JPH11311713A

JPH11311713A - 光分岐導波路

Info

Publication number: JPH11311713A
Application number: JP12149398A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ushijima; 慎二牛島
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】光分岐導波路を小型にする。【解決手段】光分岐導波路は、主基板１２に、第１の
導波路回路１４、第２の導波路回路１６、第３の導波路
回路１８を積層する。各々の導波路回路１４、１６、１
８には、直線状に形成された第１の光導波路２２，２４
と、第１の光導波路と所定の交差角度を持って直線状に
形成された第２の光導波路２６とか形成されており、導
波路回路１４，１６，１８が積層されたとき、それぞれ
の第１の光導波路と第２の光導波路との交差部が一直線
並ぶように光導波路が配置される。第１の光導波路と第
２の光導波路との交差部を通って所定の幅および所定の
深さの溝５０が形成されている。溝５０の一方の側面
に、導波路回路１４、１６、１８の光導波路の一方から
導波された光を一部は透過させて光が導波されてきた光
導波路の延長上にある光導波路に導き、他を反射させて
前記光が導波されてきた光導波路と所定の交差角度をな
す光導波路に導波する光学素子１５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば光通信や
自動車などの光配線部品、あるいは、産業用機器の光信
号処理、光制御、光計測になどに適用される、小型で、
容易に製作できる光分岐導波路に関する。本発明は特に
１／４光分岐導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信技術や光信号処理技術の進展によ
り、光ファイバを介した自動車の光配線や、光信号を用
いて各種の産業用機器を制御するための光計測、光信号
処理などが実用化されつつある。光分岐導波路はそのよ
うな種々の分野において使用されている。光分岐導波路
の適用例としては、マッハツェンダ型干渉計で構成され
たものが用いられている。

【０００３】従来のマッハェンダ型光変調器を図６に示
す。図６に図解したマッハツェンダ型光変調器９０は、
基板９１に形成された入力導波路９２と、Ｙ分岐型導波
路９３_-1，９３_-2と、直線導波路９４_-1，９４_-2と、Ｙ
分岐型導波路９５_-1，９５_-2と、出力導波路９６と、直
線導波路９４_-1，９４_-2の両側に設けられた電極９７₁
〜９７₄から構成されている。入力導波路９２に光が入
射され、Ｙ分岐型導波路９３_-1，９３_-2で分岐され、直
線導波路９４_-1，９４_-2を伝搬する途中で、Ｙ分岐型導
波路９３_-1，９３_-2に印加された電圧に応じて変調され
て、変調された光がＹ分岐型導波路９５_-1，９５_-2を経
由して出力導波路９６で合成され、出力導波路９６の端
部から出力される。直線導波路９４_-1，９４_-2を伝搬す
る光は、電極９７₁〜９７₄を介して変調信号に基づい
た電界を直線導波路９４_-1，９４_-2に印加することによ
り、電気光学効果によりその導波路を伝搬する光の位相
が変化し、出力される干渉光の強度がこの位相変化に応
じて変化し、光が変調される。

【０００４】図６に図解したマッハェンダ型光変調器に
おける入力導波路９２とＹ分岐型導波路９３_-1，９３_-2
とは、図７および図８に図解した光分岐導波路構成して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に図解したマッハ
ェンダ型光変調器は、図７および図８に図解した光分岐
導波路の寸法などの制約に起因する問題に遭遇してい
る。

【０００６】図７および図８に図解した光分岐導波路は
寸法が大きく、小型化が困難であるという問題がある。
その結果として、図６に図解したマッハェンダ型光変調
器も寸法が大きくなるという問題に遭遇している。以
下、光分岐導波路が小型化できないという問題について
考察する。

【０００７】光変調器においては伝搬光はシングルモー
ドでなければならないため、変調器を構成する入力導波
路９２とＹ分岐型導波路９３_-1，９３_-2のＹ分岐型導波
路９３_-1，９３_-2は分岐角度θ、分岐光路長に設計上の
制約を受ける。たとえば、ニオブ酸リチウムを使用した
光分岐導波路の場合、シングルモードを維持しながら分
岐するためのＹ分岐型導波路９３_-1，９３_-2の分岐角度
θは約１°と非常に小さい。その結果として、入力導波
路９２とＹ分岐型導波路９３_-1，９３_-2とはほとんど直
線状に接続しなければならない。

【０００８】また、導波路のコアとクラッドの屈折率の
差を小さくしてシングルモード導波路としているため、
その分岐角度θ＝１°の勾配を入力導波路９２に平行な
導波路として、矩形基板の端面に直行して引き出すため
には、光の導波路外へ漏洩を防ぐために、導波路の曲率
Ｒを５０ｍｍ以上にする必要があり、この曲率部ａを５
〜１０ｍｍ必要とする。さらに、Ｙ分岐型導波路９
３_-1，９３_-2の接続部では導波路幅が入力導波路９２側
から見て２倍になり、単純に接続すると、光の反射や伝
送モードの変換により伝送損失が増大する。そのため、
接続部をテーパーにしてゆるやかに伝送モードを変換す
るための余分な長さｂが数ｍｍ必要になる。さらに、入
力導波路９２へ光信号を送るためには、接続点での伝送
モードの乱れを緩和するため、一定以上の直線導波路
ｃ、たとえば、３ｍｍ以上が必要になる。これらを合計
すると、Ｙ分岐部は全長が約１５ｍｍ以上になる。

