JP2001091767A - 導波路グレーティング素子 - Google Patents
導波路グレーティング素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】温度調整システムによって温度制御しなくて
も、所望のブラッグ波長特性を得る。 【解決手段】石英系ガラス材料からなる導波路グレーテ
ィング素子において、グレーティング９が形成された石
英ガラス基板１の裏面側に、線膨張係数が１５×１０-6
nm／℃より大きい材質からなる部材１０が接合されてい
る。
も、所望のブラッグ波長特性を得る。 【解決手段】石英系ガラス材料からなる導波路グレーテ
ィング素子において、グレーティング９が形成された石
英ガラス基板１の裏面側に、線膨張係数が１５×１０-6
nm／℃より大きい材質からなる部材１０が接合されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面に導波路
型光回路としてグレーティングが形成された石英ガラス
系導波路グレーティング素子に関するものである。
型光回路としてグレーティングが形成された石英ガラス
系導波路グレーティング素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光波長多重伝送（Wavelength Div
ision Multi/Demultiplexer, WDM）の実用化に向けた研
究開発が活発化しており、それに用いられる各種光デバ
イスの開発も急務となっている。導波路グレーティング
素子は、そのキーデバイスの一つであり、光ネットワー
ク内に設置され、伝送されてきた光信号を波長に依存し
て分波するために用いられる。
ision Multi/Demultiplexer, WDM）の実用化に向けた研
究開発が活発化しており、それに用いられる各種光デバ
イスの開発も急務となっている。導波路グレーティング
素子は、そのキーデバイスの一つであり、光ネットワー
ク内に設置され、伝送されてきた光信号を波長に依存し
て分波するために用いられる。
【０００３】石英ガラス系導波路グレーティング素子
は、石英ガラス基板上にＧｅＯ2 などが添加されたＳｉ
Ｏ2 ガラスからなるコア導波路が形成され、その上にコ
ア導波路よりも低屈折率のクラッドが形成され、コア導
波路には周期的に屈折率を変化させたグレーティングが
形成されている。
は、石英ガラス基板上にＧｅＯ2 などが添加されたＳｉ
Ｏ2 ガラスからなるコア導波路が形成され、その上にコ
ア導波路よりも低屈折率のクラッドが形成され、コア導
波路には周期的に屈折率を変化させたグレーティングが
形成されている。
【０００４】このような石英ガラス系材料から構成され
る導波路グレーティング素子は、石英ガラスの屈折率が
温度に依存して変化するため、光学特性のうちブラッグ
波長特性に温度依存性を有する。そのため、石英ガラス
系導波路グレーティング素子を実装したモジュールで
は、ヒータ及び温度センサをモジュール内部に設けると
共に外部に温度コントロール回路を付加して、グレーテ
ィング素子の温度を制御して光学特性を維持するように
していた。
る導波路グレーティング素子は、石英ガラスの屈折率が
温度に依存して変化するため、光学特性のうちブラッグ
波長特性に温度依存性を有する。そのため、石英ガラス
系導波路グレーティング素子を実装したモジュールで
は、ヒータ及び温度センサをモジュール内部に設けると
共に外部に温度コントロール回路を付加して、グレーテ
ィング素子の温度を制御して光学特性を維持するように
していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような温度調整システムを用いて温度制御するために
は、電力の供給が必要であり、システム上好ましくな
い。また、モジュールに上記のような温度調整システム
を設け、更にモジュール内に断熱空間を設ける必要があ
るため、モジュールのサイズが大きくなってしまうとい
う問題があった。
ような温度調整システムを用いて温度制御するために
は、電力の供給が必要であり、システム上好ましくな
い。また、モジュールに上記のような温度調整システム
を設け、更にモジュール内に断熱空間を設ける必要があ
るため、モジュールのサイズが大きくなってしまうとい
