专利名称：光导波路和光传播方法
技术领域：
本发明涉及作为光通信设备而使用的光导波路。
背景技术：
光导波路为了降低与光纤的耦合损失，把芯体的剖面形状制作成矩形较为理想。但是，在通过使用压模的复制法制作时，由于在压模上具有拔模斜度等，使得芯体的剖面不是矩形，而是具有一定斜度的形状(梯形)(专利文献1等)。图1是表示具有锥状的芯体剖面的光导波路的一个例子的概略立体图。在该光导波路10中，在上下玻璃基板11、12之间夹有叠层了下包层13和上包层14的部分。在设置于下包层13上面的芯体沟15内填充有芯体16。
这种光导波路10例如利用压模法制作下包层13。在该方法中，在玻璃基板11上滴下紫外线固化型树脂，用压模按压紫外线固化型树脂，使其在基板和压模之间展开，通过紫外线照射，使紫外线固化型树脂固化，形成下包层13。此时，利用具有压模的凸形状，在下包层13的上面形成芯体沟15，但是，为了使压模容易脱模，在凸形状的两侧面带有向脱模方向倾斜的斜度，所以，芯体沟15的两侧面也形成有沿着深度方向的斜度。接着，通过向形成于下包层13上面的芯体沟15中填充芯体材料，来形成芯体16，下包层13和玻璃基板12之间形成有上包层14，下包层13和上包层14之间封闭有芯体16。因此，通过在将芯体材料填充到芯体沟15内而成形的芯体16的剖面的两侧面也带有沿着深度方向的斜度。
另外，即使是通过注塑成型来形成下包层的方法，为了使成形模具容易地从在成形模具内进行树脂成形的下包层中脱模，沿着芯体沟的深度方向也带有斜度。另外，即使利用半导体的制造工序，在下包层上堆积了芯体材料层之后，通过蚀刻来形成芯体的情况下，在曝光时，由于光延伸到芯体材料层的深度方向，所以，蚀刻后的芯体也带有斜度。这样，由于在这些制造方法中，芯体都带有斜度，所以，芯体的剖面也为梯形状。
这样，如果与芯体的长度方向垂直的剖面带有沿着深度方向或高度方向的斜度，则根据距离芯体下表面的高度的不同，芯体剖面的宽度也不同。因此，芯体剖面的宽度较窄部分比芯体剖面的宽度较宽部分的等价折射率小。芯体的等价折射率小时，该等价折射率跟下包层和上包层折射率的差变小，所以，在芯体剖面宽度较窄部分，芯体内的光的封闭性比芯体剖面宽度较宽部分弱。因此，如果芯体剖面带有斜度，则因芯体剖面宽度的变化，高度方向的模态分布(mode profile)会产生相对于芯体中央非对称的现象。
图2(a)表示具有上面芯体宽度较宽、下面芯体宽度较窄的锥状剖面的芯体16和上下包层13、14，图2(b)表示在芯体16的剖面的左右中央，沿着高度方向的折射率的变化，图2(c)中，实线所示的曲线表示在该芯体16内传播的光信号的模态分布。图2(c)的纵轴表示从芯体16的剖面的高度方向的中央开始测量的高度，横轴表示在芯体16内传播的光信号的强度。另外，图2(c)中虚线所示的曲线表示剖面为矩形的芯体理想的模态分布。图2(c)的虚线所示的理想模态分布中，画出了关于芯体剖面的高度方向的中央对称的曲线。与此相对，在带有斜度的芯体剖面的情况下，在芯体16的下面，向下包层13侧的漏光变大，使该模态分布变得不对称。
这样，在芯体剖面带有斜度的以往的光导波路中，由于芯体的模态分布在上下方向上是非对称的，所以存在如下的问题在芯体内部传播的光与上下方向对称的模态分布的光纤的连接损失变大。
特开2003-240991号公报发明内容本发明就是鉴于上述的技术课题而提出的，其目的在于，在具有因芯体剖面的形状而产生的非对称的模态分布的光导波路中，减少该模态的分布的非对称性。
本发明之一的光导波路，在包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，在上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近，形成有折射率大于上述芯体的折射率或者小于上述包层的折射率的折射率调整区域。另外，此处所谓的包层可以是上包层，也可以是下包层，还可以是单体的包层。另外，所谓的距包层表面的距离为从包层的表面开始测定的芯体的高度方向或深度方向的距离。
