JP2020085961A - 波長変換素子およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形光学効果を用いた波長変換素子では、目的の非線形導波路を含むアレイ導波路を作製する段階で、付随的に意図しないスラブ導波路も形成されてしまう。スラブ導波路は、アレイ導波路から所望の特性を持つ導波路を選択する際、誤った測定を誘発していた。誤った測定は、波長変換素子の作製工程のやり直し、歩留まりの低下を生じ、導波路選択時の特性評価およびその後の波長変換素子の効率的な作製の妨げになっていた。【解決手段】本発明の波長変換素子は、基板上に作成された複数の導波路と、複数の導波路の各々から離間して概ね平行して複数のスラブ導波路を備えており、このスラブ導波路の各々に特定波長を反射するグレーティング構造が形成されている。このグレーティング構造によって、複数の導波路の中から所望の光学特性を持つ導波路を効率的に選択する。【選択図】図４

Description

本発明は、非線形光学効果を用いた光学素子に関する。より具体的には、光通信システムや光計測システムにおいて用いられる波長変換素子に関する。

非線形光学効果を用いた光応用技術は、光通信や光を用いた量子情報通信などの分野において期待されている。基本的な非線形光学効果として、非線形光学媒質へ入射する光を別の周波数を有する光に変換する波長変換がある。具体的には、波長変換の特性を利用して、レーザー単体では発振が困難な波長帯の光を生み出す技術が広く知られている。特に、２次非線形材料であって大きな非線形定数を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）を用いた周期分極反転導波路（ＰＰＬＮ：Periodically Poled Lithium Niobate）は、非線形光学効果の効率の高さから、市販される光源内にも既に組み込まれている。

二次非線形光学効果では、波長λ₁およびλ₂の光を入力して新たな波長λ₃を発生させる。次式を満たす波長変換を和周波発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generation）と呼ぶ。
１／λ₃＝１／λ₁＋１／λ₂ 式（１）

式（１）においてλ₁＝λ₂の場合はさらに変形をして、次式を満たす波長変換を第二高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）と呼ぶ。
λ₃＝λ₁／２ 式（２）

また、次式を満たす波長変換を差周波発生（ＤＦＧ：Difference Frequency Generation）と呼ぶ。
１／λ₃＝１／λ₁―１／λ₂ 式（３）

さらにはλ₁のみを入力し式（３）を満たすλ₂およびλ₃を発生する光パラメトリック効果も存在する。上述のＳＨＧおよびＳＦＧの波長変換は、入力光に対して短波長の光すなわちエネルギーの高い光を新たに発生し、可視光域の光の発生等に良く利用される。

上述の二次非線形光学効果を効率良く起こすためには、相互作用する３波長の位相不整合量が０であることが求められる。周期分極反転導波路では、二次非線形光学材料の分極を周期的に反転させることにより疑似的に位相不整合量を０にすることができる。その時の反転周期をΛとすると、式（１）で示した和周波発生では、波長λ₁、λ₂、λ₃に対して次式を満たすように反転周期Λを設定すれば良い。
ｎ₃／λ₃−ｎ₂／λ₂−ｎ₁／λ₁−１／Λ＝０ 式（４）

ここでｎ₁は波長λ₁での屈折率、ｎ₂は波長λ₂での屈折率、ｎ₃は波長λ₃での屈折率である。

このような周期分極反転構造に加え、波長変換を生じさせる領域を導波路化することによって、高効率な波長変換が可能となる。非線形光学効果は、非線形相互作用を引き起こす光の重なり密度が高いほどその効果も大きくなる。小さい断面積に光を閉じ込め、かつ長い距離にわたって光を導波させることのできる導波路構造を採用することで、より高効率な波長変換が可能になる。

非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いた導波路構造の実現には、Ｔｉ拡散やプロトン交換による手法が一般的であった。近年では、非特許文献１に記載されているように、波長変換素子としてリッジ型の光導波路が研究開発されている。リッジ型の光導波路は、結晶のバルクの特性をそのまま利用でき、高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易性等の特徴を持つ。このリッジ型光導波路は、二枚の基板を接合した後で一方の基板を薄膜化し、さらに薄膜部分にリッジ加工を施すことにより形成される。上述の二枚の基板を接合する際に、接着剤等を用いずに基板同士を強固に接合する直接接合技術が利用される。直接接合型リッジ型導波路は、強い光を入射することが可能で、導波路化技術の進展と共に小コア化にも成功しており（例えば非特許文献２）、その非線形光学効率は向上の一途をたどっている。

強誘電体結晶であるＬＮは難加工材料であり、微細な加工が可能な半導体プロセスを用いても設計どおりのサイズや形状を得ることが難しい。また、擬似位相整合を用いたＰＰＬＮ導波路内での非線形光学効果はその導波路構造に敏感である。従って現状の技術では、所望の非線形光学特性を有する非線形光学導波路を、その光学特性の設計値通りに作製することは困難である。そこで後述するように、構造パラメータを徐々に変化させた複数の導波路を基板上に並べて同時に作製し、全ての導波路の光学特性を評価した上で、所望の特性を有する導波路のみを選択して利用する手法が用いられている。

ＰＰＬＮ導波路における導波路形状の加工においては、ウェットエッチングよりもしばしばドライエッチング技術が用いられる。ウェットエッチングではＰＰＬＮの分極方向によってエッチングレートが大きく異なり、所望の導波路構造を得ることが難しいからである。接合基板上に複数の導波路を作製した後で、測定用の端面を形成するよう基板を切り出し、所望の特性を持つ導波路を選択する。その後、例えばファイバピッグテールデバイスとして、選択された導波路を含む波長変換素子をモジュールに実装する（非特許文献３）。選択された導波路に効率的に光を入射して変換光を出射するよう、モジュール実装の際には、レンズを介して光ファイバとのアライメントが実施される。上述のＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子作製の全体の一連の工程は、図２とともに後述する。

Y. Nishida, H. Miyazawa, M. Asobe, O. Tadanaga, and H. Suzuki,"Direct-bonded QPM-LN ridge waveguide with high damage resistance at room temperature",2003年 Electronics Letters, Vol.39, No. 7, p.609-611 T. Umeki, O. Tadanaga, and M. Asobe, ‘Highly Efficient Wavelength Converter Using Direct-Bonded PPZnLN Ridge Waveguide’,2010年 IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 46, No. 8, pp. 1206-1213 T. Kazama, T. Umeki, M. Abe, K. Enbutsu, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, "Low-Parametric-Crosstalk Phase-Sensitive Amplifier for Guard-Band-Less DWDM Signal Using PPLN Waveguides",2017年 Journal of Lightwave Technology, Vol. 35, Issue 4, pp. 755-761

非線形光学結晶の微細加工において一般的な化学反応ドライエッチングを行うと、難揮発材料が発生し効率的にエッチングが進まない問題が知られている。このため、有機物保護膜である例えばレジストによるエッチングマスクで、エッチング不要の部分をできる限り覆う必要がある。しかしながら導波路作製工程でエッチングマスクを利用すると、所望の導波路構造の外に意図しないスラブ導波路が形成されてしまう。

図１は、従来技術のＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の構成を示す図である。前述のように、ＬＮを用いた光導波路デバイスを作製するには、その難加工性および低歩留まり性を考慮して、導波路構造パラメータを徐々に変化させたアレイ導波路を作製する。アレイ導波路を構成する複数の導波路の中から、最も優れた光学特性の導波路のみを選択して使用する。図１は、基板１０４上に作成された複数の導波路１０１ａ、１０１ｂを含む波長変換素子チップ１００の概念図を示している。

図２は、ＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の一連の作製工程を示したフロー図である。フロー２００を概観すれば、まずステップ２０２において接合基板の上に複数の導波路１０１ａ、１０１ｂを作製する。図１の波長変換素子チップ１００は、図２のステップ２０３で、基板上に作製された複数の導波路の一部を含む状態にチップを切り出した状態に対応している。図１に示した波長変換素子チップ１００の状態で、複数の導波路１０１ａ、１０１ｂの各々に対して、図２のフロー図のステップ２０４に示したように、波長変換導波路としての光学特性を測定して、所望の導波路の選択を行う。

再び図１を参照すれば、導波路１０１ａ、１０１ｂを効率的にエッチングするためにエッチングマスクで覆った部分に、スラブ導波路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが形成される。これらのスラブ導波路が存在すると、図２のステップ２０４におけるアレイ導波路の光学特性評価の段階で、最終的に選択されることになる所望の導波路の以外の導波路に対しても、波長変換素子チップ１００の端面において光学特性測定のための光調芯が可能となってしまう。アレイ導波路のほかに意図せずに形成されたスラブ導波路は、アレイ導波路特性の評価の際に、誤測定や測定のやり直し、誤った導波路を選択することによるチップの破棄など、効率的な導波路選択およびその後のモジュール製造検査を妨げる問題があった。この問題を、実際の波長変換素子の作製工程に基づいてさらに詳細に説明する。

図３は、アレイ導波路の中から所望の導波路を選択する工程を概念的に説明する図である。通常、図３の（ａ）に示したように直接接合したウェーファ３００の全面に例えば１００本以上の導波路から成るアレイ導波路を作製し（ステップ２０２）、所定の大きさの領域３０１−１〜３０１−４を持つチップに切り出すことで、図１に示した波長変換素子チップ１００が得られる（ステップ２０３）。チップ切り出しは、ステップ２０４の光学特性評価および導波路選択のために行われ、図３の（ａ）の領域３０１−１〜３０１−４は最終的なチップ領域よりも大きいことに留意されたい。ステップ２０４では、構造パラメータを徐々に変化させた複数の導波路の中から光学特性が最も優れた１つの導波路を選択する。したがって、図３の（ａ）の導波路に垂直な方向（ｘ軸）の切り出しは、最終的に波長変換素子として利用する状態の最小単位で行う。一方、ステップ２０３における導波路に平行な方向（ｚ軸）の切り出しは、光学特性評価が効率的に実施できるよう、選択の基礎となる１つのグループ内のアレイ導波路の数も考慮して、最終サイズの複数のチップが含まれるように適切なサイズで行われる。

図３の（ｂ）は、光学特性の測定のために切り出した後の１つのチップ３０１を概念的に説明する図である。本来、光学特性の測定のために切り出したチップ３０１には、例えば幅の異なるｎ本の導波路３０２−１〜３０２−ｎが作製されている。チップ３０１に含まれる導波路の数は１００を越える場合もある。チップ３０１の一方の端面１および他方の端面２の間で、各導波路に対して、光学特性の測定が順次実施される。すなわち試験光源３０３から１種類以上の試験光３０４が光ファイバを介して端面１に入力され、端面２から出力された試験光または波長変換光３０５が測定器３０６によって測定される。各導波路の光学測定では、導波損失の測定の他に、波長変換特性を直接確認するために単一波長光源や広帯域光源等など２つ以上の信号光を使用することもある。

図３の（ｂ）の切り出し後のチップ３０１では、実際には前述のように、選択される導波路を含む多数のアレイ導波路３０２−１〜３０２−ｎの他に、それぞれの導波路の間に図３には示していない意図していないスラブ導波路が形成されている。選択の対象となるアレイ導波路の各々の導波路は、例えば数μｍ角程度の非常に小さい断面の導波路である一方で、スラブ導波路の幅は遥かに大きく数１０μｍ以上にも達する。したがって、光学特性の測定のために光ファイバを各端面に近づければ、本来は光学特性評価対象ではない多数のスラブ導波路にも簡単に光結合できてしまう。通常、光学特性評価のために光ファイバを介してチップ端面と光結合させるとき、アレイ導波路の配列方向（ｘ軸）に順次、光結合の位置をずらしながら光学測定を行う。しかしながら、ｘ軸方向に測定点を移動させても、相当の割合でスラブ導波路領域により占められるので、広い範囲で本来の導波路と同じ程度の光結合がスラブ導波路領域でも可能である。非常に精度の良い調整用の３次元駆動機構などを利用しても、誤った位置で光学測定を行ってしまう可能性がある。その結果、スラブ導波路からの誤った測定値のために、最良の光学特性を持つ導波路の選択に誤りが生じる場合が起こり得る。

一旦、誤った測定が行われれば、図２のステップ２０４において本来選択すべきでない波長変換特性が不十分な導波路を選択してしまう可能性がある。さらに引き続くステップ２０５においてアレイ導波路のセットを含む最終チップサイズへ切り出す際に、不適切な導波路を含むチップを形成したり、最適な導波路を含むチップを選別せずに破棄したりする場合も生じ得る。さらに図３に示した各導波路の１本あたりの測定には、通常２分程度の時間が掛るため、例えば１００本の導波路の測定には、３時間を越える時間を要する。所望の導波路を選択する段階において誤った光学測定を含んでいた場合、これを是正するための工程に多大な時間と無駄なやり直しコストが生じてしまう。このようなことから、図２の一連の工程を実施してモジュール化された波長変換素子を完成させる工程全体における製造歩留まりも低下していた。したがって、図２のフロー図のステップ２０４において光学特性評価を本来のアレイ導波路に対して誤りなく実施することは、図２の波長変換素子の一連の作製工程を効率的に実施するための鍵の１つとなる。図１に示した本来必要とするアレイ導波路の間に形成された複数のスラブ導波路は、導波路特性評価およびその後の波長変換素子の効率的な作製の妨げになっていた。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであって、非線形光学素子を用いた波長変換デバイスをより効率的に作製する構成を提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路であって、各々が導波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を有する、複数のスラブ導波路とを備えたことを特徴とする波長変換素子である。

請求項２に記載の発明は、請求項１の波長変換素子であって、前記複数のスラブ導波路の前記グレーティング構造はそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の光を反射することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２の波長変換素子であって、前記複数のスラブ導波路の各々は、導波路長さ方向に幅または厚みを周期的に変調されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２の波長変換素子であって、前記複数のスラブ導波路の各々は、導波路上に、屈折率が１より大きい材料が導波路長さ方向に周期的に配置されたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項請求項１乃至４いずれかの波長変換素子であって、前記複数の導波路および前記複数のスラブ導波路はそれぞれ直線導波路であって、前記複数の導波路は、各々のコアのサイズを決定する構成パラメータを徐々に変化させていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項請求項１乃至４いずれかの波長変換素子であって、前記複数の導波路は、ＬｉＮｂＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎの内の少なくとも一種を添加物として含有する材料から成ることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、前記複数のスラブ導波路の各々に、導波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を作製するステップと、前記グレーティング構造の周期に対応した波長の反射波を検出しながら、前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、所望の光学特性を有する導波路を選択するステップと、前記選択された導波路に隣接し、少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路からの前記反射波に基づいて、前記選択された導波路と光ファイバとの光結合を行うステップとを備えることを特徴とする方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項７の方法であって、前記光結合を行うステップは、前記複数のスラブ導波路の前記グレーティング構造がそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の反射波に基づいて、前記選択された導波路に隣接する少なくとも１つの前記スラブ導波路と前記光ファイバとの粗い光結合を行う第１の光結合ステップと、前記光ファイバと、前記選択された導波路との精密な光結合を行う第２の光結合ステップとを含むことを特徴とする。

本発明により、非線形光学素子を用いた波長変換デバイスをより効率的に作製できる。

従来技術のＰＰＬＮによる波長変換素子の構成を示す図である。 ＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の作製フロー図である。 アレイ導波路の中から導波路を選択する工程を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。 本発明の波長変換素子の構成例を示した上面図である。 本発明の第２の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。 本発明の波長変換素子モジュールの組立・調整工程のフロー図である。

本発明の波長変換素子は、基板上に作成された複数の導波路と、複数の導波路の各々から離間して概ね平行して複数のスラブ導波路を備えており、このスラブ導波路の各々には周期的に同じ形状を繰り返す構造、すなわちグレーティング構造が形成されている。導波路においては、構造によって光が感じる実効的な屈折率が変わる。このため、導波路形状を周期的に変えることで屈折率を周期的に変調することができる。このようなグレーティング構造では、グレーティングの周期および導波路の屈折率で決まる特定の波長で、入射光に対して、導波路を透過しない反射光（戻り光）を生じる。

複数のスラブ導波路の各々に対して異なる波長で反射光を生じるようにグレーティングを構成することにより、複数の導波路の中から所望の光学特性を持つ導波路を効率的に選択する。波長変換素子の作製工程の中で、スラブ導波路毎に、グレーティング構造の周期を変化させることができる。異なる波長で反射光を生じるスラブ導波路は、モジュール内において、基板から切り出されたチップ内の選択された導波路を外部のファイバ等と光結合する際にも利用される。グレーティングによる反射光の存在の有無やその波長を確認することで、選択した導波路および光ファイバの間の光結合のアラインメントをより容易に効率的に実施し、波長変換素子を効率的に低コストで実現できる。

[第１の実施形態]
図４は、本発明の第１の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。図１に示した従来技術の波長変換素子チップ１００に対応する本発明の波長変換素子の構成を示している。図４の波長変換素子４００は、多数の導波路（アレイ導波路）が形成された基板（ウェーファ）状態から、複数の導波路を含むチップ状態に切り出された状態を示している。波長変換素子４００は、複数の導波路４０１ａ、４０１ｂと、複数の導波路の各々に離間して概ね平行に構成されたスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃとを備える。いずれの導波路もｚ軸方向に沿って形成され、導波路（ｚ軸）に垂直な、図面手前および奥の２つのチップ端面（ｘ−ｙ面）において、光の入出力が可能となっている。一方の端面へ入力された光は、各導波路を光導波方向（ｚ軸）に他方の端面に向かって導波する。

本発明の波長変換素子では、１つのチップ内に、構成パラメータを少しずつ変化させた複数の導波路を含み、これらの複数の導波路の中から、最も適切な１つの導波路を選択できる。導波路間で変化させる構成パラメータとしては、導波路の形状を決定するパラメータを含み、例えば導波路幅を僅かずつ変更することができる。他に分極反転周期（ＱＰＭピッチ）を変更することもできる。最も適切な導波路の選択の一例を挙げれば、波長変換素子の応用目的にもよるが、複数の導波路の各々に対して伝搬損失を測定し、この損失最小のものを選択することで実施できる。またチップの一方の端面から異なる波長の２つに光信号を入力し、他方の端面からの波長変換光のレベルを測定して、波長変換効率最大の導波路を選択することもできる。最も適切な導波路を選択する条件は、上述の測定の他、どのような選択条件を用いても良い。すなわち、アレイ導波路を作製して、その中から目的の機能を達成するために何等かの条件に基づいて１つまたは複数の導波路を選択する際に、本発明の構成および考え方を利用できる。したがって、本発明は導波路の選択方法としての側面も持っていることに留意されたい。

図４の本発明の波長変換素子のスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃは、ドライエッチングによる微細加工を利用して、上述の構成パラメータを少しずつ変化させた複数の導波路を作製する際に、エッチングマスクで覆われた部分に同時に形成される。本発明の波長変換素子では、スラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃの各々に、異なる導波路幅を周期的に繰り返すグレーティング構造が形成されている。チップの一方の端面からスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃへ入力された試験光は、このグレーティングの周期およびスラブ導波路の屈折率で決まる特定の波長のみで強く反射される。したがって、試験光を入力する端面側に特定の波長の反射光（戻り光）が出力され、他方の端面からは反射光の波長以外の波長の試験光が出力される。

本発明の波長変換素子において、複数の導波路４０１ａ、４０１ｂおよび隣接するスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃは、波長変換素子として機能する非線形導波路にスラブ導波路が影響を与えない程度の間隔を置いて配置される。例えば、複数の導波路４０１ａ、４０１ｂがＬＮコアであって、コアの両脇が空気であるリッジ構造の導波路であれば、両導波路が導波光の波長程度以上離れていれば良い。複数の導波路の（ｘ軸方向）繰り返し間隔（周期）は、光通信の波長変換素子の場合には、例えば数１０μｍから数１００μｍとすることができるが、応用分野によっては異なり得る。

図２および図３で説明したように、波長変換素子の一連の作製工程の中で、上述の複数の導波路４０１ａ、４０１ｂおよびスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃが作製され（ステップ２０２）、図３の（ｂ）で示したように、多数の導波路が並列配置して構成されたチップ３０１の状態に切り出される（ステップ２０３）。この工程は未だ導波路の選択が行われていない段階であって、いわば作製途中状態のチップ状態であり、このチップ内には数十から１００を越える多数の導波路が含まれていることに留意されたい。この後で光学特性の評価を行って、多数の導波路（導波路アレイ）の中から１本の適切な導波路（所望の導波路）を選択する工程（ステップ２０４）が、図４の波長変換素子４００に実施される。すなわち図４に示した波長変換素子の２つの端面それぞれにおいて、光ファイバとの結合位置をｘ軸方向に順次ずらしながら、すべての導波路に対して光学特性を取得する。

従来技術の構成では、本来選択対象では無いスラブ導波路に対しても制限なく光結合が可能であった。このため図２のステップ２０４において誤った測定を実施してしまうことで、波長変換素子の作製工程の一部のやり直しによる工程の効率低下、歩留まり低下、コスト増等の問題を生じ、一連の波長変換素子の作製の妨げとなっていた。

これに対し図４の本発明の波長変換素子の構成によれば、一方の端面からスラブ導波路のいずれかに誤って試験光が入力されても、予め分かっている波長の反射光の存在を常時モニタすることで、グレーティング構造で反射してきた光を判別可能である。誤ってスラブ導波路に対して光学特性が測定されても、試験光の入力側で検出される反射光量の大きさから直ちに測定値の異常を検出できる。出力側の透過光において、反射光の波長成分が減衰していることによっても、スラブ導波路に対する誤った測定を検出できる。

測定対象でないスラブ導波路に関連した誤った測定が検出された段階で、光学特性評価、導波路選択工程（ステップ２０４）におけるエラー是正のための様々な修正工程が可能となる。例えば、直ちに光学特性の測定装置の３次元駆動機構に対して光結合をやり直しさせたり、アラームを表示したりするなどの修正工程が可能となる。通常、ステップ２０４の光学特性の評価は自動化された測定系によって実施されるため、誤った測定が検出されたときの修正工程としては様々なものを適用できる。このようにスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃにグレーティング構造を備えることによって、誤測定時の反射光が利用可能となり、調整ミス（アラインメントミス）なしに、所望の導波路を選択するための光学特性測定を効率的に実施できる。

図４の波長変換素子におけるスラブ導波路のグレーティング構造は、スラブ導波路の幅を異なる２種類の幅で周期的に繰り返す構成となっている。グレーティング構造は、入力光の内の特定の波長のみを反射させ、出力光ではこの特定の波長を減衰させることで、光フィルタとして機能する。グレーティング構造は、図４に示したような異なる導波路幅を光導波方向（ｚ軸方向）に繰り返す構造以外にも、様々な形態によって実現可能である。例えば光導波方向（ｚ軸方向）について、スラブ導波路の厚み方向の屈折率を周期的に変調することでも実現可能である。厚み方向の屈折率変調は、単純に導波路厚みに周期構造を持たせても良いし、スラブ導波路とは別の材料をスラブ導波路上に周期的に構築しても良い。すなわち複数のスラブ導波路の各々は、導波路上に、屈折率が１より大きい材料が導波路長さ方向に周期的に配置されたものとして構成できる。コアの両脇が空気であるリッジ構造の導波路であれば、波長変換に用いる非線形導波路およびスラブ導波路を形成するエッチングによって、スラブ導波路幅に周期構造を持たせる構成を簡単に作製できる。図４では、最も簡単なスラブ導波路の幅方向を周期的に変えたグレーティング構造を例に説明をしている。上述のような構造的な周期構造によるグレーティングでは、材料の物理定数として屈折率に変化を与えているわけではないが、導波路長さ方向に周期的に実効的な屈折率変化が与えられることになる。

したがって本発明の波長変換素子は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路４０１ａ、４０１ｂと、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置され、周期構造を備えた複数のスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃとして実施できる。周期構造は、複数のスラブ導波路の各々に導波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を含む。

図５は、本発明の波長変換素子の構成例を示した上面図である。従来技術を示した図１および本発明を示した図４では、波長変換素子の構成要素の基本構造の説明のため、波長変換に用いる非線形導波路（アレイ導波路）を２本しか示していない。また、各部の相対的なサイズは実際のデバイスと非常に異なっている。図５の上面図は、波長変換素子となる非線形導波路が依然として太く描かれているが、実際のデバイスの形状のイメージにより近いものである。図５では、波長変換に用いるｎ本の非線形導波路（アレイ導波路）５０１−１〜５０１−ｎが含まれており、各導波路の両側に各導波路から離間して概ね平行に（ｎ＋１）本のスラブ導波路５０２−１〜５０２−ｎ＋１が構成されている。

スラブ導波路の各々は、周期的に変調された導波路幅を備えており、特定の波長の光を反射させることが可能となっている。すなわち、スラブ導波路の各々が導波路長さ方向（Ｚ軸）に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を持っている。このグレーティング構造によって反射波が生じる特定の波長は、予め知ることができる。非線形導波路の光学特性を評価する時に、特定波長の反射波の有無をモニタすることによって、測定対象でないスラブ導波路に関連した誤った測定を検出し、光学特性評価、導波路選択工程におけるエラー是正の様々なアクション（修正工程）を取ることが可能となる。

[第２の実施形態]
波長変換素子の作製工程では、波長変換効率を高めるための小コア化したアレイ導波路を作製している。この段階におけるドライエッチングの問題を解決する結果として、本来不要なスラブ導波路が形成されていた。第１の実施形態の波長変換素子では、複数の導波路の中から所望の特性を持つ導波路を選択する工程を効率良く実施するため、スラブ導波路の領域内にグレーティング構造を備えていた。本実施形態では、所望の導波路が選択された後で、波長変換素子をモジュール内に設置し調整・検査をする工程（図２のステップ２０６〜２０８）をさらに効率的に実施する波長変換素子の構成を提示する。また、波長変換素子の作製方法も提示する。

図２に示したように波長変換素子を実際に利用するためには、選択された導波路を複数含む作製途中の中間サイズチップを、選択された導波路を１本だけ含み後工程の組み立て作業に適したより小さい最終サイズチップに切り出し、モジュール化する必要がある。光モジュールは、波長変換素子を含むチップの他、光ファイバなどによる外部との光接続機能および必要に応じた他の関連する機能を含む光機能デバイスとして構成される。例えば光モジュールは、外部接続のためにピッグテールファイバを接続した形態をとることができる。さらにモジュール内では、最終サイズに切り出した波長変換素子チップの一方の端面および入力光ファイバの間、他方の端面および出力光ファイバの間で、いずれも光学接続が必須である。従って、図２に示したモジュール組み立て工程（ステップ２０６）および光ファイバと選択導波路とのアラインメント調整工程（ステップ２０７）を効率的に実施する必要がある。

アレイ導波路の光学特性を評価した後、選択された導波路を含むチップは、モジュール内に実装される。最終サイズに切り出したチップをモジュール内に実装する際には、モジュール内でレンズを用いて光ファイバとチップ端面とを光結合する必要がある。ＰＰＬＮを用いた非線形導波路では、端面に現れるコアの断面サイズは例えば５×５μｍ程度である。レンズを介した光ファイバとコアとの光結合は、導波路選択のために行う光学特性の評価時の光結合の場合と比べて、光学的アライメントが難しい。本実施形態の波長変換素子では、光学特性評価の妨げとなっていたスラブ導波路を、逆に光学的アライメントに積極的に利用できる構成を提案する。

図６は、本発明の第２の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。図６の波長変換素子６００のチップは、チップの基板面を垂直に見た上面図であって、図５と同様に、複数の導波路が形成された基板（ウェーファ）状態からチップ状態に切り出された状態を示している。波長変換に用いる複数の導波路６０１−１〜６０１−ｎと、導波路から離間して概ね平行に形成されたグレーティング構造を備えるスラブ導波路６０２−１〜６０２−ｎ＋１とから構成されている。さらに、各スラブ導波路のグレーティング構造はその周期（繰り返し距離）がそれぞれΛ１〜Λｎ＋１に設定されており、それぞれのスラブ導波路が周期に対応した異なる反射波長を持っている。したがって、複数のスラブ導波路のグレーティング構造はそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の光を反射するよう構成されている。図６では、ｎ本の複数の導波路の中から、図面上で一番下に位置している１本の導波路６０１−ｎが所望の導波路として選択された状態を示している。複数の導波路６０１−１〜６０１−ｎは、波長変換動作が可能な非線形導波路である。

多数の導波路の光学特性を順次測定して、所望の導波路を選択する工程では（図２ステップ２０４）、選択される導波路と同等にスラブ導波路においても試験光を導波してしまうことが問題であった。この問題は、既に第１の実施形態で述べたスラブ導波路のグレーティング構造を採用することによって解消される。上述のように、所望の導波路が既に１本に選択された後の段階で、選択された導波路に対してより厳密で難しい光結合を行う必要がある。一方、非常に小さいコア断面の非線形導波路よりも大きな断面を持つスラブ導波路のほうが、光結合をより簡単に実施できる。発明者らは、大きな断面を持つスラブ導波路によって大まかなアラインメントを実施することが、モジュール組み立ておよびアラインメント調整工程ではむしろ調整精度、効率の点で有用ではないかとの着想に至った。モジュール組立・調整の工程では、導波路が選択された中間サイズのチップはさらに小さな単位（最終チップサイズ）に切り出されてモジュールに組み込まれる。このため、選択された非線形導波路がどのチップの何番目の導波路であるのかを迅速かつ正確に識別することも重要である。選択された非線形導波路の両隣またはどちらか一方のスラブ導波路の反射波長を予め知っていれば、観測される反射波長に基づいて目的とする選択した非線形導波路の位置をより正確に特定することができる。すなわち、モジュール組立・調整の工程において、選択した非線形導波路に隣接するスラブ導波路を積極的に利用することで、光ファイバとの光結合のアライメントを効率的かつ正確に行うことができるようになる。

