(57)【要約】【課題】光学特性が安定しかつ信頼性が高いアレイ導波路回折格子型光合分波器を提供すること。【解決手段】第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、第２スラブ導波路に接続された複数の第２入出力導波路と、を有し、第１スラブ導波路または第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、アレイ導波路回折格子チップの下面に接合されアレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、切断面で離隔された下地板の領域に掛け渡されるように設けられ、アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材とを備え、補償部材は表面処理された表面の部分において接着剤にて接着されている。【選択図】図１
2013254070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、
前記アレイ導波路回折格子チップの下面に接合され、前記アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、
前記切断面で離隔された前記下地板の領域に掛け渡されるように設けられ、温度変化に応じて伸縮して前記切断されたアレイ導波路回折格子チップのそれぞれの間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、
を備え、前記補償部材は、表面の少なくとも一部に表面処理が施されており、かつ前記表面処理された表面の部分において前記下地板に接着剤にて接着されていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項２】
光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、
前記切断されたアレイ導波路回折格子チップの各断片の間に掛け渡されるように設けられ、温度変化に応じて伸縮して前記各断片の間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、
を備え、前記補償部材は、表面の少なくとも一部に表面処理が施されており、かつ前記表面処理された表面の部分において前記各断片に接着剤にて接着されていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項３】
前記アレイ導波路回折格子チップと、前記下地板とは、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する前記切断面において２つに切断されて、固定片および可動片を構成し、
前記固定片が接合されるとともに前記可動片が当接される基準板と、前記可動片が前記基準板上をスライドできるように前記基準板と前記可動片とを挟持するクリップと、をさらに備え、
前記補償部材は、前記固定片と前記可動片との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項４】
前記補償部材は、前記固定片の前記下地板と前記可動片の前記下地板との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする請求項３に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項５】
前記基準板の表面が、前記可動片が当接される領域において凹凸処理されていることを特徴とする請求項３または４に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項６】
前記補償部材は、表面の全面に表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項７】
前記補償部材はアルミニウムからなり、前記表面処理は陽極酸化処理であり、前記表面には陽極酸化皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項８】
前記陽極酸化皮膜は全面において封孔処理が施されていることを特徴とする請求項７に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項９】
前記陽極酸化皮膜は、少なくとも前記接着面において封孔処理が施されていないことを特徴とする請求項７に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項１０】
前記封孔処理は純水を用いた封孔処理であることを特徴とする請求項８または９に記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項１１】
前記補償部材は、カップリング剤を介して前記接着剤にて接着されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項１２】
前記アレイ導波路回折格子チップは、前記アレイ導波路回折格子の輪郭形状に沿った形状を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つに記載のアレイ導波路回折格子型光合分波器と、
前記アレイ導波路回折格子型光合分波器を収容する筐体と、
