JPH0643328A - Multilayered optical waveguide and its production - Google Patents

Multilayered optical waveguide and its production

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JPH0643328A
JPH0643328A JP4199366A JP19936692A JPH0643328A JP H0643328 A JPH0643328 A JP H0643328A JP 4199366 A JP4199366 A JP 4199366A JP 19936692 A JP19936692 A JP 19936692A JP H0643328 A JPH0643328 A JP H0643328A
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JP
Japan
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core
layer
optical waveguide
interlayer
clad layer
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Application number
JP4199366A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosuke Katsura
浩輔 桂
Shinji Koike
真司 小池
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0643328A publication Critical patent/JPH0643328A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable the power of interlayer propagating light to be controlled and to make size smaller and density higher by providing an optical coupling part where a part of the cores of three-dimensional optical waveguides and a part of the cores of the three-dimensional optical waveguides of the other layer are disposed in proximity to each other via a clad layer held therebetween. CONSTITUTION:A lower clad layer 12a, an interlayer clad layer 12b and an upper clad layer 12c are formed on a substrate 11 and a lower core 13a is formed within the interlayer clad layer 12b on the lower clad layer 12a. An upper core 13b is formed within the upper clad layer 12c on the interlayer clad layer 12b and an interlayer core 13c for optical coupling is formed above the lower layer core 13a in proximity thereto so as to intrude into the interlayer clad layer 12b physically continuously with the upper core 13b. The interlayer clad layer 13c and a part of the lower layer core 13a are in proximity to the extent of allowing optical coupling by holding the interlayer propagation layer 14 which is a part of the interlayer clad layer therebetween, by which the optical coupling part 15 is constituted. Then, the light power propagating in the different layers is controlled by changing the length or thickness of the interlayer propagation layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を積層してそ
の層間伝播を可能とした多層光導波路及びその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-layered optical waveguide in which optical waveguides are laminated to enable propagation between layers, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜からなるクラッド層及びコア層(導
波層)からなる薄膜光導波路において、薄膜の平面方向
にも光を閉じ込めて平面に沿う特定の狭い帯状の領域を
光導波路とする三次元光導波路を、複数層積層して立体
的に光導波路を構成する多層光導波路が知られている。
このような多層光導波路の小形化、当該光導波路を用い
る光部品の低容量化、多機能化が図れるが、反面、ある
層の光導波路伝播した光を異なる層に伝播する機構、す
なわち光を層間伝播させる機構が必要となる。
2. Description of the Related Art In a thin film optical waveguide composed of a clad layer and a core layer (waveguide layer) made of a thin film, a third-order optical waveguide in which light is confined in the plane direction of the thin film and a specific narrow band-like region along the plane is used as an optical waveguide. A multilayer optical waveguide is known in which a plurality of original optical waveguides are laminated to form a three-dimensional optical waveguide.
Although it is possible to miniaturize such a multilayer optical waveguide, reduce the capacity of an optical component using the optical waveguide, and increase the number of functions, on the other hand, a mechanism for propagating light propagated in an optical waveguide of one layer to another layer, that is, A mechanism for propagation between layers is required.

【0003】かかる多層光導波路における層間伝播機構
としては、例えば、RAVI SELVARAJ, H.T.LIN, and
J.F.McDONALD, “Integrated Optical Waveguides
in Polyimide for Wafer Scale Integration, ”
Journal of Lightwave Technology, vol.6, no.6,
pp1034-1044, June 1988 に記載されるミラー型の
層間伝播機構がある。この機構を図6に基づいて説明す
る。図6に示すように、基板1上にクラッド層2a,2
b,2c,2dが順次積層されており、クラッド層2
b,2d内にそれぞれ平面方向に延びるコア3a,3b
が形成されている。そして、クラッド層2b,2dの間
のクラッド層2cには当該クラッド層2cを厚さ方向に
貫通してコア3a,3bを物理的に連結する層間伝播用
光導波路であるコア3cが形成されており、コア3aと
コア3c、並びにコア3cとコア3bとはそれぞれミラ
ー面4a,4bを介して光学的に接続されている。した
がって、例えばコア3aの端面から入射した伝搬光は、
ミラー面4aで全反射して光路が90°上層に向って曲
げられてコア3cに入り、コア3cを通って上層のコア
3bに入り、再びミラー面4bで全反射して再度光路が
90°曲げられてコア3bを伝播するようになる。
As an inter-layer propagation mechanism in such a multilayer optical waveguide, for example, RAVI SELVARAJ, HTLIN, and
JFMcDONALD, “Integrated Optical Waveguides
in Polyimide for Wafer Scale Integration, ”
Journal of Lightwave Technology, vol.6, no.6,
There is a mirror type inter-layer propagation mechanism described in pp1034-1044, June 1988. This mechanism will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the clad layers 2 a, 2 are formed on the substrate 1.
b, 2c, 2d are sequentially laminated, and the cladding layer 2
cores 3a and 3b extending in the plane direction in b and 2d, respectively.
Are formed. A core 3c, which is an optical waveguide for interlayer propagation, is formed in the clad layer 2c between the clad layers 2b and 2d so as to penetrate the clad layer 2c in the thickness direction and physically connect the cores 3a and 3b. The cores 3a and 3c, and the cores 3c and 3b are optically connected to each other via mirror surfaces 4a and 4b. Therefore, for example, the propagating light incident from the end surface of the core 3a is
The light is totally reflected on the mirror surface 4a and the optical path is bent 90 ° toward the upper layer to enter the core 3c, the core 3c to enter the upper core 3b, the light is totally reflected again on the mirror surface 4b and the optical path is again 90 °. It is bent and propagates through the core 3b.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述した多層光導波路
では、下層のコアと上層のコアとを物理的につなぐ層間
伝搬用光導波路を用いているので、伝搬光パワーのほぼ
100%を異なる層の光導波路へ伝搬させたいときに有
効である。しかし、かかる構造では、単一層のみの三次
元光導波路の製作工程に加え、比較的製作の難しいミラ
ー面を形成する工程と、層間伝搬用光導波路のコアを形
成する工程とが必要となるので、製造工程が複雑となる
という問題がある。また、このようなミラーを用いた層
間伝播構造では、伝播光パワーをほぼ100%伝播させ
ることのみ可能であり、伝搬光パワーの一部のみを異な
る層の光導波路に伝搬させたり、一本の光導波路から異
なる層の複数の光導波路に多分岐させるためには、別の
分岐構造が必要となるという問題もある。
In the above-mentioned multilayer optical waveguide, since the optical waveguide for interlayer propagation that physically connects the core of the lower layer and the core of the upper layer is used, almost 100% of the propagation light power is different from each other. This is effective when it is desired to propagate to the optical waveguide of. However, in such a structure, in addition to the step of manufacturing a three-dimensional optical waveguide having only a single layer, a step of forming a mirror surface, which is relatively difficult to manufacture, and a step of forming a core of an optical waveguide for interlayer propagation are required. However, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. Further, in the interlayer propagation structure using such a mirror, it is possible to propagate almost 100% of the propagation light power, and only a part of the propagation light power is propagated to the optical waveguides of different layers, There is also a problem that another branching structure is required to multi-branch the optical waveguide into a plurality of optical waveguides in different layers.

【0005】本発明はこのような事情に鑑み、簡単な工
程で製造でき、しかも層間伝搬光のパワーを制御可能で
小形・高密度化を図ることができる多層光導波路及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
In view of such circumstances, the present invention provides a multi-layer optical waveguide which can be manufactured by a simple process, can control the power of interlayer propagation light, and can be miniaturized and densified, and a manufacturing method thereof. The purpose is to

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る多層光導波路は、薄膜で形成されるコア層及び
クラッド層からなる三次元薄膜導波路を多層に積層した
多層光導波路であって、三次元光導波路のコアの一部と
他の層の1本以上の三次元光導波路のコアの一部とがク
ラッド層を挟んで互いに近接して配置された光結合部を
1個以上有することを特徴とする。
A multi-layer optical waveguide according to the present invention that achieves the above object is a multi-layer optical waveguide in which a three-dimensional thin film waveguide including a core layer and a clad layer formed of thin films is laminated in multiple layers. And at least one optical coupling part in which a part of the core of the three-dimensional optical waveguide and a part of the core of one or more other three-dimensional optical waveguides are arranged in close proximity to each other with the cladding layer interposed therebetween. It is characterized by having.

【0007】一方、本発明に係る多層光導波路の製造方
法は、基板上に光導波路の第1のクラッド層となる薄膜
を成膜する工程と、この第1のクラッド層上に当該第1
のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を成膜して
パタンニングすることにより三次元光導波路の第1のコ
アを形成する工程と、この第1のコア上に当該第1のコ
アよりも低い屈折率を有する薄膜を第2のクラッド層と
して成膜する工程と、この第2のクラッド層の一部をエ
ッチングしてその厚さを局所的に薄く加工した加工部を
形成する工程と、第2のクラッド層上に当該第2のクラ
ッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を成膜して上記加
工部上に形成されて上記第1のコアの一部と近接して配
置されて当該第1のコアの一部と光学的に結合可能な三
次元光導波路の第2のコアと当該第2のクラッド層上に
形成されて少なくとも当該第2のコアと物理的に結合す
る部分を含む三次元光導波路の第3のコアとをパタンニ
ングにより形成する工程とを少なくとも含むことを特徴
とする。
On the other hand, a method of manufacturing a multilayer optical waveguide according to the present invention comprises a step of forming a thin film on a substrate to be a first clad layer of the optical waveguide, and a step of forming the first clad layer on the first clad layer.
Forming a first core of the three-dimensional optical waveguide by forming a thin film having a refractive index higher than that of the clad layer and patterning the thin film, and forming a first core on the first core more than the first core. A step of forming a thin film having a low refractive index as a second clad layer, and a step of etching a part of the second clad layer to locally form a processed portion having a reduced thickness, A thin film having a refractive index higher than that of the second clad layer is formed on the second clad layer, is formed on the processed portion, and is disposed close to a part of the first core. It includes a second core of the three-dimensional optical waveguide capable of being optically coupled to a part of the first core and a portion formed on the second cladding layer and physically coupled to at least the second core. Form the third core of the three-dimensional optical waveguide by patterning Characterized in that it comprises a step of at least.

【0008】また、他の本発明に係る多層光導波路の製
造方法は、基板上に光導波路の第1のクラッド層となる
薄膜を成膜する工程と、この第1のクラッド層上に当該
第1のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を成膜
してパタンニングすることにより三次元光導波路の第1
のコアを形成する工程と、この第1のコア上に当該第1
のコアよりも低い屈折率を有する薄膜を第2のクラッド
層として成膜する工程と、この第2のクラッド層上に当
該第2のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を成
膜して当該第2のクラッド層を挾んで上記第1のコアと
近接して配置されて当該第1のコアと光学的に結合可能
な部分を一部に含む三次元光導波路の第2のコアをパタ
ンニングにより形成する工程とを少なくとも含むことを
特徴とする。
Another method of manufacturing a multi-layered optical waveguide according to the present invention comprises a step of forming a thin film on a substrate to be a first clad layer of the optical waveguide, and a step of forming a thin film on the first clad layer. The first three-dimensional optical waveguide is formed by forming and patterning a thin film having a refractive index higher than that of the first cladding layer.
Forming the core of the first core and the first core on the first core.
Forming a thin film having a refractive index lower than that of the core as a second cladding layer, and forming a thin film having a refractive index higher than that of the second cladding layer on the second cladding layer. The second core of the three-dimensional optical waveguide, which is disposed close to the first core with the second cladding layer interposed therebetween and partially includes a portion capable of being optically coupled to the first core, is used as a pattern. And at least a step of forming by tanning.

【0009】[0009]

【作用】前記構成の多層光導波路によれば、三次元光導
波路のコアと他の層の三次元光導波路のコアとが近接配
置された光結合部を介して、電磁波の干渉効果により層
間伝搬が行われる。また、上記光結合部は近接配置形態
を変化させることにより層間伝搬するパワーを制御でき
る。したがって、層間で伝搬光の多分岐が必要なとき
は、1本の光導波路と複数の光導波路とを上下に近接配
置するだけで、層間伝搬と分岐とが一度に行える。
According to the multi-layered optical waveguide having the above-mentioned structure, the inter-layer propagation is caused by the interference effect of electromagnetic waves through the optical coupling portion in which the core of the three-dimensional optical waveguide and the core of the other layer of the three-dimensional optical waveguide are arranged close to each other. Is done. Further, the optical coupling section can control the power propagated between layers by changing the form of close proximity. Therefore, when multi-branching of propagating light is required between layers, interlayer propagation and branching can be performed at once by simply disposing one optical waveguide and a plurality of optical waveguides vertically adjacent to each other.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0011】図1は一実施例に係る多層光導波路を概念
的に示したものである。同図に示すように、基板11上
には下層クラッド層12a,層間クラッド層12b及び
上層クラッド層12cが順次形成され、下層クラッド層
12a上で層間クラッド層12b内に下層コア13aが
形成されている。また、層間クラッド層12b上で上層
クラッド層12c内には上層コア13bが形成されてお
り、この上層コア13bと物理的に連続して且つ層間ク
ラッド層12b内に入り込んで下層コア13aと近接し
てその上方に配置された光結合用の層間コア13cが形
成されている。この層間コア13cと下層コア13aの
一部とは層間クラッド層の一部である層間伝搬層14を
挟んで光結合可能な程近接しており、光結合部15を構
成している。
FIG. 1 conceptually shows a multilayer optical waveguide according to an embodiment. As shown in the figure, a lower clad layer 12a, an interlayer clad layer 12b and an upper clad layer 12c are sequentially formed on a substrate 11, and a lower core 13a is formed in the interlayer clad layer 12b on the lower clad layer 12a. There is. An upper core 13b is formed in the upper clad layer 12c on the interlayer clad layer 12b. The upper core 13b is physically continuous with the upper clad layer 12b and enters the inner clad layer 12b to be close to the lower core 13a. An interlayer core 13c for optical coupling, which is arranged above it, is formed. The interlayer core 13c and a part of the lower core 13a are in close proximity to each other with the interlayer propagation layer 14 which is a part of the interlayer clad layer interposed therebetween so that they can be optically coupled to each other, and form an optical coupling section 15.

【0012】本実施例では基板11としてSi(シリコ
ン)を用い、クラッド層12a〜12cは屈折率1.4
6のSiO2 薄膜、コア13a〜13cは屈折率1.5
3のコーニング(登録商標)ガラス薄膜を用いた。ま
た、コア13a〜13cは幅1.2μm,厚さ1.2μ
mとし、クラッド層12a〜12cはそれぞれ厚さ4μ
mとした。さらに、下層コア13aと層間コア13cと
の間の部分の層間伝搬層14は厚さが1.2μmで長さ
zが約170μmとしてある。
In this embodiment, Si (silicon) is used as the substrate 11, and the cladding layers 12a to 12c have a refractive index of 1.4.
6 SiO 2 thin film, cores 13a to 13c have a refractive index of 1.5
A Corning® glass thin film of 3 was used. Further, the cores 13a to 13c have a width of 1.2 μm and a thickness of 1.2 μm.
m, and the cladding layers 12a to 12c each have a thickness of 4 μm.
m. Further, the interlayer propagation layer 14 in the portion between the lower core 13a and the interlayer core 13c has a thickness of 1.2 μm and a length z of about 170 μm.

【0013】かかる多層光導波路では、下層の光導波路
の下層コア13aに、例えば波長1.3μmの光を入射
すると、この光は光結合部15の層間伝搬層14を介し
て電磁波の干渉効果によりその上の層の層間コア13c
にほとんどの光パワーが伝搬し、さらにこの層間コア1
3cと物理的に結合している上層コア13bに伝搬す
る。これにより、層間伝搬が行われる。
In such a multilayer optical waveguide, when a light having a wavelength of 1.3 μm, for example, is incident on the lower core 13a of the lower optical waveguide, this light is transmitted through the interlayer propagation layer 14 of the optical coupling portion 15 due to the interference effect of electromagnetic waves. Interlayer core 13c of the upper layer
Most of the optical power propagates to the
3c is propagated to the upper core 13b that is physically coupled to the upper core 13b. Thereby, inter-layer propagation is performed.

