WO1993019389A1 - Dispositif optique relatif a des guides d'ondes - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a waveguide-type optical component, and more particularly, to a waveguide-type optical component in which optical coupling efficiency between optical waveguides has little dependence on light wavelength.
  • Optical branching couplers for splitting and coupling optical signals between optical transmission lines are indispensable devices for constructing optical communication networks.
  • a directional coupler having an optical coupling section in which two optical waveguides are arranged in parallel with each other so as to be capable of evanescent coupling is used. It is known to be used as an optical branching coupler.
  • the waveguide type directional coupler 'has a drawback that the optical coupling efficiency between optical waveguides largely depends on the wavelength of light. If the wavelength dependence of the coupling efficiency is high, it is difficult for an optical branching coupler to perform the optical signal branching and coupling at a predetermined ratio when the wavelength of the optical signal fluctuates for some reason. It is difficult to provide a versatile optical branching coupler that can be suitably used in both optical communication networks using different wavelengths (for example, 1.3 Urn, 1.55 ⁇ m). Become.
  • this waveguide type optical component has two optical coupling parts and a phase shift part provided between the optical coupling parts and composed of a bent optical waveguide and a linear optical waveguide.
  • the first optical waveguide of the optical component is formed by one optical waveguide of each of the two optical coupling portions and the bent optical waveguide of the phase shift portion connected therebetween, and the two optical coupling portions
  • a second optical waveguide of the optical component is formed by each of the other optical waveguides and the linear optical waveguide of the phase shift portion connected therebetween.
  • the path difference between the two optical waveguides in the phase shift section is set to a required value and the parameters (coupling section length, waveguide interval, etc.) of each coupling section are adjusted.
  • the coupling efficiency between the first optical waveguide and the second optical waveguide of the optical component is made substantially constant in a certain light wavelength range.
  • the above-mentioned proposed optical section DP has a disadvantage that the optical component becomes large. If the two waveguides in the phase shift section are formed by curved waveguides, the length of the waveguides becomes further longer, which is inconvenient.
  • optical component including two linear optical waveguides having different propagation constants in order to eliminate the wavelength dependence of the coupling efficiency of a directional coupler. Since the coupling part of this optical component is straight, the length of the optical waveguide must be reduced. However, while the coupling efficiency varies considerably with changes in the wavelength of the light, the flatness of the coupling efficiency with respect to the wavelength change (in other words, the dependence of the coupling efficiency on the wavelength depends on the wavelength). ) Is worse than the optical component proposed above.
  • An object of the present invention is to provide a waveguide-type optical component that can be reduced in size and can reduce the wavelength dependence of coupling efficiency.
  • the waveguide type optical component of the present invention is composed of a first optical coupling portion composed of two optical waveguides having the same propagation constant, and two optical waveguides having different propagation constants.
  • a second optical coupling section, and the optical waveguides of the first optical coupling section and the corresponding optical waveguides of the second optical coupling section are connected in series to each other, and each optical coupling section
  • the two optical waveguides are formed linearly and arranged so as to be capable of evanescent coupling with each other.
  • the waveguide-type optical component further includes a third optical coupling section including two optical waveguides having the same propagation constant, and a first optical coupling section on one side of the second optical coupling section.
  • the optical waveguides of the second optical coupling section and the corresponding optical waveguides of the second optical coupling section are connected in series with each other, and the optical waveguide of the second optical coupling section and the third optical coupling section on the other side of the second optical coupling section.
  • the corresponding optical waveguides of the optical coupling section are connected in series with each other.
  • the optical waveguide of each optical coupling is preferably made of quartz material. You.
  • the two optical waveguides of the second optical coupling section are made of materials having at least different path widths or heights or different refractive indexes.
  • the waveguide-type optical component includes a first optical coupling portion including two optical waveguides having the same propagation constant, and two optical waveguides having different propagation constants. And the corresponding optical waveguides of the first optical coupling section and the second optical coupling section are connected in series with each other.
  • optical coupling efficiency with the other optical waveguide of D (optical coupling efficiency of the entire optical component) can be set to a desired value within the range of 0 to 50%, and the wavelength dependence of the coupling efficiency can be reduced. It can be greatly reduced.
  • the waveguide type optical component of the present invention can be reduced in size.
  • an optical component capable of achieving a desired value within a range of 50 to 100% and an optical component capable of achieving a desired value within a range of 0 to 50% are:
  • Optical circuit design is equivalent to each other.
  • first and third optical coupling sections each having the same propagation constant are disposed on both sides of a second optical coupling section including optical waveguides having different propagation constants.
  • the setting of the coupling coefficient between the optical waveguides of the optical component can be more appropriately set.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a waveguide type optical component according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a conventional ⁇ waveguide type optical component using a Mach-Zehnder interferometer
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing another conventional waveguide-type optical component comprising optical waveguides having different propagation constants.
