JP4151071B2 - Ｓ字型曲線光導波路及び光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓ字型曲線光導波路及びそれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大しており、伝送速度の速い光伝送が普及されつつある。光導波路はこのような光伝送における光インターコネクションとして使用されている。この光導波路（コア）の形状がＳ字型曲線などの曲線型である場合、曲率の不連続変化部分において光伝搬モードの中心軸がコアの幾何学的中心軸に対してずれが生じ、結果として光損失が生ずる。この損失を低減するためには曲線の一部にコアの中心軸をずらした軸ずれ構造部分（オフセット）を設ける必要がある。しかし、かかる軸ずれ構造はコアとクラッドとの屈折率、コア寸法、光波長に依存するため、製造上のばらつき等の要因により最適な軸ずれ構造を設けることは困難であり、光損失が生じる問題があるため、一般には軸ずれ構造を有さないことが好ましい。また、波長依存性のため、広帯域の波長範囲で最適な軸ずれ量を設けることはできないことが課題であった。
なお、光導波路のかかる軸ずれ構造については、文献（例えば非特許文献１参照）に一般的な記載がある。
【０００３】
ここでＣＡＤソフト等において、光導波路等における曲線形状を作成する関数が幾つか知られている。一つは曲率半径Ｒの二つの弧を逆方向に接続した形状（以下アーク結合形状と称する）である。アーク結合形状は接続点において曲率が不連続に変化するため、上述したように弧の接続部分に軸ずれ構造を設ける必要がある。（図５Ｄ）
また、下記コサイン関数を用いた形状（ＣＡＤソフト上では、Ｓベンドコサインと称されている）も知られており、この形状では上記の軸ずれ構造を曲線の中途に設ける必要がない。
【数５】

しかし、両端においてその曲率が有限であるため、直線光導波路との接合において軸ずれ構造を設ける必要が生じる。（図５Ｃ）
また、下記サイン関数を利用した形状（ＣＡＤソフト上では、Ｓベンドサインと称されている）は軸ずれ構造を中途に設ける必要がなく、両端においてその曲率半径が無限大（曲率が０）となるので、直線光導波路と両端で接合する場合には中心軸が一致し、軸ずれ構造を設ける必要がない。（図５Ｂ）
【数６】

【０００４】
【非特許文献１】
光波工学、國分泰雄、共立出版株式会社、第２５０頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光導波路が光スプリッタ（例えば図３）を構成する場合などにおいて、分岐された２本の光導波路が分岐部に接続する端部側（図４Ａ、Ｄ）では、理想的には２本の光導波路の間隔を限りなく小さくすること（無限小）ができればＳベンドサイン形状等の両端が直線型（曲率＝０）の光導波路と結合でき、光の損失が少なくなるため有効である。しかし、製造上の制約から歩留まりよく無限小の間隙を形成することは極めて困難であり、現実には分岐部と２本の光導波路の接続する部分では２本の光導波路の間にかなりの隙間が存在するため、かかる直線型光導波路との結合では光の損失を招く。すなわち、モード中心がそれぞれ内側に軸ずれを生じていない直線型光導波路との結合の場合、光の損失を招く。これらの損失を低減するためには、Ｓベンドコサインやアーク結合形状のＳ字型曲線（端部の曲率＞０）が好適である。一方、光スプリッタの他の端部側（図４Ａ、Ｅ）は端部が直線型（曲率＝０）である方が光の損失無く直線光導波路または光ファイバーと結合できる。また、該端部側が次段の分岐部に接続する場合においては（図４Ｂ、Ｆ）、Ｓ字型曲線としてＳベンドコサインやアーク結合形状を用いた場合には、モード形状が非対称となるため、分岐比が波長に依存してしまう。同様の問題は光導波路が方向性結合器を構成する場合においてもみられる。このように、上述したいずれの従来の形状を用いてもかかる接続の両端において損失を押さえ、かつ／または波長依存性を押さえることはできない。
すなわち、アーク型形状、Ｓベンドコサイン形状の両端はいずれも曲率が有限（曲率＞０）であるため、上述した光スプリッタの直線結合すべき端部側（図４Ａ、Ｅ、図４Ｂ、Ｆ）との結合において損失が生じ、若しくは分岐比が不適切となる。一方、分岐部との接続側（図４Ａ、Ｄ）では２本の光導波路が隙間を有するため両端が直線型（曲率＝０）であるＳベンドサイン形状の曲線では光の損失を招く。
したがって、本発明は、光スプリッタや方向性結合器等においても両端の接続部で軸ずれ構造を設ける必要がなく、光損失が最小限となり、かつ曲線の途中で軸ずれ構造を設ける必要がない形状の光導波路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中途に軸ずれ構造を配置しないＳ字型のコア形状を有する曲線光導波路にあって、一端における曲率が０であり、他端における曲率半径が有限（＞０）であることを特徴とする曲線光導波路を提供する。
この曲線光導波路は、両端に直線光導波路を接合する場合、片端のみに軸ずれ構造を設ける必要がある性状の曲線光導波路である（図５Ａ）。
また、本発明は中途に軸ずれ構造を有さないＳ字型のコア形状を有する曲線光導波路製造用マスクであって、一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）であることを特徴とする上記マスクを提供する。
【０００７】
分岐部と２本の光導波路の接続端部においては、モード中心が２本の光導波路の隙間側に軸ずれする構造の光導波路を設けた方が、分岐部の過剰損失を小さく抑えることが可能である。すなわち、２本のＳ字型光導波路の光伝搬モードの中心軸がそれぞれ内側にずれるため、両Ｓ字型光導波路の間隔を広く配置しても低損失に分岐部との接続が可能となる。このように、両Ｓ字型光導波路の間隔を広く配置することで、分岐部分の製造上の形状のばらつきの影響を小さくすることができるばかりでなく、クラッド材料による狭幅部分の埋め込み不良を低減することができる。このような光スプリッタの分岐部分との接合においては、Ｓ字型光導波路の端部での曲率が有限な曲線が有効である。一方、他端においては直線光導波路や光ファイバーと接合されるため、Ｓ字型光導波路の端部での曲率が０であることが有効である。また、多段のツリー構造のスプリッタを構成する場合などには、次段の分岐への入力部と接続されるＳ字型光導波路の端部では曲率が０であることが有効である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＳ字型コア形状は上述したように、中途に軸ずれ構造を有さないＳ字型のコア形状を有する曲線光導波路にあって、一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）であることを特徴とするものである。かかるS字型曲線光導波路の形状は様々な曲線を表す関数式から導くことができる。なお、分岐部に接続する側の一端における“曲率が０”である、とは、曲率が０に漸近しており、直線光導波路と接続した場合に、光伝搬モードの中心軸がコアの幾何学的中心軸に対してずれが生じて光損失（０．１ｄＢ程度）が生じない程度を含む。
なお、本明細書において“軸ずれ構造”とは、光導波路コアの中心線が不連続となっている構造のことである。
【０００９】
具体的には、例えば以下の式（１）で表される、曲線光導波路が挙げられる。
【数７】

上記式において、y及びzは光導波路が存在する平面上の直交する座標軸であり、f(z)はｚの連続関数であり、f(0)=0，f'(0)=0，f"(0)=0，f(1)≠‐2/3π，f'(1)=1，f"(1)=0，を満足する関数であり、f'(z)はf(z)のzに関する１階微分であり、f"(z)はf(z)のzに関する2階微分を表す。
【００１０】
式（１）では、座標系を始点がｚ＝０、ｙ＝０、終点がｚ＝１、ｙ＝１となる形で規格化して示しているが、必要に応じてｙ方向及びまたはｚ方向に拡大縮小して用いることができる。
【００１１】
さらに、f(z)の関数形の具体例としては、以下の式（３）で表される関数を挙げることができる。
【数８】

式（３）において、
【数９】

であるから、f(0)=0，f'(0)=0，f"(0)=0，f(1)＝1/2（≠‐2/3π），f'(1)=1，f"(1)=0，を満足する。
【００１２】
すなわち、本発明の曲線光導波路の一つの好ましい実施態様は、式（３）を式（１）に代入して得られる、下記式（２）で定義される関数で表される曲線である。
【数１０】

【００１３】
上記関数で定義される形状を有する曲線光導波路は、連続的に曲率が変化するため途中で軸ずれ構造が必要ではなく、一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）である。
曲率が０である端部の接合は、直線光導波路への接合の他に、分岐構造の結合部（１ｘ２であれば、１ｃｈ側）との接合に好適に用いることができる。この接合部分においては、従来の軸ずれが必要な曲線光導波路を用いた場合に比べ、製造ばらつきが小さく、良好な歩留まりで光導波路を得ることができる。さらに、広い波長範囲において、良好な光導波路を提供することができる。
曲率が有限である端部の接合は、曲線光導波路への接合の他に、分岐構造の分岐部（１ｘ２であれば、２ｃｈ側）との接合に好適に用いることができる。この接合部分においては、分岐根元部の狭幅部分を有限の間隙とした場合であっても、分岐部根元中央部からの漏れ光を低減することができ、分岐過剰損失を少なくすることが可能である。
【００１４】
上記S字型の曲線光導波路は、例えば、平行に配置された入力光導波路と出力光導波路とが同一直線状にない場合にこれらの光導波路を結合するために用いることができる。また、S字型の曲線光導波路は、例えば、平行に配置された複数の入力光導波路と複数出力光導波路とを接続する際に、それぞれの複数の光導波路のピッチが異なる場合にこれらの光導波路を結合するために用いることができる。S字型の曲線光導波路は、例えば、反射面と接合する構成で用いることができる。
なお、本発明の曲線光導波路を他の光導波路若しくは光ファイバと接続する場合には、光学的に接続されていればよく、それぞれのコア同士が直結した構成となっている必要はない。
【００１５】
本発明の曲線光導波路を使用する光学装置としては、光スプリッタ、方向性結合器、光カプラ、光合分岐器、光合分波器、光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュール、光スイッチ、光変調器、光フィルタ、光偏向器、光分散補償器、光アドドロップモジュール、光クロスコネクトなどがあげられる。
【００１６】
本発明の曲線光導波路は、中途に軸ずれ構造を有さないＳ字型のコア形状を転写するためのパターンを有する曲線光導波路製造用マスクであって、該パターンの一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）であることを特徴とするマスクを用いて製造することができる。
【００１７】
好ましくは上記曲線光導波路製造用マスクには以下の式（１）で表される関数を用いたパターンが描かれている。
【数１１】

【００１８】
上記式において、y及びzは光導波路が存在する平面上の直交する座標軸であり、f(z)はｚの連続関数であり、f(0)=0，f'(0)=0，f"(0)=0，f(1)≠‐2/3π，f'(1)=1，f"(1)=0，を満足する関数であり、f'(z)はf(z)のzに関する１階微分であり、f"(z)はf(z)のzに関する2階微分を表す。上記関数は、ｚ方向及び／またはｙ方向に任意に拡大縮小して用いることができる。
さらに好ましくは上記式（１）は、f(z)が以下の式（３）で表される、以下の式（２）で表されるｚの連続関数である。
【数１２】