を備えることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路回折格子型光合分波器およびアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アレイ導波路回折格子（Arrayed  Waveguide  Grating：ＡＷＧ）を利用した波長合分波器は、構成材料である石英系ガラスの屈折率に温度依存性があるため、透過中心波長に温度依存性が生じることが知られている。
【０００３】
石英系ガラスからなるＡＷＧの透過中心波長の温度依存性ｄλ／ｄＴは、０．０１１ｎｍ／℃であり、Ｄ−ＷＤＭ（Dense-Wavelength  Division  Multiplexing）光伝送システムで使用するためには、無視できない大きな値となっている。
【０００４】
温度依存性を解消するために、電力を用いる加熱素子や冷却素子によってＡＷＧの温度を一定に制御する技術がある。しかしながら、近年多様化が進むＤ−ＷＤＭ光伝送システムにおいては、ＡＷＧに対して、電力を必要としないアサーマル化（温度無依存化）が強く求められている。
【０００５】
補償部材を用いてアサーマル化を実現したアレイ導波路回折格子型光合分波器（以下、適宜ＡＷＧ型光合分波器と記載する）が特許文献１、２に開示されている。特許文献１、２のＡＷＧ型光合分波器は、ＡＷＧチップを、スラブ導波路を横断するように切断し、切断により分離した部分間を掛け渡すように所定の熱膨張係数を有する補償部材を設けた構成を有する。このＡＷＧ型光合分波器の温度が変化した場合には、補償部材が伸縮し、分離した部分間の相対位置を変化させる。この相対位置の変化量は、温度変化に依存した透過中心波長のシフトが補償されるような変化量に調整されている。これによって、ＡＷＧ型光合分波器のアサーマル化が実現されている。このようなＡＷＧ型光合分波器は、通常は金属等からなる筐体に収容されてモジュール化され、ＡＷＧ型光合分波器モジュールとして使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７６４１０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２３７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＡＷＧ型光合分波器については、温度変化があっても透過中心波長等の光学特定が安定するとともに、長期にわたって安定した光学特性が維持される、信頼性が高いものが求められている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学特性が安定しかつ信頼性が高いアレイ導波路回折格子型光合分波器およびこれを用いたアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュール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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、前記アレイ導波路回折格子チップの下面に接合され、前記アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って少なくとも一部で切断された下地板と、前記切断面で離隔された前記下地板の領域に掛け渡されるように設けられ、温度変化に応じて伸縮して前記切断されたアレイ導波路回折格子チップのそれぞれの間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、を備え、前記補償部材は、表面の少なくとも一部に表面処理が施されており、かつ前記表面処理された表面の部分において前記下地板に接着剤にて接着されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、光が入出力される第１入出力導波路と、前記第１入出力導波路に接続された第１スラブ導波路と、前記第１スラブ導波路に接続され、互いに長さが異なり並列に配列された複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路に接続された第２スラブ導波路と、前記第２スラブ導波路に接続された、光が入出力される複数の第２入出力導波路と、を有し、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断されたアレイ導波路回折格子チップと、前記切断されたアレイ導波路回折格子チップの各断片の間に掛け渡されるように設けられ、温度変化に応じて伸縮して前記各断片の間の相対位置を変えることにより、前記アレイ導波路回折格子の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する補償部材と、を備え、前記補償部材は、表面の少なくとも一部に表面処理が施されており、かつ前記表面処理された表面の部分において前記各断片に接着剤にて接着されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記アレイ導波路回折格子チップと、前記下地板とは、前記第１スラブ導波路または前記第２スラブ導波路を横断する前記切断面において２つに切断されて、固定片および可動片を構成し、前記固定片が接合されるとともに前記可動片が当接される基準板と、前記可動片が前記基準板上をスライドできるように前記基準板と前記可動片とを挟持するクリップと、をさらに備え、前記補償部材は、前記固定片と前記可動片との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