JPS6283704A - 光分波合波回路 - 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、光フアイバー通信特に光波長分割多重通信シ
ステムに有用な導波型の光分波合波回路に関する。

［従来技術の説明］ 光分波合波回路として従来、自己集束性レンズを用いた
マイクロオプティクス型のものが広く使われてきた。こ
の種の回路をさらに簡単な構造ｄつ低コストで製作する
ためには回路を導波路型にすることが望まれる。

このような導波路型の分岐合波回路として第５図に示す
ように、シリコン基板３０１上に、入射路３０２）透過
光出射路３０３、および反射光出射路３０４の各導波路
を接続光ファイバーの径と略同−幅で石英系材料によっ
て突設し、入射路３０２と透過光出射路３０３との間に
干渉膜フィルタ３０５を配置したものが提案されている
（昭和５９年度電子通信学会光電波部門全国大会予稿集
３１２）。

上記の回路の各導波路３０２，３０３．３０４端に光フ
ァイバー３１１，３１２，３１３をそれぞれ接続し、フ
ァイバー３１１を通して異なる二種の波長の混合光を入
射路３０２に入射させると、特定波長の光はフィルタ３
０５を透過して出射路３０３を伝送された後光ファイバ
ー３１２に出力される。また入射路３０２から出た後フ
ィルタ３０５で反射された光は反射光出射路３０４を伝
送されファイバー３１３に入射する。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記の光分岐回路では、導波路３０２を伝搬する多くの
モードがフィルタ３０５に直接入射する。

これらのモードは幾何光学的に言えば異なる伝搬角で全
反射しつつ進む光であり、フィルタ３０５にそれぞれ異
なった入射角で入射することになる。

一方、フィルタ３０５は特定の入射角に対して所期の透
過、反射特性を発揮するよう設計されており、上記入射
角からずれた光に対しては透過帯と反射帯の波長がずれ
たり分光特性が悪くなる等の特性変化が生じる。

従って従来の光分岐回路では種々の入射角の光に対する
分光特性が総計された特性となり、フィルタ３０５の本
来の光学特性が大幅に損われるという避は難しい問題点
があった。

また導波路の形状がレイズドストリソプ型になっている
ので導波路側面の形状不完全性に基く散乱損失が生じや
すく、また汚れや水滴等の付着に起因して伝搬損失の増
加を生じやすいという欠点があった。

［問題点を解決する手段］ 入出力路間に平面導波路層を設けて該平面導波路層内に
部分透過反射フィルタを配置するとともに、導波路層内
要所に凹反射面を形成し、前記入力路からの出射光を前
記凹反射面で平行光に変換した後前記フィルタに入射さ
せるようにした。

本発明で平面導波路層とは、厚み方向には伝送光が閉じ
込められるが水平方向には導波機構が無い、すなわち入
力路から出射した後導波路層内を凹反射面による反射で
伝送される光が出力路に入射するまでの間、導波路層周
囲境界面で全反射を受けることのないような水平方向に
充分な広がりをもった導波路を意味する。

本発明で凹反射面は、フィルタへの入射個だけでなく透
過側および反射側にも設けて、フィルタを透過、反射し
た平行光を上記凹反射面で集光させて各出力路に入射さ
せることができる。

本発明で用いる凹反射面は、例えば平面導波路層の要所
に平面視で円弧状の溝を形成してこの溝の凹弧面側壁で
構成することができる。この溝側壁には反射効率を高め
るために、金蒸着膜や誘電体多層膜等の反射被膜を付加
してもよい。

［作　用コ 上記構成の回路において、入力路に混合光を入射させる
と伝送光は入力路端から拡散出射して平面導波路内に入
り、導波路層内に設けられた凹反射面によりモードによ
らず平面内で一様な平行光に変換された後にフィルタに
入射する。

したがって凹反射面からの反射光軸がフィルタ面に対し
所期の入射角となるように凹反射面とフィルタとの相対
位置関係および角度を設定しておけば、フィルタの設計
光学特性に極めて近い性能を得ることができる。また、
平面導波路層内では光伝送に側界面での全反射を使用し
ないので、従来のようにこの界面への付着物、形状欠陥
等の悪影響を受けることがない。

［実　施　例コ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の分波合波回路の平面図を示し、第２図
は第１図の■−■線に沿う横断面図、第３図は第１図の
■−■線に沿う横断面図を示す。ガラス基板１の幅方向
中央部には基板ガラスの表面付近の屈折率を高めること
によって平面導波路層２が基板の全長にわたり形成して
あり、この平面導波路層２を挟んで両側には、この導波
路層２と連通し端部が基板側面に露出する高屈折率領域
から成る入力路１０および複数の出力路１１，１２゜１
３．１４がそれぞれ基板内に埋め込み形成しである。そ
してこれらの入出力路は接続される光ファイバーのコア
径と略等しい断面円形としである。

平面導波路層２には入出力路１０〜１４と平行に延びる
間隔をおいた一対の直線溝２５．２６が設けてあり、こ
れら１４２５．２６中には各一対ずつの部分透過反射フ
ィルタ板３１．３３および３２゜３４が入れ込んである
。

また入力路１０および各出力路１１〜１４の端部と対向
する平面導波路層２領域内の各位置には、平面視で円弧
状を成した溝２０，２１，２２，２３．２４が形成して
あり、これら円弧状溝の凹面側壁を凹反射面２ＯＡ、２
１Ａ、２２Ａ、２３Ａ。

２４Ａとしている。

フィルタ板３１〜３４は各々互いに異なる特定の波長光
のみを通過させ、他の波長光を反射する光学特性をもつ
バンドパスフィルタから成る。

上記の回路において、入力路１０の端部に例えば入力用
光ファイバーを接続して互いに異なる波長λｌ、λ２．
λ３．λ４の光を含む混合光を入射させると、この混合
光は入力路１０の他端から拡散出射して平面導波路層２
内に入り、第１の凹反射面２ＯＡで反射して基板に平行
な面内で平行光に変換された後筒１のバンドパスフィル
タ３１に入射する。

ここで混合光中の波長λｌの光がフィルタを透過し凹反
射面２ＬＡで集光されて第１の出力路１１に入射した後
、例えばこの出力路端部に接続した光ファイバーを通し
て取り出される。第１のフィルタ３１で反射された残り
の光は平行光の状態で第２のフィルタ３２に入射し、こ
のフィルタを透過した波長λ２の光は凹反射面２２Ａで
集光されて出力路１２に入射する。さらに残りの反射光
は第３のフィルタ３３に入り、透過した波長λ３の光が
凹反射面２３Ａで集光されて出力路１３に入射するとと
もに、残りの反射光は第４のフィルタ３４に入射し、こ
のうち波長λ４の光がフィルタ３４を透過して凹反射面
２４Ａで集光されて出力路１４に入射する。

次に上記回路の製作方法の好適例について第４図に基づ
き説明する。

網目形成酸化物としてｓｉｏ　　ｌ　Ｂ２Ｏ３＋Ａ　Ｉ
　２０３　ｔ　２価の修飾酸化物としてＺｎ０，１価の
修飾酸化物としてＮａｐ、Ｋｐ＋　Ｌ　ｉ２０．その他
に微量の金属イオンとＣｅＯ２を含むガラス薄板を基板
ガラス１として用いる。ガラス基板１は上記組成により
化学切削性感光性ガラスとなっており、まずこの基板１
の面を所定パターンの開口を残してイオン透過防止マス
ク材５０例えばＴｊ膜で被覆する。このとき平面導波路
２の領域外では入出力路１０〜１４の部分のみ開口を残
して他部分をマスキングし、また平面導波路２の領域内
では、凹反射面を形成する各円弧溝２０，２１゜２２＋
　２３ｔ　２４の対応部分のみをマスキングする。

次いで基板の上記マスキング面に例えばＴＩイオンのよ
うなガラスの屈折率増大に寄与するイオンを含む溶融塩
を接触させてガラス中のイオンとの交換により上記イオ
ンを基板ガラス内に拡散させる。この第１段イオン交換
処理により、基板の表面付近には屈折率が表面から深部
に向けて７４１ｒ減する分布をもつ高屈折率層５１が形
成される。

