(57)【要約】【課題】  出射端での光の強度の均一性を良好に保つことができ、かつ、多分岐光回路の全長を短くすることが可能な多分岐光回路を提供する。【解決手段】  入射端８から入射した光を、３段以上で設けられたＹ分岐部１〜７で分割しながら複数の出射端９〜１６に出射する導波路Ｌを有し、その導波路Ｌが１段目のＹ分岐部１の入射中心軸ＣＬに対して略対称なツリー構造とされ、かつ、当該導波路Ｌのうち各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７が直線導波路で構成された多分岐光回路２０Ａであって、３段目以降のＹ分岐部４〜７を、前記入射中心軸ＣＬに対して外側の導波路Ｌ８，Ｌ１５から順次分岐させるように配置した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端から入射した光を、３段以上で設けられたＹ分岐部で分割しながら複数の出射端から出射する導波路を有し、その導波路が１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して略対称なツリー構造とされ、かつ、当該導波路のうち各Ｙ分岐部の間の導波路が直線導波路で構成された多分岐光回路であって、
３段目以降のＹ分岐部を、１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して外側の導波路から順次分岐させるように配置したことを特徴とする多分岐光回路。
【請求項２】
最終段のＹ分岐部と出射端との間の導波路を、最終段のＹ分岐部と出射端とを滑らかに結ぶように曲線導波路または曲線導波路と直線導波路との組み合わせで構成したことを特徴とする請求項１に記載の多分岐光回路。
【請求項３】
最終段のＹ分岐部を、直線導波路で２股に分かれる形状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の多分岐光回路。
【請求項４】
２段目のＹ分岐部を１段目のＹ分岐部の近傍に配置するとともに、２段目のＹ分岐部と３段目のＹ分岐部との間の導波路のうち１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して内側に位置する１組の導波路を、入射端側から出射端側に向かうに連れて外側に広がるように複数の直線導波路を組み合わせて構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多分岐光回路。
【請求項５】
前記各出射端を、直線導波路で構成するとともに、各出射端の間の距離を略等間隔に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多分岐光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム等において用いられる多分岐光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多分岐光回路としては、例えば特許文献１には、図５に示すような８分岐として構成された多分岐光回路２０が開示されている。この多分岐光回路２０は、入射端８から入射した光を、３段で設けられたＹ分岐部１〜７で分割しながら８つの出射端９〜１６から出射する導波路Ｌを有し、その導波路Ｌが１段目のＹ分岐部１の入射中心軸ＣＬに対して略対称なツリー構造とされたものである。
【０００３】
前記特許文献１には、前記導波路Ｌのうち各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７が直線導波路で構成されていることも記載されている。光がＹ分岐部で分割されたときには光の振動が生じるが、上記のように各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７が直線導波路で構成されていると、Ｙ分岐部によって生じる光の振動が最小限に抑えられるため、分割時の均一性変動を少なくでき、出射端９〜１６での光の強度の均一性を良好に保つことができる。
