JP2004354738A

JP2004354738A - 平面型光導波路およびその製造方法、多層平面型光導波路、光モジュール

Info

Publication number: JP2004354738A
Application number: JP2003152775A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishii; 裕石井; Takeshi Sakuma; 健佐久間
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】平面型光導波路を実装する際に、容易に高密度な集積化ができる平面型光導波路と、これを実装した多層平面型光導波路および光モジュールを提供する。
【解決手段】コアと、コアの周囲に配された下部クラッド層および上部クラッド層からなるクラッドとを少なくとも備えた平面型光導波路において、コアおよびクラッドを配する基板、または、基板および下部クラッド層の少なくとも一部を除去する。コアに、屈折率分布を持たせる。コアの屈折率を、クラッドの屈折率よりも高くする。平面型光導波路を複数積層して、多層平面型光導波路を構成する。平面型光導波路または多層平面型光導波路と、ファイバテープ心線とを接続して光モジュールを構成する。平面型光導波路と多層平面型光導波路とを接続して光モジュールを構成する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測および光情報通信分野で用いられる平面型光導波路と、これを実装した多層平面型光導波路および光モジュールに関し、特に大型の平面型光導波路を実装する際に高密度な集積化を容易とする平面型光導波路と、多層平面型光導波路および光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光スイッチ（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）や、可変光減衰器（例えば、特許文献４参照。）といった光部品が、必要な数だけ（通常はチャンネル数だけ）集積されて用いられる例が増えている。例えば、分波器と合波器の間にチャネル数と同数の光スイッチを配置した例（例えば、特許文献５参照。）や、光スイッチをマトリックス状に並べて構成したＮ×Ｎ（Ｎ入力、Ｎ出力）スイッチ（例えば、特許文献６参照。）などを挙げることができる。
【０００３】
このような光部品の集積化が可能であるのは、（１）平面型光導波路が半導体と同様のプロセスで作製され、光回路の集積化が比較的容易、（２）光スイッチや可変光減衰器といったデバイスが比較的簡単な構成で実現可能で、１チャネル分の回路の必要面積が比較的小さくて済むため、１つのウエハ上に多チャネル分の回路を集積できる、などの理由からである。
【０００４】
ところが近年、波長多重（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下「ＷＤＭ」と略す。）光通信において、光伝送速度の高速化とともに、分散・偏波モード分散を静的・動的に補償する技術が必要とされている。そのため、光分散補償回路（例えば、特許文献７参照。）、偏波モード分散（例えば、特許文献８、特文献９参照。）といったデバイスは、光回路中に多数の光遅延回路を設ける必要があり、１チャネル分であっても、広い面積を必要とするようになってきている。
【０００５】
１チャネル分でも広い面積を必要とするため、１つのウエハ上に複数のチャネル用の光部品を集積化するのは難しい。また、複数のチャネル数と同数の光回路をそれぞれ個別に準備し、分波器の後段、あるいは分波器と合波器との間にこれらの補償デバイスを配する際に、各チャネル毎にファイバを１本ずつ接続する以外に、全チャネルを補償するような光回路を構成する手段がなかった。
【０００６】
このことは、分波器で分波され、チャネル毎に分けられた光線路（多くの場合、テープファイバで出力される）を１本ずつに分け、それぞれを各チャネル用の補償回路に接続して入力し、同じ補償回路からの出力ポートに対してファイバを１本ずつ接続し、これらを再び束ねて合波器の入力ポートに接続する必要があることを意味している。
【０００７】
以上のようなことから、光部品を集積化することにより、（１）ファイバの接続箇所が多い、（２）テープファイバにおいてファイバ心線の分離箇所が必要、（３）ファイバ心線の分離工程が必要、（４）分離されたファイバ心線を収納する空間容量が大きくなる、などといった問題が発生する。
【０００８】
また、分散特性に優れた合分波器（例えば、特許文献１０参照。）などの面積が比較的大きくなるような光回路を、複数のチャネルに対して同時に用いる場合などには、上記と同様の問題が発生する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２４１７８１号公報
【特許文献２】
特公平７−４３４８４号公報
【特許文献３】
特許第２６５９２９３号明細書
【特許文献４】
特開２０００−２４１７７４号公報
【特許文献５】
特開２０００−３２１４５０号公報
【特許文献６】
特許第３１５８３７２号明細書
【特許文献７】
特許第３２６２３１２号明細書
【特許文献８】
特開２００１−２１８４８号公報
【特許文献９】
特開２００１−４２２７２号公報
【特許文献１０】
