JP2000310721A - 複屈折性ポリイミド層およびそれを用いた複屈折性光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の複屈折性光導波路は、種々の基板上に
簡便な方法で生産性良く作製することが困難であった。 【解決手段】 基板１上に形成され、この基板１の表面
に平行な偏光面を有する偏光に対する屈折率が垂直な偏
光面を有する偏光に対する屈折率より0.008 以上大きい
複屈折性ポリイミド層である。また、基板１上に形成し
た下部クラッド層２上に、この複屈折性ポリイミド層を
用いたコア部３を形成した複屈折性光導波路である。種
々の基板上に小型軽量化を図りつつ簡便な方法で生産性
良く作製できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信モジュール
等に用いられる光信号の偏光分離を行なう導波路型偏光
分離器等に好適な、複屈折性を有したポリイミド層およ
びそれを用いた複屈折性光導波路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野や光計測分野においては、使
用する伝搬光の偏光成分を分離させる偏光分離器が利用
されている。中でも導波路型の偏光分離器は、小型軽量
という点で種々の提案や開発が進められている。

【０００３】従来の導波路型の偏光分離器としては、例
えば図３（ａ）および（ｂ）にそれぞれ平面図で示すよ
うな、ニオブ酸リチウム等の複屈折性を有する材料で形
成した複屈折性の光導波路を用いた光方向性結合型やマ
ッハツェンダ形光干渉計型の導波路型偏光分離器が知ら
れている。これらのうち光方向性結合型の導波路型偏光
分離器は、２本の単一モード型の光導波路Ｌ１・Ｌ２が
近接した構造から成り、例えば同図中に矢印で示すよう
に第１の光導波路Ｌ１に入射されたＴＥ／ＴＭ光は、第
１の光導波路Ｌ１および第２の光導波路Ｌ２の間を一定
の周期でパワーが移行しながら伝搬する。このとき光導
波路Ｌ１・Ｌ２に複屈折性がある場合には、ＴＥおよび
ＴＭの２つの偏光成分の伝搬定数がそれぞれ異なるため
に、その偏光成分によりパワーが移行する周期に差が生
じる。

【０００４】また、マッハツェッダ形光干渉計型の導波
路型偏光分離器は、図３（ｂ）に示すように、分岐部で
２経路に分岐された光が結合部で干渉するように構成さ
れており、結合部での干渉条件の違いによって、出射口
へのパワーの分岐比が決定される。複屈折によってＴＥ
光とＴＭ光とでは干渉条件に差が生じるため、ＴＥ光と
ＴＭ光とをそれぞれ別々の出射口へ分離することができ
る。

【０００５】従って、同図中に矢印で示すように、第１
の光導波路Ｌ１の出射口で一方の偏光成分、例えばＴＥ
光のパワーが最大になるようにし、同時に、第２の光導
波路Ｌ２の出射口でもう一方の偏光成分であるＴＭ光の
パワーが最大になるように光導波路Ｌ１・Ｌ２の長さを
設定すれば、入射した光の偏光成分を分離して第１およ
び第２の光導波路Ｌ１・Ｌ２から別々に出射させること
ができるというものである。

【０００６】このような導波路型偏光分離器は、伝搬す
る光の偏光成分に対して屈折率が異なる性質、すなわち
複屈折性を有する２つの光導波路を用い、それらを伝搬
する光の偏光成分による伝搬定数の違いを利用して２つ
の偏光成分に分離するものである。

【０００７】従来、これらの導波路型偏光分離器に用い
られる複屈折性を有した光導波路を作製するためには、
ニオブ酸リチウムやルチル等の複屈折性を有する材料を
利用したり、光導波路上に応力開放溝や高屈折率材料か
らなる薄膜を光導波路上に装荷するなどの構造的な工夫
が利用されていた。

【０００８】例えば特開平９−236718号公報には、基板
上に２本の単一モード型の光導波路を有する方向性結合
型の導波路型偏光分離素子において、複屈折性を有する
ように形成された単一モード型の第１の光導波路と、伝
搬定数が前記第１の光導波路の一方の偏光成分の伝搬定
数とほぼ一致するように形成された単一モード型の第２
の光導波路とを有することを特徴とする導波路型偏光分
離素子が提案されている。

【０００９】この導波路型偏光分離素子によれば、図４
に断面図で示したように、基板１上に下部クラッド層２
とコア部３と上部クラッド層４とからなる２本の光導波
路が形成され、光導波路のコア部３よりも屈折率の高
い、例えばアルミナなどの薄膜５を少なくともいずれか
１つの光導波路のコア部３の上面に設けることによって
複屈折性を得ている。

【００１０】このような構成の導波路型偏光分離素子で
は、第１の光導波路、例えば薄膜５が設けられた側の光
導波路が複屈折性を有することから、ＴＥおよびＴＭの
２つの偏光成分のそれぞれの伝搬定数が異なっている。
そして、第２の光導波路の伝搬定数が第１の光導波路の
一方の偏光成分の伝搬定数とほぼ一致するように形成さ
れているので、入射された光のうち一方の偏光成分は第
１の光導波路および第２の光導波路の間を一定の周期で
パワーが移行しながら伝搬することとなる。従って、第
２の光導波路の出射口で一方の偏光成分のパワーが最大
になるように光路長を設計すれば、例えば第１の光導波
路から入射した光の一方の偏光成分を、他方の偏光成分
と分離して第２の光導波路から出射させることができる
というものである。

【００１１】また、特公平７−82132 号公報に開示され
た導波路型偏光分離器は、基板上に２個の方向性結合器
をほぼ等しい長さの２本の複屈折性単一モード光導波路
で連結してなるマッハツェンダ形光干渉計を基本構成と
し、所望の波長の光に対して基板に平行な電界成分（Ｔ
Ｅ）および垂直な電界成分（ＴＭ）のうち、一方の電界
成分の光導波路に沿った光路長差が光波長のＭ倍（Ｍは
整数）、他方の電界成分の光導波路に沿った光路長差が
光波長のＮ＋1/2 倍（Ｎは整数）になるように、２本の
光導波路の複屈折値分布を調整するものである。

【００１２】ここで、複屈折値分布を調整するための具
体的な方法としては、図５に断面図で示したように、基
板１上に形成されたいずれか一方の光導波路に沿って応
力開放溝６を形成することにより、その設計値によって
応力複屈折値分布を調整する技術が開示されている。な
お、図５において３は光導波路のコア部、７は光導波路
のクラッド部である。

【００１３】さらに、この特公平７−82132 号公報に開
示された導波路型偏光分離器においては、いずれか一方
の光導波路の上部に薄膜ヒータを設けて、光路長を等方
的に微調整できるようにしている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】光信号伝送用途の光モ
ジュール用基板には通常はシリコン基板やセラミック基
板等が用いられており、光モジュールの小型軽量化のた
めに偏光分離器も同一の基板上に形成されることが望ま
れている。従来より用いられている複屈折性を有する光
学材料はニオブ酸リチウムやルチル等の単結晶材料であ
り、シリコン基板やセラミック基板上にこれらの単結晶
材料からなる光導波路を形成して小型の偏光分離器を作
製することは極めて困難であるという問題点があった。

【００１５】また、光導波路間に応力開放溝を形成す
る、あるいは光導波路上に高屈折率材料からなる薄膜を
装荷する等して複屈折性を得る方法は、作製方法が煩雑
であったり、高度な作製技術が必要であるという問題点
があった。

【００１６】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案
出されたものであり、その目的は、光モジュール用のシ
リコン基板やセラミック基板等に小型軽量化を図りつつ
簡便な方法で生産性良く作製できる、光導波路用の複屈
折性を有する光学材料およびそれを用いた複屈折性光導
波路を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の複屈折性ポリイ
ミド層は、基板上に形成され、この基板の表面に平行な
偏光面を有する偏光に対する屈折率が垂直な偏光面を有
する偏光に対する屈折率より0.008 以上大きいものであ
る。

【００１８】また、本発明の複屈折性光導波路は、基板
上に形成した下部クラッド層上に、上記構成の複屈折性
ポリイミド層を用いたコア部を形成したことを特徴とす
るものである。

【００１９】本発明の複屈折性ポリイミド層によれば、
スピンコート法やディップコート法などの周知の有機膜
形成法により、簡便にシリコン基板やセラミック基板な
どの上に複屈折性を有した光導波路用ポリイミド層が形
成できる。そして、それを用いた複屈折性光導波路によ
れば、得られたポリイミド層は複屈折性を有しているの
で、このポリイミド層で光導波路のコア部を形成するこ
とにより、シリコン基板やセラミック基板等の種々の基
板に簡便な方法で生産性良く複屈折性を有する光導波路
を作製することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路用複屈折
性ポリイミド層およびそれを用いた複屈折性光導波路に
ついて図面を参照しつつ説明する。

【００２１】図１は本発明の複屈折性ポリイミド層およ
びそれを用いた複屈折性光導波路の実施の形態の一例を
示す断面図である。図１において、1 は基板、2 は光導
波路の下部クラッド層、３は光導波路のコア部、４は下
部クラッド層２およびコア部３を被覆した上部クラッド
層である。

【００２２】基板１は、光集積回路基板や光電子混在基
板等の光信号を扱う基板として使用される種々の基板、
例えばシリコン基板やアルミナ基板・ガラスセラミック
ス基板・多層セラミック基板・プラスチック電気配線基
板等が使用できる。

【００２３】コア部２は、本発明の複屈折性ポリイミド
層を下部クラッド層３上に形成した後、フォトリソグラ
フィやＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の周知の薄
膜微細加工技術を用いて所定の形状で形成すればよい。

【００２４】下部クラッド層３としては、コア部２より
も屈折率の小さい材料であれば良い。この層３にはシリ
カ層の他、例えばフッ素樹脂層・シロキサン系ポリマ層
等の樹脂系材料を用いれば、屈折率の制御が容易であ
り、スピンコート法等の簡便な方法によって成膜でき、
光透過性も優れており好適である。また、この下部クラ
ッド層３には本発明の光導波路用複屈折性ポリイミド層
を用いても良い。

【００２５】上部クラッド層４としては、コア部２より
も小さな屈折率を有する層を形成する。例えば、本発明
の複屈折性ポリイミド層やフッ素樹脂層・シロキサン系
ポリマ層等の樹脂系材料層を用いれば、屈折率の制御が
容易であり、スピンコート法等の簡便な方法で層が形成
でき、光透過性も優れており好適である。なお、上部ク
ラッド層４は必ず必要なものではなく、コア部２が大気
あるいは真空に露出していても良い。

【００２６】本発明の複屈折性ポリイミド層に用いるポ
リイミドとしては、テトラカルボン酸二無水物またはそ
のテトラカルボン酸もしくはその反応性誘導体と、芳香
族ジアミンとを反応させて相当するポリアミド酸共重合
体を得、さらにこれを脱水閉環させて得られたポリイミ
ド共重合体を用いる。中でも、２，２−ビス（３，４−
ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水
物またはそのテトラカルボン酸もしくはその反応性誘導
体と、４，４′−オキシジアニリンおよび２，２′−ビ
ス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェ
ニルとから製造されるポリイミド共重合体は、その共重
合比を変えることで一定の複屈折を有しながらその屈折
率を特定の範囲で任意に制御できるので好適である。

【００２７】また、これらのポリイミド共重合体は、基
板上にスピンコート法等により塗布して熱処理を行なう
ことにより層を形成する際に、熱処理のキュア温度によ
ってその複屈折を大きくすることができ、また、特定の
範囲で複屈折を任意に制御できる。

【００２８】熱処理の方法としては、ホットプレートや
オーブン等を用いて基板全体を加熱したり、ハロゲンラ
ンプ等の加熱用光を全面あるいは局所的に照射して熱処
理を行えばよい。熱処理時の雰囲気は150 ℃以上の高温
においては窒素等の還元雰囲気下とする。熱処理の温度
としては350 ℃以上から急激な熱分解が生じる580 ℃以
下、より好ましくは熱分解による重量変化が生じ始める
510 ℃以下の温度とする。

【００２９】図２に、２，２−ビス（３，４−ジカルボ
キシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物または
そのテトラカルボン酸もしくはその反応性誘導体と、
４，４′−オキシジアニリンおよび２，２′−ビス（ト
リフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニルと
から製造されるポリイミド共重合体の層をシリコン基板
上に形成したときの熱処理の温度（キュア温度）と、得
られたポリイミド層の複屈折との関係を示す。同図にお
いて、横軸は層形成の際のキュア温度（℃）を示し、縦
軸は得られたポリイミド層の複屈折を示す。複屈折は、
基板面と平行な偏向面を有する偏光に対する屈折率（ｎ
ＴＥ）と基板面に垂直な偏向面を有する偏光に対する屈
折率（ｎＴＭ）との差（ｎＴＥ−ｎＴＭ）で表した。図
中の黒点は測定結果を、実線の曲線は特性曲線を示す。

【００３０】図２より分かるように、この例のポリイミ
ド層においては、キュア温度を高くしていくと複屈折は
約310 ℃で極小となり、その後、キュア温度が高くなる
につれて増加する。これは、このポリイミド層中のポリ
イミド分子内に含まれるベンゼン環やイミド環は構造的
な異方性が大きいため、層形成の際のポリイミドの収縮
やそれによって生じる応力により面内に配向し、基板の
表面と平行な偏向面を有する偏光に対する屈折率（ｎＴ
Ｅ）と基板の表面に垂直な偏向面を有する偏光に対する
屈折率（ｎＴＭ）とに差が生じることとなり、キュア温
度が高いほど層形成の際のポリイミドの収縮やそれによ
って生じる応力が大きくなるため、それに相応して配向
性も大きくなり、複屈折が大きくなることによるものと
考えられる。

【００３１】本発明者が種々評価したところ、ポリイミ
ド層の熱重量変化測定と示差熱分析（ＤＴＡ）の結果に
よると、キュア温度が510 ℃を超えるとポリイミドの熱
分解による重量減少が始まり、約580 ℃に達すると急激
に熱分解が生じることが分かった。このため、キュア温
度は510 ℃程度以下に抑える必要がある。また、層形成
後の種々の工程に耐え得る十分強固な層を得るには、35
0 ℃程度以上のキュア温度が必要であり、350 ℃より低
いキュア温度では、その後の種々の工程でクラックが生
じるなど、十分に強固な層を得ることが困難な傾向にあ
る。

【００３２】また、２，２−ビス（３，４−ジカルボキ
シフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物またはそ
のテトラカルボン酸もしくはその反応性誘導体と、４，
４′−オキシジアニリンおよび２，２′−ビス（トリフ
ルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニルとから
製造されるポリイミド共重合体について、その他の共重
合比のポリイミド共重合体についても同様の実験を行な
ったが、屈折率の値は異なるものの、複屈折の値および
変化の傾向としては図２の結果にほぼ一致するものであ
った。

【００３３】このように、キュア温度を変えることによ
って、約350 ℃から約510 ℃の範囲の実用的な温度範囲
で、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘ
キサフルオロプロパン二無水物またはそのテトラカルボ
ン酸もしくはその反応性誘導体と、４，４′−オキシジ
アニリンおよび２，２′−ビス（トリフルオロメチル）
−４，４′−ジアミノビフェニルから製造されるポリイ
ミド共重合体の複屈折、つまり基板の表面と平行な偏向
面を有する偏光に対する屈折率（ｎＴＥ）と基板面に垂
直な偏光面を有する偏光に対する屈折率（ｎＴＭ）との
差（ｎＴＥ−ｎＴＭ）を約0.008 から約0.02の間で任意
の値にすることができる。これは導波路型偏光分離素子
等に用いる複屈折性光導波路を形成する層として、十分
大きな複屈折値である。

【００３４】なお、実際に作製する場合の複屈折の値
は、作製しようとする導波路型偏光分離素子等の設計に
合わせて設定すれば良い。

【００３５】本発明の複屈折性ポリイミド層を形成する
には、ポリイミド共重合体の前駆体であるポリアミド酸
共重合体のＮ−メチル−２−ピロリドン・Ｎ，Ｎ−ジメ
チルアセトアミド・ジメチルホルムアミド等の極性有機
溶媒による溶液を基板上にスピンコート法等によって塗
布した後、100 ℃程度の加熱処理により有機溶媒を乾燥
させ、より高い温度での加熱処理によりポリアミド酸共
重合体をイミド化してポリイミド共重合体層を形成す
る。ポリアミド酸共重合体を製造するには、テトラカル
ボン酸二無水物等のモル比と２種類のジアミンのモル比
の和が同じになるようにする。ここで２種類のジアミン
のモル比を変えることで、最終的に得られるポリイミド
共重合体の屈折率を精密に制御することが可能である。
例えば特開平８−143666号公報等に開示されているよう
に、これらの原料からＮ−メチル−２−ピロリドン・
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド・ジメチルホルムアミド
等の極性有機溶媒中で通常のポリアミド酸の重合方法と
同様に反応させれば良い。

【００３６】なお、本発明の複屈折性ポリイミド層によ
れば、このようにして屈折率を制御した場合であって
も、複屈折の値がそれにより影響を受けて変動して異な
る範囲にシフトしたり、基板に平行な偏光面の偏光に対
する屈折率と垂直な偏光面の偏光に対する屈折率との大
小関係が逆転したりすることがなく、所望の複屈折を維
持しつつ屈折率を所望の値に制御することができるとい
う実用上きわめて有用な特性を有しているものである。

【００３７】また、下部クラッド層２の屈折率や厚さ、
コア部３の高さや幅・屈折率、上部クラッド層４の厚さ
や屈折率は、周知の光導波路に関する理論や実験等から
検討し設計すれば良い。

【００３８】

【実施例】次に、本発明の複屈折性ポリイミド層および
それを用いた複屈折性光導波路について具体例を説明す
る。

【００３９】［実施例１］まず、４，４′−オキシジア
ニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，
４′−ジアミノビフェニルおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセ
トアミドの溶液に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシ
フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物を加えて反
応させて、ポリアミド酸共重合体のＮ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド溶液を得た。このとき、４，４′−オキシジ
アニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−
４，４′−ジアミノビフェニルおよび２，２−ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロ
パン二無水物の配合量は、モル比で0.4 ：0.6 ：１とし
た。

【００４０】次に、このポリイミド前駆体溶液をシリコ
ン基板上にスピンコーティング法によって塗布し、大気
雰囲気下で100 ℃で30分加熱して乾燥させた後、窒素雰
囲気下で１時間かけて300 ℃まで昇温し、300 ℃で１時
間保持してキュアして、膜厚10μｍのポリイミド層を形
成した。また、同様の手順で、キュア温度を350 ℃・38
0 ℃・420 ℃・500 ℃の種々の温度としたポリイミド層
を作製した。

【００４１】これら各ポリイミド共重合体層について波
長1.3 μｍでの屈折率を測定したところ、ｎＴＥは1.53
662 から1.54576 の間の値を、ｎＴＭは1.5301から1.52
613の間の値をとり、ｎＴＥ−ｎＴＭは図２と同様の特
性を示し、0.00742 から0.01963 の間の値であった。ま
た、波長1.55μｍでの屈折率の測定においても波長1.3
μｍの場合と同様の複屈折性が見られた。そして、光導
波路作製プロセスに耐え得る十分強固な層とするために
350 ℃以上の温度で作製された層においては、ｎＴＥ−
ｎＴＭは0.00802 から0.01963 の間の値であった。

【００４２】［実施例２］まず、４，４′−オキシジア
ニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，
４′−ジアミノビフェニルおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセ
トアミドの溶液に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシ
フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物を加えて反
応させて、ポリアミド酸共重合体のＮ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド溶液を得た。このとき、４，４′−オキシジ
アニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−
４，４′−ジアミノビフェニルおよび２，２−ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロ
パン二無水物の配合量は、モル比で0.3 ：0.7 ：１とし
た。

【００４３】次に、このポリイミド前駆体溶液をシリコ
ン基板上にスピンコーティング法によって塗布し、大気
雰囲気下で100 ℃で30分加熱して乾燥させた後、窒素雰
囲気下で１時間かけて300 ℃まで昇温し、300 ℃で１時
間保持してキュアして、膜厚10μｍのポリイミド層を形
成した。また、同様の手順で、キュア温度を350 ℃・38
0 ℃・420 ℃・500 ℃の種々の温度としたポリイミド層
を作製した。

【００４４】これら各ポリイミド共重合体層について波
長1.3 μｍでの屈折率を測定したところ、ｎＴＥは1.53
222 から1.54106 の間の値を、ｎＴＭは1.52562 から1.
5215の間の値をとり、ｎＴＥ−ｎＴＭは図２と同様の特
性を示し、0.0078から0.01956 の間の値であった。そし
て、光導波路作製プロセスに耐え得る十分強固な層とす
るために350 ℃以上の温度で作製された層においては、
ｎＴＥ−ｎＴＭは0.00822 から0.01956 の間の値であっ
た。

【００４５】［実施例３］まず、４，４′−オキシジア
ニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，
４′−ジアミノビフェニルおよびＮ，Ｎ−ジメチルアセ
トアミドの溶液に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシ
フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物を加えて反
応させて、ポリアミド酸共重合体のＮ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド溶液を得た。このとき、４，４′−オキシジ
アニリンと２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−
４，４′−ジアミノビフェニルおよび２，２−ビス
（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロ
パン二無水物の配合量は、モル比で0.2 ：0.8 ：１とし
た。

【００４６】次に、このポリイミド前駆体溶液をシリコ
ン基板上にスピンコーティング法によって塗布し、大気
雰囲気下で100 ℃で30分加熱して乾燥させた後、窒素雰
囲気下で１時間かけて300 ℃まで昇温し、300 ℃で１時
間保持してキュアして、膜厚10μｍのポリイミド層を形
成した。また、同様の手順で、キュア温度を350 ℃・38
0 ℃・420 ℃・500 ℃の種々の温度としたポリイミド層
を作製した。

【００４７】これら各ポリイミド共重合体層について波
長1.3 μｍでの屈折率を測定したところ、ｎＴＥは1.52
786 から1.53611 の間の値を、ｎＴＭは1.5171から1.52
11の間の値をとり、ｎＴＥ−ｎＴＭは図２と同様の特性
を示し、0.00806 から0.01901 の間の値であった。そし
て、光導波路作製プロセスに耐え得る十分強固な層とす
るために350 ℃以上の温度で作製された層においては、
ｎＴＥ−ｎＴＭは0.00806 から0.01901 の間の値であっ
た ［実施例４］［実施例２］に示したポリイミド前駆体溶
液をシリコン基板上にスピンコーティング法によって塗
布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分加熱して乾燥させた
後、窒素雰囲気下で１時間かけて420 ℃まで昇温し、42
0 ℃で１時間保持してキュアして、膜厚が15μｍ、ｎＴ
Ｅが1.53396 、ｎＴＭは1.52236 のポリイミド層を下部
クラッド層として形成した。

【００４８】次に、その上に［実施例１］に示したポリ
イミド前駆体溶液をシリコン基板上にスピンコーティン
グ法によって塗布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分加熱
して乾燥させた後、窒素雰囲気下で１時間かけて420 ℃
まで昇温し、420 ℃で１時間保持してキュアして、膜厚
が８μｍ、ｎＴＥが1.5385、ｎＴＭは1.52704 のポリイ
ミド層を形成した。

【００４９】次に、その層上にスパッタリング法によっ
てＡｌ薄膜を形成し、フォトリソグラフィ等周知の薄膜
加工技術を用いて、光導波路のコア部のパターンの元と
なるＡｌ薄膜パターンを形成した。このＡｌ薄膜パター
ンをレジストとして酸素ガスによるリアクティブイオン
エッチングを行ない、幅８μｍ×高さ８μｍのリッジ形
状のコア部を形成した。その後、コア部を被覆した上部
クラッド層を下部クラッド層と同材料・同方法により形
成し、埋め込み型の光導波路を作製した。

【００５０】この光導波路に対する複屈折率の数値解析
によると、この光導波路に波長1.3μｍの光が伝搬する
場合の基板の表面に水平な偏光面を有する偏光に対する
実効屈折率は1.5365、基板の表面に垂直な偏光面を有す
る偏光に対する実効屈折率は1.5250で、その差は0.0112
であり、良好な複屈折性を有した光導波路となってい
た。

【００５１】［実施例５］さらに、［実施例４］の光導
波路を用いて、図３（ｂ）に示したような、２個の方向
性結合器を２本の直線光導波路で連結してなる形式のマ
ッハツェンダ形光干渉計から成る偏光分離器を作製し
た。

【００５２】まず、［実施例２］で用いたポリイミド前
駆体溶液をシリコン基板上にスピンコーティング法によ
って塗布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分加熱して乾燥
させた後、窒素雰囲気下で１時間かけて420 ℃まで昇温
し、420 ℃で１時間保持してキュアして、膜厚が15μ
ｍ、ｎＴＥが1.53396 、ｎＴＭは1.52236 のポリイミド
層を下部クラッド層として形成した。

【００５３】次に、その上に［実施例１］で用いたポリ
イミド前駆体溶液をシリコン基板上にスピンコーティン
グ法によって塗布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分加熱
して乾燥させた後、窒素雰囲気下で１時間かけて420 ℃
まで昇温し、420 ℃で１時間保持してキュアして、膜厚
が８μｍ、ｎＴＥが1.5385、ｎＴＭは1.52704 のポリイ
ミド層を形成した。

【００５４】次に、その層上にスパッタリング法によっ
てＡｌ薄膜を形成し、フォトリソグラフィ等周知の薄膜
加工技術を用いて、２個の方向性結合器を２本の直線光
導波路で連結してなるマッハツェンダ形光干渉計形状の
Ａｌ薄膜パターンを形成した。このＡｌ薄膜パターンを
レジストとして酸素ガスによるリアクティブイオンエッ
チングを行ない、幅８μｍ×高さ８μｍのリッジ形状の
コア部を形成した。

【００５５】その後、コア部を被覆した上部クラッド層
を下部クラッド層と同材料・同方法により形成し、２個
の方向性結合器を２本の直線光導波路で連結してなるマ
ッハツェンダ形光干渉計を作製した。このとき、２個の
方向性結合器は、いわゆる３ｄＢカップラーとして機能
するように、結合部の長さおよび間隔を設定した。ま
た、２個の方向性結合器を連結する２本の直線光導波路
の長さを種々変えたマッハツェンダ形光干渉計型偏光分
離器を作製した。

【００５６】そして、これらの偏光分離器について、円
偏光の波長1.3 μｍの光を光ファイバを通して入射側光
導波路の一方に入射して、出力側光導波路の一方からの
出射光を光ファイバで受けて強度の偏波依存性を測定し
た。その際、市販の偏波依存性測定装置を用いて強度の
偏波依存性を測定した。その結果、直線光導波路の長さ
を変えた種々の偏光分離器のうち、２個の方向性結合器
を連結する２本の直線光導波路の長さが、波長1.3 μｍ
の光に対して電界が基板に平行な偏光成分（ＴＥ）およ
び垂直な偏光成分（ＴＭ）のうち、一方の偏光成分の導
波路に沿った光路長差が光波長のＭ倍（Ｍは整数）、他
方の偏光成分の光導波路に沿った光路長差が光波長のＮ
＋1/2 倍（Ｎは整数）になるような場合に、最も高率よ
く偏光の分離ができ、ＴＥ成分の光とＴＭ成分の光との
クロストークは20ｄＢ以下であり、偏光分離器として有
効に機能することが確認でき、本発明の複屈折性光導波
路が十分な複屈折性を有していることが確認できた。

【００５７】［実施例６］まず、［実施例２］で用いた
ポリイミド前駆体溶液をシリコン基板上にスピンコーテ
ィング法によって塗布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分
加熱して乾燥させた後、窒素雰囲気下で１時間かけて33
0 ℃まで昇温し、330 ℃で１時間保持してキュアして、
膜厚が15μｍ、ｎＴＥが1.53396 、ｎＴＭは1.52236 の
ポリイミド層を下部クラッド層として形成した。

【００５８】次に、その上に［実施例１］で用いたポリ
イミド前駆体溶液をシリコン基板上にスピンコーティン
グ法によって塗布し、大気雰囲気下で100 ℃で30分加熱
して乾燥させた後、窒素雰囲気下で１時間かけて330 ℃
まで昇温し、330 ℃で１時間保持してキュアして、膜厚
８μｍの層を形成して光導波路を作製しようとしたとこ
ろ、その層にはクラックが発生した。

【００５９】以上のように、本発明によれば、シリコン
基板やセラミック基板等の上に複屈折性を有した所望の
屈折率の光導波路用のポリイミド層が形成でき、さら
に、その複屈折性ポリイミド層を用いて複屈折性を有し
た光導波路を簡便に作製できることが確認できた。

【００６０】なお、本発明は以上の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。

【００６１】

【発明の効果】本発明の複屈折性ポリイミド層およびそ
れを用いた複屈折性光導波路によれば、基板上に形成さ
れ、この基板の表面に平行な偏光面を有する偏光に対す
る屈折率が垂直な偏光面を有する偏光に対する屈折率よ
り0.008 以上大きいことによって、スピンコート法やデ
ィップコート法等の周知の有機膜形成法により、シリコ
ン基板やセラミック基板等の上に複屈折性を有した所望
の屈折率の光導波路用のポリイミド層が簡便に形成で
き、得られたポリイミド層は複屈折性を有しているの
で、このポリイミド層で光導波路のコア部を形成して、
複屈折性光導波路を簡便に作製することができる。

【００６２】以上により、本発明によれば、光モジュー
ル用のシリコン基板やセラミック基板等に小型軽量化を
図りつつ簡便な方法で生産性良く作製できる、光導波路
用の屈折率および複屈折性を有する光学材料である複屈
折性ポリイミド層およびそれを用いた複屈折性光導波路
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複屈折性ポリイミド層およびそれを用
いた複屈折性光導波路の実施の形態の一例を示す断面図
である。

【図２】本発明の複屈折性ポリイミド層のキュア温度と
複屈折との関係の例を示す線図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ複屈折性光導
波路を用いた偏光分離器の例を示す平面図である。

【図４】従来の複屈折性光導波路の例を示す断面図であ
る。

【図５】従来の複屈折性光導波路の他の例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１・・・基板 ２・・・光導波路の下部クラッド層 ３・・・光導波路のコア部

フロントページの続き (72)発明者 棚橋 成夫 京都府相楽郡精華町光台３丁目５番地 京 セラ株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA12 KB04 LA21 PA02 PA21 PA24 PA28 QA05 TA43

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成され、該基板の表面に平行
   な偏光面を有する偏光に対する屈折率が垂直な偏光面を
   有する偏光に対する屈折率より０．００８以上大きい複
   屈折性ポリイミド層。
2. 【請求項２】 基板上に形成した下部クラッド層上に、
   請求項１記載の複屈折性ポリイミド層を用いたコア部を
   形成したことを特徴とする複屈折性光導波路。