JP2003322737A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JP2003322737A JP2003322737A JP2002129638A JP2002129638A JP2003322737A JP 2003322737 A JP2003322737 A JP 2003322737A JP 2002129638 A JP2002129638 A JP 2002129638A JP 2002129638 A JP2002129638 A JP 2002129638A JP 2003322737 A JP2003322737 A JP 2003322737A
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- Japan
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- optical waveguide
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- temperature coefficient
- core
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化による波長シフトを抑制した光導波
路を提供する。 【解決手段】 シリコン基板部１１上に、アンダークラ
ッドである石英層１２とシリコンのコア部１４とオーバ
ークラッド１３とを有する完全埋め込み型光導波路にお
いて、負の屈折率温度係数を示すフッ素化ポリイミドに
よりオーバークラッド１３を作製し、シリコンのコア部
１４の屈折率温度係数を補償する。
路を提供する。 【解決手段】 シリコン基板部１１上に、アンダークラ
ッドである石英層１２とシリコンのコア部１４とオーバ
ークラッド１３とを有する完全埋め込み型光導波路にお
いて、負の屈折率温度係数を示すフッ素化ポリイミドに
よりオーバークラッド１３を作製し、シリコンのコア部
１４の屈折率温度係数を補償する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路そのもの
が温度補償効果を有する光導波路に関し、例えばオプト
エレクトロニクス分野、光通信分野において使用される
光導波路型フィルター等の平面光波回路に利用されるも
のである。
が温度補償効果を有する光導波路に関し、例えばオプト
エレクトロニクス分野、光通信分野において使用される
光導波路型フィルター等の平面光波回路に利用されるも
のである。
【０００２】
【従来の技術】コア・クラッド構造を持つ光導波路を複
数個組み合わせて、シリコン基板等の平面基板上に設置
した光導波路回路（ＰＬＣ：Planer-Lightwave-Circui
t）は、光通信や次世代の光コンピューティングを支え
る基本技術の一つである。このＰＬＣとしては、３ｄＢ
カップラ、ＭＺＩ型光スイッチ、ＡＷＧ、ＭＺＩ型波長
フィルター、グレーティング型波長フィルター、リング
共振器フィルターなどの多種類のＰＬＣが現在までに開
発されている。また、これらの光素子をさらに数多く混
載したプログラマブル波長フィルター、ループバック型
アレイ導波路格子回路、光分散等化器など、多数の波長
を扱え、複雑かつ大規模なＰＬＣも現在開発されつつあ
る。
数個組み合わせて、シリコン基板等の平面基板上に設置
した光導波路回路（ＰＬＣ：Planer-Lightwave-Circui
t）は、光通信や次世代の光コンピューティングを支え
る基本技術の一つである。このＰＬＣとしては、３ｄＢ
カップラ、ＭＺＩ型光スイッチ、ＡＷＧ、ＭＺＩ型波長
フィルター、グレーティング型波長フィルター、リング
共振器フィルターなどの多種類のＰＬＣが現在までに開
発されている。また、これらの光素子をさらに数多く混
載したプログラマブル波長フィルター、ループバック型
アレイ導波路格子回路、光分散等化器など、多数の波長
を扱え、複雑かつ大規模なＰＬＣも現在開発されつつあ
る。
【０００３】これらのＰＬＣに用いられる光導波路にお
けるコアとクラッドは、主に石英から構成されている。
しかしながら、この構成では比屈折率差は２％以下と小
さいため、光導波路の回路作製に際し、光導波路に急角
度の曲げを要求する回路作製は困難である。
けるコアとクラッドは、主に石英から構成されている。
しかしながら、この構成では比屈折率差は２％以下と小
さいため、光導波路の回路作製に際し、光導波路に急角
度の曲げを要求する回路作製は困難である。
【０００４】このため、近年、比屈折率差が大きくかつ
製造工程が簡単な光導波路として、ＳＯＩウェハを利用
した光導波路が検討されている。ＳＯＩウェハとは、ベ
ースのシリコン基板と最上層のシリコン層とが絶縁体
（主に石英）によって電気的に絶縁されたウェハであ
る。このＳＯＩウェハのシリコン層をエッチングするこ
とによりコアを形成し、アンダークラッドとして石英
層、オーバークラッドとして石英やエアクラッドを用い
た光導波路とすることにより、大きな比屈折率差を有す
る光導波路を作製することができる。例えば、屈折率が
約３．５のシリコンコアに対し屈折率が約１．５の石英
をクラッドとした場合、比屈折率差を約４０％程度とす
ることができる。
製造工程が簡単な光導波路として、ＳＯＩウェハを利用
した光導波路が検討されている。ＳＯＩウェハとは、ベ
ースのシリコン基板と最上層のシリコン層とが絶縁体
（主に石英）によって電気的に絶縁されたウェハであ
る。このＳＯＩウェハのシリコン層をエッチングするこ
とによりコアを形成し、アンダークラッドとして石英
層、オーバークラッドとして石英やエアクラッドを用い
た光導波路とすることにより、大きな比屈折率差を有す
る光導波路を作製することができる。例えば、屈折率が
約３．５のシリコンコアに対し屈折率が約１．５の石英
をクラッドとした場合、比屈折率差を約４０％程度とす
ることができる。
【０００５】図３及び図４は、従来の光導波路の概略断
面図である。図３には、コア部の断面が扁平な光導波路
の一例を示した。同図に示すように、光導波路３０はＳ
ＯＩウェハのシリコン基板部３１と、アンダークラッド
であるＳＯＩウェハの石英層３２と、ＳＯＩウェハのシ
リコン層をリソグラフィプロセスにより成形加工したコ
ア部３４と、石英によって形成されたオーバークラッド
３３とが積層されてなる。コア部３４の大きさについて
は、幅Ｗ３は０．３３μｍ、厚さＴ３は０．２μｍであ
る。図４には、コア部の断面が正方形の光導波路の一例
を示した。同図に示すように、光導波路４０はＳＯＩウ
ェハのシリコン基板部４１と、アンダークラッドである
ＳＯＩウェハの石英層４２と、ＳＯＩウェハのシリコン
層をリソグラフィプロセスにより成形加工したコア部４
４と、石英によって形成されたオーバークラッド４３と
が積層されてなる。コア部４４の大きさについては、幅
Ｗ４は０．３μｍ、厚さＴ４は０．３μｍである。
面図である。図３には、コア部の断面が扁平な光導波路
の一例を示した。同図に示すように、光導波路３０はＳ
ＯＩウェハのシリコン基板部３１と、アンダークラッド
であるＳＯＩウェハの石英層３２と、ＳＯＩウェハのシ
リコン層をリソグラフィプロセスにより成形加工したコ
ア部３４と、石英によって形成されたオーバークラッド
３３とが積層されてなる。コア部３４の大きさについて
は、幅Ｗ３は０．３３μｍ、厚さＴ３は０．２μｍであ
る。図４には、コア部の断面が正方形の光導波路の一例
を示した。同図に示すように、光導波路４０はＳＯＩウ
ェハのシリコン基板部４１と、アンダークラッドである
ＳＯＩウェハの石英層４２と、ＳＯＩウェハのシリコン
層をリソグラフィプロセスにより成形加工したコア部４
４と、石英によって形成されたオーバークラッド４３と
が積層されてなる。コア部４４の大きさについては、幅
Ｗ４は０．３μｍ、厚さＴ４は０．３μｍである。
【０００６】このような比屈折率差が高い光導波路で
は、光導波路を数μｍ程度の半径で曲げることが出来る
ようになり、数ｍｍ以上の曲げ半径を要する石英系導波
路と比較して、ＰＬＣの飛躍的な小型化が可能となる。
は、光導波路を数μｍ程度の半径で曲げることが出来る
ようになり、数ｍｍ以上の曲げ半径を要する石英系導波
路と比較して、ＰＬＣの飛躍的な小型化が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光導波路が光をシング
ルモードで伝播する場合、コアとクラッドを一体として
みるような実効的な屈折率が存在するが、前述したよう
なコアがシリコン、クラッドが石英で構成された光導波
路の実効屈折率は、シリコン及び石英それぞれの屈折率
の温度係数の影響を受けて変動する。一般にシリコンと
石英は正の屈折率の温度係数、すなわちｄｎ／ｄＴ＞０
（ここでｎは屈折率、Ｔは温度である）を示すため、コ
アがシリコンでクラッドが石英で構成された光導波路の
実効屈折率も正の温度係数を示すようになる。
ルモードで伝播する場合、コアとクラッドを一体として
みるような実効的な屈折率が存在するが、前述したよう
なコアがシリコン、クラッドが石英で構成された光導波
路の実効屈折率は、シリコン及び石英それぞれの屈折率
の温度係数の影響を受けて変動する。一般にシリコンと
石英は正の屈折率の温度係数、すなわちｄｎ／ｄＴ＞０
（ここでｎは屈折率、Ｔは温度である）を示すため、コ
アがシリコンでクラッドが石英で構成された光導波路の
実効屈折率も正の温度係数を示すようになる。
【０００８】また、石英の屈折率の温度係数が１０-5オ
ーダー以下であるのに対し、シリコンの屈折率の温度係
数は１０-4オーダーと大きな値を示すため、コア及びク
ラッドが共に石英で構成された光導波路の実効屈折率の
温度係数よりも、クラッドを石英、コアをシリコンで構
成した光導波路の実効屈折率の温度係数の方が大きな値
を示す。例えば、図３に示す光導波路３０の屈折率の温
度係数は、１．９×１０-4となる。
ーダー以下であるのに対し、シリコンの屈折率の温度係
数は１０-4オーダーと大きな値を示すため、コア及びク
ラッドが共に石英で構成された光導波路の実効屈折率の
温度係数よりも、クラッドを石英、コアをシリコンで構
成した光導波路の実効屈折率の温度係数の方が大きな値
を示す。例えば、図３に示す光導波路３０の屈折率の温
度係数は、１．９×１０-4となる。
【０００９】これにより、コア部としてシリコン、クラ
ッドとして石英により構成された光導波路を用いて、例
えば非対称マッハツェンダー回路による波長フィルター
を作製した場合、２本の非対称アーム導波路の長さの差
分の実効屈折率の温度係数によりフィルタリング波長が
シフトすることになる。これを解消するためには、ペル
チェ素子等による厳密な温度制御が必要であった。
ッドとして石英により構成された光導波路を用いて、例
えば非対称マッハツェンダー回路による波長フィルター
を作製した場合、２本の非対称アーム導波路の長さの差
分の実効屈折率の温度係数によりフィルタリング波長が
シフトすることになる。これを解消するためには、ペル
チェ素子等による厳密な温度制御が必要であった。
【００１０】本発明は上記状況に鑑みてなされたもので
あり、光導波路そのものが温度補償効果を有することに
より、温度変化による波長シフトを抑制した光導波路を
提供することを目的とする。
あり、光導波路そのものが温度補償効果を有することに
より、温度変化による波長シフトを抑制した光導波路を
提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された石英のアンダークラッドとシリコンのコアとコア
を取り囲むオーバークラッドとを有する完全埋め込み型
光導波路において、コアを取り囲むオーバークラッド
が、負の屈折率温度係数を示す有機物質を有することを
最も主要な特徴とする。
された石英のアンダークラッドとシリコンのコアとコア
を取り囲むオーバークラッドとを有する完全埋め込み型
光導波路において、コアを取り囲むオーバークラッド
が、負の屈折率温度係数を示す有機物質を有することを
最も主要な特徴とする。
【００１２】上記課題を解決する請求項１に記載の光導
波路は、基板上に、石英のアンダークラッドとシリコン
のコアとオーバークラッドとを有する完全埋め込み型光
導波路において、前記オーバークラッドが負の屈折率温
度係数を示す物質を有することを特徴とする。
波路は、基板上に、石英のアンダークラッドとシリコン
のコアとオーバークラッドとを有する完全埋め込み型光
導波路において、前記オーバークラッドが負の屈折率温
度係数を示す物質を有することを特徴とする。
【００１３】また、請求項２に記載の光導波路は、請求
項１において、前記負の屈折率温度係数を示す物質が、
前記コアに接するように設けられていることを特徴とす
る。
項１において、前記負の屈折率温度係数を示す物質が、
前記コアに接するように設けられていることを特徴とす
る。
【００１４】また、請求項３に記載の光導波路は、請求
項１において、前記負の屈折率温度係数を示す物質が、
前記コアの上部面と２つの側部面とからなる３つの面の
全てに接するように設けられていることを特徴とする。
項１において、前記負の屈折率温度係数を示す物質が、
前記コアの上部面と２つの側部面とからなる３つの面の
全てに接するように設けられていることを特徴とする。
【００１５】また、請求項４に記載の光導波路は、基板
上に、石英のアンダークラッドとシリコンのコアとオー
バークラッドとを有する完全埋め込み型光導波路におい
て、前記オーバークラッドが負の屈折率温度係数を示す
物質からなることを特徴とする。
上に、石英のアンダークラッドとシリコンのコアとオー
バークラッドとを有する完全埋め込み型光導波路におい
て、前記オーバークラッドが負の屈折率温度係数を示す
物質からなることを特徴とする。
【００１６】また、請求項５に記載の光導波路は、請求
項１ないし４のいずれかにおいて、前記負の屈折率温度
係数を有する物質が、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポ
リメチルメタクリレート、フッ素化ポリカーボネート、
ポリスチレン、ゴム状ＥＶＡ樹脂、シロキサンゲル、ポ
リシロキサンゲル、ジエチレングリコールビスアクリル
カーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（４−メチルペン
テン−１）、メチルメタクリレート／スチレン共重合体
およびアクリロニトリル／スチレン共重合体からなる群
より選ばれる少なくとも一種の有機化合物であることを
特徴とする。
項１ないし４のいずれかにおいて、前記負の屈折率温度
係数を有する物質が、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポ
リメチルメタクリレート、フッ素化ポリカーボネート、
ポリスチレン、ゴム状ＥＶＡ樹脂、シロキサンゲル、ポ
リシロキサンゲル、ジエチレングリコールビスアクリル
カーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ（４−メチルペン
テン−１）、メチルメタクリレート／スチレン共重合体
およびアクリロニトリル／スチレン共重合体からなる群
より選ばれる少なくとも一種の有機化合物であることを
特徴とする。
【００１７】また、請求項６に記載の光導波路は、請求
項１ないし５のいずれかにおいて、前記コアの断面形状
の幅および厚さが共に０．２７μｍ〜０．３０μｍ、ま
たは前記コアの断面形状の幅および厚さが共に０．２７
μｍ〜０．３０μｍでありかつ幅と厚さが等しいことを
特長とする。
項１ないし５のいずれかにおいて、前記コアの断面形状
の幅および厚さが共に０．２７μｍ〜０．３０μｍ、ま
たは前記コアの断面形状の幅および厚さが共に０．２７
μｍ〜０．３０μｍでありかつ幅と厚さが等しいことを
特長とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施例につい
て、図面を用いて説明する。
て、図面を用いて説明する。
【００１９】［実施例１］図１は第１の実施例に係る光
導波路の概略断面図である。同図に示すように、光導波
路１０はＳＯＩウェハのシリコン基板部１１と、アンダ
ークラッドであるＳＯＩウェハの石英層１２と、ＳＯＩ
ウェハのシリコン層をリソグラフィプロセスにより成形
加工したコア部１４と、フッ素化ポリイミドによって形
成されたオーバークラッド１３とが積層されてなる。コ
ア部１４の大きさについては、幅Ｗ１は０．３３μｍ、
厚さＴ１は０．２μｍである。
導波路の概略断面図である。同図に示すように、光導波
路１０はＳＯＩウェハのシリコン基板部１１と、アンダ
ークラッドであるＳＯＩウェハの石英層１２と、ＳＯＩ
ウェハのシリコン層をリソグラフィプロセスにより成形
加工したコア部１４と、フッ素化ポリイミドによって形
成されたオーバークラッド１３とが積層されてなる。コ
ア部１４の大きさについては、幅Ｗ１は０．３３μｍ、
厚さＴ１は０．２μｍである。
【００２０】一般的に光通信で用いられる波長は１．３
μｍ〜１．６μｍ程度である。この帯域におけるシリコ
ンの屈折率及び屈折率温度係数はそれぞれ約３．５、約
２×１０-4であり、フッ素化ポリイミドについてはそれ
ぞれ約１．５１、約−３×１０-4、石英についてはそれ
ぞれ約１．４５、９×１０-6である。このようにコア部
１４及びクラッド（オーバクラッド１３及びアンダーク
ラッドの石英層１２）が異なる屈折率と異なる屈折率温
度係数を示す場合、光導波路の実効屈折率はコア部の屈
折率とクラッドの屈折率の間の値となる。また、光導波
路の実効屈折率の屈折率温度係数についても同様に、コ
ア部の屈折率温度係数とクラッドの屈折率温度係数の間
の値となる。
μｍ〜１．６μｍ程度である。この帯域におけるシリコ
ンの屈折率及び屈折率温度係数はそれぞれ約３．５、約
２×１０-4であり、フッ素化ポリイミドについてはそれ
ぞれ約１．５１、約−３×１０-4、石英についてはそれ
ぞれ約１．４５、９×１０-6である。このようにコア部
１４及びクラッド（オーバクラッド１３及びアンダーク
ラッドの石英層１２）が異なる屈折率と異なる屈折率温
度係数を示す場合、光導波路の実効屈折率はコア部の屈
折率とクラッドの屈折率の間の値となる。また、光導波
路の実効屈折率の屈折率温度係数についても同様に、コ
ア部の屈折率温度係数とクラッドの屈折率温度係数の間
の値となる。
【００２１】シリコンとフッ素化ポリイミドの屈折率温
度係数は、それぞれ符号が逆で、絶対値が近い値である
ため、コア部１４を相対的に屈折率の高いシリコンと
し、オーバークラッド１３を相対的に屈折率の低いフッ
素化ポリイミドとすることで、シリコンとフッ素化ポリ
イミドの屈折率温度係数の中間の値を示す光導波路、す
なわち、シリコンの屈折率温度係数を打ち消す特性を有
する光導波路を構成することが可能となる。
度係数は、それぞれ符号が逆で、絶対値が近い値である
ため、コア部１４を相対的に屈折率の高いシリコンと
し、オーバークラッド１３を相対的に屈折率の低いフッ
素化ポリイミドとすることで、シリコンとフッ素化ポリ
イミドの屈折率温度係数の中間の値を示す光導波路、す
なわち、シリコンの屈折率温度係数を打ち消す特性を有
する光導波路を構成することが可能となる。
【００２２】モードソルバーによる数値シミュレーショ
ンでは、第１の実施例に係る光導波路１０の実効屈折率
の屈折率温度係数は、波長が１．５５μｍの場合、ＴＥ
偏波面（本実施例では全てＴＥ偏波に関して述べる）に
おいては−５．８×１０-6となり、図３に示したオーバ
ークラッドを石英とした光導波路３０の場合が１．６５
×１０-4 であることに比べて約３０分の１となる。
ンでは、第１の実施例に係る光導波路１０の実効屈折率
の屈折率温度係数は、波長が１．５５μｍの場合、ＴＥ
偏波面（本実施例では全てＴＥ偏波に関して述べる）に
おいては−５．８×１０-6となり、図３に示したオーバ
ークラッドを石英とした光導波路３０の場合が１．６５
×１０-4 であることに比べて約３０分の１となる。
【００２３】また、屈折率温度係数は、コア部１４が小
さいほどクラッドを構成する物質の性質を強く受け、コ
ア部１４が大きいほどコア部１４を構成する物質の影響
を強く受ける。例えば、第１の実施例において、コア部
１４の幅Ｗ１を０．０１μｍ大きくして０．３４μｍと
すると、光導波路の屈折率温度係数はコア部１４を構成
するシリコンの屈折率温度係数に近づき、１．３３×１
０-5となる。すなわち、コア部１４の大きさを調整する
ことによって、光導波路３０の屈折率温度係数をほぼゼ
ロとすることが可能となる。
さいほどクラッドを構成する物質の性質を強く受け、コ
ア部１４が大きいほどコア部１４を構成する物質の影響
を強く受ける。例えば、第１の実施例において、コア部
１４の幅Ｗ１を０．０１μｍ大きくして０．３４μｍと
すると、光導波路の屈折率温度係数はコア部１４を構成
するシリコンの屈折率温度係数に近づき、１．３３×１
０-5となる。すなわち、コア部１４の大きさを調整する
ことによって、光導波路３０の屈折率温度係数をほぼゼ
ロとすることが可能となる。
【００２４】表１は、オーバークラッド１３の材料とし
て利用することができる高分子材料を例示した表であ
る。同表には、利用可能な高分子材料と共に、波長が
１．５５μｍの場合の高分子材料の屈折率、屈折率の温
度係数が示されている。
て利用することができる高分子材料を例示した表であ
る。同表には、利用可能な高分子材料と共に、波長が
１．５５μｍの場合の高分子材料の屈折率、屈折率の温
度係数が示されている。
【００２５】
【表１】
【００２６】オーバークラッド１３の材料としては、表
１に示すように、本実施例に示したフッ素化ポリイミド
以外にフッ素化ポリメチルメタクリレート、フッ素化ポ
リカーボネート、ポリスチレン、ゴム状ＥＶＡ樹脂、シ
ロキサンゲル、ポリシロキサンゲル、ジエチレングリコ
ールビスアクリルカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ
（４−メチルペンテン−１）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−Ｓｔ
共重合体）で示したメチルメタクリレート／スチレン共
重合体、およびＡＳ樹脂（ＡＮ−Ｓｔ共重合体）で示し
たアクリロニトリル／スチレン共重合体等を使用するこ
とが可能である。
１に示すように、本実施例に示したフッ素化ポリイミド
以外にフッ素化ポリメチルメタクリレート、フッ素化ポ
リカーボネート、ポリスチレン、ゴム状ＥＶＡ樹脂、シ
ロキサンゲル、ポリシロキサンゲル、ジエチレングリコ
ールビスアクリルカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ
（４−メチルペンテン−１）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−Ｓｔ
共重合体）で示したメチルメタクリレート／スチレン共
重合体、およびＡＳ樹脂（ＡＮ−Ｓｔ共重合体）で示し
たアクリロニトリル／スチレン共重合体等を使用するこ
とが可能である。
【００２７】［実施例２］図２は第２の実施例に係る光
導波路の概略断面図である。同図に示すように、光導波
路２０はＳＯＩウェハのシリコン基板部２１と、アンダ
ークラッドであるＳＯＩウェハの石英層２２と、ＳＯＩ
ウェハのシリコン層をリソグラフィプロセスにより成形
加工したコア部２４と、フッ素化ポリイミドによって形
成されたオーバークラッド２３とが積層されてなる。ま
た、コア部２４の大きさについては、幅Ｗ２は０．２７
μｍ〜０．３μｍ、厚さＴ２は０．２７μｍ〜０．３μ
ｍの間の値をとり、幅Ｗ４と厚さＴ４は等しい値とし
た。よって、コア部２４の断面形状は正方形である。
導波路の概略断面図である。同図に示すように、光導波
路２０はＳＯＩウェハのシリコン基板部２１と、アンダ
ークラッドであるＳＯＩウェハの石英層２２と、ＳＯＩ
ウェハのシリコン層をリソグラフィプロセスにより成形
加工したコア部２４と、フッ素化ポリイミドによって形
成されたオーバークラッド２３とが積層されてなる。ま
た、コア部２４の大きさについては、幅Ｗ２は０．２７
μｍ〜０．３μｍ、厚さＴ２は０．２７μｍ〜０．３μ
ｍの間の値をとり、幅Ｗ４と厚さＴ４は等しい値とし
た。よって、コア部２４の断面形状は正方形である。
【００２８】モードソルバーによる数値計算によれば、
コア部をシリコンとした光導波路において、屈折率が
１．５前後の物質をクラッドに用いた場合、シングルモ
ード条件を満たすコア部の断面の幅と厚さの値は、幅と
厚さとが等しい場合で約０．３μｍ以下であることが必
要となる。
コア部をシリコンとした光導波路において、屈折率が
１．５前後の物質をクラッドに用いた場合、シングルモ
ード条件を満たすコア部の断面の幅と厚さの値は、幅と
厚さとが等しい場合で約０．３μｍ以下であることが必
要となる。
【００２９】このため本実施例では、コア部２４の断面
の大きさを幅Ｗ２、厚さＴ２共に０．３μｍ以下とした
が、第１の実施例で示したように、コア部２４の断面が
小さくなると、クラッドを伝播する光が増加し、実効屈
折率の特性はクラッドを構成する物質の影響を大きく受
けるようになる。ここで、矩形断面のコアを持つ完全埋
め込み型導波路において、コアを取り囲むクラッドの屈
折率がコアの４つの面で等しい場合は、ＴＥ偏波とＴＭ
偏波がクラッドから受ける影響は等しいため、ＴＥ偏波
とＴＭ偏波は等しい実効屈折率を有する。しかしなが
ら、本実施例のように、コア部２４の三つの面がフッ素
化ポリイミドからなるオーバークラッド２３、コア部２
４の底面が石英層２２で構成されている場合、ＴＥ偏波
はＴＭ偏波よりもフッ素化ポリイミドの屈折率温度係数
の影響を受けやすく、ＴＭ偏波はＴＥ偏波よりもシリコ
ンの屈折率温度係数の影響を受けやすい。このため、本
実施例においてはＴＥ偏波とＴＭ偏波は異なった実効屈
折率を有することになる。
の大きさを幅Ｗ２、厚さＴ２共に０．３μｍ以下とした
が、第１の実施例で示したように、コア部２４の断面が
小さくなると、クラッドを伝播する光が増加し、実効屈
折率の特性はクラッドを構成する物質の影響を大きく受
けるようになる。ここで、矩形断面のコアを持つ完全埋
め込み型導波路において、コアを取り囲むクラッドの屈
折率がコアの４つの面で等しい場合は、ＴＥ偏波とＴＭ
偏波がクラッドから受ける影響は等しいため、ＴＥ偏波
とＴＭ偏波は等しい実効屈折率を有する。しかしなが
ら、本実施例のように、コア部２４の三つの面がフッ素
化ポリイミドからなるオーバークラッド２３、コア部２
４の底面が石英層２２で構成されている場合、ＴＥ偏波
はＴＭ偏波よりもフッ素化ポリイミドの屈折率温度係数
の影響を受けやすく、ＴＭ偏波はＴＥ偏波よりもシリコ
ンの屈折率温度係数の影響を受けやすい。このため、本
実施例においてはＴＥ偏波とＴＭ偏波は異なった実効屈
折率を有することになる。
【００３０】図５は、コア断面の一辺の大きさと実効屈
折率の温度係数との関係図である。前述するように、本
実施例ではＴＥ偏波とＴＭ偏波とで異なった実効屈折率
を有するため、図に示すように、それぞれの実効屈折率
の温度係数も異なる。例えば、コア部２４の一辺の大き
さが０．２７μｍの場合における実効屈折率の温度係数
は、ＴＥ偏波では約−１．２×１０-4、ＴＭ偏波では−
０．２７×１０-5であり、異なった温度係数を示す。
折率の温度係数との関係図である。前述するように、本
実施例ではＴＥ偏波とＴＭ偏波とで異なった実効屈折率
を有するため、図に示すように、それぞれの実効屈折率
の温度係数も異なる。例えば、コア部２４の一辺の大き
さが０．２７μｍの場合における実効屈折率の温度係数
は、ＴＥ偏波では約−１．２×１０-4、ＴＭ偏波では−
０．２７×１０-5であり、異なった温度係数を示す。
【００３１】このため、コア部２４の大きさを変化さ
せ、屈折率温度係数を小さくしようとしても、ＴＥ偏波
の屈折率温度係数の絶対値が最小となる大きさ（約０．
２９５μｍ）とＴＭ偏波の屈折率温度係数の絶対値が最
小となる大きさ（約０．２８μｍ）とが異なることにな
る。しかしながら、コア部２４の一辺の大きさを０．２
７μｍ〜０．３０μｍとすることにより、ＴＥ偏波の屈
折率温度係数の絶対値とＴＭ偏波の屈折率温度係数の絶
対値を共に従来の光導波路の屈折率温度係数（図５中、
白丸参照）よりも小さくすることが可能である。
せ、屈折率温度係数を小さくしようとしても、ＴＥ偏波
の屈折率温度係数の絶対値が最小となる大きさ（約０．
２９５μｍ）とＴＭ偏波の屈折率温度係数の絶対値が最
小となる大きさ（約０．２８μｍ）とが異なることにな
る。しかしながら、コア部２４の一辺の大きさを０．２
７μｍ〜０．３０μｍとすることにより、ＴＥ偏波の屈
折率温度係数の絶対値とＴＭ偏波の屈折率温度係数の絶
対値を共に従来の光導波路の屈折率温度係数（図５中、
白丸参照）よりも小さくすることが可能である。
【００３２】なお、本実施例では石英の屈折率とフッ素
化ポリイミドの屈折率がわずかに異なる結果、ＴＥ偏波
とＴＭ偏波の実効屈折率がわずかに異なり、用途によっ
ては問題となるおそれがある。しかしながら、そのよう
な場合には、フッ素化ポリイミドに代えて、表１に示す
高分子材料から屈折率がより石英の屈折率に近い材料を
選択し使用することで、問題を解消することができる。
化ポリイミドの屈折率がわずかに異なる結果、ＴＥ偏波
とＴＭ偏波の実効屈折率がわずかに異なり、用途によっ
ては問題となるおそれがある。しかしながら、そのよう
な場合には、フッ素化ポリイミドに代えて、表１に示す
高分子材料から屈折率がより石英の屈折率に近い材料を
選択し使用することで、問題を解消することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る光導波路は、シリコンのコ
アを覆うオーバークラッドが負の屈折率温度係数を示す
物質を有し、シリコンコアの屈折率温度係数を補償する
ことにより、光導波路そのものが温度補償効果を有す
る。これにより、波長フィルター、アレイ導波路格子型
等の波長合分波器において、温度変化による波長シフト
を抑制することができるため、温度変化の大きな場所に
おいても温度制御装置による温度管理を行うことなく使
用することができる。また、温度制御装置が不要になっ
たことにより、信頼性の向上、システムの小型化及び低
価格化を実現することができる。
アを覆うオーバークラッドが負の屈折率温度係数を示す
物質を有し、シリコンコアの屈折率温度係数を補償する
ことにより、光導波路そのものが温度補償効果を有す
る。これにより、波長フィルター、アレイ導波路格子型
等の波長合分波器において、温度変化による波長シフト
を抑制することができるため、温度変化の大きな場所に
おいても温度制御装置による温度管理を行うことなく使
用することができる。また、温度制御装置が不要になっ
たことにより、信頼性の向上、システムの小型化及び低
価格化を実現することができる。
【図１】本発明の実施例１に係る光導波路の概略断面図
である。
である。
【図２】本発明の実施例２に係る光導波路の概略断面図
である。
である。
【図３】従来の光導波路の一例の概略断面図である。
【図４】従来の光導波路の一例の概略断面図である。
【図５】実施例２に係る光導波路のコア断面の一辺の大
きさと実効屈折率の温度係数との関係図である。
きさと実効屈折率の温度係数との関係図である。
１０ 光導波路
１１ シリコン基板部
１２ 石英層
１３ オーバークラッド
１４ コア部
Ｗ１ コア部の断面の幅
Ｔ１ コア部の断面の厚さ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小勝負 信建
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 QA02 QA04 QA05 TA11
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、石英のアンダークラッドとシ
リコンのコアとオーバークラッドとを有する完全埋め込
み型光導波路において、前記オーバークラッドが負の屈
折率温度係数を示す物質を有することを特徴とする光導
波路。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光導波路において、前
記負の屈折率温度係数を示す物質が、前記コアに接する
ように設けられていることを特徴とする光導波路。 - 【請求項３】 請求項１に記載の光導波路において、前
記負の屈折率温度係数を示す物質が、前記コアの上部面
と２つの側部面とからなる３つの面の全てに接するよう
に設けられていることを特徴とする光導波路。 - 【請求項４】 基板上に、石英のアンダークラッドとシ
リコンのコアとオーバークラッドとを有する完全埋め込
み型光導波路において、前記オーバークラッドが負の屈
折率温度係数を示す物質からなることを特徴とする光導
波路。 - 【請求項５】 前記負の屈折率温度係数を有する物質
が、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポリメチルメタクリ
レート、フッ素化ポリカーボネート、ポリスチレン、ゴ
ム状ＥＶＡ樹脂、シロキサンゲル、ポリシロキサンゲ
ル、ジエチレングリコールビスアクリルカーボネート、
ポリ塩化ビニル、ポリ（４−メチルペンテン−１）、メ
チルメタクリレート／スチレン共重合体およびアクリロ
ニトリル／スチレン共重合体からなる群より選ばれる少
なくとも一種の有機化合物であることを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の光導波路。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の光
導波路において、前記コアの断面形状の幅および厚さが
共に０．２７μｍ〜０．３０μｍ、または前記コアの断
面形状の幅および厚さが共に０．２７μｍ〜０．３０μ
ｍでありかつ幅と厚さが等しいことを特長とする光導波
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002129638A JP2003322737A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002129638A JP2003322737A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322737A true JP2003322737A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29542991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002129638A Pending JP2003322737A (ja) | 2002-05-01 | 2002-05-01 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003322737A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006301501A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 偏波面分離装置 |
| US7286738B2 (en) | 2004-03-25 | 2007-10-23 | Nec Corporation | White light pulse generating method using nonlinear optical device |
| JP2010044290A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光導波路径拡大回路、その製造方法、及び光導波路型装置 |
| JP2010134065A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光学素子及びマッハツェンダ干渉器 |
| US7760974B2 (en) * | 2006-08-11 | 2010-07-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Silicon arrayed waveguide grating device for reducing effective refractive index variation of optical waveguide according to temperature |
| KR100994980B1 (ko) | 2007-11-13 | 2010-11-18 | 한국전자통신연구원 | 장거리 표면 플라즈몬 기반 광도파로 온도센서 |
| KR101025950B1 (ko) | 2009-05-14 | 2011-03-30 | 부산대학교 산학협력단 | 폴리머 광도파로 기반 광 온도 센서 |
-
2002
- 2002-05-01 JP JP2002129638A patent/JP2003322737A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7286738B2 (en) | 2004-03-25 | 2007-10-23 | Nec Corporation | White light pulse generating method using nonlinear optical device |
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| KR100994980B1 (ko) | 2007-11-13 | 2010-11-18 | 한국전자통신연구원 | 장거리 표면 플라즈몬 기반 광도파로 온도센서 |
| JP2010044290A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光導波路径拡大回路、その製造方法、及び光導波路型装置 |
| JP2010134065A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光学素子及びマッハツェンダ干渉器 |
| KR101025950B1 (ko) | 2009-05-14 | 2011-03-30 | 부산대학교 산학협력단 | 폴리머 광도파로 기반 광 온도 센서 |
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