Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2009205086A - Optical waveguide element, and its manufacturing method - Google Patents

Optical waveguide element, and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2009205086A
JP2009205086A JP2008049725A JP2008049725A JP2009205086A JP 2009205086 A JP2009205086 A JP 2009205086A JP 2008049725 A JP2008049725 A JP 2008049725A JP 2008049725 A JP2008049725 A JP 2008049725A JP 2009205086 A JP2009205086 A JP 2009205086A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
cladding layer
layer
refractive index
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008049725A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP2008049725A priority Critical patent/JP2009205086A/en
Publication of JP2009205086A publication Critical patent/JP2009205086A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the dimension of a core and decrease the radius of its curvature as to an optical waveguide element. <P>SOLUTION: This waveguide element includes a first clad layer 30, a waveguide layer 40, and a second clad layer 50 in order on a substrate 20. The waveguide layer 40 includes a core 42 and side clads 44 provided at locations horizontally holding a core 42 between. The refractive indexes of the first clad layer 30 and the second clad layer 50 are lower than the refractive index of the core 42, and the refractive index of the side clad 44 is lower than the refractive indexes of the core 42, the first clad layer 30 and the second clad layer 50. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、光導波路素子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical waveguide element and a method for manufacturing the same.

光を閉じ込め伝播させる光導波路の構造は、これまで多く提案されている。代表的な例として、電気光学結晶であるLiNbO基板にTiを拡散させて屈折率を上昇させて形成されたもの、この結晶にプロトンを導入して形成されたもの、あるいは、石英系材料又は化合物半導体の組成を変えて積層されたものなどが知られている。 Many optical waveguide structures for confining and propagating light have been proposed. As a typical example, a LiNbO 3 substrate that is an electro-optic crystal is formed by diffusing Ti to increase the refractive index, a crystal formed by introducing protons into this crystal, or a quartz-based material or A layered compound semiconductor having a different composition is known.

近年では、コアにシリコン材料を用い、周囲を低屈折率物質である石英などで囲む光導波路構造が、極めて小さい曲率半径を実現できることなどで、大きな注目を集めている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, an optical waveguide structure that uses a silicon material for the core and surrounds the periphery with quartz, which is a low-refractive-index substance, has attracted much attention because it can realize a very small radius of curvature (see, for example, Patent Document 1). ).

しかし、特許文献1に開示されている光導波路は、単一モード条件を満たすように、コアの幅及び高さが300nm程度で形成されている。このため、製造において、最先端のリソグラフィ技術が必要になるなど、製造が困難になるとともに、光を光導波路へ入射させる際にも、コアの寸法に比例して要求される入力位置精度が厳しくなる。   However, the optical waveguide disclosed in Patent Document 1 is formed with a core width and height of about 300 nm so as to satisfy the single mode condition. For this reason, it is difficult to manufacture such as the need for state-of-the-art lithography technology, and the input position accuracy required in proportion to the size of the core is severe even when light is incident on the optical waveguide. Become.

これに対し、光導波路を石英系の素材を用いたリッジ構造とし、コアの両側を空気層とする構造が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この特許文献2に開示されている技術によれば、コアとその周囲の空気の屈折率差が大きいため、単一モード条件を実現する寸法が大きくなり、この結果、コアの寸法を特許文献1の構造よりも大きくした場合であっても、大きな曲率、すなわち小さな曲率半径を実現可能にする。ここで、特許文献2に開示されている構造では、基板への伝播光の損失を減らすためには、基板の屈折率を伝播光に対する等価屈折率よりも充分低くする必要がある。   On the other hand, a structure has been proposed in which the optical waveguide has a ridge structure using a quartz-based material, and both sides of the core have an air layer (see, for example, Patent Document 2). According to the technique disclosed in Patent Document 2, since the refractive index difference between the core and the surrounding air is large, the size for realizing the single mode condition is increased. Even if it is larger than this structure, a large curvature, that is, a small curvature radius can be realized. Here, in the structure disclosed in Patent Document 2, it is necessary to make the refractive index of the substrate sufficiently lower than the equivalent refractive index for the propagating light in order to reduce the loss of the propagating light to the substrate.

この基板への伝播光の損失を減らすために、高屈折率の膜を数層、コアの下部と基板との間に設ける技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
米国特許第5,838,870号明細書 特許第3755961号公報 D.Dai et al.、“A Minimized SiO2 Waveguide With an Antiresonant Reflecting Structure for Large−Scale Optical Integrations”, IEEE Photonics Technology Letters Vol.19 No.10 pp.759−761, May 15 2007
In order to reduce the loss of light propagated to the substrate, a technique has been proposed in which several layers of a high refractive index are provided between the lower portion of the core and the substrate (for example, see Non-Patent Document 1).
US Pat. No. 5,838,870 Japanese Patent No. 3755961 D. Dai et al. , “A Minimized SiO2 Waveguide With an Antiresonant Reflecting Structure for Large-Scale Optical Integrations,” IEEE Phototechnologies Technologies. 19 No. 10 pp. 759-761, May 15 2007

しかしながら、非特許文献1に開示されている構造は、製造にあたり多層膜を基板上に形成する作業プロセスが必要になるなど、工程が煩雑になる。また、リッジ状の光導波路を形成するために長時間のドライエッチング工程が行われるので、電子回路を形成した基板上に光導波路を作成する用途には、電子回路がドライエッチング工程で受けるダメージを考えると、不向きである。   However, the structure disclosed in Non-Patent Document 1 requires a complicated process, such as an operation process for forming a multilayer film on a substrate for manufacturing. In addition, since a long dry etching process is performed to form a ridge-shaped optical waveguide, the damage to which the electronic circuit is damaged by the dry etching process is used for the purpose of creating the optical waveguide on the substrate on which the electronic circuit is formed. It is unsuitable when you think about it.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、コアの寸法が大きく、かつ曲率半径の小さい光導波路を有する光導波路素子及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide element having an optical waveguide with a large core size and a small radius of curvature, and a method for manufacturing the same. is there.

上述した目的を達成するために、この発明の第1の要旨によれば、第1クラッド層と、第2クラッド層と、第1クラッド層及び第2クラッド層の間に設けられた導波路層とを備える光導波路素子が提供される。   To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a first cladding layer, a second cladding layer, and a waveguide layer provided between the first cladding layer and the second cladding layer. An optical waveguide device is provided.

この光導波路素子では、導波路層は、コアと、コアを水平方向に挟む位置に設けられたサイドクラッドとを備えて構成されている。第1クラッド層及び第2クラッド層の屈折率は、コアの屈折率よりも低い。また、サイドクラッドの屈折率は、第1クラッド層及び第2クラッド層の屈折率よりも低い。   In this optical waveguide element, the waveguide layer includes a core and a side cladding provided at a position sandwiching the core in the horizontal direction. The refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer are lower than the refractive index of the core. Further, the refractive index of the side cladding is lower than the refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer.

この発明の光導波路素子の好適な実施形態によれば、第1クラッド層は、コアと接する部分に第1凸部を有しており、コアの、第1凸部と接する部分の面積は、第1凸部と接する側の面積より小さい。また、第2クラッド層は、コアと接する部分に第2凸部を有しており、コアの、第2凸部と接する部分の面積は、第2凸部と接する側の面積より小さい。   According to a preferred embodiment of the optical waveguide element of the present invention, the first cladding layer has a first convex portion in a portion in contact with the core, and an area of a portion of the core in contact with the first convex portion is: It is smaller than the area on the side in contact with the first convex part. The second cladding layer has a second convex portion in a portion in contact with the core, and the area of the portion in contact with the second convex portion of the core is smaller than the area in contact with the second convex portion.

上述した光導波路素子の実施にあたり、好ましくは、コアを伝播する光の基本モードについて、コアにおける等価屈折率が、第1クラッド層及び第2クラッド層における等価屈折率よりも高く、かつ、コアを伝播する光の高次モードについて、コアにおける等価屈折率が、第1クラッド層及び第2クラッド層における等価屈折率よりも低く設定するのが良い。   In the implementation of the optical waveguide device described above, preferably, for the fundamental mode of light propagating through the core, the equivalent refractive index in the core is higher than the equivalent refractive index in the first cladding layer and the second cladding layer, and the core is For higher order modes of propagating light, the equivalent refractive index in the core is preferably set lower than the equivalent refractive indexes in the first cladding layer and the second cladding layer.

また、上述した目的を達成するために、この発明の第2の要旨によれば、第1〜n+1クラッド層(nは2以上の整数)と、第kクラッド層と第k+1クラッド層の間に設けられた第k導波路層(kは1以上n以下の整数)とを備える光導波路素子が提供される。   In order to achieve the above-described object, according to the second aspect of the present invention, the first to (n + 1) cladding layers (n is an integer of 2 or more), and between the kth cladding layer and the (k + 1) th cladding layer. There is provided an optical waveguide device including a provided k-th waveguide layer (k is an integer of 1 to n).

この光導波路素子では、第k導波路層は、第kコアと、第kコアを水平方向に挟む位置に設けられた第kサイドクラッドとを備えて構成されている。第kクラッド層及び第k+1クラッド層の屈折率は、第kコアの屈折率よりも低い。また、第kサイドクラッドの屈折率は、第kクラッド層及び第k+1クラッド層の屈折率よりも低い。   In this optical waveguide device, the kth waveguide layer is configured to include a kth core and a kth side cladding provided at a position sandwiching the kth core in the horizontal direction. The refractive indices of the kth cladding layer and the (k + 1) th cladding layer are lower than the refractive index of the kth core. The refractive index of the kth side cladding is lower than the refractive indexes of the kth cladding layer and the (k + 1) th cladding layer.

この発明の光導波路素子の好適な実施形態によれば、第kクラッド層は、第kコアと接する部分に第k凸部を有しており、第kコアの、第k凸部と接する部分の面積は、第k凸部と接する側の面積より小さい。また、第k+1クラッド層は、第kコアと接する部分に第k+1凸部を有しており、第kコアの、第k+1凸部と接する部分の面積は、第k+1凸部と接する側の面積より小さい。   According to a preferred embodiment of the optical waveguide device of the present invention, the kth cladding layer has a kth convex portion in a portion in contact with the kth core, and a portion of the kth core in contact with the kth convex portion. Is smaller than the area in contact with the kth convex portion. The (k + 1) -th clad layer has (k + 1) -th convex portions in contact with the k-th core, and the area of the k-th core in contact with the (k + 1) -th convex portion is the area in contact with the (k + 1) -th convex portion. Smaller than.

上述した光導波路素子の実施にあたり、好ましくは、第kコアを伝播する光の基本モードについて、第kコアにおける等価屈折率が、第kクラッド層及び第k+1クラッド層における等価屈折率よりも高く、かつ、第kコアを伝播する光の高次モードについて、第kコアにおける等価屈折率が、第kクラッド層及び第k+1クラッド層における等価屈折率よりも低く設定するのが良い。   In the implementation of the optical waveguide element described above, preferably, for the fundamental mode of light propagating through the k-th core, the equivalent refractive index in the k-th core is higher than the equivalent refractive index in the k-th cladding layer and the k + 1-th cladding layer, In addition, for the higher order mode of light propagating through the k-th core, the equivalent refractive index in the k-th core is preferably set lower than the equivalent refractive index in the k-th cladding layer and the k + 1-th cladding layer.

また、上述した目的を達成するために、この発明の第3の要旨によれば、以下の工程を有する光導波路素子の製造方法が提供される。先ず、基板上に、第1クラッド層を形成する。次に、第1クラッド層上に、コア形成層を形成した後パターニングを行って、コアとコアを水平方向に挟む位置にサイドクラッドを有する導波路層を形成する。次に、導波路層上に、第2クラッド層を形成する。このとき、第1クラッド層及び第2クラッド層の屈折率を、コアの屈折率よりも低くする。   In order to achieve the above-described object, according to the third aspect of the present invention, a method of manufacturing an optical waveguide device having the following steps is provided. First, a first cladding layer is formed on a substrate. Next, after forming a core forming layer on the first cladding layer, patterning is performed to form a waveguide layer having a side cladding at a position sandwiching the core in the horizontal direction. Next, a second cladding layer is formed on the waveguide layer. At this time, the refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer are made lower than the refractive index of the core.

上述した光導波路素子の製造方法の実施に当たり、好ましくは、第1クラッド層のコアと接する側の面に第1凸部を形成する工程と、第2クラッド層のコアと接する側の面に第2凸部を形成する工程とを備えるのが良い。このとき、コアの、第1凸部と接する部分の面積を、第1凸部と接する側の面積より小さくし、また、コアの、第2凸部と接する部分の面積を、第2凸部と接する側の面積より小さくする。   In carrying out the above-described method for manufacturing an optical waveguide device, preferably, a step of forming a first protrusion on a surface of the first cladding layer on the side in contact with the core, and a step of forming a first protrusion on the surface of the second cladding layer on the side in contact with the core. A step of forming two convex portions. At this time, the area of the portion of the core in contact with the first convex portion is made smaller than the area of the side in contact with the first convex portion, and the area of the portion of the core in contact with the second convex portion is set to be the second convex portion. Smaller than the area on the side in contact with

また、上述した目的を達成するために、この発明の第4の要旨によれば、以下の工程を有する光導波路素子の製造方法が提供される。まず、基板上に、第1クラッド層を形成する。次に、第kクラッド層上に、第kコア形成層を形成した後パターニングを行って、第kコアと第kコアを挟む位置に第kサイドクラッドとを有する第k導波路層を形成する工程と、第k導波路層上に、第k+1クラッド層を形成する工程とをkを1からnまで順次に変えて繰り返し行う。このとき、第kクラッド層及び第k+1クラッド層の屈折率を、第kコアの屈折率よりも低くする。   In order to achieve the above-described object, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical waveguide device having the following steps. First, a first cladding layer is formed on a substrate. Next, after forming a k-th core forming layer on the k-th clad layer, patterning is performed to form a k-th waveguide layer having a k-th side clad at a position sandwiching the k-th core and the k-th core. The process and the process of forming the (k + 1) -th cladding layer on the k-th waveguide layer are repeated by sequentially changing k from 1 to n. At this time, the refractive indexes of the kth cladding layer and the (k + 1) th cladding layer are made lower than the refractive index of the kth core.

上述した光導波路素子の製造方法の実施に当たり、好ましくは、第kクラッド層の第kコアと接する側の面に第k凸部を形成する工程と、第k+1クラッド層の第kコアと接する側の面に第k+1凸部を形成する工程とを備えるが良い。このとき、第kコアの、第k凸部と接する部分の面積を、第k+1凸部と接する側の面積より小さくし、また、第kコアの、第k+1凸部と接する部分の面積を、第k+1凸部と接する側の面積より小さくする。   In carrying out the above-described method for manufacturing an optical waveguide element, preferably, the step of forming the kth convex portion on the surface of the kth cladding layer in contact with the kth core, and the side of the k + 1 cladding layer in contact with the kth core Forming a (k + 1) -th convex portion on the surface. At this time, the area of the portion of the k-th core in contact with the k-th convex portion is made smaller than the area on the side in contact with the k + 1-th convex portion, and the area of the portion of the k-th core in contact with the k + 1-th convex portion is The area is smaller than the area in contact with the (k + 1) th convex portion.

この発明の光導波路素子によれば、コアの上下にクラッド層を設けているので、コアの厚みを0に近づけていくと、基本モードの導波光は、平面波に漸近していき、常に光導波路内に導波光が存在する伝播状態が存在する。従って、基本モードのカットオフ条件が緩和される。   According to the optical waveguide device of the present invention, since the cladding layers are provided above and below the core, when the thickness of the core is brought close to 0, the fundamental mode guided light gradually approaches the plane wave, and the optical waveguide is always provided. There is a propagation state in which guided light exists. Therefore, the cutoff condition of the basic mode is relaxed.

また、基本モードのカットオフ条件が緩和されれば、基本モードのみを伝播する寸法範囲が増加する。   Further, if the cutoff condition of the fundamental mode is relaxed, the dimension range for propagating only the fundamental mode increases.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(第1実施形態)
図1を参照して、第1実施形態の光導波路素子の構造について説明する。図1は、光導波路素子の構造を説明するための図であって、光導波方向に直角方向の面で切った切断端面を示している。
(First embodiment)
The structure of the optical waveguide device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining the structure of an optical waveguide device, and shows a cut end surface cut along a plane perpendicular to the optical waveguide direction.

光導波路素子10は、基板20上に、第1クラッド層30、第1導波路層(以下、第1導波路層を単に導波路層と称することもある。)40及び第2クラッド層50を順に備えている。すなわち、導波路層40は、下部クラッドとして用いられる第1クラッド層30と、上部クラッドとして用いられる第2クラッド層50の間に設けられている。   In the optical waveguide device 10, a first cladding layer 30, a first waveguide layer (hereinafter, the first waveguide layer may be simply referred to as a waveguide layer) 40, and a second cladding layer 50 are formed on a substrate 20. In order. That is, the waveguide layer 40 is provided between the first cladding layer 30 used as the lower cladding and the second cladding layer 50 used as the upper cladding.

基板20として、例えば、シリコン基板が用いられる。ここで、基板20には、トランジスタ、抵抗素子などの回路素子を備える任意好適な電子集積回路(図示を省略する。)や受光素子(図示を省略する。)などが形成されている。例えば、使用する波長が0.85μm程度の場合、シリコン材料を受光素子として使用することができる。   For example, a silicon substrate is used as the substrate 20. Here, the substrate 20 is formed with any suitable electronic integrated circuit (not shown), a light receiving element (not shown), and the like including circuit elements such as transistors and resistance elements. For example, when the wavelength used is about 0.85 μm, a silicon material can be used as the light receiving element.

第1クラッド層30及び第2クラッド層50の材料として、例えば、石英、スピンオンガラス(SOG:Spin On Glass)、感光性のゾルゲル材料などを用いることができる。感光性のゾルゲル材料には、JSR社製のPJ5010(型番)、PJ5023(型番)がある。これらの材料の屈折率は1.4〜1.6程度である。   As the material of the first cladding layer 30 and the second cladding layer 50, for example, quartz, spin-on-glass (SOG), photosensitive sol-gel material, or the like can be used. Photosensitive sol-gel materials include PJ5010 (model number) and PJ5023 (model number) manufactured by JSR. The refractive index of these materials is about 1.4 to 1.6.

導波路層40は、第1コア(以下、第1コアを単にコアと称することもある。)42と、コア42を水平方向に挟む位置に設けられた第1サイドクラッド(以下、第1サイドクラッドを単にサイドクラッドと称することもある。)44を備えている。   The waveguide layer 40 includes a first core (hereinafter, the first core may be simply referred to as a core) 42 and a first side clad (hereinafter, the first side) provided at a position sandwiching the core 42 in the horizontal direction. The clad may be simply referred to as a side clad.) 44.

コア42の材料として、例えば、無機材料である、石英中にゲルマニウム(Ge)やチタン(Ti)を添加したもの、酸化シリコン(Si1−x)、窒化シリコン(Si1−x)、又は、有機材料である感光性ポリマーを用いることができる。これらの材料の屈折率は1.5〜1.7程度である。 As material of the core 42, for example, an inorganic material, a material obtained by adding germanium (Ge), titanium (Ti) in a quartz, a silicon oxide (Si 1-x O x) , silicon nitride (Si 1-x N x ) Or a photosensitive polymer which is an organic material can be used. The refractive index of these materials is about 1.5 to 1.7.

ここで、第1クラッド層30及び第2クラッド層50の屈折率を、コア42の屈折率よりも低くする。   Here, the refractive indexes of the first cladding layer 30 and the second cladding layer 50 are set lower than the refractive index of the core 42.

サイドクラッド44は、コア42、第1クラッド層30及び第2クラッド層50よりも屈折率が低い材料で形成される。例えば、サイドクラッド44を空気層で構成しても良い。すなわち、導波路層40のコア42以外の領域が、空気で満たされる構成とすることができる。   The side cladding 44 is formed of a material having a refractive index lower than that of the core 42, the first cladding layer 30, and the second cladding layer 50. For example, the side clad 44 may be composed of an air layer. That is, the region other than the core 42 of the waveguide layer 40 can be filled with air.

次に、図2及び3を参照して、コア42の設計条件について説明する。   Next, the design conditions of the core 42 will be described with reference to FIGS.

図2は、規格化周波数とコアの等価屈折率の関係を示す図である。図2では、横軸に規格化周波数2πW(N −1.0)1/2/λを取って示し、縦軸に、等価屈折率neffを取って示す。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the normalized frequency and the equivalent refractive index of the core. In FIG. 2, the horizontal axis represents the normalized frequency 2πW (N W 2 -1.0) 1/2 / λ, and the vertical axis represents the equivalent refractive index n eff .

ここで、Wはコア42の幅を示し、λはコアを伝播する光の波長を示し、Nはコア42の屈折率を示している。また、ここでは、コア42の厚みを充分厚いものとしている。 Here, W represents the width of the core 42, λ represents the wavelength of light propagating through the core, and N W represents the refractive index of the core 42. Here, the core 42 is sufficiently thick.

図2中、曲線Iは、基本モードに対する、コア42の等価屈折率を示し、曲線IIは、高次モードに対する、コア42の等価屈折率を示している。また、クラッドの等価屈折率neffCを1.46としている。 In FIG. 2, curve I represents the equivalent refractive index of the core 42 for the fundamental mode, and curve II represents the equivalent refractive index of the core 42 for the higher order mode. The equivalent refractive index n effC of the cladding is 1.46.

基本モードの光に対するコア42の等価屈折率neffWが、クラッドの等価屈折率neffCよりも大きい場合は、基本モードの光がコア42を伝播できる。同様に、高次モードの光に対するコア42の等価屈折率neffWが、クラッドの等価屈折率neffCよりも大きい場合は、高次モードの光がコア42を伝播できる。 The equivalent refractive index n EffW core 42 relative to the fundamental mode light is greater than the effective refractive index n Effc of cladding, light in the fundamental mode can propagate the core 42. Similarly, the equivalent refractive index n EffW core 42 of the higher order modes for light is greater than the effective refractive index n Effc of cladding, light of higher modes can propagate the core 42.

従って、規格化周波数2πW(N −1.0)1/2/λを、基本モードの光がコア42を伝播し、高次モードの光がコア42を伝播しないように設定すれば、コアが基本モードの光のみを伝播する、シングルモード条件が満たされる。 Therefore, if the normalized frequency 2πW (N W 2 -1.0) 1/2 / λ is set so that the fundamental mode light propagates through the core 42 and the higher-order mode light does not propagate through the core 42, A single mode condition is fulfilled in which the core only propagates fundamental mode light.

すなわち、シングルモード条件を満足させるためには、基本モードの光に対するコア42の等価屈折率neffWが、クラッドの等価屈折率neffCと等しくなる周波数をf1とし、高次モードの光に対するコア42の等価屈折率neffWが、クラッドの等価屈折率neffCと等しくなる周波数をf2としたときに、規格化周波数2πW(N −1.0)1/2/λを、f1より大きくf2より小さい値に設定すれば良い。 That is, in order to satisfy single mode conditions, the core 42 for the equivalent refractive index n EffW core 42 relative to the fundamental mode light, the equal frequency and the equivalent refractive index n Effc cladding and f1, the higher-order mode light the equivalent refractive index n EffW is, the equal frequency and the equivalent refractive index n Effc cladding is taken as f2, the normalized frequency 2πW (n W 2 -1.0) 1/2 / λ, greater than f1 f2 A smaller value may be set.

図3は、コア42の屈折率Nと、コア42の幅Wの関係を示す図である。図3では、横軸に、コア42の屈折率Nを取って示し、縦軸にコア42の幅を光波長λで規格化して示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the refractive index N W of the core 42 and the width W of the core 42. In FIG. 3, the horizontal axis represents the refractive index N W of the core 42, and the vertical axis represents the width of the core 42 normalized by the optical wavelength λ.

図3中、白丸(○)は、シングルモード条件を満たす最小の幅Wを示している。このシングルモード条件を満たす最小の幅Wは、図2に示す周波数f1に対応して定まる。また、図3中、白四角(□)は、シングルモード条件を満たす最大の幅Wを示している。このシングルモード条件を満たす最大の幅Wは、図2に示す周波数f2に対応して定まる。コア42の幅Wが、この○と□の間(図中、Iで示す範囲)にあるとき、シングルモード条件が満たされる。ここでは、コア42の厚みTが充分大きいものとしている。   In FIG. 3, white circles (◯) indicate the minimum width W that satisfies the single mode condition. The minimum width W satisfying this single mode condition is determined in correspondence with the frequency f1 shown in FIG. In FIG. 3, white squares (□) indicate the maximum width W that satisfies the single mode condition. The maximum width W that satisfies this single mode condition is determined corresponding to the frequency f2 shown in FIG. When the width W of the core 42 is between ◯ and □ (range indicated by I in the figure), the single mode condition is satisfied. Here, it is assumed that the thickness T of the core 42 is sufficiently large.

コア42を曲線導波路とする場合、伝播中の光の損失を抑えるためには、コア42の屈折率を第1クラッド層30及び第2クラッド層50に対して充分大きい必要がある。しかし、図3の○及び□が示すように、コア42の屈折率を大きくすると、コア42の幅を小さくする必要がある。この場合、コア42の屈折率が1.6であるとき、コア42の幅Wが、0.7λ程度になる。   When the core 42 is a curved waveguide, the refractive index of the core 42 needs to be sufficiently higher than the first cladding layer 30 and the second cladding layer 50 in order to suppress the loss of light during propagation. However, as indicated by ○ and □ in FIG. 3, when the refractive index of the core 42 is increased, the width of the core 42 needs to be reduced. In this case, when the refractive index of the core 42 is 1.6, the width W of the core 42 is about 0.7λ.

図3には、さらにコア42の厚みTを有限とした場合のコア42の幅Wが示されている。ここではコア42の厚みTとコア42の幅Wとを等しい値としている。すなわち、コア42の、当該コア42内での光の導波方向に直角な断面形状は、正方形状である。図3中、黒丸(●)は、コア42の厚みTが有限な場合の、シングルモード条件を満たすコア42の最小の幅を示している。図3中、黒四角(■)は、コア42の厚みTが有限な場合の、シングルモード条件を満たすコア42の最大の幅を示している。このコア42の厚みTが有限な場合のシングルモード条件を満たすコア42の幅は、差分法(FDM:Finite Difference Method)により計算される。   FIG. 3 further shows the width W of the core 42 when the thickness T of the core 42 is finite. Here, the thickness T of the core 42 and the width W of the core 42 are made equal. That is, the cross-sectional shape of the core 42 perpendicular to the light guiding direction in the core 42 is a square shape. In FIG. 3, black circles (●) indicate the minimum width of the core 42 that satisfies the single mode condition when the thickness T of the core 42 is finite. In FIG. 3, black squares (■) indicate the maximum width of the core 42 that satisfies the single mode condition when the thickness T of the core 42 is finite. The width of the core 42 that satisfies the single mode condition when the thickness T of the core 42 is finite is calculated by a differential method (FDM: Finite Difference Method).

コア42の幅Wのシングルモード条件を満たす範囲は、●と■の間(図中、IIで示す範囲)である。この範囲は、Iで示す、コア42が充分厚いときに比べてやや狭くなる。しかし、例えば、屈折率Nwが1.6のとき、規格化されたコア42の幅W/λが0.8λ〜1.2λの範囲でシングルモード条件が満たされ、例えば、波長λが0.85μmであれば、1μm角のコア42が実現できる。   The range that satisfies the single mode condition of the width W of the core 42 is between ● and ■ (range indicated by II in the figure). This range is slightly narrower than that indicated by I when the core 42 is sufficiently thick. However, for example, when the refractive index Nw is 1.6, the single mode condition is satisfied when the width W / λ of the standardized core 42 is in the range of 0.8λ to 1.2λ. If it is 85 micrometers, the core 42 of 1 micrometer square is realizable.

例えば、上部クラッドである第2クラッド層が無い場合、導波光が空気などの低屈折率部分の影響を受けるため、等価屈折率が低下する。このことから、コア42の材料として、より屈折率の高い材料を用いる必要があり、材料選定が難しくなる。これに対し、本発明の上部クラッドを有する構成では、等価屈折率の低下を防ぐことができる。   For example, when there is no second clad layer that is an upper clad, the guided light is affected by a low refractive index portion such as air, so the equivalent refractive index is lowered. For this reason, it is necessary to use a material having a higher refractive index as the material of the core 42, which makes it difficult to select the material. On the other hand, in the configuration having the upper clad of the present invention, it is possible to prevent the equivalent refractive index from being lowered.

また、下部クラッド、コア及び上部クラッドを上下対称の構造にして、コアの厚みを0に近づけていくと、基本モードの導波光は、平面波に漸近していく。この平面波には、カットオフ状態が存在しないため、シングルモード条件が緩和され、その結果、シングルモード条件を満たす寸法範囲が増加する。   Further, when the lower clad, the core, and the upper clad have a vertically symmetric structure and the core thickness is brought close to 0, the fundamental mode guided light gradually approaches a plane wave. Since this plane wave has no cut-off state, the single mode condition is relaxed, and as a result, the size range satisfying the single mode condition is increased.

また、上部クラッドが存在しない構成では、光界分布の中心が下部クラッドに引っ張られるため、クラッドを伝播する成分が増え、この結果、コアを伝播中の光の損失が増加する。これに対し、本発明の上部クラッドを有する構成では、光界分布の中心がコアの中心付近となるため、クラッドを伝播する成分が減り、この結果、コアを伝播中の光の損失が減少する。   Further, in the configuration without the upper clad, the center of the optical field distribution is pulled by the lower clad, so that the component propagating through the clad increases, and as a result, the loss of light propagating through the core increases. On the other hand, in the configuration having the upper clad of the present invention, the center of the optical field distribution is near the center of the core, so that the component propagating through the clad is reduced, and as a result, the loss of light propagating through the core is reduced. .

