(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光経路に沿った長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から、所望の反射率に応じて領域長を調整された長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第二のステップとを有することを特徴とする光誘起グレーティングの作製方法。
【請求項２】
前記第二のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を概ね一様に変化させることを特徴とする請求項１に記載の光誘起グレーティングの作製方法。
【請求項３】
前記長さＬ２の部分領域の一様な屈折率変化は、該領域への概ね一様な紫外光照射によって成されることを特徴とする請求項２に記載の光誘起グレーティングの作製方法。
【請求項４】
前記第二のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を、領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の光誘起グレーティングの作製方法。
【請求項５】
前記長さＬ２の部分領域内の段階的又は連続的な屈折率変化は、該領域への紫外光照射時間を領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させることによって成されることを特徴とする請求項４に記載の光誘起グレーティングの作製方法。
【請求項６】
少なくとも一つの光誘起グレーティングと、少なくとも一つの光素子とからなるハイブリッド集積光デバイスの作製方法であり、所望の値より高い反射率を有する前記光誘起グレーティングを光経路に沿った長さＬ１の領域に形成する第一のステップと、該光誘起グレーティングと前記光素子との位置を固定する第二のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする光デバイスの作製方法。
【請求項７】
前記第三のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を概ね一様に変化させることを特徴とする請求項６に記載の光デバイスの作製方法。
【請求項８】
前記長さＬ２の部分領域の一様な屈折率変化は、該領域への概ね一様な紫外光照射によって成されることを特徴とする請求項７に記載の光デバイスの作製方法。
【請求項９】
前記第三のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を、領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させることを特徴とする請求項６に記載の光デバイスの作製方法。
【請求項１０】
前記長さＬ２の部分領域内の段階的又は連続的な屈折率変化は、該領域への紫外光照射時間を領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させることによって成されることを特徴とする請求項９に記載の光デバイスの作製方法。
【請求項１１】
発光素子と、これと接続される光導波路、及び該光導波路に形成された光誘起グレーティングとからなる外部共振器レーザーの作製方法であって、前記光導波路の長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記発光素子と前記光導波路との位置を固定する第二のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする光デバイスの作製方法。
【請求項１２】
光増幅素子と、これの両端に接続される二つの光導波路、及び該二つの光導波路に形成された光誘起グレーティングとを含むゲインクランプ型光増幅器の作製方法であって、前記二つの光導波路のそれぞれ長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記光増幅素子と前記二つの光導波路との位置を固定する第二のステップと、前記少なくとも一方の長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする光デバイスの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光誘起グレーティングの作製方法及び光デバイスの作製方法に関する。詳しくは、光通信や光信号処理に用いる光誘起グレーティングとこれを用いた光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバや石英系光導波路等では、紫外光などを照射することによって屈折率変化が生じることが知られている。
