JPH0465362B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0465362B2 JPH0465362B2 JP275686A JP275686A JPH0465362B2 JP H0465362 B2 JPH0465362 B2 JP H0465362B2 JP 275686 A JP275686 A JP 275686A JP 275686 A JP275686 A JP 275686A JP H0465362 B2 JPH0465362 B2 JP H0465362B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- branch
- light
- mode
- optical
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 62
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 28
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 31
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 23
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(ア) 技術分野
この発明は、波長の異なるふたつの光を分離す
ることのできる分波素子に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (A) Technical Field The present invention relates to a demultiplexing element that can separate two lights of different wavelengths.
光通信は光を信号に用いる。通信容量を増大す
るために、波長の異なる2以上の光信号が、同一
の光フアイバの中を伝送するようにする。これが
光多重通信である。波長の異なる光信号が光フア
イバの中で干渉しあつたりすることはない。独立
の光信号として伝送される。 Optical communication uses light as a signal. In order to increase communication capacity, two or more optical signals with different wavelengths are transmitted through the same optical fiber. This is optical multiplex communication. Optical signals of different wavelengths do not interfere with each other within the optical fiber. Transmitted as an independent optical signal.
この場合、1本の光フアイバ又は媒質の中か
ら、波長の異なるふたつの光を分離するための素
子が出射端に於て必要である。これが分波素子で
ある。 In this case, an element for separating two lights of different wavelengths from one optical fiber or medium is required at the output end. This is the demultiplexing element.
(イ) 従来技術
光多重通信に於て用いられる分波素子には、
(a) 回折格子やプラズムなどの角度分散素子を用
いたもの、
(b) 誘電体多層膜の干渉フイルタなどの波長選択
性反射/透過膜を用いたもの、
などがある。(b) Prior art The demultiplexing elements used in optical multiplexing communications include (a) those using angular dispersion elements such as diffraction gratings and plasmas, and (b) wavelength selection devices such as dielectric multilayer interference filters. These include those using reflective/transmissive films.
(a)のカテゴリーに属するものの例を第8図に示
す。1本の入力側光フアイバ30と、複数の出力
側光フアイバ31とが並列に設けられる。端面は
面一になつており、集束性ロツドレンズ32の一
端に固着されている。集束性ロツドレンズの他端
には、回折格子33が設けられる。入射側光フア
イバ30から集束性ロツドレンズ32に入射した
光は、回折格子33に当たる。 An example of something belonging to category (a) is shown in Figure 8. One input optical fiber 30 and a plurality of output optical fibers 31 are provided in parallel. The end face is flush with the other end and is fixed to one end of the focusing rod lens 32. A diffraction grating 33 is provided at the other end of the focusing rod lens. The light incident on the focusing rod lens 32 from the incident side optical fiber 30 hits the diffraction grating 33.
光は回折するが、回折角は、光の波長によつて
異なる。その光の波長λに対応する回折角の方向
にある出射側光フアイバ31へと回折される事に
なる。 Light is diffracted, and the diffraction angle differs depending on the wavelength of the light. The light is diffracted into the output side optical fiber 31 in the direction of the diffraction angle corresponding to the wavelength λ of the light.
回折格子としては、シリコン単結晶の選択エツ
チングを利用した高回折効率のブレーズ回折格子
がよく用いられる。 As the diffraction grating, a blazed diffraction grating with high diffraction efficiency that utilizes selective etching of a silicon single crystal is often used.
この分波素子は、回折格子を使用するので、多
数の波長の光信号を一度に分波することができ
る、という長所である。たとえば20チヤンネルの
光信号を分波、或は多重変換することができる。 Since this demultiplexing element uses a diffraction grating, it has the advantage of being able to demultiplex optical signals of many wavelengths at once. For example, 20 channels of optical signals can be demultiplexed or multiplexed.
しかしながら、光フアイバの位置ぎめが難しく
製作が困難である。また挿入損失が大きいという
欠点もある。 However, the positioning of the optical fiber is difficult and manufacturing is difficult. Another disadvantage is that the insertion loss is large.
第9図には波長選択性反射/透過膜を用いた分
波素子を示している。4つの集束性ロツドレンズ
35を用いる。2つのロツドレンズの間には、干
渉フイルタ膜36,37が設けてある。これは誘
電体多層膜によつて作られた干渉フイルタであ
る。ある特定の波長の光を透過し、他の波長の光
を反射する。 FIG. 9 shows a demultiplexing element using a wavelength selective reflection/transmission film. Four focusing rod lenses 35 are used. Interference filter films 36 and 37 are provided between the two rod lenses. This is an interference filter made of dielectric multilayer films. It transmits light of certain wavelengths and reflects light of other wavelengths.
干渉フイルタ膜36,37を挾んだ2組のロツ
ドレンズ35は、軸と直角な方向に少しずれた位
置に於て貼り合わされている。 Two sets of rod lenses 35 sandwiching interference filter films 36 and 37 are bonded together at positions slightly shifted in a direction perpendicular to the axis.
ロツドレンズの前後端面には、4つの光フアイ
バA,B,C,Dが固着されている。 Four optical fibers A, B, C, and D are fixed to the front and rear end surfaces of the rod lens.
波長b,c,dの3種類の光が、光フアイバA
から入するとする。干渉フイルタ36は、波長b
の光のみ透過し、c,dの光を反射する。c,d
の光は2番目の干渉フイルタ膜37に当たる。こ
のフイルタ膜37はcを反射し、dを透過させ
る。従つて、光フアイバB,C,Dから波長b,
c,dの光が出射される。 Three types of light with wavelengths b, c, and d are transmitted through optical fiber A.
Suppose we enter from The interference filter 36 has a wavelength b
It transmits only the light of , and reflects the light of c and d. c, d
The light hits the second interference filter film 37. This filter film 37 reflects light c and transmits light d. Therefore, wavelengths b,
Lights c and d are emitted.
この分波素子は2つ又は3つ程度の光信号を分
波できるだけである。しかし、挿入損失は少い、
とされている。 This demultiplexing element can only demultiplex about two or three optical signals. However, the insertion loss is small,
It is said that
(ウ) 従来技術の問題点
いずれの分波素子も、光の波長の違いを直接に
利用して、波長の異なる光を分波するものであ
る。従つて、次のような問題点があつた。(c) Problems with conventional technology All of the demultiplexing elements directly utilize the difference in wavelength of light to demultiplex light of different wavelengths. Therefore, the following problems arose.
(1) 素子の製作には非常な高精度が要求され、高
価になる。(1) Extremely high precision is required to manufacture the device, making it expensive.
第8図、第9図の例で、出射側光フアイバの
位置は極めて厳格に決定されなければならな
い。レンズの端面から出射する光の位置は波長
によつて決まつているからである。正規の位置
から、光フアイバのコア径分だけずれると、出
射光が出てこない、という事になる。 In the examples of FIGS. 8 and 9, the position of the output side optical fiber must be determined very strictly. This is because the position of the light emitted from the end face of the lens is determined by the wavelength. If it deviates from the normal position by the diameter of the optical fiber's core, no light will be emitted.
(2) 入射角の依存性が大きく調整が困難である。
レンズの中の光路は一義的に定まる。もし入射
角が正規の角度からずれると、出射端に於ける
出射点の位置がズレてしまう。(2) The dependence on the angle of incidence is large and adjustment is difficult.
The optical path inside the lens is uniquely determined. If the incident angle deviates from the normal angle, the position of the output point at the output end will deviate.
(3) 空間伝搬光を分波するため、フアイバとの結
合には基本的に適さない。(3) Since it demultiplexes spatially propagating light, it is basically not suitable for coupling with fiber.
(エ) 目的
量産することができ、しかも低価格にできる分
波素子を与える事が本発明の目的である。(d) Purpose It is an object of the present invention to provide a demultiplexing element that can be mass-produced and at a low cost.
使用時に於て調整精度のゆるやかな分波素子を
与える事が本発明の第2の目的である。 A second object of the present invention is to provide a demultiplexing element whose adjustment accuracy is gentle during use.
光フアイバとの結合容易な分波素子を与える事
が本発明の第3の目的である。 A third object of the present invention is to provide a demultiplexing element that can be easily coupled to an optical fiber.