図７は、波長変換素子モジュールにおける組立・調整工程を説明するフロー図である。図７のフロー７００は、図２に示した波長変換素子の一連の作製工程の全体フロー２００におけるステップ２０６〜２０８に相当する。図２のステップ２０５で最終サイズに切り出されたチップを、図７のステップ７０２でモジュール内に実装し、ステップ７０３、７０４で、レンズを介してチップ端面の導波路コアおよび光ファイバ間を光結合（アラインメント）する。

ステップ７０３で、非線形導波路よりもはるかにコアサイズの大きいスラブ導波路６０２−１〜６０２−ｎ＋１を利用して、最初に大まかな光学的なアライメントを実施する。再び図６の上面図を参照すると、非線形導波路６０１−１〜６０１−ｎと比べ、スラブ導波路６０２−１〜６０２−ｎ＋１は、導波路の配列方向（ｘ軸方向）にはるかに広い幅を持っている。具体的には、前述のように非線形導波路のコア幅が５μｍ程度なのに対して、スラブ導波路は１０〜１００μｍの幅を持っている。従ってスラブ導波路に対しては、少なくとも基板の厚さ方向（ｙ軸方向）に対して、非常に精度良くアラインメントを実施できる。ステップ７０３におけるスラブ導波路を用いた祖調整は、入力側の試験光に対して、出力側の透過光のレベルを測定しながら実施できる。すなわち、透過光のレベルが最大となるように、入力側および出力側の光結合をそれぞれ調整すれば良い。試験光が入力される入力側については戻り光である反射波のレベルを用いても実施できる。すなわち、図３に示した試験系において試験光源側に反射波のレベルを測定することで、入力側のアラインメントが実施できる。出力側の測定器によって透過した試験光のレベルを用いて実施しても良い。

ステップ７０４で、アライメントされたスラブ導波路の反射光波長を確認し、選択された非線形導波路に隣接したスラブ導波路に設定された波長であるかどうかの確認を実施する。グレーティング構造からスラブ導波路の反射波長が予め知られていれば、実測された反射波長を確認することで、選択された非線形導波路に隣接するスラブ導波路であるかどうかを確認することができる。反射波長の確認は、入力側で反射波の波長を直接観測しても良い。反射波長の確認には、例えば入力側に光サーキュレータを設け、反射光成分のみを受光できるようにすれば良い。受光部に光スペクトラムアナライザや波長計を設置することで、反射光の波長と強度を測定することができる。また出力側の測定器において、反射波長のレベルが低下していることを観測しても良い。従って、異なる反射波長に設定された複数のスラブ導波路を備える場合には、試験光源として、すべての反射波長を含む広帯域光源を使用する必要がある。ここで、実測された反射波長が予期した波長と異なっている場合は、反射波長の確認をしながら、選択された非線形導波路に隣接するスラブ導波路に到達するまで再度移動とアライメントを行う。スラブ導波路の反射波長の間隔が予め分かっていれば、上述の移動も効率的に実施できる。

図７のフロー図では、ステップ７０３およびステップ７０４を別個のものとして分けて説明しているが、反射波のレベルおよびその波長を同時に観測できる。したがって、これら２つのステップを実質的に同時に実施することができる。また、図５に示した第１の実施形態のように、すべてのスラブ導波路で反射波長が同一であれば、試験光の反射波のレベルまたは透過光のレベルだけでスラブ導波路との祖調整が実施され、ステップ７０４は不要となる。

実測された反射波長が予期した波長と一致した後、ステップ７０５で、祖調整を行ったスラブ導波路から選択された導波路のコアに向かってｘ軸に沿って調整位置を移動させる。移動させながら、横方向（ｘ軸方向）およびレンズ焦点方向（ｚ軸方向）に、選択された導波路に対してさらにより微細なアライメントを実施できる。上述のステップ７０３〜７０５における２段階のアライメントは調整方法の一例であってこれだけに限られず、様々な手順、調整アルゴリズムが可能で。ステップ７０４のスラブ導波路との祖調整の段階で焦点調整（ｚ軸方向）を行うこともできるし、ステップ７０５の非線形導波路との微調整の段階で、３方向の調整を繰り返し行っても良い。

したがって本発明の波長変換素子は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路５０１ａ、５０１ｂと、前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のそれぞれ異なるグレーティング周期を持つスラブ導波路５０２ａ〜５０２ｃとして実施できる。複数のスラブ導波路のグレーティング構造はそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の光を反射する。

上述のように、スラブ導波路においてそれぞれ異なる周期のグレーティング構造を持たせることで全導波路の光学特性の評価を誤りなく実施して所望の導波路を選択できる。さらに、選択された導波路に隣接する少なくとも１本のスラブ導波路の反射波長を知っていることで、選択された導波路を含むチップをモジュールに実装する際、スラブ導波路を用いてより簡単、正確に光ファイバへの光調芯（アラインメント）ができる。スラブ導波路を用いて、波長変換素子の効率的なモジュール実装が可能となる。ステップ７０３〜７０５の後は、ステップ７０６でモジュールの組立を完了する。ステップ７０７で必要な光学特性の検査を例えばピッグテールファイバ経由で行い、波長変換素子モジュールの組立・調整工程フロー７００は終了する。

図２および図７に示したように、本発明は波長変換素子の作製方法の側面も持っている。すなわち、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、前記複数のスラブ導波路の各々に、波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を作製するステップと、前記グレーティング構造の周期に対応した波長の反射波を検出しながら、前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、所望の光学特性を有する導波路を選択するステップ（第１の実施形態）と、前記選択された導波路に隣接し、少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路からの前記反射波に基づいて、前記選択された導波路と光ファイバとの光結合を行うステップ（ステップ７０３〜７０５）とを備えるものとして実施できる。前記光結合を行うステップは、前記複数のスラブ導波路の前記グレーティング構造がそれぞれ異なる周期を持ち（第２の実施形態）、前記異なる周期に対応した特定の波長の反射波に基づいて、前記選択された導波路に隣接する少なくとも１つの前記スラブ導波路と前記光ファイバとの粗い光結合を行う第１のステップ（ステップ７０３、７０４）と、前記光ファイバと、前記選択された導波路との精密な光結合を行う第２のステップ（ステップ７０５）とを含む。

以下、本発明の上述の２つの実施形態の波長変換素子のより具体的な実施例について説明する。

図５を再び参照すれば、第１の実施形態の波長変換素子５００の実施例では、波長変換を行う非線形導波路５０１−１〜５０１−ｎは、周期的にその自発分極の向きが反転されたニオブ酸リチウムを主成分とする強誘電体からなる。クラッド部分となる下基板には熱膨張係数の近いタンタル酸リチウムが用いられている。導波路５０１−１〜５０１−ｎを構成する物質は非線形光学材料である。クラッドとなる基板またはオーバークラッドを構成する物質は、ケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、またはそれらに添加物を加えた化合物など、波長変換に使用する２つの波長帯の光に対して透明であれば良い。２つの波長帯は、一例として光通信の例を挙げれば、１５５０ｎｍおよび７７５ｎｍを中心とする帯域とすることができる。

図５の波長変換素子５００では、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定して、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が１．５５μｍとなるように設計した。導波路は、直線導波路とした。

タンタル酸リチウムからなる基板は、厚さ５００μｍである。導波路としてのニオブ酸リチウムは、タンタル酸リチウム基板に接合された後、研削および研磨により５μｍまで薄膜化された。その後、非線形導波路およびスラブ導波路を、ドライエッチングによりパターニングした。各スラブ導波路は周期的に幅が変調されたグレーティング構造が形成されるよう、導波路加工で使用するフォトマスク上にパターンを描画した。従来技術の波長変換素子の作製フローから工程を増やすことなく、実施例１の波長変換素子の構成を実現することが可能である。

グレーティングによる反射波長については、次の式（５）で与えられる。
２ｎΛ＝ｍλ 式（５）

ここで、ｎは実効屈折率、Λはグレーティング周期、λは反射波長、ｍは次数(整数)である。通常、グレーティングは１次（ｍ＝１）の反射光を用いるのが最も簡単である。本実施例においては、各スラブ導波路は第１の幅３０μｍと第２の幅３３μｍを周期的に繰り返す構造とし、波長１．５５μｍの光を反射させることを想定した。このとき、スラブ導波路の実効屈折率は約２．１３であり、式（５）からグレーティング周期は０．３６μｍとした。本実施例では１次のグレーティングを利用しているため、比較的細かい０．３６μｍのグレーティング周期が要求されているが、作製が難しい場合は高次のグレーティングを用いても良い。たとえば次数ｍ＝１０とした場合、同じ１．５５μｍの光を反射させるときのグレーティング長は３．６４μｍとなる。

一方、グレーティングの反射波長における反射率Ｒは、次の式（６）で与えられる。
Ｒ＝ｔａｎｈ²（πＬΔｎη／λ） 式（６）

ここで、Δｎはグレーティング構造の屈折率変調幅、Ｌはグレーティング長、ηはコアに含まれる伝搬光の割合を示している。ηはここでは簡単のため１として考える。本実施例においてはΔｎは約０．００００３である。切り出すチップ長によって反射率は異なるが、式（６）からチップ長２ｍｍで反射率約７０％、チップ長３ｍｍで反射率が９０％以上となる。ＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子では、通常素子の長さは３０〜５０ｍｍ程度であり、上述の本実施例のグレーティング構造によって、十分なレベルの反射光を観測可能である。

上述の本実施例の構造のスラブ導波路を作製して試験光を入力したところ、１．５５μｍの反射光が観測された。所望の非線形導波路を選択するための光学特性の評価時も、選択の対象となる非線形導波路およびスラブ導波路を、反射光の存在の有無によって明確に区別することができる。したがって、複数の導波路に対して光学特性の評価を順次行う場合（図２のステップ２０４）、一方のコア端面および試験光源からのファイバの間、他方のコア端面および測定装置へのファイバの間のいずれの場合も、アラインメント誤りは生じない。効率的かつ確実に測定すべき非線形導波路を認識し、光学特性の測定を実施して、所望の導波路を選択できる。

上述の反射波長は、グレーティングの周期やスラブ導波路サイズを変更することで制御可能である。したがって、非線形導波路の動作波長や、測定系の光源や受光系の波長域に応じて調整が可能である。

図６を再び参照すれば、第２の実施形態の波長変換素子６００の具体的な実施例について、図５に示した実施例１の構成との相違点を中心に述べる。実施例２では、スラブ導波路６０２−１〜６０２−ｎ＋１のグレーティング周期が、それぞれΛ１〜Λｎ＋１に設定されている。複数のスラブ導波路に対して、それぞれ異なる反射波長が設定されており、反射波長を予め知っていれば、スラブ導波路の位置を特定し、さらに隣接する選択された非線形導波路の位置を特定できる。反射波長Λ１〜Λｎ+１は、概ね等間隔となるように設定されている。本実施例の波長変換素子６００においては、各スラブ導波路は第１の幅３０μｍおよび第２の幅３３μｍを周期的に繰り返すグレーティング構造を持つ。グレーティングの繰り返し周期を、Λ１＝０．３５９１μｍ、Λ２＝０．３６０３μｍとして、隣接するスラブ導波路間で約１．２ｎｍずつ変化させている。このときの反射波長はスラブ導波路６０２−１で１５３０ｎｍ、スラブ導波路６０２−２で１５３５ｎｍとなり、隣接するスラブ導波路間で反射波長を約５ｎｍずつ変化させている。

波長変換を行う非線形導波路６０１−１〜６０１−ｎを構成する物質は非線形光学材料であって、周期的にその自発分極の向きが反転されたニオブ酸リチウムを主成分とする強誘電体からなる。クラッド部分となる下基板には熱膨張係数の近いタンタル酸リチウムが用いた。クラッドとなる基板またはオーバークラッドを構成する物質は、ケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、またはそれらに添加物を加えた化合物などとすることができる。波長変換に使用する２つの波長帯の光に対して、それぞれ透明であれば良い。

図６の波長変換素子６００でも、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定し、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が１．５５μｍとなるように設計した。非線形導波路６０１−１〜６０１−ｎは、直線導波路とした。

タンタル酸リチウムからなる基板は、厚さ５００μｍである。導波路としてのニオブ酸リチウムは、タンタル酸リチウム基板に接合された後、研削および研磨により５μｍまで薄膜化された。その後、非線形導波路およびスラブ導波路を、ドライエッチングによりパターニングした。

本実施例でも、光学特性の評価時に、選択の対象となる非線形導波路およびスラブ導波路を、反射光の存在をモニタすることで明確に区別することができる。したがって、複数の導波路に対して光学特性の評価を順次行う場合（図２ステップ２０４）に、一方のコア端面および試験光源からのファイバの間、他方のコア端面および測定装置へのファイバの間のいずれの場合においても、アラインメント誤りは生じない。効率的かつ確実に測定すべき非線形導波路を特定し、光学特性の測定を実施して、所望の導波路を選択できる。

さらに所望の導波路が選択された後で、波長変換素子６００のチップをモジュールへ実装することを想定し、選択された導波路６０１−ｎの両側のスラブ導波路６０２−ｎ、６０２−ｎ＋１の各反射波長が予め設定した波長であることを確認した。所望の導波路を選択して、モジュール化に向けて最終サイズのチップに切り出した（ステップ２０５）後で、モジュール組立時にスラブ導波路を利用した祖調整（ステップ７０３）および反射光観測（ステップ７０４）を行うことができる。ステップ７０３およびステップ７０４は同時に実施可能である。最終サイズに切り出したチップをモジュール内に実装する際、反射光の波長およびレベルを観測することによって、レンズを介したチップ端面および光ファイバの間のアライメントが容易になり、選択した非線形導波路を誤りなく実装することができる。これにより、図２および図７に示した一連の波長変換素子の作製工程の品質、コストを改善できる。

上述の実施例では、光通信を前提とした波長帯域（１５５０ｎｍ、７７５ｎｍ）のものを例示したが、波長変換素子は例えば光を用いた量子情報処理など分野においても利用されており、あらゆる波長帯域の波長変換素子にも適用できる。

上述の実施形態および実施例では、波長変換素子モジュールは、切り出した単一のチップをモジュール内に設置し、波長変換機能のみを持ち、ピッグテールファイバ形態のものとして説明した。しかしながら単一のチップを含む構成だけに限られず、２以上のチップを含み複数の波長変換素子を含む光感応増幅器、光送信器のような装置を構成するモジュールでも同様の効果を発揮する。このような装置では、複数の波長変換素子を利用し、複数のチップをモジュール内に設置する必要があり、各チップに対するモジュール内での光結合に際して、第２の実施形態の波長変換素子を利用できる。したがって本発明は、第２の実施形態による波長変換素子を含む光信号処理装置としての側面も持っている。

本発明の基本的な考え方は、非線形光学を利用する波長変換素子の場合だけに限られない。複数の導波路を作製し、同時に複数の導波路と同様な光学特性・機能を持った付随する導波路が形成されてしまう状況で、複数の導波路の中から１つまたは複数の導波路を選択するような場合にも適用できる。

以上、詳細に説明してきたように、本発明によって波長変換素子を効率的に低コストで製造することができる。

本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システム、光計測システムに利用できる。

１００、３０１、３０１−１〜３０１−４ 波長変換素子チップ
１０１ａ〜１０１ｂ、３０２−１〜３０２−ｎ、４０１ａ〜４０１ｂ、５０１−１〜５０１−ｎ、６０１−１〜６０１−ｎ 導波路（非線形導波路）
１０２ａ〜１０２ｃ、４０２ａ〜４０２ｃ、５０２−１〜５０１−ｎ＋１、６０２−１〜６０２−ｎ＋１ スラブ導波路
１０４、４０４ 基板
３００ ウェーファ
３０３ 試験光源
３０６ 測定器
４００、５００、６００、７００ 波長変換素子

Claims (8)

1. 非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、
   前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路であって、各々が導波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を有する、複数のスラブ導波路と
   を備えたことを特徴とする波長変換素子。
2. 前記複数のスラブ導波路の前記グレーティング構造はそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の光を反射することを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記複数のスラブ導波路の各々は、導波路長さ方向に幅または厚みを周期的に変調されたことを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
4. 前記複数のスラブ導波路の各々は、導波路上に、屈折率が１より大きい材料が導波路長さ方向に周期的に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
5. 前記複数の導波路および前記複数のスラブ導波路はそれぞれ直線導波路であって、前記複数の導波路は、各々のコアのサイズを決定する構成パラメータを徐々に変化させていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の波長変換素子。
6. 前記複数の導波路は、ＬｉＮｂＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎの内の少なくとも一種を添加物として含有する材料から成ることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の波長変換素子。
7. 非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、
   前記複数のスラブ導波路の各々に、導波路長さ方向に周期的な屈折率変化を与えられたグレーティング構造を作製するステップと、
   前記グレーティング構造の周期に対応した波長の反射波を検出しながら、前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、所望の光学特性を有する導波路を選択するステップと、
   前記選択された導波路に隣接し、少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路からの前記反射波に基づいて、前記選択された導波路と光ファイバとの光結合を行うステップと
   を備えることを特徴とする方法。
8. 前記光結合を行うステップは、
   前記複数のスラブ導波路の前記グレーティング構造がそれぞれ異なる周期を持ち、前記異なる周期に対応した特定の波長の反射波に基づいて、前記選択された導波路に隣接する少なくとも１つの前記スラブ導波路と前記光ファイバとの粗い光結合を行う第１の光結合ステップと、
   前記光ファイバと、前記選択された導波路との精密な光結合を行う第２の光結合ステップと
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。

Images