JPH10160951A - 光合分波回路 - Google Patents
光合分波回路Info
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- JPH10160951A JPH10160951A JP32243996A JP32243996A JPH10160951A JP H10160951 A JPH10160951 A JP H10160951A JP 32243996 A JP32243996 A JP 32243996A JP 32243996 A JP32243996 A JP 32243996A JP H10160951 A JPH10160951 A JP H10160951A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導波路を伝わる光波を低損失で合波あるい
は分波する小形の光合分波回路を提供することを課題と
する。 【解決手段】 少なくとも複数の光入力部１３，１４も
しくは光出力部を有する多モード干渉導波路（ＭＭＩ）
１５で構成された光合分波回路において、最も外側に配
置された光入出力導波路１６から、該多モード干渉導波
路の導波方向と同方向に沿った縁までの間隔ｄ1 ，ｄ3
を、該光入出力導波路の間隔ｄ2 より狭く構成した。
は分波する小形の光合分波回路を提供することを課題と
する。 【解決手段】 少なくとも複数の光入力部１３，１４も
しくは光出力部を有する多モード干渉導波路（ＭＭＩ）
１５で構成された光合分波回路において、最も外側に配
置された光入出力導波路１６から、該多モード干渉導波
路の導波方向と同方向に沿った縁までの間隔ｄ1 ，ｄ3
を、該光入出力導波路の間隔ｄ2 より狭く構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を伝わる
光波を低損失で合波あるいは分波する小形の光合分波回
路の構造に関するものである。
光波を低損失で合波あるいは分波する小形の光合分波回
路の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光スイッチ、あるいは複数の半導体レー
ザダイオード（ＬＤ）からの光波を一本あるいは複数の
導波路や光ファイバに光結合をとるために、光合分波回
路が用いられる。この光合分波回路として、方向性結合
器や、あるいはＸ形合分波器、強結合形方向性結合器等
がこれまで多く使用されてきた。これらの光合分波回路
は、動作原理として光導波路の基本モード（対称モー
ド）と一次モード（反対称モード）との干渉効果を用い
ている。このために、デバイス特性に対するデバイス構
造・材質・寸法の依存性が大きく、必要とされるこれら
の製作トレランスが極めて厳しいことから、製品の製作
歩留りが悪い等の大きな問題を抱えていた。
ザダイオード（ＬＤ）からの光波を一本あるいは複数の
導波路や光ファイバに光結合をとるために、光合分波回
路が用いられる。この光合分波回路として、方向性結合
器や、あるいはＸ形合分波器、強結合形方向性結合器等
がこれまで多く使用されてきた。これらの光合分波回路
は、動作原理として光導波路の基本モード（対称モー
ド）と一次モード（反対称モード）との干渉効果を用い
ている。このために、デバイス特性に対するデバイス構
造・材質・寸法の依存性が大きく、必要とされるこれら
の製作トレランスが極めて厳しいことから、製品の製作
歩留りが悪い等の大きな問題を抱えていた。
【０００３】これに対して、光合分波回路の一つとし
て、さらに高次モードが伝搬可能な多モード導波路を用
い、導波路内の各モード間の干渉を利用して光波の合分
波機能を持たせた多モード干渉導波路（以下では「ＭＭ
Ｉ」(:Multi-Mode Interferometer)と記す。）がある。
このＭＭＩ光合分波回路は、その低損失性や製作の容易
性等の特長を有することから、最近広く用いられるよう
になった。
て、さらに高次モードが伝搬可能な多モード導波路を用
い、導波路内の各モード間の干渉を利用して光波の合分
波機能を持たせた多モード干渉導波路（以下では「ＭＭ
Ｉ」(:Multi-Mode Interferometer)と記す。）がある。
このＭＭＩ光合分波回路は、その低損失性や製作の容易
性等の特長を有することから、最近広く用いられるよう
になった。
【０００４】従来の半導体を用いたＭＭＩの基本構成例
を図１０及び１１に示す。この従来技術の場合では、２
×２の合分波回路を示しており、図１０は斜視図、図１
１はその上面図である。これらの図面中、符号０１は半
導体基板、０２は導波路コア層、０７はクラッド層、０
３は入力導波路、０４は出力導波路０５はＭＭＩ領域及
び０６は入出力導波路を各々図示する。本構成の場合、
導波路はリッジ構造をとっているが、この他に導波路側
面図を保護するために、誘電体膜を覆うように構成す
る、あるいはエピタキシャル成長法によって半導体層
（クラッド層）を導波路側面い埋め込むように構成して
いる。ここで、ＭＭＩの入出力導波路０３，０４は、Ｍ
ＭＩ領域０５にハイブリッド集積、もしくは少なくとも
半導体基板０１を共用したモノリシック集積されて接続
