JP2001074950A - 光合分波器の特性調整方法 - Google Patents

光合分波器の特性調整方法

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佐藤  忍
Hideaki Arai
英明 荒井
Ryoji Suzuki
良治 鈴木
Akishi Hongo
晃史 本郷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温加熱を必要とせず光導波路の等価屈折率
を任意に調整することができる光合分波器の特性調整方
法を提供する。 【解決手段】 基板上の複数の光導波路11で構成され
た光合分波器の特性を調整する光合分波器の特性調整方
法において、上記光導波路11のいずれかに紫外光14
bを照射することによりその光導波路11の屈折率を変
化させて特性を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に光導波路
を配置した平面型光導波回路により構成された光合分波
器の特性調整方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、波長多重伝送技術の進展に伴い、
シリコン基板や石英ガラス基板上に光導波路を配置し、
光合分波などの機能を集積化した光導波回路の開発が盛
んに行われている。
【0003】この光合分波器などの機能を有する素子
は、そのコア部の断面寸法を通常使用されている単一モ
ード光ファイバに合わせて5〜10μm程度で作製する
ことが可能であるため、光ファイバとの整合性に優れた
実用的な光導波回路部品の実現手段として期待されてお
り、その実用化が進められている。
【0004】図4に、分波間隔Δλ=0.4〜1.6n
mで、16〜80波程度の多波長を合分波するMZI
(Mach Zehnder Interferometer )型光合分波器の一例
を示す。
【0005】図4に示すように、石英ガラス基板71上
に形成された光導波路73,74は、膜厚30μm程度
のSiO2 系ガラスクラッド層(図示せず)と、そのク
ラッド層に埋設された断面寸法7×7μm程度のSiO
2 −TiO2 系ガラスコアとからなる。
【0006】光合分波器は、2本の光導波路73,74
を光路差ΔLを持つように100μm程度の間隔で配置
され、これらの光導波路73,74上の光路差ΔLを持
たせた部分を2つの3dBカプラ72a,72bで挟ん
だ構造となっている。
【0007】この光合分波器に形成された入力ポートP
inに入射した50GHzグリッド(Δλ=0.4n
m)の信号光は、2本の光導波路73,74と2つの3
dBカプラ72a,72bを通過した後、100GHz
グリッド(Δλ=0.8nm)の2つの信号光として出
力ポートP1、P2に出力される。
【0008】図6(a)に、このMZI型光合分波器の
出力ポートP1から出力された信号光のスペクトル特性
の一例を示す。
【0009】図6(a)に示すように、光合分波器とし
ては、アイソレーションが20dB以上の分波特性のも
のが製作可能であったが、分波した信号光はグリッドか
らのずれが生じることが分かった。
【0010】この原因は、2つの3dBカプラに挟まれ
た光導波路のコア幅の非対称性に起因するものである。
そこで、この中心波長ずれを低減するために、CO2
ーザを用いたチューニングを行っている。
【0011】図5に、CO2 レーザチューニング装置の
概略図を示す。
【0012】図5に示すように、CO2 レーザ(波長1
0.6μm)光源66から出射されたレーザ光64は、
レーザ光64を全反射する材質からなるミラー65によ
り折り返され、集光レンズ63により集光された後、光
導波路61を固定する機構のついたステージ62上の光
導波路61に照射される。
【0013】図4に示したように、光導波路73上に、
スポット径が数百μm程度に集光されたレーザ光75を
照射すると、光導波路73のレーザ光75が照射された
部分の等価屈折率が下がるため、中心波長を短波長側に
シフトさせることができる。また、長波長側へシフトさ
せたい場合には反対側の光導波路74へレーザ光75を
照射すれば良い。
【0014】以上のような方法で分波波長をグリッドに
合わせるチューニングをすることが可能となる。また、
中心波長を大きくシフトさせるには、図5に示したよう
に、ミラー65の移動によりレーザ光64の光導波路6
1への照射位置を変えていけば良い。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来技術ではCO2 レーザ光を光導波路に照射すること
により、光合分波器の分波波長をチューニングすること
ができる。
【0016】しかしながら、このような方法でチューニ
ングを行うと、光合分波器は初期特性で20dB以上の
アイソレーションが劣化するという問題点があることが
分かった。
【0017】図6(b)に、従来法によりチューニング
を行った場合の光合分波器の波長シフト量とアイソレー
ション劣化量の関係を示す。
【0018】図6(b)に示すように、0.2nm程度
の波長シフトをさせると、アイソレーションが8dB程
度劣化して20dB以下となり、波長合分波器として使
用できなくなる。
【0019】これは、CO2 レーザを照射した場合、照
射点付近のみが局所的に1000℃以上の高温になって
しまい、結果としてコアの変形や反り量が変わってしま
うためであると考えられる。
【0020】つまり、従来法のような高温加熱プロセス
を要するチューニング法ではアイソレーションが劣化す
るという問題点があった。
【0021】そこで、本発明の目的は、高温加熱を必要
とせず光導波路の等価屈折率を任意に調整することがで
きる光合分波器の特性調整方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、基板上の複数の光導波路で構成さ
れた光合分波器の特性を調整する光合分波器の特性調整
方法において、上記光導波路のいずれかに紫外光を照射
することによりその光導波路の屈折率を変化させる方法
である。
【0023】請求項2の発明は、上記紫外光の波長が2
48nm又は266nmである方法である。
【0024】請求項3の発明は、光源からの紫外光をス
リットで切り出して紫外光ビームにし、その紫外光ビー
ムを上記光導波路の長手方向に沿って移動させながら照
射する方法である。
【0025】請求項4の発明は、上記光導波路に予め水
素添加処理を行う方法である。
【0026】請求項5の発明は、上記水素添加処理を1
00気圧以上で1週間以上行う方法である。
【0027】請求項6の発明は、上記光導波路としてコ
アに少なくともGeO2 を含んだものを用いる方法であ
る。
【0028】請求項7の発明は、上記光導波路のコアに
GeO2 が10mol%以上含まれている方法である。
【0029】すなわち、本発明は、GeO2 が添加され
た光導波路に紫外光を照射したときに屈折率が変化する
ことを利用して光合分波器の特性を調整することを実現
するようにしたものである。
【0030】上記構成によれば、光導波路に紫外光を照
射することで、照射部分の温度が基板に悪影響を与えな
いので、他の特性(アイソレーション)を劣化させるこ
と無しに光合分波器の波長を任意にシフトさせることが
できる。また、紫外光を切り出してビームにし、そのビ
ームを光導波路に沿って移動させて照射するので、光導
波路には均一な強度分布の紫外光が照射される。さら
に、光導波路は水素添加処理が施されると共にコアに少
なくとも10mol%以上のGeO2 を含んだものが用
いられるので、コアの屈折率は、紫外光強度及び照射時
間に応じて大巾に変化する。これにより、より正確に屈
折率を変化させることができると共に効率良く分波特性
を調整できる。
【0031】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0032】図1に本発明を実施するための光合分波器
の特性調整装置の概略図を示す。
【0033】図1に示すように、光合分波器の特性調整
装置は、光導波路11に照射する紫外光14aの光源1
6と、この光源16からの紫外光14aを光導波路11
上に案内するためのミラー15と、このミラー15によ
り案内された紫外光14aから均一な強度分布を持つ紫
外光14bを任意の幅Wで切り出してビームを形成する
スリット13と、光導波路11が形成された石英ガラス
基板が載置されると共にこの基板を強制的に固定する機
構を有するステージ12とから構成されている。
【0034】光源16からの紫外光14aの波長は、2
00〜300nm程度が好ましく、光源16としては、
例えばKrFエキシマレーザ(波長248nm)あるい
はYAGレーザ(波長266nm)が用いられる。
【0035】ミラー15は、紫外光14aを全反射する
材質からなり、また、スリット13は、紫外光14aを
透過せず、かつ紫外光14aによって損傷を受けにくい
材質からなる。これらミラー15とスリット13はとも
に光導波路11の長手方向に沿って移動可能に設けられ
ている。
【0036】図2に本発明により特性調整される光合分
波器の概略図を示す。
【0037】光合分波器1は、石英ガラス基板と、その
基板上に形成され、光路差ΔLを持つように100μm
程度の間隔で配置された2本の光導波路3,4と、その
光導波路3,4上の光路差ΔLを持たせた部分を挟んで
形成され光導波路3,4からの信号光を分波するための
2つの3dBカプラ2a,2bと、各光導波路3,4に
設けられ外部から信号光を入力するための入力ポートP
in及び3dBカプラ2a,2bに分波された信号光を
各光導波路3,4から外部に出力するための出力ポート
P1、P2とから主に構成されている。
【0038】この石英ガラス基板上に形成された光導波
路3,4は、従来の光導波路と同様に、断面寸法7×7
μm程度のSiO2 −TiO2 系ガラスコアと、そのコ
アよりも屈折率が低い材料からなり、そのコアを覆うよ
うに形成された膜厚30μm程度のSiO2 系ガラスク
ラッド層とから構成されており、それらコアとクラッド
層の比屈折率差は0.3〜6%程度に設定されている。
【0039】光導波路3,4は、紫外光が照射されたと
きにその紫外光強度及び照射時間に応じて屈折率が変化
するように、コアには少なくともGeO2 が添加されて
いる。この光導波路3,4のコアにはGeO2 以外に、
Al、Er、Ti等が適宜添加されていても良い。さら
に、紫外光照射に対して十分な屈折率変化を得るために
GeO2 は10mol%以上添加されている。
【0040】次に、図1、図2、図3(a)、及び図3
(b)を用いて光導波回路から構成される光合分波器の
特性を調整する方法を作用と共に説明する。
【0041】光合分波器への紫外光照射に先立ち、水素
添加処理を行う。この水素添加処理は、紫外光照射によ
るコアの屈折率変化を十分に得るために行われ、光合分
波器を100〜300atm、50℃程度に調整された
水素加圧容器中に1週間以上保持することによって達成
される。
【0042】そして、図1に示したように、光導波路1
1をステージ12上に固定した後、この光導波路11に
紫外光14bを照射する。
【0043】この紫外光14bは、光源16から出射さ
れた紫外光14aが、ミラー15により折り返され、ス
リット13により均一な強度分布の幅Wのビームに切り
出された後、光導波路11に照射される。
【0044】この紫外光照射に際しては、スリット幅W
を、特性を調整したい部分(幅)に合わせた幅にして、
静止した状態で紫外光14bを照射するか又は、特性を
調整したい部分(幅)よりも狭くして、紫外光14bを
光導波路11に照射し、ミラー17の移動により照射位
置を移動させながら行う。
【0045】また、スリット13により所定の幅Wに切
り出された紫外光14bを、図2に示した光合分波器1
の2本の導波路3,4のうちのどちらか調整する方に照
射する。
【0046】この紫外光5を光導波路3に照射すると、
照射した部分の屈折率が照射時間に比例して上昇するた
めに、図3(a)に示すように分波波長を長波長側にシ
フトすることが可能である。
【0047】この紫外光照射部分の温度は数百℃程度の
低温であり、コアの変形や応力状態が変化することはな
く、約10分の照射時間で20dB以上のアイソレーシ
ョンを劣化させることなく波長のみをシフトさせること
ができる。
【0048】同様に、分波波長を短波長側にシフトさせ
たい場合には、紫外光5を導波路4に照射すれば良い。
また、図3(b)に示すように、紫外光の照射時間を増
加させることで波長シフト量を増加させていくことが可
能である。
【0049】以上説明したように、本発明によれば、紫
外光照射部分の温度が従来よりも上昇しないので、光合
分波器の作製プロセスにおけるコア幅のばらつきが大き
くても、紫外光照射によって分波波長を容易かつ大巾に
調整することができ、素子を再現性良く、かつ高い歩留
りで作製することが可能である。
【0050】さらに、本発明は、GeO2 が添加された
コアからなる光導波路に水素添加処理をした後、紫外光
を光導波路に照射するという簡易な方法で再現性良く、
特性を調整することができる。
【0051】また、本発明は、分波特性をモニタしなが
ら紫外光の照射を行い、照射時間のみを調整すること
で、光合分波器の初期特性を劣化させること無しに分波
波長のみを容易に調整できる方法であるという点で優れ
ている。
【0052】尚、本実施の形態では、光導波路3,4が
2本形成された光合分波器1の特性を調整する場合につ
いて述べたが、光導波路が3本以上形成された光合分波
器のの特性も調整できることは言うまでもない。
【0053】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、GeO2
を含むコアからなる光導波路の屈折率が紫外光照射によ
り上昇することを利用して、基板上に光導波路を配置し
た平面型光導波路により構成された光合分波器の分波特
性を容易に調整できる。
【0054】また、光導波路に予め水素添加処理をした
状態で紫外光照射を行うことで短時間で効率良く特性を
調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための装置の概略図である。
【図2】本発明により特性調整された光合分波器の概略
図である。
【図3】本発明により特性調整を行った光合分波器の特
性の例を示した図であり、(a)はチューニング前とチ
ューニング後の波長の分布を示しており、(b)は照射
時間に対する波長のシフト量を示している。
【図4】従来法により特性調整された光合分波器の概略
図である。
【図5】従来の特性調整方法を実施するための装置の概
略図である。
【図6】従来法により特性調整を行った光合分波器の特
性の例を示す図であり、(a)はチューニング前とチュ
ーニング後の波長の分布を示しており、(b)は波長の
シフト量に対するアイソレーションの劣化量を示してい
る。
【符号の説明】
11 光導波路 14b 紫外光
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 良治 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 本郷 晃史 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Fターム(参考) 2G086 EE12 2H047 KB04 LA18 PA11 QA04 TA00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の複数の光導波路で構成された光
    合分波器の特性を調整する光合分波器の特性調整方法に
    おいて、上記光導波路のいずれかに紫外光を照射するこ
    とによりその光導波路の屈折率を変化させることを特徴
    とする光合分波器の特性調整方法。
  2. 【請求項2】 上記紫外光の波長が248nm又は26
    6nmである請求項1記載の光合分波器の特性調整方
    法。
  3. 【請求項3】 光源からの紫外光をスリットで切り出し
    て紫外光ビームにし、その紫外光ビームを上記光導波路
    の長手方向に沿って移動させながら照射する請求項1記
    載の光合分波器の特性調整方法。
  4. 【請求項4】 上記光導波路に予め水素添加処理を行う
    請求項1又は3記載の光合分波器の特性調整方法。
  5. 【請求項5】 上記水素添加処理を100気圧以上で1
    週間以上行う請求項4記載の光合分波器の特性調整方
    法。
  6. 【請求項6】 上記光導波路としてコアに少なくともG
    eO2 を含んだものを用いる請求項1、3、又は4記載
    の光合分波器の特性調整方法。
  7. 【請求項7】 上記光導波路のコアにGeO2 が10m
    ol%以上含まれている請求項1、3、4、又は6記載
    の光合分波器の特性調整方法。
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