JPH03171115A

JPH03171115A - 光合分波器

Info

Publication number: JPH03171115A
Application number: JP31171589A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山; Takashi Ushikubo; 牛窪　孝
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-07-24
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JP2733116B2

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）この発明は、例えば波長分割多重方式の光通信等に用い
て好適な導波型の光合分波器に閲するものである．（従来の技術）例えば波長分割多重方式の光通信等においては、波長が
異なる複数の光を合波する合波器及び波長の異なる複数
の光が多重されている信号光から各波長の光を分波する
分波器が必要になる．ここで、合波器又は分波器は、そ
の入出力を逆転させることで両機能を果すので、以下こ
れらを、合分波器と称する．従来の合分波器としては、例えば文献（電子情報通信学
会「コヒーレント光通信Ｊ　（＋９８８．ＩＯ．＋５）
ｐ．５７〜５８）に開示の回折格子形分波器があった．
第６図は、この回折格子形分波器の構造を概略的に示し
た斜視図である．この回折格子形分波器は、入出力用光ファイバ１１と、
ファイバアレイ１３と、レンズ１５と、回折格子１７と
が、光軸が合わされた状態で円柱形ハウジング１９内に
収納されて構戒されていた．（発明が解決しようとする
課題）しかしながら、従来の光合分波器は、上述の各部品１１
〜１７ヲ光軸が一敗するように組立てなければならない
ため、その作製に手間がかかるという問題点があった．乙の発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、作製が容易な合分波器を提供す
ることにある．（課題を解決するための手段）この目的の達戊を図るため、この発明の光合分波器によ
れば、導波路でＩＭ戊され入力ボートからの光を分配するため
の分配手段と、この分配手段に接続され複数の導波路を
有する導波路アレイと、この導波路アレイに設けられ該
導波路アレイからの出力光の波面（同一位相面）を光の
伝搬軸方向に対し斜めにするため各導波路の伝搬光間に
位相差を生じさせる屈折率変化領域と、前述の導波路ア
レイに接続されたスラブ導波路（平行導波路とも云われ
ているもの）とを同一基板上に具えたことを特徴とする
．なお、この発明の実施に当たり、前記分配手段、導波路
アレイ及びスラブ導波路はこの順で直列的に接続するこ
とが出来る．この場合、分配手段は、これに限られるも
のではないが、分岐導波路又は、導波路アレイ後段のス
ラブ導波路とは別の第２のスラブ導波路で構成出来る．また、この発明の実施に当たり、前述の分配手段及び前
述のスラブ導波路を同一のスラブ導波路で兼用した１ｇ
戊とし、導波路アレイの分配手段側とは反対側に分配手
段から導波路アレイに入射した光を分配手段側に反射す
る反射手段を設ける構戊としても良い．即ち、分配手段
をスラブ導波路で構成し、導波路アレイ後段にはスラブ
導波路を設けずにこの代わりに反射手段を設けた構成と
しても良い．（作用）この発明の光合分波器によれば、波長λ１〜λ，の複数
の光を含む入力光は、分配手段【こよりパワー的に分配
され導波路アレイの各導波路に入る．また、詳細は第２
図（Ａ）及び（Ｂ）を用いて後述するが、分配手段から
導波路アレイに入る光の波面は光の伝搬軸方向に対し垂
直であるが、導波路アレイからの出力光の波面は、屈折
率変化領域の作用により一光の伝搬軸方向に対し斜めと
される．光の伝搬軸方向に対し斜めとされた出力光は、
スラブ導波路端部において波長が異なる光（λ１〜入ｊ
の光）毎で異なる位置に焦点を結ぶ．従って、スラブ導
波路の当該端部に出力用導波路（出力ボートであっても
良い．）ヲ適切に配置することにより波長の異なる光を
別々に取り出せるので、分波が可能になる．また、分波
