(57)【要約】【課題】基板型光導波路またはフェムト秒パルスレーザ光を高い精度で位置合わせでき、精密に屈折率を調整できる基板型光導波路の光学特性調整方法を提供する。【解決手段】基板型光導波路の光学特性調整方法が、光導波用コアおよびダミーコアが設けられている基板型光導波路１のダミーコアにフェムト秒パルスレーザ光１２を集光照射する集光照射工程と、その集光照射によって生じる発光がダミーコアの長手方向に略最大の光量で導波するように基板型光導波路１あるいはフェムト秒パルスレーザ光１２を位置させ、その位置を基準位置として定める基準位置決定工程と、基準位置から基板型光導波路１あるいはフェムト秒パルスレーザ光１２を移動させて、フェムト秒パルスレーザ光１２を光導波用コアに集光照射して、光導波用コアの屈折率の変化を誘起させる屈折率変化誘起工程とを有する。【選択図】　図２
2004085938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波用コアおよびダミーコアが設けられている基板型光導波路のダミーコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射する集光照射工程と、
その集光照射によって生じる発光がダミーコアの長手方向に略最大の光量で導波するように基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を位置させ、その位置を基準位置として定める基準位置決定工程と、
基準位置から基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を移動させて、フェムト秒パルスレーザ光を光導波用コアに集光照射して、光導波用コアの屈折率の変化を誘起させる屈折率変化誘起工程とを有することを特徴とする基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項２】
前記基板型光導波路が石英系ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項３】
前記ダミーコアが十字型であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項４】
前記基板型光導波路に、ダミーコアを複数設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項５】
前記ダミーコアが長さ１２０μｍ以上の直線部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項６】
基板型光導波路を、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくとも１軸を中心として回転させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板型光導波路の光学特性調整方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の基板型光導波路の光学特性調整方法によって光導波用コアの屈折率が調整されたことを特徴とする基板型光導波路部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板型光導波路を後加工して屈折率を調整する基板型光導波路の光学特性調整方法に関する。さらには、その基板型光導波路の光学特性調整方法によって屈折率が調整された基板型光導波路部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英系基板型光導波路を備えたマッハツェンダ干渉計型の各種デバイスやＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）が光通信分野で普及している。ところが、この基板型光導波路は、製造時に寸法誤差による位相誤差が生じて光学特性が低下するという問題があった。所望の光学特性が得られなかった基板型光導波路は使用困難であり、製品から除外されるため、歩留まりが低下した。そこで、一旦製造した基板型光導波路に、屈折率トリミングと呼ばれる後加工を施して所望の光学特性が得られるように調整して歩留まりを向上させる方法が提案されている。例えば、特開平６−３０８５４６号公報には、ＫｒＦレーザ光を照射して光導波路の屈折率を調整する方法が記載されており、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　３４（１９９８）ｐ．７８０（Ｄ．Ａ．Ｚａｕｎｅｒら）には、ＵＶ光を照射して光導波路の屈折率を調整する方法が記載されている。
しかしながら、これらの方法では、マスクプロセスが必要となるため生産性が低下するとともに、ＵＶ光またはＫｒＦレーザ光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光導波路に照射して屈折率を調整する方法が提案されている（例えば、第６２回応用物理学会学術講演会１４ａ−ＺＭ−６「超短パルスレーザによるガラス導波路屈折率のトリミング」）。超短パルスレーザ光は集光照射が可能になるので、マスクプロセスなしでも局所的に屈折率を変化させることができる。また、超短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防止できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超短パルスレーザであるフェムト秒パルスレーザ光のビームウエスト、パルスレーザ光が照射される光導波路のコアの幅・厚さはともに数μｍ程度であり、精密に位置合わせをしなければパルスレーザ光を光導波路のコアに照射できなかった。特に、Ｘ方向（幅方向）、Ｙ方向（長さ方向）についてはＣＣＤカメラ等でコアの位置を観察することで位置合わせ可能であっても、Ｚ方向（深さ方向）については、コアの上に位置する上部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ので十分な精度で位置合わせすることが困難であった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、基板型光導波路またはフェムト秒パルスレーザ光を高い精度で位置合わせでき、精密に屈折率を調整できる基板型光導波路の光学特性調整方法を提供することを目的とする。また、この基板型光導波路の光学特性調整方法によって屈折率が調整された基板型光導波路部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板型光導波路の光学特性調整方法は、光導波用コアおよびダミーコアが設けられている基板型光導波路のダミーコアにフェムト秒パルスレーザ光を集光照射する集光照射工程と、
その集光照射によって生じる発光がダミーコアの長手方向に略最大の光量で導波するように基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を位置させ、その位置を基準位置として定める基準位置決定工程と、
基準位置から基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を移動させて、フェムト秒パルスレーザ光を光導波用コアに集光照射して、光導波用コアの屈折率の変化を誘起させる屈折率変化誘起工程とを有することを特徴としている。
【０００６】
本発明の基板型光導波路の光学特性調整方法において、前記基板型光導波路が石英系ガラスからなることが好ましい。
また、前記ダミーコアを十字型にすることができる。
また、前記基板型光導波路に、ダミーコアを複数設けることができる。
また、前記ダミーコアが長さ１２０μｍ以上の直線部を有していることが好ましい。
さらに、基板型光導波路を、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくとも１軸を中心として回転させることができる。
本発明の基板型光導波路部品は、上述した基板型光導波路の光学特性調整方法によって光導波用コアの屈折率が調整されたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の基板型光導波路の光学特性調整方法の一例について説明する。
図１は、本発明によって光学特性が調整される基板型光導波路１の一例を示す。この基板型光導波路１は、シリコンからなる基板２と、基板２上に位置する下部クラッド３と、下部クラッド３の上に位置する光導波用コア４およびダミーコア５と、下部クラッド３、光導波用コア４およびダミーコア５の上に位置する上部クラッド６とを有して概略構成されている。
ここで、光導波用コア４とは、光が導波して通信に使用されるコアのことであり、ダミーコア５とは、本来の役割である通信用光導波路としては利用されないコアのことである。このダミーコア５は、本発明のためだけに設けてもよいが、既存の基板型光導波路にも設けられていることがある（例えば、特開平５−９３８１３号公報、特開平１０−４８４４５号公報）ので、そのダミーコアを流用してもよい。
この基板型光導波路１は石英系ガラスからなることが好ましい。基板型光導波路が石英系ガラスであれば、光伝送性を高くできる。
【０００８】
このような基板型光導波路１を調心機に取り付け、光ファイバアレイに接続するとともに、その光学特性を測定する。この光学特性の測定結果より、補償すべき位相誤差量を決定して、屈折率の調整量を決定する。なお、基板型光導波路を調心機に取り付けた際に光学特性の測定が可能である場合には、光ファイバアレイを接続しないでもよい。
【０００９】
図２は、基板型光導波路の光学特性調整方法で使用される加工機１０を示す。この加工機１０は、基板型光導波路１を載せる３次元精密ステージ１１と、フェムト秒パルスレーザ光１２を発生するフェムト秒パルスレーザ光発生装置１３と、フェムト秒パルスレーザ光１２を集光する集光用対物レンズ１４と、フェムト秒パルスレーザ光１２を反射させて基板型光導波路１の方に向けるハーフミラー１５と、ハーフミラー１５を通して基板型光導波路１をモニタするＣＣＤカメラ１６と、閉じたときにレーザ光を遮光して照射のスイッチの役割を果たすシャッタ１７とを有して概略構成されている。
【００１０】
上述した加工機を使用して基板型光導波路の光学特性調整方法が行われる。まず、ダミーコアを指標にしておおよその位置合わせをして、光ファイバアレイ（図示せず）が接続された基板型光導波路１を加工機１０の３次元精密ステージ１１に固定する。次いで、ハーフミラー１５を通してＣＣＤカメラ１６で観察しながら３次元精密ステージ１１をＸ方向およびＹ方向に動かして、フェムト秒パルスレーザ光を照射した際に、ダミーコアに集光照射するように数μｍの精度で位置合わせをする。
【００１１】
次いで、集光照射工程において、フェムト秒パルスレーザ光発生装置１３からフェムト秒パルスレーザ光１２を発射し、ハーフミラー１５および集光用対物レンズ１４を介して、フェムト秒パルスレーザ光１２を基板型光導波路１に集光照射する。ここで、ダミーコア５に集光照射するように位置合わせしてあるので、この集光照射によってダミーコア５にて発光が生じる。そして、その発光中に含まれる可視光をＣＣＤカメラ１６でモニタする。
【００１２】
次いで、基準位置決定工程において、ＣＣＤカメラ１６でモニタしながら３次元精密ステージ１１を動かして、その発光を一筋状にし、かつ、発光がダミーコア５の長手方向に最長に導波されるように基板型光導波路１を位置させる。次いで、発光がダミーコア５の長手方向に略最大の光量で導波されるように基板型光導波路１を位置させて、その位置を基準位置として定める。この基準位置決定工程によれば、Ｘ方向とＺ方向とについて約１μｍ程度の精度で位置合わせできる。なお、Ｙ方向については発光を利用して位置合わせをしていないが、基板型光導波路１のようにダミーコア５と光導波用コア４とを平行に設けておけば、Ｙ方向の誤差量を小さくできる。また、基準位置を定めた後の基準位置からの移動量は大きくなく、各軸の誤差量は０．１μｍ程度であるので、Ｙ方向の位置合わせに発光を利用しなくても、十分に実用性を有している。
【００１３】
次いで、屈折率変化誘起工程において、３次元精密ステージ１１を移動させて、基板型光導波路１を基準位置からフェムト秒パルスレーザ光が光導波用コア４に照射する位置まで移動させる。ここで、ダミーコア５から光導波用コア４までの距離は定められているから、基板型光導波路１を基準位置に位置させることで、基板型光導波路１を高精度に移動させることができる。そして、フェムト秒パルスレーザ光を走査しながら光導波用コア４に集光照射して、光導波用コア４の屈折率の変化を誘起させる。
【００１４】
上述した光学特性調整方法においては、ダミーコア５は、フェムト秒パルスレーザ光がダミーコア５に照射されたときに発生する発光の長さ以上の直線部を有していることが好ましい。ダミーコア５が、フェムト秒パルスレーザ光をダミーコア５に照射したときに発生する発光の長さ以上の直線部を有していれば、発光の最長長さを容易に判断できる。一方、ダミーコア５が、フェムト秒パルスレーザ光をダミーコア５に照射したときに発生する発光の長さ以上の直線部を有していない場合には、発光の最長長さを判断することが困難になるので、容易に位置合わせできなくなる。
発光の条件にもよるが、発光の長さは通常６０〜１１０μｍ程度であるから、ダミーコア５の直線部の長さは好ましくは１２０μｍ以上であり、さらに好ましくは２００μｍ以上である。
ダミーコア５の幅は特に制限されないが、狭すぎる場合には発光がダミーコア５内を伝搬しにくくなるので、発光の観察が難しくなり、結果的に位置合わせが困難になるおそれがある。一方、幅が広すぎる場合には、Ｘ方向（幅方向）の位置合わせが難しくなる。実用性を考慮すれば、３〜１０μｍ程度が好ましい。
ダミーコア５の厚さは、製造が簡便になることから、通常は光導波用コア４と同じにされる。
【００１５】
また、ダミーコアを十字型にすることもできる。ここで、十字型とは、２つの直線部が互いに直交する形状のことである。なお、この場合、各直線部に長手方向が存在する。
このように、ダミーコアが十字型の場合、フェムト秒パルスレーザ光の集光照射による発光がダミーコアに位置したときには、その発光は十字型に導波される。そして、その発光が各直線部の長手方向に略最大の光量で導波されるようにすることで、Ｘ方向およびＹ方向を同時に位置合わせできる。しかも、Ｙ方向についても発光により位置合わせするのでより高精度になる。
また、ダミーコアは、基板型光導波路に複数設けられていてもよい。ダミーコアが複数設けられている場合には、複数の基準位置を定め、その基準位置を座標に変換し、この座標を基にして３次元精密ステージを動かすことで、基板型光導波路を水平にできる。
【００１６】
基板型光導波路に集光照射するフェムト秒パルスレーザ光の波長は、例えば、８００ｎｍなど、近赤外領域の波長であることが好ましい。この波長領域であれば、フェムト秒パルスレーザ光が石英系ガラスなどの透明材料にほとんど吸収されない。また、フェムト秒パルスレーザ光の繰り返し周波数は特に制限されないが、１００ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００１７】
３次元精密ステージ１１は、さらにＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくとも１軸を中心に回転するようなものであってもよい。３次元精密ステージ１１がＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくとも１軸を中心に回転するようなものであると、基板型光導波路をＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくとも１軸を中心として回転させることができる。その結果、基板型光導波路１が大きく反っている場合であっても、３次元精密ステージ１１を回転させることで、基準位置を定めることができる。また、３次元精密ステージ１１がＸ軸Ｙ軸Ｚ軸を中心に回転すれば、ダミーコア５を指標にして水平出しできるので、上部クラッド６の厚さに分布があったとしても、光導波用コア４を高精密に水平にできる。
また、３次元精密ステージ１１が回転すれば、本来平行である基板型光導波路１の端面または裏面と光導波用コア４とが製造時の誤差によって平行でなくなってしまった上に、その誤差を考慮しないで基板型光導波路１が３次元精密ステージ１１上に置かれた場合でも、基板型光導波路１の端面または裏面と光導波用コア４とが平行であるときの光導波用コア４の位置と同じ位置に光導波用コア４を配置させることができる。したがって、フェムト秒パルスレーザ光の走査が光導波用コア４から外れることが防止されている。
【００１８】
上述した基板型光導波路の光学特性調整方法では、基板型光導波路１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発生した発光がダミーコア５の長手方向に最長に導波されるように基板型光導波路１を位置させ、次いで、発光がダミーコア５の長手方向に略最大の光量で導波されるように基板型光導波路１を位置させて、その位置を基準位置として定める。つまり、ダミーコア５にフェムト秒パルスレーザ光を照射して位置合わせをするので、屈折率変化を誘起させる前に光導波用コア４にフェムト秒パルスレーザ光が照射される時間が極めて短く、光導波用コア４への不要なレーザ光の照射を抑制できる。
そして、基準位置から基板型光導波路１を移動させるので、光導波用コア４にフェムト秒パルスレーザ光を照射させる際の位置合わせを高精度にできる。
さらに、位置合わせした後に、フェムト秒パルスレーザ光を光導波用コア４に集光照射して、光導波用コア４の屈折率の変化を誘起させており、光導波用コア４には屈折率変化の誘起のためだけにフェムト秒パルスレーザ光が照射されるので、精密に屈折率を変化させることができる。
【００１９】
なお、上述した基板型光導波路の光学特性調整方法では、３次元精密ステージ１１を使用して基板型光導波路１を移動させたが、本発明はこれに限定されず、フェムト秒パルスレーザ光を移動させてもよい。
【００２０】
本発明の基板型光導波路部品は、上述した基板型光導波路の光学特性調整方法によって屈折率が調整された光導波用コアを有するものである。基板型光導波路部品としては、例えば、マッハツェンダ干渉計、ＡＷＧなどが挙げられる。このような基板型光導波路は、光導波用コアの屈折率が精密に変化しているので高性能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、基板型光導波路のダミー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がダミーコアの長手方向に略最大の光量で導波されるように基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を位置させ、その位置を基準位置として定めるので、屈折率変化を誘起させる前に光導波用コアにフェムト秒パルスレーザ光が照射される時間が極めて短い。すなわち、光導波用コアへの不要なレーザ光の照射を抑制できる。
そして、基準位置から基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を移動させるので、基板型光導波路あるいはフェムト秒パルスレーザ光を高い精度で位置合わせできる。
さらに、位置合わせした後に、フェムト秒パルスレーザ光を光導波用コアに集光照射して、光導波用コアの屈折率の変化を誘起させる。すなわち、光導波用コアには屈折率変化の誘起のためだけにレーザ光が照射されるので、精密に屈折率を変化させることができる。
また、本発明の基板型光導波路部品は、上述した基板型光導波路の光学特性調整方法によって屈折率が精密に調整された光導波用コアを有するので、高性能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板型光導波路の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の基板型光導波路の光学特性調整方法において使用される加工機の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・基板型光導波路、４・・・光導波用コア、５・・・ダミーコア、１１・・・３次元精密ステージ
【図１】
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【図２】
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