JP3837506B2

JP3837506B2 - 光導波路及びその形成方法

Info

Publication number: JP3837506B2
Application number: JP2002153797A
Authority: JP
Inventors: 浩一粟津; 宇一伊東; 真藤巻; 和男白石
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003344683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、光導波路および光導波路形成方法の技術分野に属し、より詳細には、受動型光素子として機能する平板型光導波路および受動型光素子として機能する平板型光導波路の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光導波路製造方法においては、下部クラッドとなる基板、または基板上に下部クラッドとなる層を堆積した基板上にコア層を堆積した後、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching, RIE)によってこのコア層を所望の導波路形状に整形した後に、上部クラッドを堆積することによって光導波路を製造している（図１０参照）。
【０００３】
一般に、コア層への導波路形状のパターンニングには、コア層表面に感光性ポリマーを塗布し、所望のパターン形状を持ったフォトマスクを介して、ポリマーを露光し整形するフォトリソグラフィーが用いられる。光導波路形状の形成には高精度なフォトリソグラフィー技術が必要であるが、その技術に使用される装置は、非常に高価であり、その結果、作製された光導波路の価格が高価になってしまうという問題点があった。
【０００４】
また、光導波路のコア層は、３〜１０μｍ程度の厚さを有する。従来方法においては、ＲＩＥを用いてコア層の整形を行なうが、このＲＩＥによる数μｍの厚さのコア層形成には技術的な難しさもあり、長時間を要するという問題点があった。
さらに、光導波路中に受動型光素子としての機能を付与する場合には、導波路形状が複雑になる為、ＲＩＥでは形成が難しいという問題点もあった。
【０００５】
また、特開２０００−５６１４７号公報には、その図１（金型）および２（形成プロセス）に示されているように、フォトプロセスとＲＩＥの工程を用いず、安価で耐熱性にすぐれた高分子光導波路を作成するために、基板上に形成された下部クラッド層を加熱保持し、金型を用いて該層を押圧することで該層上に凹部を形成し、該凹部にコア層を形成する方法が開示されている。しかし、この方法は、下部クラッド層に対して、金型で光導波路のための溝を形成し、該溝にコア層を形成するものであり、多くの工程を要するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上記各問題点に鑑みて成されたものであり、その課題は、簡易で高速かつ安価な平板型光導波路形成方法を提供るすとともに、安価な平板型光導波路を提供することである。また、平板型光導波路に受動型光素子としての機能を簡易に付与する平板型光導波路形成方法及び受動型光素子としての機能を付与された平板型光導波路を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本願発明の光導波路は、光導波路の下部クラッドとなる層及びコアとなる層を持っているモールドできる平板材料上に、所望の光導波路の形状を持ったモールド金型を押し付けることによって形成される光導波路である。
特に、本願発明の光導波路形成方法は、光導波路の下部クラッドとなる層及びコアとなる層を持っているモールドできる平板材料上に、１列の断面三角形状突起又は２列の三角形状の突起を有するモールド金型を押し付けることにより、該平板上に形成されるＶ字状のコア層の頂点部分に光導波路を形成する光導波路形成方法である。
【０００８】
【実施の形態】
本願発明は、所望の光導波路構造に対応する型を持った１列の断面三角形状又は２列の断面矩形状若しくは三角形状の突起を有するモールド金型を平板材料（多成分ガラス、シリカ系ガラス、高分子材料等）に押し付けることによって、光導波路構造を形成するものである。受動型光デバイスとしての機能を持つ光導波路となるべき光導波路パターンをモールド金型に付与することにより、簡便、安価、かつ高速に多機能平板型光導波路の形成が可能となる。付与できる機能としては、曲がり、交差、テーパ、分岐などが挙げられる。また、スラブ型導波路の形成も可能である。形成できるデバイスとしては、分岐合流器、分波合波器、方向性結合器、光混合器(スターカップラー)、アレー導波路型回折格子(AWG)などが挙げられる。
【０００９】
【参考例１】
まず始めに、下部クラッドとなる平板上にコア層のみが堆積されている基板を光導波路に整形する手法を説明する。作製プロセスの1例を図１に示す。
【００１０】
まず、下部クラッドとなる平板材料の上にコア層となるガラスを堆積した基板を形成する。この基板を材料の軟化点まで加熱し、所望のパターンを持った一列の断面矩形断面突起を有するモールド金型を押し付けることにより、モールド金型に付与された形状を基板表面に形成する。このモールド金型形状が付与されたコア中に光を閉じ込める為に上部クラッドを形成することによって平板型光導波路が形成できる。しかし、この方法においては、押し込まれるコア部分の形状が崩れてしまい良好な導波路を得ることができない。また、ここでは基板を下部クラッドとして用いる場合を説明したが、基板とコア層との間に下部クラッドとなる層を別途形成しておいても良い。
【００１１】
【実施例１】
モールド金型の形状は、必ずしも矩形である必要はない。図2は、本願発明に係る金型である三角形の断面形状を持つモールド金型を用いた光導波路形成方法を示している。この三角導波路においては、光は三角形の頂点部分に閉じ込められる。よって、三角形の頂点部分がコアとなり、光を伝搬する。この様に、三角形の頂点において光導波路を形成することができる。
【００１２】
さらには、モールド金型の形状は、上記の様な矩形断面や三角形断面に加え、台形断面や円形断面及びこれらの形状の組み合わせでもよい。
【００１３】
【実施例２】
上述の作製方法においては、モールド金型によって押し込まれた部分をコアとして用いたが、本願発明に係る第２の例として、図３に示す様に、２列の矩形断面突起を有するモールド金型によって両側の部分を押し込み、残った部分をコアとする方法を用いても光導波路を形成することができる。
【００１４】
【実施例３】
同様に、本願発明に係る第２の例の変形例として、図４に示す様に、２列の三角形断面を有するモールド金型によって両側の部分を押し込み、残った部分をコアとする方法を用いても光導波路を形成することができる。
【００１５】
【実施例４】
上記に説明した手法においては、コア層を光導波路形状に加工した後に上部クラッドを形成している。本手法の変形例として、図５に示すように、コア層の上に上部クラッドを堆積した後に、１列の三角形断面突起を有するモールド金型にて光導波路形状に加工してもよい。
【００１６】
【参考例２】
図６に示すように、コア層の上に上部クラッドを堆積した後に、１列の矩形断面突起を有するモールド金型にて光導波路形状に加工してもよい。
【００１７】
【実施例５】
一般に平板型光導波路は通信用光ファイバと接続して使用される。光ファイバは、一般にＶ溝と呼ばれるＶ字型の溝を光導波路の光入射部及び光出射部に形成し、そこに光ファイバをはめ込むことによって光導波路と接続される。本手法においては、モールド金型によって平板を加工するという手法を用いることから、図７に示す様に、モールド金型に光ファイバ接続用のＶ溝形状を付与しておき、光導波路形成時に光導波路上にＶ溝を同時に形成することも可能である。
【００１８】
【実施例６】
多機能な平板型光導波路を形成するには、モールド金型に光導波路の曲がり、交差、テーパ、分岐などに対応する形状を付与しておけばよい。これらの形状を組み合わせることによって、分岐合流器、分波合波器、方向性結合器、光混合器(スターカップラー)、などの受動型光素子が形成できる。また、本手法においては、モールド金型にスラブ型導波路に対応する導波路形状を付与することによって、スラブ型の光導波路も容易に形成できるため、スラブ型導波路と曲がり導波路とを組み合わせて形成されるＡＷＧの形成も容易に実現できる。このような多機能な平板型光導波路を形成し、かつ光ファイバ接続用Ｖ溝も同時に形成するようなモールド金型の例を図８に示す。
【００１９】
【実施例７】
コア表面にモールド金型にて整形可能な金属材料、ポリマー材料、半導体材料、セラミック材料をコア層上に塗布、堆積、又は蒸着することによりモールド層として、これらの材料をモールド金型にて所望の導波路形状に整形した後、これらをレジストとして、RIEによりコアを所望の導波路形状に加工し、その後上部クラッドを堆積することにより所望の導波路を得る導波路作成方法を図９に示す。なお、この時、コア層、クラッド層は、モールド金型にて整形されない材料で形成されている。
【００２０】
【発明の効果】
本願発明による平板型光導波路形成方法は、簡易で高速かつ安価であり、結果として、本願発明に係る平板型光導波路は、安価である。また、本願発明によれば、平板型光導波路に受動型光素子としての機能を簡易に付与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】１列の矩形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図２】本願発明に係る１列の三角形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図３】２列の矩形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図４】本願発明に係る２列の三角形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図５】本願発明に係る１列の三角形断面突起を有するモールド金型を用いた第２の光導波路形成方法説明図
【図６】１列の矩形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図７】本願発明に係る光ファイバ結合のためＶ溝形成用凸部を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図８】本願発明に係る多機能平板型光導波路形成用モールド金型
【図９】本願発明に係る２列の平型矩形断面突起を有するモールド金型を用いた光導波路形成方法説明図
【図１０】従来の製法プロセス

Claims

平板上に形成される光導波路において、下部クラッド層及びコア層から成る平板に対して、三角形断面の突起を有するモールド金型を押し付けることにより、該平板に形成されたＶ字状のコア層の頂点部分に光導波路が形成されていることを特徴とする光導波路。
平板上に形成される光導波路であって、下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層から成る平板に対して、三角形断面の突起を有するモールド金型を押し付けることにより、該平板に形成されたＶ字状のコア層の頂点部分に光導波路が形成されていることを特徴とする光導波路。
平板上に形成される光導波路であって、下部クラッド層及びコア層から成る平板に対して、２列の三角形断面突起を有するモールド金型を押し付けることにより該突起の間に残された逆Ｖ字状のコア層の頂点部分に光導波路が形成されていることを特徴とする光導波路。
上記モールド金型は、光ファイバ接続用Ｖ字状突起を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導波路。
上記光導波路は、受動型光素子として機能することを特徴とする請求項1 から３のいずれかに記載の光導波路。
光導波路の形成方法において、下部クラッド層及びコア層から成る平板に対して、三角形断面の突起を有するモールド金型を押し付けることにより、該平板に形成されたＶ字状のコア層の頂点部分に光導波路が形成することを特徴とする光導波路の形成方法。
光導波路の形成方法において、下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層から成る平板に対して、コア層側から三角形断面の突起を有するモールド金型を押し付けることにより、該平板に形成されたＶ字状のコア層の頂点部分に光導波路が形成することを特徴とする光導波路の形成方法。
平板上に形成される光導波路であって、下部クラッド層及びコア層から成る平板に対して、２列の三角形断面突起を有するモールド金型を押し付けることにより該突起の間に残された逆Ｖ字状のコア層の頂点部分に光導波路を形成することを特徴とする光導波路の形成方法。