JPH07244223A - 光合分波器の製造方法 - Google Patents

光合分波器の製造方法

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JPH07244223A
JPH07244223A JP3621494A JP3621494A JPH07244223A JP H07244223 A JPH07244223 A JP H07244223A JP 3621494 A JP3621494 A JP 3621494A JP 3621494 A JP3621494 A JP 3621494A JP H07244223 A JPH07244223 A JP H07244223A
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JP3621494A
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Koji Okamura
浩司 岡村
Tadao Arima
忠夫 有馬
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路よりなる光合分波器の製造方法に関
し、所定の波長特性のものが容易に得られることを目的
とする。 【構成】 それぞれの導波路の一部に所定長だけ平行に
近接する光結合部を設けた、一対の第1,第2の光導波
路からなる光合分波器の製造方法において、シリコン基
板5の表面に、アンダクラッド層6とコア層50とを積層
して設け、コア層50をエッチングしてほぼ中央部に所定
長だけ平行に近接する光結合部10-1,20-1を有する一対
の第1, 第2の光導波路コア10C,20C と、光結合部コア
10-1C,20-1C のそれそれの外側に近接するダミーコア55
とを設け、次に第1, 第2の光導波路10,20 及びダミー
コア55を覆う、第1のオーバクラッド層を設け、その
後、エッチングしてダミーコア55を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路よりなる光合
分波器の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は光導波路よりなる光合分波器の図
である。図において、6は、シリコン基板5の表面に形
成したアンダクラッド層、10はアンダクラッド層6上に
設けた石英系の第1の光導波路である。
【0003】20は、アンダクラッド層6上に、第1の光
導波路10に平行に設けた石英系の第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をそれぞれ設
けている。
【0004】なお、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で覆っている。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6μm の正方
形であり、光結合部の導波路間隔dは約3μm 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、光合分波器
(光方向性結合器)となる。
【0008】例えば、いま、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。また、出力側ポート12から
波長λ1 の光を第1の光導波路10に入射するとともに、
出力側ポート22から波長λ2 の光を第2の光導波路20に
入射すると、入力側ポート11から波長λ1 と波長λ2
光が出射する。
【0010】上述のような光合分波器の波長特性は、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。光合分波器の従
来の製造方法を図5を参照しながら説明する。
【0011】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 P2O5,B2O3及びGeO2
ドープしたコア用ガラススート層を堆積形成する。
【0012】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。
【0013】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。
【0014】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1250℃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。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述の光合分
波器は、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。
【0016】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。
【0017】即ち、従来の光合分波器は、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。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合分波器の製
造方法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、それぞれの導波路の一部に所定長だけ平
行に近接する光結合部を設けた、一対の第1,第2の光
導波路からなる光合分波器の製造方法において、図1に
例示したように、シリコン基板5の表面に、アンダクラ
ッド層6とコア層50とを積層して設け、コア層50をエッ
チングして、ほぼ中央部に所定長Lだけ平行に近接する
光結合部コア10-1C,20-1C を有する一対の第1, 第2の
光導波路コア10C,20C と、光結合部コア10-1C,20-1C の
それぞれの外側にそれぞれ近接するダミーコア55とを設
ける。
【0019】そして、火炎法又はCVD法で、第1, 第
2の光導波路コア10C,20C 及びダミーコア55の表面を含
むアンダクラッド層6の全表面に、オーバクラッド用ガ
ラススートを形成し、オーバクラッド用ガラススートを
ガラス化して、第1, 第2の光導波路コア10C,20C の表
面、ダミーコア55の表面及びアンダクラッド層6の表面
を、覆う第1のオーバクラッド層70-1を形成する。
【0020】その後エッチングしてダミーコア55を除去
するものとする。また、一方のダミーコア55と第1の光
導波路10の光結合部コア10-1C の間隔、及び他方のダミ
ーコア55と第2の光導波路20の光結合部コア20-1C の間
隔が、該第1の光導波路10の光結合部コア10-1C と該第
2の光導波路20の光結合部コア20-1C の間隔dに等しい
ものとする。
【0021】或いはまた、第1のオーバクラッド70の表
面を含むアンダクラッド層6の全表面に、火炎法又はC
VD法で第1のオーバクラッド70よりもドープ量が多い
第2のオーバクラッド用ガラススートを形成し、その後
第2のオーバクラッド用ガラススートをガラス化して、
第1のオーバクラッド70の表面を含むアンダクラッド層
6の全表面に、第2のオーバクラッド層75を形成するも
のとする。
【0022】
【作用】請求項1の発明によれば、近接して平行する第
1, 第2の光導波路のそれぞれの光結合部コアの外側に
ダミーコアが形成されているので、光結合部コアとダミ
ーコア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、光結合部コア間に堆積するオーバクラッド用ガ
ラススートの堆積量に近づく。
【0023】したがって、オーバクラッド用ガラススー
トをガラス化して第1のオーバクラッド層を形成する際
に、光結合部コアを内側方向に押す圧力が小さい。よっ
て、光結合部コア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光結合部となり、光結合部の間隔が
所定に維持され、設計時に期待した所定の波長特性が得
られる。
【0024】一方、光合分波器の光導波路に近接してダ
ミーコアがあると、光導波路の光結合部を伝搬する光の
電界がダミーコアにカップリングして損失となり、波長
特性が低下する。
【0025】本発明の製造方法によれば、第1のオーバ
クラッド層を設けた後に、ダミーコアをエッチングして
除去している。したがって、得られる光合分波器は、波
長特性の低下がない。
【0026】請求項2の発明によれば、ダミーコアと光
結合部コアの間隔を、一対の平行する光結合部コアの間
隔に等しくして、オーバクラッド用ガラススートを形成
している。
【0027】したがって、光結合部コアとダミーコア間
に堆積するオーバクラッド用ガラススートの堆積量と、
光結合部コア間に堆積するオーバクラッド用ガラススー
トの堆積量とが等しくなるので、ガラス化して第1のオ
ーバクラッドを形成する際に、光結合部コアを内側又は
外側に倒すような力が全く発生しない。
【0028】ところで、光導波路は、光導波路コアを覆
うオーバクラッド層の層厚が薄い場合には、オーバクラ
ッド層が汚れると伝搬する光の損失(光合分波器の場合
は波長特性)が変化する。
【0029】請求項3の発明によれば、第1のオーバク
ラッドの表面を含むアンダクラッド層の全表面に第2の
オーバクラッド層を形成して、オーバクラッド層の層厚
を厚くしている。したがって、本発明方法により得られ
た光合分波器は、長期間にその波長特性が維持される。
【0030】なお、第2のオーバクラッド用ガラススー
トは、第1のオーバクラッド70よりもドープ量( P2O5
の量)が多いので、ガラス化温度が、第1のオーバクラ
ッド用ガラススートのガラス化温度よりも低い。
【0031】したがって、第2のオーバクラッド層を設
けても、光結合部は勿論のこと第1のオーバクラッドが
変形することがない。
【0032】
【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。
【0033】図1は本発明の製造工程の前段を示す図、
図2は本発明の製造工程の後段を示す図であり、図3は
本発明方法により得られた光合分波器の分波特性図であ
る。図1(A) に図示したように、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
ドープした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Si
O2に P2O5,B2O3及びGeO2をドープしたコア用ガラススー
ト50A を堆積形成する。
【0034】そして、電気炉に搬入して約1350℃に加熱
して、図1(B) に図示したように、アンダクラッド用ガ
ラススート6Aをガラス化して低屈折率のアンダクラッド
層6とし、コア用ガラススート50A をガラス化して高屈
折率のコア層50とする。
【0035】次に、コア層50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1(C) の断面図及
び(C-2) の平面図に図示したように、ほぼ中央部に所定
長Lだけ平行に近接する光結合部コア10-1C,20-1C を有
する一対の第1, 第2の光導波路コア10C,20C と、光結
合部コア10-1C,20-1Cの外側にそれぞれ近接して矩形状
(長さが所定長Lの矩形)のダミーコア55とを設ける。
【0036】なお、光結合部コア10-1C と光結合部コア
20-1C の間隔dは3μm であり、一方のダミーコア55と
光結合部コア10-1C の間隔、及び他方のダミーコア55と
光結合部コア20-1C の間隔は、光結合部コア間の間隔d
に等しくて3μm である。
【0037】また、この第1の光導波路コア10C ,光結
合部コア10-1C ,第2の光導波路コア20C 及び光結合部
コア20-1C の断面はそれぞれ一辺が6μm 程度の正方形
である。
【0038】次に火炎法又はCVD法で、第1, 第2の
光導波路コア10C,20C 及びダミーコア55の表面を含むア
ンダクラッド層6の全表面に、SiO2に P2O5 とB2O3をド
ープした第1のオーバクラッド用ガラススートを堆積形
成し、電気炉に搬入して約1250℃に加熱して、第1のオ
ーバクラッド用ガラススートをガラス化し、図2(A)に
図示したように、第1, 第2の光導波路コア10C,20C の
表面、ダミーコア55の表面及びアンダクラッド層6の表
面の全面を覆う、低屈折率の第1のオーバクラッド層70
-1を形成する。
【0039】第1のオーバクラッド層70-1を設けたこと
により、第1の光導波路コア10C(光結合部コア10-1C を
含む) 及び第2の光導波路コア20C (光結合部コア20-1
C を含む) は、それぞれ第1の光導波路10(光結合部10
-1) 及び第2の光導波路20(光結合部20-1)となる。
【0040】次に、第1のオーバクラッド層70-1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、
図2(B) に図示したように、ダミーコア55上の第1のオ
ーバクラッド層及びダミーコア55を除去して、断面矩形
状の第1のオーバクラッド70とする。
【0041】その後、第1のオーバクラッド70の表面を
含むアンダクラッド層6の全表面に、火炎法又はCVD
法で、第1のオーバクラッド70よりも P2O5 量が多い第
2のオーバクラッド用ガラススートを形成する。
【0042】そして、電気炉に搬入して約1150℃に加熱
して、第2のオーバクラッド用ガラススートをガラス化
し、図2(C) に図示したように、第1のオーバクラッド
70の表面を含むアンダクラッド層6の全表面に、第2の
オーバクラッド層75を形成する。
【0043】上述のようにして得られた光合分波器は、
光結合部が直方体状に直立して形成されているので、図
3に例示したような良好な分波特性が得られた。図3
は、図4に示した第2の光導波路20の出力側ポート22の
分波特性を示すものであって、横軸は波長、縦軸は出力
である。
【0044】従来の光合分波器は、点線曲線Bで図示し
たように、出力側ポート22での波長帯が短波長の方にず
れてその最高出力点の波長は1.25μm である。即ち、分
離したい所定の波長1.31μm の出力が低く、分波特性が
低い。
【0045】これに対して本発明方法により得られた光
合分波器は、実線曲線Aで図示したように、出力側ポー
ト22の出力の最高出力点の波長は1.31μm である。即
ち、分波特性が高く、且つその損失が小さい。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように本発明方法は、それ
ぞれの光結合部の外側に、ダミーコアを設けて第1のオ
ーバクラッドを形成し、その後ダミーコアを除去すると
いう光合分波器の製造方法であって、光結合部のコアが
内側及び外側の何れの方向に倒れることがなく、整然と
した所定の断面角形が保持される。
【0047】したがって、設計時に期待した所定の波長
特性が容易に得られるという、実用上で優れた効果を奏
する。また、第2のオーバクラッド層を設けることによ
り、長期間に波長特性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造工程の前段を示す図である。
【図2】本発明の製造工程の後段を示す図である。
【図3】分波特性図である。
【図4】光合分波器の図である。
【図5】従来の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
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 10C 第1の光導波路コア 20 第2の光導波路 20C 第2の光導波路コア 10-1,20-1 光結合部 10-1C,20-1C 光結合部コア 11 入力側ポート 12,22 出力側ポート 50 コア層 50A コア用ガラススート 70 第1のオーバクラッド 70-1 第1のオーバクラッド層 75 第2のオーバクラッド層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれの導波路の一部に所定長だけ平
    行に近接する光結合部を設けた、一対の第1,第2の光
    導波路からなる光合分波器の製造方法において、 シリコン基板(5) の表面に、アンダクラッド層(6) とコ
    ア層(50)とを積層して設け、 該コア層(50)をエッチングして、ほぼ中央部に所定長だ
    け平行に近接する光結合部コア(10-1C,20-1C) を有する
    一対の第1, 第2の光導波路コア(10C,20C) と、該光結
    合部コア(10-1C,20-1C) のそれぞれの外側に近接するダ
    ミーコア(55)とを設け、 次に、火炎法又はCVD法で、該第1, 第2の光導波路
    コア(10C,20C) 及び該ダミーコア(55)の表面を含む該ア
    ンダクラッド層(6) 上に、オーバクラッド用ガラススー
    トを形成し、加熱して該オーバクラッド用ガラススート
    をガラス化して該第1, 第2の光導波路コア(10C,20C)
    、該ダミーコア(55)及び該アンダクラッド層(6) の表
    面を覆う第1のオーバクラッド層(70-1)を設け、 その後、エッチングして該ダミーコア(55)を除去するこ
    とを特徴とする光合分波器の製造方法。
  2. 【請求項2】 一方のダミーコア(55)と第1の光導波路
    (10)の光結合部コア(10-1C) の間隔、及び他方のダミー
    コア(55)と第2の光導波路(20)の光結合部コア(20-1C)
    の間隔が、該第1の光導波路(10)の光結合部コア(10-1
    C) と該第2の光導波路(20)の光結合部コア(20-1C) の
    間隔に等しいことを特徴とする、請求項1記載の光合分
    波器の製造方法。
  3. 【請求項3】 第1のオーバクラッド(70)の表面を含む
    アンダクラッド層(6) の全表面に、火炎法又はCVD法
    で該第1のオーバクラッド(70)よりもドープ量が多い第
    2のオーバクラッド用ガラススートを形成し、 その後、該第2のオーバクラッド用ガラススートをガラ
    ス化して、該第1のオーバクラッド(70)の表面を含む該
    アンダクラッド層(6) の全表面に、第2のオーバクラッ
    ド層(75)を形成することを特徴とする、請求項1又は2
    記載の光合分波器の製造方法。
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