JP3994860B2 - アレイ導波路型回折格子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面導波路及びアレイ導波路型回折格子に係り、特に、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子に関する。
【０００２】
近年、インタネットの急速な普及に伴って、データ、画像及び音声を含むトラフィックが急増しており、又、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ ）又は、ＦＴＴＣ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｃｕｒｂ）の普及が進むと特に画像のトラフィックが更に増加すると予想される。
一方、上記動向とは必ずしも関係なく光伝送システムの高速化と大容量化が進められてきたが、トラフィックの急増に迅速に対処するために波長多重（ＷＤＭ； Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光伝送システムの導入が急ピッチで勧められている。
【０００３】
ところで、波長多重光伝送システムは幹線伝送路から導入され始めたが、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｏｏｐ） や、ＦＴＴＨ又はＦＴＴＣの導入による加入者系伝送路の広帯域化の必要性から、都市内通信網（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）でも導入が計画されている。
このような都市内通信網においては、幹線系伝送路に比較して伝送距離が短い（最短は１００ｍのステップ（ａ ｆｅｗ）倍がありうるし、最長でも１０ｋｍの数（ａ ｆｅｗ）倍のオーダーである。）ために、伝送ノードに配置される光伝送装置のコストがシステム・コストに占める割合が高くなる。
又、家庭内の端末装置に接続される光伝送装置も必要になる。
【０００４】
従って、都市内通信網への波長多重光伝送システムの導入に当たっては、光伝送装置のコスト・ダウンが強く求められ、光伝送装置に使用される様々な光回路のコスト・ダウンが必須になる。
光回路では、光軸合わせをミクロン以下の精度で行なう必要があり、光回路のコスト・アップの主要な原因になっている。
この問題の解決に分けて、平面光波回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いた集積化が進められている。
平面光波回路を適用すると、多数の平面導波路を基板上に形成することができて、光ファイバ・アレイとの一括調芯が可能であり、チップが小型であることから、１ウェハから多数のチップを作成することができるため、製造コストや調整コストの削減が可能である。
【０００５】
そして、平面光波回路は、光の分岐と結合、レベル調整、波長多重と波長分離、光スイッチなど広範囲に使用され、小型化と共に重要になるのは、伝送損失の低下である。
【０００６】
【従来の技術】
図１２は、平面導波路の通常の製造プロセスの例である。
図１２において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３ａはコア層、５ａはマスク剤、５は露光、現像されたマスク、３はコア、４はオーバー・クラッドである。そして、典型的には、基板にはシリコンを使用し、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドの主成分は二酸化シリコンである。
【０００７】
まず、（イ）シリコンよりなる基板１上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐ o ｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又は火炎堆積法によって二酸化シリコンを主成分とするアンダー・クラッド２を成膜し、（ロ）アンダー・クラッド２上に二酸化シリコンを主成分とするコア層３ａを成膜する。
因みに、アンダー・クラッド２の厚さは、平面導波路の伝送損失を低くするためにコアを伝搬する光のモード分布が基板１に達しない厚さにする必要があり、通常の屈折率のコアとクラッドの光に対する屈折率の差をコアの屈折率で除算して％表示した比屈折率差が０．５％程度の平面導波路では２０μｍ程度にする必要がある。
【０００８】
又、コア層３ａの厚さは、コア中を伝搬する光がシングル・モードになるような厚さにする必要があり、比屈折率差０．５％の場合には７μｍ程度に設定する。
尚、アンダー・クラッド２及びコア層３ａの成膜には、火炎堆積法を適用してもよい。
【０００９】
ついで、（ハ）コア層３ａ上にマスク剤５ａを塗布し、（ニ）マスク剤５上にコアのパターンを転写して露光・現像して、露光・現像されたマスク５ａのパターンのみを残し、（ホ）ＣＨＦ₃ などのエッチング・ガスを使用してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によって不要なコア層を除去してコア３を形成する。
【００１０】
ついで、（ヘ）コア３とアンダー・クラッド２を覆うようにオーバー・クラッド４を成膜する。
尚、アンダー・クラッド２、コア層３ａ及びオーバー・クラッドを形成する際に使用する材料と異なる形成手段については、当業者が十分に知るところであるので、詳細の記載は省略している。
【００１１】
このように形成された平面導波路において基本的な点は、伝送損失を小さくするためにコア３の近傍に光の伝搬モードを集中させることであり、このために被屈折率差の制御が重要になる。
特許文献１には、比屈折率差を精密に制御する技術が開示されており、特許文献２には、比屈折率差の増加等のためにホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）などを添加する技術が開示されている。
【００１２】
図１３は、従来のアレイ導波路型回折格子の構成である。
図１３において、１１、１１ａ及び１１ｂは光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路である。尚、図の煩雑化を避けるために、チャネル導波路のコア１４を３本とし、出力導波路のコア１５を２本として図示しているが、実際には、チャネル導波路のコア１４は数十本から数百本にのぼる。又、使用する出力波長の数に応じて出力導波路のコア１５の本数が決まる。又、図１３には入力導波路が１本の例を示しているが、一般的にはアレイ導波路型回折格子において入力導波路の本数は１本には限定されない。
【００１３】
