JP4095358B2

JP4095358B2 - ホーリー導波路型光回路及びその製造方法

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Publication number: JP4095358B2
Application number: JP2002184187A
Authority: JP
Inventors: 克之井本; 修平田中; 一之平尾
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP2004029286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホーリー導波路型光回路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超小型光回路を実現する技術として、フォトニック結晶を用いた光回路の研究が盛んに行われるようになってきた。フォトニック結晶とは、ある波長の光を全く通さなかったり、わずかな波長の変化で光の屈折率が大きく変化したりするというユニークな光学特性を示す人工材料と言われている。
【０００３】
図７（ａ）〜（ｆ）はフォトニック結晶の概念図を示す図である。
【０００４】
同図（ａ）はエアギャップ型構造を示し、ウェットエッチングにより形成され、同図（ｂ）は深い回折格子構造を示し、ドライエッチングにより形成される。同図（ａ）、（ｂ）は共に１次元フォトニック結晶である。
【０００５】
同図（ｃ）は垂直孔型構造を示し、ドライエッチング陽極化成により形成され、同図（ｄ）はピラー型構造を示し、ドライエッチング選択成長により形成される。同図（ｃ）、（ｄ）は共に２次元フォトニック結晶である。
【０００６】
同図（ｅ）は斜め孔型構造を示し、ドライエッチングにより形成され、同図（ｆ）は積み木型構造を示し、貼り付けにより形成される。同図（ｅ）、（ｆ）は共に３次元フォトニック結晶である。尚、図中矢印は光の進行方向を示す。
【０００７】
これらのフォトニック結晶の中で、同図（ｃ）、（ｄ）に示す２次元フォトニック結晶は、基板上に空孔や柱を形成したものが典型的な例である。同図（ｅ）、（ｆ）に示す３次元フォトニック結晶は、立体的なモザイク構造からなり、角材状の結晶を積み重ねたものや小さな球を重ねたものなどがある。すなわち、２種類の媒質の屈折率の差が大きくて周期構造がある条件を満たすと、特定の波長の光が全く伝搬しなくなり、外部からの光は結晶に進入できずに反射されてしまう。この波長の範囲がフォトニックバンドギャップと言われている。
【０００８】
図８はフォトニック結晶の他の従来例を示す図である。
【０００９】
これはＳｉ基板５０上に形成した石英ガラス膜５１中に複数の屈折率変化領域５２を所定の間隔を隔てて面方向に形成し、その屈折率変化領域５２の中に屈折率変化領域５２の存在しない領域（以下「欠落領域」という。）５３を設けることにより、光ファイバ５４−１からの光信号５５−１を欠落領域５３の一方の端面（図では下側）からその欠落領域５３内を通して他方の端面（図では上側）から光ファイバ５４−２を通して光信号５５−２を取り出すようにしたフォトニック結晶導波路である。
【００１０】
この他、光インターコネクション技術の進展により、装置間を光ファイバで並列光伝送する方式が実用段階に入ってきた。
【００１１】
次世代の方式として、ボード内やＬＳＩチップ間を光信号により並列伝送する方式が本格的に検討されるようになってきた。この方式を実現するためには、伝送路として、光ファイバの代わりに導波路が用いる必要がある。この導波路として、ポリマ材料を用いたものが有力視されている。
【００１２】
ポリマ材料を用いた導波路は、低温プロセスで簡単に作製することができるので、ガラス材料を用いた導波路に比して、低コスト化、大型サイズ化の点で優位性が期待できると考えられている。すなわち、種々の基板の上に、有機溶媒に溶けたポリマ溶液をスピンコーティング法、押出コーティング法等で塗布し、その後、低温（≦３００℃）で加熱してポリマ膜とする。次いでフォトリソグラフィやエッチングプロセスを用いて略矩形断面形状の高屈折率のコア層用ポリマパターンを形成した後、そのコア層用ポリマパターンを覆うように低屈折率のポリマ膜を形成する方法である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のフォトニック結晶を用いた光回路はまだ研究の初についた段階であり、多くの解決しなければならない課題がある。また、ポリマ導波路にも実用化に対して多くの課題がある。これらの課題を以下に示す。
【００１４】
（１）フォトニック結晶を容易に製造することができる構造及びその製造方法がまだ見出されていない。
【００１５】
（２）低損失なフォトニック結晶型光回路が見出されていない。
【００１６】
（３）フォトニック結晶構造で種々の光信号処理回路を実現しようとすると、それぞれの光信号処理回路に応じた複数のフォトマスクが必要となり、かつこのフォトマスクは極めて高寸法精度で作製しなければならず、非常に高価なものになってしまう。
【００１７】
（４）（１）〜（３）の対策として、超短パルスレーザビーム照射でフォトニック結晶構造を実現する試みが研究されているが寸法精度に問題があり、所望の光学特性がまだ得られていない。
【００１８】
（５）ポリマ導波路の損失のトップデータとして、今までに０．１ｄＢ／ｃｍが報告されているが、この数値はガラス導波路に比してまだ損失が大きく、ガラス導波路の代替え候補にはならない。従来のポリマ導波路構造及びその製造方法は０．１ｄＢ／ｃｍ以下に低損失化することは難しい。
【００１９】
その第１の理由として、まず、ポリマ導波路の損失の中で、コア層側面の荒れによる散乱損失が極めて大きいことが挙げられる。この散乱損失対策として、フォトレジスト膜のパターニングに、フォトマスクを用いないでフォトレジスト膜の上に紫外線レーザビームを直接照射してフォトレジスト膜を所望パターンに露光する方法を応用することが考えられる。
【００２０】
しかし、その後にその所望パターンをマスクにしてエッチングしなければならないために、エッチングによる側面荒れが必然的に生じてしまい、結果的に低損失化は難しい。
【００２１】
第２の理由として、ポリマ材料固有の吸収基（ＣＨ基、ＯＨ基）に依存する吸収損失が存在していることが挙げられる。この吸収損失対策として、ポリマのフッ素化、あるいは重水素化を図る試みが行われているが、耐熱性の劣化、成膜の難しさ等の課題があり、まだ実用的なものは得られていない。
【００２２】
（６）導波路の表面、裏面、若しくは内部に電子部品、電子回路、光部品、光回路等をハイブリッド実装する際には半田が用いられる。しかし、現状である程度の低損失特性（０．２ｄＢ／ｃｍ程度）を期待できるポリマ材料を用いた導波路は耐熱性が悪く、半田リフロー温度（Ａｕ／Ｓｎ半田のリフロー温度：＞２８０℃）に耐えることが難しい。また、２８０℃より高い温度で実装、処理されると、導波路に用いられるポリマの屈折率が変化してしまい、導波路の光学特性が大幅に変わって使用不可になってしまう。これとは逆に、耐熱性を期待できるポリマ材料を用いた導波路では損失が大きかったり、偏波依存性があったりして実用上問題がある。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型で低損失なホーリー導波路型光回路及びその製造方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光信号が伝搬するコア層と、該コア層より屈折率が低く、該コア層を覆うクラッド層とを有し、上記コア層が曲線部を有し、該曲線部の外周のみに少なくとも４本の空孔を有するホーリー導波路型光回路である。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、上記コア層内に基底モードの光信号を伝搬させるようにしてもよい。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、上記空孔の断面積は上記コア層の断面積より小さくしてもよい。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、上記クラッド層は、上記クラッド層より屈折率の低い低屈折率層で挟まれていてもよい。
【００２８】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の構成に加え、上記コア層は、光が二次元方向、あるいは三次元方向に伝搬するように形成されていてもよい。
【００２９】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の構成に加え、上記コア層は曲線、若しくは直線と曲線の組合せからなってもよい。
【００３０】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に加え、上記クラッド層は、基板上に形成されていてもよい。
【００３１】
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の構成に加え、上記コア層は、中心の屈折率が周囲の屈折率より高くてもよい。
【００３２】
請求項９の発明は、光信号が伝搬可能な透明層の光伝搬層となる領域の周囲に、３００フェムト秒以下３０フェムト秒以上のパルス幅を有し、上記透明層を透過できる波長帯の超短パルスレーザビームを照射しながら上記超短パルスレーザビーム若しくは上記透明層のいずれかを相対的に移動させることにより少なくとも４本の空孔を形成することを特徴とするホーリー導波路型光回路の製造方法である。
【００３４】
本発明のホーリー導波路型光回路の最大の特徴は、フォトニック結晶導波路のように高寸法精度の空孔を所定の間隔でマトリクス状に構成する必要が無いことである。すなわち、光伝搬層となる領域の周囲に少なくとも４本の空孔を領域に沿って連続的に所望の長さ形成するだけでよく、しかもフォトニック結晶導波路のような規則的で寸法精度の高い空孔配列を必要としない。そのため、光回路の作製が容易であり、空孔の周期構造の乱れによる損失増加が極めて少なく、低損失特性を期待できる。また、光伝搬層となる領域の周囲に空孔を少なくとも４本光伝搬方向に連続的に所望長さ形成することにより、大きな屈折率を得ることができるので、従来の埋め込み型導波路構造よりも大幅に小型化することができる。
