(57)【要約】【課題】本発明は、高い位置精度でコアの中心近傍の屈折率を調整できる光導波路部品の加工方法と光ファイバグレーティングの製造方法及びコアの屈折率が高精度に調整された光導波路部品を提供する。【解決手段】本発明の光導波路部品の加工方法は、光導波路部品９のコアにフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射したとき生じる発光点１０と、形成される屈折率変化領域との位置のずれ量を予め測定しておき、前記光導波路部品９のコアにフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、発光点１０がコア中心にくるようにし、その位置から発光点１０の位置を、前記位置ずれ量に応じて移動させて、屈折率変化領域の位置がコア中心にくるようにする構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路部品の透明材料から構成されたコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射したとき生じる発光点と、この集光照射により形成される屈折率変化領域との位置のずれ量を予め測定しておき、
前記光導波路部品のコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射し、その集光照射によって生じる発光のコアの長手方向に導波される光量が最大となるように発光点の位置を調整し、
その位置から発光点の位置を、前記位置ずれ量に応じて移動させて、形成される屈折率変化領域の位置がコアの中心近傍にくるようにした後、
フェムト秒パルスレーザ光を照射してコア内に屈折率変化領域を形成し、コアの屈折率を調整することを特徴とする光導波路部品の加工方法。
【請求項２】
光導波路部品の透明材料から構成されたコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射し、その集光照射によって生じる発光のコアの長手方向に導波される光量が最大となるように発光点の位置を調整し、
その位置から発光点の位置を、３．４μｍ〜５．６μｍ上方へ移動させて、形成される屈折率変化領域の位置がコアの中心近傍にくるようにした後、
フェムト秒パルスレーザ光を照射してコア内に屈折率変化領域を形成し、コアの屈折率を調整することを特徴とする光導波路部品の加工方法。
【請求項３】
前記透明材料がＳｉＯ２を主成分とするガラス材料であることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項４】
前記ガラス材料が石英ガラスであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路部品の加工方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の加工方法を用いて、フェムト秒パルスレーザ光の集光点をコア中心に沿って光ファイバの長手方向に間隔的に移動させて集光照射することにより、周期的な屈折率変化領域を形成することを特徴とするグレーティングの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の加工方法によってコアの屈折率が調整されたことを特徴とする光導波路部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路部品の加工方法と、その加工方法を用いた光ファイバグレーティングの製造方法、及び前記光導波路部品の加工方法によってコアの屈折率が調整された光導波路部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では、石英系基板型光導波路部品を備えたマッハツェンダ干渉型の各種デバイスやＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）等の光合分波器等が光導波路部品として利用されている。光導波路部品は、通常、基板等に光導波路（以下、コアとも言う。）がパターン形成されており、このコアの形成には、フォトリソグラフィー，エッチング，成膜等の多種の製造プロセスが必要となる。
前記光導波路部品には、製造プロセス中に発生するコアの形状誤差，寸法誤差，屈折率誤差等により位相誤差が生じて所望の光学特性を得ることができない問題があった。
そこで、一旦製造した光導波路部品に、屈折率トリミングと呼ばれる後工程を施して所望の光学特性が得られるようにコアの屈折率を調整する技術が提案されている。
例えば、ＫｒＦレーザ光を照射してコアの屈折率を調整する方法が提案されている（特許文献１参照。）。しかし、この方法では、マスクプロセスが必要となるため工程が増え、生産性が低下するとともに、ＫｒＦレーザ光の照射後の熱によっても屈折率が変化するため、屈折率調整の信頼性が不十分であった。
【０００３】
また、超短パルスレーザ光をコアに照射して屈折率を調整する方法が提案されている（非特許文献１参照。）。超短パルスレーザ光であるフェムト秒パルスレーザ光をガラス材料等の内部に集光照射することによって、フェムト秒パルスレーザ光の集光点近傍のガラス材料の屈折率を増加させることができる。この現象を利用し、フェムト秒パルスレーザ光をコアに集光照射することによって、コアの屈折率を調整できる。
フェムト秒パルスレーザ光は集光照射が可能になるため、マスクプロセスが無くとも局所的に屈折率を変化させることができる。また、フェムト秒パルスレーザ光では、発熱が瞬間的であるため、照射後の熱による屈折率変化を最小限に抑えることができる。
しかし、フェムト秒パルスレーザ光のビームウエストや、パルスレーザ光が照射されるコアの幅、厚さはともに数μｍ程度であり、フェムト秒パルスレーザ光を正確にコア中心に集光照射することが難しく、所定の位置のコアの屈折率を調整することが難しい。特に深さ方向については、コア上のクラッド層の厚さが一定でなかったり、表面に凹凸が形成されていたりするために、十分な位置精度でコアの屈折率を調整することが困難である。
【０００４】
そこで、本発明者等は、石英ガラス等の透光性材料内部へフェムト秒パルスレーザ光を集光照射したときにフェムト秒パルスレーザ光の集光点で発生する白色光を指標にして、白色光のコアの長手方向に導波される光量が最大となり、白色光がコア中心にくるようにフェムト秒パルスレーザ光の集光照射位置を調整した後に、フェムト秒パルスレーザ光を集光照射し、所定の位置のコアの屈折率を調整する方法を提案した（特願２００２−５４４５５号）。
しかしながら、フェムト秒パルスレーザ光を集光照射することによって屈折率が変化する領域と、前記白色光の発光点とは、必ずしも一致していない。このため、例えば前記した屈折率トリミングのように、高い位置精度でコアの中心近傍の屈折率を調整する場合、前記した白色光を指標にしてフェムト秒パルスレーザ光の集光照射位置を調整する方法では、十分な加工精度が得られない場合があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３０８５４６号公報
【非特許文献１】
古宇田  光，外３名，第６２回応用物理学会学術講演会  講演予稿集，２００１年９月，ｐ．８５５，講演番号１４ａ−ＺＭ−６
【０００６】
【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。すなわちフェムト秒パルスレーザ光の集光点で生じる発光点と、この集光照射により形成される屈折率変化領域との位置のずれ量を予め測定し、この位置ずれ量に応じて発光点の位置を補正した後に、フェムト秒パルスレーザ光を集光照射することによって、高い位置精度でコアの中心近傍の屈折率を調整できる光導波路部品の加工方法と、その加工方法を用いた光ファイバグレーティングの製造方法、及び前記光導波路部品の加工方法によってコアの屈折率が精密に調整された光導波路部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、光導波路部品の透明材料から構成されたコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射したとき生じる発光点と、この集光照射により形成される屈折率変化領域との位置のずれ量を予め測定しておき、前記光導波路部品のコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射し、その集光照射によって生じる発光のコアの長手方向に導波される光量が最大となるように発光点の位置を調整し、その位置から発光点の位置を、前記位置ずれ量に応じて移動させて、形成される屈折率変化領域の位置がコアの中心近傍にくるようにした後、フェムト秒パルスレーザ光を照射してコア内に屈折率変化領域を形成し、コアの屈折率を調整することを特徴とする光導波路部品の加工方法である。
請求項２にかかる発明は、光導波路部品の透明材料から構成されたコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射し、その集光照射によって生じる発光のコアの長手方向に導波される光量が最大となるように発光点の位置を調整し、その位置から発光点の位置を、３．４μｍ〜５．６μｍ上方へ移動させて、形成される屈折率変化領域の位置がコアの中心近傍にくるようにした後、フェムト秒パルスレーザ光を照射してコア内に屈折率変化領域を形成し、コアの屈折率を調整することを特徴とする光導波路部品の加工方法である。
請求項３にかかる発明は、前記透明材料がＳｉＯ２を主成分とするガラス材料であることを特徴とする請求項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、前記ガラス材料が石英ガラスであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路部品の加工方法である。
請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の加工方法を用いて、フェムト秒パルスレーザ光の集光点をコア中心に沿って光ファイバの長手方向に間隔的に移動させて集光照射することにより、周期的な屈折率変化領域を形成することを特徴とするグレーティングの製造方法である。