光ファイバ１１から入力される光は複数の波長の光が波長多重された光であり、入力導波路のコア１３に結合されてアレイ導波路型回折格子内に導かれ、入力導波路のコア１３を伝搬した光はスラブ導波路１６に結合される。スラブ導波路１６の入力導波路のコア１３との結合部は光に対するスリットと等価で、スラブ導波路１６に結合された光は回折現象によってスラブ導波路１６内に拡がって伝搬して、チャネル導波路のコア１４に結合される。従って、入力導波路のコア１３を伝搬してきた波長多重された光はスラブ導波路１６によって分割されてチャネル導波路のコア１４内を伝搬するようになる。
【００１４】
波長多重されている複数の波長の光がそれぞれのチャネル導波路のコア１４内で受ける位相変化が違い、且つ、図示の如く、全てのチャネル導波路のコア１４の長さはそれぞれ異なっていて伝搬位相に差があるため、それぞれのチャネル導波路のコア１４内を伝搬した波長多重された光はスラブ導波路１７において干渉を起こす。そして、チャネル導波路のコア１４の長さの差と、スラブ導波路１７と出力導波路のコア１５との結合点における各々の出力導波路のコア１５の間隔を適宜設定すると、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に強度のピークを持つようになり、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に結合される。
【００１５】
つまり、入力導波路のコア１３を伝搬した波長多重された光は、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に分離されるので、図１３の構成を使用して入力導波路のコア１３側から波長多重された光を入力すると、波長毎に分離された光が各々の出力導波路のコア１５から得られる。
逆に、各々の出力導波路のコア１５から波長がそれぞれ異なる光を入力すると、スラブ導波路１７において生ずる干渉によってそれぞれのチャネル導波路のコア１４を波長多重された光が伝搬するようになり、スラブ導波路１６において全てのチャネル導波路のコア１４を伝搬してきた光が入力導波路のコア１３に結合されて出力される。
【００１６】
即ち、図１３のアレイ導波路型回折格子は、光ファイバ１１側から波長多重された光を入力すると光ファイバ１１ａ及び光ファイバ１１ｂには波長分離された光が出力される波長分離素子として機能し、光ファイバ１１ａ及び１１ｂ側から異なる波長の光を入力すると、光ファイバ１１には波長多重された光が出力される波長多重素子として機能する。
【００１７】
従って、アレイ導波路型回折格子としては波長多重された光をそれぞれの出力導波路のコア１５に分岐する機能と、独立な波長の光を入力導波路のコア１３に波長依存性なく合波する機能が重要で、これらについて、特許文献３や、特許文献４に開示されている。
【００１８】
ところで、図１３のアレイ導波路型回折格子の構成では、チャネル導波路のコアに対して波長毎に異なる位相変化を与えるために、各々のチャネル導波路のコアの長さを異ならせているが、各々のチャネル導波路のコア１４の光に対する屈折率を変えて全てのチャネル導波路のコアを等しい長さで形成してもよい。
ただ、前者は一回のプロセスでチャネル導波路のコアを形成できるのに対して、後者は各々のチャネル導波路のコア毎に添加物の量や添加物組み合わせを変えて１本ずつチャネル導波路のコアを形成する必要があるので、実用的には各々のコアの長さを異ならせて屈折率を一定にしてチャネル導波路のコアを形成するのが通常である。
【特許文献１】
特開平５−３４５２７号公報
【特許文献２】
特開平５−１８１０３１号公報
【特許文献３】
特開２０００−１４７２８１号公報
【特許文献４】
特開２００１−１７４６５３号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上に記載したように、通常のアレイ導波路型回折格子では、各々のチャネル導波路のコアの長さを異ならせて屈折率を一定にする。このために、図１３に図示した如く、入力導波路のコア１３、チャネル導波路のコア１４及び出力導波路のコア１５を曲げて形成することが必須になる。
【００２４】
ところで、光ファイバ又は平面導波路においてコアを曲げると、曲げの部分で光の伝搬モードに変化が生じて曲がり損失が生ずる。この曲がり損失は、コアとクラッドの比屈折率差が大きい程少ないので、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路においては比屈折率差を０．８％程度以上に設定して、曲がり損失を低下させるようにしている。
【００２５】
しかし、比屈折率差が大きいという条件で、平面導波路に光の伝搬モードが唯一存在する、つまりシングル・モードになるためには、光の伝搬モードのスポット・サイズが小さくなる必要がある。典型的には、通常の光ファイバのスポット・サイズ１０ミクロンに対して平面導波路のスポット・サイズは６ミクロン程度と小さくなる。このように、光ファイバと平面導波路のスポット・サイズに差があると、光の伝搬方向に関係なく、光ファイバと平面導波路の結合部における結合損失が大きくなる。
【００２６】
即ち、アレイ導波路型回折格子において平面導波路のコアとクラッドの比屈折率差を大きくして曲がり損失を低下させるようにすると、アレイ導波路型回折格子と光ファイバとの結合損失が増加するという矛盾する現象が生ずる。
又、アレイ導波路型回折格子を構成するスラブ導波路とチャネル導波路のコアとの結合部、スラブ導波路と出力導波路のコアとの結合部での結合損失も無視することができない。
【００２７】
本発明は、上記問題に鑑み、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、基板と、該基板の主面に形成された、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路であって、該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に変化させたことを特徴とする平面導波路である。
【００２９】
第一の発明によれば、該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に変化させるので、平面導波路の中心部と端面部とで光のスポット・サイズを異ならせることができる。
【００３０】
第二の発明は、第一の発明の平面導波路であって、上記平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に低下させたことを特徴とする平面導波路である。
第二の発明によれば、該平面導波路の端面近傍において、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さく、端面部ではスポット・サイズを中心部より大きくすることができる。
【００３１】
第三の発明は、第二の発明の平面導波路であって、上記ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、上記平面導波路の中心部において、該異屈折率部の屈折率を該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させたことを特徴とする平面導波路である。
【００３２】
第三の発明によれば、該ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、該平面導波路の中心部において、該異屈折率部の屈折率を該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さくして該コアの曲がりによる損失を低下させ、該平面導波路の端面ではスポット・サイズを光ファイバと同程度にして平面導波路と光ファイバとの結合部における結合損失を低下させることができる。
【００３３】
第四の発明は、入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路のと、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、第一の発明乃至第三の発明いずれかの平面導波路を適用したことを特徴とするアレイ導波路型回折格子である。
【００３４】
第四の発明によれば、該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、第一の発明ないし第三の発明のいずれかの平面導波路を適用するので、アレイ導波路型回折格子内及びアレイ導波路型回折格子と他の光伝搬要素との結合部における損失を低下させることができる。
第五の発明は、入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、該第一のスラブ導波路又は第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有することを特徴とするアレイ導波路型回折格子である。
【００３５】
第五の発明によれば、該第一のスラブ導波路又は該第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有するので、該第一のスラブ導波路及び該第二のスラブ導波路において、該入力導波路、該チャネル導波路、該出力導波路との結合部における損失を低下させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以降、図面を併用して本発明の平面導波路とアレイ導波路型回折格子の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の平面導波路の第一の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図１（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図１（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示している。尚、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００３７】
図１において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。尚、図１（Ａ）のオーバー・クラッド４内の直線は、コアの厚みの影響でオーバー・クラッド４が平坦にならないことを表現するために、コア上に形成されたオーバー・クラッド４の部分とコアがない箇所に形成されたオーバー・クラッド４の部分の境界を誇張して表現したものである。尚、プロセス条件によっては、オーバー・クラッド４の上面が平坦になることもある。
【００３８】
即ち、図１の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の厚さは一定であり、高屈折率部３−３の幅は平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００３９】
図２は、図１の構成の平面導波路の製造プロセスである。
図２において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ａはベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にベースとなるコア層３−１ａを形成し、ベースとなるコア層の上にマスク剤５ａを塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図２では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００４０】
（ニ）マスク剤５ａを露光、現像してマスク５を形成する。従来の平面導波路の製造プロセスを示した図１２（ニ）では、マスク剤５ａはコア３上を覆うものであったが、ここでは、高屈折率部３−３を形成する部分だけ除去して形成したものであることに留意されたい。
（ホ）図１２（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。
【００４１】
（ヘ）マスク剤５ａを除去する。
（ト）ベースとなるコア層３−１ａの一部と高屈折率部３−３を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。尚、エッチング条件によっては、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅が目減りする場合があるので、この場合には目減り分だけエッチング・マスク６の幅を広くすることが好ましい。
【００４２】
（チ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ａを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
（リ）図２（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図１の構成の平面導波路が完成される。
【００４３】
先にも記載した通り、図１の構成の平面導波路は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間にベースとなるコア３−１が形成されており、ベースとなるコア３−１内上部に屈折率が一定の高屈折率部３−３が形成されている。そして、高屈折率部３−３の厚さは一定であり、高屈折率部３−３の幅は平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で幅が小さくなってゆき、平面導波路の端面では、高屈折率部３−３がなくなっている。
