JP2007010982A

JP2007010982A - 光合分波モジュール

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Publication number: JP2007010982A
Application number: JP2005191747A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamamoto; 雄二山本
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】光損失の低い、低価格で小型の光導波路部品とその製造方法を提供する。
【解決手段】分岐部に波長選択性を有するフィルタを挿入した光導波路型光合分波器において光導波路の中心線が直線の組み合わせであり、光導波路の比屈折率差がファイバの比屈折率差に等しくすることにより低損失にし、ファイバアレイが紫外線を透過するガラスあるいはセラミックスから出来ており、光合分波器の各ポート毎に１個のファイバアレイを接合することにより低コストで光合分波モジュールを作製する。
【選択図】なし

Description

本発明は光導波路部品、特に光通信、計測、情報処理等の分野において用いられる光合分波器とその製造方法に関するものである。

通信、計測、情報処理等の分野において、光をより有効に利用するために光を多重化し伝送する技術が研究されている。最近のＦＴＴＨの普及に伴い、各家庭に光信号を送るために光合分波器が多く使われるようになってきている。光合分波器については、種々の構造の光合分波器が提案されている。

図１０、図１１は誘電体多層膜フィルタを用いた従来の光合分波器のコアの構造及びファイバとの接続を示す立面図と平面図である。光導波路はクラッド内にコアが埋め込まれることにより形成されている。光を合分波するフィルタ２９は誘電体多層膜フィルタ等が用いられ、導波路チップ３２上光導波路３４，３６，３７を横切るように形成された溝に挿入固定されている。また、導波路３４の端面には光ファイバ３３が結合され、導波路３７の端面には光ファイバ３８が結合され、導波路３６の端面には光ファイバ３５が結合されている。

通常よく使用される光合分波器では波長１５５０ｎｍの光はファイバ３３から入射されファイバ３８から出射され、波長１３１０ｎｍの光はファイバ３５から入射されファイバ３３から出射され、波長１４９０ｎｍの光はファイバ３３から入射されファイバ３５から出射される。このような特性を有するには１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの光を透過し、１５５０ｎｍの光を反射するフィルタが用いられる。光導波路とファイバの接合においてリターンロスが大きいと伝送特性が悪化する。リターンロスを低減するため通常光導波路チップ３２、リッド３０及びファイバアレイ３１の端面は８度の角度に研磨された後、接着剤で接続される。
特開平９−１５９８５１号公報特開２００４−３４１２４３号公報２００１年電子情報通信学会総合大会予稿集Ｃ−３−７０「アクセスシステム用ポリイミド多波長ＷＤＭの設計と作製」

安価に量産することが可能な樹脂光導波路ＷＤＭモジュールにおいて、従来型では低損失にするのが困難であった。市場に受け入れられるためには挿入損失として１ｄＢ以下が必要であるが、従来の樹脂光導波路型ＷＤＭモジュールでは１．２ｄＢ程度以上であった。

ファイバを光導波路チップの長手方向と平行にしているために光導波路３４，３６，３７を曲げて、ファイバと平行にする必要があり、光導波路長が長くなるため損失が増加し、また曲げ導波路が挿入されるため損失が増加するためである。またリターンロスを低減するため光導波路チップ及びファイバアレイの端面を８度の角度に研磨し接合する必要があったため作製コストが高くなっていた。本発明が解決しようとする課題は安価な樹脂光導波路を用いて挿入損失１ｄＢ以下でリターンロスの小さいＷＤＭモジュールを作製することである。

フィルタが挿入された分岐部を有する導波路とファイバアレイとが接合された光合分波モジュールにおいて、光導波路をその中心線が直線の組み合わせからなる光導波路とすることにより、光導波路長を短くし、また光導波路の湾曲をなくすことにより曲りによる光の放射をなくし光損失を低減し、光導波路の比屈折率差をファイバの比屈折率差と一致させファイバと光導波路との結合損を低減し、さらに光導波路チップ端部での光導波路の軸とファイバアレイのファイバの軸が一致するように光導波路チップの各ポート毎に１個の単芯のファイバアレイを接合することによりファイバアレイ作製歩留まりと光導波路とファイバアレイの接合歩留を向上させ作製コストを低減させる。

本発明は、分岐部を有する光導波路の該分岐部に波長選択性を有するフィルタが光導波路チップ端部と平行に挿入され、光導波路チップ端部での光導波路の光軸とファイバアレイのファイバの光軸が一致する光合分波器において、分岐部を有する光導波路の比屈折率差がファイバの比屈折率差に等しくかつその中心線が直線の組み合わせからなり、ファイバアレイが紫外線を透過するガラスあるいはセラミックスから出来ており、各ポート毎に１個のファイバアレイを接合した光合分波モジュールである。

またファイバアレイの先端エッジとファイバのなす角度が光導波路チップ端部での光導波路とチップ端部との角度に一致し、ファイバアレイ側面が先端エッジと直角をなすファイバアレイを光導波路チップの各ポートに各１個調芯装置を用い接合した上記の光合分波モジュールである。

また、ファイバアレイの先端エッジとファイバのなす角度が光導波路チップ端部での光導波路とチップ端部との角度に一致し、ファイバアレイ側面がファイバと平行であるファイバアレイを光導波路チップの各ポートに各１個調芯装置を用い接合した上記の光合分波モジュールである。

本発明によれば、光導波路が直線光導波路の組み合わせで構成されており、光導波路と接合されるファイバが光導波路チップに対して斜めになっているため、光導波路を湾曲させる必要がなく光導波路の長さを短くすることがでる。また光導波路が湾曲していないため曲りによる損失がないため伝搬損失を低くできる。また光導波路が湾曲していないため比屈折率差をファイバの比屈折率差に一致させても光導波路の伝搬損が増加することがなくファイバと光導波路との結合損を低減できる。光導波路を使用しているため量産化が容易で低コストで効率よく光導波路部分を作製することができる。さらに各ポートごとに単芯の１個のファイバアレイを接合するため、高い作製精度が必要で高コストになる多芯ファイバアレイが不要で高精度な接合が可能なため低コストで低損失な光合分波モジュールが作製できる。

本発明は、光合分波モジュールの光損失を低減するには、光導波路とファイバとの結合損及び光導波路の損失を低減することが重要であり、本発明では従来光導波路型光合分波器に使われていた湾曲した光導波路を用いずにその中心線が直線の組み合わせのみから成る光導波路とし、光導波路の比屈折率差をファイバの比屈折率差に等しくし、光導波路チップの各ポート毎に１個のファイバアレイを接合することにより低損失で低コストの光合分波器の作製を可能にした。

以下に、この発明の実施の形態を図について説明する。

図５は、本発明の樹脂光導波路の作製法を示したものである。樹脂光導波路は以下のような工程で作製される。図５（ａ）ではシリコン基板１５上にポリイミドとシリコンとの密着性を改善する密着改良層１４が形成され、さらに下部クラッド層１３、コア層１２とマスク層１１が成膜され、図５（ｂ）ではこのマスク層にフォトリソグラフィの技法により光導波路パターンが形成される。図５（ｃ）では、ＲＩＥ技法により、マスク層と同様にパターン化されたコア形状が形成される。図５（ｄ）ではマスク層の除去を剥離液によって行い、形成したコア１６を露出させる。図５（ｅ）では上部クラッド層１７を成膜して光導波路が作製される。

以上樹脂光導波路の形成に使われる代表的な作製法を示したが、上記の作製法に限らず、下部クラッド層にコアパターンの溝を形成しその溝にコア材を埋めて作製するトレンチ法で形成しても良い。

また光導波路はシリコン基板上に作製された樹脂光導波路に限らず、ガラス基板あるいはポリイミド基板上に形成された樹脂導波路でも良く、ガラス光導波路、半導体光導波路、あるいは基板に貼り付けられたフィルム光導波路を用いることも可能である。ＲＩＥのマスク材料は耐プラズマ性の高い樹脂製のレジストが使用できるが、シリコン薄膜をパターニングしたものを使うことも可能である。

図６と図７はコアパターンを示した図である。図６はその中心線が直線である光導波路を組み合わせてｙ字型にした光導波路であり、図７はその中心線が直線である２つの交差する光導波路からなる光導波路である。コアパターンはこれら２つに限らず種々のパターンが可能である。分岐部での損失を下げるために分岐部付近でコアの外形をテーパー状にすることも可能である。

また、フィルタによる光軸のズレを補正するためファイルタへの入射側光導波路と出射側光導波路の中心線を必要量ずらすことも可能である。

図８、図９はファイバアレイの平面図と立面図である。ファイバアレイの材質は紫外線を透過する光学ガラスあるいはセラミックスが紫外線硬化接着剤を使用できるため光導波路とファイバアレイの接合の点から好適であるが、その他の材料のファイバアレイを使用することも接着剤を選定することにより可能である。

図１、図２は本願における、光導波路にファイバアレイを接合した光合分波モジュールの立面図と平面図である。

従来の光合分波器ではリターンロスを抑えるために図１０に示すようにファイバアレイ３１及び光導波路の端面の垂直方向を８度の角度で研磨する必要があったが、本発明では光導波路とファイバアレイが分岐角の１／２の角度をなすため光導波路及びファイバアレイの端面の垂直方向の８度の研磨は必要ない。

以下、実施例により説明する。

厚さ１．０ｍｍ、直径１００ｍｍのシリコン基板上にフッ素化ポリイミド導波路を形成した。基板とポリイミドとの密着性を上げる密着改良層を成膜後、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布し、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して下部クラッド層を１６μｍ形成し、次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、コア層を８μｍ成膜した。コア−クラッドの比屈折率差は０．３％とした。

このコア層上にレジスト層を成膜し、図６に示すその中心線が直線である光導波路の組み合わせから成る分岐角１６度のｙ分岐のコアパターンのフォトマスクを用い、アライナによってコアパターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。次にＯ_２ガスを流入させてレジストに保護されていないコア層部分をエッチングにより除去し、コアパターンを形成した。チップ全長は５ｍｍである。レジストを除去後さらに下部クラッドと同種のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１６μｍの上部クラッド層を形成した。

形成された導波路の分岐部にダイサにより溝を形成し誘電体多層膜から成るフィルタを挿入し接着剤で固定した。フィルタは１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの光を透過し、１５１０ｎｍの光を反射する特性を有するフィルタである。その後ダイサによりウェハを切断しチップ化した。得られたチップの端面を研磨し鏡面状態にした。次にガラス製ファイバアレイと導波路を調芯装置を用い調芯後、両者を紫外線硬化接着剤で接着した。ファイバアレイの先端面とファイバが８度の角をなしファイバアレイ先端面と側面が垂直な単芯のファイバアレイをチップの各ポートに１つずつ使用した。紫外線硬化後５０℃１時間キュアし、導波路とファイバアレイが一体となったものを筒状の筐体に入れモジュール化した。

作製した光合分波モジュールは図２のファイバ５−ファイバ７間の１．３μｍ及び１．４９μｍの波長の光の損失はともに１ｄＢ以下であった。またファイバ５−ファイバ１０間の１．５５μｍの光の損失は１ｄＢ以下であった。

このコア層上にレジスト層を成膜し、図７に示す中心線が直線の組み合わせから成る光導波路のＸ字状コアパターンのあるフォトマスクを用い、アライナによってコアパターンを露光し、パターニングされたレジスト層を形成した。次にＯ_２ガスを流入させてレジストに保護されていないコア層部分をエッチングにより除去し、Ｘ分岐のあるコアパターンを形成した。分岐角は１６度、チップ全長は５ｍｍである。レジストを除去後さらに下部クラッドと同種のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１４μｍの上部クラッド層を形成した。

形成された導波路の分岐部にダイサにより溝を形成し誘電体多層膜から成るフィルタを挿入し接着剤で固定した。フィルタは１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの光を透過し、１５１０ｎｍの光を反射する特性を有するフィルタである。フィルタは１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの光を透過し、１５１０ｎｍの光を反射する特性を有するフィルタである。その後ダイサによりウェハを切断しチップ化した。得られたチップの端面を研磨し鏡面状態にした。次にガラス製ファイバアレイと導波路を調芯装置を用い調芯後、両者を紫外線効果接着剤で接着した。ファイバアレイの先端面とファイバが８度の角をなす単芯のファイバアレイをチップの各ポートに１つずつ使用した。紫外線硬化後５０℃１時間キュアし、導波路とファイバアレイが一体となったものを筒状の筐体に入れモジュール化した。

作製した光合分波モジュールは図３のファイバ２２−ファイバ２５、ファイバ２４−ファイバ２３間の１．３μｍ及び１．４９μｍの波長の光の損失はともに１ｄＢ以下であった。またファイバ２２−ファイバ２４間、ファイバ２３−ファイバ２５間の１．５５μｍの波長の光の損失は１ｄＢ以下であった。

厚さ１．０ｍｍ、直径１００ｍｍのガラス基板にフッ素化ポリイミド導波路を形成した。基板とポリイミドとの密着性を上げる密着改良層を成膜後、クラッド用のフッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布し、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して下部クラッド層を１６μｍ形成し、次にコア用フッ素化ポリアミド酸ワニスをスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、コア層を８μｍ成膜した。コア−クラッドの比屈折率差は０．３％とした。

このコア層上にレジスト層を成膜し、図４に示すその中心線が直線である光導波路の組み合わせから成る分岐角１６度のｙ分岐のコアパターンのフォトマスクを用い、アライナによってコアパターンを露光し、ｙ分岐のあるパターニングされたレジスト層を形成した。次にＯ_２ガスを流入させてレジストに保護されていないコア層部分をエッチングにより除去し、コアパターンを形成した。チップ全長は５ｍｍである。レジストを除去後さらに下部クラッドと同種のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコーティング装置により塗布した後、不活性雰囲気に保持したオーブンを用いて焼成して、厚さ１６μｍの上部クラッド層を形成した。

形成された導波路の分岐部にダイサにより溝を形成し誘電体多層膜から成るフィルタを挿入し接着剤で固定した。フィルタは１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの光を透過し、１５１０ｎｍの光を反射する特性を有するフィルタである。その後ダイサによりウェハを切断しチップ化した。得られたチップの端面を研磨し鏡面状態にした。次にガラス製ファイバアレイと導波路を調芯装置を用い調芯後、両者を紫外線硬化接着剤で接着した。ファイバアレイの先端面とファイバが８度の角をなしファイバアレイ側面とファイバが平行な単芯のファイバアレイをチップの各ポートに１つずつ使用した。紫外線硬化後５０℃１時間キュアし、導波路とファイバアレイが一体となったものを筒状の筐体に入れモジュール化した。

作製した光合分波モジュールは図４のファイバ２６−ファイバ２８間の１．３μｍ及び１．４９μｍの波長の損失はともに１ｄＢ以下であった。またファイバ２６−ファイバ２７間の１．５５μｍの損失は１ｄＢ以下であった。

本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。

本発明の光導波路型光合分波器の立面図である。本発明のｙ字コアパターンを有する光合分波器の平面図である。本発明のＸ字コアパターンを有する光合分波器の平面図である。本発明のｙ字コアパターンを有する光合分波器の平面図である。本発明の実施例によるリッジ法による光導波路作製工程を示す図である。本発明のｙ字光導波路を有する中心線が直線の組み合わせからなる光導波路のコアパターンを示す図である。本発明のＸ字光導波路を有する中心線が直線の組み合わせからなる光導波路のコアパターンを示す図である。本発明のファイバアレイの平面図である。本発明のファイバアレイの立面図である。従来の光導波路型光合分波器の立面図である。従来の光導波路型光合分波器の平面図である。

符号の説明

１フィルタ
２リッド
３ファイバアレイ
４導波路チップ
５ファイバ
６導波路
７ファイバ
８導波路
９導波路
１０ファイバ
１１レジスト
１２コア層
１３下部クラッド
１４密着改良層
１５基板
１６コア
１７上部クラッド
１８リッド
１９Ｖ溝基板
２０ファイバ
２１接着剤
２２〜２８ファイバ
２９フィルタ
３０リッド
３１ファイバアレイ
３２導波路チップ
３３ファイバ
３４導波路
３５ファイバ
３６導波路
３７導波路
３８ファイバ

Claims

分岐部を有する光導波路の該分岐部に波長選択性を有するフィルタが光導波路チップ端部と平行に挿入され、光導波路チップ端部での光導波路の光軸とファイバアレイのファイバの光軸が一致する光合分波器において、分岐部を有する光導波路の比屈折率差がファイバの比屈折率差に等しくかつその中心線が直線の組み合わせからなり、ファイバアレイが紫外線を透過するガラスあるいはセラミックスから出来ており、各ポート毎に１個のファイバアレイを接合した光合分波モジュール。
ファイバアレイの先端エッジとファイバのなす角度が光導波路チップ端部での光導波路とチップ端部との角度に一致し、ファイバアレイ側面が先端エッジと直角をなすファイバアレイを光導波路チップの各ポートに各１個調芯装置を用い接合した請求項１項の光合分波モジュール。
ファイバアレイの先端エッジとファイバのなす角度が光導波路チップ端部での光導波路とチップ端部との角度に一致し、ファイバアレイ側面がファイバと平行であるファイバアレイを光導波路チップの各ポートに各１個調芯装置を用い接合した請求項１項の光合分波モジュール。