  • a conventional waveguide-type optical component to which a Mach-Zehnder interferometer is applied functions as a directional coupler, and optical waveguides a 1 and a 2 , A light coupling part b composed of optical waveguides bl and b 2, and a phase shift part disposed between both optical coupling parts a and b and composed of a bent optical waveguide c 1 and a linear optical waveguide c 2 c, and lead sections d and d 'are connected to the optical coupling sections a and b, respectively.
  • This optical component is a first optical waveguide of an optical component consisting of optical waveguides a 1, bl and c 1.
  • the second optical waveguide of the optical component consisting of the optical waveguides a2, b2, and c2, and by setting the parameters of the coupling sections a and b and the phase shift section c to the required values,
  • the coupling efficiency of light between the optical waveguide and the second optical waveguide is made substantially constant in a certain wavelength range of light.
  • the optical waveguides a 1, a 2, bl, 2, cl, and c 2 are made of quartz glass, and each optical waveguide has a path width and a path height of 8 / m and a core of 8 / m. It is formed so that the relative refractive index difference between the metal and the cloud becomes 0.25%.
  • the length of the optical waveguides a 1 and a 2 is set to 14 15 m
  • the length of the optical waveguides bl and b 2 is set to 9 20
  • the pitch between the waveguides a 1 and a 2
  • the lengths of the waveguides bl and b 2 The pitch between them is made 13 1m each.
  • the path difference between the bent optical waveguide c 1 and the straight optical waveguide c 2 is set to 0.595 m.
  • the coupling efficiency of the optical component in Fig. 2 at a wavelength of 3 to 1.65 m is 19.5 ⁇ 2.1%.
  • the optical component shown in FIG. 2 when the bending radius of the bent optical waveguide cl is set to 50 mm, the length of the optical component excluding the leads d and d 'becomes as large as about 6.4 mm. That is, the optical component shown in FIG. 2 has a drawback that it is difficult to reduce the size of the optical component and to integrate the components of the optical component.
  • the waveguide-type optical component functions as a directional coupler, and includes an optical coupling portion c ′ including two linear optical waveguides c ′ 1 and c ′ 2 having different propagation constants, and the optical coupling portion c ′ is a lead. It is located between parts d and d *.
  • the optical waveguides c ′ l, c and 2 are formed to have different path heights or path widths. 'For example, in the optical component in Fig.
  • the optical waveguides c, l, and c'2 are made of silica glass.
  • Each optical waveguide has a path height of 8 fi m and a relative refractive index difference between the core and the cladding of 0. It is formed to be 25%.
  • the path widths of the optical waveguides c ′ l and c ′ 2 are set to 8.74 ⁇ m and 7.26 ⁇ m, respectively, and the lengths of the optical waveguides c, 1, c and 2 are set to 3030 ⁇ m, respectively.
  • the pitch between the waveguides c′1, c, and 2 is set to 14 ⁇ m.
  • the coupling efficiency of the optical component in Fig. 3 at the wavelength of 1.3 to 1.65 zm is 1 9 7 ⁇ 7.0%.
  • the optical component in Fig. 3 can reduce the length of the optical component excluding the leads d and d 'to about 3.0 mm, there is a problem that the flatness of the coupling efficiency with respect to wavelength changes is degraded.
  • the waveguide type optical component of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the optical component shown in Fig. 1 functions as a directional coupler, and the first optical coupling part A, which is composed of two optical waveguides A1 and A2 with the same propagation constant, has different propagation constants A second optical coupling section B composed of two optical waveguides Bl and B2, and a third optical coupling section A 'composed of two optical waveguides A'l and A'2 having the same propagation constant. I have. On one side of the second optical coupling section B, the corresponding ones of the optical waveguides of the first optical coupling section A and the second optical coupling section B A1, B1; A2, B2 are connected in series with each other.
  • the corresponding ones of the optical waveguides of the second optical coupling section B and the third optical coupling section A ′ B 1, A ′ 1; B 2, ⁇ ′ 2 are mutually connected.
  • Each of the two optical waveguides A 1, A 2; Bl, B 2; A′l, A ′ 2 of the first to third optical tie parts ⁇ , ⁇ , ⁇ are formed linearly, respectively.
  • the waveguides D1 and D2 of the first lead D are connected to the outer ends of the optical waveguides A1 and A2 of the first optical coupling section A, respectively.
  • optical waveguides D'l and D'2 of the second lead portion D ' are connected to the outer ends of the optical waveguides A'l and A'2 of A', respectively.
  • Each of the optical waveguides D1, D2, D'1, D'2 is a bent optical waveguide to which the outer ends of the optical waveguides A1, A2, A'1 or A'2 are connected, and a straight optical waveguide to which these are connected.