請求項６にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の加工方法によってコアの屈折率が調整されたことを特徴とする光導波路部品である。
【０００８】
【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加工方法において使用される加工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１ａと対向するように、ＮＤフィルタ２が設置されており、レーザ装置１から出射されたフェムト秒パルスレーザ光３の平均出力を調整できるようになっている。
ＮＤフィルタ２を透過したフェムト秒パルスレーザ光３の経路上には、ミラー４が設置されており、フェムト秒パルスレーザ光３の進行経路を調整できるようになっている。また、集光レンズ５は、ミラー４にて進行経路が調整されたフェムト秒パルスレーザ光３を集光するものである。
【０００９】
このミラー４の後方には、ＣＣＤカメラ６等が設置され、フェムト秒パルスレーザ光３の集光点７近傍で発生する発光中に含まれる可視光（白色光）をモニタできるようになっている。
符号８は、ＸＹＺステージを示し、このＸＹＺステージ８は、加工する光導波路部品９等を積載し、これを精密にｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動できるようにするものである。
ここで、図１中、ｘ軸は紙面上、表面から裏面に紙面を垂直に貫通した軸であり、ｙ軸は紙面上、左右方向に延びた軸であり、ｚ軸は紙面上、上下方向に延びた軸である。特にｚ軸は、ＸＹＺステージ８に積載する光導波路部品９等の厚さ方向又は照射するフェムト秒パルスレーザ光３の集光点７の深さ方向となる。
【００１０】
この光導波路部品９の加工装置では、レーザ装置１にて、フェムト秒パルスレーザ光３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光３が出射される。
フェムト秒パルスレーザ光３は、まずＮＤフィルタ２を透過する。このＮＤフィルタ２の透過率を調整することで、フェムト秒パルスレーザ光３の平均出力が制御される。
次に、フェムト秒パルスレーザ光３は、ミラー４にて反射される。このミラー４の反射面の角度を調整することで、フェムト秒パルスレーザ光３の進行経路は、所望の方向となる。更にフェムト秒パルスレーザ光３は、集光レンズ５にて集光され、ＸＹＺステージ８上の光導波路部品９に照射される。
【００１１】
このような加工装置を用いて、本実施形態では、光導波路部品９を以下のようにして加工する。ここで、光導波路部品９とは、基材となる透光性材料に光導波路（以下、コアとも言う。）が形成されたものであり、基板状の基材から構成された基板型光導波路部品や光ファイバ等が挙げられる。
まず予備試験として、光導波路部品９の基材となる透光性材料にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、このフェムト秒パルスレーザ光３の集光照射によって生じる発光点１０と、この集光照射により形成される屈折率変化領域１１との位置ずれ量を測定する。
前記透光性材料としては、加工する光導波路部品９、又は加工する光導波路部品９の基材と同一の組成，光学特性等を有するものを使用する。例えば、加工する光導波路部品９が、ＳｉＯ２を主成分とする石英ガラス等から構成されたものの場合、透光性材料として光導波路部品９と同一組成の石英ガラス基板等が挙げられる。この透光性材料には、光導波路部品９と同一のコアやクラッドが形成されていなくても構わない。
【００１２】
前記石英ガラス基板等の透光性材料をＸＹＺステージ８に固定し、透光性材料の所望の深さの位置に屈折率変化領域１１が形成されるように、発光点１０の深さ方向（ｚ軸方向）の位置（以下、単に発光点の位置とも言う。）を調整する。ここで、発光点１０の位置の調整方法としては、集光レンズ５の焦点深度を調整する方法や、集光レンズ５又はＸＹＺステージ８をｚ軸方向に移動させて集光レンズ５と透光性材料との距離を調整する方法等が挙げられる。
前記透光性材料にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、ＣＣＤカメラ６にてフェムト秒パルスレーザ光３の白色光の発光点１０の深さ方向の位置を測定しながら、フェムト秒パルスレーザ光３をｘ、ｙ軸方向に走査して透光性材料に屈折率変化領域１１を形成する。
そして、前記透光性材料に形成された屈折率変化領域１１の深さ方向の位置を測定し、前記ＣＣＤカメラ６にて測定した発光点１０の深さ方向の位置とより、発光点１０と、形成された屈折率変化領域１１との位置ずれ量を算出する。
【００１３】
図２及び図３は、白色光の発光点１０と、形成された屈折率変化領域１１との位置ずれ量の一例を示す図である。ここで、図２及び図３では、透光性材料としてＳｉＯ２を主成分とするガラス材料から構成された石英ガラス基板を用い、図２では、平均出力２１０〜７００ｍＷのフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、石英ガラス基板の深さ３０μｍの位置に屈折率変化領域１１を形成した結果を示している。また、図３では、平均出力７００ｍＷのフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、石英ガラス基板の深さ３０〜７５０μｍの位置に屈折率変化領域１１を形成した結果を示している。
また、図２及び図３では、屈折率変化領域１１が白色光の発光点１０よりも深い位置にある場合、位置ずれ量をプラス値で表した。
【００１４】
図２及び図３に示されたように、透光性材料がＳｉＯ２を主成分とするガラス材料から構成された石英ガラス基板の場合、フェムト秒パルスレーザ光３の平均出力や、形成する屈折率変化領域１１の深さ方向の位置に関わらず、屈折率変化領域１１は、白色光の発光点１０よりも４．５μｍ深い位置に形成されることになる。図４は、図２及び図３にて得られた発光点１０と屈折率変化領域１１の位置を示す概略図である。
以上のように、本実施形態では、予備試験として、加工する光導波路部品９の基材となる透光性材料にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、発生する白色光の発光点１０と、この集光照射により形成される屈折率変化領域１１との位置ずれ量を予め測定する。
次に、以下に示すように、発光点１０と、この集光照射により形成される屈折率変化領域１１との位置ずれ量に応じて発光点１０の位置を移動し、形成される屈折率変化領域１１の中心が、光導波路部品９のコアの中心近傍にくるようにして、屈折率変化領域１１をコア内に形成する。
【００１５】
まず、光導波路部品９にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、発生する白色光の発光をモニタして、この発光の光導波路部品９のコアの長手方向に導波される光量が最大となるように発光点１０の位置を調整する。
例えば、図１に示された加工装置を用いる場合、加工する光導波路部品９をＸＹＺステージ８に固定し、この光導波路部品９にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、光導波路部品９の上方に位置するＣＣＤカメラ６等により白色光の発光の光量をモニタし、この発光がコア内部の伝搬方向に一筋状に最大の輝度で導波されるように発光点１０の位置を調整する。このとき、白色光の発光点１０は、光導波路部品９のコアの中心に位置することになる。前記調整後の発光点１０の位置を基準位置とする。
この例の他にも、コアの一端を光パワーメータ等の受光器に接続して発光のうちコア内部を導波される光量を受光器によりモニタし、受光量が最大になるように発光点１０の位置を調整する方法等も適用できる。
【００１６】
次に、予備試験にて測定した発光点１０と、形成される屈折率変化領域１１との位置ずれ量の測定値に応じて、発光点１０の位置を移動し、形成される屈折率変化領域１１の位置がコアの中心近傍にくるようにする。
例えば、光導波路部品９の基材となる透光性材料がＳｉＯ２を主成分とするガラス材料から構成された石英ガラス基板の場合、前述した予備試験にて、屈折率変化領域１１が発光点１０よりも４．５μｍ深い位置に形成されることが分かっている。そこで、発光点１０の位置を前記基準位置から４．５μｍ上方、すなわち光導波路部品９のうち、フェムト秒パルスレーザ光３が照射される面側へ４．５μｍ移動させる。これにより、形成される屈折率変化領域１１の中心が、光導波路部品９のコアの中心にくるように発光点１０の位置が調整されたことになる。
このようにして発光点１０の位置が調整された状態を維持したまま、フェムト秒パルスレーザ光３を光導波路部品９に集光照射して、コアの中心近傍に屈折率変化領域１１を形成し、所望の位置のコアの屈折率を調整する。
【００１７】
図５は、本実施形態の光導波路部品９の加工方法によって、光導波路部品９のコアの中心近傍に屈折率変化領域１１が形成された光導波路部品９の屈折率プロファイルの一例を示す概略図である。ここで、図５では、光導波路部品９として石英ガラスから構成された光ファイバを用い、中心波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、パルス幅１５０ｆｓ、平均出力１５０ｍＷのフェムト秒パルスレーザ光３を光ファイバに集光照射し、３０μｍ／ｓの速度で発光点１０を走査して屈折率変化領域１１を形成した結果を示している。
形成された屈折率変化領域１１のうち、屈折率上昇量が１／ｅ２以上の範囲は４．８μｍである。一般に光導波路部品９において、通信波長帯の光をシングルモードで伝播するコアの形状は一辺が７μｍ以下である。
本実施形態の光導波路部品の加工方法を屈折率トリミングと呼ばれる後工程に適用し、所望の光学特性が得られるようにコアの屈折率を調整する場合、フェムト秒パルスレーザ光３の集光照射によって形成される屈折率変化領域１１がコアから外れないように、高い位置精度でコアの中心近傍に屈折率変化領域１１を形成する必要がある。図５に示された一例では、コアから外れないようにコア内に屈折率変化領域１１を形成するためには、屈折率変化領域１１の中心がコアの中心から−１．１〜１．１μｍの範囲内に収まるように発光点１０の位置を調整する必要がある。
【００１８】
このため、光導波路部品９の基材となる透光性材料がＳｉＯ２を主成分とするガラス材料から構成された石英ガラス基板の場合、発光点１０の位置を前記基準位置から３．４〜５．６μｍ上方、すなわちフェムト秒パルスレーザ光３が照射される面側へ３．４〜５．６μｍ移動させることが好ましい。これにより、形成される屈折率変化領域１１の中心が、光導波路部品９のコアの中心から−１．１〜１．１μｍの範囲内に収まり、コアから外れないようにコア内に屈折率変化領域１１を形成することができる。
また、フェムト秒パルスレーザ光３を集光照射したとき生じる発光点１０と、この集光照射により形成される屈折率変化領域１１との位置のずれ量を予め測定せずに、発光点１０の位置を前記基準位置から３．４〜５．６μｍ上方へ移動させることによってコア内に屈折率変化領域１１を形成できるため、工程を簡略化できる。
【００１９】
本実施形態では、予め予備試験として、加工する光導波路部品９又はこの光導波路部品９の基材となる透光性材料にフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射し、発生する白色光の発光点１０と、形成される屈折率変化領域１１との位置ずれ量を測定する。そして、この位置ずれ量に応じて、発光点１０の位置を移動させて、形成される屈折率変化領域１１の位置がコアの中心近傍にくるようにするため、高い位置精度でコアの中心近傍に屈折率変化領域１１を形成できる。
このため、本実施形態の光導波路部品９の加工方法は、例えば屈折率トリミング等の高い位置精度が要求される作業工程に適用でき、コアから外れないようにコア内に屈折率変化領域１１を精度良く形成でき、これにより所望の位置のコアの屈折率を調整できる。
【００２０】
また、前記光導波路部品９の加工方法を用いて、光導波路部品９として光ファイバを用い、形成される屈折率変化領域１１の中心が、光ファイバのコアの中心にくるように、発光点１０の位置を移動させ、この発光点１０の位置を維持したまま、コアの中心に沿って光ファイバの長手方向に間隔的に発光点を移動させてフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射することによって、周期的な屈折率変化領域１１をコアから外れないようにコア内に高い位置精度で形成できる。これにより、伝播損失が小さく優れた光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することができる。
また、前述した光導波路部品９の加工方法を用いることによって、高い位置精度でコアの中心近傍に屈折率変化領域１１が形成され、これによりコアの屈折率が精度良く調整された光導波路部品９が実現できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の光導波路部品の加工方法では、光導波路部品にフェムト秒パルスレーザ光を集光照射したとき発生する発光点と、形成される屈折率変化領域との位置ずれ量を予め測定し、この位置ずれ量を用い、形成される屈折率変化領域の位置がコアの中心近傍にくるように発光点の位置を調整することによって、高い位置精度でコアの中心近傍に屈折率変化領域を形成でき、これにより精度良くコアの屈折率を調整できる。
【００２２】
また、前記光導波路部品の加工方法を用いて、フェムト秒パルスレーザ光の集光点をコア中心に沿って光ファイバの長手方向に間隔的に移動させて集光照射することによって、周期的な屈折率変化領域をコアから外れないようにコア内に高い位置精度で形成でき、伝播損失が小さく優れた光学特性を有する光ファイバグレーティングを製造することができる。
また、前述した光導波路部品の加工方法を用いることによって、高い位置精度でコアの中心近傍に屈折率変化領域が形成され、これによりコアの屈折率が精度良く調整された光導波路部品が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にて使用される加工装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】発光点と、形成される屈折率変化領域の中心との位置ずれ量の一例を示す図である。
【図３】発光点と、形成される屈折率変化領域の中心との位置ずれ量の他の一例を示す図である。
【図４】石英ガラスから構成された光導波路部品にフェムト秒パルスレーザ光を集光照射したとき生じる発光点と、形成される屈折率変化領域の一例を示す概略図である。
【図５】本実施形態にて、コアの中心近傍に屈折率変化領域が形成された光導波路部品の屈折率プロファイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
３‥‥フェムト秒パルスレーザ光、９‥‥光導波路部品、１０‥‥発光点、１１‥‥屈折率変化領域
【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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