記補償部材は、前記固定片の前記下地板と前記可動片の前記下地板との間に掛け渡されるように設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記基準板の表面が、前記可動片が当接される領域において凹凸処理されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記補償部材は、表面の全面に表面処理が施されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記補償部材はアルミニウムからなり、前記表面処理は陽極酸化処理であり、前記表面には陽極酸化皮膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記陽極酸化皮膜は全面において封孔処理が施されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記陽極酸化皮膜は、少なくとも前記接着面において封孔処理が施されていないことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記封孔処理は純水を用いた封孔処理であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記補償部材は、カップリング剤を介して前記接着剤にて接着されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器は、上記発明において、前記アレイ導波路回折格子チップは、前記アレイ導波路回折格子の輪郭形状に沿った形状を有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュールは、上記発明のアレイ導波路回折格子型光合分波器と、前記アレイ導波路回折格子型光合分波器を収容する筐体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光学特性が安定しかつ信頼性が高いアレイ導波路回折格子型光合分波器およびこれを用いたアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュールを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。
【図２】図２は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器の背面図である。
【図３】図３は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】図５は、図４の一部拡大図である。
【図６】図６は、剥離試験を説明する図である。
【図７】図７は、剥離試験の結果を示す図である。
【図８】図８は、実施例および比較例のＡＷＧ型光合分波器の回路パラメータを示す図である。
【図９】図９は、ＰＣＴ前後での比較例のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長の変動の温度依存性を示す図である。
【図１０】図１０は、ＰＣＴ前後での実施例のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長の変動の温度依存性を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係るＡＷＧ型光合分波器モジュールの模式的な上面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係るアレイ導波路回折格子型光合分波器およびアレイ導波路回折格子型光合分波器モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００の模式的な上面図である。図２は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００の背面図である。図３は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００のＸ−Ｘ線断面図である。
【００２６】
図１〜３に示すように、ＡＷＧ型光合分波器１００は、ＡＷＧチップ１０と、下地板２０と、基準板３０と、クリップ４０と、補償部材５０とを備えている。
【００２７】
ＡＷＧチップ１０は、シリコンや石英ガラス等からなる基板上に、石英系ガラスからなり、ＡＷＧ１０Ａを構成する各導波路、すなわち、光が入出力される第１入出力導波路１０Ａａと、第１入出力導波路１０Ａａに接続された第１スラブ導波路１０Ａｂと、第１スラブ導波路１０Ａｂに接続されたアレイ導波路１０Ａｃと、アレイ導波路１０Ａｃに接続された第２スラブ導波路１０Ａｄと、第２スラブ導波路１０Ａｄに接続され、光が入出力される複数の第２入出力導波路１０Ａｅとが形成された平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）チップである。
【００２８】
アレイ導波路１０Ａｃは、互いに長さが異なるチャネル導波路が所定のピッチで並列に配列されたものである。各チャネル導波路は円弧状に屈曲しており、かつ円弧の内周側から外周側に向かって長さが長くなる順に配列されている。隣接するチャネル導波路の光路長の差は同一である。また、チャネル導波路の数は、入力されるＷＤＭ信号光のチャネル数に応じて設定されている。 
【００２９】
第１スラブ導波路１０Ａｂおよび第２スラブ導波路１０Ａｄは直線状に形成されている。また、第１入出力導波路１０Ａａおよび複数の第２入出力導波路１０Ａｅはアレイ導波路１０Ａｃとは逆の方向に円弧状に屈曲している。複数の第２入出力導波路１０Ａｅの数は、使用するＷＤＭ信号光のチャネル数に設定されており、たとえば４０本である。また、ＡＷＧチップ１０は、ＡＷＧ１０Ａの輪郭形状に沿って屈曲した形状（ブーメラン形状）を有している。
【００３０】
下地板２０は、図３に示すように、ＡＷＧチップ１０の下面に接着剤６１によって接合されている。接着剤６１はたとえばエポキシ系の紫外線硬化型の接着剤である。下地板２０は、たとえば石英系ガラスからなる。下地板２０はＡＷＧチップ１０と線膨張係数が略同一である材料からなるものが好ましいが、特に限定はされない。
【００３１】
ＡＷＧチップ１０と下地板２０とは、接合された状態で切断面Ｃにおいて２つに切断され、固定片７１と可動片７２とに分離している。切断面Ｃは、第１スラブ導波路１０Ａｂの長手方向に略垂直な方向に沿って第１スラブ導波路１０Ａｂを横断し、かつ途中で略９０度だけ屈曲している。ここで、分離したＡＷＧチップ１０および下地板２０のうち、固定片７１に含まれるものをそれぞれＡＷＧチップ断片１１、下地板片２１とする。また、可動片７２に含まれるものをそれぞれＡＷＧチップ断片１２、下地板片２２とする。固定片７１と可動片７２とは切断面Ｃにより形成される溝Ｇを隔てて配置されている。第１スラブ導波路１０Ａｂにおける溝Ｇによる反射や光損失を抑制するために、溝Ｇにはマッチングオイルやマッチンググリースを充填することが好ましい。
【００３２】
基準板３０は、図３に示すように、固定片７１が接合されるとともに可動片７２が当接される。すなわち、固定片７１は、表面の所定領域３１に固定片７１が、たとえばエポキシ系の紫外線硬化型接着剤等で接合されている。一方、可動片７２は、固定片７１には接合されていない。基準板３０を構成する材料は特に限定されないが、たとえば石英ガラスからなるものを用いることができる。
【００３３】
クリップ４０は、図１、２に示すように、基準板３０と可動片７２とを挟持するものである。これによって、基準板３０と可動片７２とに図３に示すような押圧力Ｆ１が印加されるが、この押圧力Ｆ１は、可動片７２が基準板３０上をスライドできる程度の大きさとする。クリップ４０は、たとえばいわゆるゼムクリップと同様に、スチール等の金属からなる１本の棒体を折り曲げて形成されたものを使用することができる。
【００３４】
補償部材５０は、板状であり、固定片７１と可動片７２との間に掛け渡されるように設けられ、固定片７１と可動片７２とにそれぞれ接着剤によって接合されている。また、補償部材５０は、第１スラブ導波路１０Ａｂにおける切断面Ｃと略平行に延伸している。なお、本実施の形態１では、ＡＷＧチップ１０がＡＷＧ１０Ａの形状に沿ったブーメラン形状をしているので、ＡＷＧチップ１０には補償部材５０を接合するスペースが無い。そのため、補償部材５０は下地板片２１、２２に接合されている。補償部材５０は、アルミニウム（たとえば、純アルミニウム（ＪＩＳ：Ａ１０５０））の表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）をしたものである。
【００３５】
補償部材５０についてさらに説明する。図４は、図１に示すＡＷＧ型光合分波器１００のＹ−Ｙ線断面図である。図４に示すように、補償部材５０は、アルミニウム部材５１の表面の全面にアルマイト処理により陽極酸化皮膜（アルマイト被膜）５２を形成したものである。補償部材５０は、固定片７１に含まれる下地板片２１と可動片７２に含まれる下地板片２２とにそれぞれ接着剤６２によって接着されている。接着剤６２はたとえばエポキシ系の紫外線硬化型の接着剤である。
【００３６】
図５は、図４の一部拡大図である。図５に示すように、アルマイト皮膜５２の表面には多数の孔５２ａが形成されているが、これらの孔５２ａは封孔処理によって封孔膜５２ｂを形成して塞がれている。
【００３７】
上記のアルマイト処理の方法としては、硫酸を用いた陽極酸化処理や、リン酸を用いた陽極酸化処理等の公知の方法を使用することができる。また、染料を用いない白アルマイト処理が好ましいが、特に限定はされない。また、封孔処理の方法としては、酢酸ニッケルを用いた方法や、純水や水蒸気を用いた方法等の公知の方法を使用することができる。
【００３８】
つぎに、このＡＷＧ型光合分波器１００の動作について説明する。
ＡＷＧ型光合分波器１００のＡＷＧチップ１０では、第１入出力導波路１０Ａａから、波長が互いに信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光が入力されると、第１スラブ導波路１０Ａｂは第１入出力導波路１０Ａａから入力されたＷＤＭ信号光を回折により広げてアレイ導波路１０Ａｃに入力させる。アレイ導波路１０Ａｃは、ＷＤＭ信号光に含まれる信号光に位相差を付加して第２スラブ導波路１０Ａｄに入力させる。第２スラブ導波路１０Ａｄは、アレイ導波路１０Ａｃによって付加された位相差によって、波長の異なる各信号光を複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれに集光させる。その結果、複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれからは、互いに波長の異なる信号光が分波されて出力される。このように、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光分波器として機能する。
【００３９】
一方、複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれから波長の異なる信号光を入力した場合は、光の相反性によって上記した作用と逆の作用が生じ、第１入出力導波路１０Ａａからは、複数の第２入出力導波路１０Ａｅから入力された信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光が出力される。この場合、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光合波器として機能する。したがって、ＡＷＧ型光合分波器１００は波長多重光合分波器として機能する。
【００４０】
ここで、通常のＡＷＧチップでは、ＡＷＧチップを構成する材料の屈折率に温度依存性があるため、ＡＷＧチップが温度変化すると、複数の第２入出力導波路のそれぞれに集光する光の波長が、本来集光されるべき波長からシフトする。その結果、ＡＷＧチップの光透過中心波長はシフトしてしまう。
【００４１】
これに対して、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００では、ＡＷＧ型光合分波器１００の温度変化に応じて補償部材５０が方向Ｄで伸縮することによって可動片７２をスライドさせて、固定片７１と可動片７２との相対位置を変えることにより、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償する。これによって、ＡＷＧ型光合分波器１００のアサーマル化が実現されている。
【００４２】
さらに、補償部材５０は、第１スラブ導波路１０Ａｂにおける切断面Ｃと略平行に延伸しているので、その伸縮の方向Ｄも切断面Ｃと略平行である。したがって、補償部材５０が伸縮した場合にも溝Ｇの幅が殆ど変化しない。その結果、補償部材５０が伸縮してもＡＷＧ型光合分波器１００の光学特性は変動せずに安定する。
【００４３】
なお、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償するための補償部材５０による位置補正量ｄｘは、ＡＷＧチップ１０の回路パラメータ等を用いて、以下の式（１）により設定することができる。
【００４４】
【数１】
2013254070.tif 000003
Ｌｆは第１スラブ導波路１０Ａｂの焦点距離、ΔＬはアレイ導波路１０Ａｃにおける隣接するチャネル導波路間の光路差、ｄはアレイ導波路１０Ａｃにおける隣接するチャネル導波路間のピッチ、ｎｓは第１スラブ導波路１０Ａｂの実効屈折率、ｎｇはアレイ導波路１０Ａｃの群屈折率、ｄλ／ｄＴは透過中心波長の温度依存性（たとえば０．０１１ｎｍ／℃）、ΔＴは温度変化量である。また、λ０は第１スラブ導波路１０Ａｂにおいて回折角が０度になる波長であり、ＡＷＧの中心波長と呼ばれるものである。
【００４５】
温度変化量がΔＴの場合に、可動片７２が式（１）で示される位置補正量ｄｘだけスライドするように補償部材５０の線膨張係数と長さとを設定することによって、ＡＷＧチップ１０の光透過中心波長の温度依存シフトを補償することができる。
【００４６】
また、特に、補償部材５０は、アルミニウム部材５１の表面の全面に、アルマイト処理によってアルマイト皮膜５２を形成したものなので、表面が活性化されている。補償部材５０は、活性化された表面において接着剤６２にて下地板片２１および下地板片２２に接着しているため、下地板片２１および下地板片２２への接着強度がより高くなる。その結果、温度変化に対する補償部材５０の伸縮長さの再現性が良く、ＡＷＧ型光合分波器１００の光学特性が安定する。
【００４７】
さらに、アルマイト皮膜５２は、大気に含まれる水分等によるアルミニウム部材５１の経時的な変質を防止する効果を発揮する。
【００４８】
以下、具体的に説明する。本発明者らは、補償部材を備えるＡＷＧ型光合分波器の信頼性を鋭意検討した結果、大気中の水分によって補償部材が酸化等によって経時的に変質し、その熱膨張係数が変化する場合があることを発見した。さらに、この熱膨張係数の変化が発生した場合、温度変化によるＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長のシフトを補償するための補償部材の伸縮量が、補償部材の当初の熱膨張係数に従って設計した値からずれてしまう。その結果、時間が経過するにつれて所望のアサーマル特性が得られなくなることを発見した。
【００４９】
これに対して、本実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００では、補償部材５０にアルマイト皮膜５２が形成されているので、アルミニウム部材５１の経時的な変質が防止される。その結果、ＡＷＧ型光合分波器１００は、長期にわたって安定した透過中心波長等の光学特性が維持され、信頼性が高いものとなる。
【００５０】
また、クリップ４０は、押圧力Ｆ１を印加して基準板３０と可動片７２とを挟持している。その結果、補償部材５０が伸縮して固定片７１と可動片７２との相対位置が変化しても、ＡＷＧ型光合分波器１００の光軸が変動せずに維持されるので、光学特性も安定する。
【００５１】
また、本実施の形態１では、固定片７１を基準板３０に接合しているので、クリップ４０は可動片７２のみを基準板３０に押圧すればよい。これによって、クリップ４０が印加すべき押圧力Ｆ１は小さくてよい。その結果、クリップ４０として小型で簡略なものを使用できるので、部品コストが低減される。また、クリップ４０は可動片７２のみを基準板３０に押圧すればよいので、押さえ基板のような複雑かつ高価な部品を使用しなくてもよくなり、より低コストかつ小型にできる。
