光波导器件以及模块的制作方法

专利名称：光波导器件以及模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用了基板上的波导的光学器件。更详细而言，涉及使与输入或输出光纤不连接的波导终止于基板内的任意位置而使在该波导中传输的光信号的强度衰减的技术。
背景技术：
由于各家庭中的宽带通信的爆发性普及，网络内容日益多样化。由此产生的通信流量的增加、通信服务的扩展使得对支承它们的通信网络的大容量化、高速化、高功能化的要求日益提高。近年来，光通信技术发挥了应对这些要求的重要作用。而且，在目前的光网络中，通过光-电、电-光转换的信号处理来连结两点之间的对地型通信系统是主流的系统。但是，今后重要的是使之进一步发展为在包括接入(access)网的全部网络上不需要转换为电信号而直接以光信号对多个地点之间进行连接的网(mesh)型通信系统，以实现各用户的更多样的通信使用方式。作为在该光通信系统中起到重要作用的部件，可举出波导型器件。通过应用光的干涉原理来实现了光信号的分支稱合器、波长合分波器、梳状滤波器(interleavefilter)、光开关、可变光衰减器(VOA :Variable Optical Attenuator)等各种功能。这些器件是波导型器件，因此电路设计具有灵活性，容易实现大规模化、高集成化。不仅如此，还能够使用LSI等半导体器件制造工艺，因此作为量产性优异的器件而备受期待。在使用了半导体、高分子材料的波导等各种器件的实应化过程中，特别是制作于硅基板上的石英类光波导具有低损失且稳定性和与光纤的接合性优异的特征，该石英类波导是实用化得到最大进展的波导型器件之一。对于使用这些波导型器件构成的光通信系统节点的方式之一，可举出使用了波分复用(WDM ffavelength Division Multiplexing)信号的光分插复用(ROADM Reconfigurable Add/Drop Multiplexing)。该方式具有在节点内与下层网络之间仅对任意的WDM信道信号进行授受之后向相邻的节点传送全部信号的功能，主要用作构成环形网络的方式。为了实现该功能所需的光学器件包括按波长使WDM信号合流、分支的波长合分波滤波器、用于进行信号路径的切换的光开关、用于调整信号光强度的V0A、光收发器以及光强度监视器等，特别是波长合分波滤波器、光开关、VOA等能够通过波导型器件来实现。近年来，能够将这些波导型器件集成到一个模块内而构成实现ROADM系统的主要功能的高功能光学器件，向实际网络系统的导入取得了极大的进展。图18是其一个例子，是波长合分波滤波器(1404、1406、1416)、光开关(1408-1 N)、V0A (1410-1 N)、光耦合器(1402、1412-1 N)以及监视用PD (Photo Detector :光电探测器)(1414-1 N)集成为一个模块1400的电路的框图。根据图18的例子,从输入(In)向主(Main)路径输入的WDM信号首先通过分支用光耦合器1402进行分支。之后，一方通过下(Drop)路用波长分波(DEMUX)滤波器1404被分离为各个波长的信号而仅被检测出下层网络中所使用的波长的信号。另一方通过另一 DEMUX滤波器1406也被分离为各个波长的信号之后，通过2X I光开关1408-1 N，所述2X1光控开关1408-1 N用于对来自下层网络的发送信号即上(Add)路信号和主路(主路径)信号中的任一方进行选择。在2X1光开关中，仅对与刚在下路(下路径)检测出的波长信号对应的波长选择来自上路(上路径)的信号。进一步，通过VOA1410-1 N对各波长的信号的信号水平进行调整，但对于各波长的信号的输出，通过分支用光耦合器1412-1 N以及在其前面连接的监视用H) 1414-1 N对信号的一部分进行监视而进行反馈，控制VOA的衰减量。成为如下结构水平(level)调整后的各波长的信号通过波长合波(MUX)滤波器1416变为WDM信号之后，从主路径的输出(out)进行输出。根据现有技术，这些各个光学器件在模块内通过光纤相连接，由此实现了向模块的安装，但今后为了实现进一步的小型化、大规模 化、低功耗化，集成度的进一步提高成为重要的课题。作为应对这种要求提高集成度的技术而提出的技术之一存在多芯片集成技术。该技术通过不使用光纤而将各个波导型器件基板彼此直接连接，由此实现波导型器件本身的小型化以及模块内的安装面积的减小。例如，在图18的结构中，作为一个波导型器件基板1420而制作波长合分波滤波器1406、1416。同样地，作为一个波导型器件基板1430而制作光开关1408-1 N、VOA 1410-1 N以及光耦合器1412-1 N。之后，在对这些基板进行连接时，不通过光纤而直接将基板彼此连接。另外，虽然监视用ro 1414-1 N不是波导型器件，但在光耦合器1412-1 N的监视端口和波长合分波滤波器1420的端面或者光开关等的基板1430的端面的任一方，也能够不通过光纤而进行连接。通过该技术，能够缩短模块1400内使用的光纤的长度和/或减少用于对光纤与基板1420、1430进行连接的部件的数量，结果，模块内的安装面积减小，器件的集成度提高。此时，VOA承担以下功能通过衰减动作来调整所通过的信号光的光级(light level，光级度)，抑制各信道之间的级度偏差。图19A示出波导型器件的VOA的最基本的结构。该VOA 1500是包括对光信号进行分支、合流的两个方向性耦合器1504和1508以及支路波导1506a、1506b的、在支路波导1506a、1506b上形成了薄膜加热器1512a、1512b的马赫-曾德尔干涉仪(MZI =Mach ZehnderInterferometer)型光器件。从端口 1502a入射的光信号通过方向性稱合器1504分支,在支路波导1506a、1506b中分别进行传播，通过方向性耦合器1508而再次合流。