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JPH04113302A - Waveguide type optical circuit and its manufacture - Google Patents

Waveguide type optical circuit and its manufacture

Info

Publication number
JPH04113302A
JPH04113302A JP23062590A JP23062590A JPH04113302A JP H04113302 A JPH04113302 A JP H04113302A JP 23062590 A JP23062590 A JP 23062590A JP 23062590 A JP23062590 A JP 23062590A JP H04113302 A JPH04113302 A JP H04113302A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
waveguide
optical waveguide
optical
stress
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
JP23062590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kawachi
河内 正夫
Masayuki Okuno
将之 奥野
Kaname Jinguji
神宮寺 要
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP23062590A priority Critical patent/JPH04113302A/en
Publication of JPH04113302A publication Critical patent/JPH04113302A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To adjust the stress birefringence value of an optical waveguide by denaturing the surface of a substrate nearby a core part by laser light irradiation as to a circuit formed by arranging a clad layer and a single-mode optical waveguide, which is embedded therein and provides optical propagating operation, on the substrate. CONSTITUTION:The silicon substrate l is irradiated with the laser beam 24 from a YAG laser light source 23 along the ring-shaped optical waveguide 2 and the denaturing of the irradiated part of the silicon substrate l progresses. For the purpose, while an XY moving table 22 is moved, the irradiation with the laser beam 24 is carried on to form a denatured area 11. At the same time, tunable DFB semiconductor laser light is guided in a sample 21 as diagnostic light from an input fiber 3b and the resonance wavelength characteristic of signal light which is guided out of an output fiber 4b is monitored; and the irradiation with the beam 24 is stopped when the resonance peaks of TE polarized light and TM polarized light are completely put over lapped, and then the polarization dependency of a ring resonator can completely be removed to enable easy polarization characteristic control.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 本発明は、基板上に光導波路を配設した導波型光回路お
よびその製造方法に関するものであり、さらに詳細には
、光導波路の複屈折性を調節することにより所望の偏波
依存性あるいは偏波無依存性をもつ導波型光回路および
その製造方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field 1] The present invention relates to a waveguide type optical circuit in which an optical waveguide is disposed on a substrate and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a waveguide type optical circuit that has desired polarization dependence or polarization independence by adjusting refractive properties, and a method for manufacturing the same.

[従来の技術1 光通信や光信号処理分野では、各種の光回路部品が必要
とされている。光回路部品は、その形態により、1)バ
ルク型、2)ファイバ型、3)導波型に大別することが
できる。
[Prior Art 1] Various optical circuit components are required in the fields of optical communication and optical signal processing. Optical circuit components can be broadly classified into 1) bulk type, 2) fiber type, and 3) waveguide type depending on their form.

バルク型は、マイクロレンズやプリズム、干渉膜フィル
タ等を組み合わせて構成するものであるが、組み立て調
整に長時間を要することや価格やサイズの点に問題を残
している。
The bulk type is constructed by combining microlenses, prisms, interference film filters, etc., but it requires a long time to assemble and adjust, and has problems in terms of price and size.

ファイバ型は、光フアイバ自身を構成材料として研磨や
融着・延伸工程を経て構成されるものであり、比較的小
形に構成できる利点はあるものの、生産性や規模拡張性
に欠ける等の問題がある。
The fiber type is constructed using the optical fiber itself through polishing, fusing, and stretching processes, and although it has the advantage of being relatively compact, it has problems such as a lack of productivity and scalability. be.

これらに対して、導波型は、フォトリソグラフィ工程に
より、平面基板上に一括大量生産できる利点があり、再
現性や小型集積可能性等の点で将来型の光回路部品とし
て注目されている。
On the other hand, the waveguide type has the advantage of being able to be mass-produced on a flat substrate using a photolithography process, and is attracting attention as a future optical circuit component due to its reproducibility and possibility of compact integration.

導波型光回路は、平面基板上に形成された光導波路を基
本として構成される。一般に、平面基板上の光導波路は
、基板面に垂直な偏光(TMモード)の屈折率nTMと
基板面に水平な偏光(狂モードの屈折率nTEが僅かに
異なる複屈折性を呈しており、導波型光回路の多くにお
いては、所望の偏波特性を実現するために、この複屈折
性を高精度に調節することが要求される。
A waveguide type optical circuit is basically constructed from an optical waveguide formed on a flat substrate. Generally, an optical waveguide on a flat substrate exhibits birefringence, in which the refractive index nTM of polarized light perpendicular to the substrate surface (TM mode) and the refractive index nTE of polarized light horizontal to the substrate surface (mad mode) are slightly different. In many waveguide optical circuits, it is required to adjust this birefringence with high precision in order to achieve desired polarization characteristics.

例えば、シリコン基板上に作製可能な石英系光導波路は
、そのコア部断面寸法を通常使用されている単一モード
光ファイバに合わせて5〜IOμm程度に設定すること
ができるため、光ファイバとの整合性に優れた実用的な
集積光回路の実現手段として期待されているが、シリコ
ン基板と石英系ガラスとの熱膨張係数差を反映して、4
 X 10−’程度の複屈折値B・(+1tM−T++
)を示す。偏波依存性の無い導波型光回路、あるいは場
合によっては、所望の偏波依存性のある導波型光回路を
実現するために、従来から上記の石英系先導波路の複屈
折を調整し得る導波型光回路構成が特願昭63−116
938号において提案されている。
For example, a silica-based optical waveguide that can be fabricated on a silicon substrate can have a core cross-sectional dimension of about 5 to IO μm, matching that of commonly used single-mode optical fibers. It is expected to be a means of realizing practical integrated optical circuits with excellent consistency, but due to the difference in thermal expansion coefficient between silicon substrate and quartz glass,
Birefringence value B・(+1tM−T++
) is shown. In order to realize a waveguide optical circuit without polarization dependence or, in some cases, a waveguide optical circuit with the desired polarization dependence, the birefringence of the silica-based guide waveguide described above has traditionally been adjusted. The waveguide type optical circuit configuration obtained is patent application 1986-116.
No. 938.

第4図(a)および(b)は、かかる従来の導波型光回
路の一例としての石英系導波型光リング共振器の、それ
ぞれ平面図およびこの平面図のAA’線に沿った拡大断
面図である。ここで、1はシリコン基板、2はシリコン
基板上に石英系ガラスクラッド層1bに埋設されるよう
形成されたリング状先導波路部(コア部)、3および4
は、それぞれ人力光導波路(コア部)および出力光導波
路(コア部)である。リング状光導波路2と入出力光導
波路3,4とはそれぞれ結合率5〜20%程度の方向性
結合器5aおよび5bにより光結合されている。
FIGS. 4(a) and 4(b) show a plan view and an enlarged view of this plan view along line AA', respectively, of a silica-based waveguide optical ring resonator as an example of such a conventional waveguide optical circuit. FIG. Here, 1 is a silicon substrate, 2 is a ring-shaped leading waveguide portion (core portion) formed on the silicon substrate so as to be embedded in the silica-based glass cladding layer 1b, 3 and 4.
are the human power optical waveguide (core part) and the output optical waveguide (core part), respectively. The ring-shaped optical waveguide 2 and the input/output optical waveguides 3 and 4 are optically coupled by directional couplers 5a and 5b, respectively, with a coupling rate of about 5 to 20%.

リング状光導波路2に沿ったクラット層11〕上にば、
熱光学効果移相器としての薄膜ヒータ6か設置されてい
る。リング状光導波路2に沿っては、さらに応力付与膜
7が装荷され、その一部分が、本リング共振器の光共振
特性が7M偏光とTE偏光で一致するようにトリミング
されている。
On the crat layer 11 along the ring-shaped optical waveguide 2,
A thin film heater 6 as a thermo-optic effect phase shifter is also installed. A stress imparting film 7 is further loaded along the ring-shaped optical waveguide 2, and a portion of it is trimmed so that the optical resonance characteristics of the present ring resonator match the 7M polarization and the TE polarization.

第4図(a)において、入力ボート3aから入力光導波
路3に入射した信号光の一部は、方向性結合器5aを経
由してリング状光導波路2に導かれる。
In FIG. 4(a), a part of the signal light incident on the input optical waveguide 3 from the input boat 3a is guided to the ring-shaped optical waveguide 2 via the directional coupler 5a.

リング−周の光路長が、信号光波長の整数倍に一致する
と共振現象が起こり、方向性結合器5bを経由して、出
力光導波路4の出力ボート4aから共振波長信号光が取
り出される。ここで、共振条件は、薄膜ヒータ移相器6
に通電して、石英系ガラスの屈折率の温度依存性を利用
してリングの実効的光周長を微調することにより制御可
能である。
When the optical path length around the ring matches an integral multiple of the signal light wavelength, a resonance phenomenon occurs, and the resonant wavelength signal light is extracted from the output boat 4a of the output optical waveguide 4 via the directional coupler 5b. Here, the resonance condition is the thin film heater phase shifter 6
This can be controlled by finely adjusting the effective optical circumference of the ring by applying current to the ring and making use of the temperature dependence of the refractive index of silica-based glass.

シリコン基板1上の石英系光導波路からなるリング状光
導波路2は、上述した複屈折性により光周長が7M偏光
と丁E偏光とで僅かに異なり、 R9に7M偏光の共振
条件とTE偏光の共振条件が一致しないので、リング共
振器は一般には偏波依存性を示すが、第4図の従来例で
は、応力付与膜7の装荷とそのトリミングによりかかる
偏波依存性を解消しているのである。すなわち、第4図
(b)のごとくリング状光導波路2の上部のクラッド層
1b上に装荷された応力付与膜6は、その下部に位置す
るリング状光導波路コア部2に応力を及ぼし、基板1か
らこのコア部2に及ぼされている応力の一部を補償し、
この、光導波路2が被っている応力誘起複屈折値を調節
する作用をもっている。必要に応じて応力付与膜7の一
部をレーザビーム照射によりトリミングして複屈折値を
微調節することができる。この応力付与膜7による複屈
折調節方法については、文献(河内正夫= 「石英系光
導波路と集積光部品への応用」、光学 第18巻 第 
12号(1989)[)[)、 681−686)に開
示されているところである。
The ring-shaped optical waveguide 2 made of a silica-based optical waveguide on a silicon substrate 1 has a slightly different optical circumference between 7M polarized light and TE polarized light due to the above-mentioned birefringence. Since the resonance conditions do not match, ring resonators generally exhibit polarization dependence, but in the conventional example shown in FIG. 4, such polarization dependence is eliminated by loading the stress applying film 7 and trimming it. It is. That is, as shown in FIG. 4(b), the stress applying film 6 loaded on the upper cladding layer 1b of the ring-shaped optical waveguide 2 exerts stress on the ring-shaped optical waveguide core part 2 located below, and the substrate 1 to compensate for a part of the stress exerted on this core part 2,
It has the effect of adjusting the stress-induced birefringence value that the optical waveguide 2 is exposed to. If necessary, the birefringence value can be finely adjusted by trimming a part of the stress applying film 7 by laser beam irradiation. Regarding the birefringence adjustment method using this stress applying film 7, please refer to the literature (Masao Kawachi, "Application to silica-based optical waveguides and integrated optical components", Optics Vol. 18,
12 (1989) [) [), 681-686).

[発明が解決しようとする課題] 上記の応力付与膜を備えた導波型リング共振器の構成に
おいては、なるほど偏波依存性を解消した共振器を提供
できるが、実際上は、次のような問題点があった。すな
わち、従来の複屈折制御可能な導波型光回路とその製造
方法では、応力付与膜の形成に、エツチング加工や膜堆
積等の煩雑な付加プロセスを必要とし、集積光回路の製
造工程が複雑になる問題点を抱えていた。
[Problems to be Solved by the Invention] In the structure of the waveguide ring resonator equipped with the above-mentioned stress imparting film, it is possible to provide a resonator that eliminates polarization dependence, but in practice, the following problems occur. There was a problem. In other words, with conventional waveguide optical circuits capable of controlling birefringence and their manufacturing methods, the formation of stress-applying films requires complicated additional processes such as etching and film deposition, which complicates the manufacturing process of integrated optical circuits. I had a problem with it.

そこで、本発明の目的は、従来技術の上記の欠点を解消
して光導波路のより簡便な複屈折制御が可能な導波型光
回路およびその製造方法を提供し、導波型光回路に所望
の偏波依存性を付与したり、逆に偏波依存性の無い導波
型光回路を提供できるようにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a waveguide optical circuit and a method for manufacturing the same, which eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art and enable easier birefringence control of an optical waveguide. The object of the present invention is to provide a waveguide type optical circuit that has polarization dependence or, conversely, has no polarization dependence.

1課題を解決するための手段1 このような目的を達成するために、本発明導波型光回路
は、基板上に単一モード光導波路を配置してなる導波型
光回路において、前記単一モード光導波路は、前記基板
上のクラッド層と、該クラッド層に埋設されて光伝搬作
用をもつコア部とを有し、前記基板の表面のうち、前記
コア部の近傍の基板表面にレーザ光照射により変成され
た領域を設け、この変成領域の形状および分布により前
記基板から前記コア部に作用する応力を非可逆的に変化
させて前記単一モード光導波路の応力複屈折値を調節す
るように構成したことを特徴とする。
1 Means for Solving the Problem 1 In order to achieve such an object, the waveguide type optical circuit of the present invention is a waveguide type optical circuit formed by disposing a single mode optical waveguide on a substrate. The one-mode optical waveguide has a cladding layer on the substrate, and a core part embedded in the cladding layer and having a light propagation function, and a laser beam is applied to the surface of the substrate near the core part. A region metamorphosed by light irradiation is provided, and the stress acting on the core from the substrate is irreversibly changed depending on the shape and distribution of the metamorphic region, thereby adjusting the stress birefringence value of the single mode optical waveguide. It is characterized by being configured as follows.

ここで、前記基板はシリコン基板であり、前記単一モー
ド光導波路は、5i02を主成分とする石英系光導波路
であるを可とする。
Here, the substrate may be a silicon substrate, and the single mode optical waveguide may be a quartz optical waveguide containing 5i02 as a main component.

本発明製造方法は、基板上に単一モード光導波路を配置
してなる導波型光回路の製造方法において、前記基板上
にクラッド層に埋設され、光伝搬作用をもつコア部を含
む単一モード光導波路を形成する工程と、前記基板の所
望部分をレーザ照射により変成し、前記基板が前記コア
部に及ぼす応力を非可逆的に変化させて、前記単一モー
ド光導波路の応力複屈折値を調節する工程とを具えたこ
とを特徴とする。
The manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a waveguide type optical circuit in which a single mode optical waveguide is arranged on a substrate. a step of forming a mode optical waveguide, and modifying a desired portion of the substrate by laser irradiation, irreversibly changing the stress exerted by the substrate on the core portion, and changing the stress birefringence value of the single mode optical waveguide. and a step of adjusting.

[作 用] 本発明では、複屈折制御のために、光導波路コア部近傍
の基板をレーザビーム照射により変成し、これにより基
板から光導波路コア部に及ぼす応力を非可逆的に変化さ
せることによって、従来の技術とは異なり、特別な応力
解放溝や応力付与膜を設けることなく、レーザトリミン
グによって基板を変成させるのみで、光導波路の複屈折
値を調節でき、従って、特別な応力付与膜等を必要とし
ないので、簡便な偏波特性制御が可能である。
[Function] In the present invention, in order to control birefringence, the substrate near the optical waveguide core is modified by laser beam irradiation, thereby irreversibly changing the stress exerted from the substrate on the optical waveguide core. , unlike conventional technology, the birefringence value of the optical waveguide can be adjusted simply by modifying the substrate by laser trimming without providing special stress-releasing grooves or stress-applying films. Therefore, simple polarization characteristic control is possible.

[実施例1 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
[Embodiment 1] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)および(b)は本発明の導波型光回路の一
実施例としての導波型リング共振器の構成を示す、それ
ぞれ、平面図およびこの平面図のAA’線に沿った拡大
断面図である。
FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view showing the configuration of a waveguide ring resonator as an embodiment of the waveguide optical circuit of the present invention, and FIGS. FIG.

第1図(a)および(b)において、シリコン基板1上
のクラッド層1bは厚さ50μm程度の8102系ガラ
ス、リング状光導波路2および入出力光導波路34のコ
ア部は、クラッド層1bに埋設されてなる断面寸法6μ
mX6μmのSiO□−GeO3系ガラスである。直径
13闘程度のリング状光導波路2の上部には、第4図(
a)および(b)に示した従来例と同様に、薄膜ヒータ
移相器6が設置されているが、本発明では、従来例と異
なり、応力付与膜は装荷されていない点が特徴的である
。応力付与膜の代わりに、本実施例では、リング状光導
波路2の下部においてシリコン基板1の表面近傍に基板
変成領域11を設け、この変成領域11の形状や分布を
適切に定めることによりリング状光導波路2の複屈折値
を調節し、所望の偏波無依存リング共振特性を達成して
いる。
In FIGS. 1(a) and (b), the cladding layer 1b on the silicon substrate 1 is made of 8102 glass with a thickness of about 50 μm, and the core parts of the ring-shaped optical waveguide 2 and the input/output optical waveguide 34 are formed on the cladding layer 1b. Buried cross-sectional size 6μ
It is SiO□-GeO3-based glass of m×6 μm. At the top of the ring-shaped optical waveguide 2, which has a diameter of about 13mm, there is a
Similar to the conventional examples shown in a) and (b), a thin film heater phase shifter 6 is installed, but unlike the conventional examples, the present invention is characterized in that no stress applying film is loaded. be. In place of the stress imparting film, in this embodiment, a substrate metamorphic region 11 is provided near the surface of the silicon substrate 1 at the bottom of the ring-shaped optical waveguide 2, and by appropriately determining the shape and distribution of this metamorphic region 11, the ring-shaped The birefringence value of the optical waveguide 2 is adjusted to achieve desired polarization-independent ring resonance characteristics.

ここで、変成領域】1は、クラッド層1bを透過して基
板1の上方からエネルギー密度の高いレーザビームを照
射することにより基板1の表面の所望部分に変成を引き
起こさせて形成した領域である。この変成領域11では
、シリコン基板の結晶性がレーザビーム照射により破壊
され、未変成の基板領域と異なる材料状態となり、周囲
に応力分布変化を引き起こすことを本発明者らは見い出
した。応力分布変化の結果として、変成領域上部の光導
波路コア部が被る応力誘起複屈折値か変化し、所望の複
屈折調整を従来例の応力付与膜を用いることなく達成で
きるのである。
Here, the metamorphic region 1 is a region formed by irradiating a laser beam with high energy density from above the substrate 1 through the cladding layer 1b to cause metamorphism in a desired portion of the surface of the substrate 1. . The present inventors have discovered that in this metamorphosed region 11, the crystallinity of the silicon substrate is destroyed by laser beam irradiation, resulting in a material state different from that of the untransformed substrate region, causing a change in stress distribution in the surrounding area. As a result of the stress distribution change, the stress-induced birefringence experienced by the optical waveguide core above the metamorphic region changes, and the desired birefringence adjustment can be achieved without using the conventional stress imparting film.

次に本発明の導波型光回路の製造工程の一実施例につい
て、上記のリング共振器の場合を例にとって詳細に説明
する。
Next, one embodiment of the manufacturing process of the waveguide type optical circuit of the present invention will be described in detail using the above-mentioned ring resonator as an example.

まず、リング共振器の本体となる石英系光導波路は、火
炎加水分解反応によるガラス膜の堆積と反応性イオンエ
ツチングによる微細加工との公知の組合せにより形成し
た。すなわち、まず、シリコン基板1上に3102系ガ
ラスからなる下部クラッド層と5iO3−GeO3系ガ
ラスからなるコア層を順次に堆積した。この堆積には、
四塩化シリコン等のガラス形成原料ガスの火炎加水分解
反応を利用した火炎堆積法を用いた。次にコア層のうち
不要部分を反応性イオンエッヂングを用いたフォトリソ
グラフイエ程により除去し、所望の光導波路コア] ] 部パターンを残した。続いて、コア部パターンを埋め込
むように上部クラッド層を再び火炎加水分解反応堆積法
により形成した。下部クラッド層と上部クラッド層との
合計厚さは50μm程度であり、コア部の断面寸法は6
μmX6gmであり、コア・クラッド間の比屈折率差△
は0.75%とした。
First, the quartz-based optical waveguide, which is the main body of the ring resonator, was formed by a known combination of glass film deposition by flame hydrolysis reaction and microfabrication by reactive ion etching. That is, first, a lower cladding layer made of 3102-based glass and a core layer made of 5iO3-GeO3-based glass were sequentially deposited on silicon substrate 1. This accumulation includes
A flame deposition method using flame hydrolysis reaction of glass forming raw material gas such as silicon tetrachloride was used. Next, unnecessary portions of the core layer were removed by a photolithography process using reactive ion etching, leaving a desired optical waveguide core pattern. Subsequently, an upper cladding layer was again formed by the flame hydrolysis reaction deposition method so as to embed the core pattern. The total thickness of the lower cladding layer and the upper cladding layer is approximately 50 μm, and the cross-sectional dimension of the core portion is 6 μm.
μm×6gm, relative refractive index difference between core and cladding △
was set at 0.75%.

このようにして形成された直径13mmのリング状光導
波路2の上部に幅50μm、長さ10μmの薄膜ヒータ
6をNiおよびCrを蒸着源とする真空蒸着法により形
成して移相器とした。
A thin film heater 6 having a width of 50 μm and a length of 10 μm was formed on the ring-shaped optical waveguide 2 having a diameter of 13 mm thus formed by a vacuum evaporation method using Ni and Cr as vapor deposition sources to form a phase shifter.

第2図は、リング状光導波路2の下部のシリコン基板1
の所望部分に変成を生じさせて変成領域11を形成する
ために本発明で用いたレーザトリミング装置の説明図で
ある。ここで、21は、シリコン基板1上の導波型光リ
ング共振器試料であり、22ばXY移動台、23はYA
G レーザ光源、24はレーザビームである。
FIG. 2 shows a silicon substrate 1 at the bottom of a ring-shaped optical waveguide 2.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a laser trimming device used in the present invention to cause metamorphosis in a desired portion of the substrate to form a metamorphic region 11. FIG. Here, 21 is a waveguide type optical ring resonator sample on the silicon substrate 1, 22 is an XY moving table, and 23 is a YA
G: a laser light source; 24 is a laser beam;

YAG レーザ光源23からのレーザビーム24は、リ
ング状先導波路2に沿って照射される。シリコン基板1
のうちレーザビーム24により照射された部分はレーザ
加熱作用により瞬間的に高温となり、変成が進行する。
A laser beam 24 from a YAG laser light source 23 is irradiated along the ring-shaped leading waveguide 2 . Silicon substrate 1
The portion irradiated by the laser beam 24 instantaneously reaches a high temperature due to the laser heating action, and metamorphosis progresses.

そこで、XY移動台22を駆動しつつレーザビーム24
の照射を続けることにより変成領域11を形成した。こ
こで、用いたYAGレーザば、顕微鏡搭載型Qスイッチ
YAGレーザ光源L−1,1A (HOYA株式会社製
)であり、倍率50倍の長焦点レンズを経由してシリコ
ン基板1面に照射した。変成領域1]の幅が30μm程
度になるように、レーザ光源23に備えイ」けのアイリ
スを調整した。
Therefore, while driving the XY moving table 22, the laser beam 24
By continuing the irradiation, a metamorphosed region 11 was formed. The YAG laser used here was a microscope-mounted Q-switch YAG laser light source L-1,1A (manufactured by HOYA Corporation), and irradiated one surface of the silicon substrate via a long focal length lens with a magnification of 50 times. In preparation for the laser light source 23, the iris was adjusted so that the width of the metamorphic region 1 was approximately 30 μm.

レーザビーム照射と同時に、入力ファイバ3bを経由し
て、試料21に波長1.55μmのチューナプルDFB
半導体レーザ光を診断光として導入し、出力ファイバ4
bを経て取り出される信号光の共振波長特性をモニタし
た。
Simultaneously with the laser beam irradiation, a tuner pull DFB with a wavelength of 1.55 μm is applied to the sample 21 via the input fiber 3b.
Semiconductor laser light is introduced as diagnostic light, and output fiber 4
The resonant wavelength characteristics of the signal light extracted through b was monitored.

レーザビーム24の照射前の段階では、リング状光導波
路2の複屈折性を反映して、共振波長特性においては、
TE偏光とTM偏光の共振ピークは一致していない。レ
ーザビーム24の照射によってシリコン基板1の変成が
進むと、やがてTE偏光と7M偏光の共振ピークが近づ
き始める。共振ピークが波長軸上で完全に重なったとこ
ろでレーザビーム24の照射を中止することにより、リ
ング共振器の偏波依存性を完全に除去できた。最終的な
変成領域11の長さは、試料の初期状態に依存するが、
概ね数mm長程度であった。
At the stage before irradiation with the laser beam 24, reflecting the birefringence of the ring-shaped optical waveguide 2, the resonant wavelength characteristics are as follows.
The resonance peaks of TE polarized light and TM polarized light do not match. As the silicon substrate 1 undergoes metamorphosis by irradiation with the laser beam 24, the resonance peaks of the TE polarized light and the 7M polarized light eventually begin to approach each other. By stopping the irradiation of the laser beam 24 when the resonance peaks completely overlapped on the wavelength axis, the polarization dependence of the ring resonator could be completely eliminated. The final length of the metamorphic region 11 depends on the initial state of the sample, but
The length was approximately several mm.

YAGレーザ光源23の発振波長は1.06μmである
ので、石英系ガラスからなる光導波路2の領域で吸収さ
れることはな(、シリコン基板1のみに効率的に吸収さ
れる。本実施例で用いたYAGレーザ光源23の本体の
光出力は9mJ/パルス、パルス幅は8nsec 、ピ
ークパワーは1.IMWであるが、レーザ光強度が強す
ぎるとシリコン基板1の変成が急激に進み過ぎて、光導
波路コア部2にまで損傷を与える恐れがあるので、レー
ザビーム24の照射に当たっては、アイリスやアテニュ
エータの調節によリレーザ光強度を必要最小限にとどめ
てお(ことが肝要である。
Since the oscillation wavelength of the YAG laser light source 23 is 1.06 μm, it is not absorbed in the region of the optical waveguide 2 made of silica-based glass (it is efficiently absorbed only in the silicon substrate 1. The optical output of the main body of the YAG laser light source 23 used was 9 mJ/pulse, the pulse width was 8 nsec, and the peak power was 1.IMW, but if the laser light intensity was too strong, the metamorphosis of the silicon substrate 1 would proceed too rapidly. Since there is a risk of damaging the optical waveguide core section 2, it is important to keep the laser beam intensity to the minimum necessary by adjusting the iris and attenuator when irradiating the laser beam 24.

第3図(a)および(b)は、本発明におけるレーザビ
ーム照射部の変成領域の様子を示す断面図である。第3
図(a)は、コア部2の直下部分にレーザビーム24を
照射した場合であり、ビーム直径10μmのレーザビー
ム24を3回スキャンして幅30μmの変成領域11を
形成している。このようにコア部2の直下に変成領域を
設けた場合には、TE偏光の共振ピークが波長軸上を移
動する傾向が見られた。
FIGS. 3(a) and 3(b) are cross-sectional views showing the metamorphic region of the laser beam irradiation part in the present invention. Third
Figure (a) shows the case where the laser beam 24 is irradiated directly under the core part 2, and the laser beam 24 with a beam diameter of 10 μm is scanned three times to form a metamorphic region 11 with a width of 30 μm. When the metamorphic region was provided directly under the core portion 2 in this manner, there was a tendency for the resonance peak of TE polarized light to shift on the wavelength axis.

第3図(b)はコア部2の近傍の両側にレーザビーム2
4を照射した場合である。ビーム直径10μmのレーザ
ビーム24をそれぞれ1回ずつスキャンして変成領域1
1aとllbを形成した。第3図(b)の場合には逆に
7M偏光が波長軸上を移動する傾向が見られた。
FIG. 3(b) shows laser beams 2 on both sides near the core part 2.
This is the case when 4 was irradiated. The metamorphic region 1 is scanned once with each laser beam 24 with a beam diameter of 10 μm.
1a and llb were formed. In the case of FIG. 3(b), on the contrary, there was a tendency for the 7M polarized light to move on the wavelength axis.

このように変成を施すことにより、光導波路2の複屈折
値は、第3図(a)の場合にはI X 10−’程度変
化し、第3図(b)の場合には0.5 Xl0−’程度
変化することが認められた。いずれにしても、共振波長
特性をモニタしつつレーザトリミングすることにより所
望の偏波無依存共振特性を達成できた。
By performing metamorphism in this way, the birefringence value of the optical waveguide 2 changes by about I x 10-' in the case of FIG. 3(a), and by 0.5 in the case of FIG. 3(b). A change of about Xl0-' was observed. In any case, the desired polarization-independent resonance characteristics were achieved by laser trimming while monitoring the resonance wavelength characteristics.

以上の実施例では、本発明の対象とする光回路の一例と
してリング共振器の場合を取り上げたが、本発明はこれ
に限定されるものではな(、マツハツエンダ光干渉計型
の光周波数多重フィルタの偏波無依存化や、あるいは逆
に導波型偏波ビームスプリッタを構成する場合にも適用
できる。
In the above embodiments, a ring resonator was used as an example of an optical circuit to which the present invention is applied, but the present invention is not limited to this. It can also be applied to make polarization independent, or conversely, to configure a waveguide polarization beam splitter.

また、対象とする導波路系もシリコン基板上の石英系光
導波路に必ずしも限定されるものではな(、多成分系ガ
ラス光導波路等にも適用できる。
Further, the target waveguide system is not necessarily limited to a quartz-based optical waveguide on a silicon substrate (it can also be applied to a multi-component glass optical waveguide, etc.).

要は、基板から応力複屈折を受けている光導波路であり
、基板がレーザビームを吸収し変成を受ける組みあわせ
であれば、本発明の対象範囲内である。
The point is that the optical waveguide is subjected to stress birefringence from the substrate, and any combination in which the substrate absorbs the laser beam and undergoes metamorphosis is within the scope of the present invention.

[発明の効果1 以上説明したように、本発明では、光導波路コア部近傍
の基板をレーザビーム照射により変成して応力状態を変
化させ、光導波路の応力誘起複屈折値を変化させ、これ
によって導波型光回路の偏波特性を正確に制御すること
ができる。本発明では、レーザトリミングによって基板
そのものの応力状態を変化させており、特別な応力付与
膜等を必要としないので、簡便な偏波特性制御が可能で
ある。
[Effect of the Invention 1 As explained above, in the present invention, the substrate near the core of the optical waveguide is modified by laser beam irradiation to change the stress state, thereby changing the stress-induced birefringence value of the optical waveguide. The polarization characteristics of a waveguide optical circuit can be accurately controlled. In the present invention, the stress state of the substrate itself is changed by laser trimming, and a special stress-applying film or the like is not required, so that polarization characteristics can be easily controlled.

本発明は、偏波特性が重要な役割を果たす光通信用や光
センサ用、光信号処理用などの導波型光回路を精度良く
構成するのに極めて有効である。
The present invention is extremely effective for accurately configuring waveguide optical circuits for optical communications, optical sensors, optical signal processing, etc. in which polarization characteristics play an important role.

本発明によれば、複屈折値を正確に設定できるので、光
波をマイクロ波のように扱うコヒーレント光通信用集積
光デバイスの提供等に特に大きな役割を果たすと期待さ
れる。
According to the present invention, since the birefringence value can be set accurately, it is expected to play a particularly important role in providing integrated optical devices for coherent optical communications that treat light waves like microwaves.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)および(blは、本発明の導波型光回路の
一実施例である導波型リング共振器を示す、それぞれ、
平面図およびこの平面図の線分AA′ に沿った拡大断
面図、 第2図は、本発明の導波型光回路の製造方法を用いたレ
ーザトリミング装置の概略構成を示す斜視図、 第3図(a)および(b)は、本発明におけるシー41
f、久幽午面 ザビーム照射の2例の様子を示すvm砿大図、第4図(
a)および(b)は、従来の導波型光回路例としての応
力付与膜付きリング共振器を示す、それぞれ、平面図お
よびこの平面図の線分AA′ に沿った拡大断面図であ
る。 7・・・応力付与膜、 11、 lla、 1lb−変成領域、21・・・導波
型光回路試料、 22・・・XY移動台、 23・・・YAGレーザ光源、 24・・・レーザビーム。 1・・・シリコン基板、 1b・・・クラッド層、 2・・・リング状光導波路、 3・・・入力光導波路、 4・・・出力光導波路、 3a・・・入力ボート、 4a・・・出力ボート、 3b・・・人力光ファイバ、 4b・・・出力光ファイバ、 5a、 5b・・・方向性結合器、 6・・・薄膜ヒータ移相器、
FIGS. 1(a) and 1(bl) show a waveguide ring resonator which is an embodiment of the waveguide optical circuit of the present invention, respectively.
FIG. 2 is a plan view and an enlarged sectional view taken along line segment AA′ of this plan view; FIG. Figures (a) and (b) show the sea 41 in the present invention.
f, VM Kokudai, Fig. 4, showing two examples of the beam irradiation on the Kuyūro plane.
a) and (b) are a plan view and an enlarged sectional view taken along line segment AA' of this plan view, respectively, showing a ring resonator with a stress-applying film as an example of a conventional waveguide type optical circuit. 7... Stress applying film, 11, lla, 1lb-transformed region, 21... Waveguide type optical circuit sample, 22... XY moving table, 23... YAG laser light source, 24... Laser beam . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon substrate, 1b... Clad layer, 2... Ring-shaped optical waveguide, 3... Input optical waveguide, 4... Output optical waveguide, 3a... Input boat, 4a... Output boat, 3b...human powered optical fiber, 4b...output optical fiber, 5a, 5b...directional coupler, 6...thin film heater phase shifter,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基板上に単一モード光導波路を配置してなる導波型
光回路において、 前記単一モード光導波路は、前記基板上のクラッド層と
、該クラッド層に埋設されて光伝搬作用をもつコア部と
を有し、前記基板の表面のうち、前記コア部の近傍の基
板表面にレーザ光照射により変成された領域を設け、こ
の変成領域の形状および分布により前記基板から前記コ
ア部に作用する応力を非可逆的に変化させて前記単一モ
ード光導波路の応力複屈折値を調節するように構成した
ことを特徴とする導波型光回路。 2)前記基板はシリコン基板であり、前記単一モード光
導波路は、SiO_2を主成分とする石英系光導波路で
あることを特徴とする請求項1に記載の導波型光回路。 3)基板上に単一モード光導波路を配置してなる導波型
光回路の製造方法において、前記基板上にクラッド層に
埋設され、光伝搬作用をもつコア部を含む単一モード光
導波路を形成する工程と、前記基板の所望部分をレーザ
照射により変成し、前記基板が前記コア部に及ぼす応力
を非可逆的に変化させて、前記単一モード光導波路の応
力複屈折値を調節する工程と を具えたことを特徴とする導波型光回路の製造方法。
[Claims] 1) A waveguide type optical circuit including a single mode optical waveguide disposed on a substrate, wherein the single mode optical waveguide includes a cladding layer on the substrate and a cladding layer embedded in the cladding layer. A core portion having a light propagation effect is provided on the surface of the substrate near the core portion, and a region metamorphosed by laser beam irradiation is provided, and the shape and distribution of the metamorphosed region 1. A waveguide type optical circuit, characterized in that the stress acting on the core portion is irreversibly changed to adjust the stress birefringence value of the single mode optical waveguide. 2) The waveguide type optical circuit according to claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate, and the single mode optical waveguide is a quartz-based optical waveguide whose main component is SiO_2. 3) A method for manufacturing a waveguide optical circuit in which a single mode optical waveguide is disposed on a substrate, which includes a single mode optical waveguide embedded in a cladding layer on the substrate and including a core portion having an optical propagation function. and a step of modifying a desired portion of the substrate by laser irradiation to irreversibly change the stress exerted by the substrate on the core portion to adjust the stress birefringence value of the single mode optical waveguide. A method for manufacturing a waveguide optical circuit, comprising:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0730170A3 (en) * 1995-02-28 1997-07-16 At & T Corp Method for reducing birefringence in optical gratings
US6823094B2 (en) 2001-01-26 2004-11-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Interferometer and its fabrication method
US8346030B2 (en) * 2007-08-24 2013-01-01 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Polarization-independent waveguide-type optical interference circuit

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