上述した構成で、小さな曲率半径Rを実現できるのは、コアとサイドクラッドの屈折率差が充分大きければ、コアを伝播する光が放射光に変換されにくいことを利用している。例えば曲率半径Rを10μm程度にするためには、コアを石英とし、サイドクラッドを空気とすれば充分である。これは、光を直角方向に曲げるのに、石英と空気の界面が使用できることから、類推できる。   The reason why a small radius of curvature R can be realized with the above-described configuration is that the light propagating through the core is difficult to be converted into radiated light if the refractive index difference between the core and the side cladding is sufficiently large. For example, in order to set the radius of curvature R to about 10 μm, it is sufficient to use quartz as the core and air as the side cladding. This can be inferred from the fact that the quartz-air interface can be used to bend light in a right-angle direction.

次に、図4を参照して、第1実施形態の光導波路素子の製造方法について説明する。図4は、第1実施形態の光導波路素子の製造方法を説明するための工程図であって、図1と同様に、光導波方向に直角方向の面で切った切断端面を示している。   Next, with reference to FIG. 4, the manufacturing method of the optical waveguide element of 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a process diagram for explaining the method of manufacturing the optical waveguide device according to the first embodiment, and shows a cut end surface cut along a plane perpendicular to the optical waveguide direction, as in FIG.

この光導波路素子の製造方法は、以下の工程を備えている。先ず、基板20として例えばシリコン基板を用意する。なお、基板20には、トランジスタ、抵抗素子などを有する電子集積回路や、受光素子などを形成しても良い。   This method for manufacturing an optical waveguide device includes the following steps. First, for example, a silicon substrate is prepared as the substrate 20. Note that an electronic integrated circuit including a transistor, a resistance element, a light receiving element, or the like may be formed over the substrate 20.

次に、基板20上に、第1クラッド層30として、例えば、感光性ゾルゲル材料を用いたSiO膜を形成する(図4(A))。 Next, an SiO 2 film using, for example, a photosensitive sol-gel material is formed on the substrate 20 as the first cladding layer 30 (FIG. 4A).

次に、第1クラッド層30上に感光性ポリマーを塗布することにより、コア形成層41を形成する(図4(B))。   Next, a core forming layer 41 is formed by applying a photosensitive polymer on the first cladding layer 30 (FIG. 4B).

次に、コア形成層41をパターニングしてコア42を形成する。このパターニングは、コア形成層41の材質に応じて、任意好適な方法で行えば良い。例えば、コア形成層を感光性ポリマーで形成した場合は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。また、コア形成層が感光性を有していない場合は、コア形成層上にマスクパターンを形成した後、従来周知のウェットエッチングを行えば良い(図4(C))。   Next, the core forming layer 41 is patterned to form the core 42. This patterning may be performed by any suitable method depending on the material of the core forming layer 41. For example, when the core forming layer is formed of a photosensitive polymer, a photolithography method can be used. When the core forming layer does not have photosensitivity, a well-known wet etching may be performed after forming a mask pattern on the core forming layer (FIG. 4C).

次に、第2クラッド層50をコア42上に任意好適な手段を用いて貼り付ける(図4(D))。   Next, the second cladding layer 50 is pasted onto the core 42 using any suitable means (FIG. 4D).

(第2実施形態)
図5を参照して、第2実施形態の光導波路素子の構造について説明する。図5は、第2実施形態の光導波路素子の構造を説明するための図であって、光導波方向に直角方向の面で切った切断端面を示している。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 5, the structure of the optical waveguide device according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a view for explaining the structure of the optical waveguide device of the second embodiment, and shows a cut end surface cut along a plane perpendicular to the optical waveguide direction.

第2実施形態の光導波路素子11は、第1クラッド層32が、第1凸部34を備え、第2クラッド層52が、第2凸部54を備える点が、第1実施形態の光導波路素子と異なっていて、それ以外は、同様である。従って、重複する説明は省略する。   The optical waveguide device 11 according to the second embodiment is that the first cladding layer 32 includes the first protrusions 34 and the second cladding layer 52 includes the second protrusions 54. It is different from an element, and other than that is the same. Therefore, the overlapping description is omitted.

第1凸部34は、第1クラッド層32の、コア42と接する側の表面付近に形成されている。コア42の、第1凸部34と接する部分の面積は、コア42の第1凸部34と接する側の面積より小さい。この結果、コア42と第1クラッド層32の間に、サイドクラッド46が入り込むように設けられる(図中、Aで示す)。   The first protrusion 34 is formed near the surface of the first cladding layer 32 on the side in contact with the core 42. The area of the core 42 in contact with the first protrusion 34 is smaller than the area of the core 42 on the side in contact with the first protrusion 34. As a result, the side clad 46 is provided between the core 42 and the first clad layer 32 (indicated by A in the figure).

この第1凸部34は、例えば、以下のように形成することができる。この場合、第1クラッド層をSiO膜で形成し、コア42をレジストで形成する。SiOはフッ酸に溶解するが、レジストは溶解しない。そこで、コア42側から、第1クラッド層32を溶解させる。このとき、コア42が形成された部分の第1クラッド層についても、一部、サイドエッチされる。 This 1st convex part 34 can be formed as follows, for example. In this case, the first cladding layer is formed of a SiO 2 film, and the core 42 is formed of a resist. SiO 2 is dissolved in hydrofluoric acid, but the resist is not dissolved. Therefore, the first cladding layer 32 is dissolved from the core 42 side. At this time, a part of the first clad layer where the core 42 is formed is also side-etched.

同様に、第2凸部54は、第2クラッド層52の、コア42と接する側の表面付近に形成されている。コア42の、第2凸部54と接する部分の面積は、コア42の第2凸部54と接する側の面積より小さい。この結果、コア42と第2クラッド層52の間に、サイドクラッド46が入り込むように設けられる。   Similarly, the second convex portion 54 is formed near the surface of the second cladding layer 52 on the side in contact with the core 42. The area of the core 42 in contact with the second protrusion 54 is smaller than the area of the core 42 on the side in contact with the second protrusion 54. As a result, the side cladding 46 is provided so as to enter between the core 42 and the second cladding layer 52.

この第2凸部54は、第1凸部34と同様に形成することができる。   The second convex portion 54 can be formed in the same manner as the first convex portion 34.

このように構成すると、コア42から、第1クラッド層32及び第2クラッド層52に染み出す導波光の成分が減少する。この結果、光の伝播ロスを第1実施形態の構成よりもさらに抑制できる。このため、曲率半径の小さい光導波路を実現するのに好適である。   With this configuration, the component of the guided light that leaks from the core 42 to the first cladding layer 32 and the second cladding layer 52 is reduced. As a result, the light propagation loss can be further suppressed as compared with the configuration of the first embodiment. For this reason, it is suitable for realizing an optical waveguide having a small curvature radius.

図6を参照して、第2実施形態の動作について説明する。図6は、図5を第2実施形態の光導波路素子の動作を説明するための特性図であって、3次元ベクトルビーム伝播(BPM:Beam Propagation Method)法によるシミュレーション結果を示している。   The operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining the operation of the optical waveguide device according to the second embodiment shown in FIG. 5, and shows a simulation result by a three-dimensional vector beam propagation (BPM) method.

図6は、横軸に曲率半径R(単位:μm)を取って示し、縦軸に出力光強度を取って示している。ここで、出力光強度は、入力光強度を1としたときの相対的な大きさである。   FIG. 6 shows the curvature radius R (unit: μm) on the horizontal axis and the output light intensity on the vertical axis. Here, the output light intensity is a relative magnitude when the input light intensity is 1.

このシミュレーションでは、コア42の幅W及び厚みTを共に1μmとしている。また、サイドエッチの部分は、幅0.1μm、高さ0.5μmとする。   In this simulation, the width W and the thickness T of the core 42 are both 1 μm. The side etch portion has a width of 0.1 μm and a height of 0.5 μm.

コアの屈折率を1.6、クラッドを石英、サイドクラッドを空気としている。導波路の曲率半径Rが10μm以上になると、光の損失の屈折率依存性が無くなり、曲線導波路による損失が抑制されていることがわかる。ここで、出力が1より小さい値を取るのは、光導波路への光の入力における結合損失による。   The refractive index of the core is 1.6, the cladding is quartz, and the side cladding is air. It can be seen that when the radius of curvature R of the waveguide is 10 μm or more, the loss of light does not depend on the refractive index, and the loss due to the curved waveguide is suppressed. Here, the reason why the output takes a value smaller than 1 is due to the coupling loss in the input of light to the optical waveguide.

(第3実施形態)
図7を参照して、第3実施形態の光導波路素子の構造について説明する。図7は、第3実施形態の光導波路素子の構造を説明するための図であって、光導波方向に直角方向の面で切った切断端面を示している。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 7, the structure of the optical waveguide device of the third embodiment will be described. FIG. 7 is a view for explaining the structure of the optical waveguide device of the third embodiment, and shows a cut end surface cut by a plane perpendicular to the optical waveguide direction.

第3実施形態の光導波路素子12は、基板20上に、クラッド層30(30−1、30−2、…)と導波路層40(40−1、40−2、…)を交互に備えていて、第1から第n層の多層導波路構造15(15−1、15−2、…)を構成している。   The optical waveguide device 12 of the third embodiment includes the clad layers 30 (30-1, 30-2,...) And the waveguide layers 40 (40-1, 40-2,...) Alternately on the substrate 20. The first to nth multilayer waveguide structures 15 (15-1, 15-2,...) Are formed.

第1層の導波路構造15−1は、第1クラッド層30−1、第1導波路層40−1及び第2クラッド層50−1を順に備えて構成される。すなわち、第1導波路層40−1は、下部クラッドとして用いられる第1クラッド層30−1と、上部クラッドとして用いられる第2クラッド層50−1の間に設けられている。   The first-layer waveguide structure 15-1 includes a first cladding layer 30-1, a first waveguide layer 40-1, and a second cladding layer 50-1. That is, the first waveguide layer 40-1 is provided between the first cladding layer 30-1 used as the lower cladding and the second cladding layer 50-1 used as the upper cladding.

第1導波路層40−1は、第1コア42−1と、第1コア42−1を水平方向に挟む位置に設けられた第1サイドクラッド44−1を備えている。   The first waveguide layer 40-1 includes a first core 42-1 and a first side cladding 44-1 provided at a position sandwiching the first core 42-1 in the horizontal direction.

この第1層の導波路構造15−1は、図1を参照して説明した第1実施形態の光導波路素子10と同様に構成することができる。   The first-layer waveguide structure 15-1 can be configured in the same manner as the optical waveguide device 10 of the first embodiment described with reference to FIG.

第2層の導波路構造15−2は、第1層の導波路構造15−1上に形成されている。ここで、第2クラッド層30−2(50−1)は、第1層の導波路構造15−1の上部クラッドと、第2層の導波路構造15−2の下部クラッドの両者を兼ねている。   The second-layer waveguide structure 15-2 is formed on the first-layer waveguide structure 15-1. Here, the second cladding layer 30-2 (50-1) serves as both the upper cladding of the first-layer waveguide structure 15-1 and the lower cladding of the second-layer waveguide structure 15-2. Yes.

同様に、第k層の導波路構造15−kは、第kクラッド層30−kと、第k+1クラッド層30−(k+1)の間に、第k導波路層40−kを備えて構成される。ここで、第k+1クラッド層30−(k+1)は、第k層の導波路構造15−kの上部クラッドと、第k+1の導波路構造15−(k+1)の下部クラッドの両者を兼ねる。   Similarly, the k-th waveguide structure 15-k includes a k-th waveguide layer 40-k between the k-th cladding layer 30-k and the (k + 1) th cladding layer 30- (k + 1). The Here, the (k + 1) th cladding layer 30- (k + 1) serves as both the upper cladding of the kth waveguide structure 15-k and the lower cladding of the (k + 1) th waveguide structure 15- (k + 1).

第1〜n+1クラッド層30−1〜(n+1)は、第1実施形態の第1及び第2クラッド層と同様に形成できる。また、第1〜n導波路層40−1〜kは、第1実施形態のクラッド層と同様に形成できる。   The first to n + 1 cladding layers 30-1 to (n + 1) can be formed in the same manner as the first and second cladding layers of the first embodiment. The first to n waveguide layers 40-1 to 40-k can be formed in the same manner as the cladding layer of the first embodiment.

なお、各クラッド層には、第2実施形態と同様に凸部を設けても良い。この場合、第kクラッド層は、第kコアと接する部分に第k凸部を有している。第kコアの、第k凸部と接する部分の面積が、第k凸部と接する側の面積より小さい。また、第k+1クラッド層は、第kコアと接する部分に第k+1凸部を有している。第kコアの、第k+1凸部と接する部分の面積が、第k+1凸部と接する側の面積より小さい。   In addition, you may provide a convex part in each clad layer similarly to 2nd Embodiment. In this case, the kth clad layer has a kth convex portion at a portion in contact with the kth core. The area of the portion of the kth core that contacts the kth convex portion is smaller than the area of the side that contacts the kth convex portion. Further, the (k + 1) -th cladding layer has (k + 1) -th convex portions at the portions in contact with the k-th core. The area of the portion of the kth core that contacts the (k + 1) th convex portion is smaller than the area of the portion that contacts the (k + 1) th convex portion.

次に、図8を参照して、第3実施形態の光導波路素子の製造方法について説明する。図8は、第3実施形態の光導波路素子の製造方法を説明するための工程図であって、図7と同様に、光導波方向に直角方向の面で切った切断端面を示している。   Next, with reference to FIG. 8, the manufacturing method of the optical waveguide element of 3rd Embodiment is demonstrated. FIG. 8 is a process diagram for explaining the method of manufacturing the optical waveguide device according to the third embodiment, and shows a cut end surface cut along a plane perpendicular to the optical waveguide direction, similarly to FIG.

この光導波路素子の製造方法は、以下の工程を備えている。先ず、基板20として例えばシリコン基板を用意する。なお、基板20には、トランジスタ、抵抗素子などを有する電子集積回路や、受光素子などを形成しても良い。   This method for manufacturing an optical waveguide device includes the following steps. First, for example, a silicon substrate is prepared as the substrate 20. Note that an electronic integrated circuit including a transistor, a resistance element, a light receiving element, or the like may be formed over the substrate 20.

次に、基板20上に、第1クラッド層30−1及び第1コア形成層41−1を形成する。ここで、第1コア形成層41−1として、感光性材料を用いる(図8(A))。   Next, the first cladding layer 30-1 and the first core formation layer 41-1 are formed on the substrate 20. Here, a photosensitive material is used as the first core forming layer 41-1 (FIG. 8A).

次に、第1コア形成層41−1のコア42−1が形成される領域を露光する。その後、第1コア形成層41−1上に、第2クラッド層30−2(50−1)を形成する(図8(B))。   Next, the area | region in which the core 42-1 of the 1st core formation layer 41-1 is formed is exposed. After that, the second cladding layer 30-2 (50-1) is formed on the first core formation layer 41-1 (FIG. 8B).

次に、第2クラッド層30−2上に、第2コア形成層41−2を形成し、第2コア形成層41−2のコア42−2が形成される領域を露光する。その後、第2コア形成層41−2上に、第3クラッド層30−3(50−2)を形成する。   Next, the second core formation layer 41-2 is formed on the second cladding layer 30-2, and the region of the second core formation layer 41-2 where the core 42-2 is formed is exposed. Thereafter, the third cladding layer 30-3 (50-2) is formed on the second core formation layer 41-2.