(オ) 導波形光ビームスプリツタ
導波形光ビームスプリツタは、榎原、井筒、末
田“導波形光ビームスプリツタ”輻射科学研究会
1982RS−82−11によつて初めて提案されたもの
である。(E) Waveguided optical beam splitter The waveguided optical beam splitter is a waveguided optical beam splitter by Enohara, Izutsu, and Sueda, “Waveguided optical beam splitter” by the Radiation Science Research Group.
It was first proposed in 1982RS-82-11.
第3図に導波形光ビームスプリツタの平面図を
示す。 FIG. 3 shows a plan view of the waveguide optical beam splitter.
これは対称Y分岐と非対称Y分岐とを組合わせ
たX型の分岐をもつ素子である。 This is an element with an X-shaped branch, which is a combination of a symmetrical Y-branch and an asymmetrical Y-branch.
4つの単一モード光導波が一点で結合している
ような形状をもつている。 It has a shape in which four single mode optical waveguides are coupled at one point.
分岐を構成する光導波路のそれぞれを、単に、
分枝と呼ぶ。左半分の分枝と分枝は同一幅の
単一モードで光導波路である。つまり、,は
上下方向に対称である。結合部Qに於て、,
は角θ1をなす。 Each of the optical waveguides that make up the branch is simply written as
It's called a branch. The left half branch and the branch are single mode optical waveguides with the same width. In other words, , is symmetrical in the vertical direction. At the joint Q,
forms an angle θ 1 .
結合部より右半分の分枝W,Nは非対称であ
る。角θ2をなす。分枝Wの方がNより太い。分岐
角θ1,θ2は分りやすくするため大きく書いている
が、実に十分に小さい角度である。 The branches W and N on the right half of the joint are asymmetrical. form an angle θ 2 . Branch W is thicker than N. Although the branching angles θ 1 and θ 2 are drawn large for ease of understanding, they are actually sufficiently small angles.
光の進行方向をz軸とする。つまり分枝,
の二等分線の方向がz軸である。 Let the direction of light travel be the z-axis. In other words, branching,
The direction of the bisector of is the z-axis.
紙面に対して垂直上向きにx軸をとる。光の進
行はz軸方向に沿つているが、y軸方向成分も少
し含まれる。 The x-axis is taken perpendicularly upward to the plane of the paper. Although the light travels along the z-axis direction, a small y-axis direction component is also included.
光導波路,,W,Nは同じ屈折率の媒質で
ある。周辺のクラツドは、より低い屈折率の媒質
である。 The optical waveguides, , W, and N are media with the same refractive index. The surrounding cladding is a lower index medium.
問題を単純化するために、x軸方向には、無限
に拡がつており、x軸方向に屈折率は変らないと
仮定する。 To simplify the problem, it is assumed that the x-axis direction is infinitely expanded and the refractive index does not change in the x-axis direction.
つまり、,,W,Nは無限に広い板状の導
波路であると仮定するのである。そうするとx方
向に関する微係数が0になり、マツクスウエル方
程式が単純化される。 In other words, it is assumed that , W, and N are infinitely wide plate-shaped waveguides. Then, the differential coefficient with respect to the x direction becomes 0, and the Maxwell equation is simplified.
さらに、分岐角θ1,θ2は十分小さいので、y方
向に見て、分枝,、分枝W,Nのそれぞれの
部分は五層光導波路とみなすことができる。 Furthermore, since the branching angles θ 1 and θ 2 are sufficiently small, each of the branches W, N, and W can be regarded as a five-layer optical waveguide when viewed in the y direction.
五層光導波路とここでいうのは、クラツド・コ
ア・クラツド・コア・クラツドの五層である。真
中のクラツドが厚ければ、コア・コア間にはなん
の相互作用も存在しない。 The five-layer optical waveguide here refers to the five layers of cladding, core, cladding, core, and cladding. If the cladding in the middle is thick, there is no interaction between the cores.
しかし、真中のクラツドが薄いと、コア・コア
間に相互作用が存在する。 However, if the middle cladding is thin, there will be core-to-core interaction.
これらの光導波路は単一モードである。つま
り、幅は十分狭くて、単一モード、最低次モード
の光しか通さないのである。光エネルギーに関し
て、ノードのないモードである。 These optical waveguides are single mode. In other words, the width is narrow enough to allow only a single mode, the lowest mode of light, to pass through. With respect to light energy, it is a nodeless mode.
真中のクラツドが十分厚いときは、各コアは独
立の媒質と考えられるから、三層構造(クラツ
ド・コア・クラツド)のスラブ導波路にほぼ等し
い。最低次モードはエルミート函数H0(y)で表
現できる。 When the middle cladding is sufficiently thick, each core is considered to be an independent medium, so it is almost equivalent to a three-layer structure (cladding, core, cladding) slab waveguide. The lowest order mode can be expressed by the Hermitian function H 0 (y).
これは、コアの幅が異なつていても同じことで
ある。ただし、コアの幅は単一モード伝搬の条件
からある値より小さい事が要求される。 This is true even if the core widths are different. However, the width of the core is required to be smaller than a certain value due to the single mode propagation conditions.
中間のクラツドが薄いと、コア・コアの間に相
互作用が生ずる。この場は五層構造のスラブ線路
と考えられる。2つのコアを伝搬する光の波動函
数はH0で表現される。しかし、位相に関して、
2つのコアで同一位相の場合と、逆位相の場合が
ある。 If the intermediate cladding is thin, core-to-core interaction will occur. This field is considered to be a five-layered slab railway. The wave function of light propagating through the two cores is expressed as H 0 . However, regarding the phase,
There are cases where the two cores have the same phase and cases where they have opposite phases.
同一位相の場合、これを偶モードという。分枝
、分枝の最低次ヨード波動函数を,とす
ると、偶モードは+と書くことができる。 When the phases are the same, this is called an even mode. If the lowest order iodine wave function of the branch and branch is , then the even mode can be written as +.
逆位相の場合、つまり位相が180°違う場合、こ
れを奇モードという。奇モードは−と簡単に
書くことができる。 When the phases are opposite, that is, when the phases differ by 180°, this is called an odd mode. Odd mode can be simply written as -.
単に、中間のクラツドが薄いというだけの五層
構造であれば、波動函数,の位相差φは0と
180°に限定されない。連続的ランダムの値を取り
うる。 If the structure is simply a five-layer structure with a thin intermediate cladding, the phase difference φ of the wave function is 0.
Not limited to 180°. Can take continuous random values.
しかし、分枝,が結合部Qに於て合一する
から、より厳しい条件が位相差について課される
ことになる。 However, since the branches merge at the junction Q, stricter conditions are imposed on the phase difference.
結合部Qの導波路の幅はとの幅とを加えた
ものであるから、最低次モードと、2番目のモー
ドとを通す。エルミート函数でいえば、H0とH1
が結合部に於て存在しうる。 Since the width of the waveguide of the coupling portion Q is the sum of the widths of and, it passes the lowest mode and the second mode. In terms of Hermitian functions, H 0 and H 1
may be present at the joint.
第4図に偶モード、奇モードの波動函数の変化
を図式的に示す。 FIG. 4 schematically shows changes in the wave function in even mode and odd mode.
分枝と分枝に於て、いずれも最低次のモー
ドが励起されているとする。この光が僅かな分岐
角θ1により、少しずつ接近し、やがて結合部で合
体する。 It is assumed that the lowest order mode is excited in both branches. These lights approach each other little by little due to a slight divergence angle θ 1 and eventually coalesce at the joint.
結合部では、0次モードH0と1次モードH1が
存在する。H0、H1以外のものは存在しない。 At the junction, a zero-order mode H 0 and a first-order mode H 1 exist. Nothing other than H 0 and H 1 exists.
θ1は小さいので、波動函数の変化は、連続的に
起る。つまり断熱的に変化する。結合部でH0モ
ードになるためには、分枝,に於て波動函数
が対称でなければならない。つまり、+で示
されるような(位相差0)波動函数が、,に
於て存在しなければならない。 Since θ 1 is small, changes in the wave function occur continuously. In other words, it changes adiabatically. In order to become H 0 mode at the junction, the wave function must be symmetrical at the branch. In other words, a wave function (with a phase difference of 0) as shown by + must exist at .
