JP4552821B2 - Method for manufacturing spot size conversion waveguide - Google Patents
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Description
本発明は、比屈折率差(Δ)が0.3%より大きい光導波路(以下、高Δ光導波路という)とシングルモードファイバを低損失に接続するスポットサイズ変換導波路及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a spot size conversion waveguide that connects an optical waveguide (hereinafter referred to as a high Δ optical waveguide) having a relative refractive index difference (Δ) larger than 0.3% and a single mode fiber with low loss, and a method for manufacturing the same.
高Δ光導波路とシングルモードファイバは、スポットサイズ(ビーム半径)が異なる。一般に高Δ光導波路のスポットサイズはΔ=1.5%の場合で約2.5μm、シングルモードファイバのスポットサイズは約5μmである。このため、高Δ光導波路とシングルモードファイバを接続するには、特別な部品を用いたり、複雑な構成の光導波路を用いたりする必要がある。 The high Δ optical waveguide and the single mode fiber have different spot sizes (beam radii). In general, the spot size of a high Δ optical waveguide is about 2.5 μm when Δ = 1.5%, and the spot size of a single mode fiber is about 5 μm. For this reason, in order to connect the high Δ optical waveguide and the single mode fiber, it is necessary to use a special part or an optical waveguide having a complicated configuration.
従来、比屈折率差が大きい高Δ光導波路とシングルモードファイバの接続には、TEC(コア拡大)ファイバを用いて接続していた。 Conventionally, a high-mode optical waveguide having a large relative refractive index difference and a single mode fiber are connected using a TEC (core expansion) fiber.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。 The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
ところで、TECファイバを用いる場合、高Δ光導波路とシングルモードファイバ間にTECファイバを接続する必要があるため、接続部の数が増えてしまい、従来のファイバアレイに比べて、部品点数の増加と製作コストの上昇を招くという問題があった。 By the way, when using a TEC fiber, it is necessary to connect the TEC fiber between the high Δ optical waveguide and the single mode fiber, which increases the number of connections, and increases the number of parts compared to the conventional fiber array. There was a problem that the production cost was increased.
また、高Δ光導波路とシングルモードファイバを接続するため、導波路コアとシングルモードファイバの軸ずれの許容範囲が、従来の低Δ(0.3%以下)の光導波路とシングルモードファイバの場合に比べて厳しくなるという問題があった。 In addition, since the high Δ optical waveguide is connected to the single mode fiber, the tolerance of axial misalignment between the waveguide core and the single mode fiber is smaller than that of the conventional low Δ (0.3% or less) optical waveguide and the single mode fiber. There was a problem of becoming severe.
一方、理想的なスポット変換導波路として、コア高さ及びコア幅が光の伝搬方向にわたって徐々に変化するテーパ導波路構造が挙げられる。このテーパ導波路構造のスポット変換導波路は、光導波路素子のコア端面におけるスポットサイズを、シングルモードファイバのスポットサイズに近づけることができ、結合損失を大きく低減することができる。しかしながら、テーパ導波路構造のスポット変換導波路は、製造工程が複雑であり、製作コストの上昇を招くという問題があった。 On the other hand, as an ideal spot conversion waveguide, there is a tapered waveguide structure in which the core height and the core width gradually change over the light propagation direction. The spot conversion waveguide having the tapered waveguide structure can make the spot size at the core end face of the optical waveguide device close to the spot size of the single mode fiber, and can greatly reduce the coupling loss. However, the spot conversion waveguide having the tapered waveguide structure has a problem that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost increases.
そこで、本発明の目的は、TECファイバなどのスポットサイズ変換部材を用いること無く、高Δ光導波路とシングルモードファイバを低損失で接続できる安価なスポット変換導波路及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive spot conversion waveguide that can connect a high Δ optical waveguide and a single mode fiber with low loss without using a spot size conversion member such as a TEC fiber, and a method for manufacturing the same. is there.
