JP2006030426A - Stacked light branching waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信において光の伝送信号を多分岐するために使用される積層光分岐導波路に関する。詳しくは、光分岐回路において、分岐損を低減し損失の小さな光分岐導波路を提供するものである。 The present invention relates to a laminated optical branching waveguide used for multi-branching an optical transmission signal in optical communication. Specifically, the present invention provides an optical branching waveguide that reduces branching loss and has low loss in an optical branching circuit.
近年のインターネット上のトラフィックの増大に対応し、光ファイバ網の整備が急速に進められている。
そのなかでも、1つの光ファイバ伝送路を複数のユーザで共有することで安価に広域をカバーできるネットワークが望まれている。
In response to the recent increase in traffic on the Internet, the development of optical fiber networks has been rapidly advanced.
Among these, a network that can cover a wide area at low cost by sharing one optical fiber transmission line among a plurality of users is desired.
このような通信網で重要な役割を果たす8分岐素子、16分岐素子、32分岐素子はスプリッタと呼ばれている。
近い将来の光ファイバ通信ネットワークの拡大を考えると、分岐数として100以上の大規模光スプリッタが必要となる。
スプリッタは、バルク型、ファイバ型、それに平面光波回路型に大別することができる。
The 8-branch element, 16-branch element, and 32-branch element that play an important role in such a communication network are called splitters.
Considering the expansion of the optical fiber communication network in the near future, a large-scale optical splitter having a branch number of 100 or more is required.
Splitters can be roughly classified into bulk type, fiber type, and planar lightwave circuit type.
その中でも特に、平面光波回路型は、基板上の光導波路で構成され信頼性の高いものである。
製造方法としては、光導波膜の堆積、フォトリソグラフィ、ドライエッチング等の近年の半導体産業で培われた微細加工技術が利用でき平面基板上に一括して大量生産できる利点があり、更に、再現性や小型集積可能性等の利点を有するため、スプリッタとして普及している。
In particular, the planar lightwave circuit type is constituted by an optical waveguide on a substrate and has high reliability.
The manufacturing method has the advantage that it can be mass-produced on a flat substrate by using the microfabrication technology cultivated in the semiconductor industry in recent years such as optical waveguide film deposition, photolithography, dry etching, etc. Furthermore, it has reproducibility. It is widely used as a splitter because it has advantages such as small size integration possibility.
平面光波回路型のスプリッタとして、従来からY分岐型が知られている。
これは、Y分岐導波路を多段に接続したものであり、その構成は単純で設計が容易である。
従来からある平面型のY分岐導波路を上面(基板垂直方向)から眺めた平面図を図6(a)、その分岐点を囲む二点鎖線部分Aの拡大図を同図(b)にそれぞれ示す(特許文献1参照)。
Conventionally, a Y-branch type is known as a planar lightwave circuit type splitter.
In this structure, Y branch waveguides are connected in multiple stages, and the configuration is simple and easy to design.
FIG. 6A is a plan view of a conventional planar Y-branch waveguide as viewed from the upper surface (vertical direction of the substrate), and FIG. 6B is an enlarged view of a two-dot chain line portion A surrounding the branch point. This is shown (see Patent Document 1).
従来の平面方向分岐では、図6(a)に示すように、入力導波路1は分岐点4で二つの湾曲した分岐導波路2,3に分岐している。
ここで、製造過程において、分岐点周辺のマスク作製時の解像度の問題、マスク露光限界、加工精度の問題から、図6(b)に示すように、分岐点4においてギャップ5が必ず存在した。
In the conventional planar branch, as shown in FIG. 6A, the input waveguide 1 is branched into two
Here, in the manufacturing process, the
このギャップ5は、分岐点4でコア以外のクラッド層への光の放射の原因となり分岐の損失の増大の大きな原因となっている。
2分岐以上のスプリッタとして多段に配置したときにはさらにこのギャップ5での損失は累積し大きな損失を生むことになる。
従って、ギャップ5を極小にすることでこれらの分岐損失を低減することが強く望まれる。
When the splitters are arranged in multiple stages as two or more branching splitters, the loss in the
Therefore, it is strongly desired to reduce these branching losses by minimizing the
本発明は、上述した従来の光分岐回路において損失の増大の原因となっていた分岐点でのギャップをなくし、分岐損の小さな積層光分岐導波路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laminated optical branching waveguide having a small branching loss by eliminating a gap at a branching point that has caused an increase in loss in the conventional optical branching circuit described above.
上記課題を解決する本発明の請求項1に係る積層光分岐導波路は、基板上に下部クラッド層があり、該下部クラッド層上に形成された入力導波路は少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路に分岐する石英系の積層光分岐導波路において、前記入力導波路は前記基板に垂直な方向にN層(Nは2以上の自然数)の積層されたコア層よりなり、前記分岐導波路は何れも前記積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなり、前記分岐導波路の前記入力導波路に対する分岐点においてはギャップが存在しないことを特徴とする。 The laminated optical branching waveguide according to claim 1 of the present invention that solves the above-described problem has a lower clad layer on a substrate, and the input waveguide formed on the lower clad layer has two curved at least one of them. In the quartz-based laminated optical branching waveguide that branches into the branching waveguide, the input waveguide comprises a core layer in which N layers (N is a natural number of 2 or more) are laminated in a direction perpendicular to the substrate, and the branching waveguide is formed. Each of the waveguides includes at least one core layer of the laminated core layers, and there is no gap at a branch point of the branch waveguide with respect to the input waveguide.
上記課題を解決する本発明の請求項2に係る積層光分岐導波路は、請求項1において、前記積層されたコア層の少なくとも1つのコア層の屈折率が他のコア層の屈折率と異なることを特徴とする。 The laminated optical branching waveguide according to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is that, in the first aspect, the refractive index of at least one core layer of the laminated core layers is different from the refractive index of the other core layers. It is characterized by that.
従来の光分岐回路では、分岐点にて有限の長さを持つギャップが存在し、分岐損を増大させていた。
しかしながら本発明によれば、積層されたコア層よりなる入力導波路と、積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなる少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路にて分岐回路を構成することで、ギャップのない分岐を実現でき、分岐損失の小さな光分岐導波路を提供することができる。
In the conventional optical branch circuit, a gap having a finite length exists at the branch point, and the branch loss is increased.
However, according to the present invention, a branch circuit is constituted by an input waveguide composed of stacked core layers and two branch waveguides in which at least one of the stacked core layers is curved. Thus, branching without a gap can be realized, and an optical branching waveguide with small branching loss can be provided.
本発明を実施する最良の形態は、以下の実施例である。 The best mode for carrying out the present invention is the following examples.
本発明の第1の実施例に係る積層光分岐導波路を図1に示す。
本実施例は、平面基板上に形成した2層のコア層からなる積層光分岐導波路に関する。
図1(a)は、本実施例に係る積層光分岐導波路の鳥瞰図であり、同図(b)、(c)は、それぞれ図(a)中のA−A’、B−B’線断面図である。A−A’線は分岐導波路の入力側、B−B’線は出力側の断面をそれぞれ表している。
A laminated optical branching waveguide according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to a laminated optical branching waveguide composed of two core layers formed on a flat substrate.
FIG. 1A is a bird's-eye view of a laminated optical branching waveguide according to the present embodiment. FIGS. 1B and 1C are lines AA ′ and BB ′ in FIG. It is sectional drawing. The AA ′ line represents the input side of the branching waveguide, and the BB ′ line represents the output side cross section.
図1に示すように、基板11上はクラッド層20を有し、該クラッド層中には入力導波路111及び分岐導波路113,114が埋め込まれている。
クラッド層20は、後述するように、下部クラッド層12(アンダークラッド層)と、その上に形成される上部クラッド層(オーバークラッド層)16とからなる。
As shown in FIG. 1, a
As will be described later, the
入力導波路111は、基板11に対して垂直な方向にN層(Nは本実施例では2)の積層されたコア層よりなり、何れも湾曲した(ある曲率を有する)分岐導波路113,114に分岐点112で分岐している。
一方の分岐導波路113は積層されたコア層の下層(基板11に近い層)よりなり、他方の分岐導波路114は積層されたコア層の上層(基板11から離れた層)よりなる。
The
One branching
従って、入力導波路111から上下の分岐導波路113,114に分岐する本実施例に係る積層光分岐導波路では、分岐点112でのギャップをゼロとすることが可能になり、分岐点112でのギャップによる損失を大幅に低減することが可能となる。
なお、本実施例においては、入力導波路111側から観て、下層の分岐導波路113は、右にS字に曲げを施してあり、上層の分岐導波路114は、左に曲げを施してある。
Therefore, in the laminated optical branching waveguide according to this embodiment that branches from the
In this embodiment, when viewed from the
しかし、本発明における分岐導波路としてはこれらに限らず、上下層の分岐導波路の少なくとも一方が湾曲していればよい。
また、図中では、入力導波路111を、ほぼ二等分するように上下層よりなるコア層を示しているが、上下の比率は、この限りではない。
However, the branching waveguide in the present invention is not limited to these, and it is sufficient that at least one of the upper and lower branching waveguides is curved.
Further, in the drawing, the core layer composed of upper and lower layers is shown so that the
本実施例に係る積層光分岐導波路の入出力にファイバーを接続し、パワー分岐率の測定を実施した。
光ファイバーに対する結合損を除けば、二つの出射口からのパワーの和は、入力パワーに等しく、分岐部での損失は確認できなかった。
A fiber was connected to the input and output of the laminated optical branching waveguide according to this example, and the power branching rate was measured.
Except for the coupling loss with respect to the optical fiber, the sum of the power from the two exits was equal to the input power, and no loss at the branching portion could be confirmed.
本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法の一例を図2〜図5を参照して説明する。以下の例では、積層されたコア層が2層に分岐する分岐導波路の製造方法を示す。
図2(a)は、積層光分岐導波路を上面から見た平面図であり、同図(b)、(c)はそれぞれ、図1(a)中のA−A’、B−B’線の断面図である。図3(a)(b)、(c)、図4(a)(b)、(c)、図5(a)(b)、(c)においても同様である。
An example of a method for manufacturing a laminated optical branching waveguide according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following example, a manufacturing method of a branching waveguide in which a laminated core layer branches into two layers is shown.
2A is a plan view of the laminated optical branching waveguide as viewed from above, and FIGS. 2B and 2C are respectively AA ′ and BB ′ in FIG. It is sectional drawing of a line. The same applies to FIGS. 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, and 5A, 5B, and 5C.
まず、図2に示すように、基板11上に下部クラッド層(アンダークラッド)12を形成し、その上に入力導波路111の下層部分及び分岐導波路113となる下層コア121を形成する。
本実施例では、シリコン基板11上に、下部クラッド層12としてまず、比較的軟化温度の低いガラスを30μm堆積し、その上に典型的なフォトリソグラフィーを用いて下層コア121(幅9μm、高さ4μm、屈折率差0.3%)を作製した。
First, as shown in FIG. 2, a lower clad layer (under clad) 12 is formed on a
In this embodiment, a glass having a relatively low softening temperature is first deposited as a
作製した下層コア121は、A−A’面から見て右に湾曲した曲げを施してある。
ガラス堆積には火炎堆積法を用いた。この方法は、厚いガラス薄膜を形成するために広く用いられている方法である。
The produced
Flame deposition was used for glass deposition. This method is widely used for forming a thick glass thin film.
