JP3905797B2

JP3905797B2 - Optical directional coupler

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Publication number: JP3905797B2
Application number: JP2002181636A
Authority: JP
Inventors: 章宏高木; 照明佐藤; 浩彰高見; 保治大森; 知尋柴田; 善典日比野
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Electronics Corp; NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004029139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野に利用される光方向性結合器に関するものである。詳細には、特性の再現性を向上させた導波路型光方向性結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板や石英ガラス基板の上に形成可能な石英系ガラス導波路は、光の伝搬損失が小さく、化学的に安定であり、かつ石英系光ファイバとの接続整合性がよいなどの特長を有しているため、各種の導波路型光デバイスが実用化されている。導波路型光デバイスの一つに光方向性結合器がある。
【０００３】
従来の光方向性結合器の構成を図１３に示す。図１３において、５１はシリコン基板、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは光導波路、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中には２本の光導波路が近接して結合部を構成し、結合部での両導波路間での干渉により、光方向性結合機能を発揮することになる。従って、入力光Ｐ_０が光導波路５２ａに入力すると、光導波路５２ｂ、５２ｃに分岐される。しかし、その結合率は主に結合部での導波路の結合長、又は導波路間隔等に依存する。ここで、光導波路５２ｃへの結合率とは、
結合率＝Ｐ_２／（Ｐ_１＋Ｐ_２）（１）
をいう。
【０００４】
一般的の光方向性結合器の製造プロセスを図１４に示す。図１４において、６１はシリコン基板、６２は下部クラッド層、６３はコア層、６４は光導波路マスク、６５はコア部、６６は上部クラッド層である。シリコン基板６１の上面に下部クラッド層６２とコア層６３を堆積して、熱処理により透明化した後、コア部のパタンに合わせた光導波路マスク６４を形成する（図１４（ａ））。エッチングにより、コア部６５以外のコア層６３を除去する（図１４（ｂ））。光導波路マスク６４を除去し（図１４（ｃ））、上部クラッド層６６を堆積する（図１４（ｄ））。その後、上部クラッド層６６を熱処理により溶融して固化する（図１４（ｅ））。固化した下部クラッド層６２と上部クラッド層６６でクラッド部を形成する。
【０００５】
この製造プロセスでは、上部クラッド層６６の熱処理のために、光方向性結合器となる基板全体を１０００℃以上に加熱する。この熱処理工程で上部クラッド層６６が溶融すると、コア部６５も軟化し、変形することになる。光方向性結合器のように、結合部では２つのコア部が近接している構造では、上部クラッド層６６が固化する際の収縮力でコア部が接近する方向に倒れこむ傾向がある（図１４（ｅ））。この倒れこみは製造条件に依存するため、光方向性結合器の結合率が製造条件に依存して変動するという問題がある。
【０００６】
この問題に対して、特許３０９３３６２号は、光方向性結合器の結合部の外側にサポート部を配置するものである。図１５にその構成を示す。図１５において、５１はシリコン基板、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは光導波路、５３ａ、５３ｂはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。図１３の光方向性結合器と同様に、光導波路の途中には２本の光導波路が近接して結合部を構成している。当該結合部の外側にサポート部５３ａ、５３ｂを配置することによって、上部クラッド層の熱処理工程において、コア部に加わる力を緩和し、コア部の変形、倒れこみを防止するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１５の従来の構成では、サポート部５３ａ、５３ｂにより、コア部の変形、倒れこみがある程度防止できてはいるが、光方向性結合器の結合率を再現性よく一定にすることはできていない。図１６に結合部の外側にサポート部を有する従来の光方向性結合器のサポート部と光導波路コア部の距離に対する結合率を示す。図１６より、サポート部をコア部に近づけても結合率は安定せず、この構成では、コア部の変形、倒れこみを十分に防止できているとは言えない。防止効果を上げるために、サポート部とコア部との距離を近接させると、コア部とサポート部との間に光結合が生じ、光方向性結合器の損失が大幅に増えるという問題を有している。従って、高精度な光方向性結合器を得るためには、従来構成の光方向性結合器では、光方向性結合器の損失を増加させることなく、コア部の変形、倒れこみを十分に防止することができない。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するために、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、コア部の変形、倒れこみを十分に防止するために、結合部の光導波路に交差するサポート部を有する光方向性結合器を発明し、交差するサポート部による光損失の影響を評価した。光方向性結合器のコア部と同じ断面形状のサポート部を光導波路に垂直に接合させて、光損失の増加量を測定したところ、１ヶ所当りの過剰光損失が０．０３ｄＢ程度であることが分かった。従って、結合部の光導波路に直接交差、又は接合するサポート部を設けることによって、光方向性結合器の過剰光損失を増加させることなく、コア部の変形、倒れこみを十分に防止することができることを確認した。そこで、発明者らは、結合部の光導波路に交差するサポート部を有する各種の光方向性結合器を発明した。
【００１０】
本願第一発明は、平面基板上に、石英系ガラスの光導波路材料で作製された光が伝搬するコア部と、該コア部の周りの屈折率がコア部の屈折率より小さいクラッド部とからなる２本の光導波路によって構成され、該２本の光導波路の中間の一部が平行で他の部分より近接した結合部となっている光方向性結合器において、前記結合部に対し略垂直に交差し、前記結合部における前記２本の光導波路の前記コア部の外側のみに接合して前記コア部を直接支持するサポート部を有し、前記コア部との接合点における前記サポート部の幅は前記コア部の幅以下であることを特徴とする光方向性結合器である。
【００１１】
本願第二発明は、平面基板上に、石英系ガラスの光導波路材料で作製された光が伝搬するコア部と、該コア部の周りの屈折率がコア部の屈折率より小さいクラッド部とからなる２本の光導波路によって構成され、該２本の光導波路の中間の一部が平行で他の部分より近接した結合部となっている光方向性結合器において、前記結合部に対し略垂直に交差し、前記結合部における前記２本の光導波路の前記コア部の外側に接合して前記コア部を直接支持するサポート部が、両光導波路で交互に配置されていることを特徴とする光方向性結合器である。
【００１２】
本願第三発明は、平面基板上に、石英系ガラスの光導波路材料で作製された光が伝搬するコア部と、該コア部の周りの屈折率がコア部の屈折率より小さいクラッド部とからなる２本の光導波路によって構成され、該２本の光導波路の中間の一部が平行で他の部分より近接した結合部となっている光方向性結合器において、前記２本の光導波路の間で、前記結合部における前記２本の光導波路の前記コア部の内側に接合して前記コア部を直接支持するサポート部を有することを特徴とする光方向性結合器である。
【００１３】
本願第四発明は、平面基板上に、石英系ガラスの光導波路材料で作製された光が伝搬するコア部と、該コア部の周りの屈折率がコア部の屈折率より小さいクラッド部とからなる２本の光導波路によって構成され、該２本の光導波路の中間の一部が平行で他の部分より近接した結合部となっている光方向性結合器において、前記２本の光導波路の間で、前記結合部における前記２本の光導波路の前記コア部の内側に接合して前記コア部を直接支持するサポート部と、前記結合部に対し外側から略垂直に交差し、前記結合部における前記２本の光導波路の前記コア部の外側に接合して前記コア部を直接支持するサポート部とが、交互に配置されていることを特徴とする光方向性結合器である。
【００１４】
これらの発明における結合部に交差するサポート部は、光方向性結合器の結合部の光導波路を直接支持する構造のため、熱処理工程におけるコア部の変形、倒れこみを防止することができる。このため、熱処理工程を有する光方向性結合器において、結合率が製造条件に依存しないで一定になるような光方向性結合器を提供することができる。
一方、サポート部が結合部の光導波路に交差することによって、光散乱または余分な光結合が発生して光方向性結合器の光損失の原因となるが、結合部に略垂直に交差するサポート部は、光方向性結合器の光導波路に対し略垂直に接合するため、これらの問題は回避される。光散乱または余分な光結合を抑圧するために、接合点におけるサポート部の幅は、光方向性結合器の導波路幅と同程度か、それ以下が望ましい。
【００１５】
本願第五発明は、本願第一発明、第二発明若しくは第四発明の光方向性結合器において、前記コア部に接合して前記コア部を直接支持する前記サポート部の先端に接合して外側から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部が配置されていてもよい。
この発明により、光方向性結合器の上部クラッド層の熱処理工程において、サポート部が外側から流入するクラッド材料を堰き止めることができ、コア部の変形、倒れこみを防止することができ、結合率が製造条件に依存しないで一定になるような光方向性結合器を提供することができる。
【００１６】
本願第六発明は、本願第一乃至第四発明のいずれかの光方向性結合器において、さらに、前記結合部の外側に、前記結合部の長手方向に略平行に配置され、且つ外部から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部を有することを特徴とする光方向性結合器である。
本発明により、サポート部を組み合わせることにより、コア部の変形、倒れこみを一層効果的に防止することができ、結合率が製造条件に依存しないで一定になるような光方向性結合器を提供することができる。
なお、これらの各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、ここで説明するすべての実施の形態では、導波路基板としてシリコン基板、光導波路として石英系ガラス光導波路を用いて説明しているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えば、導波路基板としてガラス基板、半導体基板、セラミック基板、プラスチック基板等が、また光導波路として半導体導波路、ガラス導波路、有機材料導波路等の導波路材料の組み合わせにも適用可能である。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図１に示す。図１において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ａ、１３ｂはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。本光方向性結合器の断面図を図２に示す。図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ図１における線Ａ−Ａ’、線Ｂ−Ｂ’における断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）において、１２ａ、１２ｄは光導波路部、１３ａ、１３ｂはサポート部、２１はシリコン基板、２２は下部クラッド層、２３は上部クラッド層である。図１、図２から分かるように、光導波路の途中には２本の光導波路が近接して結合部を構成し、サポート部１３ａ、１３ｂが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置されている。
【００１９】
本実施の形態で用いた光導波路はＧｅＯ_２添加石英ガラスであり、そのコア部の断面は７μｍ×７μｍの矩形、コア部とクラッド部の屈折率差は０．７５％、光導波路の最小曲げ半径は５ｍｍ、結合部での２本の光導波路の中心間の距離は１０μｍ、結合部での光導波路の長さは０．４ｍｍ、サポート部の断面はコア部と同じ７μｍ×７μｍの矩形、サポート部のそれぞれの長さは約０．２ｍｍ、それぞれのサポート部の間隔は０．１ｍｍとした。このようなサポート部を有する光方向性結合器は、サポート部を含む光導波路マスクを用いて光導波路のコア部とサポート部を同時にパタン化すればよく、その製造は図１４で説明した石英系ガラス導波路の製造方法と同様に容易に可能である。
【００２０】
このような複数のサポート部を設け、サポート部がコア部を直接支持することによって、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみを防止することができ、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。前述したように、光方向性結合器の過剰損失要求値の範囲内でコア部の変形、倒れこみを防止できるような数値を調整すればよい。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００２１】
（実施の形態２）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図３に示す。図３において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｃ、１３ｄはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中には２本の光導波路が近接して結合部を構成し、サポート部１３ｃ、１３ｄが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置されている。実施の形態１では、サポート部が光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路に対して、互いに対向するように配置されていたが、本実施の形態では、サポート部１３ｃ、１３ｄが光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路を介して交互に配置されている点が大きく異なる。本実施の形態で用いた光導波路はＧｅＯ_２添加石英ガラスであり、コア部やサポート部の形状、大きさ等は実施の形態１と同じである。
【００２２】
本実施の形態で採用したサポート部を交互に配置することによる効果を図４で説明する。図４は、光方向性結合器の結合部を拡大したものである。図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ図１、図３の光方向性結合器の結合部である。図中における矢印は、上部クラッド層の熱処理工程においてコア部に加わる力を表す。図４（ａ）では、サポート部の存在により、コア部全体が倒れこむことは防止することができた。しかし、サポート部のない部分での２本のコア部が結合部の外側のクラッド層からの力により倒れこんだため、互いに近づき、結合部における２本の光導波路の間隔を狭めてしまう。これに比べて、図４（ｂ）では、サポート部のない部分での２本のコア部が結合部の外側のクラッド層からの力により倒れこんでも、コア部の近づく距離を半分にすることができる。
【００２３】
従って、サポート部を光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路を介して交互に配置することによって、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみによる影響をより効果的に抑制でき、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００２４】
（実施の形態３）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図５に示す。図５において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中に２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図５（ａ）では、結合部の２本の光導波路の間でサポート部１３ｅが結合部に接合するように配置されている。実施の形態１では、サポート部が光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路に対して、外側から略垂直に接合するように配置されているが、本実施の形態では、サポート部１３ｅが光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路の間に配置されている点が大きく異なる。図５（ｂ）では、結合部の２本の光導波路の間でサポート部１３ｅが結合部に接合するように配置され、さらに、実施の形態１のように、サポート部１３ｆ、１３ｇが光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路に対して、外側から略垂直に接合するように配置されている。図５（ｃ）では、結合部の２本の光導波路の間でサポート部１３ｅが結合部に接合するように配置され、さらに、実施の形態２のようにサポート部１３ｈ、１３ｉが光方向性結合器の結合部にある２本の光導波路を介して交互に配置されている。本実施の形態で用いた光導波路はＧｅＯ_２添加石英ガラスであり、コア部やサポート部の形状、大きさ等は実施の形態１と同じである。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、結合部の２本の光導波路の間で、サポート部１３ｅがコア部を直接支持することによって、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみを防止することができ、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）のサポート部に加え、実施の形態１又は実施の形態２で説明したサポート部を追加することによって、クラッド層の熱処理工程におけるコア部の変形、倒れこみによる影響をより効果的に抑制でき、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。前述したように、光方向性結合器の過剰損失要求値の範囲内でコア部の変形、倒れこみを防止できるような数値を調整すればよい。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００２６】
（実施の形態４）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図６に示す。図６において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｅ、１３ｊ、１３ｋはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中に２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図６では、結合部の２本の光導波路の間でサポート部１３ｅが結合部に接合され、さらに、サポート部１３ｊ、１３ｋが外側から結合部に略垂直に接合されている。ここで、２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部１３ｅと、外側から結合部に対し略垂直に交差するサポート部１３ｊ、１３ｋとが、交互に配置されている。本実施の形態で用いた光導波路はＧｅＯ_２添加石英ガラスであり、コア部やサポート部の形状、大きさ等は実施の形態１と同じである。
【００２７】