特開２００２−３１８３７６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、平面型光導波路を実装する際に、容易に高密度な集積化ができる平面型光導波路と、これを実装した多層平面型光導波路および光モジュール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、上記課題を解決するために、コアと、該コアの周囲に配された下部クラッド層および上部クラッド層からなるクラッドとを少なくとも備えた平面型光導波路であって、前記コアおよび前記クラッドを配する基板、または、該基板および前記下部クラッド層の少なくとも一部を除去した平面型光導波路を提供する。
【００１２】
上記構成の平面型光導波路において、前記コアは、屈折率分布を有することが好ましい。
【００１３】
上記構成の平面型光導波路において、前記コアは、前記クラッドよりも屈折率が高いことが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記平面型光導波路が複数積層されてなる多層平面型光導波路を提供する。
【００１５】
上記構成の多層平面型光導波路において、前記コアが等間隔に配列されていることが好ましい。
【００１６】
上記構成の多層平面型光導波路において、前記コアの配列間隔が２５０μｍであることが好ましい。
【００１７】
上記構成の多層平面型光導波路において、前記コアの配列間隔が１２７μｍであることが好ましい。
【００１８】
本発明は、上記平面型光導波路と、ファイバテープ心線とが接続されてなる光モジュールを提供する。
【００１９】
本発明は、上記多層平面型光導波路と、ファイバテープ心線とが接続されてなる光モジュールを提供する。
【００２０】
本発明は、上記平面型光導波路と、上記多層平面型光導波路とが接続されてなる光モジュールであって、前記平面型光導波路の入出力ポートと、前記多層平面型光導波路の入出力ポートとが接続されている光モジュールを提供する。
【００２１】
上記構成の光モジュールにおいて、前記平面型光導波路と前記多層平面型光導波路とが、ねじれの位置に配されていることが好ましい。
【００２２】
本発明は、コアと、該コアの周囲に配された下部クラッド層および上部クラッド層からなるクラッドとを少なくとも備えた平面型光導波路の製造方法において、前記コアおよび前記クラッドを配する基板、または、該基板および前記下部クラッド層の少なくとも一部を、研磨、研削または切断により除去する平面型光導波路の製造方法を提供する。
【００２３】
上記平面型光導波路の製造方法において、前記上部クラッド層の表面を、研磨、研削または切断により平面化することが好ましい。
【００２４】
上記平面型光導波路の製造方法において、前記コアをフォトブリーチングにより形成することが好ましい。
【００２５】
上記平面型光導波路の製造方法において、前記コアにレーザ光を照射して、該コアの屈折率を変化させることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１および図２は、本発明の平面型光導波路の製造方法の一実施形態を示す概略斜視図である。
この実施形態の平面型光導波路の製造方法では、先ず、図１（ａ）に示すように、基板１を用意する。
基板１は、後述のコア、クラッドなどの堆積に支障の無い程度に表面が平滑かつ清浄なものであれば材質は特に限定されないが、例えば、シリコン結晶ウエハ、石英ウエハ、半導体ウエハ、多成分ガラス板、セラミック板、金属板などが用いられる。
【００２７】
次いで、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面上に、石英系ガラス、窒化ケイ素または高分子材料を堆積して、所定の厚みの下部クラッド層２を形成する。
【００２８】
石英系光導波路を形成する場合、火炎堆積法（ＦｌａｍｅＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＦＨＤ法）や化学気相堆積法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法などにより、石英または石英に添加物を添加した石英系ガラスを基板１の表面上に堆積する。
【００２９】
石英に添加する添加物としては、一般的に、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）などが用いられる。ゲルマニウムとリンは、石英系ガラスの屈折率を上昇させる添加物である。ホウ素とフッ素は、石英系ガラスの屈折率を低下させる添加物である。
これらの添加物を石英に添加すると、その種類や添加量によって、石英系ガラスの屈折率と軟化温度を調節することができる。そのため、上記のような添加物は、屈折率の調節以外にも、下部クラッド層２や、後述のコア層、上部クラッド層の形成工程における温度調節を目的として用いられることもある。
【００３０】
なお、石英系光導波路を形成する場合、基板１として石英基板を用いた場合、この石英基板自体を下部クラッド層２として用い、下部クラッド層２を形成する工程を省略してもよい。
【００３１】
窒化ケイ素系光導波路を形成する場合、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより、窒化ケイ素を基板１の表面上に堆積する。
【００３２】
高分子光導波路を形成する場合、基板１の表面上に、高分子材料をスピンコート法により、厚さの均一な膜となるように塗布する。
下部クラッド層２をなす高分子材料としては、フッ化ポリイミド、ベンゾシクロブテン、重水素化シリコーン、重水素化ポリメチルメタクリレート、紫外線硬化型エポキシ樹脂、紫外線硬化型アクリレート樹脂などが挙げられる。
【００３３】
次いで、図１（ｃ）に示すように、下部クラッド層２の表面上に、石英系ガラス、窒化ケイ素または高分子材料を堆積して、所定の厚みのコア層３を形成する。
コア層３の形成には、下部クラッド層２の形成と同様の方法、装置を用いることができる。
【００３４】
石英系光導波路を形成する場合、ＦＨＤ法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法などにより、石英または石英に添加物を添加した石英系ガラスを下部クラッド層２の表面上に堆積する。
窒化ケイ素系光導波路を形成する場合、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより、窒化ケイ素を下部クラッド層２の表面上に堆積する。
高分子光導波路を形成する場合、下部クラッド層２の表面上に、高分子材料をスピンコート法により、厚さの均一な膜となるように塗布する。
【００３５】
この実施形態では、コア層３は、下部クラッド層２および後述の上部クラッド層よりも屈折率が高く形成されている。
石英系光導波路を形成する場合、コア層３をなす石英系ガラスに、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）などの添加物を添加して、下部クラッド層２および上部クラッド層よりも屈折率が高くなるように調節する。
【００３６】
窒化ケイ素系光導波路を形成する場合、シリコン（Ｓｉ）ターゲットを用い、プラズマ中に窒素（Ｎ_２）ガスや酸素（Ｏ_２）ガスを導入して、シリコンを窒化または酸化、あるいは窒化および酸化させながら堆積させる反応性スパッタリング法が多く用いられる。この際、一般にシリコンと反応する窒素の量が酸素に比べて大きい程、屈折率が大きくなる。屈折率が最大となるのは組成がＳｉ_３Ｎ_４となる場合で、屈折率は約１．９８、屈折率が最小となるのは組成がＳｉＯ_２の場合で屈折率は約１．４４となる。これらの中間の組成を持つＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ系ガラスは、Ｓｉ_３Ｎ_４とＳｉＯ_２の中間の屈折率を持ち、スパッタリング時のプラズマ中への窒素ガスおよび酸素ガスの導入量やプラズマのパワー、基板温度などを制御することにより、得られるガラス膜の組成すなわち屈折率を調節することができる。上下クラッド層とコア層において、窒化ケイ素系／石英系ガラスの組成を変えることにより、コア層の屈折率が、下部クラッド層２および上部クラッド層よりも高くなるようにする。
【００３７】
高分子光導波路を形成する場合、一般にクラッド層とコア層において、組成の異なる高分子材料を用い、適切な屈折率差を得るようにする。例えば、フッ素化ポリイミドを用いる場合、複数のイミド原料の混合比により、重合後の屈折率を調整することが可能であることが、文献Ｊ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，ｅｔａｌ．，“ＦｌｕｏｒｉｎａｔｅｄＰｏｌｙｉｍｉｄｅＷａｖｅｇｕｉｄｅｓｗｉｔｈＬｏｗＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＤｅｐｅｎｄｅｎｔＬｏｓｓａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏＴｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃＳｗｉｔｃｈｅｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１６，ｎｏ．６，ｐｐ．１０２４−１０２９（１９９８）に開示されている。上下クラッド層とコア層とで高分子材料の組成を変えることにより、コア層の屈折率が、下部クラッド層２および上部クラッド層よりも高くなるようにする。
【００３８】
次いで、必要に応じて、コア層３の表面上に、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、多結晶シリコン、ケイ化タングステンなどの金属膜からなるエッチングマスクを形成する。
次いで、金属膜からなるエッチング用マスクの上に、スピンコート法などにより、エッチング用マスクをエッチングするためのフォトレジストを塗布する。
ここで、金属膜を用いるのは、フォトレジストだけでは石英系ガラスや窒化ケイ素系ガラスなどをエッチングする際、多くの場合、ドライエッチングのプラズマパワーに対してフォトレジストによるマスクが耐えられず、導波路を形成できなくなってしまうためである。一旦、フォトレジストの形状を金属膜に転写して導波路と同様の形状にした上で、導波路形状とした金属膜をマスクとしてドライエッチングを行なうためのものである。
高分子材料を用いて導波路を形成する場合には、金属膜を用いなくてもフォトレジストがエッチングに耐え得る場合が多く、このような場合には金属膜を用いずに、コア層の上に直接フォトレジストを塗布すればよい。
【００３９】
次いで、フォトレジストの表面に導波路形状が形成されたフォトマスクを配置し、露光、現像処理を行なって不要なフォトレジストを取り除き、導波路形状を有するレジスト膜を形成する。
次いで、レジスト膜をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチングや、腐食性溶液に浸漬して、マスクが施されていない領域を除去するウェットエッチングなどにより、レジスト膜の形成されていない部分のエッチング用マスクを除去し、エッチング用マスクを導波路形状に形成し、続いて残ったレジスト膜を灰化（アッシング）するなどして除去する。
なお、高分子光導波路など、金属膜からなるエッチング用マスクを用いない場合には、エッチング用マスクのエッチングを行なわず、直接コア層のエッチングをし、コアを形成することになる。
【００４０】
なお、上記では、フォトレジストおよびエッチング用マスクを導波路と同じ形状とする方法を示したが、この他、例えば、以下に示すリフトオフ法を用いる場合もある。
リフトオフ法を用いる場合、エッチング用マスクを形成する前に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法などにより不要なフォトレジストを取り除き、反転した導波路形状の開口部を有するレジスト膜を形成する。
次いで、この上にスパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、多結晶シリコン、ケイ化タングステンなどの金属膜からなるエッチング用マスクを形成する。この時、コア層の上に直接形成される金属膜は導波路形状となり、導波路以外の場所においては、金属膜はフォトレジスト層の上に堆積されることになる。
次いで、有機溶媒を用いるなどしてフォトレジスト膜を除去する。この時、フォトレジスト層の上に堆積された金属膜はフォトレジストと共に除去され、その結果、金属膜からなるエッチング用マスクは導波路と同じ形状のものがコア層の上に残ることになる。
【００４１】
なお、この実施形態では、上述のようにフォトレジストを露光、現像するフォトリソグラフィー法ではなく、フォトレジストを電子線などにより感光してレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとする方法を用いてエッチングを行ってもよい。
【００４２】
次いで、図２（ａ）に示すように、エッチング用マスク（図示略）をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの方法により、エッチング用マスクの形成されていない部分のコア層３を除去し、所望の導波路形状に形成されたコア４を得る。
【００４３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、コア４および下部クラッド層２の上に、石英系ガラス、窒化ケイ素または高分子材料を堆積して、所定の厚みの上部クラッド層５を形成する。
上部クラッド層５の形成には、下部クラッド層２の形成と同様の方法、装置を用いることができる。
【００４４】
石英系光導波路を形成する場合、ＦＨＤ法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法などにより、石英または石英に添加物を添加した石英系ガラスをコア４および下部クラッド層２の上に堆積する。
窒化ケイ素系光導波路を形成する場合、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより、窒化ケイ素もしくは酸窒化ケイ素をコア４および下部クラッド層２の上に堆積する。
高分子光導波路を形成する場合、コア４および下部クラッド層２の上に、高分子材料をスピンコート法により、厚さの均一な膜となるように塗布する。
【００４５】
次いで、上部クラッド層５の表面上に、スパッタリング法などにより、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金などからなる金属薄膜を形成する。
次いで、金属薄膜の表面上に、エッチング用マスクとして、スピンコート法などによりフォトレジストを塗布する。
次いで、フォトレジストの表面に所望の電気回路および／または電極形状が形成されたフォトマスクを配置し、露光、現像処理を行なって、不要なフォトレジストを取り除き、電気回路および／または電極形状を有するレジスト膜を形成する。
【００４６】
次いで、レジスト膜をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチングや、腐食性溶液に浸漬して、マスクが施されていない領域を除去するウェットエッチングなどにより、レジスト膜の形成されていない部分の金属薄膜を除去し、金属薄膜を電気回路および／または電極の形状に形成し、次いで残ったレジスト膜を灰化（アッシング）するなどして除去する。
【００４７】
なお、上記ではフォトレジストを電気回路および電極と同じ形状とする方法を示したが、この他、例えば、以下に示すようなリフトオフ法を用いる場合もある。
リフトオフ法を用いる場合、電気回路および電極を形成する前に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法などにより、不要なフォトレジストを取り除き、反転した導波路形状の開口部を有するレジスト膜を形成する。
次いで、この上にスパッタリング法などにより、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金などからなる金属薄膜を形成する。このとき、レジスト膜を介さず上部クラッド層の上面に直接形成される金属薄膜は電気回路および電極の形状となり、これ以外の場所においては、金属薄膜はフォトレジスト層の上に堆積されることになる。
次いで、有機溶媒を用いるなどしてフォトレジスト膜を除去する。この時、フォトレジスト層の上に堆積された金属薄膜はフォトレジストと共に除去され、その結果、金属薄膜からなる電気回路および電極は所望の形状のものとして上部クラッド層の上面に残ることになる。
【００４８】
次いで、図２（ｃ）に示すように、基板１、または、基板１および下部クラッド層２の少なくとも一部を、研磨、研削または切断により除去し、所定の厚みの平面型光導波路ウエハ１０を得る。
この工程では、必要に応じて、基板１の一部を残したり、下部クラッド層２の一部を除去する。また、必要に応じて、上部クラッド層５の上面を研磨、研削または切断して、平面型光導波路ウエハ１０を所定の厚みとする。
【００４９】
ここで、基板１や下部クラッド層２の除去に際して、１００μｍ以上にわたって厚みを変化させる場合には、（１）切断、研削、研磨などのいずれかの手法をとり、大まかに厚みを変えた上で、（２）ラッピングなどを行ってから、平坦に削る、（３）仕上げに研磨して、平坦度を上げる、といった方法が用いられる。
【００５０】
上記（１）切断、研削、研磨などについて説明する。
切断を行なう場合は、ダイシングマシン（ダイサー）やファインカッターなどを用いて、所定の厚みになるように、基板の大部分、もしくは基板と下部クラッド層の一部を切除する。研削を行なう場合は、グラインダーなどの砥石を用いて、所定の厚みになるように、基板の大部分、もしくは基板と下部クラッド層の一部を削除する。研磨によって厚みを変える場合には、所定の厚みになるまで研磨を行なう。厚みを変える目的で行なう研磨は、研磨に必要な時間が十分に短く、かつ十分な機械精度（寸法精度）を実現できるように、通常、数１０μｍないし数１００μｍの適切な粒径の砥粒を用いる。
【００５１】
上記（２）について説明する。ラッピングは、鋳鉄などの定番（ラップ工具）上で、一般的には遊離砥粒（研磨剤）を用い、研磨剤を加工物とラップ工具の間に挟んだ状態で摺動運動（すりあわせ）を行い、加工物を微小切削しながら研磨することによって、ラップ工具の形を加工面に転写する加工方法である。本発明におけるラッピングにおいては、ラップ工具は平面とし、加工物（導波路チップ）を平坦に削るのが望ましい。
【００５２】
上記（３）について説明する。仕上げ研磨は、ラッピング加工により創成された梨子地面を平坦な鏡面に仕上げる研磨方法を言う。仕上げ研磨では一般的にラップ工具を軟質なもの（ポリッシャ）とし、研磨剤も微粒子（ミクロン・サブミクロン）を使用することを除いては、ラッピング加工とほぼ同じ加工方法を用いる。鏡面研磨では、さらにフロートポリッシング加工法やメカノケミカルポリッシング加工法、ＥＥＭ（ＥｌａｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｉｎｇ）加工法などを用い、研磨後にはサブミクロンないしはナノメータの表面粗さを実現することができる。
【００５３】
ここで、仕上げ研磨の工程において、例えば、粒径０．０３μｍ程度のスラリーを砥粒として用いることにより、研磨後の基板１または下部クラッド層２の表面の平均表面粗さ（Ｒａ）を４ｎｍ程度とすることができる。
砥粒としては、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ダイヤモンド、蛍石（ＣａＦ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが用いられる。
【００５４】
次いで、必要に応じて、平面型光導波路ウエハ１０を所定の大きさに切断して、平面型光導波路チップを作製する。
【００５５】
この平面型光導波路チップの入出力ポート（コア４の端面）に、ファイバを直接接続することにより、平面型光導波路チップと、ファイバとからなる光モジュールを構成することができる。
【００５６】
なお、平面型光導波路チップの加工後（切断後）の厚みを、ファイバテープ心線を構成するファイバのピッチと等しくしておけば、複数の平面型光導波路チップを積層してなる多層平面型光導波路と、ファイバテープ心線とを接続する際に、ファイバテープ心線の先端をそのまま平面型光導波路チップに接続できるから、好都合である。
【００５７】
また、樹脂などでファイバテープ心線のファイバを平面型光導波路チップに固定する場合、樹脂などを流し込む分も考慮して、樹脂の厚み分だけ平面型光導波路チップの厚みを小さく設定することが望ましい。
ところで、現在多く用いられているファイバテープ心線のファイバのピッチは２５０μｍであり、また、ファイバアレイのピッチは２５０μｍまたは１２７μｍである。そこで、平面型光導波路チップの厚みも２５０μｍまたは１２７μｍとしておけば、これらのファイバテープ心線やファイバアレイと直接接続できるから、好都合である。
【００５８】
なお、この実施形態では、屈折率の異なる材料を用いて、平面型光導波路を製造する方法について記したが、以下に示すような方法を用いて平面型光導波路を製造してもよい。
例えば、（１）石英系ガラスなどのガラスの中にレーザ光を照射して、周辺部よりも屈折率の高い領域を連続的に形成し、屈折率の高い領域をコアとして光導波路を形成する方法、（２）フォトブリーチングにより材料の一部の屈折率を、周辺部よりも高くなるように加工し、屈折率の高い領域をコアとして光導波路を形成する方法、（３）フォトリフラクティブ効果を利用して、周辺部よりも屈折率の高い領域を連続的に形成し、屈折率の高い領域をコアとして光導波路を形成する方法、（４）下部クラッド層の上に、印刷により所定の幅および厚さで上下クラッド層よりも屈折率の高い高分子材料や樹脂を線状に堆積させ、この上に必要に応じて、さらに上部クラッド層をスピンコート法などにより堆積させ導波路を構成する方法、（５）ディスペンサを用いて光導波路を形成する方法などを用いてもよい。
【００５９】
次に、本発明の多層平面型光導波路について説明する。
図３は、本発明の多層平面型光導波路の一実施形態を示す概略斜視図である。
図３に示すように、多層平面型光導波路３０は、上述の平面型光導波路の製造方法によって得られた平面型光導波路チップ２０が、複数積層されてなる複合光部品である。
多層平面型光導波路３０では、１の平面型光導波路チップ２０の下部クラッド層２２の表面に、２の平面型光導波路チップ２０の上部クラッド層２５の表面が接するように、複数の平面型光導波路チップ２０が積層され、コア２４が多層平面型光導波路３０の厚み方向に等間隔に配列されている。
【００６０】
次に、この実施形態の多層平面型光導波路の製造方法について説明する。
上述の平面型光導波路の製造方法によって得られた平面型光導波路チップ２０を複数枚用意し、１の平面型光導波路チップ２０の下部クラッド層２２の表面に、２の平面型光導波路チップ２０の上部クラッド層２５の表面を接するように重ね合わせ、これらを固定して、多層平面型光導波路３０を得る。複数の平面型光導波路チップ２０の固定には、多層化したチップの周囲に金属や樹脂のバンドを巻く、上下面をクランプするようにクリップ状の弾性体で挟み固定するなどの機械的固定手段、または、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などの接着剤が用いられる。
接着剤による固定の場合、複数の平面型光導波路チップ２０を重ね合わせたものの側面に接着剤を塗布すると、毛細管現象により接着剤が各平面型光導波路チップ２０の間に染み込んでいくため、確実に固定することができる。
【００６１】
また、機械的なアライメント（位置合わせ）や、各平面型光導波路チップ２０に設けられたアライメントマーク（図示略）により、各平面型光導波路チップ２０同士の位置合わせをすることができる。
【００６２】
さらに、図４に示すように、この多層平面型光導波路３０の入出力ポート（コア２４の端面）に、ファイバテープ心線４０を構成する複数のファイバ４１を直接接続することにより、多層平面型光導波路３０と、ファイバテープ心線４０とからなる光モジュールを構成することができる。
【００６３】
多層平面型光導波路３０の入出力ポートと、複数のファイバ４１とを直接接続するには、両者を融着するか、または、接着剤を介して接着する。
また、ファイバテープ心線４０のファイバ４１を基板上に精密に配列してファイバアレイとし、このファイバアレイを用いて、多層平面型光導波路３０の入出力ポートとファイバ４１との接着面積を大きくして、両者の接続部分の機械的強度を向上させてもよい。
【００６４】
なお、ここで、各平面型光導波路チップ２０の厚みを調節して（等しくして）、コア２４を多層平面型光導波路３０の厚み方向に等間隔に配列すれば、多心ファイバやファイバアレイと各平面型光導波路チップ２０の入出力ポートとの接続が容易になる。
【００６５】
また、複数の平面型光導波路チップ２０を重ねる工程において、アライメントをしておくと、平面型光導波路チップ２０の入出力ポートが等間隔に配列されるから、多層平面型光導波路３０と、多心ファイバやファイバアレイとを接続する際に、多心ファイバやファイバアレイの各入出力ポートにおける接続損失をほぼ均一に、かつ十分に小さくすることができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態による集積化は、平面型光導波路チップの面積が大きい場合に、特に有効である。例えば、特許文献５、６に示された大規模光スイッチなどのように、多数の光素子を有するためにチップサイズが大きくなってしまうもの、特許文献７、８、９に示された光遅延回路を有する光回路などのように、必要となる導波路長が長くなるため、チップサイズが大きくなることを避け難い場合などである。これらの平面型光導波路チップは、一般的に一辺が１０数ｍｍ〜数１０ｍｍの正方形ないしは長方形となるため、このようなチップを平面的に並べずに多層化することによる収納面積の減少は著しい。
また、光パワー分岐デバイスなど、光回路が比較的単純な構成を有するものでは平面型光導波路チップのサイズは一辺が数ｍｍ程度と比較的小さくなるが、このような場合においても、複数チャネル分の光導波路を１つのウエハ上に並べて配置した従来の合分波器などの光部品よりも、本発明の平面型光導波路チップを２層以上積層した多層平面型光導波路を構成することにより、小型化することができる。
【００６７】
例えば、多心ファイバにタップカプラを接続する場合、タップカプラが、特開平５−１１１３０号公報（Ｙ分岐光導波路）に示されるような比較的単純な構成の光回路からなる場合には、これを多チャネル分並列配置したもの（アレイドタップ）も比較的小さな構成とすることができる。しかしながら、特許第２７５２８４８号公報（干渉フィルタ付光導波路の作製方法）、特許第２７５８２８５号公報（導波路型光結合器）に示されるような、遅延回路を有することにより、波長特性を平坦化したタップカプラからなるデバイスの場合、これを多チャネル分並列配置した場合には、チップの大きさ（特に、入出力ポートと垂直な方向のチップの大きさ、すなわちチップの幅）が大きくなることがある。このような場合には、チップを複数積層した構造は、多心ファイバとタップカプラを含む平面型光導波路チップとからなる光モジュールを小型化するのに有効である。
【００６８】
また、１つのウエハ上に配置しきれないほど多数のチャネル分の光導波路が必要とされる場合、本発明によれば、容易に平面型光導波路チップの高集積化ができる。
【００６９】
ところで、一般的に、１枚のチップ上に複数のデバイスを集積する場合、複数のデバイスの内、１つでも光学特性などの特性が不良であると、チップ全体としても不良となる。
本発明では、平面型光導波路ウエハを切断、分割して平面型光導波路チップとした後に、再度集積し直すので、製造初期段階などの歩留まりの安定していない段階においても、良品の平面型光導波路チップのみ選別して、多層平面型光導波路や光モジュールに用いることができるので、全体として、歩留まりを向上することが可能である。
【００７０】
また、本発明の平面型光導波路の光導波路と、本発明の多層平面型光導波路の複数の光導波路とを接続することにより、平面型光導波路と、多層平面型光導波路とからなる光モジュールを構成することができる。
あるいは、異なる種類の平面型光導波路を複数用意し、これらの光導波路同士を接続することにより、高機能化された光モジュールを得ることができる。同様に、異なる種類の多層平面型光導波路を複数用意し、これらの光導波路同士を接続することにより、高機能化された光モジュールを得ることができる。
【００７１】
このように、光導波路同士の接続により、平面型光導波路と多層平面型光導波路とを接続すれば、特に、多層平面型光導波路の入出力ポートに対して、基板の向きが平行でない、すなわち、ねじれの位置において、この多層平面型光導波路に、他の多層平面型光導波路または平面型光導波路を接続することができる。
【００７２】
例えば、図５は、光合分波器と多層平面型光導波路とが、ねじれの位置において、光合分波器の出力ポートと多層平面型光導波路の入力ポートが接続されることにより、一体化された光モジュールの一例を示す概略構成図である。
【００７３】
この例の光モジュールでは、複数の波長を有する波長多重化された光信号が伝搬してきたファイバ６１の末端に光合分波器５０が接続されており、この光合分波器５０において、波長多重化された光信号を各チャネル別、すなわち各波長の別の光に分波し、各波長の光をそれぞれ、光合分波器５０の後段に設けられた多層平面型光導波路３０を構成する複数の平面型光導波路２０に別々に入力する。
【００７４】
そして、多層平面型光導波路３０で分岐、分散補償、偏波モード分散補償、パワーレベル調整などの処理を受けた光処理された各波長の光信号を、多層平面型光導波路３０の後段に、各波長別に設けられた受信器に入力する。
【００７５】
なお、このような構成の光モジュールには、必要に応じて、受信器の他に、光信号のモニタ用光回路としてフォトダイオードなどの受光素子を設けたり、各平面型光導波路２０の特性を制御する電気回路を設けてもよい。
【００７６】
また、図５に示した光モジュールを反対方向に用いて、波長多重化された光信号を各波長別に多層平面型光導波路３０に入力し、多層平面型光導波路３０において、各波長別に分岐、分散補償、偏波モード分散補償、パワーレベル調整などの処理を受けた後、これらの光信号を光合分波器５０により合波して、合波した光信号をファイバ６１に出力するような構成としてもよい。
【００７７】
さらに、本発明にあっては、図６に示すように、２つの光分波器の間に多層平面型光導波路を配して、光合分波器と多層平面型光導波路とが、ねじれの位置において、光合分波器の出力ポートと多層平面型光導波路の入力ポートが接続されることにより、一体化された光モジュールを構成することもできる。
【００７８】
この例の光モジュールでは、複数の波長を有する波長多重化された光信号が伝搬してきたファイバ６１の末端に第一の光合分波器５１が接続されており、この第一の光合分波器５１において、波長多重化された光信号を各チャネル別、すなわち各波長の別の光に分波し、各波長の光をそれぞれ、第一の光合分波器５１の後段に設けられた多層平面型光導波路３０を構成する複数の平面型光導波路２０に別々に入力する。
そして、多層平面型光導波路３０で分岐、分散補償、偏波モード分散補償、パワーレベル調整などの処理を受けた各波長の光信号を、多層平面型光導波路３０の後段に設けられた第二の光合分波器５２に入力し、これらの光信号を第二の光合分波器５２により合波して、合波した光信号をファイバ６２に出力する。
【００７９】
この例の光モジュールにおいても、必要に応じて、光信号のモニタ用光回路としてフォトダイオードなどの受光素子を設けたり、各平面型光導波路２０の特性を制御する電気回路を設けてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平面型光導波路とファイバテープ心線とを接続する際に、平面型光導波路と、ファイバテープ心線のファイバとの接続箇所を減らすことができる。また、ファイバテープ心線のファイバを１本ずつに分離する必要がなくなる上に、ファイバを分離する工程を減らすことができる。また、平面型光導波路または多層平面型光導波路と、ファイバテープ心線とからなる光モジュールを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面型光導波路の製造方法の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の平面型光導波路の製造方法の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の多層平面型光導波路の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】多層平面型光導波路の入出力ポートに、ファイバテープ心線を構成する複数のファイバを直接接続する様子示す概略斜視図である。
【図５】光合分波器と多層平面型光導波路とが、ねじれの位置において、光合分波器の出力ポートと多層平面型光導波路の入力ポートが接続されることにより、一体化された光モジュールの一例を示す概略構成図である。
【図６】光合分波器と多層平面型光導波路とが、ねじれの位置において、光合分波器の出力ポートと多層平面型光導波路の入力ポートが接続されることにより、一体化された光モジュールの他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・下部クラッド層、３・・・コア層、４・・・コア、５・・・上部クラッド層、１０・・・平面型光導波路、２０・・・平面型光導波路チップ、２２・・・下部クラッド層、２４・・・コア、２５・・・上部クラッド層、３０・・・多層平面型光導波路、・・・、４０・・・ファイバテープ心線、４１・・・ファイバ、５０・・・光合分波器、５１・・・第一の光合分波器、５２・・・第二の光合分波器、６１，６２・・・ファイバ。

Claims

コアと、該コアの周囲に配された下部クラッド層および上部クラッド層からなるクラッドとを少なくとも備えた平面型光導波路であって、
前記コアおよび前記クラッドを配する基板、または、該基板および前記下部クラッド層の少なくとも一部を除去したことを特徴とする平面型光導波路。
前記コアは、屈折率分布を有することを特徴とする請求項１記載の平面型光導波路。
前記コアは、前記クラッドよりも屈折率が高いことを特徴とする請求項１または２記載の平面型光導波路。
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面型光導波路が複数積層されてなることを特徴とする多層平面型光導波路。
前記コアが等間隔に配列されていることを特徴とする請求項４記載の多層平面型光導波路。
前記コアの配列間隔が２５０μｍであることを特徴とする請求項５記載の多層平面型光導波路。
前記コアの配列間隔が１２７μｍであることを特徴とする請求項５記載の多層平面型光導波路。
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面型光導波路と、ファイバテープ心線とが接続されてなることを特徴とする光モジュール。
請求項４ないし７のいずれかに記載の多層平面型光導波路と、ファイバテープ心線とが接続されてなることを特徴とする光モジュール。
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面型光導波路と、請求項４ないし７のいずれかに記載の多層平面型光導波路とが接続されてなる光モジュールであって、
前記平面型光導波路の入出力ポートと、前記多層平面型光導波路の入出力ポートとが接続されていることを特徴とする光モジュール。
前記平面型光導波路と前記多層平面型光導波路とが、ねじれの位置に配されていることを特徴とする請求項１０記載の光モジュール。
コアと、該コアの周囲に配された下部クラッド層および上部クラッド層からなるクラッドとを少なくとも備えた平面型光導波路の製造方法において、
前記コアおよび前記クラッドを配する基板、または、該基板および前記下部クラッド層の少なくとも一部を、研磨、研削または切断により除去することを特徴とする平面型光導波路の製造方法。
前記上部クラッド層の表面を、研磨、研削または切断により平面化することを特徴とする請求項１２記載の平面型光導波路の製造方法。
前記コアをフォトブリーチングにより形成することを特徴とする請求項１２または１３記載の平面型光導波路の製造方法。
前記コアにレーザ光を照射して、該コアの屈折率を変化させることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の平面型光導波路の製造方法。
前記コアの屈折率をフォトリフラクティブ効果により前記クラッドよりも高くすることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の平面型光導波路の製造方法。