JP2000352633A - 光導波路、それを用いた導波路型光デバイス、及び導波路型光デバイスの製造方法 - Google Patents

光導波路、それを用いた導波路型光デバイス、及び導波路型光デバイスの製造方法

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茂 米田
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 本発明は、光導波路そのものの温度依存性を
解消した温度無依存光導波路及びそれを用いた外部温度
補償の不必要な導波路型光デバイスを提供することを目
的とする。 【解決手段】 基板1に、線膨張係数が負である材料を
用い、その線膨張係数の値を制御することにより、光導
波路コア層2、光導波路クラッド層3を有する光導波路
の等価屈折率の温度依存性を相殺したアサーマル光導波
路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度無依存光導波
路デバイスに関する。さらに詳しくは、本発明は、光通
信システムに使用される光導波路型デバイスにおいて、
光導波路そのものの温度依存性を解消することにより、
ペルチェ素子等による外部温度補償を不必要とするため
の技術に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信システムにおいて、伝送
容量の拡大を実現するための高密度波長分割多重通信方
式(Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM)
では、それぞれの波長を分割、統合するための合分波デ
バイス(波長フィルタ)が極めて重要となる。
【0003】しかし、周囲環境に温度変化が生じた場
合、波長フィルタの透過帯域(中心波長)が変動すると
いう問題があり、この波長フィルタの安定化に関する課
題は、現在のところ未解決である。
【0004】この変動の要因は、フィルタを構成する光
回路の光路長の温度依存性に起因する。光路長の温度依
存性は、光導波路材料の屈折率の温度依存性dn/dT(n:
屈折率、T:温度)と材料の線膨張係数に左右される。
【0005】通常、光導波路材料として用いられる石英
ガラス、半導体はほぼ全て屈折率温度係数および線膨張
係数が共に正の値であるため、光路長の温度依存性dS/d
T(S:光路長)も正となる。
【0006】例えば石英系光導波路において温度が1℃
変化すると、波長フィルタの中心波長は、この光路長の
温度依存性によって約0.01 nm(中心周波数に換算する
と約1.3 GHz)変動する。さらに半導体系光導波路を用
いたデバイスにおいては、石英系光導波路の約10倍の
温度依存性が存在する。
【0007】このような温度特性を安定化させるための
一つの方法として、高精度な温度制御装置を素子に付加
するという方法もあるが、この方法ではデバイスの低コ
スト化、小型化の障害になり、さらに装置全体の信頼性
を低下させることにもつながる。
【0008】そこで、この問題を解決するためには、デ
バイス自体の温度依存性を解消することが必要になる。
そのような観点から、温度無依存光デバイスに対する研
究が盛んに行われており、これまでに幾つかの温度無依
存波長フィルタが報告されている。
【0009】例えば「H. Tanabe et al., IEEE Photoni
cs Technology Letters, Vol.8, No.11, pp.1489-1491,
1996」では、マッハツェンダ(MZ)型波長フィルタ
の中心波長の温度依存性が各アームの光路長差の温度依
存性に起因することから、各アームの導波路材料に屈折
率温度係数の違うものを用い、光路長差の温度係数を等
しくすることによって、フィルタの温度依存性を低減し
ている。
【0010】また「Y. Inoue et al., Electronics Let
ters, Vol.33, No.23, pp.1945-1947, 1997」では、ア
レイ導波路回折格子(AWG)の中心波長が各アレイ導
波路間の光路長差の温度依存性に起因することに着目
し、屈折率温度係数が負であるシリコーン樹脂をアレイ
導波路の一部に用い、各アレイ間の光路長差の温度依存
性を解消することによって、温度無依存AWGを実現し
ている。
【0011】しかしこれらの技術は、フィルタ中心波長
の温度依存性が導波路間の光路長差の温度依存性に起因
する構造のものに限られるという問題がある。
【0012】また、特開平10−246824号公報で
は非対称方向性結合器型波長フィルタにおいて、所望の
中心波長において2つの光導波路の伝搬定数、及び等価
屈折率の温度係数を互いに等しくすることにより中心波
長の温度依存性を無くす方法が提案されている。しかし
この方法も、対象が非対称方向性結合器型波長フィルタ
に限られるという問題がある。
【0013】様々な構造および原理に基づく波長フィル
タに適用可能な、汎用性のある温度無依存化の手法とし
ては、光導波路自体の光路長の温度依存性を零にする方
法がある。光路長の温度依存性(=光路長温度係数)は
以下のように定義される。
【0014】図3に示されるような、基板5上に形成さ
れた、長さL、クラッド6およびコア7より成る、等価
屈折率neq(導波光が実際に感じる屈折率)の光導波路
の中を導波する光に対する光路長Sは、等価屈折率と長
さの積で
【0015】
【数2】 (式2) と表わされる。
【0016】よってこの光路長Sの温度依存性は、式2
を温度Tで全微分することにより求められる。ここで、
一般的に基板5は、6および7より成る導波路層に比べ
て十分厚いため、導波路の線膨張係数1/L?dL/dTは基板
の線膨張係数αsubで近似できる。したがって、導波路
長Lで規格化した光路長の温度依存性は、
【0017】
【数3】 (式3) と表される。ここで、1/L?dS/dTを光路長温度係数、dn
eq/dTを等価屈折率温度係数と定義する。この1/L?dS/dT
の値が零である光導波路を用いることにより、中心波長
が温度に無依存な光波長フィルタを実現することができ
る。つまり、
【0018】
【数4】 (式1) を満たす光導波路は光路長の温度依存性が零であり、こ
のような光導波路をアサーマル光導波路と言う。
【0019】式1より、光路長温度係数を零にするため
には、dneq/dT<0、もしくはαsub<0として、互いに正
負で相殺すれば良いことが分かる。
【0020】アサーマル光導波路を用いた波長フィルタ
としては、例えば「Y. Kokubun etal, IEICE Trans. El
ectron.,Vol.E81-C,No.8, August 1998」がある。図4
は、ここに用いられているアサーマル光導波路の構造で
ある。同図に示すように、Si基板8上に下部クラッド
9、コア10が形成され、コア10上に、上部第1クラ
ッド11が形成されている。さらに、下部クラッド9上
に、コア10及び上部第1クラッド11を囲むように、
上部第2クラッド12が形成されている。
【0021】図4の光導波路では、上部第2クラッド1
2に、屈折率温度係数が負であるPMMA-TFMA混合ポリマ
ーを用いることにより導波路全体の等価屈折率温度係数
dneq/dTを負にし、Si基板4の線膨張係数と正負で相殺
することによって1/L?dS/dT=0を実現している。
【0022】しかしこの方法に用いられているPMMA(ポ
リメチルメタクリレート)やTFMA(トリフルオロエチル
メタクリレート)、さらに、一般的に屈折率温度係数が
負であるポリマー材料は、現在一般的なPLCに用いら
れている石英系材料に比べて耐熱性、耐湿性、強度、経
時変化等の点で大きく劣っており、デバイスの保証寿命
を短くする要因になる。
【0023】また、上記方法においては、光導波路の光
路長温度係数を制御するために上部第1クラッド層11
の厚さを制御しているが、これによって制御できる光路
長温度係数の幅は僅かであり、場合によっては大幅な構
造の変更、さらにプロセスの変更を強いられる可能性も
ある。
【0024】導波路構造が大幅に変更される場合、例え
ば導波路の許容曲げ半径が変化したり、導波路間許容近
接距離(ライン/スペ一スのギャップ)が変化するな
ど、デバイスの基本設計自体に影響を及ぼす可能性もあ
るなどの欠点がある。さらに構造によっては、複屈折を
生じることにもなる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の技
術では、温度無依存化の対象の光波長フィルタ構造が限
定されていたり、あるいは、全ての種類の光波長フィル
タヘの適用が可能な温度無依存化の手法であっても、使
用材料の寿命や強度、耐候性に問題が存在し、さらに場
合によっては、温度無依存化実現のために、デバイスの
基本設計や製造プロセスの大幅な見直しが必要になる等
の課題がある。
【0026】したがって本発明の目的は、上記従来技術
における諸問題を考慮し、一般的な全ての構造および原
理に基づく光波長フィルタに適用可能で、かつ、既に得
られている(温度依存性のある)光波長フィルタにおい
て、その導波路材料(コア、クラッド材料)、構造パラ
メータ、導波路層製造プロセス等を大幅に変更する必要
の無い、波長フィルタの温度無依存化法を提供すること
にある。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
され、コアと該コアより屈折率の小さいクラッドとを有
する光導波路であって、前記基板が、0〜65℃の温度
範囲において、負の線膨張係数を有することを特徴とす
る光導波路に関する。
【0028】前記光導波路の等価屈折率をneq、該等価
屈折率の温度変化をdneq/dT、前記基板の線膨張係数を
αsubとして、前記基板が、実質的に式1の関係を満た
すことが好ましい。
【0029】
【数5】 (式1) さらに本発明は、光導波路中を伝搬する光を干渉または
共振させることにより、特定の波長を共振、反射、透過
または分岐する導波路型光デバイスであって、上記の光
導波路を用いていることを特徴とする導波路型光デバイ
スに関する。
【0030】また、本発明は、上記導波路型光デバイス
を反射器として用いて、発振波長の温度依存性を低減し
たDBRレ一ザに関する。
【0031】更に、本発明は、基板と、該基板上に形成
された光導波路を含む導波路型光デバイスの製造方法に
おいて、線膨張係数が光導波路材料に近いか或いは等し
い基板上に光導波路を形成した後、所望の基板(線膨張
係数が負または零)を当初の基板の反対側に接着し、そ
の後、当初の基板をエッチング等により除去することを
特徴とする導波路型光デバイスの製造方法に関する。
【0032】更に、本発明は、基板と、該基板上に形成
された光導波路を含む導波路型光デバイスの製造方法に
おいて、線膨張係数が光導波路材料に近いか或いは等し
い第1の基板と、線膨張係数が負または零である第2の
基板とを貼り合わせ、第2の基板側の表面上に光導波路
を形成し、第1の基板を除去することを特徴とする導波
路型光デバイスの製造方法に関する。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
について図面を用いて説明する。図1は本発明によるア
サーマル光導波路の斜視図である。
【0034】図1のアサーマル光導波路は、負の線膨張
係数を持つ基板1、光導波路コア2、クラッド3から構
成される。図1における基板上の光導波路はPLC(Pl
anarLightwave circuit)構造を取っているが、本発明
では式1のアサーマル条件は基板の線膨張係数を操作す
ることによって制御するため、導波路構造には依存せ
ず、図1に示されるようなPLC構造だけでなく、スラ
ブ型、リッジ型、装荷型等、任意の導波路断面構造であ
って良い。
【0035】次に基板1の材料であるが、線膨張係数が
負であり、かつ表面の平滑性が保たれていれば良い。線
膨張係数が負である材料としては、TiO-SiO(TiO
をドープした石英ガラス)や、LiO-AlO-SiO、A
lO-TiO等の、ガラスを熱処理して結晶化させた結
晶化ガラス(ガラスセラミックス)など様々なものがあ
り、それらは一般的に、その材料組成比や生成法を変え
ることによって、線膨張係数を連続的に変えることが可
能である。
【0036】つまり、式1において、neq、dneq/dTの値
が既知であれば、実質的にアサーマル条件を満足するた
めのαsubの値を導き出すことができ、その値を満たす
ような組成を持つ基板を用意することにより、後はそれ
までと同様のプロセスによってその基板上に光導波路を
形成すれば、アサーマル光導波路を実現することができ
る。
【0037】式1の右辺は、実質的に0であればよく、
dneq/dT+neqXαsubの絶対値が、0.5×10−5以下、さ
らには、1×10−6以下であることが好ましい。
【0038】例えば、石英ガラス等の従来の材料系の基
板を用いてデバイスを構成した場合、式1の右辺は、1
×10−5程度の値となり、したがって、式1の右辺の値
を、0.5×10−5以下とすることにより、光導波路の温
度依存性が半分になる。
【0039】この負の線膨張係数を示す温度領域は、使
用温度を考慮し、0〜65℃であればよく、また、線膨
張係数に異方性がある場合は、光導波路方向に負の線膨
張係数を有すればよい。
【0040】式1において、例えばneq=1.5、dneq/dT
=5×10−6とすると、実質的にアサーマル条件を溝た
すためには、αsub= -3.3×10−6(1/℃)あれば良
いことが分かる。ここで用いる基板材料の例として、以
下のようなものが挙げられる。
【0041】例えばTiO-SiO(TiOをドープした石
英ガラス)では、「Stewart E. Miller and Alan G.Chy
noweth,“OPTICAL FIBER TELECOMMUNICATIONS”, p.18
9, Fig.7.10B」において図2のような例が示されてい
る。
【0042】この図は、石英ガラスに、TiO、Be
O、GeO、POを所定量ドープしたときの線膨張
係数を示したものである。TiOをドープすることによ
り線膨張係数が低下し、約5.5mol%で、負の線膨張係数
を示すようになる。
【0043】例えば先のαsub= -3.3×10−6(1/
℃)の線膨張係数を得るには、図2のグラフを外挿する
と、SiOにTiOを30数%ドープすれば良いことが分
かる。
【0044】また、例えば特開平2−208256号公
報では、主結晶相がβ一石英固溶体及び/又は亜鉛ペタ
ライト固溶体であるZnO-AlO-SiO系結晶化ガラス
の線膨張係数制御の例が示されており、表1に示される
ように、各材料の組成比および結晶化条件を変えること
により、様々な線膨張係数の値が得られている。つまり
これらの条件を変更することによって、所望の線膨張係
数を得ることができるのである。
【0045】β−石英固溶体系ガラスセラミックスと
は、SiOの結晶系のlつであり、リチウムやアルミニ
ウムを少量含有し、他のSiO結晶と比較すると密度が
小さく、空隙の多い結晶構造を示す。また、このβ一石
英固溶体系ガラスセラミックスを高温加熱(1100〜1200
℃)すると、β−スポジュメン固溶体系ガラスセラミッ
クスに変化する。このβ一スポジュメン固溶体系ガラス
セラミックスは、β−石英固溶体系ガラスセラミックス
より、高めの線膨張係数を示す。
【0046】
【表1】 これらの他にも線膨張係数が負である材料は数多くあ
り、例えば、LiO-AlO-SiO系結晶化ガラス、MgO
-LiO-AlO-SiO系結晶化ガラスは、SiOを主成
分とし、それぞれの成分を含んだSiOを加熱して得ら
れた結晶である。
【0047】例えば、表2に示すように、LiO-AlO
-2SiOでは、-8.6×10−6(1/℃)、AlO-Ti
Oでは、-1.9×10−6(1/℃)の負の線膨張係数を
示す。これらの材料の線膨張係数を表2に例示する。
【0048】
【表2】 また、本発明に用いることができる市販の基板材料とし
ては、以下のものが挙げられる。
【0049】「ネオセラムN−0」(商品名:日本電気
硝子株式会社製)はLiO-AlO-SiO系であり、表
2に示すように、-0.65×10−6(1/℃)の負の線膨
張係数を示す。
【0050】「ミラクロンPH−3」(登録商標:日本
ガイシ株式会社製)は、表2に示すように、-0.2×10
−6(1/℃)の負の線膨張係数を示す。
【0051】「ゼロデュア(ZERODUR)」(登録商標:S
chott社製)はLiO2-AlO-SiO系であり、-0.1×10
−6(1/℃)の負の線膨張係数を示す。
【0052】以上のような負の線膨張係数を持つ材料
を、式1を満たすように、その材料組成比や製造工程を
変えることによってその線膨張係数を所望の値にし、そ
れを導波路基板として用いることによって、光路長温度
係数が零である光導波路、つまり温度無依存光導波路を
得ることができる。
【0053】なお、これら負線膨張係数材料の中には、
材料特性として可視・近赤外部に吸収があるものもある
が、基板材料として用いるには導波光の電界分布が十分
減衰するように下部クラッドの厚さを十分に取れば基板
材料の吸収は問題にはならない。つまり、基板材料の光
透過性については考慮する必要はない。
【0054】上記基板上に形成した光導波路は、直線、
曲がり、分岐、結合等どのような構造を取ってもアサー
マル条件を満たすため、どのような原理および構造に基
づく光機能素子の特性も温度無依存化される。また、そ
れらを実際に製造する際には、基板が変更されたことを
意識せずに従来のプロセスがそのまま適用可能となる。
【0055】次に、本発明の第2の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【0056】図5は、第2の実施の形態に係るアサーマ
ル導波路の製造方法を説明する図である。20は線膨張
係数が光導波路材料に近いか或いは等しい材料からなる
基板、22は光導波路層、24は接着剤層、26は線膨
張係数が負または零の基板である。
【0057】上述した第1の実施の形態では、負の線膨
張係数を有する基板上に直接光導波路を成膜することを
前提としているが、この場合、基板材料と光導波路材料
の線膨張係数の差が大きいため、成膜およびアニール時
に基板および光導波路膜が高温下にさらされる際に、
“そり”或いはクラックが発生する可能性が高い。第2
の実施の形態は、この“そり”或いはクラックの発生を
抑えるための製造方法に関する。
【0058】先ず、線膨張係数が光導波路膜に近いか或
いは等しい基板20を準備する。次に、基板20の上に
光導波路膜22を形成する。上述したように、基板20
及び光導波路膜22の線膨張係数は互いに近いか或いは
等しいので、成膜時及びアニール時、或いは冷却時の熱
応力に起因するクラックは発生することはない。続い
て、光導波路の光路長温度係数を零にする条件(式1)
を満たすための基板26を用意し、接着剤層24により
基板26を光導波路層22の上面(基板20の反対側)
に接着する。最後に、基板20を除去する。
【0059】基板20の除去は、研磨、ウェットエッチ
ング、ドライエッチングが考えられるが、どの基板除去
方法を選択するかは基板20の材質、物性、厚さ等によ
り決定される。例えば、基板20がSiの場合にはKO
H等でのウェットエッチングが考えられる。一方、基板
20が石英或いはガラス基板等の場合には、フッ酸系ウ
ェットエッチングが考えられる。尚、基板20は必ずし
も完全に除去する必要はなく、むしろ残存基板厚を制御
することによって、デバイス全体の線膨張係数を制御す
ることができ、それにより光導波路デバイスの温度依存
性を調整することが可能である。つまり、デバイスの温
度依存性の微調節は基板のエッチング量により行うこと
ができる。
【0060】次に、本発明の第3の実施の形態について
図面を用いて説明する。
【0061】図6は、第3の実施の形態に係るアサーマ
ル導波路の製造方法を説明する図である。30は線膨張
係数が光導波路材料に近いか或いは等しい材料からなる
基板、32は光導波路層、34は接着剤層、36は線膨
張係数が負または零の基板である。
【0062】第3の実施の形態は、上述の第2の実施の
形態と同様に、成膜及びアニール時に基板及び光導波路
膜が高温にさらされる際に発生する“そり”或いはクラ
ックを抑えるための製造方法である。
【0063】先ず、線膨張係数が光導波路膜に近いか或
いは等しい基板30と、光導波路の光路長温度係数を零
にする条件(式1)を満たす基板36とを準備する。次
に、接着剤層34によって基板30及び36を接着す
る。基板30の厚さを基板36の厚さよりも大きくする
ことによって、基板30及び36を接着した後の線膨張
係数は基板30の線膨張係数が支配的になる。つまり、
接着した基板の線膨張係数は光導波路材料の線膨張係数
に近いか或いは等しいことになる。接着後の基板の線膨
張係数をより光導波路膜に接近させるためには、基板3
0及び36の厚さの比を調節する。
【0064】基板30及び36を貼り合わせた後、基板
36側表面上に光導波路層32を形成する。尚、基板3
6は線膨張係数が負であることから、その上に形成する
光導波路の線膨張係数(正)とは異なるが、この接着し
た基板は基板30の線膨張係数が支配的であることか
ら、この接着した基板上には、成膜時の熱応力に起因す
る“そり”或いはクラックを発生させることなく光導波
路膜32を形成することが可能である。その後、基板3
0を除去する。基板の除去方法は上述の第2の実施の形
態と同様であるが、本実施例の形態の場合には、更に、
接着剤の溶剤を使用して接着剤層を剥離(リフトオフ)
することによっても基板除去が可能である。
【0065】次に、第2及び第3の実施の形態の相違点
を述べる。
【0066】第2の実施の形態では最終的に光導波路層
と基板との界面に接着剤層が残る。一方、第3の実施の
形態では、光導波路層と基板との界面には接着剤層がな
く、最終的には、負の線膨張係数を持つ基板上に光導波
路層を直接成膜した場合と同等になる。第2の実施の形
態では、接着剤層に経時劣化がある場合はその影響を受
けることになるが、第3の実施の形態においては最終的
に接着剤層は残らないため、接着剤層の経時劣化や密着
性の低下を考慮する必要がないという利点がある。一
方、第3の実施の形態では、基板を接着する際に基板3
0を厚くし、基板36を(相対的に)薄くしなければな
らないが、第2の実施の形態では各基板の厚さは特に考
慮する必要がない。
【0067】尚、本発明の光導波路は、光導波路中を伝
搬する光を干渉または共振させることにより、特定の波
長を共振、反射、透過または分岐する導波路型光デバイ
スに用いることができる。
【0068】例えば第7図に示されるような、2本の光
導波路40を波長オーダーで近接させることによって光
導波路間で光パワーが移行する現象を利用した方向性結
合器や、第8図に示されるような、光路長の異なる2本
の光導波路40を導波する光に付与される位相差を利用
して波長選択性を得るマッハツェンダ干渉器、第9図に
示されるような、リング部42を周回する光のうち共振
条件(リング1周分の光路長が波長の整数倍)を満たす
光のみを選択的に取り出すリング共振器、第10図に示
されるような、導波路40の端面部に2枚のミラー44
(劈開面、屈折率の異なる膜等の反射機能を有するも
の)を対向させて共振器とするファブリーペロ共振器、
第11図に示されるような、長さの異なる複数のアレイ
導波路とスラブ導波路により構成され、アレイ部を導波
する光の等位相面が波長によって傾くことを利用したア
レイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grat
ing)等、様々な導波路型光デバイスに用いることがで
きる。
【0069】また、本発明の導波路型光デバイスにおい
て、光導波路内にグレ一ティングを設けることも可能で
ある。つまり、基板表面、クラッド内、コア内にグレ一
ティングを設けてもよい。
【0070】さらに、レ一ザ活性層の片端もしくは両端
に配置された反射器(グレーティング)によって発振波
長選択性を待たせたDBRレ一ザ(DBR:Distribute
d Bragg Reflector)において、反射器を前記温度無依
存光導波路によって構成することにより、レーザ発振波
長を温度無依存化することが可能となる(半導体レーザ
端面に、上記アサーマル光導波路によるグレーティング
を接合させる)。
【0071】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来用いられていなかった負の線膨張係数を有する基板を
光導波路の基板として用い、さらにその材料を選択する
ことにより、温度無依存化することができる。また、温
度無依存化を基板の材料変更のみにより達成しているた
め、デバイスの基本設計やまたその製造プロセスを大幅
に変更する必要がない。
【0072】さらに、屈折率温度係数が負であるポリマ
ー材料を用いて温度無依存化した従来技術で問題となっ
た耐熱性、耐湿性、強度、経時変化等についても、本発
明においては、無機基板により温度無依存化しているた
めに良好な結果が得られる。
【0073】更に、本発明は、光導波路それ自体が、実
質的に温度依存性を持たないため、さまざまな構造の導
波路型光デバイスに応用することが可能であり汎用性に
優れる。
【0074】更に、本発明によれば、成膜時及びアニー
ル時、或いは冷却時の熱応力に起因するクラック等が発
生しない導波路型光デバイスを製造することができると
いう効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度無依存光導波路の一実施形態を模
式的に示した図である。
【図2】酸化物をドープした石英ガラスの線膨張係数の
変化を示す図である。
【図3】本発明の原理を説明するための一般的な光導波
路の構造を示す図である。
【図4】負の屈折率温度係数を有するポリマー材料を用
いた従来型温度無依存光導波路の構成を示す図である。
【図5】本発明に係る第2の実施の形態を説明する図。
【図6】本発明に係る第3の実施の形態を説明する図。
【図7】本発明の光導波路を用いた方向性結合器の概略
図である。
【図8】本発明の光導波路を用いたマッハツェンダ干渉
器の概略図である。
【図9】本発明の光導波路を用いたリング共振器の概略
図である。
【図10】本発明の光導波路を用いたファブリ−ペロ共
振器の概略図である。
【図11】本発明の光導波路を用いたアレイ導波路格子
の概略図である。
【符号の説明】
1 負の線膨張係数を有する基板 2 光導波路コア層 3 光導波路クラッド層 5 導波路基板 6 光導波路クラッド層 7 光導波路コア層 8 Si基板 9 下部クラッド層 10 コア層 11 上部クラッド第1層 12 上部ポリマークラッド層 20、26 基板 22 光導波路層 24 接着剤層 30、36 基板 32 光導波路層 34 接着剤層 40 光導波路 42 リング部 44 ミラー

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成され、コアと該コアより屈折
    率の小さいクラッドとを有する光導波路であって、前記
    基板が、0〜65℃の温度範囲において、負の線膨張係
    数を有することを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項2】前記光導波路の等価屈折率をneq、該等価
    屈折率の温度変化をdn eq/dT、前記基板の線膨張係数を
    αsub として、前記基板が、実質的に式1の関係を満た
    すことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 【数1】 (式1)
  3. 【請求項3】前記基板が、二酸化チタン(TiO)を5.5
    mol%以上ドープした石英ガラスであることを特徴とす
    る請求項1または2記載の光導波路。
  4. 【請求項4】前記基板が、β−石英固溶体系ガラスセラ
    ミックスであることを特徴とする請求項1または2記載
    の光導波路。
  5. 【請求項5】前記基板が、β−スポジュメン固溶体系ガ
    ラスセラミックスであることを特徴とする請求項1また
    は2記載の光導波路。
  6. 【請求項6】前記基板が、ZnO-AlO-SiO系結晶化
    ガラスであることを特徴とする請求項1または2記載の
    光導波路。
  7. 【請求項7】前記基板が、LiO-AlO-SiO系結晶
    化ガラスであることを特徴とする請求項1または2記載
    の光導波路。
  8. 【請求項8】前記基板が、AlO-TiO系結晶化ガラ
    スであることを特徴とする請求項1または2記載の光導
    波路。
  9. 【請求項9】前記基板が、MgO-LiO-AlO-SiO
    結晶化ガラスであることを特徴とする請求項1または2
    記載の光導波路。
  10. 【請求項10】前記基板が、CsClであることを特徴とす
    る請求項1または2記載の光導波路。
  11. 【請求項11】光導波路中を伝搬する光を干渉または共
    振させることにより、特定の波長を共振、反射、透過ま
    たは分岐する導波路型光デバイスであって、請求項1〜
    10のいずれかに記載の光導波路を用いていることを特
    徴とする導波路型光デバイス。
  12. 【請求項12】前記導波路型光デバイスが、方向性結合
    器であることを特徴とする請求項11記載の導波路型光
    デバイス。
  13. 【請求項13】前記導波路型光デバイスが、マッハツェ
    ンダ干渉器であることを特徴とする請求項11記載の導
    波路型光デバイス。
  14. 【請求項14】前記導波路型光デバイスが、リング共振
    器であることを特徴とする請求項11記載の導波路型光
    デバイス。
  15. 【請求項15】前記導波路型光デバイスが、ファブリペ
    ロー共振器であることを特徴とする請求項11記載の導
    波路型光デバイス。
  16. 【請求項16】前記導波路型光デバイスが、アレイ導波
    路回折格子であることを特徴とする請求項11記載の導
    波路型光デバイス。
  17. 【請求項17】前記光導波路内にグレーティングが形成
    されていることを特徴とする請求項11記載の導波路型
    光デバイス。
  18. 【請求項18】請求項11または17記載の導波路型光
    デバイスを反射器として用いたDBRレーザ。
  19. 【請求項19】基板と、該基板上に形成された光導波路
    を含む導波路型光デバイスの製造方法において、線膨張
    係数が光導波路材料に近いか或いは等しい基板上に光導
    波路を形成した後、所望の基板(線膨張係数が負または
    零)を当初の基板の反対側に接着し、その後、当初の基
    板をエッチング等により除去することを特徴とする導波
    路型光デバイスの製造方法。
  20. 【請求項20】基板と、該基板上に形成された光導波路
    を含む導波路型光デバイスの製造方法において、線膨張
    係数が光導波路材料に近いか或いは等しい第1の基板
    と、線膨張係数が負または零である第2の基板とを貼り
    合わせ、第2の基板側の表面上に光導波路を形成し、第
    1の基板を除去することを特徴とする導波路型光デバイ
    スの製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492288B2 (en) 2000-09-28 2002-12-10 Kabushiki Kaisha Ohara Glass ceramic and temperature compensating member
WO2004083914A1 (ja) * 2003-03-19 2004-09-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 波長フィルタおよび波長モニタ装置
US6876808B2 (en) 2001-07-27 2005-04-05 Nec Corporation Optical waveguide device
WO2006092919A1 (ja) * 2005-02-28 2006-09-08 Nikon Corporation 光学素子及び光学素子の製造方法
JP2016164986A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. 温度無依存レーザ
US11966103B2 (en) 2018-03-30 2024-04-23 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Circular resonator, and optical modulator and optical element comprising same

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003050327A (ja) * 2001-05-31 2003-02-21 Hoya Corp 光導波路装置及びその製造方法
US7187818B2 (en) * 2004-01-16 2007-03-06 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Industry, Through The Communications Research Centre Canada Packaging for planar lightwave circuits
US7720335B2 (en) * 2004-03-24 2010-05-18 Enablence Inc. Hybrid planar lightwave circuit with reflective gratings
US20080166534A1 (en) * 2005-02-28 2008-07-10 Nikon Corporation Optical Element and Method for Manufacturing Optical Element
DE102005046570B4 (de) * 2005-10-01 2010-01-21 Schott Ag Unterseitig beschichtete Glaskeramikplatte
JP2010282042A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Seiko Epson Corp 電気光学表示装置及びプロジェクター
JP5573497B2 (ja) 2010-08-27 2014-08-20 沖電気工業株式会社 光波長フィルタ
WO2012134025A1 (ko) * 2011-03-25 2012-10-04 Lee Seo Young 광도파로 및 그 제조방법
US11131601B2 (en) * 2017-11-30 2021-09-28 Rain Tree Photonics Pte. Ltd. Method for in-line optical testing
CN111883667B (zh) * 2020-08-28 2022-06-10 电子科技大学 一种基于负热膨胀效应的柔性光电探测器及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3681097A (en) * 1970-08-19 1972-08-01 Corning Glass Works Low expansion zinc petalite-beta quartz glass-ceramic articles
JPH02208256A (ja) 1989-02-08 1990-08-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 低熱膨張性セラミックス及びそれを用いた半導体封止材用充填材
JP2000503415A (ja) 1996-01-16 2000-03-21 コーニング インコーポレイテッド 非感熱性光学素子
US5721802A (en) * 1996-06-13 1998-02-24 Corning Incorporated Optical device and fusion seal
US5926599A (en) * 1996-06-13 1999-07-20 Corning Incorporated Optical device and fusion seal
JP3390321B2 (ja) 1997-03-04 2003-03-24 財団法人神奈川科学技術アカデミー 温度無依存性の非対称方向性結合器型光導波路波長フィルタ
KR20020038675A (ko) * 1999-07-07 2002-05-23 모리 데쯔지 온도 보상용 부재 및 이를 이용한 광 통신 디바이스

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492288B2 (en) 2000-09-28 2002-12-10 Kabushiki Kaisha Ohara Glass ceramic and temperature compensating member
US6876808B2 (en) 2001-07-27 2005-04-05 Nec Corporation Optical waveguide device
WO2004083914A1 (ja) * 2003-03-19 2004-09-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 波長フィルタおよび波長モニタ装置
US7283302B2 (en) 2003-03-19 2007-10-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wavelength filter and wavelength monitor device
WO2006092919A1 (ja) * 2005-02-28 2006-09-08 Nikon Corporation 光学素子及び光学素子の製造方法
JP2016164986A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. 温度無依存レーザ
US11966103B2 (en) 2018-03-30 2024-04-23 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Circular resonator, and optical modulator and optical element comprising same

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