JP3149088B2 - Optical waveguide circuit - Google Patents

Optical waveguide circuit

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JP3149088B2
JP3149088B2 JP20615896A JP20615896A JP3149088B2 JP 3149088 B2 JP3149088 B2 JP 3149088B2 JP 20615896 A JP20615896 A JP 20615896A JP 20615896 A JP20615896 A JP 20615896A JP 3149088 B2 JP3149088 B2 JP 3149088B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野等で用
いる単一モード光導波路に関するものであり、更に詳細
には、導波路周囲の構造が異なる単一モード光導波路に
おいて生じるローディング効果を最小限にして作製され
る単一モード光導波路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-mode optical waveguide used in the field of optical communication and the like, and more particularly, to minimizing a loading effect generated in a single-mode optical waveguide having different structures around the waveguide. The present invention relates to a single-mode optical waveguide manufactured in a limited size.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバーと受・発光素子の高
性能化・低価格化により通信網における光化の普及が進
みつつあり、中継網においてはすでに大半の通信回線が
光ファイバー通信に置き換わっている。さらに、光通信
網は個別にノード間を結ぶポイント−ポイントの光通信
から、アクセス網を加えた複数のノード間を電気信号に
変換することなく光信号のままで結ぶ網構造の光通信網
に発展させる時期を迎えており、これに必要な光分岐結
合器・光合分波器・光スイッチ等の各種光部品の開発が
急務となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, optical fiber has been widely used in communication networks due to high performance and low cost of optical fibers and light receiving / emitting elements, and most of communication lines in relay networks have already been replaced by optical fiber communication. . Further, the optical communication network is changed from a point-to-point optical communication connecting individual nodes to an optical communication network having a network structure in which a plurality of nodes including an access network are connected as optical signals without being converted into electric signals. It is time to develop, and there is an urgent need to develop various optical components such as optical branching couplers, optical multiplexers / demultiplexers, and optical switches required for this.

【0003】光部品の実現形態としては、今まで様々な
形態が考えられているが、その中でも、導波路型は、量
産性・小型化等の面で優れており将来型の光部品として
期待されている。光導波路は、従来から、様々な材料系
により作製されているが、中でも、シリコン基板上に作
製される石英系光導波路は、低損失であり安定性及び光
ファイバーとの整合性に優れているといった特徴を有
し、実用的な光回路を構成する光導波路の最有力実現手
段として有望視されている。
Various forms of optical components have been considered so far. Among them, the waveguide type is excellent in mass productivity and miniaturization, and is expected as a future type optical component. Have been. Conventionally, optical waveguides have been manufactured using various material systems. Among them, quartz optical waveguides manufactured on a silicon substrate have low loss, excellent stability, and excellent matching with an optical fiber. It is promising as the most promising means of realizing optical waveguides having features and constituting practical optical circuits.

【0004】図2に、従来の光回路の例として、例えば
石英系光導波路で構成される。2×2光スイッチを複数
個集積化したスイッチアレイの図を示す。図2(a)は
上述の光回路の平面図であり、図2(b)は図2(a)
のC−C′線に沿った断面図で、図2(c)は図2
(a)のD−D′線に沿った断面図である。1はシリコ
ン基板、2は石英系ガラスからなるクラッド層、3はク
ラッド層2に埋め込まれた石英系ガラスからなるコア
部、14はコア部3上部のクラッド層2の表面に形成さ
れた薄膜ヒータ(移相器)である。また、ここでは、2
1,22,23はそれぞれ同一仕様の2×2光スイッチ
である。30はスラブ導波路であるが、ここでは必ずし
も必要ではない。
FIG. 2 shows an example of a conventional optical circuit composed of, for example, a silica-based optical waveguide. The figure of the switch array which integrated two or more 2x2 optical switches is shown. FIG. 2A is a plan view of the above-described optical circuit, and FIG. 2B is a plan view of FIG.
2C is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
It is sectional drawing along the DD 'line of (a). 1 is a silicon substrate, 2 is a cladding layer made of quartz glass, 3 is a core portion made of quartz glass embedded in the cladding layer 2, and 14 is a thin film heater formed on the surface of the cladding layer 2 above the core portion 3. (Phase shifter). Also, here, 2
1, 2 and 23 are 2 × 2 optical switches having the same specifications. Reference numeral 30 denotes a slab waveguide, which is not always necessary here.

【0005】すなわち、これらの2×2光スイッチは、
2個の方向性結合器13と移相器14で構成された、マ
ッハツェンダー光干渉計回路になっている。これら方向
性結合器13は2本の光導波路の一部が互いに近接した
構造になっており、その光結合率は信号光波長において
50%を目標に設定されている。この2個の方向性結合
器13を結んでいる2本の導波路の光路長の差は、OF
F状態(薄膜ヒータ無通電)において、例えば、ゼロに
設定されている。そして、この2本の導波路の少なくと
も一方には、いわゆる熱光学効果を利用して光路長を変
化させるための薄膜ヒータ14が移相器として装架され
ている。
That is, these 2 × 2 optical switches are:
It is a Mach-Zehnder optical interferometer circuit composed of two directional couplers 13 and a phase shifter 14. These directional couplers 13 have a structure in which some of the two optical waveguides are close to each other, and the optical coupling ratio is set to target 50% at the signal light wavelength. The difference between the optical path lengths of the two waveguides connecting the two directional couplers 13 is OF
In the F state (the thin-film heater is not energized), for example, it is set to zero. A thin film heater 14 for changing the optical path length using a so-called thermo-optic effect is mounted on at least one of the two waveguides as a phase shifter.

【0006】これらの2×2光スイッチは、薄膜ヒータ
14の一方への通電によって、干渉条件が変化すること
により動作する。OFF状態の時、このマッハツェンダ
ー光干渉計回路の2個の方向性結合器13間を連結する
2本の光導波路の光路長差はゼロであるので、公知の干
渉原理により、入力導波路端11bから入った信号光は
出力導波路端12aに伝搬し、入力導波路端11aから
入った信号光は出力導波路端12bに伝搬する。ON状
態の時、すなわち薄膜ヒータ14の一方への通電によ
り、前記の光路長差を信号波長の2分の1相当に変化さ
せた時、入力導波路端11bから入った信号光は出力導
波路端12bへ導かれ、入力導波路端11aから入った
信号光は出力導波路端12aへ導かれる。
These 2 × 2 optical switches operate by changing the interference condition by energizing one of the thin film heaters 14. In the OFF state, the difference in optical path length between the two optical waveguides connecting the two directional couplers 13 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit is zero. The signal light entering from the input waveguide end 11a propagates to the output waveguide end 12a, and the signal light entering from the input waveguide end 11a propagates to the output waveguide end 12b. In the ON state, that is, when the optical path length difference is changed to one half of the signal wavelength by energizing one of the thin film heaters 14, the signal light entering from the input waveguide end 11b receives the output waveguide. The signal light guided to the end 12b and entering from the input waveguide end 11a is guided to the output waveguide end 12a.

【0007】この様な石英系光導波路を用いた光回路
は、図3に示した凸型工程と呼ばれる方法若しくは図4
に示した凹型工程と呼ばれる方法により作製される。凸
型工程では、まず、[図3(a)]シリコン基板1上に
火炎加水分解反応堆積技術により下部クラッド層6と導
波路コア層8を形成する[図3(b)]。次に、後に導
波路コア4,5となる部分のみを残し、不要な部分を反
応性イオンエッチング技術により除去する[図3
(c)]。再び、火炎加水分解反応堆積技術により上部
クラッド層7を形成し[図3(d)]、最後に、真空蒸
着技術及びウェットエッチング技術により位相調整器と
なる薄膜ヒータ(移相器)14や電気配線を上部クラッ
ド上に形成する[図3(e)]。凹型工程では、まず、
[図4(a)]シリコン基板1上に火炎加水分解反応堆
積技術により下部クラッド層6を形成する[図4
(b)]。次に、後に導波路コアとなる部分9を反応性
イオンエッチング技術により掘り出し[図4(c)]、
そこに導波路コアとなる導波路コア層8を火炎加水分解
反応堆積技術により形成する[図4(d)]。そして、
過剰に積まれた導波路コア層を全面エッチングし、正味
導波路コアとなる部分4,5のみを残す[図4
(e)]。再び、火炎加水分解反応堆積技術により上部
クラッド層7を形成し[図4(f)]、最後に、真空蒸
着技術及びウェットエッチング技術により位相調整器と
なる薄膜ヒータ(移相器)14や電気配線を上部クラッ
ド上に形成する[図4(g)]。以上のように、作製手
順は多少異なるが、いずれの方法もSiCl4 やGeC
4 などの原料ガスの加水分解反応を利用したガラス膜
の堆積技術と反応性イオンエッチング技術及びウェット
エッチングの公知の組み合わせにより作製される。
An optical circuit using such a silica-based optical waveguide is manufactured by a method called a convex process shown in FIG.
It is manufactured by a method called a concave process shown in FIG. In the convex process, first, [FIG. 3A] a lower clad layer 6 and a waveguide core layer 8 are formed on a silicon substrate 1 by a flame hydrolysis reaction deposition technique [FIG. 3B]. Next, only portions that will later become the waveguide cores 4 and 5 are left, and unnecessary portions are removed by a reactive ion etching technique [FIG.
(C)]. Again, the upper cladding layer 7 is formed by the flame hydrolysis reaction deposition technique [FIG. 3 (d)]. Finally, the thin film heater (phase shifter) 14 serving as a phase adjuster and the electric Wiring is formed on the upper clad [FIG. 3 (e)]. In the concave process,
[FIG. 4 (a)] A lower cladding layer 6 is formed on a silicon substrate 1 by a flame hydrolysis reaction deposition technique [FIG.
(B)]. Next, a portion 9 to be a waveguide core later is dug out by a reactive ion etching technique [FIG. 4 (c)].
Thereupon, a waveguide core layer 8 serving as a waveguide core is formed by a flame hydrolysis reaction deposition technique [FIG. 4 (d)]. And
The excess waveguide core layer is etched over the entire surface, leaving only the portions 4 and 5 that become the net waveguide core [FIG.
(E)]. Again, the upper cladding layer 7 is formed by the flame hydrolysis reaction deposition technique [FIG. 4 (f)], and finally, the thin film heater (phase shifter) 14 serving as a phase adjuster and the electric Wiring is formed on the upper clad [FIG. 4 (g)]. As described above, the manufacturing procedure is slightly different, but any of the methods is based on SiCl 4 or GeC.
It is produced by known combinations of deposition techniques and reactive ion etching techniques and wet etching of the glass film using hydrolysis reaction of raw material gas such as l 4.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような2×2光スイッチを複数個集積化したスイッチア
レイでは、次のような問題があった。
However, a switch array in which a plurality of 2 × 2 optical switches are integrated as described above has the following problems.

【0009】凸型工程の場合、図3(d)で示したよう
に上部クラッド層7を形成する際、火炎加水分解反応に
より堆積したガラス微粒子を高温で焼結する。このとき
ガラス微粒子はある程度流動しながら焼結するので、回
路の周囲の構造物分布に違いがあると、この流動に方向
性が生ずる。また焼結時は、既に形成してある導波路コ
ア4,5の部分のガラスもある程度粘性が低下する。従
って、このガラス微粒子の流動により、導波路コア4,
5が変形し、場合によっては、その位置も微妙にずれ
る。この導波路コア4,5の変形は導波路の実効屈折率
のずれをもたらし、位置ずれは導波路長のずれをもたら
し、結果的に光路長のずれとなって表れてくる。
In the case of the convex step, when forming the upper cladding layer 7 as shown in FIG. 3D, the glass fine particles deposited by the flame hydrolysis reaction are sintered at a high temperature. At this time, the glass fine particles sinter while flowing to some extent. If there is a difference in the distribution of the structure around the circuit, the flow will have directionality. Also, during sintering, the viscosity of the glass in the portions of the waveguide cores 4 and 5 that have already been formed also decreases to some extent. Therefore, the waveguide cores 4 and 4
5 is deformed, and in some cases, its position is slightly shifted. The deformation of the waveguide cores 4 and 5 causes a shift in the effective refractive index of the waveguide, and the positional shift causes a shift in the waveguide length, and as a result, a shift in the optical path length appears.

【0010】凹型工程の場合、図4(d)で示したよう
に導波路コア層8を形成する際、火炎加水分解反応によ
り堆積したガラス微粒子はある程度流動しながら焼結す
るが、その上面は完全な平面にはならずに、エッチング
された下部クラッド層6の形状を反映して凸凹が生じ
る。つまり、導波路密度の大きい部分は凹(薄)に、導
波路密度の小さい部分は凸(厚)になる。従って、図3
(c)で示したように過剰に積まれた導波路コア層8を
全面エッチングし導波路コア4,5を形成した後も、こ
の影響が残り、導波路密度の大きい部分は、導波路密度
の小さい部分に比べて、導波路コアの高さが僅かに小さ
くなる。このコアサイズの違いは、導波路の実効屈折率
の違いをもたらし、結果的に光路長の違いとなって表れ
てくる。
In the case of the concave process, when forming the waveguide core layer 8 as shown in FIG. 4D, the glass fine particles deposited by the flame hydrolysis reaction sinter while flowing to some extent. Instead of being a perfect plane, irregularities occur due to the shape of the etched lower cladding layer 6. That is, a portion having a high waveguide density is concave (thin), and a portion having a low waveguide density is convex (thick). Therefore, FIG.
As shown in (c), even after the entire waveguide core layer 8 that is excessively stacked is etched to form the waveguide cores 4 and 5, this effect remains. The height of the waveguide core is slightly smaller than that of the small portion. This difference in the core size causes a difference in the effective refractive index of the waveguide, and as a result, a difference in the optical path length appears.

【0011】図2に示した各2×2光スイッチのうち、
真ん中の2×2光スイッチ22は両側に同じレイアウト
の2×2光スイッチが存在しているが、一番上の2×2
光スイッチ21は上部にここではスラブ導波路30が存
在し、逆に、一番下の2×2光スイッチ23は何も存在
しない。この様に、2×2光スイッチの周囲の構造の状
態が、それぞれの2×2光スイッチにおいて異なってい
る。従って、設計では各2×2光スイッチはOFF状態
において2個の方向性結合器13を結んでいる2本の導
波路の光路長の差はゼロに設定しても、前述の理由によ
り、実際に出来上がってくる光回路ではこの光路長の差
はゼロにならずに周囲の回路パターンによるずれが生じ
る。この様に、光回路パターンそのものは同じであって
も、周囲のパターンが異なると、特性にずれが生じてし
まうといった問題があった。
Of the 2 × 2 optical switches shown in FIG.
The middle 2 × 2 optical switch 22 has 2 × 2 optical switches of the same layout on both sides, but the top 2 × 2 optical switch 22 has the same layout.
The optical switch 21 has a slab waveguide 30 at the top here, and conversely, the lowermost 2 × 2 optical switch 23 does not exist at all. As described above, the state of the structure around the 2 × 2 optical switch is different in each 2 × 2 optical switch. Therefore, in the design, even if the difference in the optical path lengths of the two waveguides connecting the two directional couplers 13 is set to zero when each 2 × 2 optical switch is in the OFF state, the actual reason is as described above. In the completed optical circuit, the difference between the optical path lengths does not become zero, and a deviation occurs due to a surrounding circuit pattern. As described above, even if the optical circuit pattern itself is the same, if the surrounding patterns are different, there is a problem that the characteristics are shifted.

【0012】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、所望の特性を持つ光回路を作製するため
に、光回路の周囲のパターンの影響を極力低減する、光
回路レイアウトを提供することを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and has an optical circuit layout for minimizing the influence of a pattern around the optical circuit in order to manufacture an optical circuit having desired characteristics. It is intended to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、基板上に形成された光導波回路の
一部に、光干渉計が並列に配置された光干渉計列を少な
くとも一つ備えた光導波回路において、前記光干渉計列
の両端に位置する前記光干渉計の周辺に、前記光干渉計
列と導波路パターン密度の等しいダミー導波路パターン
を備えたことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides such an eye.
In order to achieve the target, the optical waveguide circuit formed on the substrate
In some cases, the number of rows of optical interferometers
An optical waveguide circuit comprising at least one optical interferometer array,
Around the optical interferometer located at both ends of the optical interferometer
Dummy waveguide pattern with equal row and waveguide pattern density
It is characterized by having.

【0014】また、請求項1に記載の発明において、前
記光干渉計列と導波路パターン密度の等しい前記ダミー
導波路パターンが、前記光干渉計列と同一またはそれに
準ずる形状であることを特徴とするものである。
According to the first aspect of the present invention,
The dummy having the same optical interferometer array and waveguide pattern density
The waveguide pattern is the same as or the same as the optical interferometer array
It is characterized by having a similar shape.

【0015】また、請求項2に記載の発明において、前
記光干渉計が、2個の方向性結合器と光位相シフターで
構成されるマッハツェンダー干渉計型2×2光スイッチ
であることを特徴とするものである。
Further, in the invention according to claim 2,
Serial optical interferometer, a Mach-Zehnder interferometer type 2 × 2 optical switch composed of two directional couplers and optical phase shifter
It is characterized by being.

【0016】また、請求項1、2又は3に記載の発明に
おいて、光導波路におけるコア部とクラッド層とがSi
2を主成分とする石英系ガラスからなることを特徴と
するものである。
Further , according to the invention of claim 1, 2 or 3,
In the optical waveguide, the core portion and the cladding layer
It is characterized by being made of quartz glass containing O 2 as a main component.
Is what you do.

【0017】また、請求項1、2又は3に記載の発明に
おいて、基板上に下部クラッド層続いてコア層を形成し
た後、光が伝搬する導波路コアとなる以外の該コア層を
除去し、更に上部クラッド層を形成することによって作
製された構成となっていることを特徴とするものであ
る。
Further , according to the invention of claim 1, 2 or 3,
In addition, after forming the lower clad layer and subsequently the core layer on the substrate, removing the core layer other than the waveguide core through which light propagates, and a configuration manufactured by further forming an upper clad layer Is characterized by
You.

【0018】また、請求項1、2又は3に記載の発明に
おいて、基板上に下部クラッドを形成した後、該下部ク
ラッドに光が伝搬する導波路コアとなる溝を形成し、該
溝に導波路コアを埋め、更に上部クラッド層を形成する
ことによって作製された構成となっていることを特徴と
するものである。
Further, according to the invention of claim 1, 2 or 3,
After the lower clad is formed on the substrate, a groove serving as a waveguide core for transmitting light is formed in the lower clad, the waveguide core is filled in the groove, and an upper clad layer is formed. It is characterized by having been configured .

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】上記手段に示した、ダミー導波路
等(入出力端を有しない光導波路パターン等について
は、以下説明の便宜上このように「ダミー導波路等」と
いう。)を用いた回路レイアウト設計にすれば、全ての
光回路において周囲近傍の光回路パターンがほぼ同一に
なり、導波路密度もほぼ一様になるので、作製時に生じ
る光回路の周囲のパターンの影響を極力低減することが
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A dummy waveguide or the like (an optical waveguide pattern having no input / output end, etc. is referred to as a "dummy waveguide or the like" for convenience of description below) is used in the above means. With circuit layout design, the optical circuit patterns near the periphery of all optical circuits are almost the same, and the density of the waveguides is also almost uniform, so that the influence of the patterns around the optical circuits that occur during fabrication is reduced as much as possible. be able to.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。以下の実施例では、光導波路としてシリコ
ン基板上に形成した石英系単一モード光導波路によって
実現されている光回路について説明する。これはこの組
み合わせの光導波路が低損失で安定であり、しかも石英
系光ファイバーとの整合性に優れているためである。し
かしながら、本発明はこれらの組み合わせに限定される
ものではない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, an optical circuit realized by a quartz single-mode optical waveguide formed on a silicon substrate as an optical waveguide will be described. This is because the optical waveguide of this combination is stable with low loss and has excellent matching with the silica-based optical fiber. However, the invention is not limited to these combinations.

【0021】[実施例1]図1は、本発明の一例として
の、第1の実施例の2×2光スイッチを複数個集積化し
たスイッチアレイ光回路の構成概念図である。図1
(a)はこの実施例の平面図であり、図1(b)は図1
(a)のA−A′線に沿った断面図で、図1(c)は図
1(a)のB−B′線に沿った断面図である。1はシリ
コン基板、3は石英系ガラスからなるクラッド層、2は
クラッド層3に埋め込まれた石英系ガラスからなるコア
部、14はコア部2上部のクラッド層3の表面に形成さ
れた薄膜ヒータ(移相器)である。また、ここでは、2
1,22,23はそれぞれ同一仕様の2×2光スイッチ
である。30はスラブ導波路であるが、これは従来例に
習って書いたもので、ここでは必ずしも必要ではない。
24はダミーの2×2光スイッチである。ここでは、2
×2光スイッチ24は、光導波路が基板の端まで描かれ
ておらず途中で切れたようになっているが、これは、こ
の2×2光スイッチがダミー素子であることを明確に表
すためであって、使用する2×2光スイッチ21,2
2,23と同様の構成にしても、構わない。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a switch array optical circuit in which a plurality of 2 × 2 optical switches according to a first embodiment are integrated as an example of the present invention. FIG.
FIG. 1A is a plan view of this embodiment, and FIG.
FIG. 1A is a cross-sectional view along the line AA ′, and FIG. 1C is a cross-sectional view along the line BB ′ in FIG. 1 is a silicon substrate, 3 is a cladding layer made of quartz glass, 2 is a core portion made of quartz glass embedded in the cladding layer 3, and 14 is a thin film heater formed on the surface of the cladding layer 3 above the core portion 2. (Phase shifter). Also, here, 2
1, 2 and 23 are 2 × 2 optical switches having the same specifications. Reference numeral 30 denotes a slab waveguide, which has been written following a conventional example, and is not always necessary here.
Reference numeral 24 denotes a dummy 2 × 2 optical switch. Here, 2
In the × 2 optical switch 24, the optical waveguide is not drawn to the edge of the substrate but is cut off in the middle. This is to clearly show that the 2 × 2 optical switch is a dummy element. And the 2 × 2 optical switches 21 and 2 to be used.
A configuration similar to that of 2 or 23 may be used.

【0022】図1と図2を比較して明らかなように、本
実施例では、実際に光が伝搬し使用する2×2光スイッ
チ21,22,23の近傍に、ダミーの2×2光スイッ
チ24を配置し、どの2×2光スイッチ21,22,2
3にとっても、その周囲付近の構造が同じとなるように
した点が、従来の構成とは大きく異なる。
As is apparent from a comparison between FIG. 1 and FIG. 2, in this embodiment, dummy 2 × 2 optical switches 21 The switch 24 is arranged, and any 2 × 2 optical switch 21, 22, 2
3 also differs greatly from the conventional configuration in that the structure around the periphery is the same.

【0023】この様に、上記手段に示した、ダミー導波
路等を用いた回路レイアウト設計にすれば、全ての光回
路において周囲近傍の光回路パターンがほぼ同一にな
り、導波路密度もほぼ一様になるので、作製時に生じる
光回路の周囲のパターンの影響を極力低減することがで
きた。
As described above, if the circuit layout design using the dummy waveguides and the like shown in the above means is made, the optical circuit patterns near the periphery become almost the same in all the optical circuits and the waveguide density becomes almost one. As a result, the influence of the pattern around the optical circuit generated at the time of fabrication could be reduced as much as possible.

【0024】本実施例の2×2光スイッチを複数個集積
化したスイッチアレイ光回路は、従来と同様に、厚さ1
mm直径4インチのシリコン基板上に、石英系導波路を
SiCl4 やGeCl4 などの原料ガスの加水分解反応
を利用した石英系ガラス膜の堆積技術と反応性イオンエ
ッチング技術の組み合わせにより作製し、薄膜ヒータを
真空蒸着法および化学エッチングにより作製した。コア
の断面寸法は6μm角であり、コアとクラッド間の比屈
折率差は0.75%である。薄膜ヒーターのサイズは、
厚さ0.1μm、幅40μm、長さ4mmである。本実
施例で用いている2×2光スイッチ及びダミー2×2光
スイッチは、マッハツェンダー干渉計回路を構成してい
る2個の方向性結合器13を結んでいる2本の導波路の
間隔は250μmにした。また、各2×2光スイッチ及
びダミー2×2光スイッチの間隔も250μmにした。
2本の導波路の実効光路長差は、OFF状態(薄膜ヒー
タ無通電)において、正確にゼロとなるように設定(つ
まり、対称マッハツェンダー干渉計回路となるよう)し
た。この2×2光スイッチを複数個集積化したスイッチ
アレイ光回路を作製したチップを、ダイシングにより切
り出し、シリコン基板下部には放熱板を設けて、また、
入出力導波路にはシングルモードファイバーアレイを接
続し、薄膜ヒータには給電リードを接続し、2×2光ス
イッチを複数個集積化したスイッチアレイ光回路モジュ
ールが完成した。
A switch array optical circuit in which a plurality of 2 × 2 optical switches according to the present embodiment are integrated has a thickness of 1
On a silicon substrate having a diameter of 4 inches, a quartz-based waveguide is manufactured by a combination of a deposition technique of a quartz-based glass film using a hydrolysis reaction of a raw material gas such as SiCl 4 or GeCl 4 and a reactive ion etching technique, A thin film heater was manufactured by a vacuum deposition method and chemical etching. The cross-sectional dimension of the core is 6 μm square, and the relative refractive index difference between the core and the clad is 0.75%. The size of the thin film heater is
The thickness is 0.1 μm, the width is 40 μm, and the length is 4 mm. The 2 × 2 optical switch and the dummy 2 × 2 optical switch used in the present embodiment are arranged between two waveguides connecting two directional couplers 13 constituting a Mach-Zehnder interferometer circuit. Was 250 μm. The interval between each 2 × 2 optical switch and dummy 2 × 2 optical switch was also set to 250 μm.
The effective optical path length difference between the two waveguides was set to be exactly zero in the OFF state (the thin film heater was not energized) (that is, a symmetric Mach-Zehnder interferometer circuit was used). A chip on which a switch array optical circuit in which a plurality of 2 × 2 optical switches are integrated is cut out by dicing, and a heat sink is provided below the silicon substrate.
A single-mode fiber array was connected to the input / output waveguide, a power supply lead was connected to the thin-film heater, and a switch array optical circuit module in which a plurality of 2 × 2 optical switches were integrated was completed.

【0025】給電すべき薄膜ヒータを適宜選択すること
により各2×2光スイッチにおいてスイッチ動作が確認
された。OFF状態(薄膜ヒータ無通電)において、各
2×2光スイッチの2個の方向性結合器を連結する2本
の導波路の実効光路長差は、今回の動作波長1.55μ
mの1%以下のずれに治まった。図2に示したダミー素
子を配置しない従来のレイアウトの回路の場合、真ん中
の2×2光スイッチ22は両側に同じレイアウトの2×
2光スイッチではこの実効光路長差は1.55μmの1
%以下のずれに治まったが、一番上の2×2光スイッチ
21では上側の導波路の方が下側の導波路に比べてこの
実効光路長差は1.55μmの100%も長くなり、一
番下の2×2光スイッチ23では何も存在しない上側の
導波路の方が下側の導波路に比べてこの実効光路長差は
1.55μmの50%程度長くなった。従って、従来型
に比べて本発明のダミースイッチを配置した2×2光ス
イッチを複数個集積化したスイッチアレイ光回路は、所
望の特性が得られ、大幅に光路長のずれを抑制する事が
できた。
The switching operation of each 2 × 2 optical switch was confirmed by appropriately selecting the thin film heater to be supplied with power. In the OFF state (the thin-film heater is not energized), the effective optical path length difference between the two waveguides connecting the two directional couplers of each 2 × 2 optical switch is the current operating wavelength of 1.55 μm.
The deviation was less than 1% of m. In the case of the conventional layout circuit shown in FIG. 2 where no dummy element is arranged, the middle 2 × 2 optical switch 22 has the same layout on both sides.
In a two-optical switch, the effective optical path difference is 1.55 μm, which is 1
%, But in the uppermost 2 × 2 optical switch 21, the effective optical path difference of the upper waveguide is 1.55 μm, which is 100% longer than that of the lower waveguide. In the lowermost 2 × 2 optical switch 23, the effective optical path length difference of the upper waveguide where nothing is present is about 50% longer than that of the lower waveguide by 1.55 μm. Therefore, a switch array optical circuit in which a plurality of 2 × 2 optical switches each including the dummy switch according to the present invention are integrated as compared with the conventional type can obtain desired characteristics and greatly suppress the deviation of the optical path length. did it.

【0026】この発明のポイントは、導波回路において
導波路のパターン密度を均一化することである。よっ
て、導波回路の周囲に配置するダミー回路は、光を伝搬
させて使用する本物の導波回路と完全に同じであれば好
ましいが、必ずしも全く同じ構成でなくてもよく、例え
ば、図5(a)に示したような本物の導波回路に準じた
構成でもよく、さらには、図5(b)に示したような非
常に簡単な形状のパターンでも良い。
The point of the present invention is to make the pattern density of the waveguide uniform in the waveguide circuit. Therefore, it is preferable that the dummy circuit disposed around the waveguide circuit is completely the same as a real waveguide circuit used by propagating light. However, the dummy circuit does not necessarily have to have the exact same configuration. A configuration according to a real waveguide circuit as shown in FIG. 5A may be used, and a pattern having a very simple shape as shown in FIG. 5B may be used.

【0027】本実施例の2×2光スイッチを複数個集積
した光スイッチアレイにおいては、ダミー素子を両側に
それぞれ1つずつ配置したが、2つ以上ずつあるいは逆
に1つ未満(つまり、完全に1つのダミー素子を用いる
のではなく、ダミー素子の一部のみを用いる)を配置し
ても、もちろん構わない。ダミー導波路の数は、多いに
越したことはないがそれではチップ全体のサイズが大き
くなってしまうので、実際には回路素子(ここでは2×
2光スイッチ)のサイズと、回路素子が作製行程時に周
囲に及ぼす影響の範囲を勘案して決定した。
In the optical switch array in which a plurality of 2 × 2 optical switches of this embodiment are integrated, one dummy element is arranged on each side. Instead of using one dummy element, only a part of the dummy element is used). Although the number of dummy waveguides does not exceed a large number, the size of the entire chip becomes large.
The size was determined in consideration of the size of the (two-optical switch) and the range of influence of the circuit element on the periphery during the manufacturing process.

【0028】また本実施例では、簡単な構成の光スイッ
チでその効果を実証したが、この光スイッチは、例え
ば、作製誤差に強く安定して光消光比が得られる交差型
の2×2スイッチでももちろん良い。
In this embodiment, the effect has been demonstrated with an optical switch having a simple configuration. This optical switch is, for example, a cross-type 2 × 2 switch that is strong against manufacturing errors and can stably obtain an optical extinction ratio. But of course it is good.

【0029】また今回は、2×2光スイッチを例とし
述べたが、この2×2光スイッチを複数個集積して構成
される光スイッチ、例えば、N×Mのマトリクス光スイ
ッチ(N,M:は正の整数)においても本発明がそのま
ま適用できる事は明らかである。さらに、光干渉を利用
した回路、例えば、非対称MZ干渉計、リング干渉計、
導波路グレーティングやアレイ導波路格子等でも、同様
に本発明が有効であることも言うまでもない。
Further this time, 2 × 2 is an optical switch described <br/> as an example, the 2 × 2 optical switch a plurality integrated to constituted optical switch, for example, matrix light N × M It is obvious that the present invention can be applied to switches (N and M are positive integers) as they are. Further, a circuit using optical interference, for example, an asymmetric MZ interferometer, a ring interferometer,
It goes without saying that the present invention is similarly effective for a waveguide grating, an arrayed waveguide grating, and the like.

【0030】また、上記実施例ではシリコン基板上の石
英系ガラスを基本として光スイッチについて説明した
が、他材料、他の作製法(拡散法、低温膜作製法)にお
いても、均一性を向上させるための手段として本発明が
本質であることは、以上の説明で明らかである。従っ
て、例えば、プラスチック光導波路やイオン拡散型導波
路、さらには、電気光学効果を用いた光位相シフタを設
置したニオブ酸リチウム系光導波路などにも、本発明を
適用できることは自明である。
In the above embodiment, the optical switch has been described based on quartz-based glass on a silicon substrate. However, the uniformity can be improved with other materials and other manufacturing methods (diffusion method, low-temperature film manufacturing method). It is clear from the above description that the present invention is essential as a means for achieving this. Therefore, it is obvious that the present invention can be applied to, for example, a plastic optical waveguide, an ion diffusion type waveguide, and a lithium niobate-based optical waveguide provided with an optical phase shifter using an electro-optic effect.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、基板上に形成された光導波回路の一部に、光
干渉計が並列に配置された光干渉計列を少なくとも一つ
備えた光導波回路において、光干渉計列の両端に位置す
る光干渉計の周辺に、光干渉計列と導波路パターン密度
の等しいダミー導波路パターンを備えたので、本発明の
ダミー導波路パターン等を用いた回路レイアウトによ
り、作製時に生じる光回路の周囲のパターンの影響を極
力低減することができ、光路長差を低減できる。
As described above in detail with reference to the embodiments, the optical waveguide circuit formed on the substrate is partially
At least one array of optical interferometers arranged in parallel
In the optical waveguide circuit equipped with
Around the optical interferometer, the optical interferometer array and the waveguide pattern density
, The influence of the pattern around the optical circuit that occurs during fabrication can be reduced as much as possible by the circuit layout using the dummy waveguide pattern of the present invention, and the optical path length difference is reduced. it can.

【0032】これにより、本発明は、導波型光干渉計回
路を正確な光路長で作成することができ、実用化する上
できわめて効果的である。
As a result, the present invention can produce a waveguide type optical interferometer circuit with an accurate optical path length, which is extremely effective for practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の2×2光スイッチを複
数個集積した光スイッチアレイの構造を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of an optical switch array in which a plurality of 2 × 2 optical switches according to a first embodiment of the present invention are integrated.

【図2】従来の2×2光スイッチを複数個集積した光ス
イッチアレイの構造を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a conventional optical switch array in which a plurality of 2 × 2 optical switches are integrated.

【図3】光導波回路工程の一つである凸型工程を説明し
た図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a convex process which is one of the optical waveguide circuit processes.

【図4】光導波回路工程の一つである凹型工程を説明し
た図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a concave process which is one of the optical waveguide circuit processes.

