WO2024105828A1 - 平面光波回路 - Google Patents

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WO2024105828A1
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cladding
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lightwave circuit
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隼志 阪本
俊和 橋本
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind

Definitions

  • This disclosure relates to planar lightwave circuits.
  • a quartz-based planar lightwave circuit which has been developed in the field of optical communications, is an embedded type waveguide with a core embedded inside the cladding, and is manufactured using glass deposition technology and semiconductor microfabrication technology (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • PLCs have the advantage that they can achieve functions such as branching of light, multiplexing/demultiplexing of wavelengths, and switching of optical paths on a single chip depending on the shape of the core, and therefore are being put into practical use as optical circuits for optical communications devices.
  • PLCs have begun to handle not only the infrared light used in optical communications, but also light in the visible wavelength range, such as RGB couplers (see Patent Document 1, for example) that combine light with wavelengths corresponding to the three primary colors (red, green, and blue in the visible wavelength range), and optical combining circuits used for atomic cooling in optical lattice clocks.
  • RGB couplers see Patent Document 1, for example
  • the input end of a PLC is increasingly being optically coupled directly to a laser diode (hereinafter referred to as LD), in addition to structures in which an optical fiber, as is often used in optical communications, is optically coupled.
  • LD laser diode
  • FIG. 1 is a top view showing a schematic structure of an optical device 100 in which LDs 120a-c are directly optically coupled to a PLC 110.
  • the optical device 100 is shown as an RGB coupler.
  • the optical device 100 has a structure in which an LD 120a that emits light having a wavelength of 640 nm (corresponding to red), an LD 120b that emits light having a wavelength of 520 nm (corresponding to green), and an LD 120c that emits light having a wavelength of 450 nm (corresponding to blue) are directly optically coupled to each of the cores 111a-c installed on the input end side of the PLC 110.
  • the light having each wavelength input from each of the LDs 120a-c to the PLC 110 is branched off in each of the splitters 112a-c installed in the PLC 100.
  • One of the split lights is input to multiplexer 113, and the signal light obtained by multiplexing the light of each wavelength is guided through core 114 and directly emitted outside PLC 110. Meanwhile, the other split light having each wavelength is guided through each of cores 115a-c and directly emitted outside PLC 100 as monitor light.
  • the optical device 100 having such a configuration, at the coupling portion between the cores 111a-c and the LDs 120a-c, uncoupled light generated due to mismatches in the mode field diameters, etc., can become stray light wandering within the cladding, and this stray light can become a crosstalk component and degrade the signal light.
  • This type of problem can also occur in PLC devices coupled with optical fibers, but in optical devices such as the optical device 100, which directly optically couples the LD to the PLC and uses the direct emission from the PLC, the problem is more serious because there is no optical fiber that acts as a spatial filter.
  • stray light-shielding groove is formed in the cladding of a PLC, and reflection at the interface between glass and air is used to suppress the incidence of stray light near the output end.
  • light-shielding grooves are primarily intended to change the direction of travel of stray light, and do not suppress stray light itself.
  • stray light emitted outside the cladding may be reflected by the inner walls of the packaging case and enter the vicinity of the output end, causing degradation of the signal light.
  • some stray light may be scattered in unexpected directions.
  • a technique in which a light-shielding material is filled into a light-shielding groove formed in the cladding, and the light incident on the light-shielding material is absorbed (see, for example, Patent Document 2).
  • the light-shielding material can be, for example, a silicone resin mixed with carbon black (nano- to sub-nano-sized carbon particles).
  • this technique uses a light-shielding material to absorb stray light, so that it is possible to efficiently prevent stray light from entering the vicinity of the output end due to reflection or scattering.
  • the electrical resistivity of the Si substrate is set to 0.1 ⁇ cm or less, and the substrate side absorbs stray light.
  • light in the visible wavelength range, such as that of the optical device 100 is hardly absorbed, so most of the stray light components are radiated to the outside and may enter the vicinity of the output end due to reflection on the inner walls of the housing used for packaging.
  • optical devices using PLCs particularly RGB couplers such as optical device 100, have the problem that no method has been established to efficiently suppress degradation of signal light due to stray light.
  • JP 2006-178395 A International Publication No. 2011/065014 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-248954 JP 2002-350610 A
  • This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a planar lightwave circuit that can suppress degradation of signal light due to stray light.
  • the present disclosure provides a planar lightwave circuit that includes a substrate, a cladding formed on the substrate and having a thickness of 25 ⁇ m or less, one or more cores embedded in the cladding, and a first absorption layer formed on the cladding, which is an absorption-type ND filter.
  • FIG. 1 is a top view showing a schematic structure of an optical device 100 in which LDs 120a-c are directly optically connected to a PLC 110.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a PLC 200 according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a table showing the relationship between the thickness of the cladding 202 and the attenuation rate of light propagating within the cladding 202.
  • 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a PLC 400 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • 4 is a top view illustrating positions where a light-shielding groove 401 and an absorption layer 402 are formed in a PLC 400 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a PLC 600 according to a third embodiment of the present disclosure.
  • 6 is a top view illustrating a position where a scatterer 601 is formed in a PLC 600 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a PLC 800 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the PLC disclosed herein includes an absorption layer formed on the cladding that constitutes the waveguide. This absorption layer absorbs stray light, making it possible to suppress degradation of the signal light caused by the stray light.
  • the absorption layer is an absorption-type neutral density (hereinafter referred to as ND) filter.
  • ND absorption-type neutral density
  • an absorption-type ND filter has a structure in which absorption layers and dielectric layers are alternately stacked, and exhibits a high absorption rate for light incident perpendicular to the stacking direction (see, for example, Patent Document 4).
  • the PLC disclosed herein is configured to efficiently absorb light that is incident obliquely to the incident surface of the absorption layer. This is because stray light generated in the PLC frequently enters the absorption layer at an angle to the incident surface.
  • the PLC according to the present disclosure may further include a light-shielding groove formed in the absorption layer and the cladding.
  • the absorption layer is formed at least partially on the inner surface of this light-shielding groove.
  • a PLC having such a configuration increases the effective area of the absorption layer, making it possible to absorb stray light more efficiently.
  • it is possible to prevent stray light from being emitted from the light-shielding groove to the outside of the cladding it is also possible to prevent the emitted stray light from being incident near the emission end due to reflection on the inner wall of the housing used for packaging, etc.
  • the PLC according to the present disclosure may include additional components to efficiently direct stray light wandering within the cladding into the absorbing layer and absorb it.
  • Such components may be scatterers formed within the cladding or minute pits (holes) formed in the cladding and the absorbing layer.
  • First Embodiment 2 is a cross-sectional view that illustrates a schematic structure of a PLC 200 according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the PLC 200 according to this embodiment includes a substrate 201, a clad 202 formed on the substrate, a core 203 embedded in the clad 202, and an absorbing layer 204 formed on the clad 202.
  • the absorbing layer 204 is an absorbing ND filter, and may be a multilayer film in which, for example, an absorbing layer to which Si and Nb are applied and a dielectric layer to which SiO 2 and Nb 2 O 5 are applied are alternately laminated.
  • a sputtering method may be applied to the method of forming the absorbing layer 204.
  • the thickness of the cladding 202 is controlled to 25 ⁇ m or less. This is intended to efficiently absorb the obliquely incident stray light mentioned above.
  • Figure 3 is a table showing the relationship between the thickness of the clad 202 and the attenuation rate of light propagating within the clad 202.
  • the attenuation rates in Figure 3 are the attenuation rates of each light having the wavelengths of the three primary colors (640 nm, 520 nm, and 450 nm) obtained by the cutback method for the PLC 200 on which the absorption layer 204 is formed. Also, as an example, a comparison result of the attenuation rate when the clad 202 thickness is 12 ⁇ m and 25 ⁇ m is shown here.
  • the attenuation rates of each light having the wavelengths of the three primary colors are high, at -7.82, -6.45, and -3.26 dB/mm, respectively.
  • this attenuation rate decreases, and when the clad 202 thickness is 25 ⁇ m, it is -0.39, -0.42, and -0.49 dB/mm.
  • the thickness of the cladding 202 were to be any thicker, it would be difficult to expect effective absorption by the absorbing layer 204, so the thickness of the cladding 202 in this embodiment is controlled to 25 ⁇ m or less.
  • stray light generated due to uncoupled light at the input end, etc. is efficiently absorbed by the absorption layer 204. This makes it possible to suppress degradation of the signal light due to stray light.
  • Second Embodiment Fig. 4 is a cross-sectional view that shows a schematic structure of a PLC 400 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the PLC 400 according to this embodiment further includes, in addition to the configuration of the PLC 200 shown in Fig. 2, a light-shielding groove 401 formed in the cladding 202 and the absorbing layer 204, and an absorbing layer 402 formed at least partially on the inner side surface of the light-shielding groove 401.
  • the light-shielding groove 401 is formed at a position that does not affect the signal light guided through the core 203.
  • the absorbing layer 402 is formed at least partially on the inner side surface of the light-shielding groove 401.
  • the positions at which the light-shielding groove 401 and the absorption layer 402 are formed are determined according to the relative refractive index difference between the cladding 202 and the core 203, the width and thickness of the core 203, and the wavelength of the guided light. For example, if the relative refractive index difference between the cladding 202 and the core 203 is 1%, the width and thickness of the core 203 are 2 ⁇ m and 2 ⁇ m, respectively, and the wavelength of the guided light is 640 nm, then the positions at which the light-shielding groove 401 and the absorption layer 402 are formed may be any position that is 5 ⁇ m or more away from the core 203.
  • the absorbing layer 402 is an absorbing ND filter, similar to the absorbing layer 204 in FIG. 2.