の逆の原理により合波が可能になる．また、分配手段、導波路アレイ、屈折率変化領域及びス
ラブ導波路等の各構成戒分は、公知の微細加工技術及び
イオン交換法による導波絹作製技術や拡散導波路作製技
術等によって精度良くかつ容易に作製出来る．さらに、
これら各構戊戊分の光軸合わせも、微細加工工程でマー
カー等を用いることにより高精度にかつ容易に行なうこ
とが出来る．また、分配手段及びスラブ導波路を同一のスラブ導波路
（以下、兼用スラブ導波路）で兼用した構戊とし、導波
路アレイの兼用スラブ導波路から或る分配手段側とは反
対側端部に該分配手段から該導波路アレイに入射した光
を該分配手段側に反射する反射手段を設けると、分配手
段、導波路アレイ、スラブ導波路を直列的に配置する場
合に比し光合分波器の小型化が図れる．（実施例）以下、図面ヲ参照して、この発明の光合分波器の実施例
につき説明する．なお、以下の説明に用いる各図は、こ
の発明を理解出来る程度に各構或成分の寸法、形状及び
配Ｎ関係を概略的に示してあるにすぎない．また、各図
において同様な構或戊分についでは同一の符号を付して
示すと共に、重複する説明は省略する．里ユ』粱虹例第１図は、第１実施例の光合分波器の構成を概略的に示
した平面図である．この第１実施例の光合分波器は、同一の基板２１上に、
導波路で構成され入力ポート２３からの光を分配するた
めの分配手段としてこの場合２分岐導波路２５ａ８７段
接続して構成した分配千段２５と、この，分配手段２５
に接続され複数の導波路２７１〜２７、（図示例では８
本）をビッチｄで並置して構戊した導波路アレイ２７と
、この導波路アレイ２７に設けられ導波路アレイ２７の
出力光の波面を光の伝搬軸（この場合各導波路２７，〜
２７、の長手方向）に対し斜めにするため各導波路２７
１〜２７．の伝搬光間に位相差を生じさせる屈折率変化
領域２９（第１図中斜線を付した領域）と、導波路アレ
イ２７の分配手段２５側とは反対側端部に接続されたス
ラブ導波路３１と、このスラブ導波路３１の導波路アレ
イ２７側とは反対側端部に接続された複数の導波路３３
とを具えている．なお、第１図中３５は、出力ボートで
ある．ここで、基板２１としては、従来公知の種々のものを用
いることが出来、例えばガラス基板、ＬｉＮｂＯ３基板
、化合物半導体基板等を挙げることが出来る．また、１本の導波路２３、分岐導波路２５ａ、導波路ア
レイ２７の各導波路及び複数の導波路３３夫々は、従来
公知の導波路で構威出来る．例えば、基板２１をガラス
で構成する場合であれば例えばイオン交換法による導波
路で、基板２１をＬｉＮｂＯ３で構戊する場合であれば
例えば拡散導波路で、基板２１を化合物半導体で構成す
る場合であれば例えば装荷型導波路で構成すれば良い．また、スラブ導波路３１は、イオン交換法、拡散法等の
公知の方法で作製した導波路で構或出来る．また、この実施例の屈折率変化領域２９は、導波路アレ
イ２７の各導波路の屈折率との間で八〇の屈折率差を示
す屈折率を有すると共に、各導波路２７，〜２７Ｈ（Ｌ
ｌ：接する部分の長さが各導波路２７，〜２７Ｎ＠で所
定の値（後述する）になるようなｌｊｌ戒としてある．
なお、説明の都合上、導波路アレイ２７に備わるＮ本の
導波路中のある導波路２７１に接する屈折率変化領域部
分の長さは、Ｌ１で示されるものとする．このような屈折率変化領域２９は、イオン交換法、拡散
法等の公知の技術で形戒出来る．なお、分岐導波路２５
の幅及び段数、導波路アレイ２７の各導波路の幅、どツ
チｄ及び導波路数並びにスラブ導波路３１の長さ等は、
用いる材料、当該合分波器で処理する対象光の波長等を
考慮し設計に応じ決定する．なお、この発明の光合分波
器の分解能λ。／Δ入は、入０／Δλ＝ｍＮ　　　−・・■ で決定される．ここで、ｍは正の整数、Ｎは導波路アレ
イ２７に備わる導波路数、入。は多重されている各波長
（この例ではλ，〜λ，）の平均波長、Δλは多重され
ている各波長におけるｌｌＩ接波長の差である．従って
、導波路アレイ２７の導波路数Ｎが多い程分解能が向上
するので、設計に当たってはこの点も考慮するのが良い
．次に、第１図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、第
