JPS6343105A - 単一モ−ド光導波路 - 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、導波形光部品の構成に必要な単一モード光導
波路、更に詳細には、応力複屈折調整機能付の単一モー
ド光導波路に関するものである。

二従来の技術」 平面基板上に作製される単一モード光導波路、特にシリ
コン基板上に作製可能な石英系単一モード光導波路は、
そのコア部断面寸法を通常使用されている単一モード光
導波路に合わせて５〜１０μｍ程度に設定することがで
きるため、光ファイバとの整合性に優れた実用的な導波
形光部品の実現手段として期待されている。

第７図は、従来の石英系単一モード光導波路（埋込形）
の断面構造説明図であり、ｌはシリコン基板、２は石英
系ガラスコア部、３はコア部２を埋め込むようにとり囲
む石英系ガラスクラッド層である。コア部２の断面寸法
は１０μｍ１度、クラッド層３の厚みは５０μｍ程度で
あり、シリコン基板１の厚みは０．４〜１ｍｍ程度であ
る。このような石英系単一モード光導波路は、５ｉＣ１
２いＴｉＣｌ２等の原料ガスの火炎加水分解反応を利用
したガラス膜の堆積技術と、反応性イオンエツチング技
術との組合せにより作製される。

「発明が解決しようとする問題点」 第７図の石英系単一モード光導波路は、石英系ガラスと
シリコン基板との熱膨張係数の差によりガラス膜面内に
強い圧縮応力を受けており、これにより光導波路は応力
複屈折性を呈している。通常、複屈折値Ｂは１Ｏ−４の
オーダーである。光導波路の複屈折性は導波形光部品の
性能等を支配する重要因子の１つであり、その精密な制
御が望まれるが、従来の石英系単一モード光導波路では
ガラス組成や基板の種類を変える以外に方法がなく、ま
た局部的に光導波路の複屈折性を変化さけるのも難しく
、高機能の導波形光部品を構成する際の障害となってい
た。

本発明の目的は、従来の上記の制約を解消してより自由
な複屈折制御が可能な石英系単一モード光導波路を提供
することにある。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、複屈折制御のために、コア部近傍のクラッド
層にコア部に沿って応力解放用の溝を設けることを最も
主要な特徴とする。溝は、目的に応じてコア部の両側の
対称位置に２本設けたり、片側にのみ１本設けたりする
ことができる。光導波路の複屈折性は溝の位置、深さ、
幅によって制御することができる。

従来の技術とは、ガラス組成や基板の種類を変えろこと
なく、溝形成のみて複屈折を制御できる点、基板上の光
導波路に沿った任意位置のみ選択的に複屈折を制御でき
る点、必要なら基板面に平行あるいは垂直な方向以外に
応力主軸を設定することができる点で異なる。

「実施例Ｊ 第１図は本発明の第一の実勢例を説明する光導波路断面
図であって、第７図の従来構成と異なり、クラッド層３
にはコア部２の両側に対応する位置に対称に溝４ａ、４
ｂがコア部２にｔａって形成されている。クラッド層３
は厚さ５０μｍの５ｉｎ２系ガラス、コア部２は８μｍ
角のＳ　ｔ　０２　　Ｔ　ｉＯを系ガラスで中心位置高
さはＳｉ基板面から２５μｍに位置している。溝４ａ、
４ｂは幅１５０μｍであり、コア部２をおおう幅Ｗのク
ラブト部３ａを残すよう配置されている。

第２図は、有限要素法を用いて、第１図構造の応力分布
を解析した結果に基づき光導波路の正規化された複屈折
値Ｂ　／　Ｂ　ｏのＷ依存性を図示したものである。こ
こで、Ｂｏは、溝を形成しないときの複屈折値である。

Ｗが大きい場合には、光導波路の複屈折値Ｂは石英系ガ
ラスとＳｉ基板との熱膨張係数差で主に支配される一定
値ＢＯに近づく。逆にＷが小さくなると、Ｂ値は減少し
例えばＷ＝１００μ肩ではＢ　／　Ｂ　ｏ′；０．２５
程度にまで減少する。このように第３図はパラメータＷ
で代表される溝４ａ、４ｂの位置を変化させることによ
り光導波路の複屈折値Ｂを所望の値に設定することがで
きることを示している。場合によっては、はとんど零に
することもできる。第３図は、第１図に示した応力解放
溝付の石英系単一モード光導波路の作製工程例説明図で
ある。まず、（ａ）Ｓｉ基板ｌ上に下層クラッド層４Ｉ
、コア層４２から成る石英系光導波路を堆積する。　（
ｂ）コア層４２の不要部分を反応性イオンエツチングに
より除去し、リッジ状のコア部２を形成する。　（ｃ）
コア部２を埋込むように上層クラッド層４３を堆積し、
下層クラッド層４１と合わせてクラッド層３とする。最
後に、　（ｄ）クラブト層３にコア路２に沿って残留応
力解放のための溝４ａ、４ｂを再び反応性イオンエツチ
ングにより形成し、工程が終了する。

ちなみに、第１図に示した構造パラメータを有する光導
波路（Ｗ＝１００μ肩）を作製したところ、複屈折値は
Ｂ＝１．ＩＸ　１０″−４と実測された。溝を全く形成
しない場合の複屈折値はＢｏ＝４．ＯＸ　１０−４であ
ったので、前述した有限要素法による数値解析結果とよ
い一致を示した。

なお、上記の実施例において、溝４ａ、４ｂの幅は１５
０μ肩としたが、溝幅が１００μ肩程度以上の場合には
、Ｂ値の溝幅依存性は小さいことを言及しておく。場合
によっては、溝幅が無限大、すなわち溝の片側が解放さ
れていても良いことを指摘しておく。

第１図、第３図の実施例では、溝４ａ、４ｂは、Ｓｉ基
基板間まで達しているが、場合によっては、第４図に示
したように、溝の深さを調節して、光導波路の複屈折値
Ｂを制御することもできる。反応性イオンエツチングに
より溝４ａ、４ｂを形成する際に、時折、Ｂ値を実測し
所望のＢ値が得られたところでエツチングを中止する方
法も、Ｂ値を正確に希望値に合わせるのに有効である。

第５図は、本発明の別の一実施例であり、応力解放用の
溝６４が、コア路の片側にのみ形成されている。この場
合、コア部２の近傍には、図中点線で示すような対角成
分の圧縮応力を発生させることができる。このような手
法は光導波路の複屈折主軸方向を基板面に垂直あるいは
平行な方向からはずす際に有効である。

なお、以上に実施例において、応力解放用の溝４ａ、４
ｂ、６４は光導波路コア部に沿って一様に形成されてい
る必要は必ずしもなく、第６図の平面図に例示するよう
コア部に沿って分布していてもよいことはもちろんであ
る。第６図の構成は、光導波路の複屈折特性を局所的に
変化させたい場合に特に有効である。

以上、本発明の詳細を、シリコン基板上の石英系単一モ
ード光導波路を例にとり説明したが、本発明は、基板か
ら応力を受けている光導波路であれば、他の材料系の単
一モード光導波路、例えば、多成分系ガラス基板にイオ
ン拡散法により形成される光導波路等にも適用できるこ
とはもちろんである。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明では、光導波路のコア部に
沿ってクラッド層の一部に応力解放用の溝を設けること
により、光導波路の複屈折値を容易に制御することがで
きろ。したがって、偏光特性が重要な役割を果たすコヒ
ーレント光通信用や光センサ用の導波形光部品、例えば
、波長板、偏光子、方向性結合器、光干渉計、リング共
振器等を精度良く構成するのにきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として示した光導波路の断面
構造図、第２図は有限要素法による複屈折値予想図、第
３図は本発明の光導波路の作製工程図、第４図、第５図
、第６図はいずれら他の実施例の構造説明図、第７図は
従来の石英系単一モード光導波路の断面構造図である。 ■・・・・・・基板、２・・・・・・コア部、３・・・
・・・クラッド層、４ａ、４ｂ、６４・・・・・・応力
解放用の溝、４１・・・・・・下層クラッド層、４２・
・・・・・コア層、４３・・・・・・上層クラッド層。 ゛・ンＪ ７ｊ、Ｓ　１図 １：基１々 ２、コア音さ ３：グツ・・ｌ）層 ４ａ、４ｂ　：溝 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上で、クラッド層にコア部が埋設された単一モード
   光導波路において、クラッド層の一部に、コア部に沿っ
   て応力解放用の溝が形成され、基板と単一モード光導波
   路との熱膨張係数差に起因するコア部の応力複屈折が所
   望の値になるよう溝の位置、深さ、幅が調節されている
   ことを特徴とする単一モード光導波路。