JP2001221924A - 光導波路およびそれを用いた光回路 - Google Patents
光導波路およびそれを用いた光回路Info
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- JP2001221924A JP2001221924A JP2000030762A JP2000030762A JP2001221924A JP 2001221924 A JP2001221924 A JP 2001221924A JP 2000030762 A JP2000030762 A JP 2000030762A JP 2000030762 A JP2000030762 A JP 2000030762A JP 2001221924 A JP2001221924 A JP 2001221924A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複屈折を低減あるいは解消できる光導波路お
よびそれを用いた偏波依存性を低減あるいは解消できる
光回路を提供すること。 【解決手段】 シリコン基板からなる基板２１上に、石
英系ガラスによりクラッド２２及びコア２３を形成し、
コア２３を、屈折率の異なる第１コア層２３ａ及び第２
コア層２３ｂをそれぞれ複数、交互に積層した多層構造
とすることにより、構造複屈折を生じさせ、これによっ
て残留熱応力等により生じた複屈折を補償する。
よびそれを用いた偏波依存性を低減あるいは解消できる
光回路を提供すること。 【解決手段】 シリコン基板からなる基板２１上に、石
英系ガラスによりクラッド２２及びコア２３を形成し、
コア２３を、屈折率の異なる第１コア層２３ａ及び第２
コア層２３ｂをそれぞれ複数、交互に積層した多層構造
とすることにより、構造複屈折を生じさせ、これによっ
て残留熱応力等により生じた複屈折を補償する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波型光回路を構
成する光導波路の構造に関するものである。
成する光導波路の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インターネット利用の世界的な広がりに
より、画像や映像情報等の大容量データを高速に伝達で
きる光波長多重（ＷＤＭ）技術等を用いた光通信システ
ムの研究開発に拍車がかかっており、米国を中心に商用
導入が始まっている。光通信システムを構成する光回路
の実現形態として期待されている導波型光回路は、ＬＳ
Ｉ微細加工技術等を応用して平面基板上に光導波路を一
括形成することから集積性、量産性に優れ、複雑な回路
構成を有する高機能回路を実現できる。
より、画像や映像情報等の大容量データを高速に伝達で
きる光波長多重（ＷＤＭ）技術等を用いた光通信システ
ムの研究開発に拍車がかかっており、米国を中心に商用
導入が始まっている。光通信システムを構成する光回路
の実現形態として期待されている導波型光回路は、ＬＳ
Ｉ微細加工技術等を応用して平面基板上に光導波路を一
括形成することから集積性、量産性に優れ、複雑な回路
構成を有する高機能回路を実現できる。
【０００３】種々の材料で導波型光回路の研究開発が行
われているが、シリコン基板等の基板上に石英系ガラス
にて形成された石英系光導波路は、石英系光ファイバと
の整合性が良く、動作特性が安定で、高い信頼性を有す
る光回路を作製できることから、他の導波路材料に比較
して研究実用化が進んでいる。
われているが、シリコン基板等の基板上に石英系ガラス
にて形成された石英系光導波路は、石英系光ファイバと
の整合性が良く、動作特性が安定で、高い信頼性を有す
る光回路を作製できることから、他の導波路材料に比較
して研究実用化が進んでいる。
【０００４】図１は従来の石英系光導波路の構造を示す
もので、基板１にはシリコン基板や石英基板等が用いら
れ、クラッド２及びコア３は石英系ガラスで形成されて
いる。基板１としてシリコン基板を用いることは、受光
素子、発光素子等をハイブリッド実装するためのプラッ
トホームとして有用であり、圧縮応力がクラッド２及び
コア３に働くことでひび割れや亀裂等を防止し、信頼性
を向上させている。圧縮応力は石英系ガラスとシリコン
基板との熱膨張係数差に起因する残留熱応力により生じ
ている。
もので、基板１にはシリコン基板や石英基板等が用いら
れ、クラッド２及びコア３は石英系ガラスで形成されて
いる。基板１としてシリコン基板を用いることは、受光
素子、発光素子等をハイブリッド実装するためのプラッ
トホームとして有用であり、圧縮応力がクラッド２及び
コア３に働くことでひび割れや亀裂等を防止し、信頼性
を向上させている。圧縮応力は石英系ガラスとシリコン
基板との熱膨張係数差に起因する残留熱応力により生じ
ている。
【０００５】しかしながら、このような残留熱応力は、
基板と垂直な電界を有するモード（ＴＭモード）と、水
平方向に電界を有するモード（ＴＥモード）とで異なる
実効屈折率を感じる導波路複屈折を生じさせる。シリコ
ン基板上に作製した石英系光導波路では、ＴＥモードに
比較してＴＭモードの感じる実効屈折率が１０-4オーダ
ーと大きい。導波路複屈折は、導波路と基板の熱膨張係
数差に起因して生じることから、導波路と基板のホスト
材料が同種であっても、ドーパントの種類や濃度により
大きな値となることがある。
基板と垂直な電界を有するモード（ＴＭモード）と、水
平方向に電界を有するモード（ＴＥモード）とで異なる
実効屈折率を感じる導波路複屈折を生じさせる。シリコ
ン基板上に作製した石英系光導波路では、ＴＥモードに
比較してＴＭモードの感じる実効屈折率が１０-4オーダ
ーと大きい。導波路複屈折は、導波路と基板の熱膨張係
数差に起因して生じることから、導波路と基板のホスト
材料が同種であっても、ドーパントの種類や濃度により
大きな値となることがある。
【０００６】導波路複屈折は、光回路の光学特性に偏波
依存性を与える。例えば、代表的な光回路として波長の
異なる複数の光を合分波する光波長合分波器では、入射
光（信号光）の偏波方向により、損失やクロストーク
（漏話）が異なる。実用システムにおいて、光ファイバ
を通して伝送される信号光の偏波方向は不確定であり、
時間とともに変動する。それゆえ、光合分波器を通過し
た信号光の損失やクロストークが揺らぎ、信号の信頼性
を劣化させることになる。
依存性を与える。例えば、代表的な光回路として波長の
異なる複数の光を合分波する光波長合分波器では、入射
光（信号光）の偏波方向により、損失やクロストーク
（漏話）が異なる。実用システムにおいて、光ファイバ
を通して伝送される信号光の偏波方向は不確定であり、
時間とともに変動する。それゆえ、光合分波器を通過し
た信号光の損失やクロストークが揺らぎ、信号の信頼性
を劣化させることになる。
【０００７】図２に光合分波器の代表としてアレー導波
路格子を示す。アレー導波路格子１０は、２つのスラブ
導波路１１，１２間に導波路アレー１３を接続し、入力
導波路１４及び出力導波路１５をそれぞれ別のスラブ導
波路１１，１２に接続した構成を備えている。
路格子を示す。アレー導波路格子１０は、２つのスラブ
導波路１１，１２間に導波路アレー１３を接続し、入力
導波路１４及び出力導波路１５をそれぞれ別のスラブ導
波路１１，１２に接続した構成を備えている。
【０００８】図３に石英系光導波路にて作製した合分波
間隔０．８ｎｍのアレー導波路格子の損失スペクトルを
示す。ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が低くなるピ
ーク波長が約０．２５ｎｍシフトしており、それぞれの
モードのピーク波長での他方のモードの損失は１０〜１
５ｄＢ大きくなっている。
間隔０．８ｎｍのアレー導波路格子の損失スペクトルを
示す。ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が低くなるピ
ーク波長が約０．２５ｎｍシフトしており、それぞれの
モードのピーク波長での他方のモードの損失は１０〜１
５ｄＢ大きくなっている。
【０００９】この波長シフトは、導波路アレー１３がＴ
Ｅモードに比較してＴＭモードの実効屈折率が（２−
３）×１０-4大きいためである。複屈折値ＢをＴＭモー
ドの実効屈折率からＴＥモードの実効屈折率を引いた値
とすると、波長シフトから複屈折値Ｂは２．３×１０-4
と見積もれる。この値は、クラッド２に含まれるドーパ
ントの種類、濃度により異なる。このような光回路の偏
波依存性を解消することは実用化のために不可欠な課題
であった。
Ｅモードに比較してＴＭモードの実効屈折率が（２−
３）×１０-4大きいためである。複屈折値ＢをＴＭモー
ドの実効屈折率からＴＥモードの実効屈折率を引いた値
とすると、波長シフトから複屈折値Ｂは２．３×１０-4
と見積もれる。この値は、クラッド２に含まれるドーパ
ントの種類、濃度により異なる。このような光回路の偏
波依存性を解消することは実用化のために不可欠な課題
であった。
【００１０】光回路の偏波依存性を解消する方法とし
て、（１）導波路の両脇に溝を形成し、導波路にかかる
応力を低減し、導波路複屈折を解消する方法、（２）導
波路上にａ−Ｓｉ等の応力付与膜を形成した後、光回路
特性をモニターしながら応力付与膜をトリミングするこ
とで複屈折を制御し、光回路全体の偏波依存性を解消す
る方法、（３）光回路特性をモニターしながら導波路へ
紫外線照射することで複屈折を制御し、光回路全体で偏
波依存性を解消する方法、（４）光回路内に１／２波長
板を挿入し、偏波モードを入れ替えることで光回路全体
で偏波依存性を解消する方法、（５）コアを覆うクラッ
ドにＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5等の熱膨張係数を大きく
する材料をドープし、基板の熱膨張係数に近づけること
で複屈折を解消する方法等がある。
て、（１）導波路の両脇に溝を形成し、導波路にかかる
応力を低減し、導波路複屈折を解消する方法、（２）導
波路上にａ−Ｓｉ等の応力付与膜を形成した後、光回路
特性をモニターしながら応力付与膜をトリミングするこ
とで複屈折を制御し、光回路全体の偏波依存性を解消す
る方法、（３）光回路特性をモニターしながら導波路へ
紫外線照射することで複屈折を制御し、光回路全体で偏
波依存性を解消する方法、（４）光回路内に１／２波長
板を挿入し、偏波モードを入れ替えることで光回路全体
で偏波依存性を解消する方法、（５）コアを覆うクラッ
ドにＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5等の熱膨張係数を大きく
する材料をドープし、基板の熱膨張係数に近づけること
で複屈折を解消する方法等がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法により偏
波無依存な光回路が実現されているが、実用化には次の
ような課題があった。
波無依存な光回路が実現されているが、実用化には次の
ような課題があった。
【００１２】即ち、（１）の方法では、複屈折が溝の位
置、深さに強く依存するため、作製精度に敏感であり、
歩留まりが落ちる傾向があり、また、工程が増加する。
また、（２）の方法では、作製精度は緩いが、光回路を
個別に特性をモニターしながらトリミングをするため、
量産性に乏しい。また、（３）の方法も、同様に、光回
路を個別に特性をモニターしながら調整する必要がある
ので、量産性に乏しい。また、（４）の方法では、十数
ミクロンから数十ミクロンの波長板の厚み分以上の導波
路を切断するため、損失が増加する。また、（５）の方
法では、クラッドにかかる応力が引っ張り応力になると
クラッドガラスに亀裂が入り易くなり、ドーパントの高
濃度ドープにより耐候性が悪くなり、信頼性を落とすこ
とになる。
置、深さに強く依存するため、作製精度に敏感であり、
歩留まりが落ちる傾向があり、また、工程が増加する。
また、（２）の方法では、作製精度は緩いが、光回路を
個別に特性をモニターしながらトリミングをするため、
量産性に乏しい。また、（３）の方法も、同様に、光回
路を個別に特性をモニターしながら調整する必要がある
ので、量産性に乏しい。また、（４）の方法では、十数
ミクロンから数十ミクロンの波長板の厚み分以上の導波
路を切断するため、損失が増加する。また、（５）の方
法では、クラッドにかかる応力が引っ張り応力になると
クラッドガラスに亀裂が入り易くなり、ドーパントの高
濃度ドープにより耐候性が悪くなり、信頼性を落とすこ
とになる。
【００１３】本発明の目的は、これらの歩留まり、量産
性、光学特性、信頼性に対する課題を解決し、複屈折を
低減あるいは解消できる光導波路およびそれを用いた偏
波依存性を低減あるいは解消できる光回路を提供するこ
とにある。
性、光学特性、信頼性に対する課題を解決し、複屈折を
低減あるいは解消できる光導波路およびそれを用いた偏
波依存性を低減あるいは解消できる光回路を提供するこ
とにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１では、基板上にクラッド及びコ
アが形成されてなる光導波路において、コアを、基板面
におおよそ平行で、少なくとも３層以上から成り、隣接
する層の屈折率が互いに異なる多層構造とした光導波路
を提案する。
めに、本発明の請求項１では、基板上にクラッド及びコ
アが形成されてなる光導波路において、コアを、基板面
におおよそ平行で、少なくとも３層以上から成り、隣接
する層の屈折率が互いに異なる多層構造とした光導波路
を提案する。
【００１５】また、本発明の請求項２では、基板がシリ
コン基板であり、光導波路が石英系ガラスである請求項
１記載の光導波路を提案する。
コン基板であり、光導波路が石英系ガラスである請求項
１記載の光導波路を提案する。
【００１６】また、本発明の請求項３では、基板上にク
ラッド及びコアが形成されてなる光導波路において、コ
アを、基板面におおよそ垂直で、少なくとも３層以上か
ら成り、隣接する層の屈折率が互いに異なる多層構造と
した光導波路を提案する。
ラッド及びコアが形成されてなる光導波路において、コ
アを、基板面におおよそ垂直で、少なくとも３層以上か
ら成り、隣接する層の屈折率が互いに異なる多層構造と
した光導波路を提案する。
【００１７】また、本発明の請求項４では、基板が石英
基板であり、光導波路が石英系ガラスである請求項３記
載の光導波路を提案する。
基板であり、光導波路が石英系ガラスである請求項３記
載の光導波路を提案する。
【００１８】また、本発明の請求項５では、屈折率が高
い層と低い層とを交互に配置した多層構造とした請求項
１乃至４いずれか記載の光導波路を提案する。
い層と低い層とを交互に配置した多層構造とした請求項
１乃至４いずれか記載の光導波路を提案する。
【００１９】また、本発明の請求項６では、請求項１乃
至５いずれか記載の光導波路により形成された光回路を
提案する。
至５いずれか記載の光導波路により形成された光回路を
提案する。
【００２０】また、本発明の請求項７では、光合分波器
である請求項６記載の光回路を提案する。
である請求項６記載の光回路を提案する。
【００２１】コアを、屈折率が異なる層の多層構造とす
ることで、層と平行な方向の実効屈折率が高くなる構造
複屈折を生じる。それゆえ、残留熱応力等により生じた
複屈折を補償する方向に多層構造となるコアを形成する
ことにより、本発明の目的である、複屈折の低減あるい
は解消した光導波路及び偏波依存性の低減あるいは解消
した光回路を提供できる。
ることで、層と平行な方向の実効屈折率が高くなる構造
複屈折を生じる。それゆえ、残留熱応力等により生じた
複屈折を補償する方向に多層構造となるコアを形成する
ことにより、本発明の目的である、複屈折の低減あるい
は解消した光導波路及び偏波依存性の低減あるいは解消
した光回路を提供できる。
【００２２】また、光導波路が石英系ガラスである場
合、基板がシリコンでは、応力により屈折率が基板に垂
直な方向で大きくなるため、基板に水平な方向に多層構
造とし、基板が石英では、応力により屈折率が基板に水
平な方向で大きくなるため、基板に垂直な方向に多層構
造とすることで、応力複屈折と構造複屈折とが打ち消し
合い、光導波路の複屈折の低減あるいは解消及び光回路
の偏波依存性の低減あるいは解消ができる。
合、基板がシリコンでは、応力により屈折率が基板に垂
直な方向で大きくなるため、基板に水平な方向に多層構
造とし、基板が石英では、応力により屈折率が基板に水
平な方向で大きくなるため、基板に垂直な方向に多層構
造とすることで、応力複屈折と構造複屈折とが打ち消し
合い、光導波路の複屈折の低減あるいは解消及び光回路
の偏波依存性の低減あるいは解消ができる。
【００２３】また、屈折率が高い層と低い層とを交互に
配置した多層構造とすることで、従来の構造とほぼ同じ
形状、サイズの電磁界分布を維持したまま、光導波路の
複屈折の低減あるいは解消及び光回路の偏波依存性の低
減あるいは解消ができる。
配置した多層構造とすることで、従来の構造とほぼ同じ
形状、サイズの電磁界分布を維持したまま、光導波路の
複屈折の低減あるいは解消及び光回路の偏波依存性の低
減あるいは解消ができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について述べる。
態について述べる。
【００２５】［実施の形態１］図４は本発明の光導波路
の第１の実施の形態を示すもので、基板２１にはシリコ
ン基板を用い、クラッド２２及びコア２３は石英系ガラ
スにより形成している。ここで、コア２３は、第１コア
層２３ａ及び第２コア層２３ｂをそれぞれ複数、交互に
積層した多層構造を備えている。
の第１の実施の形態を示すもので、基板２１にはシリコ
ン基板を用い、クラッド２２及びコア２３は石英系ガラ
スにより形成している。ここで、コア２３は、第１コア
層２３ａ及び第２コア層２３ｂをそれぞれ複数、交互に
積層した多層構造を備えている。
【００２６】クラッド２２の屈折率に対してコア２３の
平均比屈折率差が０．７５％、寸法が６μｍ×６μｍ、
多層構造による複屈折値Ｂが−２．３×１０-4となるよ
うに、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂの屈折
率、層厚、層数を導波路のモード解析により求めた。こ
こで、平均比屈折率差とは、コアの長手方向に垂直な断
面におけるコアの比屈折率差の面積平均のことである。
平均比屈折率差が０．７５％、寸法が６μｍ×６μｍ、
多層構造による複屈折値Ｂが−２．３×１０-4となるよ
うに、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂの屈折
率、層厚、層数を導波路のモード解析により求めた。こ
こで、平均比屈折率差とは、コアの長手方向に垂直な断
面におけるコアの比屈折率差の面積平均のことである。
【００２７】本実施の形態で用いた屈折率、層厚ｔ、層
数Ｎは 第１コア層２３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．４５μｍ、Ｎ＝５ 第２コア層２３ｂ Δ＝０％、ｔ＝０．９４μｍ、Ｎ＝４ である。なお、屈折率は、クラッド２２の屈折率に対す
る比屈折率差Δとして表した。
数Ｎは 第１コア層２３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．４５μｍ、Ｎ＝５ 第２コア層２３ｂ Δ＝０％、ｔ＝０．９４μｍ、Ｎ＝４ である。なお、屈折率は、クラッド２２の屈折率に対す
る比屈折率差Δとして表した。
【００２８】図５は本実施の形態の光導波路の製造工程
を示すもので、以下、工程順に説明する。
を示すもので、以下、工程順に説明する。
【００２９】（ａ）基板２１としてシリコン基板を用
い、基板２１上に下部クラッド２２−１と、第１コア層
２０３ａ及びと第２コア層２０３ｂを交互に積層したコ
ア２０３とを、火炎堆積法により形成する。火炎堆積法
は、ＳｉＣｌ4を主成分とするガラス形成原料ガスよ
り、酸水素バーナーの火炎内でＳｉＯ2を主成分とする
ガラス微粒子を形成し、基板にガラス微粒子層を堆積す
る方法であり、堆積したガラス微粒子層を基板とともに
電気炉で加熱して、透明なガラス膜を形成する。
い、基板２１上に下部クラッド２２−１と、第１コア層
２０３ａ及びと第２コア層２０３ｂを交互に積層したコ
ア２０３とを、火炎堆積法により形成する。火炎堆積法
は、ＳｉＣｌ4を主成分とするガラス形成原料ガスよ
り、酸水素バーナーの火炎内でＳｉＯ2を主成分とする
ガラス微粒子を形成し、基板にガラス微粒子層を堆積す
る方法であり、堆積したガラス微粒子層を基板とともに
電気炉で加熱して、透明なガラス膜を形成する。
【００３０】始めに、基板２１上に下部クラッド２２−
１用ガラス微粒子層を堆積し、第１コア層２０３ａ用ガ
ラス微粒子層と第２コア層２０３ｂ用ガラス微粒子層と
を交互に堆積した後、電気炉にて透明ガラス化した。第
１コア層２０３ａ用ガラス微粒子層には、屈折率を高く
するためにＧｅＯ2をドープしている。
１用ガラス微粒子層を堆積し、第１コア層２０３ａ用ガ
ラス微粒子層と第２コア層２０３ｂ用ガラス微粒子層と
を交互に堆積した後、電気炉にて透明ガラス化した。第
１コア層２０３ａ用ガラス微粒子層には、屈折率を高く
するためにＧｅＯ2をドープしている。
【００３１】（ｂ）コア２０３の不要部分を反応性イオ
ンエッチング法により除去して、リッジ状の第１コア層
２３ａ及び第２コア層２３ｂからなるコア２３を形成す
る。
ンエッチング法により除去して、リッジ状の第１コア層
２３ａ及び第２コア層２３ｂからなるコア２３を形成す
る。
【００３２】（ｃ）コア２３を覆うように下部クラッド
２２−１と同等の屈折率を有する上部クラッド２２−２
を形成する。上部クラッド２２−２の形成には、再度、
火炎堆積法によりガラス微粒子層を堆積し、電気炉で加
熱した。
２２−１と同等の屈折率を有する上部クラッド２２−２
を形成する。上部クラッド２２−２の形成には、再度、
火炎堆積法によりガラス微粒子層を堆積し、電気炉で加
熱した。
【００３３】この光導波路により、図２に示したアレー
導波路格子を作製した場合の損失スペクトルを図６に示
す。ＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほぼ一
致しており、ＴＥモードに比べてＴＭモードの方が長波
長に位置し、ＴＥモードとＴＭモードの最も損失が低く
なるピーク波長のシフトは０．０３ｎｍ以下となってい
る。それぞれのモードのピーク波長での他方のモードの
損失増加が測定誤差程度の０．１ｄＢである。波長シフ
トから複屈折値Ｂは３×１０-5以下と見積もれ、本発明
の導波路構造にて導波路の複屈折を十分小さくできるこ
とがわかる。
導波路格子を作製した場合の損失スペクトルを図６に示
す。ＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほぼ一
致しており、ＴＥモードに比べてＴＭモードの方が長波
長に位置し、ＴＥモードとＴＭモードの最も損失が低く
なるピーク波長のシフトは０．０３ｎｍ以下となってい
る。それぞれのモードのピーク波長での他方のモードの
損失増加が測定誤差程度の０．１ｄＢである。波長シフ
トから複屈折値Ｂは３×１０-5以下と見積もれ、本発明
の導波路構造にて導波路の複屈折を十分小さくできるこ
とがわかる。
【００３４】［実施の形態２］本発明の第２の実施の形
態では、第１の実施の形態におけるコアの層数を約２倍
とし、コア形成にＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いた。
態では、第１の実施の形態におけるコアの層数を約２倍
とし、コア形成にＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いた。
【００３５】図４に示すコア２３の平均比屈折率差が
０．７５％、寸法が６μｍ×６μｍ、多層構造による複
屈折値Ｂが−２．３×１０-4となるように、導波路のモ
ード解析を行い、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３
ｂの比屈折率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層２３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．２０５μｍ、Ｎ＝１１ 第２コア層２３ｂ Δ＝０％、ｔ＝０．３７５μｍ、Ｎ＝１０ と設定した。
０．７５％、寸法が６μｍ×６μｍ、多層構造による複
屈折値Ｂが−２．３×１０-4となるように、導波路のモ
ード解析を行い、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３
ｂの比屈折率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層２３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．２０５μｍ、Ｎ＝１１ 第２コア層２３ｂ Δ＝０％、ｔ＝０．３７５μｍ、Ｎ＝１０ と設定した。
【００３６】導波路の製造工程は、図５の（ａ）におい
て基板２１としてシリコン基板を用い、基板２１上に下
部クラッド２２−１を火炎堆積法により形成した後、第
１コア層２０３ａ及び第２コア層２０３ｂを交互にＥＣ
Ｒ−ＣＶＤにより堆積した。第１コア層２０３ａには、
屈折率を高くするためにＧｅＯ2をドープしている。
（ｂ）及び（ｃ）の工程は第１の実施の形態の場合と同
じである。
て基板２１としてシリコン基板を用い、基板２１上に下
部クラッド２２−１を火炎堆積法により形成した後、第
１コア層２０３ａ及び第２コア層２０３ｂを交互にＥＣ
Ｒ−ＣＶＤにより堆積した。第１コア層２０３ａには、
屈折率を高くするためにＧｅＯ2をドープしている。
（ｂ）及び（ｃ）の工程は第１の実施の形態の場合と同
じである。
【００３７】第１の実施の形態と同様に、図２に示した
アレー導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定し
た。損失スペクトルは、第１の実施の形態の場合と同様
にＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほぼ一致
していた。ＴＥモードに比べてＴＭモードの方が若干長
波長側に位置し、ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が
低くなるピーク波長のシフトは０．０１ｎｍ以下となっ
ていた。波長シフトから複屈折値Ｂは１×１０-5以下と
見積もれ、本発明の導波路構造にて導波路の複屈折をほ
ぼ解消できることがわかる。
アレー導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定し
た。損失スペクトルは、第１の実施の形態の場合と同様
にＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほぼ一致
していた。ＴＥモードに比べてＴＭモードの方が若干長
波長側に位置し、ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が
低くなるピーク波長のシフトは０．０１ｎｍ以下となっ
ていた。波長シフトから複屈折値Ｂは１×１０-5以下と
見積もれ、本発明の導波路構造にて導波路の複屈折をほ
ぼ解消できることがわかる。
【００３８】［実施の形態３］本発明の第３の実施の形
態では、第１の実施の形態におけるコアの平均比屈折率
差を１．５１％とし、コア形成にスパッタ装置を用い
た。
態では、第１の実施の形態におけるコアの平均比屈折率
差を１．５１％とし、コア形成にスパッタ装置を用い
た。
【００３９】図４に示すコア２３の比屈折率差が１．５
１％、寸法が４×４μｍ、多層構造による複屈折値Ｂが
−２．３×１０-4となるように、導波路のモード解析を
行い、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂの比屈折
率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層２３ａ Δ＝１．９１％、ｔ＝０．４２０μｍ、Ｎ＝７ 第２コア層２３ｂ Δ＝０．３７％、ｔ＝０．１７７μｍ、Ｎ＝６ と設定した。
１％、寸法が４×４μｍ、多層構造による複屈折値Ｂが
−２．３×１０-4となるように、導波路のモード解析を
行い、第１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂの比屈折
率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層２３ａ Δ＝１．９１％、ｔ＝０．４２０μｍ、Ｎ＝７ 第２コア層２３ｂ Δ＝０．３７％、ｔ＝０．１７７μｍ、Ｎ＝６ と設定した。
【００４０】導波路の製造工程は、図５の（ａ）におい
て基板２１としてシリコン基板を用い、基板２１上に下
部クラッド２２−１を火炎堆積法により形成した後、第
１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂを交互にスパッタ
により堆積した。第１コア層２３ａには、屈折率を高く
するためにＧｅＯ2をドープしている。（ｂ）及び
（ｃ）の工程は第１の実施の形態の場合と同じである。
て基板２１としてシリコン基板を用い、基板２１上に下
部クラッド２２−１を火炎堆積法により形成した後、第
１コア層２３ａ及び第２コア層２３ｂを交互にスパッタ
により堆積した。第１コア層２３ａには、屈折率を高く
するためにＧｅＯ2をドープしている。（ｂ）及び
（ｃ）の工程は第１の実施の形態の場合と同じである。
【００４１】第１の実施の形態と同様に、図２に示した
アレー導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定し
た。損失スペクトルは、第１、第２の実施の形態の場合
と同様にＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほ
ぼ一致していた。ＴＭモードに比べてＴＥモードの方が
若干長波長側に位置し、ＴＥモードとＴＭモードで最も
損失が低くなるピーク波長のシフトは０．０１ｎｍ以下
となっていた。波長シフトから複屈折値Ｂは１×１０-5
以下と見積もれ、コアの平均比屈折率差に関係なく、本
発明の導波路構造にて導波路の複屈折をほぼ解消できる
ことがわかる。
アレー導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定し
た。損失スペクトルは、第１、第２の実施の形態の場合
と同様にＴＥモードとＴＭモードの損失スペクトルがほ
ぼ一致していた。ＴＭモードに比べてＴＥモードの方が
若干長波長側に位置し、ＴＥモードとＴＭモードで最も
損失が低くなるピーク波長のシフトは０．０１ｎｍ以下
となっていた。波長シフトから複屈折値Ｂは１×１０-5
以下と見積もれ、コアの平均比屈折率差に関係なく、本
発明の導波路構造にて導波路の複屈折をほぼ解消できる
ことがわかる。
【００４２】［実施の形態４］本発明の第４の実施の形
態では、基板に石英基板を用い、コアを基板に垂直とな
る方向で多層構造となるようにした。石英基板上に図１
に示した従来の導波路を作製した場合、ＴＥモードと比
較したＴＭモードの実効屈折率の値は、上記実施の形態
とは逆に小さくなっており、複屈折値Ｂが−２．１×１
０-4となる負の値であった。また、図２に示したアレー
導波路格子を作製すると、損失スペクトルはＴＭモード
に比べてＴＥモードが長波長側にシフトした。それゆ
え、コアを基板に垂直となる方向に多層化した。
態では、基板に石英基板を用い、コアを基板に垂直とな
る方向で多層構造となるようにした。石英基板上に図１
に示した従来の導波路を作製した場合、ＴＥモードと比
較したＴＭモードの実効屈折率の値は、上記実施の形態
とは逆に小さくなっており、複屈折値Ｂが−２．１×１
０-4となる負の値であった。また、図２に示したアレー
導波路格子を作製すると、損失スペクトルはＴＭモード
に比べてＴＥモードが長波長側にシフトした。それゆ
え、コアを基板に垂直となる方向に多層化した。
【００４３】図７は本発明の光導波路の第４の実施の形
態を示すもので、基板３１には石英基板を用い、クラッ
ド３２及びコア３３は石英系ガラスにより形成してい
る。ここで、コア３３は、第１コア層３３ａ及び第２コ
ア層３３ｂをそれぞれ複数、基板３１に対して垂直に交
互に積層した多層構造を備えている。
態を示すもので、基板３１には石英基板を用い、クラッ
ド３２及びコア３３は石英系ガラスにより形成してい
る。ここで、コア３３は、第１コア層３３ａ及び第２コ
ア層３３ｂをそれぞれ複数、基板３１に対して垂直に交
互に積層した多層構造を備えている。
【００４４】コア３３の平均比屈折率差が０．７５％、
寸法が６μｍ×６μｍ、多層構造による複屈折値Ｂが＋
２×１０-4となるように導波路のモード解析を行い、コ
ア３３の第１コア層３３ａ及び第２コア層３３ｂの比屈
折率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層３３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．７５μｍ、Ｎ＝３ 第２コア層３３ｂ Δ＝０％、ｔ＝１．８８μｍ、Ｎ＝２ と設定した。
寸法が６μｍ×６μｍ、多層構造による複屈折値Ｂが＋
２×１０-4となるように導波路のモード解析を行い、コ
ア３３の第１コア層３３ａ及び第２コア層３３ｂの比屈
折率Δ、層厚ｔ、層数Ｎを 第１コア層３３ａ Δ＝２％、ｔ＝０．７５μｍ、Ｎ＝３ 第２コア層３３ｂ Δ＝０％、ｔ＝１．８８μｍ、Ｎ＝２ と設定した。
【００４５】図８は本実施の形態の光導波路の製造工程
を示すもので、以下、工程順に説明する。
を示すもので、以下、工程順に説明する。
【００４６】（ａ）基板３１として石英基板を用い、基
板３１上に下部クラッド３２−１用ガラス微粒子層及び
第１コア層３０３ａ用ガラス微粒子を火炎堆積法により
堆積し、電気炉にて透明ガラス化した。
板３１上に下部クラッド３２−１用ガラス微粒子層及び
第１コア層３０３ａ用ガラス微粒子を火炎堆積法により
堆積し、電気炉にて透明ガラス化した。
【００４７】（ｂ）第１コア層３０３ａの不要部分を反
応性イオンエッチング法により除去して、短冊状の第１
コア層３３ａを形成する。
応性イオンエッチング法により除去して、短冊状の第１
コア層３３ａを形成する。
【００４８】（ｃ）第１コア層３３ａを覆うように下部
クラッド３２−１と同等の屈折率を有する上部クラッド
３２−２を形成する。上部クラッド３２−２の形成に
は、再度、火炎堆積法によりガラス微粒子層を堆積し、
電気炉で加熱した。上部クラッド３２−２を形成するこ
とで短冊状の第１コア層３３ａが埋め込まれ、第２コア
層３３ｂが形成され、コア３３が多層構造となる。
クラッド３２−１と同等の屈折率を有する上部クラッド
３２−２を形成する。上部クラッド３２−２の形成に
は、再度、火炎堆積法によりガラス微粒子層を堆積し、
電気炉で加熱した。上部クラッド３２−２を形成するこ
とで短冊状の第１コア層３３ａが埋め込まれ、第２コア
層３３ｂが形成され、コア３３が多層構造となる。
【００４９】この光導波路により、図２に示したアレー
導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定した。ＴＥ
モードとＴＭモードの損失スペクトルはほぼ一致し、Ｔ
Ｍモードに比べてＴＥモードの方が若干長波長側に位置
し、ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が低くなるピー
ク波長のシフトは約０．０５ｎｍであった。それぞれの
モードのピーク波長での他のモードの損失増加は約０．
５ｄＢであった。波長シフトから複屈折値Ｂは約５×１
０-5と見積もれ、本発明の導波路構造にて導波路の複屈
折を小さくできることがわかる。
導波路格子を作製し、損失スペクトルを測定した。ＴＥ
モードとＴＭモードの損失スペクトルはほぼ一致し、Ｔ
Ｍモードに比べてＴＥモードの方が若干長波長側に位置
し、ＴＥモードとＴＭモードで最も損失が低くなるピー
ク波長のシフトは約０．０５ｎｍであった。それぞれの
モードのピーク波長での他のモードの損失増加は約０．
５ｄＢであった。波長シフトから複屈折値Ｂは約５×１
０-5と見積もれ、本発明の導波路構造にて導波路の複屈
折を小さくできることがわかる。
【００５０】本実施の形態では、基板３１として石英基
板を用いているので、図９に示すように、コア３３を基
板３１上に直接形成するようになしても同様な効果が得
られる。この場合、クラッド３２’は前述した製造工程
における上部クラッド３２−２のみから構成されること
になり、製造工程において下部クラッドを形成する必要
はない。
板を用いているので、図９に示すように、コア３３を基
板３１上に直接形成するようになしても同様な効果が得
られる。この場合、クラッド３２’は前述した製造工程
における上部クラッド３２−２のみから構成されること
になり、製造工程において下部クラッドを形成する必要
はない。
【００５１】本発明では、コアの平均屈折率、寸法、多
層構造による複屈折値を、コアの各層の屈折率、厚さ、
層数により調整すれば良い。それゆえ、上述した実施の
形態のコアの平均屈折率、寸法、多層構造による複屈折
値、コアの各層の屈折率、厚さ、層数に限定されるもの
でない。
層構造による複屈折値を、コアの各層の屈折率、厚さ、
層数により調整すれば良い。それゆえ、上述した実施の
形態のコアの平均屈折率、寸法、多層構造による複屈折
値、コアの各層の屈折率、厚さ、層数に限定されるもの
でない。
【００５２】上記実施の形態では、導波路の複屈折の絶
対値が１〜５×１０-5となるようにしたが、実施の形態
で用いたアレー導波路格子において、一方のモードで最
も損失が低くなるピーク波長での他方のモードの損失増
加を従来の１／１０程度以下とすれば、複屈折の絶対値
を１×１０-4以下となるようにすれば良い。
対値が１〜５×１０-5となるようにしたが、実施の形態
で用いたアレー導波路格子において、一方のモードで最
も損失が低くなるピーク波長での他方のモードの損失増
加を従来の１／１０程度以下とすれば、複屈折の絶対値
を１×１０-4以下となるようにすれば良い。
【００５３】また、上記実施の形態では、火炎堆積、Ｅ
ＣＲ−ＣＶＤ、スパッタによりコアを形成したが、作製
法に限定されるものではなく、他の石英ガラスによる多
層構造を形成できる手段、例えばプラズマＣＶＤ等によ
り形成しても導波路複屈折を低減・解消できる。また、
屈折率を調整するのにＧｅＯ2を用いたが、屈折率を所
望の値に設定できれば良いので、ＴｉＯ2等、他のドー
パントを適用しても良い。さらに、導波路材料として石
英系ガラスを用いたが、屈折率の異なる層を多層化でき
れば良く、他のガラス系材料、高分子材料等にも適用で
きる。
ＣＲ−ＣＶＤ、スパッタによりコアを形成したが、作製
法に限定されるものではなく、他の石英ガラスによる多
層構造を形成できる手段、例えばプラズマＣＶＤ等によ
り形成しても導波路複屈折を低減・解消できる。また、
屈折率を調整するのにＧｅＯ2を用いたが、屈折率を所
望の値に設定できれば良いので、ＴｉＯ2等、他のドー
パントを適用しても良い。さらに、導波路材料として石
英系ガラスを用いたが、屈折率の異なる層を多層化でき
れば良く、他のガラス系材料、高分子材料等にも適用で
きる。
【００５４】また、上記実施の形態では、コアの多層構
造のみで、従来の構造で生じていた導波路複屈折を低減
しているが、従来の技術で述べたコアを覆うクラッドの
ドーパント材料・ドープ量を調整した導波路の複屈折の
低減方法と組み合わせることもできる。
造のみで、従来の構造で生じていた導波路複屈折を低減
しているが、従来の技術で述べたコアを覆うクラッドの
ドーパント材料・ドープ量を調整した導波路の複屈折の
低減方法と組み合わせることもできる。
【００５５】また、上記実施の形態では、光回路として
アレー導波路格子を用いたが、Ｙ分岐、方向性結合器、
ＭＭＩ、マッハ・ツェンダ干渉計型光合分波器等、従来
の導波路構造にて形成できる全ての光回路に、本発明の
導波路構造を適用できることはいうまでもない。
アレー導波路格子を用いたが、Ｙ分岐、方向性結合器、
ＭＭＩ、マッハ・ツェンダ干渉計型光合分波器等、従来
の導波路構造にて形成できる全ての光回路に、本発明の
導波路構造を適用できることはいうまでもない。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路複屈折を解消あるいは小さくでき、光回路の偏波
依存性を解消あるいは小さくすることができる。また、
上述したように、本発明ではコアを多層構造とするのみ
で、従来の導波路の製造方法を適用することができるの
で、従来の他の偏波依存性の解消技術の課題であった製
造歩留まり、量産性、光学特性、信頼性を落とすことな
く光回路を作製でき、低価格、高性能、高信頼性の実用
的な光回路を提供することができる。
導波路複屈折を解消あるいは小さくでき、光回路の偏波
依存性を解消あるいは小さくすることができる。また、
上述したように、本発明ではコアを多層構造とするのみ
で、従来の導波路の製造方法を適用することができるの
で、従来の他の偏波依存性の解消技術の課題であった製
造歩留まり、量産性、光学特性、信頼性を落とすことな
く光回路を作製でき、低価格、高性能、高信頼性の実用
的な光回路を提供することができる。
【図１】従来の光導波路の構造を示す説明図
【図２】アレー導波路格子の構成図
【図３】従来の導波路構造で作製したアレー導波路格子
の損失スペクトルを示す図
の損失スペクトルを示す図
【図４】本発明の光導波路の第１、第２及び第３の実施
の形態を示す説明図
の形態を示す説明図
【図５】本発明の光導波路の第１、第２及び第３の実施
の形態における製造工程を示す説明図
の形態における製造工程を示す説明図
【図６】本発明の第１の実施の形態によるアレー導波路
格子の損失スペクトルを示す図
格子の損失スペクトルを示す図
【図７】本発明の光導波路の第４の実施の形態を示す説
明図
明図
【図８】本発明の光導波路の第４の実施の形態における
製造工程を示す説明図
製造工程を示す説明図
【図９】本発明の光導波路の第４の実施の形態の変形例
を示す説明図
を示す説明図
２１，３１：基板、２２，３２，３２’：クラッド、２
３，３３：コア、２３ａ，３３ａ：第１コア層、２３
ｂ，３３ｂ：第２コア層。
３，３３：コア、２３ａ，３３ａ：第１コア層、２３
ｂ，３３ｂ：第２コア層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井藤 幹隆 東京都千代田区大手町２丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 金子 明正 東京都千代田区大手町２丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岡本 勝就 東京都千代田区大手町２丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小熊 学 東京都千代田区大手町２丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA18 QA02 QA04 TA00
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上にクラッド及びコアが形成されて
なる光導波路において、 コアを、基板面におおよそ平行で、少なくとも３層以上
から成り、隣接する層の屈折率が互いに異なる多層構造
としたことを特徴とする光導波路。 - 【請求項２】 基板がシリコン基板であり、光導波路が
石英系ガラスであることを特徴とする請求項１記載の光
導波路。 - 【請求項３】 基板上にクラッド及びコアが形成されて
なる光導波路において、 コアを、基板面におおよそ垂直で、少なくとも３層以上
から成り、隣接する層の屈折率が互いに異なる多層構造
としたことを特徴とする光導波路。 - 【請求項４】 基板が石英基板であり、光導波路が石英
系ガラスであることを特徴とする請求項３記載の光導波
路。 - 【請求項５】 屈折率が高い層と低い層とを交互に配置
した多層構造としたことを特徴とする請求項１乃至４い
ずれか記載の光導波路。 - 【請求項６】 請求項１乃至５いずれか記載の光導波路
により形成されたことを特徴とする光回路。 - 【請求項７】 光合分波器であることを特徴とする請求
項６記載の光回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030762A JP2001221924A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 光導波路およびそれを用いた光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030762A JP2001221924A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 光導波路およびそれを用いた光回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001221924A true JP2001221924A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18555737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000030762A Pending JP2001221924A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 光導波路およびそれを用いた光回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001221924A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660822B1 (ko) | 2004-09-13 | 2006-12-26 | 최환수 | 휴대 단말기의 표시장치를 이용한 정보 전달 시스템 및 그방법 |
| CN114153030A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-08 | 黄山博蓝特半导体科技有限公司 | 多层介质光波导结构及其制造方法 |
-
2000
- 2000-02-08 JP JP2000030762A patent/JP2001221924A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100660822B1 (ko) | 2004-09-13 | 2006-12-26 | 최환수 | 휴대 단말기의 표시장치를 이용한 정보 전달 시스템 및 그방법 |
| CN114153030A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-08 | 黄山博蓝特半导体科技有限公司 | 多层介质光波导结构及其制造方法 |
| CN114153030B (zh) * | 2021-12-08 | 2024-06-18 | 黄山博蓝特半导体科技有限公司 | 多层介质光波导结构及其制造方法 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040326 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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