  • the absorbing layer 402 is depicted in FIG. 4 as being formed only on a portion of the inner surface of the light-shielding groove 401, the area in which it is formed may be a portion of the inner surface or the entire surface.
  • the ND filter is also formed in the thickness direction, and the area occupied by the ND filter is expanded, so that the effective absorption area of stray light is increased, making it possible to more efficiently absorb stray light within the cladding 202.
  • an ND filter (absorption layer 402) on the inner surface of the light-shielding groove 401 also has the effect of suppressing radiation of stray light in the clad 202 to the outside of the clad. If only the light-shielding groove 401 without the absorption layer 402 is formed as in the conventional technology described above, when stray light is incident on the inner surface of the light-shielding groove 401 at an angle greater than the critical angle, the stray light is not totally reflected and is radiated to the outside of the clad 202. As described above, this radiated stray light may be incident near the output end due to reflection on the inner wall of the housing for packaging, resulting in degradation of the signal light.
  • the stray light is absorbed by the absorption layer 402 before being radiated to the outside of the clad, making it possible to suppress degradation of the signal light caused by stray light radiated to the outside of the clad 202.
  • the light-shielding groove 401 including the absorption layer 402 be formed between the end face on the incident side of the PLC 400 and the side face, as shown in Figure 5, from the viewpoint of suppressing the non-coupled light generated at the incident end (depicted by the dashed arrow in Figure 5) from being directly radiated from the side face of the PLC 400.
  • Third Embodiment 6 is a cross-sectional view that illustrates a schematic structure of a PLC 600 according to a third embodiment of the present disclosure. As illustrated in FIG. 6, the PLC 600 according to this embodiment further includes a plurality of scatterers 601 formed inside the cladding 202 in addition to the configuration of the PLC 200 illustrated in FIG.
  • the scatterers 601 are minute and that a large number of them are scattered within the cladding 202.
  • the dimensions of the scatterers 601 may be 10 ⁇ m or less in both width and thickness.
  • the shape of the scatterers is a polyhedron.
  • the scatterer 601 is made of a material that has a refractive index difference from the cladding 202 and has the effect of scattering light.
  • the scatterer 601 may be made of a metal or a dielectric material that has a refractive index difference from the cladding 202.
  • the scatterer 601 may be made of the same material as the core 203. In such a case, the scatterer 601 may be patterned to form the optical circuit of the PLC 600 so that the portion that will become the scatterer 601 remains.
  • the stray light in the cladding 202 is scattered and more of the stray light is incident on the absorbing layer 204, so that the stray light is efficiently absorbed by the absorbing layer 204. Therefore, in the PLC 600 including the scatterers 601, the degradation of the signal light due to the stray light is efficiently suppressed.
  • the scatterer 60 like the light-shielding groove 401 and the absorption layer 402 in the PLC 400, is formed in a position that does not affect the light guided through the core 203.
  • the position is determined according to the relative refractive index difference between the cladding 202 and the core 203, the width of the core 203, the thickness of the core 203, and the wavelength of the light to be guided.
  • the optical device to which the PLC 600 is applied is an RGB coupler as shown in FIG. 1, the locations where the density of stray light becomes high are near the optical coupling portion between the LDs 120a-c and the cores 111a-c and near the emission portion of the splitters 112a-c. Therefore, when the scatterer 601 is applied to an RGB coupler, it is desirable to place it near the optical coupling portion between the LDs 120a-c and the cores 111a-c and near the emission portion of the splitters 112a-c, as shown by the dashed lines in FIG. 7.
  • the multiplexer 113 may be provided with a throw-away port 701 for absorbing or emitting to the outside unnecessary light that is generated separately from the signal light and is not related to the function of the optical device.
  • a scatterer 601 in the throw-away port 701, it is possible to substitute for the termination processing of the unnecessary light.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view that illustrates a schematic structure of a PLC 800 according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the PLC 800 according to this embodiment further includes a plurality of pits 801 formed in the cladding 202 and the absorbing layer 204 in addition to the configuration of the PLC 200 illustrated in Fig. 2.
  • the pits 801 are formed at positions that do not affect the signal light that is guided through the core 203, similar to the light-shielding grooves 401 and the scatterers 601.
  • the pits 801 By forming the pits 801, stray light in the cladding 202 is scattered, similar to the scatterer 601 shown in FIG. 6, and the stray light is incident on the absorbing layer 204 in greater amounts. From this perspective, unlike the light-shielding grooves 401 shown in FIG. 4, it is desirable that the pits 801 are minute and that many of them are scattered throughout the cladding 202.
  • the hole diameter of the pits 801 can be 10 ⁇ m or less.
  • the shape of the pit 801 is desirable for the shape of the pit 801 to be such that the hole diameter gradually decreases in the depth direction of the cladding 202 (the thickness direction, the direction from the top surface toward the interface with the substrate 201).
  • the hole shape of the pit 801 is circular, it is desirable for the shape of the pit 801 to be a cone with its tip pointing toward the interface with the substrate 201.
  • stray light scattered by the pits 801 is efficiently incident on the absorption layer 204 and absorbed, making it possible to suppress degradation of the signal light.
  • the optical device to which the PLC 800 is applied is an RGB coupler as shown in FIG. 1, similar to the PLC 600, the locations where the density of stray light becomes high are near the optical coupling portion between the LDs 120a-c and the cores 111a-c and near the emission portion of the splitters 112a-c. Therefore, when applied to an RGB coupler, the pits 801 are desirably placed near the optical coupling portion between the LDs 120a-c and the cores 111a-c and near the emission portion of the splitters 112a-c, similar to the scatterer 601 of the PLC 600.
  • multiplexer 113 may be provided with a throw-away port 701 for absorbing or emitting to the outside unnecessary light that is generated separately from the signal light and is not related to the function of the optical device. In such a case, it is also possible to substitute the termination processing of the unnecessary light by providing a pit 801 at a position corresponding to throw-away port 701 in FIG. 7.
  • the PLC disclosed herein is configured so that the absorption layer can efficiently absorb stray light wandering within the cladding and stray light emitted to the outside of the cladding, thereby making it possible to suppress degradation of the signal light caused by the stray light.
  • Such a PLC is expected to be applicable not only to infrared light used in optical communication systems, but also to optical devices that handle the wavelength range of visible light, such as RGB couplers.

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Abstract

迷光による信号光の劣化を抑制することが可能な平面光波回路を提供する。　本開示による平面光波回路（２００）は、基板（２０１）と、基板上に形成され、厚さが２５μｍ以下であるクラッド（２０２）と、クラッド内に埋め込まれた１つまたは複数のコア（２０３）と、クラッド上に形成され、吸収型のＮＤフィルタである第１の吸収層（２０４）と、を備える。いくつか例では、吸収層及びクラッドに形成された遮光溝（４０１）をさらに含み得るとともに、内側面に第２の吸収層（４０２）が形成される。さらに、いくつかの例では、クラッド内をさまよう迷光を効率的に吸収層に入射、及び吸収させるための追加の構成要素として、クラッドの内部に形成された散乱体（６０１）や、吸収層及びクラッドに形成された微細なピット（８０１）を含み得る。

Description

平面光波回路
　本開示は、平面光波回路に関する。