第4図に於て、,に関し対称なものを偶モ
ードというが、これは結合部に於けるH0モード
に接続されるからである。 In FIG. 4, a mode that is symmetrical with respect to , is called an even mode because it is connected to the H 0 mode at the coupling part.
これに反して、結合部に於ける1次モードH1
になめらかに接続される波動函数は分枝,に
関して−で表現されるものである。これは
H1に接続されるから奇モードと呼ぶものである。 On the other hand, the primary mode H 1 at the junction
A wave function that is smoothly connected is represented by - with respect to a branch. this is
Since it is connected to H 1 , it is called an odd mode.
このように、分枝,に関し単一モード函数
が存在し、その位相差は、結合部がなければラン
ダムである。しかし結合部があつて、ここにふた
つのモードしか存在しないので、位相差は0か
180°かなのである。 Thus, there exists a single mode function for the branch, whose phase difference is random in the absence of a coupling part. However, since there is a coupling part and only two modes exist there, the phase difference is 0.
It is 180°.
さて、位相定数βは、モードを記述する固有値
である。これは光と伝搬方向に関する波数という
物理的意味をもつている。 Now, the phase constant β is an eigenvalue that describes the mode. This has a physical meaning as a wave number related to light and the propagation direction.
位相定数は、ひとつのモードについては定数で
ある。低次モードほど大きくなる。これが実数で
ないものは放射モードであつて伝搬しないから、
考慮しない。 The phase constant is constant for one mode. The lower the mode, the larger it becomes. If this is not a real number, it is a radiation mode and does not propagate, so
Not considered.
位相定数は、コア、クラツド屈折率、導波路幅
の関数である。 The phase constant is a function of the core, cladding refractive index, and waveguide width.
さきほどの波動函数の和+、差−とい
うのは簡単化した言い方である。中間のクラツド
が狭い時は五層導波路として、ひとつの統一的な
波動函数を考えなければならない。 The sum + and difference - of the wave functions mentioned earlier are simplified terms. When the intermediate cladding is narrow, one unified wave function must be considered as a five-layer waveguide.
分枝,は対称であるから、結合から十分遠
い点で、偶モードで奇モードも、同じ位相定数を
もつ。分岐が単独に存在する場合と同じだから
である。 Since the branches are symmetrical, even and odd modes have the same phase constant at points sufficiently far from the coupling. This is because it is the same as when the branch exists alone.
第5図に第4図の光導波路に於ける位相定数の
変化を示す。横軸は、光の伝搬方向zである。真
中が結合部分で、左半分が対称分岐,側、右
半分が非対称分岐側W,N側である。 FIG. 5 shows changes in the phase constant in the optical waveguide of FIG. 4. The horizontal axis is the light propagation direction z. The middle part is the connecting part, the left half is the symmetric branch side, and the right half is the asymmetric branch side W, N side.
分枝の幅の和は保存されているとする。+
=W+Nという式で示される。ここで、は分枝
の幅という事であり、波動函数を意味している
のではない。 It is assumed that the sum of the widths of the branches is conserved. +
It is expressed by the formula =W+N. Here, is the width of the branch, not the wave function.
位相定数は、コア、クラツド、屈折率が同じ、
モード数である時、導波路の幅が広いほど大き
い。分枝Wの幅が最も広いとすると分枝Wに於け
る位相定数Tが最も大きい。次いで、分枝,
に於ける共通の位相定数U、もつとも小さいのが
分枝Nに於ける位相定数Rである。こうしてz=
−∞と+∞の位相定数βの値が確定する。z=±
∞に於て、θ1,θ2がいかに小さくても有限角であ
る限り、分枝,間、或はW,N間の相関は存
在しない。したがつて、z=−∞でUとなり、+
∞でTとRになる。 The phase constant is the same for the core, cladding, and refractive index.
The wider the waveguide, the greater the number of modes. If the width of the branch W is the widest, the phase constant T in the branch W is the largest. Then branch,
The common phase constant U in the branch N is smaller than the phase constant R in the branch N. Thus z=
The value of the phase constant β of −∞ and +∞ is determined. z=±
At ∞, no matter how small θ 1 and θ 2 are, as long as they are finite angles, there is no correlation between branches or between W and N. Therefore, at z=-∞, it becomes U, and +
At ∞ it becomes T and R.
結合部分Qについて考える。 Let us consider the connecting part Q.
位相定数は、モード次数が高いほど小さく、導
波路幅が小さい程小さい。 The higher the mode order, the smaller the phase constant, and the smaller the waveguide width, the smaller the phase constant.
結合部分において0次モードの位相定数は、ど
の分枝の位相定数より大きい、幅が広いからであ
る。これをVで表現する。 This is because the phase constant of the 0th-order mode in the coupled portion is wider and larger than the phase constant of any branch. This is expressed as V.
1次モードの位相定数は、0次モードの位相定
数Vよりかなり小さい。これをSとする。 The phase constant of the first-order mode is much smaller than the phase constant V of the zero-order mode. Let this be S.
偶モードの波動函数は+によつて象徴的に
表現できるが、分枝の間隙が狭くなるに従つて、
位相定数がVに近づく。 The even mode wave function can be symbolically expressed by +, but as the gap between the branches becomes narrower,
The phase constant approaches V.
波動函数+が、結合部分Qに於ける0次モ
ード函数H0に連続してゆくからである。 This is because the wave function + continues to the zero-order mode function H 0 in the coupling part Q.
奇モードの波動函数−は、間隙が狭くなる
に従い、位相定数がSに近づいてゆく。 The phase constant of the odd mode wave function - approaches S as the gap becomes narrower.
こうして、偶モードと、奇モードの縮退がとけ
てゆく。位相定数に関しては、偶モードがUV、
奇モードがUSの曲線を描くことになる。 In this way, the degeneracy of the even mode and the odd mode disappears. Regarding the phase constant, even mode is UV,
The odd mode will draw a US curve.
このような位相定数の変化は可逆的である。 Such a change in phase constant is reversible.
反対に、結合部Qから、分枝,の方向へ
H0、H1モードの光を伝搬させることもできる。
この場合、偶モードの光は、+として、同一
位相の分枝,に於ける0次モードになつてゆ
く。奇モードの光は、−として反対位相の0
次モードになつてゆく。位相定数は接近してゆき
z→−∞に於て縮退する。 On the contrary, from the joint Q to the direction of the branch,
It is also possible to propagate light in H 0 and H 1 modes.
In this case, the even mode light becomes the zero-order mode in the branch with the same phase as +. Odd mode light has opposite phase 0 as -
Moving into the next mode. The phase constant approaches and degenerates as z→−∞.
縮退するのが一般的なのではない。分枝の幅が
同一であるから縮退するのである。 It is not common to degenerate. It degenerates because the widths of the branches are the same.
位相定数が縮退するから、0から出発した0次
モード光のエネルギーは半分づつ、分枝とに
分配される。Qから出発した1次モードの光のエ
ネルギーも半分づつ、分枝とに分配される。 Since the phase constant is degenerate, the energy of the 0th-order mode light starting from 0 is distributed in half to the branches. The energy of the first mode light starting from Q is also distributed in half to the branches.
このように等分配則が成立するが、これは2つ
の分枝,に於て位相定数が縮退しているから
こうなるのである。位相定数が縮退するのは、導
波路幅が等しいからである。 The equidistribution law is established in this way, and this is because the phase constants are degenerate in the two branches. The phase constant degenerates because the waveguide widths are equal.
さて、接合部Qより右側にある非対称分岐側に
ついて説明する。分枝Wの幅の方が分枝Nの幅よ
り広いものとする。 Now, the asymmetric branch side on the right side of the joint Q will be explained. It is assumed that the width of the branch W is wider than the width of the branch N.
必要なものは幅の不等性W>Nだけである。ど
ちらが何倍大きくなければならないという事はな
い。条件は厳しくない。これが重要な点である。 All that is required is a width inequality W>N. It doesn't matter how many times larger one or the other has to be. The conditions are not strict. This is the important point.
位相定数は、同じモードの光であれば幅が広い
方が大きくなる。分枝W,Nは単一モード導波路
であるから、0次モード光しか伝搬しない。 If the light is in the same mode, the wider the width, the larger the phase constant. Since the branches W and N are single mode waveguides, only the zero-order mode light propagates.
0次モード光であつても、Wの方が広いので、
Wの位相定数の方が大きく、Tとなる。TはUよ
り大きい。 Even if it is 0th mode light, W is wider, so
The phase constant of W is larger and becomes T. T is greater than U.
Nの方が狭いから、Nの位相定数Rは小さい。 Since N is narrower, the phase constant R of N is smaller.
線路幅の広さは、W→、→Nの順であるか
ら、位相定数については、
T>U>R (1)
という関係がある。 Since the width of the line is in the order of W→→N, there is a relationship of T>U>R (1) regarding the phase constant.
結合部分の位相定数Vは、最も広い線路に於け
る0次モードのものであるから、Tより大きい。
位相定数Sは、Rより小さい。これは線路幅の和
が一定であることによる。 The phase constant V of the coupling portion is larger than T because it is the zero-order mode in the widest line.
The phase constant S is smaller than R. This is because the sum of the line widths is constant.
偶モードの光がQ点から、分枝W,Nへと進行
するとする。第4図に於て、それぞれの地点に於
て、偶モード波動函数を右に、奇モード波動函数
を左に図示してある。 Assume that even mode light travels from point Q to branches W and N. In FIG. 4, the even mode wave function is shown on the right and the odd mode wave function is shown on the left at each point.
Q点に於ける、右方の波動函数が偶モードの波
動函数である。これは結合部が無限に長いと仮定
した時のH0モードである。ピークがひとつあり、
ノード(零点)はない。 The wave function on the right at point Q is the even mode wave function. This is the H 0 mode assuming that the bond is infinitely long. There is one peak,
There are no nodes (zeros).
偶モード位相定数はVである。これが分枝W,
Nに入ると、偶函数であるので、位相差が0の0
次モードになつてゆく。しかし、等分配されるわ
けではない。偶モードのエネルギーは次第に分枝
Nから抜けだして、分枝Wに移行してゆく。Z→
∞では、全てエネルギーが分枝Wに集中する。 The even mode phase constant is V. This is the branch W,
When entering N, it is an even function, so the phase difference is 0, which is 0.
Moving into the next mode. However, it is not distributed equally. The even mode energy gradually leaves the branch N and moves to the branch W. Z →
At ∞, all the energy is concentrated in the branch W.
このような変化を第5図で見ると、VからTに
至る曲線に対応する。VからRに至る変化が起ら
ない。 When such a change is seen in FIG. 5, it corresponds to a curve from V to T. No change from V to R occurs.
偶モード波動函数が、勾配の変化がゆるやかで
ある。このため、狭い方の分枝Nにおける、コ
ア、クラツド境界に於ける電場、磁場の連続条件
を満たすことができず、広い分枝Wの方へ局在し
てしまうのである。 The even mode wave function has a gradual change in slope. Therefore, the continuity condition of the electric field and magnetic field at the core and cladding boundaries in the narrower branch N cannot be satisfied, and they are localized toward the wider branch W.
θ2が小さければ、このような変化は断熱的に起
こるから、V→Tへの変換ロスは殆ど0になる。 If θ 2 is small, such a change occurs adiabatically, so the conversion loss from V to T becomes almost zero.
奇モードの光が結合部Qから右方へ伝搬する事
を考える。Qに於て(第4図)左側に図示した波
動函数である。ピークが正負2つあり、ノード
(零点)がひとつある。これは結合部Qがこの幅
で無限に長いとしたときの1次モードH1に対応
する。位相定数はSである。 Consider that odd mode light propagates from the coupling part Q to the right. This is the wave function shown on the left side of Q (Figure 4). There are two peaks, positive and negative, and one node (zero point). This corresponds to the first-order mode H 1 when the coupling portion Q has this width and is infinitely long. The phase constant is S.
分枝W,Nに入ると、180°位相の異なる0次モ
ード光へと変換してゆく。分枝Nでは正、Wでは
負の0次モード光として図示してある。もちろん
逆でもよい。 When the light enters the branches W and N, it is converted into zero-order mode light with a 180° phase difference. The branch N is shown as positive light, and the branch W is shown as negative zero-order mode light. Of course, the opposite is also possible.
1次モード光であつたから、Qに於て、コア、
クラツド間境界に於ける勾配が大きい。この勾配
は、狭い方の分枝Nに於けるコア、クラツド境界
に於ける勾配に近い。 Since it was primary mode light, in Q, the core,
The gradient at the interclad boundary is large. This slope is close to the slope at the core-clad boundary in the narrower branch N.
そこで、奇モード光は、狭い分枝Nに適合し、
分枝Nへとエネルギーを集中してゆく。 Therefore, the odd mode light fits into the narrow branch N,
Energy is concentrated on branch N.
広い方の分枝Wは、幅が広いので、コア、クラ
ツドの境界条件を課すと、波動函数の勾配が小さ
くなり、本来、勾配のきつい奇モードの波動函数
は、分枝Wに入りこみにくい。負の0次モード波
動函数が少しずつ消えてゆく。 Since the wider branch W is wide, imposing the boundary condition between the core and the cladding reduces the slope of the wave function, and the wave function of the odd mode with a steep slope is originally difficult to enter the branch W. The negative zero-order mode wave function gradually disappears.
結局z→+∞の極限で、奇モードの光は、全
て、分枝Nに局在するという事になる。位相定数
でいえばSからRへの変化が起こるという事にな
る。 After all, in the limit of z→+∞, all the odd mode light is localized in branch N. In terms of the phase constant, a change from S to R occurs.
以上の話は、全てθ2が小さく、断熱近似が成立
すると仮定している。 The above discussion all assumes that θ 2 is small and that the adiabatic approximation holds.
実際に独立の波動函数が定義できるのは、Z→
±∞の極限に於てだけである。結合部に於ても、
これに近い領域に於ても独立な波動函数が存在す
るというわけではない。 Actually, an independent wave function can be defined as Z→
Only in the limit of ±∞. Even at the joint,
Even in a region close to this, it does not mean that an independent wave function exists.
結合部に於ては、三層構造の幅の一様なスラブ
線路の近似がなされており、これに対応する0次
モードH0、1次モードH1が存在するとしてい
る。 At the coupling part, an approximation is made to a slab line having a three-layer structure with a uniform width, and it is assumed that there are a zero-order mode H 0 and a first-order mode H 1 corresponding to this.
これ以外の領域では、平行なクラツドが無限に
連続する五層構造スラブ線路の近似がなされてい
る。それぞれのコアに対して、これを隔てる幅が
一定のクラツドが介在するという近似である。こ
の場合、奇モード、偶モードの位相定数は計算で
きるし、波動函数も計算できる。 In other areas, a five-layer slab line with an infinite series of parallel claddings is approximated. This is an approximation that there is a cladding with a constant width separating each core. In this case, the phase constants of odd and even modes can be calculated, and the wave function can also be calculated.
第5図の位相定数は、中間のクラツド幅の函数
として、各モードの位相定数を求め、z軸方向の
距離とクラツド幅dの関係(d=2ztanθ2/2)
を使つて、変数をzに書き換えたものにすぎな
い。 The phase constant in Figure 5 is obtained by determining the phase constant of each mode as a function of the intermediate cladding width, and then calculating the relationship between the distance in the z-axis direction and the cladding width d (d = 2ztanθ 2 /2).
It is just a rewriting of the variable to z using .
従つて、V,Sを含む、中間の位相定数は明確
に定義される量である。 Therefore, intermediate phase constants, including V and S, are well-defined quantities.
しかしながら、θ1,θ2が十分小さければ、平行
スラブ線路の仮定が十分成り立ち、断熱的に位相
定数が変化してゆくことになる。 However, if θ 1 and θ 2 are sufficiently small, the assumption of parallel slab lines holds true, and the phase constant changes adiabatically.
