JPH087287B2 - Ｍ×ｎ光学導波管カプラ - Google Patents

Ｍ×ｎ光学導波管カプラ

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JPH087287B2
JPH087287B2 JP63187962A JP18796288A JPH087287B2 JP H087287 B2 JPH087287 B2 JP H087287B2 JP 63187962 A JP63187962 A JP 63187962A JP 18796288 A JP18796288 A JP 18796288A JP H087287 B2 JPH087287 B2 JP H087287B2
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planar waveguide
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ポラロイド コーポレーション
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、一般的に光学カツプリングに関し、特に
Ｍ個の入力の各光学エネルギーをＮ個の出力に分配する
光学カツプラに関する。
（従来技術とその課題） ２か所間でガイドされた光の伝送を含む光学システム
において、１個又はそれ以上のチヤンネル導波管にそつ
て伝送された光を、さらに次の伝送のために数個のチヤ
ンネル導波管に分割する必要がある。
一般に、従来技術におけるＭ×Ｎカツプラは複雑であ
りまた製造が容易でなく、さもなければ効率が悪く、し
かも異なつたポート間でのカツプリング度の程度に応じ
て望ましくない広範囲の変動が生じる。この発明は、製
造工程が容易で比較的低コストのＭ×Ｎポートのカツプ
ラを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） この発明によるＭ×Ｎカツプラでは、チヤンネル導波
管の入力アレイとこれと同様な導波管の出力アレイはプ
レーナ導波管の対向する端部に結合され、２個の対向す
る端部のうちの少なくとも１個は、関連した導波管アレ
イから出射する全ビームがもう一方の端部の中心付近に
位置する共通焦点に向かつて集光されるように設計され
ている。これは次のようにして達成される。即ち、出射
ビームのチヤンネル軸が共通焦点の半径方向に沿うよう
に配置されるか、またはこのようなチヤンネルの出射面
を出射ビームが屈折して中心点に集光するような形状に
する。
この発明の好ましい実施例では、プレーナ導波管の２
個の対向する各端部は、上記検討された方法で設計さ
れ、これによつて入出力アレイは焦点を共有する構造を
取るように配置される。
さらに、カツプリングの均一性を増すために、個々の
導波管におけるチヤンネルの幅は、結合端部の中心から
の距離を補正するように調整される。
同様に、導波管が他の導波管に結合される場所で、個
々の導波管をよりよく分離するために末広がり状として
も良い。
（実施例） この発明は、添付図面を参照しながら以下の詳細な記
載によつてより良く理解されるであろう。
第２図には、この発明に基づくＭ×Ｎスターカツプラ
が示されており、このカツプラは同一のＭチヤンネルの
導波管31のそれぞれを同一のＮチヤンネルの導波管32の
それぞれに中間のプレーナ導波管30を介して結合したも
のである。各チヤンネル導波管31がプレーナ導波管に結
合される端部30Aは実質的に、中心Ｂがプレーナ導波管3
0の反対の端部30Bの中心付近に位置する円の弧に相当
し、そして各チヤンネル導波管31の軸は実質的に点Ｂに
関して放射状に配置されている。端部30Aの中心点Ａに
関して（点Ａを中心として）端部30Bは同様な形状であ
り、さらに各チヤンネル導波管32の軸は実質的に点Ａに
関して（点Ａを中心として）放射状に配置されている。
２個のアレイは、プレーナ導波管30に関して焦点を共有
するように配置されている、との表現も可能である。典
