JPH03225301A - 光分岐回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光集積回路等において用いられる光分岐回路に
関し、特に導波型光分岐回路に関する。

［従来の技術］ 基板上に形成した光導波路により各種機能を実現する光
集積回路において、光分岐回路は最も基本的な光回路素
子の−っであり、光信号の分配、マツハツエンダ−型変
調器、分岐型光スイッチ等に用いられる。

以下Ｔｉ拡散Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　０３光導波路を用いた対
称２分岐回路を例にとって従来例を説明する。

第３図はこの光分岐回路を示す斜視図である。

Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　０３基板３１上にＴｉを拡散すること
により屈折率を増加させ単一モード光導波路を形成する
。入射光は光フアイバ直接結合あるいはレンズ結合によ
り光導波路端面３６より入射光導波路３２に入射される
。入射光導波路３２を伝播した光は２分岐３３で２つの
光に分けられ、それぞれ出射光導波路３４．３５を伝播
する。光分岐回路の過剰損失は２分岐の分岐角θＢ、に
比例して増加するから、できるだけ小さな角度とする。

さらに分岐部分でのモード変換による過剰損失を低減す
るだめの手段として分岐部分のテーパ構造としたり　　
（ＭａｓａＩＩｌｉｔｓｕ　　Ｈａｒｕｎａ　　ｅｔ　
　ａｔ；　　　’ＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌＢｒａ
ｎｃｈｉｎｇ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　５ｗ１ｔｃｈｅｓ
　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　
ＬＸ　４０ｐｔｉｃａｌ　ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＮｅｔｗ
ｏｒｋｓ’：　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ’　Ｌｌｇｈｔｗ
ａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。

ｖｏｌ、　ＬＴ−１，ＮＯ，ｌ、　Ｐ２２３　’８３）
、モード結合型分岐とする（清野他；　゛モード結合型
Ｙ分岐導波路。

昭和６１年度電子通信学会光電波部門全国大会。

講演番号２５０）などの報告がある。これらの方法によ
り過剰損失０．３ｄＢ程度の光分岐が得られている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光分岐回路では分岐部分の過剰損失低減に重点が
置かれている。しかし光分岐回路では損失増加のため分
岐角θ８を大きくとれないので出射光導波路間の間隔を
広げるための曲がり光導波路が実用上必要不可欠である
。このような導波構造では、分岐部分は低損失であって
も、回路を小型化するために曲がり導波路の曲率半径を
大きくし放射損失が増加してしまうこともありうる。よ
って光分岐回路の損失は分岐部のモード変換損失と曲が
り光導波路の放射損失の和として考えるべきである。

よって光分岐回路全体として損失を低減する場合、曲が
り部分の損失低減は重要な考慮要素である。そして出射
光導波路の曲がり部分では曲がりの曲率半径を大きくす
る、あるいは光導波路の屈折率増加量を大きくすること
により光導波路内での光閉じ込めを強くする等の方法に
より放射損失を低減できることが知られている。

従来の光分岐回路を小型化するために曲−ｈ＜り導波路
の曲率半径を小さくした場合、曲がり部分での放射損失
を低減するために光導波路の光閉じ込め強さを大きくし
なければならない。しかしこの場合、従来の光分岐回路
では入射光導波路も光閉じ込め強さが大きくなり、入射
端面から入射した光が光導波路内で定常状態になるのに
要する距離は長（なる。もし入射光の伝播モードが定常
状態になる前に分岐するならば、分岐比が光の入射状態
に依存して変動するから、安定な光分岐回路が得られな
い。従って分岐比を安定化するためには入射光導波路を
十分に長くとらなくてはならないことになる。つまり従
来の構造の光分岐回路では、曲がり部の長さを短縮する
ためには入射光導波路を長くしなければならないという
矛盾が生じてしまう。

［課題を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、 入射される光をある長さ以上にわたって１つの光路で案
内するとともに該１つの光路て案内された光を複数の光
路に分岐する光導波路を有し、光導波路は基板上に路様
の形に不純物を導入して他の部分より屈折率を高くした
高屈折率光間じ込め路でなり、該光導波路であって、分
岐された光を導く複数の光路のうちの少なくとも１つは
湾曲した曲がり部を有する光分岐回路であって、前記１
つの光路で案内された光を複数の光路に分岐する部分の
前記光導波路を分岐部とするとき、入射光を該分岐部に
案内する前記１つの光路（入射光導波路）の屈折率は該
分岐部で分岐された光を導出する光路（出射光導波路）
の屈折率より小さいことを特徴とする。

［作用〕 本発明では出射光導波路の屈折率を増加させる不純物の
濃度を高くすることにより導波光を光導波路内に強く閉
じ込め曲がり放射損失を低減させることができる、また
光分岐回路の入射光導波路に屈折率を減少させる作用を
持つ別の不純物を導入することにより光の閉じ込め強さ
を弱くし入射光導波路の屈折率を減少させない場合に比
べより短距離で入射光が定常状態になるようにする。つ
まり本発明によれば光分岐回路の入射光導波路と出射光
導波路との光閉じ込め強さを独立に最適化することが可
能となる。

よって本発明の適用により、入射光導波路を従来のもの
より短縮しても安定な分岐比が得られ、かつ曲がりの曲
率半径を小さくすることにより出射光導波路の長さを短
縮しても損失の低い導波路構造が可能となり、低損失で
小型な光分岐回路を実現することができる。

