(57)【要約】【課題】非線形光学効果を用いた波長変換素子では、目的の非線形導波路を含むアレイ導波路を作製する段階で、付随的に意図しないスラブ導波路も形成されてしまう。スラブ導波路は、アレイ導波路から所望の特性を持つ導波路を選択する際に、誤った測定を誘発していた。誤測定は、波長変換素子の作製工程のやり直しや、歩留まりの低下を生じ、導波路選択時の特性評価およびその後の波長変換素子の効率的な作製の妨げになっていた。【解決手段】本発明の波長変換素子は、基板上に作製された複数の導波路と、複数の導波路の各々から離間して概ね平行して複数のスラブ導波路を備えており、このスラブ導波路の各々に導波光減衰器が形成されている。この導波光減衰器によって、複数の導波路の中から所望の光学特性を持つ導波路を効率的に選択する。波長変換素子の作製工程の中で、導波光減衰器の減衰量を、変化させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、
前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路と、
前記複数のスラブ導波路の領域内で、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器と
を備えたことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路を構成する前記材料が存在していない、前記基板と同一面上の前記スラブ導波路の内部領域として構成されることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記導波光減衰器は、前記複数のスラブ導波路における光導波方向を中心軸としたときに、前記基板と同一面上で非対称な形状を有すること特徴とする請求項１または２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記複数の導波路および前記複数のスラブ導波路はそれぞれ直線導波路であって、前記複数の導波路は、各々のコアのサイズを決定する構成パラメータを徐々に変化させていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記複数の導波路は、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＮｂＯ3に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎの内の少なくとも一種を添加物として含有する材料から成ることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、前記複数の導波路の内の１つの導波路に隣接し少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記溝のみに、屈折率が１よりも大きい材料が充填されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の波長変換素子。
【請求項７】
非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、
前記複数のスラブ導波路の領域内に、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器を作製するステップと、
前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、前記複数の導波路の中から所望の光学特性を有する１本の導波路を選択するステップと、
前記選択された導波路に隣接し、前記選択された導波路の少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記導波光減衰器に対し、当該導波光減衰器を構成する前記材料の前記屈折率を増加させるステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として、前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、
前記導波光減衰器を構成する前記材料の屈折率を増加させる前記ステップは、
前記溝の中に屈折率が１よりも大きい材料を充填すること
を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、非線形光学効果を用いた光学素子に関する。より具体的には、光通信システムや光計測システムなどにおいて用いられる波長変換素子に関する。
【０００２】
非線形光学効果を用いた光応用技術は、光通信や光を用いた量子情報通信などの分野において期待されている。基本的な非線形光学効果として、非線形光学媒質へ入射する光を別の周波数を有する光に変換する波長変換が知られている。具体的には、波長変換の特性を利用して、レーザー単体では発振が困難な波長帯の光を生み出す技術が広く知られている。特に、２次非線形材料であって大きな非線形定数を持つニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いた周期分極反転導波路（ＰＰＬＮ：Periodically Poled Lithium Niobate）は、非線形光学効果の効率の高さから、市販された光源内にも既に組み込まれている。
【０００３】
二次非線形光学効果では、波長λ1およびλ2の光を入力して新たな波長λ3を発生させる。次式を満たす波長変換を和周波発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generation）と呼ぶ。
【０００４】
１／λ3＝１／λ1＋１／λ2              式（１）
式（１）においてλ1＝λ2の場合はさらに変形をして、次式を満たす波長変換を第二高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）と呼ぶ。
【０００５】
λ3＝λ1／２                            式（２）
また、次式を満たす波長変換を差周波発生（ＤＦＧ：Difference Frequency Generation）と呼ぶ。
【０００６】
１／λ3＝１／λ1―１／λ2              式（３）
さらにはλ1のみを入力し式（３）を満たすλ2およびλ3を発生する光パラメトリック効果も存在する。上述のＳＨＧおよびＳＦＧの波長変換は、入力光に対して短波長の光すなわちエネルギーの高い光を新たに発生し、可視光域の光の発生等に良く利用される。
【０００７】
上述の二次非線形光学効果を効率良く起こすためには、相互作用する３波長の位相不整合量が０であることが求められる。周期分極反転導波路では、二次非線形光学材料の分極を周期的に反転させることにより疑似的に位相不整合量を０にすることができる。その時の反転周期をΛとすると、式（１）で示した和周波発生では、波長λ1、λ2、λ3に対して次式を満たすように反転周期Λを設定すれば良い。
【０００８】
ｎ3／λ3−ｎ2／λ2−ｎ1／λ1−１／Λ＝０      式（４）
ここでｎ1は波長λ1での屈折率、ｎ2は波長λ2での屈折率、ｎ3は波長λ3での屈折率である。
【０００９】
このような周期分極反転構造に加え、波長変換を生じさせる領域を導波路化することによって、高効率な波長変換が可能となる。非線形光学効果は、非線形相互作用を引き起こす光の重なり密度が高いほどその効果も大きくなる。従って、小さい断面積に光を閉じ込め、かつ長い距離にわたって光を導波させる導波路構造を採用することで、より高効率な波長変換が可能になる。
【００１０】
非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いた導波路構造の実現には、Ｔｉ拡散やプロトン交換による手法が一般的であった。近年では、非特許文献１に記載されているように、波長変換素子としてリッジ型の光導波路が研究開発されている。リッジ型の光導波路は、結晶のバルクの特性をそのまま利用でき、高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易性等の特徴を持つ。このリッジ型光導波路は、二枚の基板を接合した後で一方の基板を薄膜化し、さらに薄膜部分にリッジ加工を施すことにより形成される。上述の基板を接合する際に、接着剤等を用いずに基板同士を強固に接合する直接接合技術が知られている。直接接合型リッジ型導波路は、強い光を入射することが可能で、導波路化技術の進展と共に小コア化にも成功しており（例えば非特許文献２）、その非線形光学効率は向上の一途をたどっている。
【００１１】
強誘電体結晶であるＬＮは難加工材料であり、微細な加工が可能な半導体プロセスを用いても設計どおりのサイズや形状の構造を得ることが難しい。擬似位相整合を用いたＰＰＬＮ導波路内での非線形光学効果がその導波路構造に敏感なこともあり、所望の非線形光学特性を有する非線形光学導波路を、その光学特性を狙ってピンポイントで作製することは現状の技術では困難である。そこで波長変換素子の作製の段階では、後述するように、構造パラメータを徐々に変化させた複数の導波路を基板上に並べて同時に作製し、全ての導波路の光学特性を評価した上で、所望の特性を有する導波路のみを選択して利用する手法が用いられる。
【００１２】
ＰＰＬＮ導波路における導波路形状の加工においては、ウェットエッチングよりもしばしばドライエッチング技術が用いられる。ウェットエッチングではＰＰＬＮの分極方向によってエッチングレートが大きく異なり、所望の導波路構造を得ることが難しいからである。接合基板上に複数の導波路を作製した後で、測定用の端面を形成するよう基板を切り出し、所望の特性を持つ導波路を選択する。その後、例えばファイバピッグテールデバイスとして素子をモジュールに実装する（非特許文献３）。モジュールに実装の際には、選択された導波路に効率的に光が入射し、変換光が出射するよう、レンズを介して光ファイバとのアライメントが実施される。上述のＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の作製の一連の工程は、図２とともに後述する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Y. Nishida, H. Miyazawa, M. Asobe, O. Tadanaga, and H. Suzuki,“Direct-bonded QPM-LN ridge waveguide with high damage resistance at room temperature,”2003年 Electronics Letters, Vol.39, No. 7, p.609-611
【非特許文献２】T. Umeki, O. Tadanaga, and M. Asobe, ‘Highly Efficient Wavelength Converter Using Direct-Bonded PPZnLN Ridge Waveguide,’2010年 IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 46, No. 8, pp. 1206-1213
【非特許文献３】T. Kazama, T. Umeki, M. Abe, K. Enbutsu, Y. Miyamoto, and H. Takenouchi, “Low-Parametric-Crosstalk Phase-Sensitive Amplifier for Guard-Band-Less DWDM Signal Using PPLN Waveguides,”2017年 Journal of Lightwave Technology, Vol. 35, Issue 4, pp. 755-761
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非線形光学結晶の微細加工において一般的な化学反応ドライエッチングを行うと、難揮発材料が発生し効率的にエッチングが進まない問題が知られている。このため、エッチングする必要のない部分を、有機物保護膜である例えばレジストによるエッチングマスクで可能な限り覆う必要がある。しかしながらエッチングマスクを利用する方法によれば、導波路作製工程で、所望の導波路構造の外に意図しないスラブ導波路が形成されてしまう。
【００１５】
図１は、従来技術のＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の構成を示す図である。前述のように、ＬＮを用いた光導波路デバイスの作製には、その難加工性および低歩留まり性を考慮して、導波路構造パラメータを徐々に変化させたアレイ導波路を作製する。アレイ導波路を構成する複数の導波路の中から、最も優れた光学特性の導波路のみを選択して使用する。図１は、基板１０１上に作製された複数の導波路１０１ａ、１０１ｂを含む波長変換素子チップ１００の概念図を示している。
【００１６】
図２は、ＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の一連の作製工程を示したフロー図である。フロー２００を概観すれば、まずステップ２０２において接合基板の上に複数の導波路１０１ａ、１０１ｂを作製する。図１の波長変換素子チップ１００は、図２のフロー図のステップ２０３で、基板上に作製された複数の導波路の一部を含む状態にチップを切り出した状態に対応している。図１に示した波長変換素子チップ１００の状態で、複数の導波路１０１ａ、１０１ｂの各々に対して、図２のフロー図のステップ２０４に示したように、波長変換導波路としての光学特性を測定して、所望の導波路の選択を行う。
【００１７】
再び図１を参照すれば、導波路１０１ａ、１０１ｂを効率的にエッチングするためにエッチングマスクで覆った部分に、スラブ導波路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが形成される。これらのスラブ導波路が存在すると、図２のステップ２０４におけるアレイ導波路の光学特性の測定段階で、最終的に選択されることになる所望の導波路の以外の導波路に対しても、チップの端面において光学特性の測定のための光調芯が可能となってしまう。アレイ導波路のほかに意図せずに形成されたスラブ導波路は、アレイ導波路特性の評価の際に、誤測定や測定のやり直し、誤った導波路を選択したことによるチップの破棄など、効率的な導波路選択およびその後のモジュール製造検査の妨げとなる問題があった。現実の工程に基づいて、さらに詳細にこの問題を説明する。
【００１８】
図３は、アレイ導波路の中から所望の導波路を選択する工程を概念的に説明する図である。図１に示した波長変換素子チップ１００は、通常、図３の（ａ）に示したように直接接合したウェーファ３００の全面に例えば１００本以上の導波路から成るアレイ導波路を作製して（図２ステップ２０２）、所定の大きさの領域３０１−１〜３０１−４を持つチップに切り出して得られる（図２ステップ２０３）。この切り出しは、図２のステップ２０４の光学特性評価および導波路選択ために行われ、領域３０１−１〜３０１−４は最終的なチップ領域よりも大きいことに留意されたい。ステップ２０４では、構造パラメータを徐々に変化させた複数の導波路の中から光学特性が最も優れた１つの導波路を選択する、したがって、図３の（ａ）の導波路に垂直な方向（ｘ軸）の切り出しは、最終的に波長変換素子として利用する状態の最小単位で行う。一方、図３の（ａ）の導波路に平行な方向（ｚ軸）の切り出しは、光学特性評価が効率的に実施できるように、選択の基礎となる１つのグループ内のアレイ導波路の数も考慮して、複数の最終チップが含まれるように適切なサイズで行われる。
【００１９】
図３の（ｂ）は、光学特性の測定のために切り出し後の１つのチップ３０１を概念的に説明する図である。本来、光学特性の測定のために切り出したチップ３０１は、例えば幅の異なるｎ本の導波路３０２−１〜３０２−ｎが作製されている。チップ３０１に含まれる導波路の数は１００を越える場合もある。一方の端面１と他方の端面２との間で、各導波路に対して、光学特性の測定が順次実施される。すなわち試験光源３０３から１種類以上の試験光３０４が光ファイバを介して端面１に入力され、端面２から出力された試験光または波長変換光３０５が測定器３０６によって測定される。各導波路の光学測定では、導波損失の測定の他に、波長変換特性を直接確認するために異なる波長を持つ２つ以上の信号光を使用することもある。
【００２０】
図３の（ｂ）の切り出し後のチップ３０１では、実際には、選択される導波路を含む多数のアレイ導波路３０２−１〜３０２−ｎの他に、それぞれの導波路の間に図３に示していないスラブ導波路が形成されている。選択の対象となるアレイ導波路の各々の導波路は、例えば数μｍ角程度の非常に小さい断面の導波路である一方で、スラブ導波路の幅は遥かに大きく数１０μｍ以上にも達する。したがって、光学特性の測定のために光ファイバを各端面に近づければ、本来は光学特性評価の対象ではない多数のスラブ導波路にも簡単に光結合できてしまう。通常、光学特性評価のために光ファイバを介してチップ端面と光結合させるとき、アレイ導波路の配列方向（ｘ軸）に順次、光結合の位置をずらしながら光学測定を行う。しかしながら、相当の割合でスラブ導波路の領域で占められるｘ軸方向に測定点を移動させても、広い範囲で本来の導波路と同じ程度の光結合が可能である。非常に精度の良い調整用の３次元駆動機構などを利用しても、誤った位置で光学測定を行ってしまう可能性がある。その結果、光学特性の誤った測定値のために、最良の光学特性を持つ導波路の選択に誤りが生じる場合が起こり得る。
【００２１】
一旦、誤った測定が生じれば、図２のステップ２０４において本来選択すべきでない波長変換特性が不十分な導波路を選択する可能性がある。また、引き続くステップ２０５においてアレイ導波路のセットを含む最小のチップサイズへ切り出す際に、不適切な導波路を含むチップを形成したり、最適な導波路を含むチップを選別せずに破棄したりする場合も起こり得る。さらに図３に示した各導波路の１本あたりの測定には、通常１分程度の時間が掛るため、例えば１００本の導波路の測定には、１時間を越える時間を要する。所望の導波路を選択する段階において誤った光学測定を含んでいた場合、これを是正するための工程に多大な時間と無駄なやり直しコストが生じてしまう。図２の一連の工程を実施してモジュール化された波長変換素子を完成させるまでに、全体の歩留まりも低下させていた。したがって、図２のフロー図のステップ２０４における光学特性の評価を本来のアレイ導波路に対して誤りなく実施することは、図２の波長変換素子の一連の作製工程を効率的に行うための鍵の１つとなる。図１に示した本来必要とする複数の導波路の間に形成された意図しない複数のスラブ導波路は、導波路の特性評価およびその後の波長変換素子の効率的な作製の妨げになっていた。
【００２２】
本発明はこのような問題に鑑みなされたものであって、非線形光学素子を用いた波長変換素子をより効率的に作製する構成および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路と、前記複数のスラブ導波路の領域内で、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器とを備えたことを特徴とする波長変換素子である。複数の導波路は、導波路構造パラメータを徐々に変化させたアレイ導波路であり得る。また複数の導波路は、２次非線形材料のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）を用いた周期分極反転導波路（ＰＰＬＮ）であり得る。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１の波長変換素子であって、前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路を構成する前記材料が存在していない、前記基板と同一面上の前記スラブ導波路の内部領域として構成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の波長変換素子であって、前記導波光減衰器は、前記複数のスラブ導波路における光導波方向を中心軸としたときに、前記基板と同一面上で非対称な形状を有すること特徴とする。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの波長変換素子であって、前記複数の導波路および前記複数のスラブ導波路はそれぞれ直線導波路であって、前記複数の導波路は、各々のコアのサイズを決定する構成パラメータを徐々に変化させていることを特徴とする。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかの波長変換素子であって、前記複数の導波路は、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＮｂＯ3に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎの内の少なくとも一種を添加物として含有する材料から成ることを特徴とする。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの波長変換素子であって、前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、前記複数の導波路の内の１つの導波路に隣接し少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記溝のみに、屈折率が１よりも大きい材料が充填されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、前記複数のスラブ導波路の領域内に、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器を作製するステップと、前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、前記複数の導波路の中から所望の光学特性を有する１本の導波路を選択するステップと、前記選択された導波路に隣接し、前記選択された導波路の少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記導波光減衰器に対し、当該導波光減衰器を構成する前記材料の前記屈折率を増加させるステップとを備えることを特徴とする方法である。
【００３０】
好ましくは、前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路を構成する前記材料が存在していない、前記基板と同一面上の前記スラブ導波路の内部領域として構成される。また、前記導波光減衰器は、前記複数のスラブ導波路における光導波方向を中心軸としたときに、前記基板と同一面上で非対称な形状を有することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、請求項７の方法であって、前記導波光減衰器は、前記スラブ導波路の内部領域として、前記スラブ導波路を構成する前記材料が除去された溝であって、前記導波光減衰器を構成する前記材料の屈折率を増加させる前記ステップは、前記溝の中に屈折率が１よりも大きい材料を充填することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明により、波長変換素子を効率的に低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術のＰＰＬＮによる波長変換素子の構成を示す図である。
【図２】ＰＰＬＮ導波路を用いた波長変換素子の作製フロー図である。
【図３】アレイ導波路の中から導波路を選択する工程を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。
【図５】本発明の波長変換素子における導波光減衰器の構成例を示した図である。
【図６】本発明の波長変換素子の構成例を示した上面図である。
【図７】導波光減衰器の様々な変形例の構成例を示した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。
【図９】本発明の波長変換素子モジュールの組立・調整工程のフロー図である。
【図１０】本発明の実施例３の波長変換素子の構成を示す上面図である。
【図１１】本発明の実施例３の波長変換素子の充填材ブロックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の波長変換素子は、基板上に作製された複数の導波路と、複数の導波路の各々から離間して概ね平行して複数のスラブ導波路を備えており、このスラブ導波路の各々に導波光減衰器が形成されている。この導波光減衰器によって、複数の導波路の中から所望の光学特性を持つ導波路を効率的に選択する。波長変換素子の作製工程の中で、導波光減衰器の減衰量を、変化させることができる。基板をチップ状に切り出して、モジュール内でこのチップ内の選択された導波路を外部のファイバ等と光結合する際、導波光減衰器の減衰量を変更して、光結合の調整をより容易に効率的に実施できる。本発明は、波長変換素子の作製方法としての側面も持っている。波長変換素子を効率的に低コストで製造するために、上述の導波光減衰器の減衰量を変更する。
【００３５】
[第１の実施形態]
図４は、本発明の第１の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。図１に示した従来技術の波長変換素子に対応する構成を示している。図４の波長変換素子４００は、多数の導波路（アレイ導波路）が形成された基板状態から、複数の導波路を含むチップ状に切り出された状態を示している。複数の導波路４０１ａ、４０１ｂと、複数の導波路の各々に離間して概ね平行に構成されたスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃとを備える。いずれの導波路もｚ軸方向に沿って形成されており、波長変換素子４００のチップの外形をなす、導波路（ｚ軸）に垂直な、図面手前および奥の２つの端面（ｘ−ｙ面）において、光の入出力が可能となっている。光は、各導波路を光導波方向（ｚ軸）に導波する。
【００３６】
本発明の波長変換素子では、１つのチップ内に、構成パラメータを少しずつ変化させた複数の導波路を含む構成として、これらの複数の導波路の中ら、最も適切な１つの導波路を選択できるようになっている。変化させる構成パラメータとしては、導波路の形状を決定するパラメータを含み、例えば、導波路幅を僅かずつ変更することができる。他に、分極反転周期（ＱＰＭ：qllasi- phase matching ピッチ）を変更することもできる。また最も適切な導波路を選択することは、一例を挙げれば、複数の導波路の各々について伝搬損失を測定して、この損失が最小のものを選択することができる。また一方の端面から異なる波長の２つに光信号を入力して、他方の端面からの波長変換光のレベルを測定し、波長変換効率が最大のものを選択できる。最も適切な導波路を選択する条件は、上述の測定の他、どのような選択条件を用いても良い。すなわち、アレイ導波路を作製して、その中から目的の機能を達成するために、１つまたは複数の導波路を何等かの条件で選択する際に、本発明の構成を利用できる。
【００３７】
本発明の波長変換素子のスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃは、上述の構成パラメータを少しずつ変化させた複数の導波路を、ドライエッチングによる微細加工を利用して効率的に作製する際に、エッチングマスクで覆われた部分に形成される。本発明の波長変換素子では、スラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃに、さらにそれぞれ、コア材料が存在していない切れ込み４０４ａ〜４０４ｃが形成されている。チップの一方の端面から入力された光は、この切れ込み４０４ａ〜４０４ｃによって散乱されて、スラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃを導波中に減衰し、他方の端面からは減衰した光が出力される。
【００３８】
本発明の波長変換素子において、複数の導波路４０１ａ、４０１ｂと隣接するスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃとの間は、スラブ導波路が、波長変換素子として機能する非線形導波路に影響を与えない程度に離して配置される。例えば、複数の導波路４０１ａ、４０１ｂがＬＮコアであって、コアの両脇が空気であるリッジ構造の導波路であれば、導波光の波長程度以上離れていれば良い。複数の非線形導波路の繰り返し間隔（周期）は、光通信の波長変換素子の場合には、例えば数十μｍから数百μｍとすることができるが、応用分野によっては異なり得る。
【００３９】
図２および図３で説明したように、波長変換素子の一連の作製工程の中で、上述の複数の導波路４０１ａ、４０１ｂおよびスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃが作製され（ステップ２０２）、図３の（ｂ）で示したように、多数の導波路が並列して配置された構成されたチップ３０１に切り出される（ステップ２０３）。ここでは、未だ導波路の選択の前の段階であって、いわば作製途中状態のチップであり、このチップ内には数十から１００を越える数の多数の導波路が含まれていることに留意されたい。光学特性の評価を行って、多数の導波路（導波路アレイ）の中から１本の適切な導波路（所望の導波路）を選択する工程（ステップ２０４）では、図４のすべての導波路に対して図４の２つの端面それぞれにおいて、光ファイバとの結合位置をｘ軸方向に順次ずらしながら、光学特性を取得する。従来技術の構成では、本来は選択対象ではないスラブ導波路に対しても制限なく光結合が可能であった。このため、図２のステップ２０４において誤った測定を実施してしまうことで、波長変換素子の作製工程の一部のやり直しによる効率低下、歩留まり低下、コスト増等の問題が生じ、波長変換素子の一連の作製工程の妨げとなっていた。
【００４０】
これに対して、図４の本発明の波長変換素子の構成によれば、一方の端面からスラブ導波路のいずれかに誤って試験光が入力されても、切れ込み４０４ａ〜４０４ｃによって、ステップ２０４の光学特性の評価時には十分に減衰した出力光しか観測されない。したがって、誤ってスラブ導波路に対して光学特性が測定されても、その減衰量の大きさから直ちに測定値の異常を検出できる。測定対象でないスラブ導波路に関連した誤った測定が検知された段階で、直ちに光学特性の測定装置の３次元駆動機構に対して光結合をやり直しさせたり、アラームを表示したりするなど、光学特性評価、導波路選択工程（ステップ２０４）におけるエラーを是正するための様々なアクションが可能となる。通常、ステップ２０４の光学特性の評価は自動化された測定系によって実施されるため、誤った測定が検知されたときの是正処置としては様々なものを適用できる。このように、スラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃに形成された切れ込み４０４ａ〜４０４ｃによって、調整ミス（アラインメントミス）なしに、所望の導波路を選択するための光学特性の測定を効率的に実施できる。
【００４１】
図４の切れ込み４０４ａ〜４０４ｃは、スラブ導波路のコア材料の一部を除去して空気によって置き換えた構成となっており、導波光減衰器（導波光減衰構造）として機能する。切れ込みによって導波光は散乱するため、切れ込みを越えてさらに導波する光は大幅に減衰される。導波光減衰器は、図４に示したような切れ込み以外に、様々な形態によって実現できる。
【００４２】
図５は、導波光減衰器の様々な構成例を示した図である。図５の波長変換素子のチップ５００は、チップの基板面を垂直に見た上面図であって、波長変換に用いる非線形導波路５０１ａ、５０１ｂと、非線形導波路から離間して概ね平行に形成されたスラブ導波路５０２ａ〜５０２ｃから構成されている。図５ではスラブ導波路上には様々な種類の導波光減衰器を示しているが、異なる構成例を示すための目的で１つのチップ上に描かれており、実際に図５のように構成する必要はない。導波光減衰器としては、スラブ導波路の領域内に光導波方向に沿って長辺が形成された矩形状の溝５０３、光導波方向に傾斜した溝５０４、図４と同様の切れ込み５０５、スラブ導波路の領域内側に全体にわたって内壁を構成するように形成された溝５０６などがある。
【００４３】
したがって本発明の波長変換素子は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路４０１ａ、４０１ｂと、前記複数の導波路の各々に離間して、概ね平行して配置された複数のスラブ導波路４０２ａ〜４０２ｃと、前記複数のスラブ導波路の領域内で、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器（５０３、５０４、５０５、５０６）とを備えたものとして実施できる。好ましくは、導波光減衰器は、スラブ導波路を構成する材料が存在していない、基板と同一面上のスラブ導波路の内部領域として構成される。
【００４４】
導波光減衰器は、一旦導波路を加工した後に再度エッチングで作製しても良いが、波長変換に用いる非線形導波路およびスラブ導波路を形成するエッチング中に、併せて作製するのが最も効率的である。図５に示したように導波光減衰器はスラブ導波路内を導波する光の強度を減衰させることができる限り、様々な形状、構造とすることができる。導波路作製と合わせて導波光減衰器を作製する場合は、エッチング面積を小さくすることが重要となる。エッチング面積をできる限り小さくすることによって、難揮発材料の発生を抑制するためである。
【００４５】
また、導波光減衰器は波長変換のための非線形導波路のパターンへ影響を及ぼさないような形状であることが重要である。ドライエッチングによる微細加工は、所望のパターンを形成するレジストの形状だけでなく、その周辺部のパターンにも大きく左右され、不適切な形状ではエッチングにむらが生じてしまう。したがって、均一な導波路を作製するためには、導波路の近接パターンとなるアレイ導波路も長手方向（ｚ軸）に一様であることが望ましい。さらに、導波光減衰器はできるだけ小さい構造であることが望ましい。図５に示したスラブ導波路の領域内側に内壁を構成するように形成された溝５０６は、波長変換に用いる非線形導波路５０１ａ、５０１ｂと平行に均一な壁面を作ることができるので、非線形導波路に対するエッチングのむらが生じにくい構造となる。
【００４６】
図６は、本発明の波長変換素子の構成例を示した上面図である。図４および図５では、波長変換素子の構成要素の基本構造の説明のため、波長変換に用いる非線形導波路（アレイ導波路）は２本しか示しておらず、各部の相対的なサイズは実際のデバイスと非常に異なっている。図６は、非線形導波路は依然として太く描かれているが、実際のデバイスの形状のイメージにより近いものとして示している。図６では、波長変換に用いるｎ本の非線形導波路（アレイ導波路）６０１−１〜６０１−ｎが含まれており、各導波路の両側に各導波路から離間して概ね平行に（ｎ＋１）本のスラブ導波路６０２−１〜６０１−ｎ＋１が構成されている。スラブ導波路の各々は、光導波方向（ｚ軸方向）に対して斜めの切れ込み状の導波光減衰器６０３−１〜６０３−ｎ＋１を備え、小さいサイズで効率的に導波光を減衰することができる。導波光減衰器における光の減衰量をより大きくしたい場合は、図６に示したような直線状の切れ込みだけでなく、光導波軸に対して非対称な任意の形状とすれば良い。
【００４７】
図７は、本発明の波長変換素子における導波光減衰器の様々な変形例を示した図である。図７では、波長変換素子７００のスラブ導波路７０１ａ、７０１ｂにおける導波光減衰器の異なる形状の例を１つの図面上に同時に示している。図６でも示した光導波方向に斜めの直線状の溝７０３に加えて、光導波方向を中心軸（点線）として非対称に配置された三角形状の溝７０４、７０５、光導波方向を中心軸（点線）として非対称に配置された四角形状の溝７０６とすることができる。いずれも、導波光方向（ｚ軸）に対して非対称な形状を持っており、一方のチップ端面から入射した試験光を効果的に散乱する。
【００４８】
図４〜図７に示した本発明の波長変換素子の構成による光学特性の評価を誤測定なしに効率的に実施できる効果は、非線形光学を用いない波長変換以外の目的のアレイ導波路を作製する場合であっても有効である。したがって、アレイ導波路を含む素子を構成する物質は、ケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、または、それらに添加物を加えた化合物などが含まれる。波長変換で使用する２つの波長帯の光に対して、それぞれ透明な材料であれば良い。
【００４９】
[第２の実施形態]
波長変換素子の作製工程では、波長変換効率を高めるための小コア化したアレイ導波路を作製する。この段階で、ドライエッチングの問題を解決する結果としてスラブ導波路が形成されていた。上述の第１の実施形態の波長変換素子では、複数の導波路の中から所望の特性を持つ１つの導波路を選択する工程を効率良く実施するため、スラブ導波路の領域内に導波光減衰器を備えた。本実施形態の波長変換素子では、所望の導波路が選択された後で、波長変換素子をモジュール内に設置し調整・検査をする工程をさらに効率的に実施する構成および方法を提示する。
【００５０】
図２に示したように、実際に波長変換素子を利用するためには、作製途中状態のチップに切り出され選択された導波路を含む複数の導波路を、後工程の組み立て作業に適したサイズのチップに切り出して、モジュール化する必要がある。光モジュールは、波長変換素子を含むチップの他に、光ファイバなどによる外部との光接続機能および必要に応じて他の関連する機能を含む光機能デバイスとして構成される。例えば、外部接続のためにピッグテールファイバを接続した形態を取り、モジュール内では切り出した波長変換素子チップの２つの端面と、入出力の各光ファイバとの間の光学接続が必須である。図２に示したモジュール組み立て工程（ステップ２０６）および光ファイバと選択導波路とのアラインメント調整工程（ステップ２０７）を効率的に実施する必要がある。
【００５１】
アレイ導波路の特性評価後、選定された導波路を含むチップはモジュール実装される。切り出したチップをモジュール内に実装する際には、モジュール内でレンズを用いて光ファイバとチップの端面とを光結合する必要がある。ＰＰＬＮを用いた非線形導波路では、端面に現れるコアの断面サイズは例えば４×４μｍ程度であって、レンズを介した光ファイバとコアとの光結合は、導波路選択のために行う光学特性の評価時の光結合の場合と比べて、光学的アライメントが難しい。本実施形態の波長変換素子では、光学特性評価の妨げとなっていたスラブ導波路を、逆に光学的アライメントに積極的に利用する構成を提案する。
【００５２】
図８は、本発明の第２の実施形態の波長変換素子の構成を説明する概念図である。図８の波長変換素子のチップ８００は、チップの基板面を垂直に見た上面図であって、図５と同様に、複数の導波路が形成された基板状態からチップ状に切り出された状態を示している。波長変換に用いる複数の非線形導波路８０１−１〜８０１−ｎと、非線形導波路から離間して概ね平行に形成されたスラブ導波路８０２−１〜８０２−ｎ＋１とから構成されている。さらに、各スラブ導波路の領域内に光導波方向に沿ってその長辺が形成された矩形状の導波光減衰器８０３−１〜８０３−ｎ＋１が構成されている。図８では、複数の非線形導波路の中から、一番下に位置している１本の導波路８０１−ｎが所望の導波路として選択された後の状態を示す。
【００５３】
本実施形態では、選択された導波路８０１−ｎの、光導波方向（ｚ軸方向）の両側にある導波光減衰器８０３−ｎ、８０３−ｎ＋１に対して、その溝の内部に、屈折率の高い充填材８０４ａ、８０４ｂが詰められている。溝は、屈折率が１の空気が充填されている状態に相当する。したがって、所望の導波路が選択された後で、その選択された導波路に隣接するスラブ導波路の溝の中に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率を持つ材料を充填すれば、その導波光減衰器による光減衰量を減らすことができる。
【００５４】
光学特性を評価するために多数の導波路の光学特性を順次測定して、所望の導波路を選択する工程では（図２のステップ２０４）、スラブ導波路においても、選択される非線形導波路と同等に試験光を導波できることが問題であった。この問題は、既に述べた導波光減衰器によって解消される。しかしながら、必要とする導波路が既に１本に選択された段階で、より厳密で難しい光結合を行うためには、非常に小さいコア断面の非線形導波路よりも大きな断面を持つスラブ導波路によって大まかなアラインメントを実施することが、むしろ光学特性評価時とは逆に調整精度、効率の点で役に立つとの着想に至った。
【００５５】
図９は、波長変換素子モジュールにおける組立・調整工程を説明するフロー図である。図９のフロー９００は、図２の一連の作製工程の全体フロー２００におけるステップ２０６〜２０８に相当する。図２のステップ２０５で切り出されたチップに対して、図９のステップ９０２において選択された導波路に隣接するスラブ導波路の導波光減衰器に、充填材を注入、付加する。図８に示したようなスラブ導波路の領域内に形成された溝構造の導波光減衰器に対しては、充填材を簡単に充填することができる。導波光減衰器が、図５の切れ込み５０５のようなスラブ導波路の領域外にも広がる構成の場合は、充填材が一定の場所に保持されず選択された非線形導波路まで回りこんでしまい、導波路特性が変化し得る。したがって、本実施形態の導波光減衰器としては、スラブ導波路の領域内に形成された溝構造がより好ましい。充填材としてはマッチングオイルや光学ポリマーを選ぶことができ、マイクロディスペンサー等による滴下が有効である。
【００５６】
ステップ９０２で充填材を注入した後で、ステップ９０３でモジュール内のチップを設置し、ステップ９０４、９０５で、チップ端面の導波路コアと、レンズを介して光ファイバとを光結合（アラインメント）する。
【００５７】
ステップ９０４で、充填材によって減衰量が減少し（導波光のレベルが復活し）、非線形導波路よりもはるかにコアサイズの大きいスラブ導波路を利用して、最初に大まかな光学的なアライメントを実施する。スラブ導波路は、例えば図８の上面図を参照すると、非線形導波路よりもｘ軸方向にはるかに広い幅（例えば１０〜１００μｍ）を持っており、少なくとも基板の厚さ方向（ｙ軸方向）に対しては、非常に精度良くアラインメントが実施できる。その後、ステップ９０５で、選択された導波路のコアに向かってｘ軸に沿って調整位置を移動させながら、横方向（ｘ軸方向）およびレンズ焦点方向（ｚ軸方向）にさらにアラインメントを実施できる。そこで、導波路評価時にはスラブ導波路に導波光減衰器が存在して導波光を減衰する一方で、モジュール実装時にはスラブ導波路内を光が通るような構造にしてやれば良い。ステップ９０４、９０５における２段階のアラインメントは、様々な手順、調整アルゴリズムが可能であって、上述の手順だけに限られない。ステップ９０４の祖調整の段階で焦点調整（ｚ軸方向）を行うこともできるし、ステップ９０５の微調整の段階で、３方向の調整を繰り返し行っても良い。
【００５８】
また図８の例では、選択された導波路８０１−ｎの両側のスラブ導波路の各溝（導波光減衰器）８０４ａ、８０４ｂに対してそれぞれ充填材を充填した。しかし、２つの溝の内の、選択された導波路に隣接し少なくとも一方の側にある溝のみに充填材を充填すれば、少なくとも１つのスラブ導波路を利用して上述の祖調整が可能となる。また、導波光減衰器としてスラブ導波路の材料が存在しない溝を利用する場合に、この溝は、導波光減衰器を構成する材料として屈折率１の空気によって満たされていることになる。したがって、充填材を充填、付加することは導波光減衰器の材料の屈折率を増加させることになる。
【００５９】
したがって本発明は、非線形材料の基板の上に形成された複数の導波路と、前記複数の導波路の各々に離間して概ね平行して配置された複数のスラブ導波路とを備えた波長変換素子の作製方法において、前記複数のスラブ導波路の領域内に、前記スラブ導波路を構成する材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で構成された導波光減衰器を作製するステップ（２０２）と、前記複数の導波路の光学特性を順次測定して、前記複数の導波路の中から所望の光学特性を有する１本の導波路を選択するステップ（２０４）と、前記選択された導波路に隣接し、前記選択された導波路の少なくとも一方の側にある前記スラブ導波路に設けられた前記導波光減衰器に対し、当該導波光減衰器を構成する前記材料の前記屈折率を増加させるステップ（９０２）とを備えることを特徴とする方法としても実施できる。
【００６０】
上述のように、スラブ導波路において十分に導波光を減衰させた状態で全導波路の光学特性の評価を行って所望の導波路を選択し、その後、選択された導波路に隣接するスラブ導波路の溝構造に対して、その光減衰量を低減させることができる。これにより、選択された導波路を含むチップをモジュールに実装する時には、導波光レベルを復活させたスラブ導波路を用いてより簡単に光ファイバへの光調芯（アラインメント）および効率的なモジュール実装が可能となる。ステップ９０４、９０５の後は、ステップ９０６でモジュールの組立を完了して、ステップ９０７で必要な光学特性の検査を例えばピッグテールファイバ経由で行い、フロー９００は終了する。
【００６１】
以下、本発明の波長変換素子のより具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００６２】
図６を再び参照すれば、図６は実施例１の波長変換素子６００の上面図を示している。波長変換を行う導波路６０１−１〜６０１−ｎは、周期的にその自発分極の向きが反転されたニオブ酸リチウムを主成分とする強誘電体からなる。クラッド部分となる下基板には熱膨張係数の近いタンタル酸リチウムが用いられている。導波路６０１−１〜６０１−ｎを構成する物質は非線形光学材料である。クラッドとなる基板またはオーバークラッドを構成する物質は、ケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、またはそれらに添加物を加えた化合物など、波長変換に使用する２つの波長帯の光に対して透明であれば良い。２つの波長帯は、一例として光通信の例を挙げれば、１５５０ｎｍおよび７７５ｎｍを中心とする帯域とすることができる。
【００６３】
図６の波長変換素子６００では、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定して、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が１．５６μｍとなるように設計した。導波路は、直線導波路とした。
【００６４】
タンタル酸リチウムからなる基板は、厚さ５００μｍである。導波路としてのニオブ酸リチウムは、タンタル酸リチウム基板に接合された後、研削および研磨により５μｍまで薄膜化された。その後、非線形導波路およびスラブ導波路を、ドライエッチングによりパターニングした。このとき、各スラブ導波路内に幅１０μｍで、光導波方向に対して斜めの溝６０３−１〜６０３−ｎ＋１が形成されるよう、導波路加工で使用するフォトマスク上にパターンを描画した。従来技術の波長変換素子の作製手順から工程を増やすことなく、実施例１の構成を実現することが可能である。
【００６５】
ここで導波光減衰器としての溝構造を導入したことによる、非線形導波路パターンへの影響を評価した。本実施例の幅１０μｍの溝による構造では、波長変換のための非線形導波路のパターン（構造）への影響はほとんど観察されず、波長変換素子としての光学特性にも有意な差は見られなかった。したがって、本発明の波長変換素子は、スラブ導波路に導波光減衰器を備えていても、波長変換性能の特性に何ら劣化を引き起こさないことを示している。
【００６６】
本実施例の導波光減衰器を設けたスラブ導波路と、導波光減衰器を設けていない従来技術のスラブ導波路の透過率を比較することにより、本実施例の導波光減衰器により導波光が１５ｄＢ以上減衰することを確認した。光学特性の評価時も、選択の対象となる非線形導波路と、スラブ導波路を明確に区別することができる。したがって、複数の導波路に対して光学特性の評価を順次行う場合（図２のステップ２０４）、コア断面と、試験光源からのファイバおよび測定装置へのファイバそれぞれとの間でアラインメントの誤りが生じず、効率的かつ確実に測定すべき非線形導波路を認識し、測定を実施し、所望の導波路を特定し選択できる。
【００６７】
上述の減衰量の１５ｄＢの値は、導波光減衰器の形状、サイズ等を変化させることで制御可能である。したがって、アレイ導波路を構成する非線形導波路のコアサイズや、配置間隔などに応じて、減衰量を設定することもできる。例えば、複数の導波路の光学特性の測定時にアラインメントの誤りが比較的少ないと想定される場合には、導波光減衰器の初期状態における減衰量を小さく（導波光レベルを大きく）し、第２の実施形態を適用する際に、充填材によって減衰量を減らした時のスラブ導波路の導波光レベルを上げることができる。また、光学特性の測定時のアラインメントの誤りが想定されれば、導波光減衰器の初期状態における減衰量を大きく（導波光レベルを小さく）し十分な減衰を得ることもできる。
【実施例２】
【００６８】
図８を再び参照すれば、図８は実施例２の波長変換素子８００の上面図を示している。図６に示した実施例１の構成との相違点のみを述べれば、実施例１における斜めの溝６０３−１〜６０３−ｎ＋１に代えて、スラブ導波路８０１−１〜８０１−ｎ＋１の領域内に、それぞれ、各スラブ導波路内に光導波方向に沿ってその長辺が形成された矩形状の溝である導波光減衰器８０３−１〜８０３−ｎ＋１が構成されている。溝８０３−１〜８０３−ｎ＋１は、導波方向（ｚ軸）に５０μｍ、直交方向（ｘ軸）に２０μｍのサイズとなるように作製した。
【００６９】
導波路６０１−１〜６０１−ｎを構成する物質は非線形光学材料であって、周期的にその自発分極の向きが反転されたニオブ酸リチウムを主成分とする強誘電体からなる。クラッド部分となる下基板には熱膨張係数の近いタンタル酸リチウムが用いた。クラッドとなる基板またはオーバークラッドを構成する物質は、ケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、またはそれらに添加物を加えた化合物などとすることができる。波長変換に使用する２つの波長帯の光に対して、それぞれ透明であれば良い
図８の波長変換素子８００でも、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定して、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が１．５６μｍとなるように設計した。導波路は、直線導波路とした。
【００７０】
タンタル酸リチウムからなる基板は、厚さ５００μｍである。導波路としてのニオブ酸リチウムは、タンタル酸リチウム基板に接合された後、研削および研磨により５μｍまで薄膜化された。その後、非線形導波路およびスラブ導波路を、ドライエッチングによりパターニングした。
【００７１】
本実施例の導波光減衰器を設けたスラブ導波路と、導波光減衰器を設けていない従来技術のスラブ導波路の透過率を比較することにより、本実施例の導波光減衰器により導波光が２０ｄＢ以上減衰することを確認した。本実施例でも、光学特性の評価時に、選択の対象となる非線形導波路と、スラブ導波路とを明確に区別することができる。したがって、複数の導波路に対して光学特性の評価を順次行う場合（図２のステップ２０４）にも、コア断面と、試験光源からのファイバおよび測定装置へのファイバそれぞれとの間でアラインメントの誤りが生じず、効率的かつ確実に測定すべき非線形導波路を特定し、測定を実施し、所望の導波路を選択できる
さらに所望の導波路が選択された後で、波長変換素子チップ８００をモジュールへの実装することを想定し、選択された導波路８０１−ｎの両側のスラブ導波路内の溝８０３−ｎ、８０３−ｎ＋１に、高分子材料からなる充填材８０４ａ、８０４ｂを滴下し硬化させた。その後これらのスラブ導波路の透過光強度を測定したところ、充填材を滴下する前と比べて、透過光強度はそれぞれ８ｄＢ増加した。すなわち、光学特性の評価時（図２：ステップ２０４）に２０ｄＢだった減衰量は、モジュール内で光ファイバとのアラインメントを実施する時（図２：ステップ２０７、図９：ステップ９０４、９０５）には、１２ｄＢとなっていた。選択した導波路に隣接するスラブ導波路の透過光強度が大きくなったことで、あらかじめスラブ導波路を利用した祖調整（ステップ９０４）を行うことで、チップをモジュール内に実装する時のレンズを介したチップ端面と光ファイバとの間のアライメントが容易となる。
【００７２】
本実施例において、モジュール内において選択された導波路に対してアライメントを行う際、スラブ導波路からの透過光強度が導波光減衰器の存在しない状態まで完全に戻る必要は無い。すなわち、スラブ導波路においては、選択された非線形導波路におけるアラインメントの前段階として、祖調整ができる程度にスラブ導波路からの透過光強度が得られれば十分である。また本実施例では、選択された導波路に隣接し、充填材によって導波光の減衰量を減らしたスラブ導波路と、隣接していないスラブ導波路との間で、各透過光の強度差から、選択された導波路のチップ端面（ｘ軸）上の位置を簡単に区別可能となる。モジュール内でアライメントを行う際に、スラブ導波路間の透過光レベルの差を手掛かりに、選択された導波路を間違えにくくなる点でも、モジュールの組立・調整工程でのミスの発生を防止して、図２および図９の一連の作製工程の品質、コストを改善する。
【実施例３】
【００７３】
図１０は、本発明の実施例３の波長変換素子の構成を示す上面図である。図６、図８に示した実施例１、２の各構成との相違点のみを述べれば、導波光減衰器として、スラブ導波路１００１−１〜１００１−ｎ＋１内に、それぞれ、各スラブ導波路の領域内側に全体にわたって内壁を構成するように形成された溝１００３−１〜１００３−ｎ＋１が構成されている。溝１００３−１〜１００３−ｎ＋１は、それぞれ、光導波方向（ｚ軸）に２ｃｍ、直交方向（ｘ軸）に２０μｍのサイズとなるように作製した。各部を構成する物質は、実施例１および２と同じなので、繰り返さない。
【００７４】
図１０の波長変換素子１０００でも、位相感応増幅器や位相共役変換器などの光通信応用を想定して、導波路のコアサイズと分極反転の空間的ピッチから、位相整合波長が１．５６μｍとなるように設計した。導波路は、直線導波路とした。
【００７５】
本実施例の導波光減衰器を設けたスラブ導波路と、導波光減衰器を設けていない従来技術のスラブ導波路との間で透過率を比較することで、本実施例の導波光減衰器によりスラブ導波路の導波光は４０ｄＢ以上減衰することを確認した。導波光減衰器によって、光学特性の評価時、選択の対象となる非線形導波路とスラブ導波路とを明確に区別することができる。
【００７６】
さらに所望の導波路が選択された後で、波長変換素子チップ１０００をモジュールへの実装することを想定し、選択された非線形導波路の両側のスラブ導波路内の溝へ、はめ込み可能なように構成された突起部を備えたニオブ酸リチウム素子のブロックを挿入した。
【００７７】
図１１は、実施例３の波長変換素子の導波光減衰器の減衰量を変化させる充填材ブロックの構成を示す図である。充填材ブロック１１００は、ニオブ酸リチウム素子の基板１１０１から構成され、基板面上に四角柱状の２つの突起部１１０３ａ、１１０３ｂが形成されている。突起部１１０３ａ、１１０３ｂは、導波路の作製と同様にフォトリソグラフィ工程によって作製した。図１１の充填材ブロック１１００は、これを裏返しに反転させて、その基板面と図１０の波長変換素子チップの導波路構成面とを向かい合わせ、２つの突起部が、選択された導波路の両側にある溝にはめこみ可能なように配置される。したがって、突起部の高さｈは、導波光減衰器である溝１００３−１〜１００３−ｎ＋１の深さよりも大きい値でなければならない。図１１の基板１１０１のエッチング後の上面であるエッチングバック面１１０２が、図１０のリッジ型導波路である非線形導波路と接しないようにするためである。
【００７８】
図１１に示した充填材ブロック１１００を図１０の選択された導波路に隣接するスラブ導波路の溝に挿入した後、このスラブ導波路の透過光強度を測定したところ、充填材を挿入する前と比べて、３５ｄＢ透過光強度が増加した。選択された導波路に隣接するスラブ導波路の透過光強度が大きくなったことで、モジュール実装時のアライメントが容易となる。本実施例においても、選択された導波路に対してレンズを介して光ファイバとのアライメントを行う際、スラブ導波路の透過光強度が導波光減衰器の存在しない状態まで戻る必要は無い。スラブ導波路においては、選択された非線形導波路におけるアラインメントの前段階として、選択された非線形導波路に対する祖調整ができる程度にスラブ導波路からの透過光強度が得られれば十分である。
【００７９】
第２の実施形態および第３の実施形態の各波長変換素子では、導波光減衰器の溝内に挿入する充填材の屈折率が、スラブ導波路母材の屈折率に近い方が、充填材挿入後に透過光強度のより大きい回復量が得られる。本実施例ではＬＮのスラブ導波路に対してＬＮの充填材を用いたが、ＬＮと熱膨張係数の近いタンタル酸リチウムを充填材として用いることもできる。また熱膨張係数が違う材料の場合でも、波長変換素子の温度を一定に保って使用できる環境条件の場合は、充填材としてケイ素、二酸化ケイ素、ニオブ酸リチウム、インジウムリン、ポリマー等の誘電体や半導体、またはそれらに添加物を加えた化合物などを利用できる。波長変換のために使用する２つの波長帯の光に対して、それぞれ透明な物質を用いれば良い。
【００８０】
本実施例でも、選択された導波路に隣接し充填材によって導波光の減衰量を減らしたスラブ導波路と、隣接していないスラブ導波路との間で、各透過光の強度差から、選択された導波路のチップ端面（ｘ軸）上の位置を簡単に区別できる。モジュール内でレンズを介して光ファイバとコア断面とのアライメントを行う際に、選択された導波路を間違える問題は起きない。波長変換素子を含むモジュールの組立・調整工程でのミスの発生を防止して、図２および図９の一連の作製工程全体で無駄な戻り工程をなくして、波長変換素子の品質および作製コストを改善する。
【００８１】
上述の実施例では、光通信を前提とした波長帯域（１５５０ｎｍ、７７５ｎｍ）のものを例示したが、波長変換素子は、例えば光を用いた量子情報処理などの分野においても利用されており、様々な波長帯域にも適用できる。
【００８２】
上述の実施形態、実施例では、波長変換素子のモジュールは、切り出した単一のチップをモジュール内に設置し、波長変換機能のみを持つピッグテールファイバ形態のものとして説明した。しかしながら、複数の波長変換素子を含む光感応増幅器、光送信器のような装置を構成するモジュールにおいても同様の効果を発揮するのは言うまでもない。このような装置では、複数の波長変換素子を利用するため、複数のチップをモジュール内に設置する必要があり、各チップに対するモジュール内での光結合に際して、第２の実施形態の波長変換素子を利用できる。したがって、本発明は、第２の実施形態による波長変換素子を含む装置としての側面も持っている。
【００８３】
本発明の基本的な考え方は、非線形光学を利用する波長変換素子の場合だけに限られず、複数の導波路を作製し、同時に複数の導波路と同様な光学特性・機能を持った付随する導波路が形成されてしまうような状況で、複数の導波路の中から１つまたは複数の導波路を選択するような場合にも適用できる。
【００８４】
以上、詳細に説明してきたように、本発明により、波長変換素子を効率的に低コストで製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。例えば、光通信システムおよび光計測システム等に利用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０１ａ、１０１ｂ、３０２−１〜３０２−ｎ、４０１ａ、４０１ｂ、５０１ａ、５０１ｂ、６０１−１〜６０１−ｎ、８０１−１〜８０１−ｎ、１００１−１〜１００１−ｎ  導波路
１０２ａ〜１０２ｃ、４０２ａ〜４０２ｃ、５０２ａ〜５０２ｃ、６０２−１〜６０２ｎ＋１、７０１ａ、７０１ｂ、８０２−１〜８０２−ｎ＋１、１００２−１〜１００２−ｎ＋１  スラブ導波路
３００  ウェーファ
３０１  チップ
３０１−１〜３０１−４  領域
３０３  試験光源
３０６  測定器
４００、５００、６００、８００、１０００  波長変換素子
５０３、５０４、５０５、５０６  溝
６０３−１〜６０３−ｎ＋１、７０３〜７０６、８０３−１〜８０３−ｎ＋１、１００３−１〜１００３−ｎ＋１  導波光減衰器
１１００  充填材ブロック
１１０３ａ、１１０３ｂ  突起部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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