JPH02234108A

JPH02234108A - 光分岐・合波回路

Info

Publication number: JPH02234108A
Application number: JP5467489A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kito; 勤鬼頭; Kenji Kono; 健治河野; Kazuto Noguchi; 一人野口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1990-09-17
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2589367B2

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、基板上に形成された２本以上の分岐光導波路
からなり、光の分岐及び合波を行なう光分岐・合波回路
に関するものである。

（従来の技術）光変調器や光スイッチ等の光制御回路において、光分岐
回路、光合波回路は基本構成要素として必要不可欠であ
る。このような光分岐・合波回路としては、従来より２
本以上の分岐先導波路を有するＹ形分岐光導波路が知ら
れており、その損失低減は、光制御回路の性能向上のた
め極めて重要である。

第２図の（ａ）は、従来のＹ形分岐先導波路からなる光
分岐・合波回路を示す構成図である。図中、１は基板、
２は主導波路、３，４は分岐導波路、５は分岐点、６は
テーバ部である。第２図の（ａ）における光分岐・合波
回路は、その分岐角を２θ　，主導波路２の幅Ｗ２と分
岐導波路３及び４の幅Ｗ３及びＷ４を等しくし、かつ、
分岐点５近傍の、いわゆるクサビ形の部分の先端の幅（
以下、先端幅という）が零の理想形状となっている。

この種の光分岐・合波回路の作製は、例えば電気光学材
料であるＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ　３等からなる基板１に対
して、上記主導波路２、分岐導波路３，４及びテーパ部
６となるべきＹ字形の領域に、Ｔｉ等の不純物を拡散さ
せるか、あるいはイオン変換４を行なって、Ｙ字形領域
の屈折率（ｎｇ　）を基板１の屈折率（ｎｓ　）よりも
大きくして導波路を形成することにより行なっている。

このような構成における、例えば光分岐回路としての動
作を説明すると、主導波路２側から伝搬する光が、テー
パ部６においてモード変換等により一部は放射され、残
りは分岐点５に達する。さらに、分岐点５を通過した光
は、分岐導波路３及び４に分岐されて伝搬していく。こ
のとき、理想的には各分岐光は、分岐導波路３及び４に
おいて、各々（＋）θ　，（−）θ１の角度だけ傾くこ
とが必要である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、実際にＹ形分岐先導波路からなる光分岐
・合波回路を製作した場合、Ｔ１膜厚、ＴＩパターン幅
、拡散条件等により決定されるテーバ部６の屈折率分布
では、波面の傾きを適切に制御できないため放射損失と
なっていた。

第３図は、第２図の（ａ）の光分岐・合波回路の分岐角
２θ１と分岐点５によって生ずる分岐損失との関係を示
すグラフで、横軸は分岐角２θ１、縦軸は分岐損失を表
している。なお、このグラフは、光の波長λを１．５２
μｍ１基板１の屈折率ＯＳを２．１４６　、ＴＩパター
ン幅を８　μｍ　％　Ｔ　ｉバターン間隔を１５μｍと
し、また、Ｔｉ膜厚ＤＴＩをパラメータとした場合の計
算結果を示している（この場合、いわゆるＹ分岐部の長
さは２關程度となる）．第３図からわかるように、分岐損失を抑制するために、
分岐角２θ１を１度以下に設定した場合であっても、分
岐損失は１ｄＢ程度となり、満足できる値に抑制するこ
とはできない。この結果、Ｔｉ蒸着においては、Ｔｆ膜
厚のバラッキが生じるので、低損失なＹ形分岐先導波路
からなる光岐・合波回路を安定に製作することができな
いという問題点があった。

さらに、露光や拡散等のプロセスにおいて、上記分岐点
５の近傍のクサビ形の部分の上記先端幅が、第２図の（
ａ）に示すように零にならず、所定の幅Ｗ５をもって形
成された場合に、大きな分岐損失を生じることになる。

第４図は、第２図の（ｂ）の光分岐・合波回路の上記先
端幅Ｗ５と分岐損失の関係を示すグラフで、横軸は先端
幅Ｗ　１縦軸は分岐損失を表しており、分岐角２θ１を
０．６度とした場合の計算結果を示している。

第４図からわかるように、例えば、Ｔｉ膜厚ＤＴｌが８
０ｍｍ，先端幅Ｗ５が３μｍの場合、分岐損失は１．６
ｄＢも増加している。

本発明の目的は、かかる事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、分岐損失を低減した光分岐・合波回路
を９提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため゛、本発明では、基板上に形成
された２本以上の分岐先導波路からなる光分岐・合波回
路において、前記分岐光導波路を二乗余弦関数に基づく
形状とした。

（作用）本発明によれば、二乗余弦関数で与えられる曲線状の分
岐先導波路が形成される。

（実施例）第１図は、本発明に係る光分岐・合波回路の第１の実施
例を示す構成図であって、従来例を示す第２図と同一構
成部分は同一符号をもつ．て表す。

即ち、１はＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏ　ｓからなる基板、２はＴ
ｉ拡散法により形成した主導波路、３ａ，４ａは同様に
ＴＩ拡散法により互いの幅を等しく形成した分岐導波路
、５ａは分岐点で、これら主導波路２及び分岐導波路３
ａ．，４ａは単一モード光導波路となっている。

この第１図の光分岐・白波回路は、分岐導波路３ａ，４
ａの第１図中、長さしで示す部分、いわゆるＹ分岐部の
形状を、下記（１）式及び（２）式に示す、二乗余弦（
　ｒａ１ｓｅｄ　ｅｏｓｌｎｅ）に関数に基づいた、形
状に形成してある。

Ｆｏ（　Ｚ）＝１／４Ｇ　［１−ｅｏｓ（πＺ／Ｌ）］
・・・（１）Ｆ１（　Ｚ）−１／２Ｗ＋１／４　（Ｗ＋Ｇ）［１−ｃ
ｏｓ（πＺ／Ｌ）］　　−（２）なお、（１）式は、Ｙ
分岐部の内側部の形状を、また（２）式はＹ分岐部の外
側部の形状を示している。

ただし、Ｇは分岐導波路３日と分岐導波路４ａの間隙（
以下、Ｔｉパターン間隙という）、ｗは導波路幅（以下
、Ｔｔパターン幅という）を示す。

このような構成を有する光分岐・合波回路は、次のよう
な手順により製作される。

まず、ＬｉＮｂ０３基板１上に、通常のりフトオフ法に
よりＴｉのＹ形光導波路パターンを形成する。即ち、例
えばＬ　ｔ　Ｎ　ｂ　Ｏ　ａ基板１上にフォトレジスト
を露光した後、現像することにより光導波路パターンと
同形の幅数μｍの溝を形成する。

次いで、全面にＴｉを数１０ＯＡ蒸着した後、レジスト
をリムーバで除去することにより、Ｔｉの光導波路パタ
ーンを形成する。その後、数時間に亘り、温度を約１０
００゜Ｃ程度に上げ、ＴｉをＬ　Ｉ　Ｎ　ｂ　０　３基
板１中に拡散させる。この結果、第１図に示すような、
Ｔ１拡散Ｌ　ＩＮ　ｂ　Ｏ　ａ光導波路２．３ａ，４ａ
，が形成され、光分岐・合波回路の製作が完了する。

第５図は、第１図の光分岐・合波回路におけるＹ分岐部
の長さＬと分岐損失との関係を示すグラフで、横軸はＹ
分岐部の長さＬ１縦輔は分岐損失を表している。なお、
当該グラフは、光の波長λをｌ．５２ｌｌｍｓ基板１の
屈折率ｎｓを２．１４１ｉ　、Ｔ　Ｌパターン幅Ｗを８
μｍ，Ｔｉパターン間隙Ｇを１５μｍとした場合のＴｉ
膜厚ＤＴＩが６　０　ｎｍ，７０ｎｗ，８０ｎＩｌにお
ける各計算結果を示している。

第５図からわかるように、本第１の実施例の光分岐・合
波回路は、Ｙ分岐部の長さＬに対して分岐損失は一様に
減少し、第２図に示した、従来の光分岐・合波回路のＹ
分岐部の長さと同程度のし＝２ｍｌ１に対して、分岐損
失は０．２ｄＢ以下とほぼ一定の値となっており、従来
回路に比較して、分岐｛Ｈ失が大幅に低減された、より
低損失な光分岐（合波）回路となっている。

また、第６図は、第１図の光分岐・合波回路の第２図の
（ｂ）に示した先端幅Ｗ５と分岐損失との関係を示すグ
ラフで、横軸は先端幅Ｗ　１縦軸は分岐損失を表１７で
いる。なお、当該グラフは、第５図と同様にＴｉ膜厚Ｄ
ＴＩが６　０　ｒｖ，　　７　０　ｎｍ，８　０　ｒｖ
における各計算結果を示している。

第６図からわかるように、例えば、Ｔｉ膜厚ＤＴＩが８
０ｎｒＡ、先端幅Ｗ５が３μｍの場合、分岐損失の増加
は、伜か０．５ｄＢとなっている。

即ち、本第１の実施例によれば、分岐点５近傍の導波路
の傾きθが零に漸近するため、波面の傾きによる損失の
増加を低減できる。さらに、分岐点５近傍では、外側部
の屈折率に比較して内側部の屈折率が小さく、内側を伝
搬する光の位相速度が外側の位相速度よりも速くなり、
これにより波面が傾くので、損失の低減を図れることに
なる。

第７図は、本発明に係る光分岐・合波回路の第２の実施
例を示す構成図である。本第２の実施例と前記第１の実
施例の異なる点は、図中、長さしで示しているＹ分岐部
の内側部及び外側部の形状を二乗余弦関数を示す下記（
３）　，　（４）式でそれぞれ与え、かつ、従来例を示
す第２図と同様にテーパ部６を設けたことにある。

Ｆ　ｏ　’（Ｚ）　　−−１／２Ｗ＋１／４　　（Ｗ＋
Ｇ）［１　−ｃｏｓ＜ｙｒ　Ｚ／Ｌ）　］　　−（３）
Ｆ１　’（Ｚ）−１／２Ｗ＋１／４　　（Ｗ十Ｇ）［　
１　−ｃｏｓ＜ｙｒ　Ｚ　／　Ｌ　）　］　　−　（４
）これら（３）　．　（４）式に基づいて形成された光
分岐・＆波回路においても、前記第１の実施例と同様の
効果を得ることができる。

第８図は、本発明に係る光分岐・合波回路の第３の実施
例を示す構成図である。本第３の実施例と前記第１の実
施例の異なる点は、分岐導波路３ａの幅Ｗ３ａと分岐導
波路４ａ（本第３の実施例では、Ｗ３ａ＞Ｗ４，）とを
相違させたことにある（ただし、主導波路２の幅Ｗ２”
”４ａ）。

この場合、二乗余弦関数のパラメータを適切に設定する
ことにより低損失で、かつ、分岐導波路３ａ、４ａの出
力光パワーの比を１対１にすることが可能である。

なお、上記第１乃至第３の実施例では、いわゆる光分岐
回路としての特性を例にとり説明したが、全くの同一構
成で、光合波回路についても、同等の効果を得ることが
できる。

また、分岐導波路の数についても、３本以上・でも二乗
余弦関数のパラメータを適切に設定することにより、上
記第１乃至第３の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

さらに、上記第１乃至第３の実施例では、Ｔ１拡散Ｌ　
ｉＮ　ｂ　Ｏ　ａ導波路について説明したが、プロトン
交換導波路等、他の導波路に対しても、本発明が適用で
きることはいうまでもない。さらにまた、ガラス導波路
、半導体導波路等のような、屈折率分布が階段形状の場
合であっても本発明が適用できることは勿論である。

また、上記第１乃至第３の実施例では、単一モード先導
波路を例にとり説明したが、多モード光導波路であって
も本発明が適用できることはいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、分岐先導波路を
二乗余弦関数に基づく形状としたので、例えば分岐（合
波）点近傍の光導波路の傾きを零に漸近でき、かつ、分
岐点近傍における外側の屈折率に比較して内側の屈折率
を小さくできるため、光の波面の傾きを適切に制御でき
、分岐損失を低減した低損失な光分岐・合波回路を提供
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係る光分岐・合波回路の第１の実施例
を示す構成図、第２図は従来の光分岐・合波回路の構成
図、第３図は従来の光分岐・合波回路における分岐角と
分岐損失との関係を示すグラフ、第４図は従来の光分岐
・合波回路における先端幅と分岐損失との関係を示すグ
ラフ、第５図は第１図の光分岐・合波回路のＹ分岐部の
長さと分岐損失との関係を示すグラフ、第６図は光分岐
・合波回路の先端幅と分岐損失との関係を示すグラフ、
第７図は本発明に係る光分岐・合波回路の第２の実施例
を示す構成図、第８図は本発明に係る光分岐・合波回路
の第３の実施例を示す構成図である。図中、１・・・基板、２・・・主導波路、３ａ，４ａ・
・分岐導波路、５・・・分岐点、６・・・テーバ部。特許出願人　　日本電信電話株式会社代理人　弁理士，　吉　田　精　孝２：主導波路１基板（ａ）第１図（ｂ）従来の光分岐・合波回路の構成図第２図分岐角２θ１（度）従来例における分改角と分岐揖失との関係牙示すグラフ
Ｙ分岐部の長さＬ＜ｍｍ）第１図の光分岐・合波回路のＹ分岐部の長さと分岐損失
の関保牙示すグラフ第図従来例における先端幅と分岐損失との関係牙示すグラフ
Ｏｇ先端幅Ｗ５（ｐｍ）第１図の光分岐・合波回路の先端楊と分岐揖失との関係
を示すグラフ第図

Claims

【特許請求の範囲】　基板上に形成された２本以上の分岐光導波路からなる
光分岐・合波回路において、前記分岐光導波路を二乗余弦関数に基づく形状としたことを特徴とする光分岐・合波回路。