【０００９】マッハツェンダ型光変調器９０では、この
ようなＹ分岐型導波路を２組対向させ、さらにその間に
電界印加用の直線導波路９４_-1，９４_-2を設けなければ
ならない。その結果、変調器全体では、４０〜５０ｍｍ
以上の長さになる。この寸法は、同様な工程をとる多く
の半導体素子が一辺の長さが１ｍｍ角以下であることを
比較して考えると非常に大きい。

【００１０】このような長さを有する変調器では、その
後の加工、部品の変形を配慮すると、基板の幅を６ｍｍ
以上とする必要があり、非常に大きな部品となる。

【００１１】このように、マッハツェンダ型光変調器に
おいては、小型化が難しくサイズが大きいため、通常の
半導体素子と比較して１枚の基板から採れる素子数が少
ない。たとえば、一般に光部品製作に用いる３インチの
基板から、ここに示したマッハツェンダ型光変調器９０
が採れる量は１０個以下である。これは、同様な工程を
とる多くの半導体素子と比較すると、非常に少ない。そ
の結果、従来のマッハツェンダ型光変調器は、生産性が
低く、コストを低減することができないという問題が生
じる。

【００１２】また、マッハツェンダ型光変調器には、構
造が複雑であり製造が難しいという問題もある。マッハ
ツェンダ型光変調器９０のＹ分岐部の接続部の形状は、
分岐特性、損失に影響するため、非常に精密に製造しな
ければならない。特に、分岐中央錐状部は０．１μｍ程
度の加工精度が必要になる。その結果、非常に高精度な
加工も必要となり、一層のコスト増大を招くという問題
が生じる。

【００１３】以上、光分岐導波路を、マッハツェンダ型
光変調器９０に関連づけて述べたが、光分岐導波路単体
としたみた場合も上述した問題に遭遇している。

【００１４】したがって、本発明の目的は、より小型
で、製作の容易な光分岐導波路を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によ
れば、第１の導波路回路（１４）、第２の導波路回路
（１６）および第３の導波路回路（１８）が積層された
光分岐導波路であって、前記第１の導波路回路（１４）
は、基板（１４０）と、該基板に直線状に形成された第
１の光導波路（２２，２４）と、前記基板に前記第１の
光導波路と所定の交差角度を持って直線状に形成された
第２の光導波路（２６）とを有し、前記第２の導波路回
路（１６）は、基板（１６０）と、該基板に直線状に形
成された第１の光導波路（３２，３４）と、前記基板に
前記第１の光導波路と所定の交差角度を持って直線状に
形成された第２の光導波路（３６）とを有し、前記第３
の導波路回路（１８）は、基板（１８０）と、該基板に
直線状に形成された第１の光導波路（４２，４４）と、
前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角度を持っ
て直線状に形成された第２の光導波路（４６）とを有
し、前記第１の導波路回路、前記第２の導波路回路およ
び前記第３の導波路回路が積層されたとき、前記それぞ
れの第１の光導波路と第２の光導波路との交差部が一直
線並ぶように、前記前記第１の導波路回路、前記第２の
導波路回路および前記第３の導波路回路におけるそれぞ
れの光導波路が配置され、前記それぞれの第１の光導波
路と第２の光導波路との交差部を通って、所定の幅およ
び所定の深さの溝（５０）が形成され、該溝の一方の側
面に、前記第１の導波路回路、第２の導波路回路および
第３の導波路回路の前記それぞれの光導波路の一方から
導波された光を一部は透過させて光が導波されてきた光
導波路の延長上にある光導波路に導き、他を反射させて
前記光が導波されてきた光導波路と所定の交差角度をな
す光導波路に導波する光学素子（１５）とを有する光分
岐導波路が提供される。

【００１６】また本発明の第２の観点によれば、第１の
導波路回路（１４）、第２の導波路回路（１６）および
第３の導波路回路（１８）が積層された光分岐導波路で
あって、前記第１の導波路回路（１４）は、基板（１４
０）と、該基板に直線状に形成された第１の光導波路
（２２，２４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所
定の交差角度を持って直線状に形成された第２の光導波
路（２６）とを有し、前記第２の導波路回路（１６）
は、基板（１６０）と、該基板に直線状に形成された第
１の光導波路（３２，３４）と、前記基板に前記第１の
光導波路と所定の交差角度を持って直線状に形成された
第２の光導波路（３６）とを有し、前記第３の導波路回
路（１８）は、基板（１８０）と、該基板に直線状に形
成された第１の光導波路（４２，４４）と、前記基板に
前記第１の光導波路と所定の交差角度を持って直線状に
形成された第２の光導波路（４６）とを有し、前記第１
の導波路回路、前記第２の導波路回路および前記第３の
導波路回路が積層されたとき、前記それぞれの第１の光
導波路と第２の光導波路との交差部が一直線並ぶよう
に、前記前記第１の導波路回路、前記第２の導波路回路
および前記第３の導波路回路におけるそれぞれの光導波
路が配置され、前記それぞれの第１の光導波路と第２の
光導波路との交差部を通って、所定の幅および所定の深
さの溝（５０）が形成され、該溝の内部に挿入された、
前記第１の導波路回路、第２の導波路回路および第３の
導波路回路の前記それぞれの光導波路の一方から導波さ
れた光を一部は透過させて光が導波されてきた光導波路
の延長上にある光導波路に導き、他を反射させて前記光
が導波されてきた光導波路と所定の交差角度をなす光導
波路に導波する光学素子（１７）とを有する光分岐導波
路が提供される。

【００１７】第１の導波路回路、第２の導波路回路、第
３の導波路回路における光導波路を伝搬する光が部分反
射・部分透過膜で反射・透過されて、２つの光に分岐さ
れる。

【００１８】好ましくは、前記ある層の導波路回路から
出射された光を他の層の導波路回路の光導波路に導く光
ファイバが接続されている。光分岐導波路の外部で、第
１の導波路回路、第２の導波路回路、第３の導波路回路
における光導波路を他の光導波路に接続すると、さらに
２分岐される。その結果、光分岐導波路は１／４光分岐
導波路として機能する。

【００１９】好ましくは、前記光学素子は、導波光に対
して透明な有機フィルムに光学薄膜が形成されて構成さ
れている。また好ましくは、前記光学薄膜は、多層干渉
膜または金属膜である。

【００２０】また好ましくは、前記光学素子の光を透過
および反射させる光分岐比が１：１である。

【００２１】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態本発明の光分岐導波路の第１の実施の形態を図１〜図４
を参照して述べる。図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第
１の実施の形態の光分岐導波路の構成図であり、図１
（Ａ）は光分岐導波路の平面図であり、図１（Ｂ）は側
面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は図１（Ａ）に図解し
た光分岐導波路の製造方法を図解した図である。図３
（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）、（Ｂ）に図解した光分
岐導波路の部分断面図である。図４は図１（Ａ）に図解
した光分岐導波路１０における光線軌跡を説明する図で
ある。

【００２２】光分岐導波路１０は、主基板１２に、第１
の導波路回路１４、第２の導波路回路１６、第３の導波
路回路１８が積層されて構成されている。主基板１２は
たとえば、シリコン、二オブ酸リチウムなどの電気光学
効果を示すものを用いることができる。以下、シリコン
基板について述べる。第１の導波路回路１４〜第３の導
波路回路１８はそれぞれ、基板１４０、１６０、１８
０、たとえば使用波長に透明な基板１４０、１６０、１
８０について、直線状の長い光導波路と直線状の短い導
波路とがＴ字状に交差して形成されている。長い光導波
路と短い導波路とは、たとえば数１０から９０度の比較
的大きな交差角度で交差して形成されている。

【００２３】第１の導波路回路１４は、基板１４０に、
長い直線状の光導波路２２，２４と短い直線状の光導波
路２６とを有しており、交点２８において光導波路２２
と２４と２６とが交差している。光導波路２２と光導波
路２６とはほぼ直交している。この実施の形態において
は、基板１４０はシリコンで製造されている。第１の導
波路回路１４の側面に、光導波路２２の側面部２２０
と、光導波路２４の側面部２４０、光導波路２６の側面
部２６０が規定されている。第２の導波路回路１６は、
基板１６０に、長い直線状の光導波路３２，３４と短い
直線状の光導波路３６とを有しており、交点３８におい
て光導波路３２と３４とか３６とが交差している。光導
波路３２と光導波路３６とはほぼ直交している。この実
施の形態においては、基板１６０はシリコンで製造され
ている。第２の導波路回路１６の側面に、光導波路３２
の側面部３２０と、光導波路３４の側面部３４０、光導
波路３６の側面部３６０が規定されている。第３の導波
路回路１８は、基板１８０に、長い直線状の光導波路４
２，４４と短い直線状の光導波路４６とを有しており、
交点４８において光導波路４２と４４とか４６とが交差
している。光導波路４２と光導波路４６とはほぼ直交し
ている。この実施の形態においては、基板１８０はシリ
コンで製造されている。第３の導波路回路１８の側面
に、光導波路４２の側面部４２０と、光導波路４４の側
面部４４０、光導波路４６の側面部４６０が規定されて
いる。

【００２４】図１（Ａ）において、第１の導波路回路１
４の交点２８、第２の導波路回路１６の交点３８、第３
の導波路回路１８の交点４８を通るように、溝５０が形
成されている。溝５０が形成される交点２８、３８、４
８の領域をそれぞれ交差領域という。溝５０と光導波路
とは、たとえば、第１の導波路回路１４について述べる
と、光導波路２２から入射された光の光学素子１５によ
る光反射角度と、光導波路２６となす角度とが一致する
ように形成されている。第２の導波路回路１６および第
３の導波路回路１８における光導波路についても同様で
ある。溝５０は、第１の導波路回路１４、第２の導波路
回路１６、第３の導波路回路１８のそれぞれの光導波路
と４５度の角度をなし、幅が約３０μｍ幅で、深さがた
とえば３０μｍ以上である。溝５０の形状についてはさ
らに後述する。