される光スイッチ等の機能デバイス部導波路の導波光と
同じ大きさのスポットサイズを与える構造をとる。例え
ば、波長１．５５μｍ帯の半導体ＭＭＩの場合、通常、
半導体基板０１とクラッド層０７にはＩｎＰが、コア層
０２にはＩｎＧａＡｓＰあるいはモノリシック集積され
る半導体機能デバイス部の導波路材料・構造が用いられ
る。
を図１０及び１１に示す。この従来技術の場合では、２
×２の合分波回路を示しており、図１０は斜視図、図１
１はその上面図である。これらの図面中、符号０１は半
導体基板、０２は導波路コア層、０７はクラッド層、０
３は入力導波路、０４は出力導波路０５はＭＭＩ領域及
び０６は入出力導波路を各々図示する。本構成の場合、
導波路はリッジ構造をとっているが、この他に導波路側
面図を保護するために、誘電体膜を覆うように構成す
る、あるいはエピタキシャル成長法によって半導体層
（クラッド層）を導波路側面い埋め込むように構成して
いる。ここで、ＭＭＩの入出力導波路０３，０４は、Ｍ
ＭＩ領域０５にハイブリッド集積、もしくは少なくとも
半導体基板０１を共用したモノリシック集積されて接続
される光スイッチ等の機能デバイス部導波路の導波光と
同じ大きさのスポットサイズを与える構造をとる。例え
ば、波長１．５５μｍ帯の半導体ＭＭＩの場合、通常、
半導体基板０１とクラッド層０７にはＩｎＰが、コア層
０２にはＩｎＧａＡｓＰあるいはモノリシック集積され
る半導体機能デバイス部の導波路材料・構造が用いられ
る。
【０００５】上記半導体機能デバイス部導波光のスポッ
トサイズ（半径）は、通常、０．１μｍ〜２μｍ程度に
なるために、入力導波路幅（ｗi （＝ｗ0 ））＝０．５
〜３μｍ、ＭＭＩ幅（ｗg ）＝５〜２０μｍ，コア厚
（ｔg ）＝０．１〜１μｍ程度の大きさが選ばれる。Ｍ
ＭＩの損失・クロストークを低減し、また、ＭＭＩ領域
０５の導波路長Ｌを短くするために、図１０及び１１に
示す２×２構成の場合、入出力導波路０６の各位置は、
ｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｗg ／３の関係で設定されていた。
トサイズ（半径）は、通常、０．１μｍ〜２μｍ程度に
なるために、入力導波路幅（ｗi （＝ｗ0 ））＝０．５
〜３μｍ、ＭＭＩ幅（ｗg ）＝５〜２０μｍ，コア厚
（ｔg ）＝０．１〜１μｍ程度の大きさが選ばれる。Ｍ
ＭＩの損失・クロストークを低減し、また、ＭＭＩ領域
０５の導波路長Ｌを短くするために、図１０及び１１に
示す２×２構成の場合、入出力導波路０６の各位置は、
ｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｗg ／３の関係で設定されていた。
【０００６】このようなＭＭＩを用いた合分波回路は、
方向性結合器を用いた合分波回路と比較して、デバイス
製作時において、導波路の寸法や屈折率の偏差による特
性バラツキが小さく、特にクロストークの劣化が小さい
ことが明らかになり、近年多くの半導体デバイスに使用
されるようになった。このような特長を持つＭＭＩ光合
分波回路が、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 あるいはガラ
スや有機材料等の誘電体を用いた光デバイスにも適用さ
れることが期待される。
方向性結合器を用いた合分波回路と比較して、デバイス
製作時において、導波路の寸法や屈折率の偏差による特
性バラツキが小さく、特にクロストークの劣化が小さい
ことが明らかになり、近年多くの半導体デバイスに使用
されるようになった。このような特長を持つＭＭＩ光合
分波回路が、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 あるいはガラ
スや有機材料等の誘電体を用いた光デバイスにも適用さ
れることが期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の非半導体系材料の光導波路は、そのコアとクラッドと
の屈折率Δｎが１％程度以下になるために、その導波光
スポットサイズが半導体（：Δｎ＝数％以上）のスポッ
トサイズの数倍の大きさになる。このことから、ＭＭＩ
の低損失性、低クロストーク性の制約から、ＭＭＩ導波
路幅ｗg も大きくする必要が生ずる。
の非半導体系材料の光導波路は、そのコアとクラッドと
の屈折率Δｎが１％程度以下になるために、その導波光
スポットサイズが半導体（：Δｎ＝数％以上）のスポッ
トサイズの数倍の大きさになる。このことから、ＭＭＩ
の低損失性、低クロストーク性の制約から、ＭＭＩ導波
路幅ｗg も大きくする必要が生ずる。
【０００８】しかしながら、最適なＭＭＩデバイス長Ｌ
は、原理的にコア幅ｗg に対して、下記式（１）に示す
ような関係があるので、コア幅ｗg を大きくするにした
がって、Ｌが著しく長くなり、ＭＭＩ光合分波回路が大
形になるという、問題がある。
は、原理的にコア幅ｗg に対して、下記式（１）に示す
ような関係があるので、コア幅ｗg を大きくするにした
がって、Ｌが著しく長くなり、ＭＭＩ光合分波回路が大
形になるという、問題がある。
【数１】 Ｌ〜Ｃ・ｗg 2 （Ｃ：定数） ・・・(1)
