JP2003084152A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信システム
に用いられる光スイッチ等の光デバイスに関し、特に、
導波光のモード変換を行って、光出射部における他の光
デバイスに対する確実なモード伝達と高い結合効率を実
現する光デバイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device such as an optical switch used in an optical communication system, and in particular,
The present invention relates to an optical device that performs mode conversion of guided light to realize reliable mode transmission and high coupling efficiency with respect to other optical devices in a light emitting portion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近時の光通信システムにおいて、１本の
光導波路に多くの異なる波長の情報を送信する波長多重
伝送方式の発展に伴い、その周辺技術である光分波器、
光合波器、光スイッチ、可変光減衰器および光変調器等
の光デバイスへの技術的進歩に対する期待が益々高まっ
ている。これらの光デバイスに要求される条件として
は、高い動作効率、低挿入損失および良好な消光比特性
等の機能的条件に加え、低コスト等の経済的要件が必要
である。2. Description of the Related Art In recent optical communication systems, with the development of a wavelength division multiplexing transmission system for transmitting information of many different wavelengths to one optical waveguide, an optical demultiplexer, which is a peripheral technology thereof,
Expectations for technological advances in optical devices such as optical multiplexers, optical switches, variable optical attenuators, and optical modulators are increasing. Conditions required for these optical devices include not only functional conditions such as high operation efficiency, low insertion loss and good extinction ratio characteristics, but also economical requirements such as low cost.
【０００３】例えば、任意の断面形状を有する導波光
を、異なる断面形状の導波光にモード変換するような、
異なる固有モードを有する光デバイス同士を結合する光
デバイスとして、モード変換光導波路がある。この光デ
バイス１００は、図１３および図１４に示すように、ク
ラッド層１０２とコア層１０４とから構成される。そし
て、前記コア層１０４は、導波光が入力される光入射部
１０４ａと、導波光のモード変換を行う光制御部１０４
ｂと、該光制御部１０４ｂでモード変換された導波光を
出力する光出射部１０４ｃとから構成される。そして、
図１４に示すように、前記光デバイス１００は、基板１
０６の表面に形成され、前記光制御部１０４ｂの縦方向
は、導波光の進行方向に対してテーパ状に形成されてい
る。従って、光入射部１０４ａから導波光を入力する
と、該導波光は光制御部１０４ｂにおいて、伝送損失を
できる限り発生させないようにモード変換され、光出射
部１０４ｃを通じて外部に出力されることとなる。For example, mode conversion of guided light having an arbitrary sectional shape into guided light having a different sectional shape,
A mode conversion optical waveguide is an optical device that couples optical devices having different eigenmodes. As shown in FIGS. 13 and 14, the optical device 100 is composed of a clad layer 102 and a core layer 104. The core layer 104 includes a light incident unit 104a to which guided light is input and a light control unit 104 that performs mode conversion of guided light.
b and a light emitting unit 104c for outputting the guided light whose mode is converted by the light control unit 104b. And
As shown in FIG. 14, the optical device 100 includes a substrate 1
The light control portion 104b is formed on the surface of No. 06, and the longitudinal direction of the light control portion 104b is tapered with respect to the traveling direction of the guided light. Therefore, when the guided light is input from the light incident unit 104a, the guided light is mode-converted in the light control unit 104b so that the transmission loss is not generated as much as possible, and is output to the outside through the light emitting unit 104c.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記光制御
部１０４ｂを形成する従来技術としては、選択成長法と
プレーナ法とがある。選択成長法は、所望の場所を選択
的に結晶成長させる方法であり、微細な光デバイスの形
成および縦方向への光デバイスの形成には有利な方法で
ある。しかしながら、この方法では、選択成長の対象と
なる光デバイスおよび基板と、選択成長を決定づけるマ
スクとを構成する材料が制約されるので、特定の材料か
ら構成される光デバイスしか製造できない。また、場所
によって結晶成長速度が異なるため、不均一な薄膜が形
成される可能性があり、導波光の散乱損失は大きくな
る。一方、プレーナ法は、プレーナ構造である光デバイ
スを容易に作製できる特徴を有しているが、前記光制御
部１０４ｂを構成するには、クラッド層１０２およびコ
ア層１０４を積層構造で形成するため、露光処理、現像
処理およびエッチング処理を繰り返し行う必要があり、
その作製工程が複雑になるとともに、長時間にわたる作
製工程を要する。さらに、マスクパターンの位置決めも
難しいため、光デバイス１００の歩留まりが低下し、製
造コストが増加する可能性もある。By the way, as a conventional technique for forming the light control portion 104b, there are a selective growth method and a planar method. The selective growth method is a method of selectively growing crystals at desired locations, and is an advantageous method for forming fine optical devices and for forming optical devices in the vertical direction. However, with this method, the materials that form the optical device and the substrate that are the targets of selective growth and the mask that determines the selective growth are limited, so that only optical devices composed of a specific material can be manufactured. In addition, since the crystal growth rate varies depending on the location, a non-uniform thin film may be formed, and the scattering loss of guided light increases. On the other hand, the planar method has a feature that an optical device having a planar structure can be easily manufactured. However, in order to form the light control section 104b, the cladding layer 102 and the core layer 104 are formed in a laminated structure. , It is necessary to repeat the exposure process, the development process and the etching process,
The manufacturing process becomes complicated and requires a long manufacturing process. Further, since it is difficult to position the mask pattern, the yield of the optical device 100 may be reduced and the manufacturing cost may be increased.
【０００５】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、光デバイスにおけるモード変換効率の向
上と、光出射部における他の光デバイスに対する結合効
率の向上をともに実現させることができる光デバイスを
提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to improve both the mode conversion efficiency of an optical device and the coupling efficiency of another optical device in the light emitting portion. It is intended to provide an optical device.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る光デバイ
スは、基板に形成されたクラッド層と、該クラッド層内
に形成されたコア層から構成される光デバイスにおい
て、前記コア層は導波光が入力される光入射部と、前記
導波光のモード変換を行う光制御部と、該光制御部から
の導波光が出力される光出射部とから構成される光導波
路であり、前記光制御部は、単一の層で形成され、かつ
層厚が導波光の進行方向に対応して徐々に変化する光導
波路であることを特徴とする。An optical device according to the present invention is an optical device comprising a clad layer formed on a substrate and a core layer formed in the clad layer, wherein the core layer is a guided light. Is a light incident part to which is input, a light control part that performs mode conversion of the guided light, and a light emitting part that outputs the guided light from the light control part. The portion is an optical waveguide formed of a single layer and having a layer thickness that gradually changes according to the traveling direction of the guided light.
【０００７】導波光の進行方向に対して、光制御部の層
厚を徐々に変化させることで、導波光の放射損失を発生
させることなく、モード変換を行うことができる。従っ
て、モードの異なる光デバイス同士を容易に結合するこ
とができる。なお、層厚を徐々に変化する構造として
は、例えば、階段状やテーパ状の構造等を選択すること
ができる。Mode conversion can be performed without causing radiation loss of the guided light by gradually changing the layer thickness of the light control portion with respect to the traveling direction of the guided light. Therefore, it is possible to easily couple optical devices having different modes. As the structure in which the layer thickness is gradually changed, for example, a stepped structure or a tapered structure can be selected.
【０００８】また、前記光制御部は、導波光の基板に垂
直方向のモードサイズについてのモード変換を行う光導
波路である。基板に垂直方向のモードサイズについての
モード変換を行うことによって、波長多重伝送方式の光
通信システムにおけるモード変換用の光デバイスとして
利用することができる。例えば、ファブリ・ペロー形半
導体レーザからの導波光をモード変換し、単一モード光
ファイバへ結合するモード変換用の光デバイスとして利
用するとよい。Further, the light control section is an optical waveguide for performing mode conversion on the mode size of the guided light in the direction perpendicular to the substrate. By performing mode conversion of the mode size in the vertical direction on the substrate, it can be used as an optical device for mode conversion in an optical communication system of wavelength division multiplexing system. For example, it may be used as an optical device for mode conversion in which guided light from a Fabry-Perot type semiconductor laser is mode-converted and coupled into a single-mode optical fiber.
【０００９】また、前記光制御部における層厚変化は、
コア層またはクラッド層を形成するための露光処理、現
像処理およびエッチング処理を含む１回の成膜工程で形
成される。１回の成膜工程で形成されることから、製造
工程が単純化され、光デバイスの作製工程を短縮するこ
とができる。また、露光前に行う位置合わせ作業の負担
も軽減できる。従って、製造された光デバイスの歩留ま
りは激減し、製造コストの低減を実現できる。他方、露
光処理、現像処理およびエッチング処理を１回の工程で
行うことによって、光制御部における結晶の均一性と稠
密性が確保できるとともに格子欠陥等の結晶欠陥も激減
し、伝送効率の高い光導波路が実現できる。特に、非常
に均一な薄膜を、均一速度で成長させるエピタキシャル
成長法を用いれば、より好適な光デバイスを実現でき
る。The change in layer thickness in the light control section is
It is formed by a single film forming process including an exposure process, a development process and an etching process for forming the core layer or the clad layer. Since it is formed in one film forming step, the manufacturing process is simplified and the manufacturing process of the optical device can be shortened. Also, the burden of the alignment work performed before exposure can be reduced. Therefore, the yield of manufactured optical devices is drastically reduced, and the manufacturing cost can be reduced. On the other hand, by performing the exposure process, the development process and the etching process in a single step, it is possible to secure the uniformity and the denseness of the crystal in the light control unit, and the crystal defects such as lattice defects are drastically reduced, so that the optical transmission with high transmission efficiency can be achieved. Waveguide can be realized. Particularly, by using an epitaxial growth method for growing a very uniform thin film at a uniform rate, a more suitable optical device can be realized.
【００１０】なお、本発明に係る光デバイスを構成する
材料は、該光デバイスの製造方法によって制約を受ける
ことはない。すなわち、基板を構成する材料としては、
シリコンウエハー、水晶、アルミナセラミック等、熱伝
導率の高い材料が用いられる。クラッド層を構成する材
料としては、石英ガラス、プラスチック等が使用され
る。同様に、コア層を構成する材料には、石英ガラス、
プラスチック等が好適に使用される。The material forming the optical device according to the present invention is not restricted by the manufacturing method of the optical device. That is, as the material for forming the substrate,
Materials having high thermal conductivity such as silicon wafer, crystal, and alumina ceramic are used. Quartz glass, plastic, or the like is used as a material forming the clad layer. Similarly, the material constituting the core layer, quartz glass,
Plastic or the like is preferably used.