【００４４】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図１の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００４５】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００４６】
即ち、図１の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、図１と図２では、高屈折率部３−３の幅がベースとなるコア３−１の幅より小さい例を示して説明したが、高屈折率部３−３に注入するイオンの種類や量によってはベースとなるコア３−１の全幅にわたって高屈折率部３−３を形成してもよいし、更に、ベースとなるコア３−１の全厚にわたって高屈折率部３−３を形成してもよい。このことは、以降に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００４７】
尚、上記製造プロセスでは、イオン・ビームをウェハ全面に照射するタイプのイオン注入法を想定しているが、上記タイプの他に、ウェハの特定箇所にイオン・ビームの焦点を絞り、焦点を絞ったイオン・ビームをウェハ面上を走査させてパターン状にイオン注入できるＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）法があり、該ＦＩＢ法を本発明の平面導波路の製造プロセスに適用できることはいうまでもない。
そして、ＦＩＢ法を適用した場合には、図２に示す製造プロセスの中で、イオン注入のためのマスク生成工程（ニ）及び同マスク除去（ヘ）の工程を省略して、図２（ヘ）に示した断面形状を有する高屈折率部３−３のパターンを形成できる。
【００４８】
図３は、本発明の平面導波路の第一の実施の形態の変形で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図３（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図３（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示している。尚、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００４９】
図３において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−４はベースとなるコア内に形成された低屈折率部で、ベースとなるコア３−１と低屈折率部３−４によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。尚、図３（Ａ）のオーバー・クラッド４内の直線は、コアの厚みの影響でオーバー・クラッド４が平坦にならないことを表現するために、コア上に形成されたオーバー・クラッド４の部分とコアがない箇所に形成されたオーバー・クラッド４の部分の境界を誇張して表現したものである。
【００５０】
尚、低屈折率部３−４を形成するには、例えばフッ素イオンをベースとなるコア中に注入すればよい。
即ち、図３の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の低屈折率部３−４とより成るコアが挟み込まれている。そして、低屈折率部３−４の厚さは一定であり、低屈折率部３−４の幅は平面導波路の中心部では０で、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に大きくなってゆき、平面導波路の端面では低屈折率部３−４が見えるようになっている。
【００５１】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率より高くしておけば、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が中心部の屈折率より徐々に低下してゆく。そして、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなるようにすることは容易である。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図３の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００５２】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００５３】
即ち、図３の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、図３では、低屈折率部３−４の幅がベースとなるコア３−１の幅より小さい例を示して説明したが、低屈折率部３−４に注入するイオンの種類や量によってはベースとなるコア３−１の全幅にわたって低屈折率部３−４を形成してもよいし、更に、ベースとなるコア３−１の全厚にわたって低屈折率部３−４を形成してもよい。
【００５４】
尚、図３の構成の平面導波路の製造プロセスと図１の構成の平面導波路の製造プロセスは、高屈折率部を形成するためのマスクの開口部と低屈折率部を形成するためのマスクの開口部の位置が異なるだけで他は同じであるので、製造プロセスの図示は省略する。
図４は、本発明の平面導波路の第二の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図４（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図４（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示している。尚、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００５５】
図４の構成と図１の構成とは本質的に同じあるが、高屈折率部３−３の形状が違うので、敢えて構成の全てを説明する。
図４において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
【００５６】
即ち、図４の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の幅は一定であり、高屈折率部３−３の厚さは平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００５７】
図５は、図４の構成の平面導波路の製造プロセスである。これは、図１の構成の製造プロセスと本質的には同じであるが、高屈折率部３−３の形状が違うのに対応してマスクの形状が異なるので、必要な部分を全て説明する。尚、図５では平面導波路の側面から見た断面図を主に図示し、一部の工程では平面導波路の中心部における光路に垂直な断面図も合わせて図示する。
【００５８】
図５において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ａはベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にベースとなるコア層３−１ａを形成し、ベースとなるコア層の上にマスク剤を塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図５では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００５９】
（ニ）マスク剤５ａを露光、現像してマスク５を形成する。ここでは、マスク５は高屈折率部３−３を形成する部分だけ除去して形成したものであること、及び、高屈折率部３−３の厚さを可変にする箇所があるために、一部マスクの厚さが変化する箇所があることに留意されたい。尚、マスクの厚さに変化を持たせるのは、光の透過率が徐々に変わるフォト・マスクを用いてフォト・レジストを露光することによって可能である。
【００６０】
（ホ）図５（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。そして、マスクの厚さが変化している箇所では高屈折率部３−３の厚さが可変に制御できる。
（ヘ）マスク５を除去する。
【００６１】
（ト）ここからは、平面導波路の中心部における光路に垂直な断面図も合わせて図示する。ベースとなるコア層３−１ａの一部と高屈折率部３−３を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。
（チ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ａを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
【００６２】
（リ）図５（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図４の構成の平面導波路が完成される。
尚、上記製造プロセスでは、イオン・ビームをウェハ全面に照射するタイプのイオン注入法を想定しているが、ＦＩＢ法を本発明の平面導波路の製造プロセスに適用できることはいうまでもない。そして、ＦＩＢ法を適用した場合には、図５に示す製造プロセスの中で、イオン注入のためのマスク生成工程（ニ）及び同マスク除去（ヘ）の工程を省略して、図５（ヘ）に示した断面形状を有する高屈折率部３−３のパターンを形成できる。特に、高屈折率部３−３の厚さが変わる部分では、高屈折率部３−３が厚い部分でイオン加速エネルギーを大きく、薄い部分でイオン加速エネルギーを小さくして、イオン加速エネルギーを変化させながら走査する。
【００６３】
先にも記載した通り、図４の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の幅は一定であり、高屈折率部３−３の厚さは平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００６４】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図４の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００６５】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００６６】
即ち、図４の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００６７】
図６は、本発明の平面導波路の第三の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図６（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図６（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示している。尚、図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図６（Ｄ）は、図６（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００６８】
図６の構成と図１の構成とは本質的に同じあるが、高屈折率部３−３の形状が違うので、敢えて構成の全てを説明する。
図６において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
【００６９】
即ち、図６の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅と厚さは一定であり、平面導波路の端面近傍で幅と厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００７０】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図６の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００７１】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００７２】
即ち、図６の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００７３】
尚、図６の構成の平面導波路の製造プロセスと図４の構成の平面導波路の製造プロセスは、高屈折率部を形成するためのマスクの形状が異なるだけで他は同じであるので、製造プロセスの図示は省略する。
図７は、本発明の平面導波路の第四の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図７（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図７（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示している。尚、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００７４】
図７において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
即ち、図７の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅は一定であり、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。つまり、本発明の平面導波路の第一の実施の形態における高屈折率部をベースとなるコアの中心部に形成したのが図７の構成である。
【００７５】
図８は、図７の構成の平面導波路の製造プロセスである。
図８において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ｂはイオン注入より先に形成されるベースとなるコア層、３−１ｃはイオン注入より後に形成されるベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
【００７６】
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にイオン注入より先に形成されるベースとなるコア層３−１ｂを形成し、イオン注入より先に形成されるベースとなるコア層３−１ｂの上にマスク剤を塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図８では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００７７】
（ニ）マスク剤を露光、現像してマスク５を形成する。このマスクは図２のものと同じである。
（ホ）図８（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。
【００７８】
（ヘ）マスク５を除去する。
（ト）図８（ヘ）の状態で、イオン注入後に形成するベースとなるコア層３−１ｃを形成する。これで、ベースとなるコア層３−１ｂが全て形成されたことになる。
（チ）高屈折率部３−３を含んでベースとなるコア層３−１ｂの一部を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。
【００７９】
（リ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ｂを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
（ヌ）図２（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図７の構成の平面導波路が完成される。
【００８０】
先にも記載した通り、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅は一定であり、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００８１】
従って、ベースとなるコア３−１の屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図７の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００８２】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００８３】
即ち、図７の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、高屈折率部３−３をベースとなるコア３−１の中心部に形成することの利点は、伝送モードの対称性を確保することができる点にある。
【００８４】
又、平面導波路の端面近傍における高屈折率部の形状には既に説明した全ての形状を適用することができ、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
図９は、本発明の平面導波路の第五の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図９（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図９（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示している。尚、図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図９（Ｄ）は、図９（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００８５】
図９において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
図９の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部及び端面近傍で高屈折率部３−３の幅は一定である。更に、平面導波路の端面近傍のＲ−Ｓ部で高屈折率部を形成するための添加物の量が徐々に少なくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。このように添加物の量を場所によって可変にするには、イオン・ビームを移動させるか平面導波路の基板を移動させるかに関係なく、イオン・ビームによって注入する添加物の量を時間によって変化させればよい。
【００８６】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図９の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００８７】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００８８】
即ち、図９の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率部３−３の平面導波路の端面近傍における形状を既に説明したのと同じにすることもでき、更に、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００８９】
尚、図９の構成の平面導波路の製造プロセスでは、イオン注入量を場所に対して変化させるために、ＦＩＢ法の使用が望ましいが、図３の製造プロセスで説明した通りであるので、製造プロセスの図示は省略する。
以上で、平面導波路に関する本発明の技術の説明を終わりにして、以降は、アレイ導波路型回折格子に関する本発明の技術について記載する。
【００９０】
図１０は、本発明のアレイ導波路型回折格子の第一の実施の形態である。
図１０において、１１、１１ａ及び１１ｂ光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１３−３は入力導波路のコア１３中の高屈折率部、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１４−３はチャネル導波路のコア中の高屈折率部、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１５−３は出力導波路中の高屈折率部、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路である。尚、図の煩雑化を避けるために、チャネル導波路のコア１４を３本とし、出力導波路のコア１５を２本として図示しているが、実際には、チャネル導波路のコア１４は数十本から数百本にのぼり、使用する波長数に応じて出力導波路のコア１５の本数が決まる。又、アレイ導波路型回折格子の機能については従来の技術で詳細に説明したので記載を省略する。
【００９１】
図１０の構成の特徴は、図１の構成の平面導波路を適用したことにある。従って、符号をふっていないベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
【００９２】
このため、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図１の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
これと同時に、チャネル導波路及び出力導波路内の光のスポット・サイズはスラブ導波路との結合部に向かって広くなる効果がある。その結果、スラブ導波路で回折によって拡がった光が、スポット・サイズの大きいチャネル導波路及び出力導波路に効率よく導かれることになり、チャネル導波路及び出力導波路と２つのスラブ導波路との結合点における結合損失が低下する。
【００９３】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００９４】
ここでは、アレイ導波路型回折格子に図１の構成の平面導波路を適用することを想定して説明したが、図３、図４、図６、図７又は図９の構成の平面導波路を適用することも可能である。
図１１は、本発明のアレイ導波路型回折格子の第二の実施の形態である。
図１１において、１１、１１ａ及び１１ｂは光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１６−４はスラブ導波路１６のチャネル導波路１４との結合部の両脇の部分に形成した低屈折率部、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路、１７−４はスラブ導波路１７のチャネル導波路１４及び出力導波路１５との結合部の両脇の部分に形成した低屈折率部である。
【００９５】
図１１の構成の特徴は、スラブ導波路１６及びスラブ導波路１７において、チャネル導波路１４及び複数の出力導波路１５との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率が小さい領域を形成したことにある。これにより、２つのスラブ導波路のチャネル導波路及び出力導波路との結合部にて、スラブ導波路内を進む光をチャネル導波路及び出力導波路との結合部周辺に導く効果が得られ、チャネル導波路及び出力導波路と２つのスラブ導波路の結合点における結合損失を低下させることが可能になる。尚、低屈折率部については、図１１の例のように、チャネル導波路及び出力導波路との結合部に近いスラブ導波路のうち、チャネル導波路及び出力導波路に入射する経路の両脇等、光を導きたくない箇所に配置するのが好ましい。
【００９６】
そして、勿論、図１０の構成と図１１の構成とを合わせ持つ構成も可能である。 尚、図１０及び図１１では入力導波路が１本の例を図示したが、一般的にはアレイ導波路型回折格子における入力導波路の本数は１本には限定されない。
又、図１１には、２つのスラブ導波路に、複数のチャネル導波路及び複数の出力導波路との結合部において、該複数のチャネル導波路及び該複数の出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を設ける例を示しているが、一方のスラブ導波路に上記構成を設けてもよい。
【００９７】
更に、図１１には、１本の入力導波路との結合点においては光に対する屈折率を低下させた構成を設けない例を示しているが、ここにも光に対する屈折率を低下させた構成を設けることができる。
そして、必要に応じて、入力導波路、チャネル導波路、出力導波路との結合部を選択して上記構成を設けてもよい。
【００９８】
（付記１） 基板と、該基板の主面に形成された、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路であって、
該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、
平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する等価屈折率を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に変化させる、光のスポット・サイズ変換部を設けた
ことを特徴とする平面導波路。
【００９９】
（付記２） 付記１に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、上記コアの光に対する屈折率を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に低下させる、光のスポット・サイズ変換部を設けた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１００】
（付記３） 付記２に記載の平面導波路であって、
上記ベースとなるコアを、所定の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、
上記平面導波路の中心部において、該ベースとなるコア中に、該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、
該平面導波路の端面近傍において、光の伝搬方向に沿って該添加物の量を徐々に減少させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０１】
（付記４） 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該二鵜力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、付記１乃至付記３のいずれかに記載の平面導波路を適用した
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０２】
（付記５） 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該第一のスラブ導波路又は該第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有することを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０３】
（付記６） 付記２に記載の平面導波路であって、
ベースとなるコアを、屈折率が所定値より大きい、二酸化シリコンを主成分とするコアとし、
該平面導波路の端面近傍において、屈折率を低下させる添加物を、該添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に増加させてイオン注入した
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０４】
（付記７） 付記３に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、光の伝搬方向に沿って該添加物の量を端面に向かって徐々に減少させるために、イオン注入する幅、イオン注入する厚さ、イオン注入する添加物の濃度のいずれかを徐々に減少させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０５】
（付記８） 付記６に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、屈折率を低下させる添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に増加させるために、イオン注入する幅、イオン注入する厚さ、イオン注入する添加物の濃度のいずれかを徐々に増加させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０６】
（付記９） 付記４及び付記５に記載の構成を併せ持つ
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子を実現することができる。
【０１０８】
即ち、第一の発明によれば、コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に変化させるので、平面導波路の中心部と端面部とで光のスポット・サイズを異ならせることができる。
【０１０９】
又、第二の発明によれば、平面導波路の端面近傍において、異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さく、端面部ではスポット・サイズを中心部より大きくすることができる。
又、第三の発明によれば、ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、平面導波路の中心部において、異屈折率部の屈折率を所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さくして該コアの曲がりによる損失を低下させ、該平面導波路の端面ではスポット・サイズを光ファイバと同程度にして平面導波路と光ファイバとの結合部における結合損失を低下させることができる。
【０１１０】
又、第四の発明によれば、入力導波路のコアとチャネル導波路と該出力導波路に、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの平面導波路を適用するので、アレイ導波路型回折格子内及びアレイ導波路型回折格子と他の光伝搬要素との結合部における損失を低下させることができる。
更に、第五の発明によれば、第一のスラブ導波路又は第二のスラブ導波路において、入力導波路又はチャネル導波路のコア又は出力導波路のコアとの結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有するので、該第一のスラブ導波路及び該第二のスラブ導波路において、該入力導波路、該チャネル導波路、該出力導波路のコアとの結合部における損失を低下させることができる。
【０１１１】
これにより、光伝送システムを構成する光伝送装置の小型化と低コスト化と低損失化を実現できるようになり、特に、加入者系の光伝送システムの導入を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の平面導波路の第一の実施の形態。
【図２】 図１の平面導波路の製造プロセス。
【図３】 本発明の平面導波路の第一の実施の形態の変形。
【図４】 本発明の平面導波路の第二の実施の形態。
【図５】 図４の構成の平面導波路の製造プロセス。
【図６】 本発明の平面導波路の第三の実施の形態。
【図７】 本発明の平面導波路の第四の実施の形態。
【図８】 図７の構成の平面導波路の製造プロセス。
【図９】 本発明の平面導波路の第五の実施の形態。
【図１０】 本発明のアレイ導波路型回折格子の第一の実施の形態。
【図１１】 本発明のアレイ導波路型回折格子の第二の実施の形態。
【図１２】 平面導波路の通常の製造プロセス。
【図１３】 従来のアレイ導波路型回折格子の構成。
【符号の説明】
１ 基板
２ アンダー・クラッド
３ コア
３ａ コア層
３−１ ベースとなるコア
３−１ａ ベースとなるコア層
３−１ｂ ベースとなるコア層
３−１ｃ ベースとなるコア層
３−３ 高屈折率部
３−４ 低屈折率部
４ オーバー・クラッド
５ マスク
５ａ マスク剤
１１ 光ファイバ
１１ａ 光ファイバ
１１ｂ 光ファイバ
１２ クラッド
１３ 入力導波路のコア
１４ チャネル導波路のコア
１５ 出力導波路のコア
１６ スラブ導波路
１７ スラブ導波路
１３−３ 高屈折率部
１４−３ 高屈折率部
１５−３ 高屈折率部
１６−４ 低屈折率部
１７−４ 低屈折率部

Claims (2)

1. 基板と、該基板の主面に形成されたアンダー・クラッドと、コアと、オーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路構造を有する、入力導波路、チャネル導波路、および、出力導波路と、
   該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、
   該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備え、
   該チャネル導波路は、互いにコアの長さの異なる複数の導波路より構成され、
   該入力導波路、該チャネル導波路、および、該出力導波路の上記コアは、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該コアに屈折率を変化させる添加物がイオン注入され該ベースとなるコアより屈折率が高い該ベースとなるコア内に形成された異屈折率部を有し、
   該異屈折率部の幅は、該添加物の注入により伝搬する光のスポットサイズが小さくなる幅であり、
   該入力導波路、該チャネル導波路、および、該出力導波路の両端部の近傍において、該異屈折率部の幅を保ちつつ該異屈折率部の添加物の量が該端部に向かって徐々に減少し、該端部においては該異屈折率部が存在しないことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
2. 請求項１に記載のアレイ導波路型回折格子であって、
   上記ベースとなるコアは、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアであることを特徴とするアレイ導波路型回折格子。

Images