CN101278218B

CN101278218B - 光导装置

Info

Publication number: CN101278218B
Application number: CN2006800361107A
Authority: CN
Inventors: 中根健智
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: WO2007039968A1; US7558456B2; US20080199136A1; JP2007101719A; CN101278218A

Abstract

本发明涉及一种能够改善端口损失不均匀性的光导装置。所述光导装置在硅基板(103)上具有芯图案(101)；沿芯图案(101)分布的被覆带(150)；占据被覆带(150)外侧领域的高折射率领域(160)；漏光传播阻止带(170)。光弯曲传播时其弯曲侧的平缓部的能量被高折射率领域(160)所吸收，光的强度中心向芯图案(101)的中心侧偏移，这样，光的弯曲就被补正。漏光传播阻止带(170)阻止从分支点漏出的光传播至芯部，防止漏出的光与分支侧芯部内传播的光发生耦合。因此，在八分支光导装置中，可以改善端口损失的不均匀性。

Description

光导装置

技术领域

本发明涉及一种光导装置。

背景技术

由于具有生产效率高、制造成本低的优点，包含使用高分子材料的分支光导路的分支光导装置被广泛地用作光模块的部件。

使用光纤的光通信系统是这样构成的，即：光纤缆线从通信局开始延伸，在该光纤缆线端部连接有分支装置，多个细的光纤缆线从该分支装置开始延伸，并被导入各家庭。光信号的通信是双向的，其不仅从通信局被送向各家庭，还从各家庭被送往通信局。

分支光导装置是镶嵌在上述分支装置的内部而被使用的，其各端口的损失需要尽可能地均匀。一般地，在从通信局向各家庭的通信中，基本上使用波长为1550mm的红外光，而在从各家庭向通信局的通信中，基本上使用波长为1310mm的红外光。在实际的通信中进行DWDM分割，以使预定频宽的红外光在通信中被使用。所以，分支光导装置在整个预定频带内其各端口的损失需要尽可能地均匀。另外，今后，随着图像传送等的导入，通信频带还要扩宽，因此，还需要在更宽的频带内保持损失的均匀化。

图11表示现有的一个例子的八分支光导装置1的平面图。

如图11所示，八分支光导装置1具有八个端口P1至P8，入射至端口Q的光在芯图案10内传播并被分成八个分支，然后从端口P1至P8射出。芯图案(Core Pattern)10具有七个分支点12-1至12-7，并具有汇合侧芯部11、第一阶段的分支侧芯部21和22、第二阶段的分支侧芯部31至34、第四阶段的分支侧芯部41至48。芯图案10沿经过端口Q的中心线CL对称。

光信号从通信局传向家庭时，光入射至端口Q，在汇合侧芯部11传播并被分支，然后从端口P1至P8射出。

图12表示在图11中从箭头方向观察的沿A-A线的放大横截面图。

如图12所示，八分支光导装置1是通过在硅基板2上设置八分支光导路而构成的。也就是说，在硅基板2上具有下部被覆层5，在该下部被覆层5上具有芯图案10(在这里，图示的是第二阶段的分支侧芯部31、32、33、34)，在下部被覆层5上设置上部被覆层6，其覆盖芯图案10。

图13和图14表示上述八分支光导装置1的特性的模拟结果。

图13表示端口P1至P4的损失的波长依存性。

具体地，折线LP1至LP4分别表示端口P1至P4的损失的波长依存性。另外，需要注意的是，端口P8至P5的损失与端口P1至P4的损失相同。

在理想的状态下，八分支光导装置1的各端口的损失与入射光的波长无关，例如，最好将其保持在大约9dB。但是，实际上，如图13所示，各端口的损失根据入射光的波长而变化，另外，端口损失的波长依存性的趋势也随端口的不同而不同。

图14表示端口损失的不均匀性的波长依存性以及与分支相伴的损失的波长依存性。

具体地，在图14中，四角形符号表示端口损失的不均匀性的波长依存性，菱形符号表示与分支相伴的损失的波长依存性。

这里，端口损失的不均匀性用预定端口的最大损失和最小损失的差来表示。

如图14所示，端口损失的差在大约0.05dB至0.4dB的范围内变化，在波长为1450mm附近时，其端口损失的差增大至0.37dB。

端口损失不均匀性的产生原因还不十分清楚，但是，入射至端口Q并在芯图案10内传播的光因为种种原因在芯图案10内弯曲传播。因此，可以认为该弯曲传播导致分支点处的光分配不均匀，进而导致各端口的损失不均匀，最终导致端口损失的不均匀性。另外，在各分支点12-1至12-7处，光的泄露也可以被认为是导致端口损失不均匀性的原因之一。

如上所述，由于现有的分支光导装置在预定的整个频带内其各端口的损失不均匀，所以，在宽频带内不能满足损失均匀化的要求。(参考日本发明专利公开“特开平7-92338号公报”)

发明内容

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够改善端口损失不均匀性的光导装置。

为了解决上述课题，本发明的光导装置的特征在于，在具有于基板上由芯部和覆盖该芯部的被覆部组成的光导路的光导装置中，所述被覆部为带状形，沿所述芯部分布并覆盖所述芯部，在所述被覆部的外侧具有比所述被覆部的折射率还高的高折射率区域。

最好是，所述芯部具有汇合侧芯部、以及、在分支点处从所述汇合侧芯部分支的分支侧芯部，所述被覆部沿所述汇合侧芯部以及所述分支侧芯部分布并覆盖所述汇合侧芯部以及所述分支侧芯部。在这种情况下，最好是，在所述高折射区域内的面对所述分支点的部分上形成漏光传播阻止部，该漏光传播阻止部用于遮蔽从所述分支点漏出的、并向其他分支侧芯部传播的光。

根据本发明，当光在芯部内弯曲传播时，由于被覆部为带状，射到外侧的芯部上的光被吸收，这样，传播中的光就只剩下芯部中心侧的峰值的成分。因此，可以改善分支点处的不均匀性以及端口损失的不均性。

另外，由于设置了漏光传播阻止部，可以防止被吸收的光再次与传播中的光进行耦合，这样就可以进一步改善光导装置的均匀性。

附图说明

图1表示本发明的一个实施例中的八分支光导装置的平面图。

图2表示图1中的八分支光导装置一部分的放大平面图。

图3表示端口以及汇合侧芯部附近的放大平面图。

图4表示沿图1中的B-B线的放大横截面图。

图5表示用于说明修正汇合侧芯部内传播的光的弯曲的原理的示意图。

图6表示用于说明修正汇合侧芯部内传播的光的弯曲的原理的示意图。

图7表示用于说明漏光传播阻止带的作用的示意图。

图8表示图1中的八分支光导装置的端口损失的波长依存性的示意图。

图9表示图1中的八分支光导装置的端口损失不均匀性的波长依存性的示意图。

图10表示图1中的八分支光导装置的制造工序的示意图。

图11表示现有的八分支光导装置的平面图。

图12表示沿图11的A-A线的放大横截面图。

图13表示图11中的八分支光导装置的端口损失的波长依存性的示意图。

图14表示图11中的八分支光导装置的端口损失不均匀性的波长依存性的示意图。

具体实施方式

以下参考附图说明本发明的实施方式。

图1至图4表示本发明的实施例的八分支光导装置100的示意图。

图1表示本发明的实施例的八分支光导装置100的平面图。

图2表示八分支光导装置100的一部分的放大平面图。

如图1(以及图2)所示，八分支光导装置100具有八个端口P1至P8，入射至端口Q的光在芯图案(Core Pattern)101内传播并被分成八支，然后从端口P1至P8射出。芯图案101具有七个分支点102-1至102-7，并具有汇合侧芯部111、第一阶段的分支侧芯部121和122、第二阶段的分支侧芯部131至134、第四阶段的分支侧芯部141至148。芯图案101沿经过端口Q的中心线CL对称。

另外，八分支光导装置100在汇合侧芯部111、第一阶段的分支侧芯部121和122、第二阶段的分支侧芯部131至134、以及、第四阶段的分支侧芯部141至148之间和外侧具有高折射率区域160，该高折射率区域160被芯图案101的各阶段分成九个高折射率区域部160-1至160-9。在高折射区域部160-4处设有漏光传播阻止带170。

另外，沿芯图案101的汇合侧芯部111、第一阶段的分支侧芯部121和122、第二阶段的分支侧芯部131至134、以及、第四阶段的分支侧芯部141至148配置了被覆带150。在图1的平面图中，被覆带15由上面部分150X1和下面部分150X2构成。另外，需要注意的是，在图1中只表示了汇合侧芯部111的被覆带150。