此时，当从电极焊盘1516、1518对薄膜加热器1512a、1512b中的任一个供电时，在支路波导1506a、1506b之间会产生相位差，根据方向性耦合器1508的相位关系，从端口 1510a或者1510b出射的光信号的强度发生变化。当相位差为O时，光信号100%从端口 1510b出射，当相位差为π时，100%从端口 1510a出射。利用该现象，通过模拟地(连续性)控制向薄膜加热器供给的电力来调整该相位差时，则能够作为VOA加以使用。图19B是沿图19A的XIXB-XIXB线的剖视图。光波导制作在硅基板1520上，由包层(clad)1522以及被该包层1522覆盖的矩形状的芯部1524构成，该包层1522由石英类玻璃形成。在支路波导两侧具有绝热槽1514，能够减少开关或者衰减所需的电力，其中，所述绝热槽1514是使用蚀刻技术沿波导去除包层而形成的。在此，根据MZI干涉原理，为了即使在光分支耦合器由于制作误差而耦合率产生了误差的情况下也得到足够的消光比或者光衰减量，通常将从端口 1502a至端口 1510b的路径或者从端口 1502b至端口 1510a的路径(交叉路径)作为主信号路径来加以使用。进一步，在考虑了功耗或者热光学效应的偏振光依赖性的情况下，最普遍的是在对薄膜加热器1512a、1512b不通电时切断光信号、或者进行驱动以使得成为最大衰减量。因此，需要预先对支路波导1506a、1506b中的光信号在波导内传播的光学有效距离、即光路长度付与适当的差(光路长度差)。将由两个光波导构成的MZI作为基本元件的VOA中的光衰减动作使主端口(与光纤和/或其它波导型器件连接的输出波导)的光级衰减，并且将其剩余量(衰减后的量)的光功率输出到另一个端口(虚设端口)。例如，在使用交叉路径来作为主信号路径的MZI型VOA中，将图19A的端口 1502a作为输入的情况下，端口 1510b成为主端口，端口 1510a成为虚设端口。根据目前的技术，通常向虚设端口引导的剩余光功率传播到波导型器件基板的输出端面，使之直接向空气中放射。在先技术文献专利文献I :日本特许第3755762号公报非专利文献I :Y. Hashizume, et. al. , " Compact 32-channel 2x2optical switcharray based on PLC technology for OADM systems"，EC0C2003, M03-5-
发明内容
发明要解决的问题然而，例如如图20所示，在通过在包括VOA 1602、分支用光耦合器1604的波导型器件基板1606直接连接阵列波导光栅(AWG Arrayed Waveguide Grating)、监视用F1D等波导型器件基板1608的多芯片集成技术来进行安装的情况下，显然存在问题。即，在波导型器件基板1606的端面放射的来自VOA 1602的剩余光功率的一部分耦合于从配置于 V0A1602的后级的分支用光耦合器1604引导的光波导1610，结果成为产生分支比偏移和/或串扰的原因，电路特性会劣化。另外，对于后续的AWG、监视用H)(未图示)等，也同样会导致产生各种串扰(cross talk)，也会使电路特性劣化。进一步，在不使用多芯片集成技术而通过通常的光纤连接实现的波导型器件的安装中，也随着集成度的提高而波导器件基板端面处的光波导的密度飞跃地提高，由于所传播的剩余光功率耦合于主通路、在端面放射的剩余光功率耦合于光纤，显然也存在导致串扰的问题。因而，在波导型器件中，剩余光功率(power)的适当的终端处理(终止处理)成为重要的课题。本发明的目的在于在波导型器件中，在基板上的任意位置不放射剩余光功率而使之终止，抑制对光纤和其它波导型器件的串扰。用于解决问题的手段为了达到这种目的，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，具备为了使来自波导端部的光终止而填充有遮光材料的终端构造，所述终端构造构成为来自所述波导端部的光相对于该终端构造倾斜入射，所述波导端部具有锥部，该锥部的波导宽度朝向终端变窄，所述终端构造包围所述波导端部而配置为与所述锥部接近或者接触，使与所述波导端部的终端对向的面处的所述终端构造的间隔大于所述波导端部的终端处的所述终端构造的间隔。另外，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，锥部为绝热跃迁构造。
另外，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，具备为了使来自波导端部的光终止而填充有遮光材料的终端构造，所述终端构造构成为来自所述波导端部的光相对于该终端构造倾斜入射，所述波导端部具有锥部，该锥部的波导宽度朝向终端变窄，所述终端构造包围所述波导端部而配置为与所述锥部接近或者接触，所述锥部为绝热跃迁构造。另外，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，入射角为布儒斯特角以上。另外，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，遮光材料包含对来自波导端部的光进行吸收或散射的材料。另外，本发明一种实施方式的波导型器件的特征在于，包括马赫-曾德尔型光开关、可变衰减器、光分路器以及阵列波导衍射光栅中的至少任一者。另外，本发明一种实施方式的模块的特征在于是使用这些波导型器件来多芯片集成化而得到的模块。发明的效果根据本发明，在波导型器件中，通过在基板上的任意位置去除包层和芯部，由此在光波导上形成槽，使用使光强度衰减的材料(遮光材料)来填满该槽内，从而终止光波导。由此，入射到这些终端构造的光由于遮光材料而衰减，能够抑制成为串扰成分而对其他光学器件带来的影响。因而，不仅能够抑制在同一基板内集成的光学器件之间的影响，还能够抑制对于与该基板直接连接的其它光学器件、例如其它波导型器件或者受发光元件的影响。因此，在实现集成度更高的光学器件方面非常有效，能够期望在需要各种光信号的控制的大容量光通信网的发展中产出更大的贡献。