【００５２】
さらに、本実施の形態１では、クリップ４０で挟持すべき可動片７２の方が、基準板３０に接合した固定片７１よりも質量が小さいので、クリップ４０としてより小型で簡略なものを使用できる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態に係るＡＷＧ型光合分波器１００は、光学特性が長期にわたって安定し、信頼性が高いものであり、かつ小型、低コストなものである。
【００５４】
なお、上述したように、補償部材５０の下地板片２１、２２との接着面をアルマイト処理することによって接着強度を高める効果を得ることができる。このように接着強度を高める効果を得るためには、補償部材５０の表面のうち、少なくとも接着面となるべき部分の面をアルマイト処理すればよい。以下、接着強度を高める効果を確認するために、以下のような剥離試験を行った。図６は、剥離試験を説明する図である。ここでは、３ｍｍ角の純アルミニウムからなるアルミニウム板材２４０をエポキシ系の紫外線硬化型接着剤２６２にて石英ガラス板２２０に接着した試料２００を作製し、アルミニウム板材２４０に側圧力Ｆ２を印加して、アルミニウム板材２４０が石英ガラス板２２０から剥離する側圧力Ｆ２の大きさ（剥離強度）を測定した。
【００５５】
剥離強度は、試料２００に温度１２０℃、湿度１００％、２０時間の湿熱試験（Pressure  Cooker  Test：ＰＣＴ）を行った後の試料と、行う前の初期状態の試料とで測定を行った。また、アルミニウム板材としては、アルマイト処理をしない試料、硫酸を用いて表面全面をアルマイト処理し、かつ純水封孔処理を施した試料、硫酸を用いて表面全面をアルマイト処理したが、封孔処理を施さない試料を各５個ずつ準備した。また、アルマイト処理し、封孔処理を施さない試料については、アルマイト処理後数十時間以内に接着を行って作製した試料を準備した。硫酸を用いたアルマイト処理は、硫酸濃度１０質量％の硫酸を用い、電圧を数Ｖとして１０分間行った。これによって、厚さが約５〜６μｍのアルマイト皮膜が形成される。また、純水封孔処理は、ｐＨ５．５〜６．０の純水を用いて、温度を９０℃として３０分間行った。
【００５６】
図７は、剥離試験の結果を示す図である。剥離強度の値は、試験した５個の平均値（単位はｋｇｆ／ｃｍ２）である。図７に示すように、アルマイト処理無しのものは、初期状態の剥離強度が比較的低い値（基準値とする）であり、かつＰＣＴ後の剥離強度がきわめて低い値（基準値の約１／１０）となった。これに対して、アルマイト処理有り、かつ純水封孔処理を施したものは、初期状態でも、剥離強度がアルマイト処理無しの試料の場合よりも高く（基準値の約１．４倍）、かつ、ＰＣＴ前後で剥離強度は大きく劣化せずに同等（基準値の約１．７倍）であった。また、アルマイト処理有り、かつ封孔処理無しのものは、ＰＣＴ前後のいずれにおいても、剥離強度がアルマイト処理無しおよび純水封孔した試料の場合よりも高かった（ＰＣＴ前後で劣化せずに同等であり、それぞれ基準値の約２．１倍、約２．４倍）。ここで、剥離強度が高い程接着強度が高いと考えられるので、アルミニウム板材のアルマイト処理によって接着強度を高くすることができることが確認された。
【００５７】
なお、封孔処理をしない場合には、補償部材へのアルマイト処理後に短時間で接着を行う方が、下地板片に対する接着強度を高くするためには好ましい。また、補償部材の下地板片への接着面に封孔処理をすると、アルマイト処理後の時間経過によって下地板片への接着強度が変化することが抑制されるので、接着強度のばらつきを抑制する点では好ましい。
このように、補償部材の下地板片に対する接着強度を高めることで、補償部材が伸縮を繰り返した場合にも高い再現性が得られ、長期にわたって安定した透過中心波長等の光学特性が維持され、信頼性が高いものとなる。
【００５８】
つぎに、ＡＷＧチップ１０の製造方法について説明する。まず、シリコンや石英ガラス等からなる基板上に、火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition：ＦＨＤ）法により、下部クラッド層およびコア層となるシリカ材料（ＳｉＯ２系のガラス粒子）を順次堆積し、堆積層を加熱して溶融透明化する。つぎに、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとを用いて、複数のＡＷＧ１０Ａの導波路パターンにコア層を形成する。つぎに、再びＦＨＤ法により、導波路パターンの上部および側部を覆うように上側部クラッド層を形成する。
【００５９】
つぎに、基板上に、第１入出力導波路１０Ａａ、第１スラブ導波路１０Ａｂ、アレイ導波路１０Ａｃ、第２スラブ導波路１０Ａｄ、および複数の第２入出力導波路１０ＡｅからなるＡＷＧを複数形成したものを、ＣＯ２レーザを用いてＡＷＧの輪郭形状に沿った切断線に沿って切断する。これによって、ＡＷＧの輪郭形状に沿ったブーメラン形状のＡＷＧチップ１０を得ることができる。なお、切断は、ＣＯ２レーザに限らず種々の加工用のレーザやウォータージェット等を用いて行ってもよい。
【００６０】
このように、基板上にＡＷＧを高密度に複数形成し、ＡＷＧの輪郭形状に沿ったブーメラン形状に切断してＡＷＧチップ１０を得ることによって、ＡＷＧを含む矩形状に基板を切断する場合よりも、１つの基板からより多数のＡＷＧチップ１０を得ることができる。これによってＡＷＧチップ１０を低コストに製造することができる。
【００６１】
（実施例および比較例）
本発明の実施例および比較例として、図１に示す実施の形態１の構成のＡＷＧ型光合分波器を製造した。図８は、実施例および比較例のＡＷＧ型光合分波器の回路パラメータを示す図である。この回路パラメータを用いて、補償部材の長さを１８．０ｍｍに設定した。なお、補償部材としては、実施例については、純アルミニウム（ＪＩＳ：Ａ１０５０）板材の表面全面をアルマイト処理し、さらに純水封孔処理をしたものを用いた。硫酸を用いたアルマイト処理は、硫酸濃度１０質量％の硫酸を用い、電圧を数Ｖとして１０分間行った。これによって、厚さが約５〜６μｍのアルマイト皮膜が形成される。また、純水封孔処理は、ｐＨ５．５〜６．０の純水を用いて、温度を９０℃として３０分間行った。また、比較例については、純アルミニウム板材に特に表面処理をしないものを用いた。
【００６２】
製造した実施例および比較例のＡＷＧ型光合分波器について、透過中心波長の変動の温度依存性を測定し、その後、温度１２０℃、湿度１００％、５０時間のＰＣＴを行った後に再び透過中心波長の変動の温度依存性を測定した。
【００６３】
図９は、ＰＣＴ前後での比較例のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長の変動の温度依存性を示す図である。図９に示すように、ＰＣＴ前のＡＷＧ型光合分波器は、−５℃〜７０℃の広い温度範囲において透過中心波長の変動が約±０．０１０ｎｍであり、きわめて良好な温度特性を有していたが、ＰＴＣ後には、２０℃における透過中心波長が約０．０２ｎｍずれてしまい、さらに−５℃〜７０℃の温度範囲における透過中心波長の変動が約±０．０２５ｎｍであり、変動が大きかった。また、変動の温度依存性は、高温側で変動が大きくなるような傾斜が生じているが、これはＰＣＴによって補償部材の一部に錆びが発生し、補償部材の線膨張係数が初期の状態から変化したためと考えられる。さらに、補償部材を透明な下地板側から顕微鏡で観察したところ、補償部材と下地板との接着面に剥離が生じていた。
【００６４】
これに対して、図１０は、ＰＣＴ前後での実施例のＡＷＧ型光合分波器の透過中心波長の変動の温度依存性を示す図である。図１０に示すように、ＰＣＴ前のＡＷＧ型光合分波器は、−５℃〜７０℃の広い温度範囲において透過中心波長の変動が約±０．０１０ｎｍであり、きわめて良好な温度特性を有しており、かつＰＴＣ後についても、ＰＴＣ前とほとんど同等のきわめて良好な温度特性を有しており、耐湿熱性が高いことが確認された。
【００６５】
（実施の形態２）
図１１は、実施の形態２に係るＡＷＧ型光合分波器モジュールの模式的な上面図である。図１１に示すように、ＡＷＧ型光合分波器モジュール１０００は、実施の形態１に係るＡＷＧ型光合分波器１００を筐体１００１に収容したものである。
【００６６】
筐体１００１には、光コネクタ１００２が取り付けられた光ファイバテープ１００３が接続されている。光ファイバテープ１００３はＡＷＧ型光合分波器１００に信号光を入出力させるためのものである。光ファイバテープ１００３に含まれる１本の光ファイバ心線１００４は、光コネクタ１００５を介してＡＷＧチップ１０の第１入出力導波路１０Ａａに接続している。光ファイバテープ１００３に含まれる光ファイバテープ１００６を構成している複数本の光ファイバ心線のそれぞれは、光コネクタ１００７を介してＡＷＧチップ１０の複数の第２入出力導波路１０Ａｅのそれぞれに接続している。
【００６７】
このＡＷＧ型光合分波器モジュール１０００では、長期にわたって安定した透過中心波長等の光学特性が維持され、耐湿熱性が高く信頼性が高いＡＷＧ型光合分波器１００を用いているので、従来のＡＷＧ型光合分波器モジュールのように筐体を気密封止（ハーメチックシール）してＡＷＧ型光合分波器を収容しなくても、十分に耐湿熱性が高く信頼性が高いものである。通常の気密封止は筐体の蓋を溶接等で固着することによって実現されているため、筐体の高コスト化およびそれによるＡＷＧ型光合分波器モジュールの高コスト化の問題があったが、このＡＷＧ型光合分波器モジュール１０００では筐体を気密封止しなくてもよいため、きわめて低コスト化が可能である。
【００６８】
なお、上記実施の形態では、接着剤としてエポキシ系の紫外線硬化型接着剤を用いているが、熱硬化性の接着剤を用いてもよい。また、下地板と補償部材とを接着剤で接着する際に、補償部材の表面を有機溶剤およびプラズマ等で洗浄すれば、表面の濡れ性が向上し、より接着強度が高まるので好ましい。また、下地板および補償部材の表面にシランカップリング剤等のカップリング剤を塗布し、カップリング剤を介して接着剤で接着すれば、より接着強度が高まるので好ましい。
【００６９】
また、上記実施の形態では、ＡＷＧチップを切断して分離したうちの質量が小さい方を可動片としてクリップで押圧するようにしているが、質量が大きい方を可動片としてクリップで押圧するようにしてもよい。すなわち、分離したＡＷＧチップの一方のみをクリップで基準板に押圧し、他方は基準板に接合固定することによって、クリップを小型で簡略なものとすることができる。
【００７０】
また、上記実施の形態では、第１スラブ導波路を切断して分離しているが、第２スラブ導波路、または第１スラブ導波路および第２スラブ導波の両方を切断して分離するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態において、可動片をスムーズにスライドさせるために、基準板の表面にフロスト処理等の凹凸処理をしたり、溝を設けたりして、窪み部を形成してもよい。このような窪み部は、可動片と基準板との接触面積を減少させるようなものであれば、その態様は特に限定はされない。また、溝を設ける場合は、その延伸方向はＡＷＧチップの切断面に沿う方向に限られず、切断面に垂直の方向でもよい。
【００７２】
また、下地板、基準板の構成材料は、石英ガラスに限られない。下地板、基準板の構成材料の線膨張係数を考慮して補償部材の長さを決定すれば、金属、半導体、セラミックスなどの種々の材料を用いることができる。
【００７３】
また、補償部材も、アルミニウムにアルマイト処理を施したものに限定されず、銅などの他の金属に変質を防止するための表面処理を施したものでもよい。
【００７４】
また、ＡＷＧチップと下地板とを接合する位置および補償部材を掛け渡す位置も、実施の形態のものに限られず、補償部材の伸縮によって切断されたＡＷＧチップの位置が相対的に変化できるような位置であればよい。
【００７５】
さらに、上記実施の形態では、アレイ導波路回折格子チップと下地板とが、第１スラブ導波路を横断する切断面において２つに切断して固定片および可動片としている。しかしながら、下地板は必ずしも完全に切断されていなくてもよく、アレイ導波路回折格子チップの切断面に沿って一部で切断され、一部で接続されていてもよい。この場合、切断面で離隔された下地板の領域に補償部材を掛け渡す構成とすると、補償部材が伸縮した場合は、接続された部分を支点にして、離隔した部分間の相対位置が変化することとなる。これによって、切断したアレイ導波路回折格子チップの断片間の相対位置が変化することとなる。相対位置の変化量は、温度変化に依存した透過中心波長のシフトが補償されるような変化量に調整すればよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、基板をＡＷＧの輪郭形状に沿って切断し、ブーメラン形状のＡＷＧチップを得ているが、基板を矩形に切断して矩形のＡＷＧチップを得るようにしてもよい。さらに、ＡＷＧチップにスペースがあれば、補償部材は分離した２つのＡＷＧチップ断片の間に掛け渡すように設けてもよく、下地板は備えなくてもよい（たとえば、特許文献２参照）。
【００７７】
図１２は、本発明の実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器の模式的な上面図である。図１２に示すように、本実施の形態３に係るＡＷＧ型光合分波器３００は、ＡＷＧチップ８０と、補償部材９０とを備えており、下地板は備えないものである。
【００７８】
ＡＷＧチップ８０は、シリコンや石英ガラス等からなる基板上に、石英系ガラスからなり、ＡＷＧ８０Ａを構成する各導波路、すなわち、光が入出力される第１入出力導波路８０Ａａと、第１入出力導波路８０Ａａに接続された第１スラブ導波路８０Ａｂと、第８スラブ導波路８０Ａｂに接続されたアレイ導波路８０Ａｃと、アレイ導波路８０Ａｃに接続された第２スラブ導波路８０Ａｄと、第２スラブ導波路８０Ａｄに接続され、光が入出力される複数の第２入出力導波路８０Ａｅとが形成されたＰＬＣチップである。また、ＡＷＧチップ８０は、２つに切断され、ＡＷＧチップ断片８１、８２に分離している。
【００７９】
補償部材９０は、板状であり、ＡＷＧチップ断片８１とＡＷＧチップ断片８２との間に掛け渡されるように設けられ、それぞれに接着剤によって接合されている。補償部材９０は、アルミニウムの表面の全面にアルマイト処理をしたものである。したがって、補償部材９０は、活性化された表面において接着剤にてＡＷＧチップ断片８１とＡＷＧチップ断片８２に接着しているため、ＡＷＧチップ断片８１とＡＷＧチップ断片８２への接着強度がより高くなる。その結果、温度変化に対する補償部材９０の伸縮長さの再現性が良く、ＡＷＧ型光合分波器３００の光学特性が安定する。
【００８０】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０、８０  ＡＷＧチップ
１０Ａ、８０Ａ  ＡＷＧ
１０Ａａ、８０Ａａ  第１入出力導波路
１０Ａｂ、８０Ａｂ  第１スラブ導波路
１０Ａｃ、８０Ａｃ  アレイ導波路
１０Ａｄ、８０Ａｄ  第２スラブ導波路
１０Ａｅ、８０Ａｅ  第２入出力導波路
１１、１２、８１、８２  ＡＷＧチップ断片
２０  下地板
２１、２２  下地板片
３０  基準板
３１  領域
４０  クリップ
５０、９０  補償部材
５１  アルミニウム部材
５２  アルマイト皮膜
５２ａ  孔
５２ｂ  封孔膜
６１、６２  接着剤
７１  固定片
７２  可動片
１００  ＡＷＧ型光合分波器
２００  試料
２２０石英ガラス板
２４０  アルミニウム板材
２６２  紫外線硬化型接着剤
１０００  ＡＷＧ型光合分波器モジュール
１００１  筐体
１００２、１００５、１００７  光コネクタ
１００３、１００６  光ファイバテープ
１００４、光ファイバ心線
Ｃ  切断面
Ｄ  方向
Ｆ１  押圧力
Ｆ２  側圧力
Ｇ  溝
【図１】
2013254070.tif 000004
【図２】
2013254070.tif 000005
【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】
2013254070.tif 000011
【図９】
2013254070.tif 000012
【図１０】
2013254070.tif 000013
【図１１】
2013254070.tif 000014
【図１２】
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