JP3569419B2 - 光学特性調整板付光導波回路およびその製造方法 - Google Patents
光学特性調整板付光導波回路およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信あるいは光情報処理などの分野で用いられる光導波回路に関するもので、具体的には、光導波回路の基板上に形成されている複数の光導波路の入力側の光学特性値と出力側の光学特性値とに避けがたく生じる誤差を光学特性調整板により修正した構成の光学特性調整板付光導波回路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
前記光導波回路としては、例えば、平面上に形成された光導波路により構成された２光束あるいは多光束の光干渉計がある。そして、前記光学特性としては、例えば、前記複数の光導波路を伝搬する光の位相および振幅、光導波路の複屈折が挙げられる。
【０００３】
【従来の技術】
近年、例えば、シリコン基板上に形成した石英系光導波路などによって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ＝Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の研究が盛んに行われている。そこでは、マッハツェンダ干渉計やアレイ導波路格子型波長合分波器のように２光束あるいは多光束の干渉を用いて、スイッチングや波長合分波の機能を実現している。
【０００４】
マッハツェンダ干渉計を利用した熱光学スイッチについて、詳しくは、奥野他「石英系熱光学スイッチ技術」ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ ｖｏｌ．１４３，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１２８９−１２９８，Ｎｏｖ．１９９４ に記載されている。このスイッチは２本アーム導波路の光路長差を導波表面に設けた薄膜ヒータで熱的に制御することによりスイッチ機能を実現していいる。
【０００５】
図１にこの回路構成の概略を、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図を示す。
【０００６】
図１中、符号１０ｌ−ａ，１０２−ａは入力ポート、１０３はシリコン基板、１０４−１は第１のアーム導波路、１０４−２は第２のアーム導波路、１０５は薄膜ヒータ、また、図２中、符号１０９はクラッド層、および１１４はコア層を、各々図示する。
【０００７】
また、作製した２×２熱光学スイッチの特性の一例を図３に示した。図３の横軸は薄膜ヒータに印加した電力、縦軸はスルーポート（１０１−ａ→１０１−ｂ）への光の透過率を示す。透過率は薄膜ヒータへの印加電力に依存して変化する。ここで、電力をＰｌとＰ２とで時間的に切り替えることにより、この回路は２×２光スイッチとして作動する。
【０００８】
ここで、図１に示した２本のアーム導波路１０４−１，１０４−２は等しい長さに設計されている。よって本来、電力が印加されていないときにスルーポートへの透過率が最低になるはずである。すなわち、Ｐ１＝０となるはずである。
【０００９】
しかし、導波路の作製誤差により２本のアーム導波路１０４−１，１０４−２の長さに０．１μｍオーダーの光路長差が発生し、それが原因となってＰ１≠０となっている。ここで、０．１μｍの光路長誤差は、光波長にとっては一割程度になるためＰ１の値もスイッチ電力（Ｐ２−Ｐ１）に比較して無視できないような値となる。一方、０．１μｍオーダーの光路長誤差は１０ｍｍ程度のアーム導波路１０４−１，１０４−２にとっては１０−５程度の誤差であり、この値を大幅に低減することは作製技術上困難である。
【００１０】
また、Ｐ１の電力はスイッチの消費電力を増大させており、その値を０にすることが好ましい。
【００１１】
アレイ導波路格子型波長合分波器では、並列に並べられた互いに光路長がｎ×△Ｌずつ異なる３０〜１００本程度のアーム導波路を伝搬した複数の光の干渉により光の波長合分波機能を実現している。
【００１２】
ここで、ｎは導波路の実効屈折率、△Ｌは１０〜１００μｍ程度の値である。詳しくは、Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｉ ｅｔ ａｌ．，”Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ Ｎａｎｏｍｅｔｒｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．２，ｐｐ．８７−８８，１９９０．に記載されている。
【００１３】
図４にその回路構成の概略を示す。図４中、符号１１０は入力導波路、１１１は出力導波路、１１２はスラブ導波路、１１３はアレイ導波路および１０３はシリコン基板を各々図示する。
【００１４】
図５に図４に示したアレイ導波路格子型波長合分波器の中心ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示す。図５から明らかなように、中心入力ポートから中心出力ポートへ特定の波長のみが透過し、それ以外の波長の光は阻止されていることが分かる。
【００１５】
現在のところ、阻止波長の透過率と透過波長の透過率との比で表されるクロストークは−３０ｄＢ程度である。
【００１６】
このクロストークを低減することは、波長合分波機能として極めて重要な課題である。このクロストークが−３０ｄＢ程度に制限されている第１の原因は、アレイ導波路に設定したｎ×△Ｌの光路長差が作製誤差により０．１μｍオーダーでゆらいでいるため、各アレイ導波路を通過した光の位相に誤差が生じるためである。
【００１７】
また、第２の原因は、分岐部より各アレイ導波路に分配され、再び合波部により結合される各パスからの透過光の振幅が、導波路損失の不均一性等によって設計値からずれる。すなわち、振幅誤差が生じるためである。
【００１８】
さらに、例えば、隣接周波数間隔が小さいアレイ導波路格子のように、導波路占有面積の大きな光回路では、光回路を構成する光導波路に複屈折のばらつきが生じる。このため、光導波路の偏波によって、位相の分布が異なり、特性に偏波依存性が生じる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＰＬＣ作製時における０．１μｍオーダーの光路長誤差は、２光束あるいは多光束の干渉計の特性劣化を引き起こしている。したがって、この光路長誤差を何らかの方法で調整することができれば、干渉計の特性を向上させることができる。
【００２０】
また、ＰＬＣ作製時において生じる、分岐部より複数のチャンネル導波路に分配され、再び合波部により結合される各パスからの透過光の振幅の設計値からのずれは、２光束あるいは多光束の干渉計の特性劣化を引き起こしている。したがって、この振幅の設計値からずれを何らかの方法で調整することかできれば、干渉計の特性を向上させることができる。さらに、振幅及び位相特性を所望の値に調整することにより、通過波長域の平坦化及び分散制御等の機能を付加することが可能となる。
【００２１】
さらに、導波路占有面積の大きな光回路では、光回路を構成する光導波路に複屈折のばらつきのため、特性に偏波依存性が生じる。したがって、この複屈折のばらつきを何らかの方法で、調整することができれば、偏波に依らず、高性能な光回路を作製することができる。
【００２２】
本発明は、以上述べた事情に鑑み、本発明の課題の一つは、このＰＬＣ作製時に生じる光路長誤差を、作製後に行う付加的な加工で調整した位相調整板付光導波回路とその製造方法を提供することにあり、他の課題は、光の振幅特性をＰＬＣ作製後に行う付加的な加工で調整する振幅調整板付光導波回路およびその製造方法を提供することにあり、さらに他の課題は、光の複屈折をＰＬＣ作製後に行う付加的な加工で調整する複屈折調整板付光導波回路およびその製造方法を提供することにある。なお、本発明では、同一の光導波回路に位相調整板と振幅調整板の両方を設けてより一層の光学特性の向上を図った構成も含まれる。また、本発明には、これらの光学特性調整板の製造装置をも含まれる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１の光学特性調整板付光導波回路は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、該光学特性調整板が、一様な光学特性を有する膜を凹凸加工した膜からなり、前記光導波路の各々の光学特性の測定値から決定された各光導波路に必要な光学特性の調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の光学特性の調整量に応じた膜厚となるように長手方向に凹凸を設けた光学特性調整板であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項２の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は一様な屈折率を有する位相調整板であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項３の光導波回路は、前記請求項２の光導波回路において、前記位相調整板の屈折率が前記複数の導波路の屈折率と異なっていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項４の光導波回路は、前記請求項２の光導波回路において、前記位相調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項５の光導波回路は、前記請求項４の光導波回路において、前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが異なることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項６の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は一様な吸収係数を有する振幅調整板であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項７の光導波回路は、前記請求項６の光導波回路において、前記振幅調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項８の光導波回路は、前記請求項７の光導波回路において、前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項９の光導波回路は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、該光学特性調整板が、一定厚みの膜と、該膜の上に形成され該膜の長手方向に厚みが異なる金属膜とから構成されている振幅調整板であり、前記金属膜の厚みが、前記光導波路の各々を伝搬する光の振幅の測定値から決定された各光導波路に必要な振幅調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなっていることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１０の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であることを特徴とする。
【００３５】
本発明の請求項１１の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の複屈折であり、前記光学特性調整板は複屈折調整板であることを特徴とする。
【００３６】
本発明の請求項１２の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填したことを特徴する。
【００３７】
本発明の請求項１３の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが異なることを特徴とする。
【００３８】
本発明の請求項１４の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００３９】
本発明の請求項１５の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が複屈折調整板であり、該複屈折調整板の一方の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００４０】
本発明の請求項１６の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記溝が少なくとも二つ形成されており、その内の一つに設置される光学特性調整板が位相調整板であり、他の一つに設置される光学特性調整板が振幅調整板であることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の請求項１７は光学特性調整板付光導波回路の製造方法に関するもので、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、一様な光学特性を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が各光導波路の前記光学特性調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程によって光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程とを有してなることを特徴とする。
【００４２】
本発明の請求項１８の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は位相調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする。
【００４３】
本発明の請求項１９の製造方法は、前記請求項１８の製造方法において、前記位相調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な屈折率を有する膜の凹部を該膜の屈折率と異なる屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする。
【００４４】
本発明の請求項２０の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な吸収係数を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の振幅調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする。
【００４５】
本発明の請求項２１の製造方法は、前記請求項２０の製造方法において、前記振幅調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な吸収係数を有する膜の凹部を該膜の屈折率と同一の屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする。
【００４６】
本発明の請求項２２の光学特性調整板付光導波回路の製造方法は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程とを有し、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一定厚みの膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする。
【００４７】
本発明の請求項２３の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚になるように凹凸を長手方向に形成するとともに、該膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする。
【００４８】
本発明の請求項２４の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光学特性調整板設置工程の後に、前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填する接着剤充填工程を有することを特徴とする。
【００４９】
本発明の請求項２５の製造方法は、前記請求項２４の製造方法において、前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを異ならせることを特徴とする。
【００５０】
本発明の請求項２６の製造方法は、前記請求項２４の製造方法において、前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを同一とすることを特徴とする。
【００５１】
本発明の請求項２７の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記溝形成工程で少なくとも二つの溝を形成し、その内の一つには光学特性調整板として位相調整板を設置し、他の一つには光学特性調整板として振幅調整板を設置することを特徴とする。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００５４】
本発明の光導波回路は、前記光導波路を構成する複数の導波路を横断する溝と、前記溝挿入時に前記光導波路と交差する部分の光学特性を補正するように予め光学特性を空間的に変化させた板と、前記溝に前記板を固定する接着剤とから構成される。
【００５５】
以下、本発明では、溝挿入時に前記導波路との交差部にあたる部分の光学特性を調整できるように予め加工された板を光学特性調整板と呼ぶ。
【００５６】
本構成によって、複数の導波路を伝搬する光の光学特性は、導波路との交差部の光学特性調整板の光学特性に応じて変化する。
【００５７】
したがって、複数の導波路の光学特性を測定し、その後、その光学特性を調整するように加工した光学特性調整板を、接着剤を用いて溝に固定することによって、複数の導波路の光学特性を所望の値に調整することができる。
【００５８】
なお、調整する光回路の部位としては、直線導波路、曲線導波路のほか、干渉型光回路の干渉光路や３ｄＢカップラ、スラブ導波路等のそれぞれの合分波部を用いても、本発明は有効である。
【００５９】
調整する光学特性が光の位相で、光学特性調整板が位相調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の位相調整板の光学厚さに応じて、異なる位相変化が与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の光路長誤差を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６０】
調整する光学特性が光の振幅で、光学特性調整板が振幅調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の振幅調整板の損失に応じて、異なる損失が与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の振幅分布を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６１】
調整する光学特性が光の複屈折で、光学特性調整板が複屈折調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の複屈折調整板の光学厚みに応じて、異なる複屈折を与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の複屈折誤差を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明に係る好適な実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６３】