本実施の形態で採用したサポート部を交互に配置することによる効果を図７で説明する。図７は、光方向性結合器の結合部を拡大したものである。図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、図６の光方向性結合器の結合部である。図中における矢印は、上部クラッド層を熱処理工程においてコア部に加わる力を表す。図７（ａ）では、サポート部の存在により、コア部全体が倒れこむことは防止することができた。しかし、サポート部のない部分での２本のコア部がクラッド層からの力により倒れこんだため、互いに近づき、結合部における２本の光導波路の間隔を狭めてしまう。これに比べて、図７（ｂ）では、サポート部が交互に光導波路に接合しているため、クラッド層からの力により倒れこんでも、コア部の近づく距離を半分以下にすることができる。
【００２８】
従って、２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部と、外側から結合部に対し略垂直に交差するサポート部とを、交互に配置することによって、クラッド層の熱処理工程におけるコア部の変形、倒れこみによる影響をより効果的に抑制でき、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００２９】
（実施の形態５）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図８、図９に示す。図８において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中に２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図８（ａ）では、サポート部１３ｍ、１３ｎが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置され、さらにサポート部の外側先端は、上部クラッド層の熱処理工程において結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止める矩形の形状としている。図８（ｂ）では、サポート部１３ｐ、１３ｑが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置され、さらにサポート部の外側先端は、上部クラッド層の熱処理工程において結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止める三角形の形状としている。図８（ｃ）では、サポート部１３ｒ、１３ｓが上部クラッド層の熱処理工程において結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止める三角形の形状としている。
【００３０】
ここでは、サポート部の矩形又は三角形の大きさは平面上で概ね８０μｍ×８０μｍ程度の広がりとした。このような形状は、結合部に略垂直に接合するサポート部の先端に広い面積の領域を確保するものであるが、図８（ａ）、図８（ｂ）のように等幅としたサポート部の先端に広い面積の領域を形成するようにしても良いし、図８（ｃ）のように結合部と接合する領域から徐々に幅広となるようにしてもよい。いずれの場合も、光方向性結合器の結合部と接合するサポート部の幅は光方向性結合器のコア部と同程度か、それ以下として接合による過剰光損失を小さく抑えるのが望ましい。
【００３１】
サポート部の形状および大きさはこれらに限定されるものではなく、光方向性結合器の結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止めるに十分な形状のサポート部であり、かつ、その存在が結合部の光導波路を伝搬する光信号に影響を及ぼさないような位置関係にあればよい。
【００３２】
実施の形態３で説明した結合部の２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部を有する光方向性結合器に、図８で説明したサポート部を付加した構成を図９に示す。図９において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｅ、１３ｍ、１３ｎ、１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。図９（ａ）では、結合部の２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部１３ｅを有する光方向性結合器に、さらに図８（ａ）におけるサポート部１３ｍ、１３ｎが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置されている。図９（ｂ）では、結合部の２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部１３ｅを有する光方向性結合器に、さらに図８（ｂ）におけるサポート部１３ｐ、１３ｑが結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置されている。図９（ｃ）では、結合部の２本の光導波路の間で結合部に接合するサポート部１３ｅを有する光方向性結合器に、さらに図８（ｃ）におけるサポート部１３ｒ、１３ｓが配置されている。
【００３３】
本実施の形態で用いた光導波路はＧｅＯ_２添加石英ガラスであり、コア部やサポート部の形状、大きさ等は実施の形態１と同じである。このようなサポート部を有する光方向性結合器は、サポート部を含む光導波路マスクを用いて光導波路のコア部とサポート部を同時にパタン化すればよく、その製造は図１４で説明した石英系ガラス導波路の製造方法と同様に容易に可能である。
【００３４】
これらのサポート部を設け、サポート部がコア部を直接支持することによって、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみを防止することができ、さらに、サポート部を上部クラッド層の熱処理工程において結合部の外側から流入するクラッド層の材料を堰き止める形状とすることによって、コア部への力を小さくできるためコア部の変形、倒れこみを効果的に防止することができた。従って、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。前述したように、光方向性結合器の過剰損失要求値の範囲内でコア部の変形、倒れこみを防止できるような数値を調整すればよい。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００３５】
（実施の形態６）
本実施の形態である光方向性結合器の平面図を図１０、図１１、図１２に示す。図１０において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中に２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図１０（ａ）では、コア部を直接支持するサポート部が結合部に対して外側から略垂直に接合するように配置され、さらに当該サポート部の外側の先端には、上部クラッド層の熱処理工程の際に外側から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部が結合部の長手方向に略平行に配置されている。図１０（ｂ）では、結合部に対して外側から略垂直に接合するサポート部が光導波路で交互に配置されてコア部を直接支持し、さらに当該サポート部の外側の先端には、上部クラッド層の熱処理工程の際に外側から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部が結合部の長手方向に略平行に配置されている。図１０（ｃ）では、コア部を直接支持するサポート部が結合部に対して外側から接合するように配置され、さらに上部クラッド層の熱処理工程の際に外側から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部が結合部の長手方向に略平行に配置されている。
【００３６】
図１１において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ｅ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中には２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示す実施の形態は、図５（ａ）に示す実施の形態の光方向性結合器に、図１０に示す実施の形態のサポート部をさらに追加したものである。即ち、図１１（ａ）では、結合部に光導波路の内側から接合するサポート部１３ｅに加え、結合部に光導波路の外側から接合するサポート部と、結合部の長手方向に略平行なサポート部の組み合わせ１４ａ、１４ｂが配置されている。図１１（ｂ）では、結合部に光導波路の内側から接合するサポート部１３ｅに加え、結合部に光導波路の外側から接合するサポート部と、結合部の長手方向に略平行なサポート部の組み合わせ１４ｃ、１４ｄが配置されている。図１１（ｃ）では、結合部に光導波路の内側から接合するサポート部１３ｅに加え、結合部に光導波路の外側から接合するサポート部と、結合部の長手方向に略平行なサポート部の組み合わせ１４ｅ、１４ｆが配置されている。これらの光方向性結合器では、結合部に光導波路の内側又は外側から接合するサポート部はコア部を直接支持し、結合部の長手方向に略平行なサポート部は上部クラッド層の熱処理工程の際に外側から流入するクラッド材料を堰き止める。
【００３７】
図１２において、１１はシリコン基板、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは光導波路、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１４ｇ、１４ｈはサポート部、Ｐ_０は入力光、Ｐ_１、Ｐ_２は出力光である。光導波路の途中に２本の光導波路が近接して結合部を構成している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示す実施の形態は、図１、図３、図５（ａ）に示す実施の形態の光方向性結合器に、さらに、上部クラッド層の熱処理工程の際に外側から流入するクラッド材料を堰き止めるサポート部が結合部の長手方向に略平行に配置されている。図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示す実施の形態では、結合部の長手方向に略平行なサポート部１４ｇ、１４ｈは、結合部に接合するサポート部とは分離されている。このような、分離されたサポート部であっても、上部クラッド層の熱処理工程で結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止めることができる。
【００３８】
これらのサポート部を設け、サポート部がコア部を直接支持することによって、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみを防止することができ、さらに、結合部の長手方向に略平行なサポート部を設けて、上部クラッド層の熱処理工程で結合部の外側から流入するクラッド材料を堰き止めることによって、コア部への力を小さくできるためコア部の変形、倒れこみを効果的に防止することができた。従って、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器とすることができた。サポート部の断面、サポート部のそれぞれの長さ、それぞれのサポート部の間隔、サポート部の本数は本実施の形態の数値に限定されるものではない。前述したように、光方向性結合器の過剰損失要求値の範囲内でコア部の変形、倒れこみを防止できるような数値を調整すればよい。また、サポート部の平面形状は直線に限る必要はなく、コア部を直接支持できる形状であればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上部クラッド層の熱処理工程で発生するコア部の変形、倒れこみを防止することが可能となり、製造条件に依存することなく結合率が一定になるような光方向性結合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態である光方向性結合器の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態である光方向性結合器の結合部の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態である光方向性結合器の結合部の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態である光方向性結合器の平面図である。
【図１３】従来の光方向性結合器の平面図である。
【図１４】従来の光方向性結合器の製造工程を説明する図である。
【図１５】従来の光方向性結合器の平面図である。
【図１６】従来の光方向性結合器の特性を説明する図である。
【符号の説明】
１１：シリコン基板
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：光導波路
１３ａ〜１３ｓ：結合部の長手方向に略垂直に配置されたサポート部
１４ａ〜１４ｈ：結合部の長手方向に略平行に配置されたサポート部
２１：シリコン基板
２２：下部クラッド層
２３：上部クラッド層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical directional coupler used in the field of optical communications. Specifically, the present invention relates to a waveguide type optical directional coupler with improved characteristic reproducibility.
[0002]
[Prior art]
Silica-based glass waveguides that can be formed on silicon and quartz glass substrates have features such as low optical propagation loss, chemical stability, and good compatibility with silica-based optical fibers. Therefore, various waveguide type optical devices have been put into practical use. One of waveguide type optical devices is an optical directional coupler.
[0003]
The configuration of a conventional optical directional coupler is shown in FIG. In FIG. 13, 51 is a silicon substrate, 52a, 52b, 52c, 52d are optical waveguides, P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides come close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion, and the optical directional coupling function is exhibited by interference between the two waveguides at the coupling portion. Therefore, the input light P ₀ Is input to the optical waveguide 52a, the optical waveguides 52b and 52c are branched. However, the coupling rate mainly depends on the coupling length of the waveguide at the coupling portion, the waveguide interval, or the like. Here, the coupling rate to the optical waveguide 52c is
Coupling rate = P ₂ / (P ₁ + P ₂ (1)
Say.
[0004]
FIG. 14 shows a manufacturing process of a general optical directional coupler. In FIG. 14, 61 is a silicon substrate, 62 is a lower cladding layer, 63 is a core layer, 64 is an optical waveguide mask, 65 is a core portion, and 66 is an upper cladding layer. After depositing a lower clad layer 62 and a core layer 63 on the upper surface of the silicon substrate 61 and making it transparent by heat treatment, an optical waveguide mask 64 matching the pattern of the core portion is formed (FIG. 14A). The core layer 63 other than the core portion 65 is removed by etching (FIG. 14B). The optical waveguide mask 64 is removed (FIG. 14C), and an upper cladding layer 66 is deposited (FIG. 14D). Thereafter, the upper clad layer 66 is melted and solidified by heat treatment (FIG. 14E). A clad portion is formed by the solidified lower clad layer 62 and upper clad layer 66.
[0005]
In this manufacturing process, the entire substrate serving as the optical directional coupler is heated to 1000 ° C. or higher for heat treatment of the upper cladding layer 66. When the upper clad layer 66 is melted in this heat treatment step, the core portion 65 is also softened and deformed. In a structure in which two core portions are close to each other in a coupling portion, such as an optical directional coupler, the core portion tends to collapse in a direction in which the core portion approaches due to a contraction force when the upper clad layer 66 is solidified (see FIG. 14 (e)). Since this collapse depends on the manufacturing conditions, there is a problem that the coupling rate of the optical directional coupler varies depending on the manufacturing conditions.
[0006]
With respect to this problem, Japanese Patent No. 3093362 discloses that a support portion is disposed outside the coupling portion of the optical directional coupler. FIG. 15 shows the configuration. In FIG. 15, 51 is a silicon substrate, 52a, 52b, 52c and 52d are optical waveguides, 53a and 53b are support portions, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Similar to the optical directional coupler of FIG. 13, two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. By disposing the support portions 53a and 53b outside the joint portion, the force applied to the core portion is relaxed in the heat treatment step of the upper clad layer, and deformation and collapse of the core portion are prevented.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration of FIG. 15, the support portions 53a and 53b can prevent the core portion from being deformed or collapsed to some extent, but the coupling rate of the optical directional coupler cannot be made constant with good reproducibility. Absent. FIG. 16 shows the coupling ratio with respect to the distance between the support portion and the optical waveguide core portion of a conventional optical directional coupler having a support portion outside the coupling portion. From FIG. 16, even when the support portion is brought closer to the core portion, the coupling rate is not stable, and in this configuration, it cannot be said that the core portion is sufficiently prevented from being deformed or collapsed. In order to increase the prevention effect, if the distance between the support part and the core part is made close, optical coupling occurs between the core part and the support part, and the loss of the optical directional coupler is greatly increased. ing. Therefore, in order to obtain a highly accurate optical directional coupler, the conventional configuration of the optical directional coupler can sufficiently prevent deformation and collapse of the core without increasing the loss of the optical directional coupler. Can not do it.
[0008]
In order to solve such a problem, an object of the present invention is to provide an optical directional coupler in which the coupling rate is constant without depending on manufacturing conditions.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The inventors have invented an optical directional coupler having a support portion that intersects the optical waveguide of the coupling portion in order to sufficiently prevent deformation and collapse of the core portion, and influence of light loss due to the intersecting support portion. Evaluated. When a support part having the same cross-sectional shape as the core part of the optical directional coupler is joined perpendicularly to the optical waveguide and the increase in optical loss is measured, the excess optical loss per location is about 0.03 dB. I understood. Therefore, by providing a support portion that directly intersects or joins the optical waveguide of the coupling portion, it is possible to sufficiently prevent deformation and collapse of the core portion without increasing excessive light loss of the optical directional coupler. I confirmed that I can do it. Therefore, the inventors have invented various optical directional couplers having a support portion that intersects the optical waveguide of the coupling portion.
[0010]
The first invention of the present application includes a core portion on which light made of a silica-based optical waveguide material propagates on a flat substrate, and a clad portion whose refractive index around the core portion is smaller than the refractive index of the core portion. In an optical directional coupler in which a part of the middle of the two optical waveguides is parallel and is a coupling part closer to the other part, substantially perpendicular to the coupling part Outside the core part of the two optical waveguides at the coupling part only With a support part that directly supports the core part. The width of the support portion at the joint point with the core portion is equal to or less than the width of the core portion. This is an optical directional coupler.
[0011]
The second invention of the present application is a flat substrate, Of quartz glass The optical waveguide material is composed of two optical waveguides each including a core portion through which light propagates and a clad portion having a refractive index around the core portion smaller than the refractive index of the core portion. In an optical directional coupler where the middle part of the waveguide is parallel and is a coupling part closer to the other part, it intersects the coupling part substantially perpendicularly. The core part of the two optical waveguides in the coupling part is bonded to the outside and directly supported by the coupling part. The optical directional coupler is characterized in that the support portions are alternately arranged in both optical waveguides.
[0012]
The third invention of the present application is on a flat substrate, Of quartz glass The optical waveguide material is composed of two optical waveguides including a core portion through which light propagates and a clad portion having a refractive index around the core portion smaller than the refractive index of the core portion. In the optical directional coupler in which a middle part of the waveguide is parallel and is a coupling part closer to the other part, between the two optical waveguides The core part is directly supported by joining inside the core part of the two optical waveguides in the coupling part An optical directional coupler comprising a support portion that performs the following.
[0013]
The fourth invention of the present application is on a flat substrate, Of quartz glass The optical waveguide material is composed of two optical waveguides each including a core portion through which light propagates and a clad portion having a refractive index around the core portion smaller than the refractive index of the core portion. In the optical directional coupler in which a middle part of the waveguide is parallel and is a coupling part closer to the other part, between the two optical waveguides The core part is directly supported by joining inside the core part of the two optical waveguides in the coupling part Intersecting the support part and the coupling part substantially perpendicularly from the outside The core part of the two optical waveguides in the coupling part is bonded to the outside and directly supported by the coupling part. Optical directional couplers characterized in that the supporting parts are arranged alternately Is .
[0014]
Since the support portion that intersects with the coupling portion in these inventions directly supports the optical waveguide of the coupling portion of the optical directional coupler, it is possible to prevent deformation and collapse of the core portion in the heat treatment process. For this reason, in the optical directional coupler having the heat treatment step, it is possible to provide an optical directional coupler in which the coupling rate is constant without depending on the manufacturing conditions.
On the other hand, when the support part intersects the optical waveguide of the coupling part, light scattering or extra light coupling occurs and causes light loss of the optical directional coupler, but the support that intersects the coupling part substantially perpendicularly Since these parts are joined substantially perpendicularly to the optical waveguide of the optical directional coupler, these problems are avoided. In order to suppress light scattering or extra light coupling, the width of the support portion at the junction is preferably the same as or smaller than the waveguide width of the optical directional coupler.
[0015]
The fifth invention of the present application is Book In the optical directional coupler according to the first invention, the second invention, or the fourth invention, a cladding material that joins to the tip of the support part that joins the core part and directly supports the core part and flows in from the outside. A support portion for damming may be arranged.
According to the present invention, in the heat treatment process of the upper clad layer of the optical directional coupler, the support part can block the clad material flowing in from the outside, the core part can be prevented from being deformed and collapsed, and the coupling rate It is possible to provide an optical directional coupler that is constant regardless of manufacturing conditions.
[0016]
The sixth invention of the present application is the first to the second of the present application. Four In any one of the optical directional couplers according to the present invention, the optical directional coupler further includes a support portion disposed outside the coupling portion substantially in parallel with a longitudinal direction of the coupling portion and blocking a cladding material flowing from the outside. This is a featured optical directional coupler.
The present invention provides an optical directional coupler that can prevent the core portion from being deformed or collapsed more effectively by combining the support portion, and the coupling rate is constant without depending on manufacturing conditions. can do.
These configurations can be combined as much as possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the embodiments described here, a silicon substrate is used as the waveguide substrate and a silica glass optical waveguide is used as the optical waveguide. However, the present invention is not limited to this, for example, A glass substrate, a semiconductor substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate, or the like can be used as the waveguide substrate, and a waveguide material combination such as a semiconductor waveguide, a glass waveguide, or an organic material waveguide can be used as the optical waveguide.
[0018]
(Embodiment 1)
A plan view of the optical directional coupler according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13a and 13b are support portions, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. A cross-sectional view of the present optical directional coupler is shown in FIG. 2A and 2B are cross-sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 1, respectively. 2A and 2B, 12a and 12d are optical waveguide portions, 13a and 13b are support portions, 21 is a silicon substrate, 22 is a lower cladding layer, and 23 is an upper cladding layer. As can be seen from FIGS. 1 and 2, two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion, and the support portions 13a and 13b are joined to the coupling portion substantially perpendicularly from the outside. Is arranged.
[0019]
The optical waveguide used in this embodiment is GeO. ₂ It is an additive quartz glass, the core section has a rectangular shape of 7 μm × 7 μm, the refractive index difference between the core section and the cladding section is 0.75%, the minimum bending radius of the optical waveguide is 5 mm, and the two light beams at the coupling section The distance between the centers of the waveguides is 10 μm, the length of the optical waveguide at the coupling part is 0.4 mm, the cross section of the support part is the same 7 μm × 7 μm rectangle as the core part, and the length of each support part is about 0.2 mm. The interval between the support portions was 0.1 mm. An optical directional coupler having such a support part may be obtained by patterning the core part and the support part of the optical waveguide at the same time using an optical waveguide mask including the support part. It is possible as easily as the glass waveguide manufacturing method.
[0020]
By providing such a plurality of support parts and supporting the core part directly, the core part can be prevented from being deformed and collapsed in the heat treatment process of the upper clad layer, depending on the manufacturing conditions. Thus, the optical directional coupler with a constant coupling rate can be obtained. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. As described above, a numerical value that can prevent deformation and collapse of the core part within the range of the excess loss requirement value of the optical directional coupler may be adjusted. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0021]
(Embodiment 2)
A plan view of the optical directional coupler according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13c and 13d are support portions, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. In the middle of the optical waveguide, two optical waveguides are close to each other to form a coupling portion, and the support portions 13c and 13d are arranged so as to be joined substantially perpendicularly to the coupling portion from the outside. In the first embodiment, the support portion is disposed so as to face each other with respect to the two optical waveguides in the coupling portion of the optical directional coupler. However, in the present embodiment, the support portions 13c and 13d are arranged. Is greatly different in that they are alternately arranged via two optical waveguides in the coupling portion of the optical directional coupler. The optical waveguide used in this embodiment is GeO. ₂ It is an additive quartz glass, and the shape and size of the core part and the support part are the same as those in the first embodiment.
[0022]
The effect obtained by alternately arranging the support portions employed in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the coupling portion of the optical directional coupler. 4 (a) and 4 (b) are coupling parts of the optical directional couplers of FIGS. 1 and 3, respectively. The arrow in the figure represents the force applied to the core part in the heat treatment step of the upper clad layer. In FIG. 4A, the entire core portion can be prevented from falling down due to the presence of the support portion. However, since the two core portions in the portion without the support portion collapse due to the force from the clad layer outside the coupling portion, they approach each other, and the interval between the two optical waveguides in the coupling portion is reduced. Compared to this, in FIG. 4B, even if the two core parts in the part without the support part fall down due to the force from the cladding layer outside the joint part, the approaching distance of the core part is halved. Can do.
[0023]
Therefore, by arranging the support portions alternately via the two optical waveguides in the coupling portion of the optical directional coupler, the influence of the deformation and collapse of the core portion generated in the heat treatment process of the upper clad layer can be further enhanced. An optical directional coupler that can be effectively suppressed and has a constant coupling rate without depending on manufacturing conditions can be obtained. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0024]
(Embodiment 3)
A plan view of the optical directional coupler according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 5, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13e, 13f, 13g, 13h and 13i are support parts, P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. In FIG. 5A, the support portion 13e is disposed between the two optical waveguides of the coupling portion so as to be joined to the coupling portion. In the first embodiment, the support portion is arranged so as to be joined substantially perpendicularly from the outside to the two optical waveguides in the coupling portion of the optical directional coupler. However, in this embodiment, the support portion is arranged. The difference is that the portion 13e is disposed between two optical waveguides in the coupling portion of the optical directional coupler. In FIG.5 (b), it arrange | positions so that the support part 13e may join to a coupling | bond part between two optical waveguides of a coupling | bond part, and also support parts 13f and 13g are optical directions like Embodiment 1. In FIG. It arrange | positions so that it may join to the two optical waveguides in the coupling | bond part of a sex coupler substantially perpendicularly from the outside. In FIG.5 (c), it arrange | positions so that the support part 13e may join to a coupling | bond part between two optical waveguides of a coupling | bond part, and also support parts 13h and 13i are optical directionality like Embodiment 2. In FIG. They are alternately arranged via two optical waveguides in the coupling part of the coupler. The optical waveguide used in this embodiment is GeO. ₂ It is an additive quartz glass, and the shape and size of the core part and the support part are the same as those in the first embodiment.
[0025]
As shown in FIG. 5A, the support portion 13e directly supports the core portion between the two optical waveguides of the coupling portion, so that the core portion is deformed or collapsed in the heat treatment process of the upper clad layer. It was possible to prevent the dent, and it was possible to obtain an optical directional coupler in which the coupling rate was constant without depending on manufacturing conditions. As shown in FIGS. 5B and 5C, by adding the support portion described in the first embodiment or the second embodiment in addition to the support portion in FIG. The effect of deformation and collapse of the core part in the heat treatment process can be suppressed more effectively, and an optical directional coupler with a constant coupling rate can be obtained without depending on manufacturing conditions. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. As described above, a numerical value that can prevent deformation and collapse of the core part within the range of the excess loss requirement value of the optical directional coupler may be adjusted. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0026]
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows a plan view of the optical directional coupler according to the present embodiment. In FIG. 6, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13e, 13j and 13k are support portions, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. In FIG. 6, the support part 13e is joined to the coupling part between the two optical waveguides of the coupling part, and the support parts 13j and 13k are joined substantially perpendicularly to the coupling part from the outside. Here, support portions 13e joined to the coupling portion between the two optical waveguides and support portions 13j and 13k intersecting the coupling portion substantially perpendicularly from the outside are alternately arranged. The optical waveguide used in this embodiment is GeO. ₂ It is an additive quartz glass, and the shape and size of the core part and the support part are the same as those in the first embodiment.
