JP4885295B2 - アレイ導波路格子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係るアレイ導波路格子(以下、AWGという。)10は、図1に示すように、石英基板11上に、フォトリソグラフィ技術などの半導体微細加工技術を用いた石英系PLC作製技術により、コアとクラッドからなる光導波路が形成された平面光波回路(PLC)である。
φ=(2π/λ)(ncorr−norg)・L ・・・式1
ここで、norgは各チャネル導波路の基本導波路幅W1の直線導波路の屈折率、ncorrは各チャネル導波路の幅広導波路の屈折率、Lは各チャネル導波路の幅広導波路の長さである。
次に、本発明の第2実施形態に係るアレイ導波路格子(AWG)10Aを図4(a)および図4(b)に基づいて説明する。
<AWG10の作製方法>
次に、上記構成を有するAWG10或いはAWG10Aの作製方法を説明する。
50GHz−80chのフラット型AWGを作製した結果を図5(a)、(b)および図6(a)、(b)に示す。図5(a)において、曲線100はそのフラット型AWGにおける設計値の透過スペクトルを、曲線101、102および103は作製した従来のAWG(AWGチップ)A,BおよびCの透過スペクトルの実測値をそれぞれ示す。また、図6(a)において、曲線100はそのフラット型AWGにおける設計値の透過スペクトルを、曲線104,105および106は作製されたAWGチップD,EおよびFの透過スペクトルの実測値をそれぞれ示す。
通常の石英系PLC技術を用いて図2(a)に示すような位相修正部30を有する50GHz−80chのフラット型AWG10(図1参照)を作製した。この際、図3に示す本発明のフォトマスク40には、チャネル導波路211〜21Mのm番目のチャネル導波路に対し、0.7π(m−M/2)2となる位相を付与するように、幅W2の幅広導波路37を形成すると共に、各幅広導波路37の長さLが所定値になるように設定した。作製したAWG10の透過スペクトル特性を図9(a)、(b)に示す。図9(a)、(b)から、作製したAWG10では、ほぼ設計値通りの透過スペクルが得られており、本発明の方法が非常に有効であることが分かる。
通常の石英系PLC技術を用いて図4(a)に示すような位相修正部30Aを有する50GHz−80chのフラット型AWG10Aを作製した。この際、上記本発明のフォトマスク中には、M本のチャネル導波路211〜21Mのうち、m(1≦m≦M)番目のチャネル導波路に対し、0.3π(m−M/2)3となる位相を付与するように、幅W2の幅広導波路37a(図4(b)参照)を形成すると共に、各幅広導波路37aの長さLが所定量になるように設定した。作製したAWG10Aの透過スペクトル特性を図10(a)、(b)に示す。図10(a)、(b)から、作製したAWG10Aでは、ほぼ設計値通りの透過スペクルが得られており、本発明の方法が非常に有効であることが分かる。
(1)位相修正部30が、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2)2+b(m−M/2)+cとなる位相を付与することで、アレイ導波路20の位相誤差を解消すべくアレイ導波路20の各チャネル導波路211〜21Mの位相を変化させ、設計値に近い透過スペクトルが得られる。つまり、上記従来のフォトマスクで発生している位相誤差を修正する形状をあらかじめ本発明のフォトマスク40に設けた位相修正子に入れ込んでおき、そのフォトマスク40を用いてAWGを作製することで、設計特性に近い透過スペクトル特性を得ることができると共に、量産性に優れたAWG10を実現することができる。
(2)図2(a)に示す位相修正部30が、アレイ導波路20の直線導波路部20aに設けられているので、位相修正部30を形成するための導波路パターンを有するフォトマスク40の設計およびAWG10自体の設計が容易になる。
(3)位相修正部30により、各チャネル導波路211〜21Mには、アレイ導波路20の中心Cに関して左右対称に位相が付与されるようになっているので、各チャネル導波路211〜21Mの位相を、中心Cに関して左右対称に等分に変化させることができ、設計値に近い透過スペクトルが得られる。
(4)位相修正部30は、アレイ導波路20の一部の狭い領域、つまり、直線導波路部20aにのみ設けてあるので、フォトマスク40自体の作製誤差が位相修正部30に及ぼす影響は無視でき、設計値に近い透過スペクトルが得られる。
(1)位相修正部30Aが、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2)3+b(m−M/2)2+c(m−M/2)+dとなる位相を付与することで、アレイ導波路20の位相誤差を解消すべくアレイ導波路20の各チャネル導波路211〜21Mの位相を変化させ、設計値に近い透過スペクトルが得られる。つまり、上記従来のフォトマスクで発生している位相誤差を修正する形状をあらかじめ本発明のフォトマスクに設けた位相修正子に入れ込んでおき、そのフォトマスクを用いてAWGを作製することで、設計特性に近い透過スペクトル特性を得ることができると共に、量産性に優れたAWG10Aを実現することができる。
(2)図4(a)に示す位相修正部30Aが、アレイ導波路20の直線導波路部20aに設けられているので、位相修正部30Aを形成するための導波路パターンを有するフォトマスクの設計およびAWG10A自体の設計が容易になる。
(3)位相修正部30Aにより、各チャネル導波路211〜21Mには、アレイ導波路20の中心Cに関して左右対称に位相が付与されるようになっているので、各チャネル導波路211〜21Mの位相を、中心Cに関して左右対称に等分に変化させることができ、設計値に近い透過スペクトルが得られる。
(4)位相修正部30Aは、アレイ導波路20の一部の狭い領域、つまり、直線導波路部20aにのみ設けてあるので、フォトマスク自体の作製誤差が位相修正部30に及ぼす影響は無視でき、設計値に近い透過スペクトルが得られる。
上記各実施形態では、50GHz−80chのフラット型AWGを作製する場合について一例として説明したが、周波数間隔とチャネル数の異なるフラット型AWGにも本発明は適用される。例えば、100GHz−40chのフラット型AWGにも本発明は適用される。
(1)m番目のチャネル導波路21mに対し、a(m−M/2)2+b(m−M/2)+cとなる位相を付与するように、M本のチャネル導波路211〜21Mの長さのみを変化させる。この場合、m番目のチャネル導波路21mの長さは以下の式で表される。
L0+(m−1)ΔL+(λ/2π)[a(m−M/2)2+b(m−M/2)+c]
ここで、L0は、M本のチャネル導波路211〜21Mのうち、最も内側にあるチャネル導波路211の長さである。
L0+(m−1)ΔL+(λ/2π)[a(m−M/2)3+b(m−M/2)2+c(m−M/2)+d]
ここで、L0は、M本のチャネル導波路211〜21Mのうち、最も内側にあるチャネル導波路211の長さである。
本発明に係る第4実施形態は、上記第3実施形態の各工程とほぼ同じの工程を有するが、工程(3)において、アレイ導波路に発生している位相誤差分布を2次関数或いは3次関数の位相誤差に限定して測定値とのフィッティングを行ってアレイ導波路に発生している位相誤差分布を求めるのではなく、実際に各チャネル導波路に生じている設計値からの位相誤差を測定することによって、アレイ導波路に発生している位相誤差分布を求めることを特徴とする。
本発明に係る第5実施形態は、位相修正部にのみUV照射を行うことで、UV照射された位相修正部の屈折率をわずかに変化させ、AWGの特性の微調整を可能にする。なお、位相修正部の各チャネル導波路には、上記したように、付与する位相の大きさに応じた長さを有する幅広導波路を含む構成としてもよく、位相修正部の各チャネル導波路の長さのみをそれぞれ変化させた構成としてもよい。
上記第5実施形態では、位相修正部のみにUV照射を行うことで、AWGの特性の微調整が可能である。本発明に係る第6実施形態においては、第5実施形態に係る位相修正部にUV照射により達成されるAWGの特性の微調整に加えて、さらなるAWGの特性の微調整を可能にする。
121〜123:入力導波路
13:入力スラブ導波路
141〜14n:出力導波路
15:出力スラブ導波路
20:アレイ導波路
20a:直線導波路部
211〜21M:チャネル導波路
21m:m番目のチャネル導波路
30,30A:位相修正部
37:幅広導波路
Claims (11)
- 少なくとも1本以上の第1の導波路と、該第1の導波路に接続された第1のスラブ導波路と、
複数本の第2の導波路と、該第2の導波路が接続された第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路との間にそれぞれ接続されたM本(Mは自然数)のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、を備え、
前記アレイ導波路には、前記M本のチャネル導波路の少なくとも一部のチャネル導波路の幅および長さの少なくとも一方を変えることで、前記少なくとも一部のチャネル導波路に所定の位相を付与する位相修正部が設けられ、
前記位相修正部は、前記M本のチャネル導波のうち、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2) 2 +b(m−M/2)+cとなる位相を付与することを特徴とするアレイ導波路格子。
ここで、a、b、cは、それぞれ−2π〜2π(ラジアン)の範囲内の値をとる定数である。 - 少なくとも1本以上の第1の導波路と、該第1の導波路に接続された第1のスラブ導波路と、
複数本の第2の導波路と、該第2の導波路が接続された第2のスラブ導波路と、前記第1のスラブ導波路と前記第2のスラブ導波路との間にそれぞれ接続されたM本(Mは自然数)のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、を備え、
前記アレイ導波路には、前記M本のチャネル導波路の少なくとも一部のチャネル導波路の幅および長さの少なくとも一方を変えることで、前記少なくとも一部のチャネル導波路に所定の位相を付与する位相修正部が設けられ、
前記位相修正部は、前記M本のチャネル導波路のうち、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2)3+b(m−M/2)2+c(m−M/2)+dとなる位相を付与することを特徴とするアレイ導波路格子。
ここで、a、b、c、dは、それぞれ−2π〜2π(ラジアン)の範囲内の値をとる定数である。 - 前記位相修正部は、前記M本のチャネル導波路の一部或いは全部において、基本導波路幅W1より大きい幅W2の幅広導波路をそれぞれ含み、かつ、
前記幅広導波路の長さおよび幅の少なくとも一方を変えることにより、前記所定の位相を調節することを特徴とする請求項1または2に記載のアレイ導波路格子。 - 前記位相修正部は、前記M本のチャネル導波路の一部或いは全部において、各チャネル導波路の長さが、前記各チャネル導波路の設計値の長さから各チャネル導波路毎に異ならせた構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載のアレイ導波路格子。
- 前記M本のチャネル導波路は直線導波路部をそれぞれ有し、前記位相修正部が前記直線導波路部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子。
- 前記複数のチャネル導波路には、さらに第1の微調整用位相修正部と第2の微調整用位相修正部が設けられており、
前記第1および第2の微調整用位相修正部は、前記複数のチャネル導波路の一部或いは全部において、基本導波路幅より大きい幅の幅広導波路を含み、
前記所定の位相は、前記幅広導波路の長さおよび前記幅広導波路部の幅の少なくとも一方を変えることにより調節され、
前記第1の微調整用位相修正部と前記第2の微調整用位相修正部のそれぞれの前記幅広導波路の長さは、前記第1の微調整用位相修正部と第2の微調整用位相修正部により付与される位相を合わせると0となるように規定されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子。 - 前記位相修正部と前記第1の微調整用位相修正部は、前記M本のチャネル導波路のうち、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2)2+b(m−M/2)+cとなる位相を付与し、
前記第2の微調整用位相修正部は、前記M本のチャネル導波路のうち、m番目のチャネル導波路に対し、−a(m−M/2)2−b(m−M/2)−cとなる位相を付与することを特徴とする請求項6に記載のアレイ導波路格子。
ここで、a、b、cは、それぞれ−2π〜2π(ラジアン)の範囲内の値をとる定数である。 - 前記位相修正部と前記第1の微調整用位相修正部は、前記M本のチャネル導波路のうち、m番目のチャネル導波路に対し、a(m−M/2)3+b(m−M/2)2+c(m−M/2)+dとなる位相を付与し、
前記第2の微調整用位相修正部は、前記M本のチャネル導波路のうち、m番目のチャネル導波路に対し、−a(m−M/2)3−b(m−M/2)2−c(m−M/2)−dとなる位相を付与することを特徴とする請求項6に記載のアレイ導波路。
ここで、a、b、c、dは、それぞれ−2π〜2π(ラジアン)の範囲内の値をとる定数である。 - 前記複数のチャネル導波路は直線導波路部を有し、前記位相修正部と前記第1および第2の微調整用位相修正部が、前記直線導波路部に設けられていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子。
- 請求項1乃至9のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子の製造方法であって、
前記アレイ導波路格子を用意するステップと、
前記位相修正部にUV照射を行うステップを含むことを特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。 - 請求項6乃至8のいずれか一つに記載のアレイ導波路格子の製造方法であって、
前記アレイ導波路格子を用意するステップと、
前記位相修正部にUV照射を行うステップと、
前記位相修正部にUV照射を行うステップの後に、前記第1および第2の微調整用位相修正部にUV照射して、前記付与する位相の微調整を行うステップをさらに含むことを特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。
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