(57)【要約】【課題】フェイズマスクおよび石英系ＰＬＣからの反射光をモニタすることにより、フェイズマスクおよび石英系ＰＬＣを平行にするＵＶ誘起グレーティングの作製方法を提供すること。【解決手段】目視でフェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６を後で照射するＵＶ光の光軸に対して大凡垂直になり、大凡互いが平行になるように、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６を目視しながら調整する。次に、可視光レーザ光源４１から、ミラー４２、ＵＶ光用ミラー３４を介して照射したモニタ可視光をフェイズマスク３５および石英系ＰＬＣ３６に照射し、フェイズマスク３５および石英系ＰＬＣ３６からの反射光を観察しながら、石英系ＰＬＣ３６からの反射光がフェイズマスク３５からの反射光に重なるように石英系ＰＬＣ３６の水平及び垂直方向のあおり角を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系ＰＬＣ上のコアにフェイズマスクを通してＵＶ光を照射して、ＵＶ誘起グレーティングを作製するＵＶ誘起グレーティングの作製方法であって、前記ＵＶ光を照射する前に、
モニタ可視光を、前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射するステップと、
前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣからの前記モニタ可視光の反射光をモニタするステップと、
前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣからの前記反射光が一致するように、前記フェイズマスクもしくは前記石英系ＰＬＣの水平方向及び垂直方向のあおり角を調整するステップと、
を有し、前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣを平行にすることを特徴とするＵＶ誘起グレーティングの作製方法。
【請求項２】
前記ＵＶ光を照射する時、前記ＵＶ光がＵＶ光用ミラーで反射された後に前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射されることを特徴とする請求項１に記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法。
【請求項３】
前記反射光をモニタするステップは、前記ＵＶ光用ミラーを透過した前記反射光をモニタすることを特徴とする請求項２に記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法。
【請求項４】
前記モニタ可視光を、前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射するステップは、前記モニタ可視光が可視光用ミラーで反射された後に前記石英系ＰＬＣに照射され、
ＵＶ光照射時には、前記可視光用ミラーを取り外してその位置にＵＶ光用のスリットを取り付けたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用のＵＶ誘起グレーティングの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンの普及、ＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）等への動画投稿などにより、大量のトラフィックを流せる通信回線が必要になっており、アジア、北米、欧州で光通信回線基幹網の大容量化が進められている。この光通信回線基幹網の大容量化は、空間多重技術、多値変調技術、高密度波長多重（ＤＷＤＭ）技術の一部または全部を組み合わせて行う。
【０００３】
一方、国外にあるデータセンターを利用したクラウドサービスなどの進展により、上記の大容量の情報を遠くに送る技術の重要性も高まっており、その要の技術の１つが光増幅技術である。
【０００４】
光増幅器の代表的な例としてＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）がある。このＥＤＦＡの光利得は、増幅帯域内で大きな波長依存性がある。そのため、特定の波長帯域の光を反射する機能をもった光学素子であるグレーティングの波長透過特性をＥＤＦＡの逆特性に設計することで、ＥＤＦＡの波長依存性を打ち消し、ＥＤＦＡを通った光に対して波長ごとの増幅率を一定にする、グレーティングを用いた利得等化器を作製することができる。
【０００５】
特に、ＥＤＦＡをＤＷＤＭ技術と組み合わせた場合、３０ｎｍ程度の広い波長範囲に渡り光を伝送することもある。（ＥＤＦＡ以外の増幅器を組み合わせて１００ｎｍ程度に渡る場合もある。）ここで、各波長チャンネルの光を増幅後、強度が一定になるように調整するので、光増幅器の利得等化器は長距離伝送において重要である。
【０００６】
このように、石英系ＰＬＣ上の導波路に作製したＵＶ誘起グレーティングは、光増幅器の利得等化器や、外部共振器レーザの外部反射ミラーとして応用が期待されている。
【０００７】
ＵＶ光（紫外線）を照射することで作製されたＵＶ誘起グレーティングを外部反射ミラーとして用いた外部共振器レーザは、従来の通信で用いられる半導体ＤＦＢレーザと比較して一般に線幅が細いため、多値変調技術と多くの場合組み合わせて用いられるデジタルコヒーレント通信用の光源として有望である。デジタルコヒーレント通信では、信号光と局発光の干渉光を受信するから、より干渉性の良い光源すなわち、より線幅の細い光源が求められるからである。特に、多値変調度が高くなるとＳＮ（シグナル・ノイズ）比を確保するために、さらに狭線幅の光源が必要になる。そのため、現在も外部共振器レーザの研究・開発が盛んに行われている。
【０００８】
このように、石英系ＰＬＣ上に作製したＵＶ誘起グレーティングは、光通信において重要である。図５に、ＵＶ誘起グレーティング作製の原理を示す。７０はフェイズマスクであり、７５は石英系ＰＬＣである。石英系ＰＬＣの内、７１は上部クラッド、７２はコアでグレーティングが形成されているものであり、７３は下部クラッドであり、７４はＳｉ基板である。ここでは、コアとクラッドを合わせて光導波路と呼ぶ。
【０００９】
ＵＶ誘起グレーティングは、図５に示すようにフェイズマスク７０を通してＵＶ光を石英系ＰＬＣ７５上のコアに照射することで作製する。フェイズマスク７０は片方の表面に周期的な凹凸が一方向に形成された石英ガラスである。ここで用いている石英系ＰＬＣ７５は、コア７２の屈折率をクラッド７１、７３に比較して上昇させるために、Ｇｅをドープしているものを用いる。
【００１０】
フェイズマスク７０を通った光が凹凸の周期により回折光に分かれ、この中で主に±１次光の干渉により形成された干渉縞によりグレーティングが形成される。凹凸の高さは、フェイズマスク７０をそのまま通りぬけた光（０次光）において、凹部分を通り抜けたものと凸部分を通り抜けたもので打消し合うような値に設計している。ここで、ＵＶ光はコア７２中に形成されている主にＧｅに起因する欠陥等により吸収され、コア７２を形成する石英ガラスの圧縮等が生じ、屈折率の変化が生じる。屈折率の変化は、ＵＶ光の照射強度や照射時間に応じて大きくなるので、干渉縞の光の強度分布に応じて、屈折率の周期的な変化が生じて、グレーティングとなる。その結果、グレーティングベクトルの方向はフェイズマスク７０の凹凸がくりかえされる方向と同じになる。
【００１１】
ＵＶ光としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、波長２４４ｎｍのＡｒレーザ光の第２高調波、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光等を用いる。波長２４４ｎｍや波長２４８ｎｍの光を使う場合は、グレーティング形成のためには、水素ローディングと言って、あらかじめ石英ガラスの中に水素分子を入れておく必要があるが、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光の場合はＵＶ光をそのまま照射することでグレーティングが形成できる利点がある。
【００１２】
ここで、従来のＵＶ誘起グレーティングの作製手法を説明する。図６に、従来のＵＶ誘起グレーティングの作製手法において使用されている光学系の上面図を用いたＵＶ光の照射手順を説明する図を示す。３９はＡｒＦエキシマレーザ光源、３８は紙面水平方向のスリット、３７はビームを紙面水平方向に集光するシリンドリカルレンズ、３５はフェイズマスク、３６は石英系ＰＬＣ、５３は紙面垂直方向のスリットである。図６のフェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６は、図５のフェイズマスク７０と石英系ＰＬＣ７５を紙面右から見た図に対応する。すなわち、図６において、±１次の回折光は紙面垂直方向に分岐していることになる。
【００１３】
このような順序で配置した後、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６を目視で平行になるように調整して、近接させる。その後、ＡｒＦエキシマレーザ光源３９から出力されたビームをシリンドリカルレンズ３７で集光してフェイズマスク３５を通して石英系ＰＬＣ３６上の光導波路に照射することで、ＵＶ誘起グレーティングを形成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】T. Tanaka, H.Takahasi, M.Oguma, T.Hashimoto,Y.Hibino, Y.Itaya, and J.Albert, and K.O.Hill, “Integrated external cavity laser composed of spot-size converted LD and UV written grating in silica waveguide on Si”, Electron.Lett, 1996, 32, (13), pp1202-1203
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の方法ではＵＶ誘起グレーティングの作製歩留りは５割程度と良くないという課題があった。これは、フェイズマスクと石英系ＰＬＣを平行になるように目視でアライメントしても、フェイズマスクと石英系ＰＬＣが厳密に平行でないためである。その結果、フェイズマスクと石英系ＰＬＣを近接させても、最も離れた部分では距離が１００μｍ以上になってしまう場合がある。エキシマレーザは空間的コヒーレンスが良くないために、空間的に離れた２点からの光は干渉しなくなる。従って、ＰＬＣ上に干渉縞を形成するためにはフェイズマスクとＰＬＣは、最も離れた部分でも１００μｍ以内に近接させる必要があった。
【００１６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フェイズマスクおよび石英系ＰＬＣからの反射光をモニタすることにより、フェイズマスクおよび石英系ＰＬＣを平行にするＵＶ誘起グレーティングの作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明は、石英系ＰＬＣ上のコアにフェイズマスクを通してＵＶ光を照射して、ＵＶ誘起グレーティングを作製するＵＶ誘起グレーティングの作製方法であって、前記ＵＶ光を照射する前に、モニタ可視光を、前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射するステップと、前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣからの前記モニタ可視光の反射光をモニタするステップと、前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣからの前記反射光が一致するように、前記フェイズマスクもしくは前記石英系ＰＬＣの水平方向及び垂直方向のあおり角を調整するステップと、を有し、前記フェイズマスクおよび前記石英系ＰＬＣを平行にすることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法において、前記ＵＶ光を照射する時、前記ＵＶ光がＵＶ光用ミラーで反射された後に前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射されることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法において、前記反射光をモニタするステップは、前記ＵＶ光用ミラーを透過した前記反射光をモニタすることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のＵＶ誘起グレーティングの作製方法において、前記モニタ可視光を、前記フェイズマスクを通して前記石英系ＰＬＣに照射するステップは、前記モニタ可視光が可視光用ミラーで反射された後に前記石英系ＰＬＣに照射され、ＵＶ光照射時には、前記可視光用ミラーを取り外してその位置にＵＶ光用のスリットを取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、フェイズマスクおよび石英系ＰＬＣからの反射光をモニタすることにより、簡便な方法で、高精度にフェイズマスクおよび石英系ＰＬＣを平行にする効果を奏する。これにより、高い歩留りでＵＶ誘起グレーティングを作製することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において使用する光学系の上面図を用いたフェイズマスクとＰＬＣを平行にする手順を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において使用する光学系の上面図を用いたＵＶ光の照射手順を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において作製したグレーティングのエキシマレーザ照射時間に対する反射率をプロットした図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において作製したグレーティングの反射スペクトルの例を示す図である。
【図５】ＵＶ誘起グレーティング作製の原理を示す図である。
【図６】従来のＵＶ誘起グレーティングの作製手法において使用されている光学系の上面図を用いたＵＶ光の照射手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２４】
図１に、本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において使用する光学系の上面図を用いたフェイズマスクとＰＬＣを平行にする手順を説明する図を示す。３１はモニタ、３２はＣＣＤカメラ、３３は光学顕微鏡、４５は遮光用の衝立、３４はＵＶ光用ミラー、３５はフェイズマスク、３６は石英系ＰＬＣ、４１は可視光レーザ光源、４０はスリット、４２はミラー、３７は、シリンドリカルレンズ、３８はスリット、３９は、例えばＡｒＦエキシマレーザ等のＵＶ光源、４３は照明、４４は光学顕微鏡である。図中の太い矢印は、モニタ可視光である、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光である。
【００２５】
尚、ミラー４２は、Ａｌ蒸着ミラーであっても、誘電体多層膜ミラーであってもよい。ＵＶ光用ミラー３４は、ガラス基板にＵＶ光用の誘電体多層膜がコートされたミラーであり、コートした面にＵＶ光を照射すると反射するが、可視光はどちらの面から入れても大方透過する。
【００２６】
スリット３８、シリンドリカルレンズ３７、ミラー４２、ＵＶ光用ミラー３４は、それぞれ、それ自体もしくは固定したホルダーにロッドをねじ込んで支えている。ロッドは、マグネットベースに取り付けられたロッドスタンドで固定されている。従って、上記の光学部品が固定されることになる。尚、マグネットベースはベースプレートであっても良い。
【００２７】
ビーム径が２ｍｍφ程度の平行光にしたモニタ可視光を、ミラー４２、ＵＶ光用ミラー３４で反射させ、フェイズマスク３５を通して石英系ＰＬＣ３６に照射させる。
【００２８】
そして、フェイズマスク３５及び石英系ＰＬＣ３６から反射してくる光がスリット４０の光を通さない部分、または衝立４５に当たった部分を光学顕微鏡３３で観察することで、フェイズマスク３５からの反射光と石英系ＰＬＣ３６からの反射光の重なり具合を観察する。尚、反射光もおおよそ２ｍｍφのビームである。図１では、衝立４５を透過した光を光学顕微鏡３３で観察するよう構成した例を示している。
【００２９】
図１では省略しているが、フェイズマスク３５は回転式のホルダーに固定してあり、光軸方向回りの角度を微調できるようになっている。またこれも図１では省略しているが、石英系ＰＬＣ３６は真空チャックで治具に吸着しており、治具が取り付けられたゴニオステージを動かすことで垂直及び水平方向あおり角を変えられるようになっている。
【００３０】
このような光学系および治具を用いて以下のような手順で、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６とが平行になるよう位置調整する。
【００３１】
先ず、目視でフェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６を後で照射するＵＶ光の光軸に対して大凡垂直になり、大凡互いが平行になるように、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６を目視しながら調整する（ステップ１）。
【００３２】
次に、可視光レーザ光源４１から、ミラー４２、ＵＶ光用ミラー３４を介して照射したモニタ可視光をフェイズマスク３５および石英系ＰＬＣ３６に照射し、フェイズマスク３５および石英系ＰＬＣ３６からの反射光を観察しながら、石英系ＰＬＣ３６からの反射光がフェイズマスク３５からの反射光に重なるように石英系ＰＬＣ３６の水平及び垂直方向のあおり角を調整する（ステップ２）。石英系ＰＬＣ３６からの反射光がフェイズマスク３５からの反射光に完全に重なると、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６とは平行になる。尚、治具を変更して、フェイズマスク３５からの反射光が石英系ＰＬＣ３６からの反射光に重なるように調整しても良い。
【００３３】
この後、フェイズマスク３５を固定した回転式ホルダーが取り付けられた移動ステージを動かしてフェイズマスク３５が石英系ＰＬＣ３６に接するまで、移動ステージを動かした後、移動ステージを固定用のねじで固定する（ステップ３）。接するかどうかの判断は、フェイズマスク３５と石英系ＰＬＣ３６との面を光学顕微鏡４４で観察することにより行う。ここで光学顕微鏡４４の反対側から、照明４３で照らすことにより観察面が明るくなるようにしている。
【００３４】
図２に、本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において使用する光学系の上面図を用いたＵＶ光の照射手順を説明する図を示す。図１と符合の同じ番号のものは図１と同じものである。ＵＶ光源３９としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いており、図中の太い矢印はエキシマレーザ光である。
【００３５】
５３は垂直方向のスリットであり、支えるためにロッドをねじ込んでいる。スリット５３は、図１のミラー４２をロッドごと取り外して、ミラー４２を固定していたロッドスタンドにスリット５３を支えるロッドを挿入して固定している。つまり、図２のスリット５３のロッドスタンドとマグネットベースは、図１のミラー４２のロッドスタンドとマグネットベースをそのまま流用しており、ミラー４２を支えるロッドの位置とスリット５３を支えるロッドの位置は同じである。
【００３６】
これにより、新たにミラー４２を入れるスペースをＵＶ照射の光路上に設けなくて良いことになる。ＵＶ照射の光路上に新たなスペースを設けると、ＵＶ光がエキシマレーザから出てから、石英系ＰＬＣ３６に到達するまでの距離が余計に長くなる。波長１９３ｎｍのＵＶ光は空気中を伝搬すると、空気中の酸素分子が吸収して、光強度が減衰する。ミラー４２とスリット５３の位置を共用することにより、ＵＶ光路長を短くすることができ、ＵＶ光強度の減衰を抑制でき、効率的にグレーティングを形成できるという効果が生じる。
【００３７】
一実施例として、以下のような条件でグレーティングの作製を行った。ＵＶ光源３９からのビーム径は、紙面垂直方向２０ｍｍ、水平方向１０ｍｍとした。水平向は、スリット３８をスリット幅３ｍｍにすることで、中心部分の光を切り出して、水平方向のコヒーレンスを良くしている。シリンドリカルレンズ３７は、焦点距離２０５ｍｍとし、シリンドリカルレンズからＰＬＣまでの距離を１８７ｍｍに設定することで、ビーム径の横方向を１０倍程度に集光した。垂直方向のスリット５３により、垂直方向のビーム幅を３ｍｍに設定した。
【００３８】
ＵＶ光が照射された位置は、目視できる照射痕が生じ、光学顕微鏡３３に取り付けられたＣＣＤカメラ３２で、照射位置をモニタすることができる。ＵＶ光用ミラー３４を介してもＣＣＤカメラ３２でＰＬＣ側が見えるのは、ＵＶ光用ミラー３４は、波長１９３ｎｍ近傍の光を全反射するように、誘電体多層膜コートされているが、可視光はミラーを透過するからである。
【００３９】
照射痕の幅は２５０μｍ程度であり、集光されたビームの幅とほぼ同じである。導波路の位置から照射痕がずれていた場合、一端石英系ＰＬＣ３６からフェイズマスク３５を離してから、石英系ＰＬＣ３６の位置を移動ステージで動かして、コアの位置を照射位置に合わせ、再びフェイズマスク３５を石英系ＰＬＣ３６に接するように移動ステージを動かして固定する。石英系ＰＬＣ３５に入射しているパルス光強度は１．４［Ｊ／ｃｍ2］、繰り返し２０［パルス／秒］で長さ３ｍｍのグレーティングを作製した。
【００４０】
図３に、本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において作製したグレーティングのエキシマレーザ照射時間に対する反射率をプロットした図を示す。これは、一本の導波路（コア）に対して、グレーティングが形成されていく様子を調べたのではなく、複数の導波路にそれぞれ３分、６分、９分、１２分、１５分、１８分、２１分と照射している。これらグレーティング形成を試みた導波路にはすべてグレーティングができ、本方法ではグレーティング形成の歩留りは９割以上になった。
【００４１】
図４に、本発明の一実施形態に係るＵＶ誘起グレーティングの作製方法において作製したグレーティングの反射スペクトルの例を示す。反射率が７４％、半値全幅が０．４ｎｍであった。尚、測定の偏光はＴＥ偏光で行っている。
【００４２】
以上説明したように、本発明では、モニタ可視光を、フェイズマスクを通して石英系ＰＬＣに照射して、フェイズマスクと石英系ＰＬＣからの反射光をモニタして、両者が一致するようにフェイズマスクもしくは石英系ＰＬＣのあおり角を調整する。このような簡便な方法で、両者が平行になるようアライメント調整させ、高い歩留りでＵＶ誘起グレーティングを作製することを可能にする。従って、本発明を用いれば、低コストで、歩留り良くＵＶ誘起グレーティングを作製することが可能となり、光通信等、ＵＶ誘起グレーティングを用いる分野で多大な貢献が期待される。
【符号の説明】
【００４３】
３１  モニタ
３２  ＣＣＤカメラ
３３  光学顕微鏡
３４  ＵＶ用ミラー
３５  フェイズマスク
３６  石英系ＰＬＣ
３７  シリンドリカルレンズ
３８、４０、５３  スリット
３９  ＵＶ光源
４１  可視光レーザ光源
４２  ミラー
４３  照明
４４  光学顕微鏡
【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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