光波导结构的制作方法

专利名称：光波导结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光波导结构，更具体地说，本发明涉及具有分支合波部的光波导结构。
背景技术：
近年来，伴随着个人计算机及互联网的普及，信息传输的需求急剧地增加，要求总长短、传输速度快、光传输损耗小的光波导。
光波导被用来作为光传输的光相互连接，例如，光分束器(分支耦合器)之类的光学装置作为光波导的基本结构要素是必不可少的。另一方面，光分束器(分支耦合器)在将光传输方向作为反方向时，用作合波光波导。
为了用光波构成1×N(N为2-8)分支的光分束器，以往是将1×2分支结构做成树形结构来实现的。以下，为了叙述的方便，将1ch侧作为输入端口，将Nch侧作为输出端口叙述，但作为使用方法，既可以作为光分支功能使用，也可以作为光耦合功能使用。
对于1×4分支以上的光分束器，为了使用以往的S字型的曲线光波导将从输入端口侧的第一级分支结构和第二级分支结构之间进行耦合，将输入部分、输出部分的方向布置成平行。对于1×8分支以上的光分束器，同样地采用S字型的曲线光波导将第二级的分支结构和第三级的分支结构之间进行耦合。
作为现有技术的多分支光回路，曾提出了如下结构的方案在从端部在基板上面临一个侧面的第一级入射路径直到端部望到基板的相对侧面的最终级出射路径之间具有2级以上的Y形分支部，在用做成与上述入射路径及出射路径的法线平行的树形结构，从第一级入射路径的入射光到从各最终级出射路径的入射光在最终级出射路径均匀地分支的多分支回路中，以第一级入射路径的中心轴延长线为基准线，对于从第二级到最终级的两者的最外侧Y形分支部，其分支中心线与上述基准线形成的角度θ随着向后级移动形成像逐步扩大那样使Y形分支部向外倾斜的图案(例如，参照专利文献1)。
在其它的现有技术中，有将光波导做成如下结构的方案光波导从一个输入处像树枝状分支，其分支曲线的曲率半径的大小至少不妨碍光波的传输。(例如，参照专利文献2)。
在其它的现有技术中，还有如下结构的方案在具有一个输入和2n个输出，并具有多个实质上为同一平面关系的波导，将上述波导做成各自的上述输入与2个输出之一光学耦合，并且由连接以树状分支(Tree and Branch)排列沿各波导配置的n个y型连接点的多个波导区段而成的光耦合器中，由不带有具备与上述耦合器的出口不平行的出口的第一节点(J21)特异点而弯曲了的波导区段与两个第二节点(J31、J32)连接，上述输入和节点的第n级之间的上述波导中的沿任意一个波导的任意的反曲点存在于沿波导通道的n个节点中的一个(例如，参照专利文献3)。
在其它现有技术中，还有如下结构的方案在具备一条输入光波导和N条输出光波导、将从上述输入光波导入射的光信号分割为N个光信号向上述输出光波导输出的光耦合器中，使用多个将入射来的光信号分支为2个光信号的y形联接光波导构成m级，与该Y形联接光波导交互连接，在第m级的上述y形联接光波导与上述输出光波导之间具有多个至少连接了一条的曲线光波导，以光信号的导波方向为纵轴，以上述输入光波导和第一级的上述y形联接光波导的接点为原点时，将上述y形联接光波导及上述曲线光波导配置在从上述原点到上述各输出光波导所形成的N条路径中的最大长度的路径为最小的位置，并决定其大小(例如，参照专利文献)。
专利文献1日本专利第3030108号专利文献2特开昭51-124940号公报专利文献3特开平5-196826号公报专利文献4特表2002-530690号公报发明的公开发明要解决的任务作为一般的任务，是以类似于半导体制造工艺中的晶片制造工序来制造光波导。减小光波导的面积，即，实现光波导小型化，是为了增加从一个晶片得到的光波导数并降低成本的重要课题。在上述的光分束器中，输出端口的各光波导间的宽度由于必须以250μm、127μm等标准的宽度做成等间距，因而，随着通道数的增加，输出端口侧的宽度将不可避免地扩大。因此，缩短输入端口侧端面与输出端口侧端面的距离(以下，称之为PLC(平面光波回路)长度)是为了实现小型化并降低成本不可避免的课题。
要缩短PLC长度，关键在于如何将光波导的长度做成较短的结构。缩短光波导的长度，在降低与距离相关的传输损耗的意义上也是必须解决的问题。
在专利文献1记载的多分支光回路中，由于光分束器的输出端口侧与光纤阵列之类的标准零部件接合使用的情况居多，因而，往往等间距配置。
如专利文献1的实施例中所述，在构成以直线光波导作为要素的y形分支结构的情况下，必须由中央的至端口的光波导相互靠近并交叉，或者加长连接第一分支和第二分支的光波导。象前者那样使光波导相互交叉时，则成为产生额外损耗的主要原因；而象后者那样加长连接第一分支和第二分支的光波导的长度，则不能充分地实现小型化。另外，对于直线光波导和曲线光波导的连接部分(曲率急剧地变化)，由于产生额外损耗，因而不能充分地实现低损耗。
在专利文献2所示结构的光分束器中，当由光波导构成大规模的光分束器时，由于增加了分支结构的级数而使其尺寸增大。换言之，如果要想将构成光分束器的曲率控制在小于使辐射损耗达到规定值以下的曲率，为了实现多级的分支结构，曲率反转的次数增多，则光波导将变成蛇行的形状，光波导的长度将增大。当光波导长度增大时，不仅传输损耗将相应地增大，而且光波导元件尺寸也增大，对小型化是不利的。并且，由于曲率反转的次数增多，因而额外损耗增大。
专利文献3公开的是，关于光耦合器，通过配置不具有反弯点的曲线和仅以y形分支结构形成反弯点之类的分支结构来构成1×N型分束器的方法。采用这种方法，由于连接分支点间的光波导一般使用圆弧的光波导，因而，在曲线上形成的y形分支结构被配置成使得构成相当于输入路径和输出路径的3个光波导的3种圆弧具有共通的切线。在这样构成的光分束器中，由于在向Y形分支结构的输入光波导中的模态剖面为非对称的，因而，由各Y形分支结构形成的分支比不是1∶1。因此，要对N个输出端口均匀地分配光输出的功能是困难的。
专利文献4提出的光耦合器的构成方法是首先，决定Y形分支结构的输入及2个输出的相对位置关系，其次，在连接该Y形分支结构和曲线光波导以构成了树枝状的分光器用光波导结构，然后，调整并配置曲线光波导的长度和Y形分支结构及曲线光波导的位置。专利文献4的方法存在的问题是，由于是在对Y形分支结构和曲线光波导分别进行结构设计后，最终调整配置关系，因而，在Y形分支结构的设计不适当的情况下，向N个输出端口的光输出将变得不均匀。
然而，在专利文献4中，并未具体地公开用于使向N个输出端口的光输出均匀的Y形分支结构的设计方法，仅规定了其3条分支光波导的连接方向。另外，作为专利文献4的实施例，只叙述了一般对称结构的分支结构。当按照这种方法配置分支结构时，由于在分支结构的周边部，尤其是在输入路径部分将连接直线光波导的结构做成Y形分支结构，因而，在直到最外端口的光波导的一部分上配置直线光波导，这导致整个尺寸加大。
另外，若要连接如上所述的对称结构的Y形分支结构，描绘树枝状结构的光波导时，特别是在构成大规模的分束器的场合，内侧的光波导相互过于靠近，或者根据情况的不同还有可能交叉。
专利文献4的方法，虽然公开了将分支结构和连接这些分支结构的曲线光波导分别组装成模块，但最终的调整工作步骤复杂，尤其是在构成大规模的多分支分束器的情况下，存在设计工时增加的问题。再有，在最终的调整时，提出了采用使用多项式的多项弧型光波导的方案。采用这种方法，定义曲线光波导的多项式的参数较多，因而决定曲线光波导的工作步骤十分烦杂。
在采用S字型曲线光波导的场合，为了缩短其长度，可以采用曲率大的S字型曲线，但曲率过大时，光从芯部漏掉，因而曲率是有一定界限的。曲率的界线由芯和包层的折射率、芯的尺寸、波长等决定。因此，研究了增大芯与包层的折射率差(Δ)的高Δ光波导。但是，对于高Δ光波导，为了构成单模光波导，减小了芯尺寸，存在与已有的光纤结合的部分结合效率恶化的问题。为了改善结合效率，还有将光点大小变换光波导配置在与光纤的结合部分的方法，但由于该光点大小变换光波导自身的原因，不可避免导致PLC尺寸增大等的问题。
另外，还有以1级构成1×N分支结构来代替如上所述以将多个1×2结合的多级结构构成1×N分支结构的方法。这种情况与1×2的多级结构相比，虽然可以使PLC尺寸减小，但其对于波长的依赖性较大，要总的分支结构来实现低损耗的1×8以上的规模光分束器是困难的。

发明内容
以上述的问题为背景，本发明所要解决的主要课题是，在构成1×2的多级结构的光分束器用光波导时，怎样在某个最大的曲率以内减小输入输出间的距离。
另外，本发明是考虑到如上所述的现有技术的问题的本质在于分支结构，为了解决这个本质问题而提出来的；本发明的另一任务是，通过使用新型的分支结构，利用简单的结构和设计工作步骤，可以不增大多分支光波导的各光波导彼此间的损耗之差，缩短从入射端到出射端的距离并使基板小型化。
本发明还有一个目的是，提供一种可以减轻按规定的分支比进行分支的光波导的损耗的光波导结构。
本发明的再一目的是，提供一种分支比的设计自由度高的光波导结构。
解决任务的手段本发明的第一方案的光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征是，该光波导结构的一方的最外侧是S形曲线光波导部分；该S形曲线光波导部分，其两端部的切线是平行的，并且，由在第一拐点处曲率反转的第一圆弧光波导部分和第二圆弧光波导部分构成；由上述第一拐点起在上述单一端口侧的上述第一圆弧光波导部分设第一分支合波点，形成从该第一分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第一圆弧光波导部分曲率反转的第三圆弧光波导部分，在上述第一分支合波点，上述第一圆弧光波导部分的切线与上述第三圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
本发明的实施方式如下上述第三圆弧光波导部分还具有第二分支合波点，在该第二分支合波点形成从该第二分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第三圆弧光波导部分曲率反转的第四圆弧光波导部分，在上述第二分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第四圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
上述第四圆弧光波导部分还具有第三分支合波点，在该第三分支合波点形成从该第三分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第四圆弧光波导部分曲率反转的第五圆弧光波导部分，在上述第三分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第五圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
另外，本发明的第二方案的光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征是，光波导结构的最外侧的至少一方是S形曲线光波导部分；S形光波导部分由在第一拐点处曲率反转的第一曲线光波导部分和第二曲线光波导部分构成；由第一拐点起在单一端口侧的第一曲线光波导部分设第一分支合波部；第一曲线光波导部分具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部以及与第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部；还具有与第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；第一轴线、第二轴线和第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；第二切点及第三切点位于与第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直、并从通过第一切点延伸的基准垂直线到分支侧的区域内；第三切点相对基准切线位于上述另一侧。
在如上所述的1×2的多级结构的1×N分支分束器用光波导中，到最外光波导即最外的端口(1×4的场合的1ch和4ch，1×8的场合的1ch和8ch)的光波导，形成以多个S字型曲线光波导多阶段地将各级的分支结构之间进行耦合的结构，因而PLC长度增长。与之相比，本发明的光分束器用光波导在使用同一曲率的曲线光波导的情况下，可以缩短PLC长度。
另外，在使用MMI光波导及平面(スラブ)光波导等由一级构成1×N分支结构的大规模分支耦合器用光波导中，总的分支结构后的连接到各输出端口的光波导通常由S字型曲线光波导构成，因而，耦合到最外的端口的曲线光波导决定了PLC长度。由于可以预测到该曲线光波导的起点和到本发明的光分束器的最外端口的光波导的起点基本上处于同一位置，因此，就PLC长度而言，本发明的光分束器用光波导与总的分支结构的光分束器用光波导是同等的。
另一方面，对于如上所述的使用总的分支结构时存在的问题即波长依赖性、大规模分支的功率均匀分配的困难等，本发明并不显著。
另外，在以往的光波导结构中，通过第一圆弧光波导部分，或者不限于此，通过第一曲线光波导部分传输来的光的强度分布，在第一分支合波点有偏移到与光的传输方向垂直的方向上的倾向，要实现预定的分支比是困难的。与之相对，在本发明中，由于在第一分支合波点，第一圆弧光波导部分的切线和第三圆弧光波导部分的切线相互平行并具有间隔，即，由于第一芯部的第一轴线的第一切点的切线与第三芯部的第三轴线的第三切点的切线相互平行并以一定间隔配置，因而，通过使该间隔与光的强度分布的偏移相应地变化，就可以减轻以预定的分支比分支的第一分支合波部的损耗。另外，通过使该间隔变化，还可以实现1∶1以外的分支比，可提供分支比的设计自由度高的光波导结构。
另外，本发明的第三方案的光波导结构，是具有合波分支部的光波导结构，其特征是，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与第一芯部连接、沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，以及，与第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；第一轴线、第二轴线和第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；第二切点及第三切点位于与第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直、并从通过上述第一切点延伸的基准垂直线到分支侧的区域内；第三切点相对上述基准切线位于另一侧。
在这样构成的光波导结构中，通过沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的第一芯部传输来的光的强度分布，有偏移到与第一轴线的切线即基准切线垂直的基准垂直线的方向上的倾向，要实现预定的分支比是困难的。与之相对，在本申请的发明中，由于第三切点相对于基准切线位于另一侧，因而，通过使其位置与光的强度分布的偏移相应地变化，可以减轻以预定的分支比分支的第一分支合波部的损耗。另外，通过使该位置变化，还可以实现1∶1以外的分支比，可以提供分支比的设计自由度高的光波导结构。
弯曲到一侧的曲线及弯曲到另一侧的曲线，可以是圆弧、椭圆弧、正弦函数、指数函数等各种曲线或这些曲线部分的组合，也可以在曲线部分之间配置直线部分。
在该光波导结构中，优选的是，上述第二切点相对于上述基准切线位于上述一侧。
这样构成的光波导结构，其分支比的设计自由度进一步提高。
在本发明的第三方案的光波导结构的实施方式中，优选的是，第一切点、第二切点及上述第三切点位于上述基准垂直线上。
在该实施方式中，优选的是，第二芯部及第三芯部具有将它们做成一体并从基准垂直线向分支侧延伸的芯部分。
另外，优选的是，上述第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
还优选的是，上述第一芯部、上述第二芯部及上述第三芯部，具有跨越上述基准垂直线并具有与上述基准切线平行的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓的扩展芯部分。
在本发明的第三方案的光波导结构的实施方式中，第二切点及第三切点位于与基准垂直线平行并且比其更靠合波侧的第二垂直线上，在基准垂直线和第二垂直线之间还具有中间芯部。
在该实施方式中，优选的是，中间芯部的一侧的轮廓及另一侧的轮廓是与基准切线平行的直线，更优选的是，中间芯部构成多模光波导。
另外，优选的是，第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
另外，本发明的第四方案的光波导结构，是具有合波分支部的光波导结构，其特征是，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与第一芯部连接、沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，沿着与第一芯部在另一侧具有间隔且并排延伸的耦合器轴线形成的、与第一芯部构成光耦合器的耦合器芯部，以及，与耦合器芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；第一轴线、第二轴线、第三轴线及耦合器轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点、第三切点及耦合器切点；第二切点及第三切点位于从与第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过第一切点延伸的基准垂直线的分支侧的区域内；耦合器切点位于基准垂直线上；第三切点相对于在耦合器切点相切的耦合器轴线的切线位于另外一侧。
即使在这样构成的光波导结构中，也可以得到与本发明的第三方案的光波导结构同样的效果。
本发明的光波导，与比较例相比大幅度地缩短了长度。另外，其插入损耗也达到与比较例同等以上的损耗良好的程度。
另外，本发明的光分束器用光波导，在构成高分支的光分束器的情况下，可以缩短PLC长度，减小PLC面积，因而，通过增多由加工基板得到的获取量，可实现小型化，低成本化。
并且，采用本发明的光波导结构，可以减轻以预定的分支比分支的光波导的损耗。
另外，采用本发明的光波导结构，可以提供分支比的设计自由度高的光波导结构。


图1是本发明的第一实施方式的光波导结构的构成说明图。
图2是本发明的第二实施方式的光波导结构的构成说明图。
图3是本发明的第三实施方式的光波导结构的构成说明图。
图4是本发明的第四实施方式的光波导结构的构成说明图。
图5是表示本发明的分支合波部的第一实施方式的平面图。
图6是表示本发明的分支合波部的第二实施方式的平面图。
图7是表示本发明的分支合波部的第三实施方式的平面图。
图8是表示本发明的分支合波部的第四实施方式的平面图。
图9是表示本发明的分支合波部的第五实施方式的平面图。
图10是表示本发明的分支合波部的第六实施方式的平面图。
图11是表示本发明的分支合波部的第七实施方式的平面图。
图12是表示本发明的分支合波部的第八实施方式的平面图。
图13是表示本发明的分支合波部的第九实施方式的平面图。
图14是表示本发明的分支合波部的第十实施方式的平面图。
图15是本发明的光波导结构的构成说明图。
图16是本发明的光波导基板的构成说明图。
图17是现有技术的分支合波部的平面图。
图18是用实线表示图17的一部分的图。
符号说明10 单一端口12 多端口14 光波导结构20 S形曲线光波导部分22 第一拐点24 第一圆弧光波导部分26 第二圆弧光波导部分30 第一分支合波点32 第三圆弧光波导部分40 第二分支合波点42 第四圆弧光波导部分50 第三分支合波点60 第五圆弧光波导部分200 光波导基板201 光波导部202 光纤连接部211 光纤连接用导槽212 槽213 光波导芯图案具体实施方式
下面，用具体的例子就1×8型分束器用光波导说明本发明的光分束器用光波导的构成方法，但本发明的保护范围并不受此限定。首先，构成作为基本要素的S字型曲线，可以通过将两个圆弧以相互吻接的不同曲率(向上凸和向下凸的圆弧)连接来实现。S字型曲线的种类，除了使用圆弧的曲线以外，还可以使用椭圆弧、正弦函数、指数函数等各种曲线以及将它们与直线组合的曲线，本发明中，关于S字型曲线的种类没有特别限制，以下对于本发明的光分束器用光波导的构成方法，就使用圆弧的情况进行说明。
作为圆弧的曲率，从所制造的光波导的断面结构(即，芯部及包层的折射率及尺寸、形状等)和所使用的波长考虑到各自的波动，以使用允许的最大曲率为最佳。
第一实施方式如图1所示，本发明的第一实施方式的光波导结构，是在一方入射出射侧具有单一端口10、在另一方入射出射侧具有多个端口12的光波导结构14，其特征在于，该光波导结构的一方的最外侧是S形曲线光波导部分20，该S形曲线光波导部分20，两端部的切线是平行的，由在第一拐点22处曲率反转的第一圆弧光波导部分24和第二圆弧光波导部分26构成，在由上述第一拐点22起的上述单一端口10侧的上述第一圆弧光波导部分24上设有第一分支合波点30，并形成从该第一分支合波点30向上述多个端口12侧延伸的、相对于上述第一圆弧光波导部分24曲率反转的第三圆弧光波导部分32，在上述第一分支合波点30，上述第一圆弧光波导部分24的切线和上述第三圆弧光波导部分32的切线相互平行并具有间隔。
第二实施方式如图2所示，本发明的第二实施方式的光波导的特征是，上述第三圆弧光波导部分32还具有第二分支合波点40，在该第二分支合波点40形成从该第二分支合波点40向上述多个端口12侧延伸的、相对于上述第三圆弧光波导部分32曲率反转的第四圆弧光波导部分42，在上述第二分支合波点40，上述第三圆弧光波导部分32的切线和上述第四圆弧光波导部分42的切线相互平行并具有间隔。
第三实施方式本发明第三实施方式的光波导，如图3所示，其特征是，上述第四圆弧光波导部分42还具有第三分支合波点50，在该第三分支合波点50，形成从该第三分支合波点向上述多个端口12侧延伸的、相对于上述第三圆弧光波导部分32曲率反转的第五圆弧光波导部分60，在上述第三分支合波点50，上述第三圆弧光波导部分32的切线和上述第五圆弧光波导部分60的切线相互平行并具有间隔。
另外，在1ch侧端口、多通路侧端口中的至少一侧可以设有光纤连接用V型槽。通过设置V型槽，光纤的安装变得很容易。并且，没有必要再使用研磨了端面的光纤部件或光纤阵列。特别是在多通路侧，由于不必使用被称为光纤阵列的高精度、高价格的零部件，因而降低成本的效果明显。再有，对于多通路侧的光纤连接而言，由于可以在同一个晶片上的加工工序中形成光波导和光纤连接用V型槽，并以高的定位精度进行制造，因而，能够降低光纤和光波导的光学耦合部分的不必要的损耗。
第四实施方式本发明的第四实施方式的光波导结构，如图4所示，是在一方入射出射侧具有单一端口100、在另一方入射出射侧具有多个端口112的光波导结构114，其特征是，该光波导结构的一方的最外侧是S形曲线光波导部分120，该S形曲线光波导部分120，其两端部的切线是平行的，由在第一拐点122处曲率反转的第一圆弧光波导部分124和第二圆弧光波导部分126构成，在由上述第一拐点122起的上述单一端口侧的上述第一圆弧光波导部分124上设有第一分支合波点130，形成从上述第一分支合波点130向上述多个端口112侧延伸的、相对于上述第一圆弧光波导部分124曲率反转的第三圆弧光波导部分132，在上述第一分支合波点130，上述第一圆弧光波导部分124的切线和上述第三圆弧光波导部分132的切线相互平行并具有间隔。
在本实施方式的光波导结构中，在将输入功率向上述多个端口112均等分配的情况下，分支比由N/2-n∶1表示。N表示分支数，n表示从共用端口一侧依次对分支加的编号。1×N分束器的情况是，从共用端口一侧依次由N/2-1∶1、N/2-2∶1、N/2-3∶1、......的分支结构构成的1×N分束器。例如，是由按下述分支比分配功率的分支结构构成的1×N分支分束器在1×4分支分束器的场合是1∶1分支；在1×8分支分束器的场合，是依次为3∶1、2∶1、1∶1的分支比；在1×16分支分束器的场合，则是依次为7∶1、6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1的分支比；在1×32分支分束器的场合，则是依次为15∶1、14∶1、13∶1、12∶1、11∶1、10∶1、9∶1、8∶1、7∶1、6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1的分支比。
本发明的光波导虽然最好用作光分束器，但也可以用作其它的光学器件的至少一部分。作为这样的光学器件，可以列举光耦合器、光合分支器、光合分波器、光发送模块、光接收模块、光发送接收模块、光开关、光调制器、滤光器、光偏转器、光分散补偿器、光增减模块、光交叉连接等。
本发明的光波导可以采用以往的对于曲线光波导公知的方法同样地制作。例如，在包层上设置由芯部材料(后述)构成的层之后，在上述层上设置感光性抗蚀剂层，放上具有本发明的光波导形状的掩模，进行曝光、显影，形成具有本发明的曲线光波导形状的抗蚀剂层，然后利用蚀刻等方法形成具有本发明的曲线光波导形状的芯部。另外，使用作为以往的芯部宽度一定的曲线光波导的一部分具有本发明的曲线光波导形状的掩模，可以一次制成至少一部分具有本发明的曲线光波导的光波导线或光学器件。
此外，上述的掩模材料可以使用公知的任一种材料。
