JP3936665B2 - 光導波路 - Google Patents
光導波路 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3936665B2 JP3936665B2 JP2003037893A JP2003037893A JP3936665B2 JP 3936665 B2 JP3936665 B2 JP 3936665B2 JP 2003037893 A JP2003037893 A JP 2003037893A JP 2003037893 A JP2003037893 A JP 2003037893A JP 3936665 B2 JP3936665 B2 JP 3936665B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- clad
- layer
- optical waveguide
- linear expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/105—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスを主成分とする光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上にコア層とクラッド層とを形成した光導波路は半導体プロセスと同様の薄膜技術や微細加工技術で製造され、高速な光ファイバネットワークの主要部品として注目を集めている。ガラスを主成分とする光導波路は低損失な特性を有しており作製も容易なことから製品化されている光導波路デバイスの多くを占めている。
【０００３】
光導波路の入力端には光ファイバが接続される。光ファイバからの入力光の偏波状態は不定であるため、光導波路の特性は入力光の偏波状態で変動しないことが望まれる。光導波路の偏波依存性は複屈折により生じる。複屈折はコア層及びクラッド層に蓄積される内部応力で生じ、特に各層の線膨張係数の相違に起因する熱応力が大きく影響する。一般的に石英導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。当該熱処理後の温度低下の過程において、コア層、クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数が異なると熱応力が生じる。光導波路近傍で基板面内方向とそれに垂直な方向とで熱応力差が生じると光弾性効果により光導波路内に複屈折が生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１６９４０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４２４６号公報
【特許文献３】
特開平５−２５７０２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、例えばコア層とクラッド層との界面の線膨張係数を等しくする方法（特許文献１参照）や、上部クラッド層と基板との線膨張係数を等しくする方法（特許文献２参照）、あるいはクラッド層とコア層との線膨張係数が等しくなるようにドーパント量を最適化する方法（特許文献３参照）等が知られている。しかしながら、これら公知技術のように層界面の線膨張係数を等しくする方法を用いても、十分な偏波無依存性を備えた光導波路を得ることができないという問題が生じている。
【０００６】
本発明の目的は、偏波依存性の小さい光導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαcoreとし、前記コア層の軟化点温度Ｔcoreと実際の使用温度Ｔ0との差をΔＴcoreとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαcladとし、前記上部クラッド層の軟化点温度Ｔcladと前記使用温度Ｔ0との差をΔＴcladとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαsubsとすると、
【数３】
の関係式を満足することを特徴とする光導波路によって達成される。
【０００８】
また、本発明の光導波路において、ΔＴcore＞ΔＴcladであることを特徴とする。
また、本発明の光導波路において、
【数４】
であることを特徴とする。
【０００９】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαcoreとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαcladとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαsubsとすると、αcore≠αclad≠αsubsであり、且つ前記コア層の屈折率と上部クラッド層の屈折率との差Δｎの基板面に平行な方向の屈折率差をΔｎxとし、基板面に垂直な方向の屈折率差をΔｎyとすると、Δｎx＝Δｎyであることを特徴とする光導波路によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による光導波路について説明する。コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの軟化点温度が異なっていても線膨張係数が等しければ、熱処理等の温度の昇降で内部応力が光導波路近傍に蓄積されることはない。本発明者らは、コア層等の屈折率自体よりもコア層とクラッド層との屈折率の差に偏波依存性が影響を受ける光導波路では、光導波路近傍に生じる内部応力が等方性であれば偏波依存性は生じないということを見出した。光導波路近傍での内部応力を等方化するためには、コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数の関係を最適化すればよい。
【００１１】
ガラスを主成分とする材料の熱膨張による熱歪みに関しては、温度上昇に伴う材料の軟化を考慮する必要がある。ガラスの粘性率は温度によって著しく変化するためガラスの状態はいくつかの特性温度で区分されている。特性温度の１つである軟化を開始する軟化点温度Ｔsでは粘性率は１０7.6ｐｏｉｓｅとなりガラス中に粘性流動が生じる。この場合、ガラス中に熱歪みは蓄積されず軟化点温度Ｔs以上では熱応力は極めて小さくなる。光導波路のコア層やクラッド層にはガラスを主成分とした材料が用いられているので軟化点温度Ｔs以上でコア層やクラッド層に生じる熱応力は極めて小さくなる。しかしながら、光導波路の製造時の熱処理工程における冷却プロファイルの影響を受けて、軟化点温度Ｔsから実使用温度に近づくにつれてコア層やクラッド層に生じる熱応力は徐々に増大し、最終的にコア層やクラッド層には軟化点温度Ｔs以下で発生した熱応力が残存する。
【００１２】
例えば一般的に上部クラッド層には、コア層を埋め込むためにコア層より軟化点温度Ｔsの低い材料を使用する。光導波路近傍に蓄積される内部応力のうち、基板面に平行な方向の成分は基板とコア層との間に生じる熱応力に依存し、基板面に垂直な方向の成分はクラッド層とコア層との間に生じる熱応力に依存する。熱処理工程の温度が下降する過程で、基板とコア層との間に生じる熱応力は基板とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。クラッド層とコア層との間に生じる熱応力はクラッド層とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。従って、軟化点温度が異なる場合には、コア層と基板との線膨張係数の差がコア層とクラッド層との線膨張係数との差と同じであっても熱応力はもはや等方でなくなる。
【００１３】
石英系ガラスの軟化特性は線膨張係数や屈折率を制御するために使用するドーパント量に依存して変化する。従って、光導波路中に複屈折が生じないように基板面内方向とそれに垂直な方向との熱応力差を小さくするには、線膨張係数の他に、コア層やクラッド層の軟化特性や軟化特性に影響を与えるドーパントの種類及びドーパント量についても考慮する必要がある。
【００１４】
図１（ａ）は、本実施の形態による光導波路１を基板面及び光導波方向に垂直に切断した断面を示している。光導波路１は石英ガラス等の基板５上に下部クラッド層４が成膜されており、下部クラッド層４上に断面がほぼ長方形のコア層２が形成されている。さらに光導波路１にはコア層２及び下部クラッド層４上に上部クラッド層３が堆積されている。コア層２、上部クラッド層３及び下部クラッド層４はガラスを主成分とする材料で形成されている。これ以降、下部クラッド層４と基板５を総称して複合基板６と言う。なお図１において、複合基板６の基板面内であって紙面左右方向をｘ方向とし、同様に紙面に垂直な方向をｚ方向とし、複合基板６の基板面法線方向をｙ方向とする。
【００１５】
式（１−１）〜（１−４）は、それぞれコア層２及び上部クラッド層３各部で生じる熱応力を示している。式（１−１）は、コア層２の線膨張係数αcoreと複合基板６の線膨張係数αsubsとの差（線膨張係数差）に基づいて、温度変化がΔＴcoreだけ生じた場合にコア層２でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ coreの大きさを表している。ここで、温度変化ΔＴcoreは、コア層２の軟化点温度Ｔcoreと光導波路の実際の使用温度Ｔ0との差である。また、温度変化ΔＴはコア層２及び複合基板６のいずれか低い方の軟化点温度を用いる。一般にコア層２の軟化点温度Ｔcoreは複合基板６の軟化点温度Ｔsubsより低いため、式（１−１）では温度変化ΔＴcoreを用いている。式中のＥはヤング率であり、νはポアソン比である。なお、複合基板６の線膨張係数αsubsは、下部クラッド層４と基板５からなる複合体の熱膨張の大きさ、複合体を構成する基板と積層膜の厚さの比や、ヤング率・ポアソン比の関係から見積もられる実効的な値である。
【００１６】
式（１−２）は、コア層２の線膨張係数αcoreと上部クラッド層３の線膨張係数αcladとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合にコア層２でｙ方向に生じる熱応力σy ＿ coreの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcladはコア層２の軟化点温度Ｔcoreより低いため、式（１−２）では温度変化ΔＴcladを用いている。
【００１７】
同様にして、式（１−３）は、上部クラッド層３の線膨張係数αcladと複合基板６の線膨張係数αsubsとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ cladの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcladは複合基板６の軟化点温度Ｔsubsより低いため、式（１−３）では温度変化ΔＴcladを用いている。
【００１８】
また同様にして、式（１−４）は、上部クラッド層３の線膨張係数αcladとコア層２の線膨張係数αcoreとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｙ方向に生じる熱応力σy ＿ cladの大きさを表している。
なお、式（１−１）〜（１−４）以外にも、例えば、上部クラッド層３の線膨張係数αcladとコア層２の線膨張係数αcoreとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ cladも存在するが、本実施形態の以後の説明では不要なため式の記載は省略する。
【００１９】
【数５】
【００２０】
ここで、特に図示しないが、コアとそれを取り囲むクラッドからなる一般的な導波路構造を考える。光導波路の伝搬特性は伝搬モードの実効屈折率ｎeffで特徴付けられる。実効屈折率ｎeffはコアの屈折率ｎcoreやクラッドの屈折率ｎcladを用いて固有値方程式を解くことで得られるが、規格化屈折率ｂを示す式（２−１）を用いて式（２−２）のように表せる。式（２−１）及び式（２−２）において、屈折率差Δｎはコアの屈折率ｎcoreとクラッドの屈折率ｎcladとの差（Δｎ＝ｎcore−ｎclad）である。
【００２１】
【数６】
【００２２】
実効屈折率ｎeffを示す式（２−２）の右辺第１項は屈折率差Δｎを含むが、右辺第２項は屈折率差Δｎを含んでいない。つまり、実効屈折率ｎeffを示す式（２−２）の右辺第１項は、伝搬特性のうち主として光導波路内部への光の閉じ込めに関係し、右辺第２項は光学的距離に関係する。
【００２３】
マッハツェンダ構成やアレイ導波路構成など干渉系を含む光導波路デバイスの特性は、干渉系を構成する複数の光路の光路長差を如何に精度よく設定できるかに依存する。従って、干渉系を含む光導波路デバイスで偏波依存性を低減させるには、式（２−２）第２項に示すクラッドの屈折率ｎclad（あるいはコアの屈折率ｎcore）自体に複屈折が生じないようにする必要がある。
【００２４】
一方、方向性結合器やパワースプリッタ等の干渉系を含まない光導波路の特性は光路長差の変化による影響は小さく、光の閉じ込め状態に大きく影響される。
光の閉じ込め状態は、コアの屈折率ｎcoreとクラッドの屈折率ｎcladとの差であるΔｎに依存して変化するため、干渉系を含まない光導波路の偏波依存性の低減はコア及びクラッドの各々の屈折率ではなく、コアとクラッドとの屈折率差Δｎを考慮すればよい。さらに、干渉系を含まない光導波路回路での偏波依存性は、図１（ｂ）に示すような複数のコア層２，２’ が隣接した個所を含む光導波路にて生じる場合が多い。このような場合は、コア上下部の閉じ込めの変化よりもコア側方部の閉じ込め変化の影響の方が顕著になるので、本例では上下クラッド層３、４の屈折率を上部クラッド層３の屈折率ｎcladで代表させている。
【００２５】
【数７】
【００２６】
一般に、物体に生じる応力σと歪みεとの関係は式（３−１）〜（３−３）のように表わされる。式（３−１）〜式（３−３）において、（εx、εy、εz）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の歪みであり、（σx、σy、σz）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の応力である。なお本例では、基板面内方向でのｘ方向及びｚ方向の応力σx、σzはσx＝σzであるものとしている。
【００２７】
【数８】
【００２８】
また一般に、熱応力による光弾性効果に基づく屈折率変化δｎは光弾性定数ｐij、屈折率ｎ及び歪みεを用いて式（４−１）及び（４−２）のように表わされる。式（４−１）及び式（４−２）において、（δｎx、δｎy）は、光弾性効果による（ｘ、ｙ）方向の屈折率変化を表している。
【００２９】
さらに、式（４−１）及び式（４−２）に式（３−１）〜式（３−３）を代入すると、δｎx、δｎyは、それぞれ式（５−１）及び式（５−２）のように表される。
【００３０】
【数９】
【００３１】
なお、ｕxx、ｕxy、ｕyx及びｕyyは以下に示す通りである。
【数１０】
【００３２】
式（５−１）及び式（５−２）は、光弾性効果に基づく屈折率変化δｎと熱応力σとの関係を示している。式（５−１）及び式（５−２）にそれぞれ式（１−１）〜式（１−４）を代入すると、コア層２と上部クラッド層３との屈折率差Δｎを求めることができる。ｘ方向の屈折率差ΔｎをΔｎx、ｙ方向の屈折率差ΔｎをΔｎyとし、定数θを式（６−３）のように定義することにより、屈折率差Δｎxは式（６−１）で表され、屈折率差Δｎyは式（６−２）で表される。
【００３３】
【数１１】
【００３４】
但し、式（６−１）及び式（６−２）において、δｎx ＿ coreとδｎy ＿ coreはコア層２のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示し、δｎx ＿ cladとδｎy ＿ cladは上部クラッド層３のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示している。
また、式（５−３）〜式（５−６）より、式（７−１）及び式（７−２）が求まる。
【００３５】
【数１２】
【００３６】
式（６−１）、式（６−２）、式（７−１）及び式（７−２）よりｘ方向の屈折率差Δｎxとｙ方向の屈折率差Δｎyとの差は式（８−１）のように表わされる。
【００３７】
【数１３】
【００３８】
光導波路に偏波依存性がなくなるには、ｘ方向の屈折率差Δｎxとｙ方向の屈折率差Δｎyが等しくなればよいので、式（８−１）の右辺を０として式を整理すると式（９−１）のようになる。
【００３９】
【数１４】
【００４０】
式（９−１）は、コア層２、上部クラッド層３、及び複合基板６のそれぞれの線膨張係数の関係を、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcore、Ｔcladを考慮して表したものである。式（９−１）を満たすようにコア層２や上部クラッド層３等の組成を調整することで、偏波依存性のない光導波路が作製できる。
なお、式（９−１）において、ΔＴcore＝ΔＴcladとおいて式を整理すれば、αcore＝αcladとなる。これは、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcore、Ｔcladを考慮せずにコア層２と上部クラッド層３の線膨張係数のみを等しくして偏波依存性を低減しようとする参考文献１や参考文献３等の技術を表している。
【００４１】
〔実施例〕
以下、具体的に実施例を用いて説明する。まず、常温と軟化点温度との温度差ΔＴを求めるため、プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン基板上に石英ガラス膜を形成した。形成した石英ガラス膜は２種類であり、第１はゲルマニウム添加の石英ガラス膜（ＧＳＧ）、第２は燐とボロンを添加した石英ガラス膜（ＢＰＳＧ）である。２種類のガラス膜に共通の石英成分として、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）液体原料を使用した。ＧＳＧのドーパント材料はテトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）を使用し、ＢＰＳＧのドーパント材料はテトラメトキシボロン（ＴＭＢ）とテトラメトキシフォスファ（ＴＭＰ）を使用した。各ガラス膜は５μｍの膜厚に成膜され、成膜後１１００℃で２４時間の熱処理を行った。
【００４２】
温度変化（温度差）ΔＴは基板の反り量から見積もられる内部応力から計算した。内部応力と複屈折率との関係は式（５−１）及び式（５−２）から求めることができる。石英ガラス膜はシリコン基板全面に形成しているためσy＝０である。従って、複屈折率は式（５−１）及び式（５−２）においてσy＝０として変形することにより式（１０−１）のように表される。
【００４３】
【数１５】
【００４４】
内部応力から求められる複屈折率との照合・整合性を確認するために作製した各サンプルの屈折率を測定した。複屈折率は、波長１．５５μmのプリズムカプラで膜面に平行な方向（ＴＥモード）と膜面に垂直な方向（ＴＭモード）の両偏波について測定し、ＴＥモードでの屈折率ｎTEとＴＭモードでの屈折率ｎTMとの差から求めた。各サンプルの測定結果を表２に示す。
【００４５】
また、膜の内部応力は基板の反り量を測定し反り量と表１の値を式（１１−１）に代入して求めた。式（１１−１）において、Ｒは曲率半径、ｔは膜厚、ｄはシリコン基板厚、Ｅは基板に成膜した膜のヤング率、νは基板に成膜した膜のポアソン比である。なお、表１に示す各石英ガラス膜の線膨張係数は図２に示す文献データと他の実験で測定したドーパント濃度より見積もった。
【００４６】
【数１６】
【００４７】
【表１】
【００４８】
実使用温度（常温）と軟化点温度との差ΔＴは式（１２−１）から求められる。但し、式（１２−１）において、αfは基板に成膜した膜の線膨張係数、ヤング率Ｅ、ポアソン比νは膜のものを示している。また、各サンプルの測定結果及び計算結果を表２に示す。
【００４９】
【数１７】
【００５０】
【表２】
【００５１】
光導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。熱処理温度が軟化点温度より高い場合には、降温時に軟化点温度以下の温度範囲で熱応力が蓄積される。
軟化点温度を考慮しないならば、ＧＳＧのΔＴとＢＰＳＧのΔＴはともに熱処理温度にほぼ等しい１０００℃程度と考えられる。表１に示す各線膨張係数の値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入すると、ＧＳＧの膜応力は２５０ＭＰａ、ＢＰＳＧの膜応力は２７８ＭＰａとなる。ＧＳＧの膜応力は表２に示す実測値とほぼ一致するが、ＢＰＳＧの膜応力は表２に示す実測値と大きく異なる。一方、表２に示す膜応力の実測値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入しＧＳＧとＢＰＳＧのそれぞれの線膨張係数を求めると、ＧＳＧの線膨張係数は１３×１０-7、ＢＰＳＧの線膨張係数は２４×１０-7となる。ＧＳＧの線膨張係数は誤差範囲内であるが、ＢＰＳＧの線膨張係数は表１の値と大きく異なる。
【００５２】
軟化点温度を考慮すると、ＧＳＧとＢＰＳＧの軟化点温度は異なるため、両者のΔＴは等しくなる必要はない。従って、表２に示す膜応力と表１に示す線膨張係数を式（１２−１）にそれぞれ代入して求められるΔＴがＧＳＧとＢＰＳＧとで異なっていたとしても問題はない。表２に示すようにＧＳＧのΔＴは９００℃、ＢＰＳＧのΔＴは３００℃と計算される。ところで、一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から、ＧＳＧの軟化点温度は８００〜１１００℃、ＢＰＳＧの軟化点温度は３００〜６００℃と試算される。実測値に基づいて計算された表２に示すΔＴは一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から試算された軟化点温度にほぼ一致する。従って、表２に示すΔＴは実使用温度と軟化点温度との差であると考えられる。
【００５３】
光導波路の実デバイスでは、式（１−１）〜式（１−４）に示すように、コア層のΔＴ（＝ΔＴcore）と上部クラッド層のΔＴ（＝ΔＴclad）が熱応力を生じさせる。また、式（６−１）及び式（６−２）に示すように、ΔＴcoreとΔＴcladが複屈折を生じさせる。表１に示す線膨張係数と上記得られたＧＳＧのΔＴcore＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴclad＝３００℃を式（８−１）にそれぞれ代入すると、Δｎx−Δｎyは１．０×１０-4となり、干渉系を持たない光導波路であっても偏波依存性を持つことが予想される。
【００５４】
次に、図１に示す構造の光導波路を作製し偏波依存性の検証を行った。当該光導波路はコア層２の材料にＧＳＧを用い、上部クラッド層３の材料にＢＰＳＧを用いている。さらに当該光導波路は下部クラッド層４の材料にドーパント添加なしの石英ガラス膜（ＮＳＧ）を用いている。またさらに当該光導波路は基板５材料に石英ガラスを用いている。石英ガラス基板５上に３μｍのＮＳＧ下部クラッド層４を成膜し、次いで７μｍのＧＳＧのコア層２を成膜した。導波路パターン形成のためエッチングマスク用のタングステンシリサイド膜を１μｍ成膜し、その後フォトレジストを塗布、露光、現像する通常のフォトリソグラフィ手法によりレジストの導波路パターンを作製し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で所望の形状に導波路コア層２をパターニングした。１１００℃で３時間の熱処理を行い、その後上部クラッド層３として３０μｍのＢＰＳＧを堆積し、１１００℃で２４時間の熱処理を行った。ウェハプロセス終了後切断してから表面を研磨し光導波路チップを作製した。
【００５５】
方向性結合器と１×８分岐パワースプリッタの光導波路デバイスを用い、各光導波路デバイスのＴＥモードとＴＭモードでの特性差を評価した。光導波路を構成するコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の線膨張係数の関係は、上記得られたＧＳＧのΔＴcore＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴclad＝３００℃を式（９−１）に代入して式（１３−１）を求めた。
【００５６】
【数１８】
【００５７】
式（１３−１）は本実施例の光導波路の偏波依存性が０になる条件式である。
コア層２と上部クラッド層３及び複合基板６の組成が式（１３−１）を満たすようにゲルマニウム、ボロン及び燐の濃度を最適化した光導波路と、濃度を最適化しない光導波路とを試作し偏波依存性の比較評価を行った。なお、両光導波路において組成以外のプロセス要素は全て同様である。この組成においてもΔＴcoreとΔＴcladの比は実施例１での結果と殆ど差はないことは別の実験で検証済みである。
【００５８】
方向性結合器ではスルーポート出力とクロスポート出力との差（分岐比）で生じる偏波依存損失（ＰＤＬ）を測定した。一方、１×８分岐スプリッタでは８ポートの出力におけるＰＤＬを測定し平均値を求めた。光源は波長１．５５μｍの光を使用した。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３に示すように、本実施例の式（１３−１）を用いてコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の組成を最適化した光導波路は偏波依存性を大幅に低減させることができた。
【００６１】
さらに各部分の熱膨張率αを変えた構成について（９−１）式の右辺で与えられる値Ｕを計算し、測定された方向性結合器のＰＤＬとの関係を調べた。図３は、値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示しており、横軸は値Ｕを表し縦軸はＰＤＬの測定値（ｄＢ）を表している。図３に示すように、Ｕ値が大きくなるほどＰＤＬが減少する傾向にあることが分かる。コア層２等の線膨張係数αが表１に示す値のときＵ＝０．８であり、ＰＤＬの測定値は表３に示すように０．９ｄＢであったが、Ｕ＞１にするとＰＤＬ＜０．６ｄＢとなり、偏波依存性が低減できていることが分かる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、偏波依存性の小さい光導波路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光導波路の断面図である。
【図２】石英ガラス膜の線膨張係数とドーパント濃度との関係を示す図である。
【図３】コア層２等の線膨張係数αを変化させて式（９−１）の右辺で求めた値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
２ コア層
３ 上部クラッド層
４ 下部クラッド層
５ 基板
６ 複合基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスを主成分とする光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上にコア層とクラッド層とを形成した光導波路は半導体プロセスと同様の薄膜技術や微細加工技術で製造され、高速な光ファイバネットワークの主要部品として注目を集めている。ガラスを主成分とする光導波路は低損失な特性を有しており作製も容易なことから製品化されている光導波路デバイスの多くを占めている。
【０００３】
光導波路の入力端には光ファイバが接続される。光ファイバからの入力光の偏波状態は不定であるため、光導波路の特性は入力光の偏波状態で変動しないことが望まれる。光導波路の偏波依存性は複屈折により生じる。複屈折はコア層及びクラッド層に蓄積される内部応力で生じ、特に各層の線膨張係数の相違に起因する熱応力が大きく影響する。一般的に石英導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。当該熱処理後の温度低下の過程において、コア層、クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数が異なると熱応力が生じる。光導波路近傍で基板面内方向とそれに垂直な方向とで熱応力差が生じると光弾性効果により光導波路内に複屈折が生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１６９４０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４２４６号公報
【特許文献３】
特開平５−２５７０２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、例えばコア層とクラッド層との界面の線膨張係数を等しくする方法（特許文献１参照）や、上部クラッド層と基板との線膨張係数を等しくする方法（特許文献２参照）、あるいはクラッド層とコア層との線膨張係数が等しくなるようにドーパント量を最適化する方法（特許文献３参照）等が知られている。しかしながら、これら公知技術のように層界面の線膨張係数を等しくする方法を用いても、十分な偏波無依存性を備えた光導波路を得ることができないという問題が生じている。
【０００６】
本発明の目的は、偏波依存性の小さい光導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαcoreとし、前記コア層の軟化点温度Ｔcoreと実際の使用温度Ｔ0との差をΔＴcoreとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαcladとし、前記上部クラッド層の軟化点温度Ｔcladと前記使用温度Ｔ0との差をΔＴcladとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαsubsとすると、
【数３】
【０００８】
また、本発明の光導波路において、ΔＴcore＞ΔＴcladであることを特徴とする。
また、本発明の光導波路において、
【数４】
【０００９】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαcoreとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαcladとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαsubsとすると、αcore≠αclad≠αsubsであり、且つ前記コア層の屈折率と上部クラッド層の屈折率との差Δｎの基板面に平行な方向の屈折率差をΔｎxとし、基板面に垂直な方向の屈折率差をΔｎyとすると、Δｎx＝Δｎyであることを特徴とする光導波路によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による光導波路について説明する。コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの軟化点温度が異なっていても線膨張係数が等しければ、熱処理等の温度の昇降で内部応力が光導波路近傍に蓄積されることはない。本発明者らは、コア層等の屈折率自体よりもコア層とクラッド層との屈折率の差に偏波依存性が影響を受ける光導波路では、光導波路近傍に生じる内部応力が等方性であれば偏波依存性は生じないということを見出した。光導波路近傍での内部応力を等方化するためには、コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数の関係を最適化すればよい。
【００１１】
ガラスを主成分とする材料の熱膨張による熱歪みに関しては、温度上昇に伴う材料の軟化を考慮する必要がある。ガラスの粘性率は温度によって著しく変化するためガラスの状態はいくつかの特性温度で区分されている。特性温度の１つである軟化を開始する軟化点温度Ｔsでは粘性率は１０7.6ｐｏｉｓｅとなりガラス中に粘性流動が生じる。この場合、ガラス中に熱歪みは蓄積されず軟化点温度Ｔs以上では熱応力は極めて小さくなる。光導波路のコア層やクラッド層にはガラスを主成分とした材料が用いられているので軟化点温度Ｔs以上でコア層やクラッド層に生じる熱応力は極めて小さくなる。しかしながら、光導波路の製造時の熱処理工程における冷却プロファイルの影響を受けて、軟化点温度Ｔsから実使用温度に近づくにつれてコア層やクラッド層に生じる熱応力は徐々に増大し、最終的にコア層やクラッド層には軟化点温度Ｔs以下で発生した熱応力が残存する。
【００１２】
例えば一般的に上部クラッド層には、コア層を埋め込むためにコア層より軟化点温度Ｔsの低い材料を使用する。光導波路近傍に蓄積される内部応力のうち、基板面に平行な方向の成分は基板とコア層との間に生じる熱応力に依存し、基板面に垂直な方向の成分はクラッド層とコア層との間に生じる熱応力に依存する。熱処理工程の温度が下降する過程で、基板とコア層との間に生じる熱応力は基板とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。クラッド層とコア層との間に生じる熱応力はクラッド層とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。従って、軟化点温度が異なる場合には、コア層と基板との線膨張係数の差がコア層とクラッド層との線膨張係数との差と同じであっても熱応力はもはや等方でなくなる。
【００１３】
石英系ガラスの軟化特性は線膨張係数や屈折率を制御するために使用するドーパント量に依存して変化する。従って、光導波路中に複屈折が生じないように基板面内方向とそれに垂直な方向との熱応力差を小さくするには、線膨張係数の他に、コア層やクラッド層の軟化特性や軟化特性に影響を与えるドーパントの種類及びドーパント量についても考慮する必要がある。
【００１４】
図１（ａ）は、本実施の形態による光導波路１を基板面及び光導波方向に垂直に切断した断面を示している。光導波路１は石英ガラス等の基板５上に下部クラッド層４が成膜されており、下部クラッド層４上に断面がほぼ長方形のコア層２が形成されている。さらに光導波路１にはコア層２及び下部クラッド層４上に上部クラッド層３が堆積されている。コア層２、上部クラッド層３及び下部クラッド層４はガラスを主成分とする材料で形成されている。これ以降、下部クラッド層４と基板５を総称して複合基板６と言う。なお図１において、複合基板６の基板面内であって紙面左右方向をｘ方向とし、同様に紙面に垂直な方向をｚ方向とし、複合基板６の基板面法線方向をｙ方向とする。
【００１５】
式（１−１）〜（１−４）は、それぞれコア層２及び上部クラッド層３各部で生じる熱応力を示している。式（１−１）は、コア層２の線膨張係数αcoreと複合基板６の線膨張係数αsubsとの差（線膨張係数差）に基づいて、温度変化がΔＴcoreだけ生じた場合にコア層２でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ coreの大きさを表している。ここで、温度変化ΔＴcoreは、コア層２の軟化点温度Ｔcoreと光導波路の実際の使用温度Ｔ0との差である。また、温度変化ΔＴはコア層２及び複合基板６のいずれか低い方の軟化点温度を用いる。一般にコア層２の軟化点温度Ｔcoreは複合基板６の軟化点温度Ｔsubsより低いため、式（１−１）では温度変化ΔＴcoreを用いている。式中のＥはヤング率であり、νはポアソン比である。なお、複合基板６の線膨張係数αsubsは、下部クラッド層４と基板５からなる複合体の熱膨張の大きさ、複合体を構成する基板と積層膜の厚さの比や、ヤング率・ポアソン比の関係から見積もられる実効的な値である。
【００１６】
式（１−２）は、コア層２の線膨張係数αcoreと上部クラッド層３の線膨張係数αcladとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合にコア層２でｙ方向に生じる熱応力σy ＿ coreの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcladはコア層２の軟化点温度Ｔcoreより低いため、式（１−２）では温度変化ΔＴcladを用いている。
【００１７】
同様にして、式（１−３）は、上部クラッド層３の線膨張係数αcladと複合基板６の線膨張係数αsubsとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ cladの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcladは複合基板６の軟化点温度Ｔsubsより低いため、式（１−３）では温度変化ΔＴcladを用いている。
【００１８】
また同様にして、式（１−４）は、上部クラッド層３の線膨張係数αcladとコア層２の線膨張係数αcoreとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｙ方向に生じる熱応力σy ＿ cladの大きさを表している。
なお、式（１−１）〜（１−４）以外にも、例えば、上部クラッド層３の線膨張係数αcladとコア層２の線膨張係数αcoreとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴcladだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σx ＿ cladも存在するが、本実施形態の以後の説明では不要なため式の記載は省略する。
【００１９】
【数５】
ここで、特に図示しないが、コアとそれを取り囲むクラッドからなる一般的な導波路構造を考える。光導波路の伝搬特性は伝搬モードの実効屈折率ｎeffで特徴付けられる。実効屈折率ｎeffはコアの屈折率ｎcoreやクラッドの屈折率ｎcladを用いて固有値方程式を解くことで得られるが、規格化屈折率ｂを示す式（２−１）を用いて式（２−２）のように表せる。式（２−１）及び式（２−２）において、屈折率差Δｎはコアの屈折率ｎcoreとクラッドの屈折率ｎcladとの差（Δｎ＝ｎcore−ｎclad）である。
【００２１】
【数６】
実効屈折率ｎeffを示す式（２−２）の右辺第１項は屈折率差Δｎを含むが、右辺第２項は屈折率差Δｎを含んでいない。つまり、実効屈折率ｎeffを示す式（２−２）の右辺第１項は、伝搬特性のうち主として光導波路内部への光の閉じ込めに関係し、右辺第２項は光学的距離に関係する。
【００２３】
マッハツェンダ構成やアレイ導波路構成など干渉系を含む光導波路デバイスの特性は、干渉系を構成する複数の光路の光路長差を如何に精度よく設定できるかに依存する。従って、干渉系を含む光導波路デバイスで偏波依存性を低減させるには、式（２−２）第２項に示すクラッドの屈折率ｎclad（あるいはコアの屈折率ｎcore）自体に複屈折が生じないようにする必要がある。
【００２４】
一方、方向性結合器やパワースプリッタ等の干渉系を含まない光導波路の特性は光路長差の変化による影響は小さく、光の閉じ込め状態に大きく影響される。
光の閉じ込め状態は、コアの屈折率ｎcoreとクラッドの屈折率ｎcladとの差であるΔｎに依存して変化するため、干渉系を含まない光導波路の偏波依存性の低減はコア及びクラッドの各々の屈折率ではなく、コアとクラッドとの屈折率差Δｎを考慮すればよい。さらに、干渉系を含まない光導波路回路での偏波依存性は、図１（ｂ）に示すような複数のコア層２，２’ が隣接した個所を含む光導波路にて生じる場合が多い。このような場合は、コア上下部の閉じ込めの変化よりもコア側方部の閉じ込め変化の影響の方が顕著になるので、本例では上下クラッド層３、４の屈折率を上部クラッド層３の屈折率ｎcladで代表させている。
【００２５】
【数７】
一般に、物体に生じる応力σと歪みεとの関係は式（３−１）〜（３−３）のように表わされる。式（３−１）〜式（３−３）において、（εx、εy、εz）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の歪みであり、（σx、σy、σz）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の応力である。なお本例では、基板面内方向でのｘ方向及びｚ方向の応力σx、σzはσx＝σzであるものとしている。
【００２７】
【数８】
また一般に、熱応力による光弾性効果に基づく屈折率変化δｎは光弾性定数ｐij、屈折率ｎ及び歪みεを用いて式（４−１）及び（４−２）のように表わされる。式（４−１）及び式（４−２）において、（δｎx、δｎy）は、光弾性効果による（ｘ、ｙ）方向の屈折率変化を表している。
【００２９】
さらに、式（４−１）及び式（４−２）に式（３−１）〜式（３−３）を代入すると、δｎx、δｎyは、それぞれ式（５−１）及び式（５−２）のように表される。
【００３０】
【数９】
なお、ｕxx、ｕxy、ｕyx及びｕyyは以下に示す通りである。
【数１０】
式（５−１）及び式（５−２）は、光弾性効果に基づく屈折率変化δｎと熱応力σとの関係を示している。式（５−１）及び式（５−２）にそれぞれ式（１−１）〜式（１−４）を代入すると、コア層２と上部クラッド層３との屈折率差Δｎを求めることができる。ｘ方向の屈折率差ΔｎをΔｎx、ｙ方向の屈折率差ΔｎをΔｎyとし、定数θを式（６−３）のように定義することにより、屈折率差Δｎxは式（６−１）で表され、屈折率差Δｎyは式（６−２）で表される。
【００３３】
【数１１】
但し、式（６−１）及び式（６−２）において、δｎx ＿ coreとδｎy ＿ coreはコア層２のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示し、δｎx ＿ cladとδｎy ＿ cladは上部クラッド層３のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示している。
また、式（５−３）〜式（５−６）より、式（７−１）及び式（７−２）が求まる。
【００３５】
【数１２】
式（６−１）、式（６−２）、式（７−１）及び式（７−２）よりｘ方向の屈折率差Δｎxとｙ方向の屈折率差Δｎyとの差は式（８−１）のように表わされる。
【００３７】
【数１３】
光導波路に偏波依存性がなくなるには、ｘ方向の屈折率差Δｎxとｙ方向の屈折率差Δｎyが等しくなればよいので、式（８−１）の右辺を０として式を整理すると式（９−１）のようになる。
【００３９】
【数１４】
式（９−１）は、コア層２、上部クラッド層３、及び複合基板６のそれぞれの線膨張係数の関係を、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcore、Ｔcladを考慮して表したものである。式（９−１）を満たすようにコア層２や上部クラッド層３等の組成を調整することで、偏波依存性のない光導波路が作製できる。
なお、式（９−１）において、ΔＴcore＝ΔＴcladとおいて式を整理すれば、αcore＝αcladとなる。これは、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔcore、Ｔcladを考慮せずにコア層２と上部クラッド層３の線膨張係数のみを等しくして偏波依存性を低減しようとする参考文献１や参考文献３等の技術を表している。
【００４１】
〔実施例〕
以下、具体的に実施例を用いて説明する。まず、常温と軟化点温度との温度差ΔＴを求めるため、プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン基板上に石英ガラス膜を形成した。形成した石英ガラス膜は２種類であり、第１はゲルマニウム添加の石英ガラス膜（ＧＳＧ）、第２は燐とボロンを添加した石英ガラス膜（ＢＰＳＧ）である。２種類のガラス膜に共通の石英成分として、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）液体原料を使用した。ＧＳＧのドーパント材料はテトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）を使用し、ＢＰＳＧのドーパント材料はテトラメトキシボロン（ＴＭＢ）とテトラメトキシフォスファ（ＴＭＰ）を使用した。各ガラス膜は５μｍの膜厚に成膜され、成膜後１１００℃で２４時間の熱処理を行った。
【００４２】
温度変化（温度差）ΔＴは基板の反り量から見積もられる内部応力から計算した。内部応力と複屈折率との関係は式（５−１）及び式（５−２）から求めることができる。石英ガラス膜はシリコン基板全面に形成しているためσy＝０である。従って、複屈折率は式（５−１）及び式（５−２）においてσy＝０として変形することにより式（１０−１）のように表される。
【００４３】
【数１５】
内部応力から求められる複屈折率との照合・整合性を確認するために作製した各サンプルの屈折率を測定した。複屈折率は、波長１．５５μmのプリズムカプラで膜面に平行な方向（ＴＥモード）と膜面に垂直な方向（ＴＭモード）の両偏波について測定し、ＴＥモードでの屈折率ｎTEとＴＭモードでの屈折率ｎTMとの差から求めた。各サンプルの測定結果を表２に示す。
【００４５】
また、膜の内部応力は基板の反り量を測定し反り量と表１の値を式（１１−１）に代入して求めた。式（１１−１）において、Ｒは曲率半径、ｔは膜厚、ｄはシリコン基板厚、Ｅは基板に成膜した膜のヤング率、νは基板に成膜した膜のポアソン比である。なお、表１に示す各石英ガラス膜の線膨張係数は図２に示す文献データと他の実験で測定したドーパント濃度より見積もった。
【００４６】
【数１６】
【表１】
実使用温度（常温）と軟化点温度との差ΔＴは式（１２−１）から求められる。但し、式（１２−１）において、αfは基板に成膜した膜の線膨張係数、ヤング率Ｅ、ポアソン比νは膜のものを示している。また、各サンプルの測定結果及び計算結果を表２に示す。
【００４９】
【数１７】
【表２】
光導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。熱処理温度が軟化点温度より高い場合には、降温時に軟化点温度以下の温度範囲で熱応力が蓄積される。
軟化点温度を考慮しないならば、ＧＳＧのΔＴとＢＰＳＧのΔＴはともに熱処理温度にほぼ等しい１０００℃程度と考えられる。表１に示す各線膨張係数の値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入すると、ＧＳＧの膜応力は２５０ＭＰａ、ＢＰＳＧの膜応力は２７８ＭＰａとなる。ＧＳＧの膜応力は表２に示す実測値とほぼ一致するが、ＢＰＳＧの膜応力は表２に示す実測値と大きく異なる。一方、表２に示す膜応力の実測値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入しＧＳＧとＢＰＳＧのそれぞれの線膨張係数を求めると、ＧＳＧの線膨張係数は１３×１０-7、ＢＰＳＧの線膨張係数は２４×１０-7となる。ＧＳＧの線膨張係数は誤差範囲内であるが、ＢＰＳＧの線膨張係数は表１の値と大きく異なる。
【００５２】
軟化点温度を考慮すると、ＧＳＧとＢＰＳＧの軟化点温度は異なるため、両者のΔＴは等しくなる必要はない。従って、表２に示す膜応力と表１に示す線膨張係数を式（１２−１）にそれぞれ代入して求められるΔＴがＧＳＧとＢＰＳＧとで異なっていたとしても問題はない。表２に示すようにＧＳＧのΔＴは９００℃、ＢＰＳＧのΔＴは３００℃と計算される。ところで、一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から、ＧＳＧの軟化点温度は８００〜１１００℃、ＢＰＳＧの軟化点温度は３００〜６００℃と試算される。実測値に基づいて計算された表２に示すΔＴは一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から試算された軟化点温度にほぼ一致する。従って、表２に示すΔＴは実使用温度と軟化点温度との差であると考えられる。
【００５３】
光導波路の実デバイスでは、式（１−１）〜式（１−４）に示すように、コア層のΔＴ（＝ΔＴcore）と上部クラッド層のΔＴ（＝ΔＴclad）が熱応力を生じさせる。また、式（６−１）及び式（６−２）に示すように、ΔＴcoreとΔＴcladが複屈折を生じさせる。表１に示す線膨張係数と上記得られたＧＳＧのΔＴcore＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴclad＝３００℃を式（８−１）にそれぞれ代入すると、Δｎx−Δｎyは１．０×１０-4となり、干渉系を持たない光導波路であっても偏波依存性を持つことが予想される。
【００５４】
次に、図１に示す構造の光導波路を作製し偏波依存性の検証を行った。当該光導波路はコア層２の材料にＧＳＧを用い、上部クラッド層３の材料にＢＰＳＧを用いている。さらに当該光導波路は下部クラッド層４の材料にドーパント添加なしの石英ガラス膜（ＮＳＧ）を用いている。またさらに当該光導波路は基板５材料に石英ガラスを用いている。石英ガラス基板５上に３μｍのＮＳＧ下部クラッド層４を成膜し、次いで７μｍのＧＳＧのコア層２を成膜した。導波路パターン形成のためエッチングマスク用のタングステンシリサイド膜を１μｍ成膜し、その後フォトレジストを塗布、露光、現像する通常のフォトリソグラフィ手法によりレジストの導波路パターンを作製し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で所望の形状に導波路コア層２をパターニングした。１１００℃で３時間の熱処理を行い、その後上部クラッド層３として３０μｍのＢＰＳＧを堆積し、１１００℃で２４時間の熱処理を行った。ウェハプロセス終了後切断してから表面を研磨し光導波路チップを作製した。
【００５５】
方向性結合器と１×８分岐パワースプリッタの光導波路デバイスを用い、各光導波路デバイスのＴＥモードとＴＭモードでの特性差を評価した。光導波路を構成するコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の線膨張係数の関係は、上記得られたＧＳＧのΔＴcore＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴclad＝３００℃を式（９−１）に代入して式（１３−１）を求めた。
【００５６】
【数１８】
式（１３−１）は本実施例の光導波路の偏波依存性が０になる条件式である。
コア層２と上部クラッド層３及び複合基板６の組成が式（１３−１）を満たすようにゲルマニウム、ボロン及び燐の濃度を最適化した光導波路と、濃度を最適化しない光導波路とを試作し偏波依存性の比較評価を行った。なお、両光導波路において組成以外のプロセス要素は全て同様である。この組成においてもΔＴcoreとΔＴcladの比は実施例１での結果と殆ど差はないことは別の実験で検証済みである。
【００５８】
方向性結合器ではスルーポート出力とクロスポート出力との差（分岐比）で生じる偏波依存損失（ＰＤＬ）を測定した。一方、１×８分岐スプリッタでは８ポートの出力におけるＰＤＬを測定し平均値を求めた。光源は波長１．５５μｍの光を使用した。
【００５９】
【表３】
表３に示すように、本実施例の式（１３−１）を用いてコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の組成を最適化した光導波路は偏波依存性を大幅に低減させることができた。
【００６１】
さらに各部分の熱膨張率αを変えた構成について（９−１）式の右辺で与えられる値Ｕを計算し、測定された方向性結合器のＰＤＬとの関係を調べた。図３は、値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示しており、横軸は値Ｕを表し縦軸はＰＤＬの測定値（ｄＢ）を表している。図３に示すように、Ｕ値が大きくなるほどＰＤＬが減少する傾向にあることが分かる。コア層２等の線膨張係数αが表１に示す値のときＵ＝０．８であり、ＰＤＬの測定値は表３に示すように０．９ｄＢであったが、Ｕ＞１にするとＰＤＬ＜０．６ｄＢとなり、偏波依存性が低減できていることが分かる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、偏波依存性の小さい光導波路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光導波路の断面図である。
【図２】石英ガラス膜の線膨張係数とドーパント濃度との関係を示す図である。
【図３】コア層２等の線膨張係数αを変化させて式（９−１）の右辺で求めた値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
２ コア層
３ 上部クラッド層
４ 下部クラッド層
５ 基板
６ 複合基板
Claims (3)
- 基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、
少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、
前記コア層の線膨張係数をαcoreとし、前記コア層の軟化点温度Ｔcoreと実際の使用温度Ｔ0との差をΔＴcoreとし、
前記上部クラッド層の線膨張係数をαcladとし、前記上部クラッド層の軟化点温度Ｔcladと前記使用温度Ｔ0との差をΔＴcladとし、
前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαsubsとすると、
- 請求項１記載の光導波路において、
ΔＴcore＞ΔＴclad
であることを特徴とする光導波路。 - 請求項１又は２に記載の光導波路において、
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003037893A JP3936665B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 光導波路 |
| US10/771,365 US7027702B2 (en) | 2003-02-17 | 2004-02-05 | Optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003037893A JP3936665B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004246235A JP2004246235A (ja) | 2004-09-02 |
| JP3936665B2 true JP3936665B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=33022562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003037893A Expired - Fee Related JP3936665B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 光導波路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7027702B2 (ja) |
| JP (1) | JP3936665B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3050216B1 (fr) * | 2016-04-14 | 2020-12-04 | Terre Armee Int | Dispositif de positionnement de panneaux de parement, structure de sol renforce comprenant ledit dispositif et procede de positionnement associe |
| JP7362485B2 (ja) * | 2017-05-02 | 2023-10-17 | ジャリエット・テクノロジーズ，インコーポレイテッド | Ｒｆ直交ミキシングデジタル－アナログ変換 |
| JP2020098283A (ja) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路とその製造方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2585332B2 (ja) | 1987-12-25 | 1997-02-26 | 株式会社日立製作所 | 導波路型光デバイス |
| JPH05257021A (ja) | 1992-03-12 | 1993-10-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波路の製造方法 |
| US5483613A (en) * | 1994-08-16 | 1996-01-09 | At&T Corp. | Optical device with substrate and waveguide structure having thermal matching interfaces |
| US5930439A (en) | 1997-10-01 | 1999-07-27 | Northern Telecom Limited | Planar optical waveguide |
| US6396988B1 (en) * | 1999-08-13 | 2002-05-28 | Nec Corporation | Optical waveguide device and method of forming the same |
| JP3551895B2 (ja) * | 2000-01-12 | 2004-08-11 | 住友電気工業株式会社 | 石英系光導波路及びその製造方法 |
| US6625370B2 (en) * | 2000-08-22 | 2003-09-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical waveguide and fabricating method thereof, and optical waveguide circuit |
| DE10041174A1 (de) * | 2000-08-23 | 2002-03-21 | Alcatel Sa | Doppelbrechungsfreie passive optische Komponente |
| US6580864B1 (en) * | 2002-01-14 | 2003-06-17 | Applied Wdm, Inc. | Birefringence free optical waveguide structures |
| JP2005037464A (ja) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路とその製造方法 |
| JP4168910B2 (ja) * | 2003-11-04 | 2008-10-22 | 日本電気株式会社 | 光導波路および光導波路の製造方法 |
| JP3911271B2 (ja) * | 2004-01-27 | 2007-05-09 | Ｔｄｋ株式会社 | 光導波路及びその製造方法 |
-
2003
- 2003-02-17 JP JP2003037893A patent/JP3936665B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-02-05 US US10/771,365 patent/US7027702B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7027702B2 (en) | 2006-04-11 |
| JP2004246235A (ja) | 2004-09-02 |
| US20050013574A1 (en) | 2005-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4102792B2 (ja) | 導波路型光干渉計 | |
| JP3766953B2 (ja) | 光回路 | |
| US5930439A (en) | Planar optical waveguide | |
| US6580862B2 (en) | Optical waveguide circuit | |
| JP2005010805A6 (ja) | 導波路型光干渉計 | |
| US6501896B2 (en) | Optical waveguide circuit | |
| US6625370B2 (en) | Optical waveguide and fabricating method thereof, and optical waveguide circuit | |
| US6542687B2 (en) | Reducing polarization dependent loss caused by polarization dependent wavelength shift using core over-etch for planar lightwave circuit fabrication | |
| JP3936665B2 (ja) | 光導波路 | |
| US7099548B2 (en) | Reduction of polarization dependence in planar optical waveguides | |
| Xia et al. | Experimental demonstration of birefringence compensation using angled star couplers in silica-based arrayed waveguide grating | |
| CN102103229B (zh) | 温度和偏振均不敏感的阵列波导光栅 | |
| JP3679036B2 (ja) | 導波型光回路 | |
| US6826345B1 (en) | Top cap process for reducing polarization dependent wavelength shift in planar lightwave circuits | |
| JP4086485B2 (ja) | 偏光無依存方向性結合器及びこれを用いた光回路 | |
| Kasahara et al. | Birefringence compensated silica-based waveguide with undercladding ridge | |
| JP3963255B2 (ja) | 光導波路 | |
| EP1943553A1 (en) | Method and apparatus for controlling waveguide birefringence by selection of a waveguide core width for a top cladding | |
| JP3746776B2 (ja) | 導波路型光波長合分波器 | |
| JP3423297B2 (ja) | 光導波路及びその製造方法、及び光導波回路 | |
| JP2006508383A (ja) | 偏光感度が低く、加工許容差を大きくした光分波構成部品 | |
| JP4124189B2 (ja) | 平面型光回路及び光回路 | |
| JP2003222748A (ja) | 光導波路型偏波分離素子及びその製造方法 | |
| JP3519985B2 (ja) | ハイブリッド光導波回路チップおよびその光学特性の測定方法 | |
| JP3264652B2 (ja) | 光回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061219 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070112 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070123 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070223 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070313 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070323 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110330 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |