JP2006330245A - Optical waveguide device and manufacturing method thereof - Google Patents

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由起雄 阿部
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浩一 丸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide device which has fundamental optical circuits connected each other on the same substrate without spoiling their characteristics, and a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: In the optical waveguide device which has an input waveguide 12 and output waveguides 13 optically connected through an optical multiplexing/demultiplexing part 14, a cross section of a core of the input waveguide 12 is formed into a rectangle, side walls 18 on sides facing each other of cores of the output waveguides 13 are tapered by providing elevation angles, and side walls 19 on the other core are formed perpendicularly. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信に用いられる平面型の光導波路素子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a planar optical waveguide element used for optical communication and a method for manufacturing the same.

光通信で用いられる平面型光導波路素子は、光波長合分波器、光可変減衰器、Y分岐導波路、方向性結合器などの基本回路と、それら基本回路同士を接続する複数の光導波路とを備える。各基本回路の回路自体の特性を最適にするために、各基本回路が有するチャネル型の光導波路のコアの形状は、コアの側壁の傾斜角に関して2種類に分類される。   A planar optical waveguide device used in optical communication includes a basic circuit such as an optical wavelength multiplexer / demultiplexer, an optical variable attenuator, a Y-branch waveguide, a directional coupler, and a plurality of optical waveguides that connect these basic circuits. With. In order to optimize the characteristics of the circuit itself of each basic circuit, the shape of the core of the channel type optical waveguide included in each basic circuit is classified into two types with respect to the inclination angle of the side wall of the core.

一方はコアの両側壁をテーパ状に形成するものであり、他方はコアの両側壁を基板に対して垂直に形成するものである。テーパ状の各コア側壁は、アレイ導波路型光波長合分波器におけるアレイ導波路や、Y分岐導波路の分岐部での損失を低減するために形成されている。垂直状の各コア側壁は、方向性結合器、MMIカプラ、マッハツェンダ型光導波路等干渉光回路での損失を低減するために形成される。基本光回路同士を接続する光導波路、或いは基本光回路の入出力用導波路のコアは、その断面が矩形状に形成されている。   One is to form both side walls of the core in a tapered shape, and the other is to form both side walls of the core perpendicular to the substrate. Each tapered core side wall is formed in order to reduce loss at the arrayed waveguide in the arrayed waveguide type optical wavelength multiplexer / demultiplexer and the branching portion of the Y-branched waveguide. Each of the vertical core side walls is formed in order to reduce a loss in an interference optical circuit such as a directional coupler, an MMI coupler, and a Mach-Zehnder type optical waveguide. The cross section of the optical waveguide connecting the basic optical circuits or the core of the input / output waveguide of the basic optical circuit is formed in a rectangular shape.

特開2004−77859号公報JP 2004-77859 A

しかしながら、コア側壁の形状において、各基本光回路ごとに望ましい形状があるが、多種類の基本光回路を同一基板上にモノリシックに集積して作製する場合には、テーパ状のコアまたは矩形状コアのどちらか一方を選択しなければならない。テーパ状コアが望ましい基本光回路と矩形状コアが望ましい基本光回路が混在する平面型光導波路素子を形成する場合、その平面型光導波路素子を構成するすべての基本光回路の特性を損なうことなく接続することは困難であった。   However, there is a desirable shape for each basic optical circuit in the shape of the core side wall. However, when many types of basic optical circuits are monolithically integrated on the same substrate, a tapered core or a rectangular core is used. Either one must be selected. When forming a planar optical waveguide device that contains a basic optical circuit with a tapered core and a basic optical circuit with a rectangular core, the characteristics of all the basic optical circuits that make up the planar optical waveguide device are not impaired. It was difficult to connect.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、同一基板上において、各基本光回路をその特性を損なうことなく接続した光導波路素子とその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an optical waveguide element in which each basic optical circuit is connected on the same substrate without impairing its characteristics, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、光合分波部を介して入力導波路と出力導波路とが光学的に接続された光導波路素子において、上記入力導波路のコアの断面を矩形状に形成し、上記光合分波部近傍の出力導波路のコアの互いに対向する側の側壁を仰角を設けてテーパ状に形成すると共に、他方のコアの側壁を垂直または仰角を設けてテーパ状に形成する光導波路素子である。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is an optical waveguide device in which an input waveguide and an output waveguide are optically connected via an optical multiplexing / demultiplexing section, and a cross section of a core of the input waveguide. Are formed in a rectangular shape, and the opposite side walls of the output waveguide core in the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing portion are formed in a tapered shape with an elevation angle, and the side wall of the other core is provided with a vertical or elevation angle. This is an optical waveguide element formed in a tapered shape.

請求項2の発明は、上記出力導波路の光合分波部近傍のコアの互いに対向する側の側壁をテーパ状に形成した請求項1記載の光導波路素子である。   A second aspect of the present invention is the optical waveguide device according to the first aspect, wherein the opposing side walls of the core in the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing portion of the output waveguide are tapered.

請求項3の発明は、テーパ状に形成された側壁のテーパ部の仰角が75±10度に形成される請求項1または2記載の光導波路素子である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical waveguide device according to the first or second aspect, wherein the taper portion of the side wall formed in a tapered shape has an elevation angle of 75 ± 10 degrees.

請求項4の発明は、上記出力導波路の光合分波部直近の各テーパ部を上記仰角を保った状態で重なり合わせた請求項3記載の光導波路素子である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical waveguide device according to the third aspect, wherein the taper portions immediately adjacent to the optical multiplexing / demultiplexing portion of the output waveguide are overlapped with each other while maintaining the elevation angle.

請求項5の発明は、上記出力導波路のコア断面が矩形状の矩形状出力導波路と、コアがテーパ状に形成されたテーパ状出力導波路との境界に、ダミー導波路を形成し、そのダミー導波路の入力導波路側のコアの側壁がテーパ状に形成されると共に、その反対側のコアの側壁が垂直またはテーパ状に形成される請求項1〜4いずれかに記載の光導波路素子である。   According to a fifth aspect of the present invention, a dummy waveguide is formed at a boundary between a rectangular output waveguide having a rectangular core section of the output waveguide and a tapered output waveguide in which the core is formed in a tapered shape. 5. The optical waveguide according to claim 1, wherein the side wall of the core on the input waveguide side of the dummy waveguide is formed in a tapered shape, and the side wall of the core on the opposite side is formed in a vertical or tapered shape. It is an element.

請求項6の発明は、上記出力導波路のコア幅の平均と上記矩形状出力導波路のコア幅とが略等しく形成される請求項5記載の光導波路素子である。   The invention according to claim 6 is the optical waveguide device according to claim 5, wherein the average core width of the output waveguide and the core width of the rectangular output waveguide are formed to be substantially equal.

請求項7の発明は、光合分波部を介して入力導波路と出力導波路とが光学的に接続された光導波路素子の製造方法において、基板上に、コアを形成するためのコア膜を設け、そのコア膜上に第1のマスクを設け、そのマスクが設けられたコア膜の非マスク部分をエッチングして、上記出力導波路のコアの互いに対向する側の側壁を仰角を設けてテーパ状に形成すると共に、上記コア膜上に第2のマスクを設け、そのマスクが設けられたコア膜の非マスク部分をエッチングして、上記出力導波路のコアの他側の側壁及び上記入力導波路のコアの両側壁を垂直に形成する光導波路素子の製造方法である。   According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical waveguide device in which an input waveguide and an output waveguide are optically connected via an optical multiplexing / demultiplexing unit, a core film for forming a core is formed on a substrate. And providing a first mask on the core film, etching the non-masked portion of the core film provided with the mask, and taper the side walls of the output waveguide core facing each other with an elevation angle. In addition, a second mask is provided on the core film, and a non-mask portion of the core film provided with the mask is etched so as to etch the side wall on the other side of the core of the output waveguide and the input guide. This is a method of manufacturing an optical waveguide device in which both side walls of the core of the waveguide are formed vertically.

本発明によれば、複数の基本光回路を接続した光導波路の損失を低減することができるといった優れた効果を発揮する。   According to the present invention, it is possible to reduce the loss of an optical waveguide connecting a plurality of basic optical circuits.

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る光導波路素子の好適な実施の形態を示した平面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a preferred embodiment of an optical waveguide device according to the present invention.

図1、図2(a)〜図2(e)に示すように、光導波路素子10は、基板11と、その基板11上に形成されるコアと、そのコアを覆うクラッドとからなる。基板11、コア及びクラッドは石英系ガラスで形成され、コアはクラッド及び基板より高屈折率となっている。   As shown in FIGS. 1 and 2A to 2E, the optical waveguide element 10 includes a substrate 11, a core formed on the substrate 11, and a clad covering the core. The substrate 11, the core, and the clad are made of quartz glass, and the core has a higher refractive index than the clad and the substrate.

光導波路素子は、光合分波部を介して入力導波路と出力導波路とが光学的に接続されたものであり、本実施の形態の光導波路素子10では、入力導波路12と、その入力導波路12の一端に接続される2本の出力導波路13,13と、入力導波路12に出力導波路13,13が分岐接続されて形成される光合分波部14とでY分岐導波路素子を形成している。   In the optical waveguide device, an input waveguide and an output waveguide are optically connected via an optical multiplexing / demultiplexing unit. In the optical waveguide device 10 of the present embodiment, an input waveguide 12 and its input are connected. A Y branch waveguide is formed by two output waveguides 13 and 13 connected to one end of the waveguide 12 and an optical multiplexing / demultiplexing unit 14 formed by branching the output waveguides 13 and 13 to the input waveguide 12. An element is formed.

入力導波路12は、外部より伝送された光信号を光合分波部14に入射させる或いは、光合分波部14で合流された光信号を外部に伝送する光導波路であり、コアの両側壁17,17が基板11に垂直に、すなわちコアの断面が矩形状に形成されている。   The input waveguide 12 is an optical waveguide that causes an optical signal transmitted from the outside to enter the optical multiplexing / demultiplexing unit 14 or transmits the optical signal combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit 14 to the outside. , 17 are perpendicular to the substrate 11, that is, the cross section of the core is formed in a rectangular shape.

出力導波路13は、テーパ状出力導波路15と矩形状出力導波路16とからなる。テーパ状出力導波路15は、光合分波部14の近傍において、コアの一方の側壁19が基板11に対して垂直に形成され、他方の側壁18が仰角を設けてテーパ状に形成された光導波路である。矩形状出力導波路16は、コアの両側壁20,20が基板に垂直に形成された断面矩形状の光導波路であり、テーパ状出力導波路15を介して入力導波路12に接続されている。   The output waveguide 13 includes a tapered output waveguide 15 and a rectangular output waveguide 16. In the tapered output waveguide 15, in the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing unit 14, one side wall 19 of the core is formed perpendicular to the substrate 11, and the other side wall 18 is formed in a tapered shape with an elevation angle. It is a waveguide. The rectangular output waveguide 16 is an optical waveguide having a rectangular cross section in which both side walls 20 and 20 of the core are formed perpendicular to the substrate, and is connected to the input waveguide 12 via the tapered output waveguide 15. .

具体的には、テーパ状出力導波路15,15の互いに対向する側のコアの側壁18,18がそれぞれテーパ状に形成され、その反対側の側壁19,19がそれぞれ垂直に形成されている。テーパ状に形成された側壁18の下方のコアはテーパ部21とする。テーパ部21の仰角は75±10度に形成されるのが好ましい。テーパ部21の仰角を85度を超えて形成すると、光合分波部14で損失を低減することが困難となるためである。また、テーパ部21の仰角の下限を65度としたのは、現在、テーパエッチングのプロセス条件を種々検討しても、テーパ部21の仰角を65度未満に形成することは困難なためである。   Specifically, the side walls 18 and 18 of the cores on the opposite sides of the tapered output waveguides 15 and 15 are respectively formed in a tapered shape, and the opposite side walls 19 and 19 are formed vertically. The core below the side wall 18 formed in a tapered shape is a tapered portion 21. The elevation angle of the taper portion 21 is preferably 75 ± 10 degrees. This is because if the elevation angle of the taper portion 21 exceeds 85 degrees, it is difficult to reduce the loss at the optical multiplexing / demultiplexing portion 14. The reason why the lower limit of the elevation angle of the taper portion 21 is set to 65 degrees is that it is difficult to form the elevation angle of the taper portion 21 below 65 degrees even if various process conditions for taper etching are currently studied. .

光合分波部14の直近のテーパ状出力導波路15では、両テーパ状出力導波路15,15のテーパ部21,21がその仰角を保ったまま相互に重なり合うように形成される。すなわち、両テーパ状出力導波路15,15が互いに離れるに従い、コアの上面中央から徐々に互いに接触する部分が小さくなってテーパ部21,21が互いに離れている。換言すれば、両テーパ部21,21の下縁22,22の交点と両テーパ部21,21の上縁23,23の交点とを結ぶ線(谷線)24を境に両テーパ部21,21が結合している。ここで、光合分波部14の直近とは、光合分波部14に連続して形成された出力導波路13が光の伝搬方向(図1右側)に進むに従ってコア幅が徐々に広がり、入力導波路12のコア幅と略等しくなる付近までを表す。   In the tapered output waveguide 15 closest to the optical multiplexing / demultiplexing portion 14, the tapered portions 21, 21 of both tapered output waveguides 15, 15 are formed so as to overlap each other while maintaining their elevation angle. That is, as the tapered output waveguides 15 and 15 are separated from each other, the portions that gradually contact each other from the center of the upper surface of the core are gradually reduced, and the tapered portions 21 and 21 are separated from each other. In other words, both taper portions 21, 21, with a line (valley line) 24 connecting the intersection of the lower edges 22, 22 of both taper portions 21, 21 and the intersection of the upper edges 23, 23 of both taper portions 21, 21 21 is bonded. Here, the immediate vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing unit 14 means that the core width gradually increases as the output waveguide 13 continuously formed in the optical multiplexing / demultiplexing unit 14 advances in the light propagation direction (right side in FIG. 1). It represents up to near the core width of the waveguide 12.

出力導波路13において、テーパ状出力導波路15のコア幅の平均と矩形状出力導波路16のコア幅は、略等しく形成され、共に垂直に形成された外側のコア側壁19,20同士が直線的に接している。ここで、テーパ状出力導波路15のコア幅の平均とは、(コア上面の幅l1+コア下面l2の幅)÷2で表される長さのことを示す(図2(c)参照)。 In the output waveguide 13, the average core width of the tapered output waveguide 15 and the core width of the rectangular output waveguide 16 are substantially equal, and the outer core side walls 19 and 20 that are formed vertically are straight lines. Are touching. Here, the average core width of the tapered output waveguide 15 indicates a length represented by (the width of the core upper surface l 1 + the width of the core lower surface l 2 ) / 2 (FIG. 2C). reference).

さらに、テーパ状出力導波路15と矩形状出力導波路16との各境界25には、他方の境界25に向かうダミー導波路26が形成されている。ダミー導波路26は、入力導波路12側のコアの側壁27がテーパ状に形成され、その反対側の側壁28が基板11に対して垂直に形成されている。ダミー導波路26は、テーパ状出力導波路15及び矩形状出力導波路16を伝搬する光信号の特性に影響を付与しないように、テーパ状出力導波路15及び矩形状出力導波路16に対して90°に近い角度で(略直角に)接続して形成される。ダミー導波路26を略直角に接続することで、テーパ状出力導波路15から伝搬する光信号或いは矩形状出力導波路16から伝搬する光信号が、ダミー導波路26に伝搬することがない。また、本実施の形態では、一方の境界25と他方の境界25とを一本のダミー導波路26で接続、連結しているが、一方の境界25と他方の境界25を必ずしも連結させなくともよい。   Furthermore, a dummy waveguide 26 directed toward the other boundary 25 is formed at each boundary 25 between the tapered output waveguide 15 and the rectangular output waveguide 16. In the dummy waveguide 26, the side wall 27 of the core on the input waveguide 12 side is formed in a tapered shape, and the side wall 28 on the opposite side is formed perpendicular to the substrate 11. The dummy waveguide 26 does not affect the characteristics of the optical signal propagating through the tapered output waveguide 15 and the rectangular output waveguide 16 with respect to the tapered output waveguide 15 and the rectangular output waveguide 16. It is formed by connecting at an angle close to 90 ° (substantially at a right angle). By connecting the dummy waveguides 26 at substantially right angles, an optical signal propagating from the tapered output waveguide 15 or an optical signal propagating from the rectangular output waveguide 16 does not propagate to the dummy waveguide 26. In this embodiment, one boundary 25 and the other boundary 25 are connected and connected by a single dummy waveguide 26. However, the one boundary 25 and the other boundary 25 are not necessarily connected. Good.

尚、図1では、縦のスケールと横のスケールとが大幅に異なり、光伝搬方向(図中横方向)に圧縮して表示しているが、本実施の形態における分岐角は非常に小さいものであり、例えば、1°未満に形成されている。   In FIG. 1, the vertical scale and the horizontal scale are significantly different and are displayed compressed in the light propagation direction (horizontal direction in the figure), but the branch angle in this embodiment is very small. For example, it is formed below 1 °.

次に、図1の光導波路素子10の製造方法を2C−2C断面部を例に挙げ、図3(a)〜図3(g)に基づいて説明する。   Next, a method for manufacturing the optical waveguide element 10 of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 3G, taking the 2C-2C cross section as an example.

図3(a)に示すように、まず基板11上に、慣用の成膜方法を用いて、膜厚が一様のコア膜31を設ける。次に、そのコア膜31上に、エッチングマスクとするためのマスク材32を設ける。本実施の形態では、マスク材32をWSiで形成した。   As shown in FIG. 3A, first, a core film 31 having a uniform film thickness is provided on a substrate 11 by using a conventional film forming method. Next, a mask material 32 for forming an etching mask is provided on the core film 31. In the present embodiment, the mask material 32 is formed of WSi.

図3(b)に示すように、マスク材32にフォトリソグラフィ及びエッチングを施して光導波路のパターンを有する第1のマスク33を形成する。第1のマスク33の有するパターンは、図3(c)で述べるコア側壁18を形成するためのパターンである。その後、コア膜31の非マスク部分38をエッチングする(第1エッチング)。このとき、エッチング条件、例えば、基板加熱温度、エッチャントガスの種類、そのガスの混合比、エッチャントガスのガス圧、プラズマ発生用の高周波電力等を適宜選定することで、コア膜31を所望の傾斜角度でエッチングすることができ、図3(c)に示すように、テーパ状のコア側壁18が形成される。本実施の形態では傾斜角度を75度とするようにエッチング条件を設定してエッチングした。   As shown in FIG. 3B, the mask material 32 is subjected to photolithography and etching to form a first mask 33 having an optical waveguide pattern. The pattern of the first mask 33 is a pattern for forming the core side wall 18 described in FIG. Thereafter, the non-mask portion 38 of the core film 31 is etched (first etching). At this time, by appropriately selecting the etching conditions, for example, the substrate heating temperature, the type of the etchant gas, the mixing ratio of the gas, the gas pressure of the etchant gas, the high-frequency power for plasma generation, etc. Etching can be performed at an angle, and as shown in FIG. 3C, a tapered core side wall 18 is formed. In this embodiment mode, etching is performed with the etching conditions set so that the inclination angle is 75 degrees.

第1エッチングした後、コア膜34上の第1のマスク33を剥離する。   After the first etching, the first mask 33 on the core film 34 is peeled off.

図3(d)に示すように、コア側壁18が形成されたコア膜34及び基板11上にマスク材35を設ける。マスク材35はマスク材32と同様に、WSiで形成した。ここで、マスク材35の厚さは、後に行う第2エッチングによるサイドエッチに耐えるために、コア膜34の膜厚×0.05以上とするのが好ましい。   As shown in FIG. 3D, a mask material 35 is provided on the core film 34 and the substrate 11 on which the core side wall 18 is formed. The mask material 35 was formed of WSi like the mask material 32. Here, it is preferable that the thickness of the mask material 35 be equal to or greater than the film thickness of the core film 34 × 0.05 in order to withstand side etching by the second etching performed later.

図3(e)に示すように、マスク材35にフォトリソグラフィ及びエッチングを施して光導波路のパターンを有する第2のマスク36を形成する。第2のマスク36の有するパターンは次に述べる図3(f)のコア側壁19を形成するためのパターンである。その後、コア膜34の非マスク部分39をエッチングする(第2エッチング)。第2エッチングでは第1エッチングの時とエッチング条件を変更して、基板11に対して垂直な方向にエッチングを行ってコア側壁19を形成し、図3(f)に示すように、テーパ状出力導波路15のコアが得られる。   As shown in FIG. 3E, the mask material 35 is subjected to photolithography and etching to form a second mask 36 having an optical waveguide pattern. The pattern of the second mask 36 is a pattern for forming the core side wall 19 shown in FIG. Thereafter, the non-masked portion 39 of the core film 34 is etched (second etching). In the second etching, the etching conditions are changed from those in the first etching, and etching is performed in a direction perpendicular to the substrate 11 to form the core side wall 19. As shown in FIG. The core of the waveguide 15 is obtained.

第2エッチングした後、マスク36を剥離する。   After the second etching, the mask 36 is peeled off.

図3(g)に示すように、テーパ状出力導波路15のコアが形成された基板11上に、そのコアを覆うようにクラッド37を形成して光導波路素子10が得られる。   As shown in FIG. 3G, the optical waveguide device 10 is obtained by forming the clad 37 on the substrate 11 on which the core of the tapered output waveguide 15 is formed so as to cover the core.

図3(a)〜図3(g)では、テーパ状出力導波路15の断面図を示して説明したが、コア膜31をテーパ状にエッチングする際に、ダミー導波路26のコア側壁27が同時に形成され、コア膜34を垂直にエッチングする際に、入力導波路12の両コア側壁17、矩形状出力導波路16の両コア側壁20及びダミー導波路26の反対側のコア側壁28が同時に形成されて、光導波路素子10が得られる。   3A to 3G, the sectional view of the tapered output waveguide 15 is shown and described. However, when the core film 31 is etched in a tapered shape, the core side wall 27 of the dummy waveguide 26 is removed. When the core film 34 is formed at the same time and etched vertically, both the core side walls 17 of the input waveguide 12, both the core side walls 20 of the rectangular output waveguide 16, and the core side wall 28 opposite to the dummy waveguide 26 are simultaneously formed. Thus, the optical waveguide device 10 is obtained.

本実施の形態の光導波路素子10は、入力導波路12及び矩形状出力導波路16においては、コアを矩形状に形成して、長距離を伝送する光信号の伝送損失を低減していると共に、互いに内側にテーパ部21,21を有するテーパ状出力導波路15,15を形成して、光合分波部14で徐々にコアが分岐する構造としているので、光信号が分岐或いは結合するときに生じる放射損失を低減している。   In the optical waveguide device 10 of the present embodiment, in the input waveguide 12 and the rectangular output waveguide 16, the core is formed in a rectangular shape to reduce transmission loss of an optical signal transmitted over a long distance. Since the tapered output waveguides 15 and 15 having the tapered portions 21 and 21 are formed inside each other and the core is gradually branched at the optical multiplexing / demultiplexing portion 14, the optical signal is branched or coupled. The resulting radiation loss is reduced.

すなわち、各光導波路において、コアを光信号が最も低損失で伝送できる構造としているので、これら各光導波路を備える光導波路素子10では、光信号の損失を低減することができる。   That is, since the optical signal is transmitted through the core with the lowest loss in each optical waveguide, the optical waveguide device 10 including these optical waveguides can reduce the loss of the optical signal.

また、テーパ状出力導波路15と矩形状出力導波路16との境界25にダミー導波路26を設けずに、テーパ部21と垂直状のコア側壁20とが接する光導波路では、テーパ部21と垂直のコア側壁20とが接続されたコアを形成する際に、2度のエッチングを行うため、製作誤差上、境界25ではテーパエッチングと垂直エッチングの両方が行われ、テーパ部21と矩形状出力導波路16のコアとの間に溝等が形成される可能性が高い。それにより、伝搬する光信号が境界25で放射、反射されてしまう。   Further, in the optical waveguide in which the tapered portion 21 and the vertical core side wall 20 are in contact with each other without providing the dummy waveguide 26 at the boundary 25 between the tapered output waveguide 15 and the rectangular output waveguide 16, Since the etching is performed twice when forming the core connected to the vertical core side wall 20, both the taper etching and the vertical etching are performed at the boundary 25 due to manufacturing errors, and the tapered portion 21 and the rectangular output are formed. There is a high possibility that a groove or the like is formed between the waveguide 16 and the core. As a result, the propagating optical signal is emitted and reflected at the boundary 25.

そこで、境界25でテーパ部21と垂直状のコア側壁20とを所定の距離を隔てるダミー導波路26を設けることにより、矩形状出力導波路16のコア側壁20とダミー導波路26の一方のコア側壁28とが接し、テーパ状出力導波路15のコア側壁18とダミー導波路26の他方のコア側壁27とが接するので、テーパ部21と垂直状のコア側壁20は直接接しない。従って、境界25において2度エッチングされることなく、側壁形状の異なるコアが接続された出力導波路13を形成することができ、境界25における損失を低減することができる。   Therefore, by providing a dummy waveguide 26 that separates the tapered portion 21 and the vertical core side wall 20 by a predetermined distance at the boundary 25, one core of the core side wall 20 of the rectangular output waveguide 16 and the dummy waveguide 26 is provided. Since the side wall 28 is in contact with the core side wall 18 of the tapered output waveguide 15 and the other core side wall 27 of the dummy waveguide 26 is in contact with each other, the taper portion 21 and the vertical core side wall 20 are not in direct contact with each other. Therefore, the output waveguide 13 to which the cores having different sidewall shapes are connected can be formed without being etched twice at the boundary 25, and the loss at the boundary 25 can be reduced.

ここで、本実施の形態の光導波路素子の損失について説明する。   Here, the loss of the optical waveguide device of the present embodiment will be described.

一例として、コア断面が矩形状の光導波路のみで形成したY分岐構造の光導波路素子を5段縦続接続した光回路(矩形状分岐光回路と称する)、及び、図1の光導波路素子10を5段縦続接続した光回路(テーパ状分岐光回路と称する)にそれぞれ1.3μm波長帯の光信号を伝送させたときの損失を測定した。その結果、テーパ状分岐光回路の損失は15.75dB、矩形状分岐光回路の損失は16.18dBであった。これらの損失から伝搬損失を除いた光合分波部の1段当りの付加損失は、テーパ状分岐光回路では0.15dB、矩形状分岐光回路では0.24dBとなる。   As an example, an optical circuit (referred to as a rectangular branched optical circuit) in which five stages of optical waveguide elements having a Y-branch structure in which the core cross section is formed of only a rectangular optical waveguide, and the optical waveguide element 10 in FIG. The loss was measured when an optical signal having a wavelength band of 1.3 μm was transmitted to each of optical circuits (referred to as tapered branched optical circuits) cascaded in five stages. As a result, the loss of the tapered branch optical circuit was 15.75 dB, and the loss of the rectangular branch optical circuit was 16.18 dB. The additional loss per stage of the optical multiplexing / demultiplexing part excluding the propagation loss from these losses is 0.15 dB for the tapered branch optical circuit and 0.24 dB for the rectangular branch optical circuit.

したがって、テーパ状分岐光回路は矩形状分岐光回路に比べて光合分波部1段当りの付加損失を約0.1dB低減することができる。   Accordingly, the tapered branch optical circuit can reduce the additional loss per stage of the optical multiplexing / demultiplexing unit by about 0.1 dB compared to the rectangular branch optical circuit.

また、本実施の形態の製造方法では、図3(d)の工程において、テーパ状にエッチングされたコア膜上に液状のレジストを塗布して形成されるレジスト膜をフォトリソグラフィ時の感光膜として用いている。   In the manufacturing method of the present embodiment, a resist film formed by applying a liquid resist on the taper-etched core film in the step of FIG. 3D is used as a photosensitive film during photolithography. Used.

マスク材35をパターニングして第2のマスク36を形成するときには、第1エッチングによりコア膜34に凹凸が形成されているので、マスク材35は凹凸が形成された面上に成膜される。したがって、このマスク材35上にレジスト液を塗布する際、レジストに塗りムラが生じる。特に、エッチングされた箇所とエッチングされていない箇所の境界付近ではマスク材35の高低差が大きくレジストの厚さが一定になりにくい。このような塗りムラのあるレジスト膜を露光すると現像後に形成されるパターンの精度が悪くなり、それ故エッチングにより形成されるコアのパターンの精度が悪くなってしまう。   When the second mask 36 is formed by patterning the mask material 35, since the irregularities are formed in the core film 34 by the first etching, the mask material 35 is formed on the surface where the irregularities are formed. Therefore, when the resist solution is applied onto the mask material 35, uneven coating occurs on the resist. In particular, the difference in height of the mask material 35 is large near the boundary between the etched portion and the unetched portion, and the resist thickness is difficult to be constant. When the resist film having such uneven coating is exposed, the accuracy of the pattern formed after development is deteriorated, and hence the accuracy of the pattern of the core formed by etching is deteriorated.

そこで、第1エッチングにより形成するパターン及び第2エッチングにより形成するパターンに、ダミー導波路26を設けるようにマスクのパターンを設計して光導波路素子10を作製することで、レジストの塗りムラに起因するエッチングのムラはダミー導波路26の側壁に表れる。そのダミー導波路26は光信号が伝搬しないように設けられているため、境界付近で光信号への影響を及ぼさない。   Therefore, the optical waveguide device 10 is manufactured by designing the mask pattern so that the dummy waveguide 26 is provided in the pattern formed by the first etching and the pattern formed by the second etching, thereby causing the resist coating unevenness. Etching unevenness appears on the side wall of the dummy waveguide 26. Since the dummy waveguide 26 is provided so that the optical signal does not propagate, it does not affect the optical signal near the boundary.

以上、テーパ状出力導波路15と矩形状出力導波路16との接続部25にダミー導波路26を設けた構造とすることにより、基板上に2つの異なるコア側壁を有するコアが接続された光導波路素子10を、精度高く形成することができる。これにより、光信号が境界25を伝搬する際の、導波路構造に起因する損失を低減することができる。   As described above, the structure in which the dummy waveguide 26 is provided in the connection portion 25 between the tapered output waveguide 15 and the rectangular output waveguide 16 makes it possible to connect the core having two different core side walls on the substrate. The waveguide element 10 can be formed with high accuracy. Thereby, the loss resulting from the waveguide structure when the optical signal propagates through the boundary 25 can be reduced.

フォトリソグラフィ及びエッチングによる製作誤差等を考慮するとダミー導波路26の幅は1μm以上とするのが好ましい。また、ダミー導波路26の幅の上限は、光伝送損失が要求される光学仕様に影響を及ぼさない適度の幅とすればよい。   Considering manufacturing errors due to photolithography and etching, the width of the dummy waveguide 26 is preferably 1 μm or more. Further, the upper limit of the width of the dummy waveguide 26 may be an appropriate width that does not affect the optical specifications that require optical transmission loss.

本実施の形態では、第1エッチングにより、テーパ状のコア側壁18を先に形成してから、後に第2エッチングにより、垂直状のコア側壁19を形成して光導波路素子10を作製したが、第1エッチングとして垂直状のコア側壁19を先に形成してから、後に第2エッチングとしてテーパ状のコア側壁18を形成してもよい。その際、第2のマスクの厚さは、コアの膜厚×0.07以上、コアの膜厚×0.2以下とするのが好ましい。第2のマスクの厚さをコアの膜厚×0.07以上とする理由は、先に形成された垂直状のコア側壁19を第2エッチングから十分保護するためである。第2のマスクの厚さをコアの膜厚×0.2以下とする理由は、エッチングによるマスク厚さの目減り量を小さくするためである。目減りが大きいと設計マスクの厚さとの差が大きくなり、所望の光導波路の作製が困難になってしまう。   In the present embodiment, the tapered core side wall 18 is first formed by the first etching, and then the vertical core side wall 19 is formed by the second etching later to produce the optical waveguide device 10. After the vertical core side wall 19 is formed first as the first etching, the tapered core side wall 18 may be formed later as the second etching. At this time, the thickness of the second mask is preferably set to a core film thickness × 0.07 or more and a core film thickness × 0.2 or less. The reason why the thickness of the second mask is equal to or larger than the core film thickness × 0.07 is to sufficiently protect the previously formed vertical core side wall 19 from the second etching. The reason for setting the thickness of the second mask to be equal to or less than the core film thickness × 0.2 is to reduce the amount of mask thickness reduction by etching. If the reduction is large, the difference from the thickness of the design mask becomes large, and it becomes difficult to produce a desired optical waveguide.

さらに、光導波路素子10では、テーパ状出力導波路15のコアの一方の側壁18をテーパ状に形成し、他方の側壁19を垂直に形成したが、コアの両側壁18,19をテーパ状に形成してもよい。   Further, in the optical waveguide device 10, one side wall 18 of the core of the tapered output waveguide 15 is formed in a taper shape and the other side wall 19 is formed in a vertical shape. However, both side walls 18 and 19 of the core are formed in a taper shape. It may be formed.

次に、本発明に係る光導波路の好適な他の実施の形態を図4に基づいて説明する。   Next, another preferred embodiment of the optical waveguide according to the present invention will be described with reference to FIG.

図4に示すように、本実施の形態の光導波路40は、一基板上に図1の光導波路素子10を2つ接続して設けたマッハツェンダ型光導波路である。具体的には、光導波路40は、一方の光導波路素子10の両矩形状出力導波路16,16と他方の光導波路の両矩形状出力導波路16,16とを、両出力導波路13,13の経路長差が等しくなるよう接続して形成し、各入力導波路12,12を入出力用の光導波路としたものである。ここで、テーパ状出力導波路15とダミー導波路26とで囲まれた部分を領域45とし、矩形状出力導波路16とダミー導波路26とで囲まれた部分を領域46とする。   As shown in FIG. 4, the optical waveguide 40 of the present embodiment is a Mach-Zehnder type optical waveguide provided by connecting two optical waveguide elements 10 of FIG. 1 on one substrate. Specifically, the optical waveguide 40 includes both rectangular output waveguides 16 and 16 of one optical waveguide element 10 and both rectangular output waveguides 16 and 16 of the other optical waveguide. The input waveguides 12 and 12 are formed as input / output optical waveguides. Here, a portion surrounded by the tapered output waveguide 15 and the dummy waveguide 26 is a region 45, and a portion surrounded by the rectangular output waveguide 16 and the dummy waveguide 26 is a region 46.

次に、本実施の形態の光導波路の製造方法を図5(a)及び図5(b)に基づいて説明する。   Next, the manufacturing method of the optical waveguide of this Embodiment is demonstrated based on Fig.5 (a) and FIG.5 (b).

本実施の形態の光導波路40は、図1の光導波路素子10を2つ用いたものであるので、基本的な製造方法は上述した図1の光導波路素子10の製造方法と同じであるが、形成するマスクの導波路パターンが異なる点、及び垂直エッチングとテーパエッチングの順序を逆にした点において異なる。   Since the optical waveguide 40 of the present embodiment uses two optical waveguide elements 10 of FIG. 1, the basic manufacturing method is the same as the manufacturing method of the optical waveguide element 10 of FIG. 1 described above. The difference is that the waveguide pattern of the mask to be formed is different and the order of vertical etching and taper etching is reversed.

図5(a)に示すように、第1のマスク41は、図3(b)の工程において形成されるマスク33のことである。   As shown in FIG. 5A, the first mask 41 is a mask 33 formed in the step of FIG.

第1のマスク41はコアの側壁を垂直に形成するためのパターンである。そのパターンは、入力導波路形成部42と、出力導波路形成部43と、ダミー導波路形成部44と、出力導波路形成部43及びダミー導波路形成部44で囲まれる光合分波部近傍の領域45とを有し、それらがコア膜31上に形成されている。   The first mask 41 is a pattern for forming the side wall of the core vertically. The pattern includes an input waveguide forming portion 42, an output waveguide forming portion 43, a dummy waveguide forming portion 44, and the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing portion surrounded by the output waveguide forming portion 43 and the dummy waveguide forming portion 44. The region 45 is formed on the core film 31.

マスク41を形成した後、非マスク部分のコア膜31を垂直にエッチングして、入力導波路12のコア、矩形状出力導波路16のコア、テーパ状出力導波路15の外側のコア側壁19及びダミー導波路26の非入力導波路側(図5中の領域46側)のコア側壁28を形成する。   After the mask 41 is formed, the core film 31 in the non-mask portion is etched vertically so that the core of the input waveguide 12, the core of the rectangular output waveguide 16, the core sidewall 19 outside the tapered output waveguide 15, and A core side wall 28 on the non-input waveguide side (region 46 side in FIG. 5) of the dummy waveguide 26 is formed.

図5(b)に示すように、第2のマスク47は、図3(e)の工程において形成されるマスク36のことである。第2のマスク47は、図4で示した領域45を除いた部分を覆うものである。   As shown in FIG. 5B, the second mask 47 is the mask 36 formed in the step of FIG. The second mask 47 covers a portion excluding the region 45 shown in FIG.

コア膜34上に第2のマスク47を形成し、領域45のコア膜をテーパエッチングして、テーパ状出力導波路15の内側のコア側壁17及びダミー導波路26の入力導波路12側のコア側壁27を形成する。   A second mask 47 is formed on the core film 34, and the core film in the region 45 is taper-etched so that the core side wall 17 inside the tapered output waveguide 15 and the core on the input waveguide 12 side of the dummy waveguide 26. Side walls 27 are formed.

本実施の形態の光導波路40も、図1の光導波路と同様な作用効果を有する。   The optical waveguide 40 of the present embodiment also has the same function and effect as the optical waveguide of FIG.

本実施の形態では、2つの光導波路素子10を出力導波路13,13同士で接続してマッハツェンダ型光導波路素子を形成したが、ある光導波路素子10の出力導波路13に他の光導波路素子10の入力導波路12を接続して、複数の光導波路素子10を多段に接続した入出力1×2nカプラ型光導波路素子を形成してもよい。 In the present embodiment, the two optical waveguide elements 10 are connected by the output waveguides 13 and 13 to form the Mach-Zehnder type optical waveguide element. However, another optical waveguide element is added to the output waveguide 13 of a certain optical waveguide element 10. 10 input waveguides 12 may be connected to form an input / output 1 × 2 n coupler optical waveguide device in which a plurality of optical waveguide devices 10 are connected in multiple stages.

本発明に係る好適な一実施形態の光導波路素子の平面図である。1 is a plan view of an optical waveguide device according to a preferred embodiment of the present invention. 図2(a)は図1の2A−2A線断面図であり、図2(b)は図1の2B−2B線断面図であり、図2(c)は図1の2C−2C線断面図であり、図2(d)は図1の2D−2D線断面図であり、図2(e)は図1の2E−2E線断面図である。2A is a sectional view taken along line 2A-2A in FIG. 1, FIG. 2B is a sectional view taken along line 2B-2B in FIG. 1, and FIG. 2C is a sectional view taken along line 2C-2C in FIG. 2 (d) is a cross-sectional view taken along line 2D-2D of FIG. 1, and FIG. 2 (e) is a cross-sectional view taken along line 2E-2E of FIG. 図3(a)〜図3(g)は、それぞれ図1の光導波路素子の製造方法を説明する断面図である。3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the optical waveguide device of FIG. 好適な他の実施の形態の光導波路素子の平面図である。It is a top view of the optical waveguide device of other suitable embodiments. 図5(a)は、図4の光導波路素子を形成するための第1のマスクを示す平面図であり、図5(b)は、図4の光導波路素子を形成するための第2のマスクを示す平面図である。5A is a plan view showing a first mask for forming the optical waveguide device of FIG. 4, and FIG. 5B is a second view for forming the optical waveguide device of FIG. It is a top view which shows a mask.

符号の説明Explanation of symbols

10 光導波路素子
12 入力導波路
13 出力導波路
14 光合分波部
15 テーパ状出力導波路
16 矩形状出力導波路
21 テーパ部
26 ダミー導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical waveguide element 12 Input waveguide 13 Output waveguide 14 Optical multiplexing / demultiplexing part 15 Tapered output waveguide 16 Rectangular output waveguide 21 Tapered part 26 Dummy waveguide

Claims (7)

光合分波部を介して入力導波路と出力導波路とが光学的に接続された光導波路素子において、上記入力導波路のコアの断面を矩形状に形成し、上記光合分波部近傍の出力導波路のコアの互いに対向する側の側壁を仰角を設けてテーパ状に形成すると共に、他方のコアの側壁を垂直または仰角を設けてテーパ状に形成することを特徴とする光導波路素子。   In an optical waveguide element in which an input waveguide and an output waveguide are optically connected via an optical multiplexing / demultiplexing unit, a cross section of the core of the input waveguide is formed in a rectangular shape, and an output in the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing unit An optical waveguide device characterized in that the opposite side walls of the waveguide core are tapered with an elevation angle, and the sidewall of the other core is tapered with a vertical or elevation angle. 上記出力導波路の光合分波部近傍のコアの互いに対向する側の側壁をテーパ状に形成した請求項1記載の光導波路素子。   2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the side walls of the core in the vicinity of the optical multiplexing / demultiplexing portion of the output waveguide facing each other are tapered. テーパ状に形成された側壁のテーパ部の仰角が75±10度に形成される請求項1または2記載の光導波路素子。   The optical waveguide device according to claim 1 or 2, wherein an elevation angle of the tapered portion of the side wall formed in a tapered shape is 75 ± 10 degrees. 上記出力導波路の光合分波部直近の各テーパ部を上記仰角を保った状態で重なり合わせた請求項3記載の光導波路素子。   4. The optical waveguide device according to claim 3, wherein each taper portion nearest to the optical multiplexing / demultiplexing portion of the output waveguide is overlapped with the elevation angle maintained. 上記出力導波路のコア断面が矩形状の矩形状出力導波路と、コアがテーパ状に形成されたテーパ状出力導波路との境界に、ダミー導波路を形成し、そのダミー導波路の入力導波路側のコアの側壁がテーパ状に形成されると共に、その反対側のコアの側壁が垂直またはテーパ状に形成される請求項1〜4いずれかに記載の光導波路素子。   A dummy waveguide is formed at the boundary between the rectangular output waveguide having a rectangular core cross section of the output waveguide and the tapered output waveguide in which the core is formed in a tapered shape, and the input waveguide of the dummy waveguide is input. 5. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the side wall of the core on the waveguide side is formed in a tapered shape, and the side wall of the core on the opposite side is formed in a vertical or tapered shape. 上記出力導波路のコア幅の平均と上記矩形状出力導波路のコア幅とが略等しく形成される請求項5記載の光導波路素子。   6. The optical waveguide device according to claim 5, wherein an average core width of the output waveguide and a core width of the rectangular output waveguide are formed to be substantially equal. 光合分波部を介して入力導波路と出力導波路とが光学的に接続された光導波路素子の製造方法において、基板上に、コアを形成するためのコア膜を設け、そのコア膜上に第1のマスクを設け、そのマスクが設けられたコア膜の非マスク部分をエッチングして、上記出力導波路のコアの互いに対向する側の側壁を仰角を設けてテーパ状に形成すると共に、上記コア膜上に第2のマスクを設け、そのマスクが設けられたコア膜の非マスク部分をエッチングして、上記出力導波路のコアの他側の側壁及び上記入力導波路のコアの両側壁を垂直に形成することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
In a method for manufacturing an optical waveguide device in which an input waveguide and an output waveguide are optically connected via an optical multiplexing / demultiplexing unit, a core film for forming a core is provided on a substrate, and the core film is provided on the core film. A first mask is provided, a non-mask portion of the core film provided with the mask is etched, and the side walls of the core of the output waveguide opposite to each other are provided with an elevation angle and tapered. A second mask is provided on the core film, and the non-masked portion of the core film provided with the mask is etched so that the other side wall of the core of the output waveguide and both side walls of the core of the input waveguide are formed. A method for manufacturing an optical waveguide device, wherein the optical waveguide device is formed vertically.
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