[0027]
The effect of alternately arranging the support portions employed in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an enlarged view of the coupling portion of the optical directional coupler. FIG. 7A and FIG. 7B are coupling portions of the optical directional couplers of FIG. 5A and FIG. 6, respectively. An arrow in the figure represents a force applied to the core portion in the heat treatment process of the upper clad layer. In FIG. 7A, the entire core portion can be prevented from falling down due to the presence of the support portion. However, since the two core portions in the portion without the support portion have fallen due to the force from the cladding layer, they approach each other, and the interval between the two optical waveguides in the coupling portion is reduced. Compared to this, in FIG. 7B, since the support portions are alternately joined to the optical waveguide, the approaching distance of the core portion can be reduced to half or less even if the support portions are collapsed by the force from the clad layer.
[0028]
Therefore, the core part in the heat treatment process of the clad layer is arranged by alternately arranging the support part joined to the coupling part between the two optical waveguides and the support part intersecting the coupling part from the outside substantially perpendicularly. Thus, the optical directional coupler with a constant coupling rate can be obtained without depending on the manufacturing conditions. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0029]
(Embodiment 5)
Plan views of the optical directional coupler according to the present embodiment are shown in FIGS. In FIG. 8, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13m, 13n, 13p, 13q, 13r and 13s are support parts, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. In FIG. 8A, the support portions 13m and 13n are arranged so as to be joined substantially perpendicularly from the outside to the coupling portion, and the outer front end of the support portion is from the outside of the coupling portion in the heat treatment step of the upper clad layer. It has a rectangular shape that blocks the inflowing cladding material. In FIG. 8B, the support portions 13p and 13q are arranged so as to be joined substantially perpendicularly from the outside to the joint portion, and the outer front end of the support portion is from the outside of the joint portion in the heat treatment process of the upper clad layer. It has a triangular shape that blocks the inflowing cladding material. In FIG. 8C, the support portions 13r and 13s have a triangular shape that dams up the cladding material flowing from the outside of the coupling portion in the heat treatment step of the upper cladding layer.
[0030]
Here, the size of the rectangle or triangle of the support portion is approximately 80 μm × 80 μm on the plane. Such a shape secures a wide area at the tip of the support part joined substantially perpendicularly to the coupling part. However, as shown in FIG. 8A and FIG. A region having a large area may be formed at the tip of the portion, or may gradually increase from the region joined to the coupling portion as shown in FIG. In any case, it is desirable that the width of the support portion joined to the coupling portion of the optical directional coupler is about the same as or smaller than the core portion of the optical directional coupler, so that excessive light loss due to the joining is kept small.
[0031]
The shape and size of the support portion are not limited to these, and the support portion has a shape that is sufficient to dam up the cladding material flowing from the outside of the coupling portion of the optical directional coupler, and its presence exists. Any positional relationship that does not affect the optical signal propagating through the optical waveguide of the coupling portion may be used.
[0032]
FIG. 9 shows a configuration in which the support portion described in FIG. 8 is added to the optical directional coupler having the support portion joined to the coupling portion between the two optical waveguides of the coupling portion described in the third embodiment. . In FIG. 9, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13e, 13m, 13n, 13p, 13q, 13r and 13s are support parts, P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. In FIG. 9 (a), the support portions 13m and 13n in FIG. 8 (a) are further connected to the optical directional coupler having the support portion 13e joined to the coupling portion between the two optical waveguides of the coupling portion. It arrange | positions so that it may join from the outer side substantially perpendicular | vertical. In FIG. 9B, the support portions 13p and 13q in FIG. 8B are further coupled to the optical directional coupler having the support portion 13e joined to the coupling portion between the two optical waveguides of the coupling portion. It arrange | positions so that it may join from the outer side substantially perpendicular | vertical. In FIG. 9C, the support portions 13r and 13s in FIG. 8C are further arranged in the optical directional coupler having the support portion 13e joined to the coupling portion between the two optical waveguides of the coupling portion. ing.
[0033]
The optical waveguide used in this embodiment is GeO. ₂ It is an additive quartz glass, and the shape and size of the core part and the support part are the same as those in the first embodiment. An optical directional coupler having such a support part may be obtained by patterning the core part and the support part of the optical waveguide at the same time using an optical waveguide mask including the support part. It is possible as easily as the glass waveguide manufacturing method.
[0034]
By providing these support parts and supporting the core part directly, it is possible to prevent the core part from being deformed or collapsed during the heat treatment process of the upper clad layer, and the support part can be prevented from falling into the upper clad layer. In the heat treatment process, the shape of the cladding layer that flows in from the outside of the joint portion is dammed so that the force on the core portion can be reduced, so that deformation and collapse of the core portion can be effectively prevented. . Therefore, an optical directional coupler having a constant coupling rate without depending on manufacturing conditions can be obtained. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. As described above, a numerical value that can prevent deformation and collapse of the core part within the range of the excess loss requirement value of the optical directional coupler may be adjusted. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0035]
(Embodiment 6)
Plan views of the optical directional coupler according to the present embodiment are shown in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. In FIG. 10, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e and 14f are support portions, and P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. In FIG. 10A, the support portion that directly supports the core portion is disposed so as to be joined substantially perpendicularly from the outside to the coupling portion, and further, at the front end of the support portion, the heat treatment process of the upper clad layer At this time, a support portion for damming the cladding material flowing from the outside is disposed substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion. In FIG. 10 (b), support portions joined substantially perpendicularly from the outside to the coupling portion are alternately arranged by optical waveguides to directly support the core portion, and an upper cladding is provided at the outer end of the support portion. A support portion that dams up the cladding material flowing from the outside during the heat treatment step of the layer is disposed substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion. In FIG. 10 (c), the support part that directly supports the core part is arranged so as to be joined from the outside to the joint part, and further supports that dam the clad material flowing from the outside during the heat treatment process of the upper clad layer. The portion is disposed substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion.
