(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された石英系ガラスより構成された平面型光回路の光導波路のコア層に、前記基板の垂直方向または斜め方向から紫外光を照射することにより、前記コア層の屈折率を変化させる屈折率調整装置であって、
紫外光を発生させる紫外光源と、
前記紫外光源に光学的に接続され、前記紫外光のビーム径およびビーム広がり角を制御する紫外光ビーム制御部と、
前記紫外光ビーム制御部からの紫外光を前記コア層に集光し、紫外光集光点において前記コア層から生じる蛍光を捕集し、可視光により前記紫外光集光点近傍の前記コア層をモニタするため可視光に対して前記平面型光回路の回路構成面にフォーカスをすることのできる紫外光集光部と、
前記平面型光回路を固定し、３次元方向に移動可能な光回路固定用３次元ステージと、
前記紫外光集光部の可視光の光路軸上において、前記紫外光集光点の近傍のコア層をモニタするモニタ部と、
前記紫外光集光点において前記コア層から生じて前記紫外光集光部によって捕集された前記蛍光のスペクトルを測定する分光部とを備え、
測定された前記蛍光のスペクトルに応じて、前記紫外光集光点の近傍の光導波路の光軸方向に垂直な方向に、前記光回路固定用３次元ステージの位置を制御しながら、前記紫外光を前記光導波路のコア層に照射して前記光導波路のコア層の屈折率を調整することを特徴とする屈折率調整装置。
【請求項２】
前記分光部は、波長６００ｎｍ以下の蛍光と波長６００ｎｍ以上の蛍光を分岐する分波部と、前記分波部により分岐された波長６００ｎｍ以下の蛍光の強度を測定する第１の受光部と、前記分波部により分岐された波長６００ｎｍ以上の蛍光の強度を測定する第２の受光部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の屈折率調整装置。
【請求項３】
前記紫外光集光部は、少なくとも２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光が透過可能な集光用レンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の屈折率調整装置。
【請求項４】
基板上に形成された石英系ガラスより構成された平面型光回路の光導波路のコア層に、前記基板に垂直方向または斜め方向から紫外光を照射することにより、前記コア層の屈折率を変化させることに基づいて、紫外光を発生させる紫外光源と、前記紫外光源に光学的に接続され、前記紫外光のビーム径およびビーム広がり角を制御する紫外光ビーム制御部と、前記紫外光ビーム制御部からの紫外光を前記コア層に集光し、紫外光集光点において前記コア層から生じる蛍光を捕集し、可視光により前記紫外光集光点近傍の前記コア層をモニタするため可視光に対して前記平面型光回路の回路構成面にフォーカスをすることのできる紫外光集光部と、前記平面型光回路を固定し、３次元方向に移動が可能な光回路固定用３次元ステージと、前記紫外光集光部の可視光の光路軸上において前記紫外光集光点の近傍のコア層をモニタするモニタ部と、前記紫外光集光点において前記コア層から生じて前記紫外光集光部によって捕集された前記蛍光のスペクトルを測定する分光部とを備えた屈折率調整装置において、屈折率を調整する方法であって、
前記分光部において、波長４２０ｎｍ近傍の蛍光強度と波長６５０ｎｍ近傍の蛍光強度を測定するステップと、
前記波長４２０ｎｍ近傍の蛍光強度と前記波長６５０ｎｍ近傍の蛍光強度の比を求めるステップと、
前記比が最大となるように、前記紫外光集光点の近傍の光導波路の光軸方向に垂直な方向に、前記光回路固定用３次元ステージの位置を制御しながら、前記紫外光を前記光導波路のコア層に照射して前記光導波路のコア層の屈折率を調整するステップと
を備えたことを特徴とする屈折率調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型光回路素子の製造装置に関する。より詳細には、平面型光回路素子における光導波路の屈折率調整装置および屈折率調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板または石英基板上に形成した石英系ガラス光導波路により構成されたプレーナ光回路（ＰＬＣ：Planer Lightwave Circuit）の研究開発が盛んに行われている。アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ）やマッハツェンダ干渉計、方向性結合器、熱光学スイッチなど機能素子が開発され、これらの高性能化が進んでいる。さらに、複数の機能素子を組み合わせることによって、様々な高機能なデバイスが実現されている。
