JP3632851B2 - アレイ導波路格子の位相調整用マスクおよびそれを用いたアレイ導波路格子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ導波路格子の位相調整用マスクおよびそれを用いたアレイ導波路格子の製造方法に関するものである。より具体的には、基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子において、アレイ導波路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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレイ導波路型回折格子では、各アレイ導波路の長さが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、これがチャネル間のクロストークを劣化させる要因になる。アレイ導波路＃ｋ（ｋ＝１，２，…Ｎ：Ｎはアレイ導波路の本数）の位相誤差φｋ を解消するには、Φ−φｋ なる位相変化を導波路の一部に誘起すればよい。ここで、Φは定数である。
【０００３】
アレイ導波路の位相を変化させる手段として、紫外光により導波路の屈折率が変化する光誘起屈折率変化がある。紫外光による屈折率変化のメカニズムは完全には解明されていないが、石英系導波路に添加されたＧｅの欠陥に基づくクラマース・クロ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ていると考えられる。この現象は、Ｇｅ添加コアファイバにブラッグ回折格子を作製する技術に応用され実用化されている。
【０００４】
図１に、アレイ導波路の位相誤差を解消すべくアレイ導波路の位相を変化させる従来技術を示す。図１において、１はアレイ導波路格子の基板、２は入力導波路、３は分岐用スラブ導波路、４はアレイ導波路、５は合波用スラブ導波路、６は出力導波路、７は薄いアルミ板で作製した位相調整用マスク、８は紫外レーザビームである。本効果によれば、アレイ導波路４に紫外光を照射しただけで照射部分の屈折率が変化するので、図１に示すごとく、各アレイ導波路４に対して、Ｃ（Φ−φｋ ）（Ｃは定数）に比例する長さの導波路のみ露呈させ他の部分は遮蔽する位相調整用マスク７を作製し、この位相調整用マスク７を基板１のうちアレイ導波路４の部分に載せた後に、位相調整用マスク７全体を紫外レーザビーム８で照射すればよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、位相調整用マスク全体の寸法は通常数ｃｍあるので、位相調整用マスクを所望するアレイ導波路近辺にこれだけのスペースが最低必要である。たとえば、偏波無依存化のためにアレイ導波路の中心部を加工して半波長板を設置したり、温度無依存化を目的としてアレイ導波路の中心部分を加工してポリマー系化合物を設置したりすれば、空いているスペースの寸法は１ｃｍ未満となり、位相調整用マスクを設置できなくなる場合も発生する。
【０００６】
位相調整用マスクを介した光誘起屈折率変化では、位相調整用マスクを一様パワーのビームで照射することが重要である。
しかしながら、
（１）レーザビーム断面で光パワーが一様な部分は通常１ｃｍ２ しかなく、
（２）アレイ導波路が密集するスラブ導波路近辺ではアレイ導波路が互いに発散する傾向にある。
このため、照射に使えるアレイ導波路の長さはせいぜい５ｍｍ程度が限度である。一方、破壊されず長期信頼性が期待できる範囲で誘起できる屈折率の変化は６×１０−４程度である。
以上の理由から、位相調整用マスクを用いて補償できる位相は数ｒａｄ程度に制限されるので、従来の方法で１０ｒａｄといった大きな位相誤差を補償することは実質的に不可能であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
位相調整用マスクを介して紫外光を照射して光誘起屈折率変化を誘起させる従来の方法では、（１）位相調整用マスクを設置するスペースを確保しずらい、（２）大きな位相誤差を補償するのに十分な長さのアレイ導波路を確保できないといった問題があったので、本発明では、紫外光照射部分をアレイ導波路からスラブ導波路に変更することを特徴とする。これは、スラブ導波路の成分がアレイ導波路の成分と同じであるため、紫外光の照射によってスラブ部分でも屈折率が変化するからである。
【０００８】
上記知見に基づく本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、
基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子の、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の前記分岐用スラブ導波路または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の前記合波用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφk 、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点、または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の複数の出力導波路のうち所望の出力導波路が合波用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路と接する地点をＢk 、Ａ とＢk を結ぶ直線をＬk 、直線Ｌk 上の点をＰk 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐk から直線Ｌk に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑk を求め、点Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN とＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、
基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子の前記分岐用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφ k 、入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＢ k 、Ａ とＢ k を結ぶ直線をＬ k 、直線Ｌ k 上の点をＰ k 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐ k から直線Ｌ k に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑ k を求め、点Ｐ 1 ，Ｐ 2 ，…Ｐ N-1 ，Ｐ N とＱ N ，Ｑ N-1 ，…Ｑ 2 ，Ｑ 1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、点（Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，Ｐ N ）、定数Ｃから構成されるグループを２組以上設定してこれらをΩi （ｉ＝１，２，…Ｍ：Ｍはグループの個数）と命名し、それぞれのグループに対応して設定される実数の組を｛Φ ki ｝としΦ ki のｉに対する総和を請求項１または請求項２に記載したある定数Φに等しいと置き、それぞれのΩi に対して得られる前記閉曲線Σi を請求項１または請求項２に記載した方法で導出し、かつ、これらの閉曲線が互いに交わることの無いように前記Ωi の各パラメータを設定し、その表面がこれらの閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σi で囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、基板上の、前記アレイ導波路の光が伝播しない場所であってかつ前記閉曲線の外側の場所に少なくとも１個マーカを設置し、点｛Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN ｝と（ＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 ）を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有し、かつ、前記マーカ地点に相当する場所にマーカを有することを特徴とする。
【００１１】
また本発発明のアレイ導波路格子の製造方法の構成は、基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子に対し、請求項１乃至請求項３の何れかの一項に記載した位相調整用マスクを作製し、該位相調整用マスクの閉曲線で囲まれた窓が、前記スラブ導波路上の点Ｐ１ ，Ｐ２ ，…ＰＮ−１ ，ＰＮ およびＱＮ ，ＱＮ−１ ，…Ｑ２ ，Ｑ１ と重なるように該位相調整用マスクをスラブ導波路上に設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とする。
【００１２】
また本発明のアレイ導波路格子の製造方法の構成は、前記分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路に偏光方向を９０度回転せしめる半波長板を設置し、該半波長板に関して両側のスラブ導波路部分に、前記位相調整用マスクを設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、従来技術と同一機能を果たす部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１４】
＜発明の原理＞
図２は、本発明の原理を説明する図であって、Ａは入力導波路２とスラブ導波路３の接点、Ｎをアレイ導波路４（＃１〜＃Ｎ）の総本数として、Ｂ１ ，Ｂ２ ，…Ｂｋ ，…ＢＮ はそれぞれアレイ導波路＃１，＃２，…＃ｋ，…＃Ｎとスラブ導波路３との接点である。入力導波路２から出射する光ビームは放射状に広がってアレイ導波路４（＃１〜＃Ｎ）に分配されるので、点Ａとアレイ導波路＃ｋ（ｋ＝１，２，…Ｎ）を結ぶ直線Ｌｋ は入力導波路２からアレイ導波路＃ｋに入射する光の経路と考えてよい。
