JPH04353804A - 導波路型光合分波器 - Google Patents
導波路型光合分波器Info
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- JPH04353804A JPH04353804A JP12926791A JP12926791A JPH04353804A JP H04353804 A JPH04353804 A JP H04353804A JP 12926791 A JP12926791 A JP 12926791A JP 12926791 A JP12926791 A JP 12926791A JP H04353804 A JPH04353804 A JP H04353804A
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- waveguides
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B2006/2865—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers couplers of the 3x3 type
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路を用いた導波路
型光合分波器に関するものである。
型光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光合分波器は波長分割多重伝送方式を実
現するためのキーデバイスであり、干渉フィルタや回折
格子を用いたマイクロオプティクス型光合分波器、ファ
イバカプラ型光合分波器が従来開発されてきた。さらに
近年は光導波路を用いた導波路型光合分波器の検討も進
められている。一方波長分割多重伝送方式の高機能化も
進められ、従来の例えば１．３１μｍと１．５５μｍの
２波長多重伝送に加えて、１．３１μｍの波長を時分割
多重双方向伝送に使用する方式が開発されつつある。こ
のような伝送方式に使用する光デバイスは光合分波器の
機能と分岐器の機能を兼ね備えていなければならない。 この要求を満足する有力な方法として光導波路を用いて
光合分波器と分岐器を同一導波路基板の上に集積する方
法が報告されている（Ａ．Ｃ Ｃａｒｔｅｒ， Ｐ．Ｊ
． Ｗｉｌｌｉａｍｓ， Ｊ．Ｗ． Ｂｕｒｇｅｓｓ，
ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｐａｓｓｉｖｅ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ， ７．５， Ｈｅａｔｈｒｏ
ｗ Ｐｅｎｔａ Ｈｏｔｅｌ， Ｌｏｎｄｏｎ ８ｔｈ
−９ｔｈ Ｍａｙ １９９０ ）。
現するためのキーデバイスであり、干渉フィルタや回折
格子を用いたマイクロオプティクス型光合分波器、ファ
イバカプラ型光合分波器が従来開発されてきた。さらに
近年は光導波路を用いた導波路型光合分波器の検討も進
められている。一方波長分割多重伝送方式の高機能化も
進められ、従来の例えば１．３１μｍと１．５５μｍの
２波長多重伝送に加えて、１．３１μｍの波長を時分割
多重双方向伝送に使用する方式が開発されつつある。こ
のような伝送方式に使用する光デバイスは光合分波器の
機能と分岐器の機能を兼ね備えていなければならない。 この要求を満足する有力な方法として光導波路を用いて
光合分波器と分岐器を同一導波路基板の上に集積する方
法が報告されている（Ａ．Ｃ Ｃａｒｔｅｒ， Ｐ．Ｊ
． Ｗｉｌｌｉａｍｓ， Ｊ．Ｗ． Ｂｕｒｇｅｓｓ，
ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｐａｓｓｉｖｅ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｔｈｅ
Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ， ７．５， Ｈｅａｔｈｒｏ
ｗ Ｐｅｎｔａ Ｈｏｔｅｌ， Ｌｏｎｄｏｎ ８ｔｈ
−９ｔｈ Ｍａｙ １９９０ ）。
【０００３】図１１は上記の目的に適する従来技術の導
波路型光合分波器である。図１１において３６は導波路
基板、３７は導波路基板３６の上に設けたマッハツェン
ダ型光合分波器、３８は導波路基板３６の上に設けた方
向性結合型光分岐器で、３９はマッハツェンダ型光合分
波器３７の第１の導波路端、４０はマッハツェンダ型光
合分波器３７の第２の導波路端、４１は方向性結合型光
分岐器３８の第１の導波路端、４２は方向性結合型光分
岐器３８の第２の導波路端である。本従来技術例ではマ
ッハツェンダ型光合分波器３７が１．３０μｍと１．５
３μｍの２波長合分波機能を有し、方向性結合型光分岐
器３８が１．３０μｍの３ｄＢ分岐器の機能を有するた
め、上記のように高機能な波長多重伝送方式に適用可能
である。
波路型光合分波器である。図１１において３６は導波路
基板、３７は導波路基板３６の上に設けたマッハツェン
ダ型光合分波器、３８は導波路基板３６の上に設けた方
向性結合型光分岐器で、３９はマッハツェンダ型光合分
波器３７の第１の導波路端、４０はマッハツェンダ型光
合分波器３７の第２の導波路端、４１は方向性結合型光
分岐器３８の第１の導波路端、４２は方向性結合型光分
岐器３８の第２の導波路端である。本従来技術例ではマ
ッハツェンダ型光合分波器３７が１．３０μｍと１．５
３μｍの２波長合分波機能を有し、方向性結合型光分岐
器３８が１．３０μｍの３ｄＢ分岐器の機能を有するた
め、上記のように高機能な波長多重伝送方式に適用可能
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし図１１に示した
従来技術は下記の欠点を有していた。 １） マッハツェンダ型光合分波器３７と方向性結合
型光分岐器３８とが縦続接続されているため導波路寸法
が長くなる。 ２） 方向性結合型光分岐器３８の導波路端４１，４
２には発光素子、受光素子が結合される場合が多いが、
導波路端４１，４２が隣接しているため、発光素子、受
光素子ならびにこれらの素子と接続される送信回路、受
信回路の実装面積が制限される。
従来技術は下記の欠点を有していた。 １） マッハツェンダ型光合分波器３７と方向性結合
型光分岐器３８とが縦続接続されているため導波路寸法
が長くなる。 ２） 方向性結合型光分岐器３８の導波路端４１，４
２には発光素子、受光素子が結合される場合が多いが、
導波路端４１，４２が隣接しているため、発光素子、受
光素子ならびにこれらの素子と接続される送信回路、受
信回路の実装面積が制限される。
【０００５】本発明の目的は上記の従来技術が有する欠
点を解決し、小型にして発光素子、受光素子の実装が容
易な導波路型光合分波器を提供することにある。
点を解決し、小型にして発光素子、受光素子の実装が容
易な導波路型光合分波器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の導波路型光合分
波器は３本の結合した光導波路（以下、「３結合導波路
」と省略する。）を用い、３結合導波路の有する固有モ
ードの位相定数と等価結合長を所定の条件に設定するこ
とにより、光合分波機能と分岐機能を兼ね備えることが
特徴である。従来の技術がマッハツェンダ型光合分波器
（あるいは、方向性結合型光合分波器）と方向性結合型
光分岐器の縦続接続により所望の機能を実現するのに比
べて、単一の光導波路回路で所望の機能を実現すること
が従来技術と基本的に異なる。
波器は３本の結合した光導波路（以下、「３結合導波路
」と省略する。）を用い、３結合導波路の有する固有モ
ードの位相定数と等価結合長を所定の条件に設定するこ
とにより、光合分波機能と分岐機能を兼ね備えることが
特徴である。従来の技術がマッハツェンダ型光合分波器
（あるいは、方向性結合型光合分波器）と方向性結合型
光分岐器の縦続接続により所望の機能を実現するのに比
べて、単一の光導波路回路で所望の機能を実現すること
が従来技術と基本的に異なる。
【０００７】
【作用】その結果として導波路の長さが従来技術に比べ
て約半分となる利点を有する。また３本の導波路の両側
の２本の導波路が分岐出力端となるため、中央の導波路
と交差を生じることなく分岐出力端を導波路の対辺に配
置することが容易であり、分岐出力端の片方に発光素子
、他方に受光素子を実装する場合の実装面積が広くなる
。
て約半分となる利点を有する。また３本の導波路の両側
の２本の導波路が分岐出力端となるため、中央の導波路
と交差を生じることなく分岐出力端を導波路の対辺に配
置することが容易であり、分岐出力端の片方に発光素子
、他方に受光素子を実装する場合の実装面積が広くなる
。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例である。１，２
，３は同一の導波路基板０に形成した導波路、４は第１
の非結合部、５は第１の間隔変換部、６は結合部、７は
第２の間隔変換部、８は第２の非結合部、９〜１１は導
波路１〜３の第１の端部、１２〜１４は導波路１〜３の
第２の端部である。第１の非結合部４および第２の非結
合部８においては導波路１〜３の間隔はそれぞれの領域
内で光結合が生じないよう十分な大きさとなっている。 第１の間隔変換部５および第２の間隔変換部７において
は導波路１〜３の間隔が結合部６に近ずくにつれ徐々に
減少する。結合部６では導波路１，２の間隔と導波路２
，３の間隔は等しく、導波路１と導波路３の幅は等しく
、さらに導波路１，３の幅に対して導波路２の幅もほぼ
等しい対称構造となっている。このような構造の導波路
の動作を以下に説明するが、以下の実施例においては導
波路１〜３の断面寸法は７×７μｍ、コア部とクラッド
部の比屈折率差は０．７５％、導波路間隙３．８μｍ、
結合部６の長さ４．７ｍｍの石英系導波路を用い、第１
の波長Ｗ１として１．３１μｍ、第２の波長Ｗ２として
１．５５μｍを用いた。
，３は同一の導波路基板０に形成した導波路、４は第１
の非結合部、５は第１の間隔変換部、６は結合部、７は
第２の間隔変換部、８は第２の非結合部、９〜１１は導
波路１〜３の第１の端部、１２〜１４は導波路１〜３の
第２の端部である。第１の非結合部４および第２の非結
合部８においては導波路１〜３の間隔はそれぞれの領域
内で光結合が生じないよう十分な大きさとなっている。 第１の間隔変換部５および第２の間隔変換部７において
は導波路１〜３の間隔が結合部６に近ずくにつれ徐々に
減少する。結合部６では導波路１，２の間隔と導波路２
，３の間隔は等しく、導波路１と導波路３の幅は等しく
、さらに導波路１，３の幅に対して導波路２の幅もほぼ
等しい対称構造となっている。このような構造の導波路
の動作を以下に説明するが、以下の実施例においては導
波路１〜３の断面寸法は７×７μｍ、コア部とクラッド
部の比屈折率差は０．７５％、導波路間隙３．８μｍ、
結合部６の長さ４．７ｍｍの石英系導波路を用い、第１
の波長Ｗ１として１．３１μｍ、第２の波長Ｗ２として
１．５５μｍを用いた。
【０００９】導波路１の第１の端部９から第１波長の光
を入力すると結合部６には図２に示す３個の固有伝播モ
ードが励起される。３個の固有伝播モードは３本の結合
導波路１，２，３が有する固有モードの中で、伝播定数
が最も大きな第０次モード、伝播定数が第０次モードに
次いで大きな第１次モード、伝播定数が第１次モードに
次いで大きな第２次モードである。上記の説明では、入
力光がＴＥ偏光またはＴＭ偏光である場合を想定してい
るが、両偏光成分が混在している場合は、ＴＥ偏光，Ｔ
Ｍ偏光のそれぞれに対して第０次モード，第１次モード
，第２次モードが存在し、各モードの伝播定数がＴＥ偏
