(57)【要約】ブラッグ回折格子（３０）を収容する感光性バルクガラス体（３８）を備えるデバイスが提供される。バルクガラス体（３８）はバッチ溶融可能なアルカリ金属−ホウ素−アルミニウムケイ酸ガラスであることが好ましい。デバイスは：波長範囲帯（λＲ，λｎ）を含む無導波光ビーム（２２）を提供するために光導波路（２４）からの入力光ビーム（２２）をコリメートするための、入力光導波路コリメータ（２０）；内部屈折率変調型回折格子（３０）を有する透明な感光性バルク光回折格子基材（２８）を含む、バルク内ブラッグ回折格子（２６）；少なくとも１つの波長範囲帯（λＲ，λｎ）を出力するための、少なくとも１つの出力結合器（３２）；及びバルク内ブラッグ回折格子（２６）を入力コリメータ（２０）及び出力結合器（３２）に対して確実に固定するための、基板構造体を備え、回折格子（２６）は無導波光ビーム（２２）の光路に配置されて、１つの波長範囲帯（λｎ）が回折格子（２６）を透過し、１つの波長範囲帯（λＲ）が回折格子（２６）により反射される。
2004512545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長範囲帯で使用するための光通信波長デバイスにおいて、前記デバイスが：
入力光導波路コリメータであって、少なくとも１つの反射性波長範囲帯λＲ及び少なくとも１つの波長範囲帯λｎを含む無導波入力光ビームを提供するために光導波路からの入力光ビームをコリメートする入力光導波路コリメータ；
バルク内ブラッグ回折格子であって、前記少なくとも１つの波長範囲帯λＲを反射するための回折格子パターンを有する内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなるバルク内ブラッグ回折格子；
少なくとも１つの出力結合器であって、少なくとも１つの出力波長範囲帯のための出力結合器である出力結合器；及び
前記バルク内ブラッグ回折格子を前記入力コリメータ及び前記出力結合器に対して確実に固定するための基板構造体であって、前記バルク内ブラッグ回折格子は前記無導波入力光ビームの光路に配置され、前記少なくとも１つの波長範囲帯λｎが前記バルク内ブラッグ回折格子を透過し、前記少なくとも１つの波長範囲帯λＲが前記バルク内ブラッグ回折格子により反射されるものである基板構造体；
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの出力結合器が前記少なくとも１つの反射性波長範囲帯λＲを出力するための反射出力波長範囲帯出力結合器を含み、前記反射出力波長範囲帯出力結合器は前記バルク内ブラッグ回折格子に対して配置され、前記少なくとも１つの波長範囲帯λＲが前記バルク内ブラッグ回折格子により前記反射波長範囲帯出力結合器に向けて反射されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの出力結合器が前記少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎを出力するための透過出力波長範囲帯出力結合器を含み、前記透過出力波長範囲帯出力結合器は前記バルク内ブラッグ回折格子に対して配置され、前記少なくとも１つの波長範囲帯λｎが前記バルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長範囲帯出力結合器に向かうことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つの出力結合器が前記少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎを出力するための透過出力波長範囲帯出力結合器をさらに含み、前記透過出力波長範囲帯出力結合器は前記バルク内ブラッグ回折格子に対して配置され、前記少なくとも１つの波長範囲帯λｎが前記バルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長範囲帯出力結合器に向かうことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記透明な感光性バルク光回折格子基材が感光性バルクガラスを含むことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記感光性バルクガラスが３０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記感光性バルクガラスが２０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記感光性バルクガラスが１５ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記感光性バルクガラスが１０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記感光性バルクガラスが５ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記バルク内ブラッグ回折格子がΔｎ＞１０−４の屈折率感度変調レベルを有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記屈折率変調レベルがΔｎ＞２×１０−４であることを特徴とする請求項１１に記載の光波長デバイス。
【請求項１３】
前記バルクガラスがアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記バルクガラスがゲルマニウムを含有する溶融ガラスであることを特徴とする請求項１３に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記バルクガラスが、溶融温度が≦１６５０℃の溶融ガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記バルクガラスが水素添加可能なガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記バルクガラスが、７０モル％以下のＳｉＯ２，２５モル％以上のＢ２Ｏ３，２モル％以上のＧｅＯ２，１０モル％未満のＡｌ２Ｏ３及び１０モル％未満のアルカリ金属を含む、２５０ｎｍより短い波長の光に感光するアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記バルクガラスが、４２〜６７モル％のＳｉＯ２，２〜１５モル％のＧｅＯ２，２５〜３６モル％のＢ２Ｏ３，２〜６モル％のＡｌ２Ｏ３及び、Ｒをアルカリ金属元素として、２〜６モル％のＲ２Ｏからなる組成を有することを特徴とする請求項１７に記載の光デバイス。
【請求項１９】
前記無導波入力光ビームがコリメートビーム幅ＢＷを有し、前記内部屈折率変調型回折格子が厚さＧＤを有し、ＧＤ＞ＢＷであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項２０】
前記デバイスが：
少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ１を反射するための回折格子パターンをもつ第２の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第２のバルク内ブラッグ回折格子；及び
第２の反射出力波長範囲帯出力結合器であって、前記第２の反射出力結合器は前記波長範囲帯λｎ１を出力するための結合器；
を備え：
前記第２のバルク内ブラッグ回折格子は前記λＲ反射バルク内ブラッグ回折格子に続いて配置され、前記第２のバルク内ブラッグ回折格子は前記無導波入力光ビームの光路に配置されて、少なくとも１つの波長範囲帯λｎが前記第２のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、前記波長範囲帯λｎ１が前記第２のバルク内ブラッグ回折格子により前記第２の反射出力結合器に向けて反射される；
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項２１】
前記デバイスが：
少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ２を反射するための回折格子パターンをもつ第３の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第３のバルク内ブラッグ回折格子；及び
第３の反射出力波長範囲帯出力結合器であって、前記第３の反射出力結合器は前記波長範囲帯λｎ２を出力するための結合器；
を備え：
前記第３のバルク内ブラッグ回折格子は前記第２のバルク内ブラッグ回折格子に続いて配置され、前記第３のバルク内ブラッグ回折格子は前記無導波入力光ビームの光路に配置されて、少なくとも１つの波長範囲帯が前記第３のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、前記波長範囲帯λｎ２が前記第３のバルク内ブラッグ回折格子により前記第３の反射出力結合器に向けて反射される；
ことを特徴とする請求項２０に記載の光デバイス。
【請求項２２】
前記デバイスが：
少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ３を反射するための回折格子パターンをもつ第４の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第４のバルク内ブラッグ回折格子；及び
