CN1395120A - 光波导 - Google Patents

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Abstract

本发明的光波导是通过在硅基片上淀积下包层，在其上形成例如具有阵列波导光栅电路的芯层并且用上包层覆盖该芯层而制成的，而没有设置半波片，可以抑制由于吸湿所导致的偏振相关衰减的影响和恶化。阵列波导光栅电路包括至少一个输入波导，第一平板波导，由多个长度彼此相差预定量的并排设置的多通道波导构成的阵列波导，第二平板波导，和输出波导。包层和芯层由硅基玻璃制成。当所述基片的热膨胀系数为αs，下包层的热膨胀系数为αuc，上包层的热膨胀系数为αoc，则αoc等于或大于(αs－2.0×10－7)，并且等于或小于(αs+2.0×10－7)，而(αoc－αuc)等于或小于(21.5×10－7)。

Description

光波导
发明领域
本发明涉及一种用于光通信的光波导，例如阵列波导光栅。
背景技术
近年来，在光通信领域，作为急剧增加其传输容量的方法，正在积极研究光波分复用技术并预先用在实际应用中。在光波分复用技术中，例如彼此具有不同波长的多个光进行波分复用和传输。在这种光波分复用系统中，必须在系统中设置光传输组件。为了能够从光接收端的多个传输光中获取具有各个波长的光，光传输组件仅仅对具有预定波长的光是透明的并且从预定的输出端口输出它。
作为光传输组件的一个例子，存在一种阵列波导光栅(AWG)，例如图1中所示的。光波导比如阵列波导光栅包括一个基片11和一个波导形成区域10。波导形成区域10包括形成在基片11上的下包层、形成在该下包层上的芯层和覆盖该芯层的上包层。基片11例如是硅基片。
芯层形成各光波导的电路。如图1中所示的，阵列波导光栅电路包括至少一个输入波导12，与输入波导12的出口侧相连的第一平板)波导13、与第一平板波导13出口侧相连的阵列波导14、与阵列波导14出口侧相连的第二平板波导15和与第二平板波导15出口侧相连的输出波导16。输出波导16多个并排地设置。
阵列波导14发送第一平板波导13导出的光。阵列波导14是通过并排地设置多个通道波导14a形成的，相邻的通道波导14a的长度彼此相差预定的量(ΔL)。
通常，设置有大量的比如100个通道波导14a并形成阵列波导14。另外，输出波导16的数量对应于例如使用阵列波导光栅解复用或复用并且波长彼此不同的信号光的数量。然而在图1中，为了绘图简便起见，通道波导14a、输出波导16和输入波导12的各个数量以简化的方式表示。
例如，传输侧光纤(图中未画出)与输入波导12相连，并且波长复用的光引入其中。例如，通过输入波导12传播并且输入第一平板波导13的光由于其衍射而扩散，进入阵列波导14并在阵列波导14中传播。通过阵列波导14传播的光到达第二平板波导15和聚焦至输出波导16中并由之输出。
由于形成阵列波导14的所有通道波导14a的长度彼此不同，所以在通过阵列波导14传播之后，在各个光之间出现相位差，并且聚焦光的相位波前根据相位差的量而倾斜。由于聚焦位置是根据该倾斜的角度确定的，所以具有不同波长的光的聚焦位置彼此不同。当在各个聚焦位置形成输出波导16时，波长彼此不同的各个光可从各个波长的不同输出波导16输出。
例如，如图1中所示，具有波长λ1、λ2、λ3、...、λn(n为整数)的波长复用光从一个输入波导12输入。这些光由第一平板波导13扩散并到达阵列波导14，通过第二平板波导15传播，并且如上所述的，聚焦在随其波长不同的位置，进入彼此不同的输出波导16。
具有相应波长的光通过相应的输出波导16传播并且从相应输出波导16的出口端输出。当用于输出的光纤(图中未画出)与各个输出波导16的出口端相连时，通过该光纤，可以提取出具有相应波长的光。
在阵列波导光栅中，衍射光栅的波长分辨率正比于相应通道波导14a的长度之差(ΔL)。因此，通过将ΔL设置得较大，可以复用/解复用通过使用现有衍射光栅不能实现的具有窄波长间隔的波长复用的光。
