JP3689031B2 - Optical waveguide and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信部品などに用いるべく基板上にコア及びクラッドが設けられた平面型光導波路及びその製造方法に関し、特に基板の上にカバーガラスが接着された光導波路に適した光導波路及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信技術が拡大・普及することに伴い、平面型光導波路を用いた光分岐器や光合波・分波器などの光モジュールの開発が進められている。
【0003】
例えば、光分岐器にあっては、CVD法や火炎堆積法などでウェハ上にコアとなるガラス質薄膜を成膜後、パターニングし、更にコア上にクラッドとなるガラス質薄膜を成膜して光導波路を形成している。
【0004】
図10に上記光分岐器の側断面図を示す。表面部にコア及びクラッドが形成された基板、即ち光導波路11は、図10に於ける左右両端で入出力端子であるファイバアレイ12、13に接着剤14により接着して接続されている。
【0005】
ここで、光導波路11の厚みは通常1mm程度と薄く、そのままではファイバアレイ12、13との接着強度が得難い。また、厚いファイバコアの光路端と、薄い導波路コアの光路端とを整合させるため、厚み方向についてファイバアレイ12、13に対して、光導波路11が偏って接着されるため、温度変化時の特に接着剤14の膨張・収縮により応力が生じたり変形してPDL(偏波依存性損失)や挿入損失が増大する。そのため、従来は、光導波路11上面にカバーガラス15を接着剤16で貼り付け、ファイバアレイ12、13との接着面積を確保し、接着強度を保つと共に温度変化時の接着剤の膨張・収縮による光導波路11の変形・応力の発生を防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路11上面にカバーガラス15を接着剤16で貼り付けることで、接着剤16の硬化時に膨張・収縮して光導波路11に応力が発生する。その際、カバーガラス15を接着する前の光導波路11(ウエハ)が平坦であれば光導波路11に生じる応力の方向・大きさも略均一になり、それを見込んだ設計も可能であるが、実際には光導波路11(ウエハ)がうねっていることから、個々の基板ごとに生じる応力の方向・大きさが異なり、また1枚の基板においても例えばねじれるような方向に応力が生じることもあり、特にPDLが著しく悪化しがちであった。上記光導波路11(ウエハ)のうねりは、コア及びクラッドの成膜により発生する応力により発生したり、その応力を除去するための熱処理の際に応力の解放と共に発生することが多い。
【0007】
例えば、特開平8−29632号公報には、光導波路のコア、クラッドの一部を分断し、コアにかかる応力を低減させる構造が開示されているが、導波路を分断するためのパターニングが極めて煩雑になるため、あまり好ましくない。
【0008】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決するべく案出されたものであり、構造や行程が複雑になることなく光導波路の接続部分の接着強度を高め、また変形等を防止すると共にPDLを容易に制御可能な光導波路及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するべく、本発明では、表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路において、前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲したものからなることを特徴とする光導波路を提供する。特に前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したもの、即ちトンネルドームまたは樋状のものや、前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したもの、即ちドームまたはカップ状のものからなると良い。これにより、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。前記基板が全体的に一様な曲率で湾曲するウエハから切り出されたものからなることで、個々の基板のPDLが悪化することなく均一になり、その品質が安定する。
【0010】
また、本発明では、表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路の製造方法であって、前記光導波路をなす部分が1つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲した面上に載置して加熱処理し、当該加熱処理した前記ウエハに前記カバーガラスを接着することを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。特に前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面、即ち樋状またはかまぼこ状をなす面上に載置して加熱処理する、または前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面、即ち球面状またはカップ状をなす面上に載置して加熱処理すると良い。これにより、ウエハの凹凸(うねり)が除去され、一様に湾曲するため、その後の加工により発生する応力の制御が容易になる。また、加熱処理した前記ウエハにカバーガラスを接着し、前記基板形状に切り出すことで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。また、前記ウエハを一様な曲率の凹または凸面上に載置して加熱処理することで、切り出された基板の曲率が一層均一になり、その品質が安定する。また、前記コア及びクラッドに発生したボイドを除去するための例えば熱間静水圧加圧法による加熱・加圧処理が前記ウエハの加熱処理を兼ねることで、工程が簡略化される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明が適用された光導波路としての光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す斜視図であり、図2はそのII−II線について見た側断面図である。表面部にコア1a及びクラッド層1bが形成され、パターニングされた基板、即ち光導波路1は、その表面にカバーガラス5が接着剤6により接着され、図2に於ける左右両端で入出力端子であるファイバアレイ2、3に接着剤4により接着され、接続されている。
【0013】
ここで、図3に模式的に示すように、光導波路1はカバーガラス5の接着前にコア及びクラッドが形成された側を凹として一様な曲率で凹球状に湾曲している(図3の左側)。これが、接着剤6の収縮により、平坦になる方向に変形している(図3の右側)。その変形量は数cmの幅及び長さの光導波路1に対してカバーガラス5を接着する前の光導波路1の曲率半径は5m〜20m程度であり、ファイバアレイ2、3の接続位置を光導波路1の変形後の分だけ考慮して設定することで、殆ど問題とならない範囲である。尚、実際にはカバーガラス5もその厚みに応じてある程度変形する。また、接着剤6の収縮による応力も発生するが、その方向、大きさが一定であるため、光導波路1のPDLが悪化することがなく、一定になり、品質が安定している。
【0014】
一方、図4の左側に示すように、光導波路がカバーガラスの接着前に凹凸のある、うねった形状となっていると、カバーガラスを接着することで接着剤の収縮により、図4の右側に示すように変形の方向が不規則なばかりでなく、発生する応力の方向、大きさが場所により異なるため、例えばねじれるような応力も発生し、結果、光導波路毎にPDLが大きく異なることとなり、その品質が悪化する。
【0015】
以下に、上記光分岐器の製造手順について説明する。まず、石英などからなるガラスウエハA上に、例えばプラズマCVD法によりSiOを主成分とするコア層を成膜する。このとき、ガラスウエハAよりも0.2%〜0.8%程度屈折率が高くなるように、リン、チタン、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素、フッ素等から選択される1種または2種以上のドープ剤をコア層に添加する。コア1aの屈折率は、光ファイバコアの屈折率と等しいことが望ましいので、ドープ剤を適宜選択し屈折率を調整すると良い。成膜はプラズマCVD以外に、常圧CVDやPVD、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど、500℃程度以下で成膜することが可能な所謂低温成膜法による成膜装置を用いて成膜すると良い。これを成膜温度よりも高く、溶融点以下の温度で、熱処理し、コア1aの表面にフォトレジストによって所定の導波路パターンを形成し、RIEなどのエッチングを行うことにより、所定パターンのコア1aを形成する。その後、上記同様の低温成膜法により、SiOを主成分とする低屈折率の上部クラッド層1bを成膜する。
【0016】
次に、上部クラッド層1bが露出した状態で、熱間静水圧加圧法(以下、HIP法と記す)によって周囲から加熱、加圧することにより、ボイドを実用上問題のない程度まで小さくするか、あるいは消滅させると共に、各成膜層に生じた成膜時応力を除去する。そのため、HIP法は1000℃〜1200℃、1000kgf/cm〜1700kgf/cmの範囲で、2時間程度維持することが望ましい。
【0017】
ここで、上記HIP法による加熱、加圧処理を行う際、図5に示すような曲率半径5m〜20mの凹球面座B上にガラスウエハAを載置する。こうすることで、加熱され、軟化したガラスウエハAが凹球面座Bの表面形状に略沿って湾曲した形状になる。これにより、上記ガラスウエハAの図6に示すような凹凸(うねり)が伸ばされ、上記ボイドや残留応力と共に除去される。また、ガラスウエハAの凹凸(うねり)がたとえやや残ってもガラスウエハAの湾曲方向が同じ方向になるため、後に発生する接着剤の収縮による応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。尚、処理温度、ガラスウエハAの重さ、厚さ等によっては、その曲率半径は凹球面座Bの曲率半径よりも大きくなる。
【0018】
一方、上記加熱、加圧処理を行う際、平らな座面を用いると凹凸(うねり)が伸びるための逃げがなくボイドや残留応力は除去されるものの凹凸(うねり)は残ってしまうため、接着剤の収縮による応力の方向が一定せず、その制御ができない。また、ボイドの除去を必要とせず、HIP処理を行わない場合でも屈折率の安定化や残留応力の除去を目的として熱処理を行うことがある。このとき、熱処理前のウエハに凹凸(うねり)がなくても成膜されたウエハには成膜時の残留応力などが生じるため、上記同様、平らな座面を用いると凹凸(うねり)が伸びるための逃げがなく凹凸(うねり)は残ってしまう。
【0019】
凹球面座Bの曲率半径は20m以上であると平座に載置して処理した場合との差が出ず、5m未満であると、接着剤の層が厚くなり、硬化収縮を大きく受けて、PDLが増大する。また、入出力接続端子との接続位置合わせが厄介になり、挿入損失を増大させてしまう虞がある。
【0020】
次に、ガラスウエハAにパターニングされた数10〜数100の光導波路1を図示されないダイシング装置によって切り出す。切り出すサイズは、個々の導波路チップごとではなく、5チップ〜10チップずつの短冊Cとして切り出す(図7)。
【0021】
次に、例えば紫外線硬化樹脂からなる接着剤6によりカバーガラスを短冊C表面に貼り付ける。このカバーガラスは、短冊C、即ち光導波路1の基板と同様な熱膨張特性を有するものが好ましく、例えば光導波路1の基板と同じ材料を用いて良い。また、その厚みは補強効果を期待して光導波路1と同程度以上が好ましいが、光導波路1よりもカバーガラス側が接着剤の収縮により大きく変形するように設定すれば、光導波路1の変形量を小さくすることができ、設計が容易になる。そして、各光導波路1のチップに切り出してコア端面を光学研磨し、ファイバアレイ2、3を接着剤4により接着して光分岐器が完成する。
【0022】
図8に、光導波路チップのそり量とPDLとの関係を凹球面座Bを用いて熱処理し、湾曲させたガラスウエハから切り出して後記カバーガラスを接着した光導波路と、平座を用いて熱処理したガラスウエハから切り出してカバーガラスを接着した光導波路とで比較したグラフを示す。凹球面座Bを用いて熱処理し、湾曲させたガラスウエハから切り出し、カバーガラスを接着した光導波路は、光導波路チップのそり量によらず、PDLが0.1dB未満と著しく低くなっていることがわかる。ここで、光導波路チップのそり量とは、光導波路チップの表面と裏面との間の最大距離とした。
【0023】
尚、上記実施形態では、凹球面座Bを用いてガラスウエハを加熱処理したが、図9(a)に示すような凸球面座B′を用いてガラスウエハを加熱処理しても良く、ガラスの軟化する特性を考慮して一様に湾曲するように、凹または凸の非球面座を用いても良い。
【0024】
また、図9(b)に示すような導波路の表面に沿うと共に導波路の光の入出力方向に直交する方向(側面方向)から見て全体的に一様に凹に湾曲する樋状の座B′′や図9(c)に示すような側面方向から見て全体的に一様に凸に湾曲するかまぼこ状の座B′′′を用いてガラスウエハを加熱処理しても良い。その場合、カバーガラスを接着する接着剤の収縮により生じる応力の殆どが光の入出力方向xに加わるため、方向xに直交するTE波(z)及びTM波(y)に影響を与えず、そのパワーの差として表されるPDLが変化せず、一定になる。
【0025】
また、上記実施形態では、HIP法による加熱・加圧処理時にガラスウエハを湾曲させたが、凹球面座や凸球面座を用いて例えば500℃〜1200℃程度の加熱処理を別途行っても良い。
【0026】
更に、上記実施形態では、光導波路1表面にカバーガラスを貼り付ける接着剤として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに代えて熱硬化型の接着剤等を用いても良い。
【0027】
加えて、上記実施形態では、ガラスウエハを短冊状に切り出してカバーガラスを貼り付けたが、ガラスウエハのままカバーガラスを貼り付けても良い。
【0028】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明による光導波路によれば、基板上にコア及びクラッドが設けられ、その上にカバーガラスが接着された光導波路の基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様に凹または凸に湾曲したものからなることで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。特に基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したもの、即ちトンネルドームまたは樋状のものや、基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したもの、即ちドームまたはカップ状のものからなると良い。また、基板が全体的に一様な曲率で湾曲するウエハから切り出されたものからなることで、個々の基板のPDLが悪化することなく均一になり、その品質が安定する。
【0029】
また、本発明による光導波路の製造方法によれば、光導波路をなす部分が1つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様に湾曲した凹または凸面上に載置して加熱処理することにより、ウエハの凹凸(うねり)が除去され、一様に湾曲するため、その後の加工により発生する応力の制御が容易になる。特にウエハを、その表面に沿うと共に光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面、即ち樋状またはかまぼこ状をなす面上に載置して加熱処理する、またはウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面、即ち球面状またはカップ状をなす面上に載置して加熱処理すると良い。また、加熱処理した後にカバーガラスを接着することで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。また、ウエハを一様な曲率の凹または凸面上に載置して加熱処理することで、切り出された基板の曲率が一層均一になり、PDLを悪化させるような応力がかからず、その品質が安定する。
【0030】
また、光導波路のコア及びクラッドに発生したボイドを除去するための例えば熱間静水圧加圧法による加熱・加圧処理により上記ウエハの加熱処理を兼ねることで、工程が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された光導波路としての光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す斜視図。
【図2】図1のII−II線について見た側断面図。
【図3】本発明による光導波路の模式的側面図。
【図4】従来の光導波路の模式的側面図。
【図5】凹球面座B上にガラスウエハAを載置した状態を示す図。
【図6】ガラスウエハAの凹凸(うねり)が熱処理により伸ばされる様子を模式的に示す図。
【図7】ガラスウエハAを短冊に切り出した状態を示す斜視図。
【図8】光導波路チップのそり量とPDLとの関係を示すグラフ。
【図9】(a)〜(c)は、本発明の別の実施形態を説明するガラスウエハの加熱処理用の座を示す斜視図。
【図10】従来の光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す側断面図。
【符号の説明】
1 光導波路
1a コア
1b クラッド層
2、3 ファイバアレイ
4 接着剤
5 カバーガラス
6 接着剤
11 光導波路
12、13 ファイバアレイ
14 接着剤
15 カバーガラス
16 接着剤
A ガラスウエハ
B 凹球面座
B′ 凸球面座
B′′ 樋状座
B′′′ かまぼこ状座
C 短冊
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar optical waveguide in which a core and a clad are provided on a substrate to be used for an optical communication component and the like, and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical waveguide suitable for an optical waveguide having a cover glass bonded on a substrate, and It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
As optical communication technology expands and spreads, development of optical modules such as optical branching devices and optical multiplexing / demultiplexing devices using planar optical waveguides is in progress.
[0003]
For example, in an optical branching device, a glassy thin film that becomes a core is formed on a wafer by CVD or flame deposition, and then patterned, and further a glassy thin film that becomes a cladding is formed on the core. An optical waveguide is formed.
[0004]
FIG. 10 is a side sectional view of the optical branching device. The substrate having the core and the clad formed on the surface, that is, the optical waveguide 11 is connected to the fiber arrays 12 and 13 which are input / output terminals at the left and right ends in FIG.
[0005]
Here, the thickness of the optical waveguide 11 is usually as thin as about 1 mm, and it is difficult to obtain the adhesive strength with the fiber arrays 12 and 13 as it is. In addition, in order to align the optical path end of the thick fiber core and the optical path end of the thin waveguide core, the optical waveguide 11 is bonded to the fiber arrays 12 and 13 in the thickness direction, so that the time of temperature change In particular, stress is generated or deformed due to the expansion / contraction of the adhesive 14, and PDL (polarization dependent loss) and insertion loss increase. Therefore, conventionally, a cover glass 15 is attached to the upper surface of the optical waveguide 11 with an adhesive 16 to secure an adhesive area with the fiber arrays 12 and 13, maintain adhesive strength, and expand and contract the adhesive when the temperature changes. The deformation / stress of the optical waveguide 11 is prevented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, by attaching the cover glass 15 to the upper surface of the optical waveguide 11 with the adhesive 16, the optical waveguide 11 is stressed by expansion and contraction when the adhesive 16 is cured. At this time, if the optical waveguide 11 (wafer) before bonding the cover glass 15 is flat, the direction and magnitude of the stress generated in the optical waveguide 11 becomes substantially uniform, and a design that allows for this is possible. Since the optical waveguide 11 (wafer) is wavy, the direction and magnitude of the stress generated for each substrate is different, and even in one substrate, stress may be generated in a twisting direction, for example. In particular, PDL tended to deteriorate significantly. The waviness of the optical waveguide 11 (wafer) is often generated by stress generated by the film formation of the core and the clad, and is often generated along with the release of stress during heat treatment for removing the stress.
[0007]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-29632 discloses a structure in which a part of a core and a clad of an optical waveguide is divided to reduce stress applied to the core, but patterning for dividing the waveguide is extremely performed. Since it becomes complicated, it is not so preferable.
[0008]
The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and increases the adhesive strength of the connecting portion of the optical waveguide and prevents deformation without complicating the structure and process. In addition, an object of the present invention is to provide an optical waveguide capable of easily controlling PDL and a manufacturing method thereof.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention, in the optical waveguide thereon a cover glass to a substrate formed with the core and cladding in the surface portion is bonded by an adhesive, wherein the substrate, the cover glass is adhered Before being applied, it is made of a material that is curved so as to be deformed in a flat direction as a result of contraction of the adhesive, as viewed from the direction perpendicular to the light input / output direction and along the surface. An optical waveguide is provided. In particular, the substrate is uniformly curved only when viewed from a direction orthogonal to the light input / output direction along the surface before the cover glass is bonded, that is, a tunnel dome or a bowl-like shape. It is preferable that the substrate or the substrate be made of a material that is uniformly curved as viewed from any direction along the surface before the cover glass is bonded, that is, a dome or a cup. Thereby, the direction of the stress applied to the substrate after the cover glass is bonded becomes constant, and the control becomes easy. Since the substrate is cut from a wafer that is curved with a uniform curvature as a whole, the PDL of each substrate becomes uniform without deterioration, and the quality thereof is stabilized.
[0010]
Further, in the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide , which is a substrate having a core and a clad formed on a surface portion , and a cover glass bonded thereto with an adhesive, and has at least one portion forming the optical waveguide. The formed wafer is placed on a curved surface so as to be deformed in a flat direction as a whole as seen from a direction orthogonal to the light input / output direction of the optical waveguide and in a flat direction by shrinkage of the adhesive. There is provided a method of manufacturing an optical waveguide , wherein the cover glass is bonded to the heat-treated wafer . In particular, the wafer is mounted on a surface that is uniformly curved as a whole when viewed from a direction that is along the surface and orthogonal to the light input / output direction of the optical waveguide, that is, a surface that has a bowl shape or a kamaboko shape. Place the wafer on a surface that is uniformly curved as viewed from any direction along its surface, that is, a spherical surface or a cup-shaped surface. Good. As a result, unevenness (undulation) of the wafer is removed and the wafer is uniformly bent, so that the stress generated by subsequent processing can be easily controlled. Further, by bonding a cover glass to the heat-treated wafer and cutting it into the substrate shape, the direction of stress applied to the substrate after the cover glass is bonded becomes constant, and the control becomes easy. In addition, by placing the wafer on a concave or convex surface having a uniform curvature and performing a heat treatment, the curvature of the cut-out substrate becomes even more uniform and the quality thereof is stabilized. Further, the heating / pressurizing process by, for example, a hot isostatic pressing method for removing voids generated in the core and the clad also serves as the heating process of the wafer, thereby simplifying the process.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 is a perspective view showing an optical branching device as an optical waveguide to which the present invention is applied and an optical fiber array connected to the optical branching device, and FIG. 2 is a sectional side view taken along line II-II. The core 1a and the clad layer 1b are formed on the surface, and the patterned substrate, that is, the optical waveguide 1, has a cover glass 5 adhered to the surface thereof with an adhesive 6, and input and output terminals at both left and right ends in FIG. The fiber arrays 2 and 3 are bonded and connected by an adhesive 4.
[0013]
Here, as schematically shown in FIG. 3, the optical waveguide 1 is curved in a concave spherical shape with a uniform curvature with the side on which the core and the clad are formed before the cover glass 5 is bonded (FIG. 3). On the left). This is deformed in a flattening direction due to the shrinkage of the adhesive 6 (right side in FIG. 3). The amount of deformation is about 5 m to 20 m in the radius of curvature of the optical waveguide 1 before the cover glass 5 is bonded to the optical waveguide 1 having a width and length of several centimeters. By setting in consideration only the amount after the deformation of the waveguide 1, it is a range that hardly causes a problem. In practice, the cover glass 5 is also deformed to some extent according to its thickness. Moreover, although stress due to the shrinkage of the adhesive 6 is also generated, the direction and size thereof are constant, so that the PDL of the optical waveguide 1 is not deteriorated and is constant, and the quality is stable.
[0014]
On the other hand, as shown on the left side of FIG. 4, when the optical waveguide has an uneven shape before bonding the cover glass, the right side of FIG. 4 is caused by the shrinkage of the adhesive by bonding the cover glass. As shown in FIG. 5, not only the direction of deformation is irregular, but also the direction and magnitude of the generated stress varies depending on the location, for example, twisting stress is also generated, and as a result, the PDL varies greatly for each optical waveguide. , Its quality deteriorates.
[0015]
Below, the manufacturing procedure of the said optical branching device is demonstrated. First, a core layer mainly composed of SiO 2 is formed on a glass wafer A made of quartz or the like by, for example, a plasma CVD method. At this time, one or more kinds of dopes selected from phosphorus, titanium, germanium, aluminum, boron, fluorine and the like so that the refractive index is higher by about 0.2% to 0.8% than that of the glass wafer A. Agent is added to the core layer. Since the refractive index of the core 1a is desirably equal to the refractive index of the optical fiber core, the refractive index may be adjusted by appropriately selecting a dopant. In addition to plasma CVD, film formation is performed using a so-called low-temperature film formation apparatus capable of forming a film at about 500 ° C. or lower, such as atmospheric pressure CVD, PVD, vacuum deposition, sputtering, ion plating, etc. Good. This is heat-treated at a temperature higher than the deposition temperature and lower than the melting point, a predetermined waveguide pattern is formed on the surface of the core 1a with a photoresist, and etching such as RIE is performed, whereby the core 1a having a predetermined pattern is formed. Form. Thereafter, a low-refractive-index upper cladding layer 1b containing SiO 2 as a main component is formed by the same low-temperature film formation method as described above.
[0016]
Next, in a state where the upper clad layer 1b is exposed, by heating and pressurizing from the surroundings by a hot isostatic pressing method (hereinafter referred to as HIP method), the void is reduced to a practically no problem level, Alternatively, it is eliminated, and the film-forming stress generated in each film-forming layer is removed. Therefore, the HIP method is desirably maintained for about 2 hours in the range of 1000 ° C. to 1200 ° C. and 1000 kgf / cm 2 to 1700 kgf / cm 2 .
[0017]
Here, when performing the heating and pressurizing treatment by the HIP method, the glass wafer A is placed on the concave spherical seat B having a curvature radius of 5 m to 20 m as shown in FIG. By doing so, the heated and softened glass wafer A becomes a shape curved substantially along the surface shape of the concave spherical seat B. Thereby, the unevenness | corrugation (undulation) as shown in FIG. 6 of the said glass wafer A is extended, and it is removed with the said void and residual stress. Further, even if the irregularities (swells) of the glass wafer A are left slightly, the glass wafer A is curved in the same direction, so the direction of stress due to the shrinkage of the adhesive that occurs later is constant, and the control is easy. Become. Depending on the processing temperature, the weight and thickness of the glass wafer A, the radius of curvature is larger than the radius of curvature of the concave spherical seat B.
[0018]
On the other hand, when performing the above heating and pressure treatment, if a flat seating surface is used, the unevenness (swells) will not grow and there will be no escape and voids and residual stress will be removed, but the unevenness (swells) will remain. The direction of stress due to the contraction of the agent is not constant and cannot be controlled. Moreover, even if the removal of voids is not required and the HIP treatment is not performed, heat treatment may be performed for the purpose of stabilizing the refractive index and removing residual stress. At this time, even if there is no unevenness (undulation) on the wafer before the heat treatment, residual stress at the time of film formation occurs in the formed film, so that the unevenness (undulation) is extended when a flat seat surface is used as described above. As a result, there are no reliefs and undulations remain.
[0019]
If the radius of curvature of the concave spherical seat B is 20 m or more, there is no difference from the case where it is placed on the flat seat and processed, and if it is less than 5 m, the adhesive layer becomes thick and undergoes significant curing shrinkage. , PDL increases. In addition, connection position alignment with the input / output connection terminals becomes troublesome, and there is a risk of increasing insertion loss.
[0020]
Next, several tens to several hundreds of optical waveguides 1 patterned on the glass wafer A are cut out by a dicing apparatus (not shown). The size to be cut out is not an individual waveguide chip but a strip C of 5 to 10 chips (FIG. 7).
[0021]
Next, a cover glass is affixed on the surface of the strip C with an adhesive 6 made of, for example, an ultraviolet curable resin. This cover glass preferably has the same thermal expansion characteristics as the strip C, that is, the substrate of the optical waveguide 1. For example, the same material as the substrate of the optical waveguide 1 may be used. The thickness is preferably about the same as or greater than that of the optical waveguide 1 in view of the reinforcing effect. However, if the cover glass side of the optical waveguide 1 is set to be greatly deformed by the shrinkage of the adhesive, the deformation amount of the optical waveguide 1 is increased. Can be reduced, and the design becomes easy. And it cuts out to the chip | tip of each optical waveguide 1, optically polishes an end surface of a core, the fiber arrays 2 and 3 are adhere | attached with the adhesive agent 4, and an optical branching device is completed.
[0022]
FIG. 8 shows the relationship between the amount of warpage of the optical waveguide chip and the PDL, heat-treated using the concave spherical seat B, cut out from the curved glass wafer, and heat treated using the flat seat and the optical waveguide bonded with the cover glass described later. The graph compared with the optical waveguide which cut out from the done glass wafer and adhere | attached the cover glass is shown. An optical waveguide that has been heat-treated using a concave spherical seat B, cut out from a curved glass wafer, and bonded with a cover glass has a PDL of significantly less than 0.1 dB regardless of the amount of warpage of the optical waveguide chip. I understand. Here, the amount of warpage of the optical waveguide chip is the maximum distance between the front surface and the back surface of the optical waveguide chip.
[0023]
In the above embodiment, the glass wafer is heat-treated using the concave spherical seat B. However, the glass wafer may be heat-treated using a convex spherical seat B ′ as shown in FIG. A concave or convex aspherical seat may be used so as to be uniformly curved in consideration of the softening characteristics of the lens.
[0024]
Further, a bowl-like shape which is curved along the surface of the waveguide as shown in FIG. 9 (b) and which is uniformly concavely curved as viewed from the direction (side surface direction) orthogonal to the light input / output direction of the waveguide. The glass wafer may be heat-treated using a seat B ″ or a semi-cylindrical seat B ′ ″ that is curved uniformly and convex as viewed from the side as shown in FIG. 9C. In that case, since most of the stress generated by the shrinkage of the adhesive that bonds the cover glass is applied to the light input / output direction x, it does not affect the TE wave (z) and TM wave (y) orthogonal to the direction x, The PDL expressed as the difference in power does not change and becomes constant.
[0025]
Moreover, in the said embodiment, although the glass wafer was curved at the time of the heating and pressurizing process by HIP method, you may separately heat-process, for example about 500 to 1200 degreeC using a concave spherical seat or a convex spherical seat. .
[0026]
Further, in the above embodiment, the ultraviolet curable resin is used as the adhesive for attaching the cover glass to the surface of the optical waveguide 1, but a thermosetting adhesive or the like may be used instead.
[0027]
In addition, in the said embodiment, although the glass wafer was cut out in strip shape and the cover glass was affixed, you may affix a cover glass with a glass wafer.
[0028]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the optical waveguide according to the present invention, the substrate of the optical waveguide in which the core and the clad are provided on the substrate and the cover glass is bonded to the substrate before the cover glass is bonded. The direction of the stress applied to the substrate after the cover glass is bonded to the substrate by being curved in a concave or convex shape as a whole along the surface and perpendicular to the light input / output direction. Becomes constant, and its control becomes easy. In particular, the substrate is generally uniformly curved only when viewed from a direction perpendicular to the light input / output direction along the surface before the cover glass is bonded, i.e., a tunnel dome or a bowl-shaped one. The substrate is preferably made of a substrate that is uniformly curved as viewed from any direction along its surface before the cover glass is bonded, that is, a dome or a cup. Further, since the substrate is cut from a wafer that is curved with a uniform curvature as a whole, the PDL of each substrate becomes uniform without deterioration, and the quality thereof is stabilized.
[0029]
Further, according to the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, the wafer on which one or more portions forming the optical waveguide are formed is uniform as a whole when viewed from a direction orthogonal to the light input / output direction of the optical waveguide. When the wafer is placed on a concave or convex surface that is curved and heat-treated, the irregularities (waviness) of the wafer is removed and the wafer is uniformly curved, so that the stress generated by subsequent processing can be easily controlled. In particular, the wafer is placed on a surface that is uniformly curved when viewed from a direction that is along the surface and perpendicular to the light input / output direction of the optical waveguide, that is, a bowl-shaped or kamaboko-shaped surface. The wafer may be heat-treated, or the wafer may be placed on a surface that is uniformly curved as viewed from any direction along the surface, that is, placed on a spherical surface or a cup-shaped surface. Further, by bonding the cover glass after the heat treatment, the direction of the stress applied to the substrate after the cover glass is bonded becomes constant, and the control becomes easy. In addition, by placing the wafer on a concave or convex surface with a uniform curvature and heat-treating it, the curvature of the cut out substrate becomes even more uniform, and stress that deteriorates PDL is not applied. Is stable.
[0030]
In addition, the process is simplified by serving also as the heat treatment of the wafer by heating / pressurizing treatment by, for example, hot isostatic pressing for removing voids generated in the core and clad of the optical waveguide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an optical branching device as an optical waveguide to which the present invention is applied and an optical fiber array connected to the optical branching device.
2 is a side sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a schematic side view of an optical waveguide according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic side view of a conventional optical waveguide.
FIG. 5 is a view showing a state in which a glass wafer A is placed on a concave spherical seat B;
FIG. 6 is a diagram schematically showing how the irregularities (swells) of glass wafer A are stretched by heat treatment.
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a glass wafer A is cut into strips.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of warpage of an optical waveguide chip and PDL.
