JP3411818B2 - 光学導波路デバイスの製造方法 - Google Patents
光学導波路デバイスの製造方法Info
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- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学導波路デバイ
スの製造方法に関し、特に温度に対し安定性を向上させ
た光学導波路デバイスの製造方法に関する。
スの製造方法に関し、特に温度に対し安定性を向上させ
た光学導波路デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムが幅広く用いられるにつ
れて、光学信号を結合・分離・切り換え・付加・ドロッ
プするデバイスに対する必要性が高まっている。例えば
音声信号とビデオ信号を家庭に分配する、光増幅器内で
ポンプ信号と通信信号とを結合する、監視信号を光ファ
イバに付加するのに必要とされるブロードバンドの光学
マルチプレクサが必要とされている。高密度の波長分割
多重化（ＷＤＭ）システムは、トラフィックを変更する
ために様々な種類の波長のチャネルを結合し、分離する
マルチプレクサを必要とし、さらに追加／ドロップフィ
ルタを必要とする。低速の光スイッチがネットワークの
再構成に必要とされている。
れて、光学信号を結合・分離・切り換え・付加・ドロッ
プするデバイスに対する必要性が高まっている。例えば
音声信号とビデオ信号を家庭に分配する、光増幅器内で
ポンプ信号と通信信号とを結合する、監視信号を光ファ
イバに付加するのに必要とされるブロードバンドの光学
マルチプレクサが必要とされている。高密度の波長分割
多重化（ＷＤＭ）システムは、トラフィックを変更する
ために様々な種類の波長のチャネルを結合し、分離する
マルチプレクサを必要とし、さらに追加／ドロップフィ
ルタを必要とする。低速の光スイッチがネットワークの
再構成に必要とされている。
【０００３】この種の重要な機能は、光学導波路デバイ
ス例えば平面状シリコン製基板上に形成された集積光学
シリカ製導波路回路により実現されている。このような
導波路は、シリコン製基板状にベース層とコア層とクラ
ッド層を堆積することにより形成される。このベース層
は、アンドープのシリカ製である。このベース層は、基
本光学モードをシリコン製基板から分離し、これにより
シリコン製基板界面での光学損失を回避している。
ス例えば平面状シリコン製基板上に形成された集積光学
シリカ製導波路回路により実現されている。このような
導波路は、シリコン製基板状にベース層とコア層とクラ
ッド層を堆積することにより形成される。このベース層
は、アンドープのシリカ製である。このベース層は、基
本光学モードをシリコン製基板から分離し、これにより
シリコン製基板界面での光学損失を回避している。
【０００４】一方、コア層は屈折率を上げるために、Ｐ
またはＧｅでドープしたシリカであり、これにより光学
閉じ込めを達成している。クラッド層は、製造を容易に
し、ベース層の屈折率に適合させるためにＢまたはＰで
もってドープしたシリカである。公知の光リソグラフ技
術を用いて、このコア層は有効な機能を達成することが
できるような、様々な種類のコンパクトな構造に経済的
に構成することができる。これに関しては、Y.P. Li と
C.H. Henry 著の "Silicon Optical Bench Waveguide
Technology", Ch. 8, Optical Fiber Telecommunicatio
ns, Vol. IIIB,p. 319-375（Academic Press, 1997 ）
を参照のこと。
またはＧｅでドープしたシリカであり、これにより光学
閉じ込めを達成している。クラッド層は、製造を容易に
し、ベース層の屈折率に適合させるためにＢまたはＰで
もってドープしたシリカである。公知の光リソグラフ技
術を用いて、このコア層は有効な機能を達成することが
できるような、様々な種類のコンパクトな構造に経済的
に構成することができる。これに関しては、Y.P. Li と
C.H. Henry 著の "Silicon Optical Bench Waveguide
Technology", Ch. 8, Optical Fiber Telecommunicatio
ns, Vol. IIIB,p. 319-375（Academic Press, 1997 ）
を参照のこと。
【０００５】他の導波路デバイスは、光ファイバ製であ
る。光ファイバは、高屈折率の（ドープしたシリカ製
の）コアと、低屈折率のガラス製のクラッド層がその周
囲に形成されている。様々な種類の全光ファイバデバイ
スが、光ファイバコア中にブラググレーティングを形成
することにより形成される。このようなグレーティング
は、Ｇｅのような感光性ドーパントを有するコアを用意
し、紫外線を用いてグレーティングを側面から書き込む
ことにより形成される。
る。光ファイバは、高屈折率の（ドープしたシリカ製
の）コアと、低屈折率のガラス製のクラッド層がその周
囲に形成されている。様々な種類の全光ファイバデバイ
スが、光ファイバコア中にブラググレーティングを形成
することにより形成される。このようなグレーティング
は、Ｇｅのような感光性ドーパントを有するコアを用意
し、紫外線を用いてグレーティングを側面から書き込む
ことにより形成される。
【０００６】これらの光学導波路デバイスの欠点は、温
度に対し感受性が高いことである。多くの導波路デバイ
スは、様々なパスを伝播する光のビームの間での光学干
渉に依存している。再構成された点でのビーム間の位相
関係によって、光は、透過したり反射したりする。スペ
クトラムが狭くコントラスト比が高い共鳴点が高性能の
波長分割マルチプレクサとブロッキングフィルタを実現
させる。しかし、様々な周囲温度は、このようなデバイ
スの性能に悪影響をもたらす。光が伝播する合成ガラス
構造体の屈折率は、温度に依存している。かくして臨界
的な共鳴のスペクトラム位置は、温度と共にシフトして
しまう。
度に対し感受性が高いことである。多くの導波路デバイ
スは、様々なパスを伝播する光のビームの間での光学干
渉に依存している。再構成された点でのビーム間の位相
関係によって、光は、透過したり反射したりする。スペ
クトラムが狭くコントラスト比が高い共鳴点が高性能の
波長分割マルチプレクサとブロッキングフィルタを実現
させる。しかし、様々な周囲温度は、このようなデバイ
スの性能に悪影響をもたらす。光が伝播する合成ガラス
構造体の屈折率は、温度に依存している。かくして臨界
的な共鳴のスペクトラム位置は、温度と共にシフトして
しまう。
【０００７】同様な問題は、光ファイバ製導波路デバイ
スでも発生する。例えば、ブラググレーティングは、連
続する屈折率変動間のパス長に依存する。しかし、これ
らのパス長は、屈折率の温度依存性およびグレーティン
グの動作波長のシフトにより変化する。
スでも発生する。例えば、ブラググレーティングは、連
続する屈折率変動間のパス長に依存する。しかし、これ
らのパス長は、屈折率の温度依存性およびグレーティン
グの動作波長のシフトにより変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】多くのアプリケーショ
ンにおいては、このような温度変化は受け入れ難く、安
定した動作を行わせるために、温度補償を行ったパッケ
ージ内にこれらのデバイスを配置している。しかし、こ
れらのパッケージは、コストが高くまた信頼性にも問題
がある。したがって本発明の目的は、温度に対し安定性
を向上させた導波路デバイスを提供することである。
ンにおいては、このような温度変化は受け入れ難く、安
定した動作を行わせるために、温度補償を行ったパッケ
ージ内にこれらのデバイスを配置している。しかし、こ
れらのパッケージは、コストが高くまた信頼性にも問題
がある。したがって本発明の目的は、温度に対し安定性
を向上させた導波路デバイスを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の対熱的安定性を
向上させたガラス製導波路デバイスは、適当な長さの導
波路にこの導波路の屈折率とは大幅に異なる屈折率を有
する透明な温度補償材料を組み込んでいる。この温度補
償材料は、非ガラス材料で、例えば熱および圧力により
ガラスの中に導入される液体である。好ましい実施例に
おいては、Ｄ2Ｏが光通信用導波路内に組み込まれる。
このＤ2Ｏ は、１．５５μｍを中心とする通信波長に対
しては透明であり、そのｄｎ／ｄＴは、ガラスのｄｎ／
ｄＴと反対極性を有する。このようにして得られた構造
体は、ｄｎ／ｄＴの大きさを低減した熱的安定性を向上
させる。
向上させたガラス製導波路デバイスは、適当な長さの導
波路にこの導波路の屈折率とは大幅に異なる屈折率を有
する透明な温度補償材料を組み込んでいる。この温度補
償材料は、非ガラス材料で、例えば熱および圧力により
ガラスの中に導入される液体である。好ましい実施例に
おいては、Ｄ2Ｏが光通信用導波路内に組み込まれる。
このＤ2Ｏ は、１．５５μｍを中心とする通信波長に対
しては透明であり、そのｄｎ／ｄＴは、ガラスのｄｎ／
ｄＴと反対極性を有する。このようにして得られた構造
体は、ｄｎ／ｄＴの大きさを低減した熱的安定性を向上
させる。
【００１０】本発明は、複数の導波路間の干渉に基づい
て通信デバイスで極めて有効であり、それぞれの導波路
内でｄｎ／ｄＴをゼロにする必要はない。差を補償すれ
ば十分である。このような補償は、導波路のｄｎ／ｄＴ
と同一の極性あるいは反対の極性のいずれかのｄｎ／ｄ
Ｔを有する温度補償材料により達成される。好ましい実
施例は、ルータ，フーリエフィルタ，ブラグフィルタで
ある。グレーティングのような単一の導波路デバイスに
おいては、反対極性の温度補償材料が熱的安定性を向上
させる。
て通信デバイスで極めて有効であり、それぞれの導波路
内でｄｎ／ｄＴをゼロにする必要はない。差を補償すれ
ば十分である。このような補償は、導波路のｄｎ／ｄＴ
と同一の極性あるいは反対の極性のいずれかのｄｎ／ｄ
Ｔを有する温度補償材料により達成される。好ましい実
施例は、ルータ，フーリエフィルタ，ブラグフィルタで
ある。グレーティングのような単一の導波路デバイスに
おいては、反対極性の温度補償材料が熱的安定性を向上
させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に導波路デバイスの熱的安定
性を向上させる本発明のステップを示す。第１ステップ
（ブロックＡ）では、改善すべきガラス製導波路デバイ
スを用意する。この導波路デバイスは、平面状導波路デ
バイスかファイバ形状の導波路デバイスかのいずれかあ
るいはその組み合わせである。代表的なデバイスは、ル
ータ，フーリエフィルタ，ブラググレーティング等であ
る。
性を向上させる本発明のステップを示す。第１ステップ
（ブロックＡ）では、改善すべきガラス製導波路デバイ
スを用意する。この導波路デバイスは、平面状導波路デ
バイスかファイバ形状の導波路デバイスかのいずれかあ
るいはその組み合わせである。代表的なデバイスは、ル
ータ，フーリエフィルタ，ブラググレーティング等であ
る。
【００１２】図２Ａは、例えばシリコン製の基板１０と
アンドープのシリカ製のベース層１１と１つあるいは複
数のコア１２，１３，１４により形成される導波路とク
ラッド層１５とを含む導波路デバイス（ここでは平面状
導波路デバイス）の断面図である。このコアはＰドープ
のあるいはＧｅドープのシリカで、その屈折率はベース
層１１に比較して（通常Δ＝０．６０−０．７０％程
度）大きい。クラッド層１５は、ＢまたはＰをドープし
て流動開始温度を低下させ、ベース層１１とほぼ等しい
屈折率を有するようにする。
アンドープのシリカ製のベース層１１と１つあるいは複
数のコア１２，１３，１４により形成される導波路とク
ラッド層１５とを含む導波路デバイス（ここでは平面状
導波路デバイス）の断面図である。このコアはＰドープ
のあるいはＧｅドープのシリカで、その屈折率はベース
層１１に比較して（通常Δ＝０．６０−０．７０％程
度）大きい。クラッド層１５は、ＢまたはＰをドープし
て流動開始温度を低下させ、ベース層１１とほぼ等しい
屈折率を有するようにする。
【００１３】図２Ｂは、図２Ａのデバイスの上面図であ
る。コア１２，１３，１４は、共通入力１７と共通出力
１６との間に延びる長さの異なる光学導波路を形成す
る。温度変化が２つの導波路の絶対熱パス長変動に変化
を与える。このような導波路の製造方法は公知であり、
例えばC.H. Henry et al. "Glass Waveguides on Silic
on for Hybrid Optical Packaging, J. Lightwave Tech
nol., 1539 (1989) に詳述されている。
る。コア１２，１３，１４は、共通入力１７と共通出力
１６との間に延びる長さの異なる光学導波路を形成す
る。温度変化が２つの導波路の絶対熱パス長変動に変化
を与える。このような導波路の製造方法は公知であり、
例えばC.H. Henry et al. "Glass Waveguides on Silic
on for Hybrid Optical Packaging, J. Lightwave Tech
nol., 1539 (1989) に詳述されている。
【００１４】次のステップは、ある種のアプリケーショ
ンにおいては、実施してもしなくてもよいものである
が、導波路にマスクをして温度による屈折率変動（ｄｎ
／ｄＴ）を変化させるような領域を露出させることであ
る。導波路の全長に亘ってｄｎ／ｄＴを変化させる場合
には、マスキングは不要である。しかし、複数の導波路
に沿って温度変化の影響を等しくさせるようなアプリケ
ーションにおいては異なる長さの導波路を異なる長さだ
け露出させるために、マスキングをする必要がある。マ
スキング材料は、処理材料に対し不浸透性のものでなけ
ればならない。１μｍオーダーの厚さの窒化シリコン製
フィルムは、Ｄ2Ｏ でもって処理するマスキングデバイ
スに対し好ましい材料である。このようなフィルムは、
プラズマＣＶＤにより堆積することができる。
ンにおいては、実施してもしなくてもよいものである
が、導波路にマスクをして温度による屈折率変動（ｄｎ
／ｄＴ）を変化させるような領域を露出させることであ
る。導波路の全長に亘ってｄｎ／ｄＴを変化させる場合
には、マスキングは不要である。しかし、複数の導波路
に沿って温度変化の影響を等しくさせるようなアプリケ
ーションにおいては異なる長さの導波路を異なる長さだ
け露出させるために、マスキングをする必要がある。マ
スキング材料は、処理材料に対し不浸透性のものでなけ
ればならない。１μｍオーダーの厚さの窒化シリコン製
フィルムは、Ｄ2Ｏ でもって処理するマスキングデバイ
スに対し好ましい材料である。このようなフィルムは、
プラズマＣＶＤにより堆積することができる。
【００１５】第３ステップ（図１のブロックＣ）は、導
波路の露出領域に熱温度補償材料を組み込むことであ
る。この熱温度補償材料は、動作波長に対して透明であ
り、導波路材料のｄｎ／ｄＴとは異なったｄｎ／ｄＴを
有する。通常導波路を構成するガラスは、正のｄｎ／ｄ
Ｔを有するため、このガラスに導入される材料は、負の
ｄｎ／ｄＴを有するか、あるいはガラスのそれとは大幅
に異なる正のｄｎ／ｄＴを有するものでなければならな
い。このような負のｄｎ／ｄＴを有する温度補償材料
は、Ｄ2Ｏ ，エタノール，メタノール等である。この導
入されるべき温度補償材料の量は、ガラスに対し１重量
％以上でなければならない。好ましくは１０％以上でな
ければならない。Ｄ2Ｏ は、１．５５μｍで動作するガ
ラス製通信デバイスに対して好ましい温度補償材料であ
る。
波路の露出領域に熱温度補償材料を組み込むことであ
る。この熱温度補償材料は、動作波長に対して透明であ
り、導波路材料のｄｎ／ｄＴとは異なったｄｎ／ｄＴを
有する。通常導波路を構成するガラスは、正のｄｎ／ｄ
Ｔを有するため、このガラスに導入される材料は、負の
ｄｎ／ｄＴを有するか、あるいはガラスのそれとは大幅
に異なる正のｄｎ／ｄＴを有するものでなければならな
い。このような負のｄｎ／ｄＴを有する温度補償材料
は、Ｄ2Ｏ ，エタノール，メタノール等である。この導
入されるべき温度補償材料の量は、ガラスに対し１重量
％以上でなければならない。好ましくは１０％以上でな
ければならない。Ｄ2Ｏ は、１．５５μｍで動作するガ
ラス製通信デバイスに対して好ましい温度補償材料であ
る。
【００１６】Ｄ2Ｏ をガラス内に導入するには、ガラス
を高温（１００−３００℃）高圧力（１５−１５００ｐ
ｓｉ）の雰囲気内で１−２０時間かけてＤ2Ｏ の蒸気に
さらすことである。図２Ｃは、例えば三角形の露出領域
２０内にＤ2Ｏ でもって処理した後の図２Ｂのデバイス
を示す。コア１４は露出していない。これより長いコア
１３は、第１長さに亘って露出しており、最長のコア１
２は、第１長さよりも長い第２長さに亘って露出してい
る。
を高温（１００−３００℃）高圧力（１５−１５００ｐ
ｓｉ）の雰囲気内で１−２０時間かけてＤ2Ｏ の蒸気に
さらすことである。図２Ｃは、例えば三角形の露出領域
２０内にＤ2Ｏ でもって処理した後の図２Ｂのデバイス
を示す。コア１４は露出していない。これより長いコア
１３は、第１長さに亘って露出しており、最長のコア１
２は、第１長さよりも長い第２長さに亘って露出してい
る。
【００１７】このようにして得られたデバイスは、熱的
安定性が向上している。具体的に説明すると、構成要素
である導波路を処理すると、その光学パス長さは、温度
変化により等しく影響を受ける。別法としてガラスより
大きい正のｄｎ／ｄＴを有する温度補償材料を用いた場
合には、補償を達成するためには、短い導波路を長い距
離に亘って処理することである。
安定性が向上している。具体的に説明すると、構成要素
である導波路を処理すると、その光学パス長さは、温度
変化により等しく影響を受ける。別法としてガラスより
大きい正のｄｎ／ｄＴを有する温度補償材料を用いた場
合には、補償を達成するためには、短い導波路を長い距
離に亘って処理することである。
【００１８】最終ステップとして、これも選択的事項で
あるが、マスクを取り除き（ブロックＤ）、導入された
温度補償材料をガラス内に閉じ込める（ブロックＥ）こ
とである。このような閉じ込めは、Ｃｒまたは金製の数
百ｎｍの厚さのコーティング層を露出領域２０の上に形
成することにより行われる。
あるが、マスクを取り除き（ブロックＤ）、導入された
温度補償材料をガラス内に閉じ込める（ブロックＥ）こ
とである。このような閉じ込めは、Ｃｒまたは金製の数
百ｎｍの厚さのコーティング層を露出領域２０の上に形
成することにより行われる。
【００１９】この本発明のプロセスにより達成された温
度補償の程度を以下の具体的な例を用いて示す。第１サ
ンプルは、２ｃｍ長さの平面状導波路でＤ2Ｏ でもって
３００℃で１５時間処理したものである。第２サンプル
は、２ｃｍ長さの未処理の平面状導波路である。１．５
μｍのレーザ光がこれらの２個のサンプルに照射され、
温度を室温から約４０℃上の約６２℃まで上昇させた。
度補償の程度を以下の具体的な例を用いて示す。第１サ
ンプルは、２ｃｍ長さの平面状導波路でＤ2Ｏ でもって
３００℃で１５時間処理したものである。第２サンプル
は、２ｃｍ長さの未処理の平面状導波路である。１．５
μｍのレーザ光がこれらの２個のサンプルに照射され、
温度を室温から約４０℃上の約６２℃まで上昇させた。
【００２０】フロント（入口面）での反射と、バック
（出口面）での反射の干渉をモニタした。図３Ａは、処
理した第１サンプルの温度に対し干渉フリンジをプロッ
トしたもので、図３Ｂは未処理の第２サンプルの干渉フ
リンジを示したものである。これらの図から分かるよう
に、処理済みの第１サンプルは、ｄｎ／ｄＴの小さな値
に対応するより少ないフリンジを有する。
（出口面）での反射の干渉をモニタした。図３Ａは、処
理した第１サンプルの温度に対し干渉フリンジをプロッ
トしたもので、図３Ｂは未処理の第２サンプルの干渉フ
リンジを示したものである。これらの図から分かるよう
に、処理済みの第１サンプルは、ｄｎ／ｄＴの小さな値
に対応するより少ないフリンジを有する。
【００２１】具体的に説明すると、処理済みの第１サン
プルに対するｄｎ／ｄＴの大きさは、未処理の第２のサ
ンプルに対するそれの９／１６であり、このため強化係
数ｅはｅ＝０．５６（５６％）である。長さの異なるｌ
1，ｌ2の２個の導波路を補償するのに必要な処理領域の
長さｌは、長さの差Δｌ＝｜ｌ1−ｌ2｜と強化係数ｅ
で、関係式ｌ＝Δｌ／ｅを用いて容易に計算することが
できる。その結果例えば、Δｌ＝０．２５ｍｍでｅ＝
０．５とすると処理領域の長さｌは０．５ｍｍである。
プルに対するｄｎ／ｄＴの大きさは、未処理の第２のサ
ンプルに対するそれの９／１６であり、このため強化係
数ｅはｅ＝０．５６（５６％）である。長さの異なるｌ
1，ｌ2の２個の導波路を補償するのに必要な処理領域の
長さｌは、長さの差Δｌ＝｜ｌ1−ｌ2｜と強化係数ｅ
で、関係式ｌ＝Δｌ／ｅを用いて容易に計算することが
できる。その結果例えば、Δｌ＝０．２５ｍｍでｅ＝
０．５とすると処理領域の長さｌは０．５ｍｍである。
【００２２】本発明のデバイスへの適用図１のプロセス
は、熱的安定性を向上させた様々な種類のガラス製導波
路の製造に用いることができる。一般的に本発明の適用
されるデバイスは通常の方法で製造され、その後図１の
プロセスを適用してガラス製導波路の温度依存性屈折率
を変化させる。マルチ導波路デバイスにおいては、この
屈折率変化は、様々な種類の導波路に温度の影響を等し
くするために空間的に選択した方法で適用し、これによ
り導波路デバイスの温度の感受性をなくすようにする。
は、熱的安定性を向上させた様々な種類のガラス製導波
路の製造に用いることができる。一般的に本発明の適用
されるデバイスは通常の方法で製造され、その後図１の
プロセスを適用してガラス製導波路の温度依存性屈折率
を変化させる。マルチ導波路デバイスにおいては、この
屈折率変化は、様々な種類の導波路に温度の影響を等し
くするために空間的に選択した方法で適用し、これによ
り導波路デバイスの温度の感受性をなくすようにする。
【００２３】シングル導波路デバイスにおいては、温度
依存性の低減は、ｄｎ／ｄＴを最少にすることに比例し
ている。３種類の重要なデバイスのアプリケーションを
示すと、１）マルチ導波路ルータの温度補償、２）マル
チ導波路ファイバの温度補償、３）シングル導波路ブラ
ググレーティングの温度依存性の低減である。
依存性の低減は、ｄｎ／ｄＴを最少にすることに比例し
ている。３種類の重要なデバイスのアプリケーションを
示すと、１）マルチ導波路ルータの温度補償、２）マル
チ導波路ファイバの温度補償、３）シングル導波路ブラ
ググレーティングの温度依存性の低減である。
【００２４】Ａ．マルチ導波路ルータの温度補償
図４は、導波路グレーティングルータとして公知のデバ
イスの改良型である。デバイス４０の従来部分は、グレ
ーティングとして機能する導波路列（グレイティングア
レイ）４３により接続された一対のスターカプラ４１，
４２を有する。この導波路列４３は、隣接する導波路間
では一定のパス長差である。この２個のスターカプラ４
１，４２は、対称型であるが、入力数と出力数とは異な
る。
イスの改良型である。デバイス４０の従来部分は、グレ
ーティングとして機能する導波路列（グレイティングア
レイ）４３により接続された一対のスターカプラ４１，
４２を有する。この導波路列４３は、隣接する導波路間
では一定のパス長差である。この２個のスターカプラ４
１，４２は、対称型であるが、入力数と出力数とは異な
る。
【００２５】この構成の動作について次に述べる。入力
導波路４４からの光の波は、スターカプラ４１により導
波路列４３内に結合される。この導波路列４３内に差分
位相シフトが存在しない場合には、スターカプラ４２へ
の光波伝播は、入力カプラ４１内にあたかも反復伝播が
存在するかのように現れる。かくして入力導波路は、出
力カプラと出力導波路間のインタフェースとして考える
ことができる。このイメージされた入力導波路は、出力
導波路の１つに接続される。
導波路４４からの光の波は、スターカプラ４１により導
波路列４３内に結合される。この導波路列４３内に差分
位相シフトが存在しない場合には、スターカプラ４２へ
の光波伝播は、入力カプラ４１内にあたかも反復伝播が
存在するかのように現れる。かくして入力導波路は、出
力カプラと出力導波路間のインタフェースとして考える
ことができる。このイメージされた入力導波路は、出力
導波路の１つに接続される。
【００２６】グレーティングアレイ４３内の線分長さの
差により導波路グレーティング内のウェーブフロントの
波長依存性の傾きとなり、入力導波路のイメージを波長
依存性位置にシフトさせる。波長が変化するにつれて、
入力導波路イメージは、出力導波路に亘って移動して、
別の出力導波路に光を結合させる。この従来のデバイス
の構造と動作の詳細は、米国特許第５，４６７，４１８
号に開示されている。
差により導波路グレーティング内のウェーブフロントの
波長依存性の傾きとなり、入力導波路のイメージを波長
依存性位置にシフトさせる。波長が変化するにつれて、
入力導波路イメージは、出力導波路に亘って移動して、
別の出力導波路に光を結合させる。この従来のデバイス
の構造と動作の詳細は、米国特許第５，４６７，４１８
号に開示されている。
【００２７】本発明によればデバイスの熱的安定性は、
導波路グレーティング内にｄｎ／ｄＴを変化させた領域
を導入して構成要素である導波路の熱的応答を補償する
ことにより改善される。これは図１のプロセスを用いる
ことにより、Ｄ2Ｏ をアレイの三角領域４５に導入する
ことにより行われる。この三角領域４５の底辺ｂは、よ
り長い波長が三角領域４５の領域でより長い処理領域を
有するよう配置される。
導波路グレーティング内にｄｎ／ｄＴを変化させた領域
を導入して構成要素である導波路の熱的応答を補償する
ことにより改善される。これは図１のプロセスを用いる
ことにより、Ｄ2Ｏ をアレイの三角領域４５に導入する
ことにより行われる。この三角領域４５の底辺ｂは、よ
り長い波長が三角領域４５の領域でより長い処理領域を
有するよう配置される。
【００２８】図３Ａの９／１６の減少量により通常のグ
レーティングアレイの三角形の底辺は、１ｃｍのオーダ
ーの長さである。しかし、負のｄｎ／ｄＴ温度補償材料
を用いる代わりに、ガラスよりもはるかに大きい正のｄ
ｎ／ｄＴを有する温度補償材料を用いて、三角領域４５
を逆転させて補償を行い、そして最短の導波路が最長の
領域に亘って処理されるようして補償を行ってもよい。
レーティングアレイの三角形の底辺は、１ｃｍのオーダ
ーの長さである。しかし、負のｄｎ／ｄＴ温度補償材料
を用いる代わりに、ガラスよりもはるかに大きい正のｄ
ｎ／ｄＴを有する温度補償材料を用いて、三角領域４５
を逆転させて補償を行い、そして最短の導波路が最長の
領域に亘って処理されるようして補償を行ってもよい。
【００２９】Ｂ．温度補償されたマルチ導波路フィルタ
図５は、フーリエフィルタとして公知のモノリシックに
形成された光学導波路フィルタ１０の簡単化した図面で
ある。従来のフーリエフィルタは、基板５３上に一対の
光学導波路５１，５２を有し、これらが（Ｎ−１）個の
遅延パス５７，５８により交互に接続された複数のＮ個
の光学カプラ５４，５５，５６を形成する。各カプラ
は、２個の導波路の近接領域を含み、この近接領域では
各光学導波路５１，５２を伝播する光の指数テイルが、
他の光と相互作用してある導波路から別の導波路に光を
結合する。ある導波路から別の導波路へ結合された光学
パワーの量は、カプラの有効長によって決定できる。
形成された光学導波路フィルタ１０の簡単化した図面で
ある。従来のフーリエフィルタは、基板５３上に一対の
光学導波路５１，５２を有し、これらが（Ｎ−１）個の
遅延パス５７，５８により交互に接続された複数のＮ個
の光学カプラ５４，５５，５６を形成する。各カプラ
は、２個の導波路の近接領域を含み、この近接領域では
各光学導波路５１，５２を伝播する光の指数テイルが、
他の光と相互作用してある導波路から別の導波路に光を
結合する。ある導波路から別の導波路へ結合された光学
パワーの量は、カプラの有効長によって決定できる。
【００３０】各遅延パスは、２個のカプラ間の一対の導
波路セグメントを含み、例えばこれは光学カプラ５４，
５５の間でセグメント５７Ａ，５７Ｂである。これらの
セグメントは、２個のカプラ間に等しくない光学パス長
を与えるよう構成され、これにより差分遅延を提供す
る。
波路セグメントを含み、例えばこれは光学カプラ５４，
５５の間でセグメント５７Ａ，５７Ｂである。これらの
セグメントは、２個のカプラ間に等しくない光学パス長
を与えるよう構成され、これにより差分遅延を提供す
る。
【００３１】次に図５の構成の動作について述べる。光
学入力信号が入力カプラ上に、例えば光学カプラ５４で
は光学導波路５１に沿って現れ、そしてフィルタ処理さ
れた出力が出力カプラ上に、例えば光学カプラ５６の光
学導波路５２に沿って現れる。カプラと遅延要素により
出力への複数のパスを具備する入力点に光を与える。一
般的にＮがカプラの数であるとすると２N-1 のパスが存
在する。
学入力信号が入力カプラ上に、例えば光学カプラ５４で
は光学導波路５１に沿って現れ、そしてフィルタ処理さ
れた出力が出力カプラ上に、例えば光学カプラ５６の光
学導波路５２に沿って現れる。カプラと遅延要素により
出力への複数のパスを具備する入力点に光を与える。一
般的にＮがカプラの数であるとすると２N-1 のパスが存
在する。
【００３２】フィルタの各光学パスは、フーリエ列の調
和要素に対応する光を与える。このフーリエ列の和がフ
ィルタの伝送関数を構成する。パラメータを適宜選択す
ることにより所望の伝達関数に近似することができる。
このようなフィルタの構造と製造方法は、米国特許第
５，５９６，６６１号に開示されている。
和要素に対応する光を与える。このフーリエ列の和がフ
ィルタの伝送関数を構成する。パラメータを適宜選択す
ることにより所望の伝達関数に近似することができる。
このようなフィルタの構造と製造方法は、米国特許第
５，５９６，６６１号に開示されている。
【００３３】このフーリエフィルタの動作は、結合され
た導波路間の差分遅延の正確な制御に依存する。温度変
化の異なる影響に起因するこの差分遅延の変動がフィル
タの性能に悪影響を及ぼす。
た導波路間の差分遅延の正確な制御に依存する。温度変
化の異なる影響に起因するこの差分遅延の変動がフィル
タの性能に悪影響を及ぼす。
【００３４】本発明によれば、このデバイスは図１の方
法によりｄｎ／ｄＴを変化させた領域５９Ａ，５９Ｂを
形成することにより温度補償することができる。好まし
くは領域５９Ａ，５９Ｂは、例えばセグメント５７Ｂ，
５８Ｂのようなより長い導波路に形成するのがよい。図
３Ａに示されるような変化のレベルを仮定すると、一般
的なフーリエフィルタの補償は、パス長の差が約２倍と
なるような長さを有する矩形の領域により達成できる。
法によりｄｎ／ｄＴを変化させた領域５９Ａ，５９Ｂを
形成することにより温度補償することができる。好まし
くは領域５９Ａ，５９Ｂは、例えばセグメント５７Ｂ，
５８Ｂのようなより長い導波路に形成するのがよい。図
３Ａに示されるような変化のレベルを仮定すると、一般
的なフーリエフィルタの補償は、パス長の差が約２倍と
なるような長さを有する矩形の領域により達成できる。
【００３５】Ｃ．熱的感受性を減少させたブラググレー
ティング 図６は、ある長さの光学導波路６０（ここでは光ファイ
バ）を有する光学導波路ブラググレーティングデバイス
の断面図である。この光学導波路６０は、コア６１とク
ラッド６２とブラググレーティング６３とを有し、この
ブラググレーティング６３は導波路に沿ってほぼ等しく
離間したコアの屈折率に複数の屈折率変動６４を有す
る。この屈折率変動６４は、連続する変動間のスペース
Λの２倍となるような波長λの光、即ちλ＝２Λを選択
的に反射する。残りの波長は、何の損傷も受けずに通過
する。
ティング 図６は、ある長さの光学導波路６０（ここでは光ファイ
バ）を有する光学導波路ブラググレーティングデバイス
の断面図である。この光学導波路６０は、コア６１とク
ラッド６２とブラググレーティング６３とを有し、この
ブラググレーティング６３は導波路に沿ってほぼ等しく
離間したコアの屈折率に複数の屈折率変動６４を有す
る。この屈折率変動６４は、連続する変動間のスペース
Λの２倍となるような波長λの光、即ちλ＝２Λを選択
的に反射する。残りの波長は、何の損傷も受けずに通過
する。
【００３６】このようなブラググレーティングは、様々
なアプリケーションにおいて例えばフィルタ処理，半導
体レーザの安定化，光ファイバ増幅器のポンプエネルギ
の反射，光ファイバの分散補償等のアプリケーションで
用いることができる。ブラグ共鳴の熱的感受性は、導波
路内に書き込まれたｄｎ／ｄＴに大部分が依存する。本
発明によれば、熱的安定性は図１の方法に従って導波路
の熱的感受性を低減することにより向上させることがで
きる。
なアプリケーションにおいて例えばフィルタ処理，半導
体レーザの安定化，光ファイバ増幅器のポンプエネルギ
の反射，光ファイバの分散補償等のアプリケーションで
用いることができる。ブラグ共鳴の熱的感受性は、導波
路内に書き込まれたｄｎ／ｄＴに大部分が依存する。本
発明によれば、熱的安定性は図１の方法に従って導波路
の熱的感受性を低減することにより向上させることがで
きる。
【００３７】光学的マスキングにより、選択的に導波路
部分６５を露出させ、そこにグレーティングが書き込ま
れる。純粋のシリカ製クラッドが用いられる光ファイバ
導波路の場合においては、別のクラッド例えばＰドープ
のあるいはＢドープのシリカを用いてＤ2Ｏ を導入する
ことが必要である。平面状導波路ブラググレーティング
においては、クラッド層の成分を変化させる必要はな
い。
部分６５を露出させ、そこにグレーティングが書き込ま
れる。純粋のシリカ製クラッドが用いられる光ファイバ
導波路の場合においては、別のクラッド例えばＰドープ
のあるいはＢドープのシリカを用いてＤ2Ｏ を導入する
ことが必要である。平面状導波路ブラググレーティング
においては、クラッド層の成分を変化させる必要はな
い。
【図１】本発明によるガラス製導波路デバイスの温度依
存性を制御しながら変化させる製造ステップを表すフロ
ーチャート図
存性を制御しながら変化させる製造ステップを表すフロ
ーチャート図
【図２】図１のプロセスの各段階の導波路デバイスを表
す図
す図
【図３】図１の方法により処理した導波路の熱的安定性
を処理していない導波路のそれと比較したグラフ
を処理していない導波路のそれと比較したグラフ
【図４】熱的安定性を向上させた導波路ルータデバイス
を表す図
を表す図
【図５】熱的安定性を向上させた導波路フーリエフィル
タを表す図
タを表す図
【図６】熱的安定性を向上させた導波路ブラグフィルタ
を表す図
を表す図
１０ 基板
１１ ベース層
１２，１３，１４ コア（導波路）
１５ クラッド層
１６ 共通出力
１７ 共通入力
２０ 露出領域
４０ デバイス
４１，４２ スターカプラ
４３ 導波路列（グレーティングアレイ）
４４ 入力導波路
４５ 三角領域
５３ 基板
５１，５２ 光学導波路
５４，５５，５６ 光学カプラ
５７，５８ 遅延パス
５７Ａ，５７Ｂ セグメント
５９Ａ，５９Ｂ 領域
６０ 光学導波路
６１ コア
６２ クラッド
６３ ブラググレーティング
６４ 屈折率変動
６５ 導波路部分
Ａ ガラス製光学導波路デバイスを用意する
Ｂ 処理すべき領域を露出するためにマスクする
Ｃ 温度補償材料を露出したガラスに組み込む
Ｄ マスクを取り除く
Ｅ 閉じ込める
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−43440（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−5834（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−334639（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−186167（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−227930（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開622343（ＥＰ，Ａ
１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/10 - 6/16
G02B 6/28 - 6/293
G02B 6/34
C03B 1/00 - 5/44
C03B 8/00 - 8/04
C03B 19/12 - 20/00
C03B 23/00 - 35/26
C03B 40/00 - 40/04
C03C 1/00 - 23/00
Claims (5)
- 【請求項１】 コアとクラッド層を有し、温度と共にそ
の有効屈折率が変化するガラス製の光学導波路を形成す
るステップを含む光学導波路デバイスの製造方法におい
て、 ある長さの前記ガラス製光学導波路は、温度により屈折
率が変動する温度補償材料を１重量％以上含有し、 この温度補償材料の屈折率変動は、前記光学導波路のそ
れとは異なり、 これにより光学導波路デバイスの熱的安定性を向上さ
せ、 前記温度補償材料はＤ ２ Ｏ で、これは、前記領域にＤ
２ Ｏの蒸気の温度範囲が１００−３００℃で、圧力が１
５−１５００ｐｓｉで、処理時間が１時間から２０時間
の条件でさらすことにより前記領域に導入される ことを
特徴とする光学導波路デバイスの製造方法。 - 【請求項２】 前記領域上に金属をコーティングするこ
とにより前記領域内に温度補償材料を閉じ込めるステッ
プをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 前記導波路デバイスは、導波路ルータで
あることを特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項４】 前記導波路デバイスは、フーリエ光学フ
ィルタであることを特徴とする請求項１記載のデバイ
ス。 - 【請求項５】 前記導波路デバイスは、光学ブラググレ
ーティングであることを特徴とする請求項１記載のデバ
イス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/862557 | 1997-05-23 | ||
| US08/862,557 US5938811A (en) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Method for altering the temperature dependence of optical waveguides devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10332957A JPH10332957A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3411818B2 true JP3411818B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=25338759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14341198A Expired - Fee Related JP3411818B2 (ja) | 1997-05-23 | 1998-05-25 | 光学導波路デバイスの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5938811A (ja) |
| EP (1) | EP0880036B1 (ja) |
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