  • the two corresponding linear optical waveguides extend parallel to each other.
  • the lower part with a thickness of about 20 is usually placed on a silicon substrate by flame deposition, vacuum deposition, plasma CVD, or sol-gel method.
  • a cladding layer and a core layer having a thickness of about 8 m are formed in this order.
  • a predetermined amount of Ti02 or Ge02 is added to the core layer so that the core layer has a higher refractive index than the lower cladding layer and the upper cladding layer described later.
  • the relative refractive index difference between the core layer and the upper and lower cladding layers should be about 0.25%.
  • an optical waveguide having a predetermined pattern is formed by removing unnecessary portions of the core layer by applying a photolithography method using a reactive ion etching method or the like to the core layer. Further, an upper cladding layer having the same refractive index as that of the lower cladding layer is formed on the core layer, and the optical waveguide pattern is embedded in the upper cladding layer.
  • the structure of the optical waveguide is not limited to the above-described buried waveguide, and various structures such as a bridge optical waveguide and a diffused optical waveguide can be adopted.
  • a constituent material of the optical waveguide not only quartz but also various materials such as a multi-component glass, a ferroelectric material, a compound semiconductor, and a polymer material can be used.
  • the optical waveguides B 1 and B 2 are made of the same type of quartz glass, and both optical waveguides are formed to have different widths or heights.
  • the refractive indices of the optical waveguides B 1 and B 2 are made different, the propagation of the optical waveguides B 1 and B 2 can be improved.
  • the constants may be different.
  • the optical waveguides B1 and B2 may be made of lithium niobate crystal, and a voltage may be applied to one of the optical waveguides B1 and B2.
  • a current of a predetermined value is injected into one of the optical waveguides B1 and B2 so as to lower the refractive index of the one optical waveguide.
  • the core portion exists near the surface of the optical waveguide, such as in the case of a ridge-type optical waveguide, a different kind of material is loaded on the optical waveguide to change the equivalent refractive index of the portion. be able to.
  • the optical component of FIG. 1 when an optical signal is input from the optical waveguide D1 of the first lead portion D, the optical waveguides Al, A2; B1, B2; A'l, A'2 of the respective optical coupling portions ⁇ , ⁇ , ⁇ ' Light coupling occurs, and the optical signal passing through the optical waveguide B1 and the optical waveguide A phase difference is given to the optical signal passing through the path B2.
  • the functions of the coupling portions a and b in the directional coupler (optical component) of FIG. 2 are mainly performed by the first and third optical coupling portions ⁇ and ⁇ ′.
  • the function of the phase shifter c is performed by the second optical coupler ⁇ .
  • the second optical coupling part ⁇ partially complements the functions of the coupling parts A and A ′. Then, the optical signal incident from the optical waveguide D1 of the first lead D is emitted from the two optical waveguides D'l and D'2 of the second lead D '.
  • All the optical waveguides D1, D2, A1, A2, B1, B2, A'l, A'2, D'l, D'2 including the optical waveguides of the lead portions D, D ', the core and the cladding A waveguide-type optical component having the structure shown in Fig. 1 was manufactured by using quartz glass so that the relative refractive index difference between the components was 0.25%.
  • the path heights of the optical waveguides A 1, A 2, Bl, B2, A '1 and A'2 are each set to 8 ⁇ m
  • the path widths of the optical waveguides Al, A2, A'l, and A'2 were each set to 8 zm
  • the path width of the optical waveguide B1 was set to 7
  • the path width of the optical waveguide B2 was set to 9 xm.
  • the lengths of the first to third optical coupling portions A, B, A were set to 1500 ⁇ , 1850 m and 5200 ⁇ m, respectively.
  • the bending radius of each of the bent optical waveguides of the lead portions D and D ' was set to 50 mm.
  • the coupling efficiency of the optical component manufactured at a wavelength of 3 to 1.65 is 20.0 ⁇ 1.9%. become.
  • the coupling amount at each lead portion is the first and third coupling portions of the directional coupler. This corresponds to the amount of binding in the part of 0.3 to 0.4 mm in length. Therefore, in consideration of the optical coupling at the lead sections D and D ', the lengths of the first and third optical coupling sections A and A' are set to be reduced to 115 m and 170 m, respectively. On the other hand, an optical component having the same other configuration as that of the first embodiment was manufactured.
  • the length of the optical component thus manufactured (excluding the length of the leads D and D ') is approximately 3.2 mm, and the calculated value of the coupling efficiency of the optical component at a wavelength of 1.3 to 1.65 m. Is 2 1 ⁇ 2% was o
  • each of the first to third optical coupling portions A, B, and A ' is set to 2440 fi, 1450 0 m and 600 im, respectively, other configurations are described.
