[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP3103417B2 - Waveguide type optical demultiplexing circuit - Google Patents

Waveguide type optical demultiplexing circuit

Info

Publication number
JP3103417B2
JP3103417B2 JP643992A JP643992A JP3103417B2 JP 3103417 B2 JP3103417 B2 JP 3103417B2 JP 643992 A JP643992 A JP 643992A JP 643992 A JP643992 A JP 643992A JP 3103417 B2 JP3103417 B2 JP 3103417B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
wavelength
light
waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP643992A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06186448A (en
Inventor
國分泰雄
浅川修一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP643992A priority Critical patent/JP3103417B2/en
Publication of JPH06186448A publication Critical patent/JPH06186448A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3103417B2 publication Critical patent/JP3103417B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導波路型光分波回路に
関し、特に、同一の光導波路内を伝搬してきた波長の異
なる複数の光を各波長毎に分離する分波器、及び、この
分波器と光検出器とを集積化した半導体基板上の光分波
・光検出集積回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical demultiplexing circuit, and more particularly, to a demultiplexer for separating a plurality of lights having different wavelengths which have propagated in the same optical waveguide for each wavelength, and The present invention relates to an optical demultiplexing / photodetection integrated circuit on a semiconductor substrate in which the demultiplexer and the photodetector are integrated.

【0002】なお、本発明は、光導波路内を伝搬してき
たTE(Transverse Electric:電界が基板に平行)、T
M(Transverse Magnetic:磁界が基板に平行)の2つの
偏光の中、一方の偏光を基板に放射し、他方を通過させ
る導波路型偏光子、及び、電流注入又は電圧印加等によ
り導波光の強度レベルを変調する光変調器(オンオフス
イッチ)にも関している。
It should be noted that the present invention relates to TE (Transverse Electric: electric field parallel to the substrate) propagating in an optical waveguide, T
A waveguide type polarizer that radiates one of two polarized lights, M (Transverse Magnetic: magnetic field is parallel to the substrate), to the substrate and passes the other, and the intensity of guided light by current injection or voltage application It also relates to an optical modulator (on / off switch) for modulating a level.

【0003】[0003]

【従来の技術】現在実用化されている光通信システム
は、送信側のレーザダイオードと受信側の光検出器を光
ファイバで一対一に結ぶ単純なシステムである。しか
し、将来は、光LANや加入者系の導入に伴い、光ファ
イバ通信の高速、大容量化が要求されることは確実であ
る。近年、その実現のために、超高速AM変調方式、コ
ヒーレント光通信方式、あるいは、これらの方式におい
て同一の光ファイバで波長の異なる光を多重化して伝送
する波長多重(Wavelength Dvision Multiplexing:略し
てWDM)方式等、新しい通信方式が提案されている。
波長多重方式において、波長間隔を非常に狭くして多重
度を著しく高くした方式は、周波数多重(Frequency Dv
ision Multiplexing: 略してFDM)方式あるいは高密
度波長多重(dense WDM:略してDWDM)方式と呼
ばれる。これらの通信方式では、レーザダイオード、光
検出器の他に、光分波器、光合波器、光スイッチ、偏光
子等の様々な光回路を付加した高性能なシステムが必要
となる。しかしながら、現状の技術でこれらの光回路を
実現するためには、個別に製作した個々の素子を組み合
わせて構成する必要があり、大量生産性、安定性には難
がある。したがって、将来は、安定かつ高性能、低コス
ト、大量生産等の目的で、これらの素子を有機的に一体
集積化した光集積回路に置き換えられると予想される。
2. Description of the Related Art An optical communication system currently in practical use is a simple system in which a laser diode on a transmitting side and a photodetector on a receiving side are connected one-to-one by an optical fiber. However, in the future, with the introduction of optical LANs and subscriber systems, it is certain that high-speed and large-capacity optical fiber communication will be required. In recent years, in order to realize this, an ultra-high-speed AM modulation system, a coherent optical communication system, or a wavelength division multiplexing (WDM for short) which multiplexes and transmits light having different wavelengths on the same optical fiber in these systems. A new communication method such as a method has been proposed.
In the wavelength division multiplexing system, a system in which the wavelength interval is extremely narrow and the multiplicity is extremely high is frequency multiplexing (Frequency Dv.
This is called an ision multiplexing (FDM for short) or dense WDM (DWDM for short) method. These communication systems require a high-performance system to which various optical circuits such as an optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical switch, and a polarizer are added in addition to a laser diode and a photodetector. However, in order to realize these optical circuits with the current technology, it is necessary to combine individual elements manufactured individually, and there are difficulties in mass productivity and stability. Therefore, in the future, it is expected that these elements will be replaced by an optical integrated circuit in which these elements are organically integrated for the purpose of stable and high performance, low cost, mass production, and the like.

【0004】上記の各素子は、個別に製作すれば高性能
であるが、そのほとんどは、モノリシックに光集積回路
上に製作することは困難である。光集積回路内では、各
種の素子は光導波路により結合されるので、これらの素
子は、光導波路型かあるいは光導波路と組み合わせたも
のが最適である。
[0004] Each of the above elements has high performance if manufactured individually, but most of them are difficult to manufacture monolithically on an optical integrated circuit. In an optical integrated circuit, various elements are coupled by an optical waveguide. Therefore, these elements are optimally of an optical waveguide type or a combination with an optical waveguide.

【0005】前述の波長多重方式では、波長の異なる複
数の光を多重化して1本の光ファイバで伝送するので、
伝送されてきた波長の異なる複数の光の中から特定の波
長の光を分離する光分波器が必要不可欠である。近年、
波長の多重度が比較的少ないWDM方式が実用化されよ
うとしているが、さらに将来は、多重化する波長間隔が
非常に狭く多重度が非常に多いDWDMあるいはFDM
方式へと移行すると予想される。
In the above-described wavelength multiplexing method, a plurality of lights having different wavelengths are multiplexed and transmitted through one optical fiber.
An optical demultiplexer that separates light of a specific wavelength from a plurality of transmitted lights of different wavelengths is indispensable. recent years,
A WDM system with a relatively small number of wavelength multiplexes is about to be put into practical use, but in the future, DWDM or FDM with a very narrow wavelength interval to be multiplexed and a very large number of multiplexes will be used in the future.
It is expected to shift to the system.

【0006】DWDMあるいはFDM方式用の導波路型
の分波器としては、現在、マッハツェンダ干渉型(J.Li
ghtwave Technol.,vol.6,pp.1003-1010(1988) )、グレ
ーティング型(IEEE J.Quantum Electron.,QE-15,No.7,
p.632(1979);IEEE Trans. Circuits Syst.,CAS-26,No.1
2,p.1049(1979))、非対称方向性結合器(Appl. Phys.
Lett., vol.33,No.2,pp.161-163(1978);IEEE J.Quantum
Electron.,vol.QE-14,No.11,pp.843-847(1978) )等の
素子の研究が盛んに行われている。
As a waveguide type duplexer for the DWDM or FDM system, a Mach-Zehnder interference type (J. Li
ghtwave Technol., vol. 6, pp. 1003-1010 (1988)), grating type (IEEE J. Quantum Electron., QE-15, No. 7,
p.632 (1979); IEEE Trans. Circuits Syst., CAS-26, No.1
2, p.1049 (1979)), asymmetric directional coupler (Appl. Phys.
Lett., Vol. 33, No. 2, pp. 161-163 (1978); IEEE J. Quantum
Electron., Vol. QE-14, No. 11, pp. 843-847 (1978)) and the like have been actively studied.

【0007】マッハツェンダ干渉型分波器は、図14に
示すように、2つの光路の長さが異なる非対称マッハツ
ェンダ干渉系を基本として、これを複数個組み合わせて
構成したものである。1つの入力ポートに入力した複数
の波長の光は、波長ごとに分離され、各出力ポートから
出力される。このタイプでは、波長数Å程度の間隔で多
数の波長に分離できるが、1つのマッハツェンダ干渉系
でも最大寸法は1cmを越えるから、チャンネル数が多
い場合、その組み合わせ数も多くなり、回路全体の大き
さは少なくとも数cm程度になる。したがって、多種の
素子からなる光集積回路の一素子として用いるには難が
ある。
As shown in FIG. 14, the Mach-Zehnder interference type duplexer is constructed by combining a plurality of asymmetric Mach-Zehnder interference systems having two optical paths having different lengths. Light of a plurality of wavelengths input to one input port is separated for each wavelength and output from each output port. In this type, many wavelengths can be separated at intervals of about several tens of wavelengths, but the maximum dimension exceeds 1 cm even with one Mach-Zehnder interferometer. Therefore, when the number of channels is large, the number of combinations increases, and the size of the entire circuit becomes large. The height is at least several cm. Therefore, it is difficult to use it as one element of an optical integrated circuit including various elements.

【0008】次に、グレーティング型の基本構成を図1
5に示す。この図に示したものは多波長型分波器として
最も高性能なタイプで、グレーティング部と光検出器を
一組としてカスケードにアレイ化したものである。この
タイプでも、波長間隔数Å程度で個々の波長に分離して
光検出をすることが可能である。しかし、グレーティン
グ部において導波光に散乱が生じ、特にアレイ端末での
検出効率が低下する。また、波長選択作用には2次元的
な広がりを持つグレーティングを用いており、導波路も
その幅に広げる必要があるので、素子の小型化には限界
がある。
Next, the basic structure of the grating type is shown in FIG.
It is shown in FIG. The one shown in this figure is the most high-performance type of multi-wavelength type duplexer, in which a grating unit and a photodetector are grouped in a cascade array. Also in this type, it is possible to separate the individual wavelengths and detect the light at a wavelength interval of about several mm. However, the guided light is scattered in the grating portion, and the detection efficiency particularly at the array terminal is reduced. In addition, a grating having a two-dimensional spread is used for the wavelength selection action, and the waveguide must also be expanded to the width, so that there is a limit to miniaturization of the element.

【0009】非対称方向性結合器型分波器は、図16
(a)にその構成を示すように、コアの屈折率及び幅が
異なる2本の導波路からなる方向性結合器で構成され
る。各導波路の伝搬定数βa 、βb の波長依存性は図1
6(b)のようになり、選択波長λ1 においてβa =β
b となる。導波路aに入射したλ1 の光は、位相整合に
より導波路aから導波路bへ結合する。結合部の長さは
波長λ1 に対する完全結合長L1 で、波長λ1 の光は導
波路bから出力される。波長がλ1 から離れると、βa
とβb は相違し、位相不整合により結合は生じない。し
たがって、波長に対する導波路bからの出力強度は、図
16(c)のようになる。このタイプの分波器でも、選
択波長幅は数Å程度になるが、図16(c)のように、
選択波長の左右にサイドローブが発生し、これが大きな
問題となる。これは、選択波長λ1 からわずかにずれた
波長でも弱い結合が生じ、結合部の長さが一定であるの
に対し、完全結合長が波長に対して大きく変化するため
である。さらには、一般にこれらの分波器においては、
分波特性がTE偏光とTM偏光でわずかにずれるため
に、波長がわずかにずれた2つの波長のTE成分とTM
成分がクロストークを生じやすい。したがって、分波特
性の偏光依存性を除去する何らかの工夫が必要になる。
The asymmetric directional coupler type duplexer is shown in FIG.
As shown in (a), the configuration is made up of a directional coupler composed of two waveguides having different core refractive indices and widths. FIG. 1 shows the wavelength dependence of the propagation constants β a and β b of each waveguide.
6 (b), and β a = β at the selected wavelength λ 1
becomes b . The light of λ 1 incident on the waveguide a is coupled from the waveguide a to the waveguide b by phase matching. The length of the coupling portion in the complete coupling length L 1 with respect to the wavelength lambda 1, the light of wavelength lambda 1 is outputted from the waveguide b. When the wavelength is separated from the λ 1, β a
And β b are different, and no coupling occurs due to phase mismatch. Therefore, the output intensity from the waveguide b with respect to the wavelength is as shown in FIG. Even in this type of duplexer, the selected wavelength width is about several Å, but as shown in FIG.
Side lobes occur on the left and right sides of the selected wavelength, which is a major problem. This weak coupling occurs even at a wavelength slightly shifted from the selected wavelength lambda 1, to the length of the coupling portion is constant, complete coupling length is to vary greatly with respect to the wavelength. Furthermore, generally, in these duplexers,
Since the demultiplexing characteristic is slightly shifted between the TE polarized light and the TM polarized light, the TE component of the two wavelengths whose wavelengths are slightly shifted and the TM
Components tend to cause crosstalk. Therefore, some measure is needed to remove the polarization dependence of the demultiplexing characteristic.

【0010】一方、導波路型偏光子に関しては、TE通
過・TM放射(又は、吸収)のタイプとしては、金属ク
ラッド装荷型、異方性光学結晶装荷型、ARROW型偏
光子等が提案されている。この中で、ARROW型が特
に特性が優れているが、コアの厚さを光ファイバと同程
度にすると、偏光子機能が低下する。また、TM通過・
TE放射機能は、異方性光学結晶装荷型のものを用いる
ことにより実現できるが、この素子は大量生産には不向
きで、また、高価である。
On the other hand, as for the waveguide type polarizer, as a type of TE passing / TM radiation (or absorption), a metal clad loaded type, an anisotropic optical crystal loaded type, an ARROW type polarizer and the like have been proposed. I have. Among these, the ARROW type is particularly excellent in characteristics, but when the thickness of the core is set to be substantially the same as that of the optical fiber, the function of the polarizer is reduced. In addition, TM passing
The TE radiation function can be realized by using an anisotropic optical crystal loaded type, but this element is not suitable for mass production and is expensive.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記従来
の光分波器における各種の問題を解決して、選択波長幅
が非常に狭く、スペクトル特性のサイドロープが発生せ
ず、高効率、小型化可能で、製作が容易で、光検出器と
の集積化が可能であり、光集積回路に適した光分波器の
実現が可能となる導波路型光分波器を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned various problems in the conventional optical demultiplexer and to make the selected wavelength width extremely small. Optical splitter suitable for optical integrated circuits that is narrow, does not generate spectral characteristics, has high efficiency, can be miniaturized, is easy to manufacture, and can be integrated with photodetectors. Is to provide a waveguide type optical demultiplexer capable of performing the following.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の導波路型光分波器は、基本的には、多層クラッド光
導波路の一種である。図1は本発明の分波器の最も基本
的な構造の断面図(a)と屈折率分布(b)を示す図で
あり、この分波器は、半導体基板5上の3層のクラッド
2、3、4とコア1とから構成される多層クラッド導波
路である。各層の屈折率の関係は、半導体基板5が高屈
折率であり、コア層1とクラッッド層3がクラッッド層
2、4に比較して相対的に高くなっている。なお、図1
には、選択波長1.3μmにするための各層の厚さと屈
折率の数値例を示してあるが、これは単に1例にすぎな
い。各クラッド層2、3、4を、上から順に、第1クラ
ッド層2、第2クラッド層3、第3クラッド層4と呼ぶ
ことにする。この導波路の波長に対する伝搬放射損失
(基板5への放射による損失)は、図2のような特性に
なり、波長λ1 において損失は非常に大きくなるが、波
長がλ1 からわずかに離れれば、損失は急激に低下す
る。したがって、本導波路は選択中心波長がλ1の狭帯
域幅分波器として機能することが分かる。
The waveguide type optical demultiplexer of the present invention, which achieves the above object, is basically a kind of multilayer clad optical waveguide. FIG. 1 is a diagram showing a sectional view (a) and a refractive index distribution (b) of the most basic structure of a duplexer according to the present invention. This is a multi-layer clad waveguide composed of 3, 4 and the core 1. The relationship between the refractive indexes of the respective layers is such that the semiconductor substrate 5 has a high refractive index, and the core layer 1 and the cladding layer 3 are relatively higher than the cladding layers 2 and 4. FIG.
Shows numerical examples of the thickness and the refractive index of each layer for setting the selected wavelength to 1.3 μm, but this is only one example. Each of the cladding layers 2, 3, and 4 will be referred to as a first cladding layer 2, a second cladding layer 3, and a third cladding layer 4 in order from the top. Propagating radiation loss for wavelengths of the waveguide (loss by radiation to the substrate 5) becomes the characteristic as shown in FIG. 2, although the loss is very large in the wavelength lambda 1, if slightly moves away wavelength from lambda 1 , Losses drop sharply. Accordingly, the waveguide it is understood that selected center wavelength acts as a narrow-bandwidth demultiplexer lambda 1.

【0013】本発明の導波路がこのような特性をもつ原
理を、前述の非対称方向性結合器の概念を用いて説明す
る。図1の各層の屈折率に注目すると、第2クラッド層
3は隣接する上下の層2、4より屈折率が高くなってい
るので、上部コア層1を除去すれば、3層のクラッドは
第2クラッド層3をコア、第1クラッド層2及び第3ク
ラッド層4をクラッドとした導波路とも考えることがで
きる。すなわち、コア1と3層のクラッド2〜4から構
成される本発明の導波路の構造は、コア層1及び第2ク
ラッド層3をコアとする2つの導波路が平行して接近し
ている非対称方向性結合器の一種と見なすことができ
る。そこで、第2クラッド層3をコアと見なした導波路
の導波モードを第2クラッドモード、これと区別するた
めに、本発明の導波路の本来のコア1をコア層とする導
波モードをコアモードと呼ぶことにする。これを従来技
術で示した図16の方向性結合器と比較すると、コア層
1は導波路a、第2クラッド層3は導波路bに相当す
る。導波路a、bは完全な閉じ込め型導波路であるが、
本発明の素子の場合は、コアモード及び第2クラッドモ
ードでは、光の一部が外部すなわち基板5へ漏れる漏れ
モードである。ただし、コアモードはその漏れの程度が
非常に小さく、第2クラッドモードでは、第2クラッド
層3が高屈折率の基板5に接近しているために、光が基
板5に放射される程度が非常に高く、光をほとんど導波
することはできない。したがって、本発明の導波路型光
分波器と従来の非対称方向性結合器型分波器の相違点
は、この下部の高屈折率層(基板)5の存在にある。
The principle of the waveguide according to the present invention having such characteristics will be described using the concept of the asymmetric directional coupler described above. Paying attention to the refractive index of each layer in FIG. 1, since the second cladding layer 3 has a higher refractive index than the adjacent upper and lower layers 2 and 4, if the upper core layer 1 is removed, the three-layer cladding becomes the second cladding layer. It can be considered as a waveguide in which the two clad layers 3 are a core and the first clad layer 2 and the third clad layer 4 are clad. That is, in the structure of the waveguide of the present invention including the core 1 and the three cladding layers 2 to 4, the two waveguides having the core layer 1 and the second cladding layer 3 as cores are approaching in parallel. It can be considered as a kind of asymmetric directional coupler. Therefore, the waveguide mode in which the second clad layer 3 is regarded as a core is referred to as a second clad mode. Is called a core mode. When this is compared with the directional coupler of FIG. 16 shown in the prior art, the core layer 1 corresponds to the waveguide a and the second cladding layer 3 corresponds to the waveguide b. Waveguides a and b are completely confined waveguides,
In the case of the device of the present invention, the core mode and the second cladding mode are leak modes in which a part of light leaks to the outside, that is, to the substrate 5. However, in the core mode, the degree of leakage is very small. In the second cladding mode, the degree of light emission to the substrate 5 is small because the second cladding layer 3 is close to the substrate 5 having a high refractive index. It is very high and can hardly guide light. Therefore, the difference between the waveguide type optical demultiplexer of the present invention and the conventional asymmetric directional coupler type demultiplexer lies in the presence of the high refractive index layer (substrate) 5 below this.

【0014】コアモード及び第2クラッドモードの伝搬
定数βc 、β2 の波長に対する特性の例を図3に示す。
第2クラッド層3の屈折率及び厚さがコア層1と大きく
異なると、βc 、β2 の特性は大きく相違するが、中心
波長λ1 でβc =β2 となる。さて、図1に示すよう
に、本発明の導波路に波長λ1 の光が入射すると、その
導波モードすなわちコアモードは第2クラッドモードと
伝搬定数が等しいため、位相整合により第2クラッドモ
ードへ結合し、コア層1から第2クラッド層3へとパワ
ーが移行する。しかし、第2クラッドモードに移行した
パワーは直ちに基板5へと放射される。光はパワーが完
全に第2クラッド層3へ移行した後に基板5へ放射され
るのではなく、第2クラッド層3へ移行した光から順次
基板5へ放射されて行く。そして、第2クラッド層3へ
完全に結合するまでには、ほとんどの光は基板5へ放射
される。数値解析によれば、波長λ1 の完全結合長は1
mm以下であるので、導波路長がその程度あれば、波長
λ1 の光は99.9%以上が基板5へ放射されることに
なる。一方、図2のように、波長がλ1 からずれた波長
では、βc とβ2 は相違するので、本発明の導波路に入
射しても、位相不整合により第2クラッドモードには結
合せず、低損失で通過して行く。したがって、本発明の
導波路型分波器の選択波長幅は非常に狭く、選択波長の
光は高効率で基板5へ放射され、それ以外の波長の光は
低損失で伝搬して行くことになる。波長がλ1 からわず
かにずれた光は第2クラッドモードへ不完全な結合を起
こすので、従来の非対称方向性結合器では、これが図1
6(c)のようなサイドローブ発生の原因となっていた
が、本発明の素子では、第2クラッド3へ不完全に結合
した光は直ちに基板(高屈折率層)5へ放射されてコア
1へは戻らないので、サイドローブは発生しない。
FIG. 3 shows an example of characteristics of the propagation constants β c and β 2 of the core mode and the second cladding mode with respect to wavelength.
When the refractive index and the thickness of the second cladding layer 3 are largely different from those of the core layer 1, the characteristics of β c and β 2 are largely different, but β c = β 2 at the center wavelength λ 1 . Now, as shown in FIG. 1, when light having a wavelength of λ 1 enters the waveguide of the present invention, the waveguide mode, that is, the core mode, has the same propagation constant as the second cladding mode. And the power is transferred from the core layer 1 to the second cladding layer 3. However, the power that has shifted to the second cladding mode is immediately radiated to the substrate 5. The light is not radiated to the substrate 5 after the power is completely transferred to the second cladding layer 3, but is radiated to the substrate 5 sequentially from the light transferred to the second cladding layer 3. Most of the light is emitted to the substrate 5 until the light is completely coupled to the second cladding layer 3. According to the numerical analysis, the complete coupling length at wavelength λ 1 is 1
mm or less, if the length of the waveguide is that much, 99.9% or more of the light having the wavelength λ 1 is emitted to the substrate 5. On the other hand, as shown in FIG. 2, in the wavelength wavelength deviates from lambda 1, since the beta c and beta 2 are different, even when incident on the waveguide of the present invention, coupled to the second cladding mode by the phase mismatch Go through without low losses. Therefore, the selected wavelength width of the waveguide type duplexer of the present invention is very narrow, and light of the selected wavelength is radiated to the substrate 5 with high efficiency, and light of other wavelengths propagates with low loss. Become. Since light having a wavelength slightly deviated from λ 1 causes imperfect coupling to the second cladding mode, in a conventional asymmetric directional coupler, this is the same as in FIG.
In the device of the present invention, light incompletely coupled to the second cladding 3 is immediately radiated to the substrate (high-refractive-index layer) 5 to cause side lobes as shown in FIG. Since it does not return to 1, no side lobe occurs.

【0015】コア層1と第2クラッド層3の厚さ、屈折
率を大きく相違させれば、図3において、コアモードと
第2クラッドモードの伝搬定数特性の傾きの差(∂βc
/∂λ−∂β2 /∂λ)が大きくなり、図2の損失特性
は鋭くなる。また、従来の非対称方向性結合器型分波器
では、図16(c)のように、サイドローブが発生する
のに対し、本発明の素子では、第2クラッド層3からそ
れに平行な基板5へ光を放射させるので、サイドローブ
は発生し得ない。さらに、本発明の分波器の場合、コア
モードの基本モードを第2クラッドモードの任意の次数
のモードに結合させることができる。第2クラッドモー
ドは擬導波モードであり、0次の他に、1次、2次等の
高次モードが存在し得る。一般に、基本モードに対し
て、高次モードの方が伝搬定数の波長依存性(∂β/∂
λ)が大きく、放射損失も大きいので、この高次モード
に結合させた方が分波器の波長選択幅が狭くなり、選択
波長の放射効率も大きくなる。さらに、後述するよう
に、本発明の分波器の偏波依存性は非常に大きく、TE
偏光に対する分波波長とTM偏光に対する分波波長が非
常に離れている。このことは、言い換えれば、同じ波長
のTE偏光を分波させるための膜厚とTM偏光を分波さ
せるための膜厚が大きく異なることを意味する。したが
って、後に詳しく述べるように、TE偏光に対する複数
波長の分波器と、TM偏光に対する同じ波長の分波器を
縦列に配置することにより、偏波ダイバーシティ受信が
可能となるという特長がある。
If the thickness and the refractive index of the core layer 1 and the second cladding layer 3 are greatly different from each other, the difference (傾 き β c) in FIG.
/ ∂λ-∂β 2 / ∂λ) increases, and the loss characteristics in FIG. 2 become sharper. Further, in the conventional asymmetric directional coupler type duplexer, side lobes are generated as shown in FIG. 16C, whereas in the device of the present invention, the second cladding layer 3 moves from the substrate 5 parallel to the side lobe. Since light is radiated to the side, no side lobe can be generated. Further, in the case of the duplexer of the present invention, the fundamental mode of the core mode can be coupled to a mode of an arbitrary order of the second cladding mode. The second cladding mode is a pseudo-guiding mode, and may include higher-order modes such as first-order and second-order modes in addition to the zero-order mode. In general, the higher-order mode has wavelength dependence of the propagation constant (に 対 し て β / ∂) with respect to the fundamental mode.
λ) is large and the radiation loss is large, so that coupling to this higher-order mode narrows the wavelength selection width of the duplexer and increases the radiation efficiency at the selected wavelength. Further, as will be described later, the polarization dependence of the duplexer of the present invention is very large,
The splitting wavelength for polarized light is very far from the splitting wavelength for TM polarized light. This means that, in other words, the film thickness for demultiplexing the TE polarized light of the same wavelength is significantly different from the film thickness for demultiplexing the TM polarized light. Therefore, as will be described in detail later, by arranging a plurality of wavelength demultiplexers for TE polarized light and the same wavelength demultiplexer for TM polarized light in a cascade, there is a feature that polarization diversity reception becomes possible.

【0016】以上、本発明の分波器の原理を方向性結合
器の概念により説明したが、厳密には、上記のコアモー
ド及び第2クラッドモードは、これらのコアがそれぞれ
独立に存在する場合に伝搬するモードであり、結合導波
路の放射損失特性は、一般の多層クラッド導波路の理論
を用いないと計算することはできない。例えば、第2ク
ラッドモードの放射効率は、第3クラッド4の厚さd3
を薄くすれば限りなく大きくなり、選択波長の放射効率
が大きくなるように考えられるが、実際にはd3 だけで
なく、第1クラッド2の厚さd1 、第2クラッド3の厚
さd2 も適当な厚さに設定しないと、放射効率は大きく
ならない。したがって、本発明の分波器を最適設計する
には、単に非対称方向性結合器の片方の導波路に光を放
射させるための層(基板)を接近させ、結合した光を放
射させるものと考えて設計すことはできない。
The principle of the duplexer according to the present invention has been described above with the concept of a directional coupler. Strictly speaking, the core mode and the second clad mode described above are based on the case where these cores exist independently of each other. The radiation loss characteristic of the coupled waveguide cannot be calculated without using the theory of a general multilayer clad waveguide. For example, the radiation efficiency of the second cladding mode depends on the thickness d 3 of the third cladding 4.
Is considered to be as large as possible when the thickness is reduced, and the radiation efficiency at the selected wavelength is increased. In practice, not only d 3 but also the thickness d 1 of the first clad 2 and the thickness d of the second clad 3 If 2 is not set to an appropriate thickness, the radiation efficiency will not increase. Therefore, in order to optimally design the duplexer of the present invention, it is considered that a layer (substrate) for emitting light is simply approached to one waveguide of the asymmetric directional coupler to emit the combined light. Cannot be designed.

【0017】本発明の分波器では、選択波長のみを基板
へ放射させるので、その部分の基板(半導体)上に光検
出器を製作しておけば、その波長の光のみを検出するこ
とができる。すなわち、本発明の分波器は、半導体基板
上の光検出器と集積化することに意味がある。光分波器
を用いるシステムでは、分波した光を直ちに光検出器で
検出する場合が大半で、また、分波した光を処理してか
ら検出する場合も、前者の回路に置き換えられる場合が
多い。
In the duplexer of the present invention, only the selected wavelength is emitted to the substrate. If a photodetector is manufactured on that portion of the substrate (semiconductor), only light of that wavelength can be detected. it can. That is, it is significant that the duplexer of the present invention is integrated with a photodetector on a semiconductor substrate. In most systems using an optical demultiplexer, the separated light is immediately detected by a photodetector, and when the demultiplexed light is processed and then detected, the former circuit may be replaced. Many.

【0018】なお、多波長の場合は、図4に断面を示す
ように、3層クラッドCのパラメータ、特に結合層3の
厚さを順に変えて各波長毎の分波器11、12、13を
構成し、対応する基板5の位置に光検出器7を集積化し
て、分波・光検出集積素子をアレイ状に接続することに
より、多数の波長の光を個別に検出するようにすること
ができる。
In the case of multiple wavelengths, as shown in the cross section in FIG. 4, the parameters of the three-layer cladding C, in particular, the thickness of the coupling layer 3 are sequentially changed so that the duplexers 11, 12, and 13 for each wavelength are changed. And integrating the photodetectors 7 at the corresponding positions of the substrate 5 and connecting the demultiplexing / photodetection integrated elements in an array so as to individually detect light of many wavelengths. Can be.

【0019】これまでは、本発明による多層クラッド導
波路の光分波器への応用について説明したが、その他、
偏光子、光スイッチへの応用が考えられる。
So far, the application of the multilayer clad waveguide according to the present invention to an optical demultiplexer has been described.
Applications to polarizers and optical switches are conceivable.

【0020】本発明による導波路は、選択波長において
放射効率が高くなるのはTE、TM何れか一方の偏光で
あり、他方の偏光は低損失で通過させる。すなわち、波
長依存性は大きいが、高消光比、低挿入損失のTE通過
・TM放射の偏光子、あるいは、TM通過・TE放射の
偏光子に適用することができる。あるいは、前述と同様
に、基板上の光検出器と集積化することにより、偏光分
離・TE(あるいは、TM)偏光検出器を構成すること
ができる。なお、この集積素子は波長分波機能を兼ねて
おり、偏光分離、光分波、光検出の機能を持つ。
In the waveguide according to the present invention, it is the TE or TM polarized light that increases the radiation efficiency at the selected wavelength, and the other polarized light is transmitted with low loss. That is, although the wavelength dependence is large, the present invention can be applied to a polarizer of TE passing / TM radiation or a polarizer of TM passing / TE radiation having a high extinction ratio and low insertion loss. Alternatively, as described above, a polarization separation / TE (or TM) polarization detector can be configured by integrating with a photodetector on a substrate. Note that this integrated element also has a wavelength demultiplexing function, and has functions of polarization separation, light demultiplexing, and light detection.

【0021】次に、本発明の導波路は、伝搬損失が波長
に大きく依存するのと同様に、第2クラッド層の屈折率
の変化に対しても、伝搬損失は大小に大きく変化する。
したがって、第2クラッド層として例えば電気的に屈折
率が制御可能な材料を用い、電気的にこの層の屈折率を
適当に変化させるようにして、この素子を通過する光の
強度を大小に大きく変化させることができるので、光強
度変調器(特に、光スイッチ)として応用することがで
きる。この素子は、素子長が短くても、結合層の屈折率
をわずかに変動させるだけで、高い消光比がとれるの
で、低駆動電圧・電流、高速変調が可能となる。
Next, in the waveguide according to the present invention, the propagation loss largely changes with respect to the change in the refractive index of the second cladding layer, similarly to the fact that the propagation loss largely depends on the wavelength.
Therefore, for example, a material whose refractive index can be controlled electrically is used as the second cladding layer, and the refractive index of this layer is appropriately changed electrically, so that the intensity of light passing through this element is increased or decreased. Since it can be changed, it can be applied as a light intensity modulator (in particular, an optical switch). Even if the element length is short, a high extinction ratio can be obtained by only slightly changing the refractive index of the coupling layer, so that low drive voltage / current and high-speed modulation can be achieved.

【0022】すなわち、本発明の導波路型光分波回路
は、導波路の表面から順に、少なくとも、コア層、3層
以上のクラッド層、基板からなり、最外クラッド層以外
の中間の特定のクラッド層の屈折率を他のクラッド層に
比較して相対的に高くして結合層とし、かつ、基板の屈
折率をコア層及び結合層よりも高くして、コアの伝搬モ
ードと結合層の伝搬モードの伝搬定数を特定の波長のみ
で一致するように設定することにより、コア中を伝搬す
る光の中の特定の波長の光を結合層へ分離して結合する
と共に、分離された光を結合層から基板へ放射させるよ
うにしたことを特徴とするものである。
That is, the waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention comprises at least a core layer, three or more cladding layers, and a substrate in order from the surface of the waveguide, and a specific intermediate layer other than the outermost cladding layer. The refractive index of the cladding layer is relatively higher than that of the other cladding layers to form the coupling layer, and the refractive index of the substrate is higher than that of the core layer and the coupling layer, so that the propagation mode of the core and the coupling layer By setting the propagation constant of the propagation mode to match only at a specific wavelength, light of a specific wavelength in light propagating in the core is separated and coupled to a coupling layer, and the separated light is The radiation is emitted from the coupling layer to the substrate.

【0023】この場合、基板を半導体で形成し、基板上
に放射された光を検出する光検出器を集積化することが
望ましい。また、コア層と結合層と結合層以外のクラッ
ド層の少なくとも1層を屈折率可変材料で形成して、そ
の層の屈折率を変化させることにより、伝搬光の強度変
調又はスイッチングを行うようにすることもできる。
In this case, it is desirable that the substrate is formed of a semiconductor and a photodetector for detecting light emitted on the substrate is integrated. Also, at least one of the core layer, the coupling layer, and the cladding layer other than the coupling layer is formed of a variable refractive index material, and by changing the refractive index of the layer, the intensity modulation or switching of the propagation light is performed. You can also.

【0024】さらに、本発明のもう1つの導波路型光分
波回路は、導波路の表面から順に、少なくとも、コア
層、3層以上のクラッド層、基板からなり、最外クラッ
ド層以外の中間の特定のクラッド層の屈折率を他のクラ
ッド層に比較して相対的に高くして結合層とし、かつ、
基板の屈折率をコア層及び結合層よりも高くして、コア
の伝搬モードと結合層の伝搬モードの伝搬定数を特定の
波長のTE又はTM偏光のみで一致するように設定する
ことにより、コア中を伝搬する光の中の特定の波長のT
E又はTM偏光の光を結合層へ分離して結合すると共
に、分離された光を結合層から基板へ放射させるように
したことを特徴とするものである。
Further, another waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention comprises at least a core layer, three or more cladding layers, and a substrate in order from the surface of the waveguide, and an intermediate layer other than the outermost cladding layer. The specific cladding layer has a relatively high refractive index compared to other cladding layers to form a coupling layer, and
By setting the refractive index of the substrate higher than that of the core layer and the coupling layer, and setting the propagation constant of the propagation mode of the core and the propagation mode of the coupling layer to coincide only with TE or TM polarized light of a specific wavelength, the core T of a specific wavelength in light propagating in
E or TM polarized light is separated and coupled to the coupling layer, and the separated light is emitted from the coupling layer to the substrate.

【0025】この場合も、基板を半導体で形成し、基板
上に放射された光を検出する光検出器を集積化すること
が望ましい。そして、伝搬定数が一致する波長が相互に
異なる上記の導波路型光分波回路を複数個縦列に接続す
ることにより偏光分離、波長分波を共に行うようにする
こともできる。
In this case as well, it is desirable to form the substrate from a semiconductor and integrate a photodetector for detecting light emitted on the substrate. Then, by connecting a plurality of the above-mentioned waveguide type optical demultiplexing circuits having different wavelengths having the same propagation constants in tandem, polarization separation and wavelength demultiplexing can be performed together.

【0026】[0026]

【作用】本発明の第1のものにおいては、波長が異な
り、かつ、波長間隔の狭い複数の光が合波された光信号
を各波長ごとに分離することができ、光検出器を集積化
することにより、分離した各波長の光を基板上の光検出
器に放射させ、光検出器により電気信号に変換すること
ができる。多層クラッド層中の特定の層の厚さを導波路
方向にテーパ状に設定することにより、選択波長幅を広
くすることができる。
According to the first aspect of the present invention, an optical signal in which a plurality of lights having different wavelengths and narrow wavelength intervals are multiplexed can be separated for each wavelength. By doing so, the separated light of each wavelength can be radiated to the photodetector on the substrate and converted into an electric signal by the photodetector. By setting the thickness of a specific layer in the multilayer cladding layer to be tapered in the waveguide direction, the selected wavelength width can be widened.

【0027】また、多層クラッド層中の屈折率可変の結
合層に電気的作用等を加えることにより、導波路損失を
大小に著しく変動させ、コア層に入射した光の強度の変
調、又は、スイッチングをすることができる。
Further, by applying an electric action or the like to the variable refractive index coupling layer in the multi-layer cladding layer, the waveguide loss is significantly fluctuated, and the intensity of light incident on the core layer is modulated or switched. Can be.

【0028】また、本発明の第2のものにおいては、入
射したTE、TM2つの偏光を含む光に対して、TM偏
光を高効率で基板へ放射し、TE偏光を低損失で通過さ
せるか、あるいは、TE偏光を放射させ、TM偏光を通
過させることができる。または、各偏光ごとに分離し、
TE、TM偏光を個別に検出することができる。多層ク
ラッド中の特定の層の厚さを導波路方向にテーパ状に変
化させれば、偏光子機能の波長依存性を緩和することが
できる。
According to the second aspect of the present invention, for the incident light containing two polarized lights of TE and TM, the TM polarized light is radiated to the substrate with high efficiency, and the TE polarized light is transmitted with low loss. Alternatively, TE polarized light can be emitted and TM polarized light can be passed. Or separate for each polarization,
TE and TM polarizations can be individually detected. If the thickness of a specific layer in the multilayer clad is changed in a tapered shape in the waveguide direction, the wavelength dependence of the polarizer function can be reduced.

【0029】[0029]

【実施例】次に、本発明の導波路型光分波回路等の具体
的な実施例について説明する。
Next, specific examples of the waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention will be described.

【0030】本発明による導波路の一般的な構造は、図
5に断面を示すように、3層以上からなる多層クラッド
C内の最外層以外の中間の特定の層3(1層とは限らな
い)を屈折率を相対的に高くして結合層とした多層クラ
ッド導波路からなるもので、これを分波器とする場合は
選択波長において、偏光子、光スイッチへ応用する場合
は使用波長において、コア層1のコアモードと第2クラ
ッド層3のモードの伝搬定数が一致するように、各層の
屈折率及び厚さを設定する。光分波・光検出集積素子、
偏光分離・光検出集積素子に応用する場合は、基板5を
半導体として、この導波路の下に光検出器を製作してお
く。コアモードは基本モードに限定されるが、コアモー
ドと結合させる第2クラッドモードの次数は任意であ
る。結合させるモード次数により、選択波長幅、基板へ
の放射効率が異なるので、使用目的により適当なモード
次数を選択する。一般に、モード次数が高い程、波長選
択幅は狭く、放射効率は高くなる。クラッド数は3層が
基本であるが、例えば放射効率を上げるため、基板5と
の境界に無反射層を設ける等、クラッド層は3層に限定
されない。
The general structure of the waveguide according to the present invention is, as shown in cross section in FIG. 5, a specific intermediate layer 3 other than the outermost layer 3 (not limited to one layer) in a multilayer clad C composed of three or more layers. No.) is a multilayer clad waveguide with a relatively high refractive index and a coupling layer. This is a selected wavelength when it is used as a demultiplexer, and a used wavelength when it is applied to a polarizer or an optical switch. In, the refractive index and thickness of each layer are set such that the propagation constants of the core mode of the core layer 1 and the mode of the second cladding layer 3 match. Integrated optical demultiplexing / detection device,
When applied to a polarization separation / photodetection integrated device, a photodetector is manufactured below this waveguide using the substrate 5 as a semiconductor. The core mode is limited to the fundamental mode, but the order of the second cladding mode coupled with the core mode is arbitrary. Since the selected wavelength width and the radiation efficiency to the substrate differ depending on the mode order to be coupled, an appropriate mode order is selected according to the purpose of use. In general, the higher the mode order, the narrower the wavelength selection range and the higher the radiation efficiency. Although the number of claddings is basically three, the number of cladding layers is not limited to three, for example, a non-reflection layer is provided at the boundary with the substrate 5 in order to increase the radiation efficiency.

【0031】図1に、本発明の導波路の基本的な構造
と、選択波長を1.3μmにするための屈折率、層厚の
数値例を示す。この例では、第2クラッド層3が結合層
である。第1クラッド層2、第3クラッド層4の屈折率
は、コア1、第2クラッド3の屈折率より低くなってい
る。第2クラッド層3の屈折率は、コアの屈折率nc
1.54に対して、n2 =2.6と大きく、逆に、コア
の厚さdc =14μmに対してd2 =0.665μmと
非常に薄い。各クラッドの厚さは、数値計算により最適
化されている。図3に示すように、コアモード及び結合
モード(第2クラッドモード)の波長に対する伝搬定数
βc 、β2 の特性曲線の傾きは大きく相違し、ほぼ波長
1.3μmにおいてβc =β2 となる。この例では、コ
アモードは第2クラッドモードの2次モードに結合され
る。ただし、これらはTE偏光の場合である。図2は多
層クラッドの理論に基づいて計算されたこの導波路の波
長に対する伝搬損失(放射損失)を示すものである。中
心波長1.3μmにおいて、損失は100dB/cmを
越え、1cm当りで導波路光は−100dB以下に減衰
し、この光は基板5へ放射される。波長が1.3μmか
らわずかに離れると、損失は急激に減少し、損失が1d
B/cm以上になる波長幅は40Å程度と非常に狭い。
波長が1.3μmから離れる程、損失は減少し、光通信
用として実用的な波長の範囲0.8μm〜1.7μmで
はサイドローブは発生しない。この構造例では、コア厚
は14μmと厚く、直接光ファイバに接続しても、光フ
ァイバの伝搬モードとの整合性が良く、損失が少ない。
一方、各クラッド層の厚さは比較的薄いので、製作上有
利である。
FIG. 1 shows a basic structure of the waveguide of the present invention and numerical examples of the refractive index and the layer thickness for setting the selected wavelength to 1.3 μm. In this example, the second cladding layer 3 is a bonding layer. The refractive indexes of the first cladding layer 2 and the third cladding layer 4 are lower than the refractive indexes of the core 1 and the second cladding 3. The refractive index of the second cladding layer 3 is determined by the refractive index of the core n c =
For 1.54, n 2 = 2.6, which is large, and conversely, for the core thickness d c = 14 μm, d 2 = 0.665 μm, which is very thin. The thickness of each cladding has been optimized by numerical calculations. As shown in FIG. 3, the slopes of the characteristic curves of the propagation constants β c and β 2 with respect to the wavelengths of the core mode and the coupling mode (second cladding mode) are greatly different, and β c = β 2 at a wavelength of 1.3 μm. Become. In this example, the core mode is coupled to the second mode of the second cladding mode. However, these are the cases of TE polarized light. FIG. 2 shows the propagation loss (radiation loss) with respect to the wavelength of the waveguide calculated based on the theory of the multilayer cladding. At a center wavelength of 1.3 μm, the loss exceeds 100 dB / cm, and the waveguide light is attenuated to -100 dB or less per cm, and this light is emitted to the substrate 5. When the wavelength is slightly away from 1.3 μm, the loss decreases sharply and the loss is 1d
The wavelength width of B / cm or more is as very narrow as about 40 °.
As the wavelength departs from 1.3 μm, the loss decreases, and no side lobe occurs in the wavelength range practically 0.8 μm to 1.7 μm for optical communication. In this structure example, the core thickness is as large as 14 μm, and even when directly connected to the optical fiber, the matching with the propagation mode of the optical fiber is good and the loss is small.
On the other hand, the thickness of each cladding layer is relatively thin, which is advantageous in manufacturing.

【0032】次に、コア厚を薄くすると、光ファイバと
の界分布の整合が悪くなり、スポットサイズ整合器が必
要となるが、選択波長幅をほとんど変えずに、選択波長
における放射効率をさらに高くすることができる。図6
に図1の構造でコア厚を8μmとしたときの損失特性を
示す。中心波長1.3μmにおいて損失300dB/c
mを越え、素子長が1mm程度あれば、実用上必要なだ
けの光パワーを基板5へ導くことができる。一方、素子
長が短いだけ非選択波長(通過波長)の光の挿入損失が
低減する。
Next, when the core thickness is reduced, matching of the field distribution with the optical fiber is deteriorated, and a spot size matching device is required. However, the radiation efficiency at the selected wavelength is further increased without substantially changing the selected wavelength width. Can be higher. FIG.
FIG. 3 shows the loss characteristics when the core thickness is 8 μm in the structure of FIG. 300 dB / c loss at 1.3 μm center wavelength
m and the element length is about 1 mm, the optical power necessary for practical use can be guided to the substrate 5. On the other hand, as the element length is shorter, the insertion loss of light of a non-selected wavelength (passing wavelength) is reduced.

【0033】多波長の光を分波する場合は、図4に示し
たように、選択波長が異なる分波器11〜13と光検出
器7の集積素子を導波路に沿ってアレイ状に配置すれば
良い。図7に損失特性を示すように、特定のクラッド層
の厚さ、特に結合層の厚さd 2 を調節するだけで、中心
波長を任意に設定することができる。この回路により、
導波路内の多数の波長の光をそれぞれ個別に検出するこ
とができる。
FIG. 4 shows a case where light of multiple wavelengths is demultiplexed.
As shown in FIG.
If the integrated elements of the device 7 are arranged in an array along the waveguide
good. As shown in the loss characteristics in FIG.
Thickness, especially the thickness d of the bonding layer TwoJust adjust the center
The wavelength can be set arbitrarily. With this circuit,
Detecting multiple wavelengths of light in a waveguide individually
Can be.

【0034】さて、選択波長幅が狭いことが問題になる
場合、結合層3をコア1の屈折率に近い材料にすれば、
図8に損失特性を示すように、選択波長幅は広くなる。
この例では、n2 =1.6、d2 =3.78μmと、図
1の例より屈折率及び厚さがコア1に近く、コアモード
と結合モード(第2クラッドモード)の伝搬定数の波長
特性の傾き(∂β/∂λ)が近くなるためである。しか
し、図8のように損失特性の急峻さが失われる。そこ
で、図7から分かるように、クラッド層の中の特定の層
(1層とは限らない)の厚さを変化させると選択波長が
ずれるから、この層の厚さを光の伝搬方向にテーパ状に
変化させれば、立ち上がり、立ち下がりが急峻でかつ波
長選択幅の広い損失特性が得られる。例えば、図1の例
において、図9に断面を示すように、d2 を0.663
μmから0.667μmまで導波路方向に徐々に変化さ
せれば、選択波長は放射損失1dB/cm以上の幅で
1.295μm〜1.305μmとなり、選択波長幅は
100Å程度と広くなる。
If it is a problem that the selected wavelength width is narrow, if the coupling layer 3 is made of a material close to the refractive index of the core 1,
As shown in the loss characteristics in FIG. 8, the selected wavelength width becomes wider.
In this example, n 2 = 1.6 and d 2 = 3.78 μm, the refractive index and the thickness are closer to the core 1 than in the example of FIG. 1, and the propagation constants of the core mode and the coupling mode (second cladding mode) are different. This is because the slope of the wavelength characteristic (∂β / ∂λ) becomes closer. However, the steepness of the loss characteristic is lost as shown in FIG. Therefore, as can be seen from FIG. 7, when the thickness of a specific layer (not limited to one layer) in the cladding layer is changed, the selected wavelength shifts, so that the thickness of this layer is tapered in the light propagation direction. In this case, loss characteristics with a sharp rise and fall and a wide wavelength selection range can be obtained. For example, in the example of FIG. 1, as shown in the sectional view of FIG. 9, the d 2 0.663
If the wavelength is gradually changed from μm to 0.667 μm in the waveguide direction, the selected wavelength is 1.295 μm to 1.305 μm in a width of radiation loss of 1 dB / cm or more, and the selected wavelength width is widened to about 100 °.

【0035】さらに、図2に示すように、選択波長で
は、TE偏光は非常に高損失になるのに対して、TM偏
光は非常に低損失のままである。すなわち、この導波路
構造は、波長1.3μmの光に対して、TM通過・TE
放射の偏光子として作用する。一方、クラッド層の厚さ
を適当に設定すれば、図10に損失特性を示すように、
TE通過・TM放射の偏光子が構成できる。何れの場合
も、コアが14μmと厚いにもかかわらず、十分な消光
比が得られている。偏光子機能の波長依存性の大きさが
問題になる場合は、図9と同様に、特定のクラッド層の
厚さを導波路方向にテーパ状に変化させればよい。さら
に、基板上の光検出器7と集積化すれば、図11に断面
を示すように、TE偏光検出器14、TM偏光検出器1
5となる。これらの素子は光分波機能を持つので、これ
らのTE偏光分波器16、TM偏光分波器17を図12
のように組み合わせれば、多波長用の光分波・TE・T
M偏光個別検出回路(偏波ダイバーシティ型分波・光検
出集積素子)が構成できる。これにより、特定の波長を
分波し、かつ、TE、TM各偏光を個別に検出できるの
で、この素子は波長多重のコヒーレント光通信システム
等において非常に有用な素子となる。
Further, as shown in FIG. 2, at the selected wavelength, TE polarization has a very high loss while TM polarization remains at a very low loss. That is, this waveguide structure is capable of transmitting light having a wavelength of 1.3 μm through TM transmission and TE.
Acts as a polarizer of radiation. On the other hand, if the thickness of the cladding layer is appropriately set, as shown in FIG.
A TE-pass and TM-radiation polarizer can be constructed. In each case, a sufficient extinction ratio is obtained even though the core is as thick as 14 μm. When the magnitude of the wavelength dependence of the polarizer function becomes a problem, the thickness of the specific cladding layer may be changed in a tapered shape in the waveguide direction, as in FIG. Further, if integrated with the photodetector 7 on the substrate, as shown in the cross section in FIG.
It becomes 5. Since these elements have an optical demultiplexing function, these TE polarization demultiplexers 16 and TM polarization demultiplexers 17 are
If combined like this, optical demultiplexing for multiple wavelengths, TE, T
An M polarization individual detection circuit (polarization diversity type demultiplexing / photodetection integrated device) can be configured. As a result, since a specific wavelength can be demultiplexed and each polarization of TE and TM can be individually detected, this element is a very useful element in a wavelength multiplexing coherent optical communication system or the like.

【0036】次に、図13は前記のコア厚8μmの例
(図6)と同様の構造において、波長を1.3μmに固
定し、結合層(第2クラッド層)3の屈折率n2 を変化
させた場合の伝搬損失特性である。n2 =2.6では、
損失は300dB/cm以上であり、ほとんど光を伝搬
させないが、n2 をわずか0.2パーセント変化させた
けで、損失0.1dB/cm以下と急激に低減する。し
たがって、結合層3に屈折率可変の材料を用い、電圧印
加あるいは電流注入により結合層3の屈折率を可変にす
れば、光強度変調器、特に光スイッチが構成できる。わ
ずかな屈折率の変化で伝搬損失が大きく変わるので、低
駆動電圧・電流が可能であり、オフ状態(n2 =2.
6)での伝搬損失が非常に大きいので、消光比を十分大
きくとっても素子長を短くでき、これにより浮遊容量が
低減できるから、高速変調が可能となる。
Next, FIG. 13 shows a structure similar to that of the above-mentioned example having a core thickness of 8 μm (FIG. 6), in which the wavelength is fixed to 1.3 μm and the refractive index n 2 of the coupling layer (second cladding layer) 3 is changed. It is a propagation loss characteristic when it is changed. For n 2 = 2.6,
Although the loss is 300 dB / cm or more and hardly propagates light, the loss is sharply reduced to 0.1 dB / cm or less by changing n 2 by only 0.2%. Therefore, if a material having a variable refractive index is used for the coupling layer 3 and the refractive index of the coupling layer 3 is made variable by voltage application or current injection, an optical intensity modulator, particularly an optical switch, can be constructed. Since a small change in the refractive index greatly changes the propagation loss, a low drive voltage and current are possible, and the off state (n 2 = 2.
Since the propagation loss in 6) is very large, the element length can be shortened even if the extinction ratio is sufficiently large, and the stray capacitance can be reduced, so that high-speed modulation becomes possible.

【0037】以上、本発明の導波路型光分波回路等をそ
の原理といくつかの実施例に基づいて説明してきたが、
本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能で
ある。
The waveguide type optical demultiplexing circuit and the like of the present invention have been described based on the principle and some embodiments.
The present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の導波路型光分波回路によると、波長の多重度を非常に
高くした将来のFDM方式あるいはDWDM方式の光通
信システムに必要な光分波・光検出機能が光集積回路上
で実現できる。
As is apparent from the above description, according to the waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention, the optical demultiplexing circuit required for the future FDM or DWDM type optical communication system in which the degree of wavelength multiplexing is very high. An optical demultiplexing / detection function can be realized on an optical integrated circuit.

【0039】また、本発明の導波路型光分波回路を偏光
子に適用した場合、結晶プリズム、偏光ビームスプリッ
タ等の個別素子により得られた従来の偏光子機能を光集
積回路上で達成することができる。基板上の光検出器と
集積化することにより、TE、TM偏光を個別に検出で
きるだけでなく、光分波機能も兼ねることができる。
When the waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention is applied to a polarizer, the conventional polarizer function obtained by an individual element such as a crystal prism or a polarization beam splitter is achieved on an optical integrated circuit. be able to. By being integrated with the photodetector on the substrate, not only can TE and TM polarizations be individually detected, but they can also have an optical demultiplexing function.

【0040】また、本発明の導波路型光分波回路を光ス
イッチに適用した場合、高消光比、低駆動電圧・電流、
高速変調の光強度変調が可能となる。
When the waveguide type optical demultiplexing circuit of the present invention is applied to an optical switch, a high extinction ratio, a low driving voltage / current,
Light intensity modulation of high-speed modulation becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の導波路型光分波回路の最も基本的な構
造の断面図(a)と屈折率分布(b)を示す図である。
1A and 1B are a cross-sectional view and a refractive index distribution of a most basic structure of a waveguide type optical demultiplexing circuit according to the present invention.

【図2】図1の導波路の波長に対する伝搬放射損失特性
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a propagation radiation loss characteristic with respect to a wavelength of the waveguide of FIG. 1;

【図3】図1の導波路のコアモード及び第2クラッドモ
ードの伝搬定数の波長に対する特性の例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of characteristics of a propagation constant of a core mode and a second cladding mode of the waveguide of FIG. 1 with respect to wavelength;

【図4】多波長用分波・光検出集積回路の1例の断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an example of a multi-wavelength demultiplexing / photodetection integrated circuit.

【図5】本発明による導波路の一般的な構造を示す断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a general structure of a waveguide according to the present invention.

【図6】コアを薄くした場合の伝搬放射損失特性を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating propagation radiation loss characteristics when a core is thinned.

【図7】結合層の厚さを変えたときの伝搬放射損失特性
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing propagation radiation loss characteristics when the thickness of a coupling layer is changed.

【図8】結合層の屈折率、厚さをコアの屈折率、厚さに
近づけた場合の伝搬放射損失特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing propagation radiation loss characteristics when the refractive index and thickness of the coupling layer are close to the refractive index and thickness of the core.

【図9】結合層の厚さを導波路方向にテーパ状にした例
の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an example in which the thickness of the coupling layer is tapered in the waveguide direction.

【図10】TM偏光を対象にした場合の伝搬放射損失特
性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating propagation radiation loss characteristics when TM polarized light is targeted.

【図11】光分波・TE・TM偏光個別検出回路の1例
を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of an optical demultiplexing / TE / TM polarization individual detection circuit.

【図12】多波長用光分波・TE・TM偏光個別検出回
路の1例を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a multi-wavelength optical demultiplexing / TE / TM polarization individual detection circuit.

【図13】結合層の屈折率を変化させた場合の伝搬損失
特性の1例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a propagation loss characteristic when the refractive index of the coupling layer is changed.

【図14】従来のマッハツェンダ干渉型分波器の1例の
構成を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional Mach-Zehnder interference type duplexer.

【図15】従来のグレーティング型分波器の1例の構成
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional grating type duplexer.

【図16】従来の非対称方向性結合器型分波器の1例の
構成と特性を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration and characteristics of an example of a conventional asymmetric directional coupler type duplexer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コア 2…第1クラッド層 3…第2クラッド層(結合層) 4…第3クラッド層 5…基板 C…多層クラッド 7…光検出器 11〜13…分波器 14…TE偏光検出器 15…TM偏光検出器 16…TE偏光分波器 17…TM偏光分波器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core 2 ... 1st cladding layer 3 ... 2nd cladding layer (coupling layer) 4 ... 3rd cladding layer 5 ... Substrate C ... Multi-layer cladding 7 ... Photodetector 11-13 ... Branching filter 14 ... TE polarization detector 15 TM polarization detector 16 TE polarization splitter 17 TM polarization splitter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 JICST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 導波路の表面から順に、少なくとも、コ
ア層、3層以上のクラッド層、基板からなり、最外クラ
ッド層以外の中間の特定のクラッド層の屈折率を他のク
ラッド層に比較して相対的に高くして結合層とし、か
つ、基板の屈折率をコア層及び結合層よりも高くして、
コアの伝搬モードと結合層の伝搬モードの伝搬定数を特
定の波長のみで一致するように設定することにより、コ
ア中を伝搬する光の中の特定の波長の光を結合層へ分離
して結合すると共に、分離された光を結合層から基板へ
放射させるようにしたことを特徴とする導波路型光分波
回路。
1. A refractive index of at least a core layer, three or more clad layers, and a substrate in order from the surface of the waveguide, and the refractive index of a specific intermediate clad layer other than the outermost clad layer is compared with other clad layers. And relatively high to the bonding layer, and the refractive index of the substrate is higher than the core layer and the bonding layer,
By setting the propagation constants of the propagation mode of the core and the propagation mode of the coupling layer so as to match only at a specific wavelength, light of a specific wavelength in the light propagating through the core is separated and coupled to the coupling layer. A waveguide type optical demultiplexing circuit, wherein the separated light is emitted from the coupling layer to the substrate.
【請求項2】 基板を半導体で形成し、基板上に放射さ
れた光を検出する光検出器を集積化したことを特徴とす
る請求項1記載の導波路型光分波回路。
2. The waveguide type optical demultiplexing circuit according to claim 1, wherein the substrate is formed of a semiconductor, and a photodetector for detecting light emitted on the substrate is integrated.
【請求項3】 前記コア層と結合層と結合層以外のクラ
ッド層の少なくとも1層を屈折率可変材料で形成して、
その層の屈折率を変化させることにより、伝搬光の強度
変調又はスイッチングを行うようにしたことを特徴とす
る請求項1又は2記載の導波路型光分波回路。
3. The method according to claim 1, wherein at least one of the core layer, the coupling layer, and the cladding layer other than the coupling layer is formed of a variable refractive index material.
3. The waveguide type optical demultiplexing circuit according to claim 1, wherein intensity modulation or switching of propagation light is performed by changing a refractive index of the layer.
【請求項4】 導波路の表面から順に、少なくとも、コ
ア層、3層以上のクラッド層、基板からなり、最外クラ
ッド層以外の中間の特定のクラッド層の屈折率を他のク
ラッド層に比較して相対的に高くして結合層とし、か
つ、基板の屈折率をコア層及び結合層よりも高くして、
コアの伝搬モードと結合層の伝搬モードの伝搬定数を特
定の波長のTE又はTM偏光のみで一致するように設定
することにより、コア中を伝搬する光の中の特定の波長
のTE又はTM偏光の光を結合層へ分離して結合すると
共に、分離された光を結合層から基板へ放射させるよう
にしたことを特徴とする導波路型光分波回路。
4. A refractive index of at least a core layer, three or more cladding layers, and a substrate in order from the surface of the waveguide, and a refractive index of an intermediate specific cladding layer other than the outermost cladding layer is compared with other cladding layers. And relatively high to the bonding layer, and the refractive index of the substrate is higher than the core layer and the bonding layer,
By setting the propagation constant of the propagation mode of the core and the propagation mode of the coupling layer to coincide only with the TE or TM polarized light of a specific wavelength, the TE or TM polarized light of a specific wavelength in the light propagating through the core is set. Wherein the separated light is coupled to the coupling layer, and the separated light is emitted from the coupling layer to the substrate.
【請求項5】 基板を半導体で形成し、基板上に放射さ
れた光を検出する光検出器を集積化したことを特徴とす
る請求項4記載の導波路型光分波回路。
5. The waveguide type optical demultiplexing circuit according to claim 4, wherein the substrate is formed of a semiconductor, and a photodetector for detecting light emitted on the substrate is integrated.
【請求項6】 伝搬定数が一致する波長が相互に異なる
請求項4又は5の導波路型光分波回路を複数個縦列に接
続することにより偏光分離、波長分波を共に行うように
したことを特徴とする導波路型光分波回路。
6. A plurality of waveguide-type optical demultiplexing circuits according to claim 4 or 5, wherein a plurality of waveguide type optical demultiplexing circuits are connected in tandem to perform both polarization separation and wavelength demultiplexing. A waveguide type optical demultiplexing circuit characterized by the above-mentioned.
JP643992A 1992-01-17 1992-01-17 Waveguide type optical demultiplexing circuit Expired - Fee Related JP3103417B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP643992A JP3103417B2 (en) 1992-01-17 1992-01-17 Waveguide type optical demultiplexing circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP643992A JP3103417B2 (en) 1992-01-17 1992-01-17 Waveguide type optical demultiplexing circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06186448A JPH06186448A (en) 1994-07-08
JP3103417B2 true JP3103417B2 (en) 2000-10-30

Family

ID=11638434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP643992A Expired - Fee Related JP3103417B2 (en) 1992-01-17 1992-01-17 Waveguide type optical demultiplexing circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3103417B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4183716B2 (en) 2006-03-29 2008-11-19 住友大阪セメント株式会社 Optical waveguide device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1991年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集 分冊4 221頁

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06186448A (en) 1994-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10809459B2 (en) Integrated polarization splitter and rotator including a PDL tuning region
US11249254B2 (en) Wavelength division multiplexing filter for multiplexing or demultiplexing using cascaded frequency shaping
US5946331A (en) Integrated multi-wavelength transmitter
US6201909B1 (en) Wavelength selective optical routers
JP5315792B2 (en) Light modulator
US20020089711A1 (en) Photonic devices for optical and optoelectronic information processing
US20160315451A1 (en) Tunable Optical Apparatus
WO2011090575A2 (en) Optical modulator using a dual output laser embedded in a mach zehnder interferometer
JP2003149614A (en) High-speed wavelength switch
Doerr et al. Wavelength-division multiplexing cross connect in InP
US5054873A (en) High density integrated optical multiplexer/demultiplexer
US6571031B1 (en) Device for multiplexing/demultiplexing and method therewith
JP3103417B2 (en) Waveguide type optical demultiplexing circuit
US7330658B2 (en) Device and method for optical add/drop multiplexing
EP2437087A1 (en) A tunable optical filter, an optical device integrating such filter and a method of filtering an optical signal
JP2014191088A (en) Optical wavelength filter
US11546063B1 (en) Laser light source and optical network system
JP2003107260A (en) Array waveguide grid element
Ura et al. Research progress on free-space-wave add/drop multiplexing for WDM optical-interconnect system in packaging
JP2001085799A (en) Light transmitting/receiving device
JPS61248009A (en) Optical multiplexer and demultiplexer
Wu High-speed (tildens) polarization-independent tunable filters for WDM and ATM switches
Ura et al. Cavity-resonator-integrated grating input/output couplers for WDM optical-interconnect system in package
JP2003322739A (en) Wavelength multiplexed communication module
JPH01178937A (en) Optical demultiplexing element

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees