JP4025538B2 - Optical waveguide substrate - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光導波路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネットの急速な普及により、光通信システムの大容量化が非常な勢いで進んでおり、幹線系の光通信システムでは、波長多重方式によって多重数倍の大容量化を図る方式が既に実用化されるに至っている。現在では、160波レベルまでの高密度波長多重方式が商用化されるようになってきた。このような波長多重光通信方式では、異なる波長を有する複数の信号光を1本の光ファイバに導入するための合波器および波長多重された信号光から異なる波長の信号に切り分けるための分波器からなる合分波器が用いられている。
【0003】
また、光ファイバを各家庭付近にまで導入する光加入者システムも導入が開始されつつあり、局側からの下り信号と局側への上り信号に異なる波長を用いて、1本の光ファイバで上り/下りの双方向通信を行うシステムも実用化されている。この2波長双方向通信でも、送信信号を1本の光ファイバへ導入し、送信されてきた信号を受信器側に切り分けるための合分波器が用いられる。
これらの合分波器は、所定の位置に性能向上のための波長板や波長選択フィルタ等を挿入した光導波路から構成されることが多い。
【0004】
例えば、幹線系の合分波器やアレイ導波路格子(入出力2つのスターカップラの間に同じ光路長差を有するアレイ状の導波路が形成されたものであり、アレイ状の導波路が高次の回折格子の役割を担うことによって合分波の機能を示すもの)では、アレイ状の導波路部分にスリットを設け、このスリットに1/2波長板を挿入して偏光方向を90度回転させて、光導波路に起因する偏光依存性を消している。また、加入者系に用いられる合分波器では、Y字状の光導波路を形成し、3本の光導波路が交差する部分に波長選択フィルタを挿入し、1方向から来た信号光を波長に応じ折り返しまたは透過させて他の2本の光導波路に所定の波長の光のみを透過させている。
これらの光導波路の共通の課題は小型化であり、比屈折率差Δを大きくして光の閉じ込めを強くし、光導波路の曲率を小さくすることで小型化を図っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路においてΔを大きくとって光の閉じ込めを強くしかつシングルモード条件を満足させるには、コア径を小さくする必要があり、コア径を小さくすると伝搬光のスポットサイズも小さくなる。一般に、シングルモード光の接続では、スポットサイズが小さくなる程、接続部分の軸ずれ、間隔ずれに対し接続損失が増加し、Δが大きい光導波路にスリットを設けてフィルタを挿入する場合には、さらに損失が大きくなってしまう。
【0006】
例えば、通常の石英系の光導波路で採用されるΔが0.4%程度の波長の光導波路の場合はスポットサイズが通常約4μmであるが、Δが1.2%で曲率半径を3mm以下にした場合はスポットサイズが約2μm、Δが2.0%で曲率半径を1.5mm以下にした場合はスポットサイズは2μmとなる。同一の接続損失を得るための許容軸ずれ値は、スポットサイズに反比例し、通常の石英導波路での許容軸ずれ量を1μmとした場合、同一の接続損失を得るにはΔが1.2%の場合には0.5μm、Δが2%の場合には0.38μmと非常に許容誤差が小さくなり、高度の加工精度、実装精度が要求される。また、間隔ずれに対しては一般にフィルタ等の膜の厚さは30μm程度であり、光導波路部分にフィルタを挿入するには最低50μmの間隔が必要であるが、同一の接続損失を得るための許容間隔ずれはスポットサイズの2乗に比例するために、Δが1.2%の場合には必要な間隔が約12μm以下となり、フィルタ挿入が理論上不可能となる。このためフィルタを光導波路部分に挿入する場合には、従来より接続損失が大きくなってしまうという課題があった。また、フィルタ等の薄膜状部材以外の光学素子を光導波路部分に挿入するには、さらに間隔を空ける必要があり、従来では接続損失の増加が大き過ぎるために実現できていなかった。そこで、本発明は、接続損失の増加を抑制しかつ小型化を実現する光導波路基板を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明に係る光導波路基板は、基板上にコアおよびクラッドが形成された光導波路基板において、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐々に減少した第1のテーパ導波路と、この第1のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置され、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐々に増加した第2のテーパ導波路と第1のテーパ導波路と第2のテーパ導波路と接続する第3の導波路とを備え、この第3の導波路には光学素子を挿入するスリットが設けられたことを特徴とする。この光導波路基板によれば、この光導波路基板を導波する信号光のスポットサイズは、第1のテーパ導波路で拡大され、その大きさのまま第3の導波路およびスリットを透過し、第2のテーパ導波路で拡大される前の大きさに戻される。
【0008】
上記光導波路基板において、第1のテーパ導波路、第2のテーパ導波路および第3の導波路の底面を除く周囲のクラッド層はポリマー材から構成されるようにしてもよい。この光導波路基板によれば、ポリマー材によりコアへの信号光の閉じ込めが強くなる。
【0009】