在本发明之一的光导波路中，通过由上述芯体形成折射率大的折射率调整区域，在芯体宽度较窄侧，芯体(折射率调整区域)的等价折射率和包层的折射率的折射率之差变大，光的封闭性可以与芯体宽度较宽侧相同程度地变强，所以，可以使在芯体内传播的光的强度的分布接近对称。另外，通过由上述包层形成折射率小的折射率调整区域，在芯体宽度较窄侧，芯体的等价折射率和包层(折射率调整区域)的折射率的折射率之差变大，光的封闭性可以与芯体宽度较宽侧相同程度地变强，所以，可以使在芯体内传播的光的强度的分布接近对称。由此，可以提高与光纤等的耦合效率。
在第1光导波路的实施方式中，上述折射率调整区域通过改变上述包层或上述芯体的材质而形成。例如，通过在包层或芯体中注入金属或半导体的离子、或者使其扩散，可以在任意的深度上改变包层或芯体的材质。
另外，在第1光导波路的其他实施方式中，上述折射率调整区域通过在上述芯体和上述包层的边界面上堆积与芯体和包层不同的材料而形成。作为所堆积的材料，可以使用金属或半导体。根据该方法，在光集成电路的制造工序中，可以简单地形成折射率调整区域。
本发明的第2光导波路，在上包层和下包层之间嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从两个包层的边界面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，上述芯体宽度宽的一侧的面与任意一个上述包层的边界面附近，形成有折射率小于上述芯体的折射率、且大于与上述芯体的宽度窄的一侧的面邻接的包层的折射率的折射率调整区域。另外，所谓的两个包层的边界面间的距离为从两个包层的边界面开始测量的芯体的高度方向或深度方向的距离。
在本发明的第2光导波路中，通过在芯体宽度较宽侧的面和任意一个包层的边界面附近，形成折射率比芯体小、且比与芯体宽度较窄侧的面相连的包层大的折射率调整区域，在芯体宽度较宽侧，芯体的等价折射率和折射率调整区域的折射率的折射率之差变小，光的封闭性可以与芯体宽度较窄侧相同程度地变弱，所以，可以使在芯体内传播的光的强度的分布接近对称。由此，可以提高与光纤等的耦合效率。
在第2光导波路的实施方式中，上述折射率调整区域通过改变上述芯体或与芯体较宽侧的面相连的包层的材质而形成。例如，通过在包层或芯体中注入金属或半导体的离子、或者使其扩散，可以在任意的深度上改变包层或芯体的材质。
另外，在第2光导波路的其他实施方式中，上述折射率调整区域是上包层和下包层中的与芯体宽度较宽侧的面相连侧的包层整体。
另外，在第2光导波路的其他实施方式中，上述折射率调整区域通过在上述芯体和任意一个上述包层的边界面上叠层与该芯体和包层不同的材料而形成。作为所叠层的材料，可以使用金属或半导体。根据该方法，在光集成电路的制造工序中，可以简单地形成折射率调整区域。
本发明的第3光导波路，在包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近，形成其拉抻应力大于周围的拉抻应力的区域。另外，所谓的距包层表面的距离是从包层的表面开始测量的芯体的高度方向或深度方向的距离。
在本发明的第3光导波路中，通过在上述芯体宽度较窄侧的面和上述包层的边界面的附近形成拉抻应力比周围高的区域，可以在芯体宽度较窄侧形成折射率比上述包层小的区域。因此，在芯体宽度较窄侧，芯体的等价折射率和拉抻应力高的区域的折射率之间的折射率差变大，光的封闭性可以与芯体宽度较宽侧相同程度地变强，所以，可以使在芯体内传播的光的强度的分布接近对称。由此，可以提高与光纤等的耦合效率。
本发明的光的传播方法，由传播光的第1光纤、与该第1光纤构成光学耦合的光导波路及与该光导波路光学耦合的第2光纤组成，该光从光发送单元射出，在第1光纤内传播，从该第1光纤射出后，入射到上述光导波路内进行传播，从该光导波路出射后，入射到第2光纤内进行传播，用光接收单元接收，上述光波导路的包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近形成有折射率大于上述芯体的折射率或者小于上述包层的折射率的折射率调整区域。另外，所谓的距包层表面的距离是从包层的表面开始测量的芯体的高度方向或深度方向的距离。
