JP2001042148A - 光デバイスおよびその所定の透過特性を修正する方法 - Google Patents

光デバイスおよびその所定の透過特性を修正する方法

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JP2001042148A JP2000206311A JP2000206311A JP2001042148A JP 2001042148 A JP2001042148 A JP 2001042148A JP 2000206311 A JP2000206311 A JP 2000206311A JP 2000206311 A JP2000206311 A JP 2000206311A JP 2001042148 A JP2001042148 A JP 2001042148A
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waveguide
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バルバロッサ ジョバンニ
Narayanan Cherapan
ナラヤナン チェラパン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 さらなるエレメントの追加をするのではな
く、製造の間にまたは製造後の処理により、光デバイス
の１つまたは２つ以上の透過特性を修正するための方法
を提供する。 【解決手段】 シリコン基板（２６）上のシリカベース
ドガラスの複数の層（１６，２７，２８）から製造され
た光デバイス（２００）の透過特性が局所化された熱処
理により修正される。炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザ（５１
０）のビーム（５０１）は、製造プロセスの間にまたは
後に、導波路構造のコアおよび／またはクラッド材料を
選択的に軟化させるために使用される。１つのアプリケ
ーションにおいて、軟化は、導波路構造とシリコン基板
との間に生じた歪みを開放し、複屈折を実質的に減少ま
たは除去する。第２のアプリケーションにおいて、ＣＯ
2レーザは、屈折率を修正するために、別のパワーレベ
ルで動作させられる。屈折率の変化は、導波路を通る光
の速度を変化させ、これにより導波路に関連する位相シ
フトを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光デバイスに係
り、特に、そのようなデバイスの１つまた２つ以上の透
過特性を修正するための技法に関する。
【０００２】
【従来の技術】導波路、格子およびスイッチのような光
デバイスは、例えば、シリコン基板上に堆積されたシリ
カベースドガラスの層の中に典型的に製造される。完成
したデバイスは、極めて高精度の製造プロセスが必要と
されるので高価である。また、製造プロセスが完全であ
る場合であっても、各種の層が異なる熱膨張係数を有す
るので、歪み複屈折のような所定の問題が生じ、これ
は、アニーリングの後にデバイスが雰囲気温度に戻ると
大きな歪みを生じる。したがって、その透過特性（例え
ば、複屈折、位相シフトおよび損失）のうちの１つまた
は２つ以上を修正するために、製造された光デバイスを
さらに処理して、歩留まりを改善しかつカスタム化を提
供することが望ましい。
【０００３】紫外線（ＵＶ）、Ｘ線および陽子ビームの
ようなイオン化された粒子のような各種の形の電磁放射
を加えることにより複屈折を減少させることが知られて
いる。例えば、Hibino等によるElectronics Letters, V
ol. 29, No. 7 pp. 621-623(1993)は、コア材料におい
て感光性欠陥により吸収される波長において導波路構造
に照射することにより複屈折が減少されうることを示し
ている。特に、Hibinoは、２４８ナノメータ（ｎｍ）の
波長の紫外光で照射することによりゲルマニウムドープ
されたプレーナシリカ導波路において複屈折が低減され
得ることを示している。
【０００４】この波長は、ドープドシリカコア材料中に
存在することが知られているゲルマニウム関連色中心欠
陥に対応する。Hibinoにおいて、ゲルマニウムコアの感
光性は、還元雰囲気中でコア材料を硬化させることによ
り強化される。この技法は、２４８ｎｍにおける光吸収
によるゲルマニウム欠陥の生成を容易にするためによく
知られている。クラッド組成は、おそらく標準的なリン
およびホウ素をドープしたシリカ層であるので、クラッ
ドは、２４８ｎｍの光に対して本質的に透明であり、光
吸収係数は、０．１ｃｍ-1のオーダである。比較によ
り、ゲルマニウムドープドコア層の光吸収係数は、この
波長において１００ｃｍ-1のオーダである。
【０００５】従来技術は、紫外線（ＵＶ）放射を使用し
て導波路構造中の複屈折を低減してきたが、これらの技
法は、特定のマスクが各デバイスに対して製造され、各
々が２０ミクロンの間隔の１０−２００個の導波路が含
まれる集積された光格子に適応される場合、不十分であ
る。この場合において、導波路は、個々の導波路をマス
キングすることにより選択的に照射され得ない。また、
複屈折の修正に必要とされる時間は、数時間のオーダで
あり、商業的な応用にとって長すぎる。また、レーザ照
射により屈折率の変化を生じることも知られている。
【０００６】そのような変化は、位相誤差を補正するた
めに、光導波路の伝播遅れ（即ち、位相シフト）を修正
するために使用され得る。例えば、Hibino等によるIEEE
Photonics Technology Letters, Vol. 3, No. 7 pp. 6
40-642 (1991) は、二光子吸収によりマッハゼンダ（Ma
ch-Zehnder）干渉計の位相特性を修正するために、約１
時間４８０ｎｍで動作するＡｒ+ レーザを適用する。し
かし、製造環境において、デバイスあたりにあまりにも
時間を費やすことは実際的ではない。
【０００７】シリカ材料の感光性は、時々、複屈折に影
響を与えることなしに、屈折率を変更するために使用さ
れる。例えば、Kitagawa等によるElectronics Letters,
1994, Vol. 30, No. 16 pp. 1311-1312は、１９３ｎｍ
の波長で空間的に不均一な屈折率変化をマスクにより光
誘導(photo-inducing)することにより光格子を形成す
る。導波路は、その感光性を増大させるためにまず水素
分子でロード（load）される。
【０００８】光導波路の位相シフトを修正するための他
の技法は、（ｉ）導波路の伝播定数を熱光的(thermo-op
tically)に変化させるために、導波路の上面に堆積され
た薄膜ヒータの使用（H. Yamada によるElectronics Le
tters, Vol. 31, No. 5, 1995, pp. 360-361) 、および
（ｉｉ）導波路の伝播定数を変化させるために導波路の
上面に堆積されたアモルファスシリコン膜を使用する
（H. Yamada, Electronics Letters, Vol. 32, No. 17,
1996, pp. 1580-1582)を含む。
【０００９】また、光ブランチングデバイスの入力およ
び／または出力ポートに関連する透過損失を、個別の減
衰器エレメントの追加によるのではなく、製造の間にま
たは製造後の処理により等化させることが望ましい。例
えば、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）が、米国特許出
願０８／７５９，２８１に示されており、これは、調節
可能な減衰器として熱光的マッハゼンダ干渉計を使用す
る。等化は、製造環境において達成することは困難であ
るが、ＤＷＤＭおよび同様の光デバイスの適切な動作の
ためにクリティカルである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがってさらなるエ
レメントの追加をするのではなく、製造の間にまたは製
造後の処理により、光デバイスの１つまたは２つ以上の
透過特性を修正するための方法が望まれている。また、
現存する技法が許容するよりも短い時間で全体の処理が
完了することが望ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、適
切な強さの局所的熱処理を加えることにより光デバイス
の様々な透過特性が修正され得ることを発見した。光デ
バイスは、シリコン基板上に堆積されたシリカベースド
ガラスの複数の層から製造される。
【００１２】本発明の一実施形態において、二酸化炭素
（ＣＯ2）層が、導波路構造のクラッド材料を選択的に
軟化させるために使用される。そのような軟化は、導波
路構造とシリコン基板との間に生じる歪みを低減し、複
屈折を減少または除去する。
【００１３】本発明の別の実施形態において、ＣＯ2 レ
ーザが、導波路の屈折率を変化させるために適切なパワ
ーレベルにおいて動作させられる。そのような修正は、
導波路を通る光の速度を変化させ、結果的に、所定の長
さの導波路に関連する位相シフトが変化させられる。
【００１４】本発明のさらなる別の実施形態において、
ＣＯ2 レーザが、導波路の透過損失を増大させるために
適切なパワーレベルで動作させられる。これは、例え
ば、光デマルチプレクサの様々な出力のパワーレベルを
等化させることを製造者に可能にするので、本発明の特
に有用なアプリケーショである。そのような等化は、各
出力ポートに個別の光減衰器を取り付けることによりし
ばしば処理され、高価、煩わしく、かつ誤差を生じる傾
向がある技法である。
【００１５】全ての実施形態において、光デバイスの１
つまたは２つ以上の透過特性が、デバイスの製造の間に
またはその後に、局所的な熱処理により修正され得る。
そのような処理は、同様の結果を達成するための基地の
利用よりも実質的に速くかつ／または安価であり、製造
プロセスに関連する不完全さを補正するために特に有利
である。
【００１６】
【発明の実施の形態】光マルチプレクサおよびデマルチ
プレクサは、現代の光ネットワークにおいてキーエレメ
ントであり、典型的には、多数の不等長の導波路を含む
格子（アレイド(arrayed)導波路格子即ちＡＷＧとして
も知られているもの）と一対のスターカプラを接続する
ことにより製造される。これらの導波路の長さは、各個
々の導波路が伝達の一方の方向における多重化および／
または他方の方向における分離をアクチュエートするこ
とを可能にするために、ちょうど正しい量の位相シフト
を提供するように、意図的に等しくないようにされてい
る。
【００１７】しかし、個々の導波路の所定の透過特性
（例えば、位相シフト）は、光デバイス全体が十分に動
作するように、製造の間または後のいずれかにおいて修
正される必要があり得る。本発明の原理は、そのような
マルチプレクサおよびデマルチプレクサの製造を最初に
説明することにより最適に開示される。
【００１８】図１は、既に知られたスターカプラ１００
を示し、これは、その入力ポートのいずれかに入る光パ
ワーをその出力ポートの全てにおいて分割する。スター
カプラ１００は、自由空間領域１０を含み、これは、２
つの湾曲した、好ましくは円形の境界１０ａおよび１０
ｂを有する光スラブ導波路を含む。入力導波路アレイ１
５と出力導波路アレイ１６との間のパワー転送は、スラ
ブ１０中の放射により達成される。
【００１９】これらの導波路アレイ１５，１６は、仮想
の焦点に向かって放射状に向けられ、それらの各焦点
が、隣接する導波路間の相互結合により生じる位相誤差
を最小化するために、スラブ１０の外部でかつ所定距離
離れて配置されるように構成される。これらの導波路ア
レイの各々は、境界１０ａおよび１０ｂに沿って実質的
に均一にスラブ１０に結合される。
【００２０】図２において、スターカプラ１００の断面
が、示されており、導波路１０が存在する領域中の典型
的な寸法および材料を説明する。基板２６は、５００μ
ｍの厚さを有するシリコンからなる。クラッド２７は、
１．５５μｍの波長（λ）において約１．４４５の屈折
率を有する１５μｍのシリカ層からなる。導波路コア１
６は、一般に正方形であり、約７μｍの厚さおよび幅を
有し、λ＝１．５５μｍにおいて約１．４５４の屈折率
を有するシリカからなる。
【００２１】導波路コア１６は、約２．５μｍの距離離
されており、それらは、スラブ１０とのその接合部にお
いて最も接近している（図１参照）。コア材料がクラッ
ド材料よりもより高い屈折率を有するという事実は、コ
アが光波をガイドすることを可能にする。クラッド層２
８は、クラッド層２７と屈折率が実質的に同じであり、
コア１６の上部に堆積されて、構造を完成させる。スタ
ーカプラ１００は、以下に説明するように、シリコン基
板上にシリコン光ベンチ（ＳｉＯＢ）技術を使用して作
られる。
【００２２】最も改良されかつ技術的に進んだプレーナ
導波路は、ＳｉＯＢ技術で製造されたドープドシリカ導
波路である。ドープドシリカ導波路は、これが安価、低
い挿入損失、低い複屈折、安定性およびファイバに結合
させるためのコンパチビリティを含む多くの魅力的な特
性を有するので、通常好まれる。また、処理ステップ
は、シリコン集積回路（ＩＣ）技術におけるものとコン
パチブルであり、大量生産に適しておりかつすぐにわか
るものである。
【００２３】一般に、ドープドシリカ導波路１５，１６
は、最初に、シリコンまたはシリカの基板２６上に低屈
折率シリカのベースまたは下側クラッド層２７を堆積さ
せることにより形成される。高屈折率のドープドシリカ
の層、即ちコア層１６がその後下側クラッド層の上面に
堆積される。コア層は、その後集積回路製造において使
用されるものと同様のフォトリソグラフィ技法を使用し
て、光回路により要求される構造にパターン化されまた
は掘られる。
【００２４】最後に、上面クラッド層２８が、パターン
化された導波路コアを覆うように堆積される。この技術
は、Y. P. Li および C. H. Henry によるSilicon Opti
calBench Waveguide Technology at Chapter 8 of the
text Optical Fiber Telecommunications IIIB, edited
by Ivan P. Kaminow and Thomas L. Koch, Copyright
1997 by Lucent Technologies に概略が示されている。
【００２５】どのプレーナ光導波路の性能に対してもク
リティカルなものは、導波路寸法、即ち導波路コアの高
さおよび幅、およびコアとクラッドとの間の屈折率の差
Δである。コアの高さまたは厚さは、キャリア基板上に
堆積されたコア材料の量により決定され、コアの幅は、
フォトリソグラフィマスクおよびケミカルエッチングに
おけるアンダカットにより決定される。導波路のΔは、
主に材料系および製造プロセスにより決定される。実際
において、異なる導波路構造およびシステムが、異なる
タイプの機能に対して使用され、異なる側面の光学的性
能を最適化するために、コア寸法およびΔにおいてトレ
ードオフがなされる。
【００２６】複屈折 光デバイスは、入力光信号の偏光状態に鈍感なように働
くことがしばしば求められる。シリカ導波路デバイスに
おいて歪みが誘導した複屈折は、この点において性能を
深刻に劣化させ得る。例えば、歪みに帰するシリカ導波
路中の２つの主屈折率の間の差は、典型的には、約３×
１０-4であると測定される。シリカ導波路を含むマルチ
プレクサ／デマルチプレクサのようなデバイス中を伝播
する光信号は、約０．３ｎｍの偏光への波長依存性を受
ける。これは、多くのアプリケーションにとって許容不
可能に大きい。例えば、通信波長分割多重システムにお
いて、約０．０５ｎｍの最大偏光波長依存性が必要とさ
れる。
【００２７】図３は、光信号のトラバースエレクトリッ
ク（ＴＥ）およびトラバースマグネティック（ＴＭ）伝
播モードを示す基板２６上に形成された集積された導波
路コア１６の透視図である。両方の偏光モード（ＴＥ，
ＴＭ）が、同じ速度で導波路コアを通って伝播すること
が望ましく、これは、偏光モードに対する屈折率が同一
であることを意味する。複屈折は、光信号のＴＥおよび
ＴＭモードによりそれぞれ経験される主屈折率ｎTEおよ
びｎTMの関係において定義される。より具体的には、複
屈折は、屈折率間の差に等しく、したがって、それらが
等しい場合にゼロである。非常に多くの要因が複屈折に
寄与するが、歪み誘導複屈折は、プレーナシリカデバイ
スにおいて最大の成分であると信じられている。
【００２８】これまで、複屈折は、本発明の従来技術に
おいて説明されたように、コア材料中の感光性欠陥によ
り吸収される波長において、導波路構造を照射すること
により低減されてきた。図４Ａは、導波路間の溝をエッ
チングすることにより、ストレス誘導複屈折を低減する
ための別の技法を示し、図４Ｂは、存在する応力をキャ
ンセルする傾向にある補償応力を加えることにより、応
力誘導複屈折を減少させることを示す。
【００２９】特別に関心のあることは、光格子における
複屈折の低減であり、これは、その中を伝播する光信号
により横切られるとき、所定のパス長差を提供する不等
長を有する複数の導波路により定義される。いくつかの
場合において、格子中の隣接する導波路全てが、一定の
所定量互いに長さにおいて異なる。パス長差は、互いに
光信号の位相のシフトを与える。光格子は、この技術分
野においてよく知られており、例えば米国特許第５，０
０２，３５０号および第５，１３６，６７１号に示され
ている。
【００３０】集積された光格子が組成されるシリカ材料
中の圧縮性応力は、複屈折を生じる。そして、複屈折
は、光格子の導波路中を伝播する光波のＴＥおよびＴＭ
モードに対して異なる伝播定数を生じる。ＴＥおよびＴ
Ｍモードに対する異なる伝播定数は、それらが伝播する
とき、２つのモードにより受ける位相シフトの差を生じ
る。２つのモード間の相対的な位相シフトは、格子の透
過スペクトルに表れるピークを、２つの別個のピークに
分割する。これらのピーク間の波長分離は、透過スペク
トルにおいて観察される本来的な偏光シフトと呼ばれる
ことになる。
【００３１】本発明は、導波路構造とシリコン基板との
間に生じた歪みが減少されまたは除去されるように、導
波路構造の局所化された熱処理によりシリカベースド光
導波路中の複屈折を修正する。特に、この方法は、例え
ば炭酸ガス（ＣＯ2 ）レーザのビームのような局所化さ
れた熱源を使用して、導波路構造のクラッド材料を選択
的に軟化し、製造プロセスのアニールステップにおいて
導波路構造とシリコン基板との間に生じた歪みを開放す
る。
【００３２】コアとクラッドの屈折率の差は、導波路構
造のコアの完全さに影響を与えることなしに、クラッド
の局所化された熱処理が完了されることを可能にする。
導波路構造のクラッドの外接する領域を軟化することに
より、歪みが選択的に開放され、したがって、複屈折
が、設計者の望みに従って修正される。
【００３３】本来的な偏光シフトを減少させまたは除去
するために、ＴＥおよびＴＭモードにより受ける位相シ
フトは、複屈折の影響を補償するように調節されなけれ
ばならない。上述したように、必要な補償は、本来的な
偏光シフトをキャンセルする補償偏光シフトを誘導する
ように導波路を熱的に処理することにより達成され得
る。局所的な熱処理により誘導された補償差動的位相シ
フトは、処理される導波路の長さに比例する。不等長の
導波路の格子において、例えば、熱処理を受ける導波路
の長さは、導波路の全体の長さに比例することが理解さ
れる。
【００３４】位相誤差 光導波路フィルタは、典型的には、干渉の原理に基づ
く。光信号は、指向性カプラまたスターカプラ（図１を
参照）を使用して２つ以上のビームに分割され、そし
て、各ビームの位相は、光パス長を変化させることによ
り偏光され、ビームは、最終的に再結合されて、必要と
される効果を得る。光波長において、光パス長は、低い
クロストーク、高いアイソレーションおよびパスバンド
の中心波長の正確さを達成するように正確に制御される
必要がある。
【００３５】光パス長は、物理的なパス長および導波路
中を伝播する光モードの伝播定数に依存する。物理的な
パス長は、デバイスを製造するために使用される設計に
より正確に制御される。導波路中のモードの伝播定数
は、導波路の幾何学的および構造的特性に依存し、これ
は、製造ばらつきに対して非常にセンシィティブであ
る。
【００３６】例えば、コアまたはクラッド層の屈折率の
所望の値からのオフセット、および／または光導波路の
寸法のオフセット、並びにばらつき、即ちデバイスにお
ける上述のパラメータの不均一性は、伝播光モードの位
相を実質的に変化させ、デバイスの性能を低下される。
したがって、製造プロセスにより生じる位相誤差を補償
し、製造におけるデバイス歩留まりを増大させ、最終的
には、利用可能な技術で達成可能な性能を改善する何ら
かの手段を有することが望まし。
【００３７】図４Ｃは、その位相が修正されるべき導波
路の上に設けられる薄膜ヒータを使用する既に知られた
位相制御技法を示す。特に、ヒータは、導波路の温度を
変化させて、その長さを増大／減少させる。上述したよ
うに、導波路の物理的パス長の変化は、その位相シフト
も変化させる。本発明は、導波路中を伝播する光モード
の伝播定数が変化させられるように、導波路構造の局所
的熱処理により、シリカベースド光導波路における位相
シフトを修正する。
【００３８】特に、この方法は、例えば、炭酸ガス（Ｃ
Ｏ2 ）レーザのビームのような局所化された熱源を使用
して、導波路の屈折率が変化するように、導波路構造の
材料を選択的に軟化させる。導波路構造の大接領域を軟
化させることにより、屈折率は、選択的に変化させられ
て、したがって、その位相シフトは、設計者が望むよう
に修正される。
【００３９】透過損失 光伝送ネットワークは、カスケード接続されたマルチプ
レクサおよびデマルチプレクサ並びに光増幅器をしばし
ば含み、異なるチャネルにおける等しくないパワーレベ
ルは、低パワーチャネルにおいて低い信号対雑音比の結
果となる。これは、図４Ｄに示されたようなＡＷＧタイ
プ波長分割マルチプレクサの通常の動作は、最も外側の
チャネルに損失を誘導する（この現象は、一般にロール
オフ（roll-off）と呼ばれる）ので特に問題である。図
４Ｄは、信号伝播の左から右への方向における分離機能
を提供する高密度波長分割マルチプレクサ（ＤＷＤＭ）
４００を示す。
【００４０】デマルチプレクサはプリズムのように動作
し、入力において白色光のビームを採り、出力において
それをその構成色に分離する。しかし、光デマルチプレ
クサにおいて、入力光ビームは、入力導波路２１におい
て個別の数の色（λ1，λ2，…，λn ）を含み、各色
は、特定の出力導波路４１に正確に向けられる。光デマ
ルチプレクサ４００は、回折格子４５０により相互接続
された一対のスターカプラを含み、回折格子４５０は、
複数の不等長光導波路から作られている。光子４５０中
の各導波路の長さは、共通の光信号が格子の端部に到達
するとき異なる量位相シフトされるように、全ての他の
導波路の長さから異なる量異なっている。
【００４１】理想的には、どの入力からの光パワーも、
各出力が入力パワーの等しい部分を受信するように、パ
ワー損失なしに全ての出力に均等に分割される。１つの
スターカプラは、２つの湾曲した、好ましくは円形の境
界を有する自由空間領域を含む誘電性スラブ２０を含
む。このスターカプラを通るパワー伝達は、入力導波路
２１から格子４５０を作る出力導波路への誘電性スラブ
２０中の放射により得られる。この格子４５０は、誘電
性スラブ４０を含む別のスターカプラに接続されてい
る。
【００４２】格子および誘電性スラブ４０上の入力およ
び出力導波路の位置の効果は、所定の波長（色）が特定
の出力導波路４１に向けられるようにする。しかし、出
力色のパワーレベルは、一般に互いに等しくなく、補正
が必要とされる。これは、パワーレベルを所定レベルへ
異なる量減少させる様々な出力ポートにおける減衰器４
１０−４１０の使用によりしばしば取り扱われる。その
ような減衰器４１０をデマルチプレクサ４００と同じ基
板上に設けることが知られているが、そのような減衰器
は、追加的なスペースを必要とし、設計に複雑さを加え
る。例えば、米国特許出願Ｎｏ．０８／７５９，２８１
は、調節可能減衰器として熱光マッハゼンダー干渉計を
使用する。
