JPH05323138A - 積層型光導波回路 - Google Patents
積層型光導波回路Info
- Publication number
- JPH05323138A JPH05323138A JP12478492A JP12478492A JPH05323138A JP H05323138 A JPH05323138 A JP H05323138A JP 12478492 A JP12478492 A JP 12478492A JP 12478492 A JP12478492 A JP 12478492A JP H05323138 A JPH05323138 A JP H05323138A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- optical
- laminated
- circuit
- waveguides
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 異なる導波路パラメータを有する導波路を同
一基板上に積層構造として作製し、基板に垂直方向の光
結合を行うことにより、光導波回路の機能を拡大する。 【構成】 積層型光導波回路は、第１の光導波路３と第
２の光導波路５のそれぞれの光軸の平行な部分が基板１
に対して垂直方向に近接配置された構成の積層型方向性
結合器を具えている。
一基板上に積層構造として作製し、基板に垂直方向の光
結合を行うことにより、光導波回路の機能を拡大する。 【構成】 積層型光導波回路は、第１の光導波路３と第
２の光導波路５のそれぞれの光軸の平行な部分が基板１
に対して垂直方向に近接配置された構成の積層型方向性
結合器を具えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機能の異なる光導波回
路が同一基板上に積層された積層型光導波回路に関する
ものである。
路が同一基板上に積層された積層型光導波回路に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムに使われる光部品とし
て、光導波路により構成される導波型光回路はフォトリ
ソグラフィ技術により一括大量形成でき、複雑な回路の
集積化の可能性のある部品形態として注目されている。
特に、石英ガラス基板あるいはシリコン基板上に石英系
ガラス材料を基本として構成される石英系光導波路は、
石英系光ファイバとの接続にも適し低損失であることか
ら、実用的な導波型光回路として開発が進んでいる。
て、光導波路により構成される導波型光回路はフォトリ
ソグラフィ技術により一括大量形成でき、複雑な回路の
集積化の可能性のある部品形態として注目されている。
特に、石英ガラス基板あるいはシリコン基板上に石英系
ガラス材料を基本として構成される石英系光導波路は、
石英系光ファイバとの接続にも適し低損失であることか
ら、実用的な導波型光回路として開発が進んでいる。
【０００３】光通信方式およびその装置系が複雑高度化
するに伴い、光導波回路には、回路の大規模集積化、多
機能化の要求が高まってきている。
するに伴い、光導波回路には、回路の大規模集積化、多
機能化の要求が高まってきている。
【０００４】図５は従来製作されていた石英系光導波路
の導波回路の一例であって、リング共振器を示す。図５
（ａ）は上面図、図５（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った拡
大断面図であって、２１は基板、２２は下側クラッド
層、２３はリング導波路、２４は入出力用の導波路、２
５は上側クラッド層である。リング共振器の共振ピーク
間隔ＦＳＲはリング部の半径ｒで、
の導波回路の一例であって、リング共振器を示す。図５
（ａ）は上面図、図５（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った拡
大断面図であって、２１は基板、２２は下側クラッド
層、２３はリング導波路、２４は入出力用の導波路、２
５は上側クラッド層である。リング共振器の共振ピーク
間隔ＦＳＲはリング部の半径ｒで、
【０００５】
【数１】
【０００６】のように決定される。光ファイバとの整合
をとった石英系導波路では最小曲がり半径は５ｍｍであ
り、ＦＳＲを６．５ＧＨｚ以上に大きくすることはでき
ないという問題があった。
をとった石英系導波路では最小曲がり半径は５ｍｍであ
り、ＦＳＲを６．５ＧＨｚ以上に大きくすることはでき
ないという問題があった。
【０００７】図６は従来製作されていた石英系光導波路
の導波回路の他の例であって、マッハツェンダ干渉計を
組み合せたＦＭＤフィルタを示す。図６（ａ）は上面
図、図６（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った拡大断面図であ
って、２６および２７はそれぞれ導波路である。マッハ
ツェンダ干渉計で分離される光周波数間隔Δｆは、２本
の導波路の光学的光路長差ΔＬで、
の導波回路の他の例であって、マッハツェンダ干渉計を
組み合せたＦＭＤフィルタを示す。図６（ａ）は上面
図、図６（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った拡大断面図であ
って、２６および２７はそれぞれ導波路である。マッハ
ツェンダ干渉計で分離される光周波数間隔Δｆは、２本
の導波路の光学的光路長差ΔＬで、
【０００８】
【数２】
【０００９】のように決定される。光周波数間隔Δｆを
狭くするために、曲がり導波路を用いて光学的行路長差
ΔＬを大きく設定している。しかしながら、曲がり半径
を５ｍｍ以下にできないために、マッハツェンダ干渉計
１段当たりの寸法が大きくなってしまい、多数のＦＭＤ
フィルタを１枚の基板上に集積化することは寸法上の問
題により限界があった。
狭くするために、曲がり導波路を用いて光学的行路長差
ΔＬを大きく設定している。しかしながら、曲がり半径
を５ｍｍ以下にできないために、マッハツェンダ干渉計
１段当たりの寸法が大きくなってしまい、多数のＦＭＤ
フィルタを１枚の基板上に集積化することは寸法上の問
題により限界があった。
【００１０】このような問題を解決する方法として、最
小曲がり半径を小さくすることができる比屈折率差Δが
高くコア寸法の小さい高Δ導波路を用いる方法がある。
ここで、高Δ導波路とは、コアとクラッドとの比屈折率
差が０．７５％以上の導波路をいい、低Δ導波路とはコ
アとクラッドとの比屈折率差が０．７５％以下のものを
いう。しかしながら、高Δ導波路は光ファイバとの整合
が悪いため導波路とファイバの接続点において大きな損
失が生じたり、高Δ導波路の光フィールド径が数μｍと
小さいため光ファイバとの高精度な接続技術が必要であ
る、等という問題があった。
小曲がり半径を小さくすることができる比屈折率差Δが
高くコア寸法の小さい高Δ導波路を用いる方法がある。
ここで、高Δ導波路とは、コアとクラッドとの比屈折率
差が０．７５％以上の導波路をいい、低Δ導波路とはコ
アとクラッドとの比屈折率差が０．７５％以下のものを
いう。しかしながら、高Δ導波路は光ファイバとの整合
が悪いため導波路とファイバの接続点において大きな損
失が生じたり、高Δ導波路の光フィールド径が数μｍと
小さいため光ファイバとの高精度な接続技術が必要であ
る、等という問題があった。
【００１１】また、導波回路に増幅機能や高速スイッチ
ング機能を付加するためには、希土類添加導波路や半導
体導波路など異なる導波路を用いることが必要となる。
しかし、従来の石英系導波回路は同一平面上に光導波路
を製作して光回路を構成しているために、同一平面上に
異なる寸法の導波路や異なる材料の導波路を作製するこ
とは製作工程上の困難さがあった。
ング機能を付加するためには、希土類添加導波路や半導
体導波路など異なる導波路を用いることが必要となる。
しかし、従来の石英系導波回路は同一平面上に光導波路
を製作して光回路を構成しているために、同一平面上に
異なる寸法の導波路や異なる材料の導波路を作製するこ
とは製作工程上の困難さがあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
を鑑みてなされたものであり、異なる導波路パラメータ
（比屈折率、コア寸法、材料）を有する導波路を同一基
板上に積層構造として作製し、基板に垂直方向の光結合
を行うことにより、光導波回路の機能を拡大するもので
ある。
を鑑みてなされたものであり、異なる導波路パラメータ
（比屈折率、コア寸法、材料）を有する導波路を同一基
板上に積層構造として作製し、基板に垂直方向の光結合
を行うことにより、光導波回路の機能を拡大するもので
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による積層型光導波回路は基板上に形成され
た第１の導波路と、該第１の導波路の位置する平面とク
ラッド層を介して上面に形成された第２の導波路を含む
積層構造を有する光導波回路であって、該光導波回路
は、前記第１の光導波路と第２の光導波路のそれぞれの
光軸の平行な部分が基板に対して垂直方向に近接配置さ
れた構成の積層型方向性結合器を具えたことを特徴とす
る。
に、本発明による積層型光導波回路は基板上に形成され
た第１の導波路と、該第１の導波路の位置する平面とク
ラッド層を介して上面に形成された第２の導波路を含む
積層構造を有する光導波回路であって、該光導波回路
は、前記第１の光導波路と第２の光導波路のそれぞれの
光軸の平行な部分が基板に対して垂直方向に近接配置さ
れた構成の積層型方向性結合器を具えたことを特徴とす
る。
【００１４】さらに積層型光導波回路は基板上に形成さ
れた第１の導波路と、該第１の導波路の位置する平面と
クラッド層を介して上面に形成された第２の導波路を含
む積層構造を有する光導波回路であって、前記第１の導
波路と第２の導波路のいずれか一方がリング状導波路で
あり、該リング状導波路と他方の導波路との間で請求項
１に記載の積層型方向性結合器が少なくとも１個形成さ
れている積層型リング共振器を具えたことを特徴とす
る。
れた第１の導波路と、該第１の導波路の位置する平面と
クラッド層を介して上面に形成された第２の導波路を含
む積層構造を有する光導波回路であって、前記第１の導
波路と第２の導波路のいずれか一方がリング状導波路で
あり、該リング状導波路と他方の導波路との間で請求項
１に記載の積層型方向性結合器が少なくとも１個形成さ
れている積層型リング共振器を具えたことを特徴とす
る。
【００１５】さらにまた、積層型光導波回路は基板上に
形成された第１の導波路と、該第１の導波路の位置する
平面とクラッド層を介して上面に形成された第２の導波
路を含む積層構造を有する光導波回路であって、前記第
１の導波路と第２の導波路の間で５０％の光パワー結合
を２箇所で行うための請求項１に記載の積層型方向性結
合器を２個有し、前記２個の積層型方向性結合器間を結
合する第１の導波路と第２の導波路の光学的光路長を異
ならせた積層型マッハツェンダ干渉計を具えたことを特
徴とする。
形成された第１の導波路と、該第１の導波路の位置する
平面とクラッド層を介して上面に形成された第２の導波
路を含む積層構造を有する光導波回路であって、前記第
１の導波路と第２の導波路の間で５０％の光パワー結合
を２箇所で行うための請求項１に記載の積層型方向性結
合器を２個有し、前記２個の積層型方向性結合器間を結
合する第１の導波路と第２の導波路の光学的光路長を異
ならせた積層型マッハツェンダ干渉計を具えたことを特
徴とする。
【００１６】第１の導波路と第２の導波路の構造パラメ
ータ、即ち、比屈折率差、コア寸法、コア材料、が互い
に異なるものを用いてもよい。