光とＴＭ偏光でわずかに異なるため厳密には６個の固有
伝播モードが存在することになる。本発明においては同
一次数モードのＴＥ偏光とＴＭ偏光の伝播定数の差は無
視できるものとして扱っているが、伝播定数の差が無視
出来ない場合においても本発明の基本的動作に変わりは
無い。伝播定数の減衰定数成分は損失に影響するが光合
分波器としての基本的な動作には影響しないので以下は
伝播定数の位相定数成分にのみ着目して説明を進める。 更に高次の固有伝播モードおよび放射モードへの結合は
小さいため、光合分波器としての基本的な動作には影響
しないので以下の説明では省略する。
を入力すると結合部６には図２に示す３個の固有伝播モ
ードが励起される。３個の固有伝播モードは３本の結合
導波路１，２，３が有する固有モードの中で、伝播定数
が最も大きな第０次モード、伝播定数が第０次モードに
次いで大きな第１次モード、伝播定数が第１次モードに
次いで大きな第２次モードである。上記の説明では、入
力光がＴＥ偏光またはＴＭ偏光である場合を想定してい
るが、両偏光成分が混在している場合は、ＴＥ偏光，Ｔ
Ｍ偏光のそれぞれに対して第０次モード，第１次モード
，第２次モードが存在し、各モードの伝播定数がＴＥ偏
光とＴＭ偏光でわずかに異なるため厳密には６個の固有
伝播モードが存在することになる。本発明においては同
一次数モードのＴＥ偏光とＴＭ偏光の伝播定数の差は無
視できるものとして扱っているが、伝播定数の差が無視
出来ない場合においても本発明の基本的動作に変わりは
無い。伝播定数の減衰定数成分は損失に影響するが光合
分波器としての基本的な動作には影響しないので以下は
伝播定数の位相定数成分にのみ着目して説明を進める。 更に高次の固有伝播モードおよび放射モードへの結合は
小さいため、光合分波器としての基本的な動作には影響
しないので以下の説明では省略する。
【００１０】図２において２−Ｉは入力モードの界分布
、２−Ａは第０次モードの界分布、２−Ｂは第１次モー
ドの界分布、２−Ｃは第２次モードの界分布である。 対称な構造の３本の結合導波路の特徴として、第０次モ
ードおよび第２次モードの界分布は対称となり、さらに
第０次モードの界分布は導波路１〜３に同符号の極大値
を有するのに対して第２次モードの界分布は導波路１，
３に同符号の極大値を、また導波路２に極小値を有する
。これに対して第１次モードの界分布は反対称であり、
導波路１に極大値、導波路３に極小値を有し、導波路２
において界分布が零となる節点を有するのが特徴である
。さらに導波路間隔が極端に狭くない場合には、図２に
見られるように各モードにおける界分布の極大値、極小
値は以下に示す関係となる。
、２−Ａは第０次モードの界分布、２−Ｂは第１次モー
ドの界分布、２−Ｃは第２次モードの界分布である。 対称な構造の３本の結合導波路の特徴として、第０次モ
ードおよび第２次モードの界分布は対称となり、さらに
第０次モードの界分布は導波路１〜３に同符号の極大値
を有するのに対して第２次モードの界分布は導波路１，
３に同符号の極大値を、また導波路２に極小値を有する
。これに対して第１次モードの界分布は反対称であり、
導波路１に極大値、導波路３に極小値を有し、導波路２
において界分布が零となる節点を有するのが特徴である
。さらに導波路間隔が極端に狭くない場合には、図２に
見られるように各モードにおける界分布の極大値、極小
値は以下に示す関係となる。
【００１１】（１） 第０次モードの導波路１，３に
おける極大値は入力モードの極大値のほぼ１／４であり
、導波路２における極大値は入力モードの極大値のほぼ
２−３／２である。 （２） 第１次モードの導波路１における極大値およ
び導波路３における極小値は入力モードの極大値のほぼ
１／２である。 （３） 第２次モードの導波路１，３における極大値
は入力モードの極大値のほぼ１／４であり、導波路２に
おける極小値は入力モードの極大値のほぼ２−３／２で
ある。
おける極大値は入力モードの極大値のほぼ１／４であり
、導波路２における極大値は入力モードの極大値のほぼ
２−３／２である。 （２） 第１次モードの導波路１における極大値およ
び導波路３における極小値は入力モードの極大値のほぼ
１／２である。 （３） 第２次モードの導波路１，３における極大値
は入力モードの極大値のほぼ１／４であり、導波路２に
おける極小値は入力モードの極大値のほぼ２−３／２で
ある。
【００１２】このような界分布を有する第０次，第１次
，第２次の固有モードは各々異なった位相定数β０，β
１，β２で結合部６を伝播する。β０，β１，β２は波
長とともに変化するものであり、第１の波長Ｗ１におけ
る値をそれぞれβ０Ｗ１，β１Ｗ１，β２Ｗ１とする。 ここで結合部６の等価長Ｌを第１式（１）で与えられる
値に選んだ。 （β０Ｗ１−β２Ｗ１）Ｌ＝（２ｎ−１）
π
（１）ここでｎは整数であり、本実施例ではｎ＝１とし
ている。
，第２次の固有モードは各々異なった位相定数β０，β
１，β２で結合部６を伝播する。β０，β１，β２は波
長とともに変化するものであり、第１の波長Ｗ１におけ
る値をそれぞれβ０Ｗ１，β１Ｗ１，β２Ｗ１とする。 ここで結合部６の等価長Ｌを第１式（１）で与えられる
値に選んだ。 （β０Ｗ１−β２Ｗ１）Ｌ＝（２ｎ−１）
π
（１）ここでｎは整数であり、本実施例ではｎ＝１とし
ている。
【００１３】このとき結合部６を伝播した後の各固有モ
ードのベクトル和の絶対値は図３に示した通りとなる。 第０次モードと第２次モードは図２に比べて位相が反転
するため、導波路２における界分布は相加されて極大値
はほぼ入力モードの極大値の２１／２ となる。β０Ｗ
１およびβ２Ｗ１が任意の値であっても第１式（１）の
関係を満足するＬは必ず存在するが、この場合にβ１Ｗ
１に関してもこのような特別な関係式が成立することは
期待出来ない。そのため第１式が成り立つ場合でも第１
