專利名稱：光分路裝置及光耦合模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光通信等中用于將信號(hào)光分路的光分路裝置。
背景技術(shù)：
在光通信等中，根據(jù)需要使用著將輸入信號(hào)光分路為多數(shù)的光分路裝置。
圖23是表示以往的4分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。在以往的4分路裝置中，一次將基部的導(dǎo)波路徑分路為4個(gè)導(dǎo)波路徑2a、2b、3、4。圖24是表示對(duì)于圖23所示的以往的4分路裝置，將分路導(dǎo)波路徑的光輸出模擬時(shí)的導(dǎo)波路徑的尺寸的圖。橫軸表示橫方向的長(zhǎng)度X，縱軸表示縱方向的長(zhǎng)度Z。
圖25是表示模擬結(jié)果的圖。橫軸表示各導(dǎo)波路徑的導(dǎo)波路徑寬度，縱軸表示外側(cè)的導(dǎo)波路徑3和4相對(duì)于內(nèi)側(cè)的導(dǎo)波路徑2a和2b的輸出比(內(nèi)/外比)。Δn表示導(dǎo)波路徑的芯部和包覆部的折射率差。如圖25所示，隨著導(dǎo)波路徑寬度的變化，內(nèi)/外比變化。另外，根據(jù)Δn的變化，內(nèi)/外比也變化。另外，雖然希望在光分路裝置中分路后的各分路導(dǎo)波路徑中的光輸出等同均勻，但是如圖25所示，在以往的光分路裝置中，導(dǎo)波路徑寬度或，芯部與包覆層的折射率差(Δn)的參差不均而引起各分路導(dǎo)波路徑的輸出大寬度變動(dòng)。因此，由于制造條件的參差偏差，而引起在分路后的各光導(dǎo)波的輸出中出現(xiàn)參差不均，存在不能保持一定的品質(zhì)，而良好制造的問(wèn)題。
另外，最初分路為3條導(dǎo)波路徑，其后將中央的導(dǎo)波路徑進(jìn)一步分路為2條的4分路裝置，作為以往的4分路裝置，以被周知(特開(kāi)平8-271744號(hào)公報(bào))。在這種光分路裝置中，優(yōu)選為，在最初的3條分路時(shí)，以中央的導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度成為兩側(cè)的導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度的兩倍的方式，即以成為1∶2∶1的輸出的方式分路后，通過(guò)中央的導(dǎo)波路徑進(jìn)一步以成為1∶1的光強(qiáng)度比的方式而2條分路，最終的4條分路以1∶1∶1∶1的等量光輸出而被分路。
圖26是表示上述的4分路裝置的最初的3分路的部分的俯視圖。從基部導(dǎo)波路徑1，直線狀分路為3條分路光路2、3、4。已經(jīng)周知，在這種3分路導(dǎo)波路徑中，若將導(dǎo)波路徑2和導(dǎo)波路徑3以及導(dǎo)波路徑4所成的分路角θ做成1°以下，則分路路徑3∶分路路徑2∶分路路徑4的光強(qiáng)度比為1∶2∶1(通信教育講座課文〔入門講座光導(dǎo)波路徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和實(shí)際〕第4～5頁(yè)、第14頁(yè)～第19頁(yè)、第25頁(yè)～第32頁(yè)、以及第66頁(yè)～第71頁(yè)、技術(shù)信息協(xié)會(huì)發(fā)行)。
因此，通過(guò)在圖26所示的3分路導(dǎo)波路徑中，制作將分路角θ做成1°以下3分路導(dǎo)波路徑并將中央的分路導(dǎo)波路徑進(jìn)一步分路為兩條，則能夠得到各分路導(dǎo)波路徑的輸出比等同的4分路裝置。圖27表示這種4分路導(dǎo)波路徑裝置的俯視圖。在圖27所示的4分路導(dǎo)波路徑裝置中，由于將分路角θ設(shè)定為1°，并與光纖陣列連接，因此最終的4條光分路間的間隔被設(shè)定為250μm。光纖陣列被廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域，其中光纖以250μm的間距排列配置。因此，分路長(zhǎng)度成為21.5mm，成了長(zhǎng)度非常長(zhǎng)的4分路導(dǎo)波路徑裝置。若導(dǎo)波路徑如此長(zhǎng)度變長(zhǎng)，由于插入損失變大(-10log(輸出/輸入之比)，單位dB)，因此并非優(yōu)選。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種即使在較短的波長(zhǎng)也能夠?qū)⒎致泛蟮墓廨敵鼍鶆蚧墓夥致费b置，以及使用該光分路裝置的光耦合模塊。
本發(fā)明是由基部的導(dǎo)波路徑分路為三條分路導(dǎo)波路徑的光分路裝置，其特征在于，包括分路部，其具有從所述基部的導(dǎo)波路徑連續(xù)地以直線狀延伸的第一分路導(dǎo)波路徑，以及從所述基部的導(dǎo)波路徑分開(kāi)并夾持所述第一分路導(dǎo)波路徑且沿著各自偏離所述第一分路導(dǎo)波路徑的方向延伸的第二和第三分路導(dǎo)波路徑；平行部，其由從所述分路部連續(xù)地設(shè)置的第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑構(gòu)成，所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以相對(duì)于所述第一分路導(dǎo)波路徑平行的方式定位；離散部，由從所述平行部連續(xù)地設(shè)置的第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑構(gòu)成，所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以漸漸地偏離所述第一分路導(dǎo)波路徑的方式延伸。
在本發(fā)明中，在分路部和離散部之間，設(shè)置平行部，其第二和第三分路導(dǎo)波路徑以相對(duì)于所述第一分路導(dǎo)波路徑成為平行的方式而定位。通過(guò)設(shè)置這種平行部，使中央的第一分路導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度及其兩側(cè)的第二和第三分路導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度穩(wěn)定化。
在本發(fā)明中，優(yōu)選為，所述第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑，由折射率相對(duì)較高的芯部以及設(shè)置于該芯部周圍的折射率相對(duì)較低的包覆部構(gòu)成，且將所述P以及所述Δn設(shè)定成由將所述平行部中的所述第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑的橫方向的相互間隔間距P(μm)以及所述芯部與所述包覆部的折射率差Δn代入式子C＝Δn·P2而算出的C滿足關(guān)系C＝0.5±0.2。通過(guò)將所述P以及所述Δn設(shè)定成由將所述平行部中的所述第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑的橫方向的相互間隔間距P(μm)，以及所述芯部與所述包覆部的折射率差Δn代入式子C＝Δn·P2而算出的C滿足關(guān)系C＝0.5±0.2，使中央的第一分路導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度及其兩側(cè)的第二和第三分路導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度穩(wěn)定化。也就是說(shuō)，即使光導(dǎo)波路徑的寬度或芯部以及包覆部的折射率差Δn產(chǎn)生參差不均，也能夠降低該參差不均引起的影響而生成出光分路裝置。
在本發(fā)明中，雖然在分路部和離散部之間設(shè)置平行部是必要的，但優(yōu)選為該平行部的長(zhǎng)度盡可能短。具體地，該平行部的長(zhǎng)度優(yōu)選為10μm以下。若平行部的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，則第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑之間的導(dǎo)波路徑光的相互作用變得過(guò)大，出現(xiàn)第二導(dǎo)波路徑第一導(dǎo)波路徑第三導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度分布偏離1∶2∶1的理想強(qiáng)度比的情況。
在本發(fā)明中，優(yōu)選為，分路部的第二和第三分路導(dǎo)波路徑以直線狀延伸。也就是說(shuō)，優(yōu)選為，在分路部中，第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑分別以直線狀延伸而分路。即，優(yōu)選為，形成以圖26所示的直線狀分路為三條的分路導(dǎo)波路徑。另外，分路角θ優(yōu)選為1°以下。通過(guò)形成這種分路導(dǎo)波路徑，能夠分路為各導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度比為1∶2∶1的比率。
在本發(fā)明中，通過(guò)如上所述的分路部而分路為三條后，設(shè)置平行部，并進(jìn)而設(shè)置離散部。在離散部中，優(yōu)選為，第二及第三分路導(dǎo)波路徑，以比分路部中的分路更加急激地遠(yuǎn)離第一分路導(dǎo)波路徑的方式，而被分路。優(yōu)選為，例如以相對(duì)于第一分路導(dǎo)波路徑以圓弧狀遠(yuǎn)離的方式而形成第二和第三分路導(dǎo)波路徑。這樣，通過(guò)以圓弧狀形成離散部中的第二和第三分路導(dǎo)波路徑，能夠縮短光分路裝置的長(zhǎng)度。
在本發(fā)明中，也可以是，第一分路導(dǎo)波路徑進(jìn)而分路為兩條分路導(dǎo)波路徑以此由基部的導(dǎo)波路徑分路為四條導(dǎo)波路徑的四分路裝置。如上所述，若根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⒌诙?dǎo)波路徑第一導(dǎo)波路徑第三導(dǎo)波路徑光強(qiáng)度比做成理想的1∶2∶1的比率。通過(guò)將第一分路導(dǎo)波路徑進(jìn)而分離為兩條分路導(dǎo)波路徑，則能夠?qū)⑺臈l分路導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度比做成1∶1∶1∶1的比率。優(yōu)選為，將第一分路導(dǎo)波路徑分路的兩個(gè)分路導(dǎo)波路徑以成為1∶1的光強(qiáng)度比的方式形成，因此，優(yōu)選為，兩條分路導(dǎo)波路徑以成為左右對(duì)稱的形狀的方式形成。
本發(fā)明的光耦合模塊的特征在于，具有上述的光分路裝置，以及連接在所述光分路裝置的各導(dǎo)波路徑的端部的光纖。
由于本發(fā)明的光耦合模塊使用上述的本發(fā)明的光分路裝置，因此各分路導(dǎo)波路徑中的光強(qiáng)度穩(wěn)定，能夠減小由制造條件等引起的參差不均的影響。另外，由于上述本發(fā)明的光分路裝置能夠?qū)⑵鋵?dǎo)波路徑的長(zhǎng)度縮短，因此能夠?qū)⑹褂么说谋景l(fā)明的光耦合模塊小型化。
在本發(fā)明中，導(dǎo)波路徑由折射率相對(duì)較高的芯部以及設(shè)置于該芯部周圍的折射率相對(duì)較低的包覆部構(gòu)成。雖然形成芯部及包覆部的材料不做特別限定，若是能夠形成光導(dǎo)波路徑的芯部及包覆部的，也不做特別限定，但是本發(fā)明中優(yōu)選為特別地由樹脂性材料形成芯部及包覆部。
作為樹脂性材料優(yōu)選為使用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體。通過(guò)使用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，能夠做成光傳輸特性優(yōu)良，且耐熱性、耐藥品性以及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良的光導(dǎo)波路徑。
有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，可以由例如有機(jī)聚合物和金屬醇化物構(gòu)成。另外，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體有至少一種金屬醇化物形成。此時(shí)，優(yōu)選為由至少兩種金屬醇化物。
在上述的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體中，通過(guò)將有機(jī)聚合物與金屬醇化物的組合或至少兩種金屬醇化物的組合適宜地調(diào)整，能夠調(diào)整最終形成的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的折射率。
作為金屬醇化物可以使用具有通過(guò)光(紫外線)或熱聚合的聚合性基的金屬醇化物。此時(shí)優(yōu)選為使用具有通過(guò)光(紫外線)或熱聚合的聚合性基的金屬醇化物，和沒(méi)有該聚合性基的金屬醇化物的組合。作為上述的聚合性基，可以舉出，甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、乙烯基、以及苯乙烯基等。在通過(guò)紫外線照射而硬化的包覆部或芯層是由包含金屬醇化物的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體形成的情況下，作為金屬醇化物，優(yōu)選為，包含具有通過(guò)光或紫外線聚合的聚合性基金屬醇化物。
在使用具有聚合性基的金屬醇化物的情況下，優(yōu)選為通過(guò)光或熱是金屬醇化物的聚合性基聚合。
作為金屬醇化物，可以舉例如下Si、Ti、Zr、Al、Sn、Zn、Nb等的金屬醇化物。特別是優(yōu)選為Si、Ti、Zr或Nb的金屬醇化物。因此，優(yōu)選使用，烷氧基硅烷、鈦醇化物、鋯醇化物、或鈮醇化物。特別優(yōu)選使用烷氧基硅烷。
作為烷氧基硅烷，可以舉例如下四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、4-n-丙氧基硅烷、四異丙氧基硅烷、4-n-丁氧基硅烷、四異丁氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷(phTES)、苯基三甲氧基硅烷(phTMS)、二苯基二甲氧基硅烷、以及二苯基二乙氧基硅烷。
作為上述具有可聚合性基的烷氧基硅烷，可以舉例如下3-甲基丙烯?；已趸柰?MPTES)、3-甲基丙烯?；籽趸柰?MPTMS)、3-甲基丙烯?；谆籽趸柰?、3-丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷、p-苯乙烯基三乙氧基硅烷、p-苯乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、以及乙烯基三乙氧基硅烷。
作為鈦的醇化物，可以舉例如下鈦的異丙醇化物和鈦的丁醇化物等。作為鋯的醇化物，可以舉例如下鋯異丙醇化物和鋯的丁醇化物等。
作為鈮的醇化物，可以舉例為鈮的異丙醇化物。
作為金屬醇化物，可以用上述的物質(zhì)，一般地，也可以用由式M(OR)n、R’M(OR)n-1以及R’2M(OR)n-2(這里，M是金屬，n是2、3、4、或5，R和R’表示有機(jī)基)所表示的金屬醇化物。作為有機(jī)基的例子可以舉出烷基、芳基、具有上述的聚合性基的有機(jī)基等。作為M的例子，如上所述，可以舉出Si、Ti、Zr、Al、Sn、Zn、Nb等。另外，作為烷基優(yōu)選為碳原子數(shù)為1～5的烷基。
在由有機(jī)聚合物和金屬醇化物形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的情況下，有機(jī)聚合物可以是能夠和金屬醇化物形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的物質(zhì)。作為有機(jī)聚合物的例子，可以舉出例如具有羰基的高分子聚合物，以及具有苯環(huán)的高分子聚合物以及具有萘環(huán)的高分子聚合物。
作為有機(jī)聚合物的具體例子，可以舉出例如聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚胺、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂。從形成光學(xué)透過(guò)性優(yōu)良的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂或其混合物。
在通過(guò)光(紫外線)的照射使有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體硬化的情況下，優(yōu)選為，在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體中含有光聚合開(kāi)始劑。通過(guò)包含光聚合開(kāi)始劑可以利用少量的光(紫外線)折射率使之硬化。
作為光聚合開(kāi)始劑的具體例子，可以舉出例如，芐基酮縮醇、a-羥基苯乙酮、a-胺基苯乙酮、酰磷化氫氧化物、1-羥基-環(huán)己基-苯基-甲酮，2-芐基-2-二甲胺基丙-1-(4-對(duì)氧氮己環(huán)苯基)-丁烷-1，三氯甲基三嗪、二苯基碘化鹽、三苯基锍鹽、亞胺磺酸鹽。
另外，作為樹脂基材料，也可以使用UV硬化樹脂。作為UV硬化樹脂，可以舉例如下例如以環(huán)氧樹脂為主要成分做成的環(huán)氧系硬化樹脂，丙烯酸系UV硬化樹脂，環(huán)氧丙烯酸系硬化樹脂，聚氨酯系UV硬化樹脂以及氨基甲酸乙酯丙烯酸系UV硬化樹脂。
按照本發(fā)明，可以做成即使在較短的導(dǎo)波路徑也能夠?qū)⒎致泛蟮母鲗?dǎo)波路徑的光輸出均勻化的光分路裝置。
另外，由于本發(fā)明的光分路裝置受制造條件的參差不均的影響較弱，因此能夠生產(chǎn)性良好地制造一定品質(zhì)的器件。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的又一其他實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。
圖4是表示模擬的導(dǎo)波路徑的尺寸形狀的俯視圖。
圖5是表示圖4所示的點(diǎn)線A的導(dǎo)波路徑圖案的模擬結(jié)果的圖。
圖6是表示圖4所示的點(diǎn)線B的導(dǎo)波路徑圖案的模擬結(jié)果的圖。
圖7是表示芯部與包覆部的折射率差Δn，與導(dǎo)波路徑的橫方向的間隔間距P、以及與光分布光纖陣列的關(guān)系的圖。
圖8是表示使折射率差Δn變化而使C變化時(shí)的光強(qiáng)度分布的圖。
圖9是表示使導(dǎo)波路徑間的間隙變化而使C變化時(shí)的光強(qiáng)度分布的圖。
圖10是表示C和重疊部的光強(qiáng)度r的關(guān)系的圖。
圖11是表示C和導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度的內(nèi)/外比的關(guān)系的圖。
圖12是表示用于根據(jù)本發(fā)明的又一其他實(shí)施例的模擬的導(dǎo)波路徑的輪廓的圖。
圖13是表示圖12所示的實(shí)施例的導(dǎo)波路徑寬度和折射率差Δn和內(nèi)/外比的關(guān)系的圖。
圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的又一其他實(shí)施例的光分路裝置的俯視圖。
圖15是表示圖14所示的光分路裝置的輸出側(cè)端面的側(cè)視圖。
圖16是表示圖14所示的光分路裝置和光纖的接合狀態(tài)的主視圖。
圖17是表示圖16的光纖的配置狀態(tài)的側(cè)視圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造工藝的剖面圖。
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造工藝的剖面圖。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光耦合裝置的立體圖。
圖21是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光耦合裝置的分解立體圖。
圖22是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光耦合裝置的剖面圖。
圖23是表示以往的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。
圖24是表示用于以往的光分路裝置的模擬光導(dǎo)波圖案的圖。
圖25是表示以往的光分路裝置中的導(dǎo)波路徑寬度和折射率差Δn和內(nèi)/外比的關(guān)系的圖。
圖26是表示以往的光分路裝置的分路部的俯視圖。
圖27是表示以往的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施例，在不脫離其要旨的范圍內(nèi)適宜變更且實(shí)施也是可能的。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。本實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑，由基部10、分路部11、平行部12、以及離散部13構(gòu)成。在分路部11中，由基部10的導(dǎo)波路徑1分路為三條分路導(dǎo)波路徑，即第一分路導(dǎo)波路徑2、第二分路導(dǎo)波路徑3、以及第三分路導(dǎo)波路徑4三條。第一分路導(dǎo)波路徑2由導(dǎo)波路徑1連續(xù)地以直線狀延伸。第二分路導(dǎo)波路徑3和第三分路導(dǎo)波路徑4，以如下方式設(shè)計(jì)，其夾著第一導(dǎo)波路徑2，向著分別遠(yuǎn)離第一分路導(dǎo)波路徑2的方向而直線狀延伸。
從分路部11連續(xù)地設(shè)置平行部12。平行部12，其長(zhǎng)度非常短，作為離散部13和分路部11之間的邊界區(qū)域而被設(shè)置。離散部13，由直線狀連續(xù)延伸的第一分路導(dǎo)波路徑2，以及從第一分路導(dǎo)波路徑2出發(fā)以圓弧狀漸漸地遠(yuǎn)離而延伸的第二導(dǎo)波路徑3和第三導(dǎo)波路徑4構(gòu)成。第二導(dǎo)波路徑3和第三導(dǎo)波路徑4，被形成為圓弧狀。其曲率半徑雖不做特別限定，但優(yōu)選為大約40000μm～60000μm。
如上所述，雖然在本實(shí)施例中平行部12以非常短地形成，但在該平行部12中，第二分路路徑3和第三分路路徑4以相對(duì)于第一分路路徑2平行的方式而被設(shè)計(jì)。因此，形成為圓弧狀的第二分路路徑3和第三分路路徑4的平行部12的接線3a和4a變得與第一分路導(dǎo)波路徑2平行。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。本實(shí)施例中，在離散部13，第一分路路徑2被分路為兩個(gè)分路導(dǎo)波路徑2a和2b。因此，由基部的導(dǎo)波路徑1被最終分路為四條導(dǎo)波路徑3、2a、2b、4。
在圖2所示的實(shí)施例中，分路部11的第一分路導(dǎo)波路徑2和第二分路導(dǎo)波路徑3之間，以及第二導(dǎo)波路徑3和第三導(dǎo)波路徑4之間的分路角θ為0.3°。
另外，10a表示基部10中的導(dǎo)波路徑1的光強(qiáng)度分布，12a表示平行部12中的導(dǎo)波路徑2、3、4的光強(qiáng)度分布。如光強(qiáng)度分布12a所示，在平行部12中，導(dǎo)波路徑3∶導(dǎo)波路徑2∶導(dǎo)波路徑4的光強(qiáng)度分布成為1∶2∶1的比率。由于導(dǎo)波路徑2在其末端進(jìn)一步被分路為兩條導(dǎo)波路徑，導(dǎo)波路徑2a和導(dǎo)波路徑2b，因此，最終的導(dǎo)波路徑3∶導(dǎo)波路徑2a∶導(dǎo)波路徑2b∶導(dǎo)波路徑4的光強(qiáng)度分布成為1∶1∶1∶1。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一其他實(shí)施例的光分路裝置的導(dǎo)波路徑的俯視圖。在本實(shí)施例中，與圖2所示實(shí)施例相比，平行部12的長(zhǎng)度變長(zhǎng)。優(yōu)選為平行部12的長(zhǎng)度盡可能短，優(yōu)選為例如10μm以下。
在平行部12中，成為導(dǎo)波路徑之間光重疊，導(dǎo)波路徑光互相可以相互作用的狀態(tài)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)這種狀態(tài)，成為1∶2∶1的光強(qiáng)度分布，即成為通信教育講座文本〔入門講座光導(dǎo)波路徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和實(shí)際〕第4～5頁(yè)、第14～19頁(yè)、第25～32頁(yè)以及第66～71頁(yè)(技術(shù)信息協(xié)會(huì)發(fā)行)的圖1.6(a)所示的7層板條導(dǎo)波路徑的0次模式相同的分布。
然而，若這種平行部的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，則平行部作為方向性耦合器而起作用，將光能在導(dǎo)波路徑間互相交換而作用，產(chǎn)生光的強(qiáng)度周期性地互相強(qiáng)弱作用的現(xiàn)象。因此，若平行部變長(zhǎng)，則光輸出周期性地偏離1∶2∶1的比例。因此，在本發(fā)明中，雖然平行部的存在是必要的，但優(yōu)選為平行部的長(zhǎng)度盡可能短。
圖4是用以表示，用于模擬在將平行部12的長(zhǎng)度做短的情況下和做長(zhǎng)的情況下的光強(qiáng)度的穩(wěn)定性的，導(dǎo)波路徑的尺寸形狀的俯視圖。在圖4所示的實(shí)施例中，基部10的長(zhǎng)度做成1000μm，分路部11的長(zhǎng)度做成2000μm。在虛線所示的情況下，將三個(gè)導(dǎo)波路徑2、3、4的平行部12的長(zhǎng)度做得較長(zhǎng)，將其長(zhǎng)度做成1000μm。在平行部12中，各導(dǎo)波路徑間的間隔間距是10μm。在虛線B所示的情況下，形成離散部13，將平行部12限定于分路部11和離散部13的邊界區(qū)域。在虛線B的情況下，將離散部13的長(zhǎng)度做成1000μm。
另外，將各導(dǎo)波路徑的寬度做成7μm，將形成導(dǎo)波路徑的芯部和包覆部的折射率Δn做成0.005而進(jìn)行模擬。另外，模擬基于通信教育講座文本〔入門講座光導(dǎo)波路徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和實(shí)際〕第4～5頁(yè)、第14～19頁(yè)、第25～32頁(yè)以及第66～71頁(yè)(技術(shù)信息協(xié)會(huì)發(fā)行)所記載的光束傳送法(BPM)而進(jìn)行。
圖5表示將平行部12的長(zhǎng)度做成了1000μm的虛線A的情況下的模擬結(jié)果。圖5(a)表示導(dǎo)波路徑的尺寸形狀，橫軸表示橫方向的長(zhǎng)度X，縱軸表示縱方向(導(dǎo)波路徑延伸的方向)的長(zhǎng)度Z。
圖5(b)表示中央的第一導(dǎo)波路徑2以及兩側(cè)的第二導(dǎo)波路徑3和第三導(dǎo)波路徑4中的光強(qiáng)度(任意單位)。
圖6表示在形成有離散部13的虛線B的情況下的模擬結(jié)果。圖6(a)表示導(dǎo)波路徑的尺寸形狀，圖6(b)表示中央的第一導(dǎo)波路徑2以及兩側(cè)的第二和第三導(dǎo)波路徑中的光強(qiáng)度(任意單位)。
從圖5和圖6的比較可以明確看出，在將平行部12的長(zhǎng)度做得較長(zhǎng)的情況下，圖5所示的中央的導(dǎo)波路徑和兩側(cè)的導(dǎo)波路徑的光強(qiáng)度不穩(wěn)定。與此對(duì)應(yīng)，可以看出，在將平行部12限定于分路部11和離散部13的邊界區(qū)域而形成的情況下，中央的導(dǎo)波路徑2和兩側(cè)導(dǎo)波路徑3、4的光強(qiáng)度是穩(wěn)定的。
以上結(jié)果很明確，即在本發(fā)明中，優(yōu)選為將平行部的長(zhǎng)度盡可能做得較短。
在本發(fā)明中，關(guān)于平行部中的分路導(dǎo)波路徑的橫方向的相互間隔P(μm)，以及芯部與包覆部的折射率差Δn，有必要設(shè)定為通過(guò)將其代入式C＝Δn·P2后所算出的C滿足C＝0.5±0.2的關(guān)系。以下對(duì)此說(shuō)明。
如通信教育講座文本〔入門講座光導(dǎo)波路徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和實(shí)際〕第4～5頁(yè)、第14～19頁(yè)、第25～32頁(yè)以及第66～71頁(yè)(技術(shù)信息協(xié)會(huì)發(fā)行)所記載的，在導(dǎo)波路徑中，將波導(dǎo)路徑的間距在X方向做成r倍，與將芯部與包覆部的折射率差Δn做成1/r2倍是等價(jià)的現(xiàn)象。參照?qǐng)D7(a)說(shuō)明。
圖7(a)表示三個(gè)導(dǎo)波路徑的折射率14和各導(dǎo)波的光分布15。如圖7(a)所示，導(dǎo)波路徑寬度為W1(μm)，導(dǎo)波路徑的間隙為W2。假定導(dǎo)波路徑間隔的間距為P(μm)，則表示W(wǎng)1占P的比例為X，W2占P的比例為1-X。另外，Δn是芯部的折射率與包覆部的折射率之差。
如上所述，將波導(dǎo)路徑在橫方向設(shè)成r倍，和將芯部與包覆部的折射率差Δn做成1/r2倍是等價(jià)的，因此，下式所表示的C是固定不變的。
C＝Δn·P2圖7(b)所示的導(dǎo)波路徑，其導(dǎo)波路徑寬度是2μm，導(dǎo)波路徑間的間隙是1μm，芯部和包覆部的折射率差Δn是0.004。與此對(duì)應(yīng)，在圖7(c)中，將圖7(b)所示的波導(dǎo)路徑的布局在橫方向做成兩倍，將折射率差Δn做成1/4。因此，對(duì)于圖7(b)的導(dǎo)波路徑由上述式子算出的C，與圖7(c)的導(dǎo)波路徑C同值。因此，成為與圖7(c)的光導(dǎo)波路徑的光分布15相同的形狀，成為等價(jià)物。
接下來(lái)，將導(dǎo)波路徑的寬度W1做成7μm，將導(dǎo)波路徑間的間隙W2做成3μm，通過(guò)將Δn在0.003～0.008之間變化，并通過(guò)將C變化后的導(dǎo)波路徑圖案進(jìn)行模擬計(jì)算光強(qiáng)度分布。圖8表示計(jì)算結(jié)果。
如圖8所示，在各導(dǎo)波路徑圖案中得到三個(gè)光強(qiáng)度峰，這些對(duì)應(yīng)于三個(gè)導(dǎo)波路徑。中央的峰和兩側(cè)的峰之間的光強(qiáng)度變小的部分對(duì)應(yīng)于導(dǎo)波路徑間的間隙部分，一般認(rèn)為在該部分中產(chǎn)生導(dǎo)波路徑的光的重疊。若這些重疊部分的光強(qiáng)度變小，則表示導(dǎo)波路徑間的光重疊變小。
在圖8中，光強(qiáng)度的輪廓是上方為C的小輪廓，隨著C變大成為下方的輪廓。由圖8可以明確看出，C越大，r越小，則光的重疊越小。
接下來(lái)，與上述相同，將導(dǎo)波路徑寬度W1做成7μm，將折射率差Δn固定為0.005，則對(duì)于使導(dǎo)波路徑間的間隙x變化的各導(dǎo)波路徑圖案，通過(guò)模擬光強(qiáng)度而求得。圖9表示結(jié)果。
如圖9所示，可以看出，在使導(dǎo)波路徑間的間隙變化而使C變化的情況下，C越變大，重疊部分的光強(qiáng)度r變小，使得在導(dǎo)波路徑間的光的重疊變小。
圖10是表示圖8和圖9所示的重疊部分的光強(qiáng)度r和C之間的關(guān)系的圖。從圖10可以明確看出，隨著C變大，則重疊部的光強(qiáng)度r具有變小的傾向。因此，可以明白，C表征導(dǎo)波路徑間的光的重疊程度。
接下來(lái)，對(duì)于圖4的虛線B所示光分路導(dǎo)波路徑輪廓，通過(guò)模擬求算內(nèi)側(cè)導(dǎo)波路徑相對(duì)于外側(cè)的兩個(gè)導(dǎo)波路徑的光輸出比(內(nèi)/外比)與C之間的關(guān)系。另外，這里，將分路角θ做成0.3°，將離散部13的兩側(cè)的導(dǎo)波路徑的曲率半徑R做成45mm。
圖11是表示該結(jié)果的圖。如圖11所示，可以看出，在C為0.3～0.7的范圍內(nèi)，即0.5±0.2的范圍內(nèi)，內(nèi)/外比大約為1。因此，可以看出，若C成為0.5±0.2，則通過(guò)設(shè)定折射率差Δn和波導(dǎo)路徑的橫方向的間隔間距P，則能夠?qū)?nèi)/外比做成大約為1而得到穩(wěn)定的光強(qiáng)度。
另外，從圖10中可以看出，C為0.3～0.7的范圍，對(duì)應(yīng)于重疊部的光強(qiáng)度r是0.08～0.25的范圍，重疊部的光強(qiáng)度r優(yōu)選為0.08～0.25。
圖12是表示使導(dǎo)波路徑寬度和折射率差Δn變化而模擬時(shí)的導(dǎo)波路徑輪廓的圖。圖13表示使導(dǎo)波路徑寬度和折射率差Δn變化時(shí)的內(nèi)/外比。另外，在圖13中，導(dǎo)波路徑的橫方向的間隔間距P均為10μm，因此，在0.3～0.7的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)C。
由圖13明確可以看出，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將C調(diào)整成為0.5±0.2，則即使導(dǎo)波路徑的寬度和折射率差Δn變化，也能夠?qū)?dǎo)波路徑的光強(qiáng)度的內(nèi)/外比做成大約為1，而得到穩(wěn)定的光輸出。
圖14是表示本發(fā)明的又一其他光分路裝置的俯視圖?；?0的導(dǎo)波路徑1，在分路部11，分路為第一分路部2、第二分路部3和第三分路部4，分路后，且設(shè)置各導(dǎo)波路徑成為平行的平行部12后，設(shè)置沿著兩側(cè)的導(dǎo)波路徑3和4所遠(yuǎn)離中央的導(dǎo)波路徑2的方向而延伸的離散部13。在離散部13中，中央的導(dǎo)波路徑2，進(jìn)一步分路為兩條導(dǎo)波路徑2a和2b。結(jié)果分路為四條導(dǎo)波路徑。
圖15是表示光分路裝置的20的輸出側(cè)端面22的側(cè)視圖。如圖15所示，以降低導(dǎo)波路徑4和2a的位置并提高導(dǎo)波路徑2b和3的方式而設(shè)計(jì)。
圖16是表示在圖14所示的光分路裝置20的輸出側(cè)端面22連接光纖的狀態(tài)的主視圖。至于光纖，是將圖17所示的四條光纖16～19配置為與光分路裝置20的輸出側(cè)端面22的導(dǎo)波路徑2a、2b、3、4的各自的位置相對(duì)應(yīng)。通過(guò)將它們雙方互相突出，而接合光波導(dǎo)路徑和光纖。由此，將由光分路裝置的輸入側(cè)端面21所輸入的光信號(hào)輸入到導(dǎo)波路徑1，并將此分路為4條分路導(dǎo)波路徑后，能夠?qū)⒐鈧魉偷絹?lái)自輸出側(cè)端面22的四條光纖16～19。這里，雖然使用圖2或圖3所示的本發(fā)明的導(dǎo)波路徑分路結(jié)構(gòu)而得到內(nèi)/外比穩(wěn)定的光分路裝置，但是存在如下問(wèn)題，即相比于如圖23所示的以往的導(dǎo)波路徑分路結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)波路徑長(zhǎng)度變得長(zhǎng)20％。可是，通過(guò)將圖15和圖16所示的光纖以及輸出側(cè)端面的高度交互變更，能夠?qū)M方向的導(dǎo)波路徑的間的間距做得小于250μm，并能夠?qū)?dǎo)波路徑的長(zhǎng)度變短。因此，能夠以與以往相同程度的導(dǎo)波路徑長(zhǎng)度，得到穩(wěn)定的內(nèi)/外比。
當(dāng)然，為了不影響內(nèi)/外比，將輸出側(cè)端面的橫方向的導(dǎo)波路徑間的間距做成作為以往的光纖的間距的250μm，也可以將導(dǎo)波路徑完全做在同一平面上。
圖18和圖19是表示用于制造光分路裝置20的工藝的剖面圖。在本實(shí)施例中，芯層、下部包覆層和上部包覆層，使用由烷氧基硅烷形成的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體而形成。將芯層形成用溶液和包覆層形成用溶液以如下方式而調(diào)制。
〔芯層形成用溶液的調(diào)制〕通過(guò)將5.6ml的3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷(3-methacryloxy--propyltriethoxysilane)、5.8ml的苯基三乙氧基硅烷、1.65ml的鹽酸(2N)，以及21ml的乙醇混合后放置24小時(shí)，將3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷水解和縮聚。在得到的縮聚物4ml中加入作為聚合引發(fā)劑的1-羥基環(huán)己基苯基酮10mg，并加熱到100℃，由此將乙醇蒸發(fā)除去而得到粘性液體A。在1g的粘性液體A中混合3ml的三甲基乙氧基硅烷和0.8ml的三氟乙酸酐，放置24小時(shí)后，加熱干燥到100℃，由此蒸發(fā)除去過(guò)剩的三甲基乙氧基硅烷和三氟乙酸酐，而得到粘性液體B。將該粘性液體B用作芯層形成用溶液。在這種芯層形成用溶液中形成的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的折射率是1.519。
〔包覆層形成用溶液的調(diào)制〕在上述的芯層形成用溶液的調(diào)制中，以如下方式調(diào)整而制作，使3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷的混合比變化，從而使折射率變小0.004。
圖18表示形成導(dǎo)波路徑1的區(qū)域的制造工藝。如圖18(a)所示，在玻璃基板23表面，滴下包覆層形成用溶液24。接下來(lái)，如圖18(b)所示，將具有凸部25a的模型25壓抵在包覆層形成用溶液24的層上，在該種狀態(tài)下從基板23側(cè)照射紫外線，由此使溶液24硬化，而形成具有與凸部25a相對(duì)應(yīng)的凹槽24a的下部包覆層24。
接下來(lái)，如圖18(c)所示，在下部包覆層24的表面，滴下芯層形成用溶液26。接下來(lái)，如圖18(d)所示，將平板27壓抵在下部包覆層24的表面，施加一定載荷，并從基板23側(cè)照射紫外線，如圖18(e)所示，使層形成用溶液硬化，從而形成上部包覆層28。
接下來(lái)，將平板27除去后，在下部包覆層24和芯層1表面滴下包覆層形成用溶液，并從基板23側(cè)照射紫外線，使包覆層形成用溶液硬化，而形成上部包覆層28。
圖19是表示形成導(dǎo)波路徑4和2b的部分的制造工藝的剖面圖。導(dǎo)波路徑4和導(dǎo)波路徑2b，形成于高度不同的位置。
如圖19(a)所示，在玻璃基板23表面，滴下包覆層形成用溶液24。接下來(lái)，如圖19(b)所示，壓抵在不同位置具有凸部25b和25c的模型25，在該種狀態(tài)下從基板23側(cè)照射紫外線而使包覆層形成用溶液硬化，而形成具有凹槽24b和24c的下部包覆層24。
接下來(lái)，如圖19(c)所示，滴下芯層形成用溶液26。如圖19(d)所示將平板27壓抵，在該種狀態(tài)下從基板23側(cè)照射紫外線而使芯形成用溶液硬化，從而形成導(dǎo)波路徑4和2b。接下來(lái)，將平板27除去后，在下部包覆層24以及芯層4和2b表面，滴下包覆層形成用溶液，并從基板23側(cè)照射紫外線，如圖19(e)所示形成上部包覆層28。
導(dǎo)波路徑2a和導(dǎo)波路徑3，也能夠與上述相同地形成。
在上述的制造工藝中，通過(guò)調(diào)整芯層形成用溶液以及包覆層形成用溶液的成分等，能夠調(diào)整芯部和包覆部的折射率Δn。另外，可以通過(guò)調(diào)整用于形成導(dǎo)波路徑的模型的凸部的位置以及尺寸形狀等而調(diào)整導(dǎo)波路徑的間隔間距P。
圖20和圖21是表示本發(fā)明的光耦合裝置的一實(shí)施例的立體圖和分解立體圖。
如圖20所示，在光分路裝置29中，采用導(dǎo)波路徑4、2a、2b、3均位于同一平面上的結(jié)構(gòu)。輸出端面?zhèn)鹊膶?dǎo)波路徑之間的間距是250μm。在光分路裝置29的輸入端面?zhèn)?1的導(dǎo)波路徑1上連接光纖32。利用UV硬化樹脂將光纖32固定在形成于輸入側(cè)基板30上的V型槽31上。
在光分路裝置29的輸出側(cè)端面22的各導(dǎo)波路徑4、2a、2b、3上連接光纖16、17、18、19。光纖16、17、18、19以250μm的間距排列配置。利用UV硬化樹脂將光纖16、17、18、19固定在形成于輸出側(cè)基板40上的四個(gè)V型槽41上。光分路裝置的29的輸出側(cè)端面22和基板40之間通過(guò)UV硬化樹脂粘結(jié)。
將以圖20所示的方式組合而制作的光耦合模塊放置在圖21所示的殼體50中，在殼體50的上部放置蓋51。
圖22是表示這種狀態(tài)的剖面圖。輸入側(cè)基板30、光分路裝置29以及輸出側(cè)基板40，通過(guò)粘結(jié)劑52固定在殼體50的底面上。輸入側(cè)光纖31a穿過(guò)殼體50的溝槽50a并被抽出到外部。另外，輸出側(cè)光纖16～19穿過(guò)殼體50的溝槽50a并被抽出到外部。利用環(huán)氧系列粘結(jié)劑53和54將蓋51固定在殼體50上。在利用環(huán)氧系列粘結(jié)劑53和54將蓋51固定在殼體50上的同時(shí)，將殼體50密封。
權(quán)利要求
1.一種光分路裝置，是由基部的導(dǎo)波路徑分路為三條分路導(dǎo)波路徑的光分路裝置，其特征在于，包括分路部，其具有從所述基部的導(dǎo)波路徑連續(xù)地以直線狀延伸的第一分路導(dǎo)波路徑，以及從所述基部的導(dǎo)波路徑分開(kāi)并夾持所述第一分路導(dǎo)波路徑且沿著各自偏離所述第一分路導(dǎo)波路徑的方向延伸的第二和第三分路導(dǎo)波路徑；平行部，其由從所述分路部連續(xù)地設(shè)置的第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑構(gòu)成，所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以相對(duì)于所述第一分路導(dǎo)波路徑平行的方式定位；離散部，由從所述平行部連續(xù)地設(shè)置的第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑構(gòu)成，所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以漸漸地偏離所述第一分路導(dǎo)波路徑的方式延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光分路裝置，其特征在于，所述第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑由折射率相對(duì)較高的芯部以及設(shè)置于該芯部周圍的折射率相對(duì)較低的包覆部構(gòu)成，以由將所述平行部中的所述第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑的橫方向的相互間隔間距P、以及所述芯部與所述包覆部的折射率差Δn代入式子C＝Δn·P2而算出的C滿足關(guān)系C＝0.5±0.2的方式，設(shè)定所述P以及所述Δn，其中P的單位是μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光分路裝置，其特征在于，所述分路部中的所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以直線狀延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光分路裝置，其特征在于，所述平行部的導(dǎo)波路徑的長(zhǎng)度以盡可能短地設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光分路裝置，其特征在于，所述第一分路導(dǎo)波路徑進(jìn)一步被分路為兩條導(dǎo)波路徑，使得所述基部的導(dǎo)波路徑被分路為四條導(dǎo)波路徑。
6.一種光耦合模塊，其特征在于，具有權(quán)利要求1的光分路裝置，以及連接在所述光分路裝置的各導(dǎo)波路徑的端部的光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種光分路裝置，其特征在于，包括具有從基部的導(dǎo)波路徑連續(xù)地以直線狀延伸的第一分路導(dǎo)波路徑，以及夾持第一分路導(dǎo)波路徑并沿著各自偏離第一分路導(dǎo)波路徑的方向而延伸的第二和第三分路導(dǎo)波路徑的分路部；第二和第三分路導(dǎo)波路徑以相對(duì)于第一分路導(dǎo)波路徑成為平行的方式而定位的平行部；所述第二和第三分路導(dǎo)波路徑以漸漸地偏離所述第一分路導(dǎo)波路徑的方式而延伸的離散部。以由將平行部中的第一、第二和第三分路導(dǎo)波路徑的橫方向的相互間隔間距P以及芯部與包覆部的折射率差Δn代入式子C＝Δn·P2而算出的C滿足關(guān)系C＝0.5±0.2的方式設(shè)定所述P以及所述Δn。
文檔編號(hào)G02B6/122GK1755407SQ20051010754
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者林伸彥, 松本光晴, 藏本慶一, 平野均 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社