專利名稱：波導(dǎo)型光分支元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波導(dǎo)型光分支元件，尤其涉及具有按給定的分支比分支光的X分支型光回路的波導(dǎo)型光分支元件。
背景技術(shù)：
在光通信系統(tǒng)的存取系列網(wǎng)絡(luò)中，用于將從2條輸入側(cè)光纖入射的波長為1.25～1.65μm的光不限于波長、偏振、輸入口且按一定分支比向多個輸出側(cè)光纖分支的光分支元件(2×N分接器)成為不可缺少的構(gòu)成要素。
2×N分接器，通常是由具有一定的分支比的2輸入2輸出的光分支元件(2×2分接器)和分別與該2×2分接器的各輸出口縱向連接的兩個1輸入M輸出的光分支元件(1×M分接器，且M＝N/2)構(gòu)成。
一般來講，由于2×2分接器的光學(xué)特性與1×M分接器相比較差，因而2×N分接器的光學(xué)特性主要受2×2分接器的光學(xué)特性的限制。因此，為了實(shí)現(xiàn)高性能、低價(jià)格的2×N分接器，實(shí)現(xiàn)不限于波長、偏振、輸入口且具有一定分支比的2×2分接器成為重要的技術(shù)課題。
還有，由于2×2分接器是波導(dǎo)型光分支元件的最基本的構(gòu)成要素之一，因此，實(shí)現(xiàn)不限于波長等條件且具有一定分支比的2×2分接器的話，還能應(yīng)用在存取系列網(wǎng)絡(luò)以外的光通信用零部件上或光通信以外的領(lǐng)域上所使用的光波導(dǎo)零部件上，因此，將大為有用。
作為實(shí)現(xiàn)分支比不依存于波長、偏振、輸入口的2×2分接器的技術(shù)，已知有使用經(jīng)熱粘接及延伸的光纖的熱粘接分接器、使用了馬赫-曾德干涉儀的波導(dǎo)型波長非依存分接器(MZI-WINC)、使用了非對稱X分支型光回路的波導(dǎo)型光分支元件(波導(dǎo)型分接器)及使用了定向耦合型光回路的波導(dǎo)型光分支元件。
如圖12所示，使用了定向耦合型光回路的波導(dǎo)型光分支元件90，具有兩個輸入口91a、91b和兩個輸出口92a、92b，并且各輸入口91a、91b和各輸出口92a、92b分別與波導(dǎo)93、94連接。兩個波導(dǎo)93、94彼此逐漸靠近，并形成由兩個波導(dǎo)93、94平行地接近而構(gòu)成的耦合部95。如圖13所示那樣，兩個波導(dǎo)93、94由形成于基板96上且光傳播方向截面為矩形形狀的芯97，以及覆蓋該芯97的包層98構(gòu)成。另外，圖中的G是耦合部95中的兩個芯97之間的間隙的長度。
從波導(dǎo)型光分支元件90的一個輸入口91a輸入的光信號，在耦合部95上變換模式并按光電力比大致1比1地分支后從兩個輸出口92a、92b輸出(例如參見專利文獻(xiàn)1特許第3225819號公報(bào)；非專利文獻(xiàn)1Y.Shani et al“Integrated Optic Adiabatic Devices on Silicon”，IEEE，J.Lightwave Technol.1991，vol.27，pp.556-566)。
還有，如圖14所示，使用了非對稱X分支型光回路的波導(dǎo)型光分支元件100，在未圖示的基板上形成有兩個輸入口101a、101b和兩個輸出口102a、102b，并形成了將自輸入口101a、101b及輸出口102a、102b的光波導(dǎo)103、104、105、106耦合成X字形的耦合部107。輸入口101a、101b側(cè)的兩條光波導(dǎo)103、104其芯的寬度相等，對此，輸出口102a、102b側(cè)的兩條光波導(dǎo)105、106形成為，一方光波導(dǎo)105的芯寬度較大，另一方光波導(dǎo)106的芯寬度較小。
在圖14的波導(dǎo)型光分支元件100上，從一個輸入口101a輸入的光信號也是在耦合部107上大致1比1地分支后從兩個輸出口102a、102b輸出(例如參見非專利文獻(xiàn)2M.Izutsu，A.Enokihara，T.Sueta“Optical-waveguidehybrid coupler”O(jiān)PTICS LETTERS.1982，Vol.7，No.11，pp.549-551)。
然而，在使用了熱粘接分接器或MZI-WINC的2×2分接器上，由于各自的制造方法及光回路的設(shè)計(jì)原理的原因，存在在所制作的光分支元件上容易產(chǎn)生制造誤差且分支比隨輸入波長和輸入口容易變化等問題。
因此，使用了熱粘接分接器或MZI-WINC的2×2分接器會產(chǎn)生相對全部的使用波長、全部的輸入口保持分支比恒定較難的問題。
還有，這種2×2分接器，受制造誤差的影響其光學(xué)特性容易變化，因此，也不容易廉價(jià)地制造。
再有，在使用了現(xiàn)有的非對稱X分支型光回路的波導(dǎo)型光分支元件或使用了定向耦合型光回路的光分支元件中，雖然在分支比不對稱時(例如為1∶4或其以上)其有效性得以確認(rèn)，但若在現(xiàn)實(shí)的制造條件下制造分支比為1∶1的波導(dǎo)型光分支元件，則存在分支比依存輸入波長和輸入口而較大地變動，以致不能滿足光通信系統(tǒng)的要求性能的問題。
為此，在圖12及圖13中所說明的波導(dǎo)型光分支元件90上，為了不受輸入波長或輸入口限制并使分支比保持恒定，有必要加長耦合部95的長度(耦合長度)或加強(qiáng)在耦合部95的光耦合。
在非對稱X分支型光回路及定向耦合型光回路上，根據(jù)關(guān)于在光的傳播方向上結(jié)構(gòu)變化(芯的截面形狀變化)的系列的波動傳播所論述的絕熱定理，已知通過充分加長耦合長度，能夠使上述光回路不受波長和輸入口的限制并保持恒定，但在現(xiàn)實(shí)中，由于受制造設(shè)備和制造成本的限制，因此，不容易使光耦合的長度超過一定的值以上。還有，為了較長地形成耦合長度，而使波導(dǎo)型光分支元件的尺寸增大是不可取的。
為了在不加長耦合部95的長度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一定分支比的非對稱X分支型光回路，需要使耦合部95的間隙G變窄以加強(qiáng)兩個光波導(dǎo)之間的光耦合，但耦合部95的間隙G非常微小，因此，以常用的制造方法，因受曝光及蝕刻技術(shù)的限制，難以使耦合部95的間隙G減小到一定值以下。
根據(jù)上述理由，在常用的制造方法中，在不加大實(shí)際光回路的尺寸的前提下實(shí)現(xiàn)一定分支比的非對稱光回路是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于解決上述課題提供不限于波長、偏振及輸入口并具有一定分支比的輸入輸出2×2的波導(dǎo)型光分支元件。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一方案的波導(dǎo)型光分支元件，在形成有兩個輸入口及兩個輸出口，并使自上述輸入口及上述輸出口的光波導(dǎo)漸漸地靠近而形成耦合部的波導(dǎo)型光分支元件中，做成在從上述輸入口到上述耦合部的輸出端的范圍內(nèi)，當(dāng)光從一個輸入口輸入時主要激發(fā)偶數(shù)模，當(dāng)光從另一個輸入口輸入時主要激發(fā)奇數(shù)模，與此同時，使上述耦合部的波導(dǎo)的芯在高度方向的中央寬度比芯在高度方向的上面的寬度大。
本發(fā)明的第二方案的波導(dǎo)型光分支元件，在形成有兩個輸入口及兩個輸出口，形成有分別連接于兩個輸入口上的輸入波導(dǎo)，形成有分別連接于兩條輸入波導(dǎo)上并互相漸漸地靠近的耦合用波導(dǎo)，形成有分別連接于上述兩個輸出口上的輸出波導(dǎo)，形成有分別連接于兩條輸出波導(dǎo)上并互相漸漸地靠近的分支用波導(dǎo)，并通過一個連接用波導(dǎo)連接上述耦合用波導(dǎo)和上述分支用波導(dǎo)的波導(dǎo)型光分支元件中，做成在從上述輸入口到上述耦合用波導(dǎo)的輸出端的范圍內(nèi)，當(dāng)光從一個輸入口輸入時主要激發(fā)偶數(shù)模，當(dāng)光從另一個輸入口輸入時主要激發(fā)奇數(shù)模，與此同時，使上述耦合用波導(dǎo)的芯在高度方向的中央寬度比芯在高度方向的上面的寬度大。
本發(fā)明的第三方案是，在第二方案所述的波導(dǎo)型光分支元件中，使兩個耦合用波導(dǎo)的芯寬度非對稱地變化的同時，漸漸地縮小兩個耦合用波導(dǎo)的間距。
本發(fā)明的第四方案是，在第二方案或第三方案所述的波導(dǎo)型光分支元件中，從輸入口到輸出口的分支比在4∶1～1∶4的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第五方案是，在第一方案至第四方案任意一項(xiàng)所述的波導(dǎo)型光分支元件中，上述芯為使用石英或摻有雜質(zhì)的石英而形成。
根據(jù)本發(fā)明，能夠得到不限于波長、偏振及輸入口且按一定分支比分支輸入光的突出的效果。


圖1是表示本發(fā)明的波導(dǎo)型光分支元件的較適合的第一實(shí)施例的俯視圖。
圖2是圖1的沿2A-2A線的剖視圖。
圖3是說明耦合部上的光耦合原理的模式圖。
圖4是說明光輸入到一方耦合用光波導(dǎo)上時的耦合部上的光的固有電場分布的模式圖。
圖5是說明光輸入到另一方耦合用光波導(dǎo)上時的耦合部上的光的固有電場分布的模式圖。
圖6是表示現(xiàn)有波導(dǎo)型光分支元件的輸入口及輸出口與透射損失之間的關(guān)系的圖。
圖7是表示圖1的波導(dǎo)型光分支元件的輸入口及輸出口與透射損失之間的關(guān)系的圖。
圖8是表示圖1的波導(dǎo)型光分支元件的透射損失的偏振依存性的圖。
圖9是表示圖1的波導(dǎo)型光分支元件的透射損失的波長依存性的圖。
圖10是表示較適合的第二實(shí)施例的波導(dǎo)型光分支元件的俯視圖。
圖11是表示較適合的第三實(shí)施例的波導(dǎo)型光分支元件的俯視圖。
圖12是表示具有現(xiàn)有的定向耦合器型光回路的波導(dǎo)型光分支元件的俯視圖。
圖13是圖12的沿13A-13A線的剖視圖。
圖14是表示使用了現(xiàn)有的X分支型光回路的波導(dǎo)型光分支元件的俯視圖。
圖中10-波導(dǎo)型光分支元件，16-輸入側(cè)間距變換部，17-耦合部，18-連接部，19-分支部，20-輸出側(cè)間距變換部，21、22-輸入波導(dǎo)，23、24-輸出波導(dǎo)，25、26-耦合用波導(dǎo)，27、28-分支用波導(dǎo)，29-連接用波導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的較適宜的一個實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的波導(dǎo)型光分支元件的較適合的實(shí)施方式的俯視圖。
如圖1所示，本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件10在基板11上由芯和包覆芯的包層組成的光波導(dǎo)構(gòu)成，并且兩個輸入口12、13和兩個輸出口14、15互相形成于基板11的相反一側(cè)的端面上。輸入口12、13及兩個輸出口14、15用于與外部的光輸入輸出。
在該兩個輸入口12、13上分別連接輸入波導(dǎo)21、22，在兩個輸出口14、15上分別連接輸出波導(dǎo)23、24。在兩條輸入波導(dǎo)21、22上分別連接互相漸漸地靠近的耦合用波導(dǎo)25、26，在兩條輸出波導(dǎo)23、24上分別連接互相漸漸地靠近的分支用波導(dǎo)27、28，且耦合用波導(dǎo)25、26和分支用波導(dǎo)27、28通過一個連接用波導(dǎo)29連接。
如圖2所示，在本實(shí)施方式中，基板11由石英或Si形成，并在基板11的上面形成由純石英或摻有雜質(zhì)的石英構(gòu)成的下部包層41，在下部包層41的上面形成由純石英或摻有雜質(zhì)的石英構(gòu)成的芯42，并以覆蓋芯42及下部包層41的方式層疊由純石英或摻有雜質(zhì)的石英構(gòu)成的上部包層43。芯和包層之間的折射系數(shù)之差Δ為0.3～0.4％，芯42的膜厚為7.0～8.0μm。
還有，在基板11由石英形成的情況下，也可以不設(shè)置下部包層41。
返回圖1，在波導(dǎo)型光分支元件10中，由兩條輸入波導(dǎo)21、22構(gòu)成的部位作為輸入側(cè)間距變換部16，由互相靠近的兩條耦合用波導(dǎo)25、26構(gòu)成的部位作為耦合部17，由連接用波導(dǎo)29構(gòu)成的部位作為連接部18，由互相靠近的兩條分支用波導(dǎo)27、28構(gòu)成的部位作為分支部19，由兩條輸出波導(dǎo)23、24構(gòu)成的部位作為輸出側(cè)間距變換部20。
在輸入側(cè)間距變換部16上，通過在輸入波導(dǎo)21、22上形成彎曲，并直到將要發(fā)生光耦合為止使兩條輸入波導(dǎo)21、22之間的間隔縮短，從而發(fā)揮防止耦合部17過分拉長的作用。
耦合部17對實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)型光分支元件10來講是最為重要的部分，由兩條波導(dǎo)隔著微小的間距平行而形成，并且耦合用波導(dǎo)25、26的光耦合力較弱，且對在耦合部17上傳播的光存在兩個超模。
具體來講，作為耦合部17，一方耦合用波導(dǎo)(圖中上側(cè))25以其芯寬度朝向輸入端33漸漸地變大的方式形成，另一方耦合用波導(dǎo)(圖中下側(cè))26以其芯寬度朝向輸入端33漸漸地變小的方式形成，再有，耦合用波導(dǎo)25、26之間的距離朝向輸入端33漸漸地變小。
耦合部17以從一方輸入端31輸入的光在耦合部17的輸入端33上只激發(fā)具有大致偶對稱性的超模(偶數(shù)模)，從另一方輸入端32輸入的光在耦合部17的輸入端33上只激發(fā)具有大致奇對稱性的超模(奇數(shù)模)的方式發(fā)揮控制光的電場成分的振幅分布及相位分布的作用。
為此，耦合部17具有滿足如下兩個條件的結(jié)構(gòu)。
(A)“在輸入端33，兩條耦合用波導(dǎo)25、26具有不同的芯寬度W1、W2”。
(B)“兩條耦合用波導(dǎo)25、26之間的距離從輸入端31、32朝向輸入端33漸漸地變小”。
連接部18具有連接耦合部17的輸入端33和分支部19的輸入端34的一條連接用波導(dǎo)29。連接用波導(dǎo)29通過調(diào)節(jié)產(chǎn)生在耦合部17上的不必要電場成分的相對相位，發(fā)揮減小分支比的輸入口依存性的作用。
連接用波導(dǎo)29設(shè)計(jì)成光電場分布在垂直于傳播方向的波導(dǎo)截面內(nèi)，盡量在從耦合部17的輸入端33到分支部19的輸入端34之間不發(fā)生變化。也可以完全省去連接部18而直接連接耦合部17的輸入端33和分支部19的輸入端34。
分支部19及輸出側(cè)間距變換部20將入射到分支部19的輸入端34上的具有偶對稱性的超模(偶數(shù)模)和具有奇對稱性的超模(奇數(shù)模)的光能按一定的分支比分配給大致按給定間距隔開的輸出口14、15，并發(fā)揮向外部輸出的作用。在分支部19上，雖然為了使兩條分支用波導(dǎo)27、28的分支比為1∶1而形成了對稱Y形分支，但也有形成為具有非對稱Y形分支、兩根帶錐度的正弦曲線圖形、錐形圖形、帶偏置的圓弧圖形或兩根帶錐度的直線圖形的形狀。
這里，說明耦合部17中光耦合的機(jī)構(gòu)。
如圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)不限于波長、偏振、輸入口且具有一定分支比的非對稱X分支回路，有必要不受波長、偏振、輸入口的限制地使對輸出波導(dǎo)23、24的輸入光的電場分布與分支用波導(dǎo)27、28的輸入端34上的基(0次)模(圖中a)及高次(1次)模(圖中b)一致。
如圖4所示，采取通過使耦合部17的從芯直徑較大的耦合用波導(dǎo)25輸入的光漸漸地耦合到芯直徑較小的耦合用波導(dǎo)26上，使得耦合部17的輸入端33上的電場分布與分支用波導(dǎo)27、28的輸入端34上的基模(圖3中的a)一致，且如圖5所示，當(dāng)光從耦合部17的芯直徑較小的耦合用波導(dǎo)26輸入時，使光從芯直徑較小的耦合用波導(dǎo)26漸漸地耦合到芯直徑較大的耦合用波導(dǎo)25上，使得耦合部17的輸入端33上的電場分布與分支用波導(dǎo)27、28的輸入端34上的高次模(圖3中的b)一致的方式，決定兩根耦合用波導(dǎo)25、26的形狀及有效折射率。
耦合用波導(dǎo)25、26只要是在耦合部17的輸入端33上從輸入口12輸入的光只激發(fā)具有大致偶對稱性的超模(偶數(shù)模)，并在耦合部17的輸入端33上從輸入口13輸入的光只激發(fā)具有大致奇對稱性的超模(其數(shù)模)的結(jié)構(gòu)即可，并不限定于圖1所示的形狀。
然而，雖然可考慮多個能夠同時滿足上述兩種必要條件(A)、(B)的耦合部17的光回路圖形，但一般來講，憑經(jīng)驗(yàn)可知要么不限于光回路的圖形而充分加長耦合波導(dǎo)長度(兩根耦合用波導(dǎo)25、26達(dá)到能夠進(jìn)行光電力交換程度地彼此靠近的區(qū)域)，要么充分縮小兩條耦合用波導(dǎo)25、26之間的距離(間距)，不然，無法滿足上述必要條件。
不過，本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件10，其特征在于，注意到縮小波導(dǎo)芯中央部的間距G′比縮小芯上面的間距G更重要，并做成芯在高度方向的中央部的寬度W1′、W2′比芯在高度方向的上面的寬度W1、W2大(參見圖2)。
在波導(dǎo)型光分支元件10的耦合部17，將兩條耦合用波導(dǎo)25、26的芯側(cè)面44、45形成斜面，并做成各個耦合用波導(dǎo)25、26的芯的中央部的寬度W1′、W2′比芯上面的寬度W1、W2大。由此，芯中央部的間距G′形成為比芯上面的間距G狹窄。
在耦合部17，兩條耦合用波導(dǎo)25、26，形成為芯寬度相對光的傳播方向直線地變化的直線錐形狀或曲線地變化的曲線錐形狀。對于輸入端33上的芯寬度，一方的耦合用波導(dǎo)25的上面的芯寬度W1為7.0～9.0μm，另一方的耦合用波導(dǎo)26的上面的芯寬度W2為2.0～3.0μm。連接部18的長度為1.0μm。分支部19的分支用波導(dǎo)27、28，為了使分支比為1∶1，形成為芯寬度彼此相等。從耦合部17的輸入端31、32到分支部19的輸入端35的長度L做成8.0～10μm。
波導(dǎo)型光分支元件10，雖然用光刻法及蝕刻法等形成并制作光回路的圖形，但通過使芯的側(cè)壁44、45傾斜，能夠使芯中央部的間距G′比由曝光精度的極限決定的芯上面的間距G更小。因此，能夠使用一直沿用的制造方法形成較狹窄的間隙，即能夠?qū)崿F(xiàn)較強(qiáng)的光耦合的波導(dǎo)型光分支元件，并能夠大幅度地改善非對稱X分支光回路的分支特性。
這里，將耦合用波導(dǎo)25、26的芯側(cè)壁垂直地形成，其他光回路圖形與圖1的波導(dǎo)型光分支元件10相同地形成的波導(dǎo)型光分支元件(G＝G′)的透射損失表示在圖6上，并將本實(shí)施方式的耦合用波導(dǎo)25、26的芯側(cè)壁44、45形成斜面的圖1的波導(dǎo)型光分支元件10(G＞G′)的透射損失表示在圖7中。在圖6及圖7中，縱軸表示透射損失且橫軸表示元件序號(A～D)和各個輸出口序號。例如在圖6中，對于以同形狀、同條件制作的四個波導(dǎo)型光分支元件(元件A～元件D)，表示根據(jù)輸入輸出口的組合和變換檢測波長測定其透射損失后的結(jié)果。口序號表示輸入-輸出，例如1-1表示從輸入1(參見圖1)輸入并從輸出1輸出的光的透射損失。特性曲線51、53表示輸入波長為1.31μm時的情況，特性曲線52、54表示輸入波長為1.55μm時的情況。
如圖6所示，在耦合用波導(dǎo)25、26的芯側(cè)壁垂直地形成的波導(dǎo)型光分支元件中，相對因輸入波長和輸入口產(chǎn)生的1.5dB左右的透射損失的標(biāo)準(zhǔn)離差，如圖7所示那樣，在本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件10(耦合用波導(dǎo)25、26的芯的側(cè)壁44、45傾斜時)中，能夠?qū)⒁蜉斎氩ㄩL和輸入口引起的透射損失的標(biāo)準(zhǔn)離差抑制在0.5dB以下，并能夠得到實(shí)用上充分的特性。
圖6及圖7所示的波導(dǎo)型光分支元件的特性結(jié)果表明，由于除了耦合用波導(dǎo)25、26的側(cè)壁角以外采用了同一試制條件，因此，通過使芯的側(cè)壁傾斜，能夠?qū)崿F(xiàn)不限于波長和輸入口且分支比恒定的非對稱X分支光回路。
還有，如圖8所示，在本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件的偏振依存損失(PDL)中，由波長和輸入口引起的透射損失的標(biāo)準(zhǔn)離差抑制在0.05dB以下，也能夠減小透射損失的偏振依存性。
如圖9所示，波長為1.25～1.65μm時的透射損失的標(biāo)準(zhǔn)離差為0.3dB以下，且?guī)缀醪淮嬖谕干鋼p失的波長依存性。
如此地、若選擇耦合用波導(dǎo)25、26的側(cè)壁形狀使得G-G′＞0，則能夠縮小實(shí)效上的間距，能夠改善非對稱X分支的分支比特性，并能夠?qū)崿F(xiàn)分支比隨波長、偏振、輸入口幾乎不產(chǎn)生變化的理想的2×2分接器。
在本實(shí)施方式中，雖然只將耦合用波導(dǎo)25、26的芯側(cè)壁44、45形成為斜面，但也可以將基板上的整個光波導(dǎo)(輸入波導(dǎo)21、22、輸出波導(dǎo)23、24、分支用波導(dǎo)27、28、連接用波導(dǎo)29)的芯側(cè)面形成為斜面。通過將整個光波導(dǎo)的芯側(cè)面形成為斜面，具有減少曝光、蝕刻等上的制造工藝步驟的益處。
至此，在本實(shí)施方式中，對于輸出側(cè)的分支比為1∶1的波導(dǎo)型光分支元件作了說明，但也能夠容易地實(shí)現(xiàn)其他的分支比為1∶4～4∶1左右的2×2分接器。
下面根據(jù)圖10說明本發(fā)明的較適宜的第二實(shí)施方式。
雖然其基本結(jié)構(gòu)部分與上述圖1的波導(dǎo)型光分支元件10大致相同，對相同的結(jié)構(gòu)部分附注與圖1的場合相同的符號，但不同點(diǎn)在于，在分支部71，通過非對稱地形成兩條分支波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了1∶1以外的分支比。
如圖10所示，本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件70，在分支部71的輸入端34中，一方(圖中上側(cè))的分支用波導(dǎo)72的寬度形成為比另一方(圖中下側(cè))的分支用波導(dǎo)73的寬度大，分支用波導(dǎo)72形成為朝向輸出波導(dǎo)23其芯的寬度漸漸地減小，分支用波導(dǎo)73形成為朝向輸出波導(dǎo)24其芯的寬度漸漸地變大，與此同時，使輸出波導(dǎo)23、24彼此芯寬度相等并連接。
如圖11所示，較適宜的第三實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件80與圖1的波導(dǎo)型光分支元件10相比在分支部81及輸出側(cè)間距變換部82上不同。波導(dǎo)型光分支元件80在分支部81的輸入端34，兩個分支用波導(dǎo)83、84形成為其芯寬度彼此相同，一方的(圖中上側(cè))分支用波導(dǎo)83形成為其芯的寬度朝向輸出波導(dǎo)23保持一定，另一方的分支用波導(dǎo)84形成為其芯的寬度朝向輸出波導(dǎo)85漸漸地減小，且連接于該分支用波導(dǎo)84上的輸出波導(dǎo)85也形成為其芯寬度相對另一方的輸出波導(dǎo)23小。
第二及第三實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件70、80，在分支部71、81的波導(dǎo)形狀(輸入端和輸出端上的芯寬、錐形狀、回路形狀)上有較大的任意性，并通過根據(jù)光束傳播方法(Beam Propagation Method)等數(shù)值計(jì)算的方法，適宜地選擇形狀、長度、折射系數(shù)等參數(shù)而形成，能夠按所期望的分支比分支光。
圖10及圖11所示的波導(dǎo)型光分支元件70、80也與圖1的波導(dǎo)型光分支元件10相同，通過至少在耦合部17做成其芯中央的寬度大于芯上面的寬度，能夠加強(qiáng)光耦合力，并改善非對稱X分支光回路的分支特性。
本發(fā)明的有效范圍并不限于上述參數(shù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的將芯的側(cè)壁做成傾斜，從而改善非對稱X分支光回路的分支特性的方法，可適用于各種各樣的波導(dǎo)材料、折射系數(shù)差、芯膜厚、耦合部的回路圖形及分支部的圖形。
第一～第三實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件10、70、80，能夠作為干涉儀內(nèi)部的分支元件使用。在各種干涉儀(馬赫-曾德、邁克耳遜、泰曼等)的輸入輸出部上，需要對波長、偏振、輸入口依存性較小的分支回路。因此，本實(shí)施方式的波導(dǎo)型光分支元件10，對干涉儀的工作波長的寬帶化非常有用。
尤其，若在馬赫-曾德干涉儀上使用波導(dǎo)型光分支元件10，則比以往更能夠使波長分離器、VOA(可變光衰減器)、1×2光開關(guān)、2×2光開關(guān)寬帶化，從而有用。
由于波導(dǎo)型光分支元件10、70、80能夠作為光強(qiáng)度監(jiān)測器用分支元件使用，還有，其動作波長帶較寬且制造誤差所引起的特性變動較小，因此，作為寬帶的光強(qiáng)度監(jiān)視器用也是有用的(拉曼放大系統(tǒng)的功率監(jiān)視器、計(jì)算測量及加工用等)。
再有，波導(dǎo)型光分支元件10、70、80，能夠在有必要操作橫跨波長400～700nm的較廣范圍的波長的可見光用設(shè)備或差頻混合、二次諧波發(fā)生、4波混頻、參量放大、參量起振等需要多個波長的非線性光學(xué)器件等需要X分支的寬帶的器件上應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)型光分支元件，形成有兩個輸入口及兩個輸出口，并使自上述輸入口及上述輸出口的光波導(dǎo)漸漸地靠近而形成耦合部，其特征在于，在從上述輸入口到上述耦合部的輸出端的范圍內(nèi)，當(dāng)光從一個輸入口輸入時主要激發(fā)偶數(shù)模，當(dāng)光從另一個輸入口輸入時主要激發(fā)奇數(shù)模，與此同時，使上述耦合部的波導(dǎo)芯在高度方向的中央寬度比芯在高度方向的上面的寬度大。
2.一種波導(dǎo)型光分支元件，形成有兩個輸入口及兩個輸出口，形成有分別連接于兩個輸入口上的輸入波導(dǎo)，形成有分別連接于兩條輸入波導(dǎo)上并互相漸漸地靠近的耦合用波導(dǎo)，形成有分別連接于上述兩個輸出口上的輸出波導(dǎo)，形成有分別連接于兩條輸出波導(dǎo)上并互相漸漸地靠近的分支用波導(dǎo)，并通過一個連接用波導(dǎo)連接上述耦合用波導(dǎo)和上述分支用波導(dǎo)，其特征在于，在從上述輸入口到上述耦合用波導(dǎo)的輸出端的范圍內(nèi)，當(dāng)光從一個輸入口輸入時主要激發(fā)偶數(shù)模，當(dāng)光從另一個輸入口輸入時主要激發(fā)奇數(shù)模，與此同時，使上述耦合部的波導(dǎo)的芯在高度方向的中央寬度比芯在高度方向的上面的寬度大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波導(dǎo)型光分支元件，其特征在于，使兩個耦合用波導(dǎo)的芯寬度非對稱地變化的同時，漸漸地縮小兩個耦合用波導(dǎo)的間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的波導(dǎo)型光分支元件，其特征在于，從輸入口到輸出口的分支比在4∶1～1∶4的范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的波導(dǎo)型光分支元件，其特征在于，上述芯使用石英或摻有雜質(zhì)的石英而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供不限于波長、偏振及輸入口且具有一定分支比的輸入輸出2×2的波導(dǎo)型光分支元件。本發(fā)明在形成有兩個輸入口(12、13)及兩個輸出口(14、15)并使自輸入口(12、13)及輸出口(14、15)的光波導(dǎo)(25、26)漸漸地靠近而形成耦合部(17)的波導(dǎo)型光分支元件中，做成在從輸入口到耦合部(17)的輸出端(33)的范圍內(nèi)，當(dāng)光從一個輸入口(12)輸入時主要激發(fā)偶數(shù)模，當(dāng)光從另個輸入口(13)輸入時主要激發(fā)奇數(shù)模，使耦合部(17)的波導(dǎo)(25、26)的芯在高度方向的中央寬度(W1′、W2′)比芯在高度方向的上面的寬度(W1、W2)大。
文檔編號G02B6/26GK1952708SQ20061013571
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者石川弘, 白田知之 申請人:日立電線株式會社