JP2004325902A - 格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で透過中心波長の変化量が大きい格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】キャビティ部43を高屈折率媒質層44aとする簡単な構成により、透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ40及びこれを用いたアレイ型波長合分波器80が得られる。
【選択図】 図1
【解決手段】キャビティ部43を高屈折率媒質層44aとする簡単な構成により、透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ40及びこれを用いたアレイ型波長合分波器80が得られる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶を用いた光部品およびフォトニック結晶を応用した光デバイス、通信用フィルタに関する光デバイス、あるいはそれら光部品、光デバイスを適用した光システムに関し、特に格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、フォトニック結晶について簡単に説明する。
【0003】
フォトニック結晶とは、屈折率が異なる2種類の透明媒質を、各透明媒質の平均波長の1/2程度の格子間隔で1〜3次元の周期構造としたものである。すなわち、直交座標軸のうちの少なくとも一つの座標軸方向に格子定数が周期的に変化している結晶である(格子変調型のフォトニック結晶)。
【0004】
3次元のフォトニック結晶の場合、簡単に言えばナノスケールの3次元市松模様である。1次元、2次元、3次元のフォトニック結晶を模式的に示すと、図8(a)、(b)、(c)のようになる。
【0005】
図8(a)は1次元のフォトニック結晶の模式図であり、図8(b)は2次元のフォトニック結晶の模式図であり、図8(c)は3次元のフォトニック結晶の模式図である。
【0006】
図8(a)に示すフォトニック結晶1は、直交座標軸のうち一つの座標軸方向(図8(a)ではZ軸方向)にのみ屈折率の周期性を有している。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層2a及び低屈折率媒質層2bがZ軸方向に交互に積層されている。
【0007】
図8(b)に示すフォトニック結晶3は、二つの座標軸方向(この場合、X軸方向及びZ軸方向)に屈折率の周期性を有している。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層4a及び低屈折率媒質層4bがX軸方向及びZ軸方向に交互に積層されている。
【0008】
図8(c)に示すフォトニック結晶5は、全座標軸方向(この場合、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)に屈折率の周期性を有する。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層6a及び低屈折率媒質層6bがX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に交互に積層されている。
【0009】
次に光通信の背景について説明する。
【0010】
近年、インターネットや携帯型電話などのデータ通信量の増大に伴い、光ファイバ伝送路の容量拡大が要求されている。そのためには、変調速度を上げる時分割多重方式(TDM:Time Division Multiplexing)と、1本の光ファイバに異なる波長の光信号をのせる波長多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing)とがあり、容量拡大の要求に対応するため、TDMによる高速化と、WDMによる高密度波長多重化とが同時に進められている。
【0011】
WDM方式における波長の合分波には多層膜フィルタを組み合わせた方法と、アレイ型波長合分波器(AWG:Arrayed Wavelength Grating)を用いた方法とがあり、AWGは40波長程度の波長数の光信号を1素子で合分波できる特長を有している。
【0012】
以下では格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタを単にフォトニック結晶フィルタと略す。
【0013】
次にAWGの従来技術について説明する。
【0014】
上記AWGは製造誤差に起因するクロストークが存在し、このクロストークは合分波する光信号の波長数が多くなればなるほど重畳される。そのため、該クロストークの損失はその光信号の波長数の増加に伴い増大する。該クロストークの損失は、波長数が十数波長程度では許容されるが、数十、数百となった場合は無視できなくなる。
【0015】
クロストークを抑圧する方法としてAWGとフォトニック結晶波長選択フィルタとを組み合わせる方法がある。
【0016】
図9は本発明の前提となった波長合分波器の概念図である。
【0017】
同図に示す波長合分波器7は、AWG本体8と、AWG本体8の各分波側導波路9aに光学的に接続されたフォトニック結晶波長選択フィルタ(以下「フォトニック結晶フィルタ」という)10を有するフィルタ部11とで構成されている。
【0018】
AWG本体8は、矢印12方向に波長多重光信号が入射される合波側導波路(図では入力導波路)13、一端(図では左端)が入力導波路13に接続された第1のスラブ型導波路(この場合、入力側スラブ導波路)14、この入力側スラブ導波路14の他端に一端が接続され所定の長さずつ長さの異なる複数のチャネル型光導波路からなるアレイ型光導波路(以下「アレイ導波路」という)15、このアレイ導波路15の各チャネル型光導波路の他端に一端が接続された第2のスラブ型光導波路(以下「出力側スラブ導波路」という)16、及びこの出力側スラブ導波路16の他端に一端が接続された複数の分波側導波路(以下「出力導波路」という)17aからなる分波側導波路群(以下「出力導波路群」という)17を基板18上に形成したものである。
【0019】
フィルタ部11は、一端(図では左端)がAWG本体8の各出力導波路17aの他端にそれぞれ接続され途中で分断された光ファイバ19(19a,19b)と、分断された光ファイバ19a,19b間にコリメート用レンズ20a,20bを介して挿入されたフォトニック結晶フィルタ10と、フォトニック結晶フィルタ10、光ファイバ19a,19b及びコリメート用レンズ20a,20bを保持するV溝台21とで構成されている。その出力光ファイバ19の途中分断部にフォトニック結晶フィルタ10を挿入する。
【0020】
AWG7の各光ファイバ19bの出力端側には矢印20で示す分波された光信号を受光する複数のフォトダイオード(PD)23が配置されている。
【0021】
光ファイバ(図示せず)から入力した広帯域のスペクトルを有する光信号12は、入力導波路13、入力側スラブ導波路14、アレイ導波路15、出力側スラブ導波路16、出力導波路17aを通過して光ファイバ19(19a)から出力され、フォトニック結晶フィルタ10および光ファイバ19bを通過してフォトダイオード23に達する。
【0022】
ここで、入力側スラブ導波路14および出力側スラブ導波路16はレンズとして作用し、アレイ導波路15はプリズムとして作用する。
【0023】
AWG本体8の各出力導波路17aから出力した光信号を受光するAWG本体8側の光ファイバ19aをアレイ状に配置した光ファイバアレイ19aaと、光ファイバアレイ19aaと光学的に接続されるPD23側の光ファイバ19bをアレイ状に配置した光ファイバアレイ19baとを、対向する端面同士の間隔が500μmとなるように離して、V溝23が形成されたV溝台21の上で接続する。V溝23の本数は光ファイバ19a(19b)の本数と同数とする。V溝台21の光ファイバアレイ19aaと光ファイバアレイ19baとの接続部に設けられた空間に格子変調型フォトニック結晶フィルタ10をUV樹脂あるいは接着剤を用いて挿入する。
【0024】
出力ファイバ分断部へ挿入する該フォトニック結晶フィルタ10は、一方の主面にサブミクロンオーダーの多数の凹凸が面方向に2次元周期的に形成されたフィルタ用基板のその主面上に、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層と低屈折率媒質層とをその主面の法線方向に交互に積層して形成したものである。フォトニック結晶フィルタ10の凹凸の周期を格子定数とした場合、格子定数の異なる領域がフィルタ用基板上にアレイ状に形成される。
【0025】
フォトニック結晶フィルタ10の主な特長は、厚さ方向の膜構造を同一構造として格子定数を領域によって様々な値としながら増加させていくことによって、フィルタ用基板の主面に垂直な方向に光信号を入出力させた時の透過波長が長波長側に変化するということである(例えば、特許文献1参照)。そのフォトニック結晶フィルタ10の機能は、いわば単純な多層膜からなるバンドパスフィルタをアレイ状に配置して1枚のフィルタ用基板上に形成したものと考えて良い。
【0026】
それまでの技術を図10(a)、(b)に示す。
【0027】
図10(a)はバンドパスフィルタのミラー部およびキャビティ部の高屈折率層と低屈折率層の膜厚を変化させた場合の模式図であり、(b)は(a)に示した各バンドパスフィルタの透過波長の変化を示す模式図である。図10(b)において横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。
【0028】
図10(a)に示すようにバンドパスフィルタ30−1は、透明なフィルタ用基板26の一方の主面(図では上側の面)に、一対のミラー部27a,27bがキャビティ部28を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層29a及び低屈折率媒質層29bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板26の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するものである。図10(a)に示すように高屈折率媒質層29a及び低屈折率媒質層29bの厚さを異ならせたバンドパスフィルタ30−1〜30−3が配置されている。
【0029】
図10(b)に示すように、各バンドパスフィルタ30−1〜30−3は各フォトニック結晶30−1〜30−3の透過波長λ1,λ2,λ3に対応した波長近傍に透過率のピークを有している。
【0030】
ところで、従来の技術では、図10(a)に示すように、ミラー部27a,27bおよびキャビティ部28の各高屈折率媒質層および各低屈折率媒質層の膜厚を変化させないと透過波長を変化させることができなかった。その場合、バッジ方式を用いて各バンドパスフィルタを別バッチでその種類数と同じバッチ数分だけ作製する必要があった。例えば40チャンネルAWG本体と組み合わせるフィルタを作製するにはバンドパスフィルタを40種類作製する必要があった。
【0031】
上記のようにAWG本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせると、全損失はそれぞれの素子の損失を加算したものになるので、図11のようにクロストークの損失は−70dB以下となる。
【0032】
なお、図11は波長合分波器、フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを表す図であり、横軸が波長を示し、縦軸が透過率を示している。曲線L1はAWG本体の光学スペクトルを示し、曲線L2はフォトニック結晶フィルタの光学スペクトルを示し、曲線L3はこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを示す。
【0033】
また、該格子変調型のフォトニック結晶フィルタを使用することで、出力導波路に対して垂直に挿入することができるため、損失のバラツキ、偏波依存性は発生しない。
【0034】
【特許文献1】
特開2001−91701号公報
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、フォトニック結晶フィルタの格子定数を変化させた際の透過中心波長の変化量が最大10nmであった。
【0036】
図12(a)に示すようにフォトニック結晶フィルタ83は、透明なフィルタ用基板84の一方の主面(図では上面)に、一対のミラー部86a,86bが一つのキャビティ部87を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層85a及び低屈折率媒質層85bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板84の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力するようになっている。そのフォトニック結晶フィルタ83の透過中心波長の変化の様子を図12(b)に示す。
【0037】
図12(a)は格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタの外観斜視図であり、図12(b)は図12(a)に示したフォトニック結晶波長選択フィルタの波長−損失特性を示す図である。図12(b)において、横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示している。図12(a)において曲線L4は格子定数が0.4μm、曲線L5は格子定数が0.5μm、曲線L6は格子定数が0.6μm、曲線L7は格子定数が0.8μmの場合をそれぞれ示す。
【0038】
24ch100GHzのAWG本体を使用した場合、透過中心波長の変化量は、格子定数が0.8のとき24×0.8=19.2nm必要であるが、図12(a)に示したフォトニック結晶フィルタを用いると、短波長側10nm、および長波長側10nmで2種類必要であった。また、40ch100GHzのAWG本体を使用した場合には透過中心波長の変化量は40×0.8=32.0nmであるので、作製しなければならないフォトニック結晶フィルタの種類は短波長側から10nmずつ区切ると4種類となる。よって、バッチ数としては4バッチの成膜が必要となり、実装する際は4種類のフォトニック結晶フィルタをそれぞれ実装しなければならなかったという問題があった。
【0039】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で透過中心波長の変化量が大きい格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【0040】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を備えた格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタにおいて、キャビティ部が高屈折率媒質層からなるものである。
【0041】
請求項1に記載の構成によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタが得られる。
【0042】
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなるのが好ましい。
【0043】
請求項2に記載の構成によれば、石英系光ファイバと同程度の屈折率とすることができ、波長合分波器本体の出力端あるいは光ファイバとの接続損失を低減することができる。
【0044】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されていてもよい。
【0045】
請求項3に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0046】
請求項4の発明は、合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体と、透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を有する格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタとを備えたアレイ型波長合分波器において、キャビティ部が高屈折率媒質層からなるものである。
【0047】
請求項4に記載の構成によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができる。
【0048】
請求項5の発明は、請求項4に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなるのが好ましい。
【0049】
請求項5に記載の構成によれば、石英系光ファイバと同程度の屈折率とすることができ、波長合分波器本体の出力端あるいは光ファイバとの接続損失を低減することができる。
【0050】
請求項6の発明は、請求項4または5に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されていてもよい。
【0051】
請求項6に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することにより、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0052】
請求項7の発明は、透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力すべくフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層する格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法において、キャビティ部が高屈折率媒質層となるように高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成するものである。
【0053】
請求項7に記載の方法によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型のアレイ型波長合分波器が得られる。
【0054】
請求項8の発明は、請求項7に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後でフォトニック結晶を形成してもよい。
【0055】
請求項8に記載の方法によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0056】
請求項9の発明は、請求項7または8に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製するのが好ましい。
【0057】
請求項9に記載の方法によれば、工業的に量産が容易となる。
【0058】
請求項10の発明は、合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体を基板上に形成してアレイ型波長合分波器本体を得、透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力すべくフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層して格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタを得、波長合分波器本体と格子変調型フォトニック結晶フィルタとを組み合わせるアレイ型波長合分波器の製造方法において、キャビティ部が高屈折率媒質層となるように高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成するものである。
【0059】
請求項10に記載の方法によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型のアレイ型波長合分波器が得られる。
【0060】
請求項11の発明は、請求項10に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後でフォトニック結晶を形成してもよい。
【0061】
請求項11に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0062】
請求項12の発明は、請求項10または11に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製するのが好ましい。
【0063】
請求項12に記載の方法によれば、工業的に量産が可能となる。
【0064】
なお、フォトニック結晶に用いる材料は、Ta2O5、Nb2O5、SiO2などの酸化物、Si、Geなどの半導体が有力候補である。現在すでに製品化されている誘電体多層膜型のバンドパスフィルタに用いられている材料は、Ta2O5/SiO2、Nb2O5/SiO2などの酸化物の組合せである。また、入射光を導入する入射側光ファイバと出射光を取り出す出射側光ファイバは汎用的なシングルモード光ファイバ(SMF:Single Mode Fiber)を用いることができる。
【0065】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0066】
図1は本発明の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの一実施の形態を示す模式図である。
【0067】
同図に示す格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ(以下「フォトニック結晶フィルタ」という)40は、一方の主面(図では上側の面)に多数の凹凸が縦横に周期的に形成された透明なフィルタ用基板41と、フィルタ用基板41の一方の主面に、一対のミラー部42a,42bが一つのキャビティ部43を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層44a及び低屈折率媒質層44bが交互に積層された3次元のフォトニック結晶47とを備えた格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタであって、キャビティ部43が高屈折率媒質層44aからなるバンドパスフィルタである。
【0068】
フィルタ用基板41はSiまたはSiO2(石英)を用いることができる。本実施の形態では、フィルタ用基板41として通信波長帯1.3μm〜1.7μmで透明な石英基板を用いた。
【0069】
入射光としての波長多重光信号45はフォトニック結晶フィルタ40の基板面上部から下部へ基板面に対して(一方の主面から他方の主面へ)垂直に伝搬して光信号46として出力する。
【0070】
次に図1に示したフォトニック結晶フィルタを複数配列したフィルタについて述べる。
【0071】
図2(a)は図1に示したフォトニック結晶フィルタを一つのフィルタ用基板に面方向に沿って一列に複数箇所形成するためのフィルタ用基板の模式図であり、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線断面図であり、図2(c)は図2(a)のIIc−IIc線断面図である。
【0072】
図2(a)に示すフィルタ48における格子定数が異なる各格子定数の領域(各チップ)49a〜49dのサイズは、AWG本体の出力導波路の代表的なコア径約8μm×8μm(Δ0.75%)とし、各領域49a〜49dの間隔は約250μmとした。
【0073】
フィルタ用基板としての石英基板50の表面の構造は、電子ビーム露光によるフォトリソグラフィーとドライエッチングとにより、x,y方向でラインアンドスペース(Line&Space)パターン状に、言い換えれば網目模様のパターンに加工される(チップ化)。その網目模様は、x方向およびy方向の両方向にラインとスペースとが交互に形成されている構造である。x方向のピッチ間隔Lx(格子定数)は、ラインアンドスペースパターンの一つのライン幅と一つのスペース幅とを加えた値であり、x方向のライン幅及びスペース幅をLine−x,Space−xとし、y方向のライン幅及びスペース幅をLine−y,Space−yとすると、x軸向のピッチ間隔Lxは数1式で表され、Y軸方向のピッチ間隔Lyは数2式で表される。
【0074】
【数1】
Lx=(Line−x)+(Space−x)
【0075】
【数2】
Ly=(Line−y)+(Space−y)
本実施の形態ではLx=Ly=0.2μm〜0.8μmとした。
【0076】
表面加工された石英基板50上にバイアススパッタリング法により、Ta2O5膜とSiO2膜とが交互に積層される。
【0077】
ここで、バイアススパッタリング法を簡単に説明すると、ターゲットに高周波(R.F.)電力を印加させるだけではなく、フィルタ用基板としての石英基板50にも高周波電力を印加しながら、スパッタリングデポジッションとフィルタ用基板のスパッタエッチングとを可能とする方法である。膜厚は目的とするデバイスの仕様により決められる。それぞれの膜、すなわちTa2O5膜とSiO2膜とを堆積させる際、後述する自己クローニング法により、ある一定の断面形状を保ちながらこれらの膜が堆積される。
【0078】
次に自己クローニング法を簡単に述べると、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化することで、ある一定の断面形状を維持しながら膜を堆積していくということである(川上彰二郎、花泉 修、佐藤 尚、大寺康夫、川嶋貴之、信学論(C),vol.J80−C−I,pp.296−297,1997、特開平10−335758号公報(「3次元周期構造体及びその作製方法並びに膜の製造方法」川上彰二郎、榊 裕之、白石 和男)を参照されたい。)。
【0079】
次に、自己クローニング法を用いてフィルタ用基板上にスパッタリング成膜する方法を具体的に述べる。用いるバイアススパッタリング装置を図3に模式的に示す。
【0080】
図3は自己クローニング法に用いるバイアススパッタリング装置の模式図である。
【0081】
同図に示すバイアススパッタリング装置52は、主にチャンバ53と、チャンバ53内の上部に鉛直に配置され矢印54方向に回転する回転軸55の下端に接続された回転板56と、回転板56の下面に設けられ表面が下向きになるようにフィルタ用基板41を保持する基板ホルダ57と、チャンバ53内の下部に配置され、異なる2種類のターゲット58a,58bをそれぞれ保持するターゲット保持台59a,59bと、各ターゲット58a,58bをそれぞれ独立に覆うか露出させるシャッター60a,60bと、回転板56に整合器61を介して13.56MHzの高周波電力を供給する高周波電源62と、各ターゲット58a,58bに整合器63,64を介して13.56MHzの高周波電力をそれぞれ供給する高周波電源65,66とで構成されている。反射波がほぼゼロとなるように整合器61,63,64のマッチングが制御される。
【0082】
真空チャンバ53には必要なガスを矢印67方向に導入するガス導入部68と、余分なガスを矢印69方向に排気するガス排気部70とが設けられており、図示しないポンプやタンク等にそれぞれ接続されている。
【0083】
次に図3に示したバイアススパッタリング装置52を用いてフォトニック結晶フィルタ40の製造方法について述べる。
【0084】
まず、チップ化したフィルタ用基板41をバイアススパッタリング装置52内に入れ、真空引きを行う。このときのベース圧力(Base pressure)は1×10−5Torr(1.33×10−3Pa)以下とする。
【0085】
フィルタ用基板41上に形成される第1の膜はTaO5膜であり、その膜厚は約190.5nmである。成膜条件は、高周波電力:300W、フィルタ用基板側高周波電力:90W、成膜ガス:Ar(9.0sccm(standard cubic centimeters per minute:立方センチメートル毎分 ))+O2(1.0sccm)、成膜圧力:1.0×10−3Torr(1.33×10−1Pa)とする。第1の膜の成膜速度が168オングストローム(nm)/分であるので、成膜時間を11分20秒とする。
【0086】
第1の膜と交互に積層される第2の膜はSiO2膜であり、その膜厚は約272.5nmである。成膜条件は、高周波電力:300W、フィルタ用基板側高周波電力:90W、成膜ガス:Ar(72.0sccm)+O2(4.0sccm)、成膜圧力:6.0×10−3Torr(7.98×10−1Pa)とする。第2の膜の成膜速度が61オングストローム(nm)/分であるので、成膜時間を44分40秒とする。
【0087】
第1の膜のTaO5膜を「H」で表し、第2膜のSiO2膜を「L」で表すと共に、ミラー部42a,42b(図1参照)を「(HL)7」で表し、キャビティ部43(図1参照)を「2H」で表して1キャビティの多層膜構造を試作した。すなわち、膜構成を2H−2L−(HL)7−6H−(LH)7−2L−2Hとした。従来はキャビティ部43が「L」で構成されていたものを本発明では高屈折率媒質層4a(図1参照)である「H」で構成したことを特徴としている。
【0088】
次に従来のフォトニック結晶フィルタと本発明のフォトニック結晶フィルタとを比較する。
【0089】
図4(a)に示すフォトニック結晶フィルタ72は、透明なフィルタ用基板76の一方の主面(図では上面)に、一対のミラー部78a、78bが一つのキャビティ部73を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層77a及び低屈折率媒質層77bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板72の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力するようになっている。
【0090】
図4(a)はキャビティ部を低屈折率媒質層とした従来の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、図4(b)は図4(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。図4(b)において、横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示し、曲線L8は格子定数が0.4μm、曲線L9は格子定数が0.5μm、曲線L10は格子定数が0.6μm、曲線L11は格子定数が0.8μmの場合の特性をそれぞれ示す。
【0091】
図5(a)はキャビティ部を高屈折率媒質層とした本発明の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、図5(b)は図5(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。図5(b)において横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示し、曲線L12は格子定数が0.4μm、曲線L13は格子定数が0.5μm、曲線L14は格子定数が0.6μm、曲線L15は格子定数が0.8μmの場合の特性をそれぞれ示す。
【0092】
図4(a)に示すフォトニック結晶フィルタ72のキャビティ部73はSiO2膜からなり、図5(a)に示すフォトニック結晶フィルタ74のキャビティ部7はTaO5膜からなっている。尚、波長多重光信号は各フィルタ用基板76の主面に対し垂直に入射させている。
【0093】
図4(a)に示す従来の、キャビティ部73が低屈折率媒質層からなるフォトニック結晶フィルタ72の透過中心波長の変化量が図4(b)に示すように最大10nmであったのに対し、図5(a)に示す本発明の、キャビティ部75が高屈折率媒質層からなるフォトニック結晶フィルタ74の透過中心波長の変化量が図5(b)に示すように24nmに増加し、高屈折率層の方が低屈折率層より透過波長のシフト量に対して大きな効果をもたらすことを示している。
【0094】
なお、本実施の形態では示さなかったが、透過率の特性改善のために多層膜の最下部及び最上部にAR(anti reflection)コートをすることが好ましい。
【0095】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。クロストークを抑圧することを目的としてAWG本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせて波長合分波器を構成することができる。
【0096】
図6は本発明の格子変調型フォトニック結晶フィルタを用いたアレイ型波長合分波器の模式図である。尚、図9に示したアレイ型波長合分波器と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0097】
図6に示した波長合分波器80と図9に示した波長合分波器7との相違点は、フォトニック結晶フィルタのキャビティ部が異なる点である。
【0098】
図6に示した波長合分波器80は、AWG本体8と、AWG本体8の各分波側導波路17aに光学的に接続されたフォトニック結晶フィルタ48を有するフィルタ部81とで構成されている。その出力側光ファイバ19の途中分断部にフォトニック結晶フィルタ48を挿入する。
【0099】
入力側光ファイバから入射した広帯域のスペクトルを有する光信号12は、入力導波路13、入力側スラブ導波路14、アレイ導波路15、出力側スラブ導波路16、出力導波路17aを通過して出力側光ファイバ19(19a)から出力され、フィルタ48および光ファイバ19bを通過してフォトダイオード23に達する。
【0100】
ここで、入力側スラブ導波路14および出力側スラブ導波路16はレンズとして作用し、アレイ導波路15はプリズムとして作用する。AWG本体8の出力導波路17aから出射した光信号を受光するAWG側出力光ファイバ19aをアレイ状に配置したAWG側光ファイバアレイ19aaと、光ファイバアレイ19aaと接続されるPD側光ファイバ19bをアレイ状に配置したPD側光ファイバアレイ19baとを約500μm離して、V溝23が形成されたV溝台21の上で接続する。V溝の本数は光ファイバ19の本数と同数とする。AWG出力側光ファイバアレイ19aaと、PD側光ファイバアレイ19baとの接続部に設けられた空間にフォトニック結晶フィルタ48をUV樹脂あるいは接着剤を用いて接続する。
【0101】
上記のようにAWG本体8と格子変調型フォトニック結晶フィルタ48とを組み合わせた波長合分波器の光学特性については、全損失は2つの素子の損失を加算したものになる。用いたフォトニック結晶フィルタは、Ta2O5膜を「H」と表記し、SiO2膜を「L」と表記すると共に、ミラー部42a,42b(図1参照)を「(HL)7」と表記し、キャビティ部43(図1参照)を「6H」と表記して3キャビティの多層膜構造とした。すなわち、膜構成を2H−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−2Hとした。
【0102】
このような構成を有する波長合分波器48のスペクトルは、図7に示すように、クロストーク損失が波長合分波器本体だけの場合よりも30dB以上減少し、計−70dB以下とすることができる。また、このような格子変調型フォトニック結晶フィルタを使用することで、出力導波路に対して垂直に挿入することができるため、損失のバラツキ、偏波依存性は発生しない。しかもフォトニック結晶フィルタの格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから倍以上にすることができるので、従来例(図12参照)のように4種類のフォトニック結晶フィルタを用いることなく1種類のフォトニック結晶フィルタでアレイ型波長合分波器を実現することができる。
【0103】
尚、図7は波長合分波器本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせた波長合分波器の光学スペクトルを示す図である。同図において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。曲線L16はAWG本体の光学スペクトルを示し、曲線L17はフォトニック結晶フィルタの光学スペクトルを示し、曲線L18はこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを示す。
【0104】
以上において、本実施の形態によれば、
(1)透過中心波長の変化量が20nm以上と大きな変化量を持つ格子変調型フォトニック結晶フィルタを得ることができる。
(2)石英系光ファイバとの接続損失を低減することができる。
(3)工業的に量産が容易なフォトニック結晶を作製することができる。
(4)フォトニック結晶フィルタが接続されたAWGのクロストークを−70dB以下とすることができる。
【0105】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡単な構成で透過中心波長の変化量が大きい格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの一実施の形態を示す模式図である。
【図2】(a)は図1に示したフォトニック結晶フィルタを一つのフィルタ用基板に面方向に沿って一列に複数箇所形成するためのフィルタ用基板の模式図であり、(b)は(a)のIIb−IIb線断面図であり、(c)は(a)のIIc−IIc線断面図である。
【図3】自己クローニング法に用いるバイアススパッタリング装置の模式図である。
【図4】(a)はキャビティ部を低屈折率媒質層とした従来の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。
【図5】(a)はキャビティ部を高屈折率媒質層とした本発明の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。
【図6】本発明の格子変調型フォトニック結晶フィルタを用いたアレイ型波長合分波器の模式図である。
【図7】波長合分波器本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせた波長合分波器の光学スペクトルを示す図である。
【図8】(a)は1次元のフォトニック結晶の模式図であり、(b)は2次元のフォトニック結晶の模式図であり、(c)は3次元のフォトニック結晶の模式図である。
【図9】本発明の前提となった波長合分波器の概念図である。
【図10】(a)は従来の格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタを用いたフォトニック結晶アレイの模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶アレイの波長−透過率特性を示す図である。
【図11】波長合分波器、フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを表す図である。
【図12】(a)は格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタの外観斜視図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶波長選択フィルタの波長−損失特性を示す図である。
【符号の説明】
40 フォトニック結晶フィルタ
41 フィルタ用基板
42a,42b ミラー部
43 キャビティ部
44a 高屈折率媒質層
44b 低屈折率媒質層
45 波長多重光信号
46 光信号
47 フォトニック結晶
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶を用いた光部品およびフォトニック結晶を応用した光デバイス、通信用フィルタに関する光デバイス、あるいはそれら光部品、光デバイスを適用した光システムに関し、特に格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、フォトニック結晶について簡単に説明する。
【0003】
フォトニック結晶とは、屈折率が異なる2種類の透明媒質を、各透明媒質の平均波長の1/2程度の格子間隔で1〜3次元の周期構造としたものである。すなわち、直交座標軸のうちの少なくとも一つの座標軸方向に格子定数が周期的に変化している結晶である(格子変調型のフォトニック結晶)。
【0004】
3次元のフォトニック結晶の場合、簡単に言えばナノスケールの3次元市松模様である。1次元、2次元、3次元のフォトニック結晶を模式的に示すと、図8(a)、(b)、(c)のようになる。
【0005】
図8(a)は1次元のフォトニック結晶の模式図であり、図8(b)は2次元のフォトニック結晶の模式図であり、図8(c)は3次元のフォトニック結晶の模式図である。
【0006】
図8(a)に示すフォトニック結晶1は、直交座標軸のうち一つの座標軸方向(図8(a)ではZ軸方向)にのみ屈折率の周期性を有している。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層2a及び低屈折率媒質層2bがZ軸方向に交互に積層されている。
【0007】
図8(b)に示すフォトニック結晶3は、二つの座標軸方向(この場合、X軸方向及びZ軸方向)に屈折率の周期性を有している。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層4a及び低屈折率媒質層4bがX軸方向及びZ軸方向に交互に積層されている。
【0008】
図8(c)に示すフォトニック結晶5は、全座標軸方向(この場合、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)に屈折率の周期性を有する。すなわち、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層6a及び低屈折率媒質層6bがX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に交互に積層されている。
【0009】
次に光通信の背景について説明する。
【0010】
近年、インターネットや携帯型電話などのデータ通信量の増大に伴い、光ファイバ伝送路の容量拡大が要求されている。そのためには、変調速度を上げる時分割多重方式(TDM:Time Division Multiplexing)と、1本の光ファイバに異なる波長の光信号をのせる波長多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing)とがあり、容量拡大の要求に対応するため、TDMによる高速化と、WDMによる高密度波長多重化とが同時に進められている。
【0011】
WDM方式における波長の合分波には多層膜フィルタを組み合わせた方法と、アレイ型波長合分波器(AWG:Arrayed Wavelength Grating)を用いた方法とがあり、AWGは40波長程度の波長数の光信号を1素子で合分波できる特長を有している。
【0012】
以下では格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタを単にフォトニック結晶フィルタと略す。
【0013】
次にAWGの従来技術について説明する。
【0014】
上記AWGは製造誤差に起因するクロストークが存在し、このクロストークは合分波する光信号の波長数が多くなればなるほど重畳される。そのため、該クロストークの損失はその光信号の波長数の増加に伴い増大する。該クロストークの損失は、波長数が十数波長程度では許容されるが、数十、数百となった場合は無視できなくなる。
【0015】
クロストークを抑圧する方法としてAWGとフォトニック結晶波長選択フィルタとを組み合わせる方法がある。
【0016】
図9は本発明の前提となった波長合分波器の概念図である。
【0017】
同図に示す波長合分波器7は、AWG本体8と、AWG本体8の各分波側導波路9aに光学的に接続されたフォトニック結晶波長選択フィルタ(以下「フォトニック結晶フィルタ」という)10を有するフィルタ部11とで構成されている。
【0018】
AWG本体8は、矢印12方向に波長多重光信号が入射される合波側導波路(図では入力導波路)13、一端(図では左端)が入力導波路13に接続された第1のスラブ型導波路(この場合、入力側スラブ導波路)14、この入力側スラブ導波路14の他端に一端が接続され所定の長さずつ長さの異なる複数のチャネル型光導波路からなるアレイ型光導波路(以下「アレイ導波路」という)15、このアレイ導波路15の各チャネル型光導波路の他端に一端が接続された第2のスラブ型光導波路(以下「出力側スラブ導波路」という)16、及びこの出力側スラブ導波路16の他端に一端が接続された複数の分波側導波路(以下「出力導波路」という)17aからなる分波側導波路群(以下「出力導波路群」という)17を基板18上に形成したものである。
【0019】
フィルタ部11は、一端(図では左端)がAWG本体8の各出力導波路17aの他端にそれぞれ接続され途中で分断された光ファイバ19(19a,19b)と、分断された光ファイバ19a,19b間にコリメート用レンズ20a,20bを介して挿入されたフォトニック結晶フィルタ10と、フォトニック結晶フィルタ10、光ファイバ19a,19b及びコリメート用レンズ20a,20bを保持するV溝台21とで構成されている。その出力光ファイバ19の途中分断部にフォトニック結晶フィルタ10を挿入する。
【0020】
AWG7の各光ファイバ19bの出力端側には矢印20で示す分波された光信号を受光する複数のフォトダイオード(PD)23が配置されている。
【0021】
光ファイバ(図示せず)から入力した広帯域のスペクトルを有する光信号12は、入力導波路13、入力側スラブ導波路14、アレイ導波路15、出力側スラブ導波路16、出力導波路17aを通過して光ファイバ19(19a)から出力され、フォトニック結晶フィルタ10および光ファイバ19bを通過してフォトダイオード23に達する。
【0022】
ここで、入力側スラブ導波路14および出力側スラブ導波路16はレンズとして作用し、アレイ導波路15はプリズムとして作用する。
【0023】
AWG本体8の各出力導波路17aから出力した光信号を受光するAWG本体8側の光ファイバ19aをアレイ状に配置した光ファイバアレイ19aaと、光ファイバアレイ19aaと光学的に接続されるPD23側の光ファイバ19bをアレイ状に配置した光ファイバアレイ19baとを、対向する端面同士の間隔が500μmとなるように離して、V溝23が形成されたV溝台21の上で接続する。V溝23の本数は光ファイバ19a(19b)の本数と同数とする。V溝台21の光ファイバアレイ19aaと光ファイバアレイ19baとの接続部に設けられた空間に格子変調型フォトニック結晶フィルタ10をUV樹脂あるいは接着剤を用いて挿入する。
【0024】
出力ファイバ分断部へ挿入する該フォトニック結晶フィルタ10は、一方の主面にサブミクロンオーダーの多数の凹凸が面方向に2次元周期的に形成されたフィルタ用基板のその主面上に、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層と低屈折率媒質層とをその主面の法線方向に交互に積層して形成したものである。フォトニック結晶フィルタ10の凹凸の周期を格子定数とした場合、格子定数の異なる領域がフィルタ用基板上にアレイ状に形成される。
【0025】
フォトニック結晶フィルタ10の主な特長は、厚さ方向の膜構造を同一構造として格子定数を領域によって様々な値としながら増加させていくことによって、フィルタ用基板の主面に垂直な方向に光信号を入出力させた時の透過波長が長波長側に変化するということである(例えば、特許文献1参照)。そのフォトニック結晶フィルタ10の機能は、いわば単純な多層膜からなるバンドパスフィルタをアレイ状に配置して1枚のフィルタ用基板上に形成したものと考えて良い。
【0026】
それまでの技術を図10(a)、(b)に示す。
【0027】
図10(a)はバンドパスフィルタのミラー部およびキャビティ部の高屈折率層と低屈折率層の膜厚を変化させた場合の模式図であり、(b)は(a)に示した各バンドパスフィルタの透過波長の変化を示す模式図である。図10(b)において横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。
【0028】
図10(a)に示すようにバンドパスフィルタ30−1は、透明なフィルタ用基板26の一方の主面(図では上側の面)に、一対のミラー部27a,27bがキャビティ部28を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層29a及び低屈折率媒質層29bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板26の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するものである。図10(a)に示すように高屈折率媒質層29a及び低屈折率媒質層29bの厚さを異ならせたバンドパスフィルタ30−1〜30−3が配置されている。
【0029】
図10(b)に示すように、各バンドパスフィルタ30−1〜30−3は各フォトニック結晶30−1〜30−3の透過波長λ1,λ2,λ3に対応した波長近傍に透過率のピークを有している。
【0030】
ところで、従来の技術では、図10(a)に示すように、ミラー部27a,27bおよびキャビティ部28の各高屈折率媒質層および各低屈折率媒質層の膜厚を変化させないと透過波長を変化させることができなかった。その場合、バッジ方式を用いて各バンドパスフィルタを別バッチでその種類数と同じバッチ数分だけ作製する必要があった。例えば40チャンネルAWG本体と組み合わせるフィルタを作製するにはバンドパスフィルタを40種類作製する必要があった。
【0031】
上記のようにAWG本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせると、全損失はそれぞれの素子の損失を加算したものになるので、図11のようにクロストークの損失は−70dB以下となる。
【0032】
なお、図11は波長合分波器、フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを表す図であり、横軸が波長を示し、縦軸が透過率を示している。曲線L1はAWG本体の光学スペクトルを示し、曲線L2はフォトニック結晶フィルタの光学スペクトルを示し、曲線L3はこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを示す。
【0033】
また、該格子変調型のフォトニック結晶フィルタを使用することで、出力導波路に対して垂直に挿入することができるため、損失のバラツキ、偏波依存性は発生しない。
【0034】
【特許文献1】
特開2001−91701号公報
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、フォトニック結晶フィルタの格子定数を変化させた際の透過中心波長の変化量が最大10nmであった。
【0036】
図12(a)に示すようにフォトニック結晶フィルタ83は、透明なフィルタ用基板84の一方の主面(図では上面)に、一対のミラー部86a,86bが一つのキャビティ部87を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層85a及び低屈折率媒質層85bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板84の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力するようになっている。そのフォトニック結晶フィルタ83の透過中心波長の変化の様子を図12(b)に示す。
【0037】
図12(a)は格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタの外観斜視図であり、図12(b)は図12(a)に示したフォトニック結晶波長選択フィルタの波長−損失特性を示す図である。図12(b)において、横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示している。図12(a)において曲線L4は格子定数が0.4μm、曲線L5は格子定数が0.5μm、曲線L6は格子定数が0.6μm、曲線L7は格子定数が0.8μmの場合をそれぞれ示す。
【0038】
24ch100GHzのAWG本体を使用した場合、透過中心波長の変化量は、格子定数が0.8のとき24×0.8=19.2nm必要であるが、図12(a)に示したフォトニック結晶フィルタを用いると、短波長側10nm、および長波長側10nmで2種類必要であった。また、40ch100GHzのAWG本体を使用した場合には透過中心波長の変化量は40×0.8=32.0nmであるので、作製しなければならないフォトニック結晶フィルタの種類は短波長側から10nmずつ区切ると4種類となる。よって、バッチ数としては4バッチの成膜が必要となり、実装する際は4種類のフォトニック結晶フィルタをそれぞれ実装しなければならなかったという問題があった。
【0039】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で透過中心波長の変化量が大きい格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法を提供することにある。
【0040】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を備えた格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタにおいて、キャビティ部が高屈折率媒質層からなるものである。
【0041】
請求項1に記載の構成によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタが得られる。
【0042】
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなるのが好ましい。
【0043】
請求項2に記載の構成によれば、石英系光ファイバと同程度の屈折率とすることができ、波長合分波器本体の出力端あるいは光ファイバとの接続損失を低減することができる。
【0044】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されていてもよい。
【0045】
請求項3に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0046】
請求項4の発明は、合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体と、透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を有する格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタとを備えたアレイ型波長合分波器において、キャビティ部が高屈折率媒質層からなるものである。
【0047】
請求項4に記載の構成によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができる。
【0048】
請求項5の発明は、請求項4に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなるのが好ましい。
【0049】
請求項5に記載の構成によれば、石英系光ファイバと同程度の屈折率とすることができ、波長合分波器本体の出力端あるいは光ファイバとの接続損失を低減することができる。
【0050】
請求項6の発明は、請求項4または5に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されていてもよい。
【0051】
請求項6に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することにより、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0052】
請求項7の発明は、透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力すべくフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層する格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法において、キャビティ部が高屈折率媒質層となるように高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成するものである。
【0053】
請求項7に記載の方法によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型のアレイ型波長合分波器が得られる。
【0054】
請求項8の発明は、請求項7に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後でフォトニック結晶を形成してもよい。
【0055】
請求項8に記載の方法によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0056】
請求項9の発明は、請求項7または8に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製するのが好ましい。
【0057】
請求項9に記載の方法によれば、工業的に量産が容易となる。
【0058】
請求項10の発明は、合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体を基板上に形成してアレイ型波長合分波器本体を得、透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力すべくフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層して格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタを得、波長合分波器本体と格子変調型フォトニック結晶フィルタとを組み合わせるアレイ型波長合分波器の製造方法において、キャビティ部が高屈折率媒質層となるように高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成するものである。
【0059】
請求項10に記載の方法によれば、キャビティ部を高屈折率媒質層とする簡単な構成により、格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから20nm以上にすることができ、小型のアレイ型波長合分波器が得られる。
【0060】
請求項11の発明は、請求項10に記載の構成に加え、フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後でフォトニック結晶を形成してもよい。
【0061】
請求項11に記載の構成によれば、フォトニック結晶の各高屈折率媒質層及び各低屈折率媒質層を凹凸状に形成することで、1次元フォトニック結晶を3次元フォトニック結晶にすることができる。
【0062】
請求項12の発明は、請求項10または11に記載の構成に加え、フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製するのが好ましい。
【0063】
請求項12に記載の方法によれば、工業的に量産が可能となる。
【0064】
なお、フォトニック結晶に用いる材料は、Ta2O5、Nb2O5、SiO2などの酸化物、Si、Geなどの半導体が有力候補である。現在すでに製品化されている誘電体多層膜型のバンドパスフィルタに用いられている材料は、Ta2O5/SiO2、Nb2O5/SiO2などの酸化物の組合せである。また、入射光を導入する入射側光ファイバと出射光を取り出す出射側光ファイバは汎用的なシングルモード光ファイバ(SMF:Single Mode Fiber)を用いることができる。
【0065】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0066】
図1は本発明の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの一実施の形態を示す模式図である。
【0067】
同図に示す格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ(以下「フォトニック結晶フィルタ」という)40は、一方の主面(図では上側の面)に多数の凹凸が縦横に周期的に形成された透明なフィルタ用基板41と、フィルタ用基板41の一方の主面に、一対のミラー部42a,42bが一つのキャビティ部43を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層44a及び低屈折率媒質層44bが交互に積層された3次元のフォトニック結晶47とを備えた格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタであって、キャビティ部43が高屈折率媒質層44aからなるバンドパスフィルタである。
【0068】
フィルタ用基板41はSiまたはSiO2(石英)を用いることができる。本実施の形態では、フィルタ用基板41として通信波長帯1.3μm〜1.7μmで透明な石英基板を用いた。
【0069】
入射光としての波長多重光信号45はフォトニック結晶フィルタ40の基板面上部から下部へ基板面に対して(一方の主面から他方の主面へ)垂直に伝搬して光信号46として出力する。
【0070】
次に図1に示したフォトニック結晶フィルタを複数配列したフィルタについて述べる。
【0071】
図2(a)は図1に示したフォトニック結晶フィルタを一つのフィルタ用基板に面方向に沿って一列に複数箇所形成するためのフィルタ用基板の模式図であり、図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線断面図であり、図2(c)は図2(a)のIIc−IIc線断面図である。
【0072】
図2(a)に示すフィルタ48における格子定数が異なる各格子定数の領域(各チップ)49a〜49dのサイズは、AWG本体の出力導波路の代表的なコア径約8μm×8μm(Δ0.75%)とし、各領域49a〜49dの間隔は約250μmとした。
【0073】
フィルタ用基板としての石英基板50の表面の構造は、電子ビーム露光によるフォトリソグラフィーとドライエッチングとにより、x,y方向でラインアンドスペース(Line&Space)パターン状に、言い換えれば網目模様のパターンに加工される(チップ化)。その網目模様は、x方向およびy方向の両方向にラインとスペースとが交互に形成されている構造である。x方向のピッチ間隔Lx(格子定数)は、ラインアンドスペースパターンの一つのライン幅と一つのスペース幅とを加えた値であり、x方向のライン幅及びスペース幅をLine−x,Space−xとし、y方向のライン幅及びスペース幅をLine−y,Space−yとすると、x軸向のピッチ間隔Lxは数1式で表され、Y軸方向のピッチ間隔Lyは数2式で表される。
【0074】
【数1】
Lx=(Line−x)+(Space−x)
【0075】
【数2】
Ly=(Line−y)+(Space−y)
本実施の形態ではLx=Ly=0.2μm〜0.8μmとした。
【0076】
表面加工された石英基板50上にバイアススパッタリング法により、Ta2O5膜とSiO2膜とが交互に積層される。
【0077】
ここで、バイアススパッタリング法を簡単に説明すると、ターゲットに高周波(R.F.)電力を印加させるだけではなく、フィルタ用基板としての石英基板50にも高周波電力を印加しながら、スパッタリングデポジッションとフィルタ用基板のスパッタエッチングとを可能とする方法である。膜厚は目的とするデバイスの仕様により決められる。それぞれの膜、すなわちTa2O5膜とSiO2膜とを堆積させる際、後述する自己クローニング法により、ある一定の断面形状を保ちながらこれらの膜が堆積される。
【0078】
次に自己クローニング法を簡単に述べると、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化することで、ある一定の断面形状を維持しながら膜を堆積していくということである(川上彰二郎、花泉 修、佐藤 尚、大寺康夫、川嶋貴之、信学論(C),vol.J80−C−I,pp.296−297,1997、特開平10−335758号公報(「3次元周期構造体及びその作製方法並びに膜の製造方法」川上彰二郎、榊 裕之、白石 和男)を参照されたい。)。
【0079】
次に、自己クローニング法を用いてフィルタ用基板上にスパッタリング成膜する方法を具体的に述べる。用いるバイアススパッタリング装置を図3に模式的に示す。
【0080】
図3は自己クローニング法に用いるバイアススパッタリング装置の模式図である。
【0081】
同図に示すバイアススパッタリング装置52は、主にチャンバ53と、チャンバ53内の上部に鉛直に配置され矢印54方向に回転する回転軸55の下端に接続された回転板56と、回転板56の下面に設けられ表面が下向きになるようにフィルタ用基板41を保持する基板ホルダ57と、チャンバ53内の下部に配置され、異なる2種類のターゲット58a,58bをそれぞれ保持するターゲット保持台59a,59bと、各ターゲット58a,58bをそれぞれ独立に覆うか露出させるシャッター60a,60bと、回転板56に整合器61を介して13.56MHzの高周波電力を供給する高周波電源62と、各ターゲット58a,58bに整合器63,64を介して13.56MHzの高周波電力をそれぞれ供給する高周波電源65,66とで構成されている。反射波がほぼゼロとなるように整合器61,63,64のマッチングが制御される。
【0082】
真空チャンバ53には必要なガスを矢印67方向に導入するガス導入部68と、余分なガスを矢印69方向に排気するガス排気部70とが設けられており、図示しないポンプやタンク等にそれぞれ接続されている。
【0083】
次に図3に示したバイアススパッタリング装置52を用いてフォトニック結晶フィルタ40の製造方法について述べる。
【0084】
まず、チップ化したフィルタ用基板41をバイアススパッタリング装置52内に入れ、真空引きを行う。このときのベース圧力(Base pressure)は1×10−5Torr(1.33×10−3Pa)以下とする。
【0085】
フィルタ用基板41上に形成される第1の膜はTaO5膜であり、その膜厚は約190.5nmである。成膜条件は、高周波電力:300W、フィルタ用基板側高周波電力:90W、成膜ガス:Ar(9.0sccm(standard cubic centimeters per minute:立方センチメートル毎分 ))+O2(1.0sccm)、成膜圧力:1.0×10−3Torr(1.33×10−1Pa)とする。第1の膜の成膜速度が168オングストローム(nm)/分であるので、成膜時間を11分20秒とする。
【0086】
第1の膜と交互に積層される第2の膜はSiO2膜であり、その膜厚は約272.5nmである。成膜条件は、高周波電力:300W、フィルタ用基板側高周波電力:90W、成膜ガス:Ar(72.0sccm)+O2(4.0sccm)、成膜圧力:6.0×10−3Torr(7.98×10−1Pa)とする。第2の膜の成膜速度が61オングストローム(nm)/分であるので、成膜時間を44分40秒とする。
【0087】
第1の膜のTaO5膜を「H」で表し、第2膜のSiO2膜を「L」で表すと共に、ミラー部42a,42b(図1参照)を「(HL)7」で表し、キャビティ部43(図1参照)を「2H」で表して1キャビティの多層膜構造を試作した。すなわち、膜構成を2H−2L−(HL)7−6H−(LH)7−2L−2Hとした。従来はキャビティ部43が「L」で構成されていたものを本発明では高屈折率媒質層4a(図1参照)である「H」で構成したことを特徴としている。
【0088】
次に従来のフォトニック結晶フィルタと本発明のフォトニック結晶フィルタとを比較する。
【0089】
図4(a)に示すフォトニック結晶フィルタ72は、透明なフィルタ用基板76の一方の主面(図では上面)に、一対のミラー部78a、78bが一つのキャビティ部73を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層77a及び低屈折率媒質層77bが交互に積層されたものであり、フィルタ用基板72の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力するようになっている。
【0090】
図4(a)はキャビティ部を低屈折率媒質層とした従来の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、図4(b)は図4(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。図4(b)において、横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示し、曲線L8は格子定数が0.4μm、曲線L9は格子定数が0.5μm、曲線L10は格子定数が0.6μm、曲線L11は格子定数が0.8μmの場合の特性をそれぞれ示す。
【0091】
図5(a)はキャビティ部を高屈折率媒質層とした本発明の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、図5(b)は図5(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。図5(b)において横軸は波長を示し、縦軸は透過損失を示し、曲線L12は格子定数が0.4μm、曲線L13は格子定数が0.5μm、曲線L14は格子定数が0.6μm、曲線L15は格子定数が0.8μmの場合の特性をそれぞれ示す。
【0092】
図4(a)に示すフォトニック結晶フィルタ72のキャビティ部73はSiO2膜からなり、図5(a)に示すフォトニック結晶フィルタ74のキャビティ部7はTaO5膜からなっている。尚、波長多重光信号は各フィルタ用基板76の主面に対し垂直に入射させている。
【0093】
図4(a)に示す従来の、キャビティ部73が低屈折率媒質層からなるフォトニック結晶フィルタ72の透過中心波長の変化量が図4(b)に示すように最大10nmであったのに対し、図5(a)に示す本発明の、キャビティ部75が高屈折率媒質層からなるフォトニック結晶フィルタ74の透過中心波長の変化量が図5(b)に示すように24nmに増加し、高屈折率層の方が低屈折率層より透過波長のシフト量に対して大きな効果をもたらすことを示している。
【0094】
なお、本実施の形態では示さなかったが、透過率の特性改善のために多層膜の最下部及び最上部にAR(anti reflection)コートをすることが好ましい。
【0095】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。クロストークを抑圧することを目的としてAWG本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせて波長合分波器を構成することができる。
【0096】
図6は本発明の格子変調型フォトニック結晶フィルタを用いたアレイ型波長合分波器の模式図である。尚、図9に示したアレイ型波長合分波器と同様の部材には共通の符号を用いた。
【0097】
図6に示した波長合分波器80と図9に示した波長合分波器7との相違点は、フォトニック結晶フィルタのキャビティ部が異なる点である。
【0098】
図6に示した波長合分波器80は、AWG本体8と、AWG本体8の各分波側導波路17aに光学的に接続されたフォトニック結晶フィルタ48を有するフィルタ部81とで構成されている。その出力側光ファイバ19の途中分断部にフォトニック結晶フィルタ48を挿入する。
【0099】
入力側光ファイバから入射した広帯域のスペクトルを有する光信号12は、入力導波路13、入力側スラブ導波路14、アレイ導波路15、出力側スラブ導波路16、出力導波路17aを通過して出力側光ファイバ19(19a)から出力され、フィルタ48および光ファイバ19bを通過してフォトダイオード23に達する。
【0100】
ここで、入力側スラブ導波路14および出力側スラブ導波路16はレンズとして作用し、アレイ導波路15はプリズムとして作用する。AWG本体8の出力導波路17aから出射した光信号を受光するAWG側出力光ファイバ19aをアレイ状に配置したAWG側光ファイバアレイ19aaと、光ファイバアレイ19aaと接続されるPD側光ファイバ19bをアレイ状に配置したPD側光ファイバアレイ19baとを約500μm離して、V溝23が形成されたV溝台21の上で接続する。V溝の本数は光ファイバ19の本数と同数とする。AWG出力側光ファイバアレイ19aaと、PD側光ファイバアレイ19baとの接続部に設けられた空間にフォトニック結晶フィルタ48をUV樹脂あるいは接着剤を用いて接続する。
【0101】
上記のようにAWG本体8と格子変調型フォトニック結晶フィルタ48とを組み合わせた波長合分波器の光学特性については、全損失は2つの素子の損失を加算したものになる。用いたフォトニック結晶フィルタは、Ta2O5膜を「H」と表記し、SiO2膜を「L」と表記すると共に、ミラー部42a,42b(図1参照)を「(HL)7」と表記し、キャビティ部43(図1参照)を「6H」と表記して3キャビティの多層膜構造とした。すなわち、膜構成を2H−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−(HL)7−6H−(LH)7−L−2Hとした。
【0102】
このような構成を有する波長合分波器48のスペクトルは、図7に示すように、クロストーク損失が波長合分波器本体だけの場合よりも30dB以上減少し、計−70dB以下とすることができる。また、このような格子変調型フォトニック結晶フィルタを使用することで、出力導波路に対して垂直に挿入することができるため、損失のバラツキ、偏波依存性は発生しない。しかもフォトニック結晶フィルタの格子定数を変化させたときの透過中心波長の変化量を従来の10nmから倍以上にすることができるので、従来例(図12参照)のように4種類のフォトニック結晶フィルタを用いることなく1種類のフォトニック結晶フィルタでアレイ型波長合分波器を実現することができる。
【0103】
尚、図7は波長合分波器本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせた波長合分波器の光学スペクトルを示す図である。同図において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。曲線L16はAWG本体の光学スペクトルを示し、曲線L17はフォトニック結晶フィルタの光学スペクトルを示し、曲線L18はこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを示す。
【0104】
以上において、本実施の形態によれば、
(1)透過中心波長の変化量が20nm以上と大きな変化量を持つ格子変調型フォトニック結晶フィルタを得ることができる。
(2)石英系光ファイバとの接続損失を低減することができる。
(3)工業的に量産が容易なフォトニック結晶を作製することができる。
(4)フォトニック結晶フィルタが接続されたAWGのクロストークを−70dB以下とすることができる。
【0105】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡単な構成で透過中心波長の変化量が大きい格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれを用いたアレイ型波長合分波器、並びにこれらの製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの一実施の形態を示す模式図である。
【図2】(a)は図1に示したフォトニック結晶フィルタを一つのフィルタ用基板に面方向に沿って一列に複数箇所形成するためのフィルタ用基板の模式図であり、(b)は(a)のIIb−IIb線断面図であり、(c)は(a)のIIc−IIc線断面図である。
【図3】自己クローニング法に用いるバイアススパッタリング装置の模式図である。
【図4】(a)はキャビティ部を低屈折率媒質層とした従来の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。
【図5】(a)はキャビティ部を高屈折率媒質層とした本発明の1キャビティのフォトニック結晶フィルタを示す模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶フィルタの波長損失特性を示す図である。
【図6】本発明の格子変調型フォトニック結晶フィルタを用いたアレイ型波長合分波器の模式図である。
【図7】波長合分波器本体とフォトニック結晶フィルタとを組み合わせた波長合分波器の光学スペクトルを示す図である。
【図8】(a)は1次元のフォトニック結晶の模式図であり、(b)は2次元のフォトニック結晶の模式図であり、(c)は3次元のフォトニック結晶の模式図である。
【図9】本発明の前提となった波長合分波器の概念図である。
【図10】(a)は従来の格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタを用いたフォトニック結晶アレイの模式図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶アレイの波長−透過率特性を示す図である。
【図11】波長合分波器、フォトニック結晶波長選択フィルタ及びこれらを組み合わせたときの光学スペクトルを表す図である。
【図12】(a)は格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタの外観斜視図であり、(b)は(a)に示したフォトニック結晶波長選択フィルタの波長−損失特性を示す図である。
【符号の説明】
40 フォトニック結晶フィルタ
41 フィルタ用基板
42a,42b ミラー部
43 キャビティ部
44a 高屈折率媒質層
44b 低屈折率媒質層
45 波長多重光信号
46 光信号
47 フォトニック結晶
Claims (12)
- 透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、上記フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を備えた格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタにおいて、上記キャビティ部が上記高屈折率媒質層からなることを特徴とする格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ。
- 上記フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなる請求項1に記載の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ。
- 上記フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されている請求項1または2に記載の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタ。
- 合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体と、透明なフィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層が交互に積層され、上記フィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力するフォトニック結晶を有する格子変調型のフォトニック結晶波長選択フィルタとを備えたアレイ型波長合分波器において、上記キャビティ部が上記高屈折率媒質層からなることを特徴とするアレイ型波長合分波器。
- 上記フォトニック結晶は、誘電体多層膜からなる請求項4に記載のアレイ型波長合分波器。
- 上記フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸が周期的に形成されている請求項4または5に記載のアレイ型波長合分波器。
- 透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した光信号を波長選択して出力すべく上記フィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層する格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法において、上記キャビティ部が上記高屈折率媒質層となるように上記高屈折率媒質層及び上記低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成することを特徴とする格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法。
- 上記フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後で上記フォトニック結晶を形成する請求項7に記載の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法。
- 上記フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製する請求項7または8に記載の格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタの製造方法。
- 合波側導波路に入力した波長多重光信号をアレイ導波路を用いて分波して分波側導波路から出力するか、あるいは複数の分波側導波路から入力した波長の異なる複数の光信号をアレイ導波路を用いて合波して合波側出力導波路から出力するアレイ型波長合分波器本体を基板上に形成してアレイ型波長合分波器本体を得、透明なフィルタ用基板の一方の主面に対し垂直若しくは斜めに入力した波長多重光信号を波長選択して出力すべく上記フィルタ用基板の一方の主面に、一対のミラー部が少なくとも一つのキャビティ部を挟むように屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層及び低屈折率媒質層を交互に積層して格子変調型フォトニック結晶波長選択フィルタを得、上記波長合分波器本体と該格子変調型フォトニック結晶フィルタとを組み合わせるアレイ型波長合分波器の製造方法において、上記キャビティ部が上記高屈折率媒質層となるように上記高屈折率媒質層及び上記低屈折率媒質層を積層してフォトニック結晶を形成することを特徴とするアレイ型波長合分波器の製造方法。
- 上記フィルタ用基板の一方の主面に縦横に多数の凹凸を周期的に形成した後で上記フォトニック結晶を形成する請求項10に記載のアレイ型波長合分波器の製造方法。
- 上記フォトニック結晶は、デポジッション速度とエッチング速度との比率を適正化する自己クローニング法を用いて作製する請求項10または11に記載のアレイ型波長合分波器の製造方法。
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-
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