(57)【要約】【課題】異なる周期の複数の回折格子を光導波路に容易に形成することができる位相格子マスク、それを利用した回折格子の形成方法、その形成方法を用いて作製された回折格子素子等を提供する。【解決手段】本発明では、まず透明平板１１の一方の面１１ａに異なる周期の複数の位相格子１２ａ〜１２ｈが並設されている位相格子マスク１０、及び、並列された複数の光導波路２２ａ〜２２ｈを用意する。次に、位相格子マスクの複数の位相格子が並設されている面が複数の光導波路と対向するように位相格子マスクを配置して、複数の光導波路に屈折率変化を誘起せしめる波長の屈折率変化誘起光３０を、位相格子マスクを介して上記複数の光導波路に照射してそれらの光導波路に夫々異なる周期の回折格子２３ａ〜２３ｈを形成することで回折格子素子２０を作製する。従って、複数の光導波路に容易に異なる周期の回折格子を形成することができる。【選択図】  図５
2004233665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明平板の一方の面に異なる周期を有する複数の位相格子が並設されていることを特徴とする位相格子マスク。
【請求項２】
前記複数の位相格子が夫々所定の周期で配列された複数の格子溝から形成され、前記複数の位相格子のうちの任意の位相格子の前記格子溝の配列方向に延びる該位相格子の中心線と、該位相格子の隣の位相格子の縁との距離が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の位相格子マスク。
【請求項３】
透明平板の一方の面に異なる周期の複数の位相格子が並設されている位相格子マスクを用意する第１の工程と、
並列された複数の光導波路を用意する第２の工程と、
前記位相格子マスクの前記複数の位相格子が並設されている面が前記複数の光導波路と対向するように前記位相格子マスクを配置する第３の工程と、
前記複数の光導波路に屈折率変化を誘起せしめる波長の屈折率変化誘起光を、前記位相格子マスクを介して前記複数の光導波路に照射して、前記複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子を形成する第４の工程と
を備えることを特徴とする回折格子の形成方法。
【請求項４】
前記光導波路がＳｉＯ２を主成分として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回折格子の形成方法。
【請求項５】
前記複数の光導波路が１つの基板上に形成された平面型光導波路であることを特徴とする請求項３に記載の回折格子の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の回折格子の形成方法により複数の光導波路に夫々異なる周期の前記回折格子が形成されていることを特徴とする回折格子素子。
【請求項７】
請求項６に記載の回折格子素子を備え、
前記回折格子素子で、前記回折格子における反射帯域内の光を選択的に反射して、光を合波または分波することを特徴とする合分波モジュール。
【請求項８】
後端面を有する複数の半導体光増幅デバイスと、
前記複数の半導体光増幅デバイスから夫々発せられた光が前記複数の光導波路を夫々伝搬するように配置された請求項６に記載の回折格子素子と、
前記回折格子素子の前記複数の光導波路に夫々形成されている前記回折格子と前記複数の半導体光増幅デバイスが有する前記後端面とで共振器が夫々構成され、それらの共振器と前記複数の半導体光増幅デバイスとによりレーザ発振され、前記複数の光導波路に夫々形成されている前記回折格子を透過して出力された光を合波して出力する合波器と
を備えることを特徴とする外部共振器型レーザモジュール。
【請求項９】
波長多重した多波長の光を用いて光伝送を行う波長分割多重伝送システムにおいて、
請求項７に記載の合分波モジュールを備え、
前記合分波モジュールにより前記多波長の光を合波または分波することを特徴とする波長分割多重伝送システム。
【請求項１０】
波長多重した多波長の光を用いて光伝送を行う波長分割多重伝送システムにおいて、
請求項８に記載の外部共振器型レーザモジュールを備え、
前記外部共振器型レーザモジュールが前記多波長の光を出力することを特徴とする波長分割多重伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相格子マスク、回折格子の形成方法、回折格子素子、合分波モジュール、外部共振器型レーザモジュール、及び波長分割多重伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
所望の反射特性を有する回折格子が形成された複数のコア領域を備える光導波路として、実効屈折率の等しい複数のコアに、それぞれ異なる周期の回折格子が形成された光導波路（例えば、非特許文献１参照）が知られている。
【０００３】
また、上述したような光導波路としては、実効屈折率の異なる複数のコアに、等しい周期の回折格子が形成された光導波路（例えば、特許文献１参照）も知られている。
【０００４】
このような光導波路では、複数のコア領域夫々を伝搬する光のうち、夫々に形成されている回折格子の反射帯域内の光、即ちブラッグ波長の光が、回折格子で反射される。そのため上述したような光導波路は、半導体レーザの外部共振器や多波長の光から特定の波長の光を分波する分波器として好適に利用される。
【０００５】
【非特許文献１】
田中拓也、他６名、「ＵＶ誘起グレーティングとスポットサイズ変換ＬＤを用いたハイブリッド４波長レーザ」、１９９７年電子情報通信学会総合大会講演論文集、Ｃ−３−１６０、ｐ．３４５、１９９７年３月
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−９０５０８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような異なる周期の回折格子は、異なる周期の複数の位相格子マスクを用いて位相格子法で形成される。このように異なる周期の複数の位相格子マスクを用いて複数のコア領域に回折格子を形成する場合、回折格子を形成しようとしているコア領域の隣のコア領域に紫外光が照射されないようにしつつ、形成すべき回折格子の個数だけ位相格子マスクを取り替えて紫外光の照射を繰り返さなければならない。
【０００８】
また、通常、位相格子法により回折格子を形成する場合、光導波路のコア領域に高圧水素処理を施して回折格子の形成効率を高めているが、光導波路に含浸された水素は時間と共に急速にコア領域から抜けて回折格子の形成効率が低下していく。従って、上述したように複数の位相格子マスクを用いて多数の回折格子を形成することは非常に困難であった。
【０００９】
更に、隣り合うコア領域が数百μｍ以下程度に接近している場合には、隣り合うコア領域のうちの一方のコア領域に照射されている紫外光が他方のコア領域に照射されないようにマスキングすることが非常に困難であるので、コア領域同士が接近している場合に回折格子を形成することが困難であった。
【００１０】
一方、上述したように等しい周期の回折格子を実効屈折率の異なる複数のコアに形成する場合には、形成されている回折格子の周期が同一であるので、マスキングをすることが困難であるなどの回折格子を形成する過程での問題点は回避される。ただし、ブラッグ波長は、コア領域の実効屈折率及び回折格子の周期で決定されるので、回折格子の周期が一定の場合には、設定可能なブラッグ波長の範囲がコア領域の実効屈折率で決定される。そのため、ブラッグ波長の範囲が制限されていた。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、異なる周期の複数の回折格子を光導波路に容易に形成することができる位相格子マスク、その位相格子マスクを用いた回折格子の形成方法、その形成方法を用いて作製された回折格子素子、その回折格子素子を含む合分波モジュールと外部共振器型レーザモジュール、並びにそれら合分波モジュール及び外部共振器型レーザモジュールのうちの双方又は一方を含む波長分割多重伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る位相格子マスクは、透明平板の一方の面に異なる周期を有する複数の位相格子が並設されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、光導波路に屈折率変化を誘起せしめる屈折率変化誘起光を上記位相格子マスクを介して並列された複数の光導波路に照射することで、それらの光導波路に異なる周期を有する複数の回折格子を一度に形成することができる。
【００１４】
上記本発明に係る位相格子マスクにおいては、複数の位相格子が夫々所定の周期で配列された複数の格子溝から形成され、複数の位相格子のうちの任意の位相格子の格子溝の配列方向に延びる該位相格子の中心線と、該位相格子の隣の位相格子の縁との距離が５０μｍ以上であることが好適である。
【００１５】
このような構成では、複数の光導波路に回折格子を形成する場合に、隣り合う光導波路のうちの一方に回折格子を形成すべき位相格子の縁からの回折光が、他方の光導波路に与える影響を低減することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記本発明に係る位相格子マスクを用いた回折格子の形成方法にも係る。即ち、本発明に係る回折格子の形成方法は、透明平板の一方の面に異なる周期の複数の位相格子が並設されている位相格子マスクを用意する第１の工程と、並列された複数の光導波路を用意する第２の工程と、位相格子マスクの複数の位相格子が並設されている面が複数の光導波路と対向するように位相格子マスクを配置する第３の工程と、複数の光導波路に屈折率変化を誘起せしめる波長の屈折率変化誘起光を、位相格子マスクを介して複数の光導波路に照射して、複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子を形成する第４の工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
このような回折格子の形成方法によれば、複数の光導波路に上記位相格子マスクを介して屈折率変化誘起光を一度照射することで、それらの光導波路に夫々異なる周期の回折格子を形成することが可能である。そのため、例えば、屈折率変化を増大させるために水素を複数の光導波路に含浸していても、その水素が抜ける前に複数の光導波路に確実に回折格子を形成できる。また、複数の光導波路に一度に回折格子を形成するので、光導波路にマスキングをする必要がない。そのため、マスキングをすることの困難性から制限されていた光導波路同士の光軸間の距離が制限されない。従って、従来よりも隣り合う光導波路の光軸間の距離を狭くすることが可能である。
【００１８】
なお、光導波路としては、ＳｉＯ２を主成分として形成されているものとすれば良い。
【００１９】
更に、複数の光導波路が１つの基板上に形成された平面型光導波路であるとしても良い。
【００２０】
更にまた、本発明に係る回折格子素子は、上述した本発明に係る回折格子の形成方法により複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この場合、回折格子素子は、本発明に係る回折格子の形成方法で形成されるので、複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子を一度に形成することができる。従って、回折格子素子を容易に作製することができる。また、複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子を形成する際に、マスキングを必要としないので隣り合う光導波路の光軸間を従来よりも狭くすることができる。従って、回折格子素子を従来よりも小型にすることが可能である。
【００２２】
また、本発明に係る合分波モジュールは、上述した本発明に係る回折格子素子を備え、回折格子素子で、その回折格子における反射帯域内の光を選択的に反射して、光を合波または分波することを特徴とする。
【００２３】
このように、合分波モジュールは、本発明に係る回折格子素子を用いて構成されているので簡易に作製することができる。更に、隣り合う光導波路の光軸間の間隔を従来よりも狭くすることができるので、従来より小型の合分波モジュールとすることが可能である。
【００２４】
また、本発明に係る外部共振器型レーザモジュールは、後端面を有する複数の半導体光増幅デバイスと、複数の半導体光増幅デバイスから夫々発せられた光が複数の光導波路を夫々伝搬するように配置された上記本発明に係る回折格子素子と、回折格子素子の複数の光導波路に夫々形成されている回折格子と複数の半導体光増幅デバイスが有する後端面とで共振器が夫々構成され、それらの共振器と複数の半導体光増幅デバイスとによりレーザ発振され、複数の光導波路に夫々形成されている回折格子を透過して出力された光を合波して出力する合波器とを備えることを特徴とする。
【００２５】
この外部共振器型レーザモジュールは、上述した本発明に係る回折格子素子が用いられているので、隣り合う光導波路の光軸間の距離を従来よりも狭くすることが可能である。そのため、従来より小型の外部共振器型レーザモジュールとすることができる。
【００２６】
更に、本発明に係る波長分割多重伝送システムは、波長多重した多波長の光を用いて光伝送を行う波長分割多重伝送システムであって、上記本発明に係る合分波モジュールを備え、合分波モジュールにより多波長の光を合波または分波することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る波長分割多重伝送システムは、波長多重した多波長の光を用いて光伝送を行う波長分割多重伝送システムであって、上述した本発明に係る外部共振器型レーザモジュールを備え、外部共振器型レーザモジュールが多波長の光を出力することを特徴とする。
【００２８】
これらの波長分割多重伝送システムは、上述した本発明に係る外部共振器型レーザモジュール及び上述した本発明に係る合分波モジュールの双方又は一方を用いて構成されるので、外部共振器型レーザモジュールや合分波モジュールを含む送信器や中継器を小型化することが可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面と共に本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００３０】
図１は、本発明に係る位相格子マスクの一実施形態の構成を概略的に示す平面図である。
【００３１】
本実施形態の位相格子マスク１０は、複数の光導波路に異なる周期の回折格子を形成する際に用いられる。位相格子マスク１０は、石英ガラスからなる透明平板１１の１つの面１１ａ上に、異なる周期を有する複数の位相格子、即ち、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成されている。このような第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈは、夫々の所定の周期で配列された複数の格子溝１２０から構成されている。なお、格子溝１２０は、電子ビーム露光技術により好適に形成される。ここで、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの夫々の所定の周期は、形成すべき回折格子の反射特性に応じて設定すれば良いが、例えば、図１の位相格子マスク１０では、表１のように設定している。
【００３２】
【表１】
2004233665.tif 000003
【００３３】
第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの配置について説明する。第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈは図１から理解されるように並列されている。隣り合う位相格子の中心線間の距離、例えば、第１の位相格子１２ａの中心線α１と第２の位相格子１２ｂの中心線α２との距離である位相格子の間隔ｗ１は、回折格子を形成すべき複数の光導波路のうちの隣り合う光導波路の光軸間の距離に対応させれば良い。
【００３４】
また、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの幅は、同一でも異なっていても良い。ただし、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈのうちから任意に選ばれた位相格子を形成している格子溝１２０の配列方向に延びるその位相格子の中心線と、その位相格子の隣の位相格子の縁との距離が、約５０μｍ以上離れていることが好適である。例えば、任意に選ばれた位相格子を第１の位相格子１２ａとする場合、第１の位相格子１２ａの中心線α１と、その第１の位相格子１２ａの隣の第２の位相格子１２ｂの縁（即ち第２の位相格子１２ｂを形成している格子溝１２０の端をつなぐ線β１）との最短距離ｔが、約５０μｍ以上離れていることが好適である。
【００３５】
これは、図２に示すように位相格子の縁であるいわゆるエッジからの回折波の振幅分布が、そのエッジから水平方向に５０μｍ以上離れたところでほぼ０になるからである。なお、図２は、位相格子に屈折率変化誘起光である紫外光を照射し、その位相格子から紫外光の入射方向に３００μｍ離れたコア領域での回折波の振幅分布の計算結果を示したものである。図２において、縦軸は入射波の振幅で規格化された回折波の振幅を示し、横軸は位相格子のエッジからの水平方向距離を示している。また、第１の位相格子１２ａと第２の位相格子１２ｂとの間隔ｗ１が２５０μｍ以下であることが好適である。
【００３６】
なお、図１では、隣り合う位相格子の間隔ｗ１は何れも２５０μｍとし、位相格子の幅である格子溝１２０の幅は何れも２５０μｍとしている。
【００３７】
また、図１の位相格子マスク１０には、第１の位相格子１２ａ、第３の位相格子１２ｃ、第５の位相格子１２ｅ及び第７の位相格子１２ｇの左側であって、夫々の位相格子１２ａ，１２ｃ，１２ｅ，１２ｇの中心線上に目盛り線１３ａ〜１３ｄが形成されている。更に、第１の位相格子１２ａ及び第８の位相格子１２ｈの右側であって、夫々の位相格子の中心線上に目盛り線１３ｅ，１３ｆが形成されている。これらの目盛り線１３ａ〜１３ｆは、位相格子マスク１０を用いて複数の光導波路に回折格子を形成する場合に、位相格子マスク１０と複数の光導波路との位置関係を調整するために用いられる。
【００３８】
次に、本発明に係る回折格子素子の第１の実施形態について説明する。
【００３９】
図３に、本実施形態に係る回折格子素子２０の平面図を示す。また、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う平面において切断したときの断面図である。
【００４０】
回折格子素子２０は、基板２１と、複数の平面型光導波路（以下、単に「光導波路」という）２２ａ〜２２ｈと、複数の回折格子２３ａ〜２３ｈとから構成されている。
【００４１】
光導波路２２ａ〜２２ｈ夫々は、基板２１の上方に設けられたいわゆるコア領域に相当し、それらの周りにはクラッド領域２４が設けられている。光導波路２２ａ〜２２ｈ及びクラッド領域２４の主成分は石英ガラス（ＳｉＯ２）である。ただし、光導波路２２ａ〜２２ｈの石英ガラス中にゲルマニウムを添加して、光導波路２２ａ〜２２ｈの屈折率をクラッド領域２４の屈折率よりも大きくしている。そのため、回折格子素子２０の一方の端である入射端２０ａ側から光導波路２２ａ〜２２ｈに夫々入射された光は、光導波路２２ａ〜２２ｈ内に光が閉じ込められ、回折格子素子２０の長手方向に伝搬する。光導波路２２ａ〜２２ｈに相当するコア領域とクラッド領域２４との比屈折率差は、種々設定することが可能であるが、本実施形態では１．５％としている。また、光導波路２２ａ〜２２ｈには、回折格子２３ａ〜２３ｈを形成するための屈折率変化を増加させるために水素が含浸されている。
【００４２】
光導波路２２ａ〜２２ｈにおいて、光導波路同士の間隔、即ち、隣り合う光導波路の光軸の間隔ｗ２は、特に限定する必要はなく、５０μｍ〜５００μｍの範囲で設定することも可能である。図３の回折格子素子２０の光導波路２２ａ〜２２ｈでは、何れも２５０μｍとしている。また、光導波路２２ａ〜２２ｈの長手方向に直交する断面のサイズも種々設定することが可能であるが、図３では何れも４．５μｍ×４．５μｍとしている。なお、断面のサイズは、回折格子素子２０の長手方向に沿って均一なものとする。
【００４３】
上記光導波路２２ａ〜２２ｈには夫々図１の位相格子マスク１０における第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの周期の１／２の周期を有する回折格子２３ａ〜２３ｈが夫々形成されている。
【００４４】
このように光導波路２２ａ〜２２ｈには夫々異なる周期を有する回折格子２３ａ〜２３ｈが形成されているので、各回折格子２３ａ〜２３ｈのブラッグ波長に相当する光は回折格子２３ａ〜２３ｈで夫々反射される。なお、ブラッグ波長は、回折格子が形成されている光導波路の実効屈折率と回折格子の周期とに依存するが、本実施形態では光導波路２２ａ〜２２ｈの組成及びサイズは同一であり光導波路２２ａ〜２２ｈの実効屈折率は等しいので、回折格子２３ａ〜２３ｈのブラッグ波長の違いは各回折格子２３ａ〜２３ｈの周期によるものである。
【００４５】
ここで、上記回折格子素子２０を作製する方法について説明する。図５は、回折格子素子２０を作製する方法を示す工程図である。
【００４６】
まず、回折格子２３ａ〜２３ｈが形成されていない光導波路２２ａ〜２２ｈを用意する。
【００４７】
次に、上記光導波路２２ａ〜２２ｈを高圧水素処理し、光導波路２２ａ〜２２ｈに水素を含浸させる。
【００４８】
続いて、図５に示すように図１の位相格子マスク１０を、その位相格子マスク１０の面１１ａがクラッド領域２４の上面と対向するように配置する。この際、目盛り線１３ｅと光導波路２２ａとを一致させ、目盛り線１３ｆと光導波路２２ｈとを一致させて位相格子マスク１０を配置する。
【００４９】
次に、位相格子マスク１０を介して屈折率変化誘起光である紫外光３０を光導波路２２ａ〜２２ｈに照射する。照射時間は例えば１０分間とすれば良い。
【００５０】
この紫外光３０の照射により、光導波路２２ａ〜２２ｈに光誘起屈折率変化が生じて回折格子２３ａ〜２３ｈが夫々形成される。光源は、例えば、波長２４８ｎｍの紫外光を出力するＫｒＦエキシマレーザ光源を用いる。また、そのＫｒＦエキシマレーザのビームサイズは、位相格子マスク１０における第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成されている領域の大きさなどに応じて変更すれば良いが、図１の位相格子マスク１０を使用する場合には、例えば、光導波路２２ａ〜２２ｈの長手方向を２ｍｍとし、光導波路２２ａ〜２２ｈの長手方向に直交する方向を２．５ｍｍとする。
【００５１】
続いて、回折格子２３ａ〜２３ｈが形成された光導波路２２ａ〜２２ｈを所定の温度（例えば、１１５℃）で所定の時間（例えば、１２時間）アニールをして図３に示す回折格子素子２０が作製される。
【００５２】
図６に、図３の回折格子素子２０の透過特性を示す。図６において実線Ｉ〜ＶＩＩＩは、夫々光導波路２２ａ〜２２ｈを伝搬する光に対する回折格子２３ａ〜２３ｈの透過スペクトルである。図６において、縦軸は回折格子の透過率を示し、横軸は波長を示す。
【００５３】
図６から理解されるように、光導波路２２ａ〜２２ｈを伝搬する光に対する回折格子２３ａ〜２３ｈの透過スペクトルでは、夫々特定の波長において透過率が減少している。上述したように光導波路２２ａ〜２２ｈの組成及びサイズは同一であり光導波路２２ａ〜２２ｈに形成された回折格子２３ａ〜２３ｈの周期のみが異なる。そのため、特定の波長における透過率の減少は、回折格子２３ａ〜２３ｈによるもの、即ち、各回折格子２３ａ〜２３ｈでのブラッグ反射によるものと理解される。従って、位相格子マスク１０を用いることで光導波路２２ａ〜２２ｈに夫々異なる周期の回折格子２３ａ〜２３ｈが確実に形成されていることが理解できる。
【００５４】
位相格子マスク１０は、異なる周期の第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが透明平板１１の面１１ａに並設されているので、その位相格子マスク１０を介して回折格子２３ａ〜２３ｈに紫外光３０を一度照射するだけで夫々異なる周期の回折格子２３ａ〜２３ｈを光導波路２２ａ〜２２ｈに形成することができる。そのため、回折格子素子２０を形成する工程において、上述したように屈折率変化を増大させるために水素を含浸させていても、水素が抜ける前に全ての回折格子２３ａ〜２３ｈを確実に形成することができる。
【００５５】
上述したようにブラッグ波長は、回折格子が形成されている光導波路の実効屈折率とその回折格子の周期とに依存している。ところで、光導波路の実効屈折率は、光導波路の長手方向に直交する断面のサイズを変えることなどにより調整可能である。そして、上述したように位相格子マスク１０を用いて異なる周期の回折格子を複数の光導波路に形成することができるので、例えば、同一周期の回折格子しか形成できない場合に比べて、ブラッグ波長の設定可能範囲を広げることが可能である。
【００５６】
また、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈは、隣り合う位相格子のうちの一方の位相格子の縁が他方の位相格子の中心線から５０μｍ以上離れているように形成されている。このため、光導波路２２ａ〜２２ｈに回折格子２３ａ〜２３ｈを夫々形成する場合に、例えば、第１の位相格子１２ａで回折格子２３ａを形成すべき光導波路２２ａに、第２の位相格子１２ｂからの回折光による回折格子２３ｂが形成されることがない。そのため、光導波路２２ａ〜２２ｈに回折格子２３ａ〜２３ｈを形成する場合にマスキングをする必要がない。従って、光導波路２２ａ〜２２ｈのうちの隣り合う光導波路の間隔を従来よりも狭く、例えば、５０μｍとすることも可能である。これにより、従来と同様の機能をより小型の素子で実現することができる。
【００５７】
更に、位相格子マスク１０に目盛り線１３ａ〜１３ｆを形成しているので光導波路２２ａ〜２２ｈに回折格子２３ａ〜２３ｈを形成する場合の位置合わせが容易である。
【００５８】
次に、本発明に係る回折格子素子の第２の実施形態について説明する。本実施形態における回折格子素子４０の平面図を図７に示す。
【００５９】
本実施形態の回折格子素子４０の構成は、以下の点で図３の回折格子素子２０と相違する以外は、図３の回折格子素子２０の構成と同じである。
【００６０】
即ち、図７の回折格子素子４０は、光導波路が４つである点、即ち光導波路２２ａ〜２２ｄが形成されている点、隣り合う光導波路の間隔ｗ２が５００μｍである点、光導波路２２ａ〜２２ｄにおける長手方向に直交する断面のサイズが７．５μｍ×７．５μｍである点、光導波路２２ａ〜２２ｄに相当するコア領域とクラッド領域２４との比屈折率差が０．４５％である点及び光導波路２２ａ〜２２ｄに夫々回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが形成されている点で、図３の回折格子素子２０と相違する。
【００６１】
上記回折格子素子４０を作製する方法は、図１の第１の位相格子１２ａと第７の位相格子１２ｇの左側にある目盛り線１３ａ，１３ｄを、図７の光導波路２２ａと光導波路２２ｄとに夫々あわせる点以外は、上記図３の回折格子素子２０を作製する方法と同様である。
【００６２】
図８に図７の回折格子素子４０の透過特性を示す。図８において実線ｉ〜ｉｖは、夫々光導波路２２ａ〜２２ｈを伝搬する光に対する回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆの透過スペクトルである。図８の縦軸及び横軸は、図６の縦軸及び横軸と同様である。
【００６３】
図８から回折格子素子４０の光導波路２２ａ〜２２ｄに夫々異なる周期、即ち、異なるブラッグ波長を有する回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが形成されていることが理解できる。
【００６４】
このように位相格子マスク１０に第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成されていても４つの光導波路２２ａ〜２２ｄに回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが形成できるのは次の理由による。即ち、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成されている位相格子マスク１０を介して屈折率変化誘起光である紫外光３０がクラッド領域２４の上面に照射された場合、ゲルマニウムが添加された光導波路２２ａ〜２２ｄでのみ屈折率変化が生じるので、光導波路２２ａ〜２２ｄにのみ回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが形成される。
【００６５】
以上から理解できるように、位相格子マスク１０に第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成されている場合でも、回折格子を形成すべき光導波路の本数及び隣り合う光導波路同士の間隔を適宜調整することで、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈから所望の周期を有する位相格子を選択してその位相格子の周期の１／２の周期を有する回折格子を光導波路に形成することが可能である。
【００６６】
続いて、回折格子素子の第３の実施形態について説明する。
【００６７】
図９に本実施形態における回折格子素子５０の平面図を示す。また、図１０に回折格子素子５０を作製するために使用する位相格子マスク６０の模式図を示す。本実施形態の位相格子マスク６０は、図１の位相格子マスク１０と、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの周期を表２のようにした点で相違する。
【００６８】
【表２】
2004233665.tif 000004
【００６９】
図９の回折格子素子５０は、４つの光導波路２２ａ〜２２ｄが形成されている点、光導波路２２ａ〜２２ｄのうちの隣り合う光導波路同士の間隔が５００μｍである点、光導波路２２ａ〜２２ｄに図１０の第１の位相格子１２ａ、第３の位相格子１２ｃ、第５の位相格子１２ｅ及び第７の位相格子１２ｆの周期の１／２の周期を有する回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが夫々形成されている点以外は、第１の実施形態の回折格子素子２０と同様である。
【００７０】
なお、回折格子素子５０を作製する方法は、位相格子マスクとして図２の位相格子マスク６０を使用する点が相違する以外は、第２の実施形態の場合と同様である。
【００７１】
図１１に図９の回折格子素子５０の透過特性を示す。図１１において、実線（ｉ）〜（ｉｖ）は、光導波路２２ａ〜２２ｄを夫々伝搬する光に対する回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆの透過スペクトルである。図１１の縦軸及び横軸は図６の縦軸及び横軸と同様である。
【００７２】
図１１から、図６の場合と同様の考察により光導波路２２ａ〜２２ｄに夫々異なる周期の回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆが形成されていることが理解される。
【００７３】
第１の実施形態では、第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの周期は表１に示すように第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの順にほぼ同じ割合で増加している。これに対して、本実施形態の位相格子マスク６０における第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈの場合には、表２に示すように周期の配列は任意である。このような任意の順番で配列された第１〜第８の位相格子１２ａ〜１２ｈが形成された位相格子マスク６０を用いても光導波路２２ａ〜２２ｄに回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｆを確実に形成することができる。
【００７４】
次に、本発明に係る外部共振器型レーザモジュールの実施形態について説明する。図１２は、本実施形態に係る外部共振器型レーザモジュール７０の構成の模式図である。本実施形態に係る外部共振器型レーザモジュール７０は、上述した回折格子素子６０と、４個の半導体光増幅デバイス７１〜７４と、合波部７５とを備えている。なお、これらは同一基板２１上に一体として形成されているものである。
【００７５】
半導体光増幅デバイス７１〜７４は、回折格子素子６０の入射端２０ａ側に設けられた溝７６内であって基板２１の上面に設けられている。まず、半導体光増幅デバイス７１について説明する。半導体光増幅デバイス７１の光出射面７１ａには非反射コート（ＡＲコート）が施されており、この光出射面７１ａと対向する光反射面（後端面）７１ｂには反射コートが施されている。この半導体光増幅デバイス７１は、その光出射面７１ａが入射端２０ａにおける光導波路２２ａの端面と対面するように基板２１上に位置し、半導体光増幅デバイス７１から発せられた光が光導波路２２ａに入射し伝搬するように配置されている。なお、本実施形態に係る外部共振器型レーザモジュール７０では、半導体光増幅デバイス７１の光反射面７１ｂと、回折格子素子６０の光導波路２２ａに形成されている回折格子２３ａとにより、共振器が構成されている。なお、半導体光増幅デバイス７１の光反射面７１ｂの後方、即ち、光出射面７１ａと反対側には、光反射面７１ｂから出射される光を受光するフォトダイオード（不図示）が配置される。半導体光増幅デバイス７１の光反射面７１ｂから出射される光を受光することで半導体光増幅デバイス７１の光の強度を把握し、調整するためである。
【００７６】
半導体光増幅デバイス７２〜７４に関しても、半導体光増幅デバイス７１と同様の構成とする。また、半導体光増幅デバイス７２〜７４と回折格子素子６０との位置関係は、半導体光増幅デバイス７２〜７４から発せられた光が、回折格子素子６０の光導波路２２ｂ〜２２ｄに夫々入射し伝搬するようにされている点以外は、上記半導体光増幅デバイス７１と回折格子素子６０との位置関係と同様である。従って、半導体光増幅デバイス７２〜７４の夫々の光反射面７２ｂ，７３ｂ，７４ｂは、回折格子２３ｃ，２３ｅ，２３ｇと夫々共振器を形成する。また、半導体光増幅デバイス７２〜７４から出力される光の強度を調整するためにフォトダイオードが配置されていることは半導体光増幅デバイス７１の場合と同様である。
【００７７】
合波部７５は、回折光学素子６０の出射端２０ｂ側に連続して設けられている。合波部７５は、合波回路７５０と、合波回路７５０に入力すべき４つの光を伝搬させる入力導波路７５１〜７５４と、合波回路７５０で合波された光を伝搬させる出力導波路７５５とから構成される。
【００７８】
入力導波路７５１〜７５４は、回折格子素子６０の光導波路２２ａ〜２２ｄと夫々光学的に結合されており、これら光導波路２２ａ〜２２ｄ内を伝搬する光を合波回路７５０に入力する。
【００７９】
合波回路７５０は、入力導波路７５１〜７５４内を伝搬してきた光を合波し、出力導波路７５５に出力する。
【００８０】
上記外部共振器型レーザモジュール７０の動作について説明する。
【００８１】
半導体光増幅デバイス７１〜７４を駆動すると、各半導体光増幅デバイス７１〜７４から光が発せられる。半導体光増幅デバイス７１〜７４から発せられた光は、夫々光導波路２２ａ〜２２ｄに入射される。上述したように半導体光増幅デバイス７１〜７４の光反射面７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂと、回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇとにより夫々共振器が形成されている。従って、半導体光増幅デバイス７１〜７４とそれらに対応する共振器とにより、回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇの夫々のブラッグ波長、例えば波長λ１、波長λ２、波長λ３及び波長λ４でレーザ発振が起こる。このレーザ発振により回折格子２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇを夫々透過した波長λ１、波長λ２、波長λ３及び波長λ４の光は合波部７５の入力導波路７５１〜７５４を夫々伝搬して合波回路７５０に入力される。
【００８２】
そして、合波回路７５０により合波された波長λ１〜λ４の光が出力導波路７５５に出力され、出力導波路７５５を伝搬して出射される。
【００８３】
上述したように回折格子素子６０は、従来よりも容易に形成することができるので、その回折格子素子６０を含む外部共振器型レーザモジュール７０も容易に形成することが可能である。更に、回折格子素子６０は回折格子素子が有すべき機能をより小型の素子として実現することができるので、外部共振器型レーザモジュール７０も小型化が可能である。
【００８４】
次に、本発明に係る合分波モジュールの実施形態について説明する。図１３は、本発明に係る合分波モジュール８０の一実施形態を示す模式図である。
【００８５】
合分波モジュール８０は、３つの平面光導波路型のマッハツェンダ干渉計型光学素子８１，８２，８３を同一基板上に一体に形成したものである。以下、マッハツェンダ干渉計光学素子をＭＺ干渉計光学素子と称す。
【００８６】
ＭＺ干渉計型光学素子８１についてその構成を説明する。ＭＺ干渉計型光学素子８１は、２つの光導波路８１０ａ，８１０ｂをＭＺ干渉計型に形成し、更に２つの光カプラ８１１ａ，８１１ｂ間の光導波路８１０ａ，８１０ｂに波長λ１の光をブラッグ反射する回折格子８１２を夫々形成したものである。
【００８７】
ＭＺ干渉計型光学素子８２及びＭＺ干渉計型光学素子８３もＭＺ干渉計型光学素子８１と同様の構成であり、光カプラ８２１ａ，８２１ｂ間の光導波路８２０ａ，８２０ｂに波長λ４の光をブラッグ反射する回折格子８２２が夫々形成されており、光カプラ８２２ａ，８２２ｂ間の光導波路８３０ａ，８３０ｂに波長λ７の光をブラッグ反射する回折格子８３２が夫々形成されている。
【００８８】
上述したようなＭＺ干渉計型光学素子８１，８２，８３から成る合分波モジュール８０は次のようにして作製される。
【００８９】
まず、光導波路８１０ａ，８１０ｂ、光導波路８２０ａ，８２０ｂ及び光導波路８３０ａ，８３０ｂを夫々ＭＺ干渉計の配置に形成する。
【００９０】
次に、光カプラ８１１ａ，８１１ｂ間、光カプラ８２１ａ，８２１ｂ間及び光カプラ８３２ａ，８３２ｂ間に夫々回折格子８１２，８２２，８３２を形成する。その形成方法は、本発明に係る回折格子素子を形成した場合と同様である。即ち、本発明に係る位相格子マスクを用いて一度に形成する。ここで、回折格子８１２，８２２，８３２を形成する際には、図１の位相格子マスク１０において、第１の位相格子マスク１２ａの周期と第２の位相格子マスク１２ｂの周期を同一とし、第４の位相格子マスク１２ｄの周期と第５の位相格子マスク１２ｅの周期を同一とし、第７の位相格子マスク１２ｇの周期と第８の位相格子マスク１２ｈの周期を同一とした位相格子マスクを用いれば良い。
【００９１】
このように、回折格子８１２，８２２，８３２は本発明に係る位相格子マスクを用いて形成されているので、各ＭＺ干渉計型光学素子８１，８２，８３のアームに相当する部分を含む領域Ｐ（図１３の２点鎖線の領域）は、本発明に係る回折格子素子に相当する。即ち、合分波モジュール８０は、本発明に係る回折格子素子を含んで構成されたものである。
【００９２】
次に、合分波モジュール８０の動作について説明する。
【００９３】
まず、ＭＺ干渉計型光学素子８１の動作について説明する。合分波モジュール８０の第１端８０ａ側から光導波路８１０ａに波長λ１〜λ３の光を入射する。この入射された光は光カプラ８１０ａにより分岐される。光カプラ８１１ａと光カプラ８１１ｂとの間に形成された回折格子８１２のブラッグ波長はλ１であるので、上記波長λ１〜λ３の光における波長λ１の光は回折格子８１２でブラッグ反射され、光カプラ８１１ａを通過して光導波路８１０ｂの第１端８０ａ側から出射される。一方、波長λ２，λ３の光は回折格子８１２を透過するので、光カプラ８１１ｂに入力される。ここで、合分波モジュール８０の第１端８０ａ側から入射された波長λ１が担っている情報と異なる情報を担う波長λ１の光を合分波モジュール８０の第２端８０ｂ側から光導波路８１０ａに入射する。この第２端８０ｂ側から光導波路８１０ａに入射された波長λ１の光は、回折格子８１２で反射されるので、光カプラ８１１ｂに再度入力される。そして、光カプラ８１１ｂにおいて、第２端８０ｂ側から光導波路８１０ａに入射された波長λ１の光と、上記波長λ２，λ３の光とが合波されて波長λ１〜λ３の光が第２端８０ｂ側の光導波路８１０ｂから出射される。
【００９４】
ＭＺ干渉計型光学素子８２及びＭＺ干渉計型光学素子８３は、ＭＺ干渉計型光学素子８１と回折格子８２２，８２３で反射するブラッグ波長が異なる点以外は上記ＭＺ干渉計型光学素子８１と同様の動作をする。
【００９５】
ＭＺ干渉計型光学素子８２の動作は、ＭＺ干渉計型光学素子８１の動作の説明において、波長λ１〜λ３の光を波長λ４〜λ６の光とした場合に相当し、ＭＺ干渉計型光学素子８３の動作は、ＭＺ干渉計型光学素子８１の動作の説明において、波長λ１〜λ３の光を波長λ７〜λ９の光とした場合に相当する。
【００９６】
このように合分波モジュール８０は、波長λ１〜λ３、波長λ４〜λ６及び波長λ７〜λ９の光が合分波モジュール８０の第１端８０ａ側から夫々入力された場合に、波長λ１，λ４，λ７の光を分波する機能と、第２端８０ｂ側から入力された波長λ１，λ４，λ７の光を第１端８０ａ側から入力された光に合波する機能を有する。即ち、合分波モジュール８０は、ＡＤＭ（Ａｄｄ  Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）として機能する。
【００９７】
上述したように、合分波モジュール８０は、本発明に係る回折光学素子を含んで構成されているので、合分波モジュール８０を簡易に形成することが可能である。更に、隣り合う光導波路の間隔を従来よりも狭くすることができるので、従来よりも小型の合分波モジュールとすることが可能である。
【００９８】
なお、本実施形態では、ＭＺ干渉計型光学素子の数は特に限定する必要はない。
【００９９】
次に、本発明に係る波長分割多重伝送システムの一実施形態について説明する。図１４は、本実施形態に係る波長分割多重伝送システム（以下、単に「光伝送システム」という）１の概略構成図である。この光伝送システム１は、３つの送信局２ａ，２ｂ，２ｃ、中継局３、及び３つの受信局４ａ，４ｂ，４ｃを含んで構成されている。
【０１００】
３つの送信局２ａ，２ｂ，２ｃは、中継局３と夫々光ファイバ伝送路５ａ，５ｂ，５ｃで接続されている。また、中継局３と３つの受信局４ａ，４ｂ，４ｃとの間も光ファイバ伝送路６ａ，６ｂ，６ｃで接続されている。また中継局３には、更に出力用の光ファイバ伝送路７ａ，７ｂ，７ｃ及び入力用の光ファイバ伝送路８ａ，８ｂ，８ｃが接続されている。
【０１０１】
また、３つの送信局２ａ，２ｂ，２ｃには外部共振器型レーザモジュール７０が夫々設けられており、送信局２ａ，２ｂ，２ｃから多波長の光が出力される。なお、図１４では、送信局２ａ，２ｂ，２ｃからは夫々波長λ１〜λ３、波長λ４〜λ６及び波長λ７〜λ９の光が夫々出力されるようになっている。
【０１０２】
更に、中継局３は、合分波モジュール８０が設けられており、光ファイバ伝送路５ａ，５ｂ，５ｃを伝搬してくる光が合分波モジュール８０の第１端８０ａ側から光導波路８１０ａ，８２０ａ，８３０ａに夫々入射されるようになっている。また、光導波路８１０ｂ，８２０ｂ，８３０ｂの第２端８０ｂ側から出射された光は、夫々光ファイバ伝送路６ａ，６ｂ，６ｃに入射され光ファイバ伝送路６ａ，６ｂ，６ｃを伝搬するようになっている。
【０１０３】
更に、合分波モジュール８０の第１端８０ａ側には光導波路８１０ｂ，８２０ｂ，８３０ｂから出射される光が光ファイバ伝送路７ａ，７ｂ，７ｃを伝搬するようになっており、光ファイバ伝送路８ａ，８ｂ，８ｃを伝搬してきた光が第２端８０ｂ側から光導波路８１０ａ，８２０ａ，８２０ａに入射されるようになっている。
【０１０４】
次に、光伝送システム１の動作について説明する。
【０１０５】
送信局３ａの外部共振器型レーザモジュール７０により波長λ１〜λ３の光を合波して光ファイバ伝送路３ａに入射する。光ファイバ伝送路３ａを伝搬する光は、中継局３の合分波モジュール８０の第１端８０ａ側から光導波路８１０ａに入射される。そして波長λ１の光は回折格子８１２により分波され、光導波路８１０ｂの第１端８０ａ側から出射されて光ファイバ伝送路７ａに入射される。波長λ２，λ３の光は、光導波路８１０ｂの第２端８０ｂ側から出射されるが、この際、光ファイバ伝送路８ａから波長λ１の光が第２端８０ｂ側のコア領域８１０に入射されている場合には、その波長λ１の光が合波された波長λ１〜λ３の光が光ファイバ伝送路６ａに入射される。そして、光ファイバ伝送路６ａを伝搬する波長λ１〜λ３の光が受信局４ａで受信される。
【０１０６】
送信局３ｂから波長λ４〜λ６の光が出力された場合も、上記と同様で波長λ４の光は中継局３で光ファイバ伝送路７ｂに分波されると共に、光ファイバ伝送路８ｂから入力された波長λ４の光が新たに合波された波長波長λ４〜λ６の光が受信局４ｂに受信される。送信局３ｃから波長λ７〜λ９の光が出力された場合も、送信局３ａから波長λ１〜λ３の光が出力された場合と同様である。
【０１０７】
この光伝送システム１は、送信局３ａ，３ｂ，３ｃに外部共振器型レーザモジュール７０を備え、中継局３に合分波モジュール８０を備える。上述したように外部共振器型レーザモジュール７０及び合分波モジュール８０は、それぞれが本発明に係る回折格子素子を備えていることから従来よりも小型にすることが可能である。従って、送信局３ａ，３ｂ，３ｃ及び中継局３のスペースを有効利用することが可能である。
【０１０８】
なお、上記光伝送システム１では、外部共振器型レーザモジュール７０及び合分波モジュール８０の双方を備えているものとしたが、どちらか一方を備えている光伝送システムとしても良い。
【０１０９】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、何れの実施形態の説明においても、位相格子マスクにより回折格子を形成すべき光導波路を平面型光導波路としているが、平面型光導波路に限定する必要はなく、並列された光ファイバに回折格子を形成しても良い。
【０１１０】
また、位相格子マスクには８本の位相格子を並設させているが、特に８本の位相格子に限る必要はなく、位相格子の数は回折格子を形成すべき光導波路の数に応じて設定すれば良い。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の光導波路に夫々異なる周期の回折格子を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位相格子マスクの一実施形態を示す平面図である。
【図２】位相格子のエッジからの回折光の振幅分布の計算結果を示す図である。
【図３】本発明に係る回折格子素子の第１の実施形態を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶに沿う平面で切断した場合の断面図である。
【図５】回折格子素子を作製する工程の工程図である。
【図６】図３の回折格子素子の透過特性を示す図である。
【図７】本発明に係る回折格子素子の第２の実施形態を示す平面図である。
【図８】図７の回折格子素子の透過特性を示す図である。
【図９】本発明に係る回折格子素子の第３の実施形態を示す平面図である。
【図１０】図９の回折格子素子を作製するために用いられる位相格子マスクの模式図である。
【図１１】図９の回折格子素子の透過特性を示す図である。
【図１２】本発明に係る外部共振器型レーザモジュールの一実施形態の平面図である。
【図１３】本発明に係る合分波モジュールの一実施形態の平面図である。
【図１４】本発明に係る波長分割多重伝送システムの一実施形態の模式図である。
【符号の説明】
１…波長分割多重伝送システム、３ａ〜３ｃ…送信局、４ａ〜４ｃ…受信局、５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃ，８ａ〜８ｃ…光ファイバ伝送路、１０…位相格子マスク、１２ａ〜１２ｈ…第１〜第８の位相格子、１３ａ〜１３ｆ…目盛り線、２０…回折格子素子、２１…基板、２２ａ〜２２ｈ…平面型光導波路、２３ａ〜２３ｈ…回折格子、２４…クラッド領域、３０…紫外光（屈折率変化誘起光）、４０…回折格子素子、５０…回折格子、６０…位相格子マスク、７０…外部共振器型レーザモジュール、７１〜７４…半導体光増幅デバイス、７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ…光反射面、７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ…光反射面（後端面）、７５…合波部、７６…溝、８０…合分波モジュール、８１，８２，８３…マッハツェンダ干渉計型光学素子、７５０…合波回路、７５１〜７５４…入力導波路、７５５…出力導波路、８１１ａ，ｂ…光カプラ、８１２ａ，ｂ…光カプラ、８１３ａ，ｂ…光カプラ、８１２，８２２，８３２…回折格子
【図１】
2004233665.tif 000005
【図２】
2004233665.tif 000006
【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】
2004233665.tif 000012
【図９】
2004233665.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2004233665.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2004233665.tif 000017
【図１４】
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