JP2001343542A - 交差光導波路 - Google Patents

交差光導波路

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JP2001343542A
JP2001343542A JP2000166492A JP2000166492A JP2001343542A JP 2001343542 A JP2001343542 A JP 2001343542A JP 2000166492 A JP2000166492 A JP 2000166492A JP 2000166492 A JP2000166492 A JP 2000166492A JP 2001343542 A JP2001343542 A JP 2001343542A
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JP
Japan
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optical waveguide
crossed
core
glass
vertex
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JP2000166492A
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Hiroaki Okano
広明 岡野
Keiichi Higuchi
恵一 樋口
Nobuaki Kitano
延明 北野
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失、偏波無依存性の交差部を有する交差
光導波路を提供する。 【解決手段】 コア11−1、11−2の側壁同士が交
差してできる四つの交差点12−1〜12−4に、各交
差点12−1〜12−4を頂点とし、かつ各頂点12−
1〜12−4の両側の側壁13−1〜13−8に沿った
辺を二辺とする三角形部14−1〜14−4を形成する
ことにより、オーバーハング同士の接触が回避され、交
差コアパターンのコア11−1、11−2に対して完全
にクラッドガラス膜4で覆うことができる。この結果、
低損失、偏波無依存性の交差部を有する交差光導波路1
0が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石英基板上に、矩
形断面形状のコアを互いに交差させた交差コアパターン
を形成し、交差コアパターンをクラッドガラスで覆った
交差光導波路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は交差光導波路の従来例を示す平面
図であり、図4は図3のA−A線断面図である。
【0003】この交差光導波路1は、石英ガラス基板2
上に矩形断面形状で光が伝搬する幅aのコア3−1、3
−2を互いに交差させた交差コアパターンが、コア3−
1、3−2よりも屈折率の低いクラッドガラス4で覆わ
れたものである。
【0004】図5(a)〜(f)は図3に示した交差光
導波路の製造工程を示す図である。
【0005】石英ガラス基板2上に、電子ビーム蒸着
法、RFスパッタリング法、プラズマCVD法のいずれ
かの方法により厚さaμmのコアガラス膜3aを形成す
る(図5(a))。
【0006】コア膜3a上に光回路のフォトマスクとな
る金属膜5aを形成し(図5(b))、金属膜5aの上
にフォトリソグラフィ技術によってレジストからなる交
差コアパターン6−1、6−2を形成する(図5
(c))。
【0007】反応性イオンエッチングによって金属膜5
aをエッチングし、金属マスク5−1、5−2を形成す
る(図5(d))。
【0008】金属マスク5−1、5−2をフォトマスク
としてフォトリソグラフィ技術によりコアガラス膜3a
をエッチングし、コア3−1、3−2の交差コアパター
ンを形成する(図5(e))。
【0009】コア3−1、3−2の屈折率を安定化させ
るため、熱処理を行い、石英ガラス基板2及び交差コア
パターンを覆うようにプラズマCVD法或いはRFスパ
ッタリング法によりクラッドガラス4を形成することに
より交差光導波路1が得られる(図5(f))。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したク
ラッドガラスを形成する際に、光導波路の特性の主要な
パラメータである偏波依存性をできるだけ小さくするに
は、ドーパントを含まないSiO2 組成のみのクラッド
ガラスが望まれる。このクラッドガラスの形成方法とし
ては、プラズマCVD法あるいはRFスパッタリング法
が有効である。
【0011】しかしながら、交差部を有するコアパター
ンをプラズマCVD法あるいはRFスパッタリング法に
よりクラッドガラスで覆う場合、交差部付近、すなわち
コアとコアの間隔の狭い部分とを完全にクラッドガラス
で覆うことは困難である。この要因としては、両者の成
膜方法とも、コアパターンに入射するイオンが斜め方向
から入射する確率が高いことが挙げられる。
【0012】このため、矩形断面形状のコアの角部にオ
ーバーハングが形成されやすく、成膜が進行すると、交
差部付近ではこのオーバーハング同士の接触が起こり、
埋め込み不良が発生する。この埋め込み不良は、伝搬損
失を始めとする様々な光学特性を劣化させる要因とな
る。例えば、単純に長さ5cmの直線部を有するコアパ
ターンに対してプラズマCVD法によりクラッドガラス
で覆った光導波路の挿入損失を測定した結果、0.2d
Bであった。
【0013】しかし、1個の交差部を有するコアパター
ンに対してプラズマCVD法によりクラッドガラスで覆
った光導波路の挿入損失を測定した結果、1.0dBと
大きく、交差部を切断して断面を観察すると、クラッド
ガラスの埋め込みが不十分であるため、ボイドが発生す
るという問題があった。
【0014】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、低損失、偏波無依存性の交差部を有する交差光導波
路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の交差光導波路は、石英基板上に、光が伝搬す
る矩形断面形状のコアが互いに交差した交差コアパター
ンが形成され、交差コアパターンがクラッドガラスで覆
われた交差光導波路において、コアの側壁同士が交差し
てできる四つの交差点に、各交差点を頂点とし、かつ各
頂点の両側の側壁に沿った辺を二辺とする三角形部が形
成されているものである。
【0016】上記構成に加え本発明の交差光導波路の三
角形部は、コア幅aと、頂点から頂点に対向する辺にお
ろした垂線の長さbとの関係が数1式
【0017】
【数1】0.2≦b/a≦0.5 を満足するのが好ましい。
【0018】上記構成に加え本発明の交差光導波路のコ
アは、石英ガラスよりも屈折率が高くなる金属元素を1
種類添加したSiO2 ガラスを電子ビーム蒸着法、RF
スパッタリング法あるいはプラズマCVD法を用いて5
00℃以下で成膜した後、1000℃〜1200℃の温
度範囲で加熱処理が施されたものであるのが好ましい。
【0019】上記構成に加え本発明の交差光導波路のク
ラッドガラスは、プラズマCVD法あるいはRFスパッ
タリング法を用いて500℃以下で成膜した後、所望の
屈折率にするため1000℃〜1200℃の温度範囲で
加熱処理が施されたものであるのが好ましい。
【0020】本発明によれば、コアの側壁同士が交差し
てできる四つの交差点に、各交差点を頂点とし、かつ各
頂点の両側の側壁に沿った辺を二辺とする三角形部を形
成することにより、オーバーハング同士の接触が回避さ
れ、交差コアパターンに対して完全にクラッドガラスで
覆うことができる。この結果、低損失、偏波無依存性の
交差部を有する交差光導波路が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0022】図1は本発明の交差光導波路の一実施の形
態を示す平面図である。なお、図3、4に示した従来例
と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0023】本交差光導波路10は、石英ガラス基板2
上に、光が伝搬する矩形断面形状のコア11−1、11
−2が互いに交差した交差コアパターンがクラッドガラ
ス4で覆われており、コア11−1、11−2の側壁同
士が交差してできる四つの交差点12−1〜12−4
に、各交差点12−1〜12−4を頂点とし、かつ各頂
点12−1〜12−4の両側の側壁13−1〜13−8
に沿った辺を二辺とする三角形部14−1〜14−4が
形成されたものである。
【0024】三角形部14−1〜14−4は、コア幅a
と、頂点12−1〜12−4から頂点12−1〜12−
4に対向する辺(対辺)15−1〜15−4におろした
垂線の長さbとの関係が数1式
【0025】
【数1】0.2≦b/a≦0.5 を満足するのが好ましい。
【0026】このように構成したことで、コア11−
1、11−2の角部におけるオーバーハング同士の接触
が回避され、交差コアパターンに対して完全にクラッド
ガラス4で覆うことができる。この結果、低損失、偏波
無依存性の交差部を有する交差光導波路10が得られ
る。
【0027】
【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
【0028】(実施例)図2(a)〜(f)は図1に示
した交差導波路の製造工程図である。
【0029】外径101.6mm(4インチ)、厚さ約
1mmの石英基板2上に、電子ビーム蒸着法により、T
iO2 −SiO2 のコアガラス膜11aを成膜温度35
0℃で形成する(図2(a))。
【0030】コアガラス膜11a上にエッチングマスク
となるWSi膜16aをスパッタリング法で形成する
(図2(b))。
【0031】ホトリソグラフィ技術により交差部4箇所
に三角形部を有するレジストからなる交差コアパターン
17−1、17−2をWSi膜16a上に形成する(図
2(c))。
【0032】反応性イオンエッチングを用いて、WSi
膜16aをエッチングし、WSiマスク16−1、16
−2を形成する(図2(d))。
【0033】WSiマスク16−1、16−2をフォト
マスクとして、交差部の4箇所に図1に示す三角形部1
4−1〜14−4を有する交差導波路パターンを形成す
る(図2(e))。
【0034】ここで、図1に示す交差導波路パターンの
コア11−1、11−2の幅aを8μmとし、コア11
−1、11−2の交差点の頂点12−1〜12−4から
対辺15−1〜15−4に長さ4μmの垂線をおろした
位置に三角形部14−1〜14−4を形成する。垂線の
長さbとコア幅aとの比率b/aは0.50である。
【0035】さらに、コア11−1、11−2の屈折率
を安定化させるために、温度を約1100℃とし、酸素
雰囲気中で熱処理を行い、所望の屈折率とする。
【0036】次に交差コアパターンのコア11−1、1
1−2を覆うように、プラズマCVD法により、純粋S
iO2 ガラス膜を形成して屈折率を安定化させるため
に、温度を約1100℃とし、酸素雰囲気中で熱処理を
行いクラッドガラス4とすることにより交差光導波路1
0が得られる。クラッドガラス4の厚さは20μmであ
る(図2(f))。
【0037】次に本実施例の交差導波路の挿入損失を調
べた。
【0038】長さ5cmの直線部だけを有するコアパタ
ーンに対してプラズマCVD法によりクラッドガラスで
覆った光導波路の挿入損失を測定した結果、0.2dB
であった。
【0039】次に、1個の交差部を有する交差光導波路
の挿入損失を測定した結果、同じく0.2dBと直線光
導波路と同じ値が得られた。また、確認のため、交差部
付近、すなわち、コアとコアの間隔の狭い部分とを切断
してその断面を観察すると、ボイドの発生もなく完全に
クラッドガラスで覆われていた。
【0040】(比較例1)図1に示すように、交差コア
パターンのコア幅を8μmとし、コアパターンの側壁の
交差点から長さ1μmの垂線をおろした位置に三角形部
を形成した点以外は実施例と同様に作製した。垂線の長
さとコア幅との比率は0.125である。
【0041】次に実施例で製造した交差部を有する交差
光導波路の挿入損失を調べた。
【0042】まず、長さ5cmの直線部だけを有するコ
アパターンに対してプラズマCVD法によりクラッドガ
ラスで覆った光導波路の挿入損失を測定した結果、0.
2dBであった。
【0043】次に1個の交差部を有する交差光導波路の
挿入損失を測定した結果、実施例とは異なり、0.7d
Bと大きくなった。その要因を調べるために交差部付
近、すなわち、コアとコアの間隔の狭い部分とを切断し
てその断面を観察すると、若干のボイドの発生が見られ
た。これは、クラッドガラスの埋め込みが不十分である
ためであり、交差部4箇所に形成された三角形部の高さ
が不十分であることが考えられる。
【0044】(比較例2)図1に示すように交差コアパ
ターンのコア幅を8μm、コア交差点部から長さ8μm
の垂線をおろした位置に三角形部を形成した点以外は全
て、実施例1と同様に作製した。垂線の長さとコア幅と
の比率は1.00である。
【0045】次に本実施例で作製した交差部を有する光
導波路の挿入損失を測定した。まず、長さ5cmの直線
部だけを有するコアパターンに対してプラズマCVD法
によりクラッドガラスで埋め込んだ光導波路の挿入損失
を測定した結果、0.2dBであった。
【0046】次に、1個の交差部を有する光導波路の挿
入損失を測定した結果、実施例とは異なり、0.5dB
と大きくなった。その要因を調べるために交差部付近、
すなわち、コアとコアの間隔の狭い部分とを切断してそ
の断面を観察すると、ボイドの発生もなく完全にクラッ
ドガラスで埋め込まれていた。従って、挿入損失の増加
要因は、クラッドガラスの埋め込みの問題ではなく、交
差導波路に形成した三角形部より光が放射し、損失とな
ったものと考えられる。
【0047】以上において、コアパターンの交差点4箇
所より、ある長さの垂線をおろした位置に三角形部を形
成することでオーバーハング同士の接触を回避し、コア
を互いに交差させた交差コアパターンに対して、完全に
クラッドガラスで埋め込むことを可能にし、低損失、偏
波無依存性の交差部を有する光導波路が実現できる。
【0048】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0049】低損失、偏波無依存性の交差部を有する交
差光導波路の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の交差光導波路の一実施の形態を示す平
面図である。
【図2】(a)〜(f)は図1に示した交差導波路の製
造工程図である。
【図3】交差光導波路の従来例を示す平面図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】(a)〜(f)は図3に示した交差光導波路の
製造工程を示す図である。
【符号の説明】
2 石英ガラス基板 4 クラッドガラス 10 交差光導波路 11−1、11−2 コア 14−1〜14−4 三角形部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 延明 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KB01 LA11 PA03 PA04 PA05 PA12 PA24 QA04 TA11 TA31 TA42 TA44

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英基板上に、光が伝搬する矩形断面形
    状のコアが互いに交差した交差コアパターンが形成さ
    れ、該交差コアパターンがクラッドガラスで覆われた交
    差光導波路において、上記コアの側壁同士が交差してで
    きる四つの交差点に、各交差点を頂点とし、かつ各頂点
    の両側の側壁に沿った辺を二辺とする三角形部が形成さ
    れていることを特徴とする交差光導波路。
  2. 【請求項2】 上記三角形部は、コア幅aと、頂点から
    頂点に対向する辺におろした垂線の長さbとの関係が数
    1式 【数1】0.2≦b/a≦0.5 を満足する請求項1に記載の交差光導波路。
  3. 【請求項3】 上記コアは、石英ガラスよりも屈折率が
    高くなる金属元素を1種類添加したSiO2 ガラスを電
    子ビーム蒸着法、RFスパッタリング法あるいはプラズ
    マCVD法を用いて500℃以下で成膜した後、100
    0℃〜1200℃の温度範囲で加熱処理が施されたもの
    である請求項1または2に記載の交差光導波路。
  4. 【請求項4】 上記クラッドガラスは、プラズマCVD
    法あるいはRFスパッタリング法を用いて500℃以下
    で成膜した後、所望の屈折率にするため1000℃〜1
    200℃の温度範囲で加熱処理が施されたものである請
    求項1から3のいずれかに記載の交差光導波路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2056493A1 (en) 2005-08-31 2009-05-06 Fujitsu Limited Differential multilevel modulated optical signal receiver apparatus
KR101515870B1 (ko) 2008-09-04 2015-05-04 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. 손실을 감소시킨 유전체 도파관 교차부

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