【0014】このような本発明の多層光導波路における
層間伝搬機構は、上下に近接する上層コア(層間コア1
3c)と下層コア(下層コア13a)との間の電磁波の
干渉効果を利用したものであるため、層間伝搬層14の
長さ、もしくは厚さを変えることにより、異なる層に伝
搬する光パワーを制御可能である。一般に、異なる層へ
移行する光パワーの比率pは、光導波路のモード結合理
論により、次式(1)で表される。なお、式(1)にお
いて、Δ≡(βa −βb )/2,βa ,βb は上下の三
次元光導波路のそれぞれの伝搬定数、κは2つの光導波
路の係数、zは結合に関わる近接した三次元光導波路の
長さ、すなわち第1の実施例で述べた層間伝搬層14の
長さである。
The interlayer propagation mechanism in the multilayer optical waveguide of the present invention as described above is based on the upper core (interlayer core 1) which is vertically adjacent.
3c) and the lower layer core (lower layer 13a) are used for the interference effect of electromagnetic waves, the optical power propagating to different layers can be changed by changing the length or thickness of the interlayer propagation layer 14. It is controllable. In general, the ratio p of the optical power transferred to different layers is represented by the following equation (1) according to the mode coupling theory of the optical waveguide. In the formula (1), Δ≡ (β a −β b ) / 2, β a , and β b are propagation constants of the upper and lower three-dimensional optical waveguides, κ is a coefficient of the two optical waveguides, and z is a coupling. Is the length of the adjacent three-dimensional optical waveguide relating to, that is, the length of the interlayer propagation layer 14 described in the first embodiment.

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】ここで、第1の実施例のように上下2つの
三次元光導波路の断面寸法と屈折率プロファイルが同一
である場合は、2つの光導波路の伝搬定数は同一である
ため、Δ=0となる。したがって、式(1)の異なる層
へ移行する光パワーの比率pは、次式(2)で示され
る。 p=sin2 (κz) ・・・・(2) 第1の実施例では、下層から上層へ移行する光パワーの
比率pがほぼ100%となる上下の三次元光導波路の層
間伝搬層14の長さzは、約170μmとなるため、式
(2)より、上記層間伝搬層14の長さを上述した場合
の1/2とすれば、下層コアに伝搬してきた光のほぼ半
分のパワーの光を上層コアに層間伝搬させることが可能
となる。このように層間伝搬する光パワーを制御できる
ため、光導波路による光バス構造などを容易に得ること
ができる。また、光の波長により、層間伝搬される光の
パワーが異なるため、層間伝搬層14の長さと厚さを最
適に設計すれば、各層ごとに異なる波長の光が光導波路
を伝搬するような多層光導波路も実現できる。
Here, when the upper and lower three-dimensional optical waveguides have the same cross-sectional dimension and refractive index profile as in the first embodiment, the propagation constants of the two optical waveguides are the same, and therefore Δ = It becomes 0. Therefore, the ratio p of the optical powers to be transferred to different layers in the formula (1) is expressed by the following formula (2). p = sin 2 (κz) (2) In the first embodiment, the interlayer propagation layer 14 of the upper and lower three-dimensional optical waveguides in which the ratio p of the optical power transferred from the lower layer to the upper layer is almost 100%. Since the length z is about 170 μm, from the formula (2), if the length of the interlayer propagation layer 14 is ½ of the above-mentioned case, the power of almost half of the light propagated to the lower layer core is obtained. It is possible to propagate light between layers to the upper core. Since the optical power propagating between layers can be controlled in this way, an optical bus structure or the like using an optical waveguide can be easily obtained. Further, since the power of light propagated between layers varies depending on the wavelength of light, if the length and thickness of the interlayer propagation layer 14 are optimally designed, light of different wavelengths propagates through the optical waveguide in each layer. An optical waveguide can also be realized.

【0017】図1に示す実施例では、1本の下層コア1
3aと層間伝搬層14を介して近接して配置される層間
コア13cを1本設けたが、図2に示すように層間コア
13cを複数本とすることもできる。この場合、下層コ
ア13aの伝搬光を複数の層間コア13cへ分岐して層
間伝搬することができる。なお、このとき複数層間コア
13cを必ずしも下層コア13aに重ねて配置する必要
はないことは言うまでもない。
In the embodiment shown in FIG. 1, one lower core 1
Although one interlayer core 13c is provided in close proximity to 3a via the interlayer propagation layer 14, a plurality of interlayer cores 13c may be provided as shown in FIG. In this case, the propagation light of the lower layer core 13a can be branched to the plurality of interlayer cores 13c and propagated between the layers. Needless to say, at this time, it is not always necessary to arrange the multi-layer core 13c on the lower layer core 13a.

【0018】また、上記実施例では、下層コア13aの
一部と、他の層にある層間コア13cとが層間伝搬層1
4を挟んで互いに近接して配置されて光結合部15を構
成し、この層間コア13cと、さらに他の層の上部コア
13bとは物理的に結合されているが、層間コア13c
と上部コア13bとの間も他の光結合部を介して結合す
るようにしてもよいことは言うまでもない。
Further, in the above embodiment, a part of the lower core 13a and the interlayer core 13c in the other layer are formed by the interlayer propagation layer 1.
4 are arranged close to each other to form an optical coupling portion 15, and the interlayer core 13c and the upper core 13b of the other layer are physically coupled.
It goes without saying that the upper core 13b and the upper core 13b may be coupled via another optical coupling section.

【0019】次に、図1に示す多層光導波路の一製造例
を図3を参照しながら説明する。 (1)基板11にSiウェハを用い、Siウェハ(1
1)表面に熱酸化法により4μmのSiO2 膜を形成し
てクラッド層12aとする(図3(A))。(2)この
SiO2 膜(12a)上にスパッタリング法によりコー
ニング7059(登録商標)ガラス膜を堆積し、1.2
μmのコア層を形成した後、フォトリソグラフィ技術と
反応性イオンエッチング技術を用いてコアのパタンニン
グを行い、幅1.2μmの三次元光導波路のコア13a
を形成する(図3(B))。(3)この上に、CVD法
によりSiO2 膜をコア13aの上部で4μmとなるよ
うに堆積し、層間のクラッド層14bとする(図3
(C))。(4)フォトリソグラフィ技術と反応性イオ
ンエッチング技術を用いて、下層のコア13aの一部に
重なる位置に層間クラッド層12bを下層のコア13a
の長手方向に沿って、長さ約170μmの溝16を、下
層コア12aとの間が1.2μmとなるように精度良く
エッチング加工し、層間伝播層14を形成する(図3
(D))。(5)この上に、バイアススパッタリング法
により、再度コーニング7059(登録商標)ガラス膜
を1.2μm堆積し、上記下層コア12aと同一のパタ
ンニング法で幅1.2μmの三次元光導波路のコア13
b及び13cを形成する(図3(E))。(6)この上
に、CVD法により厚さ4μmのSiO2 膜を堆積し、
クラッド層12cとし、多層の光導波路を完成した(図
3(F))。
Next, an example of manufacturing the multilayer optical waveguide shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. (1) A Si wafer is used as the substrate 11 and the Si wafer (1
1) A 4 μm SiO 2 film is formed on the surface by a thermal oxidation method to form a clad layer 12a (FIG. 3A). (2) A Corning 7059 (registered trademark) glass film was deposited on the SiO 2 film (12a) by a sputtering method to obtain 1.2.
After forming a core layer of μm, patterning of the core is performed by using photolithography technology and reactive ion etching technology, and the core 13a of the three-dimensional optical waveguide having a width of 1.2 μm is formed.
Are formed (FIG. 3 (B)). (3) A SiO 2 film is deposited on the core 13a so as to have a thickness of 4 μm on the core 13a by the CVD method to form an interlayer clad layer 14b (FIG. 3).
(C)). (4) Using the photolithography technique and the reactive ion etching technique, the interlayer clad layer 12b is provided at a position overlapping a part of the lower core 13a.
The groove 16 having a length of about 170 μm is accurately etched along the longitudinal direction of the so that the distance between the groove 16 and the lower core 12a is 1.2 μm to form the interlayer propagation layer 14 (FIG. 3).
(D)). (5) On top of this, a Corning 7059 (registered trademark) glass film was deposited again by 1.2 μm by bias sputtering, and the core of the three-dimensional optical waveguide with a width of 1.2 μm was formed by the same patterning method as the lower core 12a. Thirteen
b and 13c are formed (FIG. 3 (E)). (6) A SiO 2 film having a thickness of 4 μm is deposited on this by a CVD method,
A multilayer optical waveguide was completed by using the clad layer 12c (FIG. 3 (F)).

【0020】上記製造工程によれば、従来のように三次
元光導波路にミラーを形成する必要もなく、また、物理
的に層間をつなぐ光導波路も省くことができ、層間クラ
ッド層12bに局所的に溝をエッチングする工程を追加
するだけの簡単な工程で層間伝播が可能な多層光導波路
が形成できる。なお、より多層にするためには、上記
(5)と(6)の工程の間に、(3)〜(5)の工程を
繰り返せばよい。
According to the above manufacturing process, it is not necessary to form a mirror in the three-dimensional optical waveguide as in the conventional case, and the optical waveguide that physically connects the layers can be omitted. A multilayer optical waveguide capable of inter-layer propagation can be formed by a simple process of adding a groove etching process to the above. In order to make the number of layers more, the steps (3) to (5) may be repeated between the steps (5) and (6).

【0021】図4には第2の実施例に係る多層光導波路
を概念的に示す。なお、図1と同一作用を示す部分には
同一符号を付して重複する説明は省略する。
FIG. 4 conceptually shows a multilayer optical waveguide according to the second embodiment. In addition, the same reference numerals are given to the portions having the same operations as those in FIG. 1, and the duplicate description will be omitted.

