(57)【要約】【課題】コアとクラッドを備えた平面光導波路において、コアに光伝送路以外の種々の機能を持たせ、かかる平面光導波路自体を種々の光デバイスとして利用できるようにする。【解決手段】クラッド２と、このクラッド２内に埋設されたコア３を備えた平面光導波路のコア３の局所等価屈折率を、コア３の長手方向に連続的に変化させる。コア３の局所等価屈折率の変化を、コア３の断面積の変化によるものとすることができ、さらにコア３の断面積の変化を、コア３の幅の変化によるものとすることができる。このようなコア３の長手方向の局所等価屈折率を連続的に変化させた平面光導波路は、分散補償器、光フィルタ、利得等化器などの各種光デバイスとして使用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドと、このクラッド内に埋設されたコアを備えた平面光導波路において、
コアの局所等価屈折率が、コアの長手方向に連続的に変化していることを特徴とする平面光導波路。
【請求項２】
コアの局所等価屈折率の変化が、コアの断面積の変化によるものであるであることを特徴とする請求項１記載の平面光導波路。
【請求項３】
コアの断面積の変化が、コアの幅の変化によるものであることを特徴とする請求項２記載の平面光導波路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる分散補償器。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる光フィルタ。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる利得等化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クラッド内にコアを埋設した構造の平面光導波路に関し、そのコアの長手方向に沿って、コアの局所等価屈折率を連続的に変化させることにより、この平面光導波路を分散補償器、光フィルタなどの光デバイスとして使用できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は、従来の平面光導波路の典型例を示すもので、図中符号１は基板を示す。この基板１は、シリコンなどからなる厚さ１〜１０ｍｍ程度のもので、その一方の表面にはクラッド２が形成されている。このクラッド２は、石英などからなる厚さ２０〜１００μｍ程度の平坦な膜状のものである。
【０００３】
このクラッド２内部にはコア３が埋設されている。このコア３は、クラッド２よりも高屈折率のゲルマニウムドープ石英などからなり、その断面形状がほぼ矩形となっており、その幅（ｗ）が１〜１５μｍ、厚さ（ｔ）が１〜１５μｍ程度となっている。このコア３は、クラッド２内でその長手方向において適宜曲げられたりするが、コア３の幅、厚さおよび屈折率はその長手方向に一定とされている。
【０００４】
このような構造の平面光導波路の製造は、基板１上にＣＶＤ法などにより石英からなる膜状の下部クラッドを形成し、この下部クラッド上にコア３となるゲルマニウムドープ石英からなる膜状のコア層をＣＶＤ法などにより形成する。ついで、コア層上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジスト上にコア３となる部分を残すためのホトマスクを置き、露光、現像してパターニングを行う。
【０００５】
ついで、このパターニングされたレジストをマスクとして利用し、コア３となる部分以外のコア層をドライエッチングなどにより除去する。この後、レジストマスクを除去した後、この上に石英からなる上部クラッドをＣＶＤ法などにより積層して、上部クラッドと下部クラッドとでコア３を包囲する製造方法などによって行われる。
【０００６】
ところで、このような平面光導波路にあっては、例えばコア３を２本形成して平面光導波路内にマッハツェンダ型干渉計を構成し、いずれか一方のコア３にリング共振器を結合して、目的とする機能を有する光部品として利用することが行われている。
しかし、このような光部品であっても、コア３自体は伝送光を単に導波、伝搬させるだけの光伝送路の役割を有するに過ぎなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、コアとクラッドを備えた平面光導波路において、コアに光伝送路以外の種々の機能を持たせ、かかる平面光導波路自体を種々の光デバイスとして利用できるようにすることにある。
【０００８】
【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、クラッドと、このクラッド内に埋設されたコアを備えた平面光導波路において、コアの局所等価屈折率が、コアの長手方向に連続的に変化していることを特徴とする平面光導波路である。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、コアの局所等価屈折率の変化が、コアの断面積の変化によるものであるであることを特徴とする請求項１記載の平面光導波路である。
請求項３にかかる発明は、コアの断面積の変化が、コアの幅の変化によるものであることを特徴とする請求項２記載の平面光導波路である。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる分散補償器である。
請求項５にかかる発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる光フィルタである。
請求項６にかかる発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の平面光導波路からなる利得等化器である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明におけるコアの局所等価屈折率とは、局所における伝搬定数βを真空中の波数ｋで規格化した量β／ｋで定義されるものである。
【００１２】
この局所等価屈折率をコアの長手方向に連続的に変化させる具体的な手段としては、第１のものとして、コアの材料（材質）を長手方向に変化させてその屈折率を変化させる手段、例えばゲルマニウムドープ石英からなるコアの場合、これにドープするゲルマニウム量をその長手方向に微少に連続的に変化させるなどの手段がある。
【００１３】
また、第２のものとして、コアの断面積を変化させる方法がある。
コアの断面積を変化させることにより、コアの局所等価屈折率を変化させることができる理由は、コアの断面積が変化すると、伝搬光の伝搬定数が変化し、そこに伝搬する光のコア内部での閉じこめられ方が変化し、結果的にその部分の実質的な屈折率が変化すると見ることができるためである。
【００１４】
そして、このコアの断面積を変化させる具体例としては、コアの幅を変化させる方法と、コアの厚さを変化させる方法と、コアの幅と厚さの両者を変化させる方法がある。
【００１５】
このようにして、コアの局所等価屈折率がその長手方向に連続的に変化すると、光導波路における光の群遅延速度が光の波長により変化し、これによって種々の反射特性を得ることができ、種々の光デバイスとして機能することになる。
【００１６】
上述のコアの局所等価屈折率を変化させる方法の内、実際にはその製造上の容易性などの観点からコアの幅を変化させる方法が最も好ましい。
このため、以下の説明では、コアの幅をその長手方向に連続的に変化させる実施形態を示す。
【００１７】
図１は、このようなコア３の幅の変化の状態の原理的な一例を模式的に示す基板に対して垂直方法から見た平面図であり、ｚ軸はコア３の長手方向を示す。この例のものでは、コア３の幅はその長手方向に不定形に連続して変化している。この例は、幅の変化の様子を模式的に示したものであり、実際には幅の変化の回数はコアの単位長さ当たりで見ると極めて激しいものである。
【００１８】
図２は、実際のコアの幅の変化の一例を示すグラフであり、このグラフにおいて縦軸はコアの幅の実値（μｍ）を示し、横軸はコアの長手方向の位置を示す。このグラフからコアの極めて短い長さ（約２０μｍ）の範囲内で多数回（４０回以上）の幅の変化が行われていることがわかる。
このような幅の変化は、コアの長さ１５〜１００ｍｍにわたって形成することが必要である。
【００１９】
図３は、図２でのコアの幅の変化を縮小し、コアの長さ２５ｍｍ程度にわたる幅の変化の状況を示したものであり、この長さの範囲において数千回の幅の変化が行われている。
図４は、図３に示したコアの幅の変化を形成した光導波路の群遅延を示し、図５は同じくその反射率を示すものである。図２ないし図５に示した光導波路は、分散スロープ補償機能を有し、スロープ補償器となる。このもののスロープは、−４．７ｐｓ／ｎｍ２であり、動作帯域は１５４２〜１５５８ｎｍである。また、コアとクラッドとの比屈折率差は０．６％で、コアの厚さは６μｍで一定である。
【００２０】
このような平面光導波路では、例えば比屈折率差１％のコアを用いると、コアの局所等価屈折率の最大変化率は約１％となり、ファイバグレーティングなどより１０倍以上大きな変化を得ることができる。
また、コアの幅の変化は、求められる機能に応じて、逆散乱問題の手法（Ｇ−Ｈ．Ｓｏｎｇ　ａｎｄ　Ｓ−Ｙ．Ｓｈｉｎ，「Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｆｉｌｔｅｒｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｇｅｌ’ｆａｎｄ−Ｌｅｖｉｔａｎ−Ｍａｒｃｈｅｎｋｏ　ｉｎｖｅｒｓｅ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ」　Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，ｖｏｌ．２，ｐｐ．１９０５−１９１５，１９８５）により算出することができ、実現できる特性はかなり自由に設定することはでき、その帯域も極めて広いものとなる。
すなわち、目的とする光デバイスの種類、その諸元（使用波長帯域、分散スロープ値、通過バンドなど）が定まれば、これらの値を用いて上述の逆散乱問題の手法により、コアの長手方向の変化の値を演算して求めることができる。
【００２１】
このような平面光導波路の製造は、基本的には先に説明したフォトリソグラフィ技術を応用することによって行うことができ、パターニングのためのマスクの幅を、上記方法で算出されたものに基づいてその長手方向に変化させればよい。また、コアの幅の変化が極めて微細なものである場合には、ＬＩＧＡ（リーガ）プロセスを利用することが好ましい。
【００２２】
このＬＩＧＡプロセスとは、Ｘ線リソグラフィと電鋳とモールディングを組み合わせたプロセスで、１９８０年代にドイツのカールスルーエ原子核研究所で開発されたものであり、超微細で高アスペクト比の微細加工が行えるものである。
【００２３】
図６は、本発明の平面光導波路を光フィルタとするときのコアの幅の変化を示すもので、図７は図６に示したコアの幅の変化を与えて得られた光フィルタの利得特性を示すものである。この光フィルタは、１５４３〜１５５８ｎｍの波長帯において、パスバンド幅１．６７ｎｍの等間隔で５個のパスバンドに分割したマルチバンドパスフィルタであり、パスバンド内でのリップルは０．９ｄＢである。この平面光導波路においても、コアの比屈折率差は０．６％で、コアの厚さは６μｍである。
【００２４】
図８は、本発明の平面光導波路を分散スロープ補償器とするときのコアの幅の変化を示すもので、図９はこれで得られた分散スロープ補償器の反射特性を示し、図１０は同じく群遅延を示すものである。この分散スロープ補償器は、波長帯１５４５〜１５５５ｎｍでスロープが−５ｐｓ／ｎｍ２となるもので、コアの比屈折率差は０．６％、コアの厚さは６μｍである。
なお、図９以降の図面のグラフにおいて、「ｄｅｓｉｇｎ」とは理想的な目標とした特性を示し、「ｒｅａｌ」とは、実際に得られた特性を示すものである。
【００２５】
図１１は、本発明の平面光導波路を利得等化器とするときのコアの幅の変化を示すもので、図１２はこれで得られた利得等化器の反射特性を示し、図１３は同じく群遅延を示すものである。この利得等化器は、波長帯１５４０〜１５６０ｎｍのもので、コアの比屈折率差は０．６％、コアの厚さは６μｍである
【００２６】
図１４は、本発明の平面光導波路を光フィルタとするときのコアの幅の変化を示すもので、図１５は図１４に示したコアの幅の変化を与えて得られたフィルタの反射率を示すもので、図１６は同じく群遅延を示すものである。この光フィルタは、中心波長１５５０ｎｍで通過帯域１ｎｍの１チャンネルバンドバスフィルタである。この平面光導波路においてもコアの比屈折率差は０．６％で、コアの厚さは６μｍである。
【００２７】
以上に示した具体例では、平面光導波路のコアの幅をその長手方向に連続的に変化させたものを示したが、本発明ではこれに限られず、コアの厚さを変化させたもの、コアの厚さと幅を変化させたもの、さらにはコアの屈折率を微細に変化させたものでも、原理的に同様の作用効果が得られるものと考えられる。
【００２８】
また、本発明の平面光導波路は、上述のように、光フィルタ、分散スロープ補償器、チャープ分散スロープ補償器、利得等化器、分散スロープ報償機能付き利得等化器などの各種光デバイスとして使用することができ、しかもこれら光デバイスの特性を容易に、自由に所望のものに設計でき、従来の光デバイスが実現できない特性を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の分散補償器、光フィルタおよび利得等化器は、いずれも上述したコアの局所等価屈折率がコアの長手方向に連続的に変化した平面光導波路からなるもので、従来のこれら光デバイスに比べて構造が簡単であり、その製造も容易である。また、その特性を自由に設計、制御することができるものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の平面光導波路にあっては、コアの局所等価屈折率をその長手方向に連続的に変化させたものであり、この平面光導波路はそのまま光フィルタ、分散補償器、利得等化器などの光デバイスとして使用することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面光導波路のコアの幅の変化を模式的に示した平面図である。
【図２】本発明の平面光導波路のコアの幅の実際の変化を、コアの短い長さにおける位置との関係で示したグラフである。
【図３】本発明の平面光導波路のコアの幅の実際の変化を、コアの長い長さにおける位置との関係で示したグラフである。
【図４】図３に示したコアの幅の変化を形成した光導波路の群遅延を示すブラフである。
【図５】図３に示したコアの幅の変化を形成した光導波路の反射率を示すブラフである。
【図６】本発明の平面光導波路を光フィルタとするときのコアの幅の変化を示すグラフである。
【図７】図６に示した平面光導波路の光フィルタの利得特性を示すグラフである。
【図８】本発明の平面光導波路を分散スロープ補償器とするときのコアの幅の変化を示すグラフである。
【図９】図８に示した平面光導波路の分散スロープ補償器の反射特性を示すグラフである。
【図１０】図８に示した平面光導波路の分散スロープ補償器の群遅延を示すグラフである。
【図１１】本発明の平面光導波路を利得等化器とするときのコアの幅の変化を示すグラフである。
【図１２】図１１に示した平面光導波路の利得等化器の反射特性を示すグラフである。
【図１３】図１１に示した平面光導波路の利得等化器の群遅延を示すグラフである。
【図１４】本発明の平面光導波路を光フィルタとするときのコアの幅の変化を示すグラフである。
【図１５】図１４に示した平面光導波路の光フィルタの反射特性を示すグラフである。
【図１６】図１４に示した平面光導波路の光フィルタの群遅延を示すグラフである。
【図１７】通常の平面光導波路の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２・・・クラッド、３・・・コア
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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