次モードは第０次モードおよび第２次モードに対して任
意の位相関係をとり得る。しかし第１次モードの界分布
は図２に示す如く、導波路２の中央において節を有する
ため、これがどのような位相関係で第０次モード、第２
次モードに相加しようとも導波路２における界分布に与
える影響は小さく、第１式が成り立つ場合には図３に示
した如く導波路２における界分布の極大値はほぼ入力モ
ードの極大値の２１／２ となり導波路０から導波路２
への電力伝達係数は約１／２となる。
ードのベクトル和の絶対値は図３に示した通りとなる。 第０次モードと第２次モードは図２に比べて位相が反転
するため、導波路２における界分布は相加されて極大値
はほぼ入力モードの極大値の２１／２ となる。β０Ｗ
１およびβ２Ｗ１が任意の値であっても第１式（１）の
関係を満足するＬは必ず存在するが、この場合にβ１Ｗ
１に関してもこのような特別な関係式が成立することは
期待出来ない。そのため第１式が成り立つ場合でも第１
次モードは第０次モードおよび第２次モードに対して任
意の位相関係をとり得る。しかし第１次モードの界分布
は図２に示す如く、導波路２の中央において節を有する
ため、これがどのような位相関係で第０次モード、第２
次モードに相加しようとも導波路２における界分布に与
える影響は小さく、第１式が成り立つ場合には図３に示
した如く導波路２における界分布の極大値はほぼ入力モ
ードの極大値の２１／２ となり導波路０から導波路２
への電力伝達係数は約１／２となる。
【００１４】次に第１式（１）の条件が成立する場合に
導波路２の第１の端部１０から第１の波長Ｗ１を有する
光を入力すると結合部６には図４に示す如く３個の固有
モードが励起される。３個の固有モードの界分布は図２
と同一であるが、励起される強度と位相は異なる。すな
わち第０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃは導波路
２において極大値を有し、その値は入力モード４−Ｉの
極大値のほぼ１／２となる。また導波路１および導波路
３においては第０次モード４−Ａが極大値、第２次モー
ド４−Ｃが極小値を有し、その絶対値は入力モード４−
Ｉの極大値のほぼ２−３／２となる。一方第１次モード
４−Ｂが反対称であるのに対して入力モード４−Ｉが対
称であるため、第１次モード４−Ｂは励起されず強度は
零となる。このため結合部６を伝播した後の各固有モー
ドのベクトル和の絶対値は図５で示した通りとなる。第
０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃは図２に比べて
位相が反転するため、導波路２における界分布は相殺さ
れてほぼ零となる。また導波路１および導波路３におい
ては第０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃが相加し
てその絶対値は入力モード４−Ｉの極大値のほぼ２−１
／２となり、導波路２から導波路１および導波路３への
電力伝達係数はそれぞれ約１／２となる。
導波路２の第１の端部１０から第１の波長Ｗ１を有する
光を入力すると結合部６には図４に示す如く３個の固有
モードが励起される。３個の固有モードの界分布は図２
と同一であるが、励起される強度と位相は異なる。すな
わち第０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃは導波路
２において極大値を有し、その値は入力モード４−Ｉの
極大値のほぼ１／２となる。また導波路１および導波路
３においては第０次モード４−Ａが極大値、第２次モー
ド４−Ｃが極小値を有し、その絶対値は入力モード４−
Ｉの極大値のほぼ２−３／２となる。一方第１次モード
４−Ｂが反対称であるのに対して入力モード４−Ｉが対
称であるため、第１次モード４−Ｂは励起されず強度は
零となる。このため結合部６を伝播した後の各固有モー
ドのベクトル和の絶対値は図５で示した通りとなる。第
０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃは図２に比べて
位相が反転するため、導波路２における界分布は相殺さ
れてほぼ零となる。また導波路１および導波路３におい
ては第０次モード４−Ａと第２次モード４−Ｃが相加し
てその絶対値は入力モード４−Ｉの極大値のほぼ２−１
／２となり、導波路２から導波路１および導波路３への
電力伝達係数はそれぞれ約１／２となる。
【００１５】以上の動作説明で３結合導波路が導波路２
から導波路１および導波路３への３ｄＢ結合器として動
作する要件は、３結合導波路が対称構造であることおよ
び結合導波路の位相定数と結合部６の等価長Ｌが第１式
（１）で与えられることが明らかである。
から導波路１および導波路３への３ｄＢ結合器として動
作する要件は、３結合導波路が対称構造であることおよ
び結合導波路の位相定数と結合部６の等価長Ｌが第１式
（１）で与えられることが明らかである。
【００１６】次に（β０−β２）と導波路間隔Ｇの関係
を図６に示す。（β０−β２）は導波路間隔に対してほ
ぼ指数関数的に変化し、その傾斜は長波長の方が緩やか
となる。この関係を用いると、第１式（１）の関係と下
記の第２式（２）の関係を同時に満足する導波路間隔Ｇ
と等価長Ｌの組合せを選ぶことができる。 （β０Ｗ２−β２Ｗ２）Ｌ＝２ｎπ
（２）ここで、β０Ｗ２，β２Ｗ２は第２の波
長Ｗ２における第０次モードおよび第２次モードの位相
定数でありｎは整数である。本実施例においては第１式
と第２式を同時に満足するために結合部６の導波路間隔
Ｇとして３．８μｍ、等価長Ｌとして４．７ｍｍ、ｎと
して１を選んだ。
を図６に示す。（β０−β２）は導波路間隔に対してほ
ぼ指数関数的に変化し、その傾斜は長波長の方が緩やか
となる。この関係を用いると、第１式（１）の関係と下
記の第２式（２）の関係を同時に満足する導波路間隔Ｇ
と等価長Ｌの組合せを選ぶことができる。 （β０Ｗ２−β２Ｗ２）Ｌ＝２ｎπ
（２）ここで、β０Ｗ２，β２Ｗ２は第２の波
長Ｗ２における第０次モードおよび第２次モードの位相
定数でありｎは整数である。本実施例においては第１式
と第２式を同時に満足するために結合部６の導波路間隔
Ｇとして３．８μｍ、等価長Ｌとして４．７ｍｍ、ｎと
して１を選んだ。
【００１７】第２式（２）の条件が成立する場合に導波
路２の第１の端部１０から波長Ｗ２の光を入力すると結
合部６には図７に示す如く３個の固有モードが励起され
る。７−Ｉは入力モードを、７−Ａは第０次モードを、
７−Ｂは第１次モードを、７−Ｃは第２次モードを示す
。３個の固有モードの界分布は図４と同様である。結合
部６を伝播した後の各固有モードのベクトル和の絶対値
は図８で示した通りとなる。第０次モードと第２次モー
ドは第２式（２）の関係により入力側における相対位相
関係と一致するため、入力側に等しい界分布が再現され
、導波路２の第１端部１０から第２端部１３への電力伝
達係数はほぼ１となり、導波路２から導波路１、導波路
３への電力伝達係数は０となる。
路２の第１の端部１０から波長Ｗ２の光を入力すると結
合部６には図７に示す如く３個の固有モードが励起され
る。７−Ｉは入力モードを、７−Ａは第０次モードを、
７−Ｂは第１次モードを、７−Ｃは第２次モードを示す
。３個の固有モードの界分布は図４と同様である。結合
部６を伝播した後の各固有モードのベクトル和の絶対値
は図８で示した通りとなる。第０次モードと第２次モー
ドは第２式（２）の関係により入力側における相対位相
関係と一致するため、入力側に等しい界分布が再現され
、導波路２の第１端部１０から第２端部１３への電力伝
達係数はほぼ１となり、導波路２から導波路１、導波路
３への電力伝達係数は０となる。
【００１８】以上の動作説明から、３結合導波路は下記
（１）〜（３）の要件が満足されれば導波路２に入力し
た光は波長Ｗ１において導波路１および導波路３に３ｄ
Ｂで分岐され、波長Ｗ２において導波路２に０ｄＢで結
合する光合分波器となることが明らかである。 （１） ３結合導波路は中央の導波路に対して両側の
導波路間隔、両側の導波路幅がほぼ等しい対称構造であ
ること。 （２） 結合部６の導波路間隔Ｇおよび等価長Ｌを波
長Ｗ１において第０次モードの位相定数β０Ｗ１と第２
次モードの位相定数β２Ｗ１の間に（β０Ｗ１−β２Ｗ
１）Ｌ＝（２ｎ−１）πの関係が成立するような組合せ
であること。但しｎは整数である。 （３） 結合部６の導波路間隔Ｇおよび等価長Ｌを波
長Ｗ２において第０次モードの位相定数β０Ｗ２と第２
次モードの位相定数β２Ｗ２の間に（β０Ｗ２−β２Ｗ
２）Ｌ＝２ｎπの関係が成立するような組合せであるこ
と。但しｎは整数である。
（１）〜（３）の要件が満足されれば導波路２に入力し
た光は波長Ｗ１において導波路１および導波路３に３ｄ
Ｂで分岐され、波長Ｗ２において導波路２に０ｄＢで結
合する光合分波器となることが明らかである。 （１） ３結合導波路は中央の導波路に対して両側の
導波路間隔、両側の導波路幅がほぼ等しい対称構造であ
ること。 （２） 結合部６の導波路間隔Ｇおよび等価長Ｌを波
長Ｗ１において第０次モードの位相定数β０Ｗ１と第２
次モードの位相定数β２Ｗ１の間に（β０Ｗ１−β２Ｗ
１）Ｌ＝（２ｎ−１）πの関係が成立するような組合せ
であること。但しｎは整数である。 （３） 結合部６の導波路間隔Ｇおよび等価長Ｌを波
長Ｗ２において第０次モードの位相定数β０Ｗ２と第２
次モードの位相定数β２Ｗ２の間に（β０Ｗ２−β２Ｗ
２）Ｌ＝２ｎπの関係が成立するような組合せであるこ
と。但しｎは整数である。
【００１９】このような結合部６の導波路間隔Ｇおよび
等価長Ｌの組合せが可能なことは図６の例から明らかで
ある。ただし３結合導波路が各導波路幅がほぼ等しい対
称構造であるとした点および結合部の等価長Ｌを用いた
点に関しては若干の説明が必要である。
等価長Ｌの組合せが可能なことは図６の例から明らかで
ある。ただし３結合導波路が各導波路幅がほぼ等しい対
称構造であるとした点および結合部の等価長Ｌを用いた
点に関しては若干の説明が必要である。
【００２０】図１において、第１の非結合部４、第１の
間隔変換部５、第２の間隔変換部７、第２の非結合部８
は結合部６の等価長Ｌを確定するめに必要であることは
自明である。間隔変換部５，７の導波路間隔は結合部６
の近傍では結合部６の導波路間隔に近ずくため、間隔変
換部５，７における導波路間の結合が生じ、厳密には第
１式（１）および第２式（２）の結合長Ｌは間隔変換部
５，７の効果を加味したものでなければならない。そこ
で結合部の物理的長さに加えて間隔変換部５，７の効果
を加味したものを本発明では等価長Ｌとしている。
間隔変換部５、第２の間隔変換部７、第２の非結合部８
は結合部６の等価長Ｌを確定するめに必要であることは
自明である。間隔変換部５，７の導波路間隔は結合部６
の近傍では結合部６の導波路間隔に近ずくため、間隔変
換部５，７における導波路間の結合が生じ、厳密には第
１式（１）および第２式（２）の結合長Ｌは間隔変換部
５，７の効果を加味したものでなければならない。そこ
で結合部の物理的長さに加えて間隔変換部５，７の効果
を加味したものを本発明では等価長Ｌとしている。
【００２１】また間隔変換部５，７は曲がり導波路で構
成されるが、曲がり導波路途中の変曲点および曲がり導
波路と非結合部、間隔変換部など直線導波路の接続点で
は曲率が不連続となるため界分布にも不連続を生じ、結
合損失の増大および不要モードの励起をまねく。これを
抑圧するには曲率の不連続点に界分布の不連続を相殺す
るよう光軸ズレを故意に設けることが有効であるが、こ
れは従来の方向性結合器の設計で公知の事実となってお
り本発明との組合せにおいて生じた新たな効果はない。
成されるが、曲がり導波路途中の変曲点および曲がり導