【００３５】
本発明のホーリー導波路型光回路は、光伝搬層の一端から入力した光信号の基底モードは光伝搬層内に略完全に閉じ込められたまま、空孔の影響を受けることなく、光伝搬層内を伝搬し他端から出力する。
【００３６】
さらに、本発明のホーリー導波路型光回路の特徴は、それぞれの空孔内は空気層であるので、光伝搬層と空孔との比屈折率差Δは極めて大きくなり（Δ≒３０）、高次モードが４本の空孔によって透明層に閉じ込められるため、透明層の厚さは薄くてよい。すなわち、透明層の厚さが薄くても透明層の上部の空気層及び下部のクラッド層が光学特性に影響を及ぼしにくくなる。
【００３７】
これに対して、従来の埋め込み型ガラス導波路の上部クラッド層及び下部クラッド層は厚い層（２０μｍ以上）にしておかないと、光学特性に影響を及ぼしていた。
【００３８】
さらに、本発明のホーリー導波路型光回路は、曲線部での散乱損失を大幅に小さくすることができ、これにより曲線部の曲率半径を小さくすることができる。
【００３９】
さらに、本発明のホーリー導波路型光回路の特徴は、空孔の数が極めて少なくてよい点である。この空孔の数が少なくてよい点は、ホーリー導波路型光回路を作製する上で大きなメリットとなる。光伝搬方向に連続した空孔は、超短パルスレーザビームを光伝搬層となる領域の周囲に集光、照射すると共に、レーザビームか透明層のいずれかを相対移動させることにより、容易に作製ができる。また、曲率半径の小さい曲線部の空孔を連続的に形成することができるので、この曲線部での低損失特性を実現することが可能である。このため、さらなる小型化、低損失化が可能となり、二次元構造以外に三次元構造も容易に構成することができる。この結果、透明層の上面、下面、あるいは上下両面に半導体光素子や受動光部品等を実装した小型の光・電子複合デバイスを構成することができる。
【００４０】
さらに、光伝搬層内の屈折率を透明層の屈折率よりも高くすることにより、光信号を光伝搬層内により一層強く閉じ込めることができ、より小さい曲率半径で構成した低損失光回路を実現することができる。
【００４１】
また、本発明の応用として、従来の埋め込み型導波路で構成した光回路のコア層の周囲に空孔を少なくとも４本コア層に沿って形成することにより、光回路をさらに小型化することができ、種々の光信号処理回路が実現可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４３】
図１（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の参考例を示す側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の製造方法の説明図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の１ｃ−１ｃ線上の屈折率を示す図である。図１（ｃ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【００４４】
このホーリー導波路型光回路は、基板１上に、光信号が伝搬可能な透明部材からなる透明層２を形成し、この透明層２内の（光伝搬層となる）領域４の周囲に４本の空孔３−１、３−２、３−３、３−４を領域４に沿って連続して形成した構造を有している。
【００４５】
ホーリー導波路型光回路の一端（図１（ｂ）では左側）から矢印５−１方向に入射した光信号の基底モードは、光伝搬層４内に略完全に閉じ込められて伝搬し、空孔３−１〜３−４の影響を受けることなく、矢印５−２方向にホーリー導波路型光回路の他端（この場合右側）から出射するようになっている。
【００４６】
このホーリー導波路型光回路の特徴は、空孔３−１〜３−４内が空気層であるので、光伝搬層４と空孔３−１〜３−４との比屈折率差Δは極めて大きくなり（Δ≒３０）、高次モードが４本の空孔３−１〜３−４によって透明層２内に閉じ込められるため、透明層２の厚さは薄くてよい。すなわち、透明層２が薄くてもその透明層２の上部の空気層及び下部のクラッド層（この場合は基板１）が光学特性にほとんど影響を及ぼすことはない。
【００４７】
ここで、従来の埋め込み型ガラス導波路は、その上部クラッド層及び下部クラッド層が厚い層（２０μｍ以上）でないと、光学特性に影響が及ぼされていた。
【００４８】
これに対して、本発明のホーリー導波路型光回路は、曲線部での散乱損失を大幅に減少させることができ、曲線部の曲率半径を小さくすることができる（図６参照）。
【００４９】
