JP2008276074A - Filter for optical communication, and module for optical communication using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信用フィルタ及びこれを用いた光通信用モジュールに関し、特に、フォトニック結晶を用いた光通信用フィルタ及び光通信用モジュールに関する。 The present invention relates to an optical communication filter and an optical communication module using the same, and more particularly to an optical communication filter and an optical communication module using a photonic crystal.
近年、通信分野において、波長多重光通信技術(WDM:Wavelength Division Multiplexing)の導入が進められている。光通信では、3端子モジュールをカスケードに組み合わせることにより、複数波長の帯域光の合分波が可能である。しかし、少なくとも合分波の数より1個少ない3端子モジュールが必要となり、小型化に限界があった。 In recent years, introduction of wavelength division multiplexing (WDM) has been promoted in the communication field. In optical communication, a combination of three-terminal modules in a cascade enables multiplexing / demultiplexing of band light of a plurality of wavelengths. However, at least one three-terminal module less than the number of multiplexing / demultiplexing is required, and there is a limit to downsizing.
これに対し、特許文献1には、単一モジュール内に複数のバンドパスフィルタ、エッジフィルタを組み込み、複数波長を合分波するモジュールが開示されている。従来、異なる波長の光通信用フィルタを同一基板上に形成するのは困難であっため、各波長の光通信用フィルタを別々に作成し、1枚の基板上に貼付していた。そのため、生産性に劣る問題があった。 On the other hand, Patent Document 1 discloses a module in which a plurality of band-pass filters and edge filters are incorporated in a single module to multiplex / demultiplex a plurality of wavelengths. Conventionally, since it has been difficult to form optical communication filters of different wavelengths on the same substrate, optical communication filters of each wavelength have been prepared separately and attached on a single substrate. For this reason, there is a problem inferior in productivity.
係る状況下、異なる波長の光を分離するため、屈折率の異なる誘電体の多層膜からなるフォトニック結晶を基板上に形成した光通信用フィルタが注目されている(例えば、特許文献2〜5参照)。 Under such circumstances, in order to separate light of different wavelengths, an optical communication filter in which a photonic crystal formed of a dielectric multilayer film having different refractive indexes is formed on a substrate has attracted attention (for example, Patent Documents 2 to 5). reference).
特許文献2〜5に開示されているように、周期的な凹凸構造が形成された基板表面上に、所定の条件でフォトニック結晶を積層すると、この凹凸構造に対応した断面形状が三角波型の周期的構造を有するフォトニック結晶が形成される。この凹凸構造のピッチを変化させることにより、膜厚は一定のまま、透過帯域の中心波長を変化させることができる。従って、ピッチの異なる凹凸構造を1枚の基板上に複数領域に分割して形成し、この上にスパッタリングなどによりフォトニック結晶を積層することにより、1枚の基板上に複数の透過帯域を有する多波長フィルタを容易に形成することができる。
ところで、上記凹凸構造が形成された基板面をxy平面とすると、x方向の凹凸構造のピッチとy方向の凹凸構造のピッチとを同一とすることにより、偏波依存性を無くすことができる。他方、x方向の凹凸構造のピッチとy方向の凹凸構造のピッチとを同一とすると、ピッチ変化量に対する透過帯域の中心波長のシフト量が小さくなり、分波特性に劣る問題があった。 By the way, if the substrate surface on which the concavo-convex structure is formed is an xy plane, polarization dependency can be eliminated by making the pitch of the concavo-convex structure in the x direction and the pitch of the concavo-convex structure in the y direction the same. On the other hand, if the pitch of the concavo-convex structure in the x direction is the same as the pitch of the concavo-convex structure in the y direction, the shift amount of the center wavelength of the transmission band with respect to the pitch change amount becomes small, and there is a problem inferior in the demultiplexing characteristics.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型化可能で、分波特性及び生産性に優れる光通信用フィルタ及びそれを用いた光通信用モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides an optical communication filter that can be miniaturized and has excellent demultiplexing characteristics and productivity, and an optical communication module using the same. For the purpose.
本発明に係る光通信用フィルタは、主面をxy平面としてx方向とy方向とに所定のピッチの周期的凹凸形状が、当該主面上に形成された基板と、前記主面上に形成され、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層した多層膜とを備え、前記周期的凹凸形状が、前記ピッチ毎に複数の領域に分割して前記基板上に形成された光通信用フィルタであって、前記高屈折率膜の屈折率が2.5以上であり、かつ、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜との屈折率比が1.6以上であるものである。 The optical communication filter according to the present invention has a main surface as an xy plane, a periodic uneven shape having a predetermined pitch in the x direction and the y direction, formed on the main surface, and the main surface. An optical communication comprising a multilayer film in which a low refractive index film and a high refractive index film are alternately laminated, wherein the periodic uneven shape is divided into a plurality of regions for each pitch and formed on the substrate. The high-refractive-index film has a refractive index of 2.5 or more, and a refractive-index ratio between the high-refractive-index film and the low-refractive-index film is 1.6 or more. .
また、積層周期aが300〜850nmであり、かつ、前記周期的凹凸形状のx方向のピッチpx及びy方向のピッチpyと前記積層周期aとの比px/a及びpy/aがいずれも0.75〜1.25であり、0.5≦px/py≦2であることが好ましい。さらに、前記低屈折率膜がSiO2又はMgF2からなること、前記高屈折率膜がSi、Ge、CdSe、CdTe、ZnSe、SiGeのいずれかからなることが好ましい。そして、前記多層膜の積層数が30組以上であることが好ましい。 Further, lamination period a is 300~850Nm, and the ratio p x / a and p y / a between the pitch p x and y direction of the pitch p y and the lamination period a in the x direction of the periodic irregularities There is a 0.75 to 1.25 both, it is preferable that 0.5 ≦ p x / p y ≦ 2. Furthermore, it is preferable that the low refractive index film is made of SiO 2 or MgF 2 , and the high refractive index film is made of any one of Si, Ge, CdSe, CdTe, ZnSe, and SiGe. And it is preferable that the lamination | stacking number of the said multilayer film is 30 or more sets.
また、本発明に係る光通信用モジュールは、上記光通信用フィルタと、当該フィルタの入射面に対向配置された反射部とを備えるものである。 In addition, an optical communication module according to the present invention includes the optical communication filter and a reflection portion disposed to face the incident surface of the filter.
本発明によれば、小型化可能で、分波特性及び生産性に優れる光通信用フィルタ及びそれを用いた光通信用モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the filter for optical communication which can be reduced in size and is excellent in a demultiplexing characteristic and productivity, and an optical communication module using the same can be provided.
以下に、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化されている。 Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiment. Further, in order to clarify the explanation, the following description and drawings are appropriately omitted and simplified.
発明の実施の形態
まず、図1〜3を用いて本発明に係る光通信用フィルタについて説明する。図1は、本発明に係る光通信用フィルタを示す平面図である。図1に示すように、光通信用フィルタ100は、基板101、第1の波長透過領域102、第2の波長透過領域103、第3の波長透過領域104の3つの透過領域が形成されている。すなわち、光通信用フィルタ100は、1枚の基板で3つの透過帯域を備える。このように、本発明に係る光通信用フィルタは、1枚の基板上に複数の波長透過領域が形成された多波長フィルタであり、小型化に好適である。ここで、第1の波長透過領域102、第2の波長透過領域103、第3の波長透過領域104は使用波長のビーム径より大きくする必要があるが、小型化のためには概ね2mm角以下が望ましい。フィルタ形成部の形状は、円形、四角形状、六方形状でも構わない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an optical communication filter according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing an optical communication filter according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
図2は、図1における第1の波長透過領域102の拡大平面図であり、基板101の表面に形成された周期的凹凸構造を示している。図2に示すように、基板101の主面の表面には、基板101の主面の法線方向から見て、正方形状の凹部105が多数形成されている。換言すれば、第1の波長透過領域102に、周期的凹凸形状が形成されている。
FIG. 2 is an enlarged plan view of the first
ここで、基板101としては、光通信で使用する波長帯域(1200〜1600nm)で透明な基板、SiO2、Al2O3などの酸化物、Si、Ge、GaAs、GaP、ZnS、ZnSe、CdTe、CdSe等の半導体、ガラス等を用いればよい。また、凹部105は、詳細には後述するように、平坦な基板101上に、レジストパターンを形成した後、基板101をエッチングすることにより形成することができる。凹部105の深さは使用波長λとして、λ/4程度とする。
Here, as the
また、この凹部105は、図2に示すように、基板101の主面をxy平面としてx方向とy方向とに概略同一ピッチで形成されている。すなわち、図2中に示すx方向のピッチpxとy方向のピッチpyとは略等く、px≒py≒pである。なお、この凹部105の形状は正方形に限定されることはなく、円形、正三角形や正六角形などの等方的形状であれば良い。
Further, as shown in FIG. 2, the
図3は図2のX−X断面図である。すなわち、光通信用フィルタ100の第1の波長透過領域102の断面図である。図3に示すように、凹部105が周期的に形成された基板101の一方の主面上に、高屈折率膜106と低屈折率膜107とを交互に多数積層したフォトニック結晶が形成されている。
FIG. 3 is a sectional view taken along line XX in FIG. That is, it is a cross-sectional view of the first
ここで、高屈折率膜106及び低屈折率膜107の膜厚は、使用波長をλとして、λ/(4・n)又はλ/(2・n)(ここでnは各膜の屈折率)である。また、高屈折率膜106及び低屈折率膜107の積層数は30周期すなわち30組以上とすることが好ましい。30組以上形成すれば、フィルタの反射領域での透過率が十分小さくなり、不要な帯域の光が漏れ込むクロストークを抑制することができる。積層途中にキャビティ層を設けてもよい。また、リップルを抑制するため、高屈折率膜106及び低屈折率膜107の膜厚をλ/(4・n)又はλ/(2・n)(ここでnは各膜の屈折率)から±20%程度ずらしてもよい。
Here, the film thicknesses of the high
上記の通り、基板101表面上に周期的な凹凸構造が形成されているため、この凹凸構造に対応した断面形状が三角波型の周期的構造を有するフォトニック結晶が形成されている。このような構成により、特定波長を透過することができる。
As described above, since the periodic concavo-convex structure is formed on the surface of the
また、x方向のピッチpxとy方向のピッチpyが略等しくpx≒pyであるため、偏波依存性がない。ここで、0.5≦px/py≦2であることが望ましい。また、図3に示すように、高屈折率膜と低屈折率膜との膜厚の和を積層膜の積層周期をaとすると、a=300〜850nmであり、かつ、周期的凹凸形状のx方向のピッチpx及びy方向のピッチpyと積層周期aとの比px/a及びpy/aがいずれも0.75〜1.25であることが好ましい。積層周期aは、各層の膜厚が、使用波長λとして、のλ/(4・n)ないしはλ/(2・n)(ここでnは各膜の屈折率)であるためa=300〜850nmとなる。300nm未満、850nmを超える場合、透過帯域が、光通信で良く使われる帯域、1200〜1600nmの範囲から外れることとなる。すなわち、積層周期aは、使用する波長で決定される。また、設計上、使用する波長帯の平均波長とするのが有利である。光通信で通常使用される波長帯は1200〜1600nmであり、平均波長は1400nmとなる。そこで、各フィルタの基板の凹凸ピッチpx、pyの膜の積層周期aに対する比であるpx/a及びpy/aが、0.75〜1.25の範囲にあれば、各フィルタの透過特性を、1200〜1600nmの範囲に入るよう設計できる。 Further, since the pitch p y of pitch p x and y direction of the x-direction is substantially equal p x ≒ p y, there is no polarization dependency. Here, it is desirable that 0.5 ≦ p x / py ≦ 2. Further, as shown in FIG. 3, when the sum of the film thicknesses of the high refractive index film and the low refractive index film is a, the lamination period of the laminated film is a = 300 to 850 nm, and the periodic uneven shape is it is preferred ratios p x / a and p y / a between the pitch p x and y direction of the pitch p y a lamination period a in the x direction is 0.75 to 1.25 both. Since the film thickness of each layer is λ / (4 · n) or λ / (2 · n) (where n is the refractive index of each film), the stacking period a is the wavelength λ used. It becomes 850 nm. When it is less than 300 nm and exceeds 850 nm, the transmission band is out of the range of 1200 to 1600 nm, which is often used in optical communication. That is, the stacking period a is determined by the wavelength used. In terms of design, it is advantageous to set the average wavelength in the wavelength band to be used. The wavelength band normally used in optical communication is 1200 to 1600 nm, and the average wavelength is 1400 nm. Therefore, if the ratios p x / a and p y / a, which are the ratios of the uneven pitches p x and p y of the substrate of each filter to the film stacking period a, are in the range of 0.75 to 1.25, each filter Can be designed to fall within the range of 1200-1600 nm.
また、高屈折率膜の屈折率は2.5以上であり、かつ、高屈折率膜と低屈折率膜との屈折率比が1.6以上である。従来、偏波依存性がない構成とすると、ピッチ変化量に対する透過帯域の中心波長のシフト量が小さくなり、分波特性が低下する問題があった。本発明により、偏波無依存構成のまま、分波特性を向上させることができる。 The refractive index of the high refractive index film is 2.5 or more, and the refractive index ratio between the high refractive index film and the low refractive index film is 1.6 or more. Conventionally, when the configuration has no polarization dependency, there is a problem that the shift amount of the center wavelength of the transmission band with respect to the pitch change amount becomes small, and the demultiplexing characteristic is deteriorated. According to the present invention, it is possible to improve the demultiplexing characteristics while maintaining the polarization-independent configuration.
具体的には、高屈折率膜106は、Si、Ge、CdSe、CdTe、ZnSe、SiGeのいずれかからなることが好ましい。他方、低屈折率膜107はSiO2又はMgF2からなることが好ましい。これにより、上記条件を満たし、分波特性を向上させることができる。
Specifically, the high
また、周期的な凹凸構造のピッチを変化させることにより、透過帯域の中心波長を変化させることができる。具体的には、第1の波長透過領域102、第2の波長透過領域103、第3の波長透過領域104では、互に凹凸構造のピッチが異なる。換言すれば、周期的凹凸形状が、ピッチ毎に複数の領域102、103、104に分割して基板101上に形成されている。そのため、透過領域毎に異なる波長を透過することができる。
Further, the center wavelength of the transmission band can be changed by changing the pitch of the periodic uneven structure. Specifically, in the first
他方、いずれの波長透過領域においても、高屈折率膜106と低屈折率膜107とからなる多層膜の膜厚は一定である。そのため、本発明に係る光通信用フィルタは、スパッタリングや真空蒸着などの成膜方法により、複数の波長透過領域を1枚の基板上に一括形成することができ、生産性に優れる。従来は、各波長の光通信用フィルタを別々に作成し、1枚の基板上に貼付していたため、生産性に劣っていた。また、貼付していた各波長の光通信用フィルタは多層膜であるため、反りが生じやすく、それ自体の小型化にも限界があった。
On the other hand, in any wavelength transmission region, the thickness of the multilayer film composed of the high
次に、本発明に係る光通信用フィルタの製造方法について説明する。まず、ガラス基板101の一方の主面上に、凹部105形成部分を露出させたレジストパターンを形成する。レジストパターンは、LSIやMEMSデバイスの作製で通常用いられるフォトリソグラフィやナノインプリントにより形成することができる。
Next, a method for manufacturing an optical communication filter according to the present invention will be described. First, a resist pattern is formed on one main surface of the
その後、ウェットエッチング又はドライエッチングすることにより基板101に凹部105を形成する。これにより、第1の波長透過領域102、第2の波長透過領域103、第3の波長透過領域104の各々に所望のピッチの凹部105を一括形成することができる。すなわち、本発明に係る光通信用フィルタは生産性に優れ、かつ、小型化することができる。
Thereafter, a
次に、一方の主面上に凹部105が形成された基板101の当該主面上に、スパッタリングや真空蒸着などにより、高屈折率膜106と低屈折率膜107とを交互に多数積層する。上記の通り、基板105上の凹凸構造に対応した断面形状が三角波型の周期的構造を形成するには、成膜方法としてRFスパッタリング、イオンビームスパッタ、イオンアシスト蒸着、RFバイアス蒸着法を用いることが好ましい。上記特許文献2〜5などに記載の公知の成膜条件により、所望の周期的構造を形成することができる。
Next, a large number of high-
このように、ピッチの異なる凹凸構造を1枚の基板101上に複数領域に分割して形成した後、この上にスパッタリングなどによりフォトニック結晶を積層すれば、1枚の基板101上に複数の透過帯域を有する光通信用の多波長フィルタ100を容易に一括形成することができる。
As described above, when the uneven structure having different pitches is formed on a
次に、図4を用いて本実施の形態に係る光通信用フィルタを用いた光通信用モジュールの一例について説明する。図4は本発明に係る光通信用モジュール200を示す断面図である。図4に示すように、光通信用モジュール200は、第1の波長透過領域102、第2の波長透過領域103、第3の波長透過領域104を有する光通信用フィルタ100、光ファイバ211、212、213、214、レンズ221、222、223、224、反射板230を備える。
Next, an example of an optical communication module using the optical communication filter according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view showing an
反射板230の反射面は光通信用フィルタ100の入射面と対向配置されている。レンズ221は光ファイバ211の一端に光学的に接続され、光通信用フィルタ100の入射面側に配置されている。一方、光ファイバ212、213、214、レンズ222、223、224は光通信用フィルタ100の出射面側に配置されている。
The reflecting surface of the reflecting
より具体的には、レンズ222は光ファイバ212の一端に光学的に接続され、光通信用フィルタ100の第1の波長透過領域102を透過した透過光が入射するように配置されている。同様に、レンズ223は光ファイバ213の一端に光学的に接続され、光通信用フィルタ100の第2の波長透過領域103を透過した透過光が入射するように配置されている。レンズ224は光ファイバ214の一端に光学的に接続され、光通信用フィルタ100の第3の波長透過領域104を透過した透過光が入射するように配置されている。
More specifically, the
第1の波長λ1、第2の波長λ2、第3の波長λ3を含む信号光が、光ファイバ211を介してレンズ221から出射する。この出射光は、光通信用フィルタ100の第1の波長透過領域102に入射する。ここで、第1の波長λ1のみが光通信用フィルタ100を透過し、レンズ222に入射して光ファイバ212内を伝播する。他方、第1の波長λ1以外の波長の光は、光通信用フィルタ100で反射する。
Signal light including the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2 , and the third wavelength λ 3 is emitted from the
当該反射光は、さらに反射板230で反射し、光通信用フィルタ100の第2の波長透過領域104に入射する。ここで、第2の波長λ2のみが光通信用フィルタ100を透過し、レンズ223に入射して光ファイバ213内を伝播する。他方、第2の波長λ2以外の波長の光は、光通信用フィルタ100で反射する。
The reflected light is further reflected by the
当該反射光は、さらに反射板230で反射し、光通信用フィルタ100の第3の波長透過領域104に入射する。ここで、第3の波長λ3が光通信用フィルタ100を透過し、レンズ224に入射して光ファイバ214内を伝播する。
The reflected light is further reflected by the reflecting
このように、本実施の形態に係る光通信用モジュールを用いることにより、第1の波長λ1、第2の波長λ2、第3の波長λ3を含む信号光を各波長に分波することができる。 As described above, by using the optical communication module according to the present embodiment, the signal light including the first wavelength λ 1 , the second wavelength λ 2 , and the third wavelength λ 3 is demultiplexed into each wavelength. be able to.
100 光通信用フィルタ
101 基板
102 第1の波長透過領域
103 第2の波長透過領域
104 第3の波長透過領域
105 凹部
106 高屈折率膜
107 低屈折率膜
200 光通信用モジュール
211、212、213、214 光ファイバ
221、222、223、223 レンズ
230 反射板
100
Claims (6)
前記主面上に形成され、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層した多層膜とを備え、
前記周期的凹凸形状が、前記ピッチ毎に複数の領域に分割して前記基板上に形成された光通信用フィルタであって、
前記高屈折率膜の屈折率が2.5以上であり、かつ、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜との屈折率比が1.6以上である光通信用フィルタ。 A substrate in which a periodic concavo-convex shape having a predetermined pitch in the x direction and the y direction is formed on the main surface with the main surface as an xy plane;
A multilayer film formed on the main surface and alternately laminated with a low refractive index film and a high refractive index film;
The periodic uneven shape is an optical communication filter formed on the substrate by dividing into a plurality of regions for each pitch,
An optical communication filter, wherein a refractive index of the high refractive index film is 2.5 or more, and a refractive index ratio between the high refractive index film and the low refractive index film is 1.6 or more.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100706 |