このような断熱近似の仮定は、θ1,θ2が小さい
限り妥当である。 Such an adiabatic approximation assumption is valid as long as θ 1 and θ 2 are small.
非対称分枝に於ける変化も可逆的である。分枝
Nから結合部Qへ向けて伝搬する光は、分枝Nが
狭いので、コア、クラツドの境界で勾配が大きく
なる。このため、分枝Wが接近してくると、分枝
Wのコアの中へ負の波動函数を要求する。位相差
180°の0次モードが分枝Wに於て成長してゆく。
結合部に至ると、これは1次モード、つまり奇モ
ードの光になる。 Changes in asymmetric branching are also reversible. Since the branch N is narrow, the light propagating from the branch N to the coupling part Q has a large gradient at the boundary between the core and the cladding. Therefore, when a branch W approaches, it demands a negative wave function into the core of the branch W. phase difference
The zero-order mode of 180° grows in the branch W.
When the light reaches the coupling part, it becomes first-order mode, that is, odd-mode light.
これだけであれば、単なるビームスプリツタと
かわらない。 If this is all there is to it, it is no different from a simple beam splitter.
分枝から入つた光は、結合部に於いて、0次
モード、1次モード光の両方を励起する。したが
つて、これらの光エネルギーは、分枝WへもNへ
もほぼ等量入つてゆく。 The light entering from the branch excites both the zero-order mode and the first-order mode light at the coupling part. Therefore, almost the same amount of these optical energies enters the branch W and the branch N.
分枝から入つた光も同様で、分枝WとNの両
方へ入る。 The same goes for the light entering from the branch, which enters both branches W and N.
いずれの分枝,から入つた光も2分されて
出射される。 Light entering from either branch is split into two and emitted.
反対に、分枝Wから入つた光は、結合部の0次
モードへ変化する。0次モード光は2等分されて
分枝,に出射される。2分されることには変
わりない。 On the contrary, the light entering from the branch W changes to the zero-order mode of the coupling part. The zero-order mode light is divided into two equal parts and emitted into branches. It doesn't change the fact that it's divided into two.
分枝Nから入つた光は、結合部に於て1次モー
ドに変化する。1次モード光は2等分されて分枝
,に入り、ここから出射される。 The light entering from the branch N changes to the first-order mode at the coupling part. The first-order mode light is divided into two equal parts, enters the branch, and is emitted from there.
このように、ひとつの分枝から光を入射する
と、対向分枝から2分された光が出射されるだけ
で、単純なビームスプリツタと変わるところがな
い。 In this way, when light enters from one branch, only two split lights are emitted from the opposite branch, so there is no difference from a simple beam splitter.
しかし、対称分岐側のふたつの分枝,へ、
同時に、位相差が0、又は180°の光を入射するこ
とができれば、結合部Qでは、0次モードか1次
モードかいずれかのモードしか存在しないように
することことができる。 However, to the two branches on the symmetric branch side,
At the same time, if light with a phase difference of 0 or 180° can be input, only either the 0th-order mode or the 1st-order mode can exist in the coupling portion Q.
入射光は2本必要で、しかも同時でなければな
らずさらに位相差が0か180°でなければならな
い。 Two incident lights are required, and they must be simultaneous, and the phase difference must be 0 or 180°.
第6図は同位相の光を分枝,へ同時に入射
したものを示す。波動函数は+で示すことが
できる。結合部の0次モードになり、以後偶モー
ドになるから、広い方の分枝Wへと集中する。 Figure 6 shows light of the same phase entering the branches simultaneously. The wave function can be indicated by +. Since it becomes the zero-order mode of the coupling part and thereafter becomes an even mode, it concentrates on the wider branch W.
第7図は逆位相の光を分枝,へ同時に入射
したものを示す。波動函数は−で示すことが
できる。結合部の1次モードになる。奇モードに
なるので、狭い方の分枝Nへと集中する。 FIG. 7 shows light of opposite phases being simultaneously incident on the branches. The wave function can be indicated by -. It becomes the first mode of the coupling part. Since it becomes an odd mode, it concentrates on the narrower branch N.
第6図と第7図とを比較すると、これが選択性
をもつ分波素子になつていることが分る。 Comparing FIG. 6 and FIG. 7, it can be seen that this is a selective demultiplexing element.
選択性といつても波長選択性ではなく位相の選
択性である。第6図では同位相で分枝Wへ、第7
図では逆位相で分枝Nへと光が分離される。 When we talk about selectivity, we mean phase selectivity, not wavelength selectivity. In Fig. 6, the branch W is in the same phase, and the 7th
In the figure, light is separated into branches N with opposite phases.
(カ) 発明の構成
以上の説明に於ては、光の波長は一定だとして
きた。(f) Structure of the invention In the above explanation, it has been assumed that the wavelength of light is constant.
分枝に課される条件は、
(1) 分枝,,W,Nは単一モード導波路であ
る。1次モード以上のモードは存在しない。 The conditions imposed on the branch are: (1) Branch, , W, and N are single mode waveguides. There are no modes higher than the primary mode.
(2) 結合部Qに於て、0次モード、1次モードの
2モードが存在しうること。(2) Two modes, a zero-order mode and a first-order mode, can exist in the coupling part Q.
である。従つて、この2条件を満足できる波長の
光に対しては、同じ作用があるわけである。It is. Therefore, light with a wavelength that satisfies these two conditions has the same effect.
本発明者は、このような導波形光ビームスプリ
ツタを用いて、分波素子を作ることができるとい
う事に気付いた。 The inventor of the present invention has realized that it is possible to create a splitting element using such a waveguide type optical beam splitter.
ある波長λ1の光Σに対しては分枝,に入力
する位相が同相になるようにし、ある波長λ2の光
にΠに対しては分枝,に入力する位相が逆相
になるようにする。 For light Σ of a certain wavelength λ 1 , the phase input to the branch is made to be in phase, and for light of a certain wavelength λ 2 to Π, the phase input to the branch is made to be in opposite phase. Make it.
こうすれば、光Σは分枝Wへ、光Πは分枝Nへ
と分割される。 In this way, the light Σ is split into the branch W, and the light Π is split into the branch N.
それでは同相の光を2つ作り出すにはどうすれ
ばよいかという事である。位相差が変化してはな
らないから、ひとつの光源を使わなければならな
い。 So, the question is, how can we create two lights of the same phase? Since the phase difference must not change, a single light source must be used.
波長が一定でなければならないから、レーザが
光源となる。そうするとレーザ光を2つに分け、
後に分枝,を通し結合点で合体する、という
事になる。2つのパスについて光路差が一定であ
るという事と、光路差が波長の整数倍であるとい
う事が要求される。 Since the wavelength must be constant, a laser becomes the light source. Then, the laser beam is divided into two parts,
Later, they will pass through the branches and merge at the connection point. It is required that the optical path difference between the two paths be constant and that the optical path difference be an integral multiple of the wavelength.
逆相の光を2つ作り出すにはどうすればよいか
という事もある。位相差が、波長が一定でなけれ
ばならないから、レーザを光源とし、これを2つ
に分けた後に分枝,を通す、という事も同じ
である。結合部で合体するが2つのパスについて
光路差があり、光路差が波長の(整数+1/2)倍
でなければならない。 There is also the question of how to create two pieces of light with opposite phases. Since the phase difference and the wavelength must be constant, the same applies to using a laser as a light source, dividing it into two, and then passing the branch. Although they are combined at the coupling part, there is an optical path difference between the two paths, and the optical path difference must be (integer + 1/2) times the wavelength.
合計4つのパスが必要だという事になる。しか
し4つのパスを通すということ自体が難しいし、
位相差の変などが起こりやすいので望ましくな
い。 This means that a total of four passes are required. However, passing through four paths is difficult in itself,
This is undesirable because changes in the phase difference are likely to occur.
そこでパスを共通にし、2つのパスだけを使う
ようにする。 Therefore, make the path common and use only two paths.
