[發明專利]光波導裝置和光波導裝置的制造方法

無效

• 申請號: 201110167334.4
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102298171A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 渡邊真也
• 申請（專利權）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/12;G02B6/13
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

本申請基于并主張2010年6月22日提出申請的日本專利申請第2010-141236號的優先權權益，該申請的公開內容通過引用在此全文并入。

技術領域

本發明涉及一種光波導裝置，并且更具體地涉及一種可以減小光程長度和雙折射率的波動的光波導裝置。

背景技術

在制造光通信系統中使用的諸如光學開關和光學調制器的光波導裝置中，有助于集成化和批量生產的PLC(平面光波導線路)技術是有效的。PLC技術是一種用于通過與半導體集成電路制造過程相同的微制造技術在基板上形成微小光波導管的技術。具體地，例如，如圖4A中所示，首先，折射率低的二氧化硅膜作為下包覆層22形成在硅基板21上，接下來，如圖4B中所示，折射率高的二氧化硅膜23被層疊在下包覆層22上。然后，如圖4C中所示，通過光刻技術，高折射率的二氧化硅膜23被圖案化為光波導芯體。進一步地，如圖4D中所示，變成上包覆層24的低折射率二氧化硅膜被層疊，并且如圖4E中所示，該二氧化硅膜通過熱處理被回熔。另外，可以通過磷、硼、鍺等的摻雜任意設定二氧化硅膜的折射率。通過以上過程，具有不同形狀的光波導管可以形成在基板上。

在光波導裝置中，使用光波導的干涉儀通常應用于各種光學通信裝置并在各種光學通信裝置中使用。圖5示出了為基本干涉儀的馬赫-曾德爾干涉儀的光波導結構。構成干涉儀的兩個光波導管25和26在雙向耦合器部件之間的長度不同。圖6示出了用于從偏振光重新獲得相位信息的90度光學混合干涉儀的通常的光波導結構，光信號被分離到所述偏振光中。在該裝置中，使光信號分支的兩個光波導臂27和28具有相等的光程長度，并且位于使局部振蕩光分支的兩個光波導臂29和30之間，光波導臂30的光程長度比光波導臂29的光程長度長λ/(4n)。這里，n是光波導的等效折射率，而λ是光信號的波長。

具體地，在制造上述干涉儀裝置中，需要非常準確地控制各個光程長度。然而，在實際制造過程中，光程長度的有效值可能與其設計值偏離。

能夠從光波導的等效折射率和實際長度來確定光程長度。這里，通過畫在光掩模上的光波導芯體圖案的圖案化的精度來確定光波導的物理長度，并且可以通過當前的光刻技術水平充分控制光波導的物理長度。另一方面，光波導的等效折射率由于制造過程的各種干擾而出現波動，并且該等效折射率可能是光程長度波動的一個因素。

在上包覆層的熱處理期間會產生膜應力，這作為導致這種等效折射率波動的主要因素。例如，如圖4E所示，光波導芯體通常通過在高溫下使層疊在光波導芯體上的上包覆層24回熔以將所述芯體嵌入包覆層中而形成。這里，當通過熱處理進行回熔時，上包覆層24往往使其表面面積最小，使得其在動態方面變得穩定。光波導芯體23受到由回熔產生的應力。當來自上包覆層的應力強時，光波導芯體的光學特性改變并引起雙折射，因此，光波導的等效折射率出現波動。

此外，如果光波導芯體材料的軟化溫度不足以高于熱處理過程中的處理溫度，則光波導芯體可能會變形。因為強烈需要小尺寸光波導裝置，因此必須以小半徑拉制光波導的彎曲部分。因此，芯體和包覆層的折射率必須形成為彼此顯著不同，使得可以不會發生彎曲損耗。為了實現該目的，通常，增加摻雜到芯體材料的雜質的濃度以提高芯體的折射率。為被摻雜用于提高折射率的典型雜質的鍺和磷還具有如下效果：鍺和磷使芯體材料的軟化溫度降低。因此，如果在上包覆層24的熱處理溫度下不能充分保持光波導芯體23的硬度，則光波導芯體23由于上包覆層24的回熔產生的應力(由箭頭所示)如圖7所示變形，因此所述光波導芯體的等效折射率出現波動。

例如，當上包覆層通過熱處理軟化和流動時，芯體由于將芯體拉向上包覆層的流動方向的應力而變形。此時，如7A所示，如果波導芯體與其它光波導管基本上絕緣，則從兩側將近似兩側對稱的應力增加到光波導芯體，因此所述光波導芯體將近似兩側對稱地變形。此外，這種應力造成光波導芯體出現雙折射。

另一方面，如圖7B所示，如果另一個光波導芯體或類似物繞著光波導芯體布置，則在由箭頭所示的左側方向和右側方向不會相等地產生從上包覆層施加到所述光波導芯體中的每一個的應力。沒有布置另一個波導管的一側或遠離另一個波導管的一側受到較大的力，并且光波導芯體朝向所述方向變形。在該圖的情況下，所述光波導芯體和另一個光波導芯體被強烈拉向彼此分離的方向，并且光波導芯體產生變形和雙折射。