JPH0345909A - Tapered waveguide type spot size converter and formation of its thin film - Google Patents

Tapered waveguide type spot size converter and formation of its thin film

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JPH0345909A
JPH0345909A JP18150489A JP18150489A JPH0345909A JP H0345909 A JPH0345909 A JP H0345909A JP 18150489 A JP18150489 A JP 18150489A JP 18150489 A JP18150489 A JP 18150489A JP H0345909 A JPH0345909 A JP H0345909A
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Abstract

PURPOSE:To decrease insertion losses while maintaining the short length of a tapered part by aligning the position where the tapered part of the core having a high refractive index starts and the front end of the tapered part of the core having an intermediate refractive index and thereby uniformly changing the refractive index of the equiv. core. CONSTITUTION:A clad mode removing layer 2, a low refractive index glass clad layer 6, a high refractive index glass core layer 1 of a tapered opposite superposition type, an intermediate refractive index glass core layer 5 and a low refractive index glass clad layer 4 are successively laminated on a substrate 3. The two slab waveguides having the high refractive index glass clad layer 1 and the intermediate refractive index glass clad layer 5 are so formed as to face each other to largely vary the refractive index difference in the propagation direction of light between the cores 1.5 in the waveguide of the high refractive index glass core layer 1 having the small core thickness and the waveguide of the intermediate refractive index glass core layer 5 having the large core thickness and the clads 4, 6 having low refractive indexes, by which the arbitrary changing of the conversion rate of a spot size is permitted. The taper angle is diminished in this way and the lower loss is attained without increasing the length of the converter.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路内の異なるスポットサイズを有する
複数の導波路型光素子を接続する際に用いられるテーパ
ー状導波路型スポットサイズ変換器及びその製造方法に
関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a tapered waveguide-type spot size converter used when connecting a plurality of waveguide-type optical elements having different spot sizes in an optical waveguide. and its manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第7図は光集積回路内のスポットサイズ変換器の使用例
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the use of a spot size converter in an optical integrated circuit.

第7図に示すように光源となる半導体レーザ21と最終
的に光信号の出口となる光ファイバ22との間に様々な
導波路型デバイスを集積化した光集積回路24.25を
挿入する場合、スポットサイズ不整合が大きな問題とな
る。それは、半導体レーザ21のスポットサイズが0.
2μm前後であるのに対して、光ファイバ22のスポッ
トサイズはその数10倍の数μmと大きく異なるからで
ある。このスポットサイズの大きく異なる光導波路同士
を突き合わせ(バットジヨイント)で直接接続すると、
10dB以上の結合損失が生じてしまう。従って、低損
失で、かつスポットサイズを広い範囲で変換できる導波
路型スポットサイズ変換器23が必要になる。
As shown in FIG. 7, when optical integrated circuits 24 and 25 in which various waveguide type devices are integrated are inserted between a semiconductor laser 21 that serves as a light source and an optical fiber 22 that ultimately serves as an output of an optical signal. , spot size mismatch becomes a major problem. This is because the spot size of the semiconductor laser 21 is 0.
This is because, while the spot size of the optical fiber 22 is around 2 μm, the spot size of the optical fiber 22 is several μm, which is several ten times larger. When optical waveguides with greatly different spot sizes are directly connected by butt joint,
A coupling loss of 10 dB or more will occur. Therefore, a waveguide type spot size converter 23 that has low loss and can convert the spot size over a wide range is required.

従来報告されているスポットサイズ変換器には、イオン
交換法を用いてガラス基板に光の伝搬方向に対してテー
パー状に屈折率分布を形成した導波路型を初めとして、
光ファイバやプラスチック導波路をテーパー状にして、
光の伝搬方向にコアの屈折率、又は屈折率分布を若干変
化させた導波路型のものがある。
Conventionally reported spot size converters include waveguide type converters that use ion exchange to form a tapered refractive index distribution in the light propagation direction on a glass substrate.
By making optical fibers and plastic waveguides into a tapered shape,
There is a waveguide type in which the refractive index or refractive index distribution of the core is slightly changed in the light propagation direction.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来のスポットサイズ変換器は、い
ずれもスポットサイズの変換比を大きくとることができ
ず、せいぜい2倍程度にとどまつている。その原因の1
つは、スポットサイズ変換器が入射側の光導波路のコア
と出射側の光導波路のコアを同一の材料で製作している
ことにある。
However, none of the above-mentioned conventional spot size converters can achieve a large spot size conversion ratio, which is only about twice as large at most. One of the causes
The first is that the core of the optical waveguide on the input side and the core of the optical waveguide on the output side of the spot size converter are made of the same material.

すなわち、コアが同一材料であるためコアとクラッドの
屈折率差がほぼ一定となり、スポットサイズを小さくす
るためにコア厚を薄くしても、界分布がコアから大きく
しみ出し、スポットサイズは余り小さくならないという
問題がある。
In other words, since the core is made of the same material, the refractive index difference between the core and cladding is almost constant, and even if the core thickness is made thinner to reduce the spot size, the field distribution will seep out from the core and the spot size will be too small. The problem is that it doesn't.

そこで、これらの変換器においてスポットサイズの変換
比を大きくとるためには、光の伝搬方向にコアとクラッ
ドの屈折率差を大きく変えることが必要である。しかし
ながら、テーパー状光ファイバーでは、ドーパントを拡
散させてコアの屈折率分布を変化させているので、屈折
率差そのものは余り変化しない。
Therefore, in order to increase the spot size conversion ratio in these converters, it is necessary to greatly change the refractive index difference between the core and the cladding in the light propagation direction. However, in a tapered optical fiber, the refractive index distribution of the core is changed by diffusing the dopant, so the refractive index difference itself does not change much.

また、テーパー状プラスチック導波路では光重合法を用
いて先導波路を製作し、露光量によって屈折率を変化さ
せているが、最大0.02の屈折率差しかとることがで
きず、現段階ではスポットサイズの大きな変換比は望め
ない。
In addition, in the case of tapered plastic waveguides, the leading waveguide is fabricated using a photopolymerization method, and the refractive index is changed depending on the amount of exposure, but it is not possible to achieve a maximum refractive index difference of 0.02, and at this stage, A large conversion ratio for spot size cannot be expected.

本発明は、上記の課題を解決するものであって、テーパ
ー部の長さを短く保ったまま挿入損失を低減することが
でき、また、テーパー部の形状や長さ、位置を制御する
ことができるテーパー状導波路型スポットサイズ変換器
及びその薄膜形成法を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention solves the above-mentioned problems. It is possible to reduce the insertion loss while keeping the length of the tapered part short, and it is also possible to control the shape, length, and position of the tapered part. The object of the present invention is to provide a tapered waveguide type spot size converter and a method for forming a thin film thereof.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

そのために本発明は、スポットサイズの異なる光導波路
間を接続するテーパー状導波路型スポットサイズ変換器
であって、それぞれ異なる材料で形成されクラッドに比
べて高屈折率でコア厚の薄いコアと該コアより低い中間
屈折率でコア厚の厚いコアを持つ2つのスラブ導波路を
テーパー状の端部で向き合わせて重ね、高屈折率のコア
のテーパー部開始位置と中間屈折率のコアのテーパー部
先端を一致させて等価的なコアの屈折率が一様に変化す
るように構成したことを特徴とするものであり、その薄
膜形成法は、シャドウマスクをスペーサーを介して基板
から浮かせ、スペーサーをシャドウマスクの端から奥に
引っ込ませて配置すると共に、シャドウマスクの端の下
側の角を斜めに切り取った形状にし、スパッタ法により
シャドウマスクの端より内側の部分へ向けてテーパー部
を有する薄膜を形成することを特徴とする。
To this end, the present invention provides a tapered waveguide type spot size converter that connects optical waveguides with different spot sizes. Two slab waveguides each having a thicker core with an intermediate refractive index lower than the core are overlapped with their tapered ends facing each other, and the tapered part start position of the high refractive index core and the tapered part of the intermediate refractive index core are stacked. It is characterized by a structure in which the tips of the shadow mask are made to coincide with each other so that the refractive index of the equivalent core changes uniformly.The thin film formation method involves lifting the shadow mask from the substrate via a spacer, and then removing the spacer from the substrate. A thin film that is recessed from the edge of the shadow mask, has the lower corner of the edge of the shadow mask cut off diagonally, and has a tapered part toward the inside of the edge of the shadow mask using a sputtering method. It is characterized by the formation of

〔作用〕[Effect]

本発明のテーパー状導波路型スポットサイズ変換器では
、それぞれ異なる材料で形成されたコアを持つ2つのス
ラブ導波路をテーパー状の端部で向き合わせて重ね、高
屈折率のコアのテーパー部開始位置と中間屈折率のコア
のテーパー部先端を一致させて等価的なコアの屈折率が
一様に変化するように構成したので、前記−散点から光
の伝搬方向にコアとクラッドの等価的な屈折率差を大き
くかつ滑らかに変えることができ、スポットサイズの変
換比を大きくとることができると共に、光の損失を小さ
くすることができる。また、その薄膜形成法では、シャ
ドウマスクとスペーサーを用い、シャドウマスクの端の
下側の角を斜めに切り取った形状にして、シャドウマス
ク・スパッタ法によりテーパー状の薄膜を形成するので
、シャドウマスフやスペーサーの厚さ、シャドウマスク
の端の下側の角の切り取り部を変えることによりテーパ
ー部の形状を等価的なコアの屈折率が一様に変化するよ
うに滑らかに制御することができ、テーパー部の長さを
殆ど変えずにその傾き角を小さくすることができる。
In the tapered waveguide spot size converter of the present invention, two slab waveguides each having a core made of a different material are stacked with their tapered ends facing each other, and the tapered part of the high refractive index core starts. Since the position and the tip of the tapered part of the core with an intermediate refractive index are made to coincide with each other so that the refractive index of the equivalent core changes uniformly, the equivalent refractive index of the core and cladding is The refractive index difference can be changed largely and smoothly, the spot size conversion ratio can be increased, and the loss of light can be reduced. In addition, in this thin film formation method, a shadow mask and a spacer are used, the lower corner of the edge of the shadow mask is cut off diagonally, and a tapered thin film is formed by the shadow mask sputtering method. By changing the thickness of the spacer and the cutout at the lower corner of the edge of the shadow mask, the shape of the taper part can be smoothly controlled so that the refractive index of the equivalent core changes uniformly. The inclination angle can be reduced without changing the length of the part.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明に係るテーパー状導波路型スポットサイ
ズ変換器の1実施例を示す図である。図中、1は高屈折
率ガラス・コア層、2はクラッドモード除去層、3は半
導体基板、4と6は低屈折率ガラス・クラッド層、5は
中間屈折率ガラス・コア層、7はシャドウマスク、8は
スペーサー9は基板、10は薄膜を示す。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a tapered waveguide type spot size converter according to the present invention. In the figure, 1 is a high refractive index glass core layer, 2 is a cladding mode removal layer, 3 is a semiconductor substrate, 4 and 6 are low refractive index glass cladding layers, 5 is an intermediate refractive index glass core layer, and 7 is a shadow A mask, 8 a spacer 9 a substrate, and 10 a thin film.

本発明に係るテーパー状導波路型スポットサイズ変換器
は、コア幅をテーパー状に変化させる際に、それに伴っ
て等価的なコアの屈折率を変化させれば、コアの屈折率
を変化させた場合と同じ効果が得られるであろうとの予
想に基づき考案したものであり、第1図に示すように基
板3の上に、クラッドモード除去層2、低屈折率ガラス
・クラッド層6、テーパー対向重畳型の高屈折率ガラス
・コア層1と中間屈折率ガラス・コア層5、低屈折率ガ
ラス・クラッド層4を順次積層したものである。このよ
うに各々異なった材料で形成された高屈折率ガラス・コ
ア層1と中間屈折率ガラス・コア層5を持つ2つのスラ
ブ導波路が向い合うようにして、コアの材料を変えるこ
とによって、すなわちコア厚の薄い高屈折率ガラス・コ
ア層1の導波路とコア厚の厚い中間屈折率ガラス・コア
層5の導波路でコア(L 5)と低屈折率のクラッド(
4,6〉との間で光の伝搬方向に屈折率差を大きく異な
らせることによってスポットサイズの変換比を任意に設
定できるようにしている。特に、回路の集積化のために
は、スポットサイズ変換器の長さを長くすることなしに
テーパー角を小さくすることが要求されるが、この要求
に応えるためには、テーパー部すなわち重ね合わせ部を
短くすることである。そ°こで、重ね合わせ部は、基本
的に高屈折率ガラス・コアFJlのテーパー部開始位置
と中間屈折率ガラス・コア5のテーパー部先端を一致さ
せ、テーパー部の無駄をなくす。さらには、テーパー状
膜をほぼ直線に近い表面形状にする。このようにするこ
とによって等価的なコアの屈折率が一様に変化するよう
に導波路を構成することができ、光の伝搬方向にコアと
クラッドの屈折率差を大きく変えることができるので、
スポットサイズの変換比を大きくとることができ、挿入
損失を低減することができる。なお、“このようなテー
パー部を有する薄膜の形成は、以下に説明するようにシ
ャドウマスクを用いたスパッタ法によって容易に製作す
ることが可能である。
The tapered waveguide spot size converter according to the present invention changes the refractive index of the core by changing the equivalent refractive index of the core when changing the core width in a tapered manner. This was devised based on the expectation that the same effect would be obtained as in the conventional case, and as shown in FIG. A superimposed type high refractive index glass core layer 1, intermediate refractive index glass core layer 5, and low refractive index glass cladding layer 4 are laminated in this order. In this way, two slab waveguides having a high refractive index glass core layer 1 and an intermediate refractive index glass core layer 5 each formed of different materials are made to face each other, and by changing the core material, In other words, the core (L5) and the low refractive index cladding (L5) are formed by a waveguide made of a high refractive index glass core layer 1 with a thin core thickness and a waveguide made of an intermediate refractive index glass core layer 5 with a thick core thickness.
4 and 6> in the light propagation direction, the spot size conversion ratio can be set arbitrarily. In particular, in order to integrate circuits, it is required to reduce the taper angle without increasing the length of the spot size converter. The goal is to make it shorter. Therefore, in the overlapping portion, basically the start position of the taper portion of the high refractive index glass core FJl and the tip of the taper portion of the intermediate refractive index glass core 5 are made to coincide with each other, thereby eliminating waste in the taper portion. Furthermore, the tapered membrane is made to have a nearly straight surface shape. By doing this, the waveguide can be configured so that the equivalent core refractive index changes uniformly, and the refractive index difference between the core and cladding can be greatly changed in the light propagation direction.
The spot size conversion ratio can be increased and insertion loss can be reduced. Note that a thin film having such a tapered portion can be easily formed by a sputtering method using a shadow mask as described below.

第2図は本発明に係るテーパー状導波路型スポットサイ
ズ変換器の薄膜形成法の1実施例を説明するための図、
第3図はシャドウマスクの端の形状とテーパー状膜の表
面形状の関係を示す図、第4図はスペーサーの厚みとテ
ーパー部の長さとの関係を示す図、第5図はシャドウマ
スクの端の垂直部分の高さとシャドウマスクの内側及び
外側に形成されるテーパー部の長さとの関係を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of a thin film forming method for a tapered waveguide spot size converter according to the present invention;
Figure 3 shows the relationship between the shape of the edge of the shadow mask and the surface shape of the tapered film, Figure 4 shows the relationship between the thickness of the spacer and the length of the tapered part, and Figure 5 shows the edge of the shadow mask. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the height of the vertical portion of the shadow mask and the length of the tapered portions formed on the inside and outside of the shadow mask.

シャドウマスク・スパッタ法は、第2図に示すように例
えばSiの基板9の上にスペーサー8を介して厚み数1
00μmの金属板などのシャドウマスク7を基板9から
少し浮かせて置き、その基板9上に誘導体などの薄膜1
0をスパッタ法で形成するものである。
In the shadow mask sputtering method, as shown in FIG.
A shadow mask 7 such as a 00 μm metal plate is placed slightly above the substrate 9, and a thin film 1 of a dielectric etc. is placed on the substrate 9.
0 is formed by sputtering.

本来、スパッタ法で薄膜lOが形成される際の原材料の
分子は、基板9にほぼ垂直に入射するものであるが、完
全に全分子が基板9に垂直に飛来するわけではない。そ
のため、斜めに基板9に飛来した分子がシャドウマスク
7の影の部分へも入り込み、この影の部分へも薄膜10
が形成される。
Originally, when the thin film IO is formed by sputtering, the molecules of the raw material are incident on the substrate 9 almost perpendicularly, but not all the molecules are completely perpendicular to the substrate 9. Therefore, the molecules that have come obliquely to the substrate 9 also enter the shadow part of the shadow mask 7, and the thin film 10 also enters the shadow part.
is formed.

この部分の薄膜lOの形状は、シャドウマスク7の端の
部分から奥へ入るほど飛来する分子の数が少なくなるの
で、第2図に示すようにテーパー状になる。
The shape of the thin film 10 in this part becomes tapered as shown in FIG. 2 because the number of flying molecules decreases as it goes deeper from the edge of the shadow mask 7.

そして、テーパー部の長さは、シャドウマスク7と基板
9との距離、従ってスペーサー8の厚さで決まり、また
テーパー部の始まりの部分、すなわち厚さが−様な部分
につながる部分の厚さは、−様部分の膜の形成条件、例
えばスパッタ投入電力、ガスの種類、真空度、基板とタ
ーゲットとの距離、スパッタ時間などによって決まる。
The length of the tapered part is determined by the distance between the shadow mask 7 and the substrate 9, and therefore the thickness of the spacer 8, and also the thickness of the beginning part of the tapered part, that is, the part that connects to the part with a -like thickness. is determined by the conditions for forming the film in the --like portion, such as the sputtering power input, the type of gas, the degree of vacuum, the distance between the substrate and the target, and the sputtering time.