上記目的を達成すべく、本発明に係るスポットサイズ変換導波路の製造方法は、それぞれスポットサイズが異なる、基板上に導波路コアを有するコアを有する光導波路と、シングルモードファイバとを低損失で接続するためのスポットサイズ変換導波路の製造方法において、
上記基板上に第1コア膜を形成するステップと、
上記第1コア膜にエッチング処理を施して上記導波路コアを含む第1コアを形成するステップと、
上記第1コアから離間させた状態で、上記基板及び上記第1コアをマスクで覆うと共に、上記第1コアの端面から所定長さにわたって上記基板及び上記第1コアを露出させるステップと、
上記マスクを介して、上記第1コア膜と屈折率が同じ又はそれ以下の材料で構成される第2コア膜の成膜を行い、上記マスクから露出した部分には膜厚が一定の均等膜を形成すると共に、上記マスクの下側部分には膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜を形成するステップとを備え、
上記第2コア膜の成膜ステップにより、上記光導波路の導波路コアのファイバ接続側端部に、ファイバ側のスポットサイズが上記シングルモードファイバと同等、上記導波路コア側のスポットサイズが上記導波路コアと同等であり、かつ、上記第1コアからなる中心部の周りを上記第2コア膜で覆設して構成されるリッジ部の幅及び高さがファイバ側から上記導波路コア側に向かって小さくなる横断面凸字状のリッジ部を形成するものである。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a spot size conversion waveguide according to the present invention includes a low-loss optical waveguide having a core having a waveguide core on a substrate and a single mode fiber, each having a different spot size. In a method of manufacturing a spot size conversion waveguide for connection,
Forming a first core film on the substrate;
Etching the first core film to form a first core including the waveguide core;
Covering the substrate and the first core with a mask in a state separated from the first core, and exposing the substrate and the first core over a predetermined length from an end surface of the first core;
A second core film made of a material having the same or lower refractive index as that of the first core film is formed through the mask, and a uniform film having a constant film thickness is exposed on the portion exposed from the mask. And a step of forming an inclined film whose film thickness is gradually reduced in the lower part of the mask ,
By the film forming step of the second core film, the fiber-side spot size is the same as that of the single-mode fiber at the end of the waveguide core of the optical waveguide. The width and height of the ridge portion that is equivalent to the waveguide core and is formed by covering the central portion of the first core with the second core film is from the fiber side to the waveguide core side. a shall form a ridge portion of smaller cross section projecting shape headed.
ここで、上記エッチング処理の際、上記基板の途中にまで達するオーバーエッチングを行い、上記基板の凸部の上に上記第1コアを形成してもよい。上記オーバーエッチングのエッチング深さは、上記第2コア膜の均等膜の厚さよりも大きくなるように調整することが好ましい。 Here, when the d etching process, performed overetching reaching the middle of the substrate, it may be formed the first core on the protruding portion of the substrate. Etching depth of the over-etching is preferably adjusted to be larger than the thickness of the uniform layer of the second core layer.