波路と非結合部、間隔変換部など直線導波路の接続点で
は曲率が不連続となるため界分布にも不連続を生じ、結
合損失の増大および不要モードの励起をまねく。これを
抑圧するには曲率の不連続点に界分布の不連続を相殺す
るよう光軸ズレを故意に設けることが有効であるが、こ
れは従来の方向性結合器の設計で公知の事実となってお
り本発明との組合せにおいて生じた新たな効果はない。
【００２２】以上第１の実施例の動作原理を説明したが
、本実施例の光合分波特性を図９に示す。図９において
９−ａは導波路端１０に入力した場合の導波路端１３へ
の出力、９−ｂは導波路端１０に入力した場合の導波路
端１２，１４への出力である。９−ａにおいては１．３
１μｍで挿入損失が最大となり、１．３１μｍ近傍が阻
止域となっている。また１．５５μｍで挿入損失がほぼ
０となり、１．５５μｍ近傍が通過域となっている。 一方９−ｂにおいては１．３１μｍで挿入損失が最小値
３ｄＢを示す通過域となり、１．５５μｍで挿入損失が
最大となり、この近傍が阻止域となっている。図９から
明らかな通り本実施例の光合分波器は１．３１μｍと１
．５５μｍの波長を分波するとともに、１．３１μｍの
波長に対しては３ｄＢ分岐器として動作することがわか
る。
、本実施例の光合分波特性を図９に示す。図９において
９−ａは導波路端１０に入力した場合の導波路端１３へ
の出力、９−ｂは導波路端１０に入力した場合の導波路
端１２，１４への出力である。９−ａにおいては１．３
１μｍで挿入損失が最大となり、１．３１μｍ近傍が阻
止域となっている。また１．５５μｍで挿入損失がほぼ
０となり、１．５５μｍ近傍が通過域となっている。 一方９−ｂにおいては１．３１μｍで挿入損失が最小値
３ｄＢを示す通過域となり、１．５５μｍで挿入損失が
最大となり、この近傍が阻止域となっている。図９から
明らかな通り本実施例の光合分波器は１．３１μｍと１
．５５μｍの波長を分波するとともに、１．３１μｍの
波長に対しては３ｄＢ分岐器として動作することがわか
る。
【００２３】図１０は本発明の第２の実施例である。１
６，１７，１８は同一導波路基板１５に形成した導波路
、１９は第１の非結合部、２０は第１の間隔変換部、２
１は結合部、２２は第２の間隔変換部、２３は第２の非
結合部、２４，２５，２６は導波路１６，１７，１８の
第１の端部、２７〜２９は導波路１６〜１９の第２の端
部である。第２の実施例においては第１の実施例と同じ
く導波路１６〜１８の断面寸法は７×７μｍ、コア部と
クラッド部の比屈折率差は０．７５％、導波路間隙は３
．８μｍ、結合部６の長さは４．７ｍｍの石英系導波路
を用い、第１の波長Ｗ１として１．３１μｍ、第２の波
長Ｗ２として１．５５μｍを用いた。３０は導波路端２
５に接続した入力ファイバ、３１は導波路端２８に接続
した出力ファイバ、３２は導波路１６を導波路端２７に
導く曲げ導波路部、３３は導波路１８を導波路端２９に
導く曲げ導波路部、３４は導波路端２７と先球ファイバ
を介して結合した発光波長１．３１μｍのレーザダイオ
ード、３５は導波路端２９に直接結合したフォトダイオ
ードである。
６，１７，１８は同一導波路基板１５に形成した導波路
、１９は第１の非結合部、２０は第１の間隔変換部、２
１は結合部、２２は第２の間隔変換部、２３は第２の非
結合部、２４，２５，２６は導波路１６，１７，１８の
第１の端部、２７〜２９は導波路１６〜１９の第２の端
部である。第２の実施例においては第１の実施例と同じ
く導波路１６〜１８の断面寸法は７×７μｍ、コア部と
クラッド部の比屈折率差は０．７５％、導波路間隙は３
．８μｍ、結合部６の長さは４．７ｍｍの石英系導波路
を用い、第１の波長Ｗ１として１．３１μｍ、第２の波
長Ｗ２として１．５５μｍを用いた。３０は導波路端２
５に接続した入力ファイバ、３１は導波路端２８に接続
した出力ファイバ、３２は導波路１６を導波路端２７に
導く曲げ導波路部、３３は導波路１８を導波路端２９に
導く曲げ導波路部、３４は導波路端２７と先球ファイバ
を介して結合した発光波長１．３１μｍのレーザダイオ
ード、３５は導波路端２９に直接結合したフォトダイオ
ードである。
【００２４】図１０に示した第２の実施例の動作を以下
に説明する。入力ファイバ３０から入射した波長１．３
１μｍの光は図９の９−ｂの特性で明らかな通り３ｄＢ
の分岐損失フォトダイオード３５に結合される。また入
力ファイバ３０から入射した波長１．５５μｍの光は図
９の９−ａの特性で明らかな通りほぼ無損失で出力ファ
イバ３１に導かれる。一方発光波長１．３１μｍのレー
ザダイオード３４の光は図９の９−ｂの特性で明らかな
通り、３ｄＢの合流損失で入力ファイバ３０に導かれる
。このような光合分波器を用いることにより１．３１μ
ｍの双方向通信と１．５５μｍの通信を波長分割多重す
ることが可能となり、さらにレーザダイオード３４とフ
ォトダイオード３５を導波路基板の対辺に配置すること
により、レーザダイオード３４とフォトダイオード３５
を出力ファイバ３１から分離でき、送信回路、受信回路
などをレーザダイオード３４とフォトダイオード３５の
直近に実装することが極めて容易となった。
に説明する。入力ファイバ３０から入射した波長１．３
１μｍの光は図９の９−ｂの特性で明らかな通り３ｄＢ
の分岐損失フォトダイオード３５に結合される。また入
力ファイバ３０から入射した波長１．５５μｍの光は図
９の９−ａの特性で明らかな通りほぼ無損失で出力ファ
イバ３１に導かれる。一方発光波長１．３１μｍのレー
ザダイオード３４の光は図９の９−ｂの特性で明らかな
通り、３ｄＢの合流損失で入力ファイバ３０に導かれる
。このような光合分波器を用いることにより１．３１μ
ｍの双方向通信と１．５５μｍの通信を波長分割多重す
ることが可能となり、さらにレーザダイオード３４とフ
ォトダイオード３５を導波路基板の対辺に配置すること
