JP2007147740A - Multimode single core bidirectional device - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (7)
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103630977A (en) * | 2013-12-18 | 2014-03-12 | 湖南理工学院 | Waveguide mode control method based on film type space filter |
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-
2005
- 2005-11-24 JP JP2005338877A patent/JP2007147740A/en active Pending
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