JPH1068833A - Optical waveguide, method of manufacturing the same, and optical circuit - Google Patents

Optical waveguide, method of manufacturing the same, and optical circuit

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JPH1068833A
JPH1068833A JP22790796A JP22790796A JPH1068833A JP H1068833 A JPH1068833 A JP H1068833A JP 22790796 A JP22790796 A JP 22790796A JP 22790796 A JP22790796 A JP 22790796A JP H1068833 A JPH1068833 A JP H1068833A
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JP
Japan
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core
optical
waveguide
optical waveguide
circuit
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JP22790796A
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Japanese (ja)
Inventor
Kuninori Hattori
邦典 服部
Takeshi Kitagawa
毅 北川
Takuya Tanaka
拓也 田中
Akira Himeno
明 姫野
Yasuji Omori
保治 大森
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical waveguide which is not fluctuated in operating wavelength with respect to a change in an environment temp. by forming an upper clad layer consisting of a photopolymer material on the upper part of a part including a core. SOLUTION: A lower clad quartz glass layer 12 is formed by a flame deposition method on a silicon substrate 11. Next, a groove 13 for forming the core is formed by a photograph stage and reactive ion etching. Core glass soot is then deposited by the flame deposition method and is held in an electric furnace, by which the soot is sintered and a transparent core glass layer 14 is formed. Next, the core glass layer 14 is removed by reactive ion etching to form the core 15, by which an air clad optical waveguide is formed. Finally, the upper clad layer 16 consisting of the photopolymer material, such as polymethyl methacrylate(PMMA) is formed. Then, the so-called thermal waveguide having the refractive index consistent with the temp. change is obtd. by controlling the refractive index of the photopolymer material.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光信号処
理、光計測分野に用いられる光導波路及びその製造方法
に関し、更に、前記光導波路を有する1.3μm帯及び
1.55 μm帯等における信号光の例えば光合分波回路、
波長選択回路、レーザ光源回路、方向性結合器、マッハ
ツェンダ干渉計、レリーフ型ブラッググレーティング等
の光回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide used in the fields of optical communication, optical signal processing, and optical measurement and a method of manufacturing the same, and further includes a 1.3 μm band, a 1.55 μm band, and the like having the optical waveguide. For example, an optical multiplexing / demultiplexing circuit for signal light at
The present invention relates to an optical circuit such as a wavelength selection circuit, a laser light source circuit, a directional coupler, a Mach-Zehnder interferometer, and a relief Bragg grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】石英系導波路型光部品は石英系光ファイ
バと低損失で接続可能なことから、実用的な導波路型光
部品を実現できる手段として注目されている。この石英
系光導波路は、基本的に数μmから数十μm厚のコア又
はクラッドとからなる石英系ガラス膜を形成する技術
と、該形成されたコアガラス膜をフォトリソグラフを利
用して数μm幅のパターン形状に加工する技術とを組み
合わせて作製され、これまで様々な光回路が実現されて
いる。
2. Description of the Related Art A silica-based waveguide-type optical component is attracting attention as a means for realizing a practical waveguide-type optical component because it can be connected to a silica-based optical fiber with low loss. This silica-based optical waveguide is basically formed by a technique of forming a silica-based glass film consisting of a core or a clad having a thickness of several μm to several tens μm, and forming the formed core glass film to a thickness of several μm using photolithography. It is manufactured by combining with a technique of processing into a width pattern shape, and various optical circuits have been realized so far.

【0003】特に、光合分波機能を有する方向性結合
器、マッハツェンダ干渉計、レリーフ型ブラッググレー
ティング等の光回路は、回路設計上において特性自由度
に優れ、低挿入損失である特徴を有することから光通信
に用いる上で重要な光部品として期待されている。
In particular, optical circuits such as a directional coupler having an optical multiplexing / demultiplexing function, a Mach-Zehnder interferometer, and a relief type Bragg grating are characterized by having a high degree of freedom in characteristics in circuit design and low insertion loss. It is expected as an important optical component for use in optical communication.

【0004】ところが、従来のコア及びクラッドが石英
系ガラス膜からなる埋め込み型石英系導波路で構成する
光合分波回路や波長選択回路は、その環境温度の変化に
対して動作波長が変動する、という問題がある。例え
ば、ブラッググレーティングを集積したEr添加導波路
型DBRレーザでは、温度の上昇と共に発振波長が長波
長側にシフトすることが報告されている(北川他、19
95年電子情報通信学会総合大会講演論文集、C−26
7)。
However, the operating wavelength of a conventional optical multiplexing / demultiplexing circuit or wavelength selection circuit composed of a buried silica-based waveguide in which a core and a clad are made of a silica-based glass film fluctuates with changes in its environmental temperature. There is a problem. For example, it has been reported that in an Er-doped waveguide DBR laser with an integrated Bragg grating, the oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side as the temperature increases (Kitakawa et al., 19).
Proceedings of the 1995 IEICE General Conference, C-26
7).

【0005】これは以下のように解釈される。グレーテ
ィングのピッチをΛとするとブラッグ波長λB は2nΛ
で表される。波長1500nmにおいて、石英系光導波
路の場合、Λは500nm程度であり、石英系ガラスの
屈折率温度係数dn/dTが10×10-6程度であるこ
とから、dλB /dTは、0.01nm/℃と見積もられ
る。この値は、DBRレーザ発振波長の温度係数と一致
する。
[0005] This is interpreted as follows. If the pitch of the grating is Λ, the Bragg wavelength λ B is 2nΛ
It is represented by At a wavelength of 1500 nm, for a silica-based optical waveguide, Λ is about 500 nm, and since the refractive index temperature coefficient dn / dT of the silica-based glass is about 10 × 10 −6 , dλ B / dT is 0.01 nm. / ° C. This value matches the temperature coefficient of the DBR laser oscillation wavelength.

【0006】このような温度変動に対する動作波長の変
化を抑制するために、従来においていわゆるアサーマル
導波路が提案されている(Y.Kokubun et
al,Electron.Lett.,vol.30,
pp/1223−1224)。
In order to suppress a change in the operating wavelength due to such a temperature change, a so-called athermal waveguide has been conventionally proposed (Y. Kokubun et al.).
al, Electron. Lett. , Vol. 30,
pp / 1223-1224).

【0007】図4に従来から提案されているいわゆるア
サーマル導波路の概念断面図を示す。同図中、符号01
はSi基板、02は下部クラッド層、03はコアガラス
層及び04はPMMA装荷層を各々図示する。ここで、
前記いわゆるアサーマル導波路とは、温度変化に対して
屈折率変化が零であるというアサーマル状態の性質を有
する導波路のことをいう。図4の導波路では、コアガラ
ス層03の上にPMMA(ポリメタクリル酸メチル)を
装荷してPMMA装荷層04を形成し、導波路構造がリ
ブ型である。
FIG. 4 is a conceptual sectional view of a so-called athermal waveguide conventionally proposed. In FIG.
Represents a Si substrate, 02 represents a lower cladding layer, 03 represents a core glass layer, and 04 represents a PMMA loading layer. here,
The so-called athermal waveguide refers to a waveguide having the property of an athermal state in which a change in the refractive index with respect to a temperature change is zero. In the waveguide of FIG. 4, PMMA (polymethyl methacrylate) is loaded on the core glass layer 03 to form the PMMA loading layer 04, and the waveguide structure is a rib type.

【0008】このような導波路構造のものを用いると、
PMMA装荷層04のPMMAのdn/dTが−105
×10-6/℃であることから、PMMA装荷層04にお
ける信号光強度を調整することにより、原理的に導波路
の等価屈折率の温度係数が零(0)となる状態、すなわ
ち、いわゆるアサーマル状態が可能となる。
When such a waveguide structure is used,
The dn / dT of PMMA in the PMMA loading layer 04 is -105.
Since it is × 10 −6 / ° C., by adjusting the signal light intensity in the PMMA loaded layer 04, the temperature coefficient of the equivalent refractive index of the waveguide becomes zero (0) in principle, that is, a so-called athermal state. The state becomes possible.

【0009】前記PMMA装荷層04における信号光強
度調整は、PMMA装荷層の幅と高さとにより制御され
る。このようなアサーマル導波路を用いると、実効屈折
率の温度係数が、−0.24×10-6/℃と低減でき、埋
め込み型石英系光導波路に比べ2%に抑制できることが
示されている。
The signal light intensity adjustment in the PMMA loading layer 04 is controlled by the width and height of the PMMA loading layer. It has been shown that when such an athermal waveguide is used, the temperature coefficient of the effective refractive index can be reduced to −0.24 × 10 −6 / ° C., and can be suppressed to 2% as compared with the buried quartz optical waveguide. .

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
その概念断面図を示したアサーマル導波路はリブ型の導
波路構造であるので、コアガラス層03と下部クラッド
層02との屈折率差はたかだか10-3であり、曲げ導波
路での損失が顕著となるという問題がある。すなわち、
実効屈折率差が10-3である場合、許容曲げ半径は数c
mに及ぶこととなり、数cm以下の長さにおいて分枝や
曲がりを含む実用的な光回路を構成するには適していな
いものとなる。
However, since the athermal waveguide whose conceptual cross-sectional view is shown in FIG. 4 has a rib-type waveguide structure, the refractive index difference between the core glass layer 03 and the lower cladding layer 02 is different. At most 10 −3 , there is a problem that the loss in the bent waveguide becomes remarkable. That is,
When the effective refractive index difference is 10 -3 , the allowable bending radius is several c
m, which is not suitable for constructing a practical optical circuit including branching and bending at a length of several cm or less.

【0011】これに対して、石英系光導波路において、
コアの上面及び側面がフォトポリマ材料と接する三次元
光導波路(日比野、1991年応用物理秋期大会、10
p−ZN−15)や、コアの側面が石英系ガラスと接
し、その上面がフォトポリマ材料と接する三次元光導波
路が提案されている(M.Ishii et al,M
OC 1993)。
On the other hand, in a silica-based optical waveguide,
A three-dimensional optical waveguide in which the top and side surfaces of the core are in contact with a photopolymer material (Hibino, 1991 Autumn Meeting of Applied Physics, 10
p-ZN-15) and a three-dimensional optical waveguide in which the side surface of the core is in contact with quartz glass and the upper surface is in contact with a photopolymer material have been proposed (M. Ishii et al., M.
OC 1993).

【0012】しかしながら、これらの導波路の製作方法
はコアガラス層をフォト工程及びエッチングにより加工
した後、埋め込む作製方法であることから、前者では、
コア側面のエッチングによる荒れが伝搬損失増加の要因
となったり、また、後者では上部クラッド層で埋め込ん
だ後に、コア上面が低下するといった問題を本質的に有
している。
However, these waveguides are manufactured by embedding a core glass layer after processing the core glass layer by a photolithography process and etching.
Roughness due to etching of the core side surface causes an increase in propagation loss, and the latter essentially has a problem that the core upper surface is lowered after being buried in the upper cladding layer.

【0013】本発明は、以上述べた事情に鑑み、環境温
度の頒変化に対して動作波長が変動しない光導波路及び
その導波路を構成要素として含む光回路を提供すること
を課題とする。
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide an optical waveguide whose operating wavelength does not fluctuate in response to changes in environmental temperature and an optical circuit including the waveguide as a component.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の光導波路の製造方法は、平面基板上に形成された光
を伝搬するコアと、該コアより屈折率の低いクラッドと
により構成される光導波路の製造方法において、前記平
面基板上に下部クラッド層を形成した後、該下部クラッ
ド層にコアとなる溝構造を形成し、前記コアを前記溝構
造を形成した下部クラッド層の上に形成した後、石英系
コア層の溝部分以外を除去し、前記コアを含む部分の上
部にフォトポリマ材料による上部クラッド層を形成する
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide, comprising: a core for transmitting light formed on a planar substrate; and a cladding having a lower refractive index than the core. In the method for manufacturing an optical waveguide, after forming a lower cladding layer on the planar substrate, a groove structure serving as a core is formed in the lower cladding layer, and the core is formed on the lower cladding layer on which the groove structure is formed. After the formation, the portion other than the groove portion of the quartz-based core layer is removed, and an upper clad layer made of a photopolymer material is formed above the portion including the core.

【0015】本発明の光導波路は、平面基板上に形成さ
れた光を伝搬する溝加工により形成してなるコアと、該
コアより屈折率の低いクラッド層とにより構成される光
導波路であって、前記コアの上面部にフォトポリマ材料
からなるクラッド層を構成してなることを特徴とする。
An optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide comprising a core formed on a flat substrate and formed by processing a groove for transmitting light, and a cladding layer having a lower refractive index than the core. A cladding layer made of a photopolymer material is formed on the upper surface of the core.

【0016】本発明の光回路は、前記光導波路を有して
なることを特徴とする。
An optical circuit according to the present invention includes the optical waveguide.

【0017】前記光回路が、方向性結合器,マッハツェ
ンダ干渉計,レリーフ型ブラッググレーティング,信号
光の光合分波回路,波長選択回路又はレーザ光源回路で
あることを特徴とする。
The optical circuit is a directional coupler, a Mach-Zehnder interferometer, a relief type Bragg grating, an optical multiplexing / demultiplexing circuit for signal light, a wavelength selection circuit, or a laser light source circuit.

【0018】本発明によれば、光回路を構成する溝部に
コアを配置した光導波路として、コアの上面部に設けら
れるクラッドをフォトポリマ材料よりなる三次元光導波
路としたので、前記フォトポリマ材料の屈折率を制御す
ることにより、温度変化に対して屈折率が一定であると
いう、いわゆるアサーマル導波路を実現できる。
According to the present invention, as the optical waveguide having the core disposed in the groove constituting the optical circuit, the clad provided on the upper surface of the core is a three-dimensional optical waveguide made of a photopolymer material. The so-called athermal waveguide, in which the refractive index is constant with respect to a change in temperature, can be realized by controlling the refractive index.

【0019】また、本発明の三次元光導波路はクラッド
層により横方向の光閉じ込め作用が働いていることか
ら、従来のリブ導波路構造に比べて光閉じ込め効果が大
きく、曲げ損失が小さい。例えばクラッド層とコアの屈
折率差が0.75%の場合、許容曲げ半径は5mm、屈折
率差が2.0%の場合、許容曲げ半径は2mmとなり、
従来のリブ導波路の許容曲げ半径が数cmであるのに対
して、1/10以下である。
Further, in the three-dimensional optical waveguide of the present invention, since the light confinement effect in the lateral direction is exerted by the cladding layer, the light confinement effect is large and the bending loss is small as compared with the conventional rib waveguide structure. For example, when the refractive index difference between the cladding layer and the core is 0.75%, the allowable bending radius is 5 mm, and when the refractive index difference is 2.0%, the allowable bending radius is 2 mm.
While the allowable bending radius of the conventional rib waveguide is several cm, it is 1/10 or less.

【0020】また、本発明は下部クラッドガラス層にコ
アとなる構造をフォト工程及びエッチング工程により形
成し、コアガラス層を形成した後、該コアガラス層の溝
部分以外を除去する凹型プロセスを用いており、凸型プ
ロセスとエッチングの組み合わせで作製する従来の三次
元光導波路構造アサーマル導波路に比べ、作製工程数を
低減でき、この結果、歩留りの向上が可能となる。
Further, the present invention employs a concave process in which a core structure is formed in a lower clad glass layer by a photo process and an etching process, and after the core glass layer is formed, portions other than the groove portions of the core glass layer are removed. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with a conventional three-dimensional optical waveguide structure athermal waveguide manufactured by a combination of a convex process and etching, and as a result, the yield can be improved.

【0021】さらに、凹型プロセスにおいて、下部クラ
ッドに形成した溝部分の側面のエッチング荒れがコア形
成時の高温度焼結工程で低減される結果、コア側面のエ
ッチング荒れによる散乱損失が抑制できる。
Furthermore, in the concave process, the etching roughness on the side surface of the groove formed in the lower clad is reduced in the high-temperature sintering step at the time of forming the core, so that the scattering loss due to the etching roughness on the core side surface can be suppressed.

【0022】以上より本発明に基づけば、今までにない
曲げ損失及び散乱損失の小さないわゆるアサーマル状態
の光導波路を歩留りよく製造できることとなる。また、
得られた光導波路及び光導波路を構成要素として含む光
回路は、環境温度の変化に対して動作波長が変動しない
ものとなる。
As described above, according to the present invention, an optical waveguide in a so-called athermal state having a small bending loss and scattering loss can be manufactured with a high yield. Also,
The operating wavelength of the obtained optical waveguide and the optical circuit including the optical waveguide as constituent elements do not fluctuate with changes in environmental temperature.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0024】〔実施の形態1〕図1は本発明の実施の形
態の光回路の凹型の製造工程図である。図1に示すよう
に、シリコン基板11上には、火炎堆積法により約30
μm厚の下部クラッド石英系ガラス層12を作製する
(図1(a)参照)。次に、コアを形成するための幅6
μm、深さ6μmである溝13をフォト工程及び反応性
イオンエッチングにより形成する(図1(b))。次
に、火炎堆積法によりコアガラススートを堆積し、電気
炉中にて1300℃で2時間保持してスートを焼結して
透明コアガラス層14を形成する(図1(c)参照)。
次に、反応性イオンエッチングによりコアガラス層14
を除去してコア15を形成し、空気クラッド光導波路を
作製する(図1(d))。最後に、PMMA等のフォト
ポリマ材料による上部クラッド層16を形成する(図1
(e))。
[First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a concave type optical circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a silicon substrate 11 has a thickness of about 30 mm by a flame deposition method.
A lower clad silica glass layer 12 having a thickness of μm is formed (see FIG. 1A). Next, the width 6 for forming the core
A groove 13 having a thickness of 6 μm and a depth of 6 μm is formed by a photo process and reactive ion etching (FIG. 1B). Next, a core glass soot is deposited by a flame deposition method, and the soot is sintered at 1300 ° C. for 2 hours in an electric furnace to form a transparent core glass layer 14 (see FIG. 1C).
Next, the core glass layer 14 is formed by reactive ion etching.
Is removed to form a core 15, and an air-clad optical waveguide is manufactured (FIG. 1D). Finally, an upper cladding layer 16 made of a photopolymer material such as PMMA is formed (FIG. 1).
(E)).

【0025】〔実施の形態2〕前述した実施の形態1の
光回路製造方法を用いて、合分波機能を有するアレー導
波路格子を作製した。図2にその回路構成の概略を示
す。図2中、符号21はシリコン基板、22は下部クラ
ッド石英系ガラス層、23は入力導波路、24は入力側
スラブ導波路、25はアレー導波路回折格子、26は出
力側スラブ導波路、27は出力導波路、28はPMMA
による上部クラッド層を各々図示する。
[Embodiment 2] An arrayed waveguide grating having a multiplexing / demultiplexing function was manufactured using the optical circuit manufacturing method of Embodiment 1 described above. FIG. 2 shows an outline of the circuit configuration. 2, reference numeral 21 denotes a silicon substrate, 22 denotes a lower clad silica glass layer, 23 denotes an input waveguide, 24 denotes an input side slab waveguide, 25 denotes an array waveguide diffraction grating, 26 denotes an output side slab waveguide, and 27 denotes an output side slab waveguide. Is the output waveguide, 28 is PMMA
Are respectively shown in FIG.

【0026】本実施の形態に基づき、凹型プロセスによ
り空気クラッドアレー導波路回折格子を作製し、PMM
A膜を上部クラッド28として形成した。
Based on this embodiment, an air-clad array waveguide diffraction grating is manufactured by a concave process, and a PMM
The A film was formed as the upper cladding 28.

【0027】この実施の形態で作製した導波路は、コア
寸法6μm×6μm、コアとクラッド層間の屈折率差が
0.75%であった。光合分波器の設計に当たっては、光
通信で用いられる波長1.55μm帯において、波長間隔
0.4nm(光周波数間隔:50GHz)が得られるよ
う、アレー導波路を構成するチャンネル導波路の光路長
差を63.0μmとした。
The waveguide manufactured in this embodiment has a core size of 6 μm × 6 μm and a refractive index difference between the core and the cladding layer.
0.75%. In designing the optical multiplexer / demultiplexer, the wavelength interval in the 1.55 μm band used in optical communication is
In order to obtain 0.4 nm (optical frequency interval: 50 GHz), the optical path length difference between the channel waveguides constituting the array waveguide was set to 63.0 μm.

【0028】この光合分波器を動作するには、先ず入力
導波路23に送信側の単一モード光ファイバを接続し、
周波数多重信号光を入射する。入力側スラブ導波路24
において、回折効果により広がった信号光は、アレー導
波路回折格子を構成する複数のチャンネル導波路に伝搬
し、出力側スラブ導波路26に達し、さらに出力導波路
27に集光される。
To operate this optical multiplexer / demultiplexer, first, a single-mode optical fiber on the transmission side is connected to the input waveguide 23,
A frequency multiplexed signal light is incident. Input side slab waveguide 24
In, the signal light spread by the diffraction effect propagates to a plurality of channel waveguides constituting the arrayed waveguide diffraction grating, reaches the output side slab waveguide 26, and is further focused on the output waveguide 27.

【0029】この場合、アレー導波路回折格子25を構
成する個々のチャンネル導波路の長さを変えて光路長差
を設けることにより、チャンネル導波路伝搬後の信号光
の位相にずれが生じ、この位相ずれ量に応じて出力側ス
ラブ導波路26における収束光の波面が傾く。この傾き
角度により集光する位置が決定される。
In this case, by changing the lengths of the individual channel waveguides constituting the arrayed waveguide diffraction grating 25 to provide an optical path length difference, the phase of the signal light after the propagation of the channel waveguides is shifted. The wavefront of the convergent light in the output side slab waveguide 26 is tilted according to the phase shift amount. The light condensing position is determined by the inclination angle.

【0030】位相ずれ量が信号光周波数に依存し、周波
数多重光は周波数別に集光位置が決まることとなり、そ
の集光位置に出力導波路を配置することによって光周波
数別に信号光を取り出すことができる。
The amount of phase shift depends on the signal light frequency, and the focus position of the frequency multiplexed light is determined for each frequency. By arranging an output waveguide at the focus position, the signal light can be extracted for each optical frequency. it can.

【0031】本実施の形態の光回路製造方法を用いるこ
とで、通常の埋め込み型石英系光導波路の許容曲げ半径
等の設計パラメータを変更することなくアサーマル光合
分波回路の挿入損失は本質的に従来の光合分波回路と同
等な値となる。
By using the optical circuit manufacturing method of the present embodiment, the insertion loss of the athermal optical multiplexing / demultiplexing circuit is essentially reduced without changing the design parameters such as the allowable bending radius of the ordinary embedded quartz optical waveguide. The value is equivalent to that of the conventional optical multiplexing / demultiplexing circuit.

【0032】この光合分波回路の波長1.55μmにお
ける透過スペクトルを測定したところ、波長間隔50G
Hz,ピーク波長の温度係数14MHz/℃、チャンネ
ル間クロストーク−27dB以下、ピーク波長の挿入損
失3.0dBの良好な合分波特性を得た。
The transmission spectrum of this optical multiplexing / demultiplexing circuit at a wavelength of 1.55 μm was measured.
A good multiplexing / demultiplexing characteristic was obtained in which the frequency, the temperature coefficient of the peak wavelength was 14 MHz / ° C., the crosstalk between channels was −27 dB or less, and the insertion loss at the peak wavelength was 3.0 dB.

【0033】一方、従来の石英系ガラスのみで構成され
るアレー導波路型回折格子のスペクトルシフトは1.4
GHz/℃であった。
On the other hand, the spectrum shift of the conventional arrayed waveguide type diffraction grating composed of only silica-based glass is 1.4.
GHz / ° C.

【0034】従って、本実施の形態のアサーマル導波路
で構成した光合分波回路のピーク波長の温度係数が従来
に比べ1%に低減できることが判明した。
Accordingly, it has been found that the temperature coefficient of the peak wavelength of the optical multiplexing / demultiplexing circuit constituted by the athermal waveguide of the present embodiment can be reduced to 1% as compared with the conventional one.

【0035】〔実施の形態3〕図3に本実施の形態にか
かる光回路製造法を用いて作製した波長選択回路の構成
を示す。図3中、符号31はシリコン基板、32は下部
クラッド石英系ガラス層、33は石英系ガラスコア、3
4は光誘起屈折率変化を利用して屈折率変調を書き込ん
だブラッググレーティング及び35は紫外線硬化型樹脂
を用いた上部クラッド層を各々図示する。
Third Embodiment FIG. 3 shows a configuration of a wavelength selection circuit manufactured by using the optical circuit manufacturing method according to the third embodiment. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a silicon substrate, 32 denotes a lower clad quartz glass layer, 33 denotes a quartz glass core,
Numeral 4 denotes a Bragg grating in which refractive index modulation is written by using a photo-induced refractive index change, and numeral 35 denotes an upper cladding layer using an ultraviolet curable resin.

【0036】本波長選択回路を作製するには、前述した
実施の形態1と同様な凹型プロセスにより空気クラッド
光導波路を作製する。次に、位相マスクを通してArF
エキシマレーザ光をコア部に照射してブラッググレーテ
ィング34を石英系ガラスコアに形成する。最後に、紫
外線硬化型樹脂を基板上面に塗布し、紫外線で硬化させ
て上部クラッド層35を形成し、三次元光導波路を作製
した。波長1.5μm帯であるLED光源を用いて、こ
のブラッググレーティングの反射特性を測定したとこ
ろ、中心波長1.55μm、反射波長の温度係数dλB
/dT1.0×10-4nm/℃、反射率99%、反射帯
域0.1nm、グレーテクングの過剰損失0.2dBの良好
な値を得た。従って、本実施の形態の波長選択回路の反
射波長温度依存性が、従来の石英系℃を用いた場合に比
べ、1%に改善できることが判明した。
In order to manufacture the present wavelength selection circuit, an air-clad optical waveguide is manufactured by a concave process similar to that of the first embodiment. Next, ArF is passed through a phase mask.
The core portion is irradiated with excimer laser light to form the Bragg grating 34 on the quartz glass core. Finally, an ultraviolet-curable resin was applied to the upper surface of the substrate and cured with ultraviolet light to form the upper cladding layer 35, thereby producing a three-dimensional optical waveguide. When the reflection characteristics of the Bragg grating were measured using an LED light source having a wavelength band of 1.5 μm, the center wavelength was 1.55 μm, and the temperature coefficient dλ B of the reflection wavelength.
/ DT 1.0 × 10 −4 nm / ° C., a reflectance of 99%, a reflection band of 0.1 nm, and an excess loss of graying of 0.2 dB were obtained. Therefore, it has been found that the reflection wavelength temperature dependency of the wavelength selection circuit of the present embodiment can be improved to 1% as compared with the case where the conventional quartz-based ℃ is used.

【0037】以上、本実施の形態では、フォトポリマ材
料として、PMMA及び紫外線硬化型樹脂を用いたが、
その他に例えばシリコーン樹脂,ポリイミド樹脂等一般
的に負の屈折率温度係数を有するフォトポリマ材料及び
屈折率整合剤等を上部クラッドとして適用できることは
いうまでもない。
As described above, in this embodiment, PMMA and an ultraviolet curable resin are used as the photopolymer material.
In addition, it goes without saying that a photopolymer material having a generally negative temperature coefficient of refractive index, such as a silicone resin or a polyimide resin, and a refractive index matching agent can be used as the upper cladding.

【0038】また、本実施の形態では、フォトポリマ材
料による上部クラッドを回路全体に形成したが、フォト
リソグラフィ技術を用いることで石英系光導波路で構成
する光回路の一部をフォトポリマ材料とすることも可能
である。
In the present embodiment, the upper clad made of a photopolymer material is formed on the entire circuit. However, a part of the optical circuit constituted by the quartz optical waveguide is made of a photopolymer material by using photolithography technology. It is also possible.

【0039】本実施の形態では、ガラス膜作製に火炎堆
積法を用いたが、これはこの方法が、比較的厚く高品質
なガラス膜の堆積に適しているからである。なお、場合
によては、別のガラス膜合成方法、例えばCVD法やス
パッタ法を一部あるいは全部に用いることも可能であ
る。また、コア層及びクラッド層は石英系ガラスに限定
されるものではない。
In the present embodiment, the flame deposition method is used for producing a glass film, because this method is suitable for depositing a relatively thick and high quality glass film. In some cases, another method of synthesizing a glass film, for example, a CVD method or a sputtering method may be partially or entirely used. Further, the core layer and the cladding layer are not limited to quartz glass.

【0040】本実施の形態では、光合分波回路としてア
レー導波路回折格子、波長選択回路として光誘起ブラッ
ググレーティングについて説明したが、アサーマル導波
路が広く一般的に光波の干渉を利用した光回路の動作波
長の温度依存性を改善できることから、方向性結合器、
マッハツェンダ干渉計、レリーフ型ブラググレーティン
グ及びこれらの回路を組み合わせた光回路に適用するこ
とは有用である。さらに、光導波路として波長1.55
μm帯で光増幅機能を有するEr添加光導波路等希土類
添加光導波路に適用してすることも可能である。例え
ば、ブラッググレーティングを集積した単一縦モードD
BRレーザを本発明の製造方法により作製すれば、アサ
ーマルレーザ光源を実現できる。
In this embodiment, an array waveguide diffraction grating has been described as an optical multiplexing / demultiplexing circuit, and a photo-induced Bragg grating has been described as a wavelength selection circuit. However, an athermal waveguide is widely used and an optical circuit utilizing optical wave interference is generally used. Since the temperature dependence of the operating wavelength can be improved, a directional coupler,
It is useful to apply the present invention to a Mach-Zehnder interferometer, a relief Bragg grating, and an optical circuit combining these circuits. Further, as an optical waveguide, a wavelength of 1.55
The present invention can be applied to a rare earth-doped optical waveguide such as an Er-doped optical waveguide having an optical amplification function in the μm band. For example, a single longitudinal mode D integrating a Bragg grating
If a BR laser is manufactured by the manufacturing method of the present invention, an athermal laser light source can be realized.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに説明し
たように、本発明によれば、凹型プロセスにおいて、正
の屈折率温度係数を有する石英系ガラスと負の屈折率の
温度係数を有するフォトポリマ材料とを組み合わせるこ
とにより、導波路の実効屈折率の温度係数が本質的に小
さいいわゆるアサーマル状態の三次元光導波路を実現す
ることができる。したがって、光合分波回路波長選択回
路、レーザ光源の動作波長の変動が環境温度変化に対し
て著しく小さくなるような光回路を実現できる。また、
光閉じ込め効果が大きく、曲げ損失の小さい導波路構造
を実現できる。さらに、凹型プロセスを利用しているこ
とから、光回路は低損失であり、作製工程数が最小限で
あるため、歩留りが高いという利点を有する。
As described above, according to the present invention, according to the present invention, a quartz glass having a positive refractive index temperature coefficient and a photo-resist having a negative refractive index temperature coefficient in a concave process. By combining with a polymer material, it is possible to realize a so-called athermal three-dimensional optical waveguide in which the temperature coefficient of the effective refractive index of the waveguide is essentially small. Therefore, it is possible to realize an optical circuit in which the fluctuation of the operating wavelength of the optical multiplexing / demultiplexing circuit and the laser light source is significantly reduced with respect to the change of the environmental temperature. Also,
A waveguide structure having a large light confinement effect and a small bending loss can be realized. Furthermore, since the concave process is used, the optical circuit has an advantage that the loss is low and the number of manufacturing steps is minimized, so that the yield is high.

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

【図1】本発明の実施の形態の光回路工程を示す導波路
断面図である。
FIG. 1 is a waveguide sectional view showing an optical circuit process according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態のアレー導波路型回路格子
の回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an arrayed waveguide type circuit grating according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の導波路型ブラッググレー
ティングの回路構造図である。
FIG. 3 is a circuit structure diagram of the waveguide type Bragg grating according to the embodiment of the present invention.

【図4】従来のアサーマル導波路構造を示す概念断面図
である。
FIG. 4 is a conceptual sectional view showing a conventional athermal waveguide structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 下部クラッド石英系ガラス層 13 溝 14 透明コアガラス層 15 コア 16 上部クラッド層 21 シリコン基板 22 下部クラッド石英系ガラス層 23 入力導波路 24 入力側スラブ導波路 25 アレー導波路回折格子 26 出力側スラブ導波路 27 出力導波路 28 上部クラッド層 31 シリコン基板 32 下部クラッド石英系ガラス層 33 石英系ガラスコア 34 ブラッググレーティング 35 上部クラッド層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Silicon substrate 12 Lower clad silica glass layer 13 Groove 14 Transparent core glass layer 15 Core 16 Upper clad layer 21 Silicon substrate 22 Lower clad silica glass layer 23 Input waveguide 24 Input slab waveguide 25 Array waveguide diffraction grating 26 Output side slab waveguide 27 Output waveguide 28 Upper cladding layer 31 Silicon substrate 32 Lower cladding silica glass layer 33 Quartz glass core 34 Bragg grating 35 Upper cladding layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姫野 明 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 大森 保治 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akira Himeno 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Yoji Omori 3-192-1, Nishi-shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. Japan Telegraph and Telephone Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平面基板上に形成された光を伝搬するコ
アと、該コアより屈折率の低いクラッドとにより構成さ
れる光導波路の製造方法において、 前記平面基板上に下部クラッド層を形成した後、 該下部クラッド層にコアとなる溝構造を形成し、 前記コアを前記溝構造を形成した下部クラッド層の上に
形成した後、石英系コア層の溝部分以外を除去し、 前記コアを含む部分の上部にフォトポリマ材料による上
部クラッド層を形成することを特徴とする光導波路の製
造方法。
1. A method for manufacturing an optical waveguide comprising a core formed on a planar substrate for transmitting light and a clad having a lower refractive index than the core, wherein a lower cladding layer is formed on the planar substrate. Thereafter, a groove structure serving as a core is formed in the lower clad layer. After the core is formed on the lower clad layer having the groove structure formed thereon, portions other than the groove portion of the quartz core layer are removed. A method for manufacturing an optical waveguide, comprising forming an upper cladding layer of a photopolymer material on an upper portion of a portion including the optical waveguide.
【請求項2】 平面基板上に形成された光を伝搬する溝
加工により形成してなるコアと、該コアより屈折率の低
いクラッド層とにより構成される光導波路であって、 前記コアの上面部にフォトポリマ材料からなるクラッド
層を構成してなることを特徴とする光導波路。
2. An optical waveguide comprising a core formed by a groove processing for propagating light formed on a planar substrate and a cladding layer having a lower refractive index than the core, wherein an upper surface of the core is provided. An optical waveguide characterized in that a cladding layer made of a photopolymer material is formed in a portion.
【請求項3】 請求項2記載の光導波路を有してなるこ
とを特徴とする光回路。
3. An optical circuit comprising the optical waveguide according to claim 2.
【請求項4】 請求項3記載の光回路が、方向性結合
器,マッハツェンダ干渉計,レリーフ型ブラッググレー
ティング,信号光の光合分波回路,波長選択回路又はレ
ーザ光源回路であることを特徴とする光回路。
4. The optical circuit according to claim 3, wherein the optical circuit is a directional coupler, a Mach-Zehnder interferometer, a relief Bragg grating, an optical multiplexing / demultiplexing circuit for signal light, a wavelength selection circuit, or a laser light source circuit. Optical circuit.
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