WO1997047998A1 - Optical waveguide and optical device - Google Patents

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WO1997047998A1
WO1997047998A1 PCT/JP1997/002047 JP9702047W WO9747998A1 WO 1997047998 A1 WO1997047998 A1 WO 1997047998A1 JP 9702047 W JP9702047 W JP 9702047W WO 9747998 A1 WO9747998 A1 WO 9747998A1
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optical
optical waveguide
waveguide
core
propagation direction
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PCT/JP1997/002047
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Ryoji Inaba
Miwa Kato
Masakazu Sagawa
Haruo Akahoshi
Masaya Horino
Kazutaka Sato
Masato Isogai
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246Bidirectionally operating package structures

Definitions

  • the present invention relates to a mode field diameter conversion optical waveguide, an optical fiber, an optical switch, an optical input / output device, and a method of manufacturing an optical waveguide.
  • the first effect is to reduce the positioning accuracy in connecting optical waveguides and optical fibers.
  • it is necessary to adjust the optical axis in the micron order.
  • the mode field diameter conversion technology can increase the mode field diameter at the connection part, the tolerance of the connection can be reduced.
  • the second effect is higher connection efficiency of optical elements having different mode field diameters.
  • the connection between the high ⁇ optical waveguide and the normal ⁇ optical waveguide, or the connection between the waveguide and the laser diode, is due to the difference in the mode fields at the respective input / output end faces. The problem is that the resulting coupling loss at the connection is large. By matching the mode field diameter at the connection part by the mode field diameter conversion, the connection can be made more efficient.
  • the third effect is that the connection between optical waveguides and optical fibers is This is an increase in the gap between the end faces. If the mode field diameter at the end face can be increased, the diffraction loss can be reduced and the gap between the end faces can be increased, and as a result, the thickness of the optical element that enters between the gaps can be reduced. Restrictions can be relaxed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-174980 discloses that a core size at an input / output end is expanded by a double core structure in which two types of tapered cores are superimposed at a waveguide input / output end. I do.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-43330 discloses a mode filter by heating an input / output end face of a quartz waveguide and locally diffusing a dopant in a core at the input / output end face.
  • a mode conversion circuit for increasing the diameter of a node.
  • JP-A-1 96 604 the I'm particular irradiation with C 0 2 laser quartz waveguides, allowed change the refractive index of the core in the optical wave propagation direction, earthenware pots by the waveguide itself has the function of a lens
  • the disclosed optical device is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-43330 discloses a method of enlarging the mode diameter by locally diffusing the dopant in the core of the quartz waveguide at the input and output ends. It is necessary to heat the end face of the waveguide to 100 ° C. or higher. There is a limit in controlling the temperature of the waveguide locally at such a high temperature, and therefore, the refractive index distribution is produced as designed. It is very difficult to do. In addition, in this method, the same heat distribution must be applied to two adjacent waveguides in the waveguide array, and the mode diameter of only one of the waveguides needs to be converted. In such cases, application of this method is difficult.
  • one 96604 discloses a quartz waveguide obtained I'm particular irradiation with C 0 2 laser, the optical Device Lee scan the waveguide itself has the function of a lens, the Hare yo follows Problem. Said expression be one C 0 2 laser refractive index of silica I by the irradiation of utilizing the property of increasing, take the following Yo I Do fabrication process. On the lower quartz cladding formed by the flame deposition method, a quartz core containing a dopant and having a higher refractive index than the cladding is formed by the flame deposition method.
  • the lower cladding is also irradiated with light, so the refractive index distribution on the lower cladding along the light wave propagation direction Is formed. Since the refractive index of the upper clad formed after laser beam irradiation is constant in the light wave propagation direction, the difference in the refractive index between the lower clad and the upper clad is different in the light wave propagation direction. As a result, the symmetry of the waveguide is lost and the polarization dependence of the propagating light occurs. There were issues such as living. There are also the following problems.
  • the upper cladding sintering temperature has to be set lower at present, but the sintering of the upper cladding will be insufficient.
  • the present invention is achieved by the following description.
  • the gist is 1.
  • the optical waveguide whose mode field diameter increases or decreases at the input / output end, the optical waveguide is made of a polymer, and the core of the core in the optical waveguide cross-section perpendicular to the light wave propagation direction.
  • the optical waveguide is made of a polymer
  • the size of the core in the cross section of the optical waveguide perpendicular to the light wave propagation direction is constant irrespective of the position of the optical waveguide
  • the refractive index of the cladding is constant
  • the refractive index of the core changes along the light wave propagation direction
  • the core is composed of a polymer in which a pigment that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or bonded,
  • a method for manufacturing an optical waveguide comprising:
  • the optical waveguide is made of a fluorinated polymer,
  • the fluorine content of the light wave propagation portion of the optical waveguide changes along the light wave propagation direction
  • the fluorinated polymer is a polymer represented by the above chemical formula, and a polymer obtained by introducing 1 C
  • 2in + 1 (m l to 5) into the polymer as an anonymous group.
  • An optical waveguide comprising:
  • the electron irradiation increases the refractive index of the fluorinated polymer
  • the refractive index of the electron beam irradiated part changes in the light wave propagation direction
  • a method for manufacturing an optical waveguide comprising:
  • the method for manufacturing an optical waveguide according to item 8 comprising: A method for manufacturing an optical waveguide, characterized in that the laser beam and the electron beam irradiation width are constant in the light wave propagation direction of the optical waveguide.
  • the electron beam is irradiated so that the electron beam irradiation density inside the polyimide thin film is higher than the surface of the polyimide thin film. Irradiate,
  • a method for manufacturing an optical waveguide comprising:
  • An optical waveguide characterized in that the contours of the refractive index distribution in the cross section of the optical waveguide consist only of convex curves.
  • ⁇ change region in which the refractive index difference m n between the waveguide core and the clad changes from ⁇ ⁇ to m n2 (m nl> A n 2) along the light wave propagation direction.
  • the purpose of this is to change the mode diameter of the propagating light in the ⁇ change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction.
  • An optical waveguide characterized in that an X- ⁇ plot, in which the coordinates of the ⁇ change region along the light wave propagation direction are the X-axis and ⁇ is the ⁇ -axis, is convex downward.
  • the beam diameter in the region where ⁇ ⁇ is ⁇ ⁇ 1 (double the beam radius at which the electric field intensity becomes e when the maximum electric field intensity at the beam center is 1) is d,
  • the beam diameter in the region where ⁇ is m n 2 is defined as d 2
  • the beam expansion ratio dz / d is defined as «.
  • a refractive index difference ⁇ between the waveguide core and the cladding ⁇ changes from ⁇ to ⁇ 2 ( ⁇ 1> 2 ⁇ 2) along the light wave propagation direction. The purpose of this is to change the mode diameter of the propagating light in the ⁇ change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction.
  • An optical waveguide characterized by being in a region surrounded by a curved line represented by the curve.
  • optical waveguides cut in any of paragraphs 12, 13, 14, and 15 An optical waveguide, wherein the optical waveguide is made of a polymer.
  • optical waveguide according to item 16 wherein the core of the optical waveguide is composed of a polymer in which a pigment that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or bonded, 3.
  • the dye content varies along a light wave propagation direction.
  • a method of manufacturing an optical waveguide comprising: controlling a light irradiation amount on the core to form a refractive index distribution in a light wave propagation direction of the core.
  • optical waveguide according to item 18, wherein the waveguide is made of a fluorinated polymer, and the fluorine content of the light wave propagating portion of the waveguide changes along the light propagation direction.
  • a method of manufacturing an optical waveguide characterized in that the refractive index of an electron beam irradiated portion changes in the light wave propagation direction by changing the refractive index along the light wave propagation direction.
  • An optical waveguide or an optical fiber characterized in that a ⁇ - ⁇ plot with the coordinate of the ⁇ change region along the light wave propagation direction as the X axis and ⁇ as the ⁇ axis is convex downward. .
  • optical fiber array including an optical waveguide whose mode field diameter at the human output end expands or contracts, terms 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, and 20.
  • An optical fiber array comprising the optical waveguide or the optical fiber described in any one of 20 to 22 to 24.
  • optical waveguide whose mode field diameter does not change, and any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 22 to 24.
  • Optical waveguide or optical fiber is placed adjacent to
  • An optical fiber array characterized in that:
  • Mode field diameter at the input / output end described in any one of items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24 An optical input / output device that includes an optical waveguide that expands or contracts.
  • the optical waveguide on the side with the smaller core diameter is the ⁇ control waveguide described in any one of Items 1-3, 5-7, 11-17, 19, 20 and 22-24.
  • a connection form characterized by:
  • FIG. 2 9. Includes a ⁇ -shaped polymer waveguide and a heating means for locally heating the waveguide, and an optical path switching switch substrate for switching the optical path of the waveguide by a local temperature change of the polymer.
  • An optical path switching device including an optical fiber or an optical waveguide for introducing input light into the optical path switching switch substrate or deriving output light from the optical path switching switch substrate.
  • a light path switching device comprising the ⁇ control waveguide according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 22 to 24. .
  • One or more transmitting optical waveguides or fibers and two or more receiving optical waveguides Select only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected to the emitting end of the transmitting optical waveguide or optical fiber, and to select only one receiving optical waveguide or optical fiber.
  • a specific receiving optical waveguide or an optical fiber to another receiving optical fiber.
  • 3 1 Includes one or more outgoing optical waveguides or optical fibers and two or more receiving optical waveguides or optical fibers, with the outgoing end of the outgoing optical waveguide or optical fiber.
  • An optical path switching switch characterized in that an optical waveguide or an optical fiber is connected by abutting an end face having a diameter n of ⁇ 2.
  • 3 2 including one or more transmitting optical waveguides or fibers and two or more receiving optical waveguides or fibers, the emitting end of the transmitting optical waveguide or fiber.
  • an optical input / output device including a laser diode, an optical waveguide in which the laser oscillation wavelength light is guided in a single mode in a fiber, and an optical fiber,
  • the optical waveguide is the optical waveguide according to any one of Items 12 to 17, 19 and 20, and the optical fiber is the optical waveguide according to any one of Items 22 to 24.
  • the optical fiber described above characterized in that the optical waveguide and the optical fiber are connected by abutting an end face where ⁇ of the optical fiber and ⁇ are ⁇ 2. I / O device to perform.
  • an optical waveguide with an optical element or an optical fiber in which an optical element such as a wavelength selection filter or a polarizing element is pushed between optical fibers or optical fibers, an optical waveguide sandwiching the optical element. Is the region including the end face of the optical fiber on the optical element side, as described in any one of the items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24.
  • An optical waveguide with an optical element or an optical fiber which is an optical waveguide or an optical fiber.
  • An optical input / output device including a laser diode, an optical waveguide in which the laser oscillation wavelength light is guided in a single mode in a fiber, and an optical fiber. And the optical waveguide or optical fiber described in the items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24. Optical input / output device.
  • the laser diode and the laser oscillation wavelength light are guided in a single mode in the fiber, and the mode diameter of the mode is different from the mode diameter of the laser beam at the emission end of the laser diode.
  • an optical input / output device including an optical fiber and
  • the refractive index difference ⁇ between the waveguide core and the cladding along the light wave propagation direction is ⁇ 1 from ⁇ 1 to ⁇ 2 ( ⁇ 1 > ⁇ ⁇ 2).
  • the purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the ⁇ change region by having the An change region that changes in
  • the mode on the optical fiber side end face of the optical waveguide should be such that the diameter matches the mode diameter of the laser diode and the coupling efficiency between the optical waveguide and the optical fiber is 90% or more.
  • the refractive index difference ⁇ between the core and the cladding of the waveguide changes from ⁇ to ⁇ 2 ( ⁇ 1> ⁇ 2>) along the lightwave propagation direction.
  • the purpose is to change the mode diameter of propagating light in the ⁇ change region by having the ⁇ change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction.
  • the beam diameter in the region where ⁇ ⁇ is ⁇ ⁇ 1 (two times the beam radius at which the electric field intensity becomes e ⁇ 2 when the maximum electric field intensity at the beam center is 1) is
  • ⁇ ⁇ is ⁇ ⁇ 2 is defined as d 2
  • the beam expansion rate is defined as d 2 Z d
  • Beam expansion ratio We propose an optical waveguide characterized by being in the hatched area in the above figure.
  • is an amount determined from the single-mode waveguide condition of the waveguide.
  • the refractive index of the clad is 1.5
  • the cross-sectional shape of the waveguide is 8 ⁇ 8.
  • ⁇ ⁇ 1 0.045 from the condition of single mode waveguide.
  • from ⁇ 1 to ⁇ 2 ( ⁇ 1) 112 along the light wave propagation direction.
  • Change to 11) change The following results were obtained as a result of fabricating and examining an optical waveguide having a region and the cross-sectional shape of the core not changing along the light wave propagation direction.
  • the deviation tolerance is a quantity representing the degree of tolerance and is defined as follows. The end faces of the two waveguides are attached to each other, light is propagated from one waveguide to the other waveguide, and the intensity of the propagated light is measured.
  • the coupling efficiency is defined as the maximum propagating light intensity when the waveguides are connected to each other with a constant ⁇ n of ⁇ n 1 and an intensity ratio therewith.
  • 0.2 to 0.33 is optimal
  • the coupling efficiency and the allowable deviation value in the optimal ⁇ distribution function form ⁇ ( ⁇ ⁇ ) obtained as described above depend on the set value of ⁇ 2.
  • the optical waveguide can be manufactured, for example, by the following method.
  • the same type of polymer or a polymer with almost the same refractive index is used for the core and the cladding of the optical waveguide, and the core is made of a dispersive thread 1 (DR 1).
  • DR 1 dispersive thread 1
  • the refractive index of the polymer is increased, and at the same time, a dye is added that causes bleaching (bleaching) by light irradiation and lowers the refractive index.
  • the incorporation of this dye makes the refractive index of the core higher than that of the clad and forms a waveguide.
  • the dye may be dispersed in the polymer or may be in a state of being bound to the polymer.
  • the core is irradiated with light absorbed by the dye in the core, thereby locally reducing the refractive index of the core.
  • the width of decrease in the refractive index can be controlled by the amount of light irradiation, by changing the irradiation time along the propagation direction of light in the waveguide, The refractive index distribution in the light wave propagation direction can be formed on the core.
  • light irradiation may be performed before patterning the core on a straight line, a curve, or the like, or light irradiation may be performed after patterning.
  • the core is patterned, the upper cladding is formed, and then the light is irradiated to form the core refractive index distribution in the light wave propagation direction. You can do it.
  • the irradiation light is not absorbed by the cladding substrate, light irradiation can be performed from both above and below the core, so that there is no unevenness in the waveguide cross section.
  • the irradiation light is not absorbed by the cladding and the substrate, because it can generate bl each inng.
  • DR 1 was used as a dye for increasing the refractive index.
  • the dye is such that when mixed with a polymer, the refractive index of the molecule increases, and
  • any molecule whose refractive index is reduced by light irradiation, electron beam irradiation, ion beam irradiation, or the like can be used as a dye molecule mixed into a polymer.
  • the optical waveguide of the present invention can be manufactured even with a polymer whose refractive index changes by light irradiation, electron beam irradiation, or ion beam irradiation.
  • a polymer having such properties for example, a fluorinated polyimide is used. Fluorinated polyimides are described in Applied Optics, Volume 34, page 104.
  • the electron beam source may be fixed and the polymer film may be destroyed, or the polymer may be fixed and the electron beam source may be moved.
  • the lower cladding, core, and upper cladding can be used. Can be manufactured. At this time, the refractive index distribution of the core does not change even after the upper clad is imidized.
  • a quartz optical waveguide is irradiated Ri by the C 0 2 laser, in JP-1- 96604 JP method of forming a refractive index distribution, in order to save the refractive index profile of the core, upper click La
  • the sintering of the head may be insufficient, such a problem does not occur in the method of the present invention.
  • the shape of the optical waveguide manufactured in this manner in a cross section perpendicular to the light wave propagation direction depends on the irradiation width of the electron beam and the energy of the electron.
  • the optical waveguide can be controlled. It is symmetrical and has little polarization dependence.
  • the polyimide used in the present invention covers all polyimides whose refractive index can be controlled by electron beam irradiation.
  • Examples include mid copolymers, polyimide mixtures, and those to which additives are added as necessary.
  • Tetracarboxylic acid is composed of pyromellitic acid, methylpyromellitic acid, dimethylpyromellitic acid, dibutyl pyrpyromellitic acid, ethylpyromellitic acid, bis ⁇ 3,5-dimethylphenic acid.
  • Nonoxy ⁇ pyromellitic acid is composed of pyromellitic acid, methylpyromellitic acid, dimethylpyromellitic acid, dibutyl pyrpyromellitic acid, ethylpyromellitic acid, bis ⁇ 3,5-dimethylphenic acid.
  • 2,3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid 5,5'-dimethyl-3,3', 4,4'-tetraphenylpropoxybiphenyl, 2,2 ', 5, 5'-tetramethyl-3-, 3 ', 4,4'-tetracarboxybiphenyl, 1,4-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) biphenyl, bis ⁇ (methyl) dicaroxyphenoxy ⁇ Biphenyl, bis ⁇ (methyl) dicarboxyphenyl ⁇ (dimethyl) biphenyl and bis (dicarboxyphenyl) (dimethyl) biphenyl.
  • Jimin examples include the following. 1,3-Diaminobenzene, 1,4-Diaminobenzene, 2,4-Diaminotoluene, 2,5-Diaminotoluene, 2,4-Diaminoxylene, Dimethylphenylenediamine, 2,4 diaminodulene, 2,3,5,6—tetramethyl-1-p—phenylenediamine, diamino-1-tetramethylbenzene, diaminoethylbenzene, 2,5— Diaminohexyl benzene, 2,5 diamino monobutyl benzene, 4 decanoloxy 1,3,3-diamino benzene, 4-butanoloxy 1,3,3-diamino benzene, 4 —Heptanoxyl 1,3—Diaminobenzene, 4-octanoloxy 1,3—Diamino benzene, 4-Phenoxy 1,3,3-Diaminobenzene, 4-Hexane 1,3-d
  • the method of irradiating an electron beam using a fluorinated polyimide is described.
  • the refractive index changes due to light irradiation, electron beam irradiation, and ion beam irradiation. It can be carried out using another polymer that satisfies the conditions.
  • the refractive index contour of the cross section of the optical waveguide formed by this method consists of only a convex curve, and the beam pattern has little disturbance.
  • the electron beam is forcibly forced to increase the electron beam irradiation density inside the film compared to the surface of the polyimide film, and the inside of the polyimide film is refracted.
  • the propagating light will be guided through the inside of the polyimide film, and a new upper cladding must be formed. Disappears.
  • the above shows the ⁇ n change region where the refractive index difference ⁇ between the waveguide core and the clad changes from ⁇ 1 to ⁇ 2 ( ⁇ l> ⁇ n2) along the light wave propagation direction.
  • the present invention relates to an optical waveguide having a core whose cross-sectional shape does not change along the light wave propagation direction.
  • the normalized frequency of the waveguide changes along the light wave propagation direction.
  • the refractive index of the core decreases and the core diameter increases as the distance from the end face increases.
  • the normalized frequency of the waveguide or the optical fin is constant.
  • the above description regarding the optimal ⁇ distribution function form when the normalized frequency changes is based on the case where the normalized frequency is constant. I found that it was true. That is, if the length L of the refractive index change region is sufficiently long, for example, 3 mm or more, the coordinate of the ⁇ change region along the light wave propagation direction is defined as the X-axis under a constant condition.
  • the above-described optical waveguide or optical fiber can be manufactured, for example, based on the following description.
  • the core of the quartz fiber is formed by a Ge dopant that increases the refractive index.
  • the dopant Ge is diffused, and the refractive index distribution changes. Since the diffusion coefficient of G e depends on the temperature, a temperature gradient is set so that the temperature of the fiber increases as it approaches the tip of the fiber, so that it approaches the end face of the fiber.
  • An optical waveguide with a larger mode field diameter is fabricated. In order to set a desired refractive index distribution in quartz, it is necessary to appropriately set the temperature distribution of the fiber when heating the fiber.
  • the temperature distribution of the fiber is controlled by a combination of a local cooling device or a heating device of the fiber.
  • a local cooling device for example, in an electric furnace equipped with a cooling gas blowing nozzle, the fiber is locally cooled by the cooling gas from the blowing nozzle while heating the fiber with the electric furnace.
  • the amount of air blown and the angle at which the gas is blown onto the fiber are also parameters for forming the refractive index distribution.
  • the mode-field diameter conversion optical waveguide fabricated as described above By applying the mode-field diameter conversion optical waveguide fabricated as described above to an optical switch that switches the optical path of an input optical signal, it is possible to utilize its effectiveness. it can.
  • the optical path switching switch is, for example, as follows.
  • Light path switching ⁇ The components of the switch are mounted on a plurality of cantilever beams, at least one cantilever beam, which are formed on a silicon substrate and are parallel to each other and connected by connecting members.
  • an actuator using a combination of a permanent magnet, a coil and a magnetic material is generally considered to be a force, which can be used for driving an optical switch.
  • Other suitable actuators include an actuator combining a magnetic material on a cantilever and a movable permanent magnet disposed outside the optical switch, and an actuator utilizing electrostatic force.
  • the optical waveguide or optical fiber of the present invention can be used as follows.
  • the gap between the end faces in the connecting city can be increased.
  • the gap between the end faces can be expanded four times.
  • Optical waveguide circuits often include a polarizing element or a wavelength selection filter in the circuit. In such a case, the thickness of the optical element to be inserted is restricted by the ordinary waveguide, but this restriction can be alleviated by using the mode field diameter conversion waveguide. .
  • Optical elements to be inserted include a polarizing element and a wavelength selection filter, but are not particularly limited thereto.
  • the optical waveguide or optical fiber of the present invention may be used as follows. Since the mode diameter at the emission end of the laser diode, which is a light source for 1.3 m wavelength light, and the mode diameter of the single-mode waveguide optical fiber for 1.3 zm light are different, the laser diode When optical fibers are directly connected, radiation loss occurs due to the difference in their core diameters.
  • the mode diameter conversion optical waveguide of the present invention is inserted between the laser diode and the optical fiber, and the mode diameter of the waveguide at the laser diode side end face of the optical waveguide is the same as that of the laser diode. Radiation loss can be greatly reduced if the mode diameter is the same as the mode diameter and the mode diameter at the optical fiber side end face of the optical waveguide matches the mode diameter of the optical fiber. .
  • the optical waveguide of the present invention can control the divergence angle of the outgoing beam, eliminating the need to mount a lens and simplifying the manufacturing process. It also has the advantage of eliminating reflection losses from the lens surface.
  • FIG. 1 is a distribution function of a refractive index difference m n between a core and a cladding of an optical waveguide according to the present invention.
  • the horizontal axis is the coordinates (unit: mm) of the waveguide along the light wave traveling direction.
  • FIG. 2 is a layout diagram of the deviation tolerance measurement.
  • FIG. 3 is a plot of the coupling efficiency deviation tolerance of the waveguide according to the present invention. It is. ⁇ at the coupling surface of the waveguide is equal to 0.02.
  • FIG. 6 is a plot of the coupling efficiency and the beam diameter expansion rate of the waveguide according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a refractive index distribution forming device.
  • FIG. 8 is a schematic view of an apparatus for forming a refractive index distribution optical fiber.
  • FIG. 9 is a perspective view of one embodiment of a waveguide type two-circuit one-two optical switch according to the present invention.
  • FIG. 10 is a top view of the waveguide-type two-circuit 1 ⁇ 2 optical switch shown in FIG.
  • FIG. 11 is a detailed view of the waveguide-type two-circuit 1 ⁇ 2 optical switch shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic view of an embodiment of an optical waveguide with an optical element according to the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of one embodiment of a waveguide connection mode according to the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of one embodiment of a 1-shaped optical switch according to the present invention. is there.
  • connecting member 50 ... light input end, 51, 5 ... positioned cantilever, 53 ... end face of movable optical waveguide 42 a, 54 ... end face of fixed optical waveguide 48 a , 55: Mode field for propagating light, 61: Quartz substrate, 62: Laser diode, 63: Hole for installing laser diode, 64: Photo diode, 6 5... Photo diode installation 6 6... Waveguide ⁇ ⁇ -constant area, 6 7... Waveguide ⁇ ⁇ change area, 6 8... Waveguide end face, 6 9... Optical fiber fixing groove, 70... Optical fiber , 71: Optical fiber core, 72, 73: Mode field, 81: Silicon substrate, 82: Polymer layer, 83: Width micro Groove, 84, 85 ...
  • waveguide, 86 ... wavelength selection filter, 87 ... mode field, 91 ... quartz substrate, 92 ... laser diode, 93 ... Hole for installing laser diode, 94: ⁇ -constant region of waveguide, 95: ⁇ change region of waveguide, 96: waveguide end face, 97: mode field, 98 ... Optical fiber fixing groove, 9 9... Optical fiber, 100... Optical fiber core, 101- ⁇ ⁇ control optical waveguide core, 102- ⁇ ⁇ control optical waveguide ⁇ ⁇ -constant region, 103 to ⁇ ⁇ control optical waveguide refractive index change region, 10 4 — Waveguide end face of ⁇ ⁇ control optical waveguide, 105: Mode field of propagating light, waveguide with constant core diameter of 8 m at 106- ⁇ 0.045, A waveguide with a constant core diameter when 1 0 7 ...
  • n 0.09, a waveguide with a constant core diameter when 1 0 8 '' , 1 1 0... waveguide End face, 1x4 optical switch substrate, 1x4 optical switch substrate, 1x2 ... core of optical waveguide, 1x2 ... mode field, 1x2 ... thickness of 0.2 ⁇ Chromium electrode pattern, 125: Waveguide for introducing light to optical switch substrate 121, 126: Output optical fiber for guiding output from optical switch substrate 121 Iba. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a 3-inch diameter silicon wafer whose surface is a silicon oxide layer is provided on a silicon wafer, which is a precursor of the polyimide represented by the structural formula (1) ((-0.84).
  • a 1% by weight solution of amic acid in dimethyl acetate amide was applied by spin coating, and then applied at 100 ° C for 1 hour and then at 350 ° C for 30 minutes. Then, a lower cladding (film thickness: 20 / rn) was formed. Subsequently, on the surface of the lower cladding, in order to prevent the electron beam from being shaken by the charge-up during the irradiation of the electron beam, the surface of the fluorine-containing polyimide film is formed. Aluminum was deposited to a thickness of about 10 nm.
  • the fluorinated polyimide film was irradiated with an electron beam, the refractive index of the irradiated portion was increased, and a waveguide was drawn.
  • the acceleration energy of the electron beam is 25 keV, the irradiation width is 8 tm, and the length is
  • a waveguide with a linear pattern of 100 mm was drawn.
  • the refractive index increases according to the amount of electron irradiation. Therefore, by changing the electron irradiation amount along the light wave propagation direction, ⁇ n can be modulated along the light wave propagation direction.
  • the electron irradiation electron quantity was controlled as follows. The sample is set on a stage that can move in two axial directions perpendicular to the electron beam and perpendicular to each other. Electron beam current The irradiation time of the electron beam to the fluorinated polyimide film, that is, the amount of electron irradiation, was controlled by setting the constant and changing the moving speed of the stage.
  • the X-axis in Fig. 1 is the coordinates (unit: thigh) of the waveguide along the light wave traveling direction.
  • the aluminum layer on the drawn fluorinated polyimide film is removed with an etching solution, washed with water, and heated on a hot plate of 100 ° C. for 2 minutes.
  • the polyimide film was dried.
  • the deviation tolerance and the coupling efficiency are defined below. End faces of two waveguides
  • light is propagated from one waveguide to the other waveguide, and the transmitted light intensity is measured.
  • the difference between the position where the maximum output light intensity is given and the position where the lZe output intensity is given is the deviation tolerance. I do.
  • the maximum propagation light intensity when the waveguides are connected to each other with a constant ⁇ of ⁇ 1 is set to 1, and an intensity ratio thereof to the coupling efficiency.
  • the deviation tolerance is three times as large as that of the conventional waveguide, and if these function forms are approximately obtained, the coupling efficiency and the deviation tolerance close to the above characteristics can be obtained.
  • the X- ⁇ plot with the coordinates of the ⁇ change area along the light wave propagation direction as the X-axis and ⁇ as the ⁇ -axis becomes convex downward characteristics close to the optimum conditions can be obtained.
  • the ⁇ ⁇ change along the lightwave propagation direction was obtained.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, an optical waveguide in which ⁇ changes along the light wave propagation direction was manufactured. Table 2 summarizes the refractive index distributions of the fabricated waveguides (Examples 2a to 2y).
  • ⁇ ⁇ 0.004 45, and in the ⁇ ⁇ decreasing region, ⁇ ⁇ decreases.
  • Fig. 4 shows a plot of the allowable coupling efficiency deviation for 2a to 2y.
  • the refractive index distribution function type ⁇ ( ⁇ ) in the refractive index change region is the same, the longer the refractive index change region length L, the higher the coupling efficiency and the allowable deviation. If the length of the refractive index change region is fixed at a sufficiently long value, for example, 3 mm or more, the distribution of ⁇ becomes
  • the ⁇ - ⁇ plot in which the coordinates of the change area are the X axis and is the ⁇ axis, are convex downward, characteristics close to the optimal conditions could be obtained.
  • Example 3 In the same manner as in Example 1, an optical waveguide in which ⁇ changes along the light wave propagation direction was manufactured. Table 3 summarizes the refractive index distributions of the fabricated waveguides (Examples 3a to 3y). Table 3
  • Fig. 5 shows a plot of the allowable coupling efficiency deviation for 3a to 3y.
  • the refractive index distribution function form ⁇ (X) in the refractive index change region is the same, the longer the refractive index change region length L, the higher the coupling efficiency and the allowable deviation.
  • FIG. 6 shows the beam diameter in the region where ⁇ ⁇ is ⁇ ⁇ ((where the maximum electric field intensity at the center of the beam is 1 when the electric field intensity is e 2). twice) radius d, delta n is your Keru beam diameter delta n 2 area are d 2, the beam magnification in the d 2 / d] ⁇ to come to defined and n is delta n 2 Coupling efficiency and beam expansion ratio when connecting certain end faces
  • is a plot of
  • the core is formed by resist coating and etching.
  • an optical waveguide having a length of 100 and a core shape of 8 ⁇ 8 m 2 was formed.
  • the DR1 content was adjusted so that the refractive index of the core 1 was higher by 0.045 (about 0.3%) than the refractive index of the clad.
  • the refractive index of the core is reduced. Since the width of decrease in the refractive index depends on the amount of laser beam irradiation, a change in the irradiation time can form a refractive index distribution in the light propagation direction of the waveguide.
  • the waveguide was irradiated with laser light using the laser light irradiation device shown in FIG. 7 to form a refractive index distribution in the light wave propagation direction.
  • the irradiation light is light 12 having a wavelength of 4888 nm of the argon ion laser 11.
  • the laser beam was bisected by the half mirror 13, and the waveguide 22 was irradiated with light from above and below using the mirrors 16 and 17.
  • the waveguide 22 was fixed to a sample holder 19 attached to a sample table 18 driven by a stepping motor.
  • the sample stage moves in one horizontal axis, but the moving direction of the sample stage and the direction of the linear pattern of the core are matched so that the linear pattern of the core does not deviate from within the laser beam when the sample stage moves. It is necessary.
  • the laser beam irradiation amount was controlled so as to obtain the same ⁇ distribution as in Example 1f.
