JP4954828B2 - Optical waveguide circuit and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、スポットサイズ変換器を備えた光導波回路に関する。   The present invention relates to an optical waveguide circuit including a spot size converter.

インターネット利用の世界的な広がりにより、画像や映像情報などの大容量データを高速に伝達できる光波長分割多重(WDM)技術などを用いた光通信システムは、メトロ網にも商用導入が進んでいる。これに伴って、光通信システムを構成する光回路の研究開発にも拍車がかかっており、LSI微細加工技術を応用して平面基板上に光導波路を一括形成できる導波路型光回路は、集積性・量産性に優れていることから、高性能で複雑な光回路を実現できる手段として期待されている。特に石英系光導波路は、低損失で信頼性が高いため、様々なモジュールが実用化されている。   Due to the worldwide spread of Internet use, optical communication systems using optical wavelength division multiplexing (WDM) technology that can transmit large volumes of data such as images and video information at high speed are also being introduced into the metro network. . Along with this, research and development of optical circuits constituting optical communication systems has been spurred, and waveguide type optical circuits that can form optical waveguides on a flat substrate by applying LSI microfabrication technology are integrated. It is expected to be a means for realizing high-performance and complex optical circuits because of its excellent performance and mass productivity. In particular, silica-based optical waveguides have low loss and high reliability, so various modules have been put to practical use.

光導波回路では、光の干渉現象を機能的に利用することによって多種多様な光回路を実現することができる。中でも光波長合分波器は、WDMシステムのキーデバイスとして重要である。   In the optical waveguide circuit, a wide variety of optical circuits can be realized by functionally utilizing the light interference phenomenon. Among them, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer is important as a key device of the WDM system.

図5に、光波長合分波器の一例を示す。図中、一点鎖線で示した部分は、光波長合分波器の各部を模式的に拡大したものである。この光波長合分波器500は、アレイ導波路格子(AWG)を用いたアサーマルタイプのものであり、入力用チャネル導波路502と、出力用チャネル導波路504と、チャネル導波路アレイ506と、入力側スラブ導波路508と、出力側スラブ導波路510とを備えている。また、アサーマル化を実現するために、入力側スラブ導波路508には、樹脂が充填された深溝512が形成されている。さらに、低損失で光ファイバと接続するために、入力用チャネル導波路502の入力端および出力用チャネル導波路504の出力端には、スポットサイズ変換器514および516がそれぞれ形成されている。   FIG. 5 shows an example of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer. In the figure, the part indicated by the alternate long and short dash line is a schematic enlargement of each part of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer. This optical wavelength multiplexer / demultiplexer 500 is of an athermal type using an arrayed waveguide grating (AWG), and includes an input channel waveguide 502, an output channel waveguide 504, a channel waveguide array 506, An input-side slab waveguide 508 and an output-side slab waveguide 510 are provided. In order to realize athermalization, the input side slab waveguide 508 is formed with a deep groove 512 filled with resin. Further, spot size converters 514 and 516 are formed at the input end of the input channel waveguide 502 and the output end of the output channel waveguide 504, respectively, in order to connect to the optical fiber with low loss.

図6は、光波長合分波器の製造工程の概略図である。まず、図6(a)に示すように、基板602の上に下部クラッド604、コア606、そして上部クラッド608を順次形成する。次に、図6(b)に示すように、上部クラッド608の上に、アサーマル溝を形成するためのレジストパターン610を形成する。そして、図6(c)に示すように、反応性イオンエッチングで溝612を形成した後、図6(d)に示すように、レジスト610を除去し、図6(e)に示すように、シリコーン樹脂614を充填する。   FIG. 6 is a schematic view of a manufacturing process of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer. First, as shown in FIG. 6A, a lower clad 604, a core 606, and an upper clad 608 are sequentially formed on a substrate 602. Next, as shown in FIG. 6B, a resist pattern 610 for forming an athermal groove is formed on the upper clad 608. Then, as shown in FIG. 6C, after forming the groove 612 by reactive ion etching, the resist 610 is removed as shown in FIG. 6D, and as shown in FIG. A silicone resin 614 is filled.

図7に、別の例として光減衰器を示す。図中、一点鎖線で示した部分は、光減衰器の各部を模式的に拡大したものである。この光減衰器700は、非対称マッハツェンダ干渉計(MZI)を用いたものであり、2本の入力用導波路702と、2本の出力用導波路704と、2本のアーム導波路706とが、2つの3dB方向性結合器708で結ばれ、アーム導波路706の上には薄膜ヒータを用いた位相シフタ710が形成されている。また、アーム導波路の両側には、低消費電力および低偏波依存性を実現するために、熱の伝搬を遮断し、応力を解放する溝712が形成されている。さらに、図5の光波長合分波器と同様に、低損失で光ファイバと接続するために、入力用導波路702の入力端および出力用導波路704の出力端には、スポットサイズ変換器714および716がそれぞれ形成されている。   FIG. 7 shows an optical attenuator as another example. In the figure, the portion indicated by the alternate long and short dash line is a schematic enlargement of each portion of the optical attenuator. This optical attenuator 700 uses an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (MZI), and includes two input waveguides 702, two output waveguides 704, and two arm waveguides 706. A phase shifter 710 using a thin film heater is formed on the arm waveguide 706 by being connected by two 3 dB directional couplers 708. Further, on both sides of the arm waveguide, in order to realize low power consumption and low polarization dependence, grooves 712 that block heat propagation and release stress are formed. Further, like the optical wavelength multiplexer / demultiplexer of FIG. 5, in order to connect to an optical fiber with low loss, a spot size converter is provided at the input end of the input waveguide 702 and the output end of the output waveguide 704. 714 and 716 are formed, respectively.

近年、こうした光導波回路は、コアの屈折率を高くして光の導波路への閉じ込めを強化し、導波路の密度を増加させることによって、小型化を図っている。   In recent years, such optical waveguide circuits have been miniaturized by increasing the refractive index of the core to enhance the confinement of light in the waveguide and increasing the density of the waveguide.

特許第3178565号公報Japanese Patent No. 3178565 特開平9−61652号公報JP-A-9-61652 J. H. den Besten et al., “Low-Loss, Compact, and Polarization Independent PHASAR Demultiplexer Fabricated by Using a Double-Etch Process,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, No. 1, January 2002J. H. den Besten et al., “Low-Loss, Compact, and Polarization Independent PHASAR Demultiplexer Fabricated by Using a Double-Etch Process,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, No. 1, January 2002

ところで、図5および7に示すアサーマルAWGやMZIでは、製造工程で溝などの加工をしなければならない。アサーマルAWGでは、コアを切断するように溝514を形成しなければならないが、これらの溝では、原理上、放射損失が発生する。特にコアの屈折率が高くなればなるほどこうした放射損失は大きくなる。そのため、コアの屈折率を高くするほど導波路に形成する溝は細くしなければならない。   By the way, in the athermal AWG and MZI shown in FIGS. 5 and 7, a groove or the like must be processed in the manufacturing process. In the athermal AWG, the grooves 514 must be formed so as to cut the core, but in principle, radiation loss occurs in these grooves. In particular, the higher the refractive index of the core, the greater the radiation loss. Therefore, the higher the refractive index of the core, the thinner the groove formed in the waveguide.

また、MZIでは、消費電力を削減するために、アーム導波路の両側に形成される断熱溝714はできるだけ導波路に近接させる必要があるが、製造誤差等により溝が導波路に近接しすぎると、光が染み出して損失が増加する。   In MZI, in order to reduce power consumption, it is necessary to make the heat insulating grooves 714 formed on both sides of the arm waveguide as close as possible to the waveguide. However, if the groove is too close to the waveguide due to a manufacturing error or the like. , Light oozes and loss increases.

このような細い溝や高精度の溝の加工には、溝形成に伴う寸法シフトを抑えるためにエッチングの深さが浅ければ浅いほど良い。すなわち、上部クラッドの厚さが薄ければ薄いほど良い。というのは、エッチングする溝が深いと、フォトレジストパターンを厚くする必要があり、フォトレジストパターンが厚くなればなるほど細い溝や高精度の溝のパターンを露光解像することが難しくなるからである。   For the processing of such thin grooves and high-precision grooves, it is better that the etching depth is shallower in order to suppress the dimensional shift accompanying the groove formation. That is, the thinner the upper cladding, the better. This is because if the groove to be etched is deep, the photoresist pattern needs to be thickened, and the thicker the photoresist pattern, the more difficult it is to expose and resolve patterns of fine grooves and high-precision grooves. .

他方で、こうした光導波回路は、光ファイバに低損失で接続するために、光導波路に閉じ込めた光のモードフィールド径を光ファイバのモードフィールド径に変換するスポットサイズ変換器が必要となる。一例として、スポットサイズ変換器は、図5および7に示すように、光回路が形成されたチップの端面に向かってコア幅が細くなるように形成される。このスポットサイズ変換器の部分では光のモードフィールド径がそれ以外の部分に比較して拡大されるので、上部クラッドの厚さは、スポットサイズの大きいスポットサイズ変換器の部分に合わせて厚くしなければならない。   On the other hand, such an optical waveguide circuit requires a spot size converter for converting the mode field diameter of light confined in the optical waveguide into the mode field diameter of the optical fiber in order to connect to the optical fiber with low loss. As an example, as shown in FIGS. 5 and 7, the spot size converter is formed so that the core width becomes narrower toward the end face of the chip on which the optical circuit is formed. In this spot size converter part, the mode field diameter of the light is enlarged compared to the other parts, so the thickness of the upper cladding must be increased to match the spot size converter part with a larger spot size. I must.

このように、高精度で溝を加工するためには上部クラッドを薄くする必要があるが、上部クラッドを薄くしすぎると、光のスポットサイズが拡大されるスポットサイズ変換器では上部クラッドから光が染み出し、損失が増加するという問題があった。   Thus, in order to process grooves with high accuracy, it is necessary to make the upper clad thinner. However, if the upper clad is made too thin, the spot size converter that expands the spot size of the light will transmit light from the upper clad. There was a problem of seepage and loss increasing.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光導波回路の損失を低く抑えつつ、溝などの加工を精度良く行うことができる光導波回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide circuit that can accurately process a groove and the like while suppressing loss of the optical waveguide circuit to a low level. There is.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光ファイバとの接続のために入力用光導波路または出力用光導波路にスポットサイズ変換部と、その他の光導波路部とを備えた光導波回路であって、前記その他の光導波路の上部クラッドの厚さA1は、前記その他の光導波路のコアの厚さをB1、前記その他の光導波路における導波光の最大モードフィールド径をR1としたときに、A1≧(R1−B1)/2を満足し、前記スポットサイズ変換部の上部クラッドの厚さA2は、前記スポットサイズ変換部のコアの厚さをB2、前記スポットサイズ変換部における導波光の最大モードフィールド径をR2としたときに、A2≧(R2−B2)/2を満足し、前記スポットサイズ変換部の上部クラッドの厚さA2は、前記その他の光導波路の上部クラッドの厚さA1よりも厚くなるように、すなわち、A2>A1を満たすように構成され、上部クラッドの厚さA1の領域に、溝が形成されたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 is directed to an input optical waveguide or an output optical waveguide for connection with an optical fiber, a spot size conversion unit, and other optical waveguides. An optical waveguide circuit having a waveguide portion, wherein the thickness A1 of the upper clad of the other optical waveguide is B1, the thickness of the core of the other optical waveguide is B1, and the maximum of guided light in the other optical waveguide is When the mode field diameter is R1, A1 ≧ (R1−B1) / 2 is satisfied, and the thickness A2 of the upper clad of the spot size conversion unit is B2, and the thickness of the core of the spot size conversion unit is B2. When the maximum mode field diameter of the guided light in the spot size converter is R2, A2 ≧ (R2−B2) / 2 is satisfied, and the thickness A2 of the upper clad of the spot size converter is Other to be thicker than the thickness A1 of the upper cladding of the optical waveguide, i.e., A2> is configured to satisfy the A1, in the region of the upper clad thickness A1, wherein the groove is formed .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の光導波回路であって、上部クラッドの厚さA2の領域は、光導波回路の入力または出力端面から一定の範囲を占め、当該領域に板張りガラスが接着され、前記入力用光導波路または出力用導波路に光ファイバが接続されるように構成されたことを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the optical waveguide circuit according to claim 1 , wherein the region of the thickness A2 of the upper cladding occupies a certain range from the input or output end face of the optical waveguide circuit, A sheet glass is bonded to the region, and an optical fiber is connected to the input optical waveguide or the output waveguide.

また、請求項に記載の発明は、スポットサイズ変換部を備えた光導波回路の製造方法であって、基板上に下部クラッドを形成するステップと、前記下部クラッド上にスポットサイズ変換部を備えたコアを形成するステップと、前記コアおよび下部クラッド上に上部クラッドを形成するステップであって、前記上部クラッドの厚さA2が、前記スポットサイズ変換部のコアの厚さをB2、前記スポットサイズ変換部における導波光の最大モードフィールド径をR2としたとき、A2≧(R2−B2)/2となるよう前記上部クラッドを形成するステップと、前記スポットサイズ変換部以外の光導波路部の上部クラッドをエッチングするステップであて、前記光導波路部の上部クラッドの厚さA1が、前記光導波路部のコアの厚さをB1、前記光導波路部における導波光の最大モードフィールド径をR1としたとき、A2>A1≧(R1−B1)/2となるように前記光導波路部の上部クラッドをエッチングするステップと、上部クラッドの厚さA1の領域に、溝を形成するステップとを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide circuit including a spot size conversion unit, the step of forming a lower cladding on a substrate, and the spot size conversion unit on the lower cladding. Forming a core, and forming an upper clad on the core and the lower clad, wherein the thickness A2 of the upper clad is B2 of the core of the spot size converting portion, and the spot size A step of forming the upper cladding so that A2 ≧ (R2−B2) / 2, where R2 is the maximum mode field diameter of the guided light in the converter, and the upper cladding of the optical waveguide other than the spot size converter the by Tsu steps der etching, the thickness A1 of the upper cladding of the optical waveguide section, the thickness of the core of the optical waveguide portion B1, before When the maximum mode field diameter of the guided light in the optical waveguide section and the R1, A2> A1 ≧ (R1 -B1) / 2 and the step of the upper cladding of the optical waveguide portion is etched so that, of the upper clad thickness And a step of forming a groove in the region A1 .

また、請求項に記載の発明は、請求項に記載の光導波回路の製造方法であって、上部クラッドの厚さA2の領域に、光ファイバ接続用の板張りガラスを接着するステップをさらに備えることを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the method for manufacturing the optical waveguide circuit according to claim 3 , further comprising the step of bonding a glass sheet for connecting an optical fiber to the region of the thickness A2 of the upper clad. It is characterized by providing.

本発明によれば、光導波回路の溝を形成する部分の上部クラッドの厚さを薄くできるので溝の加工精度を高くすることができる。これにより、アサーマルタイプの導波路では、細い溝を形成することができ、溝部での損失を低減することができる。また、MZIでは、加工精度の高い溝を形成することができるので、導波路に近接させて溝部を形成することができ、断熱性能の改善により、消費電力を低減することができる。この結果、特に比屈折率差Δの高い導波路で問題となる損失特性の劣化を抑えることができ、低損失で高性能な光導波回路を実現することができる。   According to the present invention, since the thickness of the upper clad in the portion where the groove of the optical waveguide circuit is formed can be reduced, the processing accuracy of the groove can be increased. Thereby, in an athermal type waveguide, a thin groove can be formed, and loss in the groove can be reduced. Further, in MZI, since a groove with high processing accuracy can be formed, the groove portion can be formed close to the waveguide, and the power consumption can be reduced by improving the heat insulation performance. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the loss characteristic which becomes a problem particularly in the waveguide having a high relative refractive index difference Δ, and it is possible to realize a high-performance optical waveguide circuit with low loss.

また、光ファイバとの接続損失を低減するために光のスポットサイズが拡大されるスポットサイズ変換器の上部クラッドの厚さを厚くすることができるので、スポットサイズ変換器部分での損失を低減することができる。さらに、光導波回路の光ファイバ接続用板張りガラスの接着領域を十分に確保すれば、光ファイバを実装する信頼性も十分に確保できる。加えて、上部クラッドの厚い領域は、光導波路回路の入出力端面に限れば、溝パターン形成用のレジストパターン膜の厚さが不均一になることはない。   Moreover, since the thickness of the upper clad of the spot size converter in which the spot size of the light is enlarged in order to reduce the connection loss with the optical fiber can be increased, the loss in the spot size converter portion is reduced. be able to. Furthermore, if a sufficient adhesion region of the optical fiber connecting plate-attached glass of the optical waveguide circuit is ensured, the reliability of mounting the optical fiber can be sufficiently ensured. In addition, as long as the thick region of the upper clad is limited to the input / output end face of the optical waveguide circuit, the thickness of the resist pattern film for forming the groove pattern does not become uneven.

