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JPH10186153A - Optical waveguide directional coupler and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical waveguide directional coupler and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JPH10186153A
JPH10186153A JP34288496A JP34288496A JPH10186153A JP H10186153 A JPH10186153 A JP H10186153A JP 34288496 A JP34288496 A JP 34288496A JP 34288496 A JP34288496 A JP 34288496A JP H10186153 A JPH10186153 A JP H10186153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
directional coupler
trench
branching ratio
refractive index
optical waveguide
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.)
Withdrawn
Application number
JP34288496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumihiro Ebisawa
文博 海老澤
Takuji Yoshida
卓史 吉田
Koichi Arishima
功一 有島
Mitsutoshi Hoshino
光利 星野
Takeshi Sukegawa
健 助川
Kenji Yokoyama
健児 横山
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.)
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 JP34288496A priority Critical patent/JPH10186153A/en
Publication of JPH10186153A publication Critical patent/JPH10186153A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路型方向性結合器の分岐比を所定の値
に調整した方向性結合器及びその製造方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 光導波路型方向性結合器において、二本
の導波路12が近接する結合部5の直上部に、深さがコ
ア3に達するか或いはそれより浅いトレンチ6を有し、
該トレンチ6に第一の充填材を充填することにより、所
定の分岐比を与えることを特徴とする。
(57) [Problem] To provide a directional coupler in which a branching ratio of an optical waveguide type directional coupler is adjusted to a predetermined value, and a method of manufacturing the same. SOLUTION: In the optical waveguide type directional coupler, a trench 6 whose depth reaches the core 3 or is shallower is provided immediately above a coupling portion 5 where two waveguides 12 are close to each other,
A predetermined branching ratio is provided by filling the trench 6 with a first filler.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る導波路型方向性結合器において、分岐比を正確に調整
した方向性結合器及びその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type directional coupler used in optical communication, and more particularly to a directional coupler having a branching ratio accurately adjusted and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光導波路型方向性結合器は2本の光導波
路を数μmに近接させ、コアからのエバネッセント光に
よる光結合により一方の導波路から他方の導波路へ分岐
させるものである。
2. Description of the Related Art In an optical waveguide type directional coupler, two optical waveguides are brought close to each other by a few μm and branched from one waveguide to another waveguide by optical coupling by evanescent light from a core.

【0003】しかし、従来の火炎堆積(FHD)法やプ
ラズマ化学堆積(CVD)法による製造ではこの数μm
のギャップをサブμmのオーダーまで精密に制御するこ
とはできず、どうしても分岐比に一定の範囲でばらつき
が生じていた。ここで方向性結合器の分岐比は、分岐導
波路の出力を被分岐導波路及び分岐導波路の光出力の和
で割った値として定義されるものとする。
[0003] However, in the conventional flame deposition (FHD) method or plasma chemical deposition (CVD) method, a few μm
Cannot be precisely controlled to the order of sub-μm, and the branching ratio inevitably varies within a certain range. Here, the branch ratio of the directional coupler is defined as a value obtained by dividing the output of the branch waveguide by the sum of the optical outputs of the branched waveguide and the branch waveguide.

【0004】例えば、分岐比50%の方向性結合器を用
いるマッハツェンダー型光スイッチにおいて、正確に5
0%の分岐比であれば、スイッチの消光比は極めて高く
なるはずであるが、実際はこの分岐比は±5%程度のば
らつきがあり、このためにスイッチの消光比は20dB
程度に限定されている。従って、現状では高い消光比の
光スイッチを製造しようと思えば、数多く製造してその
中から偶然に分岐比のばらつきの小さな方向性結合器を
持つ光スイッチを選び出す以外に方法がない。
For example, in a Mach-Zehnder type optical switch using a directional coupler having a branching ratio of 50%, exactly 5
If the branching ratio is 0%, the extinction ratio of the switch should be extremely high. However, in practice, the branching ratio has a variation of about ± 5%, and therefore, the extinction ratio of the switch is 20 dB.
Limited to a degree. Therefore, at present, if an optical switch having a high extinction ratio is to be manufactured, there is no other way than to manufacture an optical switch having a directional coupler having a small variation in the branching ratio from among them.

【0005】更に、このように分岐比の小さな方向性結
合器を偶然に選別する方法では、2×2光スイッチを多
数個使用するループバック形アレイ導波路格子、方向性
結合器を多数個使用するトランスバーサル形光フィル
タ、ラティス形光フィルタなどの規模の大きな光導波回
路(例えば、鈴木扇太他、NTT R&D43巻11号
1299ページから1301ページ)を製造することは
困難である。
Further, in the method of selecting a directional coupler having a small branching ratio by chance, a loop-back type arrayed waveguide grating using a large number of 2 × 2 optical switches and a large number of directional couplers are used. It is difficult to manufacture a large-scale optical waveguide circuit such as a transversal optical filter or a lattice optical filter (for example, Suzuki Ogita et al., NTT R & D 43, No. 11, pages 1299 to 1301).

