JP2010127999A - Planar waveguide element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planer waveguide element regulating an incident position of incident light and reducing dispersion of demultiplexing characteristics. <P>SOLUTION: The planer waveguide element includes: a rectangular substrate; a first laminate part layered on the substrate; and a second laminate part layered on the first laminate part and having the refractive index higher than that of the first laminate part. The second laminate part includes: a plurality of filament waveguides 5; a spot size conversion waveguide 6; and reflection parts 7 and 8. Furthermore, a heater 11 is mounted on one side of the substrate, and a heat sink 12 is mounted on the other side. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学的ブロッホ振動を利用して、多重化された信号波を分波し、分波された信号波のそれぞれを所望のポートから出力する平面導波路に関するものである。   The present invention relates to a planar waveguide that demultiplexes multiplexed signal waves using optical Bloch oscillation and outputs each of the demultiplexed signal waves from a desired port.

フォトニックネットワークでは、シングルモードファイバから光信号を細線導波路へ送り、その光を光制御デバイスで制御する方法がある。しかしこの方法には、シングルモードファイバから細線導波路への光の入射において、入射損失が発生するという問題があった。シングルモードファイバから伝送される光は、レンズによって細線導波路の入射面へ集光される。その集光された光のスポット直径は5μm以上である。これに対し、細線導波路の幅は、一般的に5μm未満で形成される。このため、シングルモードファイバから伝送される光の一部は、細線導波路の入射面から外れ、出射面から有効に取出されない。このような入射損失を低減するスポットサイズ変換導波路を開示した先行文献として、特許文献1がある。   In the photonic network, there is a method in which an optical signal is sent from a single mode fiber to a thin wire waveguide and the light is controlled by a light control device. However, this method has a problem that an incident loss occurs when light is incident from the single mode fiber to the thin wire waveguide. Light transmitted from the single mode fiber is collected by the lens onto the entrance surface of the thin wire waveguide. The spot diameter of the condensed light is 5 μm or more. On the other hand, the width of the thin wire waveguide is generally less than 5 μm. For this reason, a part of the light transmitted from the single mode fiber deviates from the incident surface of the thin wire waveguide and is not effectively extracted from the emission surface. As a prior document disclosing such a spot size conversion waveguide for reducing the incident loss, there is Patent Document 1.

図19は、特許文献1に記載されているスポットサイズ変換導波路の斜視図である。図19に示すように、スポットサイズ変換導波路101は、基板102の上面に断面が矩形状の導波路コア103が形成され、導波路コア103の周囲を取囲むように横断面が凸字状のリッジ部104が形成されている。入射側端面106にシングルモードファイバが接続され、出射側端面107に細線導波路105が接続されている。導波路コア103、リッジ部104および基板102が、図示しない上部クラッドで覆われ、スポットサイズ変換導波路101として機能する。スポットサイズ変換導波路101は、高Δの導波路である。Δは、導波路コア103と上部クラッドとの比屈折率差であり、導波路コア103の屈折率をnCR,上部クラッドの屈折率をnCLとすると、(nCR−nCL)/nCRで表される。 FIG. 19 is a perspective view of a spot size conversion waveguide described in Patent Document 1. FIG. As shown in FIG. 19, the spot size conversion waveguide 101 has a waveguide core 103 having a rectangular cross section formed on the upper surface of the substrate 102, and has a convex cross section that surrounds the periphery of the waveguide core 103. The ridge portion 104 is formed. A single mode fiber is connected to the incident side end face 106, and a thin wire waveguide 105 is connected to the output side end face 107. The waveguide core 103, the ridge 104, and the substrate 102 are covered with an upper clad (not shown) and function as the spot size conversion waveguide 101. The spot size conversion waveguide 101 is a high Δ waveguide. Δ is a relative refractive index difference between the waveguide core 103 and the upper clad. When the refractive index of the waveguide core 103 is n CR and the refractive index of the upper clad is n CL , (n CR −n CL ) / n Represented by CR .

スポットサイズ変換導波路101の作製方法を説明する。基板上に形成された導波路コア膜上にフォトリソグラフィなどによって、レジストパターンを形成する。レジストパターンが形成された基板に反応性イオンエッチングなどによって、エッチング処理を施す。エッチング処理により導波路コア103に対応するパターンが形成された後、レジストパターンを除去する。導波路コア103が形成された基板の上方に、基板と所定の間隔を開けた状態でマスクを配置する。マスクは、入射側端面から所定の長さにわたって基板102及び導波路コア103が露出するように配置される。このマスクを介して、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などによってガラスを堆積させることにより成膜を行なう。この方法によると、導波路コア103の周囲に形成されるガラスの膜厚を、光の伝搬方向にわたって連続的に変化させることが可能である。そのため、光の伝搬方向にわたって連続的に高さおよび幅が変化するリッジ部104を形成することができる。   A method for manufacturing the spot size conversion waveguide 101 will be described. A resist pattern is formed on the waveguide core film formed on the substrate by photolithography or the like. Etching is performed on the substrate on which the resist pattern is formed by reactive ion etching or the like. After the pattern corresponding to the waveguide core 103 is formed by the etching process, the resist pattern is removed. A mask is disposed above the substrate on which the waveguide core 103 is formed with a predetermined distance from the substrate. The mask is arranged such that the substrate 102 and the waveguide core 103 are exposed over a predetermined length from the incident side end face. Film formation is performed by depositing glass through this mask by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. According to this method, the film thickness of the glass formed around the waveguide core 103 can be continuously changed over the light propagation direction. Therefore, it is possible to form the ridge portion 104 whose height and width continuously change in the light propagation direction.

スポットサイズ変換導波路101は、次のように作用する。図19に示すように、スポットサイズ変換導波路101の高さおよび幅は、入射側端面106から出射側端面107へ向かうに従って、小さくなるように形成されている。スポットサイズ変換導波路101の入射側端面106の高さおよび幅は、シングルモードファイバと同等であり、出射側端面107の高さおよび幅は、細線導波路105と一致している。このような構造にすることにより、シングルモードファイバから伝送される光が、スポットサイズ変換導波路101の入射側端面106から外れることなく細線導波路105へ伝送されるため、入射損失の低減が図れる。   The spot size conversion waveguide 101 operates as follows. As shown in FIG. 19, the height and width of the spot size conversion waveguide 101 are formed so as to decrease from the incident side end face 106 toward the output side end face 107. The height and width of the incident-side end face 106 of the spot size conversion waveguide 101 are the same as those of the single mode fiber, and the height and width of the exit-side end face 107 coincide with those of the thin-line waveguide 105. By adopting such a structure, light transmitted from the single mode fiber is transmitted to the thin wire waveguide 105 without detaching from the incident side end face 106 of the spot size conversion waveguide 101, so that the incidence loss can be reduced. .

フォトニックネットワークでの光制御デバイスにおいて、波長多重光の分光器またはスイッチング素子として、光学的ブロッホ振動(Optical Bloch Oscillations:以下、「OBO」という。)を利用する平面導波路素子(以下、「OBO平面導波路素子」という。)を開示した先行文献として、特許文献2がある。図20は、特許文献2に記載されているOBO平面導波路素子の平面図であり、図21は、図20のXXI−XXI断面図である。   In a light control device in a photonic network, a planar waveguide element (hereinafter referred to as “OBO”) using optical Bloch Oscillations (hereinafter referred to as “OBO”) as a wavelength multiplexed light spectrometer or switching element. Patent Document 2 is a prior art document disclosing "planar waveguide element". 20 is a plan view of the OBO planar waveguide device described in Patent Document 2, and FIG. 21 is a cross-sectional view taken along XXI-XXI in FIG.

図20,21に示すように、OBO平面導波路素子111は、厚さ100μm程度のシリコン(Si)基板112上に厚さ1μm程度の酸化珪素(SiO2)層113とSi層とが順に積層される、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いて形成されている。SOI基板の最上層のSi層に、光が伝搬するための平行に並ぶ複数の細線導波路114が形成されている。細線導波路114には、一方の端面に入射ポート115が、他方の端面に出射ポート116が設けられている。細線導波路114が並ぶ方向における、Si基板112上の温度分布の勾配を制御するため、Si基板112の一方の端面にヒータ117が、他方の端面にヒートシンク118が備えられている。 As shown in FIGS. 20 and 21, the OBO planar waveguide device 111 has a silicon oxide (SiO 2 ) layer 113 having a thickness of about 1 μm and a Si layer sequentially stacked on a silicon (Si) substrate 112 having a thickness of about 100 μm. It is formed using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. In the uppermost Si layer of the SOI substrate, a plurality of thin waveguides 114 arranged in parallel for light propagation are formed. The thin wire waveguide 114 is provided with an incident port 115 on one end face and an exit port 116 on the other end face. In order to control the gradient of the temperature distribution on the Si substrate 112 in the direction in which the thin wire waveguides 114 are arranged, a heater 117 is provided on one end face of the Si substrate 112 and a heat sink 118 is provided on the other end face.

図20,21に示すように、細線導波路114が並ぶ方向をX軸方向、各細線導波路114が延在する方向をY軸方向、X軸方向およびY軸方向の両方向に垂直な方向をZ軸方向とする。図20には、OBOによりX軸方向に振動しながら細線導波路114を伝搬する光の道筋119が描かれている。OBO平面導波路素子111では、ヒータ117によって、Si基板112上のX軸方向の温度分布に勾配(単位長さあたりの温度差)が形成される。Si材料で構成される細線導波路114を有するOBO平面導波路素子111においては、高温側のSi基板112上の細線導波路114の等価屈折率は、低温側のSi基板112上の細線導波路114の等価屈折率よりも高くなる。このためX軸方向において、細線導波路114の単位長さあたりの等価屈折率に、基板温度分布の勾配に応じた差が形成される。   As shown in FIGS. 20 and 21, the direction in which the thin wire waveguides 114 are arranged is the X-axis direction, the direction in which each thin wire waveguide 114 extends is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction. The Z axis direction. In FIG. 20, a path 119 of light propagating through the thin waveguide 114 while oscillating in the X-axis direction by OBO is depicted. In the OBO planar waveguide element 111, a gradient (temperature difference per unit length) is formed in the temperature distribution in the X-axis direction on the Si substrate 112 by the heater 117. In the OBO planar waveguide device 111 having the thin wire waveguide 114 made of Si material, the equivalent refractive index of the thin wire waveguide 114 on the high temperature side Si substrate 112 is the thin wire waveguide on the low temperature side Si substrate 112. It becomes higher than the equivalent refractive index of 114. Therefore, a difference corresponding to the gradient of the substrate temperature distribution is formed in the equivalent refractive index per unit length of the thin wire waveguide 114 in the X-axis direction.

以下、OBO平面導波路素子およびスポットサイズ変換導波路の作用について説明する。光の強度ピーク120が所定の入射ポート115に位置するように、OBO平面導波路素子111中へ光が照射される。照射された光は、進行する細線導波路114から漏れ出し、隣接する細線導波路114に結合する。その結果、光はY軸方向へ進行しながら、X軸方向に振動する。この振動現象をOBOと呼ぶ。このように光は、OBOを発現することにより、OBO平面導波路素子111上において、光の道筋119に示されるように分波される。   Hereinafter, the operation of the OBO planar waveguide element and the spot size conversion waveguide will be described. Light is irradiated into the OBO planar waveguide device 111 such that the light intensity peak 120 is positioned at a predetermined incident port 115. The irradiated light leaks from the traveling thin wire waveguide 114 and is coupled to the adjacent thin wire waveguide 114. As a result, the light vibrates in the X-axis direction while traveling in the Y-axis direction. This vibration phenomenon is called OBO. Thus, the light is demultiplexed on the OBO planar waveguide device 111 as shown by the light path 119 by expressing the OBO.

OBO平面導波路素子111において、入射ポート115を形成する細線導波路114の幅は0.5μm程度である。このため、OBO平面導波路素子111の入射ポート115にスポットサイズ変換導波路を連結することにより、細線導波路114に入射する光のスポットサイズを細線導波路114と一致させている。このような構成にすることにより、OBO平面導波路素子111のような光制御デバイスにおいて、入射損失の低減を図りつつ、多重化された信号波を分波することができる。
特開2007−93743号公報 特開2007−41142号公報
In the OBO planar waveguide device 111, the width of the thin wire waveguide 114 forming the incident port 115 is about 0.5 μm. For this reason, the spot size conversion waveguide is connected to the incident port 115 of the OBO planar waveguide element 111 so that the spot size of the light incident on the thin wire waveguide 114 is matched with that of the thin wire waveguide 114. With such a configuration, the multiplexed signal wave can be demultiplexed while reducing the incident loss in the light control device such as the OBO planar waveguide element 111.
JP 2007-93743 A JP 2007-41142 A

特許文献2に記載されたOBO平面導波路素子は、細線導波路の入射面における光の入射位置や入射角度が異なる場合、細線導波路を進行する光の挙動が変化する。このため、OBO平面導波路素子の入射ポートにスポットサイズ変換導波路を連結した場合、スポットサイズ変換導波路の入射面へ入射する光の入射位置が一定でなければ、OBO平面導波路素子の分波特性にばらつきが生じる。   The OBO planar waveguide element described in Patent Document 2 changes the behavior of light traveling through a thin-line waveguide when the incident position and angle of light on the incident surface of the thin-line waveguide are different. For this reason, when the spot size conversion waveguide is connected to the incident port of the OBO planar waveguide element, if the incident position of the light incident on the incident surface of the spot size conversion waveguide is not constant, the separation of the OBO planar waveguide element. Variations in wave characteristics occur.

具体的には、光の入射位置がスポットサイズ変換導波路の入射面から一部が外れている場合、その外れている光は入射ポート以外の細線導波路の端面から入射し、細線導波路を進行して、本来の出射ポートとは異なる出射ポートから不要光として出射される。この不要光により、平面導波路素子の分波特性にばらつきが生じる。   Specifically, when the incident position of the light is partially off the incident surface of the spot size conversion waveguide, the light that is off is incident from the end surface of the thin waveguide other than the incident port, and the fine waveguide is The light travels and is emitted as unnecessary light from an exit port different from the original exit port. The unnecessary light causes variations in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide device.

上記のように、光の入射位置がスポットサイズ変換導波路の入射面に位置している場合も位置していない場合もともに、出射ポートから光が検出される。光の検出は、出射ポートから出射された光をレンズによりフォトダイオードに集光して行なうため、不要光も検出してしまう。そのため、検出される光強度を確認するだけでは、光の入射位置がスポットサイズ変換導波路の入射面から外れているか否かの判断をくだすことができなかった。光の入射位置が把握できなければ、入射位置の調整を図ることもできない。特許文献1に記載されたスポットサイズ変換導波路にも、入射光の入射位置を調整するための構造は備えられていない。   As described above, light is detected from the exit port both when the incident position of light is positioned on the incident surface of the spot size conversion waveguide and when it is not positioned. Light detection is performed by condensing the light emitted from the emission port onto a photodiode using a lens, and therefore unnecessary light is also detected. For this reason, it is impossible to determine whether or not the incident position of the light deviates from the incident surface of the spot size conversion waveguide only by confirming the detected light intensity. If the incident position of light cannot be grasped, the incident position cannot be adjusted. The spot size conversion waveguide described in Patent Document 1 is also not provided with a structure for adjusting the incident position of incident light.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、入射光の入射位置を調整することができ、分波特性のばらつきを抑制することができる、平面導波路素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a planar waveguide device capable of adjusting the incident position of incident light and suppressing variation in demultiplexing characteristics. For the purpose.

本発明に係る平面導波路素子は、矩形状の基板と、基板上に積層される第1積層部と、第1積層部上に積層され、第1積層部より高い屈折率を有する第2積層部とを備える。第2積層部は、略平行に並ぶように形成される複数の細線導波路と、少なくとも1本以上の細線導波路の一方の端面に入射ポートが設けられ、この入射ポートに連結されるスポットサイズ変換導波路とを含む。さらに、平面導波路素子は、細線導波路と平行な、基板の一方の側面に設けられるヒータと、基板の他方の側面に設けられるヒートシンクとを備える。スポットサイズ変換導波路の幅は、入射側端面においては入射光のスポットサイズと同等であり、出射側端面においては細線導波路の入射ポートの幅と一致するように、光の伝搬方向へ向かって小さくなり、スポットサイズ変換導波路の高さは、出射側端面において細線導波路の入射ポートの高さと一致する。また、第2積層部は、スポットサイズ変換導波路の幅方向の両側に、スポットサイズ変換導波路に非接触な状態で設けられ、入射光の入射方向に対向する面に反射領域を有する反射部を含む。   A planar waveguide device according to the present invention includes a rectangular substrate, a first stacked unit stacked on the substrate, and a second stacked layer stacked on the first stacked unit and having a higher refractive index than the first stacked unit. A part. The second laminated portion has a plurality of fine wire waveguides formed so as to be arranged substantially in parallel, and an incident port provided on one end face of at least one or more fine wire waveguides, and a spot size connected to the incident port. A conversion waveguide. Further, the planar waveguide element includes a heater provided on one side surface of the substrate parallel to the thin wire waveguide and a heat sink provided on the other side surface of the substrate. The width of the spot size conversion waveguide is equal to the spot size of the incident light at the incident side end face, and toward the light propagation direction so as to coincide with the width of the incident port of the thin waveguide at the output side end face. The height of the spot size conversion waveguide becomes smaller and coincides with the height of the entrance port of the thin wire waveguide at the exit end face. The second stacked unit is provided on both sides in the width direction of the spot size conversion waveguide in a non-contact state with the spot size conversion waveguide, and has a reflection region on a surface facing the incident direction of incident light. including.

本発明によれば、スポットサイズ変換導波路の幅方向の両側に反射部を設けることにより、入射位置がスポットサイズ変換導波路の入射側端面から外れている光は反射されて、細線導波路の出射ポートから出射されないようにすることができる。このようにすることによって、光の入射位置が把握でき、スポットサイズ変換導波路の入射側端面に対する光の入射位置を調整して、平面導波路素子の分波特性のばらつきを抑制することができる。   According to the present invention, by providing the reflection portions on both sides in the width direction of the spot size conversion waveguide, the light whose incident position deviates from the incident side end face of the spot size conversion waveguide is reflected, and the fine wire waveguide The light can be prevented from being emitted from the emission port. In this way, the incident position of light can be grasped, and the incident position of light with respect to the incident side end face of the spot size conversion waveguide can be adjusted to suppress variations in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide element. it can.

以下、この発明に基づいた実施の形態における平面導波路素子について、図を参照しながら説明する。   Hereinafter, planar waveguide elements according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1に係る平面導波路素子の平面図である。図2は、図1のII−II断面図である。図1,2に示すように、平面導波路素子1においては、矩形状のSi基板2の上面に、Siより低い屈折率を有するSiO2層から構成される、厚さが約1μmの第1積層部3が形成されている。第1積層部3の上面に、第1積層部3より高い屈折率を有するSi層を含む、厚さが約200nmの第2積層部4が形成されている。
Embodiment 1
FIG. 1 is a plan view of a planar waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, in the planar waveguide device 1, a first Si substrate 2 having a thickness of about 1 μm, which is composed of a SiO 2 layer having a refractive index lower than Si on the upper surface of a rectangular Si substrate 2. A stacked portion 3 is formed. On the upper surface of the first stacked unit 3, a second stacked unit 4 having a thickness of about 200 nm including a Si layer having a higher refractive index than that of the first stacked unit 3 is formed.

このように本実施の形態に係る平面導波路素子1は、Si基板上にSiO2層とSi層とが順に積層されるSOI基板を用いて構成されている。なお、第1積層部3としてAl23,InP,AlGaAsなどを用いてもよい。第2積層部4のSi層の代わりに、第1積層部3よりも高い屈折率を有し、光が伝播可能である、InGaAsP,GaAs,AlGaAs,InPなどを用いてもよい。 Thus, the planar waveguide device 1 according to the present embodiment is configured using an SOI substrate in which the SiO 2 layer and the Si layer are sequentially stacked on the Si substrate. Note that Al 2 O 3 , InP, AlGaAs, or the like may be used as the first stacked portion 3. Instead of the Si layer of the second stacked unit 4, InGaAsP, GaAs, AlGaAs, InP, or the like that has a higher refractive index than the first stacked unit 3 and can transmit light may be used.

第2積層部4は、細線導波路5、スポットサイズ変換導波路6および反射部7,8を含む。複数の細線導波路5は、略平行に並ぶように形成されている。少なくとも1本以上の細線導波路5の一方の端面に、光が入射する入射ポート9が設けられている。全ての細線導波路5の他方の端面に、光が出射する出射ポート10が設けられている。この入射ポート9に連結される出射側端面14を有するスポットサイズ変換導波路6が、第2積層部4に形成されている。   The second laminated portion 4 includes a thin wire waveguide 5, a spot size conversion waveguide 6, and reflecting portions 7 and 8. The plurality of thin wire waveguides 5 are formed so as to be arranged substantially in parallel. An incident port 9 through which light enters is provided on one end face of at least one or more thin wire waveguides 5. An exit port 10 through which light exits is provided on the other end face of all the thin wire waveguides 5. A spot size conversion waveguide 6 having an emission side end face 14 connected to the incident port 9 is formed in the second laminated portion 4.

スポットサイズ変換導波路6の幅は、入射側端面13においては入射光のスポットサイズと同等であり、出射側端面14においては細線導波路5の入射ポート9の幅と一致するように、光の伝播方向へ向かって小さくなっている。スポットサイズ変換導波路6の高さは、出射側端面14において細線導波路5の入射ポート9の高さと一致している。   The width of the spot size conversion waveguide 6 is equal to the spot size of the incident light at the incident side end face 13, and the light size of the spot size conversion waveguide 6 coincides with the width of the incident port 9 of the thin wire waveguide 5 at the output side end face 14. It becomes smaller toward the propagation direction. The height of the spot size conversion waveguide 6 coincides with the height of the incident port 9 of the thin-line waveguide 5 at the exit end face 14.

本実施の形態においては、たとえば、入射光のスポットサイズを5μm、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13の幅を6μmとした。また、細線導波路5の幅を0.5μm、SiO2層の上面からの高さを0.25μm、スポットサイズ変換導波路6の出射側端面14の幅を0.5μm、SiO2層の上面からの高さを0.25μmとした。スポットサイズ変換導波路6の長さは、700μmとした。スポットサイズ変換導波路6の幅は、光の伝播方向へ向かって線形的に変化するようにしてもよい。 In the present embodiment, for example, the spot size of incident light is 5 μm, and the width of the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 is 6 μm. Further, the width of the thin wire waveguide 5 is 0.5 μm, the height from the upper surface of the SiO 2 layer is 0.25 μm, the width of the output side end face 14 of the spot size conversion waveguide 6 is 0.5 μm, and the upper surface of the SiO 2 layer The height from is set to 0.25 μm. The length of the spot size conversion waveguide 6 was 700 μm. The width of the spot size conversion waveguide 6 may change linearly in the light propagation direction.

スポットサイズ変換導波路6の幅方向の両側に、スポットサイズ変換導波路6に非接触な状態で反射部7,8が設けられている。スポットサイズ変換導波路6と反射部7,8とを非接触にすることで、スポットサイズ変換導波路6に入射した光が反射部7,8に漏れることを防ぐことができる。   Reflecting portions 7 and 8 are provided on both sides in the width direction of the spot size conversion waveguide 6 so as not to contact the spot size conversion waveguide 6. By making the spot size conversion waveguide 6 and the reflection portions 7 and 8 non-contact, it is possible to prevent light incident on the spot size conversion waveguide 6 from leaking to the reflection portions 7 and 8.

反射部7,8は、入射光の入射方向に対向する面に反射領域を有している。本実施の形態においては、反射部7,8の反射領域に鏡を設けた。細線導波路5と平行な、SOI基板の一方の側面に、基板の温度勾配を制御するヒータ11が設けられている。また、SOI基板の他方の側面にヒートシンク12が設けられている。本実施の形態においては、SOI基板の側面にヒータ11およびヒートシンク12を設けたが、Si基板2の側面のみにヒータ11およびヒートシンク12を設けるようにしてもよい。   The reflection parts 7 and 8 have a reflection area on the surface facing the incident direction of incident light. In the present embodiment, a mirror is provided in the reflection area of the reflection portions 7 and 8. A heater 11 for controlling the temperature gradient of the substrate is provided on one side surface of the SOI substrate parallel to the thin wire waveguide 5. A heat sink 12 is provided on the other side surface of the SOI substrate. In the present embodiment, the heater 11 and the heat sink 12 are provided on the side surface of the SOI substrate. However, the heater 11 and the heat sink 12 may be provided only on the side surface of the Si substrate 2.

本発明の実施の形態に係る平面導波路素子1の製造方法について、図3〜6を用いて説明する。図3は、導波路を形成する前のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。図4は、図3のIV−IV断面図である。図5は、導波路を形成した後のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。図6は、図5のVI−VI断面図である。   A method for manufacturing the planar waveguide device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view showing a state in which a resist is applied to the upper surface of the SOI substrate before the waveguide is formed. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a plan view showing a state in which a resist is applied to the upper surface of the SOI substrate after the waveguide is formed. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.

まず、SOI基板上に導波路を形成するために、図3,4に示すように、Si層で構成される第2積層部4の上面にレジスト膜を塗布する。そのレジスト膜を電子線直接描画法またはフォトリソグラフィ法などによりパターニングし、所望の細線導波路5およびスポットサイズ変換導波路6の形状に対応したレジストパターン15を形成する。たとえば、電子線直接描画法では、電子線の照射電流が0.1nA、1ドット当りの電子線のドーズ時間が4μsecである照射条件によりパターニングを行なってもよい。フォトリソグラフィ法では、300msec程度の転写時間により、レジストパターン15を形成してもよい。   First, in order to form a waveguide on the SOI substrate, as shown in FIGS. 3 and 4, a resist film is applied on the upper surface of the second stacked portion 4 formed of an Si layer. The resist film is patterned by an electron beam direct writing method, a photolithography method, or the like to form a resist pattern 15 corresponding to the shapes of the desired thin wire waveguide 5 and spot size conversion waveguide 6. For example, in the electron beam direct writing method, patterning may be performed under an irradiation condition in which the electron beam irradiation current is 0.1 nA and the electron beam dose time per dot is 4 μsec. In the photolithography method, the resist pattern 15 may be formed with a transfer time of about 300 msec.

次に、レジストパターン15をマスクとして、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング、反応性イオンエッチングおよび反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いてSOI基板をエッチングする。第2積層部4の表面側の一部をエッチングした後、レジストパターン15を剥離する。このようにして、基板上に細線導波路5およびスポットサイズ変換導波路6を形成することができる。本実施の形態においては、たとえば、エッチングガスとして塩素ガス25sccmと窒素ガス10sccmとの混合ガスを使用し、エッチング圧力が0.1Pa、RF(Radio Frequency)パワーが200Wで行なわれる反応性イオンエッチングを用いてもよい。   Next, using the resist pattern 15 as a mask, the SOI substrate is etched using an etching method such as ICP (Inductively Coupled Plasma) etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching. After etching a part of the surface side of the second laminated portion 4, the resist pattern 15 is peeled off. In this manner, the thin wire waveguide 5 and the spot size conversion waveguide 6 can be formed on the substrate. In the present embodiment, for example, reactive ion etching is performed in which a mixed gas of chlorine gas 25 sccm and nitrogen gas 10 sccm is used as an etching gas, the etching pressure is 0.1 Pa, and the RF (Radio Frequency) power is 200 W. It may be used.

導波路が形成されたSOI基板に反射部の入射面に鏡を形成するために、図5,6に示すように、細線導波路5およびスポットサイズ変換導波路6が形成された第2積層部4の上面にレジスト膜を塗布する。そのレジスト膜を電子線直接描画法またはフォトリソグラフィ法などによりパターニングし、所望の反射部7,8の形状および配置に対応した開口7a,8aを有するレジストパターン16を形成する。図5においては、レジストパターン16に覆われた細線導波路5およびスポットサイズ変換導波路6を破線で示している。   In order to form a mirror on the incident surface of the reflecting portion on the SOI substrate on which the waveguide is formed, as shown in FIGS. 5 and 6, the second laminated portion in which the thin wire waveguide 5 and the spot size conversion waveguide 6 are formed. A resist film is applied on the upper surface of 4. The resist film is patterned by an electron beam direct writing method or a photolithography method to form a resist pattern 16 having openings 7a and 8a corresponding to the desired shape and arrangement of the reflecting portions 7 and 8. In FIG. 5, the thin-line waveguide 5 and the spot size conversion waveguide 6 covered with the resist pattern 16 are indicated by broken lines.

レジストパターン16の上面から、スパッタリング法または蒸着法などにより、反射部7,8を構成する材料を蒸着する。その後、レジストパターン16を基板上から剥離することにより、反射部7,8が形成される。なお、反射部7,8を構成する材料は、入射する光を反射する材料であればよい。たとえば、波長1.55μmの光が入射する場合には、Al,Zn,Cu,Au,Pt,Pd,Ag,Rhなどの材料を用いてもよい。   From the upper surface of the resist pattern 16, the material constituting the reflective portions 7 and 8 is deposited by sputtering or vapor deposition. Thereafter, the resist pattern 16 is peeled off from the substrate, whereby the reflecting portions 7 and 8 are formed. In addition, the material which comprises the reflection parts 7 and 8 should just be a material which reflects the incident light. For example, when light having a wavelength of 1.55 μm is incident, materials such as Al, Zn, Cu, Au, Pt, Pd, Ag, and Rh may be used.

また、反射部7,8の別の形成方法として、第2積層部のSi層を形成する際に、反射領域以外の反射部7,8をSi層に形成する。その後、反射領域にスパッタリング法または蒸着法などにより、上記材料を蒸着するようにしてもよい。次に、SOI基板の細線導波路5と平行な一方の側面に、スパッタリング法または蒸着法などを用いて、ヒータ11となる窒化タンタル膜を形成する。さらに、Si基板2の他方の側面に、スパッタリング法または蒸着法などを用いて、ヒートシンク12となる窒化アルミ膜を形成する。   As another method of forming the reflective portions 7 and 8, when forming the Si layer of the second stacked portion, the reflective portions 7 and 8 other than the reflective region are formed on the Si layer. Thereafter, the material may be deposited on the reflective region by sputtering or vapor deposition. Next, a tantalum nitride film to be the heater 11 is formed on one side surface of the SOI substrate parallel to the thin-line waveguide 5 by using a sputtering method or a vapor deposition method. Further, an aluminum nitride film to be the heat sink 12 is formed on the other side surface of the Si substrate 2 by using a sputtering method or a vapor deposition method.

本実施の形態に係る平面導波路素子1において、スポットサイズ変換導波路6を伝播して細線導波路5を進行する光のOBOについて、図1及び図2を用いて説明する。なお、図1,2に示すように、細線導波路5が並ぶ方向をX軸方向として、ヒートシンク12からヒータ11への方向を+X軸方向、+X軸方向とは逆方向を−X軸方向とする。細線導波路5の延在する方向をY軸方向とし、入射ポート9から出射ポート10への方向を+Y軸方向、+Y軸方向とは逆方向を−Y軸方向とする。さらに、X軸方向およびY軸方向の両方に垂直な方向をZ軸方向とする。   In the planar waveguide device 1 according to the present embodiment, OBO of light that propagates through the spot size conversion waveguide 6 and travels through the thin wire waveguide 5 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the direction in which the thin waveguides 5 are arranged is the X-axis direction, the direction from the heat sink 12 to the heater 11 is the + X-axis direction, and the opposite direction to the + X-axis direction is the −X-axis direction. To do. The extending direction of the thin wire waveguide 5 is defined as the Y-axis direction, the direction from the incident port 9 to the exit port 10 is defined as the + Y-axis direction, and the direction opposite to the + Y-axis direction is defined as the -Y-axis direction. Furthermore, a direction perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction is taken as a Z-axis direction.

平面導波路素子1においては、ヒータ11により、+X軸方向へ向かうにしたがって高温になるように、Si基板2における温度分布に勾配が形成される。Si材料で構成される細線導波路5を有する平面導波路素子1において、高温のSi基板2の上方に位置する細線導波路5の等価屈折率は、低温のSi基板2の上方に位置する細線導波路5の等価屈折率よりも高い。このため、X軸方向において、Si基板2の温度分布に応じた、細線導波路5の等価屈折率分布が生じる。   In the planar waveguide device 1, a gradient is formed in the temperature distribution in the Si substrate 2 by the heater 11 so that the temperature increases toward the + X axis direction. In the planar waveguide device 1 having the thin-line waveguide 5 made of Si material, the equivalent refractive index of the thin-line waveguide 5 located above the high-temperature Si substrate 2 is the fine line located above the low-temperature Si substrate 2. It is higher than the equivalent refractive index of the waveguide 5. For this reason, in the X-axis direction, an equivalent refractive index distribution of the thin wire waveguide 5 corresponding to the temperature distribution of the Si substrate 2 is generated.

次に、光の強度分布17のピークがスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13に位置するように、平面導波路素子1へ光が照射される。照射された光は、スポットサイズ変換導波路6を伝播して入射ポート9へ進行し、進行する細線導波路5から漏れ出し、隣接する細線導波路5に結合する。その結果、光は細線導波路5中を+Y軸方向に進行しながら、X軸方向に振動する。このように光は、OBOを発現することにより、平面導波路素子1上において、光の道筋18に示されるように分波される。   Next, light is irradiated to the planar waveguide device 1 so that the peak of the light intensity distribution 17 is located on the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6. The irradiated light propagates through the spot size conversion waveguide 6, travels to the incident port 9, leaks from the traveling thin wire waveguide 5, and is coupled to the adjacent thin wire waveguide 5. As a result, the light vibrates in the X-axis direction while traveling in the + Y-axis direction through the thin wire waveguide 5. Thus, the light is demultiplexed on the planar waveguide device 1 as indicated by the light path 18 by expressing OBO.

OBOは、光の波長が長くなるにつれて、振動する振幅が大きくなる。したがって、入射光の波長が異なるとOBOの振幅が異なるため、光は波長ごとに異なる細線導波路5に結合して光の道筋18に示されるように分波される。分波された光は、それぞれ異なる出射ポート10から出射する。よって、平面導波路素子1に複数の波長の光で構成される波長多重光が入射する場合、平面導波路素子1は分光器としての機能を有する。   OBO has an oscillating amplitude that increases as the wavelength of light increases. Therefore, since the amplitude of the OBO is different when the wavelength of the incident light is different, the light is coupled to the thin wire waveguide 5 that is different for each wavelength and is demultiplexed as indicated by the light path 18. The demultiplexed light exits from different exit ports 10. Therefore, when wavelength multiplexed light composed of light of a plurality of wavelengths is incident on the planar waveguide element 1, the planar waveguide element 1 has a function as a spectroscope.

本発明の実施の形態に係る平面導波路素子における反射部の機能について、図1および図7〜10を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る平面導波路素子における反射部近傍の拡大図を示したものである。図7に示すように、スポットサイズ変換導波路6の−X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部7が設けられ、+X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部8が設けられている。反射部7,8とスポットサイズ変換導波路6とは、非接触な状態で配置されている。   The function of the reflecting portion in the planar waveguide device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 7 to 10. FIG. 7 shows an enlarged view of the vicinity of the reflecting portion in the planar waveguide device according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, a reflection part 7 that reflects incident light is provided in the vicinity of the −X axis direction side of the spot size conversion waveguide 6, and a reflection part 8 that reflects incident light is provided in the vicinity of the + X axis direction side. Is provided. The reflectors 7 and 8 and the spot size conversion waveguide 6 are arranged in a non-contact state.

本実施の形態においては、反射部7,8の材料としてAlが用いられ、Y軸方向において反射部7,8の反射領域が、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13と出射側端面14との間に形成されているが、本発明の実施の形態はこのような構成に限られない。たとえば、Y軸方向において、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13と同列または−Y軸方向側に反射部7,8の反射領域を形成してもよい。この場合にも、平面導波路素子1に照射される光のうち、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13以外の領域に照射される光を細線導波路5に入射しないように反射することができる。   In the present embodiment, Al is used as the material of the reflecting portions 7 and 8, and the reflecting areas of the reflecting portions 7 and 8 in the Y-axis direction are the incident-side end surface 13 and the emitting-side end surface 14 of the spot size conversion waveguide 6. However, the embodiment of the present invention is not limited to such a configuration. For example, in the Y-axis direction, the reflection regions of the reflecting portions 7 and 8 may be formed in the same row as the incident-side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 or on the −Y-axis direction side. Also in this case, the light irradiated to the region other than the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 out of the light irradiated to the planar waveguide device 1 is reflected so as not to enter the fine wire waveguide 5. Can do.

以下、機能を良好に発揮することができる、反射部7,8について説明する。スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13における、最も−X軸方向にあるX座標をS1、最も+X軸方向にあるX座標をS2と定義する。スポットサイズ変換導波路6の−X軸方向側に設けられる反射部7の反射領域における、最も+X軸方向にあるX座標をM1と定義する。スポットサイズ変換導波路6の+X軸方向側に設けられる反射部8の反射領域における、最も−X軸方向にあるX座標をM2と定義する。この場合に、S1≦M1、かつ、M2≦S2が満たされるように、反射部7,8の反射領域を配置する。   Hereinafter, the reflection parts 7 and 8 which can exhibit a function satisfactorily will be described. On the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6, the X coordinate in the −X axis direction is defined as S1, and the X coordinate in the + X axis direction is defined as S2. The X coordinate in the + X axis direction most in the reflection region of the reflection portion 7 provided on the −X axis direction side of the spot size conversion waveguide 6 is defined as M1. The X coordinate in the most −X axis direction in the reflection region of the reflection portion 8 provided on the + X axis direction side of the spot size conversion waveguide 6 is defined as M2. In this case, the reflection regions of the reflection portions 7 and 8 are arranged so that S1 ≦ M1 and M2 ≦ S2 are satisfied.

さらに、反射部7の反射領域のX軸方向の長さをL1、反射部8の反射領域の長さをL2、スポットサイズ変換導波路6に入射する光がスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13を通過する際のスポット直径をQとする。この場合、L1−(M1−S1)≧Q、かつ、L2−(S2−M2)≧Qを満たす、反射部7,8の反射領域を設ける。本実施の形態においては、反射部7,8の反射領域の長さL1,L2は15μmとした。反射部7,8の反射領域で光は全反射されるため、スポットサイズ変換導波路6に入射する光がスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13の領域から外れている場合には、入射光は反射部7,8の反射領域によって反射される。   Furthermore, the length in the X-axis direction of the reflection region of the reflection unit 7 is L1, the length of the reflection region of the reflection unit 8 is L2, and the light incident on the spot size conversion waveguide 6 is incident on the spot size conversion waveguide 6 Let Q be the spot diameter when passing through the end face 13. In this case, the reflection regions of the reflection portions 7 and 8 that satisfy L1− (M1−S1) ≧ Q and L2− (S2−M2) ≧ Q are provided. In the present embodiment, the lengths L1 and L2 of the reflection regions of the reflection portions 7 and 8 are 15 μm. Since the light is totally reflected in the reflection regions of the reflecting portions 7 and 8, the light incident on the spot size conversion waveguide 6 is incident when it is out of the region of the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6. The light is reflected by the reflection areas of the reflection portions 7 and 8.

図1に示すように、光をスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13から入射させるために、レンズ19の光軸およびファイバ20の中心軸をY軸方向の直線上に配置する。レンズ19は、光を集光するためのレンズであり、ファイバ20から照射された光のスポット直径は、平面導波路素子1に入射する光のスポット直径Qよりも大きい。入射光のスポット直径Qは、ファイバ20とレンズ19の焦点距離などの光学特性との関係により決まる。   As shown in FIG. 1, the optical axis of the lens 19 and the central axis of the fiber 20 are arranged on a straight line in the Y-axis direction so that light is incident from the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6. The lens 19 is a lens for collecting light, and the spot diameter of the light emitted from the fiber 20 is larger than the spot diameter Q of the light incident on the planar waveguide device 1. The spot diameter Q of incident light is determined by the relationship between the optical characteristics such as the focal length of the fiber 20 and the lens 19.

スポットサイズ変換導波路6を伝播した光は、細線導波路5に入射し、X軸方向のOBOを生じながら+Y軸方向へ進行する。細線導波路5を進行した光は、出射ポート10から出射される。したがって、入射光がスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13から入射される場合、出射ポート10から光が出射される。出射された光の検出は、図示しないレンズおよびフォトダイオードで構成された検出装置により行なう。   The light propagated through the spot size conversion waveguide 6 enters the fine wire waveguide 5 and proceeds in the + Y-axis direction while generating OBO in the X-axis direction. The light traveling through the thin wire waveguide 5 is emitted from the emission port 10. Therefore, when incident light is incident from the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6, the light is emitted from the emission port 10. The emitted light is detected by a detection device including a lens and a photodiode (not shown).

図8,9は、本実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。図8に示すように、レンズ19およびファイバ20の位置をスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13に対して−X軸方向へ移動させる。このときの光の強度分布17のピークの位置のX座標をF1とすると、F1=S1を境にF1<S1となると、スポットサイズ変換導波路6に入射する光の光強度は減少する。この場合、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13の領域から外れて入射する光は、反射部7の反射領域により反射される。さらにF1<S1となると、細線導波路5に光が入射せず、細線導波路5の出射ポート10から光は検出されなくなる。   8 and 9 are plan views showing a state in which the light irradiation position is relatively shifted with respect to the planar waveguide device according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the positions of the lens 19 and the fiber 20 are moved in the −X axis direction with respect to the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6. If the X coordinate of the peak position of the light intensity distribution 17 at this time is F1, the light intensity of the light incident on the spot size conversion waveguide 6 decreases when F1 <S1 with F1 = S1 as a boundary. In this case, the light that is incident outside the region of the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 is reflected by the reflection region of the reflection unit 7. Further, when F1 <S1, light does not enter the fine wire waveguide 5, and light is not detected from the exit port 10 of the fine wire waveguide 5.

また、図9に示すように、レンズ19およびファイバ20の位置をスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13に対して+X軸方向へ移動させる。このときの光の強度分布17のピークの位置のX座標をF2とすると、F2=S2を境にF2>S2となると、スポットサイズ変換導波路6に入射する光の光強度は減少する。この場合、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13の領域から外れて入射する光は、反射部8の反射領域により反射される。さらにF2>S2となると、細線導波路5に光が入射しないため、細線導波路5の出射ポート10から光は検出されなくなる。   Further, as shown in FIG. 9, the positions of the lens 19 and the fiber 20 are moved in the + X-axis direction with respect to the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6. If the X coordinate of the peak position of the light intensity distribution 17 at this time is F2, the light intensity of the light incident on the spot size conversion waveguide 6 decreases when F2> S2 with F2 = S2. In this case, the light incident from the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 is reflected by the reflection region of the reflection unit 8. Furthermore, when F2> S2, light is not detected from the exit port 10 of the thin waveguide 5 because light does not enter the thin waveguide 5.

このように、反射部7,8の反射領域を設けて、入射光の入射位置を−X軸方向から+X軸方向へ連続的に移動させることにより、細線導波路5の出射ポート10から検出される光強度が0となる照射位置が確認できる。それにより、所定の出射ポート10以外から出射される不要光の影響を排除して、光強度が最大となり、かつ、スポットサイズ変換導波路6のX軸方向の中心となる照射位置を確認することができる。   As described above, the reflection areas of the reflecting portions 7 and 8 are provided, and the incident position of the incident light is continuously moved from the −X axis direction to the + X axis direction, thereby being detected from the emission port 10 of the thin wire waveguide 5. The irradiation position where the light intensity becomes 0 can be confirmed. Thereby, the influence of unnecessary light emitted from other than the predetermined exit port 10 is eliminated, and the irradiation position at which the light intensity becomes maximum and the center of the spot size conversion waveguide 6 in the X-axis direction is confirmed. Can do.

図10は、光の強度分布のピークが入射する位置と細線導波路の出射ポートで検出される光強度との関係を示した図である。図10では、細線導波路5の出射ポート10で検出される光強度が、検出された光強度の最大値の1/e2倍となる入射位置をS3,S4として示した。この入射位置S3,S4のX座標を把握することにより、その中間点となるX座標が(S3+S4)/2において、光強度が最大となり、かつ、スポットサイズ変換導波路6の中心となることを確認することができる。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the position where the peak of the light intensity distribution is incident and the light intensity detected at the exit port of the thin wire waveguide. In FIG. 10, the incident positions where the light intensity detected at the exit port 10 of the thin wire waveguide 5 is 1 / e 2 times the maximum value of the detected light intensity are shown as S3 and S4. By grasping the X coordinates of the incident positions S3 and S4, the light intensity becomes maximum and the center of the spot size conversion waveguide 6 when the X coordinate serving as the intermediate point is (S3 + S4) / 2. Can be confirmed.

このように確認した光強度が最大となる照射位置に光が照射されるように、レンズ19およびファイバ20が配置されるように調整することにより、平面導波路素子1の分波特性のばらつきを抑制することが可能となる。また、光の入射位置をスポットサイズ変換導波路6のX軸方向の中心にすることにより、スポットサイズ変換導波路6の側壁での反射が抑制され、スポットサイズ変換導波路6から細線導波路5への光の進入が円滑になり、細線導波路5の入射ポート9において反射して逆行する戻り光が低減される。   By adjusting the lens 19 and the fiber 20 so that light is irradiated to the irradiation position where the light intensity that is confirmed in this way becomes the maximum, variation in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide device 1 is achieved. Can be suppressed. Further, by making the incident position of light the center of the spot size conversion waveguide 6 in the X-axis direction, reflection on the side wall of the spot size conversion waveguide 6 is suppressed, and the spot size conversion waveguide 6 to the thin wire waveguide 5 are suppressed. The light enters smoothly, and the return light reflected and reflected back at the incident port 9 of the thin wire waveguide 5 is reduced.

なお、反射部7,8は、上記の構成に限られるものではなく、入射光のうち、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13以外の領域に照射される光が、細線導波路5に入射しないように反射されるものであればよい。反射部7,8を設けることにより、入射位置がスポットサイズ変換導波路6の入射側端面13から外れている光は反射されて、出射ポート10から出射されないようにすることができる。このようにすることによって、光の入射位置を把握でき、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13に対する入射位置を調整して、平面導波路素子1の分波特性のばらつきを抑制することができる。   In addition, the reflection parts 7 and 8 are not restricted to said structure, Of the incident light, the light irradiated to area | regions other than the incident side end surface 13 of the spot size conversion waveguide 6 to the thin wire | line waveguide 5 What is necessary is just to reflect so that it may not enter. By providing the reflecting portions 7 and 8, the light whose incident position deviates from the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 is reflected and can be prevented from being emitted from the emission port 10. By doing so, the incident position of the light can be grasped, and the incident position with respect to the incident side end face 13 of the spot size conversion waveguide 6 is adjusted to suppress variations in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide device 1. Can do.

実施の形態2
本発明の実施の形態2に係る平面導波路素子について、図を用いて説明する。図11は、本発明の実施の形態2に係る平面導波路素子の平面図である。図12は、図11のXII−XII断面図である。図11,12に示すように、本実施の形態に係る平面導波路素子21の反射部27,28は、第2積層部24を構成するSi層に、Si層と空気層とがY軸方向に順番に並べられた多層膜で形成されたフォトニック結晶で構成されている。
Embodiment 2
A planar waveguide device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a plan view of a planar waveguide device according to the second embodiment of the present invention. 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG. As shown in FIGS. 11 and 12, the reflecting portions 27 and 28 of the planar waveguide device 21 according to the present embodiment are configured such that the Si layer and the air layer are in the Y-axis direction on the Si layer constituting the second stacked portion 24. It is comprised with the photonic crystal formed of the multilayer film arranged in order.

スポットサイズ変換導波路26の−X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部27が設けられ、+X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部28が設けられている。反射部27,28とスポットサイズ変換導波路26とは、非接触な状態で配置されている。反射部27,28を構成するフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップの中に入射光の波長が位置するように設計されている。   A reflector 27 that reflects incident light is provided near the −X axis direction side of the spot size conversion waveguide 26, and a reflector 28 that reflects incident light is provided near the + X axis direction side. The reflectors 27 and 28 and the spot size conversion waveguide 26 are arranged in a non-contact state. The photonic crystals constituting the reflecting portions 27 and 28 are designed so that the wavelength of incident light is located in the photonic band gap.

本実施の形態においては、入射光の波長は1.55μmとし、フォトニック結晶は、0.3μmの厚さのSi層と、0.4μmの厚さの空気層とを、0.7μmピッチで30層並べた多層膜で形成した。また、反射部27,28は、Y軸方向において、スポットサイズ変換導波路6の入射側端面13と出射側端面14との間に形成されているが、この構成に限られるものではない。反射部27,28以外の構成については、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。   In the present embodiment, the wavelength of incident light is 1.55 μm, and the photonic crystal includes a 0.3 μm thick Si layer and a 0.4 μm thick air layer at a 0.7 μm pitch. It was formed of a multilayer film in which 30 layers were arranged. Moreover, although the reflection parts 27 and 28 are formed between the entrance-side end face 13 and the exit-side end face 14 of the spot size conversion waveguide 6 in the Y-axis direction, the present invention is not limited to this configuration. Since the configuration other than the reflection units 27 and 28 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

本実施の形態に係る平面導波路素子21の製造方法について説明する。図13は、導波路を形成する前のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。図14は、図13のXIV−XIV断面図である。図15は、エッチングにより導波路を形成したSOI基板の断面図である。   A method for manufacturing the planar waveguide device 21 according to the present embodiment will be described. FIG. 13 is a plan view showing a state in which a resist is applied to the upper surface of the SOI substrate before the waveguide is formed. 14 is a cross-sectional view taken along the line XIV-XIV in FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view of an SOI substrate having a waveguide formed by etching.

まず、SOI基板上に導波路を形成するために、図13,14に示すように、Si層で構成される第2積層部24の上面にレジスト膜を塗布する。そのレジスト膜を電子線直接描画法またはフォトリソグラフィ法などによりパターニングし、所望の細線導波路25、スポットサイズ変換導波路26および反射部27,28の形状に対応したレジストパターン35を形成する。   First, in order to form a waveguide on the SOI substrate, as shown in FIGS. 13 and 14, a resist film is applied on the upper surface of the second laminated portion 24 formed of an Si layer. The resist film is patterned by an electron beam direct writing method or a photolithography method to form a resist pattern 35 corresponding to the shape of the desired thin wire waveguide 25, spot size conversion waveguide 26, and reflecting portions 27 and 28.

たとえば、電子線直接描画法では、電子線の照射電流が0.1nA、1ドット当りの電子線のドーズ時間が4μsecである照射条件によりパターニングを行なってもよい。フォトリソグラフィ法では、300msec程度の転写時間により、レジストパターン15を形成してもよい。   For example, in the electron beam direct writing method, patterning may be performed under an irradiation condition in which the electron beam irradiation current is 0.1 nA and the electron beam dose time per dot is 4 μsec. In the photolithography method, the resist pattern 15 may be formed with a transfer time of about 300 msec.

このレジストパターン35をマスクとして、ICPエッチング、反応性イオンエッチングおよび反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いてSOI基板をエッチングする。第2積層部24の表面側の一部をエッチングした後、レジストパターン35を剥離する。このようにして、基板上に細線導波路25、スポットサイズ変換導波路26および反射部27,28を形成することができる。本実施の形態においては、たとえば、エッチングガスとして塩素ガス25sccmと窒素ガス10sccmとの混合ガスを使用し、エッチング圧力が0.1Pa、RFパワーが200Wで行なわれる反応性イオンエッチングを用いてもよい。   Using this resist pattern 35 as a mask, the SOI substrate is etched using an etching method such as ICP etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching. After etching a part of the surface side of the second laminated portion 24, the resist pattern 35 is peeled off. In this way, the fine wire waveguide 25, the spot size conversion waveguide 26, and the reflection portions 27 and 28 can be formed on the substrate. In the present embodiment, for example, reactive ion etching using a mixed gas of chlorine gas 25 sccm and nitrogen gas 10 sccm as an etching gas, an etching pressure of 0.1 Pa, and an RF power of 200 W may be used. .

次に、SOI基板の細線導波路25と平行な一方の側面に、スパッタリング法または蒸着法などを用いて、ヒータ31となる窒化タンタル膜を形成する。さらに、Si基板22の他方の側面に、スパッタリング法または蒸着法などを用いて、ヒートシンク32となる窒化アルミ膜を形成する。本実施の形態においては、実施の形態1と異なり、1回の露光とエッチングにより第2積層部24のパターンを形成することができる。そのため、実施の形態1に比べて、短い製造時間で平面導波路素子21を製造することができる。   Next, a tantalum nitride film to be the heater 31 is formed on one side surface of the SOI substrate parallel to the thin waveguide 25 using a sputtering method or a vapor deposition method. Further, an aluminum nitride film to be the heat sink 32 is formed on the other side surface of the Si substrate 22 by using a sputtering method or a vapor deposition method. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the pattern of the second stacked portion 24 can be formed by one exposure and etching. Therefore, the planar waveguide device 21 can be manufactured in a shorter manufacturing time than in the first embodiment.

本発明の実施の形態に係る平面導波路素子における反射部の機能について、図11および図16〜18を用いて説明する。図16は、本実施の形態に係る平面導波路素子における反射部近傍の拡大図を示したものである。   The function of the reflection part in the planar waveguide device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 16 to 18. FIG. 16 shows an enlarged view of the vicinity of the reflecting portion in the planar waveguide device according to the present embodiment.

図16に示すように、スポットサイズ変換導波路26の−X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部27が設けられ、+X軸方向側の近傍に入射光を反射する反射部28が設けられている。反射部27,28とスポットサイズ変換導波路26とは、非接触な状態で配置されている。   As shown in FIG. 16, a reflecting portion 27 that reflects incident light is provided in the vicinity of the −X axis direction side of the spot size conversion waveguide 26, and a reflecting portion 28 that reflects incident light is provided in the vicinity of the + X axis direction side. Is provided. The reflectors 27 and 28 and the spot size conversion waveguide 26 are arranged in a non-contact state.

本実施の形態においては、反射部27,28の反射領域は、Y軸方向において、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33と出射側端面34との間に形成されているが、本発明はこのような構成に限られない。たとえば、Y軸方向において、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33と同列または−Y軸方向側に反射部27,28の反射領域を形成してもよい。この場合にも、平面導波路素子21に照射される光のうち、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33以外の領域に照射される光を細線導波路25に入射しないように反射することができる。   In the present embodiment, the reflection regions of the reflection portions 27 and 28 are formed between the incident side end surface 33 and the emission side end surface 34 of the spot size conversion waveguide 26 in the Y-axis direction. Is not limited to such a configuration. For example, in the Y-axis direction, the reflection regions of the reflecting portions 27 and 28 may be formed in the same row as the incident-side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 or on the −Y-axis direction side. Also in this case, the light irradiated to the region other than the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 out of the light irradiated to the planar waveguide element 21 is reflected so as not to enter the thin wire waveguide 25. Can do.

以下、機能を良好に発揮することができる、反射部27,28について説明する。スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33におけるX軸方向の座標において、最も−X軸方向にあるX座標をS1、最も+X軸方向にあるX座標をS2と定義する。スポットサイズ変換導波路6の−X軸方向側に設けられる反射部27の反射領域におけるX軸方向の座標において、最も+X軸方向にあるX座標をN1と定義する。スポットサイズ変換導波路26の+X軸方向側に設けられる反射部28の反射領域におけるX軸方向の座標において、最も−X軸方向にあるX座標をN2と定義する。この場合に、S1≦N1、かつ、N2≦S2が満たされるように、反射部27,28の反射領域を配置する。   Hereinafter, the reflection parts 27 and 28 which can exhibit a function satisfactorily will be described. Of the coordinates in the X-axis direction on the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26, the X coordinate in the most −X axis direction is defined as S1, and the X coordinate in the most + X axis direction is defined as S2. Among the coordinates in the X-axis direction in the reflection region of the reflecting portion 27 provided on the −X-axis direction side of the spot size conversion waveguide 6, the X coordinate in the + X-axis direction is defined as N1. Of the coordinates in the X-axis direction in the reflection region of the reflector 28 provided on the + X-axis direction side of the spot size conversion waveguide 26, the X-coordinate that is most in the -X-axis direction is defined as N2. In this case, the reflection regions of the reflection portions 27 and 28 are arranged so that S1 ≦ N1 and N2 ≦ S2 are satisfied.

さらに、反射部27の反射領域のX軸方向の長さをP1、反射部28の反射領域の長さをP2、スポットサイズ変換導波路26に入射する光がスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33を通過する際のスポット直径をQとする。この場合、P1−(N1−S1)≧Q、かつ、P2−(S2−N2)≧Qを満たす、反射部27,28の反射領域を設ける。本実施の形態においては、反射部27,28の反射領域の長さP1,P2は20μmとした。   Further, the length in the X-axis direction of the reflection region of the reflection portion 27 is P1, the length of the reflection region of the reflection portion 28 is P2, and the light incident on the spot size conversion waveguide 26 is incident on the spot size conversion waveguide 26. Let Q be the spot diameter when passing through the end face 33. In this case, the reflection areas of the reflection portions 27 and 28 satisfying P1- (N1-S1) ≧ Q and P2- (S2-N2) ≧ Q are provided. In the present embodiment, the lengths P1 and P2 of the reflection areas of the reflection portions 27 and 28 are 20 μm.

図11に示すように、光をスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33から入射させるために、レンズ38の光軸およびファイバ39の中心軸をY軸方向の直線上に配置する。レンズ38は、光を集光するためのレンズであり、ファイバ39から照射された光のスポット直径は、平面導波路素子21に入射する光のスポット直径Qよりも大きい。入射光のスポット直径Qは、ファイバ39とレンズ38の焦点距離などの光学特性との関係により決まる。   As shown in FIG. 11, the optical axis of the lens 38 and the central axis of the fiber 39 are arranged on a straight line in the Y-axis direction so that light is incident from the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26. The lens 38 is a lens for condensing light, and the spot diameter of the light emitted from the fiber 39 is larger than the spot diameter Q of the light incident on the planar waveguide element 21. The spot diameter Q of incident light is determined by the relationship between the optical characteristics such as the focal length of the fiber 39 and the lens 38.

スポットサイズ変換導波路26を伝播した光は、細線導波路25に入射し、X軸方向のOBOを生じながら+Y軸方向へ進行する。細線導波路5を進行した光は、出射ポート30から出射される。したがって、入射光がスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33から入射される場合、出射ポート30から光が出射される。出射された光の検出は、図示しないレンズおよびフォトダイオードで構成された検出装置により行なう。   The light propagating through the spot size conversion waveguide 26 enters the fine wire waveguide 25 and travels in the + Y-axis direction while generating OBO in the X-axis direction. The light traveling through the thin wire waveguide 5 is emitted from the emission port 30. Therefore, when incident light is incident from the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26, the light is emitted from the emission port 30. The emitted light is detected by a detection device including a lens and a photodiode (not shown).

図17,18は、本実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。図17に示すように、レンズ38およびファイバ39の位置をスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33に対して−X軸方向へ移動させる。このときの光の強度のピーク36の位置のX座標をF3とすると、F3=S1を境にF3<S1となると、スポットサイズ変換導波路26に入射する光の光強度は減少する。この場合、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33の領域から外れて入射する光は、反射部27の反射領域により反射される。さらにF3<S1となると、細線導波路25に光が入射せず、細線導波路25の出射ポート30から光は検出されなくなる。   17 and 18 are plan views showing a state in which the irradiation position of light is relatively shifted with respect to the planar waveguide device according to the present embodiment. As shown in FIG. 17, the positions of the lens 38 and the fiber 39 are moved in the −X-axis direction with respect to the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26. Assuming that the X coordinate of the position of the peak 36 of the light intensity at this time is F3, the light intensity of the light incident on the spot size conversion waveguide 26 decreases when F3 <S1 with F3 = S1 as a boundary. In this case, the light incident from the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 is reflected by the reflection region of the reflection unit 27. Further, when F3 <S1, light does not enter the fine wire waveguide 25, and light is not detected from the exit port 30 of the fine wire waveguide 25.

また、図18に示すように、レンズ38およびファイバ39の位置をスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33に対して+X軸方向へ移動させる。このときの光の強度のピーク36の位置のX座標をF4とすると、F4=S2を境にF4>S2となると、スポットサイズ変換導波路26に入射する光の光強度は減少する。この場合、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33の領域から外れて入射する光は、反射部28の反射領域により反射される。さらにF4>S2となると、細線導波路25に光が入射しないため、細線導波路25の出射ポート30から光は検出されなくなる。   Further, as shown in FIG. 18, the positions of the lens 38 and the fiber 39 are moved in the + X-axis direction with respect to the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26. If the X coordinate of the position of the peak 36 of the light intensity at this time is F4, the light intensity of the light incident on the spot size conversion waveguide 26 decreases when F4> S2 with F4 = S2. In this case, the light incident from the region of the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 is reflected by the reflection region of the reflection unit 28. Further, when F4> S2, since light does not enter the thin wire waveguide 25, light is not detected from the exit port 30 of the thin wire waveguide 25.

このように、反射部27,28の反射領域を設けて、入射光の入射位置を−X軸方向から+X軸方向へ連続的に移動させることにより、細線導波路25の出射ポート30から検出される光強度が0となる照射位置が確認できる。それにより、所定の出射ポート30以外から検出される不要光の影響を排除して、光強度が最大となり、かつ、スポットサイズ変換導波路26のX軸方向の中心となる照射位置を確認することができる。   As described above, the reflection regions 27 and 28 are provided, and the incident position of the incident light is continuously moved from the −X axis direction to the + X axis direction, thereby being detected from the emission port 30 of the thin wire waveguide 25. The irradiation position where the light intensity becomes 0 can be confirmed. Thereby, the influence of unnecessary light detected from other than the predetermined exit port 30 is eliminated, and the irradiation position that maximizes the light intensity and is the center in the X-axis direction of the spot size conversion waveguide 26 is confirmed. Can do.

このように確認した光強度が最大となる照射位置に光が照射されるように、レンズ38およびファイバ39が配置されるように調整することにより、平面導波路素子21の分波特性のばらつきを抑制することが可能となる。また、光の入射位置をスポットサイズ変換導波路26のX軸方向の中心にすることにより、スポットサイズ変換導波路26の側壁での反射が抑制され、スポットサイズ変換導波路26から細線導波路25への光の進入が円滑になり、細線導波路25の入射ポート29において反射して逆行する戻り光が低減される。   By adjusting the lens 38 and the fiber 39 so that light is irradiated to the irradiation position where the light intensity that is confirmed in this way becomes the maximum, variation in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide device 21 is achieved. Can be suppressed. Further, by making the incident position of light the center in the X-axis direction of the spot size conversion waveguide 26, reflection on the side wall of the spot size conversion waveguide 26 is suppressed, and the spot size conversion waveguide 26 to the thin wire waveguide 25 are suppressed. The light enters smoothly, and the return light reflected and reflected back at the incident port 29 of the thin wire waveguide 25 is reduced.

なお、反射部27,28は、上記の構成に限られるものではなく、入射光のうち、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33以外の領域に照射される光が細線導波路25に入射しないように反射されるものであればよい。反射部27,28を設けることにより、入射位置がスポットサイズ変換導波路26の入射側端面33から外れている光は反射されて、出射ポート30から出射されないようにすることができる。このようにすることによって、光の入射位置が把握でき、スポットサイズ変換導波路26の入射側端面33に対する入射位置を調整して、平面導波路素子21の分波特性のばらつきを抑制することができる。   In addition, the reflection parts 27 and 28 are not restricted to said structure, Of the incident light, the light irradiated to area | regions other than the incident side end surface 33 of the spot size conversion waveguide 26 injects into the thin wire | line waveguide 25 As long as it is reflected so as not to occur. By providing the reflecting portions 27 and 28, the light whose incident position deviates from the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 can be reflected and not emitted from the emission port 30. By doing so, the incident position of the light can be grasped, and the incident position with respect to the incident side end face 33 of the spot size conversion waveguide 26 is adjusted, thereby suppressing variations in the demultiplexing characteristics of the planar waveguide element 21. Can do.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become the basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiment, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.