しかし、このようにして形成したテーパー状膜の表面形
状であっても、シャドウマスク7の端が四角になった板
を使用した場合、テーパー状膜の表面形状は、第3図(
a)に示すようにテーパー部の中央付近で大きな傾きの
不連続部が現れ、しかも、この部分の傾きがかなり大き
くなる。このように大きな傾斜角は、光を導波する際に
放射損失の原因になるので、好ましくない。
However, even if the surface shape of the tapered film formed in this manner is different from that shown in FIG.
As shown in a), a discontinuous portion with a large slope appears near the center of the tapered portion, and the slope of this portion becomes considerably large. Such a large angle of inclination is undesirable because it causes radiation loss when guiding light.

そのため、本発明に係るテーパー状導波路型スポットサ
イズ変換器の薄膜を形成するシャドウマスクスパッタ法
の基本構成は、第2図に示すようにシャドウマスク7を
スペーサー8を介して基板9から少し浮かせて取り付け
るが、その際、スペーサー8はシャドウマスク7の端か
ら十分に奥に引っ込ませて、テーパー部がシャドウマス
ク7の影の部分に形成されるようにし、さらに、シャド
ウマスク7の端の下側の角を斜めに切り取った形状にし
てテーパー部の長さや位置だけでなく、傾き角も制御で
きるようにしている。次に、それぞれのパラメータと形
成される薄膜との関係について詳述する。
Therefore, the basic configuration of the shadow mask sputtering method for forming the thin film of the tapered waveguide spot size converter according to the present invention is as shown in FIG. At that time, the spacer 8 is retracted sufficiently from the edge of the shadow mask 7 so that the tapered part is formed in the shadow part of the shadow mask 7, and the spacer 8 is retracted sufficiently from the edge of the shadow mask 7 so that the tapered part is formed in the shadow part of the shadow mask 7. The side corners are cut diagonally so that not only the length and position of the tapered part but also the angle of inclination can be controlled. Next, the relationship between each parameter and the formed thin film will be explained in detail.

上記本発明の薄膜形成法によれば、テーパー部の形状や
形成される位置等を制御するために調節するパラメータ
は3つある。すなわち、■スペーサー8の厚み、■シャ
ドウマスク7の端の部分の形状、および■シャドウマス
ク7全体の厚さまたはシャドウマスク7の上端面と基板
9表面との距離の3つである。そして、これらのパラメ
ータは、それぞれ以下に述べるように、形成されるテー
パー部の形状の一部にほぼ独立に関係する。
According to the thin film forming method of the present invention, there are three parameters that are adjusted to control the shape of the tapered portion, the position where it is formed, and the like. That is, 1) the thickness of the spacer 8, 2) the shape of the end portion of the shadow mask 7, and 2) the overall thickness of the shadow mask 7 or the distance between the upper end surface of the shadow mask 7 and the surface of the substrate 9. As described below, each of these parameters is almost independently related to a part of the shape of the tapered portion to be formed.

まず、上記3つのパラメータの内、第2図に示すスペー
サーの厚みり、を変えた場合1こついて述べる。この場
合は、スペーサーの厚みhsが大きくなるとテーパー部
の長さが長くなる。従って、テーパー部分の傾斜角の最
大値は小さくなる。この関係を示したのが第4図であり
、横軸はスペーサーの厚みhss左側の縦軸はテーパー
部の長さ、右側の縦軸はテーパー部の最大傾斜角を−様
な厚み部分の厚みで規格化した値である。この規格化は
、数学的には直角三角形の1つの角をその対辺の長さで
規格化するようなもので、数学的には厳密でないが、テ
ーパー角が非常に小さいので、その角度は−様な部分の
厚みにほぼ比例する。
First, we will discuss one problem when changing the thickness of the spacer shown in FIG. 2 among the three parameters mentioned above. In this case, as the thickness hs of the spacer increases, the length of the tapered portion increases. Therefore, the maximum value of the inclination angle of the tapered portion becomes small. This relationship is shown in Figure 4, where the horizontal axis is the thickness of the spacer hss, the vertical axis on the left is the length of the tapered part, and the vertical axis on the right is the maximum inclination angle of the tapered part, the thickness of the thick part. This value is normalized by . Mathematically, this normalization is like normalizing one corner of a right triangle by the length of its opposite side, and although it is not mathematically rigorous, since the taper angle is very small, the angle is − It is approximately proportional to the thickness of the various parts.

次にシャドウマスクの端の部分の形状を変えた場合につ
いて述べる。第2図に示すようにシャドウマスクの端の
下側の角を斜めに切り取ると、この部分を切り取らなか
った場合に比べて規格化最大テーパー角を非常に小さく
することができる。
Next, a case will be described in which the shape of the edge portion of the shadow mask is changed. As shown in FIG. 2, if the lower corner of the edge of the shadow mask is cut diagonally, the normalized maximum taper angle can be made much smaller than if this portion was not cut.

例えば斜めに切り取った部分の角度を45度とし、その
切り取った部分の高さheを400μmとした場合、そ
のシャドウマスクの影の部分に形成されるテーパー状膜
の表面形状は第3図(ロ)に示すようになる。このとき
のシャドウマスク全体の厚さやスペーサーの厚さなどの
条件は、第3図(a)と同じである。
For example, if the angle of the diagonally cut part is 45 degrees and the height he of the cut part is 400 μm, the surface shape of the tapered film formed in the shadow part of the shadow mask is shown in Fig. ). The conditions at this time, such as the thickness of the entire shadow mask and the thickness of the spacer, are the same as in FIG. 3(a).

第31K(a)と6)を比べて判るように、シャドウマ
スクの端の下側の角を斜めに切り取った同図(b)の場
合には、テーパー状膜の表面形状が滑らかになり、規格
化最大テーパー角が非常に小さくなっている。この関係
を第4図にプロットすると、第3図(a)に対応する点
は白抜きの三角、第3図(b)に対応する点が黒の三角
で表され、規格化最大テーパー角が約4分の1に減少し
ている。一方テーパー部の長さは、第3図(a)に対応
する点が白抜きの丸で、第3図6)に対応する点は黒丸
で表され、長さが殆ど変わらないことが解る。以上のこ
とから、シャドウマスクの端の下側の角を斜めに切り取
ると、形成されるテーパー形状の長さを殆ど変えずに、
その角度(最大傾斜角)を非常に小さくできることが判
る。このことは、テーパー状先導波路を形成する際に放
射損失を低減し、しかもその素子長を殆ど変えないよう
にするので、重要な技術である。
As can be seen by comparing No. 31K (a) and 6), in the case of Fig. 31K (b) where the lower corner of the edge of the shadow mask is cut diagonally, the surface shape of the tapered film becomes smooth, The normalized maximum taper angle is very small. When this relationship is plotted in Figure 4, the points corresponding to Figure 3(a) are represented by white triangles, and the points corresponding to Figure 3(b) are represented by black triangles, and the normalized maximum taper angle is It has decreased to about one-fourth. On the other hand, the length of the tapered portion is represented by a white circle at the point corresponding to FIG. 3(a), and a black circle at the point corresponding to FIG. 3(6), and it can be seen that the length does not change much. From the above, if you cut the lower corner of the edge of the shadow mask diagonally, the length of the tapered shape that will be formed will hardly change.
It can be seen that the angle (maximum inclination angle) can be made very small. This is an important technique because it reduces radiation loss when forming a tapered leading waveguide, and also allows the element length to hardly change.

最後に、第2図に示すシャドウマスクの端の垂直部分の
高さり、とテーパー形状との関係について述べる。この
高さり、を大きくすると、第5図に示すように形成され
るテーパー部の長さの内で、シャドウマスクの端よりも
外側の部分の長さは長くなるが、シャドウマスクの端よ
りも内側の部分、すなわち影の部分に形成される長さは
殆ど変化しない。このことを利用して、シャドウマスク
の端の位置とその下に形成されるテーパー形状の中心と
の相対的な位置関係を調節することが出来る。
Finally, the relationship between the height of the vertical portion of the end of the shadow mask shown in FIG. 2 and the tapered shape will be described. If this height is increased, the length of the part outside the edge of the shadow mask will become longer within the length of the tapered part formed as shown in Figure 5, but it will be longer than the edge of the shadow mask. The length formed in the inner part, that is, the shadow part, hardly changes. Utilizing this fact, it is possible to adjust the relative positional relationship between the position of the end of the shadow mask and the center of the tapered shape formed therebelow.

なお、第5図ではシャドウマスクの端の垂直部分の高さ
り、をパラメータとしたが、この関係は要するにシャド
ウマスクの上端面と基板表面との距離<h、+h、+h
= >を一定に保つと、すなわちスペーサーの厚みを厚
くした分だけシャドウマスクの厚みを薄くすると、形成
されるテーパー部の長さは、シャドウマスクの端よりも
内側の部分、すなわち影の部分の長さは長くなり、シャ
ドウマスクの端よりも外側の部分の長さは殆ど変化しな
いという結果を得ることができる。
In addition, in FIG. 5, the height of the vertical portion of the edge of the shadow mask was used as a parameter, but this relationship basically means that the distance between the upper end surface of the shadow mask and the substrate surface <h, +h, +h
If we keep = > constant, that is, if we reduce the thickness of the shadow mask by the amount that we increase the thickness of the spacer, then the length of the tapered part that is formed will be the length of the part inside the edge of the shadow mask, that is, the part of the shadow. The result is that the length becomes longer, and the length of the portion outside the edge of the shadow mask hardly changes.

次に製作工程の概要を説明する。Next, an overview of the manufacturing process will be explained.

第6図は本発明に係るテーパー状導波路型スポットサイ
ズ変換器の製作工程を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the manufacturing process of the tapered waveguide type spot size converter according to the present invention.

上記のように各パラメータが決定されると、製作工程と
しては、第6図に示すようにまず基板の上にクラッドモ
ード除去層、低屈折率のクラッド層を順次積層しく同1
!l (a)〜(C))、次にスペーサーを介してシャ
ドウマスクを設置し、高屈折率のコア層を小さい方のス
ポットサイズに合わせて薄く積層(同図(d))L、続
いて反対側にスペーサーを介してシャドウマスクを位置
決め設置して(同図(e))中間屈折率のコア層を積層
する(同図(f))。
Once each parameter is determined as described above, the manufacturing process begins by sequentially laminating a cladding mode removal layer and a low refractive index cladding layer on the substrate as shown in Figure 6.
! (a) to (C)), then install a shadow mask via a spacer, and layer a high refractive index core layer thinly to match the smaller spot size ((d) in the same figure). A shadow mask is positioned and installed on the opposite side via a spacer ((e) in the same figure), and a core layer having an intermediate refractive index is laminated ((f) in the same figure).