次に、図3に示すように、基板全体を、下層コア121の下に位置する下部クラッド層12が十分軟化する温度(1250℃)で、熱処理を一定時間(3時間)実施した。
下層コア121は、この熱処理によってクラッド層12に沈み込む。
しかしながら、下層コア121上面とクラッド層12表面の高さが一致する位置で下層コア121の沈下は自己停止する。
Next, as shown in FIG. 3, heat treatment was performed on the entire substrate at a temperature (1250 ° C.) at which the lower
The
However, the settlement of the
これは下層コア121の沈下が、表面張力によるものであり、コア上面とクラッドの高さが同じになった所で、張力を失うためである。
以上のように下層コア121を下部クラッド層12中に沈み込ませると、研磨工程等を経ずとも、非常に平坦な面が得られる。
This is because the
As described above, when the
引き続き、この上に、図4に示すように、上層コア122を堆積させる際、上層コア122のうちの入力導波路111の上層部分が下層コア121の入力導波路111の下層部分の真上にくるように、上層コア122を堆積、加工を行った。
上層コア122は、幅9μm、高さ4μm、屈折率差0.3%である。
Subsequently, as shown in FIG. 4, when the
The
ここでは、上下層コア121,122共に、同じ断面形状、屈折率差としたが、これらはこの値に限られるわけではなく、上下非対称であってもよい。
なお、上層コア122を堆積させる際、上層コア122の分岐導波路114となる部分は、下層コア121の分岐導波路113と重ならないように、A−A’面から見て左に湾曲した曲げを施した。
Here, the upper and
When the
最後に、図5に示すように、これらを、上部クラッド層16にて埋め込むことで積層光分岐導波路を作製することができる。下部クラッド層12と上部クラッド層16は、図1におけるクラッド層20を構成する。
本実施例に係る積層分岐構造は、従来から知られる研磨を用いた積層導波路の方法で作製する場合に比較し、沈み込み現象を利用するため、積層光分岐導波路は容易に作製することが可能である。
Finally, as shown in FIG. 5, a laminated optical branching waveguide can be manufactured by embedding them in the
The laminated branch structure according to the present embodiment uses the subduction phenomenon as compared with the case where the conventional laminated waveguide method using polishing is used, so the laminated optical branch waveguide should be easily produced. Is possible.
即ち、従来技術では、下層コア121を形成した後、一度クラッド層で下層分岐導波路に埋め込み、下層コア121の上面と下部クラッド層12の表面が一致するまで平坦化する研磨工程を経て、上層コア122を堆積しなくてはならず、そのため膨大な工程を必要としコスト増大に繋がる。
これに対し、本発明では、沈み込み現象を利用するため、そのような研磨行程が不要であるため、積層光分岐導波路は容易に作製することが可能である。
That is, in the prior art, after forming the
On the other hand, in the present invention, since the sinking phenomenon is used, such a polishing process is unnecessary, and therefore, the laminated optical branching waveguide can be easily manufactured.
本発明は、光通信において光の伝送信号を多分岐するため光分岐導波路として広く利用可能なものである。特に、急速に整備が進められている光ファイバ網でで重要な役割を果たすスプリッタ、特に、大規模光スプリッタとしても広く利用可能なものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used as an optical branching waveguide for branching an optical transmission signal in optical communication. In particular, it can be widely used as a splitter, particularly a large-scale optical splitter, which plays an important role in a rapidly developing optical fiber network.
11 シリコン基板
12 下部クラッド層(アンダークラッド層)
16 上部クラッド層(オーバークラッド層)
20 クラッド層
111 入力導波路
112 分岐点
113 下層の分岐導波路
114 上層の分岐導波路
121 下層コア
122 上層コア
11
16 Upper clad layer (over clad layer)
20
Claims (2)
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JP2004206831A JP2006030426A (en) | 2004-07-14 | 2004-07-14 | Stacked light branching waveguide |
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JP (1) | JP2006030426A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10094980B2 (en) * | 2016-01-12 | 2018-10-09 | King Saud University | Three-dimensional space-division Y-splitter for multicore optical fibers |
-
2004
- 2004-07-14 JP JP2004206831A patent/JP2006030426A/en active Pending
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US10094980B2 (en) * | 2016-01-12 | 2018-10-09 | King Saud University | Three-dimensional space-division Y-splitter for multicore optical fibers |
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