JPH0659142A - 光方向性結合器及びその製造方法 - Google Patents

光方向性結合器及びその製造方法

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JPH0659142A
JPH0659142A JP21309692A JP21309692A JPH0659142A JP H0659142 A JPH0659142 A JP H0659142A JP 21309692 A JP21309692 A JP 21309692A JP 21309692 A JP21309692 A JP 21309692A JP H0659142 A JPH0659142 A JP H0659142A
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optical
glass
waveguide
optical coupling
waveguides
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JP21309692A
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Yasuhiro Omori
康弘 大森
Kazue Hattori
和枝 服部
Hideki Isono
秀樹 磯野
Yoshihiko Kaido
義彦 海藤
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光方向性結合器及びその製造方法に関し、所
定の波長特性が精度良く設計どおり得られる光方向性結
合器を提供することを目的とする。 【構成】 シリコン基板5の表面に形成する第1の光導
波路10と第2の光導波路20のそれぞれのほぼ中央部を、
所定長近接・平行して光結合部10-1,20-1 を設けること
で構成される光方向性結合器において、それぞれの光結
合部10-1,20-1 の導波路の外側に、所望の距離を隔てて
平行する高さが光結合部の高さに等しいガラス堤防30
が、形成された構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光方向性結合器及びそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来例の平面図、図5の(A),
(B) は従来の製造工程を示す図である。図において、10
は、シリコン基板5の表面に形成したアンダクラッド層
6上に、設けた石英系の第1の光導波路である。
【0003】20は、シリコン基板5の表面に形成したア
ンダクラッド層6上に、第1の光導波路10に平行に設け
た第2の光導波路である。第1の光導波路10と第2の光
導波路20とは、それぞれのほぼ中央部を屈曲して、所定
長(結合長L) だけ近接(導波路間隔d)させ、第1の
光導波路10に光結合部10-1を第2の光導波路20に光結合
部20-2を設けている。
【0004】そして、第1の光導波路10,第2の光導波
路20を含むアンダクラッド層6の全表面を、オーバクラ
ッド層7で覆うている。なお、第1の光導波路10及び第
2の光導波路20の断面は、それぞれ一辺が約10μm の正
方形であり、導波路間隔dは約2μm である。
【0005】上述のような一対の光導波路の一方の第1
の光導波路10を進行する光の光電界分布は、クラッドを
経て隣接した他の第2の光導波路20のコアまで広がった
光電界分布である。
【0006】したがって、第1の光導波路10を進行した
光が光結合部10-1の始端に達すると、第2の光導波路20
に電界振幅が等しい偶対称モードと奇対称モードが同相
で励起され、これらのモードが結合領域を伝搬していく
につれて、2つモード間に位相差が生じ、この位相差が
πになる伝搬距離( 即ち結合長L) に達すると、第1の
光導波路10から第2の光導波路20へ光パワーが100 %移
行する。
【0007】よって、光結合部10-1,20-1の導波路間隔
d, 結合長L, 及び屈折率差(導波路のコアの屈折率と
クラッドの屈折率と差)を選択することで、光方向性結
合器となる。
【0008】即ち、第1の光導波路10の入力側ポート11
から波長λ1(1.31μm)と波長λ2(1.55μm)の光が進行す
ると、波長λ2 の光は光結合部10-1,20-2で、光導波路
間を2回結合して、第1の光導波路10の出力側ポート12
から出射する。
【0009】また、波長λ1 の光は結合部10-1,20-1
で、光導波路間を1回結合して、第2の光導波路20の出
力側ポート22から出射する。上述のような光方向性結合
器の波長特性は、導波路間隔d,結合長L及び屈折率差
に依存する。特に導波路間隔は波長特性に大いに影響す
る。
【0010】上述のような光方向性結合器は、下記のよ
うにして製造される。まず、シリコン基板5の全表面
に、火炎法又はCVD法等で、SiO2に P2O5 とB2O3をド
ープしたクラッド用ガラススート層を堆積形成し、さら
にクラッド用ガラススート層の上層にSiO2にGeO2をドー
プしたコア用ガラススート層を堆積形成する。
【0011】そして、約1350℃に加熱して、クラッド用
ガラススート層をガラス化して低屈折率のアンダクラッ
ド層6に、コア用ガラススート層をガラス化して高屈折
率のコア層とする。
【0012】次に、コア層の表面にフォトリソグラフィ
手法により所望のパターンマスクを設け、反応性イオン
エッチング法でエッチングして、不要のコア層部分を除
去してアンダクラッド層6上に、光結合部10-1を含む第
1の光導波路10と、光結合部20-2を含む光結合部20-2を
設ける。
【0013】そして火炎法又はCVD法等で、図5の
(A) に図示したように、SiO2に P2O5とB2O3をドープし
たオーバクラッド用ガラススート7Aを堆積形成する。次
に、約1150℃に加熱して、図5の(B) に図示したよう
に、オーバクラッド用ガラススート7Aをガラス化して低
屈折率のオーバクラッド層7にする。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述の光方向
性結合器は、光結合部の導波路間隔が非常に小さいの
で、オーバクラッド用ガラススートを堆積形成した際
に、光結合部の導波路間に堆積するオーバクラッド用ガ
ラススートの密度が他の部分より粗い。
【0015】このことにより、オーバクラッド用ガラス
スートを加熱してガラス化すると、図5の(B) に図示し
たように、光結合部のコアの上部が互いに近寄る方向に
倒れる。
【0016】即ち、従来の光方向性結合器は、光結合部
の導波路間隔が所定の寸法よりも小さくなり、このため
に所望の波長特性が精度良く得られないという問題点が
あった。
【0017】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、所定の波長特性のものが容易に得られる光方向
性結合器を提供することを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図1に例示したように、シリコン基板5
の表面に形成する第1の光導波路10と第2の光導波路20
のそれぞれのほぼ中央部を、所定長近接・平行して光結
合部10-1,20-1 を設けることで構成される光方向性結合
器において、それぞれの光結合部10-1,20-1 の導波路の
外側に所望の距離を隔てて平行する、高さが光結合部の
高さに等しいガラス堤防30を、形成した構成とする。
【0019】或いは、図2に例示したように、対向する
光結合部10-1,20-1 の導波路に、高さが光結合部の高さ
に等しいガラス連結堤40を、梯子状に形成した構成とす
る。またその製造方法は、シリコン基板5の表面に、ア
ンダクラッド層6とコア層1とを重畳して設け、次にコ
ア層1をエッチングして第1の光導波路10及び第2の光
導波路20を設ける際に同時に、ガラス堤防30又はガラス
連結堤40をエッチング形成するものとする。
【0020】
【作用】請求項1の発明は、平行して近接した光結合部
の導波路のそれぞれの外側に、ガラス堤防が形成されて
いるので、ガラス堤防と光結合部の導波路間に堆積する
オーバクラッド用ガラススートの堆積量が少ない。
【0021】したがって、オーバクラッド用ガラススー
トをガラス化する際に、光結合部のそれぞれの導波路を
内側方向に押す圧力が小さい。よって、光結合部の導波
路が内側に倒れることがなく、整然とした所定の断面角
形の導波路となり、光結合部の導波路間隔が所定に維持
される。
【0022】よって、設計時に期待した所定の波長特性
が得られる。なお、光結合部の導波路とガラス堤防との
間隔を導波路間隔の数十倍とすることで、光導波路を進
行する光の光電界がこのガラス堤防まで達しない。これ
とともにガラス堤防の幅をコアの幅よりも充分に大きく
(例えば200 μm 程度) すれば、電界は堤防側に漏れ込
まない。したがって、ガラス堤防が存在することによる
波長特性の低下がない。
【0023】請求項2の発明は、平行して近接した光結
合部にガラス連結堤を梯子状に設けている。したがっ
て、オーバクラッド用ガラススートをガラス化する際
に、光結合部のそれぞれの導波路を内側方向に押す圧力
が負荷されるが、ガラス連結堤がステイの機能を有する
ので、光結合部の導波路が内側に倒れることがなく、整
然とした所定の断面角形の導波路となり、光結合部の導
波路間隔が所定に維持される。
【0024】よって、設計時に期待した所定の波長特性
が得られる。なお、ガラス連結堤40はそれぞれの光結合
部の導波路に直交しているので、ガラス連結堤の存在
は、波長特性に殆ど影響しない。
【0025】一方、ガラス堤防及びガラス連結堤は、第
1,第2の光導波路を形成する際に、同時に設けるもの
である。即ち、製造工数及び製造工程が従来の光方向性
結合器の製造方法よりも増加することがない。即ち、ガ
ラス堤防或いはガラス連結堤を設けることにより光方向
性結合器がコスト高にならない。
【0026】
【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。
【0027】図1は、本発明の実施例の図で、(A) は平
面図、(B) は断面図、図2は本発明の他の実施例の図
で、(A) は平面図、(B) は断面図である。また図3は本
発明の製造工程を示す図である。
【0028】図1において、シリコン基板5の表面に形
成したアンダクラッド層6上に、石英系の第1の光導波
路10と、第1の光導波路10に平行に第2の光導波路20を
設け、第1の光導波路10と第2の光導波路20のそれぞれ
のほぼ中央部を屈曲して、所定長の近接(導波路間隔d
は約2μm )した、第1の光導波路10に光結合部10-1を
第2の光導波路20に光結合部20-2を設けている。
【0029】この第1の光導波路10及び第2の光導波路
20の断面はそれぞれ一辺が10μm 程度の正方形である。
また、それぞれの光結合部10-1,20-1 の導波路の外側に
所望の距離D(50μm前後) を隔てて平行する、高さが
光結合部の高さに等しい、幅が 200μm 程度のガラス堤
防30を設けている。
【0030】そして、第1, 第2の光導波路10,20 及び
それぞれのガラス堤防30を含むアンダクラッド層6の全
表面を、オーバクラッド層7で覆うている。上述のよう
に構成された光方向性結合器は、光結合部の導波路が内
側に倒れることがなく、整然とした断面正方形である。
【0031】よって、第1の光導波路10の入力側ポート
11から波長λ1 と波長λ2 の光が進行すると、波長λ2
の光は光結合部10-1,20-2で光導波路間を2回結合し
て、第1の光導波路10の出力側ポート12から出射する。
そして、波長λ1 の光は結合部10-1,20-1 で、光導波路
間を1回結合して、第2の光導波路20の出力側ポート22
から出射し、波長特性が低下することがない。
【0032】図2において、シリコン基板5の表面に形
成したアンダクラッド層6上に、石英系の第1の光導波
路10と、第1の光導波路10に平行に第2の光導波路20を
設け、第1の光導波路10と第2の光導波路20のそれぞれ
のほぼ中央部を屈曲して、所定長の近接(導波路間隔d
は約2μm )した、第1の光導波路10に光結合部10-1を
第2の光導波路20に光結合部20-2を設けている。
【0033】この第1の光導波路10及び第2の光導波路
20の断面はそれぞれ一辺が約10μmの正方形である。そ
して対向して平行する光結合部10-1,20-1 の導波路に、
高さが光結合部の高さに等しいガラス連結堤40を、梯子
状に設けている。
【0034】そして、第1, 第2の光導波路10,20 及び
それぞれのガラス連結堤40を含むアンダクラッド層6の
全表面を、オーバクラッド層7で覆うている。上述の光
方向性結合器は、光結合部の導波路が内側に倒れること
がなく、整然とした断面正方形であるので、波長特性が
低下することがない。
【0035】以下、請求項1に記載の光方向性結合器の
製造方法を、図3を参照しながら説明する。まず、図3
の(A) に図示したように、火炎法又はCVD法等で、シ
リコン基板5の全表面に、SiO2に P2O5 とB2O3をドープ
した所望の厚さのアンダクラッド用ガラススート6Aを堆
積形成し、さらにアンダクラッド用ガラススート6Aの上
層に所望の厚さの、SiO2にGeO2をドープしたコア用ガラ
ススート層1Aを重畳して堆積させる。
【0036】そして、約1350℃に加熱して、図3の(B)
に図示したように、クラッド用ガラススート層をガラス
化して低屈折率の約5μm 厚のアンダクラッド層6に、
コア用ガラススート層をガラス化して高屈折率の10μm
厚のコア層とする。
【0037】次に、コア層の表面にフォトリソグラフィ
手法により所望のパターンマスクを設け、反応性イオン
エッチング法でエッチングして、不要のコア層部分を除
去してアンダクラッド層6上に、図3の(C) に図示した
ように、光結合部10-1を含む第1の光導波路10と、光結
合部20-2を含む光結合部20-2と、それぞれの光結合部10
-1,20-1 の導波路の外側に約50μm の間隙を隔てて、断
面矩形状(幅は約200μm )のガラス堤防30を設ける。
【0038】そして火炎法又はCVD法等で、図3の
(D) に図示したように、SiO2に P2O5とB2O3をドープし
たオーバクラッド用ガラススート7Aを堆積形成する。次
に、約1150℃に加熱して、図3の(E) に図示したよう
に、オーバクラッド用ガラススート7Aをガラス化して低
屈折率のオーバクラッド層7とする。
【0039】なお、請求項2のガラス連結堤40も、前述
と同様に光導波路を形成する工程で同時に形成されるも
のである。上述のように本発明の製造方法は、製造工数
及び製造工程が従来の製造方法よりも増加することがな
いので、得られる光方向性結合器がコスト高にならな
い。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、それぞれ
の光結合部の導波路の外側にガラス堤防を設ける。或い
は対向する光結合部の導波路に、ガラス連結堤を梯子状
に設けたことにより、光結合部の導波路が内側に倒れる
ことがなく、整然とした所定の断面角形の導波路とな
り、光結合部の導波路間隔が所定に維持される。
【0041】したがって、設計時に期待した所定の波長
特性が得られるという、実用上で優れた効果を奏する。
また、本発明の製造方法は、第1,第2の光導波路を形
成する際に同時にガラス堤防またはガラス連結堤を形成
することができるので、得られる光方向性結合器がコス
ト高にならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の図で(A) は平面図(B) は断
面図
【図2】 本発明の他の実施例の図で(A) は平面図(B)
は断面図
【図3】 本発明の製造工程を示す図
【図4】 従来例の平面図
【図5】 従来の製造工程を示す図
【符号の説明】
1 コア層 1A コア用ガラススート 5 シリコン基板 6 アンダクラッド層 6A アンダクラッド用ガラススート 7 オーバクラッド層 7A オーバクラッド用ガラススート 10 第1の光導波路 20 第2の光導波路 10-1,20-1 光結合部 30 ガラス堤防 40 ガラス連結堤
フロントページの続き (72)発明者 磯野 秀樹 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番地 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内 (72)発明者 海藤 義彦 北海道札幌市中央区北一条西2丁目1番地 富士通北海道ディジタル・テクノロジ株 式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板(5) の表面に形成する第1
    の光導波路(10)と第2の光導波路(20)のそれぞれのほぼ
    中央部を、所定長近接・平行して光結合部(10-1,20-1)
    を設けることで構成される光方向性結合器において、 それぞれの該光結合部(10-1,20-1) の導波路の外側に、
    所望の距離を隔てて平行する、高さが該光結合部の高さ
    に等しいガラス堤防(30)が、形成されてなることを特徴
    とする光方向性結合器。
  2. 【請求項2】 シリコン基板(5) の表面に形成する第1
    の光導波路(10)と第2の光導波路(20)のそれぞれのほぼ
    中央部を、所定長近接・平行して光結合部(10-1,20-1)
    を設けることで構成される光方向性結合器において、 対向する該光結合部(10-1,20-1) の導波路に、高さが該
    光結合部の高さに等しいガラス連結堤(40)が、梯子状に
    形成されてなることを特徴とする光方向性結合器。
  3. 【請求項3】 シリコン基板(5) の表面に、アンダクラ
    ッド層(6) とコア層(1) とを重畳して設け、 次に該コア層(1) をエッチングして第1の光導波路(10)
    及び第2の光導波路(20)を設ける際に、請求項1記載の
    ガラス堤防(30)又は請求項2記載のガラス連結堤(40)
    を、同時にエッチング形成することを特徴とする光方向
    性結合器の製造方法。
JP21309692A 1992-08-11 1992-08-11 光方向性結合器及びその製造方法 Withdrawn JPH0659142A (ja)

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