JPS63217307A - 光合分波器およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、作成した段階の光合分波器の波長特性を微調
整できる光合分波器の構造および製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ通信における光波長多重伝送技術は通信シス
テムの経済化をはかる上で重要であり、上記光波長多重
伝送において、光合分波器は必須のデバイスである。

光合分波器の構成法として、最近、低コスト化、１チツ
プモノリシツク化をめざした導波路型構造を研究する動
きが生じてきた。その−例として、方向性結合器形光分
波器（Ｎ　、　Ｔａｋａｔｏ　、他：高シリカ埋込みチ
ャンネル導波路を用いた低損失方向性結合器、ＯＥＣ’
８６．テクニカルダイジェスト、Ａ３−３．１９８６年
７月）がある、これは第９図に示すように、二つの光導
波路を並行に配置させ、二つの光導波路の結合の波長依
存性を利用して光分波特性を得る方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の方向性結合器形光分波器は簡単な構成である
ので、作成し易いという特長をもっている。しかし、製
造プロセス中での構造パラメータの変動によって中心波
長のシフトが生じるという問題があり、歩留り低下がさ
けられなかった。第１０図は本発明者が計算して得た光
分波器の感度解析結果である。同図（ａ）は導波路のコ
ア幅Ｗを設定値１０μｍから±５％偏差させた場合の結
果、同図（ｂ）は導波路のコア厚みＴを設定値８μｍか
ら±５％偏差させた場合の結果、同図（ｃ）は導波路の
コアとクラッドの屈折率差Δｎの設定値０．２５　％か
ら±５％偏差させた場合の結果である。同図かられかる
ように、構造パラメータの偏差は中心波長を相対的にシ
フトさせる。上記偏差のうち、Ｗの偏差が波長シフトに
敏感であることがわかる。このような波長シフトはチャ
ンネル間の漏話特性の劣化をまねく。上記従来の光分波
器では、構造パラメータの変動によって生じた中心波長
シフトはどうすることもできず、結果的には中心波長シ
フトの生じたものは使えないので歩留り低下につながっ
ていた。

本発明の目的は上記中心波長シフトを補正することがで
きるようにした光合分波器およびその製造方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上にコアとな
る複数個の方形導波路（屈折率ｎｃ、ｎｃ）ｎｂ）を並
置して構成し、上記コア導波路に、屈折率がｎＣｇ　（
ｎｅｔ＜ｎｃ　ｒ　ｎｅｔ≠ｎｂ）のクラッドを被覆し
た方向性結合器型光合分波器によって達成される６そし
て上記クラッドは熱処理することによって屈折率が高く
なる膜からなり、光合分波器の中心波長は熱処理時間、
あるいは熱エネルギー量を調節することによって制御す
る。

〔作用〕

本発明では、低屈折率層の上にコアを形成した段階で、
種々の構造パラメータを測定し、偏差の状態を考慮に入
れてクラッドの屈折率を調節し、中心波長シフトを完全
に補正するように制御できるので、歩留り１００％で光
合分波器を得ることができる。

〔実施例〕

本発明の光合分波器の基本構成を第１図および第２図に
示す、第１図は方向性結合器が１個の場合、第２図は方
向性結合器が３個の場合である。

同図かられかるように、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上
に、コアとなる複数個（この場合２個であるが、３個以
上でもよい。）の方形導波路３−１゜３−２（屈折率ｎ
　Ｃ，ｎ　ｃ＞　ｎ　ｂ）を並置して構成し、上記コア
導波路に、屈折率がｎｅｗ　（ｎｃａ＜ｎｃ　。

ｎｅｔ≠ｎ＋、）のクラッド４を被覆した構成である。

このクラッド４の屈折率ｎｃｔはｎｂよりも低くても、
あるいは高くてもよい。第２図のように方向性結合器を
３個用いるのは、波長間のアイソレーションを高くして
チャネル間干渉による信号品質の劣化を小さくするため
である。すなわち、ボートｉに入射した波長λｌ、λ２
の光信号は、Ａにおいて、λ１は導波路５にそのまま導
波されるが、λ２は導波路６に分波される。次にＢにお
いては導波路５に漏洩した波長λ２の非希望信号をボー
ト１に分波させ、ボート２には希望の光信号λ工のみを
とりだすように作用する。同様にＣにおいては導波路６
に漏洩した波長λ１の非希望信号をボート３にそのまま
導波させ、ボート４には希望の光信号λ２のみを分波し
てとりだすようにしたものである。その結果、波長λ１
と１２間のアイソレーションを極めて大きくとることが
できる。方向性結合器Ａ、Ｂ、Ｃは同一構造のものであ
る。

ここで、クラッド４の屈折率ｎｃｇ低屈折率層２の屈折
率ｎｂと異ならせるようにしたのは次のような理由によ
るものである。低屈折率層２の上にコアどなる膜を形成
し、ホトレジスト塗布、ホトリングラフィ、反応性イオ
ンエツチング、ホトレジスト除去などの製造プロセスを
経て方形状の導波路３−１．３−２を得る場合に、上記
プロセスによって、コアの屈折率ｎｃ、導波路の幅Ｗ、
導波路の厚みＴ、および導波路間隔Ｓに偏差が生じ、第
１０図に示したような中心波長シフトが生じる。

このまま低屈折率層２と同じ屈折率ｎｂのクラッドを被
覆したのでは、中心波長シフトの生じた光合分波器ばか
りができてしまい、まったく使いものにならなくなって
しまう。そこで本発明では、コアを形成した段階で、ｎ
Ｃｐ　Ｗ、Ｔ、およびＳを測定し、偏差の状態を把握し
た後、クラッド４の屈折率ｎｃｇを上記偏差による中心
波長シフトを補正するように任意に選ぶようにしたもの
である。

その結果として、プロセス偏差による中心波長シフトを
完全に補正するようにｎｃｍを設定することにより１歩
留り１００％の光合分波器を実現することができるよう
になり、大幅な低コスト化が可能になる。このように、
プロセスの途中段階でモニタし、そのモニタした情報に
より、プロセスにフィードバックをかける方法は、光合
分波器のように、わずかの構造パラメータの偏差によっ
て波長特性を変化させるものには極めて有効であり、今
までにまったく導入されていなかった新しいプロセス作
製法および新構造光合分波器を実現したものである。

次に、クラッドの屈折率ｎＣ慮によって中心波長特性を
どのように制御することができるかを本発明者が新規に
解析したので、その結果について説明する。第３図およ
び第４図がその解析結果の例である。図かられかるよう
に、ｎＣ露の値によって。

中心波長がずれていくことが示されている。すなわち、
ｎｃ■の値によって中心波長をシフトさせることができ
るという全く新しい構成法を見いだしたものである。

次に、任意の屈折率を有するクラッドの形成方法につい
て述べる。第５図は本発明者が試作し、測定したクラツ
ド膜の屈折率特性測定結果を示したものである。これは
、３９０”Ｃに加熱されたシリコン基板上に、モノシラ
ン５ｉＨａ（Ｎｚで４％に希釈されたガス）、ホスフィ
ンＰＨ８（ＮＺで１％に希釈されたガス）、Ｎｚ、Ｏｘ
ガスを流して形成させた膜の屈折率特性であり、ＰＨ３
のガス流量を変えることにより、屈折率を１．４５４　
　から１．４７５　　まで変えることができた。実線で
示した曲線がその場合の結果であり、点線で示した曲線
は１０００℃の温度で約１０時間（昇温時間２．５時間
、保温時間０．５　時間、降温時間７時間）、空気中で
熱処理した結果を示したものである。熱処理した場合も
屈折率を広範囲に変えられることを示している。第５図
の結果からクラッドの屈折率を広範囲に変えることが明
確になり、本発明の光合分波器が実現できることを示し
ている。

クラッドの屈折率を別の方法により変える方法を第６図
に示す。同図（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ
’断面図を示したものである。この方法は、熱処理によ
ってクラッドの屈折率が変わる膜をあらかじめ形成して
光合分波器を作っておき、その後、光合分波器の入力端
より測定波長範囲をカバーした光７ｇＸ（たとえば、白
色光源、この場合、波長λ１〜λ、＝０．６〜１．６μ
ｍ）７を入力し、各出力ポートの光出力８，９を光スペ
クトラムアナライザでモニタしておく。次にクラッド４
の上面にＣ○２レーザビームを照射させ、光合分波器の
パターン上を矢印１１方向にビームを移動させるか、あ
るいはビームは固定しておき。

光合分波器をスライドさせるかして、クラッド４に熱エ
ネルギーを加え、クラッド４の屈折率を変化させ、分波
光出力９を光スペクトラムアナライザで観測しながら中
心波長を制御する。ＣＯ２レーザビーム照射光１０のス
ポットサイズはパターンをカバーするように、数ｍ径程
度が好ましい。

矢印１１方向への移動速度、ＣＯ２レーザビームの光出
力は中心波長のシフト状況を観測しながら設定する。Ｃ
Ｏｚレーザビームの照射によるクラッドの屈折率変化の
実測結果を第７図に示す。これは、ＣＯ２レーザ光源の
光出力約１０Ｗの光をＧｅ１ｌレンズで約６ｍφのビー
ムスポットサイズにしぼり、これを第５図に示したよう
に、３９０℃の温度で形成したガラス膜（シリケートガ
ラス膜と、フォスフオシリケードガラス膜）に照射して
得た結果である。照射時間によって屈折率を制御できる
ことがわかった。なお、屈折率の測定波長は０．６３　
μｍである。

第８図は実際に試作した光合分波器の損失波長特性の測
定結果を示したものである。同図において、Δ印および
ム印が熱処理前の特性であり、０印および・印がＣ○２
レーザで熱処理した後の特性である。なお、同図には、
光ファイバ（単一モード光ファイバ）と導波路の間の給
金損失、および導波路損失は含まれていない、これらの
トータル値は約５ｄＢであり、その大部分は前者、すな
わち、光ファイバと導波路との間の結合損失によるもの
である。

本発明は上記実施例に限定されない。低屈折率層、コア
、クラッドはガラス以外に、高分子重合体、誘電体、磁
性体などでもよい、基板１には、上記材質の他に、Ｓｉ
、Ｉｎｋ、ＧａＡｓなどの半導体を用いることができる
。また光合分波器に、半導体発光素子（半導体レーザ、
発光ダイオードなど）、受光素子などの能動光素子を搭
載した光モジュールに構成してもよい。またガラス材料
には、石英ガラス、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｂなどのドーパン
トを含んだ石英ガラス、アルカリ金層およびアルカリ土
類金属を含んだいわゆる多成分系ガラスでもよい。熱処
理の方法には、電気炉、高周波加熱炉などによる方法、
ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザなどのレーザによる方法、
など種々の方法を用いることができる。また、ガラス膜
の形成は。

スート状の膜を形成後、焼結によってガラス化する方法
でもよい、またコアは完全な方形状でなくてもよい、た
とえば、楕円形状、円形状でもよい。

さらに第１図の光合分波器を第２図のごとく３つ組合せ
たり、あるいは２つ組合せてもよい。さらに波長多重数
を増大させるために４つ以上組合せてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低屈折率層の上にコアを形成した段階
で、種々の構造パラメータを測定し、偏差の状態を考慮
に入れてクラッドの屈折率を調節し、中心波長シフトを
完全に補正するように制御することができるので１歩留
り１００％の割合いで光合分波器を実現することができ
る。その結果、従来法に比し、大幅に低コストな光合分
波器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の光合分波器の基本構成図
、第３図および第４図は本発明の光合分波器の損失波長
特性解析結果図、第５＠は本発明者が試作したクラッド
の屈折率特性および熱処理による屈折率変化特性図、第
６図は本発明の熱処理法によるクラッドの屈折率を調節
する方法図、第７図は本発明の熱処理法によるクラッド
の屈折率変化特性図、第８図は本発明の光合分波器の試
作器の損失波長特性図、第９図は従来の光合分波器の概
略図、第１０図は従来の光合分波器の損失波長特性を本
発明者が解析した結果を示す図である。 １・・・基板、２・・・低屈折率層、３−１．３−２・
・・コア、４・・・クラッド。 （二、′ 璃　ｌ　記 （ｃＬ） Ｘ′ （＋ｂ） （χ−ｘ’ｔ？ｌｒｉ記） ＷｉＪ２　　日 （ｘ−Ｘ’＃ｆＱ凹） ｌル根 ３−２コア ４　フラ・２ド ５　比力尊二皮」ト ６りＩ 第３図 成長　（μ舛） 第４１！１ 地表（ｊ鷹） 第　５１！１１ ＰＨ３（ＳＣＣＭ　） 毛　７　名 ００２シーナ゛ビーム／）ｅｗ＊ｐｓ仁（ｓｅｃ）葛　
′３　圀 シ慶　　（２（メツ１〕 轟　・　：　ビｏｒ七２出力 ΔＯ二ｌ’ｏｒｔ４出力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低屈折率層（屈折率ｎ＿ｂ）の上にコアとなる複数
   個の略方形導波路（屈折率ｎ＿ｃ、ｎ＿ｃ＞ｎ＿ｂ）を
   並置して構成し、該コア導波路に、屈折率がｎ＿ｃ＿■
   （ｎ＿ｃ＿■＜ｎ＿ｃ、ｎ＿ｃ＿■≠ｎ＿ｂ）のクラッ
   ドを被覆してなる光合分波器。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記光合分波器を
   ２つ、あるいはそれ以上組合せて構成した光合分波器。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、上記ク
   ラッドは熱処理によつて屈折率が変化するものである光
   合分波器。 ４、低屈折率層（屈折率ｎ＿ｂ）の上にコアとなる複数
   個の略方形導波路（屈折率ｎ＿ｃ、ｎ＿ｃ＞ｎ＿ｂ）を
   並置して構成し、該コア導波路に、熱処理によつて屈折
   率が変化する屈折率がｎ＿ｃ＿■（ｎ＿ｃ＿■＜ｎ＿ｃ
   、ｎ＿ｃ＿■≠ｎ＿ｂ）のクラッドを被覆し、このクラ
   ッドに熱処理を加えることによつて分波特性の中心波長
   をシフトさせるようにした光合分波器の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、上記クラッド上面
   よりＣＯ＿２レーザビームを照射することにより上記ク
   ラッドの屈折率を調節して中心波長をシフトさせるよう
   にした光合分波器の製造方法。