专利名称：波导型光合分波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及波导型光合分波器，特别是涉及波长分散小的波导型光合分波器。
图9表示其一例，图9(a)表示用于构成这种光合分波器的单位，同时表示分别具有λN分波波长的第一至第三光合分波回路21a，21b，21c在石英基板(包层)20上的配置状态，图9(b)表示第一至第三光合分波回路21a，21b，21c之间的波导的连接状态。
图10表示连接成多段的这些光合分波回路21a，21b，21c的详细构成，30是在预定位置上形成用于引起干涉的相位差赋予部14、17、18的第一波导，40是在与第一波导30相同的位置形成用于干涉的相位差赋予部15、16、19的第二波导。
10～13表示在预定位置把第一波导30和第二波导40相耦合的光耦合部，波导30和40按上述那样构成马赫-钱德尔干涉回路。而且，光耦合部的耦合率，10和11约为50％，12和13约为3.5％。而且，在图中，6～9表示分别在第一波导30和第二波导40的终端上形成的第一至第四(按6～9的顺序)的输入输出端口。
因而，通过以上的构成，图9(a)中的第一至第三光合分波回路21a，21b，21c的第一至第四输入输出端口A～D依次相当于图10构成中的6～9，另一方面，图9(a)、(b)的22(输入端口)相当于图10的6，23和24(输出端口)都相当于图10的7。而且，图9(b)的ΔL1、ΔL2、ΔL3表示通过图10的相位差赋予部14～19的形成而在相位差赋予部15和14之间提供的光路长度差、在16和17之间以及19和18之间提供的光路长度差。
在以上构成的图9的第一至第三光合分波回路21a，21b，21c中，当从第一输入输出端口A输入波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号时，从第三输入输出端口C输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，另一方面，从第四输入输出端口D输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
另一方面，与之相反，当在第二输入输出端口B中输入波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号时，从第四输入输出端口D输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第三输入输出端口C输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
而且，图9所示的光合分波器把第一光合分波回路21a的第一输入输出端口A设定为全体的输入端口，同时，分别将第一光合分波回路21a的第三输入输出端口C与第二光合分波回路21b的第四输入输出端口D之间，以及第一光合分波回路21a的第四输入输出端口D与第三光合分波回路21c的第三输入输出端口C之间连接。
而且，在图9(b)中，在ΔL1、ΔL2、ΔL3之间提供ΔL2＝×ΔL1以及ΔL3＝4×ΔL1-λs/(Neff×2)的关系，其中，把λs定义为使用的波长范围的波长，把Neff定义为该波长下的波导等效折射率，而且，ΔL1由进行合分波的波长所决定。
具体地说，为了使动作波长范围处于1520nm至1620nm中，分别把ΔL1设定为约1mm，把ΔL2设定为约2mm，把ΔL3设定为约4mm，同时，把波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的间隔设定为约0.8nm(在频率中为100GHz)。
图11表示具有以上构成的现有波导型光合分波器的第二光合分波回路21b的输入输出端口23中的信道通过区域中的波长分散特性和透过率特性。根据该图，光合分波回路21a和21b的透过率特性完全相同，但是，波长分散特性具有相同的绝对值，但符号相反。
而且，作为光合分波器全体，为了满足21a和21b的特性，该例中的波长分散原理上具有为0的特质。
因而，以上所示的现有波导型光合分波器(以下称为现有例1)能够作为具备这些较优良特性的光合分波器来进行评价，但是，另一方面，当考虑向进一步开发的传输速度40Gbps级的系统中使用时，在串扰特性方面，未必是充分的。
图12表示该例。考虑从中心波长λn+1的信道向中心波长λn的信道的串扰的情况。
在进行传输速度为40Gbps这样的高速调制的系统中，由于该调制侧波带的影响会波及相邻信道，所以即使偏离中心波长，也需要低串扰特性，但是，在上述的现有例1的光合分波器的情况下，从中心波长λn+1偏离0.35nm，串扰为17dB，成为构成实用问题的高水准。
图13(a)和(b)表示为了改善该高串扰特性而提出的光合分波器(以下称为现有例2)。该光合分波器具有与图9(a)和(b)大致相同的构成，但是，为了改善串扰特性，使第一光合分波回路26a的分波波长λN从现有例1中的第一光合分波回路21a向短波侧错开Δλ＝0.15nm，另一方面，使第二光合分波回路26b和第三光合分波回路26c的分波波长从现有例1中的第二光合分波回路21b和第三光合分波回路21c向长波侧错开Δλ＝0.15nm。
具体地说，如图13(b)那样，具有分别使光合分波回路的相位差赋予部差ΔL1、ΔL2、ΔL3等效地仅缩短或者伸长δ1、δ2、δ3的特征，例如，把δ1设定为约0.1μm，δ2设定为约0.2μm，δ3设定为约0.4μm。在此所谓的等效是指既可以改变波导的实际长度，或者也可以不改变长度而改变波导的折射率，由此来改变光感到的光路长度。而且，在图13(a)和(b)中，25是石英基板，27是输入端口，28和29表示输出端口。
上述那样构成的现有例2的波导型光合分波器，如果根据图12来表示其串扰特性的水准，则从中心波长偏离0.35nm的位置上的串扰呈现27dB的高水准，能够确认在实用上具有充分的特性。