また、本ホーリー導波路型光回路は、ゼロ分散波長を短波長側にシフトすることができるので、分散制御用光回路を構成する上で有利な光回路である。所望波長での基底モード伝搬を行わせるようにする条件は、光伝搬層４の断面積Ｓｃ及び空孔３−１〜３−４の断面積Ｓｈに依存する。例えば、基板１に石英ガラスを用い、透明層２にＳｉＯ₂を用いると図１（ｃ）に示すような屈折率分布となり、光伝搬層４の断面積Ｓｃの直径を約８μｍ、空孔３−１〜３−４の内径を約４μｍにすることにより、従来の埋め込み型ガラス導波路と同程度の構造を実現することができる。波長１．５５μｍ帯で種々の光信号処理回路を構成することができる。
【００５０】
空孔３−１〜３−４を透明層２内に形成する方法としては、図１（ｂ）に示すようにパルス幅が３０〜３００ｆｓでその繰り返し周波数が数ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの超短パルスレーザビーム９−１を、レンズ１０で集光し、集光したレーザビーム９−２を透明層２内にビームスポット径４μｍ以下で照射し、基板１若しくはレーザビーム９−２のいずれかの相対的な移動（例えば基板１の矢印１１方向への移動）を行うことにより形成することができる。レーザビーム９−２の照射は透明層２の上面方向か透明層２の側面方向のいずれかからでもよい。
【００５１】
超短パルスレーザビーム９−１、９−２のエネルギーは数百μＪで空孔３−１〜３−４を形成することができ、それ以下の値のエネルギーで透明層２を高屈折率化させることができる。
【００５２】
図２（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の参考例を示す側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の２ｂ−２ｂ線上の屈折率を示す図で、図２（ｃ）は図２（ａ）の２ｂ、２ｂ線上の屈折率を示す。図２（ｃ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【００５３】
図１（ａ）〜（ｃ）に示したホーリー導波路型光回路との相違点は、透明層２の屈折率よりも高い屈折率の光伝搬層６を用いた点である。
【００５４】
このように構成したことにより、基底モードは、より一層光伝搬層６内に閉じ込められて伝搬させることができる。光伝搬層６の屈折率ｎｗと透明層２の屈折率ｎｃとの比屈折率差Δは０．１％〜３％の範囲が好ましい。光伝搬層６にはＧｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率制御用添加物が少なくとも１種類添加されたＳｉＯ₂を用いるか、透明層２内にＦを添加したＳｉＯ₂を用いることにより、上記比屈折率差Δを得ることができる。
【００５５】
透明層２より屈折率の高い光伝搬層６を得る他の方法としては、屈折率制御用添加物が添加された光伝搬層内に超短パルスレーザビーム９−２を集光、照射することにより高密度化させて高屈折率化を図ることが挙げられる。
【００５６】
図３は本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図である。
【００５７】
このホーリー導波路型光回路は、光伝搬層４を囲むように光伝搬層４に沿って複数（図では８本であるが限定されない。）の空孔３−１〜３−８を形成したものである。
【００５８】
このように構成したことにより、高次モードを一層透明層２に閉じ込めて伝搬させることができるようになるので、透明層２を薄く形成することができる。
【００５９】
図４は本発明のホーリー導波路型光回路の参考例を示す側面図である。
【００６０】
このホーリー導波路型光回路は、中央光伝搬層６及び外周光伝搬層７からなる二重構造の光伝搬層６、７を用い、光伝搬層７の外周に光伝搬層７に沿って複数（図では１２本であるが限定されない。）の空孔３−１〜３−１２を形成したものである。中央光伝搬層６は高屈折率層（屈折率ｎｗ）であり、外周光伝搬層７は、中央光伝搬層６より屈折率の低い低屈折率層（屈折率ｎｌ）である。屈折率ｎｌは、透明層２の屈折率ｎｃよりも低いのが好ましい。中央光伝搬層６の屈折率は、屈折率制御用添加物が添加された透明層２に超短パルスレーザビームを集光、照射することにより高くすることができる。
【００６１】
このように構成したことにより、高次モードを一層光伝搬層６、７内に閉じ込めて伝搬させることができるようになり、透明層２を薄く形成することができる。
【００６２】
図５（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の参考例を示す側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）の上面図である。
【００６３】
このホーリー導波路型光回路は、光伝搬層４をほぼ直角に折り曲げて矢印５−１方向から入射した信号光を矢印５−３方向に出射させるようにしたものである。
【００６４】
このように構成したことにより、高次モードを光伝搬層４に閉じ込めて伝搬させることができる。
【００６５】
