WO2005116705A1 - 光分岐器及びその製造方法 - Google Patents

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area
light emitting
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Inventor
Yusuke Terada
Yutaka Natsume
Original Assignee
Omron Corporation
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections

Definitions

  • the present invention relates to an optical splitter that can be used in the field of optical communication or the like and outputs light input to an input terminal to a plurality of output terminals.
  • Planar light wave circuit (PLC) components are known as optical waveguide circuit components.
  • PLC Planar light wave circuit
  • this PLC component there has been reported an example in which an optical waveguide circuit pattern is formed on a silicon substrate, and a partially independent core pattern is provided on the substrate on which the optical waveguide circuit is formed. (JP-A-11-271545).
  • the number (area) of waveguides on the light incident side and the light emitting side are considered as structural problems peculiar to the optical branching device as a PLC component. It is known that, for example, in a dry etching, an etching rate greatly differs on a substrate due to a loading effect due to a difference from the number (area) of the waveguides. As a result, the line width of the curved waveguide on the incident side after the etching is formed smaller than the design value, and the loss of the curved waveguide increases on the long wavelength side of the used wavelength. As a result, there is a problem that the uniformity of the wavelength of the insertion loss of the optical branching device is deteriorated.
  • the cladding layer is provided on the entire substrate including the core portion formed by the etching, so that the cladding layer becomes convex at the core portion.
  • PDL Polyization Dependent Loss
  • An object of the present invention is to provide an optical branching device having high wavelength uniformity of insertion loss and low polarization-dependent loss.
  • the present invention provides a light incident portion on which light is incident, an optical branching portion for branching the light incident on the light incident portion at a predetermined ratio, and a light branching portion for separating the light branched by the light branching portion.
  • a light emitting portion for guiding to a position, and a predetermined thickness formed on the light incident portion, the light branching portion and the light emitting portion.
  • a substrate holding the light incident part, the light branch part, and the light emitting part, and the light incident part, the light branch part, and the light emitting part on the substrate via the adhesive layer.
  • a cover member that covers each of the light emitting portions, and a cover member that is provided on the substrate independently of a region where the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion are provided, and is generated when the adhesive layer is cured.
  • a stress equalizing member for suppressing a stress from acting on any one or all of the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion on the substrate.
  • An optical splitter is provided.
  • a light incident portion on which light is incident on the substrate a light splitting portion that splits light incident on the light incident portion at a predetermined ratio, and a light splitting portion.
  • the stress equalizing member provided on the substrate the occupancy ratio indicating the ratio of the region excluding the region where the light incident portion, light branching portion and light emitting portion are provided on the substrate is larger than 70%. It is intended to provide an optical branching device characterized by having:
  • the etching rate over the entire region of the substrate is substantially uniform. This suppresses a difference in the thickness (width) of the region used for the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion due to the loading effect, and makes the width (thickness) of each region uniform. Be converted to Therefore, in the bent waveguide of the optical branching device, the excess loss on the long wavelength side can be reduced, and the wavelength uniformity of the insertion loss is improved.
  • the present invention provides a light transmission material layer having a higher refractive index than a substrate that can be used as an optical waveguide is deposited on a substrate to a predetermined thickness.
  • a predetermined thickness In order to make the etching rate for etching the first region at a predetermined interval around the first region used for transmitting an optical signal and the first region at a predetermined interval around the entire region of the substrate.
  • the second region is defined, and an unetched pattern is formed in each of the first region and the second region.
  • the remaining area on the substrate is patterned by etching, and the light transmission material layer remaining by the pattern jungle and the entire area where the substrate is exposed are made of a material having a lower refractive index than the light transmission material layer.
  • the present invention provides a light incident portion on which light is incident, a light branching portion for branching light incident on the light incident portion at a predetermined ratio, and a light branched by the light branching portion.
  • a light emitting part which is provided at a predetermined position, an adhesive layer formed on the light incident part, the light branching part and the light emitting part to a predetermined thickness, the light incident part, the light branching part and A substrate for holding the light emitting unit, and a light incident unit, the light splitting unit, and a region where the light emitting unit is provided on the substrate, the light incident unit being provided on the substrate,
  • a line that is a length of the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion on the substrate along a surface direction of the substrate When forming the light branching portion and the light emitting portion, a line that is a length of the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion on the substrate along a surface direction of the substrate. And a non-opti
  • the etching rate over the entire region of the substrate is substantially uniform. This suppresses a difference in the thickness (width) of the region used for the light incident portion, the light branching portion, and the light emitting portion due to the loading effect, and makes the width (thickness) of each region uniform. Be converted to Therefore, in the bent waveguide of the optical branching device, the excess loss on the long wavelength side can be reduced, and the wavelength uniformity of the insertion loss is improved.
  • the present invention also provides a light transmitting material layer having a higher refractive index than a substrate that can be used as an optical waveguide and having a higher refractive index deposited on the substrate to a predetermined thickness.
  • a second region is defined for making the etching rate during etching substantially constant over the entire region of the substrate, and a non-etching pattern is formed on each of the first region and the second region to form a pattern on the substrate.
  • the remaining area of the pattern is patterned by etching, and a material having a lower refractive index than the light transmitting material layer is provided in a predetermined thickness over the entire area where the light transmitting material layer and the substrate exposed by the pattern jung are exposed. Forming a third region different from the first and second regions.
  • the etching rate varies according to the position on the substrate due to a loading effect.
  • the line width of the later bent waveguide on the incident side is prevented from becoming smaller than the design value.
  • the bending force ⁇ the loss of the waveguide is made uniform irrespective of the wavelength used, and the optical characteristics are improved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an optical splitter to which an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which the optical branching device shown in FIG. 1 is cut along the line II.
  • FIG. 3A is a schematic diagram illustrating an example of a process of manufacturing the optical branching device shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3B is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of manufacturing the optical branching device shown in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of manufacturing the optical branching device shown in FIG. 3B.
  • FIG. 3D is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of manufacturing the optical branching device shown in FIG. 3C.
  • FIG. 3E is a schematic diagram illustrating an example of a step that follows the step of manufacturing the optical branching device shown in FIG. 3D.
  • FIG. 3F is a schematic view illustrating an example of a step that follows the step of manufacturing the optical branching device shown in FIG. 3E.
  • FIG. 4 is a sectional view of the optical branching device shown in FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a factor that causes the width of a corresponding region to change undesirably.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the relationship between the occupancy [%] and PDL [dB].
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the relationship between the occupancy [%] and excess loss [dB].
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an optical splitter to which an embodiment of the present invention is applied.
  • the optical branching device 1 includes a substrate mainly composed of, for example, silicon dioxide (SiO 2).
  • It has a plate 10 and an optical waveguide structure 20 formed on the substrate 10 by patterning into a predetermined shape.
  • the periphery of the optical waveguide structure 20 is covered with a clad member 30 for making the optical waveguide structure 20 usable as a core.
  • the relative refractive index difference between the core and the cladding is 0.45%.
  • the optical waveguide structure 20 is, for example, an optical fiber or an optical branching device in the preceding stage, which is not shown.
  • the incident end 21 into which light (optical signal) supplied via the light transmitting member is incident, the incident end Optical splitters 22A to 22G that split the optical signal incident on the optical path 21 at the first and second ratios, and the optical signal split by the optical splitters 22A to 22G (in this example, to 8) are connected to the subsequent stage.
  • a single mode fiber! / ⁇ includes output ends 23A to 23H for guiding the optical splitter and the like at the subsequent stage.
  • the area around the optical waveguide structure 20 where the clad member 30 is deposited is the same as the material used as the core portion deposited on the substrate 10 in the same process as the optical waveguide structure 20.
  • the material is provided with stress equalizing members (hereinafter referred to as dummy patterns) 24A to 24H which are left in a predetermined shape. That is, the dummy patterns 24A to 24H are regions left unetched when the optical waveguide structure 20 deposited on the substrate 10 is etched by, for example, dry etching to form the core portion 20. .
  • the optical waveguide structure (core portion) 20 and the dummy patterns 24A to 24H are formed by, for example, butting a glass layer mainly composed of silicon dioxide formed on the substrate 10 to a predetermined thickness into a predetermined shape. It is formed by this.
  • the optical waveguide structure 20 is, for example, After previously depositing a clad layer member (not shown) to a predetermined thickness, phosphorus (P), titanium (Ti), germanium (Ge), or aluminum (A1) is added to the core, that is, the portion corresponding to the optical waveguide structure 20. ) And the like can be formed.
  • the optical waveguide structure 20 also has a structure in which, for example, a material having a refractive index usable as a core is deposited to a predetermined thickness over the entire area of the substrate 10, and then boron (B) is added to a region corresponding to the clad layer portion (not shown). It can also be formed by selectively lowering the refractive index by doping with fluorine or fluorine (F).
  • FIG. 2 shows a state where the optical branching device shown in FIG. 1 is cut along a cutting line II.
  • an optical waveguide structure (core portion) 20 and dummy patterns 24 A to 24 H (FIG. 2 is a cross-section taken along a cutting line II, and only 24 A to 24 C A clad layer 30 is deposited to a predetermined thickness, and an adhesive layer 25 is formed thereon to a predetermined thickness.
  • a lid that is, a cover glass layer 40 is fixed on the clad layer 30 by the adhesive layer 25.
  • the thickness of the substrate 10 is approximately 1 mm
  • the thickness of the core portion (optical waveguide structure) 20 and the length along the substrate 10 are approximately 6 m (cross section).
  • the side of the rectangle is approximately 6 m in length
  • the thickness of the dummy patterns 24A to 24H is approximately 6 m (the width varies depending on the position)
  • the thickness of the cladding layer 30 is approximately 25 ⁇ m
  • the thickness of the adhesive layer 25 Is about 25 ⁇ m
  • the thickness of the rim 40 is about 1.5 mm.
  • the thickness of the adhesive layer 25 is preferably set within a range of about 10 to 50 m in consideration of the adhesive strength of the rim 40 and the PDL.
  • the core portion 20 formed by patterning the optical waveguide structure (20) to a predetermined width (length in a direction along the surface direction of the substrate 10) is Dummy patterns 24A to 24H (as described above, only 24A to 24C are visible in FIG. 2) are defined on both sides (excluding the end of substrate 10).
  • the spacing between the dummy patterns 24A to 24H and the core portion 20 will be described later with reference to FIG. 4, but is at least the same as or greater than the width (thickness) of the core portion 20. Is done. Therefore, in FIG. 1, between the core portions (20) indicated by the emission ends 23A to 23H, the interval between the core portions (the number of branches) also increases. Dependent force In some cases, the dummy patterns 24E to 24H can be omitted.
  • FIGS. 3A to 3F are schematic views illustrating an example of a process (method) for manufacturing the optical branching device shown in FIGS. 1 and 2.
  • a glass flat plate mainly containing silicon dioxide is prepared as the substrate 10.
  • a material used as the optical waveguide structure 20 and the dummy patterns 24A to 24H having a higher refractive index than the refractive index of the substrate 10, such as silicon dioxide, is formed on the substrate 10 by a chemical vapor deposition (CVD) method. From here, it is deposited to a predetermined thickness.
  • the thin silicon oxide layer used for the optical waveguide structure 20 includes, for example, phosphorus (P), titanium (Ti), germanium (Ge), or aluminum (A1) in order to increase the refractive index. Doping as necessary.
  • tungsten silicide is formed on the silicon oxide layer (20).
  • a protective film 121 of (WSi) or the like is deposited to a predetermined thickness.
  • a resist material for example, an etching-resistant material such as a photocurable resin
  • a resist material 122 is applied on the protective film 121 by a predetermined thickness, and is cured in a drying step (not shown). Patterns corresponding to the core portion 20 and the dummy patterns 24A to 24H are recorded (exposed). Thereafter, the resist material is developed by a developing process (not shown), and as shown in FIG. 3C, a resist pattern (a non-etched protective film) 123 corresponding to the shape of the core portion 20 and the dummy patterns 24A to 24H. Is formed.
  • a resist material for example, an etching-resistant material such as a photocurable resin
  • the protective film 121 in a region to be etched is removed by, for example, an etching process. Accordingly, the portion to be etched 124 of the high refractive index layer (silicon dioxide) deposited on the substrate 10 previously as the optical waveguide structure 20 to be etched in the subsequent process is exposed.
  • the high refractive index layer silicon dioxide
  • the portion 124 to be etched is removed by well-known dry etching to form the core 20 and the dummy patterns 24A to 24H (only 24B and 24C are visible in FIG. 3E). .
  • the material used as the cladding layer 30 is formed over the entire area of the substrate 10 including the core 20 and the dummy patterns 24A to 24H (only 24A to 24C are visible in FIG. 3F).
  • a material such as silicon dioxide is deposited to a predetermined thickness.
  • the cladding layer 30 has a refractive May be doped, for example with boron (B) or fluorine (F), which can reduce the rate
  • the core portion (optical waveguide structure 20), the dummy patterns 24A to 24H (optical waveguide structure 20), and the cladding layer 30 are not limited to the CVD method but may be formed by, for example, a flame deposition method (FHD: Flame Hydrolysis Deposition method).
  • FHD Flame Hydrolysis Deposition method
  • the production method that may be formed is not particularly limited to a specific production method.
  • the adhesive layer 25 described above with reference to FIG. 2 is formed on the clad layer 30, and the cover (glass) layer, ie, the lid 40 is fixed on the adhesive layer 25.
  • the cladding layer 30 rises in the area corresponding to the core 20 and the dummy patterns 24A to 24H (exhibits convex portions), before forming the adhesive layer 25, it is not shown in the drawing, but it is smoothed (polished). By the process, the unevenness on the surface, particularly the convex portion, may be flattened.
  • the material of the clad layer 30 may be previously set to a material equal to the material of the ridge 40 or a coefficient of thermal expansion within a predetermined range. After placing the rim 40 on the cladding layer 30 with a certain material, a predetermined pressure and heat are applied to cause the rim 40 and the cladding layer 30 to be in contact with each other. Can be fixed at 30.
  • FIG. 4 shows the optical branching device shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the optical waveguide structure is etched to form a predetermined optical signal transmission line, that is, a core portion.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a factor that causes an undesired change in the width of a region (a region to be changed).
  • the horizontal axis is the [step] for forming the core portion, and the distribution (3 ⁇ ) of the variation in the width of the core portion (corresponding region) is determined in each step.
  • each curve represents the ratio of the dummy pattern 24 cm to 24 mm and the core portion 20 (see FIG. 1) to the area of the substrate 10 (see FIG. 1), that is, the distribution of the occupancy and the variation in the width of the core portion.
  • Curve a shows 90% occupancy
  • curve b shows 70%
  • curve c shows 60%
  • curve b shows 30%
  • curve e shows 5%.
  • the occupancy of 90% corresponds to a state where the areas of the dummy patterns 24A to 24H are set so that an interval approximately equal to the width of the core portion remains outside the core portion.
  • An occupancy of 5% corresponds to a state where there is no dummy pattern.
  • the step in which the distribution of the variation in the width of the core portion (3 ⁇ ) is the largest is a core portion etching process.
  • the occupancy is set to 70% or more
  • the variation in the width of the core (3 ⁇ ) can be reduced to 0.15 m or less.
  • the occupancy is set to 90% or more
  • (3 ⁇ ) can be reduced to 0: m or less.
  • the occupancy rate is 5%
  • the etching rate is greatly different between the light incident side and the light exit side as shown by the dividing line L in FIG. It is reasonable to assume that the distribution of fluctuations in width (3 ⁇ ) increases.
  • the output terminals 23 ⁇ to 23 ⁇ see Fig.
  • the interval between the core portions becomes narrower in accordance with the number of branches (channels), so that the interval between the core portions is smaller than the width of the core portion (the If the length along the direction (ie, the thickness of the core) is less than twice, the dummy pattern is not necessarily required.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the pattern occupation ratio (total of the core portion and the dummy pattern) and the PDL when the lid glass is bonded.
  • the size of the substrate 10 is a square with a short side of 6 inches (about 125 mm), and the core portion (optical waveguide structure) 20 and the dummy patterns 24A to 24H ( These figures were obtained by changing the total area of Fig. 1).
  • the occupancy is set to 90% or more (the area of the dummy patterns 24A to 24H is set outside the core so that an interval approximately equal to the width of the core remains). It was found that PDL can be reduced to 0.07 [dB].
  • the dummy patterns 24A to 24H on the substrate 10 so that the occupation ratio becomes 70% or more (leaving a predetermined portion of the optical waveguide structure 20 to be non-etched).
  • the extent to which the core portion provided at the end of the substrate 10 is etched more than the core portion provided at or near the center of the substrate 10 is also reduced.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the relationship between the occupancy of the core portion and the dummy pattern on the substrate and excess loss.
  • curve a shows the occupancy of 90%
  • curve b shows the same 70%
  • curve f shows the same 50%
  • curve e shows the same 5%.
  • the curved waveguide on the incident side is formed narrower than the other portions due to the loading effect. For this reason, light leaks from the bend, and on the long wavelength side The loss increases.
  • the line width of the bent waveguide is made uniform, so that light leakage is suppressed and a flat wavelength characteristic is obtained.
  • the variation in the width of the core (3 ⁇ ) can be reduced to 0.15 m or less.
  • the width variation (3 ⁇ ) of the core portion can be reduced to 0.1 m or less.
  • the etching rate is substantially uniform over the entire area of the substrate, it is possible to suppress a large variation in the width of the core portion at each branch destination (between channels). Therefore, even when the cover glass (lid) is adhered due to the high wavelength uniformity of the insertion loss and the presence of the dummy core, a low-light splitter with low polarization-dependent loss can be obtained.
  • an optical splitter that mainly splits an optical signal input to an input side has been described as an example.
  • an optical splitter having a plurality of input sides and sequentially input optical signals is multiplexed.
  • Optical devices that have an optical waveguide structure formed on a substrate, such as optical couplers, one-way input of two input ports, and optical signals that are input from two output ports. Even when applied, the same effect is obtained.
  • an optical branching device with high wavelength uniformity of insertion loss and low polarization-dependent loss.
  • the present invention it becomes possible to form an optical branching device having high insertion loss wavelength uniformity and low polarization-dependent loss even after the cover member is adhered, with a high yield.

Abstract

　この発明の光分岐器１は、基板１０上に、光が入射される光入射部２１と、光入射部に入射される光を所定の比率で分岐する光分岐部２２Ａ～２２Ｇと、光分岐部により分岐された光を所定位置に案内する光出射部２３Ａ～２３Ｈと、基板上の光入射部、光分岐部及び光出射部が設けられる領域と独立に、光入射部、光分岐部及び光出射部と同一の材質により、基板上の光入射部、光分岐部及び光出射部が設けられる領域を除いた領域の割合を示す占有率が７０％より大きくなるよう、基板上に設けられたダミーパターン２４Ａ～２４Ｈを有する。

Description

明 細 書
光分岐器及びその製造方法
技術分野
[0001] この発明は、光通信等の分野に利用可能であって、入力端に入力された光を複数 の出力端に出力する光分岐器に関する。
背景技術
[0002] 光導波回路部品として PLC (Planer Light wave Circuit：平板型光導波回路）部品 が知られている。この PLC部品の一例として、シリコン基板上に光導波回路のパター ンが形成され、この光導波回路が形成された基板上に、部分的に独立したコアバタ ーンを設けた例が報告されて 、る (特開平 11 - 271545号公報)。
[0003] し力しながら、特開平 11— 271545号公報の提案では、 PLC部品である光分岐器 に特有の構造上の問題として、光入射側の導波路の数 (面積)と光出射側の導波路 の数 (面積）との差に起因して、例えばドライエッチングにおいて、ローデイング効果 によりエッチングレートが、基板上で大きく異なることが知られている。結果として、ェ ツチング後の入射側の曲がり導波路の線幅が設計値より細く形成されるため、曲がり 導波路の損失が使用波長の長波長側で増大する。その結果、光分岐器の挿入損失 の波長における均一性が悪ィ匕する問題がある。
[0004] また、エッチング後、エッチングにより形成されたコア部分を含む基板全域にクラッド 層を設けることでコア部分でクラッド層が凸状となることにより、リツドガラスを接着剤に より固定する際に、コア部分に応力が集中して PDL (Polarization Dependent Loss : 偏波依存性損失)が劣化する問題がある。
発明の開示
[0005] この発明の目的は、挿入損失の波長均一性が高ぐかつ偏波依存性損失の低い 光分岐器を提供することである。
[0006] この発明は、光が入射される光入射部と、この光入射部に入射される光を所定の比 率で分岐する光分岐部と、この光分岐部により分岐された光を所定位置に案内する 光出射部と、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部上に所定厚さに形成 される接着剤層と、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部を保持する基 板と、前記接着剤層を介して前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前記 光出射部のそれぞれを覆うカバー部材と、前記基板上に、前記光入射部、前記光分 岐部及び前記光出射部が設けられる領域と独立に設けられ、前記接着剤層が硬化 する際に生じる応力が、前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出 射部のいずれか、または全域に作用することを抑止する応力均一化部材と、を有す ることを特徴とする光分岐器を提供するものである。
[0007] すなわち、上述した光分岐器によれば、カバー部材を接着剤により固定する際に 生じる応力の影響が低減される。従って、カバー部材接着後の偏波依存性損失 (PD L)の悪ィ匕が抑えられる。
[0008] また、この発明は、基板上に、光が入射される光入射部と、光入射部に入射される 光を所定の比率で分岐する光分岐部と、光分岐部により分岐された光を所定位置に 案内する光出射部と、基板上の光入射部、光分岐部及び光出射部が設けられる領 域と独立に、光入射部、光分岐部及び光出射部と同一の材質により、基板上の光入 射部、光分岐部及び光出射部が設けられる領域を除いた領域の割合を示す占有率 力 70%より大きくなるよう、基板上に設けられた応力均一化部材と、を有することを特 徴とする光分岐器を提供するものである。
[0009] すなわち、上述した光分岐器によれば、光入射部、光分岐部及び光出射部に用い られる領域をエッチングする際に、基板の全域のエッチングレートが概ね均一化され る。これにより、ローデイング効果により、光入射部、光分岐部及び光出射部に用いら れる領域の太さ（幅）に差が生じることが抑止され、それぞれの領域の幅 (太さ）が均 一化される。従って、光分岐器の曲がり導波路において、長波長側での過剰損失を 低減でき、挿入損失の波長均一性が向上される。
[0010] また、この発明は、基板に、光導波路として利用可能な基板の屈折率に比較して屈 折率の高い光伝達材質層を所定の厚さに堆積し、光伝達材料層に、光信号の伝送 に利用される第 1の領域と、第 1の領域の周囲に所定の間隔をおいて、第 1の領域を エッチングする際のエッチングレートを、基板の全域で概ね一定とするための第 2の 領域を規定し、第 1の領域及び第 2の領域のそれぞれに、非エッチングパターンを形 成して、基板上の残りの領域をエッチングによりパターユングし、パターユングにより 残った光伝達材料層及び基板が露出された領域の全域に、光伝達材料層に比較し て屈折率が低い材質を所定厚さに設けて第 1及び第 2の領域とは異なる第 3の領域 を形成し、第 3の領域に、接着剤を介してカバー部材を接着することを特徴とする光 分岐器の製造方法である。
[0011] すなわち、上述した光分岐器の製造方法によれば、カバー部材を接着剤により固 定する際に生じる応力の影響が低減される。従って、カバー部材接着後の偏波依存 性損失 (PDL)の悪ィ匕が抑えられる。以上のことから、歩留まりが高められ、光分岐器 のコストが低減される。
[0012] また、この発明は、光が入射される光入射部と、この光入射部に入射される光を所 定の比率で分岐する光分岐部と、この光分岐部により分岐された光を所定位置に案 内する光出射部と、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部上に所定厚さ に形成される接着剤層と、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部を保持 する基板と、前記基板上に、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部が設 けられる領域と独立して設けられ、前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び 前記光出射部を形成する際に、前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前 記光出射部のそれぞれの前記基板の面方向に沿った長さである線幅が不均一とな ることを低減する非光信号伝送領域と、を有することを特徴とする光分岐器を提供す るものである。
[0013] すなわち、上述した光分岐器によれば、光入射部、光分岐部及び光出射部に用い られる領域をエッチングする際に、基板の全域のエッチングレートが概ね均一化され る。これにより、ローデイング効果により、光入射部、光分岐部及び光出射部に用いら れる領域の太さ（幅）に差が生じることが抑止され、それぞれの領域の幅 (太さ）が均 一化される。従って、光分岐器の曲がり導波路において、長波長側での過剰損失を 低減でき、挿入損失の波長均一性が向上される。
[0014] また、この発明は、基板に、光導波路として利用可能な基板の屈折率に比較して屈 折率の高い光伝達材質層を所定の厚さに堆積し、光伝達材料層に、光信号の伝送 に利用される第 1の領域と、第 1の領域の周囲に所定の間隔をおいて、第 1の領域を エッチングする際のエッチングレートを、基板の全域で概ね一定とするための第 2の 領域を規定し、第 1の領域及び第 2の領域のそれぞれに、非エッチングパターンを形 成して、基板上の残りの領域をエッチングによりパターユングし、パターユングにより 残った光伝達材料層及び基板が露出された領域の全域に、光伝達材料層に比較し て屈折率が低い材質を所定厚さに設けて第 1及び第 2の領域とは異なる第 3の領域 を形成することを特徴とする光分岐器の製造方法である。
[0015] すなわち、上述した光分岐器の製造方法によれば、光信号の伝送に利用されるパ ターンをエッチングする際に、ローデイング効果により基板上の位置に応じてエツチン グレートが変動してエッチング後の入射側の曲がり導波路の線幅が設計値より細くな ることが防止される。これにより、曲力 ^導波路の損失が使用波長に関わりなく均一化 され、光学特性が改善される。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、この発明の実施の形態が適用される光分岐器の一例を説明する概略 図。
[図 2]図 2は、図 1に示した光分岐器を I I線に沿って切断した状態を示す概略図。
[図 3A]図 3Aは、図 1及び図 2に示した光分岐器を製造する工程の一例を説明する 概略図。
[図 3B]図 3Bは、図 3Aに示した光分岐器を製造する工程に引き続く工程の一例を説 明する概略図。
[図 3C]図 3Cは、図 3Bに示した光分岐器を製造する工程に引き続く工程の一例を説 明する概略図。
[図 3D]図 3Dは、図 3Cに示した光分岐器を製造する工程に引き続く工程の一例を説 明する概略図。
[図 3E]図 3Eは、図 3Dに示した光分岐器を製造する工程に引き続く工程の一例を説 明する概略図。
[図 3F]図 3Fは、図 3Eに示した光分岐器を製造する工程に引き続く工程の一例を説 明する概略図。
[図 4]図 4は、図 1及び図 2に示した光分岐器において、コア部分 (またはコア部分に 相当する領域)の幅が不所望に変化する要因を説明する概略図。
[図 5]図 5は、占有率 [%]と PDL[dB]との関係を説明する概略図。
[図 6]図 6は、占有率 [%]と過剰損失 [dB]との関係を説明する概略図。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
[0018] 図 1は、この発明の実施の形態が適用される光分岐器の一例を説明する概略図で ある。
[0019] 図 1に示すように、光分岐器 1は、例えば二酸化シリコン (SiO )等を主成分とする基
2
板 10と、基板 10上に所定形状にパターユングされて形成された光導波路構造 20と 、を有する。なお、光導波路構造 20の周囲は、光導波路構造 20をコアとして利用可 能とするためのクラッド部材 30により覆われている。また、コア部分とクラッド部分との 比屈折率差は、 0. 45%である。
[0020] 光導波路構造 20は、例えば光ファイバもしくは前段の光分岐器等である図示しな い、光伝達部材を介して供給される光 (光信号)が入射される入射端 21、入射端 21 に入射された光信号を第 1及び第 2の比率で分岐する光分岐部 22A〜22G、光分 岐部 22A〜22Gにより（この例では、 8に)分岐された光信号を後段に接続される図 示しな 、、例えばシングルモードファイバある!/ヽは後段の光分岐器等に向けて案内 する出力端 23A〜23Hを含む。
[0021] 光導波路構造 20の周辺であって、クラッド部材 30が堆積される領域には、光導波 路構造 20と同一の工程で基板 10上に堆積されたコア部分として利用される材質と 同一の材質が、コア部分 (光導波路構造) 20をパター-ングする際に、所定の形状 に残された応力均一化部材 (以下、ダミーパターンと呼称する） 24A〜24Hが設けら れている。すなわち、ダミーパターン 24A〜24Hは、基板 10上に堆積された光導波 路構造 20を、例えばドライエッチングによりエッチングしてコア部分 20を形成する際 に、エッチングされずにそのまま残された領域である。
[0022] 光導波路構造 (コア部分） 20及びダミーパターン 24A〜24Hは、例えば基板 10上 に所定厚さに形成された二酸化シリコンを主成分とするガラス層を、所定形状にバタ 一-ングすることにより形成される。なお、光導波路構造 20は、例えば、基板 10上に 、予め所定厚さに図示しないクラッド層部材を堆積させた後、コアすなわち光導波路 構造 20に相当する部分に、リン (P)、チタン (Ti)、ゲルマニウム (Ge)もしくはアルミ -ゥム (A1)等をドープしても形成可能である。光導波路構造 20はまた、例えばコアと して利用可能な屈折率の材料を基板 10の全域に所定厚さに堆積させた後、図示し な 、クラッド層部分に対応する領域にホウ素 (B)やフッ素 (F)等をドープして屈折率 を選択的に低下させることによつても形成できる。また、光導波路構造 20は、熱膨張 率が、例えば約 3. 5 X 10_6以下の任意の成分を含む多成分ガラスとし、コア (すな わち光導波路構造 20)に対応する領域を、周知のイオン交換法によってイオン交換 して、選択的に屈折率を変化させることによつても形成できる。
[0023] 図 2は、図 1に示した光分岐器を、切断線 I—Iで切断した状態を示している。
[0024] 図 2に示されるように、基板 10上には、光導波路構造 (コア部分） 20並びにダミー パターン 24A〜24H (図 2は、切断線 I—Iによる断面であるから 24A〜24Cのみが 見える）上には、クラッド層 30が所定厚さに堆積され、その上に接着剤層 25が、所定 の厚さに形成されている。なお、接着剤層 25上には、リツドすなわちカバーガラス層 4 0が、接着剤層 25によりクラッド層 30上に固定されている。また、図 1及び図 2に示す 光分岐器 1において、基板 10の厚さは概ね lmm、コア部分 (光導波路構造） 20の厚 さ及び基板 10に沿う方向の長さは概ね 6 m (断面において一辺が概ね 6 mの矩 形）、ダミーパターン 24A〜24Hの厚さは概ね 6 m (幅は位置により異なる）、クラッ ド層 30の厚さが概ね 25 μ m、接着剤層 25の厚さが概ね 25 μ m、及びリツド 40の厚 さが概ね 1. 5mmである。なお、接着剤層 25の厚さは、好ましくは概ね 10〜50 m の範囲内で、リツド 40の接着強度と PDLの悪ィ匕を考慮して設定される。
[0025] なお、図 2から明らかなように、光導波路構造 (20)が所定の幅 (基板 10の面方向 に沿った方向の長さ）にパターユングされて形成されたコア部分 20は、その両側（基 板 10の端部を除く）に、ダミーパターン 24A〜24H (上述したとおり、図 2では 24A〜 24Cのみが見える）により区画されている。また、ダミーパターン 24A〜24Hとコア部 分 20との間の間隔は、図 4を用いて後段に関連を説明するが、少なくともコア部分 20 の幅 (太さ）と同一か、それ以上に規定される。従って、図 1において、出射端 23A〜 23Hで示されるコア部分（20)の間については、コア部分相互の間隔（分岐数）にも 依存する力 ダミーパターン 24E〜24Hを省略できる場合がある。
[0026] 図 3A〜図 3Fは、図 1及び図 2に示した光分岐器を製造する工程 (方法)の一例を 説明する概略図である。
[0027] 第 1に、図 3Aに示されるように、例えば二酸ィ匕シリコンを主成分とするガラス平板が 基板 10として用意される。続いて、基板 10上に、基板 10の屈折率に比較して屈折 率の大きな光導波路構造 20およびダミーパターン 24A〜24Hとして利用される材質 、例えば二酸化シリコンが、 CVD法（chemical vapor deposition method)〖こより、所定 厚さに堆積される。なお、光導波路構造 20に利用される酸ィ匕シリコンの薄層には、屈 折率を高めるために、例えばリン (P)、チタン (Ti)、ゲルマニウム (Ge)、もしくはアル ミニゥム (A1)等力 必要に応じてドープされる。
[0028] 次に、図 3Bに示すように、酸化シリコン層 (20)上に、例えばタングステンシリサイド
(WSi)等の保護膜 121が所定の厚さに、堆積される。
[0029] 続いて、保護膜 121上に、レジスト材 (例えば光硬化性榭脂等の耐ェツチング材料 ) 122が所定厚さ塗布され、図示しない乾燥工程で硬化された後、図示しない露光 工程によりコア部分 20とダミーパターン 24A〜24Hに相当するパターンが記録 (露 光）される。以下、図示しない現像工程により、レジスト材が現像されて、図 3Cに示す ような、コア部分 20及びダミーパターン 24A〜24Hの形状に対応するレジストパター ン (非エッチングパターンとなった保護膜) 123が形成される。
[0030] 次に、図 3Dに示すように、例えばエッチング処理により、エッチングすべき領域の 保護膜 121が除去される。従って、光導波路構造 20として先に基板 10上に、所定厚 さに堆積された高屈折率層（二酸ィ匕シリコン)のうち引き続く工程においてエッチング すべき被エッチング部分 124が露出される。
[0031] 以下、図 3Eに示すように、周知のドライエッチングにより、被エッチング部分 124が 除去され、コア 20及びダミーパターン 24A〜24H部分（図 3Eでは 24B, 24Cのみが 見える）が形成される。
[0032] 次に、図 3Fに示すように、コア 20及びダミーパターン 24A〜24H (この図 3Fでは 2 4A〜24Cのみが見える）を含む基板 10の全域に、クラッド層 30として利用される材 質、例えば二酸ィ匕シリコンが所定の厚さに堆積される。なお、クラッド層 30には、屈折 率を低下することのできる、例えばホウ素（B)もしくはフッ素 (F)がドープされてもよい
[0033] コア部分 (光導波路構造 20)やダミーパターン 24A〜24H (光導波路構造 20)及 びクラッド層 30は、 CVD法に限らず、例えば火炎堆積法（FHD : Flame Hydrolysis D eposition法）によって形成されてもよぐその製法は、特に特定の製法に限定される ものではない。
[0034] 続いて、クラッド層 30上に、図 2により前に説明した接着剤層 25が形成され、接着 剤層 25上に、カバー (ガラス)層すなわちリツド 40が固定される。なお、クラッド層 30 力 コア 20及びダミーパターン 24A〜24Hに対応する領域で盛り上がる（凸部を呈 する)場合には、接着剤層 25を形成する前に、図示しないが平滑ィ匕 (研磨)工程によ り、その表面の凹凸、特に凸状部が平坦化されてもよい。なお、リツド 40を接着剤層 2 5によりクラッド層 30上に固定する方法に代えて、クラッド層 30の材質を、予め、リツド 40の材質と等しい材質か、熱膨張率が所定の範囲内にある材質とし、リツド 40をクラ ッド層 30上に配置した後、所定の圧力と熱を加え、リツド 40とクラッド層 30とを同ィ匕さ せることによつても、リツド 40をクラッド層 30に固定できる。
[0035] 図 4は、図 1及び図 2に示した光分岐器において、光導波路構造をエッチングして 所定の光信号伝送路すなわちコア部分を形成する際に、コア部分 (またはコア部分 に相当する領域)の幅が不所望に変化する要因を説明する概略図である。なお、図 4においては、横軸をコア部分を形成するための [工程]とし、各工程において、コア 部分 (相当領域）の幅の変動の分布（3 σ )を求めたものである。また、図 4において、 各曲線は、ダミーパターン 24Α〜24Ηとコア部分 20 (図 1参照）が基板 10の面積（同 図参照）に占める割合すなわち占有率とコア部分の幅の変動の分布 (3 σ )との関係 を示し、曲線 aは占有率 90%を、曲線 bは同 70%を、曲線 cは同 60%を、曲線 bは同 30%を、及び曲線 eは同 5%を、それぞれ、示している。
[0036] なお、占有率 90%は、コア部分の外側に、コア部分の幅と概ね等しい間隔が残るよ うに、ダミーパターン 24A〜24Hの面積を設定した状態に対応する。また、占有率 5 %は、ダミーパターンが全くない状態に対応する。
[0037] 図 4から明らかなように、コア部分の幅の変動の分布（3 σ )が最も大きくなる工程は 、コア部分のエッチング工程であることがわかる。その一方で、占有率を 70%以上と することで、コア部分の幅の変動（3 σ )を 0. 15 m以下に低減できることが認められ る。特に、占有率を 90%以上とした場合には、同（3 σ )を 0.： m以下に低減できる 。なお、占有率 5%の場合には、図 1に区分線 Lで示したように、光入射側と光出射 側との間でエッチングレートが大きく異なることから、それに起因して、コア部分の幅 の変動の分布（3 σ )が増大するものと考えることが妥当である。また、出力端 23Α〜 23Η (図 1参照）においては、分岐 (チャンネル)数に応じてコア部分の間隔が狭くな ることから、コア部分相互の間隔がコア部分の幅 (基板 10の面に沿う方向の長さすな わちコアの太さ）の 2倍よりも少ない場合には、ダミーパターンは、必ずしも必要では ない。
[0038] 図 5は、リツドガラスを接着した場合のパターン (コア部分とダミーパターンの合計） 占有率と PDLとの関係を示す概略図である。なお、図 5に示す PDLは、基板 10 (図 1 参照）の大きさを、短辺が 6インチ (約 125mm)の正方形とし、コア部分 (光導波路構 造） 20とダミーパターン 24A〜24H (図 1参照）の面積の合計を変化させて得たもの である。
[0039] 図 5から明らかなように、占有率を 90%以上にした (コア部分の外側に、コア部分の 幅と概ね等しい間隔が残るようにダミーパターン 24A〜24Hの面積を設定した)場合 は、 PDLは、 0. 07 [dB]まで低減できることが認められた。
[0040] また、ダミーパターン 24A〜24Hを、占有率が 70%以上となるように基板 10に設け る（非エッチング対象となる光導波路構造 20の所定部分を残存させる）ことにより、ェ ツチング時に、基板 10の端部に設けられるコア部分が基板 10の中央またはその近 傍に設けられるコア部分よりも多くエッチングされる程度も低減されることが確認され ている。
[0041] 図 6は、コア部分及びダミーパターンが基板に占める占有率と過剰損失との関係を 説明する概略図である。なお、図 6において、曲線 aは占有率 90%を、曲線 bは同 70 %を、曲線 fは同 50%を、曲線 eは同 5%を、それぞれ、示している。
[0042] 図 6に示される通り、占有率が小さいとローデイング効果により、入射側の曲がり導 波路が、他の部分より細く形成される。このため、曲がり部から光が漏れ、長波長側で 損失が大きくなる。占有率を大きくしていくと曲がり導波路の線幅が均一に形成され るため光の漏れが抑えられ、フラットな波長特性が得られる。なお、図 4を用いて前に 説明したが、占有率を 70%以上にすることで、コア部分の幅の変動（3 σ )を 0. 15 m以下にできる。また、占有率を 90%以上とすることで、コア部分の幅の変動（3 σ ) を 0. 1 m以下にできる。
[0043] 以上説明したように本発明によれば、エッチングレートが基板の全域で概ね均一化 されるので、分岐先毎 (チャンネル相互間）で、コア部分の幅が大きく変動することが 抑止できるため、挿入損失の波長均一性が高ぐかつダミーコアの存在によりカバー ガラス (リツド)を接着しても、偏波依存性損失の低 ヽ光分岐器が得られる。
[0044] なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなぐその実施の段階 ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実 施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよぐその場合、組み合わせ による効果が得られる。例えば、上述した実施の形態においては、主として入力側に 入力された光信号を分岐する光分岐器を例に説明したが、入力側が複数で、入力さ れた光信号が順に合波される光合波器や、 2つの入力ポートの一方力 入力された 光信号が 2つの出力ポートから出力される 1入力 2出力光方向性結合器等の、基板 上に光導波路構造が形成される光素子に適用されても、同一の効果が得られる。 産業上の利用可能性
