JP2007219560A - 光導波路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の製作が容易でありかつ組立て調整が簡易で安定し、界分布のピークのずれの補填を十分に行うことができ、また再現性が高く、光量損失を小さく、さらに分岐比を高精度に均等化することができる光導波路構造を提供する。
【解決手段】Ａ端部とＢ端部を有する第１光導波路と、Ｃ端部とＤ端部を有する第２光導波路と、Ｅ端部とＦ端部を有する第３光導波路と、及び前記第１光導波路のＢ端部を第１出入射端部に接続し、前記第２光導波路のＣ端部及び第３光導波路のＥ端部を第２出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有する光導波路構造であって、光強度ピークが、前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路構造、さらに詳しくは、分岐比及び合波比を高度に均等化できる光導波路構造に関する。

近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大しており、伝送速度が速く光伝送損失の小さい光導波路が要望されている。光導波路は、光伝送における光インターコネクションとして使用されており、例えば光スプリッタ（分岐結合器）のような光学装置は、光導波路の基本構成要素として必要不可欠のものである。一方、光スプリッタ（分岐結合器）は、光伝送方向を逆にすると、合波光導波路として作用する。

分岐光導波路は、他の光導波路やファイバと接続されて使われることがある。その場合、製造上のばらつきによって入射光と入力光導波路とで軸ずれが生じてしまう。このような場合は、光強度ピーク位置が変動するため、入力光導波路に接続された分岐光導波路の分岐比がばらつく結果となる。光強度ピーク位置の変動は、軸ずれによって光導波路内に基本モード以外の高次モードが励振され、各モードの干渉によって発生すると考えられる。従来の分岐光導波路としては、高次モードが光導波路に対して閉じ込め効果が弱い特性を利用した構造がある。

第１の従来の分岐光導波路としては、長い直線入力光導波路を用いて光強度ピーク位置の変動を減衰させる構造である。
第２の従来の分岐合波光導波路は、入力光導波路に曲線光導波路を設ける構造である(例えば、特許文献１、図１２及びその説明参照)。
第３の従来の分岐合波導波路は、入力光導波路にくびれ部分を設ける構造である。例えば、特許第２８０９５１７号公報の図１４及びその説明を参照すべきである。

前述した第１、第２、第３の分岐光導波路は、高次モードの放射により光強度ピーク位置変動を減衰させるため、放射損失が大きくなる問題がある。また、第１の分岐光導波路は、長い直線入力光導波路を用いて高次モードを放射させるので、長尺化する問題がある。
第２、第３の分岐光導波路は、光導波路形状に変化を加え、閉じ込め効果が弱い高次モードを放射させるが、光導波路形状が変化しているので基本モードも放射する問題がある。また、光導波路形状を変化させる場合、基本モードを放射させないようにするには、光の伝搬方向に対して形状変化具合を鈍くする必要があり、長尺化してしまう問題がある。
すなわち、いずれの場合においても放射損失が大きくなり、かつ(または)長尺化してしまう問題がある。前述した第１の分岐光導波路は、長い直線入力光導波路を必要とし、長尺化する問題がある。

（発明の目的）
本発明は、従来の分岐光導波路の上述した問題に鑑みてなされたものであって、部品の製作が容易でありかつ組立て調整が簡易で安定した光導波路構造を提供することを目的とする。
本発明はまた、界分布のピークのずれの補填を十分に行うことができ、また再現性が高く、光量損失を小さく、さらに分岐比を高精度に均等化することができる光導波路構造を提供することを目的とする。
本発明はさらに、くびれ部等がなく製作が容易で、かつ高次モードの放射が少なく放射損失が小さい光導波路構造を提供することを目的とする。

本明細書において、接続とは、光学的に接続されていればよく、例えば、図２に示すように、接続面に溝や空隙があってもよい。また、第２出入射端部における軸上とは、第２光導波路と第３光導波路との中心位置を光強度ピーク位置の振動中心とすると、振動の振幅の半分以下、好ましくは１／３以下、さらに好ましくは１／４以下とする。
また、屈折率差とは、コアの屈折率をｎ₁、クラッドの屈折率をｎ₂としたとき、

である。

本発明は、Ａ端部とＢ端部を有する第１光導波路と、Ｃ端部とＤ端部を有する第２光導波路と、Ｅ端部とＦ端部を有する第３光導波路と、及び前記第１光導波路のＢ端部を第１出入射端部に接続し、前記第２光導波路のＣ端部及び第３光導波路のＥ端部を第２出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有する光導波路構造であって、
光強度ピークが、前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造である。

本発明はまた、使用される波長のうち最も短波長の光強度ピーク位置が前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする。

本発明はまた、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
Ｌt＝４５０μｍ
Ｗt＝１６μｍ
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌs＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）＋６．４
（Ｎ＝１、２、３、・・）
であることを特徴とする。

本発明はまた、前記光導波路構造が、分岐光導波路として作用することを特徴とする。
本発明はまた、前記光導波路構造が、合波光導波路として作用することを特徴とする。
本発明はまた、前記光導波路構造が、樹脂製光導波路である特徴とする。
本発明はまた、前記光導波路構造が、Ｖ溝付き光導波路基板を包含することを特徴とする。

本発明はまた、前記光強度ピークが、第１波長及び第２波長において前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする。

本発明はまた、前記第１光導波路のコア幅が、前記第２及び第３光導波路のコア幅に比べて広いことを特徴とする。
本発明はまた、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
Ｌt＝４５０μｍ
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌs＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）−１２．６Ｗt＋２０８
（Ｎ＝１、２、３、・・）
であることを特徴とする。

本発明はさらに、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌ＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）−１２．６Ｗt＋６５８
（Ｎ＝１、２、３、・・）
ただし、Ｌ＝Ｌs＋Ｌt
であることを特徴とする。

本発明はさらにまた、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
Ｌt＝４５０μｍ
Ｗt＝１６μｍ
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌs＝Ｎ（３２．５Ｗs²−４１５Ｗs＋１５４０）＋６．４
（Ｎ＝１、２、３、・・）
であることを特徴とする。

本発明はさらにまた、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
Ｌt＝４５０μｍ
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌs＝Ｎ（３２．５Ｗs²−４１５Ｗs＋１５４０）−１２．６Ｗt＋２０８
（Ｎ＝１、２、３、・・）
であることを特徴とする。

本発明はさらにまた、前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌ＝Ｎ（３２．５Ｗs²−４１５Ｗs＋１５４０）−１２．６Ｗt＋６５８
（Ｎ＝１、２、３、・・）
ただし、Ｌ＝Ｌs＋Ｌt
であることを特徴とする。

本発明はさらにまた、Ａ端部とＢ端部を有する非直線の第１光導波路と、Ｃ端部とＤ端部を有する非直線の第２光導波路と、Ｅ端部とＦ端部を有する非直線の第３光導波路と、及び前記第１光導波路のＢ端部を第１出入射端部に接続し、前記第２光導波路のＣ端部及び第３光導波路のＥ端部を第２出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有し、光強度ピークが前記第１出入射端部の軸ずれ位置を通過し、かつ光強度ピークが前記第２出入射端部の軸上位置を通過するように前記分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造である。

本発明の曲線光導波路のコア、クラッド材料としてはガラスや半導体材料等の無機材料、樹脂等の有機材料など様々なものが挙げられるが、樹脂等のポリマーがドライエッチング等により短時間で加工しやすいため好ましい。
また、樹脂等の材料は、ガラス、半導体材料等の無機材料に比較して柔軟性に富んでいるために、割れにくく、強靭である長所がある。さらに、膜形成に要する温度を低くすることができ、エッチング速度が早いため、光導波路構造の製造に掛かる時間を短くすることができるため、量産性に向いている。
一方、樹脂等の材料では、石英ガラスに比較して材料固有の伝播損失が大きくなることがある。材料固有の伝播損失は、光導波路の長さに比例するので、同じ機能を与える光導波路を構成するにあたって、光導波路長を短くすることが好ましい。この点で、樹脂製光導波路の場合、従来例に比較して本発明の短尺化効果は相対的に大きくなり、有効な選択と言える。
このようなポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素を含むポリイミド系樹脂が特に好ましい。

フッ素を含むポリイミド系樹脂としては、フッ素を含むポリイミド樹脂、フッ素を含むポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、フッ素を含むポリエーテルイミド樹脂、フッ素を含むポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。

上記フッ素を含むポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることにより得られる。フッ素は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの両者に含まれていても良いし、いずれか一方にのみ含まれていてもよい。

また、上記フッ素を含まないポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、フッ素を含まないテトラカルボン酸二無水物とフッ素を含まないジアミンを反応させることにより得られる。

フッ素を含む酸二無水物の例としては、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物などが挙げられる。

フッ素を含むジアミンとしては、例えば、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パ−フルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、２，５−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニル）ベンゼン、ｐ−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼンなどが挙げられる。

上記のテトラカルボン酸二無水物およびジアミンは二種以上を併用してもよい。ポリイミド系樹脂の前駆体溶液として、感光性を有するものを使用することもできる。
ポリイミド系樹脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度２００〜４００℃で熱処理し硬化されてポリイミド系樹脂被膜とされる。

第１光導波路のＡ端部に光信号を入射するために接続される他の光導波路もしくは光ファイバを接続する際には、一方の光導波路に光を導きながら接続部を経て他方の光導波路に導かれる光強度をモニタしながら、最適な接続が得られるように両光導波路の位置関係を高精度に微調整し、接続固定される。

本発明の光導波路構造を用いると、上記調芯要求精度を緩和することができ、組み立てに要する時間を大幅に短縮でき、低コストかつ高歩留に光部品を製造することができる。
また、本発明の光導波路構造は、上記のようなアクティブ調芯法によって組み立てられる光導波路以外に、例えば、第１光導波路のＡ端部にＶ溝等、ファイバをパッシブ実装するための手段を有する光導波路部品に対しても好適に用いることができる。パッシブ実装用光導波路の場合には、Ｖ溝等と第１光導波路とのアライメントずれを許容することができるので、製造ばらつきに強い高歩留な製造を可能とする。

本発明の光導波路構造によれば、部品の製作が容易でありかつ組立て調整が簡易で安定した光導波路構造を構成できる効果を有する。
本発明の光導波路構造によればまた、界分布のピークのずれの補填を十分に行うことができ、また再現性が高く、光量損失を小さく、さらに分岐比及び合波比を高精度に均等化することができる光導波路構造を構成できる効果を有する。
本発明はさらに、くびれ部等がなく製作が容易で、かつ高次モードの放射が少なく放射損失が小さい光導波路構造を構成することができる効果を有する。

以下に本発明の一実施態様の光導波路構造を分岐光導波路構造として使用したものを図に基づいて説明する。
分岐光導波路構造１０は、図１に示すように、Ａ端部１２とＢ端部１４を有する第１光導波路１６と、Ｃ端部２２とＤ端部２４を有する第２光導波路２６と、Ｅ端部３２とＦ端部３４を有する第３光導波路３６と、及び前記第１光導波路１６のＢ端部１４を第１出入射端部４２に接続し、前記第２光導波路２６のＣ端部２２及び第３光導波路３６のＥ端部３２を第２出入射端部４４に接続した分岐合波光導波路４８とを有する。
第１光導波路１６の長さ及び分岐合波光導波路４８の長さの和は、第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように決定される。

第１光導波路１６のコア幅をＷs、長さをＬs、分岐合波光導波路４８の長さをＬt、第２出入射端部の４４のコア幅をＷtとし、
Ｌt＝４５０μｍ
Ｗt＝１６μｍ
コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
Ｌs＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）＋６．４
（Ｎ＝１、２、３、・・）
を満たすように、第１光導波路１６及び分岐合波光導波路４８の長さが決定される。

本発明の分岐光導波路を使用した１×８光スプリッタと従来の１×８光スプリッタのシミュレーションを行った。本発明の分岐光導波路を使用した１×８光スプリッタは、１ｃｈ入力から最初の分岐段に本発明光導波路を設置してシミュレーションを行った。従来の１×８光スプリッタは１ｃｈ側入力光導波路にくびれ部を設置してシミュレーションを行った。
本発明の分岐光導波路の形状は、入力直線光導波路を第１光導波路としコア幅Ｗｓを６．５μｍ、長さＬsを４×(１０．６×６．５＋１４７)＋６．４＝８７０μｍ、分岐合波光導波路の長さＬtを４５０μｍ、第２出入射部のコア幅Ｗtを１６μｍで設定した。従来の分岐光導波路の形状は、入力直線光導波路のコア幅を６．５μｍ、くびれ部のコア幅を３．５μｍに設定した。入力光は、０．５μｍ軸ずれさせた。

シミュレーション結果を表１に示す。本発明を使用した１×８光スプリッタの過剰損失は、波長１．３１μｍで０．４７ｄＢ、１．５５μｍで、０．４４ｄＢである。これは、従来の直線入力光導波路にくびれ部を設けた場合に比べ、過剰損失が小さくなっている。また、均一性においても表１に示すとおり、本発明を使用した場合の方が約０．３ｄＢばらつきが小さくなっている。このことより、本発明の分岐光導波路を使用することで、高精度に均一化でき、損失が小さい光スプリッタを作成することが可能である。

表１
区分 本発明 参考例
入力波長(μｍ) 過剰損失(ｄＢ) 均一性(dB) 過剰損失(ｄＢ) 均一性(ｄＢ)
1.31 0.47 0.20 0.92 0.52
1.55 0.44 0.48 0.60 0.74

本発明の分岐光導波路を用いてＶ溝付き１×４光スプリッタを作製し、光学特性を評価した。分岐光導波路の構造は、図３に示すように、一本のＶ溝１００を設けた入射部１０２と、４本のＶ溝１００を設けた射出部１０４を配置し、本発明の分岐光導波路１１０を１ｃｈ入力から最初の分岐段に使用している。同一の入射部及び射出部を使用し、従来構造の入力光導波路を直線にしたものも比較のために作製した。

製造は、以下の手順で行った。Ｖ溝付きシリコンウエハ上にＳ_iＯ₂層を形成し、有機ジルコニュウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布した。乾燥後、その上にフッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。次に、コア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布し、乾燥し、コアパターンを介して露光及び現像した。このレジストパターンを介して反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層(１５μｍ)を形成してポリイミド光導波路のＶ溝付き１×４光スプリッタを作製した。
次に、前記１×４光スプリッタの評価を行った。評価に当たっては、Ｖ溝にファイバをパッシブ実装した形態で行い、光源としては、波長１．３１μｍと１．５５μｍの半導体レーザを使用した。

結果、本発明の分岐光導波路を使用した１×４光スプリッタの挿入損失は、波長１．３１μｍで７．３１ｄＢ、均一性０．４１ｄＢ、波長１．５５μｍで７．１９ｄＢ、均一性０．３３ｄＢであった。一方、従来構造の１×４光スプリッタの挿入損失は波長１．３１μｍで７．８７ｄＢ、均一性は０．７９ｄＢ波長１．５５μｍで７．６５ｄＢ、均一性０．４７ｄＢであった。本発明の分岐光導波路を使用することで従来構造よりも、高均一性でかつ低損失の特性を得ることができた。

他の実施例を説明する。本発明の１×４光スプリッタを１チャンネル入力側の初段分岐に使用した。Ｗsが６．７μｍ、Ｗtが１６μｍ、Ｌが１３３０μｍ、Ｌtが４５０μｍ、Ｌsが８８０μｍである。参考例として、Ｗtが６．５μｍ、Ｌｓが任意の長さである４８０μｍの１×４光スプリッタを想定し、シミュレーションを行った。
シミュレーションには、２次元のビーム伝播法を用いた。入力光は、０．５μｍ軸ずれさせた。シミュレーションの結果を表２に示す。表２から判るように、本発明の１×４光スプリッタにおいては、入力が０．５μｍずれた場合でも、４ｃｈ出力側の各チャンネル損失ばらつきが小さく、均一性を保つことができる。本発明によらずＬｓを任意に設定した参考例ではばらつきが大きく、均一性を保つことが困難である。このことにより、本発明の分岐合波光導波路を使用することにより、高精度に均一性を保つことができ、損失が小さい光スプリッタを作成することができる。

表２
区分 本発明 参考例
入力波長(μｍ) 過剰損失(ｄＢ) 均一性(ｄＢ) 過剰損失(ｄＢ) 均一性(ｄＢ)
1.31 0.38 0.04 0.50 0.72
1.55 0.36 0.05 0.50 1.49

本発明の分岐光導波路は光スプリッタ以外にも、例えば、マッハツェンダ干渉計型光導波路等のように、分岐構造を有し、高精度に均等化する必要がある光学装置に使用することも可能である。このマッハツェンダ干渉計型光導波路２００は、図４に示すように、２つの本発明の光導波路構造を有し、一方は分岐光導波路２０２であり、他方は合波光導波路２０４である。また、異なった長さの光導波路２２０、２２２を有する。一方の光導波路２２０は、一端部が分岐光導波路２０２の一方の射出光導波路であり、他端部が合波光導波路２０４の一方の入射光導波路である。他方の光導波路２２２は、一端部が分岐光導波路２０２の他方の射出光導波路であり、他端部が合波光導波路２０４の他方の入射光導波路である。

本発明の他の実施態様の光導波路構造を説明する。図５に示す分岐光導波路構造１０は、Ａ端部１２とＢ端部１４を有する非直線の第１光導波路１６と、Ｃ端部２２とＤ端部２４を有する非直線の第２光導波路２６と、Ｅ端部３２とＦ端部３４を有する非直線の第３光導波路３６と、及び前記第１光導波路１６のＢ端部１４を第１出入射部４２に接続し、前記第２光導波路２６のＣ端部２２及び第３光導波路３６のＥ端部３２を第２出入射部４４に接続した分岐合波光導波路４８を有する。

分岐合波光導波路４８の長さＴは、光強度ピークが第１出入射端部４２の軸ずれ位置を通過し第２出入射端部４４の軸上位置を通過するように決定される。例えば、光スプリッタの曲線光導波路と分岐合波光導波路が接続される構造において、本発明の分岐光導波路構造を使用することで、高精度に光の分岐比を均一化することができ、低損失な光スプリッタを作成することが可能である。

図１は、本発明の実施態様の光導波路構造の説明図である。 図２は、本発明の実施態様の光導波路構造であって、光導波路間に間隙が有る例の説明図である。 図３は、本発明の分岐光導波路を用いたＶ溝付き１×４光スプリッタ光導波路構造の平面図である。 図４は、本発明の分岐光導波路を用いたマッハツェンダ干渉計型光導波路の平面図である。 図５は、本発明の他の実施態様の光導波路構造の説明図である。

符号の説明

１０ 分岐光導波路構造
１２ Ａ端部
１４ Ｂ端部
１６ 第１光導波路
２２ Ｃ端部
２４ Ｄ端部
２６ 第２光導波路
３２ Ｅ端部
３４ Ｆ端部
３６ 第３光導波路
４２ 第１出入射端部
４４ 第２出入射端部
４８ 分岐合波光導波路
１００ Ｖ溝
１０２ 入射部
１０４ 射出部

Claims (15)

1. Ａ端部とＢ端部を有する第１光導波路と、Ｃ端部とＤ端部を有する第２光導波路と、Ｅ端部とＦ端部を有する第３光導波路と、及び前記第１光導波路のＢ端部を第１出入射端部に接続し、前記第２光導波路のＣ端部及び第３光導波路のＥ端部を第２出入射端部に接続した分岐合波光導波路とを有する光導波路構造であって、
   光強度ピークが、前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造。
2. 使用される波長のうち最も短波長の光強度ピーク位置が前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
3. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
   Ｌt＝４５０μｍ
   Ｗt＝１６μｍ
   コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
   Ｌs＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）＋６．４
   （Ｎ＝１、２、３、・・）
   であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
4. 前記光導波路構造が、分岐光導波路として作用することを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
5. 前記光導波路構造が、合波光導波路として作用することを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
6. 前記光導波路構造が、樹脂製光導波路である特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
7. 前記光導波路構造が、Ｖ溝付き光導波路基板を包含することを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
8. 前記光強度ピークが、第１波長及び第２波長において前記第１光導波路のＡ端部において軸ずれ位置を通過し、前記分岐合波光導波路の第２出入射端部において軸上を通過するように前記第１光導波路及び分岐合波光導波路の長さを決定したことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
9. 前記第１光導波路のコア幅が、前記第２及び第３光導波路のコア幅に比べて広いことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
10. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
    Ｌt＝４５０μｍ
    コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
    Ｌs＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）−１２．６Ｗt＋２０８
    （Ｎ＝１、２、３、・・）
    であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
11. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
    コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
    Ｌ＝Ｎ（１０．６Ｗs＋１４７）−１２．６Ｗt＋６５８
    （Ｎ＝１、２、３、・・）
    ただし、Ｌ＝Ｌs＋Ｌt
    であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
12. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
    Ｌt＝４５０μｍ
    Ｗt＝１６μｍ
    コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
    Ｌs＝Ｎ（３２．５Ｗs ² −４１５Ｗs＋１５４０）＋６．４
    （Ｎ＝１、２、３、・・）
    であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
13. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
    Ｌt＝４５０μｍ
    コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
    Ｌs＝Ｎ（３２．５Ｗs ² −４１５Ｗs＋１５４０）−１２．６Ｗt＋２０８
    （Ｎ＝１、２、３、・・）
    であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
14. 前記第１光導波路のコア幅をＷs、長さをＬs、前記分岐合波光導波路の長さをＬt、前記第２出入射出端部のコア幅をＷtとし、
    コアとクラッドの屈折率差＝０．４％であるとき、
    Ｌ＝Ｎ（３２．５Ｗs ² −４１５Ｗs＋１５４０）−１２．６Ｗt＋６５８
    （Ｎ＝１、２、３、・・）
    ただし、Ｌ＝Ｌs＋Ｌt
    であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
15. Ａ端部１２とＢ端部１４を有する非直線の第１光導波路１６と、Ｃ端部２２とＤ端部２４を有する非直線の第２光導波路２６と、Ｅ端部３２とＦ端部３４を有する非直線の第３光導波路３６と、及び前記第１光導波路１６のＢ端部１４を第１出入射端部４２に接続し、前記第２光導波路２６のＣ端部２２及び第３光導波路３６のＥ端部３２を第２出入射端部４４に接続した分岐合波光導波路４８とを有し、光強度ピークが前記第１出入射端部４２の軸ずれ位置を通過し、かつ光強度ピークが前記第２出入射端部４４の軸上位置を通過するように前記分岐合波光導波路４８の長さを決定したことを特徴とする光導波路構造。

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