［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第一の実施例を示す斜視図である。

Ｚ−Ｃｕｔ　　ＬｉＮｂ０．基板１１上に以下の条件で
光導波路を形成する。はじめに屈折率を増加させる不純
物をＴ１とし、光導波路幅ＷをＷ−８μｍ、拡散前のＴ
ｉ膜厚ｄｉをｄ、−８００Ａとして１０５０℃の空気雰
囲気中でＴ１を８時間だけ拡散させる。そして、屈折率
を減少させる不純物をＭｇＯとし、分岐前の入射導波路
１２の部分のみに幅Ｗを８　ｕ　ｒｎ　、拡散前のＭｇ
Ｏ膜厚ｄ２を４５０Ａとして９５０℃の酸素雰囲気中で
ＭｇＯを４時間だけ拡散させる。

分岐前の入射導波路１２は屈折率を増加させるＴｉと屈
折率を減少させるＭｇＯを二重に拡散することにより光
の閉じ込め強さが１次モードカットオフよりも十分に弱
くなるよう設定されている。

またＴｉのみが拡散されている分岐後の出射導波路１４
．１５のＴｉ膜厚ｄ１は１次モードカットオフ近傍の閉
じ込め強さとなるように設定されている。上記の条件に
よって作成された光分岐回路において入射光導波路１２
ではＭｇＯ拡散の影響により光の閉じ込めか弱くなる。

そこで、入射光導波路１２に入った光の伝播モード分布
が最短距離で定常状態になり安定な分岐比が得られる。

また分岐後の出射導波路１４．１５ではＴｉａ度が高く
導波光の光閉じ込めが従来のものより強いから曲がり部
分での放射損失を従来のものより低減することかできる
。

このように本実施例では、ＴｉとＭｇＯを選択的に二重
に拡散することにより分岐への入射導波路と出射導波路
の光閉じ込め強さを最適化している。よって、第１図実
施例の構造では、入射光導波路を従来のものより短縮し
ても安定な分岐比が得られ、かつ出射光導波路の曲がり
の曲率半径を従来のものより小さくしても損失増加の無
い光導波路構造とすることができる。したがって、従来
のものと同等の損失であれば本実施例はより小型化でき
、あるいは従来のものと同等のサイズであればより損失
の低い光分岐回路が実現できる。

第２図は本発明の第二の実施例を示す斜視図である。本
実施例でははじめにＴｉを光導波路幅Ｗを８μｍ、拡散
前のＴｉ膜厚をｄ、を８０ＯＡとして拡散し、次にＭｇ
Ｏを分岐前の入射導波路１２の部分で幅Ｗを８μｍ、拡
散前のＭｇＯ膜厚ｄ２を４５０Ａ、光導波路分岐部２３
のＭｇＯ膜厚をｄ２からＯまでテーバ状に変化させ拡散
を行う。ＭｇＯ膜厚テーパを１００〜２００ハ／　ｍｍ
にすれば光導波路の屈折率変化によるモード変換損失は
ほとんと発生せずより低い損失の光分岐回路を実現でき
る。

以上Ｔｉ拡散Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３光導波路の場合を例
にとって説明したが他の石英系ガラス、半導体等の導波
路材料による不純物拡散型光導波路を用いて形成した光
分岐回路に本発明を適用した場合でも同様の効果を得ら
れる。

また光分岐回路をカスケードに多段接続する場合も本発
明を適用して、出射光導波路の屈折率を増加させる不純
物濃度を高くし、次段の光分岐回路の入射光導波路に屈
折率を減少させる不純物を拡散することにより分岐への
入射導波路と出射導波路の光閉じ込め強さを最適化する
ことができる。

よって入射光導波路を短縮しても安定な分岐比が得られ
、かつ出射光導波路の曲がりの曲率半径を従来より小さ
くしても損失増加の無い光導波路構造が可能となる。

［発明の効果〕 以上に説明したように本発明によれば光分岐回路の入射
光導波路及び出射光導波路の不純物濃度を変えることに
より光閉じ込め強さを独立に制御し、入射光導波路の分
岐比を安定化すると同時に出射光導波路では損失を低減
するという従来の光分岐回路では不可能であった効果が
得られる。これにより従来より大幅に小型・低損失で安
定な光分岐比が得られる光分岐回路を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す斜視図、第２図は
本発明の第二の実施例を示す斜視図、第３図は従来の光
分岐回路を示す斜視図である。 １１．２１．３１・・・ＬｉＮｂＯ３基板、１２゜２２
．３２・・・入射光導波路、１３，２３．３３・・・光
導波路分岐部、１４，１５，２４，２５，３４゜３５・
・・出射光導波路、３６・・・光導波路端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入射される光をある長さ以上にわたって１つの光路で案
   内するとともに該１つの光路で案内された光を複数の光
   路に分岐する光導波路を有し、光導波路は基板上に路様
   の形に不純物を導入して他の部分より屈折率を高くした
   高屈折率光閉じ込め路でなり、該光導波路であって、分
   岐された光を導く複数の光路のうちの少なくとも１つは
   湾曲した曲がり部を有する光分岐回路において、 前記１つの光路で案内された光を複数の光路に分岐する
   部分の前記光導波路を分岐部とするとき、入射光を該分
   岐部に案内する前記１つの光路の屈折率は該分岐部で分
   岐された光を導出する光路の屈折率より小さいことを特
   徴とする光分岐回路。