(57)【要約】【課題】  低損失で、クロストークの小さいカプラなどを構成するための誘電体多層膜フィルタおよびそれを用いた光回路を提供する。【解決手段】  基板１１上に形成され、互いに交差する２つの光導波路（１２ａ−１２ｃおよび１２ｂ−１２ｄ）と、２つの光導波路の交差部において、各々の光軸を遮断するように設けられた溝１３と、溝１３に挿入された、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタ１５とを備え、一方の光導波路（１２ａ）に入射された光信号を、光信号の波長により、一方の光導波路（１２ｃ）または他方の光導波路（１２ｂ）のいずれかに出射する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に、前記有機材料基板を除去して構成されたことを特徴とする誘電体多層膜フィルタ。
【請求項２】
前記誘電体多層膜は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互に積層したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体多層膜は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に積層したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体多層膜は、１０層以上からなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の誘電体多層膜フィルタ。
【請求項５】
有機材料基板上に誘電体多層膜を積層する工程と、
前記誘電体多層膜が積層された前記有機材料基板を溶解して除去する工程と、
前記有機材料基板が除去された前記誘電体多層膜を洗浄する工程と
を備えたことを特徴とする誘電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項６】
前記有機材料基板は、ポリイミドからなることを特徴とする請求項５に記載の誘電体多層膜フィルタの製造方法。
【請求項７】
基板上に形成された光導波路と、
該光導波路の光軸を遮断するように設けられた溝と、
該溝に挿入された、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタと
を備えたことを特徴とする光回路。
【請求項８】
基板上に形成され、互いに交差する２つの光導波路と、
該２つの光導波路の交差部において、各々の光軸を遮断するように設けられた溝と、
該溝に挿入された、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタとを備え、
一方の光導波路に入射された光信号を、該光信号の波長により、前記一方の光導波路または他方の光導波路のいずれかに出射することを特徴とする光回路。
【請求項９】
有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタと、
該誘電体多層膜フィルタの一方の面に光信号を入射する入力光導波路と、
前記光信号を入射された前記誘電体多層膜フィルタからの透過光と反射光の少なくともいずれかを出射する出力光導波路と
を備えたことを特徴とする光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体多層膜フィルタおよび光回路に関し、より詳細には、光導波路を伝搬する異なる波長の光信号を弁別するための誘電体多層膜フィルタおよびそれを用いた光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、異なる波長の複数の光信号を、１つの光ファイバ芯線で伝送することが行われている。上りの信号と下りの信号の波長を変えて多重する双方向伝送システム、大容量化のために多波長の信号を多重する波長分割多重伝送システムなどが知られている。このような伝送システムにおいて、１つの光導波路を伝送する異なる波長の複数の光信号を、それぞれ異なる複数の光導波路に分波したり、複数の光導波路を伝送する異なる波長の光信号を、１つの光導波路に合波する光回路が用いられている。
【０００３】
図１に、従来の光回路の構成を示す。基板１上に光信号を導波するコア部２とクラッド部６とが形成され、２つの光導波路（２ａ−２ｃおよび２ｂ−２ｄ）が基板中央で交差するように構成されている。交差部には、フィルタ挿入溝３が設けられ、フィルタ基板４にフィルタ膜５を形成したフィルタが挿入されている。このような光回路は、交差導波路型カプラと呼ばれ（例えば、非特許文献１参照）、フィルタには、例えば、誘電体多層膜フィルタが用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
このような構成により、コア部２ａから入射された光信号のうち、所定の波長の光信号は、フィルタで反射してコア部２ｂに出射され、他の波長の光信号は、フィルタを透過してコア部２ｃに出射される。
【０００５】
【非特許文献１】T.Oguchi, et al., “Dielectric multilayered interface filters deposited on polyimide films”, Electron. Lett., vol.27, No.9, 1991, pp.706-707
【非特許文献２】Y.Inoue, et al., “Filter-embedded wavelength-division multiplexer for hybrid integrated transceiver based on silica-based PLC”, Electron. Lett., vol.32, No.9, 1996, pp.847-848