作为本发明的曲线光波导的芯部、包层的材料，可以列举玻璃或半导体材料等无机材料，树脂等有机材料等各种材料，由于树脂等聚合物可以利用干蚀刻等很容易以短时间进行加工，因而优先选用。这样的聚合物可以使用任一种，作为具体例子，可列举如下材料聚酰亚胺树脂(例如，聚酰亚胺树脂、聚(酰亚胺·异吲哚喹唑啉二酮酰亚胺)树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚醚酮树脂、聚酯酰亚胺树脂等)，有机硅系树脂、丙烯酸系树脂、聚苯乙烯系树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酯系树脂、酚醛树脂、聚喹啉系树脂、聚喹喔啉系树脂、聚苯并噁唑系树脂、聚苯并噻唑系树脂、聚苯并咪唑系树脂以及光漂白用树脂(例如，日本特开2001-296438号公报所记载的聚硅烷、具有硝酸灵化合物的有机硅树脂，含有DMAPN{(4-N，N-二甲基氨苯基)-N-苯基硝酸灵}的聚甲基丙烯酸甲基酯，染料聚合物(dye polymer)，含有硝酸灵化合物的聚酰亚胺树脂或环氧树脂，日本特开2000-66051号公报所记载的水解性硅烷化合物等)。上述树脂可以具有氟原子。作为聚合物优选的物质，从玻璃化转变温度(Tg)高、耐热性优良方面考虑可以列举聚酰亚胺树脂，其中，从透射率、折射率特性考虑，特别优选含氟的聚酰亚胺系树脂。
作为含氟的聚酰亚胺系树脂，可列举含氟的聚酰亚胺树脂、含氟的聚(酰亚胺·异吲哚喹唑啉二酮酰亚胺)树脂，含氟的聚醚酰亚胺树脂、含氟的聚酰胺酰亚胺树脂等。
上述的含氟的聚酰亚胺系树脂的前体溶液，可以通过使四羧酸二酐和二胺在N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、γ-丁内酯、二甲亚砜等极性溶剂中反应得到。氟既可以含在四羧酸二酐和二胺两者中，也可以只含在任何一方中。
另外，上述不含氟的聚酰亚胺系树脂的前体溶液，可以通过使不含氟的四羧酸二酐与不含氟的二胺在N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、γ-丁内酯、二甲亚砜等极性溶剂中反应得到。
作为含氟的酸二酐的例子，可列举如下(三氟甲基)均苯四酸二酐、二(三氟甲基)均苯四酸二酐、二(七氟丙基)均苯四酸二酐、五氟乙基均苯四酸二酐、双{3，5-二(三氟甲基)苯氧基}均苯四酸二酐、2，2-双(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、5，5’-双(三氟甲基)-3，3’，4，4’-四羧基联苯二酐、2，2’，5，5’-四(三氟甲基)-3，3’，4，4’-四羧基联苯二酐、5，5’-双(三氟甲基)-3，3’，4，4’-四羧基联苯基醚二酐、5，5’-双(三氟甲基)-3，3’，4，4’-四羧基二苯甲酮二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}苯二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}(三氟甲基)苯二酐、双(二羧基苯氧基)(三氟甲基)苯二酐、双(二羧基苯氧基)双(三氟甲基)苯二酐、双(二羧苯氧基)四(三氟甲基)苯二酐、2，2-双{4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基}六氟丙烷二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}联苯二酐、双{(三氟甲基)二羧基苯氧基}双(三氟甲基)联苯二酐、双{(三氟甲基)二羧苯氧基}联苯基醚二酐、双(二羧基苯氧基)双(三氟甲基)联苯二酐等。
作为含氟的二胺，例如可举出4-(1H，1H，11H-二十氟十一烷氧基)-1，3-二氨基苯、4-(1H，1H-全氟-1-丁氧基)-1，3-二氨基苯、4-(1H，1H-全氟-1-庚氧基)-1，3-二氨基苯、4-(1H，1H-全氟-1-辛氧基)-1，3-二氨基苯、4-五氟苯氧基-1，3-二氨基苯、4-(2，3，5，6-四氟苯氧基)-1，3-二氨基苯、4-(4-氟苯氧基)-1，3-二氨基苯、4-(1H，1H，2H，2H-全氟-1-己氧基)-1，3-二氨基苯、4-(1H，1H，2H，2H-全氟-1-十二氧基)-1，3-二氨基苯、2，5-二氨基苯并三氟、双(三氟甲基)苯二胺、二氨基四(三氟甲基)苯、二氨基(五氟乙基)苯、2，5-二氨基(全氟己基)苯、2，5-二氨基(全氟丁基)苯、2，2’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯、3，3’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯、八氟联苯胺、4，4’-二氨基苯基醚、2，2-双(对氨基苯基)六氟丙烷、1，3-双(苯胺基)六氟丙烷、1，4-双(苯胺基)八氟丁烷、1，5-双(苯胺基)十氟丙烷、1，7-双(苯胺基)十四氟庚烷、2，2’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基联苯基醚、3，3’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基二苯基醚、3，3’，5，5’-四(三氟甲基)-4，4’-二氨基二苯基醚、3，3’-双(三氟甲基)-4，4’-二氨基二苯甲酮、4，4’-二氨基-对三联苯、1，4-双(对氨基苯基)苯、对-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯、双(氨基苯氧基)双(三氟甲基)苯、双(氨基苯氧基)四(三氟甲基)苯、2，2-双{4-(4-氨基苯氧基)苯基}六氟丙烷、2，2-双{4-(3-氨基苯氧基)苯基}六氟丙烷、2，2-双{4-(2-氨基苯氧基)苯基}六氟丙烷、2，2-双{4-(4-氨基苯氧基)-3，5-二甲基苯基}六氟丙烷、2，2-双{4-(4-氨基苯氧基)-3，5-双三氟甲基苯基}六氟丙烷、4，4’-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)联苯、4，4’-双(4-氨基-3-三氟甲基苯氧基)联苯、4，4’-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)二苯砜、4，4’-双(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)二苯砜、2，2-双{4-(4-氨基-3-三氟甲基苯氧基)苯基}六氟丙烷、双{(三氟甲基)氨基苯氧基}联苯、双{[(三氟甲基)氨基苯氧基]苯基}六氟丙烷、双{2-[(氨基苯氧基)苯基]六氟异丙基}苯等。
上述的四羧酸二酐和二胺也可以两种以上并用。作为聚酰亚胺系树脂的前体溶液，也可以使用具有感光性的物质。
用旋涂器或印刷等方法将聚酰亚胺系树脂前体溶液涂敷到基板表面上，然后在最终温度200-400℃进行热处理，使其固化形成聚酰亚胺系树脂覆膜。
以下，参照图17及图18说明专利文献3所公开的分支合波部，然后，说明本发明的分支合波点，具体地说明分支合波部的实施方式。
图17是表示专利文献3所公开的光波导的分支合波部的图。在专利文献3中，虽然仅以实线表示光波导的芯部的路径，但实际上，如图17所示，各光波导的芯部具有宽度。该宽度是一定的，对于各光波导的芯部，可以决定与宽度的中心线一致的轴线。如图17所示，分支合波部J具有合波侧的第一芯部A、分支侧的第二芯部B和分支侧的第三芯部C；上述第一芯部A是沿着第一轴线LA形成的，该第一轴线LA由向一侧S1弯曲的曲线构成；上述的第二芯部B与第一芯部A连接，是沿着第二轴线LB形成的，所述的第二轴线LB由向着与第一芯部A同侧的S1弯曲的曲线构成；第三芯部C与第一芯部A连接，是沿着第三轴线LC形成的，所述的第三轴线LC由向另一侧，即与第一芯部A相反一侧S2弯曲的曲线构成。图17中，第一轴线LA及第二轴线LB是共同的，第一轴线LA(第二轴线LB)及第三轴线LC在分支合波点JJ相交，而且，在分支合波点JJ的第一轴线LA(第二轴线LB)及第三轴线LC的切线是共同的切线LT。另外，图17中表示了通过分支合波点JJ并与共同的切线LT垂直的垂直线LP。
图18(a)—图18(c)是以实线只重新画了图17所示的分支合波部的一部分的图。在以下的说明中，将图18(a)中的以实线表示的部分AO称为第一芯要素，将图18(b)中的以实线表示的部分BO称为第二芯要素，将图18(c)中的以实线表示的部分CO称为第三芯要素。
图5表示本申请发明的分支合波部的第一形式。分支合波部150具有合波侧的第一芯部A1、分支侧的第二芯部B1及第三芯部C1。这种结构相对于图18(a)—图18(c)所示的第一芯要素AO，将第二芯要素BO沿垂直线LP向一侧S1偏移配置，将第三芯要素CO沿垂直线LP向另一侧S2偏移配置。第一芯部A1、第二芯部B1及第三芯部C1分别沿着轴线LA1、LB1、LC1形成。轴线LA1、LB1、LC1具有与平行的各自的切线TA1、TB1、TC1相切的切点PA1、PB1、PC1，切点PA1、PB1、PC1位于与第一芯部A1的轴线LA1的切点PA1的切线即切线TA1垂直的、通过切点PA1延伸的垂直线LP1上。切点PB1位于切线TA1的一侧S1，切点PC1位于切线TA1的另一侧S2。切线TB1和切线TC1之间的距离以D1表示，与这些切线TB1、TC1平行并位于其中间的中心线LIN与切线TA1之间的距离用E1表示。
作为实施例1，使用图5所示的分支合波部的光波导构成了光分束器。A1、B1、C1三条光波导的芯部都使用了宽度为6.5μm、沿曲率半径15mm的圆弧轴线的芯部。第二芯部B1和第三芯部C1的中心轴的偏移D1(与光的传输方向垂直的方向的偏移量，即切线TB1和切线TC1之间的距离)为6μm。第一芯部A1与第二芯部B1及第三芯部C1的中心线LIN的偏移E1，即切线TA1与中心线LIN之间的距离为0.3μm。
输入波长为1.31μm时，输入端A和输出端B之间的额外损耗为-3.16db，输入端A和输出端C之间的额外损耗为-3.15db。
输入波长为1.55μm时，输入端A和输出端B之间的额外损耗为-3.09db，输入端A和输出端C之间的额外损耗为-3.19db。
如上所述，与波长无关，可以得到分支比约为1∶1并具有低损耗的分支结构。
图6表示本申请发明的分支合波部的第二形式。分支合波部154具有合波侧的第一芯部A2，分支侧的第二芯部B2及第三芯部C2。这种结构是将图5所示的在分支合波部150的第二芯部B1和第三芯部C1之间的前端尖的包层部分替换为芯部分F2。因此，第二芯部B2和第三芯部C2具有将它们形成一体的从垂直线LP1向分支侧延伸的芯部分FF2。
通过设置芯部分F2，可以减小分支合波部154在制造上的误差。
图7表示本申请发明的分支合波部的第三形式。分支合波部158具有合波侧的第一芯部A3，分支侧的第二芯部B3及第三芯部C3。这种结构是将图5所示的分支合波部150的第二芯部B1及第三芯部C1沿切线TA1向分支侧偏移配置，在第一芯部A1与第二芯部B1及第三芯部C1之间增加了一个中间芯部F3。因此，切点PB1、PC1位于与垂直线LP1平行并比其更靠合波侧的垂直线LP2上。另外，中间芯部F3配置于垂直线LP1和LP2之间。中间芯部F3的一侧S1的轮廓和另一侧S2的轮廓最好是与切线TA1平行的直线。另外，中间芯部F3以构成多模光波导为更佳。中间芯部F3的中心线与第二芯部B3及第三芯部C3的中心线LIN一致。
图8表示本申请发明的分支合波部的第四形式。分支合波部162具有合波侧的第一芯部A4，分支侧的第二芯部B4及第三芯部C4。这种结构是在图5所示的分支合波部150的第一芯部A1的一侧S1及另一侧S2分别增加了芯部分F41，F42。因此，第一芯部A4具有其宽度向垂直线LP1扩展的锥度部分FF4。锥度部分FF4的一侧S1的轮廓，是通过将第二芯部B4的一侧S1的轮廓的终端P41沿该点的切线延长来构成。在本实施方式中，一侧S1的轮廓是与切线TA1平等的直线。锥度部分FF4的另一侧S2的轮廓，是将第一芯部A4的另一侧S2的轮廓的适当点P42沿着该点的切线直线延长而构成的。切线TB1与切线TC1之间的距离以D4表示，与这些切线TB1、TC1平行并位于其中间的中心线LIN与切线TA1之间的距离以E4表示。
作为实施例2，使用图8所示的分支合波部的光波导构成光分束器。A4、B4、C4三条光波导的芯部都使用了宽度为6.5μm的沿曲率半径15mm的圆弧轴线的芯部。第二芯部B4和第三芯部C4的中心轴的偏移D4(与光的传输方向垂直的方向的偏移量，即切线TB1和TC1之间的距离)为6μm。第一芯部A4与第二芯部B4及第三芯部C4的中心线LIN的偏移E4，即切线TA1与中心线LIN之间的距离为0.3μm。
输入波长为1.31μm时，输入端A和输出端B之间的额外损耗为-3.07dB，输入端A和输出端C之间的额外损耗为-3.03dB。
输入波长为1.55μm时，输入端A和输出端B之间的额外损耗为-3.03dB，输入端A和输出端C之间的额外损耗为-3.05dB。
如上所述，与波长无关，可以得到分支比约为1∶1，并具有低损耗的分支结构。
图9表示本申请发明的分支合波部的第五形式。分支合波部166具有合波侧的第一芯部A5，分支侧的第二芯部B5及第三芯部C5。这种结构与图8所示的分支合波部162同样，在图5所示的分支合波部150的第一芯部A1的一侧S1及另一侧S2分别增加了芯部F51，F52。因此，第一芯部A5具有其宽度向垂直线LP1扩展的锥度部分FF5。这种结构，除了斜度部分FF5的一侧S1的轮廓及另一侧S2的轮廓不同之外，其余与图8所示的分支合波部162相同，锥度部分FF4的一侧S1的轮廓及另一侧S2的轮廓分别由后述的(式1)及(式2)所表示的函数构成。即，锥度部分FF5的宽度向垂直线LP1按三角函数增加。切线TB1与切线TC1之间的距离以D5表示，与这些切线TB1、TC1平行并位于其中间的中心线LIN与切线TA1之间的距离以E5表示。
通过采用式1及式2，芯部A5的锥度部分FF5的开始部分的连接变得圆滑，可减小额外损耗。
作为实施例3，使用图9所示的分支合波部的光波导构成光分束器。A5、B5、C5三条光波导的芯部都使用了宽度为6.5μm的沿曲率半径15mm的圆弧轴线的芯部。第二芯部B5和第三芯部C5的中心轴的偏移D5(与光的传输方向垂直的方向的偏移量，即切线TB1和TC1之间的距离)为10μm。第一芯部A5与第二芯部B5及第三芯部C5的中心线LIN的偏移E5，即切线TA1与中心线LIN之间的距离为4.1μm。式1及式2如下f1(z)=h2+r-r2-z2+I2[WS+We-wsI·Z-We-Ws2πsin2πIz]]]>(式1)f2(z)=h2+r-r2-z2+I2[WS+We-wsI·Z-We-Ws2πsin2πIz]]]>(式2)式中，f1(z)表示上缘部(一侧S1)，f2(z)表示下缘部(另一侧S2)。z表示传输方向(切线TA1的方向)的座标，I表示传输方向的长度，h表示与传输方向正交方向的高度，r表示锥度波导(锥度部分FF5)的中心线(轴线LA1)描绘出的曲率半径，WS表示锥度波导的起点的波导高度(宽度)，We表示锥度波导的终点的波导高度(宽度)。
作为输入波长1.31μm，评价了输入端A与输出端B之间的额外损耗和输入端A与输出端C之间的额外损耗。
在锥度光波导的终端部的宽度为15μm的场合，输出光波导B、C之间的分支比大致为3∶1。
在锥度光波导的终端部的宽度为16.5μm的场合，输出光波导B、C之间的分支比大致为2∶1。
在斜度光波导的终端部的宽度为18.5μm的场合，输出光波导B、C之间的分支比大致为1∶1。
如上所述，通过变更在输入光波导侧所构成的锥度光波导的长度及/或该锥度光波导的终端部(分支点侧)的宽度，可以对输出光波导间的分支比实现调整。
图10表示本申请发明的分支合波部的第六形式。分支合波部170具有合波侧的第一芯部A6，分支侧的第二芯部B6及第三芯部C6。这种结构是将图9所示的分支合波部166的第二芯部B5及第三芯部C5沿切线TA1向分支侧偏移配置，在第一芯部A5与第二芯部B5及第三芯部C5之间增加了个中间芯部F6。因此，切点PB1、PC1位于与垂直线LP1平行并比其更靠合波侧的垂直线LP2上。另外，中间芯部F6配置于垂直线LP1和LP2之间。中间芯部F6的一侧S1的轮廓和另一侧S2的轮廓最好是与切线TA1平行的直线。另外，中间芯部F6以构成多模光波导为更佳。中间芯部F6的中心线与第二芯部B6及第三芯部C6的中心线LIN一致。
作为实施例4，使用图10所示的分支合波部的光波导构成光分束器。A6、B6、C6三条光波导的芯部都使用了宽度为6.5μm的沿曲率半径15mm的圆弧轴线的芯部。第二芯部B6和第三芯部C6的中心轴的偏移D6(与光的传输方向垂直的方向的偏移量，即切线TB1和TC1之间的距离)为10μm。第一芯部A6与第二芯部B6及第三芯部C6的中心线LIN的偏移E6，即切线TA1与中心线LIN之间的距离为3.15μm。式1及式2如下f1(z)=h2+r-r2-z2+I2[WS+We-wsI·Z-We-Ws2πsin2πIz]]]>(式1)f2(z)=h2+r-r2-z2+I2[WS+We-wsI·Z-We-Ws2πsin2πIz]]]>(式2)式中f1(z)表示上缘部(一侧S1)，f2(z)表示下缘部(另一侧S2)。z表示传输方向(切线TA1的方向)的座标，I表示传输方向的长度，h表示与传输方向正交方向的高度，r表示锥度波导(锥度部分FF6)的中心线(轴线LA1)描绘出的曲率半径，WS表示锥度波导的起点的波导高度(宽度)，We表示锥度波导的终点的波导高度(宽度)。
作为输入波长1.31μm，评价了输入端A与输出端B之间的额外损耗和输入端A与输出端C之间的额外损耗。
当L＝740μm，W＝18.5μm时，输入端A与输出端B之间的额外损耗为-3.71dB，输入端A与输出端C之间的额外损耗为-3.63dB。这时，输出光波导B、C之间的分支比大致为1∶1。
当L＝750μm，W＝15.5μm时，输入端A与输出端B之间的额外损耗为-2.09dB，输入端A与输出端C之间的额外损耗为-5.18dB。这时，输出光波导B、C之间的分支比大致为2∶1。
如上所述，通过变更插入到输入光波导和输出光波导之间的光波导的长度及/或宽度，可对输出光波导间的分支比实现调整。
图11表示本申请发明的分支合波部的第七形式。分支合波部174具有合波侧的第一芯部A7、分支侧的第二芯部B7及第三芯部C7。这种结构与图8所示的分支合波部162同样，在图5所示的分支合波部150的第一芯部A1的一侧S1及另一侧S2分别增加了芯部F71，F72。因此，第一芯部A7具有其宽度向垂直线LP1扩展的锥度部分FF7。这种结构，除了锥度部分FF7的一侧S1的轮廓及另一侧S2的轮廓不同之外，其余与图8所示的分支合波部162相同，锥度部分FF4的一侧S1的轮廓及另一侧S2的轮廓分别由圆弧构成。
图12表示本申请发明的分支合波部的第八形式。分支合波部178具有合波侧的第一芯部A8、分支侧的第二芯部B8及第三芯部C8。这种结构是在图5所示的分支合波部150的第一芯部A1及第二芯部B1的一侧S1增加了在垂直线LP1上扩展的芯部F81，而在第一芯部A1及第三芯部C1的另一侧S2增加了在垂直线LP1上扩展的芯部F82。因此，第一芯部A8、第二芯部B8及第三芯部C8构成扩展芯部分FF8。扩展芯部分FF8的一侧S1的轮廓及另一侧S2的轮廓最好是与切线TA1平行的直线。另外，扩展芯部分FF8以构成多模光波导为更佳。
图13表示本申请发明的分支合波部的第九形式。分支合波部182具有合波侧的第一芯部A9，分支侧的第二芯部B9及第三芯部C9。这种结构是使图7所示的分支合波部158的第二芯部B3及第三芯部C3沿垂直线LP2移动而加大芯部B3与C3的间隔，在第二芯部B9及第三芯部C9之间增加了芯部F9。切线TB1与切线TC1之间的距离以D9表示，与这些切线TB1、TC1平行并位于其中间的中心线LIN与切线TA1之间的距离以E9表示。中间芯部F3最好以多模光波导构成。中间芯部F3的切线TA1方向的长度以L9表示，与其垂直方向的宽度以W9表示。长度L9最好是190-220μm，宽度W9最好是13-16μm，距离E9最好是0.3-0.7μm。第二芯部B9与第三芯部C9之间的间隔G9最好3.5μm以上。
作为实施例5，使用图13所示的分支合波点的光波导构成光分束器。A、B、C三条光波导都使用了宽度为6.5μm的沿曲率半径15mm的圆弧轴线的芯部。第二芯部B9和第三芯部C9的中心轴的偏移D9(与光的传输方向垂直的方向的偏移量，即切线TB1和切线TC1之间的距离)为10μm。第一芯部A9与第二芯部B9及第三芯部C9的中心线LIN的偏移E9为0.5μm。
当L9＝200μm，W9＝14μm时，输入端A9与输出端B9之间的额外损耗为-3.22dB(输入波长为1.31μm)，-3.29dB(输入波长为1.55μm)，输入端A9与输出端C9之间的额外损耗为-3.18dB(输入波长为1.31μm)，-3.25dB(输入波长为1.55μm)。
当L9＝220μm，W9＝15μm时，输入端A9与输出端B9之间的额外损耗为-3.29dB(输入波长为1.31μm)，-3.25dB(输入波长为1.55μm)，输入端A9与输出端C9之间的额外损耗为-3.25db(输入波长为1.31μm)，-3.21dB(输入波长为1.55μm)。
如上所述，与波长无关，可以得到分支比约为1∶1并具有低损耗的分支结构。
图14表示本申请发明的分支合波部的第十形式。分支合波部186具有合波侧的第一芯部A10、分支侧的第二芯部B10和第三芯部C10，以及与第一芯部A10构成光耦合器的耦合器芯部AA10，这种结构在图18(a)—图18(c)所示的第一芯要素AO的另一侧S2以一定间隔且并列延伸地配置耦合器芯部AA10，将第三芯要素CO沿垂直线LP向另一侧S2偏移地配置，使其与耦合器芯部AA10连接。第一芯部A10、第二芯部B10、第三芯部C10及耦合器芯部AA10分别沿轴线LA10、LB10、LC10、LAA10形成。轴线LA10、LB10、LC10、LAA10具有相互平行的与各自的切线TA10、TB10、TC10、TAA10相切的切点PA10、PB10、PC10、PAA10，切点PA10、PB10、PC10、PAA10位于与第一芯部A10的轴线LA10的切点PA10的切线即切线TA10垂直的、通过切点PA10延伸的垂直线LP10上。切线TA10和切线TB10是同一切线，切点PA10与切点PB10是同一切点。切点PA3位于切线TAA10的另一侧S2的位置。
使用本发明的光波导结构，如图15所示，按以下所述制作1×8的光分束器用光波导基板。
首先，使用光波导用CAD，构成光波导201的芯图案213。形成在分支合波点附近插入图13所示的直线多模光波导的结构。使用光束传输法(BPM)计算额外损耗，结果，波长1.31μm时为-9.666dB，波长1.55μm时为-9.72dB。
接着，如下那样制作了上述芯图案的掩模。由于芯图案尺寸在加工过程中变化，因而，用CAD对考虑了变化量的芯图案进行了制图。除了芯图案而外，在掩模上还增加了用于提高掩模和基板的位置精度的对准标记及用于其它图案计测等的标记。为了提高制图作业的效率，CAD的制图顺序是，首先对一个单元部分的图案进行制图，然后将上述一个单元的图案排列复制，从而将图案配置在整个掩模上。
对于一个单元的图案，除了对设有层的芯图案进行了制图的层以外，也可以使用不同的层对图案制图。由如上所述制图的CAD画面，使用曝光机将图案直接扫描到掩模基板上，制做成以Cr的金属膜覆盖图案部分的掩模和以Cr的金属模覆盖图案部分以外的掩模。
上述两种掩模可以根据在形成芯图案的工艺中所使用的抗蚀剂的种类及制造光波导的芯形成工艺的种类分别使用。
如上所述，使用本发明的曲线光波导构成的1×8分束器，显示出比用圆弧结合形状的S字型曲线光波导构成的以往的分束器具有良好的额外损耗。
接着，使用以下材料制做成光波导基板。
芯日立化成工业(株)制OPI-N3205包层日立化成工业(株)制OPI-N1005制造方法是采用旋涂法将有机锆螯合物涂覆到形成了V形槽的硅晶片上，干燥后的膜厚为100埃，干燥后，在其上涂覆不含氟的聚酰亚胺树脂，干燥后的膜厚为0.3μm，干燥后，形成了由含氟聚酰亚胺树脂构成的下部包层(8μm)和芯层(6.5μm)。
随后，在芯层上涂覆含硅的抗蚀剂达到0.5μm厚，经干燥后，使用实施例2制做成的掩模的芯图案进行曝光、显影，通过该抗蚀剂图案进行反应性离子蚀刻，形成了芯层。将抗蚀剂剥离后，再形成上部包层(15μm)，制做成聚酰亚胺光波导。其后，切割成芯片。
评价所得到的光波导的插入损耗。评价时，将在光波导基板两端形成的V形槽作为引导固定光纤，然后进行了测定。作为光源，使用波长为1.31μm的半导体激光器。使用本发明的曲线光波导场合的插入损耗的平均值为-10.6dB(损耗最大的端口为-10.8dB)，使用圆弧结合形状的S字型曲线光波导场合的插入损耗的平均值为-11.2dB(损耗最大的端口为-11.7dB)。
如上所述，使用本发明的曲线光波导构成的1×8型树状结构的分束器，与使用圆弧结合形状的S字型曲线光波导构成的现有技术的分束器相比，显示出良好的插入损耗。
此外，在本实施例中，虽然在构成分束器用光波导的所有的S字型曲线光波导中使用了本发明的曲线光波导，但也可以做成与其它的S字型曲线光波导混用的结构。
接着，沿着光波导基板的光纤连接用V字断面的引导槽安装光纤并用粘结剂固定。使用这些光纤测定插入损耗，结果，波长为1.31μm时为-11.48dB，波长为1.55μm时为-11.26dB。光波导基板的总长为12.4mm，宽度为2.2mm。除去光纤连接部的光波导部分的长度为9.4mm。
