(57)【要約】      （修正有）【課題】光デバイスの作製プロセスにおいて追加の工程を必要とせず、光導波路の調整にかかる時間を短縮することができる光導波路調整法および光導波路調整システムを提供する。【解決手段】基板１０５上に形成された光導波路に、クラッド１０４にはほとんど吸収されず、コア１０３に大部分が吸収される波長の光を照射して、光導波路を透過する光に対する屈折率を制御し、光導波路を透過する光の位相、透過率を調整する。【選択図】図３
2016053684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコンからなるコアとクラッドから構成された光導波路を透過する光の位相または透過率を調整するための光導波路調整法であって、
前記光導波路の製造工程中前記コアを形成した後に、前記光導波路の前記クラッドにはほとんど吸収されずに前記コアに大部分が吸収される波長の光を、前記コアに照射して、前記光導波路を透過する光の位相または透過率を調整することを特徴とする光導波路調整法。
【請求項２】
前記コアは、高さが１μｍ以下であるシリコン細線導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路調整法。
【請求項３】
前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路調整法。
【請求項４】
前記コアに照射する光は、波長０．３８〜１．１０μｍであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光導波路調整法。
【請求項５】
基板上にシリコンからなるコアとクラッドから構成された光導波路を透過する光の位相または透過率を調整するための光導波路調整システムにおいて、
前記光導波路の前記クラッドにはほとんど吸収されずに前記コアに大部分が吸収される波長の光を出力する調整用の光源と、
前記調整用の光源からの光を前記コアに集光するレンズと、
前記光導波路を透過する光の光強度を測定する光学系とを備え、
前記光学系で測定された光強度に応じて前記光源を制御し、前記光導波路を透過する光の位相または透過率を調整することを特徴とする光導波路調整システム。
【請求項６】
前記光学系は干渉計を含み、前記干渉計を構成する光路の一部に前記光導波路が挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の光導波路調整システム。
【請求項７】
前記干渉計は、導波路型干渉計であることを特徴とする請求項６に記載の光導波路調整システム。
【請求項８】
前記調整用の光源は、波長０．３８〜１．１０μｍの光を出力することを特徴とする請求項５、６または７に記載の光導波路調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路調整法および光導波路調整システムに関し、より詳細には、光デバイスに組み込まれた光導波路を透過する光の位相、透過率を調整するための光導波路調整法および光導波路調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要の急速な増大を背景として、通信網の大規模化が進んでいる。その中で、光通信網を構成する機器の構成要素として光送受信器、光スイッチなどのサブモジュールには小型化が求められている。さらに、サブモジュールに組み込まれる種々の光デバイスにも小型化が要求されている。光導波路デバイスの最小サイズは、本質的にはコアとクラッドの屈折率差に律速されている。屈折率差を大きくするほど小さな断面積のコアを作製することができ、光導波路をより急峻に曲げることができるので、デバイスの小型化を実現することができる。一方、コアとクラッドの屈折率差が大きく光の閉じ込め効果が強いほど、作製誤差に対するトレランスが小さくなるため、作製誤差に起因する位相誤差、透過率誤差が発生し、デバイス特性を劣化させる。屈折率差が大きい光導波路による光回路を作製する場合には、デバイス特性の劣化を抑えるために、デバイス作製後に位相誤差、透過率誤差を補償する必要がある。
【０００３】
図１に、従来の光導波路調整法の第１例を示す。シリコン導波路の作製プロセスにおいて、基板１１上に下部クラッド１２を堆積し、コア１３を形成した後、シリコンイオンを注入して、コアに欠陥を作る（図１（ａ））。次に、上部クラッドを堆積し、クラッド１４にコア１３が埋め込まれた埋め込み型光導波路全体を、ヒータ１５により熱アニールすることによって、光導波路を透過する光に対する屈折率を制御する（図１（ｂ））（例えば、非特許文献１を参照）。非特許文献１によれは、アニーリング温度を調整することにより、光導波路を透過する光の位相を変化させ、導波路型リング共振器の共振波長を３ｎｍ変化させている。
【０００４】
図２に、従来の光導波路調整法の第２例を示す。この方法は、基板２１上に下部クラッド２２を堆積した後、アモルファスシリコンを用いてコア２３を作製しておく（図２（ａ））。次に、コア２３の一部をレーザアニールによって多結晶化し（図２（ｂ））、リッジ型光導波路とする（例えば、非特許文献２を参照）。レーザ照射によって結晶相を変化させ、コア材料の屈折率を変化させることにより、光導波路を透過する光の位相を変化させる方法である。非特許文献２によれは、５．８％の屈折率変化が得られている。通常は、アモルファスシリコンを導波路材料として用いることは少なく、第１例と同様に、作製プロセスにおいて追加工程を必要とすることが課題である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jason Ackert, Dylan Logan, Jonathan Doylend, Lukas Chrostowski, Raha Vafaei, and Paul Jessop, “Silicon-on-Insulator Racetrack Resonator Tuning Via Ion Implantation,” In proceedings of Group IV Photonics 2011, P1.30 (2011).
【非特許文献２】Hidenori Iwata, Tomohiro Kita, and Hirohito Yamada, “Variation of optical properties by the crystalline phase transition of polycrystalline silicon,” In proceedings of International society for optics and photonics, Vol.7943, 7943F-1 (2011).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の手法では、デバイス作製後の調整を行うために、作製プロセスにおいて追加の工程が必要となるという問題があった。非特許文献１の方法においては、シリコンイオン注入の追加工程が必要であり、非特許文献２の方法においては、アモルファスシリコン導波路を作製する追加工程が必要であった。工程を追加すると、金銭コスト、時間コストの増大、歩留まりの劣化が起こり、生産性が著しく低下する。また、従来の手法はアニーリングを利用するため、調整に１時間程度の時間を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、光デバイスの作製プロセスにおいて追加の工程を必要とせず、光導波路の調整にかかる時間を短縮することができる光導波路調整法および光導波路調整システムを提供することにある。
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、基板上に形成された光導波路に、クラッドにはほとんど吸収されず、コアに大部分が吸収される波長の光を照射して、光導波路を透過する光に対する屈折率を制御し、光導波路を透過する光の位相、透過率を調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通常の作製プロセスで作製された光導波路に、光を照射するだけなので、作製プロセスにおいて追加の工程を必要とせず、調整にかかる時間を短縮することができる。また、追加工程を必要とせず、調整を短時間で行えることから、光学特性が精密に調整された光デバイスを提供することができ、生産性に優れた光導波路調整法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の光導波路調整法の第１例を示す図である。
【図２】従来の光導波路調整法の第２例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図４】第１の実施形態にかかる光導波路調整法を適用した光回路を示す図である。
【図５】第１の実施形態における光導波路の光学特性を示す図である。
【図６】第１の実施形態における位相調整量の光照射量依存性を示す図である。
【図７】第１の実施形態における透過率調整量の光照射量依存性を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかる光導波路調整システムを示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図１３】第６の実施形態における光導波路型マッハツェンダ干渉計の光学特性を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図１５】第７の実施形態におけるアレイ導波路格子の光学特性を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【図１７】第８の実施形態における光ハイブリッド回路の光学特性を示す図である。
【図１８】本発明の第９の実施形態にかかる光導波路調整法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、基板上に形成された光導波路に、クラッドにはほとんど吸収されず、コアに大部分が吸収される波長の光を照射して、光導波路を透過する光に対する屈折率を制御し、光導波路を透過する光の位相、透過率を調整する。
【００１２】
基板材料としては、石英系ガラス、シリコンなどのIV族半導体、化合物半導体、ポリマーなどの材料を用いることができる。以下に説明するように、シリコンコアの光導波路を作製する場合には、基板材料としてシリコンを用いることが、作製プロセス上の親和性が高く、好適である。
【００１３】
コア材料としては、シリコンが好適である。高さが１μｍ以下のシリコン細線導波路の作製が可能であり、光デバイスの小型化に有効だからである。また、シリコンコアが埋め込まれるクラッドの材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯＮなどの石英系ガラス、窒化物を用いる。このようなコア材料およびクラッド材料の吸収スペクトルを比較して、本実施形態では、光照射のための光源として、波長０．５３２μｍのレーザを例に説明する。
【００１４】
これは、波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザが一般に広く普及しており、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの出射光を、リチウムトリボレート（ＬＢＯ：Lithium Triborate）、バリウムボーレート（ＢＢＯ：Barium Borate）などの非線形結晶を透過させることにより、波長０．５３２μｍの出射光が容易に得られるからである。しかしながら、本発明においては、波長０．５３２μｍの波長に限定されるものではなく、クラッドにはほとんど吸収されず、コアに大部分が吸収される波長であれば、他の波長であっても構わない。
【００１５】
また、本実施形態では、導波路型干渉計の測定結果を示している。これは、導波路型干渉計の特性が導波路の位相変化及び透過率変化に敏感であり、光導波路の位相変化及び透過率変化の評価に適しているからである。しかしながら、本発明においては、導波路型干渉計に限定されるものではなく、干渉計ではない光回路であっても構わないし、空間光学系の一部に光デバイスが組み込まれている光回路であっても構わない。
【００１６】
［第１の実施形態］
図３に、本発明の第１の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。光導波路は、石英系ガラスからなる基板１０５上に形成された、シリコンコア１０３が埋め込まれた石英系ガラスからなるクラッド１０４から構成される埋め込み型光導波路である。この光導波路の屈折率を制御するために、波長０．５３２μｍのレーザ１０１と、レーザ１０１から出射された光をシリコンコア１０３に集光するためのレンズ１０２とを用いる。レーザ１０１から出射される光の波長は、クラッド１０４にはほとんど吸収されずに、シリコンコア１０３にはその大部分が吸収される波長である。光導波路の製造工程中シリコンコアを形成した後に、レーザ光をシリコンコアに照射して、レーザ１０１から出射される光の強度、照射時間を調整することにより、光導波路を透過する光の位相または透過率を調整する。
【００１７】
図４に、第１の実施形態にかかる光導波路調整法を適用した光回路を示す。光回路は、光が入力される入力ポート２０１と、入力ポート２０１と入力端子とが光学的に接続された１×２カプラ２０２と、１×２カプラ２０２の一方の出力端子に光学的に接続された上アーム導波路２０３と、１×２カプラ２０２の他方の出力端子に光学的に接続された下アーム導波路２０４と、上アーム導波路２０３及び下アーム導波路２０４とがそれぞれ入力端子に光学的に接続された２×１カプラ２０５と、２×１カプラ２０５の出力端子と光学的に接続された出力ポート２０６とを備える。光回路は、上アーム導波路２０３と下アーム導波路２０４との間に光路長差が設けられている、いわゆる非対称マッハツェンダ干渉計である。
【００１８】
上アーム導波路２０３に、光照射領域２０７を設定し、光が照射される面積は１００μｍ２である。レーザ１０１から出射される波長０．５３２μｍの光のパルス幅は６ｎｓであり、光のパワーは４ｍＪ／ｐｕｌｓｅである。しかしながら、本発明は、以下の説明のパルス幅、光パワー、照射面積に限定されるものではない。
【００１９】
図５に、第１の実施形態における光導波路の光学特性を示す。上アーム導波路２０３上の光照射領域２０７に波長０．５３２μｍの光パルスを照射する前後の透過率を示している。波形の周期は干渉計のフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ：Free spectrul range）に対応する。調整前後の波形を比較すると、調整後の波形は、調整前の波形より長波長側にシフトしていることがわかる。波形のあるピークに着目して、調整前のピーク波長をλ１、調整後のピーク波長をλ２とすると、照射領域の位相調整量Δφは、ＦＳＲを用いて下記のように表される。
【００２０】
【数１】
2016053684.tif 000003
【００２１】
ただし、ｃは光の速度である。式１から図５の透過率の測定結果から位相調整量を求めると、Δφ＝３０°となる。すなわち、第１の実施形態にかかる光導波路調整法により、光回路の位相調整が行えることがわかる。また、図５に示す波形のピークとボトムのパワーの比は、消光比（ＥＲ：Extinction Ratio）を表している。調整前の消光比をＥＲｂ、調整後の消光比をＥＲａとすると、照射領域の透過率変化量ΔＴは、下記のようになる。
【００２２】
【数２】
2016053684.tif 000004
【００２３】
式２から図５の透過率の変化量を求めると、ΔＴ＝１．４ｄＢとなる。すなわち、第１の実施形態にかかる光導波路調整法により、光回路の透過率調整が行えることがわかる。
【００２４】
このようにして本発明の第１実施形態に係る光回路及びその調整方法は、本発明の効果を奏することができる。
【００２５】
図６に、第１の実施形態における位相調整量の光照射量依存性を示す。横軸は、レーザ１０１から出射される光パルスの照射回数を示しており、光照射量に相当する。縦軸は位相調整量を示している。この結果から、必要とする位相調整量をもとに、適切な照射回数を選択することにより、任意の値の位相調整が行えることがわかる。なお、第１の実施形態において、光パルスの１回あたりの照射量は４ｍＪである。
【００２６】
図７に、第１の実施形態における透過率調整量の光照射量依存性を示す。横軸は、レーザ１０１から出射される光パルスの照射回数を示しており、光照射量に相当する。縦軸は透過率の調整量である。この結果から、必要とする透過率調整量をもとに、適切な照射回数を選択することにより、任意の値の透過率調整が行えることがわかる。
【００２７】
［第２の実施形態］
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。光導波路は、石英系ガラスからなる基板１１５上に形成された、シリコンコア１１３が埋め込まれた石英系ガラスからなるクラッド１１４から構成される埋め込み型光導波路である。シリコンコア１１３は、高さが１μｍ以下のシリコン細線導波路である。この光導波路の屈折率を制御するために、波長０．５３２μｍのレーザ１０１と、レーザ１０１から出射された光をシリコンコア１１３に集光するためのレンズ１０２とを用いる。レーザ１０１から出射される光の波長は、クラッド１１４にはほとんど吸収されずに、シリコンコア１１３にはその大部分が吸収される波長である。レーザ１０１から出射される光の強度、照射時間を調整することにより、光導波路を透過する光の位相または透過率を調整する。
【００２８】
高さが１μｍ以下のシリコン細線導波路は、その微細な寸法のため、寸法に対する加工誤差の割合が大きい。従って、導波路を透過する光の位相特性が、加工誤差の影響を受けやすい。第２の実施形態によれば、レーザ１０１から出射される光の強度、照射時間を調整するだけなので、シリコン細線導波路に対する光導波路調整法として、特に有効である。
【００２９】
［第３の実施形態］
図９に、本発明の第３の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。光導波路は、シリコンからなる基板１２５上に形成された、シリコンコア１２３が埋め込まれた石英系ガラスからなるクラッド１２４から構成される埋め込み型光導波路である。この光導波路の屈折率を制御するために、波長０．５３２μｍのレーザ１０１と、レーザ１０１から出射された光をシリコンコア１０３に集光するためのレンズ１０２とを用いる。レーザ１０１から出射される光の波長は、クラッド１２４にはほとんど吸収されずに、シリコンコア１２３にはその大部分が吸収される波長である。レーザ１０１から出射される光の強度、照射時間を調整することにより、光導波路を透過する光の位相または透過率を調整する。
【００３０】
シリコン基板上のシリコン細線導波路の作製プロセスは、電子集積回路で用いられるプロセス（ＣＭＯＳプロセス）との親和性が高い。従って、基板材料をシリコンとすることにより、ＣＭＯＳプロセスによる高精度な導波路作製が可能になる。第３の実施形態によれば、ＣＭＯＳプロセスで作製されたシリコン細線導波路に対しても、レーザ１０１から出射される光の強度、照射時間を調整するだけなので、光導波路調整法として特に有効である。
【００３１】
［第４の実施形態］
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。光導波路は、石英系ガラスからなる基板１０５上に形成された、シリコンコア１０３が埋め込まれた石英系ガラスからなるクラッド１０４から構成される埋め込み型光導波路である。この光導波路の屈折率を制御するために、レーザ１１１と、レーザ１１１から出射された光をシリコンコア１０３に集光するためのレンズ１１２とを用いる。レーザ１１１から出射される光の波長は、クラッド１０４にはほとんど吸収されずに、シリコンコア１０３にはその大部分が吸収される波長であり、波長０．３８〜１．１０μｍである。レーザ１１１から出射される光の強度、照射時間を調整することにより、光導波路を透過する光の位相または透過率を調整する。
【００３２】
シリコンの吸収波長は１．１μｍ以下である。レーザから照射する光の波長が１．１μｍを超えると吸収係数が下がるため、光導波路の調整にかかる時間が長くなり、生産性、コストが悪化する。一方、クラッドとして用いられる石英系ガラス、窒化物の吸収波長は０．３８μｍ以下である。レーザから照射する光の波長が０．３８μｍを下回ると光がクラッドに吸収されるため、コアで吸収される光量が少なくなり、光導波路の調整にかかる時間が長くなり、生産性、コストが悪化する。従って、レーザから照射する光の波長は、０．３８〜１．１０μｍが好適である。
【００３３】
［第５の実施形態］
（光導波路調整システム）
図１１に、本発明の第５の実施形態にかかる光導波路調整システムを示す。マッハツェンダ型干渉計を用いて、光導波路デバイスの光導波路を調整する方法を説明する。マッハツェンダ型干渉計は、構成がシンプルであり、位相変化の測定に頻繁に用いられるからである。しかしながら、本実施形態の光導波路調整システムは、マッハツェンダ干渉計に限定されるものではなく、マイケルソン干渉計、ヘテロダイン干渉計、ファブリペロー干渉計、光ハイブリッド、アレイ導波路格子などの干渉計であっても構わない。
【００３４】
また、以下の説明では、空間光学系で構成されるマッハツェンダ型干渉計を用いるが、導波路型の干渉計を用いることもできる。さらに、異なる２つの光源からの光の干渉計であっても、異なる２つの周波数の光の干渉計であっても構わない。
【００３５】
光導波路調整システムは、コリメート光が入力される入力ポート５０１と、入力ポート５０１から入力される光を分岐するハーフミラー５０２ａと、ハーフミラー５０２ａにより分岐された一方の光の光軸を垂直に変換するミラー５０３ａと、ハーフミラー５０３ａにより光軸変換されたコリメート光を集光する結合レンズ５０４ａとを備える。結合レンズにより集光された光は、光導波路の調整を行う導波路デバイス５０５の光導波路５０７に結合される。
【００３６】
光導波路調整システムは、導波路デバイス５０５から出射された光をコリメートする結合レンズ５０４ｂと、ハーフミラー５０２ａにより分岐された他方の光の光軸を垂直に変換するミラー５０３ｂと、結合レンズ５０４ｂによりコリメートされた光及びミラー５０３ｂにより光軸変換された光を合波するハーフミラー５０２ｂと、ハーフミラーにより合波された光を出力する出力ポート５０６とをさらに備える。
【００３７】
光導波路調整システムは、図４に示した光導波路調整法の構成における上アーム導波路に相当する空間光学系の光路に、導波路デバイス５０５が挿入され、下アーム導波路に相当する空間光学系の光路には何も挿入されていないので、図４に示した非対称マッハツェンダ型干渉計と同等の構成となる。
【００３８】
光導波路調整システムは、導波路デバイス５０５の導波路５０７に光を照射する調整用の光源であるレーザ１０１と、レーザ１０１から出射された光を導波路５０７に集光するためのレンズ１０２とを備える。また、光導波路調整システムは、導波路５０７の光の透過率を測定するための測定用の光学系として、コリメート光を入力ポート５０１に出力する測定用の光源である発光部５１１と、出力ポート５０６からの光を入力する受光部５１２と、受光部５１２における光強度と、閾値生成部５１４で生成された閾値と比較する判定部５１３と、判定部５１３の結果に基づいて、レーザ１０１を制御する制御部１０１とをさらに備える。
【００３９】
（光の位相の調整）
光導波路調整システムは、第１の実施形態において図４に示した非対称マッハツェンダ型干渉計に相当するので、導波路デバイス５０５の導波路５０７の調整前に、発光部５１１からコリメート光を入力すると、受光部５１２において、図５に示した調整前の波形を取得することができる。制御部１０１から所定のパルス幅、光パワーとなるように制御信号をレーザ１０１に入力すると、レーザ１０１から出射される波長０．５３２μｍの光により、導波路５０７の屈折率が変化し、図５に示した調整前の波形、すなわち導波路５０７を透過する光の位相を調整することができる。
【００４０】
所定のパルス幅、光パワーをレーザ１０１から導波路５０７に入射し、式１から求めた位相調整量Δφを求めておく。このとき、所望の波長における位相調整量Δφにおいて、受光部５１２から出力される光強度を求め、閾値生成部５１４に予め格納しておく。判定部５１３は、受光部５１２における光強度と、閾値生成部５１４に格納された閾値と比較して、所望の波長における位相調整量Δφに達したか否かを判定する。制御部１０１は、判定部５１３から、所望の波長における位相調整量Δφに達したとする判定結果を受信するまで、レーザ１０１を制御して光導波路の位相を調整する。
【００４１】
（光の透過率の調整）
光の透過率の調整は、光の位相の調整と同様にして、所定のパルス幅、光パワーをレーザ１０１から導波路５０７に入射し、式２から求めた透過率変化量ΔＴを求めておく。このとき、所望の波長における透過率変化量ΔＴにおいて、受光部５１２から出力される光強度を求め、閾値生成部５１４に予め格納しておく。判定部５１３は、受光部５１２における光強度と、閾値生成部５１４に格納された閾値と比較して、所望の波長における透過率変化量ΔＴに達したか否かを判定する。制御部１０１は、判定部５１３から、所望の波長における透過率変化量ΔＴに達したとする判定結果を受信するまで、レーザ１０１を制御して光導波路の透過率を調整する。
【００４２】
第５の実施形態の光導波路調整システムによれば、光導波路の製造工程中、コアを形成した後に光を照射するだけなので、作製プロセスにおいて追加の工程を必要としない。また、調整にかかる時間は、光導波路調整システムへのデバイスの設置、レーザ照射のための位置合わせ、レーザ照射の工程のみであり３分程度であり、短時間の調整が可能である。
【００４３】
［第６の実施形態］
図１２に、本発明の第６の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。図１１に示した光導波路調整システムにおいて、導波路デバイス５０５に代えて、第６の実施形態では光導波路型マッハツェンダ干渉計６０１の光導波路の調整を行う。ここでは、単一基板上に設けられた光導波路型マッハツェンダ干渉計を例に説明するが、これに限定されるものではなく、複数基板からなる光導波路型マッハツェンダ干渉計でも構わないし、干渉計の一部が空間光学系で構成され、一部が光導波路系で構成されたマッハツェンダ干渉計であっても構わない。
【００４４】
光導波路型マッハツェンダ干渉計６０１は、結合レンズ５０４ａと光学的に結合される入力ポート２０１と、入力ポート２０１と入力端子とが光学的に接続された１×２カプラ２０２と、１×２カプラ２０２の一方の出力端子に光学的に接続された上アーム導波路２０３と、１×２カプラ２０２の他方の出力端子に光学的に接続された下アーム導波路２０４と、上アーム導波路２０３及び下アーム導波路２０４とがそれぞれ入力端子に光学的に接続された２×１カプラ２０５と、２×１カプラ２０５の出力端子と光学的に接続され、結合レンズ５０４ｂと光学的に結合される出力ポート２０６とを備える。上アーム導波路２０３の光路長が下アーム導波路２０４の光路長より短い非対称マッハツェンダ干渉計であり、光路長の短い上アーム導波路２０３上に光照射領域２０７が設けられている。
【００４５】
非対称マッハツェンダ干渉計においては、光路長の短い上アーム導波路２０３は、光路長の長い下アーム導波路２０４と比較して伝搬損失が小さいため、両方のアームを透過した光が後段の２×１カプラ２０５により合波されたあとの光の消光比が劣化してしまう。マッハツェンダ干渉計を用いた光周波数フィルタ、光変調器を考えた場合、消光比の劣化は信号品質の劣化を招くため、光回路の性能として問題となる。そこで、本実施形態にかかる光導波路調整法を用いて、上アーム導波路２０３の透過率を調整して、両方のアームを透過する光のパワーを等しくする。その結果、非対称マッハツェンダ干渉計の消光比を向上させることができる。
【００４６】
図１３に、第６の実施形態における光導波路型マッハツェンダ干渉計の光学特性を示す。レーザ１０１から光照射領域２０７に光パルスを照射する前後の透過率を示している。図１３（ａ）に示した調整前においては、マッハツェンダ干渉計のアーム間の透過率ばらつきにより消光比が２０ｄＢ程度であった。図１３（ｂ）に示したように、第６の実施形態にかかる光導波路調整法により、消光比は４０ｄＢ程度となり、２０ｄＢ程度の改善がなされている。
【００４７】
［第７の実施形態］
図１４に、本発明の第７の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。図１１に示した光導波路調整システムにおいて、導波路デバイス５０５に代えて、第７の実施形態ではアレイ導波路格子７０４の光導波路の調整を行う。ここでは、単一基板上に設けられたアレイ導波路格子を例に説明するが、これに限定されるものではなく、複数基板からなるアレイ導波路格子でも構わないし、一部が空間光学系で構成され、一部が光導波路系で構成されたアレイ導波路格子であっても構わない。
【００４８】
アレイ導波路格子７０４は、結合レンズ５０４ａと光学的に結合される入力ポート２０１と、入力ポート２０１に光学的に接続された入力側スラブ導波路７０１と、入力側スラブ導波路のＮチャネルの出力に光学的に接続されたアレイ導波路７０２と、アレイ導波路７０２の他方に光学的に接続された出力側スラブ導波路７０３と、出力側スラブ導波路７０３の出力に光学的に接続され、結合レンズ５０４ｂと光学的に結合される出力ポート２０６とを備える。アレイ導波路７０２上に設けられた光照射領域２０７に、レーザ１０１からの光パルスを照射することにより、アレイ導波路７０２の各々の光導波路を透過する光位相または透過率を調整する。
【００４９】
アレイ導波路７０２の各々の光導波路は、１０〜５０μｍ程度の狭い間隔で配置されている。光照射領域２０７において、ターゲットとなる光導波路に光を集光させ、隣接する光導波路には光を当てないようして、各光導波路の精密な調整を行う。従って、照射する光が集光されたときのスポットサイズより、十分に広い導波路間隔、２倍程度の間隔を設けることが望ましい。
【００５０】
図１５に、第７の実施形態におけるアレイ導波路格子の光学特性を示す。レーザ１０１から光照射領域２０７に光パルスを照射する前後の透過率を示している。図１５（ａ）に示した調整前においては、アレイ導波路格子のチャネル間クロストークは約３０ｄＢであった。図１５（ｂ）に示したように、第７の実施形態にかかる光導波路調整法により、クロストークは６０ｄＢ以下となり、クロストークが３０ｄＢ以上改善されていることがわかる。
【００５１】
ここでは、光照射領域２０７をアレイ導波路７０２上に設ける構成を例に説明したが、光照射領域２０７は、入力側スラブ導波路７０１上であっても、出力側スラブ導波路７０３上であっても構わない。さらに、入力ポート２０１と入力側スラブ導波路７０１とを接続する光学経路上であっても、出力ポート２０６と出力側スラブ導波路７０３とを接続する光学経路上であっても構わない。
【００５２】
［第８の実施形態］
図１６に、本発明の第８の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。図１１に示した光導波路調整システムにおいて、導波路デバイス５０５に代えて、第８の実施形態では光ハイブリッド回路８０５の光導波路の調整を行う。ここでは、単一基板上に設けられた光ハイブリッド回路を例に説明するが、これに限定されるものではなく、複数基板からなる光ハイブリッド回路でも構わないし、一部が空間光学系で構成され、一部が光導波路系で構成された光ハイブリッド回路であっても構わない。
【００５３】
光ハイブリッド回路８０５は、結合レンズ５０４ａと光学的に結合される入力ポート８０１ａと、入力ポート８０１ａと入力端子が光学的に接続された２×２カプラ８０２ａと、局部発振光が入力される入力ポート８０１ｂと、入力ポート８０１ｂと光学的に接続された１×２カプラ８０３と、２×２カプラ８０２ａの一方の出力及び１×２カプラ８０３の一方の出力と光学的に接続された２×２カプラ８０２ｂと、２×２カプラ８０２ａの他方の出力及び１×２カプラ８０３の他方の出力と光学的に接続された２×２カプラ８０２ｃと、２×２カプラ８０２ｂの出力にそれぞれ光学的に接続された出力ポート８０４ａ、８０４ｂと、２×２カプラ８０２ｃの出力にそれぞれ光学的に接続された出力ポート８０４ｃ、８０４ｄとを備える。２×２カプラ８０２ａまたは１×２カプラ８０３と、２×２カプラ８０２ｂまたは２×２カプラ８０２ｃとを接続する光学経路上に設けられた光照射領域２０７に、レーザ１０１からの光パルスを照射することにより、光学経路上の光導波路を透過する光位相または透過率を調整する。
【００５４】
光ハイブリッド回路８０５の各々の光導波路は、１０〜５０μｍ程度の狭い間隔で配置されている。光照射領域２０７において、ターゲットとなる光導波路に光を集光させ、隣接する光導波路には光を当てないようして、各光導波路の精密な調整を行う。従って、照射する光が集光されたときのスポットサイズより、十分に広い導波路間隔、２倍程度の間隔を設けることが望ましい。
【００５５】
図１７に、第８の実施形態における光ハイブリッド回路の光学特性を示す。レーザ１０１から光照射領域２０７に光パルスを照射する前後の透過率を示している。光ハイブリッド回路８０５の４つの出力ポート８０４ａ〜ｄから出力される光は、９０°の位相差で出力されることが理想である。図１７（ａ）に示した調整前においては、各出力ポートにおいて、理想とされる位相からのずれを位相誤差として評価すると±１０°程度の位相誤差があった。図１７（ｂ）に示したように、第８の実施形態にかかる光導波路調整法により、位相誤差は±２°以下となり、位相誤差が８°程度改善されていることがわかる。
【００５６】
ここでは、２×２カプラ８０２ａと２×２カプラ８０２ｃとを接続する光学経路、および１×２カプラ８０３と２×２カプラ８０２ｂとを接続する光学経路が交差する構成の光ハイブリッド回路を例に説明したが、光ハイブリッド回路は、この例に限定されるものではない。マルチモード干渉（ＭＭＩ：Multi Mode Interferometer）型のカプラを用いて、光学経路に交差がないようにした構成であっても構わない。また、光照射領域２０７を２×２カプラ８０２ａまたは１×２カプラ８０３と、２×２カプラ８０２ｂまたは２×２カプラ８０２ｃとを接続する光学経路上に設ける例を説明したが、光照射領域２０７は、２×２カプラ上であっても、２×２カプラ８０２ｂまたは８０２ｃと出力ポート８０４とを接続する光学経路上であっても構わない。
【００５７】
［第９の実施形態］
図１８に、本発明の第９の実施形態にかかる光導波路調整法を示す。第９の実施形態は、図１２に示した第６の実施形態の変形例である。光導波路型マッハツェンダ干渉計６０１は、上アーム導波路２０３の光路長が下アーム導波路２０４の光路長より長い非対称マッハツェンダ干渉計であり、光路長の長い上アーム導波路２０３上に光照射領域２０７が設けられている。
【００５８】
第６の実施形態と同様に、本実施形態にかかる光導波路調整法を用いて、上アーム導波路２０３の透過率を調整して、両方のアームを透過する光のパワーを等しくする。その結果、非対称マッハツェンダ干渉計の消光比を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１，２１，１０５，１１５，１２５  基板
１２，２２  下部クラッド
１３，２３，１０３，１１３，１２３  コア
１４，１０４，１１４，１２４  クラッド
１５  ヒータ
１０１  レーザ
１０２  レンズ
２０１，５０１，８０１  入力ポート
２０２，８０３  １×２カプラ
２０３  上アーム導波路
２０４  下アーム導波路
２０５  ２×１カプラ
２０６，５０６，８０４  出力ポート
２０７  光照射領域
５０２  ハーフミラー
５０３  ミラー
５０４  結合レンズ
５０５  導波路デバイス
５０７  導波路
６０１  光導波路型マッハツェンダ干渉計
７０１  入力側スラブ導波路
７０２  アレイ導波路
７０３  出力側スラブ導波路
７０４  アレイ導波路格子
８０２  ２×２カプラ
８０５  光ハイブリッド回路
【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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【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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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１５】
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