(57)【要約】【課題】本発明は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成できる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る波長選択反射回路は、光信号が入出力される入出力端１１４が一方の端に形成された主線部１１２及び光方向性結合回路１１８を介して主線部１１２に結合する７本の支線部１１６を有する光導波路１１０と、主線部１１２及び支線部１１６上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部１３０と、を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路１００に、光方向性結合回路１１８を加熱することによって主線部１１２から光方向性結合回路１１８を介して光信号を支線部１１６に結合させるか否かを切り替えるヒーター１２０が形成される。【選択図】図１
2008241952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号が入出力される入出力端が一方の端に形成された主線部及び光方向性結合回路を介して前記主線部に結合する１以上の支線部を有する光導波路と、
前記主線部及び前記支線部上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部と、
を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路に、
前記光方向性結合回路を加熱することによって前記主線部から前記光方向性結合回路を介して前記光信号を前記支線部に結合させるか否かを切り替えるヒーターが形成されたことを特徴とする波長選択反射回路。
【請求項２】
前記波長選択反射部は、屈折率が異なり、かつ、同一方向に形成された格子を有する回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の波長選択反射回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長選択反射回路と、
前記波長選択反射回路の前記主線部の前記入出力端に結合された半導体レーザ光源と、
を備える多波長光源であって、
前記半導体レーザ光源の発振可能な波長領域に前記波長選択反射部の反射波長が含まれることを特徴とする多波長光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を反射する波長選択反射回路に関し、特に、紫外線による２光束干渉露光法によって形成された回折格子を有する波長選択反射回路に関する。また、本発明は、その波長選択反射回路を備える多波長光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回折格子を形成した光回路が、広く利用されている。光回路に回折格子を形成する方法としては、例えば、光回路に水素を浸透させ、位相格子マスクを介して紫外線を照射して回折格子を形成する位相格子法がある（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２３３６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
位相格子法では、回折格子に対応するパターンを有する位相格子マスクを準備する必要があり、回折格子を容易に形成できない問題があった。一方、位相格子マスクを介さずに紫外線を直接光回路に照射して回折格子を形成することも可能である。しかし、所望の反射波長を有する回折格子を形成するためには、紫外線の照射位置及び照射方向を精密に制御する必要があり、回折格子を容易に形成できない問題があった。
【０００４】
本発明は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成できる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することを目的とする。また、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとれる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源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】
【０００５】
本発明に係る波長選択反射回路は、ポリマーの光導波路に反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部を形成したことを特徴とする。
【０００６】
具体的には、本発明に係る波長選択反射回路は、光信号が入出力される入出力端が一方の端に形成された主線部及び光方向性結合回路を介して前記主線部に結合する１以上の支線部を有する光導波路と、前記主線部及び前記支線部上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部と、を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路に、前記光方向性結合回路を加熱することによって前記主線部から前記光方向性結合回路を介して前記光信号を前記支線部に結合させるか否かを切り替えるヒーターが形成されたことを特徴とする。
【０００７】
上記発明に係る波長選択反射回路は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成することができる。また、上記発明に係る波長選択反射回路は、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
【０００８】
本発明に係る波長選択反射回路では、前記波長選択反射部は、屈折率が異なり、かつ、同一方向に形成された格子を有する回折格子であることが好ましい。
【０００９】
上記発明に係る波長選択反射回路は、格子の方向が同一であることから、波長選択反射部をより容易に形成することができる。
【００１０】
本発明に係る多波長光源は、本発明に係る波長選択反射回路と、前記波長選択反射回路の前記主線部の前記入出力端に結合された半導体レーザ光源と、を備える多波長光源であって、前記半導体レーザ光源の発振可能な波長領域に前記波長選択反射部の反射波長が含まれることを特徴とする。
【００１１】
上記発明に係る多波長光源は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成することができる。また、上記発明に係る多波長光源は、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部を容易に形成できる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することができる。また、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとれる波長選択反射回路、及び、その波長選択反射回路を備える多波長光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態に係る波長選択反射回路の上面図を示した。第１実施形態に係る波長選択反射回路１００は、光信号が入出力される入出力端１１４が一方の端に形成された主線部１１２及び光方向性結合回路１１８を介して主線部１１２に結合する７本の支線部１１６を有する光導波路１１０と、主線部１１２及び支線部１１６上に形成され、反射波長がそれぞれ異なる波長選択反射部１３０と、を備えるポリマー樹脂の波長選択反射回路１００に、光方向性結合回路１１８を加熱することによって主線部１１２から光方向性結合回路１１８を介して光信号を支線部１１６に結合させるか否かを切り替えるヒーター１２０が形成される。さらに、図１には、格子１３２を示した。
【００１５】
波長選択反射回路１００は、例えば、ポリシラン、ポリイミド、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）等のポリマー樹脂である。波長選択反射回路１００は、例えば、１本の主線部１１２及び７本の支線部１１６を有するが、主線部１１２及び支線部１１６の本数は制限されない。
【００１６】
支線部１１６が主線部１１２に結合する箇所に、光方向性結合回路１１８が、支線部１１６の本数と同数、例えば、７個形成される。光方向性結合回路１１８は、支線部１１６と主線部１１２が所定の間隔、例えば、１〜１０μｍで平行に形成され、主線部１１２を伝搬する光信号の分布結合を利用して、主線部１１２を伝搬する光信号を支線部１１６に結合させるものである。
【００１７】
ヒーター１２０は、光導波路１１０の表面、例えば、波長選択反射回路１００を上面視した際に光方向性結合回路１１８とヒーター１２０で支線部１１６を挟むように形成される。ヒーター１２０は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属膜をメッキ又は金属板を接着剤で接着し、電源（不図示）からの電流により発熱して光方向性結合回路１１８を加熱する。例えば、ヒーター１２０が支線部１１６及び光方向性結合回路１１８を加熱しているとき、支線部１１６から主線部１１２に光信号が結合し、ヒーター１２０が光方向性結合回路１１８を加熱していないとき、光信号が支線部１１６を伝搬する。一方、ヒーター１２０が主線部１１２の側に位置し、主線部１１２及び光方向性結合回路１１８を加熱しているとき、光信号が支線部１１６を伝搬し、ヒーター１２０が光方向性結合回路１１８を加熱していないとき、支線部１１６から主線部１１２に光信号が結合しても良い。
【００１８】
８個の波長選択反射部１３０のそれぞれの反射波長は、例えば、１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５６５ｎｍ及び１５７０ｎｍである。また、波長選択反射回路１００は、所望の反射波長を有する波長選択反射部１３０に光信号が到達するようにヒーター１２０に加熱させるか否かを制御する制御回路（不図示）を備えることが好ましい。波長選択反射回路１００は、制御回路によって反射波長を容易に選択することができる。
【００１９】
第１実施形態に係る波長選択反射回路１００では、波長選択反射部１３０は、屈折率が異なり、かつ、同一方向に形成された格子１３２を有する回折格子であることが好ましい。回折格子は、例えば、４本の格子１３２を有するが、格子１３２の本数は制限されない。また、波長選択反射部１３０は、入出力端１１４の側の端面から離して形成されるが、主線部１１２又は支線部１１６上であれば良い。ここで、格子１３２同士の間隔は、例えば、反射波長が１５５０ｎｍ帯の場合、０．４５〜０．５５μｍである。さらに、図１に示すように、第１実施形態に係る波長選択反射回路１００では、回折格子は、入出力端１１４側の端面からの距離が略等しいことが好ましい。これによって、波長選択反射回路１００は、波長選択反射部１３０をより容易に形成することができる。なお、その理由は後述する。
【００２０】
波長選択反射回路１００がポリシランの場合、例えば、波長選択反射部１３０が形成された箇所のオーバークラッド表面にＣｒ等の金属からなる波長選択反射部加熱手段（不図示）をさらに形成すると、温度を２０〜８０℃の範囲で変化させることができ、４〜６ｎｍの波長制御が可能となる。
【００２１】
波長選択反射回路１００は、例えば、入出力端１１４に、半導体レーザ光源（不図示）を結合して使用する。
【００２２】
図２に、図１のＡ−Ａ’の断面図を示した。光導波路１１０は、ポリマー樹脂であり、例えば、オーバークラッド層１２２、アンダークラッド層１２４、並びに、オーバークラッド層１２２及びアンダークラッド層１２４内に形成される主線部１１２及び支線部１１６からなるコア層１２６を有する。コア層１２６は、オーバークラッド層１２２及びアンダークラッド層１２４より屈折率が高くなる。コア層１２６とオーバークラッド層１２２及びアンダークラッド層１２４の屈折率差は、例えば、０．３〜７％となる。なお、図２では、オーバークラッド層１２２、アンダークラッド層１２４及びコア層１２６の境界線を、説明のために破線で示した。
【００２３】
光導波路１１０は、例えば、基板９１に積層される。基板９１は、例えば、シリコン基板、石英ガラス基板又はサファイア基板である。また、ヒーター１２０の加熱を考慮すると、基板９１は、ポリマー樹脂としても良い。基板９１をポリマー樹脂とすれば、基板９１と光導波路１１０の熱膨張率の差が少なくなり、波長選択反射回路１００の破損及び光導波路１１０の剥離を低減できる。
【００２４】
波長選択反射回路１００の製造について説明する。波長選択反射回路１００は、例えば、レーザ直接露光法又はフォトリゾグラフィー法を用いて製造できる。レーザ直接露光法を用いる場合、例えば、基板９１に、アンダークラッド層１２４及びコア層１２６を順に積層する。例えば、ポリシランの場合、主線部１１２及び支線部１１６に紫外線が照射されないようなパターンが形成されたフォトマスクを介してコア層１２６に紫外線を照射する。紫外線の照射によってコア層１２６の紫外線を照射した箇所の屈折率が低下し、コア層に主線部１１２及び支線部１１６を形成できる。次に、波長選択反射部１３０として回折格子（不図示）を形成し、その後、例えば、オーバークラッド層１２２を積層する。なお、回折格子の形成については、後述する。
【００２５】
フォトリゾグラフィー法を用いる場合、例えば、基板９１に、アンダークラッド層１２４、コア層１２６、並びに、フォトレジスト（不図示）を順に積層する。次に、２光束干渉露光法により、フォトレジストを露光、現像し、回折格子（不図示）を主線部１１２及び支線部１１６上に形成する。次に、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等でエッチングを行い、コア層１２６に主線部１１２及び支線部１１６を形成する。その後、例えば、オーバークラッド層１２２を積層する。
【００２６】
回折格子を形成することについて説明する。第１実施形態に係る波長選択反射回路１００では、回折格子は、紫外線による２光束干渉露光法で形成することが好ましい。図３に、回折格子の形成に用いる２光束干渉露光装置の概略図を示した。
【００２７】
図３の２光束干渉露光装置２００は、例えば、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源２１０、４枚のミラー２２０、ハーフミラー２３０、ビームエキスパンダ２４０、２個の回転ステージ２５０及び露光窓２６０を有する。図３では、２光束干渉露光法により表れる多数の格子のうちの２本の格子１３２を示している。また、波長選択反射回路１００は、オーバークラッド層を積層する前の状態である。Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源２１０は、波長が３００〜３５０ｎｍの紫外線を出力することが好ましく、波長が３２５ｎｍの紫外線を出力することがより好ましい。Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源２１０から出力された紫外線は、２枚のミラー２２０を介して、ビームエキスパンダ２４０によって所望の光径に拡大される。
【００２８】
ビームエキスパンダ２４０から出力された紫外線は、ハーフミラー２３０によって２分され、２個の回転ステージ２５０上に配置された２枚のミラー２２０によって反射され、波長選択反射回路１００上に多数の干渉縞を形成する。格子１３２を形成する箇所は明るく、格子１３２間の領域は暗くなり、格子１３２を形成する箇所の屈折率が低くなる。ここで、２個の回転ステージ２５０を同じ角度だけ回転させ、格子１３２の間隔を自由に制御することができる。所望の場所に格子１３２を形成するために、露光窓２６０を選択反射回路１００の前に配置する。図１に示すように、各支線部１１６の格子１３２の間隔が全て異なる場合、図３に示すように、移動方向Ａに沿って選択反射回路１００を移動し、支線部（不図示）上で所望の２個の回転ステージ２５０の角度を調節し、格子１３２の間隔を調節しても良い。一方、第１実施形態に係る波長選択反射回路１００では、格子１３２同士の間隔を略等しくしても良い。以上のように、第１実施形態に係る波長選択反射回路１００は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部１３０を容易に形成することができる。また、第１実施形態に係る波長選択反射回路１００は、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
【００２９】
２光束干渉露光法で形成する回折格子の反射波長について説明する。図４に、図３の波長選択反射回路１００の拡大図を示した。さらに、図４には、光導波路１１０の格子１３２が形成される面の法線Ｘと紫外線Ｙのなす角である干渉角θ、及び、格子１３２の間隔Λを示した。ここで、第１実施形態に係る波長選択反射回路１００では、２本の紫外線Ｙの干渉角θが略等しいことが好ましい。回折格子の反射波長を容易に算出することができる。
【００３０】
ここで、回折格子の反射波長は、例えば、式１及び式２で表せる。式１及び式２において、λＢは回折格子の反射波長、ｎは格子１３２の屈折率、Λは格子１３２の間隔、λＵＶは紫外線Ｙの波長及びθは干渉角である。
（式１）λＢ＝２ｎ×Λ
（式２）Λ＝λＵＶ／（２ｓｉｎθ）
【００３１】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る多波長光源について、第１実施形態に係る波長選択反射回路と異なる点を主に説明する。図５に、第２実施形態に係る多波長光源の上面図を示した。第２実施形態に係る多波長光源１０２は、波長選択反射回路１００と、波長選択反射回路１００の主線部１１２の入出力端１１４に結合された半導体レーザ光源１４０と、を備える多波長光源１００であって、半導体レーザ光源１４０の発振可能な波長領域に波長選択反射部１３０の反射波長が含まれる。
【００３２】
ヒーター１２０は、光導波路１１０の表面、例えば、波長選択反射回路１００を上面視した際に光方向性結合回路１１８とヒーター１２０で主線部１１２を挟むように形成される。
【００３３】
半導体レーザ光源１４０は、例えば、外部共振型半導体レーザ光源であり、発振可能な波長領域が、１５００〜１６００ｎｍである。また、波長選択反射部１３０は、例えば、反射波長が１５３０〜１５７０ｎｍである。
【００３４】
主線部１１２及び支線部１１６では、例えば、透過損失や後方散乱光等の理由により、入出力端１１４から波長選択反射部１３０までの光路長に比例した光信号の損失が発生する。入出力端１１４から波長選択反射部１３０までの光路長がそれぞれの波長選択反射部１３０で異なる場合、いずれの波長選択反射部１３０で反射されるか、すなわち、波長選択反射部１３０の反射波長によって光信号の損失量が異なる事態が生じる。このため、図５に示すように、第２実施形態に係る多波長光源１０２では、波長選択反射回路１００は、入出力端１１４から波長選択反射部１３０までの光路長が略等しいことが好ましい。多波長光源１０２は、全ての波長選択反射部１３０において、入出力端１１４から波長選択反射部１３０までの光路長に比例した光信号の損失量を等しくすることができる。以上のように、第２実施形態に係る多波長光源１０２は、位相格子マスクを用いることなく、所望の反射波長を有する波長選択反射部１３０を容易に形成することができる。また、第２実施形態に係る多波長光源１０２は、石英の光導波路に比べて１℃あたりの波長チューニング幅を大きくとることができる。
【００３５】
図６は、半導体レーザ光源１４０と波長選択反射回路１００の結合方法を示す図であり、（ａ）は第１の結合方法、（ｂ）は第２の結合方法、（ｃ）は第３の結合方法である。図６（ａ）に示す第１の結合方法は、半導体レーザ１４０の出力端（不図示）に無反射コート膜を形成し、光ファイバ１５０を介して半導体レーザ１４０と、無反射コートした波長選択反射回路１００を結合する方法である。図６（ｂ）に示す第２の結合方法は、半導体レーザチップである半導体レーザ１４０の出力端に無反射コート膜を形成し、無反射コート膜を形成したレンズ１６０を介して半導体レーザ１４０と、無反射コートした波長選択反射回路１００を結合する方法である。図６（ｃ）に示す第３の結合方法は、無反射コート膜を形成した半導体レーザ光源１４０と、無反射コートした波長選択反射回路１００を直接結合する方法である。
【００３６】
本発明に係る波長選択反射回路は、光信号の反射回路として利用することができる。また、本発明に係る多波長光源は、光ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）等の光ネットワーク用の光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係る波長選択反射回路の上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’の断面図である。
【図３】回折格子の形成に用いる２光束干渉露光装置の概略図である。
【図４】図３の波長選択反射回路の拡大図である。
【図５】第２実施形態に係る多波長光源の上面図である。
【図６】半導体レーザ光源と波長選択反射回路の結合方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
９１  基板
１００  波長選択反射回路
１０２  多波長光源
１１０  光導波路
１１２  主線部
１１４  入出力端
１１６  支線部
１１８  光方向性結合回路
１２０  ヒーター
１３０  波長選択反射部
１３２  格子
１４０  半導体レーザ光源
１５０  光ファイバ
１６０  レンズ
２００  ２光束干渉露光装置
２１０  Ｈｅ−Ｃｄレーザ光源
２２０  ミラー
２３０  ハーフミラー
２４０  ビームエキスパンダ
２５０  回転ステージ
２６０  露光窓
２７０  移動方向
Ａ  移動方向
Ｘ  法線
Ｙ  紫外線
θ  干渉角
Λ  格子同士の間隔
【図１】
2008241952.tif 000003
【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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