【数１３】

【００１９】
本発明の曲線光導波路は、上述したマスクを用いることにより、従来の曲線光導波路について公知の手順で同様に作製することができる。例えばクラッド上にコア材料（後述）からなる層を設けた後、前記層上に感光性レジスト層を設け、上記マスクを載せて、露光、現像を行い、本発明の曲線光導波路形状を有するレジスト層を設け、その後エッチング等の手段により本発明の曲線光導波路形状を有するコアを形成する。また、上記マスク材料は、公知のいずれのものを用いてもよい。
【００２０】
本発明の曲線光導波路のコア、クラッド材料としてはガラスや半導体材料等の無機材料、樹脂等の有機材料など様々なものが挙げられるが、樹脂等のポリマーがドライエッチング等により短時間で加工しやすいため好ましい。なお、クラッドの全部若しくは一部として空気層を用いてもよい。このようなポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でも透過率、屈折率特性からフッ素を含むポリイミド系樹脂が特に好ましい。
【００２１】
フッ素を含むポリイミド系樹脂としては、フッ素を含むポリイミド樹脂、フッ素を含むポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、フッ素を含むポリエーテルイミド樹脂、フッ素を含むポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。
【００２２】
上記フッ素を含むポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させることにより得られる。フッ素は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの両者に含まれていても良いし、いずれか一方にのみ含まれていてもよい。
また、上記フッ素を含まないポリイミド系樹脂の前駆体溶液は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン，Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒中で、フッ素を含まないテトラカルボン酸二無水物とフッ素を含まないジアミンを反応させることにより得られる。
【００２３】
フッ素を含む酸二無水物の例としては、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【００２４】
フッ素を含むジアミンとしては、例えば、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パ−フルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、２，５−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニル）ベンゼン、ｐ−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼンなどが挙げられる。
【００２５】
上記のテトラカルボン酸二無水物およびジアミンは二種以上を併用してもよい。ポリイミド系樹脂の前駆体溶液として、感光性を有するものを使用することもできる。
ポリイミド系樹脂前駆体溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度２００〜４００℃で熱処理し硬化されてポリイミド系樹脂被膜とされる。
【００２６】
[実施例]
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
本発明の曲線部分における過剰損失を以下のように評価した。（入力波長１．３１μｍ及び１．５５μｍ）
式（２）の関数で表される曲線を有する本発明の光導波路の両端に直線光導波路を接続した光導波路（図５Ａ）における過剰損失は−０．００４ｄＢ（入力波長１．３１μｍの場合）、−０．０８３ｄＢ（入力波長１．５５μｍの場合）であり、一方、Ｓベンドコサイン曲線を有する従来の光導波路の両端に直線光導波路を接続した光導波路（図５Ｃ）の過剰損失は−０．００９ｄＢ（入力波長１．３１μｍの場合）、−０．０２８ｄＢ（入力波長１．５５μｍの場合）であり、両者の過剰損失はほぼ同等であった。なお、過剰損失の計算はビーム伝搬法（ＢＰＭ）を用いた。
【００２７】
なお、図２における分岐幅Ａ、コア幅Ｂは以下のとおりである。図１に示される曲線光導波路は、式（２）の関数で表される曲線である。
分岐幅Ａ：３．５μｍ
コア幅Ｂ：６．５μｍ
比較として、図３に示される概略構造を有する従来のＳベンドコサイン曲線を有する曲線光導波路を作製した。比較曲線光導波路における両端におけるコア幾何学中心と光学中心のずれ量はどちらも０．４μｍである。
以上のように、本発明の光導波路は、コアとクラッドとの屈折率、コア寸法、光波長に依存するため、製造上のばらつき等の要因により最適な構造を形成することが困難な軸ずれ構造を片方の端部には設ける必要がなく、かつＳベンドコサイン曲線を有する従来の光導波路の曲線部分とほぼ同等な過剰損失を示した。
【００２８】
実施例２
次に、図６に示した構成の１×８スプリッタについて過剰損失を計算した。接続に本発明の曲線光導波路を用いた場合は、−９．５ｄＢ、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いた場合は−１０ｄＢであった。なお、図６における分岐幅Ａ、コア幅Ｂは以下のとおりである。
分岐幅Ａ：３．５μｍ
コア幅Ｂ：６．５μｍ
また、過剰損失の計算にはビーム伝搬法（ＢＰＭ）を用いた。