図６（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の一実施の形態を示す側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）の上面図である。
【００６６】
このホーリー導波路型光回路は、光信号が伝搬するコア層１２と、コア層１２より屈折率が低く、コア層１２を覆うクラッド層１３と、コア層１２の曲線部の周囲にコア層１２に沿って形成された少なくとも４本の空孔３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとで構成されたものである。
【００６７】
すなわち、このホーリー導波路型光回路は、クラッド層１３で覆われた光伝搬層としてのコア層１２の曲線部の外周だけに空孔３ａ〜３ｄを形成したものであり、コア層１２の曲線部での急激な光信号の散乱損失を低減するためと、直角の曲げを実現するためのものである。尚、空孔３ａ〜３ｄの入、出力端側はテーパ状に先細りするように形成してもよい。また、矢印５−１側に図示しない光ファイバを接続し、矢印５−３側に図示しない受光素子を接続してアクティブな光受信用デバイスを構成してもよく、矢印５−３側に図示しない発光素子を接続した送信用デバイスを構成してもよい。
【００６８】
以上のように、透明層の上面、基板の下面、あるいは上下両面に半導体レーザや受光素子等の半導体光素子やレンズ、フィルタ等の受動光部品、ＬＳＩや電子部品等を実装した小型光・電子複合デバイスを構成することができる。
【００６９】
本発明は上記実施の形態に限定されない。まず、光伝搬層４，６，１２の断面形状は円形以外に、疑似円形、多角形、楕円、長円のいずれでもよい。空孔３−１〜３−１２、３ａ〜３ｄの数も少なくとも４本あればよい。空孔３−１〜３−１２、３ａ〜３ｄの断面形状も円形以外に、疑似円形、楕円、多角形のいずれでもよい。基板１にはガラス基板以外に、半導体基板（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）、強誘電体基板（ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₅）、セラミックス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【００７０】
特に本発明のホーリー導波路型光回路は、高次モードが光伝搬層４，６，１２内に閉じ込められるため、透明層２，１３を薄くすることができ、透明層２，１３の上層や下層の光学特性に影響されないので、上記のような種々の基板を用いることができる。また、透明層２，１３は必ずしも基板１上に形成されていなくてもよい。すなわち、フィルム状の透明な層であってもよい。
【００７１】
透明層２，１３には、ガラス以外にポリマを用いてもよい。例えば、ポリイミド、シリコーン、エポキシ樹脂、フォトブリーチング用ポリマ等を用いることができる。
【００７２】
上記フォトブリーチング用ポリマ材料としては、ポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン化合物、あるいはシリコーン化合物に光酸発生剤を添加したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合物等を用いることができる。
【００７３】
ここで、まず、本発明に適用できるポリシラン化合物について述べる。
【００７４】
本発明のホーリー導波路型光回路に用いられるポリシラン化合物としては、直鎖型及び分岐型を用いることができる。分岐型と直鎖型とはポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。すなわち、分岐型ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。
【００７５】
これに対して、直鎖型のポリシランは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭化数１〜１０のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭化数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の鎖状の官能基やシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基等の脂環式の官能基が挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基及びアントラシル基が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８の官能基が挙げられる。具体例としては、メトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基及びフェニル基が特に好ましい。
【００７６】
分岐型ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子の数は、分岐型ポリシラン中の全体のＳｉ原子の数の２％以上であることが好ましい。上記Ｓｉ原子の数が２％未満のものや直鎖型のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成しやすいことにより、光散乱の原因となり、光透明性が低下しやすい。
【００７７】
本発明のホーリー導波路型光回路に用いられるポリシランは、ハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また、電解重合法や金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
【００７８】
分岐型ポリシランの場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物及びジオルガノジハロシラン化合物からなり、オルガノトリハロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の２モル％以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られる。
【００７９】
ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。
【００８０】
なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００８１】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物及びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上記炭化水素、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
【００８２】
次に本発明のホーリー導波路型光回路のポリシラン化合物に添加されるシリコーン化合物としては化１式で示される。
【００８３】
【化１】

【００８４】
次に基板上へのポリマ層の成膜方法について説明する。
【００８５】
上記ポリマ化合物を有機溶媒に溶かしてポリマ溶液とし、そのポリマ溶液を上記基板上へスピンコーティング法、押し出しコーティング法等で塗布する。次いで８０℃〜１５０℃の温度範囲で２０分〜４０分程度プリベークする。その後、２００℃〜３００℃の温度範囲で２０分〜６０分程度のポストベークを行い、ポリマ層とする。なお、上記プリベーク及びポストベークはプログラム式温度制御型電気炉内で昇温工程、定温保持工程、昇温工程、定温保持工程、降温工程を連続的に行うようにしてもよい。
【００８６】
ここで、本実施の形態に用いる有機溶媒には、炭素数５〜１２の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系及びエーテル系等である。炭化水素の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等を用いることができる。ハロゲン化炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼン等を用いることができる。エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等を用いることができる。また、フォトブリーチング用ポリマ材料として、ニトロン化合物を含んだシリコーン化合物の有機溶媒として、ペグミアを用いてもよい。フォトブリーチング用ポリマ材料としては、上記有機溶媒に溶ける材料でなければならない。
【００８７】
以上において、本発明は下記のような効果を有する。
【００８８】
（１）フォトニック結晶導波路のように高寸法精度の空孔を所定の間隔を隔ててマトリクス状に構成する必要が無い。すなわち、光伝搬層の外周に光伝搬層に沿って少なくとも４本の空孔を形成するだけでよい。しかもフォトニック結晶導波路のような規則的で寸法精度のよい空孔配列を必要としないので、作製が容易であり、空孔の間隔の乱れによる損失増加が極めて少なく、低損失特性を実現することができる。光伝搬層の外周に少なくとも４本の空孔を形成することにより大きな屈折率差を得ることができるので、従来の埋め込み型導波路構造よりも大幅に小型化することができる。
【００８９】
（２）空孔の数が極めて少なくてすむので、ホーリー導波路型光回路を作製する上で大きなメリットとなる。光伝搬方向に連続して空孔は超短パルスレーザビームを光伝搬層の外周に集光、照射することにより、レーザビームか透明材料のいずれかを相対移動させることにより、容易に作製することができる。また、曲率半径の小さい曲線部の空孔を連続的に形成することができるので、この曲線部での低損失特性を実現することができ、結果的にさらなる小型化と低損失化した光回路を実現することができ、二次元構造以外に三次元構造も容易に構成することができる。すなわち、透明層の上面、下面、あるいはその上下両面に半導体レーザや受光素子等の半導体光素子やレンズ、フィルタ等の受動光部品、ＬＳＩや電子部品等を実装した小型光・電子複合デバイスを構成することができる。