型的に、点Ａおよび点Ｂは、結合されるポートの数に応
じて0.1ミリから1.0センチ離れて位置している。
チヤンネル導波管の好ましい間隔は、隣接する導波管
間でのエバネツセント結合を生じないように可能なかぎ
り密接する。
このカツプラにおいて、端部30Aの平面状導波管の入
力面として働く部分は、全て、関連するチヤンネル導波
管に対して直角となるようにされており、これによつて
光波は屈折することなく出射する。さらに、チヤンネル
導波管31と32のそれぞれは単一モードの導波管であるこ
とが望ましい。
各導波管の幅は、伝送される光の波長とチヤンネルの
屈折率で決定される。典型的な例としては、ソーダライ
ムガラス上にイオン交換法によつて形成された銀注入の
チヤンネルを0.8μｍの波長で作動させる場合、各チヤ
ンネル導波管の幅は、約１から２μｍであり、端部30A
と30Bにおける各導波管の間隔は数μｍであり、これに
よつて64の入力ポートと64の出力ポートを有するアレイ
を容易に収納する事が出来る。
チヤンネル導波管とプレーナ導波管の深さは実質的に
等しく、典型的には１μｍよりも小さい。この深さは、
ガラス基板が導波管の形成のためのイオン交換処理に晒
される時間の長さによつて決定される。
チヤンネル導波管は、一般にマスクを含む写真石版技
術によつてパターン化される。ある場合には、プレーナ
導波管にカツプルさせるために放射状に配列されたチヤ
ンネル導波管よりもむしろチヤンネル導波管の平行アレ
イを用いることによつて、チヤンネルの形状を決めるた
めに用いられるマスクの作成準備を簡単にすることが望
ましい。
第３図には、この発明に基づくカツプラ40が示されて
おり、このカツプラは、端部42Aにそつてプレーナ導波
管42に結合されたＭチヤンネル導波管41の平行アレイを
用いている。この例では、端部42Aの各種のチヤンネル
導波管41の入力面として働く部分は、Ｃを中心とする円
の弧線上に大きく沿うように角度付けられている。従つ
て、個々のチヤンネル導波管から出射する各ビームは、
プレーナ導波管42の対向する端部42Bにおける焦点Ｃ方
向に屈折される。このような設計は、各チヤンネル導波
管を、図示のように、それぞれが平行となるように配置
するためには便利であり、さらに全ての入力面部分を直
線状にするためにも便利である。これらの要件は、この
図形を形成する為に用いるマスクの作成準備を簡単にす
る。
さらにこのカツプラでは、Ｎ出力チヤンネル導波管43
のアレイは、曲線よりもむしろ直線であるプレーナ導波
管42の対向する端部42Bに、カツプリングの均一性を幾
分か犠牲にして、結合されたものとして示されている。
導波管43は点Ｃを中心とすることが望ましい。勿論、チ
ヤンネル導波管の出力アレイを入力アレイと同じ方法で
用いることも可能であり、これによつて各出力チヤンネ
ル導波管によつて受信される波動エネルギーは同様に屈
折され、最小のカツプリング損失で出力チヤンネル導波
管にほぼ沿つて結合される。しかしながら、図示する配
置を用いることはさらにマスクの作成準備を簡単にす
る。従つて、このことが考慮すべき重要点である場合に
は、第３図に示す出力カツプラの配列が好ましい。
上述したように、一般には、チヤンネルフアイバの入
出力アレイの両者における個々のチヤンネルをそれぞれ
プレーナ導波管に結合する点において出来るだけ密接し
て配置し、装置の小型化を図ると共に、充填率を最高に
することが望まれる。典型的には、チヤンネル導波管が
プレーナ導波管と結合する点で、それらの間隔を数μ
ｍ、例えば３から６μｍにする。しかしながらこの間隔
は、各チヤンネル導波管が共通面に沿つて別々に、一般
にはこの間隔よりも大きい直径を有する、オプテイカル
フアイバに結合する場合には、狭すぎる。
この問題を解決するために、複数のチヤンネル導波管
が第３図に示す末広がり状に、十分なだけ離れて広がつ
ている。第３図で、各チヤンネル導波管43は、適宜方向
が変更され、そのために出力端42Bに直角に延びるカツ
プリング面45において複数のチヤンネル導波管はフアイ
バ46にカツプリングし易いように広がつている。勿論、
大きな屈曲損失を避けるためにその屈曲を十分に緩やか
なものにする為の必要な処置が取られるべきである。
チヤンネル導波管41の入力アレイにおける入力端もま
た、同様に末広がり状に広がつていても良い。
上記で指摘したように、チヤンネル導波管43の出力ア
レイが同じである場合は、チヤンネル導波管の出力アレ
イにおける第３図に示す平行配置は、特別な処置が無い
限りカツプリングの不均一性を生じ易い。特に、端部42
B方向への波動エネルギー密度はＣからの距離の増加と
共に大きく減少するため、個々の出力チヤンネル導波管
43が中心点Ｃから遠ければ遠いほど、少ないエネルギー
しか捕らえることができない。これを改善するために、
個々のチヤンネル導波管43の幅を適宜設計して、導波管
が中心点Ｃから遠くなればなるほどプレーナ導波管42に
結合する端部42Bのチヤンネル幅が広くなるようにし、
これによつて大きな波動エネルギーを捕獲する。各チヤ
ンネル導波管を単一モードに保持することが重要である
場合には、チヤンネルが広がることによつて導波管が多
重モードとならないような処置が必要である。チヤンネ
ルの幅の広がりと共に、屈折率を小さくするためにドー
パントの量を減らすことによつて、導波管のモード特性
は実質的に保持される。この選択拡大技術は、同様に、
第２図に示すカツプラの出力ガイド間のカツプリングの
均一性を向上するために用いることも出来る。
カツプラは、その入出力ガイドにおける役割りを反対
にして、入力導波管として記載した導波管の各種の要件
を出力導波管として記載した導波管に適用し、またこの
反対にして、相互に変換可能なものとする事が望まし
い。
第１図にはこの発明のカツプラの単純な形状が示さて
おり、これは入力チヤンネル導波管10が、プレーナ導波
管12の１個の直線状端部12Aに結合された状態で示され
ており、このプレーナ導波管の他の直線状端部12Bは端
部12Bに沿つて均一に間隔をおいた同一の出力導波管13
A,13B...13Jからなるアレイに結合されている。
入力導波管10における波動エネルギーは広いプレーナ
導波管12に入力するため球状ビームに広がり、さらに導
波管10に直接対向しカツプリングに最適な位置にある導
波管13Fは、距離および方向に関してより有利でない位
置にある導波管13Aまたは13Jよりも多くの波動エネルギ
ーを受けることが明らかである。その結果、導波管10に
よつて導入された波動エネルギーは、導波管13A...13J
に不均一に分割される。
端部12Aに結合された単一の導波管にかわつて、端部1
2Bに沿う場合のように、このような導波管のアレイが結
合され、さらにこのアレイの何れかによつて供給される
波動エネルギーが端部12Bに結合された導波管アレイの
それぞれに分割される場合に、上記の不均一性はより顕
著になる。
入出力チヤンネルが平行面上にあるような、第１図に
示すこの発明の集積光学カツプラの基礎的な形状は、好
ましくはないが図示するように用いられ、また入力チヤ
ンネルを増やすことによつて容易にＭ×Ｎの形に拡張す
ることができる。この二つの形状は、均一性が余り重要
な問題ではないか、または正規化技術によつて補償され
うるような応用事例において用いることが出来る。しか
しながら、この実施例のＭ×Ｎ例では、上記で検討した
不均一性のために、入力チヤンネル数であるＭは出力チ
ヤンネル数であるＮよりもはるかに小さい場合が多い。
周知のイオン交換法における写真石版技術を上記構造
の形成に容易に適用できることは明らかである。同様な
他の各種の技術を上述のカツプラの形成のために用いる
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の基礎的なカツプラの基本形状を示す
構成平面図、 第２図はこの発明の一実施例にかかるＭ×Ｎカツプラの
構成を示す図、 第３図はこの発明の他の実施例にかかるＭ×Ｎカツプラ