【００１１】さらに、前記層厚の変化は、コア層または
クラッド層の成膜工程における露光量の局所変化に依存
している。これは、露光量（＝露光強度×露光時間）を
場所によって変化させることで、現像処理後のレジスト
厚を所望の厚さに調整するとともに、その後に行われる
エッチング工程において、所定のクラッド層またはコア
層を形成し、効果的なモード変換を実現できる光導波路
を作製するためである。例えば、露光量が大きい場合に
は、レジスト厚は小さくなるため、クラッド層またはコ
ア層は深い位置までエッチングされる。一方、露光量が
小さい場合には、レジスト厚は大きくなるため、クラッ
ド層またはコア層は浅い位置でエッチングされるに留ま
る。Further, the change of the layer thickness depends on the local change of the exposure amount in the film forming process of the core layer or the clad layer. This is because the exposure amount (= exposure intensity × exposure time) is changed depending on the location to adjust the resist thickness after the development process to a desired thickness, and in a subsequent etching step, a predetermined clad layer or This is because the core layer is formed and an optical waveguide capable of realizing effective mode conversion is manufactured. For example, when the exposure amount is large, the resist thickness is small, so that the clad layer or the core layer is etched to a deep position. On the other hand, when the exposure amount is small, the resist thickness becomes large, so that the cladding layer or core layer is only etched at a shallow position.
【００１２】また、前記露光量の局所変化は、前記光デ
バイスのマスク上に配置したフィルターによる光透過量
の調整によって行う。また、パターンの異なる複数枚の
マスクを使用しても、前記露光量の局所変化を実現でき
る。さらに、単一のマスクを使用し、該マスクの設置位
置をずらしながら行っても、該光制御部を作製すること
ができる。上記したいずれの方法も用いても、露光処
理、現像処理およびエッチング処理を含む１回の成膜工
程で、コア層における前記光制御部を形成することがで
きる。Further, the local change of the exposure amount is carried out by adjusting the light transmission amount by a filter arranged on the mask of the optical device. Further, even if a plurality of masks having different patterns are used, the local change of the exposure amount can be realized. Further, the light control section can be manufactured by using a single mask and shifting the installation position of the mask. Even if any of the above-mentioned methods is used, the light control section in the core layer can be formed by a single film-forming step including an exposure process, a development process and an etching process.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光デバイスを
導波光のモード変換器に適用した実施の形態例を、図１
〜図１２Ｄを参照しながら説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments in which an optical device according to the present invention is applied to a mode converter for guided light will be described below with reference to FIG.
-It demonstrates, referring FIG. 12D.
【００１４】まず、第１の実施の形態に係る光デバイス
１０Ａは、図１に示すように、基板１２と、該基板１２
上に形成されたクラッド層１４と、該クラッド層１４に
包含された光導波路であるコア層１６とを有して構成さ
れている。First, an optical device 10A according to the first embodiment has a substrate 12 and a substrate 12 as shown in FIG.
The clad layer 14 formed above and the core layer 16 which is an optical waveguide contained in the clad layer 14 are configured.
【００１５】コア層１６は図１に示すように、入力光Ｐ
ｉｎが入力される光入射部１６ａと、前記入力光Ｐｉｎ
のモード変換を行う光制御部１６ｂと、制御された光を
出力光Ｐｏｕｔとして出力する光出射部１６ｃとを有す
る。なお、前記光制御部１６ｂの層幅は導波光の進行方
向に対応して徐々に狭小となるように形成されている。As shown in FIG. 1, the core layer 16 receives the input light P
light input unit 16a to which in is input, and the input light Pin
The light control unit 16b that performs the mode conversion and the light emission unit 16c that outputs the controlled light as the output light Pout. The layer width of the light control portion 16b is formed so as to gradually narrow in correspondence with the traveling direction of the guided light.
【００１６】ここで、光デバイス１０Ａの各部を構成す
る材質について説明する。コア層１６は導波光を通過で
きるものであればよく、石英ガラス、プラスチック等が
好適に使用される。クラッド層１４は、コア層１６の導
波光に対して大きな光閉じ込め効果を奏する、コア層１
６より屈折率の低い材質であればよく、石英ガラス、プ
ラスチック等が好適に使用される。Here, the materials constituting each part of the optical device 10A will be described. The core layer 16 only needs to be able to pass the guided light, and quartz glass, plastic, or the like is preferably used. The clad layer 14 has a large optical confinement effect on the guided light of the core layer 16, and the core layer 1
A material having a lower refractive index than 6 may be used, and quartz glass, plastic, or the like is preferably used.
【００１７】そして、前記光制御部１６ｂの層厚は、図
２に示すように、導波光の進行方向に対して階段状に大
きくなるような構成となっている。As shown in FIG. 2, the layer thickness of the light control portion 16b is configured to increase stepwise with respect to the traveling direction of the guided light.
【００１８】次に、この第１の実施の形態に係る光デバ
イス１０Ａの製造方法について、図３Ａ〜図６Ｄを参照
しながら説明する。なお、図３Ａ〜図４Ｄは、光デバイ
スの製造過程を縦断面にて示す工程図であり、図５Ａ〜
図６Ｄは、光デバイスの製造過程を上面から見て示す工
程図である。Next, a method of manufacturing the optical device 10A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 6D. 3A to 4D are process diagrams showing the manufacturing process of the optical device in a vertical cross section.
FIG. 6D is a process diagram showing the manufacturing process of the optical device as viewed from above.
【００１９】まず、図３Ａおよび図５Ａに示すように、
基板１２を用意する。その後、基板１２の表面に、第１
クラッド層１４ａをスクリーン印刷法やエピタキシャル
成長法等により積層する。First, as shown in FIGS. 3A and 5A,
The substrate 12 is prepared. Then, on the surface of the substrate 12, the first
The clad layer 14a is laminated by a screen printing method, an epitaxial growth method, or the like.
【００２０】次いで、図３Ｂおよび図５Ｂに示すよう
に、前記第１クラッド層１４ａの表面上にレジスト層１
８を例えばスクリーン印刷法等により積層する。Then, as shown in FIGS. 3B and 5B, the resist layer 1 is formed on the surface of the first cladding layer 14a.
8 are laminated by, for example, a screen printing method.
【００２１】その後、図３Ｃおよび図５Ｃに示すよう
に、レジスト層１８の表面を露光する。前記露光は場所
ごとに露光量を変えて行う。すなわち、レジスト層１８
のうち、領域１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄに対
して露光量Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ（Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ）でそ
れぞれ同時に露光する。レジスト層１８に対する露光範
囲（露光領域）は、後に形成されるコア層１６のパター
ンとほぼ合致しており、導波光の光出射部１６ｃに向か
って徐々に導波路幅が狭くなるようなテーパ状とされて
いる。Thereafter, as shown in FIGS. 3C and 5C, the surface of the resist layer 18 is exposed. The exposure is performed by changing the exposure amount for each place. That is, the resist layer 18
Of these, the regions 18a, 18b, 18c and 18d are simultaneously exposed with exposure amounts A, B, C and D (A <B <C <D). The exposure range (exposure region) for the resist layer 18 substantially matches the pattern of the core layer 16 to be formed later, and has a tapered shape in which the waveguide width gradually narrows toward the light emitting portion 16c of the guided light. It is said that.
【００２２】次いで、図３Ｄおよび図５Ｄに示すよう
に、現像処理により、前記レジスト層１８の所定部分を
除去して、レジストマスク２０を形成する。このとき、
前記レジストマスク２０は、前記領域１８ａ、１８ｂ、
１８ｃおよび１８ｄが露光量に応じて除去され、それぞ
れ厚みが異なった段差２０ａ、２０ｂおよび２０ｃ、２
０ｄとして形成される。Next, as shown in FIGS. 3D and 5D, a predetermined portion of the resist layer 18 is removed by a development process to form a resist mask 20. At this time,
The resist mask 20 includes the regions 18a, 18b,
18c and 18d are removed according to the amount of exposure, and steps 20a, 20b and 20c, 2 having different thicknesses are provided.
It is formed as 0d.
【００２３】次いで、図３Ｅおよび図５Ｅに示すよう
に、前記レジストマスク２０を、例えばドライエッチン
グ法により除去して第１クラッド層１４ａとする。その
後、図４Ａおよび図６Ａに示すように、第１クラッド層
１４ａの表面に残存しているレジストマスク２０を剥離
する。Next, as shown in FIGS. 3E and 5E, the resist mask 20 is removed by, for example, a dry etching method to form a first cladding layer 14a. Then, as shown in FIGS. 4A and 6A, the resist mask 20 remaining on the surface of the first cladding layer 14a is removed.
【００２４】次いで、図４Ｂおよび図６Ｂに示すよう
に、第１クラッド層１４ａの表面にコア層１６をスクリ
ーン印刷法、あるいはエピタキシャル成長法やＣＶＤ法
等により形成する。Next, as shown in FIGS. 4B and 6B, the core layer 16 is formed on the surface of the first cladding layer 14a by a screen printing method, an epitaxial growth method, a CVD method or the like.
【００２５】次いで、図４Ｃおよび図６Ｃに示すよう
に、露光処理、現像処理およびエッチング処理によっ
て、光出射部１６ｃに向かって徐々に導波路幅が狭くな
るテーパ状のコア層１６を、第１クラッド層１４ａの表
面に形成する。すなわち、前記露光処理においては、図
示しないレジスト層を、コア層１６の表面にスクリーン
印刷法等で積層した後、該レジスト層の表面を露光す
る。なお、テーパ状のコア層１６のパターンを形成する
ために、前記露光は場所ごとに露光量を変えて行う。す
なわち、前記レジスト層に対する露光範囲（露光領域）
をコア層１６のパターンに合わせる。Next, as shown in FIGS. 4C and 6C, the tapered core layer 16 in which the waveguide width gradually narrows toward the light emitting portion 16c is formed by the exposure process, the development process, and the etching process. It is formed on the surface of the clad layer 14a. That is, in the exposure process, a resist layer (not shown) is laminated on the surface of the core layer 16 by a screen printing method or the like, and then the surface of the resist layer is exposed. In addition, in order to form the pattern of the tapered core layer 16, the exposure is performed by changing the exposure amount for each place. That is, the exposure range (exposure area) for the resist layer
To the pattern of the core layer 16.
【００２６】次いで、前記現像処理では、前記レジスト
層の所定部分を除去して、図示しないレジストマスクを
形成する。次いで、コア層１６のうち、図示しないレジ
ストマスクから露出する部分を例えばドライエッチング
法により除去してテーパ状のコア層１６を形成する。そ
の後、図４Ｃおよび図６Ｃに示すように、コア層１６の
表面に残存しているレジストマスクを剥離する。Next, in the developing process, a predetermined portion of the resist layer is removed to form a resist mask (not shown). Then, a portion of the core layer 16 exposed from a resist mask (not shown) is removed by, for example, a dry etching method to form a tapered core layer 16. Then, as shown in FIGS. 4C and 6C, the resist mask remaining on the surface of the core layer 16 is removed.
【００２７】その後、図４Ｄおよび図６Ｄに示すよう
に、コア層１６の表面に第２クラッド層１４ｂをスクリ
ーン印刷法やエピタキシャル成長法等により形成し、所
望の光デバイス１０Ａが得られる。なお、従来技術とは
異なり、上記した製造工程は、該光デバイス１０Ａを構
成する材料に制約を課さないため、エピタキシャル成長
法も選択できる。Thereafter, as shown in FIGS. 4D and 6D, the second cladding layer 14b is formed on the surface of the core layer 16 by a screen printing method, an epitaxial growth method or the like, and the desired optical device 10A is obtained. Note that, unlike the conventional technique, the above-mentioned manufacturing process does not impose any restriction on the material forming the optical device 10A, and therefore the epitaxial growth method can also be selected.
【００２８】次に、このようにして製作された光デバイ
ス１０Ａの動作について説明する。Next, the operation of the optical device 10A thus manufactured will be described.
【００２９】光入射部１６ａから入力された入力光Ｐｉ
ｎは、光制御部１６ｂにおいてモード変換され、モード
変換された導波光が光出射部１６ｃから出力光Ｐｏｕｔ
として出力される。ここで、導波光の進行方向に沿って
前記光制御部１６ｂの層厚は階段状に大きくなるため、
導波光の閉じ込め厚が変化し、基板１２に垂直方向のモ
ードサイズのモード変換が行われる。従って、第１の実
施の形態に係る光デバイス１０Ａは、光入射部１６ａお
よび光出射部１６ｃに接続される他の光デバイスのモー
ドに応じて、入射される導波光の基板１２に垂直方向の
モードサイズを制御することが可能である。なお、レー
ザダイオードのように水平方向に長い楕円形の出射光モ
ード形状を有する光デバイス、または光ファイバのよう
に円形または楕円形の導波光モード形状を有する光デバ
イス等に接続してモード変換を行う場合、前記光デバイ
ス１０Ａの光入射部１６ａにおける導波光モード形状お
よび光出射部１６ｃにおける導波光モード形状を上記し
た光デバイスの光モード形状に合わせることによって、
結合効率が向上することは勿論である。また、前記光制
御部１６ｂの形状についても、本実施の形態で示した階
段状の構造に限定されることはなく、テーパ構造等を選
択してもモード変換が行えることは勿論である。Input light Pi input from the light incident portion 16a
n is mode-converted in the light control unit 16b, and the mode-converted guided light is output light Pout from the light emitting unit 16c.
Is output as. Here, since the layer thickness of the light control unit 16b increases stepwise along the traveling direction of the guided light,
The confined thickness of the guided light changes, and mode conversion of the mode size in the vertical direction is performed on the substrate 12. Therefore, in the optical device 10A according to the first embodiment, the guided light incident on the substrate 12 in the direction perpendicular to the substrate 12 is incident depending on the mode of another optical device connected to the light incident portion 16a and the light emitting portion 16c. It is possible to control the mode size. Note that mode conversion is performed by connecting to an optical device such as a laser diode having a horizontally long elliptical emission light mode shape, or an optical device such as an optical fiber having a circular or elliptical guided light mode shape. When performing, by adjusting the guided light mode shape in the light incident portion 16a and the guided light mode shape in the light emitting portion 16c of the optical device 10A to the optical mode shape of the above optical device,
Of course, the coupling efficiency is improved. Further, the shape of the light control unit 16b is not limited to the stepwise structure shown in the present embodiment, and it goes without saying that mode conversion can be performed even if a taper structure or the like is selected.
【００３０】次に、第２の実施の形態に係る光デバイス
１０Ｂについて、図５Ａ〜図６Ｄを参照しながら説明す
る。この光デバイス１０Ｂは、光デバイス１０Ａと同じ
く基板１２と、該基板１２上に形成されたクラッド層１
４と、該クラッド層１４に包含された光導波路であるコ
ア層１６とを有して構成されており、光制御部１６ｂの
構造も図８に示すように、導波光の進行方向に伴い、そ
の層厚は階段状に大きくなる。Next, an optical device 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5A to 6D. This optical device 10B is similar to the optical device 10A in that it includes a substrate 12 and a cladding layer 1 formed on the substrate 12.
4 and a core layer 16 which is an optical waveguide contained in the clad layer 14, and the structure of the light control section 16b is, as shown in FIG. The layer thickness increases stepwise.
【００３１】次に、この第２の実施の形態に係る光デバ
イス１０Ｂの製造方法について、図９Ａ〜図１２Ｄを参
照しながら説明する。なお、図９Ａ〜図１０Ｄは、光デ
バイスの製造過程を縦断面にて示す工程図であり、図１
１Ａ〜図１２Ｄは、光デバイスの製造過程を上面から見
て示す工程図である。Next, a method of manufacturing the optical device 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 12D. 9A to 10D are process diagrams showing the manufacturing process of the optical device in a vertical cross section.
1A to 12D are process diagrams showing a manufacturing process of an optical device as viewed from above.
【００３２】まず、図９Ａおよび図１１Ａに示すよう
に、基板１２を用意する。その後、基板１２の表面に、
第１クラッド層１４ａをスクリーン印刷法やエピタキシ
ャル成長法等により積層する。First, the substrate 12 is prepared as shown in FIGS. 9A and 11A. After that, on the surface of the substrate 12,
The first cladding layer 14a is laminated by a screen printing method, an epitaxial growth method, or the like.
【００３３】次いで、図９Ｂおよび図１１Ｂに示すよう
に、前記第１クラッド層１４ａの表面に、コア層１６を
例えばスクリーン印刷法やエピタキシャル成長法等によ
り積層する。Next, as shown in FIGS. 9B and 11B, the core layer 16 is laminated on the surface of the first cladding layer 14a by, for example, a screen printing method or an epitaxial growth method.
【００３４】次いで、図９Ｃおよび図１１Ｃに示すよう
に、前記コア層１６の表面にレジスト層１８を例えばス
クリーン印刷法等により積層する。Next, as shown in FIGS. 9C and 11C, a resist layer 18 is laminated on the surface of the core layer 16 by a screen printing method or the like.
【００３５】その後、図９Ｄおよび図１１Ｄに示すよう
に、レジスト層１８の表面を露光する。前記露光は場所
ごとに露光量を変えて行う。すなわち、レジスト層１８
のうち、領域１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ
に対して露光量Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩ（Ｅ＞Ｆ＞Ｇ＞
Ｈ＞Ｉ）でそれぞれ同時に露光する。レジスト層１８に
対する露光範囲（露光領域）は、後に形成されるコア層
１６のパターンとほぼ合致しており、導波光の光出射部
１６ｃに向かって徐々に導波路幅が狭くなるようなテー
パ状とされている。Thereafter, as shown in FIGS. 9D and 11D, the surface of the resist layer 18 is exposed. The exposure is performed by changing the exposure amount for each place. That is, the resist layer 18
Of the areas 18e, 18f, 18g, 18h, 18i
Exposure doses E, F, G, H and I (E>F>G>
H> I) and expose simultaneously. The exposure range (exposure region) for the resist layer 18 substantially matches the pattern of the core layer 16 to be formed later, and has a tapered shape in which the waveguide width gradually narrows toward the light emitting portion 16c of the guided light. It is said that.
【００３６】次いで、図１０Ａおよび図１２Ａに示すよ
うに、現像処理により、前記レジスト層１８の所定部分
を除去して、レジストマスク２０を形成する。このと
き、前記レジストマスク２０は、前記領域１８ｅ、１８
ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉが露光量に応じて除去さ
れ、それぞれ厚みが異なった段差２０ｅ、２０ｆ、２０
ｇ、２０ｈ、２０ｉとして形成される。Next, as shown in FIGS. 10A and 12A, a predetermined portion of the resist layer 18 is removed by a development process to form a resist mask 20. At this time, the resist mask 20 is formed on the regions 18e and 18e.
f, 18g, 18h, and 18i are removed according to the amount of exposure, and the steps 20e, 20f, and 20 have different thicknesses.
g, 20h, 20i.
【００３７】次いで、図１０Ｂおよび図１２Ｂに示すよ
うに、前記レジストマスク２０を、例えばドライエッチ
ング法により除去してコア層１６を形成する。Next, as shown in FIGS. 10B and 12B, the resist mask 20 is removed by, for example, a dry etching method to form a core layer 16.
【００３８】その後、図１０Ｃおよび図１２Ｃに示すよ
うに、コア層１６の表面に残存しているレジストマスク
２０を剥離する。Thereafter, as shown in FIGS. 10C and 12C, the resist mask 20 remaining on the surface of the core layer 16 is removed.
【００３９】次いで、図１０Ｄおよび図１２Ｄに示すよ
うに、コア層１６および第１クラッド層１４ａの表面に
第２クラッド層１４ｂをスクリーン印刷法、あるいはエ
ピタキシャル成長法やＣＶＤ法等により形成し、所望の
光デバイス１０Ｂが得られる。なお、第１の実施の形態
と同様に、上記した製造工程は、該光デバイス１０Ｂを
構成する材料に制約を課さないため、エピタキシャル成
長法も選択できる。Next, as shown in FIGS. 10D and 12D, a second clad layer 14b is formed on the surfaces of the core layer 16 and the first clad layer 14a by a screen printing method, an epitaxial growth method, a CVD method, or the like, and a desired layer is formed. The optical device 10B is obtained. As in the case of the first embodiment, the above-mentioned manufacturing process does not impose a restriction on the material forming the optical device 10B, and therefore the epitaxial growth method can also be selected.
【００４０】このようにして作製された光デバイス１０
Ｂの動作は、第１の実施形態に係る光デバイス１０Ａと
同様に、入力された入力光Ｐｉｎを前記光制御部１６ｂ
においてモード変換し、出力光Ｐｏｕｔとして出力す
る。The optical device 10 thus manufactured
The operation of B is similar to that of the optical device 10A according to the first embodiment, in that the input light Pin that has been input is input to the optical control unit 16b.
In, the mode is converted and output as output light Pout.
【００４１】そして、第２の実施の形態に係る光デバイ
ス１０Ｂは、露光・現像・エッチングの工程をコア層１
６に対して実施するため、コア層１６、特に光制御部１
６ｂにおける結晶の均一性と稠密性が確保できるととも
に、格子欠陥等が激減し、第１の実施の形態に係る光デ
バイス１０Ａよりもさらに伝送効率の高い光デバイス１
０Ｂが実現できる。また、従来技術で必要な露光時にお
ける位置合わせを削減あるいは簡単化できるため、工程
が単純化し、製品の歩留まりを向上させることができ、
その結果、製造コストも低減できる。In the optical device 10B according to the second embodiment, the steps of exposure, development and etching are performed in the core layer 1.
6 for the core layer 16, especially the light control unit 1.
The optical device 1 having a higher transmission efficiency than the optical device 10A according to the first embodiment, in which the crystal uniformity and the denseness in 6b can be ensured and the lattice defects and the like are drastically reduced.
OB can be realized. Further, since the alignment required at the time of exposure required in the conventional technique can be reduced or simplified, the process can be simplified and the product yield can be improved.
As a result, the manufacturing cost can be reduced.
【００４２】前記露光量の局所変化は、レジストマスク
上に配置した例えば光学フィルターによる光透過量の調
整によって行うことができる。あるいは、パターンの異
なる複数枚のマスクを使用しても、前記露光量の局所変
化を実現できる。さらに、単一のマスクを使用し、該マ
スクの設置位置をずらしながら行っても、該光制御部を
作製することができる。上記したいずれの方法を用いて
も、露光処理、現像処理およびエッチング処理を含む１
回の成膜工程で、コア層における前記光制御部を形成す
ることができる。The local change of the exposure amount can be performed by adjusting the light transmission amount by, for example, an optical filter arranged on the resist mask. Alternatively, the local change of the exposure amount can be realized by using a plurality of masks having different patterns. Further, the light control section can be manufactured by using a single mask and shifting the installation position of the mask. Even if any of the above-mentioned methods is used, it includes an exposure process, a development process and an etching process.
The light control section in the core layer can be formed by a single film forming step.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光デ
バイスによれば、導波光を効率よくモード変換すること
ができ、異なる固有モードを有する光デバイス同士が容
易に結合されるので、結合効率の高い光デバイスが実現
できる。As described above, according to the optical device of the present invention, guided light can be efficiently mode-converted, and optical devices having different eigenmodes can be easily coupled to each other. A highly efficient optical device can be realized.
【図１】第１の実施の形態に係る光デバイスを示す平面
図である。FIG. 1 is a plan view showing an optical device according to a first embodiment.
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線上の断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図３】光デバイスの製造工程（その１）を示す図であ
り、図３Ａは第１クラッド層の積層を示す工程図、図３
Ｂはレジスト塗布を示す工程図、図３Ｃはレジストへの
露光を示す工程図、図３Ｄはレジストの現像を示す工程
図、図３Ｅは第１クラッド層へのエッチングを示す工程
図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process (No. 1) of the optical device, and FIG. 3A is a process drawing showing stacking of the first cladding layer;
3B is a process diagram showing resist application, FIG. 3C is a process diagram showing exposure to the resist, FIG. 3D is a process diagram showing development of the resist, and FIG. 3E is a process diagram showing etching on the first cladding layer.
【図４】光デバイスの製造工程（その２）を示す図であ
り、図４Ａはレジストの剥離を示す工程図、図４Ｂはコ
ア層の積層を示す工程図、図４Ｃはコア層を形成する工
程図、図４Ｄは第２クラッド層を形成して所望の光デバ
イスを得る工程図である。4A and 4B are views showing a manufacturing process (No. 2) of the optical device, FIG. 4A is a process drawing showing the removal of the resist, FIG. 4B is a process drawing showing the stacking of the core layers, and FIG. 4C is a forming the core layer. FIG. 4D is a process diagram of forming a second cladding layer to obtain a desired optical device.
【図５】光デバイスの製造工程（その３）を上面から見
て示す図であり、図５Ａは第１クラッド層の積層を示す
工程図、図５Ｂはレジスト塗布を示す工程図、図５Ｃは
レジストへの露光を示す工程図、図５Ｄはレジストの現
像を示す工程図、図５Ｅは第１クラッド層へのエッチン
グを示す工程図である。5A to 5C are views showing an optical device manufacturing process (No. 3) as viewed from above, FIG. 5A is a process drawing showing stacking of a first cladding layer, FIG. 5B is a process drawing showing resist coating, and FIG. FIG. 5D is a process diagram showing exposure of the resist, FIG. 5D is a process diagram showing development of the resist, and FIG. 5E is a process diagram showing etching of the first cladding layer.
【図６】光デバイスの製造工程（その４）を上面から見
て示す図であり、図６Ａはレジストの剥離を示す工程
図、図６Ｂはコア層の積層を示す工程図、図６Ｃはコア
層を形成する工程図、図６Ｄは第２クラッド層を形成し
て所望の光デバイスを得る工程図である。6A and 6B are views showing an optical device manufacturing process (No. 4) as viewed from above, FIG. 6A is a process drawing showing resist stripping, FIG. 6B is a process drawing showing core layer lamination, and FIG. 6C is a core. FIG. 6D is a process drawing of forming a second clad layer to obtain a desired optical device.
【図７】第２の実施の形態に係る光デバイスを示す断面
図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an optical device according to a second embodiment.
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の断面図であ
る。8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.
【図９】光デバイスの製造工程（その１）を示す図であ
り、図９Ａは第１クラッド層の積層を示す工程図、図９
Ｂはコア層の形成を示す工程図、図９Ｃはレジストの塗
布を示す工程図、図９Ｄはレジストの露光を示す工程図
である。FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process (1) of the optical device, and FIG. 9A is a process drawing showing the stacking of the first cladding layer;
9B is a process drawing showing the formation of the core layer, FIG. 9C is a process drawing showing resist coating, and FIG. 9D is a process drawing showing resist exposure.
【図１０】光デバイスの製造工程（その２）を示す図で
あり、図１０Ａはレジストへの現像を示す工程図、図１
０Ｂはコア層へのエッチングを示す工程図、図１０Ｃは
レジストの剥離を示す工程図、図１０Ｄは第２クラッド
層を形成して所望の光デバイスを得る工程図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process (No. 2) of the optical device, and FIG. 10A is a process drawing showing development on a resist;
0B is a process drawing showing etching to the core layer, FIG. 10C is a process drawing showing stripping of the resist, and FIG. 10D is a process drawing of forming a second cladding layer to obtain a desired optical device.
【図１１】光デバイスの製造工程（その３）を上面から
見て示す図であり、図１１Ａは第１クラッド層の積層を
示す工程図、図１１Ｂはコア層の形成を示す工程図、図
１１Ｃはレジストの塗布を示す工程図、図１１Ｄはレジ
ストの露光を示す工程図である。FIG. 11 is a diagram showing an optical device manufacturing process (No. 3) as viewed from above, FIG. 11A is a process diagram showing stacking of a first cladding layer, and FIG. 11B is a process diagram showing formation of a core layer; 11C is a process drawing showing resist coating, and FIG. 11D is a process drawing showing resist exposure.
【図１２】光デバイスの製造工程（その４）を上面から
見て示す図であり、図１２Ａはレジストへの現像を示す
工程図、図１２Ｂはコア層へのエッチングを示す工程
図、図１２Ｃはレジストの剥離を示す工程図、図１２Ｄ
は第２クラッド層を形成して所望の光デバイスを得る工
程図である。12A and 12B are views showing an optical device manufacturing process (No. 4) as viewed from above, FIG. 12A is a process diagram showing development on a resist, FIG. 12B is a process diagram showing etching on a core layer, and FIG. 12C. Is a process drawing showing stripping of the resist, FIG. 12D
FIG. 4 is a process diagram of forming a second cladding layer to obtain a desired optical device.
【図１３】従来例に係る光デバイスを示す正面図であ
る。FIG. 13 is a front view showing an optical device according to a conventional example.
【図１４】図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線上の断面図
である。14 is a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
１０Ａ、１０Ｂ、１００…光デバイス １２、１
０６…基板
１４、１４ａ、１４ｂ、１０２…クラッド層 １６、１
０４…コア層
１６ａ、１０４ａ…光入射部 １６ｂ、
１０４ｂ…光制御部
１６ｃ、１０４ｃ…光出射部 １８…レ
ジスト層
１８ａ〜１８ｉ…領域 ２０…レ
ジストマスク
２０ａ〜２０ｉ…段差10A, 10B, 100 ... Optical device 12, 1
06 ... Substrate 14, 14a, 14b, 102 ... Clad layer 16, 1
04 ... Core layer 16a, 104a ... Light incident part 16b,
104b ... Light control part 16c, 104c ... Light emission part 18 ... Resist layers 18a-18i ... Area 20 ... Resist masks 20a-20i ... Step
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 正嗣 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 奥村 淳 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 山下 正孝 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA13 LA23 PA02 PA22 PA24 QA04 QA05 RA08 TA17 TA31 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masatsugu Oshima 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Inside Hon insulator Co., Ltd. (72) Inventor Jun Okumura 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Inside Hon insulator Co., Ltd. (72) Inventor Masataka Yamashita 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Inside Hon insulator Co., Ltd. F term (reference) 2H047 KA04 KA13 LA23 PA02 PA22 PA24 QA04 QA05 RA08 TA17 TA31
Claims (7)
ド層内に形成されたコア層から構成される光デバイスに
おいて、 前記コア層は、導波光が入力される光入射部と、前記導
波光のモード変換を行う光制御部と、該光制御部からの
導波光が出力される光出射部とから構成される光導波路
であり、 前記光制御部は、単一の層で形成され、かつ、層厚が導
波光の進行方向に対応して徐々に変化する光導波路であ
ることを特徴とする光デバイス。1. An optical device comprising a clad layer formed on a substrate and a core layer formed in the clad layer, wherein the core layer comprises a light incident portion into which guided light is input and the conductive layer. An optical waveguide configured by a light control unit that performs mode conversion of wave light and a light emission unit that outputs guided light from the light control unit, wherein the light control unit is formed of a single layer, An optical device having an optical waveguide whose layer thickness gradually changes according to the traveling direction of guided light.
ズについてモード変換を行う光導波路であることを特徴
とする光デバイス。2. The optical device according to claim 1, wherein the light control unit is an optical waveguide that performs mode conversion for a mode size of a guided light in a direction perpendicular to a substrate.
て、 前記光制御部における層厚変化は、コア層またはクラッ
ド層を形成するための露光処理、現像処理およびエッチ
ング処理を含む１回の成膜工程で形成されることを特徴
とする光デバイス。3. The optical device according to claim 1 or 2, wherein the layer thickness change in the light control section is a single step including an exposure process, a development process and an etching process for forming a core layer or a clad layer. An optical device formed by a film process.
バイスにおいて、 前記層厚変化は、前記コア層またはクラッド層の成膜工
程における露光量の局所変化によって実現することを特
徴とする光デバイス。4. The optical device according to claim 1, wherein the change in the layer thickness is realized by a local change in the exposure amount in the film forming process of the core layer or the clad layer. And optical device.
配置したフィルターによる光透過量の調整によって行わ
れることを特徴とする光デバイス。5. The optical device according to claim 4, wherein the local change of the exposure amount is performed by adjusting a light transmission amount by a filter arranged on a mask of the optical device.
スクを使用して行われることを特徴とする光デバイス。6. The optical device according to claim 4, wherein the local change of the exposure amount is performed by using a plurality of masks having different patterns.
スクの設置位置をずらしながら行われることを特徴とす
る光デバイス。7. The optical device according to claim 4, wherein the local change of the exposure amount is performed by using a single mask and shifting the installation position of the mask.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001272597A JP2003084152A (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Optical device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
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| JP (1) | JP2003084152A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1782113A1 (en) * | 2004-08-23 | 2007-05-09 | Molex Incorporated | System and tapered waveguide for improving light coupling efficiency between optical fibers and integrated planar waveguides and method of manufacturing same |
| JP2010066779A (en) * | 2009-12-22 | 2010-03-25 | Sony Corp | Method of manufacturing optical waveguide |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001272597A patent/JP2003084152A/en active Pending
Cited By (3)
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| JP2008509450A (en) * | 2004-08-23 | 2008-03-27 | モレックス インコーポレーテッド | System and taper waveguide for improving optical coupling efficiency between optical fiber and integrated planar waveguide, and method for manufacturing the same |
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