(57)【要約】【課題】光伝送経路の接続部における光学的位置ずれや、曲げ構造などがあることによって生じる分岐側導波路での分岐比のばらつきを抑制し、所望の分岐比を得ることができる分岐光導波路を提供する。【解決手段】１本の入力側導波路１０と分岐側導波路１２と２本の出力側導波路１４、１５を備え、入力側導波路１０から分岐側導波路１２に伝搬する光を、２本の出力側導波路１４、１５に分岐させて伝搬させる分岐光導波路において、分岐側導波路１２の直前での光信号のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体１３を入力側導波路１０に形成することで所望の分岐比を得るものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の入力側導波路と分岐側導波路と２本の出力側導波路とを備え、入力側導波路から分岐側導波路に伝搬する光を、２本の出力側導波路に分岐させて伝搬させる分岐光導波路において、分岐側導波路直前での光信号のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体を入力側導波路に形成したことを特徴とする分岐光導波路。
【請求項２】
前記光伝送体が、入力側導波路に複数の曲率を持つ曲げ構造を配設して形成される請求項１記載の分岐光導波路。
【請求項３】
前記光伝送体が、入力側導波路に直線によって形成された複数の曲げ構造を配設して形成される請求項１記載の分岐光導波路。
【請求項４】
前記光伝送体が、入力側導波路に、ステップインデックス型−グレーデットインデックス型−ステップインデックス型と屈折率分布状態を変化させて形成される請求項１記載の分岐光導波路。
【請求項５】
前記光伝送体が、入力側導波路に、コアの一部の壁面を粗化して形成される請求項１記載の分岐光導波路。
【請求項６】
前記光伝送体が、分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが小さくなる入口側テーパ部と、そのテーパ部の分岐側導波路側の終端と同じコアサイズをもち直線形状の細径部と、この細径部に続き分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが増大し入力側導波路と同じコアサイズとなる出口側テーパ部とからなる請求項１記載の分岐光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力側導波路とＹ型の分岐側導波路と２本の出力側導波路とを備え、入力側導波路から分岐側導波路に伝搬する光を２本の出力側導波路に分岐させ伝搬させる分岐光導波路に係り、特に、２本の出力側導波路に所望の分岐比で光を分岐させるようにした分岐光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワークや光インタコネクション等に重要な要素デバイスの一つとして分岐光導波路がある。分岐光導波路は、一つまたは複数の光伝送体から伝搬してきた光信号を複数の光伝送体へと光の分岐を行うデバイスであり、簡単な構造としては、１本の入力側伝送体を伝搬してきた光を２本の出力側伝送体へ分岐を行うものから、２本以上の出力側伝送体へ分岐を行う複雑な形状のものまで開発されている。
【０００３】
分岐光導波路では、分岐後の出力側導波路において安定した分岐比を得ることが重要である。ここで分岐比とは、分岐後のそれぞれの出力側導波路における光強度比のことを言う。分岐側導波路に進入する光のモードが導波路の中心軸に対して対称的なガウシアン分布であれば、分岐比は１：１となる。しかし、入力側導波路に入力される光のモードの状態が理想的なガウシアン分布から変化する場合、分岐側導波路へ進入する光のモード状態も変化し、それに伴って分岐比に変化を生じ分岐の動作が不安定になる問題があった。分岐の動作が不安定であると、分岐光導波路の出力側導波路から出力される光強度にばらつきを生じるため、その先にある受光素子に受光感度範囲の広いものを使用したり、その都度受光感度を調節する必要があり、高コストなシステムとなる。
【０００４】
分岐光導波路への伝搬光がガウシアン分布からのずれが生じるのは、分岐光導波路の入力側導波路に至る光伝送経路に曲げ部や、伝送体の接続に光学的な位置ずれなどがあるためである。伝搬光にモードの偏りが生じたまま分岐側導波路に伝搬すると、結果として分岐される光の分岐比に偏りを生じてしまう。
【０００５】
この分岐比を改善するために特許文献１では、Ｙ型分岐光導波路の入力側導波路に、分岐比のばらつきを生じさせる高次モード光を導波路外に放射させて高次モード光の割合を減少させ、低次モード光のみを伝搬させるためのダミー導波路を入力側導波路に設けている。
【０００６】
また、特許文献２では、分岐光導波路の入射側導波路にＳ字構造の曲げ構造を設け、低次モード光から高次モード光を励起させ、出力側導波路に分岐させるスターカプラについて検討されている。
【０００７】
また、特許文献３では、コア径５０μｍのグレーデッドインデックス型マルチモードファイバ接続用のスターカプラが検討されている。ここでは分岐比の安定化に入力側導波路に曲げ構造と光の伝搬方向に向かうに従い導波路コア幅の減少するテーパ導波路が付与されており、この構造によりモードミキシングを行い分岐比の改善を行っている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１８１７４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５０２７０号公報
【特許文献３】特許第３２６９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