FIGS. 9A to 9C are perspective views showing a heat treatment seat for a glass wafer for explaining another embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 10 is a side sectional view showing a conventional optical branching device and an optical fiber array connected thereto.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical waveguide 1a Core 1b Clad layer 2, 3 Fiber array 4 Adhesive 5 Cover glass 6 Adhesive 11 Optical waveguide 12, 13 Fiber array 14 Adhesive 15 Cover glass 16 Adhesive A Glass wafer B Concave spherical seat B 'Convex spherical surface Seat B ″ Sagittarius B ″ ″ Kamaboko Seat C Strip

Claims (15)

表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路において
前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲したものからなることを特徴とする光導波路。
In the optical waveguide in which the core and the clad are formed on the surface portion , and the cover glass is adhered thereon with an adhesive,
The substrate is deformed in a flat direction along the surface of the substrate before the cover glass is bonded, and as a whole when viewed from a direction orthogonal to the light input / output direction, and in a flat direction due to the shrinkage of the adhesive. optical waveguide, characterized in that it consists of those curved.
前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したものからなることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。    2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is uniformly curved as a whole along the surface of the cover glass before being bonded and when viewed from a direction orthogonal to the light input / output direction. The optical waveguide according to 1. 前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したものからなることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。    2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is made of a material that is uniformly curved as viewed from any direction along the surface of the substrate before the cover glass is bonded. 3. 前記基板の湾曲する曲率が全体的に一様になっているものからなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光導波路。    4. The optical waveguide according to claim 1, wherein the curvature of curvature of the substrate is uniform throughout. 前記基板が前記コア及びクラッドが設けられた側が凹になるように湾曲していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光導波路。    5. The optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is curved so that a side on which the core and the clad are provided is concave. 前記基板が前記コア及びクラッドが設けられた側が凸になるように湾曲していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光導波路。    The optical waveguide according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate is curved so that a side on which the core and the clad are provided is convex. 前記基板に於ける光入出力端に光ファイバアレイが接着により接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光導波路。    The optical waveguide according to claim 1, wherein an optical fiber array is connected to an optical input / output end of the substrate by bonding. 表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路の製造方法であって、
前記光導波路をなす部分が1つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲した面上に載置して加熱処理し、当該加熱処理した前記ウエハに前記カバーガラスを接着することを特徴とする光導波路の製造方法。
A substrate having a core and a clad formed on a surface portion , and a manufacturing method of an optical waveguide having a cover glass bonded thereon with an adhesive ,
The wafer on which one or more portions forming the optical waveguide are formed is deformed in a uniform manner as viewed from the direction orthogonal to the light input / output direction of the optical waveguide, and in a flat direction due to the shrinkage of the adhesive. A method of manufacturing an optical waveguide , comprising: placing on a curved surface, heat-treating , and bonding the cover glass to the heat-treated wafer .
前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項8に記載の光導波路の製造方法。    The wafer is heat-treated by being placed on a surface that is uniformly curved as a whole only when viewed from a direction perpendicular to the light input / output direction of the optical waveguide along the surface thereof. The manufacturing method of the optical waveguide of Claim 8. 前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項8に記載の光導波路の製造方法。    9. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the wafer is placed on a surface that is uniformly curved as viewed from any direction along the surface thereof and heat-treated. 前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ、一様な曲率で湾曲する凹または凸球面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の光導波路の製造方法。    The wafer is placed on a concave or convex spherical surface that is curved with a uniform curvature only when viewed from a direction that is along the surface and perpendicular to the light input / output direction of the optical waveguide. 10. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the optical waveguide is manufactured. 前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見た場合でも一様な曲率で湾曲する凹または凸球面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項8または請求項10に記載の光導波路の製造方法。    11. The heat treatment is performed by placing the wafer on a concave or convex spherical surface that is curved with a uniform curvature when viewed from any direction along the surface thereof. Manufacturing method of the optical waveguide. 前記ウエハから前記基板に切り出した後、その光入出力端に光ファイバアレイを接着により接続することを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれかに記載の光導波路の製造方法。 13. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8 , wherein an optical fiber array is bonded to the light input / output end after the wafer is cut out from the wafer . 前記コア及びクラッドに発生したボイドを除去するための加熱・加圧処理が、前記ウエハの加熱処理を兼ねることを特徴とする請求項8乃至請求項13のいずれかに記載の光導波路の製造方法。 Heating and pressing treatment to remove voids generated in the core and cladding, a method of manufacturing an optical waveguide according to any one of claims 8 to 13, characterized in that also serves as a heat treatment of the wafer . 前記ウエハの加熱処理が、熱間静水圧加圧法(HIP法)によることを特徴とする請求項8乃至請求項14のいずれかに記載の光導波路の製造方法。 Heat treatment of the wafer, method for manufacturing an optical waveguide according to any one of claims 8 to 14, characterized in that by hot isostatic pressing process (HIP process).
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