图3表示将端口Q的附近再放大的平面图。

如图3所示，沿芯图案101的汇合侧芯部111配置了被覆带150，在图3的平面图中，被覆带150由两部分150X1和150X2构成。另外，汇合侧芯部111的宽度为W1，150X1和150X2的宽度则用W3来表示。

图4表示从图1的箭头方向观察的沿B-B线的放大横截面图。

如图4所示，八分支光导装置100是通过在硅基板103上设置八分支光导路而构成的。具体地，也就是，在八分支光导装置100中，硅基板103上具有下部被覆层181，该下部被覆层181上具有芯图案101(在这里，图示的是第二阶段的分支侧芯部131至134)、沿芯图案101分布的被覆带150、占据被覆带150的外侧区域和中间的区域的高折射率区域部160-1至160-9、高折射率区域部160-4上设置的漏光传播阻止带170。

例如，汇合侧芯部111以及各分支侧芯部121至148的宽度W可以被细至5μm左右。作为一个例子，芯图案101由高分子材料例如氟化聚酰亚胺树脂形成，其折射率用n1来表示。

被覆带150是具有比芯部111至148的宽度还宽的预定宽度W2的带状，其覆盖汇合侧芯部111以及分支侧芯部121至148，同时还占据汇合侧芯部111以及分支侧芯部121至148的两侧，并沿汇合侧芯部111以及分支侧芯部121至148而设置。作为一个例子，被覆带150由高分子材料例如氟化聚酰亚胺树脂形成，其折射率为n2(n2＜n1)。

在被覆带150上，被覆带部151X1沿芯部111至148的一侧分布，被覆带部151X2沿芯部111至148的另一侧分布。例如，被覆带部151X和151X2的宽度W3为2至30μm左右。

高折射率区域部160-1至160-9与芯图案101相同，其折射率均为n1。高折射率区域部160-1至160-9是芯图案101以及被覆带150以外的区域，沿被覆带150两侧分布并占据被覆带150外侧的区域。高折射率区域部160-1至160-9被芯图案101和被覆带150分为九个。160-4是分支侧芯部121、132、144和分支侧芯部122、133、145之间的高折射率区域部。作为一个例子，高折射率区域部160-1至160-9与芯图案101相同，由高分子材料例如氟化聚酰亚胺树脂形成。

漏光传播阻止带170横切上述高折射率区域部160-4，并且，其端部与分支侧芯部132的被覆带150和分支侧芯部133的被覆带150相连。漏光传播阻止带170由分支侧侧芯部132侧的带部170-1和分支侧芯部133侧的带部170-2组成，具有与由分支侧芯部121、122以及分支点102-1构成的V字形状相反的V字形状。作为一个例子，漏光传播阻止带170与被覆带150相同，由高分子材料例如氟化聚酰亚胺树脂形成，其折射率为n2(n2＜n1)。

下面，对上述八分支光导装置100的作用和特性进行说明。这里，以光信号从通信局传向家庭的情况为例进行说明。

如上所述，在现有的分支光导装置中，入射至端口Q并在芯图案内传播的光在各分支点处被分为两支，然后从端口P1至P8射出，此时，由于种种原因，光在芯图案内弯曲传播。可以认为该弯曲传播导致了分支点处光的分配不均匀，进而导致各端口的损失不均匀，最终导致端口损失的不均匀性。

根据本实施例，可以对在汇合侧芯部111内沿入射方向传播的光的弯曲进行修正。

图5表示用于说明修正在汇合侧芯部111内沿入射方向传播的光的弯曲的原理的示意图。

这里，光是用强度分布来表示的。汇合侧芯部111内传播的光变成其平缓部渗透至被覆带部151X1和151X2内的状态。

图5表示从端口Q入射并在汇合侧芯部111内传播的光200例如向X1方向弯曲的情况。光200向X1方向弯曲变成光201时，如箭头250所示，光201中的X1侧的平缓部的能量被高折射率区域部160-2所吸收，光201的强度中心向X2侧偏移，这样，光201就变成了其强度中心与汇合侧芯部111的中心大约一致的光202，所以，光的弯曲就得到了修正。

图6表示用于说明修正在汇合侧芯部111内沿入射方向传播的光的弯曲的原理的示意图。

图6表示从端口Q入射并在汇合侧芯部111内传播的光210例如向X2方向弯曲的情况。光210向X2方向弯曲变成光211时，如箭头251所示，光211中的X2侧的平缓部的能量被高折射率区域部160-1所吸收，光211的强度中心向X1侧偏移，这样，光211就变成了其强度中心与汇合侧芯部111的中心大约一致的光212，所以，光的弯曲就得到了修正。

因此，在汇合侧芯部111的终端，光的强度中心变成了与汇合侧芯部111的中心大约一致的状态，这样，就改善了分支点102-1处的不均匀性，光可以在分支点102-1处被等分地射入第一阶段的分支侧芯部121和122内。

上述补正光的弯曲的动作也可以在光于各分支侧芯部121至148内传播时进行。所以，光可以在分支点102-2至102-7处被等分，然后再被分别传播至下流侧的分支侧芯部内。

这样，就可以如后述那样改善端口损失的不均性。

另外，通过补正光的弯曲，还可以缩短从端口Q至分支点102-1的距离。

下面说明漏光传播阻止带170的作用。

图7表示漏光阻止带170的作用的示意图。

芯部内传播的光在各分支点102-1至102-7处从芯部向外泄漏。在图7中，300和301是在最开始的分支点102-1处漏出的光。302和303是在下一个分支点102-2处漏出的光。304和305是在另一个分支点102-3处漏出的光。因为泄漏的光可以射向任意方向，所以，如果其入射至预定的分支侧芯部，与该预定的分支侧芯部内传播的光发生耦合，就会变成杂光(noise)，这样，就有可能使传播中的光的强度发生变化。

在图7中，漏出的光300、301、302、305射向芯图案101的外侧，所以不会发生上述问题。但是，对于漏出的光303来说，由于漏出的光303横穿被覆带150，射入高折射率区域部160-4，在高折射率区域160-4内向分支侧芯部133传播，所以有可能与分支侧芯部133内传播的光发生没必要的耦合。

在本实施例中，漏光传播阻止带170横切高折射率区域部160-4而设置，并且，其端部与分支侧芯部132的被覆带150和分支侧芯部133的被覆带150相连接。这样，漏出的光303就可以在到达分支侧芯部133之前被反射至带部170-2并被遮蔽。反射的光根据情况也可能被反射至另一个带部170-1，并在高折射率区域部160-4内传播时被逐渐吸收。因此，就可以防止漏出的光303与分支侧芯部133内传播的光发生耦合。

同样地，漏出的光304横穿被覆带150，射入高折射率区域部160-4内，在高折射率区域部160-4内射向分支侧芯部132。在到达分支侧芯部133之前被反射至带部170-1并被遮蔽。反射的光根据情况也可能被反射至另一个带部170-2，并在高折射率区域部160-4内传播时被逐渐吸收。因此，就可以防止漏出的光304与分支侧芯部132内传播的光发生耦合。

也就是说，在分支点102-2、102-3处漏出的射向分歧侧芯部133、132的光被封闭在漏光传播阻止带170的Z2侧的区域内，在高折射率区域部160-4内传播时被吸收。

如以后所述，这样也可以改善端口损失的不均性。

另外，根据实际情况，也可以省略设置漏光传播阻止带170。

图8和图9表示上述八分支光导装置100的特性的模拟结果。

图8表示端口P1至P4的损失的波长依存性。

从图8可知，根据入射光波长的各端口损失的变动小于图13所示的现有各端口损失的变动。

图9表示端口损失不均匀性的波长依存性(折线I)以及与分支相伴的损失的波长依存性(折线II)。这里，端口损失不均匀性用预定端口的最大损失和最小损失的差来表示。

从图9的折线I可知，端口损失的差最大也就是0.2db，小于图14所示的现有的0.37db。

另外，从图9的折线II可知，与分支相伴的损失与现有的损失基本相同。

下面，对上述八分支光导装置100的制造方法进行说明。

八分支光导装置100是与现有的光导装置同样被制造的，即：在硅晶圆上采用复合技术以及光刻技术将多个八分支光导路做成矩阵状，最后通过划切晶圆使其成为多个切片。

图10表示与图4所示的横截面相同处的横截面图，用于说明本实施例的八分支光导装置100的制造方法。

如图10(A)所示，首先，在硅基板103上形成折射率为n2的氟化聚酰亚胺树脂180。该氟化聚酰亚胺树脂180最后将变为下部被覆层181。

然后，如图10(B)所示，在氟化聚酰亚胺树脂180上形成折射率为n1的氟化聚酰亚胺树脂183。该氟化聚酰亚胺树脂183最后将变为芯图案101和高折射率区域160。