  • An optical component identical to the one was manufactured.
  • the calculated value of the coupling efficiency of the optical component thus manufactured at a wavelength of 1.3 to 1.65 m was 50 ⁇ 3.8%.
  • the lengths of the first and third optical coupling parts A and A' are respectively set to 290 m and 250 m / m.
  • An optical component having the same configuration as that of the third embodiment was manufactured while the number of the components was reduced.
  • the length of the optical component thus manufactured (excluding the length of the leads D and D ') is about 3.8 mm, and the optical component at a wavelength of 1.3 to I.65 ⁇ m is used.
  • the calculated value of the coupling efficiency was 48 ⁇ 4%.
  • the present invention is not limited to the first to fourth embodiments, and can be variously modified.
  • the optical component is constituted by the first to third optical coupling parts A, B, A ', but the first or third optical coupling part A or ⁇ ' and the second optical coupling part
  • the optical component may be configured by the method (1).
  • the outer ends of the optical waveguides ⁇ 1 and ⁇ 2 constituting the second optical coupling section ⁇ are respectively connected to the two bent optical waveguides constituting the lead section D or D '. Connect to each wave path.
  • the value of the bending radius is an example, and is not limited to this.

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Description

明 細 書
導波路型光部品
技 術 分 野
本発明は、 導波路型光部品に関し、 特に、 光導波路間 での光結合効率の光の波長への依存性が少ない導波路型 光部品に関する。
背 景 技 術
光伝送路間での光信号の分岐， 結合を行うための光分 岐結合器は、 光通信網を構築する上での必須のデバイス である。 そして、 光デバイスの作動信頼性の向上ならび に小型化を図るべく、 2本の光導波路を互いにエバネッ セン ト結合可能な状態に平行配置してなる光結合部を有 する方向性結合器を、 光分岐結合器として用いることが 知られている。 しかしながら、 導波路型方向性結合器'に は、 光導波路間での光結合効率が光の波長に大きく依存 すると云う欠点がある。 結合効率の波長依存性が高いと、 光分岐結合器にあっては、 何らかの原因で光信号の波長 に変動を来した場合に、 光信号の分岐， 結合を所定比で 行うことが困難になったり、 使用波長 （例えば、 1 . 3 U rn , 1 . 5 5 ^ m ) が互いに異なる光通信網の双方に おいて好適使用可能な汎用性のある光分岐結合器を提供 することが困難になる。