【特許文献１】特開平４−２８９８０３号公報（図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多分岐光回路においては、その小型化を図るために、全長を短くすることが望まれている。しかしながら、前記多分岐光回路２０では、３段目のＹ分岐部４〜７が、前記入射中心軸ＣＬの延在する方向において略同位置で、当該入射中心軸ＣＬと直交する方向に並んで配置されているため、多分岐光回路２０の全長を短くするにも限界がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、出射端での光の強度の均一性を良好に保ったままで多分岐光回路の全長を短くすることが可能な多分岐光回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明では、入射端から入射した光を、３段以上で設けられたＹ分岐部で分割しながら複数の出射端から出射する導波路を有し、その導波路が１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して略対称なツリー構造とされ、かつ、当該導波路のうち各Ｙ分岐部の間の導波路が直線導波路で構成された多分岐光回路において、３段目以降のＹ分岐部を、１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して外側の導波路から順次分岐させるように配置している。
【０００７】
また、前記多分岐光回路において、最終段のＹ分岐部と出射端との間の導波路を、最終段のＹ分岐部と出射端とを滑らかに結ぶように曲線導波路または曲線導波路と直線導波路との組み合わせで構成している。
【０００８】
さらに、最終段のＹ分岐部を、直線導波路で２股に分かれる形状に形成している。
【０００９】
また、前記多分岐光回路において、２段目のＹ分岐部を１段目のＹ分岐部の近傍に配置するとともに、２段目のＹ分岐部と３段目のＹ分岐部との間の導波路のうち１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して内側に位置する１組の導波路を、入射端側から出射端側に向かうに連れて外側に広がるように複数の直線導波路を組み合わせて構成している。
【００１０】
さらに、前記多分岐光回路において、前記各出射端を、直線導波路で構成するとともに、各出射端の間の距離を略等間隔に設定している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、３段目以降のＹ分岐部を１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して外側の導波路から順次分岐させるように配置したから、最も外側の導波路を早くから広げ始めることができるため、多分岐光回路の全長を短くすることができるという効果を奏する。また、各Ｙ分岐部の間の導波路は直線導波路で構成されているので、出射端での光の強度の均一性を良好に保ったままで前記効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る多分岐光回路２０Ａは、８分岐として構成されたものであり、１つの入射端８と、８つの出射端９〜１６と、それらを結ぶ導波路Ｌとを有している。そして、導波路Ｌの途中には、Ｙ分岐部１〜７が３段で設けられており、導波路Ｌは、入射端８から入射した光をＹ分岐部１〜７で順次分割しながら８つの出射端９〜１６から出射するようになっている。また、導波路Ｌは、１段目のＹ分岐部１の入射中心軸ＣＬ（以下、単に「入射中心軸ＣＬ」という）に対して略対称なツリー構造とされている。
【００１４】
前記入射端８、出射端９〜１６、及び導波路Ｌは、入射中心軸ＣＬが延在する方向（以下、Ｘ方向という）に延びる長方形板状のクラッド１８内に所定の形状で形成されたコアからなっている。前記クラッド１８は、石英ガラスやポリマー等で構成されている一方、前記コアは、クラッド１８よりも屈折率の高い材料で構成されているため、光は主にコア内部に閉じ込められ、光が伝播するようになっている。
【００１５】
前記入射端８は、入射中心軸ＣＬと同一直線上に位置する直線導波路で構成されており、その端面は、クラッド１８のＸ方向の一方側（図１では左側）の端面から露出していて、この端面から光が入射可能となっている。
【００１６】
前記各出射端９〜１６は、入射中心軸ＣＬと平行な直線導波路で構成されており、その端面は、クラッド１８のＸ方向の他方側（図１では右側）の端面から露出していて、この端面から光が出射可能となっている。また、各出射端９〜１６は、Ｘ方向と直交するクラッド１８の幅方向（以下、Ｙ方向という）に並んで配列されており、各出射端９〜１６の間の距離は、略等間隔（例えば２５０μｍ）に設定されている。
【００１７】
