(57)【要約】【課題】  合流部における漏れ光の低減が可能でかつ導波路長の延伸を必要としない光合波導波路を提供する。【解決手段】  本光合波導波路は、入力側の２つの光導波路３１，３２と、これらの光導波路３１，３２に合流される１つの出力側の光導波路３３とを有する。入力側の光導波路３２は結合部３５において出力側の光導波路３３の端部に結合され、入力側の光導波路３１は結合部３４において出力側の光導波路３３の端部より内側部分に結合されている。入力側の２つの光導波路３１，３２は、それぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路を用いることができ、この場合、光導波路３２の曲率半径は光導波路３１の曲率半径よりも小さくされる。【選択図】  図３
2007171769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路が結合される第３の光導波路とを有するＹ形をした光合波導波路であって、前記第１の光導波路が前記第３の光導波路の端部に結合され、前記第２の光導波路が前記第３の光導波路の端部より内側部分に結合されたことを特徴とする光合波導波路。
【請求項２】
前記第１および第２の光導波路がそれぞれ円弧形状を有することを特徴とする請求項１記載の光合波導波路。
【請求項３】
前記第１および第２の光導波路がそれぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路であることを特徴とする請求項１記載の光合波導波路。
【請求項４】
前記第１の光導波路の曲率半径が前記第２の光導波路の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の光合波導波路。
【請求項５】
前記第１および第３の光導波路の結合部における前記第１および第３の光導波路の接線の傾きが互いに等しく、および前記第２および第３の光導波路の結合部における前記第２および第３の光導波路の接線の傾きが互いに等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光合波導波路。
【請求項６】
前記第１および第２の光導波路がそれぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路であり、前記第３の光導波路が直線状導波路であることを特徴とする請求項１記載の光合波導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光合波導波路に係り、特に光合波部がおおむねＹ形をした光合波導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光合波導波路は、例えば光波長多重伝送装置や光集積回路等を構成する基幹部品の１つとして用いられる。従来から光合波導波路の一形態として、円弧形状を有する導波路を対称に接合した２つの導波路を合流後導波路へと導くおおむねＹ形（以下、単にＹ形という）をした合波導波路がある。このＹ形光合波導波路の損失の発生原因を調べてみると、それは導波路合流部における漏れ光が大部分を占めている。これを図１を用いて説明する。
【０００３】
図１は、Ｙ形光合波導波路における合流部の一例を示す図である。図示のように、Ｙ形光合波導波路は、２つの導波路１１，１２と合流後導波路１３とを有する。２つの導波路１１，１２が交差する合流部においてテーパー部１４が形成される。ここで、例えば、導波路１１から伝搬光１５がテーパー部導波路壁へ入射角θで入射するとき、伝搬光１５が導波路壁の反射臨界角度を超える時には漏洩モードによる漏れ光が発生し、これが損失となる。従って、Ｙ形光合波導波路において、この入射角θを低減することが低損失化に寄与することとなる。これ以外にも、Ｙ形光合波導波路の低損失化のために、各種の方策が講じられている。例えば、導波路合流部における漏れ光を低減する方法として、合流点（分岐点）近傍の導波路の傾きを零に漸近させる方法があり、例えば特許第２５８９３６７号公報には、Ｙ分岐部の形状を二乗余弦関数に基づく形状とすることが記載されている。同様に合流部での２つの入力側導波路で形成される角度を減らすため、円弧形状の導波路を点対称に接合したＳ形ベンドや正弦関数の形状をしたものが使われてきた。
【特許文献１】特許第２５８９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｙ形光合波導波路における合流部での漏れ光の低減はまだ十分とはいえない。合流部での２つの入力側導波路で形成される角度を低減する方法としては、２つの入力側導波路を円弧形状導波路で形成し、それらの曲率半径を大きくとることで実現可能であるが、この方法では、漏れ光の低減を図ることが可能となる一方で、導波路の延伸が必要となり大型化となってしまうこと、あるいは合流部において２つの入力側導波路により形成されるテーパー部先端の形状がより鋭角となるため製法上困難となること、それに起因してテーパー部先端の丸みまたは欠損が伝搬光の損失を増大させてしまうこと等の問題があった。
【０００５】
従って本発明の目的は、合流部における漏れ光の低減が可能でかつ導波路長の延伸を必要としない光合波導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路が結合される第３の光導波路とを有するＹ形をした光合波導波路であって、前記第１の光導波路が前記第３の光導波路の端部に結合され、前記第２の光導波路が前記第３の光導波路の端部より内側部分に結合された光合波導波路により、達成される。
【０００７】