この現象を利用して、周期的な屈折率変化を有する光誘起グレーティングを作製できる。
【０００３】
こうした光誘起グレーティングを光ファイバ上に形成したものは、特にファイバ・グレーティングとしてよく知られており、反射型波長フィルタをはじめとして、様々な応用が検討されている。
こうした応用として、光誘起グレーティングを半導体レーザーダイオード（ＬＤ）などアクティブ光デバイスの外部共振器ミラーとして利用することが検討されている。
【０００４】
図５は、ファイバ・グレーティングを利用した外部共振器レーザーの構成例を示している。
この構成では、半導体レーザーダイオード（以下、ＬＤと略す）３の一方の端面に光ファイバ５が接続されており、この光ファイバ５には光誘起グレーティング２を形成してある。
【０００５】
ここで半導体ＬＤ３の一方の端面には高反射膜を、光ファイバ５と結合するもう一方の端面には無反射膜を施してある。
また、光ファイバ５の先端は半導体ＬＤ３と効率よく結合させるため、先球レンズを形成してある。
こうした構成により、光誘起グレーティング２を波長選択ミラーとして用いることにより、極めて小型かつ安価に、特定の波長で発振する外部共振器レーザーを実現できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光誘起グレーティング２の応用例では、グレーティングの反射波長とともに反射率も重要であり高精度に設定する必要がある。
即ち、外部共振器レーザーでは、光出力や発振閾値といったデバイス性能を特徴づける重要なパラメータが共振器ミラーの反射率によって決定されるためである。
【０００７】
さて、このような光素子と光誘起グレーティング２とを組み合わせた外部共振器では、共振器内に光素子と光導波路との結合部を含むため、実効的なミラー反射率は、ミラーそのものの反射率ではなく、光素子−光導波路間結合効率を含む値となる。
更に、一般に、光素子−光導波路間結合効率は、光素子ごとの結合特性のばらつきや、実装時の光素子と光導波路との位置ずれなどにより、光デバイスごとに数ｄＢ程度のばらつきが生じる。
【０００８】
このような事情から、光素子と光誘起グレーティング２とを組み合わせた上記のようなデバイスにおいて、精度よく所望の性能を得るためには、光素子と光導波路の位置を固定した後に、それらの間の結合効率にあわせてグレーティング自身の反射率を決定することが不可欠である。
従来、光誘起グレーティング２は、位相マスクを導波路上に設置し、紫外光を照射することによって作製され、その反射率は、紫外光強度と照射時間によって決定するのが一般的である。
【０００９】
しかしながら、この方法を用いて、光素子と光導波路とを位置合わせ実装後にグレーティングを形成することは困難である。
即ち、光素子や、固定用部材、或いはケース材料等が極めて小さい領域に混在することとなるため、これらが障害となって位相マスクの設置が妨げられるためグレーティングを形成できない問題があった。
本発明の目的は、従来課題となっていた、光素子と光誘起グレーティングからなる光デバイスにおいて所望の性能を得るために不可欠となる実装後の高精度な反射率設定を可能とする光誘起グレーティング及びこれを用いた光デバイスの作製方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明の一形態に係る光誘起グレーティング作製方法は、光経路に沿った長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第二のステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
また、これを用いた光デバイスの作製方法は、少なくとも一つの光誘起グレーティングと、少なくとも一つの光素子とからなるハイブリッド集積光デバイスの作製方法であり、所望の値より高い反射率を有する前記光誘起グレーティングを光経路に沿った長さＬ１の領域に形成する第一のステップと、該光誘起グレーティングと前記光素子との位置を固定する第二のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
なお、請求項１の第二のステップ又は請求項５の第三のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を概ね一様に変化させても良い。このとき、前記長さＬ２の部分領域の一様な屈折率変化は、該領域への概ね一様な紫外光照射によって成されても良い。
【００１３】
また、請求項１の第二のステップ又は請求項５の第三のステップで、長さＬ２の部分領域の屈折率を、領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させても良い。このとき、前記長さＬ２の部分領域内の段階的又は連続的な屈折率変化は、該領域への紫外光照射時間を領域内の位置に応じて段階的又は連続的に変化させることによって成されても良い。
【００１４】
更に、発光素子と、これと接続される光導波路、及び該光導波路に形成された光誘起グレーティングとからなる外部共振器レーザーの作製方法であって、前記光導波路の長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記発光素子と前記光導波路との位置を固定する第二のステップと、前記長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
また、光増幅素子と、これの両端に接続される二つの光導波路、及び該二つの光導波路に形成された光誘起グレーティングとを含むゲインクランプ型光増幅器の作製方法であって、前記二つの光導波路のそれぞれ長さＬ１の領域に所望の値より高い反射率を有する光誘起グレーティングを形成する第一のステップと、前記光増幅素子と前記二つの光導波路との位置を固定する第二のステップと、前記少なくとも一方の長さＬ１の領域の一部であって、前記長さＬ１の領域の一端から長さＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）の部分領域の屈折率を、該長さＬ２の部分領域の反射スペクトルが前記長さＬ１領域の反射スペクトルから分離され、且つ、該長さＬ２の部分領域の反射率がＬ１領域の反射率より小さくなるように変化させる第三のステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ具体的な実施の形態を用いて詳細な説明を行う。〔実施の形態１〕
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１を示す模式図であり、半導体ＬＤ３と光誘起グレーティング２を形成した石英系光導波路１からなる外部共振器レーザー・アレイの構成を示している。
【００１７】
この形態では、シリコン基板上に形成した石英系光導波路１を用い、光導波路には光誘起グレーティング２を描画するとともに、同一基板上の光導波路端部に形成した光素子搭載部に半導体ＬＤ３をフリップチップ実装することによりハイブリッド集積型の外部共振器レーザーを構成している。
また、石英系光導波路１の他端側には光ファイバ５を接続している。
【００１８】
図１（ｂ）は、この外部共振器レーザー・アレイの作製工程フローを示す。
先ず、シリコン基板上に石英系光導波路１、光素子搭載部、電気配線を有するＰＬＣプラットフォームを形成する（ステップＳ１）。
次に、光導波路の光素子との接続端部近傍の長さＬ１の領域に十分な反射率を有する光誘起グレーティング２を描画する（ステップＳ２）。
これは位相マスクを光導波路の所望の位置に設置し、紫外光を適切な強度と時間で照射すれば良い。
【００１９】
引き続き、半導体ＬＤ３を光素子搭載部に位置合わせ、固定する（ステップＳ３）。
この後、半導体ＬＤ３に通電して光出力を観測し、光誘起グレーティング２の反射率を所望の特性が得られるように調整する（ステップＳ４）。
この際、測定値に基づいて決定した反射率に調整しても、光出力を逐次モニターしながら調整しても良い。
【００２０】
ここで行うグレーティング反射率の調整方法として、以下二つの具体例を示す。
図２（ａ）は、第一の例を示しており、上記長さＬ１の領域内の長さＬ２（＜Ｌ１）の領域に、紫外光源６よりレンズ７を介して紫外光である光ビームを固定強度、固定時間で照射する方法である。
図２（ｂ）に、この調整法によるグレーティングの反射スペクトルの変化を示す。
【００２１】
初期状態として、長さＬ１の領域に形成された光誘起グレーティング２は、中心波長λ１、反射率Ｒ１の反射スペクトルを有する。
次にＬ１の領域内の長さＬ２の部分領域に固定強度、固定時間でスポット状の紫外光を照射する。
これによってＬ２の領域の屈折率が概ね一様に変化するため、この領域のグレーティングは中心波長λ２、反射率Ｒ２の反射スペクトルを持つように、分離されることとなる。
【００２２】
一方、元の反射スペクトルはＬ１からＬ２を差し引いた領域Ｌ１′のグレーティングによって決まり、中心波長λ１は保持されるが、反射率はＲ１からＲ１′に減少する。
ここで、調整後に得られる反射率は概ね最終的なグレーティングの長さＬ１′によって概略決まるので、Ｌ２の領域長を調整することにより所望の反射率を得ることが可能である。
照射強度、照射時間は領域Ｌ２による反射スペクトルが元の反射スペクトルから十分に分離するように決定すれば良い。
【００２３】
このような調整方法を用いれば、光素子実装後に、スポット状の紫外光をグレーティングの所定の位置に照射するだけで極めて簡便に高精度なグレーティング反射率調整が可能である。
図３（ａ）は、反射率調整法の第二の具体例を示している。
第一の例と同様に領域Ｌ１内のＬ２の領域に、紫外光源６よりレンズ７を介して紫外光を照射することにより、反射率を調整するが、Ｌ２の領域内で、位置に応じて連続的又は段階的に屈折率を変化させる点が第一の例と異なる特徴である。
【００２４】
即ち、Ｌ２の領域のグレーティングは一定の反射スペクトル形状を保って分離されるのではなく、グレーティング内の位置に応じた屈折率変化を与えることにより、チャーピングによりスペクトルが広がりながら分離される。
このような位置に応じた連続的又は段階的な屈折率変化は、図３（ａ）に示すような方法で実現できる。
即ち、スポット状の紫外光ビームの一部をシャッター８を用いて遮光し、時間に応じてビームの照射領域を拡大するようにシャッター８を移動させれば良い。
【００２５】
図３（ｂ）に、この調整法によるグレーティングの反射スペクトルの変化を示す。
初期状態として、長さＬ１の領域に形成された光誘起グレーティング２は、中心波長λ１、反射率Ｒ１の反射スペクトルを有する。
次にＬ１の領域の一端から紫外光を照射開始し、時間とともにシャッター８をオープンにして照射範囲を拡大する。
これによって最終的に紫外光を照射された全長Ｌ２の領域では、その位置に応じて連続的又は段階的に屈折率が変化する。
【００２６】
従って、この領域のグレーティングはチャープにより反射スペクトルが広がりながら中心波長もシフトし、結果として、中心波長λ２、反射率Ｒ２で大きく広がった反射スペクトルを持つように分離されることとなる。
一方、元の反射スペクトルはＬ１からＬ２を差し引いた領域Ｌ１′のグレーティングによって概略決まり、中心波長λ１は保持され、反射率はＲ１からＲ１′に減少する。
この方法では、分離される反射スペクトルが広がり、中心波長における反射率が小さくなるため、反射率の調整範囲が大きくとれるメリットがある。
【００２７】
即ち、第一の固定ビームを用いる方法では、Ｌ１に対してＬ２が一定値以上に大きくなるとＲ１′に対してＲ２が無視できなくなり、更にはＲ１′よりもＲ２が大きくなってしまう。
この場合、外部共振器レーザーの発振波長が所望のλ１からλ２にシフトしてしまう問題がある。
【００２８】
これに対して、この第二の方法では、Ｌ２領域の反射スペクトルはチャープによって広がるため、中心波長λ２における反射率Ｒ２が元のλ１における反射率Ｒ１′より十分小さい範囲に保ちながらＲ１の値を調整できる。
なお、この第二の方法においても位相マスクを必要とせず、光ビームを照射するのみであるため、光素子実装後に高精度な反射率調整を容易に実現できる。
以上述べたように、本発明を用いることにより、従来課題となっていた、光素子実装後の高精度なグレーティング反射率の調整を容易に実現可能となる。
【００２９】
〔実施の形態２〕
図４（ａ）は、本発明の実施の形態２を示す模式図であり、石英系光導波路１に形成した光誘起グレーティング２と半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier;以下、ＳＯＡという）アレイ素子４とをハイブリッド集積したゲインクランプ型ＳＯＡの構成を示している。
この形態では、４チャネルのＳＯＡアレイ素子４の両側に、各々石英系光導波路１が接続されており、更に石英系光導波路１はその両端で光ファイバ５に接続されている。
【００３０】
ここで、左右４本づつの石英系光導波路１には、それぞれ紫外光照射による屈折率変化を利用した光誘起グレーティング２が描画されている。
このような実装構造は、ハイブリッド集積技術を用いて容易に実現できる。
例えば、Ｓi基板上に形成した石英系光導波路アレイの中間部にエッチングにより設けた素子搭載部に、ＳＯＡアレイ素子４をフリップチップ実装すれば良い。
この構成では二つのグレーティング間のＳＯＡ素子４を含む経路で共振器が形成され、グレーティングで決まる波長で発振する。
【００３１】
このとき、発振の条件は、ＳＯＡの利得がＳＯＡ−光導波路間結合損失及びグレーティングの反射損失の総和を上回ることであり、これらがちょうど釣り合う点で発振が始まり、ＳＯＡの利得がクランプされることとなる。
即ち、ＳＯＡ−光導波路間結合損失を含む実効的な外部ミラーの反射率によって利得が決定される。
従って、所望の利得を得るためには、ＳＯＡ−光導波路間結合損失を含む実効的な外部ミラーの反射率を高精度に設定する必要がある。
【００３２】
このような応用においても、本発明を用いることにより、所望の実効反射率を効果的に得ることが可能である。
即ち、作製工程を図４（ｂ）に示す。
先ず、シリコン基板上に石英系光導波路１、光素子搭載部、電気配線を有するＰＬＣプラットフォームを形成する（ステップＴ１）。
【００３３】
次に、ＳＯＡ素子４両端に接続される光導波路の長さＬ１の領域に光誘起グレーティング２を形成する（ステップＴ２）。
引き続き、ＳＯＡ素子４を搭載部に位置合わせ、固定する（ステップＴ３）。その後、ＳＯＡ素子４の発振スペクトル又は信号光利得を観測し、この結果に応じてＳＯＡ素子４の少なくともどちらか一端に接続される光導波路１のグレーティング反射率を調整すれば良い（ステップＴ４）。
なお、反射率調整は実施の形態１に述べたのとまったく同様である。
【００３４】
このように説明したように本願発明は、半導体素子を光源とし、光導波路に形成されたグレーティングを共振器のミラーとして用いる外部共振器レーザの製造方法に関し、特に、グレーティングの反射率を調整する方法に関するものである。
外部共振器レーザでは、ミラーの反射波長と反射率が重用なパラメータとなり、発光素子と光導波路とが結合して構成された外部共振器レーザでは、ミラー部品単体では共振器としての反射率が確定しないため、光デバイス構成後に、レーザ出力をモニタしながらグレーティングを書き込むのが理想的である。
【００３５】
しかし、デバイス形成後は、半導体素子、その他の部品などが障害となってマスクの配置が困難となり、デバイス形成後にグレーティングを書き込むことは困難であった。
本願発明では、先ず、デバイス組み立て前に反射率が所望の値よりも高くなるように、光導波路に第１のグレーティングの書き込みを行う。
【００３６】
そして、デバイス組み立て後に、レーザ出力などをモニタしつつ、前記第１のグレーティングの領域を実質的に縮小して反射率を低下させ、共振器の反射率を所望の値に調整する。
ここで、前記第１のグレーティング領域の縮小は、第１のグレーティング領域にスポット状の紫外光を照射して行うので、導波路にマスクを密着配置する必要はなく、デバイス形成後に反射率を調整することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、従来、特に光素子と光誘起グレーティング２とを組み合わせたハイブリッド集積光デバイスの作製において、（１）実効反射率がグレーティング自身の反射率だけでなく、光素子−光導波路間結合損失を含むため、グレーティング反射率の詳細な設定は光素子実装後に行わねばならないこと、及び（２）実装後には、光素子、固定部材、ケース等が障害となり、従来の位相マスクを導波路上に設置するグレーティング描画方法をとることが困難であるという問題を鑑みて、これを解決するためになされたものである。
【００３８】
これに対して、本発明は、光誘起グレーティング２の作製を、（１）十分な反射率を有するグレーティングを形成する第一ステップと、（２）グレーティングの一部領域の屈折率を変化させる第二ステップとの工程で実施することにより、高精度のグレーティング反射率調整を可能とする。また、光素子とグレーティングとの実装工程を、上記第一、第二のステップの中間段階で行うことにより、光素子−光導波路結合損失を含む実効的な反射率の高精度な調整が可能となり、結果として光素子とグレーティングとからなるハイブリッド集積光デバイスの所望の特性を得られることとなる。
【００３９】
従って、本発明により、従来の問題を解決し、グレーティングの一部領域に紫外光を照射するだけの極めて簡便かつ実用的な方法により、光素子実装後に高精度な反射率設定を可能とする光誘起グレーティング及びこれを用いた光デバイスの作製方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示し、図１（ａ）は構成図、図１（ｂ）は工程を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における反射率調整法の第一の例を示し、図２（ａ）は方法を示す概念図、図２（ｂ）はグレーティング反射スペクトルの変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１における反射率調整法の第二の例を示し、図３（ａ）は方法を示す概念図、図３（ｂ）はグレーティング反射スペクトルの変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２を示し、図４（ａ）は構成図、図４（ｂ）は工程を示すブロック図である。
【図５】従来の光誘起グレーティング２を用いた外部共振器レーザーの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１  石英系光導波路
２  光誘起グレーティング
３  半導体レーザーダイオード
４  半導体光増幅器
５  光ファイバ
６  紫外光源
７  レンズ
８  シャッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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