  • X 0mni
  • X 4.6mni
  • ⁇ -constant region ⁇ -0.0045
  • X 4.6 mm
  • X 10 mm
  • a n 0.006.
  • the decrease in the refractive index in the ⁇ decrease region is mu X.
  • Example 4f In the same manner as in Example 1f, the allowable deviation and the coupling efficiency of Example 4f were measured. As a result, the deviation tolerance was 16 m, and the coupling efficiency was 90%, which almost coincides with the result of Example 1f.
  • the results of the waveguides of Examples 4a to 4h also substantially agreed with the results of the waveguides of Examples 1a to 1h, respectively.
  • the refractive index In an optical waveguide in which the color content of the core changes along the light wave propagation direction, the refractive index is the same as in the optical waveguide in which the fluorine content changes along the light wave propagation direction as in Example 1.
  • 0.2 ⁇
  • excellent values are obtained for both the coupling efficiency and the allowable deviation.
  • these function forms are approximately obtained, it is possible to obtain a coupling efficiency and an allowable deviation value close to the above characteristics.
  • the X-Y plot with the X-axis as the coordinate of the ⁇ n change area along the light wave propagation direction and the Y-axis as ⁇ is convex downward the characteristics close to the optimal conditions will be obtained. I got it.
  • Quartz core is a silica glass doped with G e 0 2, ⁇ ⁇ 0.0 4 3, the light-off ⁇ core diameter of 8 mu Iotaita 8 It was inserted into an electric furnace 31 shown in the figure, and a temperature gradient was applied to the tip of the fiber 33.
  • the dopant Ge is diffused, and the refractive index distribution changes. Since the diffusion coefficient of Ge depends on the temperature, an appropriate temperature gradient is applied to the fiber to produce an optical waveguide whose mode field diameter increases as it approaches the end face.
  • the electric furnace 31 is provided with a cooling gas blow nozzle 32. The angle of this nozzle is adjustable, and the angle of air blow to the fiber can be adjusted.
  • Example 1 Using the temperature of the electric furnace 31, the angle of the blow nozzle 32, the blow volume, and the insertion length 34 of the fiber as setting parameters, a desired temperature distribution can be formed in the fiber, and the refractive index distribution can be designed. it can. In this way, the optical fiber was heated to produce a number of mode-converted optical fibers. From the optical fibers, optical fibers having the same function form of ⁇ distribution as those in Examples 1a to 1h were selected (Examples 5a to 5h). Example In the same manner as in 1, the deviation tolerance and the coupling efficiency were measured. As a result, the deviation tolerance and the coupling efficiency were almost the same as the result of Example 1.
  • the normalized frequency of the fiber is kept constant along the light wave propagation direction.
  • FIG. 9 is a perspective view of one embodiment of a waveguide type two-circuit 1 ⁇ 2 optical switch according to the present invention.
  • 41 is an optical fiber
  • 42 is a movable optical waveguide
  • 43 is a cantilever
  • 44 is a silicon substrate
  • 45 is a magnetic film
  • 46 is a coil electrode
  • 47 is a thin-film electromagnet.
  • Reference numeral 48 denotes a fixed optical waveguide.
  • FIG. 10 is a top view of one embodiment of a waveguide type two circuit 1 ⁇ 2 optical switch according to the present invention.
  • 42 a and 42 b are destructible optical waveguides
  • 46 a and 47 a are movable optical waveguides
  • 46 b and 47 b are Coil electrodes and thin-film electromagnets on the movable optical waveguide 42b side
  • 48a, 48b, 48c and 49d are fixed optical waveguides
  • 49a and 49b are optical input terminals. is there.
  • the figure shows a state before the power is supplied to the optical switch. Light input from the light input terminals 50 a and 50 b is transmitted to the movable optical waveguide 42 formed on the cantilever 43.
  • the ends of the cantilever beams 43 are connected by connecting members 49, and can be displaced in the plane of the silicon substrate while keeping them parallel to each other.
  • a magnetic film 45 is formed on the connecting member 49.
  • a thin film electromagnet 47 composed of a magnetic film, a permanent magnet and a thin film magnet is formed. Electric power is supplied to the thin electromagnet 47 from a power source (not shown) via the coil electrode 46. Turtle pressure can be set in the range of 3 to 10 volts.
  • the optical waveguide layer was manufactured by electron beam lithography.
  • the cantilever beam 4 3 Is displaced as shown by the broken line 51, and the movable optical waveguide 42a becomes the fixed optical waveguide 48a and the movable optical waveguide 42b becomes the fixed optical waveguide. 4 Connected to 8c.
  • the cantilever beam 43 is displaced as shown by a broken line 52, and the movable optical waveguide 42a becomes the fixed optical waveguide 48b, and the movable optical waveguide 42b becomes the fixed optical waveguide 48 ⁇ . Be closely related. This makes it possible to switch the optical path.
  • the length of the ⁇ ⁇ change region was set to 3.6 mm, and the distribution of ⁇ ⁇ in the ⁇ ⁇ change region
  • the allowable deviation is 17 ⁇
  • the coupling efficiency is 85%. Since the magnitude of the tolerance is about three times as large as that of the optical waveguide of the conventional method, the movable optical waveguide 42 a and the fixed type are used when the optical path is switched by an actuator. The allowable positioning accuracy of the optical waveguide 48a is approximately
  • FIG. 12 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention.
  • An optical waveguide was fabricated on a quartz substrate in the same manner as in Example 1f.
  • the moving speed of the moving stage in the refractive index change region 67 in the waveguide is increased toward the waveguide end face 68, and the moving stage is moved toward the waveguide end face 68.
  • the waveguide was drawn so that the refractive index gradually decreased.
  • the refractive index distribution function was made the same as in Example 1f so that the mode field diameter of the propagating light gradually increased toward the waveguide end face.
  • a hole 63 for installing a laser diode and a hole 65 for installing a photo diode were provided on the substrate 61, and a laser diode 62 and a photo diode 64 were provided respectively. Further, an optical fiber fixing groove 69 was provided, and an optical fiber 70 having a core diameter of 8 ⁇ was fixed.
  • the fixed optical fiber 70 is the same mode field diameter conversion optical waveguide as that of Example 5f.
  • the coupling efficiency is about 90%, which is almost the same as when using an optical waveguide and an optical fiber with a constant ⁇ , but the allowable deviation is about three times that of the connection.
  • An optical input / output device with a large tolerance was obtained.
  • FIG. 13 is a schematic view of an embodiment of an optical waveguide with an optical element according to the present invention.
  • a mode-field diameter-converting optical waveguide was fabricated on a silicon substrate in the same manner as in Example 1f.
  • the waveguide 8 of Example 1f is sandwiched between the grooves 83 of the radiation 75 formed by the dicing source so that the end face of the waveguide facing the groove has a low ⁇ . 4 and 85 were prepared.
  • a wavelength selection filter 86 having a width of 747 microns and transmitting only light having a wavelength of 1.3 m was inserted into the groove 83.
  • FIG. 14 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention.
  • An optical waveguide was fabricated on a quartz substrate in the same manner as in Example 2d.
  • the moving speed of the destroying stage is increased toward the waveguide end surface 96, and the refractive index gradually increases toward the waveguide end surface 96.
  • the waveguide is drawn so as to be reduced to a lower value, and the mode field diameter 97 of the propagating light is made to gradually expand toward the waveguide end face 96.
  • a waveguide different from waveguide 2 d in the following three points was manufactured. i)
  • the waveguide width is.
  • ⁇ of the waveguide 94 is 0.090, ⁇ decreases in the refractive index change region 95, and ⁇ is 0.0 at the waveguide end surface 96.
  • the refractive index modulation region length 95 is 5.4 mm, and the function form of ⁇ in this region is as follows:
  • a hole 93 for setting a laser diode was provided on the substrate 91, and a laser diode 92 having an oscillation wavelength of 1.3 ⁇ was set.
  • the output beam diameter of the laser diode is 4 ⁇ .
  • an optical fiber fixing groove 98 was provided, and an optical fiber 98 having a core diameter of 8 ⁇ was fixed.
  • the intensity of the light emitted from the optical fiber 98 in this apparatus was 85% of the light emitted from the laser diode 92.
  • FIG. 15 is a schematic view of one embodiment of a waveguide connection mode according to the present invention.
  • the core 101 of the optical waveguide was manufactured by electron beam lithography in the same manner as in Example 1f.
  • the moving speed of the moving stage is increased toward the waveguide end face 104, and the refractive index is gradually decreased toward the waveguide end face 104.
  • the waveguide core was drawn such that the diameter of the propagation light mode field 105 gradually increased toward the waveguide end face 104.
  • a waveguide different from the waveguide 1f was fabricated in the following three points. i)
  • the diameter of the core 101 shall be 46 m.
  • ⁇ of waveguide 101- ⁇ of constant region 102 is 0.0090, and ⁇ approaches waveguide end surface 104 in refractive index change region 103 , At the waveguide end face 104, ⁇ is set to 0.001 12.
  • the length 103 of the refractive index modulation region is 5.4 dragons, and the function type of ⁇ in this nod region is as follows:
  • the ⁇ n control optical waveguide was connected to a ⁇ n-constant waveguide 106 in which the core and the cladding were made of polyimide.
  • In the constant waveguide 106, light having a wavelength of 1.3 ⁇ is guided in single mode, the core diameter is 8 / xm, and ⁇ is about 0.0045. is there.
  • a waveguide having a core diameter of 4 ⁇ and a constant ⁇ of 0.1 ⁇ m and a constant waveguide diameter of 107 was produced.
  • a constant core diameter of 8 ⁇
  • In the constant waveguide 108, light with a wavelength of 1.3 ⁇ Single mode waveguide.
  • the intensity of the light emitted from the waveguide end face 109 was 1.5 times that of the light emitted from the waveguide end face 110.
  • FIG. 16 is a schematic view of one embodiment of the L-shaped 1 ⁇ 4 optical switch according to the present invention.
  • the core 122 of the optical waveguide in the optical switch substrate 121 was produced by electron beam lithography in the same manner as in Example 1f.
  • the input / output part of the switch where the diameter of the mode field 123 changes is the ⁇ n control area, and ⁇ n becomes smaller toward the end face. .
  • the other part is the ⁇ -constant region.
  • the waveguide fabricated here differs from waveguide 1f in the following three points. i)
  • the diameter of the core 122 is 4 ⁇ .
  • ⁇ of the waveguide 122- ⁇ of the constant region is 0.090, and in the refractive index change region, the value of ⁇ decreases as approaching the waveguide end face, and at the waveguide end face, Is to make the value of ⁇ equal to 0.0012.
  • a chrome electrode pattern 124 with a thickness of 0.2 ⁇ was formed on the ephemeral cladding of the optical waveguide by resist processing. An appropriate current is passed through the chrome electrode, and the heat generated at that time causes the refractive index of the waveguide below the chrome electrode to be reduced. Change and perform the switching operation of the optical path. In this way, a Y-shaped IX4 optical switch substrate was obtained.
  • the above-mentioned Y-shaped optical switch substrate 121 is used as the output side light for guiding the output from the waveguide 125 that guides light to the optical switch substrate 121 and the optical switch substrate 121. Connected to fin.
  • the optical fiber used here has a core diameter of 8 ⁇ , in which light with a wavelength of 1.3 ⁇ m is guided in single mode.
  • the radius of curvature of the waveguide can be reduced, and a core diameter of 8 ⁇
  • the switch can be made more compact than when using the above waveguide.
  • radiation loss occurs due to the difference in those core diameters.
  • the radiation loss is maintained by taking advantage of the use of the high ⁇ waveguide by matching the mode diameter at the connection portion with the optical fiber. could be reduced.
  • the positioning accuracy in connection of an optical waveguide, an optical fiber, and the like can be relaxed.
  • the gap between the end faces of the optical fiber and the junction of the optical waveguide could be enlarged.
  • an optical function element such as a wavelength selection filter or a polarization element may be introduced into an optical transmission line such as an optical waveguide or an optical fiber.
  • the restriction on the thickness of the optical element to be introduced was relaxed.
  • the mode field diameter can be converted with low loss
  • optical elements with different mode field diameters such as laser diodes and optical fibers can be converted to low loss. You can now connect with.
  • Polya a precursor of fluorinated polyimide with the structure of the following chemical formula A varnish of midic acid was spin-coated on a quartz substrate 101, baked at about 350 ° C, and imidized.
  • the film thickness of the obtained sample 102 was about 2 Om. It is known that the refractive index of sample 102 increases when irradiated with an electron beam. Therefore, when the electron beam irradiated portion is patterned into the core shape of the optical waveguide, the optical waveguide can be drawn.
  • FIG. 17 is a schematic view of a refractive index distribution forming device.
  • the moving stage 107 of the refractive index distribution forming device drives the sample support 106.
  • a sample 102 formed on a quartz substrate 101 is placed on the sample support 106.
  • the moving direction of the sample stage 106 is two axes (X, Y) directions perpendicular to each other, and can move on the XY plane perpendicular to the electron beam 104 from the electron beam source 103.
  • the current of the electron beam 104 was set constant, the moving speed of the stage was changed, and the irradiation amount of the electron beam to the polymer was changed.
  • An optical waveguide was drawn by the following procedure. First, the moving stage is driven only in one axis direction (X axis), the electron beam current is 8 nA, and the electron beam scanning area (the electron beam irradiation area in the XY plane when the moving stage is fixed) is 4 times.
  • the optical waveguide 1 13 was drawn as X 4 ⁇ m 2 .
  • the sample was introduced into the Kameko beam from the end face 108 side, and the stage was driven at a constant speed until the point 110 shown by the broken line in Fig. 4. 0 9 was moved until it passed the electron beam.
  • the electron beam scanning area is set to 8 X 8 ⁇ 2, and this time the moving stage was moved rightward in FIG. 4, an optical waveguide was introduced into the electron beam from the end face 109 side, and an optical waveguide 114 was drawn. In this case, the moving speed was kept constant.
  • optical waveguides 115 and 116 were drawn, and as a result, four optical waveguides were drawn.
  • Polyamide acid a precursor of the same polyimide, was spin-coated on the drawn film, baked at 350 ° C., and imidized.
  • Fig. 18 shows the distribution of the mode field of the optical waveguide observed by cutting out the end faces 108 and 109 and then introducing light into the four optical waveguides from the end face 108.
  • FIG. The optical waveguides 113 and 115 with the mode fields gradually expanded and the optical waveguides I 14 and 116 with a constant mode field could be formed on the same substrate.
  • An accurate optical axis alignment can be achieved without using a lens in the optical coupling system for laser diodes, photo diodes, optical waveguides, optical fibers, etc., so that an optical module can be provided at low cost.

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Abstract

An optical waveguide of a system in which the diameter of a core is constant in the optical wave propagation direction with the diameter of a mode field at input and output ends increased by reducing Δn toward the input and output ends, a difference Δn between refractive indexes of a core and a clad of the waveguide along the optical wave propagation direction for improving a coupling efficiency and tolerance in a connecting operation having a Δn variation region in which Δn varies from Δn1 to Δn2 (Δn1 > Δn2), a cross-sectional shape of the core not varying in the optical wave propagation direction, characterized in that an X-Y plot in which the X and Y axes represent the coordinates of Δn variation region in the optical wave propagation direction and Δn respectively projects downward, and an optical fiber.

Description

明 細 書  Specification
光導波路および光デバイス 技術分野  Optical waveguides and optical devices
本発明はモー ドフ ィ ール ド径変換光導波路、 光フ ァイバ, 光スィ ッチ 光入出力装置および光導波路の製造方法に関する。 背景技術  The present invention relates to a mode field diameter conversion optical waveguide, an optical fiber, an optical switch, an optical input / output device, and a method of manufacturing an optical waveguide. Background art
光通信網の構成要素である、 光導波路, 光フ ァイ バ, レーザダイ 才ー ド等の接続に関する問題点を解決するために、 これらデバイ ス中の導波 光のモー ドフ ィ ール ド径を変換する研究開発が行われている。 モー ドフ ィ ール ド径変換技術は以下のよ う な効果を有するために、 その重要性が 注目 されている。  In order to solve the problems related to the connection of optical waveguides, optical fibers, laser diodes, etc., which are the components of an optical communication network, the mode field diameter of the guided light in these devices Research and development to convert is underway. The importance of mode field diameter conversion technology is attracting attention because it has the following effects.
第一の効果は、 光導波路, 光フ ァイバなどの接続における、 位置決め 精度の緩和である。 シングルモー ド導波路あるいは光フ ァイ バを接続す る場合には、 ミ ク ロ ンオーダの光軸調整が必要となる。 モー ドフ ィ ール ド径変換技術によ って、 接続部分におけるモー ドフ ィ 一ル ド径を拡大す る こ とができれば、 接続の ト レラ ンスを緩和する こ とができる。 第二の 効果は、 モー ドフ ィ ール ド径の異なる光素子の接続の高効率化である。 高 Δ η の光導波路と通常に Δ η の光導波路の接続、 あるいは、 導波路と レーザダイ ォー ドの接続においては、 それぞれの入出射端面におけるモ ― ドフ ィ ール ドが異なる ことが原因で生じる接統部での結合損失が大き いこ とが問題となっている。 モー ドフ ィ ール ド径変換によ って、 接続部 におけるモー ドフ ィ ール ド径を整合する ことによ って、 接続を高効率化 する ことができる。 第三の効果は、 光導波路や光フ ァ イバの接続部にお ける端面間のギヤ ップの拡大化である。 端面におけるモ一 ドフ ィ ール ド 径を拡大する こ とができれば、 回折損失が低減し、 端面間ギャ ップを拡 大でき、 その結果、 ギャ ッ プ間に揷入する光素子の厚みの制限を緩和す る こ とができる。 The first effect is to reduce the positioning accuracy in connecting optical waveguides and optical fibers. When connecting a single-mode waveguide or optical fiber, it is necessary to adjust the optical axis in the micron order. If the mode field diameter conversion technology can increase the mode field diameter at the connection part, the tolerance of the connection can be reduced. The second effect is higher connection efficiency of optical elements having different mode field diameters. The connection between the high Δη optical waveguide and the normal Δη optical waveguide, or the connection between the waveguide and the laser diode, is due to the difference in the mode fields at the respective input / output end faces. The problem is that the resulting coupling loss at the connection is large. By matching the mode field diameter at the connection part by the mode field diameter conversion, the connection can be made more efficient. The third effect is that the connection between optical waveguides and optical fibers is This is an increase in the gap between the end faces. If the mode field diameter at the end face can be increased, the diffraction loss can be reduced and the gap between the end faces can be increased, and as a result, the thickness of the optical element that enters between the gaps can be reduced. Restrictions can be relaxed.
以上のよ う な効果をもたらすモー ドフ ィ ール ド径変換技術と して、 さ ま ざま な研究が行われている。 特開平 6— 174980 号公報は、 導波路入出 力端において二種類のテーパ状のコアを重畳するなど した二重コア構造 によ って、 入出力端におけるコ アサイ ズを拡大する こ と を開示する。 ま た、 特開平 6— 43330号公報は、 石英導波路の入出射端面を加熱 し、 入出 射端面におけるコア内の ドーパン ト を局所的に熱拡散させる こ とによ つ てモー ドフ ィ ール ド径を拡大するモー ド変換回路を開示する。 この場合、 端面に近づく につれて、 コア径は拡大するもののコ アの屈折率が低下す るために、 導波路あるいは光フ アイバの規格化周波数は光波伝搬方向に ついて一定となる。 特開平 1— 96604号公報は、 C 02 レーザを石英導波 路に照射する ことによ って、 コアの屈折率を光波伝搬方向に変化せしめ、 導波路自身がレンズの機能を有するよ う に した光デバイスを開示する。 Various researches have been conducted on the mode field diameter conversion technology that produces the above effects. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-174980 discloses that a core size at an input / output end is expanded by a double core structure in which two types of tapered cores are superimposed at a waveguide input / output end. I do. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-43330 discloses a mode filter by heating an input / output end face of a quartz waveguide and locally diffusing a dopant in a core at the input / output end face. Disclosed is a mode conversion circuit for increasing the diameter of a node. In this case, the core diameter increases as it approaches the end face, but the refractive index of the core decreases, so that the normalized frequency of the waveguide or optical fiber is constant in the light wave propagation direction. JP-A-1 96 604, the I'm particular irradiation with C 0 2 laser quartz waveguides, allowed change the refractive index of the core in the optical wave propagation direction, earthenware pots by the waveguide itself has the function of a lens The disclosed optical device is disclosed.
ま た、 Journal of Lightwave Technology L T一 5卷 9号 1 2 4 6 - 1 2 5 1頁においては、 ド一ノ ン トである T i の L i N b 03 中への拡 散量を制御する ことによ ってモー ドフ ィ ール ドを変換する導波路を作製 する方法が示されている。 Also, Journal of Lightwave Technology LT one 5 Certificates No. 9 1 2 4 6 - 1 2 In 5 one page, control the expansion Chiryou to de one Bruno down bets at which T i of L i N b 0 3 in Thus, a method of manufacturing a waveguide for converting a mode field is described.
上記のよう に、 導波路の入出射端においてモー ドフ ィ ール ド径を大き く するさ ま ざま な試みが報告されているが、 これらの方法には、 次のよ う な問題がある。  As described above, various attempts to increase the mode field diameter at the input and output ends of the waveguide have been reported. However, these methods have the following problems.
特開平 6— Π4980 号公報の開示する導波路の入出射端において二種類 のテーパ状のコアを重畳する方法は、 作製方法が複雑であるという問題 がある。 The method disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-4980, in which two types of tapered cores are superposed at the input and output ends of a waveguide, has a problem that the manufacturing method is complicated. There is.
特開平 6— 43330号公報の石英導波路のコァ内の ド一パン ト を入出射端 において局所的に熱拡散させてモー ド径の拡大を行う方法に関 しては、 熱拡散のプロセスで導波路端面を 1 0 0 0 °C以上に加熱する必要がある このよ う な高温で導波路を局所的に温度コ ン トロールするには限界があ り 、 したがって屈折率分布を設計通り に作製する こ とは非常に困難であ る。 ま た、 本方法では導波路ア レイ において、 近接した二本の導波路に 対しては、 同様の熱分布をかけざるを得ず、 どち らか一方の導波路のみ モー ド径を変換 したい場合には、 本方法の適用は難しい。  Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-43330 discloses a method of enlarging the mode diameter by locally diffusing the dopant in the core of the quartz waveguide at the input and output ends. It is necessary to heat the end face of the waveguide to 100 ° C. or higher. There is a limit in controlling the temperature of the waveguide locally at such a high temperature, and therefore, the refractive index distribution is produced as designed. It is very difficult to do. In addition, in this method, the same heat distribution must be applied to two adjacent waveguides in the waveguide array, and the mode diameter of only one of the waveguides needs to be converted. In such cases, application of this method is difficult.
特開平 1一 96604号公報の開示する、 石英導波路に C 0 2 レーザを照射 する ことによ って得られる、 導波路自身がレンズの機能を有する光デバ イ スには、 以下のよ う な問題がある。 該方式は、 C 0 2 レーザの照射に よ って石英の屈折率が上昇する性質を利用 したものであって、 次のよ う な製作工程をとる。 火炎堆積法によ って形成した石英下部クラ ッ ドの上 に、 ドーパン 卜 を含みクラ ッ ドよ り も屈折率の大きな石英コアを火炎堆 積法によ って形成する。 こ こで、 光の伝搬方向に沿って C 0 2 レーザを 照射し、 照射量をコ ン ト ロールして、 光波伝搬方向に屈折率分布を形成 する。 エツチング処理によ り導波コァを形成し、 最後に上部クラ ッ ドを 火炎堆積法によ って形成する。 Disclosed in JP-A-1 one 96604 discloses a quartz waveguide obtained I'm particular irradiation with C 0 2 laser, the optical Device Lee scan the waveguide itself has the function of a lens, the Hare yo follows Problem. Said expression be one C 0 2 laser refractive index of silica I by the irradiation of utilizing the property of increasing, take the following Yo I Do fabrication process. On the lower quartz cladding formed by the flame deposition method, a quartz core containing a dopant and having a higher refractive index than the cladding is formed by the flame deposition method. In here, along the propagation direction of the light irradiating the C 0 2 laser, the amount of irradiation and Control This setup roll, to form a refractive index distribution in the light wave propagation direction. A waveguide core is formed by an etching process, and finally an upper clad is formed by a flame deposition method.
コアをレ一ザ照射する ことによってコ アの屈折率が上昇するが、 この と き下部クラ ッ ドも同時に光照射されるため、 光波伝搬方向に沿って下 部クラ ッ ド上に屈折率分布が形成される。 レーザ光照射の後に形成され る上部クラ ッ ドの屈折率は光波伝搬方向について一定であるため、 下部 クラ ッ ドと上部クラ ッ ドの屈折率差が光波伝搬方向について異なって し ま う 。 そのため、 導波路の対称性がく ずれ伝搬する光の偏波依存性が発 生する等の課題を残した。 ま た、 次のよ う な問題もある。 長波長光であ る C 0 2 レーザ光を導波路の幅よ り も小さ な領域に集光する ことは非常 に困難である。 C 0 2 レーザの照射幅がコア幅よ り も大きいため、 下部 ク ラ ッ ドの屈折率上昇部分の幅はコアのそれよ り も広く なる。 したがつ て、 導波路断面の屈折率等高線は、 同心円的ではなく な リ 、 等高線と し て凹曲線が生じる場合もあ り 、 ビームパターンが乱れる結果となる。 コ ァの屈折率分布を形成したのちに、 上部クラ ッ ドを火災堆積法によ り形 成するが、 上部ク ラ ッ ドを十分に焼結するために導波路を高温条件下に 置 く と、 コ アの屈折率分布が消えて しま う という問題もある。 これを回 避するために、 現状では上部クラ ッ ドの焼結温度を低めに設定せざるを 得ないが、 上部ク ラ ッ ドの焼結が不十分なま ま となって しま う 。 上記の 熱分布形成による ド一パン トの熱拡散による方法も、 c o 2 レーザ照射 による方法も、 1 0 0 0で以上のプロセスを必要とするため、 電気—光 混載系回路のよ う に低温で作製する必要がある場合には、 その適用が難 しい。 Irradiating the core with the laser increases the refractive index of the core.At this time, the lower cladding is also irradiated with light, so the refractive index distribution on the lower cladding along the light wave propagation direction Is formed. Since the refractive index of the upper clad formed after laser beam irradiation is constant in the light wave propagation direction, the difference in the refractive index between the lower clad and the upper clad is different in the light wave propagation direction. As a result, the symmetry of the waveguide is lost and the polarization dependence of the propagating light occurs. There were issues such as living. There are also the following problems. It condenses the C 0 2 laser beam Ru long wavelength light der to be small region Ri by the width of the waveguide is very difficult. For irradiation width of C 0 2 laser is greater Ri by core width, the width of the refractive index increasing portion of the lower click La head even wider Ri by its core. Therefore, the refractive index contours of the waveguide cross section are not concentric, and a concave curve may be generated as a contour, resulting in a disturbed beam pattern. After the core refractive index profile is formed, the upper cladding is formed by fire deposition, but the waveguide is placed under high temperature conditions to sufficiently sinter the upper cladding. In addition, there is a problem that the refractive index distribution of the core disappears. In order to avoid this, the upper cladding sintering temperature has to be set lower at present, but the sintering of the upper cladding will be insufficient. A method by thermal diffusion of de one pan bets by the heat distribution forming, a method by co 2 laser irradiation, because it requires more processes in 1 0 0 0, electro - low temperature cormorants good optical hybrid circuits If it is necessary to make it by using it, its application is difficult.
J ourna l of L i ghtwave T echno l ogy L T 一 5巻 9 号 I 2 4 6 - 1251頁 に示された方法では、 コアを作製した後に上部クラ ッ ドを形成する こ と が困難であるという問題がある。  J ournal of L i ghtwave T echno l ogy LT Vol.5 No.9 I246-1251 says that it is difficult to form the upper cladding after the core is made There's a problem.
本発明の目的は、 上記従来法のモー ド径拡大法の問題点を解決する こ とができる Δ η制御光導波路およびその製造方法、 および、 光波伝搬部 分において、 光波進行方向に沿った Δ η分布条件を最適化した光導波路 や光フ ァイバを提供する ことにある。 発明の開示  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Δη control optical waveguide and a method of manufacturing the same that can solve the problems of the above-described conventional mode diameter enlarging method. An object of the present invention is to provide an optical waveguide and an optical fiber with optimized η distribution conditions. Disclosure of the invention
本発明は、 以下の記載によ り達成される。 その要旨は、 1 . 入出力端でモー ドフ ィ ール ド径が拡大し ま たは縮小する光導波路に おいて、 前記光導波路が高分子からな り 、 光波伝搬方向に垂直な光導波 路断面におけるコアの大き さ が前記光導波路の場所によ らず一定であつ て、 コアとクラ ッ ドの屈折率差が光波伝搬方向に沿って変化する こと を 特徴とする光導波路。 The present invention is achieved by the following description. The gist is 1. In an optical waveguide whose mode field diameter increases or decreases at the input / output end, the optical waveguide is made of a polymer, and the core of the core in the optical waveguide cross-section perpendicular to the light wave propagation direction. An optical waveguide, wherein the size is constant irrespective of the position of the optical waveguide, and a difference in refractive index between the core and the clad changes along the light wave propagation direction.
2 . 入出力端でモー ドフ ィ ール ド径が拡大しま たは縮小する光導波路に おいて、  2. In an optical waveguide where the mode field diameter increases or decreases at the input / output end,
前記光導波路が高分子からな り 、  The optical waveguide is made of a polymer,
光波伝搬方向に垂直な光導波路断面におけるコアの大きさが前記光導 波路の場所によ らず一定であって、  The size of the core in the cross section of the optical waveguide perpendicular to the light wave propagation direction is constant irrespective of the position of the optical waveguide,
ク ラ ッ ドの屈折率が一定であ り 、  The refractive index of the cladding is constant,
前記コアの屈折率が光波伝搬方向に沿って変化する  The refractive index of the core changes along the light wave propagation direction
こ と を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized by this.
3 . 項 1 ま たは請求項 2 に記載の光導波路において、  3. The optical waveguide according to claim 1 or claim 2,
前記コアが、 前記高分子に混入するとコアの屈折率を上昇させる色素 を分散ま たは結合した高分子からな り 、  The core is composed of a polymer in which a pigment that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or bonded,
前記コアの前記色素含有量が光波伝搬方向に沿って変化する こ と を特徴とする光導波路。  An optical waveguide, wherein the dye content of the core changes along a light wave propagation direction.
4 . 項 3 に記載の光導波路を製造する方法において、  4. In the method for manufacturing an optical waveguide according to item 3,
前記コアへの光の照射量を制御し、 前記コアの光波伝搬方向について の屈折率分布を形成する  Controlling the amount of light irradiation on the core to form a refractive index distribution in the light wave propagation direction of the core;
こと を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
5 . 入出力端でモー ドフ ィ ール ド怪が拡大しま たは縮小する光導波路に おいて、  5. In an optical waveguide where the mode field is enlarged or reduced at the input and output ends,
前記光導波路がフ ッ素化ポ リ マからな リ 、 前記光導波路の光波伝搬部分のフ ッ素含有量が光波伝搬方向に沿って 変化する The optical waveguide is made of a fluorinated polymer, The fluorine content of the light wave propagation portion of the optical waveguide changes along the light wave propagation direction
こと を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized in that:
6 . 項 5 に記載の光導波路において、 光波伝搬方向に垂直な光導波路断 面におけるコアの大き さが前記光導波路の場所によ らず一定であるこ と を特徴とする光導波路。  6. The optical waveguide according to item 5, wherein a size of a core at a cross section of the optical waveguide perpendicular to a light wave propagation direction is constant regardless of a position of the optical waveguide.
7 . 項 5 ま たは項 6 に記載の光導波路において、  7. In the optical waveguide described in item 5 or 6,
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前記フ ッ素化ポリ マが、 上記化学式で表記されるポリ イ ミ ドと、 前記 ポリ マに一 C„F 2in+ 1(m = l 〜 5 ) を匿換基と して導入 したポリ イ ミ ド とからなること を特徴とする光導波路。
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The fluorinated polymer is a polymer represented by the above chemical formula, and a polymer obtained by introducing 1 C „F 2in + 1 (m = l to 5) into the polymer as an anonymous group. An optical waveguide, comprising:
8 . 項 5 または項 6 ま たは項 7 に記載の光導波路を製造する方法におい て、  8. In the method for manufacturing an optical waveguide described in Paragraph 5 or 6 or 7,
電子照射によ り前記フ ッ素化ポリ マの屈折率を上昇さ せ、  The electron irradiation increases the refractive index of the fluorinated polymer,
照射電子量を光波伝搬方向に変化する ことによ って、  By changing the amount of irradiated electrons in the light wave propagation direction,
電子線照射部分の屈折率が光波伝搬方向に変化する  The refractive index of the electron beam irradiated part changes in the light wave propagation direction
こと を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
9 . 項 8 に記載の光導波路を製造する方法において、 照射電子線のエネ ルギ一および電子線照射幅が光導波路の光波伝搬方向について一定であ る こと を特徴とする光導波路の製造方法。 9. The method for manufacturing an optical waveguide according to item 8, comprising: A method for manufacturing an optical waveguide, characterized in that the laser beam and the electron beam irradiation width are constant in the light wave propagation direction of the optical waveguide.
1 0. 項 8 ま たは項 9に記載の光導波路を製造する方法において、 ポリ ィ ミ ド薄膜の表面に比べて膜の内部における電子線の照射密度が高ま る よ う に電子線を照射し、  10. In the method of manufacturing an optical waveguide according to item 8 or 9, the electron beam is irradiated so that the electron beam irradiation density inside the polyimide thin film is higher than the surface of the polyimide thin film. Irradiate,
ポリ イ ミ ド膜内都で光を導波させる  Guide light inside the polyimide film
こ と を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
1 1 . 項 1 , 2, 3 , 5 , 6 , 7 いずれか一項に記載の光導波路におい て、  11 1. In the optical waveguide according to any one of Items 1, 2, 3, 5, 6, 6 and 7,
光導波路断面における屈折率分布の等高線が凸曲線のみからなる こ と を特徴とする光導波路。  An optical waveguide characterized in that the contours of the refractive index distribution in the cross section of the optical waveguide consist only of convex curves.
1 2. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアと ク ラ ッ ドの屈折率差厶 n が Δ η ΐ から厶 n 2 (厶 n l 〉A n 2 ) に変化する Δ η変化領域を有す る ことによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 2. There is a Δη change region in which the refractive index difference m n between the waveguide core and the clad changes from Δη ΐ to m n2 (m nl> A n 2) along the light wave propagation direction. The purpose of this is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In the optical waveguide for
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸, Δ ηを Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 下に凸になる こと を特徴とする光導波路。  An optical waveguide characterized in that an X-Υ plot, in which the coordinates of the Δη change region along the light wave propagation direction are the X-axis and Δη is the Υ-axis, is convex downward.
1 3. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとク ラ ッ ドの屈折率差 Δ η が Δ η ΐ から Δ η 2 ( Δ η 1 > Δ η 2 ) に変化する Δ η変化領域を有す る こ とによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化 しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 3. Along the light wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference Δη between the waveguide core and the clad changes from Δηΐ to Δη2 (Δη1> Δη2) Single mode in which the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction, with the purpose of changing the mode diameter of the propagating light in the Δη change region by having In an optical waveguide for guiding,
Δ ηが Δ η 1 の領域におけるビ一ム径 ( ビーム中心の最大電界強度を 1 と した場合に、 電界強度が e になる ビーム半径の 2倍) を d , , Δ ηが厶 n 2の領域における ビーム径を d 2 , ビーム拡大率 d z/ d , を « と定義 し、 該導波路 2本を 厶 η = Δ η 2である端面同士を接続した場 合の結合効率を と定義したと きに、 結合効率と ビーム拡大率が The beam diameter in the region where Δ η is Δ η 1 (double the beam radius at which the electric field intensity becomes e when the maximum electric field intensity at the beam center is 1) is d,, The beam diameter in the region where Δη is m n 2 is defined as d 2 , and the beam expansion ratio dz / d is defined as «. When the two waveguides are connected at the end faces where m η = Δ η 2 When the coupling efficiency is defined as, the coupling efficiency and the beam expansion rate are
7? > - 0. 0 5 X ( / - 1 ) + 1 および 〉 1. 2  7?>-0.05 X (/-1) + 1 and〉 1.2
を満たすこと を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized by satisfying the following.
1 4. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコア とクラ ッ ドの屈折率差 Δ η が Δ η ΐ から Δ η 2 ( Δ η 1 >Α η 2 ) に変化する 厶 η変化領域を有す ることによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 4. A refractive index difference Δη between the waveguide core and the cladding Δη changes from Δηΐ to Δη2 (Δη1> 2η2) along the light wave propagation direction. The purpose of this is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In the optical waveguide for
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸(Χ = 0〜 し), Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ 卜が、 Δ η (Χ) = Δ η 1 — (A n 1 — A n 2 ) x (X / L ) 0 1 で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 一(Δ η 1 一 Δ η 2 ) X (X / L) °· 76 で表される曲線とで囲まれる領域にある こと を特徴と する光導波路。 The X-Υ plot, where the X-axis is the coordinate of the Δη change region along the light wave propagation direction (Χ = 0 to) and the Δ-axis is the Υ-axis, is Δη (Χ) = Δη1 — (A n 1 — A n 2) x (X / L) 0 1 and Δ η (Χ) = Δ η 1 one (Δ η 1 one Δ η 2) X (X / L) ° · 76 An optical waveguide characterized by being in a region surrounded by a curved line represented by the curve.
1 5. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 Δ η が厶 n l から Δ η 2 ( Δ η 1 〉Α η 2 ) に変化する厶 η変化領域を有す る こ とによ って厶 η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 5. There is a mu η change region where the refractive index difference Δ η between the waveguide core and the cladding changes from mu nl to Δ η 2 (Δ η 1〉 Α η 2) along the light wave propagation direction. The purpose of this is to change the mode diameter of the propagating light in the mu η change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In the optical waveguide for
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸(X = 0〜 L) , Δ η を Υ軸と した Χ - Υプロ ッ 卜が、 Δ η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 — A n 2 ) x (XZ L)" ( 0. 1 < ω< 0. 7 5 ) で表される曲線である ことを特徴 とする光導波路。  The Χ-Υ plot, with the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction as the X axis (X = 0 to L) and Δη as the Υ axis, is Δη (Χ) = Δη1 — (Δ η 1 — An 2) x (XZ L) "(0.1 <ω <0.75). An optical waveguide characterized by a curve represented by the following equation.
1 6. 項 1 2 , 1 3 , 1 4, 1 5のいずれかに記裁の光導波路において 前記光導波路が高分子からなる こ と を特徴とする光導波路。 1 6. For optical waveguides cut in any of paragraphs 12, 13, 14, and 15 An optical waveguide, wherein the optical waveguide is made of a polymer.
1 7 . 項 1 6 に記載の光導波路において、 前記光導波路のコアが、 前記 高分子に混入するとコアの屈折率を上昇させる色素を分散ま たは結合し た高分子からな り 、 前記コアの前記色素含有量が光波伝搬方向に沿って 変化する こ と を特徴とする光導波路。  17. The optical waveguide according to item 16, wherein the core of the optical waveguide is composed of a polymer in which a pigment that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or bonded, 3. The optical waveguide according to claim 1, wherein the dye content varies along a light wave propagation direction.
1 8. 項 1 7 に記載の光導波路を製造する方法において、  1 8. In the method for manufacturing an optical waveguide according to item 17
前記コアへの光の照射量を制御し、 前記コアの光波伝搬方向について の屈折率分布を形成する こ と を特徴とする光導波路の製造方法。  A method of manufacturing an optical waveguide, comprising: controlling a light irradiation amount on the core to form a refractive index distribution in a light wave propagation direction of the core.
1 9 . 項 1 8に記載の光導波路において、 導波路がフ ッ素化ポリ マから な り 、 導波路の光波伝搬部分のフ ッ素含有量が光の伝搬方向に沿って変 化する こ と によ り Δ ηが変化する こ と を特徴とする光導波路。  19. The optical waveguide according to item 18, wherein the waveguide is made of a fluorinated polymer, and the fluorine content of the light wave propagating portion of the waveguide changes along the light propagation direction. An optical waveguide characterized in that Δη changes according to and.
2 0. 項 1 9に記載の光導波路において、 20. In the optical waveguide according to item 19,
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前記フ ッ素化ポリ マが上記化学式 ( 0 ^ 1 ) で表記されるポ リ イ ミ ドと、 前記ポリ マに— CmF2m+ 1 ( m = l 〜 5 ) を置換基と して導入 したポリ ィ ミ ドとからなる こと を特徴とする光導波路。 And Po Li Lee Mi de of the full Tsu fluorinated poly Ma is denoted by the chemical formula (0 ^ 1), the poly Ma - C m F 2m + 1 ( m = l ~ 5) introduced as a substituent An optical waveguide characterized by comprising a modified polyimide.
2 1 . 項 2 0に記載の光導波路において、 21. In the optical waveguide according to item 20,
電子線照射によ ってフ ッ素化ポ リ マの屈折率を上昇させ、 照射電子量 を光波伝搬方向に沿って変化する こと に よ って電子線照射部分の屈折率 が光波伝搬方向に変化する こ と を特徴とする光導波路の製造方法。 Increase the refractive index of the fluorinated polymer by electron beam irradiation, and increase the amount of irradiated electrons A method of manufacturing an optical waveguide, characterized in that the refractive index of an electron beam irradiated portion changes in the light wave propagation direction by changing the refractive index along the light wave propagation direction.
2 2. 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアと クラ ッ ドの屈折率差 Δ ηが Δ η 1 から Δ η 2 (Δ η 1 > Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ ァイ バにおいて、  2 2. Along the light wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference Δη between the core and the cladding of the optical path changes from Δη1 to Δη2 (Δη1> Δη2) In the optical waveguide or optical fiber having
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸, Δ η を Υ軸と した Χ— Υプロ ヅ 卜が、 下に凸になる こと を特徴とする光導波路ま たは光フ ア イバ。  An optical waveguide or an optical fiber characterized in that a Χ-Υ plot with the coordinate of the Δη change region along the light wave propagation direction as the X axis and Δη as the Υ axis is convex downward. .
2 3 . 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアと ク ラ ッ ドの屈折率差 厶 ηが Δ η 1 から Δ η 2 (Δ η 1 > Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ アイバにおいて、  23. The Δη change region where the refractive index difference η between the core and the cladding of the optical transmission path changes from Δη1 to Δη2 (Δη1> Δη2) along the lightwave propagation direction. In an optical waveguide or an optical fiber having
光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座檫を X軸(Χ = 0〜し), Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ 卜が、 Δ η (Χ) = Δ η 1 - ( Δ n 1 — Δ η 2) X (X/ L) °· ' で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ η 1 一 Δ η 2 ) X (XZ L)°' 76で表される曲線とで囲まれる領域にある こ と を特徴とす る光導波路ま たは光フ ァイバ。 An X-Υ plot with the X axis (Χ = 0) as the coordinate of the Δη change region along the light wave propagation direction and the ΔΥ as the Υ axis is given as Δη (Χ) = Δη1-( Δ n 1 — Δ η 2) X (X / L) ° · 'and the curve Δ η (Χ) = Δ η 1-(Δ η 1 one Δ η 2) X (XZ L) °' 76 An optical waveguide or an optical fiber characterized by being located in a region surrounded by a curve represented by:
2 4. 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアと クラ ッ ドの屈折率差 Δ ηが Δ η 1 から A n 2 (A n 1 > Δ n 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ ァイバにおいて、  2 4. Along the optical wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference Δη between the core and the cladding of the optical path changes from Δη1 to An2 (An1> Δn2) In the optical waveguide or fiber that has
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸(X = 0〜 L) , Δ n を Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 Δ η (Χ) =厶 η 1 —(厶 η 1 —厶 η 2 ) X (XZ L)" ( 0. 1 < ω < 0. 7 5 ) で表される曲線である こと を特徴 とする光導波路ま たは光フ ァイバ。  An X-Y plot with the coordinates of the Δη change region along the light wave propagation direction as the X axis (X = 0 to L) and Δn as the Y axis gives Δη (Χ) = mu η 1 — (mu η 1 —m η 2) X (XZ L) ”(0.1 <ω <0.75). An optical waveguide or an optical fiber characterized by having a curve represented by the following equation.
2 5. 人出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮小する光導波路を 含む光フ ァイバアレイ において、 項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載された光導波路ま たは光フ アイ バを含むこ と を特徴とする光フ アイバア レイ 。 2 5. In an optical fiber array including an optical waveguide whose mode field diameter at the human output end expands or contracts, terms 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, and 20. An optical fiber array comprising the optical waveguide or the optical fiber described in any one of 20 to 22 to 24.
2 6 . 入出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮小する光導波路を 含む光フ ァイバアレイ において、  26. In an optical fiber array that includes an optical waveguide whose mode field diameter at the input / output end expands or contracts,
モー ドフ ィ ール ド径が変化しない光導波路と、 請求項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載された光導 波路ま たは光フ ァイバとが隣接 して配置される  An optical waveguide whose mode field diameter does not change, and any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 22 to 24. Optical waveguide or optical fiber is placed adjacent to
こと を特徴とする光フ ァイ バア レイ 。 An optical fiber array, characterized in that:
2 7 . 項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいず れか一項に記載され入出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮小す る光導波路を含む光入出力装置。  27. Mode field diameter at the input / output end described in any one of items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24 An optical input / output device that includes an optical waveguide that expands or contracts.
2 8. 光導波路と、 該導波路のコア径よ り も大きなコア径を有する光導 波路あるいは光フ ァイバの接統形態において、  2 8. In the connection mode of an optical waveguide and an optical waveguide or an optical fiber having a core diameter larger than the core diameter of the waveguide,
コア径の小さな側の光導波路が項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7, 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載された Δ η制御導波路である こ と を特徴とする接続形態。  The optical waveguide on the side with the smaller core diameter is the Δη control waveguide described in any one of Items 1-3, 5-7, 11-17, 19, 20 and 22-24. A connection form characterized by:
2 9. Υ字型ポリ マ導波路と、 導波路を局所的に加熱する加熱手段を含 み、 ポリ マの局所的温度変化によ り 、 導波路の光路を切り替える光路切 リ替えスィ ツチ基板と、 該光路切り替えスィ ッチ基板への入力光の導入、 あるいは、 該光路切 り替えスィ ツチ基板からの出力光の導出のための光 フ ァイバあるいは光導波路を含む光路切り替えデバイスにおいて、 項 1 〜 3 , 5 ~ 7 , 1 1 ~ 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2 ~ 2 4のいずれか 一項に記載された厶 η制御導波路を含むこ と を特徴とする光路切り 替え デバイス。  2 9. Includes a 基板 -shaped polymer waveguide and a heating means for locally heating the waveguide, and an optical path switching switch substrate for switching the optical path of the waveguide by a local temperature change of the polymer. An optical path switching device including an optical fiber or an optical waveguide for introducing input light into the optical path switching switch substrate or deriving output light from the optical path switching switch substrate. , A light path switching device comprising the η control waveguide according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 22 to 24. .
3 0 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ ァ イバを含み、 発信側光導波路ま たは光フ ァイバ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイバを一つだけ選択し、 選択した導波路ま たは光フ ァ イバと発信側導波路ま たは光フ ァ イバと を 接続する こと によ ってする こ と によって、 特定の受信側光導波路ま たは 光フ ァイバから別の受信側光導波路ま たは光フ ァ イバに光信号の光路を 切り替える光スィ ツチにおいて、 3 0 .—One or more transmitting optical waveguides or fibers and two or more receiving optical waveguides Select only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected to the emitting end of the transmitting optical waveguide or optical fiber, and to select only one receiving optical waveguide or optical fiber. Alternatively, by connecting an optical fiber to a transmitting waveguide or an optical fiber, a specific receiving optical waveguide or an optical fiber to another receiving optical fiber. In an optical switch that switches an optical path of an optical signal to an optical waveguide or an optical fiber,
項 1 ~ 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいずれか 一項に記載の光導波路ま たは光フ ァイバを含むこ と を特徴とする光路切 り替えスィ ツチ。  Item 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 22 to 24, including the optical waveguide or the optical fiber described in any one of the above. Light path switching switch.
3 1 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ ァイバを含み、 発信側光導波路ま たは光フ ァイバ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイ バを一つだけ選択し、 選択 した導波路ま たは光フ ァイバと発信側導波路ま たは光フ ァ イバと を 接続する こと によって、 特定の受信側光導波路ま たは光フ ァ イバから別 の受信側光導波路ま たは光フ ァ イバに光信号の光路を切り替える光スィ ッチにおいて、  3 1 .—Includes one or more outgoing optical waveguides or optical fibers and two or more receiving optical waveguides or optical fibers, with the outgoing end of the outgoing optical waveguide or optical fiber. By selecting only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected, and connecting the selected waveguide or optical fiber to the transmitting optical waveguide or optical fiber, In an optical switch that switches the optical path of an optical signal from a specific receiving optical waveguide or optical fiber to another receiving optical waveguide or optical fiber,
項 1 2 ~ 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載の光導 波路ま たは光フ ァイバを 2つ以上含み、 2つの光導波路ま たは光フ アイ バの厶 nが Δ η 2である端面を突き合わせる こ とによ リ光導波路ま たは 光フ ア イバの接統を行う こ と を特徴とする光路切り替えスィ ツチ。  Item 12 to 17, 19, 20, 22 to 24, including two or more optical waveguides or optical fibers according to any one of the above, and two optical waveguides or optical fibers. An optical path switching switch characterized in that an optical waveguide or an optical fiber is connected by abutting an end face having a diameter n of Δη2.
3 2 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと 、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ ァ イバを含み、 発信側光導波路または光フ ァイ バ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイバを一つだけ選択 し、 選択した導波路ま たは光フ ァイ バと発信側導波路ま たは光フ ァイバと を 接続する こと によ って、 特定の受信側光導波路ま たは光フ ァ イバから別 の受信側光導波路ま たは光フ ァ イバに光信号の光路を切り 替える光スィ ッチにおいて、 3 2 .—Including one or more transmitting optical waveguides or fibers and two or more receiving optical waveguides or fibers, the emitting end of the transmitting optical waveguide or fiber. By selecting only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected to the transmitter and connecting the selected waveguide or optical fiber to the transmitting waveguide or the optical fiber. Separate from the specific receiving optical waveguide or fiber. In the optical switch that switches the optical path of the optical signal to the receiving optical waveguide or optical fiber of
シ リ コ ン基板上に形成された複数の互いに平行で、 かつ連結部材によ り連結された片持ち梁と、 少な く とも一つの片持ち梁の上に形成 した光 導波路と、 該光導波路に対向 して固定された複数の光導波路と、 前記片 持ち梁を変形させるスィ ッチ駆動手段と を有し、 かつ、 前記片持ち梁の 上に形成した光導波路および前記固定光導波路の両方が項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9, 2 0, 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載の光導 波路である こ と を特徴とする光スィ ツチ。  A plurality of parallel cantilevered beams formed on a silicon substrate and connected by a connecting member; an optical waveguide formed on at least one cantilever; A plurality of optical waveguides fixed to face the waveguide, and switch driving means for deforming the cantilever; and an optical waveguide formed on the cantilever and the fixed optical waveguide. An optical switch characterized in that both are optical waveguides according to any one of Items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, and 22 to 24.
3 3. レーザダイ オー ドと、 該レーザ発振波長光がフ ァイ バ中において シングルモー ド導波する光導波路と光フ ァイバと を含む光入出力装置に おいて、  3 3. In an optical input / output device including a laser diode, an optical waveguide in which the laser oscillation wavelength light is guided in a single mode in a fiber, and an optical fiber,
該光導波路が項 1 2 ~ 1 7 , 1 9 , 2 0のいずれか一項に記載の光導 波路であって、 ま た、 該光フ ァイバが項 2 2〜 2 4のいずれか一項に記 載の光フ ァイバであ り 、 光導波路と光フ ァイバの Δ ηが Δ η 2である端 面を突き合わせる こ とによ リ光導波路と光フ ァイバの接統を行う こと を 特徴とする入出力装置。  The optical waveguide is the optical waveguide according to any one of Items 12 to 17, 19 and 20, and the optical fiber is the optical waveguide according to any one of Items 22 to 24. The optical fiber described above, characterized in that the optical waveguide and the optical fiber are connected by abutting an end face where Δη of the optical fiber and Δη are Δη2. I / O device to perform.
3 4. 波長選択フ ィルタや偏光素子等の光素子が光導波路または光フ ァ ィバ間に押入された光素子付き光導波路ま たは光フ ァイバにおいて、 該光素子をはさむ光導波路ま たは光フ ァイバの光素子側の端面を含む 領域が、 項 1 ~ 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のい ずれか一項に記載の光導波路ま たは光フ ァイバである こと を特徴とする 光素子付き光導波路ま たは光フ ァイバ。  3 4. In an optical waveguide with an optical element or an optical fiber in which an optical element such as a wavelength selection filter or a polarizing element is pushed between optical fibers or optical fibers, an optical waveguide sandwiching the optical element. Is the region including the end face of the optical fiber on the optical element side, as described in any one of the items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24. An optical waveguide with an optical element or an optical fiber, which is an optical waveguide or an optical fiber.
3 5. レーザダイオー ドと、 該レーザ発振波長光がフ ァイバ中において シングルモー ド導波する光導波路と光フ ァイバと を含む光入出力装置に おいて、 項 1 〜 3, 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4に記 戴の光導波路ま たは光フ ァ イバを含むこ と を特徴とする光入出力装置。 3 5. An optical input / output device including a laser diode, an optical waveguide in which the laser oscillation wavelength light is guided in a single mode in a fiber, and an optical fiber. And the optical waveguide or optical fiber described in the items 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24. Optical input / output device.
3 6 . レーザダイオー ドと、 該レ一ザ発振波長光がフ ァイバ中において シングルモー ド導波 し、 該モー ドのモー ド径がレーザダイオー ドの出射 端における レーザ光のモー ド径と異なる光フ ァイバと を含む光入出力装 置において、 36. The laser diode and the laser oscillation wavelength light are guided in a single mode in the fiber, and the mode diameter of the mode is different from the mode diameter of the laser beam at the emission end of the laser diode. In an optical input / output device including an optical fiber and
レーザダイォ一 ドと光フ ァ イバの間に、 光波伝搬方向に沿って導波路 のコアと ク ラ ッ ドの屈折率差 Δ ηが Δ η 1 から Δ η 2 (厶 η 1 〉 Α η 2 ) に変化する A n変化領域を有する ことによ って Δ η変化領域における伝 搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は 光波伝搬方向に沿って変化 しないシングルモー ド導波用の光導波路が存 在 し、 レーザダイオー ドと光導波路の結合効率が 9 0 %以上になる よ う に、 光導波路のレーザダイ ォー ド側端面における導波路のモー ド径がレ 一ザダイ オー ドのモー ド径と一致し、 かつ、 光導波路と光フ ァイバの結 合効率が 9 0 %以上になるよ う に、 光導波路の光フ ァイバ側端面におけ るモ一 ド径が、 光フ アイバのモー ド径と一致する こ と を特徴とする光人 出力装置。  Between the laser diode and the optical fiber, the refractive index difference Δη between the waveguide core and the cladding along the light wave propagation direction is Δη1 from Δη1 to Δη2 (μη1 >〉 η2). The purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region by having the An change region that changes in There is an optical waveguide for single mode waveguide that does not exist, and the mode of the waveguide on the laser diode side end face of the optical waveguide is set so that the coupling efficiency between the laser diode and the optical waveguide is 90% or more. The mode on the optical fiber side end face of the optical waveguide should be such that the diameter matches the mode diameter of the laser diode and the coupling efficiency between the optical waveguide and the optical fiber is 90% or more. Light whose diameter is equal to the mode diameter of the optical fiber Person output device.
ま た本発明は、 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアと ク ラ ッ ドの屈 折率差 Δ ηが Δ η ΐ から厶 η 2 ( Δ η 1 >Δ η 2 〉 に変化する Δ η変化 領域を有することによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変 化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コ アの断面形状は光波伝搬方向に沿つ て変化しないシングルモー ド導波用の光導波路において、 Δ ηが△ η 1 の領域におけるビーム径 ( ビーム中心の最大電界強度を 1 と した場合に、 電界強度が e— 2になる ビーム半径の 2倍) を d , , Δ ηが Δ η 2の領域 におけるビーム径を d2 と し、 ビーム拡大率を d 2Z d, と定義したと き に n が厶 n 2 である端面同士を接続した場合の結合効率と ビーム拡大 率のプロ ッ 卜が Further, according to the present invention, the refractive index difference Δη between the core and the cladding of the waveguide changes from Δηΐ to μη2 (Δη1>Δη2>) along the lightwave propagation direction. The purpose is to change the mode diameter of propagating light in the Δη change region by having the η change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In the optical waveguide for mode guiding, the beam diameter in the region where Δ η is △ η 1 (two times the beam radius at which the electric field intensity becomes e− 2 when the maximum electric field intensity at the beam center is 1) is When the beam diameter in the region where d,, Δ η is Δ η 2 is defined as d 2 , and the beam expansion rate is defined as d 2 Z d, The plots of coupling efficiency and beam expansion ratio when end faces where n is 2
結 効 Effect
Figure imgf000017_0001
rate
Figure imgf000017_0001
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0  1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
ビーム拡大率 上図のハッチング領域に存在する こ と を特徴とする光導波路を提案す る。  Beam expansion ratio We propose an optical waveguide characterized by being in the hatched area in the above figure.
以下、 本発明を、 よ り具体的に説明する。 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 Δ η 力、' Δ η 1 から 厶 η 2 (Δ η 1 > Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有し、 か つ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しない光導波路におい ては、 Δ η ΐ , Δ η 2 、 屈折率変化領域の長さ L というパラメ一タ 、 および光波進行方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X座標とすると きの Δ ηの分布関数形 Δ η (Χ)を設定する必要がある。 こ こで、 Δ η ΐ は、 導波路のシングルモー ド導波条件から決定される量であって、 例えば、 ク ラ ッ ドの屈折率が 1 . 5 、 導波路の断面形状が 8 χ 8 μ πι2であって、 1 . 3 t m の光の導波を検討する場合には、 シングルモー ド導波の条件 から、 Δ η 1 = 0. 0 0 4 5 となる。 われわれは、 導波路の接続におけ る結合効率の向上と、 ト レラ ンスの拡大を両立すべ く 、 光波伝搬方向に 沿って、 Δ η が Δ η 1 から Δ η 2 (Δ η 1 〉 11 2 )に変化する 厶 11変化 領域を有 し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しない 光導波路を作製して検討した結果、 以下の結果を得た。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically. Along the light wave propagation direction, there is a refractive index difference Δη between the core and the cladding of the waveguide, and a Δη changing region that changes from 'Δη1 to mu η2 (Δη1> Δη2). In an optical waveguide in which the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction, parameters such as Δη Δ, Δη 2, the length L of the refractive index change region, and the light wave propagation direction It is necessary to set a distribution function form Δη (Χ) of Δη when the coordinates of the Δη change area are X coordinates. Here, Δηΐ is an amount determined from the single-mode waveguide condition of the waveguide. For example, the refractive index of the clad is 1.5, and the cross-sectional shape of the waveguide is 8 が 8. When examining the waveguide of 1.3 tm light with μ πι 2 , Δ η 1 = 0.045 from the condition of single mode waveguide. In order to improve the coupling efficiency in the connection of waveguides and to increase the tolerance, we set Δη from Δη1 to Δη2 (Δη1) 112 along the light wave propagation direction. ) Change to 11) change The following results were obtained as a result of fabricating and examining an optical waveguide having a region and the cross-sectional shape of the core not changing along the light wave propagation direction.
まず第一に、 結合効率および ト レラ ンスの、 屈折率変化領域長 Lの依 存性を調べた。 厶 n l , Δ η 2、 および、 Δ ηの分布関数 Δ η (Χ)を一 定に固定 し、 屈折率変化領域長 Lのみをパラ メータ に した場合、 屈折率 変化領域長 Lが長く なるに したがって、 結合効率及びズレ許容値の両方 の特性が向上する こ とがわかった。 こ こで、 ズレ許容値は、 ト レラ ンス の程度を表す量であって、 以下のよ う に定義する。 2本の導波路の端面 を付合わせて一方の導波路から他方の導波路へ光を伝搬させ、 伝搬光強 度を測定する。 一方の導波路を、 導波路と垂直方向にずら しながら出力 光強度を測定した場合に、 最大出力光強度を与える位置と、 その l Z e の出力強度を与える位置の違いをズレ許容値と定義する。 ま た、 結合効 率は、 Δ nがΔ n 1 で一定の導波路同士を接続した場合の最大伝搬光強 度を 1 と して、 それとの強度比と して定義する。  First, the dependence of the coupling efficiency and the tolerance on the length L of the refractive index change region was investigated. When the distribution function Δη (Χ) of the nl, Δη2, and Δη is fixed and only the refractive index change region length L is used as a parameter, the refractive index change region length L becomes longer. Therefore, it was found that the characteristics of both the coupling efficiency and the allowable deviation were improved. Here, the deviation tolerance is a quantity representing the degree of tolerance and is defined as follows. The end faces of the two waveguides are attached to each other, light is propagated from one waveguide to the other waveguide, and the intensity of the propagated light is measured. When the output light intensity is measured while displacing one waveguide in the vertical direction with respect to the waveguide, the difference between the position where the maximum output light intensity is given and the position where the lZe output intensity is given is the deviation tolerance. Define. The coupling efficiency is defined as the maximum propagating light intensity when the waveguides are connected to each other with a constant Δn of Δn 1 and an intensity ratio therewith.
