(57)【要約】【課題】本発明は、安価な部材を用いて、かつ簡便な方法で光導波路に複屈折性および偏波保持性を発現させることができる偏波保存型光導波路を提供する。【解決手段】偏波保存性のない基板型光導波路を用いて、基板１とは異なる線膨張係数を有する応力付与部材４を光導波路または基板１に、該光導波路の導波方向に直交するように貼付することによって、光導波路に複屈折性を発現させて、偏波保存性が付与される。貼付される応力付与部材４は、基板型光導波路の使用温度と応力付与部材４の貼付温度との温度差（ΔＴ）と、光導波路または基板１と応力付与部材４との線膨張係数差（Δα）の積（Δα×ΔＴ）が３．０×１０−５〜７０．０×１０−５の範囲に入り、かつ応力付与部材の弾性係数Ｅ１が、光導波路または基板１の弾性係数Ｅ２および厚さｔ２と、応力付与部材４の厚さｔ１から、Ｅ１＞（ｔ２／ｔ１）・Ｅ２となるように選択される。【選択図】　　　　図１
2004086025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の光導波路が基板上に形成された基板型光導波路の光導波路または基板に、この光導波路をなす材料とは線膨張係数が異なる材料からなる応力付与部材を貼付し、該光導波路の導波方向に直交する方向に応力を付与するようにしたことを特徴とする偏波保存型光導波路。
【請求項２】
１つ以上の光導波路が基板上に形成された基板型光導波路の光導波路または基板に、この光導波路をなす材料とは線膨張係数が異なる材料からなる応力付与部材を貼付し、該光導波路の導波方向に直交する方向に応力を付与するようにした偏波保存型光導波路を製造する際に、この偏波保存型光導波路の使用温度と異なる温度において、上記応力付与部材を貼付することを特徴とする偏波保存型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、光通信分野の波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光伝送方式などにおいて用いられる、偏波分離を行うことができる偏波保存型光導波路とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、大量の情報を伝送するために、波長の異なる光を多重して伝送する波長多重伝送方式が採用されている。また、光は直行する二つの偏波（ＴＥ偏波、ＴＭ偏波）からなるため、波長の異なる光を多重して伝送し、出力する際には、波長毎、かつ偏波毎に分離して出力する偏波・波長多重伝送方式も考案されている。
【０００３】
図５ないし図９は従来の偏波保存型光導波路の代表的な例を示すものである。このうち、図５に示すものは、石英基板１３上にコア１１と応力付与部１２が形成されており、その周囲のクラッド１４によって埋め込まれた構造となっている。コア１１はＳｉＯ２−ＴｉＯ２系ガラス、応力付与部１２はＰ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、クラッド１４はＳｉＯ２系ガラスである。応力付与部の屈折率は、Ｐ２Ｏ５とＢ２Ｏ３の組成比を調整して、クラッド１４の屈折率とほぼ等しくなっている。このコア１１の両側の応力付与部１２が存在するために、コア１１のｘ方向の応力σｘと、ｙ方向の応力σｙとの差が大きくなり、下記数式で示される伝播定数差Δβが大きくなり、偏波保存性が得られる。（特開平０３−０７８７１０号公報参照）
Δβ＝２π／λ×（Ｃ１−Ｃ２）（σｘ−σｙ）
λ：使用波長
Ｃ１、Ｃ２：光弾性定数　、Ｃ１−Ｃ２＝３．３６×１０−５ｍｍ２・ｋｇ
【０００４】
図６に示すものは、シリコンなどからなる平面基板上に、ＧｅＯ２ドープ石英などからなるコア部と、該コア部の周りの屈折率の低いクラッド部からなる光導波路２１、２２において、この光導波路２１、２２の一部に方向性結合器２３、２４を有している。そして、この光導波路２１、２２の片方のコア部に可視又は紫外領域の光を照射して光導波路２１、２２の複屈折値を所定値に設定することによってＴＥ偏波、ＴＭ偏波を分離できる。（特開平０６−０５１１４５号公報参照）
【０００５】
図７に示すものは、Ｎａイオンなどを含有するプレート状のガラス基板３１上に、ガラス基板３１のガラスを構成するＮａイオンなどをＡｇイオンなどに置換することによって屈折率を高めたコア部３２と、このコア部３２の両側には、ガラス基板３１のガラスを構成するＮａイオンなどを、Ｎａイオンよりも大きなイオン半径を有するＴｌ（タリウム）イオンなどで置換することにより応力付与部３３が形成されている。そして、コア部３２には両側から圧縮応力が加わり、この圧縮応力によりコア部３２に複屈折性を生じさせて偏波が保存される。（特開２０００−１４７２８８号公報参照）
【０００６】
図８に示すものは、シリコンなどからなる基板４１上に、下記化学式で表される繰り返し単位を有するポリシロキサン（重量平均分子量２４万）からなり、断面形状が矩形のコア４２と、コア４２の周囲には紫外線硬化エポキシ樹脂からなるクラッド４３から構成されている。複屈折性の大きな高分子材料であるポリシロキサンをコアに用いることにより、挿入損失が小さく、かつ偏波消光性を示す光導波路型偏光子が得られる。（特開平１１−３５２３４８号公報参照）
2004086025.tif 000003
【０００７】
