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JP2011043665A - Wavelength multiplexer/demultiplexer - Google Patents

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JP2011043665A
JP2011043665A JP2009191727A JP2009191727A JP2011043665A JP 2011043665 A JP2011043665 A JP 2011043665A JP 2009191727 A JP2009191727 A JP 2009191727A JP 2009191727 A JP2009191727 A JP 2009191727A JP 2011043665 A JP2011043665 A JP 2011043665A
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Japan
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optical waveguide
light
input
wavelength
demultiplexer
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Application number
JP2009191727A
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Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To use a wavelength multiplexer/demultiplexer independent of polarization and to easily manufacture the wavelength multiplexer/demultiplexer. <P>SOLUTION: The wavelength multiplexer/demultiplexer includes a first optical waveguide part 13 having a first input/output end 13a, a second optical waveguide part 15 and a third optical waveguide part 17 which are respectively formed as planar waveguides on one and the same plane. The first optical waveguide part, the second optical waveguide part and the third optical waveguide part are continuously connected in the described order. The first optical waveguide part, which excites 0-order and primary order mode light beams, is formed in a form that the width continuously increases from the first input/output end to the boundary 13b of the first and the second optical waveguide parts. The number m<SB>1</SB>, in the phase difference m<SB>1</SB>π between 0-order mode TE light and the primary order mode TE light which are input from the first input/output end and arrive at the boundary 15a between the second optical waveguide part and the third optical waveguide part, and the number m<SB>2</SB>, in the phase difference m<SB>2</SB>π between 0-order mode TM light and the primary order mode TM light which are input from the first input/output end and arrive at the boundary between the second optical waveguide part and the third optical waveguide part, both become even numbers or odd numbers for the light having the first wavelength. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、異なる波長の光を合分波する波長合分波器に関し、特に、偏波無依存で使用可能な波長合分波器に関する。   The present invention relates to a wavelength multiplexer / demultiplexer that multiplexes / demultiplexes light of different wavelengths, and more particularly to a wavelength multiplexer / demultiplexer that can be used independently of polarization.

従来周知の通り、光加入者系システムでは、加入者から局への光伝送、すなわち上り伝送、及び局から加入者への光伝送、すなわち下り伝送が一本の光ファイバによって行われる。そのため、上り伝送と下り伝送とでは異なる波長の光が使用される。従って、このような光加入者系では、局側及び加入者側の双方において、異なる波長の光を合波及び分波するための波長合分波器を具える必要がある。そして、加入者側に用いられる波長合分波器は、ONU(Optical Network Unit)と呼ばれる(例えば特許文献1〜5参照)。   As is well known in the art, in an optical subscriber system, optical transmission from a subscriber to a station, that is, upstream transmission, and optical transmission from the station to a subscriber, that is, downstream transmission, are performed by a single optical fiber. Therefore, light having different wavelengths is used for uplink transmission and downlink transmission. Therefore, in such an optical subscriber system, it is necessary to provide a wavelength multiplexer / demultiplexer for multiplexing and demultiplexing light of different wavelengths on both the station side and the subscriber side. A wavelength multiplexer / demultiplexer used on the subscriber side is called an ONU (Optical Network Unit) (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

近年、上述した波長合分波器として、光軸合わせを不要とする光導波路型の波長合分波器が研究されている。このような波長合分波器としては、例えば、マッハツェンダ干渉計を用いたもの、方向性結合器を用いたもの、多モード干渉光導波路を用いたもの等が知られている。   In recent years, an optical waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer that does not require optical axis alignment has been studied as the wavelength multiplexer / demultiplexer described above. As such a wavelength multiplexer / demultiplexer, for example, one using a Mach-Zehnder interferometer, one using a directional coupler, one using a multimode interference optical waveguide, and the like are known.

マッハツェンダ干渉計を用いた波長合分波器には、回路理論を用いて波長特性を設計できるとう利点がある。しかし、ONUに使用するSiによって構成されたマッハツェンダ型の波長合分波器は、等価屈折率や結合係数の波長依存性が大きいために設計が難しいという欠点がある。   A wavelength multiplexer / demultiplexer using a Mach-Zehnder interferometer has an advantage that wavelength characteristics can be designed using circuit theory. However, the Mach-Zehnder type wavelength multiplexer / demultiplexer composed of Si used for the ONU has a drawback that it is difficult to design because the wavelength dependency of the equivalent refractive index and coupling coefficient is large.

また、波長合分波器では、導波路幅の差によりクロストーク特性が劣化し易いという欠点がある。   Further, the wavelength multiplexer / demultiplexer has a drawback that the crosstalk characteristic is easily deteriorated due to the difference in the waveguide width.

これらに対して、多モード干渉光導波路を用いた波長合分波器では、上述した光加入者系システムにおいて、主に上り伝送に使用される約1.3μmの波長の光と、主に下り伝送に使用される約1.5μmの波長の光とを分離することができる(例えば非特許文献1参照)。   On the other hand, in the wavelength multiplexer / demultiplexer using the multimode interference optical waveguide, in the above-described optical subscriber system, the light having a wavelength of about 1.3 μm, which is mainly used for upstream transmission, It is possible to separate light having a wavelength of about 1.5 μm used for transmission (see Non-Patent Document 1, for example).

米国特許明細書 第4860294号US Pat. No. 4,860,294 米国特許明細書 第5764826号U.S. Pat. No. 5,764,826 米国特許明細書 第5960135号US Pat. No. 5,960,135 米国特許明細書 第7072541号U.S. Pat. No. 7,072,541 特開平8−163028号公報JP-A-8-163028

Baojun Li etal.“1×2 optical waveguide filters based on multimode interference for 1.3− and 1.55−μm operation”,Optical Engineering,vol.41,No.3,pp723−727(March,2002)Baojun Li et al. “1 × 2 optical waveguide filters based on multimode interference for 1.3- and 1.55-μm operation”, Optical Engineering, vol. 41, no. 3, pp 723-727 (March, 2002)

しかしながら、非特許文献1に開示された波長合分波器は、大きな偏波依存性があり、TE成分及びTM成分のどちらか一方の偏波成分に対してしか使用することができない。   However, the wavelength multiplexer / demultiplexer disclosed in Non-Patent Document 1 has a large polarization dependency and can be used only for one of the TE component and the TM component.

また、非特許文献1に開示された波長合分波器は、SiGeを材料として構成されているため、例えばSiを材料とする素子と比して作成が困難である。   In addition, since the wavelength multiplexer / demultiplexer disclosed in Non-Patent Document 1 is configured using SiGe as a material, it is difficult to create, for example, as compared with an element using Si as a material.

この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、偏波無依存で使用することができ、かつ作成が容易な波長合分波器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength multiplexer / demultiplexer that can be used independently of polarization and can be easily produced.

上述の目的の達成を図るため、この発明による波長合分波器は、以下の特徴を有している。   In order to achieve the above object, a wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention has the following characteristics.

すなわち、この発明による波長合分波器は、同一平面にプレーナ導波路としてそれぞれ形成されている、第1入出力端を有する第1光導波路部、第2光導波路部、及び第2入出力端を有する第1サブ導波路と第3入出力端を有する第2サブ導波路とからなる第3光導波路部を具えている。   That is, the wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention includes a first optical waveguide section having a first input / output end, a second optical waveguide section, and a second input / output end, each formed as a planar waveguide in the same plane. And a third optical waveguide portion including a second sub-waveguide having a third input / output end.

これら第1光導波路部、第2光導波路部、及び第3光導波路部はこの順序で連続的につながっている。   The first optical waveguide portion, the second optical waveguide portion, and the third optical waveguide portion are continuously connected in this order.