[0045] 挿入損失の波長均一性が高ぐかつ偏波依存性損失の低い光分岐器を提供する
[0046] 本発明によれば、挿入損失の波長均一性が高ぐかつカバー部材を接着した後も 偏波依存性損失の低い光分岐器が歩留まりよく形成可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 光が入射される光入射部と、
この光入射部に入射される光を所定の比率で分岐する光分岐部と、
この光分岐部により分岐された光を所定位置に案内する光出射部と、
前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部上に所定厚さに形成される接着 剤層と、
前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部を保持する基板と、
前記接着剤層を介して前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出 射部のそれぞれを覆うカバー部材と、
前記基板上に、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部が設けられる領 域と独立に設けられ、前記接着剤層が硬化する際に生じる応力が、前記基板上の前 記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部のいずれか、または全域に作用する ことを抑止する応力均一化部材と、
を有することを特徴とする光分岐器。
[2] 前記応力均一化部材は、前記基板の面積に対する前記基板上に設けられる前記 光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部の面積と前記応力均一化部材の面積 との合計の面積の比である占有率が 70%より大きくなるような面積に規定されている ことを特徴とする請求項 1記載の光分岐器。
[3] 前記応力均一化部材は、前記占有率が 90%より大きくなるような面積に規定されて V、ることを特徴とする請求項 2記載の光分岐器。
[4] 前記応力均一化部材は、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部と同一 の材質により形成されることを特徴とする請求項 1ないし 3のいずれかに記載の光分 岐器。
[5] 前記応力均一化部材は、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部と同一 の工程にぉ 、て形成されることを特徴とする請求項 1な 、し 3の 、ずれかに記載の光 分岐器。
[6] 基板上に、光が入射される光入射部と、光入射部に入射される光を所定の比率で 分岐する光分岐部と、光分岐部により分岐された光を所定位置に案内する光出射部 と、基板上の光入射部、光分岐部及び光出射部が設けられる領域と独立に、光入射 部、光分岐部及び光出射部と同一の材質により、基板上の光入射部、光分岐部及 び光出射部が設けられる領域を除いた領域の割合を示す占有率が 70%より大きくな るよう、基板上に設けられた応力均一化部材と、を有することを特徴とする光分岐器。
[7] 前記応力均一化部材は、前記占有率が 90%より大きくなるような面積に規定されて
V、ることを特徴とする請求項 6記載の光分岐器。
[8] 前記応力均一化部材は、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部と同一 の工程において形成されることを特徴とする請求項 7記載の光分岐器。
[9] 基板に、光導波路として利用可能な基板の屈折率に比較して屈折率の高い光伝 達材質層を所定の厚さに堆積し、
光伝達材料層に、光信号の伝送に利用される第 1の領域と、第 1の領域の周囲に 所定の間隔をおいて、第 1の領域をエッチングする際のエッチングレートを、基板の 全域で概ね一定とするための第 2の領域を規定し、
第 1の領域及び第 2の領域のそれぞれに、非エッチングパターンを形成して、基板 上の残りの領域をエッチングによりパターユングし、
ノターニングにより残った光伝達材料層及び基板が露出された領域の全域に、光 伝達材料層に比較して屈折率が低い材質を所定厚さに設けて第 1及び第 2の領域と は異なる第 3の領域を形成し、
第 3の領域に、接着剤を介してカバー部材を接着する
ことを特徴とする光分岐器の製造方法。
[10] 第 1の領域と第 2の領域の面積の合計を基板の面積でわり算した占有率が 70%よ り大きくなるよう、第 2の領域の面積が設定されることを特徴とする請求項 9記載の光 分岐器の製造方法。
[11] 第 2の領域の面積は、カバー層が接着される際に生じる応力が、第 1の領域に及ぼ す影響を緩和できる面積であることを特徴とする請求項 9記載の光分岐器の製造方 法。
[12] 光が入射される光入射部と、
この光入射部に入射される光を所定の比率で分岐する光分岐部と、 この光分岐部により分岐された光を所定位置に案内する光出射部と、
前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部上に所定厚さに形成される接着 剤層と、
前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部を保持する基板と、
前記基板上に、前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射部が設けられる領 域と独立して設けられ、前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出 射部を形成する際に、前記基板上の前記光入射部、前記光分岐部及び前記光出射 部のそれぞれの前記基板の面方向に沿った長さである線幅が不均一となることを低 減する非光信号伝送領域と、
を有することを特徴とする光分岐器。
基板に、光導波路として利用可能な基板の屈折率に比較して屈折率の高い光伝 達材質層を所定の厚さに堆積し、
光伝達材料層に、光信号の伝送に利用される第 1の領域と、第 1の領域の周囲に 所定の間隔をおいて、第 1の領域をエッチングする際のエッチングレートを、基板の 全域で概ね一定とするための第 2の領域を規定し、
第 1の領域及び第 2の領域のそれぞれに、非エッチングパターンを形成して、基板 上の残りの領域をエッチングによりパターユングし、
ノターニングにより残った光伝達材料層及び基板が露出された領域の全域に、光 伝達材料層に比較して屈折率が低い材質を所定厚さに設けて第 1及び第 2の領域と は異なる第 3の領域を形成する
ことを特徴とする光分岐器の製造方法。
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