　光通信分野で発展してきた石英系の平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下、ＰＬＣという）はクラッドの内部にコアが埋め込まれた埋め込み型の導波路であり、ガラスの成膜技術や半導体微細加工技術を用いて製造される（例えば、非特許文献１参照）。このようなＰＬＣは、コアの形状によって、光の分岐、波長の合分波、光路のスイッチングなどの機能をワンチップで実現できるという特徴を有することから、光通信デバイス用の光回路として実用化が進んでいる。
　また、近年では、ＰＬＣは光通信で用いる赤外光だけでなく、三原色（可視光の波長領域における、赤色、緑色、青色）に相当する波長の光を合波するＲＧＢカプラ（例えば、特許文献１参照）や、光格子時計の原子冷却に用いる光の合波回路など、可視光の波長領域の光も取り扱うようになっていきてる。これに伴い、ＰＬＣの入射端には、光通信でしばしば用いられるような光ファイバが光結合される構造だけでなく、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＤという）が直接光結合される構造も増えている。
　図１は、ＰＬＣ１１０にＬＤ１２０ａ－ｃを直接光結合した光デバイス１００の構造を概略的に示す上面図である。ここでは例として、光デバイス１００はＲＧＢカプラとして図示されている。光デバイス１００は、ＰＬＣ１１０の入射端側に設置されるコア１１１ａ－ｃの各々に、６４０ｎｍの波長（赤色に相当）を有する光を送出するＬＤ１２０ａ、５２０ｎｍの波長（緑色に相当）を有する光を送出するＬＤ１２０ｂ、及び、４５０ｎｍの波長（青色に相当）を有する光を送出するＬＤ１２０ｃが、それぞれ直接光結合された構造を有する。ＬＤ１２０ａ－ｃの各々からＰＬＣ１１０に対して入射された各波長を有する光は、ＰＬＣ１００に設置される分波器１１２ａ－ｃの各々において分岐される。分岐された各々の光の一方は、合波器１１３に入射され、各波長の光を合波した信号光がコア１１４を導波し、ＰＬＣ１１０の外部に直接出射される。一方、分岐されたもう一方の各々の波長を有する光は、コア１１５ａ－ｃの各々を導波し、モニタ光としてＰＬＣ１００の外部に直接出射される。
　このような構成を有する光デバイス１００では、コア１１１ａ－ｃとＬＤ１２０ａ－ｃとの結合部において、モードフィールド径のミスマッチ等により発生する非結合光等がクラッド内をさまよう迷光となり、当該迷光がクロストーク成分となって信号光を劣化させるという問題が生じ得る。このような問題は、光ファイバを結合したＰＬＣデバイスでも生じ得るが、光デバイス１００のような、ＰＬＣにＬＤを直接光結合させ、ＰＬＣからの直接出射を利用するような光デバイスでは、空間フィルタとしての役割を果たす光ファイバが無いため、より深刻な問題となる。
　このような迷光による信号光の劣化を抑制する技術として、従来までに、いくつかの技術が提案されている。例えば、ＰＬＣのクラッドに遮光溝を形成し、ガラスと空気の界面における反射を利用して、迷光が出射端近傍に入射することを抑制する技術が知られている。しかしながら、このような遮光溝は、迷光の進行方向を変えることが主目的であるため、迷光自体を抑制するわけではない。このため、クラッド外部に放射された迷光がパッケージ化するための筐体の内壁等で反射し、出射端近傍に入射することによって信号光の劣化が生じ得る。加えて、遮光溝側面の表面粗さによっては、一部の迷光は想定外の方向に散乱されるという問題も生じ得る。
　別の例として、クラッドに形成した遮光溝に遮光材を充填し、当該遮光材に入射した光を吸収させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。遮光材は、例えば、カーボンブラック（ナノからサブナノサイズの炭素粒子）を混ぜ込んだシリコーン樹脂等であり得る。この技術は、上述の遮光溝のみの場合とは異なり、遮光材が迷光を吸収するため、反射や散乱により迷光が出射端近傍へ入射することを、効率的に抑制することができる。しかしながら、遮光材の充填は、大きな製造への負荷（工期の長期化等）の要因となる。また、光デバイス１００のようなＲＧＢカプラ等、パッケージ化されることを前提とした光デバイスでは、アウトガスの観点から適用が困難である。
　さらに別の例として、ＰＬＣのクラッドの表面に金属膜を形成し、当該金属膜に迷光を吸収させる技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、ＰＬＣのガラス部分と金属膜界面では、迷光のほとんどは反射されるため、高い吸収効率は望めない。
　ＰＬＣを導波する信号光が通信波長の光である場合、Ｓｉ基板の電気比抵抗を０．１Ωｃｍ以下にし、基板側に迷光を吸収させるという方法も知られている。しかしながら、光デバイス１００のような可視光の波長領域の光は、ほとんど吸収されないため、迷光成分は、そのほとんどが外部に放射されることとなり、パッケージ化するための筐体の内壁等における反射により、出射端近傍に入射し得る。
　このように、ＰＬＣを使用した光デバイス、とりわけ、光デバイス１００のようなＲＧＢカプラでは、迷光による信号光の劣化を効率的に抑制する方法が確立されていないという課題がある。
特開２００６－１７８３９５号公報 国際公開第２０１１／０６５０１４号 特開平１１－２４８９５４号公報 特開２００２－３５０６１０号公報
A. Himeno, et al., "Silica-Based Planar Lightwave Circuits" J. Sel. Top. Q.E., vol.4, pp.913-924 (1998)
　本開示は、上記のような課題に対して鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、迷光による信号光の劣化を抑制することが可能な平面光波回路を提供することである。
