JPS59159122A - 光混合分岐回路 - 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】 本発明は尤スター網等において光）γイハーの出力人、
を琳、数σ）多モード光ファイバー＆、Ｘ−均等に分配
４−るブｔミキサーＣ・こ関するものである。

従来から１、二Ｃハ種の尤ミギ４ノーに関して多数のｂ
゛式が提案さ（１ているが人きく分類して光ファイバそ
のものを重ねて゛ライス１する方式と、透明ｎ板中に１
投けた導波路機能を有する部分て光を混合するＪＪ−成
上かある。ｎｉｌ　斉は光ファイバそのものでミギサを
溝数しているので光７アイハとの接続は容妨てあイ）が
製作面及び品質の安定性、信頼性に問題がある、÷だ、
後者のタイプは従来構造では：／ｊファ１′ハとの接続
損失が発生しゃ１い。

特に、ミキ、／クゾーンに直接光ファイバを接続する方
式Ｌ７．．＋ものは光ファイバとガイＦ部分の断ｉｉ’
ｉｊ形状が異なることに起因するノ（ノキングロスが本
質的０こ発生する。そこで、光ファイバとの接続を考慮
Ｉ〜′だものとしてチャンネルウェーブガイド層を設ｉ
ｆた光）キャも提案された。

例えは第１図は、従来から提案さねているもので、透明
カラス基板／にイオン交換法を用いてチャンイルウェー
ブカイト２・・・・　を設け、混合部グとチートン不ノ
しウェーブカイト２・・・・　との間（こｊ−バカイド
３・・・・　を設け、基板／の他側面に反射膜Ｓを段目
たｔ１Ｇ造のものである。

１記従来ｉ、１４造では＋トンネルウェーブガイド２・
・・・の横断面における高屈折率領域が略半楕円形状で
あるので、九ファイバとの接続時に余分な光損失を発／
を−するという問題がある。

さらに、ウェーブガイド２、テーバガイｌ’　３、ミギ
シング部ｑとも高屈折率部分が基板表ＨイＩｉに露出し
ているため本質的に伝播損失が大きいという問題もあっ
た。

ト記１臥夕ＩＧ、−１つ℃−ブカイドλの断面形状が四
角形で且つウェーブ）Ｊイド２内の屈折率か一様である
ような光混合分岐回路も提案されているが、この構造で
はマルチモー１゛フアイバとして一般的に用いらＡする
尤７アイハがグレーデツトの屈折率分布をイｉ′Ａるの
にダ・１し、ウェーブガイド゛ノが一様な屈折十分４１
を有するため、光ファイバとの接続１＋Ｉｒ余分な光損
失を発生する。

本発明は従来のかかる技術を勘案して行なわわたもの７
あり一１多モードグレーデツト型光フフイハとの接続時
の光損失か小びく、ミキンングゾーン等での伝播損失も
小さく、かつ光混合分岐回路とし２て屯彎な等分岐比が
容易に得られる光混合分岐回路を提（几することを目的
としている。

−１−記の［ｆｉ＋的を達成する本発明の光混合分岐回
路ζま、Ｆｉいに１７行な端１ｍを有するガラス、合成
樹側周からなる透明基板と、前記一方の端面に端部を露
出し間”ａ＠おいて平行に多数設けられた前記端面に直
交する方向に延びる人（出）力ウェーブガイドと、前記
入（出）力ウエーブガイドに一体に接続されていて該力
１ドの軸線方向に次第に幅が拡大するテーバ状ウェーブ
ガイドと、全てのテーバ状つェーブガ・イドの一端で一
体化され光を混合するミキシング領域と、前記ミキシン
グ領域を介して伝播き才１ろ九を透過あるいは反射する
前記他力の端面に隣接して設けられた反射性または透過
性手段とを０１１ｆえる。そＬ−Ｃ１前記入（出）力ウ
ェーブガイドは横断面がほぼ円形で径が接続される光フ
ァイバの一１ア仔に略等しく該断面内でグレーテッドな
屈ＩＪＹ率分布をイｊし、旧つ前記ミキシング領域は深
さ方向にグレーテッドで［ｉ）方向にはスーツ−ノブ状
の屈折率分布を与える。