【００１５】
このため、直線（光経路）Ｌｋ 上で、点Ｐｋ からＣ（Φ−φｋ ）（Ｃは定数）の長さの地点Ｑｋ を求め、点Ｐ１ ，Ｐ２ ，…ＰＮ−１ ，ＰＮ とＱＮ ，ＱＮ−１ ，…Ｑ２ ，Ｑ１ を順次結んで得られる閉曲線を作り、この部分だけ紫外光が照射されるように窓を作製することにより、光経路Ｌｋ を伝播する光の位相をΦ−φｋ だけ変化させることができる。これは、Ａ，Ｂｋ 点を通過した後にアレイ導波路＃ｋを伝播して出力導波路より出射する光の経路にΦ−φｋ を誘導することになるので、この経路が有する位相誤差φｋ が解消されることになる。
【００１６】
＜第一の実施例＞
図３は本発明の第一の実施例を示す図であって、９はアルミ板で作製した位相調整用マスク、１０，１１，１２は位相誤差データから作製した窓である。アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）のチャネル間隔は５ＧＨｚ、チャネル数は３５０、アレイ導波路４の本数は７４０であった。このＡＷＧは、図４に示すごとく、１４ｒａｄにも及ぶ位相誤差を有していた。
【００１７】
図３に示した構造からもわかる通り、最短のアレイ導波路４はスラブ導波路３（またはスラブ導波路５）から離れた直後に急激に中心部分に向かって方向転換する一方、最長のアレイ導波路４は直線的に伸びる形状をしていたので、紫外光で一様に照射できるアレイ導波路部分の長さはせいぜい３ｍｍ程度であり、アレイ導波路４の屈折率変化を利用する従来の方法では、１４ｒａｄに及ぶ位相誤差を補償することは不可能であった。
【００１８】
本実施例で使用したアレイ導波路型回折格子のスラブ導波路３，５は４ｃｍの長さであり、スラブ導波路３，５内では何ら加工が施されていないので、長さ４ｃｍの光経路に対して位相調整を行うことができるはずである。しかしながら、紫外光ビーム断面で光パワーが一様な領域は１ｃｍ２ であった。
【００１９】
そこで、本実施例では、図３に示すごとく、金属製の位相調整用マスク９上に位相誤差データから求めた閉曲線で囲まれた窓１０，窓１１および窓１２を作製し、これらの窓１０，１１，１２を介して順次、紫外光でスラブ導波路３を一様に照射した。この方法で最終的に誘起される屈折率変化は単一の窓に比べて３倍になるので、図５に示すごとく、透過バンドのサイドローブは２０ｄＢ以上も低減され、１４ｒａｄの位相誤差を補償することが可能となった。図５では、便宜上、照射後の透過バンドのピークを０ｄＢに設定した。
【００２０】
ここで、スラブ導波路近辺の基板には十字型のマーカーが作製されており、位相調整用マスクに設置したマーカが基板上のマーカと一致するように位相調整用マスク９を基板に固定した。
【００２１】
＜第二の実施例＞
紫外光の照射による光誘起屈折率変化量はＴＥとＴＭのモードで異なるので、図３に示した第一の実施例では、一方のモードしか位相補償することができない。そこで、両モードとも位相補償することを目的として、図６に示すように、分岐用スラブ導波路３を加工して偏光方向を９０度回転する半波長板１３を設置した。更に、位相誤差データから、第一の実施例で説明した方法で作製した窓１４を有する位相調整用マスク１６と窓１５を有する位相調整用マスク１７を、半波長板１３の両側に設置した。
【００２２】
ここで、アレイ導波路格子の透過バンドをＴＥとＴＭのモードに対して一致させるため、半波長板１８をアレイ導波路４を垂直に横断する位置に設置する加工を施してある。このため、従来の方法でアレイ導波路の位相調整を行うための位相調整用マスクを設置するスペースは、ほとんど無かった。
【００２３】
図６において、Ａ点から出射したＴＥおよびＴＭモードの光は分岐用スラブ導波路３をＴＥおよびＴＭモードで伝播するので、位相調整用マスク１６を介して誘起される屈折率変化は、αＴＥ，αＴＭと表される。ここで、αＴＥ≠αＴＭである。半波長板１３によって、ＴＥモードはＴＭモードに、ＴＭモードはＴＥモードに変換されるので、Ａ点でＴＥおよびＴＭモードで出射した光が位相調整用マスク１７を介して受ける屈折率変化はそれぞれ、αＴＭ，αＴＥと表される。このため、両位相調整用マスク１６，１７を介して最終的に誘起される屈折率変化は両モードともにαＴＥ＋αＴＭとなり、光誘起屈折率変化のモード依存性を解消することができる。
【００２４】
図７は、紫外光照射前後のＴＥおよびＴＭモードに対する誘起バンドの変化を示す。位相調整により、両モードの透過バンドともに、サイドローブを２０ｄＢ以上低減することに成功した。ここで、各透過バンドのピークは便宜上０ｄＢに設定した。
【００２５】
＜変形例＞
なお、上記実施例では入射側の分岐用スラブ導波路３に位相調整用マスクを施して紫外光を照射したが、出射側の合波用スラブ導波路５に位相調整用マスクを施して紫外線を照射しても同一の効果が期待できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、紫外線照射部分をアレイ導波路からスラブ導波路に変更するようにしたため、アレイ導波路部分に紫外光照射用の位相調整用マスクを設置するスペースがなくても、位相調整を行うことができるようになった。