【0006】特に光ファイバ通信における波長分割多重
(WDM)方式ではファイバから信号を取り出したり、
ファイバに入れたりするいわゆるADD−DROP回路
が必要となる。このADD−DROP回路の一つの候補
として2×2光スイッチを多数個使用するループバック
形アレイ導波路格子回路のような1枚のシリコンウェハ
ー上に多数の光部品が集積化された光集積回路が用いら
れる。
In particular, in a wavelength division multiplexing (WDM) system in optical fiber communication, a signal is extracted from a fiber,
A so-called ADD-DROP circuit which is put into a fiber is required. An optical integrated circuit in which a large number of optical components are integrated on one silicon wafer, such as a loop-back type arrayed waveguide grating circuit using a large number of 2 × 2 optical switches as one candidate of the ADD-DROP circuit. Is used.

【0007】この回路に用いられる2×2光スイッチは
分岐比50%の方向性結合器でアーム導波路を挟んだ構
造を有しており、この光スイッチの消光比がADD−D
ROP回路の波長選択性など回路全体の特性を決定す
る。このため、2つの方向性結合器の分岐比を出来るだ
け正確に50%に合わせる必要があるが、従来の技術で
製造した方向性結合器では分岐比のばらつきが50%±
5%程度と大きい。
The 2 × 2 optical switch used in this circuit has a structure in which an arm waveguide is sandwiched between directional couplers having a branching ratio of 50%, and the extinction ratio of this optical switch is ADD-D.
The characteristics of the entire circuit such as the wavelength selectivity of the ROP circuit are determined. For this reason, it is necessary to adjust the branch ratio of the two directional couplers to 50% as accurately as possible. However, in the directional coupler manufactured by the conventional technology, the variation of the branch ratio is 50% ±.
It is as large as about 5%.

【0008】このためにこれを用いた光スイッチの消光
比はおよそ20dBと低いものであった。この結果、こ
れらの低消光比の光スイッチを多数個用いたADD−D
ROP回路は回路全体の性能が低下し、実用上問題があ
った。
For this reason, the extinction ratio of the optical switch using this is as low as about 20 dB. As a result, ADD-D using a large number of these optical switches with a low extinction ratio is used.
The performance of the ROP circuit deteriorates as a whole, and there is a problem in practical use.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は光導波
路型方向性結合器の分岐比を所定の値に調整した方向性
結合器及びその製造方法を提供することにある。本発明
は光導波路型方向性結合器の結合部直上にトレンチを形
成し、ここに任意の屈折率を持つ充填材を入れて、所望
の分岐比を得ることを最も主要な特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a directional coupler in which the branching ratio of an optical waveguide type directional coupler is adjusted to a predetermined value, and a method of manufacturing the same. The most important feature of the present invention is that a trench is formed immediately above a coupling portion of an optical waveguide type directional coupler, and a filler having an arbitrary refractive index is filled therein to obtain a desired branching ratio.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項1に係る光導波路型方向性結合器は、基板
上に二本の光導波路を近接させた光導波路型方向性結合
器において、二本の光導波路が近接する結合部の直上
に、深さがコアに達するか或いはそれより浅いトレンチ
を有し、該トレンチに第一の充填材を充填することによ
り、所定の分岐比を与えることを特徴とする。
An optical waveguide type directional coupler according to a first aspect of the present invention that achieves the above object has an optical waveguide type directional coupler in which two optical waveguides are brought close to each other on a substrate. The optical waveguide has a trench just above the junction where the two optical waveguides are adjacent to each other, and has a trench reaching the core or shallower than the core, and filling the trench with the first filling material to form a predetermined branch. It is characterized by giving a ratio.

【0011】上記目的を達成する本発明の請求項2に係
る光導波路型方向性結合器の分岐比調整方法は、請求項
1記載の光導波路型方向性結合器において、前記第一の
充填材の屈折率を所定の屈折率とすることを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention to achieve the above object, a method of adjusting a branching ratio of an optical waveguide type directional coupler according to the first aspect of the present invention is the optical waveguide type directional coupler according to the first aspect. Is set to a predetermined refractive index.

【0012】上記目的を達成する本発明の請求項3に係
る光導波路型方向性結合器の製造方法は、請求項1記載
の光導波路型方向性結合器を製造する方法であって、基
板上に二本の光導波路を近接させた方向性結合器を形成
し、続いて、該方向性結合器の結合部の直上に深さがコ
アに達するか或いはそれより浅いトレンチを形成し、続
いて、該トレンチに既知の屈折率を有しかつ洗浄により
除去可能の第二の充填材を充填し、続いて、該方向性結
合器の分岐比を測定し、第二の充填材を除去後、前記ト
レンチに所定の分岐比を与える第一の充填材を充填する
ことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide type directional coupler according to the first aspect of the present invention, comprising the steps of: Forming a directional coupler having two optical waveguides in close proximity to each other, followed by forming a trench whose depth reaches the core or is shallower immediately above the coupling portion of the directional coupler, and Filling the trench with a second filler having a known index of refraction and removable by cleaning, subsequently measuring the branching ratio of the directional coupler and removing the second filler, It is characterized in that the trench is filled with a first filler that gives a predetermined branching ratio.

【0013】上記目的を達成する本発明の請求項4に係
る光導波路型方向性結合器の充填材の屈折率決定方法
は、請求項3記載の分岐比の測定結果を用いて前記第一
の充填材の所定の屈折率を決定することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, a method for determining a refractive index of a filler of an optical waveguide type directional coupler according to the present invention is provided by using a measurement result of a branching ratio according to the third aspect. A predetermined refractive index of the filler is determined.

【0014】[作用]方向性結合器は2本の光導波路を
平行に近接させて構成されている。このことで光が被分
岐導波路から分岐導波路に光が次第に分岐されていく。
この分岐比は導波路間隔、平行である距離(結合長)、
導波路構造により決定される。製造時にこの分岐比がば
らつくのは主として一定の結合長にわたって、数μmの
導波路間隔を一定に製造することが出来ないためであ
る。
[Operation] The directional coupler is formed by bringing two optical waveguides close to each other in parallel. As a result, the light is gradually branched from the branched waveguide to the branch waveguide.
This branching ratio is determined by the waveguide spacing, the parallel distance (coupling length),
It is determined by the waveguide structure. The reason why the branching ratio varies during manufacture is mainly because it is not possible to manufacture a waveguide interval of several μm uniformly over a fixed coupling length.

【0015】本発明では、この導波路間隔のばらつきに
よって生じた分岐比の設計値からのずれを結合部の直上
に微小なトレンチを形成し、ここに適当な屈折率を持っ
た媒体を埋め込むことによって再調整しようとしたもの
である。このトレンチへ埋め込む充填材の屈折率を変え
ることで方向性結合器の結合状態が変化し、分岐比を変
えることができる。従って、この作用を利用して、方向
性結合器の分岐比を設計値に近づけることが可能とな
り、本発明の目的である分岐比の調整された方向性結合
器を製造することができるようになる。
In the present invention, the deviation of the branching ratio from the design value caused by the variation of the waveguide spacing is reduced by forming a minute trench immediately above the coupling portion and embedding a medium having an appropriate refractive index therein. Is to re-adjust. By changing the refractive index of the filling material embedded in the trench, the coupling state of the directional coupler changes, and the branching ratio can be changed. Therefore, by utilizing this effect, it is possible to make the branching ratio of the directional coupler close to the design value, and it is possible to manufacture the directional coupler with the adjusted branching ratio, which is the object of the present invention. Become.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕本発明の第一の実施
例に係るトレンチ型方向性結合器の斜視図を図1に、そ
の結合部の上面図及びその断面図を図2に示す。同図に
おいて、1はシリコン基板、2は下部クラッド、3はコ
ア、4は上側部クラッド、5は結合部、6はトレンチ、
7は充填材、8,9は入力ポート、10,11は出力ポ
ート、12は曲がり導波路である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view of a trench type directional coupler according to a first embodiment of the present invention, and FIG. Show. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a lower clad, 3 is a core, 4 is an upper clad, 5 is a coupling portion, 6 is a trench,
7 is a filler, 8, 9 are input ports, 10 and 11 are output ports, and 12 is a bent waveguide.

【0017】作製した導波路は波長1.55μmでシン
グルモード伝送が可能であり、コア径6.5μm×6.
5μm、クラッドの屈折率1.444、コアの屈折率
1.455、結合部のギャップ3μm、結合長600μ
mである。また、トレンチ6は結合部の2本の導波路の
中心線を中心として、幅10μm、長さ600μm、深
さ30μm(上部クラッドの厚みに相当)とした。
The fabricated waveguide is capable of single mode transmission at a wavelength of 1.55 μm, and has a core diameter of 6.5 μm × 6.
5 μm, refractive index of cladding 1.444, refractive index of core 1.455, gap of coupling part 3 μm, coupling length 600 μ
m. The trench 6 has a width of 10 μm, a length of 600 μm, and a depth of 30 μm (corresponding to the thickness of the upper clad), with the center line of the two waveguides at the coupling portion as the center.

【0018】本実施例に係るトレンチ型方向性結合器の
基本的動作は通常の方向性結合器と同じであり、入力ポ
ート8或いは入力ポート9へ入力された通信光(波長を
1.55μmとした)を一定の分岐比で出力ポート10
及び11へ出力させるものである。
The basic operation of the trench directional coupler according to the present embodiment is the same as that of a normal directional coupler, and the communication light (wavelength is 1.55 μm) input to the input port 8 or the input port 9 is input. Output port 10 at a fixed branching ratio.
And 11 are output.

【0019】ここで、入力ポート8へ光を入れた場合、
分岐比は以下の式で定義されるものとする。 分岐比(%)=(出力ポート10の出力)/(出力ポー
ト10の出力+出力ポート11の出力)×100 一般に結合部のギャップ間隔が製造時にばらつくことか
ら従来の方法で製造された方向性結合器の分岐比は設計
値が50%のものでも45〜55%の範囲にばらつきが
生じることが知られている。
Here, when light enters the input port 8,
The branching ratio is defined by the following equation. Branching ratio (%) = (output of output port 10) / (output of output port 10 + output of output port 11) × 100 Generally, since the gap interval of the coupling portion varies at the time of manufacturing, the directivity manufactured by the conventional method is used. It is known that the branch ratio of the coupler varies in the range of 45 to 55% even when the design value is 50%.

【0020】本実施例に示したトレンチ型方向性結合器
では結合部直上にトレンチ6が形成された構造になって
おり、このトレンチ6に任意の屈折率の樹脂を埋め込む
ことで導波路間の結合状態を変え、異なる分岐比に導く
ことが可能である。
The trench type directional coupler shown in the present embodiment has a structure in which a trench 6 is formed immediately above a coupling portion. By embedding a resin having an arbitrary refractive index into the trench 6, a space between the waveguides is obtained. It is possible to change the coupling state and lead to different branching ratios.

【0021】従って、その特性を利用すれば、製造時に
ばらついた分岐比を所望の分岐比に再調整が可能であ
る。屈折率は温度によって変化するために、以下の分岐
比の調整は温度25℃に調整された場所で行った。ここ
での屈折率の値は温度25℃での値である。
Therefore, if the characteristics are used, the branching ratio that varies during manufacturing can be readjusted to a desired branching ratio. Since the refractive index changes depending on the temperature, the following adjustment of the branching ratio was performed in a place where the temperature was adjusted to 25 ° C. Here, the value of the refractive index is a value at a temperature of 25 ° C.

【0022】1枚のシリコンウェハーから切り出した1
個のトレンチ型方向性結合器のチップに屈折率の異なる
シリコン油を入れて、調べたところ、ガラスの屈折率
1.444より大きな1.447の屈折率で分岐比が4
9.7%になることがわかった。そこで、硬化後に1.
447の屈折率になるエポキシ樹脂を入れて、硬化させ
た。この樹脂を硬化するために水銀キセノンランプ(2
00W)で5分間照射後に80℃で3時間熱処理した。
硬化後に方向性結合器の分岐比を測定したところ、4
9.7%となっていた。
1 cut out from one silicon wafer
Silicon chips having different refractive indices were put into the chips of the trench type directional couplers, and the results were examined.
It turned out to be 9.7%. Therefore, after curing, 1.
An epoxy resin having a refractive index of 447 was added and cured. To cure this resin, a mercury xenon lamp (2
(00 W) for 5 minutes and then heat-treated at 80 ° C. for 3 hours.
When the branching ratio of the directional coupler was measured after curing, it was 4
It was 9.7%.

【0023】同様にして、1枚のシリコンウェハー上に
製造した残りの19個のトレンチ型方向性結合器の分岐
比をすべて調整した結果、分岐比は49.5%〜50.
5%の間に再調整することができた。調整に用いた、エ
ポキシ樹脂の屈折率は1.438から1.448までの
間のものを0.0005ごとに21分割したものであ
り、この中から選んで用いた。
Similarly, the branching ratio of the remaining 19 trench-type directional couplers manufactured on one silicon wafer was adjusted, and as a result, the branching ratio was 49.5% to 50.50.
It could be readjusted between 5%. The refractive index of the epoxy resin used for the adjustment was in the range of 1.438 to 1.448 divided into 21 every 0.0005, and selected from these.

【0024】同じ、製造条件で作製したトレンチ6の無
い方向性結合器ではその分岐比が45%から55%の範
囲にばらついていた。このように、本実施例によれば、
トレンチ型方向性結合器の分岐比は50%±0.5%に
抑えることができ、従来のトレンチ無しの方向性結合器
の分岐比50%±5%に比べて、そのばらつきは10倍
改善された。
In the directional coupler having no trench 6 manufactured under the same manufacturing conditions, the branch ratio varied from 45% to 55%. Thus, according to the present embodiment,
The branching ratio of the trench-type directional coupler can be suppressed to 50% ± 0.5%, and the variation is improved by 10 times compared to the branching ratio of the conventional directional coupler without a trench of 50% ± 5%. Was done.

【0025】調整に用いるシリコン油とエポキシ樹脂の
屈折率の分割数を41分割にすると、ばらつきは50%
±0.25%と更に小さくなった。同様に屈折率の分割
数を増やすことでばらつきの度合いを更に小さくするこ
とができた。
When the division number of the refractive index of the silicone oil and the epoxy resin used for the adjustment is 41, the variation is 50%
It was even smaller at ± 0.25%. Similarly, the degree of variation could be further reduced by increasing the number of divisions of the refractive index.

【0026】〔実施例2〕本実施例では、調整に使用す
るシリコン油とエポキシ樹脂の屈折率の分割数を上げる
代わりにトレンチ6に埋め込む樹脂として、エポキシ樹
脂にジアリルエテン系のホトクロミック材料(以下PC
材料と略す)を10%添加した樹脂を用いた。その他に
ついては、実施例1と同様である。
[Embodiment 2] In this embodiment, a diallylethene photochromic material (hereinafter referred to as epoxy resin) is used as the resin to be embedded in the trench 6 instead of increasing the number of divisions of the refractive index of the silicone oil and the epoxy resin used for adjustment. PC
(Abbreviated as material) was used. Others are the same as in the first embodiment.

【0027】この屈折率調整可能なPC材料を添加する
ことで、屈折率の分割数を上げなくても、高い精度で分
岐比を調整することが可能となった。ここでは硬化後の
屈折率が1.438から1.448までの範囲で0.0
005ごとに持つ21種類の樹脂を準備した。この樹脂
中のPC分子は閉環状態と開環状態の熱的に安定な状態
をとり、エポキシ樹脂内でのそれぞれの状態の分子数の
割合の応じて異なる屈折率をとることができる。
By adding the PC material whose refractive index can be adjusted, the branching ratio can be adjusted with high accuracy without increasing the number of divisions of the refractive index. Here, the refractive index after curing is 0.0 in the range of 1.438 to 1.448.
Twenty-one kinds of resins having each 005 were prepared. The PC molecules in this resin are in a thermally stable state of a ring-closed state and a ring-opened state, and can have different refractive indexes according to the ratio of the number of molecules in each state in the epoxy resin.

【0028】この2つの分子状態は可視光或いは紫外光
により制御され、しかも80℃の高温で数年間に渡って
変化しないことが知られている。PC材料を10%添加
したエポキシ樹脂での屈折率の変化幅はおよそ0.00
05であり、しかも屈折率の微調整が可能である。屈折
率は温度によって変化するため、以下の分岐比の調整は
温度25℃に調整された場所で行った。ここでの屈折率
の値は温度25℃での値である。
It is known that these two molecular states are controlled by visible light or ultraviolet light and do not change at a high temperature of 80 ° C. for several years. The change width of the refractive index of an epoxy resin to which 10% of a PC material is added is about 0.00.
05, and the refractive index can be finely adjusted. Since the refractive index changes depending on the temperature, the following adjustment of the branching ratio was performed in a place where the temperature was adjusted to 25 ° C. Here, the value of the refractive index is a value at a temperature of 25 ° C.

【0029】1枚のシリコンウェハーから取り出したト
レンチ型方向性結合器のトレンチ6に1.4455の屈
折率のシリコン油を入れて、分岐比を測定したところ、
分岐比は49.9%であった。次に、屈折率1.445
5となるPC材料入りのエポキシ樹脂をトレンチ6にい
れて硬化させた。
A silicon oil having a refractive index of 1.4455 was put into the trench 6 of the trench type directional coupler taken out of one silicon wafer, and the branching ratio was measured.
The branching ratio was 49.9%. Next, the refractive index is 1.445.
An epoxy resin containing a PC material to be No. 5 was put into the trench 6 and cured.

【0030】硬化後に方向性結合器の分岐比を測定した
ところ、40.9%であった。方向性結合器の分岐比を
測定した状態で紫外線(波長356nm、強度1mW/
cm 2)を3分間照射したところ、分岐比は大きくな
り、50.1%となった。そこで、今度はハロゲンラン
プ(150W)を10秒間照射して、50.03%に戻
すことができた。このように分岐比を50%に近づける
操作を数回行った後に、光を透過しない黒色の遮蔽テー
プをトレンチ6上部に張り付け、分岐比が変化しないよ
うにした。
After curing, the branching ratio of the directional coupler was measured.
However, it was 40.9%. The branching ratio of the directional coupler
In the measured state, ultraviolet rays (wavelength 356 nm, intensity 1 mW /
cm Two) For 3 minutes, the branching ratio becomes large.
And 50.1%. So this time, halogen run
Irradiate a pump (150W) for 10 seconds to return to 50.03%
I was able to. In this way, the branching ratio approaches 50%
After performing the operation several times, the black shielding table that does not transmit light
To the top of the trench 6 so that the branching ratio does not change
Caught.

【0031】1枚のシリコンウェハーから切り出した残
りのトレンチ型方向性結合器19個を同様の操作ですべ
てを50%前後に調整することができた。調整された分
岐比は49.95%から50.05%の範囲になった。
このように、本実施例によれば、はじめに大まかにPC
材料入りエポキシ樹脂をトレンチ6に入れて分岐比を調
整した後に、分岐比を観測しながら、その場で分岐比を
50%±0.05%に再調整ができるようになった。
The remaining 19 directional couplers cut out from one silicon wafer could all be adjusted to about 50% by the same operation. The adjusted branching ratio ranged from 49.95% to 50.05%.
Thus, according to the present embodiment, first, roughly
After the material-containing epoxy resin is put into the trench 6 to adjust the branching ratio, the branching ratio can be readjusted to 50% ± 0.05% on the spot while observing the branching ratio.

【0032】このことで従来のトレンチ無しの方向性結
合器の分岐比50%±5%に比べて、そのばらつきは1
00倍改善された。本実施例に用いた屈折率可変の材料
としては、なんらこのPC材料入りエポキシ樹脂に限定
されるものではなく、これ以外の屈折率可変材料を用い
ることができる。また、屈折率を大きくしたり、小さく
したりできる可逆性のある材料以外に、一方向にのみ可
変できる比可逆性の材料を使用することができる。後者
の例としては、有機ポリシランや色素などの光分解性有
機化合物が挙げられる。
As a result, the variation is 1% as compared with the branching ratio of 50% ± 5% of the conventional directional coupler without trench.
Improved by a factor of 00. The material having a variable refractive index used in the present embodiment is not limited to the epoxy resin containing the PC material at all, and other materials having a variable refractive index can be used. In addition to a reversible material whose refractive index can be increased or decreased, a reversible material that can be changed only in one direction can be used. Examples of the latter include photodegradable organic compounds such as organic polysilanes and dyes.

【0033】〔実施例3〕本発明の第3の実施例に係る
トレンチ型方向性結合器の製造方法を図3に示す。同図
において、1はシリコン基板、2は下部クラッド、3は
コア、4は上側部クラッド、6はトレンチ、7は充填
材、13はシリコン油である。
Embodiment 3 FIG. 3 shows a method of manufacturing a trench type directional coupler according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a lower clad, 3 is a core, 4 is an upper clad, 6 is a trench, 7 is a filler, and 13 is silicon oil.

【0034】先ず、図3(A)に示すように、シリコン
基板上に火炎堆積法と熱処理により下部クラッド2(屈
折率1.444、波長1.55μm)を厚さ30μmに
作製する。
First, as shown in FIG. 3A, a lower clad 2 (refractive index: 1.444, wavelength: 1.55 μm) is formed on a silicon substrate to a thickness of 30 μm by a flame deposition method and heat treatment.

【0035】次に、僅かに屈折率を上げたコア層(屈折
率1.455、波長1.55μm)を厚さ6μmに形成
した。引き続き、フォトリソグラフィー法と反応性イオ
ンエッチングにより、直線導波路と曲がり導波路12を
組み合わせて、方向性結合器のコア部分を加工した。コ
ア幅は7μmとした。
Next, a core layer (refractive index: 1.455, wavelength: 1.55 μm) having a slightly increased refractive index was formed to a thickness of 6 μm. Subsequently, the core portion of the directional coupler was processed by combining the straight waveguide and the bent waveguide 12 by photolithography and reactive ion etching. The core width was 7 μm.

【0036】分岐比50%の方向性結合器を作製するた
めに、結合部をギャップ3μm、結合長600μmとし
た。更に、上側部クラッドを火炎堆積法で36μmの厚
さに形成した。その後、図3(B)に示すように、でウ
ェハー上の方向性結合器にトレンチ6を形成した。加工
はコア直上に幅10μm、長さ600μm、深さ30μ
mのトレンチ6をフォトレジスト法と反応性イオンエッ
チィングを組み合わせた方法で行った。
In order to produce a directional coupler having a branching ratio of 50%, the coupling portion was set to a gap of 3 μm and a coupling length of 600 μm. Further, the upper clad was formed to a thickness of 36 μm by a flame deposition method. Thereafter, as shown in FIG. 3B, a trench 6 was formed in the directional coupler on the wafer. Processing is 10μm width, 600μm length, 30μ depth right above the core
m trench 6 was formed by a method combining a photoresist method and reactive ion etching.

【0037】図3(B)に示すトレンチ加工工程は、ウ
ェハーからチップ状態に切り出してからでもそのままの
ウェハー状態のままでも可能であるが、ここではチップ
状態に切り出して実施した。チップ切り出し時に削りか
すがトレンチ6に入らないように保護シールを被せてか
ら切断を行った。
Although the trench processing step shown in FIG. 3B can be performed after the wafer is cut into chips or as it is in the wafer state, here, it is cut into chips and executed. The cutting was performed after covering with a protective seal so that the shavings did not enter the trench 6 when cutting out the chip.

【0038】そして、屈折率が1.438から1.44
8まで屈折率が0.0005ごとに異なる屈折率のシリ
コン油13を21種類準備した。屈折率の値は25℃で
の値であり、以下のプロセスでは調整場所の温度を25
℃にして実施した。図3(D)に示すように、方向性結
合器のトレンチ6に任意の屈折率のシリコン油13を入
れて、分岐比を測定した。
The refractive index is from 1.438 to 1.44.
Up to 8, 21 types of silicone oils 13 having different refractive indexes every 0.0005 were prepared. The value of the refractive index is a value at 25 ° C.
C. and carried out. As shown in FIG. 3D, a silicon oil 13 having an arbitrary refractive index was put in the trench 6 of the directional coupler, and the branching ratio was measured.

【0039】この分岐比が最も50%に近づくように、
何種類かのシリコン油を交換しながら、分岐比が50%
に近い屈折率の値を求めた。その後、トレンチ内のシリ
コン油をアセトンの超音波洗浄できれいに洗浄してか
ら、ここにエポキシ樹脂を入れて硬化させた。
In order that the branch ratio approaches 50%,
50% branch ratio while changing several types of silicone oil
The value of the refractive index close to was determined. After that, the silicon oil in the trench was cleanly cleaned by ultrasonic cleaning with acetone, and then epoxy resin was put therein and cured.

【0040】これらのエポキシ樹脂の硬化後の屈折率は
あらかじめ調べておいた。トレンチ6には図3(C)で
求めた屈折率に最も近い屈折率のエポキシ樹脂を入れて
硬化させた。ここでは操作性の容易さから紫外線硬化型
のエポキシ樹脂を用いた。エポキシ樹脂は、紫外線(水
銀キセノンランプ、200W)で5分間、硬化させた
後、80℃で3時間熱処理を行った。PC材料入りのエ
ポキシ樹脂を用いた場合は熱硬化型として、トレンチ6
に樹脂を入れた後に80℃、1日間で硬化させた。
The refractive index of these epoxy resins after curing was previously determined. An epoxy resin having a refractive index closest to the refractive index obtained in FIG. Here, an ultraviolet-curable epoxy resin was used for ease of operation. The epoxy resin was cured with ultraviolet rays (mercury xenon lamp, 200 W) for 5 minutes, and then heat-treated at 80 ° C. for 3 hours. When an epoxy resin containing a PC material is used, the trench 6 is formed as a thermosetting type.
The resin was cured at 80 ° C. for 1 day.

【0041】トレンチ6に入れる樹脂としては、上述し
たエポキシ樹脂に何ら限定されることなく、形成後の屈
折率がわかっていれば、例えば、有機シリケート入りエ
ポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ゾルゲルガラスなどでも
何ら差し支えない。このように、図3(A)に示す従来
の製造プロセスに引き続いて、図3(B)〜(D)のプ
ロセスを実行できるので、従来と同じ製造設備で優れた
特性の光集積回路を歩留まりよく製造できる点が従来に
比べて優れている。
The resin to be put into the trench 6 is not limited to the above-mentioned epoxy resin, and any resin such as an epoxy resin containing an organic silicate, a silicone resin, or sol-gel glass may be used as long as the refractive index after formation is known. No problem. As described above, the processes of FIGS. 3B to 3D can be executed following the conventional manufacturing process shown in FIG. 3A, so that an optical integrated circuit having excellent characteristics can be produced with the same manufacturing equipment as the conventional one. The point that it can be manufactured well is superior to the conventional one.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のトレンチ型方向性結合器は従来のト
レンチ無し方向性結合器に比べて、その分岐比を50%
±0.05%と高精度に調整できるために、個別部品と
しても、高精度の分岐比が要求される光通信の光の分岐
回路に利用できる。また、本発明のトレンチ型方向性結
合器を用いれば、製造ばらつきに関係なく、50%±
0.05%まですべての方向性結合器の分岐比を調整可
能であるために、これを用いた光スイッチではその消光
比は60dBと格段に改善され、この方向性結合器をA
DD−DROP回路に用いることで実用性に優れた光集
積回路が実現できる。更に、このトレンチ型方向性結合
器は従来の石英系光集積回路の製造プロセスを変更する
ことなく、最後にトレンチ形成のための反応性イオンエ
ッチングのプロセス、分岐比調整プロセス、樹脂硬化プ
ロセスと比較的簡単なプロセスの付加で製造できる。こ
のために、性能の優れた光集積回路等を歩留まり良く製
造できるという利点がある。
As described above in detail with reference to the embodiments, the trench type directional coupler of the present invention has a branch ratio of 50% as compared with the conventional directional coupler without trench.
Because it can be adjusted with high accuracy of ± 0.05%, it can be used as an individual component in a light branching circuit for optical communication that requires a high-precision branching ratio. Further, if the trench type directional coupler of the present invention is used, 50% ±
Since the branching ratio of all directional couplers can be adjusted to 0.05%, the extinction ratio of the optical switch using the directional coupler is remarkably improved to 60 dB.
An optical integrated circuit having excellent practicability can be realized by using it for a DD-DROP circuit. Furthermore, this trench-type directional coupler can be compared with the reactive ion etching process for forming trenches, the branch ratio adjustment process, and the resin curing process without changing the conventional quartz-based optical integrated circuit manufacturing process. It can be manufactured by adding a simple process. Therefore, there is an advantage that an optical integrated circuit or the like having excellent performance can be manufactured with high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一の実施例に係るトレンチ型方向性
結合器の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a trench directional coupler according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すトレンチ型方向性結合器の構造図で
ある。
FIG. 2 is a structural diagram of the trench directional coupler shown in FIG.

【図3】本発明の第三の実施例に係るトレンチ型方向性
結合器の製造方法の工程図であり、製造プロセスを
(A)から(D)の順に示した。
FIG. 3 is a process diagram of a method of manufacturing a trench-type directional coupler according to a third embodiment of the present invention, and illustrates the manufacturing process in the order of (A) to (D).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 下部クラッド 3 コア 4 上側部クラッド 5 結合部 6 トレンチ 7 充填材 8,9 入力ポート 10,11 出力ポート 12 曲がり導波路 13 シリコン油 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Lower clad 3 Core 4 Upper clad 5 Coupling part 6 Trench 7 Filler 8,9 Input port 10,11 Output port 12 Bend waveguide 13 Silicon oil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 光利 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 助川 健 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 横山 健児 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsutoshi Hoshino 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Ken Sukegawa 3-19, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 2 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Kenji Yokoyama 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に二本の光導波路を近接させた光
導波路型方向性結合器において、二本の光導波路が近接
する結合部の直上に、深さがコアに達するか或いはそれ
より浅いトレンチを有し、該トレンチに第一の充填材を
充填することにより、所定の分岐比を与えることを特徴
とする光導波路型方向性結合器。
1. An optical waveguide type directional coupler in which two optical waveguides are brought close to each other on a substrate, and a depth of the directional coupler reaches a core just above a coupling portion where the two optical waveguides come close to each other or more than that. An optical waveguide type directional coupler having a shallow trench and providing a predetermined branching ratio by filling the trench with a first filler.
【請求項2】 請求項1記載の光導波路型方向性結合器
において、前記第一の充填材の屈折率を所定の屈折率と
することを特徴とする光導波路型方向性結合器。
2. An optical waveguide type directional coupler according to claim 1, wherein a refractive index of said first filler is set to a predetermined refractive index.
【請求項3】 請求項1記載の光導波路型方向性結合器
を製造する方法であって、基板上に二本の光導波路を近
接させた方向性結合器を形成し、続いて、該方向性結合
器の結合部の直上に深さがコアに達するか或いはそれよ
り浅いトレンチを形成し、続いて、該トレンチに既知の
屈折率を有しかつ洗浄により除去可能の第二の充填材を
充填し、続いて、該方向性結合器の分岐比を測定し、第
二の充填材を除去後、前記トレンチに所定の分岐比を与
える第一の充填材を充填することを特徴とする光導波路
型方向性結合器の製造方法。
3. A method for manufacturing an optical waveguide type directional coupler according to claim 1, wherein a directional coupler in which two optical waveguides are brought close to each other is formed on a substrate. Immediately above the junction of the sexual coupler, a trench is formed having a depth reaching the core or shallower than it, followed by a second filling material having a known refractive index and removable by cleaning. Filling, subsequently measuring the branching ratio of the directional coupler, removing the second filler, and then filling the trench with a first filler that provides a predetermined branching ratio. A method for manufacturing a waveguide directional coupler.
【請求項4】 請求項3記載の分岐比の測定結果を用い
て前記第一の充填材の所定の屈折率を決定することを特
徴とする光導波路型方向性結合器の製造方法。
4. A method for manufacturing an optical waveguide type directional coupler, wherein a predetermined refractive index of the first filler is determined using the measurement result of the branching ratio according to claim 3.
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