本発明の実施の形態1に係る平面導波路素子の平面図である。1 is a plan view of a planar waveguide device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1のII−II断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 導波路を形成する前のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which apply | coated the resist to the upper surface of the SOI substrate before forming a waveguide. 図3のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 導波路を形成した後のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which apply | coated the resist to the upper surface of the SOI substrate after forming a waveguide. 図5のVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. 同実施の形態に係る平面導波路素子における反射部近傍の拡大図を示したものである。The enlarged view of the reflection part vicinity in the planar waveguide element which concerns on the same embodiment is shown. 同実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which shifted the irradiation position of light relatively with respect to the planar waveguide element which concerns on the embodiment. 同実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which shifted the irradiation position of light relatively with respect to the planar waveguide element which concerns on the embodiment. 光の入射位置と細線導波路の出射ポートで検出される光強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the incident position of light, and the light intensity detected by the output port of a thin wire | line waveguide. 本発明の実施の形態2に係る平面導波路素子の平面図である。It is a top view of the planar waveguide device concerning Embodiment 2 of the present invention. 図11のXII−XII断面図である。It is XII-XII sectional drawing of FIG. 導波路を形成する前のSOI基板の上面にレジストを塗布した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which apply | coated the resist to the upper surface of the SOI substrate before forming a waveguide. 図13のXIV−XIV断面図である。It is XIV-XIV sectional drawing of FIG. エッチングにより導波路を形成したSOI基板の断面図である。It is sectional drawing of the SOI substrate in which the waveguide was formed by the etching. 同実施の形態に係る平面導波路素子における反射部近傍の拡大図を示したものである。The enlarged view of the reflection part vicinity in the planar waveguide element which concerns on the same embodiment is shown. 同実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which shifted the irradiation position of light relatively with respect to the planar waveguide element which concerns on the embodiment. 同実施の形態に係る平面導波路素子に対し、光の照射位置を相対的にずらした状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which shifted the irradiation position of light relatively with respect to the planar waveguide element which concerns on the embodiment. 特許文献1に記載されているスポットサイズ変換導波路の斜視図である。1 is a perspective view of a spot size conversion waveguide described in Patent Document 1. FIG. 特許文献2に記載されているOBO平面導波路素子の平面図である。10 is a plan view of an OBO planar waveguide device described in Patent Document 2. FIG. 図20のXXI−XXI断面図である。It is XXI-XXI sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,111 平面導波路素子、2,22,102,112 基板、3,23,113 第1積層部、4,24 第2積層部、5,25,105,114 細線導波路、6,26,101 スポットサイズ変換導波路、7,8,27,28 反射部、9,29,115 入射ポート、10,30,116 出射ポート、11,31,117 ヒータ、12,32,118 ヒートシンク、13,33,106 入射側端面、14,34,107 出射側端面、15,16,35 レジストパターン、17,36,120 光の強度ピーク、18,119 光の道筋、19,38 レンズ、20,39 ファイバ、103 導波路コア、104 リッジ部、7a,8a 開口。   1, 2, 111 Planar waveguide element, 2, 22, 102, 112 Substrate, 3, 23, 113 First laminated portion, 4, 24 Second laminated portion, 5, 25, 105, 114 Fine wire waveguide, 6, 26, 101 Spot size conversion waveguide, 7, 8, 27, 28 Reflection part, 9, 29, 115 Incident port, 10, 30, 116 Exit port, 11, 31, 117 Heater, 12, 32, 118 Heat sink, 13 , 33, 106 Incident side end face, 14, 34, 107 Emission side end face, 15, 16, 35 Resist pattern, 17, 36, 120 Light intensity peak, 18, 119 Light path, 19, 38 Lens, 20, 39 Fiber, 103 waveguide core, 104 ridge, 7a, 8a opening.

Claims (5)

矩形状の基板と、
前記基板上に積層される第1積層部と、
前記第1積層部上に積層され、前記第1積層部より高い屈折率を有する第2積層部と、
前記第2積層部は、略平行に並ぶように形成される複数の細線導波路と、少なくとも1本以上の該細線導波路の一方の端面に入射ポートが設けられ、該入射ポートに連結されるスポットサイズ変換導波路とを含み、
前記細線導波路と平行な、前記基板の一方の側面に設けられるヒータと、
前記基板の他方の側面に設けられるヒートシンクと
を備え、
前記スポットサイズ変換導波路の幅は、入射側端面においては入射光のスポットサイズと同等であり、出射側端面においては前記細線導波路の前記入射ポートの幅と一致するように、光の伝搬方向へ向かって小さくなり、
前記スポットサイズ変換導波路の高さは、出射側端面において前記細線導波路の前記入射ポートの高さと一致し、
前記第2積層部は、前記スポットサイズ変換導波路の幅方向の両側に、前記スポットサイズ変換導波路に非接触な状態で設けられ、前記入射光の入射方向に対向する面に反射領域を有する反射部を含む、平面導波路素子。
A rectangular substrate;
A first laminated portion laminated on the substrate;
A second laminated portion laminated on the first laminated portion and having a higher refractive index than the first laminated portion;
The second laminated portion includes a plurality of thin wire waveguides formed so as to be arranged substantially in parallel, and an incident port is provided on one end face of at least one of the thin wire waveguides, and is connected to the incident port. A spot size conversion waveguide,
A heater provided on one side surface of the substrate parallel to the thin wire waveguide;
A heat sink provided on the other side surface of the substrate,
The width of the spot size conversion waveguide is equal to the spot size of incident light at the incident side end face, and the light propagation direction so as to coincide with the width of the incident port of the thin wire waveguide at the output side end face. Get smaller,
The height of the spot size conversion waveguide coincides with the height of the incident port of the thin wire waveguide at the output side end face,
The second stacked portion is provided on both sides in the width direction of the spot size conversion waveguide in a non-contact state with the spot size conversion waveguide, and has a reflection region on a surface facing the incident direction of the incident light. A planar waveguide device including a reflective portion.
前記反射部は、前記入射光のうち、前記スポットサイズ変換導波路の入射側端面以外の領域に照射される光を前記細線導波路に入射しないように反射する、請求項1に記載の平面導波路素子。   2. The planar light guide according to claim 1, wherein the reflection unit reflects light incident on a region other than an incident side end face of the spot size conversion waveguide out of the incident light so as not to be incident on the thin wire waveguide. Waveguide element. 前記細線導波路の延在する方向において、前記反射部が前記スポットサイズ変換導波路の前記入射側端面と前記出射側端面との間に形成され、
前記細線導波路と平行な、前記ヒートシンクから前記ヒータへの方向を+X軸方向、+X軸方向とは逆方向を−X軸方向とし、前記スポットサイズ変換導波路の入射側端面におけるX軸方向の座標において最も−X軸方向にあるX座標をS1、最も+X軸方向にあるX座標をS2、前記スポットサイズ変換導波路の−X軸方向側に設けられる前記反射部の前記反射領域におけるX軸方向の座標において最も+X軸方向にあるX座標をM1、前記スポットサイズ変換導波路の+X軸方向側に設けられる前記反射部の前記反射領域におけるX軸方向の座標において最も−X軸方向にあるX座標をM2と定義した場合に、
S1≦M1、かつ、M2≦S2であり、
前記スポットサイズ変換導波路の−X軸方向側に設けられる前記反射部の前記反射領域のX軸方向の長さをL1、前記スポットサイズ変換導波路の+X軸方向側に設けられる前記反射部の前記反射領域のX軸方向の長さをL2、前記スポットサイズ変換導波路に入射する光が前記スポットサイズ変換導波路の入射側端面を通過する際のスポット直径をQとすると、
L1−(M1−S1)≧Q、かつ、L2−(S2−M2)≧Qである、
請求項1または2に記載の平面導波路素子。
In the direction in which the thin wire waveguide extends, the reflecting portion is formed between the incident side end surface and the emission side end surface of the spot size conversion waveguide,
The direction from the heat sink to the heater parallel to the thin wire waveguide is the + X-axis direction, and the opposite direction to the + X-axis direction is the −X-axis direction, and the X-axis direction on the incident-side end face of the spot size conversion waveguide In the coordinates, the X coordinate in the most -X axis direction is S1, the X coordinate in the most + X axis direction is S2, and the X axis in the reflection region of the reflecting portion provided on the -X axis direction side of the spot size conversion waveguide In the direction coordinate, the X coordinate that is most in the + X-axis direction is M1, and the X-axis direction coordinate is the most in the X-axis direction in the reflection region of the reflection portion provided on the + X-axis direction side of the spot size conversion waveguide. If the X coordinate is defined as M2,
S1 ≦ M1 and M2 ≦ S2,
The length of the reflection region of the reflection part provided on the −X-axis direction side of the spot size conversion waveguide in the X-axis direction is L1, and the length of the reflection part provided on the + X-axis direction side of the spot size conversion waveguide. When the length in the X-axis direction of the reflection region is L2, and the spot diameter when light incident on the spot size conversion waveguide passes through the incident side end face of the spot size conversion waveguide is Q,
L1- (M1-S1) ≧ Q and L2- (S2-M2) ≧ Q.
The planar waveguide device according to claim 1 or 2.
前記反射部が鏡を含む、請求項1に記載の平面導波路素子。   The planar waveguide device according to claim 1, wherein the reflecting portion includes a mirror. 前記反射部がフォトニック結晶を含む、請求項1に記載の平面導波路素子。   The planar waveguide device according to claim 1, wherein the reflection portion includes a photonic crystal.
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JPWO2012070585A1 (en) * 2010-11-22 2014-05-19 日立化成株式会社 Optical waveguide
CN110537143A (en) * 2018-03-27 2019-12-03 松下知识产权经营株式会社 Light device and optical detection system

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