そして、この発明による波長合分波器では、第1入出力端と第2入出力端との間、及び第1入出力端と第3入出力端との間で伝搬光が伝搬する。   In the wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the propagation light propagates between the first input / output end and the second input / output end, and between the first input / output end and the third input / output end.

また、第1光導波路部は、0次及び1次モードの光を励起し、かつ第1入出力端から第2光導波路部との境界に向かって、この境界に沿った幅方向に直線的に幅広となる形状で形成されている。   The first optical waveguide section excites 0th-order and first-order mode light and is linear in the width direction along the boundary from the first input / output end toward the boundary with the second optical waveguide section. It is formed in a wide shape.

そして、この発明による波長合分波器では、第1波長の伝搬光に対して、第1入出力端から入力され、第1光導波路部及び第2光導波路部を順次伝搬し、第2光導波路部と第3光導波路部との境界に到達した0次モードのTE光と1次モードとのTE光との、次式(1)で与えられる位相差mπにおける係数mと、第1入出力端から入力され、第1光導波路部及び第2光導波路部を順次伝搬し、第2光導波路部と第3光導波路部との境界に到達した0次モードのTM光と1次モードとのTM光との、次式(2)で与えられる位相差mπにおける係数mとが、ともに偶数または奇数となる第1入出力端の幅、第1光導波路部の長さ、第2光導波路部の幅、及び第2光導波路部の長さが設定されている。 In the wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the first wavelength propagating light is input from the first input / output end, sequentially propagates through the first optical waveguide portion and the second optical waveguide portion, and the second optical A coefficient m 1 in a phase difference m 1 π given by the following equation (1) between the TE light of the 0th-order mode and the TE light of the first-order mode that has reached the boundary between the waveguide portion and the third optical waveguide portion; The TM light in the 0th order mode that is input from the first input / output end, propagates sequentially through the first optical waveguide section and the second optical waveguide section, and reaches the boundary between the second optical waveguide section and the third optical waveguide section, and 1 The width of the first input / output end and the length of the first optical waveguide portion where the coefficient m 2 in the phase difference m 2 π given by the following equation (2) with the TM light in the next mode is an even number or an odd number. The width of the second optical waveguide portion and the length of the second optical waveguide portion are set.

φTE1+ΔβTE1L=mπ (1)
ここで、φTEは、第1光導波路部においてTE光に生じる位相変化量、ΔβTEは、第2光導波路部における、0次モードのTE光の伝搬定数と1次モードのTE光の伝搬定数との差、Lは、第2光導波路部の、幅方向に直交しかつ平面に沿った長さである。
φ TE1 + Δβ TE1 L = m 1 π (1)
Here, φ TE is the amount of phase change that occurs in the TE light in the first optical waveguide section, and Δβ TE is the propagation constant of the zero-order mode TE light and the propagation of the TE light in the first-order mode in the second optical waveguide section. The difference from the constant, L, is the length of the second optical waveguide section perpendicular to the width direction and along the plane.

φTM+ΔβTML=mπ (2)
ここで、φTMは、第1光導波路部においてTM光に生じる位相変化量、ΔβTMは、第2光導波路部における、0次モードのTM光の伝搬定数と1次モードのTM光の伝搬定数との差である。
φ TM + Δβ TM L = m 2 π (2)
Here, φ TM is the amount of phase change that occurs in the TM light in the first optical waveguide section, and Δβ TM is the propagation constant of the TM light in the 0th-order mode and the propagation of the TM light in the 1st-order mode in the second optical waveguide section. It is the difference from the constant.

上述のような構成上の特徴を有することによって、この発明によれば、TE光及びTM光の双方において波長を合分波することが可能となり、すなわち、偏波無依存で使用することができ、かつ容易に作成可能な波長合分波器を得ることができる。   By having the structural features as described above, according to the present invention, it is possible to multiplex / demultiplex wavelengths in both TE light and TM light, that is, it can be used independently of polarization. Thus, a wavelength multiplexer / demultiplexer that can be easily produced can be obtained.

第1の実施の形態による波長合分波器の要部を概略的に示す図であり、波長合分波器を、第1光導波路部、第2光導波路部、及び第3光導波路部が形成されている平面に沿って示す平面図である。It is a figure showing roughly the principal part of the wavelength multiplexer / demultiplexer by a 1st embodiment, and a wavelength multiplexer / demultiplexer has the 1st optical waveguide part, the 2nd optical waveguide part, and the 3rd optical waveguide part. It is a top view shown along the formed plane. 第1の実施の形態による波長合分波器の要部を概略的に示す図であり、波長合分波器を、図1に示すI−I線に沿って切り取った断面の切り口を矢印方向から見た端面図である。It is a figure which shows roughly the principal part of the wavelength multiplexer / demultiplexer by 1st Embodiment, and shows the cut end of the cross section which cut the wavelength multiplexer / demultiplexer along the II line | wire shown in FIG. It is the end view seen from. 第1の実施の形態による波長合分波器の波長分離特性の説明に供する特性図である。It is a characteristic view with which it uses for description of the wavelength separation characteristic of the wavelength multiplexer / demultiplexer by 1st Embodiment.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る波長合分波器について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。   A wavelength multiplexer / demultiplexer according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the configuration of the present invention is not limited to the illustrated configuration example.

〈第1の実施の形態〉
第1の実施の形態では、第1光導波路部、第2光導波路部、及び第3光導波路部を具える波長合分波器について説明する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, a wavelength multiplexer / demultiplexer including a first optical waveguide portion, a second optical waveguide portion, and a third optical waveguide portion will be described.

図1及び図2は、この発明の第1の実施の形態による波長合分波器の要部を概略的に示す図である。図1は、波長合分波器を、第1光導波路部、第2光導波路部、及び第3光導波路部が形成されている平面に沿って示す平面図である。また、図2は、波長合分波器の、図1に示すI−I線に沿って切り取った断面の切り口を矢印方向から見た端面図である。   1 and 2 are diagrams schematically showing a main part of a wavelength multiplexer / demultiplexer according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view showing a wavelength multiplexer / demultiplexer along a plane on which a first optical waveguide portion, a second optical waveguide portion, and a third optical waveguide portion are formed. FIG. 2 is an end view of the wavelength multiplexer / demultiplexer as seen from the direction of the arrow of the cross section cut along the line II shown in FIG.

なお、実際の波長合分波器では、図1に示す構造体において、波長合分波器の全面がクラッド内に埋め込まれて形成されている。しかし、この図1では、第1の実施の形態に係る特徴部分を明瞭に示すために、クラッドを省略して示している。   In the actual wavelength multiplexer / demultiplexer, the entire surface of the wavelength multiplexer / demultiplexer is embedded in the cladding in the structure shown in FIG. However, in FIG. 1, the clad is omitted in order to clearly show the characteristic portion according to the first embodiment.

第1の実施の形態による波長合分波器11は、第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を具えている。   The wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment includes a first optical waveguide portion 13, a second optical waveguide portion 15, and a third optical waveguide portion 17.

これら第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17は、同一平面に、多モードのプレーナ導波路としてそれぞれ形成されており、この順序で連続的かつ一体的に繋がって形成されている。   The first optical waveguide section 13, the second optical waveguide section 15, and the third optical waveguide section 17 are formed as multimode planar waveguides on the same plane, and are sequentially and integrally formed in this order. Connected and formed.

このように第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を配設するために、これら第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17は、共通する1つの基板19上に形成されている。   Thus, in order to arrange the first optical waveguide section 13, the second optical waveguide section 15, and the third optical waveguide section 17, the first optical waveguide section 13, the second optical waveguide section 15, and the third optical waveguide are disposed. The waveguide portion 17 is formed on a common substrate 19.

すなわち、基板19は、単結晶Siによって構成されている。そして、この基板19上には、SiOによって構成されているクラッド21が積層されている。そして、第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を含む波長合分波器11は、基板19の基板面19aに沿って、すなわち同一平面に沿って、クラッド21内にSiを材料として埋め込まれている。 That is, the substrate 19 is made of single crystal Si. A clad 21 made of SiO 2 is laminated on the substrate 19. The wavelength multiplexer / demultiplexer 11 including the first optical waveguide portion 13, the second optical waveguide portion 15, and the third optical waveguide portion 17 is along the substrate surface 19a of the substrate 19, that is, along the same plane. Si is embedded in the clad 21 as a material.

ここで、この実施の形態では、波長合分波器11を上述した光加入者系システムにおいて使用する場合には、すなわち、上り光信号として例えば1.31μmの波長の光を、また、下り光信号として例えば1.49μmの波長の光を用いる場合には、第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を含む波長合分波器11を構成するSiの屈折率を好ましくは例えば3.5、また、クラッド21を構成するSiOの屈折率を好ましくは例えば1.46に設定する。 Here, in this embodiment, when the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is used in the above-described optical subscriber system, that is, for example, light having a wavelength of 1.31 μm as an upstream optical signal, For example, when light having a wavelength of 1.49 μm is used as a signal, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 including the first optical waveguide portion 13, the second optical waveguide portion 15, and the third optical waveguide portion 17 is made of Si. The refractive index is preferably set to 3.5, for example, and the refractive index of SiO 2 constituting the clad 21 is preferably set to 1.46, for example.

また、第1の実施の形態では、波長合分波器11を、縦方向、すなわち基板19の厚み方向において単一モードの光導波路として構成する。そのために、一体的に形成されているこれら第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17の厚みDは、好ましくは0.5μm以下、より好適には、0.3μmに設定されている。 In the first embodiment, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is configured as a single-mode optical waveguide in the vertical direction, that is, in the thickness direction of the substrate 19. Therefore, these first optical waveguide portion 13 are integrally formed, the thickness D 1 of the second optical waveguide portion 15, and a third optical waveguide 17 is preferably 0.5μm or less, more preferably, It is set to 0.3 μm.

ここで、このような波長合分波器11は、例えば周知のSOI基板を用意することによって、容易に製造することができる。   Here, such a wavelength multiplexer / demultiplexer 11 can be easily manufactured, for example, by preparing a known SOI substrate.

すなわち、まず、単結晶Si層、SiO膜、及びSi膜がこの順に積層されて構成されたSOI基板を用意する。そして、周知のエッチング技術を用いてSi膜を部分的に除去することによって、このSi膜の残存部分から、上述した第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を形成する。しかる後、SOI基板全面に、これら作り込まれた第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17を埋め込んでSiO膜を堆積する。これによって、上述したような、単結晶Si基板、すなわち基板19上に、SiOで構成されたクラッド21内に埋め込まれて、波長合分波器11が形成される。 That is, first, an SOI substrate in which a single crystal Si layer, a SiO 2 film, and a Si film are stacked in this order is prepared. Then, by partially removing the Si film using a known etching technique, the first optical waveguide portion 13, the second optical waveguide portion 15, and the third optical waveguide portion described above are formed from the remaining portion of the Si film. 17 is formed. Thereafter, the first optical waveguide portion 13, the second optical waveguide portion 15, and the third optical waveguide portion 17 thus formed are buried on the entire surface of the SOI substrate to deposit a SiO 2 film. As a result, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is formed on the single crystal Si substrate, that is, the substrate 19 as described above, embedded in the clad 21 made of SiO 2 .

また、第1光導波路部13は、第2光導波路部15との境界13bと対向する側面13aとして、第1入出力端13aを有している。そして、第1光導波路部13は、この第1入出力端13aにおいて、単一モード光導波路である第1入出力光導波路23を介して、上述した光加入者系システムにおける局側装置(図示せず)と光学的に接続されている。   The first optical waveguide portion 13 has a first input / output end 13 a as a side surface 13 a facing the boundary 13 b with the second optical waveguide portion 15. The first optical waveguide section 13 is connected to the station side device (see FIG. 5) at the first input / output end 13a via the first input / output optical waveguide 23 which is a single mode optical waveguide. (Not shown) and optically connected.

なお、第1入出力光導波路23と第1入出力端13aとの接続位置は、以下の条件に基づいて設計される。すなわち、第1入出力光導波路23の接続位置は、当該第1入出力光導波路23から第1入出力端13aへ入力され、第1入出力光導波路23及び第2光導波路部15を順次伝搬する光が、第2光導波路部15と第3光導波路部17との境界15aへ到達した際に、その波長に応じた干渉パターンが、第2光導波路部15と、後述する第1サブ導波路25または第2サブ導波路27との接続位置で極大となるように設計される。   The connection position between the first input / output optical waveguide 23 and the first input / output end 13a is designed based on the following conditions. That is, the connection position of the first input / output optical waveguide 23 is input from the first input / output optical waveguide 23 to the first input / output end 13a and sequentially propagates through the first input / output optical waveguide 23 and the second optical waveguide section 15. When the light to reach the boundary 15a between the second optical waveguide section 15 and the third optical waveguide section 17, an interference pattern corresponding to the wavelength is generated from the second optical waveguide section 15 and the first sub-guide described later. It is designed to be maximized at the connection position with the waveguide 25 or the second sub-waveguide 27.

また、上り光信号として例えば1.31μmの波長の光を、また、下り光信号として例えば1.49μmの波長の光を用いる場合には、第1入出力光導波路23は、波長合分波器11と一体的に、0.3μmの厚みで、かつ例えば0.3μmの幅、すなわち第1入出力端13aに沿った幅で形成されているのが好ましい。   In addition, when light having a wavelength of, for example, 1.31 μm is used as the upstream optical signal and light having a wavelength of, for example, 1.49 μm is used as the downstream optical signal, the first input / output optical waveguide 23 is a wavelength multiplexer / demultiplexer. 11 is preferably formed to have a thickness of 0.3 μm and, for example, a width of 0.3 μm, that is, a width along the first input / output end 13a.

また、この第1の実施の形態による波長合分波器11は、0次及び1次モードの励起光に対応した波長合分波器として構成されている。そのために、第1光導波路部13は、0次及び1次モードの光を励起する光導波路として形成されている。すなわち、第1入出力端13aの、境界13bに沿った幅Wは、0次及び1次モードの光を励起するように設定されている。なお、第1入出力端13aの幅Wの具体的な好適例については後述する。また、この実施の形態において、以下、境界13bに沿った方向を幅方向、また、この幅方向に沿った寸法を幅と称する。また、この幅方向に直交し、かつ第1光導波路部13、第2光導波路部15、及び第3光導波路部17が形成されている平面に沿った、すなわち基板面19aに沿った方向を長さ方向、そして、この長さ方向に沿った寸法を長さと称する。 In addition, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment is configured as a wavelength multiplexer / demultiplexer corresponding to the excitation light in the 0th order and the first order mode. For this purpose, the first optical waveguide section 13 is formed as an optical waveguide that excites 0th-order and first-order mode light. That is, the first output terminal 13a, the width W 1 along the boundary 13b is set so as to excite the light of 0-order and first-order mode. A specific preferred example of the width W 1 of the first output terminal 13a will be described later. In this embodiment, hereinafter, a direction along the boundary 13b is referred to as a width direction, and a dimension along the width direction is referred to as a width. Further, a direction perpendicular to the width direction and along the plane on which the first optical waveguide portion 13, the second optical waveguide portion 15, and the third optical waveguide portion 17 are formed, that is, along the substrate surface 19a. A length direction and a dimension along the length direction are referred to as a length.

