JP3883377B2 - Polarization characteristic / propagation constant control method, ring resonator, optical waveguide, waveguide type optical device, and manufacturing method of various optical devices - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、偏光特性・伝搬定数制御方法、およびリング共振器、光導波路、導波路型光デバイス、ならびに各種光デバイスの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、リング共振器や光導波路、さらには導波路型光デバイスの偏光特性および伝搬定数を容易に制御することのできる新しい偏光特性・伝搬定数制御方法、および、偏光無依存化されたあるいは伝搬定数が制御された新しいリング共振器、光導波路、導波路型光デバイスに関するものであり、また、回折格子やフレネルレンズ、フレネルゾーンプレート、リッジ型光導波路、ファブリーペロー共振器、多層膜フィルタ、光導波路型方向性結合器、波長板などの各種光デバイスを、各々の特性を良好に、且つ容易に調整可能として製造することのできる、新しい製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特定波長の光信号のみが各光導波路相互に乗り移ることによりＡＤＤ／ＤＲＯＰ動作を行う光導波路型波長フィルタの一つとして、たとえば図１に例示したように、入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）の間にリング共振器（３）が備えられた構造を有するものが知られている。
【０００３】
このリング共振器付き光導波路型波長フィルタでは、リング共振器（３）が入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）間の光結合部の役割を担っており、波長多重光信号λ1...nが入力側光導波路（１）の入力ポートに入射されると、リング共振器（３）の共振波長と一致する波長の光信号λjだけが、リング共振器（３）を介して出力側光導波路（２）に乗り移ってＤＲＯＰポートから出射される。他の波長の光信号λ1...j-1,j+1...nはそのまま入力側光導波路（１）のスルーポートに流れる。また、出力側光導波路（２）のＡＤＤポートから入射された光信号は、リング共振器（３）の共振波長と一致する場合にのみ入力側光導波路（１）のスルーポートに合波される。
【０００４】
ところで、このような従来のリング共振器付き光導波路型波長フィルタでは、入力多重光信号に対して一波長の光信号のみしか合波・分波することができないため、１×Ｎ波長フィルタを構成するには複数のリング共振器を曲がり導波路などで連結する必要があり、高密度集積化が困難であるといった問題があった。
【０００５】
そこで、この出願の発明の発明者は、１×Ｎ波長フィルタを実現すべく、新しいリング共振器付き光導波路型波型波長フィルタをすでに提供している（特願２０００−３２４８０参照）。
【０００６】
すなわち、新しいリング共振器付き光導波路型波長フィルタは、たとえば図２に例示したように、リング共振器（３）を介して入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）相互のＡＤＤ／ＤＲＯＰ動作を行うリング共振器付き光導波路型波長フィルタであって、入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）が交叉しており、これらの入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）とリング共振器（３）とが互いに重なるように積層されていることを特徴とするものである。このリング共振器付き光導波路型波長フィルタによって、１×Ｎ光導波路型波長フィルタを容易に実現することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のとおりの優れたリング共振器付き光導波路波長フィルタであっても、実用上さらに改良すべき点があることがわかった。すなわち、偏光依存性が大きいのである。この偏光依存性を解消するには、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の伝播定数が同じになるように各膜厚とコア幅を設計して製作すれば良いが、製作誤差によって完全な偏光無依存化は困難な場合が多い。
【０００８】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、リング共振器を初め、光導波路や導波路型光デバイスの偏光特性および伝搬定数の制御を容易に行うことのできる、新しい偏光特性・伝搬定数制御方法、および、偏光無依存化されたあるいは伝搬定数が制御された新しいリング共振器、光導波路、導波路型光デバイスを提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決する手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、リング共振器または光導波路または導波路型光デバイスの偏光特性または伝搬定数を制御する方法であって、クラッド層もしくはコア層またはその両方に、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを用い、当該クラッド層もしくはコア層またはその両方を紫外線照射により膜厚調整することを特徴とする偏光特性・伝搬定数制御方法（請求項１）を提供する。
【００１０】
また、この出願の発明は、クラッド層もしくはコア層またはその両方に、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドが用いられており、紫外線照射によりクラッド層もしくはコア層またはその両方の膜厚が調整されることで、偏光無依存化されてなる、または伝搬定数が制御されてなることを特徴とするリング共振器または光導波路または導波路型光デバイス（請求項２）（請求項３）（請求項４）をも提供する。
【００１１】
さらにまた、この出願の発明は、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミド膜の表面にストライプパターンを形成したフォトマスクを密着あるいは投影露光して、フォトマスク上方からポリイミド膜に対して紫外線照射することにより、当該ポリイミド膜の表面にストライプパターンを形成することを特徴とする回折格子の製造方法（請求項５）、紫外光を用いた干渉露光あるいは位相格子によって、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミド膜の表面に干渉縞パターンを発生させることにより、当該ポリイミド膜の表面に正弦波状の凹凸パターンを形成することを特徴とする回折格子の製造方法（請求項６）、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミド膜の表面に輪帯パターンを形成したフォトマスクを密着あるいは投影露光して、フォトマスク上方からポリイミド膜に対して紫外線照射することにより、当該ポリイミド膜の表面に輪帯パターンを形成することを特徴とするフレネルレンズまたはフレネルゾーンプレートの製造方法（請求項７）（請求項８）、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミド膜の表面に導波路パターンを形成したフォトマスクを密着あるいは投影露光して、フォトマスク上方からポリイミド膜に対して紫外線照射することにより、当該ポリイミド膜の表面に導波路パターンを形成することを特徴とするリッジ型光導波路の製造方法（請求項９）、端面が反射鏡となっている共振器の少なくとも一部を、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを用いて成製し、当該共振器に対して紫外線照射することにより、共振器長を調整することを特徴とするファブリーペロー共振器の製造方法（請求項１０）、少なくとも一層以上の積層薄膜を、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを用いて成製し、当該積層薄膜に対して紫外線照射することにより、膜厚を調整することを特徴とする多層膜フィルタの製造方法（請求項１１）、積層した上部コアと下部コアとの間の中間層を、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを用いて成製し、当該中間層に対して紫外線照射することにより、膜厚を調整することを特徴とする光導波路型方向性結合器の製造方法（請求項１２）、スピンコートによって基板上に、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを成膜し、溶媒を揮発させてからポリイミド膜を基板から剥がし、ポリイミド膜をその両側端を固定するように枠体に装着させた状態にてイミド化した後、当該ポリイミド膜に対して紫外線照射することにより、膜厚を調整することを特徴とする波長板の製造方法（請求項１３）をも提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、この出願の発明の偏光特性・伝搬定数制御方法の原理について説明する。
【００１３】
まず、この出願の発明の発明者は、リング共振器の上層クラッドに複屈折ポリマーを用いた構造を検討したところ、複屈折ポリマーとして、紫外線の照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を減少させることのできるポリイミドを発見した。
【００１４】
図３（ａ）（ｂ）は、各々、あるポリイミドの紫外線照射と屈折率変化の関係および紫外線照射と膜厚変化の関係の一実測例を示したものである。また、図４（ａ）（ｂ）も同じく、別のポリイミドの各関係の一実測例を示したものである。図３の実測例において使用したポリイミドは、商品名「ＯＰＩ（Optical use Polyimide ）」（日立化成株式会社製）と呼ばれる、フッ素の含有量を変えることで屈折率の大きさを制御可能なフッ素化ポリイミドである。図４では、商品名「フォトニース」（東レ株式会社製）と呼ばれる全芳香属感光性ポリイミドを用いている。
【００１５】
これら図３および図４から明らかなように、いずれのポリイミドも、紫外線が照射されても、ＴＥモードおよびＴＭモードの屈折率はほぼ一定であり、且つ両偏光の屈折率差である複屈折もほぼ一定となっている。そしてそれとともに、膜厚は照射時間が増えるにつれて減少していることがわかる。
【００１６】
なお、紫外線照射前のＯＰＩおよびフォトニースそれぞれの屈折率および膜厚は、表１および表２のとおりである。
【００１７】
【表１】
【表２】
したがって、この特性を利用することで、リング共振器の偏光無依存化が可能となる。すなわち、リング共振器において、紫外線照射により屈折率および複屈折を一定に保ったままで膜厚を調整できるＯＰＩやフォトニースなどのポリイミドを用いて上層クラッドを形成し、コア層および上層クラッド層厚を適切な値に設定することにより、伝搬定数の偏光依存性のないリング共振器に調整することができる。そして、製作誤差によって僅かに残った伝搬定数の偏光依存性を、さらに紫外線照射によって除去することができる。より具体的には、リング共振器のコア厚をある設定値とし、そのコアに対して上層クラッドを上記ポリイミドで形成した後、それに対して紫外線を照射することにより、複屈折の全くない、つまりＴＥ偏光とＴＭ偏光の伝搬定数が同じになる膜厚を有する上層クラッドとすることができるのである。これにより、リング共振器の偏光特性を制御して、偏光無依存性のリング共振器が実現される。
【００２０】
もちろん、膜厚が変化することによって伝搬定数が変化するので、伝搬定数（あるいは光路長）の制御を容易に行うことができることにもなる。
【００２１】
なお、この出願の発明の偏光特性・伝搬定数制御方法は、リング共振器だけでなく、上述と同様にして、一般的な光導波路、さらには空間光ビーム用の多層薄膜型光デバイスなどの光デバイスに対しても適用でき、偏光無依存性を有する、あるいは伝搬定数が制御されてなる光導波路および導波路型光デバイスを実現することができる。
【００２２】
また、以上の説明は上層クラッドについてのものであるが、クラッド層は上層でも下層でもよく、また、コア層にポリイミドを用いても、あるいはクラッド層およびコア層の両方にポリイミドを用いても、上述と同様に、偏光無依存性を有する、あるいは伝搬定数が制御されてなるリング共振器や、光導波路、導波路型光デバイスを実現できる。
【００２３】
ところで、近年の高速・大容量光通信の発展に伴い、それに使用される各種光デバイスについての研究・開発が盛んに行なわれているが、たとえば、リッジ型光導波路では、偏光特性以外にも、光の閉じ込め条件などの特性を容易に調整できる技術の実現が望まれている。その他、回折格子やフレネルレンズ、フレネルゾーンプレート、ファブリーペロー共振器、多層膜フィルタ、光導波路型方向性結合器、波長板などについても、各々の特性を良好に、且つ容易に調整することのできる製造方法の実現が望まれている。
【００２４】
そこで、この出願の発明は、ポリイミドを上記の各種光デバイスの製造に応用し、ポリイミドの紫外線照射に関わる上記特性を利用することで、各種光デバイスの特性調整を良好に、且つ容易に行うことをも実現している。
【００２５】
この出願の発明は、以上のとおりの特徴を持つものであるが、以下に添付した図面に沿って実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］
この発明の偏光特性・伝搬定数制御方法によりリング共振器の偏光特性を制御した一実施例について説明する。
【００２７】
図５は、用いたリング共振器の一例を示した概略図である。このリング共振器において、
【００２８】
コア厚ｔｒ＝１．０μｍ、１．１μｍとした場合について、フッ素化ポリイミド上層クラッドの厚さを変えた場合のＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率差（等価複屈折）を計算によって求めた。図６は、その結果である上層クラッド厚ｔｐと複屈折（ｎＴＥ−ｎＴＭ）の関係を示したものである。横軸にはフッ素化ポリイミド上層クラッドの膜厚［μｍ］、縦軸には等価複屈折Δｎeqをとってある。この図６から明らかなように、コア厚ｔｒ＝１．０μｍでは、上層クラッド厚ｔｐ＝約０．７５μｍで等価複屈折が０となり、コア厚ｔｒ＝１．１μｍでは、上層クラッド厚ｔｐ＝約１．４μｍで等価複屈折が０となる。紫外線照射によってポリイミドの膜厚は減少するので、製作誤差を考慮して素子製作時にポリイミドの膜厚を設計値よりも少しだけ厚めに製作して、素子製作後に等価複屈折をモニターしながら紫外線を照射することによって、完全に複屈折を零とすることができる。
【００２９】
このように、上層クラッドにフッ素化ポリイミドを用い、紫外線照射することによって、複屈折を解消した、すなわち偏光無依存化したリング共振器（偏光無依存リング共振器と呼ぶ）が実現できるのである。
【００３０】
もちろん、この発明の偏光特性・伝搬定数制御方法は、たとえば、特願２０００−３２４８０に開示されているリング共振器付き光導波路型波長フィルタの全態様に適用できることは言うまでもない。
【００３１】
［実施例２］
続いて、以下にこの出願の発明の各種光デバイスの製造方法について説明する。
【００３２】
［回折格子、フレネルレンズ、フレネルゾーンプレートの製造］
たとえば図７に例示したように、まず、ポリイミド膜（１１）の表面にストライプパターンを形成したフォトマスク（１２）を密着あるいは投影露光し、続いて、ポリイミド膜（１１）に対して紫外線照射することにより、ポリイミド膜（１１）の表面にストライプ状のパターン（１３）を形成する。これにより、回折格子を製造する。このときの紫外線の照射時間を調整することで、パターン（１３）の溝深さを微調整したり、フォトマスクの透過率を場所によって変えることで溝に角度を持たせるようにすることができる。
【００３３】
また、フォトマスク（１２）のパターンを輪帯パターンとすることで、同様にして、ポリイミド膜（１１）の表面に輪帯状のパターン（１３）を形成し、フレネルレンズやフレネルゾーンプレートをも製造することができる。この場合にも、紫外線の照射時間を調整することで、輪帯形状を微調整することができる。
【００３４】
他方、回折格子の製造においては、たとえば図８に例示したように、紫外光を用いた干渉露光（二つの紫外光をクロスさせる）あるいは位相格子によってポリイミド膜（１１）の表面に干渉縞パターン（１４）を発生させ、これにより、ポリイミド膜（１１）の表面に正弦波凹凸状のパターン（１３）を形成するようにしてもよい。
【００３５】
［リッジ型光導波路の製造］
たとえば図９に例示したように、ポリイミド膜（１１）の表面に導波路パターンを形成したフォトマスク（１２）を密着あるいは投影露光し、ポリイミド膜（１１）に対して紫外線照射することにより、ポリイミド膜（１１）の表面に導波路パターン（１５）を形成する。この導波路パターン（１５）をコアとして用いてリッジ型光導波路を製造する。このときの紫外線の照射時間を調整することで、導波路パターン（１５）の形状を微調整でき、光の閉じ込め条件などを容易に、且つ任意に変更できるのである。
【００３６】
［ファブリーペロー共振器の製造］
たとえば図１０に例示したように、端面が反射鏡（１６１）となっている共振器（１６）（たとえば半透明とする）の少なくとも一部をポリイミドを用いて成製し、その共振器（１６）に対して紫外線照射することにより、共振器長Ｌを調整する。ファブリーペロー共振器においては、図１１に例示したような多数モードの共振波が出力される。この共振波長λ0は共振器長Ｌに依存する（λ0＝２ｎＬ／Ｎ（Ｎは共振次数））。そこで、紫外線を照射し、且つその照射時間を調整することで、ポリイミドの膜厚制御特性に従って共振器長Ｌを調整でき、その結果共振波長λ0を所望のものに変更できるようになる。なお、このことをトリミングと呼ぶこととする。すなわち、この方法は、紫外線照射による波長トリミング法とも呼ぶことができる。
【００３７】
［多層膜フィルターの製造］
上記の波長トリミング法は、多層膜フィルタにも適用することができる。たとえば図１２に例示したように、少なくとも一層以上の積層薄膜（１７）をポリイミドを用いて成製し、その積層薄膜（１７）に対して紫外線照射することにより、膜厚を調整する。これにより、透過波長を所望のものに容易にトリミングできるのである。
【００３８】
［光導波路型方向性結合器の製造］
たとえば図１３に例示したように、まず、積層した上部コア（１８）と下部コア（１９）との間の中間層（２０）をポリイミドを用いて成製する。そして、中間層（２０）に対して紫外線照射することにより、膜厚を調整する。二つの導波路（上部コア（１８）および下部コア（１９））を図１４に例示したように接近させると、光はその接近ポイントで一方の導波路と他方の導波路との間で往復移動する。その往復移動時の結合度（周期と最大移動電力）は導波路間隔に依存するのである。そこで、両導波路の間隔ｄ、つまりポリイミド製の中間層（２０）の厚さを紫外線照射により調整することで、所望の結合度が得られるようになる。
【００３９】
［波長板の製造］
たとえば図１５に例示したように、まず、スピンコートによって基板（２１）上にポリイミド膜（２２）を成膜し、溶媒を揮発させてからポリイミド膜（２２）を基板（２１）から剥がす。次いで、ポリイミド膜（２２）をその両側端を固定するように枠体（２３）に装着させる。つまり、両側端に向う方向（これを平行方向とする）は固定し、それに直交する方向は自由にしておく。この状態にて、たとえば約３５０℃まで加熱してキュアすることによりイミド化する。そして、ポリイミド膜（２２）に対して紫外線照射することにより膜厚を調整する。たとえば図１６に例示したように、ポリイミド膜（２２）では、イミド化後に自己収縮によってその分子配列が平行方向に揃い、大きな複屈折（最大約０．１程度）が発生する。したがって、紫外線照射して膜厚を制御することで、λ／２波長板やλ／４波長板を製造することができるのである。
【００４０】
この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、リング共振器や光導波路、さらには導波路型光デバイスの偏光特性および伝搬定数の制御を容易に行うことができ、偏光無依存性を実現可能とした、新しい偏光特性・伝搬定数制御方法が提供される。
【００４２】
そして、この偏光特性・伝搬定数制御方法を用いることにより偏光無依存性を有する、または伝搬定数が制御されてなるリング共振器、光導波路、導波路型光デバイスを実現することができる。
【００４３】
また、各種光デバイスを、各々の特性を良好に、且つ容易に調整して製造することのできる、新しい製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリング共振器付き光導波路型波長フィルタの一例を示した要部平面図である。
【図２】従来の別のリング共振器付き光導波路型波長フィルタの一例を示した要部斜視図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は、各々、フッ素化ポリイミドの紫外線照射と屈折率変化の関係および紫外線照射と膜厚変化の関係の一実測例を示した図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、各々、全芳香族感光性ポリイミドの紫外線照射と屈折率変化の関係および紫外線照射と膜厚変化の関係の一実測例を示した図である。
【図５】リング共振器の一例を示した断面図である。
【図６】上層クラッドの膜厚と等価複屈折立の関係を例示した図である。
【図７】回折格子、フレネルレンズ、フレネルゾーンプレートの製造方法を説明するための図である。
【図８】回折格子の別の製造方法を説明するための図である。
【図９】リッジ型光導波路の製造方法を説明するための図である。
【図１０】ファブリーペロー共振器の製造方法を説明するための図である。
【図１１】ファブリーペロー共振器による共振波長を例示した図である。
【図１２】多層膜フィルターの製造方法を説明するための図である。
【図１３】光導波路型方向性結合器の製造方法を説明するための図である。
【図１４】光導波路型方向性結合器を例示した図である。
【図１５】波長板の製造方法を説明するための図である。
【図１６】イミド化ポリイミド膜の分子配向および紫外線照射を例示した図である。
【符号の説明】
１ 入力側光導波路
２ 出力側光導波路
３ リング共振器
１１ ポリイミド膜
１２ フォトマスク
１３ パターン
１４ 干渉縞パターン
１５ 導波路パターン
１６ 共振器
１６１ 反射鏡
１７ 積層薄膜
１８ 上部コア
１９ 下部コア
２０ 中間層
２１ 基板
２２ ポリイミド膜
２３ 枠体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a polarization characteristic / propagation constant control method, a ring resonator, an optical waveguide, a waveguide type optical device, and a method for manufacturing various optical devices. More specifically, the invention of this application relates to a novel polarization characteristic / propagation constant control method capable of easily controlling the polarization characteristic and propagation constant of a ring resonator, an optical waveguide, and a waveguide type optical device, and polarization. It is related to new ring resonators, optical waveguides, and waveguide type optical devices that have been made independent or whose propagation constants are controlled, and also include diffraction gratings, Fresnel lenses, Fresnel zone plates, ridge type optical waveguides, and Fabry-Perot resonances. The present invention relates to a new manufacturing method in which various optical devices such as a filter, a multilayer filter, an optical waveguide type directional coupler, and a wave plate can be manufactured with good and easy adjustment of their characteristics.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as one of optical waveguide type wavelength filters that perform an ADD / DROP operation by transferring only an optical signal of a specific wavelength between optical waveguides, as illustrated in FIG. 1, for example, an input side optical waveguide (1) Further, there is known one having a structure in which a ring resonator (3) is provided between the output side optical waveguide (2).
[0003]
In this optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator, the ring resonator (3) plays a role of an optical coupling part between the input side optical waveguide (1) and the output side optical waveguide (2). When λ 1... n is incident on the input port of the input-side optical waveguide (1), only the optical signal λ j having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring resonator (3) is transmitted to the ring resonator (3). Through the output-side optical waveguide (2) and emitted from the DROP port. Optical signals λ 1... J-1, j + 1... N of other wavelengths flow as they are to the through ports of the input side optical waveguide (1). Also, the optical signal incident from the ADD port of the output side optical waveguide (2) is multiplexed to the through port of the input side optical waveguide (1) only when it matches the resonance wavelength of the ring resonator (3). .
[0004]
By the way, in such a conventional optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator, only an optical signal of one wavelength can be multiplexed / demultiplexed with respect to an input multiplexed optical signal, so that a 1 × N wavelength filter is configured. For this purpose, it is necessary to connect a plurality of ring resonators by bending waveguides or the like, and there is a problem that high-density integration is difficult.
[0005]
Therefore, the inventor of the invention of this application has already provided a new optical waveguide type wave-type wavelength filter with a ring resonator in order to realize a 1 × N wavelength filter (see Japanese Patent Application No. 2000-32480).
[0006]
That is, a new optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator includes, for example, an ADD between the input side optical waveguide (1) and the output side optical waveguide (2) via the ring resonator (3) as illustrated in FIG. / DROP operation with an optical waveguide wavelength filter with a ring resonator, the input side optical waveguide (1) and the output side optical waveguide (2) intersect, and the input side optical waveguide (1) and the output The side optical waveguide (2) and the ring resonator (3) are laminated so as to overlap each other. With this optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator, a 1 × N optical waveguide type wavelength filter can be easily realized.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been found that even the excellent optical waveguide wavelength filter with a ring resonator as described above has practically further improvements. That is, the polarization dependency is large. In order to eliminate this polarization dependence, each film thickness and core width may be designed and manufactured so that the propagation constants of TE polarization and TM polarization are the same. Often difficult.
[0008]
The invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, solves the problems of the prior art, and improves the polarization characteristics and propagation constants of ring resonators, optical waveguides and waveguide type optical devices. PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new polarization characteristic / propagation constant control method that can be easily controlled, and a new ring resonator, optical waveguide, or waveguide type optical device that is polarization independent or whose propagation constant is controlled. Is an issue.
[0009]
[Means for solving the problems]
The invention of this application is a method for controlling the polarization characteristics or the propagation constant of a ring resonator, an optical waveguide, or a waveguide type optical device as a solution to the above-described problems, and includes a method for controlling a cladding layer and / or a core layer. Polarized light characterized by using polyimide that can reduce the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation, and adjusting the film thickness of the clad layer and / or core layer by ultraviolet irradiation A characteristic / propagation constant control method (claim 1) is provided.
[0010]
The invention of this application uses a polyimide that can reduce the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation in the clad layer and / or the core layer. A ring resonator, an optical waveguide, or a waveguide-type light that is made polarization-independent or whose propagation constant is controlled by adjusting the film thickness of the cladding layer and / or the core layer. A device (claim 2) (claim 3) (claim 4) is also provided.
[0011]
Furthermore, the invention of this application is such that a photomask having a stripe pattern formed on the surface of a polyimide film capable of reducing the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation is adhered or projected and exposed. A method of manufacturing a diffraction grating, wherein a stripe pattern is formed on the surface of the polyimide film by irradiating the polyimide film with ultraviolet light from above the photomask (claim 5), and interference exposure using ultraviolet light Alternatively, by generating an interference fringe pattern on the surface of the polyimide film that can reduce the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation by the phase grating, a sinusoidal wave shape is generated on the surface of the polyimide film. the method of manufacturing a diffraction grating and forming an uneven pattern (claim 6), ultraviolet irradiation The photomask formed with annular pattern on the surface of the polyimide film can reduce the film thickness while maintaining a constant refractive index and birefringence close contact or in projection exposure by, the polyimide film from the photomask above A method for producing a Fresnel lens or a Fresnel zone plate (Claim 7) (Claim 8), characterized in that an annular pattern is formed on the surface of the polyimide film by ultraviolet irradiation. By adhering or projecting a photomask with a waveguide pattern on the surface of a polyimide film that can reduce the film thickness while maintaining refraction constant, and then irradiating the polyimide film with ultraviolet light from above the photomask A ridge type characterized by forming a waveguide pattern on the surface of the polyimide film The method of manufacturing the waveguide (claim 9), polyimide capable of reducing at least a portion of the resonator end face is a reflecting mirror, the film thickness while maintaining a constant refractive index and birefringence by ultraviolet radiation And a method of manufacturing a Fabry-Perot resonator, wherein the resonator length is adjusted by irradiating the resonator with ultraviolet rays (claim 10), and at least one laminated thin film The film thickness can be adjusted by irradiating the laminated thin film with ultraviolet rays, which is made using polyimide that can reduce the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation. A method for producing a multilayer filter characterized in
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the principle of the polarization characteristic / propagation constant control method of the invention of this application will be described.
[0013]
First, the inventors of the invention of this application examined a structure using a birefringent polymer for the upper clad of the ring resonator. As a birefringent polymer, the refractive index and the birefringence were kept constant by irradiation with ultraviolet rays. We have discovered a polyimide that can reduce the film thickness.
[0014]
FIGS. 3A and 3B show examples of actual measurement of the relationship between ultraviolet irradiation and refractive index change of a certain polyimide and the relationship between ultraviolet irradiation and film thickness change, respectively. FIGS. 4A and 4B also show an actual measurement example of each relationship of different polyimides. The polyimide used in the actual measurement example of FIG. 3 is a fluorinated product called “OPI (Optical use Polyimide)” (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) that can control the refractive index by changing the fluorine content. Polyimide. In FIG. 4, a wholly aromatic photosensitive polyimide called a trade name “Photo Nice” (manufactured by Toray Industries, Inc.) is used.
[0015]
As is clear from FIGS. 3 and 4, even when any polyimide is irradiated with ultraviolet rays, the refractive index of the TE mode and the TM mode is almost constant, and birefringence, which is the difference in refractive index between both polarized lights, is also observed. It is almost constant. At the same time, it can be seen that the film thickness decreases as the irradiation time increases.
[0016]
Tables 1 and 2 show the refractive indexes and film thicknesses of OPI and photonics before ultraviolet irradiation.
[0017]
[Table 1]
[Table 2]
Therefore, by utilizing this characteristic, it becomes possible to make the ring resonator polarization independent. That is, in the ring resonator, an upper clad is formed using polyimide such as OPI or photonics that can adjust the film thickness while keeping the refractive index and birefringence constant by ultraviolet irradiation, and the thickness of the core layer and the upper clad layer is reduced. By setting to an appropriate value, it is possible to adjust the ring resonator so that the propagation constant does not depend on the polarization. Then, the polarization dependence of the propagation constant that remains slightly due to manufacturing errors can be further removed by ultraviolet irradiation. More specifically, the core thickness of the ring resonator is set to a certain set value, and the upper layer clad is formed of the polyimide with respect to the core, and then irradiated with ultraviolet rays, there is no birefringence, that is, It is possible to form an upper clad having a film thickness that makes the propagation constant of TE polarized light and TM polarized light the same. This realizes a polarization-independent ring resonator by controlling the polarization characteristics of the ring resonator.
[0020]
Of course, since the propagation constant changes as the film thickness changes, the propagation constant (or optical path length) can be easily controlled.
[0021]
Note that the polarization characteristics / propagation constant control method of the invention of this application is not limited to the ring resonator, but in the same manner as described above, in the light of general optical waveguides and multilayer thin film type optical devices for spatial light beams. The present invention can also be applied to a device, and an optical waveguide and a waveguide type optical device having polarization independence or a controlled propagation constant can be realized.
[0022]
Further, the above description is about the upper clad, but the clad layer may be an upper layer or a lower layer, and even if polyimide is used for the core layer, or polyimide is used for both the clad layer and the core layer, Similar to the above, it is possible to realize a ring resonator, an optical waveguide, or a waveguide type optical device having polarization independence or a controlled propagation constant.
[0023]
By the way, with the recent development of high-speed and large-capacity optical communication, research and development on various optical devices used in it are actively conducted. For example, in the ridge type optical waveguide, in addition to polarization characteristics, Realization of a technique capable of easily adjusting characteristics such as light confinement conditions is desired. In addition, the characteristics of diffraction gratings, Fresnel lenses, Fresnel zone plates, Fabry-Perot resonators, multilayer filters, optical waveguide directional couplers, wave plates, etc. can be adjusted well and easily. Realization of a manufacturing method is desired.
[0024]
Therefore, the invention of this application applies polyimide to the production of various optical devices described above, and makes it possible to easily and easily adjust the characteristics of various optical devices by utilizing the above-mentioned properties related to ultraviolet irradiation of polyimide. Has also been realized.
[0025]
The invention of this application has the features as described above, but examples will be shown along the attached drawings below, and the embodiments of the invention of this application will be described in more detail.
[0026]
【Example】
[Example 1]
An embodiment in which the polarization characteristic of the ring resonator is controlled by the polarization characteristic / propagation constant control method of the present invention will be described.
[0027]
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the used ring resonator. In this ring resonator,
[0028]
When the core thickness tr = 1.0 μm and 1.1 μm, the equivalent refractive index difference (equivalent birefringence) between the TE mode and the TM mode when the thickness of the fluorinated polyimide upper cladding was changed was obtained by calculation. FIG. 6 shows the relationship between the upper cladding thickness tp and birefringence (nTE-nTM) as a result. The horizontal axis represents the film thickness [μm] of the fluorinated polyimide upper clad, and the vertical axis represents the equivalent birefringence Δneq. As is apparent from FIG. 6, when the core thickness tr = 1.0 μm, the upper clad thickness tp = approximately 0.75 μm and the equivalent birefringence becomes 0, and when the core thickness tr = 1.1 μm, the upper clad thickness tp = approximately The equivalent birefringence becomes 0 at 1.4 μm. Since the film thickness of polyimide decreases due to ultraviolet irradiation, the film thickness of the polyimide is made slightly larger than the design value at the time of device manufacture in consideration of manufacturing errors, and ultraviolet light is emitted while monitoring the equivalent birefringence after device manufacture. By irradiating, birefringence can be made completely zero.
[0029]
Thus, by using fluorinated polyimide for the upper clad and irradiating with ultraviolet rays, a ring resonator that eliminates birefringence, that is, polarization-independent (referred to as a polarization-independent ring resonator) can be realized.
[0030]
Of course, it goes without saying that the polarization characteristic / propagation constant control method of the present invention can be applied to, for example, all aspects of the optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-32480.
[0031]
[Example 2]
Then, the manufacturing method of the various optical devices of invention of this application is demonstrated below.
[0032]
[Manufacture of diffraction grating, Fresnel lens, and Fresnel zone plate]
For example, as illustrated in FIG. 7, first, a photomask (12) having a stripe pattern formed on the surface of the polyimide film (11) is closely contacted or projected and exposed to ultraviolet rays. As a result, a striped pattern (13) is formed on the surface of the polyimide film (11). Thereby, a diffraction grating is manufactured. By adjusting the irradiation time of the ultraviolet rays at this time, the groove depth of the pattern (13) can be finely adjusted, or the groove can be given an angle by changing the transmittance of the photomask depending on the location. .
[0033]
Similarly, by forming the pattern of the photomask (12) as a ring pattern, a ring-shaped pattern (13) is formed on the surface of the polyimide film (11) to produce a Fresnel lens and a Fresnel zone plate. can do. Also in this case, the annular zone shape can be finely adjusted by adjusting the irradiation time of the ultraviolet rays.
[0034]
On the other hand, in the manufacture of the diffraction grating, for example, as illustrated in FIG. 8, an interference fringe pattern (on the surface of the polyimide film (11)) by interference exposure using ultraviolet light (crossing two ultraviolet lights) or a phase grating is used. 14) may be generated, thereby forming a sinusoidal pattern (13) on the surface of the polyimide film (11).
[0035]
[Manufacture of ridge type optical waveguide]
For example, as illustrated in FIG. 9, a polyimide film (11) is exposed to a photomask (12) having a waveguide pattern formed thereon by close contact or projection exposure, and the polyimide film (11) is irradiated with ultraviolet rays. A waveguide pattern (15) is formed on the surface of the film (11). Using this waveguide pattern (15) as a core, a ridge type optical waveguide is manufactured. By adjusting the irradiation time of the ultraviolet rays at this time, the shape of the waveguide pattern (15) can be finely adjusted, and the light confinement conditions can be easily and arbitrarily changed.
[0036]
[Manufacture of Fabry-Perot resonator]
For example, as illustrated in FIG. 10, at least a part of a resonator (16) whose end face is a reflecting mirror (161) (for example, semi-transparent) is made of polyimide, and the resonator (16 ) Is irradiated with ultraviolet rays to adjust the resonator length L. In the Fabry-Perot resonator, a multimode resonance wave as illustrated in FIG. 11 is output. The resonance wavelength λ 0 depends on the resonator length L (λ 0 = 2nL / N (N is the resonance order)). Therefore, by irradiating the ultraviolet ray and adjusting the irradiation time, the resonator length L can be adjusted according to the film thickness control characteristic of the polyimide, and as a result, the resonance wavelength λ 0 can be changed to a desired one. This is called trimming. That is, this method can also be called a wavelength trimming method by ultraviolet irradiation.
[0037]
[Manufacture of multilayer filters]
The wavelength trimming method described above can also be applied to a multilayer filter. For example, as illustrated in FIG. 12, at least one laminated thin film (17) is made of polyimide, and the laminated thin film (17) is irradiated with ultraviolet rays to adjust the film thickness. Thereby, the transmission wavelength can be easily trimmed to a desired one.
[0038]
[Manufacture of optical waveguide type directional coupler]
For example, as illustrated in FIG. 13, first, an intermediate layer (20) between the laminated upper core (18) and lower core (19) is formed using polyimide. Then, the film thickness is adjusted by irradiating the intermediate layer (20) with ultraviolet rays. When the two waveguides (upper core (18) and lower core (19)) are brought close to each other as illustrated in FIG. 14, light reciprocates between one waveguide and the other at the approach point. To do. The degree of coupling (period and maximum moving power) during the reciprocating movement depends on the waveguide interval. Therefore, a desired degree of coupling can be obtained by adjusting the distance d between the two waveguides, that is, the thickness of the polyimide intermediate layer (20) by ultraviolet irradiation.
[0039]
[Manufacture of wave plates]
For example, as illustrated in FIG. 15, first, a polyimide film (22) is formed on the substrate (21) by spin coating, and after the solvent is volatilized, the polyimide film (22) is peeled off from the substrate (21). Next, the polyimide film (22) is attached to the frame (23) so as to fix both side ends thereof. That is, the direction toward both ends (this is defined as the parallel direction) is fixed, and the direction perpendicular thereto is free. In this state, for example, imidization is performed by heating to about 350 ° C. and curing. And a film thickness is adjusted by irradiating an ultraviolet-ray with respect to a polyimide film (22). For example, as illustrated in FIG. 16, in the polyimide film (22), the molecular arrangement is aligned in a parallel direction by self-shrinkage after imidization, and large birefringence (about 0.1 at the maximum) is generated. Therefore, a λ / 2 wavelength plate or a λ / 4 wavelength plate can be manufactured by controlling the film thickness by irradiating with ultraviolet rays.
[0040]
The present invention is not limited to the above examples, and various modes are possible for details.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, the invention of this application makes it possible to easily control the polarization characteristics and propagation constants of ring resonators, optical waveguides, and waveguide optical devices, and realize polarization independence. Thus, a new polarization characteristic / propagation constant control method is provided.
[0042]
By using this polarization characteristic / propagation constant control method, it is possible to realize a ring resonator, an optical waveguide, or a waveguide type optical device having polarization independence or having a propagation constant controlled.
[0043]
In addition, a new manufacturing method is provided in which various optical devices can be manufactured by adjusting each characteristic well and easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an essential part showing an example of a conventional optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator.
FIG. 2 is a perspective view of a main part showing an example of another conventional optical waveguide type wavelength filter with a ring resonator.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing an example of actual measurement of the relationship between ultraviolet irradiation and refractive index change of fluorinated polyimide and the relationship between ultraviolet irradiation and film thickness change, respectively.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing actual measurement examples of the relationship between ultraviolet irradiation and refractive index change and the relationship between ultraviolet irradiation and film thickness change, respectively, of a wholly aromatic photosensitive polyimide. FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a ring resonator.
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the thickness of the upper clad and the equivalent birefringence.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing a diffraction grating, a Fresnel lens, and a Fresnel zone plate.
FIG. 8 is a diagram for explaining another method of manufacturing a diffraction grating.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a ridge type optical waveguide.
FIG. 10 is a diagram for explaining a method for manufacturing the Fabry-Perot resonator.
FIG. 11 is a diagram exemplifying a resonance wavelength by a Fabry-Perot resonator.
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of manufacturing a multilayer filter.
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of manufacturing the optical waveguide type directional coupler.
FIG. 14 is a diagram illustrating an optical waveguide type directional coupler.
FIG. 15 is a diagram for explaining a method of manufacturing a wave plate.
FIG. 16 is a diagram illustrating molecular orientation and ultraviolet irradiation of an imidized polyimide film.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
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