と ころが、 実際のデバイ スにおいては、 その大きさの制約上、 屈折率 変化領域長 Lを無制限にとる ことはできない。 したがって、 つぎに、 屈 折率変化領域長 Lを固定した場合の結合効率およびズレ許容値の Δ η 2 と屈折率分布関数形 Δ η (Χ)への依存性を調べた。 その結果、 以下のよ う な知見を得た。 屈折率変化領域長 Lが例えば 3 mm以上のよ う に十分長 い場合には、 Δ η 2—定の条件の下では、 光波伝搬方向に沿った Δ η変 化領域の座標を X軸 ( X = 0〜L ) 、 Δ ηを Y軸と した X— Yプロ ッ ト を、 Δ η (Χ) 厶 η 1 — (Δ η 1 — Δ η 2 ) χ ( XZ L)"の形で表現した 場合に、 0. 1 < ω< 0. 7 5のと きに、 接統の結合効率およびズレ許容 値において優れた特性が得られる。 特に、 ω = 0. 2〜 0. 3 3が最適値 である。 上記の関数形を必ずしもと る必要はな く 、 近似的にこれらの関 数形になれば、 優れた特性の結合効率およびズレ許容値を得る こ とがで きる。 ま た、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸, Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 下に凸になれば、 これら最適条件に近い 特性を得る ことができる。 特に下に凸とならなく ても、 光波伝搬方向に 沿った Δ η変化領域の座標を X軸 ( X = 0 ~ L ) 、 Δ η を Y軸と した X — Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 - Δ η 2 ) x (X / L ) °· 1 で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 一(Δ η 1 — Δ η 2 ) X ((/ L ) °· 76 で表される曲線とで囲まれる領域にあれば、 接続の結合効率およびズレ 許容値において優れた特性が得られる ことがわかった。 However, in an actual device, the length L of the refractive index change region cannot be unlimited due to the size limitation. Therefore, next, the dependence of the coupling efficiency and deviation tolerance on Δη 2 and the refractive index distribution function form Δη (Χ) when the refractive index change region length L is fixed was examined. As a result, the following findings were obtained. When the length L of the refractive index change region is sufficiently long, for example, 3 mm or more, the coordinates of the Δη change region along the light wave propagation direction are defined along the X-axis ( X = 0 to L), and the X-Y plot with Δη as the Y axis is expressed as Δη (Χ) mm η1 — (Δη1 — Δη2) χ (XZL) ” In this case, when 0.1 <ω <0.75, excellent characteristics can be obtained with respect to the coupling efficiency of the connection and the tolerance for deviation.In particular, ω = 0.2 to 0.33 is optimal It is not always necessary to take the above function form, and these functions are approximated. With the number form, it is possible to obtain excellent coupling efficiency and tolerance of deviation. In addition, if the X-Υ plot, in which the coordinates of the Δη change region along the light wave propagation direction are the X axis and Δη is the Υ axis, is convex downward, characteristics close to these optimal conditions should be obtained. Can be. Even if the projection is not convex downward, the X—Υ plot, where the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction are the X axis (X = 0 to L) and Δη is the Y axis, is Δη (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1-Δ η 2) x (X / L) ° · 1 and the curve expressed by Δ η (Χ) = Δ η 1 one (Δ η 1 — Δ η 2 ) X ((/ L) °) It was found that in the region surrounded by the curve represented by 76 , excellent characteristics can be obtained in connection coupling efficiency and deviation tolerance.
上記のよ う に して求められた最適な Δ η分布関数形 Δ η (Χ)における 結合効率およびズレ許容値は、 厶 η 2の設定値に依存する。 たと えば、 クラ ッ ドの屈折率が 1. 5 5 0、 コ アの断面が 8 χ 8 μ ηι2 , Δ η 1 = 0. 0 0 4 5 , L = 5.4 mm , Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ η 1 - Δ η 2 ) Χ ( XZ L)。 2という条件の下では、 Δ η 2 = 0. 0 0 1 2 のと き結合効 率 9 8 %、 ズレ許容値が 1 0 μ πι、 Δ η 2 = 0. 0 0 0 9 のと き結合効 率 9 7 %、 ズレ許容値が 1 3 μ ιη, Δ η 2 = 0. 0 0 0 6 のと き結合効 率 9 0 %、 ズレ許容値が となる。 厶 n—定の導波路での、 ズレ 許容値は 6 μ ιηである。 Δ η 2 をパラ メータ と した場合の結合効率とズ レ許容値の間には、 ト レー ドオフの関係があ り 、 結合効率が向上すると ト レラ ンスが低下 し、 ト レラ ンスが向上すると結合効率が低下する。 こ のよ う な ト レー ドオフの関係が存在するために、 光導波路の用途あるい は目的に応じて、 厶 η 2 を設定する必要がある。 The coupling efficiency and the allowable deviation value in the optimal Δη distribution function form Δη (求 め) obtained as described above depend on the set value of η2. For example, class Tsu refractive index of the soil 1.5 5 0, core cross-section is 8 χ 8 μ ηι 2, Δ η 1 = 0. 0 0 4 5, L = 5.4 mm, Δ η (Χ) = Δ η 1-(Δ η 1-Δ η 2) Χ (XZ L). Under the condition of 2, the coupling efficiency is 98% when Δη 2 = 0.012, the coupling is 10 μπι when the allowable deviation is 10 μ, and the coupling is when Δη 2 = 0.009. When the efficiency is 97% and the allowable deviation is 13 μιη, Δη2 = 0.006, the coupling efficiency is 90% and the allowable deviation is as follows. For a constant waveguide, the allowable deviation is 6 μιη. There is a trade-off between the coupling efficiency when Δη 2 is a parameter and the allowable deviation.The higher the coupling efficiency, the lower the tolerance, and the higher the tolerance, the higher the coupling. Efficiency decreases. Since such a trade-off relationship exists, it is necessary to set the value of η 2 according to the use or purpose of the optical waveguide.
上記光導波路は、 例えば以下の方法によ って作製するこ とができる。 光導波路のコアとク ラ ッ ドに同一の種類のポリ マあるいは屈折率のほぼ 等しいポ リ マを用い、 コアにデイ スパースレ ッ ド 1 ( D R 1 ) のよ う に、 ポリ マに混入する こ とによってポ リ マの屈折率を上昇せしめ、 かつ、 光 照射によつて b l each i ng (脱色) を起こ し屈折率が低下するよ う な色素を 混入する。 この色素の混入によ ってコアの屈折率をク ラ ッ ドのそれよ り も高 く し、 導波路を形成する。 色素は高分子中に分散されていてもよい し、 高分子に結合した状態であっても よい。 The optical waveguide can be manufactured, for example, by the following method. The same type of polymer or a polymer with almost the same refractive index is used for the core and the cladding of the optical waveguide, and the core is made of a dispersive thread 1 (DR 1). By mixing with the polymer, the refractive index of the polymer is increased, and at the same time, a dye is added that causes bleaching (bleaching) by light irradiation and lowers the refractive index. The incorporation of this dye makes the refractive index of the core higher than that of the clad and forms a waveguide. The dye may be dispersed in the polymer or may be in a state of being bound to the polymer.
次に、 コア内の色素が吸収する光をコアに照射し、 コアの屈折率を局 所的に低下させる。 こ こで、 屈折率の低下幅は光照射量によ り コ ン ト 口 ールする ことができるため、 導波路における光の伝搬方向に沿って照射 時間を変化する こ と によ って、 コアに光波伝搬方向についての屈折率分 布を形成する ことができる。 この際、 直線, 曲線などにコアをパター二 ングする前に光照射してもよい し、 パターニング後に光照射しても よい。 照射する光が、 クラ ッ ドを十分透過する場合には、 コアをパターニング し、 上部クラ ッ ドを形成した後に光照射する こ と によ って光波伝搬方向 についてのコアの屈折率分布を形成する こともできる。 照射光がク ラ ッ ドゃ基板に吸収されない場合には、 コアの上方および下方の両方から光 照射を行う こ とができ、 導波路断面内におけるむらがないよ う に  Next, the core is irradiated with light absorbed by the dye in the core, thereby locally reducing the refractive index of the core. Here, since the width of decrease in the refractive index can be controlled by the amount of light irradiation, by changing the irradiation time along the propagation direction of light in the waveguide, The refractive index distribution in the light wave propagation direction can be formed on the core. At this time, light irradiation may be performed before patterning the core on a straight line, a curve, or the like, or light irradiation may be performed after patterning. If the irradiated light is sufficiently transmitted through the cladding, the core is patterned, the upper cladding is formed, and then the light is irradiated to form the core refractive index distribution in the light wave propagation direction. You can do it. When the irradiation light is not absorbed by the cladding substrate, light irradiation can be performed from both above and below the core, so that there is no unevenness in the waveguide cross section.
b l each i ng を生ぜしめる こ とができるため、 照射光はクラ ヅ ドおよび基 板に吸収されない方が望ま しい。 It is desirable that the irradiation light is not absorbed by the cladding and the substrate, because it can generate bl each inng.
上記においては、 屈折率を増大させる色素と して D R 1 を用いた例を 示したが、 高分子に混入する こ とで髙分子の屈折率が上昇するよ う な色 素であって、 かつ、 光照射, 電子線照射, イ オンビーム照射等によ って 屈折率が低下するよ う な分子であれば、 高分子に混入する色素分子と し て利用する こ とができる。  In the above description, an example was given in which DR 1 was used as a dye for increasing the refractive index. However, the dye is such that when mixed with a polymer, the refractive index of the molecule increases, and However, any molecule whose refractive index is reduced by light irradiation, electron beam irradiation, ion beam irradiation, or the like can be used as a dye molecule mixed into a polymer.
高分子自体の屈折率が、 光照射, 電子線照射, イ オンビーム照射によ つて変化する よ う な高分子によ っても、 本発明の光導波路を作製できる。 このよ う な性質を有するポリ マと して、 例えばフ ッ素化ポ リ イ ミ ドがぁ る。 フ ッ素化ポ リ イ ミ ドは、 Ap p l i e d Op t i cs , 3 4巻、 1 0 4 7 頁 The optical waveguide of the present invention can be manufactured even with a polymer whose refractive index changes by light irradiation, electron beam irradiation, or ion beam irradiation. As a polymer having such properties, for example, a fluorinated polyimide is used. Fluorinated polyimides are described in Applied Optics, Volume 34, page 104.
( 1 9 9 5年) に示されている よ う に電子線照射によ って屈折率が上昇 する特性を有している。 電子線の照射部分の屈折率が、 電子線の照射量 に応じて変化するため、 導波路のコアと したい領域に適当な ドーズ  As shown in (1995), it has the characteristic that the refractive index increases by electron beam irradiation. Since the refractive index of the part irradiated with the electron beam changes according to the irradiation amount of the electron beam, an appropriate dose is applied to the region where the core of the waveguide is to be formed.
( Do se ) 量の電子線を照射する ことによ って、 導波路の描画が可能とな る。 コアの横幅は電子線の照射面積によ ってコ ン ト ロールする こ とがで きる。 ま た、 コアの深さは電子のエネルギーによ って制御できるので、 所望のサイズのコアを形成する こ とができる。 こ こで、 導波路の光波伝 搬方向に沿って電子線の照射量をコ ン 卜 ロールする こ と によ って、 屈折 率が同方向に沿って変化する光導波路を作製する こ とができる。 描画の 際には、 電子線源を固定し、 高分子膜を移勦してもよい し、 ポ リ マを固 定し、 電子線源を移動 してもよい。  By irradiating a (Dose) amount of electron beam, it is possible to draw a waveguide. The width of the core can be controlled by the irradiation area of the electron beam. In addition, since the core depth can be controlled by the energy of electrons, a core of a desired size can be formed. Here, by controlling the irradiation amount of the electron beam along the light wave propagation direction of the waveguide, it is possible to produce an optical waveguide whose refractive index changes along the same direction. it can. At the time of drawing, the electron beam source may be fixed and the polymer film may be destroyed, or the polymer may be fixed and the electron beam source may be moved.
描画した膜上に、 同一あるいは類似の構造を持つポリ イ ミ ド層を、 ス ピンコー トおよびイ ミ ド化などで形成する こと によ り 、 下部ク ラ ッ ド, コア, 上部クラ ッ ドからなる導波路を作製する こ とができる。 このと き上部クラ ッ ドのイ ミ ド化後でも、 コアの屈折率分布は変化しない。 ち なみに、 石英光導波路を C 0 2 レーザによ り 照射し、 屈折率分布を形成 する特開平 1— 96604号公報の方法では、 コアの屈折率分布を保存するた めに、 上部ク ラ ッ ドの焼結が不十分になって し ま うが、 本発明の方法で は、 このよ う な問題は発生しない。 By forming a polyimide layer with the same or similar structure on the drawn film by spin coating and imidization, the lower cladding, core, and upper cladding can be used. Can be manufactured. At this time, the refractive index distribution of the core does not change even after the upper clad is imidized. The Chi Scenery, a quartz optical waveguide is irradiated Ri by the C 0 2 laser, in JP-1- 96604 JP method of forming a refractive index distribution, in order to save the refractive index profile of the core, upper click La Although the sintering of the head may be insufficient, such a problem does not occur in the method of the present invention.
このよ う に して製造した光導波路の光波伝搬方向に対して垂直な断面 における形状、 すなわち、 電子線によ り屈折率が変化した部分の形状は、 電子線の照射幅と電子のエネルギーと によ リ制御可能であ り 、 しかも、 電子線を照射していない部分の屈折率が一定であるため、 光導波路がほ ぼ対象的であつて偏波依存性が小さ い。 The shape of the optical waveguide manufactured in this manner in a cross section perpendicular to the light wave propagation direction, that is, the shape of the portion where the refractive index is changed by the electron beam, depends on the irradiation width of the electron beam and the energy of the electron. In addition, since the refractive index of the portion not irradiated with the electron beam is constant, the optical waveguide can be controlled. It is symmetrical and has little polarization dependence.
本発明に用いるポリ イ ミ ドは、 電子線照射によ り屈折率を制御できる すべてのポ リ イ ミ ドを対象とする。 例えば以下に示すテ トラカルボン酸 又はその誘導体とジァ ミ ンにおける水素原子の一部ま たは全部をフ ッ素 原子に置換した化合物から製造する こ とができるポリ イ ミ ド単体, ポリ ィ ミ ド共重合体, ポ リ イ ミ ド混合物、 及びこれらに必要に応じて添加剤 等を添加 したものなどがある。  The polyimide used in the present invention covers all polyimides whose refractive index can be controlled by electron beam irradiation. For example, a polyimide alone or a polymer which can be produced from the following tetracarboxylic acid or a derivative thereof and a compound in which some or all of the hydrogen atoms in diamine are substituted with fluorine atoms. Examples include mid copolymers, polyimide mixtures, and those to which additives are added as necessary.
テ トラカルボン酸は、 ピロ メ リ ッ ト酸, メチルピロメ リ ッ ト酸, ジメ チルピロ メ リ ッ ト酸, ジブ口 ピルピロメ リ ッ ト酸, ェチルピロ メ リ ッ ト 酸, ビス { 3, 5 —ジメチルフ エ ノ キシ } ピロ メ リ ッ ト酸がある。  Tetracarboxylic acid is composed of pyromellitic acid, methylpyromellitic acid, dimethylpyromellitic acid, dibutyl pyrpyromellitic acid, ethylpyromellitic acid, bis {3,5-dimethylphenic acid. Nonoxy} pyromellitic acid.
ま た、 2, 3, 3 ' , 4 ' — ビフ エ二ルテ 卜ラカルボン酸、 5, 5 ' 一ジメチルー 3, 3 ' , 4, 4 ' ーテ トラ力ルポキシビフ エニル、 2, 2 ' , 5, 5 ' —テ 卜ラ メチル一 3 , 3 ' , 4 , 4 ' ーテ トラカルポキ シビフ エニル、 1 , 4一ビス ( 3, 4 —ジカルボキシフ エ ノ キシ) ビフ ェニル、 ビス { (メチル) ジカルポキシフ エ ノ キシ } ビフ エニル, ビス { (メチル) ジカルボキシフ エ ノ キシ } (ジメチル) ビフ エニル, ビス ( ジカルボキシフ エノ キシ) (ジメチル) ビフ エニルがある。  In addition, 2,3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid, 5,5'-dimethyl-3,3', 4,4'-tetraphenylpropoxybiphenyl, 2,2 ', 5, 5'-tetramethyl-3-, 3 ', 4,4'-tetracarboxybiphenyl, 1,4-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) biphenyl, bis {(methyl) dicaroxyphenoxy } Biphenyl, bis {(methyl) dicarboxyphenyl} (dimethyl) biphenyl and bis (dicarboxyphenyl) (dimethyl) biphenyl.
ま た、 3 , 3 ' , 4, 4 ' —テ トラカルボキシジフ エ二ルェ一テル、 2 , 3 , 3 ' , 4 ' 一テ 卜ラカルボキシジフ エ二ルェ一テル、 5, 5 ' 一ジメチルー 3 , 3 ' , 4, 4 ' —テ トラカルボキシジフ エ二ルェ一テ ル、 ビス { (メチル) ジカルポキシフ エ ノ キシ } ジフ エ二ルェ一テル、 3, 3 ' , 4 , 4 ' —ベンゾフ エ ノ ンテ 卜ラカルボン酸、 5 , 5 ' —ジ メチルー 3 , 3 ' , 4, 4 ' —テ トラカルボキシベンゾフ エ ノ ンがある。 ま た、 2 , 3 , 6 , 7—テ トラカルボキシナフ タ レン、 1 , 4, 5 , 7 —テ 卜ラカルボキシナフ タ レン、 1 , 4 , 5 , 6 —テ トラカルボキシ ナフ タ レン、 3 , 3 ' , 4 , 4 ' ーテ トラ力ルポキシジフ エニルメ タ ン、 2 , 2 — ビス ( 3, 4 — ジカルボキシフ エニル) プロ ノくン、 2 , 2 —ビ ス { 4 一 ( 3, 4 ージカルボキシフ エ ノ キシ) フ エ二ル } プロパン、 が ある。 In addition, 3,3 ', 4,4'-tetracarbodidiene ether, 2,3,3', 4'tetracarboxylicdiene ether, 5,5'-dimethyl 3,3 ', 4,4'-Tetracarboxydiphenyl, bis {(methyl) dicarboxyphenoxy} diphenyl, 3,3', 4,4'-Benzofu Nontetracarboxylic acid, 5,5'-Dimethyl-3,3 ', 4,4'-Tetracarboxybenzophenone. Also, 2,3,6,7-tetracarboxinaphthalene, 1,4,5,7—tetracarboxinaphthalene, 1,4,5,6—tetracarboxy Naphthalene, 3,3 ', 4,4'-tetraphenyldimethoxyphenyl, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) pronone, 2,2-bis {4 3,4 dicarboxyphenyl) propane.
ま た、 ブタ ンテ トラカルボン酸, シク ロペンタ ンテ トラカルボン酸, 1 , 4 一 ビス ( 3 , 4 — ジカルボキシフ エ ノ キシ) ベンゼン, ビス { (メチル) ジカルボキシフ エ ノ キシ } ベンゼン, ビス { (メチル) ジ カルポキシフ エ ノ キシ } ( メチル) ベンゼン, ビス ( ジカルポキシフ エ ノ キシ) (メチル) ベンゼン, ビス (ジカルポキシフ エ ノ キシ) (ジメ チル) ベンゼン, ビス ( ジカルボキシフ エ ノ キシ) (テ 卜ラメチル) ベ ンゼンがある。  Butanetetracarboxylic acid, cyclopentanetetracarboxylic acid, 1,4-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) benzene, bis {(methyl) dicarboxyphenoxy} benzene, bis {(methyl) Dicarboxyphenoxy} (methyl) benzene, bis (dicarboxyphenoxy) (methyl) benzene, bis (dicarboxyphenoxy) (dimethyl) benzene, bis (dicarboxyphenoxy) (tetramethyl) benzene There is.
ま た、 3, 3 ' , 4 , 4 ' —テ トラカルボキシジフ エニルスルホン、 3, 4 , 9 , 1 0 -テ トラカルボキシペリ レン, ビス ( 3 , 4 —ジカル ボキシフ エニル) ジメチルシラ ン、 1 , 3 — ビス ( 3 , 4 —ジカルボキ シフ エニル) テ トラメチルジシロ キサン等がある。  Also, 3,3 ', 4,4'-tetracarboxydiphenylsulfone, 3,4,9,10-tetracarboxyperylene, bis (3,4-dicarboxyphenyl) dimethylsilane, 1, 3-bis (3, 4-dicarboxy phenyl) tetramethyldisiloxane and the like.
ジァ ミ ンと しては、 例えば次のものが挙げられる。 1 , 3 —ジァ ミ ノ ベンゼン、 1 , 4 ージァ ミ ノベンゼン、 2 , 4 ージァ ミ ノ トルエン、 2 , 5 —ジァ ミ ノ トルエン、 2 , 4 ージア ミ ノ キシレ ン、 ジメチルフ エニレ ンジァ ミ ン、 2 , 4 ージァ ミ ノ デュ レン、 2 , 3 , 5 , 6 —テ トラメチ ル一 p —フ エ二レンジァ ミ ン、 ジァ ミ ノ 一テ トラ メチルベンゼン、 ジァ ミ ノ ーェチルベンゼン、 2 , 5 — ジァ ミ ノ ーへキシルベンゼン、 2 , 5 ージァ ミ ノ 一ブチルベンゼン、 4 一ゥンデカ ノ キシ一 1 , 3 —ジァ ミ ノ ベンゼン、 4 ーブタ ノ キシ一 1 , 3 —ジァ ミ ノベンゼン、 4 —ヘプタ ノ キシー 1 , 3 —ジァ ミ ノ ベンゼン、 4 ーォクタ ノ キシ一 1 , 3 — ジア ミ ノ ベンゼン、 4 一フ エ ノ キシ一 1 , 3 —ジァ ミ ノベンゼン、 4 一へキサ ノ キシ一 1 , 3 —ジァ ミ ノベンゼン、 4 — ドデカ ノ キシー 1 , 3 —ジァ ミ ノベンゼンがある。 1 , 4 — ビス ( p —ァ ミ ノ フ エニル) ベンゼン, p — ビス ( 4 ーァ ミ ノ 一 2 —メチルフ エノ キシ) ベンゼン, ビス (ア ミ ノ フ エ ノ キシ) ( ジメチル) ベンゼン, ビス (ア ミ ノ フ エ ノ キシ) (テ トラメチル) ベンゼン, ビス { 2 — 〔 (ア ミ ノ フ エ ノ キシ) フ エニル〕 イ ソプロ ピル } ベンゼン、 1 , 4 一 ビス ( 3 —ァ ミ ノ プロ ピルジメチル シ リ ル) ベンゼンがある。 Examples of Jimin include the following. 1,3-Diaminobenzene, 1,4-Diaminobenzene, 2,4-Diaminotoluene, 2,5-Diaminotoluene, 2,4-Diaminoxylene, Dimethylphenylenediamine, 2,4 diaminodulene, 2,3,5,6—tetramethyl-1-p—phenylenediamine, diamino-1-tetramethylbenzene, diaminoethylbenzene, 2,5— Diaminohexyl benzene, 2,5 diamino monobutyl benzene, 4 decanoloxy 1,3,3-diamino benzene, 4-butanoloxy 1,3,3-diamino benzene, 4 —Heptanoxyl 1,3—Diaminobenzene, 4-octanoloxy 1,3—Diamino benzene, 4-Phenoxy 1,3,3-Diaminobenzene, 4-Hexane 1,3-diaminobenzene and 4-dodecanoxy 1,3-diaminobenzene. 1,4-bis (p-aminophenyl) benzene, p-bis (4-amino-2-methylphenoxy) benzene, bis (aminophenol) (dimethyl) benzene, bis (Aminophenoxy) (tetramethyl) benzene, bis {2 — [(Aminophenoxy) phenyl] isopropyl} benzene, 1,4-bis (3-aminopro There is benzene.
ま た、 2, 2 ' —ジメチルー 4 , 4 ' ージア ミ ノ ビフ エニル、 3, Also, 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl,
3 ' 一ジメチルー 4 , 4 ' ー ジア ミ ノ ビフ エニル、 4 , 4 ' ージァ ミ ノ フ エ ノ キシビフ エニル、 ビス { (メチル) ア ミ ノ フ エ ノ キシ } ビフ エ二 ル、 4, 4 ' ー ジア ミ ノ ジフ エニルエーテル、 3, 3 ' 一ジメチルー 4 ,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'diaminophoxybiphenyl, bis {(methyl) aminophenoxy} biphenyl, 4,4 ' -Diamino diphenyl ether, 3,3'-dimethyl-4,
4 ' ージア ミ ノ ジフ エ二ルェ一テル、 2, 2 ' 一ジメチルー 4, 4 ' - ジア ミ ノ ジフ エ二ルェ一テル、 3 , 3 ' , 5 , 5 ' ーテ トラメチルー 4, ' ージア ミ ノ ジフ エニルエーテルがある。 4'-Diaminodiethyl, 2,2'-Dimethyl-4,4'-Diaminodiethyl, 3,3 ', 5,5' Tetramethyl-4, Diazimi There is no diphenyl ether.
ま た、 4, 4 ' —ジア ミ ノ ジフ エニルメタ ン、 3, 3 ' —ジメチルー 4 , 4 ' —ジア ミ ノ ジフ エニルメタ ン、 1 , 2 —ビス (ァニ リ ノ ) エタ ン、 2 , 2 — ビス ( p —ァ ミ ノ フ エニル) プロパン、 1 , 3 — ビス (ァ 二 リ ノ ) プロパン、 2, 2 — ビス { 4 一 ( 2 —ア ミ ノ フ エノ キシ) フ エ 二ル } プロパン、 2, 2 — ビス { 4 一 ( 3 —ア ミ ノ フ エ ノ キシ) フ エ二 ル } プ ン、 2, 2 — ビス { 4 一 ( 4 —ア ミ ノ フ エ ノ キシ) フ エ二ル } プロパン、 2 , 2 — ビス { 4 — ( 4 一ア ミ ノ フ エ ノ キシ) 一 3, 5 — ジ メチルフ エ二ル } プ ン、 2, 2 _ ビス { 4 一 ( 4 一ア ミ ノ ー 3 —メ チルフ エ ノ キシ) フ エ二ル } プロパン、 1 , 4 一 ビス (ァニ リ ノ ) ブタ ン、 1 , 5 —ビス (ァニ リ ノ ) ペンタ ン、 1 , 7 — ビス (ァニリ ノ ) へ プタ ンがある。 ま た、 4 , 4 ' ージア ミ ノ ジフ エニルスルホン、 4 , 4 ' — ビス ( 3 ーァ ミ ノ フ エ ノ キシフ エニル) ジフ エニルスルホン、 4 , 4 ' 一ビス ( 4 ーァ ミ ノ 一 2 —メチルフ エノ キシ) ジフ エニルスルホン、 4 , 4 ' 一ビス ( 3 —ア ミ ノ ー 5 —メチルフ エ ノ キシ) ジフ エニルスルホンがあ る。 Also, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 1,2-bis (anilino) ethane, 2,2 — Bis (p-aminophenyl) propane, 1,3—Bis (a2rino) propane, 2,2—Bis {4-1 (2—aminophenoxy) phenyl} propane , 2,2—bis {4-1- (3—aminophenol) phenyl}, 2,2—bis {4-1- (4—aminophenol) phenyl } Propane, 2,2—bis {4— (4-aminophenol) -1,3,5—dimethylphenyl} 2,2,2-bis {4-1- (4-amino) No 3 —methyl phenyl) propane, 1,4-bis (anilino) butane, 1,5-bis (anilino) pentane, 1,7—bi (Anilino) heptane. In addition, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-bis (3-aminophenylphenyl) diphenylsulfone, 4,4'-bis (4-aminophenyl) —Methylphenoxy) diphenylsulfone and 4,4'-bis (3-amino-5-methylphenoxy) diphenylsulfone.
ま た、 3 , 3 ' —ジメチルー 4, 4 ' —ジァ ミ ノべンゾフ エ ノ ン、 4 , 4 " —ジァ ミ ノ 一 p—テルフ エニル、 4 , 4 ' ' ' —ジァ ミ ノ 一 p—ク ォ一タ一フ エニル、 ジァ ミ ノ アン トラキノ ン、 1 , 5 —ジァ ミ ノ ナフタ レ ン、 2 , 6—ジァ ミ ノ ナフ タ レン, ベンジジン、 2 , 2 ' ー ジメチル ベンジジン、 3 , 3 ' 一 ジメチルペンジジン、 3 , 3 ' ージメ トキシぺ ンジジン、 2 , 2 ' ー ジメ 卜キシベンジジン、 3 , 3 ' , 5 , 5 ' ーテ トラ メチルベンジジン、 3 , 3 ' ージァセチルペンジジン, ビス ( 4 — ァ ミ ノ フ エニル) スルフ イ ド、 1 , 3 — ビス ( 3 —ァ ミ ノ プロ ピル) テ トラ メチルジシロ キサン, ビス ( 4 ーァ ミ ノ フ エニル) ジェチルシラ ン 等がある。  Also, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobenzophenone, 4,4 "-diamino-p-terphenyl, 4,4 '' ''-diamino 1-p-quaterphenyl, diaminoanthraquinone, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, benzidine, 2,2'- Dimethylbenzidine, 3,3'-Dimethylpentidine, 3,3 'Dimethoxidine, 2,2'-Dimethoxybenzidine, 3,3', 5,5 'Tetramethylbenzidine, 3,3' Diacetylpentizidine, bis (4-aminophenyl) sulfide, 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, bis (4-aminophenyl) Getylsilane and the like.
こ こでは、 フ ッ素化ポ リ イ ミ ドを用いて電子線を照射する方法を示し たが、 この方法は、 光照射, 電子線照射, イオンビーム照射によ り屈折 率が変化するという条件を満たす他の高分子を用いても実行できる。  Here, the method of irradiating an electron beam using a fluorinated polyimide is described. In this method, the refractive index changes due to light irradiation, electron beam irradiation, and ion beam irradiation. It can be carried out using another polymer that satisfies the conditions.
この方法で作成した光導波路の断面の屈折率等高線は、 凸曲線のみか らな り 、 ビームパターンの乱れが小さい。  The refractive index contour of the cross section of the optical waveguide formed by this method consists of only a convex curve, and the beam pattern has little disturbance.
本発明においては、 電子線描画後に、 上部ク ラ ッ ドを形成する必要が ない方法も実現可能である。 電子線照射時、 ポ リ イ ミ ド薄膜の表面に比 ベて膜内部における電子線の照射密度が高ま るよ う に電子線をフ ォー力 ス し、 ポリ イ ミ ド膜内部の屈折率を高めることによ り 、 伝搬光がポ リ ィ ミ ド膜内都を導波する こ とにな り 、 新たに上部ク ラ ッ ドを形成する必要 がな く なる。 In the present invention, a method that does not require the formation of the upper clad after the electron beam drawing can be realized. At the time of electron beam irradiation, the electron beam is forcibly forced to increase the electron beam irradiation density inside the film compared to the surface of the polyimide film, and the inside of the polyimide film is refracted. By increasing the efficiency, the propagating light will be guided through the inside of the polyimide film, and a new upper cladding must be formed. Disappears.
以上は、 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアと ク ラ ッ ドの屈折率差 Δ ηが Δ η 1 から Δ η 2 (Δ η l 〉 Δ n 2 )に変化する Δ n変化領域を有 し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しない光導波路 に関する。 この場合の導波路の規格化周波数は光波伝搬方向に沿って変 化する。 一方、 前述の特開平 6— 43330号公報に開示されているモー ドフ ィ ール ド径変換回路のよ う に、 端面に近づく につれて、 コアの屈折率が 低下 し、 かつ、 コア径が拡大する場合には、 導波路あるいは光フ ァイノ、' の規格化周波数は一定となる。 規格化周波数が一定となる種々の光フ ァ ィバを作製し検討した結果、 規格化周波数が変化する場合の最適 Δ η分 布関数形に関する上記の内容が、 規格化周波数が一定である場合にもあ てはま る こ と を見出 した。 すなわち、 屈折率変化領域長 Lが例えば 3 mm 以上のよ う に十分長い場合には、 厶 n 2—定の条件の下では、 光波伝 搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸 ( X = 0〜 L ) 、 Δ η を Y軸 と した X— Υプロ ッ トを、 Δ η (Χ) = Δ η 1 - ( Δ η 1 一 A n 2) x (X Z L"の形で表現した場合に、 0. 1 く ω < 0. 7 5のと きに、 接練の結 合効率およびズレ許容において傻れた特性が得られる。 特に、 ω =0.2 〜 0. 3 3 が最適値である ことがわかった。 上記の関数形を必ずしもと る必要はなく 、 近似的にこれらの関数形になれば、 優れた特性の結合効 率およびズレ許容値を得る ことができた。 ま た、 光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸、 Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ ト力 、 下に 凸になれば、 これら最適条件に近い特性を得る こ とができた。 特に下に 凸とならなく ても、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸 (Χ = 0〜 し)、 Δ ηを Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 - Δ η 2 ) X (X / L) °· 1 で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 - ( Δ n 1 — Δ η 2 ) X ( X Z L ) ° 7 6で表される曲線とで囲まれる領域に あれば、 接続の結合効率およびズレ許容において優れた特性が得られる。 上記の光導波路ま たは光フ ァイ バは、 例えば以下の記述に基づき作製 する こ とができる。 石英フ ァイバのコアは、 屈折率を上昇させる G e の ド一プによ って形成されている。 石英フ ァ イバを加熱する こ とによ って、 ドーパン トである G e は拡散し、 屈折率分布が変化する。 G e の拡散係 数は温度に依存するため、 フ アイバの先端に近づく につれてフ アイバの 温度を高く するよ う に温度勾配をつける こ とによ って、 フ ァ イバの端面 に近づく につれて、 モー ドフ ィ ール ド径が拡大する光導波路を作製する。 石英中において屈折率分布を所望の分布に設定するためには、 フ ァイ バ の加熱の際に、 フ ァ イバの温度分布を適切に設定する必要がある。 フ ァ ィバの局所的な冷却装置あるいは加熱装置の組み合わせによ って、 フ ァ ィバの温度分布をコ ン ト ロールする。 例えば、 冷却ガス送風ノ ズルを設 置 した電気炉においては、 電気炉でフ ァイバを加熱しながら、 送風ノ ズ ルからの冷却ガスによ ってフ アイ バを局所的に冷却する。 送風ノズルの 設置数を増やすこと によ って、 よ リ きめ細かな屈折率の局所制御が可能 になる。 送風量や、 フ ァイバへのガス吹き付け角度なども、 屈折率分布 形成のパラメータ と なる。 The above shows the Δn change region where the refractive index difference Δη between the waveguide core and the clad changes from Δη1 to Δη2 (Δηl> Δn2) along the light wave propagation direction. The present invention relates to an optical waveguide having a core whose cross-sectional shape does not change along the light wave propagation direction. In this case, the normalized frequency of the waveguide changes along the light wave propagation direction. On the other hand, as in the mode field diameter conversion circuit disclosed in the above-mentioned JP-A-6-43330, the refractive index of the core decreases and the core diameter increases as the distance from the end face increases. In this case, the normalized frequency of the waveguide or the optical fin is constant. As a result of preparing and examining various optical fibers having a constant normalized frequency, the above description regarding the optimal Δη distribution function form when the normalized frequency changes is based on the case where the normalized frequency is constant. I found that it was true. That is, if the length L of the refractive index change region is sufficiently long, for example, 3 mm or more, the coordinate of the Δη change region along the light wave propagation direction is defined as the X-axis under a constant condition. (X = 0 to L), X-Υ plot with Δη as the Y axis is expressed as Δη (Χ) = Δη1-(Δη1 one An2) x (XZL) In this case, excellent characteristics can be obtained in the kneading bond efficiency and deviation tolerance when 0.1 and ω <0.75, especially when ω = 0.2 to 0.33. It is not always necessary to take the above function form, and if these function forms are approximately obtained, it was possible to obtain a coupling efficiency and an allowable deviation value of excellent characteristics. X-Υ plot force with the X-axis as the coordinate of the Δη change area along the light wave propagation direction and the Υ-axis as Δη, and if convex downward, it is possible to obtain characteristics close to these optimal conditions. did it Even if it is not convex downward, the X-Υ plot with the X-axis (Χ = 0 ~) as the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction and the Δ- (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1-Δ η 2) X (X / L) ° · 1 and Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ n 1 - Δ η 2) if X in a region surrounded by the curve represented by (XZL) ° 7 6, excellent properties in binding efficiency and misalignment tolerance of the connection is obtained. The above-described optical waveguide or optical fiber can be manufactured, for example, based on the following description. The core of the quartz fiber is formed by a Ge dopant that increases the refractive index. By heating the quartz fiber, the dopant Ge is diffused, and the refractive index distribution changes. Since the diffusion coefficient of G e depends on the temperature, a temperature gradient is set so that the temperature of the fiber increases as it approaches the tip of the fiber, so that it approaches the end face of the fiber. An optical waveguide with a larger mode field diameter is fabricated. In order to set a desired refractive index distribution in quartz, it is necessary to appropriately set the temperature distribution of the fiber when heating the fiber. The temperature distribution of the fiber is controlled by a combination of a local cooling device or a heating device of the fiber. For example, in an electric furnace equipped with a cooling gas blowing nozzle, the fiber is locally cooled by the cooling gas from the blowing nozzle while heating the fiber with the electric furnace. By increasing the number of blower nozzles installed, finer local control of the refractive index becomes possible. The amount of air blown and the angle at which the gas is blown onto the fiber are also parameters for forming the refractive index distribution.
以上のよ う に して作製したモー ドフ ィ ール ド径変換光導波路を、 入力 光信号の光路を切り替える光スィ ッチに適用する こ と によ ってその有効 性を活用する こ とができる。 本発明の光導波路を 2 つ以上含み、 2 つの 光導波路を突き合わせる端面部分を本発明の導波路とする こ と によ って、 結合効率の低下を抑えながら ト レラ ンスを向上し、 導波路の位置決め精 度を緩和する ことができる。  By applying the mode-field diameter conversion optical waveguide fabricated as described above to an optical switch that switches the optical path of an input optical signal, it is possible to utilize its effectiveness. it can. By including two or more optical waveguides of the present invention, and by using the end face portion where the two optical waveguides abut against each other as the waveguide of the present invention, it is possible to improve the tolerance while suppressing a decrease in coupling efficiency and to improve the conductivity. The positioning accuracy of the wave path can be reduced.
前記の光路切り替えスィ ツチは例えば以下のものである。 光路切り替 ぇスィ ツチの構成要素が、 シ リ コ ン基板上に形成された複数の互いに平 行で、 かつ連結部材によ り連結された片持ち梁、 少な く とも一つの片持 ち梁の上に形成した光導波路, 該光導波路に対向 して固定された複数の 光導波路、 および、 前記片持ち梁を変形させるスィ ッチ駆動手段であつ て、 前記片持ち梁の上に形成した光導波路および前記固定光導波路の両 方が前記光導波路であるものである。 The optical path switching switch is, for example, as follows. Light path switching 構成 The components of the switch are mounted on a plurality of cantilever beams, at least one cantilever beam, which are formed on a silicon substrate and are parallel to each other and connected by connecting members. An optical waveguide formed, a plurality of optical waveguides fixed to face the optical waveguide, and switch driving means for deforming the cantilever, comprising: an optical waveguide formed on the cantilever; Both of the fixed optical waveguides are the optical waveguides.
前記片持ち梁を変形させるスィ ッチ駆動手段と しては、 永久磁石, コ ィルおよび磁性体の組み合わせによ るァクチユエータ が一般的に考え ら れる力、'、 光スィ ッチの駆動に適した他のァクチユエ一タ と しては、 片持 ち梁上の磁性体と光スィ ツチ外部に配置 した可動式永久磁石と を組み合 わせたァクチユエ一タ , 静電力を利用 したァクチユエ一タ , ピエゾ効果 を利用 したァクチユエータ 、 あるいは温度変化による形状記憶合金ゃバ ィ メタルの変形を利用 したァクチユエータ などがあ り 、 光スィ ツチを切 リ替えるのに必要な力を発生できるものであれば、 使用する こ とができ る。  As a switch driving means for deforming the cantilever, an actuator using a combination of a permanent magnet, a coil and a magnetic material is generally considered to be a force, which can be used for driving an optical switch. Other suitable actuators include an actuator combining a magnetic material on a cantilever and a movable permanent magnet disposed outside the optical switch, and an actuator utilizing electrostatic force. , Actuators that use the piezo effect, or actuators that use deformation of the shape memory alloy bimetal due to temperature changes, etc., as long as they can generate the necessary force to switch the optical switch. Can be used.
本発明の光導波路ま たは光フ ァイバを、 次のよ う に利用できる。 本発 明の光フ ァイバや光導波路を接統する場合には、 接統都における端面間 のギャ ップを大き く できる。 例えば、 同一の回折損失のもとで比較する と、 モー ドフ ィ ール ド径を 2倍に拡大すると、 端面間におけるギャ ップ を 4倍に拡大できる。 光導波回路は、 回路中に偏光素子や、 波長選択フ ィ ルタ を挿入する場合が多い。 このよ う な場合に、 通常の導波路では挿 入 し う る光素子の厚さ が制約されるが、 モー ドフ ィ 一ル ド径変換導波路 を利用する ことによ り この制約を緩和できる。 挿入する光素子は、 偏光 素子や波長選択フ ィ ルタ などがあるが、 特にこれらに制約されるもので はない。 本発明の光導波路ま たは光フ ァイバは次のよ う な利用法もある。 波長 1 . 3 m 光の光源であるレーザダイオー ドの出射端におけるモー ド径 と 1 . 3 z m 光のシングルモー ド導波用光フ ァ イバのモー ド径が異なる ために、 レーザダイオー ドと光フ ァイバを直接接続する場合には、 それ らのコア径の違いに起因する放射損が生 じる。 こ こで、 レーザダイ ォー ドと光フ ァイバの間に本発明のモー ド径変換光導波路を揷入し、 光導波 路のレーザダイ オー ド側端面における導波路のモー ド径がレーザダイォ — ドのモー ド径と一致し、 かつ、 光導波路の光フ ァイバ側端面における モー ド径が、 光フ ァイバのモー ド径と一致するよ う にすれば、 放射損失 を大幅に低減する こ とができる。 The optical waveguide or optical fiber of the present invention can be used as follows. When connecting the optical fiber and the optical waveguide of the present invention, the gap between the end faces in the connecting city can be increased. For example, when comparing under the same diffraction loss, if the mode field diameter is doubled, the gap between the end faces can be expanded four times. Optical waveguide circuits often include a polarizing element or a wavelength selection filter in the circuit. In such a case, the thickness of the optical element to be inserted is restricted by the ordinary waveguide, but this restriction can be alleviated by using the mode field diameter conversion waveguide. . Optical elements to be inserted include a polarizing element and a wavelength selection filter, but are not particularly limited thereto. The optical waveguide or optical fiber of the present invention may be used as follows. Since the mode diameter at the emission end of the laser diode, which is a light source for 1.3 m wavelength light, and the mode diameter of the single-mode waveguide optical fiber for 1.3 zm light are different, the laser diode When optical fibers are directly connected, radiation loss occurs due to the difference in their core diameters. Here, the mode diameter conversion optical waveguide of the present invention is inserted between the laser diode and the optical fiber, and the mode diameter of the waveguide at the laser diode side end face of the optical waveguide is the same as that of the laser diode. Radiation loss can be greatly reduced if the mode diameter is the same as the mode diameter and the mode diameter at the optical fiber side end face of the optical waveguide matches the mode diameter of the optical fiber. .
光導波路の出射端付近における屈折率分布を制御すると、 モー ドフ ィ ール ド径だけではなく 、 光導波路から出射後の出射光の広がリ角を制御 できる。 従来の光導波路を含む光デバイ スでは、 ビームの広がり角を制 御するためレンズを必要と した。 これに対して、 本発明の光導波路は、 出射ビームの広がり角を制御できるので、 レンズを搭載する必要がな く 、 製作プロセスを単純にできる。 ま た、 レ ンズ表面による反射損失が無く なるという メ リ ッ トももたらされる。 図面の簡単な説明  By controlling the refractive index distribution near the exit end of the optical waveguide, it is possible to control not only the mode field diameter but also the width of the exit light exiting from the optical waveguide and the re-angle. Conventional optical devices including optical waveguides require lenses to control the beam divergence angle. On the other hand, the optical waveguide of the present invention can control the divergence angle of the outgoing beam, eliminating the need to mount a lens and simplifying the manufacturing process. It also has the advantage of eliminating reflection losses from the lens surface. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1 図は、 本発明によ る光導波路のコアとクラ ッ ドの屈折率差厶 n の 分布関数である。 横軸は、 光波進行方向に沿っ た導波路の座標 (単位 : mm ) である。 導波路の終端 ( X = 1 0 mm ) における Δ n は、 Δ n 2 = 0 . 0 0 0 6 である。  FIG. 1 is a distribution function of a refractive index difference m n between a core and a cladding of an optical waveguide according to the present invention. The horizontal axis is the coordinates (unit: mm) of the waveguide along the light wave traveling direction. Δn at the end of the waveguide (X = 10 mm) is Δn2 = 0.0006.
第 2 図は、 ズレ許容値測定の配置図である。  FIG. 2 is a layout diagram of the deviation tolerance measurement.
第 3 図は、 本発明による導波路の、 結合効率ーズレ許容値のプロ ッ ト である。 導波路の結合面における Δ ηは、 厶 η 2 = 0.0 0 0 6 である。 第 4図は、 本発明によ る導波路の、 結合効率ーズレ許容値のプロ ッ ト である。 導波路の結合面における Δ ηは、 Δ η 2 = 0.0 0 0 9 である。 第 5図は、 本発明によ る導波路の、 結合効率ーズレ許容値のプロ ッ ト である。 導波路の結合面における Δ ηは、 厶 η 2 = 0.0 0 1 2 である。 第 6図は、 本発明による導波路の、 結合効率一 ビーム径拡大率のプロ ッ 卜である。 FIG. 3 is a plot of the coupling efficiency deviation tolerance of the waveguide according to the present invention. It is. Δη at the coupling surface of the waveguide is equal to 0.02. FIG. 4 is a plot of the coupling efficiency deviation tolerance of the waveguide according to the present invention. Δη at the coupling surface of the waveguide is Δη 2 = 0.009. FIG. 5 is a plot of the coupling efficiency deviation allowable value of the waveguide according to the present invention. Δ η at the coupling surface of the waveguide is m η 2 = 0.0012. FIG. 6 is a plot of the coupling efficiency and the beam diameter expansion rate of the waveguide according to the present invention.
第 7図は、 屈折率分布形成装置の模式図である。  FIG. 7 is a schematic diagram of a refractive index distribution forming device.
第 8図は、 屈折率分布光フ ァイバの形成装置の模式図である。  FIG. 8 is a schematic view of an apparatus for forming a refractive index distribution optical fiber.
第 9図は、 本発明によ る導波路型 2回路 1 Χ 2光スィ ッチの一実施例 の斜視図である。  FIG. 9 is a perspective view of one embodiment of a waveguide type two-circuit one-two optical switch according to the present invention.
第 1 0図は、 第 8図に示す導波路型 2回路 1 X 2光スィ ッチの上面図 である。  FIG. 10 is a top view of the waveguide-type two-circuit 1 × 2 optical switch shown in FIG.
第 1 1 図は、 第 8図に示す導波路型 2回路 1 X 2光スィ ッチの詳細図 である。  FIG. 11 is a detailed view of the waveguide-type two-circuit 1 × 2 optical switch shown in FIG.
第 1 2図は 本発明による光入出力装置の一実施例の模式図である。 第 1 3図は 本発明による光素子付き光導波路の一実施例の模式図で ある。  FIG. 12 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention. FIG. 13 is a schematic view of an embodiment of an optical waveguide with an optical element according to the present invention.
第 1 4図は 本発明による光入出力装置の一実施例の模式図である。 第 1 5図は 本発明によ る導波路接続形態の一実施例の模式図である 第 1 6図は 本発明によ る Υ字型 1 Χ 4光スィ ツチの一実施例の模式 図である。  FIG. 14 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention. FIG. 15 is a schematic diagram of one embodiment of a waveguide connection mode according to the present invention. FIG. 16 is a schematic diagram of one embodiment of a 1-shaped optical switch according to the present invention. is there.
以下に、 第 1 図〜第 1 4図中で用いた符号の説明をする。  Hereinafter, reference numerals used in FIGS. 1 to 14 will be described.
1 , 1 ' ·'· Δ η = Δ η 2の端面、 2 , 2 ' … Δ η = Δ η 1 の端面、 3, 3 ' …コア、 4 , 4 ' …モー ドフ ィ ール ド、 5…軸ズレ量、 1 1 ···アル ゴンイ オンレーザ、 1 2 …レーザビーム、 1 3 …ビ一ムスプリ ッタ 、 1 4, 1 5 , 1 6 , 1 7 …ミ ラー、 1 8 …移動ステージ、 1 9 …試料支 持台、 2 0, 2 1 …レンズ、 2 2 …試料、 3 1 …電気炉、 3 2 …送風ノ ズル、 3 3 …光フ ァイバ、 3 4…フ ァイバ差込長、 4 1 …光フ ァ イバ、 4 2 …可動型光導波路、 4 3 …片持梁、 4 4 …シ リ コ ン基板、 4 5 …磁 性体膜、 4 6 …コイル電極、 4 7 …薄膜電磁石、 4 8 …固定型光導波路、 4 9 …連結部材、 5 0 …光入力端、 5 1 , 5 2 …位置決めされた片持ち 梁、 5 3 …可動型光導波路 4 2 aの端面、 5 4…固定型光導波路 4 8 a の端面、 5 5 …伝搬光のモー ドフ ィ ール ド、 6 1 …石英基板、 6 2 …レ —ザダイ オー ド、 6 3 …レーザダイオー ド設置用の孔、 6 4…フ ォ トダ ィ オー ド、 6 5…フ ォ トダイ オー ド設置用の孔、 6 6 …導波路の Δ η — 定領域、 6 7 …導波路の Δ η変化領域、 6 8 …導波路端面、 6 9 …光フ アイ バ固定溝、 7 0 …光フ ァ イバ、 7 1 …光フ ァイバのコア、 7 2 , 7 3 …モー ドフ ィ ール ド、 8 1 …シ リ コ ン基板、 8 2 …ポ リ マ層、 8 3 …幅 7 5 0 ミ ク ロ ンの溝、 8 4, 8 5 …導波路、 8 6 …波長選択フ ィ ル タ 、 8 7 …モー ドフ ィ ール ド、 9 1 …石英基板、 9 2 …レーザダイ ォー ド、 9 3 …レーザダイ オー ド設置用の孔、 9 4 …導波路の Δ η—定領域、 9 5 …導波路の Δ η変化領域、 9 6 …導波路端面、 9 7 …モー ドフ ィ 一 ル ド、 9 8 …光フ ァ イバ固定溝、 9 9 …光フ ァ イバ、 1 0 0…光フ アイ バのコア、 1 0 1 — Δ η制御光導波路のコア、 1 0 2〜 Δ η制御光導波 路の Δ η—定領域、 1 0 3〜 Δ η制御光導波路の屈折率変化領域、 104 — Δ η制御光導波路の導波路端面、 1 0 5…伝搬光のモー ドフ ィ ール ド、 1 0 6 - Δ η = 0. 0 0 4 5 で一定のコア径 8 mの導波路、 1 0 7 ··· Δ n = 0. 0 0 9 で一定のコア径 の導波路、 1 0 8 ·'· Δ η = 0. 0 0 4 5 で一定のコア径 の導波路、 1 0 9 , 1 1 0 …導波路 端面、 1 2 Υ字型 1 X 4光スィ ッチ基板、 1 2 2…光導波路のコア、 1 2 3…モー ドフ ィ ール ド、 1 2 4 ···厚さ 0. 2 μ πι のク ロムの電極パ タ ーン、 1 2 5…光スィ ッチ基板 1 2 1 に光を導入する導波路、 1 2 6 …光スィ ッチ基板 1 2 1 からの出力を導き出す出射側光フ イ イバ。 発明を実施するための最良の形態 1, 1 '·' · Δη = Δη2 end face, 2, 2 '... Δη = Δη1 end face, 3, 3' ... core, 4, 4 '... mode field, 5 … Axis shift amount, 1 1 ··· Al Gonion laser, 12… laser beam, 13… beam splitter, 14, 15, 16, 17… mirror, 18… moving stage, 19… sample support, 20, 2 1… Lens, 2 2… Sample, 3 1… Electric furnace, 3 2… Blast nozzle, 3 3… Optical fiber, 3 4… Fibre insertion length, 4 1… Optical fiber, 4 2… Movable optical waveguide, 4 3… cantilever, 4 4… silicon substrate, 4 5… magnetic film, 4 6… coil electrode, 4 7… thin-film electromagnet, 4 8… fixed optical waveguide, 4 9 ... connecting member, 50 ... light input end, 51, 5 ... positioned cantilever, 53 ... end face of movable optical waveguide 42 a, 54 ... end face of fixed optical waveguide 48 a , 55: Mode field for propagating light, 61: Quartz substrate, 62: Laser diode, 63: Hole for installing laser diode, 64: Photo diode, 6 5… Photo diode installation 6 6… Waveguide Δ η-constant area, 6 7… Waveguide Δ η change area, 6 8… Waveguide end face, 6 9… Optical fiber fixing groove, 70… Optical fiber , 71: Optical fiber core, 72, 73: Mode field, 81: Silicon substrate, 82: Polymer layer, 83: Width micro Groove, 84, 85 ... waveguide, 86 ... wavelength selection filter, 87 ... mode field, 91 ... quartz substrate, 92 ... laser diode, 93 ... Hole for installing laser diode, 94: Δη-constant region of waveguide, 95: Δη change region of waveguide, 96: waveguide end face, 97: mode field, 98 … Optical fiber fixing groove, 9 9… Optical fiber, 100… Optical fiber core, 101-Δ η control optical waveguide core, 102-Δ η control optical waveguide Δ η-constant region, 103 to Δ η control optical waveguide refractive index change region, 10 4 — Waveguide end face of Δ η control optical waveguide, 105: Mode field of propagating light, waveguide with constant core diameter of 8 m at 106-Δη = 0.045, A waveguide with a constant core diameter when 1 0 7 ... n = 0.09, a waveguide with a constant core diameter when 1 0 8 '' , 1 1 0… waveguide End face, 1x4 optical switch substrate, 1x4 optical switch substrate, 1x2 ... core of optical waveguide, 1x2 ... mode field, 1x2 ... thickness of 0.2 μππ Chromium electrode pattern, 125: Waveguide for introducing light to optical switch substrate 121, 126: Output optical fiber for guiding output from optical switch substrate 121 Iba. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
次に、 第 1 図〜第 1 8図を参照して、 本発明による光導波路および光 デバイ スの実施例を説明する。  Next, an embodiment of an optical waveguide and an optical device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 18.
(実施例 1 )  (Example 1)
表面が酸化シ リ コ ン層である直径 3 イ ンチのシ リ コ ンウェハに、 前記 構造式 ( 1 ) ( Χ - 0. 8 4 ) で表記されるポリ イ ミ ドの前駆体であるポ リ ア ミ ッ ク酸のジメチルァセ トア ミ ド 1 O w t %溶液を、 スピンコー ト 法によ り塗布した後、 1 0 0 °Cで 1 時間さ らに 3 5 0 °Cで 3 0分間べ一 ク し、 下部クラ ッ ド (膜厚が 2 0 / rn ) を形成した。 引 き続いて この下 部ク ラ ッ ドの表面上に、 電子線照射の際にチャージア ップによ って電子 線がぶれる こと を防ぐために、 フ ッ素化ポリ イ ミ ド膜表面上にアルミ 二 ゥムを 1 0 n m程度蒸着した。 該フ ッ素化ポリ イ ミ ド膜に対して、 電子 線を照射し、 電子線照射部分の屈折率を上昇させ、 導波路を描画した。 電子線の加速エネルギーは 2 5 k e V、 照射幅は 8 t mで、 長さ  A 3-inch diameter silicon wafer whose surface is a silicon oxide layer is provided on a silicon wafer, which is a precursor of the polyimide represented by the structural formula (1) ((-0.84). A 1% by weight solution of amic acid in dimethyl acetate amide was applied by spin coating, and then applied at 100 ° C for 1 hour and then at 350 ° C for 30 minutes. Then, a lower cladding (film thickness: 20 / rn) was formed. Subsequently, on the surface of the lower cladding, in order to prevent the electron beam from being shaken by the charge-up during the irradiation of the electron beam, the surface of the fluorine-containing polyimide film is formed. Aluminum was deposited to a thickness of about 10 nm. The fluorinated polyimide film was irradiated with an electron beam, the refractive index of the irradiated portion was increased, and a waveguide was drawn. The acceleration energy of the electron beam is 25 keV, the irradiation width is 8 tm, and the length is
1 0 0 mmの直線パターンの導波路を描画 した。  A waveguide with a linear pattern of 100 mm was drawn.
電子線描画法においては、 電子照射量に応じて屈折率が上昇する。 し たがって、 光波伝搬方向に沿って電子照射量を変化する こ と によ って、 光波伝搬方向に沿って Δ n を変調する こ とができ る。 電子照射電子量を 以下のよ う に して制御した。 電子ビームに垂直であって、 互いに垂直な 二軸方向に移動可能なステージ上に試料をセ ッ 卜する。 電子線の電流を 一定に設定 し、 ステージの移動速度を変化させて、 フ ッ素化ポリ イ ミ ド 膜への電子線の照射時間、 すなわち電子照射量を制御した。 In electron beam lithography, the refractive index increases according to the amount of electron irradiation. Therefore, by changing the electron irradiation amount along the light wave propagation direction, Δn can be modulated along the light wave propagation direction. The electron irradiation electron quantity was controlled as follows. The sample is set on a stage that can move in two axial directions perpendicular to the electron beam and perpendicular to each other. Electron beam current The irradiation time of the electron beam to the fluorinated polyimide film, that is, the amount of electron irradiation, was controlled by setting the constant and changing the moving speed of the stage.
まず、 第 1 図の f に示す Δ η分布を得るよ う に、 電子照射量を制御し た。 第 1 図の X軸は、 光波進行方向に沿っ た導波路の座標 (単位 : 腿 ) である。 導波路の起点(X = Omm)から X = 4. 6mm までは、 Δ η—定領 域であって、 Δ η = 0. 0 0 4 5である。 X = 4. 6 mmから、 終端 ( χ = 1 0 mm) までは、 Δ η減少領域であって、 Χ = 1 0 mmにおいては、 Δ η = 0. 0 0 6 である。 Δ η減少開始点 ( X = 4. 6 mm) と導波路の X座檫 の差を Δ Χ (= Χ— 4. 6 ) とすると き、 Δ η減少領域における屈折率の 減少幅が Δ X。· 2 に比例する よ う に、 Δ η変化領域における厶 η の分布 を設定 した。 すなわち、 X = 4. 6 〜 l 0. 0 mmにおいて、 Δ η (Χ) = 1 . 5 0 4 5 - ( 1 . 5 0 4 5 - 1 . 5 0 0 6 ) Χ ((Χ - 4. 6 )/ 5. 4 )0· 2 と した。 このよ う な△ η分布の導波路を得るよ う に、 試料ステージの移 動速度を設定 し、 導波路を電子線描画した。 First, the amount of electron irradiation was controlled so as to obtain the Δη distribution shown by f in FIG. The X-axis in Fig. 1 is the coordinates (unit: thigh) of the waveguide along the light wave traveling direction. The range from the starting point of the waveguide (X = Omm) to X = 4.6 mm is Δη—constant domain, and Δη = 0.045. From X = 4.6 mm to the end (χ = 10 mm), it is the Δη reduction region. At Χ = 10 mm, Δη = 0.006. When the difference between the starting point of Δ η decrease (X = 4.6 mm) and the X-coordinate of the waveguide is Δ Χ (= Χ—4.6), the decrease in the refractive index in the Δ η decreasing region is Δ X . · The distribution of mu η in the Δ η change region was set so as to be proportional to 2 . That is, for X = 4.6 to l0.0 mm, Δ η (Χ) = 1.50 4 5-(1.5 0 4 5-1.5 0 6) Χ ((Χ-4. 6) /5.4) 0 · 2 . The moving speed of the sample stage was set so as to obtain such a waveguide having a △ η distribution, and the waveguide was drawn with an electron beam.
導波路を描画した後、 描画したフ ッ素化ポリ イ ミ ド膜上のアルミ ニゥ ム層をエッチング液で除去し、 水洗して、 1 0 0 'Cのホッ トプレー ト上 で 2 分間加熱しポリ イ ミ ド膜を乾燥した。 次いで、 前記構造式 ( 1 ) ( X = 0. 8 4)で表記されるポリ イ ミ ドの前駆体であるポリ ア ミ ック酸をス ピンコー ト法によ り塗布し、 加熱によ り イ ミ ド化して上部クラ ッ ドを形 成した。 端面を切り 出 し、 入出力端を形成し、 実施例 1 f の導波路を 作製した。  After drawing the waveguide, the aluminum layer on the drawn fluorinated polyimide film is removed with an etching solution, washed with water, and heated on a hot plate of 100 ° C. for 2 minutes. The polyimide film was dried. Next, a polyamic acid, which is a precursor of the polyimide represented by the structural formula (1) (X = 0.84), is applied by a spin coating method, and heated. It was imidized to form the upper cladding. The end face was cut out to form the input / output end, and the waveguide of Example 1f was manufactured.
同様に して第 1 図の a〜 h に示した Δ n分布の導波路を 2本ずつ作製 した (それぞれ実施例 1 a〜 l h ) 。 それぞれの屈折率分布を第 1 表に 示した。 第 1 表 Similarly, two waveguides each having the Δn distribution shown in a to h of FIG. 1 were produced (Examples 1a to lh, respectively). Table 1 shows the respective refractive index distributions. Table 1
実施例 1 a 〜 y における屈折率分布 Δ η (Χ )の関数形 ( Xは、 導波路の 横軸) を Δ η = Δ η 1 — ( A n 1 - Δ n 2 ) *[(X - ) / L ] " ω と した 場合の各導波路におけるパラ メータ Example 1 The function form (X is the horizontal axis of the waveguide) of the refractive index distribution Δ η (Χ) in a to y is expressed as Δ η = Δ η 1 — (A n 1 -Δ n 2) * [(X- ) / L] "ω
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ま た、 屈折率減少領域の長さ をかえて、 表 1 i 〜 y に示した屈折率分 布の導波路を作製した (それぞれ実施例 1 i 〜 l y ) 。  Also, by changing the length of the refractive index decreasing region, waveguides of the refractive index distribution shown in Tables 1i to y were produced (Examples 1i to ly, respectively).
ズレ許容値および結合効率を以下に定義する。 2 本の導波路の端面を 付合わせて一方の導波路から他方の導波路へ光を伝搬させ、 伝搬光強度 を測定する。 一方の導波路を、 導波路と垂直方向にずら しながら出力光 強度を測定した場合に、 最大出力光強度を与える位置と、 その l Z eの 出力強度を与える位置の違いをズレ許容値とする。 ま た、 Δ ηが Δ η 1 で一定の導波路同士を接続した場合の最大伝搬光強度を 1 と して、 それ との強度比を結合効率とする。 The deviation tolerance and the coupling efficiency are defined below. End faces of two waveguides In addition, light is propagated from one waveguide to the other waveguide, and the transmitted light intensity is measured. When the output light intensity is measured while displacing one waveguide in the vertical direction with respect to the waveguide, the difference between the position where the maximum output light intensity is given and the position where the lZe output intensity is given is the deviation tolerance. I do. In addition, the maximum propagation light intensity when the waveguides are connected to each other with a constant Δη of Δη1 is set to 1, and an intensity ratio thereof to the coupling efficiency.