ところで、スポットサイズ変換器を有する光集積回路において、スポットサイズ変換器上部のクラッドを厚くした構造が知られている(特許文献1)。しかし、この構造では、対象となっている光導波路がレーザを構成し、スポットサイズを制御するためにクラッドの層の厚さを調整している。したがって、この構造では、スポットサイズ変換器の上部クラッドの厚さを緩やかに変化させる必要がある。本発明では、スポットサイズが拡大された導波光が外に染み出して損失が増加するのを防ぐために、導波光のスポットサイズ径に合わせて一定値以上に厚くするだけでよい。また、スポットサイズ変換器の上部だけでなく、光導波回路の入出力端から一定の幅の範囲を厚くすれば、光ファイバ接続用の板張りガラスの接着領域を十分に確保することができる。   Incidentally, in an optical integrated circuit having a spot size converter, a structure is known in which the cladding on the spot size converter is thickened (Patent Document 1). However, in this structure, the target optical waveguide constitutes a laser, and the thickness of the clad layer is adjusted in order to control the spot size. Therefore, in this structure, it is necessary to change the thickness of the upper clad of the spot size converter gently. In the present invention, in order to prevent the waveguide light with the enlarged spot size from seeping out and increasing the loss, it is only necessary to increase the thickness to a certain value or more according to the spot size diameter of the waveguide light. Further, if the range of a certain width is increased from the input / output end of the optical waveguide circuit as well as the upper portion of the spot size converter, a sufficient adhesion area of the glass sheet for connecting optical fibers can be secured.

また、特許文献2に示されるように、コア層の膜厚を出射端に向かって薄くした結果、上部クラッドが厚くなる構造が知られている。しかし、この構造も、レーザの出射端に関するものであり、スポットサイズを制御するためにクラッドの厚さを調整している。したがって、この構造も、スポットサイズ変換器の上部クラッドの厚さを緩やかに変化させる必要がある。   Further, as shown in Patent Document 2, a structure is known in which the thickness of the core layer is reduced toward the emission end, and as a result, the upper clad becomes thicker. However, this structure also relates to the laser emission end, and the thickness of the cladding is adjusted to control the spot size. Therefore, this structure also requires the thickness of the upper cladding of the spot size converter to be changed gradually.

さらに、非特許文献1に示されるように、エッチングを2段階で行う構造も知られている。これは、半導体AWGのスラブ導波路とチャネル導波路アレイの接合部を2段階でエッチングして、この部分で発生する損失を低減している。これは、斜めのスロープを作製するのが困難であることから、階段状のステップで代用したものである。こうした構造を実用的な観点から見ると、最初のエッチングで段差が形成されているところに2度目のエッチングパターンのレジストを塗布する段階で、凹凸のある表面にレジストを塗布しなければならないことから、レジストが均一になりにくい。本発明では、上部クラッドが厚い領域はスポットサイズ変換器を有する入出力導波路の端部でよいため、2回目のエッチングの際のレジスト不均一性をまったく心配する必要はない。   Furthermore, as shown in Non-Patent Document 1, a structure in which etching is performed in two stages is also known. This is because the junction between the slab waveguide and the channel waveguide array of the semiconductor AWG is etched in two stages to reduce the loss generated in this portion. This is a substitute for a stepped step because it is difficult to produce an oblique slope. From a practical point of view, this structure requires that the resist be applied to the uneven surface at the stage where the second etching pattern resist is applied where the step is formed by the first etching. The resist is difficult to be uniform. In the present invention, since the region where the upper cladding is thick may be the end of the input / output waveguide having the spot size converter, there is no need to worry about resist non-uniformity at the time of the second etching.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、本発明の一実施例によるアサーマルタイプのAWGを用いた光波長合分波器を示す。図中、一点鎖線で示した部分は、光波長合分波器の各部を模式的に拡大したものである。光波長合分波器100は、入力用チャネル導波路102と、出力用チャネル導波路104と、チャネル導波路アレイ106と、入力側スラブ導波路108と、出力側スラブ導波路110とを備えている。また、スラブ導波路108には、3角形の溝112が形成されており、この溝にはシリコーン樹脂が充填され、アサーマル特性を実現している。さらに、低損失で光ファイバと接続するために、入力用チャネル導波路102の入力端および出力用チャネル導波路の出力端には、スポットサイズ変換器114および116が形成されている。なお、溝112は、入力用スラブ導波路108、出力用スラブ導波路110、チャネル導波路アレイ106の少なくとも1つ以上に設計に応じて形成すればよいことが知られている。   FIG. 1 shows an optical wavelength multiplexer / demultiplexer using an athermal type AWG according to an embodiment of the present invention. In the figure, the part indicated by the alternate long and short dash line is a schematic enlargement of each part of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer 100 includes an input channel waveguide 102, an output channel waveguide 104, a channel waveguide array 106, an input side slab waveguide 108, and an output side slab waveguide 110. Yes. Further, a triangular groove 112 is formed in the slab waveguide 108, and this groove is filled with a silicone resin to realize an athermal characteristic. Further, spot size converters 114 and 116 are formed at the input end of the input channel waveguide 102 and the output end of the output channel waveguide in order to connect to the optical fiber with low loss. It is known that the groove 112 may be formed in at least one of the input slab waveguide 108, the output slab waveguide 110, and the channel waveguide array 106 according to the design.

図5に示す従来の光波長合分波器500と比較して、図1に示す本発明による光波長合分波器100では、スポットサイズ変換器114および116をカバーする領域124および126の上部クラッドが、溝112を形成する領域125の上部クラッドよりも厚くなっている。これは、スポットサイズ変換器114および116で導波光のモードフィールド径が拡大されるため、領域124および126の上部クラッドを厚くする一方で、溝112の加工精度を良くするため、領域125の上部クラッドを薄くした結果である。すなわち、スポットサイズ変換器114および116の上部クラッドを、スポットサイズ変換器での導波光のモードフィールド径に合わせて厚くすることにより、導波光がクラッドの外へ染み出し、損失が増大するのを防ぐことができる。他方、溝112の上部クラッドをコアでの導波光のモードフィールド径に合わせてできるだけ薄くすることにより、溝112を細く形成することができ、溝112での放射損失を低減することができる。   Compared with the conventional optical wavelength multiplexer / demultiplexer 500 shown in FIG. 5, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer 100 according to the present invention shown in FIG. 1 has an upper portion of the regions 124 and 126 covering the spot size converters 114 and 116. The clad is thicker than the upper clad in the region 125 where the groove 112 is formed. This is because the mode field diameter of the guided light is enlarged by the spot size converters 114 and 116, so that the upper cladding of the regions 124 and 126 is thickened, while the processing accuracy of the groove 112 is improved, the upper portion of the region 125 is increased. This is a result of thinning the cladding. That is, by increasing the thickness of the upper clad of the spot size converters 114 and 116 in accordance with the mode field diameter of the guided light in the spot size converter, the guided light oozes out of the clad and the loss increases. Can be prevented. On the other hand, by making the upper clad of the groove 112 as thin as possible in accordance with the mode field diameter of the guided light in the core, the groove 112 can be formed thin, and the radiation loss in the groove 112 can be reduced.

本実施例では、コアとクラッドの比屈折率差Δを2.5%、下部クラッドの厚さを15μm、スポットサイズ変換器をカバーする領域124および126の上部クラッドの厚さを15μm、それ以外の領域125の上部クラッドの厚さを5μmに設計した。スポットサイズ変換器114および116は、光波長合分波器100の端面に向けて導波路幅が狭くなるように構成されている。しかし、コアの膜厚が変わらないか、または徐々に薄くなるような特徴を有するスポットサイズ変換器であれば、他の構成を用いてもよい。このような光波長合分波器では、領域125の導波路では垂直方向のモードフィールド径(コアに分布する光の光強度が1/e2になる光分布直径)が約5μmであり、出力用チャネル導波路104の端面では約10μmに拡大される。したがって、領域125の上部クラッドの厚さを5μmとし、領域124および126の上部クラッドの厚さを15μmとした。 In this embodiment, the relative refractive index difference Δ between the core and the clad is 2.5%, the thickness of the lower clad is 15 μm, the thickness of the upper clad in the regions 124 and 126 covering the spot size converter is 15 μm, and the others The thickness of the upper clad in the region 125 was designed to be 5 μm. The spot size converters 114 and 116 are configured such that the waveguide width becomes narrower toward the end face of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer 100. However, other configurations may be used as long as the spot size converter has a characteristic that the film thickness of the core does not change or becomes gradually thinner. In such an optical wavelength multiplexer / demultiplexer, in the waveguide of the region 125, the mode field diameter in the vertical direction (light distribution diameter at which the light intensity of light distributed in the core becomes 1 / e 2 ) is about 5 μm, and the output The end face of the channel waveguide for use 104 is enlarged to about 10 μm. Therefore, the thickness of the upper clad in the region 125 is 5 μm, and the thickness of the upper clad in the regions 124 and 126 is 15 μm.

上記の膜厚設計を一般化して記述すれば、上部クラッドの厚さA1は、領域125における導波路のコアの厚さをB1、導波路の垂直方向の最大モードフィールド径をR1としたときに、次式を満足するように設計する。
A1≧(R1−B1)/2
If the above-mentioned film thickness design is generalized and described, the thickness A1 of the upper clad is obtained when the thickness of the waveguide core in the region 125 is B1 and the maximum mode field diameter in the vertical direction of the waveguide is R1. Design to satisfy the following equation.
A1 ≧ (R1-B1) / 2

同様に、上部クラッドの厚さA2は、領域124,126における導波路のコアの厚さをB2、導波路の垂直方向の最大モードフィールド径をR2としたときに、次式を満足するように設計する。
A2≧(R2−B2)/2>A1
Similarly, the thickness A2 of the upper clad satisfies the following equation when the thickness of the waveguide core in the regions 124 and 126 is B2 and the maximum mode field diameter in the vertical direction of the waveguide is R2. design.
A2 ≧ (R2-B2) / 2> A1

図2は、本発明の一実施例による光波長合分波器の製造工程の概略図である。まず、図2(a)に示すように、基板202の上に下部クラッド204、コア206、そして上部クラッド208を順次形成する。このとき、上部クラッドの厚さA2が15μmとなるようにする。次に、図2(b)に示すように、スポットサイズ変換器をカバーする領域の上部クラッド208の上にレジストパターン210を形成する。そして、図2(c)に示すように、反応性イオンエッチングで溝をカバーする領域の上部クラッドの厚さA1が5μmとなるようにエッチングする。その後、レジストパターン210を一旦除去し、改めてレジストを全面塗布し、フォトリソグラフィで溝を形成するためのレジストパターン212を形成する(図2(d))。そして、図2(e)に示すように、反応性イオンエッチングで溝214を形成する。溝の深さは、上部クラッド5μm、コア3.5μm、下部クラッド5μmとして合計13.5μmとする。最後に、レジスト212を除去し(図2(f))、シリコーン樹脂216を充填する(図2(g))。   FIG. 2 is a schematic diagram of a manufacturing process of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a lower clad 204, a core 206, and an upper clad 208 are sequentially formed on a substrate 202. At this time, the thickness A2 of the upper clad is set to 15 μm. Next, as shown in FIG. 2B, a resist pattern 210 is formed on the upper clad 208 in a region covering the spot size converter. Then, as shown in FIG. 2C, etching is performed so that the thickness A1 of the upper clad in the region covering the groove is 5 μm by reactive ion etching. Thereafter, the resist pattern 210 is temporarily removed, and the resist is applied again over the entire surface, and a resist pattern 212 for forming a groove is formed by photolithography (FIG. 2D). Then, as shown in FIG. 2E, a groove 214 is formed by reactive ion etching. The depth of the groove is 13.5 μm in total with the upper cladding 5 μm, the core 3.5 μm, and the lower cladding 5 μm. Finally, the resist 212 is removed (FIG. 2F), and the silicone resin 216 is filled (FIG. 2G).

図5に示すような従来の光波長合分波器では、上部クラッドの厚さが15μmあるため、溝の深さは、23.5μmとなる。図1に示す本発明による光波長合分波器では、溝の深さは13.5μmであり、エッチングの深さを大幅に削減できることが分かる。これにより、加工可能な溝の最小幅を5μmから2.5μmに低減でき、その結果、アサーマル用の溝部での放射損失を1.5dBから0.5dBに低減することができた。   In the conventional optical wavelength multiplexer / demultiplexer as shown in FIG. 5, since the thickness of the upper clad is 15 μm, the depth of the groove is 23.5 μm. In the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention shown in FIG. 1, the groove depth is 13.5 μm, and it can be seen that the etching depth can be greatly reduced. As a result, the minimum width of the processable groove can be reduced from 5 μm to 2.5 μm, and as a result, the radiation loss in the athermal groove can be reduced from 1.5 dB to 0.5 dB.

図3は、図1の光波長合分波器に光ファイバを接続した状態を示している。入力用チャネル導波路および出力用チャネル導波路の上部クラッドの上には、板張りガラス302および304が接着され、光波長合分波器の入力および出力側の端面の面積を増加させている。これら端面にそれぞれ入力用ファイバブロック312および出力用ファイバグロック314を接着し、光波長合分波器の導波路に光ファイバ316および318を接続している。実際には、光波長合分波器とファイバブロックを接着する端面は、反射を防ぐために斜めに研磨されているが、図3では垂直に簡略化されている。   FIG. 3 shows a state where an optical fiber is connected to the optical wavelength multiplexer / demultiplexer of FIG. Sheet glass 302 and 304 are bonded on the upper clad of the input channel waveguide and the output channel waveguide to increase the area of the input and output side end faces of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer. An input fiber block 312 and an output fiber block 314 are bonded to these end faces, and optical fibers 316 and 318 are connected to the waveguide of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer. In practice, the end face that bonds the optical wavelength multiplexer / demultiplexer and the fiber block is polished obliquely to prevent reflection, but is simplified vertically in FIG.

板張りガラス302および304は、信頼性上、光波長合分波器の上面にしっかりと接着されていることが重要である。もし、図1の領域124および126の面積が小さいと、板張りガラス302および304との接着強度が弱くなってしまう。上部クラッドの厚い領域124および126における、光の導波しない部分の上部クラッドをメッシュ状に残すなどして、実効的に接着強度を増加させてもよい。なお、接着強度の観点から、領域124、126の幅は、少なくとも板張りガラス302、304の幅の半分以上に設定されていることが望ましい。   It is important that the glass plates 302 and 304 are firmly bonded to the upper surface of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer for reliability. If the areas of the regions 124 and 126 in FIG. 1 are small, the adhesive strength with the sheet glass 302 and 304 is weakened. The adhesive strength may be effectively increased by, for example, leaving a portion of the upper cladding where the light is not guided in the thick regions 124 and 126 of the upper cladding in a mesh shape. From the viewpoint of adhesive strength, it is desirable that the widths of the regions 124 and 126 are set to be at least half of the width of the sheet glass 302 or 304.

図4に、本発明の一実施例による非対称MZIを用いた光減衰器を示す。図中、一点鎖線で示した部分は、光減衰器の各部を模式的に拡大したものである。この光減衰器400は、2本の入力用導波路402と、2本の出力用導波路404と、2本のアーム導波路406とが、2つの3dB方向性結合器408で結ばれ、アーム導波路406の上には薄膜ヒータを用いた位相シフタ410が形成されている。また、アーム導波路の両側には、低消費電力および低偏波依存性を実現するために、熱の伝搬を遮断し、応力を解放する溝412が形成されている。さらに、低損失で光ファイバと接続するために、入力用導波路402の入力端および出力用導波路404の出力端には、スポットサイズ変換器414および416がそれぞれ形成されている。   FIG. 4 shows an optical attenuator using an asymmetric MZI according to an embodiment of the present invention. In the figure, the portion indicated by the alternate long and short dash line is a schematic enlargement of each portion of the optical attenuator. In this optical attenuator 400, two input waveguides 402, two output waveguides 404, and two arm waveguides 406 are connected by two 3 dB directional couplers 408. A phase shifter 410 using a thin film heater is formed on the waveguide 406. Further, on both sides of the arm waveguide, in order to realize low power consumption and low polarization dependency, grooves 412 that block heat propagation and release stress are formed. Further, spot size converters 414 and 416 are formed at the input end of the input waveguide 402 and the output end of the output waveguide 404, respectively, in order to connect to an optical fiber with low loss.

図7に示す従来の光減衰器700と比較して、図4に示す本発明による光減衰器400では、スポットサイズ変換器414および416をカバーする領域424および426の上部クラッドが、溝412をカバーする領域425の上部クラッドよりも厚くなっている。これは、スポットサイズ変換器414および416で導波光のモードフィールド径が拡大されるため、領域424および426の上部クラッドを厚くする一方で、溝412の加工精度を良くするため、領域425の上部クラッドを薄くした結果である。すなわち、スポットサイズ変換器414および416の上部クラッドを、スポットサイズ変換器での導波光のモードフィールド径に合わせて厚くすることにより、導波光がクラッドの外へ染み出し、損失が増大するのを防ぐことができる。他方、溝412の上部クラッドをコアでの導波光のモードフィールド径に合わせてできるだけ薄くすることにより、溝412をコアにできるだけ近接させて形成することができ、溝412での断熱効果が向上し、位相シフタ410での消費電力を低減することができる。   Compared to the conventional optical attenuator 700 shown in FIG. 7, in the optical attenuator 400 according to the present invention shown in FIG. 4, the upper clad in the regions 424 and 426 covering the spot size converters 414 and 416 has the groove 412. The covering region 425 is thicker than the upper cladding. This is because the mode field diameter of the guided light is enlarged by the spot size converters 414 and 416, so that the upper cladding of the regions 424 and 426 is thickened, while the processing accuracy of the groove 412 is improved, the upper portion of the region 425 is increased. This is a result of thinning the cladding. That is, by increasing the thickness of the upper cladding of the spot size converters 414 and 416 in accordance with the mode field diameter of the guided light in the spot size converter, the guided light oozes out of the cladding and the loss increases. Can be prevented. On the other hand, by making the upper clad of the groove 412 as thin as possible in accordance with the mode field diameter of the guided light in the core, the groove 412 can be formed as close as possible to the core, and the heat insulating effect in the groove 412 is improved. The power consumption in the phase shifter 410 can be reduced.

本実施例では、下部クラッドの厚さを15μm、コアの厚さを3.5μm、スポットサイズ変換器をカバーする領域424および426の上部クラッドの厚さを15μm、それ以外の領域425の上部クラッドの厚さを5μmに設計した。この場合、溝412の深さは、下部クラッド15μm、コア3.5μm、上部クラッド5μmの合計23.5μとなる。これは、図7に示す従来の光減衰器700の溝712の深さ33.5μm(下部クラッド15μm、コア3.5μm、上部クラッド15μm)に比べて、70%程度である。この結果、製造工程における±1μmのパターンのばらつきを±0.7μmに抑えることができるようになった。   In this embodiment, the thickness of the lower clad is 15 μm, the thickness of the core is 3.5 μm, the thickness of the upper clad in the regions 424 and 426 covering the spot size converter is 15 μm, and the upper clad in the other region 425 Was designed to have a thickness of 5 μm. In this case, the depth of the groove 412 is a total of 23.5 μm of the lower cladding 15 μm, the core 3.5 μm, and the upper cladding 5 μm. This is about 70% compared to the depth 33.5 μm (lower cladding 15 μm, core 3.5 μm, upper cladding 15 μm) of the groove 712 of the conventional optical attenuator 700 shown in FIG. As a result, the variation of ± 1 μm pattern in the manufacturing process can be suppressed to ± 0.7 μm.

なお、光減衰器400の製造工程は、図2に示すものと基本的に同じであるが、図2(c)の状態で薄膜ヒータおよび配線を形成するプロセスが加わることになる。また、本実施例においても、図3と同様に、入力用および出力用のファイバブロックを接着し、光減衰器の導波路に光ファイバを接続することができる。   The manufacturing process of the optical attenuator 400 is basically the same as that shown in FIG. 2, but a process of forming a thin film heater and wiring in the state shown in FIG. 2C is added. Also in this embodiment, similarly to FIG. 3, the input and output fiber blocks can be bonded, and the optical fiber can be connected to the waveguide of the optical attenuator.

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施例について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、本発明は、コアとクラッドの比屈折率差Δがどのような導波路に対しても適用することができる。また、本発明は、ガラス形成法に依存せず、火炎堆積法、スパッタ法、CVD法などで作製した光導波回路に適用できる。加えて、基板として石英基板を用いる場合は、石英基板が下部クラッドを兼ねてもよい。さらに、代表的な光導波回路として、アサーマルAWGおよび非対称MZIを取り上げたが、スポットサイズ変換器を有し、溝などの加工を行う必要がある任意の光導波回路に適用可能である。したがって、ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。   While the present invention has been described with respect to several embodiments, the embodiments described herein are merely illustrative in view of many possible forms to which the principles of the present invention can be applied. It is not intended to limit the scope of the invention. For example, the present invention can be applied to any waveguide having a relative refractive index difference Δ between the core and the clad. Further, the present invention can be applied to an optical waveguide circuit manufactured by a flame deposition method, a sputtering method, a CVD method or the like without depending on the glass forming method. In addition, when a quartz substrate is used as the substrate, the quartz substrate may also serve as the lower cladding. Furthermore, although the athermal AWG and the asymmetric MZI are taken up as typical optical waveguide circuits, the present invention can be applied to any optical waveguide circuit that has a spot size converter and needs to process a groove or the like. Therefore, the configuration and details of the embodiment exemplified herein can be changed without departing from the spirit of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.

本発明の一実施例による光波長合分波器を示す図である。It is a figure which shows the optical wavelength multiplexer / demultiplexer by one Example of this invention. 本発明の一実施例による光波長合分波器の製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer by one Example of this invention. 本発明の一実施例による光波長合分波器に光ファイバを接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which connected the optical fiber to the optical wavelength multiplexer / demultiplexer by one Example of this invention. 本発明の一実施例による光減衰器を示す図である。It is a figure which shows the optical attenuator by one Example of this invention. 従来の光波長合分波器を示す図である。It is a figure which shows the conventional optical wavelength multiplexer / demultiplexer. 従来の光波長合分波器の製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the conventional optical wavelength multiplexer / demultiplexer. 従来の光減衰器を示す図である。It is a figure which shows the conventional optical attenuator.

符号の説明Explanation of symbols

100 光波長合分波器
102 入力用チャネル導波路
104 出力用チャネル導波路
106 チャネル導波路アレイ
108 入力側スラブ導波路
110 出力側スラブ導波路
112 溝
114,116 スポットサイズ変換器
118 基板
124,126 上部クラッドが厚い領域
125 上部クラッドが薄い領域
202 基板
204 下部クラッド
206 コア
208 上部クラッド
210,212 レジストパターン
214 溝
216 シリコーン樹脂
302,304 板張りガラス
312 入力用ファイバブロック
314 出力用ファイバグロック
316,318 光ファイバ
400 光減衰器
402 入力用導波路
404 出力用導波路
406 アーム導波路
408 方向性結合器
410 位相シフタ
412 溝
414,416 スポットサイズ変換器
424,426 上部クラッドが厚い領域
425 上部クラッドが薄い領域
428 基板
500 光波長合分波器
502 入力用チャネル導波路
504 出力用チャネル導波路
506 チャネル導波路アレイ
508 入力側スラブ導波路
510 出力側スラブ導波路
512 溝
514,516 スポットサイズ変換器
518 基板
602 基板
604 下部クラッド
606 コア
608 上部クラッド
610 レジストパターン
612 溝
614 シリコーン樹脂
700 光減衰器
702 入力用導波路
704 出力用導波路
706 アーム導波路
708 方向性結合器
710 位相シフタ
712 溝
714,716 スポットサイズ変換器
718 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical wavelength multiplexer / demultiplexer 102 Input channel waveguide 104 Output channel waveguide 106 Channel waveguide array 108 Input side slab waveguide 110 Output side slab waveguide 112 Groove 114,116 Spot size converter 118 Substrate 124,126 Region where the upper clad is thick 125 Region where the upper clad is thin 202 Substrate 204 Lower clad 206 Core 208 Upper clad 210, 212 Resist pattern 214 Groove 216 Silicone resin 302, 304 Plated glass 312 Input fiber block 314 Output fiber block 316, 318 Light Fiber 400 Optical attenuator 402 Input waveguide 404 Output waveguide 406 Arm waveguide 408 Directional coupler 410 Phase shifter 412 Groove 414, 416 Spot size converter 24,426 Region where the upper cladding is thick 425 Region where the upper cladding is thin 428 Substrate 500 Optical wavelength multiplexer / demultiplexer 502 Input channel waveguide 504 Output channel waveguide 506 Channel waveguide array 508 Input side slab waveguide 510 Output side slab Waveguide 512 Groove 514, 516 Spot size converter 518 Substrate 602 Substrate 604 Lower clad 606 Core 608 Upper clad 610 Resist pattern 612 Groove 614 Silicone resin 700 Optical attenuator 702 Input waveguide 704 Output waveguide 706 Arm waveguide 708 Directional coupler 710 Phase shifter 712 Groove 714, 716 Spot size converter 718 Substrate

Claims (4)

光ファイバとの接続のために入力用光導波路または出力用光導波路にスポットサイズ変換部と、その他の光導波路部とを備えた光導波回路であって、
前記その他の光導波路の上部クラッドの厚さA1は、前記その他の光導波路のコアの厚さをB1、前記その他の光導波路における導波光の最大モードフィールド径をR1としたときに、次式を満足し、
A1≧(R1−B1)/2
前記スポットサイズ変換部の上部クラッドの厚さA2は、前記スポットサイズ変換部のコアの厚さをB2、前記スポットサイズ変換部における導波光の最大モードフィールド径をR2としたときに、次式を満足し、
A2≧(R2−B2)/2
前記スポットサイズ変換部の上部クラッドの厚さA2は、前記その他の光導波路の上部クラッドの厚さA1よりも厚くなるように、すなわち、A2>A1を満たすように構成され、上部クラッドの厚さA1の領域に、溝が形成されたことを特徴とする光導波回路。
An optical waveguide circuit provided with an input optical waveguide or an output optical waveguide for connection with an optical fiber, a spot size conversion unit, and another optical waveguide unit,
The thickness A1 of the upper clad of the other optical waveguide is expressed by the following equation when the thickness of the core of the other optical waveguide is B1 and the maximum mode field diameter of the guided light in the other optical waveguide is R1. Satisfied,
A1 ≧ (R1-B1) / 2
The thickness A2 of the upper clad of the spot size converter is expressed by the following equation, where B2 is the core thickness of the spot size converter and R2 is the maximum mode field diameter of the guided light in the spot size converter. Satisfied,
A2 ≧ (R2-B2) / 2
The thickness A2 of the upper clad of the spot size converting portion is configured to be larger than the thickness A1 of the upper clad of the other optical waveguides, that is, to satisfy A2> A1, and the thickness of the upper clad An optical waveguide circuit , wherein a groove is formed in a region A1 .
請求項に記載の光導波回路であって、
上部クラッドの厚さA2の領域は、光導波回路の入力または出力端面から一定の範囲を占め、当該領域に板張りガラスが接着され、前記入力用光導波路または出力用導波路に光ファイバが接続されるように構成されたことを特徴とする光導波回路。
The optical waveguide circuit according to claim 1 ,
The region of the thickness A2 of the upper clad occupies a certain range from the input or output end face of the optical waveguide circuit, and a sheet glass is adhered to the region, and an optical fiber is connected to the input optical waveguide or the output waveguide. An optical waveguide circuit configured as described above.
スポットサイズ変換部を備えた光導波回路の製造方法であって、
基板上に下部クラッドを形成するステップと、
前記下部クラッド上にスポットサイズ変換部を備えたコアを形成するステップと、
前記コアおよび下部クラッド上に上部クラッドを形成するステップであって、前記上部クラッドの厚さA2が、前記スポットサイズ変換部のコアの厚さをB2、前記スポットサイズ変換部における導波光の最大モードフィールド径をR2としたとき、A2≧(R2−B2)/2となるよう前記上部クラッドを形成するステップと、
前記スポットサイズ変換部以外の光導波路部の上部クラッドをエッチングするステップであて、前記光導波路部の上部クラッドの厚さA1が、前記光導波路部のコアの厚さをB1、前記光導波路部における導波光の最大モードフィールド径をR1としたとき、A2>A1≧(R1−B1)/2となるように前記光導波路部の上部クラッドをエッチングするステップと
上部クラッドの厚さA1の領域に、溝を形成するステップと
を備えることを特徴とする光導波回路の製造方法。
A method of manufacturing an optical waveguide circuit including a spot size conversion unit,
Forming a lower cladding on a substrate;
Forming a core with a spot size converter on the lower cladding;
Forming an upper clad on the core and the lower clad, wherein the thickness A2 of the upper clad is B2 of the core of the spot size converter, and the maximum mode of guided light in the spot size converter Forming the upper cladding so that A2 ≧ (R2-B2) / 2 when the field diameter is R2,
Said Tsu step der etching the upper cladding of the optical waveguide portion other than the spot size converting unit, the thickness of the upper cladding of the optical waveguide portion A1 is, the thickness of the core of the optical waveguide portion B1, the optical waveguide Etching the upper clad of the optical waveguide portion so that A2> A1 ≧ (R1-B1) / 2, where R1 is the maximum mode field diameter of the guided light in the portion ;
And a step of forming a groove in a region of the upper clad having a thickness A1 .
請求項に記載の光導波回路の製造方法であって、
上部クラッドの厚さA2の領域に、光ファイバ接続用の板張りガラスを接着するステップをさらに備えることを特徴とする光導波回路の製造方法。
It is a manufacturing method of the optical waveguide circuit according to claim 3 ,
A method of manufacturing an optical waveguide circuit, further comprising the step of adhering a glass sheet for connecting an optical fiber to a region of thickness A2 of the upper clad.
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