JPS6360406A - モ−ド結合型ｙ分岐導波路 - 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】 〔概　　　要〕 本発明は、Ｙ分岐導波路において、その分岐部の所定位
置に部分的に屈折率の異なる領域を設けたことで、上記
分岐部に高次モード光を励起させ、この高次モード光と
基本モード光との相互作用を利用して、分岐損失の低減
を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、７字形の導波路を持つＹ分岐導波路に係り、
特には分岐部で励起する複数のモードの相互作用を利用
したモード結合型のＹ分岐導波路に関する。

Ｙ分岐導波路は、ＬＡＮ　（ローカルエリアネットワー
ク）やマツハツエンダ型変調器における分岐、合波回路
等として使用されており、その低損失化が望まれている
。

〔従　来　技　術〕

従来のＹ分岐導波路の理想的な形状を第４図（ａ）に示
す。これは、互いにＹ字形伏をなす３本の直線導波路１
，２．３から構成され、これらが互いに交わる部分を分
岐部４とする。上記構成において、直線導波路１を伝播
されてきたシングルモード光は、分岐部４を介して２本
の直線導波路２゜３に対称に分岐される。この種のＹ分
岐導波路の作成は、例えば電気光学材料であるＬｉＮｂ
０３等の基板５に対して、上記直線導波路１．２．３及
び分岐部４となるべき７字形の領域に、Ｔｉ等の不純物
を拡散させるか或いはイオン交換を行って、その領域の
屈折率（ｎ２）を基板５の屈折率（ｎｌ）よりも大きく
して導波路を形成することにより行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のＹ分岐導波路では、分岐部４での損失を小さ
くするために、その分岐角θを非常に小さく　（例えば
０．４°）する必要がある。ところが、このように分岐
角θを小さくしようとすると、分岐点４ａの近傍におけ
る直線導波路２，３の互いの間隔が非常に狭く微細な形
状となる。そのため、実際にこれを作製した場合、露光
や拡散もしくはイオン交換等のプロセスにおいて、上記
分岐点４ａの近傍が第４開山）に示すようになまってし
まい、この部分で大きな損失が生ずることになった。

本発明は、上記問題点に鑑み、分岐ｔｎ失を低減したＹ
分岐導波路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のモード結合型Ｙ分岐導波路は、シングルモード
導波路（もしくは数個のモードしか励起しないマルチモ
ード導波路）を７字形に構成してなるＹ分岐導波路にお
いて、上記導波路よりも狭い幅であって、かつ導波路と
基板の中間の屈折率を持つ領域（以下、中間屈折率領域
と称す）を、分岐部における導波路の幅が広がり始める
第１の位置と導波路が１本から２本に分離する第２の位
置との中間（もしくはこの第２の位置の近傍）の位置で
あって、上記中間屈折率領域の存在により励起される偶
数次の高次モード光と基本モード光との相互作用で分岐
部の終端での導波光のパワー分布がその中央で括れた形
状となる位置から始まり、上記第２の位置の外側まで及
ぶように設けたものである。

〔作　　　用〕

分岐部では、導波路幅が太くなっており、しかも上述し
た中間屈折率領域が存在するので、基本モード光と偶数
次の高次モード光（放射モード光を含む）が同時に励起
され得る。このような高次モード光と基本モード光とは
相互に作用し合うので、上記中間屈折率領域の位置を調
整すれば、分岐部の終端で、中央で括れた形状を持つパ
ワー分布を得ることができる。本発明では、このような
パワー分布となるように上記中間屈折率領域の先頭部の
位置を決めたことにより、分岐損失に影コする中央付近
のパワーを小さくすることができ、よって分岐損失の低
減が可能になる。

しかも上記構成だと、２つの導波路の間隔が非常に狭い
微細な形状にする必要がないので、露光や拡散もしくは
イオン変換等のプロセスにおける形状のなまりが問題と
なることはない。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同図
において、７字形に構成された直線導波路１．２．３お
よび分岐部４を基板５に形成した点は第４図に示した従
来のＹ分岐導波路と同様であるが、本実施例の特徴は、
分岐部４に矩形状の中間屈折率領域６を設けたことにあ
る。なお、直線導波路１，２．３は、シングルモード導
波路、もしくは数個のモードしか励起しないマルチモー
ド導波路とする。

上記中間屈折率領域６は、直線導波路１，２゜３よりも
狭い幅であって、かつ直線導波路１，２゜３の屈折率ｎ
２と基板５の屈折率ｎ１との中間の屈折率ｎ３　（ｎ＋
＜ｎ３＜ｎ２）を有している。