　上記のような課題に対し、本開示では、平面光波回路であって、基板と、基板上に形成され、厚さが２５μｍ以下であるクラッドと、クラッド内に埋め込まれた１つまたは複数のコアと、クラッド上に形成され、吸収型のＮＤフィルタである第１の吸収層と、を含む平面光波回路を提供する。
ＰＬＣ１１０にＬＤ１２０ａ－ｃを直接光接続した光デバイス１００の構造を概略的に示す上面図である。 本開示の第１の実施形態におけるＰＬＣ２００の構造を概略的に示す断面図である。 クラッド２０２の厚さと、クラッド２０２内を伝搬する光の減衰率との関係を示した表である。 本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ４００の構造を概略的に示す断面図である。 本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ４００において、遮光溝４０１及び吸収層４０２が形成される位置を例示する上面図である。 本開示の第３の実施形態におけるＰＬＣ６００の構造を概略的に示す断面図である。 本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ６００において、散乱体６０１が形成される形成される位置を例示する上面図である。 本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ８００の構造を概略的に示す断面図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示の種々の実施形態について詳細に説明する。同一又は類似の参照符号は同一又は類似の要素を示し重複する説明を省略する場合がある。材料及び数値は例示を目的としており本開示の技術的範囲の限定を意図していない。以下の説明は、一例であって本開示の一実施形態の要旨を逸脱しない限り、一部の構成を省略若しくは変形し、又は追加の構成とともに実施することができる。
　本開示によるＰＬＣは、導波路を構成するクラッド上に形成された吸収層を含む。この吸収層が迷光を吸収することにより、当該迷光による信号光の劣化を抑制することが可能となる。
　吸収層は、吸収型のＮｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ（以下、ＮＤという）フィルタである。一般に、吸収型のＮＤフィルタは、吸収層と誘電体層が交互に積層された構造を有し、積層方向に対して直行方向に入射した光に対して高い吸収率を示す（例えば、特許文献４参照）。一方、本開示によるＰＬＣは、吸収層の入射面に対して斜めに入射する光を効率的に吸収するように設定されている。これは、ＰＬＣにおいて生じた迷光が吸収層に入射する場合、入射面に対して斜めとなる頻度が高いことに起因する。
　いくつかの例では、本開示によるＰＬＣは、吸収層及びクラッドに形成された遮光溝をさらに含み得る。この遮光溝の内側面には、少なくとも部分的に、吸収層が形成される。このような構成を有するＰＬＣは、吸収層の実効的な領域が増加するため、より効率的に迷光を吸収することが可能となる。また、迷光が遮光溝からクラッド外部に放射されることも抑制できるため、当該放射された迷光がパッケージ化するための筐体の内壁における反射等により、出射端近傍に入射されることも抑制できる。
　さらに、いくつかの例では、本開示によるＰＬＣは、クラッド内をさまよう迷光を効率的に吸収層に入射、及び吸収させるための追加の構成要素を含み得る。当該構成要素は、クラッド内に形成された散乱体や、クラッド及び吸収層に形成された微細なピット（穴）であり得る。
　以下に、本開示の種々の実施形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図２は、本開示の第１の実施形態におけるＰＬＣ２００の構造を概略的に示す断面図である。図２に示される通り、本実施形態におけるＰＬＣ２００は、基板２０１と、基板上に形成されたクラッド２０２と、クラッド２０２の内部に埋め込まれたコア２０３と、クラッド２０２上に形成された吸収層２０４と、を含む。
　吸収層２０４は、上述の通り、吸収型のＮＤフィルタであり、例えば、Ｓｉ及びＮｂが適用される吸収層と、ＳｉＯ2及びＮｂ2Ｏ5が適用される誘電体層とが交互に積層された多層膜であり得る。また、吸収層２０４の形成方法には、例えば、スパッタリング法が適用され得る。
　クラッド２０２の厚さは２５μｍ以下に制御される。これは、上述した斜めに入射する迷光を効率的に吸収することを意図している。
　図３は、クラッド２０２の厚さと、クラッド２０２内を伝搬する光の減衰率との関係を示した表である。図３における減衰率は、吸収層２０４を成膜したＰＬＣ２００に対し、カットバック法によって得られた三原色の波長（６４０ｎｍ、５２０ｎｍ、及び４５０ｎｍ）を有する各々の光の減衰率である。また、ここでは例として、クラッド２０２の厚さが１２μｍと２５μｍの場合の減衰率の比較結果が示されている。図３に示される通り、クラッド２０２の厚さが１２μｍの場合、三原色の波長を有する各々の光の減衰率は、それぞれ、－７．８２、－６．４５、－３．２６ｄＢ／ｍｍと高い値を示している。クラッド２０２の厚さの増加に伴い、この減衰率は低下し、クラッド２０２の厚さが２５μｍでは、－０．３９、－０．４２、－０．４９ｄＢ／ｍｍとなる。クラッド２０２の厚さがこれ以上厚くなると、吸収層２０４による効果的な吸収は期待できないと考えられることから、本実施形態におけるクラッド２０２の厚さは、２５μｍ以下に制御される。