また、第1光導波路部13は、図1に示す構成例では、その平面形状がテーパ形状で、すなわち第1入出力端13aから第2光導波路部15との境界13bに向かって、連続的かつ直線的に幅方向に幅広となる台形形状、好ましくは等脚台形形状で形成されている。この台形は、例えば、互いに平行な上辺13aと、この上辺よりも長い下辺13bと、さらに、これら上辺及び下辺の端間をそれぞれつなぐ互いに長さの等しい2つの側辺とを有している。また、第1光導波路部13は、設計上の自由度の向上を目的として、上辺に対応する第1入出力端13aと第1入出力光導波路23と間に、第1入出力端13aと等しい幅を有する矩形状の光導波路を追加的に含む構成としてもよい(図示せず)。   In the configuration example shown in FIG. 1, the first optical waveguide portion 13 has a tapered planar shape, that is, continuously from the first input / output end 13 a toward the boundary 13 b with the second optical waveguide portion 15. And it is formed in the trapezoid shape which becomes wide in the width direction linearly, Preferably it is an isosceles trapezoid shape. The trapezoid has, for example, an upper side 13a that is parallel to each other, a lower side 13b that is longer than the upper side, and two sides that are equal in length and connect between the ends of the upper side and the lower side. In addition, the first optical waveguide section 13 has a first input / output end 13a and a first input / output end 13a between the first input / output end 13a corresponding to the upper side and the first input / output optical waveguide 23 for the purpose of improving the degree of freedom in design. It is good also as a structure which additionally contains the rectangular-shaped optical waveguide which has equal width (not shown).

また、第2光導波路部15は、図1に示す構成例では、その平面形状が矩形状の光導波路であり、かつ第1光導波路部13との境界13bにおいて、その第1の辺の長さに対応する幅Wと、第1光導波路部13の下辺13bの長さに対応する幅を揃えて形成されている。 In the configuration example shown in FIG. 1, the second optical waveguide portion 15 is an optical waveguide having a rectangular planar shape, and the length of the first side at the boundary 13 b with the first optical waveguide portion 13. The width W 2 corresponding to the height and the width corresponding to the length of the lower side 13 b of the first optical waveguide portion 13 are aligned.

また、第3光導波路部17は、第1光導波路部13と第2光導波路部15との境界13bと対向する、第2光導波路部15の第2の辺15a、すなわち境界15aにおいて、第2光導波路部15と接続されている。   In addition, the third optical waveguide portion 17 has a second side 15a of the second optical waveguide portion 15 that faces the boundary 13b between the first optical waveguide portion 13 and the second optical waveguide portion 15, that is, the boundary 15a. Two optical waveguide portions 15 are connected.

さらに、この第3光導波路部17は、それぞれ平面形状が台形形状、より好ましくは等脚台形形状の第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27からなり、上辺と、この上辺よりも長い下辺と、これら上辺及び下辺の端間をそれぞれ繋ぐ互いに長さの等しい2つの側辺とを有している。   Further, the third optical waveguide portion 17 is composed of a first sub-waveguide 25 and a second sub-waveguide 27 each having a trapezoidal shape, more preferably an isosceles trapezoidal shape, and the upper side is longer than the upper side. It has a lower side and two sides having the same length connecting the ends of the upper side and the lower side.

これら第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27は、互いに離間して、第2光導波路部15と、第2の辺15aの一部分に対応する境界15aa及び15abにおいてそれぞれ下辺を接続させている。   The first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 are separated from each other, and the lower sides of the second optical waveguide portion 15 and the boundaries 15aa and 15ab corresponding to a part of the second side 15a are connected to each other. Yes.

また、第1サブ導波路25は、境界15aaと対向する一端(上述した上辺に対応する)として第2入出力端25aを、及び第2サブ導波路27は、境界15abと対向する一端(上述した上辺に対応する)として第3入出力端27aを、それぞれ有している。   In addition, the first sub-waveguide 25 has the second input / output end 25a as one end (corresponding to the above-described upper side) facing the boundary 15aa, and the second sub-waveguide 27 is one end (described above) facing the boundary 15ab. The third input / output terminal 27a has a third input / output terminal 27a.

そして、第1サブ導波路25は、第2入出力端25aにおいて、単一モード光導波路である第2入出力光導波路29を介して、上述した光加入者系システムにおける加入者側装置(図示せず)と光学的に接続されている。また、第2サブ導波路27は、第3入出力端27aにおいて、単一モード光導波路である第3入出力光導波路31を介して、上述した光加入者系システムにおける加入者側装置と光学的に接続されている。これら第2入出力光導波路29及び第3入出力光導波路31は、設計に応じて、いずれか一方が上り光信号を加入者側装置から波長合分波器11へ伝搬する上り用の光導波路として、また、他方が下り光信号を波長合分波器11から加入者側装置へ伝搬する下り用の光導波路として、それぞれ使用される。   The first sub-waveguide 25 is connected at the second input / output end 25a via the second input / output optical waveguide 29, which is a single mode optical waveguide, in the above-described optical subscriber system (see FIG. (Not shown) and optically connected. In addition, the second sub-waveguide 27 is connected to the subscriber side device and the optical device in the optical subscriber system described above via the third input / output optical waveguide 31 which is a single mode optical waveguide at the third input / output end 27a. Connected. One of the second input / output optical waveguide 29 and the third input / output optical waveguide 31 is an optical waveguide for upstream which propagates an upstream optical signal from the subscriber side device to the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 depending on the design. The other is used as a downstream optical waveguide for propagating a downstream optical signal from the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 to the subscriber side device.

また、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27は、それぞれ境界15aa及び15abから第2入出力端25a及び第3入出力端27aに向かって、連続的に幅狭となる形状で形成されている。   Further, the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 are formed in a shape that continuously narrows from the boundaries 15aa and 15ab toward the second input / output end 25a and the third input / output end 27a, respectively. Has been.

ここで、第2光導波路部15から第3光導波路部17へ、漏れを抑制して光を伝搬させるためには、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27と第2光導波路部15との境界15aa及び15abの幅W3a及びW3bを、第2光導波路部15の幅Wに応じて、可能な限り大きく設定するのが好ましい。そして、同様の理由から、第1サブ導波路25及び第2光導波路部15の接続位置と、第2サブ導波路27及び第2光導波路部15の接続位置との離間距離Wを、可能な限り小さく設定するのが好ましい。なお、これらW3a、W3b、及びWの具体的な好適例については後述する。 Here, in order to suppress light from propagating from the second optical waveguide unit 15 to the third optical waveguide unit 17, the first sub-waveguide 25, the second sub-waveguide 27, and the second optical waveguide unit are used. It is preferable to set the widths W 3a and W 3b of the boundaries 15aa and 15ab to 15 as large as possible according to the width W 2 of the second optical waveguide section 15. For the same reason, a separation distance W 4 between the connection position of the first sub-waveguide 25 and the second optical waveguide portion 15 and the connection position of the second sub-waveguide 27 and the second optical waveguide portion 15 is possible. It is preferable to set as small as possible. Specific preferred examples of W 3a , W 3b , and W 4 will be described later.

また、第2入出力端25aは、第2入出力光導波路29と幅を揃えて形成されている。また、第3入出力端27aは、第3入出力光導波路31と幅を揃えて形成されている。そして、上り光信号として例えば1.31μmの波長の光を、また、下り光信号として例えば1.49μmの波長の光を用いる場合には、第2入出力光導波路29及び第3入出力光導波路31は、波長合分波器11と一体的に、0.3μmの厚みで、かつ例えば0.3μmの幅、すなわち第2入出力端25a及び第3入出力端27aに沿った幅でそれぞれ形成されているのが好ましい。   The second input / output end 25a is formed to have the same width as the second input / output optical waveguide 29. The third input / output end 27a is formed to have the same width as the third input / output optical waveguide 31. When light having a wavelength of, for example, 1.31 μm is used as the upstream optical signal and light having a wavelength of, for example, 1.49 μm is used as the downstream optical signal, the second input / output optical waveguide 29 and the third input / output optical waveguide are used. 31 is formed integrally with the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 with a thickness of 0.3 μm and, for example, a width of 0.3 μm, that is, a width along the second input / output end 25a and the third input / output end 27a. It is preferable.

上述した構成とすることによって、この第1の実施の形態による波長合分波器11において、伝搬光、すなわち上り光信号及び下り光信号は、第1入出力端13aと第2入出力端25aとの間、及び第1入出力端13aと第3入出力端27aとの間を伝搬する。   With the configuration described above, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment, the propagation light, that is, the upstream optical signal and the downstream optical signal are transmitted to the first input / output terminal 13a and the second input / output terminal 25a. And between the first input / output end 13a and the third input / output end 27a.

このような波長合分波器11を、偏波無依存で使用するためには、第1入出力端の幅W、第1光導波路部13の長さS、第2光導波路部15の幅W、及び第2光導波路部15の長さLを、使用する伝搬光の波長と波長合分波器11及びクラッド21を構成する材料に応じて、適宜設定する必要がある。以下、これら各寸法を決定するための条件について説明する。 In order to use such a wavelength multiplexer / demultiplexer 11 without depending on polarization, the width W 1 of the first input / output end, the length S of the first optical waveguide section 13, and the second optical waveguide section 15 The width W 2 and the length L of the second optical waveguide section 15 need to be appropriately set according to the wavelength of the propagation light to be used and the materials constituting the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 and the clad 21. Hereinafter, conditions for determining these dimensions will be described.

0次及び1次モードの光を励起する光導波路において、この光導波路を伝搬する、ある波長の0次モードの光と1次モードの光との位相差は、この光導波路部の長さ、及び0次モードの光と1次モードの光との伝搬定数差の積で与えられる。そして、異なる幅及び長さの光導波路部が複数結合されて構成されている光学素子では、この光導波路を伝搬する、ある波長の0次モードの光と1次モードの光との位相差は、上述した長さ及び伝搬定数差の積の和によって与えられる。   In an optical waveguide that excites 0th-order and 1st-order mode light, the phase difference between the 0th-order mode light and the 1st-order mode light that propagates through this optical waveguide is the length of this optical waveguide section, And the product of the propagation constant difference between the 0th-order mode light and the 1st-order mode light. In an optical element configured by combining a plurality of optical waveguide portions having different widths and lengths, the phase difference between the 0th-order mode light and the 1st-order mode light propagating through this optical waveguide is , Given by the sum of the products of the length and propagation constant differences described above.

従って、波長合分波器11において、第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15を順次伝搬し、第2光導波路部15と第3光導波路部17との境界15aに到達した、ある波長、すなわち第1波長の、0次モードのTE光と1次モードのTE光との位相差mπは、次式(1)で与えられる。なお、波長合分波器11において、第1光導波路部13は、上述したようにテーパ形状で形成されているため幅が一定していない。そのため、第1光導波路部13における0次モードの光と1次モードとの光との位相差については、長さ及び伝搬定数差の積ではなく位相変化量φを以って表す
φTE1+ΔβTE1L=mπ (1)
ここで、φTE1は、第1光導波路部13において第1波長のTE光に生じる位相変化量、ΔβTE1は、第2光導波路部15における、第1波長の、0次モードのTE光の伝搬定数と1次モードのTE光の伝搬定数との差、Lは、第2光導波路部15の長さである。
Accordingly, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11, the light is input from the first input / output end 13 a and sequentially propagates through the first optical waveguide portion 13 and the second optical waveguide portion 15, and the second optical waveguide portion 15 and the third optical waveguide portion are transmitted. A phase difference m 1 π between the zero-order mode TE light and the first-order mode TE light having a certain wavelength, that is, the first wavelength, that has reached the boundary 15a with respect to 17 is given by the following equation (1). In the wavelength multiplexer / demultiplexer 11, the width of the first optical waveguide portion 13 is not constant because it is formed in a tapered shape as described above. Therefore, the phase difference between the zero-order mode light and the first-order mode light in the first optical waveguide section 13 is represented by φ TE1 + Δβ expressed not by the product of the length and the propagation constant difference but by the phase change amount φ. TE1 L = m 1 π (1)
Here, φ TE1 is the amount of phase change generated in the TE light of the first wavelength in the first optical waveguide section 13, and Δβ TE1 is the TE wavelength of the zeroth-order mode of the first wavelength in the second optical waveguide section 15. The difference between the propagation constant and the propagation constant of the first-order mode TE light, L, is the length of the second optical waveguide section 15.

このように与えられる位相差mπにおいて、係数mが整数となる場合には、TE光の干渉により光は、第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15をm回蛇行しつつ伝搬し、第1サブ導波路25または第2サブ導波路27のいずれかに入力される。 When the coefficient m 1 is an integer in the phase difference m 1 π thus given, light is input from the first input / output end 13a due to the interference of the TE light, and the first optical waveguide unit 13 and the second optical waveguide unit 13 The light propagates while meandering m 1 times in the optical waveguide section 15 and is input to either the first sub-waveguide 25 or the second sub-waveguide 27.

また、同様に、波長合分波器11において、第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15を順次伝搬し、第2光導波路部15と第3光導波路部17との境界15aに到達した、第1波長の、0次モードのTM光と1次モードのTM光との位相差mπは、次式(2)で与えられる。 Similarly, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11, the light is input from the first input / output end 13 a and sequentially propagates through the first optical waveguide portion 13 and the second optical waveguide portion 15, and the second optical waveguide portion 15 and the third optical waveguide portion 15 The phase difference m 2 π between the first-order mode TM light and the first-order mode TM light having reached the boundary 15a with the optical waveguide portion 17 is given by the following equation (2).

φTM+ΔβTML=mπ (2)
ここで、φTMは、第1光導波路部13において第1波長のTM光に生じる位相変化量、ΔβTMは、第2光導波路部15における、第1波長の、0次モードのTM光の伝搬定数と1次モードのTM光の伝搬定数との差である。
φ TM + Δβ TM L = m 2 π (2)
Here, φ TM is the amount of phase change that occurs in the TM light of the first wavelength in the first optical waveguide section 13, and Δβ TM is the zero-order mode TM light of the first wavelength in the second optical waveguide section 15. It is the difference between the propagation constant and the propagation constant of the TM light in the first-order mode.

このように与えられるmπにおいて、係数mが整数となる場合には、TE光の干渉により光は、第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15をm回蛇行しつつ伝搬し、第1サブ導波路25または第2サブ導波路27のいずれかに入力される。 When the coefficient m 2 is an integer at m 2 π given in this way, light is input from the first input / output end 13a due to the interference of the TE light, and the first optical waveguide section 13 and the second optical waveguide The signal propagates while meandering m 2 times m 2 and is input to either the first sub-waveguide 25 or the second sub-waveguide 27.

従って、mπにおけるmと、mπにおけるmとが、ともに偶数又は奇数となる場合には、第1入出力端13aから入力される光、すなわち下り光信号は、TE光及びTM光ともに、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のうち、同じ一方のサブ導波路に入力される。すなわち、偏波無依存で、下り光信号が第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のうち、同じ一方のサブ導波路に入力される。 Therefore, the m 1 in m 1 [pi, and m 2 in m 2 [pi is, when both of an even or odd number, light input from the first input terminal 13a, namely downstream optical signal, TE light and Both the TM light is input to one of the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27. That is, the downstream optical signal is input to the same one of the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 without depending on the polarization.

そこで、この第1の実施の形態による波長合分波器11は、mとmとがともに偶数または奇数となる、第1入出力端の幅W、第1光導波路部の長さS、第2光導波路部の幅W、及び第2光導波路部の長さLが設定されている。 Therefore, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment, the width W 1 of the first input / output end and the length of the first optical waveguide section in which both m 1 and m 2 are even or odd. S, the width W 2 of the second optical waveguide portion, and the length L of the second optical waveguide portion are set.

また、波長合分波器11は、下り光信号と上り光信号とを合波及び分波するために、この第1波長とは異なる第2波長の光が、第1波長の光とは異なる経路を伝搬するように設計されている。すなわち、波長合分波器11において、第1入出力端13aから入力される第1波長の光が、第1サブ導波路25に入力される場合には、第1入出力端13aから入力される第2波長の光が、第2サブ導波路27に入力され、また、第1入出力端13aから入力される第1波長の光が、第2サブ導波路27に入力される場合には、第1入出力端13aから入力される第2波長の光が、第1サブ導波路25に入力される。そして、光の伝搬経路は可逆であるため、これらいずれかの経路が成立する場合には、第2波長の光を上り光信号として使用することが可能となる。   Further, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 multiplexes and demultiplexes the downstream optical signal and upstream optical signal, so that the second wavelength light different from the first wavelength is different from the first wavelength light. Designed to propagate the path. That is, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11, when the first wavelength light input from the first input / output end 13a is input to the first sub-waveguide 25, the light is input from the first input / output end 13a. When light having the second wavelength is input to the second sub-waveguide 27 and light having the first wavelength input from the first input / output terminal 13a is input to the second sub-waveguide 27, The second wavelength light input from the first input / output terminal 13 a is input to the first sub-waveguide 25. Since the light propagation path is reversible, the light of the second wavelength can be used as the upstream optical signal when any of these paths is established.

そこで、波長合分波器11は、第1波長及び第2波長の光を合分波するために、上述した条件に加えて、さらに以下の条件に基づいて形成されている。   Therefore, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is formed based on the following conditions in addition to the above-described conditions in order to multiplex / demultiplex light of the first wavelength and the second wavelength.

第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15を順次伝搬し、第2光導波路部15と第3光導波路部17との境界15aに到達した第2波長の0次モードのTE光と1次モードのTE光との位相差mπは、次式(3)で与えられる。 The second input that is input from the first input / output end 13a, propagates sequentially through the first optical waveguide section 13 and the second optical waveguide section 15, and reaches the boundary 15a between the second optical waveguide section 15 and the third optical waveguide section 17. The phase difference m 3 π between the 0th-order mode TE light and the first-order mode TE light of the wavelength is given by the following equation (3).

φTE2+ΔβTE2L=mπ (3)
ここで、φTE2は、第1光導波路部13において第2波長のTE光に生じる位相変化量、ΔβTE2は、第2光導波路部15における、第2波長の、0次モードのTE光の伝搬定数と1次モードのTE光の伝搬定数との差、Lは、第2光導波路部15の長さである。
φ TE2 + Δβ TE2 L = m 3 π (3)
Here, φ TE2 is the amount of phase change that occurs in the TE light of the second wavelength in the first optical waveguide section 13, and Δβ TE2 is the second wavelength of the TE light of the 0th mode in the second optical waveguide section 15. The difference between the propagation constant and the propagation constant of the first-order mode TE light, L, is the length of the second optical waveguide section 15.

このように与えられるmπにおいて、係数mが整数となる場合には、上述した係数m及び係数mと同様に、TE光の干渉により光は、第1入出力端13aから入力され、第1光導波路部13及び第2光導波路部15をm回蛇行しつつ伝搬し、第1サブ導波路25または第2サブ導波路27のいずれかに入力される。 In the case of m 3 π given in this way, when the coefficient m 3 is an integer, light is input from the first input / output terminal 13a due to the interference of the TE light in the same manner as the coefficient m 1 and the coefficient m 2 described above. Then, it propagates through the first optical waveguide section 13 and the second optical waveguide section 15 while meandering m 3 times, and is input to either the first sub-waveguide 25 or the second sub-waveguide 27.

従って、上述したmπにおける係数m及びmπにおける係数mが奇数の場合には、係数mを偶数とし、mπにおける係数m及びmπにおける係数mが偶数の場合には、係数mを奇数とすることによって、第2波長の光は、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のうち、第1波長の光とは異なる一方のサブ導波路に入力される。 Therefore, when the coefficient m 2 odd in the coefficient m 1 and m 2 [pi in m 1 [pi described above, the coefficient m 3 and even-numbered coefficients m 2 in the coefficient m 1 and m 2 [pi in m 1 [pi is even In this case, by setting the coefficient m 3 to be an odd number, the second wavelength light is one of the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 that is different from the first wavelength light. Input to the waveguide.

そこで、この第1の実施の形態による波長合分波器11は、係数mと係数mとがともに奇数の場合には係数mが偶数となり、また、係数mと係数mとがともに偶数の場合には係数mが奇数となる、第1入出力端の幅W、第1光導波路部の長さS、第2光導波路部の幅W、及び第2光導波路部の長さLが設定されている。 Therefore, in the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment, when the coefficient m 1 and the coefficient m 2 are both odd, the coefficient m 3 is an even number, and the coefficient m 1 and the coefficient m 2 are There is the coefficient m 3 an odd when both the even and the width W 1 of the first input and output ends, the length of the first optical waveguide portion S, the width W 2 of the second optical waveguide portion, and a second optical waveguide The length L of the part is set.

なお、波長合分波器11を光加入者系システムにおいてONUとして使用する場合、加入者側装置から波長合分波器11へ入力される上り光信号は、偏光が一定した状態で波長合分波器11へ入力される。そのため、波長合分波器11を偏波無依存で使用可能とするに当たり、上り光信号として使用する第2波長の光については、TE光について上述した条件の係数mを設定すればよい。 When the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is used as an ONU in an optical subscriber system, the upstream optical signal input from the subscriber side device to the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is wavelength-multiplexed / demultiplexed with the polarization being constant. It is input to the correlator 11. Therefore, when the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 can be used without depending on the polarization, for the light of the second wavelength used as the upstream optical signal, the coefficient m 3 of the condition described above for the TE light may be set.

そして、波長合分波器11をONUとして使用する場合には、上り光信号として1.31の波長の伝搬光、及び下り光信号として1.49μmの波長の伝搬光に対応させて上述した各寸法を設定する。これら各波長の上り及び下り光信号を使用する場合には、例えば好ましくは、第1入出力端13aの幅Wを0.75μm、第1光導波路部13の長さSを15μm、第2光導波路部15の幅Wを2.2μm、及び第2光導波路部15の長さLを62μmとする。その結果、係数m及び係数mが7.0となり、ともに奇数となるため、1.49μmの波長の下り光信号は、TE光及びTM光ともに、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のうち、同じ一方のサブ導波路に入力される。また、このとき、係数mが6.0となり、係数m及び係数mとは異なり偶数となるため、例えば上り光信号として使用される1.31μmの波長のTE光は、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のうち、1.49μmの波長の波長とは異なる一方のサブ導波路に入力される。 Then, when the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is used as an ONU, each of the above-described ones corresponding to propagation light having a wavelength of 1.31 as an upstream optical signal and propagation light having a wavelength of 1.49 μm as a downstream optical signal. Set the dimensions. In the case of using the upstream and downstream optical signals of respective wavelengths, for example preferably, the width W 1 of the first output terminal 13a 0.75 .mu.m, 15 [mu] m length S of the first optical waveguide portion 13, the second 2.2μm width W 2 of the optical waveguide section 15, and the length L of the second optical waveguide section 15 and 62 .mu.m. As a result, the coefficient m 1 and the coefficient m 2 are 7.0, both of which are odd numbers. Therefore, the downstream optical signal having a wavelength of 1.49 μm includes both the first sub-waveguide 25 and the second sub-wavelength for both TE light and TM light. Of the waveguides 27, the same one sub-waveguide is input. At this time, the coefficient m 3 is 6.0, which is an even number unlike the coefficients m 1 and m 2. For example, the TE light having a wavelength of 1.31 μm used as the upstream optical signal is Of the waveguide 25 and the second sub-waveguide 27, the light is input to one sub-waveguide different from the wavelength of 1.49 μm.