により、レーザダイオード３４とフォトダイオード３５
を出力ファイバ３１から分離でき、送信回路、受信回路
などをレーザダイオード３４とフォトダイオード３５の
直近に実装することが極めて容易となった。
【００２５】本実施例においては導波路端２７とレーザ
ダイオード３４は先球ファイバを介して結合しているが
、本発明は第２の実施例に拘束されるものではなく、導
波路端のスポット径とレーザダイオードのスポット径の
差を縮小するための光学系、例えば球レンズ、非球面レ
ンズ、分布屈折率レンズを単独または組み合わせて使用
すれば本実施例と同様の効果が得られることは自明であ
る。また本実施例においては導波路端２９にフォトダイ
オード３５を直接結合しているが、本発明は第２の実施
例に拘束されるものではなく、導波路端とフォトダイオ
ードの間に光学結合系を挿入しても本実施例と同様の効
果が得られることも自明である。
ダイオード３４は先球ファイバを介して結合しているが
、本発明は第２の実施例に拘束されるものではなく、導
波路端のスポット径とレーザダイオードのスポット径の
差を縮小するための光学系、例えば球レンズ、非球面レ
ンズ、分布屈折率レンズを単独または組み合わせて使用
すれば本実施例と同様の効果が得られることは自明であ
る。また本実施例においては導波路端２９にフォトダイ
オード３５を直接結合しているが、本発明は第２の実施
例に拘束されるものではなく、導波路端とフォトダイオ
ードの間に光学結合系を挿入しても本実施例と同様の効
果が得られることも自明である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
の効果がえられる。 （１） 従来の技術が方向性結合型光合分波器と方向
性結合型光分岐器の縦続接続により所望の機能を実現す
るのに比べて、本発明は単一の光導波路回路で所望の機
能を実現することが従来技術と基本的に異なる。その結
果として導波路の長さが従来技術に比べて約半分となる
利点を有する。 （２） ３本の導波路の両側の２本の導波路が分岐出
力端となるため、中央の導波路と交差を生じることなく
分岐出力端を導波路の対辺に配置することが容易であり
、分岐出力端の片方に発光素子、他方に受光素子を実装
する場合の実装面積が広くなる。
の効果がえられる。 （１） 従来の技術が方向性結合型光合分波器と方向
性結合型光分岐器の縦続接続により所望の機能を実現す
るのに比べて、本発明は単一の光導波路回路で所望の機
能を実現することが従来技術と基本的に異なる。その結
果として導波路の長さが従来技術に比べて約半分となる
利点を有する。 （２） ３本の導波路の両側の２本の導波路が分岐出
力端となるため、中央の導波路と交差を生じることなく
分岐出力端を導波路の対辺に配置することが容易であり
、分岐出力端の片方に発光素子、他方に受光素子を実装
する場合の実装面積が広くなる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】導波路の第１の端部から第１波長の光を入力し
た時に結合部に励起される３個の固有伝播モードを示す
特性図である。
た時に結合部に励起される３個の固有伝播モードを示す
特性図である。
【図３】導波路の第１の端部から第１波長の光を入力し
た時に結合部を伝播した後の各固有モードのベクトル和
の絶対値を示す特性図である。
た時に結合部を伝播した後の各固有モードのベクトル和
の絶対値を示す特性図である。
【図４】第１式が成立する場合に導波路の第１の端部か
ら第１の波長を有する光を入力した時に結合部に励起さ
れる３個の固有モードを示す特性図である。
ら第１の波長を有する光を入力した時に結合部に励起さ
れる３個の固有モードを示す特性図である。
【図５】第１式が成立する場合に導波路の第１の端部か
ら第１の波長を有する光を入力した時に結合部を伝播し
た後の各固有モードのベクトル和の絶対値を示す特性図
である。
ら第１の波長を有する光を入力した時に結合部を伝播し
た後の各固有モードのベクトル和の絶対値を示す特性図
である。
【図６】第０次モードの位相定数β０と第２次モードの
位相定数β２の差（β０−β２）と導波路間隔Ｇの関数
を示す特性図である。
位相定数β２の差（β０−β２）と導波路間隔Ｇの関数
を示す特性図である。
【図７】第２式の条件が成立する場合に導波路の第１の
端部から第２の波長を有する光を入力する時に結合部に
励起される３個の固有モードを示す特性図である。
端部から第２の波長を有する光を入力する時に結合部に
励起される３個の固有モードを示す特性図である。
【図８】第２式の条件が成立する場合に導波路の第１の
端部から第２の波長を有する光を入力する時に結合部に
伝播した後の各固有モードのベクトル和の絶対値を示す
特性図である。
端部から第２の波長を有する光を入力する時に結合部に
伝播した後の各固有モードのベクトル和の絶対値を示す
特性図である。
【図９】第１実施例の光合分波特性を示す特性図である
。
。
【図１０】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図１１】従来の導波路型光合分波器を示す構成図であ
る。
る。
０ 導波路基板
１，２，３ 導波路
４，８ 非結合部
５，７ 間隔変換部
６ 結合部
９，１０，１１ 第１の端部
１２，１３，１４ 第２の端部
１５ 導波路基板
１６，１７，１８ 導波路
１９，２３ 非結合部
２０，２２ 間隔変換部
２１ 結合部
２４，２５，２６ 第１の端部
２７，２８，２９ 第２の端部
３０ 入力ファイバ
３１ 出力ファイバ
３２，３３ 導波路部
３４ レーザダイオード
３５ フォトダイオード
３６ 導波路基板
３７ マッハツェンダ型光合分波器
３８ 方向性結合型光分岐器
３９，４０，４１，４２ 導波路端
Claims (1)
- 【請求項１】 ３本の導波路は下記（１）〜（３）の
要件が満足される結合部を有し、中央の導波路に入力し
