(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、第１の導波路コアと、該第１の導波路コアと並設された第２の導波路コアとを有し、前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアを近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアを近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた領域を、波長合分波領域とするマッハツェンダ型の波長合分波器からなる光導波路回路であって、
前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアには、波長の異なる光がそれぞれ伝搬し、
前記導波路コアの屈折率と実質的に同一の導波路コアからなり、前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアの入力側と出力側のそれぞれの内側の前記波長合分波領域を除く部分に、前記各導波路コアに沿って設けられた第１光閉じ込め部と
前記導波路コアの屈折率と実質的に同一の導波路コアからなり、前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアのそれぞれの外側に沿って該各導波路コアの全長に亘って設けられた第２の光閉じ込め部と、
を備えており、
前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアと隣接する前記第１の光閉じ込め部および前記第２の光閉じ込め部との距離は、前記導波路コアと前記光閉じ込め部との間で光の結合が直接起こらない３０〜７０μｍの間隔とし、かつ、
前記第１の光閉じ込め部および前記第２の光閉じ込め部の幅は、光の閉じ込め効果を最大限に発揮できる３〜２０μｍの幅に設定することを特徴とする光導波路回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路回路に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、光通信においては、伝送容量を飛躍的に増加させる手段として波長分割多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)通信の研究開発が盛んに行われている。この波長分割多重通信を実現するためには、波長の分波性が高い、即ち、高いアイソレーション特性を有する光導波路回路の開発が要望されている。
【０００３】
ここで、図１０に既存の一般的な光導波路回路の一例を示す。図１０に示す光導波路回路２０は、マッハツェンダ型の波長合分波器で、基板２０ａ上にコアとクラッドとによって導波路コア２０ｂ，２０ｃが形成されている。光導波路回路２０においては、例えば、光ファイバ等の光導波路から導波路コア２０ｂのポートＰ1に入射した波長λ1，λ2の光は、光合分波領域Ａbで波長λ1と波長λ2の光に分波され、導波路コア２０ｂ，２０ｃのそれぞれのポートＰ2，Ｐ3に導かれ、ポートＰ2，Ｐ3に光接続された光ファイバ等の他の光導波路へ出射される。
【０００４】
このとき、光導波路回路２０において、導波路コア２０ｂのポートＰ1でコアに入射せずクラッドに入射した光や光導波路回路２０内で生じる光の放射モードは、クラッドモードとなってクラッド内を伝搬し、光合分波領域Ａbの後の領域Ａaで導波路コア２０ｂ，２０ｃに入射したり、ポートＰ2，Ｐ3へ漏れ込む。
このため、光導波路回路２０においては、クラッドモードの光が発生すると、アイソレーション特性が劣化してクロストークが発生する等、光通信の品質に悪影響を与えるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、クラッドモードの光が導波路コアへ入射したり、他のポートへ漏れ込むことを抑えることが可能な光導波路回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光導波路回路においては、基板上に形成され、第１の導波路コアと、該第１の導波路コアと並設された第２の導波路コアとを有し、前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアを近接させて成る第１の方向性結合部と、該第１の方向性結合部と光導波路長手方向に間隔を介した位置において前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアを近接させて成る第２の方向性結合部とを有し、該第１の方向性結合部と前記第２の方向性結合部に挟まれた領域を、波長合分波領域とするマッハツェンダ型の波長合分波器からなる光導波路回路であって、前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアには、波長の異なる光がそれぞれ伝搬し、前記導波路コアの屈折率と実質的に同一の導波路コアからなり、前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアの入力側と出力側のそれぞれの内側の前記波長合分波領域を除く部分に、前記各導波路コアに沿って設けられた第１光閉じ込め部と前記導波路コアの屈折率と実質的に同一の導波路コアからなり、前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアのそれぞれの外側に沿って該各導波路コアの全長に亘って設けられた第２の光閉じ込め部と、を備えており、前記第１の導波路コアおよび前記第２の導波路コアと隣接する前記第１の光閉じ込め部および前記第２の光閉じ込め部との距離は、前記導波路コアと前記光閉じ込め部との間で光の結合が直接起こらない３０〜７０μｍの間隔とし、かつ、前記第１の光閉じ込め部および前記第２の光閉じ込め部の幅は、光の閉じ込め効果を最大限に発揮できる３〜２０μｍの幅に設定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光導波路回路とその製造方法に係る一実施形態を図１乃至図９に基づいて詳細に説明する。
光導波路回路１は、マッハツェンダ型の構造を有する公知の光導波路回路を改良した第１の実施形態に係るもので、図１に示すように、シリコン（Ｓi），石英ガラス，サファイア，ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体材料からなる基板１ａ上にコアとクラッドとによって導波路コア１ｂ，１ｃと、導波路コア１ｂ，１ｃの両側に沿って、導波路コア１ｂ，１ｃの屈折率と実質的に同一の光閉じ込め部１ｄ，１ｅが配置されている。ここで、以下の説明においては、光導波路回路１は、図１において、導波路コア１ｂ，１ｃの点線Ａbで示す領域を光合分波領域、点線Ａaで示す領域を領域Ａaと呼ぶ。
【００１０】
ここで、光閉じ込め部１ｄは、光導波路回路１で発生するクロストークを低減する目的で形成され、図１に示すように、導波路コア１ｂ，１ｃの外側に沿って基板１ａの全長に亘って、光閉じ込め部１ｅは導波路コア１ｂ，１ｃの内側に沿って基板１ａの長手方向両端側に、それぞれ形成されている。
以上のように構成される光導波路回路１は、以下に述べる方法により製造される。例えば、酸水素炎バーナを用いたＦＨＤ(flame hydrolysis deposition)法における火炎加水分解反応により、Ｐ（リン）やＢ（ホウ素）等を添加したＳｉＯ2（二酸化シリコン）系ガラス微粒子を基板上に堆積させ、堆積したガラス微粒子を高温熱処理することによって透明ガラス化する方法を用いる。
【００１１】
先ず、図３（ａ）に示すように、基板１ａ上に石英系ガラス材料からなる下部クラッド層２をＦＨＤ法により形成した。
その後、図３（ｂ）に示すように、石英系ガラス材料からなり、下部クラッド層２及び後述する上部クラッド層４よりも屈折率が大きいコア膜３をＦＨＤ法により形成した。
【００１２】
次に、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ: reactive ion etching）法によりコア膜３にエッチング処理を施し、図３（ｃ）に示すように、導波路コア１ｂ，１ｃと光閉じ込め部１ｄ，１ｅとを同時に形成した。
次いで、これらの上に、図３（ｄ）に示すように、石英系ガラス材料からなる上部クラッド層４をＦＨＤ法により形成し、光導波路回路１を製造した。製造方法としては、ＦＨＤ法に限るものではなく、スパッタや蒸着，ＣＶＤ(chemical vapor deposition)を用いてもよい。また、下部クラッド層２，コア膜３及び上部クラッド層４は、ポリイミド等の有機材料であってもよい。
【００１３】
このとき、光閉じ込め部１ｄ，１ｅは、下部クラッド層２及び上部クラッド層４よりも屈折率が大きいので、この部分に光が閉じ込められ、この部分から下部クラッド層２や上部クラッド層４に光が漏れ出すことはない。特に、本実施形態の光閉じ込め部１ｄ，１ｅは、導波路コア１ｂ，１ｃと同時に前記ＲＩＥ法によって形成するので、導波路コア１ｂ，１ｃと同じ材料で構成されている。
【００１４】
ここで、導波路コア１ｂ，１ｃと光閉じ込め部１ｄ，１ｅとの距離Ｄは、例えば、図２に示す導波路コア１ｂと光閉じ込め部１ｄの関係においては、導波路コア１ｂと光閉じ込め部１ｄとの間で光の結合が直接起こらない３０〜７０μｍ程度以上の間隔とした。
また、図１に示す光合分波領域Ａbに近接する領域Ａaにおいては、前記と同様に、導波路コア１ｂ，１ｃと光閉じ込め部１ｄ，１ｅとの間で光の結合が直接起こらない３０〜７０μｍ程度以上の間隔（＝距離Ｄ）となるように、光閉じ込め部１ｄ，１ｅを配置する。このとき、光閉じ込め部１ｅは、導波路コア１ｂ，１ｃとの間で光の結合が直接起こらない間隔であれば、光合分波領域Ａb内であっても配置する。
【００１５】
一方、光閉じ込め部１ｄ等の幅Ｗ（図２参照）は、光の閉じ込め効果を最大限に発揮できる幅に設定する必要があり、好ましくは約１μｍ以上、より好ましくは３〜２０μｍ、最も好ましくは５〜９μｍに設定する。
以上のように構成される光導波路回路１は、例えば、光ファイバ等の光導波路から導波路コア１ｂのポートＰ1に波長λ1，λ2の光が入射すると、光合分波領域Ａbで波長λ1と波長λ2の光に分波されて導波路コア１ｂ，１ｃのそれぞれのポートＰ2，Ｐ3に導かれ、ポートＰ2，Ｐ3に光接続された光ファイバ等の他の光導波路へと出射される。
【００１６】
このとき、光導波路回路１においては、ポートＰ1で導波路コア１ｂでなくクラッド層２，４へ入射した光や光導波路回路１内（導波路オフセット（モードスクランブラ），方向性結合器部，導波路曲り部等）で生じる光の放射モードが、クラッドモードとなって伝搬する漏れ光となる。
しかし、光導波路回路１は、導波路コア１ｂ，１ｃの両側に沿って配置した光閉じ込め部１ｄ，１ｅにクラッドモードの漏れ光が入り、その中に閉じ込められる。このため、光導波路回路１においては、光合分波領域Ａbの後の領域Ａaで導波路コア１ｂ，１ｃに入射したり、直接ポートＰ2，Ｐ3へ漏れ光が漏れ込むことが抑えられ、高いアイソレーション特性が得られる。
【００１７】
ここで、光閉じ込め部は、図４に示す光導波路回路５のように、基板５ａ上に形成した導波路コア５ｂ，５ｃ両側に沿った、導波路コア５ｂ，５ｃと直接に光結合しない斜線で示した領域全面に光閉じ込め部５ｄ，５ｅとして配置してもよい。また、図５に示す光導波路回路７のように、基板７ａ上に形成した導波路コア７ｂ，７ｃの片側に沿って基板７ａの全長に亘って光閉じ込め部７ｄを配置してもよい。光導波路回路５，７においては、上記構成とすることによってもクラッドモードの光の他のポートへの漏れ込みを抑えることができる。
【００１８】
更に、光閉じ込め部は、クラッドモード光の他のポートへの漏れ込みを抑えることができれば、導波路コアの全長に亘って配置する必要はない。例えば、図６に示す光導波路回路９のように、基板９ａ上に形成した導波路コア９ｂ，９ｃの片側に沿って両端近くまで光閉じ込め部９ｄを配置すると共に、両端付近で導波路コア９ｂ，９ｃから離れるように形成してもよい。即ち、導波路コア９ｂ，９ｃ間におけるクロストークを十分防止できるように、光閉じ込め部９ｄの長さを決定すれば良い。
【００１９】
次に、本発明の光導波路回路とその製造方法に係る第２の実施形態に関する光導波路回路を図７乃至図９に基づいて説明する。
光導波路回路１０は、図７に示すように、シリコン（Ｓi），石英ガラス，サファイア，ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体材料からなる基板１０ａ上にコアとクラッドとによってＹ字状に分岐した導波路コア１０ｂと、導波路コア１０ｂの両側に沿って、導波路コア１０ｂの屈折率と実質的に同一の複数本の光閉じ込め部１０ｃとが配置されている。また、光導波路回路１０は、導波路コア１０ｂの分岐部に基板１０ａの幅方向に延びる溝１０ｄが形成され、溝１０ｄに誘電体多層膜構造のフィルタ１１が配置されている。このとき、光導波路回路１０は、導波路コア１０ｂと光閉じ込め部１０ｃとを、双方の間で光の結合が直接起こらない３０〜７０μｍ程度以上の間隔で配置する。
【００２０】
フィルタ１１は、所望の波長λ1の光を透過させ、所望の波長λ2の光を反射させる公知の光フィルタである。
以上のように構成される光導波路回路１０は、前記実施形態の光導波路回路１と同様に、ＲＩＥ法により導波路コア１０ｂと光閉じ込め部１０ｃとを同時に形成して製造した。
【００２１】
以上のように構成される光導波路回路１０においては、導波路コア１０ｂのポートＰ1が波長λ1，λ2の光が入出射する共通ポート、ポートＰ2が波長λ1の光が入出射するポート、ポートＰ3が波長λ2の光が入出射するポートとなる。
従って、光導波路回路１０は、ポートＰ2から導波路コア１０ｂに入射した波長λ1の光は、フィルタ１１を透過してポートＰ1に導波される。このとき、光導波路回路１０においては、導波路コア１０ｂの分岐部やポートＰ1においてクラッドモードの光が生じ、特に、波長λ2の光が入出射するポートＰ3に波長λ1の光成分が伝搬されてアイソレーション特性を低下させる原因となる。
【００２２】
一方、ポートＰ1から導波路コア１０ｂに入射した波長λ1，λ2の光は、フィルタ１１で波長λ1の光が透過してポートＰ2へ、波長λ2の光が反射されてポートＰ3へ、それぞれ導波される。このとき、光導波路回路１０は、導波路コア１０ｂのポートＰ1やフィルタ１１を配置した分岐部において同様にクラッドモードの光が生じ、また、前記分岐部やフィルタ１１の部分で光散乱や反射（波長λ1の光がフィルタ１１を完全に透過しきれず、部分的に反射される成分を含む）されてポートＰ3へ伝搬され、アイソレーション特性を低下させる原因となる。
