JP2004021005A

JP2004021005A - 光導波路基板

Info

Publication number: JP2004021005A
Application number: JP2002176912A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Akaboshi; 赤星　知幸; Masayuki Kato; 加藤　雅之
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】光導波路基板に関し、高精度の研磨面を得るとともに、高精度の位置合わせを行う。
【解決手段】屈折率ｎ_１を有するコア層３の直上に、ｎ_２＜ｎ_１の条件を満たす屈折率ｎ_２を有するクラッド層４からなる光導波路を有する光導波路基板のクラッド層４の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層６を設ける。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路基板に関するものであり、例えば、光導波路中を伝搬する光波や位相や強度を印加した電圧に応じて変化させる光変調素子或いは光の方向を変える光偏向素子等を組み込んだ光導波路基板、特に、スラブ型導波路構造の平面型光導波路基板の端面を研磨する際の研磨ダレ等を防止するための構成に特徴のある光導波路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信の伝送帯域は増加の一途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術と相まって高速かつ大容量化が進んでおり、基幹通信ネットワークにおける光ファイバー網のハードウェアのインフラを構築するためには、光信号の伝達先を切り替えるための光偏向器等を含んだ光スイッチモジュールが必要である。
【０００３】
この様な光スイッチモジュールにおいては、共通導波路部等をスラブ型光導波路、即ち、平面型光導波路で構成しているが、この平面型光導波路は、基板上に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を順次積層して構成されている。
ここで、コア層の屈折率ｎ_１とクラッド層の屈折率ｎ_２の関係は、ｎ_１＞ｎ_２であり、また、下部クラッド層を省略し、基板が下部クラッド層の役割を兼ねるようにしても良い。
【０００４】
ここで、図８を参照して従来の平面型光導波路基板を説明する。
図８参照
図８は、従来の平面型光導波路基板の斜視図であり、例えば、ＮｂドープＳｒＴｉＯ_３基板４１上に、ゾルゲル法を用いてＰＬＺＴ下部クラッド層４２、ＰＺＴコア層４３、及び、ＰＬＺＴ上部クラッド層４４を順次堆積させたのち、ＰＬＺＴ上部クラッド層４４上に偏向素子領域を形成するための複数のプリズム状電極（図示を省略）等を形成し、次いで、所定形状に基板を分割することによって平面型光導波路基板が形成される。
【０００５】
このような平面型光導波路基板においては、挿入損失を低減させるために、光の入出射面を高精度で研磨している。
【０００６】
図９参照
図９は、従来の平面型光導波路基板の実装状態の説明図であり、石英基板３１上に、例えば、ＳｉＯ_２からなる下部クラッド層３２、ＧｅドープＳｉＯ_２からなるコア層３３、及び、ＳｉＯ_２からなる上部クラッド層３４によるＳｉＯ_２／ＧｅドープＳｉＯ_２／ＳｉＯ_２構造のスラブ型導波路３５を形成するとともに、はめ込み用の凹部を形成した他の平面型光導波路基板の凹部に図８に示した強誘電体からなる平面型光導波路基板をアップサイドダウンにマウントし、スラブ型導波路３５との間隙を充填剤３６で充填する構成となる。
【０００７】
図９に示したように、強誘電体からなる平面型光導波路基板を他の平面型光導波路基板と結合して光デバイスを製造する場合、コア層３３とＰＺＴコア層４３との間の軸ズレが生じると、結合部での損失が大きくなるため、コア層同士を高精度で位置合わせを行なう必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光導波路の研磨工程において、上部クラッド層を剥き出しのまま研磨すると、上部クラッド層の上部端面に研磨ダレが発生し、光の入出射時の損失が大きくなるという課題が発生する。
【０００９】
この対策として、上部クラッド層と同じ材料の部材、あるいは基板と同じ材料の部材を用いた保護部材を、接着剤を用いて上部クラッド層の上に被覆するという手法があるが、クラッド層と接着層と保護部材との硬度差により、接着層のみが選択的に研磨されやすく、結果として高精度の研磨面が得られないという問題が発生する。
【００１０】
また、他の光導波路との接合時において、現実的にコア層同士の位置合わせにおいては、上部クラッド層の上面全体を利用する面合わせと、端部を利用した２点合わせがあるが、面合わせの場合には、上部クラッド層の上面の反りが問題となる。
【００１１】
一方、端部を利用した２点合わせの場合には、研磨工程において研磨ダレが生じた場合に、所期の位置合わせ精度が得られなくなるという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、高精度の研磨面を得るとともに、高精度の位置合わせを行うことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、屈折率ｎ_１を有するコア層３の直上に、ｎ_２＜ｎ_１の条件を満たす屈折率ｎ_２を有するクラッド層４からなる光導波路を有する光導波路基板において、前記クラッド層４の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層６を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この様に、上部のクラッド層４の上部に保護層６を設けることによって、端面の研磨工程における研磨ダレを防止することができるとともに、研磨ダレを防止することによって、２点位置合わせにおける位置合わせ精度を高めることができる。
なお、保護層６の屈折率ｎ_３が、ｎ_３＞ｎ_２の場合には、保護層６の方に集光して光信号の伝播効率が低下するので、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす必要がある。
【００１５】
この場合、保護層６は、上部のクラッド層４の全面に設けても良いが、２点位置合わせの場合には、光導波路基板の光入出射面側に設けることが望ましい。
【００１６】
また、保護層６は、保護層６に入射した光の散乱を防ぐために、光入出射端面から離れるに従い厚さが減少するテーパ形状の保護層６であることが望ましい。
【００１７】
また、この保護層６は、数μｍの厚さにすることにより、導波路結合時において結合する部材と少なくとも一部で接触させて、位置合わせ部材として用いることができる。
【００１８】
また、光導波路としては、ストライプ状のコア層３の周囲を低屈折率のクラッド層４で覆う構成でも良いが、光偏向素子アレイ等を構成する場合には、スラブ型光導波路５であることが必要となる。
【００１９】
また、上述の光導波路基板を製造する際には、クラッド層４の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層６を設けたのち、この保護層６を含む位置で基板分割を行い、次いで、分割した端部に保護層６が存在した状態で分割した端面を研磨すれば良い。
【００２０】
即ち、端部に存在する保護層６が、研磨工程において通常の研磨装置に設けられているヤトイの役割を果たすため、研摩ダレによる上部のクラッド層４の劣化を防ぐことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板を説明するが、まず、図２を参照して本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板の製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、ゾルゲル法を用いて、厚さが、例えば、５００μｍのＮｂドープＳｒＴｉＯ_３基板１１上に、厚さが、例えば、１μｍの（Ｐｂ_０．９１Ｌａ_０．０９）（Ｚｒ_０． _６５Ｔｉ_０．３５）Ｏ_３からなるＰＬＺＴ下部クラッド層１２、及び、厚さが、例えば、３μｍのＰｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３からなるＰＺＴコア層１３、及び、厚さが、例えば、１μｍの（Ｐｂ_０．９１Ｌａ_０．０９）（Ｚｒ_０．６５Ｔｉ_０．３５）Ｏ_３からなるＰＬＺＴ上部クラッド層１４を順次エピタキシャル成長させたのち、ＰＬＺＴ上部クラッド層１４上に複数のプリズム状電極（図示を省略）を設ける。
【００２２】
この場合、クラッド層を構成する（Ｐｂ_０．９１Ｌａ_０．０９）（Ｚｒ_０．６５Ｔｉ_０．３５）Ｏ_３の屈折率ｎ_２は、ｎ_２＝２．４３であり、コア層を構成するＰｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３の屈折率ｎ_１は、ｎ_１＝２．５３であり、ｎ_１＞ｎ_２の関係を満たすのでスラブ型光導波路が構成される。
【００２３】
図２（ｂ）参照
次いで、ＰＬＺＴ上部クラッド層１４上に、感光性樹脂層１５を塗布したのち、基板分割部に対応する開口を有するガラス製のマスク１６を介して紫外線１７で露光する。
なお、この感光性樹脂層１５としては、例えば、屈折率ｎ_３がｎ_３＝１．５４のＶ２５９ＰＡ（新日鐵化学株式会社製商品名）を用いる。
【００２４】
図２（ｃ）参照
次いで、マスク１６を除去したのち、溶剤洗浄を行うことによって感光性樹脂層１５の非露光部を除去して残存部を保護層１８とする。
次いで、ダイシングソー等の切断装置を用いて保護層１８の中央部を切断面１９として切断する。
【００２５】
図２（ｄ）参照
次いで、切断面１９をダイヤモンドペーパー等の研磨装置を用いて研磨を行って高精度の研磨面２０とすることによって、平面型光導波路基板の基本構成が完成する。
【００２６】
この研磨工程において、端部に存在する保護層１８が、研磨工程において通常の研磨装置に設けられているヤトイの役割を果たすため、研摩ダレによりＰＬＺＴ上部クラッド層１４が劣化することはない。
【００２７】
図３参照
図３は、上述の図２に示した各工程を経ることによって完成した本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板の斜視図であり、入出力端面側にのみ保護層１８が形成されている。
なお、プリズム状電極や、引出電極等は図示を省略している。
【００２８】
図４参照
図４は、本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板の実装状態の説明図であり、まず、実装基板となる他の平面型光導波路基板は、石英基板３１上に、ＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、４μｍのＳｉＯ_２からなる下部クラッド層３２、厚さが、例えば、３μｍのＧｅドープＳｉＯ_２からなるコア層３３、及び、厚さが、例えば、１３μｍのＳｉＯ_２からなる上部クラッド層３４を順次積層したのち、ＣＦ_４＋Ｏ_２或いはＣ_３Ｈ_８を原料ガスとして用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を施すことによって、深さが、２０μｍのはめ込み用の凹部を形成したものである。
なお、このスラブ型光導波路３５におけるコア層３３と上下のクラッド層３２，３４との間の屈折率差Δｎは、例えば、０．３％である。
【００２９】
次いで、このはめ込み用の凹部に図３に示した平面型光導波路基板をアップサイドダウンにマウントし、スラブ型導波路３５との間隙を充填剤３６で充填することによってハイブリッド型の光デバイスが完成する。
【００３０】
この場合、平面型光導波路基板の端部の設けた保護層１８が、コア層同士の位置合わせの際に利用することにより、高精度の２点合わせが可能になり、結合損失の少ない光デバイスの製造が可能になる。
【００３１】
また、保護層１８の屈折率ｎ_３は、ＰＬＺＴ上部クラッド層１４の屈折率ｎ_２に対して、ｎ_３≦ｎ_２の関係を満たしているので、入射した光が保護層１８の方へ集光することがない。
【００３２】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板を説明するが、まず、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板の製造工程を説明する。
なお、平面型光導波路基板自体の構成及び保護層の構成材料は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
【００３３】
図５（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と全く同様に、ゾルゲル法を用いて、厚さが、例えば、５００μｍのＮｂドープＳｒＴｉＯ_３基板１１上に、厚さが、例えば、１μｍのＰＬＺＴ下部クラッド層１２、及び、厚さが、例えば、３μｍのＰＺＴコア層１３、及び、厚さが、例えば、１μｍのＰＬＺＴ上部クラッド層１４を順次エピタキシャル成長させたのち、ＰＬＺＴ上部クラッド層１４上に複数のプリズム状電極（図示を省略）を設ける。
【００３４】
図５（ｂ）参照
次いで、ＰＬＺＴ上部クラッド層１４上に、Ｖ２５９ＰＡ（新日鐵化学株式会社製商品名）からなる感光性樹脂層１５を塗布したのち、基板分割部に対応する開口を有するグラデーションマスク２１を介して紫外線１７で露光する。
【００３５】
図５（ｃ）参照
