JP2005189564A - ３次元平面状光導波路 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 平面状光導波路１ａ〜１ｄを積層して平面状光導波路ブロック２を構成する。この平面状光導波路ブロック２に対して他の平面状光導波路３を９０度交差させて結合する。平面状光導波路ブロック２を構成する各平面状光導波路１ａ〜１ｄの結合端面は所定の角度だけ斜め研磨され、各平面状光導波路１ａ〜１ｄのコアと平面状光導波路３のコアとの間の距離が等距離になるようにする。
【効果】 本発明によれば、高密度で多分岐の平面状光導波路であっても小型化が可能で、しかも耐衝撃性等の強度も向上した３次元平面状光導波路を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導波路の小型化及び強度の向上を可能とする平面状光導波路に関する。

近年、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の導入が始まり各家庭での高速インターネットの利用が急速に普及してきている。このような状況において通信ネットワークをますます充実させる必要性が高まり、高信頼性を有し低コストでかつ小型の光導波路が要求されてきている。

光導波路の中で、平面状光導波路は、屈折率の高いコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに、周囲を覆われた構成をしている。多分岐の平面状光導波路はコアがツリー状に多数分岐して構成されている。

このような平面状光導波路は、ガラスなどの基板上に写真製版技術を利用して作製され、コアが２次元に分岐している。従って、分岐数が多くなるとコアが平面状に広がりを持つようになる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図５は従来の平面状光導波路４１を示しており、１つのコア４２がツリー状に分岐して１６のコアに別れている。即ち、この図は１ｘ１６分岐導波路の例を表している。なお、１ｘ１６分岐というのは、１個のコアから最終的に１６個のコアに分岐をする構成のことをいう。ここで、導波路の幅方向がＸ軸、厚さ方向がＹ軸、長手方向がＺ軸というように、座標軸を表示した。
特開平４−２８９８０３号公報 特開２００３−２９０６７号公報

ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。

近年の通信ネットワークの進展に伴い、平面状光導波路も高密度化が要求されてきている。平面状光導波路が高密度化されるということはコアの分岐数が増加することである。このコアの分岐数が多くなればなるほど、基板の上面に平行な方向、即ちＸ軸方向とＺ軸方向に、コアが広がりを持ち、基板が大型化する傾向がある。

一方、市場においては、各種機器類の小型化が望まれており、平面状光導波路も例外ではない。従って、高密度でありながらコンパクトな平面状光導波路の実現が望まれていた。

また、従来の平面状光導波路は、前記したように、基板上面に平行な方向に２次元に分岐しているために、分岐数が増加すると、基板の面積を拡大させなければならない。しかし、基板の厚さは通常一定であるので、曲げ強度が低下し、耐衝撃性が悪くなるという問題があった。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、たとえ高密度化をしても小型化が可能で、しかも耐衝撃性にも優れた特性を有する平面状光導波路を提供することを目的とするものである。

本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。

〈構成１〉
複数の平面状光導波路を、これらの上面が平行になるように積層して成る、平面状光導波路ブロックと、この平面状光導波路ブロックの入力端面に出力端面を結合させた他の平面状光導波路とを備え、上記複数の平面状光導波路と上記他の平面状光導波路とは、いずれも、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに周囲を覆われた構成をし、前記コアは、それぞれ、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する分岐路を形成しており、上記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面とが、互いに所定の交差角で交差した状態で、前記平面状光導波路ブロックの入力端面と前記他の平面状光導波路の出力端面とが結合され、かつ、上記他の平面状光導波路の出力端面のＮ個の分岐路にあるＮ個のコアと、平面状光導波路ブロックを構成するＮ枚の各平面状光導波路の入力端面の、合計Ｎ個のコアが、それぞれ相互に結合されていることを特徴とする３次元平面状光導波路。

このような構成にすると、平面状光導波路ブロックに３次元的に他の平面状光導波路を結合するようにしたので小型化が可能となりかつ耐衝撃性にも優れた平面状光導波路を実現することができる。