第 1 図の f に示す Δ η分布を有する 2つの導波路(実施例 I f , If ) を、 第 2図に示すよ う に して Δ ηの小さ な端面 1 , 1 ' を接するよ う に 結合し、 端面 2から光を入射し、 端面 2 ' からの出力が最大になるよ う に導波路 1 f , 1 f ' の位置合わせを行っ た。 その結果、 結合効率は 9 0 % , ズレ許容値は 1 7 μ mであった。 1 a〜 1 yの導波路について 同様の計測を行っ た。 1 a〜 l yについて、 結合効率ーズレ許容値のプ ロ ッ ト を第 3図に示す。 第 3図から、 屈折率変化領域での屈折率分布関 数形 Δ η ( X ) が同じ場合には、 屈折率変化領域長 Lが長く なるほど、 結合効率およびズレ許容値が向上する。 屈折率変化領域長を例えば 3 mm 以上のよ う に十分長い値と して固定すると、 Δ ηの分布を、 Δ η (Χ) = 1. 5 0 4 5 - ( 1 . 5 0 4 5 - 1. 5 0 0 6 ) x ((X - a)/ b )" ( a : 屈 折率一定領域長, b : 屈折率変化領域長) と したと きに、 結合効率およ びズレ許容値を最適化する ωは、 0. 1 く ωく 0. 7 5である。 特に、 ω = 0. 2 - 0. 3 3の場合には、 結合効率は 9 0 %で従来の導波路と同等 であるが、 ズレ許容値は従来の導波路の 3倍に向上する。 ま た、 近似的 に これらの関数形になれば、 上記特性に近い結合効率およびズレ許容値 を得る ことできる。 さ らに、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標 を X軸、 Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 下に凸になれば、 最適条 件に近い特性を得る こ とができた。 ま た、 光波伝搬方向に沿った Δ η変 P T/JP97/02047 As shown in FIG. 2, two waveguides (Example If, If) having a Δη distribution shown by f in FIG. 1 are brought into contact with end faces 1 and 1 ′ having a small Δη as shown in FIG. Then, light was incident from the end face 2 and the waveguides 1 f and 1 f ′ were aligned so that the output from the end face 2 ′ was maximized. As a result, the coupling efficiency was 90%, and the allowable deviation was 17 μm. Similar measurements were performed for waveguides 1a to 1y. Fig. 3 shows a plot of the allowable coupling efficiency deviation for 1a to ly. As can be seen from FIG. 3, when the refractive index distribution function form Δη (X) is the same in the refractive index change region, the coupling efficiency and the deviation tolerance increase as the refractive index change region length L increases. If the length of the refractive index change region is fixed as a sufficiently long value, for example, 3 mm or more, the distribution of Δη becomes Δη (Χ) = 1.50545-(1.50545- 1.5 0 6) x ((X-a) / b) "(a: constant refractive index region length, b: refractive index change region length), and the coupling efficiency and deviation tolerance Ω is 0.1, ω, and 0.75 In particular, when ω = 0.2-0.33, the coupling efficiency is 90%, which is equivalent to that of the conventional waveguide. However, the deviation tolerance is three times as large as that of the conventional waveguide, and if these function forms are approximately obtained, the coupling efficiency and the deviation tolerance close to the above characteristics can be obtained. In addition, if the X-Υ plot with the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction as the X-axis and Δη as the Υ-axis becomes convex downward, characteristics close to the optimum conditions can be obtained. In addition, the Δ η change along the lightwave propagation direction was obtained. PT / JP97 / 02047
3 4 化領域の座檫を X軸 ( X = 0〜し ) 、 厶 nを Y軸と した X— Yプロ ッ ト が、 厶 η (Χ) = Δ η 1 —(Δ η ΐ — A n 2 ) x (X/ L)0 1 で表される曲 線と 厶 η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 — A n 2) x (XZ L)0 7 &で表される曲 線とで囲まれる領域にあれば、 接続の結合効率およびズレ許容において 便れた特性が得られる。 The X—Y plot, where the coordinates of the quaternization region are the X axis (X = 0) and the n axis is the Y axis, yields the following equation: η η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η ΐ — A n 2) A curve represented by x (X / L) 0 1 and a curve represented by mm η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 — A n 2) x (XZ L) 0 7 & If it is in the region enclosed by the symbols, excellent characteristics can be obtained in connection coupling efficiency and deviation tolerance.
(実施例 2 )  (Example 2)
実施例 1 と同様に して、 光波伝搬方向に沿って Δ ηが変化する光導波 路を作製した。 作製 した導波路の屈折率分布を第 2表にま とめた (実施 例 2 a〜 2 y ) 。 In the same manner as in Example 1, an optical waveguide in which Δη changes along the light wave propagation direction was manufactured. Table 2 summarizes the refractive index distributions of the fabricated waveguides (Examples 2a to 2y).
第 2 表 Table 2
実施例 2 a ~ y における屈折率分布 Δ η (Χ)の関数形 ( Xは、 導波路の 横軸) を Δ η = Δ η 1 —(Δ η 1 - A n 2 )*[(X - )/ L] ' ω と した 場合の各導波路におけるパラメータ Example 2 The function form (X is the horizontal axis of the waveguide) of the refractive index distribution Δ η (Χ) in a to y is expressed as Δ η = Δ η 1 — (Δ η 1-An 2) * [(X- ) / L] 'ω
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Δ η—定領域では、 Δ η = 0. 0 0 4 5であ り 、 Δ η減少領域で Δ η は減少 し、 導波路の終端 ( X = 1 0mm) では、 Δ η = 0. 0 0 0 9 と な る。 実施例 1 と同様に して、 実施例 2 a 〜 2 y の導波路の結合効率、 およ びズレ許容値を測定 した。 2 a 〜 2 y について、 結合効率ーズレ許容値 のプロ ッ 卜 を第 4図に示した。 第 4 図から、 屈折率変化領域での屈折率 分布関数形 Δ η (Χ)が同 じ場合には、 屈折率変化領域長 Lが長く なるほ ど、 結合効率およびズレ許容値が向上する。 屈折率変化領域長を例えば 3 mm以上のよ う に十分長い値と して固定する と、 Δ η の分布を、Δ η — In the constant region, Δ η = 0.004 45, and in the Δ η decreasing region, Δ η decreases. At the end of the waveguide (X = 10 mm), Δ η = 0.00 0 9 is obtained. In the same manner as in Example 1, the coupling efficiencies of the waveguides of Examples 2a to 2y and the allowable deviation were measured. Fig. 4 shows a plot of the allowable coupling efficiency deviation for 2a to 2y. As can be seen from FIG. 4, when the refractive index distribution function type Δη (Χ) in the refractive index change region is the same, the longer the refractive index change region length L, the higher the coupling efficiency and the allowable deviation. If the length of the refractive index change region is fixed at a sufficiently long value, for example, 3 mm or more, the distribution of Δη becomes
△ η (Χ) = 1 . 5 0 4 5 — ( 1 . 5 0 4 5 - 1 . 5 0 0 9 ) x ((X - Μ) △ η (Χ) = 1.5 0 4 5 — (1.5 0 4 5-1.5 0 9) x ((X-Μ)
/ L )u ( M : 屈折率一定領域長, L : 屈折率変化領域長) と したと きに、 結合効率およびズレ許容値を最適化する ωは、 0 . 1 < ω < 0. 7 5 であ る。 特に、 ω = 0 . 2 の場合には、 結合効率は従来の導波路の 9 7 %で あってほぼ同等であるが、 ズレ許容値は従来の導波路の 2 . 5 倍に向上 する。 ま た、 近似的にこれらの関数形になれば、 上記特性に近い結合効 率およびズレ許容値を得る こ とでき た。 さ らに、 光波伝搬方向に沿った/ L) u (M: constant refractive index region length, L: refractive index change region length), ω for optimizing coupling efficiency and deviation tolerance is 0.1 <ω <0.75. It is. In particular, when ω = 0.2, the coupling efficiency is 97% of the conventional waveguide, which is almost the same, but the allowable deviation is improved to 2.5 times that of the conventional waveguide. Moreover, if these function forms were approximately obtained, it was possible to obtain the coupling efficiency and the allowable deviation value close to the above characteristics. Furthermore, along the light wave propagation direction
△ η変化領域の座標を X軸、 Δ η を Υ軸と した Χ— Υプロ ッ トが、 下に 凸になれば、 最適条件に近い特性を得る こ とができた。 特に下に凸とな らな く ても、 光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸 ( Χ = 0 〜し ) 、 Δ η を Υ軸と した X — Υプロ ッ トカ^ 厶 η ( Χ) =厶 n l 一(Δ η 1 - Δ η 2 ) X (X / L) °· 1 で表される曲線と Δ η (Χ) =厶 η 1 - ( Δ η 1 - Δ η 2 ) X (X Z L ) ° 7 5で表される曲線とで囲まれる領域に あれば、 接統の結合効率およびズレ許容において優れた特性が得られる。 If the Χ- Υ plot, in which the coordinates of the change area are the X axis and is the Υ axis, are convex downward, characteristics close to the optimal conditions could be obtained. In particular, even if the projection does not become downward, the coordinate of the Δ η change area along the light wave propagation direction is the X axis (Χ = 0 to), and the Δ η is the X axis. η (Χ) = um nl one (Δ η 1-Δ η 2) X (X / L) ° · 1 and Δ η (Χ) = um η 1-(Δ η 1-Δ η 2 ) if a region surrounded by the X (XZL) curve expressed by ° 7 5, excellent properties in binding efficiency and misalignment tolerance of SeMMitsuru is obtained.
(実施例 3 )  (Example 3)
実施例 1 と同様に して、 光波伝搬方向に沿って Δ η が変化する光導波 路を作製した。 作製した導波路の屈折率分布を第 3表にま とめた (実施 例 3 a 〜 3 y ) 。 第 3 表 In the same manner as in Example 1, an optical waveguide in which Δη changes along the light wave propagation direction was manufactured. Table 3 summarizes the refractive index distributions of the fabricated waveguides (Examples 3a to 3y). Table 3
実施例 3 a〜 y における屈折率分布 Δ η (Χ)の関数形 ( Xは、 導波路の 横軸) を Δ η = Δ η 1 - ( Δ n 1 - A n 2 )*[(X - M) / L ] " ω と した 場合の各導波路におけるパラメータ Example 3 The function form (X is the horizontal axis of the waveguide) of the refractive index distribution Δ η (Χ) in a to y is defined as Δ η = Δ η 1-(Δ n 1 -A n 2) * [(X- M) / L] "where ω is the parameter in each waveguide
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Δ η—定領域では、 Δ η = 0. 0 0 4 5 であ り 、 Δ η減少領域で A n は減少 し、 導波路の終端 ( X = 1 0 mm) では、 Δ n = 0 · 0 0 1 2 とな る。 実施例 1 と同様に して、 実施例 3 a〜 3 yの導波路の結合効率、 およ びズレ許容値を測定 した。 3 a〜 3 yについて、 結合効率ーズレ許容値 のプロ ッ トを第 5図に示 した。 第 5図から、 屈折率変化領域での屈折率 分布関数形 Δ η ( X ) が同 じ場合には、 屈折率変化領域長 Lが長く なる ほど、 結合効率およびズレ許容値が向上する。 屈折率変化領域長を例え ば 3 mm以上のよ う に十分長い値と して固定すると、 Δ ηの分布を、 厶 η (Χ) = 1. 5 0 4 5 — ( 1. 5 0 4 5— 1. 5 0 1 2 ) X ((X - Μ) Δ η — In the constant region, Δ η = 0.004 45, An decreases in the Δ η decreasing region, and Δ n = 0 · 0 at the end of the waveguide (X = 10 mm). 0 1 2 is obtained. In the same manner as in Example 1, the coupling efficiencies of the waveguides of Examples 3a to 3y and the allowable deviation were measured. Fig. 5 shows a plot of the allowable coupling efficiency deviation for 3a to 3y. As can be seen from FIG. 5, when the refractive index distribution function form Δη (X) in the refractive index change region is the same, the longer the refractive index change region length L, the higher the coupling efficiency and the allowable deviation. If the length of the refractive index change region is fixed at a sufficiently long value, for example, 3 mm or more, the distribution of Δ η is calculated as follows: m η (Χ) = 1.50 4 5 — (1.50 4 5 — 1. 5 0 1 2) X ((X-Μ)
L)" ( Μ : 屈折率一定領域長, L : 屈折率変化領域長) と したと きに、 結合効率およびズレ許容値を最適化する ωは、 0. 1 < ω < 0. 7 5であ る。 特に、 ω = 0. 2 の場合には、 結合効率は従来の導波路の 9 8 %で あってほぼ同等であるが、 ズレ許容値は従来の導波路の 2倍に向上する。 ま た、 近似的に これらの関数形になれば、 上記特性に近い結合効率およ びズレ許容値を得ることできた。 さ らに、 光波伝搬方向に沿った Δ η変 化領域の座檫を X軸、 Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 下に凸にな れば、 最適条件に近い特性を得る こ とができた。 特に下に凸とならな く ても、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸 ( Χ = 0〜 し ) 、 Δ η を Υ軸と した X— Υブロ ッ 卜 ^、 Δ η (X) = Δ η 1 一(Δ η 1 - 厶 n 2 ) x (XZ L)。 'で表される曲線と 厶 η (Χ) = Δ η 1 - (Δ η 1 一 Δ η 2 ) x (XX L)0- 76 で表される曲線とで囲まれる領域にあれば、 接 続の結合効率およびズレ許容において優れた特性が得られる。 L) "(Μ: constant refractive index region length, L: refractive index change region length), ω for optimizing the coupling efficiency and deviation tolerance is 0.1 <ω <0.75. In particular, when ω = 0.2, the coupling efficiency is 98% of the conventional waveguide, which is almost the same, but the deviation tolerance is improved to twice that of the conventional waveguide. Also, if these function forms were approximately obtained, it was possible to obtain coupling efficiency and deviation tolerance close to the above characteristics, and furthermore, it was possible to obtain the coordinates of the Δη change region along the light wave propagation direction. If the X-Υ plot, where X is the X-axis and Δ η is the Υ-axis, is convex downward, it is possible to obtain characteristics close to the optimal conditions, especially if it is not convex downward. X-Υblot ^, Δη (X) = Δη1 一, where the X-axis (Χ = 0〜) is the coordinate of the Δη change area along the light wave propagation direction, and the Δ-axis is the Υ-axis. Δ η 1-mm n 2) x (XZ L). Is the curve and厶η (Χ) = Δ η 1 - (Δ η 1 one Δ η 2) x (XX L ) 0 - If a region surrounded by the curve represented by 76, connection coupling efficiency Also, excellent characteristics in tolerance of deviation can be obtained.
第 6図に、 実施例 1 から 3 までの結果について、 Δ ηが Δ η ΐ の領域 における ビ一ム径 ( ビーム中心の最大電界強度を 1 と した場合に、 電界 強度が e 2になるビーム半径の 2倍) を d , 、 Δ nが Δ n 2の領域にお ける ビーム径を d2 と し、 ビーム拡大率を d2/ d】 と定義したと き に 厶 nが Δ n 2である端面同士を接続した場合の結合効率と ビーム拡大率 のプロ ッ ト を示す。 本発明の導波路における ωを最適化する こ と によ り 、 第 6図のハッチング領域で表される よ う な接続の高効率化と ビーム径の 拡大化を両立できる。 FIG. 6 shows the beam diameter in the region where Δ η is Δ η ((where the maximum electric field intensity at the center of the beam is 1 when the electric field intensity is e 2). twice) radius d,, delta n is your Keru beam diameter delta n 2 area are d 2, the beam magnification in the d 2 / d]厶to come to defined and n is delta n 2 Coupling efficiency and beam expansion ratio when connecting certain end faces Here is a plot of By optimizing ω in the waveguide of the present invention, it is possible to achieve both a high connection efficiency and an enlarged beam diameter as shown by the hatched area in FIG.
(実施例 4 )  (Example 4)
ク ラ ッ ドと してポリ メチルメタ ク リ レー ト ( Ρ ΜΜΑ ) 、 コアと して ΡΜΜΑとデイ スパース レ ッ ド 1 ( D R 1 ) の混合系を用いて、 レジス 卜塗布およびエッチング処理によるコアのパターニングによ って、 長さ が 1 0 0 、 コア形状が 8 X 8 m 2 の光導波路を形成した。 コア 1 の 屈折率がクラ ッ ドの屈折率に対して 0.0 4 5 (約 0. 3 % ) 高く なる よ う に D R 1 の含有量を調節した。 Using a mixture of poly (methyl methacrylate) (Ρ デ イ) as the clad and a mixed system of ΡΜΜΑ and disperse red 1 (DR 1) as the core, the core is formed by resist coating and etching. By patterning, an optical waveguide having a length of 100 and a core shape of 8 × 8 m 2 was formed. The DR1 content was adjusted so that the refractive index of the core 1 was higher by 0.045 (about 0.3%) than the refractive index of the clad.
コ アにレーザ光を照射する こ と によ り 、 コアの屈折率が低下する。 屈 折率の低下幅はレーザ光照射量に依存するため、 照射時間を変化する こ と によ って導波路の光伝搬方向に屈折率分布を形成する ことができる。 第 7図に示すレーザ光照射装置を用いて導波路へレーザ光を照射し、 光 波伝搬方向への屈折率分布を形成した。  By irradiating the core with a laser beam, the refractive index of the core is reduced. Since the width of decrease in the refractive index depends on the amount of laser beam irradiation, a change in the irradiation time can form a refractive index distribution in the light propagation direction of the waveguide. The waveguide was irradiated with laser light using the laser light irradiation device shown in FIG. 7 to form a refractive index distribution in the light wave propagation direction.
照射光はアルゴンイオンレ一ザ 1 1 の波長 4 8 8 n mの光 1 2である。 ハーフ ミ ラー 1 3 によ って、 レーザ光を二等分し、 ミ ラ一 1 6 , 1 7 を 用いて上下方向から導波路 2 2に光を照射した。 導波路 2 2 を、 ステツ ピングモ一タ駆動の試料台 1 8に取り付けた試料ホルダ 1 9 に固定 した。 試料台は水平一軸方向に移動するが、 試料台移動の際にコアの直線バタ —ンがレーザビーム内からはずれないよ う に試料台の移動方向とコ アの 直線パターンの方向を一致させてお く 必要がある。  The irradiation light is light 12 having a wavelength of 4888 nm of the argon ion laser 11. The laser beam was bisected by the half mirror 13, and the waveguide 22 was irradiated with light from above and below using the mirrors 16 and 17. The waveguide 22 was fixed to a sample holder 19 attached to a sample table 18 driven by a stepping motor. The sample stage moves in one horizontal axis, but the moving direction of the sample stage and the direction of the linear pattern of the core are matched so that the linear pattern of the core does not deviate from within the laser beam when the sample stage moves. It is necessary.
実施例 1 f と同一の Δ η分布を得るよ う に、 レーザ光照射量を制御し た。 導波路の起点 ( X = 0mni) から X = 4. 6mni ま では、 Δ η—定領域 であって、 Δ η - 0. 0 0 4 5である。 X = 4. 6mmから、 終端 ( X = 1 0 mm ) までは、 厶 n減少領域であって、 X = 1 0 mmにおいては、 A n = 0. 0 0 6である。 厶 n減少開始点 ( X = 4. 6mm) と導波路の X座棟 の差を厶 X (= X— 4. 6 ) とすると き、 Δ η減少領域における屈折率の 減少幅が厶 X。· 2 に比例するよ う に、 Δ η変化領域における厶 ηの分布 を設定 した。 すなわち、 Χ = 4. 6〜 1 0. 0 mmにおいて、 Δ η (Χ) = 1 . 5 0 4 5 - ( 1. 5 0 4 5 - 1. 5 0 0 6 ) Χ ((Χ - 4. 6 ) / 5.4)0· 2 と した。 このよ う な Δ η分布の導波路を得る よ う に、 試料ステージの移 動速度を設定 した。 端面を切り 出 し、 入出力端を形成し、 導波路を得た (実施例 4 ί ) 。 導波路の入出射端面を除いた外壁を黒色の粘土で覆い 遮光する こと によ って、 可視光を吸収してコアの屈折率が変化する こ と を防いだ。 同様に して、 実施例 1 a〜 hと同一の Δ η分布の導波路を作 製した (それぞれ実施例 4 aから 4 h ) 。 The laser beam irradiation amount was controlled so as to obtain the same Δη distribution as in Example 1f. From the starting point of the waveguide (X = 0mni) to X = 4.6mni, Δη-constant region, and Δη-0.0045. From X = 4.6 mm, the end (X = Up to 10 mm), the area is reduced by n, and when X = 10 mm, A n = 0.006. Assuming that the difference between the starting point of decrease of n (X = 4.6 mm) and the X wing of the waveguide is mu X (= X—4.6), the decrease in the refractive index in the Δη decrease region is mu X. · The distribution of mu η in the Δ η change region was set so as to be proportional to 2 . That is, at Χ = 4.6 to 10.0 mm, Δ η (Χ) = 1.5 0 4 5-(1.5 0 4 5-1.500 6) Χ ((Χ-4. 6) / 5.4) 0 · 2 The moving speed of the sample stage was set so as to obtain such a waveguide having a Δη distribution. An end face was cut out to form an input / output end, and a waveguide was obtained (Example 4). By covering the outer wall of the waveguide except for the input and output end faces with black clay and shielding the light, visible light was absorbed and the refractive index of the core was prevented from changing. Similarly, waveguides having the same Δη distribution as those of Examples 1a to h were produced (Examples 4a to 4h, respectively).
実施例 1 f と同様に して、 実施例 4 f のズレ許容値と結合効率を測定 した。 その結果、 ズレ許容値は 1 6 m、 結合効率は 9 0 %であ り 、 実 施例 1 f の結果とほぼ一致する。 実施例 4 a〜 4 hの導波路についても、 それぞれ、 実施例 1 a ~ l hの導波路の結果とほぼ一致した。 コアの色 素含有量が光波伝搬方向に沿って変化する光導波路においても、 実施例 1 のよ う な、 フ ッ素含有量が光波伝搬方向に沿って変化する光導波路と 同様に、 屈折率変化領域での屈折率分布関数形 Δ η (Χ)が同 じ場合には、 屈折率変化領域長 Lが長く なるほど、 結合効率およびズレ許容値が向上 し、 かつ、 屈折率変化領域長を例えば 3 mm以上のよ う に十分長い値と し て固定すると、 Δ ηの分布を、 Δ η (Χ ) = 1. 5 0 4 5—( 1. 5 0 4 5 - 1. 5 0 1 2 ) X ((X - )/ L )ω (Μ : 屈折率一定領域長, L : 屈折 率変化領域長) と したと きに、 結合効率およびズレ許容値を最適化する ωは、 0. 1 < ω< 0. 7 5である。 特に、 上記のよ う に ω = 0. 2〜 0. 3 3 の場合には、 結合効率, ズレ許容値ともに優れた値が得られる。 ま た、 近似的にこれらの関数形になれば、 上記特性に近い結合効率およ びズレ許容値を得る こ とできる。 さ らに、 光波伝搬方向に沿った Δ n変 化領域の座標を X軸, Δ ηを Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 下に凸にな れば、 最適条件に近い特性を得る ことができた。 特に下に凸とな らなく ても、 光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸 ( Χ = 0〜し), △ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 一 Δ η 2 ) x ( X / L ) °· 1 で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 - ( Δ η 1 一 D n 2 ) x (XZ L)° 75で表される曲線とで囲まれる領域にあれば、 接続の結合効率およびズレ許容において優れた特性が得られる。 In the same manner as in Example 1f, the allowable deviation and the coupling efficiency of Example 4f were measured. As a result, the deviation tolerance was 16 m, and the coupling efficiency was 90%, which almost coincides with the result of Example 1f. The results of the waveguides of Examples 4a to 4h also substantially agreed with the results of the waveguides of Examples 1a to 1h, respectively. In an optical waveguide in which the color content of the core changes along the light wave propagation direction, the refractive index is the same as in the optical waveguide in which the fluorine content changes along the light wave propagation direction as in Example 1. In the case where the refractive index distribution function form Δ η () in the change region is the same, as the refractive index change region length L becomes longer, the coupling efficiency and the allowable deviation value improve, and the refractive index change region length becomes, for example, When fixed at a sufficiently long value, such as 3 mm or more, the distribution of Δη becomes Δη (Χ) = 1.50545— (1.5054.5-1.5012) X ((X-) / L) ω (Μ: constant refractive index region length, L: refractive index change region length), ω that optimizes coupling efficiency and deviation tolerance is 0.1 < ω <0.75. In particular, as described above, ω = 0.2 ~ In the case of 0.33, excellent values are obtained for both the coupling efficiency and the allowable deviation. Also, if these function forms are approximately obtained, it is possible to obtain a coupling efficiency and an allowable deviation value close to the above characteristics. Furthermore, if the X-Y plot with the X-axis as the coordinate of the Δn change area along the light wave propagation direction and the Y-axis as Δη is convex downward, the characteristics close to the optimal conditions will be obtained. I got it. Even if it is not convex downward, the X-— plot with the X-axis (Χ = 0 0) as the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction and the Δ-axis as η (Χ) = Δ η 1 — (Δ η 1 one Δ η 2) x (X / L) ° · 1 and a curve Δ η (Χ) = Δ η 1-(Δ η 1 one D n 2) In the region enclosed by the curve represented by x (XZL) ° 75 , excellent characteristics can be obtained in connection coupling efficiency and deviation tolerance.
(実施例 5 )  (Example 5)
ク ラ ッ ドが屈折率 1 .4 3 の石英, コアが G e 02 を ドープした石英 ガラスであって、 Δ ηが 0.0 4 3 , コア径が 8 μ ιηである光フ ァ を第 8図に示す電気炉 3 1 に差し込み、 フ ァイバ 3 3の先端部に温度勾 配をつけた。 光フ ァ 3 3の加熱によ り 、 ドーパン トである G eが拡 散し、 屈折率分布が変化する。 G eの拡散係数は温度に依存するため、 フ ア イバに適切に温度勾配をつけて、 端面に近づく につれてモ一 ドフ ィ 一ル ド径が拡大する光導波路を作製する。 電気炉 3 1 には、 冷却ガス送 風ノ ズル 3 2が設置してある。 このノ ズルの角度は調整可能であ り 、 フ アイバへの送風角度を調整できる。 電気炉 3 1 の温度, 送風ノ ズル 3 2 の角度, 送風量、 およびフ ァイバの差込長 3 4を設定パラメータ と して、 フ ァイバに所望の温度分布を形成でき、 屈折率分布を設計できる。 この よ う に して、 光フ アイバを加熱して多数のモー ド柽変換光フ アイバを作 製した。 該光フ ァ イバの中から、 Δ η分布の関数形が、 実施例 1 a〜 1 hとほぼ同じ光フ ァ イバを選び出 した(実施例 5 a ~ 5 h)。 実施例 1 と同様に して、 ズレ許容値と結合効率を測定した。 その結果、 ズレ許 容値, 結合効率ともに、 実施例 1 の結果と ほぼ同じ値であっ た。 本実施 例では、 フ ァイバ端面に近づく につれて、 Δ nが小さ く なるだけでな く 、 コア径も大き く なる。 その結果、 実施例 1 とは違って、 フ ァ イ バの規格 化周波数は光波伝搬方向に沿って一定に保たれる。 しかしながら、 この 場合にも、 実施例 1 の場合と同様に、 屈折率変化領域での屈折率分布関 数形△ n (X)が同 じ場合には、 屈折率変化領域長 Lが長く なるほど、 結 合効率およびズレ許容値が向上 し、 かつ、 屈折率変化領域長を例えば 3 mm以上のよ う に十分長い値と して固定すると、 厶 nの分布を、 厶 n (X) = 1 . 5 0 4 5 — ( 1. 5 0 4 5 — 1. 5 0 0 6 ) X ((X— M)ノ L" ( : 屈折率一定領域長, L : 屈折率変化領域長) と したと きに、 結合効率お よびズレ許容値を最適化する ωは、 0. 1 < ωく 0. 7 5である こ とがわ かっ た。 特に、 ω = 0. 2 の場合には、 従来の導波路と比較して結合効 率は 9 0 %であってほぼ同等であるが、 ズレ許容値は 3倍に向上する こ とがわかっ た。 ま た、 近似的にこれらの関数形になれば、 上記特性に近 い結合効率およびズレ許容値を得る こ とでき た。 さ らに、 光波伝搬方向 に沿った Δ η変化領域の座棵を X軸, Δ ηを Υ軸と した X— Υプロ ッ 卜 が、 下に凸になれば、 最適条件に近い特性を得る こ とができた。 特に下 に凸とならなく ても、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸 (Χ = 0〜し)、 Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) =厶 n l 一(Δ η l - A n 2 ) X (X/ L)0- ' で表される曲線と Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ n 1 - Δ n 2 ) x (XZ L)6' 75で表される曲線とで囲まれる領域に あれば、 接続の結合効率およびズレ許容において優れた特性が得られる ことか'わかった。 Click La head of refractive index 1.4 3 quartz core is a silica glass doped with G e 0 2, Δ η 0.0 4 3, the light-off § core diameter of 8 mu Iotaita 8 It was inserted into an electric furnace 31 shown in the figure, and a temperature gradient was applied to the tip of the fiber 33. By heating the optical fiber 33, the dopant Ge is diffused, and the refractive index distribution changes. Since the diffusion coefficient of Ge depends on the temperature, an appropriate temperature gradient is applied to the fiber to produce an optical waveguide whose mode field diameter increases as it approaches the end face. The electric furnace 31 is provided with a cooling gas blow nozzle 32. The angle of this nozzle is adjustable, and the angle of air blow to the fiber can be adjusted. Using the temperature of the electric furnace 31, the angle of the blow nozzle 32, the blow volume, and the insertion length 34 of the fiber as setting parameters, a desired temperature distribution can be formed in the fiber, and the refractive index distribution can be designed. it can. In this way, the optical fiber was heated to produce a number of mode-converted optical fibers. From the optical fibers, optical fibers having the same function form of Δη distribution as those in Examples 1a to 1h were selected (Examples 5a to 5h). Example In the same manner as in 1, the deviation tolerance and the coupling efficiency were measured. As a result, the deviation tolerance and the coupling efficiency were almost the same as the result of Example 1. In the present embodiment, not only the Δn becomes smaller but also the core diameter becomes larger as it approaches the fiber end face. As a result, unlike the first embodiment, the normalized frequency of the fiber is kept constant along the light wave propagation direction. However, also in this case, as in the case of Embodiment 1, when the refractive index distribution function form △ n (X) in the refractive index change region is the same, the longer the refractive index change region length L becomes, If the coupling efficiency and deviation tolerance are improved and the length of the refractive index change region is fixed at a sufficiently long value, for example, 3 mm or more, the distribution of m n is expressed as m n (X) = 1. 5 0 4 5 — (1.50 4 5 — 1.500 6) X ((X—M) no L ”(: constant refractive index region length, L: refractive index change region length) In addition, it was found that ω that optimizes the coupling efficiency and deviation tolerance is 0.1 <ω, which is 0.75 In particular, when ω = 0.2, the conventional derivation is obtained. Although the coupling efficiency is 90%, which is almost the same as that of the waveguide, it is found that the tolerance for deviation is improved by three times. Coupling efficiency and The X-Υ plot with the X-axis as the coordinate of the Δ η change region along the light wave propagation direction and the Υ-axis as Δ η is projected downward. In this case, it was possible to obtain characteristics close to the optimum conditions.Especially, the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction were set on the X axis (Χ = 0−) and Δ The X—Υ plot with η as the Υ axis is defined as Δ η (Χ) = m nl one (Δ η l-An 2) X (X / L) 0- ' Χ) = Δ η 1-(Δ n 1-Δ n 2) x (XZ L) In the area surrounded by the curve represented by 6 '75 , excellent characteristics in connection coupling efficiency and deviation tolerance are obtained. I know what you can get.
(実施例 6 ) 第 9 図は本発明による導波路型 2 回路 1 X 2光スィ ッチの一実施例の 斜視図である。 4 1 は光フ ァイバ、 4 2 は可動型光導波路、 4 3 は片持 梁、 4 4はシ リ コ ン基板、 4 5 は磁性体膜、 4 6 はコ イル電極、 4 7 は 薄膜電磁石、 4 8 は固定型光導波路である。 第 1 0図は本発明による導 波路型 2 回路 1 X 2 光スィ ツチの一実施例の上面図である。 4 2 a およ び 4 2 b は可勦型光導波路、 4 6 aおよび 4 7 aはそれぞれ可動型光導 波路 4 2 a側のコイル電極および薄膜電磁石、 4 6 b および 4 7 b はそ れぞれ可動型光導波路 4 2 b側のコイル電極および薄膜電磁石、 4 8 a , 4 8 b , 4 8 c および 4 9 d は固定型光導波路、 4 9 a および 4 9 b は 光入力端である。 同図は本光スィ ツチに通電する前の状態を示している。 光入力端 5 0 a , 5 0 bから入力された光は片持梁 4 3上に形成され た可動型光導波路 4 2 に伝え られる。 片持梁 4 3 はその先端を連結部材 4 9 によ り連結されており 、 互いに平行を保ちつつシ リ コ ン基板の面内 で変位する こ とができる。 連結部材 4 9 の上には磁性体膜 4 5 が形成さ れている。 ま た磁性体膜 4 5 の両脇のシ リ コ ン基板上には磁性体膜, 永 久磁石および薄膜磁石からなる薄膜電磁石 4 7 が形成されている。 薄腠 電磁石 4 7 にはコイル電極 4 6 を介して図示しない電源から電力が供給 される。 亀圧は 3ボル トから 1 0ボル 卜の範囲で設定できる。 光導波路 は実施例 1 と同様に して、 前記構造式( 1 ) ( X = 0 . 8 4 ) のフ ッ素化ポ リ イ ミ ドを上部クラ ッ ド、 および下部クラ ッ ドと して、 片持ち梁上に作 製した。 光導波層を電子線描画法によ り作製した。 (Example 6) FIG. 9 is a perspective view of one embodiment of a waveguide type two-circuit 1 × 2 optical switch according to the present invention. 41 is an optical fiber, 42 is a movable optical waveguide, 43 is a cantilever, 44 is a silicon substrate, 45 is a magnetic film, 46 is a coil electrode, and 47 is a thin-film electromagnet. Reference numeral 48 denotes a fixed optical waveguide. FIG. 10 is a top view of one embodiment of a waveguide type two circuit 1 × 2 optical switch according to the present invention. 42 a and 42 b are destructible optical waveguides, 46 a and 47 a are movable optical waveguides, and the coil electrodes and thin-film electromagnets on the 42 a side, and 46 b and 47 b are Coil electrodes and thin-film electromagnets on the movable optical waveguide 42b side, 48a, 48b, 48c and 49d are fixed optical waveguides, and 49a and 49b are optical input terminals. is there. The figure shows a state before the power is supplied to the optical switch. Light input from the light input terminals 50 a and 50 b is transmitted to the movable optical waveguide 42 formed on the cantilever 43. The ends of the cantilever beams 43 are connected by connecting members 49, and can be displaced in the plane of the silicon substrate while keeping them parallel to each other. A magnetic film 45 is formed on the connecting member 49. On the silicon substrate on both sides of the magnetic film 45, a thin film electromagnet 47 composed of a magnetic film, a permanent magnet and a thin film magnet is formed. Electric power is supplied to the thin electromagnet 47 from a power source (not shown) via the coil electrode 46. Turtle pressure can be set in the range of 3 to 10 volts. The optical waveguide is formed in the same manner as in Example 1 except that the fluorinated polyimide of the structural formula (1) (X = 0.84) is used as an upper clad and a lower clad. Made on a cantilever. The optical waveguide layer was manufactured by electron beam lithography.
薄膜電磁石 4 7 a には磁性体膜 4 5 を強く 引 きつける方向に電流を流 し、 薄膜電磁石 4 7 b には磁性体膜 4 5 を弱 く 引きつける方向に電流を 流すと片持梁 4 3 は破線 5 1 に示すごと く 変位し可動型光導波路 4 2 a は固定型光導波路 4 8 a に、 可動型光導波路 4 2 b は固定型光導波路 4 8 c に接続される。 When a current flows through the thin-film electromagnet 47 a in the direction in which the magnetic film 45 is strongly attracted, and when a current flows in the thin-film electromagnet 47 b in a direction in which the magnetic film 45 is weakly attracted, the cantilever beam 4 3 Is displaced as shown by the broken line 51, and the movable optical waveguide 42a becomes the fixed optical waveguide 48a and the movable optical waveguide 42b becomes the fixed optical waveguide. 4 Connected to 8c.
こ こで薄膜電磁石 4 7 a および 4 7 b に流す電流の方向を反転させる と、 薄膜電磁石 4 7 a および 4 7 b と磁性体膜 4 5 との間で発生する電 磁力の大小関係が反転し、 片持梁 4 3 は破線 5 2 に示すごと く 変位し、 可動型光導波路 4 2 a は固定型光導波路 4 8 b に、 可動型光導波路 42 b は固定型光導波路 4 8 Δに接統される。 これによ り光路の切り替えを実 現できる。  Here, when the direction of the current flowing through the thin film electromagnets 47a and 47b is reversed, the magnitude relationship of the electromagnetic force generated between the thin film electromagnets 47a and 47b and the magnetic film 45 is reversed. Then, the cantilever beam 43 is displaced as shown by a broken line 52, and the movable optical waveguide 42a becomes the fixed optical waveguide 48b, and the movable optical waveguide 42b becomes the fixed optical waveguide 48Δ. Be closely related. This makes it possible to switch the optical path.
可動型光導波路 4 2 a と固定型光導波路 4 8 aが接続された状態にお ける、 可勦型光導波路 4 2 a と固定型光導波路 4 8 aの接続部分の拡大 図を第 1 1 図に示す。 可勦型光導波路 4 2 aの端面 5 3 に向かって Δ η が徐々 に低下するよ う に し、 伝搬光のモー ドフ ィ ール ド径 5 5 が端面 In the state where the movable optical waveguide 42a and the fixed optical waveguide 48a are connected, an enlarged view of the connection portion between the emissive optical waveguide 42a and the fixed optical waveguide 48a is shown in FIG. Shown in the figure. Δη is gradually decreased toward the end face 53 of the annihilation type optical waveguide 4 2a, and the mode field diameter 55 of the propagating light is changed to the end face.
5 3 に向かって徐々 に拡大する よ う に した。 同様に、 固定型光導波路It was gradually expanded toward 53. Similarly, fixed optical waveguides
4 8 aの端面 5 4 に向かって Δ η が徐々 に低下する よ う に した。 Δ η変 化領域長を 3 . 6 mm と し、 Δ η変化領域における Δ η の分布を実施例Δη was gradually decreased toward the end face 54 of 48 a. The length of the Δ η change region was set to 3.6 mm, and the distribution of Δ η in the Δ η change region
1 f と同様に した。 この場合のズレ許容値は 1 7 μ ιη、 結合効率は 8 5 %である。 従来の方法の光導波路と比べて、 ト レラ ンスの大きさが約 3 倍になっているため、 ァクチユエ一タ によ って光路を切り替えた際の、 可動型光導波路 4 2 a と固定型光導波路 4 8 aの許容位置決め精度が約Same as 1 f. In this case, the allowable deviation is 17 μιη, and the coupling efficiency is 85%. Since the magnitude of the tolerance is about three times as large as that of the optical waveguide of the conventional method, the movable optical waveguide 42 a and the fixed type are used when the optical path is switched by an actuator. The allowable positioning accuracy of the optical waveguide 48a is approximately
3倍に緩和された。 光損失の特性が、 光軸のズレに影響されに く い光路 切り替え光スィ ツチを得る ことができた。 Relaxed three times. It was possible to obtain an optical path switching optical switch whose optical loss characteristics were not easily affected by the deviation of the optical axis.
(実施例 7 )  (Example 7)
第 1 2 図は本発明によ る光入出力装置の一実施例の模式図である。 光 導波路を実施例 1 f と同様に して石英基板上に作製した。 電子線描画の 際には、 導波路における屈折率変化領域 6 7 について、 導波路端面 6 8 に向かって移動ステージの移動速度を上昇させ、 導波路端面 6 8 に向か つて屈折率が徐々 に低下するよ う に導波路を描画した。 屈折率分布関数 形を実施例 1 f と同様に し、 伝搬光のモー ドフ ィ ール ド径が導波路端面 に向かって徐々 に拡大するよ う に した。 基板 6 1 にレーザダイォ一 ド設 置用の孔 6 3 およびフ ォ トダイ オー ド設置用の孔 6 5 を設け、 それぞれ に、 レーザダイオー ド 6 2およびフ ォ トダイオー ド 6 4 を設置した。 ま た、 光フ ァイバ固定溝 6 9 を設け、 コア径 8 μ ιηの光フ ァイバ 7 0 を固 定 した。 FIG. 12 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention. An optical waveguide was fabricated on a quartz substrate in the same manner as in Example 1f. At the time of electron beam writing, the moving speed of the moving stage in the refractive index change region 67 in the waveguide is increased toward the waveguide end face 68, and the moving stage is moved toward the waveguide end face 68. The waveguide was drawn so that the refractive index gradually decreased. The refractive index distribution function was made the same as in Example 1f so that the mode field diameter of the propagating light gradually increased toward the waveguide end face. A hole 63 for installing a laser diode and a hole 65 for installing a photo diode were provided on the substrate 61, and a laser diode 62 and a photo diode 64 were provided respectively. Further, an optical fiber fixing groove 69 was provided, and an optical fiber 70 having a core diameter of 8 μιη was fixed.
固定した光フ ァイ ノく 7 0は、 実施例 5 f と同一のモー ドフ ィ ール ド径 変換光導波路である。 Δ ηが一定である光導波路, 光フ ァイバを用いる 場合に比べて、 結合効率は約 9 0 %であってほぼ同一であるが、 ズレ許 容値が約 3倍になっており 、 接続の ト レラ ンスが大きな光入出力装置を 得る ことができた。  The fixed optical fiber 70 is the same mode field diameter conversion optical waveguide as that of Example 5f. The coupling efficiency is about 90%, which is almost the same as when using an optical waveguide and an optical fiber with a constant Δη, but the allowable deviation is about three times that of the connection. An optical input / output device with a large tolerance was obtained.
(実施例 8 )  (Example 8)
第 1 3図は本発明による光素子付き光導波路の一実施例の模式図であ る。 シ リ コ ン基板上に実施例に 1 f と同様に してモー ドフ ィ ール ド径変 換光導波路を作製した。 ダイ シングソ一によつて成形された輻 7 5 0 ミ ク ロ ンの溝 8 3 をはさんで、 溝に面する導波路端面が低 Δ ηとなるよ う に実施例 1 f の導波路 8 4 , 8 5 を作製した。 この溝 8 3 に幅 7 4 7 ミ ク ロ ンであって波長 1. 3 m の光のみを透過する波長選択フ ィ ルタ 8 6 を挿入 した。 この光素子付き光導波路に波長 1 . 3 μ ιη の光を導入 して伝送損失を測定したと ころ、 通常の Δ η—定の光導波路の場合と比 較して、 損失が約 1 4になることがわかった。 このよ う に、 光素子を 導波路中に挿入した光デバイスにおいて、 本発明のモー ドフ ィ 一ル ド径 変換導波路を適用する こ とによ って、 伝送損失を低減させる ことができ た。 (実施例 9 ) FIG. 13 is a schematic view of an embodiment of an optical waveguide with an optical element according to the present invention. A mode-field diameter-converting optical waveguide was fabricated on a silicon substrate in the same manner as in Example 1f. The waveguide 8 of Example 1f is sandwiched between the grooves 83 of the radiation 75 formed by the dicing source so that the end face of the waveguide facing the groove has a low Δη. 4 and 85 were prepared. A wavelength selection filter 86 having a width of 747 microns and transmitting only light having a wavelength of 1.3 m was inserted into the groove 83. When a light with a wavelength of 1.3 μιη was introduced into this optical waveguide with an optical element and the transmission loss was measured, the loss was reduced to about 14 compared to the case of a normal Δη-constant optical waveguide. It turned out to be. As described above, by applying the mode field diameter conversion waveguide of the present invention to an optical device in which an optical element is inserted into a waveguide, transmission loss can be reduced. . (Example 9)
第 1 4図は本発明による光入出力装置の一実施例の模式図である。 光 導波路を実施例 2 d と同様に して石英基板上に作製した。 電子線描画の 際には、 導波路における屈折率変化領域 9 5 について、 導波路端面 9 6 に向かって移勦ステージの移動速度を上昇させ、 導波路端面 9 6 に向か つて屈折率が徐々 に低下する よ う に導波路を描画し、 伝搬光のモー ドフ ィ ール ド径 9 7が導波路端面 9 6 に向かって徐々 に拡大するよ う に した。 この際、 導波路 2 d とは以下の三点で異なる導波路を作製した。 i ) 導 波路幅が である こと。 ii)導波路 9 4部分の Δ ηは 0. 0 0 9 0で あ リ 、 屈折率変化領域 9 5において Δ ηが減少し、 導波路端面 9 6 にお いては、 Δ ηが 0. 0 0 1 8 になるよ う に したこと。 iii)屈折率変調領 域長 9 5は 5.4 mm であって、 この領域における Δ ηの関数型は、 光波 伝搬方向に沿った Δ η変化領域 9 5の座摞を X軸 ( X = 0〜 5. 4mm) 、 △ n を Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = 0. 0 0 9 0—  FIG. 14 is a schematic view of one embodiment of the optical input / output device according to the present invention. An optical waveguide was fabricated on a quartz substrate in the same manner as in Example 2d. At the time of electron beam writing, in the refractive index change region 95 of the waveguide, the moving speed of the destroying stage is increased toward the waveguide end surface 96, and the refractive index gradually increases toward the waveguide end surface 96. The waveguide is drawn so as to be reduced to a lower value, and the mode field diameter 97 of the propagating light is made to gradually expand toward the waveguide end face 96. At this time, a waveguide different from waveguide 2 d in the following three points was manufactured. i) The waveguide width is. ii) Δη of the waveguide 94 is 0.090, Δη decreases in the refractive index change region 95, and Δη is 0.0 at the waveguide end surface 96. 0 1 8 iii) The refractive index modulation region length 95 is 5.4 mm, and the function form of Δη in this region is as follows: The coordinate of the Δη change region 95 along the light wave propagation direction is the X axis (X = 0 to 5.4 mm), and the X—Y plot with Δn as the Y axis is Δ η (Χ) = 0.0 0 9 0—
( 0. 0 0 9 0 - 0. 0 0 1 8 ) X (X / L )°- 5 で表されるよ う に したこ と。 (0. 0 0 9 0 - 0. 0 0 1 8) X (X / L) ° - 5 in the lower subsidiary in earthenware pots by expressed and.
基板 9 1 に レーザダイォ一 ド設置用の孔 9 3 を設け、 発振波長 1. 3 μ ιηのレーザダイオー ド 9 2 を設置した。 レ一ザダイオー ドの出射ビー ム径は 4 μ πιである。 ま た、 光フ ァイ バ固定溝 9 8 を設け、 コ ア径 8 μ πιの光フ ァ 9 8 を固定 した。  A hole 93 for setting a laser diode was provided on the substrate 91, and a laser diode 92 having an oscillation wavelength of 1.3 μιη was set. The output beam diameter of the laser diode is 4 μπι. Further, an optical fiber fixing groove 98 was provided, and an optical fiber 98 having a core diameter of 8 μπι was fixed.
本装置における光フ ァイバ 9 8からの出射光強度は、 レーザダイォー ド 9 2の出射光の 8 5 %であった。 レーザダイ オー ド 9 2と光フ ァ  The intensity of the light emitted from the optical fiber 98 in this apparatus was 85% of the light emitted from the laser diode 92. Laser diode 92 and optical fiber
9 8 を直接接続する場合には、 それらのコア径の違いに起因する放射損 失が発生する。 本装置においては、 レーザダイ オー ド 9 2 と導波路 9 4、 および光フ ァイバ 9 9 と導波路 9 5の間で、 モー ド径がほぼ等しいため、 放射損失を大幅に低減する こ とができた。 When 9 and 8 are directly connected, radiation loss occurs due to the difference in their core diameters. In this device, the mode diameters are almost equal between the laser diode 92 and the waveguide 94 and between the optical fiber 99 and the waveguide 95. Radiation loss was significantly reduced.
(実施例 1 0 )  (Example 10)
第 1 5図は本発明によ る導波路接続形態の一実施例の模式図である。 光導波路のコア 1 0 1 を実施例 1 f と同様に して電子線描画法によ り作 製した。 導波路における屈折率変化領域 1 0 3の描画の際には、 導波路 端面 1 0 4に向かって移動ステージの移動速度を上昇させ、 導波路端面 1 0 4に向って屈折率が徐々 に低下するよ う に導波路コアを描画し、 伝 搬光のモー ドフ ィ ール ド 1 0 5の径が導波路端面 1 0 4に向かって徐々 に拡大するよ う に した。 この際、 導波路 1 f とは以下の三点で異なる導 波路を作製した。 i ) コア 1 0 1 の径が 4 6 mである こと。 ii ) 導波路 1 0 1 の Δ η—定領域 1 0 2の Δ ηは 0. 0 0 9 0 であ リ 、 屈折率変化 領域 1 0 3 において、 Δ ηが導波路端面 1 0 4に近づく につれて減少し、 導波路端面 1 0 4においては、 Δ ηが 0. 0 0 1 2 になるよ う に したこ と。 iii ) 屈折率変調領域長 1 0 3は 5. 4龍であって、 この頷域におけ る Δ ηの関数型は、 光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域 1 0 3の座標を X軸(X = 0 ~ 5. 4mm)、 Δ η を Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 Δη(Χ) = 0. 0 0 9 0—( 0. 0 0 9 0 — 0. 0 0 1 8 ) X ( X / 5. 4 mm) 0 · 5 で表 されるよ う に したこと。 FIG. 15 is a schematic view of one embodiment of a waveguide connection mode according to the present invention. The core 101 of the optical waveguide was manufactured by electron beam lithography in the same manner as in Example 1f. When drawing the refractive index change region 103 in the waveguide, the moving speed of the moving stage is increased toward the waveguide end face 104, and the refractive index is gradually decreased toward the waveguide end face 104. The waveguide core was drawn such that the diameter of the propagation light mode field 105 gradually increased toward the waveguide end face 104. At this time, a waveguide different from the waveguide 1f was fabricated in the following three points. i) The diameter of the core 101 shall be 46 m. ii) Δη of waveguide 101-Δη of constant region 102 is 0.0090, and Δη approaches waveguide end surface 104 in refractive index change region 103 , At the waveguide end face 104, Δη is set to 0.001 12. iii) The length 103 of the refractive index modulation region is 5.4 dragons, and the function type of Δη in this nod region is as follows: The coordinate of the Δη change region 103 along the light wave propagation direction is the X-axis. (X = 0 to 5.4 mm), the X—Y plot with Δη as the Y axis is Δη (Χ) = 0.0090— (0.00.090 — 0.00.01 8) X (X / 5.4 mm) 0 · 5
上記 Δ n制御光導波路を、 コアおよびクラ ッ ドがポリ イ ミ ドからなる △ n—定の導波路 1 0 6 と接続した。 Δ η—定導波路 1 0 6においては、 波長 1. 3 μ πι の光がシングルモー ド導波し、 そのコア径は 8 /x mであ り 、 Δ ηは約 0. 0 0 4 5である。  The Δn control optical waveguide was connected to a Δn-constant waveguide 106 in which the core and the cladding were made of polyimide. Δη—In the constant waveguide 106, light having a wavelength of 1.3 μππ is guided in single mode, the core diameter is 8 / xm, and Δη is about 0.0045. is there.
比較例と してコア径 4 μ πιであ り 、 Δ ηが厶 η = 0. 0 0 9 で一定の 導波路 1 0 7 をあわせて作製し、 Δ η—定のコ ア径 8 μ ιηの導波路 108 と接続した。 Δ η—定導波路 1 0 8においては、 波長 1. 3 μ ιη の光が シングルモー ド導波する。 導波路端面 1 0 9からの出射光強度は、 導波 路端面 1 1 0からの出射光の 1 . 5 倍であった。 コア径 4 mmの高厶 n導 波路 1 0 7 と通常のコア径 8 μ πιの導波路 1 0 8 を直接接統する場合に は、 それらのコア径の違いに起因する放射損失が発生する。 本発明の接 統形態においては、 接続部分におけるモー ド径がほぼ等しいため、 放射 損失を大幅に低減するこ とができた。 As a comparative example, a waveguide having a core diameter of 4 μπι and a constant Δη of 0.1 μm and a constant waveguide diameter of 107 was produced. Δη—a constant core diameter of 8 μιη With the waveguide 108 of the first embodiment. Δη—In the constant waveguide 108, light with a wavelength of 1.3 μιη Single mode waveguide. The intensity of the light emitted from the waveguide end face 109 was 1.5 times that of the light emitted from the waveguide end face 110. When the high-mm waveguide 107 with a core diameter of 4 mm is directly connected to the waveguide 108 with a normal core diameter of 8 μπι, radiation loss occurs due to the difference in the core diameters. . In the connection mode of the present invention, since the mode diameters at the connection portions are almost equal, the radiation loss can be significantly reduced.
(実施例 1 1 )  (Example 11)
第 1 6図は本発明によ る Υ字型 1 X 4光スィ ッチの一実施例の模式図 である。 光スィ ッチ基板 1 2 1 における光導波路のコア 1 2 2 を実施例 1 f と同様に して電子線描画によ り作製した。 第 1 6図において、 モー ドフ ィ ール ド 1 2 3の径が変化しているスィ ッチの入出力部分が Δ n制 御領域であ り 、 端面に向かう に したがって Δ nが小さ く なる。 それ以外 の部分は Δ η—定領域である。 こ こで作製した導波路は、 導波路 1 f と は以下の三点で異なる。 i )コア 1 2 2の径が 4 μ ηιである こ と。 i i ) 導波路 1 2 2の Δ η—定領域の Δ ηは 0. 0 0 9 0 であ り 、 屈折率変化 領域において導波路端面に近づく につれて厶 ηが減少し、 導波路端面に おいては、 厶 ηが 0.0 0 1 2 になるよ う に した こ と。 i i i )屈折率変調 領域長は 5.4 mm であって、 この領域における Δ ηの関数型は、 光波伝 搬方向に沿っ た Δ η変化領域 1 0 3の座標を X軸 ( X - 0〜 5.4mm) 、 Δ η を Y軸と した X— Yプロ ッ 卜が、 Δ η (Χ) = 0. 0 0 9 0—  FIG. 16 is a schematic view of one embodiment of the L-shaped 1 × 4 optical switch according to the present invention. The core 122 of the optical waveguide in the optical switch substrate 121 was produced by electron beam lithography in the same manner as in Example 1f. In FIG. 16, the input / output part of the switch where the diameter of the mode field 123 changes is the Δn control area, and Δn becomes smaller toward the end face. . The other part is the Δη-constant region. The waveguide fabricated here differs from waveguide 1f in the following three points. i) The diameter of the core 122 is 4 μηι. ii) Δη of the waveguide 122-Δη of the constant region is 0.090, and in the refractive index change region, the value of μη decreases as approaching the waveguide end face, and at the waveguide end face, Is to make the value of η equal to 0.0012. iii) Refractive index modulation The length of the region is 5.4 mm, and the function type of Δη in this region is as follows: The coordinates of the Δη change region 103 along the light wave propagation direction are represented by the X axis (X-0 to 5.4 mm ), And the X—Y plot with Δ η as the Y axis is Δ η (0) = 0.0 0 9 0—
( 0.0 0 9 0 - 0. 0 0 1 8 ) X (X / 5.4mm)°- 6 で表されるよ う に し たこ と。 (0.0 0 9 0 - 0. 0 0 1 8) X (X / 5.4mm) ° - and calluses on earthenware pots by represented by 6.
光導波路の上暦クラ ッ ド上に、 レジス ト加工を用いて、 厚さ 0. 2 μπι のク ロムの電極パターン 1 2 4 を形成した。 該ク ロム電極に適当な電流 を流し、 その際に発生する熱によ ってク ロム電極下の導波路の屈折率を 変化させ、 光路のスイ ッチング動作を行う。 このよ う に して Y字型 I X 4光スィ ツチ基板を得た。 A chrome electrode pattern 124 with a thickness of 0.2 μπι was formed on the ephemeral cladding of the optical waveguide by resist processing. An appropriate current is passed through the chrome electrode, and the heat generated at that time causes the refractive index of the waveguide below the chrome electrode to be reduced. Change and perform the switching operation of the optical path. In this way, a Y-shaped IX4 optical switch substrate was obtained.
上記 Y字型光スィ ッチ基板 1 2 1 を、 光スィ ッチ基板 1 2 1 に光を導 入する導波路 1 2 5 と光スィ ッチ基板 1 2 1 からの出力を導き出す出射 側光フ ァイ ノく 1 2 6 と に接続した。 こ こで使用 した光フ ァイバは、 波長 1 . 3 β m の光がシングルモー ド導波するコア径 8 μ ιηのものである。  The above-mentioned Y-shaped optical switch substrate 121 is used as the output side light for guiding the output from the waveguide 125 that guides light to the optical switch substrate 121 and the optical switch substrate 121. Connected to fin. The optical fiber used here has a core diameter of 8 μιη, in which light with a wavelength of 1.3 βm is guided in single mode.
1 Χ 4光スィ ッチと して、 コア径 4 μ πιの高 Δ η導波路を使用する こ と によ って、 導波路の曲率半径を小さ く する ことができ、 コア径 8 μ ιη の導波路を使用する場合に比べで、 スィ ッチをコ ンパク 卜化する こ とが できる。 しかしながら、 コア径 8 mの光フ ァイバと接続する場合には、 それらのコア径の違いに起因する放射損失が発生する。 本発明の光スィ ツチにおいては、 光フ ァイバとの接続部分においてモー ド径を整合する こ とによ って、 高 Δ η導波路を利用するメ リ ッ ト を生かしたま ま、 放射 損失を低減する ことができた。  By using a high Δη waveguide with a core diameter of 4 μπι as a 1Χ4 optical switch, the radius of curvature of the waveguide can be reduced, and a core diameter of 8 μιη The switch can be made more compact than when using the above waveguide. However, when connecting to an optical fiber with a core diameter of 8 m, radiation loss occurs due to the difference in those core diameters. In the optical switch of the present invention, the radiation loss is maintained by taking advantage of the use of the high Δη waveguide by matching the mode diameter at the connection portion with the optical fiber. Could be reduced.
本発明によって、 光導波路, 光フ ァ イバなどの接続における、 それぞ れの位置決め精度を緩和する こ とができた。 ま た、 光フ ァイバや、 光導 波路の接統部における端面間のギャ ッ ブを拡大化する こ とができた。 高 機能光デバイ スにおいては、 光導波路や光フ ァイバなどの光伝送路中に、 波長選択フ ィ ルタや偏光素子のよ う な光機能素子を揷入する場合がある。 揷入する光素子の厚みの制限を緩和できた。 さ らに、 モー ドフ ィ ール ド 径を低損失で変換する こ とができるため、 レーザダイ オー ドと光フ ア イ バのよ う にモー ドフ ィ ール ド径の異なる光素子を低損失で接続する こ と ができるよ う になっ た。  According to the present invention, the positioning accuracy in connection of an optical waveguide, an optical fiber, and the like can be relaxed. In addition, the gap between the end faces of the optical fiber and the junction of the optical waveguide could be enlarged. In a high-performance optical device, an optical function element such as a wavelength selection filter or a polarization element may be introduced into an optical transmission line such as an optical waveguide or an optical fiber. The restriction on the thickness of the optical element to be introduced was relaxed. In addition, since the mode field diameter can be converted with low loss, optical elements with different mode field diameters such as laser diodes and optical fibers can be converted to low loss. You can now connect with.
(実施例 1 2 )  (Example 12)
下記化学式の構造を持っ たフ ッ素化ポリ イ ミ ドの前駆体であるポ リ ア ミ ド酸のワニスを石英基板 1 0 1 上にス ピンコー ト し、 約 3 5 0 °Cでべ ーク し、 イ ミ ド化した。 Polya, a precursor of fluorinated polyimide with the structure of the following chemical formula A varnish of midic acid was spin-coated on a quartz substrate 101, baked at about 350 ° C, and imidized.
Figure imgf000052_0001
得られた試料 1 0 2 の膜厚は、 約 2 O mであった。 試料 1 0 2 は、 電子線を照射すると、 屈折率が上昇する こ とが知られている。 したがつ て、 電子線照射部分を光導波路のコア形状にパターニングすると 、 光導 波路を描画できる。
Figure imgf000052_0001
The film thickness of the obtained sample 102 was about 2 Om. It is known that the refractive index of sample 102 increases when irradiated with an electron beam. Therefore, when the electron beam irradiated portion is patterned into the core shape of the optical waveguide, the optical waveguide can be drawn.
第 1 7 図は、 屈折率分布形成装置の模式図である。 屈折率分布形成装 置の移動ステージ 1 0 7 は、 試料支持台 1 0 6 を駆動する。 試料支持台 1 0 6 には、 石英基板 1 0 1 上に形成された試料 1 0 2 が載せて置かれ ている。 試料台 1 0 6 の移動方向は、 互いに垂直な二軸 ( X , Y ) 方向 であ り 、 電子線源 1 0 3 からの電子ビーム 1 0 4 に垂直な X Y平面上を 移動でき る。 電子線 1 0 4の電流は一定に設定し、 ステージの移動速度 を変化させ、 ポリ マへの電子線の照射量を変えた。  FIG. 17 is a schematic view of a refractive index distribution forming device. The moving stage 107 of the refractive index distribution forming device drives the sample support 106. On the sample support 106, a sample 102 formed on a quartz substrate 101 is placed. The moving direction of the sample stage 106 is two axes (X, Y) directions perpendicular to each other, and can move on the XY plane perpendicular to the electron beam 104 from the electron beam source 103. The current of the electron beam 104 was set constant, the moving speed of the stage was changed, and the irradiation amount of the electron beam to the polymer was changed.