次いで、グラデーションマスク２１を除去したのち、溶剤洗浄を行うことによって感光性樹脂層１５の非露光部を除去して残存部を保護層２２とする。
なお、この時、グラデーションマスク２１に設けた開口部の近傍における露光量の違いに基づいて端部から中央部に向かって膜厚が漸減するテーパ形状の保護膜２２が形成される。
次いで、ダイシングソー等の切断装置を用いて保護層２２の中央部を切断面１９として切断する。
【００３６】
図５（ｄ）参照
次いで、上記の第１の実施の形態と全く同様に、切断面１９をダイヤモンドペーパー等の研磨装置を用いて研磨を行って高精度の研磨面２０とすることによって、平面型光導波路基板の基本構成が完成する。
【００３７】
この研磨工程においても、端部に存在する保護層２２が、研磨工程において通常の研磨装置に設けられているヤトイの役割を果たすため、研摩ダレによりＰＬＺＴ上部クラッド層１４が劣化することはない。
【００３８】
図６参照
図６は、上述の図５に示した各工程を経ることによって完成した本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板の斜視図であり、入出力端面側にのみテーパ状の保護層２２が形成されている。
なお、この場合も、プリズム状電極や、引出電極等は図示を省略している。
【００３９】
図７参照
図７は、本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板の実装状態の説明図であり、上記の第１の実施の形態と同様に、実装基板となる他の平面型光導波路基板に設けたはめ込み用の凹部に図３に示した平面型光導波路基板をアップサイドダウンにマウントし、スラブ型導波路３５との間隙を充填剤３６で充填することによってハイブリッド型の光デバイスが完成する。
【００４０】
この場合、平面型光導波路基板の端部の設けたテーパ状の保護層２２を、コア層同士の位置合わせの際に利用することにより、高精度の２点合わせが可能になり、結合損失の少ない光デバイスの製造が可能になる。
【００４１】
また、保護層２２がテーパ状であるので、保護層２２に入射した光が散乱することがなく、それによって、光信号の安定した偏向・伝送が可能になる。
【００４２】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、保護層１８，２２を構成する材料として、感光性樹脂を用いているが、感光性樹脂に限られるものではなく、フッ素化ポリイミド等ある程度の硬度を有する樹脂を用いても良いし、さらには、クラッド層と同じ材料のセラミック結晶、即ち、ＰＬＺＴを選択成長させて保護層としても良い。
【００４３】
また、上記の各実施の形態においては、コア層及びクラッド層を成長させる際にゾルゲル方を用いているが、ゾルゲル法に限られるものではなく、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）或いはレーザアブレーション法を用いても良いものである。
【００４４】
また、上記の各実施の形態においては、保護層を平面型光導波路基板の端面にのみ設けているが、上部ＰＬＺＴ上部クラッド層の全面に設けても良いものである。
なお、研磨ダレ防止に関しては、端部にのみ保護層を設けた場合と同様であるが、コア層の位置合わせに関しては保護層を利用した面合わせとなる。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、平面型光導波路基板を偏向素子アレイを設けた平面型光導波路基板としているが、この様な平面型光導波路基板に限られるものではなく、光変調素子等を形成した他の機能を有する平面型光導波路基板にも適用されることは言うまでもない。
【００４６】
また、上記の各実施の形態においては、光導波路基板をスラブ型導波路構造の平面型光導波路基板としているが、この様な平面型光導波路基板に限られるものではなく、ストライプ状のコア層の周囲をクラッド層で覆った非平面型の光導波路基板にも適用されるものである。
【００４７】
また、上記の各実施の形態においては、光導波路構造を（Ｐｂ_０．９１Ｌａ_０．０９）（Ｚｒ_０．６５Ｔｉ_０．３５）Ｏ_３（ＰＬＺＴ）及びＰｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３（ＰＺＴ）で構成しているが、組成比としては他の組成比のＰＬＺＴ及びＰＺＴを用いても良いものであり、さらには、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）等の他の公知の強誘電体を用いても良いものである。
【００４８】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
図１参照
（付記１）　屈折率ｎ_１を有するコア層３の直上に、ｎ_２＜ｎ_１の条件を満たす屈折率ｎ_２を有するクラッド層４からなる光導波路を有する光導波路基板において、前記クラッド層４の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層６を設けたことを特徴とする光導波路基板。
（付記２）　上記保護層６は、光導波路基板の光入出射面側に設けたことを特徴とする付記１記載の光導波路基板。
（付記３）　上記保護層６が、上記光入出射端面から離れるに従い厚さが減少するテーパ形状の保護層６であることを特徴とする付記２記載の光導波路基板。
（付記４）　上記保護層６が、導波路結合時において結合する部材と少なくとも一部で接触することにより、位置合わせ部材となることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光導波路基板。
（付記５）　上記光導波路が、スラブ型光導波路５であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の光導波路基板。
（付記６）　付記１乃至５のいずれか１に記載の光導波路基板の製造方法において、上記クラッド層４の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層６を設けたのち、前記保護層６を含む位置で基板１の分割を行い、次いで、分割した端部に保護層６が存在した状態で分割した端面を研磨することを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも端部に保護層を設けているので光導波路の入出射面を高精度で研磨することができ、また、保護層を利用することによってコア層同士の軸ズレが生じない光導波路間の結合ができるため、結果として挿入損失の少ない光デバイスの製造が可能となり、ひいては、波長多重通信システムの普及・発展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の平面型光導波路基板の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の平面型光導波基板の実装状態の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板の製造工程の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の平面型光導波路基板の斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の平面型光導波基板の実装状態の説明図である。
【図８】従来の平面型光導波路基板の斜視図である。
【図９】従来の平面型光導波基板の実装状態の説明図である。
【符号の説明】
１　基板
２　クラッド層
３　コア層
４　クラッド層
５　スラブ型光導波路
６　保護層
１１　ＮｂドープＳｒＴｉＯ_３基板
１２　ＰＬＺＴ下部クラッド層
１３　ＰＺＴコア層
１４　ＰＬＺＴ上部クラッド層
１５　感光性樹脂層
１６　マスク
１７　紫外線
１８　保護層
１９　切断面
２０　研磨面
２１　グラデーションマスク
２２　保護層
３１　石英基板
３２　下部クラッド層
３３　コア層
３４　上部クラッド層
３５　スラブ型導波路
３６　充填剤
４１　ＮｂドープＳｒＴｉＯ_３基板
４２　ＰＬＺＴ下部クラッド層
４３　ＰＺＴコア層
４４　ＰＬＺＴ上部クラッド層

Claims

屈折率ｎ_１を有するコア層の直上に、ｎ_２＜ｎ_１の条件を満たす屈折率ｎ_２を有するクラッド層からなる光導波路を有する光導波路基板において、前記クラッド層の少なくとも一部の領域の直上に、ｎ_３≦ｎ_２の条件を満たす屈折率ｎ_３を有する保護層を設けたことを特徴とする光導波路基板。
上記保護層は、光導波路基板の光入出射面側に設けたことを特徴とする請求項１記載の光導波路基板。
上記保護層が、上記光入出射端面から離れるに従い厚さが減少するテーパ形状の保護層であることを特徴とする請求項２記載の光導波路基板。
上記保護層が、導波路結合時において結合する部材と少なくとも一部で接触することにより、位置合わせ部材となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光導波路基板。
上記光導波路が、スラブ型光導波路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光導波路基板。