CN109642986B - 树脂光波导以及复合光波导 - Google Patents

树脂光波导以及复合光波导 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供能够减少硅光波导和光纤的传送损失的树脂光波导。本发明涉及树脂光波导，该树脂光波导是具有芯和折射率比上述芯低的包层的树脂光波导，沿着光的传播方向包含上述芯的至少一部分露出的耦合部和上述芯的整周被上述包层覆盖的光波导部，上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部中的上述芯的宽度大于上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部中的上述芯的宽度。

Description

树脂光波导以及复合光波导
技术领域
本发明涉及树脂光波导以及复合光波导。
背景技术
作为在硅芯片上对硅的光电路进行集成化的技术的硅光子(Silicon photonics)受到关注。在硅光子中，作为在形成于光集成电路中的硅光波导和光纤之间传送光信号的波导，已知利用了绝热耦合的树脂光波导(例如参照专利文献1)。若使用该树脂光波导，则能够减少硅光波导和光纤的传送损失。
专利文献1:日本特开2014－81586号公报
然而，在专利文献1的使用了树脂光波导的情况下的硅光波导和光纤的传送损失的减少程度并不足够，要求以更低损失连接硅光波导和光纤。
发明内容
因此，在本发明的一个方式中，其目的在于提供能够减少硅光波导和光纤的传送损失的树脂光波导。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的树脂光波导是具有芯和折射率比上述芯低的包层的树脂光波导，其中，沿着光的传播方向包含上述芯的至少一部分露出的耦合部和上述芯的整个整周被上述包层覆盖的光波导部，上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部中的上述芯的宽度Wb大于上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部中的上述芯的宽度Wa。
根据公开的树脂光波导，能够减少硅光波导和光纤的传送损失。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的复合光波导的示意立体图。
图2是图1的复合光波导的示意侧视图。
图3是图1的复合光波导的绝热耦合部位中的示意横剖视图。
图4是图3的局部放大图。
图5是图1的复合光波导的绝热耦合部位中的示意纵剖视图。
图6是本发明的一个实施方式的树脂光波导的示意立体图。
图7(a)以及图7(b)是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图。
图8是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图。
图9是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图。
图10是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图。
图11是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图。
图12是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图。
图13是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图。
图14是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于说明本发明的方式进行说明。此外，在本说明书以及附图中，对于实际相同的结构，通过标注同一符号来省略重复的说明。
(复合光波导)
基于图1至图5，对具有本发明的一个实施方式的树脂光波导的复合光波导进行说明。图1是本发明的一个实施方式的复合光波导的示意立体图。图2是图1的复合光波导的示意侧视图。图3是图1的复合光波导的绝热耦合部位中的示意横剖视图。图4是图3的局部放大图。图5是图1的复合光波导的绝热耦合部位中的示意纵剖视图。其中，图5中的箭头表示光传播的方向。另外，在图1、图2、图3以及图5中，省略后述的粘合剂40等一部分的图示。
本发明的一个实施方式的复合光波导包括本发明的一个实施方式的树脂光波导和收容上述树脂光波导的光波导部的连接器。作为更具体的实施方式，如图1以及图2所示，复合光波导1具有树脂光波导10、硅光波导20和连接器30。
树脂光波导10的一端侧形成与硅光波导20之间绝热耦合的部位(以下称为“绝热耦合部位50”。)。另外，树脂光波导10的另一端侧形成与单模光纤等连接的部位，被收容在用于与单模光纤等连接的连接器30中。