（実施例１）
図６に本発明の第１の実施例としてのマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチを示す。図６中、符号１１−ａ，１２−ａは入力ポート、符号１１−ｂ，１２−ｂは出力ポート、１３はシリコン基板、１４−１は第１のアーム導波路、１４−２は第２のアーム導波路、１５は薄膜ヒータ、１６は溝、１７は位相調整板を、各々図示する。
【００６４】
また、図７に図６中のＶＩＩ −ＶＩＩ 線に沿う拡大断面図を示す。
【００６５】
本実施例では、従来のマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチのアーム導波路に交差する幅一定の溝１６を加工した後、厚みが空間的に変化した面内屈折率一定の位相調整板１７（図８）をその溝１６に挿入している。
【００６６】
さらに，上記位相調整板１７を溝１６に固定するために、図７に示すように、接着剤１８を充填している。
【００６７】
ここで、位相調整板１７を構成する膜１７ａの面内屈折率をｎ１ 、接着剤１８の屈折率をｎ２ とした場合、２本のアーム導波路１４−１，１４−２が感じる溝１６の光路長はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００６８】
第１のアーム導波路１４−１における溝の光路長＝ｎ１ ×ｗ１ ＋ｎ２ ×（ｗ０ −ｗ１ ）
第２のアーム導波路１４−２における溝の光路長＝ｎ１ ×ｗ２ ＋ｎ２ ×（ｗ０ −ｗ２ ）
よって、その相対的な光路長差は（ｎ１ −ｎ２ ）×（ｗ２ −ｗ１ ）となる。
【００６９】
ただし、ここで、膜の面内屈折率をｎ１ 、接着剤の屈折率をｎ２ 、第１のアーム導波路１４−１に交差する膜厚をｗ１ 、第２のアーム導波路１４−２に交差する膜厚をｗ２ 、溝１６の幅をｗ０ とする。
【００７０】
本実施例では、膜の面内屈折率と接着剤の屈折率との屈折率差（ｎ１ −ｎ２ ）および膜厚の差（ｗ２ −ｗ１ ）を適当に与えることによって、作製誤差によって生じたアーム導波路の光路長差を調整する。
【００７１】
本実施例のマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチの作製手順を以下に示す。
【００７２】
▲１▼ 従来技術と同様の技術によって、シリコン基板上に火災堆積法と反応性イオンエッチング法でマッハツェンダ干渉計を作製する。
【００７３】
▲２▼ ダイシングソーにより幅２０μｍ、深さ１５０μｍの溝１６を加工する。
▲３▼ 該溝１６に屈折率ｎ２の接着剤１８を充填する。
【００７４】
▲４▼ この状態で図１０に示すような薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を測定し、Ｐ１ ，Ｐ２ を求める。
【００７５】
▲５▼ （ｎ１ −ｎ２ ）×（ｗ２ −ｗ１ ）＝（λ／２）×Ｐ１ ／（Ｐ２ −Ｐ１ ）を満足する膜厚差（ｗ２ −ｗ１ ）を求める。ただし、λは光波長で本実施例はλ＝１．５５μｍの光を用いた。
【００７６】
▲６▼ 面内屈折率ｎ１のポリイミド膜１７ａをその膜厚がｗ１ およびｗ２ となるように、図９に示すような加工治具３０を用いる方法で加工する。この膜を所定の厚さに加工したものを位相調整板１７と呼ぶ（図８）。
【００７７】
▲７▼ 加工した位相調整板１７を上記形成した溝１６に挿入し、接着剤１８で固定する。
【００７８】
実際に石英系ＰＬＣ技術を用いて２×２光スイッチを作製したところ、
Ｐ１ ＝２０ｍＷ
Ｐ２ ＝４２０ｍＷ
であった。
【００７９】
また、用いた接着剤１８の屈折率およぴポリイミド膜１７ａの面内屈折率はそれぞれ以下の通りであり、その屈折率差は０．０１である。
【００８０】
ｎ１ ＝１．５３
ｎ２ ＝１．５２
よって、Ｗ２ −Ｗ１ ＝３．９μｍに設定することによって、作製誤差を調整することができる。
【００８１】
よって、ここでは、
ｗ２ ＝１６．０μｍ
ｗ１ ＝１２．１μｍ
と設定した。
【００８２】
また、図９に示すような加工方法では、膜厚の絶対的な精度は±０．５μｍ程度しかとれないが、その相対的な膜厚差は士０．０５μｍで加工できるため、精度良く作製誤差の調整が実現される。
【００８３】
作製した２×２光スイッチの薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を図１１に示す。Ｐ１ は０となり、スイッチングは、４００ｍＷを印加するかしないかでオンオフ動作をする。
【００８４】
また、２０μｍ幅の溝加工およびそこに膜と接着剤を挿入したときの光の過剰損失は、０．３ｄＢであった。この値は光回路全体の値に比べて充分に小さな値であり、実用上間題にはならない。
【００８５】
（実施例２）
図１２に本発明の第２の実施例としてのアレイ導波路格子型波長合分波器を示す。
【００８６】
図１２中、符号１３はシリコン基板，１６は溝，１７は位相調整板，１９はクラッド層，２０は入力導波路，２１は出力導波路．２２はスラブ導波路，２３はアレイ導波路を各々図示する。また、図１３には図１２で用いた位相調整板の拡大図を示す。
【００８７】
本実施例では、並列に配置されたアレイ導波路２３の光路長の誤差は、低コヒーレントな光源を用いて測定することができる。
【００８８】
この測定法に関しては、Ｋ．Ｔａｋａｄａ ｅｔ ａｌ．， ”Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３０，ｎｏ．２０，ｐｐ−１６７１−１６７２，１９９４に詳しく紹介されている。
【００８９】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【００９０】
その基本的な手順は上述した第１の実施例と同じである。
【００９１】
▲１▼ 従来技術によって、シリコン基板１３上に火災堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路格子波長合分波器を作製する。
【００９２】
▲２▼ ダイシングソーにより幅２０μｍ、深さ１５０μｍの溝１６を加工する。
▲３▼ 上記溝１６に屈折率ｎ２ の接着剤を充填する。
【００９３】
▲４▼ この状態で並列に配置されたアレイ導波路２３の光路長の誤差を測定して求める。
【００９４】
▲５▼ 面内屈折率ｎ１ のポリイミド膜をその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ・・・ｗＮ となるように、図９に示したような加工法で加工する。
【００９５】
ここで、ｗ１ ，ｗ２ ・・ｗＮ の各膜厚は、アレイ導波路２３の光路長誤差を調整するように決める。例えば、光路長誤差が１本目、２本目・・・Ｎ本目のアレイ導波路でそれぞれδＬ１ ・・・δＬＮ ならば、
【００９６】
【数１】
δＬｉ ＋（ｎ１ −ｎ２ ）×ｗｉ ＝一定
となるようにｗｉ を定める。
【００９７】
▲６▼ 最後に加工した位相調整板１７を溝１６に挿入し、接着剤で固定する。
【００９８】
図１４に位相調整板挿人前のアレイ導波路格子型波長合分波器の透過波長特性を、図１５に上記のプロセスにより位相調整板を挿入した後のアレイ導波路格子型波長合分波器の透過波長特性を示す。
【００９９】
位相調整板挿入よりアレイ導波路の光路長誤差が調整され、そのクロストークが−３０ｄＢから−４０ｄＢに改善された。このとき、溝加工を含む位相調整板挿入の過剰損失は０．３ｄＢであった。
【０１００】
前記実施例１、２においては、位相調整板の面内屈折率と接着剤の屈折率との差が、０．０１となるように、それぞれの材料を選択した。この場合、０．１μｍの光路長誤差を調整するために必要な膜圧の変化は、１０μｍであり、位相調整板の膜厚加工精度が、±０．５μｍであっても、±０．００５μｍの精度で光路長誤差を調整することができた。
【０１０１】
ちなみに、接着剤と膜との屈折率差を任意の値に設定することによって、膜厚の変化が光路長に及ぼす割合を調整することも可能である。
【０１０２】
（実施例３）
図１６に本発明の第３の実施例としてのアレイ導波路波長合分波器を示す。
【０１０３】
図１６中、符号２０は入力導波路、２１は出力導波路、２２はスラブ導波路、２３はアレイ導波路、１９はクラッド層、１３はシリコン基板、１６は溝、２７は振幅調整板を各々図示する。
【０１０４】
また、図１７は図１６中Ａ−Ａ線に沿う拡大断面図を示す。さらに、図１８には図１６で使用した振幅調整板の拡大図を示す。
【０１０５】
本実施例では、アレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６を加工した後、厚みが空間的に変化した面内吸収率が一定の振幅調整板２７をその溝１６に挿入している。
【０１０６】
さらに、上記振幅調整板２７を溝１６に固定するために、図１７に示すように、光学的に透明な接着剤２８を充填している。ここで、接着剤２８の屈折率は振幅調整板２７の屈折率と同一となるようにし、位相特性にも変化を及ぼさないようにした。
【０１０７】
ここで、ｉ番目のアレイ導波路に交差する部分の膜厚をＷｉ とすると、ｉ番目のアレイ導波路を伝搬する光の溝１６を通過した後の振幅Ａｉ は、
【０１０８】
【数２】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αＷｉ ）
だけ変化する。
【０１０９】
ここで、αは振幅調整板２７の面内吸収係数である。ここでは、透明な膜を挿入したとき生じる一定の損失は除いている。この関係は、光の吸収に関するランベルトの法則であり、吸収係数が膜厚に対して一定であるときに適用できる。
【０１１０】
従って、本実施例では、膜の面内吸収係数αと膜厚Ｗｉ を適当に与えることによって、振幅調整を行う。
【０１１１】
まず、入力導波路２０，出力導波路２１，スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの振幅誤差の分布を測定する。この測定法に関しては、低コヒーレントな光源を用いた公知の光回路解析法が適用出来る（例えば、特願平６−５９８９号参照）。
【０１１２】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１１３】
１） シリコン基板１３上に火炎堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路型波長合分波器を作製する。
【０１１４】
２） 入力導波路２０，出力導波路２１，スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの位相誤差および振幅誤差の分布を低コヒーレントな光源を用いて測定する。この測定に基づき、振幅調整量Ａ１ ，Ａ２ ，・・・ＡＮ （Ａｉ ≦１：添字はアレイ導波路の番号）を決定する。
【０１１５】
３） 各アレイ導波路上にレーザ光を照射し、屈折率を部分的に変化させ、位相誤差を調整した。
【０１１６】
４） ポリイミド膜（吸収係数α：屈折率ｎ１ ）を作製し、挿入時にアレイ導波路と交差する部分にその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ，・・・ｗＮ となるように、加工する。
【０１１７】
ここで、ｗｉ は
【０１１８】
【数３】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αＷｉ ）
となるように決定する。
【０１１９】
５） ダイシングソーにより幅Ｗ０ 、深さ１５０ミクロンの溝１６を作製する。
【０１２０】
６） 上記溝１６に振幅調整板２７を挿入し、接着剤２８で固定する。
【０１２１】
本実施例における位相誤差の低減には、モードロックＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波を用いた。
【０１２２】
また、振幅調整では、吸収係数０．０２（１／μｍ）、膜厚３０ミクロンの膜を作製し、ダイシングソーにより、０〜２０ミクロンまで０．５ミクロン精度で膜厚ｗｉ を加工した。また、溝１６の幅ｗ０ は、３５ミクロンとした。
【０１２３】
図１９に振幅調整板挿入前（位相誤差低減後の）のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示し、図２０に上記方法により振幅調整板を挿入した後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示した。
【０１２４】
図２０に示すように、上記振幅調整板２７によりアレイ導波路の振幅誤差が調整され、そのクロストークは、−４０ｄＢから−５０ｄＢに改善された。このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は１．７ｄＢであった。
【０１２５】
（実施例４）
図２１に本発明の第４の実施例としてのアレイ導波路型波長合分波器を示す。図２１中、符号１６−１、１６−２は溝、２７−１は位相調整板、２７−２は振幅調整板を各々図示する。
【０１２６】
本実施例では、従来のアレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６−１を加工した後、厚みが空間的に変化した面内屈折率が一定の位相調整板２７−１をその溝１６−１に挿入し、さらに、接着剤を充填している。この構成は位相誤差を低減するためのものである。
【０１２７】
さらに、前記実施例３と同様、アレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６−２を加工し、振幅調整板２７−２をその溝１６−２に挿入している。本実施例が第３の実施例と異なるのは、挿入する振幅調整板２７−２が、図２２に示すような厚みが平坦化されたものとなっている点である。
【０１２８】
図２２中、３１は厚みが空間的に変化した面内吸収率が一定の膜、３２はその凹凸を埋める透明な材料である。ここで、凹凸を埋めるのに透明な材料３２の屈折率は、膜３１の屈折率と同一となっている。
【０１２９】
上記振幅調整板２７−２を溝に固定するために、接着剤を充填するが、本実施例４に使用する振幅調整板はその凹凸が埋められているため、前記実施例３のときのように、接着剤の屈折率は振幅調整板の屈折率とを同一にする必要はない。
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１３０】
１） シリコン基板１３上に火炎堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路型波長合分波器を作製する。
【０１３１】
２） 入力導波路２０、出力導波路２１、スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの位相誤差および振幅誤差の分布を低コヒーレントな光源を用いて測定する。この測定に基づき、振幅調整量Ａ１ ，Ａ２ ，・・・ＡＮ （Ａｉ ≦１：添字はアレイ導波路の番号）を決定する。
【０１３２】
３） 前記実施例１および２に示した位相調整板付光回路およびその製造方法により、位相調整板２７−１を溝１６−１に挿入し、位相誤差を低減する。
【０１３３】
４） ポリイミド膜（吸収係数α：屈折率ｎ１ ）を作製し、挿入時にアレイ導波路と交差する部分にその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ，・・・ｗＮ となるように、加工する。
【０１３４】
ここで、ｗｉ は
【０１３５】
【数４】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αｗｉ ）
となるように決定する。
【０１３６】
５） ダイシングソーにより幅ｗ０ 、深さ１５０ミクロンの溝１６−２を作製する。
【０１３７】
６） 溝１６−２に振幅調整板２７−２を挿入し、接着剤で固定する。
【０１３８】
実際には、吸収係数０．０３（１／μｍ）、膜厚２０ミクロンの膜を作製し、ダイシングソーにより、０〜１５ミクロンまで０．５ミクロン精度で膜厚ｗｉ を加工した。その後、作製した膜３１と同一の屈折率を有する透明材料３２を膜にスピンコートした。スピンコートにより、作製した溝が埋まり、膜厚が全体にわたって２２ミクロン（一定値）となった。また、溝の幅ｗ０ は、２５ミクロンとした。
【０１３９】
振幅調整板によりアレイ導波路の振幅誤差が調整され、そのクロストークは、隣接チャンネルを除いて４０ｄＢから−５０ｄＢに改善された。このとき、２つの溝加工を含む位相調整板、振幅調整板挿入の過剰損失は２．２ｄＢであった。
【０１４０】
（実施例５）
本発明の第５の実施例の構成は、前記第４の実施例と同じである。
【０１４１】
第４の実施例と異なる点は、図２３に示すような振幅調整板を挿入した点である。図２３中、符号３３は透明な膜、３４は金属膜を各々図示する。各金属膜３４の厚さは、金属の吸収率と振幅調整量により決定される。金属膜３４の場合、吸収係数が大きいため、必要な膜厚が薄く、金属膜の凹凸が位相に及ぼす影響は小さい。
【０１４２】
本実施例では、通常ガウス型で近似できる、アレイ導波路格子型波長合分波器の振幅特性をｓｉｎｃ関数状に調整した。また、位相調整はｓｉｎｃ関数における負の値を実現するため、すなわち位相を１８０度ずらすために用いた。
【０１４３】
実際の振幅調整膜は、膜厚１５ミクロンの膜を作製し、Ｃｒを蒸着して作製した。また、溝の幅ｗ０ は、２０ミクロンとした。
【０１４４】
図２４，図２５および図２６は調整前後の振幅特性、位相特性、透過波長特性を示したものである。振幅特性、位相特性を調整し、ｓｉｎｃ関数状の分布を実現できたことにより、通過域が平坦化され、３ｄＢ帯域幅は約２８０％広げることができた。
【０１４５】
このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は３．５ｄＢであった。
【０１４６】
（実施例６）
図２７は本発明の第６の実施例としての振幅調整板付１×８スプリッタを示す。
【０１４７】
図２７中、符号３５は入力導波路、３６はスラブ導波路、３７は出力導波路、１６は溝、２７は振幅調整板である。入力導波路はシングルモード導波路となるように設計されており、ガウス型で近似可能な強度分布を有する。入力光はスラブ導波路で広がり出力導波路へと結合される。スラブ導波路出力部での光パワーの分布は、スラブ導波路入力部の分布をフーリエ変換したものとなる。スラブ導波路入力部の分布がほぼガウス型であるので、出力部の分布もほぼガウス型に近似できる。一般に１×Ｎスプリッタは、Ｎ本の出力導波路に導かれる光パワーを同一とするため、出力導波路の開口幅は中央から外に向かうにつれて幅広になるように設計される。実際には、図２８のようにシミュレーションによってスラブ導波路出力部での光パワー分布を計算し、各出力導波路に結合される光パワーが同一となるように、すなわち、図２８中の縦線で区切られた面積Ｓｉ （ｉは出力ポート番号）が同一となるように、開口幅ｘｉ が決定される。
【０１４８】
一般に実際に作製した１×Ｎスプリッタにおいては、入力導波路における光パワーの分布が完全にガウス型ではないこと、あるいはスラブ導波路と出力導波路との結合部の損失にばらつきがあること等の理由によって、出力光パワーのポート間のばらつきが存在する。
【０１４９】
本実施例では、石英系光導波路で作製した１×８スプリッタにおいて、出力光パワーのポート間のばらつきが振幅調整板２７を用いることによって低減されている。
【０１５０】
本実施例のｌ×８スプリッタの作製手順を以下に示す。
【０１５１】