分岐光導波路に高次モード光を導波路外に放射させるダミー導波路を設けた場合、ダミー導波路を付け足したことによって光回路が大きくなることや、ダミー導波路を伝搬した高次モード光がダミー導波路の先端から放射され、他の光回路に放射光が入射し、アイソレーションが劣化する可能性がある。また、曲げ構造やテーパ構造により高次モード光を励起させ、分岐比のばらつきを抑制する例では、スターカプラにおいてなされており、入力側導波路に沿って対称な形状となる１対２のＹ型分岐光導波路についての検討はなされていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光伝送経路の接続部における光学的位置ずれや、曲げ構造などがあることによって生じる分岐側導波路での分岐比のばらつきを抑制し、所望の分岐比を得ることができる分岐光導波路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、１本の入力側導波路と分岐側導波路と２本の出力側導波路とを備え、入力側導波路から分岐側導波路に伝搬する光を、２本の出力側導波路に分岐させて伝搬させる分岐光導波路において、分岐側導波路直前での光信号のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体を入力側導波路に形成した分岐光導波路である。
【００１２】
前記光伝送体は、入力側導波路に複数の曲率を持つ曲げ構造を配設して形成されても、入力側導波路に直線によって形成された複数の曲げ構造を配設して形成されても、入力側導波路に、ステップインデックス型−グレーデットインデックス型−ステップインデックス型と屈折率分布状態を変化させて形成されても、入力側導波路に、コアの一部の壁面を粗化して形成されても、分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが小さくなる入口側テーパ部と、そのテーパ部の分岐側導波路側の終端と同じコアサイズをもち直線形状の細径部と、この細径部に続き分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが増大し入力側導波路と同じコアサイズとなる出口側テーパ部とからなるように形成されてもよい。
【００１３】
本発明の分岐光導波路の入力側導波路にＹ型の分岐側導波路直前での光のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体として、高次モード光を励起させる光伝送体と導波路コア側面付近の伝搬光を減少させる光伝送体を設けたものであり、分岐側導波路より前の光伝送経路に曲げ部や接続に光学的なずれがある場合、伝搬する光のモードに偏りが生じ、例えば図１８（ａ）の点線で示すように強度のピーク位置が導波路コア中央からずれて偏ったニアフィールドパターンとなる。  この光がＹ型の分岐側導波路に進入すると、２つの出力側導波路に等しい強度で分岐されず分岐比にばらつきを生じる。また、ファーフィールドパターンも図１８（ｂ）に点線に示すように一様な光の広がりとならず、偏った強度分布を示す。
【００１４】
Ｙ型の分岐側導波路直前での光のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体として、高次モード光励起用光伝送体を用いた場合、図１８（ａ）のような偏ったニアフィールドパターンをもつ光は、より多くの高次モード光が励起されることで伝搬光がコア全体に行き渡り、ニアフィールドパターン、ファーフィールドパターンとも、それぞれ図１８（ａ）の実線、図１８（ｂ）の実線で示すように偏りの減少した対称なモード分布とすることができる。
【００１５】
高次モード光を励起することで、コア外へ放射されるモードも発生するが、コア内に残って伝搬する光は、対称に近いモード分布をもつことになる。モード分布の偏りを減少させることで、分岐側導波路で等しく分岐を行え、分岐側導波路に至るまでの伝搬経路にいかなる位置ずれや曲げ部がある場合にも分岐比のばらつきの安定化を図ることができる。
【００１６】
高次モード光励起用光伝送体は、複数の曲げ構造を設けた構造、グレーデッドインデックス型−ステップインデックス型−グレーデッドインデックス型と屈折率分布状態を変化させた構造、コアの一部を粗化させた構造を設けたものいずれでもよい。
【００１７】
複数の曲げ構造をもった高次モード光励起用光伝送体の曲げ構造は、曲率をもって形成される構造と直線によつて形成される曲げ構造からなり、これら形状の複数の曲げ構造によって、分岐光導波路の入力側導波路にモードの偏りをもって入射した光は、高次モード光を励起され、モードミキシングされることで均一なモード分布となり、偏りなくＹ型の分岐側導波路へ進入し、ほぼ等しい分岐比をもって出力側導波路へと分岐される。
【００１８】
高次モード光励起用の曲げ構造は、一つであるとモードの偏りをもって入射した光が十分に高次モード励起されないため、曲げ構造は２個以上の複数個必要とする。
【００１９】
グレーデッドインデックス型−ステップインデックス型−グレーデッドインデックス型と屈折率分布状態を変化させた構造をもつ高次モード光励起用光伝送体は、分岐光導波路の入力側導波路にモードの偏りをもって入射した光をこの屈折率分布状態の異なる媒体中を通すことで高次モード光を励起しモードミキシングを行い、均一なモード分布として偏りなくＹ型の分岐側導波路へ進入させ、ほぼ等しい分岐比をもって出力側導波路へと分岐させる。
【００２０】
コアの一部の壁面を粗化した構造をもつ高次モード光励起用光伝送体は、分岐光導波路の入力側導波路にモードの偏りをもって入射した光を、壁面の粗化されたコアを透過することで、高次モード光が励起されることによりモードミキシングを行い、均一なモード分布として偏りなくＹ型の分岐側導波路へ進入させ、ほぼ等しい分岐比をもって出力側導波路へと分岐させる。
【００２１】
また、本発明では、Ｙ型の分岐側導波路直前での光のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体として、導波部コア側面付近の伝搬光を減少させる伝送体を配置するようにしてもよい。
【００２２】
本発明の導波路コア側面付近の伝搬光を減少させる光伝送体は、Ｙ型の分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが小さくなるテーパ部をもち、これに続きこのテーパ部のＹ型の分岐側導波路側の終端と同じコアサイズをもち直線形状の細径部が接続され、この細径部に続き分岐側導波路に向かうに従い入力側導波路と同じコアサイズとなるテーパ部を細径部に接続させ、この後に分岐側導波路と接続する構造をもつものである。
【００２３】
分岐側導波路に至るまでの光の伝搬経路に曲げ部や接続に光学的な位置ずれがある場合、例えば、図１８（ｃ）の点線で示すように、Ｙ型分岐側導波路直前でニアフィールドパターンに偏りをもった光を生じる。
【００２４】
本発明の導波路コア側面付近の伝搬光を減少させる光伝送体を用いた場合、コア中央から離れたコア側面付近を伝搬する光をカットし、その光強度を減少させ、コア中央付近を伝搬してきた光は引き続き伝搬させることで、図１８（ｃ）の実線で示すようにコア中央付近の対称なニアフィールドパターンを得ることができ、分岐比のばらつきの安定化を図ることができる。
【００２５】
光伝送体のコアがテーパ部、細径部によってサイズダウンされることで、偏りをもったニアフィールドパターンをもって入射側導波路に入った光のうち、導波路コア側面付近を伝播する光が光伝送体の外側に放射され、コア中央付近を伝搬し低角度のモードをもつ低次モード光が均一なモード分布として偏りなくＹ型の分岐側導波路へと進入し、ほぼ等しい分岐比をもって出力側導波路へと分岐される。
【００２６】
また、本発明に係る光回路は、上述の高次モード光励起手段または導波路側面付近の伝搬光の減少手段をもつ光伝送体を設けた分岐光導波路を備え、光信号の送受信中に安定した分岐動作を行えるものである。本発明の分岐光導波路を用いることで、分岐比を安定化させる制御素子や、分岐比のばらつきに対応した光信号の送受信の制御を行う素子等を必要とせず、低コストな光回路を作製することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、曲げ構造がある場合や、光学的な接続の位置ずれがある場合に発生する分岐光導波路の分岐比のばらつきを抑制することが可能となった。
【００２８】
本発明を実施することにより、接続の精度の裕度が上がるとともに、高価な光源、受光器を用いたり、これらの駆動を制御する必要もなく光信号の送受信を行うことができる。また、低コストで作製することが可能であるため、光送受信装置の低コスト化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
なお、以下に例示する実施の形態は具体的に説明するものであって本発明の実施態様や発明範囲を限定するものではない。
【００３１】
図１に本発明の分岐光導波路の例を示す。
【００３２】
本発明の分岐光導波路は、１本の入力側導波路１０とＹ型の分岐側導波路１２と２本の出力側導波路１４、１５とを備え、入力側導波路１０に分岐側導波路Ｉ２の直前におけるニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体１３を配置した構造をもっている。
【００３３】
分岐光導波路は、ガラス、ポリマ等の材料から作製される導波路であり、作製法としてドライエッチング、フォトリソグラフィー、金型など通常用いられる方法を用いることができる。導波路基板には、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、ポリマ基板等通常の基板を用いることができるが、分岐光導波路がポリマ材料から作製される場合、基板を用いないフィルム導波路として作製することも可能である。Ｙ型の分岐側導波路直前のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体１３には、使用する形態に応じて導波路や光ファイバなどを用いることができる。導波路であれば分岐導波路と同様の材料と作製方法で作製することができる。また、光ファイバであればガラスファイバ、プラスチックファイバを用いることができる。
【００３４】
図２は、Ｙ型の分岐側導波路直前の光のニアフィールドパターン変化抑制に光ファイバを用いた場合の、光ファイバ１６と分岐光導波路を含む光回路１８が接続された状態の例を示している。
【００３５】
ここでは、光ファイバ１６と分岐光導波路との光学的位置合せと光ファイバ１６を固定するためのＶ溝１７を用いた構造を示しており、光ファイバ１６と分岐光導波路の固定には、光ファイバ１６と分岐光導波路間の屈折率マッチングを行う接着剤（図示せず）を用いることで、屈折率差から生じる損失を減少させることができる。Ｖ溝は通常用いられている導波路基板へのＶ溝加工ダイシングや異方性エッチングを用いて作製可能である。また、Ｖ溝等用いず、調芯を行いながら直接導波路コアと光ファイバ１６を接着剤等で接続することも可能である。
【００３６】
以下にＹ型の分岐側導波路直前の光のニアフィールドパターン変化を抑制する伝送体１３が、複数の曲率をもつ曲げ構造をもつ分岐光導波路について述べる。
【００３７】
ニアフィールドパターン変化抑制の光伝送体１３には、光ファイバや導波路を用いることができる。
【００３８】
光ファイバを用いる場合には、ニアフィールドパターン変化抑制の光伝送体には、マイクロベンドを用いた構造が有用である。
【００３９】
曲げ構造を付与した形態例を図３、図４に示す。
【００４０】
光ファイバ１６の曲げ構造は、曲げを与えるための曲げ治具２０を用いて与えることができる。
【００４１】
