JPH032806A - 光導波路型分岐合流器 - 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） 本発明は光導波路型分岐合流器に関し、更に詳しくは、
導波する光の波長特性がフラットになって、波長依存性
が小さ（なる光導波路型分岐合流器に関する。

（従来の技術） 従来、光方向性結合器とも呼ばれる光導波路型分岐合流
器は、第９図（ａ）に平面図として示したような構造に
なっている。すなわち、例えば石英から成る基板３に、
同じ断面構造の導波路１．２を互いに近接して配置し、
善導波路１．２の伝搬定数β１．β２を等しくすること
により、善導波路１．２間でエバネッセント結合を生じ
させるものである。すなわち、このタイプの導波路型分
岐合流器では、両導波路間の伝搬定数差（Δβ−β。

−βりはゼロになっている。

この構造の光方向性結合器の場合、両導波路間では光パ
ワーの完全な移行が行なわれ、例えば、入射端で導波路
ｌのみに光パワー■１の光を入射すると、素子長しに対
しては、導波路１．２における光パワー！ｔ、Ｉｇ（導
波路２の光パワー）が第９図（ロ）のグラフで示したよ
うに変化する。

今、素子長りを完全結合長Ｌｏに設定すると、導波路ｌ
と導波路２の間では、ｔａＸの光分岐を達成することが
できる。

しかしながら、この完全結合長Ｌｏは導波する光の波長
に依存して変動する。すなわち、導波する光の波長が長
くなると導波路内への光の閉じ込め状態が悪くなって、
導波路からの光のしみ出しが増量し、その結果、導波路
間の相互作用が強まる。すなわち、完全結合長Ｌｏは短
くなり、分岐比は１：１から偏倚することになる。

このように、第９図に示した従来構造の光導波路型分岐
合流器は、波長依存性が悪いという問題がある。

このようなことから、導波路においても、ファイバ型分
岐合流器（溶融テーパ型）の場合と同じように、導波路
１の伝搬定数β１と導波路２の伝搬定数β、を相違せし
めて、すなわち、導波路間の伝搬定数差（Δβ）をΔβ
−β、−β２〜０として、広波長帯域化を実現すること
が研究されている。

この場合は、導波路間での光パワーの完全移行は進行せ
ず、第１０図に示したような光パワーの移行が行なわれ
るにすぎない。この光ノ〆ワーの変化における特徴は、
曲線１．　１．のビークまたはボトム近辺における素子
長りの変化に対するＩＩよの変化量が、第９図ら）の場
合に比べて、小さいということである。

したがって、今、動作点をＬｌの位置におくと両導波路
間の結合が波長依存性をもち多少の変動を起こしても、
光パワー１□のピーク（またはボトム）付近の変化量は
小さくなる。すなわち、この構造の場合は、第９図（ａ
）で示した構造の分岐合流器に比べて波長依存性は小さ
くなる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記したファイバ型分岐合流器で適用されて
いる手法を応用し、−層、波長特性が向上した光導波路
型分岐合流器の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においては、基
板と、該基板にエバネッセント結合が生ずるように互い
に近接して配置されている２本の導波路とから成る光導
波路型分岐合流器において、前記２本の導波路を長手方
向に分割して複数組の分割導波路を形成し、かつ、互い
に隣接する分割導波路の間では、互いの伝搬定数差の符
号を反転せしめたことを特徴とする光導波路型分岐合流
器が提供される。

本発明の光導波路型分岐合流器において、基板に２本の
導波路が互いに近接して配置されることは、従来の場合
と変わることがない。

本発明においては、互いに結合対象としで関係しあう２
本の導波路が、その長手方向で７Ｍ数に分割されて、複
数組の分割導波路を形成し、それらが連続した構造にな
っている。

そして、互いに隣接する分割導波路の間では、その分割
導波路を構成する２本の部分導波路間の伝搬定数差Δβ
の符号が反転するようになっていることを特徴とする。

このことを、第１図の平面図として示すように、導波路
１．導波路２をＬａ、Ｌ−となるように分割して分割導
波路Ａ１分割導波路Ｂを形成した場合で説明する。ここ
で、分割導波路Ａにおける導波路ｌ、導波路２の伝搬定
数をそれぞれβＩＡ＋　β２Ａとし、分割導波路Ｂにお
ける導波路１．導波路２の伝搬定数をそれぞれβ１１１
．β、となるように、各導波路が形成されている。

本発明の場合、素子長りが０≦Ｌ≦Ｌ、の範囲内におい
ては、伝搬定数差Δβを、Δβ−βｌＡβ、〉Ｏ（また
は〈０）となるようにし、かつ、ＬＡ≦Ｌ≦ＬＡ＋Ｌｌ
の範囲では△β＝βｌ−β２＠〈０（または０〉）とな
るように、各分割導波路を形成するのである。

各分割導波路間でΔβの符号を互いに反転せしめるため
には、導波路の路幅を長手方向で変化させたり、または
、導波路の断面構造を長手方向で変化させればよい。

（作用） 本発明の分岐合流器の作用を、第１図の構造のもので説
明する。今、説明の都合上、ＬＡ＝Ｌ、ｌ＝Ｌ／２．　
　β１．−β、、β２Ａ＝β１８とする。

素子長がＯ≦Ｌ≦ＬＡの範囲では、この分割導波路Ａの
伝搬定数差：Δβは、Δβ＝δβである。

ここで、δβ＝βＩＡ−β２Ａ＝　　（β１．−β２．
）である、したがって、ＬＡ≦Ｌ≦Ｌ　ａ　＋　Ｌ　ｍ
の範囲では、分割導波路βの伝搬定数差：△βは、Δβ
＝−δβとなる。

このとき、導波路ｌの光出力■１．導波路２からの光出
力■□は、入射パワーを１とした場合、モード結合理論
により次式のとおりである。

１、＝１−１゜ （ただし、β。−ｋ”＋（Δβ）”／４．に：結合数） Ｋ≦２Δβのときの１．．１．とＬの関係を第２図（ａ
）に′、また、Ｋ≧２Δβのときの関係を第２図（ｂ）
に示す。

Ｋ≦２Δβの場合、ｒ、、！２のピーク（またはボトム
）におけるＬに対する変化率は、第１０図に示した場合
よりも一層フラットになる。すなわち、本発明の光導波
路型分岐合流器は、前述したファイバ型分岐合流器の場
合よりも、−層、波長特性はフラットになり波長依存性
が小さくなる。

マｆ、−１Ｋ≧２Δβの場合、Ｉ、、１．のピーク（ま
たはボトム）においては双峰特性を示し、その波長特性
はフラットになる。

（実施例） 以下に、図面に則して本発明の詳細な説明する。

第３図（ａ）の平面図、第３図ら）の断面図で示すよう
な本発明の分岐合流器を製造した。

シリコン基板１１の上に、厚み２０μｍの下部クラッド
層、厚み２μｍのコア層、厚み１．５μｍの上部クラッ
ドｊＷ１４を順次石英で形成し、更にこの上部クラッド
１１１１４の上には、７．２μｍの間隔を置いて導波路
１．２をリッジ状に形成した。

導波路１．２はいずれも、全体の中間位置で路幅が変化
して、その断面構造が変り、２等分割導電波路Ａ、　　
Ｂを形成している。すなわち、導波路１は、分割導波路
Ａでは路幅が８．０μｍ、分割導波路Ｂでは路幅が１０
．０　ｐ　ｍになっている。そして、導波路２は、導波
路１と対称の形になっている。したがって、分割導波路
Ａにおける伝搬定数差Δβ、と分割導波路Ｂにおける伝
搬定数差△β。

の間では、Δβ１＝−Δβ、の関係が成立している。そ
してΔβは、Δβ−２，５π／Ｌである。

この分岐合流器で、使用中心波長がλ−１，３μｍであ
る場合、完全結合長Ｌ０はＬｅ＝６．１ｍｍ。

素子長しはＬ＝１０ｍｍである。すなわち、動作点は、
Ｌ＝１．６４ｘｔ、０の関係を満足する。

この分岐合流器の１：１分岐に対する波長依存性を第４
図の曲線Ａとして示した。あわせて、Δβ＝０であり、
Ｌ−０，５ＸＬ、の動作点の従来の分岐合流器の波長依
存性を曲線Ｂとして、更に、Δβ−〇、８π／Ｌであり
、Ｌ＝０．９５ｘｔ、０の動作点である従来のファイバ
型分岐合流器の波長依存性を曲線Ｃとして示した。

図から明らかなように、本発明の分岐合流器においては
、完全結合長Ｌ０に対する素子長しの依存性は、他の場
合に比べて緩慢であり、その波長特性はフラットになっ
ている。

第５図は、分割導波路の断面構造を変えた場合を例示す
る図で、第５図（ａ）はある分割導波路における一方の
導波路の断面を示し、第５図０））は、隣接する分割導
波路において上記一方の導波路の上に、更に別のクラン
ド層１５を設けてなる導波路の断面を示す。

第６図は、導波路を３分割した場合を示す平面図で、こ
の場合は、領域Ａの分割導波路のΔβをΔβ〉０とすれ
ば、領域Ｂの分割導波路のΔβはΔβく０、更に、領域
Ｃの分割導波路の△βは八β〉０となっている。

第７図は、入力端、出力端における導波路の分離を容易
にし、また光ファイバとの接続を容易に行なうために、
善導波路の適宜な個所に曲がり部１６．１６を形成し、
更に、入力端、出力端における各導波路の路幅を一定に
するため、善導波路の適宜な個所にテーバ部１７．１７
を形成した場合を例示する平面図である。この構造は実
用的である。

第８図は、上述してきたものが、いずれも、分割導波路
のΔβを不連続に変化させる場合を示していることと異
なり、分割導波路間を路幅が一次関数的に連続的に変化
する遷移領域１日とした構４゜ 造を例示する平面図である。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の光導波路型分岐
合流器は、その構成を、基板と、該基板にエバネッセン
ト結合が生ずるように互いに近接して配置されている２
本の導波路とから成る光導波路型分岐合流器において、
前記２本の導波路を長手方向に分割して複数組の分割導
波路を形成し、かつ、互いに隣接する分割導波路の間で
は、互いの伝搬定数差の符号を反転せしめたことを特徴
とするので、その波長特性はフラットとなり、波長依存
性が従来に比べて一層小さくなる。

したがって、この分岐合流器を縦続接続したツリーカッ
プラ、スターカップラにおていは、その波長特性の向上
がより顕著となり、工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導波路型分岐合流器の基本構造を示す
平面図、第２図（ａ）および第２図（ｂ）は第１図の分
岐合流器における光パワーと素子長との関係を示すグラ
フ、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は実施例の平面図
および断面図、第４図は分岐合流器の波長依存性を示す
グラフ、第５図（ａ）および第５図（ｔ）ｌは他の実施
例の導波路を示す断面図、第６図は別の実施例の平面図
、第７図は更に別の実施例の平面図、第８図は更に他の
実施例の平面図、第９図（ａ）は従来の導波路型分岐合
流器を例示する平面図、第９図０））は第９図（ａ）の
導波路型分岐合流器における光パワーと素子長との関係
を示すグラフ、第１Ｏ図はファイバ型分岐合流器におけ
る光パワーと素子長との関係を示すグラフである。 １．２・・・導波路、３．１１・・・基板、Ｉ２・・・
下部クラッド層、１３・・・コア層、１４．１５・・・
上部クラッド層、１６・・・曲がり部、１７・・・テー
パ部、１８・・・遷移領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板と、該基板にエバネッセント結合が生ずるように互
   いに近接して配置されている２本の導波路とから成る光
   導波路型分岐合流器において、前記２本の導波路を長手
   方向に分割して複数組の分割導波路を形成し、かつ、互
   いに隣接する分割導波路の間では、互いの伝搬定数差の
   符号を反転せしめたことを特徴とする光導波路型分岐合
   流器。