第４の反射出力波長範囲帯出力結合器であって、前記第４の反射出力結合器は前記波長範囲帯λｎ３を出力するための結合器；
を備え：
前記第４のバルク内ブラッグ回折格子は前記第３のバルク内ブラッグ回折格子に続いて配置され、前記第４のバルク内ブラッグ回折格子は前記無導波入力光ビームの光路に配置されて、少なくとも１つの波長範囲帯が前記第４のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、前記波長範囲帯λｎ３が前記第４のバルク内ブラッグ回折格子により前記第４の反射出力結合器に向けて反射される；
ことを特徴とする請求項２１に記載の光デバイス。
【請求項２３】
前記バルク内ブラッグ回折格子基材が第１の入射／出射側面及び第２の入射／出射側面を有し、前記内部屈折率変調型回折格子が前記第１の側面から前記第２の側面に向かう規則列をなす複数の光誘起回折格子要素からなることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項２４】
前記無導波入力光ビームがビーム幅ＢＷを有し、前記回折格子基材が上表面及び下表面を有し、前記光誘起回折格子要素が前記上表面から前記下表面に向かう厚さ方向回折格子長ＧＤを有し、ＧＤ＞ＢＷであることを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
【請求項２５】
前記上表面が前記第１の側面及び前記第２の側面に垂直であることを特徴とする請求項２４に記載の光デバイス。
【請求項２６】
前記第１の側面が前記第２の側面に平行であることを特徴とする請求項２５に記載の光デバイス。
【請求項２７】
前記第１の側面が平面であることを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
【請求項２８】
前記第１の側面が曲面を含むことを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
【請求項２９】
前記デバイスが薄膜フィルタを備え、前記薄膜フィルタは通信波長を反射／透過するための交互積層誘電体からなることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３０】
前記薄膜フィルタが前記無導波入力光ビームの光路に前記バルク内ブラッグ回折格子に続いて配置されていることを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
【請求項３１】
前記薄膜フィルタが前記バルク光回折格子基材上に被着されていることを特徴とする請求項２９に記載の光デバイス。
【請求項３２】
前記デバイスが前記第１の入射／出射側面上に被着された交互積層誘電体薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
【請求項３３】
前記薄膜フィルタが前記第１の側面の一部分の上に被着されていることを特徴とする請求項３２に記載の光デバイス。
【請求項３４】
前記薄膜フィルタが前記第１の側面を被覆していることを特徴とする請求項３２に記載の光デバイス。
【請求項３５】
前記デバイスが前記第２の入射／出射側面上に被着された交互積層誘電体薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項２３に記載の光デバイス。
【請求項３６】
前記薄膜フィルタが前記第２の側面の一部分の上に被着されていることを特徴とする請求項３５に記載の光デバイス。
【請求項３７】
前記薄膜フィルタが前記第２の側面を被覆していることを特徴とする請求項３５に記載の光デバイス。
【請求項３８】
前記デバイスが前記第２の入射／出射側面上に被着された第２の薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項３２に記載の光デバイス。
【請求項３９】
前記バルクガラスが拡散により＜１０１８ Ｈ２分子／ｃｍ３まで低められた水素レベルを有することを特徴とする請求項１６に記載の光デバイス。
【請求項４０】
光通信波長デバイスの作成方法において、前記方法が：
コリメートされた無導波入力光ビームの光路をつくるための入力光導波路コリメータを提供する工程；
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程；
反射波長出力結合器及び透過波長出力結合器を提供する工程；及び
前記設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、前記コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、前記入力光導波路コリメータ、前記反射波長出力結合器及び前記透過波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程；
を含み：
反射波長が前記バルク内ブラッグ回折格子により前記反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が前記バルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長出力結合器に向かう；
ことを特徴とする方法。
【請求項４１】
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける前記工程が、回折格子放射光パターンにより前記透明な感光性バルク光回折格子基材の内部に屈折率変調型回折格子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける前記工程が、感光性バルクガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
感光性バルクガラスを提供する前記工程が、２５０ｎｍ吸収が３０ｄＢ／ｃｍより小さいバルクガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記感光性バルクガラスが２０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記感光性バルクガラスが１５ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記感光性バルクガラスが１０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記感光性バルクガラスが５ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
バルクガラスを提供する前記工程がアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
バルクガラスを提供する前記工程がゲルマニウムを含有する溶融ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
バルクガラスを提供する前記工程が、溶融温度が１６５０℃以下の溶融ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５１】
バルクガラスを提供する前記工程が、水素添加ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５２】
請求項４１に記載の方法において、前記方法が、前記回折格子放射光パターンを波長が２５０ｎｍより短い光で形成する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
回折格子放射光パターンにより前記バルク光回折格子基材の内部に屈折率変調型回折格子を形成する前記工程が、５０μｍより大きいコヒーレンス長を有するコヒーレント光ビームを発生し、前記回折格子放射光パターンを前記コヒーレント光ビームにより形成する工程を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項５４】
コヒーレント光ビームを発生する前記工程が、コヒーレンス長が１００μｍ以上のコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
コヒーレント光ビームを発生する前記工程が、コヒーレンス長が２００μｍ以上のコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
コヒーレント光ビームを発生する前記工程が、コヒーレンス長が３００μｍ以上のコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
コヒーレント光ビームを発生する前記工程が、コヒーレンス長が４００μｍ以上のコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける前記工程が、第１の入射／出射側面及び対向する第２の入射／出射側面を有し、前記第１の入射／出射側面が前記入力コリメータに近接し、前記第２の入射／出射側面が前記前記透過波長出力結合器に近接している、バルク光回折格子基材を提供する工程を含み、前記コリメートされた無導波入力光ビームの光路がビーム光路幅ＢＷを有し、前記第１の側面が第１の厚さ方向側面高さＦＳＨを有し、前記第２の側面が第２の厚さ方向側面高さＳＳＨを有して、ＦＳＨ＞ＢＷ及びＳＳＨ＞ＢＷであることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項５９】
前記バルク内ブラッグ回折格子が厚さ方向回折格子深さＧＤを有し、屈折率変調型回折格子を形成する前記工程が、ＣＬ＞ＧＤとなるコヒーレンス長ＣＬを有するコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記バルク内ブラッグ回折格子が厚さ方向回折格子深さＧＤを有し、屈折率変調型回折格子を形成する前記工程が、ＣＬ≧２ＧＤであるコヒーレンス長ＣＬを有するコヒーレント光ビームを発生する工程を含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記バルク光回折格子基材が前記第１の入射／出射側面に垂直な回折格子形成コヒーレント光入射面を備え、前記方法が、回折格子マスクを提供する工程、前記マスクを前記回折格子形成コヒーレント光入射面に近接して配置する工程、及び前記コヒーレント光ビームに前記マスクを透過させて前記バルク光回折格子基材に入射させる工程を含むことを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
バルク内ブラッグ回折格子を設ける前記工程が：
第１の入射／出射側面及び対向する第２の入射／出射側面、並びに第１の回折格子形成コヒーレント光入射面及び対向する第２の回折格子形成コヒーレント光入射面を有し、前記第１及び第２の回折格子形成コヒーレント光入射面は前記第１の入射／出射側面に垂直である、バルク光回折格子基材を提供する工程；
第１の回折格子位相マスク及び、前記第１の位相マスクに位置合せされた、対向する第２の回折格子位相マスクを含む、複マスク回折格子形成型を提供する工程；
前記第１の回折格子位相マスクを前記第１の回折格子形成コヒーレント光入射面に近接して配置し、前記第２の回折格子位相マスクを前記第２の回折格子形成コヒーレント光入射面に近接して配置する工程；及び
第１のコヒーレント光ビームを発生し、前記第１のコヒーレント光ビームに前記第１のマスクを透過させて前記バルク光回折格子基材に入射させ、第２のコヒーレント光ビームを発生し、前記第２のコヒーレント光ビームに前記第２のマスクを透過させて前記バルク光回折格子基材に入射させる工程；
を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項６３】
前記方法が：
第２の反射波長を反射するための第２のバルク内ブラッグ回折格子を透明な感光性バルク光回折格子基材に設ける工程；
第２の反射波長出力結合器を提供する工程；及び
前記設けられた第２のバルク内ブラッグ回折格子を、前記バルク内ブラッグ回折格子と前記透過波長出力結合器との間で、前記コリメートされた無導波光ビームの光路に、前記提供された第２の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程；
を含み：
前記第２の反射波長が前記第２のバルク内ブラッグ回折格子により前記第２の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が前記第２のバルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長出力結合器に向かう；
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項６４】
前記方法が：
第３の反射波長を反射するための第３のバルク内ブラッグ回折格子を透明な感光性バルク光回折格子基材に設ける工程；
第３の反射波長出力結合器を提供する工程；及び
前記設けられた第３のバルク内ブラッグ回折格子を、前記第２のバルク内ブラッグ回折格子と前記透過波長出力結合器との間で、前記コリメートされた無導波光ビームの光路に、前記提供された第３の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程；
を含み：
前記第３の反射波長が前記第３のバルク内ブラッグ回折格子により前記第３の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が前記第３のバルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長出力結合器に向かう；
ことを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記方法が：
第４の反射波長を反射するための第４のバルク内ブラッグ回折格子を透明な感光性バルク光回折格子基材に設ける工程；
第４の反射波長出力結合器を提供する工程；及び
前記設けられた第４のバルク内ブラッグ回折格子を、前記第３のバルク内ブラッグ回折格子と前記透過波長出力結合器との間で、前記コリメートされた無導波光ビームの光路に、前記提供された第４の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程；
を含み：
前記第４の反射波長が前記第４のバルク内ブラッグ回折格子により前記第４の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が前記第４のバルク内ブラッグ回折格子を透過して前記透過波長出力結合器に向かう；
ことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記方法が：
交互積層誘電体からなる薄膜フィルタを提供する工程；及び
前記薄膜フィルタを前記コリメートされた無導波入力光ビームの光路に配置する工程；
を含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項６７】
前記方法が、前記透明なバルク光回折格子基材上に交互積層誘電体薄膜フィルタを被着する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項６８】
前記方法が：
前記バルクガラスに水素分子を添加する工程；
添加された水素分子の前記バルクガラスからの外方拡散を抑制する工程；及び
回折格子放射光パターンにより前記水素分子添加バルクガラス内部に屈折率変調型回折格子を形成する工程；
を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項６９】
前記方法が、屈折率変調型回折格子を形成する前記工程の後に、添加された水素分子を前記バルクガラスから外方拡散させる工程を含むことを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
少なくとも１つの反射可能な波長を含む通信波長で動作させるための光通信用プレーナ型集積導波路回路デバイスにおいて、前記デバイスが、導波集積回路コア及び前記コアを被覆する導波集積回路クラッド層を支持するプレーナ導波路基板を備え、前記プレーナ導波路基板は透明な感光性バルク光回折格子基材からなり、前記透明な感光性バルク光回折格子基材は少なくとも１つの反射可能な波長を反射するための回折格子パターンをもつバルク内部屈折率変調型回折格子を内部に収容し、前記屈折率変調型回折格子は前記コアに近接しており、前記コアにより導波される反射可能な波長が前記屈折率変調型回折格子により反射されることを特徴とするデバイス。
【請求項７１】
前記透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ基板が感光性バルクガラスを含むことを特徴とする請求項７０に記載のデバイス。
【請求項７２】
前記バルクガラスプレーナ基板がアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項７１に記載のデバイス。
【請求項７３】
前記回折格子パターンが前記透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ基板の選択された部分にあることを特徴とする請求項７０に記載のデバイス。
【請求項７４】
前記透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ基板が前記コアにより導波される少なくとも第２の反射可能な波長を反射するための少なくとも第２の回折格子パターンを含むことを特徴とする請求項７０に記載のデバイス。
【請求項７５】
プレーナ型集積光導波路回路の作成方法において、前記方法が：
近コア側面を有する透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板を提供する工程；
導波集積回路コアを形成する工程及び前記コアを被覆する工程；
前記透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板に、前記近コア側面に近接してバルク内部屈折率変調型回折格子を形成する工程；
を含み：
前記コアにより導波される導波波長が前記屈折率変調型回折格子により操作される；
ことを特徴とする方法。
【請求項７６】
透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板を提供する前記工程が、感光性バルクガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
感光性バルクガラスを提供する前記工程が、アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
光導波路通信システムのための光半導体レーザデバイスにおいて、前記デバイスが：
光導波路システムにおいて利用される反射可能な波長λＲを発生するための光導波路システム半導体レーザ：
バルク内ブラッグレーザ回折格子であって、前記波長λＲを反射するための回折格子周期をもつ内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなるバルク内ブラッグレーザ回折格子；及び
前記バルク内ブラッグレーザ回折格子を前記半導体レーザに対して確実に固定するための基板構造体；
を備え：
前記半導体レーザで発生する前記波長λＲが前記バルク内ブラッグレーザ回折格子により反射されて前記半導体レーザに戻される；
ことを特徴とするデバイス。
【請求項７９】
前記透明な感光性バルク光回折格子基材が感光性バルクガラスを含むことを特徴とする請求項７８に記載のデバイス。
【請求項８０】
前記バルクガラスがアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項７９に記載のデバイス。
【請求項８１】
光導波路半導体レーザデバイスの作成方法において、前記方法が：
バルク内ブラッグレーザ回折格子を透明な感光性バルク光回折格子基材に設ける工程；
光導波路システム半導体レーザを提供する工程；及び
前記バルク光回折格子基材を前記半導体レーザに対して確実に固定配置する工程；
を含み：
前記半導体レーザにより発生される波長が前記バルク内ブラッグレーザ回折格子により反射されて前記半導体レーザに戻される；
ことを特徴とする方法。
【請求項８２】
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグレーザ回折格子を設ける前記工程が、感光性バルクガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記感光性バルクガラスを提供する前記工程がアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
複数の光波長範囲帯で動作させるための光通信波長光素子において、前記光素子が感光性バルクガラスの透明な感光性バルク光回折格子基材からなり、前記光素子は光を操作するための少なくとも１つの光素子光学面を有し、前記バルクガラスは少なくとも１つの波長範囲帯を反射するための内部屈折率変調型ブラッグ回折格子パターンを含むことを特徴とする光素子。
【請求項８５】
前記光素子光学面が曲面を含むことを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項８６】
前記光素子光学面が内部全反射面を含むことを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項８７】
前記光素子がレンズを含むことを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項８８】
前記光素子がプリズムを含むことを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項８９】
前記光素子光学面が前記バルクガラスで形成されていることを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項９０】
前記光素子光学面が前記バルクガラスに取り付けられた透明な光学材料からなることを特徴とする請求項８４に記載の光素子。
【請求項９１】
複マスク回折格子形成型において、前記回折格子形成型が第１の回折格子位相マスク及び対向する第２の回折格子位相マスク並びに位相マスク間隔固定構造体からなり、前記位相マスク間隔固定構造体が、前記第１の位相マスクを前記第２の位相マスクに位置合せして、前記第１の位相マスクと前記第２の位相マスクとの間に感光性光回折格子基材を受け入れるための感光性光回折格子基材受入空間を提供するために、前記第１の位相マスクを前記第２の位相マスクから離して確実に固定することを特徴とする複マスク回折格子形成型。
【請求項９２】
光導波路通信波長デバイスの作成方法において、前記方法が：
光導波路からのコリメートされた無導波入力光ビームの光路をつくるための入力光導波路コリメータを提供する工程；
透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程；
波長出力導波路結合器を提供する工程；及び
前記設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、前記コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、前記入力光導波路コリメータ及び前記出力結合器に対して確実に固定配置する工程；
を含み：
反射波長が前記バルク内ブラッグ回折格子により反射され、透過波長が前記バルク内ブラッグ回折格子を透過する；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関係特許出願へのクロスリファレンス
本出願は、ベンカタ・Ａ・バーガバチュラ（Ｖｅｎｋａｔａ Ａ． Ｂｈａｇａｖａｔｕｌａ），ニコラス・Ｆ・ボレッリ（Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｆ． Ｂｏｒｒｅｌｌｉ），モニカ・Ｋ・デイビス（Ｍｏｎｉｃａ Ｋ． Ｄａｖｉｓ）及びエドワード・Ｆ・マーフィー３世（Ｅｄｗａｒｄ Ｆ． Ｍｕｒｐｈｙ， ＩＩＩ）の、２０００年７月３１日に出願された、名称を「バルク内ブラッグ回折格子及び光デバイス」とする、米国仮特許出願第６０／２２１，７７０号の恩典を特許請求する。上記米国仮特許出願第６０／２２１，７７０号の明細書は参照として本明細書に含まれる。
【０００２】
本出願は、ニコラス・Ｆ・ボレッリ，ジョージ・Ｂ・ヘアーズ（Ｇｅｏｒｇｅ Ｂ． Ｈａｒｅｓ）及びシャーリーン・Ｍ・スミス（Ｃｈａｒｌｅｎｅ Ｍ． Ｓｍｉｔｈ）により、２０００年７月３１日に同時出願された、名称を「ＵＶ感光性溶融ゲルマノ−シリケートガラス」とする、米国仮特許出願第６０／２２１，８１１号に関係する。
【０００３】
発明の背景
本発明は全般的には遠距離光通信に利用されるフォトニックデバイスに関し、特に、ブラッグ回折格子を収容する感光性バルクガラス体を利用するフォトニックデバイスに関する。詳しくは、複数の波長範囲帯を導くためのフォトニックデバイスは、紫外感光性バルクガラス体、好ましくはバッチ溶融可能なアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸バルクガラス体から得られる。
【０００４】
バルクガラス体に形成された光屈折率ブラッグ回折格子パターンは、光の遠距離光通信波長を反射するために利用される。そのようなバルク内ブラッグ回折格子デバイスは、遠距離光通信用フォトニックデバイスの製造に対して経済上及び製造上の恩恵を提供する。
【０００５】
発明の概要
本発明は、複数の波長範囲帯で使用するための光通信波長デバイスを含み、本デバイスは：入力光導波路コリメータ、本入力光導波路コリメータは少なくとも１つの反射性通信波長範囲帯λＲ及び、λｎ１，λｎ２，λｎ３及びλｎ４を含むことが好ましい、少なくとも１つの通信波長範囲帯λｎを含む無導波入力光ビームを提供するために光導波路からの入力光ビームをコリメートする；バルク内無導波ブラッグ回折格子、本バルク内ブラッグ回折格子は少なくとも１つの波長範囲帯λＲを反射するための回折格子パターン周期を有する内部屈折率変調型回折格子を収容する透明な感光性バルク光回折格子基材からなる；少なくとも１つの出力結合器、本出力結合器は少なくとも１つの出力波長範囲帯を出力するための結合器である；並びにバルク内ブラッグ回折格子を入力コリメータ及び出力結合器に対して確実に固定するための基板構造体を備え、バルク内ブラッグ格子は無導波入力光ビームの光路に配置されており、少なくとも１つの波長範囲帯λｎがバルク内ブラッグ回折格子を透過し、少なくとも１つの波長範囲帯λＲがバルク内ブラッグ回折格子により反射される。
【０００６】
本発明はさらに光通信波長デバイスの作成方法を含み、本方法は：コリメートされた無導波入力光ビームの光路をつくるための入力光導波路コリメータを提供する工程；透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程；反射波長出力結合器及び透過波長出力結合器を提供する工程；及び設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、入力光導波路コリメータ、反射波長出力結合器及び透過波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、反射波長がバルク内ブラッグ回折格子により反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長がバルク内ブラッグ回折格子を透過して透過波長出力結合器に向かう。
【０００７】
本発明はさらに少なくとも１つの反射可能な波長を含む複数の通信波長で動作させるための光通信用プレーナ型集積導波路回路デバイスを含み、本デバイスは導波集積回路コア及びコアを被覆する導波集積回路クラッド層を支持するプレーナ導波路基板を含み、本プレーナ導波路基板は透明な感光性バルク光回折格子基材からなり、本透明な感光性バルク光回折格子基材は少なくとも１つの反射可能な波長を反射するための回折格子パターンを有する内部屈折率変調型バルク内ブラッグ回折格子を内部に収容し、本屈折率変調型回折格子はコアに近接し、コアで導波される反射可能な波長が屈折率変調型回折格子により反射される。
【０００８】
本発明はさらにプレーナ型集積光導波路回路の作成方法を含み、本方法は：近コア側面を有する透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板を提供する工程；導波集積回路コアを形成し、コアをクラッド層で被覆する工程；及びバルク内屈折率変調型ブラッグ回折格子を近コア側面に近接して透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板に形成する工程を含み、コアで導波される導波波長が屈折率変調型回折格子により操作されて反射される。
【０００９】
本発明はさらに光導波路通信システムのための光導波路半導体レーザデバイスを含み、本デバイスは：光導波路システムで利用される反射可能な波長λＲを発生するための、ポンプレーザまたは信号レーザであることが好ましい、光導波路システム半導体レーザ；バルク内ブラッグレーザ回折格子、本バルク内ブラッグレーザ回折格子は波長λＲを反射するための回折格子周期を有する内部屈折率変調型回折格子を収容する透明な感光性バルク光回折格子基材からなる；及びバルク内ブラッグレーザ回折格子を半導体レーザに対して確実に固定するための基板構造体を備え、半導体レーザで発生される波長λＲがバルク内ブラッグレーザ回折格子により反射されて半導体レーザに戻される。半導体レーザデバイスは信号レーザまたはポンプレーザを含むことが好ましい。
【００１０】
本発明はさらに光導波路半導体レーザデバイスの作成方法を含み、本方法は：透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグレーザ回折格子を設ける工程；光導波路システム波長を発生するための光導波路システム半導体レーザを提供する工程；及びバルク光回折格子基材を半導体レーザに対して確実に固定配置する工程を含み、半導体レーザで発生される波長がバルク内ブラッグレーザ回折格子により反射されて半導体レーザに戻される。
【００１１】
本発明はさらに複数の光波長範囲帯で動作させるための光通信波長光素子を含み、本光素子は：感光性バルクガラスであることが好ましい、透明な感光性バルク光回折格子基材からなり、光素子は光を操作するための光素子光学面を少なくとも１つ有し、バルクガラスは少なくとも１つの波長範囲帯を反射するための内部屈折率変調型ブラッグ回折格子パターンを収容する。
【００１２】
本発明はさらに複マスク回折格子形成型を含み、本回折格子形成型は：第１の回折格子位相マスク及び対向する第２の回折格子位相マスク並びに位相マスク間隔固定構造体を含み、本位相マスク間隔固定構造体は、第１の位相マスクを第２の位相マスクと位置合せして、第１のマスクと第２のマスクとの間に感光性光回折格子基材を受け入れるための感光性光導波路基材受入空間を提供するために第１の位相マスクを第２の位相マスクから離して確実に固定する。
【００１３】
本発明はさらに光導波路通信波長デバイスの作成方法を含み、本方法は：光導波路からのコリメートされた無導波入力光ビームの光路をつくるための入力光導波路コリメータを提供する工程；透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程；波長出力導波路結合器を提供する工程；設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、入力光導波路コリメータ及び出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、反射波長がバルク内ブラッグ回折格子により反射され、透過波長がバルク内ブラッグ回折格子を透過する。一実施形態においては反射波長が出力される。別の実施形態においては透過波長が出力される。また別の実施形態においては、反射波長が第１の出力結合器に出力され、透過波長が第２の出力結合器に出力される。
【００１４】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は複数の波長範囲帯で使用するための光通信波長デバイスを含む。本通信波長デバイスは、少なくとも１つの反射性通信波長範囲帯λＲ及び少なくとも１つの通信波長範囲帯λｎを含む無導波入力光ビームを提供するために光導波路からの入力光ビームをコリメートするための入力光導波路コリメータを備える。本デバイスはさらに、少なくとも１つの波長範囲帯λＲを反射するための回折格子パターンを有する内部屈折率変調型回折格子を収容する透明な感光性バルク光回折格子基材からなるバルク内ブラッグ回折格子を備える。本デバイスは少なくとも１つの出力波長範囲帯を出力するための少なくとも１つの出力結合器を備える。本デバイスは、バルク内ブラッグ回折格子を無導波入力光ビームの光路に配して、バルク内ブラッグ回折格子を入力コリメータ及び出力結合器に対して確実に固定するための基板構造体を備え、少なくとも１つの波長範囲帯λｎがバルク内ブラッグ回折格子を透過し、少なくとも１つの波長範囲帯λＲがバルク内ブラッグ回折格子により反射される。好ましい実施形態において、本デバイスは光通信用デマルチプレクサ／マルチプレクサを含む。別の実施形態において、本デバイスは利得平坦化フィルタを含む。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態を示す。入力光導波路コリメータ２０は、光導波路２４から入力光ビーム２２をつくる。バルク内ブラッグ回折格子２６は、内部屈折率変調型回折格子３０を有する透明な感光性バルク光回折格子基材２８からなる。出力結合器３２は、反射出力波長範囲帯出力結合器３４及び透過出力波長範囲帯結合器３６を含む。反射出力結合器３４はバルク内ブラッグ回折格子２６に対して配置され、λＲが内部屈折率変調型回折格子３０により出力結合器３４に向けて反射される。透過出力結合器３６はバルク内ブラッグ回折格子２６及び入力ビーム２２に対して配置され、λｎが回折格子２６を透過して出力結合器３６に入る。図２は、反射出力結合器だけがλＲを出力するために利用される、本発明の一実施形態を示す。そのような実施形態は、透過波長λｎを出力する必要がない場合に、λＲを分離するために利用することができる。透過波長λｎが出力され、波長λＲはバルク内ブラッグ回折格子２６により分離されるが出力はされない、別の実施形態が図３に示される。
【００１６】
図４及び４ａは、バルク内ブラッグ回折格子２６の好ましい実施形態を示す。透明な感光性バルク光回折格子基材２８は感光性バルクガラス３８であることが好ましい。内部屈折率変調型回折格子３０のパターンは、光誘起放射光回折格子パターンを用いて感光性ガラス３８の内部に光誘起形成される。光誘起放射光回折格子パターンは放射光パターンに露光されたガラスの屈折率変化を誘起する。図４ａは図４の断面図である。感光性バルクガラス３８は３０ｄＢ／ｃｍより小さい２５０ｎｍ吸収を有することが好ましい。バルクガラス３８の２５０ｎｍ吸収は、２０ｄＢ／ｃｍ未満であることが好ましく、１５ｄＢ／ｃｍ未満であることがさらに好ましく、５ｄＢ／ｃｍ未満であることが一層好ましい。そのようなガラス吸収により、有益な回折格子特性が得られ、２５０ｎｍ以下のＵＶ（紫外）波長における放射光パターンによる回折格子の形成が可能になる。バルクガラス３８内の内部屈折率変調型回折格子３０の屈折率感度変調レベルはΔｎ＞１０−４であることが好ましい。屈折率変調レベルはΔｎ＞２×１０−４であることがさらに好ましい。好ましい実施形態において、感光性バルクガラス３８は、ゲルマニウムを含有し、水素（Ｈ２）添加が可能な、アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスである。アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスは、好ましくは溶融温度が１６５０℃以下の、溶融ガラスであることが好ましい。バルクガラス３８は、７０モル％以下のＳｉＯ２，２５モル％以上のＢ２Ｏ３，２モル％以上のＧｅＯ２，１０モル％未満のＡｌ２Ｏ３、及び１０モル％未満のアルカリ金属を含む、２５０ｎｍより波長が短い光に感光するアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスであることが好ましい。バルクガラス３８は、４２〜６７モル％のＳｉＯ２，２〜１５モル％のＧｅＯ２，２５〜３６モル％のＢ２Ｏ３，２〜６モル％のＡｌ２Ｏ３及び、Ｒをアルカリ金属元素として、２〜６モル％のＲ２Ｏからなる組成を有することがさらに好ましい。
【００１７】
図５に示されるように、無導波入力光ビーム２２はコリメートビーム幅ＢＷを有する。内部屈折率変調型回折格子３０は、ＧＤ＞ＢＷの、厚さ方向回折格子深さＧＤを有する。厚さ方向回折格子深さＧＤは、第１の入射／出射側面４０及び対向する第２の入射／出射側面４２を有し、第１の側面４０から第２の側面に向かう規則列をなす複数の光誘起回折格子要素４４からなる内部屈折率変調型回折格子３０を有する、バルク内ブラッグ回折格子基材２８の上表面から延びることが好ましい。図６に示されるように、回折格子基材２８は上表面４８及び下表面５０を有する。無導波入力ビーム２２はビーム幅ＢＷを有する。光誘起回折格子要素４４は表面４８から表面５０への方向に長さがＧＤの回折格子深さを有し、ＧＤ＞ＢＷである。上表面４８は第１の側面４０及び第２の側面４２に対して垂直であることが好ましく、第１の側面４０が第２の側面４２に対して平行であることがさらに好ましい。第１の入射／出射側面４０が平面であり、第２の入射／出射側面４２が平面であることが好ましい。代替実施形態において、第１及び／または第２の入射／出射側面４０，４２は曲面を含むことができる。側面全体をバルクレンズ素子のように曲面とすることができ、あるいは側面の一部だけを曲面とするか、あるいはレンズアレイのような多重曲面とすることができる。曲面は、例えば、研削、仕上及び研摩により、回折格子基材２８から形成することができ、あるいは光回折格子基材に接着される別の光学材料とすることができる。
【００１８】
本発明の一実施形態において、光通信用導波路デバイスは、通信波長を反射／透過するための交互積層誘電体でつくられた薄膜フィルタを備える。１つより多い薄膜フィルとを本発明に用いることができる。薄膜フィルタは、薄膜フィルタが入射光ビームに対して動作できる、無導波入力光ビーム２２の光路に配置される。薄膜フィルタはバルク内ブラッグ回折格子２６に続いて配置されることが好ましい。図７に示されるように、薄膜フィルタ５２はバルク光回折格子基材２８上に被着することができる。薄膜フィルタ５２は、薄膜フィルタが側面全体を被覆するように第１の入射／出射側面４０上に被着することができ、あるいは側面４０の一部分だけの上に被着することができる。薄膜フィルタ５２は、薄膜フィルタが側面全体を被覆するように第２の入射／出射側面４２上に被着することができ、あるいは側面４２の一部分だけの上に被着することができる。薄膜フィルタ５２は入射／出射側面４０及び４２の両者の上に被着することができる。
【００１９】
バルク内ブラッグ回折格子２６は水素添加バルクガラス３８から形成されることが好ましく、ここで回折格子パターンは、バルクガラスが十分な量の、好ましくは少なくとも１×１０１８ Ｈ２分子／ｃｍ３，さらに好ましくは少なくとも１×１０１９ Ｈ２分子／ｃｍ３の水素分子を含む場合に、バルクガラスに形成される。回折格子要素４４がバルクガラスに形成された後に、バルク内ブラッグ回折格子２６が拡散により＜１０１８ Ｈ２分子／ｃｍ３まで低下した水素レベルを有するバルクガラス３８に収容されるように、添加された水素のバルクガラスからの外方拡散がおこされ、促進される。そのような低下した水素レベルは、例えば無水素雰囲気または低水素雰囲気中への、水素ガスの外方拡散を可能にすることにより得られる。
【００２０】
図８に示されるように、本発明のバルク内ブラッグ回折格子光デバイスは、少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ１を反射するための回折格子パターンを有する第２の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第２のバルク内ブラッグ回折格子、及び第２の反射出力波長範囲帯出力結合器を備える。第２の反射出力結合器は波長範囲帯λｎ１を出力する。第２のバルク内ブラッグ回折格子はλＲ反射ブラッグ回折格子に続いて配置される。第２のバルク内ブラッグ回折格子は無導波入力光ビームの光路に配置され、少なくとも１つの波長範囲帯λｎが第２のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、波長範囲帯λｎ１が第２のバルク内ブラッグ回折格子により第２の反射出力結合器に向けて反射される。
【００２１】
図９に示されるように、本発明のバルク内ブラッグ回折格子光デバイスは、少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ２を反射するための回折格子パターンを有する第３の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第３のバルク内ブラッグ回折格子２６、及び第３の反射出力波長範囲帯出力結合器を備える。第３の反射出力結合器は波長範囲帯λｎ２を出力する。第３のバルク内ブラッグ回折格子は第２のバルク内ブラッグ回折格子に続いて無導波入力光ビームの光路に配置され、少なくとも１つの波長範囲帯が第３のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、波長範囲帯λｎ２が第３のバルク内ブラッグ回折格子により第３の反射出力結合器に向けて反射される。
【００２２】
図１０に示されるように、バルク内ブラッグ回折格子光デバイスは、少なくとも１つの透過波長範囲帯λｎ３を反射するための回折格子パターンを有する第４の内部屈折率変調型回折格子を含む透明な感光性バルク光回折格子基材からなる第４のバルク内ブラッグ回折格子、及び第４の反射出力波長範囲帯出力結合器を備える。第４の反射出力結合器は波長範囲帯λｎ３を出力する。第４のバルク内ブラッグ回折格子は第３のバルク内ブラッグ回折格子に続く。第４のバルク内ブラッグ回折格子は無導波入力光ビームの光路に配置され、少なくとも１つの波長範囲帯が第４のバルク内ブラッグ回折格子を透過し、波長範囲帯λｎ３が第４のバルク内ブラッグ回折格子により第４の反射出力結合器に向けて反射される。
【００２３】
本発明はさらに光通信波長デバイスの作成方法を含み、本方法は：コリメートされた無導波入力光ビーム２２の光路をつくるための入力光導波路コリメータ２０を提供する工程；透明な感光性バルク光導波路基材２８にバルク内ブラッグ回折格子２６を設ける工程；反射波長出力結合器３４及び透過波長出力結合器３６を提供する工程；及び設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、入力光導波路コリメータ、反射波長出力結合器及び透過波長出力結合器に対して、確実に固定配置する工程を含み、反射波長がバルク内ブラッグ回折格子により反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長がバルク内ブラッグ回折格子を透過して透過波長出力結合器に向かう。透明な感光性バルク光回折格子基材２８にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程は、回折格子放射光パターン１００により、屈折率変調型回折格子３０を感光性バルク光回折格子基材２８の内部に形成する工程を含むことが好ましい。回折格子放射光パターンは干渉パターンであることが好ましく、マスクで形成された回折格子パターンであることが好ましい。図１１〜１２に示されるように、回折格子パターンは位相マスク及びコリメートされたレーザビームで形成されることが好ましい。透明な感光性バルク光回折格子基材２８にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程は、感光性バルクガラス３８を提供する工程を含むことが好ましい。感光性バルクガラス３８を提供する工程は、２５０ｎｍ吸収が３０ｄＢ／ｃｍより小さいバルクガラスを提供する工程を含むことが好ましく、２５０ｎｍ吸収は、２０ｄＢ／ｃｍより小さいことがさらに好ましく、１５ｄＢ／ｃｍより小さいことが一層好ましく、１０ｄＢ／ｃｍより小さいことがさらに一層好ましく、５ｄＢ／ｃｍより小さいことが最も好ましい。
【００２４】
バルクガラスを提供する工程はアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラス、好ましくはゲルマニウムを含有する溶融ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。バルクガラスを提供する工程は溶融温度が≦１６５０℃の溶融ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。バルクガラスを提供する工程は水素添加ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、本方法は２５０ｎｍより波長の短い光１０１により回折格子放射光パターン１００を形成する工程を含むことが好ましい。回折格子放射光パターン１００によりバルク光回折格子基材内部に屈折率変調型回折格子を形成する工程は、コヒーレンス長が＞５０μｍの連続波ＣＷレーザからのレーザ光のような２５０ｎｍより波長の短いコヒーレント光ビーム１０１を発生する工程及びコヒーレント光ビーム１０１により回折格子放射光パターンを形成する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
コヒーレント光ビームを発生する工程は、コヒーレンス長が好ましくは≧１００μｍ、さらに好ましくは≧２００μｍ、一層好ましくは≧３００μｍ、最も好ましくは≧４００μｍのコヒーレント光ビームを発生する工程であることが好ましい。図３〜６に示されるように、透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程は、第１の入射／出射側面４０及び対向する第２の入射／出射側面４２を有し、第１の入射／出射側面が入力コリメータに近接し、第２の入射／出射側面が透過波長出力結合器に近接し、コリメートされた無導波入力光ビームの光路がビーム幅ＢＷを有し、第１の側面４０が第１の厚さ方向側面高さＦＳＨを有し、第２の側面４２が第２の厚さ方向側面高さＳＳＨを有し、ＦＳＨ＞ＢＷ及びＳＳＨ＞ＢＷである、バルク光回折格子基材を提供する工程を含むことが好ましい。
【００２６】
バルク内ブラッグ回折格子は厚さ方向回折格子深さＧＤを有し、回折格子を形成する工程は、ＣＬ＞ＧＤであるコヒーレンス長ＣＬを有する、２５０ｎｍより波長の短いコヒーレント光ビーム１０１を発生する工程を含むことが好ましい。ＧＤ＞ＢＷ，ＧＤ＜ＦＳＨまたはＳＳＨであることが好ましい。バルク内部ブラッグ回折格子は厚さ方向深さＧＤを有し、回折格子を形成する工程は、ＣＬ≧２ＧＤであるコヒーレンス長ＣＬを有する、２５０ｎｍより波長の短いコヒーレント光ビーム１０１を発生する工程を含むことがさらに好ましい。バルク光回折格子基材は第１の入射／出射側面４０に垂直な上部回折格子形成コヒーレント光入射面４８を備え、本方法は、回折格子位相マスク２００を提供する工程、回折格子位相マスクを回折格子形成コヒーレント光入射面４８に近接して配置する工程及びコヒーレント光ビーム１０１にマスク２００を透過させてバルク光回折格子基材２８に入射させる工程を含むことが好ましい。バルク内ブラッグ回折格子２８を提供する工程は、第１の入射／出射側面４０及び対向する第２の入射／出射側面４２並びに第１の回折格子形成コヒーレント光入射面４８及び対向する第２の回折格子形成コヒーレント光入射面５０を有する、バルク光回折格子基材２８を提供する工程を含むことが好ましい。第１及び第２の回折格子形成コヒーレント光入射面は第１の入射／出射側面に垂直であることが好ましい。本実施形態は：第１の回折格子位相マスク２００及び第１の位相マスク２００に位置合せされた対向する第２の回折格子位相マスク２０１を含む、複マスク回折格子形成型５００を提供する工程；第１の回折格子位相マスク２００を第１の回折格子形成コヒーレント光入射面４８に近接させ、第２の回折格子位相マスク２０１を第２の回折格子形成コヒーレント光入射面５０に近接させて配置する工程；並びに、回折格子パターン及びバルク内ブラッグ回折格子を形成するために、第１のコヒーレント光ビーム１０１を発生し、第１のコヒーレント光ビーム１０１に第１のマスク２００を透過させてバルク光回折格子基材に入射させる工程及び、第２のコヒーレント光ビーム１０１を発生し、第２のコヒーレント光ビーム１０１に第２のマスク２０１を透過させてバルク光回折格子基材に入射させる工程を含む。
【００２７】
図８に示されるように、本方法は、透明な感光性バルク光回折格子基材に第２の反射波長を反射するための第２のバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程、第２の反射波長出力結合器を提供する工程及び設けられた第２のバルク内ブラッグ回折格子を、バルク内ブラッグ回折格子と透過波長出力結合器との間で、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、提供された第２の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、第２の反射波長が第２のバルク内ブラッグ回折格子により第２の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が第２のバルク内ブラッグ回折格子を透過して透過波長出力結合器に向かう。
【００２８】
図９に示されるように本方法は、透明な感光性バルク光回折格子基材に第３の反射波長を反射するための第３のバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程、第３の反射波長出力結合器を提供する工程及び設けられた第３のバルク内ブラッグ回折格子を、第２のバルク内ブラッグ回折格子と透過波長出力結合器との間で、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、提供された第３の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、第３の反射波長が第３のバルク内ブラッグ回折格子により第３の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長が第３のバルク内ブラッグ回折格子を透過して透過波長出力結合器に向かう。
【００２９】
図１０に示されるように本方法は、透明な感光性バルク光回折格子基材に第４の反射波長を反射するための第４のバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程、第４の反射波長出力結合器を提供する工程及び設けられた第４のバルク内ブラッグ回折格子を、第３のバルク内ブラッグ回折格子と透過波長出力結合器との間で、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、提供された第４の反射波長出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、第４の反射波長は第４のバルク内ブラッグ回折格子により第４の反射波長出力結合器に向けて反射され、透過波長は第４のバルク内ブラッグ回折格子を透過して透過波長出力結合器に向かう。
【００３０】
一実施形態において本方法は：薄膜フィルタ５２を提供する工程、本薄膜フィルタは交互積層誘電体からなる；及び薄膜フィルタをコリメートされた無導波光ビーム２２の光路に配置する工程を含む。図７に示されるように、薄膜フィルタはバルク内ブラッグ回折格子２６に取り付けられることが好ましく、薄膜フィルタ５２は回折格子２６上に直接に被着形成されることが好ましい。あるいは、薄膜フィルタ５２を回折格子２６から物理的に離しておくことができる。
【００３１】
好ましい実施形態において、本方法は交互積層誘電体薄膜フィルタを透明なバルク光回折格子基材上に被着する工程を含む。本方法は、バルクガラス３８に水素分子を添加する工程及び添加された水素分子のバルクガラス３８からの外方拡散を抑制する工程及び回折格子放射光パターン１００により水素分子添加バルクガラス内部に屈折率変調型回折格子を形成する工程を含むことが好ましい。上記工程には、屈折率変調型回折格子３０を形成する工程の後に、添加された水素分子をバルクガラスから外方拡散させる工程が続くことが好ましい。
【００３２】
別の実施形態において、本発明は少なくとも１つの反射可能な波長を含む通信波長で動作させるための光通信用プレーナ型集積導波路回路デバイス６００を含み、本プレーナ型デバイス６００は導波集積回路コア６０２及びコア６０２を被覆する導波集積回路クラッド層６０３を支持するプレーナ導波路基板６０１を備える。プレーナ導波路基板６０１は透明な感光性バルク光回折格子基材２８であり、透明な感光性バルク光回折格子基材２８は少なくとも１つの反射可能な波長を反射するための回折格子パターンを有するバルク内屈折率変調型ブラッグ回折格子を内部に収容し、屈折率変調型回折格子はコア６０２に近接しており、コアにより導波される反射可能な波長が屈折率変調型回折格子により反射される。図１５，１５ａ，１６，１６ａはプレーナ型デバイス６００を示し、図１５ａは断面図であり、図１６ａは断面図である。
【００３３】
透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ基板６０１は感光性バルクガラス３８からなることが好ましい。バルクガラスプレーナ基板６０１は溶融アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスであることが好ましい。
【００３４】
本発明の実施形態において、回折格子パターンは基板の選択された領域にあって、好ましくは複数の回折格子パターンを有し、あるいは回折格子パターンが基板全面にわたって存在することができる。基板は、コアにより導波される少なくとも第２の反射可能な波長を反射するために少なくとも第２の回折格子パターンを含むことが好ましい。
【００３５】
本発明はさらにプレーナ型集積光導波路回路６００の作成方法を含む。本方法は、近コア側面６５０を有する透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板６０１を提供する工程、導波集積回路コア６０２を形成する工程、コアをクラッド層６０３で被覆する工程及びバルク内屈折率変調型ブラッグ回折格子６０６を近コア側面６５０に近接して透明な感光性バルク光回折格子基材プレーナ導波路基板６０１に形成する工程を含み、コア６０２により導波される導波波長が屈折率変調型回折格子６０６により操作される。
【００３６】
本方法は感光性バルクガラス３８を提供する工程を含むことが好ましく、感光性バルクガラス３８を提供する工程は溶融アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。
【００３７】
本発明は光導波路通信システム用の光導波路半導体レーザデバイス７００を含み、その一実施形態が図１７〜１７ａに示される。一実施形態において、レーザデバイスはポンプレーザである。別の実施形態において、レーザデバイスは信号レーザである。半導体レーザデバイス７００は：光導波路システムに利用される反射可能な波長λＲを発生するための光導波路システム半導体レーザ７０２；バルク内ブラッグレーザ回折格子２６、本バルク内ブラッグレーザ回折格子２６は波長λＲを反射するための回折格子周期を有する内部屈折率変調型回折格子３０を含む透明な感光性バルク光回折格子基材２８からなる；及びバルク内ブラッグレーザ回折格子２６を半導体レーザ７０２に対して確実に固定するための基板構造体７１０を備え、半導体レーザで発生される波長λＲがバルク内部ブラッグレーザ回折格子２６により反射されて半導体レーザ７０２に戻される。透明な感光性バルク光回折格子基材２８は感光性バルクガラス３８を含むことが好ましく、感光性バルクガラスはアルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを含むことが好ましい。そのようなデバイス７００は、λＲが回折格子２６によりレーザに戻されるから、λＲを中心とする有用なレーザ出力を発生する。ブラッグレーザ回折格子は光を操作するための光素子形状及び光学面を有することが好ましい。回折格子は曲面を備え、レンズを含むことが好ましい。
【００３８】
本発明は光導波路半導体レーザデバイス７００の作成方法を含む。本方法は、透明な感光性バルク光回折格子基材２８にバルク内ブラッグレーザ回折格子２６を設ける工程、光導波路システム半導体レーザ７０２を提供する工程及びバルク光導波路基材２８を半導体レーザ７０２に対して確実に固定配置する工程を含み、半導体レーザ７０２で発生される波長がバルク内ブラッグレーザ回折格子２６により反射されて半導体レーザ７０２に戻される。
【００３９】
本方法に含まれる感光性バルクガラス３８からなる透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグレーザ回折格子２６を設ける工程は、感光性バルクガラス３８を提供する工程を含むことが好ましく、感光性バルクガラスは溶融アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸ガラスを含むことが好ましい。
【００４０】
図１８〜２０ａに示されるように、本発明は複数の光波長範囲帯で動作させるための光通信波長光素子８００をさらに含み、光素子８００は感光性バルクガラス３８からなる透明な感光性バルク光回折格子基材２８からなり、光素子は光を操作するための少なくとも１つの光素子光学面８０１を有し、バルクガラス３８は少なくとも１つの波長範囲帯を反射するための内部屈折率変調ブラッグ回折格子パターンを含む。光素子光学面８０１は曲面を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、光素子光学面８０１は、光素子８００を図２０〜２０ａに示されるようなプリズムとすることにより、好ましくは平面の、内部全反射面を含む。図１８，１８ａ，１９，１９ａに示されるように、曲面８０１はレンズを含む。図１９〜１９ａに示されるように、光素子は回折格子３０の反射率を利用する複数のレンズをもつレンズアレイを備える。光素子光学面８０１は、例えば基材２８の研削、プレスまたは成形された表面のように、バルクガラスから形成されることが好ましい。あるいは、光素子光学面８０１はガラス基材２８に接着により取付けられた透明な光学材料からなる。
【００４１】
図１３〜１４に示されるように、本発明は複マスク回折格子形成型５００を含み、回折格子形成型５００は第１の回折格子位相マスク２００及び対向する第２の回折格子位相マスク２０１並びに位相マスク間隔固定構造体５０１からなり、位相マスク間隔固定構造体５０１は、第１の位相マスク２００を第２の位相マスク２０１に位置合せして、第１と第２のマスクの間に感光性光回折格子基材２８の受入れのための感光性光回折格子基材受入空間５０２を提供するために第１の位相マスクを第２の位相マスクから離して確実に固定する。
【００４２】
本発明は光導波路通信波長デバイスの作成方法を含む。本方法は、光導波路からコリメートされた無導波入力光ビームの光路をつくるための入力光導波路コリメータを提供する工程、透明な感光性バルク光回折格子基材にバルク内ブラッグ回折格子を設ける工程、波長出力導波路結合器を提供する工程及び設けられたバルク内ブラッグ回折格子を、コリメートされた無導波入力光ビームの光路に、入力光導波路コリメータ及び出力結合器に対して確実に固定配置する工程を含み、反射波長がバルク内ブラッグ回折格子により反射され、透過波長がバルク内ブラッグ回折格子を透過する。
【００４３】
実施例
図１１〜１２ａに示されるように、水素を添加したゲルマニウム感光性アルカリ金属−ホウ素−アルミニウム−ケイ酸バルクガラス試料でバルク内ブラッグ回折格子を作成した。直方体ブロックの形状のバルクガラス試料を利用した。図１２ａに示されるように、クロスリファレンスに挙げた特許出願明細書のＵＶ感光性溶融ゲルマニウム−ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２ ５１モル％，ＧｅＯ２ ７．５モル％，ＬｉＯ２ ２．６モル％，Ａｌ２Ｏ３ ３．２モル％及びＢ２Ｏ３ ３５．１モル％）のガラス５ｇのバルクガラス試料を、屈折率パターンをつくるために、１５５０ｎｍにおけるブラッグ条件を満たすような周期を有する位相マスクを利用して、２４４ｎｍＣＷレーザを用い、広表面を通して露光した（０．３５Ｗ，３０〜６０分間）。回折格子長は２．５ｍｍとした。回折格子の反射率及び透過率が図１２に示される。図１２ａは露光の配置構成並びに反射率及び透過率の測定を示す。回折格子透過率の測定値（２．５ｍｍ長回折格子における３０〜４０％の反射率に対応する１．５〜２ｄＢの減少）から計算すると、１５５０ｎｍにおける変調屈折率変化は０．１２〜０．１４×１０−３である。図２１は本発明にしたがう回折格子の反射スペクトルを示す。
【００４４】
本発明のバルク内ブラッグ回折格子の反射率は、少なくとも２５％であることが好ましく，少なくとも５０％であることがさらに好ましく，少なくとも９９．９％であることが最も好ましい。バルク内回折格子は、＞９００ｎｍであることが好ましく、＞１２００ｎｍであることがさらに好ましく、＞１４００ｎｍであることが一層好ましく、１５５０ｎｍ範囲のように＞１５００ｎｍであることが最も好ましい、遠距離通信利用波長を反射する。バルク内ブラッグ回折格子にはクラッド層モードが存在しないことが有利である。バルク内ブラッグ回折格子は５０ＧＨｚもの狭いチャネル間隔あるいはさらに狭いチャネル間隔を有することが好ましい。
【００４５】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が特許請求項及びそれら等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態を示す
【図２】
λＲを出力するために反射出力結合器が利用される本発明の一実施形態を示す
【図３】
本発明の一実施形態を示す
【図４】
本発明にしたがうバルク内ブラッグ回折格子の好ましい実施形態を示す
【図４ａ】
本発明にしたがうバルク内ブラッグ回折格子の好ましい実施形態を示す
【図５】
コリメートビーム幅がＢＷの無導波入力光ビームを有する本発明の一実施形態を示す
【図６】
本発明の一実施形態を示す
【図７】
薄膜フィルタを備えるバルク光回折格子基材を含む本発明の一実施形態を示す
【図８】
本発明の一実施形態を示す
【図９】
本発明の一実施形態を示す
【図１０】
本発明の一実施形態を示す
【図１１】
本発明にしたがう方法を示す
【図１２】
本発明にしたがう回折格子の反射率及び透過率を示す
【図１２ａ】
本発明にしたがう方法及び露光の配置構成並びに図１２の反射率／透過率測定を示す
【図１３】
本発明にしたがう複マスク回折格子形成型を示す
【図１４】
本発明にしたがう方法を示す
【図１５】
本発明の一実施形態を示す
【図１５ａ】
図１５の本発明の一実施形態の断面図を示す
【図１６】
本発明の一実施形態を示す
【図１６ａ】
図１６の本発明の一実施形態の断面図を示す
【図１７】
本発明の一実施形態を示す
【図１７ａ】
本発明の一実施形態を示す
【図１８】
本発明の一実施形態を示す
【図１８ａ】
本発明の一実施形態を示す
【図１９】
本発明の一実施形態を示す
【図１９ａ】
本発明の一実施形態を示す
【図２０】
本発明の一実施形態を示す
【図２０ａ】
本発明の一実施形態を示す
【図２１】
本発明にしたがう回折格子の反射スペクトルを示す
【符号の説明】
２０　　入力光導波路コリメータ
２２　　無導波光ビーム
２４　　光導波路
２６　　バルク内ブラッグ回折格子
２８　　透明な感光性バルク光回折格子基材
３０　　内部屈折率変調型回折格子
３２　　出力結合器
３４　　反射出力波長範囲帯出力結合器
３６　　透過出力波長範囲帯出力結合器
３８　　感光性バルクガラス体
４０，４２　　入射／出射側面
４４　　光誘起回折格子要素
【図１１】
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【図１２】
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【図１２ａ】
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【図１４】
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【図２１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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