この工程を第nコア形成層41−n上に、第n+1クラッド層30−(n+1)が形成されるまで、繰り返し行う(図8(C))。   This process is repeated until the (n + 1) th cladding layer 30- (n + 1) is formed on the nth core formation layer 41-n (FIG. 8C).

その後、各クラッド層に形成した開孔56を経て溶剤をクラッド層間に流し込み、サイドクラッドの部分を充填している感光性材料を溶かしだす。この結果、多層導波路構造を有する光導波路素子が得られる。   Thereafter, the solvent is poured between the clad layers through the openings 56 formed in each clad layer, and the photosensitive material filling the side clad portion is melted. As a result, an optical waveguide element having a multilayer waveguide structure is obtained.

なお、この溶剤を流し込むための開孔56は、任意好適な従来周知の、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成することができる。また、この開孔56の形成は、第k+1クラッド層を形成した後、第k+1コア層を形成する前に、すなわち、各クラッド層を形成する都度、行うことができる(図8(D))。   The opening 56 for pouring the solvent can be formed by any suitable and well-known conventional photolithography and etching. The opening 56 can be formed after forming the (k + 1) th clad layer and before forming the (k + 1) th core layer, that is, whenever each clad layer is formed (FIG. 8D). .

サイドクラッドに紫外線あるいは熱により分解気化する材料を用い、気化した材料を開孔56を通して取り出す方法で作製しても良い。   A material that decomposes and vaporizes by ultraviolet rays or heat may be used for the side cladding, and the vaporized material may be taken out through the opening 56.

また、この多層導波路構造の形成は、図4を参照して説明した第1実施形態の光導波路素子の製造方法と同様に、各導波路層についてサイドクラッドの部分の材料を除去してコアを形成した後に、上部クラッドを形成する工程を繰り返し行っても良い。   In addition, the multilayer waveguide structure is formed by removing the material of the side cladding portion of each waveguide layer in the same manner as in the method of manufacturing the optical waveguide device according to the first embodiment described with reference to FIG. After forming, the step of forming the upper cladding may be repeated.

第1実施形態の光導波路素子の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical waveguide element of 1st Embodiment. 規格化周波数とコアの等価屈折率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the normalized frequency and the equivalent refractive index of a core. コアの屈折率Nと、コアの幅Wとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refractive index Nw of a core, and the width W of a core. 第1実施形態の光導波路素子の製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical waveguide element of 1st Embodiment. 第2実施形態の光導波路素子の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical waveguide element of 2nd Embodiment. 第2実施形態の光導波路素子の動作を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating operation | movement of the optical waveguide element of 2nd Embodiment. 第3実施形態の光導波路素子の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical waveguide element of 3rd Embodiment. 第3実施形態の光導波路素子の製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical waveguide element of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10、11、12 光導波路素子
20 基板
30、32 クラッド層(下部クラッド)
34、54 凸部
40 導波路層
41 コア形成層
42 コア
44、46 サイドクラッド
50、52 クラッド層(上部クラッド)
56 開孔
10, 11, 12 Optical waveguide device
20 substrates
30, 32 Clad layer (lower clad)
34, 54 Convex
40 Waveguide layer 41 Core forming layer 42 Core 44, 46 Side cladding
50, 52 Clad layer (upper clad)
56 Opening

Claims (10)

