JPS6051086B2 - Single mode optical fiber periodic demultiplexer - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシングルモード光ファイバを用いた光通信方
式の波長多重装置に適用し得る低損失な分’波器に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a low-loss demultiplexer that can be applied to a wavelength multiplexing device for optical communication using single-mode optical fibers.

従来この種のシングルモード光ファイバに適用できる
分波器としては第１図に示すような集積回路形分波器が
提案されている。Conventionally, as a branching filter applicable to this type of single mode optical fiber, an integrated circuit type branching filter as shown in FIG. 1 has been proposed.

ここで、１は導波路、２は共振器、３は基板、４はシン
グルモード光ファイバ、５は入力ポート、６は通過ポー
ト、７は分波ポートである。通常導波路１あるいは共振
器２は基板３（ガラス）に金属（例えばチタン）を熱拡
散して屈曲率を僅かに高めることで作られる。 動作原
理について説明すると、まずポート５において、ファイ
バから基板に入射した光のうち、共振器２で共振する周
波数をもつた光は分波ボート７へ導かれる。Here, 1 is a waveguide, 2 is a resonator, 3 is a substrate, 4 is a single mode optical fiber, 5 is an input port, 6 is a passing port, and 7 is a branching port. Usually, the waveguide 1 or the resonator 2 is made by thermally diffusing a metal (for example, titanium) into a substrate 3 (glass) to slightly increase the curvature. To explain the principle of operation, first, at the port 5, among the light incident on the substrate from the fiber, light having a frequency that resonates in the resonator 2 is guided to the demultiplexing boat 7.

残りの共振しない光は通過ボート６へ進む。この集積回
路形分波器で問題になつているのは、（１）ファイバと
集積回路接合部でのモード変換損、（２）基板上の導波
路の伝送損失である。The remaining non-resonant light proceeds to the passing boat 6. The problems with this integrated circuit duplexer are (1) mode conversion loss at the junction between the fiber and the integrated circuit, and (2) transmission loss in the waveguide on the substrate.

（１）について詳しく説明すると、熱拡散でできた導波
路の形状は一般に、基板の面に平行な向きの導波路の幅
の方が、面に垂直な向きの幅よりも広い偏平な構造とな
つている。これに対しファイバコアの断面はほぼ完全な
円形である。従つて集積回路とファイバの一方から他方
へ光が入射する場合モード変換損失が生じる訳である。
その大きさは数ＤＢ程度あり非常に大きい。（２）の損
失は導波路の不完全性によるもので、光の進む方向に対
し完全に均質な導波路を作ることは困難に近いので、不
完全性に起因する損失は、現在の最高技術でも０．１〜
１ｄＢ／Ｃｍ有り、無視できない大きさである。ここに
紹介した分波器はリング共振器を用いた−ものであるが
、その他にも各種の分波器構造が考えられている。しか
しながらいずれも前述の導波路損失と接続損失の大きい
ことが欠点となり、低損失な分波器を実現することは困
難である。従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善
するもので、その目的は、挿入損失の小さな分波器を提
供することにあり、その特徴はシングルモード光ファイ
バ自身により構成される光分波器にある。本発明による
光分波器は、相互に異なる曲率で曲げられた１対のシン
グルモード光ファイバを、２点で相互に斜めに交叉する
ごとく配置し、交点における各光ファイバの交叉角およ
び間隔は一方の光ファイバに入射した光エネルギが両方
の光ファイバに等分に分配されるごとく定められ、かつ
各交点の間の各光ファイバの長さの差１を分波しようと
する隣接チャネル間の波長で割算した商の差が１１２と
なるごとく構成される。以下図面により実施例を説明す
る。第２図は本発明の基本構造を示したものである。To explain (1) in detail, the shape of a waveguide made by thermal diffusion is generally a flat structure in which the width of the waveguide parallel to the surface of the substrate is wider than the width perpendicular to the surface of the substrate. It's summery. In contrast, the fiber core has an almost perfectly circular cross section. Therefore, mode conversion loss occurs when light enters the integrated circuit and the fiber from one side to the other.
Its size is approximately several DB, which is very large. The loss in (2) is due to imperfections in the waveguide, and since it is almost difficult to create a waveguide that is completely homogeneous in the direction in which the light travels, the loss due to imperfections is due to the current state of the art technology. But from 0.1
There is 1 dB/Cm, which is a size that cannot be ignored. The duplexer introduced here uses a ring resonator, but various other duplexer structures are being considered. However, both have drawbacks such as the large waveguide loss and connection loss described above, and it is difficult to realize a low-loss duplexer. Therefore, the present invention aims to improve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, and its purpose is to provide a demultiplexer with small insertion loss. It's in the container. In the optical demultiplexer according to the present invention, a pair of single-mode optical fibers bent at mutually different curvatures are arranged so as to cross each other obliquely at two points, and the crossing angle and spacing of each optical fiber at the intersection point are It is determined that the optical energy incident on one optical fiber is distributed equally to both optical fibers, and the difference between the lengths of each optical fiber between each intersection point is 1. It is constructed such that the difference in the quotient divided by the wavelength is 112. Examples will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows the basic structure of the present invention.

４はシングルモード光ファイバ、５は入力ボート、８，
９は分波ボート、１０，１１は３ｄＢ結合部、１２，１
３は２つの３ｃ１？吉合部の間をその長さとするお互い
に長さの異なつた光ファイバ線路である。4 is a single mode optical fiber, 5 is an input port, 8,
9 is a branching boat, 10 and 11 are 3dB coupling parts, 12 and 1
3 is two 3c1? These are optical fiber lines with different lengths, with the length between the Yoshiai parts.

以下に分波器としての動作原理を説明する。The operating principle of the duplexer will be explained below.

入力ボート５より多重化された波長λ１，λ２，λ３・
・・からなる光が入射すると、まず＊Ｂハイブリッド１
０でファイバ１２及び１３に等しい強さで分けられる。
分けられた２つの光は玄Ｂ結合部１１で再び合成される
が、そのとき２つの光の相対位置は波長によつて異なる
。ファイバ１２とファイバ１３の結合部１０と１１の間
の長さの差を１、ファイバ内での波長をλ″とすると、
この相対位相は２π１／λ″ラジアンとなる。一方３ｄ
Ｂ結合部においてファイバ１２から入射する光がファイ
バ１３から入射する光に比べπ／２進んでいたとすると
その光はすべてボート８へ出力する。また、π／２遅れ
ている場合にはすべてボート９へ出力する。従つて例え
ば波長λ１に対して２π１／λ″＝２Ｎ７ｒ＋Ｉ（Ｎは
自然数）、λ２に対して２πｌ／λ″２＝へπ−Ｉ（ま
たはパ蝋＋？π）になるように１を決めれば、波長λ１
の光はボート８に、波長λ２の光はボート９へ出力する
。上記式から壱と壱との差はνとなる。相対位相は波長
に対して周期性を有しているため、分波される波長は交
互にボート８およびボート９に現われることになる。第
２図の構造は、そのまま分波器として動作する。Wavelengths λ1, λ2, λ3・multiplexed from the input port 5
When light consisting of... is incident, first *B hybrid 1
0 to fibers 12 and 13 with equal strength.
The two separated lights are combined again in the dark B coupling part 11, but at this time the relative positions of the two lights differ depending on the wavelength. If the difference in length between the coupling parts 10 and 11 of fibers 12 and 13 is 1, and the wavelength within the fiber is λ'', then
This relative phase is 2π1/λ″ radians, while 3d
If the light incident from the fiber 12 is advanced by π/2 at the B coupling portion compared to the light incident from the fiber 13, all of the light is output to the boat 8. Furthermore, if there is a delay of π/2, all the signals are output to the boat 9. Therefore, for example, if we decide 1 so that for wavelength λ1, 2π1/λ''=2N7r+I (N is a natural number), and for λ2, 2πl/λ''2=toπ-I (or %+?π). , wavelength λ1
The light with wavelength λ2 is output to boat 8, and the light with wavelength λ2 is output to boat 9. From the above equation, the difference between 1 and 1 is ν. Since the relative phase has periodicity with respect to the wavelength, the wavelengths to be demultiplexed appear alternately on the boats 8 and 9. The structure shown in FIG. 2 operates as a duplexer as it is.

但し通常光ファイバは光の漏れを少なくするために十分
中心近くに電力が閉じ込められている゛ため、ファイバ
同志を重ね合わせただけでは３ｄＢ結合は得られない。
従つて結合部では壁面を削り落としてファイバのコアを
十分に近づけることが必要になる。このような加工は第
２図のような構造では難かしいが、第３図に示すような
構造にす・れば製作は容易となる。１４，１５はファイ
バを埋め込んだ基板である。However, since the power of optical fibers is normally confined sufficiently close to the center to reduce light leakage, 3 dB coupling cannot be obtained simply by overlapping the fibers.
Therefore, it is necessary to scrape down the wall surface at the joint to bring the fiber cores sufficiently close together. Such processing is difficult with the structure shown in FIG. 2, but manufacturing becomes easy with the structure shown in FIG. 3. 14 and 15 are substrates in which fibers are embedded.

実際の分波器は第３図で基板１５を逆にして基板１４と
密着させたものとなる。各基板の溝は曲率半径が異なつ
ており、従つてその溝に埋め込まれたファイバは第２図
に示冫したような構成になる。溝の深さは中心付近では
ファイバ外径よりも浅くし、基板の端付近ではファイバ
外径よりも深くする。ファイバは接着剤で基板に固定し
、基板の上面より出ている部分は研磨によつて取り去る
。このようにすることによつて？Ｂ結合部では２本のフ
ァイバのコア同志を近づけて所望の特性を得ることがで
き、また基板端面の入力および出力ファイバとの接合部
ではファイバの形状は変わらない。なお基板に埋められ
たファイバの端は、特に基板の端面に合わせる必要はな
く、入出力ファイバとの接続を容易にするために余分に
伸ばしておいてもよい。第４図は本発明による周期分波
器において、２つのファイバの長さ１、いいかえると周
期間隔を変えずに、結合部の結合度を調整できる構造で
ある。In an actual duplexer, the substrate 15 in FIG. 3 is inverted and brought into close contact with the substrate 14. The grooves in each substrate have different radii of curvature, so that the fibers embedded in the grooves have a configuration as shown in FIG. The depth of the groove is made shallower than the outer diameter of the fiber near the center, and deeper than the outer diameter of the fiber near the edge of the substrate. The fiber is fixed to the substrate with adhesive, and the portion protruding from the top surface of the substrate is removed by polishing. By doing it this way? At the B-coupling section, desired characteristics can be obtained by bringing the cores of the two fibers close to each other, and the shape of the fibers does not change at the junctions with the input and output fibers on the end face of the substrate. Note that the end of the fiber buried in the substrate does not need to be aligned with the end surface of the substrate, and may be extended extra to facilitate connection with the input/output fiber. FIG. 4 shows a periodic duplexer according to the present invention, which has a structure in which the coupling degree of the coupling portion can be adjusted without changing the length 1 of the two fibers, or in other words, the periodic interval.

ファイバ１２および１３は同じ曲率で逆向きに重ね合わ
せられており、またファイバ１２にはほＳ゛中心部にフ
ァイバの長さを長くするために光ファイバによる遅延線
路１６が設けられている。基板を第４図で上下に相対的
にすらすと、結合部は左右に移動し、その交叉角が変わ
るため結合度を調整することができる。第５図は本周期
分波器において、？Ｂ結合部１１，１２の結合度を変え
ずに、ｌいいかえると周期間隔を変えることのできる構
造である。The fibers 12 and 13 are stacked with the same curvature and in opposite directions, and the fiber 12 is provided with an optical fiber delay line 16 near the center of the fiber in order to increase the length of the fiber. When the substrates are slid vertically relative to each other in FIG. 4, the bonding portion moves left and right, and the intersecting angle changes, so that the degree of bonding can be adjusted. Figure 5 shows that in this periodic duplexer, ? This is a structure in which the periodic interval can be changed without changing the degree of coupling between the B coupling parts 11 and 12.

基板を−第５図の向きで相対的に上下にずらすと３Ｃ１
？吉合部は左右にずれる。このときファイバにはファイ
バ１１に比べ傾きが大きいので長さの変化も大きい。従
つて１即ち訟期間隔は変化する。なおファイバ１２，１
３の曲りの形状は？Ｂ結合部１０，１１がどの位置で交
わつても、その交叉角が変らない様に定める必要がある
。このような形状のファイバとして例えば頂角の異なる
２等辺三角形の等辺にそつた光ファイバが可能である。
以上説明したように、ファイバを用いて周期分波器を実
現することができる。3C1 by moving the board relatively up and down in the direction shown in Figure 5.
? Yoshiaibu shifts to the left and right. At this time, since the fiber has a larger inclination than the fiber 11, the change in length is also large. Therefore, 1, that is, the period interval changes. Note that the fiber 12,1
What is the shape of the curve in number 3? It is necessary to determine the intersection angle so that it does not change no matter where the B coupling parts 10 and 11 intersect. A fiber having such a shape may be, for example, an optical fiber along the equilateral sides of an isosceles triangle with different apex angles.
As explained above, a periodic duplexer can be realized using fibers.

またその構造は特性の調整ができるもので、結合度を正
しく調整したり、分波しようとする波長の間隔を自由に
選ぶことができる。本分波器の効果として、従来の集積
回路形分波器と違つて、線路の損失が少ないこと、入出
力ファイバへの接続損失が小さいことがある。Furthermore, the characteristics of the structure can be adjusted, allowing the degree of coupling to be adjusted correctly and the spacing between the wavelengths to be separated to be freely selected. The advantage of this duplexer is that, unlike conventional integrated circuit type duplexers, there is less line loss and less connection loss to input and output fibers.

分波器に使用する線路は長距離用のキロメートル当り数
デシベルのものがそのまま使えるのでその損失は極めて
少ない。また同様に接続部分についても全く同じファイ
バを使用できるので損失は少なくなる。このようにこの
分波器はシングルモード光ファイバ用の分波器として低
損失で非常に優れている。The line used for the duplexer can be used as is for long distances with a few decibels per kilometer, so the loss is extremely small. Similarly, since the same fiber can be used for the connection portion, loss is reduced. In this way, this branching filter has low loss and is very excellent as a branching filter for single-mode optical fibers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の集積回路形分波器の斜視図、第２図は本
発明による分波器の基本構成を示す図、第３図は本発明
による分波器の構成例、第４図は本発明による分波器の
別の構成例、第５図は本発明による分波器の更に別の構
成例である。 １・・・・・・光導波路、２・・・・・・共振器、３・
・・・・・基板、４・・・・・・シングルモード光ファ
イバ、５・・・・・・入力ボート、６・・・・・・通過
ボート、７・・・・・・分波ボート、８・・・分波ボー
ト、９・・・・・・分波ボート、１０，１１・・？結合
部、１２，１３・・・・・・光ファイバ線路、１４，１
５・・・・・基板、１６・・・・・・遅延回路。FIG. 1 is a perspective view of a conventional integrated circuit type duplexer, FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of a duplexer according to the present invention, FIG. 3 is an example of the configuration of a duplexer according to the present invention, and FIG. 4 5 shows another configuration example of the duplexer according to the present invention, and FIG. 5 shows still another configuration example of the duplexer according to the present invention. 1... Optical waveguide, 2... Resonator, 3...
... Board, 4 ... Single mode optical fiber, 5 ... Input boat, 6 ... Passing boat, 7 ... Branching boat, 8... Branch boat, 9... Branch boat, 10, 11...? Coupling part, 12, 13... Optical fiber line, 14, 1
5... Board, 16... Delay circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 相互に異なる曲率で曲げられた１対のシングルモー
ド光ファイバを、２点で相互に斜めに交叉するごとく配
置し、交点における各光ファイバの交叉角および間隔は
一方の光ファイバに入射した光エネルギが両方の光ファ
イバに等分に分配されるごとく定められ、かつ各交点の
間の各光ファイバの長さの差ｌを分波しようとする隣接
チャンネル間の波長で割算した商の差が１／２であるご
とき、シングルモード光ファイバ周期分波器。 ２ 前記各光ファイバが表面を露出させて相互に異なる
基板に埋められ、各基板のすり合せにより光ファイバの
交点を得るごとき特許請求の範囲第１項の発明。 ３ 各光ファイバの曲率の絶対値が等しく符号が逆であ
り、一方の光ファイバの交点の間のほゞ中央部に遅延線
路がもうけられ、基板のすり合せの調節により交点にお
ける各光ファイバの結合度が調節可能なごとき特許請求
の範囲第２項の発明。 ４ 各光ファイバが異なる曲率で同じ方向に曲げられ、
光ファイバの交点における光叉角がほゞ一定となるごと
く各光ファイバの曲線の形状が形成され、基板のすり合
せの調節により各交点の間の交叉角をほゞ一定に保ちつ
つ各光ファイバの長さの差ｌが調節可能なごとき、特許
請求の範囲第２項の発明。[Claims] 1 A pair of single-mode optical fibers bent at mutually different curvatures are arranged so as to cross each other obliquely at two points, and the crossing angle and spacing of each optical fiber at the intersection point are set to one side. The wavelength between adjacent channels is determined so that the optical energy incident on the optical fiber is distributed equally to both optical fibers, and the difference l in length of each optical fiber between each intersection point is to be demultiplexed. A single mode optical fiber periodic demultiplexer where the difference in the quotient is 1/2. 2. The invention according to claim 1, wherein each of the optical fibers is buried in different substrates with the surface exposed, and the intersection points of the optical fibers are obtained by rubbing the substrates together. 3 The absolute value of the curvature of each optical fiber is equal and the sign is opposite, a delay line is provided approximately in the center between the intersection points of one optical fiber, and by adjusting the alignment of the substrate, each optical fiber at the intersection point is The invention according to claim 2, wherein the degree of coupling is adjustable. 4 Each optical fiber is bent in the same direction with a different curvature,
The curved shape of each optical fiber is formed so that the cross angle at the intersection of the optical fibers is approximately constant, and by adjusting the alignment of the substrates, each optical fiber is The invention according to claim 2, wherein the length difference l is adjustable.