JP3737821B2 - 波長分割デバイス - Google Patents

Description

本発明は波長分割多重光デバイスに関する。

マルチメディア情報社会を構築するためには、光ファイバ伝送を用いた通信網の普及が不可欠である。このためには、光信号を電気信号に効率よく変換する受光モジュールを低コストで実現する必要がある。

更に、双方向通信及びサービス多重などの多岐に渡るサービスを提供するためには、光の波長独立性を生かして波長の異なる光を多重化して伝送する波長分割多重光通信が期待されている。そのためには、波長の異なる光信号を合波・分波する波長分割多重光デバイスが不可欠である。

従来の導波路型の波長分割多重光デバイスが特開昭６３−３３７０７号に記載されている。この従来技術では、シリコン基板上にＹ分岐部を有する光導波路を形成し、このＹ分岐部を横断する形で溝が形成されている。この溝中に誘電体多層膜フィルタを挿入して、導波路型波長分割多重光デバイスを構成している。

このタイプの波長分割多重光デバイスは小型且つ良好なアイソレーション特性を持っているため、他のマッハツェンダ型波長分割多重光デバイスやファイバ融着型光デバイスに比較して有利な形態である。

ところが、挿入損失の増加を抑えるためには、フィルタの垂直方向の傾き角度の誤差を０．５°程度以下に抑える必要がある。そのために、従来構造では、波長分割多重光デバイスを安定に制作するのが困難であるという問題があった。

よって本発明の目的は、導波路に対して垂直にフィルタを挿入及び保持することが可能な構造を提供することにより、光の挿入損失の低減を図った波長分割多重光デバイスを提供することである。

本発明によると、導波路基板上に第１の導波路と第２の導波路と第３の導波路が形成されるとともに、該第１及び第２の導波路と、該第３の導波路との間に第１の波長の光を前記第２の導波路に反射させ、第２の波長の光を前記第３の導波路に導く波長選択フィルタ挿入用の挿入溝が設けられ、前記挿入溝に波長選択フィルタが挿入されるとともに、該挿入溝に更に挿入されたくさびにより、該波長選択フィルタが前記挿入溝の壁面に押し付けられた、ことを特徴とする波長分割デバイスが提供される。

本発明の他の側面によると、導波路基板上に第１の導波路と第２の導波路と第３の導波路が形成されるとともに、該第１及び第２の導波路と、該第３の導波路との間に第１の波長の光を前記第２の導波路に反射させ、第２の波長の光を前記第３の導波路に導く波長選択フィルタ挿入用の挿入溝が設けられ、前記挿入溝の略垂直に形成された側壁に、くさび型基板上に波長選択用の膜構造を形成した波長選択フィルタの該膜構造が向き合うように、該波長選択フィルタが前記挿入溝中に挿入された、ことを特徴とする波長分割デバイスが提供される。

本発明によれば、挿入溝中にくさびを打ち込むことにより、フィルタを光導波路に対して実質上垂直に保つことができ、光の挿入損失の低減を図ることができる。

発明の実施する為の最良の形態

図１は本発明第１実施形態の波長分割多重光デバイスの斜視図を示しており、図２はその平面図を示している。シリコン（Ｓｉ）基板２上にＳｉＯ2 クラッド層４が形成されている。

このクラッド層４は、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 をＳｉ基板２上に積層することにより形成される。クラッド層４は第１及び第２端面４ａ，４ｂと、第１及び第２側面４ｃ，４ｄを有している。

クラッド層４中には第１光導波路６及び第２光導波路８が埋設されている。第１及び第２光導波路６，８は例えばＴｉＯ2 がドープされたＳｉＯ2 から形成されている。第１光導波路６と第２光導波路８はＹ接続部１０で互いに接続されている。

第１光導波路６はクラッド層４の第１端面４ａに露出した第１端面６ａと、第２端面４ｂに露出した第２端面６ｂを有している。第２光導波路８の端面８ａはクラッド層４の第１端面４ａに露出している。

クラッド層４にはクラッド層４の第１及び第２側面４ｃ，４ｄにそれぞれ開口する第１及び第２の幅広の溝１２，１４が形成されている。これらの幅広の溝１２，１４は、例えば反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2 クラッド層４を部分的に除去することにより形成される。

図２に最もよく示されているように、これらの幅広の溝１２，１４はクラッド層４の第１及び第２側面４ｃ，４ｄに向かって徐々に広くなるように形成されている。

次いで、第１及び第２光導波路６，８のＹ接続部１０を横切って、第１及び第２の幅広の溝１２，１４を通過する挿入溝１６を、Ｓｉ基板２及びＳｉＯ2 クラッド層４中にその両側面に渡り形成する。この挿入溝１６は、例えばダイシングソーにより形成され、約２５μｍの幅を有している。

挿入溝１６中は、誘電体多層膜フィルタ１８が挿入されている。第１及び第２の幅広の溝１２，１４が内側に向かってその幅が徐々に狭くなっているため、誘電体多層膜フィルタ１８を幅広の溝１２又は１４中に挿入して、徐々に導波路接続部がある中央部分にガイドしていくことにより、容易にフィルタ１８の挿入溝１６中への挿入が可能となる。

図３を参照すると、第１図の３−３線断面図が示されている。挿入溝１６の幅は誘電体多層膜フィルタ１８の厚さよりも一般的に広く形成されている。例えば、挿入溝１６は約２５μｍの幅を有しており、誘電体多層膜フィルタ１８は約１５μｍの厚さを有している。

そのため、基板１８ｂ上に誘電体膜１８ａを複数層積層して構成される誘電体多層膜フィルタ１８を、挿入溝１６中に挿入した状態では、フィルタ１８が光導波路６，８に対して垂直な方向から傾く恐れがある。そこで、本実施形態では、くさび２０を挿入溝１６中に打ち込み、誘電体多層膜フィルタ１８を挿入溝１６を画成する壁面に押し付けるようにする。

これにより、誘電体多層膜フィルタ１８は光導波路に対して実質上垂直関係で配置され、挿入損失の増加を抑制することができる。当然のことながら、くさび２０は光導波路を伝搬する光に対して透明な物質、例えば合成樹脂等から形成される。

第１光導波路６の第１端面６ａから入射した波長λ１及びλ２の信号光のうち、波長λ２の信号光は誘電体多層膜フィルタ１８を透過し、第１光導波路６の第２端面６ｂから出射する。

一方、波長λ１の信号光は、誘電体多層膜フィルタ１８で反射されて第２光導波路８に結合し、第２光導波路８の端面８ａから出射する。例えば、λ１＝１．５５μｍ，λ２＝１．３μｍである。

上述した第１実施形態では、２つの幅広な溝１２，１４をクラッド層４の両側面４ｃ，４ｄに開口するように形成しているが、フィルタ１８の挿入溝１６中への挿入を容易にするためには、どちらか一方の側面に幅広な溝を１つ形成するようにしてもよい。

次に、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を参照して、本発明第１実施形態の製造プロセスについて説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、ＳｉＯ2 クラッド層４に埋設された第１及び第２光導波路６，８を形成する。第１及び第２光導波路６，８はＹ接続部１０で互いに接続されている。

この光導波路形成プロセスを図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照して、詳細に説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により第１ＳｉＯ2 クラッド層３を形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、第１ＳｉＯ2 クラッド層３上に導波路層５としてＴｉＯ2 をドープしたＳｉＯ2 層をＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成する。

そして、図５（Ｃ）に示すように、導波路層５の不要部分をエッチングにより除去して第１及び第２光導波路６，８を形成する。最後に、図５（Ｄ）に示すように、第１及び第２光導波路６，８を覆うように、第２ＳｉＯ2 クラッド層７をＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成する。

図４（Ｂ）を戻って参照すると、挿入溝１６を形成する位置に対応するＳｉＯ2 クラッド層４の両側を反応性イオンエッチング等により部分的に除去して、外側に向かって徐々に広がる幅広な溝１２，１４を形成する。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、フィルタを挿入する挿入溝１６を導波路接続部分１０を横切って幅広な溝１２，１４を通過するようにダイシングソー等により形成する。

最後に、図４（Ｄ）に示すように、幅広な１２又は１４を案内として、誘電体多層膜フィルタ１８を挿入溝１６中に挿入する。特に図示しないが、図４（Ｄ）のステップの後に、挿入溝１６中にくさび２０を打ち込むようにしてもよい。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を参照すると、本発明第２実施形態の製造プロセスが示されている。本製造プロセスは、図６（Ｂ）に示す幅広な溝或いは切欠き形成ステップが図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示した第１実施形態の製造プロセスと相違する。他のステップは、第１実施形態の製造プロセスのステップと同様である。

即ち、本実施形態の製造プロセスでは、図６（Ｂ）に示すように光導波路の形成された導波路基板２を横に並べ、幅広な溝或いは切欠き１４ａをダイシングソーにより形成する。もう一方の切欠き１２ａも同様に形成する。

図７（Ａ）を参照すると、幅広の溝の他の製造方法を示す平面図が示されている。図７（Ｂ）はその正面図である。本製造方法では、シリコン基板２にエッチングを施して、幅広なＶ溝１２ｂ，１４ｂを形成する。

シリコン基板２の結晶方位を図７（Ａ）に示すように設定することにより、ＫＯＨを使用した異方性エッチングにより、シリコン基板２の（１１１）面をＶ溝１２ｂ，１４ｂ中に露出させることができる。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）はくさびの製造プロセスを示している。まず、図８（Ａ）に示すように、切削或いはエッチングにより基板２２上に型となる段差構造を形成し、その上にポリイミド溶液２４を塗布する。

このポリイミド溶液２４をキュアすると、図８（Ｂ）に示すようにポリイミド溶液２４は収縮して固化し、くさび状のポリイミド樹脂２４が連なった形が形成される。この樹脂２４を図８（Ｃ）に示す線２５に沿って切断することにより、図３に示したくさび２０を得ることができる。

図９を参照すると、フィルタ一体型くさびアレイが示されている。図８（Ｃ）で形成した複数のくさびが連なった樹脂基板２４の上にＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 等の誘電体多層膜構造２６を蒸着により形成し、フィルタ一体型くさびアレイを形成する。

これを個々のくさびに切断することにより、フィルタ一体型くさび２８を得ることができ、図１０に示すようにフィルタ一体型くさび２８を挿入溝１６中に挿入することにより、図３に示したのと同様な構造をフィルタ２８のみで提供することが可能となる。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は第４実施形態の製造プロセスを示している。本実施形態では、まず図１１（Ａ）に示すように、ＳｉＯ2 クラッド層４をエッチングしてクラッド層４の両側に三角形状の溝３０，３２を形成する。このとき、三角形状の溝３０，３２の一辺はクラッド層４の側面に垂直となるように形成する。

次いで、図１１（Ｂ）に示すように、挿入溝３４を三角形状の溝３０，３２の一辺に重なるように形成する。この構造にすることにより、挿入溝３４の一辺は連続的に繋がった構造となる。

この挿入溝３４中に図１１（Ｃ）に示すようにフィルタ１８を挿入する。三角形状の溝３０，３２が広い溝となっているので、フィルタ１８の挿入が容易である。

更に、三角形状の溝３０，３２中に外側から概略水平にくさび３６，３８を押し込むことにより、フィルタ１８を連続する溝段差に押し付けることができ、フィルタ１８を光導波路６，８に対して実質上垂直に保持することができる。

このようなくさび３６，３８の一例を図１２に示す。即ち、Ｓｉ基板４０上にＳｉＯ2 層４２をＣＶＤ法等により形成し、ＳｉＯ2 層４２の不要部分をエッチングにより除去して、くさび４４を形成する。図１２に示した状態をひっくり返して、基板４０をＳｉＯ2 クラッド層４上でスライドさせることにより、くさび４４を溝３０中に押し込むことができる。

以上、様々な実施形態について本発明を説明したが、広い溝は図面に示した形状に限定されるものではなく、フィルタをガイドしやすい形状とすることができることはいうまでもない。

また、導波路基板もシリコン基板に限定されるものではなく、ガラス基板等の他の基板も採用可能であり、光導波路もポリマー導波路等の他の材料から形成された導波路であってもよい。

本発明第１実施形態の斜視図である。 第１実施形態の平面図である。 図１の３−３線断面図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は本発明第１実施形態の製造プロセスを示す図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は光導波路の形成プロセスを示す図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は本発明第２実施形態の製造プロセスを示す図である。 図７（Ａ）は幅広の溝の他の製造方法を示す平面図であり、図７（Ｂ）はその正面図である。 図８（Ａ）〜図８（Ｃ）はくさびの製造プロセスを示す図である。 フィルタ一体型くさびアレイを示す図である。 本発明第３実施形態の断面図である。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は本発明第４実施形態の製造プロセスを示す図である。 第４実施形態に使用可能なくさびの斜視図である。

符号の説明

２ 導波路基板
４ ＳｉＯクラッド層
６ 第１光導波路
８ 第２光導波路
１０ Ｙ接続部
１２，１４ 幅広の溝
１６ 挿入溝
１８ 誘電体多層膜フィルタ
２０ くさび

Claims (2)

1. 導波路基板上に第１の導波路と第２の導波路と第３の導波路が形成されるとともに、該第１及び第２の導波路と、該第３の導波路との間に第１の波長の光を前記第２の導波路に反射させ、第２の波長の光を前記第３の導波路に導く波長選択フィルタ挿入用の挿入溝が設けられ、
   前記挿入溝に波長選択フィルタが挿入されるとともに、
   該挿入溝に更に挿入されたくさびにより、該波長選択フィルタが前記挿入溝の壁面に押し付けられた、
   ことを特徴とする波長分割デバイス。
2. 導波路基板上に第１の導波路と第２の導波路と第３の導波路が形成されるとともに、該第１及び第２の導波路と、該第３の導波路との間に第１の波長の光を前記第２の導波路に反射させ、第２の波長の光を前記第３の導波路に導く波長選択フィルタ挿入用の挿入溝が設けられ、
   前記挿入溝の略垂直に形成された側壁に、くさび型基板上に波長選択用の膜構造を形成した波長選択フィルタの該膜構造が向き合うように、該波長選択フィルタが前記挿入溝中に挿入された、
   ことを特徴とする波長分割デバイス。

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