JPS6256905A - 干渉フイルタ付光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１ユｐμ浬分！ 本発明は干渉フィルタ付光導波路の製造方法に関するも
のである。更に詳しくいえば、干渉フィルタと光導波路
とが一体化され、これらの光軸調整が不要な干渉フィル
タ付光導波路の製造方法に関する。

且迷９玉迷 古くから、複数の情報を１本の伝送路で効率良く伝送す
るために時分割多重伝送、周波数分割多重伝送方式が利
用されてきた。ところで、光フアイバ伝送ではこのよう
な周波数領域、時間領域における分割多重伝送に加えて
、波長分割多重伝送と呼ばれる新しい方式の多重伝送が
可能となる。

・　　　この波長分割多重伝送は、波長の異る複数の光
信号を１本の光ファイバで多重伝送する伝送形式であり
、広い波長域に亘る光ファイバの低伝送損失を効果的に
利用することを可能とする。この伝送形式は光ファイバ
の広い波長域に亘る低損失性が証明され、しかもこの低
伝送損失波長域の任意の波長で発振可能な光源が実現さ
れたことにより、大きく注目されるようになってきた。

−この波長分割多重伝送によれば１本のファイバにより
父方自伝送が可能となり、異種信号を異った波長の光を
用いて同時に伝送でき、大容量伝送可能であり、高速大
容量の信号を伝送する際、低速小容量のチャンネルに分
割することによって伝送距離の延長が可能であるなどの
利点に限られず、システムの設計、構成を柔軟性と自由
度に富んだものとすることを可能とする重要な技術であ
る。

波長分割多重伝送では複数の光信号を１本のファイバに
結合したり、またこれを分離するために光合波器・光分
波器が極めて重要な構成要素となる。そこで、波長分解
多重システム構成上必須の光回路部品である上記要素に
ついて数多くの検討がなされている。

しかしながら、従来の光合波分波器の多くは個別のレン
ズや回折格子、干渉フィルタを集合−・組。

立てたものであり、そのため組立て時の光軸４１に高精
度な微動装置を必要とし、また、小形化、低コスト化な
どにも限界があるなどの問題があった。その結果として
、光導波路を用いた合波分波器の研究が開始されるよう
になった。

例えば、第２図（ａ）およびら）に夫々平面図と断面図
で示したような光導波路形合波分波器の検討が海内らに
よって、昭和６０年度電子通信学会総合全国大会におい
て「石英系光導波合分波器」　（講演番号１００６　”
）と題して報告された。このような導波形合分波器では
、光導波路の中に干渉フィルタを形成することがポイン
トとなる。本検討例ではエツチングにより形成された光
導波路を基本構成としているため、個別部品を組立てる
従来技術の欠点の多くを改善できる可能性を示唆してい
るが、合波分波の基本となる干渉フィルタの設定部にお
いては、第２図に示すように従来通りの個別の干渉フィ
ルタを装着する方法がとられているという大きな問題を
残している。

すなわち、基板１上に形成された第１の光導波路２−１
の端面Ｓ−１と第２の光導波路２−２の端面Ｓ−２とで
形成される空隙に個別の干渉フィルタ３を挿入する方法
である。しかしながら、このように個別の干渉フィルタ
３を挿入するには高精度な微動装置を必要とするばかり
でなく、合波分波器を光導波路化したことによって干渉
フィルタ３の挿入に関する新たな問題が土切る。

即ち、第１の光導波路２−１と第２の光導波路２−２と
の結合はいわゆる端面突合せ形であるから、第１の光導
波路２−１の端面ｓ−１と第２の光導波路２−２の端面
Ｓ−２との間隔ｄは、結合効率を著しく低下させないと
いう要請から５０μｍ以下にする必要がある。したがっ
て、端面Ｓ−１と端面Ｓ−２とで形成される空隙に挿入
される干渉フィルタ３の厚さはｄ以下にする必要があり
、従来の個別部品組立形の合波分波器の、場合には必要
がなかった干渉フィルタ３の薄片化が必要となる。干渉
フィルタを数十μｍの厚さに研暦加工することは技術的
に可能ではあるが、その取扱い、設定には高度の技術と
注意が必要であるという問題がある。

以上のように、従来の光導波路形合波分波器では依然と
して干渉フィルタの設定・形成方法に問題があった。

発■が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、光フアイバ伝送において波長分
割多重技術が伝送容量の増大をはじめ各種興味ある特性
を有するために注目されている。

ところで、この波°長分割多重システムを実現する−た
めには高性能の合分波器が必要となり、これを開発する
ために多くの検討がなされ上記第２図に示したような構
成のものが既に提案されている。

しかしながら、このものもいまだ十分とはいえず、特に
干渉フィルタの設定・形成方法に関して更に改良する必
要がある。

そこで、本発明の目的は、先導波形合分波器等を形成す
る上で基本となる干渉フィルタ付の光導波路の′製造方
法において、干渉フィルタ設定・形成に高度の技術が必
要であるという問題点を解決し、光導波路と一体となっ
た干渉フィルタを光導波路の中間に形成する技術を提供
することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は波長分割多重伝次システムの実現のために
有用な光合・分波器の上記の如き現状に鑑みて、光導波
路と、干渉フィルタを一体化すべく種々検討、研究した
結果、光導波路の形成と同様に、干渉フィルタもフィル
タ材料を堆積し、エツチングすることにより形成するこ
とが有利であることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明の干渉フィルタ付光導波路の製造方法は、
基板上に光導波路を形成する工程、該光導波路にこれと
所定の角度となるように、形成すべきフィルタ幅の溝を
エツチングにより形成する工程、少なくとも鉄構を埋め
るように干渉フィルタを構成する第１の物質を堆積する
工程、該第１の物質を断面がくし形となるようにエツチ
ングする工程、次いで干渉フィルタを構成する第２の物
質を上記くし形の空隙に充填する工程を含むことを特徴
とするものである。

本発明の方法の好ましい１態様によれば、干渉フィルタ
を構成する第１の物質を光導波路材料と同一とし、該光
導波路の所定の部分を断面がくし形°となるようにエツ
チングし、その後干渉フィルタを］構成する第２の物質
で該くし湿空間を満たすことによって干渉フィルタ付光
導波路を得ることができる。

かくして得られる干渉フィルタ付光導波路の構成は添付
第１図（ｄ）を参照することにより最もよく理解できる
。この製品は基板１と光導波路２−１および２−２と、
その中間部に所定の角度で一体的に埋設された干渉フィ
ルタ３とで構成され、また光導波路２上には表面クラッ
ド層を構成する光導波路（屈折率ｎ＜）よりも屈折率の
小さな（ｎ、）物質の層５で覆われている。

以下、添付第１図（ａ）〜（ｄ）に基き本発明の方法を
更に詳しく説明する。まず、第１図（ａ）に示すように
基板１上に光導波路形成材料層４および表面クラッド形
成材料層５を電界印加蒸着法、ＣＶＤ法などの公知のい
ずれかの成膜法で所定の厚さに堆積する。ここで、基板
材料としてはガラス、Ｓｉなどの他、従来公知のものが
使用でき、また光導波路材料としてはＳｉＯ□が主とし
て利用され、高屈折率化用添加物としてＰ、　Ｇｅ、　
ＡＩ、　Ｔｉなどを含み、その添加量はクラッド層との
設計屈折率差に応じて適宜選ばれる。更に、表面クラッ
ド層形成材料についても主として５１０２が利用され、
屈折率制御用添加剤としてＢ２Ｏ３、ＳｉＦなどを含み
、同様にその添加量はコア部（光導波路）との屈折率差
に応じて選ばれる。

次いで、上記表面クラッド層上にエツチングマスク６を
形成するが、この操作は例えばＴｉ１ニクロム、ＡＩな
どの金属膜を蒸着法等の公知の任意の成膜法により形成
し、次いでフォトレジストのパターンをフォトリソグラ
フィーにより形成し、このレジストパターンをマスクと
して反応性イオンエツチングなどの手段によりエツチン
グすることで実諦できる。このマスク６を介して下層４
および５をエツチングして第１図（５）に示すような干
渉フィルタ構成層７と第２の干渉フィルタ形成用物質を
埋込むための溝を得る。

ここでエツチング法としては反応性スパッタエツチング
法、レーザ光アシストエツチング法などのアスペクト比
の大きなエツチングを可能とする方法が望ましい。なん
となれば、通常干渉フィルタ３を形成する第１の物質の
各層および第２の物質の各層の全層数は１０〜２０であ
り、また各層の厚サバｌ、　ｏｏｏ　〜２．０−００人
であり、更に光導波路２−１および２−２の厚さは、例
えば単一モードの場合−数μｍ〜１０μｍであるので、
高いアスペクト比となるからである。

次いで、第１図（Ｃ）に従って、干渉フィルタを構成す
る第２の物質８を、同様に電界印加蒸着法、ＣＶ　Ｄ法
等で堆積させる。こうして、くし形状に配列された干渉
フィルタを構成する各層７の間に第２の干渉フィルタ形
成材料８が充填され、結果として第１の光導波路２−１
と第２の光導波路の間に目的とする干渉フィルタが形成
されることになる。

この段階で、干渉フィルタ付光導波路彫金・分波器の作
製がほぼ完了する。この時点では第１図（Ｃ）にみられ
たように高屈折率の第２の物質８が光導波路２−１．２
−２上に残されているが、これ−らはクラッド層を構成
する層５で分離されているので光伝搬上は特に問題とな
らない。従って、必要ならばエツチングマスク６による
リフトオフ法でこれを除去すればよい（第１図（ｄ）参
照）。

また、本発明の方法において、光導波路は平面型、３次
元型等任意の形状であり得、特に３次元型とする場合に
は、干渉フィルタ３を形成する前に予め所定の形状に層
４および５をエツチングにより除去するか、あるいはま
ず層４を堆積し、次いでこれを所定の形状にエツチング
などで加工した後、クラッド層５を堆積することによっ
ても得ることができる。更に、干渉フィルタ３を形成し
た後（第１図（Ｃ）または（ｄ）の段階で）、エツチン
グなどにより所定形状に加工することも勿論可能である
。

上記方法では光導波路形成材料と干渉フィフレタ形成用
の第１の物質とが同一である場合について述べたが、こ
れらが異種の物質である場合にも同様に実施できる。即
ち、第１図（５）において、干渉フィルタ用層７をもエ
ツチングで除去し、まず第１の物質を光導波路に設けた
溝全体を埋めるように堆積し、次いでこの第１の物質層
を所定のくし形の溝を形成するようにエツチングし、次
いで鉄構を第２の物質で完全に満だ、すように堆積させ
て、第１図（Ｃ）と同様な構成のものあるいは上記方法
と同様に処理して第１−（ｄ）のようなものとして完成
することができる。

ここで、干渉フィルタ形成用材料の組み合わせとしては
、例えばＴｉＯ２−３ｉ０２、Ａｌ２Ｏ３ＴｌＯ２゜１
ｒｏ２　Ｓ＋Ｏａなどを典型的な例として挙げることが
できる。

昨月 従来の波長分割多重伝送システム用の光導波路彫金・分
波器において問題となっていた点は既に繰返し述べてい
るように干渉フィルタの設定・形成方法にあった。即ち
、光導波路と干渉フィルタとが別々の要素となっていた
ために、干渉フィルタを導波路内に挿入する際に高精度
の微動装置を必要とし、また大巾な結合効率の低下を防
止するため干渉フィルタ挿入路の巾を５０μｍ以下にす
る必要があり、これは干渉フィルタ薄膜化を必要とし、
またその取扱い、設定には高度の技術的な注意が必要と
された。

ところで、本発明によれば、光導波路と干渉フィルタと
が一体に形成されており、予め干渉フィルタが光導波路
内の所定の位置、角度で埋設されているので、上記従来
製品の諸問題点は完全に解決される。即ち、高精度の微
動装置の使用は不要であり、また微細な薄膜フィルタの
設定・取扱上の不便もなくなる。

これは、本発明の方法におけるように干渉フィルタの製
造を、光導波路の製造と同様に、基板上に干渉フィルタ
形成材料を堆積し、次いでエツチングするという特徴に
基づき可能となったものである。即ち、従来技術では個
別の干渉フィルタを挿入・設定するのに対して、本発明
では光導波路が形成されている基板上に、光導波路の形
成と同一かつ一貫したプロセスで干渉フィルタを形成し
ている。

実施例 以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。

本実施例では、第１図（Ｃ）またはけ）に示、されるよ
うな、光導波路材料（ＳｉＯ２：　ｎ−）と干渉フィル
−タ構成用の第１の物質とが同一である光合・分波器を
作製する。即ち、光導波路および干渉フィルタは実用上
置も重要であると考えられる石英系光導波路、Ｔｌ０−
／５１０２干渉フィルタを想定している。

本実施例においては、まず最初に、第１図（ａ）に示す
ように、基板上１．：：５ｉＣｈ　　４　（ｎ４）、Ｓ
ｉ０．　５〔屈折率：ｎ５（＜ｎ４）〕、エツチングマ
スク８の順にそれぞれ所定の厚さでＣＶＤ法により堆積
する。次に、第１図（ｂ）の如く、所定のパターンとな
るようエツチングマスク６を通して、上記の堆積したＳ
ｉＣ２４および５１０２５を反応性スパッタエツチング
法でエツチングする。これにより、第１の光導波路２−
１、第２の光導波路２−２および干渉フィルタを構成す
るＳｉＯ□の各層７が形成される。次いで第３図（Ｃ）
に従って、基板１の上方からＴｉＯ２６を堆積する。こ
れによって、くし形状に配列された干渉フィルタを構成
する５ｉＯ７の各層７の間にＴｉ０７６が充填され、結
果として、第１の光導波路２−１と第２の光導波路２−
２の間に干渉フィルタ３が形成される。

以上述べた実施例においては最も実用的と思われる材料
の組合せを例として実施したが、本発明の方法はこれに
よって何隻制限されず、従来公知の各種材料の任意の組
合せに対しても問題なく適用できることは明らかである
。

発明の詳細 な説明したように本発明においては、光導波路形合波分
波器の製造において、合波分波部における干渉フィルタ
を、光導波路を形成するの−と同様にかつ同時に、堆積
、エツチングの工程で形成するため、光導波路形合波・
分波器を一貫したプロセスの下に、個別の部品を用いる
ことなく製造できる利点がある。

従って、本発明の方法により得られる光導波路形合波・
分波器は、その使用に際して干渉フィルタの設定におけ
る従来みられた各種難点がほぼ完全に解決されるので、
本発明の光合波・分波器は光集積回路の実現のために極
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光導波路形合波分波器の製造方法を説
明するための図であり、 第２図は従来の光導波路形合波分波器の製造方法を説明
するための図である。 （主な参照番号） １　・・・基板、 ２−１・・・第１の光導波路、 ２−２・・・第２の光導波路、 ３　・・・干渉フィルタ、 ４　　＝　ＳｉＣ２（ｎ、） ５　”・５ｉＯ２（ｎｓ＜ｎ４）： ６　・°°　エツチングマスク、 ７　・・・干渉フィルタを構成するＳｉＯ□の各層、８
・・・Ｔｉ　Ｏ２、 Ｓ−１・・・第１の光導波路の端面、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に光導波路を形成する工程、該光導波路に
   これと所定の角度となるように、形成すべきフィルタ幅
   の溝をエッチングにより形成する工程、少なくとも該溝
   を埋めるように干渉フィルタを構成する第１の物質を堆
   積する工程、該第１の物質を断面がくし形になるように
   エッチング加工する工程、その後干渉フィルタを構成す
   る第２の物質を前記くし形の空隙に充填するように堆積
   する工程を含むことを特徴とする干渉フィルタ付光導波
   路の製造方法。
2. （２）上記干渉フィルタを構成する第１の物質が光導波
   路材料と同一であり、該光導波路の所定の部分を断面が
   くし形になるようにエッチングし、その後干渉フィルタ
   を構成する第２の物質を前記くし形の空隙に充填するよ
   うに堆積する工程を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の干渉フィルタ付光導波路の製造方法。