なお本発明において［グレーテッド」とは、中心での屈
折率が最大で中心から離れるにつれてほぼパラポリツク
な形状で屈折率が減少するような屈折率分布をいい、こ
のような媒質中に入射した光線は滑らかなカー　ブで蛇
イテしつつ進行する。

また［スデノブ！暫−１とは屈折率が一洋でこの中を光
が伝送される伯域（コア層）と、このコア層に密接して
設けらねたＬ記コア層よりも屈Ｊｉ〒率の低い領域（フ
ラノ１層）から成る階段状の屈折率分布をいい、光は１
−記コア層とクラッド層の界面で全反射を繰り返１．な
から進行する。

上述した本発明の光混合分岐回路によりば、入（出）カ
ウェーブガイド部分の断面形状を接続される光ファイバ
のコア径に合せた略円形としであるので光−・′了−１
′ハとの接続損失が小さく、１．かもグレーテッドな屈
折率分布を泊１７ているので光ノアイハから出力・士し
た光線は入く出）力ウェーブカイト中を外部に洩光する
ことなく側縁近くてカーフを措いて中心’ｆｉｉｌ寄り
に戻さね蛇行しながら進行するので伝送効率にも優れて
いる。

またミキシング領域では深さ方向にグレーデツトな屈１
Ｊ〒率分子［ｊを有し、幅方向にはスデノブ状の屈折率
分布を有するので伝送指尖か小さいと同時に光の混合後
における分岐比の均等性にも優れている。

ずなわら本発明の対象とする平板型の光混合分岐１Ｊ回
路においてはミキシング領域の幅が深さに比・＼て非常
に大きいため、光ファイバから拡散出射した光線か基板
の他端面に設けられた反射膜あるいは出力ファイハに至
るまでに反射あるいは屈曲する同数が幅方向では相対的
に少なく、このため幅方向において＋均一混合（人力フ
ァイバからの出射光強度分布３）るいは波長分布が」ｉ
坦になさ」）、ない状態）８生（−２やすい。

−・方、ミキシング領域の幅方向あるいは側縁近くにグ
レーテッドな屈折率分布があるに人力ファイバから拡散
用ｑ、ｉ　ｔ、た光線が側縁（＝ｊ近において蛇行Ｉ、
１つ曲線的に屈曲げ−るため光線間での拡散角は相対的
に非常に小さく、このためミキシング領域の長さを比較
的大きくと−、でも前述した不均一混合を生じやすい。

これに対し、本願発明ではミキシング領域での屈４１？
率分布を幅方向でステップ型としているので入力ファイ
バから出身。１シた光線の拡散角度は側縁界面での全没
ｑ、Ｉ後もそのまま維持され、したか−、て比較的短か
い距離を進行する間に各人力ファイバからの出射光は広
範すＨに拡開して相ｒ７．に充分な混合がなされる。

し２かも、間隔か小さいため光線の屈曲回数が非常に人
となるミキシング領域の深さ方向はグレーデツトな屈折
率分布が与えであるのでステップ型のように界面での全
反射による反射ロスを生しることがなく、また界面の（
＝Ｊ着異物等に起因する外部−・、の洩光の問題がなく
、非常に良好な伝送効率が得られるとと５に品質安定性
にも優れている。

また人（出）ｌＪウェーブガイドとミキシング領域との
間に２−ハ状のウェーブガイド領域をイ１″４るタメ、
人（出ジ　カウエーブガイドとミキシング領域間の接続
損失も小さいという利点がある。

次に図面に軍した実施例に基づいて詳細に説明する。

第２図ないし第５図は本発明の一実施例を示ずそねそれ
平面１：Ｚｉ　、　Ｉｌｌ　−Ｉｌｌ線に沿う側面図、
　■−ＩＶ線に７１）う横１りロｆｔｉ図、Ｖ−Ｖ線に
７ζ）う縦断面図であり、ソロ、ｎ合分岐回路１０は、
ガラスからなる扁・（ぺな゛ＦＡｊ六曲体の透明基板／
／中に、人（出）ｈウェーブカイト２０．テーバガイド
３０．　　ミキシング領域ｑＯを一体に埋め込み形成（
７、基板／／の対向する両側面にこの基板／／と同一・
の屈折率口。

をもつ透明ガラス板からなる基板／２を接着接合し、−
目つ人出力ウェーブガイド、２０の端部が露出する基板
端部／／Ａと対向する他方の基板端部／／Ｂ　に金属薄
膜の蒸着等による全反射体／３を密着形成して構成され
ている。

入出力つＪ−ブガイド、２０はその端部が基板／／の人
出力端面／／Ａに露出しているとともにこの端面／／Ａ
とＩＩ′１交する方向に延びており、端部／／Ａの方向
に間隔をおいて複数本（［ｍ不例ては５本）１投けであ
る。

この入出力つ丁−ブカイト、２０は、基板／／よりも高
い屈４Ｊ〒率を有し、その横断面形状はほぼ円形て基板
端部／／Ａに接続される光ファイバ／Ｉｌのグレーテッ
ドな屈折率分布をもつコアの径にほぼ等しい径としであ
る。

そして入出力つＪ−ブガイド２０における屈折率は光軸
に直交する横断面内において第３図の右側グラフに示す
ように中心にお＋）る屈折率が基板カラスの屈折率ｎｏ
　より△ｎ２だけ高く、外周に向（Ｊてパラポリツクに
減少するような屈折率分布となっており、光軸方向に′
は）氾祈率が一様である。

ここで上記屈折率差△ｎ２は少くとも接続される光フｆ
イハ／ｌにおける最大屈折率差と等しいかこれ」：りも
若−「−人きいことが必要である。

例えば石英系のグレーチットファイバを接続ファイバ／
ｌとして使用する場合、その屈折率差は約／％すなわぢ
００／グ程度であるから、ウェーブガイド−２０におけ
る屈折率差△ｎ２は少なくとも０．０／？以十にする必
要かある。

またつＪ−ブガイド、２０の断面形状は真円であること
が最も望ましく後述する製作方法によねばがなり【′！
円に近いものが得らねるが、実用］二若干楕円形になっ
ていても矧軸／長軸比が０７以上あれば接続損失は非常
に小さく問題とならない。

上記のように１２で形成された各入出力ウェーブカイｒ
−’２０−・・・・　の端部から連続してテーバウェー
ブガイド３０・・・・・・・・が一体に設けである。

このデーパウェーブカイト３ｏ・・・・・け小径の人出
力ウェーブガイド、２０・・・・・・を伝送される光を
広幅のミキシング領域ｐｏへ効率良く中継するために設
けられているもので、光軸方向に次第に幅が拡大してお
り末端では隣接する各テーバウェーブガイド３０　・・
・・の側縁同志がくさび状を成して合流しミキシング領
域１１０へ連通ずる。

」−記のテーバウェーブガイド３０内における屈折゛を
分４ｆも横断面内“Ｃ中心での屈折率が最大で周辺に同
日で次第に屈折率が減少し中心から充分離第１た位置て
はす仮／／の屈折率ｎｏと同一となるよ、うな屈４ｊｊ
”ｔ’、分布を有！５、・でいる（・ミー２ンゲ領域ｌ
Ｏにおける屈折率はオグ図に示１゛ようにその深さ方向
（ｙ軸−／ｊ向）では表ｍｊでの屈４ｆｉ率か基板／／
と同一またはそれに近い低い屈ＩＪｒ率−Ｃ深さｌｊ向
に、２乗分布に従２．て次第に増大し表面から−・定距
離ｈ１の位置で最大屈折率（基板との屈折率差へ１１」
）となり、さらに深部に向けて！東分布で次第に減少（
７た後、基板／／の屈折率ｎｏ　と同一となるような分
布をもっており、入出ｈつ丁、−ブカイド２０の光ｉｑ
ｉ方向には屈折率か一様−Ｃある。

士だ幅方向（Ｘ　４１１１方向）は、基板／／内におい
ては、この基板／／の屈折率ｎｏよりも△ｎ］だけ高い
屈折率て−ｂＮてあり、その外側のクラッド層基板７．
２は本体基板／／と同一の屈折率ｎｏとな１．ている。

