(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板上に、石英系を主たる素材として作製された光が伝播するコア部と、該コア部の周りのコア部より屈折率の低いクラッド部からなる光導波路を有し、該光導波路により形成された、光結合器と、該光結合器に縦列する２導波路であるアーム導波路と、光結合器により構成されたマッハツェンダ干渉計よりなる光回路の製造方法において、
該マッハツェンダ干渉計の２本のアーム導波路に対し、
一方のアーム導波路には、紫外或いは可視領域の光を前記アーム導波路のコアが延在する方向と直交する方向の照射領域幅をＴＥ偏波とＴＭ偏波の光誘起屈折率変化量がほぼ等しくなるときの幅で照射し、
他方のアーム導波路には、紫外或いは可視領域の光を前記アーム導波路のコアが延在する方向の照射領域幅は変えずに、前記アーム導波路のコアが延在する方向と直交する方向の照射領域幅をＴＥ偏波とＴＭ偏波の光誘起屈折率変化量がＴＥ偏波の方が大きいときの幅で照射することを特徴とする光回路の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光回路の製造方法において、
前記ＴＥ偏波とＴＭ偏波の光誘起屈折率変化量がほぼ等しくなるときの幅は、０．０５ｍｍ以下０．００５ｍｍ以上であることを特徴とする光回路の製造方法。
【請求項３】
請求項１又２に記載の光回路の製造方法において、
前記コア部にＧｅを添加することを特徴とする光回路の製造方法。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載のマッハツェンダ干渉計からの出力光のある偏波に於ける光強度が、該偏波方向に対し垂直方向の偏波に於ける光強度に対し５倍以上の強度を有することを特徴とする光回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光情報処理、光計測分野に於いて有用な平面基板上に光導波路を配置した光回路の製造方法に関する。詳しくは、これらの分野にて汎用される偏波分離機能を有する光回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系光導波路は、損失が低く、また安定性、信頼性の点に関し、優れた物理的・化学的特質を有し、更に、光通信の伝送路である石英系ファイバとほぼ同一の屈折率値を有するためファイバとの整合性が良いなどの特徴を持つ。
この石英系光導波路を用いて平面基板上に作製される、光波長合分波器、光スイッチなどの光回路は、光通信、光情報処理、光計測などの分野で実用的に有望な導波型光部品として研究開発が進められている。
石英系光導波路は、多くの場合、Ｓｉ基板上に、下部クラッド膜層堆積→コア膜層堆積及びコア部分パターン化加工→上部クラッド層堆積の製造工程により、製造されている。
【０００３】
この石英系光導波路を用い、光パワースプリッタ、波長合分波器、フィルタ、スイッチなど実用的に有望な様々な光回路に関する研究開発が行われている。
この導波路に於いて、可視、或いは紫外光、及び各種波長の高強度レーザ光の照射により誘起される局所的屈折率変化は、光回路に、光誘起グレーティングの様に新機能を付加したり、光回路の特性の微調整・補償を行う手段として、有望なものとなっている。
一方、光通信システムや光情報処理システムなどを構築する上で、しばしば、光の偏光方向によって空間的に分離を行うこと（偏波分離）が求められる場合があり、この偏波分離機能を有する光部品は、汎用光部品として重要なものである。
【０００４】
偏波分離機能を有する光部品としては、グランデーラープリズム、グラントムソンプリズムなどのプリズムを主としてバルク型部品を組み合わせて構成したもの（例えば、応用光電社製品）がある他、導波路型デバイスとして、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を装荷することにより、導波路の複屈折を調整し、マッハツェンダ干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｈｅｎｄｅｒ：ＭＺＩ）構成を利用して実現しているものや（例えば、「Ｍ．Ｏｋｕｎｏ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．４，ｐｐ．６２５−６３３，１９９４．」）、紫外光照射により導波路に誘起される光誘起複屈折を利用したもの（例えば、「特願平４−２０７８８２号」）などが提案、実現されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バルク型部品により構成された光部品は、部品点数が多く、また、部品組立コストの低減が困難であり、高価であるという問題があった。
また、導波路型デバイスで実現されている偏波分離光デバイスのうち、アモルファスシリコン膜を装荷したタイプでは、アモルファスシリコン膜の製膜、パターン化加工といったプロセスを行うことが必要であり、且つ、パターン化されたアモルファスシリコン膜を光学特性にあわせてトリミングを図るプロセスも必要であるなど、付加プロセスが多く、デバイスを安価に供給することが困難であるという問題があった。
【０００６】
紫外光照射により導波路に誘起される光誘起複屈折を利用したタイプでは、付加的プロセスを必要としないため、安価で、偏波分離光デバイスを供給する可能性を有してはいるが、マッハツェンダ干渉計の位相（マッハツェンダ干渉計のアーム導波路の光路長差）を光回路設計段階であらかじめ所定の値に設定しておく必要があり、設計の自由度が限定されるほか、導波路作製誤差による光路長誤差を補償することが困難であるという問題点を有していた。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、低損失で高い安定性及び信頼性を有し、且つ、製造が容易で安価な偏波分離機能を有する光回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する為に、本発明では、石英系導波路に紫外レーザ光を照射したときに誘起される複屈折の値が、照射するレーザのビーム幅（照射領域幅）によってかわる現象を利用するもので、光回路中の２カ所以上複数箇所の導波路に対し異なったビーム幅で光照射を行うことにより光回路中の導波路における複屈折と光路長を自在に制御することにより、偏波分離を行うことを可能ならしめるものにした構成を含むことを特徴とした光回路を提案する。
【０００８】
〔作用〕
本発明によれば、安定性並びに実用性に優れた石英系光回路に対し、付加的に加工プロセスを行うことなく、紫外或いは可視領域の光を照射することのみによって、偏波分離機能を付加できるため、簡便且つ安価に偏波分離機能を有する光デバイスを製造、提供することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係るマッハツェンダ干渉計を図１に示す。
図１において、１１はシリコン（Ｓｉ）基板、１２ａ，１２ｂ，１３ａ及び１３ｂは入出力導波路、１４，１５は方向性光結合器、１６，１７は２つの方向性光結合器を結ぶアーム導波路である。
各導波路１２ａ〜１３ｂは、ＧｅＯ２を添加した石英系コアと、その周りの該コアよりも屈折率の低い石英系クラッドによって構成されている。
コア寸法は、７μｍ×７μｍとし、コアとクラッドの比屈折率差Δは０．７％にした。
【００１１】
方向性光結合器１４，１５は、その分岐比が１：１に設定されている（３ｄＢ結合器）。
このマッハツェンダ干渉計のアーム導波路１６，１７の一方の導波路上に、図２に示すように、長さＬ１、幅ｗ１にわたって紫外レーザ光の照射を行った。
図２において、２１はアーム導波路、２２は石英系クラッド部分、２３はＡｒＦレーザの照射領域である。
このとき、照射した長さＬ１とコア部分に誘起された実効屈折率変化量Δｎ１により、光路長の変化量Δｎ１・Ｌ１に応じてマッハツェンダ干渉計の位相が変化し、導波路１２ａ或いは１２ｂより光を入力したときの、導波路１３ａと導波路１３ｂからの光出力強度が変化する。
【００１２】
その変化は、入力光の波長をλ１として一般に下式で表すことができる。
Ｉ３ａ＝Ｉ０（１／２）［１−ｃｏｓ（２π（Δｎ１・Ｌ１／λ１）＋φ０）］
Ｉ３ｂ＝Ｉ０（１／２）［１＋ｃｏｓ（２π（Δｎ１・Ｌ１／λ１）＋φ０）］
但し、Ｉ０は導波路１３ａと導波路１３ｂからの出力光強度の和に相当した実数であり、φ０はマッハツェンダ干渉計の初期位相を定めた実数である。
実際に、紫外レーザとしてＡｒＦエキシマレーザ（レーザの波長：１９３ｎｍ）を用い、レーザ光照射長Ｌ１＝１０ｍｍ、照射域幅ｗ１＝２ｍｍとして導波路上部より光照射を行い、マッハツェンダ干渉計の位相変化量を評価して、光が照射された導波路の実効屈折率変化Δｎを評価した。
【００１３】
その結果、ＴＥ偏波にて評価を行った屈折率変化量ΔｎＴＥとＴＭ偏波にて評価を行った変化量ΔｎＴＭの大きさには、差異がみられ、ΔｎＴＥの方がΔｎＴＭよりも大きく変化した。即ち「ΔｎＴＥ＞ΔｎＴＭ」であった。
図３にレーザ光の照射時間に対する屈折率変化量Δｎを示す。
このときのレーザ光強度は１００ｍＪ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅ、パルス線り返し２０ｐｐｓであった。
また、照射域幅ｗ１＝０．０２ｍｍとして、同様にレーザ光照射を行ったときに誘起された屈折率変化Δｎを図３にあわせて示す。
このときのレーザ光強度は１５０ｍＪ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅであった。
【００１４】
光照射にあたっては、レーザからのビームを金属スリットを用いて、ビームの一部だけを透過させ、その後で、凸型円筒レンズを用いて導波路に対し平行な方向に縦長に集光して行った。
今回は、凸型円筒レンズを用いたが、凸レンズ、凹型円筒レンズ、凹レンズを組み合わせて、集光光学系を組み立てることも可能である。
照射域幅ｗ１が０．０２ｍｍのときには、ＴＥ偏波とＴＭ偏波、それぞれの屈折率変化量はほぼ同じ値であった（ΔｎＴＥ≒ΔｎＴＭ）。
屈折率変化量がＴＥ偏波とＴＭ偏波で等しくなる照射域幅ｗ１は、導波路幅、クラッド厚、導波路組成、クラッド組成によって異なるもので、おおよそ、０．０５ｍｍ以下０．００５ｍｍ以上の値をとる。
【００１５】
以上の実験結果に基づき、図１に示すマッハツェンダ干渉計石英系光回路をもとに偏波分離光回路の作製を行った。
このマッハツェンダ干渉計のアーム導波路１６，１７は等長であるように設計した。
このマッハツェンダ干渉計に対し、先ず1.55μｍレーザダイオード光を用いて、その初期特性を評価した後、アーム導波路１６に対し、ＡrＦエキシマレーザ光を、強度100mJ／cm2／pulse、パルス線り返し20pps、照射領域幅ｗ1＝２mm、長さＬ1＝10mmとして55分間照射した。
【００１６】
引き続き、アーム導波路１７に対し、光強度は150mJ／cm2／pulse、パルス線り返し20pps、照射領域幅ｗ1＝0.02mm、長さＬ1＝10mmで70分間、光照射を行った。
光照射後、1.55μｍレーザダイオード光を導波路１２ｂより入力し、特性を評価した。
先ず、ＴＥ偏波の光を導波路１２ｂより入力したとき、ほとんど全ての光は導波路１３ｂより出力した。
これは、ＴＭ偏波光に対しては、マッハツェンダ干渉計のアーム導波路に於いて光路長差が無く、ＴＥ偏波光に対しては、λ1／２相当の位相差を有していることを示す。
光学特性を評価しつつ、照射領域幅ｗ1＝0.02mmでアーム導波路に光を照射し、特性の微調整を行った。
【００１７】
最終的に、導波路１３ａからの出射光強度Ｉ３ａと導波路１３ｂからの出射光強度Ｉ３ｂの強度比Ｉ３ａ／Ｉ３ｂは約３００倍、２５ｄＢであった。
また、ＴＭ偏波の光を入射すると、ほとんど全ての光は導波路１３ａから出射し、導波路１３ｂからの出射光強度との比は約８００倍、２９ｄＢであった。
最後に、偏波分離機能を確認するために、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の光を同強度で同時に入力したところ、導波路１３ａからは、ＴＭ偏波の光が出力し、導波路１３ｂからはＴＥ偏波の光が出力し、偏波分離機能が確認された。
尚、このときの導波路１３ａに於ける偏波消光比（ＴＭ偏波出力光強度Ｉ３ａＴＭのＴＥ偏波出力光強度Ｉ３ａＴＥに対する比；Ｉ３ａＴＭ／Ｉ３ａＴＥ）は２８ｄＢ、導波路１３ｂに於ける偏波消光比（ＴＭ偏波出力光強度Ｉ３ｂＴＭのＴＥ偏波出力光強度Ｉ３ｂＴＥに対する比；Ｉ３ｂＴＭ／Ｉ３ｂＴＥ）は２４ｄＢであった。
以上、この光回路が偏波分離機能を有することが確認できた。
【００１８】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に用いた偏波分離光回路の斜視図を図４に示す。
図４において、４１はシリコン基板、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ及び４３ｄは入出力導波路である。
光回路の構成は、実施例１に用いたマッハツェンダ干渉計と全く同様な対称マッハツェンダ干渉計であり、その後段に、全く同様なマッハツェンダ干渉計が２個縦列に配置されている。
【００１９】
実施例１で行ったのと同様に、各マッハツェンダ干渉計のアーム導波路部分にレーザビーム幅ｗ１＝２ｍｍ、ｗ１＝０．０２ｍｍで光照射を行い、光学特性の調整を行った。
その結果、入出力導波路４２ｂから入力した光に対し、ＴＥ偏波の光は導波路４３ａから、ＴＭ偏波の光は入出力導波路４３ｄから出力し、その偏波消光比は、５０ｄＢ以上を確保することができた。
以上の実施例では、マッハツェンダ干渉計についてのみ記載しているが、光グレーティングなどにも本発明を適用することは勿論可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明では、石英系導波路に対し、ビーム幅を制御して紫外レーザ光照射を行うことにより、光誘起屈折率変化Δｎの偏波依存性、即ちΔｎＴＥとΔｎＴＭの大きさを個別に制御することにより、石英系導波路により構成された光回路に於ける光路長、及び偏波特性を自在に調整することが可能となるため、石英系光回路をもとに、ウェハプロセスの必要なアモルファスシリコン膜や薄膜ヒーターなどの付加を行うことなく、光照射を行うだけで、偏波分離機能を有する光回路を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るマッハツェンダ干渉計石英系光回路の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るマッハツェンダ干渉計アーム導波路部分の上面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に於ける紫外レーザ光誘起屈折率変化Δｎの照射時間依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施例に係る偏波分離光回路の斜視図である。
【符号の説明】
１１  Ｓｉ基板
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ  入出力導波路
１４，１５  方向性光結合器
１６，１７，２１  アーム導波路
２２  石英系クラッド部分
２３  ＡｒＦレーザ光照射領域
４１  Ｓｉ基板
４２ａ〜４２ｄ，４３ａ〜４３ｄ  入出力導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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