本発明に係る光導波路基板の他の構成例は、基板上にコアおよびクラッドが形成された光導波路基板において、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々に増加し、高さは徐々に減少した第1のテーパ導波路と、この第1のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置され、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々に減少し、高さは徐々に増加した第2のテーパ導波路と第1のテーパ導波路と第2のテーパ導波路とを接続する第3の導波路とを備え、この第3の導波路には光学素子を挿入するスリットが設けられたことを特徴とする。この光導波路基板によれば、この光導波路基板を導波する信号光のスポットサイズは、第1のテーパ導波路で拡大され、その大きさのまま第3の導波路およびスリットを透過し、第2のテーパ導波路で拡大される前の大きさに戻される。
【0010】
上記光導波路基板において、第1のテーパ導波路、第2のテーパ導波路および第3の導波路の底面を除く周囲のクラッド層はポリマー材から構成してもよい。この光導波路基板によれば、ポリマー材によりコアへの信号光の閉じ込めが強くなる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光導波路基板1の構成を示す斜視図、図2は、第1の実施の形態に係る光導波路基板1に光学素子を挿入した図である。
図1に示すように、本実施の形態における光導波路基板1は、基板11上に周囲をクラッド12で覆われたクラッド12よりも屈折率の高いコア13が形成されている。
【0012】
コア13には、所定の箇所より幅および高さを徐々に減少させた形状のテーパ部13a、所定の箇所より幅および高さを徐々に増加させた形状のテーパ部13bおよびテーパ部13aとテーパ部13bの間を接続する挿入部13cが設けられている。この挿入部13cには、図2に示すようなスリット14が形成され、フィルタ等の光学素子15が挿入される。
【0013】
信号光がテーパ部13aからテーパ部13bの方向に導波する場合、信号光のスポットサイズは、幅および高さを信号光の導波方向に減少させたテーパ部13aで拡大され、拡大された大きさで光学素子15を透過し、幅および高さを信号光の導波方向に増加させたテーパ部13bで縮小されて、再びテーパ部13aに進入する前の大きさに戻される。このように光導波路基板1は、信号光のスポットサイズを信号光が光学素子15を通過する前に拡大させることにより、挿入部13cと光学素子15との接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和させることができるので、比屈折率差Δが大きくても接続損失の増加を防ぎことができる。この結果、光導波路基板の小型化も実現することが可能となる。実際、上述したスポットサイズの拡大および縮小を行うテーパ部13a、13bおよび挿入部13cを含んだ全長は、200μm〜2000μmで済み、これは光導波路全体のサイズを犠牲にしない長さである。
【0014】
上述した光導波路基板1は、一般によく知られている製造方法、例えばフォトリソグラフィー法や火炎堆積法などにより簡便に作成することができる。このため、光学素子15を挿入する場所のみ信号光のスポットサイズを変化させる光導波路基板1は、小型で接続損失が少ないのみならず、低コストかつ簡便に製造することができる。
【0015】
なお、光学素子15を挿入するスリット14は、図2にはコア13に直交するように形成されているが、コア13に対して斜めに形成してもよい。このような構造にしても、上述したのと同様の効果を得ることができる。
また、スリット14に挿入する光学素子15は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素子でもよい。
【0016】
[実施の形態2]
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3は、第2の実施の形態に係る光導波路基板2の構成を示す斜視図である。なお、第2の実施の形態は、第1の実施の形態とクラッドの構成が異なるだけなので、同等の構成要素には同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略する。
図3に示すように、本実施の形態における光導波路基板2は、基板11上に下層クラッド12aが形成され、この下層クラッド12a上に周囲を上層クラッド12bで覆われたコア13が形成されている。
【0017】
本実施の形態の光導波路基板2は、上層クラッド12bがポリマー部材、他の構成要素が通常の石英系部材から構成されている。ポリマー部材は、石英系部材と比較して屈折率の温度変化が大きく、一般に高温で低下し、低温で高くなる性質がある。よって、コア13におけるスポットサイズの変換部の光の閉じ込めは、ポリマーの屈折率に依存し、高温で閉じ込めが強く、低温で弱くなる。このように、信号光の閉じ込めの弱い部分をポリマーで覆うことで、接続損失特性もしくは偏光特性に温度依存性を付与することができる。これにより、光導波路基板2は、第1の実施の形態で説明した効果に加えて、温度を変化させてポリマー部材から構成された上層クラッド12bの屈折率を変化させることにより、さらに信号光の閉じ込めを強し、これによりさらなる小型化を実現することができる。
【0018】
なお、本実施の形態においても、第1の実施の形態で説明したのと同等のスリットを設け、このスリットに光学素子を挿入することができる。また、光学素子を挿入するスリットは、第1の実施の形態と同様にコア13に対して直交または斜めに形成することができる。
さらに、スリットに挿入する光学素子は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素子でもよい。
【0019】
[実施の形態3]
次に、図4および図5を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る光導波路基板3について説明する。図4は、第3の実施の形態に係る光導波路基板3の構成を示す斜視図、図5は、第3の実施の形態に係る光導波路基板3に光学素子を挿入した図である。なお、第3の実施の形態は、第1の実施の形態とコアの形状が異なるだけなので、同等の構成要素には同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略する。
【0020】