１実施例の光合分波器の動作説明を行なつ．入力ポート２３より入力された光（波長λ，〜λ，の光
が多重されている光）は、分配手段２５においてパワー
的に等分された後導波路アレイ２７の各導波路２７，〜
２７ｍに同位相で入力される．次に、導波路アレイ２７
の各導波路を伝搬する光、例えば導波路アレイ２７中の
ある導波路２７１を伝搬する光は、屈折率変化領域２９
がこれ以外の導波路との間で△ｎの屈折率差を示すこと
及びこの屈折率変化領域２９の当該導波路２７．に接す
る長さがＬ．であることにより、当該導波路２７，を伝
搬する間に、２Ｔ［ΔｎＬ＋／入の位相差が生じる．ここで、λは波長である．但し、こ
の入は波長λ，〜入，ヲ包括して示している（以下同様
）．ＫＪち、導波路２７Ｉには波長λ〜λ，の各光が夫
々伝搬しているので各波長の光夫々が上述のような位相
差（λをλ１〜入，に置き換えた位相差）を生じる．他
の導波路２７，〜２７Ｎにおいても導波路２７，と同様
に導波路の長さ（Ｌ，とかＬＨとか）に応じて上述の開
係を満足する位相差を生じる．従って、各導波路２７．〜２７Ｎを伝搬する光と、これ
ら導波路２７１〜２Ｌ１　＠伝搬している各光のうちで
最も位相が遅い光とにおける同一状態にある点の，ずれ
をΔＬ１とすると、これは以下のようになる． ΔＬｉ＝△ｎ（Ｌ＋　　Ｌｏ）／ｎ，ここで、Ｌｏは、最も位相が遅くなる導波路に接する屈
折率変化領域部分の長さ（ＫＪちこの場合は屈折率変化
領域２９の最長部分の長さ）、ｎ，はスラブ導波路２９
の屈折率である．従って、屈折率変化領域２９の各導波路２７．〜２７．
に接する部分の長さし，〜ＬＮを、導波路アレイ２７の
各導波路２７，〜２７ＮＩ伝搬する光毎の上述のΔＬ＋
が適正な値となるように決定することにより、導波路ア
レイ２７からの出力光の波面は光の伝搬軸に対し斜めに
なる．ざらに、これら長ざし１〜しＮ％より適正化する
ことにより、導波路アレイ２７から出力される光はある
位置で収束する第２図（Ａ）に示すような球面波４１を
生じ、よって、スラブ導波路３１の導波路アレイ側とは
反対側端部で焦点を結ぶようになる．なお、第２図（Ａ
）は、Ｏ次回折光の様子を示した図であるが、Ｏ次回折
光は用いない．ところで、上述のｌｊｌｌ！において導波路アレイ２７
から出力された光の位相がｍ入／　ｎ　ｅだけ（ｍは正
の整数）ずれていても、すなわち、位相が波長の整数倍
ずれていても、ずれたもの同士の波面の状態は変らない
．そこで、例えば、導波路アレイ２７の導波路数をＮ本と
すれば、等価な波面間の距ＭＬＡは、ＬＡ　＝ｍλＮ　
／　ｎ　ｐとなり、ＬＡだけずれた位置においても球面波が生じる
．従って、この球面波は、スラブ導波路３１の導波路ア
レイ２７側とは反対側端部に接続した複数の導波路３３
で焦点を結ぶ．また、この球面波の収束する方向ｅは、ｅ　＝　Ｌ　Ａ　／　Ｎ　ｄ　＝　ｍ入／　ｄ　ｎ　，
であるので、波長λ即ち波長λ１〜λ，によって焦点の
位置が変化する．従って、スラブ導波路３１の導波路アレイ２７側とは反
対側に設けた複数の導波路３３のうちのある導波路から
波長λ１の光を取り出すことが出来、別の導波路から波
長入，の光を取り出すことが出来るので、分波が行なえ
る．合波は、上述の動作の逆で行なえる．策１ｊ連虹例第３図は、第２実施例の光合分波器を概略的に示した平
面図である．第１実施例では分配手段を２分岐導波路を
多段接続したもので構戊していたが、この第２実施例で
は、分配手段をスラブ導波路２５１（スラブ導波路３１
との混同を回避するため第２のスラブ導波路と云う．）
で構成している．なお、この第２のスラブ導波路２５１
の長さｌは、入力ボート２３から第２のスラブ導波路２
５１に入力された光が導波路アレイ２７に達したときに
各導波路２７，〜２７Ｎ全部に入力されるように充分に
拡がることが出来る長さにしてある．この第２実施例の光合波器においでも、第１実施例と同
様な原理により光分波及び光合波が行なえる．笛』ｊ（虹例第４図は、第３実施例の光合分波器を概略的に示した平
面図である．この第３寅施例の光合分波器は、以下の点
で第一及び第二実施例のものと相違している．第１の相違点は、第１実施例及び第２寅施例の光合分波
器では設けていたスラブ導波路３１を除去しその代わり
ｆこ、分配手段２５から導波路アレイ２７に入射した光