[0036]
In FIG. 11, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13e, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e and 14f are support parts, P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. 11 (a), FIG. 11 (b), and FIG. 11 (c) are different from the embodiment shown in FIG. 10 in the optical directional coupler of the embodiment shown in FIG. A support part is further added. That is, in FIG. 11A, in addition to the support portion 13e joined to the coupling portion from the inside of the optical waveguide, the support portion joined to the coupling portion from the outside of the optical waveguide, and the support portion substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion The combinations 14a and 14b are arranged. In FIG. 11B, in addition to the support portion 13e joined to the coupling portion from the inside of the optical waveguide, a combination of a support portion joined to the coupling portion from the outside of the optical waveguide and a support portion substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion. 14c and 14d are arranged. In FIG. 11C, in addition to the support portion 13e joined to the coupling portion from the inside of the optical waveguide, a combination of a support portion joined to the coupling portion from the outside of the optical waveguide and a support portion substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion. 14e and 14f are arranged. In these optical directional couplers, the support portion joined to the coupling portion from the inside or the outside of the optical waveguide directly supports the core portion, and the support portion substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion is a heat treatment step of the upper cladding layer. In this case, the cladding material flowing from the outside is dammed up.
[0037]
In FIG. 12, 11 is a silicon substrate, 12a, 12b, 12c and 12d are optical waveguides, 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 14g and 14h are support parts, P ₀ Is the input light, P ₁ , P ₂ Is the output light. Two optical waveguides are close to each other in the middle of the optical waveguide to form a coupling portion. 12 (a), FIG. 12 (b), and FIG. 12 (c), the optical directional coupler of the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. A support portion that dams up the cladding material flowing from the outside during the heat treatment step of the upper cladding layer is disposed substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion. In the embodiment shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C, the support portions 14g and 14h substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion are separated from the support portion joined to the coupling portion. Has been. Even in such a separated support portion, the clad material flowing from the outside of the joint portion can be blocked by the heat treatment step of the upper clad layer.
[0038]
By providing these support parts and supporting the core part directly, the core part can be prevented from being deformed and collapsed in the heat treatment process of the upper clad layer, and further in the longitudinal direction of the joint part. By providing a substantially parallel support part and blocking the clad material flowing from the outside of the joint part in the heat treatment process of the upper clad layer, the force on the core part can be reduced, so the deformation and collapse of the core part is effective Could be prevented. Therefore, an optical directional coupler having a constant coupling rate without depending on manufacturing conditions can be obtained. The cross section of the support part, the length of each support part, the interval between the support parts, and the number of support parts are not limited to the numerical values in the present embodiment. As described above, a numerical value that can prevent deformation and collapse of the core part within the range of the excess loss requirement value of the optical directional coupler may be adjusted. Further, the planar shape of the support portion is not limited to a straight line, and may be a shape that can directly support the core portion.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the core portion from being deformed or collapsed during the heat treatment process of the upper clad layer, so that the coupling rate is constant without depending on the manufacturing conditions. An optical directional coupler can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of a coupling portion of the optical directional coupler according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged view of a coupling portion of the optical directional coupler according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of an optical directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view of the optical directional coupler according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view of a conventional optical directional coupler.
FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process of a conventional optical directional coupler.
FIG. 15 is a plan view of a conventional optical directional coupler.
FIG. 16 is a diagram illustrating characteristics of a conventional optical directional coupler.
[Explanation of symbols]
11: Silicon substrate
12a, 12b, 12c, 12d: optical waveguide
13a to 13s: Support portions arranged substantially perpendicular to the longitudinal direction of the coupling portion
14a to 14h: Support portions arranged substantially parallel to the longitudinal direction of the coupling portion
21: Silicon substrate
22: Lower cladding layer
23: Upper cladding layer

Claims

Two optical waveguides comprising, on a flat substrate, a core part made of silica-based optical waveguide material for propagating light, and a clad part having a refractive index around the core part smaller than the refractive index of the core part In the optical directional coupler, in which the middle part of the two optical waveguides is parallel and is a coupling part closer to the other part,
The coupling portion intersect substantially perpendicularly to, and bonded only on the outside of the core portion of the two optical waveguides in said coupling portion have a support portion for supporting the core section directly between the core portion The width of the said support part in a junction point is below the width of the said core part, The optical directional coupler characterized by the above-mentioned .

Two optical waveguides comprising, on a flat substrate, a core part made of silica-based optical waveguide material for propagating light, and a clad part having a refractive index around the core part smaller than the refractive index of the core part In the optical directional coupler, in which the middle part of the two optical waveguides is parallel and is a coupling part closer to the other part,
Support portions that intersect substantially perpendicular to the coupling portion and are bonded to the outside of the core portions of the two optical waveguides in the coupling portion to directly support the core portion are alternately arranged in both optical waveguides. An optical directional coupler.

Two optical waveguides comprising, on a flat substrate, a core part made of silica-based optical waveguide material for propagating light, and a clad part having a refractive index around the core part smaller than the refractive index of the core part In the optical directional coupler, in which the middle part of the two optical waveguides is parallel and is a coupling part closer to the other part,
An optical directional coupling comprising a support part that directly supports the core part by joining the two optical waveguides inside the core part of the two optical waveguides in the coupling part between the two optical waveguides vessel.

Two optical waveguides comprising, on a flat substrate, a core part made of silica-based optical waveguide material for propagating light, and a clad part having a refractive index around the core part smaller than the refractive index of the core part In the optical directional coupler, in which the middle part of the two optical waveguides is parallel and is a coupling part closer to the other part,
Between the two optical waveguides, a support portion that joins the inside of the core portion of the two optical waveguides in the coupling portion and directly supports the core portion, and is substantially perpendicular to the coupling portion from the outside And a support portion that is joined to the outside of the core portion of the two optical waveguides in the coupling portion and directly supports the core portion, and is arranged alternately. Combiner.

The optical directional coupler according to claim 1, 2, or 4,
An optical directional coupler comprising: a support portion that is bonded to the tip portion of the support portion that directly supports the core portion by being bonded to the core portion and blocks the cladding material flowing in from the outside.

In any of the optical directional coupler according to claim 1 to 4, further outside of the coupling portion, the coupling portion substantially disposed parallel to the longitudinal direction of, and support portions for blocking the cladding material to flow from the outside An optical directional coupler comprising: