(57)【要約】【課題】本発明の目的は、偏光無依存な高分子光導波路型インタリーバ回路デバイスを提供することにある。【解決手段】インタリーバ回路は、基板の表面上に作られ、光導波路コアは、１５５０ｎｍ波長では、１．５２１〜１．５５７の屈折率ｎｇと０．００７８〜０．００７９の複屈折を有する高分子であり、下部クラッド層と上部クラッド層は、１５５０ｎｍ波長では１．５１５〜１．５５１の屈折率ｎｃと０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子材料である。コアの断面形状は、６〜８μｍの辺の長さを有する正方形であり、四つの方向性結合器の平行部長さは、それぞれＬ１が１．８４〜２．２ｍｍ、　Ｌ２が０．４〜０．６ｍｍ、　Ｌ３が０．５〜０．７ｍｍ　、Ｌ４が１．６２〜２．０ｍｍである。四つの方向性結合器の平行部間隔ｓ１　、ｓ２　、ｓ３　とｓ４は共に５μｍである。三つのアーク部の上下両導波路の長さの差は、それぞれΔＬ１が０．６８〜０．７　μｍ、ΔＬ２が９７３．７４〜９７３．８１　μｍ、ΔＬ３が０．６９〜０．７４　μｍである。【選択図】　　　　図３
2004109245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を複数箇所で互いに近接させて構成した複数個の方向性結合器とを具え、
前記２本の高分子光導波路の各一方の端部を入力端，各他方の端部を出力端とする光導波路インタリーバ回路デバイスであって、
前記各方向結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・・　　、ｎ　　）とし、
前記各方向結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　、ｎ　　）　とし、
前記複数個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともに、この実効光路長差をΔＬｉ（　ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ−１　）に選定することを特徴とする光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項２】
基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を複数箇所で互いに近接させて構成した複数個の方向性結合器とを具え、
前記２本の高分子光導波路の各一方の端部を入力端，各他方の端部を出力端とする光導波路インタリーバ回路デバイスであって、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　　、　ｎ　　）とし、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　　、　ｎ　　）とし、
前記複数個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差ΔＬを設けるとともに、この実効光路長差をΔＬｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・、　ｎ−１　）に選定するとともに、
前記光導波路の各アーク部の両光導波路の位相差
【外１】
2004109245.tif 000021
ここで、
β；　導波モードの伝搬定数
ｉ＝１、２、３、・・・・ｎ−１
を満足するように選定することを特徴とする光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項３】
基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を４個所で互いに近接させて構成した４個の方向性結合器とを具え、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４とし、
前記各方向結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４とし、
前記４個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともに、この実効光路長差をΔＬ１、ΔＬ２及びΔＬ３とするとともに
前記光導波路の各アーク部の両光導波路の位相差
【外２】
2004109245.tif 000022
β；　導波モードの伝搬定数
ｉ＝１、２、３
を満足するように選定することを特徴とする光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項４】
前記４個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともにこの実効光路長差、ΔＬ１＝０．６８〜０．７μｍ　、ΔＬ２＝９７３．７４〜９７３．８１μｍ　、及びΔＬ３＝０．６９〜０．７４μｍ　にそれぞれ選定することを特徴とする請求項３記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項５】
前記高分子光導波路を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５２１〜１．５５５７の屈折率と０．００７８〜０．００７９の複屈折を有する高分子材料で構成することを特徴とする請求項３又は４記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項６】
前記高分子下部クラッド層を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５１５〜１．５５１の屈折率と０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子材料で構成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項７】
前記高分子上部クラッド層を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５１５〜１．５５１の屈折率と０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子材料で構成することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項８】
前記各方向性結合器における２本の光導波路の平行部分の長さ　Ｌ１＝１．８４〜２．２ｍｍ、Ｌ２＝０．４〜　０．６ｍｍ、Ｌ３＝０．５〜　０．７ｍｍ、Ｌ４＝１．６２〜２．０ｍｍにそれぞれ選定することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項９】
前記各方向性結合器における２本の光導波路の平行部分における間隔を５μｍにそれぞれ選定したことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１０】
前記光導波路の断面形状を幅ｗ及び厚さｔを有する方形に形成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１１】
前記光導波路の断面形状を正方形に形成したことを特徴とする請求項１０に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１２】
前記光導波路の断面形状を正方形とし、その一辺の長さを６〜８μｍとしたことを特徴とする請求項１１に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１３】
前記高分子下部クラッド層の厚さを約２０μｍとしたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス
【請求項１４】
前記基板を石英板で構成したことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１５】
前記基板をシリコン板で構成したことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【請求項１６】
前記基板をポリイミド樹脂板で構成したことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路インタリーバ回路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信分野などにおいて、光の波長分波器および波長合波器などに適用される偏光変化に強い高分子光導波路インターリーバ回路デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度波長多重（ＤＷＤＭ）通信システムにおいて、Ｃ或いはＬ波長バンドの信号光が一定の波長間隔Δλでそれぞれ交互に波長を分離し、二つのチャンネルに２群に分波するように出力される光デバイスとして、インタリーバもしくは波長スプリッタが知られている。
【０００３】
インタリーバは、図１に示されるように、ラティス型の光導波路回路で構成され、複数段的にマッハツェンダ干渉効果とその波長周期性を活かして、波長λ１，λ３からλ２Ｎまでの連続光を、λ１，λ３・・・・　λ２Ｎ−１とλ２，λ４，・・・・　λ２Ｎのように交互に分けて、それぞれのポートを出力している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｋ．　Ｊｉｎｇｕｊｉ　ｅｔ　ａｌ，　”Ｏｐｔｉｃａｌ　ｈａｌｆ−ｂａｎｄ　ｆｉｌｔｅｒｓ”，　Ｊ．　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ．，　２０００，　Ｖｏｌ．１８，　ｐｐ．２５２−２５９）
【０００５】
光導波路は、シリコンウェーハ或いは石英基板等の上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分にしたコアとクラッドからなる場合は、石英光導波路と称されるに対して、高分子材料からなる場合は、高分子光導波路と呼ばれている。
【０００６】
このインタリーバ回路の重要な応用例として、図２に２Ｎ波長の分波サブシステムを示す。Δλ間隔２Ｎ波長の波長多重光をインタリーバで偶数、奇数の２群に分け、それぞれを２Δλ間隔Ｎ波長のＡＷＧ合分波器で分波する。これにより２倍の波長多重光を取り扱うことが可能となる。この方式は、Δλ間隔２Ｎ波長のＡＷＧ単体の場合と比較して、隣接波長の切れが良くなるので、システム設計が容易となる。また、２Δλ間隔Ｎ波長のＡＷＧ合分波器を導入している所にインタリーバを追加するだけで、波長チャンネル数を増やすことも可能なのでシステムが組み易くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すインタリーバ回路は、マッハツェンダ干渉を複数段的に行い、狭い波長間隔Δλで高い波長分解能を得る為に干渉次数を高く設計しなければ出来ないので、光導波路の等価屈折率に強く依存している。石英光導波路を用いる場合は、熱処理により製造プロセスで発生した応力を解除し、その屈折率異方性を除去することが出来る。これに対して、高分子光導波路を用いる場合には、熱処理した後でも、複屈折が約０．００８程度の屈折率異方性が残っている。その為に入射光の偏光面が変わると、インタリーバ回路を構成する光導波路の等価屈折率が大きく変わり、設計したパラメータのバランスが崩れ、特性は、設計目標から外れてしまう。
【０００８】
図１に示されたインタリーバ回路を用いて、具体的に分析すれば、入力する信号光の偏光面が変わると、複屈折の影響を受けて光導波路の等価屈折率が変わり、それにより引き起こされる特性劣化は、主に二つの原因による。一番目の原因としては、長さのかなり違う二本の導波路の光路長差より生じた位相差が強く変わり、これにより各波長に対する多段接続したマッハツェンダ干渉回路の結合率が激しく変ってしまうことである。二番目としては、マッハツェンダ干渉回路を構成した各方向性結合器の完全結合長が変わって設計した結合率を達成することが出来なくなることである。結局、出力波長がシフトしてしまい、所定の波長群分離が出来なくなる。
【０００９】
このような偏光依存性の問題を解決するために、導波路断面に溝を掘ってその溝に薄膜１／２波長板を挿し入れ、これにより偏光面を直交的に回転させ、回転前後の影響が相殺されるため偏光依存性をキャンセルする方法がある。しかし、この効果を果たすために鏡面対称的な光導波路回路配線が必要なので、ＡＷＧのような対称構造に使われているが、光導波路回路の非対称性により波長の交互分離効果を実現するインタリーバ回路にはこの方法は適用できない。また、導波路に溝を掘り、その溝に薄膜１／２波長板を差し入れる等の製造工程に課せられる条件が煩雑であることから厳しくなり、顕微鏡作業が要るなどの理由で歩留まりが悪く、コスト高となる等の不利な面もある。
高分子光導波路の偏光特性を改善するために、下部クラッド、コア及び上部クラッドからなる高分子光導波路膜を基板から剥離して、応力を完全に解消するようにフリーな状態にさせる方法もある。しかしこのような高分子光導波路膜は薄くて柔らかいので、ファイバと効率良く安定的な接続する実装を行う時には余計な困難を伴うデメリットがある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、高分子光導波路を採用した最も重要な理由である低コストというメリットを維持しながら、既存の技術でシリコンや石英基板等の上に偏光無依存な高分子光導波路型インタリーバ回路デバイスを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、図３に示す本発明の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路デバイスは、石英或いはシリコンウェーハ等からなる基板の表面に形成され、複数段のマッハツェンダ干渉回路の長手接続により構成されるが、光導波路コアの断面形状、コアとその周囲のクラッドの屈折率および回路配線に関わる各ファクタを、回路特性が偏光変化によっても一定に保たれるように最適化することを特徴としている。
【００１２】
この手法を以下に示すように説明する。
いま、図３に示す光回路の二本の光導波路の左側の入り口にＴＥ偏光或いはそれと直交するＴＭ偏光の光信号を入力しているとして、二本の光導波路の右側の出口から出力される光の振幅ＡｏｕｔとＢｏｕｔは、入力光のそれらのＡｉｎとＢｉｎと
【数１】
2004109245.tif 000003
のような関係がモード結合理論から導き出される。ここにＬ１’、Ｌ２’と　Ｌ３’　は、図３に示した回路の各湾曲部を形成するアーク部の上下両導波路の平均長さであり、ｂは、光導波路を伝播する導波モードの伝播定数である。また、伝達行列は
【数２】
2004109245.tif 000004
のように展開でき、ここで
【数３】
2004109245.tif 000005
で三つのアーク部の上下両導波路の位相差を表し、ΔＬｉ（ｉ＝１，２，３）は３個のアーク部の上下両導波路の長さの差である。また、ａｉとｂｉ（ｉ＝１，２，３，４）は図３に示した回路の四つの方向性結合器の伝達行列の構成要素であり、即ち
【数４】
2004109245.tif 000006
である。ここに、Ｌｃｉ　、Ｌｅｉ　とＬｉ（ｉ＝１，２，３，４）はそれぞれｉ番目の方向性結合器の完全結合長、等価平行部増加長と、平行部の長さである。
【００１３】
いま、一般性を失わず光を図３に示した回路の左下側の入り口に入力するとすれば、同回路の右上側の出口をクロスポート、右下側の出口をスルーポートと呼ばれる。これを対応して導波路の入力光の振幅をＡｉｎ＝０、Ｂｉｎ＝１のように式１に代入して計算すれば、クロスポートの出力パワー分配比率ηＣＲＯは
【数５】
2004109245.tif 000007
で表示され、スルーポートの出力パワー分配比率ηＴＨＲは
【数６】
2004109245.tif 000008
となる。ηＣＲＯの特性が分かれば式１１により一義的にηＴＨＲが決められるので、ここでηＣＲＯのみに理論解析を進める。
【００１４】
上述の諸式よりηＣＲＯはＬｉ　、ΔＬｊ　、Ｌｃｉ　、Ｌｅｉ　及びｂの関数
【数７】
2004109245.tif 000009
であることが分かる。Ｌｃｉ　とＬｅｉはともに波長λ、方向性結合器の平行部間隔ｓｉ、光導波路コアの屈折率ｎｇ、クラッドの屈折率ｎｃ、光導波路コアの幅ｗと厚さｔの関数
【数８】
2004109245.tif 000010
である。伝搬定数βは波長λ、光導波路コアの屈折率ｎｇ、コアの幅ｗと厚さｔ、またはクラッドの屈折率ｎｃの関数
【数９】
2004109245.tif 000011
である。高分子材料の分散特性と複屈折特性により、光導波路コアの屈折率ｎｇとクラッドの屈折率ｎｃはともに波長λと伝搬する光の偏光モードとの関数
【数１０】
2004109245.tif 000012
である。従って、図３に示した回路の物理的、幾何的なパラメーターが確立されたら、ηＣＲＯは波長λと伝搬する光の偏光モードとの関数
【数１１】
2004109245.tif 000013
となる。
【００１５】
本発明の目的は、図３に示した回路の各パラメーターを最適化してηＣＲＯの波長依存性を生かしてインタリーブ効果を実現すると同時に、その偏光依存性をキャンセルすることにある。即ち
【数１２】
2004109245.tif 000014
となるようにする。この目的を達成するために、次の統計的最適化手法を用いた。
【００１６】
ここでη（ＣＲＯ）ｍｎは上述したクロスポートの出力パワー分配比率、Ｏｍはクロスポートの出力パワー分配比率の設計目標値とされ、Ｄｍｎはη（ＣＲＯ）ｍｎとＯｍの差
【数１３】
2004109245.tif 000015
として設けられる。ここに添字ｍ　は２Ｎ波長を指し、ｎ＝１，２はそれぞれＴＥとＴＭモードを指す。従って計算値と目標値との一致の程度を統計的に表す評価関数δを
【数１４】
2004109245.tif 000016
で表示することが出来る。評価関数δが小さくなればなるほど設計が目標に近ずけたことになる。数値計算の手法を用いて式２１のδを最小化することにより選出した各パラメータを使った高分子光導波路インタリーバ回路は偏光依存性を解消しながら波長スプリット効果を実現することが出来る。
【００１７】
上述の手法を用いた本発明の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路は、次のように各要素を最適化したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を複数箇所で互いに近接させて構成した複数個の方向性結合器とを具え、
前記２本の高分子光導波路の各一方の端部を入力端，各他方の端部を出力端とする光導波路インタリーバ回路デバイスであって、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・・　　、ｎ　　）とし、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　、ｎ　　）とし、
前記複数個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともに、この実効光路長差をΔＬｉ（　ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ−１　）に選定することを特徴とする。
本発明は、基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を複数箇所で互いに近接させて構成した複数個の方向性結合器とを具え、
前記２本の高分子光導波路の各一方の端部を入力端，各他方の端部を出力端とする光導波路インタリーバ回路デバイスであって、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬｉ　　　　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　　、　ｎ　　）とし、
前記各方向結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓｉ　　（　ｉ＝１、２、３、・・・・　　、　ｎ　　）とし、
前記複数個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差ΔＬを設けるとともに、この実効光路長差をΔＬｉ　（　ｉ＝１、２、３、・・・、　ｎ−１　）に選定するとともに、
前記光導波路の各アーク部の両光導波路の位相差
【外３】
2004109245.tif 000017
ここで、
β；　導波モードの伝搬定数
ｉ＝１、２、３、・・・・ｎ−１
を満足するように選定することを特徴とする。
本発明は、基板と、
該基板上に形成された高分子下部クラッド層と、
該高分子下部クラッド層上に形成された少なくとも２本の高分子光導波路と、
該高分子光導波路を被覆する高分子上部クラッド層と、
前記少なくとも２本の高分子光導波路のうちの２本の光導波路を４個所で互いに近接させて構成した４個の方向性結合器とを具え、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分を具えるとともにこの平行部長さをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４とし、
前記各方向性結合器は、それぞれ２本の光導波路の平行部分の間隔を具えるとともにこの平行部分の間隔をｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４とし、
前記４個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともに、この実効光路長差をΔＬ１、ΔＬ２及びΔＬ３とするとともに
前記光導波路の各アーク部の両光導波路の位相差
【外４】
2004109245.tif 000018
β；　導波モードの伝搬定数
ｉ＝１、２、３
を満足するように選定することを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、　前記４個の方向性結合器のうちの隣り合う各方向性結合器の間を連結する前記２本の光導波路の一方にアーク部を構成して、実効光路長に差を設けるとともにこの実効光路長差、ΔＬ１＝０．６８〜０．７μｍ、ΔＬ２＝９７３．７４〜９７３．８１μｍ　、及びΔＬ３＝０．６９〜０．７４μｍにそれぞれ選定したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記高分子光導波路を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５２１〜１．５５５７の屈折率と０．００７８〜０．００７９の複屈折を有する高分子材料で構成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、　前記高分子下部クラッド層を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５１５〜１．５５１の屈折率と０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子材料で構成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記高分子上部クラッド層を１５５０ｎｍ波長に対して、１．５１５〜１．５５１の屈折率と０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子材料で構成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記各方向性結合器における２本の光導波路の平行部分の長さ　Ｌ１＝１．８４〜２．２ｍｍ、Ｌ２＝０．４〜　０．６ｍｍ、Ｌ３＝０．５〜　０．７ｍｍ、Ｌ４＝１．６２〜２．０ｍｍにそれぞれ選定したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、　前記各方向性結合器における２本の光導波路の平行部分における間隔を５μｍにそれぞれ選定したことを特徴とする。
【００１９】
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記光導波路の断面形状を幅ｗ及び厚さｔを有する方形に形成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記光導波路の断面形状を正方形に形成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記光導波路の断面形状を正方形とし、その一辺の長さを６〜８μｍとしたことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記高分子下部クラッド層の厚さを約２０μｍとしたことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記基板を石英板で構成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記基板をシリコン板で構成したことを特徴とする。
本発明は、光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、前記基板をポリイミド樹脂板で構成したことを特徴とする。
【００２０】
【実施例】
図３は、本発明に係る高分子光導波路インタリーバ回路デバイスを示す。
２本の高分子光導波路Ａ，Ｂを具え、４個の方向性結合器において、平行部分の長さは、それぞれＬ１＋Ｌｅ１、Ｌ２＋Ｌｅ２、Ｌ３＋Ｌｅ３、Ｌ４＋Ｌｅ４であり、その平行部分の間隔は、それぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４であり、３個の湾曲部を形成するアーク部は、それぞれ
【外５】
2004109245.tif 000019
であり、それぞれに対応する直線部分は、それぞれ
【外６】
2004109245.tif 000020
に選定されている。
なお、図３においては、４個の方向性結合器を具えた光導波路インタリーバ回路デバイスについて説明したが、所望する設計条件に応じて、その個数をｎ個まで、必要に応じて増加又は減少させることができる。
【００２１】
図３に示したインタリーバ回路をさらに詳細に説明すると、シリコンの基板の表面上に作られ、光導波路コアの材料は、１５５０ｎｍ波長では、１．５２１〜１．５５７の屈折率ｎｇと０．００７８〜０．００７９の複屈折を有する高分子であり、光導波路コアを覆う下部クラッド層と上部クラッド層の材料は、１５５０ｎｍ波長では１．５１５〜１．５５１の屈折率ｎｃと０．００７９〜０．００８の複屈折を有する高分子である。またその光導波路コアの断面形状は、６〜８μｍの辺の長さを有する正方形であり、四つの方向性結合器の平行部長さは、それぞれＬ１が１．８４〜２．２ｍｍ、　Ｌ２が０．４〜０．６ｍｍ、　Ｌ３が０．５〜０．７ｍｍ　、Ｌ４が１．６２〜２．０ｍｍである。四つの方向性結合器の平行部間隔ｓ１　、ｓ２　、ｓ３　とｓ４は共に５μｍである。三つのアーク部の上下両導波路の長さの差は、それぞれΔＬ１が０．６８〜０．７　μｍ、ΔＬ２が９７３．７４〜９７３．８１　μｍ、ΔＬ３が０．６９〜０．７４　μｍである。という物理的、構造的なパラメターを具えている。
【００２２】
次に、前記本発明の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路の製造方法の一例を以下に述べる。
基板としてシリコンウェーハを用い、その表面に、下部クラッド層を形成する高分子の溶液（４，４’−Ｄｉａｍｉｎｏｄｉｐｈｅｎｙｌ　ｅｔｈｅｒと２，２’−Ｂｉｓ（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｏｂｉｐｈｅｎｙｌを、屈折率と複屈折を所定の値の範囲内に調整するため、所定の割合で混合したジアミンとこのジアミンの合計量に対して等モル量の４，４’−（Ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｉｓｏｐｒｏｐｙｌｉｄｅｎｅ）　ｄｉｐｈｔｈａｌｉｃ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅを共にＮ，Ｎ，−Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｃｅｔａｍｉｄｅに溶解し、２５℃で２４時間、窒素雰囲気下で攪拌した溶液）をスピンコート法により薄膜を形成させ、その後、脱溶媒および熱処理などによって、０．００７９〜０．００８の複屈折を有した約２０μｍ厚の高分子下部クラッド層を形成する。
【００２３】
そして、この下部クラッド層の上に、上記クラッド層を形成する高分子を作成する際に用いるジアミンの４，４’−Ｄｉａｍｉｎｏｄｉｐｈｅｎｙｌ　ｅｔｈｅｒと２，２’−Ｂｉｓ（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｏｂｉｐｈｅｎｙｌの混合割合をそれとは変えたものとそのジアミンの合計量に対して等モル量になるように４，４’−（Ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｉｓｏｐｒｏｐｙｌｉｄｅｎｅ）　ｄｉｐｈｔｈａｌｉｃ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅを添加し、同様な手段によって作成した高分子溶液用いて、先の高分子下部クラッド層上にスピンコート法により薄膜を形成させ、その後、脱溶媒および熱処理などによって、屈折率を下部クラッド層よりも０．２５％〜０．４５％程度高め、０．００７８〜０．００７９の複屈折を有した約８μｍ厚の高分子コア層を形成する。
【００２４】
そして、前記コア層の表面にフォトレジストによって所定の光導波路パターンを形成したのち、酸素ガスの雰囲気で反応性イオンエッチングによってコア層の選択的エッチングを行うことにより、所定パターンを有する光導波路コアを形成する。その後、再び先ほどの下部クラッドを形成させるために用いたものと同じ高分子溶液を用いて、スピンコートする方法とそれに続く脱溶媒および熱処理などの方法によって、光導波路コアを埋め込むように高分子上部クラッド層を形成する。なお、上部クラッド層の屈折率はコアのものより低いが、必ずしも下部クラッド層と等しくする必要はない。
【００２５】
なお、前記の実施形態の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路デバイスにおいて、基板として石英板を用いてもよい。さらに基板としてポリイミド樹脂板を用いることもできる。
【００２６】
前記例示した実施形態の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路デバイスの作用を確かめるために、本発明者らは前記高分子膜のデータと、これらデータをベースにした３Ｄ−ＢＰＭ（３次元ビーム伝播法）により得たパラメーターとに基いて、実験を行った。その結果について以下に述べる。
【００２７】
図３に示した偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路の左下側の入り口に、１５５０ｎｍを中心波長として波長間隔０．８ｎｍの３２波長の多重光をＴＥモードとＴＭモードに分けて入力し、クロスポートの出力パワー分配比率ηＣＲＯをモード分け各波長についてプロットしたグラフを図４に示した。結果では奇数波長群の光信号はスルーポートへ移り、クロスポートの出力パワー分配比率ηＣＲＯは最大でも１．８％であり、それに対して偶数波長群の光信号はクロスポートへ移り、ηＣＲＯは最小でも９８．２％である。また、ＴＥモードとＴＭモードに対しては各ポートの波長ずれがなく、上述のηＣＲＯ特性で同じな波長スプリット効果を果たしている。さらに使用波長のバンドを広くして０．８ｎｍの３６波長の多重光を入力して見ると、図５に示したように、モード変動による影響がキャンセルされ、波長バンドの両サイドでの特性が多少落ちているが、奇数波長群の光信号のηＣＲＯは最大３．５％、偶数波長群の光信号のηＣＲＯは最小９６．５％を有している。
【００２８】
したがって、本発明の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路は、高密度波長多重通信に用いられる１５５０ｎｍ波長を中心とする波長間隔０．８ｎｍの３６波長の多重光をそれぞれ交互に波長を分離し、二つポートに奇数群と偶数群に分波することができ、且つ多重した信号光の偏光方向が変わってもその特性は変わらない。したがって、本発明の偏光変化に強い高分子光導波路インタリーバ回路は、１例として図２に示された波長の分波サブシステムで偏光に無依存化した波長スプリーターとして使われることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、図３に示す高分子光導波路インタリーバ回路のコア断面形状、屈折率それに回路配線に関わる各ファクタを、回路特性が多重光の波長スプリット効果を果たすだけではなく多重光の偏光変化に対しても回路特性が変わらないように最適化されたので、高分子光導波路の複屈折性から引き起こされた偏光依存性による影響が明らかに低減される。
【００３０】
従って、本発明の高分子光導波路インタリーバ回路は、高密度波長多重通信システムに入力光信号に対する偏光保持手段が要らずに使える。１つの応用例として波長の分波サブシステムで偏光無依存波長スプリッターとして使われることが出来る。
【００３１】
本発明は、従来使ってきた材料をそのまま変えずに最適化をする方法を提供するため、従来の高分子光導波路製造プロセスに特に変更を加える必要はない。
従って、高分子を材料として用いる場合の光導波路の製造コストが低廉であるというメリットを保有しながら、回路特性における偏光無依存化を達成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】光導波路インタリーバ回路の説明図
【図２】インタリーバ回路の適用例
【図３】高分子光導波路インタリーバ回路
【図４】クロスポートの出力パワー分配比率ηＣＲＯ
【図５】クロスポートの出力パワー分配比率ηＣＲＯ
【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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