た光は波長Ｗ１において両側の導波路にほぼ等分配され
、波長Ｗ２において中央の導波路をほぼ無損失で通過す
ることを特徴とする導波路型光合分波器。 （１） ３本の結合した導波路より成る結合部は、中
央の導波路に対して両側の導波路間隔、両側の導波路幅
がほぼ等しい対称構造である。 （２） 結合部の導波路間隔および等価結合長が波長
Ｗ１において第０次モードの位相定数β０Ｗ１と第２次
モードの位相定数β２Ｗ１の間に（β０Ｗ１−β２Ｗ１
）Ｌ＝（２ｎ−１）πの関係が成立するような組合せで
あること。 （３） 結合部の導波路間隔および等価結合長が波長
Ｗ２において第０次モードの位相定数β０Ｗ２と第２次
モードの位相定数β２Ｗ２の間に（β０Ｗ２−β２Ｗ２
）Ｌ＝２ｎπの関係が成立するような組合せであること
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12926791A JPH04353804A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 導波路型光合分波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12926791A JPH04353804A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 導波路型光合分波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04353804A true JPH04353804A (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=15005354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12926791A Withdrawn JPH04353804A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 導波路型光合分波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04353804A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023031312A (ja) * | 2021-08-24 | 2023-03-08 | アップル インコーポレイテッド | カップリングデバイス及び方法、波長ロックシステム及び方法、並びに位相アンラップシステム及び方法 |
| US11832364B2 (en) | 2018-09-28 | 2023-11-28 | Apple Inc. | Systems and methods for wavelength locking in optical sensing systems |
| US11835836B1 (en) | 2019-09-09 | 2023-12-05 | Apple Inc. | Mach-Zehnder interferometer device for wavelength locking |
| US12375182B2 (en) | 2021-09-24 | 2025-07-29 | Apple Inc. | Interference devices for wavelength locking |
-
1991
- 1991-05-31 JP JP12926791A patent/JPH04353804A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11832364B2 (en) | 2018-09-28 | 2023-11-28 | Apple Inc. | Systems and methods for wavelength locking in optical sensing systems |
| US12402224B2 (en) | 2018-09-28 | 2025-08-26 | Apple Inc. | Systems and methods for wavelength locking in optical sensing systems |
| US11835836B1 (en) | 2019-09-09 | 2023-12-05 | Apple Inc. | Mach-Zehnder interferometer device for wavelength locking |
| US12399412B2 (en) | 2019-09-09 | 2025-08-26 | Apple Inc. | Mach-Zehnder interferometer device for wavelength locking |
| JP2023031312A (ja) * | 2021-08-24 | 2023-03-08 | アップル インコーポレイテッド | カップリングデバイス及び方法、波長ロックシステム及び方法、並びに位相アンラップシステム及び方法 |
| US12321014B2 (en) | 2021-08-24 | 2025-06-03 | Apple Inc. | Coupling devices and methods, wavelength locking systems and methods, and phase unwrapping systems and methods |
| US12375182B2 (en) | 2021-09-24 | 2025-07-29 | Apple Inc. | Interference devices for wavelength locking |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |