JP2007147740A - Multimode single core bidirectional device - Google Patents

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Hironori Yasuda
裕紀 安田
Mitsuki Hirano
光樹 平野
Takemasa Ushiwatari
剛真 牛渡
Tomiya Abe
富也 阿部
Yuzo Ito
雄三 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single core bidirectional device that deals with a multimode fiber having a core diameter of 100-150 μm and that facilitates connection with a multimode fiber as well as having low connection loss. <P>SOLUTION: The device is equipped with: a multimode waveguide 15 which is provided on a substrate 11 and which has one coupling waveguide 12 and two branching waveguides 13, 14 connected in-between; a laser diode 16 connected to the coupling waveguide 12; a photodiode 17 connected to one branching waveguide 13; a multimode fiber 18 connected to the other branching waveguide 14; and a multilayer film filter 22 to be inserted into its exclusive groove 21 formed at a connection 19 between the coupling waveguide 12 and the branching waveguides 13, 14. The two branching waveguides 13, 14 are formed facing the mutually different end faces 23, 24 of the substrate 11 respectively, wherein one end face 23 is connected with the photodiode 17 and the other end face 24 connected with the multimode fiber 18 having a core diameter of 100-150 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、送信光と受信光を、単一の光伝送路を用いて多重して双方向通信を行う一芯双方向デバイスに係り、特に、光伝送路をマルチモード光導波路で形成したマルチモード一芯双方向デバイスに関するものである。   The present invention relates to a single-core bidirectional device that performs two-way communication by multiplexing transmission light and reception light using a single optical transmission line, and in particular, a multi-mode optical waveguide formed with a multimode optical waveguide. The present invention relates to a mode single core bidirectional device.

近年、情報容量の大規模化に伴い、通信の媒体は電気に変わって光が用いられるようになってきている。大陸間や大都市間を結ぶ光ネットワークでは、情報量が膨大なため、1波長あたり10Gbpsで長距離伝送が可能なシングルモード(SM:Single Mode)光ファイバに波長の異なる多数の信号で情報量を増やすことが可能な波長多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing )が用いられている。SMの伝送システムでWDMを用いる場合、波長間隔の短い高密度波長多重方式(DWDM:Dense WDM)では、波長数が8〜40と多いために1つの素子で多波長の分波が可能なアレイ回折格子(AWG:Arrayed Waveguide grating)が用いられている。また、近年、DWDMより波長間隔が長く低コストな低密度波長多重方式(CWDM:Coarse WDM)では、分波数が2〜8と少ないために複数枚の多層膜フィルタにより1波長ずつ分波するシステムが用いられている。   In recent years, with an increase in information capacity, light is used instead of electricity as a communication medium. In optical networks connecting continents and large cities, the amount of information is enormous, so it is possible to transmit a large amount of signals with different wavelengths on a single mode (SM) optical fiber capable of long-distance transmission at 10 Gbps per wavelength. The wavelength division multiplexing (WDM: Wavelength Division Multiplexing) which can increase is used. When a WDM is used in an SM transmission system, a high-density wavelength division multiplexing (DWDM) system with a short wavelength interval has a large number of wavelengths of 8 to 40, and therefore an array capable of demultiplexing multiple wavelengths with one element. A diffraction grating (AWG: Arrayed Waveguide grating) is used. Further, in recent years, in the low-density wavelength division multiplexing (CWDM: Coarse WDM), which has a longer wavelength interval and lower cost than DWDM, the number of demultiplexing is as small as 2 to 8, and thus a system that demultiplexes one wavelength at a time using a plurality of multilayer filters. Is used.

幹線系では光通信への移行は大方進み、今後はアクセス系やLANなどの川下での光通信への移行が進むものと考えられている。川下ではコストの低減が重要になってくると考えられる。   In the trunk line system, the shift to optical communication is largely advanced, and it is considered that the shift to the optical communication in the downstream such as the access system and the LAN will progress in the future. Downstream costs are likely to be important.

比較的短距離なLAN系においては、接続トレランスの尤度の大きい、コア径50〜62.5μmの石英系のマルチモード光ファイバが用いられており、一部、低密度波長多重方式(IEEE802.3ea LX4)が用いられている。この場合に用いるマルチモード用分波器は、光ファイバから伝搬光をレンズまたは凹面鏡によりコリメートし、コリメート光を多層膜フィルタにより分波し、受光器等にレンズで集光している(例えば、特許文献1参照)。   In relatively short-distance LAN systems, quartz-based multimode optical fibers with a core diameter of 50 to 62.5 μm, which have a high likelihood of connection tolerance, are used, and some are low-density wavelength multiplexing (IEEE802.802). 3ea LX4) is used. The multimode demultiplexer used in this case collimates the propagation light from the optical fiber with a lens or a concave mirror, demultiplexes the collimated light with a multilayer filter, and condenses the light on a light receiver or the like with the lens (for example, Patent Document 1).

また、短距離のホームネットワークやマンション内ネットワークでは、現状の電気配線によるネットワークと同様に、居住者によるDIY化(Do It Yourself)が求められ、切断時の安全性の点からプラスチック光ファイバ(POF:Plastic Optical Fibler)が用いられている。   In addition, short-distance home networks and condominium networks require residents to use DIY (Do It Yourself) as in the case of current electrical wiring networks. : Plastic Optical Fibler).

光通信により信号を伝送する方式は、通常光ファイバを1本用いた一芯双方向方式や2本の光ファイバを用いた二芯双方向方式がある。二芯双方向方式では、対向する送信光と受信光を、異なる線路で光伝送するために光伝送線路を2本使用する。光伝送線路を2本使用することで、光伝送線路のコストが倍増し、加えて、光伝送線路のコネクタや光送受信装置全体の小型化が困難になる。   As a method for transmitting a signal by optical communication, there are a normal single-core bidirectional method using one optical fiber and a dual-core bidirectional method using two optical fibers. In the two-core bidirectional system, two optical transmission lines are used to transmit the transmitting light and the receiving light that are opposed to each other through different lines. By using two optical transmission lines, the cost of the optical transmission line is doubled, and in addition, it is difficult to miniaturize the connector of the optical transmission line and the entire optical transceiver.

これに対し、一芯双方向方式、つまり送信光と受信光を、単一の光伝送線路に多重して送信する技術は、1本の光伝送線路に、互いに光伝送波長の異なる送信光と受信光を乗せるものである。この方式では、光伝送路は一本で可能であり低コストにすることができる。また、一芯双方向方式は、二芯双方向方式に比べてファイバ本数が少ないために、光ファイバの占有スペースも減らすことができるメリットがある。   On the other hand, the single-core bidirectional method, that is, the technique of transmitting and receiving transmission light and reception light by multiplexing them on a single optical transmission line, transmits and transmits light having different optical transmission wavelengths to one optical transmission line. It is intended to receive received light. In this system, a single optical transmission line is possible and the cost can be reduced. The single-core bidirectional method has an advantage that the occupied space of the optical fiber can be reduced because the number of fibers is smaller than that of the two-core bidirectional method.

しかし、一芯双方向方式では、1本に多重化された送信光と受信光の分離、合波するデバイスが必要であり、このデバイスの低コスト化が重要である。一芯双方向方式用のデバイスとしては多層膜フィルタを用いたものが一般的である(例えば、特許文献2参照)。   However, the single-core bidirectional method requires a device that separates and multiplexes the transmission light and the reception light multiplexed into one, and the cost reduction of this device is important. A device using a multilayer filter is generally used as a single-core bidirectional device (see, for example, Patent Document 2).

例えば、図8に示すように、一芯双方向デバイス80は、基板81上に1本の結合導波路82と2本の分岐導波路83,84とが接続されてなる光導波路85が設けられ、結合導波路82にはレーザダイオード(LD)86が接続され、一方の分岐導波路83にはフォトダイオード(PD)87が接続され、他方の分岐導波路84にはシングルモードの光ファイバ88が接続されている。結合導波路82と分岐導波路83,84との接続部89には、多層膜フィルタ挿入溝91が形成され、その多層膜フィルタ挿入溝91に多層膜フィルタ92が挿入されている。多層膜フィルタ92は、所定波長帯の光を透過すると共に、それ以外の波長帯の光を反射する波長フィルタである。尚、図中の点線で囲まれた箇所は光導波路85の曲げ部位93である。   For example, as shown in FIG. 8, the single-core bidirectional device 80 is provided with an optical waveguide 85 formed by connecting one coupling waveguide 82 and two branching waveguides 83 and 84 on a substrate 81. A laser diode (LD) 86 is connected to the coupling waveguide 82, a photodiode (PD) 87 is connected to one branch waveguide 83, and a single mode optical fiber 88 is connected to the other branch waveguide 84. It is connected. A multi-layer filter insertion groove 91 is formed in the connection portion 89 between the coupling waveguide 82 and the branch waveguides 83 and 84, and the multi-layer filter 92 is inserted into the multi-layer filter insertion groove 91. The multilayer filter 92 is a wavelength filter that transmits light in a predetermined wavelength band and reflects light in other wavelength bands. Note that a portion surrounded by a dotted line in the figure is a bent portion 93 of the optical waveguide 85.

一芯双方向デバイス80では、LD86を出射し、結合導波路82を伝搬した光は、多層膜フィルタ92を透過し、分岐導波路84を通って光ファイバ88へ送信される。また、光ファイバ88から分岐導波路84に入射した光は多層膜フィルタ92で反射し、分岐導波路83を通ってPD87で受信される。ただし、光ファイバ88から入射する光とLD86から出射する光とは互いに波長の異なる光である。   In the single-core bidirectional device 80, the light emitted from the LD 86 and propagated through the coupling waveguide 82 passes through the multilayer filter 92 and is transmitted to the optical fiber 88 through the branching waveguide 84. Further, the light incident on the branching waveguide 84 from the optical fiber 88 is reflected by the multilayer filter 92 and is received by the PD 87 through the branching waveguide 83. However, the light incident from the optical fiber 88 and the light emitted from the LD 86 are light having different wavelengths.

このような多層膜フィルタ92を用いた一芯双方向デバイス80は主にシングルモード用であり、LD86と光導波路85、PD87と光導波路85、光導波路85と光ファイバ88を接続するのに手間がかかり高コストであった。今後、家庭内等で用いるためには接続が容易で低コスト化が可能なマルチモードファイバを用いた一芯双方向デバイスが必要になると考えられ、マルチモード型の一芯双方向デバイスが検討されている(例えば、非特許文献1参照)。   The single-core bidirectional device 80 using such a multilayer filter 92 is mainly for single mode, and it takes time to connect the LD 86 and the optical waveguide 85, the PD 87 and the optical waveguide 85, and the optical waveguide 85 and the optical fiber 88. It was expensive and expensive. In the future, a single-core bidirectional device using a multi-mode fiber that is easy to connect and can be reduced in cost will be required for use in homes, etc., and a multi-mode single-core bidirectional device has been studied. (For example, refer nonpatent literature 1).

特開2000−162466号公報JP 2000-162466 A 特開平10−54917号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-54917 成瀬他,「高分子導波路を用いた10Gbps一芯全二重光モジュールの開発」,2005年,電子情報通信学会総合大会 C−3−133Naruse et al., "Development of 10Gbps single-core full-duplex optical module using polymer waveguide", 2005, IEICE General Conference C-3-133

しかしながら、従来のマルチモード一芯双方向デバイスは、コア径が50μmのファイバに対応したものであり、一芯双方向デバイスに形成される光導波路のコア径はマルチモードファイバとの接続損失を小さくするために20〜40μmと小さくなる。よって、マルチモード双方向デバイスの実装トレランスが小さく、十分にコストを下げられない問題がある。また、光導波路に接続される光ファイバには、ガラスで形成された光ファイバを用いているため、割れやすく扱いづらいので家庭内で用いるのに向かないという問題がある。   However, the conventional multimode single-core bidirectional device is compatible with a fiber having a core diameter of 50 μm, and the core diameter of the optical waveguide formed in the single-core bidirectional device reduces the connection loss with the multimode fiber. Therefore, it is as small as 20 to 40 μm. Therefore, there is a problem that the mounting tolerance of the multi-mode bidirectional device is small and the cost cannot be reduced sufficiently. Further, since the optical fiber connected to the optical waveguide uses an optical fiber formed of glass, there is a problem that it is not suitable for use in the home because it is easily broken and difficult to handle.

これを解決する方法としてコア径が100〜150μmのプラスチックファイバを用いる方法が考えられる。100〜150μmのマルチモードファイバを用いた一芯双方向デバイスの場合、光の広がり角が大きいため、光損失や光クロストーク特性に問題があった。   As a method for solving this, a method using a plastic fiber having a core diameter of 100 to 150 μm is conceivable. In the case of a single-core bidirectional device using a multimode fiber of 100 to 150 μm, there is a problem in optical loss and optical crosstalk characteristics because the light spread angle is large.

なお、さらに大きな1mmのマルチモードプラスチックファイバもあるが、受光径が大きすぎるため高速応答可能な小口径(20μm程度)のフォトダイオードを用いることはできない。   Although there is a larger 1 mm multi-mode plastic fiber, it is not possible to use a small-diameter (about 20 μm) photodiode capable of high-speed response because the light receiving diameter is too large.

そこで本発明の目的は、上記の欠点を解消し、コア径が100〜150μmのマルチモードファイバに対応して光ファイバの接続を容易にし、かつ低損失な一芯双方向デバイスを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a single-core bidirectional device that solves the above-described drawbacks, facilitates connection of optical fibers in correspondence with multimode fibers having a core diameter of 100 to 150 μm, and has low loss. is there.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオード或いはフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオード或いはレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記2本の分岐導波路を、基板の互いに異なる端面に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面にはフォトダイオード或いはレーザダイオードを接続し、他方の端面にはコア径100〜150μmのマルチモードファイバを接続したことを特徴とするマルチモード一芯双方向デバイスである。   To achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to a multimode waveguide connected to two branch waveguides, a laser diode or a photodiode connected to the coupling waveguide, and one branch. In the multilayer filter insertion groove formed in the connection portion between the photodiode or laser diode connected to the waveguide, the multimode fiber connected to the other branch waveguide, and the coupling waveguide and the branch waveguide In a multimode single-core bidirectional device including a multilayer filter to be inserted, the two branch waveguides are respectively formed facing different end faces of a substrate, and one of the end faces is a photodiode or a laser diode. And a multimode fiber having a core diameter of 100 to 150 μm is connected to the other end face. It is a bi-directional device.

請求項2の発明は、基板上に設けられ1本の結合導波路と2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記結合導波路には所定波長の光を出力する第1のレーザダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路に、上記所定波長とは異なる波長の光を出力する第2のレーザダイオードが接続される請求項1記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a multimode waveguide provided on a substrate and connected to one coupling waveguide and two branching waveguides; a laser diode connected to the coupling waveguide; Laser diode connected to the branch waveguide, multimode fiber connected to the other branch waveguide, and multilayer filter insertion groove formed at the connection between the coupling waveguide and the branch waveguide In the multimode single-core bidirectional device including the multilayer filter, a first laser diode that outputs light of a predetermined wavelength is connected to the coupling waveguide, and the one branching waveguide is connected to the first branching waveguide. The multimode single-core bidirectional device according to claim 1, wherein a second laser diode that outputs light having a wavelength different from the predetermined wavelength is connected.

請求項3の発明は、基板上に設けられ1本の結合導波路と2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、上記結合導波路には第1のフォトダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路には第2のフォトダイオードが接続される請求項1記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a multimode waveguide provided on a substrate and connected to one coupling waveguide and two branching waveguides; a photodiode connected to the coupling waveguide; Inserted into a multilayer filter insertion groove formed at the connection between the photodiode connected to the branch waveguide, the multimode fiber connected to the other branch waveguide, and the coupling waveguide and the branch waveguide In the multimode single-core bidirectional device including the multilayer filter, a first photodiode is connected to the coupling waveguide, and a second photodiode is connected to the one branch waveguide. The multimode single-core bidirectional device according to claim 1.

請求項4の発明は、上記多層膜フィルタは、2本の分岐導波路が完全に交わる部分を0の位置とし、2本の分岐導波路が交わり始める部分を1の位置としたとき、0〜1/5の位置に挿入される請求項1〜3いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   According to a fourth aspect of the present invention, when the multilayer filter has a position where the two branching waveguides completely intersect with each other at a position of 0 and a portion where the two branching waveguides begin to intersect with each other at a position of 0, The multi-mode single-core bidirectional device according to any one of claims 1 to 3, which is inserted at a position of 1/5.

請求項5の発明は、上記多層膜フィルタ挿入溝が上記マルチモードファイバを接続する端面と平行に形成された請求項1〜4いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   A fifth aspect of the present invention is the multimode single-core bidirectional device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the multilayer filter insertion groove is formed in parallel with an end face connecting the multimode fiber.

請求項6の発明は、上記接続部の分岐角が10°以下である請求項1〜5いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   A sixth aspect of the present invention is the multimode single-core bidirectional device according to any one of the first to fifth aspects, wherein a branch angle of the connecting portion is 10 ° or less.

請求項7の発明は、上記結合導波路及び上記分岐導波路のNAが0.3〜0.6である請求項1〜6いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイスである。   The invention of claim 7 is the multimode single-core bidirectional device according to any one of claims 1 to 6, wherein the NA of the coupling waveguide and the branching waveguide is 0.3 to 0.6.

本発明によれば、低損失で、かつ、コア径が100〜150μmのマルチモードファイバに対応して光ファイバの接続を容易にすることができるといった優れた効果を発揮する。   According to the present invention, it is possible to achieve an excellent effect of facilitating connection of an optical fiber corresponding to a multimode fiber having a low loss and a core diameter of 100 to 150 μm.

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係るマルチモード一芯双方向デバイスの好適な実施の形態を示した平面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a preferred embodiment of a multimode single-core bidirectional device according to the present invention.

マルチモード一芯双方向デバイス10は、基板11上に設けられ1本の結合導波路12と2本の分岐導波路13,14とが接続されたマルチモード導波路15と、結合導波路12に接続されたレーザダイオード(LD)16と、一方の分岐導波路13に接続されたフォトダイオード(PD)17と、他方の分岐導波路14に接続されたマルチモードファイバ18と、結合導波路12と分岐導波路13,14との接続部(分岐部)19に形成された多層膜フィルタ挿入溝21に挿入される多層膜フィルタ22とを備えたものである。   The multimode single-core bidirectional device 10 includes a multimode waveguide 15 provided on a substrate 11 and connected to one coupling waveguide 12 and two branching waveguides 13 and 14, and the coupling waveguide 12. A connected laser diode (LD) 16, a photodiode (PD) 17 connected to one branch waveguide 13, a multimode fiber 18 connected to the other branch waveguide 14, and a coupling waveguide 12 A multilayer filter 22 is provided which is inserted into a multilayer filter insertion groove 21 formed in a connection part (branch part) 19 with the branch waveguides 13 and 14.

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10は、2本の分岐導波路13,14を、基板11の互いに異なる端面23,24に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面23にはPD17を接続し、他方の端面24にはコア径100〜150μmのマルチモードファイバ18を接続したことに特徴を有する。   In the multimode single-core bidirectional device 10 according to the present embodiment, two branching waveguides 13 and 14 are formed facing different end faces 23 and 24 of the substrate 11, respectively, and PD 17 is provided on one end face 23. The multi-mode fiber 18 having a core diameter of 100 to 150 μm is connected to the other end face 24.

具体的には、マルチモード導波路15は、結合用導波路12と一方の分岐導波路14とは略直線的に形成され、各導波路12,14の入出力端(ポート1、ポート3)が基板11の互いに対向する端面25,24(図中、上側及び下側)に位置するように形成されている。他方の分岐導波路13は、その入出力端(ポート2)が端面24,25と異なる端面23に位置するように形成されている。各導波路12,13,14には、それぞれ所定の端面に臨んで光路が形成されるべく、曲げ部位26が形成されている。   Specifically, the multimode waveguide 15 is formed so that the coupling waveguide 12 and one branching waveguide 14 are substantially linear, and input / output ends (ports 1 and 3) of the respective waveguides 12 and 14. Is formed so as to be located on the end surfaces 25 and 24 (upper and lower sides in the figure) of the substrate 11 facing each other. The other branching waveguide 13 is formed such that its input / output end (port 2) is located on an end face 23 different from the end faces 24 and 25. Each waveguide 12, 13, 14 is formed with a bent portion 26 so as to form an optical path facing a predetermined end face.

さらに、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10は、端面24に平行に多層膜フィルタ挿入溝21が形成され、その多層膜フィルタ挿入溝21には多層膜フィルタ22が挿入されている。多層膜フィルタ22は、所定波長帯の光(例えば、λ1)を透過すると共に、それ以外の波長帯の光(例えば、λ2)を反射する波長フィルタである。   Furthermore, in the multimode single-core bidirectional device 10 of the present embodiment, a multilayer filter insertion groove 21 is formed in parallel to the end face 24, and the multilayer filter 22 is inserted into the multilayer filter insertion groove 21. . The multilayer filter 22 is a wavelength filter that transmits light in a predetermined wavelength band (for example, λ1) and reflects light in other wavelength bands (for example, λ2).

端面24に接続されるマルチモードファイバ18は、曲げに強く、また割れづらく扱いやすいプラスチックファイバを用いるのが望ましい。   As the multimode fiber 18 connected to the end face 24, it is desirable to use a plastic fiber that is resistant to bending and is easy to handle.

マルチモードファイバ18のコア径を100μm以上とすることで、実装トレランスを大きくすることができる。例えば、ホームネットワークやマンション内ネットワークにおいては、接続が容易となるためユーザのDIY(Do It Yourself)化を可能とする。   The mounting tolerance can be increased by setting the core diameter of the multimode fiber 18 to 100 μm or more. For example, in a home network or a condominium network, it is easy to connect, so that the user can be DIY (Do It Yourself).

また、コア径を150μm以下とすることで、受光径が約100μm程度に小さい2.5Gbps以上の高速応答可能なPDとの接続損失を小さくすることができる。   Further, by setting the core diameter to 150 μm or less, it is possible to reduce the connection loss with a PD capable of high-speed response of 2.5 Gbps or more, which has a light receiving diameter of about 100 μm.

マルチモード導波路15のコア径は、マルチモードファイバ18のコア径を120μmとすると、70μmに形成することが望ましい。なぜなら、LD16を出射した光が多層膜フィルタ22で一部反射して発生する戻り光や散乱光等により、結合導波路12を通ってLD16に光が戻ってくるが、コア径が50μm以下であると戻り光によりレーザダイオード発振の安定性が妨げられるという可能性がある。その場合、マルチモード導波路15とLD16との間にアイソレータを設けなければならず双方向デバイスの構成が複雑になるためである。一方、コア径が大きければ大きいほど戻り光の影響は小さくなるが、コア径を100μm以上に形成すると、マルチモードファイバ18やPD17とマルチモード導波路15との間の接続損失が大きくなるという問題があるためである。   The core diameter of the multimode waveguide 15 is desirably 70 μm when the core diameter of the multimode fiber 18 is 120 μm. This is because the light emitted from the LD 16 is partially reflected by the multilayer filter 22, and the light returns to the LD 16 through the coupling waveguide 12 due to return light or scattered light, but the core diameter is 50 μm or less. If there is, there is a possibility that the stability of laser diode oscillation is hindered by the return light. In this case, an isolator must be provided between the multimode waveguide 15 and the LD 16, and the configuration of the bidirectional device becomes complicated. On the other hand, the larger the core diameter, the smaller the influence of the return light. However, when the core diameter is 100 μm or more, the connection loss between the multimode fiber 18 or PD 17 and the multimode waveguide 15 increases. Because there is.

マルチモード導波路15の基板11はシリコン或いは石英などの材料で形成されている。また、マルチモード導波路15を形成する材料はアクリル系、エポキシ系などいずれの樹脂を用いてもよい。   The substrate 11 of the multimode waveguide 15 is made of a material such as silicon or quartz. The material for forming the multimode waveguide 15 may be any resin such as acrylic or epoxy.

LD16は、低コスト化が期待できるVCSELを用いるのが望ましい。他に、LD16として、ファブリーペロー型レーザ、DFB型レーザなどを用いてもよい。   The LD 16 is desirably a VCSEL that can be expected to reduce the cost. In addition, a Fabry-Perot laser, a DFB laser, or the like may be used as the LD 16.

LD16とマルチモード導波路15との接続は、端面25に臨む入出射端にLDの光軸を一致させて接続してもよい。また、マルチモード導波路15の光路を基板側或いはオーバクラッド側に変換するべく、ダイシングソー等を用いてコアの端面を斜めに切断したミラー端面を形成すると共に、基板11表面或いはオーバクラッド上にLD16およびPD17を配置して、LD16とマルチモード導波路15とを接続してもよい。このときLD16は表面実装に向いている面発光型LD(例えば、VCSEL)を用いることが望ましい。さらに、マルチモードファイバ18のマルチモード導波路15への接続には基板11にV溝などを形成して接続してもよい。   The connection between the LD 16 and the multimode waveguide 15 may be performed by making the optical axis of the LD coincide with the input / output end facing the end face 25. Further, in order to convert the optical path of the multimode waveguide 15 to the substrate side or the overcladding side, a mirror end surface is formed by obliquely cutting the end surface of the core using a dicing saw or the like, and on the surface of the substrate 11 or the overcladding. The LD 16 and the PD 17 may be arranged to connect the LD 16 and the multimode waveguide 15. At this time, it is desirable to use a surface emitting LD (for example, VCSEL) suitable for surface mounting as the LD 16. Further, the multimode fiber 18 may be connected to the multimode waveguide 15 by forming a V-groove or the like in the substrate 11.

さらに、図2に示すように、本実施の形態では、多層膜フィルタ22を、2本の分岐導波路13,14が完全に交わる部分を0の位置(図中、Y座標)とし、2本の分岐導波路13,14が交わり始める部分を1の位置としたとき、0〜1/5の位置に挿入している。また、分岐部19の分岐角θは、10°以下に形成されている。   Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the multilayer filter 22 has two portions where the two branching waveguides 13 and 14 completely intersect with each other at a position 0 (Y coordinate in the figure). When the portion where the branching waveguides 13 and 14 begin to intersect is assumed to be 1 position, it is inserted at 0 to 1/5 position. Further, the branching angle θ of the branching portion 19 is formed to be 10 ° or less.

マルチモード光導波路15はポリマ導波路で形成されるのが望ましい。マルチモード導波路15は、石英系導波路で形成されてもよいが、石英系導波路は、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて作製するため、コア径の大きな導波路を作製する場合には時間がかかる。これに対し、ポリマ導波路ではコア径の大きな導波路でも直接露光法や金型法などにより短時間で作製することができ、低コスト化が図れる。   The multimode optical waveguide 15 is preferably formed of a polymer waveguide. The multimode waveguide 15 may be formed of a silica-based waveguide. However, since the silica-based waveguide is manufactured using reactive ion etching (RIE), the waveguide having a large core diameter is manufactured. Takes time. On the other hand, in the case of a polymer waveguide, even a waveguide having a large core diameter can be manufactured in a short time by a direct exposure method, a mold method, or the like, and the cost can be reduced.

ここで、図4(a)〜図4(h)に基づき直接露光法を用いたマルチモード導波路15の作製方法を説明する。   Here, a manufacturing method of the multimode waveguide 15 using the direct exposure method will be described with reference to FIGS. 4A to 4H.

図4(a)に示される基板11を用意し、図4(b)に示すように、基板11上にクラッド材41として紫外線硬化樹脂を塗布する。図4(c)に示すように、塗布されたクラッド材41に紫外線UVを照射し、クラッド材41を硬化させてアンダークラッド42を形成する。図4(d)に示すように、アンダークラッド42上にコア材43としてクラッド材41とは屈折率の異なる紫外線硬化樹脂を塗布する。図4(e)に示すように、コア材43上方にコアのパターン(導波路パターン)が描かれたフォトマスク44を設置し、そのフォトマスク44を介してコア材43に紫外線UVを照射する。図4(f)に示すように、紫外線照射されたコア材43を現像液で現像して未硬化部分を除去し、コア45が得られる。図4(g)に示すように、コア45及びアンダークラッド42上にクラッド材46を塗布する。ここで、クラッド材46は、アンダークラッド42を形成したクラッド材41と同じ材料とした。最後に図4(h)に示すように、塗布されたクラッド材46に紫外線UVを照射して、オーバクラッド47を形成し、マルチモード導波路15が得られる。   A substrate 11 shown in FIG. 4A is prepared, and an ultraviolet curable resin is applied as a clad material 41 on the substrate 11 as shown in FIG. 4B. As shown in FIG. 4C, the applied clad material 41 is irradiated with ultraviolet rays UV, and the clad material 41 is cured to form an underclad 42. As shown in FIG. 4D, an ultraviolet curable resin having a refractive index different from that of the clad material 41 is applied on the under clad 42 as the core material 43. As shown in FIG. 4E, a photomask 44 on which a core pattern (waveguide pattern) is drawn is placed above the core material 43, and the core material 43 is irradiated with ultraviolet rays UV through the photomask 44. . As shown in FIG. 4 (f), the core material 43 irradiated with ultraviolet rays is developed with a developer to remove the uncured portion, whereby the core 45 is obtained. As shown in FIG. 4G, a clad material 46 is applied on the core 45 and the under clad 42. Here, the clad material 46 is the same material as the clad material 41 on which the under clad 42 is formed. Finally, as shown in FIG. 4H, the coated clad material 46 is irradiated with ultraviolet rays UV to form an over clad 47, whereby the multimode waveguide 15 is obtained.

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10の動作原理について説明する。マルチモードファイバ18を伝搬してきた波長λ1の光をポート3から入射させると、その光は分岐導波路14を通り、多層膜フィルタ22で反射し、分岐導波路13を通ってPD17で受光される。また、LD16で発振される波長λ2の光をポート1から入射させると、結合導波路12を通り、多層膜フィルタ22を透過し、分岐導波路14を通ってマルチモードファイバ18に送光される。   The operation principle of the multimode single-core bidirectional device 10 of the present embodiment will be described. When the light of wavelength λ1 propagating through the multimode fiber 18 is incident from the port 3, the light passes through the branching waveguide 14, is reflected by the multilayer filter 22, and is received by the PD 17 through the branching waveguide 13. . In addition, when light having a wavelength λ 2 oscillated by the LD 16 is incident from the port 1, the light passes through the coupling waveguide 12, passes through the multilayer filter 22, and is transmitted to the multimode fiber 18 through the branching waveguide 14. .

このとき、ポート1から入射した光は基板端面25やフィルタ挿入溝21で一部散乱し、クラッド内を伝搬して、端面24の方へ向かう。   At this time, the light incident from the port 1 is partially scattered by the substrate end face 25 and the filter insertion groove 21, propagates in the cladding, and travels toward the end face 24.

ここで、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10によれば、2本の分岐導波路13,14を、基板11の互いに異なる端面23、24に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面23にはPD17を接続し、他方の端面24にはマルチモードファイバ18を接続した構造とすることにより、マルチモードファイバ18とPD17とのアイソレーションを確保しているので、散乱光をPD17で受信することがない。   Here, according to the multimode single-core bidirectional device 10 of the present embodiment, the two branching waveguides 13 and 14 are respectively formed facing the different end faces 23 and 24 of the substrate 11, and one end face is formed. 23 is connected to the PD 17, and the other end surface 24 is connected to the multi-mode fiber 18 to secure isolation between the multi-mode fiber 18 and the PD 17. There is nothing to do.

また、ポート1にPDを接続し、ポート3から波長λ2の光を入射させた場合、その光は多層膜フィルタ22を透過するが、一部戻り光として端面24側へ向かう。このような場合でも、PDとマルチモードファイバ18とを異なる端面に接続しているので、戻り光をPDで受信することがない。   When a PD is connected to the port 1 and light having a wavelength λ2 is incident from the port 3, the light passes through the multilayer filter 22, but partly returns to the end face 24 side. Even in such a case, since the PD and the multimode fiber 18 are connected to different end faces, the return light is not received by the PD.

よって、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10によれば、多層膜フィルタ22での戻り光や散乱光などをPDで受光することを防止し、クロストークの悪化を防止することができる。   Therefore, according to the multimode single-core bidirectional device 10 of the present embodiment, it is possible to prevent the return light or scattered light from the multilayer filter 22 from being received by the PD and to prevent the deterioration of crosstalk. it can.

ここで、図3に多層膜フィルタ22の挿入位置と損失との関係、及びフィルタ位置と戻り光の強度(dB比)との関係を示す。ここで、戻り光とは、ポート3(或いはポート2)から入射し、多層膜フィルタ22においてポート2側に反射した光以外に、多層膜フィルタ22で反射してマルチモードファイバ18側に反射して戻る光のことを示す。図3において、横軸のフィルタ位置は、図2のY座標を表し、縦軸はポート1に出射される光の損失、及び端面24側に出射される戻り光の損失を表している。   Here, FIG. 3 shows the relationship between the insertion position of the multilayer filter 22 and the loss, and the relationship between the filter position and the intensity (dB ratio) of the return light. Here, the return light is incident from port 3 (or port 2) and reflected by the multilayer filter 22 and reflected by the multilayer filter 22 in addition to the light reflected by the multilayer filter 22 on the port 2 side. Indicates the light that returns. In FIG. 3, the filter position on the horizontal axis represents the Y coordinate in FIG. 2, and the vertical axis represents the loss of light emitted to the port 1 and the loss of return light emitted to the end face 24 side.

図3に示すように、多層膜フィルタ22で反射する光をポート3から光を入射したとき、フィルタ位置が0〜1/5の場合に、コアを伝搬する光の損失が3dB以下と小さく、かつ戻り光の強度が小さい。   As shown in FIG. 3, when the light reflected by the multilayer filter 22 is incident from the port 3, when the filter position is 0 to 1/5, the loss of light propagating through the core is as small as 3 dB or less, And the intensity of the return light is small.

したがって、多層膜フィルタ22を0〜1/5の位置に挿入することにより低損失にすることができる。   Therefore, low loss can be achieved by inserting the multilayer filter 22 at a position of 0 to 1/5.

また、本実施の形態では、多層膜フィルタ挿入溝21をマルチモードファイバ18を接続する端面24と平行となるように形成した。ただし、図2に示すように、分岐部19は、分岐導波路14と結合導波路12とを略直線状に形成すると共に、2本の分岐導波路13,14が多層膜フィルタ22に対して同じ入反射角を有するように形成している。多層膜フィルタ挿入溝21と端面24とを平行に形成することにより、一枚のウェハからの双方向デバイス10の切り出しと多層膜フィルタ挿入溝21の形成を一括で行うことができ、低コスト化が図れる。   In the present embodiment, the multilayer filter insertion groove 21 is formed to be parallel to the end face 24 connecting the multimode fiber 18. However, as shown in FIG. 2, the branching portion 19 forms the branching waveguide 14 and the coupling waveguide 12 in a substantially straight line, and the two branching waveguides 13 and 14 are formed with respect to the multilayer filter 22. It forms so that it may have the same incident-reflection angle. By forming the multilayer filter insertion groove 21 and the end face 24 in parallel, the bidirectional device 10 can be cut out from the single wafer and the multilayer filter insertion groove 21 can be collectively formed, thereby reducing the cost. Can be planned.

分岐部19の分岐角θ(図2参照)は、10°以下に形成するのが望ましい。例えば、分岐角10°では、最低次モードのフィルタへの入射角が5°以上となる。また、NA0.2に形成された通常の光ファイバの最高次のモードの入射角は、屈折率が1.5の媒体中で最大12°、最低0°となる。その場合、多層膜フィルタ22を、入射角(分岐角)に対してp偏光、s偏光の光の反射特性を補正しなければならない。波長間隔を大きくすることにより、補正は可能であるが、大口径のマルチモードファイバ18を光導波路に接続する場合、損失の波長依存性が大きい。例えば、フッ素系樹脂を用いた光導波路では、850nmでの損失が10dB/kmに対して、650nmでは50dB/kmと大きく異なり、波長間隔を100nm以上に大きくすることは適していない。そこで、波長間隔を100nmとし、多層膜フィルタ22の作製精度を±10nm、LD16の波長ずれを±5nmとすれば、多層膜フィルタ22の転移波長間隔70nmが要求され、p偏光、s偏光の両方の偏光の反射特性を考慮した場合、多層膜フィルタ22への入射光の角度幅は12°が最大となるためである。   The branching angle θ (see FIG. 2) of the branching part 19 is preferably formed to be 10 ° or less. For example, at a branching angle of 10 °, the incident angle to the filter of the lowest order mode is 5 ° or more. In addition, the incident angle of the highest mode of a normal optical fiber formed with NA of 0.2 is a maximum of 12 ° and a minimum of 0 ° in a medium having a refractive index of 1.5. In that case, the multilayer filter 22 must correct the reflection characteristics of p-polarized light and s-polarized light with respect to the incident angle (branching angle). Correction can be made by increasing the wavelength interval, but when the large-diameter multimode fiber 18 is connected to the optical waveguide, the wavelength dependence of loss is large. For example, in an optical waveguide using a fluororesin, the loss at 850 nm is greatly different from 50 dB / km at 650 nm, and it is not suitable to increase the wavelength interval to 100 nm or more. Therefore, if the wavelength interval is 100 nm, the fabrication accuracy of the multilayer filter 22 is ± 10 nm, and the wavelength shift of the LD 16 is ± 5 nm, a transition wavelength interval of 70 nm is required for the multilayer filter 22, and both p-polarized light and s-polarized light are required. This is because the angle width of the incident light to the multilayer filter 22 is 12 ° at the maximum when the reflection characteristics of the polarized light are taken into consideration.

また、マルチモード導波路15のNAは0.3〜0.6であることが望ましい。NAが0.3以下では、曲げ損失が発生する曲げ半径の閾値が3mm程度と大きく、デバイスのサイズが大きくなり、ホームネットワーク等の限られたスペースで使用するには好ましくない。また、NAが0.6以上のマルチモード導波路を形成するためには、コアとクラッドの比屈折率差を大きくする必要がある。よって、コアとクラッドに大きく特性の異なる異種の材料を用いることになり、コアとクラッド間の密着性において問題となる。NAを0.6以上とすると、例えばコアに屈折率1.5のアクリル樹脂を用いた場合、クラッドの屈折率は1.37としなければならず、通常は他材料とは接着力の弱いフッ素系樹脂が必要となる。逆に、コアの屈折率を1.5以上とする場合には、分子屈折の大きなベンゼン環や、ハロゲン系の塩素、臭素を用いることになり環境上好ましくない。   The NA of the multimode waveguide 15 is preferably 0.3 to 0.6. When the NA is 0.3 or less, the bending radius threshold at which bending loss occurs is as large as about 3 mm, the device size is increased, and this is not preferable for use in a limited space such as a home network. Further, in order to form a multimode waveguide having an NA of 0.6 or more, it is necessary to increase the relative refractive index difference between the core and the clad. Therefore, different materials having greatly different characteristics are used for the core and the clad, which causes a problem in the adhesion between the core and the clad. When NA is 0.6 or more, for example, when an acrylic resin having a refractive index of 1.5 is used for the core, the refractive index of the clad must be 1.37, which is usually a fluorine having a weak adhesive force with other materials. Resin is required. On the other hand, when the refractive index of the core is 1.5 or more, a benzene ring having a large molecular refraction, a halogen-based chlorine, or bromine is used, which is not preferable from an environmental viewpoint.

次に第2の実施の形態のマルチモード双方向デバイスについて説明する。   Next, a multimode bidirectional device according to a second embodiment will be described.

図5に示すように、本実施の形態のマルチモード双方向デバイス50は、基本的な構成は図1のマルチモード一芯双方向デバイス10と同じであるが、結合導波路12に所定波長の光を出力する第1のLD17が接続されると共に、一方の分岐導波路13に、所定波長とは異なる波長の光を出力する第2のLD51を接続した点において異なる。   As shown in FIG. 5, the basic configuration of the multimode bidirectional device 50 of the present embodiment is the same as that of the multimode single-core bidirectional device 10 of FIG. A difference is that a first LD 17 that outputs light is connected and a second LD 51 that outputs light having a wavelength different from a predetermined wavelength is connected to one branching waveguide 13.

マルチモード一芯双方向デバイス50の動作原理について説明する。本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス50は、2つの異なる波長の光を合波させてマルチモードファイバ18に送信する合波デバイスである。   The operation principle of the multi-mode single-core bidirectional device 50 will be described. The multimode single-core bidirectional device 50 according to the present embodiment is a multiplexing device that combines two different wavelengths of light and transmits them to the multimode fiber 18.

一方のLD51から出た光は、分岐導波路13を通り、多層膜フィルタ22で反射され、他方の分岐導波路14を伝搬して、マルチモードファイバ18まで伝搬する。他方、LD16から出た光は、結合導波路12を通り、多層膜フィルタ22を透過し、他方の分岐導波路14を通って、マルチモードファイバ18まで伝搬する。したがって、LD51の出射光とLD16の出射光は多層膜フィルタ22で合波し、その合波した光が分岐導波路14を通ってマルチモードファイバ18へ送信される。   The light emitted from one LD 51 passes through the branch waveguide 13, is reflected by the multilayer filter 22, propagates through the other branch waveguide 14, and propagates to the multimode fiber 18. On the other hand, light emitted from the LD 16 passes through the coupling waveguide 12, passes through the multilayer filter 22, propagates to the multimode fiber 18 through the other branching waveguide 14. Therefore, the light emitted from the LD 51 and the light emitted from the LD 16 are combined by the multilayer filter 22, and the combined light is transmitted to the multimode fiber 18 through the branching waveguide 14.

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス50も、LD51とマルチモードファイバ18とが基板11の互いに異なる端面23,24に接続されており、前実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス10と同様な作用効果を有する。   Also in the multimode single-core bidirectional device 50 of the present embodiment, the LD 51 and the multimode fiber 18 are connected to different end faces 23 and 24 of the substrate 11, and the multimode single-core bidirectional device of the previous embodiment. 10 has the same effect.

次に、第3の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスについて説明する。   Next, a multimode single-core bidirectional device according to a third embodiment will be described.

図6に示すように、本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス60は、基本的な構成は図1のマルチモード一芯双方向デバイス10と同じであるが、結合導波路12には第1のPD17が接続されると共に、一方の分岐導波路13には第2のPD17を接続した点において異なる。   As shown in FIG. 6, the basic configuration of the multimode single-core bidirectional device 60 of the present embodiment is the same as that of the multimode single-core bidirectional device 10 of FIG. The difference is that the first PD 17 is connected and the second PD 17 is connected to one branching waveguide 13.

マルチモード一芯双方向デバイス60の動作原理について説明する。本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス60は、マルチモードファイバ18から入射される2波長多重化された光を分波させてそれぞれ各波長の光毎に検知する分波デバイスである。   The operation principle of the multi-mode single-core bidirectional device 60 will be described. The multimode single-core bidirectional device 60 of the present embodiment is a demultiplexing device that demultiplexes two-wavelength multiplexed light incident from the multimode fiber 18 and detects each of the light of each wavelength.

マルチモードファイバ18から入射した波長多重光は、分岐導波路14を通り多層膜フィルタ22に入射する。多層膜フィルタ22では、所定波長帯の光を透過すると共に、その所定波長帯以外の光を反射する。よって、一方の波長の光は多層膜フィルタ22を透過し、結合導波路12を通って第1のPD17で受光され、他方の波長の光は多層膜フィルタ22で反射して分岐導波路13を通って第2のPD17で受光される。   The wavelength multiplexed light incident from the multimode fiber 18 passes through the branch waveguide 14 and enters the multilayer filter 22. The multilayer filter 22 transmits light of a predetermined wavelength band and reflects light other than the predetermined wavelength band. Therefore, the light of one wavelength passes through the multilayer filter 22 and is received by the first PD 17 through the coupling waveguide 12, and the light of the other wavelength is reflected by the multilayer filter 22 and passes through the branching waveguide 13. The light is received by the second PD 17.

本実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイス60も、図1のマルチモード一芯双方向デバイス10と同様な作用効果を有する。   The multimode single-core bidirectional device 60 of the present embodiment also has the same operational effects as the multimode single-core bidirectional device 10 of FIG.

次に、本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。   Next, embodiments of the present invention will be described based on examples, but the embodiments of the present invention are not limited to these examples.

(実施例1)
裏面に電気配線を施した石英基板11の表面に直接露光法によりポリマ材料でマルチモード導波路15を形成した。ポリマ材料としては光硬化型のアクリル系樹脂を用い、コアの屈折率を1.567、クラッドの屈折率を1.517とした。マルチモード導波路15はアンダークラッド厚20μm、コア径70μm×70μm(幅×高さ)、オーバクラッド厚をコア上から20μmに形成した。マルチモード導波路15のパターンは図1及び図2に示したような構造とし、分岐角は10度とした。本実施例では、ポート1から光を入射したときの分岐比はポート3:ポート2=17:1である。
Example 1
A multi-mode waveguide 15 was formed of a polymer material on the surface of the quartz substrate 11 provided with electrical wiring on the back surface by a direct exposure method. As the polymer material, a photocurable acrylic resin was used, and the refractive index of the core was 1.567 and the refractive index of the cladding was 1.517. The multimode waveguide 15 was formed with an under cladding thickness of 20 μm, a core diameter of 70 μm × 70 μm (width × height), and an over cladding thickness of 20 μm from the top of the core. The pattern of the multimode waveguide 15 has a structure as shown in FIGS. 1 and 2, and the branch angle is 10 degrees. In this embodiment, the branching ratio when light enters from port 1 is port 3: port 2 = 17: 1.

また、V字型のブレードでダイシングすることによりポート1とポート2付近でコアをミラー端面に形成した。素子切り出しと幅0.02mmの多層膜フィルタ挿入溝21の形成を一括でダイシングにより行った。多層膜フィルタ挿入溝21には波長780nmでは反射、850nmでは透過する多層膜フィルタ22を挿入した。多層膜フィルタ挿入溝21には、コア材と同じ材料を滴下して紫外線を照射しマッチングオイルの役割もかねながら多層膜フィルタ22を固定した。基板裏側には、ポート1のミラー端面に位置して波長850nmのVCSELを配設し、ポート2のミラー端面に位置してPDを配設し、ポート3にマルチモードファイバ18を接続してマルチモード一芯双方向デバイスAを作製した。   Further, dicing with a V-shaped blade formed a core on the mirror end face in the vicinity of port 1 and port 2. The device was cut out and the multilayer filter insertion groove 21 having a width of 0.02 mm was collectively formed by dicing. A multilayer filter 22 that reflects at a wavelength of 780 nm and transmits at 850 nm is inserted into the multilayer filter insertion groove 21. In the multilayer filter insertion groove 21, the same material as the core material was dropped and irradiated with ultraviolet rays to fix the multilayer filter 22 while also serving as a matching oil. On the back side of the substrate, a VCSEL having a wavelength of 850 nm is disposed on the mirror end face of port 1, a PD is disposed on the mirror end face of port 2, and a multimode fiber 18 is connected to port 3 to A mode single-core bidirectional device A was produced.

またさらに、ポート1にPD、ポート2に波長780nmのLDをそれぞれ配設し、ポート3にマルチモードファイバ18を接続し、一芯双方向デバイスBを作製した。デバイスA,Bそれぞれ、マルチモードファイバ18の他端にLDおよびPDを接続して一芯双方向デバイスの損失を確認したところ、デバイスA,Bの損失は、いずれも送受信ともに3dB以下であった。また、長さ100mのマルチモードファイバ18を用いて、一芯双方向デバイスAと一芯双方向デバイスBとを接続し、動作確認をしたところ、2.5Gbpsの動作でもアイパターンが開くことを確認できた。   Furthermore, a single-core bidirectional device B was fabricated by arranging a PD at port 1 and an LD with a wavelength of 780 nm at port 2, and connecting a multimode fiber 18 to port 3. The loss of the single-core bidirectional device was confirmed by connecting LD and PD to the other end of the multimode fiber 18 for each of the devices A and B. The loss of both the devices A and B was 3 dB or less for both transmission and reception. . In addition, when the single-core bidirectional device A and the single-core bidirectional device B are connected using the multi-mode fiber 18 having a length of 100 m and the operation is confirmed, the eye pattern opens even at the operation of 2.5 Gbps. It could be confirmed.

(実施例2)
シリコン基板上に、コア材料として屈折率1.502のアクリル系樹脂を用い、クラッド材料として屈折率1.452のアクリル系樹脂を用い、NA0.38のマルチモード導波路15を、直接露光法により作製した。作製したマルチモード導波路15のコア径は70μm×70μm(幅×高さ)である。また、分岐角は10°とした。マルチモード導波路15に、多層膜フィルタ挿入溝21を、幅20μmのダイシングソーにより、図2のY座標0の位置から20μmの位置に形成した。多層膜フィルタ22は、図7に示す透過反射特性を持ち、厚さ12μmのポリイミド基板上に作製したものである。
(Example 2)
On a silicon substrate, an acrylic resin having a refractive index of 1.502 is used as a core material, an acrylic resin having a refractive index of 1.452 is used as a cladding material, and a multimode waveguide 15 having an NA of 0.38 is formed by direct exposure Produced. The core diameter of the manufactured multimode waveguide 15 is 70 μm × 70 μm (width × height). The branch angle was 10 °. In the multimode waveguide 15, the multilayer filter insertion groove 21 was formed at a position 20 μm from the position of the Y coordinate 0 in FIG. 2 by a dicing saw having a width of 20 μm. The multilayer filter 22 has a transmission / reflection characteristic shown in FIG. 7 and is produced on a polyimide substrate having a thickness of 12 μm.

図7(a)及び図7(c)に示すように、多層膜フィルタ22は、波長840nm以上の光を透過し(透過損失0.5dB以下)、図7(b)及び図7(d)に示すように、波長790nm以下の光を反射させる(透過損失20dB以上)透過反射特性を有する。   As shown in FIGS. 7A and 7C, the multilayer filter 22 transmits light having a wavelength of 840 nm or more (transmission loss of 0.5 dB or less), and FIGS. 7B and 7D. As shown in FIG. 2, the light has a reflection / reflection characteristic of reflecting light having a wavelength of 790 nm or less (transmission loss of 20 dB or more).

多層膜フィルタ22を、多層膜フィルタ挿入溝21に挿入し、屈折率1.502のアクリル系紫外線硬化型の接着剤で固定した。さらに、結合導波路12に(ポート1)は波長780nmのLD16を、LD16からの出射光が結合導波路12に最も効率よく結合する位置に合わせ、接着剤で固定した。また一方の分岐導波路13(ポート2)には波長850nmのLD51を波長780nmのLD16と同様に固定した。他方の分岐導波路14(ポート3)には、コア径120μm、NA0.19のGI型プラスチック光ファイバ18を、分岐導波路14からの出射光を最も効率よく受けることができる位置で固定した。   The multilayer filter 22 was inserted into the multilayer filter insertion groove 21 and fixed with an acrylic ultraviolet curable adhesive having a refractive index of 1.502. Furthermore, the LD 16 having a wavelength of 780 nm is aligned with the coupling waveguide 12 (port 1) at the position where the light emitted from the LD 16 is most efficiently coupled to the coupling waveguide 12 and fixed with an adhesive. An LD 51 having a wavelength of 850 nm was fixed to one branching waveguide 13 (port 2) in the same manner as the LD 16 having a wavelength of 780 nm. In the other branching waveguide 14 (port 3), a GI type plastic optical fiber 18 having a core diameter of 120 μm and NA of 0.19 was fixed at a position where the light emitted from the branching waveguide 14 can be received most efficiently.

本実施例のマルチモード一芯双方向デバイスの特性は、プラスチック光ファイバとの接続損失を含めて、波長850nmの光の損失が1.7dB、波長780nmの光の損失が2.9dBと良好な結果を得た。   The characteristics of the multimode single-core bidirectional device of this example are as good as 1.7 dB for light loss at a wavelength of 850 nm and 2.9 dB for light loss at a wavelength of 780 nm, including connection loss with a plastic optical fiber. The result was obtained.

(実施例3)
シリコン基板11上に、コア材料として屈折率1.502のアクリル系樹脂を用い、クラッド材料として屈折率は1.452のアクリル系樹脂を用い、NA0.38のマルチモード導波路15を、直接露光法により作製した。作製したマルチモード導波路15のコア径は70×70(幅×高さ)である。また、分岐角は10°とした。マルチモード導波路15に、多層膜フィルタ挿入溝21を、幅20μmのダイシングソーにより、図2のY座標0の位置から20μmの位置に形成した。多層膜フィルタ22は、図7(a)〜図7(d)に示す透過反射特性を持ち、厚さ12μmのポリイミド基板上に作製したものである。
(Example 3)
On the silicon substrate 11, an acrylic resin having a refractive index of 1.502 is used as a core material, an acrylic resin having a refractive index of 1.452 is used as a cladding material, and a multimode waveguide 15 having an NA of 0.38 is directly exposed. It was produced by the method. The core diameter of the manufactured multimode waveguide 15 is 70 × 70 (width × height). The branch angle was 10 °. In the multimode waveguide 15, the multilayer filter insertion groove 21 was formed at a position 20 μm from the position of the Y coordinate 0 in FIG. 2 by a dicing saw having a width of 20 μm. The multilayer filter 22 has a transmission / reflection characteristic shown in FIGS. 7A to 7D and is manufactured on a polyimide substrate having a thickness of 12 μm.

図7(a)〜図7(d)に示すように、多層膜フィルタ22は、波長840nm以上の光を透過し(透過損失0.5dB以下)、波長790nm以下の光を反射させる(透過損失20dB以上)透過反射特性を有する。   As shown in FIGS. 7A to 7D, the multilayer filter 22 transmits light having a wavelength of 840 nm or more (transmission loss of 0.5 dB or less) and reflects light having a wavelength of 790 nm or less (transmission loss). 20 dB or more) It has transmission and reflection characteristics.

多層膜フィルタ22を、多層膜フィルタ挿入溝21に挿入し、屈折率1.502のアクリル系紫外線硬化型の接着剤で固定した。さらに、結合用導波路12に(ポート1)、及び一方の分岐導波路13(ポート2)にはそれぞれPD17,17を各ポートの最も効率よく結合する位置で合わせ、接着剤で固定した。他方の分岐導波路14(ポート3)には、コア径120μm、NA0.19のGI型プラスチック光ファイバを、他方の分岐導波路14へ最も光を効率よく結合させることができる位置で固定した。   The multilayer filter 22 was inserted into the multilayer filter insertion groove 21 and fixed with an acrylic ultraviolet curable adhesive having a refractive index of 1.502. Further, the PDs 17 and 17 were aligned with the coupling waveguide 12 (port 1) and the one branching waveguide 13 (port 2) at the position where each port was most efficiently coupled, and fixed with an adhesive. In the other branching waveguide 14 (port 3), a GI type plastic optical fiber having a core diameter of 120 μm and NA of 0.19 was fixed at a position where light can be most efficiently coupled to the other branching waveguide.

接続したプラスチック光ファイバに波長780nmと波長850nmの波長多重光を通した結果、780nmの光はポート2に配設されたPD、850nmの光はポート1に配設されたPDで受光することができ、損失はそれぞれ、3.0dB、3.0dBと良好な結果を得た。   As a result of passing 780 nm and 850 nm wavelength multiplexed light through the connected plastic optical fiber, the 780 nm light can be received by the PD disposed at port 2 and the 850 nm light can be received by the PD disposed at port 1. The loss was 3.0 dB and 3.0 dB, respectively, and good results were obtained.

好適な第1の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。1 is a top view showing a multimode single-core bidirectional device according to a preferred first embodiment; Y分岐部の拡大平面図である。It is an enlarged plan view of a Y branch part. 図1のマルチモード一芯双方向デバイスにおける多層膜フィルタ位置と損失の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the multilayer filter position and loss in the multi-mode single-core bidirectional device of FIG. (a)〜(h)は図1のマルチモード一芯双方向デバイスの作製方法の各工程を示す断面図である。(A)-(h) is sectional drawing which shows each process of the manufacturing method of the multimode single core bidirectional device of FIG. 第2の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。It is a top view which shows the multimode single core bidirectional device of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。It is a top view which shows the multimode single core bidirectional device of 3rd Embodiment. (a)、(c)は多層膜フィルタの透過特性を示す図であり、(b)、(d)は多層膜フィルタの反射特性を示す図である。(A), (c) is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of a multilayer filter, (b), (d) is a figure which shows the reflective characteristic of a multilayer filter. 従来のマルチモード一芯双方向デバイスを示す上面図である。It is a top view which shows the conventional multimode single core bidirectional device.

符号の説明Explanation of symbols

10 マルチモード一芯双方向デバイス
11 基板
12 結合導波路
13,14 分岐導波路
15 マルチモード導波路
16 レーザダイオード
17 フォトダイオード
18 マルチモードファイバ
21 多層膜フィルタ挿入溝
22 多層膜フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multimode single core bidirectional device 11 Substrate 12 Coupling waveguide 13,14 Branching waveguide 15 Multimode waveguide 16 Laser diode 17 Photodiode 18 Multimode fiber 21 Multilayer filter insertion groove 22 Multilayer filter

Claims (7)

基板上に設けられ1本の結合導波路と2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオード或いはフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオード或いはレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
上記2本の分岐導波路を、基板の互いに異なる端面に臨んでそれぞれ形成し、一方の端面にはフォトダイオード或いはレーザダイオードを接続し、他方の端面にはコア径100〜150μmのマルチモードファイバを接続したことを特徴とするマルチモード一芯双方向デバイス。
A multi-mode waveguide provided on a substrate and connected to one coupling waveguide and two branching waveguides; a laser diode or a photodiode connected to the coupling waveguide; and one branching waveguide Inserted into a multilayer filter insertion groove formed at a connection portion between the connected photodiode or laser diode, the multimode fiber connected to the other branching waveguide, and the coupling waveguide and the branching waveguide In a multimode single-core bidirectional device including a multilayer filter,
The two branched waveguides are respectively formed facing different end surfaces of the substrate, a photodiode or laser diode is connected to one end surface, and a multimode fiber having a core diameter of 100 to 150 μm is connected to the other end surface. Multi-mode single-core bidirectional device characterized by being connected.
基板上に設けられ1本の結合導波路と2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたレーザダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたレーザダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
上記結合導波路には所定波長の光を出力する第1のレーザダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路に、上記所定波長とは異なる波長の光を出力する第2のレーザダイオードが接続される請求項1記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
A multimode waveguide provided on a substrate and connected to one coupling waveguide and two branching waveguides, a laser diode connected to the coupling waveguide, and one branching waveguide A laser diode; a multimode fiber connected to the other branch waveguide; and a multilayer filter inserted in a multilayer filter insertion groove formed at a connection portion between the coupling waveguide and the branch waveguide. Multi-mode single-core bidirectional devices
A first laser diode that outputs light of a predetermined wavelength is connected to the coupling waveguide, and a second laser diode that outputs light of a wavelength different from the predetermined wavelength is connected to the one branch waveguide. The multi-mode single-core bidirectional device according to claim 1, which is connected.
基板上に設けられ1本の結合導波路と2本の分岐導波路とが接続されたマルチモード導波路と、上記結合導波路に接続されたフォトダイオードと、一方の分岐導波路に接続されたフォトダイオードと、他方の分岐導波路に接続されたマルチモードファイバと、上記結合導波路と上記分岐導波路との接続部に形成された多層膜フィルタ挿入溝に挿入される多層膜フィルタとを備えたマルチモード一芯双方向デバイスにおいて、
上記結合導波路には第1のフォトダイオードが接続されると共に、上記一方の分岐導波路には第2のフォトダイオードが接続される請求項1記載のマルチモード一芯双方向デバイス。
A multi-mode waveguide provided on the substrate and connected to one coupling waveguide and two branching waveguides, a photodiode connected to the coupling waveguide, and one branching waveguide A photodiode, a multimode fiber connected to the other branch waveguide, and a multilayer filter inserted into a multilayer filter insertion groove formed at a connection portion between the coupling waveguide and the branch waveguide Multi-mode single-core bidirectional devices
The multimode single-core bidirectional device according to claim 1, wherein a first photodiode is connected to the coupling waveguide, and a second photodiode is connected to the one branch waveguide.
上記多層膜フィルタは、2本の分岐導波路が完全に交わる部分を0の位置とし、2本の分岐導波路が交わり始める部分を1の位置としたとき、0〜1/5の位置に挿入される請求項1〜3いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。   The multilayer filter is inserted at a position of 0 to 1/5, where a position where the two branching waveguides completely intersect is a 0 position and a part where the two branching waveguides start intersecting is a 1 position. The multimode single-core bidirectional device according to any one of claims 1 to 3. 上記多層膜フィルタ挿入溝が上記マルチモードファイバを接続する端面と平行に形成された請求項1〜4いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。   The multimode single-core bidirectional device according to any one of claims 1 to 4, wherein the multilayer filter insertion groove is formed in parallel to an end face connecting the multimode fiber. 上記接続部の分岐角が10°以下である請求項1〜5いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。   The multimode single-core bidirectional device according to any one of claims 1 to 5, wherein a branch angle of the connection portion is 10 ° or less. 上記結合導波路及び上記分岐導波路のNAが0.3〜0.6である請求項1〜6いずれかに記載のマルチモード一芯双方向デバイス。   The multimode single-core bidirectional device according to claim 1, wherein the NA of the coupling waveguide and the branching waveguide is 0.3 to 0.6.
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