JP2003508814A - ハイブリッド型集積光アドドロップマルチプレクサ - Google Patents

ハイブリッド型集積光アドドロップマルチプレクサ

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Abstract

(57)【要約】 光ファイバ通信ネットワーク内を伝搬する特定の情報担持波長をアドおよびドロップするように形成された多層積層体から構成される集積光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）。積層体は、シリコンまたはシリカ基板(10)から構成される第１の層、下側クラッド層(20)から構成される第２の層、コアガラス層(22)から構成される第３の層、および上側クラッド層(24)から構成される第４の層を含む。別の実施の形態において、積層体は、シリコンまたはシリカ基板(10)から構成される第１の層、下側クラッド層(20)から構成される第２の層、高分子層(26)から構成される第３の層、コアガラス層(22)から構成される第４の層、および上側クラッド層(24)から構成される第５の層を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野 本発明は、以後光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）と称される、光フ
ァイバネットワーク内を伝搬する特定の情報担持波長をアドおよびドロップする
能力を有する光モジュールに関する。
【０００２】背景 光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）には、光ファイバネットワーク内
を伝搬する特定の情報担持波長をアドおよびドロップする能力がある。ＯＡＤＭ
１がどのように波長λ’i・・λ’j・・λ’kをアドし、入力λ1−λNから波長
λi・・λj・・λkをドロップするかを表すブロック図が図１に示されている。
【０００３】 ＯＡＤＭについて広く論じられた構成は、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）ルータ
および２×２光スイッチの使用を含む。この構成が図２に示されている。ここで
、ＡＷＧ12はマルチプレクサ／デマルチプレクサとして用いられ、スイッチ14は
、アドしドロップすべきチャンネルを選択するために用いられる。この構成は、
市販の独立型成分（例えば、融着接続およびコネクタ取付具によりファイバピグ
テイル(fiber pigtailed)スイッチに接続されるファイバピグテイルＡＷＧ）で
製造できる。ＡＷＧは、例えば、日立、Lucent、Nortel、SDL、およびJDS Uniph
aseにより商業生産されている。２×２スイッチは、光・機械式および熱・光学
式品種の両方が、JDS Uniphase、Fitel、Dicon、およびCorningのような製造業
者により商業生産されている。
【０００４】 残念ながら、図２に示した構成には多数の欠点がある。この構成は、ファイバ
の接続数のために組み立てるのが難しく、高価である。それに加えて、この構成
は、挿入損失が大きい。さらに、この構成は、波長の数が増えるにつれ、極めて
不十分にしか比例しない。例えば、大都市地区ネットワーク用途では、所定のＯ
ＡＤＭにおいて32、64または80の波長をアドまたはドロップすることが要求され
るであろう。
【０００５】 これらの問題を解決するために、従来技術においては、ＡＷＧのフィルタリン
グ機能およびスイッチのスイッチング機能を１つの基板に集積化する試みが行わ
れてきた。プレーナガラス技術を用いたそのような試みの１つが、「16-Channel
Optical Add/Drop Multiplexer Consisting of Arrayed Waveguide Gratings a
nd Double Gate Switches」Electronic Letters 32, 1471 (1996)と題する論文
に、K.Okamoto等により記載されている。ここで、いくつかのＡＷＧが同じ基板
上のプレーナガラス（シリカ・オン・シリコン）内に作製され、マッハ・ツェン
ダーベースの熱・光スイッチが同じ基板上に集積化された。残念ながら、この手
法にはいくつかの欠点がある。マッハ・ツェンダーベースのスイッチは、チップ
上に大きな面積を必要とする。それに加え、マッハ・ツェンダーベースのスイッ
チは、非常に製造ミスしやすく、絶縁が不十分である。
【０００６】 集積ＯＡＤＭへの別の試みが、「Recongifurable 16-Channel WDM Drop Modul
e Using Silicon MEMS Optical Switches」IEEE Photonics Tech.Lett. 11, 63
(1999)と題する論文に、Giles等により記載された。ここでは、ＡＷＧは、ファ
イバに接続されたＭＥＭＳ型スイッチのアレイである。残念ながら、この手法は
、完全には集積化されておらず、ソリッドステートではない。
【０００７】 明らかに、１つの基板に完全に集積化され、製造ミスしにくいソリッドステー
トＯＡＤＭが必要とされている。理想的には、そのようなＯＡＤＭに使用される
スイッチは、チップ上に広い面積を必要とせず、さらに、良好な絶縁特性を有す
るべきである。
【０００８】発明の概要 本発明は、その機能が、光ファイバ通信ネットワーク内で伝搬する特定の情報
担持波長をアドまたはドロップすることにある、多層積層体から構成される集積
化された高性能光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）を提供する。この積
層体構造物は、従来技術に関連する欠点をなくすか少なくとも改善する。この積
層体は、シリコンまたはシリカ基板から構成される第１の層、下側クラッド層か
ら構成される第２の層、コアガラス層から構成される第３の層、および上側クラ
ッド層から構成される第４の層を含む。別の実施の形態において、その積層体は
、シリコンまたはシリカ基板から構成される第１の層、下側クラッド層から構成
される第２の層、高分子層から構成される第３の層、コアガラス層から構成され
る第４の層、および上側クラッド層から構成される第５の層を含む。
【０００９】 本発明はまた、基板、この基板上に配された下側クラッド層、この下側クラッ
ド層の一部の上に配されたコアガラス層、並びに下側クラッド層およびコアガラ
ス層の上に配された上側クラッド層から構成される集積光アドドロップマルチプ
レクサ（ＯＡＤＭ）を提供する。このコアガラス層はアレイ導波路格子（ＡＷＧ
）を含み、上側クラッド層は高分子から構成され、光スイッチを含む。
【００１０】 本発明はまた、基板、この基板上に配された下側クラッド層、この下側クラッ
ド層の一部の上に配されたコアガラス層、コアガラス層に隣接した下側クラッド
層の上に配された高分子層、並びに高分子層およびコアガラス層の上に配された
上側クラッド層から構成される集積光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）
を提供する。コアガラス層はアレイ導波路格子（ＡＷＧ）を含み、高分子層は光
スイッチを含む。
【００１１】 本発明は、添付の図面と共に読んだときに、以下の詳細な説明から最もよく理
解される。通常の実施にしたがって、図面の様々な特徴は比例するものではない
ことを強調する。それどころか、様々な特徴の寸法は、明快にするために、任意
に拡大または縮小されている。
【００１２】詳細な説明 本発明は、ガラス光導波路および高分子ベースのディジタル光スイッチの好ま
しい特性を組み合わせることにより集積化された高性能ＯＡＤＭを提供する。プ
レーナガラス技術は、光損失が小さいので、ＡＷＧの製造に最もうまく適してい
る。しかしながら、プレーナガラス技術は、製造プロセスの応力により生じる偏
光依存性を被ることが多い。ディジタル光スイッチは、大きい熱・光学効果およ
び低い熱伝導率のために、高分子において最もよく実施される。さらに、低損失
の屈折率整合高分子が、ガラスベースのＡＷＧデバイスの頂面クラッド層として
用いられる場合、デバイス中の全体の応力を低下させ、これにより偏光依存性が
減少すること、およびデバイスの感温性を低下させ、これにより温度制御の問題
が単純になることのような利点が与えられる。
【００１３】 好ましくは、頂面クラッド用途のための高分子材料は、コアガラス層のものよ
りも0.5-0.7％小さい、使用温度および波長での屈折率；好ましくはコアガラス
層のもの以下（一般に0.1ｄＢ／ｃｍ以下）である使用波長での光損失；大きい
（＞1×10-4／℃）の負の熱・光学係数（ｄｎ／ｄＴ）；シリカ層に低応力を与
える低弾性率；ガラスコアおよびクラッド層への良好な付着性；およびクロムお
よび金のような熱・光スイッチに使用される一般的な金属により金属化される能
力を有する。これらの基準の全てをほぼ満たすような材料は少ししかない。その
ような例としては、両方ともここに引用する、1997年4月17日に出願された、「N
ew Photocurable Halofluorinated Acrylates」と題する、Wu等の米国特許出願
第08/842,783号、および1998年11月12日に出願された、「New Method for Makin
g Photocurable Halofluorinated Acrylates」と題するWu等の米国特許出願第09
/190,194号を含む、AlliedSingal社により開発されたクロロフルオロジアクリレ
ートのような、ハロフッ素化ジアクリレートが挙げられる。これらの材料は、上
述した屈折率の基準を十分に満たす、1550ｎｍおよび70℃での約1.44の屈折率を
有する。この高分子の光損失は、1550ｎｍで0.1から0.2ｄＢ／ｃｍまでの間であ
り、ｄｎ／ｄＴは約−2×10-4／℃であり、ガラス基板および酸化ケイ素基板に
対する良好な付着性が達成された。
【００１４】 本発明が図３に図示されている。高分子ベースのディジタル光スイッチ14は、
スイッチの２つの状態がそれぞれ「通過（スルー）」状態および「アドドロップ
」状態であるので、完全なクロスバー２×２というよりもむしろ、「アドドロッ
プ」２×２である。高分子上側クラッド（図４に高分子上側クラッド24として示
されている）は、デバイスのいたるところに施され、スイッチ領域（かなり短い
）におけるセグメント化されたコアとしても機能する。ファイバアレイ（図３に
アドファイバアレイ16およびドロップファイバアレイ18として示されている）、
別の実施の形態においては同様に集積化できる検出器およびレーザへのアクセス
を提供するように、アドおよびドロップポートで基板10に整合されている。
【００１５】 本発明の集積ＯＡＤＭは多層積層体である。本発明の１つの実施の形態の側面
図が図４に示されている。図４に示された集積ＯＡＤＭでは１つの高分子を用い
た手法を用いており、ここで、上側クラッド層24は、頂面クラッドとして機能し
、光スイッチも含む。図４に示したように、多層積層体の第１の層はシリコンま
たはシリカ基板10である。第２の層は、例えば、化学的気相成長（ＣＶＤ）また
は火炎加水分解により形成される、緩衝ガラス層であって差し支えない、下側ク
ラッド層20である。第３の層は、半導体式製造プロセスの一部として反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）により画成でき、従来のＡＷＧとしてパターン形成でき
るガラスコア層である。ガラスコア層22はイオン交換により画成することができ
、これには、コアを作製するのに材料を除去する必要がない。多層積層体の第４
の層は上側クラッド層24である。上側クラッド層24は、スピンコーティングおよ
びその後の紫外線硬化／熱アニーリングにより形成できる。図４は、上側クラッ
ド層24の上に配された、好ましくは、金属ヒータである、ヒータ30も示している
。ヒータ30は、従来のリソグラフィープロセスを用いてパターン形成できる。
【００１６】 その構造物の入力側のデマルチプレキシングＡＷＧの出力はＮ導波路であり、
ここで、Ｎは波長チャンネルの数である。これらの導波路はスイッチ領域に至る
。スイッチ領域において、ガラスコアは、その後の上側クラッドのスピンコーテ
ィングプロセス中に高分子材料がその中に堆積される間隙を提供するようにセグ
メント化されている。セグメント化された導波路は領域内の間隙は、ディジタル
スイッチ機能、適度に低い挿入損失、および低復帰損失を提供するように設計さ
れている。１つの高分子を用いた手法の場合には、この高分子は、同時に、適切
な頂面クラッド材料であり、低挿入損失を与え、偏光依存性を減少させ、感温性
を減少させなければならない。２つの異なる高分子が用いられる場合、すなわち
、第１の高分子がセグメント化されたガラスコアの間隙を充填するのに用いられ
、第２の高分子が頂面クラッドとして用いられる場合には、これらの制限は除か
れる。
【００１７】 ２つの高分子を用いた手法の側面図が図５に示されている。図５に示したよう
に、集積ＯＡＤＭは、下側クラッド層20（および隣接するコアガラス層22）およ
び第２の高分子の上側クラッド層24の間に配された、第１の高分子の高分子層26
を有する。この手法において、高分子層26の屈折率はガラスコア層22の屈折率に
一致するように調節されており、一方で、上側クラッド層24の屈折率は下側クラ
ッド層20の屈折率に一致するように調節されている。高分子層26は、スピンコー
ティングおよびその後の紫外線硬化／熱アニーリングにより形成することができ
る。さらに、高分子層26は、直接リソグラフィーまたは反応性イオンエッチング
技法によりパターン形成されて、さらに、ＯＡＤＭの光スイッチ部分の低損失単
一モード操作を確実にすることができる。
【００１８】 高分子層のパターン形成は、標準的なフォトリソグラフィー工程により実施で
きる：コアガラス層がパターン形成され、高分子導波路の領域からコア層のガラ
スが除去された後、高分子コア層を基板上にスピンコーティングすることができ
る。高分子は、好ましくは、平面化(planarize)する優れた能力を有する。この
場合、高分子層およびガラスのコアの高さがほぼ同じに製造できる。直接リソグ
ラフィーの好ましい場合、未硬化高分子膜を有する基板が、窒素パージされたマ
スク整合区画内に配置される。必要なフォトマスクが基板に接触させられ、ガラ
ス導波路のコアに関して良好な整合が達成されるように調節される。次いで、紫
外線が照射され、この紫外線がマスクの透明領域（導波路コアの位置に一致する
）にある高分子を硬化させる。マスクが取り除かれ、メタノールまたはアセトン
のような一般的な有機溶剤により基板が現像される。次いで、ハイブリッド型高
分子／ガラス構造物の上にスピンコーティングにより頂面クラッド層が施される
。好ましい実施の形態において、コア高分子層の屈折率は、使用温度および波長
でコアガラスの屈折率と一致する。光により直接画成できない高分子の場合には
、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような異なる手法を行わなければならな
い。この場合、高分子の均一膜がスピンコーティングされ、乾燥され、底に、金
属の蒸発層（チタン／金の組合せが多い）が加えられる。フォトレジストが金属
層上に施され、上述した直接フォトリソグラフィー層と似た様式でパターン形成
される。ＲＩＥにより除去される領域において、金属が金属エッチング剤により
除去される。最後に、ＲＩＥが施されて、望ましくない材料が除去され、高分子
導波路コアが形成される。フォトレジストおよび金属残留物は、湿潤化学エッチ
ング剤を用いて除去され、次いで、得られた高分子導波路コアは、上述したよう
に、頂面クラッド層により被覆される。
【００１９】 図６は、本発明の１つの高分子を用いた手法の実施の形態の平面図を示してい
る。この図に示したように、下側クラッド層20が基板10上に配されている。コア
ガラス層22が下側クラッド層20の一部の上に配され、高分子層26がコアガラス層
に隣接する下側クラッド層20の上に配されている。高分子層26は、１×２ディジ
タル光スイッチとして図６に示した光スイッチ14を含む。スイッチ14の各々は、
図６に示したように、金属ヒータ30を含んでもよい。図６の挿入図は、４つの１
×２スイッチ14からなる２×２スイッチ15を示している。上側クラッド層24は、
高分子層26およびコアガラス層22の上に配されている。
【００２０】 本発明は、高分子ベースのディジタル光スイッチを使用したおかげで寸法がコ
ンパクトな集積された高性能ＯＡＤＭを提供する。本発明のＯＡＤＭには、低い
パワー消費、ＡＷＧ領域における減少した偏光依存性、ＡＷＧ領域における減少
した感温性、デバイス全体における減少した応力、非集積ＯＡＤＭよりも減少し
たコスト、マッハ・ツェンダーの実施の形態から得られるよりも低いクロストー
ク、より柔軟かつ複雑なスイッチ素子を容易に適用できる能力、純粋な高分子の
実施の形態におけるよりもずっと低い損失、および従来の既製成分を互いに配列
することにより達成できるよりも低い損失といった利点がある。
【００２１】 本発明は、上述した説明および図面により当業者により最もよく理解できるも
のであり、それら説明および図面の両方は、本発明を開示された特定の実施の形
態に制限したり、徹底的であることを意図するものではない。それら図面は、本
発明の原理およびその適用できる実際の用途を記載または最もうまく説明し、そ
れによって、当業者が本発明を最もうまく利用できるように選択されている。
【００２２】 したがって、本発明の性質を説明するためにここに記載され示された詳細、材
料および部材の配列における様々な変更が、請求項に表される本発明の原理およ
び範囲内で当業者により行われてもよいことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＯＡＤＭのブロック図
【図２】 一般のＯＡＤＭ構成の概略図
【図３】 本発明による集積ＯＡＤＭの概略図
【図４】 基板、基板上に配された下側クラッド層、下側クラッド層の一部の上に配され
たコアガラス層、並びに下側クラッド層およびコアガラス層の上に配された上側
クラッド層を含む本発明による１つの実施の形態の側面図
【図５】 基板、基板上に配された下側クラッド層、下側クラッド層の一部の上に配され
たコアガラス層、コアガラス層に隣接した下側クラッド層上に配された高分子層
、並びに高分子層およびコアガラス層の上に配された上側クラッド層を含む本発
明による別の実施の形態の側面図
【図６】 基板、基板上に配された下側クラッド層、下側クラッド層の一部の上に配され
たコアガラス層、コアガラス層に隣接した下側クラッド層上に配された高分子層
、並びに高分子層およびコアガラス層の上に配された上側クラッド層を含む本発
明による別の実施の形態の平面図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＷ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバ通信ネットワーク内で伝搬する特定の情報担持波
    長をアドおよびドロップするように形成された多層積層体から構成されることを
    特徴とする集積光アドドロップマルチプレクサ。
  2. 【請求項２】 第１の層がシリコンまたはシリカ基板から構成され、第２の
    層が下側クラッド層から構成され、第３の層がコアガラス層から構成され、第４
    の層が上側クラッド層から構成されることを特徴とする請求項１記載のマルチプ
    レクサ。
  3. 【請求項３】 前記上側クラッド層が高分子から構成されることを特徴とす
    る請求項２記載のマルチプレクサ。
  4. 【請求項４】 前記コアガラス層がアレイ導波路格子を含むことを特徴とす
    る請求項２記載のマルチプレクサ。
  5. 【請求項５】 前記上側クラッド層が、光スイッチを含む高分子から構成さ
    れることを特徴とする請求項２記載のマルチプレクサ。
  6. 【請求項６】 第１の層がシリコンまたはシリカ基板から構成され、第２の
    層が下側クラッド層から構成され、第３の層が高分子層から構成され、第４の層
    がコアガラス層から構成され、第５の層が上側クラッド層から構成されることを
    特徴とする請求項１記載のマルチプレクサ。
  7. 【請求項７】 前記上側クラッド層が高分子から構成されることを特徴とす
    る請求項６記載のマルチプレクサ。
  8. 【請求項８】 前記コアガラス層がアレイ導波路格子を含むことを特徴とす
    る請求項６記載のマルチプレクサ。
  9. 【請求項９】 前記上側クラッド層が、光スイッチを含む高分子から構成さ
    れることを特徴とする請求項６記載のマルチプレクサ。
  10. 【請求項１０】 前記高分子層が、前記コアガラス層の屈折率と等しい屈折
    率を有することを特徴とする請求項６記載のマルチプレクサ。
  11. 【請求項１１】 前記上側クラッド層が、前記下側クラッド層の屈折率と等
    しい屈折率を有することを特徴とする請求項６記載のマルチプレクサ。
  12. 【請求項１２】 集積光アドドロップマルチプレクサであって、 基板、 該基板上に配された下側クラッド層、 該下側クラッド層の一部の上に配され、アレイ導波路格子を含むコアガラス層
    、および 前記下側クラッド層および前記コアガラス層の上に配され、光スイッチを含む
    高分子から構成される上側クラッド層、 を含むことを特徴とするマルチプレクサ。
  13. 【請求項１３】 前記コアガラス層が、マルチプレキシングアレイ導波路格
    子およびデマルチプレキシングアレイ導波路格子を含み、前記光スイッチが、該
    マルチプレキシングアレイ導波路格子および該デマルチプレキシングアレイ導波
    路格子の間に配置されていることを特徴とする請求項１２記載のマルチプレクサ
    。
  14. 【請求項１４】 前記基板がシリコンまたはシリカから構成されることを特
    徴とする請求項１２記載のマルチプレクサ。
  15. 【請求項１５】 集積光アドドロップマルチプレクサであって、 基板、 該基板上に配された下側クラッド層、 該下側クラッド層の一部の上に配され、アレイ導波路格子を含むコアガラス層
    、 該コアガラス層に隣接する前記下側クラッド層の上に配され、光スイッチを含
    む高分子層、および 前記高分子層および前記コアガラス層の上に配される上側クラッド層、 を含むことを特徴とするマルチプレクサ。
  16. 【請求項１６】 前記コアガラス層が、マルチプレキシングアレイ導波路格
    子およびデマルチプレキシングアレイ導波路格子を含み、前記光スイッチが、該
    マルチプレキシングアレイ導波路格子および該デマルチプレキシングアレイ導波
    路格子の間に配置されていることを特徴とする請求項１５記載のマルチプレクサ
    。
  17. 【請求項１７】 前記基板がシリコンまたはシリカから構成されることを特
    徴とする請求項１５記載のマルチプレクサ。
  18. 【請求項１８】 前記高分子層が、前記コアガラス層の屈折率と等しい屈折
    率を有することを特徴とする請求項１５記載のマルチプレクサ。
  19. 【請求項１９】 前記上側クラッド層が、前記下側クラッド層の屈折率と等
    しい屈折率を有することを特徴とする請求項１５記載のマルチプレクサ。
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