図４は、櫛型の形状をした曲げ治具２０を用いたマイクロベンドの場合を示しており、より小さい曲げ半径を光ファイバ１６に与えることができる。光ファイバ１６に曲げ構造を与えることで、モードに偏りをもって入力された光は、曲げ構造で複雑に反射を繰り返すたびに高次モード光の割合を増し、ニアフィールド、ファーフィールドともコア内で一様な分布となり、モードの偏りが減少された後に分岐側導波路に入射し、Ｙ型分岐側導波路１２で分岐され、出力側導波路１４、１５から出力される。分岐側導波路１２に至るまでの光の伝搬経路に光学的な位置ずれや曲げ構造があり、光のモードに偏りが生じた場合でも、Ｙ型分岐側導波路１２に入射する光はニアフィールドパターン変化抑制用の光伝送体１３によつてモードの偏りが減少されているため、分岐比がふたつの出力側導波路１４、１５でほぼ等しい値をもつ。
【００４２】
図３では光回路１８と同じ基板１９上に曲げ治具２０を配置した形態を示している。この場合、これら曲げ治具２０に光ファイバ１６を絡み付けた後、必要であれば接着剤等で固定することも可能である。曲げ治具２０を通った後の光ファイバ１６は、導波路基板１９に設けたＶ溝に配置し、光回路１８との接続を行うことができる。
【００４３】
これら曲げ治具２０は、光回路１８と同じ基板１９上に設けることに制限されず、これらを基板外に設け、光ファイバにて光回路中の分岐光導波路入カポートまで配線することも可能である。曲げ半径の小さいマイクロベンドを用いることで、高次モード光の励起は効率良く行われ、分岐光導波路における分岐比ばらつきの安定化がより良く行えるが、外部への光の放射量が大きくなり、光損失は大きくなる。一方曲げ半径が大きい場合には、高次モード光の励起効率が低く、分岐光導波路における分岐比の安定化の効率も小さくなる。よって、光ファイバの曲げ半径は０．５〜１０ｍｍが好ましい。また、曲げ治具２０の数やこれに伴う光ファイバ１６の曲げ回数も同様に高次モード光励起状態と光損失から決定される。曲げ回数が多いと高次モード光が効率よく励起され、分岐光導波路における分岐比の安定化がより良く行えるが、曲げによるコア外部への光の放射量が大きくなり、光損失が大きくなってしまう。また、曲げ回数が少ない場合には、光損失は小さくなるが、高次モード光励起の効率も小さくなり、分岐光導波路における分岐比の安定化がより良く行えない。よって、曲げ回数は２〜５回が好適である。
【００４４】
図３、図４では、曲げ治具２０の形状は丸型で示されているが、これらの形状は丸型に限定されず、図５に示す多角形型等直線で形成される形状の巻き付け治具２１でも可能である。多角形であれば、その頂点から光ファイバ１６に加わる応力により効率よく高次モード光を励起することが可能である。
【００４５】
これら光ファイバ１６の曲げ半径、曲げ角度と曲げ回数は、分岐比の安定化と高次モード光励起時の光損失に関連している。曲げ半径や曲げ角度が大きい場合には、少ない曲げ回数、巻き付け回数で高次モード光が励起され、曲げ半径や曲げ角度が小さい場合には、より多くの曲げ回数や巻き付け回数が必要となる。これらは、必要とされる光回路からの出射光強度と光回路の大きさの制限から決定され、要求される光学仕様に応じて調節されればよい。曲げ半径は複数の曲げ構造において、同一でなくともよく、複数の曲げ半径を用いてよい。
【００４６】
図６（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ型の分岐光導波路に入射する前の光のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体１３に複数の曲率をもつ曲げ構造で形成された導波路を用いた例である。
【００４７】
入カポート１１より分岐光導波路に入射した光は、入力側導波路１０の曲げ構造をもった光伝送体１３を通り、曲げ構造中で複雑に反射を繰り返すたび高次モード光が励起される。高次モード光をより多くもった光は、ニアフィールドパターンがコア全体に広がった一様なモード分布となる。光がコア全体に広がった後、一部コア外に放射される高次モード光もあるが、対称に近いモード分布でＹ型の分岐側導波路１２へ進入する。その後、分岐側導波路１２で分岐され、出力側導波路１４、１５より出力される。
【００４８】
分岐光導波路に入力される以前の光経路に光学的な位置ずれや曲げ構造があり、光のモードに偏りが生じた場合でも、Ｙ型の分岐側導波路１２に入射する光はニアフィールドパターン変化抑制用の光伝送体１３によってモードの偏りが減少されているため、分岐比は二つの出力側導波路１４，１５でほぼ等しい値をもつ。これらニアフィールドパターン変化抑制用光伝送体１３は、分岐光導波路と同様に導波路であるため、分岐光導波路と同じ材料、導波路作製プロセスで作製可能である。
【００４９】
ここでは、曲げ角度は、９０°を最大角と定義し、９０°を超える曲げ、例えば１８０°の半円弧の構造であれば、９０°の曲げ構造が２つ接続したものと考える。
【００５０】
この定義では、図６（ａ）では９０°曲げが３回、図６（ｂ）では４回、図６（ｃ）では５回のものを示している。
【００５１】
本発明におけるニアフィールドパターン変化抑制用の光伝送体１３の曲げ角度、曲げ半径は高次モード光の励起状態や光損失によって変わるため、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されるような曲げ角度９０°に限定されない。
【００５２】
高次モード光の効率の良い励起には、曲げ半径が小さく、曲げ角度が大きく、曲げ回数の多い方が望ましく、曲げによる光損失を小さくするためには、曲げ半径が大きく、曲げ角度は小さく、曲げ回数は少ない方が望ましい。これらは、所望の分岐比、分岐光導波路より出射される光強度の許容値、分岐光導波路の許容サイズから決定される。
【００５３】
ニアフィールドパターン変化抑制用の光伝送体１３における高次モード光励起状態と曲げ構造による光損失は、曲げ半径、曲げ角度の他に分岐光導波路の開口数ＮＡによって決定される。分岐光導波路のＮＡが大きい場合にはより高次のモードが発生しても曲げによる損失は小さく抑えることができ、ＮＡが小さい場合には、高次のモードは曲げ部や直線部において導波路外へと放射され、光損失が大きくなる。導波路のＮＡは０．１〜０．６程度であり、この範囲で曲げ構造による光損失を抑えるために曲げ半径は０．１〜３０ｍｍ、曲げ角度は１〜９０°が望ましい。曲げ半径が０．１〜１ｍｍ程度の小さい場合には、曲げによる光損失が大きくなり、曲げ半径が２０〜３０ｍｍの場合には高次モード光の励起効率が低下するとともに、光回路のサイズが大きくなってしまうため、曲げ半径は１〜２０ｍｍがより望ましい。ニアフィールドパターン変化抑制用光伝送体の曲げ角度が小さい場合には、曲げによる光損失は小さいが、高次モード光の励起効率が低下し、曲げ角度が大きい場合には、高次モード光の励起効率が大きくなるものの曲げによる光損失が大きくなる。曲げ角度もまた高次モード光の励起状態と曲げによる光損失から適切な値を用いればよい。
【００５４】
また、曲げ構造の個数によっても高次モード光の励起状態と光損失は変化する。曲げ構造の個数が少ない場合には、高次モード光の励起効率は低下するが光損失は小さい値に抑えられる。曲げ構造の数が１つであると、モードに偏りをもって入力された光は、１つの曲げでは十分に高次モードが励起されず、偏ったモードでＹ型の分岐側導波路へと進入することになる。そのため、曲げの数は複数個必要である。曲げ構造の個数が増加すると、高次モード光の励起効率は大きくなるが、曲げによる損失が大きくなる。曲げ半径が大きく、曲げ角度が小さい場合においても曲げ構造の数を３〜十数個程度とすれば高次モード光の励起は可能であり、曲げ半径が小さく、曲げ角度が大きい場合には、曲げ構造の数は２〜数個で高次モード光の励起が可能である。
【００５５】
高次モード光励起用の曲げ構造の形状は円弧に限らず、楕円弧、また高次曲線から形成されてもよい。
【００５６】
これら、複数の曲率をもった曲げ構造をもつ光伝送体１３を分岐光導波路の入力側導波路１０に組み込むことで、２つの出力側導波路１４、１５において分岐比のばらつきを抑えて分岐することが可能である。
【００５７】
高次モード光励起用光伝送体の曲げ構造が、直線によつて形成された複数の曲げ構造である導波路によっても上述の目的達成に有用である。複数の直線の曲げ構造によって、伝搬する光の角度が複雑に変えられ、高次モード光を励起しモードの偏りを減少することができる。
【００５８】
図７に直線によって形成された複数の曲げ構造をもつ高次モード光励起用光伝送体１３の例を示す。図７では、Ｙ型の分岐側導波路や出力側導波路等は示さず、高次モード光励起用の光伝送体１３のみを示した。
【００５９】
ここでの曲げ回数は、入力側から出力側方向へ導波路が進んだ際に、導波路の角度を変えられた回数から最後の出力側導波路に入るときの１回を抜いた回数を表す。図７では、４つの直線による曲げＢ１〜Ｂ４の構造を例示してある。
【００６０】
図７に示す導波路のコアサイズをＤ1 、導波路の曲げ距離をＤ2 、曲げた導波路の長さをＬ5 、曲げ角度をθ5 とする。曲げ距離Ｄ2 、曲げ角度θ5 、曲げ導波路の長さＬ5 が小さい場合には、曲げによる損失は小さく抑えられるが、高次モード光の励起効率が低下する。また、曲げ距離Ｄ2 、曲げ角度θ5 、曲げ導波路の長さＬ5 が大きい場合には、高次モード光の励起効率は大きくなるが、高次モード光の導波路外への放射が大きくなり、光損失が大きくなる。
【００６１】
コアサイズＤ1 より導波路の曲げ距離Ｄ2 が小さい場合には、ほぼ直進に近く伝搬する低次モード光が伝搬しやすいため、光損失を小さくすることができる。コアサイズＤ1 より導波路の曲げ距離Ｄ2 が大きい場合には、ほぼ直進に近く伝搬する低次モード光が伝搬しづらくなるため、損失が大きくなる。曲げ距離Ｄ2 は、導波路コアサイズＤ1 より小さく（Ｄ2 ＜Ｄ1 ）することが望ましい。さらに、曲げ距離Ｄ2 は導波路コアサイズＤ1 の半分の値より小さく（Ｄ2 ＜Ｄ1 ／２）することがより好ましい。
【００６２】
曲げ角度θ5 は、より大きい場合には高次モード光が導波路外に放射されるため高次モード光の励起状態と光損失から調節される。曲げ角度θ5 が大きい場合には、曲げ構造が光の伝搬の妨げとなり、光損失の増大となる。また、曲げ角度θ5 が小さい場合には、高次モード光の励起効率が低下する。曲げ角度θ5 （＝ｔａｎ-1（Ｄ2 ／Ｌ5 ））は、１〜４５°が好ましく、さらに２〜２０°がより好ましい。曲げ角度、曲げ距離、曲げ導波路の長さは均一である必要はなく、高次モード光の励起状態と光損失から複数組用いることが可能である。
【００６３】
直線によって形成される曲げ構造の曲げ回数は大きくした場合に、高次モード光の励起効率が増大するが、曲げ構造による光損失も増大する。また、曲げ回数が少ない場合には、光損失は減少するが、高次モード光の励起効率は低下する。曲げ回数が１回であると、モードの偏りをもつ光は、高次モード光励起効率が低いために均一なモード分布とならず、かえって偏りをもったモード光となるため、分岐比にばらつきを生じやすい。曲げ回数は、２〜１０回が望ましく、さらに２〜５回がより好ましい。
【００６４】
次に入力側導波路１０に曲げなど付与せずにコアの屈折率を変化させて、すなわち、高次モード光励起用の光伝送体が、ステップインデックス型−グレーデッドインデックス型―ステップインデックス型と屈折率分布状態を変化させた構造をもつ分岐光導波路について述べる。
【００６５】
ステップインデックス型光伝送体に入射した光は、ニアフィールドにおいてコア一様にパワーの分布が起こり、この後にグレーデッドインデックス型光伝送体に入射すると、グレーデッドインデックス型光伝送媒体の中央に低次モードで入射した光は低次モードで伝搬するが、中央から外れた部位に入射した光は角度をもって伝搬するため、高次モード光が励起される。この高次モード光励起法を用いて、分岐光導波路の分岐の安定化を図ることが可能である。
【００６６】
この屈折率分布状態が変化する光伝送媒体にモードの偏りをもつ光が入射すると、高次モードが励起され、モード分布が均一に近づき、Ｙ型分岐側導波路においてほぼ等しい分岐比で分岐され、出力側導波路から出力される。
【００６７】
光ファイバでは、ステップインデックス型−グレーデッドインデックス型−ステップインデックス型の配置が容易であり、これらの屈折率分布の光ファイバ同士を専用のコネクタ等で接続すればよい。光ファイバの長さは、ステップインデックス型とグレーデッドインデックス型光ファイバそれぞれにおいて、２ｍ程度が望ましい。これより短い場合には、高次モード光励起の効率が低下し、これより長い場合には、装置が大型化し望ましくない。
【００６８】
また、さらに高次モード光励起用光伝送体が、コアの一部の壁面が粗化された光伝送体である分岐導波路について述べる。
【００６９】
コアの壁面が平滑でなく、粗化された構造をもつ場合、その粗さにより高次モード光が励起される。
【００７０】
本発明の分岐光導波路において、壁面が粗化されたコアをもつ光伝送体を入力側導波路に配置することで、偏りをもつモードで入力された光は高次モード光が励起され、ほぼ均一なモード分布となり、このモード分布でＹ型分岐側導波路に進入し、ほぼ等しい分岐比で分岐され、出力側導波路に出力することができる。
【００７１】
コアの壁面の一部が粗化された光伝送体が導波路である場合、粗化部位は研磨や溶剤によるエッチングなどで作製することが可能である。
【００７２】
壁面の粗さが大きく、粗化部位の長さが長いほど高次モード光の励起効率は大きいが、導波路外部への放射による光損失は大きくなる。また、壁面の粗さが小さく、粗化部位の長さが短いほど光損失は小さいが高次モード光の励起効率は小さい。壁面の粗さは、これら高次モード光の励起効率と光損失とから調節されればよい。これらを考慮して粗化部位の粗さは、平均粗さＲａで０．１〜１０μｍ程度が望ましい。さらには０．５〜５μｍ程度がより好ましい。また、粗化部位の長さも高次モード光励起効率と光損失を考慮し、１〜５０ｍｍが望ましい。さらには、５〜２０ｍｍがより好ましい長さである。
【００７３】
分岐導波路における分岐比のばらつきの低下および安定化には、高次モード光を励起させ、モードの偏りを減少させる方法以外に、導波路コア側面付近の伝搬光を減少させる方法も有効である。分岐光導波路の入力側導波路にモードの偏りをもって入射する光は、そのままＹ型分岐側導波路に達し、偏った分岐比で分岐されてしまう。この偏りをもった導波路コア側面付近の伝搬光を導波路外に放射することで、コア中央付近に強い光強度をもったニアフィールドパターンとし、Ｙ型分岐側導波路に入射することでほぼ等しい分岐比で分岐することが可能である。
【００７４】
以下に分岐光導波路における入力側導波路の導波路コア側面付近の伝搬光を減少する手段が、入力側導波路の入力側ポートに、Ｙ型分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが小さくなる入口側テーパ部を設け、これに続きこのテーパ部のＹ分岐側導波路側の終端と同じコアサイズをもち直線形状の細径導波路をこのテーパ部に接続させ、この細径部に続きＹ型分岐側導波路に向かうに従いコアサイズが増大し入力側導波路と同じコアサイズとなる出口側テーパ部を細径部に接続させ、この後にＹ型分岐側導波路と接続する構造をもつ光伝送体を配置したことを特徴とする分岐光導波路について述べる。
【００７５】
図８に入力側導波路にテーパ部とともに細径部をもつ分岐光導波路の構造を示す。
【００７６】
入力側導波路１０には、Ｙ型の分岐側導波路１２に向かうに従いコアサイズが小さくなる入口側テーパ部１３ｉをもち、このテーパ部１３ｉの終端と同じコアサイズの細径部１３ｃが続く。さらに、細径部１３ｃの後にＹ型の分岐側導波路１２に向かうに従いコアサイズが増大し、元の入力側導波路１０と同じサイズになる出口側テーパ部１３ｏが続き、Ｙ型分岐側導波路１２に接続された構造をもつ光伝送体１３を形成する。
【００７７】
入力側導波路１０のコアサイズをＤ6 、入力側導波路１０のコアサイズＤ6 と細径部１３ｃのコアサイズの差の半分をＤ7 とし、テーパ部１３ｉ，ｏの長さをＬ6 、細径部の長さをＬ7 とする。また、テーパ部１３ｉ，ｏの側面と入力側導波路１０の側面のなす角をθ6 とする。細径部１３ｃのコアサイズ（Ｄ6 −２Ｄ7 ）が小さい場合には、より多くの高次モード光が導波路外に放射されるが、放射される光量が大きくなるため、光損失が大きくなり、Ｄ7 は大きくともコアサイズＤ6 の３０％までが好ましい。また、細径部１３ｃのコアサイズが大きい場合には、光損失は小さいが高次モード光の放射される量が小さくなるため、モードの偏りにほとんど変化を与えない。Ｄ7 の下限はコアサイズＤ6 の１０％とするのが好ましい。テーパ部１３ｉ，ｏの側面と入力側導波路１０の側面のなす角θ6 は、大きい場合には急激に高次モード光が励起され、小さい場合には緩やかに励起される。高次モード光がより多く励起されると、テーパ部１３ｉ，ｏや細径部１３ｃでの光損失が大きくなる。テーパ部１３ｉの長さＬ6 が長い場合にも、より多くの高次モード光が励起され、短い場合には励起される量は小さい。細径部１３ｃの長さＬ7 は、導波路側面が平行であり直線形状であるため、高次モード光の励起状態はＬ7 の大きさにそれほど依存せず、光損失も導波路の材料がもつ損失が発生する程度である。これらより、θ6 は、６０°までを上限とするのがよく、Ｌ6 の上限は入射側導波路１０のコアサイズＤ6 の１０倍の長さとするのが好ましい。
【００７８】
これら、細径部１３ｃをもつ光伝送体１３を分岐光導波路の入力側導波路１０に組み込むことで、２つの出力側導波路１４、１５において分岐比のばらつきを抑えて分岐することが可能となる。
【００７９】
本発明のＹ型分岐側導波路直前のニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体１３を配置した分岐光導波路を組み込んだ光回路においては、分岐比の安定化を図ることができ光源や受光ＰＤの調整を必要とせず、低コストな光回路を作製することができる。
【実施例】
【００８０】
以下に本発明の実施例を示して、その効果を具体的に説明する。
【００８１】
なお、以下に例示する実施例は具体的に説明するためのものであって、本発明の実施態様や発明範囲を限定するものではない。
【００８２】
実施例１
導波路コアサイズ５μｍ、ＮＡ０．３９の導波路について、分岐側光導波路直前でのニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体を配置した分岐導波路の分岐比のシミュレーションを行った。Ｙ型分岐導波路の分岐角度は片側２．５°を用いた。光源には波長８５０ｎｍでＮＡ０．２となる広がり角をもつ光を用い、分岐光導波路の入カポートから入射させ、導波路コアの中央位置を０μｍと決め、−２０〜十２０μｍで入射位置を変えて分岐比の変化の計算を行った。光源の入射位置のマイナス側に配置する出力ポートを出カポート１、入射位置のプラス側に配置する出力ポートを出カポート２とする。
【００８３】
図９（ａ）は入カポートからＹ型分岐側導波路までの長さが１．５ｃｍの直線状の分岐光導波路について計算した分岐比である。
【００８４】
入射位置０μｍの場合には、両出カポートとも分岐比は０．５であり、同じ強度で出力してくることが分かる。しかし、入射光源の位置が０μｍからずれるにつれ分岐比は大きく変化し、±２０μｍまでずれると１：４程度まで分岐比にばらつきが出ている。分岐光導波路への接続で光学的な位置ずれがあった場合、分岐比にばらつきが出てくることが分かる。
【００８５】
図９（ｂ）は、分岐光導波路の入力側導波路に高次モード光励起用光伝送体として、曲げ半径３ｍｍで９０°曲げの導波路を２つＳ字型に接続し、分岐光導波路全体として図９（ａ）の導波路と同じ導波路長さとした場合の計算結果を示す。
【００８６】
図９（ａ）に比較し、位置ずれの大きなところでの分岐比が小さく抑えられていることが分かる。
【００８７】
また、図９（ｃ）は、図６（ａ）と同じ形状で、曲げ半径３ｍｍ、９０°曲げの導波路をＳ宇型に３つ接続した場合の計算結果である。
【００８８】
曲げ導波路を３つ接続した場合、分岐比のばらつきはより小さく抑えられており、分岐光導波路との接続における位置ずれがあった場合や、分岐光導波路に至るまでに曲げ構造があつた場合に伝搬光のモードに偏りが生じた場合でも安定した分岐比が得られることが分かる。
【００８９】
図１０（ｄ）、（ｅ）は、高次モード光励起用光伝送体に曲げ半径２ｍｍ、曲げ角度９０°の曲げ構造体をそれぞれ２つ（図１０（ｄ））と、３つ（図１０（ｅ））をＳ宇型に配置した分岐光導波路の計算結果である。
【００９０】
図１０（ｆ）は、これらとほぼ同じ１ｃｍの導波路長さのをもつ直線のみの比較例としての分岐光導波路の計算結果である。
【００９１】
図１０（ｆ）の直線のみの導波路では、分岐比のばらつきが大きく、特に±１０μｍで１：４まで偏っている。これに対して、曲げ導波路を配置したことにより、図１０（ｄ）、（ｅ）のようにばらつきを減少させることができる。
【００９２】
図１１（ｇ）、（ｈ）は、それぞれ曲げ半径３ｍｍで曲げ角度４５°（図１１（ｇ））、および３０゜（図１１（ｈ））の導波路を４つずつＳ字型に接続した分岐光導波路の計算結果である。
【００９３】
図１１（ｇ）の曲げ角度４５°の場合には、分岐比のばらつきが抑えられているが、図１１（ｈ）の３０゜の場合には幾分ばらつきが見られる。
【００９４】
曲げ角度３０°程度では高次モード光励起が十分にされていないことが分かる。  また、図１２（ｉ）、（ｊ）は、それぞれ曲げ半径２ｍｍで曲げ角度４５°（図１２（ｉ））および３０°（図１２（ｊ））の導波路を４つずつＳ宇型に接続した分岐光導波路の計算結果である。
【００９５】
曲げ半径がより小さくなったことで、入力側導波路が直線の分岐光導波路（例えば図１０（ｄ））に比較し、図１２（ｉ）、（ｊ）の分岐比のばらつきは抑えられているが、全体的に光損失が大きくなっていることが分かる。光損失を小さくするには、曲げ半径をより大きくすることや、曲げ回数を減少させるなどの調整が必要となる。
【００９６】
実施例２
分岐光導波路の分岐側導波路でのニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体が直線によって形成される複数の曲げ構造をもつ場合の実施例を示す。
【００９７】
導波路や光源等のシミュレーションの条件は、実施例１の場合と同様とし計算を行った。
【００９８】
図１３（ｋ）、（ｌ）は、曲げ角度θ5 ＝５°の曲げ構造が４つ接続され、図７における各寸法が、それぞれＤ2 ＝４，３７μｍ、Ｌ5 ＝５０μｍ（図１３（ｋ））とＤ2 ＝２．１９μｍ、Ｌ5 ＝２５μｍ（図１３（ｌ））である分岐光導波路の分岐比の計算結果である。
【００９９】
また、図１３（ｍ）は、曲げ角度３°の曲げ構造が４つ接続され、図７における各寸法がＤ2 ＝２．６２μｍ、Ｌ5 ＝５０μｍである分岐光導波路の分岐比の計算結果である。
【０１００】
また、図１４（ｎ）は、これらと同様な導波路長さをもつ分岐側導波路でのニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体のない直線状の入射側導波路からなる分岐光導波路の計算結果である。
【０１０１】
これらより、直線からなる複数の曲げ構造をもつ光伝送体を配置した分岐光導波路では、曲げ構造のない場合に比較し、分岐比のばらつきが抑制されていることが分かる。
【０１０２】
図１３（ｌ）では、Ｄ2 の長さが小さいために十分に高次モード光が励起されず、やや分岐比のばらつきが見られる。また、図１４（ｏ）は、曲げ角度５°の曲げ構造が４つ接続され、Ｄ2 ＝１７．５μｍ、Ｌ5 ＝２０μｍの分岐光導波路、図１４（ｐ）は、曲げ角度１０°の曲げ構造が４つ接続され、Ｄ2 ＝８．８２μｍ、Ｌ5 ＝５０μｍの分岐光導波路の分岐比の計算結果である。
【０１０３】
