(57)【要約】【課題】光学特性の温度依存特性が良好なアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供すること。【解決手段】第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路、第１スラブ導波路に接続された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路、アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路、および第２スラブ導波路に接続された複数の第２入出力導波路、を有し、第１または第２スラブ導波路を横断する切断面で２つに切断されたＡＷＧチップと、ＡＷＧチップの下面に接合されＡＷＧチップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、切断面で離隔された下地板の領域に掛け渡されるように設けられ、ＡＷＧの光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、下地板の線膨張係数以上かつ補償部材の線膨張係数未満の線膨張係数を有し、下地板−補償部材間の応力を緩和するように、接着剤を介して補償部材に接着された反り緩和部材と、を備える。【選択図】図１
2014035474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、
前記アレイ導波路回折格子チップの下面に接合され、前記アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、
前記切断面で離隔された前記下地板の領域に掛け渡されるように接着剤を介して固定され、温度変化に応じて伸縮して前記切断されたアレイ導波路回折格子チップのそれぞれの間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、
前記下地板の線膨張係数以上かつ前記補償部材の線膨張係数未満の線膨張係数を有し、前記下地板と前記補償部材との間に発生する応力を緩和するように、接着剤を介して前記補償部材に接着された反り緩和部材と、
を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項２】
前記反り緩和部材は、前記下地板と前記補償部材との間に介在するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項３】
前記反り緩和部材は、当該反り緩和部材と前記下地板との間に前記補償部材が介在するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項４】
前記反り緩和部材と前記下地板との接着面と前記反り緩和部材と前記補償部材との接着面が略平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項５】
前記反り緩和部材と前記下地板との接着面と前記反り緩和部材と前記補償部材との接着面が非平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項６】
前記反り緩和部材は紫外線を透過する材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項７】
前記反り緩和部材と前記下地板とは同一の線膨張係数を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項８】
前記アレイ導波路回折格子チップと、前記下地板とは、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する前記切断面において２つに切断されて、固定片および可動片を構成し、
前記補償部材は、前記固定片と前記可動片との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項９】
前記固定片が接合されるとともに前記可動片が当接される基準板と、前記可動片が前記基準板上をスライドできるように前記基準板と前記可動片とを挟持するクリップと、をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項１０】
前記アレイ導波路回折格子チップは、前記アレイ導波路回折格子の輪郭形状に沿った形状を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路回折格子型光合分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
アレイ導波路回折格子（Arrayed  Waveguide  Grating：ＡＷＧ）を利用した波長合分波器は、構成材料である石英系ガラスの屈折率に温度依存性があるため、透過中心波長に温度依存性が生じることが知られている。
【０００３】
石英系ガラスからなるＡＷＧの透過中心波長の温度依存性ｄλ／ｄＴは、０．０１１ｎｍ／℃であり、Ｄ−ＷＤＭ（Dense-Wavelength  Division  Multiplexing）光伝送システムで使用するためには、無視できない大きな値となっている。
【０００４】
温度依存性を解消するために、電力を用いる加熱素子や冷却素子によってＡＷＧの温度を一定に制御する技術がある。しかしながら、近年多様化が進むＤ−ＷＤＭ光伝送システムにおいては、ＡＷＧに対して、電力を必要としないアサーマル化（温度無依存化）が強く求められている。
【０００５】
補償部材を用いてアサーマル化を実現したアレイ導波路回折格子型光合分波器（以下、適宜ＡＷＧ型光合分波器と記載する）が特許文献１、２に開示されている。特許文献１、２のＡＷＧ型光合分波器は、ＡＷＧチップを、スラブ導波路を横断するように切断し、切断により分離した部分間を掛け渡すように所定の熱膨張係数を有する補償部材を設けた構成を有する。このＡＷＧ型光合分波器の温度が変化した場合には、補償部材が伸縮し、分離した部分間の相対位置を変化させる。この相対位置の変化量は、温度変化に依存した透過中心波長のシフトが補償されるような変化量に調整されている。これによって、ＡＷＧ型光合分波器のアサーマル化が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７６４１０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２３７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ＡＷＧ型光合分波器を製造した場合に、複数のＡＷＧ型光合分波器間でその透過波長や挿入損失等の光学特性の温度依存特性がばらついたり、各ＡＷＧ型光合分波器において温度変動に対して光学特性にヒステリシスが生じたりして、温度特性が良くない場合があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学特性の温度依存特性が良好なアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、前記アレイ導波路回折格子チップの下面に接合され、前記アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、前記切断面で離隔された前記下地板の領域に掛け渡されるように接着剤を介して固定され、温度変化に応じて伸縮して前記切断されたアレイ導波路回折格子チップのそれぞれの間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、前記下地板の線膨張係数以上かつ前記補償部材の線膨張係数未満の線膨張係数を有し、前記下地板と前記補償部材との間に発生する応力を緩和するように、接着剤を介して前記補償部材に接着された反り緩和部材と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材は、前記下地板と前記補償部材との間に介在するように設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材は、当該反り緩和部材と前記下地板との間に前記補償部材が介在するように設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材と前記下地板との接着面と前記反り緩和部材と前記補償部材との接着面が略平行であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材と前記下地板との接着面と前記反り緩和部材と前記補償部材との接着面が非平行であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材は紫外線を透過する材料からなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記反り緩和部材と前記下地板とは同一の線膨張係数を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記アレイ導波路回折格子チップと、前記下地板とは、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する前記切断面において２つに切断されて、固定片および可動片を構成し、前記補償部材は、前記固定片と前記可動片との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記固定片が接合されるとともに前記可動片が当接される基準板と、前記可動片が前記基準板上をスライドできるように前記基準板と前記可動片とを挟持するクリップと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記アレイ導波路回折格子チップは、前記アレイ導波路回折格子の輪郭形状に沿った形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学特性の温度依存特性が良好なアレイ導波路回折格子型光合分波器を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。
【図２】図２は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器の背面図である。
【図３】図３は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】図５は、２つの下地板片間に段差が発生する場合を説明する図である。
【図６】図６は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器の製造工程を説明する図である。
【図７】図７は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器の製造工程を説明する図である。
【図８】図８は、実施例１および比較例１のＡＷＧ型光合分波器の回路パラメータを示す図である。
【図９】図９は、段差の測定点を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。
【図１１】図１１は、比較例１のＡＷＧ型光合分波器の或るサンプルについての透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。
【図１３】図１３は、実施例２のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な要部側断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な要部側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００の模式的な上面図である。図２は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００の背面図である。図３は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００のＸ−Ｘ線断面図である。
【００２３】
図１〜３に示すように、ＡＷＧ型光合分波器１００は、ＡＷＧチップ１０と、下地板２０と、基準板３０と、クリップ４０と、補償部材５０と、反り緩和部材５１と、を備えている。
【００２４】
ＡＷＧチップ１０は、シリコンや石英ガラス等からなる基板上に、石英系ガラスからなり、ＡＷＧ１０Ａを構成する各導波路、すなわち、光が入出力される第１入出力導波路１０Ａａと、第１入出力導波路１０Ａａに接続された第１スラブ導波路１０Ａｂと、第１スラブ導波路１０Ａｂに接続されたアレイ導波路１０Ａｃと、アレイ導波路１０Ａｃに接続された第２スラブ導波路１０Ａｄと、第２スラブ導波路１０Ａｄに接続され、光が入出力される複数の第２入出力導波路１０Ａｅとが形成された平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）チップである。
【００２５】
ＡＷＧチップ１０の第１入出力導波路１０Ａａには、光コネクタ１が取り付けられた光ファイバ心線２が接続されている。光ファイバ心線２は第１入出力導波路１０Ａａに信号光を入出力させるためのものである。第２入出力導波路１０Ａｅには、光コネクタ３が取り付けられた光ファイバテープ４が接続されている。光ファイバテープ４は各第２入出力導波路１０Ａｅに接続してこれに信号光を入出力させるための複数の光ファイバ心線を含んでいる。
【００２６】
アレイ導波路１０Ａｃは、互いに長さが異なるチャネル導波路が所定のピッチで並列に配列されたものである。各チャネル導波路は円弧状に屈曲しており、かつ円弧の内周側から外周側に向かって長さが長くなる順に配列されている。隣接するチャネル導波路の光路長の差は同一である。また、チャネル導波路の数は、入力されるＷＤＭ信号光のチャネル数に応じて設定されている。
【００２７】
第１スラブ導波路１０Ａｂおよび第２スラブ導波路１０Ａｄは直線状に形成されている。また、第１入出力導波路１０Ａａおよび複数の第２入出力導波路１０Ａｅはアレイ導波路１０Ａｃとは逆の方向に円弧状に屈曲している。複数の第２入出力導波路１０Ａｅの数は、使用するＷＤＭ信号光のチャネル数に設定されており、たとえば４０本である。また、ＡＷＧチップ１０は、ＡＷＧ１０Ａの輪郭形状に沿って屈曲した形状（ブーメラン形状）を有している。
【００２８】
下地板２０は、図３に示すように、ＡＷＧチップ１０の下面に接着剤６１によって接着されている。接着剤６１はたとえばエポキシ系の紫外線硬化型の接着剤である。下地板２０は、たとえば石英系ガラスからなる。下地板２０はＡＷＧチップ１０と線膨張係数が略同一である材料からなるものが好ましいが、特に限定はされない。
【００２９】
ＡＷＧチップ１０と下地板２０とは、接合された状態で切断面Ｃにおいて２つに切断され、固定片７１と可動片７２とに分離している。切断面Ｃは、第１スラブ導波路１０Ａｂの長手方向に略垂直な方向に沿って第１スラブ導波路１０Ａｂを横断し、かつ途中で略９０度だけ屈曲している。ここで、分離したＡＷＧチップ１０および下地板２０のうち、固定片７１に含まれるものをそれぞれＡＷＧチップ断片１１、下地板片２１とする。また、可動片７２に含まれるものをそれぞれＡＷＧチップ断片１２、下地板片２２とする。固定片７１と可動片７２とは切断面Ｃにより形成される溝Ｇを隔てて配置されている。第１スラブ導波路１０Ａｂにおける溝Ｇによる反射や光損失を抑制するために、溝Ｇにはマッチングオイルやマッチンググリースを充填することが好ましい。
【００３０】
基準板３０は、図３に示すように、固定片７１が接合されるとともに可動片７２が当接される。すなわち、固定片７１は、表面の所定領域３１に固定片７１が、たとえばエポキシ系の紫外線硬化型接着剤等で接合されている。一方、可動片７２は、固定片７１には接合されていない。基準板３０を構成する材料は特に限定されないが、たとえば石英ガラスからなるものを用いることができる。
【００３１】
クリップ４０は、図１、２に示すように、基準板３０と可動片７２とを挟持するものである。これによって、基準板３０と可動片７２とに図３に示すような押圧力Ｆが印加されるが、この押圧力Ｆは、可動片７２が基準板３０上をスライドできる程度の大きさとする。クリップ４０は、たとえばいわゆるゼムクリップと同様に、スチール等の金属からなる１本の棒体を折り曲げて形成されたものを使用することができる。
【００３２】
補償部材５０は、板状であり、固定片７１と可動片７２との間に掛け渡されるように設けられ、固定片７１と可動片７２とにそれぞれ反り緩和部材５１を介して接着剤によって固定されている。また、補償部材５０は、第１スラブ導波路１０Ａｂにおける切断面Ｃと略平行に延伸している。なお、本実施の形態１では、ＡＷＧチップ１０がＡＷＧ１０Ａの形状に沿ったブーメラン形状をしているので、ＡＷＧチップ１０には補償部材５０を接合するスペースが無い。そのため、補償部材５０は下地板片２１、２２に接合されている。補償部材５０は、たとえばアルミニウム（たとえば、純アルミニウム（ＪＩＳ：Ａ１０５０））からなる。補償部材５０は、その表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）をしたものでもよい。
【００３３】
反り緩和部材５１は、板状であって、下地板２０（すなわち下地板片２１および下地板片２２）の線膨張係数以上かつ補償部材５０の線膨張係数未満の線膨張係数を有している。
【００３４】
つぎに、このＡＷＧ型光合分波器１００の動作について説明する。
ＡＷＧ型光合分波器１００のＡＷＧチップ１０では、第１入出力導波路１０Ａａから、波長が互いに信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光が入力されると、第１スラブ導波路１０Ａｂは第１入出力導波路１０Ａａから入力されたＷＤＭ信号光を回折により広げてアレイ導波路１０Ａｃに入力させる。アレイ導波路１０Ａｃは、ＷＤＭ信号光に含まれる信号光に位相差を付加して第２スラブ導波路１０Ａｄに入力させる。第２スラブ導波路１０Ａｄは、アレイ導波路１０Ａｃによって付加された位相差によって、波長の異なる各信号光を複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれに集光させる。その結果、複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれからは、互いに波長の異なる信号光が分波されて出力される。このように、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光分波器として機能する。
【００３５】
一方、複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれから波長の異なる信号光を入力した場合は、光の相反性によって上記した作用と逆の作用が生じ、第１入出力導波路１０Ａａからは、複数の第２入出力導波路１０Ａｅから入力された信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光が出力される。この場合、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光合波器として機能する。したがって、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光合分波器として機能する。
【００３６】
ここで、通常のＡＷＧチップでは、ＡＷＧチップを構成する材料の屈折率に温度依存性があるため、ＡＷＧチップが温度変化すると、複数の第２入出力導波路のそれぞれに集光する光の波長が、本来集光されるべき波長からシフトする。その結果、ＡＷＧチップの光透過中心波長はシフトしてしまう。
【００３７】
これに対して、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００では、ＡＷＧ型光合分波器１００の温度変化に応じて補償部材５０が方向Ｄで伸縮することによって可動片７２をスライドさせて、固定片７１と可動片７２との相対位置を変えることにより、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する。これによって、ＡＷＧ型光合分波器１００のアサーマル化が実現されている。
【００３８】
さらに、補償部材５０は、第１スラブ導波路１０Ａｂにおける切断面Ｃと略平行に延伸しているので、その伸縮の方向Ｄも切断面Ｃと略平行である。したがって、補償部材５０が伸縮した場合にも溝Ｇの幅が殆ど変化しない。その結果、補償部材５０が伸縮してもＡＷＧ型光合分波器１００の光学特性は変動せずに安定する。
【００３９】
なお、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償するための補償部材５０による位置補正量ｄｘは、ＡＷＧチップ１０の回路パラメータ等を用いて、以下の式（１）により設定することができる。
【００４０】
【数１】
2014035474.tif 000003
Ｌｆは第１スラブ導波路１０Ａｂの焦点距離、ΔＬはアレイ導波路１０Ａｃにおける隣接するチャネル導波路間の光路差、ｄはアレイ導波路１０Ａｃにおける隣接するチャネル導波路間のピッチ、ｎｓは第１スラブ導波路１０Ａｂの実効屈折率、ｎｇはアレイ導波路１０Ａｃの群屈折率、ｄλ／ｄＴは透過中心波長の温度依存性（たとえば０．０１１ｎｍ／℃）、ΔＴは温度変化量である。また、λ０は第１スラブ導波路１０Ａｂにおいて回折角が０度になる波長であり、ＡＷＧの中心波長と呼ばれるものである。
【００４１】
温度変化量がΔＴの場合に、可動片７２が式（１）で示される位置補正量ｄｘだけスライドするように補償部材５０の線膨張係数と長さとを設定することによって、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償することができる。
【００４２】
また、クリップ４０は、押圧力Ｆを印加して基準板３０と可動片７２とを挟持しているので、補償部材５０が伸縮して固定片７１と可動片７２との相対位置が変化した場合でも、ＡＷＧ型光合分波器１００の光軸の変動が抑制される。
【００４３】
また、本実施の形態１では、固定片７１を基準板３０に接合しているので、クリップ４０は可動片７２のみを基準板３０に押圧すればよい。これによって、クリップ４０が印加すべき押圧力Ｆは小さくてよい。その結果、クリップ４０として小型で簡略なものを使用できるので、部品コストが低減される。また、クリップ４０は可動片７２のみを基準板３０に押圧すればよいので、押さえ基板のような複雑かつ高価な部品を使用しなくてもよくなり、より低コストかつ小型にできる。
【００４４】
さらに、本実施の形態１では、クリップ４０で挟持すべき可動片７２の方が、基準板３０に接合した固定片７１よりも質量が小さいので、クリップ４０としてより小型で簡略なものを使用できる。
【００４５】
つぎに、補償部材５０および反り緩和部材５１についてさらに説明する。図４は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００のＹ−Ｙ線断面図である。図４に示すように、補償部材５０は、長手方向の両端部に形成された略直方体状の２つの凸部５０ａを有する。２つの凸部５０ａのそれぞれには接着剤６２を介して反り緩和部材５１が接着されている。さらに、２つの反り緩和部材５１は、固定片７１に含まれる下地板片２１と可動片７２に含まれる下地板片２２とにそれぞれ接着剤６３を介して接着されている。これによって、補償部材５０は、反り緩和部材５１が介在した状態で、下地板片２１と下地板片２２とのそれぞれに接着剤６２、６３を介して固定されている。接着剤６２、６３は、たとえばエポキシ系の紫外線硬化型の接着剤である。
【００４６】
反り緩和部材５１は、下地板２０（すなわち下地板片２１および下地板片２２）の線膨張係数以上かつ補償部材５０の線膨張係数未満の線膨張係数を有している。これによって、ＡＷＧ型光合分波器１００間で光学特性の温度依存性のばらつきが小さくなり、または、温度変動に対して生じるヒステリシスが抑制されるので、光学特性の温度依存性が良好になる。
【００４７】
以下、具体的に説明する。公知のＡＷＧ型光合分波器の構造では、下地板と補償部材とを直接的に接着剤で接着している。この場合、たとえば環境温度等の変動によってＡＷＧ型光合分波器の温度が変動した場合に、下地板と補償部材とで互いに線膨張係数が異なるために、下地板と補償部材との間に応力が発生して反りが発生する場合があった。このような反りが発生すると、２つの下地板片間、または下地板片に接着された２つのＡＷＧチップ断片間に段差が生じる場合がある。
【００４８】
図５は、２つの下地板片間に段差が発生する場合を説明する図である。図５に示すように、下地板片２２と補償部材５０とを直接的に接着剤６４で接着した場合、下地板２２と補償部材５０との両方に反りが発生する場合がある。反りが生じた場合、下地板片２２と下地板片２１との間に段差ｔが生じる。このように段差ｔが発生すると、下地板片２２に接着剤６１を介して接着されたＡＷＧチップ断片１２と、その紙面奥側に存在している下地板片２１に接着されたＡＷＧチップ断片１１（図１等参照）との間にも段差が生じる。これによってＡＷＧチップ断片１１とＡＷＧチップ断片１２との光軸（すなわち、ＡＷＧチップ断片１１とＡＷＧチップ断片１２とに跨がって形成されている第１スラブ導波路１０Ａｂの光軸）がずれることとなる。
【００４９】
このような光軸のずれは、クリップ４０の押圧力によって矯正されるが、透過中心波長のずれや挿入損失の増大の原因となる。さらに、光軸のずれはたとえば透過中心波長の温度ヒステリシスの発生の原因となる。さらには、光軸のずれを矯正するためにクリップ４０の押圧力を大きくすると、基準板と可動片との間の摩擦力が大きくなるため、温度ヒステリシスがさらに大きくなる場合がある。
【００５０】
また、図５において発生している反りの大きさは、接着剤６４の厚さにも依存する。接着剤６４の厚さはたとえば２μｍ〜１０μｍであるが、製造時に接着剤６４の厚さを一定に管理することは困難である。その結果、ＡＷＧ型光合分波器間でその透過波長や挿入損失等の光学特性の温度依存特性がばらつくことになる。
【００５１】
たとえば、下地板片２２が石英ガラス（線膨張係数；４．３×１０−７／℃、ヤング率７３ＧＰａ）からなり、補償部材５０が純アルミニウム（線膨張係数；２．３×１０−５／℃、ヤング率７３ＧＰａ）からなる場合に、Ｙ−Ｙ断面におけるＡＷＧチップ断片１２の幅方向中心（第１スラブ導波路１０Ａｂの光軸付近）での段差ｔの大きさは、たとえば４μｍとなる場合があることが、計算および実測によって確認された。この場合、補償部材５０の接着されている部分のＹ−Ｙ断面における幅方向中心を軸としてＶ字形状に反りが発生する。補償部材５０の接着されている部分の幅方向中心とＡＷＧチップ断片１２の幅方向中心との間の距離ｌを例えば８．０ｍｍとすると、反りの大きさは１．５μｍ程度である。
【００５２】
これに対して、本実施の形態１では、下地板２０の線膨張係数以上かつ補償部材５０の線膨張係数未満の線膨張係数を有している反り緩和部材５１を、補償部材５０と下地板片２１と下地板片２２との間に介在させているので、温度変動の際に下地板２０と補償部材５０との間に発生する応力が緩和される。これによって、下地板片２２の反りは抑制される。したがって、下地板片２２と下地板片２１との間に生じる段差ｔが減少するので、透過中心波長のずれ、挿入損失の増大、透過中心波長の温度ヒステリシスの発生、またはＡＷＧ型光合分波器間の光学特性の温度依存特性のばらつき等が、抑制される。その結果、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００は光学特性の温度依存性が良好になる。
【００５３】
なお、反り緩和部材５１の線膨張係数については、下地板２０の線膨張係数と補償部材５０の線膨張係数との中間値よりも下地板２０の線膨張係数に近い値がより好ましく、下地板２０の線膨張係数と同じ値であることがより好ましい。
【００５４】
つぎに、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００の製造方法の一例について説明する。はじめに、ＡＷＧチップ１０の製造方法の一例について説明する。
【００５５】
まず、シリコンや石英ガラス等からなる基板上に、火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition：ＦＨＤ）法により、下部クラッド層およびコア層となるシリカ材料（ＳｉＯ２系のガラス粒子）を順次堆積し、堆積層を加熱して溶融透明化する。つぎに、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとを用いて、複数のＡＷＧ１０Ａの導波路パターンにコア層を形成する。つぎに、再びＦＨＤ法により、導波路パターンの上部および側部を覆うように上側部クラッド層を形成する。
【００５６】
つぎに、図６に示すように、基板Ｓ上に、第１入出力導波路１０Ａａ、第１スラブ導波路１０Ａｂ、アレイ導波路１０Ａｃ、第２スラブ導波路１０Ａｄ、および複数の第２入出力導波路１０ＡｅからなるＡＷＧ１０Ａを複数形成したものを、ＣＯ２レーザを用いてＡＷＧ１０Ａの輪郭形状に沿った切断線Ｌに沿って切断する。これによって、ＡＷＧ１０Ａの輪郭形状に沿ったブーメラン形状のＡＷＧチップ１０を得ることができる。なお、切断は、ＣＯ２レーザに限らず種々の加工用のレーザやウォータージェット等を用いて行ってもよい。
【００５７】
このように、基板Ｓ上にＡＷＧ１０Ａを高密度に複数形成し、ＡＷＧ１０Ａの輪郭形状に沿ったブーメラン形状に切断してＡＷＧチップ１０を得ることによって、ＡＷＧを含む矩形状に基板を切断する場合よりも、１つの基板Ｓからより多数のＡＷＧチップ１０を得ることができる。これによってＡＷＧチップ１０を低コストに製造することができる。
【００５８】
つぎに、製造したＡＷＧチップ１０に接着剤６１（図３参照）によって下地板２０を接着する。つぎに、ＡＷＧチップ１０と下地板２０とを、接合された状態で切断面Ｃにおいて２つに切断し、固定片７１と可動片７２とに分離する。その後、基準板３０に対して、固定片７１を接合するとともに、可動片７２を当接する。
【００５９】
一方、図７の上段の図に示すように、補償部材５０の２つの凸部５０ａのそれぞれに接着剤６２を介して反り緩和部材５１を接着する。このとき、反り緩和部材５１が石英系ガラス等の、紫外線を透過する材料からなれば、接着剤６２が紫外線硬化型の接着剤の場合に反り緩和部材５１を通して紫外線を接着剤６２に照射できるので好ましい。その後、反り緩和部材５１を接着した補償部材５０に対して、ＡＷＧ型光合分波器１００の使用温度よりも高い温度でアニールを行い、接着剤６２の応力を緩和して歪みを除去する。アニール温度はたとえば９０℃とする。
【００６０】
反り緩和部材５１を接着した補償部材５０をアニール温度から室温に降温させると、図７の中段の図に示すように、反り緩和部材５１と補償部材５０との間の線膨張係数の違いによって矢印に示すように大きさが異なる応力が発生する。この結果、反り緩和部材５１および補償部材５０には反りが発生する。
【００６１】
その後、図７の下段の図に示すように、一方の反り緩和部材５１を下地板片２２に接着剤６３を介して接着する。同様に、他方の反り緩和部材５１を下地板片２１に接着剤６３を介して接着する。このとき、下地板片２１、２２が石英系ガラス等の、紫外線を透過する材料からなれば、接着剤６３が紫外線硬化型の接着剤の場合に下地板片２１，２２を通して紫外線を接着剤６３に照射できるので好ましい。その後、上記と同様にＡＷＧ型光合分波器１００の使用温度よりも高い温度でアニールを行う。なお、反り緩和部材５１および補償部材５０の反りは、接着剤６３によって吸収されるので、下地板片２１、２２にはほとんど反りが伝わらないことになる。
【００６２】
このように、補償部材５０に接着剤６２を介して反り緩和部材５１を接着し、その後アニールを行ってから、反り緩和部材５１を下地板片２１、２２に接着剤６３を介して接着する工程を行う場合は、環境温度の変動が大きいので、反り緩和部材５１によって下地板片２１、２２に発生する反りを抑制する効果が効果的に発揮される。
【００６３】
また、補償部材５０として、その表面にアルマイト処理をした場合は、その表面状態を安定化させるために、表面の微細孔を塞ぐための封孔処理を行う場合があるが、無封孔の方が接着剤による接着強度が高くなるので好ましい。しかしながら、無封孔の場合はアルマイト処理から接着剤を塗布するまでに表面が空気に晒される時間によって接着強度が変動するため、接着強度がばらつく原因となる。しかしながら、補償部材５０に反り緩和部材５１を接着し、その後反り緩和部材５１を下地板片２１、２２に接着する工程を行う場合は、補償部材５０にアルマイト処理をしてから反り緩和部材５１を接着するまでの時間を一定に管理しやすいので、補償部材５０と反り緩和部材５１との間の接着強度が安定する。
【００６４】
ただし、反り緩和部材５１の効果は工程の順番にはよらない。たとえば、上記以外の工程としては、接着剤６３を介して反り緩和部材５１を下地板片２１、２２に接着し、その後アニールを行ってから、接着剤６２を介して反り緩和部材５１に補償部材５０を接着する工程を行う場合がある。または、接着剤６２、６３を介して補償部材５０、反り緩和部材５１、および下地板片２１、２２を同時に接着し、その後アニールを行う工程を行う場合がある。しかし、これらのいずれの工程においても、反り緩和部材５１が下地板２０の線膨張係数以上かつ補償部材５０の線膨張係数未満の線膨張係数を有しているために、下地板２０と補償部材５０との間の応力が緩和されるので、下地板２０の反りは緩和される。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００は、光学特性の温度依存性が良好になる。
【００６６】
（実施例１および比較例１）
本発明の実施例１として、上記製造方法にしたがって、図１に示す実施の形態１の構成のＡＷＧ型光合分波器を製造した。なお、補償部材としては、純アルミニウム（ＪＩＳ：Ａ１０５０）板材の表面全面をアルマイト処理し、封孔処理はしていないものを用いた。
【００６７】
また、比較例１として、図５のように反り緩和部材を使用せずに補償部材と下地板片とを接着剤によって直接的に接着する点以外は実施例１と同じＡＷＧ型光合分波器を製造した。
【００６８】
図８は、実施例１および比較例１のＡＷＧ型光合分波器の回路パラメータを示す図である。この回路パラメータを用いて、補償部材の長さを１８．０ｍｍに設定した。
【００６９】
そして、実施例１および比較例１のＡＷＧ型光合分波器について、下地板片間の段差（図５参照）を測定した。なお、段差の測定は図９に示すようにＡＷＧ型光合分波器１００のＡＷＧチップ片１１，１２の両端部および中心に対応する測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で行った。比較例１についても同様の測定点で測定を行った。なお、実施例１および比較例１のいずれもクリップは取り付けない状態で測定を行った。
【００７０】
その結果、比較例１のＡＷＧ型光合分波器では、測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における段差は、１０個のサンプルの平均値として、それぞれ約１０μｍ、約７μｍ、約３μｍであった。これに対して、実施例１のＡＷＧ型光合分波器では、測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における段差は、１０個のサンプルの平均値として、いずれも１μｍ以下であった。
【００７１】
また、実施例１のＡＷＧ型光合分波器の製造工程において、補償部材に反り緩和部材を接着して９０℃でアニールを行った後の反り緩和部材の反りを測定したところ、約１．５μｍの反りが発生した。しかしながら、製造した実施例１のＡＷＧ型光合分波器の下地板片の反りを測定したところ、反りはほとんど発生していなかった。
【００７２】
つぎに、実施例１および比較例１のＡＷＧ型光合分波器に、クリップを取り付けた状態で、２０℃→５０℃→６５℃→５０℃→２０℃→−５℃→２０℃の順で温度を変化させながら、透過中心波長および挿入損失の変動を測定した。
【００７３】
図１０は、実施例１のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。図中では「透過中心波長」、「挿入損失」はそれぞれ単に「中心波長」、「損失」と記載してある。図１０に示すように、実施例１のＡＷＧ型光合分波器は、透過中心波長および挿入損失の変動が小さいものであった。なお、透過中心波長の変動の温度依存性のグラフは、原理的には下に凸のなめらかな２次曲線となるが、図１０および以下の図１１、１３では、ヒステリシスを見やすくするために、測定した温度でのデータ点を直線で結んで表している。
【００７４】
図１１は、比較例１のＡＷＧ型光合分波器の或るサンプルについての透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。図１１に示すように、比較例１のＡＷＧ型光合分波器の或るサンプルは、透過中心波長および挿入損失の変動が大きく、かつ透過中心波長についてのヒステリシスが大きかった。このように、比較例１では、すべてのサンプルで安定して段差を小さくすることが困難であり、サンプルによっては光学特性が劣化するものがあり、特性にばらつきが生じた。
【００７５】
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００は、下地板片２２と下地板片２１との間に生じる段差がきわめて小さいため、段差を矯正するためのクリップの押圧力が小さくてもよい。これによって温度ヒステリシスの発生がさらに抑制される。さらには、クリップを用いなくてもよい。
【００７６】
図１２は、本発明の実施の形態２に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。図１２に示すように、ＡＷＧ型光合分波器２００は、クリップ４０を用いていない以外は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００と同様の構成を有する。
【００７７】
ＡＷＧ型光合分波器２００は、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００と同様に、光学特性の温度依存性が良好になり、かつ、クリップ４０を用いていないので部品点数が削減され、かつ温度ヒステリシスの発生がよりいっそう抑制される。
【００７８】
（実施例２）
本発明の実施例２として、実施例１と同様に上記製造方法にしたがって、図１２に示す実施の形態２の構成のＡＷＧ型光合分波器を製造した。
【００７９】
図１３は、実施例２のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長および挿入損失の変動の温度依存性を示す図である。図１３に示すように、実施例２のＡＷＧ型光合分波器は、透過中心波長および挿入損失の変動が、図１０に示す実施例１の場合と同等に小さいものであった。
【００８０】
（実施の形態３）
上記実施の形態１、２では、反り緩和部材は、下地板と補償部材との間に介在するように設けられている。これに対して、本発明の実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器では、反り緩和部材は、当該反り緩和部材と下地板との間に補償部材が介在するように設けられている。
【００８１】
図１４は、本発明の実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な要部側断面図である。実施の形態１と実施の形態３とでは、反り緩和部材と下地板と補償部材との位置関係のみが異なるので、以下ではその点を説明する。
【００８２】
図１４に示すように、本実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器３００では、一方の反り緩和部材５１は、反り緩和部材５１と下地板片２２との間に補償部材５０が介在するように設けられている。同様に、他方の反り緩和部材５１についても、反り緩和部材５１と下地板片２１との間に補償部材５０が介在するように設けられている。具体的には、補償部材５０は凸部５０ａにおいて接着剤６３を介して下地板片２１、２２とにそれぞれ接着している。なお、このように凸部５０ａが有ると、補償部材５０と下地板片２１、２２との接着面積が一定に管理することが容易にできるので好ましい。また、反り緩和部材５１は凸部５０ａが設けられた側とは反対側において、接着剤６２を介して補償部材５０に接着している。
【００８３】
ＡＷＧ型光合分波器３００では、補償部材５０と下地板片２１、２２との間に発生すべき応力が、反り緩和部材５１側でも負担されるので、補償部材５０と下地板片２１、２２との間に発生する応力が緩和される。これによって、下地板片２１、２２に発生する反りが抑制され、下地板片２１、２２間の段差も減少する。その結果、本実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器３００は光学特性の温度依存性が良好になる。
【００８４】
このように、反り緩和部材５１が補償部材５０に接着される領域は、反り緩和部材５１の存在によって補償部材５０と下地板片２１、２２との間に発生する応力が緩和されるような領域であればよい。
【００８５】
また、上記実施の形態１〜３では、反り緩和部材５１と下地板２０（下地板片２１、２２）との接着面と、反り緩和部材５１と補償部材５０との接着面が略平行であるが、非平行でもよい。
【００８６】
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な要部側断面図である。実施の形態１と実施の形態４とでは、反り緩和部材と下地板と補償部材との位置関係や、反り緩和部材および補償部材の形状のみが異なるので、以下ではその点を説明する。
【００８７】
本実施の形態４に係るＡＷＧ型光合分波器４００では、反り緩和部材４５１は、下地板片２１，２２と補償部材４５０との間に介在するように設けられている。ただし、反り緩和部材４５１はたとえば直方体状である。また、補償部材４５０はたとえば凸部の無い板状である。そして、補償部材４５０は、その側面４５０ａにおいて、接着剤４６２を介して反り緩和部材４５１の側面４５１ａに接着している。なお、反り緩和部材４５１は接着剤４６３を介して下地板片２１、２２に接着している。ここで、接着剤４６２、４６３は、たとえばエポキシ系の紫外線硬化型の接着剤である。
【００８８】
このように、反り緩和部材４５１と下地板２０（下地板片２１、２２）との接着面と、反り緩和部材４５１と補償部材４５０との接着面が略直角であっても、反り緩和部材４５１によって下地板２０と補償部材４５０との間に発生する応力が緩和される。その結果、本実施の形態４に係るＡＷＧ型光合分波器４００は光学特性の温度依存性が良好になる。
【００８９】
上記実施の形態４では、反り緩和部材４５１と下地板２０（下地板片２１、２２）との接着面と、反り緩和部材４５１と補償部材４５０との接着面が略直角であるが、両接着面が別の非平行の状態、たとえば鋭角または鈍角を成していてもよい。たとえば、反り緩和部材４５１がくさび型状であって側面４５１ａが傾斜しており、補償部材４５０の側面４５０ａも側面４５１ａに対応して傾斜していてもよい。
【００９０】
また、上記実施の形態４では、反り緩和部材４５１が紫外線を透過する材料からなれば、接着剤４６２，４６３が紫外線硬化型の接着剤の場合に、反り緩和部材４５１を通して紫外線を接着剤６２に照射できる。この場合、下地板２０（下地板片２１、２２）は、紫外線を透過する材料からなるものでなくてもよく、たとえば線膨張係数が石英系ガラスよりも大きいシリコン等の材料からなるものでもよい。
【００９１】
なお、上記実施の形態では、接着剤としてエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を用いているが、熱硬化性の接着剤を用いてもよい。また、補償部材を下地板または反り緩和部材と接着剤で接着する際に、補償部材の表面を有機溶剤およびプラズマ等で洗浄すれば、表面の濡れ性が向上し、より接着強度が高まるので好ましい。また、補償部材、下地板、または反り緩和部材の接着する面の表面にシランカップリング剤等のカップリング剤を塗布し、カップリング剤を介して接着剤で接着すれば、より接着強度が高まるので好ましい。
【００９２】
また、上記実施の形態では、ＡＷＧチップを切断して分離したうちの質量が小さい方を可動片としてクリップで押圧するようにしているが、質量が大きい方を可動片としてクリップで押圧するようにしてもよい。すなわち、分離したＡＷＧチップの一方のみをクリップで基準板に押圧し、他方は基準板に接合固定することによって、クリップを小型で簡略なものとすることができる。
【００９３】
また、上記実施の形態では、第１スラブ導波路を切断して分離しているが、第２スラブ導波路、または第１スラブ導波路および第２スラブ導波の両方を切断して分離するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態において、可動片をスムーズにスライドさせるために、基準板の表面にフロスト処理等の凹凸処理をしたり、溝を設けたりして、窪み部を形成してもよい。このような窪み部は、可動片と基準板との接触面積を減少させるようなものであれば、その態様は特に限定はされない。また、溝を設ける場合は、その延伸方向はＡＷＧチップの切断面に沿う方向に限られず、切断面に垂直の方向でもよい。
【００９５】
また、下地板、基準板の構成材料は、石英ガラスに限られない。下地板、基準板の構成材料の線膨張係数を考慮して補償部材の長さを決定すれば、金属、半導体、セラミックスなどの種々の材料を用いることができる。
【００９６】
また、補償部材も、アルミニウム、またはアルミニウムにアルマイト処理を施したものに限定されず、銅などの他の金属や、これに変質を防止するための表面処理を施したものでもよい。
【００９７】
また、ＡＷＧチップと下地板とを接合する位置および補償部材を掛け渡す位置も、実施の形態のものに限られず、補償部材の伸縮によって切断されたＡＷＧチップの位置が相対的に変化できるような位置であればよい。
【００９８】
さらに、上記実施の形態では、アレイ導波路回折格子チップと下地板とが、第１スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断して固定片および可動片としている。しかしながら、下地板は必ずしも完全に切断されていなくてもよく、アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って一部で切断され、一部で接続されていてもよい。この場合、切断面で離隔された下地板の領域に補償部材を掛け渡す構成とすると、補償部材が伸縮した場合は、接続された部分を支点にして、離隔した部分間の相対位置が変化することとなる。これによって、切断したアレイ導波路回折格子チップの断片間の相対位置が変化することとなる。相対位置の変化量は、温度変化に依存した透過中心波長のシフトが補償されるような変化量に調整すればよい。
【００９９】
また、上記実施の形態では、基板をＡＷＧの輪郭形状に沿って切断し、ブーメラン形状のＡＷＧチップを得ているが、基板を矩形に切断して矩形のＡＷＧチップを得るようにしてもよい。
【０１００】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、３  光コネクタ
２  光ファイバ心線
４  光ファイバテープ
１０  ＡＷＧチップ
１０Ａ  ＡＷＧ
１０Ａａ  第１入出力導波路
１０Ａｂ  第１スラブ導波路
１０Ａｃ  アレイ導波路
１０Ａｄ  第２スラブ導波路
１０Ａｅ  第２入出力導波路
１１、１２  ＡＷＧチップ断片
２０  下地板
２１、２２  下地板片
３０  基準板
４０  クリップ
５０、４５０  補償部材
５０ａ  凸部
５１、４５１  反り緩和部材
６１、６２、６３、６４、４６２、４６３  接着剤
７１  固定片
７２  可動片
１００、２００、３００、４００  ＡＷＧ型光合分波器
Ｃ  切断面
Ｄ  方向
Ｆ  押圧力
Ｇ  溝
Ｌ  切断線
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  測定点
Ｓ  基板
【図１】
2014035474.tif 000004
【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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【図７】
2014035474.tif 000010
【図８】
2014035474.tif 000011
【図９】
2014035474.tif 000012
【図１０】
2014035474.tif 000013
【図１１】
2014035474.tif 000014
【図１２】
2014035474.tif 000015
【図１３】
2014035474.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2014035474.tif 000018