JP2000137129A - Optical waveguide and manufacture of the same - Google Patents
Optical waveguide and manufacture of the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などに用い
られる光導波路及びその作製方法に関し、更に詳細に
は、スポットサイズ変換部付き光導波路に最適な光導波
路及びその作製方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide used for optical communication and the like and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an optical waveguide optimal for an optical waveguide having a spot size converter and a method for manufacturing the same. .
【0002】[0002]
【従来の技術】インターネットの急激な普及にともな
い、光通信システムの商用化展開が非常な勢いで進んで
いる。例えば、通常の電話回線で3万回線以上を伝送で
きる2.5Gb/sシステムなどが、多くの地域で導入
されている。また、情報伝送容量の拡大にあわせて、波
長多重方式によって多重数倍の大容量化を図る方式が、
既に実用化されるに到っている。初期の数波レベルの波
長多重から、現在では、80波レベルまでの高密度波長
多重方式が商用化されるようになってきた。2. Description of the Related Art With the rapid spread of the Internet, the commercialization of optical communication systems is proceeding at an extremely rapid pace. For example, a 2.5 Gb / s system capable of transmitting 30,000 or more lines using a normal telephone line has been introduced in many regions. In addition, in accordance with the expansion of information transmission capacity, a method of increasing the number of multiplexing times by wavelength multiplexing has been proposed.
It has already been put to practical use. From the initial wavelength multiplexing at several wave levels to the high-density wavelength multiplexing method up to 80 wave levels, commercialization has been started.
【0003】このような波長多重光通信方式において
は、異なる波長を有する複数の信号光を1本の光ファイ
バに導入するための合波器が、また波長多重された光信
号から、異なる波長の信号に切り分けるための分波器
が、重要な装置となり、その一例として、アレイ導波路
格子(AWG)が注目されている。In such a wavelength-division multiplexing optical communication system, a multiplexer for introducing a plurality of signal lights having different wavelengths into one optical fiber is provided. A branching filter for signal separation is an important device, and an array waveguide grating (AWG) has attracted attention as an example.
【0004】AWGは、入出力2つのスターカップラの
間に、同じ光路長差を有するアレイ状の光導波路が形成
されたものであり、アレイ導波路が高次の回折格子の役
割を担うことによって、合分波の機能を果たすものであ
る。Si基板ないし石英ガラス基板上に石英系の光導波
路を形成したAWGは、すでに商用化されており、実際
の光通信システムに用いられている。現在商用化されて
いるAWGは、3cmx4cm程度のサイズのものが一
般的であり、温調機能が必要であることから、パルチエ
素子に貼り付けて、パッケージに収容されており、パッ
ケージ全体のサイズは5cmx6cm程度となるため、
伝送装置のボード内で少なからぬスペースを占有すると
いう問題があって、デバイスの小型化が重要な課題の一
つとなっている。The AWG has an array of optical waveguides having the same optical path length difference between two input and output star couplers. The array waveguide plays the role of a higher-order diffraction grating. Perform the function of multiplexing / demultiplexing. AWGs in which a quartz-based optical waveguide is formed on a Si substrate or a quartz glass substrate have already been commercialized and used in actual optical communication systems. AWGs currently commercially available generally have a size of about 3 cm x 4 cm and require a temperature control function. Therefore, the AWG is attached to a Paltier element and housed in a package. Because it will be about 5cm x 6cm
There is a problem that a considerable amount of space is occupied in the board of the transmission device, and miniaturization of the device is one of the important issues.
【0005】また、幹線系に用いられるものの他に、双
方向の通信が要求されるアクセス系システムでも、小型
の光導波路デバイスが、強く求められている。合波、分
波、分岐などの機能を有する光導波路デバイスの素子サ
イズは、概略、曲線導波路部分の曲率半径によって制限
される。より小さな曲率半径であって、低損失な曲線導
波路を形成するには、コア層とクラッド層との比屈折率
差Δを大きく設定してやればよい。例えば、通常、石英
系の光導波路で採用される、0.4%程度の比屈折率差
Δの導波路の場合、曲がり損失を0.1dB以内にする
には、曲率半径を40mm以上とする必要があるが、比
屈折率差Δを1%とすることにより、曲率半径を10m
m以下にすることが可能となる。[0005] In addition to those used for trunk systems, small-sized optical waveguide devices are also strongly required for access systems requiring two-way communication. The element size of an optical waveguide device having functions such as multiplexing, demultiplexing, and branching is generally limited by the radius of curvature of a curved waveguide portion. In order to form a curved waveguide having a smaller radius of curvature and low loss, the relative refractive index difference Δ between the core layer and the cladding layer may be set to be large. For example, in the case of a waveguide having a relative refractive index difference Δ of about 0.4%, which is usually employed in a silica-based optical waveguide, the radius of curvature is set to 40 mm or more in order to keep the bending loss within 0.1 dB. Although it is necessary, by setting the relative refractive index difference Δ to 1%, the radius of curvature is 10 m.
m or less.