这样，树脂光波导10用于以低损失且低成本连接硅光波导20和树脂光波导10的硅光子接口。因此，从能够使在单模光波导中传播的光信号高密度化这个观点来看，优选树脂光波导10是单模光波导。该情况下，从相对于硅光波导、单模光纤也能够以低损失传播光这个观点来看，优选在1310nm以及1550nm的至少一方的波长中，为单模光波导。
如图3所示，树脂光波导10具有多个芯11和包层12。芯11的与光传播的方向垂直的面的形状例如形成为矩形。包层12由折射率比芯11低的材料形成。由此，在树脂光波导10中，光在芯11中传播。
如图5所示，硅光波导20的一端侧形成与树脂光波导10的一端侧之间绝热耦合的部位。
如图3至图5所示，硅光波导20具有芯21和包层22。芯21的与光传播的方向垂直的面的形状例如形成为矩形。包层22由折射率比芯21低的材料形成。由此，在硅光波导20中，光在芯21中传播。
在绝热耦合中，遍及光的传播方向的规定距离来捕捉瞬逝光并进行传播。因此，如图5所示，在绝热耦合部位50中，树脂光波导10的芯11和硅光波导20的芯21对置配置，并且在芯11与芯21之间未设置包层12以及包层22。即，在绝热耦合部位50中，芯11以及芯21的一部分即芯11中的与芯21对置的侧和芯21中的与芯11对置的侧露出。另外，如图4所示，在绝热耦合部位50中，芯11和芯21以对置的状态配置，使用环氧类树脂等粘合剂40来接合。
可以在硅光波导20的粘合剂40侧的表面形成阻挡层80，以抑制钠(Na)等碱金属离子的扩散。阻挡层80的厚度例如为0.01μm以上0.5μm以下。作为构成阻挡层80的材料，例如能够使用氮化硅(Si3N4)。
在具有这样的绝热耦合的树脂光波导10和硅光波导20的复合光波导1中，光经由绝热耦合部位50从硅光波导20的芯21向树脂光波导10的芯11传播。或者，光从树脂光波导10的芯11向硅光波导20的芯21传播。
(树脂光波导)
本实施方式的树脂光波导如前述那样具有芯和折射率比上述芯低的包层，沿着光的传播方向形成有上述芯的至少一部分露出的耦合部和上述芯的整周被上述包层覆盖的光波导部。在耦合部的芯中，光波导部的一侧的端部中的宽度Wb大于与光波导部相反侧的端部中的宽度Wa。
此外，在本说明书中，在树脂光波导中的芯的与光传播的方向垂直的面(剖面)的形状为矩形的情况下，芯的“宽度”意味该矩形的长径。
从能够减少传送损失这个观点来看，耦合部的芯的宽度中与光波导部相反侧的端部中的宽度Wa优选为4μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为6μm以上。另外，从实现稳定的单模传播的观点来看，光波导部的一侧的端部中的宽度Wb优选为10μm以下，更优选为9μm以下。
从减少传送损失的观点来看，芯的宽度Wa和芯的宽度Wb之比(Wb/Wa)优选为1.1以上，更优选为1.2以上，进一步优选为1.3以上，更进一步优选为1.4以上。
基于图6，对本发明的一个实施方式的树脂光波导10的详细进行说明。图6是本发明的一个实施方式的树脂光波导的示意立体图。此外，为了便于说明，将图1中的树脂光波导10的上下反转，仅示出一个芯11。
如图6所示，树脂光波导10具有芯11和包层12。包层12具有上包层13和下包层14。
芯11由折射率比包层12高的材料形成。芯11也可以在其内部具有折射率分布。该情况下，可以具有在远离芯11的中心的方向上折射率变低的折射率分布。另外，也可以具有芯11的上包层13侧的折射率高、下包层14侧的折射率低的折射率分布，也可以具有上包层13侧的折射率低、下包层14侧的折射率高的折射率分布。另外，在绝热耦合部位50中，若不将芯11的高度减小某种程度则传播模式的扩展没有变大，不能够使光在硅光波导20与树脂光波导10之间传播。因此，绝热耦合部位50中的芯11的高度优选为5μm以下，更优选为1μm以上且4μm以下，尤其优选为1.5μm以上且3μm以下。此外，在本说明书中，在树脂光波导中的芯的与光传播的方向垂直的面的形状为矩形的情况下，芯的“高度”意味该矩形的短径。
上包层13形成在芯11的上方。上包层13在光的传播方向的长度形成为短于芯11在光的传播方向上的长度。由此，沿着芯11的光的传播方向形成有芯11的上方露出的部分即耦合部15和芯11被上包层13以及下包层14覆盖的部分即光波导部16。在树脂光波导10和硅光波导20绝热耦合时，耦合部15成为绝热耦合部位50。例如通过在芯11的上方遍及树脂光波导10的全长形成上包层13后，使用光刻工艺进行图案化来形成耦合部15。
耦合部15是在芯11的上方没有形成上包层13，而芯11的上方露出的部分。由于耦合部15成为树脂光波导10和硅光波导20的连接部位，所以要求具有充分的长度用作与硅光波导20的连接部位。具体而言，树脂光波导10的光的传播方向的耦合部15的长度优选为100μm以上，更优选为300μm以上，进一步优选为500μm以上，尤其优选为1000μm以上。但是，若树脂光波导10的光的传播方向的耦合部15的长度过长，则存在当使用粘合剂40来与硅光波导20接合时，粘合剂40的光吸收变大，传送损失变高的情况。因此，树脂光波导10的光的传播方向的耦合部15的长度优选为10000μm以下，更优选为5000μm以下，尤其优选为3000μm以下。
