JP2003270466A - 光導波路の製造方法及び光導波路 - Google Patents
光導波路の製造方法及び光導波路Info
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- JP2003270466A JP2003270466A JP2002073026A JP2002073026A JP2003270466A JP 2003270466 A JP2003270466 A JP 2003270466A JP 2002073026 A JP2002073026 A JP 2002073026A JP 2002073026 A JP2002073026 A JP 2002073026A JP 2003270466 A JP2003270466 A JP 2003270466A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導波路のコア部にダメージを与えることな
く短時間で光導波路の調整を行い、精密に調整された高
性能な光導波路を得ること。 【解決手段】 レーザ１からの波長０．５３２ミクロン
の光は、レンズ２で集光されて上部クラッド層３の側か
ら光導波路のコア部４のほぼ上より照射される。この波
長の光は、石英系ガラスに対してほとんど吸収されない
ので、上部クラッド層３とコア部４と下部クラッド層５
とを透過してシリコン基板６へと至る。シリコン基板６
は、この波長の光を吸収するので、シリコン基板６の一
部を局所的に熱することになる。この熱によって下部ク
ラッド層５とシリコン基板６の間に結合が切れ、光導波
路作製時に石英系光導波路とシリコン基板の熱膨張係数
の違いにより生じていた応力が一部開放される。その結
果、石英系光導波路の光弾性効果により屈折率および複
屈折が変化することとなる。
く短時間で光導波路の調整を行い、精密に調整された高
性能な光導波路を得ること。 【解決手段】 レーザ１からの波長０．５３２ミクロン
の光は、レンズ２で集光されて上部クラッド層３の側か
ら光導波路のコア部４のほぼ上より照射される。この波
長の光は、石英系ガラスに対してほとんど吸収されない
ので、上部クラッド層３とコア部４と下部クラッド層５
とを透過してシリコン基板６へと至る。シリコン基板６
は、この波長の光を吸収するので、シリコン基板６の一
部を局所的に熱することになる。この熱によって下部ク
ラッド層５とシリコン基板６の間に結合が切れ、光導波
路作製時に石英系光導波路とシリコン基板の熱膨張係数
の違いにより生じていた応力が一部開放される。その結
果、石英系光導波路の光弾性効果により屈折率および複
屈折が変化することとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の製造方
法及び光導波路に関し、より詳細には、基板上に形成さ
れた光導波路を通る光の位相、複屈折量、偏波結合量を
調整する光導波路の製造方法及び光導波路に関する。
法及び光導波路に関し、より詳細には、基板上に形成さ
れた光導波路を通る光の位相、複屈折量、偏波結合量を
調整する光導波路の製造方法及び光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の合分波やスイッチングなど種々の機
能を実現できる光導波路型デバイスは、現在の光通信を
支える重要な光部品である。しかしながら、近年の光通
信システムの進展に伴い、光導波路デバイスにも一層の
高性能化が求められており、プロセスの不完全性による
性能劣化および歩留まりの低下が大きな問題となってき
ている。
能を実現できる光導波路型デバイスは、現在の光通信を
支える重要な光部品である。しかしながら、近年の光通
信システムの進展に伴い、光導波路デバイスにも一層の
高性能化が求められており、プロセスの不完全性による
性能劣化および歩留まりの低下が大きな問題となってき
ている。
【０００３】さらに、例えば、シリコン基板上に形成さ
れた石英系光導波路では、シリコンと石英系ガラスの熱
膨張係数の差異により、光導波路が本質的に複屈折を有
しており、これにより、干渉型の光回路を構成したとき
には、光導波路型デバイスが偏波依存性損失（ＰＤＬ）
を持つという問題もあった。
れた石英系光導波路では、シリコンと石英系ガラスの熱
膨張係数の差異により、光導波路が本質的に複屈折を有
しており、これにより、干渉型の光回路を構成したとき
には、光導波路型デバイスが偏波依存性損失（ＰＤＬ）
を持つという問題もあった。
【０００４】この問題を解決するために、特に、石英系
光導波路についての位相および複屈折の調整手法が種々
提案されている。例えば、特開平６−５１１４５号公報
「光回路及び製造方法」では、紫外線照射による光位相
および複屈折の調整手法が示されている。この手法では
Ｇｅを添加された石英系光導波路に紫外線（波長０．２
４８ミクロン）を照射することにより、色中心欠陥生成
および密度変化に起因する屈折率および複屈折変化を生
じさせている。
光導波路についての位相および複屈折の調整手法が種々
提案されている。例えば、特開平６−５１１４５号公報
「光回路及び製造方法」では、紫外線照射による光位相
および複屈折の調整手法が示されている。この手法では
Ｇｅを添加された石英系光導波路に紫外線（波長０．２
４８ミクロン）を照射することにより、色中心欠陥生成
および密度変化に起因する屈折率および複屈折変化を生
じさせている。
【０００５】図１（ａ），（ｂ）は、従来の光導波路の
調整法を示す図で、図１（ａ）は、紫外線による光導波
路の調整法の概念図を示した図で、図１（ｂ）は、炭酸
ガスレーザによる光導波路の調整法の概念図を示した図
である。図中符号１１はクラッド、１２は基板、１３は
コアを示している。図１（ａ）において、Ｇｅを添加し
た部分（一般にはコア）のみが選択的に変化する。ま
た、図１（ｂ）において、光導波路の表面付近が変化す
るが、その深さは光強度による。
調整法を示す図で、図１（ａ）は、紫外線による光導波
路の調整法の概念図を示した図で、図１（ｂ）は、炭酸
ガスレーザによる光導波路の調整法の概念図を示した図
である。図中符号１１はクラッド、１２は基板、１３は
コアを示している。図１（ａ）において、Ｇｅを添加し
た部分（一般にはコア）のみが選択的に変化する。ま
た、図１（ｂ）において、光導波路の表面付近が変化す
るが、その深さは光強度による。
【０００６】炭酸ガスレーザによる光導波路の調整法に
ついては、すでに提案された特願２００１−４２１４８
号の「光デバイスおよびその所定の透過特性を修正する
手法」に、石英系光導波路に炭酸ガスレーザからの光
（波長１０．６ミクロン）を照射し、光導波路の表面に
非常に強い歪みや変形を生じさせ、その影響でコア部の
屈折率および複屈折変化を生じさせることが示されてい
る。
ついては、すでに提案された特願２００１−４２１４８
号の「光デバイスおよびその所定の透過特性を修正する
手法」に、石英系光導波路に炭酸ガスレーザからの光
（波長１０．６ミクロン）を照射し、光導波路の表面に
非常に強い歪みや変形を生じさせ、その影響でコア部の
屈折率および複屈折変化を生じさせることが示されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光導波路の調整法には以下のような問題点が
あった。図１（ａ）に示した紫外線による光導波路の調
整法では、一箇所の位相あるいは複屈折を調整するため
の時間が数十分から数時間かかる問題点があった。光導
波路型デバイスを量産する工程では、このような長時間
にわたる調整は著しく生産性を低下させる。
うな従来の光導波路の調整法には以下のような問題点が
あった。図１（ａ）に示した紫外線による光導波路の調
整法では、一箇所の位相あるいは複屈折を調整するため
の時間が数十分から数時間かかる問題点があった。光導
波路型デバイスを量産する工程では、このような長時間
にわたる調整は著しく生産性を低下させる。
【０００８】また、図１（ｂ）に示した炭酸ガスレーザ
による光導波路の調整法では、光導波路の表面に非常に
強い歪みや変形を生じさせるために光導波路のコア部に
ダメージを与える問題点があった。このダメージは光導
波路デバイスの損失増加を招くために、炭酸ガスレーザ
の出力パワーを精密に制御する必要があった。
による光導波路の調整法では、光導波路の表面に非常に
強い歪みや変形を生じさせるために光導波路のコア部に
ダメージを与える問題点があった。このダメージは光導
波路デバイスの損失増加を招くために、炭酸ガスレーザ
の出力パワーを精密に制御する必要があった。
【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、光導波路のコア部
にダメージを与えることなく短時間で光導波路の調整が
行えるような、精密に調整された高性能な光導波路の製
造方法及び光導波路を提供することにある。
たもので、その目的とするところは、光導波路のコア部
にダメージを与えることなく短時間で光導波路の調整が
行えるような、精密に調整された高性能な光導波路の製
造方法及び光導波路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上
に複数の層を形成する光導波路の製造方法であって、該
光導波路の製造工程中または製造工程後に、前記光導波
路の複数の層にはほとんど吸収されずに前記基板には大
部分が吸収される波長の光を前記基板上の前記光導波路
に照射し、該光導波路を通る光の位相、複屈折量、偏波
結合量を調整したことを特徴とする。
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上
に複数の層を形成する光導波路の製造方法であって、該
光導波路の製造工程中または製造工程後に、前記光導波
路の複数の層にはほとんど吸収されずに前記基板には大
部分が吸収される波長の光を前記基板上の前記光導波路
に照射し、該光導波路を通る光の位相、複屈折量、偏波
結合量を調整したことを特徴とする。
【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記光導波路のコア部の直上位
置から前記光を照射したことを特徴とする。
に記載の発明において、前記光導波路のコア部の直上位
置から前記光を照射したことを特徴とする。
【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記光導波路のコア部の直上よ
りずらした位置から前記光を照射したことを特徴とす
る。
に記載の発明において、前記光導波路のコア部の直上よ
りずらした位置から前記光を照射したことを特徴とす
る。
【００１３】また、請求項４に記載の発明は、請求項
１，２又は３に記載の発明において、前記基板上の光導
波路に光を照射した後に熱アニールを行ったことを特徴
とする。
１，２又は３に記載の発明において、前記基板上の光導
波路に光を照射した後に熱アニールを行ったことを特徴
とする。
【００１４】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至４いずれかに記載の発明において、前記基板がシリ
コン基板で、前記光導波路の複数の層が石英系ガラスで
あることを特徴とする。
乃至４いずれかに記載の発明において、前記基板がシリ
コン基板で、前記光導波路の複数の層が石英系ガラスで
あることを特徴とする。
【００１５】また、請求項６に記載の発明は、請求項１
乃至５いずれかに記載の発明において、前記照射する光
の波長が、０．３８ミクロン以上、１．１ミクロン以下
であることを特徴とする。
乃至５いずれかに記載の発明において、前記照射する光
の波長が、０．３８ミクロン以上、１．１ミクロン以下
であることを特徴とする。
【００１６】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
乃至６いずれかに記載の光導波路の製造方法によって作
製されたことを特徴とする。
乃至６いずれかに記載の光導波路の製造方法によって作
製されたことを特徴とする。
【００１７】つまり、本発明は、基板上に形成された光
導波路を、光導波路にはほとんど吸収されず基板に大部
分が吸収される波長の光を照射して、光導波路を通る光
の位相、複屈折量、偏波結合量を調整することを特徴と
している。
導波路を、光導波路にはほとんど吸収されず基板に大部
分が吸収される波長の光を照射して、光導波路を通る光
の位相、複屈折量、偏波結合量を調整することを特徴と
している。
【００１８】このようにして基板の一部のみを局所的に
加熱すると、基板と光導波路の間の結合状態を選択的に
変化させることができ、結果として光導波路のコア部に
ダメージを与えることなく位相、複屈折および偏波結合
量を調整することが可能となる。また、調整に要する時
間も短くなる。
加熱すると、基板と光導波路の間の結合状態を選択的に
変化させることができ、結果として光導波路のコア部に
ダメージを与えることなく位相、複屈折および偏波結合
量を調整することが可能となる。また、調整に要する時
間も短くなる。
【００１９】また、シリコン基板上に形成された石英系
光導波路では、波長０．３８ミクロンから１．１ミクロ
ンの光を照射することで上述した目的が達せられる。ま
た、光照射後の光導波路を熱アニールすることで、調整
された位相、複屈折および偏波結合量を安定に維持する
ことが可能となる。
光導波路では、波長０．３８ミクロンから１．１ミクロ
ンの光を照射することで上述した目的が達せられる。ま
た、光照射後の光導波路を熱アニールすることで、調整
された位相、複屈折および偏波結合量を安定に維持する
ことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、以下では光導波路と
してシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例に
とって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼
性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適している
ためである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに
限定されるものではなく、他の材料を用いた基板、他の
材料を用いた光導波路であっても勿論構わない。
施の形態について説明する。なお、以下では光導波路と
してシリコン基板上に形成された石英系光導波路を例に
とって説明する。これは、この組み合わせが安定で信頼
性に優れた光導波路デバイスを作製するのに適している
ためである。しかしながら、本発明はこの組み合わせに
限定されるものではなく、他の材料を用いた基板、他の
材料を用いた光導波路であっても勿論構わない。
【００２１】図２は、本発明の光導波路の製造方法を説
明するための光導波路の調整法についての概略図であ
る。図中符号１は波長０．５３２ミクロンのレーザ、２
はレンズ、３は石英系光導波路の上部クラッド層、４は
石英系光導波路のコア、５は石英系光導波路の下部クラ
ッド層、６はシリコン基板、ａは応力が開放される箇所
を示している。
明するための光導波路の調整法についての概略図であ
る。図中符号１は波長０．５３２ミクロンのレーザ、２
はレンズ、３は石英系光導波路の上部クラッド層、４は
石英系光導波路のコア、５は石英系光導波路の下部クラ
ッド層、６はシリコン基板、ａは応力が開放される箇所
を示している。
【００２２】この実施の形態では、光照射の波長を０．
５３２ミクロンとしたが、これはＮｄ：ＹＡＧレーザか
らの波長１．０６４ミクロンの光を非線形結晶に導くな
どして容易に生成できるからである。しかしながら、本
発明はこの波長に限定されるものではなく、波長０．３
８ミクロンから波長１．１ミクロンまでのいずれの波長
でも実施できる。
５３２ミクロンとしたが、これはＮｄ：ＹＡＧレーザか
らの波長１．０６４ミクロンの光を非線形結晶に導くな
どして容易に生成できるからである。しかしながら、本
発明はこの波長に限定されるものではなく、波長０．３
８ミクロンから波長１．１ミクロンまでのいずれの波長
でも実施できる。
【００２３】また、この実施の形態では、光導波路とし
てコアの四方がクラッドに囲まれた埋め込み型光導波路
を用いるとしたが、これはこの導波路構成が信頼性、光
ファイバとの整合性に優れた光導波路を提供できるから
である。しかしながら、本発明はこの例に限定されるも
のではなく、リッジ型光導波路など他の導波路構成でも
勿論構わない。
てコアの四方がクラッドに囲まれた埋め込み型光導波路
を用いるとしたが、これはこの導波路構成が信頼性、光
ファイバとの整合性に優れた光導波路を提供できるから
である。しかしながら、本発明はこの例に限定されるも
のではなく、リッジ型光導波路など他の導波路構成でも
勿論構わない。
【００２４】さて、この実施の形態おいて、レーザ１か
らの波長０．５３２ミクロンの光は、レンズ２で集光さ
れて上部クラッド層３の側から光導波路のコア部４のほ
ぼ上より照射される。ここで、波長０．５３２ミクロン
の光は、石英系ガラスに対してほとんど吸収されないの
で、上部クラッド層３とコア部４と下部クラッド層５と
を透過してシリコン基板６へと至る。
らの波長０．５３２ミクロンの光は、レンズ２で集光さ
れて上部クラッド層３の側から光導波路のコア部４のほ
ぼ上より照射される。ここで、波長０．５３２ミクロン
の光は、石英系ガラスに対してほとんど吸収されないの
で、上部クラッド層３とコア部４と下部クラッド層５と
を透過してシリコン基板６へと至る。
【００２５】シリコン基板６は、波長０．５３２ミクロ
ンの光を吸収するので、この光は、シリコン基板６の一
部を局所的に熱することになる。この熱によって下部ク
ラッド層５とシリコン基板６の間に結合が切れ、光導波
路作製時に石英系光導波路とシリコン基板の熱膨張係数
の違いにより生じていた応力が一部開放される。その結
果、石英系光導波路の光弾性効果により屈折率および複
屈折が変化することとなる。この効果は、基板６と下部
クラッド層５の間に、レーザ１の波長の光を吸収する層
を設けることでさらに高めることができる。
ンの光を吸収するので、この光は、シリコン基板６の一
部を局所的に熱することになる。この熱によって下部ク
ラッド層５とシリコン基板６の間に結合が切れ、光導波
路作製時に石英系光導波路とシリコン基板の熱膨張係数
の違いにより生じていた応力が一部開放される。その結
果、石英系光導波路の光弾性効果により屈折率および複
屈折が変化することとなる。この効果は、基板６と下部
クラッド層５の間に、レーザ１の波長の光を吸収する層
を設けることでさらに高めることができる。
【００２６】図３は、図２に示した光導波路の調整法に
より調整したときの、レーザ照射回数と光導波路の位相
変化の関係を示した図である。図中の丸印はＴＥ偏光に
対する位相変化量であり、四角印はＴＭ偏光に対する位
相変化量である。この図３より光の位相だけではなく、
複屈折も調整できていることが分かる。
より調整したときの、レーザ照射回数と光導波路の位相
変化の関係を示した図である。図中の丸印はＴＥ偏光に
対する位相変化量であり、四角印はＴＭ偏光に対する位
相変化量である。この図３より光の位相だけではなく、
複屈折も調整できていることが分かる。
【００２７】ここで、レーザ照射を行ったままにした光
導波路を、温度８０℃、湿度９０％の環境下に放置した
ところ、２０００時間経過後に１０％程度の位相変化が
生じているのが確認された。これに対して、レーザ照射
後に５００℃で３時間熱アニールを行ったところ、その
後の位相変化は３％以内に収めることができた。
導波路を、温度８０℃、湿度９０％の環境下に放置した
ところ、２０００時間経過後に１０％程度の位相変化が
生じているのが確認された。これに対して、レーザ照射
後に５００℃で３時間熱アニールを行ったところ、その
後の位相変化は３％以内に収めることができた。
【００２８】図４は、本発明の光導波路の製造方法を説
明するための他の光導波路の調整法についての概略図で
ある。図中の符号は図２に示したものと同じである。こ
こでは、コア部４の上ではなく、少しずらした位置から
光を照射している。このようにすることで、コア部４の
下よりずれた位置で下部クラッド層５とシリコン基板６
の間の結合がきれることになり、光弾性効果による複屈
折の軸を傾けることが可能となる。
明するための他の光導波路の調整法についての概略図で
ある。図中の符号は図２に示したものと同じである。こ
こでは、コア部４の上ではなく、少しずらした位置から
光を照射している。このようにすることで、コア部４の
下よりずれた位置で下部クラッド層５とシリコン基板６
の間の結合がきれることになり、光弾性効果による複屈
折の軸を傾けることが可能となる。
【００２９】図５は、図４に示した光導波路の調整法に
より調整を行ったときの、レーザ照射回数と光導波路に
ＴＥ偏光を導いたときのＴＭ偏光へと変換された出力の
関係を示した図である。この図５より複屈折軸が次第に
傾いていくことによって偏波結合量が調整できているこ
とが分かる。
より調整を行ったときの、レーザ照射回数と光導波路に
ＴＥ偏光を導いたときのＴＭ偏光へと変換された出力の
関係を示した図である。この図５より複屈折軸が次第に
傾いていくことによって偏波結合量が調整できているこ
とが分かる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
導波路の製造工程中または製造工程後に、光導波路の複
数の層にはほとんど吸収されずに基板には大部分が吸収
される波長の光を基板上の光導波路に照射し、光導波路
を通る光の位相、複屈折量、偏波結合量を調整したの
で、光導波路のコア部にダメージを与えることなく短時
間で光導波路の調整が行えるため、精密に調整された高
性能な光導波路デバイスを提供することができる。ま
た、生産性の良い光導波路の調整法が提供できる。
導波路の製造工程中または製造工程後に、光導波路の複
数の層にはほとんど吸収されずに基板には大部分が吸収
される波長の光を基板上の光導波路に照射し、光導波路
を通る光の位相、複屈折量、偏波結合量を調整したの
で、光導波路のコア部にダメージを与えることなく短時
間で光導波路の調整が行えるため、精密に調整された高
性能な光導波路デバイスを提供することができる。ま
た、生産性の良い光導波路の調整法が提供できる。
【図１】従来の光導波路の調整法を示す図である。
【図２】本発明の光導波路の製造方法を説明するための
光導波路の調整法についての概略図である。
光導波路の調整法についての概略図である。
【図３】図２に示した光導波路の調整により調整された
光導波路の位相および複屈折の変化を示す図である。
光導波路の位相および複屈折の変化を示す図である。
【図４】本発明の光導波路の製造方法を説明するための
他の光導波路の調整法についての概略図である。
他の光導波路の調整法についての概略図である。
【図５】図４に示した光導波路の調整により調整された
光導波路の偏波結合量変化を示す図である。
光導波路の偏波結合量変化を示す図である。
１ 波長０．５３２ミクロンのレーザ
２ レンズ
３ 石英系光導波路の上部クラッド層
４ 石英系光導波路のコア
５ 石英系光導波路の下部クラッド層
６ シリコン基板
ａ 応力が開放される箇所
１１ クラッド
１２ 基板
１３ コア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 橋詰 泰彰
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 神徳 正樹
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA00 PA11 PA22 QA02
QA04 TA21
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に複数の層を形成する光導波路の
製造方法であって、該光導波路の製造工程中または製造
工程後に、前記光導波路の複数の層にはほとんど吸収さ
れずに前記基板には大部分が吸収される波長の光を前記
基板上の前記光導波路に照射し、該光導波路を通る光の
位相、複屈折量、偏波結合量を調整したことを特徴とす
る光導波路の製造方法。 - 【請求項２】 前記光導波路のコア部の直上位置から前
記光を照射したことを特徴とする請求項１に記載の光導
波路の製造方法。 - 【請求項３】 前記光導波路のコア部の直上よりずらし
た位置から前記光を照射したことを特徴とする請求項１
に記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項４】 前記基板上の光導波路に光を照射した後
に熱アニールを行ったことを特徴とする請求項１，２又
は３に記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項５】 前記基板がシリコン基板で、前記光導波
路の複数の層が石英系ガラスであることを特徴とする請
求項１乃至４いずれかに記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項６】 前記照射する光の波長が、０．３８ミク
ロン以上、１．１ミクロン以下であることを特徴とする
請求項１乃至５いずれかに記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至６いずれかに記載の光導波
路の製造方法によって作製されたことを特徴とする光導
波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073026A JP2003270466A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 光導波路の製造方法及び光導波路 |
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