因此，阵列波导光栅可以复用和解复用多个信号光，这被认为是实现高密度光波分复用必需的功能。也就是说，阵列波导光栅可以解复用和复用具有1nm以下波长间隔的多个光信号。
在图6A至图6D中，表示用于制造阵列波导光栅的典型的过程。下面结合图6A至图6D说明制造光波导的方法。图6A所示的过程是使用火焰水解淀积(flame hydrolysis deposition)和固化在基片11上顺序地形成下包层薄膜1b和芯层薄膜2的过程。图6A中的标记5表示在火焰水解淀积中使用的燃烧器的火焰。
图6B所示的过程是处理芯层2的薄膜的过程。在处理芯层2的薄膜时，用掩模8进行光刻和活性离子蚀刻。由于该处理，如图6C中所示，形成了阵列波导光栅的光波导图型，从而制成具有上述电路结构的芯层2。
图6D所示的过程是用于形成覆盖芯层2的上包层1a的薄膜的过程。通过用火焰水解淀积堆积上包层玻璃的精细粒子，然后例如在1200至1250摄氏度范围的温度下固化所述上包层玻璃精细粒子，形成上包层1a的薄膜。图6D中标记5表示在火焰水解淀积中使用的燃烧器的火焰。
至此上包层1a已使用硅基玻璃制成，其中例如将按摩尔计为5％的B2O3和P2O5之一与纯硅混合。
由于如上所述的阵列波导光栅用作光传输组件用于光波分复用中，所以该阵列波导光栅中的TE模和TM模的偏振相关衰减最好尽可能接近零。
然而，在现有的阵列波导光栅中，其偏振相关衰减大。例如图7中的特性曲线a表示现有阵列波导光栅TE模的传输光谱的一个例子，而特性曲线b表示其TM模的传输光谱。如图7中的特性曲线a和b所示的，该阵列波导光栅的TE模和TM模的传输光谱的中心波长±0.1nm范围内的偏振相关衰减是3dB。
为了补偿该偏振相关衰减，在现有的阵列波导光栅中，如图8中所示，在阵列波导14的中间插入例如由聚酰亚胺制成的半波片3。设置半波片3使得与所有的通道波导14a相交。在这种设有半波片3的阵列波导光栅中，偏振波的偏振面在半波片3的入口侧与出口侧之间旋转了90度。相应地，可以避免由偏振相关衰减造成的影响。
半波片3并不局限于由聚酰亚胺制成，也可以由硅基玻璃制成。当半波片3由聚酰亚胺制成时，其厚度可以做得更薄。因此，作为现有阵列波导光栅中可用的半波片3，由聚酰亚胺制成的半波片是最优好的。
发明内容
本发明的光波导包括：
一个基片；
形成在所述基片上的下包层；
形成在所述下包层上的芯层；和
覆盖所述芯层的上包层；
其中，当所述基片的热膨胀系数为αs，下包层的热膨胀系数为αuc，上包层的热膨胀系数为αoc时，
αoc等于或大于(αs-2.0×10-7)并且等于或小于(αs+2.0×10-7)，而(αoc-αuc)等于或小于(21.5×10-7)。
附图说明
下面结合附图说明本发明的例示性实施例，附图中：
图1是典型地表示阵列波导光栅结构例的示意图；
图2是表示在根据本发明的光波导的一个实施例中各偏振波传输光谱的曲线图；
图3是由于光波导吸湿造成出现裂纹的典型说明图；
图4是由于光波导吸湿造成出现裂纹的原理说明图；
图5是表示光波导的下包层和上包层的热膨胀系数的差与裂纹长度之间关系的曲线图；
图6A是表示在制造阵列波导光栅的过程中在基片上形成下包层薄膜和芯层薄膜的过程的说明性剖面图；
图6B是表示在制造阵列波导光栅的过程中处理芯层薄膜的过程的说明性剖面图；
图6C是表示在制造阵列波导光栅的过程中通过处理芯层薄膜形成芯层的状态的说明性剖面图；
图6D是表示在制造阵列波导光栅的过程中在芯层的上侧形成上包层薄膜的过程的说明性剖面图；
图7是表示在现有阵列波导光栅中各偏振波的传输光谱的曲线图；
图8是典型地表示设有半波片的现有阵列波导光栅的说明性视图。
具体实施方式
虽然设有半波片3的现有阵列波导光栅可以避免偏振相关衰减的不利影响，但是存在如下问题。也就是说，在如此构造的阵列波导光栅中存在这样的问题：进入半波片3的光部分返回至光波导12的输入侧。这是所谓的返回损耗问题。例如，当半波片3插入使之垂直于阵列波导14的相应通道波导14a时，返回损耗值总计大致为-35dB。
在用于光波分复用系统的组件中，大于-40dB的返回损耗可能引起光通信问题。因此，当产生上述值的返回损耗时，该阵列波导光栅不能应用于光波分复用。
当插入半波片3使之相对于垂直于通道波导14a的轴倾斜8度角时，可使得返回损耗大致为-40dB。然而在此情况下，即使采用薄的聚酰亚胺半波片3，也会难以形成插入半波片3的狭缝，从而半波片3在技术上难以插入。结果存在阵列波导光栅生产率变低的问题。
另外，目前可得的聚酰亚胺半波片3长度大致为8mm。当试图将通道波导14a以25μm的间隔并排设置时，最多只能允许设置320个通道波导。也就是说，在设有半波片3的阵列波导光栅中，存在对通道波导14a数量的限制。因此，难于处理将来需要增加通道波导14a数量以实现具有更窄波长间隔的阵列波导光栅的情况。
此外，当试图增加聚酰亚胺半波片3的长度时，半波片本身的产率变得更低，导致阵列波导光栅的成本更高。
此外，为了通过插入半波片3制作阵列波导光栅，使用切割器加工用于插入半波片3的插入狭缝，将半波片3插入该狭缝中，另外用粘合剂将半波片3固定。结果在安排半波片3时，增加了阵列波导光栅制造过程的数量，导致阵列波导光栅的成本更高。
为了克服由于插入半波片3导致的各种问题，在日本专利公开No.2000-280中已经公开了一个建议。在该建议中，通过使上包层的热膨胀系数更接近于基片的线性膨胀系数，而不插入半波片3，试图减小偏振相关衰减。根据该建议，由于不插入半波片3可以减小偏振相关衰减，所以可以解决由于插入半波片3所带来的问题。
然而，在上述建议中，为了使上包层的热膨胀系数更接近于硅基片的线性膨胀系数，例如可以比传统阵列波导光栅上包层中提高掺在纯硅玻璃中的B2O3和P2O5的掺杂浓度。
随着如此提高掺杂浓度，在高温高湿的非常严格条件之下，由于吸湿而使光波导特性恶化。考虑到这种恶化的可能性，本发明人提出了既可以抑制偏振相关衰减也可以抑制由于吸湿所导致特性恶化的光波导结构。高温高湿的严格条件例如为120摄氏度和100％RH。
在提出既可以抑制偏振相关衰减也可以抑制由于吸湿所导致特性恶化的光波导结构时，本发明人考虑了可以根据上述建议抑制偏振相关衰减的结构。另外，为了抑制由于吸湿导致特性恶化的发生，本发明人注意到玻璃的热膨胀系数。
一般地，当玻璃中吸收了湿气时，其热膨胀系数变大。相应地，当使用含有高浓度的高吸湿掺杂剂比如B2O3和P2O5的硅玻璃来形成光波导的上包层，例如在进行光波导的压力锅测试(pressure cooker test)时，上包层中的掺杂剂与湿气反应，造成热膨胀系数的增加。
另一方面，当光波导下包层的掺杂浓度低时，例如在进行压力锅测试时，由于掺杂剂几乎不与下包层中的湿气反应，所以其热膨胀系数不会变大。
接着，本发明人作如下假设。即，“当掺杂有高浓度高吸湿掺杂剂的光波导处于高温高湿例如120摄氏度100％RH的环境中时，上包层的热膨胀系数变得大于下包层的热膨胀系数。当热膨胀系数之差大时，如图4中所示，在上包层与下包层之间界面处的上包层侧施加拉伸应力。如图3所示，由于该拉伸应力，上包层从上包层与下包层之间的界面裂开。”
因此，本发明人考虑了增加上包层中的掺杂剂如B2O3和P2O5的浓度以及增加掺杂在下包层中的掺杂剂的量。当光波导在高温高湿环境下吸收湿气时，这个结构可以减小下包层与上包层热膨胀系数之差。
因此，如上所述，增加了光波导上包层中掺杂剂量及其下包层中掺杂剂量的结构可以抑制该裂纹发生，如在上述建议中所述的，还可以抑制例如在1.55μm波段的偏振相关衰减发生。
根据上述考虑，本发明人依次在基片上淀积下包层和上包层，将其切成30mm方形，从而制备出光波导芯片。对该芯片施加压力锅测试。通过将光波导芯片暴露在120摄氏度和100％RH下100小时来进行压力锅测试。通过测量从光波导端面的裂纹长度，可以获得下包层中掺杂量与上包层中裂纹发生程度之间的关系。
在试验中，控制上包层的成分使得上包层的热膨胀系数处于设在±2.0×10-7的硅基片热膨胀系数范围内。也就是说，当基片的热膨胀系数为αs，上包层的热膨胀系数为αoc，则控制上包层的成分并将其热膨胀系数控制为αoc可等于或大于(αs-2.0×10-7)和等于或小于(αs+2.0×10-7)的常数。在上述中，各热膨胀系数以(摄氏度)-1为单位表示。
因此，如图5中所示，试验证明，通过增加下包层中的掺杂剂量并且使上包层和下包层的热膨胀系数之差更小，可以抑制裂纹发生。根据上包层和下包层的热膨胀系数之差已发现抑制裂纹产生的临界点为(21.5×10-7)(摄氏度)-1。
本发明根据上述观察结果进行构想。下面结合附图详细说明本发明的实施例。在说明本发明的实施例时，与已有例子具有相同名称的相同部分用相同的标记表示，并且其说明被省略。
根据本发明的光波导的一个实施例是图1中所示的阵列波导光栅。构造一个实施例中的该阵列波导光栅成使得当基片11的热膨胀系数为αs，下包层1b的热膨胀系数为αuc，而上包层1a的热膨胀系数为αoc，则αoc可以等于或大于(αs-2.0×10-7)并且等于或小于(αs+2.0×10-7)，而(αoc-αuc)可以等于或小于(21.5×10-7)。
在一个实施例中，基片11为硅基片，其热膨胀系数αs为3.0×10-6。对于此αs值，在该实施例中，上包层1a的热膨胀系数αoc设为2.95×10-6，而下包层1b的热膨胀系数αuc设为1.0×10-6。从而，满足了上述关系。
在一个实施例中，上包层1a由硅基玻璃(SiO2-B2O3-P2O5基)制成，其中将B2O3和P2O5按大致8％摩尔加入纯硅中。在此实施例中，通过以上述成分形成上包层1a，从而可以满足上包层1a的热膨胀系数αoc与基片11(在此例中为硅基片)的热膨胀系数αs之间的上述关系。另外，在该实施例中，通过以上述成分形成上包层1a，设定光波导形成区域10中发生的双折射B的值使得B的绝对值等于或小于5.34×10-5。
在一个实施例中，设定双折射的值为上述值而不提供现有阵列波导光栅中提供的半波片3，可以减小偏振相关衰减的不利影响。从而制成适用于光波分复用的光波导。双折射的值B与偏振相关衰减之间关系的细节公开在日本专利公开No.2000-380中。
另外，在一个实施例中，下包层1b是由硅基玻璃即SiO2-B2O3-P2O5玻璃制成。另外，芯层2是由硅基玻璃即SiO2-B2O3-P2O5-GeO2玻璃制成，使得相对折射率之差Δ可以为0.8％。下包层1b的层厚为20μm，上包层1a的厚度为30μm，芯层2的厚度为6.5μm。作为该光波导的制造方法，应用了图6A至图6D中所示的方法。
在一个实施例中，根据如下方法测量上包层1a和下包层1b的热膨胀系数。即，本发明人首先在硅基片11上形成样品S1，其中淀积与在一个实施例中应用的下包层材料相同的材料制成的20μm薄膜，和样品S2，其中淀积与在一个实施例中应用的上包层1a材料相同的材料制成的30μm薄膜。然后，测量各样品S1和S2的弯曲(warp)半径。
基于样品S1和S2的各弯曲半径，根据如下计算获得上包层1a和下包层1b的热膨胀系数。
当光波导形成区域10中产生的内部应力为σ，其值可以用基片的弯曲半径R表示成下式(1)。弯曲半径R以米为单位表示。
σ＝Es×b2/(6×(1-νs)×R×d)    (1)
在上式中，Es为杨氏模量。当基片是硅时，Es为1.3×1011(Pa)。另外，b为基片的厚度。在此例中，b为1.0×10-3(m)。νs为基片的泊松比，在硅基片的情况下为0.28。d为包层玻璃的厚度，在样品S1的情况下，在一个实施例中它具有与下包层1b相同的厚度，即，d为0.02×10-3(m)。在样品S2的情况下，在一个实施例中它具有与上包层1a相同的厚度，即，d为0.03×10-3(m)。
此外，当在光波导形成区域10中产生的热应力为σT时，其值可以由下式(2)表示。
σT＝Eg×(αg-αs)×ΔT    (2)
在上式中，Eg为包层玻璃的杨氏模量，在此例中为7.29×1010(Pa)。αg是包层玻璃的热膨胀系数。αs为基片的热膨胀系数，在硅基片11的情况下为(3.0×10-6)(摄氏度)-1。ΔT表示从包层玻璃的固化点降低至室温的温度，在一个实施例中为1000摄氏度。
当假定内应力完全是由热应力引起时，由于σ等于σT，从上式(1)和(2)可以得出式(3)。
αg＝αs+(Es×b2/(6×Eg×(1-νs)×R×d×ΔT))    (3)
此外，使用接触型表面轮廓测量装置测量弯曲量。结果，样品S1中基片的弯曲半径R的测量值为7.8m，样品S2的测量值为258m。即，在下包层1b的情况下，用7.8替代式(3)中的R，在上包层1a的情况下，用258替代式(3)中的R，可以分别获得下包层1b和上包层1a的热膨胀系数。
如上所述，上述获得的热膨胀系数αg＝下包层1b的αuc，为1.0×10-6，并且αg＝上包层1a的αoc，为2.95×10-6。
一个实施例根据上面的描述构造。在图2中，示出了根据一个实施例的阵列波导光栅中各偏振波的传输光谱的测量。TE模的传输光谱表示为图2中的特性曲线a，而TM模的传输光谱表示为该图中的特性曲线b。
当比较特性曲线a和b时，可以发现TM模传输光谱的中心波长偏移TE模传输光谱的中心波长0.01nm以下。如图7所示，传统例子的TM模传输光谱的中心波长偏移(离开)其TE模传输光谱的中心波长大致0.20nm。通过比较两者，发现在本实施例中，偏振波模式之间的传输光谱中心波长的偏移显著地减小了。
如上所述，在一个实施例中，通过如上所述的设置形成光波导的上包层1a的热膨胀系数并且设置双折射的值B在适当值，而不提供半波片3，可以实现几乎不显示偏振相关衰减的不利影响因而适用于光波分复用的光波导。
此外，本实施例的光波导被切成30mm方形，并且在120摄氏度和100％RH的环境中对该切割的样品进行压力锅测试100小时。没有裂纹或类似问题。即，一个实施例的光波导可以抑制由于吸湿造成裂纹的发生，即可以抑制特性恶化。
如上所述，在一个实施例中，可以实现未提供半波片、几乎没有偏振相关衰减的不利影响并且即使在高温和高湿的严格条件下不产生裂纹的光波导。
此外，由于在一个实施例中，半波片不是必要的，所以可以减少制造过程的数量，并且可以提高产率，从而降低成本。
进一步地，由于在一个实施例中，半波片不是必要的，所以根据需要，例如可以以25μm的间隔并排设置超过320个信道波导。即，可以增加信道波导的数量。
由于一个实施例表示上述有利的效果，当该光波导例如应用于1.55μm波段的光波分复用时，无需提供半波片，可以抑制偏振相关衰减的发生，并且可以抑制由于吸湿造成特性恶化的发生。因此，可以制成高质量的光波分复用系统。
本发明并不限于该一个实施例，而可以采用不同的应用模式。例如，可以适当地设置所有形成光波导的下包层1b、上包层1a和芯层2的成分而不局限于特定的成分。
即，可以适当地设置这些成分成，使得可以满足基片11的热膨胀系数αs、下包层1b的热膨胀系数αuc、和上包层1a的热膨胀系数αoc之间的关系，即αoc等于或大于(αs-2.0×10-7)并且等于或小于(αs+2.0×10-7)，而(αoc-αuc)等于或小于(21.5×10-7)。另外，适当设置下包层1b、上包层1a和芯层2的成分，使得芯层的折射率可大于包层1的折射率。
此外，虽然在所述一个实施例中，光波导为阵列波导光栅，但是光波导不必局限于阵列波导光栅。本发明可以应用于在基片11上形成有具有下包层1b、芯层2和上包层1a的光波导形成区域10的各种光波导。
另外，虽然在该实施例中，使用硅基片作为基片11，但是基片11不局限于硅，也可以采用适当的基片，例如蓝宝石基片。

Claims (17)

1.一种光波导，包括：
一个基片；
形成在所述基片上的下包层；
形成在所述下包层上的芯层；和
用于覆盖所述芯层的上包层；其中，
所述基片的热膨胀系数为αs，下包层的热膨胀系数为αuc，上包层的热膨胀系数为αoc，
αoc等于或大于(αs-2.0×10-7)并且等于或小于(αs+2.0×10-7)，而(αoc-αuc)等于或小于(21.5×10-7)。
2.根据权利要求1的光波导，其中：
所述光波导的芯层构造成阵列波导光栅电路，该阵列波导光栅电路包括：
至少一个输入波导，
第一平板波导，与所述输入波导的出口侧相连，
一个阵列波导，与所述第一平板波导的出口侧相连，并由长度彼此相差预定量的并排设置的多个通道波导构成，
第二平板波导，与所述阵列波导的出口侧相连，和
多个输出波导，并排地设置在所述第二平板波导的出口侧。
3.根据权利要求1的光波导，其中：所述基片为硅基片。
4.根据权利要求2的光波导，其中：所述基片为硅基片。
5.根据权利要求2的光波导，其中：
所述上包层至少掺杂B2O3和P2O5之一。
6.根据权利要求2的光波导，其中：
所述上包层包括SiO2-B2O3-P2O5基底材料。
7.根据权利要求2的光波导，其中：
所述下包层包括SiO2-B2O3-P2O5玻璃。
8.根据权利要求2的光波导，其中：
所述芯层包括SiO2-B2O3-P2O5-GeO2玻璃。
9.根据权利要求8的光波导，其中：
所述SiO2-B2O3-P2O5-GeO2玻璃具有0.8％的相对折射率。
10.根据权利要求2的光波导，其中：
所述光波导构造成不需要半波片而工作。
11.一种光波导，包括：
基片；
形成在所述基片上的下包层；
形成在所述下包层上的芯层；和
用于抑制所述上包层由于热致拉伸应力导致裂纹的装置。
12.根据权利要求11的光波导，其中：
所述用于抑制的装置包括用于使所述上包层和所述下包层中热膨胀系数匹配的装置。
13.根据权利要求12的光波导，其中：
所述上包层包括SiO2-B2O3-P2O5基底材料。
14.根据权利要求12的光波导，其中：
所述下包层包括SiO2-B2O3-P2O5玻璃。
15.根据权利要求12的光波导，其中：
所述芯层包括SiO2-B2O3-P2O5-GeO2玻璃。
16.根据权利要求15的光波导，其中：
所述SiO2-B2O3-P2O5-GeO2玻璃具有0.8％的相对折射率。
17.根据权利要求11的光波导，其中：
所述光波导构造成不需要半波片而工作。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100368837C (zh) * 2005-04-21 2008-02-13 中国科学院半导体研究所 用标准cmos工艺制作磷硅酸玻璃层光波导及集成的方法
CN103760691A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 东南大学 一种偏振态控制的多模干涉型光开关及其制备方法
CN107884876A (zh) * 2017-12-23 2018-04-06 长安大学 一种基于波导光栅耦合器的光偏振态检测芯片

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3911271B2 (ja) 2004-01-27 2007-05-09 Ｔｄｋ株式会社 光導波路及びその製造方法
KR100601047B1 (ko) * 2004-12-16 2006-07-18 한국전자통신연구원 임베디드 시스템에서 동영상 및 스킨 합성 장치 및 그 방법
DE102005034785B3 (de) * 2005-07-21 2007-01-25 Schott Ag Glaszusammensetzung ausschließlich bestehend aus Oxiden,welche bei Reaktion mit Fluor schon bei niedrigen Temperaturen flüchtige Fluoride ausbilden, sowie deren Verwendung
JP2007065562A (ja) 2005-09-02 2007-03-15 Furukawa Electric Co Ltd:The アレイ導波路回折格子
JP5100175B2 (ja) * 2007-03-28 2012-12-19 古河電気工業株式会社 アレイ導波路格子型の合分波装置
US20110085761A1 (en) * 2009-05-26 2011-04-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Arrayed waveguide grating and method of manufacturing arrayed waveguide grating
WO2024042588A1 (ja) * 2022-08-22 2024-02-29 日本電信電話株式会社 光導波路

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467415A (en) * 1994-04-22 1995-11-14 At&T Corp. Method for making polarization independent silica optical circuits
US5930439A (en) * 1997-10-01 1999-07-27 Northern Telecom Limited Planar optical waveguide
JP2001194541A (ja) * 1999-05-31 2001-07-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 光導波回路
US6396988B1 (en) * 1999-08-13 2002-05-28 Nec Corporation Optical waveguide device and method of forming the same
US6389209B1 (en) * 1999-09-07 2002-05-14 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp. Strain free planar optical waveguides
JP3551895B2 (ja) * 2000-01-12 2004-08-11 住友電気工業株式会社 石英系光導波路及びその製造方法
JP2001221923A (ja) * 2000-02-08 2001-08-17 Furukawa Electric Co Ltd:The 光導波回路
DE10041174A1 (de) * 2000-08-23 2002-03-21 Alcatel Sa Doppelbrechungsfreie passive optische Komponente
DE60135822D1 (de) * 2000-12-22 2008-10-30 Nippon Telegraph & Telephone Polarisationsunabhängige optische Wellenleiteranordnung
US6553170B2 (en) * 2001-08-31 2003-04-22 Lightwave Microsystems Corporation Method and system for a combination of high boron and low boron BPSG top clad fabrication process for a planar lightwave circuit

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100368837C (zh) * 2005-04-21 2008-02-13 中国科学院半导体研究所 用标准cmos工艺制作磷硅酸玻璃层光波导及集成的方法
CN103760691A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 东南大学 一种偏振态控制的多模干涉型光开关及其制备方法
CN103760691B (zh) * 2014-01-24 2016-05-11 东南大学 一种偏振态控制的多模干涉型光开关及其制备方法
CN107884876A (zh) * 2017-12-23 2018-04-06 长安大学 一种基于波导光栅耦合器的光偏振态检测芯片
CN107884876B (zh) * 2017-12-23 2023-09-08 长安大学 一种基于波导光栅耦合器的光偏振态检测芯片

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