JPH1062637A

JPH1062637A - 平面導波路型フィルタ

Info

Publication number: JPH1062637A
Application number: JP21642396A
Authority: JP
Inventors: Masumi Ito; 真澄伊藤; Tadashi Enomoto; 正榎本; Maki Ikechi; 麻紀池知
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた光遮断特性を有する平面導波路型フィ
ルタを提供すること。【解決手段】基板２上に光導波路となるコア３が形成
され、このコア３の上方にクラッド４が形成されると共
に、コア３の内部に特定波長の光のみを反射させるグレ
ーティング５が設けられている平面導波路型フィルタに
おいて、クラッド４の上方にクラッド４より高い屈折率
を有する放出層６が設けられている。このため、コア３
からクラッド４へ入射した光がクラッド４の境界面で反
射されることなく、放出層６内へ入射され外部へ放出さ
れる。従って、そのような光がグレーティング５を迂回
して再びコア３内に入射することがなく、良好な光遮断
特性が得られることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の一部に
特定波長の光の遮断特性を有するグレーティングが設け
られた平面導波路型フィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の平面導波路型フィルタとしては、
図４に示すように、基板Ａ上に導波路となる高屈折率の
コアＢが形成され、そのコアＢの上方にクラッドＣが形
成された構造であって、コアＢ内の屈折率を光の伝搬方
向（長手方向）に沿って周期的に変化させたグレーティ
ングＤが設けられたものが知られている。グレーティン
グＤは、屈折率の周期（高屈折率領域Ｅの形成間隔）に
応じた光の反射波長特性を有しており、コアＢで導光さ
れる特定波長の光のみを反射させ、所望の波長の光のみ
を透過させる機能を備えている。このため、この平面導
波路型フィルタによれば、入力した光をコアＢに沿って
導光させ、グレーティングＤを通過させることにより、
所望の波長成分を有する光のみを出力させることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の平面導波路型フィルタにあっては、特定波長の
光を遮断するというフィルタ機能が十分に発揮されない
という問題点がある。すなわち、図４に示すように、コ
アＢ内を伝搬してグレーティングＤに入射される光Ｆの
うち、グレーティングＤで反射されることなくコアＢか
らクラッドＣへ放射される光Ｇが存在する。この光Ｇが
クラッドＣ内を伝搬してその境界面で反射することによ
りグレーティングＤを迂回して、再びコアＢ内へ入射さ
れ伝搬する場合がある。このような場合、光Ｇが漏れ光
となって、特定波長の光を完全には遮断できず、平面導
波路型フィルタがフィルタとして十分に機能しないこと
となる。

【０００４】そこで本発明は、以上のような問題点を解
決するためになされたものであって、特定波長に対する
優れた遮断特性を有する平面導波路型フィルタを提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、基板
上に光導波路となるコアが形成され、このコアの上方に
クラッドが形成されると共に、コアの内部に特定波長の
光のみを反射させるグレーティングが設けられている平
面導波路型フィルタにおいて、クラッドの上方にクラッ
ドより高い屈折率を有する放出層が設けられていること
を特徴とする。

【０００６】このような発明によれば、コアからクラッ
ドへ放射された光がクラッド内の境界面で反射すること
なく、放出層内へ導光されて外部へ放出される。このた
め、そのような光がグレーティングを迂回して再びコア
内へ入射されることがない。

【０００７】また本発明は、前述の放出層がクラッド上
に有機材料を塗布して設けられていることを特徴とす
る。

【０００８】このような発明によれば、放出層が容易に
形成可能となる。

【０００９】また本発明は、基板上に光導波路となるコ
アが形成され、このコアの上方にクラッドが形成される
と共に、コアの内部に特定波長の光のみを反射させるグ
レーティングが設けられている平面導波路型フィルタに
おいて、クラッドの上方に光を吸収する吸収層が設けら
れていることを特徴とする。

【００１０】このような発明によれば、コアからクラッ
ドへ放射された光がクラッド内の境界面で反射すること
なく、吸収層内へ導光されて消滅する。このため、その
ような光がグレーティングを迂回して再びコア内へ入射
されることがない。

【００１１】更に本発明は、前述の吸収層がクラッド上
に有機材料を塗布して設けられていることを特徴とす
る。

【００１２】このような発明によれば、吸収層が容易に
形成可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
に係る種々の実施形態について説明する。なお、各図に
おいて同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致して
いない。