【０００９】同様に、入出力導波路の分岐数がＭ×Ｎの
従来の光合分波回路では、デバイス製作時の導波路加工
あるいはクロストーク等の特性の制約から、入出力導波
路幅ｗi ，ｗ0 ，導波路間隔ｄを無制限に小さくは出来
ない。したがって、分岐数Ｍ，Ｎが多くなるほど、ＭＭ
Ｉ導波路幅ｗg を大きくする必要が生じ、これに伴っ
て、デバイス長Ｌも長くなるという、問題がある。
従来の光合分波回路では、デバイス製作時の導波路加工
あるいはクロストーク等の特性の制約から、入出力導波
路幅ｗi ，ｗ0 ，導波路間隔ｄを無制限に小さくは出来
ない。したがって、分岐数Ｍ，Ｎが多くなるほど、ＭＭ
Ｉ導波路幅ｗg を大きくする必要が生じ、これに伴っ
て、デバイス長Ｌも長くなるという、問題がある。
【００１０】また、従来の半導体ＭＭＩデバイスにおい
ても、入出力導波路における導波路間隔とＭＭＩ導波路
間隔との関係が、ｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｗg ／３の関係で
設定されるために、接続若しくはモノリシック集積され
る機能デバイス構造との関わりにおいて、設計自由度が
制約されデバイス全体の最適構造設計に支障を来すとい
う問題がある。本発明は、小形で構成できる低損失な光
合分波回路を提供することを課題とする。
ても、入出力導波路における導波路間隔とＭＭＩ導波路
間隔との関係が、ｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｗg ／３の関係で
設定されるために、接続若しくはモノリシック集積され
る機能デバイス構造との関わりにおいて、設計自由度が
制約されデバイス全体の最適構造設計に支障を来すとい
う問題がある。本発明は、小形で構成できる低損失な光
合分波回路を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明にかかる光合分波回路は、少なくとも単数若しくは複
数の光入力部もしくは光出力部を有する多モード干渉導
波路で構成された光合分波回路において、最も外側に配
置された光入出力導波路から、該多モード干渉導波路の
導波方向と同方向に沿った縁までの間隔を、該光入出力
導波路の間隔より狭く構成したことを特徴とする。
明にかかる光合分波回路は、少なくとも単数若しくは複
数の光入力部もしくは光出力部を有する多モード干渉導
波路で構成された光合分波回路において、最も外側に配
置された光入出力導波路から、該多モード干渉導波路の
導波方向と同方向に沿った縁までの間隔を、該光入出力
導波路の間隔より狭く構成したことを特徴とする。
【００１２】上記光合分波回路において、上記最も外側
に配置された光入出力導波路の縁を、上記多モード干渉
導波路の縁とほぼ一致させて構成したことを特徴とす
る。
に配置された光入出力導波路の縁を、上記多モード干渉
導波路の縁とほぼ一致させて構成したことを特徴とす
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の原理・効果を詳細に説明する。
施の形態の原理・効果を詳細に説明する。
【００１４】［実施の形態１］本発明にかかる第１の実
施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１及び
図２は、基板として強誘導体材料であるＬｉＮｂＯ
3 （以下「ＬＮ」と記す。）を用いた場合、本発明によ
る２×２光合分波回路の一実施の形態である。 図１は
ＭＭＩ部の斜視図、図２（ａ）はその上面図、図２
（ｂ）は図１のII-II 線断面図を示す。これらの図面
中、符号１１はＬＮ基板であり光導波路のクラッド部、
１２はチタン（Ｔｉ）あるいはプロトン等の不純物拡散
により形成したコア層、１３は入力導波路、１４は出力
導波路１５はＭＭＩ領域（実効的コア領域）及び１６は
入出力導波路を各々図示する。
施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１及び
図２は、基板として強誘導体材料であるＬｉＮｂＯ
3 （以下「ＬＮ」と記す。）を用いた場合、本発明によ
る２×２光合分波回路の一実施の形態である。 図１は
ＭＭＩ部の斜視図、図２（ａ）はその上面図、図２
（ｂ）は図１のII-II 線断面図を示す。これらの図面
中、符号１１はＬＮ基板であり光導波路のクラッド部、
１２はチタン（Ｔｉ）あるいはプロトン等の不純物拡散
により形成したコア層、１３は入力導波路、１４は出力
導波路１５はＭＭＩ領域（実効的コア領域）及び１６は
入出力導波路を各々図示する。
【００１５】本実施の形態では、この場合、入出力導波
路１６の構造は、基本的には従来のＬＮ基板を用いた光
デバイスと同じ構造をとる。例えば、入力あるいは出力
導波路にモノリシック集積あるいはハイブリッド集積に
よって接続される光機能処理デバイス部（例えばＥＯ効
果を利用した変調電極が配置された屈折率変調部、ある
いは第２次高調波発生等の非線形効果を利用した光波長
制御部等）や、接続される光ファイバ等の導波光と同程
度の大きさのスポットサイズを与える構造をとり、入力
側の導波路１６幅（ｗi ），出力側の導波路１６幅（ｗ
0 ）、コア１２厚（ｔg ）（不純物の拡散長）の寸法な