を分配手段２５側に反射する反射手段５１を設けたこと
である．なお、反射千段５１は、導波路アレイ２７の各
導波路どれにおいても同じ位置に設けてある．第２の相違点は、分配手段２５ヲスラブ導波路２５３で
構威し、このスラブ導波路２５３が分配千段２５の役割
と、第１及び第２実施例の光合分波器に設けてあったス
ラブ導波路３１の役割とを兼務していることである．なお、入力ポート２３及び出力ポー゛３５は、スラブ導
波路２５３の導波路アレイ側とは反対側端部に共に設け
てある．こ．の第３実施例によれば、第１及び第２実施例の場合
より小型の光合分波器が得られる．第Ａｊむ４例第５図は、第４実施例の光合分波器を概略的に示した平
面図である．この第４実施例の光合分波器は、第３実施
例のものの改良型であり、反射千段５１を設ける位置を
導波路アレイの各導波路毎で違えている．これにより、
導波路アレイの各導波路を伝搬する分配光の光路長を違
えることが出来るので、高次の回折光を出力ボートに出
力できる．なお、第３及び第４実施例で用いる反射手段は、例えば
高反射膜で構成したり基板が化合物半導体の場合であれ
ば男開面で構或する等、従来公知の種々のもので構成出
来る．この発明の光合分波器の分解能は既に説明したの式によ
り求まるが、■式は下記のようＣこ表わせる．入。／Δλ＝Δｎ　（Ｌｏ　−Ｌ＋　）　／ｎｐ従って
、例えば、Δｎ＝０．０５、Ｌｏ　　Ｌ＋＝６０００ｕ
ｍ，ｎｐ＝１．５とすると、分解能は２００程度になり
、従来の光合分波器と同等と云える．（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この発明の光合分
波器は、公知の微細加工技術及びイオン交換法による導
波路作製技術や拡散導波路作製技術等によって作製出来
る分配手段、導波路アレイ、屈折率変化領域及びスラブ
導波路で構成してあるので、第６図を用いて説明した従
来の光合分波器に比し作製が容易であるという効果が得
られる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例の光合分波器を示す平面図、第２図（Ａ）及び（８）は、この発明の光合分波器の動
作説明に供する図、第３図は、第２実施例の光合分波器を示す平面図、第４図は、Ｍ３実施例の光合分波器を示す平面図、第５図は、第４実施例の光合分波器を示す平面図、第６図は、従来の光合分波器の説明１こ供する図である．２１・・・基板、　　　　　　２３・・・入力ボート２
５・・・分配手段、　　　　２５ａ・・・２分岐導波路
２７・・・導波路アレイ、　　２７＋〜２７Ｎ　”・導
波路２９・・・屈折率変化領域、　３１・・・スラブ導
波路３３・・・複数の導波路、　　３５・・・出力ボー
ト４１・・・球面波、　　　　　５１・・・反射手段２
５１・・・第２のスラブ導波路２５３　−・・スラブ導波路．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導波路で構成され入力ポートからの光を分配する
ための分配手段と、該分配手段に接続され複数の導波路を有する導波路アレ
イと、該導波路アレイに設けられ該導波路アレイからの出力光
の波面を光の伝搬軸方向に対し斜めにするため各導波路
の伝搬光間に位相差を生じさせる屈折率変化領域と、前記導波路アレイに接続されたスラブ導波路とを同一基板上に具えたことを特徴とする光合分波器。
（２）前記分配手段を分岐導波路で構成し、前記スラブ
導波路を前記導波路アレイの該分配手段側とは反対側端
部に接続したことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
（３）前記スラブ導波路を前記導波路アレイの前記分配
手段側とは反対側端部に接続し、前記分配手段を第２のスラブ導波路で構成したことを特
徴とする請求項１に記載の光合分波器。
（４）前記分配手段及び前記スラブ導波路を同一のスラ
ブ導波路で兼用した構成とし、前記導波路アレイの該分配手段側とは反対側に該分配手
段から該導波路アレイに入射した光を該分配手段側に反
射する反射手段を設けたことを特徴とする請求項１に記
載の光合分波器。
（５）前記反射手段を前記導波路アレイの各導波路毎で
異なる位置に設けたことを特徴とする請求項４に記載の
光合分波器。