(57)【要約】【課題】本発明は、光屈折率ムラや屈折率の段差が無く、光の損失の小さい光導波路部品を製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、透明材料６の内部にフェムト秒パルスレーザ２を集光照射して屈折率増加領域を形成する光導波路部品の製造方法であって、前記ステージ駆動装置７は、ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置を測定し、その測定値をフィードバックしてステージの駆動を制御する制御部を具え、ステージの目標駆動位置と駆動した位置との差（ポジションエラー）が所望の範囲となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整し、このアルゴリズムの最適値を用いた制御部にてステージ駆動装置７を駆動する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料の内部にフェムト秒パルスレーザを集光照射し、該フェムト秒パルスレーザの集光点をステージ駆動装置にて走査して、屈折率増加領域を形成する光導波路部品の製造方法であって、
前記ステージ駆動装置は、ステージの位置を測定し、その測定値をフィードバックしてステージの駆動を制御する制御部を具えたものであり、
ステージの目標駆動位置と駆動した位置との差で表されるポジションエラーが所望の範囲となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整し、
アルゴリズムの最適値を用いた制御部にて、ステージ駆動装置を駆動し、フェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項２】
所定の経路に沿って、ステージを駆動させたとき、駆動中における前記ポジションエラーが、形成された屈折率増加領域に伝搬させる光の波長の最小値をλ０とすると、−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項３】
任意の位置から所定の位置に、ステージを駆動して停止させたとき、前記ポジションエラーが−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項４】
一度走査した経路に沿って、ステージを再度駆動したとき、駆動時における前記ポジションエラーが−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項５】
前記ステージ駆動装置が２軸直進ステージを具え、該２軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−λ０／（４０√２）〜λ０／（４０√２）となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項６】
前記ステージ駆動装置が３軸直進ステージを具え、該３軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−λ０／（４０√３）〜λ０／（４０√３）となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項７】
所定の距離の直線経路となるように、ステージを駆動したとき、前記ポジションエラーが−０．５〜０．５μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項８】
前記ステージ駆動装置が２軸直進ステージを具え、該２軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−０．５／（√２）μｍ〜０．５／（√２）μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項７に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項９】
前記ステージ駆動装置が３軸直進ステージを具え、該３軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−０．５／（√３）〜０．５／（√３）μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項７に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項１０】
前記制御部がＰＩＤ制御部であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項１１】
前記ＰＩＤ制御部の信号入力端に、所望の周波数の信号を除去するノッチフィルタが設けられ、該ノッチフィルタによって、ステージの位置、駆動速度の計測値の信号のうち、ステージ駆動装置の機械共振の周波数成分を除去することを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられる光導波路部品の製造方法に関し、特にフェムト秒パルスレーザによるガラスの光誘起屈折率変化を利用した光導波路部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などで用いられている光導波路部品を製造する方法として、フェムト秒パルスレーザを用いた方法が提案されている（特許文献１参照。）。フェムト秒パルスレーザを石英ガラスなどのガラス材料に集光照射すると、レーザの集光点にて、選択的にガラス材料を誘起させ、屈折率を増加させることができる。
このためガラス材料の内部にフェムト秒パルスレーザを集光させ、この集光点を走査することで、ライン状の屈折率増加領域（コア）を形成することができ、光導波路部品とすることができる。
【０００３】
光導波路部品を製造する際、フェムト秒パルスレーザの平均出力、パルス幅、繰り返し周波数、波長などの照射条件や、対物レンズの開口数、倍率などの集光条件を調整することによって、屈折率増加領域の横幅、縦横比などの寸法や、比屈折率差などを所望の値とすることができる。このため上記した照射条件や集光条件は、光導波路部品の光学特性を決定する重要な要因となる。
【０００４】
また、この光導波路部品は、光通信分野などで伝送経路として使用する場合、光の損失が小さいことも要求される。この光の損失は、屈折率増加領域の屈折率ムラや屈折率の段差によって生じるものである。
【０００５】
このため光導波路部品を製造する際、レーザの集光点が所望の速度で、所望の位置を走査するように、走査条件を制御する必要がある。これにより、屈折率ムラや屈折率段差がほとんど無く、光の損失の小さい光導波路部品とすることができる。このように、走査速度など集光点を走査する条件についても精度良く調整する必要がある。
【０００６】
この集光点を走査する装置としては、通常、三次元精密ステージなどが用いられる。従来、このステージを用いて集光点を走査する際、走査条件としては走査速度程度しか考慮されていない。更に、集光点の実際の動作状態を反映して走査速度を制御するものではなく、単に所定の速度で走査するようにステージに命令するというものである。
このため、実際の集光点の走査速度などの動作状態は安定しておらず、形成された屈折率増加領域には、屈折率ムラや屈折率段差が生じてしまい、光の損失が大きくなってしまう問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３１１２３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわちステージを精密に駆動して、フェムト秒パルスレーザの集光点の走査速度などの走査条件を精度良く制御し、屈折率増加領域を形成することによって、屈折率ムラや屈折率の段差が無く、光の損失の小さい光導波路部品が実現できる光導波路部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、透明材料の内部にフェムト秒パルスレーザを集光照射し、該フェムト秒パルスレーザの集光点をステージ駆動装置にて走査して、屈折率増加領域を形成する光導波路部品の製造方法であって、前記ステージ駆動装置は、ステージの位置を測定し、その測定値をフィードバックしてステージの駆動を制御する制御部を具えたものであり、ステージの目標駆動位置と駆動した位置との差で表されるポジションエラーが所望の範囲となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整し、アルゴリズムの最適値を用いた制御部にて、ステージ駆動装置を駆動し、フェムト秒パルスレーザの集光点を走査することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
請求項２にかかる発明は、所定の経路に沿って、ステージを駆動させたとき、駆動中における前記ポジションエラーが、形成された屈折率増加領域に伝搬させる光の波長の最小値をλ０とすると、−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項３にかかる発明は、任意の位置から所定の位置に、ステージを駆動して停止させたとき、前記ポジションエラーが−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項４にかかる発明は、一度走査した経路に沿って、ステージを再度駆動したとき、駆動時における前記ポジションエラーが−λ０／４０〜λ０／４０となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項５にかかる発明は、前記ステージ駆動装置が２軸直進ステージを具え、該２軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−λ０／（４０√２）〜λ０／（４０√２）となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項６にかかる発明は、前記ステージ駆動装置が３軸直進ステージを具え、該３軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−λ０／（４０√３）〜λ０／（４０√３）となるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項７にかかる発明は、所定の距離の直線経路となるように、ステージを駆動したとき、前記ポジションエラーが−０．５〜０．５μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項８にかかる発明は、前記ステージ駆動装置が２軸直進ステージを具え、該２軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−０．５／（√２）μｍ〜０．５／（√２）μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項７に記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項９にかかる発明は、前記ステージ駆動装置が３軸直進ステージを具え、該３軸直進ステージの各直進ステージのポジションエラーが−０．５／（√３）〜０．５／（√３）μｍとなるように、前記制御部で用いられるアルゴリズムを調整することを特徴とする請求項７に記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項１０にかかる発明は、前記制御部がＰＩＤ制御部であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
請求項１１にかかる発明は、前記ＰＩＤ制御部の信号入力端に、所望の周波数の信号を除去するノッチフィルタが設けられ、該ノッチフィルタによって、ステージの位置、駆動速度の計測値の信号のうち、ステージ駆動装置の機械共振の周波数成分を除去することを特徴とする請求項１０に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の光導波路部品の製造方法において使用される製造装置の一例を示す概略構成図である。符号１は、チタンサファイアレーザなどを用いたレーザ装置を示す。このレーザ装置１のレーザ出射口と対向するように、ミラー３が設置されており、フェムト秒パルスレーザ２の進行経路を調整できるようになっている。また、対物レンズ４は、ミラー３にて進行経路が調整されたフェムト秒パルスレーザ２を集光するものである。
【００１１】
符号７は、ステージ駆動装置を示し、このステージ駆動装置７は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ直線ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを具えた３軸直進ステージからなる。Ｙ軸方向の直進ステージ１０ｙは、Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘの基台１１ｘの下部に接続されており、基台１１ｘをＹ軸方向に駆動し、これにより直進ステージ１０ｘ上のガラス基板６をＹ軸方向に駆動できるようになっている。
また、Ｚ軸方向の直進ステージ１０ｚは、Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘの基台１１ｘとＹ軸方向の直進ステージ１０ｙの側面に接続されており、基台１１ｘ，１１ｙをＺ軸方向に駆動し、これにより直進ステージ１０ｘ上のガラス基板６をＺ軸方向に駆動できるようになっている。
このため、ステージ駆動装置７に石英ガラス基板６などの基材となる透明材料を積載し、これを精密にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させることができる。
【００１２】
レーザ装置１にて、フェムト秒パルスレーザ２の波長、パルス幅、繰り返し周波数などの照射条件を調整することによって、所望のフェムト秒パルスレーザ２が出射される。
このフェムト秒パルスレーザ２は、ミラー３にて反射され、更に対物レンズ４にて集光され、ステージ駆動装置７上の石英ガラス基板６に照射される。
【００１３】
そして、ステージ駆動装置７を制御して、積載された石英ガラス基板６を移動させることによって、フェムト秒パルスレーザ２の集光点５を石英ガラス基板６の内部で走査させ、屈折率増加領域を形成する。
【００１４】
図２は、ステージ駆動装置７のうちＸ軸方向の直進ステージ１０ｘの一例を示す概略斜視図である。Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘには、この直進ステージ１０ｘを駆動する基台１１ｘと、直進ステージ１０ｘの移動量を検出するガラスリニアエンコーダ１２ｘが具えられている。
このＸ軸方向の直進ステージ１０ｘに石英ガラス基板６を積載し、移動速度、経路を精密に制御しながら、石英ガラス基板６をＸ軸方向に移動できるようになっている。
【００１５】
図３は、このＸ軸方向の直進ステージ１０ｘとステージ駆動装置７の制御部２７の一例を示す概略構成図である。直進ステージ１０ｘは、基台１１ｘ上に設けられ、この基台１１ｘの送りネジ１３と連結されている。送りネジ１３は、サーボモータ１４によって回転駆動できるようになっており、これにより直進ステージ１０ｘがＸ軸方向に移動するようになっている。
【００１６】
直進ステージ１０ｘの一方の側面には、矩形状のガラススケール１６が取り付けられ、このガラススケール１６が取り付けられた直進ステージ１０ｘの側面に面するように、ガラスリニアエンコーダ１２ｘが基台１１ｘ上に取り付けられている。
【００１７】
このガラスリニアエンコーダ１２ｘには、直進ステージ１０ｘのガラススケール１６に面するように、矩形状の窪み部が設けられている。この窪み部のうち、ガラススケール１６の上面に面する位置に、光源１５が設けられ、またガラススケール１６の下面に面する位置に、ガラスインデックススケール１７が設けられている。更に、このガラスインデックススケール１７の下方には、受光素子１８が設けられている。
【００１８】
光源１５から光が出射され、出射光は、このガラススケール１６とガラスインデックススケール１７のスケールパターンの重なりに応じて、受光素子１８に受光される。ガラススケール１６は、直進ステージ１０ｘに取り付けられており、直進ステージ１０ｘの移動と共にガラススケール１６も移動するようになっている。
このため、この直進ステージ１０ｘの移動に応じて、受光素子１８では受光光量が変化し、サイン波形又はコサイン波形の受光信号が生じる。
【００１９】
ガラススケール１６とガラスインデックススケール１７のスケールパターンには、２μｍの間隔でピッチが設けられており、１周期が２μｍの受光信号が生じることとなる。
受光素子１８は、この受光信号の１周期を１０００分割し、２ｎｍ毎にパルス信号を発生させる。このため、このガラスリニアエンコーダは、２ｎｍの分解能をもつことになる。
【００２０】
Ｘ軸位置計測部２５ｘとＸ軸速度計測部２６ｘでは、受光素子１８からの受光信号を受け、所定のサンプリング時間毎に、その受光信号をカウントする。
Ｘ軸位置計測部２５ｘでは、この受光信号のカウント数より直進ステージ１０ｘのＸ座標データを算出し、出力する。またＸ軸速度計測部２６ｘでは、サンプリング時間毎のＸ方向の駆動速度データを算出し、出力するようになっている。
【００２１】
ステージ駆動装置７のＹ軸方向の直進ステージ１０ｙ、Ｚ軸方向の直進ステージ１０ｚについても、前述したＸ軸方向の直進ステージ１０ｘの場合と同一の基台１１ｙ，１１ｚとガラスリニアエンコーダ１２ｙ，１２ｚがそれぞれに具えられている。
Ｙ軸方向の直進ステージ１０ｙに設けられたガラスリニアエンコーダ１２ｙと、Ｚ軸方向の直進ステージ１０ｚに設けられたガラスリニアエンコーダ１２ｚから受光信号がそれぞれＹ軸位置計測部２５ｙ，Ｙ軸速度計測部２６ｙ，Ｚ軸位置計測部２５ｚ，Ｚ軸速度計測部２６ｚに送られ、Ｙ座標データ，Ｙ方向の駆動速度データ，Ｚ座標データ，Ｚ方向の駆動速度データが算出されるようになっている。
【００２２】
次にステージ駆動装置７の制御部２７について説明する。
符号２０は、集積回路からなるＰＩＤ制御部を示す。このＰＩＤ制御部２０は、直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置計測値をフィードバックして制御指令値を算出するものである。ＰＩＤ制御部２０の入力端は、制御部２７の外部に設けられた指令部１９と接続され、この指令部１９よりＸ，Ｙ，Ｚ軸位置目標値、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸速度目標値などの目標設定値を受信できるようになっている。
【００２３】
またＰＩＤ制御部２０の他の入力端は、電流計測部２３ｘ，２３ｙ，２３ｚと接続され、またノッチフィルタ２４を介して、Ｘ軸位置計測部２５ｘ，Ｘ軸速度計測部２６ｘ，Ｙ軸位置計測部２５ｙ，Ｙ軸速度計測部２６ｙ，Ｚ軸位置計測部２５ｚ，Ｚ軸速度計測部２６ｚに接続される。ＰＩＤ制御部２０は、計測部で得られた各軸方向の電流計測値、位置計測値、速度計測値を受信できるようになっている。
ノッチフィルタ２４は、所望の周波数の信号を除去するものであり、コンデンサからなるものでも構わないが、ＰＩＤ制御部２０の集積回路に組み込まれたプログラムソフトであっても構わない。
【００２４】
ステージ駆動装置７は、その構成部品、装置構成や、使用する電流周波数などにより、固有の周波数の機械共振を生じる。このため、直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚは、機械共振によって、その位置や速度に固有の周波数の変化が生じる。
この機械共振による固有の周波数の変化が、計測値としてＰＩＤ制御部２０に入力されると、ＰＩＤ制御部２０では、その固有の周波数に応じた制御指令値を算出する。このため、算出された制御指令値には、機械共振の固有の周波数成分が含まれ、直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの機械共振を更に強まることとなり、目標設定値に制御することができなくなる。
【００２５】
そこで、ノッチフィルタ２４によって、各計測部で計測された直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置や速度の計測値のうち、ステージ駆動装置７における機械共振の固有の周波数の変化を除去し、ＰＩＤ制御部２０に信号を入力するようにする。これにより、直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの機械共振を強めること無く、目標設定値に駆動できるようになる。
【００２６】
ＰＩＤ制御部２０の出力端は、電力変換部２２に接続されている。このＰＩＤ制御部２０は、指令部１９より受信した目標設定値と、各計測部より受信した計測値とを解析して制御指令値を算出し、この制御指令値を電力変換部２２に送信できるようになっている。
【００２７】
電力変換部２２は、制御部２７の外部に設けられた電源部２１と接続されており、所定の電力が供給されるようになっている。この電力変換部２２の出力端は、電流計測部２３ｘ，２３ｙ，２３ｚを介して、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのサーボモータ１４に接続されている。
【００２８】
このような制御部２７において、ＰＩＤ制御部２０は、指令部１９より受信した目標設定値と、ガラスリニアエンコーダ１２ｘ，１２ｙ，１２ｚにて計測された各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置、移動速度の計測値より、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向について目標設定値と計測値の差をそれぞれ算出する。
そして、この目標設定値と計測値との差に対して、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向について比例動作、積分動作、微分動作と呼ばれる制御動作を組み合わせた制御指令値を算出し、この制御指令値によって各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを独立して駆動する。
【００２９】
比例動作とは、目標設定値と計測値との差に比例した大きさの制御指令値（制御量）で、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを駆動させる制御を行うものである。また、積分動作は、目標設定値と計測値との差の積分値に応じた大きさの制御指令値（制御量）で、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを制御するものであり、微分動作は目標設定値と計測値との差の微分値に応じた大きさの制御指令値（制御量）で、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを制御するものである。
【００３０】
図４は、一例として直進ステージ１０ｘについて、ＰＩＤ制御部２０によって目標設定位置に駆動したときのポジションエラー（ａ）と制御指令値（ｂ）の経時変化を示す。ここで、ポジションエラーとは、目標設定値と計測値との差である。
ＰＩＤ制御部２０は、比例動作によって、ポジションエラーに比例した大きさの制御指令値（制御量）で、直進ステージ１０ｘを駆動させる。直進ステージ１０ｘが目標設定値に近づくと、図４中Ａで示されたように、微小量のポジションエラーが残留した状態となる。このとき積分動作によって、目標設定値と計測値との差の累積値が所定の大きさになった時点で、制御指令値を増し、これにより微小量のポジションエラーを無くし、目標設定値に直進ステージ１０ｘを駆動させる。
また、図４中Ｂで示されたように、急激な外乱によってポジションエラーが変動したとき、微分動作によって、大きな制御指令値を与えて、直進ステージ１０ｘを迅速に目標設定値の状態とする。
【００３１】
ＰＩＤ制御部２０では、前述した比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせて、直進ステージ１０ｘを駆動するために、制御指令値を以下の式（１）にて算出する。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
式中、Ｋｐは比例動作に関わる制御量を算出するための比例定数であり、Ｋｉは積分動作に関わる制御量を算出するための積分定数であり、Ｋｄは微分動作に関わる制御量を算出するための微分定数である。これらＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、制御指令値を算出するためのアルゴリズムであり、ＰＩＤパラメータと言う。またｅは、目標設定値と計測値との差を示す。
ＰＩＤ制御部２０では、前記した直進ステージ１０ｘと同様にして、直進ステージ１０ｙ，１０ｚについてもそれぞれ式（１）にて制御指令値を算出し、その制御指令値に基づいて直進ステージ１０ｙ，１０ｚを独立して駆動する。
【００３４】
このように、制御指令値は式（１）にて算出されており、このＰＩＤパラメータの値によってＰＩＤ制御部２０の制御特性が大きく左右される。例えば、比例定数Ｋｐを大きくすると、応答性が速くなるが、オーバーシュートが大きくなりやすく、またハンティングと呼ばれる周期的な変動が生じることとなる。また、積分定数Ｋｉを大きくすると、安定状態までの時間は短くなるが、誤差が大きくなる。また、微分係数Ｋｄを大きくすると、瞬間的な応答はより安定になるが、収束までの時間は遅くなる。
このため、優れた応答性で、精度良く各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを制御するためには、上記したＰＩＤパラメータＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの最適値を見出す必要がある。このＰＩＤパラメータＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの最適値の算出方法を以下に示す。
【００３５】
まずステージ駆動装置７の構成部品、装置構成や、駆動条件を用いて、シミュレーションによりＰＩＤパラメータのおよその値を算出する。次に予備試験として、種々の操作条件で各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを駆動し、所望の応答時間後に駆動した各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置の測定値と目標設定値との差、又は所望の速度で駆動した各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの駆動経路の測定値と目標設定値との差を算出し、ポジションエラーとする。
【００３６】
このときのＰＩＤ制御部２０の制御結果をもとにして、ＰＩＤパラメータを微調整する。そして再び各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの駆動を行い、このときの各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーを求める。
この作業を繰り返し行い、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーとＰＩＤパラメータとの関連を調べ、ポジションエラーが所望の範囲となるように、ＰＩＤパラメータの最適値を見出す。
このＰＩＤパラメータは、それ程精度を必要としない場合には、直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚに共通した最適値として算出することもできるが、それぞれの直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚにあわせて調整することが望ましい。
【００３７】
本実施形態のステージ駆動装置７は、直線ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを具えた３軸直進ステージからなり、この３軸直進ステージを使用したときのポジションエラーは、以下の式（２）で表される。式中、ＥＸは、Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘのポジションエラーを示し、ＥＹは、Ｙ軸方向の直進ステージ１０ｙのポジションエラーを示し、ＥＺは、Ｚ軸方向の直進ステージ１０ｚのポジションエラーを示す。
【００３８】
【数２】
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【００３９】
３軸直進ステージのポジションエラーは、駆動条件によって以下のように定義され、各駆動条件においてポジションエラーが所望の範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。
【００４０】
（１）所定の経路に沿って、３軸直進ステージを駆動したときの３軸直進ステージの目標とする経路と、３軸直進ステージが駆動した経路との差。
（２）任意の位置から所定の位置に、３軸直進ステージを駆動して停止させる動作を複数回行ったときの３軸直進ステージの目標とする位置と、３軸直進ステージの停止位置との差の累積値（静止点への位置再現性）。
（３）一度駆動した駆動経路に沿って、３軸直進ステージを再度駆動したときの始めに３軸直進ステージが駆動した経路と、再度３軸直進ステージが駆動した経路との差（駆動経路の位置再現性）。
（４）所定の距離の直線経路となるように、３軸直進ステージを駆動したときの３軸直進ステージの目標とする直線経路と、３軸直進ステージが駆動した経路との差（直進性の精度）。
（５）所定の距離の直線経路となるように、３軸直進ステージを駆動したときの３軸直進ステージの目標とする直線経路の経路長と、３軸直進ステージが駆動した駆動距離との差（駆動距離の精度）。
【００４１】
図１に示されたように、ステージ駆動装置７を駆動して石英ガラス基板６を移動させることによって、フェムト秒パルスレーザ２の集光点５を石英ガラス基板６の内部で走査させ、屈折率増加領域を形成する際、上記した（１）のポジションエラーは、形成された屈折率増加領域において、屈折率ムラや屈折率段差となる。
一般に光導波路部品において、光の損失を低く抑えるためには、光導波路部品の屈折率ムラや屈折率段差を、伝搬させる光の波長の最小値λ０の１／２０以下に抑える必要があるといわれている。このため、上記した（１）のポジションエラーは、−λ０／４０〜λ０／４０となるようにする。
【００４２】
次に（２），（３）のポジションエラーは、一度静止した位置へ再度静止したり、一度駆動した経路に沿って３軸直進ステージを再度駆動するときのものである。
図１に示されたようにフェムト秒パルスレーザ２を用いて屈折率増加領域を形成する場合、フェムト秒パルスレーザ２を一度集光照射した経路に、再度フェムト秒パルスレーザ２を集光照射することによって、再び屈折率変化を誘起させることが可能である。このため同一経路に沿って３軸直進ステージを所望の回数駆動することによって、同一経路にフェムト秒パルスレーザ２を集光照射し、屈折率増加領域の屈折率を所望の値とすることが行われる。
【００４３】
このような３軸直進ステージの駆動を行ったときも、ポジションエラーは、形成された屈折率増加領域において、屈折率ムラや屈折率段差となる。
このため、（１）のポジションエラーと同様に、（２），（３）のポジションエラーについても−λ０／４０〜λ０／４０となるようにする。
【００４４】
次に、（４）のポジションエラーは、ステージ駆動装置７の部品の加工精度や、組み上げ精度などによって生じるものである。
光導波路部品として、例えば複数の屈折率増加領域を形成し、ファイバアレイとする場合、屈性率増加領域は、互いに所定の間隔を保って形成されなければならない。このようなファイバアレイにおいて、屈折率増加領域は、軸ズレを−０．５〜０．５μｍに抑える必要があるといわれている。
このため、（４）のポジションエラーは、−０．５〜０．５μｍとなるようにする。この（４）のポジションエラーについては、ステージ駆動装置７の部品の加工精度や、組み上げ精度を高めることで、所望の範囲となるようにする。
【００４５】
（５）のポジションエラーは、３軸直進ステージが直線経路を駆動したとき、目標の直線経路の経路長と、駆動距離との差である。
ファイバアレイにおいて、コアとなる屈折率増加領域に要求される加工精度は前記したように、−０．５〜０．５μｍであるため、（５）のポジションエラーは、−０．５〜０．５μｍとなるようにする。
【００４６】
以上のように予備試験を行って、３軸直進ステージのポジションエラーが所望の範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。
ここで、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーがほぼ同一であるとすると、前述した式（２）より、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーは、３軸直進ステージのポジションエラーの１／√３倍となる。
このため、前述した（１）〜（３）の駆動条件の場合、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーを−λ０／（４０√３）〜λ０／（４０√３）の範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。また、前述した（４）、（５）の駆動条件の場合、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーを−０．５／（√３）〜０．５／（√３）μｍの範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。
【００４７】
前記したようにして得られたＰＩＤパラメータの最適値を用いて前述した式（１）によって、目標設定値と計測値との差から制御指令値を算出し、この制御指令値によって各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを独立して駆動してガラス基板を移動させる。これによりフェムト秒パルスレーザ２の集光点５を石英ガラス基板６の内部で走査させ、屈折率増加領域を形成する。
【００４８】
本実施形態では、前述した（１）〜（３）の駆動条件にて、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚのポジションエラーが所望の範囲内となるように、ＰＩＤパラメータを調整し、その調整した値をもとに制御部にて各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの位置の測定値をフィードバックして各直進ステージ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを駆動するため、フェムト秒パルスレーザの集光点を優れた応答性で、精度良く走査でき、これにより屈折率ムラ、屈折率段差、外径の変動がほとんど無い屈折率増加領域が形成でき、光の伝播損失の小さい光導波路部品を容易に製造できる。
【００４９】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、ステージ駆動装置７は、ステージが移動でき、かつその移動量が検出できるものであれば使用できる。また、Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘのみからなるものや、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２軸にそれぞれ直進ステージが設けられた２軸直進ステージであっても構わない。このとき各直進ステージについて、ガラスリニアエンコーダなどを設け、各直進ステージの位置、移動速度が検出できるようにし、更にＰＩＤ制御部にて各直進ステージの制御を行うようにする。
【００５０】
Ｘ軸方向とＹ軸方向の２軸にそれぞれ直進ステージが設けられたステージ駆動装置を用い、フェムト秒パルスレーザにて光導波路部品を製造する場合、２軸直進ステージを使用したときのポジションエラーは、以下の式（２）で表される。式中、ＥＸは、Ｘ軸方向の直進ステージ１０ｘのポジションエラーを示し、ＥＹは、Ｙ軸方向の直進ステージ１０ｙのポジションエラーを示す。
【００５１】
【数３】
2004271980.tif 000005
【００５２】
Ｘ軸方向とＹ軸方向の直進ステージ１０ｘ，１０ｙのポジションエラーが同一であるとすると、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙのポジションエラーは、式（２）より、２軸直進ステージの１／√２倍となる。
このため、前述した（１）〜（３）の駆動条件の場合、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙのポジションエラーを−λ０／（４０√２）〜λ０／（４０√２）の範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。また、前述した（４）、（５）の駆動条件の場合、各直進ステージ１０ｘ，１０ｙのポジションエラーを−０．５／（√２）〜０．５／（√２）μｍの範囲となるように、ＰＩＤパラメータを調整する。
各直進ステージ１０ｘ，１０ｙの制御方法は、第１の実施形態と同様であり、予備実験により見出したＰＩＤパラメータの最適値を用いて、目標設定値と計測値との差から制御指令値を算出し、この制御指令値によって各直進ステージ１０ｘ，１０ｙを独立して駆動してガラス基板を移動させることによって、フェムト秒パルスレーザ２の集光点５を石英ガラス基板６の内部で走査させ、屈折率増加領域を形成する。
【００５３】
本発明の具体例を以下に示す。
［具体例１］
図５は、本実施形態と同様のステージ駆動装置７を用い、予備実験にて得られたＰＩＤパラメータの最適値を用いて、複数の動作パターンを組み合わせた目標設定値に応じて直進ステージを駆動したときのポジションエラーの経時変化を示す図である。ポジションエラーが、ほぼ−２０〜２０ｎｍの範囲内であり、比較的小さいことがわかる。このように、予備実験にて得られたＰＩＤパラメータの最適値を用いることによって、優れた応答性で、精度良く直進ステージ１０を制御できていることがわかる。このため、光の損失の小さい光導波路部品を製造できる。
【００５４】
［具体例２］
図６は、本実施形態と同様のステージ駆動装置７を用い、予備実験にて得られたＰＩＤパラメータの最適値を用い、かつノッチフィルタを設けてステージ駆動装置７の機械共振の発生を抑え、複数の動作パターンを組み合わせた目標設定値に応じて直進ステージを駆動したときのポジションエラーの経時変化を示す。直進ステージのポジションエラーがほぼ−１５〜１５ｎｍの範囲内である。特にポジションエラーの急激な変動がほとんど無く、直進ステージは、その駆動速度が大きく変動することなく移動していることがわかる。このように、ノッチフィルタ２４を設けることによって、直進ステージ１０の機械共振を強めること無く、目標設定値を駆動できるようになり、機械共振によるポジションエラーの変動が抑えられる。
このため、優れた応答性で、精度良く直進ステージを制御できる。更に駆動速度が大きく変動していないため、外径の変動が小さい屈折率増加領域を形成でき、これにより、更に光の損失の小さい光導波路部品を製造できる。
【００５５】
［具体例３］
本実施形態と同様にして予備実験にて得られたＰＩＤパラメータの最適値を用い、かつノッチフィルタを設けたステージ駆動装置７を使用し、直線経路となるように３軸直進ステージを駆動して、フェムト秒パルスレーザ２の集光点５を石英ガラス基板６の内部で走査させて光導波路部品を製造した。図７は、この光導波路部品を製造する際の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。直進ステージのポジションエラーはほぼ−３０〜３０ｎｍの範囲内である。
【００５６】
図８は、具体例３にて製造された光導波路部品の外観図である。屈折率ムラがなく、かつ直径がほぼ一定で均一な屈折率増加領域が形成されていることが分かる。
図９は、この光導波路部品の反射位置測定の結果を示す図である。反射位置測定法とは、反射光が戻ってくるまでの時間を測定する方法であり、この測定値より導波路内の欠陥や屈折率ムラ等の反射原因の位置を特定することができる。
直進ステージを駆動することによってフェムト秒パルスレーザ２の集光点５を走査して形成された屈折率増加領域は、導波路全体から一定の反射があり、屈折率ムラが存在しているが、−８０ｄＢと低いレベルに抑えられていることがわかる。
図１０は、光導波路部品の伝播損失を測定した結果を示す図である。広い波長帯域において伝播損失は１ｄＢ／ｃｍ未満と小さいことが分かる。
以上のように、本実施形態と同様の方法で光導波路部品を製造することによって、屈折率ムラ、屈折率段差、外径の変動がほとんど無い屈折率増加領域が形成できる。このため、本実施形態の製造方法によって、光の挿入損失の小さい光導波路部品を容易に製造できる。
【００５７】
［具体例４］
図１１は、任意のＰＩＤパラメータを用いて、複数の動作パターンを組み合わせた目標設定値に応じて直進ステージを駆動したときのポジションエラーの経時変化を示す図である。ポジションエラーが大きく変動しており、直進ステージが所定の位置を駆動できていないことがわかる。更に、微小時間にポジションエラーが大きく変動しており、直進ステージの駆動速度も大きく変動していることがわかる。
【００５８】
［具体例５］
図１２は、任意のＰＩＤパラメータを用い、かつノッチフィルタを設けず、機械共振が発生した状態で、複数の動作パターンを組み合わせた目標設定値に応じて直進ステージを駆動したときのポジションエラーの経時変化を示す。ポジションエラーが大きく変動しており、直進ステージが所定の位置を駆動できていないことがわかる。更に、ポジションエラーが大きく変動しており、直進ステージの駆動速度も大きく変動していることがわかる。
【００５９】
［具体例６］
任意のＰＩＤパラメータを用い、かつノッチフィルタを設けていないステージ駆動装置７を使用し、直線経路となるように直進ステージを駆動して、フェムト秒パルスレーザの集光点を石英ガラス基板の内部で走査させて光導波路部品を製造した。図１３は、この光導波路部品を製造する際の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。直進ステージのポジションエラーは最大で−２００〜２００ｎｍと大きく変動している。
【００６０】
図１４は、具体例６にて製造された光導波路部品の外観図である。形成された屈折率増加領域は、屈折率ムラがあり、かつその直径が不均一であることが分かる。
図１５は、この光導波路部品の反射位置測定の結果を示す図である。３軸直進ステージを駆動することによってフェムト秒パルスレーザの集光点を走査して形成された屈折率増加領域は、導波路全体から−６０〜−７０ｄＢという比較的大きな反射があり、導波路内に大きな屈折率ムラが存在していることがわかる。
図１６は、光導波路部品の伝播損失を測定した結果を示す図である。広い波長帯域において伝播損失は２ｄＢ／ｃｍ以上と大きいことが分かる。
以上のように、従来の方法で光導波路部品を製造した場合、形成された屈折率増加領域は、屈折率が不均一でムラがあり、外径の変動が大きい。このため、光の挿入損失が大きくなってしまう。
【００６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、フェムト秒パルスレーザの集光点を優れた応答性で、精度良く走査でき、これにより屈折率ムラ、屈折率段差、外径の変動がほとんど無い屈折率増加領域が形成でき、光の伝播損失の小さい光導波路部品を容易に製造できる。
【００６２】
更に、形成された屈折率増加領域のおいて、ポジションエラーによって生じる屈折率ムラや屈折率段差が、伝搬させる光に影響を与えない程度の大きさであり、光の伝播損失がほとんど無い光導波路部品を製造できる。
【００６３】
また、軸ズレがほとんど無い屈折率増加領域を形成できる。このため、例えば、複数の屈折率増加領域を形成し、ファイバアレイとする場合、軸ズレの許容値を満たした屈折率増加領域が形成でき、かつ優れた加工精度で屈折率増加領域を設けることができる。
【００６４】
更に、形成された屈折率増加領域のおいて、ポジションエラーによって生じる屈折率増加領域の外径の変化量が、伝搬させる光に影響を与えない程度の大きさであり、光の伝播損失がほとんど無い光導波路部品を製造できる。
【００６５】
更に、ステージ駆動装置の機械共振を強めることなく、精度良く直進ステージを制御でき、移動速度が大きく変動していないため、外径の変動が小さい屈折率増加領域を形成できる。これにより光の損失の小さい光導波路部品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光導波路部品の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態のステージ駆動装置の一例を示す概略斜視図である。
【図３】Ｘ軸方向の直進ステージとステージ駆動装置の制御部の一例を示す概略構成図である。
【図４】直進ステージを目標設定値に駆動したとき、この直進ステージのポジションエラー（ａ）と制御指令値（ｂ）の経時変化を示す図である。
【図５】具体例１の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。
【図６】具体例２の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。
【図７】具体例３で用いる直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。
【図８】具体例３にて製造された光導波路部品の外観図である。
【図９】具体例３にて製造された光導波路部品の反射位置測定の結果を示す図である。
【図１０】具体例３にて製造された光導波路部品の伝播損失を示す図である。
【図１１】具体例４の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。
【図１２】具体例５の直進ステージのポジションエラーの経時変化を示す図である。
【図１３】具体例６の直進ステージのポジションエラーの経時変化の更に他の一例を示す図である。
【図１４】具体例６にて製造された光導波路部品の外観図である。
【図１５】具体例６にて製造された光導波路部品の反射位置測定の結果を示す図である。
【図１６】具体例６にて製造された光導波路部品の伝播損失を示す図である。
【符号の説明】
２‥‥フェムト秒パルスレーザ、５‥‥フェムト秒パルスレーザの集光点、６‥‥透明材料、７‥‥ステージ駆動装置、１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ‥‥ステージ、２０‥‥ＰＩＤ制御部、２４‥‥ノッチフィルタ、２７‥‥制御部
【図１】
2004271980.tif 000006
【図２】
2004271980.tif 000007
【図３】
2004271980.tif 000008
【図４】
2004271980.tif 000009
【図５】
2004271980.tif 000010
【図６】
2004271980.tif 000011
【図７】
2004271980.tif 000012
【図８】
2004271980.tif 000013
【図９】
2004271980.tif 000014
【図１０】
2004271980.tif 000015
【図１１】
2004271980.tif 000016
【図１２】
2004271980.tif 000017
【図１３】
2004271980.tif 000018
【図１４】
2004271980.tif 000019
【図１５】
2004271980.tif 000020
【図１６】
2004271980.tif 000021