らびにそれら不純物の拡散濃度が設定される。
路１６の構造は、基本的には従来のＬＮ基板を用いた光
デバイスと同じ構造をとる。例えば、入力あるいは出力
導波路にモノリシック集積あるいはハイブリッド集積に
よって接続される光機能処理デバイス部（例えばＥＯ効
果を利用した変調電極が配置された屈折率変調部、ある
いは第２次高調波発生等の非線形効果を利用した光波長
制御部等）や、接続される光ファイバ等の導波光と同程
度の大きさのスポットサイズを与える構造をとり、入力
側の導波路１６幅（ｗi ），出力側の導波路１６幅（ｗ
0 ）、コア１２厚（ｔg ）（不純物の拡散長）の寸法な
らびにそれら不純物の拡散濃度が設定される。
【００１６】ここで、図２（ａ）に示すように、入出力
導波路間隔ｄ2 （ここで、各ｄ2 は導波路１６，１６の
軸芯間の距離をいう。）は接続される光機能処理部等の
構造を勘案して設定され、本実施の形態では、実効的コ
ア幅（ｗg ）＝ ｄ1 ＋ｄ2＋ｄ3 の関係を有してい
る。ここで、ｄ1 及びｄ3 は最も外側に配置された光入
出力導波路から、該多モード干渉導波路の導波方向と同
方向に沿った縁までの間隔をいう。 よって、本実施の
形態では、入出力導波路１６軸芯からＭＭＩ領域１５の
縁部までの寸法ｄ1 ，ｄ3 は、それぞれｄ1 ，ｄ3 ＜ｄ
2 なる関係で設定される。なお、ｄ1 とｄ3 とは同じ大
きさでも異なった大きさでもいずれでもよい。
導波路間隔ｄ2 （ここで、各ｄ2 は導波路１６，１６の
軸芯間の距離をいう。）は接続される光機能処理部等の
構造を勘案して設定され、本実施の形態では、実効的コ
ア幅（ｗg ）＝ ｄ1 ＋ｄ2＋ｄ3 の関係を有してい
る。ここで、ｄ1 及びｄ3 は最も外側に配置された光入
出力導波路から、該多モード干渉導波路の導波方向と同
方向に沿った縁までの間隔をいう。 よって、本実施の
形態では、入出力導波路１６軸芯からＭＭＩ領域１５の
縁部までの寸法ｄ1 ，ｄ3 は、それぞれｄ1 ，ｄ3 ＜ｄ
2 なる関係で設定される。なお、ｄ1 とｄ3 とは同じ大
きさでも異なった大きさでもいずれでもよい。
【００１７】［実施の形態２］図３は他の実施の形態を
示す。図３は、図１及び図２の実施の形態において、入
出力導波路１６の外側の縁とＭＭＩ領域１５の縁部とを
ほぼ一致させた構造をとるものであり、ｄ4 ＝〜０（ｄ
1 ＝ｄ3 ＝〜ｗi ／２）の関係で設定した光合分波回路
の一例を示す。すなわち、本実施の形態では、実効的コ
ア幅（ｗg ）＝ ｄ2 ＋ｄ4 ＋ｄ4 の関係を有してい
る。
示す。図３は、図１及び図２の実施の形態において、入
出力導波路１６の外側の縁とＭＭＩ領域１５の縁部とを
ほぼ一致させた構造をとるものであり、ｄ4 ＝〜０（ｄ
1 ＝ｄ3 ＝〜ｗi ／２）の関係で設定した光合分波回路
の一例を示す。すなわち、本実施の形態では、実効的コ
ア幅（ｗg ）＝ ｄ2 ＋ｄ4 ＋ｄ4 の関係を有してい
る。
【００１８】［本実施の形態の原理・効果］図４乃至図
７は、第１及び第２の実施の形態の原理・効果を説明す
るための図であり、１．５５μｍ帯２×２ＭＭＩ光合分
波回路について、固有モード展開法を用いた計算結果を
示す。ここででは、図１及び図２及び図３の実施の形態
において、通常の熱拡散法によりＬＮ基板にＴｉを拡散
して形成した光導波路で構成した場合を解析している。
計算を簡単化するために、拡散導波路をコア層・クラッ
ド部がそれぞれ一様な大きさの屈折率を持つものとし
て、等価屈折率法によるスラブ導波路モデル解析を行っ
ている。入出力導波路幅は、ｗi ＝６μｍを例として計
算した。
７は、第１及び第２の実施の形態の原理・効果を説明す
るための図であり、１．５５μｍ帯２×２ＭＭＩ光合分
波回路について、固有モード展開法を用いた計算結果を
示す。ここででは、図１及び図２及び図３の実施の形態
において、通常の熱拡散法によりＬＮ基板にＴｉを拡散
して形成した光導波路で構成した場合を解析している。
計算を簡単化するために、拡散導波路をコア層・クラッ
ド部がそれぞれ一様な大きさの屈折率を持つものとし
て、等価屈折率法によるスラブ導波路モデル解析を行っ
ている。入出力導波路幅は、ｗi ＝６μｍを例として計
算した。
【００１９】図４は、図１及び図２において入出力導波
路間隔をｄ2 ＝３３μｍ一定として、ｄ1 ＝ｄ3 とした
時、ＭＭＩ導波路幅ｗg に対する２×２光合分波回路の
長さＬとその時に得られる過剰損失との関係を示してい
る。この図では、ｗg （μｍ）とＬ（ｍｍ）の大きさを
対数スケールで表示している。
路間隔をｄ2 ＝３３μｍ一定として、ｄ1 ＝ｄ3 とした
時、ＭＭＩ導波路幅ｗg に対する２×２光合分波回路の
長さＬとその時に得られる過剰損失との関係を示してい
る。この図では、ｗg （μｍ）とＬ（ｍｍ）の大きさを
対数スケールで表示している。
【００２０】図４において、ｗg ＝９９μｍの時、すな
わちｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝３３μｍとして、波線（黒丸）
で示したデバイス長の構成（：Ｌが約１０ｍｍ）が従来
例になり、損失を相対的に小さくできることが分かる。
しかし、ｗg が９９μｍからずれる（ｄ1 ，ｄ3 が３３
μｍより小さくなるか、若しくは大きくなる。）と、損
失が急激に大きくなってしまい、ＭＭＩ導波路幅（実効
的コア幅）ｗg の許容範囲が比較的小さく、構造設計の
自由度が小さいことが判る。これは、従来例で配置され
た入力導波路からの入力光によってＭＭＩ導波路に励振
される光波モードが比較的低次で、しかも少数のモード
を利用していることに起因している。
わちｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝３３μｍとして、波線（黒丸）
で示したデバイス長の構成（：Ｌが約１０ｍｍ）が従来
例になり、損失を相対的に小さくできることが分かる。
しかし、ｗg が９９μｍからずれる（ｄ1 ，ｄ3 が３３
μｍより小さくなるか、若しくは大きくなる。）と、損
失が急激に大きくなってしまい、ＭＭＩ導波路幅（実効
的コア幅）ｗg の許容範囲が比較的小さく、構造設計の
自由度が小さいことが判る。これは、従来例で配置され
た入力導波路からの入力光によってＭＭＩ導波路に励振
される光波モードが比較的低次で、しかも少数のモード
を利用していることに起因している。
【００２１】一方、図４において、ある大きさのＭＭＩ
導波路幅（実効的コア幅）ｗg に対して低損失特性を得
ることのできるＬの大きさとして、波線で示した以外に
実線（白丸）で示した長さ、あるいはその整数倍の大き
さで与えられるデバイス構造があることが判る。この実
線で示した長さでデバイスを構成すると、ＭＭＩ導波路
幅（実効的コア幅）ｗg の大きさを９９μｍより狭くし
た場合も、この幅ｗgに合わせて適当なデバイス長Ｌを
設定すると、実線で示した比較的低損失な特性が得られ
る。
導波路幅（実効的コア幅）ｗg に対して低損失特性を得
ることのできるＬの大きさとして、波線で示した以外に
実線（白丸）で示した長さ、あるいはその整数倍の大き
さで与えられるデバイス構造があることが判る。この実
線で示した長さでデバイスを構成すると、ＭＭＩ導波路
幅（実効的コア幅）ｗg の大きさを９９μｍより狭くし
た場合も、この幅ｗgに合わせて適当なデバイス長Ｌを
設定すると、実線で示した比較的低損失な特性が得られ
る。
【００２２】しかも、ＭＭＩ導波路幅ｗg が小さくなる
程、デバイス長Ｌは短くなり、該ＭＭＩ導波路幅ｗg を
約６０μｍ以下にするとＬは１０ｍｍ以下の大きさにで
き、従来例より小型にできる。
程、デバイス長Ｌは短くなり、該ＭＭＩ導波路幅ｗg を
約６０μｍ以下にするとＬは１０ｍｍ以下の大きさにで
き、従来例より小型にできる。
【００２３】この場合、上記の実施の形態と比較して、
ＭＭＩ導波路内では、次数がより高次でしかも多数のモ
ードが励振され、これらのモードを利用することによっ
て低損失特性が得られている。本発明はこの原理・効果
を基本的に用いているものである。
ＭＭＩ導波路内では、次数がより高次でしかも多数のモ
ードが励振され、これらのモードを利用することによっ
て低損失特性が得られている。本発明はこの原理・効果
を基本的に用いているものである。
【００２４】なお、図２中の、ｗg が３９μｍのとき、
図１及び図２並びに図３において、ｄ1 ＝ｄ3 ＝３μ
ｍ、ｄ4 ＝０の場合に相当する。ただし、ＭＭＩ導波路
幅ｗgが３９μｍより小さくなると、入出力導波路とＭ
ＭＩ導波路との結合損失が顕著になって、放射による損
失が急激に大きくなる。
図１及び図２並びに図３において、ｄ1 ＝ｄ3 ＝３μ
ｍ、ｄ4 ＝０の場合に相当する。ただし、ＭＭＩ導波路
幅ｗgが３９μｍより小さくなると、入出力導波路とＭ
ＭＩ導波路との結合損失が顕著になって、放射による損
失が急激に大きくなる。
【００２５】また、図３の実施例のように、ｄ4 を０よ
り僅かに大きくする（この場合ＭＭＩ導波路幅ｗg ＝４
３μｍ（ｄ4 ＝２μｍ，ｄ1 ＝ｄ3 ＝５μｍ））と、図
４で示したように、損失を極めて小さく出来る。これ
は、Ｔｉ厚をデバイス内全体で一定の大きさにして熱拡
散させる通常のデバイス構成をとった場合、入出力導波
路がＭＭＩ部より光閉じ込め効果が相対的に弱くなって
いることに起因する。このために、最も外側に配置され
た入出力導波路の縁部に対して、ＭＭＩの縁部を僅かに
外側にくるように構成することにより、入出力導波路部
の導波光とＭＭＩ部の導波光とを効率よく光結合でき
る。
り僅かに大きくする（この場合ＭＭＩ導波路幅ｗg ＝４
３μｍ（ｄ4 ＝２μｍ，ｄ1 ＝ｄ3 ＝５μｍ））と、図
４で示したように、損失を極めて小さく出来る。これ
は、Ｔｉ厚をデバイス内全体で一定の大きさにして熱拡
散させる通常のデバイス構成をとった場合、入出力導波
路がＭＭＩ部より光閉じ込め効果が相対的に弱くなって
いることに起因する。このために、最も外側に配置され
た入出力導波路の縁部に対して、ＭＭＩの縁部を僅かに
外側にくるように構成することにより、入出力導波路部
の導波光とＭＭＩ部の導波光とを効率よく光結合でき
る。
【００２６】図５は、第１及び第２の実施の形態におい
てｗi ＝６μｍ，ｄ1 ＝ｄ3 ＝３μｍ，ｄ4 ＝０に設定
した場合、入出力導波路間隔ｄ2 に対するＭＭＩ導波路
長Ｌとその時の過剰損失、クロストークの関係を示す。
