JPH09127349A - 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 - Google Patents
光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置Info
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- JPH09127349A JPH09127349A JP7287176A JP28717695A JPH09127349A JP H09127349 A JPH09127349 A JP H09127349A JP 7287176 A JP7287176 A JP 7287176A JP 28717695 A JP28717695 A JP 28717695A JP H09127349 A JPH09127349 A JP H09127349A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光分岐器を備えた光回路素子において、導波
路間のモード結合損失を軽減する。 【解決手段】 光反射部分を複数個設けるか、または結
合する導波路間の中心軸若しくは形状を変化させる。
路間のモード結合損失を軽減する。 【解決手段】 光反射部分を複数個設けるか、または結
合する導波路間の中心軸若しくは形状を変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信、光情報処
理、光センサ等に利用できる光回路素子、特に光の分岐
器を有する光回路素子と、それを用いた集積型光回路素
子ならびに集積型光回路装置に関するものである。
理、光センサ等に利用できる光回路素子、特に光の分岐
器を有する光回路素子と、それを用いた集積型光回路素
子ならびに集積型光回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光分岐素子として提案されている
ものを図１７に示す（特開平４−１５１８８６参照）。
この素子は入力側の導波路１０００を導波する光を出力
側の２つの導波路１００１、及び１００３に分岐するも
のであり、スリット状に加工された溝１００５が全反射
鏡として用いられている。
ものを図１７に示す（特開平４−１５１８８６参照）。
この素子は入力側の導波路１０００を導波する光を出力
側の２つの導波路１００１、及び１００３に分岐するも
のであり、スリット状に加工された溝１００５が全反射
鏡として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例
は、光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モー
ドとの整合が悪いため、光分岐部から出力側の導波路に
至る間に顕著なモード変換損失が存在するという欠点を
有している。
は、光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固有モー
ドとの整合が悪いため、光分岐部から出力側の導波路に
至る間に顕著なモード変換損失が存在するという欠点を
有している。
【０００４】図１８に光分岐部（Beam Splitter：Ｂ
Ｓ）入射前、及びＢＳ直後の導波光の界分布を模式的に
示す。これよりわかるようにＢＳ直後の導波光の界分布
は対称性が欠如（図中、黒い部分は光がなくなっている
ことを示してる。）し、出力側の導波路の固有モード
（ＢＳ入射前の導波光の界分布と同じ）とはモード整合
性が悪い。我々は、２つの出力側導波路において上記モ
ード変換に起因する損失が各々約５０％存在することを
実験によって確認している。微小な光を用いて情報処理
を行う場合この損失は致命的である。
Ｓ）入射前、及びＢＳ直後の導波光の界分布を模式的に
示す。これよりわかるようにＢＳ直後の導波光の界分布
は対称性が欠如（図中、黒い部分は光がなくなっている
ことを示してる。）し、出力側の導波路の固有モード
（ＢＳ入射前の導波光の界分布と同じ）とはモード整合
性が悪い。我々は、２つの出力側導波路において上記モ
ード変換に起因する損失が各々約５０％存在することを
実験によって確認している。微小な光を用いて情報処理
を行う場合この損失は致命的である。
【０００５】本発明は、この光分岐部における損失を最
小限に抑えることを目的としている。
小限に抑えることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本発明の光分岐器では光分岐部に或る反射率を有す
る部位を複数個配置したものである。
に、本発明の光分岐器では光分岐部に或る反射率を有す
る部位を複数個配置したものである。
【０００７】また、上記モード変換に起因する損失を軽
減するために、出力側の光導波路の中心軸を入力側の光
導波路の中心軸と所定の距離だけずらすか、または出力
側光導波路の幅を連続的、または段階的に変化させたも
のである。
減するために、出力側の光導波路の中心軸を入力側の光
導波路の中心軸と所定の距離だけずらすか、または出力
側光導波路の幅を連続的、または段階的に変化させたも
のである。
【０００８】即ち、請求項１に記載の光回路素子は、光
導波路に溝を形成することによって、該光導波路を導波
する光を分岐する際、前記溝が複数個形成されて１つの
分岐器を成すことを特徴とするものである。
導波路に溝を形成することによって、該光導波路を導波
する光を分岐する際、前記溝が複数個形成されて１つの
分岐器を成すことを特徴とするものである。
【０００９】請求項２に記載の光回路素子は、前記溝
が、光導波路の分岐面両端部に形成されてなることを特
徴とするものである。
が、光導波路の分岐面両端部に形成されてなることを特
徴とするものである。
【００１０】請求項３に記載の光回路素子は、前記溝
が、その幅が前記光導波路内を導波する光の波長の１０
分の１以上となるようその個数を備えてなることを特徴
とするものである。
が、その幅が前記光導波路内を導波する光の波長の１０
分の１以上となるようその個数を備えてなることを特徴
とするものである。
【００１１】請求項４に記載の光回路素子は、前記溝
が、その形成領域が溝上方からみてほぼ一直線の形状に
形成されてなることを特徴とするものである。
が、その形成領域が溝上方からみてほぼ一直線の形状に
形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】請求項５に記載の光回路素子は、前記溝
が、その形成領域が溝上方からみてほぼ三角形状に形成
されてなることを特徴とするものである。
が、その形成領域が溝上方からみてほぼ三角形状に形成
されてなることを特徴とするものである。
【００１３】請求項６に記載の光回路素子は、前記溝
が、その深さが光の界分布のピークを越して深く形成さ
れてなることを特徴とするものである。
が、その深さが光の界分布のピークを越して深く形成さ
れてなることを特徴とするものである。
【００１４】請求項７に記載の光回路素子は、光導波路
に溝を形成することによって、該光導波路を導波する光
を分岐する際、分岐前の入射側光導波路の光軸と、分岐
後の出射側光導波路の光軸とが、ずれるよう形成されて
なることを特徴とするものである。
に溝を形成することによって、該光導波路を導波する光
を分岐する際、分岐前の入射側光導波路の光軸と、分岐
後の出射側光導波路の光軸とが、ずれるよう形成されて
なることを特徴とするものである。
【００１５】請求項８に記載の光回路素子は、前記入射
側光導波路の光軸が、ほぼ前記溝に達し、一方、前記出
射側光導波路の光軸が、前記溝による分岐光の内部に位
置するよう形成されてなることを特徴とするものであ
る。
側光導波路の光軸が、ほぼ前記溝に達し、一方、前記出
射側光導波路の光軸が、前記溝による分岐光の内部に位
置するよう形成されてなることを特徴とするものであ
る。
【００１６】請求項９に記載の光回路素子は、光導波路
に溝を形成することによって、該光導波路を導波する光
を分岐する際、分岐前の入射側光導波路の幅と、分岐後
の出射側光導波路の幅とが異なっていることを特徴とす
るものである。
に溝を形成することによって、該光導波路を導波する光
を分岐する際、分岐前の入射側光導波路の幅と、分岐後
の出射側光導波路の幅とが異なっていることを特徴とす
るものである。
【００１７】請求項１０に記載の光回路素子は、前記出
射側光導波路の幅が、少なくとも前記溝近傍において、
前記入射側光導波路の幅より広くなっていることを特徴
とするものである。
射側光導波路の幅が、少なくとも前記溝近傍において、
前記入射側光導波路の幅より広くなっていることを特徴
とするものである。
【００１８】請求項１１に記載の光回路素子は、光導波
路に溝を形成することによって、該光導波路を導波する
光を分岐する際、前記溝が、その幅が光のピークを挟
み、かつ光の界分布より充分大きく形成されてなること
を特徴とするものである。
路に溝を形成することによって、該光導波路を導波する
光を分岐する際、前記溝が、その幅が光のピークを挟
み、かつ光の界分布より充分大きく形成されてなること
を特徴とするものである。
【００１９】請求項１２に記載の集積型光回路装置は、
光回路素子を備えた集積型光回路装置において、前記光
回路素子の入射側光導波路が複数個あって、それぞれの
入射側光導波路に対応して１つずつ配置される入射光発
振源は、複数種類であることを特徴とするものである。
光回路素子を備えた集積型光回路装置において、前記光
回路素子の入射側光導波路が複数個あって、それぞれの
入射側光導波路に対応して１つずつ配置される入射光発
振源は、複数種類であることを特徴とするものである。
【００２０】本願発明の作用を以下に説明する。
【００２１】上記のように、光分岐部に或る反射率を有
する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くなれ
ばなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固
有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導
波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くなれ
ばなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の固
有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の導
波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
【００２２】更には、出力側の光導波路の中心軸を入力
側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことに
より、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。また
は、出力側導波路の幅を連続的、または段階的に変化さ
せることにより導波路間の光結合損失を抑えることがで
きる。
側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことに
より、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。また
は、出力側導波路の幅を連続的、または段階的に変化さ
せることにより導波路間の光結合損失を抑えることがで
きる。
【００２３】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。
がら詳細に説明する。
【００２４】（実施例１）図１は本発明を光コヒーレン
ト処理に用いた場合の光回路素子の一例で、より具体的
にはワイヤレス光伝送システムの受信器中の光コヒーレ
ント検波器を構成する導波路型光合波器の斜視図であ
る。システムの詳細については本出願人が既に出願した
特開平６−１１２９０４に述べられているので、ここで
は簡単に検波器の機能を説明するにとどめる。この検波
器は受信した信号光と局部発振光を合波して出力する機
能を有する。局部発振光には局部発振器として受信器内
に搭載された半導体レーザ（図示せず）の出力光が用い
られる。信号光には伝達すべき情報が例えば周波数変調
（ＦＭ）された形で含まれているため、局部発振光の周
波数を送信光の基準周波数と同調させておけば検波器の
出力には信号光と局部発振光のビートとして情報が取り
出せることになる。
ト処理に用いた場合の光回路素子の一例で、より具体的
にはワイヤレス光伝送システムの受信器中の光コヒーレ
ント検波器を構成する導波路型光合波器の斜視図であ
る。システムの詳細については本出願人が既に出願した
特開平６−１１２９０４に述べられているので、ここで
は簡単に検波器の機能を説明するにとどめる。この検波
器は受信した信号光と局部発振光を合波して出力する機
能を有する。局部発振光には局部発振器として受信器内
に搭載された半導体レーザ（図示せず）の出力光が用い
られる。信号光には伝達すべき情報が例えば周波数変調
（ＦＭ）された形で含まれているため、局部発振光の周
波数を送信光の基準周波数と同調させておけば検波器の
出力には信号光と局部発振光のビートとして情報が取り
出せることになる。
【００２５】図１の光合波器はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
系の半導体導波路で作製され、リッジ導波路が２本直交
した構成をとっている。２本の導波路の交差部位には２
本の導波路の長手方向とそれぞれ４５°の角度をなす深
い溝１０５が２個形成され、この部位が本発明の光分岐
器（Beam Splitter：ＢＳ）として機能する。送信器よ
り発せられた信号光は空間を伝搬して受信器に達する
が、受信器内のレンズ（図示せず）を用いて光合波器の
２個の入力導波路の一方である導波路１００に導かれ
る。信号光は導波路１００を伝搬してＢＳに到達する。
ここで光は２つに分岐され、それぞれが出力側の導波路
１０３、１０４に導かれて端面より出射される。局部発
振器より発せられた局部発振光は同様にレンズ（図示せ
ず）を用いて光合波器の他方の入力導波路１０１に導か
れる。局部発振光は導波路１０１を伝搬し、信号光と同
様にＢＳで２つに分岐され、それぞれ出力側の導波路１
０３、１０４に導かれて端面より出射される。以上のこ
とより、出力側の導波路１０３、１０４には信号光の一
部と局部発振光の一部が合波されたものが出力されるこ
とになる。従って、その出力光をフォトダイオード等で
光電変換し、その中のビート信号を検出すれば求める情
報が得られるわけである。
系の半導体導波路で作製され、リッジ導波路が２本直交
した構成をとっている。２本の導波路の交差部位には２
本の導波路の長手方向とそれぞれ４５°の角度をなす深
い溝１０５が２個形成され、この部位が本発明の光分岐
器（Beam Splitter：ＢＳ）として機能する。送信器よ
り発せられた信号光は空間を伝搬して受信器に達する
が、受信器内のレンズ（図示せず）を用いて光合波器の
２個の入力導波路の一方である導波路１００に導かれ
る。信号光は導波路１００を伝搬してＢＳに到達する。
ここで光は２つに分岐され、それぞれが出力側の導波路
１０３、１０４に導かれて端面より出射される。局部発
振器より発せられた局部発振光は同様にレンズ（図示せ
ず）を用いて光合波器の他方の入力導波路１０１に導か
れる。局部発振光は導波路１０１を伝搬し、信号光と同
様にＢＳで２つに分岐され、それぞれ出力側の導波路１
０３、１０４に導かれて端面より出射される。以上のこ
とより、出力側の導波路１０３、１０４には信号光の一
部と局部発振光の一部が合波されたものが出力されるこ
とになる。従って、その出力光をフォトダイオード等で
光電変換し、その中のビート信号を検出すれば求める情
報が得られるわけである。
【００２６】次に、この光分岐器の作製方法について述
べる。まず、ＧａＡｓ基板１０６上に１μｍ厚のＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１光閉じ込め層１０７、０．３μｍ厚
のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光導波層１０８、０．５μｍ厚の
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２光閉じ込め層１０９、３ｎｍ厚
のＧａＡｓエッチストップ層１１０、０．５μｍ厚のＡ
ｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３光閉じ込め層１１１、５０ｎｍ厚
のＧａＡｓ表面保護層１１２を分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法により成長させた。
べる。まず、ＧａＡｓ基板１０６上に１μｍ厚のＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１光閉じ込め層１０７、０．３μｍ厚
のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光導波層１０８、０．５μｍ厚の
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２光閉じ込め層１０９、３ｎｍ厚
のＧａＡｓエッチストップ層１１０、０．５μｍ厚のＡ
ｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３光閉じ込め層１１１、５０ｎｍ厚
のＧａＡｓ表面保護層１１２を分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法により成長させた。
【００２７】その後、十字形状のリッジ導波路を形成す
るために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによ
って２μｍ幅のレジストパターンを形成した。パターン
は硫酸系のエッチャントによる第３光閉じ込め層１１１
の途中までのエッチングとフッ酸による選択エッチング
でウエファに転写した。ここでフッ酸はＡｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓ（第３光閉じ込め層１１１）のみをエッチングし、
ＧａＡｓ（エッチストップ層１１０）はエッチングしな
いため、エッチングは、ＧａＡｓエッチストップ層１１
０表面で停止した。有機溶剤によってレジストを剥離し
た後、再度表面にレジストを塗布した。ここではレジス
トの塗布と１５０℃のベーキングという工程を２回繰り
返すことにより、リッジの有る部分と無い部分とで表面
に段差のない平坦なレジスト（下部レジスト）が形成で
きた。次に、その上にスピナーを用いてＳＯＧ（Ｓpin-
Ｏn-Ｇlass）膜を１０００Å形成し、２００℃のベーキ
ングを施した。その上に再度レジスト膜（上部レジス
ト）を形成し、通常のフォトリソグラフィで深い溝１０
５をエッチングするための幅２μｍ、長さ０．５μｍの
パターンを１．２μｍ間隔で２個形成した。このパター
ンはＣＦ4を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）に
よってＳＯＧ膜に転写し、それを更にＯ2を用いたＲＩ
Ｅで下部レジストに転写した。以上に述べた”３層レジ
ストプロセス”で表面の段差があるにもかかわらず、段
差の上下にわたって所望の形状のパターンが形成でき
た。このレジストパターンをマスクとして塩素ガスとア
ルゴンのイオンビームを同時に基板に照射するＣＡＩＢ
Ｅ（Chemically Assisted Ion BeamEtching）にて基板
に転写した。ここでのエッチング深さは３．５μｍとし
た。このプロセスの詳細については例えばＧｅｉｓら
（J. Vac. Sci. Technol. 19,1390 (1981).）或いはＳ
ｃｈｅｒｅｒら（Appl. Phys. Lett. 55, 2724 (198
9).）に詳しいが、垂直断面を有するエッチングが実現
できた。その後、ＲＩＥを用いて３層レジストを除去し
て光分岐器が完成した。
るために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによ
って２μｍ幅のレジストパターンを形成した。パターン
は硫酸系のエッチャントによる第３光閉じ込め層１１１
の途中までのエッチングとフッ酸による選択エッチング
でウエファに転写した。ここでフッ酸はＡｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓ（第３光閉じ込め層１１１）のみをエッチングし、
ＧａＡｓ（エッチストップ層１１０）はエッチングしな
いため、エッチングは、ＧａＡｓエッチストップ層１１
０表面で停止した。有機溶剤によってレジストを剥離し
た後、再度表面にレジストを塗布した。ここではレジス
トの塗布と１５０℃のベーキングという工程を２回繰り
返すことにより、リッジの有る部分と無い部分とで表面
に段差のない平坦なレジスト（下部レジスト）が形成で
きた。次に、その上にスピナーを用いてＳＯＧ（Ｓpin-
Ｏn-Ｇlass）膜を１０００Å形成し、２００℃のベーキ
ングを施した。その上に再度レジスト膜（上部レジス
ト）を形成し、通常のフォトリソグラフィで深い溝１０
５をエッチングするための幅２μｍ、長さ０．５μｍの
パターンを１．２μｍ間隔で２個形成した。このパター
ンはＣＦ4を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）に
よってＳＯＧ膜に転写し、それを更にＯ2を用いたＲＩ
Ｅで下部レジストに転写した。以上に述べた”３層レジ
ストプロセス”で表面の段差があるにもかかわらず、段
差の上下にわたって所望の形状のパターンが形成でき
た。このレジストパターンをマスクとして塩素ガスとア
ルゴンのイオンビームを同時に基板に照射するＣＡＩＢ
Ｅ（Chemically Assisted Ion BeamEtching）にて基板
に転写した。ここでのエッチング深さは３．５μｍとし
た。このプロセスの詳細については例えばＧｅｉｓら
（J. Vac. Sci. Technol. 19,1390 (1981).）或いはＳ
ｃｈｅｒｅｒら（Appl. Phys. Lett. 55, 2724 (198
9).）に詳しいが、垂直断面を有するエッチングが実現
できた。その後、ＲＩＥを用いて３層レジストを除去し
て光分岐器が完成した。
【００２８】ここでのエッチング深さは３．５μｍとし
た。
た。
【００２９】本実施例のように光の界分布のピークをこ
えて深い溝を形成することにより、その領域における光
の透過は無視できることになり、マスクパターンのみで
規定される光の分岐比が得られる。
えて深い溝を形成することにより、その領域における光
の透過は無視できることになり、マスクパターンのみで
規定される光の分岐比が得られる。
【００３０】続いて、光分岐器（ＢＳ）の動作を図２、
３、４を用いて詳細に説明する。図２は図１を上面より
見た図で、図中の番号は図１と一致させてある。信号
光、局部発振光ともに基本的な挙動は同じであるため、
ここでは信号光についてのみ説明する。ここでは信号光
として７８０ｎｍ帯のレーザ光を用いた。導波路中の信
号光の水平方向（導波路の各層に平行な方向）の光強度
分布を図３に模式的に示す。入力導波路１００は単一横
モード導波路であるため、入力導波路１００に導かれた
信号光はその導波路内Ａ−Ａ’では図に示すように導波
路１００の基本固有モードで伝搬した。レンズ（図示せ
ず）を用いて導波路１００の入り口端面に集光されたと
きの光の界分布は導波路の固有モードとは必ずしも一致
しないが、導波路を伝搬する間に固有モードに変換され
てＢＳに入射した。ここで、ＢＳ部の深い溝１０５の内
部は空気で満たされており、その屈折率は１である。一
方導波路部分で導波光が感じる等価屈折率は約３．５と
大きいため、導波路１００を伝搬してきた光の界分布の
一部は、ＢＳの深い溝１０５によって全反射された。
３、４を用いて詳細に説明する。図２は図１を上面より
見た図で、図中の番号は図１と一致させてある。信号
光、局部発振光ともに基本的な挙動は同じであるため、
ここでは信号光についてのみ説明する。ここでは信号光
として７８０ｎｍ帯のレーザ光を用いた。導波路中の信
号光の水平方向（導波路の各層に平行な方向）の光強度
分布を図３に模式的に示す。入力導波路１００は単一横
モード導波路であるため、入力導波路１００に導かれた
信号光はその導波路内Ａ−Ａ’では図に示すように導波
路１００の基本固有モードで伝搬した。レンズ（図示せ
ず）を用いて導波路１００の入り口端面に集光されたと
きの光の界分布は導波路の固有モードとは必ずしも一致
しないが、導波路を伝搬する間に固有モードに変換され
てＢＳに入射した。ここで、ＢＳ部の深い溝１０５の内
部は空気で満たされており、その屈折率は１である。一
方導波路部分で導波光が感じる等価屈折率は約３．５と
大きいため、導波路１００を伝搬してきた光の界分布の
一部は、ＢＳの深い溝１０５によって全反射された。
【００３１】深い溝１０５の存在しない領域の光はその
影響を受けないため、そのまま導波路中を直進した。即
ち、ここで導波光は空間的に２つに分解され、一方は直
進して導波路１０３に至り、他方はその進路を９０°曲
げられて導波路１０４に導かれる。その光の水平方向の
界分布が導波光が進むにつれて変化していく様子も同図
に示されている。ＢＳで横モードの一部のみが取り出さ
れた導波光は、それぞれの導波路１０３、１０４を導波
していく間に基本モードに変換され、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−
Ｃ’に至るときには双方が基本モードに変換されている
のがわかる。以上の結果は導波路を、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−
Ｃ’等導波路の途中の位置でへき開し、そこでの光の界
分布を顕微鏡で拡大して観察することにより確認した。
この場合のＢＳ直後の２つの光の界分布をＢＳ入射前の
光の界分布と比較して示したのが図４である。従来例の
図１８と比較すると、ＢＳ直後の導波光の界分布には対
称性が存在し、出力側の導波路の基本モードとの整合が
向上していることがわかる。実際、この場合のモード変
換損失を測定してみたところ、従来例の約５０％と比較
して約２０％まで向上した。
影響を受けないため、そのまま導波路中を直進した。即
ち、ここで導波光は空間的に２つに分解され、一方は直
進して導波路１０３に至り、他方はその進路を９０°曲
げられて導波路１０４に導かれる。その光の水平方向の
界分布が導波光が進むにつれて変化していく様子も同図
に示されている。ＢＳで横モードの一部のみが取り出さ
れた導波光は、それぞれの導波路１０３、１０４を導波
していく間に基本モードに変換され、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−
Ｃ’に至るときには双方が基本モードに変換されている
のがわかる。以上の結果は導波路を、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−
Ｃ’等導波路の途中の位置でへき開し、そこでの光の界
分布を顕微鏡で拡大して観察することにより確認した。
この場合のＢＳ直後の２つの光の界分布をＢＳ入射前の
光の界分布と比較して示したのが図４である。従来例の
図１８と比較すると、ＢＳ直後の導波光の界分布には対
称性が存在し、出力側の導波路の基本モードとの整合が
向上していることがわかる。実際、この場合のモード変
換損失を測定してみたところ、従来例の約５０％と比較
して約２０％まで向上した。
【００３２】（実施例２）図５、６は本発明の他の実施
例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の数をさらに
増加させた場合である。本実施例では用いる光の波長を
１．５５μｍ帯としたため、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料を
用いて検討した。層構造については実施例１に類似して
いるため、ここでは図示はしていない。作製手順は以下
のとおりである。まず、ＩｎＰ基板上に１μｍ厚のＩｎ
Ｐ第１光閉じ込め層、０．２μｍ厚のＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）光導波層、1μｍ
厚のＩｎＰ第２光閉じ込め層を有機金属熱分解（ＭＯＣ
ＶＤ）法により成長させた。ここでは ＭＱＷ層として
８０ÅのＩｎＧａＡｓウエル層、１５０ÅのＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層（１．１５μｍ組成）、ウエル数は４とし
た。
例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の数をさらに
増加させた場合である。本実施例では用いる光の波長を
１．５５μｍ帯としたため、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料を
用いて検討した。層構造については実施例１に類似して
いるため、ここでは図示はしていない。作製手順は以下
のとおりである。まず、ＩｎＰ基板上に１μｍ厚のＩｎ
Ｐ第１光閉じ込め層、０．２μｍ厚のＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）光導波層、1μｍ
厚のＩｎＰ第２光閉じ込め層を有機金属熱分解（ＭＯＣ
ＶＤ）法により成長させた。ここでは ＭＱＷ層として
８０ÅのＩｎＧａＡｓウエル層、１５０ÅのＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層（１．１５μｍ組成）、ウエル数は４とし
た。
【００３３】次に、プラズマＣＶＤ法を用いてウエファ
表面に、ＳｉＯ2 膜を２０００Åの厚さで形成した。そ
の上に電子ビーム露光用のレジストを１μｍ塗布し、電
子ビームを用いて深い溝２０５を形成するためのマスク
パターンをレジスト上に形成した。ここでは図に示すよ
うに反射部を多数形成するため、それぞれの反射部は長
さは０．５μｍ、幅が０．３μｍで０．６μｍピッチと
した。このパターンはＣＦ4を用いたＲＩＥでＳｉＯ2膜
に転写され、さらに塩素ガスとアルゴンの混合ガスを用
いたＲＩＢＥ（Ｒeactive Ｉon Ｂeam Ｅtching）によ
ってウエファに転写した。エッチング深さは３μｍで、
この場合も実施例1と同様垂直断面を有し、かつ表面が
平滑なエッチングが実現できた。
表面に、ＳｉＯ2 膜を２０００Åの厚さで形成した。そ
の上に電子ビーム露光用のレジストを１μｍ塗布し、電
子ビームを用いて深い溝２０５を形成するためのマスク
パターンをレジスト上に形成した。ここでは図に示すよ
うに反射部を多数形成するため、それぞれの反射部は長
さは０．５μｍ、幅が０．３μｍで０．６μｍピッチと
した。このパターンはＣＦ4を用いたＲＩＥでＳｉＯ2膜
に転写され、さらに塩素ガスとアルゴンの混合ガスを用
いたＲＩＢＥ（Ｒeactive Ｉon Ｂeam Ｅtching）によ
ってウエファに転写した。エッチング深さは３μｍで、
この場合も実施例1と同様垂直断面を有し、かつ表面が
平滑なエッチングが実現できた。
【００３４】その後、十字形状のリッジ導波路を形成す
るために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによ
ってレジストパターンを形成した。この場合、ウエファ
表面の凹凸の存在はレジストパターンにはほとんど影響
しなかった。これは個々のエッチング領域が非常に小さ
い面積であるため、すぐにレジストで埋め込まれてしま
ったためと思われる。リッジ導波路の幅は５μｍとした
ため、高次モードの存在するマルチモード導波路となっ
た。パターンは通常のアライナを用いて位置合わせを行
った。アライナの位置合わせ精度は1μｍであった。パ
ターンは深い溝２０５を形成したときと同じＲＩＢＥを
用いたが、ここではエッチングＭＱＷ光導波層の上０．
２μｍで停止させた。エッチング深さはＲＩＢＥ装置の
イオン引き出し電極に流れる電流をモニタしながらエッ
チングを行うことで制御した。この電流は実際に基板に
照射されるイオン電流密度に比例する。エッチング深さ
はイオン電流密度、ガス圧力、チャンバの真空度、イオ
ン引き出し電圧によってきまる。ガス圧力、チャンバの
真空度、イオン引き出し電圧は直接観察できる。イオン
電流密度は直接はモニタできないが、イオン引き出し電
極に流れる電流をモニタすることによってエッチング深
さを±０．０４μｍの精度で制御することができ、光分
岐器が完成した。
るために、ウエファ上に通常のフォトリソグラフィによ
ってレジストパターンを形成した。この場合、ウエファ
表面の凹凸の存在はレジストパターンにはほとんど影響
しなかった。これは個々のエッチング領域が非常に小さ
い面積であるため、すぐにレジストで埋め込まれてしま
ったためと思われる。リッジ導波路の幅は５μｍとした
ため、高次モードの存在するマルチモード導波路となっ
た。パターンは通常のアライナを用いて位置合わせを行
った。アライナの位置合わせ精度は1μｍであった。パ
ターンは深い溝２０５を形成したときと同じＲＩＢＥを
用いたが、ここではエッチングＭＱＷ光導波層の上０．
２μｍで停止させた。エッチング深さはＲＩＢＥ装置の
イオン引き出し電極に流れる電流をモニタしながらエッ
チングを行うことで制御した。この電流は実際に基板に
照射されるイオン電流密度に比例する。エッチング深さ
はイオン電流密度、ガス圧力、チャンバの真空度、イオ
ン引き出し電圧によってきまる。ガス圧力、チャンバの
真空度、イオン引き出し電圧は直接観察できる。イオン
電流密度は直接はモニタできないが、イオン引き出し電
極に流れる電流をモニタすることによってエッチング深
さを±０．０４μｍの精度で制御することができ、光分
岐器が完成した。
【００３５】続いて、光分岐器（ＢＳ）の動作を図６を
用いて詳細に説明する。実施例１と同様に、信号光につ
いてのみ説明するが、局部発振光についても基本動作は
同じである。入力導波路２００はマルチモード導波路で
あるが、入力導波路２００に導かれた信号光は基本横モ
ードで導波路に侵入するため、導波路内ではその基本固
有モードで伝搬した。ＢＳによって光が２個に分割され
る機構についても実施例１と同じであるが、この場合の
ＢＳ直後の２つの光の界分布をＢＳ入射前の光の界分布
と比較して示したのが図６である。この場合、実施例１
よりもさらに出力側の導波路の基本モードとの整合が向
上していることがわかる。実際、この場合のモード変換
損失を測定してみたところ、従来例の約５０％、実施例
１の約２０％と比較し、約５％まで向上した。
用いて詳細に説明する。実施例１と同様に、信号光につ
いてのみ説明するが、局部発振光についても基本動作は
同じである。入力導波路２００はマルチモード導波路で
あるが、入力導波路２００に導かれた信号光は基本横モ
ードで導波路に侵入するため、導波路内ではその基本固
有モードで伝搬した。ＢＳによって光が２個に分割され
る機構についても実施例１と同じであるが、この場合の
ＢＳ直後の２つの光の界分布をＢＳ入射前の光の界分布
と比較して示したのが図６である。この場合、実施例１
よりもさらに出力側の導波路の基本モードとの整合が向
上していることがわかる。実際、この場合のモード変換
損失を測定してみたところ、従来例の約５０％、実施例
１の約２０％と比較し、約５％まで向上した。
【００３６】また、深い溝２０５の位置が約０．５μｍ
所定の位置よりずれたが、それに起因すると思われる分
岐比の変動は約１％であった。深い溝２０５の形成領域
を、導波路の幅５μｍより十分に広く取っていることに
より、このずれの影響が吸収されたものと考えられる。
これは従来例の２５％と比較すると非常に小さいもので
あり、本特許の有効性が実証された。
所定の位置よりずれたが、それに起因すると思われる分
岐比の変動は約１％であった。深い溝２０５の形成領域
を、導波路の幅５μｍより十分に広く取っていることに
より、このずれの影響が吸収されたものと考えられる。
これは従来例の２５％と比較すると非常に小さいもので
あり、本特許の有効性が実証された。
【００３７】従来例において、次のような問題が生じ
る。
る。
【００３８】光反射部が導波路中で光を反射させる面積
の導波光全体の断面積に占める割合いが光の分岐比を決
定するため、スリット状に加工された溝１００５を形成
する位置がずれるとそれが分岐比の変動につながり、素
子の歩留まりを低下させる原因となる。
の導波光全体の断面積に占める割合いが光の分岐比を決
定するため、スリット状に加工された溝１００５を形成
する位置がずれるとそれが分岐比の変動につながり、素
子の歩留まりを低下させる原因となる。
【００３９】また、例えば３μｍ幅の光導波路に上記光
分岐部を形成した場合、スリット状に加工された溝１０
０５の位置が０．５μｍずれると分岐比は３：７となっ
てしまう。用途によっては分岐比として厳密に１：１
（例えば許容誤差1％以内）が要求されることも考えら
れ、その場合にはこの構造では対応不可能である。光導
波路はリッジ導波路とすればその形成の際のエッチング
深さはスリット状に加工された溝１００５のエッチング
深さより浅いため、両者は同時に形成することができ
ず、２回以上のフォトリソグラフィの工程を経ることに
なる。マスク合わせによる位置合わせの精度は通常のア
ライナを用いた場合、０．８〜１μｍ、ステッパを用い
ても０．２μｍ程度が限界であり、許容誤差１％以内で
１：１の分岐比を実現することは現在のフォトリソグラ
フィ技術では不可能である。高精度のアライメントをす
る方法としては電子ビームリソグラフィを用いる方法も
考えられる。この場合０．１μｍ、或いはそれ以上の精
度での位置合わせは可能である。ただし、それには光干
渉計のような高価な位置ぎめ装置を用いる必要があり、
生産方法としては現実的でない。
分岐部を形成した場合、スリット状に加工された溝１０
０５の位置が０．５μｍずれると分岐比は３：７となっ
てしまう。用途によっては分岐比として厳密に１：１
（例えば許容誤差1％以内）が要求されることも考えら
れ、その場合にはこの構造では対応不可能である。光導
波路はリッジ導波路とすればその形成の際のエッチング
深さはスリット状に加工された溝１００５のエッチング
深さより浅いため、両者は同時に形成することができ
ず、２回以上のフォトリソグラフィの工程を経ることに
なる。マスク合わせによる位置合わせの精度は通常のア
ライナを用いた場合、０．８〜１μｍ、ステッパを用い
ても０．２μｍ程度が限界であり、許容誤差１％以内で
１：１の分岐比を実現することは現在のフォトリソグラ
フィ技術では不可能である。高精度のアライメントをす
る方法としては電子ビームリソグラフィを用いる方法も
考えられる。この場合０．１μｍ、或いはそれ以上の精
度での位置合わせは可能である。ただし、それには光干
渉計のような高価な位置ぎめ装置を用いる必要があり、
生産方法としては現実的でない。
【００４０】本実施例によれば、マスクパターンによっ
て、分岐比を許容誤差１％以内で１：１或いはある所望
の値に制御することが可能である。
て、分岐比を許容誤差１％以内で１：１或いはある所望
の値に制御することが可能である。
【００４１】また、位置ずれに対する分岐比の変動が小
さくなり、厳密な位置合わせ精度が要求されなくなる。
さくなり、厳密な位置合わせ精度が要求されなくなる。
【００４２】即ち、素子作成時の位置合わせ精度に対す
る結合効率の変動の小さい素子を作成することができ
る。
る結合効率の変動の小さい素子を作成することができ
る。
【００４３】本実施例における溝の数は２個以上で、溝
の幅が導波路内の光の波長の１０分の１以上となる個数
以下であれば、本発明の効果が得られることがわかっ
た。
の幅が導波路内の光の波長の１０分の１以上となる個数
以下であれば、本発明の効果が得られることがわかっ
た。
【００４４】ここで、深い溝２０５の深さが十分でな
く、光の垂直方向の界分布のピークよりも浅いときには
その領域においてもＢＳを透過する光の成分が存在し、
分岐比に影響を与える。従って、深い溝１０５は光の垂
直方向の界分布のピークをこえて十分に深く形成してお
くのが望ましい。本実施例の場合、この条件は満たされ
ており、ＢＳ入射前の横方向の導波光の広がりに対し
て、深い溝によって分割されたときのそれぞれの光の幅
（ここでは０．３μｍ）は十分に小さく、光の分岐比は
深い溝の存在する領域の全体に対する割合（ここでは５
０％）によって厳密に規定される。この値を変化させる
と分岐比も任意に変化させることが可能である。
く、光の垂直方向の界分布のピークよりも浅いときには
その領域においてもＢＳを透過する光の成分が存在し、
分岐比に影響を与える。従って、深い溝１０５は光の垂
直方向の界分布のピークをこえて十分に深く形成してお
くのが望ましい。本実施例の場合、この条件は満たされ
ており、ＢＳ入射前の横方向の導波光の広がりに対し
て、深い溝によって分割されたときのそれぞれの光の幅
（ここでは０．３μｍ）は十分に小さく、光の分岐比は
深い溝の存在する領域の全体に対する割合（ここでは５
０％）によって厳密に規定される。この値を変化させる
と分岐比も任意に変化させることが可能である。
【００４５】（実施例３）図７は本発明の光回路素子の
他の実施例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の形
を変化させたものである。本実施例では用いる光の波長
を７８０ｎｍ帯としたが、導波路としては、ＳｉＮ／Ｓ
ｉＯ2を用いた。層構造については実施例１に類似して
おり、プラズマＣＶＤ法で形成した。それぞれの厚さ
は、ＳｉＮ光導波層０．３μｍ、ＳｉＯ2光閉じ込め層
１μｍである。作製手順は実施例１とほぼ同じである
が、エッチングにはＣＦ4のＲＩＥを用いた。この場合
もモード変換損失の低減、分岐比の変動等は小さく、良
好な特性が実現できた。
他の実施例を示す図で、導波光を全反射する深い溝の形
を変化させたものである。本実施例では用いる光の波長
を７８０ｎｍ帯としたが、導波路としては、ＳｉＮ／Ｓ
ｉＯ2を用いた。層構造については実施例１に類似して
おり、プラズマＣＶＤ法で形成した。それぞれの厚さ
は、ＳｉＮ光導波層０．３μｍ、ＳｉＯ2光閉じ込め層
１μｍである。作製手順は実施例１とほぼ同じである
が、エッチングにはＣＦ4のＲＩＥを用いた。この場合
もモード変換損失の低減、分岐比の変動等は小さく、良
好な特性が実現できた。
【００４６】（実施例４）本発明第４の実施例を図８を
用いて説明する。本実施例は先の実施例１にて説明した
方法により作製したもので、垂直方向の光閉じ込めのた
めの光導波層６０４と幅がそれぞれ４μｍの導波路６０
１、６０２、６０３と、反射面６０５と、それに沿った
溝６０６からなる。溝６０６は先の実施例１にて説明し
たＣＡＩＢＥ法により作製され、反射面に沿って光の垂
直方向の界分布のピークを越えて十分に深く形成するこ
とが望ましい。導波路６０１、６０２、６０３はその中
心軸が１．５μｍ程度ずれて配設されている。反射面６
０５は導波路６０３を伝搬する光を半分だけ透過させ、
残り半分を９０度進行方向を変えるように働き、それぞ
れ導波路６０１、６０２へと導く。
用いて説明する。本実施例は先の実施例１にて説明した
方法により作製したもので、垂直方向の光閉じ込めのた
めの光導波層６０４と幅がそれぞれ４μｍの導波路６０
１、６０２、６０３と、反射面６０５と、それに沿った
溝６０６からなる。溝６０６は先の実施例１にて説明し
たＣＡＩＢＥ法により作製され、反射面に沿って光の垂
直方向の界分布のピークを越えて十分に深く形成するこ
とが望ましい。導波路６０１、６０２、６０３はその中
心軸が１．５μｍ程度ずれて配設されている。反射面６
０５は導波路６０３を伝搬する光を半分だけ透過させ、
残り半分を９０度進行方向を変えるように働き、それぞ
れ導波路６０１、６０２へと導く。
【００４７】この素子の特徴について説明する。この素
子は光分岐器であり、導波路６０３を伝搬する光を導波
路６０２と６０１へと分割するものである。この時、導
波路６０１に入射した光の電界分布は図１８に示される
ように、半分だけの電界が入射することになる。ここで
導波路６０１の中心を電界の存在する方へ約１．５μｍ
程度ずらすことにより、導波路６０３と導波路６０１の
結合効率を５６％改善することができた。導波路６０３
から６０２への結合も同様に改善された。本出願人らは
導波路中心のずれの大きさと結合効率を詳細に調べ、そ
の結果入力側導波路の幅（これは入力ビームの拡がりと
密接な関係がある。）の約２０〜５０％程度のずれを設
けることにより結合効率を従来例の４８％から７５％に
まで改善することができたものである（図１１参照）。
子は光分岐器であり、導波路６０３を伝搬する光を導波
路６０２と６０１へと分割するものである。この時、導
波路６０１に入射した光の電界分布は図１８に示される
ように、半分だけの電界が入射することになる。ここで
導波路６０１の中心を電界の存在する方へ約１．５μｍ
程度ずらすことにより、導波路６０３と導波路６０１の
結合効率を５６％改善することができた。導波路６０３
から６０２への結合も同様に改善された。本出願人らは
導波路中心のずれの大きさと結合効率を詳細に調べ、そ
の結果入力側導波路の幅（これは入力ビームの拡がりと
密接な関係がある。）の約２０〜５０％程度のずれを設
けることにより結合効率を従来例の４８％から７５％に
まで改善することができたものである（図１１参照）。
【００４８】（実施例５）本発明の別の実施例につき説
明する。図９は２×２の光合分岐器を示す。この合分岐
器はとりわけコヒーレント処理を用いた光波検出に効力
を発揮する。
明する。図９は２×２の光合分岐器を示す。この合分岐
器はとりわけコヒーレント処理を用いた光波検出に効力
を発揮する。
【００４９】光の入力導波路は７０１と７０３でありそ
の幅は４μｍの単一モード導波路である。この導波路を
伝搬し、ＢＳ７０５により分岐された光が導波路７０
２、７０４より取り出せる。この時、導波路７０１より
導波路７０４へと進行する光波の結合効率を向上させる
ためには、先の実施例４に説明したように、導波路７０
４と導波路７０１の中心軸を、図９にて導波路７０４を
左方向へ、一定距離ずらせば良い。しかしながら、この
場合、導波路７０３から導波路７０４へと進行する光波
の結合効率は、著しく劣化することになる。本実施例で
は、導波路７０２、７０４の中心軸を導波路７０１、７
０３の交差部の中心に対して一定距離ずらすと共に、導
波路７０２と導波路７０４のＢＳ部にテーパ構造を設け
たものである。
の幅は４μｍの単一モード導波路である。この導波路を
伝搬し、ＢＳ７０５により分岐された光が導波路７０
２、７０４より取り出せる。この時、導波路７０１より
導波路７０４へと進行する光波の結合効率を向上させる
ためには、先の実施例４に説明したように、導波路７０
４と導波路７０１の中心軸を、図９にて導波路７０４を
左方向へ、一定距離ずらせば良い。しかしながら、この
場合、導波路７０３から導波路７０４へと進行する光波
の結合効率は、著しく劣化することになる。本実施例で
は、導波路７０２、７０４の中心軸を導波路７０１、７
０３の交差部の中心に対して一定距離ずらすと共に、導
波路７０２と導波路７０４のＢＳ部にテーパ構造を設け
たものである。
【００５０】本実施例を光コヒーレント処理用光回路素
子として用いた場合について説明する。外部より導かれ
た信号光は導波路７０１中を伝搬し、ＢＳ７０５により
導波路７０２と７０４へと分割される。一方、局部発振
光は導波路７０３端面に突き合わせ接合された半導体レ
ーザ（図示せず）より導波路７０３へと入射する。局部
発振光も同じくＢＳ７０５により導波路７０２、７０４
へと導かれる。導波路７０２、７０４からの出力光は何
れも受光素子にて、ビート信号として検出される。ビー
ト信号の雑音を減少させる目的においても信号光と局部
発振光のパワーの比は１：１に近いものが望ましい。ま
た、それぞれの受光素子で検出されたビート信号は同相
の雑音を減少させるためバランス受信される。この時、
ＢＳの分割比は出来るだけ１：１に近いものがよい。本
実施例では、導波路７０２と、導波路７０４を、図９に
示すように、導波路７０２を下方へ、導波路７０４を左
方へずらして配したことにより信号光の導波路７０２、
７０４への結合効率を大きくし、一方で、局部発振光の
導波路７０２、７０４への結合効率を抑さえ、雑音の少
ないビート信号を得ることができた。更に加えて、導波
路７０２、７０４はそのＢＳの接合部が幅８μｍと広く
なっており、連続的にその幅が変化するテーパ構造とな
っている。これにより、ＢＳ部を形成する溝７０５の作
製精度が劣化した場合でも、導波路７０２、７０４への
結合効率、分岐比に大きな変化が生じず、素子の歩留り
向上となる。
子として用いた場合について説明する。外部より導かれ
た信号光は導波路７０１中を伝搬し、ＢＳ７０５により
導波路７０２と７０４へと分割される。一方、局部発振
光は導波路７０３端面に突き合わせ接合された半導体レ
ーザ（図示せず）より導波路７０３へと入射する。局部
発振光も同じくＢＳ７０５により導波路７０２、７０４
へと導かれる。導波路７０２、７０４からの出力光は何
れも受光素子にて、ビート信号として検出される。ビー
ト信号の雑音を減少させる目的においても信号光と局部
発振光のパワーの比は１：１に近いものが望ましい。ま
た、それぞれの受光素子で検出されたビート信号は同相
の雑音を減少させるためバランス受信される。この時、
ＢＳの分割比は出来るだけ１：１に近いものがよい。本
実施例では、導波路７０２と、導波路７０４を、図９に
示すように、導波路７０２を下方へ、導波路７０４を左
方へずらして配したことにより信号光の導波路７０２、
７０４への結合効率を大きくし、一方で、局部発振光の
導波路７０２、７０４への結合効率を抑さえ、雑音の少
ないビート信号を得ることができた。更に加えて、導波
路７０２、７０４はそのＢＳの接合部が幅８μｍと広く
なっており、連続的にその幅が変化するテーパ構造とな
っている。これにより、ＢＳ部を形成する溝７０５の作
製精度が劣化した場合でも、導波路７０２、７０４への
結合効率、分岐比に大きな変化が生じず、素子の歩留り
向上となる。
【００５１】図９では模式的に描かれているが、導波路
７０２、７０４のテーパ部分の幅８μｍ、長さ５００μ
ｍであり、テーパによるモード変換損失が充分小さくな
るようなテーパ長の素子を試作した。
７０２、７０４のテーパ部分の幅８μｍ、長さ５００μ
ｍであり、テーパによるモード変換損失が充分小さくな
るようなテーパ長の素子を試作した。
【００５２】（実施例６）本発明第５の実施例に示した
光回路素子を用いた集積型光回路装置の例を図１０に示
す。図１０は光コヒーレント検波用集積型光回路装置で
ある。ここでは図９と同じ図番号を用いている。図１０
で導波路７０３の端面にはＤＦＢレーザ７０７が突き合
わせ接合され、局部発振光は導波路７０３へと導かれ
る。一方信号光は光ファイバー７０９を伝送し、その出
射端面からレンズ７０８を通じて導波路７０１の端面へ
と集光する。この時、レンズ７０８が作る集光点での光
の分布を導波路７０１の近視野像とほぼ一致させてお
く。
光回路素子を用いた集積型光回路装置の例を図１０に示
す。図１０は光コヒーレント検波用集積型光回路装置で
ある。ここでは図９と同じ図番号を用いている。図１０
で導波路７０３の端面にはＤＦＢレーザ７０７が突き合
わせ接合され、局部発振光は導波路７０３へと導かれ
る。一方信号光は光ファイバー７０９を伝送し、その出
射端面からレンズ７０８を通じて導波路７０１の端面へ
と集光する。この時、レンズ７０８が作る集光点での光
の分布を導波路７０１の近視野像とほぼ一致させてお
く。
【００５３】結果、信号光は導波路７０１を、局部発振
光は導波路７０３を伝搬し、溝７０５により導波路７０
２、７０４へと分割される。導波路７０２、７０４の端
面には受光素子（図示せず）が配置してあり、それぞれ
でコヒーレント検波される。この時、それぞれの受光素
子で発生する局部発振光と自然放出光との雑音はバラン
ス受信することにより取り除くことができる。本実施例
では信号光を効率良く検出する事ができ、かつ、分割比
が溝７０５の形成時のプロセスの制御性に大きく依存し
ない光コヒーレント検波装置を作製した。
光は導波路７０３を伝搬し、溝７０５により導波路７０
２、７０４へと分割される。導波路７０２、７０４の端
面には受光素子（図示せず）が配置してあり、それぞれ
でコヒーレント検波される。この時、それぞれの受光素
子で発生する局部発振光と自然放出光との雑音はバラン
ス受信することにより取り除くことができる。本実施例
では信号光を効率良く検出する事ができ、かつ、分割比
が溝７０５の形成時のプロセスの制御性に大きく依存し
ない光コヒーレント検波装置を作製した。
【００５４】（実施例７）本発明の別の実施例を述べ
る。図１３に示されるようにＧａＡｓ基板９１１上に、
ＡｌＧａＡｓを材料としてエッチストップ層９１２、光
閉じ込め層９１３、光導波層９１４、光閉じ込め層９１
５、エッチストップ層９１６、さらに光閉じ込め層９１
７を順次積層する。その後、エッチングにより面Ｂ−
Ｂ’が表出するようにし、エッチストップ層９１２でエ
ッチングを停止する。その後、光閉じ込め層９２１、光
導波層９２２、光閉じ込め層９２３、エッチストップ層
９２４、光閉じ込め層９２５を順次積層する。これらの
結晶成長においては、光導波層９１４、９２２は同じ厚
さ０．８μｍで、層９２２が層９１４に対して０．４μ
ｍだけ上に作製される様に行なう。加えて、エッチスト
ップ層９１６と９２４の層厚、高さも一致させておく。
る。図１３に示されるようにＧａＡｓ基板９１１上に、
ＡｌＧａＡｓを材料としてエッチストップ層９１２、光
閉じ込め層９１３、光導波層９１４、光閉じ込め層９１
５、エッチストップ層９１６、さらに光閉じ込め層９１
７を順次積層する。その後、エッチングにより面Ｂ−
Ｂ’が表出するようにし、エッチストップ層９１２でエ
ッチングを停止する。その後、光閉じ込め層９２１、光
導波層９２２、光閉じ込め層９２３、エッチストップ層
９２４、光閉じ込め層９２５を順次積層する。これらの
結晶成長においては、光導波層９１４、９２２は同じ厚
さ０．８μｍで、層９２２が層９１４に対して０．４μ
ｍだけ上に作製される様に行なう。加えて、エッチスト
ップ層９１６と９２４の層厚、高さも一致させておく。
【００５５】更に、図１４に示されるがごとくＴ−Ｕ−
Ｖで表される部分をエッチングにより取り除き、光閉じ
込め層９３１、光導波層９３２、光閉じ込め層９３３、
エッチストップ層９３４、光閉じ込め層９３５を順次積
層する。これらの結晶成長においては、光導波層９１
４、９３２は同じ厚さ０．４μｍで、層９３２が層９１
４に対して０．４μｍだけ下に作製される様に行なう。
加えて、エッチストップ層９１６と９３４の層厚、高さ
も一致させておく。こうして作製された基板断面をＰ−
Ｑ−Ｒ−Ｓで切断して観測したものが図１５である。
Ｖで表される部分をエッチングにより取り除き、光閉じ
込め層９３１、光導波層９３２、光閉じ込め層９３３、
エッチストップ層９３４、光閉じ込め層９３５を順次積
層する。これらの結晶成長においては、光導波層９１
４、９３２は同じ厚さ０．４μｍで、層９３２が層９１
４に対して０．４μｍだけ下に作製される様に行なう。
加えて、エッチストップ層９１６と９３４の層厚、高さ
も一致させておく。こうして作製された基板断面をＰ−
Ｑ−Ｒ−Ｓで切断して観測したものが図１５である。
【００５６】次に、図１２に示されるリッジ部分をエッ
チングにより作製する。この時、直交する２本の導波路
に対して面Ｂ−Ｂ’が４５度の角度をなし、かつ交差部
の中心を通る様に行なう。更に、ドライエッチングによ
り、溝９０５を、２本の導波路の中心を通り、かつ、面
Ｂ−Ｂ’に直交する様に作製する。この時、エッチング
の深さが光導波層９１４のほぼ中央で停止するように制
御する。この時の制御性は実施例２に示されるようにお
よそ０．０４μｍで充分な制御性がある。また、エッチ
ングを行なう部分の長さは横方向の光の閉じ込めが行な
われる部分を越えて充分に大きくとれば問題ない。
チングにより作製する。この時、直交する２本の導波路
に対して面Ｂ−Ｂ’が４５度の角度をなし、かつ交差部
の中心を通る様に行なう。更に、ドライエッチングによ
り、溝９０５を、２本の導波路の中心を通り、かつ、面
Ｂ−Ｂ’に直交する様に作製する。この時、エッチング
の深さが光導波層９１４のほぼ中央で停止するように制
御する。この時の制御性は実施例２に示されるようにお
よそ０．０４μｍで充分な制御性がある。また、エッチ
ングを行なう部分の長さは横方向の光の閉じ込めが行な
われる部分を越えて充分に大きくとれば問題ない。
【００５７】本光合波・分岐器の特徴について図１２に
より説明する。入射導波路は９０１と９０２である。こ
こでは、導波路９０１から入射した光について説明す
る。導波路９０２から入射した光も同様に扱える。導波
路９０１を伝搬する光のほぼ上半分は溝９０５により導
波路９０３へと反射される。一方、下半分の光は溝９０
５の下部を通過し、導波路９０４へと入射する。ここ
で、既に図１５にて説明したように、導波路９０１の光
導波層９１４に対して、導波路９０３の光導波層９２２
は０．４μｍだけ上に作製されており、溝９０５で反射
された上半分の光を効率良く導波路９０３へと結合する
ことができる。一方、導波路９０４の光導波層９３２は
光導波層９１４に対して、０．４μｍだけ下に作製され
ているので、同じく、溝９０５の下部を透過した下半分
の光を効率良く導波路９０４へと導くことができる。更
に、本実施例では、溝９０５の深さ方向の加工精度が
０．０４μｍであるので、極めて分割比の安定した光分
岐器、光合波器を得ることができた。また、深さを変え
ることにより任意の分割比の光合分岐器の作製も可能で
ある。
より説明する。入射導波路は９０１と９０２である。こ
こでは、導波路９０１から入射した光について説明す
る。導波路９０２から入射した光も同様に扱える。導波
路９０１を伝搬する光のほぼ上半分は溝９０５により導
波路９０３へと反射される。一方、下半分の光は溝９０
５の下部を通過し、導波路９０４へと入射する。ここ
で、既に図１５にて説明したように、導波路９０１の光
導波層９１４に対して、導波路９０３の光導波層９２２
は０．４μｍだけ上に作製されており、溝９０５で反射
された上半分の光を効率良く導波路９０３へと結合する
ことができる。一方、導波路９０４の光導波層９３２は
光導波層９１４に対して、０．４μｍだけ下に作製され
ているので、同じく、溝９０５の下部を透過した下半分
の光を効率良く導波路９０４へと導くことができる。更
に、本実施例では、溝９０５の深さ方向の加工精度が
０．０４μｍであるので、極めて分割比の安定した光分
岐器、光合波器を得ることができた。また、深さを変え
ることにより任意の分割比の光合分岐器の作製も可能で
ある。
【００５８】本実施例においては溝９０５を光導波層９
１４のほぼ中央部までに深さに形成したが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、分岐比を変えたいとき、溝
の深さを変えることによって、所望の分岐比が得られる
ものである。
１４のほぼ中央部までに深さに形成したが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、分岐比を変えたいとき、溝
の深さを変えることによって、所望の分岐比が得られる
ものである。
【００５９】
【発明の効果】上記のように、光分岐部に或る反射率を
有する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くな
ればなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。また、
位置ずれに対する分岐比の変動が小さくなり、厳密な位
置合わせ精度が要求されなくなる。
有する部位を複数個配置すると、その部位の数が多くな
ればなるほど光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。また、
位置ずれに対する分岐比の変動が小さくなり、厳密な位
置合わせ精度が要求されなくなる。
【００６０】また、或る反射率を有する部位の形成方法
として、その領域における光の界分布のピークをこえて
深い溝を形成することにより、その領域における光の透
過は無視できることになり、マスクパターンのみで規定
される光の分岐比が得られる。
として、その領域における光の界分布のピークをこえて
深い溝を形成することにより、その領域における光の透
過は無視できることになり、マスクパターンのみで規定
される光の分岐比が得られる。
【００６１】更には、出力側の光導波路の中心軸を入力
側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことに
より、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
側の光導波路の中心軸より所定の距離だけずらすことに
より、やはり光分岐部の光の界分布と出力側の導波路の
固有モードとの整合が良くなり、光分岐部から出力側の
導波路に至る間のモード変換損失が小さくなる。
【００６２】そして、出力側の光導波路の幅を連続的ま
たは、断続的に変化させたことにより、モード変換損失
を抑え、かつ素子作成時のマスクあわせの精度の変化に
対する光結合効率、分岐比の変動を抑え、歩留りの向上
になる。
たは、断続的に変化させたことにより、モード変換損失
を抑え、かつ素子作成時のマスクあわせの精度の変化に
対する光結合効率、分岐比の変動を抑え、歩留りの向上
になる。
【図１】本発明の導波路型光合波器の斜視図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図２に示す導波路中の信号光の水平方向（導波
路の各層に平行な方向）の光強度分布である。
路の各層に平行な方向）の光強度分布である。
【図４】図２に示すＢＳ直後の２つの光の界分布、及び
ＢＳ入射前の光の界分布を示した図である。
ＢＳ入射前の光の界分布を示した図である。
【図５】本発明の他の実施例の導波路型光合波器の上面
図である。
図である。
【図６】図５に示すＢＳ直後の２つの光の界分布、及び
ＢＳ入射前の光の界分布を示した図である。
ＢＳ入射前の光の界分布を示した図である。
【図７】本発明の他の実施例の導波路型光合波器の上面
図である。
図である。
【図８】本発明第４の実施例の導波路型光合波器の斜視
図である。
図である。
【図９】本発明第５の実施例の導波路型光合波器の斜視
図である。
図である。
【図１０】本発明第５の実施例の導波路型光合波器の応
用例である。
用例である。
【図１１】本発明第５の実施例における導波路のずれの
効果を示す図である。
効果を示す図である。
【図１２】本発明第７の実施例における導波路型光合波
器の斜視図である。
器の斜視図である。
【図１３】本発明第７の実施例の導波路型光合波器の作
製手順を示す図である。
製手順を示す図である。
【図１４】図１３に続く、本発明第７の実施例の導波路
型光合波器の作製手順を示す図である。
型光合波器の作製手順を示す図である。
【図１５】本発明第７の実施例の導波路型光合波器の断
面図である。
面図である。
【図１６】本発明第７の実施例の導波路型光合波器の断
面図である。
面図である。
【図１７】従来例を示す摸式図である。
【図１８】従来例を示す模式図である。
１００ 入力側導波路 １０１ 入力側導波路 １０３ 出力側導波路 １０４ 出力側導波路 １０５ 溝 １０６ ＧａＡｓ基板 １０７ Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１光閉じ込め層 １０８ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光導波層 １０９ Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２光閉じ込め層 １１０ ＧａＡｓエッチストップ層 １１１ Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３光閉じ込め層 １１２ ＧａＡｓ表面保護層
Claims (12)
- 【請求項１】 光導波路に溝を形成することによって、
該光導波路を導波する光を分岐する際、 前記溝が複数個形成されて１つの分岐器を成すことを特
徴とする光回路素子。 - 【請求項２】 前記溝は、光導波路の分岐面両端部に形
成されてなることを特徴とする請求項１に記載の光回路
素子。 - 【請求項３】 前記溝は、その幅が前記光導波路内を導
波する光の波長の１０分の１以上となるようその個数を
備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光
回路素子。 - 【請求項４】 前記溝は、その形成領域が溝上方からみ
てほぼ一直線の形状に形成されてなることを特徴とする
請求項３に記載の光回路素子。 - 【請求項５】 前記溝は、その形成領域が溝上方からみ
てほぼ三角形状に形成されてなることを特徴とする請求
項３に記載の光回路素子。 - 【請求項６】 前記溝は、その深さが光の界分布のピー
クを越して深く形成されてなることを特徴とする請求項
１〜請求項５のいずれかに記載の光回路素子。 - 【請求項７】 光導波路に溝を形成することによって、
該光導波路を導波する光を分岐する際、 分岐前の入射側光導波路の光軸と、分岐後の出射側光導
波路の光軸とが、ずれるよう形成されてなることを特徴
とする光回路素子。 - 【請求項８】 前記入射側光導波路の光軸は、ほぼ前記
溝に達し、 一方、前記出射側光導波路の光軸は、前記溝による分岐
光の内部に位置するよう形成されてなることを特徴とす
る請求項７に記載の光回路素子。 - 【請求項９】 光導波路に溝を形成することによって、
該光導波路を導波する光を分岐する際、 分岐前の入射側光導波路の幅と、分岐後の出射側光導波
路の幅とが異なっていることを特徴とする請求項７又は
請求項８に記載の光回路素子。 - 【請求項１０】 前記出射側光導波路の幅は、少なくと
も前記溝近傍において、前記入射側光導波路の幅より広
くなっていることを特徴とする請求項９に記載の光回路
素子。 - 【請求項１１】 光導波路に溝を形成することによっ
て、該光導波路を導波する光を分岐する際、前記溝は、
その幅が光のピークを挟み、かつ光の界分布より充分大
きく形成されてなることを特徴とする光回路素子。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかの光回路素
子を備えた集積型光回路装置において、 前記光回路素子の入射側光導波路が複数個あって、それ
ぞれの入射側光導波路に対応して１つずつ配置される入
射光発振源は、複数種類であることを特徴とする集積型
光回路装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28717695A JP3943615B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 |
| US08/742,494 US5825952A (en) | 1995-11-06 | 1996-11-01 | Optical circuit element and an integrated type optical circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28717695A JP3943615B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 |
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| JP2004129230A Division JP2004258677A (ja) | 2004-04-26 | 2004-04-26 | 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09127349A true JPH09127349A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3943615B2 JP3943615B2 (ja) | 2007-07-11 |
Family
ID=17714068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28717695A Expired - Fee Related JP3943615B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 光回路素子およびそれを用いた集積型光回路装置 |
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| US6646747B2 (en) * | 2001-05-17 | 2003-11-11 | Sioptical, Inc. | Interferometer apparatus and associated method |
| US6614952B2 (en) * | 2001-10-19 | 2003-09-02 | Agilent Technologies, Inc. | Programmable optical cross-connector using an array of intersecting waveguides |
| JP2003248204A (ja) * | 2002-02-25 | 2003-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子、半導体光変調素子、及び半導体光受光素子 |
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| DE10260819A1 (de) * | 2002-12-23 | 2004-07-01 | Carl Zeiss Smt Ag | Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten optischen Elementen |
| US7957618B2 (en) * | 2005-03-31 | 2011-06-07 | Syntune Ab | Integrated photonic circuit |
| CN102144179B (zh) * | 2008-09-04 | 2013-06-12 | 惠普开发有限公司 | 损耗得以减少的介电波导相交点 |
| WO2010030295A1 (en) * | 2008-09-15 | 2010-03-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | In-plane optical wave guide with area based splitter |
| JP5946611B2 (ja) * | 2011-07-15 | 2016-07-06 | 株式会社エンプラス | 光レセプタクルおよびこれを備えた光モジュール |
| CN102879859A (zh) * | 2012-08-20 | 2013-01-16 | 东南大学 | 集成型光分路器 |
| CN106125198A (zh) * | 2014-02-21 | 2016-11-16 | 杭州天野通信设备有限公司 | 用于对全通信波段进行分光优化的光分路结构及制备方法 |
| CN107678091A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-09 | 中山大学 | 一种紧凑的光波导交叉耦合器 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH04151886A (ja) * | 1990-10-15 | 1992-05-25 | Canon Inc | 光半導体素子 |
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- 1995-11-06 JP JP28717695A patent/JP3943615B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-11-01 US US08/742,494 patent/US5825952A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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