JP2000206352A - スポットサイズ変換コア構造を有する光導波路及びその製造方法 - Google Patents

スポットサイズ変換コア構造を有する光導波路及びその製造方法

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JP2000206352A
JP2000206352A JP789799A JP789799A JP2000206352A JP 2000206352 A JP2000206352 A JP 2000206352A JP 789799 A JP789799 A JP 789799A JP 789799 A JP789799 A JP 789799A JP 2000206352 A JP2000206352 A JP 2000206352A
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core
refractive index
waveguide
spot size
height
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Tomoyuki Shirata
知之 白田
Hiroaki Okano
広明 岡野
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長に依存せず低損失にファイバと接続で
き、しかもプロセストレランスが大きいスポットサイズ
変換コア構造を有する光導波路及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 基板5上にコア4、6、7を火炎堆積法
により成膜するとき、屈折率が大きいコア6、屈折率及
び高さを変化させたコア4、ファイバと低損失に接続で
きるコア高さ及び屈折率を有するコア7を一括して形成
し、そのコア4、6、7をエッチングにより屈折率及び
高さを変化させたコア4の形状をテーパ状6に形成し、
屈折率の高いコア6の形状を直線または曲線に形成し、
ファイバと接続するコア7は直線状に加工してスポット
サイズを変換するコア構造4を形成することにより、波
長に依存せず低損失でファイバと接続でき、しかもプロ
セストレランスが大きいスポットサイズ変換コア構造の
光導波路が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スポットサイズ変
換コア構造を有する光導波路及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、比屈折率差0.8%以上のコアを
有する光導波路と、シングルモードファイバとを低損失
で接続する場合には方向性結合器が用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図7は従来の比屈折率
差0.8%以上のコアを有する光導波路と、シングルモ
ードファイバとを接続するための構造を示す図である。
【0004】比屈折率差0.8%以上の光導波路5−6
のコア5−7を伝搬する光5−1は、光ファイバと低損
失で接続できる光導波路5−11と、長さL、幅Gで接
続されている。コア5−7を伝搬する光5−1は、光導
波路5−11との結合部Lにおいて、光5−2、5−
3、5−4と、徐々にコア5−10に結合していき、光
5−4となり、コア5−7を伝搬した光5−1のスポッ
トサイズが、コア5−10を伝搬する光5−5に変換し
て光ファイバと低損失で結合する。
【0005】このような構造の場合、光の波長により完
全結合長Lが異なるため、特定の波長以外の光は、結合
部Lで損失を伴い、低損失でファイバと結合できないと
いう問題があった。また、高精度で幅G及び結合長Lを
達成させなくてはならず、高度なプロセス技術及び実装
技術を必要とし、歩留まりの劣化の要因となるという問
題があった。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、波長に依存せず低損失でファイバと接続でき、しか
もプロセストレランスが大きいスポットサイズ変換コア
構造を有する光導波路及びその製造方法を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のスポットサイズ変換コア構造を有する光導波
路は、直線導波路コアと、直線導波路コアより幅及び高
さが小さく比屈折率差が大きい他の直線導波路コアと、
両端が両直線導波路に結合され徐々にコア幅、コア高さ
及びコアの屈折率が変化するテーパ導波路とを備えたも
のである。
【0008】上記構成に加え本発明のスポットサイズ変
換コア構造を有する光導波路のテーパ導波路は、コア幅
及び高さが小さい方で屈折率が大きく、コア幅及び高さ
が大きい方で屈折率が小さいのが好ましい。
【0009】上記構成に加え本発明のスポットサイズ変
換コア構造を有する光導波路のテーパ導波路は、コアの
長手方向だけでなく高さ方向においても屈折率の勾配が
あるのが好ましい。
【0010】上記構成に加え本発明のスポットサイズ変
換コア構造を有する光導波路の比屈折率差は、大きい方
が0.8%以上であり、小さい方が0.45%以下であ
るのが好ましい。
【0011】上記構成に加え本発明のスポットサイズ変
換コア構造を有する光導波路のコアは、石英基板または
シリコン基板上に形成されるのが好ましい。
【0012】本発明のスポットサイズ変換コア構造を有
する光導波路の製造方法は、直線導波路コア及び直線導
波路コアより幅及び高さが小さく比屈折率差が大きい他
の直線導波路コアが徐々にコア幅、高さ及び屈折率が変
化するテーパ導波路で結合されたスポットサイズ変換コ
ア構造を有する光導波路の製造方法であって、コアを火
炎堆積法により成膜すると共に、屈折率の変化を原料ガ
スの濃度変化により形成するものである。
【0013】本発明によれば、基板上にコアを火炎堆積
法により成膜するとき、屈折率が大きいコア、屈折率及
び高さを変化させたコア、ファイバと低損失に接続でき
るコア高さ及び屈折率を有するコアを一括して形成し、
そのコアをエッチングにより屈折率及び高さを変化させ
たコアの形状をテーパ状に形成し、屈折率の高いコア部
の形状を直線または曲線に形成し、ファイバと接続する
コア部は直線状に加工してスポットサイズを変換するコ
ア構造を形成することにより、波長に依存せず低損失で
ファイバと接続でき、しかもプロセストレランスが大き
く、現状の実装技術で製造できるスポットサイズ変換コ
ア構造を有する光導波路が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0015】図1(a)は本発明のスポットサイズ変換
コア構造を有する光導波路の一実施の形態を示す平面図
であり、図1(b)は図1(a)の側面断面図であり、
図1(c)は図1(a)の長手方向の比屈折率差を示す
図である。
【0016】本発明の光導波路の特徴は以下の3点にあ
る。
【0017】(1) 比屈折率の変化をコアの屈折率の変化
で達成した(クラッドの屈折率の変化ではない)。
【0018】(2) 比屈折率の変化する導波路を火炎堆積
法で形成した(拡散による導波路形成ではない)。
【0019】(3) コアの屈折率だけでなく、コアの高さ
も変化させて比屈折率変化を持たせている(コアの幅と
クラッドのコア幅方向のみの変化ではない)。
【0020】本光導波路は、コア4、6、7を基板5及
びクラッド3で埋め込んだ構造を有している。比屈折率
差が大きい方のコア6の幅W1及び高さT1は、比屈折
率差の小さい方のコア7の幅W2及び高さT2よりも小
さくなっている。これらコア6とコア7とは、幅方向及
び高さ方向にテーパ状に広がるコア4により滑らかに接
続されている。テーパ状のコア4のテーパ角θ1、θ2
は0.1度以下の角度とする。
【0021】コア6の比屈折率差は0.8%以上であ
り、コア6に接続される導波路素子のコアあるいは、光
ファイバを伝搬する光のスポットサイズと略一致するよ
うにコア6の比屈折率差、幅W1及び高さT1が設定さ
れている。また、コア7の比屈折率差は0.45%以下
とし、コア7に接続される光ファイバを伝搬する光のス
ポットサイズと略一致するようにコア7の比屈折率差、
幅W2及び高さT1が設定されている。コア6とコア7
とを接続するテーパ状のコア4の比屈折率差は、コア6
の比屈折率差からコア7の比屈折率差まで比例するよう
に徐々に変化している。さらに、コア4の高さ方向にも
屈折率が変化している。
【0022】ここで、図1(a)〜(c)に示した光導
波路は、コアの屈折率が変化しているので、接続される
コアの屈折率と等しくすることができ、接続部における
コアの屈折率の違いによる反射が生じない。
【0023】もし比屈折率差の変化をクラッドでとる
と、コア同士の屈折率が異なり反射が生じる。また、本
光導波路は、コアの幅と高さとが共に変化しているの
で、いかなる形状のコアにも接続できる変換導波路がで
きる。
【0024】図2(a)はコアの屈折率が長手方向にの
み変化している場合のコアの長手方向の断面図であり、
図2(b)はコアの屈折率が長手方向だけでなく高さ方
向にも変化している場合のコアの長手方向の断面図であ
る。
【0025】同図(a)よりコアC1の屈折率が長手方
向にのみ変化している場合には入射方向(矢印10方
向)と逆の方向に光が戻る(反射が生じる)のに対し、
同図(b)よりコアC2の屈折率が長手方向だけでなく
高さ方向にも変化している場合には入射方向(矢印11
方向)と逆の方向には光は戻らない(反射が生じない)
のがわかる。
【0026】すなわち、コアの長手方向だけでなく高さ
方向で屈折率が変化させることにより、屈折率の変化し
ている層からの反射戻り光を抑制することができる。
【0027】次に図1(a)〜(c)に示したスポット
サイズ変換コア構造を有する光導波路の製造方法につい
て述べる。
【0028】図3はスポットサイズ変換コアを成膜する
方法を説明するための説明図である。図4(a)はコア
のテーパ構造及び屈折率変化を形成する方法を説明する
ための説明図であり、図4(b)は図4(a)のA−A
線断面図である。図5(a)〜(f)はスポットサイズ
変換コアの幅方向のテーパ構造形成方法の説明図であ
り、図5(a)、(c)、(e)は平面図を示し、図5
(b)、(d)、(f)はD−D線断面図、E−E線断
面図、F−F線断面図を示している。
【0029】コアは図3に示すように、基板2−1上に
火炎堆積法により成膜する。コアの高さは火炎堆積で成
膜する膜厚を変化させればよく、屈折率変化は火炎2−
2中で加水分解反応する原料ガス(SiCl4 、PCl
3 、BCl3 、GeCl4 、TiCl3 )の濃度を変化
させればよい。
【0030】次に図4(a)、(b)を参照して図1
(a)〜(c)に示した光導波路の製造方法について説
明する。
【0031】原料ガスを入れて火炎加水分解反応を起こ
している火炎2−2を、基板3−7上でB−B線からC
−C線間をライン3−1〜3−6に沿って往復させるこ
とによりガラス微粒子を成膜する。火炎2−2をB−B
線からC−C線間をライン3−1上に沿って成膜したと
き、基板3−7のA−A線断面における堆積膜3−9
は、高さtを有するものとすると、ライン3−2〜3−
6と火炎2−2の位置とを変えるに従って、火炎2−2
をライン3−1〜3−6上で往復する回数を徐々に増や
しながら変化させることにより、基板3−8上に高さ方
向に傾斜を有するコア膜3−10が形成される。また、
火炎2−2中に入れる原料ガスの濃度を火炎がB−B
線、C−C線上の時に変化させることにより、長手方向
及び高さ方向の屈折率が変化する。このように火炎堆積
法により成膜したガラス微粒子膜は、成膜後アニール処
理を行うことでガラス化する。
【0032】次に図5(a)〜(f)を参照してコア膜
の成膜後の工程について説明する。
【0033】図5(a)、(b)に示す基板4−3上に
図4(a)、(b)の工程で成膜したコア4−2をパタ
ーニングし、RIEによりコア4−2をエッチングして
図5(c)、(d)に示すようなコア4−4〜4−6を
基板4−3上に形成する。コア4−4〜4−6のパター
ニングでコアに幅方向のテーパ構造を持たせる。
【0034】図5(c)に示した工程の後、基板4−3
上のコア4−4〜4−6をオーバークラッド4−7で覆
うことにより、図5(e)、(f)に示すような幅及び
高さ方向にテーパ構造を有し、コアの屈折率も高さ方向
及び長手方向で変化するスポットサイズ変換コア構造が
形成される。
【0035】図6はスポットサイズ変換コア構造の応用
例である。屈折率の大きい高い屈折率部6−1のコア6
−5〜6−8が曲線導波路となりファイバアレイのコア
ピッチpaから(接続する光導波路の)コアピッチpb
までコア6−5〜6−8の間隔を狭めている。高屈折率
の導波路コアで曲り部を作ることにより素子サイズL1
が短くなる。
【0036】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0037】波長に依存せず低損失にファイバと接続で
き、しかもプロセストレランスが大きく及び現状の実装
技術で製造できるスポットサイズ変換コア構造を有する
光導波路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のスポットサイズ変換コア構造
を有する光導波路の一実施の形態を示す平面図であり、
(b)は(a)の側面断面図であり、(c)は(a)の
長手方向の比屈折率差を示す図である。
【図2】(a)はコアの屈折率が長手方向にのみ変化し
ている場合のコアの長手方向の断面図であり、(b)は
コアの屈折率が長手方向だけでなく高さ方向にも変化し
ている場合のコアの長手方向の断面図である。
【図3】スポットサイズ変換コアを成膜する方法を説明
するための説明図である。
【図4】(a)はコアのテーパ構造及び屈折率変化を形
成する方法を説明するための説明図であり、(b)は
(a)のA−A線断面図である。
【図5】(a)〜(f)はスポットサイズ変換コアの幅
方向のテーパ構造形成方法の説明図であり、(a)、
(c)、(e)は平面図を示し、(b)、(d)、
(f)はD−D線断面図、E−E線断面図、F−F線断
面図を示している。
【図6】スポットサイズ変換コア構造の応用例である。
【図7】従来の比屈折率差0.8%以上のコアを有する
光導波路と、シングルモードファイバとを接続するため
の構造を示す図である。
【符号の説明】
3 オーバクラッド 5 基板 4、6、7 コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樫村 誠一 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA31 CA34 2H047 KA04 KA13 MA05 PA01 PA21 PA24 QA04 TA32

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直線導波路コアと、該直線導波路コアよ
    り幅及び高さが小さく比屈折率差が大きい他の直線導波
    路コアと、両端が両直線導波路に結合され徐々にコア
    幅、コア高さ及びコアの屈折率が変化するテーパ導波路
    とを備えたことを特徴とするスポットサイズ変換コア構
    造を有する光導波路。
  2. 【請求項2】 上記テーパ導波路は、コア幅及び高さが
    小さい方で屈折率が大きく、コア幅及び高さが大きい方
    で屈折率が小さい請求項1に記載のスポットサイズ変換
    コア構造を有する光導波路。
  3. 【請求項3】 上記テーパ導波路は、コアの長手方向だ
    けでなく高さ方向においても屈折率の勾配がある請求項
    1に記載のスポットサイズ変換コア構造を有する光導波
    路。
  4. 【請求項4】 上記比屈折率差は、大きい方が0.8%
    以上であり、小さい方が0.45%以下である請求項1
    に記載のスポットサイズ変換コア構造を有する光導波
    路。
  5. 【請求項5】 上記コアは、石英基板またはシリコン基
    板上に形成される請求項1に記載のスポットサイズ変換
    コア構造を有する光導波路。
  6. 【請求項6】 直線導波路コア及び該直線導波路コアよ
    り幅及び高さが小さく比屈折率差が大きい他の直線導波
    路コアが徐々にコア幅、高さ及び屈折率が変化するテー
    パ導波路で結合されたスポットサイズ変換コア構造を有
    する光導波路の製造方法であって、上記コアを火炎堆積
    法により成膜すると共に、屈折率の変化を原料ガスの濃
    度変化により形成することを特徴とするスポットサイズ
    変換コア構造を有する光導波路の製造方法。
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