また、以下のようにして、上記のコアパターンのマスクを作製した。コアパターン寸法はプロセスで変化するので、変化量を考慮したコアパターンをＣＡＤで製図した。コアパターン以外にもマスクと基板の位置精度を向上させるためのアライメントマークや、その他パターン計測等に使用するマーカもマスクに追加した。ＣＡＤの製図の手順は、製図作業の効率をよくするため、初めに１素子分のパターンを製図し、前記１素子分のパターンを配列複写してマスク全体にパターンを配置する。１素子分のパターンには、レイヤーを設けコアパターンを製図したレイヤー以外にも、違うレイヤーを用いてパターンを製図することが可能である。以上のように製図したＣＡＤ図面からマスク基板にパターンを露光機を用いて直接描画し、パターン部分をＣｒの金属膜で埋めたマスクと、パターン部分以外をＣｒの金属膜で埋めたマスクとを製作した。上記２つのマスクは、コアパターン形成プロセスで使用するレジストの種類及び光導波路製造におけるコア形成プロセスの種類によって使い分けることが可能である。
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８スプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な過剰損失を示した。
【００２９】
実施例３
以下の材料を用いて、図７に示される概略構造を有する曲線光導波路を有する光スプリッタを作製した。
コア：日立化成工業株式会社製 ＯＰＩ−Ｎ３２０５
クラッド：日立化成工業株式会社製 ＯＰＩ−Ｎ１００５
製造方法；Ｖ溝が形成されたシリコンウエハ上に有機ジルコニウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布し、乾燥後、その上にフッ素を含まないポリイミド樹脂を乾燥膜厚０．３μｍとなるように塗布し、乾燥後、フッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。次にコア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布、乾燥し、実施例２で作製したマスクのコアパターンを介して露光、現像し、このレジストパターンを介して反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層（１５μｍ）を形成してポリイミド光導波路を作成した。その後、ダイシングによりチップに切り出した。
得られた光導波路の挿入損失を評価した。評価にあたっては、光導波路基板の両端に形成されたＶ溝をガイドとして光ファイバを固定して測定した。光源としては、波長１．３１μｍの半導体レーザを用いた。本発明の曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１０．６ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１０．８ｄＢ）、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いた場合の挿入損失は、平均値が−１１．２ｄＢ（最も損失が大きいポートで−１１．７ｄＢ）であった。
以上のように、本発明の曲線光導波路を用いて構成された１×８型ツリー構成のスプリッタでは、アーク結合形状のＳ字型曲線光導波路を用いて構成された従来のスプリッタよりも良好な挿入損失を示した。
なお、本実施例では、スプリッタ用光導波路を構成するすべてのＳ字型曲線光導波路に本発明の曲線光導波路を用いたが、他のＳ字型曲線と混在した構成としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のＳ字型曲線光導波路を用いることで、一端においては直線導波路と軸ずれなしに低損失に結合し、他端においては同一の曲率の曲線光導波路と軸ずれなしに結合する光導波路を構成することができる。また、本発明のＳ字型曲線光導波路を用いることで、一端においては直線導波路と軸ずれなしに低損失に結合し、他端においては光のモード中心を導波路コアの幾何学的中心から軸ずれを起こした形で結合する光導波路を構成することができる。
曲率が０である端部の接合は、直線光導波路への接合の他に、光スプリッタのような分岐構造の結合部（１ｘ２であれば、１ｃｈ側）との接合に好適に用いることができる。この接合部分においては、従来の軸ずれが必要な曲線光導波路を用いた場合に比べ、製造ばらつきが小さく、良好な歩留りで光導波路を得ることができる。さらに、広い波長範囲において、良好な光導波路を提供することができる。
曲率が有限である端部の接合は、曲線光導波路への接合の他に、光スプリッタの分岐構造の分岐部（１ｘ２であれば、２ｃｈ側）との接合や、方向性結合器に好適に用いることができる。この接合部分においては、分岐根元部の狭幅部分を有限の間隙とした場合であっても、分岐部根元中央部からの漏れ光を低減することができ、分岐過剰損失を少なくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曲線光導波路を用いた光スプリッタの一実施態様を示す図である。
【図２】図１における分岐部分の拡大図である。
【図３】従来のＳベンドコサイン曲線光導波路を用いた光スプリッタ示す図である。
【図４】図４Ａは光スプリッタにおけるＳ字型曲線光導波路と直線光導波路との接続部を表した図である。図４Ｂは光スプリッタにおけるＳ字型曲線光導波路と分岐光導波路との接続部を表した図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、各曲線光導波路の両端における直線光導波路との接続部を表した図である。図５Ａは、本発明の曲線光導波路を示す図である。図５Ｂは従来のＳベンドサイン形状の曲線光導波路を示す図である。図５Ｃは従来のＳベンドコサイン形状の曲線光導波路を示す図である。図５Ｄは従来のアーク結合形状の曲線光導波路を示す図である。
【図６】本発明の曲線光導波路を用いた光スプリッタの一実施態様を示す図である。
【図７】本発明の曲線光導波路を用いた光スプリッタの一実施態様を示す図である。
【符号の説明】
Ａ：分岐幅
Ｂ：コア幅
Ｄ：分岐出力部と２本のＳ字型曲線光導波路との接続部
Ｅ：Ｓ字型曲線光導波路と直線光導波路との接続部
Ｆ：Ｓ字型曲線光導波路と分岐入力部との接続部
１〜１４：本発明の曲線光導波路
２０、３０：Ｖ溝形成領域
２１、３１：Ｖ溝
２５、２６：溝
４１〜４４：コア
５０：クラッド
１００：光導波路形成領域
２００：光スプリッタ用Ｖ溝付き光導波路基板