上包层13由折射率比芯11低的材料形成。上包层13可以具有单一的折射率，也可以在相对于芯11近侧和远侧具有折射率不同的部位。该情况下，可以是折射率朝向相对于芯11远侧变低的结构，也可以是折射率朝向相对于芯11远侧变高的结构。上包层13的厚度没有特别限定，但在树脂光波导10为单模光波导的情况下，优选为10μm以上。由此，光在处于距芯11的中心10μm左右的范围内的包层12漏出，能够抑制光的传送损失变高。
下包层14形成在芯11的下方。下包层14在光的传播方向的长度形成为与芯11在光的传播方向的长度大致相同。下包层14由折射率比芯11低的材料形成。下包层14可以由与上包层13相同的材料形成，也可以由与上包层13不同的材料形成。下包层14可以具有单一的折射率，也可以在相对于芯11近侧和远侧具有折射率不同的部位。该情况下，可以是折射率朝向相对于芯11远侧变低的结构，也可以是折射率朝向相对于芯11远侧变高的结构。下包层14的厚度没有特别限定，但在树脂光波导10为单模光波导的情况下，从能够减少光的传送损失这个观点来看，优选为10μm以上。由此，光在处于距芯11的中心10μm左右的范围内的包层12漏出，能够抑制光的传送损失变高。
作为构成芯11以及包层12的材料，如果是包层12的折射率低于芯11的折射率那样的产生折射率之差的材料则没有特别限定。例如能够使用丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸系树脂、环氧系树脂、氧杂环丁烷系树脂、苯氧基树脂、苯并环丁烯系树脂、降冰片烯系树脂、氟系树脂、硅系树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并恶唑、聚硅烷、聚硅氮烷那样的各种树脂材料、有机无机混合材料。这些材料中，由于氟系树脂的吸水率或者吸湿率较低，对高温高湿的耐性优异，化学稳定性较高，所以适合作为芯11或包层12的材料。将氟系树脂使用于芯11以及/或者包层12的树脂光波导10由外在环境的变化，特别是湿度的变化所造成的折射率的变动较小，特性稳定，另外，光通信波长频带中的透明性较高。
接下来，基于图7(a)以及(b)，对树脂光波导10的芯11进行说明。图7(a)以及(b)是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图，图7(a)示出包括绝热耦合部位的剖面，图7(b)示出包括绝热耦合部位的上表面。此外，为了便于说明，在图7(a)以及(b)中仅示出一个芯。
如图7(a)所示，在绝热耦合部位50中，在芯11和芯21对置的状态下配置树脂光波导10，并使用粘合剂40来接合。
另外，如图7(b)所示，树脂光波导10的芯11形成为耦合部15的光波导部16的一侧的端部中的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的宽度Wa。由此，能够减少从硅光波导20向树脂光波导10传播的光的传送损失。这是因为认为在使光从硅光波导20向树脂光波导10传播时的传送损失在绝热耦合部位50中，芯11的宽度较小的一方低，而在硅光波导20的芯21的端部TE以及硅光波导20的基板端CE中，芯11的宽度较大的一方低。
更具体而言，优选树脂光波导10的芯11沿着光的传播方向依次具有第一芯部111、第三芯部113和第二芯部112。
第一芯部111包括耦合部15的与光波导部16相反侧的端部，具有第一长度L1以及第一宽度W1。第二芯部112包括耦合部15的光波导部16的侧的端部，具有第二长度L2以及宽于第一宽度W1的第二宽度W2。第三芯部113被设置在第一芯部111与第二芯部112之间，具有从第一宽度W1变化为第二宽度W2的第三长度L3。
另外，使用第一长度L1、第二长度L2和第三长度L3并通过L3/(L1+L2+L3)所计算出的值优选为0.01以上，以防止树脂光波导10的芯11被剥离。另外，通过L3/(L1+L2+L3)所计算出的值优选为0.95以下。由此，在使光从硅光波导20向树脂光波导10传播时，能够减少绝热耦合部位50中的传送损失，并且能够减少硅光波导20的芯21的端部TE以及基板端CE中的传送损失。通过L3/(L1+L2+L3)所计算出的值更优选为0.05以上且0.9以下，进一步优选为0.1以上且0.8以下。
接下来，基于图8，对树脂光波导10的芯11的其它例子进行说明。图8是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图，示出包括绝热耦合部位的上表面。此外，为了便于说明，在图8中仅示出一个芯。
在图8所示的芯11中，图7所示的芯11的第一芯部111和第三芯部113的边界部分的角部、以及第二芯部112和第三芯部113的边界部分的角部被倒角。由此，尤其能够抑制芯11被剥离。这样，在一个实施方式中，树脂光波导的第一芯部和第三芯部的边界部分的角部、以及第二芯部和第三芯部的边界部分的至少任意一方被倒角。
