(57)【要約】【課題】本発明は、出力側のファイバ位置決め工程を不要にして検査工程を大幅に短縮するための検査用光回路及びその検査方法を提供する。【解決手段】本発明は、検査用光導波路と、前記検査用光導波路の一端に接続された入力用グレーティングカプラと、前記検査用光導波路の他端に接続された出力用グレーティングカプラと、液溜め開口部を有し、前記液溜め開口部に液体が充填された液溜めと、音波検出器と、を備えた検査用光回路であって、前記液溜め開口部は、前記出力用グレーティングカプラの直上に配置され、前記音波検出器は、前記入力用グレーティングカプラから前記検査用光導波路を介して前記出力用グレーティングカプラから出射する光が前記液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査用光導波路と、
前記検査用光導波路の一端に接続された入力用グレーティングカプラと、
前記検査用光導波路の他端に接続された出力用グレーティングカプラと、
液溜め開口部を有し、前記液溜め開口部に液体が充填された液溜めと、
音波検出器と、
を備えた検査用光回路であって、
前記液溜め開口部は、前記出力用グレーティングカプラの直上に配置され、
前記音波検出器は、前記入力用グレーティングカプラから前記検査用光導波路を介して前記出力用グレーティングカプラから出射する光が前記液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする検査用光回路。
【請求項２】
前記液体は、前記音波検出器に接触するように前記液溜めに充填されていることを特徴とする請求項１に記載の検査用光回路。
【請求項３】
前記音波検出器は、前記液溜めの内部に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の検査用光回路。
【請求項４】
前記検査用光導波路の途中に設けられた光分岐回路であって、前記検査用光導波路を前記光分岐回路の出力端において第１及び第２の出力光導波路に分岐する光分岐回路と、
第２の出力用グレーティングカプラと、
第２の液溜め開口部を有し、前記第２の液溜め開口部に液体が充填された第２の液溜めと、
第２の音波検出器と、
をさらに備え、
前記第１の出力光導波路は前記出力用グレーティングカプラに接続され、前記第２の出力光導波路は前記第２の出力用グレーティングカプラに接続されており、
前記第２の音波検出器は、前記第２の出力用グレーティングカプラから出射する光が前記第２の液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路。
【請求項５】
前記検査用光導波路の途中に、リング共振器からなる波長フィルタ、光機能素子、光干渉計、光交差回路、偏波分離素子又は偏波回転素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路を複数備え、
当該複数の検査用光回路で共通の前記液溜めを用いることを特徴とする検査用光回路。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の第１の検査用光回路と、
請求項１乃至３のいずれかに記載の第２の検査用光回路と、
を備えた検査用光回路であって、
前記第２の検査用光回路は、前記第１の検査用光回路の第１の検査用光導波路とは長さが異なる第２の検査用光導波路を有し、
前記第１の検査用光回路が発生する音波信号の強度と、前記第２の検査用光回路が発生する音波信号の強度の比、並びに前記第１の検査用光導波路の長さと前記第２の検査用光導波路の長さとの差から、前記第１の検査用光導波路及び前記第２の検査用光導波路の単位長さ当たりの導波損失を算出することを特徴とする検査用光回路。
【請求項８】
検査用光導波路と、
前記検査用光導波路の一端に接続された入力用グレーティングカプラと、
前記検査用光導波路の他端に接続された出力用グレーティングカプラと、
液溜め開口部を有し、前記液溜め開口部に液体が充填された液溜めと、
音波検出器と、
を備えた検査用光回路を用いて前記検査用光導波路の特性を検査する方法であって、
前記液溜め開口部は、前記出力用グレーティングカプラの直上に配置され、
前記音波検出器は、前記入力用グレーティングカプラから前記検査用光導波路を介して前記出力用グレーティングカプラから出射する光が前記液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術に関し、特に大口径シリコンウエハ上に形成した複数のシリコン光回路を検査するための検査用光回路及びその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の普及に伴い、光通信装置の低コスト化が求められている。シリコンウエハのような大口径ウエハ上に、シリコンフォトニクスのような微小光回路技術を用いて光回路を形成することで、１チップあたりの材料費を劇的に下げることが出来る。しかし、チップ検査はチップ毎に行う必要があり、結果として１チップあたりのコスト圧縮に限界がある。今後は検査コストを下げることが必要である。
【０００３】
大口径シリコンウエハ上に形成した膨大な数の超小型光回路を検査するためには、ウエハの状態で検査を行うことが必要である。光をウエハ上面からウエハ上に形成された多数の光回路に入出力する技術として周期的パターンによる回折効果で光の進行方向を変換するグレーティングカプラがあり、一対のグレーティングカプラ上部に一対の光ファイバを対抗させ、一方の光ファイバを入力とし、他方を出力とすることで、ウエハの状態で検査を実施することが出来る。
【０００４】
図１は、従来の検査用光回路の構成例を示す図である。図１には、図１の紙面垂直方向から光を出射する入力用光ファイバ１と、入力用光ファイバ１から出射された光を入力して光の進行方向を図１の紙面水平方向に変換して出力する入力用グレーティングカプラ２と、入力用グレーティングカプラ２から出力された光を入力して導波する検査用光導波路３と、検査用光導波路３において導波された光を入力して図１の紙面垂直方向に変換して出力する出力用グレーティングカプラ４と、出力用グレーティングカプラ４から出力された光を入力する出力用光ファイバ５と、を備えた検査用光回路が示されている。図１に示されるように、検査用光回路は、実用途として使用される回路の近傍に配置され、実用途として使用されることは無く、検査工程のみで使用される光回路である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R. M. Emmons and D. G. Hall, “Buried-Oxide Silicon-on-Insulator Structures II: Waveguide Grating Couplers”, lEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 28, No. 1, pp. 164-175, 1992年1月
【非特許文献２】D. Taillaert, H. Chong, P. I. Borel, L. H. Frandsen, R. M. De La Rue, and R. Baets, “A Compact Two-Dimensional Grating Coupler Used as a Polarization Splitter”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 15, No. 9, pp. 1249-1251, 2003年9月.
【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、図１に示す従来の検査用光回路では、入力用光ファイバ１と入力用グレーティングカプラ２との光結合及び出力用光ファイバ５と出力用グレーティングカプラ４との光結合を得るために、グレーティングカプラと光ファイバの位置決めが必要であり、検査時間の大半を、実際の光強度等の検査測定ではなく、ファイバ位置決めに費やす必要がある。よって、低コスト化を実現するためには、ファイバ位置決め工程を短縮することが必要である。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するものであり、出力側のファイバ位置決め工程を不要にして検査工程を大幅に短縮しながら検査用光導波路の特性を検査するための検査用光回路及びその検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の検査用光回路は、検査用光導波路と、前記検査用光導波路の一端に接続された入力用グレーティングカプラと、前記検査用光導波路の他端に接続された出力用グレーティングカプラと、液溜め開口部を有し、前記液溜め開口部に液体が充填された液溜めと、音波検出器と、を備えた検査用光回路であって、前記液溜め開口部は、前記出力用グレーティングカプラの直上に配置され、前記音波検出器は、前記入力用グレーティングカプラから前記検査用光導波路を介して前記出力用グレーティングカプラから出射する光が前記液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の検査用光回路は、請求項１に記載の検査用光回路であって、前記液体は、前記音波検出器に接触するように前記液溜めに充填されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の検査用光回路は、請求項１に記載の検査用光回路であって、前記音波検出器は、前記液溜めの内部に埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の検査用光回路は、請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路であって、前記検査用光導波路の途中に設けられた光分岐回路であって、前記検査用光導波路を前記光分岐回路の出力端において第１及び第２の出力光導波路に分岐する光分岐回路と、第２の出力用グレーティングカプラと、第２の液溜め開口部を有し、前記第２の液溜め開口部に液体が充填された第２の液溜めと、第２の音波検出器と、をさらに備え、前記第１の出力光導波路は前記出力用グレーティングカプラに接続され、前記第２の出力光導波路は前記第２の出力用グレーティングカプラに接続されており、前記第２の音波検出器は、前記第２の出力用グレーティングカプラから出射する光が前記第２の液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の検査用光回路は、請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路であって、前記検査用光導波路の途中に、リング共振器からなる波長フィルタ、光機能素子、光干渉計、光交差回路、偏波分離素子又は偏波回転素子が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の検査用光回路は、請求項１乃至３のいずれかに記載の検査用光回路を複数備え、当該複数の検査用光回路で共通の前記液溜めを用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の検査用光回路は、請求項１乃至３のいずれかに記載の第１の検査用光回路と、請求項１乃至３のいずれかに記載の第２の検査用光回路と、を備えた検査用光回路であって、前記第２の検査用光回路は、前記第１の検査用光回路の第１の検査用光導波路とは長さが異なる第２の検査用光導波路を有し、前記第１の検査用光回路が発生する音波信号の強度と、前記第２の検査用光回路が発生する音波信号の強度の比、並びに前記第１の検査用光導波路の長さと前記第２の検査用光導波路の長さとの差から、前記第１の検査用光導波路及び前記第２の検査用光導波路の単位長さ当たりの導波損失を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の方法は、検査用光導波路と、前記検査用光導波路の一端に接続された入力用グレーティングカプラと、前記検査用光導波路の他端に接続された出力用グレーティングカプラと、液溜め開口部を有し、前記液溜め開口部に液体が充填された液溜めと、音波検出器と、を備えた検査用光回路を用いて前記検査用光導波路の特性を検査する方法であって、前記液溜め開口部は、前記出力用グレーティングカプラの直上に配置され、前記音波検出器は、前記入力用グレーティングカプラから前記検査用光導波路を介して前記出力用グレーティングカプラから出射する光が前記液溜めに充填された液体に作用することによって生成された音波の強度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、出力側のグレーティングカプラから出射する光は液溜め中に充填された液体と作用することによって音波を生成し、その音波はウエハから離れた位置にある音波検出器により音波強度として検出される。そのため、液体において発生した音波によって検査用光導波路の特性を検査することができることから、従来のように出力側光ファイバを用いて出力側のグレーティングカプラから出射する光を検出する必要がなくなるため出力側光ファイバの位置決めが不要となり、検査工程を大幅に短縮しながら検査用光導波路の特性を検査することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の検査用光回路の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る検査用光回路の平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る検査用光回路の断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る検査用光回路の断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る検査用光回路の断面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る検査用光回路の平面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る検査用光回路における小型音波検出器で検出される音波信号強度と時間との関係を例示する図である。
【図８】本発明の実施例５に係る検査用光回路の平面図である。
【図９】本発明の実施例６に係る検査用光回路の平面図である。
【図１０】本発明の実施例７に係る検査用光回路の平面図である。
【図１１】本発明の実施例８に係る検査用光回路の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施例１）
図２及び図３を用いて本発明の原理を説明する。図２は、本発明の実施例１に係る検査用光回路の平面図である。図２には、入力用光ファイバ１と、入力用グレーティングカプラ２と、検査用光導波路３と、出力用グレーティングカプラ４と、液溜め開口部６を有する液溜め７と、を備えた検査用光回路が示されている。図２に示されるように、出力用グレーティングカプラ４の周囲は液溜め７で囲われており、出力用グレーティングカプラ４は液溜め開口部６内に設けられている。入力用光ファイバ１に導かれる光信号は、音波程度の周波数で強度変調されている。この光信号が入力用グレーティングカプラ２を介して検査用光導波路３に導入され、検査用光導波路３を介して出力用グレーティングカプラ４に出力される。
【００２０】
図３は、図２で示したＡ−Ａ断面に沿った断面図である。図３には、基板１０と、基板１０上に形成された埋め込み酸化膜１１と、埋め込み酸化膜１１上に設けられた検査用光導波路３及び出力用グレーティングカプラ４と、出力用グレーティングカプラ４の直上に液溜め開口部６が設けられた液溜め７と、液溜め７の液溜め開口部６内に充填された液体１２と、音波検出器１３と、が示されている。
【００２１】
検査用光導波路３は基板１０および埋め込み酸化膜１１の上に形成されており、出力用グレーティングカプラ４は検査用光導波路３を介して導波してきた光の進行方向をウエハ上面方向に変化させる。液溜め開口部６の内部には、出力用グレーティングカプラ４の上面が設けられている。
【００２２】
液体１２は、検査用光導波路３を透過して入力用グレーティングカプラ２及び出力用グレーティングカプラ４で回折する光の波長に対して光吸収係数が大きな材料からなり、代表的な光中心波長である１５５０ｎｍに対しては、例えば水などで良い。液体１２は、光を吸収するため、局所的に昇温し、体積が膨張する。液体１２の昇温および堆積膨張の割合は光強度に比例するため、光強度が音波程度の周波数で変調されている場合は、液体１１が膨張収縮を繰り返し、結果として音波が発生する。
【００２３】
音波検出器１３は、液体１２において発生した音波を検出し、液溜め開口部６と音波検出器１３との位置関係並びに音波検出器１３の出力強度から、検査用光導波路３の特性を検査することが出来る。
【００２４】
よって、液体１２において発生した音波によって検査用光導波路３の特性を検査することができることから、従来のように出力側光ファイバを用いて出力側グレーティングカプラ４から出射された光を検出する必要がなくなる。そのため、出力側グレーティングカプラ４に対するファイバ位置決めのような位置決め工程は不要となり、結果として従来よりも検査工程を大幅に短縮しながら検査用光導波路３の特性を検査することが可能となる。
【００２５】
ここで、音波検出器１３は、音波を検出することが可能な位置であればどこに配置されていても良い。
【００２６】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２に係る検査用光回路の断面図である。図４に示されるように、液体１２ｂが音波検出器１３と接触するように液体１２が液溜め開口部６以外の部分にも充填されている。
【００２７】
実施例２では、例えば、液溜め７の外周部分に外壁８を設けることにより、液溜め７の液溜め開口部６から溢れるように液体１２を充填している。外壁８は、液溜め７の高さよりも高く、液体１２の液面が音波検出器１３に接することが可能な高さを有していればよい。
【００２８】
一般に、音波は比重が異なる材料の界面で反射するため、不要な界面がある場合は、音波強度が減衰してしまうことがある。一方で、実施例２に係る構成の場合、光音波変換溶液１２と音波検出器１３とが接していることから、音波の不要な反射は無く、高効率で音波検出が可能となる。
【００２９】
ここで、音波検出器１３が液溜め開口部６内に納まる場合には、外壁８を設けずに液体１２を液溜め開口部６から溢れないように充填し、音波検出器１３を液溜め開口部６内の液体１２に直接接触するように構成してよい。
【００３０】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３に係る検査用光回路の断面図である。図５には、基板１０と、基板１０上に形成された埋め込み酸化膜１１と、埋め込み酸化膜１１上に設けられた検査用光導波路３及び出力用グレーティングカプラ４と、液溜め７と、液溜め７の液溜め開口部６内に充填された液体１２と、液溜め７の内部に埋設された小型音波検出器１４と、ケーブル１５を介して小型音波検出器１４と接続された信号処理装置１６と、が示されている。
【００３１】
図５に示されるように、実施例３では、液溜め７の上部は空気層となっており、音波の反射がある。また、液溜め７の下部は基板１０及び埋め込み酸化膜１１から構成されるため、同様に音波の反射がある。このため、液体１２で発生した音波は、液溜め７の中に閉じ込められた形で伝播することから、結果としてあまり減衰せずに小型音波検出器１４に達するため、高効率で音波検出が可能となる。
【００３２】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４に係る検査用光回路の平面図である。図６には、本発明に係る検査用光回路１７が６つ並んで１つの液溜め７内に設けられて構成された例が示されている。図６に示されるように、小型音波検出器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄは、液溜め７に埋設された形で複数配置されており、ケーブル１５を介して信号処理装置１６に接続されている。
【００３３】
図７は、実施例４に係る検査用光回路の小型音波検出器で検出される音波信号強度と時間との関係を例示する。図７に示す３つのグラフには、各小型音波検出器で検出される音波信号波形が示されている。それぞれの小型音波検出器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄは、液溜め開口部６からの距離が異なる。この時、入力光がパルス波形のように時間的に変化する波形である場合、それぞれの小型音波検出器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄで検出される波形は、図７に示すように検出時刻と音波強度が異なる。そのため、時間差ｔ１、ｔ２をもとに信号処理装置１６にて適切な信号処理を施すことで、複数の液溜め開口部６のうち、音波を発生している液溜め開口部６がどの位置にあるかを判定することが出来る。また、それぞれの小型音波検出器で検出される音波強度の比から、より正確に検査用光導波路の特性を検査することが出来る。
【００３４】
ここで、実施例４では、小型音波検出器は、液溜め７に埋設された形で配置されているが、音波を検出することが可能な位置であればどこに配置されていても良い。また、実施例４では、小型音波検出器は４つ配置されているが、その数は２以上であれば良く、またどのような配置であっても良い。さらに、実施例４では、検査用光回路１７が６つ並んだ構成になっているが、検査用光回路の数はいくつでも良く、またどのような配置であっても良い。
【００３５】
（実施例５）
図８は、本発明の実施例５に係る検査用光回路の平面図である。図８に示されるように、実施例５では、検査用光回路１７ａと、検査用光回路１７ａの検査用光導波路３とは長さが異なる検査用光導波路３’を有する検査用光回路１７ｂが配置されている。
【００３６】
実施例５に係る検査用光回路によると、検査用光回路１７ａが発生する音波信号の強度と検査用光回路１７ｂが発生する音波信号の強度との比、並びに検査用光導波路３の長さと検査用光導波路３’の長さとの差から、検査用光導波路３及び検査用光導波路３’の単位長さ当たりの導波損失を算出することが出来る。
【００３７】
（実施例６）
図９は、本発明の実施例６に係る検査用光回路の平面図である。図９に示されるように、実施例６に係る検査用光回路では、検査用光導波路３の途中に光分岐回路１８が設けられており、検査用光導波路３は光分岐回路１８の出力端において二つの出力光導波路３ａ、３ｂに分岐されている。光分岐回路１８の二つの出力光導波路３ａ、３ｂは、それぞれ別の出力用グレーティングカプラ４に接続されている。
【００３８】
実施例６に係る検査用光回路によると、液溜め開口部６ａ、６ｂから発生する音波信号の強度をそれぞれの音波検出器で別々に検査することで、光分岐回路１８の分岐特性を検査することが出来る。また、実施例６に係る検査用光回路によると、出力が複数ある検査用光回路の特性も検査することが出来る。
【００３９】
ここで、実施例６では、１入力２出力の光分岐回路１８を用いた構成を例示したが、これに限定されず、１入力多出力の光分岐回路を用いて複数の出力光導波路を複数の出力用グレーティングカプラ４に接続する構成としてもよい。
【００４０】
（実施例７）
図１０は、本発明の実施例７に係る検査用光回路の平面図である。図１０に示されるように、実施例７に係る検査用光回路では、検査用光導波路３1の途中にリング共振器２０からなる波長フィルタ１９が設けられており、波長フィルタ１９及び検査用光導波路３2を介して光信号が出力用グレーティングカプラ４に出力されている。
【００４１】
実施例７に係る検査用光回路によると、入力光の波長を掃引しながら、液溜め開口部６から発生した音波信号の強度を測定することで、波長フィルタ１９のフィルタ特性を測定・検査することが出来る。また、実施例７に係る検査用光回路によると、検査用光回路の分光特性も検査することが出来る。
【００４２】
（実施例８）
図１１は、本発明の実施例８に係る検査用光回路の平面図である。図１１に示されるように、実施例８に係る検査用光回路では、検査用光導波路３の途中に光機能素子２１が設けられている。
【００４３】
実施例８に係る検査用光回路によると、入力光の波長や強度、偏波など光機能素子２１の検査に必要なパラメータを変化させながら、液溜め開口部６からの音波強度を測定することで、光機能素子２１の各種特性を測定・検査することが出来る。光機能素子２１の例としては、実施例６で上述した光分岐回路、実施例７で上述した波長フィルタの他に、光干渉計、光交差回路、偏波分離素子、偏波回転素子等がある。
【００４４】
以上、本発明の各実施例について説明したが、液溜め開口部６の形状は図面に示されたように四角形状に限定されるものではなく、様々な形状について本発明で適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
入力用光ファイバ  １
入力用グレーティングカプラ  ２
検査用光導波路  ３
出力用グレーティングカプラ  ４
出力用光ファイバ  ５
液溜め開口部  ６
液溜め  ７
外壁  ８
基板  １０
埋め込み酸化膜  １１
液体  １２
音波検出器  １３
小型音波検出器  １４
ケーブル  １５
信号処理装置  １６
検査用光回路  １７
光分岐回路  １８
波長フィルタ  １９
リング共振器  ２０
光機能素子  ２１
【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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