ータ、即ち、比屈折率差、コア寸法、コア材料、が互い
に異なるものを用いてもよい。
【００１７】さらに、第１の導波路の比屈折率差が第２
の導波路よりも高く、かつ、互いの規格化周波数（Ｖパ
ラメータ）はほぼ等しくなるコア寸法を有してもよい。
の導波路よりも高く、かつ、互いの規格化周波数（Ｖパ
ラメータ）はほぼ等しくなるコア寸法を有してもよい。
【００１８】
【作用】本発明による積層型光導波回路は、積層された
導波路により構成されるため、異なる導波路パラメータ
（比屈折率、コア寸法、材料など）を有する導波路を同
一基板上に作製でき、かつ、互いの導波路間において垂
直方向の光結合を行うことができる。そのため、光ファ
イバとの整合がよい低Δ導波路と微小曲がり導波路に適
した高Δ導波路を組み合わせることにより、導波回路の
高密度集積化・高機能化と低損失な光ファイバ接続を両
立することが可能となる。また、石英系導波路と有機系
導波路、石英系導波路と希土類添加導波路のように材料
の異なる導波路同士を同一基板上に作製することが可能
となるため、低損失な石英系導波路の特徴を活かしたま
ま、超高速光スイッチや導波路型光増幅器を実現するこ
とができる。
導波路により構成されるため、異なる導波路パラメータ
（比屈折率、コア寸法、材料など）を有する導波路を同
一基板上に作製でき、かつ、互いの導波路間において垂
直方向の光結合を行うことができる。そのため、光ファ
イバとの整合がよい低Δ導波路と微小曲がり導波路に適
した高Δ導波路を組み合わせることにより、導波回路の
高密度集積化・高機能化と低損失な光ファイバ接続を両
立することが可能となる。また、石英系導波路と有機系
導波路、石英系導波路と希土類添加導波路のように材料
の異なる導波路同士を同一基板上に作製することが可能
となるため、低損失な石英系導波路の特徴を活かしたま
ま、超高速光スイッチや導波路型光増幅器を実現するこ
とができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。
説明する。
【００２０】図１は、本発明の第１の実施例を示したも
のである。図１（ａ）は、積層型方向性結合器を説明す
る斜視図であり、図１（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図
１（ａ）の（ｂ）面および（ｃ）面で切った断面図であ
る。図１において、１は基板、２は下側クラッド層、３
は第１の導波路コア、４は中間クラッド層、５は第２の
導波路コア、６は上側クラッド層、７は垂直方向の光結
合を行う結合部分である。導波路の特性を示す指針とし
て規格化周波数（Ｖパラメータ）があり、規格化周波数
により導波路パラメータが異なる導波路でも、伝搬モー
ドの数や光の閉じ込め作用等を統一的に評価することが
できる。したがって、異なるパラメータを有する導波路
でも、規格化周波数が等しければ、光の閉じ込め作用等
の導波路特性が等しくなる。規格化周波数Ｖは、導波路
コアの屈折率をｎcore、伝搬光の波長をλ、導波路コア
半幅をａ、導波路の比屈折率差をΔとすると、
のである。図１（ａ）は、積層型方向性結合器を説明す
る斜視図であり、図１（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図
１（ａ）の（ｂ）面および（ｃ）面で切った断面図であ
る。図１において、１は基板、２は下側クラッド層、３
は第１の導波路コア、４は中間クラッド層、５は第２の
導波路コア、６は上側クラッド層、７は垂直方向の光結
合を行う結合部分である。導波路の特性を示す指針とし
て規格化周波数（Ｖパラメータ）があり、規格化周波数
により導波路パラメータが異なる導波路でも、伝搬モー
ドの数や光の閉じ込め作用等を統一的に評価することが
できる。したがって、異なるパラメータを有する導波路
でも、規格化周波数が等しければ、光の閉じ込め作用等
の導波路特性が等しくなる。規格化周波数Ｖは、導波路
コアの屈折率をｎcore、伝搬光の波長をλ、導波路コア
半幅をａ、導波路の比屈折率差をΔとすると、
【００２１】
【数３】 Ｖ＝π（２ａ／λ）ｎcore（２Δ）1/2 （３） で表される。
【００２２】本実施例では、第１の導波路としてΔ＝２
％でコア寸法３〜４μｍ角の高Δ導波路を、第２の導波
路としてはΔ＝０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低
Δ導波路を用いた。上記の導波路パラメータを用いる
と、波長１．５５μｍの信号光に対して、第１と第２の
導波路の規格化周波数はともにＶ＝０．７５πとなる。
本実施例での導波路は厳密な単一モード導波路ではない
が、高次モードは曲がり導波路などにおいて導波路外に
放射されてしまうため、実質的な単一モード導波路とし
て動作する。光結合部分７では、互いの導波路の中心が
基板に対する垂直線上に配列するようになっており、導
波路間の間隔は１μｍである。本実施例のように、第１
の導波路３と第２の導波路５の導波路パラメータが異な
るような積層型方向性結合器は、１００％の最大結合率
は実現できない。しかし、導波路間の間隔などを調整す
ることで、５０％程度までの結合率を得ることができ
る。光結合部分において、上下の導波路の中心は基板に
対する同一垂直線上に一致することがもっとも望まし
い。上下のコアの寸法が異なる場合には、小さいコアを
大きなコアが完全に覆うこと、あるいは小さいコアが大
きなコアの上に完全に載っていることが望ましい。しか
し双方のコアの寸法がほぼ等しい場合にはコアはその幅
のほぼ１／２程度までずれても結合は可能である。
％でコア寸法３〜４μｍ角の高Δ導波路を、第２の導波
路としてはΔ＝０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低
Δ導波路を用いた。上記の導波路パラメータを用いる
と、波長１．５５μｍの信号光に対して、第１と第２の
導波路の規格化周波数はともにＶ＝０．７５πとなる。
本実施例での導波路は厳密な単一モード導波路ではない
が、高次モードは曲がり導波路などにおいて導波路外に
放射されてしまうため、実質的な単一モード導波路とし
て動作する。光結合部分７では、互いの導波路の中心が
基板に対する垂直線上に配列するようになっており、導
波路間の間隔は１μｍである。本実施例のように、第１
の導波路３と第２の導波路５の導波路パラメータが異な
るような積層型方向性結合器は、１００％の最大結合率
は実現できない。しかし、導波路間の間隔などを調整す
ることで、５０％程度までの結合率を得ることができ
る。光結合部分において、上下の導波路の中心は基板に
対する同一垂直線上に一致することがもっとも望まし
い。上下のコアの寸法が異なる場合には、小さいコアを
大きなコアが完全に覆うこと、あるいは小さいコアが大
きなコアの上に完全に載っていることが望ましい。しか
し双方のコアの寸法がほぼ等しい場合にはコアはその幅
のほぼ１／２程度までずれても結合は可能である。
【００２３】このような構成の積層型光導波回路は、図
２に示す石英系導波回路の作製工程を経て作製される。
２に示す石英系導波回路の作製工程を経て作製される。
【００２４】即ち、例えば直径４インチ、厚さ１ｍｍの
シリコン基板上１に火炎堆積（フレームハイドロシスデ
ィポジション，ＦＨＤ）法によって、まず第１下側クラ
ッド層２として組成がＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 の
石英系ガラス膜を２０μｍ堆積する（図２（ａ））。ガ
ラスの透明化は、温度１４００℃のＨｅとＯ2 の混合雰
囲気中で行った。
シリコン基板上１に火炎堆積（フレームハイドロシスデ
ィポジション，ＦＨＤ）法によって、まず第１下側クラ
ッド層２として組成がＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 の
石英系ガラス膜を２０μｍ堆積する（図２（ａ））。ガ
ラスの透明化は、温度１４００℃のＨｅとＯ2 の混合雰
囲気中で行った。
【００２５】次に、第１の導波路３のコア膜として組成
がＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 の石英系ガラスをＥＣＲ堆積法を
用いて堆積した（図２（ｂ））。今回の実施例ではＥＣ
Ｒ堆積を用いたが、ＣＶＤ堆積やスパッタ堆積およびＦ
ＨＤ堆積法を用いても、コア膜を作製することが可能で
ある。その後、反応性イオンエッチングにより第１の導
波路３を形成する。
がＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 の石英系ガラスをＥＣＲ堆積法を
用いて堆積した（図２（ｂ））。今回の実施例ではＥＣ
Ｒ堆積を用いたが、ＣＶＤ堆積やスパッタ堆積およびＦ
ＨＤ堆積法を用いても、コア膜を作製することが可能で
ある。その後、反応性イオンエッチングにより第１の導
波路３を形成する。
【００２６】次に、中間クラッド層４として組成がＳｉ
Ｏ2 の石英ガラスをＥＣＲ堆積法で１μｍ堆積する（図
２（ｃ））。その際、特開平２−２２１９０４号公報に
開示されている導波路クラッド膜平坦化技術を用いて、
表面が平坦な中間クラッド層４を形成した。今回の実施
例ではＥＣＲ堆積法を用いて平坦な中間クラッド層を作
製したが、ＣＶＤ堆積法でも、またはスパッタ堆積法お
よびＦＨＤ堆積法で堆積した後、研磨などにより表面を
平坦にする方法でも同様に作製することが可能である。
Ｏ2 の石英ガラスをＥＣＲ堆積法で１μｍ堆積する（図
２（ｃ））。その際、特開平２−２２１９０４号公報に
開示されている導波路クラッド膜平坦化技術を用いて、
表面が平坦な中間クラッド層４を形成した。今回の実施
例ではＥＣＲ堆積法を用いて平坦な中間クラッド層を作
製したが、ＣＶＤ堆積法でも、またはスパッタ堆積法お
よびＦＨＤ堆積法で堆積した後、研磨などにより表面を
平坦にする方法でも同様に作製することが可能である。
【００２７】次に、第１の導波路と同様にして第２の導
波路５を形成した（図２（ｄ））。最後に、ＦＨＤ堆積
法を用いて、第２の導波路５を埋め込む上側クラッド層
６として組成がＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 の石英系
ガラス膜を２０μｍ堆積する（図２（ｅ））。ガラスの
透明化は、温度１２００℃のＨｅとＯ2 の混合雰囲気中
で行った。
波路５を形成した（図２（ｄ））。最後に、ＦＨＤ堆積
法を用いて、第２の導波路５を埋め込む上側クラッド層
６として組成がＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 の石英系
ガラス膜を２０μｍ堆積する（図２（ｅ））。ガラスの
透明化は、温度１２００℃のＨｅとＯ2 の混合雰囲気中
で行った。
【００２８】図３は、本発明の第２の実施例を示したも
のである。図３（ａ）は、積層型リング共振回路を説明
する斜視図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った
断面図である。図３において、１は基板、２は下側クラ
ッド層、８はリング導波路、４は中間クラッド層、９は
入出力用の導波路、６は上側クラッド層、１０はリング
導波路と入出力導波路との垂直方向の光結合を行う積層
方向性結合器である。本実施例では、リング導波路８と
してΔ＝２％でコア寸法３〜４μｍ角の高Δ導波路を半
径２ｍｍで曲げて用い、入出力導波路９としてはΔ＝
０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低Δ導波路を用い
た。光結合部分１０では、互いの導波路の中心が垂直線
