JP4151071B2 - S字型曲線光導波路及び光学装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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;
- 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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