更に、この領域６は、その先頭部６ａが、直線導波路１
０幅が広がり始める位置Ａと、直線導波路２．３が互い
に分離する位置（叩ち、理想上の分岐点４ａのある位置
）Ｂとの中間（もしくは位置Ｂの近傍）に位置し、そこ
から位置Ｂの外側（後方）に向って延びている。

上記構成において、分岐部４では導波路幅が太くなって
おり、しかも中間屈折率領域６を設けであるので、基本
モード光及び偶数次の高次モード光（放射モード光を含
む）が励起可能である。このような高次モード光と基本
モード光とは相互に作用（干渉）し合うので、上記先頭
部６ａの位τＬを調整することにより、分岐部の終端で
専波先のパワー分布をその中央で括れた形状とすること
ができる。本実施例では、このようなパワー分布が得ら
れるように、直線導波路１，２．３の幅Ｗ、分岐角θ、
屈折率ｎｌ、ｎ２．ｎ３等に基づき、上記の位置りを設
定しである。この具体的な設定手順については後述する
。なお、中心屈折率領域６の幅Ｇも、上述したＷ、θ、
ｎｌ、ｎ２．ｎ：１等に基づいて、適宜設定される。

上述したように中央で括れた形状のパワー分布が得られ
ることにより、分岐損失に大きくｍ；する中央付近のパ
ワーを小さくすることができるので、分岐側の直線導波
路２，３での伝播モードへ、損失を抑えて接続させるこ
とが可能となり、すなわち分岐損失が低減される。

次に、上述した中間屈折率領域６の屈折率ｎ３、位ｉＬ
及び＠Ｇの具体的な設定手順について説明する。ここで
は、基板５の屈折率ｎ＋を２．１４、直線導波路１．　
２．　３の屈折率ｎ２を２．１４４　、直線導波路１，
２．３の幅Ｗを７μｍ、分岐角θを０．４　°として、
波長１．３μｍの半導体レーザ光を導波させる場合につ
いて考える。

第１に、屈折率ｎ３の設定手順について述べる。

まず、中間屈折率領域６の幅Ｇを２μｍとし、屈折率ｎ
３の値を様々に変化させて分岐損失を調べてみる。その
結果、ｎ　３　＝　２．１４２の時に分岐損失が最低と
なった。この値は、屈折率ｎ　＋　　（＝２．１４）と
屈折率ｎ　２　　（＝２．１４４　）の丁度中間の値と
なっているのがわかる。このことは、種々のＹ分岐導波
路についても言うことができ、ｎ３〜（ｎ１＋ｎ２）／
２が満足される時、常に最低の分岐ｔｉ失となることが
わかった。このことから、屈折率ｎ３は、（ｎ＋＋ｎ２
）／２にできるだけ近くなるように設定することが望ま
しいと言える。

第２に、位ＴＩＬの設定手順について述べる。まず、上
記の結果に基づいて屈折率ｎ３を２．１４２とし、幅Ｇ
を２μｍとして、上記の位置りを変化させた場合の分岐
損失の変化を門べてみる。すると、第２図に示すような
結果が得られた。同図において、分岐損失がＬの変化と
ともに撮動しているのがわかる。これは、中間屈折率領
域６の存在により偶数次の高次モード（放射モードを含
む）光が発生し、これと基本モード光との相互作用（干
渉）によって生ずるものである。両者の相互作用が分岐
終了点で中央にパワーが集中する状態では分岐損失が大
きくなり（図中、山の部分）、逆に中央のパワーが少な
くなる状態（すなわち、パワー分布がその中央で括れた
形状となっている伏！３）では分岐損失が低減する（図
中、谷の部分）、また、振動の振幅が、Ｌが小さくなる
とともに抑えられている。この理由は、Ｌが小さい領域
では導波路幅が狭いため、高次モードが立ちにくかった
り、伝播定数が大き（異なり、これらのことから高次モ
ードへの結合が小さくなるためである。