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の交差導波路型カプラは、フィルタ挿入溝が導波構造を有していないために、コア部からフィルタに向けて出射された光信号は、回析により過剰損失を生じる。損失量は、フィルタ挿入溝の溝幅ｄが狭いほど小さいが、従来のフィルタは、フィルタ膜５が形成されたフィルタ基板４を挿入するために、損失量の低減に限界があった。
【０００７】
また、フィルタ基板とフィルタ膜との間の屈折率が異なるために、フィルタを透過してコア部２ｃに出射される光信号の一部が、コア部２ｂに漏れ込むという問題もあった（以下、クロストークという）。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低損失の光フィルタ、クロストークの小さいカプラなどを構成するための誘電体多層膜フィルタおよびそれを用いた光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、誘電体多層膜フィルタにおいて、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に、前記有機材料基板を除去して構成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記誘電体多層膜は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互に積層したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記誘電体多層膜は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に積層したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記誘電体多層膜は、１０層以上からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、誘電体多層膜フィルタの製造方法において、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層する工程と、前記誘電体多層膜が積層された前記有機材料基板を溶解して除去する工程と、前記有機材料基板が除去された前記誘電体多層膜を洗浄する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の前記有機材料基板は、ポリイミドからなることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、光回路において、基板上に形成された光導波路と、該光導波路の光軸を遮断するように設けられた溝と、該溝に挿入された、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、光回路において、基板上に形成され、互いに交差する２つの光導波路と、該２つの光導波路の交差部において、各々の光軸を遮断するように設けられた溝と、該溝に挿入された、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタとを備え、一方の光導波路に入射された光信号を、該光信号の波長により、前記一方の光導波路または他方の光導波路のいずれかに出射することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、光回路において、有機材料基板上に誘電体多層膜を積層した後に前記有機材料基板を除去して構成された誘電体多層膜フィルタと、該誘電体多層膜フィルタの一方の面に光信号を入射する入力光導波路と、前記光信号を入射された前記誘電体多層膜フィルタからの透過光と反射光の少なくともいずれかを出射する出力光導波路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、有機材料基板を除去することにより、フィルタ挿入溝の溝幅を小さくすることができ、損失量を低減することができる。また、本発明によれば、フィルタ基板による屈折率の不整合が生じない。従って、低損失の光フィルタ、クロストークの小さいカプラなどの光回路を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について、交差導波路型カプラを例にして詳細に説明する。
【００２０】
図２に、本発明の一実施形態にかかる光回路の構成を示す。基板１１上に光信号を導波するコア部１２とクラッド部１６とが形成され、２つの光導波路（１２ａ−１２ｃおよび１２ｂ−１２ｄ）が基板中央で交差するように構成されている。交差部には、フィルタ挿入溝１３が、２つの光導波路の光軸を遮断するように設けられている。フィルタ挿入溝１３には、誘電体多層膜フィルタ１５が挿入され、固定されている。
【００２１】
このような構成により、コア部１２ａから入射された光信号のうち、所定の波長の光信号は、フィルタで反射してコア部１２ｂに出射され、他の波長の光信号は、フィルタを透過してコア部１２ｃに出射される。
【００２２】
ここで、フィルタ挿入溝１３において回析により生ずる損失量ｋは、フィルタ挿入溝１３の溝幅ｄに依存し、溝幅ｄだけビームウエストが離れた対向ガウシアンビームの結合特性の計算式、
【００２３】
【数１】
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【００２４】
により求められる。ここで、λは導波光の波長、ｎ０はフィルタ挿入溝１３を埋める媒質の屈折率、ωは導波光のスポットサイズである。損失量ｋは、溝幅ｄに関する単調増加関数であり、溝幅ｄを小さくすることにより、損失量ｋを低減することができる。