このパスをKとLとする。K,Lが、波長λ1の
光Σに対しては同位相で、波長λ2の光Πに対して
は逆位相で、光を出力するようにする。K,Lの
光路差が、光Σに対しては波長の整数倍で、光Π
に対しては波長の半整数倍であるようにすればよ
い。 Let these paths be K and L. K and L output light in the same phase with respect to the light Σ having the wavelength λ 1 and in opposite phase to the light Σ having the wavelength λ 2 . The optical path difference between K and L is an integral multiple of the wavelength for light Σ, and
For this purpose, the wavelength may be set to be a half-integer multiple of the wavelength.
図面によつて説明する。 This will be explained using drawings.
第1図は本発明の分波素子の構成を示す平面図
である。 FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a demultiplexing element of the present invention.
スラブ線路の仮定であるから、x方向に屈折率
は変らないものとする。 Since this is an assumption of a slab line, it is assumed that the refractive index does not change in the x direction.
分波素子は、分枝,、結合部Q、分枝W,
Nを一部に含む光導波路群よりなつている。 The branching element includes a branch, a coupling part Q, a branch W,
It consists of a group of optical waveguides that partially include N.
分枝,の前段に、同一の光を入射させ、分
割するための、入射路10、分岐路11,12、
分岐路13,14などが形成されている。入射路
10と分岐路11,13とはY分岐を構成してい
る。交角θ3は十分小さい角度である。Y分岐1
1,13の終端には平行分岐路12,14が続い
ている。平行分岐路12,14につづいて、前述
の分枝、分枝が存在する。 An input path 10, branch paths 11, 12, for making the same light incident and splitting the same light before the branch,
Branch paths 13, 14, etc. are formed. The input path 10 and the branch paths 11 and 13 constitute a Y branch. The intersection angle θ 3 is a sufficiently small angle. Y branch 1
Parallel branch paths 12 and 14 continue from the ends of lines 1 and 13. Following the parallel branch paths 12 and 14, there are the aforementioned branches and branches.
分枝,は小さい交角θ2で、結合部Qに於で
交わる。 The branches intersect at the junction Q with a small intersection angle θ 2 .
結合部Qから狭い角θ2をなすように、広い分枝
Wと、狭い分枝Nとが形成されている。 A wide branch W and a narrow branch N are formed so as to form a narrow angle θ 2 from the joint Q.
分枝W、分枝Nには出射路15,16が連続し
ている。 Output paths 15 and 16 are continuous to the branch W and the branch N.
Y分岐10,11,13の分岐点をPとする。
PからQへ至るパスが2つ存在する。ひとつは分
岐路11,12、分枝よりなるパスである。こ
れを光路Kと呼ぶ。 The branch points of Y branches 10, 11, and 13 are assumed to be P.
There are two paths from P to Q. One is a path consisting of branch paths 11 and 12 and branches. This is called the optical path K.
もうひとつは、分岐路13,14分枝よりな
るパスである。これを光路Lと呼ぶ。 The other path is composed of branch paths 13 and 14. This is called the optical path L.
コアの屈折率をn、光路Kと光路Lの長さの差
をΔlとする。光路の差はnΔlである。波長λの光
が光路Kと光路Lとを通つてP点からQ点に至る
場合、位相差Δφは
Δφ=1π/λnΔl (2)
によつて表わされる。 Let n be the refractive index of the core, and let Δl be the difference in length between the optical path K and the optical path L. The difference in optical path is nΔl. When light with wavelength λ passes through optical path K and optical path L from point P to point Q, the phase difference Δφ is expressed by Δφ=1π/λnΔl (2).
波長λ1の光Σに対し、位相差は2πの整数倍と
する。波長λ2の光Πに対し、位相差は2πの半整
数倍とする。すなわち、m、sを整数として、
nΔl=λ1m (3)
nΔl=λ2(s+1/2) (4)
となるようにすればよい。ここで、λ1,λ2に対す
る屈折率nが同一としているが、λ1とλ2の差があ
まり大きくない場合はほぼ同一である。また屈折
率n1,n2を区別してあまり困難はない。 For light Σ with wavelength λ 1 , the phase difference is an integral multiple of 2π. For light Π of wavelength λ 2 , the phase difference is a half-integer multiple of 2π. That is, nΔl=λ 1 m (3) nΔl=λ 2 (s+1/2) (4) where m and s are integers. Here, it is assumed that the refractive indices n for λ 1 and λ 2 are the same, but if the difference between λ 1 and λ 2 is not very large, they are almost the same. Also, it is not difficult to distinguish between the refractive indices n 1 and n 2 .
(3)、(4)の条件が成立したとすると、光Σは、結
合部Qの直前で分枝,に対して同相の光にな
る。これは、結合部で偶モードを励起する。従つ
て、非対称分岐の内、分枝Wへと進行し、出射端
15から出射する。 If the conditions (3) and (4) are satisfied, the light Σ becomes light that is in phase with the branch immediately before the coupling part Q. This excites even modes at the junction. Therefore, among the asymmetric branches, the light advances to the branch W and is emitted from the output end 15.
光Πは、結合部の直前で、分枝,に於て反
対位相の光になる。これは結合部で奇モードを励
起する。従つて、非対称分枝Nへと進行し、出射
端16から出射する。 The light Π becomes light of opposite phase at the branch immediately before the coupling part. This excites odd modes at the junction. Therefore, it progresses to the asymmetric branch N and exits from the output end 16.
λ1,λ2の地がまず決まつたとすると、(3)、(4)に
於て、自由に決定できる値は、屈折率nと光路長
の差Δlである。これは、波長のオーダーの精度
で正確に与えなければならない。 Assuming that the locations of λ 1 and λ 2 are first determined, the value that can be freely determined in (3) and (4) is the difference Δl between the refractive index n and the optical path length. This must be given precisely with an accuracy on the order of a wavelength.
より簡単にΔlを制御することができる。 Δl can be controlled more easily.
光路K,Lのいずれか一方、又は両方に電気光
学効果を有する位相遅延素子を設ける。第2図は
そのものの例を示す。 A phase delay element having an electro-optic effect is provided in one or both of the optical paths K and L. Figure 2 shows an example of this.
光路の一部又は全部が電気光学効果をもつ結晶
で作られているとする。ここへ長さl1の電極を貼
りつけて、電極間に電圧Vを印加する。電極1
7,18,19,20を図示している。以下は、
位相遅延素子がひとつである場合の説明である。
ふたつあつても同じことである。 Assume that part or all of the optical path is made of a crystal that has an electro-optic effect. An electrode of length l 1 is pasted here, and a voltage V is applied between the electrodes. Electrode 1
7, 18, 19, and 20 are illustrated. The following is
This is an explanation of the case where there is one phase delay element.
It's the same thing even if there are two.
これにより、この部分の屈折率を変化させるこ
とができる。光路長の増分は、屈折率の増分Δn
として、l1Δnによつて表わすことができる。 Thereby, the refractive index of this portion can be changed. The optical path length increment is the refractive index increment Δn
can be expressed by l 1 Δn.
(3)、(4)式のかわりに、 nΔl+l1Δn=λ1m (5) nΔl+l1Δn=λ2(s+1/2) (6) となる。 Instead of equations (3) and (4), nΔl+l 1 Δn=λ 1 m (5) nΔl+l 1 Δn=λ 2 (s+1/2) (6).
Δnは、印加電圧Vに比例するから制御可能な
変数である。(5)、(6)式はより一層満足されやすい
ことになる。 Since Δn is proportional to the applied voltage V, it is a controllable variable. Equations (5) and (6) are easier to satisfy.
(3)、(4)式に於て、まず波長λ1,λ2が決まる。こ
の比λ1/λ2の値が精度よく定まる。これを、整数
mと半整数(s+1/2)の比、あるいは偶数2mと
奇数(2n+1)の比になるようにする。こうし
て、mとsとを同時に決定する。コア屈折率は、
不純物ドープ量によつて決まることもあり、変数
であることもある。しかし、多くの場合nは定数
と考えられ、結局、m、sに対して、適当な光路
差Δlを決定する。 In equations (3) and (4), wavelengths λ 1 and λ 2 are first determined. The value of this ratio λ 1 /λ 2 is determined with high accuracy. This is made to be the ratio of an integer m to a half-integer (s+1/2), or the ratio of an even number 2m to an odd number (2n+1). In this way, m and s are determined simultaneously. The core refractive index is
It may be determined by the amount of impurity doping and may be variable. However, in many cases, n is considered to be a constant, and in the end, an appropriate optical path difference Δl is determined for m and s.
(3)、(4)からnΔlの誤差は波長の1/4以下でなけ
ればならないことは明らかである。 It is clear from (3) and (4) that the error in nΔl must be less than 1/4 of the wavelength.
l1Δnによる制御可能量はΔnの最大値とl1の積
で示される。Δnの最大値がたとえ小さくても、
l1が長ければ、制御可能量は大きくなる。l1Δnの
変域をδ(l1Δn)で示すとする。これは最大値と
いつてもよい。 The amount that can be controlled by l 1 Δn is expressed as the product of the maximum value of Δn and l 1 . Even if the maximum value of Δn is small,
The longer l 1 , the greater the controllable amount. Let us denote the range of l 1 Δn by δ(l 1 Δn). This can be called the maximum value.
δ(l1Δn)λ1λ2/2(λ1−λ2) (7)
程度であれば、Δlの誤差があつても(5)、(6)式を
満足するようにΔnを与えることができる。 If it is about δ(l 1 Δn)λ 1 λ 2 /2(λ 1 −λ 2 ) (7), Δn is given so that it satisfies equations (5) and (6) even if there is an error in Δl. be able to.
注意すべき事がある。 There are things to be careful of.
第3図〜第7図、第1図は全てx方向にはコ
ア、クラツドが同一断面で連続するというスラブ
線路の仮定を置いている。 3 to 7 and FIG. 1 are all based on the assumption that the core and cladding are continuous in the same cross section in the x direction of the slab line.
しかし、第2図はx方向に無限に続くのではな
く、x方向には薄い薄膜誘電体線路になつてい
る。 However, in FIG. 2, the line does not continue infinitely in the x direction, but instead becomes a thin thin film dielectric line in the x direction.
実際には、x方向に変化がないという仮定は非
現実的である。そうではなく、x方向には浅い誘
電体分枝とするのである。スラブ線路仮定は計算
を単純化するためのものである。 In reality, the assumption of no change in the x direction is unrealistic. Instead, it is a shallow dielectric branch in the x direction. The slab line assumption is to simplify calculations.
実際にx方向への拡がりがなくyz平面上に2
次元的な誘電体分岐線路を作る。 2 on the yz plane without actually expanding in the x direction
Create a dimensional dielectric branch line.
このようにすると、位相定数が少し小さくなる
が、これまで説明したものと同じように、分枝
,、分枝W,Nに於て、偶モード、奇モード
を励起するようにできる。 In this way, although the phase constant becomes a little smaller, it is possible to excite the even mode and the odd mode in the branches W and N in the same manner as described above.
平面上に形成したY分岐内の波動函数を、x軸
(紙面に直角)方法には同一の媒質が存在すると
仮定してこれを求める事はしばしばなされる。 The wave function in a Y-branch formed on a plane is often found on the assumption that the same medium exists along the x-axis (perpendicular to the plane of the paper).
第1図に従つて、紙面直角に同一媒質が連続し
ているものと考えても、yz平面だけに拡がる薄
いものと考えてもよい。 According to FIG. 1, the same medium may be considered to be continuous perpendicular to the plane of the paper, or it may be considered to be a thin medium that spreads only on the yz plane.
第2図は電極を設ける必要があり、当然、薄い
平面的な、素子となる。 In FIG. 2, it is necessary to provide electrodes, and the element is naturally thin and planar.
(キ) 作用
波長λ1の光Σと、波長λ2の光Πとが入射路10
から入射したとする。いずれの光も分岐点Pで半
分に分かれる。パワーはいずれも2等分される。(G) Effect Light Σ with wavelength λ 1 and light Π with wavelength λ 2 enter the incident path 10.
Suppose that the incident occurs from Both lights are split in half at the branch point P. The power is divided into two equal parts.
光Σは、光路K,Lの位相差が2πの整数倍で
あるから、分枝,に於て同位相の最低次モー
ド光であつてかつ位相の等しい光になる。 Since the phase difference between the optical paths K and L is an integral multiple of 2π, the light Σ becomes the lowest order mode light with the same phase and the same phase in the branching.
これは結合部で0次モード光になる。非対称分
枝W1Nへ進むと偶モード光となり、太い分枝W
へと進行する。 This becomes zero-order mode light at the coupling part. Proceeding to the asymmetric branch W 1 N, it becomes even mode light and becomes a thick branch W
progress to.
光Πは、光路K,Lの位相差が2πの半整数倍
であるから、分枝,に於ては、逆位相の組合
わせににる。これは結合部で1次モード光にな
る。非対称分枝W,Nへ進むと、奇モード光とな
り、細い分枝Nへと進行する。 Since the phase difference between the optical paths K and L is a half-integer multiple of 2π, the light Π forms a combination of opposite phases in the branching. This becomes first-order mode light at the coupling part. Proceeding to the asymmetric branches W and N, the light becomes odd mode light and proceeds to the thin branch N.
結局、光Σは、分枝Wへ、光Πは分枝nへと分
波されたことになる。 In the end, the light Σ is branched into the branch W, and the light Π is branched into the branch n.
(ク) 効果
(1) 精度の要求が激しくないので、大量生産が容
易で、低価格となりうる。(h) Effects (1) Since there is no severe requirement for accuracy, mass production is easy and the price can be low.
波長の相違す光を分離するため角度分散素子
などを用いないから、幾何学的な配置について
厳しい条件はない。 Since an angular dispersion element or the like is not used to separate lights of different wavelengths, there are no strict conditions regarding the geometrical arrangement.
(2) 使用時の調整精度がゆるやかである。(2) Adjustment accuracy during use is gradual.
(3) 光フアイバとの結合が容易である。コアとク
ラツドとよりなる誘導体線路を用いているから
である。(3) Easy to connect with optical fiber. This is because a dielectric line consisting of a core and a cladding is used.
(4) 光波長多重通信の分波素子として用いる事が
できる。(4) Can be used as a demultiplexing element in optical wavelength multiplexing communications.
(ケ) 数値例
電気光学効果を有する位相遅延素子として、
LiNbO3結晶を用いるとする。(k) Numerical example As a phase delay element with electro-optic effect,
Assume that LiNbO 3 crystal is used.
電極間隔をd、電圧をVとすると、屈折率変化
Δnは
Δn=1/2n3γV/d (8)
によつて与えられる。γは電気光学係数である。 When the electrode spacing is d and the voltage is V, the refractive index change Δn is given by Δn=1/2n 3 γV/d (8). γ is the electro-optic coefficient.
n=2.26
γ=32.2×10-12
であるから
Δn=1.86×10-10V/d (9)
電極の長さl1と、間隔dを、それぞれ
l1=5×10-3m
d=10×10-6m
と仮定すると、
l1Δn=9.3×10-8V (10)
となる。λ1=1.3m(Σ光)、λ2=1.55μm(Π光)
と仮定する。これは光通信に於て、よく用いられ
る波長である。 Since n=2.26 γ=32.2×10 -12 Δn=1.86×10 -10 V/d (9) The length l 1 of the electrode and the distance d are respectively l 1 = 5×10 -3 m d= Assuming 10×10 -6 m, l 1 Δn=9.3×10 -8 V (10). λ 1 = 1.3m (Σ light), λ 2 = 1.55μm (Π light)
Assume that This is a wavelength often used in optical communications.
Σ,Πに対して、
Σl1Δn/λ1=V/13.98 (11)
Πl1Δn/λ2=V/16.67 (12)
となり、(5)、(6)式でΔl=0とした場合V=42(ボ
ルト)として、
l1Δn/λ1=3.00 (13)
l1Δn/λ2=2.51 (14)
を得る。m=3、s=2に当たる。 For Σ and Π, Σl 1 Δn/λ 1 = V/13.98 (11) Πl 1 Δn/λ 2 = V/16.67 (12) When Δl = 0 in equations (5) and (6) Assuming V=42 (volts), we obtain l 1 Δn/λ 1 =3.00 (13) l 1 Δn/λ 2 =2.51 (14). This corresponds to m=3 and s=2.