本発明によれば、部品点数を増やすこと無く、高Δ光導波路とシングルモードファイバを低損失で接続することができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to connect the high Δ optical waveguide and the single mode fiber with low loss without increasing the number of parts.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の好適一実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路の構造図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a structural diagram of a spot size conversion waveguide according to a preferred embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1は、高Δの光導波路であり、石英(又はSi)製の基板2上に断面矩形状の導波路コア3を有し、その導波路コア3のファイバ接続端部(図1中では手前側の端部)に横断面凸字状のリッジ部10を備えるものである。導波路コア3、リッジ部10、及び基板2は上部クラッド(図示せず)で覆われる。スポットサイズ変換導波路1において、リッジ部10を含む部分がリッジ導波路1fであり、残りの部分が一般のメサ形導波路1bとなる。
As shown in FIG. 1, a spot
リッジ部10は、中心部(ファイバ接続端部における導波路コア3)の周りを、疑似コアとなる膜4で覆設して構成される。膜4は、基板2上のシングルモードファイバのコアと接続する部分に形成される。膜4は、一般にCVD法で成膜して形成されるため、CVDコアとも呼ばれる。リッジ部10の、シングルモードファイバとの接続側のスポットサイズはシングルモードファイバ(図示せず)と同等であり、メサ形導波路1b側のスポットサイズは導波路コア3と同等となっている。
The
リッジ部10は、リッジコアの幅及びリッジコアの高さがファイバ側(図1中では手前側)からメサ形導波路1b側(図1中では奥側)に向かって小さくなる。ここで言うリッジコアの幅は、[導波路コア3の幅w+膜4の膜幅d10×2]のことであり、リッジコアの高さは、[導波路コア3の高さh+膜4の膜厚d]のことである。導波路コア3はその長手方向にわたって断面形状が同じであるため、実際には膜4の断面形状が光の伝搬方向にわたって変化する。具体的には、図2(a)〜図2(d)に示すように、膜4は、シングルモードファイバ側からリッジ導波路1f側に向かって膜厚がd1、d2(<d1)と徐々に薄くなり、リッジ導波路1fとメサ形導波路1bの境界b1において膜厚がゼロとなる。
In the
ここで、メサ形導波路1b(コア部)及びリッジ導波路1f(リッジ部10)の比屈折率差は、接続されるシングルモードファイバの比屈折率差より大きくされる。また、導波路コア3の屈折率は、基板2及び上部クラッドの屈折率よりも高くされ、例えば、1.0〜3.0%、好ましくは1.5〜2.5%前後とされる。膜4の屈折率は、導波路コア3の屈折率と同じか、又はそれよりもやや低くされる。基板2としては、石英基板やSi基板などが用いられる。基板としてSiを用いた場合、基板2と導波路コア3の間には下部クラッドを設ける必要がある。
Here, the relative refractive index difference between the mesa waveguide 1b (core portion) and the ridge waveguide 1f (ridge portion 10) is made larger than the relative refractive index difference of the connected single mode fiber. The refractive index of the
導波路コア3及びリッジ部10のリッジコアの断面形状は、矩形状に限定するものではなく、例えば、台形状、半円状、半楕円状などであってもよい。
The cross-sectional shape of the
次に、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the spot
先ず、図3(a)に示すように、基板2上に、CVD法、スパッタ法、FHD(火炎堆積)法などを用いて、導波路コア膜(第1コア膜)31が成膜される(第1コア膜形成ステップ)。導波路コア膜31を構成する材料の屈折率は、基板2を構成する材料の屈折率よりも高くされる。
First, as shown in FIG. 3A, a waveguide core film (first core film) 31 is formed on the
次に、図3(b)に示すように、導波路コア膜31上に光回路パターン32が形成される。その後、図3(c)に示すように、光回路パターン32をマスクとして、導波路コア膜31にエッチング処理を施し、導波路コア(第1コア)3が形成される(第1コア形成ステップ)。エッチング処理後、光回路パターン32は除去される。
Next, as shown in FIG. 3B, an
最後に、図3(d)に示すように、基板2及び導波路コア3のファイバ接続端部(図1中では手前側の端部)上に、CVD法、スパッタ法、FHD法などで膜(第2コア膜)4が成膜され(第2コア膜成膜ステップ)、図1に示したスポットサイズ変換導波路1が得られる。
Finally, as shown in FIG. 3 (d), a film is formed on the fiber connection end (the end on the near side in FIG. 1) of the
ここで、膜4の成膜の際、基板2及び導波路コア3上にマスク33を配置した状態で成膜がなされる。より詳細には、図4に示すように、導波路コア3から距離(高さ)H離した状態で、基板2及び導波路コア3上にマスク33が配置され、コア端面3aから所定長さLにわたって基板2及び導波路コア3を一部露出させる(マスク配置ステップ)。このようにマスク33を配置した状態で、マスク33を介してガラスを堆積させ、膜4を成膜すると、基板2及び導波路コア3とマスク33の隙間(離間部)から、ガラスがマスク33の下方に回り込む。回り込むガラスの量は、マスク33のコア端面(図4中では左端面)から離れるほど少なくなる。
Here, when the
その結果、マスク33から露出した基板2及び導波路コア3(所定長さLの部分)上には膜厚が一定の均等膜41が形成される。また、マスク33で覆われた基板2及び導波路コア3(マスク33の下側部分)上には膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜42が形成される。すなわち、膜4は、均等膜41と傾斜膜42で構成される。傾斜膜42の傾斜角度は、マスク33の高さHを調整することで自在に調整可能であり、Hが大きいほど傾斜角度が小さくなり、Hが小さいほど傾斜角度が大きくなる。
As a result, a
従来、リッジ部10の高さ(厚さ)を光の伝搬方向にわたって連続的に変化させるには、平らな膜に、光の伝搬方向にわたってエッチング量の異なるエッチング処理を施す必要があった。しかし、このエッチング処理のエッチング量を調整するのは、非常に困難な作業であった。これに対し本願発明によれば、マスク33を用いて膜4を成膜させることで、成膜する膜4の膜厚を光の伝搬方向にわたって変化させることができるため、エッチング処理なしで容易にリッジ部10の高さを光の伝搬方向にわたって連続的に変化させることができる。また、この膜4の成膜によって、リッジ部10の高さのみでなく、リッジ部10の幅も連続的に変化させることができる。
Conventionally, in order to continuously change the height (thickness) of the
リッジ部10の幅が光の伝搬方向にわたって連続的に変化するのは、導波路コア3と膜4を合わせた総コア幅が変化するからである。例えば、リッジ形導波路1f(図1参照)においては、膜4の膜厚が光の伝搬方向にわたって変化し、図2(a)の2B−2Bの断面図である図2(b)に示したように、リッジコア幅は(導波路コア3の幅w+膜4の膜幅d11×2)、リッジコア高さは(導波路コア3の高さh+d1)となる。また、図2(a)の2C−2Cの断面図である図2(c)に示したように、リッジコア幅は(w+膜4の膜幅d12×2)、リッジコア高さは(h+d2)となる。一方、メサ形導波路1bにおいては、図2(a)の2D−2Dの断面図である図2(d)に示したように、膜4の膜厚がゼロであるため、コア幅(w)とコア高さ(h)は一定である。
The reason why the width of the
次に、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1の作用を説明する。
Next, the operation of the spot
本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1は、シングルモードファイバと接続されるファイバ接続側にリッジ部10を有する。このリッジ部10は、リッジ部10のリッジコア高さ及びリッジコア幅、すなわちスポットサイズが、光の伝搬方向にわたって連続的に変化するものであり、ファイバ接続側のスポットサイズはシングルモードファイバのそれと同等である。
The spot
このため、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1は、スポットサイズの異なる高Δ光導波路とシングルモードファイバを、TECファイバなどの他の部材を用いることなく、光学的に接続することが可能である。言い換えると、シングルモードファイバと高Δ光導波路を、1箇所の接続部で低損失に接続できる。
Therefore, the spot
また、膜4はリッジ形を呈しており、光を閉じ込める構造であるため、膜4のすその部分14s,14s(図1参照)が光の伝送特性に悪影響を及ぼすおそれはない。これは、膜4のすその部分14s,14sと基板2及び上部クラッド(図示せず)とから構成される部分の等価屈折率より、導波路コア3及び膜4の中央に位置する凸部14p、並びに基板2及び上部クラッド(図示せず)とから構成される導波路の等価的屈折率が大きくなるからである。
Further, since the
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第2の実施形態)
図5は、本発明の他の好適な一実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路51の構造図である。尚、図1と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a structural diagram of a spot
図5に示すように、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路51は、高Δ光導波路であり、石英製の基板2上に断面矩形状の導波路コア3を有し、その導波路コア3のファイバ接続端部(図5中では手前側の端部)に横断面凸字状のリッジ部50を備えるものである。導波路コア3、リッジ部50、及び基板2は上部クラッド(図示せず)で覆われる。スポットサイズ変換導波路51において、リッジ部50を含む部分がリッジ導波路51fであり、残りの部分が一般のメサ形導波路51bとなる。
As shown in FIG. 5, a spot
リッジ部50は、ほぼリッジ形の導波路コア53の凸部53p上に、疑似コアとなる膜54を設けてなる。導波路コア53は、幅方向(図5中では左右方向)中央に位置する凸部53pと、凸部53pの幅方向両脇に位置するすそ部53s,53sで構成され、凸部53pとすそ部53s,53sは連続一体に設けられる。また、膜54は、一般にCVD法で成膜して形成される。リッジ部50の、ファイバ側のスポットサイズはシングルモードファイバ(図示せず)と同等、メサ形導波路51b側のスポットサイズは導波路コア3と同等であり、このリッジ部50のリッジコアにシングルモードファイバが接続される。
The
リッジ部50は、リッジコアの幅及びリッジコアの高さがファイバ側(図5中では手前側)からメサ形導波路51b側(図5中では奥側)に向かって小さくなる。ここで言うリッジコアの幅は、[凸部53pの幅w]のことであり、リッジコアの高さは、[凸部53pの高さh+膜4の膜厚d]のことである。リッジ部50における導波路コア53及び膜54の断面形状は光の伝搬方向にわたって変化する。具体的には、膜54は、ファイバ側からコア側に向かって膜厚が徐々に薄くなり、リッジ導波路51fとメサ形導波路51bの境界b5において膜厚がゼロとなる。一方、導波路コア53におけるすそ部53s,53sはファイバ側からコア側に向かって高さが徐々に低くなり、リッジ導波路51fとメサ形導波路51bの境界b5において高さがゼロとなる。この境界b5において凸部53pが完全に露出し、導波路コア3となる。また、導波路コア53における凸部53pの高さは一定、幅は後述する光回路パターン62(図6(c)参照)の平面形状に応じて決定される。
In the
ここで、メサ形導波路51b及びリッジ導波路51f(リッジ部50)のΔは、接続されるシングルモードファイバのΔより大きくされる。また、導波路コア3,53の屈折率は、基板2及び上部クラッドの屈折率よりも高くされる。膜54の屈折率は、導波路コア3,53の屈折率と同じか、又はそれよりもやや低くされる。
Here, Δ of the
次に、スポットサイズ変換導波路51の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the spot
先ず、図6(a)に示すように、基板2上に、CVD法、スパッタ法、FHD(火炎堆積)法などを用いて、導波路コア膜(第1コア膜)31が成膜される(第1コア膜形成ステップ)。導波路コア膜31を構成する材料の屈折率は、基板2を構成する材料の屈折率よりも高くされる。
First, as shown in FIG. 6A, a waveguide core film (first core film) 31 is formed on the
次に、図6(b)に示すように、基板2及び導波路コア膜31のファイバ接続端部(図6(b)中では手前側の端部)上に、CVD法、スパッタ法、FHD法などで膜(第2コア膜)64が成膜される(第2コア膜成膜ステップ)。
Next, as shown in FIG. 6B, the CVD method, the sputtering method, the FHD, and the like are formed on the fiber connection end portions (the front end portion in FIG. 6B) of the
ここで、膜64の成膜の際、基板2及び導波路コア膜31上にマスク33を配置した状態で成膜がなされる。このマスク33の配置状態は、基本的に前実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1の製造方法におけるマスク33の配置状態と同じとされる。このようにマスク33を配置した状態で、マスク33を介してガラスを堆積させ、膜64を成膜すると、基板2及び導波路コア膜31とマスク33の隙間(離間部)から、ガラスがマスク33の下方に回り込む。回り込むガラスの量は、マスク33の一端面33aから離れるほど少なくなる。
Here, when the
その結果、マスク33から露出した基板2及び導波路コア膜31上には膜厚が一定の均等膜65が形成される。また、マスク33で覆われた基板2及び導波路コア膜31(マスク33の下側部分)上には膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜66が形成される。すなわち、膜64は、均等膜65と傾斜膜66で構成される。傾斜膜66の傾斜角度は、マスク33の高さを調整することで自在に調整可能であり、高さが大きいほど傾斜角度が小さくなり、高さが小さいほど傾斜角度が大きくなる。
As a result, a
次に、図6(c)に示すように、膜64上に光回路パターン62が形成される。その後、光回路パターン62をマスクとして、膜64及び導波路コア膜31にエッチング処理が施される。このエッチング処理は、導波路コア膜31のファイバ接続端部(図6(c)中では手前側の端部)において、導波路コア膜31の途中までエッチングされるように、エッチング量が調整される。このエッチングによって、図6(d)に示すように、凸部53pとすそ部53s,53sを有する導波路コア(第1コア)53が形成される(第1コア形成ステップ)と共に、凸部53p上にくさび形の膜54が形成される。エッチング量は、膜64の成膜領域全面にわたって均一であるため、エッチングの結果、均等膜65及び傾斜膜66の表面形状が、そのまま、すそ部53s,53sの表面形状(起伏パターン)として反映される。また、膜54の膜厚は、ファイバ接続端部側が最も厚く、導波路コア3側に近付くにつれて徐々に薄くなる。この膜54の膜厚の変化に伴って、凸部53pの高さが変化する。
Next, as shown in FIG. 6C, the
エッチング処理後、光回路パターン62を除去することで、スポットサイズ変換導波路51が得られる。
After the etching process, the spot
本実施の形態においては、リッジコアの幅W2は一定で、リッジコアの高さh2のみが光の伝搬方向にわたって変化する場合について説明を行ったが、これに限定するものではなく、リッジコアの幅及びリッジコアの高さを光の伝搬方向にわたって変化させることももちろん可能である。例えば、エッチング処理の際、エッチングマスクとして、ファイバ接続端部側に拡径部68を有する光回路パターン69(図6(b)中で一点鎖線で示す)を用いることで、リッジコア幅についても光の伝搬方向にわたって変化させることができる。この拡径部68は、ファイバ接続端部側から導波路コア3側に向かって小さくなる。
In the present embodiment, the case where the width W2 of the ridge core is constant and only the height h2 of the ridge core changes in the light propagation direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the width of the ridge core and the ridge core are not limited thereto. It is of course possible to change the height of the light beam over the light propagation direction. For example, in the etching process, an optical circuit pattern 69 (indicated by a one-dot chain line in FIG. 6B) having an
本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路51においても、第1の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1と同様の作用効果が得られる。
Also in the spot
(第3の実施形態)
図7は、本発明の別の好適な一実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路の構造図である。尚、図1と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a structural diagram of a spot size conversion waveguide according to another preferred embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to FIG. 1, and description is abbreviate | omitted about these members.
図7に示すように、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路71の基本的な構造は、第1の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1と同じであるが、導波路コア3が隆起されている点で異なる。
As shown in FIG. 7, the basic structure of the spot
具体的には、リッジ部10における導波路コア3は、コアよりも低屈折率の材料で構成される凸部72の上に設けられる。凸部72は、基板2にエッチング加工を施すことで形成されたものである。この凸部72を含む基板2及びリッジ部10における導波路コア3を覆うように膜4が設けられる。
Specifically, the
次に、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路71の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the spot
先ず、図8(a)に示すように、基板2上に、CVD法、スパッタ法、FHD(火炎堆積)法などを用いて、導波路コア膜(第1コア膜)31が成膜される(第1コア膜形成ステップ)。導波路コア膜31を構成する材料の屈折率は、基板2を構成する材料の屈折率よりも高くされる。
First, as shown in FIG. 8A, a waveguide core film (first core film) 31 is formed on the
次に、図8(b)に示すように、導波路コア膜31上に光回路パターン32が形成される。その後、図8(c)に示すように、光回路パターン32をマスクとして、導波路コア膜31にエッチング処理を施し、導波路コア(第1コア)3が形成される(第1コア形成ステップ)。この時、基板2の途中までエッチングされるように、オーバーエッチがなされる。オーバーエッチとは、図8(b)に示した導波路コア膜31にエッチング処理を施す際に、エッチング量を導波路コア膜31の高さ分だけとせず、基板2に達するまで過剰にエッチングを行うことである。このときの過剰なエッチング深さをオーバーエッチング深さ101と呼ぶ。このオーバーエッチにより、導波路コア3の下部に、基板2がエッチングされてなる凸部72が形成される。エッチング処理後、光回路パターン32は除去される。
Next, as shown in FIG. 8B, an
最後に、図8(d)に示すように、基板2及び導波路コア3のファイバ接続端部(図8(d)中では手前側の端部)上に、CVD法、スパッタ法、FHD法などで膜(第2コア膜)4が成膜される(第2コア膜成膜ステップ)。膜4の成膜方法は、第1の実施形態における第2コア膜成膜ステップと同じとされる。これによって、図7に示したように、スポットサイズ変換導波路71が得られる。
Finally, as shown in FIG. 8D, a CVD method, a sputtering method, and an FHD method are formed on the fiber connection ends of the
次に、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路71の作用を説明する。
Next, the operation of the spot
本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路71においても、第1の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1と同様の作用効果が得られる。
Also in the spot
また、本実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路71においては、例えば、図9に示すように、導波路コア3が、オーバーエッチング深さがH12(≦膜4の膜厚)である凸部72の上に設けられていることから、導波路コア3は、基板2の表面122から隆起し、浮き上がった状態となっている。このため、導波路コア3の上部が、膜4のすそ部14s,14sの表面124よりも上方に位置するようになる。
Further, in the spot
その結果、導波路コア3を伝搬する光の横方向(図9中では左右方向)への閉じ込め効果が強くなり、第1の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路1と比べて、より低損失な導波路となる。この光の閉じ込め効果は、オーバーエッチング深さが深くなるほど強くなる。例えば、図10に示すように、オーバーエッチング深さがH13(>膜4の膜厚)である凸部72の上に設けられた導波路コア3は、導波路コア3全体が、膜4のすそ部14s,14sの表面124よりも上方に位置するようになる。このように、導波路コア3と膜4のすそ部14s,14sの位置関係が図10に示した状態にある時、光の閉じ込め効果が最大となる。
As a result, the confinement effect of the light propagating through the
また、図9に示したように、オーバーエッチング深さH12が、あまり深くない(例えば、0.5〜1.0μm)場合、導波路コア3の両側に位置する膜4の幅W12は、ファイバ接続端部(図7参照、手前側の端部)において膜4の膜厚の約1/2となり、導波路コア3とリッジ部10の境界部b7においてゼロとなる。ところが、図10に示したように、オーバーエッチング深さH13が深くなると、導波路コア3の両側に位置する膜4の幅W13は狭くなる。
Further, as shown in FIG. 9, when the overetching depth H12 is not very deep (for example, 0.5 to 1.0 μm), the width W12 of the
このため、図11に示すように、オーバーエッチング深さ101を深くするのに伴い、ファイバ接続端部(図11中では手前側の端部)における導波路コア143の幅wを拡径し、拡径部145を有するテーパ状の導波路コア143を形成する必要がある。この導波路コア143は、導波路コア143と同形状の光回路パターン(図8(b)参照)を用いて形成することは言うまでもない。この導波路コア143における拡径部145の幅wを適宜調整することで、図12に示す様に、オーバーエッチング深さ101が深く、導波路コア143の両側に位置する膜4の幅W15が狭いスポットサイズ変換導波路71であっても、ファイバ接続端部におけるリッジコア幅[w+2×W15]のスポットサイズを、任意のサイズに調整することができる。
For this reason, as shown in FIG. 11, as the
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various other things are assumed.
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
図1に示したスポットサイズ変換導波路1を作製した。このスポットサイズ変換導波路1は、全長を4mm、導波路コア3のコア幅wを4μm、コア高さhを4μm、膜4の厚さdを3μm、導波路コア3の左右に位置する膜4の各幅yを2mm、導波路コア3の屈折率をΔが1.5%となる様に設定した。例えば、導波路コア3を覆うクラッド(図示せず)の屈折率を1.458とした時、スポットサイズ変換導波路1のΔを1.5%とするためには、導波路コア3の屈折率は1.4602とすれば良い。なお、Δは以下の式で定義される。
Δ={(導波路コアの屈折率)−(クラッドの屈折率)}×100/(導波路コアの屈折率)
Example 1
The spot
Δ = {(refractive index of waveguide core) − (refractive index of clad)} × 100 / (refractive index of waveguide core)
(比較例1)
膜4を成膜しない以外は、実施例1のスポットサイズ変換導波路と同様のサイズ、構造のメサ形導波路を作製した。
(Comparative Example 1)
A mesa-shaped waveguide having the same size and structure as the spot size conversion waveguide of Example 1 was prepared except that the
実施例1及び比較例1の各導波路のコア端面に、シングルモードファイバを接続して伝搬損失(結合損失あるいは接続損失)を測定した。 A propagation loss (coupling loss or connection loss) was measured by connecting a single mode fiber to the core end face of each waveguide of Example 1 and Comparative Example 1.
その結果、比較例1の導波路の伝搬損失が3dBであったのに対して、実施例1のスポットサイズ変換導波路の伝搬損失は約1/3の1dBであり、損失量が著しく低減することが確認できた。 As a result, the propagation loss of the waveguide of Comparative Example 1 was 3 dB, whereas the propagation loss of the spot size conversion waveguide of Example 1 was about 1/3 of 1 dB, and the loss amount was significantly reduced. I was able to confirm.
図7に示したスポットサイズ変換導波路71を作製した。このスポットサイズ変換導波路71は、図13(a)に示すように、加工性を考慮して研磨しろ長さxの研磨しろ161を形成し、その研磨しろ161の一端面において、導波路コア(第1コア)3のコア幅wを4.3μm、コア高さhを4.3μm、膜(第2コア)4の厚さをd、導波路コア3の屈折率をΔが1.5%となる様に設定し、オーバーエッチング深さe(凸部72の高さ)を1μmとした。
The spot
研磨しろ161の長さxを1000μm、膜4のテーパ部長さ(研磨しろ161を除き、膜4の導波路コア3に沿う長さ)Tpを500μmとし、膜4のΔと厚さdを様々に変え、膜4の形状をシミュレーションで検討した。膜4のテーパ終端部(膜4のテーパ部と導波路コア3の境界部b7)から研磨しろ161のファイバ接続端部までの結合損失変動を図13(b)に示す。
The length x of the polishing
図13(b)に囲み領域Aで示すように、最適値は膜4の屈折率をΔ=1.1〜1.5%となる様に設定し、厚さd=3〜9μmとした時であり、このとき結合損失が約0.5dB以下と非常に低損失であった。
As shown by the enclosed area A in FIG. 13B, the optimum value is when the refractive index of the
次に、膜4の屈折率をΔ=1.5%となる様に設定した時の膜4の厚さdとテーパ部長さTpの最適値をシミュレーションで詳細に検討した。その結果を図14(b)〜図14(d)に示す。ただし、図14(a)に示すように、研磨しろ長さの起点(0μm)は、膜4のテーパ部と研磨しろ161の境界部とした。
Next, the optimum values of the thickness d of the
図14(b)〜図14(d)に示すように、膜4の屈折率をΔ=1.5%となる様に設定した時の膜4の厚さdとテーパ部長さTpの最適値は、膜4の厚さd=4μm、テーパ部長さTp=1000μm以上であり、このとき結合損失が約0.25dBと非常に低損失であった。
As shown in FIGS. 14B to 14D, the optimum values of the thickness d of the
同様にして、膜4の屈折率をそれぞれΔ=1.5、1.3、1.1%となる様に設定した時の膜4の厚さdとテーパ長さTpの最適値をシミュレーションで検討した。その結果を図15(a)〜図15(c)に示す。ここで、図15(a)は図14(c)と同じ図である。
Similarly, the optimum values of the thickness d and the taper length Tp of the
図15(b)に示すように、膜4の屈折率をΔ=1.3%となる様に設定した時の膜4の厚さdとテーパ部長さTpの最適値は、膜4の厚さd=5μm、テーパ部長さTp=1000μm以上であり、このとき結合損失が約0.2dBと非常に低損失であった。
As shown in FIG. 15B, the optimum value of the thickness d of the
また、図15(c)に示すように、膜4の屈折率をΔ=1.1%となる様に設定した時の膜4の厚さdとテーパ部長さTpの最適値は、膜4の厚さd=7μm、テーパ部長さTp=1000μm以上であり、このとき結合損失が約0.2dBと非常に低損失であった。
Further, as shown in FIG. 15C, the optimum values of the thickness d of the
以上の結果より、膜4の屈折率をΔが1.1〜1.5%の範囲となる様に設定し、厚さdが3〜9μmの範囲とした時、膜4の屈折率をΔが大きくなる様に設定するほど、最適な膜4の厚さdは小さくなり、膜4の屈折率をΔが小さくなる様に設定するほど、最適な膜4の厚さdは大きくなる傾向にあることがわかった。つまり、膜4の屈折率をΔが1.1〜1.5%の範囲となる様に設定し、厚さdが3〜9μmの範囲とした時、膜4の屈折率をΔが大きくなる様に設定した場合は、膜4の厚さdは小さい方が結合損失が低くなり、逆に、膜4の屈折率をΔが小さくなる様に設定した場合は、膜4の厚さdは大きい方が結合損失が低くなる。また、膜4の屈折率をΔが一定となる様に設定し、厚さdも一定とした場合、テーパ部長さTpが長いほど、結合損失が低くなることが確認できた。
From the above results, when the refractive index of the
図12に示したスポットサイズ変換導波路71とシングルモードファイバとの結合損失をビーム伝播法を用いたシミュレーションにより求めた。スポットサイズ変換導波路71の構造パラメータは、導波路コア143(第1コア)はΔ1.5%となる屈折率とし、導波路コア143のコア高さhを4.3μmの一定とし、導波路コア143の幅Wを4.3μm、5.3μm、6.3μmと変化させると共に、膜4(第2コア)はΔが1.5%、1.3%となる屈折率とし、膜4の膜厚(第2コア高さ)dを3〜7μmとした。また、シミュレーションパラメータを簡単にするため、エッチング深さに関係なく、導波路コア3の両側に位置する膜4の幅W15は、膜4の膜厚dの1/2とした。
The coupling loss between the spot
先ず、上記の条件でオーバーエッチング深さ101を1μmとしてシミュレーションを行った(図16(a)、図16(b)参照)。その結果、図16(a)に示すように、膜4のΔが1.5%の場合、導波路コア143の幅Wを5.3μm、膜4の膜厚dを4μmとすることで、結合損失が最小(0.22dB)となった。また、図16(b)に示すように、膜4のΔが1.3%の場合、導波路コア143の幅Wを5.3μm、膜4の膜厚dを5μmとすることで、結合損失が最小(0.18dB)となった。
First, a simulation was performed with the
次に、オーバーエッチング深さ101を5μmとしてシミュレーションを行った(図16(c)、図16(d)参照)。その結果、図16(c)に示すように、膜4のΔが1.5%の場合、導波路コア143の幅Wを6.3μm、膜4の膜厚dを5μmとすることで、結合損失が最小(0.12dB)となった。また、図16(d)に示すように、膜4のΔが1.3%の場合、導波路コア143の幅Wを5.3μm、膜4の膜厚dを5μmとすることで、結合損失が最小(0.12dB)となった。
Next, the simulation was performed with the
以上の結果より、凸部72の高さが高いほど(オーバーエッチング深さ101が深いほど)、光の閉じ込め効果が強くなり、より低損失な導波路となることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that the higher the height of the convex portion 72 (the deeper the overetching depth 101), the stronger the light confinement effect and the lower the loss of the waveguide.
1 スポットサイズ変換導波路
2 基板
3 導波路コア
10 リッジ部
1 Spot
Claims (3)
上記基板上に第1コア膜を形成するステップと、
上記第1コア膜にエッチング処理を施して上記導波路コアを含む第1コアを形成するステップと、
上記第1コアから離間させた状態で、上記基板及び上記第1コアをマスクで覆うと共に、上記第1コアの端面から所定長さにわたって上記基板及び上記第1コアを露出させるステップと、
上記マスクを介して、上記第1コア膜と屈折率が同じ又はそれ以下の材料で構成される第2コア膜の成膜を行い、上記マスクから露出した部分には膜厚が一定の均等膜を形成すると共に、上記マスクの下側部分には膜厚が徐々に薄くなる傾斜膜を形成するステップとを備え、
上記第2コア膜の成膜ステップにより、上記光導波路の導波路コアのファイバ接続側端部に、ファイバ側のスポットサイズが上記シングルモードファイバと同等、上記導波路コア側のスポットサイズが上記導波路コアと同等であり、かつ、上記第1コアからなる中心部の周りを上記第2コア膜で覆設して構成されるリッジ部の幅及び高さがファイバ側から上記導波路コア側に向かって小さくなる横断面凸字状のリッジ部を形成することを特徴とするスポットサイズ変換導波路の製造方法。 In the manufacturing method of a spot size conversion waveguide for connecting an optical waveguide having a waveguide core on a substrate and a single mode fiber with low loss, each having a different spot size,
Forming a first core film on the substrate;
Etching the first core film to form a first core including the waveguide core;
Covering the substrate and the first core with a mask in a state separated from the first core, and exposing the substrate and the first core over a predetermined length from an end surface of the first core;
A second core film made of a material having the same or lower refractive index as that of the first core film is formed through the mask, and a uniform film having a constant film thickness is exposed on the portion exposed from the mask. And a step of forming an inclined film whose film thickness is gradually reduced in the lower part of the mask ,
By the film forming step of the second core film, the fiber-side spot size is the same as that of the single-mode fiber at the end of the waveguide core of the optical waveguide. The width and height of the ridge portion that is equivalent to the waveguide core and is formed by covering the central portion of the first core with the second core film is from the fiber side to the waveguide core side. method for producing a spot size conversion waveguide characterized that you form a ridge portion of smaller cross section projecting shape toward.
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