Ａなわちクラッド層基板／ノを含めた全体としてミギ／
ング領域ｌＯの幅方向Ｑこオケル屈折室分布はステップ
型とな１、ている。

上記（１Ｇ造の盲肩比合分岐回路１０の人出力端面／／
Ａに、各人ＬＦＨカウ丁−ブカイト−？０に光軸を合せ
て尤−ファイバ／ｑ　・・−を接続し、これら光ファイ
バｉｆｆのうちの７　、：４；　ｆ、ｒいし複数本のフ
ァイバ６−人力用と１−て回路内（７ゲ１．を人射さセ
ると、光線は人出カウＴ−ノカイｌ゛、２０および−１
−バウＪ−〕゛カイト３０中を’ＩｒＥ７：、シなから
進イ１し２、ミキソング領域／１０（こ人−７た後、幅
方向−Ｃけ本体基板／／とクラ、・ド層拮仮７．２の境
界面で全反射を繰り返し２ながら、士た深さＪｊ向では
蛇行しつつ進行する。（：の間（ご各７し・イハ／ｌｌ
からの出射光か−１−記の側縁にお１Ｊる′ｉ−反（に
、「（拡赦しつつ充分ＣＪ元混合ね、基板％端面の反１
４．１体／３て反射された後、上記と同様の＋；＋：：
縁にお（Ｊろ全反射を繰り返した後にテーバ状ウェーブ
・ノイド３０および人出力つ、−一−ブカイドノ０を伝
送され、歿りの出力用ファイバ／ｌに均着に分配ごねて
入射する。

このように１−て例えば中央コンピュータからの光信上
を本願Ｑ〕光混合分岐回路を介して複数の端末機（こ同
時伝送することがてきる。

ここてミキンンク領域ｌＯにおける深さ方向での最大屈
ＪＪｉ率差△ｎ１は、後述する電界イオン拡散法で製イ
’＋ｔ−１−るとウェーブカイトの屈折率うＹ−△ｒ１
２より人きくなるが、イオン交換法による場合には屈１
１「率のゆらき゛（場所による屈折率のばらつきンか小
さく　Ｌ、たがって伝送光のモード変換が少ないため、
実質的に光かＵξ撮する領域は△ｎ２　　の領域てあり
問題とならない。

第５図にウェーブガイド２０　、３０の光ｉ１１＋を含
む縦断面を示す。

同図において斜線部分が高屈折率領域であるが、入出力
ウェーブガイド〜２０の中心軸の基板表面がらの距離ｈ
２とミキシング領域グＯの深さ方向中心軸の基板表面か
らの距離ｈ］とを比較すると、後述４゛る電界イメン拡
散法ては僅かの差ではあるが通常ｈ１＞ｈ２になる。

そこでｉ−バウェーブガイド３０を設ｉ−＋ることによ
り、深さ方向ウェーブガイド２０からミキンン勾 グ領域ｑＯへ緩やかな匂配で徐々に深くなっていくため
１．σ）仁、Ｉ’；’、’、損失を深さ方向Ｇ・二おい
ても小ε）くてきる５、 士た］１・ｈ：左向での伝播（！ｊ欠をｉ’ｉＪ及的に
小さく抑え、１４、７）ｈＭｆ　：ど）テを短かくする
ためには−ｊ゛−バウェーブガイＦ　３０　’：’−）
　ｌｊ！；　Ｉき゛角輯θ）は２度ないしｇ度の範囲に
選ぶのかθＳ′才しく・・０ テーパウェー　フッノイド３ｏの長さとミギンンク領尼
Ｈｑｏの長さの［１１Ｌは、λを波長、　ｎ＝ｎｏ　＋
へ１２を屈折率とし−５−ミキンンク領域ｌｏの幅をＷ
　＋　３）岐数を１ｎとり、　ｔを整数とすると Ｌルし＝　ｅ／’ｍ　Ｘ　Ｉ／ｎ／πλＸ　Ｗ２−、−
、、、　　（／）を満足４るｊ二つ（・こＬを選定すれ
ばよい。