图14表示现有例2的输出端口28中的某个信道的波长分散特性和透过率特性，但由其可知，光合分波器26a和26b的波长分散在信道的中心附近变大，而且作为光合分波器全体的特性，成为满足两回路的(26a+26b)，因此，在信道的中心，呈现接近于30ps/nm的分散值。
该分散值显然是高水平的，特别是在传输速度为40Gbps这样的高速传输系统中，会成为大问题。
因而，本发明的目的是提供波长分散小的波导型光合分波器。
为了实现上述目的，本发明提供一种波导型光合分波器，其特征在于，包括第一至第三光合分波回路，具有多段连接马赫-钱德尔干涉回路的构成，并且器构成为当把具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第一输入输出端口时，从第三输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第四输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，当把上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第二输入输出端口时，从上述第四输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从上述第三输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，上述第一光合分波回路的上述第三输入输出端口连接在上述第二光合分波回路的上述第三输入输出端口上，上述第一光合分波回路的上述第四输入输出端口连接在上述第三光合分波回路的上述第四输入输出端口上，向上述第一光合分波回路的上述第一输入输出端口中输入上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号，从上述第二光合分波回路的上述第一输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，从上述第三光合分波回路的上述第一输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
而且，为了实现上述目的，本发明提供一种波导型光合分波器，其特征在于，包括第一至第三光合分波回路，具有多段连接马赫-钱德尔干涉回路的构成，并且其构成为当把具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第一输入输出端口时，从第三输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第四输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，当把上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第二输入输出端口时，从上述第四输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从上述第三输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，上述第一光合分波回路的上述第三输入输出端口连接在上述第二光合分波回路的上述第一输入输出端口上，上述第一光合分波回路的上述第四输入输出端口连接在上述第三光合分波回路的上述第一输入输出端口上，向上述第一光合分波回路的上述第一输入输出端口中输入上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号，从上述第二光合分波回路的上述第三输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，从上述第三光合分波回路的上述第四输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
当实施本发明时，最好把第一光合分波回路同第二和第三光合分波回路的分波波长从系统的中心波长错开。具体地说，把第一光合分波回路的波长向短波长侧或者长波长侧仅错开微小波长Δλ，另一方面，把第二和第三光合分波回路的波长向长波长侧或者短波长侧错开微小波长Δλ，当进行这样的波长设定时，能够实现高度低串扰的复用波通信。
作为第一至第三光合分波回路的排列形态，考虑纵列或者并列排列等各种形态，但是，当采用并列排列时，在使合分波器紧凑化上是有利的。
图11是表示图9的波导型光合分波器的信道通过区域中的波长分散特性和波长透过率的示意图；图12是比较图1和图9(现有例1)的波导型光合分波器的波长透过率特性的示意图；图13是表示现有的另一个波导型光合分波器(现有例2)的构成的示意图，图13(a)是光合分波回路的配置图，图13(b)是波导的耦合图；图14是表示图13的波导型光合分波器的信道通过区域中的波长分散特性和波长透过率的示意图。
在图1(a)和(b)中，1表示石英基板，2a表示形成在石英基板1上的第一光合分波回路，2b表示第二光合分波回路，2c表示第三光合分波回路。这些光合分波回路2a、2b、2c，如图1(b)所示的那样，都具有上述图10的马赫-钱德尔干涉回路的构成。
而且，由此，当从其第一输入输出端口A输入具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号时，从第三输入输出端口C输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，另一方面，从第四输入输出端口D输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，而且，当向第二输入输出端口B输入波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号时，从第四输入输出端口D输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第三输入输出端口C输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