〈構成２〉
上記各平面状光導波路を積層一体化したときに、当該各平面状光導波路の入力端面の合計Ｎ個のコア端が、当該全ての平面状光導波路の上面と交差する所定の直線上に配列されると同時に、上記他の平面状光導波路の出力端面にあるＮ個の分岐路にあるＮ個のコア端の配列間隔を保つように配列されることを特徴とする構成１記載の３次元平面状光導波路。

このように各コアの位置関係を調整すると、任意の構成の平面状光導波路を相互に任意の交差角で結合させることができる。

〈構成３〉
上記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面の交差角が、９０度であることを特徴とする構成１記載の３次元平面状光導波路。

このように交差角を９０度にすると、通常最も多く作製されている平面状光導波路を小型化して３次元平面状光導波路を構成することができる。

〈構成４〉
伝送光の光軸に対して垂直な面を基準面にしたとき、上記各平面状光導波路の入力端面及び上記他の面状光導波路の出力端面を、前記基準面に対して所定の角度だけ傾斜させるように、上記入力端面あるいは上記出力端面を研磨したことを特徴とする構成１記載の３次元平面状光導波路。

このように結合面を斜め研磨することにより、伝送光の反射が防止できるので前記平面状光導波路ブロックと他の平面状光導波路との結合効率が向上する。

〈構成５〉
各平面状光導波路の各入力端面を、当該平面状光導波路の上面を含む面内で、上記所定の角度だけ傾斜させるように一括研磨したことを特徴とする構成４記載の３次元平面状光導波路。

このように前記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の端面を長手方向に所定の角度をつけて行うと前記他の平面状光導波路との結合面での光の反射による影響が軽減される。

以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。

図１は本発明の平面状光導波路の３次元的に結合した状況を示す斜視図である。
図１においては、１ｘ４分岐の、それぞれ全く同一の構成の平面状光導波路１ａ〜１ｄが、４枚積層されて、破線で囲んだ一つの平面状光導波路ブロック２を形成している。この図の例では、各平面状光導波路１ａ〜１ｄの間に一定の幅の隙間が形成されている。各平面状光導波路１ａ〜１ｄは、例えば、適当なスペーサを挟んで積層してもよいし、あるいは隙間なく密着させて一体化してもよい。これとは別に、平面状光導波路１ａ〜１ｄと全く同一の構成の、１ｘ４分岐の平面状光導波路３が用意される。この平面状光導波路３のことを、他の平面状光導波路３と呼ぶことにする。また、図のように、平面状光導波路３を構成する基板の光入力側の端面Ｔを入力端面、光分岐出力側の端面を出力端面と呼ぶことにする。なお、いずれの平面状光導波路も、それぞれ、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに、周囲を覆われた構成をしている。

本発明では、平面状光導波路ブロック２と、１枚の他の平面状光導波路３とを３次元的に結合する。即ち、平面状光導波路ブロック２を構成する各平面状光導波路１ａ〜１ｄの上面と、他の平面状光導波路３の上面とが互いに９０度交差した状態で結合されている。なお、上面というのは、導波路が形成された基板面のことである。その結果、平面状光導波路３の出力端面の４個の分岐されたコア４と、平面状光導波路ブロック２を構成する各平面状光導波路１ａ〜１ｄの入力端面の、合計４個のコア５が、それぞれ相互に結合される。平面状光導波路３は１ｘ４分岐で、各平面状光導波路１ａ〜１ｄも１ｘ４分岐である。従って、全体として、１ｘ１６分岐の平面状光導波路を形成することができる。また、この全体を図４に示したものと比較すると、Ｘ軸方向の幅を十分に狭くできるので、小型化が実現できる。

図２（ａ）は、各平面状光導波路１ａ〜１ｄと他の平面状光導波路３とを結合させた、完成後の平面状光導波路の斜視図である。
図１に示したしたものの完成後の平面状光導波路はこの図のようになる。一般的に矩形断面を有する材料の破断強度は断面係数に比例する。ここで、断面係数は、断面の幅（Ｘ軸方向のサイズ）をｗ、厚さ（Ｙ軸方向のサイズ）をｔとすると、ｗｔ²／６と表すことができる。即ち、幅ｗが小さく厚さｔが厚くなるほど強度が向上することになる。本発明のような構成の平面状光導波路は、幅方向（図１のＸ軸方向）の広がりを抑制することができるから、小型化が可能となるばかりではなく、耐衝撃性等の強度にも優れたものとなる。さらに、４枚の平面状光導波路１ａ〜１ｄを積層するから、厚さｔが増し、強度が向上する。

図２（ｂ）と（ｃ）は、平面状光導波路ブロック２と他の平面状光導波路３との交差角の説明をする説明図である。
上記の実施例１において、平面状光導波路ブロック２を構成する各平面状光導波路１ａ〜１ｄの上面と、他の平面状光導波路３の上面とは、必ずしも、互いに正確に９０度交差した状態で結合される必要はない。各平面状光導波路の構成も、それぞれ同一である必要はない。例えば、平面状光導波路１ａ〜１ｄのうちの一枚は、１ｘ８分岐のものでもよい。即ち、いずれの平面状光導波路も、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する、１ｘＮ（Ｎは２以上の正の任意の整数）分岐の分岐路を形成している。上記コア４は他の平面状光導波路３の分岐路にある。平面状光導波路ブロック２の積層枚数は、他の平面状光導波路３の分岐数と一致させればよく、複数の、任意の数の平面状光導波路を、これらの上面が平行になるように積層して成る、平面状光導波路ブロックを製造すればよい。

各平面状光導波路１ａ〜１ｄの、入力端面のコア５の位置も、任意でよい。しかし、これら入力端面のコア５の端は、各平面状光導波路１ａ〜１ｄを積層一体化したときに、図の（ｂ）に示すように、全ての平面状光導波路１ａ〜１ｄと交差する所定の直線８上に配列される。同時に、平面状光導波路３の出力端面にある４個の分岐路にある４個のコア４の端の配列間隔を保つように正確に配列されなければならない。この関係を保つ限り、平面状光導波路ブロック２を構成する各平面状光導波路１ａ〜１ｄの上面と、他の平面状光導波路３の上面の交差角αは、図の（ｂ）と（ｃ）に示すように、９０度に満たない角度で構わない。

ところで、積層した平面状光導波路１ａ〜１ｄの端面と平面状光導波路３の端面とを結合する時に、その入力端面と出力端面とを光導波路の長手方向の光軸に対して垂直に密着させると、端面に光の反射が生じ結合損失が大きくなってしまう。そこで、通常は入出力両端面を斜めに研磨して、光の反射を減少させるようにすることが行われている。従って、本発明では、伝送光の光軸に対して垂直な面を基準面にしたとき、平面状光導波路の入力端面及び出力端面を、基準面に対して所定の角度だけ傾斜させる。

図３は実施例３の平面状光導波路を示したものであり、図３（ａ）は一実施例の側面図、（ｂ）は他の実施例の側面図である。
例えば図３（ａ）に示すように、積層した各平面状光導波路１ａ〜１ｄの入力端面と平面状光導波路３の出力端面を角度βだけ傾斜させるように研磨すると、平面状光導波路３の端面からの光が反射して再び平面上光導波路３に戻ることがなくなる。図の（ｂ）に示す実施例では、各平面状光導波路１ａ〜１ｄの入力端面をそれぞれ個別に、また平面状光導波路３の出力端面を角度βだけ傾斜させるように研磨した。即ち、図のＺ軸方向が伝送光の光軸方向であり、Ｘ軸とＹ軸を含む面が、伝送光の光軸に対して垂直な面であるが、この面を基準にしたとき、各平面状光導波路１ａ〜１ｄの入力端面及び他の平面状光導波路３の出力端面を所定の角度だけ傾斜させる。これで、他の平面状光導波路３からの光が反射して再び平面上光導波路３に戻ることがなくなる。

図４は実施例４の平面状光導波路を示したものであり、図４（ａ）はその斜視図、図４（ｂ）は、平面状光導波路１ａ〜１ｄの各入力端面と平面状光導波路３の出力端面との関係を示す平面図である。
図の（ｂ）に示すように、平面状光導波路１ａ〜１ｄの各入力端面と平面状光導波路３の出力端面を平面状光導波路１ａ〜１ｄの上面を含む面内で、角度θだけ傾斜させるように一括研磨した。このように平面状光導波路１ａ〜１ｄの各入力端面を研磨すると、全ての平面状光導波路１ａ〜１ｄの、各入力端面のコア５と、平面状光導波路３の、出力端面のコア４との位置関係が同等になり、実施例３と同様に、結合損失を少なくすることができるとともに反射光による影響がなくなる。

上記したように本発明の平面状光導波路は、積層した複数の平面状光導波路により構成される平面状光導波路ブロックに対して、他の平面状光導波路を３次元的に結合したので、小型化が可能となり耐衝撃性等の強度も向上した特性を有するようになった。

本発明の一実施の形態を表した斜視図である。 （ａ）は完成後の平面状光導波路の斜視図、（ｂ）と（ｃ）は交差角の説明をする説明図である。 実施例３の平面状光導波路を示し、（ａ）は比較例の側面図、（ｂ）は実施例の側面図である。 実施例４の平面状光導波路を示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は入力端面と出力端面との関係を示す平面図である。 従来の平面状光導波路を表す斜視図である。

符号の説明

１ 平面状光導波路
２ 平面状光導波路ブロック
３ 他の平面状光導波路
４ 他の平面状光導波路のコア
５ 平面状光導波路のコア

Claims (5)

1. 複数の平面状光導波路を、これらの上面が平行になるように積層して成る、平面状光導波路ブロックと、
   この平面状光導波路ブロックの入力端面に出力端面を結合させた他の平面状光導波路とを備え、
   前記複数の平面状光導波路と前記他の平面状光導波路とは、いずれも、所定の屈折率のコアがこのコアよりも屈折率の低いクラッドに周囲を覆われた構成をし、前記コアは、それぞれ、入力端面から出力端面に向かって、複数に分岐する分岐路を形成しており、
   前記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面とが、互いに所定の交差角で交差した状態で、前記平面状光導波路ブロックの入力端面と前記他の平面状光導波路の出力端面とが結合され、
   かつ、前記他の平面状光導波路の出力端面のＮ個の分岐路にあるＮ個のコアと、平面状光導波路ブロックを構成するＮ枚の各平面状光導波路の入力端面の、合計Ｎ個のコアが、それぞれ相互に結合されていることを特徴とする３次元平面状光導波路。
2. 前記各平面状光導波路を積層一体化したときに、当該各平面状光導波路の入力端面の合計Ｎ個のコア端が、当該全ての平面状光導波路の上面と交差する所定の直線上に配列されると同時に、前記他の平面状光導波路の出力端面にあるＮ個の分岐路にあるＮ個のコア端の配列間隔を保つように配列されることを特徴とする請求項１記載の３次元平面状光導波路。
3. 前記平面状光導波路ブロックを構成する各平面状光導波路の上面と、他の平面状光導波路の上面の前記交差角が、９０度であることを特徴とする請求項１記載の３次元平面状光導波路。
4. 伝送光の光軸に対して垂直な面を基準面にしたとき、前記各平面状光導波路の入力端面及び前記他の面状光導波路の出力端面を、前記基準面に対して所定の角度だけ傾斜させるように、前記入力端面あるいは前記出力端面を研磨したことを特徴とする請求項１記載の３次元平面状光導波路。
5. 各平面状光導波路の各入力端面を、当該平面状光導波路の上面を含む面内で、前記所定の角度だけ傾斜させるように一括研磨したことを特徴とする請求項４記載の３次元平面状光導波路。

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