图I是表示本发明的第一实施例的波导型器件的结构的图。图2A是表示图I的波导型器件中的包括可变光衰减器的基板的电路布局的图。图2B是表示图I的波导型器件中的包括可变光衰减器的基板的电路布局的图。图2C是表示图I的波导型器件中的包括可变光衰减器的基板的电路布局的图。图3是表示本发明的第一实施例的终止光波导的槽的基板水平面内的形状的图。图4是表示本发明的第四实施例的终止光波导的槽的基板水平面内的形状的图。图5A是表示本发明的第五实施例的被终止的光波导的锥形状的图。图5B是表示本发明的第五实施例的被终止的光波导的锥形状的图。图6是表示本发明的第五实施例的被终止的光波导的丽I形状的图。图7A是表示本发明的第六实施例的包围光波导的终端构造的图。图7B是表示本发明的第六实施例的包围光波导的终端构造的图。图8A是表示本发明的第七实施例的包围光波导的终端构造的图。图8B是表示本发明的第七实施例的包围光波导的终端构造的图。图9A是用于说明本发明的第八实施例的光波导的终端构造的图。图9B是用于说明本发明的第八实施例的光波导的终端构造的图。图IOA是表示本发明的第八实施例的光波导的终端构造的图。、
图IOB是表示本发明的第八实施例的光波导的终端构造的图。图IlA是表示本发明的第九实施例的光波导的锥形构造的图。
图IlB是表示本发明的第九实施例的光波导的锥形构造的图。图12A是表示本发明的第八实施例以及第九实施例的包围光波导的终端构造的一例的图。图12B是表示本发明的第八实施例以及第九实施例的包围光波导的终端构造的一例的图。图13A是表示本发明的第十实施例的波导型器件的概要的图。图13B是表示本发明的第十实施例的波导型器件的概要的图。图14A是表示使用波导型器件来实现2X I光开关的情况下的具体的结构例的图。
图14B是表示使用波导型器件来实现2X1光开关的情况下的具体的结构例的图。图14C是表示使用波导型器件来实现2X I光开关的情况下的具体的结构例的图。图15是表示本发明的第十一实施例的波导型器件的概要的图。图16是表示本发明的第十二实施例的1X6分路器(splitter)的结构例的图。图17A是表示本发明的第十二实施例的1X40波长群组分波滤波器的结构例的图。图17B是表示本发明的第十二实施例的I X 40波长群组分波滤波器的透射光谱例的图。图18是表示实现ROADM系统的主要功能的波导型器件的模块结构例的电路框图。图19A是表示波导型器件中的可变光衰减器的基本结构的图。图19B是沿图19A的XIXB-XIXB线的剖视图。图20是用于说明使用了现有技术涉及的多芯片集成技术的波导型器件中的剩余光功率的问题的图。标号说明100 :波导型器件；102 :光纤阵列;104-1 N =VOA ; 106-1 N :光耦合器；108 PD ；110 AWG ；112 :光纤；120 :基板；130 :基板;202_1 N -MZI ;204_1 N MZI ;206a :主端口 ；206b :分支端口 ；208-1 N :虚设端口 ；210-1 N :终端构造；702 :入射光；704 :终点；706 :反射光；710 :终端构造；712 :终端构造；714 :构造；802 :光波导；804 :光波导；810 终立而构造;812 :终纟而构造；820 :终纟而构造；822 :光波导；830 :终纟而构造；832 :光波导；834 扩大的包层部分；840 :终端构造；842 :光波导；850 :终端构造；852 :光波导；900a、900b 波导型器件；902 V0A ；904 =WINC ；906 :虚设端口 ;908a、908b :终端构造;920a、920b :基板；930 :基板；1102 V0A ；1104 =WINC ；1106 :虚设端口 ；1108 :终端构造；1110 :虚设端口 ；1112 :终端构造；1120 :基板；1130 :基板；1200 1X8分路器；1202 :光波导；1204 :终端构造；1302 =AffG ；1304 :终端构造；1400 :模块；1402 :光耦合器；1404 :波长合分波滤波器；1406 :波长合分波滤波器；1408-1 N:光开关；1410-1 N :V0A ; 1412-1 N:光耦合器;1414-1 N PD ；1416 :波长合分波滤波器；1420 :基板；1430 :基板；1500 =VOA ; 1502a、1502b :端口 ；1504 :方向性耦合器;1506a、1506b :支路波导；1508 :方向性耦合器；1510a、1510b :端口 ；1512a、1512b :薄膜加热器；1514 :绝热槽；1516 :电极焊盘；1518 :电极焊盘；1520 :硅基板；1522 :包层；1524 :芯部；1602 =VOA ；1604 :光耦合器；1606 :基板；1608 :基板；1610 :光波导。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施例。在以下的实施例中，对形成于硅基板上的使用了石英类单模光波导的光学器件进行说明。这是由于该结构稳定且容易集成化，并且与石英类光纤的匹配性优异，能够提供低损失的光学器件。但本发明不限于这些结构。实施例I图I是表示本发明第一实施例的波导型器件的结构的图。如图所示，在该器件100中，包含VOA 104-1 N的基板120与包含阵列波导光栅(AWG :Arrayed WaveguideGrating) 110的基板130相连接，构成为带光级调整功能的波长合波器件(VMUX :V0Aequipped MUX)。该器件例如被导入到WDM系统中。在本结构例中，VOA 104_1 N以及分支用光耦合器106-1 N集成于一块基板120内 ，光功率(power)监视用H) 108以及AWG110集成于另一块基板130内。图2A是本实施例中的包含VOA 104-1 N的基板120的详细电路布局。在图I以及图2A至图2C中，为了简化附图，仅记载了驱动V0A104-1 N的薄膜加热器，省略了用于对加热器供电的电布线和后述的绝热槽的记载。为了能够同时调整多个信道的光级，并列配置的VOA 104-1 N由两级串联连接的MZI 202-1 N、204_l N构成，通过对两方的MZI施加电力来进行衰减动作。在VOA 104-1 N的后级，作为分支用光耦合器106-1 N而连接有非波长依赖型稱合器(WINC :Wavelength Independent Coupler)。而且，主端口 206a和分支端口 206b分别连接到集成于另一块基板130的AWG 110和对各信道的光功率级进行监视的Η)108，因此被引出至基板端。通过VOA 104-1 N的衰减动作，从各个MZI202-1 N、204-l N被引导到虚设端口 208-1 N的剩余量的光被引导到终端构造210-1 N，衰减到不会成为对其它电路、信道的串扰、杂散光(stray light)的水平而被终止，所述终端构造210-1 N由在虚设端口的延长线上除去基板上任意位置处的包层以及芯部而形成的槽、和填充到该槽中的使光强度衰减的材料(遮光材料)构成。对于本实施例中的遮光材料，使用了将硅树脂作为母材而作为遮光材料混入了通常使用的炭黑所得到的材料。入射到遮光材料的光主要在炭黑中被吸收而光功率衰减。通过以下说明的工序来制作包括这些VOA 104-1 N的基板120。对于具有在直径6英寸的硅基板上由石英类玻璃形成的包层以及嵌入型芯部的单模光波导，通过利用了SiCl4, GeCl4等原料气体的火焰加水解反应的石英类玻璃膜的堆积技术和反应性离子蚀刻技术的组合来进行制作。而且，在包层表面上通过真空蒸镀以及图案化来制作了薄膜加热器以及用于供电的电极。制作出的光波导的通常的芯部尺寸为7 μ mX 7 μ m，与包层之间的相对折射率差Λ设为O. 75%。通过使用这样的光波导而组合直线波导和曲线波导，从而形成实施例I中的VOA和WINC。作为基于热光学效应的相位移位器(shifter)而形成于包层表面上的薄膜加热器的厚度设为O. I μ m、宽度设为20 μ m、长度设为2mm。进一步,设为以下构造沿薄膜加热器形成绝热槽，将从薄膜加热器产生的热高效率地向光波导的芯部传送。另外，与VOA104-1 N的虚设端口连接的终端构造210-1 N的槽也与绝热槽的加工同时地形成。在本实施例中，将槽的尺寸设为宽度ΙΟΟμπκ长度1mm。槽的深度设为到达芯部之下，但也可以设为到达基板。由将MZI作为基本元件而构成的实施例I的VOA 104-1 N以及WINC106-1 N形成的光路的全长为50mm。
将构成VOA 104-1 N的MZI 202-1 N、204-1 N中的两个支路的光路长度差设定为所通过的信号光的半波长，使得在对VOA 104-1 N无供电状态下，主通路中的信号光成为遮断(衰减量最大)状态。在本实施例中，为了按照每个波长信道来处理WDM信号而使VOA并联化，但为了使设计简单，将全部VOA的光路长度差统一为作为所处理的信号光波长带的中心的I. 55 μ m的一半的0.75 μ m。但是，更严格地说，也有时按照各个VOA而设定与所通过的波长对应的光路长度差。通过使施加给薄膜加热器的电力连 续地变化，VOA 104-1 N能够设定为任意的衰减量。另外，主端口中的光信号功率为衰减量零(光输出最大)的状态与光信号功率为衰减量最大(光输出遮断)的状态之差、即消光比通常多要求50dB以上，在仅由MZI —级构成的情况下无法得到足够的消光比。因此，在本实施例中，设为MZI两级串联连接的结构，得到了消光比为55dB以上。在本实施例中，在VOA的衰减量最大时被引导到虚设端口的光功率的剩余量变为最大，在不进行适当的终端处理的情况下会成为对于后级的WINC、与VOA基板120直接连接的AWG基板130的串扰，会带来不良影响。为了与图2A所示的本实施例的电路(设为样品I)之间进行比较，还同时制作了对虚设端口 208-1 N完全不设置终端构造而在图2B的线段II-II的位置处使波导终止的线路(设为样品2)、以及如图2C所示仅为槽212-1 N而不导入遮光材料的线路(设为样品3)。在本实施例中所制作的样品中，为了观察通过虚设端口 208-1 N的终端构造210-1 N实现的抑制串扰的效果，在VOA的衰减量最大(光输出遮断)状态下测量了与传播信号光的信道相邻的信道中的串扰量。在虚设端口 208-1 N完全不设置用于终止的槽以及遮光材料的样品2中，在相邻的信道的主端口 206a及其分支端口 206b各自产生了 _30dB左右的串扰。这表示被引导到虚设端口 208-1 N的光功率的剩余量在虚设端口的终点处全部作为包层模(cladmode)进行传播，不久耦合到其相邻信道的波导而成为串扰。另外，在仅由槽212-1 N终止虚设端口 208-1 N而不导入遮光材料的样品3中，对相邻信道的串扰也较大，在主端口 206a和分支端口 206b各自中产生了-40dB左右的串扰。可知从槽212-1 N的波导端面放射的光通过在槽内进行反射和/或散射而一部分光功率衰减，但再次作为包层模进行传播之后，耦合到相邻的波导结果会成为串扰。另一方面，在通过槽和填充到该槽内的遮光材料使虚设端口 208-1 N终止的样品I中，向相邻信道的串扰呈现了低于_60dB的值。根据本发明的遮光效果，能够确认剩余量的光功率衰减到不会对其它电路带来影响的水平，完成了合适的终端处理。如图3所示，本实施例中的终端构造210-1 N的槽的形状为相对于被终止的波导的传播方向，对槽的入射面的角度(Θ )为8度。在本实施例中，作为硅树脂和炭黑的混合物的遮光材料的折射率大致与石英玻璃相同，但是考虑一些(少许)折射率差而进行了设计，以使得通过付与角度(Θ )来不对VOA的反射衰减量带来影响。实际上，考虑遮光材料的折射率、终端构造的配置空间、槽的加工精度等来决定最佳的角度(Θ )。在本实施例中制作的样品I中，对VOA 104-1 N的入射侧的反射衰减量进行了测量，结果是50dB以上的良好的特性。实施例2在本发明的实施例2中，设为与图I和图2A同样的构造，在V0A104-1 N的虚设端口 208-1 N的终端部，作为遮光材料，使用了将硅树脂作为母材而混合了也用作颜料的金属微粒子粉末所得到的材料。入射到遮光材料的光主要由于金属微粒子的光散射而其光功率衰减。与实施例I同样地，制作出的样品由制作在硅基板上的石英类的光波导形成，为了防止向相邻的光波导耦合而成为串扰，成为导入了槽以及遮光材料的终端构造210-1 N。在本实施例中，向相邻信道的串扰也为-60dB以下。另外，考虑光波导以及遮光材料的折射率，使被终止的波导朝向槽的入射面的角度(图3的Θ)为15度。此时，VOA 104-1 N的入射侧的反射衰减量为50dB以上，为良好的特性。实施例3在本发明的实施例3中，设为与实施例2同样的结构，使被终止的波导朝向槽的入 射面的角度(图3的Θ )为布儒斯特角(Brewster’s angle)。其它的结构以及遮光材料等与实施例2是同样的。当计算本实施例中的布儒斯特角时，大约为50度。通过使入射面的角度为布儒斯特角，基板水平方向的偏振光成分全部入射到遮光材料，基板垂直方向的偏振光成分的仅仅一部分通过反射而向波导基板内放射。另外，即使在布儒斯特角附近、布儒斯特角以上，也能够得到同等的效果。由此，在波导基板内的整个区域，由放射光引起的串扰的影响进一步降低。根据本实施例，向相邻信道的串扰为_65dB以下，VOA 104-1 N的入射侧的反射衰减量也为55dB以上。另外，显然本实施例也能够应用于实施例I等实施例2以外的构造中。因而，根据在电路内配置终端构造的空间，按需要使入射角为布儒斯特角，从而能够更有效地终止剩余光功率。实施例4在本发明的实施例4中，设为与实施例I同样的结构，如图4所示，对于终止虚设端口 208的槽在基板水平面内的形状，通过由不具有顶点而仅由平滑连接的曲线和直线构成的闭合曲线形成其形状之后，导入了遮光材料。对于遮光材料，使用硅树脂与炭黑的混合物而制作了样品，结果平滑地形成了槽壁面，因此不容易引起遮光材料的剥离，长期的可靠性也得到了提高。另外，串扰的降低效果与实施例I是同样的，向相邻信道的串扰为_60dB。在本实施例中也将朝向终端部的槽的入射面的角度设为8度，因此，VOA 104-1 N入射侧的反射衰减量为50dB以上。实施例5在本发明的实施例5中，设为与实施例I同样的结构，如图5A和图5B所示，虚设端口 208的终端部分的光波导形状为锥(taper，逐渐变细)形状。这是为了通过使所传播的光的模场直径(mode field diameter)大于位于其它位置的通常宽度的光波导中的模场直径，由此降低向遮光材料入射的光的功率密度。例如，在遮光材料通过吸收光而使VOA104-1 N的剩余光功率衰减的情况下，光功率会被转换为热，由此导致遮光材料的温度上升。此时，功率密度越高，则越会产生局部急剧的温度上升，因此，作为遮光材料的母材的硅树脂有可能受损。特别是，在ROADM等节点系统的光学器件中，额定的输入光功率有时也为200mff (+23dBm)以上，能预料到在一个信道中，向VOA虚设端口 208引导的最大的剩余光功率(切断时)为IOmW (+IOdBm)左右。此时的遮光材料的上升温度根据所入射的模场直径而有时会超过300度，会超过硅树脂的允许温度范围。在本实施例中，关于图5A所示的抛物线形状、图5B所示的直线形状这两种锥形状，将锥长度设为100 μ m，将锥宽度(终端构造入射侧)设为30 μ m，使用通过混合硅树脂和炭黑而得到的遮光材料，观察了对于输入功率的耐性，结果确认了 无论为哪个形状，对于IOmff (+IOdBm)的输入功率，遮光材料均不会受到损伤。具体而言，在光的入射部附近，在与光的入射方向垂直的截面处切断遮光材料，通过目视进行了确认。根据本实施例可知，具有足够的高功率耐性，也能够应用于节点系统中。本实施例中的锥长度、宽度始终是一个例子，各自的数值是根据相邻的波导和/或与其它电路之间的位置关系、空间来决定的，并不限于本实施例所记载的数值。即，锥长 度能够在从几十Pm左右到几_左右的范围内任意地决定。另外，关于锥宽度，通过与通常的光波导宽度相比进行缩小，也能够扩大模场直径。因而，锥宽度为O μ m 30 μ m，在尽可能扩大模场直径的方面，锥宽度能够任意地决定。另外，如图6所示，在将终端部分的波导的形状设为多模干涉仪的情况下，也同样地观察了对于输入功率的耐性，结果确认了 在干涉仪长度100 μ m、干涉仪宽度30 μ m的形状中，遮光材料在IOmW (+IOdBm)的输入功率下也没有受到损伤。在某一形状的情况下，在扩大模场直径的观点方面，达到了同样的作用，能够分别得到足够的效果。实施例6在本发明的实施例6中，如图7A所示，配置成在基板水平面内使用槽和遮光材料来包围被终止的光波导。由此，使得在光波导终端部分产生的反射光不影响其它电路等。如图7A中包围被终止的光波导的构造710配置成入射光702在光波导的终点704被终止，并且一部分成为反射光706而具有一定的宽度(用虚线表不)地在基板内传播，对该反射光706进行遮挡。在上述的实施例2中，作为遮光材料使用了硅树脂与金属颗粒粉末的混合物，因此由于与石英玻璃之间的折射率差，产生了一定的反射光。但是，通过使被终止的光波导相对于槽的入射面的角度为15度，反射光几乎不耦合到被终止的光波导而放射到光波导基板内。此时，即使是例如对于被终止的光波导的终端构造的结构为如图3或者图4、图5A、图5B、图6的结构的情况下，这些放射光也会立即在受到一定的衰减的同时到达基板端面，不与输入输出的光纤耦合而放射到空气中，因此在电路特性上不会成为问题。