の構成を示す図である。 〔符号の説明〕 10:入力チヤンネル導波管、12:プレーナ導波管、12A,12
B:端部、13:出力チヤンネル導波管、30:プレーナ導波
管、30A,30B:端部、31:入力チヤンネル導波管、32:出力
チヤンネル導波管、40:カツプラ、41:入力チヤンネル導
波管、42:プレーナ導波管、42A,42B:端部、43:出力チヤ
ンネル導波管。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一対の対向する端部をもち、少なくともそ
    の一方の端部が他方の端部の中央に中心をもつた実質的
    に円弧の形状をもつているプレーナ導波管と、前記一方
    の端部に沿って実質的に等間隔に配設されたＭ個の第１
    のチヤンネル導波管のアレイと、前記他方の端部に沿っ
    て実質的に等間隔に配設されたＮ個の第２のチヤンネル
    導波管のアレイと、を備え、 前記第１、第２のチヤンネル導波管は前記プレーナ導波
    管の形成された基板に形成され、前記Ｍ、Ｎの少なくと
    も一方は１より大きい値であり、また、前記第１のチヤ
    ンネル導波管の各々はその出側端部において前記プレー
    ナ導波管に結合され、該出側端部は前記第１のチヤンネ
    ル導波管から出射するエネルギを前記プレーナ導波管の
    他方の端部の中心に向かつて屈折するような形につくら
    れ、前記第２のチヤンネル導波管の各々は、前記プレー
    ナ導波管の他方の端部の中心から離れるに従ってその幅
    が大きくなるように作られている、ことを特徴とするＭ
    ×Ｎ光学導波管カプラ。
  2. 【請求項２】前記第２のチヤンネル導波管が、前記プレ
    ーナ導波管に直線状の端部に沿って結合されている、請
    求項１に記載のＭ×Ｎ光学導波管カプラ。
  3. 【請求項３】一対の対向する端部をもち、少なくともそ
    の一方の端部が他方の端部の中央に中心をもつた実質的
    に円弧の形状をもつているプレーナ導波管と、前記一方
    の端部に沿って実質的に等間隔に配設されたＭ個の第１
    のチヤンネル導波管のアレイと、前記他方の端部に沿っ
    て実質的に等間隔に配設されたＮ個の第２のチヤンネル
    導波管のアレイと、を備え、 前記第１、第２のチヤンネル導波管は前記プレーナ導波
    管の形成された基板に形成され、前記Ｍ、Ｎの少なくと
    も一方は１より大きい値であり、また、前記第１のチヤ
    ンネル導波管の各々はその軸が前記中心に整合するよう
    に前記プレーナ導波管に結合されており、また前記第２
    のチヤンネル導波管の各々は、前記プレーナ導波管の他
    方の端部の中心から離れるに従ってその幅が大きくなる
    ように作られている、ことを特徴とするＭ×Ｎ光学導波
    管カプラ。
  4. 【請求項４】前記プレーナ導波管の他方の端部は、実質
    的に円弧状につくられ、その中心が実質的に前記一方の
    端部の中心に位置している、請求項３に記載のＭ×Ｎ光
    学導波管カプラ。
  5. 【請求項５】前記第１、第２のチヤンネル導波管は前記
    プレーナ導波管の前記一対の端部にそれぞれ結合され、
    かつ各チヤンネル導波管のチヤンネル軸が、該導波管が
    結合されている前記端部の一つに対向する他の端部の中
    心に整合している、請求項４に記載のＭ×Ｎ光学導波管
    カプラ。
  6. 【請求項６】前記第１、第２のチヤンネル導波管のアレ
    イの、少なくとも一方のアレイのチヤンネル導波管の少
    なくとも一部は、該一方のアレイのチヤンネル導波管を
    光学フアイバに結合する結合面において、隣接チヤンネ
    ル導波管の間の間隔を大きくするように末広がりに広が
    つている、請求項１または３に記載のＭ×Ｎ光学導波管
    カプラ。
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