JP2020027128A - 光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路デバイスにおけるアサーマル化を実現し、より簡便で低廉な、光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法を提供する。【解決手段】光導波路デバイスを調整する方法は、波長が１５２０ｎｍ乃至１５６０ｎｍである信号光および波長が３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍである青色光が通過する１または複数の光導波路２２、２３と、光導波路が通過する溝２５と、溝に充填された樹脂２６とを備える光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法であって、信号光と青色光とを、同一または互いに異なる１または複数の光導波路を通過させ、同一または互いに異なる樹脂を通過させる工程を備え、樹脂を通過させる工程は、青色光を樹脂に照射することによって樹脂の屈折率を変化させ、樹脂の屈折率の変化に対応して樹脂を透過した信号光の透過波長を変化させる工程である。【選択図】図５

Description

本発明は、光導波路デバイスを透過した信号光の透過波長を調整する方法に関するものであって、具体的には、光導波路デバイス内の光導波路が通過する樹脂のみに波長３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍの青色光を照射して当該樹脂の屈折率を変化させる信号光の透過波長を調整する方法に関する。

光通信の分野において、情報容量を増加させるために複数の信号をそれぞれ別々の波長に重畳させ、それらを単一の光ファイバ内を伝送させる波長分割多重方式が用いられている。この方式において、波長の異なる光を合分波する光波長合分波器として、温度無依存アレイ導波路回折格子（Ａｔｈｅｒｍａｌ ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ、以下、アサーマルＡＷＧという）が重要な役割を果たしている。

光波長合分波器は、その内部の石英ガラスの屈折率が温度依存性を有することや石英ガラス自体の熱膨張により、温度変化に伴って、光波長合分波器を透過した光の波長が大きく変動してしまうという問題を有している。従来、この問題に対して、ヒータによる加熱などによって石英ガラスの温度を一定に保持するようにして用いるか、または石英ガラスで構成されているスラブ導波路の内側面上に溝を設けてその溝の内部に屈折率の温度依存性が石英ガラスと異なる、すなわち光波長合分波器の構成全体で屈折率の温度依存性を相殺するような、ポリマーなどの樹脂を充填することが行われている。このように、温度が変化しても光波長合分波器を透過した光の波長が変動しないように光波長合分波器の温度無依存化が図られている。ここで、温度無依存化とすることをアサーマルまたはアサーマル化という。

また、ＡＷＧによる分波波長は、製造工程において生じる光回路の製造のゆらぎにより、国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ、ＩＴＵ）により国際的に標準化され勧告されている標準波長としばしばずれが生じる。従来、製造工程において生じる分波波長のずれは、製造したＡＷＧにエキシマレーザから出射するハイパワーの紫外域レーザを照射して、その紫外域レーザの波長をモニタしながらＡＷＧを構成している石英製の光導波路の屈折率を変化させて、ＡＷＧによる分波波長をトリミングする方法が用いられている（特許文献１）。

また、アサーマルＡＷＧにおいて、光路内に形成された三角形状の溝に充填させたポリマーに紫外線を照射し、ポリマーの屈折率を変化させることにより、アサーマルＡＷＧによる分波波長をトリミングする方法も提案されている（特許文献２）。

また、ＡＷＧの透過光のスペクトル形状は、通常ガウシアン形状である。そこで、光源の波長に対するトレランスを向上させ、かつ温度に対するトレランスを与えるために、ＡＷＧの透過光のスペクトル形状の先端をフラットとする装置構成が提案されている。すなわち、ＡＷＧの入力側に設けられたスラブ導波路にマッハツェンダ干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ、以下ＭＺＩという）を接続する装置構成が提案されている。このとき、ＭＺＩ自体もＡＷＧと同様にアサーマル化する必要があるため、ＭＺＩの短アーム側および長アーム側の導波路に溝が設けられ、その溝に屈折率を調整するための樹脂が充填されている（特許文献３）。

特開２００１-１５４０４３号公報 特表２００３-５２３５２８号公報 国際公開ＷＯ２０１０/０７９７６１号公報 特開２０１２-１４１５１号公報

上記の場合、ＭＺＩは、その位相をプラスマイナス０．００５ラジアン程度の精度で合致させなければ、透過光のスペクトル形状の先端を平坦とすることができない。したがって、ＭＺＩの位相を調整するために、ＭＺＩの導波路にも紫外線を照射して導波路の屈折率を変化させ位相をトリミングする必要がある（特許文献３）。つまり、このＡＷＧにＭＺＩを組み合わせてその構成全体をアサーマル化するためには、工程数の増加が課題となる。

また、アサーマルＡＷＧの導波路中の溝への充填材料として、同じ基本骨格構造を有し側鎖の種類が異なっている、屈折率の異なる２つの樹脂を混合して用いることにより、透過光の波長を最適に調整する方法も提案されている（特許文献４）。この調整方法は、チップ毎に個別に屈折率の調整のための樹脂の混合作業が必要となり、作業量が多く煩雑化を招来する課題がある。

またさらに、ＡＷＧやＭＺＩなどの光導波路デバイスにおいて、光導波路である石英ガラスに紫外線を照射して屈折率を調整する場合には、エキシマレーザなどの大型且つ高パワー出力の紫外線光源が必要であり、同様に、光導波路中に設けられた溝の充填材料である樹脂に紫外線を照射してその屈折率を調整する場合にも、高パワー出力の紫外線ランプが必要となり、コスト面における課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものである。本発明の一実施形態は、波長が１５２０ｎｍ乃至１５６０ｎｍである信号光および波長が３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍである青色光が通過する１または複数の光導波路と、光導波路が通過する溝と、溝に充填された樹脂とを備える光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法である。

本発明の一実施形態は、より具体的には、信号光と青色光とを、同一または互いに異なる１または複数の光導波路を通過させ、同一または互いに異なる樹脂を通過させる工程を備え、樹脂を通過させる工程は、青色光を樹脂に照射することによって樹脂の屈折率を変化させ、樹脂の屈折率の変化に対応して樹脂を透過した信号光の透過波長を変化させる工程である、光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法を提供するものである。

本発明は、ＡＷＧ、ＭＺＩ、またはリング共振器等の光導波路デバイスの透過波長または波形をトリミングする際に生じる光導波路デバイス全体への紫外線照射工程を簡便なものとするためになされたものである。低パワー（１ｍＷ〜数１０ｍＷ）出力で半導体ＬＤから出射される波長３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍの青色光を、光導波路を介して、通信用の信号光が通過する樹脂部のみを通過させることにより、樹脂部の屈折率を調整することを特徴とするものである。

本発明に依れば、信号光が通過する光導波路の径は１０uｍ程度と小さな断面積のため、低パワー出力による青色光でもパワー密度が高くなる。その結果、大型で高パワー出力のエキシマレーザやＵＶランプを使用せずとも、効率的に樹脂部の屈折率を調整することができる。

また、本発明に依れば、光導波路デバイスを備える光回路をファイバ付きモジュールとしてパッケージングした後や、このパッケージングした状態で光導波路デバイス内を連続通光して、経年劣化の結果透過光の波長にずれが生じた場合でも、波長を調整または再調整することができるという利点がある。

またさらに、本発明に依れば、カプラを介して、青色光と信号光とを同時に光導波路デバイスに入力し、透過光の波長をモニタしながら光導波路かつ／または樹脂部の屈折率を調整して、透過光の波長を調整することができる。その結果、１ｐｍレベルの高い精度で透過光の波長を調整することができる。

（ａ）はアサーマルＡＷＧの構成を示す模式図であり、（ｂ）はアサーマルＡＷＧを透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。 （ａ）はアサーマルＭＺＩの構成を示す模式図であり、（ｂ）はアサーマルＭＺＩを透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。 （ａ）はアサーマル・リング共振器の構成を示す模式図であり、（ｂ）はアサーマル・リング共振器を透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。 入力側にＭＺＩを備えるアサーマルＡＷＧの構成を示す模式図である。 （ａ）はアサーマルＭＺＩに信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、（ｃ）はアサーマルＭＺＩを透過した透過光のスペクトルを示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した図である。 図５に示すアサーマルＭＺＩ５０を透過した信号光の透過波長の時間に対する変化を示すグラフである。 （ａ）はアサーマルＡＷＧに信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、（ｂ）はアサーマルＭＺＩを透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。 図７に示すアサーマルＡＷＧ７０を透過した信号光の透過波長の時間に対する変化を示すグラフである。 （ａ）はアサーマルＡＷＧの入力側にアサーマルＭＺＩを接続した、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０に信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、（ｂ）はこのアサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０を透過した信号光の透過スペクトルを示す模式図である。 アサーマルＭＺＩ２０の短アーム側入力ポート２７ａから高パワーの信号光を入力した場合における信号光の透過波長シフト量の信号光入力時間に対する変化を示すグラフである。 （ａ）はアサーマルＭＺＩ２０に信号光と青色光とを同時に入力して基準波長からシフトした信号光の透過波長を再調整する場合の光回路構成の模式図であり、（ｂ）はアサーマルＭＺＩ２０を透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。また、本発明の実施形態は、本発明の要旨の範囲を逸脱しない限り、以下の例示に何ら限定されることはない。

まず、本発明の実施形態で用いる光導波路デバイスについて、以下の（１）乃至（４）で説明する。

（１）アサーマルＡＷＧ
図１（ａ）は、アサーマルＡＷＧの構成を示す模式図であり、図１（ｂ）は、アサーマルＡＷＧを透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。図１（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。図１（ｂ）のグラフ内の実線は水平偏波成分、点線は垂直偏波成分の透過率を示している。

アサーマルＡＷＧ１０は、石英基板１１の上に入力用チャネル導波路１２、入力側スラブ導波路１３、移相用チャネル導波路１４、出力側スラブ導波路１６、出力用チャネル導波路１５、溝１７、樹脂１８を備えている。これらの要素を備えた構成が１チップのアサーマルＡＷＧ１０である。

入力用チャネル導波路１２は、光をアサーマルＡＷＧ１０に入力するために備えられており、1本の光導波路である。移相用チャネル導波路１４および出力用チャネル導波路１５は、複数本の導波路で構成されている。入力用チャネル導波路１２から入力された光は、それぞれ光学的に接続されている入力側スラブ導波路１３、移相用チャネル導波路１４、および出力側スラブ導波路１６をこの順に通過して、分波された光が出力用チャネル導波路１５から出力される。

アサーマルＡＷＧ１０は、通常のＡＷＧの上記構成要素に加えて、温度無依存化のために入力側スラブ導波路１３上に溝１７をさらに備え、溝１７の内部には樹脂１８が充填されている。図１（ａ）に示すアサーマルＡＷＧ１０の構成において、溝１７は入力側スラブ導波路１３に形成されているが、出力用スラブ導波路１６上に形成しても良いし、また移相用チャネル導波路１４上に形成しても良い。また、溝１７の形状は三角溝または三日月溝であって、複数備えられていることが好ましい。

樹脂１８は、光学樹脂であって、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂を採用することができる。さらに、樹脂１８は、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリレート共重合体、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ポリプロピレン、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンブロックゴム、スチレンポリオレフィンゴム、フッ素ゲル、フッ素ゴムその他の有機材料であって、波長３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍの光を照射してその屈折率が変化する材料である限り、特に制限無く採用できる。

アサーマルＡＷＧ１０における中心透過波長λ_Cは、以下の式により与えられる。ここで、ｎ_cはコアの屈折率、ｎ_polymerは樹脂の屈折率、ΔＬは移相用導波路における隣接する導波路間の光路長差、ΔＬ_polymerは樹脂１８が充填されている溝１７における隣接する導波路間の光路長差、およびｍは回折次数を表す。

通常の光通信波長帯域におけるアサーマルＡＷＧの構成において、入力する信号光の波長を１．５５μｍとした場合、アサーマルＡＷＧを透過した信号光の周波数特性は、波長１５２０ｎｍ乃至１５６０ｎｍに１本のスペクトルが現れる。このとき、ｍ＝３４である。製造工程において生じる設計の揺らぎにより、チップ毎にΔＬおよびΔＬ_polymerが若干異なっている。このためＩＴＵグリッドに対して、最大で数１００ｐｍの波長のずれが生じる。

ここで、ＩＴＵグリッドとは、ＩＴＵ−ＴＧ.６９１勧告に準拠している波長間隔のことである。

光通信に用いるアサーマルＡＷＧは、その透過波長をＩＴＵグリッドに対して正確に合致させる必要があり、その合致の精度は１０ｐｍのレベルが求められる。アサーマルＡＷＧ１０は、信号光が通過する樹脂１８の屈折率を変えることにより、透過波長を調整することができる。

（２）アサーマルＭＺＩ
図２（ａ）は、アサーマルＭＺＩ２０の構成を示す模式図であり、図２（ｂ）は、アサーマルＭＺＩ２０を透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフ（ｂ）である。図２（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。

アサーマルＭＺＩ２０は、導波路基板２１の上に長アーム側導波路２２、短アーム側導波路２３が配置されている。

アサーマルＭＺＩ２０は、短アーム側と長アーム側とのそれぞれに、溝２５とその溝２５に充填された樹脂２６がさらに備えられている。短アーム側導波路２３および長アーム側導波路２２は、それぞれ樹脂２６を通過するように配置され、樹脂２６が充填されている溝２５を挟んで入力ポート側と出力ポート側とに、互いに近接している部位であるカプラ部２４が形成されている。これらの要素を備えた構成が１チップのアサーマルＭＺＩ２０である。

短アーム側に設けられた溝と長アーム側に設けられた溝２５との光の進行方向の長さには差が設けられ、アサーマル条件を満たすように溝２５の光の進行方向の長さが決められる。

光は、アサーマルＭＺＩ２０の一方の端に設けられている短アーム側入力ポート２７ａおよび長アーム側入力ポート２７ｂから入力される。短アーム側入力ポート２７ａから入力された光は、短アーム側導波路２３の中を通過し、短アーム側の溝２５に充填された樹脂２６を通過して、短アーム側出力ポート２８ａから出力される。同様に、長アーム側入力ポート２７ｂから入力された光は、長アーム側導波路２２の中を通過し、長アーム側の溝２５に充填された樹脂２６を通過して、長アーム側出力ポート２８ｂから出力される。このとき２箇所のカプラ部２４のそれぞれで、短アーム側導波路２３を通過する光と長アーム側導波路２２を通過する光とが干渉する。

その結果、短アーム側出力ポート２８ａおよび長アーム側出力ポート２８ｂから出力される光は、図２（ｂ）に示すように、周期的な透過スペクトル形状を示す。マスクの精度誤差、ガラスや樹脂２６の屈折率のばらつきにより、チップ毎に波長が異なる。光通信に用いるアサーマルＭＺＩは、アサーマルＡＷＧと同様に、その透過波長をＩＴＵグリッドに対して正確に合致させる必要がある。

（３）アサーマル・リング共振器
図３（ａ）は、アサーマル・リング共振器の構成を示す模式図であり、図３（ｂ）は、アサーマル・リング共振器を透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。図３（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。

アサーマル・リング共振器３０は、導波路基板３１の上に直線導波路３２，３３、リング導波路３４が配置されている。直線導波路３２，３３とリング導波路３４とは、互いが近接している部位であるカプラ部３７を形成している。

アサーマル・リング共振器３０は、リング導波路３４が通過する位置に溝３５、溝３５に充填した樹脂３６が更に備えられている。

入力ポート３８ａに入力された光は直線導波路３２の中を、また入力ポート３８ｂに入力された光は直線導波路３３の中を通過し、それぞれ出力ポート３９ａ，３９ｂにから出力される。光は、一方の直線導波路３１または３２の中を通過中にカプラ部３７において、リング導波路３４を通過している光と光学カップリング現象により励振を生じることにより、光の一部または全部が他方の直線導波路３２または３３移行して進行する。その結果、出力ポート３９ａまたは３９ｂから出力される光は、図３（ｂ）に示すように、リング導波路３４内で発生している発振波長において透過率が低下する周期的な透過スペクトル形状を示す。

直線導波路３２，３３およびリング導波路３４は、石英ガラス製であって、その屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴ（ｎは屈折率を、Ｔは温度を示す）は正の値を有する。一方、樹脂３６の屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴは、負の値を有する。ここで、溝３５の幅に対するリング導波路３４の長さの比と、石英ガラス、樹脂３６のそれぞれのｄｎ／ｄＴの比とが等しくなるように設定することによって、リング共振器のアサーマル化を図ることができる。このアサーマル化の結果、アサーマル・リング共振器３０を透過する光の透過特性をアサーマル化することが可能である。

（４）アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ
図４は、入力側にＭＺＩを備えるアサーマルＡＷＧの構成を示す模式図である。この構成を本願明細書において「アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ」という。

アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０は、アサーマルＡＷＧ部の入力側スラブ導波路４５の入力に、アサーマルＭＺＩ部が接続されている。ここで、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０の構成の内、アサーマルＡＷＧ部は、入力側スラブ導波路４５、移相用チャネル導波路４３、出力用チャネル導波路４２、出力側スラブ導波路４２、樹脂部４４を備えている。樹脂部４４は、溝および当該溝に充填された樹脂を含んで構成されており、出力側スラブ導波路４２の内部に配置されている。

また、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０の構成の内、アサーマルＭＺＩ部は、長アーム側導波路４６、樹脂部４８，４９、短アーム側導波路４７、およびカプラ４１０を備えている。ここで、樹脂部は、短アーム側と長アーム側とのそれぞれに、溝および当該溝を充填している樹脂を含んで構成されている。短アーム側導波路４７は樹脂部４８を、長アーム側導波路４６は樹脂部４９を、それぞれを通過するように配置されている。

アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０は、ＭＺＩの波長とA-AWGの波長を合わせることにより、ＭＺＩ付きアレイ導波路回折格子の透過スペクトルの先端部分を平坦(フラットトップ)形状にすることができる。

アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０に、光を入力側導波路４１１から入力し出力用チャネル導波路４１から出力する場合、アサーマルＭＺＩ部の透過波長とアサーマルＡＷＧ部の透過波長とが正確に合致するときに、出力した光のスペクトル形状はガウシアン形状でなく、スペクトルの先端部分が平坦（フラットトップ）な矩形形状となる。このため、アサーマルＡＷＧ部からの透過波長をＩＴＵグリッドに合致させ、さらに、アサーマルＭＺＩ部から透過した光のスペクトルの先端部分が平坦となるように、アサーマルＭＺＩ部からの透過波長を調整する必要がある。

（実施例１）青色光の照射によるアサーマルＭＺＩからの透過波長の調整（長波側シフト、短波側シフトの調整）
図５（ａ）は、アサーマルＭＺＩ５０に信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、図５（ｃ）は、アサーマルＭＺＩを透過した透過光のスペクトルを示すグラフである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一部を拡大した図である。図５（ｃ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。

アサーマルＭＺＩ５０の構成は、図２（ａ）に示すアサーマルＭＺＩ２０の構成に、青色光用短アーム側導波路５４と青色光用長アーム側導波路５５とを加えた構成である。

アサーマルＭＺＩ５０の長アーム側および短アーム側には溝２５が設けられ、当該溝２５には、樹脂２６としてシリコーン樹脂が充填されている。この溝２５の幅は、アサーマルＭＺＩ５０を透過した信号光の波長が温度無依存になるように設定されている。

アサーマルＭＺＩ５０に入力する光の光源は、ファイバ付きレーザ光源（出力波長：４０５ｎｍ）（以下、４０５ｎｍレーザ光源という）５１およびファイバ付きＡＳＥ白色光源（出力波長：１５５０ｎｍ）（以下、１５５０ｎｍレーザ光源という）５２である。本実施例において、１５５０ｎｍレーザ光源５２は信号光の光源として、４０５ｎｍレーザ光源５１は屈折率調整用の青色光の光源として用いられている。

さらに、本実施例において、信号光および青色光は、通信波長帯用の３ｄＢカプラ５３を通過させてアサーマルＭＺＩ５０に入力する。この３ｄＢカプラ５３のコアの材料として、ピュアシリカを用いることが望ましい。ここで、ピュアシリカとは、発光中心となる希土類元素を含まない石英（ＳｉＯ₂）を意味する。３ｄＢカプラ５３のコアとしてゲルマニウム（Ｇｅ）ドープのコアを有するカプラを用いた場合、青色光の通過によりフォトダークニング現象が生じ、信号光の強度ロスが増大するためである。３ｄＢカプラ５３のコアと同様に、アサーマルＭＺＩ５０に備えられる導波路のコアがピュアシリカのコアを有する導波路であることが好ましく、青色光と信号光とが同時に通過する部分の光導波路のコアがピュアシリカのコアを有することが特に好ましい。

まず、４０５ｎｍレーザ光源５１から射出された青色光と１５５０ｎｍレーザ光源５２から射出された信号光とは、３ｄＢカプラ５３にそれぞれ入力され、１つのファイバに合波される。３ｄＢカプラ５３で合波された光は、短アーム側入力ポート２７ａに入力される。４０５ｎｍレーザ光源５１から射出された青色光は、３ｄＢカプラ５３に入力されると３ｄＢカプラ５３をマルチモードの伝搬モードで分岐することなくスルーして短アーム側入力ポート２７ａに入力される。一方、１５５０ｎｍレーザ光源５２から射出された信号光は、５：５、すなわち等しい光強度で２つに分岐されてアサーマルＭＺＩ５０の短アーム側入力ポート２７ａおよび長アーム側入力ポート２７ｂに入力される。

アサーマルＭＺＩ５０に入力された青色光は、アサーマルＭＺＩの短アーム側導波路を直進して短アーム側出力ポート２８ｂから出力される。一方、短アーム側入力ポート２７ａおよび長アーム側入力ポート２７ｂから入力された１５５０ｎｍの信号光は、アサーマルＭＺＩ５０の内部で干渉を生じ、短アーム側出力ポート２８ａおよび長アーム側出力ポート２８ｂから出力される。ここで、長アーム側出力ポート２８ｂから出力された信号光をスペクトルアナライザにより解析すると、図５（ｃ）に示すように周期的な透過スペクトル形状を有する。

さらに、この透過スペクトルが短波側へとシフトすることが観測される。これは、青色光が樹脂２６が充填されている溝２５を通過する時に、樹脂２６が青色光に照射され、その結果、樹脂２６の屈折率が増大することに依るものである。

次に、アサーマルＭＺＩ５０に光を入力するポートを短アーム側入力ポート２７ａから長アーム側入力ポート２７ｂへと切り替えて、長アーム側へと青色光を入力した。短アーム側入力ポート２７ａへと光を入力した場合と同様に、４０５ｎｍレーザ光源５１から射出された青色光は、３ｄＢカプラ５３に入力されると３ｄＢカプラ５３をマルチモードで伝搬して、分岐することなくスルーし長アーム側入力ポート２７ｂに入力される。一方、１５５０ｎｍレーザ光源から射出された信号光は、等しい光強度で２つに分岐されてアサーマルＭＺＩ５０の短アーム側入力ポート２７ａおよび長アーム側入力ポート２７ｂに入力される。

短アーム側出力ポート２８ａから出力された信号光をスペクトルアナライザにより解析すると、図５（ｃ）に示すように周期的な透過スペクトル形状を有している。この透過スペクトルは、短アーム側入力ポート２７ａから光を入力した場合とは反対に、長波側へとシフトする。

図６は、図５に示すアサーマルＭＺＩ５０を透過した信号光の透過波長の時間に対する変化を示すグラフである。横軸は樹脂２６に対する青色光の照射時間を、縦軸は信号光の透過波長のシフト量を示す。黒丸のプロットは青色光を長アーム側入力ポート２７ｂへ入力した場合であり、白丸のプロットは短アーム側入力ポート２７ａへ入力した場合の値を示す。このときの４０５ｎｍレーザ光源５１の出力は、１．８ｍＷである。アサーマルＭＺＩ５０を構成する光導波路の温度は２５℃である。

図６に示すように、青色光を短アーム側に入力すると信号光の透過波長を短波側に、長アーム側に入力すると信号光の透過波長を長波側にシフトさせることができることが分かる。すなわち、アサーマルＭＺＩ５０において、青色光を短アーム側または長アーム側へと入力することにより、信号光の透過波長を短波側または長波側へとシフトさせる波長調整が可能となる。

ここで、４０５ｎｍレーザ光源５１の出力を５０ｍＷへ増大させると信号光の波長を数分で１００ｐｍ短波側へとシフトさせることができた。図６に示す結果より、４０５ｎｍレーザ光源５１の出力が１．８ｍＷの場合には、信号光の透過波長を１００ｐｍ短波側へとシフトさせるために約１０分程度の時間を要する。

また、４０５ｎｍレーザ光源５１の出力をさらに増大させて１００ｍＷとし、それに加えて、アサーマルＭＺＩ５０に信号光および青色光を入力する前に予めアサーマルＭＺＩ５０を構成する光導波路の温度を６０℃に設定して、波長調整した結果、１０分程度で４００ｐｍの長波側へと透過波長をシフトさせることが可能であった。図６に示す結果より、４０５ｎｍレーザ光源５１の出力を１．８ｍＷとし、アサーマルＭＺＩ５０を構成する光導波路の温度を６０℃とした場合には、信号光の透過波長を４００ｐｍ長波側へとシフトさせるために、おおよそ３０分程度の時間を要する。

つまり、本実施例に依れば、青色光の光源の出力の増大に従って信号光の透過波長がシフトする時間が短くなり、すなわち、より高速に波長調整をすることが可能である。また、同様に、アサーマルＭＺＩ５０を構成する光導波路の温度の上昇に従って信号光の透過波長がシフトする時間が短くなり、すなわち、より高速に波長調整をすることが可能である。

また、上記の例では、信号光が通過する光導波路に青色光も同時に通過させているが、光導波路内の青色光の通過、つまり光導波路のコアへの青色光の照射によって信号光の強度ロスが増大する場合がある。この場合には、アサーマルＭＺＩに青色光のみを入力する光導波路を別途設けることが好ましい。

アサーマルＭＺＩ５０において、青色光用短アーム側導波路５４および青色光用長アーム側導波路５５は、青色光を溝２５に充填されている樹脂２６に照射するための光導波路である。この青色光用短アーム側導波路５４および青色光用長アーム側導波路５５を備えることにより、樹脂２６が充填された溝２５よりも入力側に近い領域において、青色光は青色光用短アーム側導波路５４または青色光用長アーム側導波路５５を通過し、信号光は短アーム側導波路２３または長アーム側導波路２２を通過する構成となる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図を示している。青色光用短アーム側導波路５４のコアの径は、短アーム側導波路２３のコアの径よりも小さく、具体的には、短アーム側導波路２３のコアの径の１／３の大きさである。信号光は、この青色光用短アーム側導波路５４へ入力することが出来ず、青色光用短アーム側導波路５４の中を通過することもできない。つまり、この青色光用短アーム側導波路５４を設けた場合、信号光は、青色光の照射の影響を受けずに、短アーム側導波路２３および溝２５に充填された樹脂２６を通過することができる。一方、青色光は、入力ポートの変更および溝２５に到達する前に設けられた青色光用短アーム側導波路５４内の通過をさせることで、溝２５に充填された樹脂２６を照射することができる。このとき、溝２５を通過した後の光導波路の構成は、青色光用短アーム側導波路５４の設置有無に依らず同じである。

すなわち、アサーマルＭＺＩ５０は、青色光用短アーム側導波路５４および青色光用長アーム側導波路５５を備えることにより、樹脂２６が充填されている溝２５より後の光導波路の構成の変更を伴わずに、信号光の強度ロスの増大を抑制することが可能である。

（実施例２）青色光の照射によるアサーマルＡＷＧからの透過波長の調整
図７（ａ）は、アサーマルＡＷＧ７０に信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、図７（ｂ）は、アサーマルＭＺＩを透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。図７（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。また、図７（ｂ）において、実線は水平偏波成分、点線は垂直偏波成分の透過率を示している。

アサーマルＡＷＧ７０の構成は、図１（ａ）に示すアサーマルＡＷＧ１０の構成に、青色光用入力側導波路７１を加えた構成である。この青色光用入力側導波路７１は、入力用チャネル導波路１２と分離されており、青色光のみを通過させ溝１７に充填されている樹脂１８に青色光を照射するための光導波路である。本実施例において、樹脂１８はシリコーン樹脂である。

アサーマルＡＷＧ７０に入力する光の光源は、４０５ｎｍレーザ光源７３および１５５０ｎｍレーザ光源７２である。本実施例において、１５５０ｎｍレーザ光源７２は信号光の光源として、４０５ｎｍレーザ光源７３は屈折率調整用の青色光の光源として用いられている。

まず、１５５０ｎｍレーザ光源７２から射出された信号光を、ファイバを介して入力用チャネル導波路１２に入力する。同様に、４０５ｎｍレーザ光源７３から射出された青色光を、ファイバを介して青色光用入力側導波路７１に入力する。青色光用入力側導波路７１の中を通過した青色光は、入力用スラブ導波路１３に達すると放射状に広がり溝１７に充填された樹脂１８を照射して、樹脂１８の屈折率を変化させる。したがって、信号光がその波長毎に通過する部分に位置する溝１７に充填された樹脂１８の屈折率が変化する。

図８は、図７に示すアサーマルＡＷＧ７０を透過した信号光の透過波長の時間に対する変化を示すグラフである。横軸は樹脂１８に対する青色光の照射時間を、縦軸は信号光の透過波長のシフト量を示す。このときの４０５ｎｍレーザ光源７３の出力は、１８ｍＷである。

信号光の透過波長が短波側または長波側のいずれにシフトをするかは、溝２５に充填された樹脂１８の種類によって決定される。通常、樹脂１８としてシリコーン樹脂を採用した場合、シリコーン樹脂に青色光を照射すると、その屈折率は増大し、それに伴って信号光の透過波長は長波側にシフトする。また、樹脂１８としてアクリル系の樹脂を採用した場合、屈折率は減少し、信号光の透過波長は短波側にシフトする。

図８に示すように、樹脂１８に対する青色光の照射時間に対して、信号光の透過波長は単調に長波側にシフトする。

なお、実施例１におけるアサーマルＭＺＩ５０からの透過波長のシフト量よりもシフト量が小さいのは、アサーマルＡＷＧ７０の構成において、入力側スラブ導波路１３の中で青色光が放射状に広がるため、溝１７に充填された樹脂１８に照射される青色光のパワー密度がアサーマルＭＺＩ５０の構成による場合よりも弱くなったためである。

（実施例３）青色光の照射によるアサーマル・リング共振器からの透過波長の調整
実施例２と同様の条件で、アサーマルＡＷＧ７０に代えてアサーマル・リング共振器３０を用いて実施した場合にも、実施例２と同様に信号光の透過波長を調整することができた。

（実施例４）アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ
図９（ａ）は、アサーマルＡＷＧの入力側にアサーマルＭＺＩを接続した、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０に信号光と青色光とを同時に入力して信号光の透過波長を調整する場合の光回路構成の模式図であり、図９（ｂ）は、このアサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０を透過した信号光の透過スペクトルを示す模式図（ｂ）である。図９（ｂ）において、点線９６は出力側スラブ導波路４２内の樹脂部４４に青色光を照射した後の信号光の透過スペクトルであり、実線９７はそれに次いでアサーマルＭＺＩ部内の樹脂部４８，４９に青色光を照射した後の信号光の透過スペクトルを示す。

アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０の構成は、図４に示すアサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ４０の構成に、青色光用入力側導波路９４，９５を加えた構成である。青色光用入力側導波路９４，９５は、青色光のみを通過させ樹脂部４４，４８，４９の樹脂に青色光を照射するための光導波路である。本実施例において、樹脂部４４，４８，４９の樹脂はシリコーン樹脂である。

青色光用入力側導波路９４は、入力側導波路４１１と分離しており、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０の入力側に位置するカプラ４１１に接続されている。青色光用入力側導波路９５は、出力用チャネル導波路４１と分離しており、アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０の出力側に位置する出力側スラブ導波路４２に接続されている。

アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０に入力する光の光源は、４０５ｎｍレーザ光源９１，９２および１５５０ｎｍレーザ光源９３である。本実施例において、１５５０ｎｍレーザ光源９３は信号光の光源として、４０５ｎｍレーザ光源９１，９２は屈折率調整用の青色光の光源として用いられている。４０５ｎｍレーザ光源９１から射出された青色光は青色光用入力側導波路９４に入力され、４０５ｎｍレーザ光源９２から射出された青色光は青色光用入力側導波路９５に入力される。

まず、４０５ｎｍレーザ光源９２から射出された青色光を青色光用入力側導波路９５の中を通過させ出力側スラブ導波路４２に入力する。このとき、出力側スラブ導波路４２において樹脂部４４の樹脂が入力された青色光によって照射され、それに伴い樹脂部４４の樹脂の屈折率が変化する。ここで、信号光を入力し出力用チャネル導波路４１から出力される信号光の透過スペクトルの中心波長をＩＴＵグリッドに合致させるように、樹脂部４４の樹脂の屈折率を調整する。このとき、信号光の透過スペクトルの形状は、図９（ｂ）に示すように、ガウシアン形状９６でありその中心波長と基準波長、すなわちＩＴＵグリッドとを一致させる。

次に、４０５ｎｍレーザ光源９１から射出された青色光を青色光用入力側導波路９４の中を通過させ樹脂部４８，４９に入力する。このとき、樹脂部４８，４９の樹脂が入力された青色光によって照射され、それに伴い樹脂部４８，４９の樹脂の屈折率が変化する。ここで、信号光を入力し出力用チャネル導波路４１から出力される信号光の透過スペクトルの形状をガウシアン形状９６から矩形形状９７となるように、樹脂部４８，４９の樹脂の屈折率を調整する。

本実施例において、４０５ｎｍレーザ光源９１の出力は、４０５ｎｍレーザ光源９２の出力に比べて低く設定され、具体的には４０５ｎｍレーザ光源９２の出力の１／１０程度の出力値である。したがって、樹脂部４８，４９の樹脂の屈折率を調整する際に、４０５ｎｍレーザ光源９１から射出された青色光は、出力側スラブ導波路４２の中の樹脂部４４まで到達し得ず、または樹脂部４４まで到達しても樹脂部４４の樹脂の屈折率を変化させるのに足る強度よりも強度が低い。つまり、一旦、４０５ｎｍレーザ光源９２から射出された青色光が照射されて屈折率を調整された樹脂部４４の樹脂の屈折率は、４０５ｎｍレーザ光源９１から射出された青色光がアサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０に入力されても変化しない。すなわち、上記の順序に従って４０５ｎｍレーザ光源９１，９２から射出された青色光をアサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ９０に入力することにより、樹脂部４４の樹脂の屈折率を再度調整する必要がない。

（実施例５）光導波路デバイスへの高パワーの信号光入力により信号光の透過波長が短波側へシフトした場合における透過波長の回復方法
図１０は、アサーマルＭＺＩ２０の短アーム側入力ポート２７ａから高パワーの信号光を入力した場合における信号光の透過波長シフト量の信号光入力時間に対する変化を示すグラフである。横軸はアサーマルＭＺＩ２０への信号光の入力時間を、縦軸は信号光の透過波長のシフト量を示す。信号光の光源の出力は、２００ｍＷである。

アサーマルＭＺＩ２０の短アーム側入力ポート２７ａから光源の出力が２００ｍＷの信号光を入力すると、信号光の透過波長は瞬時に７０ｐｍ程度短波側にシフトする。アサーマルＭＺＩ２０への信号光の入力時間の増加に従って、信号光の透過波長の短波側へのシフト量が徐々に大きくなり、信号光の透過波長の短波側へのシフト量は、最大で１４０ｐｍ程度に達して飽和する。ＩＴＵグリッド間隔は４００ｐｍとされているのに対して、この信号光の透過波長の短波側へのシフト量は大きく、好ましくないものである。

本実施例では、この短波側にシフトした信号光の透過波長をアサーマルＭＺＩ２０に青色光を入力することによって元の透過波長へと回復する方法について説明する。

図１１（ａ）は、アサーマルＭＺＩ２０に信号光と青色光とを同時に入力して基準波長からシフトした信号光の透過波長を再調整する場合の光回路構成の模式図であり、図１１（ｂ）は、アサーマルＭＺＩ２０を透過した信号光の透過スペクトルを示すグラフである。図１１（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。

アサーマルＭＺＩ２０に入力する光の光源は、４０５ｎｍレーザ光源５１および１５５０ｎｍレーザ光源１１１である。本実施例において、１５５０ｎｍレーザ光源１１１は信号光の光源として、４０５ｎｍレーザ光源５１は屈折率調整用の青色光の光源として用いられている。

まず、アサーマルＭＺＩ２０の短アーム側入力ポート２７ａに高パワーな１５５０ｎｍレーザ光源１１１から射出された信号光を入力した状態で、長アーム側入力ポート２７ｂに４０５ｎｍレーザ光源５１（出力：数ｍＷ）から射出された青色光を入力する。

高パワーの信号光は、エルビウム添加ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下ＥＤＦＡという）を通過してアサーマルＭＺＩ２０に入力され、短アーム側出力ポート２８ａから出力される。このとき、ＥＤＦＡを通過した信号光は、１５５０ｎｍレーザ光源１１１から射出された信号光の波長以外にＥＤＦＡ内で発生する自然放出光かつ／または誘導放出光の波長を含んでいる。そこで、長アーム側出力ポート２８ｂから出力される信号光の透過波長の内、１５５０ｎｍ以外の波長についてスペクトルアナライザにより測定すると、アサーマルＭＺＩ２０を透過した信号光の透過スペクトルを観測できる。

長アーム側入力ポート２７ｂから青色光を入力し、長アーム側導波路２２が通過する溝２５に充填されている樹脂２６に青色光を照射し、樹脂２６の屈折率を変化させ、長アーム側出力ポート２８ｂから出力される信号光の透過波長の内１５５０ｎｍ以外の波長が長波側へとシフトしていくのをモニタしながら、長アーム側出力ポート２８ｂから出力される信号光の透過波長とＩＴＵグリッドとが一致したときに、アサーマルＭＺＩ２０への青色光の入力を停止する。

また、上記のように高パワーの光源から射出された信号光を入力するだけでなく、通常のパワーである１０ｍＷ以下の光源から射出された信号光を入力した場合においても、それを長期継続的に行うと、信号光の透過波長が短波側または長波側へとシフトする。たとえば、アサーマルＭＺＩを、１０年乃至２０年間使用した場合、信号光の透過波長が最大で数１０ｐｍシフトする場合もある。

本発明の実施形態に依れば、このように信号光の透過波長が大きくシフトしたアサーマルＭＺＩを新規なものに交換することなく、その信号光の透過波長が大きくシフトしたアサーマルＭＺＩの短アーム側または長アーム側に青色光を入力して、溝に充填された樹脂の屈折率を調整することのみにより、信号光の透過波長が大きくシフトしたアサーマルＭＺＩを透過した信号光の透過波長を元の透過波長に回復させることができる。

１０、７０ アサーマルＡＷＧ
１１ 石英基板
１２ 入力用チャネル導波路
１３、４５ 入力側スラブ導波路
１４、４３ 移相用チャネル導波路
１５、４１ 出力用チャネル導波路
１６、４２ 出力側スラブ導波路
１７、２５、３５ 溝
１８、２６、３６ 樹脂
２０、５０ アサーマルＭＺＩ
２１、３１ 導波路基板
２２、４６ 長アーム側導波路
２３、４７ 短アーム側導波路
２４、３７ カプラ部
２７ａ 短アーム側入力ポート
２７ｂ 長アーム側入力ポート
２８ａ 短アーム側出力ポート
２８ｂ 長アーム側出力ポート
３０ アサーマル・リング共振器
３２、３３ 直線導波路
３４ リング導波路
３８ａ、３８ｂ 入力ポート
３９ａ、３９ｂ 出力ポート
４０、９０ アサーマルＭＺＩ付きアサーマルＡＷＧ
４４、４８、４９ 樹脂部
４１０ カプラ
４１１ 入力側導波路
５１、７３、９１、９２ ４０５ｎｍレーザ光源
５２、７２、９３ ＡＳＥ白色光源
５３ ３ｄＢカプラ
５４ 青色光用短アーム側導波路
５５ 青色光用長アーム側導波路
５７ａ 青色光用短アーム側入力ポート
５７ｂ 青色光用長アーム側入力ポート
７１、９４、９５ 青色光用入力側導波路
９６ ガウシアン形状スペクトル
９７ 矩形形状スペクトル
１１１ １５５０ｎｍレーザ光源
１１２ ＥＤＦＡ
１１３ スペクトルアナライザ

Claims (8)

1. 波長が１５２０ｎｍ乃至１５６０ｎｍである信号光および波長が３７５ｎｍ乃至４５５ｎｍである青色光が通過する１または複数の光導波路と、前記光導波路が通過する溝と、前記溝に充填された樹脂とを備える光導波路デバイスを透過する前記信号光の透過波長を調整する方法であって、
   前記信号光と前記青色光とを、同一または互いに異なる前記１または複数の光導波路を介して、同一または互いに異なる前記樹脂に入射させる工程であって、前記青色光を前記樹脂に照射することによって前記樹脂の屈折率を変化させ、前記樹脂の屈折率の変化に対応して前記樹脂を透過する前記信号光の透過波長を変化させる工程を備える、
   光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
2. 前記光導波路デバイスは、アレイ導波路回折格子、マッハツェンダ干渉計、リング共振器、またはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
3. 前記１または複数の光導波路は石英のみからなり、
   前記樹脂を通過させる工程において、前記信号光と前記青色光とが同一の前記１または複数の光導波路を介して、同一または互いに異なる前記樹脂に入射させる、
   請求項１または２に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
4. 前記樹脂は、光学樹脂であって、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリレート共重合体、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ポリプロピレン、ポリブタジエンゴム、スチレンブタジエンブロックゴム、スチレンポリオレフィンゴム、フッ素ゲル、フッ素ゴム、またはこれらの組み合わせその他の有機材料である、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
5. 前記青色光を発生させる青色光用光源の出力を調整することにより、前記樹脂の屈折率の変化に対応させて前記樹脂を透過する前記信号光の透過波長が変化する速度を調整する工程をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
6. 前記信号光と前記青色光とを、同一または互いに異なる前記１または複数の光導波路を介して、同一または互いに異なる前記樹脂に入射させる工程の前に、前記１または複数の光導波路の温度を調整する工程をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
7. 前記樹脂を透過した前記信号光の前記透過波長の変化をモニタしながら、前記樹脂の屈折率を変化させ、前記透過波長が所定の基準値に合致した場合に、前記光導波路デバイスに前記青色光を入力することを停止する工程をさらに備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。
8. 前記樹脂は、前記光導波路デバイスの中の２つの箇所に配置された第１の樹脂および第２の樹脂を含み、
   最初に、前記青色光を前記第１の樹脂に照射して、前記第１の樹脂の屈折率を変化させ、
   次いで、前記青色光を前記第２の樹脂に照射して、前記第２の樹脂の屈折率を変化させる工程をさらに備え、
   前記第２の樹脂に照射する前記青色光のパワーは、前記第１の樹脂に照射する前記青色光のパワーよりも低い、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光導波路デバイスを透過する信号光の透過波長を調整する方法。

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