　このように構成されるＰＬＣ２００では、入射端における非結合光等に起因して発生する迷光が効率的に吸収層２０４に吸収される。そのため、迷光による信号光の劣化を抑制することが可能となる。
（第２の実施形態）
　図４は、本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ４００の構造を概略的に示す断面図である。図４に示される通り、本実施形態におけるＰＬＣ４００は、図２に示されるＰＬＣ２００の構成に加え、クラッド２０２及び吸収層２０４に形成された遮光溝４０１と、当該遮光溝４０１の内側面に、少なくとも部分的に形成された吸収層４０２とをさらに含む。遮光溝４０１は、コア２０３を導波する信号光の影響を及ぼさない位置に形成される。また、図４に示される通り、遮光溝４０１の内側面には、少なくとも部分的に吸収層４０２が形成される。
　ＰＬＣ２００において、遮光溝４０１及び吸収層４０２が形成される位置は、クラッド２０２とコア２０３との比屈折率差、コア２０３の幅、コア２０３の厚さ、導波する光の波長に応じて決定される。例えば、クラッド２０２とコア２０３との比屈折率差が１％、コア２０３の幅が２μｍ、コア２０３の厚さが２μｍ、導波する光の波長が６４０ｎｍだとすると、遮光溝４０１及び吸収層４０２が形成される位置は、コア２０３から５μｍ以上離れた位置であればよい。
　吸収層４０２は、図２における吸収層２０４と同様に、吸収型のＮＤフィルタである。また、図４では、吸収層４０２は、遮光溝４０１の内側面の一部のみに形成されるように描写されているが、形成される範囲は、一部であっても全面であってもよい。
　このような構成を有するＰＬＣ４００では、ＮＤフィルタが厚さ方向に対しても形成され、当該ＮＤフィルタが占有する領域が拡大されるため、迷光の実効的な吸収領域の増大に伴い、より効率的にクラッド２０２内の迷光を吸収することが可能となる。
　加えて、遮光溝４０１の内側面にＮＤフィルタ（吸収層４０２）を形成することは、クラッド２０２内の迷光のクラッド外部への放射を抑制する効果も奏する。上述した従来技術のように、吸収層４０２を含まない遮光溝４０１のみ形成した場合、遮光溝４０１の内側面に対し、入射角が臨界角より大きい角度で迷光が入射した場合、この迷光は全反射されず、クラッド２０２の外部に放射される。この放射された迷光は、上述の通り、パッケージ化するための筐体の内壁における反射等により出射端近傍に入射し、結果として信号光の劣化を引き起こし得る。しかしながら、ＰＬＣ４００では、迷光がクラッドの外部に放射される前に吸収層４０２に吸収されるため、クラッド２０２の外部に放射された迷光に起因する信号光の劣化を抑制することが可能となる。
　このような、クラッド２０２の外部に放射される迷光の影響を考慮すると、吸収層４０２を含む遮光溝４０１は、図５に示されるように、入射端において生成した非結合光（図５において、一点鎖線の矢印で描写）が直接的にＰＬＣ４００の側面から放射されることを抑制するという観点から、ＰＬＣ４００の入射側の端面と側面との間に形成されることが望ましい。
（第３の実施形態）
　図６は、本開示の第３の実施形態におけるＰＬＣ６００の構造を概略的に示す断面図である。図６に示される通り、本実施形態におけるＰＬＣ６００は、図２に示されるＰＬＣ２００の構成に加え、クラッド２０２の内部に形成された複数の散乱体６０１をさらに含む。
　散乱体６０１は、迷光を散乱させるという観点から、微小であり、且つ多数がクラッド２０２内に散在していることが望ましい。例えば、散乱体６０１の寸法は幅、厚さともに１０μｍ以下であり得る。また、散乱体の形状は、同様に迷光を散乱させるという観点から、多面体であることが望ましい。
　散乱体６０１は、クラッド２０２と屈折率差を有し、且つ光を散乱させる効果を有する材料が適用される。例えば、散乱体６０１は、金属やクラッド２０２と屈折率差を有する誘電体が適用され得る。或いは、散乱体６０１は、コア２０３と同じ材料であってもよい。このような場合、散乱体６０１は、ＰＬＣ６００の光回路を形成するパターニングにおいて、散乱体６０１となる部分を残すように当該パターニングを行えばよい。
　この散乱体６０１がクラッド２０２内に散在することにより、クラッド２０２内の迷光は散乱され、当該迷光は吸収層２０４により多く入射されることとなり、その結果、迷光は効率的に吸収層２０４に吸収される。このため、散乱体６０１を含むＰＬＣ６００では、効率的に迷光による信号光の劣化が抑制される。
　散乱体６０１は、ＰＬＣ４００における遮光溝４０１及び吸収層４０２と同様に、コア２０３を導波する光に対して影響を及ぼさない位置に形成される。当該位置は、クラッド２０２とコア２０３との比屈折率差、コア２０３の幅、コア２０３の厚さ、導波する光の波長に応じて決定される。
　なお、ＰＬＣ６００が適用される光デバイスが、図１に示されるようなＲＧＢカプラである場合、迷光の密度が高くなる場所は、ＬＤ１２０ａ－ｃとコア１１１ａ－ｃとの光結合部近傍及び分波器１１２ａ－ｃの出射部近傍である。したがって、散乱体６０１は、ＲＧＢカプラに適用される場合、図７において破線で示されるように、ＬＤ１２０ａ－ｃとコア１１１ａ－ｃとの光結合部近傍及び分波器１１２ａ－ｃの出射部近傍に設置されることが望ましい。
