JPH03276105A - Y分岐導波路の作製方法 - Google Patents
Y分岐導波路の作製方法Info
- Publication number
- JPH03276105A JPH03276105A JP2077290A JP7729090A JPH03276105A JP H03276105 A JPH03276105 A JP H03276105A JP 2077290 A JP2077290 A JP 2077290A JP 7729090 A JP7729090 A JP 7729090A JP H03276105 A JPH03276105 A JP H03276105A
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- JP
- Japan
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- waveguide
- branch
- mask
- ion exchange
- width
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はイオン交換による先導波路の作製方法に関し、
特に分岐器等に用いられるY分岐導波路の作製方法に関
する。
特に分岐器等に用いられるY分岐導波路の作製方法に関
する。
(従来の技術)
従来、ガラス基板に対するイオン交換法によりY分岐導
波路が作製され、これをもとに1×2分岐器等が作製さ
れていた。その場合のイオン交換法は直線導波路に適用
されるものと全(同一であって、直線導波路用と同一寸
法の開口をもつイオン交換制御マスクを通してイオン交
換するものであった。従来のY分岐導波路用イオン交換
制御マスクのパターンを第4図に示す。
波路が作製され、これをもとに1×2分岐器等が作製さ
れていた。その場合のイオン交換法は直線導波路に適用
されるものと全(同一であって、直線導波路用と同一寸
法の開口をもつイオン交換制御マスクを通してイオン交
換するものであった。従来のY分岐導波路用イオン交換
制御マスクのパターンを第4図に示す。
基板1の一方の端面を始端とする1本の入力路3から2
本の出力路4,5が分岐するY分岐導波路を作製するに
あたり、マスク2の開口を、入力路3については一定幅
直線路部分3Aとこの部分に続いて分岐点0に至る次第
に幅が拡大するテーパ路部分3Bとで構成し、分岐点0
以降の出力路4.5は入力路3Aと同一幅で一定の単純
な直線路としていた。
本の出力路4,5が分岐するY分岐導波路を作製するに
あたり、マスク2の開口を、入力路3については一定幅
直線路部分3Aとこの部分に続いて分岐点0に至る次第
に幅が拡大するテーパ路部分3Bとで構成し、分岐点0
以降の出力路4.5は入力路3Aと同一幅で一定の単純
な直線路としていた。
(発明の解決しようとする問題点)
従来の方法は、マルチモード導波路の場合であれば特に
不具合は生じずY分岐導波路が得られていたが、単一モ
ード導波路の場合においては問題点が生じていた。それ
は、分岐部では空間的に2本のマスク開口が近接しであ
るため、イオン交換の境界条件が直線導波路部分と異な
ってしまい、マスク形状をそのまま反映しない導波路が
基板中に形成されるからである。この影響は特に寸法が
小さく屈折率差の小さい単一モード導波路の場合に顕著
である。望ましくない現象としては、導波路の深さ方向
の寸法が大きくなることと、分岐部の屈折率差が大きく
なるため光の導波方向に対して屈折率差が変化すること
である。この現象については、本発明者らが昭和62年
の電子情報通信学会半導体・材料部門全国大会で報告し
た論文(論文番号369)を参照されたい。この現象は
2本のマスク開口が近接している場合、イオン交換がそ
の部分だけ進み易いことを示しており、イオン交換によ
る導波路作製方法の固有の問題である。この現象で導波
路がマルチモード化したりY分岐の分岐損失による過剰
損失が増える問題点があった。また、過剰損失を小さく
するには分岐角を小さくすればよいが、分岐角を小さく
すると素子長が長くなり導波路の伝搬損失による過剰損
失が増加する問題があった。
不具合は生じずY分岐導波路が得られていたが、単一モ
ード導波路の場合においては問題点が生じていた。それ
は、分岐部では空間的に2本のマスク開口が近接しであ
るため、イオン交換の境界条件が直線導波路部分と異な
ってしまい、マスク形状をそのまま反映しない導波路が
基板中に形成されるからである。この影響は特に寸法が
小さく屈折率差の小さい単一モード導波路の場合に顕著
である。望ましくない現象としては、導波路の深さ方向
の寸法が大きくなることと、分岐部の屈折率差が大きく
なるため光の導波方向に対して屈折率差が変化すること
である。この現象については、本発明者らが昭和62年