以下に示す手順によ り 、 光導波路を描画した。 まず、 移動ステージを 一軸方向 ( X軸) にのみ駆動し、 電子線の電流を 8 n A, 電子線走査ェ リ ア (移動ステージを固定した場合の X Y平面内電子線照射エリ ア ) を 4 X 4 μ m 2 と して光導波路 1 1 3 を描画した。 試料を端面 1 0 8側か ら亀子ビーム内に導入して、 図 4 に破線で示 したポイ ン ト 1 1 0 までは 等速度でステージを駆動し、 その後ステージ移動速度を加速し、 端面 1 0 9 が電子ビームを通過する まで移動させた。 次に、 Y軸の移動ステージを用いて光導波路 1 1 3 に対して垂直方向 にステージを移動させたのち、 電子線走査エリ アを 8 X 8 μ ιη 2 と して、 今度は、 移動ステージを第 4図で右方向に移動させ、 端面 1 0 9側から 電子ビーム内に光導波路を導入し、 光導波路 1 1 4 を描画 した。 この場 合、 移動速度を一定に した。 An optical waveguide was drawn by the following procedure. First, the moving stage is driven only in one axis direction (X axis), the electron beam current is 8 nA, and the electron beam scanning area (the electron beam irradiation area in the XY plane when the moving stage is fixed) is 4 times. The optical waveguide 1 13 was drawn as X 4 μm 2 . The sample was introduced into the Kameko beam from the end face 108 side, and the stage was driven at a constant speed until the point 110 shown by the broken line in Fig. 4. 0 9 was moved until it passed the electron beam. Next, after moving the stage in the direction perpendicular to the optical waveguides 113 using the Y-axis moving stage, the electron beam scanning area is set to 8 X 8 μιη 2, and this time the moving stage Was moved rightward in FIG. 4, an optical waveguide was introduced into the electron beam from the end face 109 side, and an optical waveguide 114 was drawn. In this case, the moving speed was kept constant.
以上のプロセスをも う 一度繰り返して、 光導波路 1 1 5 , 1 1 6 を描 画し、 結果的に、 4本の光導波路を描画した。 描画した膜上に同一のポ リ イ ミ ドの前駆体であるポリ ア ミ ド酸をスピンコー ト し、 3 5 0 °Cでぺ ーク し、 イ ミ ド化した。  By repeating the above process once again, the optical waveguides 115 and 116 were drawn, and as a result, four optical waveguides were drawn. Polyamide acid, a precursor of the same polyimide, was spin-coated on the drawn film, baked at 350 ° C., and imidized.
第 1 8 図は、 端面 1 0 8 , 1 0 9 を切り 出 した後、 端面 1 0 8 から 4 本の光導波路に光を導入して観測 した光導波路のモー ドフ ィ ール ドの分 布を示す図である。 モー ドフ ィ ール ドが徐々 に拡大した光導波路 1 1 3 , 1 1 5 と、 モー ドフ ィ ール ドが一定の光導波路 I 1 4, 1 1 6 と を同一 基板上に形成できた。 産業上の利用可能性  Fig. 18 shows the distribution of the mode field of the optical waveguide observed by cutting out the end faces 108 and 109 and then introducing light into the four optical waveguides from the end face 108. FIG. The optical waveguides 113 and 115 with the mode fields gradually expanded and the optical waveguides I 14 and 116 with a constant mode field could be formed on the same substrate. Industrial applicability
レーザダイオー ド, ホ トダイ オー ド, 光導波路, 光フ ァ イバ等を光結 合系にレンズを用いないで正確な光軸合せが達成できるこ とから低価格 で光モジュールを提供できる。 ま た、 家庭光通信網の他ギカ ビッ ト級の 高速光通信網に利用分野がある。  An accurate optical axis alignment can be achieved without using a lens in the optical coupling system for laser diodes, photo diodes, optical waveguides, optical fibers, etc., so that an optical module can be provided at low cost. There are also applications in gigabit-class high-speed optical communication networks in addition to home optical communication networks.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 入出力端でモ一 ドフ ィ ール ド径が拡大しま たは縮小する光導波路に おいて、 前記光導波路が高分子からな り 、 光波伝搬方向に垂直な光導波 路断面におけるコアの大き さが前記光導波路の場所によ らず一定であつ て、 コアとクラ ッ ドの屈折率差が光波伝搬方向に沿って変化する こと を 特徴とする光導波路。  1. In an optical waveguide whose mode field diameter increases or decreases at the input / output end, the optical waveguide is made of a polymer, and the core of the core in the optical waveguide cross-section perpendicular to the light wave propagation direction. An optical waveguide, wherein the size is constant irrespective of the position of the optical waveguide, and the difference in refractive index between the core and the clad changes along the light wave propagation direction.
2 . 入出力端でモー ドフ ィ ール ド径が拡大し ま たは縮小する光導波路に おいて、  2. In an optical waveguide where the mode field diameter increases or decreases at the input / output end,
前記光導波路が高分子からなり 、  The optical waveguide is made of a polymer,
光波伝搬方向に垂直な光導波路断面におけるコアの大き さが前記光導 波路の場所によ らず一定であって、  The size of the core in the cross section of the optical waveguide perpendicular to the light wave propagation direction is constant regardless of the location of the optical waveguide,
ク ラ ッ ドの屈折率が一定であり 、  The refractive index of the cladding is constant,
前記コアの屈折率が光波伝搬方向に沿って変化する  The refractive index of the core changes along the light wave propagation direction
こ と を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized by this.
3 . 請求項 1 ま たは請求項 2 に記載の光導波路において、  3. In the optical waveguide according to claim 1 or claim 2,
前記コア力 前記高分子に混入するとコアの屈折率を上昇させる色素 を分散ま たは結合した高分子からな り 、  The core force is composed of a polymer in which a pigment that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or bonded,
前記コアの前記色素含有量が光波伝搬方向に沿って変化する こ と を特徴とする光導波路。  An optical waveguide, wherein the dye content of the core changes along a light wave propagation direction.
4 . 請求項 3 に記載の光導波路を製造する方法において、  4. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 3,
前記コアへの光の照射量を制御し、 前記コアの光波伝搬方向について の屈折率分布を形成する  Controlling the amount of light irradiation on the core to form a refractive index distribution in the light wave propagation direction of the core;
こと を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
5 . 入出力端でモー ドフ ィ ール ド径が拡大しま たは縮小する光導波路に おいて、 前記光導波路がフ ッ素化ポ リ マからな リ 、 5. In an optical waveguide where the mode field diameter increases or decreases at the input / output end, The optical waveguide is made of a fluorinated polymer,
前記光導波路の光波伝搬部分のフ ッ素含有量が光波伝搬方向に沿って 変化する  The fluorine content of the light wave propagation portion of the optical waveguide changes along the light wave propagation direction
こ と を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized by this.
6 . 請求項 5 に記載の光導波路において、 光波伝搬方向に垂直な光導波 路断面におけるコアの大き さが前記光導波路の場所によ らず一定である こ と を特徴とする光導波路。  6. The optical waveguide according to claim 5, wherein a size of a core in a cross section of the optical waveguide perpendicular to a light wave propagation direction is constant irrespective of a position of the optical waveguide.
7 . 請求項 5 ま たは請求項 6 に記載の光導波路において、  7. The optical waveguide according to claim 5 or claim 6, wherein
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前記フ ッ素化ポリ マが、 上記化学式で表記されるポリ イ ミ ドと、 前記 ポリ マに一 C„ F 2 m t , ( m = 1 ~ 5 ) を置換基と して導入したポ リ イ ミ ド とからなる こ と を特徴とする光導波路。 The fluorinated polymer is a polymer obtained by introducing a polymer represented by the above chemical formula into the polymer by substituting 1 C „F 2 mt (m = 1 to 5) into the polymer. An optical waveguide, comprising:
8 . 請求項 5 ま たは請求項 6 ま たは請求項 7 に記載の光導波路を製造す る方法において、  8. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 5, claim 6, or claim 7, wherein:
電子照射によ リ前記フ ッ素化ポリ マの屈折率を上昇させ、  The electron irradiation increases the refractive index of the fluorinated polymer,
照射電子量を光波伝搬方向に変化する ことによ って、  By changing the amount of irradiated electrons in the light wave propagation direction,
電子線照射部分の屈折率が光波伝搬方向に変化する  The refractive index of the electron beam irradiated part changes in the light wave propagation direction
こと を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
9 . 請求項 8 に記載の光導波路を製造する方法において、 照射電子線の エネルギーおよび電子線照射幅が光導波路の光波伝搬方向について一定 である こ と を特徴とする光導波路の製造方法。 9. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the energy of the irradiated electron beam and the irradiation width of the electron beam are constant in the light wave propagation direction of the optical waveguide.
1 0. 請求項 8 ま たは請求項 9 に記載の光導波路を製造する方法におい て、 ポリ イ ミ ド薄膜の表面に比べて膜の内部における電子線の照射密度 が高まる よ う に電子線を照射し、  10. In the method for manufacturing an optical waveguide according to claim 8 or claim 9, the electron beam is irradiated such that the irradiation density of the electron beam inside the film is higher than that on the surface of the polyimide thin film. Irradiate,
ポ リ イ ミ ド膜内部で光を導波させる  Guides light inside the polyimide film
こ と を特徴とする光導波路の製造方法。 A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
1 1 . 請求項 1 , 2 , 3 , 5, 6 , 7 いずれか一項に記載の光導波路に おいて、  11 1. The optical waveguide according to any one of claims 1, 2, 3, 5, 6, and 7,
光導波路断面における屈折率分布の等高線が凸曲線のみからなる こ と を特徴とする光導波路。  An optical waveguide characterized in that the contours of the refractive index distribution in the cross section of the optical waveguide consist only of convex curves.
1 2. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとク ラ ッ ドの屈折率差 Δ η が Δ η ΐ から Δ η 2 ( Δ η 1 >Α η 2 ) に変化する厶 η変化領域を有す る こ とによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コ アの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 2. Along the light wave propagation direction, the ηη change region where the refractive index difference Δη between the waveguide core and the clad changes from Δηΐ to Δη2 (Δη1> ηη2) The purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region by having it, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In an optical waveguide for guided wave,
光波伝搬方向に沿った厶 η変化領域の座標を X軸, Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ 卜が、 下に凸になる こと を特徴とする光導波路。  An optical waveguide characterized in that an X-Υ plot, in which the coordinate of the mu η change region along the light wave propagation direction is the X-axis and Δ η is the Υ-axis, is convex downward.
1 3 . 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアと ク ラ ッ ドの屈折率差厶 η が厶 n l から Δ η 2 ( Δ η 1 〉 Δ η 2 ) に変化する Δ η変化領域を有す る こ とによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  13. Along the light wave propagation direction, there is a Δη change region where the refractive index difference μη between the waveguide core and the cladding changes from μ nl to Δη2 (Δη1> Δη2). In this way, the purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In an optical waveguide for waves,
Δ ηが Δ η 1 の領域における ビーム径 ( ビーム中心の最大電界強度を 1 と した場合に、 電界強度が e— 2になる ビーム半径の 2倍) を d! , 厶 nが Δ η 2の領域における ビーム径を d 2 , ビーム拡大率 d z/ d, を κ と定義し、 該導波路 2本を Δ η = Δ η 2である端面同士を接統した場 合の結合効率を 7? と定義したと きに、 結合効率と ビーム拡大率が The beam diameter in the region where Δη is Δη1 When the value is 1, the electric field strength becomes e- 2 , twice the beam radius). In the region where n is Δη 2, the beam diameter is defined as d 2 , and the beam expansion ratio dz / d, as κ, and the two waveguides are connected by the end faces where Δ η = Δ η 2. When the coupling efficiency is defined as 7 ?, the coupling efficiency and the beam expansion rate are
/? >一 0. 0 5 X ( K - 1 ) + 1 および / c > 1. 2  /?> One 0.05 X (K-1) + 1 and / c> 1.2
を満たすこ と を特徴とする光導波路。 An optical waveguide characterized by satisfying the following.
1 4. 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 Δ η が Δ η ΐ から Δ η 2 ( Δ η 1 > Δ η 2 ) に変化する Δ η変化領域を有す る こ とによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  1 4. There is a Δη change region where the refractive index difference Δη between the waveguide core and the cladding changes from Δηΐ to Δη2 (Δη1> Δη2) along the light wave propagation direction. In this way, the purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In an optical waveguide for waves,
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸(X = 0〜 L) , Δ n を Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 厶 η (Χ) = Δ η 1 — (A n 1 一 Δ η 2 ) X (X/ L)°- ! で表される曲線と厶 n (X) =厶 n 1 - (Δ n 1 - Δ n 2 ) x (X/ L)°- 75 で表される曲線とで囲まれる領域にある こと を特徴と する光導波路。 The X-Y plot with the X-axis (X = 0 to L) as the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction and the Y-axis as Δn is given by η η (Χ) = Δ η 1 — (A n 1 one Δ η 2) X (X / L) °- ! and n (X) = m n 1-(Δ n 1-Δ n 2) x (X / L) ° -75 An optical waveguide characterized by being in a region surrounded by a curve represented by:
1 5 . 光波伝搬方向に沿って、 導波路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 Δ η が Δ η ΐ から Δ η 2 ( Δ η 1 〉Δ η 2 ) に変化する Δ η変化領域を有す る こ とによ って Δ η変化領域における伝搬光のモー ド径を変化させる こ と を 目的と し、 かつ、 コアの断面形状は光波伝搬方向に沿って変化 しな いシングルモー ド導波用の光導波路において、  15. There is a Δη change region where the refractive index difference Δη between the waveguide core and the cladding changes from Δηΐ to Δη2 (Δη1> Δη2) along the light wave propagation direction. In this way, the purpose is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. In an optical waveguide for waves,
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸(X = 0〜 L) , Δ n を Y軸と した X— Yプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ n 1 - Δ η 2 ) X (X / L ) ω ( 0. 1 < ω< 0. 7 5 ) で表される曲線である こと を特徴 とする光導波路。 The X-Y plot with the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction as the X axis (X = 0 to L) and Δn as the Y axis is Δη (Χ) = Δη1-(Δ n 1 −Δη 2) An optical waveguide characterized by a curve represented by X (X / L) ω (0.1 <ω <0.75).
1 6. 請求項 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5のいずれかに記載の光導波路にお いて、 前記光導波路が高分子からなる こと を特徴とする光導波路。 16. The optical waveguide according to any one of claims 12, 13, 14, and 15, wherein the optical waveguide is made of a polymer.
1 7 . 請求項 1 6 に記載の光導波路において、 前記光導波路のコアが、 前記高分子に混入するとコアの屈折率を上昇させる色素を分散ま たは結 合した高分子からな り 、 前記コアの前記色素含有量が光波伝搬方向に沿 つて変化する こと を特徴とする光導波路。  17. The optical waveguide according to claim 16, wherein the core of the optical waveguide is composed of a polymer in which a dye that increases the refractive index of the core when mixed with the polymer is dispersed or combined. An optical waveguide, wherein the dye content of the core changes along the light wave propagation direction.
1 8. 請求項 1 7 に記載の光導波路を製造する方法において、  1 8. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 17,
前記コアへの光の照射量を制御し、 前記コアの光波伝搬方向について の屈折率分布を形成する こ と を特徴とする光導波路の製造方法。  A method of manufacturing an optical waveguide, comprising: controlling a light irradiation amount on the core to form a refractive index distribution in a light wave propagation direction of the core.
1 9 . 請求項 1 8に記載の光導波路において、 導波路がフ ッ素化ポリ マ からな り 、 導波路の光波伝搬部分のフ ッ素含有量が光の伝搬方向に沿つ て変化する こ とによ リ Δ ηが変化する こ とを特徴とする光導波路。  19. The optical waveguide according to claim 18, wherein the waveguide is made of a fluorinated polymer, and the fluorine content of the light wave propagating portion of the waveguide changes along the light propagation direction. An optical waveguide characterized in that Δη changes.
2 0. 請求項 1 9 に記載の光導波路において、  20. The optical waveguide according to claim 19,
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前記フ ッ素化ポリ マが上記化学式 ( Ο^χ^ 1 ) で表記されるポリ イ ミ ドと、 前記ポリ マに一 CraF 2m+ 1(m= l ~ 5 ) を置換基と して導入し たポリ イ ミ ドとからなる こと を特徴とする光導波路。 The fluorinated polymer is represented by the above-mentioned chemical formula (Ο ^ χ ^ 1), and the polymer is obtained by substituting 1 CraF 2m + 1 (m = l to 5) for the polymer. An optical waveguide, comprising an introduced polyimide.
2 1 . 請求項 2 0に記截の光導波路において、 電子線照射によってフ ッ素化ポリ マの屈折率を上昇させ、 照射電子量 を光波伝搬方向に沿って変化する こと によ って電子線照射部分の屈折率 が光波伝搬方向に変化する こ と を特徴とする光導波路の製造方法。 2 1. In the optical waveguide according to claim 20, Increasing the refractive index of the fluorinated polymer by electron beam irradiation and changing the amount of irradiated electrons along the light wave propagation direction causes the refractive index of the electron beam irradiated portion to change in the light wave propagation direction. The manufacturing method of the optical waveguide characterized by the above-mentioned.
2 2 . 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 厶 nが Δ η 1 から Δ η 2 (Δ η 1 >Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ アイバにおいて、 22. Along the light wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference n between the core and the cladding of the optical transmission path changes from Δη 1 to Δη 2 (Δη 1> Δη 2) Optical waveguide or optical fiber
光波伝搬方向に沿った Δ η変化領域の座標を X軸, Δ η を Υ軸と した Χ— Υプロ ッ 卜が、 下に凸になる こ と を特徴とする光導波路ま たは光フ アイバ。  An optical waveguide or an optical fiber characterized in that a Χ-Υ plot in which the coordinate of the Δη change region along the light wave propagation direction is the X-axis and Δη is the Υ-axis is convex downward. .
2 3 . 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアと クラ ッ ドの屈折率差 厶 ηが Δ η 1 から厶 η 2 (Δ η 1 > Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ アイバにおいて、  23. Along the optical wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference μη between the core and the cladding of the optical transmission path changes from Δη1 to μη2 (Δη1> Δη2) Optical waveguide or optical fiber
光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸(X = 0〜 L) , Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 - ( Δ η 1 —厶 η 2) x (X/ L)°- 1 で表される曲線と 厶 n (X) =厶 n 1 —(厶 n 1 — A n 2 ) X (XZ L) 75で表される曲線とで囲まれる領域にある こ とを特徴とす る光導波路ま たは光フ ァイバ。 The X—Υ plot with the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction as the X axis (X = 0 to L) and Δη as the Υ axis is Δη (Χ) = Δη1-(Δ η 1 — um η 2) x (X / L) ° -1 and um n (X) = um n 1 — (um n 1 — A n 2) X (XZ L) 75 An optical waveguide or an optical fiber characterized by being in a region surrounded by a curved line.
2 4. 光波伝搬方向に沿って、 光伝走路のコアとクラ ッ ドの屈折率差 Δ ηが Δ η 1 から Δ η 2 ( Δ η 1 〉Δ η 2 )に変化する Δ η変化領域を有 する光導波路ま たは光フ アイバにおいて、  2 4. Along the optical wave propagation direction, the Δη change region where the refractive index difference Δη between the core and the cladding of the optical path changes from Δη1 to Δη2 (Δη1> Δη2) Optical waveguide or optical fiber
光波伝搬方向に沿っ た Δ η変化領域の座標を X軸(Χ = 0〜し), Δ η を Υ軸と した X— Υプロ ッ トが、 Δ η (Χ) = Δ η 1 - (Δ n 1 - Δ η 2 ) x (XZ L)" ( 0. 1 < ωく 0. 7 5)で表される曲線である こと を特徴と する光導波路ま たは光フ ァイバ。  The X—Υ plot with the X-axis (Χ = 0) as the coordinates of the Δη change area along the light wave propagation direction and the Δ-axis as the Υ-axis is given by Δη (Χ) = Δη1-(Δ n 1-Δ η 2) x (XZ L) "(0.1 <ω, 0.75). An optical waveguide or an optical fiber characterized by the characteristic curve.
2 5. 入出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮小する光導波路を 含む光フ ァイバア レイ において、 請求項 1 〜 3 , 5 ~ 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載された光導波路ま たは光 フ ァイバを含むことを特徴とする光フ ァイバアレイ。 2 5. The optical waveguide whose mode field diameter at the input and output ends expands or contracts An optical fiber array according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24, wherein the optical fiber array includes an optical fiber array. An optical fiber array comprising a fiber.
2 6 . 入出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮小する光導波路を 含む光フ ァイノくア レイ において、  26. In an optical fiber array including an optical waveguide whose mode field diameter at the input and output ends expands or contracts,
モー ドフ ィ ール ド径が変化しない光導波路と、 請求項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 - 1 7 , 1 9 , 2 0 , 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載された光導 波路ま たは光フ アイバとが隣接して配置される  An optical waveguide whose mode field diameter does not change, and an optical waveguide according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24 Optical waveguide or optical fiber is placed adjacent to
こ と を特徴とする光フ ァイバアレイ 。 An optical fiber array characterized by this.
2 7 . 請求項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9, 2 0, 2 2〜 2 4の いずれか一項に記載され入出力端のモー ドフ ィ ール ド径が拡大ま たは縮 小する光導波路を含む光入出力装置。  27. The mode field diameter at the input / output end described in any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, and 22 to 24. An optical input / output device that includes an optical waveguide that expands or contracts.
2 8 . 光導波路と、 該導波路のコア径よ り も大きなコ ア径を有する光導 波路あるいは光フ ァイバの接続形態において、  28. In the connection form of an optical waveguide and an optical waveguide or an optical fiber having a core diameter larger than the core diameter of the waveguide,
コア径の小さ な側の光導波路が請求項 1 ~ 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9, 2 0, 2 2 ~ 2 4のいずれか一項に記載された Δ η制御導波路で ある こ と を特徴とする接統形態。  The optical waveguide having a smaller core diameter is a Δη control waveguide according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, and 22 to 24. A connection form characterized by a wave path.
2 9 . Υ字型ポ リ マ導波路と、 導波路を局所的に加熱する加熱手段を含 み、 ポ リ マの局所的温度変化によ り 、 導波路の光路を切り替える光路切 リ替えスィ ツチ基板と、 該光路切り替えスィ ツチ基板への入力光の導入、 あるいは、 該光路切り替えスィ ツチ基板からの出力光の導出のための光 フ ァイ バあるいは光導波路を含む光路切り替えデバイ スにおいて、 請求項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいず れか一項に記載された Δ η制御導波路を含むこと を特徴とする光路切り 替えデバイ ス。 29. Includes a rectangular polymer waveguide and a heating means for locally heating the waveguide, and switches the optical path of the waveguide by changing the temperature of the polymer locally. In a switch substrate and an optical path switching device including an optical fiber or an optical waveguide for introducing input light into the optical path switching switch substrate or deriving output light from the optical path switching switch substrate, It includes a Δη control waveguide according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24. Optical path switching device.
3 0 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ ァイバを含み、 発信側光導波路ま たは光フ ァイバ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイバを一つだけ選択し、 選択した導波路ま たは光フ ァイバと発信側導波路ま たは光フ ァイバと を 接続する ことによってする こ と によ って、 特定の受信側光導波路ま たは 光フ ァ イバから別の受信側光導波路ま たは光フ ァイバに光信号の光路を 切り替える光スィ ツチにおいて、 30.—Includes one or more outgoing optical waveguides or optical fibers and two or more receiving optical waveguides or optical fibers, with the outgoing end of the outgoing optical waveguide or optical fiber. This is done by selecting only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected and connecting the selected waveguide or optical fiber to the transmitting waveguide or optical fiber. Therefore, in an optical switch for switching the optical path of an optical signal from a specific receiving optical waveguide or optical fiber to another receiving optical waveguide or optical fiber,
請求項 1 〜 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいず れか一項に記載の光導波路ま たは光フ ァ イバを含むこ と を特徴とする光 路切り替えスィ ツチ。  An optical waveguide or an optical fiber according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24. An optical path switching switch characterized by the following.
3 1 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ アイバを含み、 発信側光導波路ま たは光フ ァィバ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイバを一つだけ選択し、 選択した導波路ま たは光フ ァイバと発信側導波路ま たは光フ ァイバと を 接統することによって、 特定の受信側光導波路または光フ ァイバから別 の受信側光導波路ま たは光フ ァイバに光信号の光路を切 り替える光スィ ッチにおいて、  3 1 .—Includes one or more outgoing optical waveguides or optical fibers and two or more receiving optical waveguides or fibers, with the outgoing end of the outgoing optical waveguide or optical fiber. By selecting only one receiving optical waveguide or optical fiber to be connected, and connecting the selected waveguide or optical fiber to the transmitting waveguide or optical fiber, a specific In an optical switch for switching the optical path of an optical signal from a receiving optical waveguide or fiber to another receiving optical waveguide or fiber,
請求項 1 2〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載の 光導波路ま たは光フ ァイバを 2つ以上含み、 2つの光導波路ま たは光フ アイバの Δ ηが Δ η 2である端面を突き合わせるこ と によ リ光導波路ま たは光フ ァイバの接続を行う ことを特徴とする光路切り替えスィ ッチ。  An optical waveguide or optical fiber comprising two or more optical waveguides or optical fibers according to any one of claims 12 to 17, 19, 20 and 22 to 24. An optical path switching switch for connecting an optical waveguide or an optical fiber by abutting end faces having Δη of Δiva of Δiva 2.
3 2 . —つ以上の発信側光導波路ま たは光フ ァイバと、 二つ以上の受信 側光導波路ま たは光フ アイパを含み、 発信側光導波路ま たは光フ アイバ の出射端と接続する受信側光導波路ま たは光フ ァイバを一つだけ選択 し、 選択した導波路ま たは光フ ァイバと発信側導波路ま たは光フ ァ イバと を 接続する ことによ って、 特定の受信側光導波路ま たは光フ ァイバから別 の受信側光導波路ま たは光フ ァイバに光信号の光路を切 り替える光スィ ッチにおいて、 3 2 .—Includes one or more outgoing optical waveguides or optical fibers and two or more receive optical waveguides or optical fibers, with the outgoing end of the outgoing optical waveguide or optical fiber. Select only one receiving optical waveguide or optical fiber to connect, and connect the selected waveguide or optical fiber to the transmitting optical waveguide or optical fiber. By connecting, in an optical switch that switches the optical path of an optical signal from a specific receiving optical waveguide or optical fiber to another receiving optical waveguide or optical fiber,
シリ コ ン基板上に形成された複数の互いに平行で、 かつ連結部材によ リ連結された片持ち梁と、 少な く とも一つの片持ち梁の上に形成した光 導波路と、 該光導波路に対向 して固定された複数の光導波路と、 前記片 持ち梁を変形させるスィ ッチ駆動手段と を有し、 かつ、 前記片持ち梁の 上に形成した光導波路および前記固定光導波路の両方が請求項 1 ~ 3, 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4のいずれか一項に記載の 光導波路である こと を特徴とする光スィ ツチ。  A plurality of cantilever beams formed on a silicon substrate and connected to each other by a connecting member, an optical waveguide formed on at least one cantilever, and the optical waveguide A plurality of optical waveguides fixed to face each other, and switch driving means for deforming the cantilever, and both the optical waveguide formed on the cantilever and the fixed optical waveguide An optical switch according to any one of claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20 and 22 to 24.
3 3. レーザダイオー ドと、 該レーザ発振波長光がフ ァイバ中において シングルモー ド導波する光導波路と光フ ァイバと を含む光入出力装置に おいて、  3 3. In an optical input / output device including a laser diode, an optical waveguide in which the laser oscillation wavelength light is guided in a single mode in a fiber, and an optical fiber,
該光導波路が請求項 1 2〜 1 7 , 1 9 , 2 0のいずれか一項に記載の 光導波路であって、 ま た、 該光フ ァ イ バが請求項 2 2〜 2 4のいずれか —項に記載の光フ ァ イバであ り 、 光導波路と光フ ァイバの Δ ηが Δ η 2 である端面を突き合わせる こ と によ り光導波路と光フ アイ バの接続を行 う こと を特徴とする入出力装置。  The optical waveguide is the optical waveguide according to any one of claims 12 to 17, 19, and 20, and the optical fiber is the optical waveguide according to any one of claims 22 to 24. The optical fiber described in the above section, wherein the optical waveguide is connected to the optical fiber by abutting the end faces of the optical fiber and the optical fiber where Δη is Δη2. An input / output device characterized in that:
3 4. 波長選択フ ィ ルタゃ備光素子等の光素子が光導波路ま たは光フ ァ ィバ間に挿入された光素子付き光導波路ま たは光フ ァイ バにおいて、 該光素子をはさ む光導波路ま たは光フ ァイ バの光素子側の端面を含む 頷域が、 請求項 1 ~ 3 , 5〜 7 , 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4 のいずれか一項に記載の光導波路ま たは光フ ァ イバである こ と を特徴と する光素子付き光導波路ま たは光フ ァ イバ。  3 4. Wavelength selection filter: In an optical waveguide with an optical element or an optical fiber in which an optical element such as an optical element is inserted between the optical fiber or the optical fiber, the optical element Claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 19, 20, 22 include the nod region including the end face on the optical element side of the optical waveguide or the optical fiber sandwiching the optical waveguide. 25. An optical waveguide or an optical fiber with an optical element, characterized by being the optical waveguide or the optical fiber according to any one of items 24 to 24.
3 5. レーザダイ オー ドと、 該レ一ザ発振波長光がフ ァイバ中において シングルモー ド導波する光導波路と光フ ア イバと を含む光入出力装置に おいて、 請求項 1 ~ 3 , 5〜 7, 1 1 〜 1 7 , 1 9 , 2 0, 2 2〜 2 4 に記載の光導波路ま たは光フ ァイバを含むこ と を特徴とする光入出力装 置。 3 5. The laser diode and the laser oscillation wavelength light Claims 1 to 3, 5 to 7, 11 to 17, 19, 20, 20, 22 to 2 in an optical input / output device including an optical waveguide and an optical fiber that perform single-mode waveguide. An optical input / output device comprising the optical waveguide or the optical fiber according to 4.
3 6 . レーザダイ オー ドと、 該レ一ザ発振波長光がフ ァイバ中において シングルモ一 ド導波し、 該モー ドのモー ド径がレーザダイ ォー ドの出射 端における レーザ光のモー ド径と異なる光フ ァイバと を含む光入出力装 置において、  36. The laser diode and the laser oscillation wavelength light are guided in a single mode in the fiber, and the mode diameter of the mode is the same as the mode diameter of the laser light at the emission end of the laser diode. In an optical input / output device that includes different optical fibers,
レーザダイ オー ドと光フ ァイバの間に、 光波伝搬方向に沿って導波路 のコアとクラ ッ ドの屈折率差厶 nが Δ η 1 から厶 η 2 (Δ η 1 > Δ η 2 ) に変化する Δ η変化領域を有する こ とによって Δ η変化領域における伝 搬光のモー ド径を変化させる こと を目的と し、 かつ、 コアの断面形状は 光波伝搬方向に沿って変化しないシングルモー ド導波用の光導波路が存 在 し、 レーザダイオー ドと光導波路の結合効率が 9 0 %以上になるよ う に、 光導波路のレーザダイオー ド側端面における導波路のモー ド径がレ —ザダイオー ドのモー ド径と一致し、 かつ、 光導波路と光フ ァイバの結 合効率が 9 0 %以上になるよ う に、 光導波路の光フ ァイバ側端面におけ るモー ド径が、 光フ アイ バのモー ド径と一致する こ と を特徴とする光入 出力装置。  Between the laser diode and the optical fiber, the refractive index difference n between the waveguide core and the cladding changes along the lightwave propagation direction from Δη1 to μη2 (Δη1> Δη2). The purpose of the present invention is to change the mode diameter of the propagating light in the Δη change region by having a Δη change region, and the cross-sectional shape of the core does not change along the light wave propagation direction. There is an optical waveguide for waves, and the mode diameter of the waveguide at the laser diode side end face is laser diode so that the coupling efficiency between the laser diode and the optical waveguide is 90% or more. The mode diameter at the optical fiber side end face of the optical waveguide is adjusted so that the mode diameter matches the optical fiber and the coupling efficiency between the optical waveguide and the optical fiber is 90% or more. Light input / output characterized by matching the mode diameter of the bar Apparatus.
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