【0006】しかし、比屈折率差Δを大きくすると、シ
ングルモード条件を満たすためにコア径を小さくする必
要があり、それに伴い光ファイバのスポットサイズとの
違いによる結合損失が増加してしまい、素子サイズの小
型化は図れても、光モジュールとしての損失増加を招く
という問題が生じる。したがって、小型でかつ低損失な
光モジュールを作製するために、曲線領域を高比屈折率
差Δにして、かつファイバ結合部のスポットサイズを拡
大してファイバとの結合損失を小さくすることが必要で
ある。However, when the relative refractive index difference Δ is increased, it is necessary to reduce the core diameter in order to satisfy the single mode condition, and accordingly, the coupling loss due to the difference from the spot size of the optical fiber increases. Even if the size can be reduced, there is a problem that the loss as an optical module is increased. Therefore, in order to manufacture a small and low-loss optical module, it is necessary to reduce the coupling loss with the fiber by making the curved region a high relative refractive index difference Δ and enlarging the spot size of the fiber coupling portion. It is.
【0007】従来より、スポットサイズを拡大する方法
として、導波路幅のみをテーパ状に小さくしていく方法
が知られている。本方法は、非常に簡便な方法ではある
が、導波路の高さ方向は一定であるので、結合損失の偏
向依存性が大きくなるという問題がある。Conventionally, as a method of increasing the spot size, there is known a method in which only the waveguide width is tapered. Although this method is a very simple method, it has a problem that the coupling loss has a large dependence on the deflection because the height direction of the waveguide is constant.
【0008】また、コアの厚さ方向についても、ステッ
プ状に変化させていく方法が例えば特開平8−1710
20号公報に開示されている。本方法によればコアの
幅、厚さ方向共に小さくしていくことができるので結合
損失の偏向依存性は小さくなると考えられる。しかしな
がら、数μmに及ぶ厚さを高々数段のステップで大きく
変化させることにより、放射による過剰損失は大きくな
る。さらにステップ段数を増やすことにより過剰損失は
低減可能であるが、パターニング工程と膜堆積を繰り返
すことになり、工程が非常に増えるため量産向きとは言
えない。A method of changing the thickness of the core in a stepwise manner is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-1710.
No. 20 discloses this. According to this method, it is considered that the dependence of the coupling loss on the deflection is reduced because both the width and the thickness of the core can be reduced. However, the excess loss due to radiation is increased by changing the thickness, which can be up to several μm, in at most several steps. Although the excess loss can be reduced by further increasing the number of steps, the patterning step and the film deposition are repeated, and the number of steps is greatly increased, which is not suitable for mass production.
【0009】また、レーザ照射によって導波路端部を加
熱し、コア中のドーパントをクラッドに拡散させること
によってスポットサイズを拡大する方法が例えば特開平
4−220609号公報に開示されている。本方法によ
れば、結合損失の偏向依存性は小さく、かつ、5μmか
ら10μmと大きくスポットサイズを拡大することが可
能となる。しかしながら、レーザにより一ヶ所ずつ加熱
するため例えば数十本にもおよぶアレイ導波路を加熱処
理するのに数時間かかるため、スループットは必ずしも
高いとは言えない。A method of increasing the spot size by heating the end of the waveguide by laser irradiation and diffusing the dopant in the core into the cladding is disclosed in, for example, JP-A-4-220609. According to this method, the polarization dependence of the coupling loss is small, and the spot size can be greatly increased from 5 μm to 10 μm. However, since the laser is heated one by one, it takes several hours to heat, for example, several tens of arrayed waveguides, so that the throughput is not necessarily high.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、従来例で示した課題を解決して、偏向依存性及び過
剰損失が小さく、工程が簡単で、低コストで量産が可能
な、スポットサイズ変換部付き光導波路に最適な光導波
路及びその作製方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems shown in the prior art, to reduce deflection dependency and excess loss, to simplify the process, and to realize mass production at low cost. An object of the present invention is to provide an optical waveguide optimal for an optical waveguide with a spot size conversion unit and a method for manufacturing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明に係る光導波路は、基板上にコアおよびクラ
ッドを有する光導波路において、前記コアの先端部の幅
及び厚さの双方が、コアの先端に向かってテーパー状に
縮小してることを特徴としている。好適には、前記基板
が、Si又は石英ガラスであり、前記コア層およびクラ
ッド層が、P、Ge、及びBのうちの少なくとも一つを
ドーパントとして含有する石英ガラスである。本発明で
は、光導波路のコアが、先端部で幅方向及び厚さ方向と
も、滑らかなテーパー形状になっているので、コア先端
部は、従来より過剰損失の小さいスポットサイズ変換部
として機能する。In order to achieve the above-mentioned object, an optical waveguide according to the present invention comprises an optical waveguide having a core and a clad on a substrate, wherein both the width and the thickness of the tip of the core are reduced. , Tapered toward the tip of the core. Preferably, the substrate is Si or quartz glass, and the core layer and the cladding layer are quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant. In the present invention, since the core of the optical waveguide has a smooth tapered shape in the width direction and the thickness direction at the front end, the front end of the core functions as a spot size conversion unit having a smaller excess loss than the conventional case.
【0012】上述の光導波路を作製するための本発明に
係る光導波路の作製方法は、基板上にコアおよびクラッ
ドを有し、かつ前記コアの先端部の幅および厚さをテー
パー状に縮小させた光導波路の作製方法であって、前記
コアの一部を階段状に除去して段差を形成する段差形成
工程と、前記段差上に薄膜を堆積し、段差を滑らかな斜
面に成形する斜面成形工程とを少なくとも有することを
特徴としている。According to a method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention for manufacturing the above-described optical waveguide, a core and a clad are provided on a substrate, and a width and a thickness of a tip portion of the core are reduced in a tapered shape. A step of forming a step by removing a part of the core in a stepped manner, and forming a step on the step by depositing a thin film on the step and forming the step into a smooth slope. And at least steps.
【0013】好適には、前記コア層およびクラッド層
を、P、Ge、及びBのうちの少なくとも一つをドーパ
ントとして含有する石英ガラスで形成し、斜面成形工程
では、前記薄膜をPおよびBをドーパントとして含む石
英ガラスで形成し、熱処理によるリフローによって、薄
膜を流動化させ、段差を滑らかな斜面に成形する。リフ
ローさせる際の熱処理温度は、800℃以上である。Preferably, the core layer and the clad layer are formed of quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant, and in the slope forming step, the thin film is formed of P and B. It is made of quartz glass containing as a dopant, and the thin film is fluidized by reflow by heat treatment to form a step into a smooth slope. The heat treatment temperature at the time of reflow is 800 ° C. or higher.
【0014】また、P、Ge、及びBのうちの少なくと
も一つをドーパントとして含有する石英ガラスで前記コ
ア層およびクラッド層を形成し、斜面成形工程では、ポ
リマーまたはスピンオングラス材を段差上にスピンコー
トして前記薄膜を形成しつつ段差を滑らかな斜面に成形
するようにしても良い。Further, the core layer and the cladding layer are formed of quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant, and in the slope forming step, a polymer or a spin-on-glass material is spun on a step. The step may be formed into a smooth slope while forming the thin film by coating.
【0015】斜面形成工程では、膜厚が2μm 以上3μ
m 以下の薄膜を段差上に成膜する。また、斜面形成工程
に次いで、段差上の斜面の領域以外の領域の薄膜を除去
する工程を備えている。In the slope forming step, the film thickness is 2 μm or more and 3 μm or more.
A thin film of m or less is formed on the step. In addition to the step of forming the slope, a step of removing the thin film in a region other than the region of the slope on the step is provided.
【0016】本発明の好適な実施態様では、常圧化学気
相堆積法により、それぞれ、基板上に下部クラッド層を
成膜し、次いで下部クラッド層の上面から所定距離離し
て所定位置にテイパー状のストッパ膜を埋め込みつつコ
ア層を成膜する工程を有し、次いで、段差形成工程で、
ストッパ膜の基端に接する位置でコア層上にエッチング
用マスクを形成し、次いでマスクを使って、ストッパ膜
領域では、ストッパ膜までコア層をエッチングし、スト
ッパ膜以外の領域ではストッパ膜より下方の位置までコ
ア層をエッチングして、コア層に段差を形成する。In a preferred embodiment of the present invention, a lower cladding layer is formed on a substrate by an atmospheric pressure chemical vapor deposition method, and then a tapered shape is formed at a predetermined distance from an upper surface of the lower cladding layer. Having a step of forming a core layer while embedding the stopper film, and then, in a step forming step,
An etching mask is formed on the core layer at a position in contact with the base end of the stopper film, and then, the mask layer is used to etch the core layer up to the stopper film in the stopper film region, and in a region other than the stopper film below the stopper film. Then, the core layer is etched to the position of to form a step in the core layer.
【0017】本発明方法を用いることにより、従来例に
示すようなコアの厚さおよび幅がステップ状に減少する
ような形状ではなく、滑らかなテーパー形状のコア先端
部が得られるので、従来より過剰損失の小さいスポット
サイズ変換部として機能する先端部を形成できる。さら
に、本発明による作製方法は、簡便なウェハプロセスの
みで構成されているので、量産性及び低コスト化にも優
れているという特長も有している。By using the method of the present invention, it is possible to obtain a smooth tapered core tip portion, instead of a shape in which the thickness and width of the core are reduced stepwise as shown in the conventional example. A tip that functions as a spot size converter with a small excess loss can be formed. Further, since the manufacturing method according to the present invention is constituted only by a simple wafer process, it also has a feature that it is excellent in mass productivity and cost reduction.
【0018】以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参
照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明す
る。光導波路の実施形態例 本実施形態例は、スポットサイズ変換部付き光導波路に
本発明に係る光導波路を適用した実施形態の一例であっ
て、図1は本実施形態例のスポットサイズ変換部付き光
導波路の構成を示す斜視図である。本実施形態例の方法
で作製するスポットサイズ変換部付き光導波路10は、
図1に示すように、石英系材料からなるコア1およびク
ラッド層4、5を基板3上に有する光導波路である。光
導波路の端面6付近のコア1の一部は、端面6に近づく
につれて、幅、厚さともに徐々に縮小するテーパ部2を
備えるように加工されている。コア1は、先ず、厚さ方
向でステップ状に薄くなる段差を有するように加工さ
れ、次いで、ステップ状の段差は、第2のコア材料によ
り埋めて、滑らかなテーパー形状のテーパー部2となる
ように成形されている。これにより、テーパー部2がス
ポットサイズ変換部2として機能する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment of Optical Waveguide This embodiment is an example of an embodiment in which the optical waveguide according to the present invention is applied to an optical waveguide with a spot size converter, and FIG. FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of an optical waveguide. The optical waveguide 10 with a spot size converter manufactured by the method of the present embodiment is
As shown in FIG. 1, the optical waveguide has a core 1 and cladding layers 4 and 5 made of a quartz-based material on a substrate 3. A part of the core 1 near the end face 6 of the optical waveguide is machined so as to have a tapered portion 2 whose width and thickness gradually decrease as approaching the end face 6. The core 1 is first processed so as to have a step that becomes thin in a stepwise manner in the thickness direction, and then the stepped step is filled with a second core material to form a tapered portion 2 having a smooth taper shape. It is molded as follows. Thereby, the tapered part 2 functions as the spot size conversion part 2.
【0019】コア1の幅W1、厚さT1をそれぞれW
2、T2(W1>W2、T1>T2)に減少させること
により、コア1中を伝搬する導波光の閉じこめが弱くな
るので、光導波路端面6でのスポットサイズは拡大され
る。また、スポットサイズ変換部2は滑らかなテーパー
形状であるので、放射による損失を低く抑えることがで
きる。The width W1 and the thickness T1 of the core 1 are W
2. By reducing to T2 (W1> W2, T1> T2), the confinement of the guided light propagating in the core 1 is weakened, and the spot size at the optical waveguide end face 6 is enlarged. In addition, since the spot size conversion unit 2 has a smooth tapered shape, the loss due to radiation can be suppressed low.
【0020】光導波路の作製方法の実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る光導波路の作製方法の実
施形態の一例であって、 以下に、図2(a)〜(e)
及び図3(a)〜(e)を参照して、上述のスポットサ
イズ変換部付き光導波路10を作製する方法を説明す
る。図2(a)〜(e)は本実施形態例の光導波路の製
作方法に従ってスポットサイズ変換部付き光導波路10
を作製した際の工程毎の基板断面を示す側面断面図、図
3(a)〜(e)は図2(a)〜(e)に対応する上面
図である。 Embodiment of the Method for Fabricating an Optical Waveguide This embodiment is an example of an embodiment of a method for fabricating an optical waveguide according to the present invention, and will be described below with reference to FIGS.
With reference to FIGS. 3A to 3E, a method of manufacturing the above-described optical waveguide 10 with a spot size converter will be described. FIGS. 2A to 2E show an optical waveguide 10 with a spot size converter according to the method of manufacturing an optical waveguide of the present embodiment.
3 (a) to 3 (e) are top views corresponding to FIGS. 2 (a) to 2 (e).
【0021】先ず、常圧化学気層堆積法(APCVD)
を用いて、図2(a)に示すように、シリコン(Si)
基板3上に下層クラッド4およびコア層12として石英
系膜を成膜する。下層クラッド4の膜厚は15μm程
度、コア層12の膜厚は4μmである。クラッド4およ
びコア層12の成膜材料には、P、Ge、Bなどをドー
ピングした石英系膜を用いる。屈折率の制御は、各ドー
パントの濃度を変えることにより行う。後の工程でコア
層12の厚さをステップ状に変化させるために、ここ
で、金属膜7をコア層12中に埋め込んでおく。金属膜
7は、下層クラッド4との界面から1.5μm上に形成
する。また、金属膜7は、図3(a)に示すように、先
端に向かって幅が徐々に狭くなるテーパー状として形成
する。コア幅(W1)は4μm、テーパー部の先端部の
幅(W2)は1μmとなるようにする。金属膜7の材料
には、例えばタングステンシリサイド(WSi)などを
用いることができる。First, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD)
As shown in FIG. 2A, silicon (Si)
A quartz-based film is formed on the substrate 3 as the lower cladding 4 and the core layer 12. The thickness of the lower cladding 4 is about 15 μm, and the thickness of the core layer 12 is 4 μm. As a material for forming the cladding 4 and the core layer 12, a quartz-based film doped with P, Ge, B, or the like is used. The refractive index is controlled by changing the concentration of each dopant. In order to change the thickness of the core layer 12 stepwise in a later step, the metal film 7 is embedded in the core layer 12 here. The metal film 7 is formed 1.5 μm above the interface with the lower cladding 4. Further, as shown in FIG. 3A, the metal film 7 is formed in a tapered shape whose width gradually decreases toward the tip. The core width (W1) is set to 4 μm, and the width (W2) of the tip of the tapered portion is set to 1 μm. As a material of the metal film 7, for example, tungsten silicide (WSi) or the like can be used.
【0022】APCVDを使った800℃以下の低温プ
ロセスで、下層クラッド4およびコア層12を成膜する
ことにより、良好な石英系膜を成膜できるので、金属膜
7が熱によって大きなダメージを受けるようなことはな
い。さらに、レジストもしくは金属膜などにより、コア
形成のためのマスク8を形成する。By forming the lower cladding 4 and the core layer 12 in a low-temperature process of 800 ° C. or less using APCVD, a good quartz-based film can be formed, and the metal film 7 is greatly damaged by heat. There is no such thing. Further, a mask 8 for forming a core is formed using a resist or a metal film.
【0023】次に、図2(b)及び図3(b)に示すよ
うに、金属膜7及びマスク8の下で、RIE法によっ
て、コア層12をエッチングして、テーパー部13を先
端に有する階段状のコア1を形成する。その際、金属膜
7がエッチングストップ層となり、コア1の一部にステ
ップ状の段差を形成する。Next, as shown in FIGS. 2B and 3B, the core layer 12 is etched by the RIE method under the metal film 7 and the mask 8 so that the tapered portion 13 is formed at the tip. The step-shaped core 1 is formed. At this time, the metal film 7 serves as an etching stop layer, and a step-like step is formed in a part of the core 1.
【0024】次いで、図2(c)及び図3(c)に示す
ように、コア1のうちテーパー状に加工された部分13
を除いて金属膜9を形成する。Next, as shown in FIGS. 2 (c) and 3 (c), a tapered portion 13 of the core 1 is formed.
Except for the metal film 9 is formed.
【0025】次いで、図2(d)及び図3(d)に示す
ように、次にAPCVDにより膜厚2〜3μm程度の石
英系膜11を全面に成膜し、さらに石英系膜11を熱に
よるリフローさせてコア1の段差が滑らかに埋まるよう
に成形する。更に、石英系膜11上にコア1のテーパ領
域を含むようにマスクを形成する。なお、石英系膜11
は、BPSGは、800℃以上の温度でのアニールによ
り良好なリフロー形状を得ることができるので、少なく
ともPおよびBをドーピングしたもの(BPSG)とす
る。また、P、BとともにGeをドーピング(GBPS
G)してもよい。GBPSGは、BPSGよりもさらに
低温でリフローすることができる。Next, as shown in FIGS. 2D and 3D, a quartz film 11 having a thickness of about 2 to 3 μm is formed on the entire surface by APCVD. The core 1 is formed so as to smoothly fill the step. Further, a mask is formed on the quartz-based film 11 so as to include the tapered region of the core 1. The quartz-based film 11
Since BPSG can obtain a good reflow shape by annealing at a temperature of 800 ° C. or more, BPSG is obtained by doping at least P and B (BPSG). In addition, doping of Ge together with P and B (GBPS
G) may be performed. GBPSG can reflow at lower temperatures than BPSG.
【0026】最後に、図2(e)及び図3(e)に示す
ように、コア1のテーパー部13以外の余分な石英系膜
をエッチングにより除去する。以上の工程により、幅、
厚さともにテーパー上に滑らかに変化できるようなスポ
ットサイズ変換部2を得ることが可能となる。Finally, as shown in FIGS. 2 (e) and 3 (e), excess quartz-based film other than the tapered portion 13 of the core 1 is removed by etching. The width,
It is possible to obtain the spot size conversion unit 2 that can smoothly change the thickness on the taper.
【0027】コア幅(W1)および厚さ(T1)を4μ
m、テーパー先端部のコア幅(W2)および厚さ(T
2)を1μmに設定し、テーパー部13の伝搬軸方向の
長さを500μm、コアとクラッドの比屈折率差Δを1
%とし、本実施形態例の方法に従って、実施形態例のス
ポットサイズ変換部付き光導波路10と同じ構成の試料
導波路を試作した。そして、ファイバとの結合損失を測
定したところ、0.3dBであり、スポットサイズ変換
しない場合の結合損失1.5dBから1.2dBの改善
が見られた。また、比較のためにステップ状のままのコ
ア(リフロー層によって滑らかなテーパー形状にしてな
いもの)を有する試料を試作して、測定したところ、結
合損失は1.0dBであるから、本発明により0.7d
Bの改善が見られたことが分かる。なお、上記の各寸
法、パラメータの値は、本発明の理解のための一例であ
り、この限りではないことは、言うまでもない。The core width (W1) and thickness (T1) are set to 4 μm.
m, core width (W2) and thickness (T
2) is set to 1 μm, the length of the tapered portion 13 in the propagation axis direction is 500 μm, and the relative refractive index difference Δ between the core and the clad is 1
%, And a sample waveguide having the same configuration as the optical waveguide 10 with the spot size conversion unit of the embodiment was prototyped according to the method of the embodiment. Then, when the coupling loss with the fiber was measured, it was 0.3 dB, and an improvement of the coupling loss from 1.5 dB to 1.2 dB when no spot size conversion was performed was observed. For comparison, a sample having a stepped core (a non-smooth tapered shape formed by a reflow layer) was trial-produced and measured, and the coupling loss was 1.0 dB. 0.7d
It can be seen that B was improved. The above dimensions and parameter values are merely examples for understanding the present invention, and needless to say, they are not limited thereto.
【0028】以上、示したように、本発明における光導
波路の作製方法は、通常の光導波路プロセスとほとんど
変わらないプロセスで構成されているので、量産化につ
いては問題ない。ここで、石英系膜の成膜には、APC
VDを用いたが、これはプラズマCVDであっても、減
圧CVDであっても構わない。また、導波路材料は、石
英系以外にもポリマー系であっても構わない。特に、石
英系膜11(リフロー層)は、ポリマーやSOG(スピ
ンオングラス)などを用いて、スピンコートによって滑
らかなテーパー形状を得ることも可能である。As described above, since the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention is constituted by a process which is almost the same as a normal optical waveguide process, there is no problem in mass production. Here, APC is used for forming the quartz-based film.
Although VD is used, it may be plasma CVD or low pressure CVD. The waveguide material may be a polymer material other than the quartz material. In particular, the quartz-based film 11 (reflow layer) can obtain a smooth tapered shape by spin coating using a polymer, SOG (spin on glass), or the like.
【0029】また、基板にはSiを用いたが、これは石
英ガラスやセラミックなどであってもまったく問題な
い。また、金属膜7には、WSiの代わりにチタンやク
ロムなどでもよい。また、上記実施例ではコア1にステ
ップ状の段差を1段設けたが、この段差をなくして、す
なわち金属膜7を形成するプロセスを含まずにリフロー
層だけでテーパーを形成することも可能である。また逆
に段差を増やしてステップをより細かくしテーパー角が
より浅くなるように設定することも可能である。Although Si is used for the substrate, there is no problem even if quartz glass or ceramic is used. Further, the metal film 7 may be made of titanium or chromium instead of WSi. In the above embodiment, one step-shaped step is provided in the core 1. However, it is also possible to eliminate this step, that is, to form a taper only with the reflow layer without including the process of forming the metal film 7. is there. Conversely, it is also possible to increase the steps so that the steps are made finer and the taper angle is made shallower.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、コアの形状が先端に向
かって幅方向、厚さ方向とも縮小されたスポットサイズ
変換部を備えた光導波路を構成することにより、光ファ
イバとの結合損失の小さいスポットサイズ変換部付き光
導波路を実現することができる。また、本発明に係る光
導波路を用いることにより、光導波路デバイスの小型化
が可能になる。また、本発明方法は、本発明に係る光導
波路を簡便な方法で量産できる作製方法を実現してい
る。According to the present invention, by forming an optical waveguide having a spot size converter in which the shape of the core is reduced in the width direction and the thickness direction toward the tip, the coupling loss with the optical fiber is reduced. Thus, an optical waveguide with a spot size converter having a small size can be realized. Further, by using the optical waveguide according to the present invention, the size of the optical waveguide device can be reduced. Further, the method of the present invention realizes a manufacturing method capable of mass-producing the optical waveguide according to the present invention by a simple method.
【図1】実施形態例のスポットサイズ変換部付き光導波
路の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an optical waveguide with a spot size converter according to an embodiment.
【図2】図2(a)〜(e)は、実施形態例の光導波路
の製作方法に従ってスポットサイズ変換部付き光導波路
を作製した際の工程毎の基板断面を示す側面断面図であ
る。FIGS. 2A to 2E are side cross-sectional views each showing a cross section of a substrate in each step when an optical waveguide with a spot size converter is manufactured according to the optical waveguide manufacturing method of the embodiment.
【図3】図3(a)〜(e)は、それぞれ、図2(a)
〜(e)に対応する上面図である。FIGS. 3A to 3E respectively show FIGS.
It is a top view corresponding to (e).
1 コア 2 スポットサイズ変換部 3 基板 4 下部クラッド層 5 上部クラッド層 6 コア端面 7、9 金属マスク 8、10 マスク 11 リフロー層 12 コア層 13 テーパー部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2 Spot size conversion part 3 Substrate 4 Lower clad layer 5 Upper clad layer 6 Core end face 7, 9 Metal mask 8, 10 Mask 11 Reflow layer 12 Core layer 13 Tapered part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賣野 豊 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KA13 MA05 PA05 PA21 PA24 QA04 QA07 TA01 TA32 TA43 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yutaka Yuno 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo F-term within NEC Corporation 2H047 KA04 KA13 MA05 PA05 PA21 PA24 QA04 QA07 TA01 TA32 TA43
Claims (9)
導波路において、 前記コアの先端部の幅及び厚さの双方が、コアの先端に
向かってテーパー状に縮小してることを特徴とする光導
波路。1. An optical waveguide having a core and a clad on a substrate, wherein both the width and the thickness of the tip of the core are tapered toward the tip of the core. .
あり、前記コア層およびクラッド層が、P、Ge、及び
Bのうちの少なくとも一つをドーパントとして含有する
石英ガラスで形成されていることを特徴とする、請求項
1に記載の光導波路。2. The method according to claim 1, wherein the substrate is a Si or quartz glass substrate, and the core layer and the cladding layer are formed of quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant. The optical waveguide according to claim 1, wherein:
つ前記コアの先端部の幅および厚さをテーパー状に縮小
させた光導波路の作製方法であって、 前記コアの一部を階段状に除去して段差を形成する段差
形成工程と、 前記段差上に薄膜を堆積し、段差を滑らかな斜面に成形
する斜面成形工程とを少なくとも有することを特徴とす
る、光導波路の作製方法。3. A method of manufacturing an optical waveguide having a core and a clad on a substrate, wherein a width and a thickness of a tip portion of the core are reduced in a tapered shape, wherein a part of the core is stepped. A step of forming a step by removing a step, and a slope forming step of depositing a thin film on the step and forming the step into a smooth slope.
つをドーパントとして含有する石英ガラスで前記コア層
およびクラッド層を形成し、 斜面成形工程では、PおよびBをドーパントとして含む
石英ガラスで前記薄膜を形成し、熱処理によるリフロー
によって薄膜を流動化させ、段差を滑らかな斜面に成形
することを特徴とする、請求項3に記載の光導波路の作
製方法。4. The core layer and the cladding layer are formed of quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant. In the slope forming step, quartz glass containing P and B as a dopant is used. 4. The method according to claim 3, wherein the thin film is formed, the thin film is fluidized by reflow by heat treatment, and the step is formed into a smooth slope.
0℃以上であることを特徴とする、請求項4に記載の光
導波路の作製方法。5. The heat treatment temperature at the time of reflow is 80.
The method for producing an optical waveguide according to claim 4, wherein the temperature is 0 ° C. or higher.
つをドーパントとして含有する石英ガラスで前記コア層
およびクラッド層を形成し、 斜面成形工程では、ポリマーまたはスピンオングラス材
を段差上にスピンコートして前記薄膜を形成しつつ段差
を滑らかな斜面に成形することを特徴とする、請求項3
に記載の光導波路の作製方法。6. The core layer and the clad layer are formed of quartz glass containing at least one of P, Ge, and B as a dopant. In the slope forming step, a polymer or a spin-on-glass material is spun on a step. 4. The method according to claim 3, wherein the step is formed into a smooth slope while forming the thin film by coating.
3. The method for producing an optical waveguide according to item 1.
μm 以下の薄膜を段差上に成膜することを特徴とする請
求項3から6のうちのいずれか1項に記載の光導波路の
作製方法。7. In the slope forming step, the film thickness is 2 μm or more.
The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 3, wherein a thin film having a thickness of μm or less is formed on the step.
領域以外の領域の薄膜を除去する工程を備えていること
を特徴とする請求項3から7のうちのいずれか1項に記
載の光導波路の作製方法。8. The method according to claim 3, further comprising, after the step of forming a slope, a step of removing a thin film in a region other than the region of the slope on the step. A method for manufacturing an optical waveguide.
基板上に下部クラッド層を成膜し、次いで下部クラッド
層の上面から所定距離離して所定位置にテイパー状のス
トッパ膜を埋め込みつつコア層を成膜する工程を有し、 次いで、段差形成工程で、ストッパ膜の基端に接する位
置でコア層上にエッチング用マスクを形成し、次いでマ
スクを使って、ストッパ膜領域では、ストッパ膜までコ
ア層をエッチングし、ストッパ膜以外の領域ではストッ
パ膜より下方の位置までコア層をエッチングして、コア
層に段差を形成することを特徴とする請求項3から8の
うちのいずれか1項に記載の光導波路の作製方法。9. An atmospheric pressure chemical vapor deposition method,
Forming a lower clad layer on the substrate, and then forming a core layer while embedding a tapered stopper film at a predetermined position at a predetermined distance from the upper surface of the lower clad layer; Then, an etching mask is formed on the core layer at a position in contact with the base end of the stopper film, and then, the mask layer is used to etch the core layer up to the stopper film in the stopper film region, and from the stopper film in regions other than the stopper film. The method of manufacturing an optical waveguide according to any one of claims 3 to 8, wherein the core layer is etched to a lower position to form a step in the core layer.
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US6937797B2 (en) * | 2000-09-13 | 2005-08-30 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Planar lightwave circuit and optical circuit |
JP2006171078A (en) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Hitachi Cable Ltd | Method for manufacturing device having 3-dimensional tapered structure |
KR102039826B1 (en) * | 2018-05-29 | 2019-11-01 | 한국광기술원 | AWG spectrum sensor |
WO2023012245A1 (en) * | 2021-08-05 | 2023-02-09 | SMART Photonics Holding B.V. | Semiconductor structure with tapered waveguide and method of manufacture |
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1998
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