２・／；　ｌＺｉに本発明の他の実施例を示ｔ。

−３′、２［ツｉｌ’：示（ｉＪ　（１，’）ものが反
射型てあ−、タノｉ＝対し、オ乙図ｊＡ不例は透過型の
光混合分岐回路であり、基板端面／／Ｂに反射体／３を
設けるがゎりに１１１に４ｉ　した人力つｔ−ブカイド
−！　ＯＡ　オよヒテーハウコーフカイト３０　Ａ’　
、１！：　同様構造のウェーブカイＩ・２Ｏｆ３おＪ二
びラーバウェーフ゛カイト３０Ｂをミギノング領域ｙｏ
の中り、Ｌを中心とし−Ｃ対称形Ｇこ配置し、基板端面
／、／Ｂに露出する各出力ウェーブガーイｒ’、２ｏＢ
・・・　に光１１１１１を合せて′／Ｃファイバ／ＩＢ
群を１８′続４−る・二とにより、−・Ｊｉのｊ４＋１
ｆ面／／Ａ側にＪｓい（各尤ファイバ／ＩＩＡ　　・・
　を伝送さＡ１てくる例えはぞねそ２］波長の異なる光
信号を中央のミ・ヤ７・ンゲ領域グ０−ζ混合し、た後
、他端面／／Ｂ側にＨｇ続し５た光７アイハ／ゲＢ　Ｊ
’、’（にそれぞれ均等配分し７て入射させるようにし
た回路である。

本実施例構造（Ｊオ！図の反射型のφ・のに比しミキソ
ング領域Ｉ１０の長さを一倍にとる心室がある点を除ｉ
ｔばその作用効果は前述実物例と本質的に同しである。

次に本発明に係る光混合分岐回路をカラスで製作−イる
好適な）５法について説明する。

まずＮ　ａ　２０およびＫ　２０を合３１斤）で７０〜
／Ｓ咀量％含有するはう（Ｊい酸カラスを両面平行に研
磨した基板ガラスを阜（＋；＋＋　シ、その−力のＯ［
磨面全面にイＡン透過防１１−マスクとして例えばチタ
ン膜をスパックリンクイ・１着して形成する。

次に周知の−）（１リソクラフイー技術とエノーチンビ
／゛をＡ［ｌみ金子すてＩＩ的とするつＪ−）゛ガイド
、２０．３０才３よひミキ７−タ領域／１０の甲面パタ
ーンに合せてＬ記、−１・ス・′）うエノーｆング除去
して開Ｌ１部を形成すＺ）、。

このとき入出力ウェー７ガイド２０部分のマスクυ１０
−１１１１ｉ１ｆは〉゛（ミクロン程度に」るか望まし
く、またミギ〉ング領域Ｉ／、Ｏ部分のマスク開口幅は
目標とイーるミ；ｌｚ　、；ンカ゛領域幅より若干広く
し、具体的には／　＋ｎ　ｒｌ：稈（’ｔＨ余分にとっ
ておく。

次に−・・スフろ−ｌｌビレた面をドーパントを含む液
に接触さくす、マスクが形成されていない基板面には例
えはＫＮＯ３と粘土とを水でまぜたペーストを塗（（ｉ
　Ｌ、マスク（自■をｌｉ５　Ｉｆ＜にして′Ｉ毬界を
かけ、ｌｏｏ〜乙００’Ｃに保持（７てマスク開口部を
通してｒ−パンｌをガラスノ、１．板内に拡散させる。

この場合ドーハントを含む液としては例えはＴｄ。

ＯＳ　＋　Ｌ　ｌのい４−ねかを包む硝酸塩または硫酸
塩を用いることができる。

士た１′−ハントとしてＡｇを用いる場合にはマスク形
成面（、二Ａｇを蒸着することによりドーバン１兼電極
と１７で用いることが−Ｃきる。

この段階ての屈Ｕ〒室分Ｉ′ｌ］は人出力ウエーブガイ
ド、２０の部分てはマスク開「１幅が狭いため開ロ部セ
ン々−６中心にほぼ半円状の高屈折率部分が形成される
と同時に、開１−１部七ン々−を中心にドーパントの濃
度分布に基づいてゲレーデノトな屈ＪＪＦ率分布ができ
る。

（二ねに対シテーバウエーフ゛ガイド３０およびミキン
ンク領域ＩＩＯ部分てはマスク開［ＩＩ幅が広いため、
基板表向部分は高屈１ｈ率で−・様であり深さ方向に屈
Ｕｉ率が徐々に低Ｆする扁平な屈折率分布となる。

次にマスクをＧｌｆ磨、エツチング等で除去しカラス基
板に対し、て屈折率の寄り、の小さい例えばＮａ、にイ
メンを含むｌ１ｏｏ〜ｓｏｏ”ｃに保持した塩にマスク
を除去した基板面を接触させてこの面側を陽極として直
流電界をかける。

１−述した方法により、人出力ウェーブカイト、２０の
断面円形度１なわち短軸／長軸の比がｏ、ｇ、２で屈折
率差△ｎ２　＝　ｏ、ｏ、２のグレーテ、ノド分布を形
成゛４−ることかできた。

このときミーＡンンク領域Ｉｌｏは基板よりも屈折率が
犬な部分の深さが約１１００１ｔて最大屈折率差△ｎｌ
、か約０．０３のグレーテノｈ　ｌｉ　Ｉｉ７！Ｉ〒率
分布が形成されでいた。

以にのよ・）（ユしてイオン交換で形成されたミＡ／ン
ク領域＜７０の両→）−イドはクレーチットな屈ＪＪｒ
率分布をも、ているため、この屈折率変化部分を除くよ
うにウェーブカイト、２０の光軸に平行に切１￥トＩ磨
して屈折率のフラノＩ・な部分のみを残す。

（５（にこのＬＩＪ断１１１ｆ磨した基板両側面にオノ
図の如く基板／〕と同一・屈折率の透明ガラス板（クラ
７１層）７．２・／、、！を接着剤で接合する。

このよ゛）に！−で７０本の人出力チャン不ルウ〕。

−ブカイト−！０を有する光混合力岐回路を試作し、マ
ルチモードクレーデノドアアイバ（］１ア径！；。

ｔｔｍ　、ＪｑＡ−０，２）を接続して特性を測定した
結果、ファイバとの１４続損失が０．３ｄＢと極めて小
さく、−を 挿入損失ｄＢ　、分岐比のバラツキも／ｄＢ以下という
優ねた特性が確認できた。

【図面の簡単な説明】

第７図は従来の光７ｊ７４合分岐回路を示す斜視［ズ。 Ａ−，２図は本発明の−・実施例を示す平面図、第３図
は牙２図のｌ１ｌ−ＩＩＩ線方向からの側面図々び屈折
率分布を示ずゲラフ、オｌ］ズはオ、、？１図のへ−■
線に沿う横断面図および屈ＪＩｊ率分布を示すクラー！
、オＳ図はオ、２１ズの■−■線に７′！＋　”縦断面
図。 オ乙図は本発明の他の実施例を示す平面図である。 １０・−・光混合分岐回路 ／／、／２・・　・透明基板　　／３・・・　−反（１
４体／グ、／／ＩＡ、／７／１３・　・光ファイバ、２
０−・・・・入（出）カウェーブカイド３０・−・・・
・　デーノぐウェーブカイ１゛ｌＯ・・・・・　ミギン
ング領域 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＩＩいに３ドローＬ　Ｍ’Ａｉ而を（１才る透明基板と
   、前記端面に端部を露出し間１（−４をおいてエイ」°
   に多数段けもねた前７：Ｌ！端而乙４１直交−４−る力
   向に領びる人（出）カウエ−−−７カイ１と、前記人（
   出）カラ１−ブガイド（こ一体に接続さ２１で−いて該
   ガイ１゛の軸線力向に次第に幅が拡大するチー・（状ウ
   ェーブカイトと、全てのデー　〕°ぐ状つＪ−７゛す゛
   イドの−・端て一体化さねソロに混合するミギ７ンク領
   域と、［１ゴ記ミキソング領域を介して伝播さ（］る光
   を透過あるいは反射する前記端面に隣接１２．て設けら
   ねた反射性または透試性手段七を備え、「？？■記人（
   出）カラ毛−ブカイトは横断ｔｉｉ　′ｈ−は７３円形
   て該断面円てクレーチットなｌｊｉ＋　ＩＪ’ｉ率分４
   Ｊをイーし、＋−＋ツ＋＞＋＋記ミキソング領域は深さ
   Ｊ、Ｉ向にグレーアーノ）　−Ｑ　ｒｌＪ方向にはスラ
   ーノア状の屈折十分４１カ）′フえらねているこ２を特
   徴とする光、Ｒ合分岐回路。