比较例为了比较，按以下所述制作如图16所示的1×8的光分束器用光波导基板。首先，使用光波导用CAD形成光波导部分201的光波导芯图案213。
分支合波点附近形成锥度结构，连接分支合波点间的曲线光波导做成以圆弧连接的结构。使用光束传输法(BPM)计算了额外损耗，结果，波长为1.31μm时是-9.68dB，波长为1.55μm时是-9.83dB。
由于光波导图案不同以及与之相应加长了光波导，从而需要相应调整光纤用引导槽的设置间隔，除此之外，与实施例6同样制作掩模，从而制成光波导基板。进而，同样地安装光纤，使用这些光纤测定插入损耗，结果，波长为1.31μm时是-11.90dB，波长为1.55μm时是-11.35dB。光波导基板的总长为18.0mm，宽度为2.2mm。除去光纤连接部后的光波导部的长度为15.04mm。
另外，本发明的光分束器用光波导在不增大损耗的情况下，可大幅度地缩短长度。因此，在按照使用晶片的半导体制造工艺方法来制造光波导的方法中，可以增多从每个晶片中得到的光波导芯片数，从而降低每一个光波导的制造成本。
特别是在聚合物光波导的情况下，可以降低损耗。由于光波的导源于材料的损耗与电信号传输的长度成正比，因而，每单位长度的损耗与石英等相比，对于较大的聚合物光波导来说，由于尺寸缩短，总损耗降低的效果特别显著。每单位长度的损耗在0.1dB/cm以上时效果较大。总长越长，降低损耗的效果就越大，例如，在1×N型的多级结构的光分束器的情况下，分支数N型大的大规模图案的场合效果特别大。具体地说，对于光波导的长度达到5mm以上的长度的光波导的场合其是有效的。
根据明确的指导原理，可以很容易地制作光波导图案，因而，可缩短光波导设计所需的时间。
在上述分支合波部的实施方式中，是将第二芯部B1-B9的切点PB1-PB9从第一芯部A1-A9的轴线LA1的切线TA1偏移地配置，不过，只要能实现容许的分支比，也可以将切点PB1-PB9配置在切线TA1上。
另外，虽然在图8-图11及图13中举出了具有锥度部分的合波分支部的例子，但只要损耗在容许范围内，对锥度部分的轮廓可以不加限定，例如，可使锥度部分的开始位置移动，也可以用直线或未列举的曲线来构成锥度部分。
另外，为了构成本发明的合波分支部，使第一-第三芯要素AO、BO、CO沿垂直线LP1、LP2移动的距离，可以考虑损耗及分支比任意决定。因此，上述实施方式的第一芯部、第二芯部、第三芯部、中间芯部的轮廓相互之间既可以是圆滑地连接的，也可以是设有阶梯连接的，还可以是设有角度连接的。
另外，虽然图6及图13中例示了不含有尖的包层部分的结构的本发明的合波分支部的例子，但在其它的实施方式中，为了减小制造上的偏差，也可将尖的包层部替换为芯部。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征在于该光波导结构的一方的最外侧是S形曲线光波导部分；该S形曲线光波导部分，其两端部的切线是平行的，由在第一拐点处曲率反转的第一圆弧光波导部分和第二圆弧光波导部分构成；在由上述第一拐点起向上述单一端口侧的上述第一圆弧光波导部分设第一分支合波点，形成从该第一分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第一圆弧光波导部分曲率反转的第三圆弧光波导部分，在上述第一分支合波点，上述第一圆弧光波导部分的切线与上述第三圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于上述第三圆弧光波导部分还具有第二分支合波点，在该第二分支合波点形成从该第二分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第三圆弧光波导部分曲率反转的第四圆弧光波导部分，在上述第二分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第四圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
3.根据权利要求2所述的光波导结构，其特征在于上述第四圆弧光波导部分还具有第三分支合波点，在该第三分支合波点形成从该第三分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第四圆弧光波导部分曲率反转的第五圆弧光波导部分，在上述第三分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第五圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
4.一种光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征在于上述光波导结构的最外侧的至少一方是S形曲线光波导部分；上述S形光波导部分由在第一拐点处曲率反转的第一曲线光波导部分和第二曲线光波导部分构成；在由上述第一拐点起向上述单一端口侧的上述第一曲线光波导部分设第一分支合波部；
上述第一曲线光波导部分，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部以及与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部；还具有与上述第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；上述第二切点及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线向分支侧的区域内；上述第三切点相对上述基准切线位于上述另一侧。
5.(补正后)根据权利要求4所述的光波导结构，其特征在于上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线是圆弧。
6.(补正后)根据权利要求4或5所述的光波导结构，其特征在于上述第二切点相对于上述基准切线位于上述一侧。
7.(补正后)根据权利要求4-6中任一项所述的光波导结构，其特征在于上述第一切点、上述第二切点及上述第三切点位于上述基准垂直线上。
8.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第二芯部及上述第三芯部具有将它们形成一体并从上述基准垂直线向分支侧延伸的芯部分。
9.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
10.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部、上述第二芯部以及上述第三芯部，具有在上述基准垂直线上扩展并具有与上述基准切线平行的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓的扩展芯部分。
11.(补正后)根据权利要求4-6中任一项所述的光波导结构，其特征在于
上述第二切点及上述第三切点位于与上述基准垂直线平行并且比其更靠合波侧的第二垂直线上，在上述基准垂直线和上述第二垂直线之间还具有中间芯部。
12.根据权利要求11所述的光波导结构，其特征在于上述中间芯部的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓是与上述基准切线平行的直线。
13.根据权利要求12所述的光波导结构，其特征在于上述中间芯部构成多模光波导。
14.根据权利要求11-13中任何一项所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
15.(补正后)一种光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征在于上述光波导结构的最外侧的至少一方是S形曲线光波导部分；上述S形光波导部分由在第一拐点处曲率反转的第一曲线光波导部分和第二曲线光波导部分构成；在由上述第一拐点起向上述单一端口侧的上述第一曲线光波导部分设第一分支合波部；上述第一曲线光波导部分具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，与上述第一芯部在上述另一侧具有间隔并沿着并排延伸的耦合器轴线形成的、与第一芯部构成光耦合器的耦合器芯部，以及，与上述耦合器芯部连接、沿由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线、上述第三轴线及上述耦合器轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点、第三切点及耦合器切点；上述第二切点以及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线向分支侧的区域内；上述耦合器切点位于上述基准垂直线上；上述第三切点相对于在上述耦合器切点相切的上述耦合器轴线的切线位于上述另一侧。
16.(新增)根据权利要求15所述的光波导结构，其特征在于上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线是圆弧。
17.(新增)一种光波导结构，是具有合波分支部的光波导结构，其特征在于，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；上述第二切点以及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线起向分支侧的区域内；上述第三切点相对于上述基准切线位于上述另一侧；上述第一切点、上述第二切点及上述第三切点位于上述基准垂直线上；上述第一芯部、上述第二芯部以及上述第三芯部，具有在上述基准垂直线上扩展并具有与上述基准切线平行的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓的扩展芯部分。
权利要求
1.一种光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征在于该光波导结构的一方的最外侧是S形曲线光波导部分；该S形曲线光波导部分，其两端部的切线是平行的，由在第一拐点处曲率反转的第一圆弧光波导部分和第二圆弧光波导部分构成；在由上述第一拐点起向上述单一端口侧的上述第一圆弧光波导部分设第一分支合波点，形成从该第一分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第一圆弧光波导部分曲率反转的第三圆弧光波导部分，在上述第一分支合波点，上述第一圆弧光波导部分的切线与上述第三圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
2.根据权利要求1所述的光波导结构，其特征在于上述第三圆弧光波导部分还具有第二分支合波点，在该第二分支合波点形成从该第二分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第三圆弧光波导部分曲率反转的第四圆弧光波导部分，在上述第二分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第四圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
3.根据权利要求2所述的光波导结构，其特征在于上述第四圆弧光波导部分还具有第三分支合波点，在该第三分支合波点形成从该第三分支合波点向上述多个端口侧延伸、相对于上述第四圆弧光波导部分曲率反转的第五圆弧光波导部分，在上述第三分支合波点，上述第三圆弧光波导部分的切线与上述第五圆弧光波导部分的切线平行并具有间隔。
4.一种光波导结构，在一方入射出射侧具有单一端口，在另一方入射出射侧具有多个端口，其特征在于上述光波导结构的最外侧的至少一方是S形曲线光波导部分；上述S形光波导部分由在第一拐点处曲率反转的第一曲线光波导部分和第二曲线光波导部分构成；在由上述第一拐点起向上述单一端口侧的上述第一曲线光波导部分设第一分支合波部；上述第一曲线光波导部分，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部以及与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部；还具有与上述第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；上述第二切点及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线向分支侧的区域内；上述第三切点相对上述基准切线位于上述另一侧。
5.一种光波导结构，是具有合波分支部的光波导结构，其特征在于，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线及上述第三轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点及第三切点；上述第二切点及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线向分支侧的区域内；上述第三切点相对上述基准切线位于上述另一侧。
6.光波导结构，其特征在于上述第二切点相对于上述基准切线位于上述一侧。
7.根据权利要求5或6所述的光波导结构，其特征在于上述第一切点、上述第二切点及上述第三切点位于上述基准垂直线上。
8.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第二芯部及上述第三芯部具有将它们形成一体并从上述基准垂直线向分支侧延伸的芯部分。
9.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
10.根据权利要求7所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部、上述第二芯部以及上述第三芯部，具有在上述基准垂直线上扩展并具有与上述基准切线平行的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓的扩展芯部分。
11.根据权利要求5或6所述的光波导结构，其特征在于上述第二切点及上述第三切点位于与上述基准垂直线平行并且比其更靠合波侧的第二垂直线上，在上述基准垂直线和上述第二垂直线之间还具有中间芯部。
12.根据权利要求11所述的光波导结构，其特征在于上述中间芯部的上述一侧的轮廓及上述另一侧的轮廓是与上述基准切线平行的直线。
13.根据权利要求12所述的光波导结构，其特征在于上述中间芯部构成多模光波导。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的光波导结构，其特征在于上述第一芯部具有其宽度向上述基准直线扩展的锥度部分。
15.一种光波导结构，是具有合波分支部的光波导结构，其特征在于，具有沿着由向一侧弯曲的曲线构成的第一轴线形成的合波侧的第一芯部，与上述第一芯部连接、沿着由向上述一侧弯曲的曲线构成的第二轴线形成的分支侧的第二芯部，与上述第一芯部在上述另一侧具有间隔并且沿着并排延伸的耦合器轴线形成的、与第一芯部构成光耦合器的耦合器芯部，与上述耦合器芯部连接、沿着由向另一侧弯曲的曲线构成的第三轴线形成的分支侧的第三芯部；上述第一轴线、上述第二轴线、上述第三轴线及上述耦合器轴线分别具有与互相平行的各自的切线相切的第一切点、第二切点、第三切点及耦合器切点；上述第二切点以及上述第三切点，位于从与上述第一轴线的第一切点的切线即基准切线垂直并通过上述第一切点延伸的基准垂直线向分支侧的区域内；上述耦合器切点位于上述基准垂直线上；上述第三切点相对于在上述耦合器切点相切的上述耦合器轴线的切线位于上述另一侧。
全文摘要
本发明涉及具有合波分支部的光波导结构。本发明的光波导结构(150)具有沿着向一侧(S1)弯曲的第一轴线(LA1)形成的合波侧的第一芯部(A1)，沿着向一侧(S1)弯曲的第二轴线(LB1)形成的分支侧的第二芯部(B1)，以及沿着向另一侧(S2)弯曲的第三轴线(LC1)形成的分支侧的第三芯部(C1)。轴线(LA1、LB1、LC1)具有与相互平行的各自的切线相切的切点(PA1、PB1、PC1)。进而，切点(PB1、PC1)位于从与第一轴线(LA1)的切点(PA1)的切线(TA1)垂直并通过第一切点(PA1)延伸的垂直线(LP1)向分支侧的区域内。第三轴线(LC1)的切点(PC1)相对于切线(TA1)位于另一侧(S2)。
文档编号G02B6/125GK1942795SQ200580010910
公开日2007年4月4日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年4月12日
发明者宫寺信生, 山本礼 申请人:日立化成工业株式会社