導波路型方向性結合器における結合効率の波長依存性 を低減するため、 マッハツエンダ型干渉計の作動原理を 応用することが提案されている。 典型的には、 この導波 路型光部品は、 2つの光結合部と、 両該光結合部の間に 設けられ曲がり光導波路と直線光導波路とからなる移相 部とを有し、 2つの光結合部の夫々の一方の光導波路と これらの間に接続される移相部の曲がり光導波路とによ り光部品の第 1の光導波路が形成され、 又、 2つの光結 合部の夫々の他方の光導波路とこれらの間に接続される 移相部の直線光導波路とにより光部品の第 2の光導波路 が形成される。 上記提案に係る光部品は、 移相部の 2つ の光導波路間の経路差を所要値に設定すると共に各結合 部のパラメータ （結合部長さ， 導波路間隔等） を調整す ることにより、 光部品の第 1の光導波路と第 2の光導波 路との間での結合効率が、 ある光の波長域で略一定にな るようにしている。 しかしながら、 移相部の 2つの光導 波路間の経路差を所要のものにするには、 曲がり光導波 路の曲率半径を小さくすることが困難なため、 移相部の 長さが必然的に長くなる。 このため、 上記提案の光部 DP には、 光部品が大型になると云う欠点がある。 なお、 移 相部の 2つの導波路を曲がり導波路で形成した場合、 導 波路の長さが更に長くなり、 不都合である。
又、 方向性結合器の結合効率の波長依存性を解消する ため、 伝搬定数が互いに異なる 2つの直線光導波路を含 む光部品を用いることも知られている。 この光部品には、 結合部が直線であるため、 光導波路の長さを短くするこ とができると云う利点がある一方で、 結合効率が光の波 長の変化に対して相当に変化し、 従って、 波長変化に対 する結合効率の平坦性 （換言すれば、 結合効率の波長依 存性） が上記提案による光部品に比べて悪くなると云う 欠点がある。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、 小型化可能でかつ結合効率の波長依 存性を低減可能な導波路型光部品を提供することにある。 上記目的を達成するため、 本発明の導波路型光部品は、' 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路からなる第 1の光結合部と、 伝搬定数が互いに異なる 2つの光導波 路からなる第 2の光結合部とを備え、 第 1の光結合部の 光導波路と第 2の光結合部の光導波路の対応するもの同 士を互いに直列に接続し、 また、 各々の光結合部の 2つ の光導波路を直線状に形成しかつ互いにエバネッセン ト 結合可能に配したことを特徴とする。
好ましくは、 導波路型光部品は、 伝搬定数が互いに同 一である 2つの光導波路からなる第 3の光結合部を更に 備え、 第 2の光結合部の一側において第 1の光結合部の 光導波路と第 2の光結合部の光導波路の対応するもの同 士を互いに直列に接続すると共に、 第 2の光結合部の他 側において第 2の光結合部の光導波路と第 3の光結合部 の光導波路の対応するもの同士を互いに直列に接続する。 各々の光結合部の光導波路は好ましくは石英材料からな る。 又、 第 2の光結合部の 2つの光導波路は、 少なくと も路幅又は路高が互いに異なるか、 或は、 互いに屈折率 が異なる材料からなる。
上述のように、 本発明によれば、 導波路型光部品は、 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路からなる第 1の光結合部と、 伝搬定数が互いに異なる 2つの光導波 路からなる第 2の光結合部とを備え、 第 1の光結合部の 光導波路と第 2の光結合部の光導波路の対応するもの同 士を互いに直列に接続したので、 各々の光結合部の光導 波路間での結合係数ならびに第 2の光結合部の光導波路 の伝搬定数差を適切に設定することにより、 両該光結合 部の夫々の一方の光導波路からなる光部品の一方の光導 波路と両光結合部の夫々の他方の光導波路からなる光部 口
□Dの他方の光導波路との間での光結合効率 （光部品全体 での光結合効率） を 0ないし 5 0 %の範囲内で所望の値 にでき、 又、 結合効率の波長依存性を大幅に低減できる。 しかも、 各光結合部の 2つの光導波路を直線状に形成し たので、 本発明の導波路型光部品は小型化可能である。 付言すれば、 光結合効率を 5 0ないし 1 0 0 %の範囲 内で所望の値にできる光部品と、 光結合効率を 0ないし 5 0 %の範囲内で所望の値にできる光部品は、 光回路設 計上互いに等価である。 従って、 本発明によれば、 実際 には、 0ないし 1 0 0 %の範囲内で所望の光結合効率を 有する光部品を提供可能である。 好ましくは、 伝搬定数が異なる光導波路からなる第 2 の光結合部の両側に、 伝搬定数が同一の光導波路から夫 々なる第 1， 第 3の光結合部を配した本発明の特定の態 様によれば、 第 3の光結合部の光導波路間の結合係数を 適切に設定することにより、 光部品の光導波路間の結合 係数の設定をより適正化できる。 又、 第 2の光結合部の 光導波路同士の伝搬定数を相違させるには、 両光導波路 の路幅などを異なる値に設定すれば足りる。
図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1は、 本発明の一実施例による導波路型光部品を示 す概略図、
図 2は、 マッハツエンダ型干渉計を応用した従来 φ導 波路型光部品を示す概略図、 および