【実施例】
【００２５】
実施例において、導波光の波長は、１５５０ｎｍとした。基板１１はＳｉ基板を用い、ＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる下部クラッド部１６ｂを火炎直接堆積法により堆積する。次に、コア層を堆積して、ドライエッチング法によりコア部１２を形成する。さらに、上部クラッド部１６ａを堆積して光導波路を構成する。下部クラッド部１６ｂの厚さは２０μｍ、コア部１２は７μｍ角、上部クラッド部１６ａを含む光導波路全体の厚さは５０μｍである。２つの光導波路（１２ａ−１２ｃおよび１２ｂ−１２ｄ）の交差角αは、１２度である。
【００２６】
スポットサイズωは、波長λ＝１５５０ｎｍにおいて、３．５μｍであり、媒質の屈折率ｎ０は、光導波路と同じ１．４６とする。このとき、（１）式よりフィルタ挿入溝１３の溝幅ｄと損失量ｋとの関係を、図３に示す。一般的に、光通信システムに用いられる光回路は、挿入損失として２ｄＢ以下の低損失が求められ、０．１ｄＢの損失マージンの増減が製品歩留まりを左右する。従って、溝幅ｄが大きいほど、溝幅ｄを小さくすることによる損失量ｋの低減効果が大きいことがわかる。なお、交差角αが１２度であることから、フィルタに垂直入射する場合と、入射角６度で入射する場合との光路長は、等しいものとした。
【００２７】
誘電体多層膜フィルタ１５は、厚さ５μｍのポリイミド基板上に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互に多層蒸着し、３５μｍの厚さとした。遮断・透過分別波長は１６００ｎｍである。次に、誘電体多層膜フィルタ１５が形成されたポリイミド基板を、９６％濃硫酸と３０％過酸化水素水とが３：１の割合の溶液に、６０℃で１２時間浸漬して、ポリイミド基板のみを除去する。さらに、水洗した後、アセトンで置換、乾燥させて、誘電体多層膜フィルタ１５を得る。このようにして作製された誘電体多層膜フィルタ１５は、基板除去工程後においても外観上の劣化は認められず、フィルタ挿入溝に自立させるために必要な機械的強度を有している。
【００２８】
本実施例ではポリイミド基板を使用したが、誘電体多層膜を積層する上で、耐熱性に優れ、適度な強度を有する有機材料基板であれば、どのような基板を用いてもよい。また、多層膜は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に多層蒸着して、作製することもできる。さらに、多層膜は、フィルタ挿入溝に自立させるために必要な機械的強度を有するように、１０層以上積層するか、または厚さ３μｍ以上を有することが好ましい。
【００２９】
刃の厚さ３５μｍのダイシングソーにより、上述した基板１１の交差部に、溝幅ｄ＝３７μｍのフィルタ挿入溝１３を形成する。溝の深さは、２５０μｍである。このフィルタ挿入溝１３に、上述の厚さ３５μｍの誘電体多層膜フィルタ１５を挿入し、光学接着剤を溝に滴下し、硬化させて固定する。比較のために、従来例として、刃の厚さ４０μｍのダイシングソーにより、上述した基板１１の交差部に、溝幅ｄ＝４２μｍのフィルタ挿入溝１３を形成する。このフィルタ挿入溝１３に、上述したフィルタ基板４とフィルタ膜５とから構成される厚さ４０μｍのフィルタを挿入し、固定する。
【００３０】
実施例において、波長１５５０ｎｍの透過光の挿入損失は、１．５３ｄＢであり、波長１６５０ｎｍの反射光の挿入損失は、１．５３ｄＢであった。一方、従来例において、波長１５５０ｎｍの透過光の挿入損失は、１．７６ｄＢであり、波長１６５０ｎｍの反射光の挿入損失は、１．５５ｄＢであった。本実施例によれば、ポリイミド基板を除去することにより、溝幅ｄを５μｍ小さくすることができ、損失量ｋは、０．２３ｄＢ低減することができる。この低減量は、図３に示した計算結果とよく一致している。
【００３１】
また、本実施例においては、従来例のフィルタ基板による屈折率の不整合が生じない。クロストークを測定したところ、従来例と比較して５ｄＢ改善され、−２４ｄＢであった。なお、クロストークは、誘電体多層膜と光学接着剤の屈折率を最適化することにより、さらに改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本実施形態においては、光回路として交差導波路型カプラを例に説明した。この他に、（１）基板上に形成された１本の光導波路に、誘電体多層膜フィルタを挿入した光フィルタ回路、（２）光ファイバコネクタまたはレセプタクルの内部に設けられた溝に、誘電体多層膜フィルタを挿入した光フィルタ回路、（３）誘電体多層膜フィルタに光信号を入射し、誘電体多層膜フィルタからの透過光と反射光の少なくともいずれかを出射することにより、光信号を処理する光回路として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の光回路の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光回路の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】溝幅ｄと損失量ｋとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１１  基板
２，１２  コア部
３，１３  フィルタ挿入溝
４  フィルタ基板
５  フィルタ膜
６，１６  クラッド部
１５  誘電体多層膜フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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