【００２３】
しかし、光導波路回路１０は、導波路コア１０ｂの両側に沿って複数本の光閉じ込め部１０ｃとが配置されている。従って、光導波路回路１０においては、上記クラッドモードの光が光閉じ込め部１０ｃに入ってその中に閉じ込められるので、他のポートへ漏れ込むことが抑えられ、高いアイソレーション特性が得られる。
【００２４】
ここで、光導波路回路１０は、基板１０ａ上に半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等の光素子を搭載する領域をエッチングにより形成すると共に、電極及び半田パターンを形成し、前記光素子を搭載してもよい。また、光導波路回路１０は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、基板１０ａ上の複数本の光閉じ込め部１０ｃの内外に遮光溝１０ｅをエッチング等によって形成したり、図９に示すように、複数本の光閉じ込め部１０ｃの溝１０ｄ側の端部に遮光溝１０ｆを形成したり、これら遮光溝１０ｅ，１０ｆにおいて基板１０ａを露出させた構造としてもよい。このような構造とすることで、光導波路回路１０は、クラッドモードの光の他のポートへの漏れ込みを抑え、より一層高いアイソレーション特性が得られる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、クラッドモードの光が導波路コアへ入射したり、他のポートへ漏れ込むことを抑えることが可能な光導波路回路とその製造方法を提供することができる。しかも、請求項２の発明によれば、導波路コアと光閉じ込め部とを同時に形成するので、製造工程が簡単で安価に光導波路回路を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製造される光導波路回路の第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の光導波路回路における導波路コアと光閉じ込め部との距離を説明する断面図である。
【図３】図１の光導波路回路の製造方法を説明する製造工程図である。
【図４】図１の光導波路回路の変形形態を示す平面図である。
【図５】図１の光導波路回路の他の変形形態を示す平面図である。
【図６】図１の光導波路回路の更に他の変形形態を示す平面図である。
【図７】本発明の光導波路回路の第２の実施形態を示す平面図である。
【図８】図７の光導波路回路の変形形態を示す平面図（ａ）と、断面図（ｂ）である。
【図９】図７の光導波路回路の他の変形形態を示す平面図である。
【図１０】従来の光導波路回路を示す平面図である。
【符号の説明】
１                光導波路回路
１ａ              基板
１ｂ，１ｃ        導波路コア
１ｄ，１ｅ        光閉じ込め部
２                下部クラッド層
３                コア膜
４                上部クラッド層
５                光導波路回路
５ａ              基板
５ｂ，５ｃ        導波路コア
５ｄ，５ｅ        光閉じ込め部
７                光導波路回路
７ａ              基板
７ｂ，７ｃ        導波路コア
７ｄ              光閉じ込め部
９                光導波路回路
９ａ              基板
９ｂ，９ｃ        導波路コア
９ｄ              光閉じ込め部
１０              光導波路回路
１０ａ            基板
１０ｂ            導波路コア
１０ｃ            光閉じ込め部
１０ｄ            溝
１０ｅ，１０ｆ    遮光溝
１１              フィルタ
Ａa               領域
Ａb               光合分波領域
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3     ポート
【図１】
0004652507.tif 000002
【図２】
0004652507.tif 000003
【図３】
0004652507.tif 000004
【図４】
0004652507.tif 000005
【図５】
0004652507.tif 000006
【図６】
0004652507.tif 000007
【図７】
0004652507.tif 000008
【図８】
0004652507.tif 000009
【図９】
0004652507.tif 000010
【図１０】
0004652507.tif 000011