同図においては、Ｌ　＝　２１０　、６１０．１０５０
　μｍの３点で分岐損失は極小となるので、このような
３点のいずれかを選択すればよい。これらのどの点を選
択した場合であっても、第４図（ａｌに示したような従
来の理想的なＹ分岐導波路の分岐損失（図中に破線で示
す）よりも更に低損失化が図れることがわかる。なお、
第１図に示した分岐点４ａの位＝（すなわち、位置Ｂ）
ではＬ　＝　１０００μｍとなるので、Ｌ＝２１０１１
ｍと６１０μｍの極小点は位置ＡとＢとの中間に位面し
、またＬ　＝　１０５０μｍの極小点は位置Ｂの後方近
傍に位置している。このような極小点の数は、分岐角θ
が小さく、しかも屈折率差（ｎｚ　　ｎ＋）が大きい場
合に増加する。

本実施例においても、分岐角θを１°と大きくすると極
小点の数は１つだけとなる。

第３に、１ｌｉＧの設定手順について述べる。まず、先
頭部６ａの位置りを上記の結果から１０５０μｍとし、
屈折率ｎ３を２．１４２として、幅Ｇを変化させた場合
の分岐損失の変化を調べてみる。その結果を第３図に示
す。同図より、幅Ｇにも最適値が存在することがわかり
、この場合にはＧ＝２μｍで分岐損失が最小となってい
る。

なお、Ｇ＝７μｍとした場合にも低損失となるが、この
場合には中間屈折率領域６の上下の導波路幅が極めて狭
くなるので、炸裂時における拡散やイオン交換等による
形状のなまりが大きな問題となってくることを考慮する
必要がある。また、マスクパターン上では中間屈折率領
域６を導波路周囲と等しくマスクされた状態にし、マス
クパターンからのなまりを生ずるような導波路作成法（
例えば拡散やイオン交換等）で導波路を作製した場合、
幅Ｇが２μｍ程度の間隔では、両側からのパターンのな
まりにより、この部分の屈折率ｎ３を等測的に（ｎ＋＋
ｎ２）／２とすることができる。この方法を用いれば、
本実施の分岐導波路を比較的容易に作製することができ
る。

また、導波路を電気光学材料、磁気光学材料、熱光学材
料のいずれか１つで形成し、中間屈折率領域６の屈折率
が所望の値となるように、それぞれ電界、磁界、熱を印
加するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明のモード結合型Ｙ分岐導波路によれば、複数のモ
ードの相互作用を利用することにより、分岐損失を従来
の理想的Ｙ分岐導波路よりも更に低減することが可能に
なり、しかも従来のＹ分岐導波路のような微細形状を含
まないため、マスクの作製や露光等に対して条件が緩く
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構成図、第２図は同実
施例における中間屈折率領域の位１Ｌと分岐損失との関
係の一例を示す図、第３図は同実施例における中間屈折
率領域の幅Ｇと分岐↑Ｄ失との関係の一例を示す図、第
４図（ａ）、　（ｂｌはそれぞれ、従来のＹ分岐導波路
の理想形状と実際形状を示す構成図である。 １．２．３・・・直線導波路、 ４・・・分岐部、 ６・・・中間屈折率領域、 ６ａ・・・先頭部。 本発明の一大方七例 第１図 Ｌ（ｐｍ） 中間＆打子々１人のイ立置Ｌｔ−分政）員失ヒの関イ糸
の一４列第２図 Ｇ　（ｐｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シングルモード導波路もしくは数個のモードしか励
   起しないマルチモード導波路（１、２、３）を基板内に
   Ｙ字形に構成してなるＹ分岐導波路において、 前記導波路よりも狭い幅であって、かつ前記導波路の屈
   折率と前記基板の屈折率との中間の屈折率を持つ領域（
   ６）を、前記導波路の幅が広がり始める第１の位置（Ａ
   ）と前記導波路が１本から２本に分離する第２の位置（
   Ｂ）との中間もしくは該第２の位置の近傍であって、前
   記領域の存在により励起される偶数次の高次モード光と
   基本モード光との相互作用で分岐部の終端での導波光の
   パワー分布がその中央で括れた形状となる位置から始ま
   り、前記第２の位置の外側まで及ぶように設けたことを
   特徴とするモード結合型Ｙ分岐導波路。 ２）前記領域の形状は矩形であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のモード結合型Ｙ分岐導波路。 ３）前記領域の屈折率は、前記導波路の屈折率と前記基
   板の屈折率の丁度中間の値であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のモード結合型Ｙ分
   岐導波路。 ４）前記導波路を電気光学材料、磁気光学材料、熱光学
   材料のいずれか１つで形成し、前記領域の屈折率をそれ
   ぞれ電気的、磁気的、熱的に変化させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに記
   載のモード結合型Ｙ分岐導波路。