コア16には、所定の箇所より幅を徐々に増加させかつ高さを徐々に減少させた形状のテーパ部7a、所定の箇所より幅を徐々に減少させかつ高さを徐々に増加させた形状のテーパ部16bおよびテーパ部16aとテーパ部16bの間を接続する挿入部16cが設けられている。この挿入部16cには、図5に示すようなスリット14が形成され、フィルタ等の光学素子15が挿入される。
【0021】
コアを徐々に細くして信号光のしみ出しを大きくすることによりスポットサイズを大きくする場合、特に幅方向の光の閉じ込めは、製造過程におけるパターニングの要求精度が厳しいため、側面の形状の影響を受けやすく、光の閉じ込めを強くするのが困難である。しかし、図4に示すように、テーパ部16aで幅を徐々に増加させ、挿入部16cを経て、テーパ部16bで幅を徐々に減少させる構造をとることにより本実施の形態の光導波路基板3は、側面のパターン精度の影響を受けにくくなり、結果として信号光の閉じ込めを強くすることができる。
【0022】
信号光がテーパ部16aからテーパ部16bの方向に導波する場合、信号光のスポットサイズは、テーパ部16aで拡大され、拡大された大きさで光学素子15を透過し、テーパ部16bで縮小されて、再びテーパ部16aに進入する前の大きさに戻される。このように光導波路基板3は、信号光のスポットサイズを信号光が光学素子15を通過する前に拡大させることにより、挿入部16cと光学素子15との接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和させることができるので、比屈折率差Δが大きくても接続損失の増加を防ぎことができる。この結果、光導波路基板の小型化も実現することが可能となる。実際、上述したスポットサイズの拡大および縮小を行うテーパ部16a、16bおよび挿入部16cを含んだ全長は、200μm〜2000μmで済み、これは光導波路全体のサイズを犠牲にしない長さである。
【0023】
上述した光導波路基板3は、一般によく知られている製造方法、例えばフォトリソグラフィー法や火炎堆積法などにより簡便に作成することができる。このため、光学素子15を挿入する場所のみ信号光のスポットサイズを変化させる光導波路基板3は、小型で接続損失が少ないのみならず、低コストかつ簡便に製造することができる。
【0024】
なお、光学素子15を挿入するスリット14は、図5にはコア16に直交するように形成されているが、コア16に対して斜めに形成してもよい。このような構造にしても、上述したのと同様の効果を得ることができる。
また、スリット14に挿入する光学素子15は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素子でもよい。
【0025】
[実施の形態4]
次に、図6を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。図6は、第4の実施の形態に係る光導波路基板4の構成を示す斜視図である。なお、第4の実施の形態は、第3の実施の形態をクラッドの構成が異なるだけなので、同等の構成要素には同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略する。
図6に示すように、本実施の形態における光導波路基板4は、基板11上に下層クラッド12aが形成され、この下層クラッド12a上に周囲を上層クラッド12bで覆われたコア16が形成されている。
【0026】
本実施の形態の光導波路基板4は、上層クラッド12bがポリマー部材、他の構成要素が通常の石英系部材から構成されている。ポリマー部材は、石英系部材と比較して屈折率の温度変化が大きく、一般に高温で低下し、低温で高くなる性質がある。よって、コア16におけるスポットサイズの変換部の光の閉じ込めは、ポリマーの屈折率に依存し、高温で閉じ込めが強く、低温で弱くなる。このように、信号光の閉じ込めの弱い部分をポリマーで覆うことで、接続損失特性もしくは偏光特性に温度依存性を付与することができる。これにより、光導波路基板4は、第3の実施の形態で説明した効果に加えて、温度を変化させてポリマー部材から構成された上層クラッド12bの屈折率を変化させることにより、さらに信号光の閉じ込めを強し、これによりさらなる小型化を実現することができる。
【0027】
なお、本実施の形態においても、第3の実施の形態で説明したのと同等のスリットを設け、このスリットに光学素子を挿入することができる。また、光学素子を挿入するスリットは、第3の実施の形態と同様にコア16に対して直交または斜めに形成することができる。
さらに、スリットに挿入する光学素子は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素子でもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光導波路基板は、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐々に減少した第1のテーパ導波路と、この第1のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置され、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐々に増加した第2のテーパ導波路と第1のテーパ導波路と第2のテーパ導波路とを接続しかつスリットが設けられた第3の導波路とを備えることにより、信号光のスポットサイズを、スリットに挿入された光学素子を通過する前に拡大してコアと光学素子の接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和するので、接続損失の増加を抑制することができ、結果として小型化を実現することができる。
また、コアの底面を除く周囲を被覆するクラッド層をポリマー材から構成することにより、コアへの信号光の閉じ込めを強くし、結果として小型化を図ることができる。
【0029】