前記導波路Ｌのうち、入射端８と１段目のＹ分岐部１との間の導波路Ｌ１及び各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７は、直線導波路で構成されており、３段目のＹ分岐部４〜７と出射端９〜１６の間の導波路Ｌ８〜Ｌ１５は、Ｙ分岐部４〜７と出射端９〜１６とを滑らかに結ぶように曲線導波路または曲線導波路と直線導波路との組み合わせで構成されている。
【００１８】
前記Ｙ分岐部１〜７とは、導波路Ｌのうち分岐点ｄ（図２参照）の前後の部分、すなわち、図２に略画的に示すように、分岐点ｄの前の導波路の幅が広がり始める部分から分岐点ｄの後の導波路が完全に分岐するまでの部分であり、各Ｙ分岐部１〜７は、直線導波路で２股に分かれる形状であって、入射中心軸がその２本の直線導波路同士がなす角の等角二等分線となる形状に形成されている。前記２本の直線導波路がなす角度（分岐角度）は、例えばシングルモード用の多分岐光回路であれば、分岐損失を殆ど生じない１度以下に設定されていることが好ましい。そして、各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７は、各Ｙ分岐部１〜７を屈曲することなく１本の直線で結ぶように配設されている。このため、２段目のＹ分岐部２，３と３段目のＹ分岐部４〜７との間の導波路Ｌ４〜Ｌ７のうち入射中心軸ＣＬに対して内側に位置する導波路Ｌ５，Ｌ６は、それぞれ入射中心軸ＣＬと平行になっている。
【００１９】
また、前記導波路Ｌ５，Ｌ６とつながる３段目のＹ分岐部５，６から先の入射中心軸ＣＬに対して内側に位置する導波路Ｌ１１，Ｌ１２は、Ｙ分岐部５，６から一旦内側に向かうことになるから、入射中心軸ＣＬに向かって凸となり、相互に近接している。そして、２段目のＹ分岐部２，３は、１段目のＹ分岐部１と２段目のＹ分岐部２，３との間の導波路Ｌ２、Ｌ３同士の距離がある程度広がった位置に配置されており、前記導波路Ｌ１１，Ｌ１２の近接する部分同士の間の間隔ｃが、当該導波路Ｌ１１，Ｌ１２を伝播する光同士が相互に影響し合わない程度に保たれるようになっている。
【００２０】
さらに、３段目のＹ分岐部４〜７は、入射中心軸ＣＬに対して外側の導波路Ｌ４，Ｌ７から順次分岐させるように配置されている。すなわち、入射中心軸ＣＬに対して外側のＹ分岐部４，７と内側のＹ分岐部５，６とは、Ｘ方向において離間しており、外側のＹ分岐部４，７は、２段目のＹ分岐部２，３の近傍に配置されており、内側のＹ分岐部５，６は、２段目のＹ分岐部２，３から外側のＹ分岐部４，７よりも離れた位置に配置されている。
【００２１】
本実施形態の多分岐光回路２０Ａでは、３段目のＹ分岐部４〜７を入射中心軸ＣＬに対して外側の導波路Ｌ４，Ｌ７から順次分岐させるように配置したから、最も外側の導波路Ｌ８，Ｌ１５を早くから広げ始めることができるため、従来の多分岐光回路２０に比べ、最も外側の出射端９，１６をＸ方向においてより入射端８側に配置することが可能になり、多分岐光回路２０Ａの全長を短くすることができるという効果を奏する。また、各Ｙ分岐部１〜７の間の導波路Ｌ２〜Ｌ７は直線導波路で構成されているので、出射端９〜１６での光の強度の均一性を良好に保ったままで前記効果を得ることができる。
【００２２】
また、３段目のＹ分岐部４〜７と出射端９〜１６との間の導波路Ｌ８〜Ｌ１６を、曲線導波路または曲線導波路と直線導波路との組み合わせで構成したから、多分岐光回路２０Ａの全長をさらに短くすることが可能になる。また、このように曲線導波路を用いても分割が完了しているので、光の強度の均一性に影響を及ぼすことがない。
【００２３】
さらに、各出射端９〜１６を、直線導波路で構成するとともに、各出射端９〜１６の間の距離を略等間隔に設定したから、直線導波路で光の振動を安定化し、各出射端９〜１６に光学的に接続される光ファイバとの間での結合損失を低減することができるとともに、光ファイバアレイを用いて各出射端と光ファイバとを簡単に接続することができるようになる。
【００２４】
なお、本実施形態では、各Ｙ分岐部１〜７を全て図２に示すような直線導波路で２股に分かれる形状に形成しているが、３段目のＹ分岐部４〜７を、図３に示すように、曲線導波路で２股に分かれる形状に形成することも可能である。このようにすれば、前記導波路Ｌ８，Ｌ１５をより早くから広げ始めることができるため、多分岐光回路の全長をさらに短くすることができるが、本実施形態のようにすれば、３段目のＹ分岐部４〜７を曲線導波路で２股に分かれる形状に形成した場合よりも、Ｙ分岐部４〜７による分岐損失を小さくすることができ、特に波長の短い光に対して分岐損失を有効に低減させることができる。
【００２５】
例えば、シミュレーションを行った結果によると、図３の形状のＹ分岐部では、分岐損失は、１．５５μｍの波長の光に対しては殆ど０であるが、１．３１μｍの波長の光に対しては０．１ｄＢであり、さらに光の波長が短くなるに連れて増加する傾向にある。これに対し、図２の形状のＹ分岐部では、分岐損失が図３の形状のＹ分岐部よりも小さな値となり、特に波長の短い光でその差が大きくなった。
【００２６】
次に、図４に、本発明の第２実施形態に係る多分岐光回路２０Ｂを示す。なお、前記多分岐光回路と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】
この多分岐光回路２０Ｂでは、２段目のＹ分岐部２，３が１段目のＹ分岐部１の近傍に配置されており、導波路Ｌ２，Ｌ３の距離が短くなっている。また、２段目のＹ分岐部２，３と３段目のＹ分岐部４，７との間の導波路Ｌ４〜Ｌ７のうち１段目のＹ分岐部１の入射中心軸ＣＬに対して内側に位置する１組の導波路Ｌ５，Ｌ６は、２段目のＹ分岐部２，３から３段目のＹ分岐部５，６に向かうに連れて外側に広がるように２つの直線導波路が組み合わされて構成されている。
【００２８】
具体的には、前記導波路Ｌ５，Ｌ６は、２段目のＹ分岐部２，３から屈曲点ａ，ｂまで入射中心軸ＣＬと平行に延びる直線導波路Ｌ５１，Ｌ６１と、屈曲点ａ，ｂから入射中心軸ＣＬに対して僅かに外側に傾斜して３段目のＹ分岐部５，６につながる直線導波路Ｌ５２，Ｌ６２とからなっており、これにより３段目のＹ分岐部５，６から先の入射中心軸ＣＬに対して内側に位置する導波路Ｌ１１，Ｌ１２の近接する部分同士の間の間隔ｃが上述したのと同様に適度に保たれるようになっている。なお、導波路Ｌ５，Ｌ６は、２つの直線導波路が組み合わされて構成されている必要はなく、３つ以上の直線導波路が組み合わされて構成されていてもよい。
【００２９】
本実施形態の多分岐光回路２０Ｂでは、２段目のＹ分岐部２，３を１段目のＹ分岐部１の近傍に配置したから、最も外側の導波路Ｌ８，Ｌ１５をさらに早くから広げ始めることができるため、多分岐光回路２０Ｂの全長をさらに短くすることができる。
【００３０】
そして、このように２段目のＹ分岐部２，３を１段目のＹ分岐部１の近傍に配置した場合には、導波路Ｌ１１，Ｌ１２の近接する部分同士の間の間隔ｃを適度に保つために、導波路Ｌ５，Ｌ６を外側に広げる必要があるが、導波路Ｌ５，Ｌ６を曲線導波路ではなく２つの直線導波路Ｌ５１とＬ５２またはＬ６１とＬ６２を組み合わせて構成したから、光の振動を有効に抑えながら３段目のＹ分岐部５，６で光を均等に２分割することができるため、出射端９〜１６での光の強度の均一性を良好に保ちながら更なる全長短縮を図ることができる。
【００３１】
さらに、３段目のＹ分岐部４〜７は、入射中心軸ＣＬに対して外側の導波路Ｌ４，Ｌ７から順次分岐させるように、すなわちＸ方向において離間した位置に配置されているので、導波路Ｌを、３段目のＹ分岐部４〜７以降の各導波路Ｌ８〜Ｌ１５同士の間の間隔（特に導波路Ｌ９とＬ１０及び導波路Ｌ１３とＬ１４の間の間隔）を適度に保ちつつコンパクトで合理的なツリー構造とすることができる。
【００３２】
なお、前記各実施形態では、８分岐として構成された多分岐光回路２０Ａ，２０Ｂに本発明を適用した形態を示したが、本発明は、例えばＹ分岐部が４段で設けられて１６分岐として構成された多分岐光回路にも適用可能である。この場合には、４段目のＹ分岐部も１段目のＹ分岐部の入射中心軸に対して外側の導波路から順次分岐させるように配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多分岐光回路の平面図である。
【図２】前記多分岐光回路のＹ分岐部の平面図である。
【図３】変形例のＹ分岐部の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る多分岐光回路の平面図である。
【図５】従来の多分岐光回路の平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      １段目のＹ分岐部
２，３  ２段目のＹ分岐部
４〜７  ３段目のＹ分岐部
８      入射端
９〜１６  出射端
１８    クラッド
２０Ａ，２０Ｂ  多分岐光回路
Ｌ，Ｌ１〜Ｌ１５  導波路
ＣＬ    入射中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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