(57)【要約】【課題】均一性に優れたＹ分岐光導波路およびその製造方法を提供する。【解決手段】１本の直線光導波路２と、この直線光導波路２と接続し、該直線光導波路２との接続部１０との近傍で互いに重なり合った２本の分岐光導波路３、４とからなり、透明材料の内部にレーザを集光照射することにより形成されたＹ分岐光導波路１であって、前記分岐光導波路３、４のそれぞれに、他方の分岐光導波路と互いに重なり合った領域５を含む第１曲線部３ａ、４ａと、他方の分岐光導波路と互いに重なり合っていない第２曲線部３ｂ、４ｂとを持たせ、前記第１曲線部３ａ、４ａの曲率半径Ｒ１を、前記第２曲線部３ｂ、４ｂの曲率半径Ｒ２より小さくする。これにより、分岐光導波路３、４の互いに重なり合った領域５の長さＬを短くし、レーザの集光照射量の不均一さを低減することができるので、分岐比の均一性に優れたＹ分岐光導波路１を得ることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の直線光導波路と、この直線光導波路と接続し、該直線光導波路との接続部との近傍で互いに重なり合った２本の分岐光導波路とからなり、透明材料の内部にレーザを集光照射することにより形成されたＹ分岐光導波路であって、
前記分岐光導波路のそれぞれは、他方の分岐光導波路と互いに重なり合った領域を含む第１曲線部と、他方の分岐光導波路と互いに重なり合っていない第２曲線部とを有しており、
前記第１曲線部の曲率半径が、前記第２曲線部の曲率半径より小さくなっていることを特徴とするＹ分岐光導波路。
【請求項２】
前記分岐光導波路の互いに重なり合った領域は、少なくとも２回以上レーザを集光照射することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項３】
前記直線光導波路の領域および前記分岐光導波路の互いに重なり合った領域は、少なくとも２回以上レーザを集光照射することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＹ分岐光導波路。
【請求項４】
前記分岐光導波路の互いに重なり合った領域の長さが、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＹ分岐光導波路。
【請求項５】
前記レーザがフェムト秒パルスレーザであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＹ分岐光導波路。
【請求項６】
透明材料の内部にレーザを集光照射することにより、１本の直線光導波路と、この直線光導波路と接続し、該直線光導波路との接続部の近傍で互いに重なり合った２本の分岐光導波路とを形成するＹ分岐光導波路の製造方法であって、
前記分岐光導波路のそれぞれに、他方の分岐光導波路と互いに重なり合った領域を含む第１曲線部と、他方の分岐光導波路と互いに重なり合っていない第２曲線部とを持たせ、
前記第１曲線部の曲率半径が、前記第２曲線部の曲率半径より小さくなるように、前記分岐光導波路を形成することを特徴とするＹ分岐光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記レーザとして、フェムト秒パルスレーザを用いることを特徴とする請求項６に記載のＹ分岐光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において、光スプリッタなどの光導波路素子などに利用され、光パワーの等分岐に用いられるＹ分岐光導波路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−３１１２３７号公報などに開示されているように、光導波路を製造する方法として、ガラス等の透明材料の内部にフェムト秒パルスレーザなどのレーザを集光照射することにより、その集光点近傍の屈折率増加を誘起して（この現象を「レーザ誘起屈折率変化」という）、光導波路のコアを形成する方法が知られている。この方法によれば、所望の形状の光導波路を単純なプロセスで作製することができるので、当出願人が特願２０００−２３３６３２号、特願２００１−２３０３７１号に出願したように、特性の優れた光導波路素子を容易に製造することができる利点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のレーザ誘起屈折率変化を利用して、等分岐比（分岐比が１：１）のＹ分岐光導波路を形成しようとすると、２本の分岐光導波路を通過する光の分岐比が１：１からずれて、均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が劣るものになりやすい。このため、等分岐比のＹ分岐光導波路を製造することが困難である。
【０００４】
従って、本発明は、分岐比の均一性に優れたＹ分岐光導波路およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、１本の直線光導波路と、この直線光導波路と接続し、該直線光導波路との接続部との近傍で互いに重なり合った２本の分岐光導波路とからなるＹ分岐光導波路を、透明材料の内部にレーザを集光照射することにより形成する場合に、前記分岐光導波路のそれぞれに、他方の分岐光導波路と互いに重なり合った領域を含む第１曲線部と、他方の分岐光導波路と互いに重なり合っていない第２曲線部とを持たせ、前記第１曲線部の曲率半径が、前記第２曲線部の曲率半径より小さくなるように、前記分岐光導波路を形成することによって解決される。このようにして得られるＹ分岐光導波路によれば、分岐光導波路の互いに重なり合った領域の長さが短くなり、該領域におけるレーザの集光照射量の非対称性を低減することができる。これにより、分岐比の均一性に優れたＹ分岐光導波路を製造することが可能となる。
また、第１および第２の分岐光導波路の互いに重なり合った領域の長さとしては、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本実施の形態のＹ分岐光導波路の一例を示す平面図である。同図に示すＹ分岐光導波路１は、１本の直線光導波路２と、この直線光導波路２と接続し、該直線光導波路２との接続部１０の近傍で互いに重なり合っており、同形状の第１および第２の分岐光導波路３、４とからなる。第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４とは、直線光導波路２の中心線を延長した直線に対して、対称に形成されている。
直線光導波路２および第１および第２の分岐光導波路３、４は、レーザの集光照射によって形成されており、また、すべての区間で、幅が略一様とされている。
【０００７】
このＹ分岐光導波路１においては、第１の分岐光導波路３は、第１曲線部３ａと、第２曲線部３ｂと、直線部３ｃとからなる。
第１の分岐光導波路３の第１曲線部３ａは、接続部１０において直線光導波路２と滑らかに接続し、この接続部１０から離れるにつれて、第２の分岐光導波路４から離れる方向に曲がっている。
第２曲線部３ｂは、接続部１１ａにおいて第１曲線部３ａと滑らかに接続し、この接続部１１ａから離れるにつれて、第２の分岐光導波路４に近づく方向に曲がっている。
直線部３ｃは、接続部１１ｂにおいて第２曲線部３ｂと滑らかに接続し、直線光導波路２と平行になっている。
【０００８】
同様に、第２の分岐光導波路４は、第１曲線部４ａと、第２曲線部４ｂと、直線部４ｃとからなる。
第２の分岐光導波路４の第１曲線部４ａは、接続部１０において直線光導波路２と滑らかに接続し、この接続部１０から離れるにつれて、第１の分岐光導波路３から離れる方向に曲がっている。
第２曲線部４ｂは、接続部１２ａにおいて第１曲線部４ａと滑らかに接続し、この接続部１２ａから離れるにつれて、第１の分岐光導波路３に近づく方向に曲がっている。
直線部４ｃは、接続部１２ｂにおいて第２曲線部４ｂと滑らかに接続し、直線光導波路２と平行になっている。
【０００９】
また、第１および第２の分岐光導波路３、４の第１曲線部３ａ、４ａおよび第２曲線部３ｂ、４ｂの中心線は、各接続部１０、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂにおいて、それに隣接する部分と、中心線の接線が一致するように、滑らかに接続されており、これは、曲がり光導波路において、放射光損失を極力小さくするためである。
【００１０】
また、第１および第２の分岐光導波路３、４の直線部３ｃ、４ｃが直線光導波路２と平行になっているが、これは、このＹ分岐光導波路１を多段に連結して、１×４分岐、１×８分岐、１×１６分岐等の１×Ｎ光スプリッタを製造することが容易になるからである。
しかし、本発明においては、直線部３ｃ、４ｃを直線光導波路２と平行にすることは必須ではなく、例えば、所定の開き角を介して拡開するようにしてもよい。また、第１および第２の分岐光導波路３、４に、直線部３ｃ、４ｃを設けることなく、第２曲線部３ｂ、４ｂを、直接に他の光導波路と接続するようにしてもよい。
また、第１曲線部３ａ、４ａと第２曲線部３ｂ、４ｂとは、直接に接続されているが、第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４とを互いに同形状かつ対称にする限り、例えば、第１曲線部３ａ、４ａと第２曲線部３ｂ、４ｂとの間に、それぞれ等しい長さの直線部または他の曲率半径の曲線を介在させ、滑らかに接続させるようにしてもよい。
【００１１】
本実施の形態のＹ分岐光導波路１においては、第１および第２の分岐光導波路３、４の第１曲線部３ａ、４ａの中心線は、曲率半径Ｒ１の円弧である。また、第２曲線部３ｂ、４ｂの中心線は、曲率半径Ｒ２の円弧である。
ここで、曲率半径Ｒ１は、曲率半径Ｒ２より小さいものとされる。これは、Ｒ１とＲ２とがともに大きいと、上述のように、分岐比がずれる原因となる上に、第１および第２の分岐光導波路３、４の分離に要する長さが長くなってしまうからである。また、Ｒ１とＲ２とがともに小さいと、放射光損失が増大し、好ましくない。
【００１２】
なお、以下の説明では、便宜上、第１の分岐光導波路３を、第２の分岐光導波路４より先に形成するものとして説明することにするが、これにより、第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４の形成順序を限定するものではない。第２の分岐光導波路４を第１の分岐光導波路３より先に形成するようにしても、以下の説明が同様に成立することは言うまでもない。
【００１３】
レーザの集光照射によって、第１の分岐光導波路３を形成した後、第２の分岐光導波路４を形成しようとすると、第２の分岐光導波路４を形成する際に、直線光導波路２との接続部１０の近傍で、形成済みの第１の分岐光導波路３の上に集光照射を行う必要がある。このため、直線光導波路２との接続部１０から、第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４とが完全に分離する位置１３との間に、第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４とが重なり合った領域５（以下、「重なり領域」という）が生じる。
【００１４】
低損失な光導波路を形成し、かつ、第１の分岐光導波路３と第２の分岐光導波路４の損失の差を小さくするためには、第１の分岐光導波路３を形成する場合と、第２の分岐光導波路４を形成する場合とで、レーザの照射強度や照射時間などの照射条件を同一にすることが好ましい。その照射条件を同一にした場合、重なり領域５には、レーザが、第１の分岐光導波路３の形成に必要な分と第２の分岐光導波路４の形成に必要な分とを合わせた２倍量、集光照射される。
【００１５】
本発明者が鋭意検討した結果、このようにＹ分岐光導波路１を形成すると、重なり領域５における屈折率増加量の分布が非対称になり、先に形成された第１の分岐光導波路３の挿入損失と、後に形成された第２の分岐光導波路４の挿入損失との差が大きくなりやすいことが分かった。
この原因は明らかではないが、レーザ誘起屈折率変化は、集光点を中心とした分布をもって生じ、集光点から離れるに従って小さくなること、また、屈折率変化が誘起されていないところにレーザを集光照射する場合と、屈折率変化が誘起されているところにレーザを集光照射する場合とでは、同一のレーザ照射条件を用いたとしても、屈折率増加量に差が生じること等によるものと考えられる。
【００１６】
図３に、Ｒ１を５０ｍｍとした場合の挿入損失の一例を示す。図３に示すように、１５２０〜１６３０μｍの波長帯全域に亘って、先に形成された第１の分岐光導波路３の挿入損失は、後に形成された第２の分岐光導波路４の挿入損失に比べて約２ｄＢ小さくなっている。つまり、分岐の均一性（第１の分岐光導波路３の挿入損失と第２の分岐光導波路４の挿入損失との差の絶対値）が劣化し、出力を等分岐することができない。
【００１７】
そこで、重なり領域５の長さを所定の長さより短くすることにより、分岐比の均一性を改善することができる。
具体的には、重なり領域５の長さは、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、分岐比の均一性を１ｄＢ以下と低い値にすることができる。
第１曲線部３ａ、４ａの曲率半径Ｒ１が大きいと、重なり領域５の長さＬが長くなるので、Ｒ１を十分に小さくすることにより、重なり領域５の長さＬを短くすることができる。
なお、一般に円弧では、周知の通り、曲率半径はその円弧上の任意の点において常に円弧の半径に等しい。
【００１８】
次に、Ｙ分岐光導波路１の製造方法について説明する。
図１の直線光導波路２および第１および第２の分岐光導波路３、４は、図２に示すように、ガラス等の透明材料２０の内部に集光レンズ２１を介してレーザ２２を集光照射し、その集光点２３に屈折率変化を誘起することにより形成することができる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、透明材料２０中にレーザ２２を集光照射することにより、その集光点２３近傍に、屈折率増加が誘起される。そして、図２（ｂ）に示すように、レーザ２２の集光点２３を走査して、集光による屈折率上昇領域２４を連続的に形成することにより、元の透明材料２０より屈折率が高い領域を連続的に形成して、光導波路のコアとすることができる。このような光導波路の製造方法については、例えば、特開平９−３１１２３７号公報に記載されている。
【００１９】
本実施の形態においては、透明材料２０として、レーザ誘起屈折率変化を生じるものであれば、特に制約を受けることなく用いることができる。このような透明材料２０としては、例えば、石英系ガラス、フッ化ガラス、カルコゲナイドガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、弗リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、塩化物ガラス、硫化物ガラスなどが挙げられる。さらに、高分子材料では、光学ポリイミドやアクリル樹脂などが挙げられる。
【００２０】
また、レーザ２２としては、特開平９−３１１２３７号公報などに開示されているような高いピーク出力を備えたものが好ましく、具体的には、パルス幅が１ｐｓ以下であり、好ましくは１０ｋＨｚ以上、より好ましくは１００ｋＨｚ以上の繰り返し周波数をもち、集光点におけるピークパワー強度が１０５Ｗ／ｃｍ２以上に達するフェムト秒レーザが例示される。
【００２１】
そして、Ｙ分岐光導波路１を構成する直線光導波路２ならびに第１および第２の分岐光導波路３、４の中心線に沿って、集光点２３を走査することにより、Ｙ分岐光導波路１が形成される。
集光点２３を走査する方法としては、透明材料２０をコンピュータ制御された精密ステージに載せて適宜移動させる方法、集光レンズ２１の集光方向を制御して変化させる方法、ガルバノミラーで集光点２３を移動させる方法など、公知の方法を採用することができる。
なお、レーザ２２の照射により形成される光導波路の断面形状は、特に限定されるものではないが、例えば、略円形、楕円形、涙滴形などとなる。また、光導波路の屈折率を所望の値に調整するために、複数回に亘ってレーザ２２を集光照射することも可能である。
【００２２】
直線光導波路２ならびに第１および第２の分岐光導波路３、４を形成する順序や集光点２３を走査する方向は特に限定されるものではなく、最終的にすべての光導波路が形成されるようにすればよい。
この場合、重なり領域５でない部分にも確実にレーザ２２を集光照射して、十分な大きさの屈折率変化を誘起するためには、少なくとも重なり領域５には、レーザ２２を、第１の分岐光導波路３を形成するための照射分と、第２の分岐光導波路４を形成するために必要な照射分を合わせ、合計２回、集光照射する必要がある。
この際、上述した重なり領域５の屈折率変化量の非対称さの影響を軽減するため、重なり領域５の長さＬを短くすることで、分岐比の均一性が高いＹ分岐光導波路１を作製することができる。
【００２３】
それぞれの光導波路を形成する手順としては、例えば、直線光導波路２の入射点１４と、第１の分岐光導波路３の接続部１０、１１ａ、１１ｂと、第１の分岐光導波路３の出射点１５を結ぶ線に沿ってレーザ２２を集光照射して、直線光導波路２と第１の分岐光導波路３とを形成したのち、第２の分岐光導波路４の接続部１０、１２ａ、１２ｂと、第２の分岐光導波路４の出射点１６を結ぶ線に沿ってレーザ２２を集光照射して、第２の分岐光導波路４を形成する方法が挙げられる。
【００２４】
もう一つの手順としては、直線光導波路２の入射点１４と、第１の分岐光導波路３の接続部１０、１１ａ、１１ｂと、第１の分岐光導波路３の出射点１５を結ぶ線に沿ってレーザ２２を集光照射して、直線光導波路２と第１の分岐光導波路３とを形成したのち、直線光導波路２の入射点１４と、第２の分岐光導波路４の接続部１０、１２ａ、１２ｂと、第２の分岐光導波路４の出射点１６を結ぶ線に沿ってレーザ２２を集光照射して、第２の分岐光導波路４を形成する方法が挙げられる。
この手順を用いた場合、レーザ２２の照射回数は、重なり領域５のみならず、直線光導波路２の部分においても、２回照射となるが、直線光導波路であるため、屈折率誘起分布の非対称性は問題になるほど大きくならない。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態のＹ分岐光導波路およびその製造方法においては、重なり領域５の長さＬを０．４ｍｍ以下とすることにより、重なり領域５に２回以上レーザが集光照射されることによる屈折率増加量の非対称性を低減させ、Ｙ分岐光導波路１の分岐比の均一性を改善することができる。
【００２６】
上記説明では、第１曲線部３ａ、４ａおよび第２曲線部３ｂ、４ｂの中心線となる曲線として、円弧を用いたが、本発明は、これに限定されるものではない。曲線導波路の放射光損失を比較的低く形成できる曲線であれば、いずれの曲線にも適用することができる。
例えば、周知の正弦曲線（ｙ＝１−ｃｏｓｘ型）や、ｙ＝ｘ−ｓｉｎｘ型の曲線などは、低損失な曲がり導波路を得ることができるので、好ましい。また、円弧と円弧でない曲線との組み合わせや、２種類以上の円弧でない曲線の組み合わせなど、適宜設計して採用することができる。
このような円弧以外の曲線でも、上述の円弧を用いた場合と同様に、分岐光導波路３、４の曲率半径を分岐部分においてのみ小さくすることにより、重なり領域５の長さＬを短くし、分岐比の均一性が高いＹ分岐光導波路１を作製することができる。
【００２７】
以上のように製造された本発明のＹ分岐光導波路１は、１×２光スプリッタとして用いることができるほか、Ｙ分岐光導波路１を多段に連結することにより、１×Ｎ光スプリッタ（Ｎは４、８、…など）を製造することができる。
【００２８】
以下、本発明の試験例について説明する。
透明材料２０として石英ガラスを用い、図２に示すように、集光レンズ２１を介して、フェムト秒パルスレーザ２２を集光照射し、幅が８μｍの光導波路を形成することによって、図４に示す形状のＹ分岐光導波路１を製造した。このときの製造条件を以下に示す。
【００２９】
・レーザ２２の照射強度：７８０ｍＷ
・レーザ２２のパルス幅：４００ｆｓ
・集光レンズ２１のＮＡ：０．５
・レーザ２２の集光深さ：２０μｍ（透明材料２０の表面からの移動量相当）
・集光点２３の走査速度：５０μｍ／ｓ
【００３０】
得られた各Ｙ分岐光導波路１について、第１および第２の分岐光導波路３、４の挿入損失（測定波長：１５５０ｎｍ）を測定し、これらの挿入損失の差から、分岐比の均一性を算出した。この結果を表１および表２に示す。
なお、上述の図３に示したデータは、表１の試験例４のＹ分岐光導波路について測定されたものである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
2004077757.tif 000004
【００３３】
表１および表２に示す結果から明らかなように、Ｒ１を５０ｍｍとした試験例１〜５のＹ分岐光導波路１は、重なり領域５の長さＬが０．４ｍｍを超えることにより、分岐比の均一性に劣るものとなった。これに対して、Ｒ１を１０ｍｍまたは２０ｍｍとした試験例６、７のＹ分岐光導波路１は、重なり領域５の長さＬが０．４ｍｍ以下であり、分岐比の均一性が１ｄＢ以下となり、等分岐性に優れるものとなった。また、それぞれの分岐光導波路の損失も、Ｒ１が５０ｍｍであるものに比べて大差なく、挿入損失をあまり増大させることなく、等分岐性を向上させることができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＹ分岐光導波路によれば、透明材料の内部にレーザを集光照射することにより形成されたＹ分岐光導波路において、分岐光導波路の互いに重なり合った領域の長さを短くし、等分岐比のＹ分岐光導波路の均一性を向上することができる。このようにして得られたＹ分岐光導波路は、等分岐性に優れるので、１×Ｎ光スプリッタなどの光導波路素子に用いることにより、特性の優れた光導波路素子を製造することができる。
本発明のＹ分岐光導波路の製造方法によれば、透明材料の内部にレーザを集光照射することによりＹ分岐光導波路を形成するに際し、分岐光導波路の互いに重なり合った領域の長さを短くすることにより、挿入損失をあまり増大させることなく、等分岐性に優れたＹ分岐光導波路を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＹ分岐光導波路の一実施形態を示す平面図である。
【図２】レーザの集光照射により光導波路を形成する方法を説明する図である。
【図３】従来の製造方法で作製されたＹ分岐光導波路の一例の出力特性を示すグラフである。
【図４】試験例のＹ分岐光導波路の形状および寸法を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１…Ｙ分岐光導波路、２…直線光導波路、３…第１の分岐光導波路、３ａ…第１の分岐光導波路の第１曲線部、３ｂ…第１の分岐光導波路の第２曲線部、４…第２の分岐光導波路、４ａ…第２の分岐光導波路の第１曲線部、４ｂ…第２の分岐光導波路の第２曲線部、５…第１および第２の分岐光導波路の重なり領域、１０…直線光導波路と第１の分岐光導波路との接続部、２０…透明材料、２１…集光レンズ、２２…レーザ、Ｒ１…第１曲線部の曲率半径、Ｒ２…第２曲線部の曲率半径。
【図１】
2004077757.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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