第1図は本発明の分波素子の基本形を示す平面
図。第2図は電気光学素子を用いた本発明の分波
素子の平面図。第3図は井筒らによつて輻射科学
研究会1982、RS−82−11“導波形ビームスプリツ
タ”に於て提案された導波形ビームスプリツタの
平面図。第4図は導波形ビームスプリツタに於け
る偶モード、奇モードの分枝,,W,Nに伝
わる波動函数の変化を示す図。第5図は位相定数
の変化を導波形光ビームスプリツタの全体にわた
つて図示したグラフ。第6図は同位相の光を分枝
,に導くことにより、分枝Wへ光を分離でき
ることを示す図。第7図は逆位相の光を分枝,
に導くことにより、分枝Nへ光を分離できるこ
とを示す図。第8図は回折格子を用いた公知の分
波素子の側面図。第9図は干渉フイルタを用いた
公知の分波素子の側面図。
……対称分枝のひとつ、……対称分枝のひ
とつ、W……非対称分枝の広い方の分枝、N……
非対称分枝の狭い方の分枝、Q……結合部、P…
…分岐点、Σ……波長λ1の光、Π……波長λ2の
光、17〜20……電極。
FIG. 1 is a plan view showing the basic form of the demultiplexing element of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the demultiplexing element of the present invention using an electro-optical element. FIG. 3 is a plan view of a waveguide beam splitter proposed by Izutsu et al. in the 1982 Radiation Science Study Group, RS-82-11 "Waveguide Beam Splitter". FIG. 4 is a diagram showing changes in the wave function transmitted to even mode and odd mode branches, , W, and N in a waveguide beam splitter. FIG. 5 is a graph illustrating the change in phase constant over the entire waveguide optical beam splitter. FIG. 6 is a diagram showing that light can be separated into branches W by guiding lights of the same phase to the branches. Figure 7 shows the branching of light with opposite phase.
A diagram showing that light can be separated into branches N by guiding the light to N. FIG. 8 is a side view of a known demultiplexing element using a diffraction grating. FIG. 9 is a side view of a known demultiplexing element using an interference filter. ...One of the symmetric branches, ...One of the symmetric branches, W...The wider branch of the asymmetric branches, N...
Narrow branch of the asymmetric branch, Q... joint, P...
...branch point, Σ...light with wavelength λ 1 , Π...light with wavelength λ 2 , 17-20... electrode.
Claims (1)
入射路と、入射路の終端の分岐点Pに於て対称に
分岐し、結合部Qに於て対称に結合する光路長の
異なる単一モード光路K、単一モード光路Lと、
0次モードと1次モードが存在しうる結合部Qか
ら分岐し、幅の広い単一モード分枝Wと幅の狭い
単一モード分枝Nとよりなる非対称分岐路とより
なり、光Σに対する光路K,Lの光路差が波長λ1
の整数倍であり、光Πに対する光路K,Lの光路
差が波長λ2の半整数倍であるようにした事を特徴
とする分波素子。 2 光路K,Lの光路差が、分岐光路K,Lの導
波路の実際の長さの相違Δlによつて生ずること
とした特許請求の範囲第1項記載の分波素子。 3 光路K,Lの光路差が分岐光路K,Lの導波
路の屈折率の、ある長さl1に於ける差Δnによつ
て生ずる事とした特許請求の範囲第1項記載の分
波素子。 4 光路K,Lの全部又は一部を電気光学効果を
有する結晶によつて作り、電圧を印加する事によ
つて、屈折率の差Δnを変化させるようにした特
許請求の範囲第3項記載の分波素子。[Scope of Claims] 1. An input path in which light Σ with wavelength λ 1 and light Π with wavelength λ 2 are incident, and are symmetrically branched at a branch point P at the end of the input path, and at a coupling part Q. A single mode optical path K and a single mode optical path L having different optical path lengths are symmetrically coupled to each other,
It branches from the coupling part Q where the 0th-order mode and the 1st-order mode can exist, and becomes an asymmetrical branch path consisting of a wide single mode branch W and a narrow single mode branch N, and the The optical path difference between optical paths K and L is the wavelength λ 1
A wavelength splitting element characterized in that the optical path difference between the optical paths K and L with respect to the light Π is a half-integer multiple of the wavelength λ 2 . 2. The splitting element according to claim 1, wherein the optical path difference between the optical paths K and L is caused by a difference Δl in the actual length of the waveguides of the branched optical paths K and L. 3. Demultiplexing according to claim 1, wherein the optical path difference between the optical paths K and L is caused by a difference Δn in the refractive index of the waveguides of the branched optical paths K and L at a certain length l1 . element. 4 All or part of the optical paths K and L are made of crystals having an electro-optic effect, and the difference in refractive index Δn is changed by applying a voltage. branching element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP275686A JPS62160405A (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Demultiplexing element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP275686A JPS62160405A (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Demultiplexing element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62160405A JPS62160405A (en) | 1987-07-16 |
| JPH0465362B2 true JPH0465362B2 (en) | 1992-10-19 |
Family
ID=11538185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP275686A Granted JPS62160405A (en) | 1986-01-09 | 1986-01-09 | Demultiplexing element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62160405A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2907844B2 (en) * | 1988-11-07 | 1999-06-21 | 株式会社日立製作所 | Optical branch circuit |
| JP2812974B2 (en) * | 1989-02-03 | 1998-10-22 | 日本放送協会 | Polarization independent optical switch |
| FR2660441A1 (en) * | 1990-03-28 | 1991-10-04 | Alcatel Fibres Optiques | TWO-WAY COUPLER IN SINGLE-MODE INTEGRATED OPTICS. |
| NL9101835A (en) * | 1991-11-01 | 1993-06-01 | Nederland Ptt | INTEGRATED OPTICAL COMPONENT. |
| DE4427523C1 (en) * | 1994-08-03 | 1996-01-11 | Iot Integrierte Optik Gmbh | Asymmetric integrated optical Mach-Zehnder interferometer |
-
1986
- 1986-01-09 JP JP275686A patent/JPS62160405A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62160405A (en) | 1987-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6243516B1 (en) | Merging optical waveguides having branch angle within a specific range | |
| US4673270A (en) | Channel add/drop filter-coupler | |
| US5768450A (en) | Wavelength multiplexer/demultiplexer with varied propagation constant | |
| EP0444817B1 (en) | Optical multiplexer/demultiplexer | |
| JP6379245B1 (en) | Optical waveguide device and receiving circuit | |
| US8218932B2 (en) | Polarization independent optical device | |
| Kochergin | Omnidirectional optical filters | |
| WO2016131355A1 (en) | Photonic chip surface grating coupler (sgc) -based optical splitter and optical combiner | |
| JP2644060B2 (en) | Adiabatic polarization control device | |
| US4690489A (en) | Integrated optical wavelength multiplexer and demultiplexer device for monomode transmission systems and its use | |
| JP2614365B2 (en) | Polarization-independent waveguide optical device | |
| CN1249820A (en) | Optical wavelength selective device including at least one Bragg-grating structure | |
| US20050013541A1 (en) | Diffraction device using photonic crystal | |
| EP0717295A2 (en) | MxO multiplex demultiplex component | |
| JPH06324225A (en) | Optical filter with multiple interference stages | |
| US8208772B2 (en) | Polarization independent directional coupler and related optical devices | |
| JPH112731A (en) | Optical device | |
| CN114660718B (en) | A Photonic Integrated Chip for Miniaturized Interferometric Fiber Optic Gyroscope | |
| KR100311281B1 (en) | Add-drop wavelength filter using mode discrimination couplers and tilted Bragg gratings | |
| JPS62160405A (en) | Demultiplexing element | |
| US6175670B1 (en) | Planar lightguide circuit having a planar grating | |
| CN103197387A (en) | Optical add-drop multiplexer based on optical refraction long period waveguide gratings | |
| WO2020105412A1 (en) | Optical interconnect structure and method for manufacturing same | |
| JP2013041146A (en) | Wavelength-selective multimode interference waveguide device | |
| JP2005284240A (en) | Photonic crystal waveguide, homogeneous medium waveguide, and optical element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |