JP2002006160A

JP2002006160A - 光導波路

Info

Publication number: JP2002006160A
Application number: JP2000188682A
Authority: JP
Inventors: Akio Sugama; 明夫菅間; Shigenori Aoki; 重憲青木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路に関し、光結合に起因するクロス・
トークを発生することなく、マルチ・モードの光信号に
依る高品質のデータ伝送を可能にしようとする。【解決手段】光信号が伝搬する主光導波路１に近接し
て光信号が伝搬しない副光導波路２が配設されてなり、
主光導波路１が延在する方向を横切る方向に於ける主光
導波路１の幅に比較して副光導波路２の幅を大にしてあ
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、不要な高次モード
を除去することができ、従って、高品質の光データ転送
が可能な光導波路に関する。

【０００２】光は高速でデータ転送することが可能であ
る為、次世代の高速コンピュータには光配線を導入する
検討がなされている。

【０００３】光に依ってデータを転送する場合、レーザ
などの発光素子からの光を光導波路に入射して伝送し、
光導波路の終端で受光素子に依って電気信号に変換する
構成が基本になっている。

【０００４】光導波路を反射しながら伝搬する光は、決
まった反射角しか取り得ず、それをモードと呼んでい
て、光導波路が例えばサイズなどの構造で決まる値より
細ければ１個のモード、即ち、シングル・モードしか成
立しないが、太い光導波路では複数のモード、即ち、マ
ルチ・モードで光が伝搬する。

【０００５】図１０はマルチ・モードで光が伝搬する場
合の遅延について説明する説明図であり、（Ａ）に見ら
れるように、光は導波路を反射しながらジグザクに伝搬
し、マルチ・モードでは複数の角度で伝搬する為、同じ
距離を伝搬する場合でも、角度ごとに実質的な伝搬距離
は異なってしまう。

【０００６】その為、マルチ・モードの出力信号は到達
時間が異なる複数の光信号の合成として得られ、鈍り、
即ち、マルチ・モード遅延が発生するので長距離の高速
伝送には向いていない。

【０００７】モードの状態を表現するには幾つかの手段
があり、ここでは等価屈折率ｎ_effを用いて説明するこ
ととし、これは、光の伝搬方向の成分を屈折率で表現し
たものであり、光導波路のコアの屈折率をｎ１、クラッ
ドの屈折率をｎ２とした時、ｎ１＞ｎ_eef＞ｎ２の関係
があり、基本モードのｎ_eefが最もｎ１に近い値とな
り、また、モードの次数が大きくなるほどｎ_eefはｎ２
に近くなる。

【０００８】一般に、シングル・モードは、基本モード
のみが成立する為、高速伝送が可能であるが、次ぎに挙
げる欠点をもっている。即ち、細い光導波路が必要である為、高精度の加工技術が
必要となる。レーザから光導波路へ入射した光の一部しか伝搬し
ない為、効率が悪い。である。

【０００９】従って、装置内の光回路や短距離伝送など
の用途では、マルチ・モードを用いることが多い。

【００１０】ところで、高速コンピュータ内に光配線を
導入する場合、複数の光導波路が入り組んだ高密度の光
配線網とならざるを得ず、並行した光導波路では、光エ
ネルギが一方から他方に移行する光結合と呼ばれる現象
が発生し、この為、高密度光配線では、光結合か発生し
易い条件が揃っていて、光信号が隣の光導波路に移行す
るクロス・トークの原因となる。

【００１１】クロス・トークを回避する最も簡単な対策
は、光導波路の間隔を空けることであるが、これは光配
線を高密度化する要求とは逆行することになるから、そ
の手段を採用するにも限界がある。

【００１２】しかも、マルチ・モードに於いては、モー
ド毎に光結合の起こり易さが異なっていて、基本モード
が最も光結合が起こり難く、モードが高次になる程、光
結合が起こり易いので、最もｎ_effが小さい、従って、
クラッド屈折率に近い最高次のモードでは、間隔を大き
く空けなければ光結合が、従って、クロス・トークが発
生する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、光結合に
起因するクロス・トークを発生することなく、マルチ・
モードの光信号に依る高品質のデータ伝送を可能にしよ
うとする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、光信号を伝
送する主光導波路に主光導波路方向へは光信号を伝送し
ない副光導波路を近接且つ平行して設置する構成が基本
になっている。

【００１５】前記手段を採ることに依り、光信号を伝送
する主光導波路に於いて、任意に選定した次数を越える
高次モードを効率良く遮断し、光導波路間のクロス・ト
ークを抑制され、また、図１０（Ｂ）に見られる破線で
示された到達時間の遅い光信号を選択的に除去すること
ができる為、マルチ・モード遅延を改善し、高品質の光
信号伝送を実現することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に於ける実施の形態
１を説明する為の光導波路を表す要部説明図であり、
（Ａ）は要部切断斜面を、また、（Ｂ）は要部切断側面
をそれぞれ示している。

【００１７】図に於いて、１は主光導波路、２は主光導
波路に比較して短く且つ幅が広い副光導波路をそれぞれ
示し、主光導波路１及び副光導波路２はコアに相当する
ものであって、それ等はクラッドに相当する材料内に近
接且つ平行するように埋め込まれた状態に在る。但し、
副光導波路２は主光導波路１方向へは光信号を伝送しな
い。

【００１８】実施の形態１に於ける副光導波路２の長
さ、幅、厚み、主光導波路１との間隔などは、コンピュ
ータ・シミュレーションを利用して、基本モードでは光
結合が発生しないか、或いは、無視できる程度とし、高
次モードでは光結合に依って光エネルギが副光導波路２
に移行するように設定する。

【００１９】このようにすることで、副光導波路２に移
行した高次モードの光は、副光導波路２の端部で放射・
拡散されて失われ、主光導波路１には次数が低い光のみ
が伝搬する。

【００２０】図２は本発明に於ける実施の形態２及び実
施の形態３を説明する為の光導波路を表す要部切断斜面
図であり、（Ａ）は実施の形態２を、また、（Ｂ）は実
施の形態３をそれぞれ示している。尚、図１に於いて用
いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持
つものとする。

【００２１】実施の形態２及び実施の形態３は、高密度
光配線を実現する為、複数の光導波路１が平行して配設
されている例であって、その場合には、副光導波路２を
一枚の平板状にして、製造を容易にすることができ、そ
して、実施の形態３では、主光導波路１の上下両側から
挟むような状態に副光導波路２を近接且つ平行して配設
してある。

【００２２】図３は本発明に於ける実施の形態４を説明
する為の光導波路を表す要部説明図であり、（Ａ）は要
部切断斜面を、また、（Ｂ）は要部切断側面をそれぞれ
示している。尚、図１及び図２に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。

【００２３】実施の形態４の光導波路が、他の実施の形
態の光導波路と相違する点は、副光導波路２が分割され
ている点にあり、このような構成にした場合、基本モー
ドを含む低次モードの損失を少なくすることができる。

【００２４】即ち、副光導波路２が断続している場合、
低次モードとの作用がより少なくなり、高次モードのみ
をより選択的に除去することが可能であり、光導波路シ
ミュレーションに依れば、分割された副光導波路２は低
次モードと相互作用を起こさず、高次モードに対しては
通常の光導波路として振る舞い、光結合に依る光エネル
ギの移行がみられる。

【００２５】更に高次のモードになると、分割された副
光導波路２がミラーのような作用をするので、主光導波
路１を伝搬する光の高次モードは、副光導波路２の作用
に依って伝搬方向とは反対側に反射されて主光導波路１
から抜けてしまう。

【００２６】図４は本発明に於ける実施の形態５及び実
施の形態６を説明する為の光導波路を表す要部切断斜面
図であり、（Ａ）は実施の形態５を、また、（Ｂ）は実
施の形態６をそれぞれ示している。尚、図１乃至図３に
於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ
意味を持つものとする。

【００２７】実施の形態５及び実施の形態６は、実施の
形態２及び実施の形態３と同様、高密度光配線を実現す
る為、複数の光導波路１が平行して配設されている構成
に実施の形態４の構成を採り入れた例である。

【００２８】この場合も、副光導波路２を一枚の平板状
にして、製造を容易にすることができ、また、実施の形
態６では、主光導波路１の上下両側から挟むような状態
に副光導波路２を近接且つ平行して配設してある。

【００２９】ところで、実施の形態５及び実施の形態６
に於いては、複数の副光導波路２が平行に且つ主光導波
路１に直交して配設されている為、光信号の伝送を行う
ことが可能である。

【００３０】この場合、主光導波路１を伝搬する光信号
の高次モードは副光導波路２に依り除去され、副光導波
路２を伝搬する光信号の高次モードは主光導波路１に依
り除去される。

【００３１】また、主光導波路１と副光導波路２とは直
交していることから、一方の光導波路から除去された高
次モードが他方に移行して伝搬することはなく、この構
成を採ることに依って、製造工程と層数を削減すること
ができる。

【００３２】前記のような副光導波路を配設する場所と
しては、先ず第一は、発光素子から主光導波路へ光を入
射させる部分の直後が望ましく、その理由は、早期に入
射光から不要な高次モードを除去し、以後の光の伝搬が
望ましい状態で行われることに依る。

【００３３】第二は、光導波路の曲げ、分岐、交差など
を実現する構造の直前或いは直後の場所であって、直前
の場合、副光導波路で好ましくないモードを除去し、設
計通りの曲げ、分岐、交差を実現し、そして、直後の場
合、曲げ、分岐、交差などの構造で高次モードに変化し
た光を除去するものである。

【００３４】第三は、光導波路から受光素子への光出射
部の直前であり、この場合は、主としてマルチ・モード
遅延の緩和を目的として実施するものである。

【００３５】本発明に依る光導波路に於いて用いる材
料、及び、製造工程などは特殊なものは一切不要であ
り、従来から広く用いられている材料、技法に依って容
易に実現することができる。

【００３６】図５乃至図８は実施の形態３をフッ素化ポ
リイミド樹脂を用いたポリマー光導波路を製造する工程
を説明する為の工程要所に於ける光導波路を表す要部斜
面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
尚、図１乃至図４に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００３７】図５（Ａ）参照５−（１）スピン・コート法を適用することに依り、シリコンから
なる基板１０上にフッ素化ポリイミド樹脂（商品名：Ｏ
ＰＩ−Ｎ３２０５日立化成製）を塗布して温度３５０
〔℃〕で熱硬化させ、厚さが５〔μｍ〕乃至１５〔μ
ｍ〕の下層クラッド層１１を形成する。

【００３８】図５（Ｂ）参照５−（２）スピン・コート法を適用することに依り、下層クラッド
層１１上にフッ素化ポリイミド樹脂（商品名：ＯＰＩ−
Ｎ３４０５日立化成製）を塗布して温度３５０〔℃〕
で熱硬化させ、厚さが１０〔μｍ〕乃至２０〔μｍ〕の
コア層１２を形成する。

【００３９】図６（Ａ）参照６−（１）スパッタリング法を適用することに依り、コア層１２上
に厚さが５０００〔Å〕のアルミニウム層１３を形成す
る。

【００４０】６−（２）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチング・ガスを酸素とするＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖ
ｅｉｏｎｅｔｃｈｉｎｇ）法を適用することに依
り、アルミニウム層１３のエッチングを行って光導波路
パターンを形成する。

【００４１】図６（Ｂ）参照６−（３）エッチング・ガスを酸素とするＲＩＥ法を適用すること
に依り、光導波路パターンのアルミニウム層１３をマス
クとしてコア層１２のエッチングを行って光導波路１
（第一の光導波路）を形成する。

【００４２】図７（Ａ）参照７−（１）例えばリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）系エッチング液中に浸漬
し、コア層１２をエッチングする際のマスクとして用い
たアルミニウム層１３を除去して光導波路１を表出させ
る。

【００４３】図７（Ｂ）参照７−（２）スピン・コート法を適用することに依り、全面にフッ素
化ポリイミド樹脂（商品名：ＯＰＩ−Ｎ３２０５日立
化成製）を塗布して温度３５０〔℃〕で熱硬化させ、厚
さが５〔μｍ〕乃至１５〔μｍ〕の中間クラッド層１４
を形成する。

【００４４】図８（Ａ）参照８−（１）図５乃至図７について説明した工程と全く同じ工程を繰
り返して、中間クラッド層１４上に光導波路２（第二の
光導波路）を形成する。

【００４５】図８（Ｂ）参照８−（２）スピン・コート法を適用することに依り、全面にフッ素
化ポリイミド樹脂（商品名：ＯＰＩ−Ｎ３２０５日立
化成製）を塗布して温度３５０〔℃〕で熱硬化させ、厚
さが５〔μｍ〕乃至１５〔μｍ〕の上層クラッド層１５
を形成する。

【００４６】以上のようにして、実施の形態３の光導波
路が完成されるのであるが、前記製造工程と同じ工程を
採ることに依り、実施の形態１、２、４の光導波路を作
製することがきるのは勿論であり、また、図２（Ｂ）又
は図４（Ｂ）に見られる構成では、前記図５（Ｂ）乃至
図７（Ａ）について説明した工程を繰り返すことで、容
易に三層の光導波路を実現することができる。

【００４７】図９は図１について説明した本発明に於け
る実施の形態１である光導波路をコンピュータ・シミュ
レーションで評価した結果を表す線図であって、横軸に
は等価屈折率を、縦軸には相対光強度をそれぞれ採って
ある。尚、ここで相対光強度は、入力光を１として、出
力光が同じであれば１とするものである。

【００４８】この場合の試料は、主光導波路及び副光導
波路の横断面が１０〔μｍ〕×１０〔μｍ〕の正方形で
あり、コア屈折率が１．５４３、クラッド屈折率が１．
５３２（８３０〔ｎｍ〕）である。

【００４９】前記条件の光導波路は、マルチ・モードで
あって、図示の等価屈折率ｎ_effに相当するモードにつ
いて評価すると、等価屈折率ｎ_effが低いモード（高次
モード）が除去されているので、本発明に依る光導波路
は、高次モードの除去機能をもっていることが判る。

【００５０】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。

【００５１】（付記１）光信号が伝搬する第一の光導波
路（例えば主光導波路１）に近接し、且つ、第一の光導
波路の方向へは光信号が伝搬しない第二の光導波路（例
えば副光導波路２）が配設されてなり、第一の光導波路
が延在する方向を横切る方向に於ける第一の光導波路の
幅に比較して第二の光導波路の幅が大であること（図１
参照）。を特徴とする光導波路。

【００５２】（付記２）（付記１）に於いて、複数の第
一の光導波路が同一層内に配列され、且つ、第二の光導
波路は第一の光導波路に近接した層内に在って該複数の
第一の光導波路を横切って平板状をなすこと（図２
（Ａ）参照）を特徴とする光導波路。

【００５３】（付記３）（付記２）に於いて、第二の光
導波路が第一の光導波路の上下両面に近接して配設され
てなること（図２（Ｂ）参照）を特徴とする光導波路。

【００５４】（付記４）光信号が伝搬する第一の光導波
路に近接し、且つ、第一の光導波路の方向へは光信号が
伝搬しない第二の光導波路の複数が間隔を置いて配設さ
れてなり、第一の光導波路が延在する方向を横切る方向
に於ける第一の光導波路の幅に比較して第二の光導波路
の幅が大であること（図３参照）を特徴とする光導波
路。

【００５５】（付記５）（付記４）に於いて、複数の第
一の光導波路が同一層内に配列され、且つ、第二の光導
波路が第一の光導波路に近接した層内にあり該複数の第
一の光導波路を横切って複数が配列されてなることを特
徴とする光導波路。

【００５６】（付記６）（付記５）に於いて、第二の光
導波路が第一の光導波路の上下両面に近接して配設され
てなること（図４（Ｂ）参照）を特徴とする光導波路。

【００５７】（付記７）（付記１）或いは（付記４）に
於いて、第二の光導波路が第一の光導波路を横切る方向
に光信号を伝搬するものであることを特徴とする光導波
路。

【００５８】（付記８）（付記１）乃至（付記７）に於
いて、第二の光導波路は発光素子から第一の光導波路へ
光信号が入射する箇所の直後に配設されてなることを特
徴とする光導波路。

【００５９】（付記９）（付記１）乃至（付記７）に於
いて、第二の光導波路は第一の光導波路が曲げ又は分岐
又は交差する構造となる直前に配設されてなることを特
徴とする光導波路。

【００６０】（付記１０）（付記１）乃至（付記７）に
於いて、第二の光導波路は第一の光導波路が曲げ又は分
岐又は交差する構造を経た直後に配設されてなることを
特徴とする光導波路。

【００６１】（付記１１）（付記１）乃至（付記７）に
於いて、第二の光導波路は第一の光導波路から受光素子
へ光信号が出射される箇所の直前に配設されてなること
を特徴とする光導波路。

【００６２】

【発明の効果】本発明に依る光導波路に於いては、第一
の光導波路の上面或いは下面或いは上下両面に近接して
第二の光導波路が配設されてなり、第一の光導波路が延
在する方向を横切る方向に於ける第一の光導波路の幅に
比較して第二の光導波路の幅が大であるようにしてあ
る。

【００６３】前記構成を採ることに依り、光信号を伝送
する主光導波路に於いて、任意に選定した次数を越える
高次モードを効率良く遮断し、光導波路間のクロス・ト
ークが抑制され、また、図１０（Ｂ）に見られる破線で
示された到達時間の遅い光信号を選択的に除去すること
ができる為、マルチ・モード遅延を改善し、高品質の光
信号伝送を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の光
導波路を表す要部説明図である。

【図２】本発明に於ける実施の形態２及び実施の形態３
を説明する為の光導波路を表す要部切断斜面図である。

【図３】本発明に於ける実施の形態４を説明する為の光
導波路を表す要部説明図である。

【図４】本発明に於ける実施の形態５及び実施の形態６
を説明する為の光導波路を表す要部切断斜面図である。

【図５】実施の形態３をフッ素化ポリイミド樹脂を用い
たポリマー光導波路を製造する工程を説明する為の工程
要所に於ける光導波路を表す要部斜面図である。

【図６】実施の形態３をフッ素化ポリイミド樹脂を用い
たポリマー光導波路を製造する工程を説明する為の工程
要所に於ける光導波路を表す要部斜面図である。

【図７】実施の形態３をフッ素化ポリイミド樹脂を用い
たポリマー光導波路を製造する工程を説明する為の工程
要所に於ける光導波路を表す要部斜面図である。

【図８】実施の形態３をフッ素化ポリイミド樹脂を用い
たポリマー光導波路を製造する工程を説明する為の工程
要所に於ける光導波路を表す要部斜面図である。

【図９】図１について説明した本発明に於ける実施の形
態１である光導波路をコンピュータ・シミュレーション
で評価した結果を表す線図である。

【図１０】マルチ・モードで光が伝搬する場合の遅延に
ついて説明する説明図である。

【符号の説明】

１主光導波路２副光導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号が伝搬する第一の光導波路に近接
し、且つ、第一の光導波路の方向へは光信号が伝搬しな
い第二の光導波路が配設されてなり、第一の光導波路が延在する方向を横切る方向に於ける第
一の光導波路の幅に比較して第二の光導波路の幅が大で
あることを特徴とする光導波路。
【請求項２】複数の第一の光導波路が同一層内に配列さ
れ、且つ、第二の光導波路は第一の光導波路に近接した
層内に在って該複数の第一の光導波路を横切って平板状
をなすことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】光信号が伝搬する第一の光導波路に近接
し、且つ、第一の光導波路の方向へは光信号が伝搬しな
い第二の光導波路の複数が間隔を置いて配設されてな
り、第一の光導波路が延在する方向を横切る方向に於ける第
一の光導波路の幅に比較して第二の光導波路の幅が大で
あることを特徴とする光導波路。
【請求項４】複数の第一の光導波路が同一層内に配列さ
れ、且つ、第二の光導波路が第一の光導波路に近接した
層内にあり該複数の第一の光導波路を横切って複数が配
列されてなることを特徴とする請求項３記載の光導波
路。
【請求項５】第二の光導波路が第一の光導波路を横切る
方向に光信号を伝搬させる光導波路であることを特徴と
する請求項１或いは請求項３記載の光導波路。