然而，在任意位置设置有光波导的终端构造的波导型器件中，在将监视用ro等受光部件集成在基板端面或者基板表面的情况下，有可能接受这些反射光被而检测为串扰，成为电路特性上的问题。因此，制作具有图7A所示的结构的终端构造的波导型器件，作为遮光材料使用硅树脂与金属颗粒粉末的混合物，在基板的所有位置(端面、上下表面)，通过ro进行了串扰测量，结果，相对于向被终止的光波导输入的光强度，无论哪个部位都为_60dB以下。例如与如图5A的结构相比时，虽然取决于电路构造和/或其位置，但有时改善IOdB以上的串扰。在本实施例的结构中，目的在于遮挡反射光，因此能够在不影响其它线路的配置等的范围内任意地决定其大小、位置、形状。另外，终止光波导的部分与遮挡反射光的部分不一定为连续的形状，例如，在为如图7B所示的形状即遮挡反射光的构造714与光波导的终端构造712在图形上不连续时，本发明的效果也是相同的。在该情况下，关于各个构造712、714，可以通过仅由平滑的曲线和直线构成的闭合曲线来不具有顶点地形成其形状，可以使其材料为吸收光的材料和/或使光散射的材料。在图7A和图7B中，使波导为锥形状，但也可以为除此以外的形状。实施例7图8A和图8B是表示本发明的实施例7的结构的图。在实施例5中对提高向波导的终端构造入射的光功率的高功率耐性的结构进行了说明，但在需要终止所入射的功率到达几十mW的光功率的情况下，其耐性不充分。因此，能够进一步提高高功率耐性的结构为图8A所示的结构。在本实施例中，被终止的光波导802具有波导宽度朝向终端变窄的直线锥形构造，如实施例6所示的导入了遮光材料的槽形状810构成为包围波导的周围。并且，在波导的终止位置，光波导802的终点与终端构造802具有距离LI而经由包层的间隙相连接。设定距离LI以使得从波导的终 端放射的光在终端构造被充分吸收，例如将距离LI设定为Imm以下的值。此时，将锥形的长度L2设为500 μ m,设为通过使波导宽度的变化率增大而急剧地进行在波导中传播的光的光斑尺寸的变换的形状。另外，将波导终点与终端构造的距离L设为750 μ m,使得光相对于终端构造的入射角Θ成15度。使包围被终止的光波导周围的槽为在图8A的L3部分逐渐接近光波导的形状，在直线锥形部分中根据制造误差和/或所需要的衰减量，接近配置成从光波导宽度中心至槽的距离在从波导宽度的一半(槽接近波导芯部的侧壁)至波导宽度左右的范围内。在本实施例中，将L3的距离设为250 μ m，将从直线锥形开始位置的光波导中心至槽的距离设为与波导宽度相同的7 μ m。制作图8A的结构的样品，使用对硅树脂与炭黑混合而成的遮光材料，观察了对于入射功率的耐性，结果确认到对于50mW (+17dBm)的输入功率，遮光材料未受到损伤。根据本实施例的结构，通过设为急剧地变换直线锥形中的光斑(spot)尺寸的结构，由此产生放射光，因此能够使用包围光波导周围的遮光材料使一部分光功率衰减。另夕卜，通过锥形来扩大了模场的光功率的大部分在光波导上传播，但在终止位置处经由包层的间隙而入射到终端构造，因此光功率进一步分散，能够缓和由遮光材料内部的局部光吸收引起的温度急剧上升。在本实施例的结构中测量了 VOA的输入侧的反射衰减量，结果为55dB以上。另夕卜，在基板的所有位置使用ro进行了串扰测量，结果，相对于向被终止的光波导输入的光强度，任何位置都为-60dB以下。在本实施例中，优选光波导的锥形为光波导宽度朝向终端变窄的形状，但能够在比通常(锥形部分以外)的波导宽度窄的范围内任意地设定终点的宽度。另外，有时通过采用缩小宽度的直线锥形状不同的两种宽度的变化率来设为如将两级直线锥形连接而成的形状，使用这种形状的光波导锥形的情况也包含在本发明的范围内。另外，对于光波导的终点与终端构造之间的包层的间隙，通过配置于线路的空间和所入射的光功率来调整其距离，优选使其范围为Imm以下。即，设定成从波导的终端放射的光能被终端构造充分吸收。相反，也可能存在图8A中的距离LI为Omm的情况，但在该情况下，有时光功率局部地入射到终端构造内，因此有可能得不到足够的高功率耐性。但是，从终止光波导而抑制串扰的目的来看，能够在不损伤遮光材料的范围内达到该目的。在图8A的结构中能够确认到几十mW左右的高功率耐性，但在功率更高的情况下，例如相对于IOOmW (+20dBm)的入射，有时根据遮光材料的种类而其耐性不足。因此，通过设为图8B所示的构造，进一步提高了高功率耐性。即，包围被终止的光波导804的槽812与光波导芯部侧壁接触任意的距离L’4，该距离L’4持续到光波导804的直线锥形开始点。并且，该光波导804的直线锥形为朝向终点宽度变窄的形状。另外，与图8A同样地，光波导804的终点与终端构造812隔着包层的间隙而配置。在本实施例中，将锥长度L’ 2设为500 μ m，将间隙距离L’ I同样地设为500 μ m,由与光波导芯部侧壁接触的槽彼此所夹持的部分的宽度W’在直到终端构造812为止的区间是一定的。根据本结构，要从槽与光波导804接触的时刻起传播的光功率的一部分放射到槽内而被衰减，并且在进一步朝向终端构造扩大了场(f ieId)之后，在终端构造中使其余的光功率衰减而使之终止。由此，与前面的实施例所记载的构造的情况相比，能够进一步缓和地使光功率衰减。制作具有图8B的结构的样品，使用硅树脂与炭黑混合而成的遮光材料，观察了对于入射功率的耐性，结果确认到对于IOOmW (+20dBm)的输入功率，遮光材料未受到损伤。另外，测量了输入侧的反射衰减量，结果为55dB以上。在基板的所有位置使用H)进行的串扰测量中，相对于向被终止的光波导输入的光强度，无论在哪个位置均为_60dB以下。在图SB的构造中，使由槽夹着的部分的宽度W’为一定，但通过在直线锥形部分中也设为如与光波导芯部侧壁接触的形状，能够进一步提高输入功率耐性。