【００２５】溝５０の一方の側面には、部分的に光を透
過し、部分的に光を反射する機能を有する光学素子１５
が設けられている。部分反射・部分透過機能を有する光
学素子１５は、たとえば導波光に対して透明な有機フィ
ルムに光学薄膜が形成されて構成され、あるいは導波光
に対して透明な無機材料からなる薄板に光学薄膜（半透
過反射膜）が形成されて構成される。光学素子１５は、
たとえば、第１の導波路回路１４における光導波路２２
に入射され、光導波路２２を導波された入射光の一部を
透過させて光導波路２４に導波させるとともに、入射光
の一部を反射して光導波路２６に導波させる。光学薄膜
は、たとえば多層干渉膜または金属膜により構成され
る。部分反射・部分透過膜１５の形成方法については後
述する。

【００２６】第１の導波路回路１４の光導波路２６の側
面部２６０と第３の導波路回路１８の光導波路４２の側
面部４２０との間に第１の光ファイバ５２が接続されて
いる。第２の導波路回路１６の光導波路３２の側面部３
２０と第１の導波路回路１４の光導波路２４の側面部２
４０との間に第２の光ファイバ５４が接続されている。

【００２７】第１の導波路回路１４、第２の導波路回路
１６、第３の導波路回路１８の製造方法について述べ
る。本実施の形態においては、光導波路として基板１４
０，１６０，１８０のそれぞれに形成したポリマ導波路
を用いる場合を示す。

【００２８】第１の導波路回路１４の製造方法について
述べる。図３（Ａ）、（Ｂ）は光分岐導波路１０の断面
の一部を示す図である。シリコンの基板１４０に、図２
（Ａ）および図３に示すように、基板１４０の上にクラ
ッド層１４１を形成し、さらにクラッド層１４１の上に
コア層１４２を形成する。クラッド層１４１はコア層１
４２より屈折率の低いポリマを用い、コア層１４２のポ
リマをスピンコート等により塗布する。クラッド層１４
１とコア層１４２のそれぞれの膜厚は最終的な導波路幅
と膜厚の関係からシングルモード導波路となるように設
計する。たとえば、コア層の厚さ２μｍ、クラッド層の
厚さ４μｍで形成される。コア層１４２の上に十字に交
差した光導波路２２，２４と光導波路２６になる部分を
形成する。すなわち、３〜６μｍ好ましくは４〜５μｍ
幅のレジストパターンをフォトリソグラフィ工法により
光導波路２２，２４，２６になる部分を形成し、これを
酸素ガス中でリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩ
Ｅ）処理してコア層１４２のみをエッチングしてレジス
ト形状幅とコア層１４２の膜厚の矩形状の光導波路を形
成する。その後、その光導波路の膜が形成された表面に
再びクラッド層１４３をスピンコート等により形成す
る。

【００２９】以上により、第１の導波路回路１４が形成
される。すなわち、第１の導波路回路１４は、図３
（Ａ）に図解したように、基板１４０と、基板１４０の
上に形成されたクラッド層１４１と、クラッド層１４１
の上に形成されたコア層１４２と、コア層１４２の上に
形成された光導波路２２，２４，２６と、光導波路の上
を包囲して形成されたクラッド層１４３とで構成されて
いる。

【００３０】第２の導波路回路１６および第３の導波路
回路１８も、第１の導波路回路１４と同様に形成する。
ただし、第１の導波路回路１４における光導波路２２，
２４，２６の位置と、第２の導波路回路１６における光
導波路３２，３４，３６と位置、第３の導波路回路１８
における光導波路４２，４４，４８の位置は、これら導
波路回路１４、１６、１８を積層した場合、図１（Ａ）
のごとき位置関係になるように規定する。本実施の形態
においては、各層の導波路回路１４、１６、１８におけ
る光導波路はそれぞれ、図１（Ａ）に図解したように、
上下左右に２００μｍ離して形成する。

【００３１】以上のように形成した、第１の導波路回路
１４、第２の導波路回路１６、第３の導波路回路１８を
主基板１２の上に積層する。この積層のとき、第１の導
波路回路１４の交点２８、第２の導波路回路１６の交点
３８、第３の導波路回路１８の交点４８が、溝５０の形
成において一直線に並ぶように位置合わせを行う。

【００３２】次に、ダイシングソーで約３０μｍのメタ
ルブレードを使用し直交する光導波路と４５度の角度で
基板に垂直な深さ３０μｍ以上の溝５０を形成する。

【００３３】次に、溝５０の一方の側壁に、それぞれの
光導波路に対して所望の光分岐比、本実施の形態におい
ては、１：１の光分岐比を得るために、多層干渉膜、金
属膜等の光学薄膜からなる部分反射・部分透過機能を有
する光学素子１５を形成する。

【００３４】光学素子（部分反射・部分透過膜）１５の
形成を述べる。基板表面に電極４２、４４、４８が存在
する場合には、表面の光学薄膜を除去しておかなければ
ならない場合がある。そのような場合には、従来のよう
に薬品を用いる湿式エッチングやプラズマによる乾式エ
ッチングによりエッチング除去する方法を採することが
できるが、その場合、導波路基板へのダメージが危惧さ
れる。本実施の形態においては、蒸着またはスパッタリ
ングにより導波路基板へダメージを与えることなく、基
板表面の光学薄膜除去を確実に行うことができる。部分
反射・部分透過膜１５が溝５０の一方の側壁に形成され
るように、図３（Ａ）に示すように、溝５０が形成され
た光分岐導波路１０を傾斜させて、多層干渉膜、金属膜
等の光学薄膜の材料を溝５０の一方の面に向けて蒸着ま
たはスパッタリングする。それにより、溝５０の内壁の
一方に部分反射・部分透過膜１５となる部分と、第３の
導波路回路１８の上部に剥離膜が形成される。

【００３５】すなわち、部分反射・部分透過膜１５を、
蒸着またはスパッタリングによって形成する際、あらか
じめ光導波路基板の表面に剥離可能な膜を形成してお
く。次いで、溝加工を行った後、図３（Ａ）に示すよう
に、光学薄膜が溝５０の側面に形成されるように、光分
岐導波路１０を傾斜させてこれを蒸着またはスパッタリ
ングする。しかる後、図３（Ｂ）に示すように、光導波
路基板表面の膜をその上の光学薄膜とともに剥離除去す
る。このとき、剥離する膜として、たとえば水溶性の有
機膜等を用いれば、水洗による剥離が可能で、基板に与
える影響もほとんど考慮することなく、光学薄膜の除去
が可能となる。

【００３６】部分反射・部分透過膜１５は、光が伝搬さ
れる第１の導波路回路１４のコア層１４２、第２の導波
路回路１６のコア層１６２、第３の導波路回路１８のコ
ア層１８２と接しているように形成される。

【００３７】また、４５度半透過反射膜１５の形成に
は、空間光学系におけるハーフミラーの作製技術が利用
され得る。あるいは、部分反射・部分透過膜１５は、導
波光に対して透明な有機フィルムに光学薄膜が形成でき
る。また部分反射・部分透過膜１５は、多層干渉膜また
は金属膜で形成できる。

【００３８】溝５０の深さは、部分反射・部分透過膜１
５が第１の導波路回路１４のコア層１４２と接する位置
より深い位置である。第１の導波路回路１４の基板１４
０の途中、または、主基板１２の近傍まで溝５０が形成
されてもよい。

【００３９】その後、導波路に直角に交差点を含む矩形
状にダイシングソーを用いて、図１（Ａ）に図解した単
体の光分岐導波路を切り出す。

【００４０】その後、第１の光ファイバ５２および第２
の光ファイバ５４を用いて、各層の導波路の相互間を接
続する。第１の光ファイバ５２、第２の光ファイバ５４
の固定は、光学軸調整を終わった後、接着剤などで固定
する。これにて、光分岐導波路１０が完成する。

【００４１】なお、第１の光ファイバ５２および第２の
光ファイバ５４を接続することは本発明の光分岐導波路
において必須の要件ではない。第１の光ファイバ５２お
よび第２の光ファイバ５４を接続しないときは、それぞ
れの出力部から２分岐した光が射出されるから、光分岐
導波路は単なる１／２光分岐導波路として機能する。他
方、第１の光ファイバ５２および第２の光ファイバ５４
を接続したときは、下記に詳述するように、光分岐導波
路は１／４光分岐導波路として機能する。

【００４２】図４を参照して光分岐導波路１０における
光分岐の作用を述べる。強度Ｐで第１の導波路回路１４
の光導波路２２の側面部２２０に入射光ＩＮが入射され
ると、その入射光は光導波路２２内を伝搬されて行き、
部分反射・部分透過膜１５に到達する。部分反射・部分
透過膜１５は強度１／２で、光導波路２６に反射光と、
光導波路２４に透過光を分岐する。光導波路２６に反射
された導波されて光は光導波路２６を伝搬されて側面部
２６０から第１の光ファイバ５２に入射される。第１の
光ファイバ５２に入射された光は第３の導波路回路１８
の光導波路４２の側面分４２０を介して光導波路４２に
導波される。光導波路４２に導波された光は光導波路４
２の内部を導波されて部分反射・部分透過膜１５に到達
する。部分反射・部分透過膜１５は入射された光の強度
を１／２にして半分を光導波路４６に反射し、半分を光
導波路４４に反射する。すなわち、光導波路４６には入
射光ＩＮの強度の１／４の強度の光が導波されて、その
内部を伝搬してその側面部４６０から出力される。同様
に、光導波路４４には入射光ＩＮの強度の１／４の強度
の光が導波されて、その内部を伝搬してその側面部４４
０から出力される。光導波路２４に反射された導波され
て光は光導波路２４を伝搬されて側面部２４０から第２
の光ファイバ５４に入射される。第２の光ファイバ５４
に入射された光は第２の導波路回路１６の光導波路３２
の側面分３２０を介して光導波路３２に導波される。光
導波路３２に導波された光は光導波路２２の内部を導波
されて部分反射・部分透過膜１５に到達する。部分反射
・部分透過膜１５は入射された光の強度を１／２にして
半分を光導波路３６に反射し、半分を光導波路３４に反
射する。すなわち、光導波路３６には入射光ＩＮの強度
の１／４の強度の光が導波されて、その内部を伝搬して
その側面部３６０から出力される。同様に、光導波路３
４には入射光ＩＮの強度の１／４の強度の光が導波され
て、その内部を伝搬してその側面部３４０から出力され
る。すなわち、光分岐導波路１０は、強度Ｐの入射光Ｉ
Ｎを光導波路２２の側面部２２０に入射させると、側面
部３４０，４６０，３６０，４４０から、それぞれ強度
１／４の光を出力する。したがって、光分岐導波路１０
は１／４光分岐導波路として機能する。

【００４３】なお、予め第１の導波路回路１４、第２の
導波路回路１６、第３の導波路回路１８のシリコン基板
の側面部２６０，４２０，２４０，３２０に第１の光フ
ァイバ５２、第２の光ファイバ５４を接続するＶ溝をエ
ッチングにより形成させておくことにより、ファイバの
位置合わせ、部品作製工程減を図れ、接続工程の簡素化
が可能となる。

【００４４】工業的に生産する場合には、たとえば３イ
ンチの基板全面に、たとえば１ｍｍピッチの直交する網
状の光導波路を形成した後、その光導波路に格子の交点
を通る導波路に４５度をなす溝５０を全面に加工する。
部分反射・部分透過膜１５が溝５０の一方の側壁に形成
されるように、光分岐導波路１０の基板を傾斜させて、
多層干渉膜、金属膜等の光学薄膜を蒸着またはスパッタ
リングする。しかる後、これをダイシング用支持膜に張
りつけ、ダシシングソーで格子の中間点を通る導波路に
直角（平行）直線で切断して多数個の光分岐導波路を得
ることができる。

【００４５】上記した例の生産工程は、本素子作製の一
つの例であり、工程順に変更、接着剤の塗布方法、導波
路の材料、導波路形成方法はそれぞれの材料、目的仕様
により変更しても、本発明の主旨を損なうものではな
い。

【００４６】第１の導波路回路１４、第２の導波路回路
１６、第３の導波路回路１８の積層関係は、上述した例
示に限らず、その積層順序を変更することができる。ま
た、第１の導波路回路１４、第２の導波路回路１６、第
３の導波路回路１８における光導波路の配置を変更する
こともできる。特に、長い光導波路と短い光導波路との
交差角度を上述した９０°から変更した場合は、上述し
た光導波路の配置と変えることもできる。しかしなが
ら、部分反射・部分透過膜１５における反射およびとう
か考慮して、光導波路の交差角度と配置を決定する。

【００４７】本実施の形態によれば、３層のそれぞれの
導波路回路１４、１６、１８について、使用波長に透明
な基板１４０、１６０、１８０のそれぞれについて直線
状をなす２本の光導波路２２・２４と２６、３２・２４
と３６、４２・４４と４６を、数１０または９０°の角
度で交差させて形成し、光導波路２２・２４と光導波路
２６との交差領域を含むように、光導波路と所定の角度
をなし、深さがコア層１４２の深さ以上に設定した溝５
０を形成し、溝５０の一側壁に第１の導波路回路１４の
コア層１４２まで到達する深さの部分反射・部分透過機
能を有する光学素子１５を形成している。その結果、Ｙ
分岐導波路のように複雑なテーパ形状の光導波路部分、
大きな半径の曲線導波路部分を要せず、光出力端部は光
ファイバが接続できるように分離され、形状は従来の部
品に較べ小型になる。

【００４８】光分岐導波路１０は、従来の光分岐導波路
と比較すると、大幅の小型になる。上述した実施の形態
においては、部分反射・部分透過膜１５を形成する溝５
０の幅は約３０μｍであり、光導波路の幅が５〜１０μ
ｍであり、光ファイバ径を１２５μｍであり、３層構造
の１／光分岐導波路としたとき、その作業性を考慮して
も、１辺が１ｍｍ以下の寸法に製造できる。この寸法
は、従来の１／４光分岐導波路と比較すると、１／１０
０の寸法である。１枚の材料基板からは、二次元的な見
地から、約１／１００００倍の光分岐導波路が採れるこ
とになる。したが極限として、光分岐導波路を、接続す
る第１の光ファイバ５２、第２の光ファイバ５４の直径
に相当する１２５μｍ角の小型の部品とすることができ
る。

【００４９】本実施の形態の光分岐導波路１０は比較的
大きな交差角で製作されることから、分岐部の形状は比
較的容易に得られる。

【００５０】損失、分岐比といった部品の特性は、部分
透過・部分反射膜に依存することから、本実施の形態の
光分岐導波路１０は特性の管理が容易になる。

【００５１】光分岐導波路１０において、外部回路との
接続は、第１の光ファイバ５２、第２の光ファイバ５４
を直接接続することが可能であり、さらに、基板端面の
導波路開口に直接受光素子や発光素子を接着することも
可能である。

【００５２】本実施の形態の光分岐導波路１０は寸法が
比較的小さいことから、取り扱いを容易にするために、
この光分岐導波路１０を支えるこの基板より大きく安価
な支持基板にこの基板を固定して、その支持基板にＶ溝
を設けて光ファイバを接続したり、その支持基板に受光
素子や発光素子を固定して、導波路と固定することも可
能である。勿論、その支持基板に電気配線を設けて受発
光ユニットとすることもできる。

【００５３】本実施の形態の光分岐導波路は、基板上に
複数配置した１×Ｎの光分岐導波路回路、他の光導波路
回路と複合した光導波路回路、これに電気光学効果、圧
電効果、表面弾性波効果を利用した光機能デバイスにも
利用できる。

【００５４】本実施の形態の光分岐導波路によれば、従
来とほぼ同一のプロセスで高い収量が得られ、また設備
の一素子当たりの稼働効率が向上し、さらには歩留りを
向上でき、低コスト化を実現できる等の利点を有する。

【００５５】第２実施の形態図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して本発明の光分岐導波路の
第２実施の形態を述べる。図５（Ａ）は光分岐導波路の
平面図であり、図５（Ｂ）は側面図である。

【００５６】第２実施の形態の本光分岐導波路１０Ａ
は、図１〜図４を参照して記述した大の実施の形態の光
分岐導波路１０に対して、溝５０Ａに挿入した部分反射
・部分透過膜１７が異なる。主基板１２、第１の導波路
回路１４、第２の導波路回路１６、第３の導波路回路１
８は第１の実施の形態のものと同様である。溝５０Ａは
第１の実施の形態の溝５０と同様である。すなわち、溝
５０Ａは、第１の光導波路、たとえば、２２と、第３の
光導波路、たとえば、２６との交差領域を含むように、
これらの光導波路と４５度の角度をなし、幅が約３０μ
ｍ幅で、深さが約３０μｍである。

【００５７】溝５０Ａには、少なくとも溝５０Ａの第１
の光導波路、たとえば、２２と第３の光導波路、たとえ
ば、２６との交差領域を含むように、第１の光導波路２
２を導波された入射光の一部を透過させて第２の光導波
路２４に導波させるとともに、入射光の一部を反射して
第３の光導波路２６に導波させる部分反射・部分透過機
能を有する光学素子１７が挿入されている。

【００５８】部分反射・部分透過機能を有する光学素子
である部分反射・部分透過膜（４５度半透過反射膜）１
７は、たとえば導波光に対して透明な有機フィルムに光
学薄膜が形成されて構成され、あるいは導波光に対して
透明な無機材料からなる薄板に光学薄膜（半透過反射
膜）が形成されて構成される。

【００５９】また、部分反射・部分透過膜１７は、たと
えば多層干渉膜または金属膜により構成される。また、
部分反射・部分透過膜１７は、たとえばポリイミドフィ
ルムや硝子フィルム等に多層干渉反射膜等の光学薄膜を
蒸着、スパッタ等膜形成技術により形成することができ
る。さらに、部分反射・部分透過膜１７の形成には、空
間光学系におけるハーフミラーの作製技術が利用でき
る。

【００６０】図５（Ａ）に図解した光分岐導波路１０Ａ
における光線軌跡は、図４を参照して述べた光線軌跡と
全く同じである。

【００６１】第２の実施の形態の光分岐導波路１０Ａ
も、第１の実施の形態の光分岐導波路１０と同様の効果
を奏することができる。すなわち、従来の光分岐導波路
におけるＹ分岐導波路のように複雑なテーパ形状の光導
波路部分、大半径の曲線導波路部分を要せず、光出力端
部は光ファイバが接続できるように分離され、形状は従
来の部品に較べ小型になる。さらに本光分岐導波路は、
基板上に複数配置した１×Ｎの光分岐導波路回路、他の
光導波路回路と複合した光導波路回路、これに電気光学
効果、圧電効果、表面弾性波効果を利用した光機能デバ
イスにも利用できる。

【００６２】また本実施の形態の光分岐導波路は、従来
と略同一のプロセスで高い収量が得られ、また設備の一
素子当たりの稼働効率が向上し、さらには歩留りを向上
でき、低コスト化を実現できる等の利点を有する。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、従来の光分岐導波路に
較べ小さくでき、ひいては光導波路部品の小型化を実現
できる。本発明によれば、従来と略同一のプロセスで高
い収量が得られ、製造設備の一素子当たりの稼働効率が
向上し、低コスト化を実現できる。本発明によれば、光
分岐導波路の小型化によりプロセスの均一性の要求度
が、従来の分岐に比較して低下し、その結果歩留りが向
上し、この点でも低コスト化を実現できる。本発明の光
分岐導波路には、鋭い屈曲部、曲線部がないことから、
フォトリソグラフィ工程の加工精度が緩和され、設備の
低価格化、歩留りの向上によりコストを低減できる。本
発明の光分岐導波路は、分岐特性が導波路の複雑な形状
に依存せず、別プロセスで製作される光学薄膜に依存す
るので、特性の管理が容易で、特性の均一化、性能の向
上を図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１の実施の
形態の光分岐導波路の構成図であり、図１（Ａ）は光分
岐導波路の平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。

【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は図１（Ａ）に図解した光
分岐導波路の製造方法を図解した図である。

【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）、（Ｂ）に
図解した光分岐導波路の部分断面図である。

【図４】図４は図１（Ａ）に図解した光分岐導波路１０
における光線軌跡を説明する図である。

【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態の光分岐導波路の構成図であり、図５（Ａ）は光分
岐導波路の平面図であり、図５（Ｂ）は側面図である。

【図６】図６は従来のマッハェンダ型光変調器の平面図
である。

【図７】図７は図６に図解したマッハェンダ型光変調器
における入力導波路とＹ分岐型導波路の平面図である。

【図８】図８は図７に図解した光導波路の寸法を図解し
た図である。

【符号の説明】

１０・・光分岐導波路１２・・主基板１４・・第１の導波路回路１４０・・基板１４１・・クラッド層１４２・・コア層１４３・・クラッド層２２，２４，２６・・光導波路２８・・交点１５・・部分反射・部分透過膜１６・・第２の導波路回路１６０・・基板１６１・・クラッド層１６２・・コア層１６３・・クラッド層３２，３４，３６・・光導波路３８・・交点１７・・部分反射・部分透過膜１８・・第３の導波路回路１８０・・基板１８１・・クラッド層１８２・・コア層１８３・・クラッド層４２，４４，４６・・光導波路４８・・交点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導波路回路（１４）、第２の導波路
回路（１６）および第３の導波路回路（１８）が積層さ
れた光分岐導波路であって、前記第１の導波路回路（１４）は、基板（１４０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（２２，２
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（２６）
とを有し、前記第２の導波路回路（１６）は、基板（１６０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（３２，３
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（３６）
とを有し、前記第３の導波路回路（１８）は、基板（１８０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（４２，４
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（４６）
とを有し、前記第１の導波路回路、前記第２の導波路回路および前
記第３の導波路回路が積層されたとき、前記それぞれの
第１の光導波路と第２の光導波路との交差部が一直線並
ぶように、前記前記第１の導波路回路、前記第２の導波
路回路および前記第３の導波路回路におけるそれぞれの
光導波路が配置され、前記それぞれの第１の光導波路と第２の光導波路との交
差部を通って、所定の幅および所定の深さの溝（５０）
が形成され、該溝の一方の側面に、前記第１の導波路回路、第２の導
波路回路および第３の導波路回路の前記それぞれの光導
波路の一方から導波された光を一部は透過させて光が導
波されてきた光導波路の延長上にある光導波路に導き、
他を反射させて前記光が導波されてきた光導波路と所定
の交差角度をなす光導波路に導波する光学素子（１５）
とを有する光分岐導波路。
【請求項２】第１の導波路回路（１４）、第２の導波路
回路（１６）および第３の導波路回路（１８）が積層さ
れた光分岐導波路であって、前記第１の導波路回路（１４）は、基板（１４０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（２２，２
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（２６）
とを有し、前記第２の導波路回路（１６）は、基板（１６０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（３２，３
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（３６）
とを有し、前記第３の導波路回路（１８）は、基板（１８０）と、
該基板に直線状に形成された第１の光導波路（４２，４
４）と、前記基板に前記第１の光導波路と所定の交差角
度を持って直線状に形成された第２の光導波路（４６）
とを有し、前記第１の導波路回路、前記第２の導波路回路および前
記第３の導波路回路が積層されたとき、前記それぞれの
第１の光導波路と第２の光導波路との交差部が一直線並
ぶように、前記前記第１の導波路回路、前記第２の導波
路回路および前記第３の導波路回路におけるそれぞれの
光導波路が配置され、前記それぞれの第１の光導波路と第２の光導波路との交
差部を通って、所定の幅および所定の深さの溝（５０）
が形成され、該溝の内部に挿入された、前記第１の導波路回路、第２
の導波路回路および第３の導波路回路の前記それぞれの
光導波路の一方から導波された光を一部は透過させて光
が導波されてきた光導波路の延長上にある光導波路に導
き、他を反射させて前記光が導波されてきた光導波路と
所定の交差角度をなす光導波路に導波する光学素子（１
７）とを有する光分岐導波路。
【請求項３】前記ある層の導波路回路から出射された光
を他の層の導波路回路の光導波路に導く光ファイバが接
続されている、請求項１または２記載の光分岐導波路。
【請求項４】前記光学素子は、導波光に対して透明な有
機フィルムに光学薄膜が形成されて構成されている、請
求項１〜３のいずれか記載の光分岐導波路。
【請求項５】前記光学薄膜は、多層干渉膜または金属膜
である、請求項１〜３のいずれか記載の光分岐導波路。
【請求項６】前記光学素子の光を透過および反射させる
光分岐比が１：１である請求項１〜５のいずれかに記載
の光分岐導波路。