JPH07318735A

JPH07318735A - 光導波路及びその製造方法

Info

Publication number: JPH07318735A
Application number: JP6112795A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本; Hiroyuki Hoshino; 弘之星野
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】コアの屈折率が光信号の伝搬方向に沿って変
化しており、コアとクラッドとの間の比屈折率差Δが１
％以上である光導波路及びその製造方法を提供する。【構成】基板２上の低屈折率層３内に高屈折率のコア
層４が埋め込まれた光導波路１において、コア層４が窒
素Ｎを含有した材料からなり、コア層４の少なくとも一
部を光信号の伝搬方向に沿って加熱することによりその
屈折率を変化させたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上の低屈折率層内
に高屈折率のコア層が埋め込まれた光導波路及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光部品の小型化、低損失化、低コ
スト化に対して光導波路構造の光部品の研究開発が活発
化している。特に光導波路の高機能化が望まれるように
なり、その一つとして、光導波路の中で光信号ビームを
収束させたり、拡散させたりする機能を有することが重
要視されるようになってきた。

【０００３】本発明者らはこのような機能を有する光導
波路を提案した（特願昭６２−５６５２６号）。これ
は、低屈折率層（屈折率ｎ_b）の上にコアとなる導波路
（屈折率ｎ_c、ｎ_c＞ｎ_b）を構成し、そのコア導波路
上に、光信号の伝搬方向に沿って屈折率（ｎ_cl、ｎ_cl＜
ｎ_c、ｎ_cl≠ｎ_b）が変化したクラッドを形成すること
により達成される。上述したクラッドの屈折率ｎ_clの勾
配は、光信号の伝搬方向に単調増大、単調減少あるいは
増大と減少の両方向をもったもの等からなっている。コ
ア導波路としては直線導波路、曲線導波路、折れ曲がり
導波路、Ｙ字型導波路などを含む。クラッドの屈折率分
布形成方法は、クラッドとして低温ケミカルベーパデポ
ジション（低温ＣＶＤ）、低温蒸着、低温スパッタリン
グ等によって形成したいわゆるその後の高温熱処理によ
って屈折率が変化する膜を形成しておき、その後、光信
号の伝搬方向に沿ってＣＯ₂レーザビームの照射時間あ
るいは照射光量を変えることによって達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光導波路は、以下の点に関して実現が困難であ
ることがわかった。

【０００５】(1) コアの屈折率を光信号の伝搬方向に沿
って変化させることにより、外部の光ファイバと低損失
で整合よく接続すること。

【０００６】(2) コアとクラッドとの間の比屈折率差Δ
を１％以上にすることにより小型化すること。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、コアの屈折率が光信号の伝搬方向に沿って変化して
おり、コアとクラッドとの間の比屈折率差Δが１％以上
である光導波路及びその製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板上の低屈折率層内に高屈折率のコア層
が埋め込まれた光導波路において、コア層が窒素を含有
した材料からなり、コア層の少なくとも一部を光信号の
伝搬方向に沿って加熱することによりその屈折率を変化
させたものである。

【０００９】上記構成に加えて本発明は、低屈折率層の
少なくとも一部の屈折率を光信号の伝搬方向に沿って変
化させてもよい。

【００１０】上記構成に加えて本発明は、コア層と低屈
折率層との比屈折率差Δを１％以上にしてもよい。

【００１１】本発明は、基板上の低屈折率層内に高屈折
率のコア層が埋め込まれた光導波路において、コア層あ
るいはコア層及び低屈折率層の少なくとも一部を光信号
の伝搬方向に沿って加熱することによりその屈折率を変
化させ、その屈折率の変化している部分を光導波路の入
力端、出力端又は入出力端としたものである。

【００１２】上記構成に加えて本発明は、コア層と低屈
折率層との比屈折率差Δの値を、光導波路の入力端から
光信号の伝搬方向に向かって大きくすると共に光導波路
の出力端に向かって小さくしてもよい。

【００１３】上記構成に加えて本発明は、コア層に、窒
素以外にゲルマニウム、リン、ホウ素、フッ素等の屈折
率制御用添加物を含ませてもよい。

【００１４】上記構成に加えて本発明は、光導波路中に
形成されているコア層のパターンが、所望の幅をもった
直線部、曲線部、折れ曲がり部、Ｙ字部、平行線部、あ
るいはそれらを少なくとも一つ含んでいてもよい。

【００１５】上記構成に加えて本発明は、光導波路の入
力端、出力端あるいは光導波路内に、発光素子、受光素
子、レンズ、光フィルタ及び光ファイバを少なくとも一
つ実装してもよい。

【００１６】本発明は、基板上の低屈折率層の上に、略
矩形状のコア層パターンを形成し、コア層パターンの所
望の領域にコア層の上から熱エネルギーを加えつつ光信
号の伝搬方向に沿って所定の速度で移動させることによ
りコア層の屈折率を低下させると共にその屈折率分布を
連続的に変化させたものである。

【００１７】上記構成に加えて本発明は、コア層が、Ｓ
ｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚあるいはＳｉＯＮ、ＳｉＯｘ
ＮｙＨｚからなる材料に、ゲルマニウム、リン、ホウ素
などの屈折率制御用添加物を含ませたものからなってい
てもよい。

【００１８】上記構成に加えて本発明は、コア層と低屈
折率層との比屈折率差Δを１％以上にしてもよい。

【００１９】上記構成に加えて本発明は、低屈折率層が
ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂にホウ素、フッ素などの屈折
率制御用添加物からなっていてもよい。

【００２０】上記構成に加えて本発明は、基板上に略矩
形状のコア層パターンを形成し、コア層パターンの所望
の領域に熱エネルギーを加える前に、基板全体に８００
℃から１２５０℃の温度で熱処理を加えておいてもよ
い。

【００２１】上記構成に加えて本発明は、コア層パター
ンの所望の領域に加える熱エネルギーとしてＣＯ₂レー
ザビームを用いてもよい。

【００２２】上記構成に加えて本発明は、略矩形状のコ
ア層パターン全体を、６００℃以下の低温成膜プロセス
を用いて低屈折率層で覆うようにしてもよい。

【００２３】本発明は、基板上の低屈折率層内に高屈折
率のコア層を埋め込んで光導波路を形成し、その光導波
路のコア層パターン上の低屈折率層の上方から、コア層
パターンの所望の領域に熱エネルギーを加えつつ光信号
の伝搬方向に沿って所定の速度で移動させることにより
コア層の屈折率を低くするか又は低屈折率層の屈折率を
高くし、所望の領域の光導波路の比屈折率差を光信号の
伝搬方向に沿って連続的に変化させるようにしたもので
ある。

【００２４】上記構成に加えて本発明は、所望の領域に
熱エネルギーを加える前に、光導波路全体を８００℃か
ら１２５０℃の温度で熱処理を加えておいてもよい。

【００２５】

【作用】上記構成によれば、コア層が窒素を含有してい
るので、窒素含有量を調節することにより比屈折率差Δ
を最大７％まで上げることができる。コア層に熱エネル
ギーを加えることにより、比屈折率差Δを光信号の伝搬
方向に沿って連続的に１．３％程度変化させることがで
きる。熱エネルギーをコア層と低屈折率層の両方に加え
ることにより、コア層及び低屈折率層の屈折率を光信号
の伝搬方向に沿って連続的に変化させた光導波路を得る
ことができる。比屈折率差Δの値を光導波路の入力端か
ら光信号の伝搬方向に向かって大きくなるように、また
光導波路の出力端に向かって小さくなるように構成する
ことにより、光導波路の入出力端に接続した低比屈折率
差Δのシングルモード光ファイバとモード整合をとるこ
とができ、低接続損失、低反射特性を実現することがで
きる。光導波路のコア層内に窒素以外にゲルマニウム、
リン、チタン等の屈折率制御用添加物を添加しておくこ
とでより低比屈折率差Δの変化量の大きい光導波路を実
現することができる。高比屈折率差Δの光導波路を用い
ることにより直線部、曲線部、折れ曲がり部、Ｙ字部、
平行線部などの種々の光信号処理回路を実現することが
できる。光導波路に、発光素子、受光素子、レンズ、光
フィルタ等を形成することにでより複雑な光部品、光デ
バイスなどを実現することができる。尚、光導波路に熱
エネルギーを加えることにより屈折率を変化させること
ができるのは、例えば、ＳｉＯｘＮｙＨｚの場合、熱エ
ネルギーを加えることにより窒素の量が減少して屈折率
が減少するためである。ＳｉＯｘＨｚ中の窒素の含有量
を０から２２ａｔｍ％まで変化させると、屈折率は１．
４５７から１．５７０まで変化させることができる。低
屈折率層にＳｉ０₂を用いると、比屈折率差Δは最大７
％まで変化させることができる。コア層あるいはコア層
と低屈折率層との両方に熱エネルギーを加えることによ
り屈折率を変化させる方法としては、ＣＯ₂レーザビー
ムをコア層、あるいはコア層の埋め込まれた低屈折率層
の上から照射する方法が簡便である。この場合、熱エネ
ルギーはＣＯ₂レーザビームのパワーや照射時間等によ
って制御することができる。また熱エネルギーの照射
は、コア層をパターニングした後に直ちにコア層に熱エ
ネルギーを加えるか、またはパターニングしたコア層の
全表面を低屈折率層で覆った後に低屈折率層の上から照
射するかのどちらでもよい。また、熱エネルギーの照射
は、コア層をパターニングし、ついで高温熱処理を施し
た後に行ってもよく、さらにはパターニングしたコア層
の全表面を低屈折率層で覆った後に高温熱処理を施して
それぞれの層を緻密化した後に照射してもよい。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００２７】図１は本発明の光導波路の一実施例を示す
図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその
側面図、図１（ｃ）は光導波路の光信号の伝搬方向のコ
ア層の屈折率ｎ_wの分布と、コア層と低屈折率層（クラ
ッド層、屈折率ｎ_c）との比屈折率差Δ（＝（（ｎ_w−
ｎ_c）／ｎ_w）×１００％）を示したものである。

【００２８】図１において光導波路１は、基板２上の低
屈折率層３内に高屈折率ｎ_w（ｎ_w＞ｎ_c）のコア層４
が埋め込まれた構造を有しており、コア層４の屈折率が
光信号の伝搬方向（矢印Ｐ₁）に沿って少なくとも一部
が変化している。光導波路１のコア層４の中央付近には
一つの屈折率変化領域５が形成されている。屈折率変化
領域５では、コア層４の屈折率ｎ_wが低くなっており、
この屈折率ｎ_wの低下により比屈折率差Δも同様に低下
している。この屈折率低下領域５におけるコア層４の屈
折率ｎ_wの変化部分のコア層４の幅はＷからＷｔに幅が
広がっている。これは屈折率ｎ_wを低くするために屈折
率変化領域５を局部的に加熱して熱エネルギーを加え、
コア層４内の窒素Ｎあるいは屈折率を調節するために添
加していた屈折率制御用添加物を低屈折率層側に拡散さ
せることにより生じたものである。

【００２９】基板２にはガラス、半導体、誘電体、磁性
体のいずれかの材料が用いられる。低屈折率層３にはＳ
ｉＯ₂あるいはＳｉＯ₂にＢ、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、
Ｆなどの屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだ
もの、さらにはＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚなどのＮを
含有したもの、またはＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚに屈
折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだものが用い
られる。コア層４にはＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚ、あ
るいはＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚにＧｅ、Ｐ、Ｔｉ、
Ｓｂ、Ｚｎなど屈折率を調節するための屈折率制御用添
加物を少なくとも１種類含んだ材料が用いられる。

【００３０】次に実施例の作用を述べる。

【００３１】光導波路１のコア層内に入射した入射光
（矢印Ｐ₂）は、屈折率変化領域５を通過する際、界分
布が連続的に広がり、屈折率変化領域５を通過した後は
界分布が連続的に元に戻る。コア層４はＮを含有した材
料が用いられているので、比屈折率差Δを容易に１％以
上７％程度までの高い比屈折率差Δを実現することがで
きる。また、屈折率変化領域５のコア層４の屈折率
ｎ_w、比屈折率差Δの変化量を非常に大きく（０．５％
以上）とることができる。すなわち、比屈折率差Δが非
常に大きいので、光導波路１を小型化することが容易と
なる。その結果、光導波路１の損失も小さくなり製造コ
ストが低下する。また比屈折率差Δの変化量を大きくと
ることができるので、光伝搬の界分布を大きく広げた
り、狭めたりすることができ、光導波路１中に口径の大
きなレンズ媒質を形成することが容易となる。

【００３２】図２は本発明の光導波路の他の実施例を示
す図である。

【００３３】図１に示した光導波路１との相違点は、光
信号（矢印Ｐ₃）の入力部及び出力部に屈折率変化領域
１０，１１を設けた点である。すなわち光導波路１２の
コア層１３の入力端１３ａ及び出力端１３ｂに、低い比
屈折率差Δを有するシングルモード光ファイバ（図示せ
ず）を接続する場合、高い比屈折率差Δ（１％以上）を
有する光導波路と低い比屈折率差Δ（約０．３％）のシ
ングルモード光ファイバ（図示せず）との間の比屈折率
差Δのミスマッチングによる接続損失を減少させるため
に屈折率変化領域を設けることによりモード整合をとる
ことができるようになっている。

【００３４】屈折率変化領域１０，１１は前述したよう
に、局部的に熱エネルギーを加えることによってコア層
１３内のＮが低屈折率層１４側へ拡散し、結果的にコア
層１３内の屈折率ｎ_wが低下すると共に、低屈折率層１
４内の屈折率ｎ_cが高くなるので比屈折率差Δが低下
し、低い比屈折率差Δを有するシングルモード光ファイ
バとモード整合をとることができる。尚、上述した屈折
率変化領域１０，１１のコア層１３の幅は光導波路１２
の両端面側に進むにつれて徐々に拡がるようになる。こ
れによってモードフィールド径と屈折率との両方が低い
比屈折率差Δを有するシングルモード光ファイバと光導
波路１２との間で整合され、極めて低損失かつ低反射率
で接続される。尚１５は図１に示した基板と同様な基板
である。

【００３５】図３は本発明の光導波路の他の実施例の断
面図である。

【００３６】光導波路２０の基板２１にはＳｉＯ₂が用
いられており、低屈折率層２２にもＳｉＯ₂が用いられ
ている。コア層２３にはＳｉＯｘＮｙＨｚが用いられて
いる。この光導波路２０の特徴は、基板２１と低屈折率
層２２とが同じＳｉＯ₂で構成されているため、光導波
路２０への応力による反りがほとんど発生しないことで
ある。また、ＳｉＯｘＮｙＨｚもＳｉＯ₂との整合性が
良く、反りの発生も極めて少ない。さらにコア層２３中
のＮがコア層２３を覆っている低屈折率層２２中に均等
に拡散され易く、略円形に近いモードフィールド径を実
現することができる。

【００３７】図４は本発明の光導波路の他の実施例の断
面図である。

【００３８】光導波路３０の基板３１にはＳｉが用いら
れ、コア層３２にはＧｅＯ₂を含んだＳｉｘＯｙＨｚが
用いられている。このＧｅＯ₂は屈折率を高めるための
ものであり、熱エネルギーを加えて屈折率変化領域を設
けると、Ｎの他にこのＧｅＯ₂も低屈折率層３３側へ拡
散される。すなわち、より高い比屈折率差Δを有する光
導波路３０を実現することができる。低屈折率層３３に
はＦを含んだＳｉＯ₂が用いられている。このＦは屈折
率を低下させる材料であり、屈折率変化領域で低屈折率
層３３側へ拡散したＧｅＯ₂による低屈折率層３３の屈
折率の上昇をこのＦで抑えることができる。

【００３９】図５は本発明の光導波路のＳｉＯｘＮｙＨ
ｚ層に照射されるＣＯ₂レーザビームの移動速度と屈折
率との関係を示す図である。同図において横軸がＣＯ₂
レーザビームの移動速度を示し、縦軸がＳｉＯｘＮｙＨ
ｚ層の屈折率及び比屈折率差Δを示している。

【００４０】ＣＯ₂レーザビームの出力は１０Ｗであ
り、ビームスポット径は３００μｍである。ＣＯ₂レー
ザビーム照射後のＳｉＯｘＮｙＨｚ層の屈折率は波長
０．６３μｍの光源を用いて測定した。尚ここで示した
ＳｉＯｘＮｙＨｚ層は屈折率を光学的に評価するためＳ
ｉ基板上に形成されており、その層の厚さは約５μｍで
ある。同図より、ＣＯ₂レーザビームの照射により、比
屈折率差Δを１．３％程度変化させる（小さくする）こ
とができる。このため、例えば光導波路の比屈折率差Δ
を１．６％に設定しておけば、その光導波路の入出力端
部をＣＯ₂レーザビーム照射により入出力端部の比屈折
率差Δを０．３％程度にすることができる。その結果、
上述した入出力端は比屈折率差Δが０．３％のシングル
モード光ファイバを接続した場合、比屈折率差Δのミス
マッチングなしに、すなわちモード整合がとれた状態で
接続することができ、これらの接続部での接続損失を略
０ｄＢに抑えることができる。

【００４１】図６は本発明の光導波路を適用したＹ分岐
光導波路の実施例を示したものである。

【００４２】このＹ分岐光導波路４０は、その入射光
（矢印Ｐ₄）側、出射光（矢印Ｐ₅，Ｐ₆）側に屈折率
変化領域４１，４２，４３が設けられており、光導波路
端面４０ａ，４０ｂ，４０ｃに、低い比屈折率差Δを有
するシングルモード光ファイバを接続した場合にモード
整合をとることができるようになっている。尚、４４は
基板、４５は低屈折率層、４６はコア層をそれぞれ示し
ている。

【００４３】図７及び図８も本発明の光導波路の他の実
施例を示したものである。

【００４４】図７において、光導波路５０の基板５１に
はＳｉを用い、低屈折率層５２にはＢ₂Ｏ₃を添加した
ＳｉＯ₂が用いられている。コア層５３にはＰ₂Ｏ₅を
含んだＳｉＯｘＮｙＨｚが用いられている。この光導波
路５０の屈折率変化領域のコア層５３から低屈折率層５
２へ拡散するのはＰ₂Ｏ₅とＮである。低屈折率層５２
のＢ₂Ｏ₃はＳｉＯ₂の屈折率を低下させる材料であ
り、屈折率変化領域ではＢ₂Ｏ₃とＰ₂Ｏ₅とＮとで屈
折率の変化が相殺される。

【００４５】図８において、光導波路６０の基板６１に
はＳｉＯ₂を用い、低屈折率層６２にはＦを含んだＳｉ
ＯＮが用いられている。低屈折率層６２内のＦもＳｉＯ
₂の屈折率を低下させる材料であり、図７に示したＢ₂
Ｏ₃と同様に作用する。

【００４６】次に本発明の光導波路の製造方法について
述べる。

【００４７】図９は本発明の光導波路の製造方法の一実
施例を示す工程図である。

【００４８】まず基板上に低屈折率層を形成する。低屈
折率層を形成する方法としては、プラズマＣＶＤ（ケミ
カルベーパデポジション）法、電子ビーム蒸着法、スパ
ッタリング法、火炎堆積法、常圧ＣＶＤ法などがありい
ずれの方法を用いてもよい（図９（ａ））。

【００４９】低屈折率層上にコア層を形成する。コア層
の形成方法も低屈折率層を形成する方法と同様である
（図９（ｂ））。

【００５０】コア層の上にスパッタリング法を用いてＷ
Ｓｉ膜を形成する（図９（ｃ））。

【００５１】ＷＳｉ膜の上にフォトレジスト膜を塗布
し、所望のパターンを有するフォトマスクを用いてフォ
トリソグラフィによりパターニングを行う。その後この
フォトレジストパターンをマスクとしてドライエッチン
グプロセスでＷＳｉ膜のパターニングを行う（図９
（ｄ））。

【００５２】ＷＳｉ膜のパターンをマスクとしてドライ
エッチングプロセスによりコア層のパターニングを行
う。ここでＷＳｉ膜及びコア層のパターニングには反応
性イオンエッチング装置を用い、エッチングガスとして
ＮＦ₃及びＣＨＦ₃を用いて行う（図９（ｅ））。

【００５３】コア層の上に形成されたＷＳｉ膜を再びド
ライエッチングにより剥離する（図９（ｆ））。

【００５４】所望の領域のコア層の上にＣＯ₂レーザビ
ームを照射して屈折率を変化させる（図９（ｇ））。

【００５５】最後にコア層パターン全面を低屈折率層で
被覆して完了する（図９（ｈ））。

【００５６】この低屈折率層の形成は、図９（ａ）で述
べた種々の方法の中のいずれかの方法が用いられる。但
し、この低屈折率層の形成はできるだけ低温（≦６００
℃）プロセスで行うことが望ましい。これは、コア層に
屈折率変化を施した部分の屈折率が低屈折率層の形成プ
ロセスによって変化しないようにするためである。

【００５７】図１０は本発明の光導波路の製造方法の他
の実施例を示す工程図である。

【００５８】図１０（ａ）〜図１０（ｆ）、図１０
（ｈ）及び図１０（ｉ）に示した工程は図９（ａ）〜図
９（ｈ）に示した工程と同じである。図９に示した工程
との相違点は、コア層上のＷＳｉ膜を剥離した後（図１
０（ｆ））、試料を高温熱処理する点（図１０（ｇ））
である。この高温熱処理は５００℃〜１２００℃の温度
範囲が好ましい。

【００５９】図１１は本発明の光導波路の製造方法の他
の実施例を示す工程図である。

【００６０】図１１（ａ）から図１１（ｆ）までの工程
は図９（ａ）〜図９（ｆ）に示した工程と同じである。
図９に示した工程との相違点は、図１１（ｇ）に示すよ
うにパターン化したコア層全面を低屈折率層で被覆した
後に図１１（ｈ）に示すようにＣＯ₂レーザビーム照射
を行い、低屈折率層の上からＣＯ₂レーザビームを照射
してコア層と低屈折率層との屈折率を変化させることに
より比屈折率差Δを変化させるようにした点である。

【００６１】図１２は本発明の光導波路の製造方法の他
の実施例を示す工程図である。

【００６２】図１２（ａ）〜図１２（ｇ）及び図１２
（ｉ）に示す工程は、図１１に示す工程と同じであり、
相違点は図１２（ｈ）、（ｉ）に示すように試料を高温
熱処理した後にＣＯ₂レーザビーム照射を行うようにし
た点である。但しこの製造方法ではＣＯ₂レーザビーム
のパワーを図１１に示した場合よりも高くし、屈折率変
化を大きくとる必要がある。

【００６３】図１３は光導波路上へＣＯ₂レーザビーム
を照射して光導波路の屈折率変化を生じさせる装置の概
略図である。

【００６４】光導波路７０の屈折率変化を生じさせる装
置７１は、ＣＯ₂レーザ装置７２とミラー７３とレンズ
７４とからなっており、ＣＯ₂レーザ装置７２からのＣ
Ｏ₂レーザビームＢが、ミラー７３及びレンズ７４を介
して光導波路７０上に集光されるようになっている。こ
の装置７１は、光導波路７０の所望の領域に屈折率変化
を生じさせるため、光導波路を矢印Ｐ₇方向に移動でき
るようになっている。

【００６５】図１４は本発明の光導波路を適用した双方
向伝送用光モジュールの一実施例を示す図である。

【００６６】光導波路８０は、光送信部８１と、光受信
部８２と、光導波路型光合分波部８３を有する光合分波
器８４と、低い比屈折率差Δを有するシングルモード光
ファイバ８５とからなっている。光送信部８１は、波長
λ₁の光信号を送出する半導体レーザと、この半導体レ
ーザを駆動する駆動回路と、光信号を光導波路のコア層
内に結合させて伝送させるためのレンズ系とからなって
いる（いずれも図示せず）。光送信部８１から出射した
波長λ₁の光信号（矢印Ｐ₈）は、光導波路型光合分波
部８３を通って屈折率変化領域８６に達してモード変換
を受け、低い比屈折率差Δを有するシングルモード光フ
ァイバ８５のコア８７内に結合され、光ファイバ８５の
中を矢印Ｐ₉のように伝搬する。

【００６７】他方、光ファイバ８５内を矢印Ｐ₁₀方向に
伝搬してきた波長λ₂の光信号は光導波路８０の屈折率
変化領域８６によって損失なく結合されて光導波路内を
伝搬し、光合分波部８３によって分波され、矢印Ｐ₁₁方
向に進み、光受信部８２内に入力される。光受信部８２
は、波長λ₂の光信号のみを通過させる干渉膜フィル
タ、受光素子及び電気信号処理回路などからなる。光合
分波部８３はマッハツェンダ型光合分波回路からなって
おり、波長λ₁の光信号は通過させるが波長λ₂の光信
号は分波させるように設計されている。光合分波器８４
は、比屈折率差Δが１．５％になるように形成され、シ
ングルモード光ファイバ８５は比屈折率差Δが０．３％
のものを用いて構成されている。尚、光合分波器８４の
一方の端面８４ａは角度θだけ斜めになるように加工さ
れており、この端面８４ａからの光信号の反射光が再び
光送信部８１に戻ってこないようになっている。尚、こ
の角度θは４〜８°の範囲が好ましい。

【００６８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００６９】コア層が窒素を含有した材料からなるの
で、コアとクラッドとの比屈折率差Δが１％以上の高い
値を有する光導波路を形成することができ、コア層に光
信号の伝搬方向に沿って熱エネルギーを加えることによ
りコアの屈折率が光信号の伝搬方向に沿って変化した光
導波路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の光導波路の他の実施例を示す図であ
る。

【図３】本発明の光導波路の他の実施例の断面図であ
る。

【図４】本発明の光導波路の他の実施例の断面図であ
る。

【図５】本発明の光導波路のＳｉＯｘＮｙＨｚ層に照射
されるＣＯ₂レーザビームの移動速度と屈折率との関係
を示す図である。

【図６】本発明の光導波路を適用したＹ分岐光導波路の
実施例を示したものである。

【図７】本発明の光導波路の他の実施例を示したもので
ある。

【図８】本発明の光導波路の他の実施例を示したもので
ある。

【図９】本発明の光導波路の製造方法の一実施例を示す
工程図である。

【図１０】本発明の光導波路の製造方法の他の実施例を
示す工程図である。

【図１１】本発明の光導波路の製造方法の他の実施例を
示す工程図である。

【図１２】本発明の光導波路の製造方法の他の実施例を
示す工程図である。

【図１３】光導波路上へＣＯ₂レーザビームを照射して
光導波路の屈折率変化を生じさせる装置の概略図であ
る。

【図１４】本発明の光導波路を適用した双方向伝送用光
モジュールの一実施例を示す図である。

【符号の説明】

２基板３低屈折率層（クラッド層）４コア層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の低屈折率層内に高屈折率のコア
層が埋め込まれた光導波路において、上記コア層が窒素
を含有した材料からなり、上記コア層の少なくとも一部
を光信号の伝搬方向に沿って加熱することによりその屈
折率を変化させたことを特徴とする光導波路。
【請求項２】上記低屈折率層の少なくとも一部の屈折
率を光信号の伝搬方向に沿って変化させた請求項１記載
の光導波路。
【請求項３】上記コア層と上記低屈折率層との比屈折
率差Δを１％以上にした請求項１又は２記載の光導波
路。
【請求項４】基板上の低屈折率層内に高屈折率のコア
層が埋め込まれた光導波路において、上記コア層あるい
は上記コア層及び低屈折率層の少なくとも一部を光信号
の伝搬方向に沿って加熱することによりその屈折率を変
化させ、その屈折率の変化している部分を光導波路の入
力端、出力端又は入出力端としたことを特徴とする光導
波路。
【請求項５】上記コア層と上記低屈折率層との比屈折
率差Δの値を、光導波路の入力端から光信号の伝搬方向
に向かって大きくすると共に光導波路の出力端に向かっ
て小さくした請求項４記載の光導波路。
【請求項６】上記コア層に、窒素以外にゲルマニウ
ム、リン、ホウ素、フッ素等の屈折率制御用添加物を含
ませた請求項１から５のいずれか一項記載の光導波路。
【請求項７】上記光導波路中に形成されているコア層
のパターンが、所望の幅をもった直線部、曲線部、折れ
曲がり部、Ｙ字部、平行線部、あるいはそれらを少なく
とも一つ含む請求項１から６のいずれか一項記載の光導
波路。
【請求項８】上記光導波路の入力端、出力端あるいは
上記光導波路内に、発光素子、受光素子、レンズ、光フ
ィルタ及び光ファイバを少なくとも一つ実装した請求項
１から７のいずれか一項記載の光導波路。
【請求項９】基板上の低屈折率層の上に、略矩形状の
コア層パターンを形成し、上記コア層パターンの所望の
領域に上記コア層の上から熱エネルギーを加えつつ光信
号の伝搬方向に沿って所定の速度で移動させることによ
りコア層の屈折率を低下させると共にその屈折率分布を
連続的に変化させたことを特徴とする光導波路の製造方
法。
【請求項１０】上記コア層が、ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮ
ｙＨｚあるいは該ＳｉＯＮ、ＳｉＯｘＮｙＨｚからなる
材料に、ゲルマニウム、リン、ホウ素などの屈折率制御
用添加物を含ませたものからなる請求項９記載の光導波
路の製造方法。
【請求項１１】上記コア層と上記低屈折率層との比屈
折率差Δを１％以上にした請求項９または１０記載の光
導波路の製造方法。
【請求項１２】上記低屈折率層がＳｉＯ₂あるいはＳ
ｉＯ₂にホウ素、フッ素などの屈折率制御用添加物から
なる請求項９から１１のいずれか一項記載の光導波路の
製造方法。
【請求項１３】上記基板上に略矩形状のコア層パター
ンを形成し、該コア層パターンの所望の領域に熱エネル
ギーを加える前に、基板全体に８００℃から１２５０℃
の温度で熱処理を加えておく請求項９から１２のいずれ
か一項記載の光導波路の製造方法。
【請求項１４】上記コア層パターンの所望の領域に加
える熱エネルギーとしてＣＯ₂レーザビームを用いた請
求項９から１２のいずれか一項記載の光導波路の製造方
法。
【請求項１５】上記略矩形状のコア層パターン全体
を、６００℃以下の低温成膜プロセスを用いて低屈折率
層で覆うようにした請求項９から１４のいずれか一項記
載の光導波路の製造方法。
【請求項１６】基板上の低屈折率層内に高屈折率のコ
ア層を埋め込んで光導波路を形成し、その光導波路のコ
ア層パターン上の低屈折率層の上方から、該コア層パタ
ーンの所望の領域に熱エネルギーを加えつつ光信号の伝
搬方向に沿って所定の速度で移動させることによりコア
層の屈折率を低くするか又は上記低屈折率層の屈折率を
高くし、所望の領域の光導波路の比屈折率差を光信号の
伝搬方向に沿って連続的に変化させるようにしたことを
特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１７】上記所望の領域に熱エネルギーを加え
る前に、光導波路全体を８００℃から１２５０℃の温度
で熱処理を加えておく請求項１６記載の光導波路の製造
方法。