【００１４】（実施形態１）図１は平面導波路型フィル
タの概要図である。図１に示すように、平面導波路型フ
ィルタ１は、基板２上にコア３が形成され、このコア３
の上方を少なくとも覆うようにクラッド４が形成されて
いる。基板２は、コア３を設けるための基礎部分となる
板体であって、例えば、ＳｉＯ2（石英）により形成さ
れる。コア３は、光の導波路となる部位であって、クラ
ッド４より高い屈折率を有する材料により形成されてい
る。例えば、クラッド４がＳｉＯ2 により形成される場
合、コア３はＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加して混晶とされ
クラッド４より高屈折率の領域とされる。

【００１５】コア３の形成方法としては、基板２の上面
に向けてＳｉＯ2 とＧｅＯ2（二酸化ゲルマニウム）の
ガラス微粒子を噴き付け基板２上に堆積させた後、焼結
により透明ガラス化する。そして、通常のリソグラフィ
により導波路パターンの形状（幅形状）を決定してコア
３とされる。また、クラッド４の形成は、コア３の形成
後、そのコア３の上方からＳｉＯ2 のガラス微粒子を噴
き付けてコア３及び基板２上に堆積させた後、焼結によ
り透明ガラス化して行われる。

【００１６】なお、図１においては、コア３は基板２上
に直接形成されているが、そのような形態に限られるも
のではなく、基板２上にクラッド層を介して形成される
場合もある。

【００１７】図１に示すように、コア３の内部には、特
定波長の光のみを反射させるグレーティング５が設けら
れている。グレーティング５は、屈折率変調形の回折格
子であって、コア３における光の伝搬方向（長手方向）
に沿って複数の高屈折領域５１を周期的に形成して構成
されている。グレーティング５は、高屈折率領域５１の
形成間隔を変えることにより、光の反射波長特性を任意
に設定することができる。

【００１８】そのグレーティング５の光の反射波長（ブ
ラッグ波長）λ_R は、次の式（１）で表される。

【００１９】λ_R ＝２・ｎ₁・Λ ‥‥‥（１）ｎ₁：グレーティング５における最小屈折率 Λ ：高屈折率領域５１の周期（形成間隔）。

【００２０】このグレーティング５の形成は、基板２上
にコア３およびクラッド４を形成した後、上方から紫外
光を照射することにより行われる。例えば、エキシマレ
ーザから射出された紫外線を位相格子を介して干渉縞と
して、クラッド４の上方から照射する。すると、ＧｅＯ
2 の添加されている領域、即ち、コア３部分の屈折率が
紫外線の干渉縞の間隔に従って変化し、その干渉縞の部
分が高屈折率領域５１となってグレーティング５が形成
されることとなる。

【００２１】なお、グレーティング５は、必要とされる
フィルタ機能に応じて、その形成間隔に変化が付けられ
てチャープドグレーティングとされる場合もある。更
に、グレーティング５としては、前述の屈折率変調形に
限られるものではなく、コア３の上面などを周期的に凹
凸してなるエッチング形又はコア３の上面などに周期的
にクラッディングを設けてなるクラッディング形などの
レリーフ形のものであってもよい。

【００２２】図１において、クラッド４上には、放出層
６が形成されている。放出層６は、クラッド４から入射
してくる光を外部へ放射させるための層体であって、ク
ラッド４より高い屈折率を有する材料で形成されてい
る。この放出層６としては、クラッド４が屈折率１.４
５８のＳｉＯ2 である場合、例えば、クラッド４より屈
折率の大きい有機材料であるポリカーボネイト（屈折率
１.５８）が用いられる。この場合、ポリカーボネイト
が有機材料であるから、クラッド４上に塗布することで
容易に放出層６を形成することができる。

【００２３】また、その塗布工程としてスピンコーティ
ングを用いることにより、クラッド４上に薄い放出層６
を容易に、かつ、正確に形成することができる。すなわ
ち、ポリカーボネイトを溶剤で溶かすなどして適当な粘
度を有する液状とし、クラッド４上に液状のポリカーボ
ネイトをごく少量供給し、そのクラッド４が形成されて
いる基板２を高速回転させることにより、溶液がクラッ
ド４上で放射状に広がって、均一な厚さの薄い放出層６
が形成できる。

【００２４】なお、放出層６を形成する材料としては、
ポリカーボネイトに限られるものではなく、クラッド４
より高い屈折率を有するものであれば、ポリメタクリル
酸メチル（ＰＭＭＡ：屈折率１.４９）、ポリスチレン
（屈折率１.５９）、ポリ塩化ビニル（屈折率１.５５）
などその他のものであってよい。

【００２５】次に、平面導波路型フィルタ１の動作につ
いて説明する。

【００２６】図１において、コア３に沿って伝搬する光
７がグレーティング５へ向けて入射されると、グレーテ
ィング５の各高屈折領域５１で反射されて後進する光を
生じる。このとき、高屈折率領域５１の形成間隔Λを半
波長とする光７１は干渉して強まり、コア３に沿って後
進することとなる。このため、伝搬する光７のうち式
（１）に示す特定波長の光７１はグレーティング５を通
過することができず、グレーティング５が波長フィルタ
として機能することとなる。

【００２７】ところが、グレーティング５の入射端部又
はその途中において、コア３に沿って伝搬していた光７
の一部がクラッド４へ射出されてしまう。この光７２
は、クラッド４を伝搬して放出層６に到達し、放出層６
内へ入射されていく。すなわち、クラッド４に対して放
出層６が高屈折率となっているので、コア３から射出さ
れた光７２はクラッド４を通過して放出層６内へ入射
し、クラッド４と放出層６との境界で反射されるのが防
止される。

【００２８】また、クラッド４に対し放出層６が高屈折
率とされているから、光７２は、屈折の法則によりクラ
ッド４と放出層６の境界において、放出層６の表面６１
に対してより直角に近い方向に屈折して放出層６内を伝
搬することとなる。このため、光７２は、図１のように
放出層６から平面導波路型フィルタ１の外部へ放出さ
れ、グレーティング５を迂回してコア３内へ入射される
ことがない。

【００２９】このため、遮断すべき特定波長の光がグレ
ーティング５を通過し、グレーティング５を回り込んで
伝搬することが回避でき、特定波長の光の伝搬を確実に
遮断することができる。従って、波長フィルタとしての
優れた特性が得られることとなる。

【００３０】次に、実際の平面導波路型フィルタ１にお
ける光の遮断特性について説明する。

【００３１】本実施形態に係る平面導波路型フィルタ１
と従来型のフィルタ８１について光の遮断特性を測定し
た。各フィルタの光の遮断特性の測定は、まず、グレー
ティング５の設けられていない状態のフィルタ８１を図
２に示すような測定系にセットし、そのフィルタ８１の
光遮断特性を計測しながら、そのコア３にグレーティン
グ５を設けていくことから行った。すなわち、フィルタ
８１の入力端側に光源８２を接続し、出力端側に光検出
器８３を接続した状態において、光源８２からフィルタ
８１へ白色光（各波長成分を含む光）を入力し、フィル
タ８１を通過して出力される光の波長成分を光検出器８
３で測定しながら、前述したように紫外線８４の干渉縞
をコア３に照射することにより、徐々にコア３に高屈折
率領域５１、即ちグレーティング５を形成していった。
紫外線８４を照射してから１０分後、グレーティング５
の特定波長１.３１μｍにおける反射率が９５％で飽和
に達した（反射率が殆ど上昇しなくなった）ので、紫外
線８４の照射を停止した。そして、従来型のフィルタ８
１として、平面導波路型フィルタ１の放出層６を設ける
前のもの（放出層６が設けられていないもの）であっ
て、基板２を石英で形成し、コア３をＧｅ、Ｐ、Ｂを添
加した石英で形成し、クラッド４をＰ、Ｂを添加した石
英で形成し、コア３に波長１.３１μｍの反射波長特性
をもち、長さ２０ｍｍにわたるグレーティング５を設け
たものが出来上がった。

【００３２】次いで、光の遮断特性が９５％のフィルタ
８１に放出層６を設けて、本実施形態に係る平面導波路
型フィルタ１とした。即ち、フィルタ８１のクラッド４
上に有機材料であるポリカーボネイトをスピンコーティ
ングにより塗布して、クラッド４上に厚さ約１００μｍ
程度の放出層６を設けて、平面導波路型フィルタ１とし
た。そして、この平面導波路型フィルタ１を図２に示す
測定系にセットして、紫外線８４を照射することなく、
白色光を入力してフィルタ１の光の遮断特性を計測し
た。すると、計測の結果、反射率は９９％となり、従来
型のフィルタ８１に対して４％の反射率の向上が図れ
た。

【００３３】このように、従来型のフィルタ８１に対し
本実施形態に係る平面導波路型フィルタ１は、特定波長
の光の反射率が非常に高いものとなり、ほぼ１００％に
近い反射率、即ち光遮断特性を有するものとなった。

【００３４】以上のように、平面導波路型フィルタ１に
よれば、特定波長の光に対して非常に高い光遮断特性を
得ることができる。

【００３５】（実施形態２）図３に基づいて、本実施形
態に係る平面導波路型フィルタ１ａについて説明する。
図３において、平面導波路型フィルタ１ａは、前述した
平面導波路型フィルタ１と同様に、基板２上にコア３が
形成され、このコア３の上方を少なくとも覆うようにク
ラッド４が形成されると共に、コア３の内部に特定波長
の光のみを反射させるグレーティング５が設けられてい
る。そして、クラッド４上には、吸収層９が形成されて
いる。吸収層９は、クラッド４から入射してくる光７３
を吸収して消滅させるための層体であって、コア３から
クラッド４へ放射される光７３を吸収する材料で形成さ
れている。この吸収層９としては、クラッドへ放射され
る光７３を伝搬する光の波長が１.５５μｍである場
合、その波長の光を吸収するポリイミドが用いられる。
この場合、ポリイミドが有機材料であるから、クラッド
４上に塗布することで容易に吸収層９を形成することが
できる。

【００３６】また、その塗布工程としてスピンコーティ
ングを用いることにより、クラッド４上に薄い吸収層９
を容易に、かつ、確実に形成することができる。すなわ
ち、ポリイミドを溶剤で溶かすなどして液状とし、クラ
ッド４上に液状のポリイミドをごく少量供給し、クラッ
ド４およびコア３を含む基板２を高速回転させることに
より、溶液がクラッド４上で放射状に広がって、均一な
厚さの薄い吸収層９が形成できる。

【００３７】なお、吸収層９を形成する材料としては、
ポリイミドに限られるものではなく、コア３からクラッ
ド４へ放射される光を吸収できるものであれば、その他
の材料を用いてもよい。また、図３においては、コア３
は基板２上に直接形成されているが、そのような形態に
限られるものではなく、基板２上にクラッド層を介して
形成される場合もある。

【００３８】次に、平面導波路型フィルタ１ａの動作に
ついて説明する。

【００３９】図３において、コア３に沿って伝搬する光
７がグレーティング５へ向けて入射されると、グレーテ
ィング５の各高屈折領域５１で反射されて後進する光を
生じる。このとき、高屈折率領域５１の形成間隔Λを半
波長とする光７１は干渉して強まり、グレーティング５
により反射されコア３に沿って後進することとなる。こ
のため、伝搬する光７のうち式（１）に示す特定波長の
光７１はグレーティング５を通過することができず、グ
レーティング５が波長フィルタとして機能することとな
る。

【００４０】ところが、グレーティング５の入射端部又
はその途中において、コア３に沿って伝搬していた光７
の一部がクラッド４へ射出されてしまう。この光７３
は、クラッド４を伝搬して吸収層９に到達し、吸収層９
内へ入射されていく。すると、光７３は、吸収層９内へ
入射されて消滅する。このため、コア３からクラッド４
へ放出された光７３が反射して再びコア３内へ入射され
ることが防止される。

【００４１】従って、特定波長の光がグレーティング５
を通過し、グレーティング５を回り込んで伝搬すること
が回避でき、特定波長の光の伝搬を確実に遮断すること
ができる。従って、波長フィルタとしての優れた特性が
得られることとなる。

【００４２】次に、実際の平面導波路型フィルタ１ａに
おける光の遮断特性について説明する。

【００４３】本実施形態に係る平面導波路型フィルタ１
ａと従来型のフィルタ８１について光の遮断特性を測定
した。各フィルタの光の遮断特性の測定は、まず、グレ
ーティング５の設けられていないフィルタ８１を図２に
示すような測定系にセットし、そのフィルタ８１の反射
波長特性を計測しながら、そのコア３にグレーティング
５を設けることから行った。すなわち、フィルタ８１の
入力端側に光源８２を接続し、出力端側に光検出器８３
を接続した状態において、光源８２からフィルタ８１へ
白色光（各波長成分を含む光）を入力し、フィルタ８１
を通過して出力される光の波長成分を光検出器８３で測
定しながら、前述したように紫外線８４の干渉縞をコア
３に照射することにより、徐々にコア３に高屈折率領域
５１、即ちグレーティング５を形成していった。紫外線
８４を照射してから１０分後、グレーティング５の特定
波長１.５５μｍにおける反射率が９５％で飽和に達し
たので、紫外線８４の照射を停止した。これにより、従
来型のフィルタ８１として、平面導波路型フィルタ１ａ
の吸収層９を設ける前のもの（吸収層９が設けられてい
ないもの）であって、基板２を石英で形成し、コア３を
Ｇｅ、Ｐ、Ｂを添加した石英で形成し、クラッド４を
Ｐ、Ｂを添加した石英で形成し、コア３に波長１.５５
μｍの反射波長特性をもつグレーティング５を設けたも
のが出来上がった。

【００４４】次いで、光の遮断特性（特定波長の反射
率）が９５％のフィルタ８１に吸収層９を設けて、本実
施形態に係る平面導波路型フィルタ１ａとした。即ち、
フィルタ８１のクラッド４上に有機材料であるポリイミ
ドをスピンコーティングにより塗布して、クラッド４上
に厚さ約１００μｍ程度の吸収層９を設けて、平面導波
路型フィルタ１とした。そして、この平面導波路型フィ
ルタ１ａを図２に示す測定系にセットして、紫外線８４
を照射することなく、白色光を入力してフィルタ１の光
の遮断特性を計測した。すると、計測の結果、反射率は
９９％となり、従来型のフィルタ８１に対して４％の反
射率の向上が図れた。

【００４５】このように、従来型のフィルタ８１に対し
本実施形態に係るフィルタ１ａは、反射率の非常に高い
ものとなり、ほぼ１００％に近い反射率、即ち光遮断特
性を有するものとなった。

【００４６】以上のように、平面導波路型フィルタ１ａ
によれば、特定波長の光に対して非常に高い光遮断特性
を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を得ることができる。

【００４８】すなわち、放出層が設けられることによ
り、コアからクラッドへ放射された光がクラッド内の境
界面で反射することなく、放出層内へ導光されて外部へ
放出される。このため、そのような光がグレーティング
を迂回して再びコア内へ入射されることがなく、特定波
長の光を確実に遮断することができる。

【００４９】また、放出層がクラッド上に有機材料を塗
布して設けられることにより、所望厚の放出層が容易に
形成できる。

【００５０】また、吸収層が設けられることにより、コ
アからクラッドへ放射された光がクラッド内の境界面で
反射することなく、吸収層内へ導光されて消滅する。こ
のため、そのような光がグレーティングを迂回して再び
コア内へ入射されることがない。従って、特定波長の光
を確実に遮断することができる。

【００５１】更に、吸収層がクラッド上に有機材料を塗
布して設けられることにより、所望厚の吸収層が容易に
形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面導波路型フィルタの説明図である。

【図２】平面導波路型フィルタの特性測定の説明図であ
る。

【図３】実施形態２に係る平面導波路型フィルタの説明
図である。

【図４】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１…平面導波路型フィルタ、２…基板、３…コア、４…
クラッド、５…グレーティング、６…放出層、９…吸収
層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に光導波路となるコアが形成さ
れ、このコアの上方にクラッドが形成されると共に、前
記コアの内部に特定波長の光のみを反射させるグレーテ
ィングが設けられている平面導波路型フィルタにおい
て、前記クラッドの上方にクラッドより高い屈折率を有する
放出層が設けられていることを特徴とする平面導波路型
フィルタ。
【請求項２】前記放出層が前記クラッド上に有機材料
を塗布して設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の平面導波路型フィルタ。
【請求項３】基板上に光導波路となるコアが形成さ
れ、このコアの上方にクラッドが形成されると共に、前
記コアの内部に特定波長の光のみを反射させるグレーテ
ィングが設けられている平面導波路型フィルタにおい
て、前記クラッドの上方に光を吸収する吸収層が設けられて
いることを特徴とする平面導波路型フィルタ。
【請求項４】前記吸収層が前記クラッド上に有機材料
を塗布して設けられていることを特徴とする請求項３に
記載の平面導波路型フィルタ。