之后，如图10(C)所示，使用掩模部件(图中未表示)在氟化聚酰亚胺树脂183上形成抗蚀掩模(图中未表示)，并采用反应式离子蚀刻法进行干式蚀刻，在沿芯图案101两侧的部分上形成宽度为W3的沟部184和185，再形成与上述漏光阻止带170相对应的沟部186。通过形成沟部184和185，在沟部184和185之间就相对地形成了芯图案101，同时，在剩下的部分上，也就是在沟部184和185外侧的部分上则形成了高折射率区域160。这里，进行干式蚀刻的部分只限于带状部分，因为面积狭窄，所以可以高效地进行干式蚀刻。另外，高折射率区域160与芯图案101同时形成，所以，不需要单独形成高折射率区域160的专用工序。

接下来，如图10(D)所示，形成折射率为n2的氟化聚酰亚胺树脂膜187。氟化聚酰亚胺树脂膜187覆盖芯图案101、填埋沟部184和185、覆盖高折射率区域160、并且、填埋沟部186。氟化聚酰亚胺树脂膜187中的覆盖芯图案101并填埋沟部184和185的部分变为上部被覆层188。氟化聚酰亚胺树脂膜中的填埋沟部186的部分变为漏光阻止带170。

芯图案101被下部被覆层181和上部被覆层188所包围，形成导波路。上部被覆层188和下部被覆层181形成上述被覆带150。

「变形例」

下面，对本发明的实施例的变形例进行说明。

在上述实施例中，高折射率区域160被设定为形成在除了芯图案101和被覆带150之外的所有部分上，但是，只在其中的一部分上设置也可以。例如，在图1中，也可以不在高折射率区域部160-1的上侧部分以及高折射率区域部160-2的下侧部分上形成高折射率区域。高折射率区域160只要是在沿被覆带部151X1和被覆带部151X2的区域内存在就可以。

漏光传播阻止带170的形状在入射方向上也可以呈U字形状。另外，漏光传播阻止带170还可以通过将非氟化聚酰亚胺等的吸收材料填入沟内的方式来形成。在这种情况下，漏出的光303和304到达漏光传播阻止带后在此处被吸收。

另外，本发明还可以用在光电路或者没有分支点的光导装置中。

本发明并不局限于上述具体实施例，只要不脱离权利要求书的范围，亦可采用其他变化形式代替，但那些变化形式仍属于本发明所涉及的范围。

另外，本申请引用了2005年9月30日提出申请的日本专利申请第2005-289099号说明书的全部内容。

Claims

1.一种光导装置，其在基板上具有由芯部和覆盖所述芯部的被覆部所组成的光导路，其特征在于，

所述被覆部为带状，并沿所述芯部覆盖所述芯部，

所述被覆部的外侧具有高折射率区域，所述高折射率区域具有比所述被覆部的折射率高的折射率，

所述芯部具有汇合侧芯部、以及在分支点处从所述汇合侧芯部分支的分支侧芯部，

所述被覆部沿所述汇合侧芯部和所述分支侧芯部覆盖所述汇合侧芯部和所述分支侧芯部，

在所述高折射率区域中的对着所述分支点的部分上形成漏光传播阻止部，所述漏光传播阻止部用于遮蔽从所述分支点漏出的并向其他分支侧芯部传播的光，

所述漏光传播阻止部的材料为与所述被覆部的高分子材料相同的高分子材料、即折射率相同，而且在形成所述被覆部的同时形成所述漏光传播阻止部。

2.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于，

所述高折射率区域的材料为与所述芯部的高分子材料相同的高分子材料，并且是在形成所述芯部的曝光显像工序中没有被除去的残留部分。

3.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于，

所述漏光传播阻止部与在所述分支点处分支的一个分支侧芯部侧的带部和其他分支侧芯部侧的带部相连，所述漏光传播阻止部的形状是与所述分支点侧的V字形相反的V字形。