JPH09203817A - 光導波路カプラ - Google Patents

光導波路カプラ

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JPH09203817A
JPH09203817A JP3295196A JP3295196A JPH09203817A JP H09203817 A JPH09203817 A JP H09203817A JP 3295196 A JP3295196 A JP 3295196A JP 3295196 A JP3295196 A JP 3295196A JP H09203817 A JPH09203817 A JP H09203817A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical
fluorine
silicon dioxide
coupler
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Pending
Application number
JP3295196A
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English (en)
Inventor
Fumio Matsumura
文雄 松村
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光通信伝送システムにおける光信号の多重化
に必要な石英系光導波路カプラにおいて、歩留まりがよ
く、膜応力が低くて高信頼性の光導波路カプラを提供す
ること。 【解決手段】 光導波路2の上に光導波路により方向性
結合器及び/またはY分岐回路を形成し、光導波路の端
部を光入出力端子とする。光導波路については、フッ素
ガスの含有濃度により二酸化ケイ素光学膜の屈折率をコ
ントロールできることに基づき、光導波路基板2上に、
TEOS、O2 ガス及びCF4 ガスを用いてプラズマ化
学気相堆積法により、フッ素をドープした二酸化ケイ素
光学膜を形成し、これら二酸化ケイ素光学膜により下部
クラッド部31、コア部32及び上部クラッド部33の
3層を形成して、コア部32のみフッ素濃度を低くする
か、あるいはコア部32のみフッ素を導入しないことと
して、コア部32の屈折率をクラッド部31、32より
も若干大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おける光信号の多重化に不可欠な光導波路カプラに関
し、特に化学気相堆積法でフッ素をド−プした二酸化ケ
イ素光学膜を用いた光導波路カプラに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光通信システムにおいては、加入者系等
のネットワークシステムの構築が精力的に進められてお
り、このようなシステムに用いられる、光分岐や光合分
波を行う光送受信モジュールとして、基板上に光導波路
を形成した光導波路カプラが有利であると考えられてい
る。この光導波路カプラは、小型化、量産性に優れてお
り、その中でもケイ素(Si)基板上に二酸化ケイ素光
学膜を基に作製される石英系光導波路カプラは、エッチ
ング加工の容易さや低損失性などの利点があることか
ら、実用性の高いものとして注目されている。
【0003】従来の石英系光導波路カプラの構造として
は、図6に示すようなゲルマニウムを二酸化ゲルマニウ
ムの形で二酸化ケイ素にドープしたコア部を持つ構造の
ものが知られている(河内:プレーナ光波回路の研究、
NTT R&D、Vol.41,No.3,P307〜
315,1992)。図6に示す構造の光導波路カプラ
は、一般に単結晶ケイ素基板よりなる光導波路基板11
の上にまず25μmの二酸化ケイ素粉末を火炎堆積法に
より形成し、更にその上に8μmの二酸化ゲルマニウム
を含む二酸化ケイ素粉末を形成後電気炉で1000℃以
上の温度で上記の2層の粉末をガラス化する。次にアモ
ルファスケイ素膜等をマスクとして反応性イオンエッチ
ングにより10μmのエッチングを施し、下部クラッド
部12の上に光導波路のコア部13を形成する。更に2
5μmの二酸化ケイ素粉末を火炎堆積法により形成し、
電気炉で1000℃以上の温度でガラス化し上部クラッ
ド部14を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの構造
においては、二酸化ケイ素粉末を高温でガラス化する必
要があり、コア部13と下部クラッド部12との境界を
鏡面状態に形成することが極めて困難であるという問題
がある。即ち火炎堆積法ではガラス粉末として基板上に
二酸化ケイ素膜を成膜する必要があるが、下部クラッド
部12とコア部13の2層のほとんど融点の等しい粉末
を堆積後電気炉で溶融してガラス化するためクラッド部
12とコア部13の境界がくずれてしまう可能性が高
い。境界面が鏡面にならないと散乱損失が発生し、大き
な損失になるため、結局高い良品率が得られないおそれ
がある。
【0005】更に上記の2層の粉末がガラス化される二
酸化ケイ素膜は、1000℃近くの高温にさらされるこ
とから、当該膜と基板11との剥離応力がかなり大き
く、膜が基板から剥離したり、膜にクラックが生じるお
それがあり、このため十分な信頼性が得られないという
問題がある。
【0006】本発明は、良品率が高くかつ信頼性が高い
光導波路カプラを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決する手段】本発明は、光導波路基板上に光
導波路を形成する下部クラッド部、コア部及び上部クラ
ッド部をこの順に積層すると共に、光導波路の端部を光
信号の入出力端子とすると共に、光導波路の一部を方向
性結合器または分岐回路の少なくとも一方として構成し
た光導波路カプラにおいて、前記下部クラッド部、コア
部及び上部クラッド部を化学気相堆積法により成膜され
た二酸化ケイ素光学膜により構成し、前記下部クラッド
部および上部クラッド部にはフッ素をド−プし、コア部
には上部クラッド部及び下部クラッド部内のフッ素濃度
よりも少ない濃度でフッ素をド−プした構成とする。た
だしコア部は、フッ素がド−プされ純粋な二酸化ケイ素
光学膜としてもよい。二酸化ケイ素光学膜を成膜するに
あたっては、例えば有機ソ−ス及び酸素を含むガスを成
膜ガスとし、更にフッ素ド−プ用のガス例えばCF4
スを用いてプラズマ化学気相堆積法により成膜を行う。
【0008】
【発明の実施の形態】以下添付図面に示した実施例によ
り本発明の詳細を説明する。図1は本発明の光導波路カ
プラの一実施例の基本構成を示す概略斜視図であり、光
導波路基板2上には光導波路3が形成されている。ただ
し図1では便宜上光導波路3としてコア部を示してあ
る。この光導波路3の一部は2つのY分岐回路41、4
2として構成され、光導波路3の端部は図示しない光フ
ァイバに結合される入出力端子51〜54をなしてい
る。また一方のY分岐回路41には埋込光フィルタ43
が設けられている。
【0009】ここで本発明の光導波路カプラの光導波路
の構成及び製法について図2を参照しながら述べる。先
ず図2(a)に示すように単結晶ケイ素よりなる光導波
路基板2上に、TEOSを用いた低温プラズマ化学気相
堆積法により、フッ素をドープした25μmの二酸化ケ
イ素光学膜31を下部クラッド部として形成する。
【0010】この二酸化ケイ素光学膜の成膜は、図3に
示す低温プラズマ化学気相堆積装置により行われる。図
3中61は真空チャンバ、62は例えばヒータを内蔵し
た高周波放電下部電極を兼用する載置台、63は高周波
放電上部電極であり、載置台62上に光導波路基板2を
載せ、真空チャンバ61内を10-1〜10-2Torrの
圧力まで真空排気すると共に、前記ヒータにより光導波
路基板2を280℃に加熱する。そして成膜ガスである
TEOS、O2 ガス及びドープガスであるCF4 ガスを
夫々100sccm、100sccm及び5sccmの
流量でガス導入部64より真空チャンバ62内に導入す
ると共に、基板2の単位面積当りの電力密度がおよそ4
W/cm2 となるように電極62、63間に高周波電力
を供給し、フッ素をドープした二酸化ケイ素光学膜31
を形成する。なお図3中65、66は夫々排気管及び高
周波電源である。
【0011】更に図2(b)に示すように、CF4 ガス
を用いない他は上述のプロセスと同様にして、二酸化ケ
イ素光学膜31の上に厚さ10μmの純粋な二酸化ケイ
素光学膜30をコア材として形成する。しかる後この二
酸化ケイ素光学膜30の上に厚さ2μmのアモルファス
ケイ素膜をエッチング用マスクとして化学気相堆積法に
より形成し、反応性イオンエッチング装置を用い、前記
コア材(二酸化ケイ素光学膜)30を鏡面エッチングし
て高さ及び幅がいずれも8μmのコア部32を形成す
る。
【0012】最後に上述の低温プラズマ化学気相堆積装
置により、コア部32が形成された下部クラッド部31
の上に、当該下部クラッド部31を形成したと同様のプ
ロセスを行って、フッ素をドープした厚さ25μmの二
酸化ケイ素光学膜を上部クラッド部33として形成し、
こうして光導波路3が完成する。なお光フィルタ43
は、5μmのフッ化ポリイミド基板に、SiO2 とTi
2 とを交互に例えば全部で40層の多層膜を形成して
なるものであり、光導波路カプラにダイシングソーで幅
30μm、深さ150μmの溝を作り、この溝内に埋め
込まれる。
【0013】次に図1に示す光フィルタ43が1.3μ
mの波長の光信号を透過し、1.55μmの波長の光信
号を反射する特性を有するものとして本実施例の光導波
路カプラの機能について説明する。光入出力端子52に
波長が1.3μm及び1.55μmの光信号が入力され
ると、光フィルタ43により光入出力端子51には1.
55μmの波長の光信号が出力され、光入出力端子5
3、54には1.3μmの波長の光信号が出力される。
また光入出力端子54に1.3μmの波長の光信号を入
力すると光入出力端子52にその信号が出力される。
【0014】従って本実施例の光導波路カプラの利用形
態の一例については、1.55μmの波長の光信号にC
ATV(ケーブルテレビ)の信号を、また1.3μmの
波長の光信号に電話回線の信号を夫々割り当てて考える
と、光信号の時分割伝送技術を併用することによりCA
TV信号と電話回線信号を多重したビデオ・オン・デマ
ンド機能を有する光加入者系伝送システムを構築でき
る。
【0015】上述の実施例によれば、TEOSを成膜ガ
スとしてプラズマ化学気相堆積法によりフッ素ドープ二
酸化ケイ素光学膜を形成し、これを上部、下部クラッド
部31、33として用いているため、およそ280℃以
下という低温ですべての二酸化ケイ素光学膜を形成する
ことができる。このためガラス化した膜がはじめから基
板2に作製されるのでコア部32とクラッド部31、3
3との境界が崩れることなく鏡面状態にすることがで
き、散乱損失の少ない製品が得られるので良品率が高く
なり、低価格を図ることができる。またプロセス温度が
低いので、基板2と二酸化ケイ素光学膜との間の剥離応
力が小さく、膜が基板から剥離したり、膜にクラックを
生じるおそれがないので信頼性の高い光導波路カプラが
得られる。
【0016】上述の光導波路カプラについては、光挿入
損失が2dB以下であり、光入出力端子53、54にお
ける光クロストークは−50dB以下であり、良好な特
性であった。なおコア部32とクラッド部31、33と
の屈折率差は0.3%であり、使用した光フィルタの特
性及び測定波長は前述の説明の通りのものである。
【0017】図4は、本発明の他の実施例を示す図であ
り、この光導波路カプラは、一対のコア部32を互いに
接近させてなる一つの方向性結合器71と、二つのY分
岐回路72、73とを有しており、既述のプロセスと同
様のプロセスで製造されるものである。このような光導
波路カプラにおいては、光入出力端子81または82に
入射した光信号は、方向性結合器71によりY分岐回路
側72と73側とに分配され、Y分岐回路72、73を
通して光入出力端子83、84、85及び86に出力さ
れる。この機能により光CATV信号の分配などが可能
となり、光入出力端子81、82に異なる光信号を入力
して信号多重化を実現することもできる。
【0018】本発明の光導波路カプラは、図1に示すよ
うにY分岐回路を有するもの、図4に示すように方向性
結合器及びY分岐回路を有するものの他、Y分岐回路は
備えていないが方向性結合器を備えているものであって
もよい。
【0019】ここでTEOSガスの流量aに対するCF
4 ガスの流量bの比率(b/a×100)を変えたとき
に形成される二酸化ケイ素光学膜について、光の波長と
屈折率との関係(屈折率の変化の波長分散特性)を調べ
たところ図5に示す結果が得られた。この結果から分か
るようにフッ素のドープ量によって二酸化ケイ素光学膜
の屈折率をコントロールすることができ、TEOS及び
CF4 ガスを用いたプラズマ化学気相堆積法により良好
な光導波路を得られることが理解できる。上部及び下部
のクラッド部の屈折率はコア部の屈折率よりも小さけれ
ばよいので、コア部を純粋な二酸化ケイ素光学膜とせず
にフッ素をドープした二酸化ケイ素光学膜とし、クラッ
ド部については、フッ素の含有濃度がコア部のフッ素の
含有濃度よりも多くなるように二酸化ケイ素光学膜を形
成するようにしてもよい。また成膜ガスとしてはTEO
S以外の他の有機ソースを用いてもよいし、ドープガス
としてはF2 ガスなど他のガスを用いてもよい。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、良品率が高く、基板と
の膜応力が小さい信頼性の高い光導波路カプラを容易に
低価格で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光導波路カプラの基本構成
を示す概略斜視図である。
【図2】本発明の一実施例の光導波路の光導波路の製造
工程及び基本構成を示す説明図である。
【図3】本発明の一実施例の光導波路の製造のためのT
EOS低温プラズマ化学気相堆積装置の基本構成を示す
説明図である。
【図4】本発明の他の実施例の光導波路の基本構成を示
す概略平面図である。
【図5】二酸化ケイ素光学膜の屈折率とCF4 ガスの流
量比との関係を示す特性図である。
【図6】従来の光導波路カプラの光導波路の基本構成を
示す説明図である。
【符号の説明】
11 光導波路基板 12 下部クラッド部 13 コア部 14 上部クラッド部 2 光導波路基板 3 光導波路 30 コア材 31 下部クラッド部 32 コア部 33 上部クラッド部 41、42 Y分岐回路 43 光フィルタ 51〜54 光入出力端子 61 真空チャンバ 62 高周波放電下部電極 63 高周波放電上部電極 64 ガス導入部 65 排気管 66 高周波電源 71 方向性結合器 72、73 Y分岐回路 81〜86 光入出力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路基板上に光導波路を形成する下
    部クラッド部、コア部及び上部クラッド部をこの順に積
    層すると共に、光導波路の端部を光信号の入出力端子と
    すると共に、光導波路の一部を方向性結合器または分岐
    回路の少なくとも一方として構成した光導波路カプラに
    おいて、 前記下部クラッド部、コア部及び上部クラッド部を化学
    気相堆積法により成膜された二酸化ケイ素光学膜により
    構成し、 前記下部クラッド部および上部クラッド部にはフッ素が
    ド−プされ、コア部には上部クラッド部及び下部クラッ
    ド部内のフッ素濃度よりも少ない濃度でフッ素がド−プ
    されるかまたはフッ素がド−プされないことを特徴とす
    る光導波路カプラ。
  2. 【請求項2】 化学気相堆積法は、有機ソ−スと酸素を
    含むガスとを成膜ガスとして用いたプラズマ化学気相堆
    積法であることを特徴とする請求項1記載の光導波路カ
    プラ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0849374A2 (en) * 1996-12-18 1998-06-24 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Low refractive index SiO2 film and process for producing the same

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