JP3497794B2 - 光スポットサイズ変換器の作製方法 - Google Patents

光スポットサイズ変換器の作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用いた
光スポットサイズ変換器の作製方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】石英系光導波路とシングルモードファイ
バは、基本的にそのモードフィールドが等しく、レンズ
を用いないで直接両者を接着剤で接続する形態がとられ
ている。この直接接続方法は、簡便で多芯接続等が可能
であるため、現在広く採用されている。 【0003】しかし、最近、大規模な光回路を実現する
ために、石英系光導波路のコア及びクラッドの比屈折率
差Δを1.5〜2.0%とシングルモードファイバのΔ
=0.3%よりも高めて、最小曲げ半径を約2mmと小
さくしたものが開発されている(例えば、S.Suzu
ki et al.,”High−densityin
tegrated 1×16 optical FDM
mult/demultiplexer”,LEO
S’94,IO2.4,1994 参照)。 【0004】この場合、最小曲げ半径を小さくするた
め、コアへの光の閉じ込めが強く、モードフィールドが
シングルモードファイバに比べて小さくなり、両者の結
合損失が大きいことが問題になる。そこで、石英系光導
波路のファイバ接続端において、コア幅を狭めて光の閉
じ込めを弱め、モードフィールドを広げ、シングルモー
ドファイバとの結合損失を低減する試みがなされてい
る。 【0005】この入出力端においてコアサイズを小さく
し、モードフィールドを広げる手法はLD等で広く使用
されている手法である(例えば、T.L.Koch e
tal.,”Tapered waveguide I
nGaAs/InGaAsP multiple−qu
antum−well lasers”,IEEEPh
oton.Technol.Lett.,vol.2,
pp.88−90,1990 参照)。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかし、実際に石英系
光導波路のコア幅を狭めた光スポットサイズ変換器を作
製してみると、その結合損失が高く、かつ損失値がばら
つくことがわかった。この原因を調べるために、端面に
おけるコア形状を観察したところ、図1に示すようにコ
ア幅が狭くなっているところでコアが変形、即ち倒れ込
んでいることがわかった。 【0007】具体的には、コア高さのコア幅に対する比
(以下、アスペクト比)が2以上になると、コアの変形
の発生する頻度が著しく高くなる。石英系光導波路で
は、コアを加工した後、火炎堆積法で上部クラッドガラ
ススートを堆積して、1000℃以上の高温でそのスー
トガラスを透明化する。この時、コアも柔らかくなって
いるため、スートが焼結して収縮する際のわずかな力で
コアが変形したと考えられる。なお、図1において、1
は下部クラッド、2は上部クラッド、3はコアである。 【0008】 本発明の目的は、光ファイバとの結合損
失を安定して小さくなし得る光スポットサイズ変換器の
作製方法を提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、平面基板上に形成されたコア及びクラ
ッドよりなる石英系光導波路であって、所定のコア幅を
有する入力導波路と、該入力導波路より狭い一定のコア
幅を有する出力導波路と、前記入力導波路及び出力導波
路をなめらかに接続するテーパ導波路とを少なくとも備
えてなる光スポットサイズ変換器の作製方法において、
前記入力導波路、出力光導波路及びテーパ導波路を構成
するコアとともに、前記出力導波路のコアと交差する倒
れ防止コアを同時に形成して倒れ防止コアを具備した光
スポットサイズ変換器をウエハ上に作製する工程と、ウ
エハを各チップに切り出す工程であって且つ前記倒れ防
止コアを具備した光スポットサイズ変換器から倒れ防止
コアを含む出力導波路側を除去する工程とを備えたこと
を特徴とする。 【0010】 前記構成によれば、倒れ防止コアを設
けたことによってクラッド形成の際の熱処理による出力
導波路のコアの倒れ込みを抑えることができ、これによ
り光ファイバとの結合の際の損失を安定して小さくする
ことができるとともに、倒れ防止コアによる光の放射損
失のない、優れた光スポットサイズ変換器を得ることが
できる。 【0011】 【0012】 【0013】 【発明の実施の形態】図2は本発明の光スポットサイズ
変換器の作製方法の第1の実施の形態(但し、特許請求
の範囲には含まれない。)を示すもので、図中、11は
シリコン基板、12は下部クラッド、13は上部クラッ
ド、14は入力導波路(のコア)、15は出力導波路
(のコア)、16はテーパ導波路(のコア)、17は倒
れ防止コアである。 【0014】入力導波路14は通常、同一基板上に作製
される光導波回路の導波路に対応するもので、所定のコ
ア幅を有する直線導波路からなっている。また、出力導
波路15は光ファイバ(ここではシングルモードファイ
バ)との接続部を構成するためのもので、入力導波路1
4より狭い一定のコア幅を有する直線導波路からなって
いる。 【0015】また、テーパ導波路16は入力導波路14
及び出力導波路15をなめらかに接続するためのもの
で、そのコア幅は入力導波路14との接続部から出力導
波路15との接続部に向かってなめらかに減少してい
る。 【0016】 また、倒れ防止コア17はコア幅の狭い
出力導波路15が倒れ込むことを防止するためのもの
で、該出力導波路15に対してほぼ直角に交差する如く
一体的に形成されている 【0017】本実施の形態では、石英系光導波路のコア
及びクラッドの比屈折率差Δを1.5%、テーパ導波路
16の最大コア幅を4μm、最小コア幅を2μm、高さ
を4μm、倒れ防止コア17の幅を10μm、長さを2
0μm、高さを4μmと設計した。 【0018】本発明の効果について説明する。 【0019】倒れ防止コア17を設けなかった場合、光
導波路端のコア形状は、図1に示したように倒れ込む頻
度が著しく、シングルモードファイバとの結合損失にば
らつきが生じる。しかし、倒れ防止コア17で補強する
ことにより倒れ込みが抑えられ、結合損失のばらつきを
抑えることができる。 【0020】今回、入力導波路、出力導波路、テーパ導
波路及び倒れ防止コアのみからなる光スポットサイズ変
換器を作成し、その両端をシングルモードファイバで直
接接続し、光スポットサイズ変換器の挿入損失を測定し
た。シングルモードファイバに対する光スポットサイズ
変換器の挿入損失と頻度のヒストグラムを、倒れ防止コ
アで補強した場合について図3に、補強しなかった場合
について図4にそれぞれ示す。明らかに、倒れ防止コア
を設けた方が光スポットサイズ変換器の挿入損失のばら
つきを抑えることができ、本発明が有効であることがわ
かる。 【0021】 図5は本発明の光スポットサイズ変換器
の作製方法の第2の実施の形態を示すもので、ほぼ第1
の実施の形態と同じであるが、倒れ防止コアを除去した
点が異なる。コアが倒れるのは上部クラッドガラスの透
明化熱処理の時であり、上部クラッドガラスの透明化後
はコアが倒れることはない。よって、上部クラッドガラ
スの透明化後は倒れ防止コアは不要である。さらに、光
が倒れ防止コアを伝播する際、不連続に光導波路構造が
変化するため、光の放射損失を生じる。 【0022】そこで、倒れ防止コアを具備した光スポッ
トサイズ変換器を作製した後、倒れ防止コアを含む出力
導波路側を除去し、光の放射損失となる要因を消し去っ
た。具体的には、導波回路ウエハ作製後、ダイシングソ
ーで各チップに切り出す工程で倒れ防止コアを含む出力
導波路側を除去した。これによって、倒れ防止コアを除
去しなかった場合に比べ、シングルモードファイバに対
する光スポットサイズ変換器の挿入損失が平均0.2d
B改善した。なお、図5において、15’は除去後に残
った出力導波路である。 【0023】前述した第1、第2の実施の形態では、石
英系ガラス導波路について言及した。しかし、本発明は
石英系ガラス導波路に限定されるものではない。ポリマ
ー導波路では、コア加工後、スピンコート法で上部クラ
ッドを形成する。この場合、アスペクト比の高いコアは
容易に変形する。本発明の倒れ防止コアは、このポリマ
ー導波路においても有効である。 【0024】以上説明した実施の形態において、入力導
波路として直線導波路を用いたが、N×1光合波器の出
力導波路等、あらゆる光導波路を入力導波路として用い
ることができる。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイパとの結合損失を安定して小さくなし得る光ス
ポットサイズ変換器の作製方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】従来の光スポットサイズ変換器の導波路端のコ
ア形状を示す断面図 【図2】本発明の光スポットサイズ変換器の作製方法
第1の実施の形態を示す概略構成図 【図3】倒れ防止コアで補強した場合のシングルモード
ファイバに対する光スポットサイズ変換器の挿入損失と
頻度のヒストグラム 【図4】倒れ防止コアで補強しなかった場合のシングル
モードファイバに対する光スポットサイズ変換器の挿入
損失と頻度のヒストグラム 【図5】本発明の光スポットサイズ変換器の作製方法
第2の実施の形態を示す概略構成図 【符号の説明】 11:シリコン基板、12:下部クラッド、13:上部
クラッド、14:入力導波路、15,15’:出力導波
路、16:テーパ導波路、17:倒れ防止コア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 靖之 東京都千代田区大手町2丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−166716(JP,A) 特開 平6−59142(JP,A) 特開 平5−93813(JP,A) 特開 平10−78523(JP,A) 特開 平7−244223(JP,A) 特開 平11−84156(JP,A) 特開 平5−323139(JP,A) 特開 平7−63935(JP,A) 特開2001−74959(JP,A) 特開 平5−100123(JP,A) 特開 平7−56032(JP,A) 特開 平10−48445(JP,A) H.Yanagawa et.a l.,,Journal of Lig htwave Technology, May 1992, Vol.10 No. 5,pp.587−592 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 平面基板上に形成されたコア及びクラッ
    ドよりなる石英系光導波路であって、所定のコア幅を有
    する入力導波路と、該入力導波路より狭い一定のコア幅
    を有する出力導波路と、前記入力導波路及び出力導波路
    をなめらかに接続するテーパ導波路とを少なくとも備え
    てなる光スポットサイズ変換器の作製方法において、 前記入力導波路、出力光導波路及びテーパ導波路を構成
    するコアとともに、前記出力導波路のコアと交差する倒
    れ防止コアを同時に形成して倒れ防止コアを具備した光
    スポットサイズ変換器をウエハ上に作製する工程と、 ウエハを各チップに切り出す工程であって且つ前記倒れ
    防止コアを具備した光スポットサイズ変換器から倒れ防
    止コアを含む出力導波路側を除去する工程と を備えたこ
    とを特徴とする光スポットサイズ変換器の作製方法。
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