【００９０】
（３）ホーリー導波路型光回路の一端から入射した光信号の基底モードは光伝搬層内に略完全に閉じ込められて伝搬し、空孔の影響を受けることなく、光伝搬層内に閉じ込められて伝搬してホーリー導波路型光回路の他端から出射する。この導波路構造の特徴は、それぞれの空孔内は空気層であるので、光伝搬層と空孔との比屈折率差Δは極めて大きくなり（Δ≒３０）、高次モードが４本の空孔によって透明層内に閉じ込められるため、透明層は薄くてよい。
【００９１】
すなわち、透明層の厚さが薄くてもその層の上部の空気層及び下部のクラッド層が光学特性にほとんど影響を及ぼさない。
【００９２】
これに対して従来の埋め込み型ガラス導波路の上部及び下部クラッド層は厚い層（２０μｍ以上）にしておかないと、光学特性に影響を及ぼしていた。
【００９３】
（４）導波路の曲線部での散乱損失を大幅に小さくすることができ、これにより曲線部の曲率半径を小さくすることができる。
【００９４】
（５）光伝搬層の屈折率を透明層の屈折率よりも高くすることにより、光信号を光伝搬層内にさらに強く閉じ込めることができ、より小さい曲率半径で構成した低損失光回路を構成することができる。
【００９５】
（６）従来の埋め込み型導波路で構成した光回路のコア層の外周に伝搬方向に連続した空孔を少なくとも４箇所所望の長さに形成することにより、光回路をさらに小型化することができると共に、種々の光信号処理回路を実現することができる。例えば、Ｙ分岐光回路、光方向性結合器、Ｔ型光分岐回路、Ｘ交差型光回路、Ｌ字型曲線導波路、リング光共振回路等である。
【００９６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、小型で低損失なホーリー導波路型光回路及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の一実施の形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の製造方法の説明図、（ｃ）は図１（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の１ｃ−１ｃ線上の屈折率を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）に示したホーリー導波路型光回路の２ｂ−２ｂ線上の屈折率を示す図、（ｃ）は（ａ）の２ｂ−２ｂ線上の屈折率を示す図である。
【図３】本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図である。
【図４】本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図である。
【図５】（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の上面図である。
【図６】（ａ）は本発明のホーリー導波路型光回路の他の実施の形態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の上面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）はフォトニック結晶の概念図を示す図である。
【図８】フォトニック結晶の他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１基板
２透明層
３−１〜３−４空孔
４領域（光伝搬層）

Claims

光信号が伝搬するコア層と、該コア層より屈折率が低く、該コア層を覆うクラッド層とを有し、上記コア層が曲線部を有し、該曲線部の外周のみに少なくとも４本の空孔を有することを特徴とするホーリー導波路型光回路。
上記コア層内に基底モードの光信号を伝搬させるようにした請求項１に記載のホーリー導波路型光回路。
上記空孔の断面積は上記コア層の断面積より小さい請求項１又は２に記載のホーリー導波路型光回路。
上記クラッド層は、上記クラッド層より屈折率の低い低屈折率層で挟まれている請求項１から３のいずれかに記載のホーリー導波路型光回路。
上記コア層は、光が二次元方向、あるいは三次元方向に伝搬するように形成されている請求項１から４のいずれかに記載のホーリー導波路型光回路。
上記コア層は曲線、若しくは直線と曲線の組合せからなる請求項１から５のいずれかに記載のホーリー導波路型光回路。
上記クラッド層は、基板上に形成されている請求項１から６のいずれかに記載のホーリー導波路型光回路。
上記コア層は、中心の屈折率が周囲の屈折率より高い請求項１から７のいずれかに記載のホーリー導波路型光回路。
光信号が伝搬可能な透明層の光伝搬層となる領域の周囲に、３００フェムト秒以下３０フェムト秒以上のパルス幅を有し、上記透明層を透過できる波長帯の超短パルスレーザビームを照射しながら上記超短パルスレーザビーム若しくは上記透明層のいずれかを相対的に移動させることにより少なくとも４本の空孔を形成することを特徴とするホーリー導波路型光回路の製造方法。