(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送するための導波路を用いた光回路のトリミング方法であって、
前記導波路の第１の部分を含む、光を照射するための第１の光照射領域と、前記導波路の第２の部分を含む、光を照射するための第２の光照射領域とを、前記光回路に設け、
前記第１の光照射領域が光を照射された場合に、前記第２の光照射領域が光を照射された場合の前記第２の部分とは異なる屈折率変化の偏波依存性の割合（ΔｎＴＥ／ΔｎＴＭ、ΔｎＴＥはＴＥモードに対する屈折率変化、ΔｎＴＭはＴＭモードに対する屈折率変化）が前記第１の部分に生じる程度の、前記導波路からの距離の位置で、前記第１の光照射領域に溝構造を形成し、
前記第１の光照射領域および前記第２の光照射領域に光を照射し、屈折率変化の偏波依存性の割合が各々異なる前記第１の部分および前記第２の部分の屈折率を変化させ、前記導波路の屈折率の変化量及び該屈折率の変化量の偏波依存性を調整する
ことを特徴とする光回路のトリミング方法。
【請求項２】
前記光回路は前記導波路を複数備えており、
前記屈折率の変化量及び前記偏波依存性を、前記導波路毎に固有に調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の光回路のトリミング方法。
【請求項３】
前記屈折率の変化量の偏波依存性をなくすように調整する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光回路のトリミング方法。
【請求項４】
前記導波路は、埋めこみ構造である
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光回路のトリミング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回路およびそのトリミング方法に関する。より詳しくは、光通信、光交換、光情報処理等に用いられる、波長合分波素子または波長フィルタもしくは光スイッチなどの光回路素子を使用する光回路およびそのトリミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットを代表とするデータ通信の爆発的な増加を背景に、光通信ネットワークが急速に発展している。中でも、１つのファイバに多くの波長信号を伝送できる波長多重通信（ＷＤＭ；wavelength division multiplexing）技術が光通信の大容量化の極めて大きな原動力となっている。このような、光通信ネットワークを支えるために、アレイ導波路回折格子を代表とする波長合分波素子や波長フィルタへなどの高機能な光回路への需要が高まっている。光通信ネットワークで必要とされる多彩な光機能回路を実現する手段にはいくつかの手法があるが、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）と呼ばれる、平面基板上に石英導波路を形成する方法が、多機能性、量産性と低価格性を兼ね備えた方法として広く利用されている。
【０００３】
石英系ガラス導波路を用いた光回路は、光通信で利用される光ファイバと同じ材料を用いているために、低損失の光導波路を実現できるという特徴を有している。また、平面基板上に導波路を形成するため、さまざまな機能要素を組み合わせることが容易であり、複雑な光回路を再現性良く作製できる特徴を有している。これらの技術を利用して作製された、波長合分波をする素子（ＡＷＧ；arrayed waveguide grating）や光スイッチなどは、光ネットワークを構築する上ではなくてはならないものとなっている。
【０００４】
このようにＰＬＣは優れた機能を持つ光回路を実現できる技術であるが、従来の技術は、作製歩留まりの観点から問題を有していた。代表的な波長合分波器であるＡＷＧを例にとると、透過光波長が設計値と異なってしまうこと、ならびに透過光の波長特性が偏波依存性を持つことが問題であった。
【０００５】
波長多重光通信ネットワークでは、多重化される光の波長は送信側と受信側ならびに、中継するポイントにおいて、一致させる必要がある。このため、使用される光の波長配置はＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector）の勧告により厳密に決定されている。しかしながら、従来の技術においては、ＡＷＧを製造した場合、製造上の原因により、設計値からわずかに異なったものが作製されるという、問題点を有していた。
【０００６】
また、第２の問題点として、偏波により素子の透過波長が異なる場合、素子の使用波長において、偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）を有した素子ができることが少なくない。これらの素子は、システムに大きな問題を起こす為、出荷できないという問題点を有していた。これらの要因が素子の歩留まりを下げ、製造コストを上昇させる大きな要因となっている。
【０００７】
従来技術においては、第１の問題点、すなわち透過波長の問題を解決するために、素子に温度変化や圧力変化などを加えることにより、波長を調整するという手法が取られている。この方法は、モジュールを製造する上で構造が複雑となり、小型化に向かないとともに、継続的な消費電力を必要とするなど問題点を有していた。
【０００８】
また、第２の問題点を解決するためには、光回路に波長板を挿入するなどの手法が取られている。これらの手法は、素子の損失の要因となる、作製工程が複雑になるなどの問題点を有していた。
【０００９】
また、第３の問題点として、ＡＷＧ等の光の干渉を利用した素子においては、作製上導波路の位相が設計値から異なる場合、素子特性が極めて劣化するという問題があり、高性能の光回路素子を実現する上で問題となっていた。
【００１０】
これらの問題を解決し、作製歩留まりを改善させ、優れた素子特性を実現する上で、製造後にトリミングを施すという手法が、有効であると考えられる。これらの問題点は、各々の導波路がわずかな作製上の誤差により、導波路の等価屈折率が設計値と異なることに起因する。このため、導波路の屈折率を変化させトリミングを行う手段について、活発に研究開発が進められている。
【００１１】
例えば、『阿部ら、２０００年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−７５』では、ＵＶ（ultraviolet）光を照射することにより、ＡＷＧの中心波長をシフトさせ、ＩＴＵ−Ｔグリッドと一致させることが報告されている。また、『Yamade,H et al Electronics Letters Volume: 31 5,2 March 1995, pp.360-361』では、ヒータを駆動することにより、周波数間隔が１０ＧＨｚと極めて小さなＡＷＧ波長分波器のクロストークを低減し分波特性を改善できることが報告されている。また、干渉型のフィルタ素子（ラティス型フィルタ）において、ＣＯ２レーザ光を用いることにより、特性を改善できることが『千葉ら、２０００年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−８４』において報告されている。
【００１２】
上述したように、さまざまなトリミング手法が提案ならびに研究されているが、上述の第１〜第３の要求を同時に満たす条件を見出すことは、理論的には可能であるが、実用上は困難な課題となっていた。すなわち、トリミングを行う上では、作製上の誤差を打ち消すために、導波路の屈折率を変化させることが必要であるが、これらの変化量は、導波路の材料や構造パラメータなどの物理量により制約を受ける為、所望の屈折率変化を得ることが困難である。
【００１３】
この点は、本願発明上の重要な課題であるので、以下、図３（ａ）、（ｂ）、図４を用いてより詳しく説明を行う。なお、説明を簡単にするために、波長フィルタとして比較的簡単な構造を持つ図１（ａ）もしくは図２のマッハ・ツェンダー型の干渉計フィルタ回路を例として説明を行うが、図１（ｂ）のＡＷＧや図１（ｃ）の光スイッチなど他の構造についても同様な条件が必要となる。
【００１４】
図３（ａ）は、中心波長の調整方法を示す図である。これは、第１の問題点、すなわち、透過波長が設計値と異なる場合の解決方法を示している。このような場合においては、片方の導波路の屈折率を変化させることで、透過波長の設計値と一致させることができる。偏波により透過スペクトルが分離しないように、導波路の屈折率を変化させる場合には、屈折率変化の偏波依存性がないこと（ΔｎＴＥ≒ΔｎＴＭ）が必要である。しかしながら、通常導波路の屈折率を変化させた場合、屈折率変化量には偏波依存性があるため、その改善が必要であった。なお、偏波依存性がある場合においても『Meint K.Smit et.al,"PHASAR-based WDM devices: Principle,Design and Applications",IEEE J. of Selected Topic in Quantumn Electron.,vol.2, no.2, pp.236-250, 1996』にみられるように、二つの領域で偏波依存性を変えることで、偏波依存性を補償することができ、素子特性として、偏波無依存化を図ることができることが知られており、後述する本願発明の実施形態のトリミング構造も、この手法をより効果的に用いるための構造となっている。
【００１５】
図３（ｂ）は、その原理を説明している説明図である。横軸がＴＥモードに対する屈折率変化であり、縦軸がＴＭモードに対する屈折率変化量をあらわしている。なお、２つの領域を用いて偏波依存性を補償する場合においては、二つの領域で屈折率変化の偏波依存性の割合の差が大きいこと｜Δｎ１ＴＥ／Δｎ１ＴＭ｜≫｜Δｎ２ＴＥ／Δｎ２ＴＭ｜が望ましい。しかしながら、この値は通常導波路の物理的な構造パラメータに依存するため、二つの領域で大きく変化させることは困難であり、従来の技術においてトリミングができない原因となっていた。
【００１６】
次に、図４は、透過特性の偏波依存性の調整方法を示す図である。これは、第２の問題点、すなわち、透過波長が偏波により異なる場合の解決方法を示している。この場合においては、偏波により屈折率変化の差が大きいこと（ΔｎＴＥ≫ΔｎＴＭもしくはΔｎＴＥ≪ΔｎＴＭ）であることが望ましい。この場合においても、屈折率変化の偏波依存性（Δｎ１ＴＥ／Δｎ１ＴＭ）が調整できることが望ましい。
【００１７】
これらの二つの解決方法を組み合わせることによって、どのような素子であっても、偏波依存性と透過波長を所望の値に設定することが可能となる。
【００１８】
第３の問題点を解決するには、上記の第１および第２の問題点を解決するとともに、位相調整量を多数の導波路に対して、厳密に制御できることが必要となる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような光回路では、光回路の光照射によるトリミング技術が、導波路の構造上、屈折率変化量および屈折率変化の偏波依存性の制約がある。このため、実際上トリミングが困難であるという解決すべき課題が従来技術にはあった。
【００２０】
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、屈折率変化量の自由度の高い構造により、トリミングが効率的に行え、高性能で安価な光回路素子を使用する光回路およびそのトリミング方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の光回路のトリミング方法は、光信号を伝送するための導波路を用いた光回路のトリミング方法であって、前記導波路の第１の部分を含む、光を照射するための第１の光照射領域と、前記導波路の第２の部分を含む、光を照射するための第２の光照射領域とを、前記光回路に設け、前記第１の光照射領域が光を照射された場合に、前記第２の光照射領域が光を照射された場合の前記第２の部分とは異なる屈折率変化の偏波依存性の割合（ΔｎＴＥ／ΔｎＴＭ、ΔｎＴＥはＴＥモードに対する屈折率変化、ΔｎＴＭはＴＭモードに対する屈折率変化）が前記第１の部分に生じる程度の、前記導波路からの距離の位置で、前記第１の光照射領域に溝構造を形成し、前記第１の光照射領域および前記第２の光照射領域に光を照射し、屈折率変化の偏波依存性の割合が各々異なる前記第１の部分および前記第２の部分の屈折率を変化させ、前記導波路の屈折率の変化量及び該屈折率の変化量の偏波依存性を調整することを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記光回路のトリミング方法において、前記光回路は前記導波路を複数備えており、前記屈折率の変化量及び前記偏波依存性を、前記導波路毎に固有に調整することを特徴とすることができる。
【００２３】
また、前記屈折率の変化量の偏波依存性をなくすように調整することを特徴とすることができる。
【００２４】
また、前記導波路は、埋めこみ構造であることを特徴とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図面において同様の機能を有する箇所には同一の符号を付している。
【００２７】
本実施形態は、導波路の近傍に溝構造を形成することによって、導波路の光照射時の屈折率変化や屈折率変化の偏波依存性が、溝構造を形成しない場合と比べて、大きく変化でき、また、導波路と溝の距離ならびに深さを最適化することにより、屈折率変化量を偏波無依存化できることが新規な特徴となる。
【００２８】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光回路に適用されるべき本実施形態の位相トリミング構造を示した図である。図５（ａ）は位相トリミング構造を示した図である。図５（ｂ）は位相トリミング構造のＡ−Ａ´断面図である。図５（ｃ）は位相トリミング構造のＢ−Ｂ´断面図である。通常の導波路構造に付加して、一部の導波路部分に溝構造を形成した構造となっている。図中符号５０３、５０４は光を照射し、位相を変化させる領域を示している。
【００２９】
従来の導波路の位相トリミングでは、屈折率変化の偏波依存性（Δｎ１ＴＥ／Δｎ１ＴＭ）を大きく変化させることが出来なかったのに対して、溝構造を形成することにより、溝構造のない条件と比較して、光照射時の導波路屈折率変化の偏波依存性を大きく変化させることができる。この結果、溝構造を形成することにより、位相トリミングが簡易に行えるようにした。また、導波路と溝の距離、ならびに深さを最適化することにより、屈折率変化量の偏波依存性をなくすことができ、より簡易にトリミングが行えるようにした。
【００３０】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の位相トリミング構造付き光回路の一例を示した図である。図６（ａ）は位相トリミング構造を適用したマッハ・ツェンダー型の干渉計フィルタ回路図である。図６（ｂ）は位相トリミング構造を適用したＡＷＧの図である。図６（ｃ）は位相トリミング構造を適用した光スイッチの図である。本実施形態は干渉系を含む光回路に適用することにより大きな効果を発揮する。例えばＡＷＧ、マッハ・ツェンダーフィルタ、方向性結合器型フィルタ、ラティス型フィルタ、グレーティングなどの干渉型フィルタ、または、マッハ・ツェンダー型の干渉型光スイッチ、方向性結合器型の光スイッチ、マッハ・ツェンダー型の光アッテネータ、などの干渉系を含む多くの光回路に適用が可能であり、光回路の全てもしくは一部の導波路に本構造を適用すれば良い。
【００３１】
例として、図６（ａ）のマッハ・ツェンダー干渉計フィルター、図６（ｂ）のアレイ導波路格子（ＡＷＧ）、図６（ｃ）の光スイッチに、本実施形態の位相トリミング構造を適用した場合を示す。図中符号６０１−１〜６０１−５，６０２−１と６０２−２が溝を形成した部分を示している。溝構造を用いることにより、これらの光回路の特性を簡易に調整できるようにしている。図中でパラメータを変えた溝構造６０２−１と６０２−２を配置しているのは、溝の幅や深さにより屈折率変化量の偏波依存性などが変化するためである。このため、溝の幅を変えたり、導波路と溝の距離を変えた複数の溝構造を光回路中の各々の導波路に配置することが実用上有効である。
【００３２】
構造上、溝構造は光回路の直線導波路部分に適用することが望ましいが、曲げ導波路部分に適用することも可能である。
【００３３】
なお、本発明において、照射する光としては、ＵＶ光やＣＯ２レーザ光またはビームなどが考えられ、その効果は特定の波長に限定されるものではない。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＡＷＧ、マッハ・ツェンダー型の干渉型波長合分波器もしくはフィルタ等において、必要とされる位相トリミングを効率的に行うことが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光信号を伝送するための導波路を用いた光回路のトリミング方法であって、光照射による導波路の屈折率変化量及びその屈折率変化量の偏波依存性を調整する溝構造を、導波路の一部分の近傍に形成し、その導波路に光を照射して屈折率を変化させる。
【００３６】
このため、本発明の光回路の位相トリミング構造を用いることで、簡易なトリミング方法で、特性の極めて高く、歩留まりの良い波長合分波器、波長フィルタもしくは光スイッチ等の光回路を実現できる。よって、波長多重通信システムに必要な、高機能な光回路を安価に、歩留まりよく実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】光回路の一例を示す図で、（ａ）はマッハ・ツェンダー型の干渉計フィルタ回路、（ｂ）はＡＷＧ、（ｃ）は光スイッチを示す図である。
【図２】マッハ・ツェンダー干渉計フィルタ回路の図である。
【図３】中心波長の調整と偏波依存性の補償の説明図で、（ａ）は中心波長の調整方法、（ｂ）は２つの領域を用いて偏波依存性を補償する方法を示す図である。
【図４】透過特性の偏波依存性の調整方法を示す図である。
【図５】光回路に適用されるべき本実施形態の位相トリミングの基本構造を示した図で、（ａ）は位相トリミング構造、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。
【図６】本発明の実施形態の位相トリミング構造付き光回路の一例を示す図で、（ａ）はマッハ・ツェンダー型の干渉計フィルタ回路、（ｂ）はＡＷＧ、（ｃ）は光スイッチを示す図である。
【符号の説明】
１０１−１〜１０１−９  導波路
１０２−１、１０２−２  光結合器
２０１  光を照射し、位相をトリミングする領域１
２０２  光を照射し、位相をトリミングする領域２
３０１  調整前の透過波長
３０２  調整後の透過波長
３０３  偏波無依存の屈折率変化の条件
３０４  領域１の屈折率変化
３０５  領域２の屈折率変化
４０１  ＴＥモードに対する透過特性
４０２  ＴＭモードに対する透過特性
４０３  調整後の透過特性
５０１  導波路
５０２  溝構造
５０３  光を照射し、位相をトリミングする領域１
５０４  光を照射し、位相をトリミングする領域２
６０１−１〜６０１−５  溝構造
６０２−１、６０２−２  パラメータを変えた溝構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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