光合分波回路2a、2b、2c按以下那样来连接该输入输出端口A～D。即，将第一光合分波回路2a的第三输入输出端口C与第二光合分波回路2b的第三输入输出端口C之间连接，同时，将第一光合分波回路2a的第四输入输出端口D与第三光合分波回路2c的第四输入输出端口D之间连接，由此，把第一光合分波回路2a的第一输入输出端口A设定为全体的输入端口3，而且，把第二光合分波回路2b和第三光合分波回路2c的第一输入输出端口A设定为输出端口4。
而且，在本实施方式中，把第一光合分波回路2a的分波波长(中心波长)从系统的中心波长λn向短波长侧仅错开微小波长Δλ，同时，把第二光合分波回路2b和第三光合分波回路2c的分波波长(中心波长)从系统的中心波长λn向长波长侧仅错开微小波长Δλ。
而且，在本实施方式中，所图示的λN、Δλ、L1、ΔL2、ΔL3或者与它们关联的事情都与图9和图13的说明中所述的相同。而且，在该实施方式中，构成波导的材料是芯为掺杂Ge的石英玻璃，另一方面，包层和基板是纯的石英玻璃。而且，光合分波器的制造通过溅射法在石英基板1上形成芯膜，通过光刻、RIE而形成图1(b)的芯图形，然后，通过等离子体CVD法，形成纯石英玻璃的包层。
接着，示出以本实施方式的光合分波器作为对象的特性实测的结果。
图2是本实施方式的波导型光合分波器的作用的示意图，表示第一光合分波回路2a和第二光合分波回路2b与光合分波器全体的波长透过率特性。根据该图，光合分波回路2a、2b的波长透过率特性的曲线呈现相同的形状，但在波长方向上仅错开了2·Δλ。
该2·Δλ差，象图12所示的本发明的特性那样，与现有例1相比，起到扩展低串扰的范围的作用，结果使从相邻信道波长λn+1偏离0.35nm的串扰特性提高。
即，现有例1在相同位置下的水准是17dB，与此相对，本发明呈现了比其高10dB的27dB。
而且，虽然前面说明的现有例2的光合分波器也能够实现与本发明相同程度的串扰的改善，但是，在现有例2的情况下，当按上述那样错开2·Δλ时，光合分波器26a和26b的波长分散特性重合，因而会引起全体的波长分散变大。
对于这点，在采用本实施方式这样的合分波回路间的连接形态时，不会有波长分散增加的顾虑，能够实现具有良好特性的光合分波器的构成。
图3表示本实施方式的光合分波器的波长分散特性，显示出通过2·Δλ的错开，波长分散反而抑制得较低。
图4(a)和(b)表示了输出端口4中的波长透过率特性以及输出端口4和5中的透过区域的波长分散特性的透过率特性，都呈现良好的结果。而且，如果把作为本发明的第一效果的低串扰特性与现有例1对比，根据前面所示的图12可以看出，通过带宽变窄，在阻带区域中成为-25dB以下的低串扰的波长区域。而且根据图5，作为实现低串扰的方法，通过图1的构成所产生的波长分散增加的抑制效果特别显著。
如上述那样，本实施方式的波导型光合分波器呈现了优良的特性，具有高的实用性。
图6(a)、(b)表示本发明的波导型光合分波器的另一个实施方式。与图1(a)和(b)不同点在于，把第二光合分波回路2b和第三光合分波回路2c左右相反配置，连接第一光合分波回路2a的第三输入输出端口C和第二光合分波回路2b的第一输入输出端口A，同时，连接第一光合分波回路2a的第四输入输出端口D和第三光合分波回路2c的第一输入输出端口A，而且，在第二光合分波回路2b的第三输入输出端口C和第三光合分波回路2c的第四输入输出端口D上分别设定奇数波长和偶数波长的输出端口4和5。
而且，图7表示了本发明的波导型光合分波器的另一个实施方式，在图1(a)和(b)的光合分波器中，把第一至第三光合分波回路2a、2b、2c相互并列排列，而且，由此，把输入端口3和输出端口4、5配置在相同侧，在这点上与其他实施方式不同。
在本方式的情况下，具有全体构成紧凑的优点。而且，各个光合分波回路2a、2b、2c中的分波波长值与其他实施方式相同。
通过以上图6(a)、(b)以及图7的实施方式的波导型光合分波器，不用说能够得到与上述图1(a)、(b)的波导型光合分波器相同水平的串扰特性和波长分散特性。
另外，图8表示图6的光合分波器的输出端口5中的波长透过率特性。
如上述那样，按照本发明的波导型光合分波器，包括第一至第三光合分波回路，由马赫-钱德尔干涉回路所构成，并且其构成为当把具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第一输入输出端口时，从第三输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第四输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，当把波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第二输入输出端口时，从第四输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第三输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，其中，把第一光合分波回路的第一输入输出端口作为用于输入波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号的全体的输入端口，同时，将第一光合分波回路的第三输入输出端口与第二光合分波回路的第三(或者第一)输入输出端口之间，以及第一光合分波回路的第四输入输出端口与第三光合分波回路的第四(或者第一)输入输出端口之间连接，而且，把第二光合分波回路的第一(或者第三)输入输出端口作为奇数波长的λ1、λ3、λ5…的输出端口，同时，把第三光合分波回路的第一(或者第四)输入输出端口的输入输出端口作为偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的输出端口，因此，能够提供具有波长分散小的优良特性的波导型光合分波器。
此外，在以上的实施方式中，使用平面波导型的光合分波器来进行了说明，但本发明也能适用于块型或者纤维型的光合分波器。
权利要求
1.一种波导型光合分波器，其特征在于，包括第一至第三光合分波回路，具有多段连接马赫-钱德尔干涉回路的构成，并且其构成为当把具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第一输入输出端口时，从第三输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第四输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，当把上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第二输入输出端口时，从上述第四输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从上述第三输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，上述第一光合分波回路的上述第三输入输出端口连接在上述第二光合分波回路的上述第三输入输出端口上，上述第一光合分波回路的上述第四输入输出端口连接在上述第三光合分波回路的上述第四输入输出端口上，向上述第一光合分波回路的上述第一输入输出端口中输入上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号，从上述第二光合分波回路的上述第一输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，从上述第三光合分波回路的上述第一输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
2.按照权利要求1所述的波导型光合分波器，其特征在于，上述第一光合分波回路把从上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…向向短波长侧或者长波长侧仅错开微小波长Δλ的波长作为中心波长来进行合分波，上述第二和第三光合分波回路把从上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…向长波长侧或者短波长侧仅错开上述微小波长Δλ的波长作为中心波长来进行合分波。
3.按照权利要求1所述的波导型光合分波器，其特征在于，上述第一至第三光合分波回路相互并列排列。
4.一种波导型光合分波器，其特征在于，包括第一至第三光合分波回路，具有多段连接马赫-钱德尔干涉回路的构成，并且其构成为当把具有预定波长间隔的波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第一输入输出端口时，从第三输入输出端口输出奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从第四输入输出端口输出偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，当把上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号输入第二输入输出端口时，从上述第四输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，同时，从上述第三输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号，上述第一光合分波回路的上述第三输入输出端口连接在上述第二光合分波回路的上述第一输入输出端口上，上述第一光合分波回路的上述第四输入输出端口连接在上述第三光合分波回路的上述第一输入输出端口上，向上述第一光合分波回路的上述第一输入输出端口中输入上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…的波长分割复用信号，从上述第二光合分波回路的上述第三输入输出端口输出上述奇数信道波长λ1、λ3、λ5…的复用信号，从上述第三光合分波回路的上述第四输入输出端口输出上述偶数信道波长λ2、λ4、λ6…的复用信号。
5.按照权利要求4所述的波导型光合分波器，其特征在于，上述第一光合分波回路把从上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…向向短波长侧或者长波长侧仅错开微小波长Δλ的波长作为中心波长来进行合分波，上述第二和第三光合分波回路把从上述波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6…向长波长侧或者短波长侧仅错开上述微小波长Δλ的波长作为中心波长来进行合分波。
6.按照权利要求4所述的波导型光合分波器，其特征在于，上述第一至第三光合分波回路相互并列排列。
全文摘要
本发明的波导型光合分波器包括第一至第三光合分波回路，由马赫－钱德尔干涉回路所构成，并且其构成包括当把具有预定波长间隔的波长λ
文档编号G02B6/34GK1417605SQ02149268
公开日2003年5月14日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月9日
发明者荒井英明, 千叶贵史, 上塚尚登, 日景正广 申请人:日立电线株式会社