JP2008241952A - Wavelength selection reflection circuit and multiwavelength light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号を反射する波長選択反射回路に関し、特に、紫外線による2光束干渉露光法によって形成された回折格子を有する波長選択反射回路に関する。また、本発明は、その波長選択反射回路を備える多波長光源に関する。 The present invention relates to a wavelength selective reflection circuit that reflects an optical signal, and more particularly to a wavelength selective reflection circuit having a diffraction grating formed by a two-beam interference exposure method using ultraviolet rays. The present invention also relates to a multiwavelength light source including the wavelength selective reflection circuit.
従来から、回折格子を形成した光回路が、広く利用されている。光回路に回折格子を形成する方法としては、例えば、光回路に水素を浸透させ、位相格子マスクを介して紫外線を照射して回折格子を形成する位相格子法がある(例えば、特許文献1を参照。)。
位相格子法では、回折格子に対応するパターンを有する位相格子マスクを準備する必要があり、回折格子を容易に形成できない問題があった。一方、位相格子マスクを介さずに紫外線を直接光回路に照射して回折格子を形成することも可能である。しかし、所望の反射波長を有する回折格子を形成するためには、紫外線の照射位置及び照射方向を精密に制御する必要があり、回折格子を容易に形成できない問題があった。 In the phase grating method, it is necessary to prepare a phase grating mask having a pattern corresponding to the diffraction grating, and there is a problem that the diffraction grating cannot be easily formed. On the other hand, it is also possible to form a diffraction grating by directly irradiating an optical circuit with ultraviolet rays without using a phase grating mask. However, in order to form a diffraction grating having a desired reflection wavelength, it is necessary to precisely control the irradiation position and irradiation direction of ultraviolet rays, and there is a problem that the diffraction grating cannot be easily formed.
本発明は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成できる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することを目的とする。また、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとれる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wavelength selective reflection circuit capable of easily forming a wavelength selective reflection portion having a desired reflection wavelength without using a phase grating mask, and a multiwavelength light source including the wavelength selective reflection circuit. And It is another object of the present invention to provide a wavelength selective reflection circuit capable of taking a wavelength tuning width per 1 ° C. larger than a quartz optical waveguide, and a multiwavelength light source including the wavelength selective reflection circuit.
本発明に係る波長選択反射回路は、ポリマーの光導波路に反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部を形成したことを特徴とする。 The wavelength selective reflection circuit according to the present invention is characterized in that wavelength selective reflection portions having different reflection wavelengths are formed in a polymer optical waveguide.
具体的には、本発明に係る波長選択反射回路は、光信号が入出力される入出力端が一方の端に形成された主線部及び光方向性結合回路を介して前記主線部に結合する1以上の支線部を有する光導波路と、前記主線部及び前記支線部上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部と、を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路に、前記光方向性結合回路を加熱することによって前記主線部から前記光方向性結合回路を介して前記光信号を前記支線部に結合させるか否かを切り替えるヒーターが形成されたことを特徴とする。 Specifically, the wavelength selective reflection circuit according to the present invention is coupled to the main line portion via a main line portion formed at one end and an optical directional coupling circuit with an input / output end for inputting / outputting an optical signal. The optical directional coupling to a wavelength selective reflection circuit of a polymer resin comprising: an optical waveguide having one or more branch line parts; and a wavelength selective reflection part formed on the main line part and the branch line part and having different reflection wavelengths. A heater is formed that switches whether the optical signal is coupled to the branch line portion from the main line portion via the optical directional coupling circuit by heating the circuit.
上記発明に係る波長選択反射回路は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成することができる。また、上記発明に係る波長選択反射回路は、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。 The wavelength selective reflection circuit according to the invention can easily form a wavelength selective reflection portion having a desired reflection wavelength without using a phase grating mask. In addition, the wavelength selective reflection circuit according to the invention can have a larger wavelength tuning width per 1 ° C. than a quartz optical waveguide.
本発明に係る波長選択反射回路では、前記波長選択反射部は、屈折率が異なり、かつ、同一方向に形成された格子を有する回折格子であることが好ましい。 In the wavelength selective reflection circuit according to the present invention, it is preferable that the wavelength selective reflection portion is a diffraction grating having different refractive indexes and having gratings formed in the same direction.
上記発明に係る波長選択反射回路は、格子の方向が同一であることから、波長選択反射部をより容易に形成することができる。 Since the wavelength selective reflection circuit according to the invention has the same grating direction, the wavelength selective reflection part can be formed more easily.
本発明に係る多波長光源は、本発明に係る波長選択反射回路と、前記波長選択反射回路の前記主線部の前記入出力端に結合された半導体レーザ光源と、を備える多波長光源であって、前記半導体レーザ光源の発振可能な波長領域に前記波長選択反射部の反射波長が含まれることを特徴とする。 A multi-wavelength light source according to the present invention is a multi-wavelength light source comprising: a wavelength selective reflection circuit according to the present invention; and a semiconductor laser light source coupled to the input / output end of the main line portion of the wavelength selective reflection circuit. The wavelength range in which the semiconductor laser light source can oscillate includes the reflection wavelength of the wavelength selective reflection portion.
上記発明に係る多波長光源は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成することができる。また、上記発明に係る多波長光源は、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。 The multi-wavelength light source according to the invention can easily form a wavelength selective reflection portion having a desired reflection wavelength without using a phase grating mask. In addition, the multi-wavelength light source according to the invention can have a larger wavelength tuning width per 1 ° C. than a quartz optical waveguide.
本発明は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成できる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することができる。また、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとれる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することができる。 The present invention can provide a wavelength selective reflection circuit capable of easily forming a wavelength selective reflection portion having a desired reflection wavelength without using a phase grating mask, and a multi-wavelength light source including the wavelength selective reflection circuit. . In addition, it is possible to provide a wavelength selective reflection circuit capable of taking a wavelength tuning width per 1 ° C. larger than that of a quartz optical waveguide, and a multiwavelength light source including the wavelength selective reflection circuit.
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. Moreover, the same code | symbol was attached | subjected to the same member and the same site | part.
(第1実施形態)
図1に、第1実施形態に係る波長選択反射回路の上面図を示した。第1実施形態に係る波長選択反射回路100は、光信号が入出力される入出力端114が一方の端に形成された主線部112及び光方向性結合回路118を介して主線部112に結合する7本の支線部116を有する光導波路110と、主線部112及び支線部116上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部130と、を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路100に、光方向性結合回路118を加熱することによって主線部112から光方向性結合回路118を介して光信号を支線部116に結合させるか否かを切り替えるヒーター120が形成される。さらに、図1には、格子132を示した。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a top view of the wavelength selective reflection circuit according to the first embodiment. The wavelength
波長選択反射回路100は、例えば、ポリシラン、ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)等のポリマー樹脂である。波長選択反射回路100は、例えば、1本の主線部112及び7本の支線部116を有するが、主線部112及び支線部116の本数は制限されない。
The wavelength
支線部116が主線部112に結合する箇所に、光方向性結合回路118が、支線部116の本数と同数、例えば、7個形成される。光方向性結合回路118は、支線部116と主線部112が所定の間隔、例えば、1〜10μmで平行に形成され、主線部112を伝搬する光信号の分布結合を利用して、主線部112を伝搬する光信号を支線部116に結合させるものである。
At the place where the
ヒーター120は、光導波路110の表面、例えば、波長選択反射回路100を上面視した際に光方向性結合回路118とヒーター120で支線部116を挟むように形成される。ヒーター120は、例えば、Al、Cu、Cr等の金属膜をメッキ又は金属板を接着剤で接着し、電源(不図示)からの電流により発熱して光方向性結合回路118を加熱する。例えば、ヒーター120が支線部116及び光方向性結合回路118を加熱しているとき、支線部116から主線部112に光信号が結合し、ヒーター120が光方向性結合回路118を加熱していないとき、光信号が支線部116を伝搬する。一方、ヒーター120が主線部112の側に位置し、主線部112及び光方向性結合回路118を加熱しているとき、光信号が支線部116を伝搬し、ヒーター120が光方向性結合回路118を加熱していないとき、支線部116から主線部112に光信号が結合しても良い。
The
8個の波長選択反射部130のそれぞれの反射波長は、例えば、1535nm、1540nm、1545nm、1550nm、1555nm、1560nm、1565nm及び1570nmである。また、波長選択反射回路100は、所望の反射波長を有する波長選択反射部130に光信号が到達するようにヒーター120に加熱させるか否かを制御する制御回路(不図示)を備えることが好ましい。波長選択反射回路100は、制御回路によって反射波長を容易に選択することができる。
The reflection wavelengths of the eight wavelength
第1実施形態に係る波長選択反射回路100では、波長選択反射部130は、屈折率が異なり、かつ、同一方向に形成された格子132を有する回折格子であることが好ましい。回折格子は、例えば、4本の格子132を有するが、格子132の本数は制限されない。また、波長選択反射部130は、入出力端114の側の端面から離して形成されるが、主線部112又は支線部116上であれば良い。ここで、格子132同士の間隔は、例えば、反射波長が1550nm帯の場合、0.45〜0.55μmである。さらに、図1に示すように、第1実施形態に係る波長選択反射回路100では、回折格子は、入出力端114側の端面からの距離が略等しいことが好ましい。これによって、波長選択反射回路100は、波長選択反射部130をより容易に形成することができる。なお、その理由は後述する。
In the wavelength
波長選択反射回路100がポリシランの場合、例えば、波長選択反射部130が形成された箇所のオーバークラッド表面にCr等の金属からなる波長選択反射部加熱手段(不図示)をさらに形成すると、温度を20〜80℃の範囲で変化させることができ、4〜6nmの波長制御が可能となる。
In the case where the wavelength
波長選択反射回路100は、例えば、入出力端114に、半導体レーザ光源(不図示)を結合して使用する。
The wavelength
図2に、図1のA−A’の断面図を示した。光導波路110は、ポリマー樹脂であり、例えば、オーバークラッド層122、アンダークラッド層124、並びに、オーバークラッド層122及びアンダークラッド層124内に形成される主線部112及び支線部116からなるコア層126を有する。コア層126は、オーバークラッド層122及びアンダークラッド層124より屈折率が高くなる。コア層126とオーバークラッド層122及びアンダークラッド層124の屈折率差は、例えば、0.3〜7%となる。なお、図2では、オーバークラッド層122、アンダークラッド層124及びコア層126の境界線を、説明のために破線で示した。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. The
光導波路110は、例えば、基板91に積層される。基板91は、例えば、シリコン基板、石英ガラス基板又はサファイア基板である。また、ヒーター120の加熱を考慮すると、基板91は、ポリマー樹脂としても良い。基板91をポリマー樹脂とすれば、基板91と光導波路110の熱膨張率の差が少なくなり、波長選択反射回路100の破損及び光導波路110の剥離を低減できる。
The
波長選択反射回路100の製造について説明する。波長選択反射回路100は、例えば、レーザ直接露光法又はフォトリゾグラフィー法を用いて製造できる。レーザ直接露光法を用いる場合、例えば、基板91に、アンダークラッド層124及びコア層126を順に積層する。例えば、ポリシランの場合、主線部112及び支線部116に紫外線が照射されないようなパターンが形成されたフォトマスクを介してコア層126に紫外線を照射する。紫外線の照射によってコア層126の紫外線を照射した箇所の屈折率が低下し、コア層に主線部112及び支線部116を形成できる。次に、波長選択反射部130として回折格子(不図示)を形成し、その後、例えば、オーバークラッド層122を積層する。なお、回折格子の形成については、後述する。
The manufacture of the wavelength
フォトリゾグラフィー法を用いる場合、例えば、基板91に、アンダークラッド層124、コア層126、並びに、フォトレジスト(不図示)を順に積層する。次に、2光束干渉露光法により、フォトレジストを露光、現像し、回折格子(不図示)を主線部112及び支線部116上に形成する。次に、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)等でエッチングを行い、コア層126に主線部112及び支線部116を形成する。その後、例えば、オーバークラッド層122を積層する。
In the case of using the photolithography method, for example, an under
回折格子を形成することについて説明する。第1実施形態に係る波長選択反射回路100では、回折格子は、紫外線による2光束干渉露光法で形成することが好ましい。図3に、回折格子の形成に用いる2光束干渉露光装置の概略図を示した。
The formation of the diffraction grating will be described. In the wavelength
図3の2光束干渉露光装置200は、例えば、He−Cdレーザ光源210、4枚のミラー220、ハーフミラー230、ビームエキスパンダ240、2個の回転ステージ250及び露光窓260を有する。図3では、2光束干渉露光法により表れる多数の格子のうちの2本の格子132を示している。また、波長選択反射回路100は、オーバークラッド層を積層する前の状態である。He−Cdレーザ光源210は、波長が300〜350nmの紫外線を出力することが好ましく、波長が325nmの紫外線を出力することがより好ましい。He−Cdレーザ光源210から出力された紫外線は、2枚のミラー220を介して、ビームエキスパンダ240によって所望の光径に拡大される。
The two-beam
ビームエキスパンダ240から出力された紫外線は、ハーフミラー230によって2分され、2個の回転ステージ250上に配置された2枚のミラー220によって反射され、波長選択反射回路100上に多数の干渉縞を形成する。格子132を形成する箇所は明るく、格子132間の領域は暗くなり、格子132を形成する箇所の屈折率が低くなる。ここで、2個の回転ステージ250を同じ角度だけ回転させ、格子132の間隔を自由に制御することができる。所望の場所に格子132を形成するために、露光窓260を選択反射回路100の前に配置する。図1に示すように、各支線部116の格子132の間隔が全て異なる場合、図3に示すように、移動方向Aに沿って選択反射回路100を移動し、支線部(不図示)上で所望の2個の回転ステージ250の角度を調節し、格子132の間隔を調節しても良い。一方、第1実施形態に係る波長選択反射回路100では、格子132同士の間隔を略等しくしても良い。以上のように、第1実施形態に係る波長選択反射回路100は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部130を容易に形成することができる。また、第1実施形態に係る波長選択反射回路100は、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
The ultraviolet rays output from the
2光束干渉露光法で形成する回折格子の反射波長について説明する。図4に、図3の波長選択反射回路100の拡大図を示した。さらに、図4には、光導波路110の格子132が形成される面の法線Xと紫外線Yのなす角である干渉角θ、及び、格子132の間隔Λを示した。ここで、第1実施形態に係る波長選択反射回路100では、2本の紫外線Yの干渉角θが略等しいことが好ましい。回折格子の反射波長を容易に算出することができる。
The reflection wavelength of the diffraction grating formed by the two-beam interference exposure method will be described. FIG. 4 shows an enlarged view of the wavelength
ここで、回折格子の反射波長は、例えば、式1及び式2で表せる。式1及び式2において、λBは回折格子の反射波長、nは格子132の屈折率、Λは格子132の間隔、λUVは紫外線Yの波長及びθは干渉角である。
(式1)λB=2n×Λ
(式2)Λ=λUV/(2sinθ)
Here, the reflection wavelength of the diffraction grating can be expressed by, for example, Expression 1 and Expression 2. In Equations 1 and 2, λ B is the reflection wavelength of the diffraction grating, n is the refractive index of the grating 132, Λ is the spacing of the grating 132, λ UV is the wavelength of the ultraviolet light Y, and θ is the interference angle.
(Formula 1) λ B = 2n × Λ
(Expression 2) Λ = λ UV / (2 sin θ)
(第2実施形態)
第2実施形態に係る多波長光源について、第1実施形態に係る波長選択反射回路と異なる点を主に説明する。図5に、第2実施形態に係る多波長光源の上面図を示した。第2実施形態に係る多波長光源102は、波長選択反射回路100と、波長選択反射回路100の主線部112の入出力端114に結合された半導体レーザ光源140と、を備える多波長光源100であって、半導体レーザ光源140の発振可能な波長領域に波長選択反射部130の反射波長が含まれる。
(Second Embodiment)
The multi-wavelength light source according to the second embodiment will be described mainly with respect to differences from the wavelength selective reflection circuit according to the first embodiment. FIG. 5 shows a top view of the multi-wavelength light source according to the second embodiment. The multi-wavelength
ヒーター120は、光導波路110の表面、例えば、波長選択反射回路100を上面視した際に光方向性結合回路118とヒーター120で主線部112を挟むように形成される。
The
半導体レーザ光源140は、例えば、外部共振型半導体レーザ光源であり、発振可能な波長領域が、1500〜1600nmである。また、波長選択反射部130は、例えば、反射波長が1530〜1570nmである。
The semiconductor
主線部112及び支線部116では、例えば、透過損失や後方散乱光等の理由により、入出力端114から波長選択反射部130までの光路長に比例した光信号の損失が発生する。入出力端114から波長選択反射部130までの光路長がそれぞれの波長選択反射部130で異なる場合、いずれの波長選択反射部130で反射されるか、すなわち、波長選択反射部130の反射波長によって光信号の損失量が異なる事態が生じる。このため、図5に示すように、第2実施形態に係る多波長光源102では、波長選択反射回路100は、入出力端114から波長選択反射部130までの光路長が略等しいことが好ましい。多波長光源102は、全ての波長選択反射部130において、入出力端114から波長選択反射部130までの光路長に比例した光信号の損失量を等しくすることができる。以上のように、第2実施形態に係る多波長光源102は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部130を容易に形成することができる。また、第2実施形態に係る多波長光源102は、石英の光導波路に比べて1℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
In the
図6は、半導体レーザ光源140と波長選択反射回路100の結合方法を示す図であり、(a)は第1の結合方法、(b)は第2の結合方法、(c)は第3の結合方法である。図6(a)に示す第1の結合方法は、半導体レーザ140の出力端(不図示)に無反射コート膜を形成し、光ファイバ150を介して半導体レーザ140と、無反射コートした波長選択反射回路100を結合する方法である。図6(b)に示す第2の結合方法は、半導体レーザチップである半導体レーザ140の出力端に無反射コート膜を形成し、無反射コート膜を形成したレンズ160を介して半導体レーザ140と、無反射コートした波長選択反射回路100を結合する方法である。図6(c)に示す第3の結合方法は、無反射コート膜を形成した半導体レーザ光源140と、無反射コートした波長選択反射回路100を直接結合する方法である。
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a coupling method of the semiconductor
本発明に係る波長選択反射回路は、光信号の反射回路として利用することができる。また、本発明に係る多波長光源は、光WDM(Wavelength Division Multiplex)等の光ネットワーク用の光源として利用することができる。 The wavelength selective reflection circuit according to the present invention can be used as an optical signal reflection circuit. The multi-wavelength light source according to the present invention can be used as a light source for an optical network such as an optical WDM (Wavelength Division Multiplex).
91 基板
100 波長選択反射回路
102 多波長光源
110 光導波路
112 主線部
114 入出力端
116 支線部
118 光方向性結合回路
120 ヒーター
130 波長選択反射部
132 格子
140 半導体レーザ光源
150 光ファイバ
160 レンズ
200 2光束干渉露光装置
210 He−Cdレーザ光源
220 ミラー
230 ハーフミラー
240 ビームエキスパンダ
250 回転ステージ
260 露光窓
270 移動方向
A 移動方向
X 法線
Y 紫外線
θ 干渉角
Λ 格子同士の間隔
91
Claims (3)
前記主線部及び前記支線部上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部と、
を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路に、
前記光方向性結合回路を加熱することによって前記主線部から前記光方向性結合回路を介して前記光信号を前記支線部に結合させるか否かを切り替えるヒーターが形成されたことを特徴とする波長選択反射回路。 An optical waveguide having an input / output end through which an optical signal is input and output is formed at one end and one or more branch lines coupled to the main line via an optical directional coupling circuit;
A wavelength selective reflection portion formed on the main line portion and the branch line portion, each having a different reflection wavelength, and
In the wavelength selective reflection circuit of polymer resin comprising
A wavelength formed by heating the optical directional coupling circuit to switch whether or not the optical signal is coupled to the branch line portion from the main line portion via the optical directional coupling circuit. Selective reflection circuit.
前記波長選択反射回路の前記主線部の前記入出力端に結合された半導体レーザ光源と、
を備える多波長光源であって、
前記半導体レーザ光源の発振可能な波長領域に前記波長選択反射部の反射波長が含まれることを特徴とする多波長光源。 The wavelength selective reflection circuit according to claim 1 or 2,
A semiconductor laser light source coupled to the input / output end of the main line portion of the wavelength selective reflection circuit;
A multi-wavelength light source comprising:
The multi-wavelength light source, wherein the wavelength range in which the semiconductor laser light source can oscillate includes a reflection wavelength of the wavelength selective reflection portion.
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JP2019138954A (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-22 | 沖電気工業株式会社 | Optical waveguide element and method for acquiring reflectance |
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