【０００３】
光回路は、光の干渉現象を用いて様々な機能を実現している。光回路中において、伝搬光を複数に分岐させ、各々の伝播光の位相を高精度に制御し、再び合波させることによって伝播光同士を干渉させる。上述の位相制御は、分岐された光の伝搬する光導波路の長さの調整により行われ、それぞれの光導波路長を適切に設定することにより実現される。このとき、光導波路の長さ調整には、数ｎｍから数十ｎｍの非常に高い精度が要求される。しかしながら、実際の光回路作製プロセスにおいて、このような高い作製精度を実現することは非常に困難であり、作製した光導波路長には作製誤差が生じてしまう。このような作製誤差は、光回路の性能を著しく劣化させる。
【０００４】
このような作製誤差は、紫外光の照射によって調整をすることができる(非特許文献１)。Ｇｅが添加されたコア層に紫外光を照射すると、このコア層の屈折率を増加させることができる。光導波路の長さによって伝搬光の位相制御を行う場合、その光導波路によって与えられる位相量は、光導波路長と光導波路の屈折率との積によって決定される。従って、光回路作製プロセスにおいて発生する誤差のため、実際の光導波路長が所望の光導波路長から外れてしまった場合でも、光回路作製プロセス後に光導波路の屈折率を調整することによって、光導波路により与えられる位相量を所望の値に調整することが可能となる。
【０００５】
紫外光を用いた屈折率調整においては、数μｍのサイズに集光した紫外光を、数μｍのサイズの光導波路の中心に照射する必要がある。光ファイバのような単一の光導波路に紫外光を照射する屈折率調整装置においては、光ファイバのコア中で紫外光照射により発生する蛍光の強度を、その光ファイバ端面において測定することにより、紫外光を光ファイバのコアの中心に集光することができる。また、光ファイバの場合、蛍光がそのコア部の円柱構造のために屈折する。したがって、蛍光の発光場所によって、発光した蛍光の形状が変化する。そこで、光ファイバ端面において観察される蛍光の形状を観測することによっても、紫外光の照射位置を把握することができ、光ファイバのコアの中心に紫外光を照射することが可能となる（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８６０６６号公報
【非特許文献１】Control of defects in optical fibers-a study using cathode luminescence spectroscopy" Journal of Lightwave Technology, 1993, vol.11, 1793-1801
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光ファイバのような１次元の光導波路ではなく、２次元に複雑に構成される平面型光波回路においては、上述した屈折率調整方法を使用することができない。平面型光回路は、複数の光導波路から構成され、直線光導波路や曲線光導波路が入り混じっている。さらに、これらの複数の光導波路が分岐・結合しているため、紫外光の照射位置において発生する蛍光を、光導波路の端面から直接モニタすることは困難である。また、平面型光回路の光導波路は、光ファイバのように同軸対称な構造を持たないため、蛍光の形状により紫外光の照射位置を制御することもできない。
【０００８】
平面型光波回路における紫外光による屈折率調整は、従来の光ファイバに用いられていた方法では光回路性能の低下させる場合もある。集光した紫外光が光導波路の中心からずれた位置に照射されると、光導波路の偏波軸が回転し、偏波クロストークの劣化や、光導波路損失の増大等の光回路の性能劣化が生じる。さらに、従来の方法では、光回路全体の特性変化を常にモニタすることにより、屈折率変化量の推定を行う必要がある。したがって、屈折率の制御が非常に難しく、屈折率調整装置の構成は非常に複雑となっていた。また、屈折率調整を行っている光回路面のモニタ用のために、可視光において光回路にその焦点を合わると同時に、照射する紫外光のスポット径を制御する機構を考慮していなかった。
【０００９】
平面型光回路において光導波路の屈折率を調整する際には、紫外光の照射部分におけるスポット径も制御する必要がある。光導波路に照射される紫外光のスポット径により、光導波路に誘起される屈折率の複屈折の状態が変化するためである。このような複屈折は、同軸対称構造の光ファイバ等の屈折率調整においては問題とならず、平面型光波回路に特有の問題である。
【００１０】
本発明は以上の課題に鑑みてなされたもので、平面型光回路の光導波路に適切なスポット径に集光された紫外光を、そのコア部の中心に効率よく照射し、簡易な構成装置により、屈折率の調整および複屈折の発生量の制御が可能な屈折率調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板上に形成された石英系ガラスより構成された平面型光回路の光導波路のコア層に、前記基板の垂直方向または斜め方向から紫外光を照射することにより、前記コア層の屈折率を変化させる屈折率調整装置であって、紫外光を発生させる紫外光源と、前記紫外光源に光学的に接続され、前記紫外光のビーム径およびビーム広がり角を制御する紫外光ビーム制御部と、前記紫外光ビーム制御部からの紫外光を前記コア層に集光し、紫外光集光点において前記コア層から生じる蛍光を捕集し、可視光により前記紫外光集光点近傍の前記コア層をモニタするため可視光に対して前記平面型光回路の回路構成面にフォーカスをすることのできる紫外光集光部と、前記平面型光回路を固定し、３次元方向に移動可能な光回路固定用３次元ステージと、前記紫外光集光部の可視光の光路軸上において、前記紫外光集光点の近傍のコア層をモニタするモニタ部と、前記紫外光集光点において前記コア層から生じて前記紫外光集光部によって捕集された前記蛍光のスペクトルを測定する分光部とを備え、測定された前記蛍光のスペクトルに応じて、前記紫外光集光点の近傍の光導波路の光軸方向に垂直な方向に、前記光回路固定用３次元ステージの位置を制御しながら、前記紫外光を前記光導波路のコア層に照射して前記光導波路のコア層の屈折率を調整することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記分光部は、波長６００ｎｍ以下の蛍光と波長６００ｎｍ以上の蛍光を分岐する分波部と、前記分波部により分岐された波長６００ｎｍ以下の蛍光の強度を測定する第１の受光部と、前記分波部により分岐された波長６００ｎｍ以上の蛍光の強度を測定する第２の受光部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２いずれかの発明において、前記紫外光集光部は、少なくとも２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光が透過可能な集光用レンズであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、基板上に形成された石英系ガラスより構成された平面型光回路の光導波路のコア層に、前記基板に垂直方向または斜め方向から紫外光を照射することにより、前記コア層の屈折率を変化させることに基づいて、紫外光を発生させる紫外光源と、前記紫外光源に光学的に接続され、前記紫外光のビーム径およびビーム広がり角を制御する紫外光ビーム制御部と、前記紫外光ビーム制御部からの紫外光を前記コア層に集光し、紫外光集光点において前記コア層から生じる蛍光を捕集し、可視光により前記紫外光集光点近傍の前記コア層をモニタするため可視光に対して前記平面型光回路の回路構成面にフォーカスをすることのできる紫外光集光部と、前記平面型光回路を固定し、３次元方向に移動が可能な光回路固定用３次元ステージと、前記紫外光集光部の可視光の光路軸上において前記紫外光集光点の近傍のコア層をモニタするモニタ部と、前記紫外光集光点において前記コア層から生じて前記紫外光集光部によって捕集された前記蛍光のスペクトルを測定する分光部とを備えた屈折率調整装置において、屈折率を調整する方法であって、前記分光部において、波長４２０ｎｍ近傍の蛍光強度と波長６５０ｎｍ近傍の蛍光強度を測定するステップと、前記波長４２０ｎｍ近傍の蛍光強度と前記波長６５０ｎｍ近傍の蛍光強度の比を求めるステップと、前記比が最大となるように、前記紫外光集光点の近傍の光導波路の光軸方向に垂直な方向に、前記光回路固定用３次元ステージの位置を制御しながら、前記紫外光を前記光導波路のコア層に照射して前記光導波路のコア層の屈折率を調整するステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の屈折率調整装置によれば、装置光学系の小型化、制御の簡易化を実現することができる。更に、紫外光ビーム制御部によって、ビーム径やビーム広がり角を制御することで、光導波路コア部の位置における紫外光のスポット径を制御し、複屈折の発生量の制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
石英系ガラスからなるコア層に紫外光を照射すると蛍光が発生する。（非特許文献１）この蛍光は、ガラスに添加されたドーパントの種類によりスペクトルが異なる。したがって、Ｇｅが添加されたコア層とＧｅが添加されていないクラッド層とでは、異なる蛍光スペクトルが発生する。コア層に紫外光が照射されている場合、４００ｎｍ付近の蛍光と５６０ｎｍ付近の２つの蛍光スペクトルが観測される。一方、クラッド層に紫外光を照射した場合、５６０ｎｍ付近の蛍光スペクトルのみが観測される。
【００１７】
従って、４００ｎｍ付近の蛍光スペクトルレベルと、５６０ｎｍ付近の２つの蛍光スペクトルレベルを、分光部で測定することにより、紫外光が導波路の中心に照射されているか否かを判断可能となる。すなわち、４００ｎｍの蛍光スペクトルレベルが最大で、且つ、５６０ｎｍの蛍光のスペクトルレベルが最小となる位置が最適な照射位置であり、この様な蛍光スペクトルが観測されるように、平面型光回路が固定された光回路固定用ステージの位置を制御する。
【００１８】
４００ｎｍの蛍光は紫外光を照射することにより、その照射時間の経過とともに減少する。一方、５６０ｎｍの蛍光は紫外光を照射することで増加する傾向がある。これらの蛍光の減少量や増加量を分光部で測定することで、紫外光を照射した光導波路に生じた屈折率の変化量を推定することも可能となる。
【００１９】
このような紫外光の集光、蛍光の捕集、集光位置のモニタを１つの集光用レンズで併用することによって、屈折率調整装置の光学系の小型化、制御の簡易化を実現することができる。更に、紫外光ビーム制御部によって、ビーム径やビーム広がり角を制御することで、光導波路コア部の位置における紫外光のスポット径を制御できる。複屈折の発生状態を制御することができる。
【００２０】
［実施例１］
図１は、本発明にかかる屈折率調整装置の構成を示す図である。波長２４４ｎｍの連続発振型の紫外レーザを紫外光源４として用い、平面型光回路２中の光導波路１の屈折率調整を行う。紫外光源４は、紫外光紫外光ビーム制御部１１に光学的に接続されている。紫外光紫外光ビーム制御部１１から出る紫外光は、さらに、ダイックロックミラー８を経て光路を９０度曲げられて、集光用レンズ３に入力される。集光用レンズ３に対向して光回路固定用３次元ステージ１０が配置されている。光回路固定用３次元ステージ１０上には、屈折率調整の対象となる平面型光回路２が固定される。ダイクロックミラー８の集光用レンズ３とは反対側には、２つのハーフミラー９ｂ、９ａが、集光用レンズ３の光軸上に配置されている。ハーフミラー９ｂの光軸に垂直方向には、平面型光回路２を照らす照明ランプ５が配置されている。また、ハーフミラー９ａの光軸に垂直方向には、平面型光回路２において発生する蛍光を測定する分光部６が配置されている。ハーフミラー９ａのさらに延長した光軸上には、モニタ部７が配置されている。モニタ部７は、屈折率調整を行う対象となる平面光回路２の光導波路１近傍の画像を検出するＣＣＤなどを含んでいる。
【００２１】
本発明においては、紫外光原４からの紫外光の集光と、平面型光回路２上における紫外光を集光する部分の可視光による屈折率調整状態のモニタと、光導波路１において発する蛍光の捕集とを、１つの集光用レンズ３により行っているところに大きな特徴がある。このような光学系の構成により、屈折率調整装置の小型化、簡易化が図ることができる。
【００２２】
このような光学系の構成により、分光部６において紫外光の集光点に発生する光導波路からの蛍光のみを捕集することができる。平面型光回路２を光回路固定用３次元ステージ１０に固定し、モニタ部７によって認識される平面型光回路２の光導波路１の像を確認しながら、可視光において集光用レンズ３のフォーカスを合わせる。紫外光の集光位置およびスポット径の制御は、上述のように可視光に対して集光用レンズ３の位置を決定した上で、独立に、紫外光ビーム制御部１１により制御される。
【００２３】
以下、本発明の特長的部分の１つである、光導波路に照射する紫外光のスポット径制御方法について説明する。紫外光を光導波路１に照射する際、光導波路１の位置を正確に把握するため、集光用レンズ３を通して光導波路１をモニタ部７によって観察する必要がある。このため、集光用レンズ３と光導波路１の距離は可視光のフォーカス距離と一致させておく必要がある。すなわち、集光用レンズ３と光導波路１の距離を一定に保ったままで、光導波路１における紫外光のスポット径を制御する必要がある。このスポット径の制御は、紫外光ビーム制御部１１によって行われる。
【００２４】
図２は、紫外光ビーム制御部の具体的な構成を示す図である。紫外光ビーム制御部１１は、２枚の凸レンズ２１ａ、２１ｂと２つの凸レンズ２１ａ、２１ｂの間に配置されたピンホール２２により構成されている。紫外光源４側の凸レンズ２１ａとダイクロックミラー８側の凸レンズ２１ｂの距離を変化させることによって、紫外光ビームの広がり角を変化させ、集光用レンズ３における紫外光の焦点距離を制御する。また、２つの凸レンズ２１ａ、２１ｂの間にピンホール２２を配置することによっても、紫外光のビーム径の制御を行うことができる。
【００２５】
図３は、２つの凸レンズおよび集光用レンズを伝搬する紫外光の光路の計算結果を示す図である。２つの凸レンズ２１ａ、２１ｂのフォーカス距離はそれぞれ１００ｍｍ、集光用レンズ３のフォーカス距離は１０ｍｍである。ピンホール２２の径は５μｍとした。２つの凸レンズ２１ａ、２１ｂ間の距離は、図３の実線が３００ｍｍ、点線が３１０ｍｍ、破線が２９０ｍｍの場合を示す。
【００２６】
図４は、紫外光の光路の計算結果を集光用レンズの焦点付近にて拡大して示した図である。２つの凸レンズ２１ａ、２１ｂ間の距離を変化させることによって、紫外光の集光点を光軸方向に前後に変化させることができることがわかる。すなわち、紫外光ビーム制御部１１により集光用レンズ３における紫外光のフォーカス距離を独立して変化させることができる。したがって、可視光に対するフォーカスを光導波路１に一致させたままで、集光用レンズ３の位置を動かすことなく、光導波路１に照射される紫外光のスポット径を変化させることが可能となる。
【００２７】
図５は、紫外光ビーム制御部による紫外光の集光点の制御の様子を説明する図である。図５各図では、集光用レンズ３と平面型光回路２の断面上において、紫外光が集光される様子を示している。図５ａでは、紫外光の集光点がちょうとコア部５１の位置と一致している。一方、図５ｂにおいては、集光点はコア部５１よりも図上方の集光用レンズ３側に位置している。集光点は、コア部５１に対して光軸方向にｄｅｆｏｃｕｓで示した距離だけずれた位置に制御されている。図５ａ、図５ｂからも理解されるように、集光用レンズ３の光軸上のコア部５１における紫外光のスポット径は、集光点の位置を変化させることによって制御できる。
【００２８】
図６は、スポット径を制御した場合の紫外光ビームプロファイルを示す図である。導波路位置における紫外光ビームプロファイルをナイフエッジ法によって測定したものである。２枚の凸レンズ２１ａ、２１ｂのフォーカス距離は１００ｍｍ、集光用レンズ３のフォーカス距離は１０ｍｍ、ピンホールの径は５μｍとした。図６のビームプロファイルにおいて、振幅がピーク値の１／ｅ２（１３．５３３％）となる２点の幅を、スポット径とした。図６ａにおいては、ｄｅｆｏｃｕｓ＝０μｍ、すなわち、スポット径が最小の場合を示しており、この時のスポット径は８μｍである。図６ｂは、ｄｅｆｏｃｕｓ＝２００μｍの場合を示しており、この時のスポット形は３０μｍであった。
【００２９】
以上、詳細に説明したように、紫外光ビーム制御部１１によって、集光用レンズ３を固定したままで、紫外光の集光点を制御することができ、平面型光回路２のコア部５１におけるスポット径の制御も可能である。一方、集光用レンズ３は、モニタ部７において光導波路１の像を観察できるように、可視光のフォーカス距離にその位置を決定できる。紫外光の集光、蛍光の捕集、集光位置における調整箇所の可視光モニタを、１つの集光用レンズ３で併用することにより、屈折率調整装置の光学系の小型化、簡易化を実現することができる。
【００３０】
本発明の光学系構成においては、集光用レンズ３の光軸を平面型光回路２に対し垂直でなく、垂直軸から数度傾けることによって、平面型光回路２の基板裏面や光導波路１以外で発生した蛍光、または紫外光の反射光を分光部６に捕集するのを防ぐことができる。これにより、雑音成分を低減することが可能となり、屈折率調整の制御性が向上する。さらに、垂直軸から数度傾けることにより、平面型光回路２に入射した紫外光と平面型光回路２の基板内部で反射された紫外光とが干渉することが原因で、コア部付近での紫外光強度の一様性が劣化することを防ぐこともできる。
【００３１】
また、集光用レンズ３は、紫外光（２４４ｎｍ)、蛍光（５００ｎｍ近傍、６４０ｎｍ近傍）、モニタ光 （可視光４５０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の３種類の光を透過させる必要がある。少なくとも、モニタ光および蛍光の波長は重複する場合もあり、最小限、紫外光と蛍光が透過させることのできる集光用レンズを用いる必要がある。
【００３２】
次に、光導波路の中心部を確実に捕捉し、紫外光を光導波路に照射しながら屈折率調整を行う方法について説明する。先にも述べたように、偏波クロストークの劣化や、光導波路損失の増大等の光回路の性能劣化を防止するためには、集光された紫外光を光導波路の中央に沿って、照射する必要がある。光ファイバと異なり、平面型光波回路は直線光導波路や曲線光導波路からなり、それらが分岐したり合流したりする。よって、光導波路のレイアウトに追従しながら、正確に光導波路の中心に沿って紫外光を照射する必要がある。これは、集光用レンズ３によって捕集した光導波路からの蛍光を、分光部６によりスペクトル解析することで、実行できる。
【００３３】
図７は、平面型光回路の光導波路に紫外光を照射した際の蛍光スペクトルを示す。図７ａに示すように、光導波路の中央コア部に紫外光を照射した場合は、波長４２０ｎｍ付近に高いレベルの蛍光が発生する。一方、図７ｂに示すように、光導波路のコア部から外れて、紫外光が全くコア部に照射されていない場合は、波長４２０ｎｍ付近の蛍光は生じず、６５０ｎｍ付近の蛍光レベルが高くなる。紫外光が中央コア部から若干ずれた場合、図７ａと図７ｂの中間の状態のスペクトルとなる。したがって、波長４２０ｎｍ付近の蛍光ピークレベルと波長６５０ｎｍ付近の蛍光ピークレベルの比が最大となるとき、紫外光が光導波路コア部のちょうど中央に照射された状態となる。このようにして、中央コア部に紫外光が照射されているか否かを分光部６よって観察されるスペクトルレベルにより判断し、平面型光波回路１を固定した光回路固定用３次元ステージ７を移動させる。
【００３４】
図８は、紫外光を照射時の光回路固定用３次元ステージの制御を説明する図である。先にも述べたように、光導波路１は、モニタ部７により認識されている像を追跡しながら制御をすることが可能である。光導波路１の形状に沿って（図８の紫外光レーザスキャン方向に）紫外光を照射しながら、波長４２０ｎｍ付近の蛍光レベルと波長６５０ｎｍ付近の蛍光レベルの比が最大となるように、光導波路の光進行方向に垂直な軸方向（図８の位置ズレ調整方向）に光回路固定用３次元ステージの位置をさらに微細に制御することにより、紫外光照射位置の誤差を解消する。これにより、複雑な光導波路レイアウトであっても、常にコア部の中心を捕捉しながら、紫外光を集光できる。
【００３５】
図９は、制御部を含めた本発明の屈折率調整装置全体の例を示すブロック図である。図１に示した本発明特有の光学系を含む屈折率調整装置１００は、分光部６、モニタ部７、および光回路固定用３次元ステージ１０のみを示している。屈折率調整装置１００のモニタ部７は、光導波路捕捉部１０３に接続され、分光部６は、位置ズレ検出部１０４に接続されている。導波路捕捉検出部１０３、位置ズレ検出部１０４は、制御部１０２に接続される。さらに、制御部１０２は、ステージ駆動部１０１を経由して、光回路固定用３次元ステージに接続される。
【００３６】
モニタ部７において認識される光導波路の画像に基づいて、導波路捕捉検出部１０３によって、光導波路位置情報信号を制御部１０３に供給する。分光部６からのスペクトルレ情報に基づいて、位置ズレ検出部１０４によって、位置制御信号を制御部１０３に供給する。制御部１０３においては、前述した光導波路位置情報信号および位置制御信号に基づき、ステージ駆動部１０１に、光回路固定用３次元ステージ１０の位置を制御するためのステージ制御信号を供給する。尚、図９の各ブロックは例示的なものであり、上述したブロック構成や各制御信号の機能配分に限定されるものではない。スペクトルレベルによる紫外光照射位置のフィードバック制御ができる構成であればいかなるブロック構成、信号構成であっても良い。
【００３７】
光回路の媒質材料などによっては、波長４２０ｎｍ付近の蛍光レベルが微弱な場合がある。この場合は、光回路を１気圧以上２００気圧以下の高圧水素下において、数時間から１０日間保存することによって、蛍光レベルを増加させることができる。
【００３８】
図１０は、高圧水素下において水素添加をした光回路からの蛍光スペクトルを示す図である。１００気圧で７日間、水素雰囲気中に光回路を保存し、蛍光スペクトルを測定した。水素を添加していない場合に比べて、蛍光スペクトルのピーク波長が多少変化するものの、波長４２０ｎｍ付近の蛍光のピークレベルと波長６５０ｎｍ付近の蛍光のピークレベルとの比が最大となるように光回路固定用３次元ステージの位置を制御しながら、光導波路の中央コア部に紫外光を照射することができる。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、本発明に特有の光学系の構成により屈折率調整装置を簡単化し、分光部によってリアルタイムに蛍光スペクトルレベルの変動を検出して、光回路固定用３次元ステージを制御することにより、光導波路の中央コア部に紫外光スポットを合わせながら、屈折率調整を行うことができる。
【００４０】
図１１は、本発明の屈折率調整装置による屈折率の調整特性結果を示す図である。一定の長さの光導波路区間（コア幅６μｍ、区間長１ｍｍ）を、本発明の屈折率調整装置によって紫外光スキャンを行い、同一区間にこのスキャンを複数回繰り返し行った場合の屈折率変化を示している。１回の区間スキャンには１００秒掛かっており、これを２０回繰り返している。紫外光ビーム制御部１１により光導波路のコア部におけるスポット径を制御している。図１１ａは、コア部におけるスポット径が８μｍ（図５ｂにおいて、ｄｅｆｏｃｕｓ＝５０μｍに相当）の場合を、図１１ｂはスポット径が２０μｍ（ｄｅｆｏｃｕｓ＝１５０μｍに相当）の場合をそれぞれ示した。
【００４１】
光導波路のコア部中央を捕捉しながら紫外光を照射しているため、十分な屈折率の変化が得られている。また、図１１ａおよび図１１ｂを比較すると、コア部における紫外光のスポット径を変化させることにより、複屈折率の発生量を調整できているのがわかる。図１１ａのスポット径が８μｍの場合、ＴＥモードとＴＭモードの光は共に同じ量だけ屈折率が増加している。すなわち複屈折は、発生していない。一方、図１１ｂのスポット径が２０μｍの場合、ＴＭモードに比べてＴＥモードの屈折率がより大きく増加している。これは、複屈折が生じていることを示している。
【００４２】
図１２は、コア部における紫外光のスポット径と複屈折の発生量との関係を示す図である。図１２の横軸は、実際には光導波路と集光点との距離を示しており、図５ｂに示したｄｅｆｏｃｕｓ距離に相当する。図５において説明したように、ｄｅｆｏｃｕｓ距離を変化させることで、コア部における紫外光のスポット径を制御することができる。縦軸には、ＴＥモードに対する屈折率変化量とＴＭモードに対する屈折率変化量との比を示す。この比は、ＴＥモードの屈折率変化量とＴＭモードの屈折率変化量との平均値が、１．０×１０−３となる時の、比の値を表している。
【００４３】
図１２よりわかるように、スポット径が４０μｍ程度のときに、比の値は１となっており、屈折率変化量は偏波に依存せず、複屈折は発生していないことがわかる。したがって、本屈折率調整装置において、スポット径を適切に設定することにより、屈折率調整に起因して光導波路に誘起される複屈折の発生を制御できることが分かる。また、スポット径を変化させて、所望の複屈折率となるように調整を行うこともできる。尚、図１２における４０μｍの値は、本実施例の光導波路における、コア部の構成の媒質の種類および、集光用レンズによって変化するものである。したがって、４０μｍに一意に限定するものではなく、光導波路の構造や媒質材料、屈折率値、集光用レンズの特性などに応じて、最適値を求める必要があることに留意すべきである。