の電子情報通信学会半導体・材料部門全国大会で報告し
た論文(論文番号369)を参照されたい。この現象は
2本のマスク開口が近接している場合、イオン交換がそ
の部分だけ進み易いことを示しており、イオン交換によ
る導波路作製方法の固有の問題である。この現象で導波
路がマルチモード化したりY分岐の分岐損失による過剰
損失が増える問題点があった。また、過剰損失を小さく
するには分岐角を小さくすればよいが、分岐角を小さく
すると素子長が長くなり導波路の伝搬損失による過剰損
失が増加する問題があった。
(問題点を解決するための手段)
前記従来の問題点を解決するために、本発明はY分岐イ
オン交換制御マスクパターンとして、分岐部にマスク開
口幅を入力導波路および出力導波路のマスク開口幅より
も小さ(し、かつ分岐角を出力導波路の分岐角よりも小
さくしたトランジェント領域を設け、さらにこの領域を
2つのサブゾーンに分け、前半サブゾーンでは、マスク
開口幅を一定とし、後半サブゾーンでは、マスク開口幅
を前半サブゾーンのマスク開口幅から出力導波路のマス
ク開口幅まで次第に拡大するテーパ状としたマスクパタ
ーンを用いるものである。
オン交換制御マスクパターンとして、分岐部にマスク開
口幅を入力導波路および出力導波路のマスク開口幅より
も小さ(し、かつ分岐角を出力導波路の分岐角よりも小
さくしたトランジェント領域を設け、さらにこの領域を
2つのサブゾーンに分け、前半サブゾーンでは、マスク
開口幅を一定とし、後半サブゾーンでは、マスク開口幅
を前半サブゾーンのマスク開口幅から出力導波路のマス
ク開口幅まで次第に拡大するテーパ状としたマスクパタ
ーンを用いるものである。
(作用)
トランジェント領域の前半サブゾーンのマスク開口幅を
入力導波路および出力導波路のマスク開口幅よりも狭く
かつ一定とすることで、前記イオン交換法によって作製
したY分岐導波路の分岐部の屈折率差が大きくなる現象
を最小限にすることができる。これにより分岐部で導波
路がマルチモード化するのを抑制することができる。ま
た、後半サブゾーンのマスク開口幅を前半サブゾーンの
マスク開口幅から出力導波路のマスク開口幅まで次第に
拡大するテーパ状とすることで、出力導波路とトランジ
ェント領域の間の導波路の屈折率差と形状を連続的に接
続することができる。トラ/ジェット領域の分岐角を出
力導波路の分岐角よりも小さくすることで光が導波する
方向の屈折率差の変化を緩やかにすることができる。ま
た、トランジェット領域は、素子全体から比べると短く
てよいので素子長は殆ど変化せず、導波路の伝搬損失に
よる過剰損失の増加は殆ど無い。
入力導波路および出力導波路のマスク開口幅よりも狭く
かつ一定とすることで、前記イオン交換法によって作製
したY分岐導波路の分岐部の屈折率差が大きくなる現象
を最小限にすることができる。これにより分岐部で導波
路がマルチモード化するのを抑制することができる。ま
た、後半サブゾーンのマスク開口幅を前半サブゾーンの
マスク開口幅から出力導波路のマスク開口幅まで次第に
拡大するテーパ状とすることで、出力導波路とトランジ
ェント領域の間の導波路の屈折率差と形状を連続的に接
続することができる。トラ/ジェット領域の分岐角を出
力導波路の分岐角よりも小さくすることで光が導波する
方向の屈折率差の変化を緩やかにすることができる。ま
た、トランジェット領域は、素子全体から比べると短く
てよいので素子長は殆ど変化せず、導波路の伝搬損失に
よる過剰損失の増加は殆ど無い。
これらのことにより、従来と殆ど同じ素子長で導波路が
マルチモード化するのを抑制しY分岐導波路の過剰損失
を小さくすることができる。
マルチモード化するのを抑制しY分岐導波路の過剰損失
を小さくすることができる。
(実施例)
第1図は本発明によるY分岐イオン交換制御マスクパタ
ーンの一実施例を示す図である。ガラス基板1は、イオ
ン交換に適した例えばNaおよびにイオンを含有した光
学絞ガラスである。イオン交換阻止膜2は、例えばスパ
ッタ法で成膜された厚み約1μmのTi膜であり、フォ
トリソグラフィーとエツチングにより、以下に述べるよ
うなパターンをもつ開口を形成しである。
ーンの一実施例を示す図である。ガラス基板1は、イオ
ン交換に適した例えばNaおよびにイオンを含有した光
学絞ガラスである。イオン交換阻止膜2は、例えばスパ
ッタ法で成膜された厚み約1μmのTi膜であり、フォ
トリソグラフィーとエツチングにより、以下に述べるよ
うなパターンをもつ開口を形成しである。
入力路は従来と同じく幅Wllが一定の直線路3Aとこ
れに続いて分岐点0に至るテーパ路3Bとがら成り、ま
た分岐点0以後に設けたトランジェント領域Z以後基板
の他端面に至るまでの出力路4゜5も幅Weが一定の直
線路とする。
れに続いて分岐点0に至るテーパ路3Bとがら成り、ま
た分岐点0以後に設けたトランジェント領域Z以後基板
の他端面に至るまでの出力路4゜5も幅Weが一定の直
線路とする。
トランジェント領域Zは、図中に破線で境界を示すよう
に分岐点0寄りの前半サブゾーンと、これに続き終端が
出力路4,5と接続する後半サブゾーンとから成り、前
半サブゾーンでの両分岐路61.71は、両者が成す分
岐角θ1を出力路4.5の分岐角θBよりも小さく、且
つその開口幅Wlも出力路4.5の開口幅W11よりも
小さくしである。
に分岐点0寄りの前半サブゾーンと、これに続き終端が
出力路4,5と接続する後半サブゾーンとから成り、前
半サブゾーンでの両分岐路61.71は、両者が成す分
岐角θ1を出力路4.5の分岐角θBよりも小さく、且
つその開口幅Wlも出力路4.5の開口幅W11よりも
小さくしである。
また後半サブゾーンでは、両路62,72の開口幅W2
を、上記W1からWSまで次第に拡大するテーパ状とし
ている。
を、上記W1からWSまで次第に拡大するテーパ状とし
ている。
上記のようなパターン開口を形成したY分岐イオン交換
制御マスクで表面が被覆されたガラス基板を使って、T
Iを一部含有する溶融塩で第1段の熱イオン交換を行い
、続いてイオン交換阻止膜2を除去してにイオンを含有
する溶融塩で第2段のイオン交換を行う2段熱イオン交
換法で単一モード導波路を作製する。
制御マスクで表面が被覆されたガラス基板を使って、T
Iを一部含有する溶融塩で第1段の熱イオン交換を行い
、続いてイオン交換阻止膜2を除去してにイオンを含有
する溶融塩で第2段のイオン交換を行う2段熱イオン交
換法で単一モード導波路を作製する。
第2図は第1図のY分岐イオン交換制御マスクを使って
2段熱イオン交換法で作製したY分岐導波路の屈折率分
布を理論計算し、波長1.3μmの等偏屈折率に換算し
た一例である。この際、入力導波路および出力導波路の
マスク開口幅W@=3μm、出力導波路の分岐角θ8=
1″ トランジェント領域の分岐角θl=0.5’)
ランジェント領域の長さZ=688μm1 前半サブ
ゾーンのマスク開口幅W1=2μm1 前半サブゾー
ンと後半サブゾーンの境界における2本のマスク開口の
内側側縁間間隔D1=3μmとした。
2段熱イオン交換法で作製したY分岐導波路の屈折率分
布を理論計算し、波長1.3μmの等偏屈折率に換算し
た一例である。この際、入力導波路および出力導波路の
マスク開口幅W@=3μm、出力導波路の分岐角θ8=
1″ トランジェント領域の分岐角θl=0.5’)
ランジェント領域の長さZ=688μm1 前半サブ
ゾーンのマスク開口幅W1=2μm1 前半サブゾー
ンと後半サブゾーンの境界における2本のマスク開口の
内側側縁間間隔D1=3μmとした。
第5図は従来のY分岐イオン交換制御マスクを使って同
様に作製したY分岐導波路の屈折率分布を理論計算し、
波長1. 3μmの等偏屈折率に換算した一例である。
様に作製したY分岐導波路の屈折率分布を理論計算し、
波長1. 3μmの等偏屈折率に換算した一例である。
第2図と第5図を比較すると、第1図のイオン交換制御
マスクを使うことで従来技術の問題点であった分岐部の
屈折率差が大きくなる現象を抑制出来ることがわかる。
マスクを使うことで従来技術の問題点であった分岐部の
屈折率差が大きくなる現象を抑制出来ることがわかる。
これにより分岐部で導波路がマルチモード化するのを抑
制することができる。
制することができる。
第3図は第1図と第4図のイオン交換制御マスクを使っ
て2段熱イオン交換法で作製したY分岐導波路の屈折率
差を変化させて分岐損失を理論計算した例である。導波
路の屈折率差によって効果が異なるが、入力導波路およ
び出力導波路の屈折率差が4X1m’以下の単一モード
導波路の場合には従来のY分岐導波路よりも著しく低損
失なY分岐導波路が実現できる。
て2段熱イオン交換法で作製したY分岐導波路の屈折率
差を変化させて分岐損失を理論計算した例である。導波
路の屈折率差によって効果が異なるが、入力導波路およ
び出力導波路の屈折率差が4X1m’以下の単一モード
導波路の場合には従来のY分岐導波路よりも著しく低損
失なY分岐導波路が実現できる。
次に各パラメータの具体的な設定手順について説明する
。そのために、分岐部におけるマスク開口幅Wとマスク
開口間の間隔りを変化させて分岐部の屈折率差が大きく
なる効果を調べた。その結果の一例を第6図に示す。
。そのために、分岐部におけるマスク開口幅Wとマスク
開口間の間隔りを変化させて分岐部の屈折率差が大きく
なる効果を調べた。その結果の一例を第6図に示す。
第6図よりマスク開口の加工が安定して行えるようにマ
スク開口幅の最小値を2μmとした場合D≧4μmでは
分岐部の等価屈折率差が入力導波路および出力導波路よ
りも小さくなる。またマスク開口幅を入力導波路および
出力導波路と等しく3μmとした場合D≧9μmでは分
岐部の等価屈折率差が入力導波路および出力導波路と等
しくなることがわかる。
スク開口幅の最小値を2μmとした場合D≧4μmでは
分岐部の等価屈折率差が入力導波路および出力導波路よ
りも小さくなる。またマスク開口幅を入力導波路および
出力導波路と等しく3μmとした場合D≧9μmでは分
岐部の等価屈折率差が入力導波路および出力導波路と等
しくなることがわかる。
したがって、トランジェント領域と出力導波路の境界に
おける2本のマスク開口間の間隔D2をD2≦9μm5
前半サブゾーンと後半サブゾーンの境界における2
本のマスク開口間の間隔D1をD1≦4μmとするのが
望ましいと言える。
おける2本のマスク開口間の間隔D2をD2≦9μm5
前半サブゾーンと後半サブゾーンの境界における2
本のマスク開口間の間隔D1をD1≦4μmとするのが
望ましいと言える。
第7図はトランジェント領域の分岐角θ1とトランジェ
ント領域の長さ2を変化させて分岐損失を調べた結果の
一例である。この計算ではり、=Oμm、θの=1.8
としている。この結果からトランジェント領域の分岐角
が0.36≦θ1≦1.0”であればトランジェント領
域の長さが800<Z<1000μmで分岐損失が極小
となり、θ、≦0゜56では分岐損失≦0.1dBにな
りθ1≦0. 80では分岐損失≦0.2dBになるこ
とがわかる。
ント領域の長さ2を変化させて分岐損失を調べた結果の
一例である。この計算ではり、=Oμm、θの=1.8
としている。この結果からトランジェント領域の分岐角
が0.36≦θ1≦1.0”であればトランジェント領
域の長さが800<Z<1000μmで分岐損失が極小
となり、θ、≦0゜56では分岐損失≦0.1dBにな
りθ1≦0. 80では分岐損失≦0.2dBになるこ
とがわかる。
θ+=0.411 Z=859μmの場合について前半
サブゾーンと後半サブゾーンの境界を変化させるとD1
=0μmの場合の分岐損失が0.056dBであるのに
対して、D1=4μmでは分岐損失が0.045dBと
なり、前半サブゾーンと後半サブゾーンの長さを最適化
すれば第7図の分岐損失はさらに低減することがわかっ
た。
サブゾーンと後半サブゾーンの境界を変化させるとD1
=0μmの場合の分岐損失が0.056dBであるのに
対して、D1=4μmでは分岐損失が0.045dBと
なり、前半サブゾーンと後半サブゾーンの長さを最適化
すれば第7図の分岐損失はさらに低減することがわかっ
た。
(発明の効果)
本発明によれば、Y分岐導波路の分岐部の屈折率差の増
加を抑制し、光の導波方向の屈折率差の変化量を小さく
出来るため、従来と殆ど同じ素子長で低損失かつ分岐部
がマルチモードになりにくいY分岐導波路を作製するこ
とができる。
加を抑制し、光の導波方向の屈折率差の変化量を小さく
出来るため、従来と殆ど同じ素子長で低損失かつ分岐部
がマルチモードになりにくいY分岐導波路を作製するこ
とができる。
第1図は本発明によるY分岐イオン交換制御マスクのパ
ターンの一例を示す斜視図、第2図は第1図のY分岐イ
オン交換制御マスクを使って2段熱イオン交換を行った
場合の等価屈折率分布の一例を示す図、第3図は導波路
の屈折率差と分岐損失の関係の一例を示す図、第4図は
従来のY分岐イオン交換制御マスクのパターンを示す平
面図、第5図は従来のY分岐イオン交換制御マスクを使
って2段熱イオン交換を行った場合の等価屈折率分布の
一例を示す図、第6図は分岐部においてマスク開口幅と
マスク開口間の間隔を変化させて分岐部の屈折率差を計
算した結果の一例を示す図、第7図はトランジェント領
域の分岐角θ1と長さZを変化させて分岐損失を計算し
た結果の一例を示す図である。 1 ・ ・ 2 ・ ・ 3 A。 4.5 6.7 61゜ 62゜ 9 ・ ・ ・ ガラス基板 イオン交換阻止膜(マスク) 入力導波路のマスク開口 出力導波路のマスク開口 分岐部のマスク開口 トランジェント領域前半サブ ゾーンのマスク開口 2・・・トランジェント領域後半サブ ゾーンのマスク開口 ・・・・基板中に形成される導波路 第1図 第2図 第 3 図 第5 図 第 図 マスク開口間の間隔D(μm) 第 図
ターンの一例を示す斜視図、第2図は第1図のY分岐イ
オン交換制御マスクを使って2段熱イオン交換を行った
場合の等価屈折率分布の一例を示す図、第3図は導波路
の屈折率差と分岐損失の関係の一例を示す図、第4図は
従来のY分岐イオン交換制御マスクのパターンを示す平
面図、第5図は従来のY分岐イオン交換制御マスクを使
って2段熱イオン交換を行った場合の等価屈折率分布の
一例を示す図、第6図は分岐部においてマスク開口幅と
マスク開口間の間隔を変化させて分岐部の屈折率差を計
算した結果の一例を示す図、第7図はトランジェント領
域の分岐角θ1と長さZを変化させて分岐損失を計算し
た結果の一例を示す図である。 1 ・ ・ 2 ・ ・ 3 A。 4.5 6.7 61゜ 62゜ 9 ・ ・ ・ ガラス基板 イオン交換阻止膜(マスク) 入力導波路のマスク開口 出力導波路のマスク開口 分岐部のマスク開口 トランジェント領域前半サブ ゾーンのマスク開口 2・・・トランジェント領域後半サブ ゾーンのマスク開口 ・・・・基板中に形成される導波路 第1図 第2図 第 3 図 第5 図 第 図 マスク開口間の間隔D(μm) 第 図
Claims (1)
- ガラス基板にイオン交換阻止用の被膜を形成するととも
に、この被膜にY分岐のパターン開口を設けてイオン交
換制御マスクとし、一価の陽イオンを含む溶融塩に浸漬
させてイオン交換によりY分岐導波路を形成するイオン
交換導波路作製方法において、マスク開口のパターンと
して、分岐点から離れた位置では入力側及び出力側の各
導波路開口を一定幅W_0の直線路とし、二本の分岐路
を成すマスク開口同士が近接していてイオン交換後に1
本のテーパ導波路となるような分岐点近傍には、マスク
の開口幅が前記W_0よりも狭く、且つ分岐角が出力導
波路の分岐角よりも小さいトランジェント領域を設ける
とともに、該領域を2つのサブゾーンに分け、前半サブ
ゾーンでは、マスクの開口幅を一定とし、後半サブゾー
ンでは、マスクの開口幅が前半サブゾーンのマスク開口
幅から出力導波路のマスク開口幅まで次第に拡大するテ
ーパ形状とすることを特徴とするY分岐導波路の作製方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077290A JPH03276105A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | Y分岐導波路の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077290A JPH03276105A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | Y分岐導波路の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276105A true JPH03276105A (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=13629748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2077290A Pending JPH03276105A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | Y分岐導波路の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03276105A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07174929A (ja) * | 1993-11-01 | 1995-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ブランチングデバイスおよび光学部品 |
| JP2002228865A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fdk Corp | イオン交換方法及びそれによる光導波路デバイスの製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6360405A (ja) * | 1986-08-30 | 1988-03-16 | Fujitsu Ltd | 導波路型分岐路の製造方法 |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP2077290A patent/JPH03276105A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6360405A (ja) * | 1986-08-30 | 1988-03-16 | Fujitsu Ltd | 導波路型分岐路の製造方法 |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07174929A (ja) * | 1993-11-01 | 1995-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光ブランチングデバイスおよび光学部品 |
| JP2002228865A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fdk Corp | イオン交換方法及びそれによる光導波路デバイスの製造方法 |
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