JP2003329822A - 集光型光スプリッタ及びその作製方法 - Google Patents
集光型光スプリッタ及びその作製方法Info
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Abstract
ズ相互の位置関係が高精度に維持された集積型光スプリ
ッタを得る。 【構成】 この集積型光スプリッタは、パルスレーザ光
の集光照射で形成された複数の屈折率変化領域がガラス
内部に形成されており、屈折率変化領域の一つを回折格
子，他の屈折率変化領域をマイクロレンズとしている。
集光点をガラス試片Ｓの内部に調節したパルスレーザ光
Ｌでガラス試片Ｓを一方向にスキャンしてDammann型グ
レーティングＧ（回折格子）をガラス内部に書き込んだ
後、Ｚ軸方向に集光点を移動させる。次いで、Ｚ軸周り
に光学ガラスを相対的に回転させながらパルスレーザ光
で集光照射してバイナリ−レンズ（マイクロレンズ）を
書き込むことにより作製される。
Description
子，マイクロレンズが一体的に作り込まれた集積型光ス
プリッタ及びその作製方法に関する。
素子である光スプリッタには、光導波路型，回折格子と
マイクロレンズの組合せによる方式等がある。光導波路
型は、Ｙ字を多段に連結させた導波路を作りこむことに
より作製される。光導波路型光スプリッタの作製には、
フォトリソグラフィー技術が採用されており、基板上に
堆積させたガラス膜をエッチングすることにより導波路
パターンを形成し、更にその上にクラッド層を堆積させ
ている。
方式では、回折格子で分岐した光をマイクロレンズによ
って光ファイバに集光・結合させている。回折格子及び
マイクロレンズはそれぞれ別個に作製され、パッケージ
内に実装される。回折格子の作製には、フォトリソグラ
フィーが採用されている。マスクパターンを用いてフォ
トレジストにパターンを転写した後、エッチングするこ
とにより回折格子となる。他方、マイクロレンズの作製
には、イオン交換法等が採用される。回折格子，マイク
ロレンズの実装は、位置決めの許容誤差が数μｍと厳し
いため人手に頼っている現状である。このように、光導
波路型，回折格子，マイクロレンズの作製には多数の工
程が必要とされ、生産性の改善が要求されている。ま
た、素子の組合せに際しては、素子相互を極めて高精度
で位置決めする熟練した技術が要求される。
題を解消すべく案出されたものであり、ガラス内部に集
光点を設定したパルスレーザの照射により集光点近傍の
屈折率が変化することを利用し、回折格子，マイクロレ
ンズを単一の光学ガラス内部に書き込むことにより、工
程を簡略化し、熟練した高度技術も必要とすることな
く、高精度の集積型光スプリッタを提供することを目的
とする。
を達成するため、パルスレーザ光の集光照射で形成され
た複数の屈折率変化領域がガラス内部に形成されてお
り、屈折率変化領域の少なくとも一つを回折格子，残り
の屈折率変化領域の少なくとも一つをマイクロレンズと
している。この集積型光スプリッタは、集光点を光学ガ
ラスの内部に調節したパルスレーザ光で光学ガラスを一
方向にスキャンして回折格子をガラス内部に書き込んだ
後、ガラス厚み方向（Ｚ軸方向）に集光点を移動させ、
Ｚ軸周りに光学ガラスを相対的に回転させながらパルス
レーザ光で集光照射してマイクロレンズを書き込むこと
により作製される。
よってガラス内部に設定し、光学ガラスをパルスレーザ
で照射すると、ガラス表面を疵付けることなく集光点近
傍の屈折率が変化する。このパルスレーザの集光照射に
よってガラス内部に任意のパターンで屈折率変化領域が
形成されるため、屈折率変化のラインを周期的に書き込
むことにより、光分岐用のDammann型グレーティングや
集光用のバイナリ−レンズをガラス内部に直接形成でき
る（特願2001−202300号，特願2001−224862号）。
分岐用素子）やバイナリ−レンズ（集光素子）を単一の
ガラス内部に直接書き込むことにより集積型光スプリッ
タの作製を可能にしたものである。この集積型光スプリ
ッタにおいては、入射光がDammann型グレーティングで
任意個数の光に分岐され、バイナリ−レンズによって光
ファイバに集光・結合される。しかも、単独のプロセス
内で光学的精度でDammann型グレーティング，バイナリ
−レンズが単一のガラス内部に一体的に書き込まれるた
め、Dammann型グレーティング，バイナリ−レンズ相互
の位置関係も高精度に維持される。
ずDammann型グレーティングをガラス内部に書き込む
（図１ａ）。すなわち、ＸＹＺステージ１にガラス試片
Ｓを載置する。ガラス試片Ｓを照射するパルスレーザ光
Ｌは、コンピュータ２で開閉動作が制御されるシャッタ
ー３を経て対物レンズ４を透過する。コンピュータ２
は、シャッター３の開閉をＸＹＺステージ１の移動と同
期させる。
内部に位置するようにパルスレーザ光Ｌを絞り込む。集
光点がガラス試片Ｓ内部に設定されたパルスレーザ光Ｌ
でガラス試片Ｓを集光照射しながらＸＹＺステージ１を
Ｘ軸方向に移動し、パルスレーザ光Ｌの集光照射を繰り
返すと、屈折率が変化した複数の直線部が平行に配列し
た屈折率変化領域からなる一次元のDammann型グレーテ
ィングＧが集光点近傍に形成される。均一な屈折率変化
を誘起させるためには、パルスレーザ光Ｌの強度を適切
な値に調節する必要がある。たとえば、石英ガラスをガ
ラス試片Ｓに使用する場合、ピークパワー密度を１０15
Ｗ／ｃｍ2以下に調整することによりクラックの入らな
い均一な屈折率変化領域が書き込まれる。
に取りパルスレーザ光Ｌの集光照射を繰り返すと、屈折
率が変化した複数の直線部が市松模様に配列された二次
元のDammann型グレーティングも作製できる。二次元のD
ammann型グレーティングは、二次元的な分岐光の生成を
可能にする。また、Dammann型グレーティングＧに代え
て、計算機ホログラム等、他の回折格子も同様なパルス
レーザ光Ｌの集光照射によって作製できる。
後、ＸＹＺステージ１をＺ軸方向に移動し、ＸＹＺステ
ージ１をＺ軸周りに回転させながらパルスレーザ光Ｌで
ガラス試片Ｓを集光照射し、Ｚ軸を中心とする同心円状
軌跡に沿って集光点を移動させるとき、ガラス内部のDa
mmann型グレーティングＧから離れた位置にバイナリ−
レンズＢが書き込まれる（図１ｂ）。Dammann型グレー
ティングＧからバイナリ−レンズＢまでの距離は、Ｚ軸
方向に沿ったＸＹＺステージ１の移動量によって調整で
きる。バイナリ−レンズＢの書込みに際しても、クラッ
クの入らない均一な屈折率変化領域が形成されるように
ピークパワー密度を１０15Ｗ／ｃｍ2以下に調節するこ
とが好ましい。
向に移動させる簡単な操作により、Dammann型グレーテ
ィングＧに続けてバイナリ−レンズＢが書き込まれる。
そのため、従来のように素子相互の位置決めが一切不要
になり、Dammann型グレーティングＧ、バイナリ−レン
ズＢの間に高精度の位置関係が確保され、極めて性能の
高い集積型光スプリッタが得られる。
合成石英ガラスをガラス試片Ｓに使用した。４ｍｍ×４
ｍｍの面が底面となるように、ガラス試片ＳをＸＹＺス
テージ１に載置し、底面から０.５ｍｍの位置に対物レ
ンズ４の焦点を調節した。対物レンズ４には、１０×
（ＮＡ＝０.３）を用いた。波長８００ｎｍ，パルス幅
１.３×１０-13秒，繰返し周期２００ｋＨｚのパルスレ
ーザ光Ｌを描画に使用した。適切な屈折率変化を誘起さ
せるため、パルスレーザ光Ｌの平均出力を２５０ｍＷ，
描画のスキャン速度を２５μｍ／秒に設定した。
４５.６μｍの１×２Dammann型グレーティングＧをガラ
ス内部に書き込んだ。次いで、ＸＹＺステージ１をＺ軸
方向に９ｍｍ移動させ、ＸＹＺステージ１を回転させな
がら同じパルスレーザ光Ｌの集光照射により波長６３３
ｎｍで焦点距離９ｍｍのバイナリ−レンズＢを書き込ん
だ。一般的な光ファイバ用Ｖ溝の間隔が２５０μｍであ
ることから、バイナリ−レンズＢの焦点面において２５
０μｍ離れて二つの分岐光が結像するようにDammann型
グレーティングＧ及びバイナリ−レンズＢを設計した。
Ｓを観察したところ、ガラス内部にDammann型グレーテ
ィングＧ、バイナリ−レンズＢが形成された集積型光ス
プリッタになっており、ガラス表面には何らの疵付きも
検出されなかった（図２）。実際に集積型光スプリッタ
にＨｅ−Ｎｅレーザを入射させ、出射光をバイナリ−レ
ンズＢの焦点面でＣＣＤカメラにより撮影した。その結
果、結像及び強度分布を示す図３にみられるように、設
計通り約２５０μｍの間隔で二つの分岐光が確認され
た。
内部に調節したパルスレーザ光の集光照射によってガラ
ス内部の所定位置を局部的に屈折率変化させ、回折格
子，マイクロレンズがガラス内部に一体的に書き込まれ
た集積型光スプリッタを得ている。その結果，フォトリ
ソグラフィーを使用した従来の作製法に比較して工程数
を大幅に削減でき、人手による素子相互の位置決めも不
要になるため、全体として大幅な製造コストの削減が図
られる。更には、回折格子，マイクロレンズ以外の光素
子を集積化することも可能であり、三次元光集積素子の
展開が図られる。
バイナリ−レンズＢの書込み（ｂ）を説明する図
示す斜視図（ａ），Dammann型グレーティング（ｂ）及
びバイナリ−レンズ（ｃ）
布（ｂ）を示す写真
ー，４：対物レンズ Ｓ：ガラス試片，Ｇ：Dammann型グレーティング，Ｂ：
バイナリ−レンズ
Claims (2)
- 【請求項１】 パルスレーザ光の集光照射で形成された
複数の屈折率変化領域がガラス内部に形成されており、
屈折率変化領域の少なくとも一つを回折格子，残りの屈
折率変化領域の少なくとも一つをマイクロレンズとする
ことを特徴とする集積型光スプリッタ。 - 【請求項２】 集光点を光学ガラスの内部に調節したパ
ルスレーザ光で光学ガラスを一方向にスキャンして回折
格子をガラス内部に書き込んだ後、ガラス厚み方向（Ｚ
軸方向）に集光点を移動させ、Ｚ軸周りに光学ガラスを
相対的に回転させながらパルスレーザ光で集光照射する
ことによりマイクロレンズを書き込むことを特徴とする
集積型光スプリッタの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002138035A JP4294261B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 集光型光スプリッタ及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002138035A JP4294261B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 集光型光スプリッタ及びその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003329822A true JP2003329822A (ja) | 2003-11-19 |
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP4294261B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005292382A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Kazuyuki Hirao | 光学素子及びその製造方法並びに光学装置 |
| CN104777538A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 衍射光相位可控的二维达曼光栅 |
| CN113118652A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 兼容大焦深、高分辨率的多焦点并行激光划片设备 |
-
2002
- 2002-05-14 JP JP2002138035A patent/JP4294261B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7515803B2 (en) | 2004-03-31 | 2009-04-07 | Kazuyuki Hirao | Optical element, manufacturing method thereof, and optical device |
| CN104777538A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 衍射光相位可控的二维达曼光栅 |
| CN113118652A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 兼容大焦深、高分辨率的多焦点并行激光划片设备 |
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