另外，对于本发明的以上所说明的结构要素，在条件允许的情况下可以进行任意的组合。
图1是表示具有锥状芯体剖面的光导波路的一例的概略立体图。
图2(a)～(c)是说明图1所示光导波路的作用的说明图。
图3是表示本发明的一个实施例的光导波路的立体图。
图4是表示图3的光导波路的变形例的概略剖面图。
图5(a)～(d)是对图3所示的光导波路的制造工序进行说明的概略图。
图6(a)～(c)是说明图3所示实施例的作用的说明图。
图7是表示在使低折射率层的折射率变化时的芯体上半部的模态分布的变化的仿真图。
图8是表示在使低折射率层的折射率变化时的芯体下半部的模态分布的变化的仿真图。
图9是对本发明的其他实施例进行说明的图。
图10(a)～(d)是对图9所示的光导波路的制造工序进行说明的概略图。
图11是表示本发明的其他实施例的光导波路的立体图。
图12(a)～(d)是对图11所示的光导波路的制造工序进行说明的概略图。
图13(a)～(c)是说明图11所示的实施例的作用的说明图。
图14是表示在使中折射率层的折射率变化时的芯体上半部的模态分布的变化的仿真图。
图15是表示在使中折射率层的折射率变化时的芯体下半部的模态分布的变化的仿真图。
图16是表示本发明其他实施例的光导波路的立体图。
图17(a)～(c)是对图16的实施例的光导波路的制造过程进行说明的概略图。
图18(a)～(c)是说明图16所示实施例的作用的说明图。
图19(a)是表示本发明其他实施例的光导波路的要部的概略图，图19(b)是表示在芯体内传播的光的模态分布图。
图20是表示在使低折射率层的折射率变化时的芯体上半部的模态分布的变化的仿真图。
图21是表示在使低折射率层的折射率变化时的芯体下半部的模态分布的变化的仿真图。
图22是本发明其他实施例的光导波路的剖面图。
图23是表示光导波路内的应力分布的图。
图24是本发明其他实施例的光的传播方法的模式图。
图中21、22玻璃基板；23下包层；24上包层；25芯体沟；26芯体；27低折射率层；28高折射率层；29中折射率层；41高应力区域。
具体实施例方式
以下，结合实施例对本发明进行具体的说明。另外，以下说明的实施例是一个例子，本发明不限于下述实施例。
图3是表示本发明的一个实施例的光导波路的立体图。在该光导波路20中，在下面侧的玻璃基板21和上面侧的玻璃基板22之间，叠层了下包层23和上包层24。形成在下包层23上面的芯体沟25内设置有芯体26。芯体26的两侧面具有斜度，芯体26的剖面为下面侧的宽度较窄的梯形。另外，在芯体26的下面(宽度最窄的面)与下包层23之间设置有低折射率层27。下包层23和上包层24由透明树脂形成，具有相同的折射率。优选下包层23和上包层24由同一种透明树脂形成。芯体26由折射率比下包层23和上包层24大的透明树脂形成。低折射率层27具有比下包层23小的折射率。如果将芯体26的高度设为6μm，则低折射率层27的厚度为0.5～1.0μm左右。
另外，在图3中，在芯体沟25的下表面上设置低折射率层27，但是，如图4所示，低折射率层27也可以嵌入到比芯体沟25的下面稍深的位置上。另外，虽然未图示，但低折射率层27即使位于芯体26内的下表面附近也无妨。但是，在该情况下，由于芯体26的中心向上方移动，所以，光强度的分布中心也向上方偏移。
图5(a)～(d)是对图3所示的光导波路20的制造工序进行说明的概略图。首先，在玻璃基板21的上面滴下紫外线固化型树脂，并用压模31对其进行按压，使紫外线固化型树脂在压模31和玻璃基板21之间展开。通过紫外线照射，使紫外线固化型树脂固化，形成下包层23，然后，使压模31从下包层23上脱模。在这样形成的下包层23上形成有芯体沟25(图5(a))。由于压模31上设置有下面侧宽度较窄的剖面为梯形状的凸部，所以，芯体沟25的剖面为两侧面带有斜度的倒梯形剖面。
接下来，沿着芯体沟25的全长，在其下表面通过真空蒸镀来堆积金属和Si等半导体。作为该金属或半导体，优选使用使下包层23的折射率降低的物质、或者通过扩散在下包层23中使下包层23的折射率降低的杂质。当芯体沟25的下面堆积有金属或半导体时，由于折射率降低，所以，在芯体沟25的下表面上形成有折射率比下包层23低的低折射率层27(图5(b))。或者，也可以在芯体沟25的下表面注入金属离子、氢离子、氦离子等，通过离子注入，改变芯体沟25的下表面的性质，形成低折射率层27。
然后，在芯体沟25内填充芯体材料的树脂，形成芯体26(图5(c))。另外，在下包层23和芯体26上滴下紫外线固化型树脂，并用玻璃基板22对其进行按压，使其玻璃基板22和下包层23之间展开。当紫外线照射到该处时，紫外线固化型树脂固化，形成上包层24，制作出光导波路20(图5(d))。
图6是对图3所示的实施例的作用进行说明的图，图6(a)是表示光导波路20的芯体附近的概略图，图6(b)是表示沿着芯体26中央的高度方向的折射率的变化，图6(c)是表示在该芯体内传播的光信号的模态分布图。图6(c)的纵轴表示从芯体剖面的高度方向的中央开始测量的高度，横轴表示在芯体内传播的光信号的强度，实线所示的曲线表示该芯体26内传播的光信号的模态分布，双点划线所示的曲线是图2(c)中实线所示的以往例的模态分布。
在没有低折射率层27的以往例的情况下，由于芯体26下面侧的宽度较窄，所以在芯体26的底部，等价折射率变小，其结果，芯体26底部的等价折射率和下包层23的折射率之间的差变小，所以，如图6(c)的双点划线所示，从芯体26下表面的漏光变大，模态分布为非对称。
在本实施例的情况下，在芯体26的下表面和下包层23的边界面附近设有低折射率层27(图6(a))。由于该低折射率层27的折射率比下包层23小，所以，可以认为低折射率层27是下包层23的一部分。因此，在本实施例中，在芯体26的下表面和下包层23的边界面上，芯体26的等价折射率和低折射率层27的折射率的差Δn比没有低折射率层27时大(图6(b))。其结果，芯体26的下表面上光的封闭性变强，如图6(c)所示的实线曲线那样，缓和了模态分布的非对称性的程度。通过使模态分布接近对称，可以使具有梯形剖面的芯体26的2维强度分布也为同心圆状的分布。并且，通过使模态分布接近对称，可以提高与光纤的耦合效率。
为了使模态分布对称，虽然可考虑使剖面为梯形的芯体的折射率从宽度较大侧向宽度较小侧逐渐变大，但是，这种方法，芯体的制作比较麻烦，成本也会上升。另外，由于整个芯体内折射率发生变化，所以有可能使在芯体内传播的信号波形失真。而在本实施例的情况下，由于整个芯体26内的折射率是相同的，所以，光导波路20容易制作，另外，传播信号的波形不容易失真。
图7和图8是利用仿真画出在光导波路20中使上述低折射率层27的折射率变化时的模态分布的变化图。图7表示芯体26的高度方向的中央偏上侧的模态分布，图8表示芯体26的高度方向的中央偏下侧的模态分布，任意一个纵轴表示高度，横轴表示光信号的强度。图7和图8所示的模态分布的仿真条件为芯体26中央的高度和宽度都为6μm，芯体26和下包层23的折射率的差为芯体26的折射率的0.37％。另外，低折射率层27的厚度为1μm，低折射率层27的宽度与芯体26的下表面的宽度相等。并且，求出下包层23的折射率和低折射率层27的折射率的差比下包层23的折射率低0.00％、0.01％、0.03％、0.04％、0.06％、0.07％的6种模式的模态分布。图7和图8是表示其结果的图。
此处，在图7所示的上侧模态分布中，例如，如果观察强度为0.300[a.u.]处的高度，则与低折射率层27的折射率无关，距离芯体26中央的高度约为4.210μm。因此，如果模态分布是对称的，则即使距离芯体26中央的高度约为-4.210μm，强度也为0.300[a.u.]。因此，观察图8的模态分布可知在低折射率层27的折射率比下包层23的折射率低0.06％的情况下，高度约为-4.210μm时的强度为0.300[a.u.]。因此，可知如果低折射率层27的折射率比下包层23的折射率小0.06％，则可以获得大致对称的模态分布。
在上述实施例中，芯体26的下表面和下包层23的边界面附近设有折射率比下包层23低的层，但是，也可以在该边界面的附近设置折射率比芯体26稍微大的层。图9是对这种实施例进行说明的图。图9(a)是表示该光导波路的芯体附近的概略图，芯体26的剖面为下面侧宽度较窄的梯形，芯体26的底部附近设置有折射率比芯体26稍大的高折射率层28。图9(b)是表示沿着芯体26中央的高度方向的折射率的变化图。图9(c)是表示在该芯体内传播的光信号的模态分布图，实线所示的曲线表示该芯体26内传播的光信号的模态分布，双点划线所示的曲线是以往例的模态分布。
另外，在图9(a)中，芯体26的下表面设置有高折射率层28，但是，高折射率层28也可以位于芯体26的下表面稍微靠上的位置上。另外，高折射率层28即使位于芯体沟25内的下表面附近(下包层23)也无妨。
在图9所示的实施例的情况下，在芯体26的下表面和下包层23的边界面附近设置有高折射率层28(图9(a))。由于该高折射率层28的折射率比芯体26大，所以，可以将高折射率层28考虑成芯体26的一部分。因此，在本实施例中，在芯体26的下表面和下包层23的边界面上，高折射率层28的等价折射率和下包层23的折射率的差Δn比没有高折射率层28时大(图9(b))。其结果，芯体26的下表面上的光的封闭性变强，如图9(c)所示的实线曲线那样，模态分布的非对称性的程度得到了缓和。通过使模态分布接近对称，可以使具有梯形剖面的芯体26的2维强度分布也为同心圆状的分布。并且，通过使模态分布接近对称，可以提高与光纤的耦合效率。但是，在本实施例中，由于受高折射率层28的折射率的影响，光强度分布的中心向下方偏移，所以，光纤的连接位置也向下方移动。
另外，由于本实施例的整个芯体26内的折射率是相同的，所以，光导波路20的制作容易，而且，传播信号的波形不容易失真。
图10(a)～(d)是对图9所示的光导波路的制造工序进行说明的概略图。首先，在玻璃基板21的上面形成具有芯体沟25的下包层23(图10(a))。芯体沟25的剖面为两侧面带有斜度的倒梯形剖面。
接下来，沿着芯体沟25的全长，在其下表面通过真空蒸镀堆积金属或Si等的半导体。作为该金属或半导体，可以使用通过使其作为杂质扩散在芯体26中而提高芯体26的折射率的物质。由于当在芯体沟25的下面堆积了这种金属或半导体后，芯体26的折射率增大，所以在芯体26的下面形成了折射率比芯体26高的高折射率层28(图10(b))。
然后，通过在芯体沟25内填充芯体材料的树脂，来作成芯体26(图10(c))。接着，通过在下包层23和芯体26的上表面与玻璃基板22之间形成上包层24，来制作成光导波路(图10(d))。
另外，关于该情况下的模态分布的仿真图，由于与图7和图8的情况相同，故在此省略。
图11是本发明的其他实施例，该图所示的光导波路30，在芯体26的上表面(宽度最宽的面)和上包层24的边界面上，在上包层24中形成有折射率比上包层24高、且比芯体26低的中折射率层29。
另外，在图11中，在上包层24的下面设置有中折射率层29，但是，中折射率层29也可以位于上包层24的下表面稍向上的位置上。另外，中折射率层29位于芯体26的上表面附近也无妨。
图12(a)～(d)是对图11所示的光导波路30的制造工序进行说明的概略图。首先，在玻璃基板21的上表面滴下紫外线固化型树脂，并用压模31对其进行按压，使其在压模31和玻璃基板21之间展开。通过紫外线照射，使紫外线固化型树脂固化，形成下包层23，然后，将压模31从下包层23上脱模。在这样形成的下包层23上，形成芯体沟25(图12(a))。芯体沟25的剖面为两侧面带有斜度的倒梯形剖面。在该芯体沟25中填充芯体材料的树脂，形成芯体26(图12(b))。
接下来，通过在芯体26的上表面堆积金属或半导体，在芯体26的上面形成折射率比上包层24大、比芯体26小的中折射率层29(图12(c))。
然后，在下包层23和中折射率层29上滴下紫外线固化型树脂，并用玻璃基板22对其进行按压，使其在玻璃基板22和下包层23之间展开。通过紫外线照射该处，使紫外线固化型树脂固化，形成上包层24，从而制作出光导波路30(图12(d))。
在图11所示的实施例中，由于设置在芯体26的上面和上包层24的边界面附近的中折射率层29的折射率比芯体26的折射率稍小、且比上包层24的折射率稍大(图13(a))，所以，在芯体26的上面和上包层24的边界面上，芯体26的等价折射率和中折射率层29的折射率的差Δn比没有中折射率层29时小(图13(b))。其结果，芯体26的上面上的光的封闭性变弱，如图13(c)所示的实线曲线那样，模态分布的非对称性的程度得到了缓和。通过使模态分布接近对称，可以使具有梯形剖面的芯体26的2维强度分布也为同心圆状的分布。并且，通过使模态分布接近对称，可以提高与光纤的耦合效率。
图14和图15是利用仿真画出在光导波路30中使上述中折射率层29的折射率变化时的模态分布的变化图。图14和图15的仿真与图7和图8的仿真条件相同。另外，图14和图15中，画出了中折射率层29的折射率和上包层24的折射率的差比上包层24的折射率高0.00％、0.01％、0.03％、0.04％、0.06％、0.07％的6种模式的模态分布。
此处，在图15所示的下侧模态分布中，例如，如果观察强度为0.300[a.u.]处的高度，则与中折射率层29的折射率无关，距离芯体26中央的高度约为-4.400μm。因此，只要模态分布是对称的，即使距离芯体26中央的高度约为-4.400μm，强度也为0.300[a.u.]。因此，观察图14的模态分布可知在中折射率层29的折射率比上包层24的折射率高0.120％(利用外插法)的情况下，高度约为4.400μm时的强度为0.300[a.u.]。因此，可知如果中间折射率29的折射率比上包层24的折射率大0.120％，则可以获得大致对称的模态分布。
在图11实施例中，在芯体26的上面形成了中折射率层29，但是，作为与其相同的方法，也可以提高上包层24整体的折射率。即，在图16所示的实施例中，使上包层24的折射率比下包层23的折射率高、且比芯体26的折射率低。
图17(a)～(c)是对图16所示的光导波路32的制造过程进行说明的概略图。首先，在玻璃基板21的上面形成具有剖面为梯形的芯体沟25的下包层23(图17(a))。接下来，在芯体沟25内填充芯体材料的树脂，形成芯体26(图17(b))。然后，在下包层23和芯体26的上面与玻璃基板22之间，使用折射率比下包层23高的树脂形成上包层24(图17(c))。
图18是对图16所示的实施例的作用进行说明的图，图18(a)是表示光导波路32的芯体附近的概略图，图18(b)表示沿着芯体26中央的高度方向的折射率的变化，图18(c)是表示在芯体26内传播的光信号的模态分布图。图18(c)的纵轴表示从芯体剖面的高度方向的中央开始测量的高度，横轴表示在芯体内传播的光信号的强度，实线所示的曲线表示该芯体26内传播的光信号的模态分布，双点划线所示的曲线是图2(c)中实线所示的以往例的模态分布。
在本实施方式中，由于上包层24的折射率比下包层23的折射率高，所以，如图18(b)所示，芯体26的上表面的等价折射率和上包层24的折射率的差Δn与芯体26的下表面的等价折射率和下包层23的折射率的差相同。因此，如图18(c)所示，在芯体26内传播的光从芯体26的上表面漏出的量变大，模态分布接近对称。因此，提高了芯体26和光纤的耦合效率。
对于该实施方式的模态分布的仿真图没有示出，但是，根据其作用也可以明确该实施例的仿真也与图14和图15的仿真一样，具有相同的倾斜度。
另外，作为该实施例的变形例，也可以以与芯体26大致相同的厚度，将下包层23划分成位于与芯体26相同高度处的层和位于芯体26的下方的层，使位于芯体26下方的层的折射率比位于与芯体26大致相同高度处的层的折射率低(未图示)。
图19示出了在芯体26的下表面和两侧面底部的附近，在下包层23上形成低折射率层27的本发明的实施例。芯体26的厚度为6μm，从芯体26的下表面到两侧面，例如将低折射率层27设为1μm。该实施例相当于在图3的实施例中，将设置在芯体26下表面的低折射率层27延伸到芯体26的两侧面底部的实施例。因此，根据与图3实施例相同的作用，在芯体26内传播的光的模态分布可以对称。
图20和图21是利用仿真画出在该实施例中使低折射率层27的折射率变化时的模态分布的变化图。图20和图21的仿真与图7和图8的仿真条件相同。另外，图20和图21中，画出了低折射率层27的折射率和下包层23的折射率的差比下包层23的折射率低0.00％、0.01％、0.03％、0.04％、0.06％、0.07％的6种模式的模态分布。
此处，在图20所示的上侧模态分布中，例如，如果观察强度为0.300[a.u.]处的高度，则与低折射率层27的折射率无关，距离芯体26中央的高度约为4.210μm。因此，只要模态分布是对称的，即使距离芯体26中央的高度约为-4.210μm，强度也为0.300[a.u.]。因此，观察图21的模态分布可知在低折射率层27的折射率比下包层23的折射率低0.07％的情况下，高度约为-4.210μm时的强度为0.300[a.u.]。因此，可知只要低折射率层27的折射率比下包层23的折射率小0.07％，便可以获得大致对称的模态分布。
另外，在本发明中，可以对上述实施例进行组合。例如，在芯体的上表面附近的上包层上设置上包层和芯体的中间折射率的中折射率层，并且，也可以在芯体的下表面附近的下包层上设置折射率比下包层低的低折射率层(或者，折射率比芯体高的高折射率层)。
图22是本发明的其他实施例的光导波路的剖面图。在该光导波路40中，在芯体26的下表面附近的下包层23内形成有内部拉抻应力高的高应力区域41。
为了制作这种光导波路，使用固化收缩比较大的芯体、包层材料(树脂)，通过压模法在下包层23中制作了呈下方较窄的梯形剖面的芯体沟25，然后向芯体沟25内注入芯体材料(树脂)，通过用透明的平板从上面按压，形成芯体26，在该状态下，使芯体材料固化。然后，通过在下包层23上形成上包层24，封装芯体26。
如果这样制作光导波路，则由于芯体26的固化收缩的方向和下包层23的固化收缩方向不同，所以，在芯体26和下包层23之间产生拉抻应力，在芯体26的下表面附近的下包层23中形成高应力区域41。在产生了较高拉抻应力的高应力区域41中，因拉抻应力而使树脂(下包层23)的密度变低，因此，在芯体26的下表面附近的高应力区域41中，折射率比周围的下包层23小。例如，考虑到当产生10MPa的拉抻应力时，会产生0.1％左右的折射率的变化。因此，芯体26的等价折射率和高应力区域41的折射率的差比芯体26的等价折射率和下包层23的差大，在芯体26的下表面侧，光的封闭性变大，从而光的模态分布接近对称。
图23是利用仿真画出通过压模法制作光导波路时发生在芯体周边的拉抻应力的分布图。即，分别求出在形成下包层23和芯体沟25时、形成芯体26时和形成上包层24时的各阶段的应力，然后将它们迭加。在该仿真图中，在芯体26的上表面侧，拉抻应力为0MPa～7MPa，在芯体26内约为7MPa，在下包层23内的大部分区域中为5MPa，芯体26的下表面附近为大于等于7MPa～10MPa。因此，芯体26的下表面附近的折射率变小，光不容易从芯体26的下表面漏出。
图24是本发明的一个实施例的光的传播方法的模式图。光导波路40是分路器。光导波路40的芯体26具有Y分路构造，输入侧的端口为1个，输出侧的端口为2个。为了将芯体26光学耦合在输入侧端口上，输入侧端口连接了一根光纤61。另外，输出侧端口也同样连接2根光纤62。在与光纤61的输入侧端口相反侧的端面上，为了与光纤61光学耦合，连接有发光元件63。另外，在与光纤62的输出侧端口相反侧的端面上，为了与光纤62光学耦合，连接有两个受光元件64。从发光元件63出射的光输入到光纤61中，在其内部传播。从光线61的另一端面出射的光输入到光导波路40的芯体26的输入侧端口中，在芯体26的内部传播，分成两路，从输出侧端口射出。从芯体26的输出侧端口射出的光入射到光纤62中，在其内部传播。从光纤62射出的光由受光元件64受光。
由于光纤61、62的芯体的剖面形状为圆形，所以，在内部传播的光的模态分布是对称的。在光导波路40的芯体26的下表面附近，在下包层23上出现了高应力区域41，芯体26的等价折射率与高应力区域41的折射率的差比芯体26的等价折射率与下包层23的差大，从而，在芯体26的下表面侧，光的封闭性变大。因此，在芯体26的内部传播的光的模态分布是对称的。因此，从发光元件63出射的光能够在光纤61、62和芯体26之间不产生连接损失，而在受光元件64侧被受光。
另外，在本实施例中，光导波路40是分光器，但并不限于此，即使在光合分波器、光收发器、光开关等其他的设备中也能产生同样的效果。另外，也包含用其他方法形成了折射率调整区域的光导波路。另外，在本实施例中，是将光纤61、62、发光元件63和受光元件64直接连接，但并不限于此，也包含在光纤61、62和发光元件63、受光元件64之间插入其他的光导波路和光放大器等的非直接连接的情况。
在本发明的实施例中，对芯体的剖面形状为梯形的例子进行了说明，但并不限于此，例如可以适用于具有像半圆形状那样在芯体的深度方向或高度方向上单纯增加或减少的剖面形状的芯体的所有光导波路。
权利要求
1.一种光导波路，在包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，在上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近，形成有折射率大于上述芯体的折射率或者小于上述包层的折射率的折射率调整区域。
2.根据权利要求1所述的光导波路，其特征在于，上述折射率调整区域通过改变上述包层或上述芯体的材质而形成。
3.根据权利要求1所述的光导波路，其特征在于，上述折射率调整区域通过在上述芯体与上述包层的边界面上堆积与芯体和包层不同的材料而形成。
4.一种光导波路，在上包层和下包层之间嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从两个包层的边界面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，上述芯体宽度宽的一侧的面与任意一个上述包层的边界面附近，形成有折射率小于上述芯体的折射率、且大于与上述芯体的宽度窄的一侧的面邻接的包层的折射率的折射率调整区域。
5.根据权利要求4所述的光导波路，其特征在于，上述折射率调整区域通过改变上述芯体或与芯体的宽度宽的一侧的面邻接的包层的材质而形成。
6.根据权利要求4所述的光导波路，其特征在于，上述折射率调整区域是上包层和下包层中的与芯体的宽度宽的一侧的面相邻接的一侧的包层整体。
7.根据权利要求4所述的光导波路，其特征在于，上述折射率小的区域通过在上述芯体与任意一个上述包层的边界面上堆积与该芯体和包层不同的材料而形成。
8.一种光导波路，在包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，其特征在于，上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近，形成其拉抻应力大于周围的拉抻应力的区域。
9.一种光的传播方法，由传播光的第1光纤、与该第1光纤构成光学耦合的光导波路及与该光导波路光学耦合的第2光纤组成，该光从光发送单元射出，在第1光纤内传播，从该第1光纤射出后，入射到上述光导波路内进行传播，从该光导波路出射后，入射到第2光纤内进行传播，用光接收单元接收，其特征在于，上述光波导路的包层内嵌入芯体，在向与光传播方向垂直的剖面观察时，对应从包层表面离开的距离，芯体的宽度逐渐增加或减少，上述芯体宽度窄的一侧的面与上述包层的边界面附近形成有折射率大于上述芯体的折射率或者小于上述包层的折射率的折射率调整区域。
全文摘要
本发明提供一种光导波路和光传播方法，其目的在于，在具有因芯体剖面的形状而产生的非对称模态分布的光导波路中，减少该模态分布的非对称性。本发明的光导波路，在下包层(23)上面形成剖面为底面窄、上面宽的梯形的芯体沟(25)。在芯体沟(25)内形成芯体(26)，芯体(26)的上面利用上包层(24)覆盖。在芯体沟(25)的底面形成有折射率比下包层(23)小的低折射率层(27)。由此，可提高芯体(26)和下包层(23)的实际折射率之差。
文档编号G02B6/13GK1657987SQ200510007738
公开日2005年8月24日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者佐野彰彦, 三角修一, 畑村章彦, 安田成留, 细川速美 申请人:欧姆龙株式会社