また、この設計例のように第1入出力端13aの幅Wを設定することによって、すなわち第1入出力端13aの幅Wを0.75μmとすることによって、第1光導波路部13は、0次及び1次モードモードを励起する。また、この設計例において、波長合分波器11を設計する場合には、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27を、第2光導波路15の第2の辺15aの幅方向の中点から等しい距離だけ離間させ、これら第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27と第2光導波路部15との境界15aa及び15abの幅W3a及びW3bをともに0.6μm、第1サブ導波路25及び第2光導波路部15の接続位置と、第2サブ導波路27及び第2光導波路部15の接続位置との離間距離Wを0.3μmとするのが好ましい。そして、第1入出力光導波路23を、第1入出力端13aの幅方向の中点から、0.15μm離間した位置で第1光導波路部13と接続するのが好ましい。 Further, by setting the width W 1 of the first output terminal 13a, as in this design example, that by a 0.75μm width W 1 of the first input-output terminal 13a, the first optical waveguide portion 13 Excites the 0th and 1st order mode modes. In this design example, when designing the wavelength multiplexer / demultiplexer 11, the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 are connected in the width direction of the second side 15 a of the second optical waveguide 15. The widths W 3a and W 3b of the boundaries 15aa and 15ab between the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 and the second optical waveguide section 15 are both 0.6 μm, separated by an equal distance from the midpoint. 1 and connection position of the sub-waveguide 25 and second optical waveguide portion 15, preferably in the 0.3μm the distance W 4 between the connection position of the second sub-waveguide 27 and the second optical waveguide portion 15. The first input / output optical waveguide 23 is preferably connected to the first optical waveguide portion 13 at a position spaced by 0.15 μm from the center in the width direction of the first input / output end 13a.

次に、上述した各寸法によって設計された波長合分波器11の波長分離特性について、図3を参照して説明する。   Next, wavelength separation characteristics of the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 designed according to the above-described dimensions will be described with reference to FIG.

図3は、第1の実施の形態による波長合分波器11の波長分離特性の説明に供する特性図である。図3において、縦軸は、第1入出力端13aから入力され、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27から出力される伝搬光の光強度を任意単位で目盛ってあり、横軸は波長をμm単位で目盛ってある。   FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the wavelength separation characteristic of the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 according to the first embodiment. In FIG. 3, the vertical axis indicates the light intensity of propagating light input from the first input / output end 13a and output from the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27 in an arbitrary unit. The axis is graduated in wavelength in μm.

また、図3は、第1入出力端13aから偏波成分としてTE光及びTM光を含む光を入力し、第1サブ導波路25及び第2サブ導波路27のそれぞれにおいて検出される光の強度を、波長を変化させながら計算したものである。計算に当たっては、3次元FDTD(Finite Differrence Time Domain)法を用いた。   Further, FIG. 3 shows the input of light including TE light and TM light as polarization components from the first input / output end 13a, and the light detected in each of the first sub-waveguide 25 and the second sub-waveguide 27. The intensity is calculated while changing the wavelength. In the calculation, a three-dimensional FDTD (Finite Difference Time Domain) method was used.

なお、図3にいて、曲線33は、第1サブ導波路25から出力されるTE光の光強度を示している。また、曲線35は、第1サブ導波路25から出力されるTM光の光強度を示している。また、曲線37は、第2サブ導波路27から出力されるTE光の光強度を示している。また、曲線39は、第2サブ導波路27から出力されるTM光の光強度を示している。   In FIG. 3, a curve 33 indicates the light intensity of the TE light output from the first sub waveguide 25. A curve 35 indicates the light intensity of the TM light output from the first sub waveguide 25. A curve 37 indicates the light intensity of the TE light output from the second sub waveguide 27. A curve 39 indicates the light intensity of the TM light output from the second sub waveguide 27.

図3における曲線33及び曲線35を参照すると、第1サブ導波路25において出力されるTE光及びTM光の光強度は、1.49μm付近の波長でピークを持ち、また、約1.31μm付近の波長でボトムを持つ。従って、第1入出力端13aから入力された1.49μm付近の光は、TE光及びTM光ともに、すなわち偏波無依存で、第1サブ導波路25に出力されることがわかる。   Referring to curve 33 and curve 35 in FIG. 3, the light intensity of the TE light and TM light output in the first sub-waveguide 25 has a peak at a wavelength near 1.49 μm, and is about 1.31 μm. With a bottom at a wavelength of. Therefore, it can be seen that the light in the vicinity of 1.49 μm input from the first input / output terminal 13a is output to the first sub-waveguide 25 for both TE light and TM light, that is, polarization independent.

また、図3における曲線37及び曲線39を参照すると、第2サブ導波路27において出力されるTE光及びTM光の光強度は、1.49μm付近の波長でボトムを持ち、また、約1.31μm付近の波長でピークを持つ。従って、第1入出力端13aから入力された1.31μm付近の光は、TE光及びTM光ともに、すなわち偏波無依存で、第2サブ導波路27に出力されることがわかる。   Referring to curve 37 and curve 39 in FIG. 3, the light intensity of the TE light and TM light output from the second sub-waveguide 27 has a bottom at a wavelength of about 1.49 μm. It has a peak at a wavelength of around 31 μm. Therefore, it can be seen that the light in the vicinity of 1.31 μm input from the first input / output end 13a is output to the second sub-waveguide 27, both of the TE light and the TM light, that is, polarization independent.

なお、このシミュレーションを行った波長合分波器11では、既に説明したように、上述した各寸法を決定する際の条件において、波長1.31μmのTM光については考慮していない。そのため、第2サブ導波路27から出力されるTM光の強度を示す曲線39は、第2サブ導波路27から出力されるTE光の強度を示す曲線37と比して、波長1.31μm付近のピークがわずかに低く、また、波長1.49μm付近のボトムがわずかに高くなっている。しかしながら、上述したように、波長合分波器11をONUとして使用する場合、加入者側装置から波長合分波器11へ入力される上り光信号は、偏光が一定した状態で波長合分波器11へ入力される。そのため、図3の曲線37から明らかなように、波長合分波器11では、上り光信号として使用する、波長1.31μmのTE光について確実に波長分離特性が得られているため、この波長合分波器11を問題なくONUとして使用することが可能である。   In the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 that has performed this simulation, as described above, TM light having a wavelength of 1.31 μm is not considered in the conditions for determining each dimension described above. Therefore, the curve 39 indicating the intensity of the TM light output from the second sub-waveguide 27 is near the wavelength of 1.31 μm as compared with the curve 37 indicating the intensity of the TE light output from the second sub-waveguide 27. Is slightly lower, and the bottom near the wavelength of 1.49 μm is slightly higher. However, as described above, when the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is used as an ONU, the upstream optical signal input from the subscriber side device to the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 is wavelength-multiplexed / demultiplexed in a state where the polarization is constant. Is input to the device 11. Therefore, as apparent from the curve 37 in FIG. 3, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 reliably obtains the wavelength separation characteristic for the TE light having the wavelength of 1.31 μm used as the upstream optical signal. The multiplexer / demultiplexer 11 can be used as an ONU without any problem.

これらのことから、明らかなように、波長合分波器11は、TE光及びTM光の双方において波長を合分波することが可能であり、偏波無依存のONUとして使用することができる。   As is apparent from these, the wavelength multiplexer / demultiplexer 11 can multiplex / demultiplex wavelengths in both TE light and TM light, and can be used as a polarization-independent ONU. .

11:波長合分波器
13:第1光導波路部
13a:第1入出力端
15:第2光導波路部
17:第3光導波路部
19:基板
21:クラッド
23:第1入出力光導波路
25:第1サブ導波路
25a:第2入出力端
27:第2サブ導波路
27a:第3入出力端
29:第2入出力光導波路
31:第3入出力光導波路
11: wavelength multiplexer / demultiplexer 13: first optical waveguide portion 13a: first input / output end 15: second optical waveguide portion 17: third optical waveguide portion 19: substrate 21: clad 23: first input / output optical waveguide 25 : First sub waveguide 25a: second input / output end 27: second sub waveguide 27a: third input / output end 29: second input / output optical waveguide 31: third input / output optical waveguide

Claims (5)

同一平面にプレーナ導波路としてそれぞれ形成されている、第1入出力端を有する第1光導波路部、第2光導波路部、及び第2入出力端を有する第1サブ導波路と第3入出力端を有する第2サブ導波路とからなる第3光導波路部を具え、
該第1光導波路部、該第2光導波路部、及び該第3光導波路部はこの順序で連続的につながっており、
前記第1入出力端と前記第2入出力端との間、及び前記第1入出力端と前記第3入出力端との間で伝搬光が伝搬し、
前記第1光導波路部は、0次及び1次モードの光を励起し、かつ前記第1入出力端から前記第2光導波路部との境界に向かって、該境界に沿った幅方向に直線的に幅広となる形状で形成されており、
第1波長の伝搬光に対して、
前記第1光導波路部においてTE光に生じる位相変化量をφTE、前記第2光導波路部における、0次モードのTE光の伝搬定数と1次モードのTE光の伝搬定数との差をΔβTE、及び前記第2光導波路部の、前記幅方向に直交しかつ前記平面に沿った長さをLとしたとき、前記第1入出力端から入力され、前記第1光導波路部及び前記第2光導波路部を順次伝搬し、前記第2光導波路部と第3光導波路部との境界に到達した0次モードのTE光と1次モードのTE光との、次式(1)で与えられる位相差mπ
φTE1+ΔβTE1L=mπ (1)
における係数mと、
前記第1光導波路部においてTM光に生じる位相変化量をφTM、及び前記第2光導波路部における、0次モードのTM光の伝搬定数と1次モードのTM光の伝搬定数との差をΔβTMとしたとき、前記第1入出力端から入力され、前記第1光導波路部及び前記第2光導波路部を順次伝搬し、前記第2光導波路部と第3光導波路部との境界に到達した0次モードのTM光と1次モードのTM光との、次式(2)で与えられる位相差mπ
φTM+ΔβTML=mπ (2)
における係数mとが、ともに偶数又は奇数となる前記第1入出力端の幅、前記第1光導波路部の長さ、前記第2光導波路部の幅、及び前記第2光導波路部の長さが設定されている
ことを特徴とする波長合分波器。
A first optical waveguide section having a first input / output end, a second optical waveguide section, and a first sub-waveguide having a second input / output end and a third input / output, each formed as a planar waveguide in the same plane A third optical waveguide portion comprising a second sub-waveguide having an end;
The first optical waveguide portion, the second optical waveguide portion, and the third optical waveguide portion are continuously connected in this order,
Propagating light propagates between the first input / output end and the second input / output end, and between the first input / output end and the third input / output end,
The first optical waveguide section excites 0th-order and first-order mode light and linearly extends in the width direction along the boundary from the first input / output end toward the boundary with the second optical waveguide section. Is formed in a wide shape,
For propagating light of the first wavelength,
The phase change amount generated in the TE light in the first optical waveguide portion is φ TE , and the difference between the propagation constant of the TE light in the 0th-order mode and the propagation constant of the TE light in the first-order mode is Δβ in the second optical waveguide portion. When the length of TE and the second optical waveguide portion perpendicular to the width direction and along the plane is L, the input from the first input / output end, and the first optical waveguide portion and the second optical waveguide portion Propagating sequentially through the two optical waveguide portions and giving the following equation (1) of the 0th-order mode TE light and the 1st-order mode TE light reaching the boundary between the second optical waveguide portion and the third optical waveguide portion Phase difference m 1 π
φ TE1 + Δβ TE1 L = m 1 π (1)
The coefficient m 1 in
The phase change amount generated in the TM light in the first optical waveguide part is φ TM , and the difference between the propagation constant of the TM light in the 0th-order mode and the propagation constant of the TM light in the 1st-order mode in the second optical waveguide part is When Δβ TM is set, it is input from the first input / output end, and sequentially propagates through the first optical waveguide unit and the second optical waveguide unit, and at the boundary between the second optical waveguide unit and the third optical waveguide unit. Phase difference m 2 π given by the following expression (2) between the TM light in the 0th-order mode and the TM light in the 1st-order mode that has reached
φ TM + Δβ TM L = m 2 π (2)
And the coefficient m 2 in both even or odd become the first input and output ends of a width, said first optical waveguide portion of the length, the second optical waveguide portion in the width and length of the second waveguide section The wavelength multiplexer / demultiplexer characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載の波長合分波器において、
さらに、前記第1波長とは異なる第2波長の伝搬光に対して、
前記第1光導波路部においてTE光に生じる位相変化量をφTE、前記第2光導波路部における、0次モードのTE光の伝搬定数と1次モードのTE光の伝搬定数との差をΔβTEとしたとき、前記第1入出力端から入力され、前記第1光導波路部及び前記第2光導波路部を順次伝搬し、前記第2光導波路部と前記第3光導波路部との境界に到達した0次モードのTE光と1次モードのTE光との、次式(3)で与えられる位相差mπ
φTE2+ΔβTE2L=mπ (3)
における係数mが、
前記m及び前記mが奇数の場合には偶数となり、また、前記m及び前記mが偶数の場合には奇数となる前記第1入出力端の幅、前記第1光導波路部の長さ、前記第2光導波路部の幅、及び前記第2光導波路部の長さが設定されている
ことを特徴とする波長合分波器。
The wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1,
Furthermore, for propagating light having a second wavelength different from the first wavelength,
The phase change amount generated in the TE light in the first optical waveguide portion is φ TE , and the difference between the propagation constant of the TE light in the 0th-order mode and the propagation constant of the TE light in the first-order mode is Δβ in the second optical waveguide portion. When TE is input, the signal is input from the first input / output end, sequentially propagates through the first optical waveguide unit and the second optical waveguide unit, and reaches the boundary between the second optical waveguide unit and the third optical waveguide unit. The phase difference m 3 π given by the following equation (3) between the reached zero-order mode TE light and the first-order mode TE light:
φ TE2 + Δβ TE2 L = m 3 π (3)
The coefficient m 3 at
When m 1 and m 2 are odd numbers, the number is even, and when m 1 and m 2 are even numbers, the width of the first input / output end is odd. A wavelength multiplexer / demultiplexer, wherein a length, a width of the second optical waveguide portion, and a length of the second optical waveguide portion are set.
請求項1または2に記載の波長合分波器において、
前記第1波長が、波長1.49μmである
ことを特徴とする波長合分波器。
The wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2,
The wavelength multiplexer / demultiplexer, wherein the first wavelength is a wavelength of 1.49 μm.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の波長合分波器において、
前記第2波長が、波長1.31μmである
ことを特徴とする波長合分波器。
In the wavelength multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 3,
The wavelength multiplexer / demultiplexer, wherein the second wavelength is a wavelength of 1.31 μm.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の波長合分波器において、
Siを材料として形成されている
ことを特徴とする波長合分波器。
In the wavelength multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 4,
A wavelength multiplexer / demultiplexer characterized by being made of Si.
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