う問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上記問題点を解決し、温
度調整システムによって温度制御をしなくても、所望の
ブラッグ波長特性が得られる石英ガラス系導波路グレー
ティング素子を提供することにある。
度調整システムによって温度制御をしなくても、所望の
ブラッグ波長特性が得られる石英ガラス系導波路グレー
ティング素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面に導
波路型光回路としてグレーティングが形成され、上記基
板及び上記導波路型光回路が石英系ガラス材料からなる
導波路グレーティング素子において、上記基板の裏面側
に線膨張係数が１５×１０-6nm／℃より大きい材質（好
ましくは２０×１０-6nm／℃以上）からなる部材が接合
されている導波路グレーティング素子であり、この構成
により上記目的を達成することができる。
波路型光回路としてグレーティングが形成され、上記基
板及び上記導波路型光回路が石英系ガラス材料からなる
導波路グレーティング素子において、上記基板の裏面側
に線膨張係数が１５×１０-6nm／℃より大きい材質（好
ましくは２０×１０-6nm／℃以上）からなる部材が接合
されている導波路グレーティング素子であり、この構成
により上記目的を達成することができる。
【０００８】なお、上記部材は、金属板であることが好
ましく、その中でも、後述するように亜鉛やアルミニウ
ムからなる金属板が適している。また、金属板は単板に
限られるものではなく、例えばステンレスと亜鉛の複合
板等の２種類以上の金属の複合板であっても良い。
ましく、その中でも、後述するように亜鉛やアルミニウ
ムからなる金属板が適している。また、金属板は単板に
限られるものではなく、例えばステンレスと亜鉛の複合
板等の２種類以上の金属の複合板であっても良い。
【０００９】また、上記基板と上記部材とは、弾性率１
００kgf/mm2 以上の接着剤により接合されていることが
望ましい。これ以下の弾性率であると、導波路グレーテ
ィング素子及び部材（金属板）の熱膨張を接着剤がその
せん断変形により吸収してしまうため好ましくない。
００kgf/mm2 以上の接着剤により接合されていることが
望ましい。これ以下の弾性率であると、導波路グレーテ
ィング素子及び部材（金属板）の熱膨張を接着剤がその
せん断変形により吸収してしまうため好ましくない。
【００１０】ここで、本発明の作用を説明する。
【００１１】従来の導波路グレーティングのブラッグ波
長の温度依存性ｄλ／ｄＴは、次の（１）式で表わされ
る。
長の温度依存性ｄλ／ｄＴは、次の（１）式で表わされ
る。
【００１２】 ｄλ／ｄＴ＝２Λ（ｄｎ／ｄＴ＋ｎα） （１） ここで、Λはグレーティングの周期、ｎは石英ガラス導
波路の等価屈折率（約１．４５）、ｄｎ／ｄＴは石英ガ
ラス導波路の等価屈折率の温度依存性（約１×１
０-5）、αは石英ガラス導波路の線膨張係数（約０．６
×１０-6nm／℃）である。ここで、グレーティングの周
期Λを約５３０nmとした時、ｄλ／ｄＴは約０．０１０
２（nm／℃）となる。
波路の等価屈折率（約１．４５）、ｄｎ／ｄＴは石英ガ
ラス導波路の等価屈折率の温度依存性（約１×１
０-5）、αは石英ガラス導波路の線膨張係数（約０．６
×１０-6nm／℃）である。ここで、グレーティングの周
期Λを約５３０nmとした時、ｄλ／ｄＴは約０．０１０
２（nm／℃）となる。
【００１３】本発明では、この（１）式の温度依存性を
示す項ｄλ／ｄＴを相殺するため、下記の温度係数を補
償するための項ｎ・ｄε／ｄＴを加えた（２）式で示さ
れる構造を提案する。
示す項ｄλ／ｄＴを相殺するため、下記の温度係数を補
償するための項ｎ・ｄε／ｄＴを加えた（２）式で示さ
れる構造を提案する。
【００１４】 ｄλ／ｄＴ＝２Λ（ｄｎ／ｄＴ＋ｎα＋ｎ・ｄε／ｄＴ） （２） ここで、εは導波路内に発生する歪の大きさであり、ｄ
ε／ｄＴはその歪の温度依存性を示す。
ε／ｄＴはその歪の温度依存性を示す。
【００１５】この（２）式において、適当なｎ・ｄε／
ｄＴを選ぶことにより、導波路グレーティングのブラッ
グ波長の温度依存性を示す項ｄλ／ｄＴを、実用上問題
がない程度に小さくすることが可能となる。
ｄＴを選ぶことにより、導波路グレーティングのブラッ
グ波長の温度依存性を示す項ｄλ／ｄＴを、実用上問題
がない程度に小さくすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
３に基づいて説明する。
３に基づいて説明する。
【００１７】図１は導波路型グレーティング素子の上面
図であり、石英ガラス基板１の表面には、２つのＭＭＩ
（Multi-mode Interference ）３dBカプラ７、７’が形
成され、一方のＭＭＩ−３dBカプラ７と入力ポート３及
びｄｒｏｐポート４がコア導波路２で接続され、他方の
ＭＭＩ−３dBカプラ７’とａｄｄポート５及び出力ポー
ト６がコア導波路２で接続され、更に２つのＭＭＩ−３
dBカプラ７、７’を結ぶコア導波路８、８’には夫々グ
レーティング９、９’が形成されている。
図であり、石英ガラス基板１の表面には、２つのＭＭＩ
（Multi-mode Interference ）３dBカプラ７、７’が形
成され、一方のＭＭＩ−３dBカプラ７と入力ポート３及
びｄｒｏｐポート４がコア導波路２で接続され、他方の
ＭＭＩ−３dBカプラ７’とａｄｄポート５及び出力ポー
ト６がコア導波路２で接続され、更に２つのＭＭＩ−３
dBカプラ７、７’を結ぶコア導波路８、８’には夫々グ
レーティング９、９’が形成されている。
【００１８】ここで、本実施形態の導波路型グレーティ
ング素子は、石英ガラス基板１上にＧｅＯ2 などが添加
されたＳｉＯ2 ガラスからなるコア導波路２が形成さ
れ、その上にコア導波路２よりも低屈折率のクラッド
１’（図２）が形成されたものである。
ング素子は、石英ガラス基板１上にＧｅＯ2 などが添加
されたＳｉＯ2 ガラスからなるコア導波路２が形成さ
れ、その上にコア導波路２よりも低屈折率のクラッド
１’（図２）が形成されたものである。
【００１９】なお、入力ポート３、ｄｒｏｐポート４、
ａｄｄポート５、出力ポート６には、図示しない光ファ
イバが夫々の導波路コア２と光学的に調心されて取り付
けられようになっている。
ａｄｄポート５、出力ポート６には、図示しない光ファ
イバが夫々の導波路コア２と光学的に調心されて取り付
けられようになっている。
【００２０】そして、本実施形態の導波路型グレーティ
ング素子は、入力ポート３から波長λ１〜λｋ〜λｎの
光が入射されると、グレーティングで反射された波長λ
ｋの光はｄｒｏｐポート４から出射し、波長λ１〜λｋ
−１、λｋ＋１〜λｎの光は出力ポート６から出射す
る。また、ａｄｄポート５から波長λｋの光が入射され
ると、グレーティングで反射された波長λｋの光は出力
ポート６から出射する。
ング素子は、入力ポート３から波長λ１〜λｋ〜λｎの
光が入射されると、グレーティングで反射された波長λ
ｋの光はｄｒｏｐポート４から出射し、波長λ１〜λｋ
−１、λｋ＋１〜λｎの光は出力ポート６から出射す
る。また、ａｄｄポート５から波長λｋの光が入射され
ると、グレーティングで反射された波長λｋの光は出力
ポート６から出射する。
【００２１】本実施形態では、図２に示す如く、導波路
素子１の裏面には温度補償用部材１０が接着固定されて
いる。この温度補償用部材１０は線膨張係数が１５×１
０-6nm／℃より大きいものであり、石英ガラスの線膨張
係数（約０．６×１０-6nm／℃）よりも大きいため、温
度が例えば２５℃から７０℃に上昇した際には、図３に
示すような変形（そり）を起こす。この変形により、前
述したｎ・ｄε／ｄＴの効果が発揮され、ブラッグ波長
は温度補償される。逆に温度が下降した際には、変形
（そり）は逆向きとなるが、同じように温度補償を行う
ことができる。なお、図３において矢印１１は応力の方
向を示す。
素子１の裏面には温度補償用部材１０が接着固定されて
いる。この温度補償用部材１０は線膨張係数が１５×１
０-6nm／℃より大きいものであり、石英ガラスの線膨張
係数（約０．６×１０-6nm／℃）よりも大きいため、温
度が例えば２５℃から７０℃に上昇した際には、図３に
示すような変形（そり）を起こす。この変形により、前
述したｎ・ｄε／ｄＴの効果が発揮され、ブラッグ波長
は温度補償される。逆に温度が下降した際には、変形
（そり）は逆向きとなるが、同じように温度補償を行う
ことができる。なお、図３において矢印１１は応力の方
向を示す。
【００２２】図４に温度補償用部材に複数の材質を用
い、またその板厚を変化させた場合での導波路グレーテ
ィング素子の温度係数ｄλ／ｄＴを示す。横軸が各部材
の板厚、縦軸が導波路グレーティング素子の温度係数を
示す。材質Ａは亜鉛、Ｂはアルミニウム、Ｃはステンレ
ス鋼であり、線膨張係数αはそれぞれ順に、３２×１０
-6nm／℃、２３×１０-6nm／℃、１５×１０-6nm／℃で
ある。
い、またその板厚を変化させた場合での導波路グレーテ
ィング素子の温度係数ｄλ／ｄＴを示す。横軸が各部材
の板厚、縦軸が導波路グレーティング素子の温度係数を
示す。材質Ａは亜鉛、Ｂはアルミニウム、Ｃはステンレ
ス鋼であり、線膨張係数αはそれぞれ順に、３２×１０
-6nm／℃、２３×１０-6nm／℃、１５×１０-6nm／℃で
ある。
【００２３】図４に示す通り、それぞれの材質Ａ，Ｂ，
Ｃでは、線膨張係数とともに、弾性係数も異なるため、
各材質において違った板厚において、温度係数をもっと
も小さくする極値が存在する。
Ｃでは、線膨張係数とともに、弾性係数も異なるため、
各材質において違った板厚において、温度係数をもっと
も小さくする極値が存在する。
【００２４】一方、システムの実用上、導波路グレーテ
ィング素子の温度係数は約±０．００３nm／℃以下とす
る必要がある。これを実現するためには、材質Ａは、板
厚０．１〜１mmの全板厚で上記特性を得られる。材質Ｂ
では、０．４〜０．６mmの狭い範囲で上記特性を得られ
る。また材質Ｃでは、全ての板厚で上記特性を得ること
は不可能である。
ィング素子の温度係数は約±０．００３nm／℃以下とす
る必要がある。これを実現するためには、材質Ａは、板
厚０．１〜１mmの全板厚で上記特性を得られる。材質Ｂ
では、０．４〜０．６mmの狭い範囲で上記特性を得られ
る。また材質Ｃでは、全ての板厚で上記特性を得ること
は不可能である。
【００２５】これより、温度補償用部材は１５×１０-6
nm／℃を超える線膨張係数を有するものであることが、
上記ブラッグ波長特性を実現する必要条件であると言え
る。好ましくは、２０×１０-6nm／℃以上の線膨張係数
が必要である。なお、線膨張係数が大きすぎると、温度
補償用部材の厚さ及び重量が大きくなりすぎるため、１
００×１０-6nm／℃以下とするのがよい。また、プラス
チックはクリープしてしまう材質のため、上記温度係数
ｎ・ｄε／ｄＴが時間と共に変化してしまい、温度補償
用部材としては好ましくない。
nm／℃を超える線膨張係数を有するものであることが、
上記ブラッグ波長特性を実現する必要条件であると言え
る。好ましくは、２０×１０-6nm／℃以上の線膨張係数
が必要である。なお、線膨張係数が大きすぎると、温度
補償用部材の厚さ及び重量が大きくなりすぎるため、１
００×１０-6nm／℃以下とするのがよい。また、プラス
チックはクリープしてしまう材質のため、上記温度係数
ｎ・ｄε／ｄＴが時間と共に変化してしまい、温度補償
用部材としては好ましくない。
【００２６】また、導波路グレーティング素子と温度補
償用部材とを接着する接着剤は、それが低弾性率のもの
であると導波路グレーティング素子と温度補償用部材の
双方の熱膨張をせん断変形により吸収して好ましくない
ため、弾性率１００kgf/mm2以上の接着剤であることが
望ましい。そのような接着剤としては、ＮＴＴアドバン
ステクノロジ社製ＮＡ３９２５（２５℃での弾性率：１
６０kgf/mm2 ）などがある。
償用部材とを接着する接着剤は、それが低弾性率のもの
であると導波路グレーティング素子と温度補償用部材の
双方の熱膨張をせん断変形により吸収して好ましくない
ため、弾性率１００kgf/mm2以上の接着剤であることが
望ましい。そのような接着剤としては、ＮＴＴアドバン
ステクノロジ社製ＮＡ３９２５（２５℃での弾性率：１
６０kgf/mm2 ）などがある。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の石英ガ
ラス系導波路グレーティング素子によれば、電源を必要
とする温度調整システムやサーキュレータを使用しなく
ても、所望のブラッグ波長特性を得ることができ、しか
も、モジュール化の際に温度調節システムや断熱空間が
不要となるため、小型で安価な導波路グレーティングモ
ジュールを提供することが可能となる。
ラス系導波路グレーティング素子によれば、電源を必要
とする温度調整システムやサーキュレータを使用しなく
ても、所望のブラッグ波長特性を得ることができ、しか
も、モジュール化の際に温度調節システムや断熱空間が
不要となるため、小型で安価な導波路グレーティングモ
ジュールを提供することが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態を示す上面図。
【図２】本発明の一実施形態を示す側面図。
【図３】本発明の一実施形態である石英ガラス系導波路
グレーティング素子が温度変化により変形した状態を示
す説明図。
グレーティング素子が温度変化により変形した状態を示
す説明図。
【図４】温度補償用部材の板厚と導波路グレーティング
素子の温度係数ｄλ／ｄＴとの関係を示す説明図。
素子の温度係数ｄλ／ｄＴとの関係を示す説明図。
１ 石英ガラス基板 １’ クラッド ２ 導波路コア ３ 入力ポート ４ ｄｒｏｐポート ５ ａｄｄポート ６ 出力ポート ７ ＭＭＩ−３dBカプラ ８’ 導波路 ９、９’ グレーティング １０ 温度補償用部材 １１ 応力方向
Claims (3)
- 【請求項１】基板表面に導波路型光回路としてグレーテ
ィングが形成され、上記基板及び上記導波路型光回路が
石英系ガラス材料からなる導波路グレーティング素子に
おいて、上記基板の裏面側に線膨張係数が１５×１０-6
nm／℃より大きい材質からなる部材が接合されているこ
とを特徴とする導波路グレーティング素子。 - 【請求項２】上記部材が、金属板であることを特徴とす
る請求項１に記載の導波路グレーティング素子。 - 【請求項３】上記基板と上記部材とが、弾性率１００kg
f/mm2 以上の接着剤により接合されていることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の導波路グレーティン
グ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27033199A JP2001091767A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 導波路グレーティング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27033199A JP2001091767A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 導波路グレーティング素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091767A true JP2001091767A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17484779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27033199A Pending JP2001091767A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 導波路グレーティング素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001091767A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6993232B2 (en) | 2001-10-10 | 2006-01-31 | Nec Corporation | Waveguide type optical device and manufacturing method thereof |
-
1999
- 1999-09-24 JP JP27033199A patent/JP2001091767A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6993232B2 (en) | 2001-10-10 | 2006-01-31 | Nec Corporation | Waveguide type optical device and manufacturing method thereof |
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