JP2830819B2 - 低反射グレーティングが形成された光デバイス及び低反射グレーティングの製造方法 - Google Patents
低反射グレーティングが形成された光デバイス及び低反射グレーティングの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板型導波路ある
いは光ファイバにグレーティングが形成された光デバイ
ス及びそのグレーティングの製造方法に関するものであ
る。
いは光ファイバにグレーティングが形成された光デバイ
ス及びそのグレーティングの製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、紫外線（UV）光を２光束干渉法あ
るいは位相マスク法を用いてそのチャネル導波路に照射
することにより周期的な屈折率の凹凸を導波路の伝搬方
向に形成した光照射グレーティングの検討が行なわれて
いる。図６に位相マスク法の一例を示す。ＫｒＦエキシ
マレーザ１（発振波長：２４８nm）等の光をミラー２に
より光路を曲げ、さらにレンズ３を用いて集光した後、
位相マスク４を介して導波路９あるいは光ファイバ（図
示せず）に照射する。位相マスク４はΛピッチの凹凸格
子よりなっており、本位相マスクを通過した光は、±１
次の回折光の干渉により１ピッチ分の凹凸格子に対し２
ピッチ分の干渉縞が生じるため、位相マスク４の半分の
ピッチΛ／２の周期を持つ干渉縞となる。この干渉縞を
ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 あるいはＢ2 Ｏ3 のドーパントが添
加されたコア１０に照射すると干渉縞の光強度に応じて
屈折率が増加する（Photo-refractive 効果）。これに
より導波路のコア１０にグレーティング８を書き込むこ
とができる。照射中、白色光源５を用いて導波路９と端
面結合された光ファイバ７からの出力を光スペクトラム
アナライザ６を用いてリアルタイムで測定する。グレー
ティングが形成された導波路に入射された光は、特定の
波長の光、すなわちブラッグ波長λ1 （λ1 ＝Λ／（２
・Neff）：Neffは導波路の等価屈折率）の光のみを選択
的に反射させることができ、光通信用の狭帯域フィルタ
を実現できる。
るいは位相マスク法を用いてそのチャネル導波路に照射
することにより周期的な屈折率の凹凸を導波路の伝搬方
向に形成した光照射グレーティングの検討が行なわれて
いる。図６に位相マスク法の一例を示す。ＫｒＦエキシ
マレーザ１（発振波長：２４８nm）等の光をミラー２に
より光路を曲げ、さらにレンズ３を用いて集光した後、
位相マスク４を介して導波路９あるいは光ファイバ（図
示せず）に照射する。位相マスク４はΛピッチの凹凸格
子よりなっており、本位相マスクを通過した光は、±１
次の回折光の干渉により１ピッチ分の凹凸格子に対し２
ピッチ分の干渉縞が生じるため、位相マスク４の半分の
ピッチΛ／２の周期を持つ干渉縞となる。この干渉縞を
ＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 あるいはＢ2 Ｏ3 のドーパントが添
加されたコア１０に照射すると干渉縞の光強度に応じて
屈折率が増加する（Photo-refractive 効果）。これに
より導波路のコア１０にグレーティング８を書き込むこ
とができる。照射中、白色光源５を用いて導波路９と端
面結合された光ファイバ７からの出力を光スペクトラム
アナライザ６を用いてリアルタイムで測定する。グレー
ティングが形成された導波路に入射された光は、特定の
波長の光、すなわちブラッグ波長λ1 （λ1 ＝Λ／（２
・Neff）：Neffは導波路の等価屈折率）の光のみを選択
的に反射させることができ、光通信用の狭帯域フィルタ
を実現できる。
【０００３】一方、光通信システムにおいては、図７に
示されるような反射域波長において入射される光パワの
ほとんどを反射するスペクトル特性を理想とする高反射
グレーティングの他に図８に示されるような反射域波長
において光パワのほとんどではなく一部分を反射するス
ペクトル特性を理想とする低反射グレーティングの要求
もある。さらに、これらのフィルタの波長損失は、図７
及び図８に示すように、通過域波長においてはその反射
パワが小さくかつ一定であり、阻止域波長に移行するに
つれ急峻に反射パワが立ち上がる、いわゆる矩形的なス
ペクトル特性が要求されている。
示されるような反射域波長において入射される光パワの
ほとんどを反射するスペクトル特性を理想とする高反射
グレーティングの他に図８に示されるような反射域波長
において光パワのほとんどではなく一部分を反射するス
ペクトル特性を理想とする低反射グレーティングの要求
もある。さらに、これらのフィルタの波長損失は、図７
及び図８に示すように、通過域波長においてはその反射
パワが小さくかつ一定であり、阻止域波長に移行するに
つれ急峻に反射パワが立ち上がる、いわゆる矩形的なス
ペクトル特性が要求されている。
【０００４】一般に、高反射グレーティングにおいて
は、光の伝搬方向に対するグレーティングの変調度（グ