次いで基板の両面間に電界を印加しつつ基板１のマスキ
ング面ににイオンのようなガラスの屈折率減少に寄与す
るイオンを含む溶融塩を接触させて上記イオンを基板ガ
ラス内に拡散させる。この第２段イオン交換処理により
、平面導波路層２内では最大屈折率部分が表面から一定
深さに存在し上−ド方向に向けて次第に減少する分布が
形成され、マスク材の開口幅の狭い入出力路１０〜１４
部分では最大屈折率部分が表面から一定深さにあり周辺
に向けて漸減する屈折率分布をもつ断面がほぼ円形の導
波路が形成される。

次いで上記マスク５０を除去した後、円弧溝の部分のみ
に開口を設けて他部分をマスキングし超高圧水銀ランプ
で紫外線を照射し、上記円弧溝対応基板部分に金属コロ
イドを析出させる。次に定められた熱処理温度と時間の
条件で加熱処理し、この被照射領域５２にメタ珪酸リチ
ウム微結晶を析出させる。

次いで希弗酸溶液に浸漬して上記領域５２を選択的に溶
解すると円弧溝２０・・・が形成される。

また直線状のフィルタ受入れ溝２５．２６はダインング
ソーで切削することにより形成できる。

以上に説明した方法以外に、凹反射面用円弧溝はモール
ドを用いた高温下でのプレス等地の方法でも形成するこ
とができる。

マタフィルタ３１〜３４はバンドパスフィルター以外に
種々のフィルタが使用可能で、その組合せ方法は任意で
ある。また図示例では一方向に伝搬する光を波長により
分波する分波回路について説明したが、逆に異なった波
長の光を混合する合波回路としても、またこれらを組み
合せた分波合波回路としても適用できることは言うまで
もない。

さらに、各導波路は目的に応じて種々の寸法、形状、屈
折率分布を定めるのが望ましい。

またフィルタ受入れ溝２５．２６は図示例では一対のも
のを互いに平行に設けたが、その数、位置、角度は目的
に応じ適当に定めることができる。

［発明の効果コ 本発明は平面導波路層中に設けた凹反射面を用いて入力
路より出射した光を水平面内で平行光に変換した後に分
岐合波用のフィルタに入射させるものであるから、フィ
ルタ本来の分光特性が正確に反映された波長特性をもつ
分波合波回路が得られる。

このため透過帯域は挿入損失が低く、阻止帯域はアイソ
レーションが高くとれる。しかも凹反射面はマルチモー
ド光に対して適用でき色収差がセロである。

また本発明では導波路部が埋め込み型になっているので
散乱損失を小さくでき、汚れや水滴等の付着による伝搬
損失の増加を実質上ゼロにできるという利点もある。さ
らに、各素子の位置をマスクパターンであらかじめ定め
ることができ、組立て時の調整がほとんど不必要で組立
て工数の大幅な低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１
図の■−■線に沿う横断面図、第３図は第１図のｍ−ｍ
５に沿う横断面図、第４図は凹反射面を成す円弧溝を平
面導波路中に形成する方法の例を段階的に示す横断面図
、第５図は従来の分波合波回路を示す斜視図である。 １・・・基板　２・・・平面導波路層 １０・・・入力導波路 １１．１２，１３．１４・−・出力導波路２０．２１，
２２，２３，２４・・・円弧溝２ＯＡ、２１Ａ、２２Ａ
、２３Ａ、２４Ａ、　　・・・凹反射面 ２５．２８φ・・フィルタ受入れ溝 ３１．３２，３３，３４・ｅ・フィルタ５０・・命マス
ク 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）入力路と少なくとも一対の出力路を設け、これら入
   出力路間に部分透過反射フィルタを配置して透過光およ
   び反射光を前記両出力路に分配入射させるようにした光
   分波合波回路において、前記入出力路間に平面導波路層
   を設けて該平面導波路層内に前記フィルタを配置すると
   ともに、導波路層内要所に凹反射面を形成し、前記入力
   路からの出射光を前記凹反射面で平行光に変換した後前
   記フィルタに入射させるようにしたことを特徴とする光
   分波合波回路。 ２）特許請求の範囲第１項において、前記凹反射面は平
   面導波路層要所に形成した弧状溝の側壁面である光分波
   合波回路。