Ｌの大きさはｄ2 のほぼ二乗に比例する関係がある。
てｗi ＝６μｍ，ｄ1 ＝ｄ3 ＝３μｍ，ｄ4 ＝０に設定
した場合、入出力導波路間隔ｄ2 に対するＭＭＩ導波路
長Ｌとその時の過剰損失、クロストークの関係を示す。
Ｌの大きさはｄ2 のほぼ二乗に比例する関係がある。
【００２７】図６及び図７は、図１及び図２並びに図３
の本発明の実施の形態において、ＭＭＩ導波路の製作ト
レランスを示した例である。図６は、ｗi ＝６μｍ，ｗ
g ＝３９μｍ，ｄ2 ＝３３μｍに設定した場合、ＭＭＩ
導波路長Ｌの最適な長さからの偏差による過剰損失とク
ロストークの関係を示した。Ｌが最適な長さから±１．
５ｍｍずれても、損失増加は１ｄＢ以下に抑えられ、ク
ロストークもそれ程劣化しないことが分かる。
の本発明の実施の形態において、ＭＭＩ導波路の製作ト
レランスを示した例である。図６は、ｗi ＝６μｍ，ｗ
g ＝３９μｍ，ｄ2 ＝３３μｍに設定した場合、ＭＭＩ
導波路長Ｌの最適な長さからの偏差による過剰損失とク
ロストークの関係を示した。Ｌが最適な長さから±１．
５ｍｍずれても、損失増加は１ｄＢ以下に抑えられ、ク
ロストークもそれ程劣化しないことが分かる。
【００２８】図７は、ｗi ＝６μｍ，ＭＭＩ導波路の長
さＬ＝５．３ｍｍ，ｄ2 ＝３３μｍに設定した場合、Ｍ
ＭＩ導波路ｗg の偏差Δｗによる過剰損失とクロストー
クの関係を示した。Δｗが±０．５μｍ程度になって
も、損失増加は１ｄＢ以下に抑えられ、通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いて導波路形成を行えば問題なくデ
バイスを製作できる。
さＬ＝５．３ｍｍ，ｄ2 ＝３３μｍに設定した場合、Ｍ
ＭＩ導波路ｗg の偏差Δｗによる過剰損失とクロストー
クの関係を示した。Δｗが±０．５μｍ程度になって
も、損失増加は１ｄＢ以下に抑えられ、通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いて導波路形成を行えば問題なくデ
バイスを製作できる。
【００２９】［実施の形態３及び４］図８及び図９は、
本発明による他の一実施の形態の上面図であり、１×２
光分波回路の構成（実施の形態３）もしくは１×３光分
波回路の構成（実施の形態４）を示している。入出力導
波路構造ｗi や導波路間隔ｄ2 の大きさに対して、図８
の実施の形態のように本発明の原理を用いて、ｄ1 ，ｄ
3 等の大きさを適当な大きさに設定し、ＭＭＩ導波路幅
ｗg を狭くすれば、導波路長Ｌを短く構成できる。ただ
し、図４に示すように、ｗg を必要以上に狭くし過ぎる
と、損失が大きくなるので、この損失増加を考慮して構
造を決定すればよい。
本発明による他の一実施の形態の上面図であり、１×２
光分波回路の構成（実施の形態３）もしくは１×３光分
波回路の構成（実施の形態４）を示している。入出力導
波路構造ｗi や導波路間隔ｄ2 の大きさに対して、図８
の実施の形態のように本発明の原理を用いて、ｄ1 ，ｄ
3 等の大きさを適当な大きさに設定し、ＭＭＩ導波路幅
ｗg を狭くすれば、導波路長Ｌを短く構成できる。ただ
し、図４に示すように、ｗg を必要以上に狭くし過ぎる
と、損失が大きくなるので、この損失増加を考慮して構
造を決定すればよい。
【００３０】以上本実施の形態では、２×２もしくは１
×２，１×３の光合分波回路構成を示したが、此れ以外
に、ｎ×ｍ光合分波回路（ｎ，ｍ：任意の整数）や光波
長フィルタ、光モードフィルタ、あるいは異なる波長の
光を合分波する光デバイス等、ＭＭＩ導波路の特性を利
用したあらゆる光デバイスに本発明を適用できる。
×２，１×３の光合分波回路構成を示したが、此れ以外
に、ｎ×ｍ光合分波回路（ｎ，ｍ：任意の整数）や光波
長フィルタ、光モードフィルタ、あるいは異なる波長の
光を合分波する光デバイス等、ＭＭＩ導波路の特性を利
用したあらゆる光デバイスに本発明を適用できる。
【００３１】また、本実施の形態では、動作波長が１．
５５μｍ帯で、基板にＬＮを、コア層にＴi 拡散導波路
を用いた場合を示したが、入出力導波路構造・間隔や、
動作波長や、モノリシック集積等によって接続される光
機能デバイス、あるいは光結合される光ファイバ等のス
ポットサイズに合わせて、導波路の材料・材質・構造・
寸法を適当に設定すれば、本発明の効果を同様に得るこ
とができるのは自明である。
５５μｍ帯で、基板にＬＮを、コア層にＴi 拡散導波路
を用いた場合を示したが、入出力導波路構造・間隔や、
動作波長や、モノリシック集積等によって接続される光
機能デバイス、あるいは光結合される光ファイバ等のス
ポットサイズに合わせて、導波路の材料・材質・構造・
寸法を適当に設定すれば、本発明の効果を同様に得るこ
とができるのは自明である。
【００３２】また、半導体ＭＭＩデバイスも本発明を適
用することができることは自明である。さらに、導波路
コア層として多層膜構造をとってもよい。ＭＭＩ導波路
周辺部についても、誘電体や半導体材料で覆う、あるい
はリッジ構造や埋め込んだ構成にしてもよい。また、導
波路材料として、ＬｉＴａＯ3 やＰＬＺＴ等の強誘電体
材料、あるいは半導体材料、ガラス、石英等の無機材
料、ポリイミド等の有機材料などあらゆる光導波路材料
を用いたデバイスい対して本発明を適用できる。
用することができることは自明である。さらに、導波路
コア層として多層膜構造をとってもよい。ＭＭＩ導波路
周辺部についても、誘電体や半導体材料で覆う、あるい
はリッジ構造や埋め込んだ構成にしてもよい。また、導
波路材料として、ＬｉＴａＯ3 やＰＬＺＴ等の強誘電体
材料、あるいは半導体材料、ガラス、石英等の無機材
料、ポリイミド等の有機材料などあらゆる光導波路材料
を用いたデバイスい対して本発明を適用できる。
【００３３】以上本実施の形態では、ＭＭＩ導波路の入
出力部に入出力導波路を配置した場合を示したが、ＭＭ
Ｉ入出力部に他の光導波路デバイスがそれぞれの導波路
端面で直接光結合をとる場合、あるいはレンズを介して
接続される場合も、それら接続される導波光のスポット
サイズに合わせるように、ＭＭＩの構造・材質・寸法を
適当に設定すれば本発明の効果を得ることができる。
出力部に入出力導波路を配置した場合を示したが、ＭＭ
Ｉ入出力部に他の光導波路デバイスがそれぞれの導波路
端面で直接光結合をとる場合、あるいはレンズを介して
接続される場合も、それら接続される導波光のスポット
サイズに合わせるように、ＭＭＩの構造・材質・寸法を
適当に設定すれば本発明の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光合
分波回路は、少なくとも入出力導波路の縁部とＭＭＩ導
波路の縁部をほぼ一致させた構成をとることによって小
形の光合分波回路を実現できる。
分波回路は、少なくとも入出力導波路の縁部とＭＭＩ導
波路の縁部をほぼ一致させた構成をとることによって小
形の光合分波回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態にかかる光合分
波回路の斜視図である。
波回路の斜視図である。
【図２】本発明による第１の実施の形態にかかる光合分
波回路の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
波回路の上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図３】本発明による第２の実施の形態にかかる光合分
波回路の斜視図である。
波回路の斜視図である。
【図４】本発明の原理・効果を説明するための図。
【図５】本発明の原理・効果を説明するための図。
【図６】本発明の原理・効果を説明するための図。
【図７】本発明の原理・効果を説明するための図。
【図８】本発明による第３の実施の形態にかかる光合分
波回路の上面図である。
波回路の上面図である。
【図９】本発明による第４の実施の形態にかかる光合分
波回路の上面図である。
波回路の上面図である。
【図１０】従来の光合分波回路の斜視図である。
【図１１】従来の光合分波回路の上面図。
１１ 基板 １２ 導波路コア層 １３ 入力導波路 １４ 出力導波路 １５ ＭＭＩ領域（実効的コア） １６ 入出力導波路 １７ クラッド層
フロントページの続き (72)発明者 柴田 泰夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも単数若しくは複数の光入力部
もしくは光出力部を有する多モード干渉導波路で構成さ
れた光合分波回路において、 最も外側に配置された光入出力導波路から、該多モード
干渉導波路の導波方向と同方向に沿った縁までの間隔
を、該光入出力導波路の間隔より狭く構成したことを特
徴とする光合分波回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の光合分波回路において、 上記最も外側に配置された光入出力導波路の縁を、上記
多モード干渉導波路の縁とほぼ一致させて構成したこと
を特徴とする光合分波回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32243996A JPH10160951A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | 光合分波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32243996A JPH10160951A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | 光合分波回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160951A true JPH10160951A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18143693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32243996A Pending JPH10160951A (ja) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | 光合分波回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10160951A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100332530B1 (ko) * | 2000-03-24 | 2002-04-17 | 안병엽 | 도파로의 다중모드 간섭을 이용한 스위치 소자 |
| KR100424606B1 (ko) * | 2001-09-10 | 2004-03-27 | 이두환 | 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기 |
| JP2006323135A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多モード干渉型光導波路 |
| US7280713B2 (en) | 2002-05-15 | 2007-10-09 | Fujitsu Limited | Optical modulator, optical waveguide device and acousto-optic tunable filter apparatus |
| JP2010226062A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Fujitsu Ltd | 光導波素子とその製造方法、半導体素子、レーザモジュール及び光伝送システム |
| JP2015065406A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-04-09 | 三菱電機株式会社 | 波長可変光源および波長可変光源モジュール |
-
1996
- 1996-12-03 JP JP32243996A patent/JPH10160951A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100332530B1 (ko) * | 2000-03-24 | 2002-04-17 | 안병엽 | 도파로의 다중모드 간섭을 이용한 스위치 소자 |
| KR100424606B1 (ko) * | 2001-09-10 | 2004-03-27 | 이두환 | 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기 |
| US7280713B2 (en) | 2002-05-15 | 2007-10-09 | Fujitsu Limited | Optical modulator, optical waveguide device and acousto-optic tunable filter apparatus |
| US7289703B2 (en) | 2002-05-15 | 2007-10-30 | Fujitsu Limited | Optical modulator, optical waveguide device and acousto-optic tunable filter apparatus |
| US7315676B2 (en) | 2002-05-15 | 2008-01-01 | Fujitsu Limited | Optical modulator, optical waveguide device and acousto-optic tunable filter apparatus |
| JP2006323135A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多モード干渉型光導波路 |
| JP4499611B2 (ja) * | 2005-05-19 | 2010-07-07 | 日本電信電話株式会社 | 多モード干渉型光導波路 |
| JP2010226062A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Fujitsu Ltd | 光導波素子とその製造方法、半導体素子、レーザモジュール及び光伝送システム |
| US8401352B2 (en) | 2009-03-25 | 2013-03-19 | Fujitsu Limited | Optical waveguide device, its manufacture method, laser module and optical transmission system |
| JP2015065406A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-04-09 | 三菱電機株式会社 | 波長可変光源および波長可変光源モジュール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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|
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|
| A02 | Decision of refusal |
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