図９に示すものは、シリコンなどからなる平面基板５１上に、ＧｅＯ２をドープした石英などからなり、断面形状が矩形のコア部と、該コア部の周りのコア部よりも屈折率の低いクラッド部からなる光導波路５２、５３を有し、該光導波路５２、５３上に形成された光結合器５４、５５と、該光結合器を結ぶ等長のアーム導波路５６、５７よりなる。このアーム導波路５６、５７の一方にＡｒＦエキシマレーザー等を用いて紫外レーザ光を照射することによって実効屈折率を変化させて、ＴＥ偏波とＴＭ偏波が分離できる。（特開２００１−２６４５６７号公報参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の偏波保存型光導波路は、導波路毎に応力付与部材を設けて複屈折性を発現させるか、または導波路毎に紫外線等を照射して実効屈折率を変化させて、複屈折性を発現させるなど、製法が複雑であるため、製造コスト高となっている。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、安価な部材を用いて、簡便な方法で光導波路に複屈折性および偏波保持性を発現させることができる偏波保存型光導波路を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、１つ以上の光導波路が基板上に形成された基板型光導波路の光導波路または基板に、この光導波路をなす材料とは線膨張係数が異なる材料からなる応力付与部材を貼付し、該光導波路の導波方向に直交する方向に応力を付与するようにしたことを特徴とする偏波保存型光導波路である。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、１つ以上の光導波路が基板上に形成された基板型光導波路の光導波路または基板に、この光導波路をなす材料とは線膨張係数が異なる材料からなる応力付与部材を貼付し、該光導波路の導波方向に直交する方向に応力を付与するようにした偏波保存型光導波路を製造する際に、この偏波保存型光導波路の使用温度と異なる温度において、上記応力付与部材を貼付することを特徴とする偏波保存型光導波路の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１に示すものは、本発明の偏波保存型光導波路の一例を示すもので、この例の偏波保存型光導波路は、シリコンなどからなる基板１の上にＧｅＯ２をドープした石英などからなるコア２と、該コア２の周囲にコア２よりも屈折率の小さな石英などのクラッド３からなる光導波路が形成されている。そして、この光導波路の上に、光導波路を構成する材料と線膨張係数が異なる材料、例えば、アルミニウム、ニッケルなどの金属や液晶ポリマーなどの合成樹脂などからなる板状の応力付与部材４が、光導波路の導波方向に直交する方向になるように貼付されている。なお、図１の光導波路の導波方向は、紙面に対して垂直な方向である。また、簡略化のために光導波路は１本のみ記載されているが、１本以上の光導波路を有する場合も同様である。
【００１３】
応力付与部材４として具備すべき特性としては、光導波路または基板１との相対的な熱膨張特性（線膨張係数差）と熱膨張・熱収縮により発生する作用力の二点がある。
【００１４】
応力付与部材４として具備すべき熱膨張特性（線膨張係数差）は以下のようになる。まず、鋭意検討した結果、有効な偏波保存性を発現するためには、光導波路に付与すべき歪量は、３．０×１０−５〜７０．０×１０−５であった。この歪量は、基板型光導波路の使用温度と応力付与部材４を貼付する温度との温度差ΔＴと、基板型導波路と応力付与部材４の線膨張係数差Δαとの積Δα×ΔＴに相当する。これより、応力付与部材４としては、光導波路を構成する材料と異なる線膨張係数を有し、かつ基板型光導波路の使用温度とは異なる温度で添付する必要がある。すなわち、線膨張係数差が小さい応力付与部材４を貼付する場合には、前記歪量が発生するように基板型光導波路の使用温度から離れた温度で応力付与部材４を貼付し、線膨張係数差が大きい応力付与部材４を貼付する場合には、前記歪量の範囲に収まるように基板型光導波路の使用温度に近い温度で貼付する必要がある。
【００１５】
次に、応力付与部材４の熱膨張・熱収縮によって発生する作用力が光導波路または基板１の変形抵抗力よりも大きくなければならないことから、応力付与部材４の弾性係数をＥ１、基板型導波路の弾性係数をＥ２とし、それぞれの厚さをｔ１、ｔ２とすると、応力付与部材４と光導波路または基板１の変形量が等しいことから、応力付与部材４の厚さが応力付与部材４の長さに対して十分小さい場合には、応力付与部材４の弾性係数Ｅ１は、下記の式（１）を満足しなければならない。
Ｅ１＞（ｔ２／ｔ１）・Ｅ２　　　　　（１）
これより、応力付与部材４の弾性係数が基板型光導波路の弾性係数よりも小さい場合には応力付与部材４の厚さを基板型光導波路の厚さよりも厚くし、応力付与部材４の弾性係数が基板型光導波路の弾性係数よりも大きい場合には、基板型光導波路の厚さよりも薄くても良いことになる。
【００１６】
次に具体的な実施例について説明する。先ず、ポリプラスチックス株式会社製液晶ポリマーＡ４３０からなる厚さ３ｍｍのシート状の応力付与部材４を準備した。液晶ポリマーＡ４３０は、表１に示すように、分子配向軸と平行な方向では−２×１０−６の負の線膨張係数を有している。この液晶ポリマーＡ４３０シートを５ｍｍ×１５ｍｍに切り出した後、常温（２５℃）にて、図２に示すように、分子配光軸５がアレイ型光導波路のアレイ導波路部に直交するように、接着剤で貼付した。なお、アレイ型導波路の厚さは０．５ｍｍである。
【００１７】
【表１】
2004086025.tif 000004
【００１８】
次に、該アレイ型光導波路を、使用温度の４５℃まで昇温した。これにより、アレイ導波路は膨張するが、液晶ポリマーＡ４３０シートは収縮し、アレイ導波路には圧縮応力が付与される。この場合、アレイ型導波路の線膨張係数を表１のＳｉＯ２の線膨張係数（０．４×１０−６）とすると、発生する歪量は線膨張係数差および温度差から、５．８×１０−５となり、前記歪量の範囲に入っている。また、液晶ポリマーＡ４３０の弾性係数は１．４×１０１０Ｐａであり、これは液晶ポリマーＡ４３０シートの厚さとアレイ型導波路の厚さおよびアレイ型導波路（ＳｉＯ２）の弾性係数３．７×１０１０Ｐａから要求される式（１）を満足している。
【００１９】
図３は、このようにして作製したアレイ型光導波路を昇温しながらＰＤλ（偏波依存波長シフト）を測定した結果を示すグラフである。図３より、温度上昇とともにＰＤλが増大することから、複屈折性が発現することが期待される。そこで該アレイ型光導波路の使用温度である４５℃で消光比を測定したところ、消光比は２２ｄＢであった。応力付与部材４である液晶ポリマーＡ４３０シートを貼付する前のアレイ型光導波路の消光比は１４ｄＢであったので、応力付与部材４を貼付することにより、消光比が８ｄＢほど向上した。
【００２０】
図４に示すものは、光導波路よりも大きな正の温度依存性の線膨張係数を有する材料として、アルミ板を応力付与部材４として基板１に貼付して偏波保存性を付与する場合の一例を示すものである。先ず、厚さ１．５ｍｍのアルミ板を準備し、これを７０ｍｍ×１５ｍｍに切り出した後、アレイ型光導波路の下側の基板１に、ホットプレートで基板１とアルミ板を５０℃に加熱しながらセメダイン製接着剤スーパーＸを用いて貼り付け、接着硬化後使用温度である常温（２５℃）まで降温させた。アルミ板はアレイ導波路よりも線膨張係数が正で大きいことから、アルミ板の収縮代が、アレイ導波路の収縮代よりも大きくなり、アレイ導波路には圧縮応力が作用する。
【００２１】
この場合、基板１の線膨張係数を表１のＳｉＯ２の線膨張係数（０．４×１０−６）とすると、発生する歪量は線膨張係数差および温度差から、５６．５×１０−５となり、前記歪量の範囲に入っている。また、アルミの弾性係数は７．６×１０１０Ｐａであり、アルミ板の厚さと基板１の厚さ０．５ｍｍおよび基板１（ＳｉＯ２）の弾性係数３．７×１０１０Ｐａから要求される式（１）を満足している。
【００２２】
このようにして作製したアレイ型光導波路について、常温にて消光比を測定したところ、消光比は、表２に示すように、アルミ板を貼付する前は約１４ｄＢであったが、アルミ板を貼付したものは約２０ｄＢに増大し、偏波保存性が発現していた。
【００２３】
【表２】
2004086025.tif 000005
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の偏波保存型光導波路は、偏波保存性のない基板型光導波路を用いて、光導波路とは異なる線膨張係数を有する応力付与部材を光導波路または基板に、光導波路の導波路方向に直交するように貼り付けることによって、光導波路に複屈折性を発現させて、偏波保存性を付与するものである。しかも、応力付与部材は、通常のアルミ板や液晶ポリマーＡ４３０シートなどでも良く、コスト的も安価であり、貼付方法も、基板全体または光導波路の一部に貼り付けるなど、比較的簡便であり、安価な偏波保存型光導波路を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波保存型光導波路の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の偏波保存型光導波路の他の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の偏波保存型光導波路の他の例のＰＤλの温度依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の偏波保存型光導波路の他の例を示す概略斜視図である。
【図５】従来の偏波保存型光導波路の一例を示す概略断面図である。
【図６】従来の偏波保存型光導波路の他の例を示す概略平面図である。
【図７】従来の偏波保存型導波路の他の例を示す概略断面図である。
【図８】従来の偏波保存型導波路の他の例を示す概略断面図である。
【図９】従来の偏波保存型導波路の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・コア、３・・・クラッド、４・・・応力付与部材、５・・・分子配向軸
【図１】
2004086025.tif 000006
【図２】
2004086025.tif 000007
【図３】
2004086025.tif 000008
【図４】
2004086025.tif 000009
【図５】
2004086025.tif 000010
【図６】
2004086025.tif 000011
【図７】
2004086025.tif 000012
【図８】
2004086025.tif 000013
【図９】
2004086025.tif 000014