フィルタ挿入導波路
【課題】光合分波器において、低価格で光損失が少なく、量産性の高いものが求められているが、これら物性と仕様を満足しているものがない。
【解決手段】基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路。
また、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする上記のフィルタ挿入導波路。
【解決手段】基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路。
また、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする上記のフィルタ挿入導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されたフィルタ挿入導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及による情報通信量の増大に伴い、高速・大容量通信に向けた光波長多重伝送（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムの研究開発が進められている。光波長多重伝送システムは、1本の光ファイバに複数の光波長を伝送するシステムで高速・大容量通信が可能となる。このような光波長多重伝送システムにおいて、波長多重された光信号を波長成分ごとに分離したり、複数波長の信号を合波する光合分波器は重要なデバイスの一つである。
【０００３】
これまで光合分波器は、様々な構造が提案されており、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）やＭＭＩ（ＭｕｌｔｉＭｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）のような干渉を用いた導波路型や光ファイバ型などがあるが、中でも誘電体多層膜フィルタを用いたものが主流となって開発されている。誘電体多層膜フィルタを用いた合分波器では、複数のレンズを用いた空間結合型と導波路型があり、空間結合型が主流であるが、レンズや誘電体多層膜フィルタをアクティブ実装するため、コストダウンには限界がある。そこでパッシブ実装が可能な導波路型の光合分波器の開発が取り組まれているが（特許文献１、特許文献２）、導波路にフィルタを挿入したフィルタ挿入導波路では、十分な分波特性が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開平２００２−６１５５号公報
【特許文献２】特開平２００４−１７７８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光合分波器において、低損失、低価格化の要求は増大する傾向にあり、量産性が高い導波路を用いたものが着目されている。特に誘電体多層膜フィルタを導波路に挿入したフィルタ挿入導波路は、量産性が高いため様々な構造が提案されているが、導波路型は、空間結合型に比べ損失が高い傾向がある。またフィルタ挿入導波路は、フィルタのパッシブ実装が可能であるが、フィルタ挿入位置のトレランスが厳しい為、高精度でフィルタ溝を形成する必要がある。一方、光損失の少ない光合分波器が市場的には必要とされ、その品質要求は非常に厳しく、低価格なデバイスが要求さている。
【０００５】
従って、低価格で光損失の少ない光合分波器が必要とされているが、全てを満足できるものは出現していないのが現状である。
【０００６】
例えば、図２のような２本のシングルモード直線導波路がＹ字に配置されたＹ字導波路において、２本の直線の中心軸の交差する部分が、誘電体多層膜フィルタの端面となるように配置されている構造が一般的であるが、フィルタ溝の位置が損失に大きく影響を及ぼすため、フィルタ溝の加工精度が要求され、歩留りが悪い問題がある。
【０００７】
また、上記の特開２００２−６１５５号公報のフィルタ挿入導波路は、合分波部にマルチモード干渉導波路を有する事で、図２の一般的な構造に比べ、フィルタ位置のトレランスが緩やかであるが、マルチモード干渉導波路を有することから、温度依存性が高く、且つ損失も十分ではない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路である。
【０００９】
また、フィルタ挿入導波路において、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする上記のフィルタ挿入導波路である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフィルタ挿入導波路によれば、損失が低減すると共に、フィルタ挿入位置のトレランスが緩やかになり、量産性が向上する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路である。
【００１２】
以下、図１に基づき説明する。入射側直線導波路１の一端に、入射側テーパー状導波路２を設け、テーパー状導波路２の一端にマルチモード直線導波路３を設ける。フィルタ１０から透過する方向の導波路は、透過側マルチモード直線導波路４を設け、その一端に透過側テーパー状導波路５と透過側直線導波路６を設けた。またフィルタ１０で反射する方向の導波路は、反射側直線導波路７、反射側テーパー状導波路８、反射側マルチモード直線導波路９を有している。フィルタ１０へは、特定の入射角を有する為、入射側の各導波路と反射側の各導波路は、入射角の２倍の角度で交差する構造である。
【００１３】
例えば、上記構造において波長λ１を透過し、波長λ２を反射する誘電体多層膜フィルタ１０を用いた場合、入射側直線導波路１に、矢印１１で示す方向にλ１、λ２の光を入射すれば、フィルタ１０を介して、透過側直線導波路６にλ１、反射側直線導波路７にλ２の光が出射される。
【００１４】
直線導波路１、６、７の幅Ｗ１は、比屈折率差０．６％の時、５から９μｍが好ましく、更に好ましくは、６μｍである。
【００１５】
テーパー状導波路２、５、８は、直線状に徐々に拡大、縮小する導波路で、テーパー状導波路の長さＬ１は、５０から２５０μｍが好ましい。更に好ましくは２００μｍである。Ｌ１が短かいと屈折率の急激な変化により損失が大きくなり、長すぎてもチップ全長が長くなる事で、伝搬損失が大きくなる。
【００１６】
フィルタ１０直前にマルチモード導波路３、４、９を設ける事で、フィルタ１０でのモードフィールドの広がりを抑え、損失を低減する事が出来る。また入射側マルチモード導波路３と反射側マルチモード導波路９の交差した導波路部の面積が広くなる為、フィルタ１０の位置のトレランスが緩やかになる。比屈折率差が０．６％の場合、マルチモード導波路の幅Ｗ２は、９から１８μｍが好ましく、更に好ましくは１０から１５μｍである。マルチモード導波路の幅Ｗ２が大きくなると、反射した光が入射側導波路に戻る光が生じる。逆にマルチモード導波路の幅Ｗ２が小さいと、フィルタ位置のトレランスが厳しくなる。またマルチモード導波路の長さＬ２は、１００μｍ以上が好ましい。
【００１７】
Ｙ字導波路のフィルタ挿入部にテーパー状導波路とマルチモード直線導波路を設ける事で、フィルタ位置のトレランスを緩やかにすることで、歩留りが向上し、損失を低減する事が可能である。
【実施例１】
【００１８】
本実施例は、図１の構造において、波長１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍの光を分離するフィルタ挿入導波路を作製したものである。以下、上述した図１により、実施例に基づいて説明する。基板はシリコン基板を用い、導波路材としてフッ素化ポリイミドを用いた。導波路の作製方法は、シリコン基板上に下部クラッド層とコア層を成膜後、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを行ない、クラッド層を成膜して作製した。コアとクラッドの比屈折率差は０．６％であり、コア高さは６μｍである。
【００１９】
フィルタ挿入導波路の構造としては、入射、透過、反射側導波路１、６、７の幅Ｗ１は６μｍ、マルチモード直線導波路３、４、９の幅Ｗ２は１０μｍ、テーパー状導波路は導波路幅Ｗ１からＷ２に直線的に広がる構造とし、長さＬ１は２００μｍ、マルチモード直線導波路の長さＬ２は２５０μｍとした。使用したフィルタは波長１３１０ｎｍの光を透過し、波長１５５０ｎｍの光を反射するＳＷＰＦ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いた。
【００２０】
図３に上記の本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す。ここでフィルタ位置は、２本の導波路の中心軸が交差する点がフィルタ端面となる位置を０として、反射側が正の値、透過側が負の値を示している。フィルタ位置が±５μｍズレても過剰損失は０．１ｄＢ以下で、フィルタ位置によるトレランスが緩やかである。また本発明の構造における透過、反射側の損失は共に０．１ｄＢで、従来の構造では０．３ｄＢであり、従来品よりも良好な結果を示した。
【００２１】
（比較例）
比較例として、一般的なフィルタ挿入導波路である図２の構造において、波長１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍの光を分離するフィルタ挿入導波路を作製したものである。フィルタとしては実施例と同じものを使用した。
【００２２】
図４に上記の本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す。ここでフィルタ位置は、２本の導波路の中心軸が交差する点がフィルタ端面となる位置を０として、反射側が正の値、透過側が負の値を示している。従来構造ではフィルタ位置が±５μｍズレることにより過剰損失は０．３ｄＢ以上はあり、フィルタ位置のトレランスが厳しい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のフィルタ挿入導波路を示す概略図。
【図２】従来のフィルタ挿入導波路を示す概略図。
【図３】本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す図。
【図４】従来構造におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 入射側直線導波路
２ 入射側テーパー状導波路
３ 入射側マルチモード導波路
４ 透過側マルチモード導波路
５ 透過側テーパー状導波路
６ 透過側直線導波路
７ 反射側直線導波路
８ 反射側テーパー状導波路
９ 反射側マルチモード導波路
１０、１９ 誘電体多層膜フィルタ
１１、２２ 波長１、２の光の入射方向
１２、２３ 波長１の出射方向
１３、２４ 波長２の出射方向
１４、１５、２１、２４ 導波路の中心軸
λ１ 波長１３１０ｎｍ
λ２ 波長１５５０ｎｍ
Ｗ１ 入射、反射、透過側の直線導波路幅
Ｗ２ マルチモード導波路幅
Ｌ１ テーパー状導波路長さ
Ｌ２ マルチモード導波路長さ
１６ 入射側直線導波路
１７ 透過側直線導波路
１８ 反射側直線導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されたフィルタ挿入導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及による情報通信量の増大に伴い、高速・大容量通信に向けた光波長多重伝送（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムの研究開発が進められている。光波長多重伝送システムは、1本の光ファイバに複数の光波長を伝送するシステムで高速・大容量通信が可能となる。このような光波長多重伝送システムにおいて、波長多重された光信号を波長成分ごとに分離したり、複数波長の信号を合波する光合分波器は重要なデバイスの一つである。
【０００３】
これまで光合分波器は、様々な構造が提案されており、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）やＭＭＩ（ＭｕｌｔｉＭｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）のような干渉を用いた導波路型や光ファイバ型などがあるが、中でも誘電体多層膜フィルタを用いたものが主流となって開発されている。誘電体多層膜フィルタを用いた合分波器では、複数のレンズを用いた空間結合型と導波路型があり、空間結合型が主流であるが、レンズや誘電体多層膜フィルタをアクティブ実装するため、コストダウンには限界がある。そこでパッシブ実装が可能な導波路型の光合分波器の開発が取り組まれているが（特許文献１、特許文献２）、導波路にフィルタを挿入したフィルタ挿入導波路では、十分な分波特性が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開平２００２−６１５５号公報
【特許文献２】特開平２００４−１７７８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光合分波器において、低損失、低価格化の要求は増大する傾向にあり、量産性が高い導波路を用いたものが着目されている。特に誘電体多層膜フィルタを導波路に挿入したフィルタ挿入導波路は、量産性が高いため様々な構造が提案されているが、導波路型は、空間結合型に比べ損失が高い傾向がある。またフィルタ挿入導波路は、フィルタのパッシブ実装が可能であるが、フィルタ挿入位置のトレランスが厳しい為、高精度でフィルタ溝を形成する必要がある。一方、光損失の少ない光合分波器が市場的には必要とされ、その品質要求は非常に厳しく、低価格なデバイスが要求さている。
【０００５】
従って、低価格で光損失の少ない光合分波器が必要とされているが、全てを満足できるものは出現していないのが現状である。
【０００６】
例えば、図２のような２本のシングルモード直線導波路がＹ字に配置されたＹ字導波路において、２本の直線の中心軸の交差する部分が、誘電体多層膜フィルタの端面となるように配置されている構造が一般的であるが、フィルタ溝の位置が損失に大きく影響を及ぼすため、フィルタ溝の加工精度が要求され、歩留りが悪い問題がある。
【０００７】
また、上記の特開２００２−６１５５号公報のフィルタ挿入導波路は、合分波部にマルチモード干渉導波路を有する事で、図２の一般的な構造に比べ、フィルタ位置のトレランスが緩やかであるが、マルチモード干渉導波路を有することから、温度依存性が高く、且つ損失も十分ではない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路である。
【０００９】
また、フィルタ挿入導波路において、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする上記のフィルタ挿入導波路である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフィルタ挿入導波路によれば、損失が低減すると共に、フィルタ挿入位置のトレランスが緩やかになり、量産性が向上する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路である。
【００１２】
以下、図１に基づき説明する。入射側直線導波路１の一端に、入射側テーパー状導波路２を設け、テーパー状導波路２の一端にマルチモード直線導波路３を設ける。フィルタ１０から透過する方向の導波路は、透過側マルチモード直線導波路４を設け、その一端に透過側テーパー状導波路５と透過側直線導波路６を設けた。またフィルタ１０で反射する方向の導波路は、反射側直線導波路７、反射側テーパー状導波路８、反射側マルチモード直線導波路９を有している。フィルタ１０へは、特定の入射角を有する為、入射側の各導波路と反射側の各導波路は、入射角の２倍の角度で交差する構造である。
【００１３】
例えば、上記構造において波長λ１を透過し、波長λ２を反射する誘電体多層膜フィルタ１０を用いた場合、入射側直線導波路１に、矢印１１で示す方向にλ１、λ２の光を入射すれば、フィルタ１０を介して、透過側直線導波路６にλ１、反射側直線導波路７にλ２の光が出射される。
【００１４】
直線導波路１、６、７の幅Ｗ１は、比屈折率差０．６％の時、５から９μｍが好ましく、更に好ましくは、６μｍである。
【００１５】
テーパー状導波路２、５、８は、直線状に徐々に拡大、縮小する導波路で、テーパー状導波路の長さＬ１は、５０から２５０μｍが好ましい。更に好ましくは２００μｍである。Ｌ１が短かいと屈折率の急激な変化により損失が大きくなり、長すぎてもチップ全長が長くなる事で、伝搬損失が大きくなる。
【００１６】
フィルタ１０直前にマルチモード導波路３、４、９を設ける事で、フィルタ１０でのモードフィールドの広がりを抑え、損失を低減する事が出来る。また入射側マルチモード導波路３と反射側マルチモード導波路９の交差した導波路部の面積が広くなる為、フィルタ１０の位置のトレランスが緩やかになる。比屈折率差が０．６％の場合、マルチモード導波路の幅Ｗ２は、９から１８μｍが好ましく、更に好ましくは１０から１５μｍである。マルチモード導波路の幅Ｗ２が大きくなると、反射した光が入射側導波路に戻る光が生じる。逆にマルチモード導波路の幅Ｗ２が小さいと、フィルタ位置のトレランスが厳しくなる。またマルチモード導波路の長さＬ２は、１００μｍ以上が好ましい。
【００１７】
Ｙ字導波路のフィルタ挿入部にテーパー状導波路とマルチモード直線導波路を設ける事で、フィルタ位置のトレランスを緩やかにすることで、歩留りが向上し、損失を低減する事が可能である。
【実施例１】
【００１８】
本実施例は、図１の構造において、波長１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍの光を分離するフィルタ挿入導波路を作製したものである。以下、上述した図１により、実施例に基づいて説明する。基板はシリコン基板を用い、導波路材としてフッ素化ポリイミドを用いた。導波路の作製方法は、シリコン基板上に下部クラッド層とコア層を成膜後、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを行ない、クラッド層を成膜して作製した。コアとクラッドの比屈折率差は０．６％であり、コア高さは６μｍである。
【００１９】
フィルタ挿入導波路の構造としては、入射、透過、反射側導波路１、６、７の幅Ｗ１は６μｍ、マルチモード直線導波路３、４、９の幅Ｗ２は１０μｍ、テーパー状導波路は導波路幅Ｗ１からＷ２に直線的に広がる構造とし、長さＬ１は２００μｍ、マルチモード直線導波路の長さＬ２は２５０μｍとした。使用したフィルタは波長１３１０ｎｍの光を透過し、波長１５５０ｎｍの光を反射するＳＷＰＦ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いた。
【００２０】
図３に上記の本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す。ここでフィルタ位置は、２本の導波路の中心軸が交差する点がフィルタ端面となる位置を０として、反射側が正の値、透過側が負の値を示している。フィルタ位置が±５μｍズレても過剰損失は０．１ｄＢ以下で、フィルタ位置によるトレランスが緩やかである。また本発明の構造における透過、反射側の損失は共に０．１ｄＢで、従来の構造では０．３ｄＢであり、従来品よりも良好な結果を示した。
【００２１】
（比較例）
比較例として、一般的なフィルタ挿入導波路である図２の構造において、波長１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍの光を分離するフィルタ挿入導波路を作製したものである。フィルタとしては実施例と同じものを使用した。
【００２２】
図４に上記の本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す。ここでフィルタ位置は、２本の導波路の中心軸が交差する点がフィルタ端面となる位置を０として、反射側が正の値、透過側が負の値を示している。従来構造ではフィルタ位置が±５μｍズレることにより過剰損失は０．３ｄＢ以上はあり、フィルタ位置のトレランスが厳しい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のフィルタ挿入導波路を示す概略図。
【図２】従来のフィルタ挿入導波路を示す概略図。
【図３】本発明におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す図。
【図４】従来構造におけるフィルタ位置と過剰損失の関係を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 入射側直線導波路
２ 入射側テーパー状導波路
３ 入射側マルチモード導波路
４ 透過側マルチモード導波路
５ 透過側テーパー状導波路
６ 透過側直線導波路
７ 反射側直線導波路
８ 反射側テーパー状導波路
９ 反射側マルチモード導波路
１０、１９ 誘電体多層膜フィルタ
１１、２２ 波長１、２の光の入射方向
１２、２３ 波長１の出射方向
１３、２４ 波長２の出射方向
１４、１５、２１、２４ 導波路の中心軸
λ１ 波長１３１０ｎｍ
λ２ 波長１５５０ｎｍ
Ｗ１ 入射、反射、透過側の直線導波路幅
Ｗ２ マルチモード導波路幅
Ｌ１ テーパー状導波路長さ
Ｌ２ マルチモード導波路長さ
１６ 入射側直線導波路
１７ 透過側直線導波路
１８ 反射側直線導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路。
【請求項２】
フィルタ挿入導波路において、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする請求項１記載のフィルタ挿入導波路。
【請求項１】
基板上に形成したＹ字に交差する導波路の交差部分に誘電体多層膜フィルタを挿入するフィルタ挿入導波路において、交差部分の導波路は、テーパー状に入射導波路幅から大きくなるテーパー導波路とその後に幅広の直線導波路で構成されるＹ字導波路である事を特徴とするフィルタ挿入導波路。
【請求項２】
フィルタ挿入導波路において、フィルタに向かう導波路は、マルチモード導波路である事を特徴とする請求項１記載のフィルタ挿入導波路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１０９８４（Ｐ２００７−１０９８４Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９１７５８（Ｐ２００５−１９１７５８）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００２２００）セントラル硝子株式会社 (1,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００２２００）セントラル硝子株式会社 (1,198)
【Ｆターム（参考）】
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