第1クラッド層と、
第2クラッド層と、
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層の間に設けられた導波路層と
を備え、
前記導波路層は、コアと、該コアを水平方向に挟む位置に設けられたサイドクラッドとを備え、
前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層の屈折率は、前記コアの屈折率よりも低く、かつ、前記サイドクラッドの屈折率は、前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層の屈折率よりも低い
ことを特徴とする光導波路素子。
A first cladding layer;
A second cladding layer;
A waveguide layer provided between the first cladding layer and the second cladding layer;
The waveguide layer includes a core and a side cladding provided at a position sandwiching the core in the horizontal direction,
The refractive index of the first cladding layer and the second cladding layer is lower than the refractive index of the core, and the refractive index of the side cladding is higher than the refractive index of the first cladding layer and the second cladding layer. An optical waveguide element characterized by being low.
前記第1クラッド層は、前記コアと接する部分に第1凸部を有し、
前記コアの前記第1凸部と接する部分の面積が、前記第1凸部と接する側の面積より小さく、
前記第2クラッド層は、前記コアと接する部分に第2凸部を有し、
前記コアの、前記第2凸部と接する部分の面積が、前記第2凸部と接する側の面積より小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
The first cladding layer has a first convex portion at a portion in contact with the core,
The area of the portion in contact with the first convex portion of the core is smaller than the area on the side in contact with the first convex portion,
The second cladding layer has a second convex portion in a portion in contact with the core,
2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein an area of a portion of the core that is in contact with the second convex portion is smaller than an area of a side that is in contact with the second convex portion.
前記コアを伝播する光の基本モードについて、前記コアにおける等価屈折率が、前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層における等価屈折率よりも高く、
前記コアを伝播する光の高次モードについて、前記コアにおける等価屈折率が、前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層における等価屈折率よりも低い
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。
For the fundamental mode of light propagating through the core, the equivalent refractive index in the core is higher than the equivalent refractive index in the first cladding layer and the second cladding layer,
3. The high-order mode of light propagating through the core has an equivalent refractive index in the core lower than that in the first cladding layer and the second cladding layer. 4. Optical waveguide element.
第1〜n+1クラッド層(nは2以上の整数)と、
第kクラッド層と第k+1クラッド層の間に設けられた第k導波路層(kは1以上n以下の整数)と
を備え、
前記第k導波路層は、第kコアと、該第kコアを水平方向に挟む位置に設けられた第kサイドクラッドとを備え、
前記第kクラッド層及び前記第k+1クラッド層の屈折率は、前記第kコアの屈折率よりも低く、かつ、前記第kサイドクラッドの屈折率は、前記第kクラッド層及び前記第k+1クラッド層の屈折率よりも低い
ことを特徴とする光導波路素子。
First to (n + 1) cladding layers (n is an integer of 2 or more);
A k-th waveguide layer (k is an integer from 1 to n) provided between the k-th cladding layer and the (k + 1) -th cladding layer,
The kth waveguide layer includes a kth core and a kth side cladding provided at a position sandwiching the kth core in the horizontal direction,
The kth cladding layer and the (k + 1) th cladding layer have a refractive index lower than that of the kth core, and the kth side cladding has a refractive index of the kth cladding layer and the k + 1th cladding layer. An optical waveguide device having a refractive index lower than that of the optical waveguide device.
前記第kクラッド層は、前記第kコアと接する部分に第k凸部を有し、
前記第kコアの、前記第k凸部と接する部分の面積が、前記第k凸部と接する側の面積より小さく、
前記第k+1クラッド層は、前記第kコアと接する部分に第k+1凸部を有し、
前記第kコアの、前記第k+1凸部と接する部分の面積が、前記第k+1凸部と接する側の面積より小さい
ことを特徴とする請求項4に記載の光導波路素子。
The k-th cladding layer has a k-th convex portion at a portion in contact with the k-th core,
The area of the portion of the kth core that contacts the kth convex portion is smaller than the area of the side that contacts the kth convex portion,
The k + 1 clad layer has a k + 1 convex portion at a portion in contact with the kth core;
5. The optical waveguide device according to claim 4, wherein an area of a portion of the k-th core in contact with the k + 1 convex portion is smaller than an area in contact with the k + 1 convex portion.
前記第kコアを伝播する光の基本モードについて、前記第kコアにおける等価屈折率が、前記第kクラッド層及び前記第k+1クラッド層における等価屈折率よりも高く、
前記第kコアを伝播する光の高次モードについて、前記第kコアにおける等価屈折率が、前記第kクラッド層及び前記第k+1クラッド層における等価屈折率よりも低い
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の光導波路素子。
For the fundamental mode of light propagating through the kth core, the equivalent refractive index in the kth core is higher than the equivalent refractive index in the kth cladding layer and the k + 1th cladding layer,
5. The high-order mode of light propagating through the k-th core has an equivalent refractive index in the k-th core lower than that in the k-th cladding layer and the k + 1-th cladding layer. Or the optical waveguide element of 5.
基板上に、第1クラッド層を形成する工程と、
該第1クラッド層上にコア形成層を形成した後パターニングを行って、コアと該コアを水平方向に挟む位置にサイドクラッドとを有する導波路層を形成する工程と、
該導波路層上に、第2クラッド層を形成する工程と
を備え、
前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層の屈折率を、前記コアの屈折率よりも低くする
ことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
Forming a first cladding layer on the substrate;
Forming a core forming layer on the first cladding layer and then performing patterning to form a waveguide layer having a core and a side cladding at a position sandwiching the core in the horizontal direction;
Forming a second cladding layer on the waveguide layer,
A method of manufacturing an optical waveguide element, wherein refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer are made lower than a refractive index of the core.
基板上に、第1クラッド層を形成する工程と、
第kクラッド層(kは1以上n以下の整数、nは2以上の整数)上に、第kコア形成層を形成した後パターニングを行って、第kコアと該第kコアを水平方向に挟む位置に第kサイドクラッドとを有する第k導波路層を形成する工程と、
該第k導波路層上に、第k+1クラッド層を形成する工程と
をkを1からnまで順次に変えて繰り返し行い、
前記第kクラッド層及び前記第k+1クラッド層の屈折率を、前記第kコアの屈折率よりも低くする
ことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
Forming a first cladding layer on the substrate;
A k-th core forming layer is formed on the k-th clad layer (k is an integer of 1 to n and n is an integer of 2 or more), and then patterned, so that the k-th core and the k-th core are horizontally aligned. Forming a kth waveguide layer having a kth side cladding at a sandwiched position;
Repeating the step of forming the (k + 1) -th cladding layer on the k-th waveguide layer by sequentially changing k from 1 to n;
A method of manufacturing an optical waveguide device, wherein refractive indices of the k-th cladding layer and the k + 1-th cladding layer are made lower than a refractive index of the k-th core.
前記第1クラッド層の前記コアと接する側の面に第1凸部を形成する工程と、
前記第2クラッド層の前記コアと接する側の面に第2凸部を形成する工程と
を備え、
前記コアの、前記第1凸部と接する部分の面積が、前記第1凸部と接する側の面積より小さく、
前記コアの、前記第2凸部と接する部分の面積が、前記第2凸部と接する側の面積より小さい
ことを特徴とする請求項7に記載の光導波路素子の製造方法。
Forming a first protrusion on a surface of the first cladding layer on a side in contact with the core;
Forming a second protrusion on the surface of the second cladding layer on the side in contact with the core,
The area of the portion of the core that contacts the first convex portion is smaller than the area of the side that contacts the first convex portion,
8. The method of manufacturing an optical waveguide element according to claim 7, wherein an area of a portion of the core that is in contact with the second convex portion is smaller than an area of a side that is in contact with the second convex portion.
前記第kクラッド層の前記第kコアと接する側の面に第k凸部を形成する工程と、
前記第k+1クラッド層の前記第kコアと接する側の面に第k+1凸部を形成する工程と
を備え、
前記第kコアの、前記第k凸部と接する部分の面積が、前記第k+1凸部と接する側の面積より小さく、
前記第kコアの、前記第k+1凸部と接する部分の面積が、前記第k+1凸部と接する側の面積より小さい
ことを特徴とする請求項8に記載の光導波路素子の製造方法。
Forming a k-th convex portion on the surface of the k-th cladding layer on the side in contact with the k-th core;
Forming a k + 1 convex portion on a surface of the k + 1 clad layer on a side in contact with the kth core,
The area of the k-th core in contact with the k-th convex part is smaller than the area on the side in contact with the k + 1 convex part,
9. The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 8, wherein an area of a portion of the k-th core in contact with the k + 1 convex portion is smaller than an area in contact with the k + 1 convex portion.
JP2008049725A 2008-02-29 2008-02-29 Optical waveguide element, and its manufacturing method Pending JP2009205086A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008049725A JP2009205086A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Optical waveguide element, and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008049725A JP2009205086A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Optical waveguide element, and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009205086A true JP2009205086A (en) 2009-09-10

Family

ID=41147378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008049725A Pending JP2009205086A (en) 2008-02-29 2008-02-29 Optical waveguide element, and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009205086A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03219202A (en) * 1990-01-25 1991-09-26 Fujitsu Ltd Manufacture of directional optical coupler
JP2004512551A (en) * 2000-10-13 2004-04-22 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Optical waveguide having trench structure
JP2004199032A (en) * 2002-12-05 2004-07-15 Sony Corp Polymeric optical waveguide
JP2004295043A (en) * 2003-03-28 2004-10-21 Mitsumi Electric Co Ltd Optical waveguide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03219202A (en) * 1990-01-25 1991-09-26 Fujitsu Ltd Manufacture of directional optical coupler
JP2004512551A (en) * 2000-10-13 2004-04-22 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Optical waveguide having trench structure
JP2004199032A (en) * 2002-12-05 2004-07-15 Sony Corp Polymeric optical waveguide
JP2004295043A (en) * 2003-03-28 2004-10-21 Mitsumi Electric Co Ltd Optical waveguide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6631524B2 (en) Optical circuit element and method of configuring optical circuit element
JP4793660B2 (en) Coupling structure of waveguide
JP2001281480A (en) Photonic crystal optical waveguide and directional coupler
JP4735259B2 (en) Photonic crystal structure
JP2005274840A (en) Optical delay element
Zafar et al. Low-loss broadband silicon TM-pass polarizer based on periodically structured waveguides
US8965157B2 (en) Semiconductor pointed structure and method for fabricating same, spot size converter, and non-reflective terminator
JP3800088B2 (en) Photonic crystal waveguide
JP2004077665A (en) Planar optical waveguide
Yamashita et al. Evaluation of self-collimated beams in photonic crystals for optical interconnect
US7526151B1 (en) Highly symmetric optical structures
JP2009205086A (en) Optical waveguide element, and its manufacturing method
JP4114791B2 (en) Laminated optical waveguide
JP4095358B2 (en) Holy waveguide type optical circuit and manufacturing method thereof
JP4213020B2 (en) Optical circuit
JP2013238708A (en) Spot size converter and method for manufacturing the same
JP5251037B2 (en) Optical waveguide device, manufacturing method thereof, and optical device
JP2017191253A (en) Optical integrated circuit and manufacturing method thereof
JP2005092032A (en) Manufacturing method of planar optical waveguide
Qi et al. Valley-Dependent Topological Photonic Crystals With Heterogeneous Bearded Interfaces for SOI-Based Integrated Optical Devices
JP5365521B2 (en) Photonic crystal
Wei et al. Loss-induced high-density multi-mode integrated waveguides array
US20090285522A1 (en) Optical waveguide, optical device, and optical communication device
JP2005250398A (en) Photonick crystal optical waveguide and optical circuit using the same
WO2015022757A1 (en) Interlayer optical wave coupling device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120110

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120515