【００４３】図５は、本発明により光デバイス２００の
局所化された熱処理を提供するための装置５００を開示
する。特に、光デバイス２００（例えば、デマルチプレ
クサ）が、シリコン基板２６上に示されている。光デバ
イス２００は、格子を形成する多数の導波路を含み、こ
れは、高強度レーザ光５０１による熱処理を受ける。好
ましくは、ＣＯ2 レーザ５１０が、熱源である。クラッ
ド層２７，２８が、光デバイスを構成するコア材料を取
り囲む。
【００４４】レーザと光デバイスとの間の相対的な動き
は、選択された領域を加熱させ、本発明により必要とさ
れないが、ＣＯ2 レーザ５１０が固定され、光デバイス
が２方向に移動される。適切なＣＯ2 レーザは、Cohere
nt Diamond Corporation（モデルナンバー６４）から商
業的に入手可能である。レーザは、１０００パルス／秒
でのパルス化されたパワーを提供するが、パワーは、デ
ュティサイクルを変化させることにより代わり得る。２
５％のデュティサイクルにおいて、平均パワーは、約１
５０ワットである。レンズの焦点距離は６３．５ミリメ
ートル（ｍｍ）であり、ビーム直径はレンズにおいて約
１６ｍｍである。基板において約０．５ｍｍないし約
１．０ｍｍのビーム直径で、有効な加熱が生じる。
【００４５】光デバイス２００の基板２６は、その位置
が位置コントローラ５６０により制御されるホルダ５６
１上に取り付けられている。位置コントローラ５６０
は、プロセッサ５４０からの制御信号に応答し、これ
は、熱源５１０と光デバイス２００との間の相対的な動
きを最終的に制御する。図５に示されていないが、基板
は、機械的クランプ、プラットホーム上の窪んだ領域ま
たは真空手段を含む多くの技法のうちのいずれか１つに
より、ホルダ５６１上の固定位置に維持され得る。
【００４６】それにも関わらず、プラットホーム上に位
置されると、光デバイス２００上のインデックスマーク
２０１が、所定の熱処理パターンを実行するための位置
合わせ基準としてカメラ５２０によりその位置を突き止
められる。モニタ５３０は、カメラ５２０が「見る」も
のを表示し、位置合わせにおいて有用である。
【００４７】プロセッサ５４０は、レーザ源５１０の強
度および光デバイス２００の瞬間的な位置をダイナミッ
クに制御するストアードプログラム情報を含む。異なる
スキャニングパターンの例が、図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃ
に示されており、後で簡単に説明する。しかし、各光デ
バイス２００は、異なる熱処理管理を受ける必要があ
り、したがって、装置５００は、熱処理により修正され
るべきいずれか特定の透過特性への熱処理の効果を監視
するための装置（５４０，５５０，５７０）および所望
の結果をもたらすために、熱処理プロセスを制御するた
めの装置（５１０，５４０，５６０）を含む。
【００４８】例えば、図示された光デバイスは、デマル
チプレクサであり、プローブビームを提供する光源５５
０から多重化された光波信号を受信する。プローブビー
ムは、単一の光ファイバ５５１に多重化されかつデマル
チプレクサの入力導波路１５のうちの１つに送られる多
数の異なる色（λ1，λ2，…，λn ）を含む。デマルチ
プレクサが適切に機能する場合、その出力波長１６の各
々は、所定のパワーレベルにおいて入力色（λ1，λ2，
…，λn ）のうちの単一の１つを含むことになる。
【００４９】スペクトルアナライザ５７０は、各出力信
号のスペクトル内容およびパワーレベルを測定するため
に、光ファイバ５５２により光デバイスの出力導波路１
６に接続されている。この情報はプロセッサ５４０に提
供され、結果が決定され、任意的に別の光処理プロセス
が開始される。熱処理プロセスは、所定のスキャンパタ
ーンに従う光デバイスの局所領域をスキャンすることを
含む。局所領域に届けられる熱の量は、レーザの強度、
そのパルス反復レートおよびスキャニングパターンの関
数である。
【００５０】図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃには、局所化され
た熱処理によりその透過特性のうちの１つまたは２つ以
上を修正するために、光デバイス２００に加えられ得る
ＣＯ 2 レーザの様々なスキャニングパターンが示されて
いる。これらのスキャニングパターンは、多数の平行な
不等長導波路を含む図５に示されたような光格子に加え
られる例示的なパターンである。例えば、スキャニング
パターンは、導波路の縦軸に平行な方向に加えられる。
【００５１】格子の異なる導波路に加えられる熱処理
は、（ｉ）スキャンされる導波路の長さが異なる、また
は（ｉｉ）レーザの強度が異なる、または（ｉｉｉ）ス
キャンの速度が異なることのいずれかにより異なり得
る。例えば、図６Ａは、光格子の局所化された領域に加
えられるかも知れないほぼ矩形のスキャンパターンを示
す。このスキャンパターンは、光デバイスとＣＯ2 レー
ザビームとの間の相対的な動きを示し、好ましくは、光
デバイスは、ＣＯ2 レーザが固定されている一方で移動
させられる。
【００５２】図６Ａにおいて、レーザビームの強度は、
一定に保たれるが、スキャン速度は変化させられる。し
かし、図６Ｂにおいて、スキャン速度が一定に保たれる
一方で、スキャン強度は変化させられる。最終的に、図
６Ｃにおいて、スキャン速度および強度の両方が一定に
保たれる一方で、スキャンパターンは、所定の熱処理パ
ターンを提供するように形成される。具体的な速度およ
び強度は、設計的選択事項であり、例えば、歪み誘導複
屈折を減少させるため、屈折率を変化させるため、また
は透過損失を増大させるために選択される。
【００５３】これらのパターンのサイズおよび形状は、
本発明の単なる例示であって、他のパターンも異なる結
果を達成するために使用され得ることが理解される。好
都合なことに、好ましくはＣＯ2 レーザを使用して局所
化された熱処理を使用することは、既知の方法よりも実
質的に小さい時間間隔内において１つまたは２つ以上の
透過特性を修正することを可能にする。
【００５４】図５の装置が複屈折を修正するために使用
される場合、１．５ミクロンの波長を有する線形的に偏
光された光からなるプローブビームが、局所化された加
熱に先立って導波路１５のうちの１つに発射される。プ
ローブビームの偏光は、導波路の主屈折率ＴＥおよびＴ
Ｍに対して４５度の角度に向いている。図５に示されて
はいないが、プローブビームは、導波路から表れた後、
偏光補償器および光偏光子を通る。これらの構成部品
は、プローブビームが導波路から表れたとき、プローブ
ビームの変更状態の完全な分析を可能にした。そして、
導波路は、本発明に従ってクラッドを通して熱処理され
る。例えば、プラスＣＯ2 レーザは、複屈折を修正する
ために約１０％のデューティサイクルで動作される。
【００５５】上述の例により示されているように、本発
明は、導波路を暴露させる局所化された熱源の適切なパ
ワー密度を選択する。ＵＶ照射技法に対する本発明の技
法の主な利点は、修正プロセスの遙かに短い時間であ
る。典型的には、ＵＶ照射法で、便利な複屈折修正に必
要とされる時間は、デバイスあたり数時間のオーダ（典
型的には８時間より長い）であるが、本発明の方法のた
めのプロセス時間は、典型的には、デバイスあたり数分
のオーダ（１０分未満）である。
【００５６】別の利点は、局所化された熱処理の幾何学
形状が、デバイスに対して、または熱源に対して、また
はその両方に対してプログラム可能なポジショナーを使
用することによりソフトウェアで変更することができる
ことであり、一方、ＵＶ照射法が使用される場合、各デ
バイスに対して特定のマスクが製造されなければならな
い。
【００５７】図５の装置が屈折率を修正するために使用
される場合、１．５ミクロンの波長を有する非偏光プロ
ーブビームが、局所化された加熱に先立って、導波路１
５のうちの１つに入射される。例えば、ＣＯ2 レーザ５
１０は、屈折率を修正するために、約４０％のデューテ
ィサイクルで動作する。
【００５８】最終的に、図５の装置は、透過損失を修正
するために使用され、１．５ミクロンの波長を有する非
偏光プローブビームは、局所化された加熱に先立って、
導波路１５のうちの１つに入射される。典型的には、熱
処理は、透過損失を修正する場合格子導波路ではなく、
入力導波路１５および／または出力導波路１６に加えら
れる。例えば、ＣＯ2 レーザ５１０は、透過損失を修正
するために、約９０％のデューティサイクルで動作す
る。
【００５９】
【発明の効果】したがって、本発明によれば、さらなる
エレメントの追加をするのではなく、製造の間にまたは
製造後の処理により、光デバイスの１つまたは２つ以上
の透過特性を修正するための方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】多数の入力および出力ポートを有するスターカ
プラを示す図。
【図２】その出力導波路を示す図１において示されたス
ターカプラの断面図。
【図３】光信号のトランスバースエレクトリック（Ｔ
Ｅ）およびトランスバースマグネティック（ＴＭ）伝播
モードを例示する基板上に形成された集積された導波路
を示す透視図。
【図４】公知の複屈折制御技法、熱光位相制御技法、デ
マルチプレクサの個々の出力ポートにおけるパワーを等
化する技法を示す図。
【図５】本発明による光デバイスの局所化された熱処理
を提供するための装置を示す図。
【図６】本発明において使用され得るＣＯ2 レーザのよ
うな局所化された熱源の様々なスキャニングパターンを
示す図。
【符号の説明】
１０ 自由空間領域 １０ａ，１０ｂ 境界 １５，１６ 導波路アレイ １６ 導波路コア ２０，４０ 誘電性スラブ ２１ 入力導波路 ２６ 基板 ２７ クラッド ２８ クラッド層 ４１ 出力導波路 １００ スターカプラ ４００ 高密度波長分割マルチプレクサ（ＤＷＤＭ） ４１０ 減衰器 ４５０ 格子 図５ ２６ シリコン基板 ２７，２８ クラッド層 ２００ 光デバイス ２０１ インデックスマーク ５００ 装置 ５０１ レーザビーム ５１０ ＣＯ2 レーザ 熱源 ５２０ カメラ ５３０ モニタ ５４０ プロセッサ ５５０ 光源 ５５２ 光ファイバ ５６０ 位置コントローラ ５６１ ホルダ ５７０ スペクトルアナライザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョバンニ バルバロッサ アメリカ合衆国、30084 ジョージア、タ ッキー、アパートメント イー、オーク チェイス ドライブ 1016 (72)発明者 チェラパン ナラヤナン アメリカ合衆国、30202 ジョージア、ア ルファレッタ、グリーンハウス パークウ ェイ 2716

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板（２６）上に堆積されたシ
    リカベースドガラスの複数の層（１６，２７，２８）を
    含む光デバイス（２００）の所定の透過特性を修正する
    方法において、 熱エネルギ源（５１０）に隣接して前記光バイスを位置
    させるステップと、 前記熱エネルギ源をアクティベートするステップと、 前記シリカベースドガラスの局所的軟化を生じさせ、前
    記所定の透過特性の修正を生じさせるのに少なくとも十
    分なパワー密度で、前記光デバイスの選択された領域上
    に熱エネルギを向けるステップとを有することを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 前記光デバイス（２００）をホルダ（５
    ６１）上に取り付けるステップと、 前記ホルダと前記熱エネルギ源（５１０）との間の相対
    的な動きを所定のパターンに従わせるステップとを有す
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記所定の透過特性が複屈折であること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記熱エネルギ源（５１０）のアクティ
    ベーションに先立って、前記光デバイス（２００）は、
    前記光デバイスを通って伝播する光信号のＴＥモードと
    ＴＭモードとの間の本来的な偏光シフトを示し、前記熱
    エネルギは、前記光デバイスの本来的な偏光シフトをキ
    ャンセルする傾向にある前記選択された領域において前
    記光デバイス中に補償偏光シフトを誘導することを特徴
    とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記所定の透過特性は、前記光デバイス
    を通る伝播遅れであることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記熱エネルギ源のアクティベーション
    に先立って、前記光デバイス（２００）はある屈折率を
    示し、熱エネルギを加えた後前記光デバイスは異なる屈
    折率を示し、これにより光デバイスを通る伝播遅れが修
    正されることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記所定の透過特性が光透過損失である
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記熱エネルギ源（５１０）が炭酸ガス
    （ＣＯ2 ）レーザを含むことを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 前記光デバイス（２００）が、複数の不
    等長プレーナ光導波路により形成された格子（４５０）
    を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 シリカベースドガラスの複数の層（１
    ６，２７，２８）をシリコン基板（２６）上に堆積させ
    るステップと、 前記導波路の一部と交差する光デバイスの選択された領
    域に炭酸ガスレーザ（５１０）のビーム（５０１）を向
    けるステップとを有し、 １つまたは２つ以上の導波路が、クラッド材料（２７，
    ２８）により取り囲まれたコア材料（１６）の光透過パ
    スとして形成されており、前記ビームが前記導波路を形
    成するシリカベースドガラスの局所的軟化を生じさせる
    ために少なくとも十分なパワー密度を有し、前記導波路
    の所定の光透過特性が修正される方法により製造された
    光デバイス（２００）。
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