【００２７】
また、レーザビーム断面において光パワーが一様な部分が狭いことを考慮し、位相調整用マスクに複数の窓を形成し、この窓を介してスラブ導波路の複数の部分に紫外光を照射させることにより、大きな位相誤差をも解消することが可能となった。
【００２８】
更に、偏光方向を９０度回転せしめる半波長板をスラブ導波路に設置することにより、ＴＥモードであってもＴＭモードであっても光誘起屈折率変化量を等しくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を示す構成図である。
【図２】本発明の原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の第一の実施例による位相調整用マスクが設置されたアレイ導波路型回折格子を示す構成図である。
【図４】位相調整前のアレイ導波路型回折格子の位相誤差分布を示す特性図である。
【図５】位相調整前後のアレイ導波路型回折格子の透過バンドを示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例による位相調整用マスクが設置されたアレイ導波路型回折格子を示す構成図である。
【図７】位相調整前後のアレイ導波路型回折格子の透過バンドを示す特性図である。
【符号の説明】
１ アレイ導波路格子の基板
２ 入力導波路
３ 分岐用スラブ導波路
４ アレイ導波路
５ 合波用スラブ導波路
６ 出力導波路
７ 位相調整用マスク
８ 紫外レーザビーム
９ 位相調整用マスク
１０，１１，１２ 照射するスラブ部分を露呈させるための窓
１３ 半波長板
１４，１５ 照射するスラブ部分を露呈させるための窓
１６，１７ 位相調整用マスク
１８ 半波長板
Ａ 入力導波路が分岐用スラブと接する点
Ｂ アレイ導波路が分岐用スラブと接する点
Ｌ１ 〜ＬＮ 直線（光経路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ導波路格子の位相調整用マスクおよびそれを用いたアレイ導波路格子の製造方法に関するものである。より具体的には、基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子において、アレイ導波路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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレイ導波路型回折格子では、各アレイ導波路の長さが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、これがチャネル間のクロストークを劣化させる要因になる。アレイ導波路＃ｋ（ｋ＝１，２，…Ｎ：Ｎはアレイ導波路の本数）の位相誤差φｋ を解消するには、Φ−φｋ なる位相変化を導波路の一部に誘起すればよい。ここで、Φは定数である。
【０００３】
アレイ導波路の位相を変化させる手段として、紫外光により導波路の屈折率が変化する光誘起屈折率変化がある。紫外光による屈折率変化のメカニズムは完全には解明されていないが、石英系導波路に添加されたＧｅの欠陥に基づくクラマース・クロ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ていると考えられる。この現象は、Ｇｅ添加コアファイバにブラッグ回折格子を作製する技術に応用され実用化されている。
【０００４】
図１に、アレイ導波路の位相誤差を解消すべくアレイ導波路の位相を変化させる従来技術を示す。図１において、１はアレイ導波路格子の基板、２は入力導波路、３は分岐用スラブ導波路、４はアレイ導波路、５は合波用スラブ導波路、６は出力導波路、７は薄いアルミ板で作製した位相調整用マスク、８は紫外レーザビームである。本効果によれば、アレイ導波路４に紫外光を照射しただけで照射部分の屈折率が変化するので、図１に示すごとく、各アレイ導波路４に対して、Ｃ（Φ−φｋ ）（Ｃは定数）に比例する長さの導波路のみ露呈させ他の部分は遮蔽する位相調整用マスク７を作製し、この位相調整用マスク７を基板１のうちアレイ導波路４の部分に載せた後に、位相調整用マスク７全体を紫外レーザビーム８で照射すればよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、位相調整用マスク全体の寸法は通常数ｃｍあるので、位相調整用マスクを所望するアレイ導波路近辺にこれだけのスペースが最低必要である。たとえば、偏波無依存化のためにアレイ導波路の中心部を加工して半波長板を設置したり、温度無依存化を目的としてアレイ導波路の中心部分を加工してポリマー系化合物を設置したりすれば、空いているスペースの寸法は１ｃｍ未満となり、位相調整用マスクを設置できなくなる場合も発生する。
【０００６】
位相調整用マスクを介した光誘起屈折率変化では、位相調整用マスクを一様パワーのビームで照射することが重要である。
しかしながら、
（１）レーザビーム断面で光パワーが一様な部分は通常１ｃｍ２ しかなく、
（２）アレイ導波路が密集するスラブ導波路近辺ではアレイ導波路が互いに発散する傾向にある。
このため、照射に使えるアレイ導波路の長さはせいぜい５ｍｍ程度が限度である。一方、破壊されず長期信頼性が期待できる範囲で誘起できる屈折率の変化は６×１０−４程度である。
以上の理由から、位相調整用マスクを用いて補償できる位相は数ｒａｄ程度に制限されるので、従来の方法で１０ｒａｄといった大きな位相誤差を補償することは実質的に不可能であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
位相調整用マスクを介して紫外光を照射して光誘起屈折率変化を誘起させる従来の方法では、（１）位相調整用マスクを設置するスペースを確保しずらい、（２）大きな位相誤差を補償するのに十分な長さのアレイ導波路を確保できないといった問題があったので、本発明では、紫外光照射部分をアレイ導波路からスラブ導波路に変更することを特徴とする。これは、スラブ導波路の成分がアレイ導波路の成分と同じであるため、紫外光の照射によってスラブ部分でも屈折率が変化するからである。
【０００８】
上記知見に基づく本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、
基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子の、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の前記分岐用スラブ導波路または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の前記合波用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφk 、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点、または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の複数の出力導波路のうち所望の出力導波路が合波用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路と接する地点をＢk 、Ａ とＢk を結ぶ直線をＬk 、直線Ｌk 上の点をＰk 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐk から直線Ｌk に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑk を求め、点Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN とＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、
基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子の前記分岐用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφ k 、入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＢ k 、Ａ とＢ k を結ぶ直線をＬ k 、直線Ｌ k 上の点をＰ k 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐ k から直線Ｌ k に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑ k を求め、点Ｐ 1 ，Ｐ 2 ，…Ｐ N-1 ，Ｐ N とＱ N ，Ｑ N-1 ，…Ｑ 2 ，Ｑ 1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、点（Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，Ｐ N ）、定数Ｃから構成されるグループを２組以上設定してこれらをΩi （ｉ＝１，２，…Ｍ：Ｍはグループの個数）と命名し、それぞれのグループに対応して設定される実数の組を｛Φ ki ｝としΦ ki のｉに対する総和を請求項１または請求項２に記載したある定数Φに等しいと置き、それぞれのΩi に対して得られる前記閉曲線Σi を請求項１または請求項２に記載した方法で導出し、かつ、これらの閉曲線が互いに交わることの無いように前記Ωi の各パラメータを設定し、その表面がこれらの閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σi で囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明のアレイ導波路格子の位相調整用マスクの構成は、基板上の、前記アレイ導波路の光が伝播しない場所であってかつ前記閉曲線の外側の場所に少なくとも１個マーカを設置し、点｛Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN ｝と（ＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 ）を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有し、かつ、前記マーカ地点に相当する場所にマーカを有することを特徴とする。
【００１１】
また本発発明のアレイ導波路格子の製造方法の構成は、基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子に対し、請求項１乃至請求項３の何れかの一項に記載した位相調整用マスクを作製し、該位相調整用マスクの閉曲線で囲まれた窓が、前記スラブ導波路上の点Ｐ１ ，Ｐ２ ，…ＰＮ−１ ，ＰＮ およびＱＮ ，ＱＮ−１ ，…Ｑ２ ，Ｑ１ と重なるように該位相調整用マスクをスラブ導波路上に設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とする。
【００１２】
また本発明のアレイ導波路格子の製造方法の構成は、前記分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路に偏光方向を９０度回転せしめる半波長板を設置し、該半波長板に関して両側のスラブ導波路部分に、前記位相調整用マスクを設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、従来技術と同一機能を果たす部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１４】
＜発明の原理＞
図２は、本発明の原理を説明する図であって、Ａは入力導波路２とスラブ導波路３の接点、Ｎをアレイ導波路４（＃１〜＃Ｎ）の総本数として、Ｂ１ ，Ｂ２ ，…Ｂｋ ，…ＢＮ はそれぞれアレイ導波路＃１，＃２，…＃ｋ，…＃Ｎとスラブ導波路３との接点である。入力導波路２から出射する光ビームは放射状に広がってアレイ導波路４（＃１〜＃Ｎ）に分配されるので、点Ａとアレイ導波路＃ｋ（ｋ＝１，２，…Ｎ）を結ぶ直線Ｌｋ は入力導波路２からアレイ導波路＃ｋに入射する光の経路と考えてよい。
【００１５】
このため、直線（光経路）Ｌｋ 上で、点Ｐｋ からＣ（Φ−φｋ ）（Ｃは定数）の長さの地点Ｑｋ を求め、点Ｐ１ ，Ｐ２ ，…ＰＮ−１ ，ＰＮ とＱＮ ，ＱＮ−１ ，…Ｑ２ ，Ｑ１ を順次結んで得られる閉曲線を作り、この部分だけ紫外光が照射されるように窓を作製することにより、光経路Ｌｋ を伝播する光の位相をΦ−φｋ だけ変化させることができる。これは、Ａ，Ｂｋ 点を通過した後にアレイ導波路＃ｋを伝播して出力導波路より出射する光の経路にΦ−φｋ を誘導することになるので、この経路が有する位相誤差φｋ が解消されることになる。
【００１６】
＜第一の実施例＞
図３は本発明の第一の実施例を示す図であって、９はアルミ板で作製した位相調整用マスク、１０，１１，１２は位相誤差データから作製した窓である。アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）のチャネル間隔は５ＧＨｚ、チャネル数は３５０、アレイ導波路４の本数は７４０であった。このＡＷＧは、図４に示すごとく、１４ｒａｄにも及ぶ位相誤差を有していた。
【００１７】
図３に示した構造からもわかる通り、最短のアレイ導波路４はスラブ導波路３（またはスラブ導波路５）から離れた直後に急激に中心部分に向かって方向転換する一方、最長のアレイ導波路４は直線的に伸びる形状をしていたので、紫外光で一様に照射できるアレイ導波路部分の長さはせいぜい３ｍｍ程度であり、アレイ導波路４の屈折率変化を利用する従来の方法では、１４ｒａｄに及ぶ位相誤差を補償することは不可能であった。
【００１８】
本実施例で使用したアレイ導波路型回折格子のスラブ導波路３，５は４ｃｍの長さであり、スラブ導波路３，５内では何ら加工が施されていないので、長さ４ｃｍの光経路に対して位相調整を行うことができるはずである。しかしながら、紫外光ビーム断面で光パワーが一様な領域は１ｃｍ２ であった。
【００１９】
そこで、本実施例では、図３に示すごとく、金属製の位相調整用マスク９上に位相誤差データから求めた閉曲線で囲まれた窓１０，窓１１および窓１２を作製し、これらの窓１０，１１，１２を介して順次、紫外光でスラブ導波路３を一様に照射した。この方法で最終的に誘起される屈折率変化は単一の窓に比べて３倍になるので、図５に示すごとく、透過バンドのサイドローブは２０ｄＢ以上も低減され、１４ｒａｄの位相誤差を補償することが可能となった。図５では、便宜上、照射後の透過バンドのピークを０ｄＢに設定した。
【００２０】
ここで、スラブ導波路近辺の基板には十字型のマーカーが作製されており、位相調整用マスクに設置したマーカが基板上のマーカと一致するように位相調整用マスク９を基板に固定した。
【００２１】
＜第二の実施例＞
紫外光の照射による光誘起屈折率変化量はＴＥとＴＭのモードで異なるので、図３に示した第一の実施例では、一方のモードしか位相補償することができない。そこで、両モードとも位相補償することを目的として、図６に示すように、分岐用スラブ導波路３を加工して偏光方向を９０度回転する半波長板１３を設置した。更に、位相誤差データから、第一の実施例で説明した方法で作製した窓１４を有する位相調整用マスク１６と窓１５を有する位相調整用マスク１７を、半波長板１３の両側に設置した。
【００２２】
ここで、アレイ導波路格子の透過バンドをＴＥとＴＭのモードに対して一致させるため、半波長板１８をアレイ導波路４を垂直に横断する位置に設置する加工を施してある。このため、従来の方法でアレイ導波路の位相調整を行うための位相調整用マスクを設置するスペースは、ほとんど無かった。
【００２３】
図６において、Ａ点から出射したＴＥおよびＴＭモードの光は分岐用スラブ導波路３をＴＥおよびＴＭモードで伝播するので、位相調整用マスク１６を介して誘起される屈折率変化は、αＴＥ，αＴＭと表される。ここで、αＴＥ≠αＴＭである。半波長板１３によって、ＴＥモードはＴＭモードに、ＴＭモードはＴＥモードに変換されるので、Ａ点でＴＥおよびＴＭモードで出射した光が位相調整用マスク１７を介して受ける屈折率変化はそれぞれ、αＴＭ，αＴＥと表される。このため、両位相調整用マスク１６，１７を介して最終的に誘起される屈折率変化は両モードともにαＴＥ＋αＴＭとなり、光誘起屈折率変化のモード依存性を解消することができる。
【００２４】
図７は、紫外光照射前後のＴＥおよびＴＭモードに対する誘起バンドの変化を示す。位相調整により、両モードの透過バンドともに、サイドローブを２０ｄＢ以上低減することに成功した。ここで、各透過バンドのピークは便宜上０ｄＢに設定した。
【００２５】
＜変形例＞
なお、上記実施例では入射側の分岐用スラブ導波路３に位相調整用マスクを施して紫外光を照射したが、出射側の合波用スラブ導波路５に位相調整用マスクを施して紫外線を照射しても同一の効果が期待できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、紫外線照射部分をアレイ導波路からスラブ導波路に変更するようにしたため、アレイ導波路部分に紫外光照射用の位相調整用マスクを設置するスペースがなくても、位相調整を行うことができるようになった。
【００２７】
また、レーザビーム断面において光パワーが一様な部分が狭いことを考慮し、位相調整用マスクに複数の窓を形成し、この窓を介してスラブ導波路の複数の部分に紫外光を照射させることにより、大きな位相誤差をも解消することが可能となった。
【００２８】
更に、偏光方向を９０度回転せしめる半波長板をスラブ導波路に設置することにより、ＴＥモードであってもＴＭモードであっても光誘起屈折率変化量を等しくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を示す構成図である。
【図２】本発明の原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の第一の実施例による位相調整用マスクが設置されたアレイ導波路型回折格子を示す構成図である。
【図４】位相調整前のアレイ導波路型回折格子の位相誤差分布を示す特性図である。
【図５】位相調整前後のアレイ導波路型回折格子の透過バンドを示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例による位相調整用マスクが設置されたアレイ導波路型回折格子を示す構成図である。
【図７】位相調整前後のアレイ導波路型回折格子の透過バンドを示す特性図である。
【符号の説明】
１ アレイ導波路格子の基板
２ 入力導波路
３ 分岐用スラブ導波路
４ アレイ導波路
５ 合波用スラブ導波路
６ 出力導波路
７ 位相調整用マスク
８ 紫外レーザビーム
９ 位相調整用マスク
１０，１１，１２ 照射するスラブ部分を露呈させるための窓
１３ 半波長板
１４，１５ 照射するスラブ部分を露呈させるための窓
１６，１７ 位相調整用マスク
１８ 半波長板
Ａ 入力導波路が分岐用スラブと接する点
Ｂ アレイ導波路が分岐用スラブと接する点
Ｌ１ 〜ＬＮ 直線（光経路）
Claims (6)
- 基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子の、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の前記分岐用スラブ導波路または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の前記合波用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφk 、前記アレイ導波路格子が波長分波器として機能する場合の入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点、または前記アレイ導波路格子が波長合波器として機能する場合の複数の出力導波路のうち所望の出力導波路が合波用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路と接する地点をＢk 、Ａ とＢk を結ぶ直線をＬk 、直線Ｌk 上の点をＰk 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐk から直線Ｌk に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑk を求め、点Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN とＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。 - 基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成され、入力導波路への入射光を分波してそれぞれの出力導波路より出射するアレイ導波路格子の前記分岐用スラブ導波路の一部のみを露呈させることを目的とする位相調整用マスクであって、
アレイ導波路の本数をＮ、入力導波路から入射して分岐用スラブ導波路，ｋ（＝１，２，…Ｎ）番目のアレイ導波路，合波用スラブ導波路を伝播した後に出力導波路から出射する光の伝播経路の設計値からの位相のずれをφ k 、入力導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＡ 、ｋ番目のアレイ導波路が分岐用スラブ導波路と接する地点をＢ k 、Ａ とＢ k を結ぶ直線をＬ k 、直線Ｌ k 上の点をＰ k 、Φをある定数、Ｃをある定数として、点Ｐ k から直線Ｌ k に沿って光経路Ｌ k を伝播する光の位相をΦ−φ k だけ変化させるような距離Ｃ（Φ −φ k ）にある地点Ｑ k を求め、点Ｐ 1 ，Ｐ 2 ，…Ｐ N-1 ，Ｐ N とＱ N ，Ｑ N-1 ，…Ｑ 2 ，Ｑ 1 を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線Σよりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。 - 請求項１または請求項２に記載のアレイ導波路格子の位相調整用マスクにおいて、
点（Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，Ｐ N ）、定数Ｃから構成されるグループを２組以上設定してこれらをΩi （ｉ＝１，２，…Ｍ：Ｍはグループの個数）と命名し、それぞれのグループに対応して設定される実数の組を｛Φ ki ｝としΦ ki のｉに対する総和を請求項１または請求項２に記載したある定数Φに等しいと置き、それぞれのΩi に対して得られる前記閉曲線Σi を請求項１または請求項２に記載した方法で導出し、かつ、これらの閉曲線が互いに交わることの無いように前記Ωi の各パラメータを設定し、その表面がこれらの閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σi で囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。 - 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のアレイ導波路格子の位相調整用マスクにおいて、
基板上の、前記アレイ導波路の光が伝播しない場所であってかつ前記閉曲線の外側の場 所に少なくとも１個マーカを設置し、点｛Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN ｝と（ＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 ）を順次結んで得られる閉曲線Σを求め、その表面が該閉曲線よりも広く、紫外光を遮断するプレート上で、該閉曲線Σで囲まれた部分を除去してできる間隙を紫外光照射のための窓として有し、かつ、前記マーカ地点に相当する場所にマーカを有することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。 - 基板上に形成され、入力導波路、分岐用スラブ導波路、合波用スラブ導波路、複数の出力導波路、前記分岐用スラブ導波路と前記合波用スラブ導波路に挟まれたアレイ導波路から構成されるアレイ導波路格子に対し、請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載した位相調整用マスクを作製し、該位相調整用マスクの閉曲線で囲まれた窓が、前記スラブ導波路上の点Ｐ1 ，Ｐ2 ，…ＰN-1 ，ＰN およびＱN ，ＱN-1 ，…Ｑ2 ，Ｑ1 と重なるように該位相調整用マスクをスラブ導波路上に設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。
- 請求項５に記載したアレイ導波路格子の製造方法において、
前記分岐用スラブ導波路または合波用スラブ導波路に偏光方向を９０度回転せしめる半波長板を設置し、該半波長板に関して両側のスラブ導波路部分に、前記位相調整用マスクを設置し、該位相調整用マスク上の窓全体を紫外光で照射した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。
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