レーティングの結合係数に比例する）を図１０に示すよ
うなガウス型とすることにより、図７に示すような矩形
的なスペクトル特性を達成できる。
は、光の伝搬方向に対するグレーティングの変調度（グ
レーティングの結合係数に比例する）を図１０に示すよ
うなガウス型とすることにより、図７に示すような矩形
的なスペクトル特性を達成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、低反射グレー
ティングに上記手法を適用すると（光の伝搬方向に対す
るグレーティングの変調度をガウス型として単に変調強
度のみを変えた場合）、図９に示すように反射域波長に
おいて２乗曲線的なスペクトル特性となり、矩形的なス
ペクトル特性を実現することが困難であった。
ティングに上記手法を適用すると（光の伝搬方向に対す
るグレーティングの変調度をガウス型として単に変調強
度のみを変えた場合）、図９に示すように反射域波長に
おいて２乗曲線的なスペクトル特性となり、矩形的なス
ペクトル特性を実現することが困難であった。
【０００６】光通信システムにおいては、半導体レーザ
光源の経時変化あるいは温度によってその発振波長が変
化する。このため２乗曲線的なスペクトル特性を持つ低
反射グレーティングを用いると、経時変化あるいは温度
によって反射パワの変化を招き実用上問題であった。
光源の経時変化あるいは温度によってその発振波長が変
化する。このため２乗曲線的なスペクトル特性を持つ低
反射グレーティングを用いると、経時変化あるいは温度
によって反射パワの変化を招き実用上問題であった。
【０００７】本発明の目的は、矩形状のスペクトル特性
を実現する新規な低反射グレーティング及びその製造方
法を提供することにある。
を実現する新規な低反射グレーティング及びその製造方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、コアが該コアよりも屈折率の小さいクラッドに埋め
込まれてなる導波路の前記コアに、特定の波長の光を反
射させるべく光の伝搬方向に沿って周期的な凹凸状の屈
折率分布をなすグレーティングが形成された光デバイス
において、前記導波路の光の伝搬方向の位置Ｚに対し
て、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化すると共に、前記周期的な凹凸状の屈折率
分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜の関数
形に従って変化し、Ｚ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,
1,2,3…）において前記導波路を伝搬する特定の波長の
光の位相がπだけシフトするグレーティング構造とした
ことを特徴とする低反射グレーティング形成された光デ
バイスである。
は、コアが該コアよりも屈折率の小さいクラッドに埋め
込まれてなる導波路の前記コアに、特定の波長の光を反
射させるべく光の伝搬方向に沿って周期的な凹凸状の屈
折率分布をなすグレーティングが形成された光デバイス
において、前記導波路の光の伝搬方向の位置Ｚに対し
て、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化すると共に、前記周期的な凹凸状の屈折率
分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜の関数
形に従って変化し、Ｚ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,
1,2,3…）において前記導波路を伝搬する特定の波長の
光の位相がπだけシフトするグレーティング構造とした
ことを特徴とする低反射グレーティング形成された光デ
バイスである。
【０００９】前記コアは、断面を矩形状とし、石英基板
あるいはシリコン基板等の上に形成してもよい。
あるいはシリコン基板等の上に形成してもよい。
【００１０】上記周期的な凹凸状の屈折率分布は、紫外
線光を２光束干渉法あるいは位相マスク法等を用いて導
波路に照射することにより形成することができる。
線光を２光束干渉法あるいは位相マスク法等を用いて導
波路に照射することにより形成することができる。
【００１１】上記導波路は、単一モードチャネル導波路
を用いることができる。
を用いることができる。
【００１２】請求項２記載の本発明は、前記構成に加
え、前記導波路のコアにＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｂ2 Ｏ3
のいずれかを添加したことにある。
え、前記導波路のコアにＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｂ2 Ｏ3
のいずれかを添加したことにある。
【００１３】これにより、照射する紫外線光の光強度に
応じてコアの屈折率を増加させることができる。
応じてコアの屈折率を増加させることができる。
【００１４】請求項３記載の本発明は、前記構成に加
え、前記導波路のコアの幅の変化率は、光の伝搬方向の
距離１００μｍに対するコアの幅の変化量を１μｍ以下
としたことにある。
え、前記導波路のコアの幅の変化率は、光の伝搬方向の
距離１００μｍに対するコアの幅の変化量を１μｍ以下
としたことにある。
【００１５】なお、上記変化率を角度で表せば、 tanθ
＝１μｍ／１００μｍであるので、θ＝０．０１rad で
ある。
＝１μｍ／１００μｍであるので、θ＝０．０１rad で
ある。
【００１６】このように、導波路のコアの幅の変化率を
０．０１rad 以下とすることにより、光の伝搬方向の曲
げによる放射損失を大きくせずに所定の範囲内に抑える
ことができる。
０．０１rad 以下とすることにより、光の伝搬方向の曲
げによる放射損失を大きくせずに所定の範囲内に抑える
ことができる。
【００１７】請求項４記載の本発明は、コアが該コアよ
りも屈折率の小さいクラッドに埋め込まれてなる導波路
の前記コアに、凹凸格子からなる位相マスクを介して紫
外線光を照射することにより前記導波路の光の伝搬方向
に沿って周期的な凹凸状の屈折率分布をなすグレーティ
ングを製造する方法において、前記導波路の光の伝搬方
向の位置Ｚに対して、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記位相マ
スクの凹凸格子の位相がＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-
1,1,2,3 …）においてπだけずれた位相マスクを介し
て、前記紫外線光を概ね、１／（｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜
Ｃ・Ｚ｜）の関数に比例した速度でＺ方向にスキャンさ
せて前記コアに照射する低反射グレーティングの製造方
法である。
りも屈折率の小さいクラッドに埋め込まれてなる導波路
の前記コアに、凹凸格子からなる位相マスクを介して紫
外線光を照射することにより前記導波路の光の伝搬方向
に沿って周期的な凹凸状の屈折率分布をなすグレーティ
ングを製造する方法において、前記導波路の光の伝搬方
向の位置Ｚに対して、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記位相マ
スクの凹凸格子の位相がＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-
1,1,2,3 …）においてπだけずれた位相マスクを介し
て、前記紫外線光を概ね、１／（｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜
Ｃ・Ｚ｜）の関数に比例した速度でＺ方向にスキャンさ
せて前記コアに照射する低反射グレーティングの製造方
法である。
【００１８】請求項５記載の本発明は、コアが該コアよ
りも屈折率の小さいクラッドに埋め込まれてなる導波路
の前記コアに、紫外線光を照射することにより前記導波
路の光の伝搬方向に沿って周期的な凹凸状の屈折率分布
をなすグレーティングを製造する方法において、前記導
波路の光の伝搬方向の位置Ｚに対して、前記導波路のコ
ア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記周期的
な凹凸状の屈折率分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／
｜Ｃ・Ｚ｜の関数形に従って変化するように前記コアに
紫外線光を照射し、前記コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-
3 ,-2,-1,1,2,3…）の位置において前記導波路を伝搬す
る特定の波長の光の位相をπだけシフトさせるべく前記
コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,1,2,3…）の位
置において微小スポットサイズの紫外線光を過剰に照射
する低反射グレーティングの製造方法である。
りも屈折率の小さいクラッドに埋め込まれてなる導波路
の前記コアに、紫外線光を照射することにより前記導波
路の光の伝搬方向に沿って周期的な凹凸状の屈折率分布
をなすグレーティングを製造する方法において、前記導
波路の光の伝搬方向の位置Ｚに対して、前記導波路のコ
ア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記周期的
な凹凸状の屈折率分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／
｜Ｃ・Ｚ｜の関数形に従って変化するように前記コアに
紫外線光を照射し、前記コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-
3 ,-2,-1,1,2,3…）の位置において前記導波路を伝搬す
る特定の波長の光の位相をπだけシフトさせるべく前記
コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,1,2,3…）の位
置において微小スポットサイズの紫外線光を過剰に照射
する低反射グレーティングの製造方法である。
【００１９】上記周期的な凹凸状の屈折率分布は、紫外
線光を２光束干渉法あるいは位相マスク法等を用いて導
波路に照射することにより形成することができる。
線光を２光束干渉法あるいは位相マスク法等を用いて導
波路に照射することにより形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１、図２を
用いて説明する。図２は本発明のグレーティングを形成
する光学系である。本光学系と従来の光学系の違いは、
シフト位相マスク７２を用いること、及びＫｒＦエキシ
マレーザ１から出射する光ビーム１１をシフト位相マス
ク７２と導波路９に対してスキャンさせることである。
まず図３に示すシフト位相マスク７２について説明す
る。シフト位相マスク７２はｙ＝｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜
Ｃ・Ｚ｜（Ｃは定数）の関数のゼロ点、即ちＺ＝ｍπ／
Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点において導波路を
伝搬する特定の波長の光の位相がπだけシフトするよう
に凹凸部が形成されている。すなわち、位相シフト部で
凹凸の位相をπだけずらしている。図１(A) に示すよう
に、このＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の
点と導波路のコアの太くなった部分（導波路のコア幅を
変化させる理由については、後程述べる。）を一致させ
て光ビームを照射する。
用いて説明する。図２は本発明のグレーティングを形成
する光学系である。本光学系と従来の光学系の違いは、
シフト位相マスク７２を用いること、及びＫｒＦエキシ
マレーザ１から出射する光ビーム１１をシフト位相マス
ク７２と導波路９に対してスキャンさせることである。
まず図３に示すシフト位相マスク７２について説明す
る。シフト位相マスク７２はｙ＝｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜
Ｃ・Ｚ｜（Ｃは定数）の関数のゼロ点、即ちＺ＝ｍπ／
Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点において導波路を
伝搬する特定の波長の光の位相がπだけシフトするよう
に凹凸部が形成されている。すなわち、位相シフト部で
凹凸の位相をπだけずらしている。図１(A) に示すよう
に、このＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の
点と導波路のコアの太くなった部分（導波路のコア幅を
変化させる理由については、後程述べる。）を一致させ
て光ビームを照射する。
【００２１】本シフト位相マスク７２を用いる理由につ
いて説明する。矩形的な低反射グレーティングを形成す
るためには、モード結合理論より、sin(Ｚ) ／ (Ｚ) ：
（Ｚは光の伝搬方向の座標。ここでは、Ｃ＝１として説
明する。）に比例する結合係数（グレーティングの凹凸
屈折率増加に比例する）を持たせてやることにより実現
できることが詳細な計算より導出できる。しかし、sin
(Ｚ) ／ (Ｚ) の関数はＺに対して正だけでなく、負の
値を持つので、そのようなグレーティングは実現できな
かった。なぜなら、光照射のグレーティングでは負の屈
折率変化を実現することは不可能だからである。
いて説明する。矩形的な低反射グレーティングを形成す
るためには、モード結合理論より、sin(Ｚ) ／ (Ｚ) ：
（Ｚは光の伝搬方向の座標。ここでは、Ｃ＝１として説
明する。）に比例する結合係数（グレーティングの凹凸
屈折率増加に比例する）を持たせてやることにより実現
できることが詳細な計算より導出できる。しかし、sin
(Ｚ) ／ (Ｚ) の関数はＺに対して正だけでなく、負の
値を持つので、そのようなグレーティングは実現できな
かった。なぜなら、光照射のグレーティングでは負の屈
折率変化を実現することは不可能だからである。
【００２２】そこで、等価的な方法として、sin(Ｚ) ／
(Ｚ) が負から正の値に変化する点、即ちＺ＝ｍπ（ｍ
＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点において導波路を伝搬す
る特定の波長の光の位相がπだけシフトするように屈折
率凹凸の位相を変化させることを考えた。これにより負
の屈折率変化を持つ単調な屈折率凹凸と同等の効果を持
たせることができる。
(Ｚ) が負から正の値に変化する点、即ちＺ＝ｍπ（ｍ
＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点において導波路を伝搬す
る特定の波長の光の位相がπだけシフトするように屈折
率凹凸の位相を変化させることを考えた。これにより負
の屈折率変化を持つ単調な屈折率凹凸と同等の効果を持
たせることができる。
【００２３】他の方法として、図５に示した方法によっ
ても、負の屈折率変化を持つ単調な屈折率凹凸と同等の
効果を持たせることができる。その方法は、グレーティ
ングを書きこんだ後、さらにsin(Ｃ・Ｚ) ／ (Ｃ・Ｚ)
が負から正の値及び正から負の値に変化する点、即ちＺ
＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点に約５０
μm のスポットサイズのレーザビームを過剰に照射する
方法である。これにより、ｋo ・Neff・Ｗs ・Δｎ（ｋ
o ：真空中波数（２π／λ）、Neff：導波路の等価屈折
率、Ｗs ：レーザビームのスポットサイズ、Δｎ：過剰
照射による屈折率変化）だけ伝搬する光の位相変化を持
たせることができ、この値がπとなるとシフトした位相
マスクと同等の効果を持たせることができる。スポット
サイズは小さい程よいが、この値は Ｗs ＝π／（ｋo
・Neff・Δｎ) よりΔｎの大きさに依存する。本実施例
においては、λ＝1.55μm, Neff=1.45, Δｎ=0.0107 と
した。
ても、負の屈折率変化を持つ単調な屈折率凹凸と同等の
効果を持たせることができる。その方法は、グレーティ
ングを書きこんだ後、さらにsin(Ｃ・Ｚ) ／ (Ｃ・Ｚ)
が負から正の値及び正から負の値に変化する点、即ちＺ
＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-1,1,2,3,…）の点に約５０
μm のスポットサイズのレーザビームを過剰に照射する
方法である。これにより、ｋo ・Neff・Ｗs ・Δｎ（ｋ
o ：真空中波数（２π／λ）、Neff：導波路の等価屈折
率、Ｗs ：レーザビームのスポットサイズ、Δｎ：過剰
照射による屈折率変化）だけ伝搬する光の位相変化を持
たせることができ、この値がπとなるとシフトした位相
マスクと同等の効果を持たせることができる。スポット
サイズは小さい程よいが、この値は Ｗs ＝π／（ｋo
・Neff・Δｎ) よりΔｎの大きさに依存する。本実施例
においては、λ＝1.55μm, Neff=1.45, Δｎ=0.0107 と
した。
【００２４】次に光ビーム１１をシフト位相マスク７２
及び導波路９に対してスキャンさせる方法について説明
する。概ね、１／（｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜) の
関数に比例した速度で約５０μｍのスポット径をもつ光
ビームをＺ方向にスキャンさせる。屈折率増加は照射時
間Ｔに比例して増加するため、図１(B) に示すように、
ほぼ｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜に比例した屈折率増
加包絡分布を実現できる。スキャン方法としては、図２
に示すようにコンピュータ７３によって制御された自動
微動装置７１を用いて実現できる。なお、シフト位相マ
スクを用いない上述した他の方法（過剰照射による方
法）による場合も、シフトしていない通常の位相マスク
を用いて同様にスキャンすることによって、包絡形状が
ほぼ｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜の関数形に従って変
化する周期的な凹凸状の屈折率分布を形成できることは
いうまでもない。
及び導波路９に対してスキャンさせる方法について説明
する。概ね、１／（｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜) の
関数に比例した速度で約５０μｍのスポット径をもつ光
ビームをＺ方向にスキャンさせる。屈折率増加は照射時
間Ｔに比例して増加するため、図１(B) に示すように、
ほぼ｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜に比例した屈折率増
加包絡分布を実現できる。スキャン方法としては、図２
に示すようにコンピュータ７３によって制御された自動
微動装置７１を用いて実現できる。なお、シフト位相マ
スクを用いない上述した他の方法（過剰照射による方
法）による場合も、シフトしていない通常の位相マスク
を用いて同様にスキャンすることによって、包絡形状が
ほぼ｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜の関数形に従って変
化する周期的な凹凸状の屈折率分布を形成できることは
いうまでもない。
【００２５】一方、矩形的スペクトルを実現するために
は、図１０の従来のガウス型と同様、図１(D) に示すよ
うに、導波路コアの等価屈折率Neffは本来の導波路のコ
アの屈折率ｎo を中心として上下対称に屈折率変調させ
なければならない。しかし、本方法によって形成された
グレーティングの紫外線光の照射に伴う屈折率増加Δｎ
は図１(B) に示すように、平均屈折率増加を示した線を
中心として屈折率変調される。このため、必要とされる
矩形的スペクトルを実現することが困難となる。そこ
で、導波路の光の伝搬方向の位置Ｚにおける導波路のコ
ア幅Ｗを (1)式の関数に従って変化させる。
は、図１０の従来のガウス型と同様、図１(D) に示すよ
うに、導波路コアの等価屈折率Neffは本来の導波路のコ
アの屈折率ｎo を中心として上下対称に屈折率変調させ
なければならない。しかし、本方法によって形成された
グレーティングの紫外線光の照射に伴う屈折率増加Δｎ
は図１(B) に示すように、平均屈折率増加を示した線を
中心として屈折率変調される。このため、必要とされる
矩形的スペクトルを実現することが困難となる。そこ
で、導波路の光の伝搬方向の位置Ｚにおける導波路のコ
ア幅Ｗを (1)式の関数に従って変化させる。
【００２６】 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ (1) ここで、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｓはガウス型のスポットサイズ Ｃは定数をしめす。
【００２７】以下、 (1)式の関数に従って導波路のコア
幅Ｗを変化させる理由を述べる。導波路の等価屈折率Ne
ffはコア幅Ｗの減少に伴い、図１(C) に示すように変化
する。一方、光照射によって生じるグレーティングすな
わち凹凸の平均屈折率増加は図１(B) のように｜sin(Ｃ
・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜に比例して変化する。図１（Ｃ）
は図１（Ｂ） と異なりその符号が逆であるため、互い
にキャンセルし結果として図１(D) に示すような屈折率
変調を持つグレーティングが形成されることになる。実
験においては、光誘起屈折率Δｎの最大値は 0.023％と
なるようにガウス分布のエキシマレーザ光をＧｅＯ2 の
添加された導波路９に照射した。尚、導波路９の比屈折
率は、0.5 ％、グレーティングのピッチΛ／２は0.5373
μｍ、グレーティング長が４０mmとなるように光ビーム
１１をスキャンした。導波路９のコア幅は、 (1)式にお
いてＷ0 ＝６μｍ、ΔＷ＝１μｍ、Ｃ＝４／μｍとし
た。この方法によって作製したグレーティングのスペク
トル特性を図４に示す。スペクトル特性は矩形状であ
り、約−１０dB（１０％）の光パワを反射する低反射グ
レーティングを実現できた。
幅Ｗを変化させる理由を述べる。導波路の等価屈折率Ne
ffはコア幅Ｗの減少に伴い、図１(C) に示すように変化
する。一方、光照射によって生じるグレーティングすな
わち凹凸の平均屈折率増加は図１(B) のように｜sin(Ｃ
・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜に比例して変化する。図１（Ｃ）
は図１（Ｂ） と異なりその符号が逆であるため、互い
にキャンセルし結果として図１(D) に示すような屈折率
変調を持つグレーティングが形成されることになる。実
験においては、光誘起屈折率Δｎの最大値は 0.023％と
なるようにガウス分布のエキシマレーザ光をＧｅＯ2 の
添加された導波路９に照射した。尚、導波路９の比屈折
率は、0.5 ％、グレーティングのピッチΛ／２は0.5373
μｍ、グレーティング長が４０mmとなるように光ビーム
１１をスキャンした。導波路９のコア幅は、 (1)式にお
いてＷ0 ＝６μｍ、ΔＷ＝１μｍ、Ｃ＝４／μｍとし
た。この方法によって作製したグレーティングのスペク
トル特性を図４に示す。スペクトル特性は矩形状であ
り、約−１０dB（１０％）の光パワを反射する低反射グ
レーティングを実現できた。
【００２８】
【発明の効果】本発明の低反射グレーティングが形成さ
れた光デバイスによれば、矩形状のスペクトル特性を実
現することができる。
れた光デバイスによれば、矩形状のスペクトル特性を実
現することができる。
【００２９】本発明の低反射グレーティングの製造方法
によれば、矩形状のスペクトル特性を有する高性能な低
反射グレーティングを製造することができる。
によれば、矩形状のスペクトル特性を有する高性能な低
反射グレーティングを製造することができる。
【図１】図１(a) は本発明の低反射グレーティングにお
ける導波路のコア構造とシフト位相マスクとを示した図
である。図１(b) は本発明の低反射グレーティングの紫
外線光の照射に伴う屈折率増加とその平均的屈折率増加
を示した図である。図１(c) は本発明の低反射グレーテ
ィングのコア幅の減少に伴う屈折率変化を示した図であ
る。図１(d) は本発明の低反射グレーティングの屈折率
変調度を示した図である。
ける導波路のコア構造とシフト位相マスクとを示した図
である。図１(b) は本発明の低反射グレーティングの紫
外線光の照射に伴う屈折率増加とその平均的屈折率増加
を示した図である。図１(c) は本発明の低反射グレーテ
ィングのコア幅の減少に伴う屈折率変化を示した図であ
る。図１(d) は本発明の低反射グレーティングの屈折率
変調度を示した図である。
【図２】図２は本発明の低反射グレーティングの製造方
法に用いる光学系を示した図である。
法に用いる光学系を示した図である。
【図３】図３は本発明の低反射グレーティングの製造に
用いるシフト位相マスクを説明するための図である。
用いるシフト位相マスクを説明するための図である。
【図４】図４は本発明の低反射グレーティングのスペク
トル特性を示した図である。
トル特性を示した図である。
【図５】図５は本発明の過剰照射による低反射グレーテ
ィングの製造方法を説明するための図である。
ィングの製造方法を説明するための図である。
【図６】図６は位相マスク法によるグレーティングの製
造方法を説明するための図である。
造方法を説明するための図である。
【図７】図７は高反射グレーティングにおいて理想とさ
れるスペクトル特性を示した図である。
れるスペクトル特性を示した図である。
【図８】図８は低反射グレーティングにおいて理想とさ
れるスペクトル特性を示した図である。
れるスペクトル特性を示した図である。
【図９】図９は従来の低反射グレーティングのスペクト
ル特性を示した図である。
ル特性を示した図である。
【図１０】図１０は矩形状のスペクトル特性を得るた
め、高反射グレーティングにおいて行なわれている屈折
率変調度を示す図である。
め、高反射グレーティングにおいて行なわれている屈折
率変調度を示す図である。
１ ＫｒＦエキシマレーザ ２ ミラー ３ レンズ ４ 位相マスク ５ 白色光源 ６ 光スペクトラムアナライザ ７ 光ファイバ ８ グレーティング ９ 導波路 １０ コア １１ 光ビーム ７１ 自動微動装置 ７２ シフト位相マスク ７３ コンピュータ
Claims (5)
- 【請求項１】コアが該コアよりも屈折率の小さいクラッ
ドに埋め込まれてなる導波路の前記コアに、特定の波長
の光を反射させるべく光の伝搬方向に沿って周期的な凹
凸状の屈折率分布をなすグレーティングが形成された光
デバイスにおいて、前記導波路の光の伝搬方向の位置Ｚ
に対して、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化すると共に、前記周期的な凹凸状の屈折率
分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜の関数
形に従って変化し、Ｚ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,
1,2,3…）において前記導波路を伝搬する特定の波長の
光の位相がπだけシフトするグレーティング構造とした
ことを特徴とする低反射グレーティングが形成された光
デバイス。 - 【請求項２】前記導波路のコアにＧｅＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，
Ｂ2 Ｏ3 のいずれかが添加されていることを特徴とする
請求項１記載の低反射グレーティングが形成された光デ
バイス。 - 【請求項３】前記導波路のコアの幅の変化率は、光の伝
搬方向の距離１００μｍに対するコアの幅の変化量が１
μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２
記載の低反射グレーティングが形成された光デバイス。 - 【請求項４】コアが該コアよりも屈折率の小さいクラッ
ドに埋め込まれてなる導波路の前記コアに、凹凸格子か
らなる位相マスクを介して紫外線光を照射することによ
り前記導波路の光の伝搬方向に沿って周期的な凹凸状の
屈折率分布をなすグレーティングを製造する方法におい
て、前記導波路の光の伝搬方向の位置Ｚに対して、前記
導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記位相マ
スクの凹凸格子の位相がＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3,-2,-
1,1,2,3 …）においてπだけずれた位相マスクを介し
て、前記紫外線光を概ね、１／（｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜
Ｃ・Ｚ｜）の関数に比例した速度でＺ方向にスキャンさ
せて前記コアに照射することを特徴とする低反射グレー
ティングの製造方法。 - 【請求項５】コアが該コアよりも屈折率の小さいクラッ
ドに埋め込まれてなる導波路の前記コアに、紫外線光を
照射することにより前記導波路の光の伝搬方向に沿って
周期的な凹凸状の屈折率分布をなすグレーティングを製
造する方法において、前記導波路の光の伝搬方向の位置
Ｚに対して、前記導波路のコア幅Ｗが次式 Ｗ＝Ｗ0 −ΔＷ・｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／｜Ｃ・Ｚ｜ 但し、Ｗ0 は本来の導波路のコア幅（両側のコア幅） ΔＷはコア幅の減少幅（Ｗ0 とコア最小幅との差） Ｃは任意の定数 に従って変化するように前記コアを形成し、前記周期的
な凹凸状の屈折率分布の包絡形状が｜sin(Ｃ・Ｚ) ｜／
｜Ｃ・Ｚ｜の関数形に従って変化するように前記コアに
紫外線光を照射し、前記コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-
3 ,-2,-1,1,2,3…）の位置において前記導波路を伝搬す
る特定の波長の光の位相をπだけシフトさせるべく前記
コアのＺ＝ｍπ／Ｃ（ｍ＝…,-3 ,-2,-1,1,2,3…）の位
置において微小スポットサイズの紫外線光を過剰に照射
することを特徴とする低反射グレーティングの製造方
法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8030657A JP2830819B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 低反射グレーティングが形成された光デバイス及び低反射グレーティングの製造方法 |
| SE9603098A SE517466C2 (sv) | 1996-02-19 | 1996-08-27 | Optisk anordning utformad med ett gitter, inkopplings/ avtappningsfilter som använder denna samt sätt att tillverka densamma |
| DE1996134955 DE19634955A1 (de) | 1996-02-19 | 1996-08-29 | Optische Einrichtung, die mit einem Gatter versehen ist, ein diese verwendendes ADD/DROP-Filter und ein Verfahren zu deren Herstellung |
| CA 2184453 CA2184453C (en) | 1996-02-19 | 1996-08-29 | Optical device formed with grating therein, add/drop filter using same, and method of fabricating same |
| US08/953,997 US5832154A (en) | 1996-02-19 | 1997-10-20 | Optical device formed with grating therein, add/drop filter using same, and method of fabricating same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8030657A JP2830819B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 低反射グレーティングが形成された光デバイス及び低反射グレーティングの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09222522A JPH09222522A (ja) | 1997-08-26 |
| JP2830819B2 true JP2830819B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=12309847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8030657A Expired - Fee Related JP2830819B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 低反射グレーティングが形成された光デバイス及び低反射グレーティングの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2830819B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6023545A (en) * | 1998-02-20 | 2000-02-08 | Alliedsignal Inc. | Fabrication of difraction gratings for optical signal devices and optical signal devices containing the same |
| JP2001272552A (ja) | 2000-03-24 | 2001-10-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光導波路型回折格子 |
| JP4655845B2 (ja) * | 2005-09-15 | 2011-03-23 | 沖電気工業株式会社 | 光パルス時間拡散器 |
| JP6460637B2 (ja) * | 2014-03-31 | 2019-01-30 | 富士通株式会社 | 半導体光導波路装置 |
| CN115343797B (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-31 | 山东省科学院激光研究所 | 一种相移光栅制作系统及制作方法 |
-
1996
- 1996-02-19 JP JP8030657A patent/JP2830819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09222522A (ja) | 1997-08-26 |
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