另外，为了防止由与芯部侧壁接触的槽的制造误差(位置偏差、图案位移)引起的芯部图案缺陷，在槽的接近区域内光波导的传播损失增大的范围内，也可以在槽与芯部侧壁之间经由包层设置I 5μπι左右的距离。实施例8在本发明的实施例7的波导型器件中，通过将遮光槽配置成与芯部接近或者接触，由此期望吸收向终端部传播的芯部周边的光。当采用这种配置时，沿锥形配置了遮光槽，因此如图9所示，有时填充遮光材料的槽820的制造误差成为问题。如图9Α所示，终端构造的端面被倾斜地(角度Θ )切割，使得从波导822放射的光即使在端面进行反射也不返回到波导。但是，在制作倾斜地切割的槽的情况下，如图9Β所示，实际上槽的角为带有圆角的形状。并且，由于制造槽时的掩模的位置偏移等，当来自波导的光入射到带有圆角的端面时，如图9Β所示，一部分反射光会返回到波导，反射衰减量会劣化。因此，如图IOA所示，通过扩大终端构造830的端面附近的包层部分834，即使在产生了掩模的位置偏移的情况下，也能够使来自波导832的光不入射到带有圆角的端面。由此,如图IOB所示,减少向波导832返回的反射量,能够抑制反射衰减量的劣化。结果,能够提高掩模的定位容限，生产性得到改善。在扩大终端构造的端部附近的包层部分的情况下，应当考虑掩模的定位精度a(几 μ m)、槽的角变圆的宽度b (5 10 μ m左右)b以及从波导放射的光衍射而扩展的宽度c(10 20 μ m,其中，由从波导端至终端构造的端面为止的距离决定)。在该情况下，在终端构造的端面应当扩大的宽度w为w彡a+b+c/2。实施例9如与图8相关联地说明的那样，通过增大锥部(L2)的波导宽度的变化率，能够使锥部产生放射光(非绝热跃迁构造)，缓和终端构造810、812的端面的光的入射能量。在该情况下，根据锥部的放射光的功率，有时周围的遮光材料受到损伤。因此，如图11所示，能够通过将图8的锥部的距离L2、L’ 2延长至L2’、L’ 2’(S卩，使锥角α设为临界角以下)，使锥构造成为绝热跃迁构造，由此使得遮光材料不受到由锥部的放射光引起的损伤。并且，通过如图IlA所示将终端构造的槽840配置成与波导842的芯部接近或者如图IIB所示将终端构造的槽850配置成与波导852的芯部接近，由此能够吸收芯部周边的光，能够缓和向终端构造的端面入射的入射光的功率。在相对折射率差Λ为O. 75%的情况下，成为绝热跃迁构造的锥形的临界角大约为O. 3度。如上所述，通过采用绝热跃迁构造，能够使得不产生来自锥部的放射光，但即使锥角α为临界角以上，当由来自锥部的放射光引起的遮光材料的损伤也为不会成为问题的水平时，则在实际应用中也没有问题。图12是在成为绝热跃迁的锥形状中(α =0. 3度)采用了扩大了终端构造的端部附近的包层的结构的实施例的一例。 实施例10图13Α是表示本发明实施例10的波导型器件的构造的图。在该器件900a中，集成有波导型光开关(未图示)、VOA 902, WINC 904的波导型器件基板920a与集成有AWG、监视H)的波导型器件基板930直接连接，构成ROADM系统的主要功能。在本实施例中，VOA 902的虚设端口 906通过由槽和遮光材料实现的终端构造908a被终止。在图13中，省略了光开关、AWG、监视H)的详细记载，但光开关和AWG均与VOA同样地由光波导构成，监视H)与基板端面连接。光开关具有图18中的2X1开关1408-1 N的功能，选择DEMUX (波长分波)后的光信号路径(主路径)或者从下层网络插入(Add)的光信号路径(上路)中的任一个。所选择的光信号通过VOA 902来调整光级，经过WINC 904与MUX (波长合波)用AWG相连接。此时，在终止VOA的虚设端口 906的终端构造908a的遮光材料使用了环氧树脂和炭黑。分别对连接在WINC 904的后级的AWG和监视H)中的串扰进行了测量，结果均为-60dB以下。在此，在图13A中，光波导的入射面角度相对于终端构造908a为O度，但此时，在光开关输入侧测得的反射衰减量为45dB以上。为了进行比较，如图13B所示，将相对于终端构造908b的入射面角度为8度，结果反射衰减量为50dB以上。如实施例I或者本实施例，在遮光材料的(作为混合物的)折射率接近石英玻璃的情况下，考虑槽在基板水平面内的尺寸而使入射面的角度为O度时，也能够得到足够的反射衰减量，但在要求更高的规格的情况下，需要采用反射光不会耦合到被终止的光波导的结构，优选为布儒斯特角等。在图13A和图13B中的任一图的情况下，通过不具有顶点的仅由平滑地连接的曲线和直线构成的闭合曲线来形成基板水平面内的槽的形状，结果，不产生从遮光材料的槽壁面的剥离等，长期的可靠性也得到了确认。在图13A中，光开关与VOA 902被记载为分开的线路，但有时使用同一 MZI来同时实现光开关与VOA的功能，图13A所示的结构并不表示本发明的限定性结构。作为ROADM用光开关和VOA的结构例，例如可以参照专利文献I或者非专利文献I。根据非专利文献1，如图14A至图14C的示意图所示,通路(through pass)侧光开关和上路侧光开关分别包括两级直接连接的MZI。此时，能够在选择任一路径的同时，通过使用连续的施加电力来驱动两级的MZI，也同时进行光级调整。此时，从各个MZI引导的虚设端口通过本发明的包括槽和遮光材料的终端构造被分别或者一并终止，能够使得剩余光功率对其它电路不会带来影响。实施例11
图15是表示本发明的实施例11的波导型器件的构造的图。与实施例10同样地，在该器件中，集成有波导型光开关、VOA 1102、WINC 1104的波导型器件基板1120与集成有AWG、监视H)的波导型器件基板1130直接连接，构成ROADM系统的主要功能。在本实施例中，VOA 1102的虚设端口 1106通过由槽和遮光材料实现的终端构造1108而被终止，并且WINC 1104的输入侧虚设端口 1110也被基于槽和遮光材料的终端构造1112终止。在本实施例中，遮光材料使用了将硅树脂作为母材而混合了金属颗粒粉末所得到的材料。另外，将相对于槽的入射角均设为(θ=)22.5度。根据本实施例，能够抑制向VOA虚设端口引导的衰减动作的剩余光功率对其它光路的串扰。进一步，也能够抑制如下情况在波导型器件基板1120的输入部由于与其它波导型器件、光纤连接时产生的连接损失所导致的串扰成分、由光开关和VOA 1102的光波导上产生的过量损失所导致的串扰成分与WINC的入射侧虚设端口 1110结合，对作为耦合器的耦合率带来影响。在WINC的入射侧虚设端口 1110不存在终端构造1112的以往的构造中，由于在光纤连接部或者光开关、VOA1102中产生的串扰的影响，有时相对于WINC的设定耦合率会产生百分之几的耦合率误差，监视用ro的反馈控制中产生问题。因此，对本实施例的构造的WINC设定耦合率误差进行了测量，结果，耦合率误差为±O. 5 %以内，确认了通过本发明的效果充分抑制了串扰对WINC带来的影响。另外，还确认了 VOA 1102的虚设端口 1106的终端构造1108的串扰抑制效果，在任一部位中串扰均为_60dB以下。进而，光开关输入侧的反射衰减量也同样为50dB以上。本实施例中的输入侧虚设端口的终止并不限于WINC，在以MZI为基本元件的光开关、VOA等输入侧存在虚设端口的构造的光路中，在任一情况下，也能够通过终止输入侧虚设端口来同样地得到抑制串扰的影响等效果。实施例12在本实施例中，不是至此说明的光控开关、V0A，而是对在其它波导型器件中在基板上的任意位置应用了光波导的终端构造的情况进行说明。图16是光分路器的例子。例如作为实现1X6分路器的手段，可举出图16的结构。在该情况下，将1X8分路器1200作为基本结构，对不作为输出端口使用的两个光波导1202应用本发明的终端构造1204，由此能够抑制其它输出端口中的串扰。在本实施例中，使用在硅基板上制作的石英类玻璃的光波导来制作了基于图16的构造的1X6分路器。对各输出端口(图16的I 6)各自进行了波长范围1300nm 1650nm内的光谱测量，结果，在全部波长域内，输出功率的端口间偏差为O. 5dB左右这样的良好的特性。图17A是AWG的例子。例如，在单输入N (N是自然数)输出的AWG1302中，通过本发明的终端构造1304按照输出端口的一定间隔来终止输出侧光波导，由此按集中的波长群组来使光信号分离，能够实现如波长群组彼此隔着一个ITU格栅(grid) Gl至G4而分离的(参照图17B)信号处理。在本实施例中，使用在硅基板上制作的高分子波导来制作了基于图17A的构造的AWG基板。本实施例的AWG 1302的结构为将八个波长量的波长群组分离为五个群，对于一个输入波导，在输出侧配置44个光波导，其中，分别按每八个波导来终止一个光波导，由此分离波长群组。两个波长群组夹着的波长(被终止的波长)全部为四个，但在任一情况下，被终止的端口以外的所有端口中的串扰均呈现_40dB以下。 以上，在本发明的实施例I 12中，说明了基于硅基板上的石英类玻璃和高分子材料的波导型器件，但在使用了构成波导型器件的其它材料、例如离子扩散型的铌酸锂波导等的所有波导型热光学线路中，均能够使用本发明。另外，在终止光波导的槽中，没有特别提及槽的深度，但是例如在使用了在硅基板上制作的石英玻璃的波导型器件中，优选设为到达硅基板的深度。但是，即使考虑制作条 件、对其它电路的影响等而任意地决定深度，本发明的效果也是明显的，当然，其深度为在光波导终端部分的槽壁面上表现出芯部的程度是最低要求，但在本发明的结构中并不限定于除此以外的特定深度。
权利要求
1.一种波导型器件,其特征在于， 具备为了使来自波导端部的光終止而填充有遮光材料的终端构造， 所述终端构造构成为来自所述波导端部的光相对于该终端构造倾斜入射， 所述波导端部具有锥部，该锥部的波导宽度朝向終端变窄， 所述终端构造包围所述波导端部而配置为与所述锥部接近或者接触，使由所述终端构造夹着的部分的宽度在与所述波导端部的终端对向的面扩大。
2.根据权利要求I所述的波导型器件，其特征在干， 所述锥部的锥角大致为成为绝热跃迁的临界角以下。
3.一种波导型器件，其特征在干， 具备为了使来自波导端部的光終止而填充有遮光材料的终端构造， 所述终端构造构成为来自所述波导端部的光相对于该终端构造倾斜入射， 所述波导端部具有锥部，该锥部的波导宽度朝向終端变窄， 所述终端构造包围所述波导端部而配置为与所述锥部接近或者接触， 所述锥部的锥角大致为成为绝热跃迁的临界角以下。
4.根据权利要求I 3中的任一项所述的波导型器件，其特征在干， 所述入射角大致为布儒斯特角以上。
5.根据权利要求I 4中的任一项所述的波导型器件，其特征在干， 所述遮光材料包含对来自所述波导端部的光进行吸收或散射的材料。
6.根据权利要求I 5中的任一项所述的波导型器件，其特征在干， 包括马赫-曾德尔型光开关、可变衰减器、光分路器以及阵列波导衍射光栅中的至少任一者。
7.ー种使用权利要求I 6中的任一项所述的波导型器件来多芯片集成化而得到的模块。
全文摘要
本发明提供一种光波导器件以及模块，在波导型器件中适当地终止剩余光功率。根据本发明的一个实施例，波导型器件具备为了终止来自波导端部的光而填充有遮光材料的终端构造。通过去除包层和芯部来在光波导上形成槽，在该槽内填满使光强度衰减的材料(遮光材料)，由此能够形成该终端构造。由此，入射到终端构造的光通过遮光材料而衰减，能够抑制成为串扰成分而影响其它光学器件。通过这样的终端构造，不仅能够抑制在同一基板内集成的光学器件彼此的影响，还能够抑制对于与该基板直接连接的其它光学器件等的影响。
文档编号G02F1/01GK102667556SQ20108005338
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者井藤干隆, 柳泽雅弘, 柴崎智世, 永野充, 照井博, 石川贵规 申请人:Ntt电子股份有限公司, 日本电信电话株式会社