【００４４】
以上、説明したように、本発明の屈折率調整装置の紫外光制御により、光導波路のコア部中央に常に紫外光を照射し屈折率を調整し、コア部におけるスポット径を適切に制御することにより、複屈折を発生させることなく、屈折率調整を行うことができる。
【００４５】
［実施例２］
図１３は、本発明のより簡単な形態の分光部の構成を示す図である。図１おける分光部６を、より簡単な構成としている。波長６００ｎｍ以上の蛍光と波長６００ｎｍ以下の蛍光をダイクロックミラー８により分岐し、各々の蛍光のレベルをＰＤ（フォトディテクタ）１２ａ、１２ｂにより測定する。蛍光以外の光などの雑音が入力される可能性があるが、グレーティング等の高価な測定装置を使わなくとも、紫外光の照射位置を制御するために必要な波長４２０ｎｍ付近の蛍光レベルと波長６５０ｎｍ付近の蛍光レベルとの比を測定できる。図１３の分光部を使用した場合でも、実施例１と同様に屈折率の調整を行うことができる。この場合、平面型光回路の表面のモニタに使用する照明ランプ５からの照射を、ＰＤ１２ａ、１２ｂが受光する可能性がある。このため、照明ランプ５は、紫外光の照射前の導波路位置の確認には使用するが、紫外光の照射中は照明ランプ５を消灯した。
【００４６】
尚、本発明では、コア層への添加物質としてＧｅを例として説明したが、他の希土類のＥｒ、Ｎｄ、Ｃｅ等を用いても、屈折率調整が可能である。この場合は、発生する蛍光の波長は異なる場合があり、本発明の４２０、６５０ｎｍの蛍光による制御に限られない。
【００４７】
以上、詳細に説明してきたように、本発明の屈折率調整装置によれば、装置光学系の小型化、制御の簡易化を実現することができる。更に、紫外光ビーム制御部によって、ビーム径やビーム広がり角を制御することで、光導波路コア部の位置における紫外光のスポット径を制御できる。複屈折の発生量の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の屈折率調整装置の構成を示す図である。
【図２】紫外光ビーム制御部の構成図である。
【図３】２つの凸レンズおよび集光用レンズを伝搬する紫外光の光路の計算結果を示す図である
【図４】紫外光の光路の計算結果を集光用レンズの焦点付近において拡大して示した図である。
【図５】紫外光ビーム制御部による紫外光の集光点の制御の様子を説明する図である。
【図６】スポット径を制御した場合の紫外光ビームプロファイルを示す図である。
【図７】平面型光回路の光導波路に紫外光を照射した際の分光部による蛍光スペクトルを示す図である。
【図８】紫外光照射時の光回路固定用３次元ステージの制御を説明する図である。
【図９】高圧水素下において水素添加をした光回路からの蛍光スペクトルを示す図である。
【図１０】制御部を含む本発明の屈折率調整装置のブロック図である。
【図１１】本発明の屈折率調整装置による調整時間と屈折率調整量の特性を示す図である。
【図１２】コア部における紫外光のスポット径と複屈折の発生量との関係を示す図である。
【図１３】本発明のより簡易な形態の分光部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    光導波路
２    平面型光回路
３    集光用レンズ
４    紫外光源
５    照明ランプ
６    分光部
７    モニタ部
８    ダイクロックミラー
９ａ、９ｂ    ハーフミラー
１０    光回路固定用３次元ステージ
１１    紫外光ビーム制御部
１２ａ、１２ｂ    フォトディテクタ（ＰＤ）
２１ａ、２１ｂ    凸レンズ
２２    ピンホール
５１    コア部
１００    屈折率調整装置
１０１    光回路固定用３次元ステージ駆動部
１０２    制御部
１０３    位置ズレ検出部
１０４    光導波路検出部
【図１】
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【図２】
0004405952.tif 000003
【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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