光フ
ァイバと光導波路を結合させた場合、入光側および出光
側でそれぞれ図５(a) および(b) の斜線部分の光が損失
となる。

【０００７】形状損失は、光導波路断面形状が矩形であ
る場合に顕著であるが、図７に示される光導波路構造に
おいては、導波路幅と厚さを最適化することにより形状
損失を最小にできることが知られている。図７における
符号は、Ｔは光導波路のコア厚さ、Ｋは光ファイバのコ
ア径、Ｗは分岐導波路の幅、Ｍは主線導波路の長さを表
している。本発明者らは特開平3-156407において、ＧＩ
（グレーデッドインデックス）ファイバの場合、次の関
係式を満足するように設計することによって形状損失を
低減する方法を提案した。 ０．７ ≦Ｔ／Ｋ≦０．８５ (1) ０．３５≦Ｗ／Ｋ≦０．８０ (2)

【０００８】また、本発明者らは特開平3-138606におい
て、主線導波路部、あるいは分岐導波路部のいずれか、
または両方に出光側に向けて広がるテーパ構造を付与す
ることによって NA の不一致による損失を改善する方法
を提案した。伝搬損失は光導波路材料や作製方法に依存
するものであり、材料による光吸収あるいは導波路中の
不純物による光散乱がその主な原因となる。伝搬損失を
小さくするためには光導波路長をできるだけ短くし、不
純物濃度を低くする必要がある。

【０００９】分配光パワーのばらつきは、マルチモード
光ファイバから主線導波路部に入光し伝搬する光の強度
が、中央部で強く周辺部で弱いという分布を持っている
ことから生じる。これを改善する方法として、図７に例
示した光導波路構造において、中央部の分岐導波路の幅
を周辺部に対して相対的に狭くするという方法が提案さ
れている（特開昭62-69205）。また、本発明者らは、前
記特開平3-156407において、光強度の分布に応じて主線
導波路長（Ｍ）と主線導波路幅（Ｄ）の比（Ｍ／Ｄ）を
次の関係式に従って最適値に設計することにより、分岐
比が改善されることを開示した。 １５≦Ｍ／Ｄ≦７０ (3) 以上詳述したとおり、光導波路の設計を最適化するとい
う従来技術によっても光損失と分岐比を改善することは
可能である。

【００１０】ところで、分岐比の改善に関しては、中央
部の分岐導波路部の幅を周辺部に対して相対的に狭くす
るという方法、およびＭ／Ｄを最適値に設計するという
方法の何れにおいても、従来主線導波路長を厳密に制御
する必要があった。これは主線導波路長によって分岐導
波路部に伝搬する光の強度分布が変化し、強度分布の変
化に応じて分岐比が変化するためである。Ｍ／Ｄの最適
化に関しては、(3) 式に示す範囲に制御することで分岐
比の安定化は図れるが、より厳密な制御が一層の性能向
上のために有効であることは言うまでもない。また、主
線導波路長を十分に長くとれば強度分布の変化は相対的
に小さくなり分岐比の安定化は可能であるが、同時に伝
搬損失が大きくなってしまうという問題が生じるため、
主線導波路長は制限される。すなわち、従来技術によっ
てより分岐比の小さい光分岐器を得るためには、主線導
波路長を狭い範囲で厳密に制御する必要があった。

【００１１】また、従来の光導波路構造では分岐数が大
きいほど主線導波路幅は光ファイバのコア径に対して相
対的に大きくなる。これは、一般に主線導波路幅は分岐
導波路幅の和として設計されるためである。分岐数の増
加とともに分岐導波路幅を小さくすれば分岐数によらず
主線導波路幅を一定にすることはできるが、(2) 式から
明らかなように分岐導波路幅は光損失を小さくする目的
で一定の制限を受ける。このような主線導波路幅の広い
光導波路構造では主線導波路の幅方向に対する光ファイ
バの位置によっても主線導波路部を伝搬する光の強度分
布が変化し、この結果分岐比が変化するため、光ファイ
バと主線導波路を位置調整する際、幅方向の正確な位置
調整が必要であった。

【００１２】従来の分岐比の制御方法を、光分岐器の製
法に沿って具体的に説明する。光導波路は、一般にフォ
トリソグラフィー等の手法によって平板透光体中に形成
され、機械的強度を付与する目的で、プラスチック、ガ
ラス、または金属などの基板で侠着、補強される。次に
光ファイバと密着結合される入光側および出光側は、光
学的に平坦となるまで研磨される。一方光ファイバを基
板内に配列した光ファイバアレイは、光導波路と結合す
る面を光学的に平坦となるまで研磨される。次に光学微
動台上に光導波路と光ファイバアレイが配置され、入光
ファイバから光を入射して、出光ファイバからの出射光
強度が最大で、かつそれぞれの光ファイバからの出射光
強度が均等になるように入光部、出光部をそれぞれ位置
調整された後、接着等の手法により結合、固定される。

