(57)【要約】【課題】周囲温度が上昇しても波長シフトを生じ難く、回折効率及び光伝送効率の高いグレーティング付の光導波路を提供する。【解決手段】基板（２）上に、下部クラッド（３Ｄ）、コア（４）及び上部クラッド（３Ｕ）を順次積層して形成された光導波路において、前記コア（４）にその長手方向に沿って少なくとも一の薄膜状グレーティング層（５）を形成した。【選択図】図１
2004117561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部クラッド、コア及び上部クラッドを順次積層して形成された光導波路において、前記コアにその長手方向に沿って少なくとも一の薄膜状グレーティング層が形成されたことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記グレーティング層がコアの上面又は下面に沿って形成された請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記基板がＳｉＯ２系ガラス基板で形成され、前記上部及び下部クラッドがＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｆ系ガラスで形成され、前記コアがＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで形成され、前記グレーティング層がＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで形成された請求項１又は２記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信ネットワークなどにおける光デバイスとして使用される光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路は、例えば、厚さ１ｍｍの基板上に、厚さ１５μｍの下部クラッド、高さ×幅＝５μｍ×５μｍのコア、及び厚さ１５μｍ上部クラッドが順次積層されて、高屈折率の矩形コアの上下左右を低屈折率のクラッドで囲んだ構造となっており、光がコア内を伝搬して進行するようになっている。
【０００３】ところで、現在の光通信では、一本の光ファイバで、互いに独立な数十〜１００チャンネル程度の信号を伝送する多重通信（ＷＤＭ，ＤＷＤＭ）が実用化され、これによれば、異なった波長の光を用いて、双方向通信はもとより、アナログ信号やディジタル信号のような異種信号を同時に伝送したり、高速大容量の信号を伝送する場合に低速小容量のチャンネルに分割して伝送することができる。
【０００４】この場合に、送信側では、波長の異なる個々の光信号を多重化して光ファイバ内に導入しなければならず、また、受信側では、一本の光ファイバを伝わる多チャンネルの光信号を波長別に分岐して出力させる必要がある。
そして多数の光を合成したり特定の波長の光のみを分岐させる光デバイスとして、波長分波・多重フィルタ（ａｄｄ−ｄｒｏｐフィルタ）が用いられている。
【０００５】この波長分波・多重フィルタはグレーティング付光導波路が多く用いられており、グレーティング付光導波路には、コアの屈折率をその長手方向に沿って所定ピッチで周期的に変化させてグレーティングが形成されている。
【０００６】このようなグレーティングを形成するためには、従来は、ＳｉＯ２系ガラスで上部及び下部クラッドを形成し、ゲルマニウムをドープしたＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスでコアを形成することにより、コアの屈折率をクラッドより高くすると共に、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラス内の格子欠陥を利用してグレーティングを形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧｅＯ２は屈折率及び熱膨張の双方とも温度依存性が高く、したがって、温度変化に伴いこの二つの原因（特に屈折率変化）により波長シフトを生じやすいため、周囲温度によっては設計波長の光を分岐できないおそれがある。
【０００８】光導波路の温度無依存化を図るため、一般的には、負の線膨張係数を有する材料で形成された基板に、下部クラッド、コア及び上部クラッドを積層形成することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３５２６３３号公報
【００１０】これによれば、コア及びクラッドが、負の線膨張係数を有する基板に固定されており、周囲温度が上昇してコアやクラッドが伸長した分、基材が収縮されてその伸長分が相殺されるので温度無依存化を図ることができるとされている。
【００１１】しかし、本発明者らの実験によれば、この構造は熱膨張の大きなＧｅＯ２をコア材料として用いた場合は、周囲温度の上昇に伴うコアの熱膨張を拘束することができないことが判明した。
特に、コアにグレーティングを形成する場合、回折効率１５〜２０ｄＢを維持するために、コア材料として５〜３０ｍｏｌ％、より好ましくは１０〜１５ｍｏｌ％の比較的高い濃度でＧｅＯ２を含ませる必要があるため、周囲温度が上昇すると、コアにクラックが入るという問題を生じた。
ＧｅＯ２濃度を下げたり、コア断面を小さくすればクラックが入りにくくなるが、回折効率　が低下したり、光伝送効率が低下するという問題を生ずる。
【００１２】そこで本発明は、周囲温度が上昇しても波長シフトを生じ難く、回折効率及び光伝送効率の高いグレーティング付の光導波路を提供することを技術的課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、基板上に、下部クラッド、コア及び上部クラッドを順次積層して形成された光導波路において、前記コアにその長手方向に沿って少なくとも一の薄膜状グレーティング層が形成されたことを特徴としている。
【００１４】本発明によれば、例えば、請求項２のように薄膜状のグレーティング層をコアの上面に沿って形成したときに、グレーティング層が線膨張係数の比較的大きな材質でも、グレーティング層はコアとクラッドに挟まれて拘束されるので、温度上昇に伴う波長シフトを生じにくく、クラックの発生も少ない。
【００１５】また、請求項３の光導波路は、基板がＳｉＯ２系ガラス基板で形成され、上部及び下部クラッドがＢ２Ｏ３−Ｆ−ＳｉＯ２系ガラスで形成され、前記コアがＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで形成され、グレーティング層がＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで形成されている。
【００１６】すなわち、ＳｉＯ２系ガラスで基板を形成し、そのＳｉＯ２系ガラスに屈折率低減用のフッ素Ｆ及びホウ素ＢをドープしたＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｆ系ガラスで上部及び下部クラッドを形成した。
そして、屈折率低減用のフッ素ＦがドープされていないＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスでコアを形成し、さらに、グレーティング書込用のゲルマニウムＧｅをドープしたＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで薄膜状グレーティング層を形成した。
【００１７】ここで、全ての層に、線膨張係数がＧｅＯ２より大きく屈折率の温度変化が負のＢ２Ｏ３がドープされており、ＧｅＯ２をドープしたＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスは薄膜状グレーティング層のみに使用されているので、各層の線膨張係数差が少なくなるだけでなく、この薄膜状グレーティング層がコア及びクラッドで拘束され、クラックが発生することもない。
また、屈折率の温度依存が大きいＧｅＯ２をドープした薄膜状グレーティング層にも、屈折率の温度変化が負のＢ２Ｏ３がドープされているので、屈折率の温度変化が相殺されて、温度上昇に伴う波長シフトが４ｐｍ／℃と極めて低く抑えられる。
また、グレーティング層のゲルマニウム濃度を低くしたり、コア断面積を小さくする必要がないので、回折効率も１５〜２０ｄＢを維持でき、光伝送効率も低下することがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る光導波路を示す説明図、図２はその製造装置を示す説明図、図３は他の実施形態を示す説明図である。
【００１９】図１に係る光導波路１は、線膨張係数が±０近傍の材料で形成された基板２上に、プラズマＣＶＤ法により、下部クラッド３Ｄ、コア４及び上部クラッド３Ｕが順次積層して形成されている。
【００２０】本例では、基板２が厚さ１ｍｍ程度の石英ガラス板で形成され、下部クラッド３Ｄ及び上部クラッド３Ｕが夫々厚さ１５μｍ程度のＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｆ系ガラスで形成され、コア４が高さ５μｍ×幅６μｍのＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスで形成されている。
【００２１】コア４には、その長手方向に沿って少なくとも一の薄膜状グレーティング層５が形成され、本例では、厚さ１μｍ×幅６μｍのＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなるグレーティング層５がコア４の上面に沿って形成されている。
【００２２】この光導波路１は、図２に示す真空チャンバ１１を用いて製造される。
真空チャンバ１１は、その内部に、上部電極１２Ｕ、下部電極１２Ｄが配されると共に、ヒータ１３が配され、チャンバ１１内へ原料ガスＧｅ（ＯＣＨ３）４、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＣＦ４を供給する原料ガス供給系１４Ａ〜１４Ｄを備えている。
【００２３】そして、真空チャンバ１１内に基板２を置き、まず、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を流量比３０：７０で供給すると共にＣＦ４＝６０ｓｃｃｍで供給することにより厚さ１５μｍの下部クラッド３Ｄを形成し、その上に、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を流量比３５：６５で供給することにより厚さ５μｍのコア４となるガラス層を形成し、波長１．５５μｍ帯での両者の屈折率差を０．０２とした。
【００２４】そして、さらにその上に、Ｇｅ（ＯＣＨ３）４：Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を流量比５：３５：６０で供給することにより、コア４となるガラス層の上面に厚さ１μｍのグレーティング層５となるガラス層を形成する。
【００２５】ここで得られた母材を真空チャンバ１１から取り出し、フォトリソグラフィによりコア４及びグレーティング層５の幅を６μｍに形成し、再び、真空チャンバ１１内に入れて、さらにその上から下部クラッド３Ｄと同一組成で厚さ１５μｍの上部クラッド３Ｕを形成する。
【００２６】なお、上述の場合に、クラッド３Ｕ及び３Ｄとコア４にドープされるホウ素Ｂは５〜２０ｍｏｌ％程度が好ましく、クラッド３Ｕ及び３Ｄにドープされるフッ素Ｆは５〜１０ｍｏｌ％程度が好ましく、グレーティング層５にドープされるゲルマニウムＧｅは５〜３０ｍｏｌ％程度が好ましく、この範囲に収まるように各原料ガスの流量比を選定すれば良い。
【００２７】そして、このように形成された光導波路１の上から位相マスクを介して波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザを照射すると、グレーティング層５に所定ピッチで回折格子が書き込まれる。
【００２８】この光導波路１は、下部クラッド３Ｄ、上部クラッド３Ｕ、コア４、グレーティング層５の全てに、線膨張係数がＧｅＯ２より大きく屈折率の温度変化が負のＢ２Ｏ３がドープされており、屈折率の温度依存が大きいＧｅＯ２をドープしたＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスは薄膜状グレーティング層５のみに使用されているので、下部クラッド３Ｄ、上部クラッド３Ｕ、コア４、グレーティング層５の線膨張係数差が少なくなるだけでなく、この薄膜状のグレーティング層５がコア４及び上部クラッド３Ｕで拘束され、クラックが発生することもない。
【００２９】また、屈折率の温度依存が大きいＧｅＯ２をドープしたグレーティング層５にも、屈折率の温度変化が負のＢ２Ｏ３がドープされているので、屈折率の温度変化が相殺されて、温度上昇に伴う波長シフトが４ｐｍ／℃と極めて低く抑えられる。
本例では、グレーティング層５に５〜３０ｍｏｌ％のゲルマニウムＧｅが添加されているので１５〜２０ｄＢの回折効率が得られ、また、コア４断面積を小さくする必要もないので、光伝送効率が低下することもない。
【００３０】なお、上述したようにコア４の上面にグレーティング層５を形成する場合に限らず、図３（ａ）に示すようにコア４の上下両面にグレーティング層５、５を形成したり、図３（ｂ）に示すようにコア４の下面のみにグレーティング層５を形成したり、さらには図３（ｃ）に示すようにコア４の上下方向中間部分にグレーティング層５を形成しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、グレーティング層が薄膜状に形成されてその上下両面がコアやクラッドに拘束されているので、周囲温度が上昇しても波長シフトを生じ難く、また、ゲルマニウムのドープ量を下げる必要がないので回折効率が高く維持でき、コア断面積を小さくする必要がないので光伝送効率が低下しないという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路を示す説明図。
【図２】その製造装置を示す説明図。
【図３】他の実施形態を示す説明図。
【符号の説明】
１………光導波路
２………基板
３Ｄ……下部クラッド
３Ｕ……上部クラッド
４………コア
５………グレーティング層
【図１】
2004117561.tif 000003
【図２】
2004117561.tif 000004
【図３】
2004117561.tif 000005