図 3は、 互いに伝搬定数が異なる光導波路からなる'従 来の別の導波路型光部品を示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態 図 2を参照すると、 マッハツユンダ型干渉計を応用し た従来の導波路型光部品は、 方向性結合器として機能す るもので、 光導波路 a 1 ， a 2 からなる光結合部 aと、 光導波路 b l ， b 2 からなる光結合部 bと、 両光結合部 a， b間に配され曲がり光導波路 c 1 と直線光導波路 c 2 とからなる移相部 cとを備え、 光結合部 a， bにはリ ード部 d， d ' が夫々接続されている。 この光部品は、 光導波路 a 1 ， b l ， c 1 からなる光部品の第 1光導波 路と光導波路 a2 , b 2 , c 2 からなる光部品の第 2光 導波路とを含み、 結合部 a， b及び移相部 cのパラメ一 タを所要のものにすることにより、 第 1光導波路と第 2 光導波路との間での光の結合効率を、 ある光の波長域で 略一定にしている。
例えば、 図 2の光部品において、 光導波路 a 1 ， a 2, bl ， 2 , c l ， c2 は石英ガラスで構成され、 各光 導波路は、 路幅および路高が夫々 8 /mでかつコアとク ラッ ドの比屈折率差が 0. 2 5 %になるように形成され る。 光導波路 a 1 ， a 2 の長さは 1 4 1 5 mにされ、 光導波路 bl ， b 2 の長さは 9 2 0 にされ、 導波路 a 1 , a2 間のピッチおよび導波路 b l ， b2 間のピッ チは夫々 1 3〃mにされる。 更に、 曲がり光導波路 c 1 と直線光導波路 c 2 間の経路差は 0. 5 9 5 mに設定 される。 この場合、 Marcatile 法による計算 （リ一ド部 d， d' での結合は無視） によれば、 波長し 3〜1. 6 5 mにおける図 2の光部品の結合効率は、 1 9. 5 ± 2. 1 %になる。
図 2の光部品において、 曲がり光導波路 c l の曲がり 半径を 5 0 mmに設定した場合、 リード部 d， d' を除 く光部品の長さは約 6. 4 mmと大きくなる。 即ち、 図 2の光部品には、 光部品の小型化ならびに光部品要素の 集積化が困難になると云う欠点がある。
図 3を参照すると、 図 2の光部品とは別種の従来の導 波路型光部品は、 方向性結合器として機能するもので、 伝搬定数が互いに異なる 2つの直線光導波路 c ' 1， c ' 2 からなる光結合部 c ' を含み、 光結合部 c ' はリード部 d， d* 間に配されている。 光導波路 c ' 1， c ' 2の伝搬 定数を相違させるベく、 光導波路 c ' l， c，2は、 互いに 異なる路高あるいは路幅を有するように形成されている。 ' 例えば、 図 3の光部品において、 光導波路 c， l， c ' 2 は石英ガラスで構成され、 各光導波路は、 路高が 8 fi m でかつコアとクラッ ドの比屈折率差が 0. 2 5 %になる ように形成される。 光導波路 c ' l， c ' 2の路幅は 8. 7 4 〃m及び 7. 2 6 に夫々設定され、 光導波路 c， 1， c， 2の長さば夫々 3 0 3 0 〃mにされ、 導波路 c ' 1， c ，2間のピッチは 1 4 〃mに設定される。 この場合、 Marc atile 法による計算 （リ一ド部 d， d 'での結合は無視） によれば、 波長 1. 3〜 1. 6 5 z mにおける図 3の光 部品の結合効率は、 1 9. 7 ± 7. 0 %になる。
図 3の光部品は、 リード部 d， d ' を除く光部品の長 さを約 3. 0 mmにまで低減可能ではあるが、 波長変化 に対する結合効率の平坦性が劣化すると云う問題がある。 以下、 図 1を参照して、 本発明の導波路型光部品を説 明する。
図 1の光部品は、 方向性結合器として機能するもので、 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路 A1 ， A2 からなる第 1の光結合部 Aと、 伝搬定数が互いに異なる 2つの光導波路 Bl， B2からなる第 2の光結合部 Bと、 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路 A'l， A' 2 からなる第 3の光結合部 A' とを備えている。 第 2の光 結合部 Bの一側において第 1の光結合部 Aと第 2の光結 合部 Bの光導波路の対応するもの同士 A1 ， B 1 ； A 2, B2 が互いに直列に接続され、 第 2の光結合部 Bの他側 において第 2の光結合部 Bと第 3の光結合部 A' の光導 波路の対応するもの同士 B 1 ， A' 1； B2 , Α'2が互い に直列に接続されている。 第 1ないし第 3の光結台部 Α， Β， Α， の各々の 2つの光導波路 A 1 ， A 2 ； Bl ， B 2 ； A'l， A' 2は夫々直線状に形成されると共に、 互い に平行かつエバネッセント結合可能に配されている。 そ して、 第 1の光結合部 Aの光導波路 A 1 ， A2 の外方端 には第 1 リード部 Dの 導波路 D1 ， D 2 が夫々接続さ れ、 また、 第 3の光結合部 A' の光導波路 A' l， A' 2の 外方端には第 2 リー ド部 D' の光導波路 D'l， D'2が夫 々接続されている。 光導波路 D1 ， D2 , D' 1, D'2の 各々は、 光導波路 A1 ， A2 , A' 1または A'2の外方端 が接続される曲がり光導波路と、 これが接続される直線 光導波路とからなり、 対応する 2つの直線光導波路は互 いに離隔して平行に延びている。
図 1の光部品の製造にあたっては、 シリ コン基板の上 に、 火炎堆積法， 真空蒸着法， プラズマ CVD法， ゾル 一ゲル法などによって、 通常厚みが 2 0 程度の下部 クラッ ド層と厚みが 8 m程度のコァ層とをこの順序で 先ず形成する。 コア層の形成時、 コア層に T i 0 2 や G e 0 2 を所定量添加して、 下部クラ ッ ド層及び後述の上 部クラ ッ ド層より もコア層が高屈折率になるように、 即 ち、 コア層と上 ·下部クラ ッ ド層との比屈折率差が 0 . 2 5 %程度になるようにする。 次いで、 コア層に反応性 イオンエツチング法を用いたフォ ト リ ソグラフィ法など を適用して、 コア層の不要部分を除去することにより、 所定パターンの光導波路を形成する。 更に、 下部クラ ッ ド層と同一屈折率の上部クラ ッ ド層をコア層上に形成し、 光導波路パターンを上部クラ ッ ド層内に埋設する。
なお、 光部品の製造には、 上述の製造方法以外の、. 従 来公知の種々の方法を適用可能である。 又、 光導波路の 構造も、 上述の埋込み導波路に限定されず、 リ ッジ光'導 波路や拡散光導波路などの種々の構造を採用できる。 更 に、 光導波路の構成材料も、 石英のみならず、 多成分ガ ラス， 強誘電体材料， 化合物半導体， 高分子材料など、 種々の材料を使用可能である。
第 2の光結合部 Bにおける光導波路 B 1 と光導波路 B 2 の伝搬定数を相違させるための方法は種々である。 例 えば、 光導波路 B 1 ， B 2 を同種の石英ガラスで構成し、 両光導波路を互いに異なる路幅または路高を有するよう に形成する。 或は、 光導波路 B 1 と光導波路 B 2 の屈折 率を相違させることにより、 光導波路 B 1 ， B 2 の伝搬 定数を相違させるようにしても良い。
詳しくは、 G e添加のコアを有する石英導波路の場合、 光結合部の一方の光導波路に紫外線などを照射してコア 屈折率を増大可能である。 1 4 0ZOF C' 9 2 /Wedn esday Poster, 論文番号 WK 1によれば、 K r Fを用い たェキマレ一ザ （波長 2 4 9 11111) カ、ら 1 0 0 11111 〇 m2 Zパルスの紫外光をコアに 5 0パルス照射すると、 G e含有石英コアの屈折率は約 2 X 1 0— 6程度増加する。 ニオブ酸リチウム結晶で構成した光導波路の場合、 光導 波路に所定値の電圧を印加すると、 光導波路の屈折率が 大きく変化する。 従って、 光導波路 B1 ， B2 をニオブ 酸リチウム結晶で構成し、 光導波路 B1 ， B2 の一方に 電圧を印加するようにしてもよい。 光導波路 B1 ， B2 を半導体材料で構成した場合、 光導波路 B1 ， B2 のい ずれか一方に所定値の電流を注入して当該一方の光導波 路の屈折率を低下させるようにする。 更に、 リ ッジ型光 導波路のように、 コア部が光導波路の表面近傍に存在す る場合には、 何らかの異種材料を光導波路の上に装荷し て当該部分の等価屈折率を変化させることができる。
以下、 図 1の光部品の作動を簡略に説明する。 例えば、 第 1 リード部 Dの光導波路 D1から光信号を入射すると、 各々の光結合部 Α， Β， Α' の光導波路 Al ， A2 ； B 1 , B2 ； A' l, A' 2間で光の锆合が生じ、 又、 第 2の 光結合部 Bにおいて光導波路 B1 を通る光信号と光導波 路 B2 を通る光信号との間に位相差が付与される。 換言 すれば、 図 2の方向性結合器 （光部品） における結合部 a, bの機能が主に第 1及び第 3の光結合部 Α， Α' に より奏され、 図 2の光部品における移相部 cの機能が第 2の光結合部 Βにより奏される。 又、 第 2の光結合部 Β は、 結合部 A， A' の機能を一部補完することになる。 そして、 第 1 リード部 Dの光導波路 D1 から入射された 光信号は、 第 2 リード部 D' の 2つの光導波路 D' l， D '2から出射される。
なお、 導波路 D1 から光を入射した場合、 導波路 Dl'， D 2'からの出射光強度を夫々 I I ， I 2 とすると、 光部 品全体での結合効率 77は、 7? = I 2 / ( I 1 + I 2 ) で 表される。 従って例えば、 ある波長における結合効率？？ が 2 0 %である場合、 導波路 D1 から 1 /Wの強度の光 を入射すると、 導波路の損失を無視すれば、 導波路 Dl'， D2'からの出射光強度は夫々 8 0 0 n W, 2 0 0 nWと なる。
実施例 1
リード部 D， D ' の光導波路を含む全ての光導波路 D 1 ， D2 , A1 ， A2 , B 1 , B2 ， A'l， A'2， D'l， D'2を、 コアとクラッ ドとの比屈折率差が 0. 2 5 %に なるように石英ガラスで構成して、 図 1に示す構造の導 波路型光部品を製造した。 このとき、 光導波路 A 1 ， A 2 ， Bl ， B2 , A' 1, A'2の路高を夫々 8〃mとし、 光導波路 Al ， A2 ， A' l， A' 2の路幅を夫々 8 zmと し、 光導波路 B 1 の路幅を 7 とし、 光導波路 B2 の 路幅を 9 xmとした。 又、 第 1ないし第 3の光結合部 A， B， A， の夫々の長さを夫々 1 5 0 0 βτη, 1 8 5 0 mおよび 5 2 0 〃mとした。 更に、 リード部 D， D' の 曲がり光導波路の各々の曲がり半径を 5 0 mmに設定し た。
Marcatile 法による計算 （リード部 D， D' での結合 は無視） によれば、 斯く製造した光部品の、 波長し 3 〜 1. 6 5 における結合効率は、 2 0. 0 ± 1. 9 %になる。
実施例 2
図 1の構成においてリード部 D， D' の曲がり光導波 路の曲がり半径を 5 0 mmに設定した場合、 各リード部 での結合量は、 方向性結合器の第 1及び第 3の結合部の 長さ 0. 3〜0. 4 mmの部分における結合量に対応す る。 そこで、 リー ド部 D， D' での光結合を考慮して、 第 1及び第 3の光結合部 A, A' の夫々の長さを 1 1 5 0 mおよび 1 7 0 に夫々減少設定する一方、 その 他の構成を実施例 1のものと同一にした光部品を製造し た。
斯く製造した光部品の長さ （リード部 D， D' の長さ を除く） は約 3. 2 mmで、 又、 波長 1. 3〜 1. 6 5 mにおける光部品の結合効率の計算値は 2 1 ± 2 %で あった o
実施例 3
第 1ないし第 3の光結合部 A， B， A' の夫々の長さ を 2 4 4 0 fi , 1 4 5 0 〃mおよび 6 0 0 i mに夫々 設定する一方、 その他の構成を実施例 1のものと同一に した光部品を製造した。 斯く製造した光部品の、 波長 1. 3〜 1. 6 5 mにおける結合効率の計算値は 5 0 ±3. 8 %であった。
実施例 4
リード部 D， D' での光結合を考慮して、 第 1及び第 3の光結合部 A， A' の夫々の長さを 2 0 9 0 〃mおよ び 2 5 0 /mに夫々減少設定する一方、 その他の構成を 実施例 3のものと同一にした光部品を製造した。 斯く製 造した光部品の長さ （リード部 D， D' の長さを除く） は約 3. 8 mmで、 又、 波長 1. 3〜： I . 6 5 〃mにお ける光部品の結合効率の計算値は 4 8 ± 4 %であった。 本発明は、 上記第 1〜第 4実施例に限定されず、 種々 に変形可能である。
例えば、 上記実施例では、 光部品を第 1ないし第 3の 光結合部 A， B， A' により構成したが、 第 1または第 3の光結合部 Aまたは Α' と第 2の光結合部 Βとによつ て光部品を構成するようにしても良い。 この場合、 第 2 の光結合部 Βを構成する光導波路 Β 1 ， Β2 の夫々の外 方端をリード部 D又は D' を構成する 2つの曲がり光導 波路に夫々接続する。 又、 上記実施例での光結合部の長
さ、 光導波路の路高， 路幅、 リー ド部の曲がり光導波路
の曲がり半径の値は例示であって、 これに限定されず種
々に設定可能である。 、-

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路からなる 第 1 の光結合部と、 伝搬定数が互いに異なる 2つの光導 波路からなる第 2の光結合部とを備え、 前記第 1 の光結 合部の光導波路と前記第 2の光結合部の光導波路の対応 するもの同士を互いに直列に接続し、 又、 前記第 1及び 第 2の光結合部の各々の 2つの光導波路を直線状に形成 しかつ互いにエバネッセント結合可能に配したことを特 徴とする導波路型光部 □
: 伝搬定数が互いに同一である 2つの光導波路からなる 第 3の光結合部を更に備え、 前記第 2の光結合部の一側 において前記第 1の光結合部の光導波路と前記第 2の光 結合部の光導波路の対応するもの同士を互いに直列に接 続すると共に、 前記第 2の光結合部の他側において前記 第 2の光結合部の光導波路と前記第 3の光結合部の光導
•波路の対応するもの同士を互いに直列に接続した請求の 範囲第 1項記載の導波路型光部
. 前記第 1及び第 2の光結合部の光導波路は石英材料か らなる請求の範囲第 1項記載の導波路型光部 α
ΠΠ ο
. 前記第 1ないし第 3の光結合部の光導波路は石英材料 からなる請求の範囲第 2項記載の導波路型光部 α
ΠΠ ο . 前記第 2の光結合部の 2つの光導波路は、 少なく とも 路幅又は路高が互いに異なる請求の範囲第 3項または第 4項記載の導波路型光部品。
. 前記第 2の光結合部の 2つの光導波路は、 互いに屈折
率が異なる材料からなる請求の範囲第 1項記載の導波路
型光部 c口r .
1 ΠΠ ο
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