　さらに、合波器１１３には、信号光とは別に生成される、光デバイスの機能に関係のない不要な光を吸収、又は外部に放出するための、捨てポート７０１が設置され得る。このような場合、図７に示される通り、捨てポート７０１に散乱体６０１を設置することにより、当該不要な光の終端処理を代替させることも可能となる。
（第４の実施形態）
　図８は、本開示の第２の実施形態におけるＰＬＣ８００の構造を概略的に示す断面図である。図８に示される通り、本実施形態におけるＰＬＣ８００は、図２に示されるＰＬＣ２００の構成に加え、クラッド２０２及び吸収層２０４に形成された複数のピット８０１をさらに含む。ピット８０１は、遮光溝４０１や散乱体６０１と同様に、コア２０３を導波する信号光の影響を及ぼさない位置に形成される。
　ピット８０１が形成されることにより、図６に示される散乱体６０１と同様に、クラッド２０２内の迷光は散乱され、当該迷光は吸収層２０４より多く入射されることとなる。このような観点から、ピット８０１は、図４に示される遮光溝４０１とは異なり、微小であり、且つ多数がクラッド２０２に散在していることが望ましい。例えば、ピット８０１の穴径は、１０μｍ以下であり得る。
　また、ピット８０１の形状は、迷光を散乱させるという観点から、クラッド２０２の深さ方向（厚さ方向であって、上面から基板２０１との界面に向かう方向）に対して、徐々に穴径が小さくなるような形状であることが望ましい。例えば、ピット８０１の穴形状が円形である場合、ピット８０１の形状は、先端部分が基板２０１との界面に向いた円錐形状であることが望ましい。
　このような構成を有するＰＬＣ８００では、ピット８０１によって散乱された迷光が、効率的に吸収層２０４に入射、及び吸収され、結果として信号光の劣化を抑制することが可能となる。
　なお、ＰＬＣ８００が適用される光デバイスが、図１に示されるようなＲＧＢカプラである場合、ＰＬＣ６００と同様に、迷光の密度が高くなる場所は、ＬＤ１２０ａ－ｃとコア１１１ａ－ｃとの光結合部近傍及び分波器１１２ａ－ｃの出射部近傍である。したがって、ピット８０１は、ＲＧＢカプラに適用される場合、ＰＬＣ６００の散乱体６０１と同様に、ＬＤ１２０ａ－ｃとコア１１１ａ－ｃとの光結合部近傍及び分波器１１２ａ－ｃの出射部近傍に設置されることが望ましい。
　加えて、ＰＬＣ６００と同様に、合波器１１３には、信号光とは別に生成される、光デバイスの機能に関係のない不要な光を吸収、又は外部に放出するための、捨てポート７０１が設置され得る。このような場合、図７における捨てポート７０１対応する位置にピット８０１を設置することにより、当該不要な光の終端処理を代替させることも可能となる。
　以上述べた通り、本開示によるＰＬＣは、クラッド内をさまよう迷光及びクラッドの外部に放射される迷光を吸収層が効率的に吸収できるように構成されており、その結果、当該迷光による信号光の劣化を抑制することが可能である。このようなＰＬＣは、光通信システムで用いられる赤外光のみならず、ＲＧＢカプラ等の可視光の波長領域を扱う光デバイスへの適用が見込まれる。

Claims (8)

  1. 　平面光波回路であって、
    　基板と、
    　前記基板上に形成され、厚さが２５μｍ以下であるクラッドと、
    　前記クラッド内に埋め込まれた１つまたは複数のコアと、
    　前記クラッド上に形成され、吸収型のＮＤフィルタである第１の吸収層と、
    を備える、平面光波回路。
  2. 　前記クラッド及び前記吸収層に形成された遮光溝と、
    　前記遮光溝の内側面の少なくとも一部に形成された、吸収型のＮＤフィルタである第２の吸収層と、
    を備える、請求項１に記載の平面光波回路。
  3. 　前記遮光溝及び前記第２の吸収層は、光が入射される入射側の端面の近傍に形成される、請求項２に記載の平面光波回路。
  4. 　前記クラッド内に散在し、前記１つまたは複数のコアを導波する信号光に対し影響を及ぼさない位置に形成された散乱体をさらに備える、請求項１に記載の平面光波回路。
  5. 　前記散乱体は、金属、誘電体、又は前記１つまたは複数のコアと同じ材料である、請求項４に記載の平面光波回路。
  6. 　前記１つまたは複数のコアは、複数のコアであり、
    　前記平面光回路は、
    　前記複数のコアと接続された複数の分波器と、
    　前記複数の分波器によって分岐された光を合波する合波器と、
    　前記合波器で生成される不要な光を吸収する捨てポートと、
    をさらに備え、
    　前記散乱体は、前記複数のコアの入射側の端面の近傍、前記複数の分波器の出射端の近傍、及び前記捨てポートに形成される、請求項４に記載の平面光波回路。
  7. 　前記吸収層の上面から前記クラッド内に至るまで形成され、前記１つまたは複数のコアを導波する信号光に対し影響を及ぼさない位置に形成される複数のピットをさらに備える、請求項１に記載の平面光波回路。
  8. 　前記１つまたは複数のコアは、複数のコアであり、
    　前記平面光回路は、
    　前記複数のコアと接続された複数の分波器と、
    　前記複数の分波器によって分岐された光を合波する合波器と、
    　前記合波器で生成される不要な光を吸収する捨てポートと、
    をさらに備え、
    　前記ピットは、前記複数のコアの入射側の端面の近傍、前記複数の分波器の出射端の近傍、及び前記捨てポートに形成される、請求項７に記載の平面光波回路。
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