JP3147561B2 - 3次元光導波路及びその製作方法 - Google Patents

3次元光導波路及びその製作方法

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JP3147561B2
JP3147561B2 JP701093A JP701093A JP3147561B2 JP 3147561 B2 JP3147561 B2 JP 3147561B2 JP 701093 A JP701093 A JP 701093A JP 701093 A JP701093 A JP 701093A JP 3147561 B2 JP3147561 B2 JP 3147561B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送装置に用いられ
る3次元光導波路及びその製作方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】導波路材料として求められる基本性質と
しては、 伝送光波長域での透明性 屈折率の精密制御性 製作の容易性 低複屈折 を上げることが出来る。このうち3次元光導波路材料は
基本性質〜を満たしていても、複屈折が大きい場合
には一般に3次元光導波路材料としては用いられない。
【0003】この理由を図5の従来の埋め込み型3次元
光導波路を例にとり説明する。図に示すように従来の3
次元光導波路は基板53上にクラッド52が形成されて
おり、その内部に光伝送部分であるコア51が埋めこま
れる構成である。本構造に於いて光伝送を行うためには
屈折率分布としてコア屈折率nc >クラッド屈折率nr
を満たさなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、コアの複屈折
が大きく、例えばTEモードについてnc te<nr の関
係が生じた場合、TEモードは放射モードとなり、大き
な伝送損失となるため、3次元光導波路として用いるこ
とはできない。そこで、複屈折の大きい材料を用いて従
来型3次元光導波路を作製する場合にはTE,TM両偏
波のコア屈折率よりも低いクラッド材を用いて3次元光
導波路を作製する手法も考えられるが、この場合につい
ては、クラッド材選定に大きな制約をもたらすととも
に、偏波方向によっては、屈折率差が大きくなることか
ら3次元光導波路のNA(NumericalAperture) が大き
くなり、シングルモード光ファイバ等のNA光部品と組
み合わせる際に光結合損失が大きくなる等の問題点があ
った。
【0005】本発明の目的は、上記問題点を解決するた
めに複屈折の大きな材料でも3次元光導波路を実現し、
3次元光導波路材料選定幅を拡げるとともに、本材料系
で製作した3次元光導波路の伝搬損失を偏波方向に依存
せず低減することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ため請求項1では、中心部のコアが複屈折材料により構
成され、コアの周囲をコアよりもTE偏波については屈
折率が低く、TM偏波については屈折率が高い材料で構
成された第1のクラッドで被覆し、第1のクラッドより
もTM偏波については、低い屈折率を有する材料で構成
された第2のクラッドで第1のクラッドを被覆した。
た請求項2では、中心部のコアが複屈折材料により構成
され、コアの周囲をコアよりもTM偏波については屈折
率が低く、TE偏波については屈折率が高い材料で構成
された第1のクラッドで被覆し、第1のクラッドよりも
TE偏波については、低い屈折率を有する材料で構成さ
れた第2のクラッドで第1のクラッドを被覆した。また
請求項では、誘電体基板上において第2のクラッド材
を成膜し、この第2のクラッド材をパタニングおよびエ
ッチングを行うことにより第2のクラッド下地を形成す
る工程と、第2のクラッド下地上に第1のクラッド材を
成膜し、パタニング及びエッチングを行うことにより、
第2のクラッド下地上に第1のクラッド下地を形成する
工程と、第1のクラッド下地上にコア材を成膜し、この
コア材をパタニングおよびエッチングを行うことによ
り、コアを形成する工程と、形成したコア、第1のクラ
ッド下地、第2のクラッド下地上に第1のクラッド材を
成膜し、成膜した第1のクラッド材をパタニングおよび
エッチングを行うことによりコアと、第1のクラッド下
地を被覆する工程と、コアと第1のクラッド下地を第2
のクラッド材により被覆する工程を少なくとも含むよう
にした。
【0007】
【作用】本発明による3次元光導波路構造及びその製作
方法によれば、複屈折が大きい材料を用いても、NAを
大きくすることなく、TEモードとTMモードの双方の
モードを伝送可能にし、しかも第1あるいは第2のクラ
ッド材の条件として、TE,TM両偏波方向の屈折率を
第1のコアあるいは第1のクラッドの屈折率に比べて小
さくする必要はなく、3次元光導波路材料の選定条件を
緩和できる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の基本構造を説明する図であっ
て、1はコア、2は第1のクラッド、3は第2のクラッ
ド、4は基板である。
【0009】本発明の3次元光導波路は本図に示すよう
に大きな複屈折を有するコア1の周辺を、コア1の屈折
率に比べてTEモードもしくはTMモードについては低
く、TMモードもしくはTEモードについては高い屈折
率を有する透明材料からなる第1のクラッド2で被覆
し、さらに、TMモードもしくはTEモードについては
第1のクラッド2よりも低い屈折率を有する材料からな
る第2のクラッド3でコア1及びクラッド2を被覆した
構成をとる。
【0010】図2は本発明の第1の実施例として本構造
を形成したときの各偏波面における光伝搬機構をビーム
伝搬法(Beam Propagatin Method) による伝搬解析結果
をもとに説明する図であって、図中、1はコア、2は第
1のクラッド、3は第2のクラッドであり、図中(a) に
はTEモードの屈折率構成と本発明による3次元光導波
路の光波伝搬軸平行断面を示しており、図中(b) にはT
Mモードの屈折率構成と本発明による3次元光導波路の
光波伝搬軸平行断面を示している。なお、本実施例では
3次元光導波路材として例えば複屈折の大きなフッ素化
ポリイミドを用いている。コア及び第2のクラッド材と
して例えばTE,TMの屈折率の値が、1.6482,1.5114
のものを、第1のクラッド材としては例えばTE,TM
の屈折率の値が、1.6264,1.5178 の値のものである。ま
た3次元光導波路寸法としては第1のコアとして例えば
5μm×5μm、第1のクラッドとして例えば10μm×
10μm、第2のクラッドとして例えば40μm×40μmと
している。
【0011】本構造におけるTEモードでは、コア1及
び第1のクラッド2の屈折率が高くなり、屈折率分布は
図2(a) に示すように屈折率分布は凸構造となり、光波
はコア1内を伝搬することとなる。一方、TMモードに
ついては屈折率分布は逆転し、図2(b) に示すように凹
形となり、入力された光波は2分して第1のクラッド2
間にパワーを授受しながら伝送していくこととなる。従
って、本構成では、コア1及び第1のクラッド2内で両
偏波面ともに光伝送が可能となる。
【0012】図3は本発明の第2の実施例として本構造
を形成したときの各偏波面における光伝搬機構をビーム
伝搬法(Beam Propagation Method) による伝搬解析結果
をもとに説明する図であって、図中、1はコア、2は第
1のクラッド、3は第2のクラッドであり、図中(a) に
はTEモードの屈折率構成と本発明による光導波路の光
波伝搬軸平行断面を示しており、図中(b)にはTMモー
ドの屈折率構成と本発明による光導波路の光波伝搬軸平
行断面を示している。なお、本実施例では光導波路材と
して例えば複屈折の大きなフッ素化ポリイミドを用いて
いる。コア及び第2のクラッド材として例えばTE,T
Mの屈折率の値が、1.6264,1.5178 のものを、第1のク
ラッド材としては例えばTE,TMの屈折率の値が1.64
82,1.5114 の値のものである。また導波路寸法としては
第1のコアとして例えば5μm×5μm、第1のクラッ
ドとして例えば10μm×10μm、第2のクラッドとして
例えば40μm×40μmとしている。
【0013】本構造におけるTEモードではコア1及び
第1のクラッド2の屈折率が低くなり、屈折率分布は図
3中(a)に示すように屈折率分布は凹構造となり、入力
された光波は2分して第1のクラッド2間にパワーを授
受しながら伝送していくこととなる。一方、TMモード
については屈折率分布は逆転し、光波はコア内を伝搬す
ることとなる。図3(b) に示すように凸形となり、従っ
て本構成では、コア1及び第1のクラッド2内で両偏波
面ともに光伝送が可能となる。
【0014】図4は本3次元光導波路の製作方法につい
て説明した図であって、1はコア、2は第1のクラッ
ド、3は第2のクラッド、4は基板である。
【0015】フッ素化ポリイミド材料を一例として本3
次元の光導波路の製作方法を説明する。
【0016】Si基板4上に第2のクラッド材3aとして
例えば、TE,TMの屈折率が1.6482,1.5114 の材料を
例えば40μm厚で成膜する(図4(a) 参照)。成膜した
第2のクラッド材3aをパタニング及びエッチング工程
を経て、例えば40μmの第2のクラッド下地3a´を形
成する(同図(b) 参照)。該クラッド下地3a´の形成
後、第1のクラッド材2aとして例えば、TE,TMの
屈折率の値が1.6264,1.5178 の材料を例えば10μmを成
膜し(同図(c) 参照)、これを上記と同様のプロセスを
経て、第2のクラッド下地3a´上に、該クラッド下地
3a´幅よりも小さく例えば10μm厚の第1のクラッド
下地2a´を形成する(同図(d) 参照)。この後、コア
材として例えばTE,TMの屈折率の値が1.6482,1.511
4 の材料を上記プロセスと同様の工程を経て、第1のク
ラッド下地2a´上にコア1を例えば5μm形成する
(同図(e) 参照)。この後、第1のクラッド材2bを基
板4上に例えば10μm成膜し(同図(f) 参照)、第1の
クラッド下地2a´と同一幅となるように、パタニング
およびエッチングを行って、同様のクラッド下地2b´
を形成する(同図(g) 参照)。最後に、第2のクラッド
材3bを例えば40μm成膜し(同図(h) 参照)、第2の
クラッド下地3a´と同一幅になるようにパタニング・
エッチングを行うことにより(同図(i) 参照)、本発明
の3次元光導波路を形成する。
【0017】なお、ここでは本発明の第1の実施例の材
料構成により製作方法について説明を行ったが、本発明
の第2の実施例記載の材料構成でも、本方法により製作
可能であるのは言うまでもない。
【0018】以上、本発明を前記実施例に基づいて具体
的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更
可能であることはもちろんである。
【0019】例えば、前記実施例ではコアと第2のクラ
ッドとを同一屈折率を有する材料を用いたが、第1のク
ラッドよりもある偏波面について低い屈折率を有する材
料を使用すればよいのであって、コア材と異なった材料
であってもよいのは言うまでもない。
【0020】また、ここでは被覆クラッド構成として2
層としたが、さらに多層にしてもよいことは言うまでも
ない。
【0021】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明による3次元
光導波路によれば、複屈折が大きい材料を用いてもNA
を大きくすることなく、TEモードとTMモードの双方
のモードを伝送可能にし、しかも第1あるいは第2のク
ラッド材の条件として、TE,TM両偏波方向の屈折率
を第1のコアあるいは第1のクラッドの屈折率に比べて
小さくする必要なく3次元光導波路材料の選定条件を緩
和できる。また、本発明方法によれば、前述した3次元
光導波路を簡易かつ的確に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の3次元光導波路構造断面を示す図
【図2】本発明の第1の実施例の3次元光導波路伝搬方
向の断面を示しており、光波の伝搬機構を説明する図
【図3】本発明の第2の実施例の3次元光導波路伝搬方
向の断面を示しており、光波の伝搬機構を説明する図
【図4】本発明の3次元光導波路の製作方法について説
明する図
【図5】従来の埋め込み型3次元光導波路を示す図
【符号の説明】
1…コア、2…第1のクラッド、3…第2のクラッド、
4…基板。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心部のコアが複屈折材料により構成さ
    れ、 コアの周囲をコアよりもTE偏波については屈折率が低
    く、TM偏波については屈折率が高い材料で構成された
    第1のクラッドで被覆し、 第1のクラッドよりもTM偏波については、低い屈折率
    を有する材料で構成された第2のクラッドで第1のクラ
    ッドを被覆したことを特徴とする3次元光導波路。
  2. 【請求項2】 中心部のコアが複屈折材料により構成さ
    れ、 コアの周囲をコアよりもTM偏波については屈折率が低
    、TE偏波については屈折率が高い材料で構成された
    第1のクラッドで被覆し、 第1のクラッドよりもTE偏波については、低い屈折率
    を有する材料で構成された第2のクラッドで第1のクラ
    ッドを被覆したことを特徴とする3次元光導波路。
  3. 【請求項3】 誘電体基板上において第2のクラッド材
    を成膜し、この第2のクラッド材をパタニングおよびエ
    ッチングを行うことにより第2のクラッド下地を形成す
    る工程と、 第2のクラッド下地上に第1のクラッド材を成膜し、パ
    タニング及びエッチングを行うことにより、第2のクラ
    ッド下地上に第1のクラッド下地を形成する工程と、 第1のクラッド下地上にコア材を成膜し、このコア材を
    パタニングおよびエッチングを行うことにより、コアを
    形成する工程と、 形成したコア、第1のクラッド下地、第2のクラッド下
    地上に第1のクラッド材を成膜し、成膜した第1のクラ
    ッド材をパタニングおよびエッチングを行うことにより
    コアと、第1のクラッド下地を被覆する工程と、 コアと第1のクラッド下地を第2のクラッド材により被
    覆する工程を少なくとも含むことを特徴とする請求項1
    または2記載の3次元光導波路の製作方法。
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