【００１３】すなわち、主線導波路長は、入光側を研磨
する際の研磨量によって決定され、分岐比の小さい光分
岐器を得るためには光導波路の入光側の研磨量を厳密に
制御しなければならないという問題点があった。さら
に、分岐数の大きい光分岐器では所望の分岐比を得るた
め入光部の幅方向の厳密な位置調整が必要であり、この
調整に手間がかかるという問題点があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分岐数が大
きい光分岐器においても、光導波路の入光側の研磨量を
厳密に制御することなく、また容易な位置調整によって
安定した低分岐比の光分岐器を提供することを目的とし
てなされたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、入光側
の研磨量によらず容易に一定の分岐比が得られる光導波
路の構造について鋭意検討を行った結果、図１に示すよ
うに、図７の光導波路構造において、入光ファイバ側に
光ファイバコア径とほぼ等しい幅を持つ導入導波路部３
を設けることによって、容易に、安定した分岐比が得ら
れることを見いだし、さらに検討を進めて本発明を完成
させた。

【００１６】すなわち、本発明は光導波路型光分岐器用
の光導波路であって、該光導波路が一本の入力側光ファ
イバと結合する主線導波路部と該主線導波路部に連続し
複数本の出光側光ファイバと結合する分岐導波路部とを
平板透光体に形成してなる光導波路において、該主線導
波路部の一本の光ファイバと結合する側に、結合する光
ファイバのコアの直径にほぼ等しい幅の導入導波路部を
設けたことを特徴とする光分岐器用光導波路である。

【００１７】本発明にしたがって、使用する光ファイ
バ、光源に応じて最適な主線導波路長、主線導波路幅、
および分岐導波路幅を設計し、主線導波路部の入光ファ
イバ側に光ファイバのコア径とほぼ等しい幅の導入導波
路部を付加することにより、研磨量を制御することなく
一定の主線導波路長を得ることができ、安定した分岐比
が得られる。また、光ファイバと導入導波路部の光軸の
位置調整においても、従来のような幅方向の調整にかか
る手間がなく、極めて容易に目的の分岐比が得られる。

【００１８】なお、本発明の導入導波路部の長さに関し
ては、導入導波路部が明確に存在すればよく特に制限は
ないが、伝搬損失は長さに比例して増大するため必要以
上に長くすることは避けるべきであり、概略 0.1〜20mm
程度が好ましい範囲である。本発明により得られる光導
波路において、中央部の分岐導波路の幅を周辺部に対し
て相対的に狭くするなど、分岐比改善を目的に従来から
実施されていた方法は有効に利用することができる。本
発明において、導入導波路部は始端から終端まで必ずし
も一定の幅である必要はなく、図３(a) に示すように終
端に向かって狭くなるテーパ構造であってもよい。また
図３(b) に示すように、導入導波路部と主線導波路部の
境界部分の角度θに制限はなく任意である。

【００１９】

【実施例】以下に本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、以下に例示する実施例は具体的に説明するた
めのものであって、本発明の実施態様や発明範囲を限定
するものではない。

【００２０】実施例１ (a).フォトマスクの設計、製作 コア径が 50μｍのＧＩファイバ用８分岐回路を設計
し、石英フォトマスクを製作した。主要部分の寸法は、
全長 23mm、導入導波路長 6mm、主線導波路長 5mm、導
入導波路幅 50μｍ、主線導波路幅 160μｍ、分岐導波
路幅 20μｍとした（図２）。

【００２１】(b).光導波路の製作 光導波路の製作は、特公昭56-3522 号公報 に記載され
た選択光重合法により実施した。すなわち、ビスフェノ
ールＺから合成されたポリカーボネート（三菱ガス化学
(株) 製、商品名ユーピロンＺ）に、光反応性モノマー
としてアクリル酸メチル、光重合開始剤としてベンゾイ
ンエチルエーテルを含むフィルムを作製し、これに上記
(a) で製作したフォトマスクを重ねて、常法に従って紫
外線露光を行い露光部のアクリル酸メチルモノマーを重
合させた。次いで、非露光部のアクリル酸メチルモノマ
ーを真空乾燥して除去し、非露光部がポリカーボネート
の単独相で露光部がポリカーボネートとアクリル酸メチ
ルポリマーの混合相からなる厚さ 40μｍのポリマーフ
ィルムを得た。

【００２２】(c).光分岐器の組立 （光回路部の製作）光導波路を形成したフィルムを、上
下のクラッド層を兼ねる屈折率 1.57 の接着剤を用いて
２枚のガラス板で挟着し光回路部を作製した後、光ファ
イバと結合する面を光学的に平坦となるまで研磨した。
ここで得た光導波路の全長は21mm、導入導波路長は 5mm
であった。