１） １×８スプリッタの８本の出力導波路から出力される光のパワーを測定した。図２９は測定した出力光パワーの出力ポート依存性である。損失は１１．８〜１２．６ｄＢに分布していた。このばらつきを低減するための振幅調整量は以下のように決定した。最高損失１２．６ｄＢと各出力ポートの損失との差を計算し、その値の平方根を振幅調整量Ａｉ （ｉは出力ポート番号）とした。図３０は決定した振幅調整量の出力ポート依存性である。最大調整量は損失にして０．８ｄＢ、すなわち０．８３であったので、最大の振幅調整量は ０．８３＝０．９１となった。
【０１５２】
２） 膜厚１０ミクロンに対して、０．９（＜最大振幅調整量０．９１）の振幅調整が得られるように、振幅調整板の材料の吸収係数αを０．０２１（１／μｍ）と決定した。本実施例における振幅調整板は、図３０に示すように、透明膜上に吸収膜が形成され、吸収膜への切り込み量（切りのこし量）で吸収を変化させる構成とした。透明膜は、振幅調整板の強度・操作性を充分保ったまま、吸収膜の切りのこし量を小さくして過剰損失を低減させるために用いた。吸収膜および透明膜の膜厚はそれぞれ１０μｍおよび８μｍと設定した。吸収膜部への切り込み量は、切りのこし量Ｗｉ が次式を満たすように決定した。
【０１５３】
【数５】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−α・Ｗｉ ） （１）
図３１は決定した振幅調整板への切り込み量の分布である。最大切り込み量は最小調整量を与える１０μｍであった。
【０１５４】
３） 図３２は実際の振幅調整板を作製する工程を示したものである。まず、スピンコート法によって膜厚８μｍの透明膜６２をＳｉ基板６１の上に形成し、乾燥後、透明膜の上に吸収係数α＝０．０２１（１／μｍ）、膜厚１０μｍの吸収膜６３をスピンコート法によって形成した。その後、ダイシングソー６４を用いて、前述の方法で決定した量の切り込みを作製した。１×８スプリッタの隣接出力導波路の問隔は２５０μｍであったので、ダイシングソーの刃の幅は１００μｍとした。切り込み作製後、Ｓｉ基板上で膜を短冊状に切り、ピンセット６５で引きはがして振幅調整板２７とした。
【０１５５】
４） １×８スプリッタの８本の出力導波路すべてを横断する幅２０μｍの溝１３をダイシングソーを用いて加工した。その溝にピンセット付きのマニュピュレータを用いて、作製した振幅調整板を挿入し、振幅調整板への切り込み作製部と出力導波路が交差するように位置を合わせた。さらに、マイクロピペットを用いて、振幅調整板２７と溝１６との間隙に、振幅調整板の屈折率と同じ値を有する接着剤を注入し、その後、紫外線を照射して固定した。
【０１５６】
図３３は、調整後の各出力ポートにおける光パワーの分布を示したものである。１１．８〜１２．６ｄＢに分布していた損失は、１２．８〜１２．９ｄＢとなり、そのばらつきが低減された。平均０．３ｄＢの過剰損失は、主に導波路を横断するように作製した幅２０μｍの溝部における回折損失による。以上の結果は、ＴＥモードについて示したものであるが、ＴＭモードでもほとんど変わりなく調整できていた。
【０１５７】
（実施例７）
図３４に本発明の第７の実施例としての位相調整板付アレイ導波路格子型波長合分波器を示す。図３４中、符号２０は入力導波路、２１は出力導波路、２２はスラブ導波路、２３はアレイ導波路、１９はクラッド層、１３はシリコン基板、１６は溝、２７は位相調整板を各々図示する。また、図３５は図３４中のＢ− Ｂ線に沿う拡大断面図を示す。さらに、図３６には図３４で使用した位相調整板の拡大図を示す。
【０１５８】
本実施例のアレイ導波路型光合分波器は、すべてのアレイ導波路を横断するように形成された一定幅の溝１６中に、位相調整板１７を挿入して構成される。
【０１５９】
さらに、上記位相調整板１７と溝１６の内壁との間隙には接着剤１８が充填され、光回路と位相調整板は固定されている。
【０１６０】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器におけるアレイ導波路の光路長の波長オーダーのずれ、すなわち位相誤差を位相調整板１７を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数８、アレイ導波路数３０、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１６１】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１６２】
１）アレイ導波路格子を構成する各アレイ導波路を通過する光の位相および振幅特性を測定した。この測定に関しては、低コヒーレンス光を用いた公知の光回路解折法を適用した（例えば、特願平６−５９８９号参照）。図３７に測定系を示す。４１は光源、４２，４３は光ファイパ３ｄＢカップラ、４４は測定用干渉型光回路、４５，４６，４９はレンズ、４７はプリズム、４８はリフレクタ、５１，５２はカップラ４２の出射ポート、５３，５４はカップラ４３の入射ポート、５０は狭線幅レーザ、５５はダイクロイックミラー、５６，５７は光検出器、５８はフリンジカウンタ、５９はウェーブフォーム・レコーダである。
【０１６３】
光源５１には、コヒーレンス長３５μｍの１．５５μｍ帯のＳＬＤ光を用いた。狭線幅レーザ５０には、波長１．３μｍ帯のＤＦＢレーザを用いた。ＳＬＤ光ならびにＤＦＢレーザ光は３ｄＢカップラ４２によって２つの光路に分けられ、一方は測定する光回路に、他方は電動ステージ上に設置されたリフレクタ４８からなる光路長可変部に導かれる。２つの光路からの光は再び３ｄＢカップラ４３によって結合される。干渉系計から出射する波長１．３μｍと１．５５μｍの光はダイクロイックミラー５５で分離され、１．３μｍの光は光検出器５６で、１．５５μｍの光は光検出器５７で受光される。干渉計内の光路長が半波長だけ変化するとレーザ５０からの光のビート信号が半周期変化することを利用して、フリンジカウンタ５８は半波長の光路長変化毎にクロックパルスを発生する。このパルスを外部クロックとして、ウェーブフォーム・レコーダ５９は干渉信号をサンプリングする。この構成では、光回路を通過する経路と光路長可変部を通過する経路の光路長差が光源のコヒーレンス長より短い時のみ２つの光は干渉し、干渉信号が観測される。アレイ導波路は光路長が順番に△Ｌずつ長くなるよう設計されているので、光路長可変部の光路長を長くしていくと、短いアレイ導波路から順番に干渉信号が得られる。
【０１６４】
図３８に観測した干渉信号の例を示す。光源のコヒーレンス長が△Ｌ＝２５４μｍより充分小さいため、干渉信号は図３８中の波線内に表示されるようなフリンジに分離することができる。各フリンジは、各アレイ導波路を通過した光の伝達関数を表すので、離散フーリエ変換等の数学的処理によって、光の位相と振幅の情報を得ることがてきる。すべてのフリンジについて同様の処理を行うことによって、すべてのアレイ導波路に関する位相と振幅の分布が得られる。図３９および図４０はそれぞれ各アレイ導波路の透過中心波長における位相および振幅の分布を示したものである。図４１に、入力ポート番号８から出力ポート番号９への透過波長特性を示す。クロストークは最大で２５ｄＢであり、その大きな原因は０．３〜０．２５ラジアンの間に分布する位相誤差であった。
【０１６５】
２） 位相誤差を低減するための位相調整量を以下のように決定した。まず、本実施例における位相調整板２７の構成は一定膜厚の膜に位相調整量に応じた切り込みが形成されたものに決定した（図３６）。さらに、本実施例では接着剤２８の屈折率は位相調整板の屈折率よりも小さくして、位相調整量は負の値になるようにした。
【０１６６】
図３９を見てわかるように、位相誤差はＴＥモードとＴＭモードで若干異なる。そこで、位相調整量は位相誤差がＴＥモードとＴＭモードの平均値であるとして計算した。位相調整量の最大値は０．３２フジアンとなったので、約７μｍの切り込みでこの０．３２ラジアン＝０．０８μｍの位相を調整できるように、位相調整板と接着剤の屈折率差を０．０１１と決定した。この屈折率差から、各位相調整量に相当する切り込み量を決定した。図４２に決定した位相調整板への切り込み量の分布を示した。
【０１６７】
３） 図４３は位相調整板を作製する行程を示したものである。
【０１６８】
まず、スピンコート法によって膜厚１５μｍの膜６６をＳｉ基板６１上に形成し、乾燥後、ダイシングソー６４を用いて、前述の方法て決定した量の切り込みを作製した，最小隣接アレイ導波路間隔は１２０μｍであったので、ダイシングソの刃の幅は６０μｍとした。切り込み作製後、Ｓｉ基板上で膜を短冊状に切り、ピンセット６５で引きはがして位相調整板とした。
【０１６９】
４） アレイ導波路格子の３０本の出力導波路すべてを横断する幅２０μｍの溝１６をダイシングソーを用いて加工した。その溝にピンセット付きのマニュピュレータを用いて、作製した位相調整板を挿入し、位相調整板への切り込み作製部と各アレイ導波路が交差するように位置を合わせた。さらに、マイクロピペットを用いて、位相調整板１７と溝１６との問隙に、位相調整板の屈折率に比べて０．０１１だけ屈折率が小さい接着剤を注入し、その後、紫外線を照射して固定した。
【０１７０】
図４４に位相調整板挿入後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示す．図４５、図４６はそれぞれ位相調整後の位相誤差および振幅分布を示すグラフである。位相調整板によりアレイ導波路の位相誤差が調整され．そのクロストークは、調整前の−２５ｄＢからＴＥモードで−３７ｄＢ、ＴＭモードで−３９ｄＢに改善された。このとき、溝加工と位相調整板挿入による過剰損失は１．０ｄＢであった。ＴＥ・ＴＭモードの平均の位相誤差はその標準偏差が０．０８８から０．０３６低減された。振幅分布は位相調整板挿入前とほとんど変わらないことから、位相調整板が振幅に及ばす影響は小さく、ほぼ独立に位相のみが調整できたことがわかる。
【０１７１】
（実施例８）
図４７に本発明第８の実施例としての位相調整板および振幅調整板付アレイ導波路型波長合分波器を示す。図４７中、１６−１，１６−２は溝、２７−１，２７−２は位相調整板、振幅調整板を各々図示する。
【０１７２】
本実施例のアレイ導波路型光合分波器は、すべてのアレイ導波路を横断する一定幅の溝１６−１および１６−２中に位相調整板２７−１および振幅調整板２７−２が挿入され、さらに各調整板と溝の内壁との間隙には接着剤が充填、固定されて構成されている。
【０１７３】
本実施例ては、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器における位相誤差および振幅誤差をそれぞれ位相調整板２７−１および振幅調整板２７−２を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数１６、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１７４】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１７５】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ，深さ１２０μｍの溝を２本、反応性イオンエッチング法を用いて作製した。２本の溝の間隔は１００μｍとした。図４８、図４９に、溝作製後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの位相および振幅の分布をそれぞれ示す。さらに、図５０にＴＥモードでの透過波長特性を示す。クロストークは、−２９ｄＢであり、この主たる原因は位相誤差である。
【０１７６】
２） 本実施例での位相調整板は、前記実施例７の位相調整板と同じ構成の凹部を有する膜の凹部が異なる屈折率を有する透明材料を用いて平坦化されたものとした。構成を図５１に示す。位相調整板への切り込み量は、前記実施例７と同様の方法で決定した。決定に際しては、最大切り込み量および位相調整板を構成する２つの物質の屈折率差がそれぞれ７μｍおよび０．０１５となるようにした。
【０１７７】
図５２は本実施例の位相調整板を作製する工程を示したものである。まず、実施例７と同じ構成の凹部を有する膜６８を、ダイヤモンドバイト７１を回転させて使用するフライス加工により作製した。続いて、０．０１５だけ異なる屈折率の透明材料６９をスピンコートして、その凹部を平坦化した。最初の膜６６および最終的な位相調整板７０の厚みは、それぞれ１５μｍ、２０μｍとした。
【０１７８】
３） 作製した位相調整板２７−１を、溝１６−１に挿入し、紫外線硬化接着剤を用いて溝に固定した。このとき、位相調整板は溝に挿入するだけで位相が調整できるように平坦化されているので、接着剤の屈折率を厳密に設定する必要はない。そこで、接着剤の屈折率は、コアの屈折率とほぽ同じ１．４７とした。接着剤とコアの屈折率の値をほぼ同一にすることは、溝における回折損失を低減することおよび溝幅の分布が及ぼす位相誤差への影讐を小さくすることに役立つ。
【０１７９】
４） 位相調整板挿入後の位相および振幅の分布を低コヒーレンス干渉法を用いて測定した。図５３、図５４に測定したＴＥモードでの位相および振幅の分布を示す。また、図５５にＴＥモードでの透過波長特性を示す。位相誤差の最大値が０．４５ラジアンから０．０５ラジアンに低減された結果、クロストークは−２９ｄＢから−３９ｄＢに改善された。また、ＴＭモードの位相誤差も同時に低減されクロストークは−３９ｄＢ以下に改善された。−３９ｄＢのクロストークは振幅分布のガウス分布からのずれによるので、次に振幅調整板２７−２を作製した。
【０１８０】
本実施例での振幅調整板は、実施例６の振幅調整板と同じ構成の凹部を有する膜の凹部が、吸収膜と同一の屈折率を有し、かつ透明な材料を用いて平坦化されたものを用いた。凹部を埋める材料の屈折率を、吸収膜の屈折率と同一にしたのは、振幅調整板によって位相誤差を生じさせないためである。また、凹部を埋める物質を透明な材料としたのは、この材料によって吸収を変化させないためである。
【０１８１】
５） 振幅調整板への切り込み量は、以下の方法で決定した。まず、測定した振幅分布（図５４）をガウス分布てフィッティングし、分布がピーク値を持つパス番号とピーク値およびその値がピーク値の１／ｅとなるパス番号を求める。本実施例では、振幅調整が損失を与える構成とする。すなわち、調整量は１より小さい値とするので、フィッティング曲線がすべての振幅値を下回るように、ピーク値を設定し直した（図５４中の波線）。このようにして得られたフィッティング曲線が最終的な振幅の設定値となる。この調整後の振幅設定値と調整前の振幅値との比から振幅調整量Ａｉ （ｉはパス番号）を決定した。図５６に決定した振幅調整量の分布を示した。振幅調整量は１．０から０．９２に分布した，
６） 次に、振幅調整板の加工データを求めた。まず、膜厚１０μｍに対して、０．９０（＜最大振幅調整量０．９２）の振幅調整が得られるように、振幅調整板の材料の吸収係数ａ＝０．０２１（１／μｍ）と決定した。吸収膜部への切り込み量は、切りのこし量Ｗｉ が（１）式を満たすように決定した。図５７は決定した振幅調整板への切り込み量の分布である。最大切り込み量は最小調整量を与える１０μｍであった。
【０１８２】
７） 図５８は本実施例の位相調整板を作製する工程を示したものである。まず、実施例６と同じ構成の凹部を有する膜７２をフライス加工により作製後、透明な物質７３をスピンコートして、その凹部を平坦化した。最初の透明膜６２、吸収膜６３および最終的な振幅調整板７４の厚みは、それぞれ８μｍ、ｌ０μｍ、２２μｍとした。
【０１８３】
８） 作製した振幅調整板を溝１６−１に挿入し、紫外線硬化接着剤を用いて溝に固定した。このとき、位相誤差を伴わず振幅のみが調整できるように、振幅調整板は平坦化されているので、接着剤の屈折率を厳密に振幅調整板と同じ値に設定する必要はない。そこで、接着剤の屈折率は、コアの屈折率とほぽ同じ１．４７とした。接着剤とコアの屈折率の値をほぼ同にすることは、溝における回折損失を低減することおよび溝幅の分布が及ぼす位相誤差への影響を小さくすることに役立つ。
【０１８４】
図５９、図６０に振幅調整板挿入後のＴＥモードでの振幅分布ならびに透過波長特性を示した。
【０１８５】
振幅誤差は、標準偏差にして０．０２まで低減され、クロストークは−４８ｄＢまで改善された。このとき位相誤差は、振幅調整板挿入前後で大きな変化はなく、位相特性に影響を与えることなく振幅のみが調整てきた。また、ＴＭモードの特性はほとんどＴＥモードと同じであり、位相、振幅とも誤差に偏波依存性が生じることなく調整できた。
【０１８６】
以上、位相調整板および振幅調整板の設置により、アレイ導波路型光波長合分波器のクロストークが−２９ｄＢから−４８ｄＢへと大きく改善された。このとき、溝加工を含む位相調整板および振幅調整板挿入の過剰損失は１．７ｄＢであった。
【０１８７】
（実施例９）
本発明の第９の実施例は、振幅位相調整板付アレイ導波路型波長合分波器である。その構成は第７の実施例の構成と同じであるが、位相調整板２７の代わりに、図６１に示すような振幅位相調整板（光学特性調整板）９８を挿入した点が異なる。図６１中、８０は屈折率が一様で透明な膜、８１は金属膜である。透明膜８０には凸部８２が形成されており、凸部の厚さを変化させて位相を調整する構成となっている。一方、各金属膜８１はその厚さを変えることにより、吸収係数を変え、光の振幅を調整するために用いられる。各金属膜の厚さは、金属の吸収率と振幅調整量により決定される。金属膜の場合、吸収係数が大きいため、必要な膜厚が薄く、金属膜の厚さの違いが位相に及ぼす影響は小さい。すなわち、位相調整に用いる凸部８２の厚さは、金属膜の厚さに独立して決定てきる。
【０１８８】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器において、通常ガウス型で近似できる、各アレイ導波路を通過する光の振幅持性をｓｉｎｃ関数状に調整した。位相調整はｓｉｎｃ関数における負の値を実現するため、すなわち位相を１８０度変化させるために用いた。
【０１８９】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器における位相誤差および振幅誤差をそれぞれ振幅位相調整板９８を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数８、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１９０】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１９１】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ、深さ１２０μｍの溝を、反応性イオンエツチング法を用いて作製した。次に、低コヒーレンス干渉計を用いて位相と振幅の分布を測定した。図６２、図６３、図６４に、振幅位相調整板挿入前後の振幅分布、位相分布ならびに透過波長特性を示した。
【０１９２】
２） 各アレイ導波路を通過する光の透過持性をｓｉｎｃ関数状に調整するために必要な振幅・位相の調整量を決定し、振幅位相調整板の加工データを決定した。金属膜の膜厚および透明膜の凸型部の厚さは、実施例６およびと実施例７と同様の方法で求めた。
【０１９３】
３） 決定した加工データに基づき、図６５に示した工程で、本実施例の振幅位相調整板を作製した。まず、基板９１上に厚さ３０μｍの金属膜９２を形成し、前記金属膜をマスク９３を用いたエッチングによって加工し、凹型の型を形成した。加工深さは予め決定した透明膜の凸部の厚さと同一にした。次に型上にスピンコート法を用いてポリイミド膜９５を作製した。さらに膜の上に厚さを局所的に変化させた金属Ｃｒ膜９６をスパッタ法により形成した。作製した金属膜付凸型透明膜９７を基板９１からピンセットを用いて引きはがし、切断して、振幅位相調整板９８とした。
【０１９４】
４） 作製した振幅位相調整板９８を図３４のアレイ導波路を横断する幅の溝に挿入、位置合わせを行った後、接着剤を用いて固定した。
【０１９５】
振幅位相調整板挿入後の位相、振幅分布、透過波長特性（図６２、図６３、図６４）を見ればわかるとおり、ｓｉｎｃ関数状の透過特性が実現できたことにより、通過域が平坦化され、３ｄＢ帯域幅を約２８０％広げることがてきた。このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は３．５ｄＢであった。
【０１９６】
以上の結果はＴＥモードについて示したものであるが、ＴＭモードでもほとんど変わりなく調整できていた。
【０１９７】
（実施例１０）
本発明の第１０の実施例は、位相調整板および複屈折調整板付アレイ導波路型合分波器である。その構成は、第８の実施例の構成と同じであるが、振幅調整板２７−２の替わりに、図６６に示す複屈折調整板２７−３を挿入した点が異なる。複屈折調整板は調整対象となる導波路を伝搬するＴＥおよびＴＭモードの２つの偏波の光に対して、異なる位相変化を与え、その変化量を導波路毎に異なる値とするために用いる。
【０１９８】
実施例７の図３９に示したように、アレイ導波路格子型波長合分波器の位相誤差には、一般に偏波依存性が存在する。これは、各導波路における複屈折にばらつきがあるために生じるものである。前記実施例１〜９においては、位相誤差の偏波依存性の光学特性への影響が小さかった。しかし、導波路の占有する面積が大きく、大きな複屈折ばらつきを有する光回路では、位相調整板のみで、両偏波の位相誤差を同時に解消することができない。
【０１９９】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型は調合分波器における一つの偏波の位相誤差を位相調整板２７−１により低減し、さらに残った他方の偏波の位相誤差をそれぞれ複屈折調整板２７−３を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数１６、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．０８ｎｍである。
【０２００】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０２０１】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ、深さ１２０μｍの溝を、ダイシングソーを用いて作製した。次に、低コヒーレンス干渉計を用いてＴＥモードの位相と振幅の分布を測定した。位相誤差は３６０度の範囲に分布しており、クロストークは−５ｄＢであった。続いて、実施例７と同様の方法で、ＴＥモードに対する位相誤差のみを位相調整板を用いて低減した。位相調整後の透過特性は、ＴＥモードで−３２ｄＢ、ＴＭモードで−２０ｄＢであった。
【０２０２】
２） ＴＭモードの位相誤差のみを低減するため、複屈折調整板を作製した。複屈折調整板は、図６６に示したように、調整板の長手方向とその垂直方向の屈折率が異なる値ｎｘ 、ｎｙ （ｎｘ ≠ｎｙ ）となる複屈折板に対して、凹部を加工したものである。まず、低コヒーレンス干渉計を用いてＴＭモードの位相と振幅の分布を測定した。次に、屈折率差（ｎｙ −ｎｘ ）とＴＭモードの位相誤差から、複屈折調整板に加工する凹部の深さを算出した。さらに、スピンコートによって作製したポリイミド膜に対して、一方向に力を加えて、ｎｙ −ｎｘ ＝０．０３５ 、膜厚２０μｍの複屈折膜を作製した。最後に、実際にダイシングソーを用いて作製した複屈折膜に切り込みを加工し、複屈折調整板とした。
【０２０３】
３） 作製した複屈折調整板をアレイ導波路を横断する幅に挿入し、位置合わせを行った後、接着剤を用いて固定した。接着剤の屈折率は、ｎｘ を同一とした。これは、ＴＥモードの位相が変化しないようにするためである。
【０２０４】
複屈折調整板挿入後のクロストークは、ＴＥ，ＴＭモードとも−３２ｄＢとなった。位相誤差は、ＴＥ、ＴＭモードともほぼ同じとなり、かつＴＥモードの位相誤差には変化がなかった。以上、本実施例の複屈折調整板によって、アレイ導波路格子型合分波器における位相誤差の偏波依存性を低減することができた。 以上、本発明の実施例では、マッハツェンダ干渉計形２×２スイッチにおける低消費電力化、１×Ｎスプリッタにおける出力光のポート間ばらつきの低減、アレイ導波路格子型合分波器における位相誤差、振幅誤差の低減によるクロストーク改善や透過特性の調整による通過域のフラット化、あるいは複屈折のばらつきの低減による位相誤差の偏波依存性の低減等を例として示した。
【０２０５】
しかしながら、本発明の光学特性を調整した導波形光回路は、実施例に示した２×２スイッチ、１×Ｎスプリッタ、アレイ導波路格子型合分波器に限定されるものではなく、複数の導波路を有するすべての光回路において適用可能である。したがって、１×Ｎスプリッタのような干渉部を持たない光回路から、マッハツェンダ型光回路、トランスバーサル型フィルタ等の干渉型光回路まで、その光学特性、例えば、位相、振幅、複屈折等の調整に使用できる。
【０２０６】
また、実施例では、調整の対象とする光学特性として、振幅、位相、複屈折を例として示したが、例えば、偏光、非線形定数等の他の光学特性の調整にも適用できる。
【０２０７】
さらに、本発明は、本実施例に示した石英系導波路に限定されるものではなく、ＬＮやポリマーを用いた光回路にも適用できる。
【０２０８】
本実施例では、調整板の凹凸加工をダイシングソーを用いた加工と、ダイヤモンド切削工具を用いたフライス加工の例を示したが、エッチングによる加工等の他の加工法を用いてもよい。また、膜の直接加工に限定されるものではなく、実施例９に示したように、型加工等による間接加工でもよい。
【０２０９】
膜の形成方法についても、例えば、真空蒸着、スパッタリング法などの物理気相成長法、化学気相成長法および液相成長法等の他の形成方法を用いてもよく、前述のスピンコート法に限定されるものではない。
【０２１０】
調整板は、実施例に示した凹部を有するものや、凸部を有するものや、その凹部あるいは凸部を平坦化したものなどの、どのような取り合わせでもよい。
【０２１１】
【発明の効果】
以上、実施例とともに説明したように、本発明の光路長誤差を調整したマッハツェンダ干渉系型２×２スィッチは、従来のものに比べて低消費電力なものとなる。また、光路長誤差を調整したアレイ導波路格子型波長合分波器は、そのクロストークが従来のものに比べて−１０ｄＢ以上低減したものとなる。また、本発明の振幅誤差を調整したアレイ導波路格子型合分披器は、そのクロストークが従来のものに比べて−１０ｄＢ以上低減したものとなる。また、振幅特性および位相特性をｓｉｎｃ関数状に調整したアレイ導波路格子型合分波器では、通過域の３ｄＢ幅を約２８０％広げることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のマッハツェンダ干渉計型２×２スイッチを示す図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図である。
【図３】図１に示したマッハツェンダ干渉計の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図４】アレイ導波路格子型波長合分波器の回路構成図である。
【図５】図４に示したアレイ導波路格子型波長合分波器の中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性図である。
【図６】第１の実施例としてのマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチを示す図である。
【図７】図６中のＶＩＩ −ＶＩＩ 線に沿う拡大断面図である。
【図８】第１の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図９】第１の実施例に用いた位相調整板の作製方法図である。
【図１０】図６に示したマッハツェンダ干渉計において位相調整板挿入前の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図１１】図６に示したマッハツェンダ干渉計において位相調整板挿入後の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図１２】第２の実施例としてのアレイ導波路格子型波長合分波器の斜視図である。
【図１３】第２の実施例に用いた位相調整板の概路図である。
【図１４】図１２に示したアレイ導波路格子型波長合分波器において、位相調整板挿入前における中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示すグラフである。
【図１５】図１２に示したアレイ導波路格子型波長合分波器において、位相調整板挿入後における中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示すグラフである。
【図１６】第３の実施例であるアレイ導波路格子型合分波器を示す斜視図である。
【図１７】図１６中のＡ−Ａ線に沿う拡大図である。
【図１８】第３の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図１９】図１６に示したアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板挿入前の透過波長特性図である。
【図２０】図１６に示したアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板挿入後の透過波長特性図である。
【図２１】第４の実施例のアレイ導波路格子型合分波器の斜視図である。
【図２２】第４の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図２３】第５の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図２４】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の振幅分布を表す図である。
【図２５】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の位相分布を表す図である。
【図２６】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の透過波長特性図である。
【図２７】本発明の第６の実施例の振幅調整板付１×８スプリッタの平面図である。
【図２８】第６の実施例においてシミュレーションにより求めたスラブ導波路出力部でのパワー分布を示すグラフである。
【図２９】第６の実施例で測定した出力光パワーの出力ポート依存性を示すグラフである。
【図３０】第６の実施例において決定した振幅調整量の出力ポート依存性を示すグラフである。
【図３１】第６の実施例において決定した振幅調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図３２】第６の実施例における振幅調整板の作製工程を示す図である。
【図３３】第６の実施例において振幅調整板により調整した後のスプリッタの各出力ポートにおける光パワーの分布を示すグラフである。
【図３４】本発明の第７の実施例の位相調整板付アレイ導波路格子型波長合分波器の斜視図である。
【図３５】図３４のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図３６】第７の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図３７】第７の実施例の波長合分波器のアレイ導波路を通過する光の位相および振幅を測定するための測定系の構成図である。
【図３８】図３７の測定系により観測した本実施例の波長合分波器のアレイ導波路の干渉信号の一例を示すグラフである。
【図３９】第７の実施例において波長合分波器の各アレイ導波路の透過中心波長における位相分布を示すグラフである。
【図４０】第７の実施例において波長合分波器の各アレイ導波路の透過中心波長における振幅分布を示すグラフである。
【図４１】第７の実施例の波長合分波器の入力ポート番号８から出力ポート番号９への透過波長特性を示すグラフである。
【図４２】第７の実施例において決定した位相調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図４３】第７の実施例における位相調整板の作製工程を示す図である。
【図４４】第７の実施例において位相調整板の挿入後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示すグラフである。
【図４５】第７の実施例において位相調整後の合分波器の位相誤差を示すグラフである。
【図４６】第７の実施例において位相調整後の合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図４７】第８の実施例の位相調整板および振幅調整板付アレイ導波路波調合分波器の斜視図である。
【図４８】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの位相分布を示すグラフである。
【図４９】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの振幅分布を示すグラフである。
【図５０】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後のＴＥモードでの透過波長特性を示すグラフである。
【図５１】第８の実施例で用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図５２】第８の実施例で用いた位相調整板の作製工程を示す図である。
【図５３】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の位相分布を示すグラフである。
【図５４】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図５５】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の透過波長特性を示すグラフである。
【図５６】第８の実施例において波長合分波器の測定振幅値の分布から決定した振幅調整量の分布を示すグラフである。
【図５７】第８の実施例において振幅調整量から決定した振幅調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図５８】第８の実施例における位相調整板の作製工程を示す図である。
【図５９】第８の実施例において振幅調整板挿入後の波長合分波器のＴＥモードでの振幅分布を示すグラフである。
【図６０】第８の実施例において振幅調整板挿入後の波長合分波器のＴＥモードでの透過波長特性を示すグラフである。
【図６１】第９の実施例で用いて振幅位相調整板の拡大斜視図である。
【図６２】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図６３】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の合分波器の位相分布を示すグラフである。
【図６４】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の透過波長特性を示すグラフである。
【図６５】第９の実施例における振幅位相調整板の作製工程を示す図である。
【図６６】本発明の第１０の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１−ａ 第１の入力ポート
１１−ｂ 第１の出力ポート
１２−ａ 第２の入力ポート
１２−ｂ 第２の出力ポート
１３ シリコン基板
１４ 石英系光導波路
１４−１ 第１のアーム導波路
１４−２ 第２のアーム導波路
１５ 薄膜ヒータ
１６ 溝
１７ 位相調整板
１７ａ ポリミイド膜
１８ 接着剤
１９ クラッド層
２０ 入力導波路
２１ 出力導波路
２２ スラブ導波路
２３ アレイ導波路
１６−１ 溝
１６−２ 溝
２７ 振幅調整板
２７−１ 位相調整板
２７−２ 振幅調整板
２８ 接着剤
２１ 吸収膜
２２ 透明膜
２３ 透明膜
２４ 金属膜
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信あるいは光情報処理などの分野で用いられる光導波回路に関するもので、具体的には、光導波回路の基板上に形成されている複数の光導波路の入力側の光学特性値と出力側の光学特性値とに避けがたく生じる誤差を光学特性調整板により修正した構成の光学特性調整板付光導波回路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
前記光導波回路としては、例えば、平面上に形成された光導波路により構成された２光束あるいは多光束の光干渉計がある。そして、前記光学特性としては、例えば、前記複数の光導波路を伝搬する光の位相および振幅、光導波路の複屈折が挙げられる。
【０００３】
【従来の技術】
近年、例えば、シリコン基板上に形成した石英系光導波路などによって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ＝Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の研究が盛んに行われている。そこでは、マッハツェンダ干渉計やアレイ導波路格子型波長合分波器のように２光束あるいは多光束の干渉を用いて、スイッチングや波長合分波の機能を実現している。
【０００４】
マッハツェンダ干渉計を利用した熱光学スイッチについて、詳しくは、奥野他「石英系熱光学スイッチ技術」ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ ｖｏｌ．１４３，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１２８９−１２９８，Ｎｏｖ．１９９４ に記載されている。このスイッチは２本アーム導波路の光路長差を導波表面に設けた薄膜ヒータで熱的に制御することによりスイッチ機能を実現していいる。
【０００５】
図１にこの回路構成の概略を、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図を示す。
【０００６】
図１中、符号１０ｌ−ａ，１０２−ａは入力ポート、１０３はシリコン基板、１０４−１は第１のアーム導波路、１０４−２は第２のアーム導波路、１０５は薄膜ヒータ、また、図２中、符号１０９はクラッド層、および１１４はコア層を、各々図示する。
【０００７】
また、作製した２×２熱光学スイッチの特性の一例を図３に示した。図３の横軸は薄膜ヒータに印加した電力、縦軸はスルーポート（１０１−ａ→１０１−ｂ）への光の透過率を示す。透過率は薄膜ヒータへの印加電力に依存して変化する。ここで、電力をＰｌとＰ２とで時間的に切り替えることにより、この回路は２×２光スイッチとして作動する。
【０００８】
ここで、図１に示した２本のアーム導波路１０４−１，１０４−２は等しい長さに設計されている。よって本来、電力が印加されていないときにスルーポートへの透過率が最低になるはずである。すなわち、Ｐ１＝０となるはずである。
【０００９】
しかし、導波路の作製誤差により２本のアーム導波路１０４−１，１０４−２の長さに０．１μｍオーダーの光路長差が発生し、それが原因となってＰ１≠０となっている。ここで、０．１μｍの光路長誤差は、光波長にとっては一割程度になるためＰ１の値もスイッチ電力（Ｐ２−Ｐ１）に比較して無視できないような値となる。一方、０．１μｍオーダーの光路長誤差は１０ｍｍ程度のアーム導波路１０４−１，１０４−２にとっては１０−５程度の誤差であり、この値を大幅に低減することは作製技術上困難である。
【００１０】
また、Ｐ１の電力はスイッチの消費電力を増大させており、その値を０にすることが好ましい。
【００１１】
アレイ導波路格子型波長合分波器では、並列に並べられた互いに光路長がｎ×△Ｌずつ異なる３０〜１００本程度のアーム導波路を伝搬した複数の光の干渉により光の波長合分波機能を実現している。
【００１２】
ここで、ｎは導波路の実効屈折率、△Ｌは１０〜１００μｍ程度の値である。詳しくは、Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｉ ｅｔ ａｌ．，”Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ Ｎａｎｏｍｅｔｒｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．２，ｐｐ．８７−８８，１９９０．に記載されている。
【００１３】
図４にその回路構成の概略を示す。図４中、符号１１０は入力導波路、１１１は出力導波路、１１２はスラブ導波路、１１３はアレイ導波路および１０３はシリコン基板を各々図示する。
【００１４】
図５に図４に示したアレイ導波路格子型波長合分波器の中心ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示す。図５から明らかなように、中心入力ポートから中心出力ポートへ特定の波長のみが透過し、それ以外の波長の光は阻止されていることが分かる。
【００１５】
現在のところ、阻止波長の透過率と透過波長の透過率との比で表されるクロストークは−３０ｄＢ程度である。
【００１６】
このクロストークを低減することは、波長合分波機能として極めて重要な課題である。このクロストークが−３０ｄＢ程度に制限されている第１の原因は、アレイ導波路に設定したｎ×△Ｌの光路長差が作製誤差により０．１μｍオーダーでゆらいでいるため、各アレイ導波路を通過した光の位相に誤差が生じるためである。
【００１７】
また、第２の原因は、分岐部より各アレイ導波路に分配され、再び合波部により結合される各パスからの透過光の振幅が、導波路損失の不均一性等によって設計値からずれる。すなわち、振幅誤差が生じるためである。
【００１８】
さらに、例えば、隣接周波数間隔が小さいアレイ導波路格子のように、導波路占有面積の大きな光回路では、光回路を構成する光導波路に複屈折のばらつきが生じる。このため、光導波路の偏波によって、位相の分布が異なり、特性に偏波依存性が生じる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＰＬＣ作製時における０．１μｍオーダーの光路長誤差は、２光束あるいは多光束の干渉計の特性劣化を引き起こしている。したがって、この光路長誤差を何らかの方法で調整することができれば、干渉計の特性を向上させることができる。
【００２０】
また、ＰＬＣ作製時において生じる、分岐部より複数のチャンネル導波路に分配され、再び合波部により結合される各パスからの透過光の振幅の設計値からのずれは、２光束あるいは多光束の干渉計の特性劣化を引き起こしている。したがって、この振幅の設計値からずれを何らかの方法で調整することかできれば、干渉計の特性を向上させることができる。さらに、振幅及び位相特性を所望の値に調整することにより、通過波長域の平坦化及び分散制御等の機能を付加することが可能となる。
【００２１】
さらに、導波路占有面積の大きな光回路では、光回路を構成する光導波路に複屈折のばらつきのため、特性に偏波依存性が生じる。したがって、この複屈折のばらつきを何らかの方法で、調整することができれば、偏波に依らず、高性能な光回路を作製することができる。
【００２２】
本発明は、以上述べた事情に鑑み、本発明の課題の一つは、このＰＬＣ作製時に生じる光路長誤差を、作製後に行う付加的な加工で調整した位相調整板付光導波回路とその製造方法を提供することにあり、他の課題は、光の振幅特性をＰＬＣ作製後に行う付加的な加工で調整する振幅調整板付光導波回路およびその製造方法を提供することにあり、さらに他の課題は、光の複屈折をＰＬＣ作製後に行う付加的な加工で調整する複屈折調整板付光導波回路およびその製造方法を提供することにある。なお、本発明では、同一の光導波回路に位相調整板と振幅調整板の両方を設けてより一層の光学特性の向上を図った構成も含まれる。また、本発明には、これらの光学特性調整板の製造装置をも含まれる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１の光学特性調整板付光導波回路は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、該光学特性調整板が、一様な光学特性を有する膜を凹凸加工した膜からなり、前記光導波路の各々の光学特性の測定値から決定された各光導波路に必要な光学特性の調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の光学特性の調整量に応じた膜厚となるように長手方向に凹凸を設けた光学特性調整板であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項２の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は一様な屈折率を有する位相調整板であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項３の光導波回路は、前記請求項２の光導波回路において、前記位相調整板の屈折率が前記複数の導波路の屈折率と異なっていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項４の光導波回路は、前記請求項２の光導波回路において、前記位相調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項５の光導波回路は、前記請求項４の光導波回路において、前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが異なることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項６の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は一様な吸収係数を有する振幅調整板であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項７の光導波回路は、前記請求項６の光導波回路において、前記振幅調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項８の光導波回路は、前記請求項７の光導波回路において、前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項９の光導波回路は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、該光学特性調整板が、一定厚みの膜と、該膜の上に形成され該膜の長手方向に厚みが異なる金属膜とから構成されている振幅調整板であり、前記金属膜の厚みが、前記光導波路の各々を伝搬する光の振幅の測定値から決定された各光導波路に必要な振幅調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなっていることを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１０の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であることを特徴とする。
【００３５】
本発明の請求項１１の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の複屈折であり、前記光学特性調整板は複屈折調整板であることを特徴とする。
【００３６】
本発明の請求項１２の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填したことを特徴する。
【００３７】
本発明の請求項１３の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが異なることを特徴とする。
【００３８】
本発明の請求項１４の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００３９】
本発明の請求項１５の光導波回路は、前記請求項１２の光導波回路において、前記光学特性調整板が複屈折調整板であり、該複屈折調整板の一方の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする。
【００４０】
本発明の請求項１６の光導波回路は、前記請求項１の光導波回路において、前記溝が少なくとも二つ形成されており、その内の一つに設置される光学特性調整板が位相調整板であり、他の一つに設置される光学特性調整板が振幅調整板であることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の請求項１７は光学特性調整板付光導波回路の製造方法に関するもので、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、一様な光学特性を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が各光導波路の前記光学特性調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程によって光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程とを有してなることを特徴とする。
【００４２】
本発明の請求項１８の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は位相調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする。
【００４３】
本発明の請求項１９の製造方法は、前記請求項１８の製造方法において、前記位相調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な屈折率を有する膜の凹部を該膜の屈折率と異なる屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする。
【００４４】
本発明の請求項２０の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な吸収係数を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の振幅調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする。
【００４５】
本発明の請求項２１の製造方法は、前記請求項２０の製造方法において、前記振幅調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な吸収係数を有する膜の凹部を該膜の屈折率と同一の屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする。
【００４６】
本発明の請求項２２の光学特性調整板付光導波回路の製造方法は、基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程とを有し、前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一定厚みの膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする。
【００４７】
本発明の請求項２３の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚になるように凹凸を長手方向に形成するとともに、該膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする。
【００４８】
本発明の請求項２４の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記光学特性調整板設置工程の後に、前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填する接着剤充填工程を有することを特徴とする。
【００４９】
本発明の請求項２５の製造方法は、前記請求項２４の製造方法において、前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを異ならせることを特徴とする。
【００５０】
本発明の請求項２６の製造方法は、前記請求項２４の製造方法において、前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを同一とすることを特徴とする。
【００５１】
本発明の請求項２７の製造方法は、前記請求項１７の製造方法において、前記溝形成工程で少なくとも二つの溝を形成し、その内の一つには光学特性調整板として位相調整板を設置し、他の一つには光学特性調整板として振幅調整板を設置することを特徴とする。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００５４】
本発明の光導波回路は、前記光導波路を構成する複数の導波路を横断する溝と、前記溝挿入時に前記光導波路と交差する部分の光学特性を補正するように予め光学特性を空間的に変化させた板と、前記溝に前記板を固定する接着剤とから構成される。
【００５５】
以下、本発明では、溝挿入時に前記導波路との交差部にあたる部分の光学特性を調整できるように予め加工された板を光学特性調整板と呼ぶ。
【００５６】
本構成によって、複数の導波路を伝搬する光の光学特性は、導波路との交差部の光学特性調整板の光学特性に応じて変化する。
【００５７】
したがって、複数の導波路の光学特性を測定し、その後、その光学特性を調整するように加工した光学特性調整板を、接着剤を用いて溝に固定することによって、複数の導波路の光学特性を所望の値に調整することができる。
【００５８】
なお、調整する光回路の部位としては、直線導波路、曲線導波路のほか、干渉型光回路の干渉光路や３ｄＢカップラ、スラブ導波路等のそれぞれの合分波部を用いても、本発明は有効である。
【００５９】
調整する光学特性が光の位相で、光学特性調整板が位相調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の位相調整板の光学厚さに応じて、異なる位相変化が与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の光路長誤差を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６０】
調整する光学特性が光の振幅で、光学特性調整板が振幅調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の振幅調整板の損失に応じて、異なる損失が与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の振幅分布を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６１】
調整する光学特性が光の複屈折で、光学特性調整板が複屈折調整板である場合、複数の導波路を伝搬する光は、導波路との交差部の複屈折調整板の光学厚みに応じて、異なる複屈折を与えられる。その結果、例えば、干渉計形光回路を構成する光導波路の複屈折誤差を調整し、光回路の特性を格段に向上させることができる。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明に係る好適な実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６３】
（実施例１）
図６に本発明の第１の実施例としてのマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチを示す。図６中、符号１１−ａ，１２−ａは入力ポート、符号１１−ｂ，１２−ｂは出力ポート、１３はシリコン基板、１４−１は第１のアーム導波路、１４−２は第２のアーム導波路、１５は薄膜ヒータ、１６は溝、１７は位相調整板を、各々図示する。
【００６４】
また、図７に図６中のＶＩＩ −ＶＩＩ 線に沿う拡大断面図を示す。
【００６５】
本実施例では、従来のマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチのアーム導波路に交差する幅一定の溝１６を加工した後、厚みが空間的に変化した面内屈折率一定の位相調整板１７（図８）をその溝１６に挿入している。
【００６６】
さらに，上記位相調整板１７を溝１６に固定するために、図７に示すように、接着剤１８を充填している。
【００６７】
ここで、位相調整板１７を構成する膜１７ａの面内屈折率をｎ１ 、接着剤１８の屈折率をｎ２ とした場合、２本のアーム導波路１４−１，１４−２が感じる溝１６の光路長はそれぞれ以下の式で与えられる。
【００６８】
第１のアーム導波路１４−１における溝の光路長＝ｎ１ ×ｗ１ ＋ｎ２ ×（ｗ０ −ｗ１ ）
第２のアーム導波路１４−２における溝の光路長＝ｎ１ ×ｗ２ ＋ｎ２ ×（ｗ０ −ｗ２ ）
よって、その相対的な光路長差は（ｎ１ −ｎ２ ）×（ｗ２ −ｗ１ ）となる。
【００６９】
ただし、ここで、膜の面内屈折率をｎ１ 、接着剤の屈折率をｎ２ 、第１のアーム導波路１４−１に交差する膜厚をｗ１ 、第２のアーム導波路１４−２に交差する膜厚をｗ２ 、溝１６の幅をｗ０ とする。
【００７０】
本実施例では、膜の面内屈折率と接着剤の屈折率との屈折率差（ｎ１ −ｎ２ ）および膜厚の差（ｗ２ −ｗ１ ）を適当に与えることによって、作製誤差によって生じたアーム導波路の光路長差を調整する。
【００７１】
本実施例のマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチの作製手順を以下に示す。
【００７２】
▲１▼ 従来技術と同様の技術によって、シリコン基板上に火災堆積法と反応性イオンエッチング法でマッハツェンダ干渉計を作製する。
【００７３】
▲２▼ ダイシングソーにより幅２０μｍ、深さ１５０μｍの溝１６を加工する。
▲３▼ 該溝１６に屈折率ｎ２の接着剤１８を充填する。
【００７４】
▲４▼ この状態で図１０に示すような薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を測定し、Ｐ１ ，Ｐ２ を求める。
【００７５】
▲５▼ （ｎ１ −ｎ２ ）×（ｗ２ −ｗ１ ）＝（λ／２）×Ｐ１ ／（Ｐ２ −Ｐ１ ）を満足する膜厚差（ｗ２ −ｗ１ ）を求める。ただし、λは光波長で本実施例はλ＝１．５５μｍの光を用いた。
【００７６】
▲６▼ 面内屈折率ｎ１のポリイミド膜１７ａをその膜厚がｗ１ およびｗ２ となるように、図９に示すような加工治具３０を用いる方法で加工する。この膜を所定の厚さに加工したものを位相調整板１７と呼ぶ（図８）。
【００７７】
▲７▼ 加工した位相調整板１７を上記形成した溝１６に挿入し、接着剤１８で固定する。
【００７８】
実際に石英系ＰＬＣ技術を用いて２×２光スイッチを作製したところ、
Ｐ１ ＝２０ｍＷ
Ｐ２ ＝４２０ｍＷ
であった。
【００７９】
また、用いた接着剤１８の屈折率およぴポリイミド膜１７ａの面内屈折率はそれぞれ以下の通りであり、その屈折率差は０．０１である。
【００８０】
ｎ１ ＝１．５３
ｎ２ ＝１．５２
よって、Ｗ２ −Ｗ１ ＝３．９μｍに設定することによって、作製誤差を調整することができる。
【００８１】
よって、ここでは、
ｗ２ ＝１６．０μｍ
ｗ１ ＝１２．１μｍ
と設定した。
【００８２】
また、図９に示すような加工方法では、膜厚の絶対的な精度は±０．５μｍ程度しかとれないが、その相対的な膜厚差は士０．０５μｍで加工できるため、精度良く作製誤差の調整が実現される。
【００８３】
作製した２×２光スイッチの薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を図１１に示す。Ｐ１ は０となり、スイッチングは、４００ｍＷを印加するかしないかでオンオフ動作をする。
【００８４】
また、２０μｍ幅の溝加工およびそこに膜と接着剤を挿入したときの光の過剰損失は、０．３ｄＢであった。この値は光回路全体の値に比べて充分に小さな値であり、実用上間題にはならない。
【００８５】
（実施例２）
図１２に本発明の第２の実施例としてのアレイ導波路格子型波長合分波器を示す。
【００８６】
図１２中、符号１３はシリコン基板，１６は溝，１７は位相調整板，１９はクラッド層，２０は入力導波路，２１は出力導波路．２２はスラブ導波路，２３はアレイ導波路を各々図示する。また、図１３には図１２で用いた位相調整板の拡大図を示す。
【００８７】
本実施例では、並列に配置されたアレイ導波路２３の光路長の誤差は、低コヒーレントな光源を用いて測定することができる。
【００８８】
この測定法に関しては、Ｋ．Ｔａｋａｄａ ｅｔ ａｌ．， ”Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３０，ｎｏ．２０，ｐｐ−１６７１−１６７２，１９９４に詳しく紹介されている。
【００８９】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【００９０】
その基本的な手順は上述した第１の実施例と同じである。
【００９１】
▲１▼ 従来技術によって、シリコン基板１３上に火災堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路格子波長合分波器を作製する。
【００９２】
▲２▼ ダイシングソーにより幅２０μｍ、深さ１５０μｍの溝１６を加工する。
▲３▼ 上記溝１６に屈折率ｎ２ の接着剤を充填する。
【００９３】
▲４▼ この状態で並列に配置されたアレイ導波路２３の光路長の誤差を測定して求める。
【００９４】
▲５▼ 面内屈折率ｎ１ のポリイミド膜をその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ・・・ｗＮ となるように、図９に示したような加工法で加工する。
【００９５】
ここで、ｗ１ ，ｗ２ ・・ｗＮ の各膜厚は、アレイ導波路２３の光路長誤差を調整するように決める。例えば、光路長誤差が１本目、２本目・・・Ｎ本目のアレイ導波路でそれぞれδＬ１ ・・・δＬＮ ならば、
【００９６】
【数１】
δＬｉ ＋（ｎ１ −ｎ２ ）×ｗｉ ＝一定
となるようにｗｉ を定める。
【００９７】
▲６▼ 最後に加工した位相調整板１７を溝１６に挿入し、接着剤で固定する。
【００９８】
図１４に位相調整板挿人前のアレイ導波路格子型波長合分波器の透過波長特性を、図１５に上記のプロセスにより位相調整板を挿入した後のアレイ導波路格子型波長合分波器の透過波長特性を示す。
【００９９】
位相調整板挿入よりアレイ導波路の光路長誤差が調整され、そのクロストークが−３０ｄＢから−４０ｄＢに改善された。このとき、溝加工を含む位相調整板挿入の過剰損失は０．３ｄＢであった。
【０１００】
前記実施例１、２においては、位相調整板の面内屈折率と接着剤の屈折率との差が、０．０１となるように、それぞれの材料を選択した。この場合、０．１μｍの光路長誤差を調整するために必要な膜圧の変化は、１０μｍであり、位相調整板の膜厚加工精度が、±０．５μｍであっても、±０．００５μｍの精度で光路長誤差を調整することができた。
【０１０１】
ちなみに、接着剤と膜との屈折率差を任意の値に設定することによって、膜厚の変化が光路長に及ぼす割合を調整することも可能である。
【０１０２】
（実施例３）
図１６に本発明の第３の実施例としてのアレイ導波路波長合分波器を示す。
【０１０３】
図１６中、符号２０は入力導波路、２１は出力導波路、２２はスラブ導波路、２３はアレイ導波路、１９はクラッド層、１３はシリコン基板、１６は溝、２７は振幅調整板を各々図示する。
【０１０４】
また、図１７は図１６中Ａ−Ａ線に沿う拡大断面図を示す。さらに、図１８には図１６で使用した振幅調整板の拡大図を示す。
【０１０５】
本実施例では、アレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６を加工した後、厚みが空間的に変化した面内吸収率が一定の振幅調整板２７をその溝１６に挿入している。
【０１０６】
さらに、上記振幅調整板２７を溝１６に固定するために、図１７に示すように、光学的に透明な接着剤２８を充填している。ここで、接着剤２８の屈折率は振幅調整板２７の屈折率と同一となるようにし、位相特性にも変化を及ぼさないようにした。
【０１０７】
ここで、ｉ番目のアレイ導波路に交差する部分の膜厚をＷｉ とすると、ｉ番目のアレイ導波路を伝搬する光の溝１６を通過した後の振幅Ａｉ は、
【０１０８】
【数２】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αＷｉ ）
だけ変化する。
【０１０９】
ここで、αは振幅調整板２７の面内吸収係数である。ここでは、透明な膜を挿入したとき生じる一定の損失は除いている。この関係は、光の吸収に関するランベルトの法則であり、吸収係数が膜厚に対して一定であるときに適用できる。
【０１１０】
従って、本実施例では、膜の面内吸収係数αと膜厚Ｗｉ を適当に与えることによって、振幅調整を行う。
【０１１１】
まず、入力導波路２０，出力導波路２１，スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの振幅誤差の分布を測定する。この測定法に関しては、低コヒーレントな光源を用いた公知の光回路解析法が適用出来る（例えば、特願平６−５９８９号参照）。
【０１１２】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１１３】
１） シリコン基板１３上に火炎堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路型波長合分波器を作製する。
【０１１４】
２） 入力導波路２０，出力導波路２１，スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの位相誤差および振幅誤差の分布を低コヒーレントな光源を用いて測定する。この測定に基づき、振幅調整量Ａ１ ，Ａ２ ，・・・ＡＮ （Ａｉ ≦１：添字はアレイ導波路の番号）を決定する。
【０１１５】
３） 各アレイ導波路上にレーザ光を照射し、屈折率を部分的に変化させ、位相誤差を調整した。
【０１１６】
４） ポリイミド膜（吸収係数α：屈折率ｎ１ ）を作製し、挿入時にアレイ導波路と交差する部分にその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ，・・・ｗＮ となるように、加工する。
【０１１７】
ここで、ｗｉ は
【０１１８】
【数３】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αＷｉ ）
となるように決定する。
【０１１９】
５） ダイシングソーにより幅Ｗ０ 、深さ１５０ミクロンの溝１６を作製する。
【０１２０】
６） 上記溝１６に振幅調整板２７を挿入し、接着剤２８で固定する。
【０１２１】
本実施例における位相誤差の低減には、モードロックＱスイッチＹＡＧレーザの第２高調波を用いた。
【０１２２】
また、振幅調整では、吸収係数０．０２（１／μｍ）、膜厚３０ミクロンの膜を作製し、ダイシングソーにより、０〜２０ミクロンまで０．５ミクロン精度で膜厚ｗｉ を加工した。また、溝１６の幅ｗ０ は、３５ミクロンとした。
【０１２３】
図１９に振幅調整板挿入前（位相誤差低減後の）のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示し、図２０に上記方法により振幅調整板を挿入した後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示した。
【０１２４】
図２０に示すように、上記振幅調整板２７によりアレイ導波路の振幅誤差が調整され、そのクロストークは、−４０ｄＢから−５０ｄＢに改善された。このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は１．７ｄＢであった。
【０１２５】
（実施例４）
図２１に本発明の第４の実施例としてのアレイ導波路型波長合分波器を示す。図２１中、符号１６−１、１６−２は溝、２７−１は位相調整板、２７−２は振幅調整板を各々図示する。
【０１２６】
本実施例では、従来のアレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６−１を加工した後、厚みが空間的に変化した面内屈折率が一定の位相調整板２７−１をその溝１６−１に挿入し、さらに、接着剤を充填している。この構成は位相誤差を低減するためのものである。
【０１２７】
さらに、前記実施例３と同様、アレイ導波路型光合分波器のアレイ導波路上に交差する一定幅の溝１６−２を加工し、振幅調整板２７−２をその溝１６−２に挿入している。本実施例が第３の実施例と異なるのは、挿入する振幅調整板２７−２が、図２２に示すような厚みが平坦化されたものとなっている点である。
【０１２８】
図２２中、３１は厚みが空間的に変化した面内吸収率が一定の膜、３２はその凹凸を埋める透明な材料である。ここで、凹凸を埋めるのに透明な材料３２の屈折率は、膜３１の屈折率と同一となっている。
【０１２９】
上記振幅調整板２７−２を溝に固定するために、接着剤を充填するが、本実施例４に使用する振幅調整板はその凹凸が埋められているため、前記実施例３のときのように、接着剤の屈折率は振幅調整板の屈折率とを同一にする必要はない。
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１３０】
１） シリコン基板１３上に火炎堆積法と反応性イオンエッチング法でアレイ導波路型波長合分波器を作製する。
【０１３１】
２） 入力導波路２０、出力導波路２１、スラブ導波路２２およびアレイ導波路２３より形成される複数のパスの位相誤差および振幅誤差の分布を低コヒーレントな光源を用いて測定する。この測定に基づき、振幅調整量Ａ１ ，Ａ２ ，・・・ＡＮ （Ａｉ ≦１：添字はアレイ導波路の番号）を決定する。
【０１３２】
３） 前記実施例１および２に示した位相調整板付光回路およびその製造方法により、位相調整板２７−１を溝１６−１に挿入し、位相誤差を低減する。
【０１３３】
４） ポリイミド膜（吸収係数α：屈折率ｎ１ ）を作製し、挿入時にアレイ導波路と交差する部分にその膜厚がｗ１ ，ｗ２ ，・・・ｗＮ となるように、加工する。
【０１３４】
ここで、ｗｉ は
【０１３５】
【数４】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−αｗｉ ）
となるように決定する。
【０１３６】
５） ダイシングソーにより幅ｗ０ 、深さ１５０ミクロンの溝１６−２を作製する。
【０１３７】
６） 溝１６−２に振幅調整板２７−２を挿入し、接着剤で固定する。
【０１３８】
実際には、吸収係数０．０３（１／μｍ）、膜厚２０ミクロンの膜を作製し、ダイシングソーにより、０〜１５ミクロンまで０．５ミクロン精度で膜厚ｗｉ を加工した。その後、作製した膜３１と同一の屈折率を有する透明材料３２を膜にスピンコートした。スピンコートにより、作製した溝が埋まり、膜厚が全体にわたって２２ミクロン（一定値）となった。また、溝の幅ｗ０ は、２５ミクロンとした。
【０１３９】
振幅調整板によりアレイ導波路の振幅誤差が調整され、そのクロストークは、隣接チャンネルを除いて４０ｄＢから−５０ｄＢに改善された。このとき、２つの溝加工を含む位相調整板、振幅調整板挿入の過剰損失は２．２ｄＢであった。
【０１４０】
（実施例５）
本発明の第５の実施例の構成は、前記第４の実施例と同じである。
【０１４１】
第４の実施例と異なる点は、図２３に示すような振幅調整板を挿入した点である。図２３中、符号３３は透明な膜、３４は金属膜を各々図示する。各金属膜３４の厚さは、金属の吸収率と振幅調整量により決定される。金属膜３４の場合、吸収係数が大きいため、必要な膜厚が薄く、金属膜の凹凸が位相に及ぼす影響は小さい。
【０１４２】
本実施例では、通常ガウス型で近似できる、アレイ導波路格子型波長合分波器の振幅特性をｓｉｎｃ関数状に調整した。また、位相調整はｓｉｎｃ関数における負の値を実現するため、すなわち位相を１８０度ずらすために用いた。
【０１４３】
実際の振幅調整膜は、膜厚１５ミクロンの膜を作製し、Ｃｒを蒸着して作製した。また、溝の幅ｗ０ は、２０ミクロンとした。
【０１４４】
図２４，図２５および図２６は調整前後の振幅特性、位相特性、透過波長特性を示したものである。振幅特性、位相特性を調整し、ｓｉｎｃ関数状の分布を実現できたことにより、通過域が平坦化され、３ｄＢ帯域幅は約２８０％広げることができた。
【０１４５】
このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は３．５ｄＢであった。
【０１４６】
（実施例６）
図２７は本発明の第６の実施例としての振幅調整板付１×８スプリッタを示す。
【０１４７】
図２７中、符号３５は入力導波路、３６はスラブ導波路、３７は出力導波路、１６は溝、２７は振幅調整板である。入力導波路はシングルモード導波路となるように設計されており、ガウス型で近似可能な強度分布を有する。入力光はスラブ導波路で広がり出力導波路へと結合される。スラブ導波路出力部での光パワーの分布は、スラブ導波路入力部の分布をフーリエ変換したものとなる。スラブ導波路入力部の分布がほぼガウス型であるので、出力部の分布もほぼガウス型に近似できる。一般に１×Ｎスプリッタは、Ｎ本の出力導波路に導かれる光パワーを同一とするため、出力導波路の開口幅は中央から外に向かうにつれて幅広になるように設計される。実際には、図２８のようにシミュレーションによってスラブ導波路出力部での光パワー分布を計算し、各出力導波路に結合される光パワーが同一となるように、すなわち、図２８中の縦線で区切られた面積Ｓｉ （ｉは出力ポート番号）が同一となるように、開口幅ｘｉ が決定される。
【０１４８】
一般に実際に作製した１×Ｎスプリッタにおいては、入力導波路における光パワーの分布が完全にガウス型ではないこと、あるいはスラブ導波路と出力導波路との結合部の損失にばらつきがあること等の理由によって、出力光パワーのポート間のばらつきが存在する。
【０１４９】
本実施例では、石英系光導波路で作製した１×８スプリッタにおいて、出力光パワーのポート間のばらつきが振幅調整板２７を用いることによって低減されている。
【０１５０】
本実施例のｌ×８スプリッタの作製手順を以下に示す。
【０１５１】
１） １×８スプリッタの８本の出力導波路から出力される光のパワーを測定した。図２９は測定した出力光パワーの出力ポート依存性である。損失は１１．８〜１２．６ｄＢに分布していた。このばらつきを低減するための振幅調整量は以下のように決定した。最高損失１２．６ｄＢと各出力ポートの損失との差を計算し、その値の平方根を振幅調整量Ａｉ （ｉは出力ポート番号）とした。図３０は決定した振幅調整量の出力ポート依存性である。最大調整量は損失にして０．８ｄＢ、すなわち０．８３であったので、最大の振幅調整量は ０．８３＝０．９１となった。
【０１５２】
２） 膜厚１０ミクロンに対して、０．９（＜最大振幅調整量０．９１）の振幅調整が得られるように、振幅調整板の材料の吸収係数αを０．０２１（１／μｍ）と決定した。本実施例における振幅調整板は、図３０に示すように、透明膜上に吸収膜が形成され、吸収膜への切り込み量（切りのこし量）で吸収を変化させる構成とした。透明膜は、振幅調整板の強度・操作性を充分保ったまま、吸収膜の切りのこし量を小さくして過剰損失を低減させるために用いた。吸収膜および透明膜の膜厚はそれぞれ１０μｍおよび８μｍと設定した。吸収膜部への切り込み量は、切りのこし量Ｗｉ が次式を満たすように決定した。
【０１５３】
【数５】
Ａｉ ２＝ｅｘｐ（−α・Ｗｉ ） （１）
図３１は決定した振幅調整板への切り込み量の分布である。最大切り込み量は最小調整量を与える１０μｍであった。
【０１５４】
３） 図３２は実際の振幅調整板を作製する工程を示したものである。まず、スピンコート法によって膜厚８μｍの透明膜６２をＳｉ基板６１の上に形成し、乾燥後、透明膜の上に吸収係数α＝０．０２１（１／μｍ）、膜厚１０μｍの吸収膜６３をスピンコート法によって形成した。その後、ダイシングソー６４を用いて、前述の方法で決定した量の切り込みを作製した。１×８スプリッタの隣接出力導波路の問隔は２５０μｍであったので、ダイシングソーの刃の幅は１００μｍとした。切り込み作製後、Ｓｉ基板上で膜を短冊状に切り、ピンセット６５で引きはがして振幅調整板２７とした。
【０１５５】
４） １×８スプリッタの８本の出力導波路すべてを横断する幅２０μｍの溝１３をダイシングソーを用いて加工した。その溝にピンセット付きのマニュピュレータを用いて、作製した振幅調整板を挿入し、振幅調整板への切り込み作製部と出力導波路が交差するように位置を合わせた。さらに、マイクロピペットを用いて、振幅調整板２７と溝１６との間隙に、振幅調整板の屈折率と同じ値を有する接着剤を注入し、その後、紫外線を照射して固定した。
【０１５６】
図３３は、調整後の各出力ポートにおける光パワーの分布を示したものである。１１．８〜１２．６ｄＢに分布していた損失は、１２．８〜１２．９ｄＢとなり、そのばらつきが低減された。平均０．３ｄＢの過剰損失は、主に導波路を横断するように作製した幅２０μｍの溝部における回折損失による。以上の結果は、ＴＥモードについて示したものであるが、ＴＭモードでもほとんど変わりなく調整できていた。
【０１５７】
（実施例７）
図３４に本発明の第７の実施例としての位相調整板付アレイ導波路格子型波長合分波器を示す。図３４中、符号２０は入力導波路、２１は出力導波路、２２はスラブ導波路、２３はアレイ導波路、１９はクラッド層、１３はシリコン基板、１６は溝、２７は位相調整板を各々図示する。また、図３５は図３４中のＢ− Ｂ線に沿う拡大断面図を示す。さらに、図３６には図３４で使用した位相調整板の拡大図を示す。
【０１５８】
本実施例のアレイ導波路型光合分波器は、すべてのアレイ導波路を横断するように形成された一定幅の溝１６中に、位相調整板１７を挿入して構成される。
【０１５９】
さらに、上記位相調整板１７と溝１６の内壁との間隙には接着剤１８が充填され、光回路と位相調整板は固定されている。
【０１６０】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器におけるアレイ導波路の光路長の波長オーダーのずれ、すなわち位相誤差を位相調整板１７を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数８、アレイ導波路数３０、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１６１】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１６２】
１）アレイ導波路格子を構成する各アレイ導波路を通過する光の位相および振幅特性を測定した。この測定に関しては、低コヒーレンス光を用いた公知の光回路解折法を適用した（例えば、特願平６−５９８９号参照）。図３７に測定系を示す。４１は光源、４２，４３は光ファイパ３ｄＢカップラ、４４は測定用干渉型光回路、４５，４６，４９はレンズ、４７はプリズム、４８はリフレクタ、５１，５２はカップラ４２の出射ポート、５３，５４はカップラ４３の入射ポート、５０は狭線幅レーザ、５５はダイクロイックミラー、５６，５７は光検出器、５８はフリンジカウンタ、５９はウェーブフォーム・レコーダである。
【０１６３】
光源５１には、コヒーレンス長３５μｍの１．５５μｍ帯のＳＬＤ光を用いた。狭線幅レーザ５０には、波長１．３μｍ帯のＤＦＢレーザを用いた。ＳＬＤ光ならびにＤＦＢレーザ光は３ｄＢカップラ４２によって２つの光路に分けられ、一方は測定する光回路に、他方は電動ステージ上に設置されたリフレクタ４８からなる光路長可変部に導かれる。２つの光路からの光は再び３ｄＢカップラ４３によって結合される。干渉系計から出射する波長１．３μｍと１．５５μｍの光はダイクロイックミラー５５で分離され、１．３μｍの光は光検出器５６で、１．５５μｍの光は光検出器５７で受光される。干渉計内の光路長が半波長だけ変化するとレーザ５０からの光のビート信号が半周期変化することを利用して、フリンジカウンタ５８は半波長の光路長変化毎にクロックパルスを発生する。このパルスを外部クロックとして、ウェーブフォーム・レコーダ５９は干渉信号をサンプリングする。この構成では、光回路を通過する経路と光路長可変部を通過する経路の光路長差が光源のコヒーレンス長より短い時のみ２つの光は干渉し、干渉信号が観測される。アレイ導波路は光路長が順番に△Ｌずつ長くなるよう設計されているので、光路長可変部の光路長を長くしていくと、短いアレイ導波路から順番に干渉信号が得られる。
【０１６４】
図３８に観測した干渉信号の例を示す。光源のコヒーレンス長が△Ｌ＝２５４μｍより充分小さいため、干渉信号は図３８中の波線内に表示されるようなフリンジに分離することができる。各フリンジは、各アレイ導波路を通過した光の伝達関数を表すので、離散フーリエ変換等の数学的処理によって、光の位相と振幅の情報を得ることがてきる。すべてのフリンジについて同様の処理を行うことによって、すべてのアレイ導波路に関する位相と振幅の分布が得られる。図３９および図４０はそれぞれ各アレイ導波路の透過中心波長における位相および振幅の分布を示したものである。図４１に、入力ポート番号８から出力ポート番号９への透過波長特性を示す。クロストークは最大で２５ｄＢであり、その大きな原因は０．３〜０．２５ラジアンの間に分布する位相誤差であった。
【０１６５】
２） 位相誤差を低減するための位相調整量を以下のように決定した。まず、本実施例における位相調整板２７の構成は一定膜厚の膜に位相調整量に応じた切り込みが形成されたものに決定した（図３６）。さらに、本実施例では接着剤２８の屈折率は位相調整板の屈折率よりも小さくして、位相調整量は負の値になるようにした。
【０１６６】
図３９を見てわかるように、位相誤差はＴＥモードとＴＭモードで若干異なる。そこで、位相調整量は位相誤差がＴＥモードとＴＭモードの平均値であるとして計算した。位相調整量の最大値は０．３２フジアンとなったので、約７μｍの切り込みでこの０．３２ラジアン＝０．０８μｍの位相を調整できるように、位相調整板と接着剤の屈折率差を０．０１１と決定した。この屈折率差から、各位相調整量に相当する切り込み量を決定した。図４２に決定した位相調整板への切り込み量の分布を示した。
【０１６７】
３） 図４３は位相調整板を作製する行程を示したものである。
【０１６８】
まず、スピンコート法によって膜厚１５μｍの膜６６をＳｉ基板６１上に形成し、乾燥後、ダイシングソー６４を用いて、前述の方法て決定した量の切り込みを作製した，最小隣接アレイ導波路間隔は１２０μｍであったので、ダイシングソの刃の幅は６０μｍとした。切り込み作製後、Ｓｉ基板上で膜を短冊状に切り、ピンセット６５で引きはがして位相調整板とした。
【０１６９】
４） アレイ導波路格子の３０本の出力導波路すべてを横断する幅２０μｍの溝１６をダイシングソーを用いて加工した。その溝にピンセット付きのマニュピュレータを用いて、作製した位相調整板を挿入し、位相調整板への切り込み作製部と各アレイ導波路が交差するように位置を合わせた。さらに、マイクロピペットを用いて、位相調整板１７と溝１６との問隙に、位相調整板の屈折率に比べて０．０１１だけ屈折率が小さい接着剤を注入し、その後、紫外線を照射して固定した。
【０１７０】
図４４に位相調整板挿入後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示す．図４５、図４６はそれぞれ位相調整後の位相誤差および振幅分布を示すグラフである。位相調整板によりアレイ導波路の位相誤差が調整され．そのクロストークは、調整前の−２５ｄＢからＴＥモードで−３７ｄＢ、ＴＭモードで−３９ｄＢに改善された。このとき、溝加工と位相調整板挿入による過剰損失は１．０ｄＢであった。ＴＥ・ＴＭモードの平均の位相誤差はその標準偏差が０．０８８から０．０３６低減された。振幅分布は位相調整板挿入前とほとんど変わらないことから、位相調整板が振幅に及ばす影響は小さく、ほぼ独立に位相のみが調整できたことがわかる。
【０１７１】
（実施例８）
図４７に本発明第８の実施例としての位相調整板および振幅調整板付アレイ導波路型波長合分波器を示す。図４７中、１６−１，１６−２は溝、２７−１，２７−２は位相調整板、振幅調整板を各々図示する。
【０１７２】
本実施例のアレイ導波路型光合分波器は、すべてのアレイ導波路を横断する一定幅の溝１６−１および１６−２中に位相調整板２７−１および振幅調整板２７−２が挿入され、さらに各調整板と溝の内壁との間隙には接着剤が充填、固定されて構成されている。
【０１７３】
本実施例ては、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器における位相誤差および振幅誤差をそれぞれ位相調整板２７−１および振幅調整板２７−２を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数１６、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１７４】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１７５】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ，深さ１２０μｍの溝を２本、反応性イオンエッチング法を用いて作製した。２本の溝の間隔は１００μｍとした。図４８、図４９に、溝作製後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの位相および振幅の分布をそれぞれ示す。さらに、図５０にＴＥモードでの透過波長特性を示す。クロストークは、−２９ｄＢであり、この主たる原因は位相誤差である。
【０１７６】
２） 本実施例での位相調整板は、前記実施例７の位相調整板と同じ構成の凹部を有する膜の凹部が異なる屈折率を有する透明材料を用いて平坦化されたものとした。構成を図５１に示す。位相調整板への切り込み量は、前記実施例７と同様の方法で決定した。決定に際しては、最大切り込み量および位相調整板を構成する２つの物質の屈折率差がそれぞれ７μｍおよび０．０１５となるようにした。
【０１７７】
図５２は本実施例の位相調整板を作製する工程を示したものである。まず、実施例７と同じ構成の凹部を有する膜６８を、ダイヤモンドバイト７１を回転させて使用するフライス加工により作製した。続いて、０．０１５だけ異なる屈折率の透明材料６９をスピンコートして、その凹部を平坦化した。最初の膜６６および最終的な位相調整板７０の厚みは、それぞれ１５μｍ、２０μｍとした。
【０１７８】
３） 作製した位相調整板２７−１を、溝１６−１に挿入し、紫外線硬化接着剤を用いて溝に固定した。このとき、位相調整板は溝に挿入するだけで位相が調整できるように平坦化されているので、接着剤の屈折率を厳密に設定する必要はない。そこで、接着剤の屈折率は、コアの屈折率とほぽ同じ１．４７とした。接着剤とコアの屈折率の値をほぼ同一にすることは、溝における回折損失を低減することおよび溝幅の分布が及ぼす位相誤差への影讐を小さくすることに役立つ。
【０１７９】
４） 位相調整板挿入後の位相および振幅の分布を低コヒーレンス干渉法を用いて測定した。図５３、図５４に測定したＴＥモードでの位相および振幅の分布を示す。また、図５５にＴＥモードでの透過波長特性を示す。位相誤差の最大値が０．４５ラジアンから０．０５ラジアンに低減された結果、クロストークは−２９ｄＢから−３９ｄＢに改善された。また、ＴＭモードの位相誤差も同時に低減されクロストークは−３９ｄＢ以下に改善された。−３９ｄＢのクロストークは振幅分布のガウス分布からのずれによるので、次に振幅調整板２７−２を作製した。
【０１８０】
本実施例での振幅調整板は、実施例６の振幅調整板と同じ構成の凹部を有する膜の凹部が、吸収膜と同一の屈折率を有し、かつ透明な材料を用いて平坦化されたものを用いた。凹部を埋める材料の屈折率を、吸収膜の屈折率と同一にしたのは、振幅調整板によって位相誤差を生じさせないためである。また、凹部を埋める物質を透明な材料としたのは、この材料によって吸収を変化させないためである。
【０１８１】
５） 振幅調整板への切り込み量は、以下の方法で決定した。まず、測定した振幅分布（図５４）をガウス分布てフィッティングし、分布がピーク値を持つパス番号とピーク値およびその値がピーク値の１／ｅとなるパス番号を求める。本実施例では、振幅調整が損失を与える構成とする。すなわち、調整量は１より小さい値とするので、フィッティング曲線がすべての振幅値を下回るように、ピーク値を設定し直した（図５４中の波線）。このようにして得られたフィッティング曲線が最終的な振幅の設定値となる。この調整後の振幅設定値と調整前の振幅値との比から振幅調整量Ａｉ （ｉはパス番号）を決定した。図５６に決定した振幅調整量の分布を示した。振幅調整量は１．０から０．９２に分布した，
６） 次に、振幅調整板の加工データを求めた。まず、膜厚１０μｍに対して、０．９０（＜最大振幅調整量０．９２）の振幅調整が得られるように、振幅調整板の材料の吸収係数ａ＝０．０２１（１／μｍ）と決定した。吸収膜部への切り込み量は、切りのこし量Ｗｉ が（１）式を満たすように決定した。図５７は決定した振幅調整板への切り込み量の分布である。最大切り込み量は最小調整量を与える１０μｍであった。
【０１８２】
７） 図５８は本実施例の位相調整板を作製する工程を示したものである。まず、実施例６と同じ構成の凹部を有する膜７２をフライス加工により作製後、透明な物質７３をスピンコートして、その凹部を平坦化した。最初の透明膜６２、吸収膜６３および最終的な振幅調整板７４の厚みは、それぞれ８μｍ、ｌ０μｍ、２２μｍとした。
【０１８３】
８） 作製した振幅調整板を溝１６−１に挿入し、紫外線硬化接着剤を用いて溝に固定した。このとき、位相誤差を伴わず振幅のみが調整できるように、振幅調整板は平坦化されているので、接着剤の屈折率を厳密に振幅調整板と同じ値に設定する必要はない。そこで、接着剤の屈折率は、コアの屈折率とほぽ同じ１．４７とした。接着剤とコアの屈折率の値をほぼ同にすることは、溝における回折損失を低減することおよび溝幅の分布が及ぼす位相誤差への影響を小さくすることに役立つ。
【０１８４】
図５９、図６０に振幅調整板挿入後のＴＥモードでの振幅分布ならびに透過波長特性を示した。
【０１８５】
振幅誤差は、標準偏差にして０．０２まで低減され、クロストークは−４８ｄＢまで改善された。このとき位相誤差は、振幅調整板挿入前後で大きな変化はなく、位相特性に影響を与えることなく振幅のみが調整てきた。また、ＴＭモードの特性はほとんどＴＥモードと同じであり、位相、振幅とも誤差に偏波依存性が生じることなく調整できた。
【０１８６】
以上、位相調整板および振幅調整板の設置により、アレイ導波路型光波長合分波器のクロストークが−２９ｄＢから−４８ｄＢへと大きく改善された。このとき、溝加工を含む位相調整板および振幅調整板挿入の過剰損失は１．７ｄＢであった。
【０１８７】
（実施例９）
本発明の第９の実施例は、振幅位相調整板付アレイ導波路型波長合分波器である。その構成は第７の実施例の構成と同じであるが、位相調整板２７の代わりに、図６１に示すような振幅位相調整板（光学特性調整板）９８を挿入した点が異なる。図６１中、８０は屈折率が一様で透明な膜、８１は金属膜である。透明膜８０には凸部８２が形成されており、凸部の厚さを変化させて位相を調整する構成となっている。一方、各金属膜８１はその厚さを変えることにより、吸収係数を変え、光の振幅を調整するために用いられる。各金属膜の厚さは、金属の吸収率と振幅調整量により決定される。金属膜の場合、吸収係数が大きいため、必要な膜厚が薄く、金属膜の厚さの違いが位相に及ぼす影響は小さい。すなわち、位相調整に用いる凸部８２の厚さは、金属膜の厚さに独立して決定てきる。
【０１８８】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器において、通常ガウス型で近似できる、各アレイ導波路を通過する光の振幅持性をｓｉｎｃ関数状に調整した。位相調整はｓｉｎｃ関数における負の値を実現するため、すなわち位相を１８０度変化させるために用いた。
【０１８９】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型波長合分波器における位相誤差および振幅誤差をそれぞれ振幅位相調整板９８を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数８、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．８ｎｍである。
【０１９０】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０１９１】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ、深さ１２０μｍの溝を、反応性イオンエツチング法を用いて作製した。次に、低コヒーレンス干渉計を用いて位相と振幅の分布を測定した。図６２、図６３、図６４に、振幅位相調整板挿入前後の振幅分布、位相分布ならびに透過波長特性を示した。
【０１９２】
２） 各アレイ導波路を通過する光の透過持性をｓｉｎｃ関数状に調整するために必要な振幅・位相の調整量を決定し、振幅位相調整板の加工データを決定した。金属膜の膜厚および透明膜の凸型部の厚さは、実施例６およびと実施例７と同様の方法で求めた。
【０１９３】
３） 決定した加工データに基づき、図６５に示した工程で、本実施例の振幅位相調整板を作製した。まず、基板９１上に厚さ３０μｍの金属膜９２を形成し、前記金属膜をマスク９３を用いたエッチングによって加工し、凹型の型を形成した。加工深さは予め決定した透明膜の凸部の厚さと同一にした。次に型上にスピンコート法を用いてポリイミド膜９５を作製した。さらに膜の上に厚さを局所的に変化させた金属Ｃｒ膜９６をスパッタ法により形成した。作製した金属膜付凸型透明膜９７を基板９１からピンセットを用いて引きはがし、切断して、振幅位相調整板９８とした。
【０１９４】
４） 作製した振幅位相調整板９８を図３４のアレイ導波路を横断する幅の溝に挿入、位置合わせを行った後、接着剤を用いて固定した。
【０１９５】
振幅位相調整板挿入後の位相、振幅分布、透過波長特性（図６２、図６３、図６４）を見ればわかるとおり、ｓｉｎｃ関数状の透過特性が実現できたことにより、通過域が平坦化され、３ｄＢ帯域幅を約２８０％広げることがてきた。このとき、溝加工を含む振幅調整板挿入の過剰損失は３．５ｄＢであった。
【０１９６】
以上の結果はＴＥモードについて示したものであるが、ＴＭモードでもほとんど変わりなく調整できていた。
【０１９７】
（実施例１０）
本発明の第１０の実施例は、位相調整板および複屈折調整板付アレイ導波路型合分波器である。その構成は、第８の実施例の構成と同じであるが、振幅調整板２７−２の替わりに、図６６に示す複屈折調整板２７−３を挿入した点が異なる。複屈折調整板は調整対象となる導波路を伝搬するＴＥおよびＴＭモードの２つの偏波の光に対して、異なる位相変化を与え、その変化量を導波路毎に異なる値とするために用いる。
【０１９８】
実施例７の図３９に示したように、アレイ導波路格子型波長合分波器の位相誤差には、一般に偏波依存性が存在する。これは、各導波路における複屈折にばらつきがあるために生じるものである。前記実施例１〜９においては、位相誤差の偏波依存性の光学特性への影響が小さかった。しかし、導波路の占有する面積が大きく、大きな複屈折ばらつきを有する光回路では、位相調整板のみで、両偏波の位相誤差を同時に解消することができない。
【０１９９】
本実施例では、石英系光導波路で作製したアレイ導波路格子型は調合分波器における一つの偏波の位相誤差を位相調整板２７−１により低減し、さらに残った他方の偏波の位相誤差をそれぞれ複屈折調整板２７−３を用いて低減した。作製したアレイ導波路格子は、入出力ポート数１６、アレイ導波路数６４、チャンネル波長間隔は０．０８ｎｍである。
【０２００】
本実施例の波長合分波器の作製手順を以下に示す。
【０２０１】
１） すべてのアレイ導波路を横断する幅２５μｍ、深さ１２０μｍの溝を、ダイシングソーを用いて作製した。次に、低コヒーレンス干渉計を用いてＴＥモードの位相と振幅の分布を測定した。位相誤差は３６０度の範囲に分布しており、クロストークは−５ｄＢであった。続いて、実施例７と同様の方法で、ＴＥモードに対する位相誤差のみを位相調整板を用いて低減した。位相調整後の透過特性は、ＴＥモードで−３２ｄＢ、ＴＭモードで−２０ｄＢであった。
【０２０２】
２） ＴＭモードの位相誤差のみを低減するため、複屈折調整板を作製した。複屈折調整板は、図６６に示したように、調整板の長手方向とその垂直方向の屈折率が異なる値ｎｘ 、ｎｙ （ｎｘ ≠ｎｙ ）となる複屈折板に対して、凹部を加工したものである。まず、低コヒーレンス干渉計を用いてＴＭモードの位相と振幅の分布を測定した。次に、屈折率差（ｎｙ −ｎｘ ）とＴＭモードの位相誤差から、複屈折調整板に加工する凹部の深さを算出した。さらに、スピンコートによって作製したポリイミド膜に対して、一方向に力を加えて、ｎｙ −ｎｘ ＝０．０３５ 、膜厚２０μｍの複屈折膜を作製した。最後に、実際にダイシングソーを用いて作製した複屈折膜に切り込みを加工し、複屈折調整板とした。
【０２０３】
３） 作製した複屈折調整板をアレイ導波路を横断する幅に挿入し、位置合わせを行った後、接着剤を用いて固定した。接着剤の屈折率は、ｎｘ を同一とした。これは、ＴＥモードの位相が変化しないようにするためである。
【０２０４】
複屈折調整板挿入後のクロストークは、ＴＥ，ＴＭモードとも−３２ｄＢとなった。位相誤差は、ＴＥ、ＴＭモードともほぼ同じとなり、かつＴＥモードの位相誤差には変化がなかった。以上、本実施例の複屈折調整板によって、アレイ導波路格子型合分波器における位相誤差の偏波依存性を低減することができた。 以上、本発明の実施例では、マッハツェンダ干渉計形２×２スイッチにおける低消費電力化、１×Ｎスプリッタにおける出力光のポート間ばらつきの低減、アレイ導波路格子型合分波器における位相誤差、振幅誤差の低減によるクロストーク改善や透過特性の調整による通過域のフラット化、あるいは複屈折のばらつきの低減による位相誤差の偏波依存性の低減等を例として示した。
【０２０５】
しかしながら、本発明の光学特性を調整した導波形光回路は、実施例に示した２×２スイッチ、１×Ｎスプリッタ、アレイ導波路格子型合分波器に限定されるものではなく、複数の導波路を有するすべての光回路において適用可能である。したがって、１×Ｎスプリッタのような干渉部を持たない光回路から、マッハツェンダ型光回路、トランスバーサル型フィルタ等の干渉型光回路まで、その光学特性、例えば、位相、振幅、複屈折等の調整に使用できる。
【０２０６】
また、実施例では、調整の対象とする光学特性として、振幅、位相、複屈折を例として示したが、例えば、偏光、非線形定数等の他の光学特性の調整にも適用できる。
【０２０７】
さらに、本発明は、本実施例に示した石英系導波路に限定されるものではなく、ＬＮやポリマーを用いた光回路にも適用できる。
【０２０８】
本実施例では、調整板の凹凸加工をダイシングソーを用いた加工と、ダイヤモンド切削工具を用いたフライス加工の例を示したが、エッチングによる加工等の他の加工法を用いてもよい。また、膜の直接加工に限定されるものではなく、実施例９に示したように、型加工等による間接加工でもよい。
【０２０９】
膜の形成方法についても、例えば、真空蒸着、スパッタリング法などの物理気相成長法、化学気相成長法および液相成長法等の他の形成方法を用いてもよく、前述のスピンコート法に限定されるものではない。
【０２１０】
調整板は、実施例に示した凹部を有するものや、凸部を有するものや、その凹部あるいは凸部を平坦化したものなどの、どのような取り合わせでもよい。
【０２１１】
【発明の効果】
以上、実施例とともに説明したように、本発明の光路長誤差を調整したマッハツェンダ干渉系型２×２スィッチは、従来のものに比べて低消費電力なものとなる。また、光路長誤差を調整したアレイ導波路格子型波長合分波器は、そのクロストークが従来のものに比べて−１０ｄＢ以上低減したものとなる。また、本発明の振幅誤差を調整したアレイ導波路格子型合分披器は、そのクロストークが従来のものに比べて−１０ｄＢ以上低減したものとなる。また、振幅特性および位相特性をｓｉｎｃ関数状に調整したアレイ導波路格子型合分波器では、通過域の３ｄＢ幅を約２８０％広げることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のマッハツェンダ干渉計型２×２スイッチを示す図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図である。
【図３】図１に示したマッハツェンダ干渉計の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図４】アレイ導波路格子型波長合分波器の回路構成図である。
【図５】図４に示したアレイ導波路格子型波長合分波器の中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性図である。
【図６】第１の実施例としてのマッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチを示す図である。
【図７】図６中のＶＩＩ −ＶＩＩ 線に沿う拡大断面図である。
【図８】第１の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図９】第１の実施例に用いた位相調整板の作製方法図である。
【図１０】図６に示したマッハツェンダ干渉計において位相調整板挿入前の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図１１】図６に示したマッハツェンダ干渉計において位相調整板挿入後の薄膜ヒータ印加電力に対する光透過率の変化を示すグラフである。
【図１２】第２の実施例としてのアレイ導波路格子型波長合分波器の斜視図である。
【図１３】第２の実施例に用いた位相調整板の概路図である。
【図１４】図１２に示したアレイ導波路格子型波長合分波器において、位相調整板挿入前における中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示すグラフである。
【図１５】図１２に示したアレイ導波路格子型波長合分波器において、位相調整板挿入後における中心入力ポートから中心出力ポートへの透過波長特性を示すグラフである。
【図１６】第３の実施例であるアレイ導波路格子型合分波器を示す斜視図である。
【図１７】図１６中のＡ−Ａ線に沿う拡大図である。
【図１８】第３の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図１９】図１６に示したアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板挿入前の透過波長特性図である。
【図２０】図１６に示したアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板挿入後の透過波長特性図である。
【図２１】第４の実施例のアレイ導波路格子型合分波器の斜視図である。
【図２２】第４の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図２３】第５の実施例に用いた振幅調整板の拡大斜視図である。
【図２４】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の振幅分布を表す図である。
【図２５】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の位相分布を表す図である。
【図２６】第５の実施例のアレイ導波路格子型合分波器において、振幅調整板、位相調整板挿入前後の透過波長特性図である。
【図２７】本発明の第６の実施例の振幅調整板付１×８スプリッタの平面図である。
【図２８】第６の実施例においてシミュレーションにより求めたスラブ導波路出力部でのパワー分布を示すグラフである。
【図２９】第６の実施例で測定した出力光パワーの出力ポート依存性を示すグラフである。
【図３０】第６の実施例において決定した振幅調整量の出力ポート依存性を示すグラフである。
【図３１】第６の実施例において決定した振幅調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図３２】第６の実施例における振幅調整板の作製工程を示す図である。
【図３３】第６の実施例において振幅調整板により調整した後のスプリッタの各出力ポートにおける光パワーの分布を示すグラフである。
【図３４】本発明の第７の実施例の位相調整板付アレイ導波路格子型波長合分波器の斜視図である。
【図３５】図３４のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図３６】第７の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図３７】第７の実施例の波長合分波器のアレイ導波路を通過する光の位相および振幅を測定するための測定系の構成図である。
【図３８】図３７の測定系により観測した本実施例の波長合分波器のアレイ導波路の干渉信号の一例を示すグラフである。
【図３９】第７の実施例において波長合分波器の各アレイ導波路の透過中心波長における位相分布を示すグラフである。
【図４０】第７の実施例において波長合分波器の各アレイ導波路の透過中心波長における振幅分布を示すグラフである。
【図４１】第７の実施例の波長合分波器の入力ポート番号８から出力ポート番号９への透過波長特性を示すグラフである。
【図４２】第７の実施例において決定した位相調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図４３】第７の実施例における位相調整板の作製工程を示す図である。
【図４４】第７の実施例において位相調整板の挿入後のアレイ導波路格子型合分波器の透過波長特性を示すグラフである。
【図４５】第７の実施例において位相調整後の合分波器の位相誤差を示すグラフである。
【図４６】第７の実施例において位相調整後の合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図４７】第８の実施例の位相調整板および振幅調整板付アレイ導波路波調合分波器の斜視図である。
【図４８】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの位相分布を示すグラフである。
【図４９】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後に低コヒーレンス干渉計を用いて測定したＴＥモードでの振幅分布を示すグラフである。
【図５０】第８の実施例において波長合分波器に溝を形成した後のＴＥモードでの透過波長特性を示すグラフである。
【図５１】第８の実施例で用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【図５２】第８の実施例で用いた位相調整板の作製工程を示す図である。
【図５３】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の位相分布を示すグラフである。
【図５４】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図５５】第８の実施例において位相調整板を波長合分波器の溝に挿入した後の波長合分波器の透過波長特性を示すグラフである。
【図５６】第８の実施例において波長合分波器の測定振幅値の分布から決定した振幅調整量の分布を示すグラフである。
【図５７】第８の実施例において振幅調整量から決定した振幅調整板への切り込み量の分布を示すグラフである。
【図５８】第８の実施例における位相調整板の作製工程を示す図である。
【図５９】第８の実施例において振幅調整板挿入後の波長合分波器のＴＥモードでの振幅分布を示すグラフである。
【図６０】第８の実施例において振幅調整板挿入後の波長合分波器のＴＥモードでの透過波長特性を示すグラフである。
【図６１】第９の実施例で用いて振幅位相調整板の拡大斜視図である。
【図６２】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の合分波器の振幅分布を示すグラフである。
【図６３】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の合分波器の位相分布を示すグラフである。
【図６４】第９の実施例において振幅位相調整板を合分波器に挿入した前後の透過波長特性を示すグラフである。
【図６５】第９の実施例における振幅位相調整板の作製工程を示す図である。
【図６６】本発明の第１０の実施例に用いた位相調整板の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１−ａ 第１の入力ポート
１１−ｂ 第１の出力ポート
１２−ａ 第２の入力ポート
１２−ｂ 第２の出力ポート
１３ シリコン基板
１４ 石英系光導波路
１４−１ 第１のアーム導波路
１４−２ 第２のアーム導波路
１５ 薄膜ヒータ
１６ 溝
１７ 位相調整板
１７ａ ポリミイド膜
１８ 接着剤
１９ クラッド層
２０ 入力導波路
２１ 出力導波路
２２ スラブ導波路
２３ アレイ導波路
１６−１ 溝
１６−２ 溝
２７ 振幅調整板
２７−１ 位相調整板
２７−２ 振幅調整板
２８ 接着剤
２１ 吸収膜
２２ 透明膜
２３ 透明膜
２４ 金属膜
Claims (27)
- 基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、
該光学特性調整板が、一様な光学特性を有する膜を凹凸加工した膜からなり、前記光導波路の各々の光学特性の測定値から決定された各光導波路に必要な光学特性の調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の光学特性の調整量に応じた膜厚となるように長手方向に凹凸を設けた光学特性調整板である
ことを特徴とする光学特性調整板付光導波回路。 - 前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は一様な屈折率を有する位相調整板であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記位相調整板の屈折率が前記複数の導波路の屈折率と異なっていることを特徴とする請求項２に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記位相調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする請求項２に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが異なることを特徴とする請求項４に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は一様な吸収係数を有する振幅調整板であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記振幅調整板を構成する膜の凹部が透明材料により埋められていることを特徴とする請求項６に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記膜の屈折率と該膜の凹部を埋める透明材料の屈折率とが同一であることを特徴とする請求項７に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路であって、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に該光導波回路の光学特性を調整する光学特性調整板が設置され、
該光学特性調整板が、一定厚みの膜と、該膜の上に形成され該膜の長手方向に厚みが異なる金属膜とから構成されている振幅調整板であり、
前記金属膜の厚みが、前記光導波路の各々を伝搬する光の振幅の測定値から決定された各光導波路に必要な振幅調整量に対応して、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなっていることを特徴とする光学特性調整板付光導波回路。 - 前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の複屈折であり、前記光学特性調整板は複屈折調整板であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填したことを特徴する請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが異なることを特徴とする請求項１２に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする請求項１２に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記光学特性調整板が複屈折調整板であり、該複屈折調整板の一方の屈折率と前記接着剤の屈折率とが同一であることを特徴とする請求項１２に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 前記溝が少なくとも二つ形成されており、その内の一つに設置される光学特性調整板が位相調整板であり、他の一つに設置される光学特性調整板が振幅調整板であることを特徴とする請求項１に記載の光学特性調整板付光導波回路。
- 基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、
前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、
一様な光学特性を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が各光導波路の前記光学特性調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程によって光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、
前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程と
を有してなることを特徴とする光学特性調整板付光導波回路の製造方法。 - 前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の位相であり、前記光学特性調整板は位相調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
- 前記位相調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な屈折率を有する膜の凹部を該膜の屈折率と異なる屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
- 前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な吸収係数を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の振幅調整量に応じた膜厚となるように凹凸を長手方向に形成する工程からなることを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
- 前記振幅調整板を作製する光学特性調整板作製工程が、さらに、凹凸が形成された一様な吸収係数を有する膜の凹部を該膜の屈折率と同一の屈折率を有する透明材料により埋めて該膜を平坦化する膜平坦化工程を有することを特徴とする請求項２０に記載の製造方法。
- 基板上に複数の光導波路を有してなる光導波回路に、前記複数の光導波路のすべてを横切る溝を形成する溝形成工程と、
前記複数の光導波路を光が伝搬するときの各光導波路それぞれの光学特性を測定し、各光導波路の光学特性の測定値から各光導波路に必要な光学特性の調整量を決定する光学特性調整量決定工程と、
光学特性調整板を作製する光学特性調整板作製工程と、
前記溝に前記光学特性調整板を設置する光学特性調整板設置工程とを有し、
前記光導波路の光学特性が該光導波路を伝搬する光の振幅であり、前記光学特性調整板は振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一定厚みの膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする光学特性調整板付光導波回路の製造方法。 - 前記光導波路の光学特性が、該光導波路を伝搬する光の位相および振幅であり、前記光学特性調整板は位相振幅調整板であり、前記光学特性調整板作製工程が、一様な屈折率を有する膜に、前記各光導波路と交差する位置の膜厚が前記各光導波路の位相調整量に応じた膜厚になるように凹凸を長手方向に形成するとともに、該膜の上に、前記各光導波路と交差する位置の厚みが前記各光導波路の振幅調整量に応じた厚みとなる厚み変化を長手方向に有する金属膜を形成する工程からなることを特徴とする請求項１ ７に記載の製造方法。
- 前記光学特性調整板設置工程の後に、前記溝の内壁と前記光学特性調整板との間隙に光学的に透明な接着剤を充填する接着剤充填工程を有することを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
- 前記光学特性調整板が位相調整板であり、該位相調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを異ならせることを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
- 前記光学特性調整板が振幅調整板であり、該振幅調整板の屈折率と前記接着剤の屈折率とを同一とすることを特徴とする請求項２４に記載の製造方法。
- 前記溝形成工程で少なくとも二つの溝を形成し、その内の一つには光学特性調整板として位相調整板を設置し、他の一つには光学特性調整板として振幅調整板を設置することを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
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