上に配列するようになっており、導波路間の間隙は１μ
ｍである。
のである。図３（ａ）は、積層型リング共振回路を説明
する斜視図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ｂ線に沿った
断面図である。図３において、１は基板、２は下側クラ
ッド層、８はリング導波路、４は中間クラッド層、９は
入出力用の導波路、６は上側クラッド層、１０はリング
導波路と入出力導波路との垂直方向の光結合を行う積層
方向性結合器である。本実施例では、リング導波路８と
してΔ＝２％でコア寸法３〜４μｍ角の高Δ導波路を半
径２ｍｍで曲げて用い、入出力導波路９としてはΔ＝
０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低Δ導波路を用い
た。光結合部分１０では、互いの導波路の中心が垂直線
上に配列するようになっており、導波路間の間隙は１μ
ｍである。
【００２９】入出力用に低Δ導波路を用いたため、光フ
ァイバとの接続損失は０．５ｄＢ以下と小さく、リング
導波路として曲げ半径の小さくできる高Δ導波路を用い
たため半径２ｍｍの微小リングを作製できるようになっ
た。１６ＧＨｚと従来の３倍近いＦＳＲを実現すること
ができた。なお、図３ではリング導波路が入出力用導波
路の下方にある例を示したが、上下の関係はこの逆であ
ってもよい。
ァイバとの接続損失は０．５ｄＢ以下と小さく、リング
導波路として曲げ半径の小さくできる高Δ導波路を用い
たため半径２ｍｍの微小リングを作製できるようになっ
た。１６ＧＨｚと従来の３倍近いＦＳＲを実現すること
ができた。なお、図３ではリング導波路が入出力用導波
路の下方にある例を示したが、上下の関係はこの逆であ
ってもよい。
【００３０】本実施例の積層型リング共振回路において
は、第１と第２の導波路は比屈折率差Δは異なるが材料
が同じ石英系導波路で作製した。しかし、本発明の積層
型導波回路は第１と第２の導波路を別々の工程で作製す
るため、それぞれの導波路を異なる材料系で作製するこ
とが可能である。そこで、リング導波路８にＥr を添加
した希土類添加導波路を用い、積層型方向性結合器１０
の結合率を希土類導波路の励起波長０．９８μｍでは９
８％以上に大きく、１．５５μｍの波長では１％程度に
小さくすることにより、積層型リングレーザを作製する
ことができる。回路構造は図３の積層型リング共振器と
同じであるので、図３により積層型リングレーザの動作
を説明する。０．９８μｍの励起光を図３の左上側と右
下側の導波路より入力する。積層型方向性結合器におい
て、励起光は９８％以上のパワーが希土類元素が添加さ
れたリング導波路に結合し、リング導波路内で希土類元
素を励起し波長１．５５μｍ付近の自然放出光を生ず
る。これらのうち、リング共振回路の共振波長と一致す
る波長の光はリング導波路を繰り返し伝搬するため、誘
導放出作用によって増幅されていくことになる。リング
導波路での損失や積層型方向性結合器での透過などで失
われるパワーと、リング導波路内での誘導放出によって
増幅されるパワーがつり合う状態になると発振を開始す
る。この発振光は、積層型方向性結合器を介して、左下
側と右上側の導波路より取り出される。本実施例では、
波長間隔１６ＧＨｚで多モード発振する積層型リングレ
ーザを実現できた。
は、第１と第２の導波路は比屈折率差Δは異なるが材料
が同じ石英系導波路で作製した。しかし、本発明の積層
型導波回路は第１と第２の導波路を別々の工程で作製す
るため、それぞれの導波路を異なる材料系で作製するこ
とが可能である。そこで、リング導波路８にＥr を添加
した希土類添加導波路を用い、積層型方向性結合器１０
の結合率を希土類導波路の励起波長０．９８μｍでは９
８％以上に大きく、１．５５μｍの波長では１％程度に
小さくすることにより、積層型リングレーザを作製する
ことができる。回路構造は図３の積層型リング共振器と
同じであるので、図３により積層型リングレーザの動作
を説明する。０．９８μｍの励起光を図３の左上側と右
下側の導波路より入力する。積層型方向性結合器におい
て、励起光は９８％以上のパワーが希土類元素が添加さ
れたリング導波路に結合し、リング導波路内で希土類元
素を励起し波長１．５５μｍ付近の自然放出光を生ず
る。これらのうち、リング共振回路の共振波長と一致す
る波長の光はリング導波路を繰り返し伝搬するため、誘
導放出作用によって増幅されていくことになる。リング
導波路での損失や積層型方向性結合器での透過などで失
われるパワーと、リング導波路内での誘導放出によって
増幅されるパワーがつり合う状態になると発振を開始す
る。この発振光は、積層型方向性結合器を介して、左下
側と右上側の導波路より取り出される。本実施例では、
波長間隔１６ＧＨｚで多モード発振する積層型リングレ
ーザを実現できた。
【００３１】リング導波路以外に希土類元素が添加され
ていると、発振光に対しては吸収損失となる上、励起光
に対しては必要以外の部分で希土類元素を励起してしま
うことになるので発振効率を低下してしまうことにな
る。しかし、本発明では希土類元素をリング導波路のみ
に添加できるため、このような問題を解消することがで
きる。
ていると、発振光に対しては吸収損失となる上、励起光
に対しては必要以外の部分で希土類元素を励起してしま
うことになるので発振効率を低下してしまうことにな
る。しかし、本発明では希土類元素をリング導波路のみ
に添加できるため、このような問題を解消することがで
きる。
【００３２】図４は、本発明の第３の実施例を示したも
のである。図４（ａ）は、積層型マッハツェンダ干渉回
路を説明する斜視図であり、図４（ｂ）はそのＡ−Ｂ線
に沿った断面図である。図４において、１は基板、２は
下側クラッド層、１１はマッハツェンダ干渉系の長アー
ム側の高Δ導波路、４は中間クラッド層、１２はマッハ
ツェンダ干渉系の短アーム側の低Δ導波路、６は上側ク
ラッド層、１３は垂直方向に５０％の光結合を行う積層
型方向性結合器である。本実施例では、高Δ導波路１１
としてΔ＝２％でコア寸法が３〜４μｍ角の高Δ導波路
を半径２ｍｍで曲げて用い、低Δ導波路１２としてはΔ
＝０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低Δ導波路を用
いた。光結合部分１３では、互いの導波路の中心が垂直
線上に配列するようになっており、導波路間の間隙は１
μｍである。
のである。図４（ａ）は、積層型マッハツェンダ干渉回
路を説明する斜視図であり、図４（ｂ）はそのＡ−Ｂ線
に沿った断面図である。図４において、１は基板、２は
下側クラッド層、１１はマッハツェンダ干渉系の長アー
ム側の高Δ導波路、４は中間クラッド層、１２はマッハ
ツェンダ干渉系の短アーム側の低Δ導波路、６は上側ク
ラッド層、１３は垂直方向に５０％の光結合を行う積層
型方向性結合器である。本実施例では、高Δ導波路１１
としてΔ＝２％でコア寸法が３〜４μｍ角の高Δ導波路
を半径２ｍｍで曲げて用い、低Δ導波路１２としてはΔ
＝０．７５％でコア寸法６．５μｍ角の低Δ導波路を用
いた。光結合部分１３では、互いの導波路の中心が垂直
線上に配列するようになっており、導波路間の間隙は１
μｍである。
【００３３】マッハツェンダ干渉系の長アーム側の導波
路として、半径２ｍｍと曲げ半径の小さくできる高Δ導
波路を用いたため、従来、回路寸法が大きくなってしま
ったマッハツェンダ干渉回路を、１／２以下の面積で作
製することができた。
路として、半径２ｍｍと曲げ半径の小さくできる高Δ導
波路を用いたため、従来、回路寸法が大きくなってしま
ったマッハツェンダ干渉回路を、１／２以下の面積で作
製することができた。
【００３４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明による積
層型光導波回路は、異なる導波路パラメータ（比屈折
率、コア寸法、材料など）を有する導波路を同一基板上
に積層して作製し、かつ、互いの導波路間において垂直
方向の光結合を行うことができる。そのため、光ファイ
バとの整合がよい低Δ導波路と微小曲がり導波路に適し
た高Δ導波路を組み合せることにより、導波回路の高密
度集積化・高機能化と低損失な光ファイバ接続を両立す
ることが可能となる。また、石英系導波路と有機系導波
路、石英系導波路と希土類添加導波路のように材料の異
なる導波路同士を同一基板上に作製することが可能とな
るため、低損失な石英系導波路の特徴を活かしたまま、
導波路型光増幅器などを実現することができる。
層型光導波回路は、異なる導波路パラメータ（比屈折
率、コア寸法、材料など）を有する導波路を同一基板上
に積層して作製し、かつ、互いの導波路間において垂直
方向の光結合を行うことができる。そのため、光ファイ
バとの整合がよい低Δ導波路と微小曲がり導波路に適し
た高Δ導波路を組み合せることにより、導波回路の高密
度集積化・高機能化と低損失な光ファイバ接続を両立す
ることが可能となる。また、石英系導波路と有機系導波
路、石英系導波路と希土類添加導波路のように材料の異
なる導波路同士を同一基板上に作製することが可能とな
るため、低損失な石英系導波路の特徴を活かしたまま、
導波路型光増幅器などを実現することができる。
【図１】本発明に係る積層型光導波回路の第１の実施例
としての積層型方向性結合器を示す説明図である。
としての積層型方向性結合器を示す説明図である。
【図２】その作製工程を説明する図である。
【図３】第２の実施例としての積層型リング共振回路を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図４】第３の実施例としての積層型マッハツェンダ干
渉回路を示す説明図である。
渉回路を示す説明図である。
【図５】従来技術に係るリング共振回路を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】従来技術に係るマッハツェンダ干渉回路を示す
説明図である。
説明図である。
１ 導波路基板 ２ 下側クラッド層 ３ 第１の導波路コア ４ 中間クラッド層 ５ 第２の導波路コア ６ 上側クラッド層 ７ 垂直方向の光結合を行う結合部分 ８ リング導波路 ９ 入出力用の導波路 １０ リング導波路と入出力導波路との垂直方向の光結
合を行う積層型方向性結合器 １１ マッハツェンダ干渉系の長アーム側の高Δ導波路 １２ マッハツェンダ干渉系の短アーム側の低Δ導波路 １３ 垂直方向に５０％の光結合を行う積層型方向性結
合器
合を行う積層型方向性結合器 １１ マッハツェンダ干渉系の長アーム側の高Δ導波路 １２ マッハツェンダ干渉系の短アーム側の低Δ導波路 １３ 垂直方向に５０％の光結合を行う積層型方向性結
合器
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に形成された第１の導波路と、該
第１の導波路の位置する平面とクラッド層を介して上面
に形成された第２の導波路を含む積層構造を有する光導
波回路であって、 該光導波回路は、前記第１の光導波路と第２の光導波路
のそれぞれの光軸の平行な部分が基板に対して垂直方向
に近接配置された構成の積層型方向性結合器を具えたこ
とを特徴とする積層型光導波回路。 - 【請求項２】 基板上に形成された第１の導波路と、該
第１の導波路の位置する平面とクラッド層を介して上面
に形成された第２の導波路を含む積層構造を有する光導
波回路であって、 前記第１の導波路と第２の導波路のいずれか一方がリン
グ状導波路であり、該リング状導波路と他方の導波路と
の間で請求項１に記載の積層型方向性結合器が少なくと
も１個形成されている積層型リング共振器を具えたこと
を特徴とする積層型光導波回路。 - 【請求項３】 基板上に形成された第１の導波路と、該
第１の導波路の位置する平面とクラッド層を介して上面
に形成された第２の導波路を含む積層構造を有する光導
波回路であって、 前記第１の導波路と第２の導波路の間で５０％の光パワ
ー結合を２箇所で行うための請求項１に記載の積層型方
向性結合器を２個有し、前記２個の積層型方向性結合器
間を結合する第１の導波路と第２の導波路の光学的光路
長を異ならせた積層型マッハツェンダ干渉計を具えたこ
とを特徴とする積層型光導波回路。 - 【請求項４】 前記第１の導波路と第２の導波路の構造
パラメータが互いに異なることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の積層型光導波回路。 - 【請求項５】 前記第１の導波路の比屈折率差Δが第２
の導波路の比屈折率差よりも高く、かつ、互いの導波路
の規格化周波数がほぼ等しくなるようなコア寸法を有す
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の積層型光導波回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12478492A JPH05323138A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 積層型光導波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12478492A JPH05323138A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 積層型光導波回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05323138A true JPH05323138A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=14894043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12478492A Pending JPH05323138A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 積層型光導波回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05323138A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000048026A1 (fr) * | 1999-02-09 | 2000-08-17 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | FILTRE DE LONGUEUR D'ONDE POUR GUIDE D'ONDES OPTIQUES AVEC RESONATEUR EN ANNEAU ET FILTRE 1xN DE LONGUEUR D'ONDE POUR GUIDE D'ONDES OPTIQUES |
| JP2002022983A (ja) * | 2000-05-17 | 2002-01-23 | Lucent Technol Inc | フリースペクトルレンジを大きくした同調型オールパス光学フィルタ |
| JP2004045709A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Nec Corp | 結合光導波路 |
| JP2004078158A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-03-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路、光モジュールおよびその製造方法 |
| US7106929B2 (en) | 2002-02-22 | 2006-09-12 | Nec Corporation | Waveguide device |
| JP2007052328A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Ricoh Co Ltd | 複合光導波路 |
| JP2011102891A (ja) * | 2009-11-11 | 2011-05-26 | Keio Gijuku | 光機能導波路 |
| CN103261947A (zh) * | 2010-12-22 | 2013-08-21 | 阿尔卡特朗讯 | 平面偏振旋转器 |
| KR20170101831A (ko) * | 2016-02-29 | 2017-09-06 | 명지대학교 산학협력단 | 3차원 마이크로 링 공진기 |
| CN114384629A (zh) * | 2020-10-21 | 2022-04-22 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 偏振不灵敏定向耦合器 |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP12478492A patent/JPH05323138A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000048026A1 (fr) * | 1999-02-09 | 2000-08-17 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | FILTRE DE LONGUEUR D'ONDE POUR GUIDE D'ONDES OPTIQUES AVEC RESONATEUR EN ANNEAU ET FILTRE 1xN DE LONGUEUR D'ONDE POUR GUIDE D'ONDES OPTIQUES |
| JP2002022983A (ja) * | 2000-05-17 | 2002-01-23 | Lucent Technol Inc | フリースペクトルレンジを大きくした同調型オールパス光学フィルタ |
| US7106929B2 (en) | 2002-02-22 | 2006-09-12 | Nec Corporation | Waveguide device |
| JP2004078158A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-03-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光導波路、光モジュールおよびその製造方法 |
| JP4491188B2 (ja) * | 2002-07-11 | 2010-06-30 | 日本電気株式会社 | 結合光導波路 |
| JP2004045709A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Nec Corp | 結合光導波路 |
| JP2007052328A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Ricoh Co Ltd | 複合光導波路 |
| JP2011102891A (ja) * | 2009-11-11 | 2011-05-26 | Keio Gijuku | 光機能導波路 |
| CN103261947A (zh) * | 2010-12-22 | 2013-08-21 | 阿尔卡特朗讯 | 平面偏振旋转器 |
| US8913854B2 (en) | 2010-12-22 | 2014-12-16 | Alcatel Lucent | Planar polarization rotator |
| US9110241B2 (en) | 2010-12-22 | 2015-08-18 | Alcatel Lucent | Planar polarization rotator |
| KR20170101831A (ko) * | 2016-02-29 | 2017-09-06 | 명지대학교 산학협력단 | 3차원 마이크로 링 공진기 |
| CN114384629A (zh) * | 2020-10-21 | 2022-04-22 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 偏振不灵敏定向耦合器 |
| CN114384629B (zh) * | 2020-10-21 | 2023-12-19 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 偏振不灵敏定向耦合器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6628876B1 (en) | Method for making a planar waveguide | |
| CA2040527C (en) | Rare earth element-doped optical waveguide and process for producing the same | |
| US20040114899A1 (en) | Planar, integrated, optical, air-clad waveguide and method of producing same | |
| US20050152648A1 (en) | Method and apparatus for compactly coupling an optical fiber and a planar optical waveguide | |
| JPH05323138A (ja) | 積層型光導波回路 | |
| JPH0713036A (ja) | ピッグテールファイバ付光デバイス及びその製造方法 | |
| JP3425734B2 (ja) | 光導波路の製造方法 | |
| JPH095549A (ja) | 光回路及びその作製方法 | |
| JPH06110091A (ja) | 導波路型光結合回路 | |
| WO2022044101A1 (ja) | 光導波路部品およびその製造方法 | |
| JP2842954B2 (ja) | 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 | |
| JP4086485B2 (ja) | 偏光無依存方向性結合器及びこれを用いた光回路 | |
| JP3196797B2 (ja) | 積層型石英系光導波路の製造方法 | |
| JP3530463B2 (ja) | 光導波路 | |
| JPH06235832A (ja) | 光導波路 | |
| JP2730955B2 (ja) | 希土類元素添加長尺ガラス導波路およびその製造方法 | |
| JP3196785B2 (ja) | 導波路型レーザ | |
| JP3149671B2 (ja) | モードフィールド径拡大光導波路の製造方法 | |
| WO2023234111A1 (ja) | 光学素子および光学素子の製造方法 | |
| JP3137165B2 (ja) | 光導波回路の製造方法 | |
| WO2022180730A1 (ja) | 光導波路 | |
| JP3184358B2 (ja) | スターカップラ | |
| JP2859763B2 (ja) | 単一モード伝送用機能性ガラス導波路 | |
| JP2001091775A (ja) | 積層型石英系光導波路の製造方法 | |
| JPH07244223A (ja) | 光合分波器の製造方法 |