【００２３】（光ファイバアレイの製作）１本の光ファ
イバ素線を基板のほぼ中央部に配置し、常法に従って接
着固定し、入光部を製作した。光導波路部と結合する面
は光学的に平坦となるまで研磨した。同様に８本の光フ
ァイバ素線を基板のほぼ中央部に、一列に互いに接する
ように配置し、接着固定して出光部を製作した。光導波
路部と結合する面は光学的に平坦となるまで研磨した。

【００２４】（接続）光学微動台上にて、光導波路部の
両側に光ファイバアレイを配置し、入光ファイバより波
長 0.85 μｍの光を入射して、出光ファイバからの出射
光強度の和が最小で、かつ、８本の出射光強度が均等に
なるように位置調整した後、接着剤を入光部と光導波路
部の間、および出光部と光導波路部の間に塗布して硬化
させ、光分岐器を得た。 （測定）安藤電気 (株) 製安定化光源(AQ-1314) 、およ
び光パワーメータ(AQ-1111) を用いて常法に従って出力
光強度を測定し、過剰損失、および分岐比を求めた。結
果を表１に示す。

【００２５】実施例２〜５ 実施例１と同様の方法で光導波路を製作した。光導波路
部の製作に当たっては、入光側の研磨量を調整し、導入
導波路長を４、３、２、および１ｍｍとした。実施例１
と同様にして、入光、および出光部の製作、光導波路部
との接続を行い、得た光分岐器を測定して、表１の結果
を得た。

【００２６】比較例１〜５ (a).フォトマスクの設計、製作 コア径が 50μｍのＧＩファイバ用８分岐回路を設計
し、石英フォトマスクを製作した。導入導波路部は設け
ず、全長 20mm、主線導波路長 8mm、主線導波路幅 160
μｍ、分岐導波路幅 20μｍとした（図６）。 (b).光導波路の製作 実施例１と同様にして、光導波路を製作した。 (c).光分岐器の組立 （光導波路部の製作）実施例１と同様にして、光導波路
部を得た。入光側の研磨量の調整により、主線導波路長
は７、６、５、４、および３ｍｍとした（比較例１〜
５）。実施例１と同様にして、入光、および出光部の製
作、光導波路部との接続を行い、得た光分岐器を測定し
て、表１の結果を得た。

【００２７】

【表１】 分岐数 導入導波路長 主線導波路長 過剰損失 分岐比 (mm) (mm) (dB) (dB) 実施例１ ８ 5.0 5.0 0.70 0.22 実施例２ ８ 4.0 5.0 0.66 0.25 実施例３ ８ 3.0 5.0 0.63 0.21 実施例４ ８ 2.0 5.0 0.62 0.26 実施例５ ８ 1.0 5.0 0.58 0.22 比較例１ ８ 7.0 0.65 0.75 比較例２ ８ 6.0 0.62 0.67 比較例３ ８ 5.0 0.61 0.26 比較例４ ８ 4.0 0.57 0.50 比較例５ ８ 3.0 0.55 0.76

【００２８】表１から明らかなように、導入導波路部の
無い光導波路（比較例）では、研磨の量により主線導波
路長が変わり、これに伴って分岐比も大きく変動する。
これに対して、導入導波路部を設けた光導波路（実施
例）では、研磨の量（導入導波路長）にかかわらず主線
導波路長は一定であり、安定した低分岐比が得られるこ
とが判る。また、導入導波路部を設けたことによる過剰
損失の増大分も僅かである。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、主線導波路長、および
主線導波路の幅方向の位置調整に依存する分岐比のばら
つきを、導入導波路部を設けるという光導波路の構造上
の変更だけによって改善することができ、高性能の光分
岐器を好収率にて容易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路パターンの一例を模式的に示
した斜視図

【図２】本発明の実施例の光導波路作製に用いた石英フ
ォトマスクパターンの平面図

【図３】本発明の光導波路パターンを例示した平面図

【図４】光導波路型光分岐器の構成の一例を示す斜視図

【図５】光ファイバと光導波路の結合状態を模式的に示
した断面図

【図６】本発明の比較例の光導波路作製に用いた石英フ
ォトマスクパターンの平面図

【図７】従来の光導波路パターンの一例を模式的に示し
た斜視図

【符号の説明】

１：光導波路型光分岐器 ２：光導波路を形成した平板透光体 ３：導入導波路部 ４：主線導波路部 ５：分岐導波路部 ６：入光ファイバ ７：出光ファイバ ８：補強板 ９：光ファイバアレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路型光分岐器用の光導波路であっ
   て、該光導波路が一本の入力側光ファイバと結合する主
   線導波路部と該主線導波路部に連続し複数本の出光側光
   ファイバと結合する分岐導波路部とを平板透光体に形成
   してなる光導波路において、該主線導波路部の一本の光
   ファイバと結合する側に、結合する光ファイバのコアの
   直径にほぼ等しい幅の導入導波路部を設けたことを特徴
   とする光分岐器用光導波路。