Claims (11)

1. 中途に軸ずれ構造を有さず、連続的に曲率が変化するＳ字型のコア形状を有し、一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）であり、かつコア形状が以下の式（１）で定義される、曲線光導波路；
   

   

   上記式において、ｙ及びｚは光導波路が存在する平面上の直交する座標軸であり、座標系を始点がｚ＝０、ｙ＝０、終点がｚ＝１、ｙ＝１となる形で規格化して示し、ｆ（ｚ）はｚの連続関数であり、ｆ（０）＝０，ｆ'（０）＝０，ｆ”（０）＝０，ｆ（１）≠−２／３π，ｆ'（１）＝１，ｆ”（１）＝０，を満足する関数であり、ｆ'（ｚ）はｆ（ｚ）のｚに関する１階微分であり、ｆ”（ｚ）はｆ（ｚ）のｚに関する２階微分を表す。
2. コア形状が以下の式（２）で定義される、請求項１に記載の曲線光導波路。
   

   
3. コアおよび／またはクラッドの一部または全部がポリマーである、請求項１または２に記載の曲線光導波路。
4. ポリマーがフッ素を含むポリイミド樹脂である、請求項３に記載の曲線光導波路。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の曲線光導波路を用いた光学装置。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の曲線光導波路の、曲率が有限である端部が、方向性結合器に接合した、請求項５記載の光学装置。
7. 光学装置が光スプリッタであり、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の曲線光導波路の、曲率が０である端部が分岐構造の結合部に接合し、曲率が有限である端部が分岐構造の分岐部に接合した、請求項５記載の光学装置。
8. 光学装置が光スプリッタであり、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の曲線光導波路の、曲率が０である端部が直線導波路に接合し、曲率が有限である端部が分岐構造の分岐部に接合した、請求項５記載の光学装置。
9. 中途に軸ずれ構造を有さず、連続的に曲率が変化するＳ字型のコア形状を有し、一端における曲率が０であり、他端における曲率が有限（＞０）であり、かつコア形状が以下の式（１）で表される、曲線光導波路製造用マスク；
   

   

   上記式において、ｙ及びｚは光導波路が存在する平面上の直交する座標軸であり、座標系を始点がｚ＝０、ｙ＝０、終点がｚ＝１、ｙ＝１となる形で規格化して示し、ｆ（ｚ）はｚの連続関数であり、ｆ（０）＝０，ｆ'（０）＝０，ｆ”（０）＝０，ｆ（１）≠−２／３π，ｆ'（１）＝１，ｆ”（１）＝０，を満足する関数であり、ｆ'（ｚ）はｆ（ｚ）のｚに関する１階微分であり、ｆ”（ｚ）はｆ（ｚ）のｚに関する２階微分を表す。
10. コアの形状が以下の式（２）で表されるｚの連続関数である、請求項９に記載の曲線光導波路製造用マスク。
    

    
11. 請求項９または１０に記載のマスクを使用することを特徴とする、曲線光導波路の製造方法。

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