これらは、大きく曲げられた構造をしており、分岐比のばらつきは図１４（ｎ）に比較し抑制されているものの、全体として光損失が大きくなっていることが分かる。この場合の高次モード光励起のために与える曲げ構造としては、これより穏やかな曲げが好ましい。
【０１０４】
実施例３
以下に、入力側導波路に導波路コア側面の伝搬光を減少させるための細径導波路が配置された分岐光導波路の実施例を示す。導波路や光源等のシミュレーションの条件は、実施例１の場合と同様とし計算を行った。
【０１０５】
図１５（ｑ）は、図８における寸法がＤ7 ＝５μｍ、Ｌ6 ＝５０μｍ、Ｌ7 ＝１００μｍである分岐光導波路、図１５（ｒ）は図８における寸法がＤ7＝１２．５μｍ、Ｌ6 ＝５０μｍ、Ｌ7 ＝１００μｍである分岐光導波路の分岐比の計算結果である。
【０１０６】
また、図１５（ｓ）は、これらと同様な導波路長さをもち、分岐側導波路でのニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体がない直線状の入射側導波路をもつ分岐光導波路の計算結果である。
【０１０７】
図１５（ｓ）の分岐側導波路でのニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体がない分岐光導波路では、分岐比のばらつきが見られ、特に±２０μｍでのばらつきが大きい。
【０１０８】
図１５（ｑ）では、導波路コア側面の伝搬光の減少により分岐比のばらつきが抑制され、図１５（ｓ）と比較すると±２０μｍでのばらつきが小さくなっていることが分かる。
【０１０９】
また、図１５（ｒ）では、図１５（ｓ）と比較すると分岐比のばらつきが抑制されているものの、全体として光損失が大きくなっている。これは、細径導波路のコアサイズが入射側導波路のコアサイズの半分であり、一つのテーパ部でより多くの光を導波路外に放射しているためである。
【０１１０】
光損失をある程度抑制しながら、分岐比のばらつきを抑制するためには、これらテーパ部や細径導波路のサイズの調整が必要となる。
【０１１１】
実施例４
以下に、ニアフィールドパターン変化抑制用光伝送体に入力側導波路のコア側壁を粗化した場合の実施例を示す。コア側壁を粗化した長さが３ｍｍであり、粗さＲａ＝１μｍ、１０μｍの場合の分岐比のシミュレーション結果をそれぞれ図１６（ｔ）、（ｕ）に示す。
【０１１２】
コア側壁が平滑な場合の導波路の場合の図１７（ｖ）に比較し、分岐比のばらつきが減少していることが分かる。しかし粗さをより大きくしたＲａ＝１０μｍでは、導波路の損失が大きくなっている。
【０１１３】
また、図１７（ｗ）、（ｘ）にコア側壁の粗さＲａ＝１μｍで粗化した長さ５ｍｍの場合と、これと同じ長さ５ｍｍの導波路で側壁が平滑な場合の分岐比のシミレーション結果を示す。
【０１１４】
側面を粗化した場合により分岐比のばらつきが抑制されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の分岐光導波路の構成例を示す平面図である。
【図２】本発明の分岐光導波路の光ファイバとの接続を示す斜視図である。
【図３】本発明の光ファイバ曲げ治具を用いた分岐光導波路の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の光ファイバ巻き付け治具を用いた分岐光導波路の構成例を示す平面図である。
【図５】本発明の光ファイバ巻き付け治具の形態例を示す平面図である。
【図６】本発明の分岐光導波路の構成例を示す平面図である。
【図７】本発明の分岐光導波路の直線により形成される曲げ構造をもつ光伝送体の構成例を示す平面図である。
【図８】本発明の細径部をもつ分岐光導波路の構成例を示す平面図である。
【図９】通常の直線状の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１０】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１１】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１２】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１３】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１４】通常の直線状の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１５】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１６】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１７】本発明の分岐光導波路における入射光位置ずれと分岐比の関係を示す図である。
【図１８】通常の直線伏の分岐光導波路におけるＹ型分岐側導波路直前の光のニアフィールドパターン及びファーフィールドパターンと本発明の分岐光導波路で分岐側導波路においてニアフィールドパターン変化を抑制する光伝送体を配置した場合のＹ型分岐側導波路直前の光のニアフイールドパターン及びファーフィールドパターンを示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１０  入力側導波路
１１  入カポート
１２  分岐側導波路
１３  光伝送体
１４  出射側導波路
１５  出射側導波路
１６  光ファイバ
１７  Ｖ溝
１８  光回路
１９  導波路基板
２０  光ファイバ曲げ治具
２１  光ファイバ巻き付け治具
【図１】
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【図２】
2007147741.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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