接下来，基于图9对树脂光波导10的芯11的又一例子进行说明。图9是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图，示出包括绝热耦合部位的上表面。此外，为了便于说明，在图9中，仅示出一个芯。
如图9所示，树脂光波导10的芯11形成为耦合部15的光波导部16的一侧的端部中的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的宽度Wa。更具体而言，树脂光波导10的芯11形成为芯11的宽度从耦合部15的光波导部16的一侧的端部朝向耦合部15的与光波导部16相反侧的端部变窄的锥状。即，耦合部中的芯的宽度从耦合部的光波导部侧的端部朝向耦合部的与光波导部相反侧的端部单调地减少。单调地减少可以是直线地减少，也可以是曲线地减少，图9是直线地减少的例子。由此，与图7所示的情况同样地，能够减少从硅光波导20向树脂光波导10传播的光的传送损失。
接下来，基于图10对树脂光波导10的芯11的又一例子进行说明。
图10是用于说明本发明的一个实施方式的树脂光波导的芯的图，示出包括绝热耦合部位的上表面。此外，为了便于说明，在图10中仅示出一个芯。
如图10所示，树脂光波导10的芯11形成为耦合部15的光波导部16的一侧的端部中的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的宽度Wa。更具体而言，树脂光波导10的芯11形成为芯11的宽度从耦合部15的光波导部16的一侧的绝热耦合部位50的端部朝向耦合部15的与光波导部16相反侧的端部变窄的圆弧状。即，耦合部中的芯的宽度从耦合部的光波导部侧的端部朝向耦合部的与光波导部相反侧的端部曲线地减少。在图10中，芯的宽度呈凸圆弧状地变窄，但芯的宽度也可以呈凹圆弧状地变窄。由此，与图7所示的情况同样地，能够减少从硅光波导20向树脂光波导10传播的光的传送损失。
(树脂光波导的制造方法)
对本发明的一个实施方式的树脂光波导10的制造方法的一个例子进行说明。
首先，通过旋涂法在基板上涂布第一固化性树脂组成物。接着，使第一固化性树脂组成物固化来形成下包层14。
接下来，通过旋涂法在下包层14上涂布第二固化性树脂组成物。接着，通过光刻工艺对第二固化性树脂组成物进行图案化，在下包层14上形成芯11。此时，在形成芯11的宽度沿着光的传播方向不同的形状的情况下，使用芯11的宽度沿着光的传播方向不同的形状的光掩模来进行曝光后，进行显影，而能够形成芯11。另外，在形成芯11后，可以根据需要进行后烘烤(Post baking)。
接下来，通过旋涂法在下包层14以及芯11上涂布第三固化性树脂组成物。接着，使第三固化性树脂组成物固化来形成上包层13。在形成上包层13时，通过光刻工艺，能够形成形成有上包层13的区域(光波导部16)以及未形成上包层13而芯11露出的区域(耦合部15)。
通过以上的方法，能够制造树脂光波导10。此外，优选在涂布固化性树脂组成物时，在使固化性树脂组成物充分地静置、脱泡后，再涂布。由此，能够制造在芯11的内部或芯11和包层12的界面附近不存在气泡缺陷的树脂光波导10。另外，除了使固化性树脂组成物充分地静置、脱泡之外或者代替使固化性树脂组成物充分地静置、脱泡，优选利用脱泡装置来进行脱泡。另外，优选在涂布固化性树脂组成物前，进行固化性树脂组成物的过滤。由此，能够除去固化性树脂组成物内的异物。另外，优选在涂布固化性树脂组成物前，进行基板的清洗。由此，能够除去基板的表面的异物。另外，为了防止空气中的异物的附着，优选在净化室内进行这些作业，为了防止由静电所造成的异物的附着，优选使用静电除去器(离子产生器)。
实施例
以下使用实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
在以下所示的实施例中，使用作为模拟引擎的基于双向BPM法的光纤波导设计解析软件BeamPROP(RSoft Design Group公司制)，在图7所示的结构中利用有限差分光束传播法进行了TE模式的光传播的模拟。
在模拟中，用RSoft CAD(RSoft Design Group公司制)定义树脂光波导10以及硅光波导20的结构(尺寸以及折射率)。以下表示模拟中的树脂光波导10以及硅光波导20的结构。
＜树脂光波导10＞
(芯11)
Figure BDA0001978553090000091
(包层12)
下包层14的厚度 15μm
上包层13的厚度 15μm
折射率 1.516
＜硅光波导20＞
(芯21)
宽度 在绝热耦合部位50中，从耦合部15的与光波导部16相反侧的端部朝向光波导部16侧的端部，从0.4μm到0.12μm为止线形地变化(直线地减少)
高度 0.19μm
折射率 3.45
绝热耦合部位50的长度1750μm
(包层22)
厚度 15μm
折射率 1.45
仅存在包层22的区域60的长度250μm
＜粘合剂40＞
树脂厚(树脂光波导10的芯11和硅光波导20的芯21的各个相对的侧的面的距离)1.0μm、1.5μm
折射率 1.508
硅光波导20与树脂光波导10的光波导部16之间的区域70的长度50μm
＜阻挡层80＞
厚度 0.03μm
折射率 1.989
以下，基于图11至图14，对使光从硅光波导20向树脂光波导10传播时的模拟结果进行说明。
图11是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图，示出在使芯的宽度变化时的传送损失。在图11中，横轴表示光的传播方向上的位置(μm)，将芯11的耦合部15的与光波导部16相反侧的端部的位置设为0μm。在图11中，纵轴表示传送损失(dB)。另外，在图11中，用实线示出(Wa，Wb)＝(6μm，9μm)时的传送损失，用虚线示出(Wa，Wb)＝(6μm，6μm)时的传送损失，用点划线示出(Wa，Wb)＝(9μm，9μm)时的传送损失。
如图11所示，对(Wa，Wb)＝(6μm，9μm)的情况、(Wa，Wb)＝(6μm，6μm)的情况、以及(Wa，Wb)＝(9μm，9μm)的情况进行比较，可知传送损失变低。即，通过形成为耦合部15的光波导部16的侧的端部中的芯11的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的芯11的宽度Wa，能够减少传送损失。
图12是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图，示出树脂光波导的芯的宽度Wb为7μm的时的芯的宽度Wa和传送损失(dB)的关系。在图12中，用实线示出将树脂光波导和硅光波导接合的粘合剂的厚度为1.0μm的情况下的传送损失，用虚线示出粘合剂的厚度为1.5μm的情况下的传送损失。
如图12所示，在芯11的宽度Wa为3.0μm的情况下，不管粘合剂40的厚度如何，传送损失都变高。与此相对，在芯11的宽度Wa为4.0μm以上的情况下，不管粘合剂40的厚度如何，传送损失都变低。
图13是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图，示出将树脂光波导和硅光波导接合的粘合剂的厚度d为1.0μm的情况下的Wb/Wa和传送损失的关系。在图13中，横轴表示Wb/Wa，纵轴表示传送损失(dB)。另外，在图13中，用实线示出Wa为4μm时的传送损失，用虚线示出Wa为5μm时的传送损失，用点划线示出Wa为6μm时的传送损失，用双点划线示出Wa为7μm时的传送损失。
如图13所示，可知在通过Wb/Wa所计算出的值大于1.0的情况下，不管Wa的值如何，与Wb/Wa为1.0的情况相比较，传送损失变低。即，通过形成为耦合部15的光波导部16的侧的端部中的芯11的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的芯11的宽度Wa，能够减少传送损失。特别是通过Wb/Wa所计算出的值优选为1.1以上，更优选为1.2以上，进一步优选为1.3以上，优选是1.4以上。由此，尤其能够减少树脂光波导10中的传送损失。
另外，如图13所示，可知随着Wa为4μm、5μm、6μm、7μm变大，传送损失尤其变低。即，从能够减少传送损失这个观点来看，耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的宽度Wa优选为4μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为6μm以上。
此外，由于若Wb大于10μm则较难实现稳定的单模传播，所以耦合部15的光波导部16的一侧的端部中的宽度Wb优选为10μm以下，更优选为9μm以下。即，Wb/Wa存在优选的上限，10/Wa是优选的上限，更优选是9/Wa。
图14是用于说明树脂光波导的芯的宽度和传送损失的关系的图，示出将树脂光波导和硅光波导接合的粘合剂的厚度d为1.5μm的情况下的Wb/Wa和传送损失的关系。在图14中，横轴表示Wb/Wa，纵轴表示传送损失(dB)。另外，在图14中，用实线示出Wa为4μm时的传送损失，用虚线示出Wa为5μm时的传送损失，用点划线示出Wa为6μm时的传送损失。
如图14所示，可知在粘合剂40的厚度d为1.5μm的情况下，也表示出与粘合剂40的厚度d为1.0μm的情况(图13)相同的趋势。具体而言，如图14所示，可知在通过Wb/Wa所计算出的值大于1.0的情况下，不管Wa的值如何，与Wb/Wa为1.0的情况相比较，传送损失变低。即，通过形成为耦合部15的光波导部16的侧的端部中的芯11的宽度Wb大于耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的芯11的宽度Wa，能够减少传送损失。特别是通过Wb/Wa所计算出的值优选为1.1以上，更优选为1.2以上，还优选为1.3以上，尤其优选为1.4以上。由此，尤其能够减少树脂光波导10中的传送损失。
另外，如图14所示，可知随着Wa为4μm、5μm、6μm变大，传送损失尤其变低。即，从能够减少传送损失这个观点来看，耦合部15的与光波导部16相反侧的端部中的宽度Wa优选为4μm以上，更优选为5μm以上，还优选为6μm以上。
以上，对用于实施本发明的方式进行了说明，但上述内容并没有限定发明的内容，可以在本发明的范围内进行各种变形以及改进。
此外，在上述的实施方式中，列举芯11以及芯21的与光传播的方向垂直的面的形状为矩形的情况的例子来进行了说明，但并不限于此，例如也可以是梯形、圆形、椭圆形。另外，在芯11以及芯21的与光传播的方向垂直的面的形状为矩形、梯形等多边形的情况下，其角部可以带有圆角。在芯11以及芯21的与光传播的方向垂直的面的形状为梯形、圆形、椭圆形的情况下，芯11以及芯21的宽度在绝热耦合部位50中的芯11以及芯21的高度为一半处进行计测。
另外，在上述的实施方式中，将形成在芯11的周围的上包层13以及下包层14中没有形成在耦合部15的包层12设为上包层13，但并不限于此。例如，可以将没有形成在耦合部15的包层12设为下包层14。
另外，在上述的实施方式中，列举使光从硅光波导20向树脂光波导10传播的情况的例子进行了说明，但并不限于此。例如对于使光从树脂光波导10向硅光波导20传播的情况，也通过同样的结构起到本发明的效果。
另外虽参照特定的实施方式详细地对本发明进行了说明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以加入各种变更、修改对于本领域技术人员而言是容易理解的。本申请基于2016年9月6日申请的日本专利申请(特愿2016－173839)，并在此作为参照而引入其内容。
符号说明
1…复合光波导
10…树脂光波导
11…芯
111…第一芯部
112…第二芯部
113…第三芯部
12…包层
13…上包层
14…下包层
15…耦合部
16…光波导部
20…硅光波导
21…芯
22…包层
30…连接器

Claims (12)

1.一种树脂光波导，是具有芯和折射率比上述芯低的包层的树脂光波导，其中，
沿着光的传播方向包含上述芯的至少一部分露出的耦合部和上述芯的整周被上述包层覆盖的光波导部，
上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部中的上述芯的宽度Wb大于上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部中的上述芯的宽度Wa，
上述耦合部中的上述芯沿着光的传播方向依次包含第一芯部、第三芯部和第二芯部，
上述第一芯部的第一长度L1、上述第二芯部的第二长度L2、上述第三芯部的第三长度L3满足0.01≤L3/(L1+L2+L3)≤0.95的关系。
2.根据权利要求1所述的树脂光波导，其中，
上述芯的宽度Wa为4μm以上。
3.根据权利要求1所述的树脂光波导，其中，
上述芯的宽度Wa和上述芯的宽度Wb满足(Wb/Wa)≥1.1的关系。
4.根据权利要求2所述的树脂光波导，其中，
上述芯的宽度Wa和上述芯的宽度Wb满足(Wb/Wa)≥1.1的关系。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的树脂光波导，其中，
上述芯的宽度Wb为10μm以下。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的树脂光波导，其中，
上述第一芯部包括上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部，
上述第二芯部包括上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部，
上述第三芯部位于上述第一芯部与上述第二芯部之间，其宽度从第一宽度变化为第二宽度。
7.根据权利要求5所述的树脂光波导，其中，
上述第一芯部包括上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部，
上述第二芯部包括上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部，
上述第三芯部位于上述第一芯部与上述第二芯部之间，其宽度从第一宽度变化为第二宽度。
8.根据权利要求6所述的树脂光波导，其中，
上述第一芯部和上述第三芯部的边界部分的角部、以及上述第二芯部和上述第三芯部的边界部分的角部的至少任意一方被进行了倒角。
9.根据权利要求7所述的树脂光波导，其中，
上述第一芯部和上述第三芯部的边界部分的角部、以及上述第二芯部和上述第三芯部的边界部分的角部的至少任意一方被进行了倒角。
10.根据权利要求1～4中的任意一项所述的树脂光波导，其中，
上述耦合部中的上述芯的宽度从上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部朝向上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部单调地减少。
11.根据权利要求5所述的树脂光波导，其中，
上述耦合部中的上述芯的宽度从上述耦合部的上述光波导部的一侧的端部朝向上述耦合部的与上述光波导部相反侧的端部单调地减少。
12.一种复合光波导，其中，
包括权利要求1～11中的任意一项所述的树脂光波导和收容上述树脂光波导的上述光波导部的连接器。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10962713B2 (en) 2018-12-04 2021-03-30 Industrial Technology Research Institute Optical waveguide structure
TWI670537B (zh) * 2018-12-04 2019-09-01 財團法人工業技術研究院 光波導結構
JP2022099500A (ja) * 2020-12-23 2022-07-05 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置
US11971573B2 (en) 2022-06-06 2024-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-layer waveguide optical coupler

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003528339A (ja) * 1999-11-09 2003-09-24 コーニング インコーポレイテッド 多モード光ファイバシステムのモード適応
WO2009106139A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 Pirelli & C. S.P.A. Optical mode transformer, in particular for coupling an optical fiber and a high-index contrast waveguide
CN102159975A (zh) * 2008-09-17 2011-08-17 英特尔公司 用于在硅光子芯片与光纤之间有效耦合的方法和设备
CN102436028A (zh) * 2011-12-23 2012-05-02 宋齐望 平面光波导结构及其制作方法
CN102540722A (zh) * 2010-11-05 2012-07-04 日东电工株式会社 光波导用树脂组合物以及使用其的光波导
CN103998962A (zh) * 2011-10-14 2014-08-20 阿斯特里姆有限公司 光谱仪
CN105607185A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 中国科学院半导体研究所 提高亚微米硅波导与普通单模光纤耦合效率的结构

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5054872A (en) 1990-03-16 1991-10-08 Ibm Corporation Polymeric optical waveguides and methods of forming the same
FR2732777B1 (fr) * 1995-04-05 1997-06-20 Bruno Adrien Demultiplexeur insensible a la polarisation et procede de realisation
JP3708369B2 (ja) * 1999-06-25 2005-10-19 株式会社東芝 光配線装置、その製造方法及びその製造装置
US6516104B1 (en) * 1999-06-25 2003-02-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical wiring device
CN101641622B (zh) * 2007-03-20 2011-09-14 日本电气株式会社 光波导和使用该光波导的光斑尺寸转换器
WO2009098829A1 (ja) * 2008-02-06 2009-08-13 Nec Corporation 光導波路及びその製造方法
CN102356338B (zh) 2009-04-08 2015-03-11 国际商业机器公司 具有埋设光反射特征的光波导及其制造方法
JP5074477B2 (ja) * 2009-11-26 2012-11-14 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 光導波路デバイス
TWI425265B (zh) * 2010-12-01 2014-02-01 Nat Univ Tsing Hua 具有順向與反向耦合特性之波導耦合元件及其製造方法
US8873919B2 (en) 2010-12-17 2014-10-28 International Business Machines Corporation Particle filled polymer waveguide
US8724937B2 (en) 2011-12-20 2014-05-13 International Business Machines Corporation Fiber to wafer interface
US8534927B1 (en) * 2012-03-23 2013-09-17 International Business Machines Corporation Flexible fiber to wafer interface
JP2014029386A (ja) 2012-07-31 2014-02-13 International Business Maschines Corporation シングルモードのポリマー導波路アレイアセンブリを形成する方法
JP2014052405A (ja) 2012-09-05 2014-03-20 International Business Maschines Corporation シングルモードのポリマー導波路アレイコネクターを形成する方法
JP2014081586A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 International Business Maschines Corporation アディアバティック結合を実現させる、シングルモード・ポリマー導波路（ＰＷＧ）アレイと、シリコン導波路（ＳｉＷＧ）アレイとの整列。
JP2014081587A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 International Business Maschines Corporation アディアバティック結合を実現させる、シングルモード・ポリマー導波路（ＰＷＧ）アレイと、シリコン導波路（ＳｉＷＧ）アレイとの整列。
CN106104335B (zh) * 2014-03-05 2019-03-22 日本电信电话株式会社 偏振旋转回路
US9778416B2 (en) * 2014-08-25 2017-10-03 Micron Technology, Inc. Method and structure providing a front-end-of-line and a back-end-of-line coupled waveguides
JP6052815B2 (ja) 2014-09-30 2016-12-27 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 導波路用のコネクタおよびアライメント方法
US9563018B2 (en) * 2014-10-09 2017-02-07 International Business Machines Corporation Tapered photonic waveguide to optical fiber proximity coupler
KR102241137B1 (ko) * 2015-12-16 2021-04-19 한국전자통신연구원 반도체 광 소자

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003528339A (ja) * 1999-11-09 2003-09-24 コーニング インコーポレイテッド 多モード光ファイバシステムのモード適応
WO2009106139A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 Pirelli & C. S.P.A. Optical mode transformer, in particular for coupling an optical fiber and a high-index contrast waveguide
CN102159975A (zh) * 2008-09-17 2011-08-17 英特尔公司 用于在硅光子芯片与光纤之间有效耦合的方法和设备
CN102540722A (zh) * 2010-11-05 2012-07-04 日东电工株式会社 光波导用树脂组合物以及使用其的光波导
CN103998962A (zh) * 2011-10-14 2014-08-20 阿斯特里姆有限公司 光谱仪
CN102436028A (zh) * 2011-12-23 2012-05-02 宋齐望 平面光波导结构及其制作方法
CN105607185A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 中国科学院半导体研究所 提高亚微米硅波导与普通单模光纤耦合效率的结构

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