本発明の光導波路基板の他の構成例は、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々に増加し、高さは徐々に減少した第1のテーパ導波路と、この第1のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置され、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々に減少し、高さは徐々に増加した第2のテーパ導波路と第1のテーパ導波路と第2のテーパ導波路とを接続しかつスリットが設けられた第3の導波路とを備えることにより、信号光のスポットサイズを、スリットに挿入された光学素子を通過する前に拡大してコアと光学素子の接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和するので、接続損失の増加を抑制することができ、なおかつ第1のテーパ導波路で幅を徐々に増加させ、第3の導波路を経て、第2のテーパ導波路で幅を徐々に減少させる構造をとることにより本実施の形態の光導波路基板3は、側面のパターン精度の影響を受けにくくなり、結果として信号光の閉じ込めを強くすることができるので、結果として小型化を実現することができる。
また、コアの底面を除く周囲を被覆するクラッド層をポリマー材から構成することにより、コアへの信号光の閉じ込めを強くし、結果として小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態に係る光導波路基板1の構成を示す斜視図である。
【図2】 第1の実施の形態に係る光導波路基板1に光学素子を挿入した図である。
【図3】 第2の実施の形態に係る光導波路基板2の構成を示す斜視図である。
【図4】 第3の実施の形態に係る光導波路基板3の構成を示す斜視図である。
【図5】 第3の実施の形態に係る光導波路基板3に光学素子を挿入した図である。
【図6】 第4の実施の形態に係る光導波路基板4の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,2,3,4…光導波路基板、11…基板、12…クラッド、12a…下層クラッド、12b…上層クラッド、13…コア、13a,13b,16a,16b…テーパ部、13c,16c…挿入部、14…スリット、15…光学素子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide substrate used for optical communication.
[0002]
[Prior art]
With the rapid spread of the Internet, the increase in capacity of optical communication systems is proceeding at a great pace, and in trunk optical communication systems, a method for increasing the capacity of multiple times by wavelength multiplexing has already been put into practical use. Has reached the point. At present, high-density wavelength multiplexing systems up to 160 wave levels have been commercialized. In such a wavelength multiplexing optical communication system, a multiplexer for introducing a plurality of signal lights having different wavelengths into one optical fiber, and a demultiplexing for separating the wavelength multiplexed signal light into signals of different wavelengths A multiplexer / demultiplexer consisting of a multi-unit is used.
[0003]
In addition, an optical subscriber system that introduces an optical fiber to the vicinity of each home is also being introduced, and a single optical fiber is used by using different wavelengths for the downstream signal from the station side and the upstream signal to the station side. A system for performing uplink / downlink bidirectional communication has also been put into practical use. Also in this two-wavelength bidirectional communication, a multiplexer / demultiplexer is used for introducing a transmission signal into one optical fiber and separating the transmitted signal to the receiver side.
These multiplexers / demultiplexers are often composed of optical waveguides in which a wave plate, a wavelength selection filter, or the like for improving performance is inserted at a predetermined position.
