JP2603924B2 - 導波路型分岐路の製造方法 - Google Patents

導波路型分岐路の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、Y分岐光導波路において、その分岐部に対
して、導波路部よりも幅が狭くかつ低屈折率の切り込み
領域を設ける為に、切り込み領域の屈折率が光導波路と
光導波路基板の屈折率の中間の所定値になるような形状
に選定した切り込み部を有するY分岐パターンによりパ
ターニングを行う。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、Y字形の分岐路を持つY分岐光導波路の製
造方法に関する。
現在このような光分岐導波路上のY分岐は、光の分配
を利用する多くの装置に利用されている。
〔従来技術〕
従来のY分岐光導波路の理想的な形状を第6図(a)
に示す。これは、1本のシングルモード直線導波路(以
下、直線導波路と略す)1から、分岐部2を介して2本
のシングルモード直線導波路(以下、直線導波路と略
す)3,4へ、対称に光を分波するようになっている。こ
の種のY分岐光導波路の作成は、例えばLiNbO3等ででき
た基板6に対して、上記直線導波路1,3,4および分岐部
2を形成すべき領域にTi等の不純物を拡散させて、周囲
よりも屈折率の高い部分を形成することにより行ってい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のY分岐導波路で過剰損失を伴わずに光を分岐さ
せるためには、その分岐角1゜以内の非常に小さな角度
にする必要がある。ところが、そのような極細のマスク
パターンを作ることは難しいために、また、上述したTi
拡散時に所望の領域の周囲までTiのしみ出しが生じて、
特に間隔の非常に狭い分岐部2の頂点2a付近では両方向
からのしみ出しが重なり合うために、実際に作成された
Y分岐光導波路は、第6図(b)に示すように、上記頂
点2aが極細にならず丸みを帯びてしまう。
このように頂点2aが丸くなってしまうと、その前後の
光強度分布が1つの山から2つの山へ急激に変化し、周
囲への拡散光が多く生じるようになるために、分岐時の
損失が増大してしまうという大きな問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、分岐時の損失を一段と
低減可能なY分岐光導波路の製造方法を提供することを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、基板6上に、直線導波路1,3,4を形
成する際に、これらの直線導波路1,3,4の形状のパター
ニングを行う為に、Y分岐路で2つに分岐された直線導
波路3,4が分離する頂点部2aに、分岐部2が開始する点
に向かって、切り込み領域5を形成するための切り込み
部12を有するパターンを用いるものである。そして、こ
の切り込み部の形状は、このY分岐パターンにより基板
上に直線導波路1,3,4を形成した際に切り込み領域5の
屈折率が基板と直線導波路1,3,4との間の中間の所望の
値になるような形状に選定するものである。
〔作用〕
Y分岐パターンの切り込み部12の形状が所望の値に選
定されているので、基板上に導波路を形成した際に、そ
の切り込み領域5の屈折率は直線導波路1,3,4と基板6
との中間の所望の値に選定できる。従って、直線導波路
1を伝搬してきた光の光度分布は切り込み領域5の存在
によって徐々に中央部がつぶれていく形状になってい
き、これにより分岐部2における光の分岐損失を低減で
きるものである。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に
説明する。
第1図(a)は、本発明によって製造される導波路型
分岐路を示す構成図である。分岐部2の頂点2a付近から
直線導波路1の内に向かって、テーパー状の切り込み領
域5を設けたものである。
上記切り込み領域5は、直線導波路1,3,4よりも狭い
幅であって、かつ低い屈折率を持つ。切り込み領域5の
先端部5aは、導波路の加工ができる程度の1〜3μmの
幅とする。また、他端5bは、分岐側の直線導波路3,4の
内側の壁面3a,4aとなめらかに接続する。即ち、切り込
み領域5の幅と上記壁面3a,4aの互いの間隔とが、光の
進行方向(矢印A方向)に対して連続的に接合されると
ともに、この接合によって形成される壁面の1次の微分
係数も連続的になる。
上記構成において、直線導波路1内に進行してきた光
が2本の直線導波路3,4内に分岐される時の光強度分布
の変化を、第1図(a)の3つの位置a,b,cと対応させ
て同図(b)に示す。すると、光が分岐されていくに従
い、光強度分布は、まず切り込み領域5の先端部5aの近
傍である位置Bで中央部に若干凹部ができて、1つの山
から2つの山へ徐々に変化していくのがわかる。このよ
うに光強度分布が徐々に変化することにより、周囲への
散乱光が大きく減少し、従って極めて低損失の分岐が可
能になる。
次に、上記導波路型分岐路の本発明に係る製造方法を
説明する。第2図(a)は、本発明に用いられるY分岐
パターン11を有する拡散パターンの平面図であり、第2
図(b)は第2図(a)のB−B線に沿ってみた断面図
である。第2図(b)において、基板6の上に、まず、
Tiを7000オングストロームの厚さに全面に蒸着する。そ
して、Tiの上面にホトレジスト例えばAZ1350Jを塗布す
る。次に、このホトレジストを第2図(a)に示すよう
なY分岐パターン11を用いて露光する。このY分岐パタ
ーン11は第1図(a)に示した直線導波路1,3,4を形成
するためにこれと対応する形状を有するもので切り込み
領域5に対応した形状の切り込み部12を有する。
次に、このホトレジストを露光することにより所望の
導波路形成に必要なTi層13,14以外の部分を、イオンミ
リングによってエッチングする。次に、Ti層13,14上の
レジストを除去する。そしてTi層13,14を拡散源として1
050℃でウエット酸素O2の雰囲気中で8時間拡散する。
すると、Tiが基板6内に拡散されて拡散領域15,16が形
成され、この拡散領域15,16はそれぞれ直線導波路3,4に
相当する。そして、Ti層13,14の中間の領域17は、第1
図(a)の構成における切り込み領域に対応するもので
中間領域17では拡散領域15,16が互いにしみだして交差
しており拡散領域15,16よりも不純物の濃度は低くな
る。従って拡散領域15,16の屈折率よりも中間領域17の
屈折率は低くなるが、しかし、中間領域17の屈折率は基
板6よりも高くなる。
ここで、導波路の屈折率をN9、基板の屈折率をNS、そ
れから切り込み領域5の全体の等価的な屈折率をNとす
ると例えばNs=2.14N9=2.144、N=2.142に設定するこ
とができる。すなわち、N9>N>Ns選択することができ
る。係る屈折率は、前記Y分岐パターン11における切り
込み部12の形状を、この中間領域17即ち切り込み領域5
の屈折率が導波路3,4と基板6との中間の所望の値例え
となるような形状に選定して行うことによって実現され
たのである。その後、Ti層13,14を基板表面から除去す
ることにより、第1図(a)に示す如き切り込み領域5
有するY分岐路が得られた。
上述のように頂点2aに切り込み領域5を設けるように
形成することによって導波路形状に極細のパターンは必
要でなくなる。従って、正常には従来のようなTiのしみ
だしによる悪影響の心配がなくほぼ設計どおりの形状に
することができる。
次に、第3図に本発明の第2の実施例を示し、第1の
実施例と同様に、第2図(a)に示すY分岐パターン11
のB−B線に沿った断面図である。基板6の上面にアル
ミニウム膜を蒸着し、この上面にホトレジストを塗布し
て、アルミニウム膜を、前記第2図(a)に示したY分
岐パターン1の中空を有するような形にホトレジストに
よってパターニングする。そして、アルミニウム層18,1
9,20を形成し、アルミニウム層18と19の間及び19と20の
間にイオン交換法によってイオン交換層21,22を形成す
る。これは、例えばH+イオンを基板6中に導入すること
によりLi+イオンを基板6中から排出させることにより
行われる。そして、イオン交換層21,22はそれぞれ第1
図(a)の直線導波路3,4に対応する。アルミニウム層1
9の下では、イオン交換層21,22が互いに交差するが、そ
のアルミニウム層19の下方の領域23は第1図(a)の実
施例の切り込み領域5に相当する。そして、領域23の屈
折率はイオン交換層21,22の屈折率よりも低く、基板6
の屈折率よりも高い所望の値に選定することができる。
これは、Y分岐パターン11の形状における切り込み部12
の形状を所望の形に選ぶことによってアルミニウム層1
8,19,20のマスク形状を選定することができるためであ
る。
この実施例も、第2図(a)に示した実施例と同様の
効果を有する。
次に、切り込み領域5を矩形状(F=G)とした場合
において、その屈折率Nおよび幅F(=G)の具体的な
設定手順について説明する。なおここでは、Ti:LiNbO3
導波路を想定し、導波路幅を7μm、その屈折率Ngを2.
144、基板屈折率Nsを2.140、分岐角θを0.4゜とした場
合について、数値計算による理論検出を行ったものであ
る。
まず、切り込み領域5の屈折率Nの設定手順について
述べる。そのために、幅F=G=2μmとし、切り込み
領域5の屈折率差Δn′{屈折率Nから基板6の屈折率
NS(=2.14)を引いた値}を変化させて、分岐損失を調
べてみる。その結果を第4図に示す。同図により、上記
屈折率差Δn′が0.002(即ちN=2.142)の時に分岐損
失が極小値をとることがわかる。この値は、波道路の屈
折率差Δn(=0.004)半分の値である。このことか
ら、屈折率Nは、NsとN9の丁度中間の値に設定すること
が望ましいと言える。このような値を持つ屈折率Nは前
述のように、パターン形状がなまる導波路作製法(例え
ば拡散、イオン交換等)で導波路を作製すれば、切り込
み領域5に両側からTi等がしみ出すことにより容易に得
られる。
続いて、切り込み領域5の幅F(=G)の設定手順に
ついて述べる。この場合は、上記で得られた結果に基づ
きΔn′=0.002とし、幅F(=G)を変化させて分岐
損失を調べてみる。その結果を第5図に示す。同図よ
り、F(=G)=2μmまでは分岐損失に変化が見られ
ず、それ以上で増加している。このことから、,幅F
(=G)を2μmに設定することが望ましと言える。こ
のように2μmという幅は、第1図に示した頂点2aの近
傍における微小な導波路間隔と比べて大きく、形状のな
まりは問題とならない。
このようにしても切り込み領域5の屈折率Nおよび幅
F(=G)を上述の如く設定するように分岐路パターン
を形成することにより、従来のY分岐導波路よりも著し
く低損失なY分岐導波路が実現できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、1つの光が徐々に2つの光に分岐さ
れていくため、極めて低損失のY分岐導波路を提供する
ための製造方法を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明に係る導波路型分岐路の製造方
法によって構成される導波路の平面図、 第1図(b)は、同導波路における光強度分布の変化を
示す図、 第2図(a)は、本発明に用いられるY分岐パターンの
平面図、 同図(b)は、本発明の一実施例を説明する分岐路の断
面図、 第3図は、本発明の他の実施例を説明するための分岐路
の断面図、 第4図は切り込み領域の屈折交差Δn′と分岐損失との
関係の一例を示す図、 第5図は切り込み領域の幅Fと分岐損失との関係を示す
図、 第6図(a),(b)は、それぞれ従来のY分岐路導波
路の理想形状と実際形状を示す断面図である。 11……Y分岐パターン、 12……切り込み部、 13,14……Ti層、 15,16……拡散領域、 17……中間領域.
フロントページの続き (72)発明者 清野 實 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 椎名 徹 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 女鹿田 直之 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−126809(JP,A) 特開 昭52−134453(JP,A) 特開 昭61−55612(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の屈折率(Ns)を有する基板(6)
    と、該基板(6)上に形成され、該第1の屈折率(Ns
    より高い第2の屈折率(Ng)を有するY分岐光導波路
    (1、2、3、4)と、該Y分岐光導波路(1、2、
    3、4)の分岐部(2)に形成され、該第1の屈折率
    (NS)より大きくかつ該第2の屈折率(Ng)より小さい
    屈折率(N)を有する切り込み領域(5)とを有する導
    波路型分岐路の製造方法において、 前記切り込み領域(5)に対応する切り込み部(12)を
    備えたY分岐パターン(11)を用意し、該Y分岐パター
    ン(11)を用いて屈折率変更物質を前記基板(6)に導
    入することにより前記Y分岐光導波路(1、2、3、
    4)を形成すると共に、それに伴う該屈折率変更物質の
    前記基板内でのしみだしにより前記切り込み領域(5)
    を形成することを特徴とする導波路型分岐路の製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記基板上に前記屈折率変更物質として熱
    拡散源を蒸着し、この熱拡散源の上面にホトレジストを
    塗布し、該ホトレジストを前記Y分岐パターンによりパ
    ターニングすることにより前記熱拡散源をY分岐パター
    ンの形状に形成し、しかる後熱拡散を行うことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の導波路型分岐路の製造
    方法。
  3. 【請求項3】前記基板上に、マスク層を形成し、前記Y
    分岐パターンを中空部として有するパターンにより前記
    マスク層をパターニングし、しかる後このマスク層を用
    いてイオン交換して前記屈折率変更物質を導入すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の導波路型分岐
    路の製造方法。
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