JP3485259B2 - アレイ導波路型回折格子の製造方法 - Google Patents
アレイ導波路型回折格子の製造方法Info
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- JP3485259B2 JP3485259B2 JP2000192532A JP2000192532A JP3485259B2 JP 3485259 B2 JP3485259 B2 JP 3485259B2 JP 2000192532 A JP2000192532 A JP 2000192532A JP 2000192532 A JP2000192532 A JP 2000192532A JP 3485259 B2 JP3485259 B2 JP 3485259B2
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Description
れ、複数の光入射端,分岐部,合波部,複数の光出射
端,前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導
波路から構成され、各光入射端からの入射光を分岐して
それぞれの光出射端より出射するアレイ導波路型回折格
子において、アレイ導波路間の位相値の設計値からのず
れを外的に制御することでチャンネル間のクロストーク
が小さなアレイ導波路型回折格子を作製することに関す
るものである。
導波路の長さは一定のピッチで増加することが基本であ
る。実際には、作製後の各アレイ導波路間の光路差は設
計値からわずかにずれており、この設計値からのずれが
位相誤差となる。各アレイ導波路に位相誤差が発生する
と、これがチャンネル間のクロストークを劣化させる要
因となる。
N:Nはアレイ導波路の本数)の位相誤差φk を外的に
解消するには、アレイ導波路#kの一部(導波路長をΔ
Lk )の有効屈折率をΔnk だけ変化させて位相変化Δ
Lk Δnk を誘起することによりφk を打ち消す必要が
ある。
率変化がある。これは、光導波路に紫外線を照射すると
クラマースークローニッヒ機構を中心とするいくつかの
現象が複合して屈折率変化が生じる現象であり、Ge添
加コアファイバの屈折率変化を用いて光ファイバ上にブ
ラッグ回折格子を作製する技術に応用されている。
拡大図である図1(b)に示した、光誘起屈折率変化を
利用して位相誤差を低減する従来の方法では、照射すべ
き部分を窓4で露呈させる以外は紫外線をカットするプ
レート(位相調整用マスク)2でアレイ導波路をマスク
し、露呈したアレイ導波路部分ΔLk のみを平行な紫外
線ビーム5で照射することにより、位相変化ΔLk Δn
k を誘起し位相誤差φ k を解消する。なお図1(a)
(b)において、1はアレイ導波路型回折格子が形成さ
れた基板、3はスラブ導波路である。
率変化によって発生する有効屈折率変化量は、TEとT
Mの伝播モードで異なる。例えば、比屈折率差が0.7
5%である石英系導波路では、TEとTMモードで誘起
される屈折率変化量ΔnTEとΔnTMの比は、Δn TM/Δ
nTE≒0.5である。このため、TEモードに対して位
相誤差を補償してもTMモードに対しては誘起される位
相変化が少なく位相誤差を解消することができないと言
った事態が発生する。
に対しては位相誤差が解消されてクロストークを十分低
減できるが、TMモードに対してはクロストークを低減
できなくなる。なお、図2において符号6は、TEモー
ド入射に対する透過バンドを示し、符号7はTMモード
入射に対する透過バンドを示す。
率変化を利用して位相誤差の補償を行う方法において、
TEとTMモードで誘起される位相変化が異なる場合で
も、TEとTMモードに対する位相誤差を解消すること
を目的とする。
う半波長板をアレイ導波路の中心を垂直に横断するよう
に設置し、照射すべきアレイ導波路部以外の部分は紫外
線をカットするマスクをこの半波長板に対して左側およ
び右側のアレイ導波路部分に設置した後に露呈した部分
のみを紫外線平行ビームで照射することにより、TEと
TMの両モードの光がアレイ導波路の入射端より入射し
ても、これらモードに対する位相誤差を同時に解消し、
かつ、両モードに対する透過バンドの中心を一致させる
ことを特徴とする。
に対してクロストークが非常に低いアレイ導波路型回折
格子を実現できる利点がある。
アレイ導波路#kにおけるTEとTMモードで入射した
光の伝播を模式的に示す図である。図中、8と9はTE
モードおよびTMモードでの#kアレイ導波路の光路を
示す。10はアレイ導波路の中心部に設置された半波長
板であり、11と12は、紫外線照射ビームを示す。
れた半波長板10に入射するまで半波長板10に対して
アレイ導波路の左半分をTEモードで伝播し、この半波
長板10によりTMモードに変換され、このアレイ導波
路の右半分をTMモードとして伝播する。この光伝播に
より受ける位相誤差をφTEk とする。
設置された半波長板10に入射するまでアレイ導波路の
左半分をTMモードで伝播し、この半波長板10により
TEモードに変換され、このアレイ導波路の右半分をT
Eモードとして伝播する。この光伝播により受ける位相
誤差をφTMK とする。
ドで誘起される屈折率変化量ΔnTEとΔnTMの比をδ=
ΔnTM/ΔnTEとする。半波長板10に対して左側部分
および右側部分に紫外線ビーム11,12で誘起すべき
TEモードに対する位相変化をXk およびYk とすれ
ば、半波長板10に対して左側部分および右側部分に誘
起されるTMモードに対する位相変化はδXk およびδ
Yk で表わされる。
端で出射するまでに受ける位相変化はXk +δYk +φ
TEK 、TMモードで入射した光が受ける位相変化はδX
k +Yk +φTMK であるので、位相調整によるターゲッ
ト位相値をTEとTMモードでCTEK 、CTMK とすれ
ば、Xk とYk は Xk +δYk +φTEK =CTEK (1) δXk +Yk +φTMK =CTMK (2) を満たす必要がある。誘起される位相変化は Xk ≧0、Yk ≧0 (3) であるべきなので、(1)〜(3)式を満たすXk とY
k を求めることが必要である。
チャンネル数が128でありガウス型透過バンドを有す
るアレイ導波路型回折格子を用いた。この場合、全アレ
イ導波路の位相誤差が一定(TEモードでCTE、TMモ
ードでCTM)である場合にクロストークが最低となるの
で、(1),(2)式は、 Xk +δYk +φTEK =CTE (4) δXk +Yk +φTMK =CTM (5) となる。ここで、CTEとCTMは定数である。
てのkに対して、 CTE−δCTM≧φTEK −δφTMK (8) δCTE−CTM≦δφTEK −φTMK (9) を満たす必要があるので、k=1,2,…,Nに対する
φTEK −δφTMK の最大値をa、δφTEK −φTMK の最
小値をbとすれば、 CTE−δCTM≧a (10) δCTE−CTM≦b (11) を満たすCTEとCTMを求めればよい。
イ導波路に対して同じ値をターゲットとして位相調整を
行った結果について述べるが、ターゲット位相値である
CTE K とCTMK は位相誤差φTEK とφTMK のkに対する
変化の様子により種々の値に設定することができる。
かに変化する場合には、φTEK とφ TMK の平均値である
(φTEK +φTMK )/2を一定値Cave にするように位
相調整してもクロストークを低減できることがわかって
いる。この場合には、 Xk +δYk =Cave −(φTEK +φTMK )/2 (12) δXk +Yk =Cave −(φTEK +φTMK )/2 (13) を解けばよい。
Cave +(φTEK −φTMK )/2、CTMK =Cave +
(φTMK −φTEK )/2の場合に相当する。このよう
に、ターゲット位相値であるCTEK とCTMK の候補に
は、位相誤差φTEK とφTMK およびkを含む種種の関数
が存在しうる。
レイ導波路型回折格子の概観を示す。図中、10は半波
長板、13と17は光入出射端、14と16はスラブ導
波路、15はアレイ導波路、18と20は位相調整用マ
スク、19と21は一部のアレイ導波路を紫外線に対し
て露呈させるための窓である。
する位相誤差であるφTEK とφTMKを測定した。これら
測定データと(8)と(9)式から求めたCTEとCTMを
用いて(6)と(7)式から、半波長板10に対して左
側および右側のアレイ導波路に対して誘起すべき位相変
化であるXk とYk を決定した。
4,16付近では、各アレイ導波路15が発散状に広が
っている。半波長板10に対して左側および右側のスラ
ブ導波路14,16と各アレイ導波路#kの接点をP1k
およびP2kと決め、C=1,000として、k番目のア
レイ導波路上でP1kとの距離がCXk (ミクロン)とな
る点Q1kおよびP2kとの距離がCYk となる点Q2kを求
めた。
mmの金属薄膜18,20を用意し、この金属薄膜1
8,20から、点{P11,P12,…,P1N}と点
{Q1N,…,Q12,Q11}を順次結んで得られる閉曲線
Σ1 、および点{P21,P22,…,P 2N-1,P2N}と点
{Q2N,Q2N-1,…,Q22,Q21}を順次結んで得られ
る閉曲線Σ2 で囲まれた部分をエッチングで除去し、窓
19,21を作製した。
…,P1N}、{Q1N,…,Q12,Q11}、{P21,
P22,…,P2N-1,P2N}、{Q2N,Q2N-1,…,
Q22,Q21}とマスク18,19上の各点が一致するよ
うにこれらのマスク18,19をアレイ導波路15上に
設置し、接着剤で固定した。
エキシマーレーザを用いた。このレーザ光源からの出射
ビームの断面は約1cm×2cmの矩形であり、位相調
整用マスク18,20の窓19,21よりもかなり広が
っていたので、このレーザビームをマスク18,19に
対して垂直に照射した。
ド入射に対するアレイ導波路型回折格子の透過バンドを
示す。図5中、実線と破線はTEおよびTMモード入射
に対する透過バンドを示す。TEとTMモードでの伝播
時の光路長が複屈折性によりわずかに異なるため、TE
およびTMモードでの透過バンドの中心はわずかにずれ
ている。照射前の透過バンドのクロストークは約−20
dBであり、これはバンドの両側に発生しているサイド
ローブで決定される。
波長板を設置し、上記の位相調整用マスクを介して位相
誤差を調整した結果を示す。TEおよびTMモードの両
モードの入射に対しても透過バンドは一致しており、か
つ、両バンド共にサイドローブの成分は−35dB以下
に低減された。なお図6中、実線と破線はTEおよびT
Mモード入射に対する透過バンドを示す。
の光がアレイ導波路の入射端より入射しても、これらモ
ードに対する位相誤差を同時に解消し、かつ、両モード
に対する透過バンドの中心を一致させることができる。
この結果、偏波無依存動作でTEとTMの両モードに対
してクロストークが非常に低いアレイ導波路型回折格子
を実現できる利点がある。
示す説明図。
示す特性図。
播を示す模式図。
整法を示す説明図。
性図。
特性図。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に形成され、複数の光入射端,分
岐部,合波部,複数の光出射端,前記分岐部と前記合波
部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入
射端からの入射光を分岐してそれぞれの光出射端より出
射するアレイ導波路型回折格子の製造方法であって、前記 アレイ導波路を伝播する光のTEとTMの伝播モー
ドをそれぞれTMおよびTEモードに変換する半波長板
を、該アレイ導波路の中心部分を垂直に横断するように
設置し、 更に、前記 半波長板に関して左側および右側のアレイ導
波路の一部のみを紫外線照射するために露呈させること
を目的とした窓を有する位相調整用マスクを作製する行
程と、この位相調整用マスクを用いて前記アレイ導波路
の位相調整をする行程を有し、 位相調整用マスクを作製する行程では、 該アレイ導波路の本数をN、該アレイ導波路型回折格子
の特定の光入射端よりTEおよびTMモードで入射し、
k番目(k=1,2,…,N)のアレイ導波路を伝播し
た後に特定の光出射端よりそれぞれTMおよびTEモー
ドで出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれを
φTEk およびφTMk 、紫外線照射により光導波路のTE
およびTMモードに誘起される屈折率変化であるΔnTE
とΔnTMの比をδ=ΔnTM/ΔnTE、CTEk は定数CTE
に等しく、CTMk は定数CTMに等しいとして、Xk とY
k に関する連立方程式Xk +δYk +φTEk =CTEk 、
δXk +Yk +φTMk =CTMk (k=1,2,…,N)
を満たし、かつ、Xk ≧0、Yk ≧0であるようにX
k ,Yk を決定し、k番目のアレイ導波路上の前記半波
長板に関して左側の部分の特定の地点をP1k、前記半波
長板に関して右側の部分の特定の地点をP2kとし、点P
1kからk番目の導波路に沿ってCを定数としてCXk の
距離にあり且つ前記半波長板に関して左側の地点Q1k、
点P2kからk番目の導波路に沿ってCを定数としてCY
k の距離にあり且つ前記半波長板に関して右側の地点Q
2kとを求めた後に、点{P11,P12,…,P1N}と点
{Q1N,…,Q12,Q11}を順次結んで得られる閉曲線
Σ1 、および点{P21,P22,…,P2N-1,P2N}と点
{Q2N,Q2N-1,…,Q22,Q21}を順次結んで得られ
る閉曲線Σ2 を求め、その表面が該閉曲線よりも広く紫
外線を遮断する薄膜金属等のプレート上で、該閉曲線Σ
1 およびΣ2 で囲まれた部分を除去してできる間隙を窓
として有する位相調整用マスクを作製し、 位相調整用マスクを用いて前記アレイ導波路の位相調整
をする行程では、 該位相調整用マスク上の閉曲線で囲まれた窓が、前記ア
レイ導波路上の点である{P 11 ,P 12 ,…,P 1N }、
{Q 1N ,…,Q 12 ,Q 11 }および{P 21 ,P 22 ,…,P
2N }、{Q 2N ,…,Q 22 ,Q 21 }と重なるように該位相
調整用マスクを該アレイ導波路格子型波長分波器上に設
置し、該マスク上の該窓を紫外線で照射した後に、該位
相調整用マスクを除去する、 ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載したアレイ導波路型回折
格子の製造方法において、 前記位相調整用マスクを作製する行程では、 前記位相調整マスクは、 Caveを定数として、CTEk =
Cave+(φTEk−φTMk)/2、CTMk =Cave +(φ
TMk−φTEk )/2としたときの閉曲線Σ1およびΣ2を
窓として有することを特徴とするアレイ導波路型回折格
子の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載したアレイ導波路型回折
格子の製造方法において、 前記位相調整用マスクを作製する行程では、 該閉曲線Σ1およびΣ2をなめらかな曲線に平滑化し、こ
の平滑化された閉曲線が前記プレートの窓としているこ
とを特徴とするアレイ導波路型回折格子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000192532A JP3485259B2 (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | アレイ導波路型回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000192532A JP3485259B2 (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | アレイ導波路型回折格子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002006157A JP2002006157A (ja) | 2002-01-09 |
JP3485259B2 true JP3485259B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=18691651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2000192532A Expired - Lifetime JP3485259B2 (ja) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | アレイ導波路型回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3485259B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP4988163B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2012-08-01 | 日本電信電話株式会社 | アレイ導波路格子の波長特性を調整するための方法およびマスク |
CN110673419B (zh) * | 2019-09-03 | 2020-09-18 | 华中科技大学 | 一种提升光学相控阵扫描范围的方法及光学天线器件 |
-
2000
- 2000-06-27 JP JP2000192532A patent/JP3485259B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
K.Takada et.al.,Electronics Letters,2000年 1月 6日,Vol.36 No.1,pp.60−61 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002006157A (ja) | 2002-01-09 |
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