ここで、前記第１および第２の光導波路はそれぞれ円弧形状を有することができる。また、前記第１および第２の光導波路はそれぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路とすることができる。この場合、前記第１の光導波路の曲率半径は前記第２の光導波路の曲率半径よりも小さくすることが好ましい。さらに、前記第１および第３の光導波路の結合部における前記第１および第３の光導波路の接線の傾きが互いに等しく、および前記第２および第３の光導波路の結合部における前記第２および第３の光導波路の接線の傾きが互いに等しいことが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る光合波導波路は、第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路が結合される第３の光導波路とを有するＹ形をした光合波導波路であって、前記第１の光導波路の端部が前記第３の光導波路の端部に結合され、前記第２の光導波路が前記第３の光導波路の端部より内側部分でテーパー部を形成して前記第３の光導波路に徐々に結合されるものである。ここで、前記第１および第２の光導波路はそれぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路とすることができ、また前記第３の光導波路は直線状導波路とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、合流部における漏れ光の低減が可能でかつ導波路長の延伸を必要としない光合波導波路を得ることができる。本発明では、Ｙ形の光合波導波路において、２つの入力側導波路と１つの出力側導波路との合流部（結合部）を異にすることで、導波路合流部で形成されるテーパー部の角度を小さくすることができ、これにより合流部における損失を低減することができる。さらに、円弧形状を有する２つの入力側導波路の曲率半径を異にし、かつ曲率半径が小さい導波路の円弧形状が終了し、直線になったところに曲率半径の大きな導波路を合流させることで、導波路長の延伸を必要としないことが可能となる。また、低損失化を小さくとどめ、合流位置および曲率半径を最適化したとき、光合波導波路の小型化も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、導波路２本を１本の導波路に結合するおおむねＹ形の光合波導波路に関するものである。最良の形態を示す為、一般的なＹ形光合波導波路として、２つの円弧形状を点対称で結合して形成した２つのＳ字形ベンド導波路を用い、更にそれらを線対称に接合し、一本の直線導波路に導いて形成した光合波導波路について説明する。
【００１１】
改善される形態は、円弧形状を有する２本の導波路が１本の直線状導波路と合流する地点をそれぞれ異にするものである。これにより合流部のテーパー部の角度を、同一場所において合流する場合よりも小さくし、テーパー部の角度に起因する漏れ光を減らして低損失化を図るものである。さらに、２つのＳ字形ベンド導波路のうち入力側に近い方（伝搬方向に対して負側）のＳ字形ベンド導波路の曲率半径を小さくすることで、円弧形状終了地点において直線導波路と直線的に合流し、この合流部では他の導波路との合流が無いので単独のＳ字ベンドと近似でき漏れ光を抑制できる。もう一つのＳ字形ベンド導波路は直線導波路の端部より内側部分に直線的に合流する形となり曲率半径を大きくしても損失増大を抑えられ、結果的に導波路長の延伸の回避が可能となる。以下、本発明を説明する前段階として、Ｓ字形ベンド導波路と直線導波路の結合に係る損失関係を説明する。
【００１２】
図２は、Ｓ字形ベンド導波路と直線導波路との結合例を示す図である。図では、上からそれぞれ、
（１）Ｓ字形ベンド導波路２１，２２を直線導波路２３に対称的に組み合わせた従来型の光合波導波路、
（２）Ｓ字形ベンド導波路２４を直線導波路２５に合流させた光合波導波路、
（３）Ｓ字形ベンド導波路２６に直線導波路２７を後続させた導波路、
を示す。上記各Ｓ字形ベンド導波路の曲率半径はそれぞれ同一である。ここで、（１）のＳ字形ベンド導波路２１，２２のどちらか一方に光を入射させ、また（２），（３）のＳ字形ベンド導波路２４，２６にそれぞれ光を入射させたとき、導波路結合部における損失の関係は（１）＞（２）＞（３）となる。これは２つの導波路の結合部に形成されるテーパー角が小さい方が漏れ光の発生を抑制することができるため損失が小さく、さらにテーパー部がない場合はより損失が小さくなるからである。本発明は、これらの導波路間の結合における損失の関係を利用したものである。
【００１３】
図３は、本発明に係る光合波導波路の一例を示す概念図である。本例の光合波導波路は、図示のようにＹ形をしており、入力側の２つの光導波路３１，３２と、これらの光導波路３１，３２に合流される１つの出力側の光導波路３３とを有する。入力側の光導波路３２は結合部３５において出力側の光導波路３３の端部に直線的に結合され、入力側の光導波路３１は結合部３４において出力側の光導波路３３の端部より内側部分に直線的に結合されている。つまり、結合部３５は、入力側の光導波路３２の端部と出力側の光導波路３３の端部とを結合する地点であり、また結合部３４は、出力側の光導波路３３の端部より内側部分に合流した入力側の光導波路３１の端部の位置する地点である。すなわち、結合部３５では光導波路３２の端部が３３の端部に結合されるが、結合部３４では、その前段階として光導波路３１が光導波路３３の端部より内側部分との間にテーパー部３６を形成して光導波路３３に徐々に結合され結合部３４において最終的に結合が完了する。また、結合部３５における光導波路３２と３３の接線の傾きは互いに等しく、結合部３４における光導波路３１，３３の接線の傾きは互いに等しい。光導波路３３が直線状導波路の場合、各結合部における光導波路３１，３２の接線と、光導波路３３の傾きはそれぞれ等しい。ここで、入力側の２つの光導波路３１，３２は、それぞれ２つの円弧形状を点対称で結合して形成したＳ字形ベンド導波路であり、光導波路３２の曲率半径は光導波路３１の曲率半径よりも小さくされている。
