(57)【要約】【課題】光分岐回路において損失の増大の原因となっていた分岐点でのギャップをなくし、分岐損を小さくすることである。【解決手段】基板１１上に下部クラッド層１２があり、該下部クラッド層１２上に形成された入力導波路１１１は少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路１１３，１１４に分岐する石英系の積層光分岐導波路において、前記入力導波路１１１は前記基板１１に垂直な方向に複数積層されたコア層よりなり、前記分岐導波路１１３，１１４は何れも前記積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなり、前記分岐導波路１１３，１１４の前記入力導波路１１１に対する分岐点１１２においてはギャップが存在しないことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部クラッド層があり、該下部クラッド層上に形成された入力導波路は少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路に分岐する石英系の積層光分岐導波路において、前記入力導波路は前記基板に垂直な方向にＮ層（Ｎは２以上の自然数）の積層されたコア層よりなり、前記分岐導波路は何れも前記積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなり、前記分岐導波路の前記入力導波路に対する分岐点においてはギャップが存在しないことを特徴とする積層光分岐導波路。
【請求項２】
請求項１において、前記積層されたコア層の少なくとも１つのコア層の屈折率が他のコア層の屈折率と異なることを特徴とする積層光岐導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において光の伝送信号を多分岐するために使用される積層光分岐導波路に関する。詳しくは、光分岐回路において、分岐損を低減し損失の小さな光分岐導波路を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネット上のトラフィックの増大に対応し、光ファイバ網の整備が急速に進められている。
そのなかでも、１つの光ファイバ伝送路を複数のユーザで共有することで安価に広域をカバーできるネットワークが望まれている。
【０００３】
このような通信網で重要な役割を果たす８分岐素子、１６分岐素子、３２分岐素子はスプリッタと呼ばれている。
近い将来の光ファイバ通信ネットワークの拡大を考えると、分岐数として１００以上の大規模光スプリッタが必要となる。
スプリッタは、バルク型、ファイバ型、それに平面光波回路型に大別することができる。
【０００４】
その中でも特に、平面光波回路型は、基板上の光導波路で構成され信頼性の高いものである。
製造方法としては、光導波膜の堆積、フォトリソグラフィ、ドライエッチング等の近年の半導体産業で培われた微細加工技術が利用でき平面基板上に一括して大量生産できる利点があり、更に、再現性や小型集積可能性等の利点を有するため、スプリッタとして普及している。
【０００５】
平面光波回路型のスプリッタとして、従来からＹ分岐型が知られている。
これは、Ｙ分岐導波路を多段に接続したものであり、その構成は単純で設計が容易である。
従来からある平面型のＹ分岐導波路を上面（基板垂直方向）から眺めた平面図を図６（ａ）、その分岐点を囲む二点鎖線部分Ａの拡大図を同図（ｂ）にそれぞれ示す（特許文献１参照）。
【０００６】
従来の平面方向分岐では、図６（ａ）に示すように、入力導波路１は分岐点４で二つの湾曲した分岐導波路２，３に分岐している。
ここで、製造過程において、分岐点周辺のマスク作製時の解像度の問題、マスク露光限界、加工精度の問題から、図６（ｂ）に示すように、分岐点４においてギャップ５が必ず存在した。
【０００７】
このギャップ５は、分岐点４でコア以外のクラッド層への光の放射の原因となり分岐の損失の増大の大きな原因となっている。
２分岐以上のスプリッタとして多段に配置したときにはさらにこのギャップ５での損失は累積し大きな損失を生むことになる。
従って、ギャップ５を極小にすることでこれらの分岐損失を低減することが強く望まれる。
【特許文献１】特開平５−１１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来の光分岐回路において損失の増大の原因となっていた分岐点でのギャップをなくし、分岐損の小さな積層光分岐導波路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る積層光分岐導波路は、基板上に下部クラッド層があり、該下部クラッド層上に形成された入力導波路は少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路に分岐する石英系の積層光分岐導波路において、前記入力導波路は前記基板に垂直な方向にＮ層（Ｎは２以上の自然数）の積層されたコア層よりなり、前記分岐導波路は何れも前記積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなり、前記分岐導波路の前記入力導波路に対する分岐点においてはギャップが存在しないことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る積層光分岐導波路は、請求項１において、前記積層されたコア層の少なくとも１つのコア層の屈折率が他のコア層の屈折率と異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
従来の光分岐回路では、分岐点にて有限の長さを持つギャップが存在し、分岐損を増大させていた。
しかしながら本発明によれば、積層されたコア層よりなる入力導波路と、積層されたコア層の少なくとも一つのコア層よりなる少なくとも一方が湾曲した二本の分岐導波路にて分岐回路を構成することで、ギャップのない分岐を実現でき、分岐損失の小さな光分岐導波路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施する最良の形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１の実施例に係る積層光分岐導波路を図１に示す。
本実施例は、平面基板上に形成した２層のコア層からなる積層光分岐導波路に関する。
図１（ａ）は、本実施例に係る積層光分岐導波路の鳥瞰図であり、同図（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図（ａ）中のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’線断面図である。Ａ−Ａ’線は分岐導波路の入力側、Ｂ−Ｂ’線は出力側の断面をそれぞれ表している。
【００１４】
図１に示すように、基板１１上はクラッド層２０を有し、該クラッド層中には入力導波路１１１及び分岐導波路１１３，１１４が埋め込まれている。
クラッド層２０は、後述するように、下部クラッド層１２（アンダークラッド層）と、その上に形成される上部クラッド層（オーバークラッド層）１６とからなる。
【００１５】
入力導波路１１１は、基板１１に対して垂直な方向にＮ層（Ｎは本実施例では２）の積層されたコア層よりなり、何れも湾曲した（ある曲率を有する）分岐導波路１１３，１１４に分岐点１１２で分岐している。
一方の分岐導波路１１３は積層されたコア層の下層（基板１１に近い層）よりなり、他方の分岐導波路１１４は積層されたコア層の上層（基板１１から離れた層）よりなる。
【００１６】
従って、入力導波路１１１から上下の分岐導波路１１３，１１４に分岐する本実施例に係る積層光分岐導波路では、分岐点１１２でのギャップをゼロとすることが可能になり、分岐点１１２でのギャップによる損失を大幅に低減することが可能となる。
なお、本実施例においては、入力導波路１１１側から観て、下層の分岐導波路１１３は、右にＳ字に曲げを施してあり、上層の分岐導波路１１４は、左に曲げを施してある。
【００１７】
しかし、本発明における分岐導波路としてはこれらに限らず、上下層の分岐導波路の少なくとも一方が湾曲していればよい。
また、図中では、入力導波路１１１を、ほぼ二等分するように上下層よりなるコア層を示しているが、上下の比率は、この限りではない。
【００１８】
本実施例に係る積層光分岐導波路の入出力にファイバーを接続し、パワー分岐率の測定を実施した。
光ファイバーに対する結合損を除けば、二つの出射口からのパワーの和は、入力パワーに等しく、分岐部での損失は確認できなかった。
【００１９】
本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法の一例を図２〜図５を参照して説明する。以下の例では、積層されたコア層が２層に分岐する分岐導波路の製造方法を示す。
図２（ａ）は、積層光分岐導波路を上面から見た平面図であり、同図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１（ａ）中のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’線の断面図である。図３（ａ）（ｂ）、（ｃ）、図４（ａ）（ｂ）、（ｃ）、図５（ａ）（ｂ）、（ｃ）においても同様である。
【００２０】
まず、図２に示すように、基板１１上に下部クラッド層（アンダークラッド）１２を形成し、その上に入力導波路１１１の下層部分及び分岐導波路１１３となる下層コア１２１を形成する。
本実施例では、シリコン基板１１上に、下部クラッド層１２としてまず、比較的軟化温度の低いガラスを３０μｍ堆積し、その上に典型的なフォトリソグラフィーを用いて下層コア１２１（幅９μｍ、高さ４μｍ、屈折率差０．３％）を作製した。
【００２１】
作製した下層コア１２１は、Ａ−Ａ’面から見て右に湾曲した曲げを施してある。
ガラス堆積には火炎堆積法を用いた。この方法は、厚いガラス薄膜を形成するために広く用いられている方法である。
【００２２】
次に、図３に示すように、基板全体を、下層コア１２１の下に位置する下部クラッド層１２が十分軟化する温度（１２５０℃）で、熱処理を一定時間（３時間）実施した。
下層コア１２１は、この熱処理によってクラッド層１２に沈み込む。
しかしながら、下層コア１２１上面とクラッド層１２表面の高さが一致する位置で下層コア１２１の沈下は自己停止する。
【００２３】
これは下層コア１２１の沈下が、表面張力によるものであり、コア上面とクラッドの高さが同じになった所で、張力を失うためである。
以上のように下層コア１２１を下部クラッド層１２中に沈み込ませると、研磨工程等を経ずとも、非常に平坦な面が得られる。
【００２４】
引き続き、この上に、図４に示すように、上層コア１２２を堆積させる際、上層コア１２２のうちの入力導波路１１１の上層部分が下層コア１２１の入力導波路１１１の下層部分の真上にくるように、上層コア１２２を堆積、加工を行った。
上層コア１２２は、幅９μｍ、高さ４μｍ、屈折率差０．３％である。
【００２５】
ここでは、上下層コア１２１，１２２共に、同じ断面形状、屈折率差としたが、これらはこの値に限られるわけではなく、上下非対称であってもよい。
なお、上層コア１２２を堆積させる際、上層コア１２２の分岐導波路１１４となる部分は、下層コア１２１の分岐導波路１１３と重ならないように、Ａ−Ａ’面から見て左に湾曲した曲げを施した。
【００２６】
最後に、図５に示すように、これらを、上部クラッド層１６にて埋め込むことで積層光分岐導波路を作製することができる。下部クラッド層１２と上部クラッド層１６は、図１におけるクラッド層２０を構成する。
本実施例に係る積層分岐構造は、従来から知られる研磨を用いた積層導波路の方法で作製する場合に比較し、沈み込み現象を利用するため、積層光分岐導波路は容易に作製することが可能である。
【００２７】
即ち、従来技術では、下層コア１２１を形成した後、一度クラッド層で下層分岐導波路に埋め込み、下層コア１２１の上面と下部クラッド層１２の表面が一致するまで平坦化する研磨工程を経て、上層コア１２２を堆積しなくてはならず、そのため膨大な工程を必要としコスト増大に繋がる。
これに対し、本発明では、沈み込み現象を利用するため、そのような研磨行程が不要であるため、積層光分岐導波路は容易に作製することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、光通信において光の伝送信号を多分岐するため光分岐導波路として広く利用可能なものである。特に、急速に整備が進められている光ファイバ網でで重要な役割を果たすスプリッタ、特に、大規模光スプリッタとしても広く利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の鳥瞰図、図１（ｂ）（ｃ）は、それぞれ同図（ａ）中のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’線の断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法を示す行程図である。
【図３】本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法を示す行程図である。
【図４】本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法を示す行程図である。
【図５】本発明の一実施例に係る積層光分岐導波路の製造方法を示す行程図である。
【図６】図６（ａ）は従来の光分岐回路の平面図、図６（ｂ）は同図（ａ）中の二点鎖線で囲んだ範囲Ａの拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  シリコン基板
１２  下部クラッド層（アンダークラッド層）
１６  上部クラッド層（オーバークラッド層）
２０  クラッド層
１１１  入力導波路
１１２  分岐点
１１３  下層の分岐導波路
１１４  上層の分岐導波路
１２１  下層コア
１２２  上層コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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