【0022】同図に示すように、基板11上には下層ク
ラッド層12a,層間クラッド層12b′及び上層クラ
ッド層12cが順次形成されており、下層クラッド層1
2a上で層間クラッド12b′内には下層コア13aが
形成され、また、層間クラッド12b′上で上層クラッ
ド12c内には上層コア13b′が形成されている。こ
こで、層間クラッド12b′は、この上に下層コア13
aに重なるように上層コアを形成した場合に、当該層間
クラッド12b′を層間伝播層としてコア同士が光学的
に結合される厚さで形成されている。そして、この層間
クラッド12b′上に形成された上層コア13b′は、
下層コア13aのパタンの一部に重なる部分(約170
μmの長さ)を含んでおり、この部分の下側が層間伝搬
層14となり、光結合部15を構成している。なお、本
実施例で、基板11はSi,クラッド層12a,12
b′,12cは屈折率1.46のSiO2 薄膜、コア1
3a,13b′は屈折率1.53のコーニング(登録商
標)ガラス薄膜である。また、コア13a,13b′は
幅1.2μm,厚さ1.2μmであり、上下クラッド層
12a,12cは厚さ4μmであり、層間クラッド層1
2b′の層間伝搬層14の部分は厚さ1.2μmとし
た。
As shown in the figure, a lower clad layer 12a, an interlayer clad layer 12b 'and an upper clad layer 12c are sequentially formed on a substrate 11, and the lower clad layer 1 is formed.
A lower core 13a is formed in the interlayer clad 12b 'on 2a, and an upper core 13b' is formed in the upper clad 12c on the interlayer clad 12b '. Here, the interlayer clad 12b 'is formed on the lower core 13
When the upper core is formed so as to overlap with a, the core is formed with a thickness such that the cores are optically coupled with each other by using the interlayer clad 12b 'as an interlayer propagation layer. Then, the upper core 13b 'formed on the interlayer clad 12b' is
A portion that overlaps a part of the pattern of the lower core 13a (about 170
(the length of μm) is included, and the lower side of this portion becomes the interlayer propagation layer 14 and constitutes the optical coupling portion 15. In this embodiment, the substrate 11 is made of Si, the cladding layers 12a, 12
b ', 12c are SiO 2 thin films having a refractive index of 1.46, core 1
3a and 13b 'are Corning (registered trademark) glass thin films having a refractive index of 1.53. The cores 13a and 13b ′ have a width of 1.2 μm and a thickness of 1.2 μm, and the upper and lower clad layers 12a and 12c have a thickness of 4 μm.
The thickness of the interlayer propagation layer 14 of 2b 'was 1.2 μm.

【0023】かかる多層光導波路では、下層の光導波路
の下層コア13aに、例えば波長1.3μmの光を入射
すると、この光は光結合部15の層間伝搬層14を介し
て電磁波の干渉効果により、上層コア13b′に伝搬す
る。これにより層間伝搬が行われる。この層間伝搬の作
用・効果は第1の実施例と同様であるので、ここでの説
明は省略する。
In such a multi-layered optical waveguide, when light having a wavelength of 1.3 μm, for example, is incident on the lower core 13a of the lower optical waveguide, this light is transmitted through the interlayer propagation layer 14 of the optical coupling portion 15 due to the interference effect of electromagnetic waves. , Propagates to the upper core 13b '. This causes interlayer propagation. Since the action and effect of this inter-layer propagation are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted here.

【0024】図4に示す実施例では、1本の下層コア1
3aと層間伝搬層14を介して近接して配置される上層
コア13b′を1本設けたが、図2に示すように上層コ
ア13b′を複数本とすることもできる。この場合、下
層コア13aの伝搬光を複数の上層コア13b′へ分岐
して層間伝搬することができる。なお、このとき複数コ
ア13b′を必ずしも下層コア13aに重ねて配置する
必要はないことは言うまでもない。また、上層コア13
b′のさらに上層に、この上層コア13b′の一部と層
間伝搬層を介して近接して配置される他の上層コアを設
けることもできることは言うまでもない。
In the embodiment shown in FIG. 4, one lower core 1
Although one upper-layer core 13b 'is provided in close proximity to 3a via the interlayer propagation layer 14, a plurality of upper-layer cores 13b' may be provided as shown in FIG. In this case, the propagation light of the lower layer core 13a can be branched into a plurality of upper layer cores 13b 'and propagated between the layers. Needless to say, it is not always necessary to arrange the multiple cores 13b 'on the lower core 13a at this time. In addition, the upper core 13
It goes without saying that it is also possible to provide another upper layer core which is arranged in close proximity to a part of this upper layer core 13b 'via the interlayer propagation layer, in a layer further above b'.

【0025】次に、図4に示す多層光導波路の一製造例
を図5を参照しながら説明する。 (1)基板11にSiウェハを用い、Siウェハ(1
1)表面に熱酸化法により4μmのSiO2 膜を形成し
てクラッド層12aとする。(2)このSiO2膜(1
2a)上にスパッタリング法によりコーニング7059
(登録商標)ガラス膜を堆積し、1.2μmのコア層を
形成した後、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエ
ッチング技術を用いてコアのパタンニングを行い、幅
1.2μmの三次元光導波路のコア13aと形成する。
(3)この上にCVD法によりSiO 2 膜を下層コア1
3aの上部で1.2μmとなるように精度良く堆積し、
層間のクラッド層14bとする。(4)この上に、バイ
アススパッタリング法により、再度コーニング7059
(登録商標)ガラス膜を1.2μm堆積し、上記下層コ
ア13aと同一パタンニング法で幅1.2μmの三次元
光導波路のコア13b′を、一部が約170μmの長さ
で下層コア13aのパタンに重なるように形成する。上
層コア13b′と下層のコア13aとが重なった部分で
層間伝搬が行われることになり、この層間のクラッド層
12b′が層間伝搬層14となる。(5)この上に、C
VD法により厚さ4μmのSiO2 膜を堆積し、クラッ
ド層12cとして、多層の光導波路を完成した。上記工
程によれば、層間クラッド層12b′を介して局所的に
上下層の三次元光導波路を重ねるだけで層間伝搬が可能
な多層光導波路が形成できる。なお、より多層にするた
めには、上記(4)と(5)の工程の間に、(3)〜
(4)の工程を繰り返せばよい。
Next, a manufacturing example of the multilayer optical waveguide shown in FIG.
Will be described with reference to FIG. (1) A Si wafer is used as the substrate 11 and the Si wafer (1
1) 4 μm SiO 2 on the surface by thermal oxidation method2Forming a film
To form the cladding layer 12a. (2) This SiO2Membrane (1
2a) Corning 7059 by sputtering method
(Registered trademark) glass film is deposited to form a 1.2 μm core layer.
After formation, photolithography technology and reactive ion
The patterning of the core is performed using
The core 13a of the three-dimensional optical waveguide of 1.2 μm is formed.
(3) SiO is deposited on this by CVD method. 2Membrane core 1
Accurately deposit 1.2 μm on top of 3a,
The interlayer clad layer 14b is used. (4) On top of this, buy
Corning 7059 again by the as-sputtering method
(Registered trademark) a glass film of 1.2 μm was deposited, and
3D with the same patterning method as 13a and a width of 1.2 μm
Part of the optical waveguide core 13b 'has a length of about 170 μm
Is formed so as to overlap with the pattern of the lower core 13a. Up
In the portion where the layer core 13b ′ and the lower layer core 13a overlap
Interlayer propagation will occur and the cladding layer between these layers
12b 'becomes the interlayer propagation layer 14. (5) On top of this, C
4μm thick SiO by VD method2Deposit the film and
A multilayer optical waveguide was completed as the active layer 12c. Above work
According to the procedure, locally through the interlayer clad layer 12b '
Interlayer propagation is possible simply by stacking upper and lower three-dimensional optical waveguides
A multi-layered optical waveguide can be formed. It should be noted that more layers
In order to achieve this, (3)-
The step (4) may be repeated.

【0026】なお、本発明の多層光導波路の材料,製造
方法,寸法は、上記に限定されるものではない。例え
ば、基板にはSiウェハを用いたが、半導体基板を用い
てもよいし、ガラス基板であってもよい。薄膜光導波路
材料は上記実施例では、コーニング7059(登録商
標)ガラスとSiO2 を用いたが、TiO2 ,Ta2
5や他のガラス材料、半導体材料もしくは有機導波材料
であってもよい。また、膜質の良い光導波路膜を得るた
め、導波路膜を堆積後、高温アニーリング処理を施して
もよい。製造方法にはスパッタリング法やCVD法を用
いたが、回転塗布法等の他の堆積方法でもよい。またエ
ッチング法は反応性イオンエッチング法だけでなく、イ
オンミリング法や反応性イオンビームエッチング法であ
ってもよいし、エッチング膜厚制御が正確であればウェ
ットエッチング法であってもよい。また、実施例では、
コア断面がほぼ方形となる三次元光導波路を用いたが、
層間伝播層での上層と下層のコアの結合距離が正確に制
御できるのであれば拡散法による三次元光導波路を用い
てもよい。また、実施例では、上下層のコアが同一寸
法、同一材料のコア,クラッドを用いたが、異なる寸
法,異なる材料のコアやクラッドを用いてもよい。勿
論、本発明の多層光導波路では、用いる三次元光導波路
の材料や製造方法の違いにより、光導波路や層間伝播機
構の製造寸法を変えて設計する必要があり、実施例で用
いた寸法と異なることは言うまでもない。
The material, manufacturing method and dimensions of the multilayer optical waveguide of the present invention are not limited to the above. For example, although a Si wafer is used as the substrate, a semiconductor substrate may be used or a glass substrate may be used. As the thin film optical waveguide material, Corning 7059 (registered trademark) glass and SiO 2 were used in the above embodiments, but TiO 2 , Ta 2 O were used.
It may be 5 or other glass material, semiconductor material or organic waveguiding material. Further, in order to obtain an optical waveguide film having good film quality, high temperature annealing treatment may be performed after depositing the waveguide film. Although the sputtering method or the CVD method is used as the manufacturing method, another deposition method such as a spin coating method may be used. Further, the etching method is not limited to the reactive ion etching method, and may be an ion milling method or a reactive ion beam etching method, or a wet etching method if the etching film thickness control is accurate. Also, in the example,
I used a three-dimensional optical waveguide whose core cross section is almost square,
A three-dimensional optical waveguide by the diffusion method may be used as long as the coupling distance between the upper and lower cores in the interlayer propagation layer can be accurately controlled. Further, in the embodiment, the cores in the upper and lower layers use the same size and the same material core and clad, but cores and clads of different sizes and different materials may be used. Of course, in the multilayer optical waveguide of the present invention, it is necessary to change the manufacturing dimensions of the optical waveguide and the inter-layer propagation mechanism depending on the material of the three-dimensional optical waveguide to be used and the manufacturing method. Needless to say.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように本発明の層間伝搬機構
を有する多層光導波路は、層間伝搬層を介して電磁波の
干渉作用により層間伝搬を行うので、層間伝搬に特別な
ミラーや物理的に層間をつなぐ光導波路を必要とせず、
製造工程を大幅に簡略化することができる。また、上記
構成の多層光導波路の層間伝搬は、層間伝播する光パワ
ーを制御でき、しかも信号光の分岐が必要なときなど
に、他に分岐構造をつくる必要もないので、より小形・
高密度の多層光導波路を実現できる。
As described above, in the multilayer optical waveguide having the inter-layer propagation mechanism of the present invention, the inter-layer propagation is performed by the interference action of the electromagnetic wave through the inter-layer propagation layer, so that a special mirror or physical layer for inter-layer propagation is used. Does not require an optical waveguide to connect the layers,
The manufacturing process can be greatly simplified. In addition, the inter-layer propagation of the multilayer optical waveguide having the above-mentioned configuration can control the optical power propagating between the layers, and when the signal light needs to be branched, it is not necessary to form another branching structure.
A high-density multilayer optical waveguide can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施例に係る多層光導波路の概念図であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a multilayer optical waveguide according to a first example.

【図2】第1の実施例の応用例に係る多層光導波路の概
念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a multilayer optical waveguide according to an application example of the first embodiment.

【図3】第1の実施例に係る多層光導波路の一製造例を
示す工程図である。
FIG. 3 is a process drawing showing a manufacturing example of the multilayer optical waveguide according to the first embodiment.

【図4】第1の実施例に係る多層光導波路の概念図であ
る。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a multilayer optical waveguide according to a first example.

【図5】第2の実施例に係る多層光導波路の一製造例を
示す工程図である。
FIG. 5 is a process drawing showing one manufacturing example of the multilayer optical waveguide according to the second embodiment.

【図6】従来のミラー型層間伝搬機構を有する多層光導
波路を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a multilayer optical waveguide having a conventional mirror-type interlayer propagation mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12a 下層クラッド 12b,12b′ 層間クラッド 12c 上層クラッド 13a 下層コア 13b,13b′ 上層コア 13c 層間コア 14 層間伝搬層 15 光結合部 16 加工溝 11 Substrate 12a Lower Clad 12b, 12b 'Interlayer Clad 12c Upper Clad 13a Lower Core 13b, 13b' Upper Core 13c Interlayer Core 14 Interlayer Propagation Layer 15 Optical Coupling 16 Machining Groove

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜で形成されるコア層及びクラッド層
からなる三次元薄膜導波路を多層に積層した多層光導波
路であって、三次元光導波路のコアの一部と他の層の1
本以上の三次元光導波路のコアの一部とがクラッド層を
挟んで互いに近接して配置された光結合部を1個以上有
することを特徴とする多層光導波路。
1. A multi-layer optical waveguide in which a three-dimensional thin film waveguide including a core layer and a clad layer formed of thin films is laminated in multiple layers, and a part of the core of the three-dimensional optical waveguide and one of the other layers are provided.
A multi-layer optical waveguide, characterized in that at least one core of the three-dimensional optical waveguide has one or more optical coupling portions arranged close to each other with a cladding layer interposed therebetween.
【請求項2】 基板上に光導波路の第1のクラッド層と
なる薄膜を成膜する工程と、この第1のクラッド層上に
当該第1のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を
成膜してパタンニングすることにより三次元光導波路の
第1のコアを形成する工程と、この第1のコア上に当該
第1のコアよりも低い屈折率を有する薄膜を第2のクラ
ッド層として成膜する工程と、この第2のクラッド層の
一部をエッチングしてその厚さを局所的に薄く加工した
加工部を形成する工程と、第2のクラッド層上に当該第
2のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を成膜し
て上記加工部上に形成されて上記第1のコアの一部と近
接して配置されて当該第1のコアの一部と光学的に結合
可能な三次元光導波路の第2のコアと当該第2のクラッ
ド層上に形成されて少なくとも当該第2のコアと物理的
に結合する部分を含む三次元光導波路の第3のコアとを
パタンニングにより形成する工程とを少なくとも含むこ
とを特徴とする多層光導波路の製造方法。
2. A step of forming a thin film to be a first cladding layer of an optical waveguide on a substrate, and a thin film having a refractive index higher than that of the first cladding layer is formed on the first cladding layer. Forming a first core of the three-dimensional optical waveguide by filming and patterning, and a thin film having a lower refractive index than the first core on the first core as a second cladding layer A step of forming a film, a step of etching a part of the second cladding layer to locally form a processed portion having a thin thickness, and a step of forming the processed portion on the second cladding layer. A thin film having a refractive index higher than that of the first core is formed on the processed portion, is disposed in proximity to a part of the first core, and can be optically coupled to a part of the first core. Formed on the second core of the three-dimensional optical waveguide and the second cladding layer And a step of forming at least a third core of the three-dimensional optical waveguide including a portion that is physically coupled to the second core, by a patterning method.
【請求項3】 基板上に光導波路の第1のクラッド層と
なる薄膜を成膜する工程と、この第1のクラッド層上に
当該第1のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜を
成膜してパタンニングすることにより三次元光導波路の
第1のコアを形成する工程と、この第1のコア上に当該
第1のコアよりも低い屈折率を有する薄膜を第2のクラ
ッド層として成膜する工程と、この第2のクラッド層上
に当該第2のクラッド層よりも高い屈折率を有する薄膜
を成膜して当該第2のクラッド層を挾んで上記第1のコ
アと近接して配置されて当該第1のコアと光学的に結合
可能な部分を一部に含む三次元光導波路の第2のコアを
パタンニングにより形成する工程とを少なくとも含むこ
とを特徴とする多層光導波路の製造方法。
3. A step of forming a thin film to be a first cladding layer of an optical waveguide on a substrate, and a thin film having a refractive index higher than that of the first cladding layer is formed on the first cladding layer. Forming a first core of the three-dimensional optical waveguide by filming and patterning, and a thin film having a lower refractive index than the first core on the first core as a second cladding layer The step of forming a film, and forming a thin film having a refractive index higher than that of the second clad layer on the second clad layer and sandwiching the second clad layer in the vicinity of the first core. Forming at least a second core of the three-dimensional optical waveguide, which is partially arranged to be optically coupled to the first core, by patterning, the multilayer optical waveguide. Manufacturing method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1503229A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-02 BAE SYSTEMS Information and Electronic Systems Integration, Inc. Method of forming interlayer connections in integrated optical circuits, and devices formed using same
JP5759039B1 (en) * 2014-03-31 2015-08-05 日本電信電話株式会社 Optical coupling structure
JP2017097292A (en) * 2015-11-27 2017-06-01 日本電信電話株式会社 Optical signal processing device

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