そして、最後に低屈折率のクラッド層を積層する(同図
(濁)。なお、同図(e)に示すように2つのテーパー
部の中心を合わせる為にシャドウマスクの位置を調節す
るが、2つのシャドウマスクを殆ど密着させて位置合わ
せするだけで2つのテーパー部の中心を合わせる事が出
来るようにもなる。このようにシャドウマスク・スパッ
タ法を用いると、テーパー部の形状や長さ、傾き角等を
制御できるので有利である。
Finally, a cladding layer with a low refractive index is laminated (see figure (dark)).As shown in figure (e), the position of the shadow mask is adjusted to align the centers of the two tapered parts. It is also possible to align the centers of the two taper parts simply by aligning the two shadow masks so that they are almost in close contact with each other.By using the shadow mask sputtering method in this way, the shape and length of the taper parts, This is advantageous because the tilt angle and the like can be controlled.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、半導
体を基板とし、その基板上に製作された各種のスポット
サイズの異なる導波路型光回路の間のスポットサイズを
変換するテーパー型スポットサイズ変換器の長さを長く
することなしにテーパー角を小さくできるので、容易に
低損失化を図ることができる。また、テーパー部の形状
や長さを自由に制御でき、光の伝搬方向にコアとクラッ
ドの屈折率差を大きく変えることができるので、スポッ
トサイズの変換比を大きくとることができ、テーパー角
を出来るだけ小さくし、かつ実用上の見地からテーパー
部の長さも出来るだけ短くするという相反する条件を満
足するテーパー部を形成することができる。さらに、2
つのテーパー部の重ね合わせを高精度で制御することが
できるので、容易に挿入損失の低減を図ることができる
As is clear from the above description, according to the present invention, the tapered spot size converts the spot size between various waveguide type optical circuits having different spot sizes manufactured on the substrate using a semiconductor. Since the taper angle can be reduced without increasing the length of the converter, loss can be easily reduced. In addition, the shape and length of the taper part can be freely controlled, and the refractive index difference between the core and cladding can be greatly changed in the light propagation direction, so the spot size conversion ratio can be increased and the taper angle can be changed. It is possible to form a tapered part that satisfies the contradictory conditions of making the tapered part as small as possible and also making the length of the tapered part as short as possible from a practical standpoint. Furthermore, 2
Since the overlapping of the two tapered portions can be controlled with high precision, insertion loss can be easily reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るテーパー状導波路型スポットサイ
ズ変換器の1実施例を示す図、第2図は本発明に係るテ
ーパー状導波路型スポットサイズ変換器の薄膜形成法の
1実施例を説明するための図、第3図はシャドウマスク
の端の形状とテーパー状膜の表面形状の関係を示す図、
第4図はスペーサーの厚みとテーパー部の長さとの関係
を示す図、第5図はシャドウマスクの端の垂直部分の高
さとシャドウマスクの内側及び外側に形成されるテーパ
ー部の長さとの関係を示す図、第6図は本発明に係るテ
ーパー状導波路型スポットサイズ変換器の製作工程を示
す図、第7図は光集積回路内の7.ポットサイズ変換器
の使用例を示す図である。 1・・・高屈折率ガラス・コア層、2・・・クラッドモ
ード除去層、3・・・半導体基板、4と6・・・低屈折
率ガラス・クラッド層、5・・・中間屈折率ガラス・コ
ア層、7・・・シャドウマスク、8・・・スペーサー、
9−・・基板、IO・・・薄膜。 出 願 人  新技術開発事業団
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a tapered waveguide spot size converter according to the present invention, and FIG. 2 is an embodiment of a thin film forming method for a tapered waveguide spot size converter according to the present invention. Figure 3 is a diagram showing the relationship between the shape of the edge of the shadow mask and the surface shape of the tapered film.
Figure 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the spacer and the length of the tapered part, and Figure 5 is a diagram showing the relationship between the height of the vertical part of the edge of the shadow mask and the length of the tapered part formed on the inside and outside of the shadow mask. FIG. 6 is a diagram showing the manufacturing process of the tapered waveguide spot size converter according to the present invention, and FIG. It is a figure which shows the example of use of a pot size converter. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... High refractive index glass core layer, 2... Cladding mode removal layer, 3... Semiconductor substrate, 4 and 6... Low refractive index glass cladding layer, 5... Intermediate refractive index glass・Core layer, 7... Shadow mask, 8... Spacer,
9-...Substrate, IO...Thin film. Applicant New Technology Development Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)スポットサイズの異なる光導波路間を接続するテ
ーパー状導波路型スポットサイズ変換器であって、それ
ぞれ異なる材料で形成されクラッドに比べて高屈折率で
コア厚の薄いコアと該コアより低い中間屈折率でコア厚
の厚いコアを持つ2つのスラブ導波路をテーパー状の端
部で向き合わせて重ね、高屈折率のコアのテーパー部開
始位置と中間屈折率のコアのテーパー部先端を一致させ
て等価的なコアの屈折率が一様に変化するように構成し
たことを特徴とするテーパー状導波路型スポットサイズ
変換器。
(1) A tapered waveguide spot size converter that connects optical waveguides with different spot sizes, each made of a different material, with a core having a high refractive index and a thin core thickness compared to the cladding, and a core having a thinner core thickness than the cladding. Two slab waveguides with intermediate refractive index and thick cores are overlapped with their tapered ends facing each other, and the start position of the taper part of the high refractive index core is aligned with the tip of the taper part of the intermediate refractive index core. 1. A tapered waveguide spot size converter characterized in that the refractive index of the equivalent core changes uniformly.
(2)スポットサイズの異なる光導波路間を接続するテ
ーパー状導波路型スポットサイズ変換器の薄膜形成法で
あって、シャドウマスクをスペーサーを介して基板から
浮かせ、スペーサーをシャドウマスクの端から奥に引っ
込ませて配置すると共に、シャドウマスクの端の下側の
角を斜めに切り取った形状にし、スパッタ法によりシャ
ドウマスクの端から内側へ向けてテーパー部を有する薄
膜を形成することを特徴とするテーパー状導波路型スポ
ットサイズ変換器の薄膜形成法。
(2) A thin film forming method for a tapered waveguide spot size converter that connects optical waveguides with different spot sizes, in which a shadow mask is floated from the substrate via a spacer, and the spacer is moved from the edge of the shadow mask to the back. A taper characterized in that the shadow mask is arranged in a recessed manner, the lower corner of the edge of the shadow mask is cut off diagonally, and a thin film having a tapered portion is formed from the edge of the shadow mask inward by a sputtering method. Thin film formation method for waveguide spot size converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6498873B1 (en) 2000-08-31 2002-12-24 Agere Systems Inc. Photo detector assembly
KR100667214B1 (en) * 1999-09-16 2007-01-12 한국전자통신연구원 Optical mode size converter using mutual tapered side junction optical waveguide

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