JP2004085939A

JP2004085939A - 光導波路部品の製造方法

Info

Publication number: JP2004085939A
Application number: JP2002247404A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yomo; 四方　朋子; Shibun Ishikawa; 石川　紫文; Takeshi Fukuda; 福田　武司; Takeshi Sakuma; 佐久間　健; Hideyuki Hosoya; 細谷　英行
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】本発明は、低損失で光結合できるモード変換部を精度良く、かつ容易に形成できる光導波路部品の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の光導波路部品１の製造方法は、光導波路部品１のコア２にフェムト秒パルスレーザ５を集光照射し、モード変換部７を形成する光導波路部品１の製造方法であって、該コア２の側方よりフェムト秒パルスレーザ５を集光照射し、該モード変換部７を形成する構成とする。前記モード変換部７を、コアの一方端２ａ側の屈折率が高く、コア２の光の伝搬方向に沿って屈折率が徐々に低減してコア２の屈折率となるように形成することが好ましい。またコアの一方端２ａ側からコア２の光の伝搬方向に沿って、走査速度が連続的に増加するようにフェムト秒パルスレーザ５の集光点６を走査することが好ましい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路のモードフィールド径が異なる光部品を接続する際に、そのモードフィールド径を整合するためのモード変換部を有する光導波路部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に受光素子、発光素子、基板型光導波路部品などの光部品と、光経路となる光ファイバとは、コアの比屈折率差、コア径が異なるため、モードフィールド径が異なった値となる。このため光ファイバを光部品に接続した場合、モードフィールド径の差によって、接続損失が生じる。更に、接続部で信号光の一部が反射され、送信側に到達し、光伝送システムの信号光伝達機能を大幅に低下させてしまうこととなる。このため、このモードフィールド径の差によって生じる不具合を抑えるために、モード変換部を有する光部品が提案されている。モード変換部とは、接続部でのモードフィールド径が、接続する光ファイバなどの光経路や光部品のものと同等となるように、コアの比屈折率差、コア径が調整され、更にこのコアの比屈折率差、コア径が光の伝搬方向に徐々に変化し、光導波路部品のコアと同一の値となるように形成されたものである。これにより光ファイバなどを接続するとき、モードフィールド径の差によって生じる接続損失を低減することができる。
【０００３】
例えば、光ファイバ母材を溶融線引きする際、発生する応力が残留するように光ファイバを製造し、この光ファイバの所望の位置を加熱し、コアの残留応力を緩和してコアの比屈折率差を増加させ、モードフィールド径を小さくすることが開示されている（特許文献１参照。）。これにより加熱処理を行った部分のモードフィールド径のみを小さくして、接続する光ファイバや光部品のモードフィールド径との差を低減することができる。この方法では、加熱時間を制御することによって、残留応力の緩和量を調整でき、これによりモードフィールド径を所望の値とすることができる。しかし、調整できるモードフィールド径の値は、光ファイバ母材のコアとなる部分の比屈折率差によって制限される。このため接続する光ファイバや光部品のモードフィールド径に応じて、光ファイバ母材を用意し、モードフィールド変換機能を有する光ファイバを製造する必要がある。
【０００４】
また、石英系光導波路部品のコアに炭酸ガスレーザを集光照射し、コアに含有されたドーパントをクラッドに拡散させ、これによりモードフィールド径を所望の値にする方法が開示されている（特許文献２参照。）。この方法では、コアにドーパントを含有していない純粋石英コア光ファイバなどには適用できない問題がある。
【０００５】
更に、光部品のコアの一端からフェムト秒パルスレーザを入射させて、一方端側の屈折率が高く、この一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って徐々に屈折率が減少してコアの屈折率となるような屈折率勾配を形成し、モード変換部とする光部品の製造方法が提案されている（特許文献３参照。）。この方法では、４〜６μＪの高強度のパルス光を光部品端面に集光照射するため、光部品端面にアブレーション跡が残る問題がある。他の光部品及び光伝送路との接続部分である端面にアブレーションが生じると接続損失は著しく劣化する。またコアの一端からレーザを照射するため、例えばモード変換部を形成しながら、コアにモニタ光を伝搬させて接続損失を測定することができず、精度良く接続損失のほとんどないモード変換部を形成することができない問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−５１１４７号公報
【特許文献２】
特開平９−２５８０４９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１８２０４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち光部品のモードフィールド整合をとり、低損失で光結合できるモード変換部を精度良く、かつ容易に形成できる光導波路部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、光導波路部品のコアにフェムト秒パルスレーザを集光照射し、モード変換部を形成する光導波路部品の製造方法であって、
該コアの側方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射し、該モード変換部を形成することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、前記モード変換部を、コアの一方端側の屈折率が高く、コアの光の伝搬方向に沿って屈折率が徐々に低減してコアの屈折率となるように形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、コアの一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って、走査速度が連続的に増加するようにフェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、コアの一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って、走査速度が段階的に増加するようにフェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、前記光導波路部品が石英ガラスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１３】
請求項６にかかる発明は、前記光導波路部品が光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の光導波路部品の製造装置を示す。光導波路部品１には、光経路となるコア２が形成された石英ガラスを使用する。コア２は、例えば屈折率を高める効果を有するゲルマニウムなどのドーパントが、所望量添加されて形成されたものである。この光導波路部品１をＸＹＺステージ（図示省略）に固定し、光導波路部品１を精密にｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動できるようにする。光導波路部品１の上方に、チタンサファイアレーザを用いたレーザ装置３を設け、更に対物レンズ４を設置する。このレーザ装置３からフェムト秒パルスレーザ光５を出射し、対物レンズ４により光導波路部品１のコア２に集光照射する。集光点６において、しきい値以上の電場強度が得られると、集光点６付近に屈折率変化が誘起され、コア２の屈折率が増加する。
【００１５】
本実施形態では、集光点６を相対的に走査させ、モード変換部７を形成する。このとき集光点６の走査速度を調整することによって、所望のモード変換部７が形成できる。図２は、予備実験として、純粋石英ガラスにフェムト秒パルスレーザ光を照射したときの屈折率増加量と走査速度との関係を示す。ここで、照射条件は、中心波長８００ｎｍ、パルス幅１８０ｆｓ、繰り返し周波数２００ｋＨｚである。集光点６の走査速度が速いほど、単位面積当たりのフェムト秒パルスレーザ光５の照射回数は減少し、誘起による屈折率増加量は減少することがわかる。本実施形態では、この結果をもとにして、モード変換部７を形成する。
【００１６】
まず光導波路部品１の上方より、コアの一方端２ａにフェムト秒パルスレーザ光５を集光照射し、このコアの一方端２ａでのモードフィールド径が、光導波路部品１に接続する光ファイバや光ファイバアレイなどの光部品のモードフィールド径とほぼ同等とする。
【００１７】
次にレーザ装置３を固定した状態で、ＸＹＺステージ（図示省略）にて光導波路部品１を移動させることによって、集光点６を相対的に走査させる。図３は、本実施形態の集光点６の走査加速度、走査速度と、形成されたモード変換部７の比屈折率差を示す。０．１ｍｍ／ｓ^２の一定の加速度で集光点６を走査する。これにより図３（ｃ）に示されたように、コアの一方端２ａの比屈折率差が高く、この一方端２ａから光の伝搬方向に沿って、比屈折率差が徐々に低減しコア２の比屈折率差となるものとする。このコアの一方端２ａから比屈折率差がコア２となるまでが、モード変換部７となる。フェムト秒パルスレーザ光５の集光点６の走査加速度、走査距離（以下、加工長と示す）を適宜調整することによって、モード変換部７の屈折率勾配を所望のものとすることができる。
【００１８】
本実施形態では、コア２の上方よりフェムト秒パルスレーザ光５を集光照射し、更にこの集光点６を走査してモード変換部７を形成する。このため従来のように、コアの一端面２ａの表面のみからフェムト秒パルスレーザ光５を集光照射するものでなく、これによりコアの一端面２ａの表面にアブレーション跡が残ることが無い。
【００１９】
また接続面となるコアの一方端２ａは、光導波路部品１に接続する光部品のモードフィールド径とほぼ同等のモードフィールド径とする。このため形成されたモード変換部７は、接続面となるコアの一方端２ａでは、モードフィールド径の差による接続損失を抑制できる。更に一定の加速度で集光点６を走査してモード変換部７を形成しており、これにより図３（ｃ）に示されたように、比屈折率差は急激に変化することなく、緩やかな屈折率勾配とすることができる。このためコアの一方端２ａより入射した光は、損失がほとんど無くモード変換部７を伝搬することができる。
【００２０】
また、本実施形態では、光導波路部品１が石英ガラスであり、耐薬品性、耐環境性に優れ、比較的安価で入手しやすく、かつパルスレーザ光５による屈折率の増加量が大きい。これによりモード変換部７を有する光導波路部品１を安価で、容易に製造できる。また石英ガラスを用いることによって、光学特性に優れた光導波路部品１を製造できる。光導波路部品１に代えて光ファイバを用いても同様の効果が得られる。
【００２１】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、集光点６を走査する方法として、対物レンズ４の下部にガルバノミラーを設け、光導波路部品１を固定した状態で、このガルバノミラーの傾斜角度を所望の角速度で変化させる方法であっても構わない。また集光点６は、複数回走査しても構わない。フェムト秒パルスレーザ光５を集光照射したコア２に、再度フェムト秒パルスレーザ光５を集光照射することによって、コア２に再び屈折率変化を誘起させることが可能である。走査回数を増やすことによって、コア２の屈折率を増加させることができる。このため所望の回数走査することで、コア２の屈折率を所望の値として、モード変換部７を形成できる。
【００２２】
このように複数回フェムト秒パルスレーザ光５を走査する場合、一度集光点６を走査した後、モード変換部７の接続損失を測定することが好ましい。例えば、コアの一端部２ａに接続する光部品から出射される光と同等のモードフィールド径を有するモニタ光を、コアの一端部２ａから入射し、この光の接続損失を測定することで得られる。測定されたモード変換部７の接続損失を用いて、目的とする屈折率勾配を有するモード変換部７を形成するためのフェムト秒パルスレーザ光５の照射条件、走査速度などを算出し、この算出した条件に基づいて、再度フェムト秒パルスレーザ光５を集光照射することができる。これにより精度良く目的とするモード変換部７を形成できる。
【００２３】
［第２の実施形態］
本実施形態の光導波路部品１の製造方法の全体構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、フェムト秒パルスレーザ光５の集光点６を段階的に走査する点である。図４は、本実施形態の集光点の走査速度と、形成されたモード変換部の比屈折率差を示す。図４（ａ）に示されたように、集光点６を一定の速度で所望の加工長まで走査し、次に更に速い速度とし、この速度を維持したまま所望の加工長まで走査する。これを繰り返し、モード変換部７を形成する。このようにして形成されたモード変換部７は、図４（ｂ）に示されたように、光の伝搬方向に段階的な変化を持った比屈折率差となる。
【００２４】
［第３の実施形態］
本実施形態の光導波路部品１の製造方法の全体構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、コアの一方端２ａでのモードフィールド径を、このコアの一方端２ａに接続する光ファイバや光ファイバアレイなどの光部品のモードフィールド径とほぼ同等とする際、コアの一方端２ａでの接続損失を測定しながら行う点である。図１において、光導波路部品１に接続する光部品（図示省略）を調心機（図示省略）に固定し、コアの一方端２ａに十分に近づけて対置する。この光部品からコア２に、あるいはコア２から光部品にモニタ光を出射できるようにする。更にコア２の他端又は光部品に、コア２を伝搬したモニタ光の光強度を測定する測定部（図示省略）を設ける。これによりコアの一方端２ａでの接続損失を測定できるようにする。
【００２５】
まず光導波路部品１の上方より、コアの一方端２ａにフェムト秒パルスレーザ光５を集光照射する。次にフェムト秒パルスレーザ光５の照射を止め、コアの一方端２ａに接続する光部品（図示省略）からモニタ光を出射し、このコアの一方端２ａでの接続損失を測定する。接続損失が十分に低減し、このコアの一方端２ａでのモードフィールド径が、接続する光部品（図示省略）のモードフィールド径とほぼ同等となるまで、この作業を繰り返す。本実施形態では、接続面となるコアの一方端２ａでは、モードフィールド径が、接続する光部品（図示省略）のモードフィールド径と同等となるように精度良く形成でき、これによりモードフィールド径の差による接続損失がほとんど発生しない光導波路部品１が実現できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１又は２に係る発明によれば、コアの側方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射することによって、例えば接続する光部品をコアの一方端に対置させ、モニタ光を出射して接続損失を測定しながら、コアの一方端の比屈折率差を調整できる。これにより精度良くコアの一方端のモードフィールド径を調整でき、コアの一方端での接続損失を十分に低減することができる。
【００２７】
また請求項３に係る発明によれば、コアの一方端側の屈折率が高く、コアの光の伝搬方向に沿って屈折率が徐々に低減してコアの屈折率となるように形成することによって、緩やかな屈折率勾配を形成でき、これによりコアの一方端より入射した光は、損失がほとんど無くモード変換部を伝搬することができる。
【００２８】
更に請求項５又は６に係る発明によれば、耐薬品性、耐環境性に優れ、比較的安価で入手しやすく、かつパルスレーザによる屈折率の増加量が大きい。これによりモード変換部を有する光導波路部品を安価で、容易に製造できる。また光学特性に優れた光導波路部品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光導波路部品の製造装置の一例を示す概略模式図である。
【図２】比屈折率差と走査速度との関係の一例を示す図である。
【図３】本実施形態の走査加速度、走査速度と、モード変換部の比屈折率差の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の走査速度と、モード変換部の比屈折率差の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・光導波路部品，２・・・コア，２ａ・・・コアの一方端，５・・・フェムト秒パルスレーザ，６・・・集光点，７・・・モード変換部

Claims

光導波路部品のコアにフェムト秒パルスレーザを集光照射し、モード変換部を形成する光導波路部品の製造方法であって、
該コアの側方よりフェムト秒パルスレーザを集光照射し、該モード変換部を形成することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
前記モード変換部を、コアの一方端側の屈折率が高く、コアの光の伝搬方向に沿って屈折率が徐々に低減してコアの屈折率となるように形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法。
コアの一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って、走査速度が連続的に増加するようにフェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品の製造方法。
コアの一方端側からコアの光の伝搬方向に沿って、走査速度が段階的に増加するようにフェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品の製造方法。
前記光導波路部品が石英ガラスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
前記光導波路部品が光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。