[0004]
For example, a trunk-system multiplexer / demultiplexer or an arrayed waveguide grating (an arrayed waveguide having the same optical path length difference is formed between two input / output star couplers). In the case of the function of multiplexing / demultiplexing by taking the role of the next diffraction grating), a slit is provided in the waveguide section of the array, and a half-wave plate is inserted into this slit to rotate the polarization direction by 90 degrees. Thus, the polarization dependence caused by the optical waveguide is eliminated. In addition, in the multiplexer / demultiplexer used in the subscriber system, a Y-shaped optical waveguide is formed, a wavelength selection filter is inserted at a portion where the three optical waveguides intersect, and the signal light coming from one direction is converted into a wavelength. Accordingly, the light is folded or transmitted according to the above, and only the light having a predetermined wavelength is transmitted through the other two optical waveguides.
A common problem of these optical waveguides is miniaturization, and the relative refractive index difference Δ is increased to increase light confinement, and the optical waveguide is reduced in curvature to reduce the optical waveguide.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to increase Δ in the optical waveguide to strengthen the light confinement and satisfy the single mode condition, it is necessary to reduce the core diameter. If the core diameter is reduced, the spot size of the propagation light is also reduced. In general, in the connection of single mode light, as the spot size becomes smaller, the connection loss increases with respect to the axial deviation and spacing deviation of the connection part.When inserting a filter with a slit in an optical waveguide with a large Δ, Furthermore, the loss becomes large.
[0006]
For example, in the case of an optical waveguide having a wavelength of about 0.4%, which is used in a normal silica-based optical waveguide, the spot size is usually about 4 μm, but Δ is 1.2% and the radius of curvature is 3 mm or less. In this case, the spot size is about 2 μm, and when Δ is 2.0% and the radius of curvature is 1.5 mm or less, the spot size is 2 μm. The allowable axis deviation value for obtaining the same connection loss is inversely proportional to the spot size. When the allowable axis deviation amount in a normal quartz waveguide is 1 μm, Δ is 1.2 to obtain the same connection loss. In the case of%, 0.5 μm , and in the case where Δ is 2%, the tolerance is very small, 0.38 μm , and high processing accuracy and mounting accuracy are required. In addition, the thickness of a film such as a filter is generally about 30 μm with respect to the gap, and a minimum interval of 50 μm is necessary to insert the filter into the optical waveguide portion, but in order to obtain the same connection loss. Since the allowable gap is proportional to the square of the spot size, when Δ is 1.2%, the required gap is about 12 μm or less, and filter insertion is theoretically impossible. For this reason, when the filter is inserted into the optical waveguide portion, there is a problem that the connection loss becomes larger than in the past. Further, in order to insert an optical element other than a thin film-like member such as a filter into the optical waveguide portion, it is necessary to provide a further space. Conventionally, this has not been realized because the increase in connection loss is too large. Therefore, the present invention is to provide an optical waveguide substrate that suppresses an increase in connection loss and realizes a reduction in size.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, an optical waveguide substrate according to the present invention is an optical waveguide substrate in which a core and a clad are formed on the substrate. A first taper waveguide whose length is gradually decreased, and the first taper waveguide and the first taper waveguide which are arranged opposite to each other in the signal light guiding direction, and a part of the core has a width toward the signal light guiding direction. And a second taper waveguide having a gradually increased height, a first taper waveguide, and a third waveguide connected to the second taper waveguide, the third waveguide having an optical element It is characterized in that there is provided a slit for inserting. According to this optical waveguide substrate, the spot size of the signal light guided through the optical waveguide substrate is enlarged by the first taper waveguide, and is transmitted through the third waveguide and the slit without changing the size. It is returned to the size before being enlarged by the two tapered waveguides.
[0008]
In the optical waveguide substrate, the surrounding cladding layers except the bottom surfaces of the first tapered waveguide, the second tapered waveguide, and the third waveguide may be made of a polymer material. According to this optical waveguide substrate, the confinement of signal light in the core is enhanced by the polymer material.
[0009]
In another example of the optical waveguide substrate according to the present invention, in the optical waveguide substrate in which the core and the clad are formed on the substrate, the width of a part of the core gradually increases in the signal light guiding direction, The first taper waveguide whose height is gradually reduced, the first taper waveguide and the first taper waveguide are arranged to oppose the signal light waveguide direction, and a part of the core faces the signal light waveguide direction. A second taper waveguide having a width that gradually decreases and a height that gradually increases; a third waveguide that connects the first taper waveguide and the second taper waveguide; The waveguide is provided with a slit for inserting an optical element. According to this optical waveguide substrate, the spot size of the signal light guided through the optical waveguide substrate is enlarged by the first taper waveguide, and is transmitted through the third waveguide and the slit without changing the size. It is returned to the size before being enlarged by the two tapered waveguides.
[0010]
In the optical waveguide substrate, the surrounding cladding layers except the bottom surfaces of the first tapered waveguide, the second tapered waveguide, and the third waveguide may be made of a polymer material. According to this optical waveguide substrate, the confinement of signal light in the core is enhanced by the polymer material.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide substrate 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram in which an optical element is inserted into the optical waveguide substrate 1 according to the first embodiment. is there.
As shown in FIG. 1, the optical waveguide substrate 1 in the present embodiment has a core 13 having a refractive index higher than that of a clad 12 whose periphery is covered with a clad 12 on a substrate 11.
[0012]
The core 13 includes a tapered portion 13a having a shape in which the width and height are gradually decreased from a predetermined portion, and a tapered portion 13b, a tapered portion 13a, and a taper having a shape in which the width and height are gradually increased from a predetermined portion. An insertion portion 13c that connects the portions 13b is provided. A slit 14 as shown in FIG. 2 is formed in the insertion portion 13c, and an optical element 15 such as a filter is inserted.
[0013]
When the signal light is guided in the direction from the taper portion 13a to the taper portion 13b, the spot size of the signal light is enlarged and enlarged by the taper portion 13a whose width and height are reduced in the signal light guide direction. The size is reduced by the tapered portion 13b that is transmitted through the optical element 15 and whose width and height are increased in the waveguide direction of the signal light, and returned to the size before entering the tapered portion 13a again. As described above, the optical waveguide substrate 1 increases the spot size of the signal light before the signal light passes through the optical element 15, thereby preventing the axial deviation and the gap deviation at the connection portion between the insertion portion 13 c and the optical element 15. Since the tolerance can be relaxed, an increase in connection loss can be prevented even if the relative refractive index difference Δ is large. As a result, it is possible to reduce the size of the optical waveguide substrate. Actually, the total length including the taper portions 13a and 13b and the insertion portion 13c for expanding and reducing the spot size described above is 200 μm to 2000 μm, which is a length that does not sacrifice the size of the entire optical waveguide.
[0014]
The optical waveguide substrate 1 described above can be easily produced by a generally well-known manufacturing method such as a photolithography method or a flame deposition method. For this reason, the optical waveguide substrate 1 that changes the spot size of the signal light only at the place where the optical element 15 is inserted is not only small and has low connection loss, but also can be manufactured at low cost and easily.
[0015]
The slit 14 for inserting the optical element 15 is formed so as to be orthogonal to the core 13 in FIG. 2, but may be formed obliquely with respect to the core 13. Even with such a structure, the same effect as described above can be obtained.
The optical element 15 inserted into the slit 14 is not limited to a thin film element such as a filter, but may be a bulk element depending on the application.
[0016]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the optical waveguide substrate 2 according to the second embodiment. Since the second embodiment is different from the first embodiment only in the clad configuration, the same components are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
As shown in FIG. 3, in the optical waveguide substrate 2 in the present embodiment, a lower clad 12a is formed on a substrate 11, and a core 13 whose periphery is covered with an upper clad 12b is formed on the lower clad 12a. Yes.
[0017]
In the optical waveguide substrate 2 of the present embodiment, the upper clad 12b is made of a polymer member, and the other components are made of a normal quartz-based member. The polymer member has a property that the refractive index changes greatly in temperature compared to the quartz-based member, and generally has a property of decreasing at a high temperature and increasing at a low temperature. Therefore, the confinement of light at the spot size conversion portion in the core 13 depends on the refractive index of the polymer, and the confinement is strong at a high temperature and weak at a low temperature. In this way, by covering the weakly confined portion of the signal light with the polymer, temperature dependence can be imparted to the connection loss characteristic or the polarization characteristic. Thereby, in addition to the effects described in the first embodiment, the optical waveguide substrate 2 further changes the refractive index of the upper clad 12b formed of the polymer member by changing the temperature, thereby further increasing the signal light. The confinement is strengthened, and thereby further downsizing can be realized.
[0018]
Also in this embodiment, a slit equivalent to that described in the first embodiment can be provided, and an optical element can be inserted into this slit. Further, the slit for inserting the optical element can be formed orthogonally or obliquely with respect to the core 13 as in the first embodiment.
Furthermore, the optical element inserted into the slit may be not only a thin film element such as a filter but also a bulk element depending on the application.
[0019]
[Embodiment 3]
Next, with reference to FIGS. 4 and 5, an optical waveguide substrate 3 according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of the optical waveguide substrate 3 according to the third embodiment, and FIG. 5 is a diagram in which an optical element is inserted into the optical waveguide substrate 3 according to the third embodiment. Note that the third embodiment is different from the first embodiment only in the shape of the core, and therefore, the same components are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
[0020]
The core 16 has a tapered portion 7a having a shape in which the width is gradually increased and the height is gradually decreased from a predetermined location, and a shape in which the width is gradually decreased and the height is gradually increased from a predetermined location. The taper portion 16b and the insertion portion 16c for connecting the taper portion 16a and the taper portion 16b are provided. A slit 14 as shown in FIG. 5 is formed in the insertion portion 16c, and an optical element 15 such as a filter is inserted.
[0021]
When the spot size is increased by gradually narrowing the core and increasing the signal light leakage, especially the light confinement in the width direction is affected by the shape of the side surface because the required accuracy of patterning in the manufacturing process is severe. It is easy to receive and it is difficult to strengthen the light confinement. However, as shown in FIG. 4, the optical waveguide substrate 3 of the present embodiment has a structure in which the width is gradually increased by the tapered portion 16a, the width is gradually decreased by the tapered portion 16b through the insertion portion 16c. Is less affected by the pattern accuracy of the side surface, and as a result, it is possible to increase the confinement of signal light.
[0022]
When the signal light is guided in the direction from the tapered portion 16a to the tapered portion 16b, the spot size of the signal light is enlarged by the tapered portion 16a, transmitted through the optical element 15 at the enlarged size, and reduced by the tapered portion 16b. Then, it is returned to the size before entering the tapered portion 16a again. As described above, the optical waveguide substrate 3 increases the spot size of the signal light before the signal light passes through the optical element 15, thereby preventing the axial deviation and the gap deviation at the connection portion between the insertion portion 16 c and the optical element 15. Since the tolerance can be relaxed, an increase in connection loss can be prevented even if the relative refractive index difference Δ is large. As a result, it is possible to reduce the size of the optical waveguide substrate. Actually, the total length including the taper portions 16a and 16b and the insertion portion 16c for expanding and reducing the spot size described above is 200 μm to 2000 μm, which is a length that does not sacrifice the size of the entire optical waveguide.
[0023]
The optical waveguide substrate 3 described above can be easily produced by a generally well-known manufacturing method such as a photolithography method or a flame deposition method. For this reason, the optical waveguide substrate 3 that changes the spot size of the signal light only at the place where the optical element 15 is inserted is not only small and has low connection loss, but also can be manufactured at low cost and easily.
[0024]
The slit 14 for inserting the optical element 15 is formed so as to be orthogonal to the core 16 in FIG. 5, but may be formed obliquely with respect to the core 16. Even with such a structure, the same effect as described above can be obtained.
The optical element 15 inserted into the slit 14 is not limited to a thin film element such as a filter, but may be a bulk element depending on the application.
[0025]
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the optical waveguide substrate 4 according to the fourth embodiment. Since the fourth embodiment is different from the third embodiment only in the clad configuration, the same components are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
As shown in FIG. 6, in the optical waveguide substrate 4 in the present embodiment, a lower clad 12a is formed on a substrate 11, and a core 16 whose periphery is covered with an upper clad 12b is formed on the lower clad 12a. Yes.
[0026]
In the optical waveguide substrate 4 of the present embodiment, the upper clad 12b is made of a polymer member, and the other components are made of a normal quartz-based member. The polymer member has a property that the refractive index changes greatly in temperature compared to the quartz-based member, and generally has a property of decreasing at a high temperature and increasing at a low temperature. Therefore, the confinement of light at the spot size conversion portion in the core 16 depends on the refractive index of the polymer, and the confinement is strong at a high temperature and weak at a low temperature. In this way, by covering the weakly confined portion of the signal light with the polymer, temperature dependence can be imparted to the connection loss characteristic or the polarization characteristic. Thus, in addition to the effects described in the third embodiment, the optical waveguide substrate 4 further changes the refractive index of the upper clad 12b formed of the polymer member by changing the temperature, thereby further increasing the signal light. The confinement is strengthened, and thereby further downsizing can be realized.
[0027]
Also in this embodiment, a slit equivalent to that described in the third embodiment can be provided, and an optical element can be inserted into this slit. Further, the slit for inserting the optical element can be formed orthogonally or obliquely with respect to the core 16 as in the third embodiment.
Furthermore, the optical element inserted into the slit may be not only a thin film element such as a filter but also a bulk element depending on the application.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the optical waveguide substrate of the present invention includes the first tapered waveguide in which a part of the core gradually decreases in width and height in the signal light guiding direction, and the first tapered waveguide. The second taper waveguide and the first taper guide, which are disposed so as to face the waveguide direction of the signal light and in which a part of the core gradually increases in width and height in the signal light waveguide direction. By connecting the waveguide and the second tapered waveguide and having a third waveguide provided with a slit, the spot size of the signal light is enlarged before passing through the optical element inserted in the slit. As a result, the tolerance for the axial deviation and the gap deviation at the connecting portion between the core and the optical element is alleviated, so that an increase in connection loss can be suppressed, and as a result, a reduction in size can be realized.
In addition, the clad layer covering the periphery excluding the bottom surface of the core is made of a polymer material, so that the confinement of signal light in the core can be strengthened, and as a result, downsizing can be achieved.
[0029]
Another configuration example of the optical waveguide substrate according to the present invention includes a first tapered waveguide in which a part of a core gradually increases in width and gradually decreases in height in a signal light guiding direction. The second taper is disposed opposite to the first tapered waveguide in the signal light guiding direction, and a part of the core gradually decreases in width toward the signal light guiding direction, and the height gradually increases. A third waveguide provided with a slit and connecting the first tapered waveguide and the second tapered waveguide, the spot size of the signal light is inserted into the slit. Enlargement before passing through the optical element reduces the tolerance for misalignment and spacing at the connecting portion of the core and the optical element, so that an increase in connection loss can be suppressed and the first taper guide is reduced. The width is gradually increased in the waveguide, passed through the third waveguide, and then the second table. By adopting a structure in which the width is gradually reduced in the waveguide, the optical waveguide substrate 3 of the present embodiment is less affected by the pattern accuracy of the side surface, and as a result, the confinement of signal light can be strengthened. As a result, downsizing can be realized.
In addition, by forming a clad layer covering the periphery excluding the bottom surface of the core from a polymer material, it is possible to increase the confinement of the signal light to the core and consequently to reduce the size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide substrate 1 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram in which an optical element is inserted into the optical waveguide substrate 1 according to the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide substrate 2 according to a second embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide substrate 3 according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram in which an optical element is inserted into an optical waveguide substrate 3 according to a third embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an optical waveguide substrate 4 according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4 ... Optical waveguide substrate, 11 ... Substrate, 12 ... Cladding, 12a ... Lower cladding, 12b ... Upper cladding, 13 ... Core, 13a, 13b, 16a, 16b ... Tapered portion, 13c, 16c ... Insertion Part, 14 ... slit, 15 ... optical element.

Claims (2)

基板上にコアおよびクラッドが形成された光導波路基板において、
前記コアが、
信号光の導波方向に向かって幅は徐々に増加し、高さは徐々に減少し、前記信号光のスポットサイズを拡大する第1のテーパ部と、
信号光の導波方向に前記第1のテーパ部と対向して配置され、信号光の導波方向に向かって幅は徐々に減少し、高さは徐々に増加し、前記信号光のスポットサイズを縮小する第2のテーパ部と、
前記第1のテーパ部と前記第2のテーパ部とを幅が広く高さが低い側で接続する挿入部とを備え、
前記第1のテーパ部の前記挿入部との接合面と、前記挿入部の前記導波方向に垂直な断面と、前記第2のテーパ部の前記挿入部との接合面とが合同であり、
この挿入部には光学素子を挿入するスリットが設けられたことを特徴とする光導波路基板。
In the optical waveguide substrate in which the core and the clad are formed on the substrate,
The core is
A first taper that gradually increases in width and gradually decreases in height toward the waveguide direction of the signal light, and expands the spot size of the signal light;
Arranged to face the first taper portion to the waveguide direction of the signal light, the width toward the guiding direction of the signal light is gradually decreased, the height gradually increases, the spot size of the signal light A second taper portion for reducing
An insertion portion connecting the first taper portion and the second taper portion on the side having a wide width and a low height ;
The joint surface of the first tapered portion with the insertion portion, the cross section of the insertion portion perpendicular to the waveguide direction, and the joint surface of the second taper portion with the insertion portion are congruent,
An optical waveguide substrate, wherein the insertion portion is provided with a slit for inserting an optical element.
請求項1記載の光導波路基板において、
前記第1のテーパ部、前記第2のテーパ部および前記挿入部の底面を除く周囲のクラッド層はポリマー材から構成されることを特徴とする光導波路基板。
The optical waveguide substrate according to claim 1,
The surrounding clad layer excluding the bottom surface of the first taper portion , the second taper portion, and the insertion portion is made of a polymer material.
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