【図5】本発明の第1の実施例の変形型の2×2光スイ
ッチを複数個集積した光スイッチアレイの構造を示した
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of an optical switch array in which a plurality of modified 2 × 2 optical switches according to the first embodiment of the present invention are integrated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 導波路コア 3 クラッド 4 チャンネル導波路コア 5 スラブ導波路コア 6 下部クラッド層 7 上部クラッド層 8 導波路コア層 11a,11b 入力導波路端 12a,12b 出力導波路端 13 方向性結合器 14 薄膜ヒータ(移相器) 21,22,23 2×2光スイッチ 24 ダミーの2×2光スイッチ 25 2×2光スイッチに準じたダミーの導波回路 26 2×2光スイッチを簡素化したダミーの導波回路 30 スラブ導波路 Reference Signs List 1 silicon substrate 2 waveguide core 3 cladding 4 channel waveguide core 5 slab waveguide core 6 lower cladding layer 7 upper cladding layer 8 waveguide core layer 11a, 11b input waveguide ends 12a, 12b output waveguide end 13 directional coupling 14 Thin film heater (phase shifter) 21, 22, 23 2 × 2 optical switch 24 Dummy 2 × 2 optical switch 25 Dummy waveguide circuit based on 2 × 2 optical switch 26 Simplifies 2 × 2 optical switch Dummy waveguide circuit 30 slab waveguide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 彰夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−67041(JP,A) 特開 平3−265802(JP,A) 特開 平7−63934(JP,A) 特開 平5−93813(JP,A) 特開 平7−56032(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akio Sugita 3-19-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-6-67041 (JP, A) JP-A-3-265802 (JP, A) JP-A-7-63934 (JP, A) JP-A-5-93813 (JP, A) JP-A-7-56032 (JP, A) (58) Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された光導波回路の一部
に、光干渉計が並列に配置された光干渉計列を少なくと
も一つ備えた光導波回路において、前記光干渉計列の両
端に位置する前記光干渉計の周辺に、前記光干渉計列と
導波路パターン密度の等しいダミー導波路パターンを備
えたことを特徴とする光導波回路。
1. A part of an optical waveguide circuit formed on a substrate
The number of optical interferometer rows in which optical interferometers are
The optical interferometer array,
Around the optical interferometer located at the end, the optical interferometer row
A dummy waveguide pattern with the same waveguide pattern density is provided.
Optical waveguide circuit, wherein a was e.
【請求項2】 前記光干渉計列と導波路パターン密度の
等しい前記ダミー導波路パターンが、前記光干渉計列と
同一またはそれに準ずる形状であることを特徴とする請
求項1に記載の光導波回路。
2. An optical interferometer array and a waveguide pattern density
The same dummy waveguide pattern is equal to the optical interferometer row.
Contractors characterized by having the same or similar shape
The optical waveguide circuit according to claim 1.
【請求項3】 前記光干渉計が、2個の方向性結合器と
光位相シフターで構成されるマッハツェンダー干渉計型
2×2光スイッチであることを特徴とする請求項2に記
載の光導波回路。
Wherein the optical interferometer, the serial that the two directional couplers and Mach-Zehnder interferometer type 2 × 2 optical switch composed of optical phase shifters to claim 2, wherein
On-board optical waveguide circuit.
【請求項4】 光導波路におけるコア部とクラッド層と
がSiO2を主成分とする石英系ガラスからなることを
特徴とする請求項1、2又は3に記載の光導波路。
4. The optical waveguide circuits of claim 1, 2 or 3 in which the core portion and the cladding layer is characterized by comprising the silica based glass comprised mainly of SiO 2 in the optical waveguide.
【請求項5】 基板上に下部クラッド層続いてコア層を
形成した後、光が伝搬する導波路コアとなる以外の該コ
ア層を除去し、更に上部クラッド層を形成することによ
って作製された構成となっていることを特徴とする請求
項1、2又は3に記載の光導波路。
5. A method in which a lower clad layer and a core layer are formed on a substrate, the core layer other than a waveguide core through which light propagates is removed, and an upper clad layer is further formed. optical waveguide circuits according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is configured.
【請求項6】 基板上に下部クラッドを形成した後、該
下部クラッドに光が伝搬する導波路コアとなる溝を形成
し、該溝に導波路コアを埋め、更に上部クラッド層を形
成することによって作製された構成となっていることを
特徴とする請求項1、2又は3に記載の光導波路。
6. After forming a lower clad on a substrate, forming a groove serving as a waveguide core through which light propagates in the lower clad, filling the groove with the waveguide core, and further forming an upper clad layer. optical waveguide circuits according to claim 1, 2 or 3, characterized in that has a fabricated structure by.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3497794B2 (en) * 2000-02-08 2004-02-16 日本電信電話株式会社 Manufacturing method of light spot size converter
JP4776082B2 (en) * 2001-01-31 2011-09-21 古河電気工業株式会社 Planar optical waveguide type Mach-Zehnder circuit, planar optical waveguide circuit and optical multiplexer / demultiplexer using the planar optical waveguide type Mach-Zehnder circuit
JP5291277B2 (en) * 2001-08-28 2013-09-18 アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー(シンガポール)プライベート・リミテッド Columnar integrated circuit and method for manufacturing columnar integrated circuit
JP2010262314A (en) * 2010-08-11 2010-11-18 Furukawa Electric Co Ltd:The Planar optical waveguide circuit and optical multiplexer/demultiplexer using the same
CN113467105A (en) * 2020-03-31 2021-10-01 Tdk株式会社 Optoelectronic device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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