JPH1020137A - モードスポットサイズを変化させる光導波路構造体の製造方法 - Google Patents
モードスポットサイズを変化させる光導波路構造体の製造方法Info
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- JPH1020137A JPH1020137A JP9055917A JP5591797A JPH1020137A JP H1020137 A JPH1020137 A JP H1020137A JP 9055917 A JP9055917 A JP 9055917A JP 5591797 A JP5591797 A JP 5591797A JP H1020137 A JPH1020137 A JP H1020137A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 第１モードスポットサイズの光ビームを第２
モードスポットサイズの光ビームに変換するシリカ製光
導波路構造体の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、シリカ製光導波路構造
体を照射する放射エネルギーはクラッド１４により少な
くとも部分的に吸収されるよう選択する。その後、様々
なドーズ量の照射を導波路構造体１３，１４の長さ方向
に沿って与える。クラッド１４の屈折率変化は、コア１
３の屈折率変化よりも大きくなり、その変化量が長さ方
向に変化し、その結果光ビームのスポットサイズが変化
する。
モードスポットサイズの光ビームに変換するシリカ製光
導波路構造体の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明によれば、シリカ製光導波路構造
体を照射する放射エネルギーはクラッド１４により少な
くとも部分的に吸収されるよう選択する。その後、様々
なドーズ量の照射を導波路構造体１３，１４の長さ方向
に沿って与える。クラッド１４の屈折率変化は、コア１
３の屈折率変化よりも大きくなり、その変化量が長さ方
向に変化し、その結果光ビームのスポットサイズが変化
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学導波構造体に
関し、特に第１モードスポットサイズの光ビームを第２
モードスポットサイズの光ビームに変換するのに適した
光ファイバのような導波構造体の製造方法に関する。
関し、特に第１モードスポットサイズの光ビームを第２
モードスポットサイズの光ビームに変換するのに適した
光ファイバのような導波構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムが急激に増加す
るにつれて、モードスポットサイズが等しくない相互接
続用光要素が問題となっている。このような相互接続
は、様々な環境で必要とされる。例えば、１）レーザソ
ースを光ファイバに接続する環境、２）異なるモード特
性を有する２本の光ファイバを接続する環境、３）光フ
ァイバを導波路におよび導波路を光ファイバに接続する
環境である。
るにつれて、モードスポットサイズが等しくない相互接
続用光要素が問題となっている。このような相互接続
は、様々な環境で必要とされる。例えば、１）レーザソ
ースを光ファイバに接続する環境、２）異なるモード特
性を有する２本の光ファイバを接続する環境、３）光フ
ァイバを導波路におよび導波路を光ファイバに接続する
環境である。
【０００３】このような相互接続は、現在の研究対象で
あり、様々なアプローチが開発されている。例えば予め
テーパー状に形成したプリフォームを用いて、テーパー
状の領域を有する光ファイバを引き抜いてレーザを光フ
ァイバに接続するものである。（J. Armitay et al.著
の「J. Lightwave Technol. LT-5, 70, 1987」 を参照
のこと）。
あり、様々なアプローチが開発されている。例えば予め
テーパー状に形成したプリフォームを用いて、テーパー
状の領域を有する光ファイバを引き抜いてレーザを光フ
ァイバに接続するものである。（J. Armitay et al.著
の「J. Lightwave Technol. LT-5, 70, 1987」 を参照
のこと）。
【０００４】ビーム拡張を達成するために、光ファイバ
は、キャピラリの中を通過しながらテーパー状に形成さ
れ（K. P. Jedrzejewski, 22 Electron. Lett. 106, 1
986」 を参照のこと）、そして光ファイバのコアは、異
なる光ファイバをスプライスするために熱でもって拡張
される（S. G. Kosinski et al.著の「Proc. Optical F
iber Communications Conference OFC, Paper Th 16, 2
31, 1992」を参照のこと）。しかしこれらの技術は、光
ファイバのコアの物理的寸法の制御に全て依存してお
り、このような寸法制御は達成するのが難しく、高価な
ものとなる。
は、キャピラリの中を通過しながらテーパー状に形成さ
れ（K. P. Jedrzejewski, 22 Electron. Lett. 106, 1
986」 を参照のこと）、そして光ファイバのコアは、異
なる光ファイバをスプライスするために熱でもって拡張
される（S. G. Kosinski et al.著の「Proc. Optical F
iber Communications Conference OFC, Paper Th 16, 2
31, 1992」を参照のこと）。しかしこれらの技術は、光
ファイバのコアの物理的寸法の制御に全て依存してお
り、このような寸法制御は達成するのが難しく、高価な
ものとなる。
【０００５】第１モードスポットサイズの光ビームを第
２モードスポットサイズのビームに変換する導波路構造
体を製造する別の技術は、米国特許第５，４１６，８６
３号（発明者Vengsarkar）に開示されている。同特許に
おいては、モードスポットサイズの変化は、コアとクラ
ッドとの間の屈折率差を変化させることにより行ってい
る。同特許の方法は、この屈折率差の変動はコア材料中
の光感受性欠陥により吸収される波長でもって導波路構
造体を照射することにより、屈折率差を増加させること
により達成している。
２モードスポットサイズのビームに変換する導波路構造
体を製造する別の技術は、米国特許第５，４１６，８６
３号（発明者Vengsarkar）に開示されている。同特許に
おいては、モードスポットサイズの変化は、コアとクラ
ッドとの間の屈折率差を変化させることにより行ってい
る。同特許の方法は、この屈折率差の変動はコア材料中
の光感受性欠陥により吸収される波長でもって導波路構
造体を照射することにより、屈折率差を増加させること
により達成している。
【０００６】特に、前掲の特許は、ゲルマニウムドープ
のシリカ製導波路内のコアとクラッドの屈折率差を、２
４７−２４８ｎｍの波長の紫外線光でもって照射するこ
とにより増加させている。この波長は、ゲルマニウム含
有シリカ製（germanosilicate） コア材料内に存在する
ゲルマニウム関連色中心欠陥に対応している。前掲の特
許においては、ゲルマニウムドープのコアの光感受性
は、コアに水素分子を含有させることによりさらに向上
させている。
のシリカ製導波路内のコアとクラッドの屈折率差を、２
４７−２４８ｎｍの波長の紫外線光でもって照射するこ
とにより増加させている。この波長は、ゲルマニウム含
有シリカ製（germanosilicate） コア材料内に存在する
ゲルマニウム関連色中心欠陥に対応している。前掲の特
許においては、ゲルマニウムドープのコアの光感受性
は、コアに水素分子を含有させることによりさらに向上
させている。
【０００７】この技術は既に公知であり、R M. Atkins
et al.著の「“Mechanisms of Enhanced UV Photosensi
tivity Via Hydrogen Loading in Germanosilicate Gla
sses,”Electron. Lett., vol. 29, p. 1234, 1993」に
開示されている。しかし、Hibino et al.著の「Electro
n. Lett., vol. 29, pp. 621-623, 1993」 に開示され
た方法に対する制限も、米国特許出願０８／３９６０２
３号に議論されており、このVengsarkarの方法は、ゲル
マノシリケート（germano-silicate）製の導波路構造に
しか適用できない。
et al.著の「“Mechanisms of Enhanced UV Photosensi
tivity Via Hydrogen Loading in Germanosilicate Gla
sses,”Electron. Lett., vol. 29, p. 1234, 1993」に
開示されている。しかし、Hibino et al.著の「Electro
n. Lett., vol. 29, pp. 621-623, 1993」 に開示され
た方法に対する制限も、米国特許出願０８／３９６０２
３号に議論されており、このVengsarkarの方法は、ゲル
マノシリケート（germano-silicate）製の導波路構造に
しか適用できない。
【０００８】従来技術では、１つの特定の材料から形成
された導波路構造体のコアとクラッド間の屈折率差を増
加させているが、異なる材料組成のコアとクラッドを有
する様々な種類の導波路中で、屈折率差を減少（あるい
は増加）するような適切な波長を選択する方法は存在し
ない。
された導波路構造体のコアとクラッド間の屈折率差を増
加させているが、異なる材料組成のコアとクラッドを有
する様々な種類の導波路中で、屈折率差を減少（あるい
は増加）するような適切な波長を選択する方法は存在し
ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、第１モードスポットサイズの光ビームを第２モー
ドスポットサイズのビームに変換するシリカ製光導波路
構造体の製造方法を提供することである。
的は、第１モードスポットサイズの光ビームを第２モー
ドスポットサイズのビームに変換するシリカ製光導波路
構造体の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、放射エ
ネルギー（放射波長）を、クラッドにより少なくとも部
分的に吸収されるよう選択する。その後、様々なドーズ
量の放射を導波路構造体の長さ方向に沿って与える。そ
の結果クラッドの屈折率変化は、コアの屈折率変化より
も大きくなる。
ネルギー（放射波長）を、クラッドにより少なくとも部
分的に吸収されるよう選択する。その後、様々なドーズ
量の放射を導波路構造体の長さ方向に沿って与える。そ
の結果クラッドの屈折率変化は、コアの屈折率変化より
も大きくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１において、モードフィールド
変換光学導波路１０は、異なるモードスポットサイズを
有する光要素１１と１２とを相互接続している。光要素
１１，１２は、レーザおよび光ファイバを含む導波路の
ようなモードでもって光ビームを伝送するどのような光
学部品でもよい。好ましくは、モードフィールド変換光
学導波路１０は光ファイバであり、光要素１２により周
囲を包囲されたコア１３を有するガラス製導波路であ
る。コアの屈折率（Ｎ1） は、クラッドの屈折率
（Ｎ2）よりも大きい。
変換光学導波路１０は、異なるモードスポットサイズを
有する光要素１１と１２とを相互接続している。光要素
１１，１２は、レーザおよび光ファイバを含む導波路の
ようなモードでもって光ビームを伝送するどのような光
学部品でもよい。好ましくは、モードフィールド変換光
学導波路１０は光ファイバであり、光要素１２により周
囲を包囲されたコア１３を有するガラス製導波路であ
る。コアの屈折率（Ｎ1） は、クラッドの屈折率
（Ｎ2）よりも大きい。
【００１２】本発明によれば、正規化した屈折率差 Δ＝（Ｎ1−Ｎ2）／Ｎ1 は、導波路の長さ方向に沿って距離ｘの関数として変化
させて、光要素１１，１２のモードスポットサイズに適
合させている。例えば、光要素１１が光要素１２のモー
ドスポットサイズよりも大きなモードスポットサイズの
光学ビームを伝送する場合には、モードフィールド変換
光学導波路１０は、光要素１１のモードスポットサイズ
を光要素１２のそれに合わせて減少するように、ビーム
は光要素１１から光要素１２に転送される場合、軸方向
に変化した屈折率を有する。
させて、光要素１１，１２のモードスポットサイズに適
合させている。例えば、光要素１１が光要素１２のモー
ドスポットサイズよりも大きなモードスポットサイズの
光学ビームを伝送する場合には、モードフィールド変換
光学導波路１０は、光要素１１のモードスポットサイズ
を光要素１２のそれに合わせて減少するように、ビーム
は光要素１１から光要素１２に転送される場合、軸方向
に変化した屈折率を有する。
【００１３】前述したように、Vengsarkarは導波路を導
波路コア内の欠陥により吸収される放射光でもって照射
することにより、ゲルマノシリケート導波路内のモード
スポットサイズを減少する方法を開示している。この V
engsarkar の開示した方法は、ゲルマノシリケート製導
波路にのみ適用可能である、その理由は、放射光はクラ
ッドによっては、決して吸収されることはないからであ
る。これに対して米国特許出願０８／３９６０２３号
は、少なくともクラッドにより、そして可能ならばコア
により吸収される波長でもって導波路を照射し、クラッ
ドの屈折率がコアの屈折率よりもより急速に増加し、そ
の結果露光時間を増加させることにより、屈折率差を減
少する技術を開示している。
波路コア内の欠陥により吸収される放射光でもって照射
することにより、ゲルマノシリケート導波路内のモード
スポットサイズを減少する方法を開示している。この V
engsarkar の開示した方法は、ゲルマノシリケート製導
波路にのみ適用可能である、その理由は、放射光はクラ
ッドによっては、決して吸収されることはないからであ
る。これに対して米国特許出願０８／３９６０２３号
は、少なくともクラッドにより、そして可能ならばコア
により吸収される波長でもって導波路を照射し、クラッ
ドの屈折率がコアの屈折率よりもより急速に増加し、そ
の結果露光時間を増加させることにより、屈折率差を減
少する技術を開示している。
【００１４】本発明のモードスポットサイズを変更する
方法は、前述の米国特許出願０８／３９６０２３号に開
示された技術に基づいて、シリコン基板上に形成された
燐ドープのシリケート導波路に対し適用するものであ
る。しかし、本発明は以下に述べるような様々なパラメ
ータを適宜調節することにより、様々なドーパントを有
するシリカ製導波路にも適用できる。
方法は、前述の米国特許出願０８／３９６０２３号に開
示された技術に基づいて、シリコン基板上に形成された
燐ドープのシリケート導波路に対し適用するものであ
る。しかし、本発明は以下に述べるような様々なパラメ
ータを適宜調節することにより、様々なドーパントを有
するシリカ製導波路にも適用できる。
【００１５】本発明によれば、燐ドープのシリケート製
導波路は、ＡｒＦエキシマレーザからの１９３ｎｍ波長
の無極性紫外線放射に露光する。具体的に説明すると、
この導波路は、４％の燐でもってドーピングされたコア
と、４％のボロンと、２．５％の燐でもってドーピング
されたＢＰＴＥＯＳ製のクラッドとを有する。このコア
とクラッドは、この波長で放射光を吸収し、クラッドに
よる吸収量は、コアによる吸収量以上である。この放射
光は、８−７５ｍＪ／ｃｍ２／パルスの周期で、３０−
１００Ｈｚの繰り返し速度でもってパルス状に放射され
る。導波路に適用されるドーズ量は、その光ファイバの
長さ方向に沿って変化し、その結果屈折率差の変動もま
た導波路の長さ方向に沿って変化する。
導波路は、ＡｒＦエキシマレーザからの１９３ｎｍ波長
の無極性紫外線放射に露光する。具体的に説明すると、
この導波路は、４％の燐でもってドーピングされたコア
と、４％のボロンと、２．５％の燐でもってドーピング
されたＢＰＴＥＯＳ製のクラッドとを有する。このコア
とクラッドは、この波長で放射光を吸収し、クラッドに
よる吸収量は、コアによる吸収量以上である。この放射
光は、８−７５ｍＪ／ｃｍ２／パルスの周期で、３０−
１００Ｈｚの繰り返し速度でもってパルス状に放射され
る。導波路に適用されるドーズ量は、その光ファイバの
長さ方向に沿って変化し、その結果屈折率差の変動もま
た導波路の長さ方向に沿って変化する。
【００１６】図２，３は、比較するために同一の拡大条
件でもって得られたものである。このイメージの寸法
は、絶対的スケールには校正しておらず、そして光強度
は形状プロットで表している。図２，３は、モードスポ
ット形状と領域の両方が、照射後変化していることを示
している。ピーク強度の５０％以上の境界領域を選択す
ることにより、例えば照射の前後で１０％の増加がモー
ドスポットサイズで見られる。モードスポットは、その
形状を変化させているが、その理由は三面でコアがＢＰ
ＴＥＯＳに包囲され、残りの一面で純粋なシリカにより
包囲されているからである。ＢＰＴＥＯＳと純粋シリカ
は、ＵＶ光に露光されると、かなり異なった屈折率変動
を示す。
件でもって得られたものである。このイメージの寸法
は、絶対的スケールには校正しておらず、そして光強度
は形状プロットで表している。図２，３は、モードスポ
ット形状と領域の両方が、照射後変化していることを示
している。ピーク強度の５０％以上の境界領域を選択す
ることにより、例えば照射の前後で１０％の増加がモー
ドスポットサイズで見られる。モードスポットは、その
形状を変化させているが、その理由は三面でコアがＢＰ
ＴＥＯＳに包囲され、残りの一面で純粋なシリカにより
包囲されているからである。ＢＰＴＥＯＳと純粋シリカ
は、ＵＶ光に露光されると、かなり異なった屈折率変動
を示す。
【００１７】上記の例で示したように、本発明は、導波
路を露光する適切な放射エネルギ（即ち等価的に波長）
を選択する。本発明によれば、このようにして選択され
た波長は、少なくともクラッド内の電子吸収を受ける。
この選択された波長は、またコア内においても充分な吸
収を受ける。しかし後者は、本発明では必要とされない
ものである。このように選択された波長によりクラッド
の屈折率は、コアの屈折率よりもより急速に増加し、こ
のためコアとクラッドとの屈折率差を減少させる。
路を露光する適切な放射エネルギ（即ち等価的に波長）
を選択する。本発明によれば、このようにして選択され
た波長は、少なくともクラッド内の電子吸収を受ける。
この選択された波長は、またコア内においても充分な吸
収を受ける。しかし後者は、本発明では必要とされない
ものである。このように選択された波長によりクラッド
の屈折率は、コアの屈折率よりもより急速に増加し、こ
のためコアとクラッドとの屈折率差を減少させる。
【００１８】このような選択された波長は、様々な波長
を用いてその結果得られた屈折率の変化を測定するよう
な経験測も含む所望の技法により決定できる。適切な照
射量は、最初と最後のモードスポットサイズおよびこの
変換が発生すべき長さに依存する。より一般的に述べる
と、照射量が増大するにつれて（ある最大値まで）屈折
率差の減少は、より大きくなりモードスポットサイズの
増加もまたより多くなる。
を用いてその結果得られた屈折率の変化を測定するよう
な経験測も含む所望の技法により決定できる。適切な照
射量は、最初と最後のモードスポットサイズおよびこの
変換が発生すべき長さに依存する。より一般的に述べる
と、照射量が増大するにつれて（ある最大値まで）屈折
率差の減少は、より大きくなりモードスポットサイズの
増加もまたより多くなる。
【００１９】
【発明の効果】本発明の導波路は上記したようにして安
定化させ、その結果屈折率差は、長期に亘って変動する
ことはない。米国特許出願０８／３９６０２３号に開示
したように、このような安定化は、導波路を露光した
後、導波路を熱的にアニールすることにより達成でき
る。
定化させ、その結果屈折率差は、長期に亘って変動する
ことはない。米国特許出願０８／３９６０２３号に開示
したように、このような安定化は、導波路を露光した
後、導波路を熱的にアニールすることにより達成でき
る。
【図１】異なるモードスポットサイズを有する複数の光
成分を相互接続するモードフィールド変換光学導波路の
断面図
成分を相互接続するモードフィールド変換光学導波路の
断面図
【図２】本発明によりＵＶ照射前の平面上導波路サンプ
ルのモードスポットのニアフィールド画像を表す図
ルのモードスポットのニアフィールド画像を表す図
【図３】本発明によりＵＶ照射後の平面上導波路サンプ
ルのモードスポットのニアフィールド画像を表す図
ルのモードスポットのニアフィールド画像を表す図
１０ モードフィールド変換光学導波路 １１，１２ 光要素 １３ コア １４ クラッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 チェラッパン ナラヤナン アメリカ合衆国，30202 ジョージア，ア ルファレッタ，グリーンハウス パークウ ェイ 2716 (72)発明者 ハーマン メルヴィン プレスビー アメリカ合衆国，08904 ニュージャージ ー，ハイランド パーク，リンカーン ア ヴェニュー 467
Claims (7)
- 【請求項１】 第１のモードスポットサイズの光ビーム
を第２のモードスポットサイズの光ビームに変換するシ
リケート製光学導波路構造体の製造方法において、 （Ａ）クラッド（１４）により少なくとも部分的に吸収
される放射エネルギ即ち放射波長を選択するステップ
と、 （Ｂ）前記シリケート製光導波路の長さ方向に沿って、
前記放射エネルギの照射量を変化させるステップと、 からなり、 前記放射エネルギ即ち放射波長は、クラッドの屈折率変
動がコアの屈折率変動よりも大きくなるように選択され
ることを特徴とするモードスポットサイズを変化させる
光導波路構造体の製造方法。 - 【請求項２】 前記照射量は、光導波路構造体の長さ方
向に沿って増加させ、第２のモードスポットサイズは、
第１のモードスポットサイズよりも大きいことを特徴と
する請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記放射エネルギは、紫外線放射に対応
することを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記導波路コアは、燐ドープシリカ製
で、 放射エネルギは、紫外線放射に対応することを特徴とす
る請求項１の方法。 - 【請求項５】 前記放射波長は、１９３ｎｍの波長であ
ることを特徴とする請求項４の方法。 - 【請求項６】 前記放射エネルギは、エキシマＵＶラン
プにより与えられることを特徴とする請求項５の方法。 - 【請求項７】 （Ｃ）前記導波路構造体をアニールする
ステップをさらに有することを特徴とする請求項１の方
法。
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| US633323 | 1996-04-17 |
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| JPH1020137A true JPH1020137A (ja) | 1998-01-23 |
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| JP05591797A Expired - Fee Related JP3776192B2 (ja) | 1996-04-17 | 1997-03-11 | モードスポットサイズを変化させる光導波路構造体の製造方法 |
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| US5506925A (en) * | 1995-02-28 | 1996-04-09 | At&T Corp. | Radiolytic modification of birefringence in silica planar waveguide structures |
-
1996
- 1996-04-17 US US08/633,323 patent/US5588085A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
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