【００１４】
このＳ字形ベンド導波路の２つの光導波路３１，３２は互いに独立した導波路であり、その入力側にそれぞれ直線部が延伸されていてもよいし発光素子が備えられていてもよい。この２つの光導波路３１，３２を出力側の光導波路３３に合流させる場合、曲率半径の小さい光導波路３２の円弧部が終了して直線状の光導波路３３と結合される結合部３５よりも光導波路３３の内側部分の結合部３４で、曲率半径の大きい光導波路３１が直線状の光導波路３３と結合される。本例では、光導波路３１，３２としてＳ字形ベンド導波路を用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、光導波路の各結合部での接線の傾きを等しくすることで漏洩モードによる損失を抑制することができればよく、光導波路３１，３２の構成は例えば正弦関数形でも２乗余弦関数形でもよい。
【００１５】
また本例では、２つの光導波路３１，３２の曲率半径を異にしたが、両者の曲率半径は同じでもよい。これは、２つの光導波路３１，３２と１つの光導波路３３とのそれぞれの結合部３４，３５の位置を違えれば、従来の同一点における合流部の場合と比較してテーパー部３６のテーパー角が小さくなり、本発明の効果は発揮できるからである。しかしながら、両者の曲率半径を同じとし、、光導波路３３への結合部を異にしたとき、結合部を同一した場合と比較して系全体の光合波導波路長が延伸してしまうので、光導波路３１の曲率半径を光導波路３２に比べて小さくすることが導波路長の延伸回避の点からしても好ましい。光導波路３１の曲率半径を小さくしても、結合部３４における直線状の光導波路３３との結合により、両光導波路は単独の屈曲導波路とみなされるので、光導波路３１の円弧形状部分以外の損失は少ない。このように、光導波路の結合部３４と結合部３５とを互いにずらすことによりテーパー部３６のテーパー角を減少することができるので、光合波導波路の低損失化を図ることができる。
【００１６】
図４（ａ）は従来型対称光合波導波路を説明するための図、（ｂ）は本発明に係る光合波導波路の一実施例を説明するための図である。従来型対称光合波導波路は、図４（ａ）に示すように、同一曲率半径１０ｍｍで対称な２つのＳ字形ベンド導波路からなる光導波路４１，４２を、同一の結合部４４において、直線状の光導波路４３に結合したものである。
【００１７】
一方、本実施例に係る光合波導波路は、図４（ｂ）に示すように、曲率半径１０ｍｍのＳ字形ベンド導波路からなる入力側の光導波路５１と、曲率半径５ｍｍのＳ字形ベンド導波路からなる入力側の光導波路５２と、それらが結合される出力側の直線状光導波路５３とを有する。光導波路５２は結合部５５において光導波路５３の端部に直線的に結合され、光導波路５１は結合部５４において光導波路５３の端部より内側部分に直線的に結合されている。この場合、結合部５５における光導波路５２の接線と直線状光導波路５３の傾きは互いに等しく、結合部５４における光導波路５１の接線と直線状光導波路５３の傾きは互いに等しい。
【００１８】
光合波導波路は、例えば紫外線硬化性高分子材料からなり、５ｍｍ×１５ｍｍのフィルム型として切り出した。コア径５０×５０μｍ□で、２本のＳ字形ベンド導波路の合流前直線部の間隔を５００μｍとした。これらの光導波路はシリコンゴム鋳型を利用して作製された。光源には波長８５０ｎｍのファブリペローレーザーダイオードを用い、光源から入力側の光導波路まではシングルモードファイバで導き、出力側の直線状光導波路の射出端はφ６２．５のマルチモードＧＩファイバを介して光強度測定器に接続した。各ファイバと光導波路間にはマッチングオイルを使用した。
【００１９】
従来型光合波導波路と本実施例に係る光合波導波路の各パラメータ（Ｓ字ベンド曲率半径）および損失測定結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2007171769.tif 000003
【００２１】
表１から分かるように、従来型では、光導波路４１または４２を通して光導波路５３へ伝達する光の損失はそれぞれ３．０８ｄＢであるのに対して、本実施例では、光導波路５１を通して光導波路５３へ伝達する光の損失は２．３８ｄＢであり、光導波路５２を通して光導波路５３へ伝達する光の損失は１．７９ｄＢである。すなわち、本実施例に係る光合波導波路の方が従来型光合波導波路に比べて低損失である。また、光導波路５２の曲率半径を光導波路５１のそれに比べて小さくすることにより従来型光合波導波路と比較して導波路長の延伸が不必要となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は光合波導波路に係り、特に光合波部がおおむねＹ形をした光合波導波路に関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Ｙ形光合波導波路における合流部の一例を示す図である。
【図２】Ｓ字形ベンド導波路と直線導波路との結合例を示す図である。
【図３】本発明に係る光合波導波路の一例を示す概念図である。
【図４】（ａ）は従来型対称光合波導波路を説明するための図、（ｂ）は本発明に係る光合波導波路の一実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２４】
３１，３２  入力側の光導波路
３３  出力側の光導波路
３４，３５  結合部
３６  テーパー部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007171769.tif 000006
【図４】
2007171769.tif 000007