(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、複数の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入射端からの入射光を分波してそれぞれの光出射端より出射するアレイ導波路格子の該アレイ導波路の一部のみを露呈させることを目的とするマスクであって、
該アレイ導波路の本数をＮ、ｋ（＝１，２，，Ｎ）番目のアレイ導波路の設計値からの位相のずれをφｋ、Ｎ個の実数の組を｛Φｋ｝（ｋ＝１，２，，Ｎ）、ｋ番目のアレイ導波路上の特定の地点をＰｋ、Ｃをある定数として、点Ｐｋからｋ番目の導波路に沿ってＣ（Φｋ−φｋ）の距離にある地点Ｑｋに対して、点｛Ｐ1，Ｐ2，，ＰN-1，ＰN｝と｛ＱN，ＱN-1，，Ｑ2，Ｑ1｝を順次結んで得られる閉曲線Σ（｛Φｋ｝）に対して、その表面が該閉曲線よりも広く紫外線を遮断する金属薄膜プレート上で、該閉曲線Σ（｛Φｋ｝）を平滑化し、前記複数の光出射端間の透過バンドのクロストークを−３３〜−２８ｄＢに低減するように滑らかな閉曲線で囲まれた部分を除去してできる間隙を窓として有し、
前記窓の一部が複数のアレイ導波路の端部、即ちスラブ導波路との境界部に一致するように設置することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。
【請求項２】
基板上に形成され、複数の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入射端からの入射光を分波してそれぞれの光出射端より出射するアレイ導波路格子の該アレイ導波路の一部のみを露呈させることを目的とするマスクであって、
該アレイ導波路の本数をＮ、ｋ（＝１，２，，Ｎ）番目のアレイ導波路の設計値からの位相のずれをφｋ、Ｎ個の実数の組を｛Φｋ｝（ｋ＝１，２，，Ｎ）、ｋ番目のアレイ導波路上の特定の地点をＰｋ、Ｃをある定数とすると共に、すべてのｋ（＝１，２，，Ｎ）に関してＮ個の実数の組｛Φｋ｝が定数であるとして、点Ｐｋからｋ番目の導波路に沿ってＣ（Φｋ−φｋ）の距離にある地点Ｑｋに対して、点｛Ｐ1，Ｐ2，，ＰN-1，ＰN｝と｛ＱN，ＱN-1，，Ｑ2，Ｑ1｝を順次結んで得られる閉曲線Σ（｛Φｋ｝）に対して、その表面が該閉曲線よりも広く紫外線を遮断する金属薄膜プレート上で、該閉曲線Σ（｛Φｋ｝）を平滑化し、前記複数の光出射端間の透過バンドのクロストークを−３３〜−２８ｄＢに低減するように滑らかな閉曲線で囲まれた部分を除去してできる間隙を窓として有し、
前記窓の一部が複数のアレイ導波路の端部、即ちスラブ導波路との境界部に一致するように設置することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。
【請求項３】
基板上に形成され、複数の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入射端からの入射光を分波してそれぞれの光出射端より出射するアレイ導波路格子の該アレイ導波路の一部のみを露呈させることを目的とするマスクであって、
該アレイ導波路の本数をＮ、ｋ（＝１，２，，Ｎ）番目のアレイ導波路の設計値からの位相のずれをφｋ、Ｎ個の実数の組を｛Φｋ｝（ｋ＝１，２，，Ｎ）、ｋ番目のアレイ導波路上の特定の地点をＰｋ、Ｃをある定数として、点Ｐｋからｋ番目の導波路に沿ってＣ（Φｋ−φｋ）の距離にある地点Ｑｋに対して、点｛Ｐ1，Ｐ2，，ＰN-1，ＰN｝と｛ＱN，ＱN-1，，Ｑ2，Ｑ1｝を順次結んで得られる閉曲線Σ（｛Φｋ｝）を滑らかに平滑化し、前記複数の光出射端間の透過バンドのクロストークを−３３〜−２８ｄＢに低減するようにした閉曲線に対して、その表面が前記閉曲線よりも広く紫外線を遮断する金属薄膜プレート上で、前記閉曲線で囲まれた部分を除去してできる間隙を窓として有し、
前記窓の一部が複数のアレイ導波路の端部、即ちスラブ導波路との境界部に一致するように設置することを特徴とするアレイ導波路格子の位相調整用マスク。
【請求項４】
基板上に形成され、複数の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入射端からの入射光を分岐してそれぞれの光出射端より出射するアレイ導波路格子に対して、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載した位相調整用マスクを作製し、前記窓の一部が複数のアレイ導波路の端部、即ちスラブ導波路との境界部に一致するように設置するために、該位相調整用マスク上の閉曲線で囲まれた窓が、前記アレイ導波路上の点｛Ｐ1，Ｐ2，，ＰN-1，ＰN｝及び｛ＱN，ＱN-1，，Ｑ2，Ｑ1｝と重なるように該位相調整用マスクを該アレイ導波路格子上に設置し、該マスク上の窓全体を紫外線で照射し、前記複数の光出射端間の透過バンドのクロストークを−３３〜−２８ｄＢに低減した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載されたアレイ導波路格子の製造方法に関わり、前記２Ｎ個の点｛Ｐ1，Ｐ2，，ＰN-1，ＰN｝及び｛ＱN，ＱN-1，，Ｑ2，Ｑ1｝が、アレイ導波路格子の前記分岐部または合波部の近辺、または該分岐部と合波部を両端とした時の中心付近に位置するように前記パラメータであるＣ及び｛Φｋ｝（ｋ＝１，２，，Ｎ）を選び、これらのパラメータを用いて請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載した位相調整用マスクを作製し、前記窓の一部が複数のアレイ導波路の端部、即ちスラブ導波路との境界部に一致するように該位相調整用マスクを該アレイ導波路格子上に設置し、該マスク上の窓全体を紫外線で照射し、前記複数の光出射端間の透過バンドのクロストークを−３３〜−２８ｄＢに低減した後に、該位相調整用マスクを除去する工程を特徴とするアレイ導波路格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ導波路格子の位相調整用マスク及びそれを用いたアレイ導波路格子の製造方法に関するものである。
更に詳述すると、本発明は、基板上に形成され、複数の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路から構成され、各光入射端からの入射光を分波してそれぞれの光出射端より出射するアレイ導波路格子に対して、アレイ導波路間の位相値の設計値からのずれを外的に制御することでチャンネル間のクロストークが小さなアレイ導波路格子を作製することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレイ導波路格子では、各アレイ導波路の長さは一定のピッチで増加することが基本である。実際には、作製後の各アレイ導波路間の光路差は設計値からわずかにずれており、この設計値からのずれが位相誤差となる。各アレイ導波路に位相誤差が発生すると、これがチャンネル間のクロストークを劣化させる要因になる。
【０００３】
アレイ導波路の本数をＮとして、ｋ（＝１，２，，Ｎ）番目のアレイ導波路の位相の設計値からのずれをφk とする。チャンネル間隔が１０ＧＨｚのアレイ導波路格子の典型的な位相誤差分布を図１に示す。ここで、Ｎ＝８１であり、ｋ＝１，８１は導波路長がそれぞれ最小及び最大となるアレイ導波路を示すものとする。
【０００４】
このように、位相誤差は−０．５rad から１rad まで大幅に変化し、この結果、図２に示すように、主ピークの周辺に−２２ｄＢに相当するサイドローブ１が発生してしまい、これがチャンネル間のクロストークを増大させる原因となる。
【０００５】
このサイドローブ１を低減するためには、図１に示した直線のごとく、各アレイ導波路の位相誤差φk を一定値Φ（図ではΦ＝１rad ）に外的に変化させることが必要である。すなわち、Φ−φk なる量の位相を新たにｋ番目のアレイ導波路に誘起させる必要がある。
【０００６】
アレイ導波路の位相誤差を外的に変化させるには、紫外線照射によって光導波路の屈折率が変化する紫外光誘起屈折率変化を利用してアレイ導波路の位相を制御する技術を利用する。この紫外光誘起屈折率変化のメカニズムは完全には解明されていないが、クラマースークローニッヒ機構を中心とするいくつかの現象が複合して屈折率変化が生じていると考えられている。この現象は、Ｇｅ添加コアファイバの屈折率変化を用いて光ファイバ上にブラッグ回折格子を作製する技術に応用されている。
【０００７】
本効果によれば、導波路に紫外線を照射しただけで照射部分の屈折率が変化するため、従来のアレイ導波路格子の位相制御方法は、図３に示すごとく、アレイ導波路格子２の各アレイ導波路３に、集光レンズ５で紫外線ビーム４を集光させる。目標とする位相誤差Φになった時点でレーザ照射を止めて次のアレイ導波路３に紫外線を照射する。
【０００８】
すなわち、ここで示した従来の方法では、
（１）アレイ導波路３に紫外線ビーム４を集光レンズ５で集光させる、
（２）アレイ導波路３の位相を逐次モニターしながら、位相誤差が一定値になるまで紫外線ビーム４を照射する、
との２行程をアレイ導波路一本一本につき行う必要があった。
【０００９】
【発明が解決しよとする課題】
ところで、導波路の幅は１０ミクロン程度であるので、紫外線をアレイ導波路３に集光させることはかなり難しく、また、すべてのアレイ導波路３の位相誤差を測定するにもかなりの時間が必要なため、紫外線をアレイ導波路３の一本ずつに照射してその位相誤差を調整することはかなりの労力と時間を必要としてきた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、アレイ導波路の位相を同時に簡単に調節することができるようにした、アレイ導波路格子の位相調整用マスク及びそれを用いたアレイ導波路格子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、照射すべきアレイ導波路部以外の部分は紫外線をカットする金属薄膜プレートでマスクし、露呈した部分のみを紫外線平行ビームで照射することにより、全アレイ導波路の位相値を同時に制御することを特徴とする。この結果、紫外線光の照射系の簡素化と位相調整時間の低減が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
本発明の実施の形態にかかるアレイ導波路格子のチャンネル間隔は１０ＧＨｚ、チャンネル数は３２であり、その位相誤差分布と透過特性はそれぞれ図１と図２に示されている。図１において、アレイ導波路全部の位相誤差が１rad 、すなわちΦk ＝１（ｋ＝１，２，，８１）とする事を目的とした。
【００１３】
図４に示すごとく、アレイ導波路格子の分岐部６の付近では、各アレイ導波路７が発散状に広がっている。この分岐部６と各アレイ導波路ｋ（＝１，２，，８１）の接点をＰk と決め、Ｃ＝１，０００として、ｋ番目のアレイ導波路上でＰk との距離がＣ（Φk −φk ）（ミクロン）となる点Ｑk を求めた。次に、厚さ２０ミクロンで２０ｍｍ×２０ｍｍの金属薄膜を用意し、この金属薄膜から、閉曲線Σ（｛Φk ｝）で囲まれた部分をエッチングで除去した。
【００１４】
このようにして作製した位相調整用マスクの外観を図５に示す。ここで、８は金属薄膜プレート、９はエッチングで除去された部分、すなわちマスクの窓である。
【００１５】
アレイ導波路上の各点｛Ｐ1 ，Ｐ2 ，，ＰN-1 ，ＰN ｝，｛ＱN ，ＱN-1 ，，Ｑ2 ，Ｑ1 ｝と、マスク上の各点が一致するようにこのマスクをアレイ導波路格子上に設置し、接着剤で固定した。
【００１６】
図６に位相調整系を示し、図７にマスク部とアレイ導波路を拡大して示す。紫外線光源には波長１９３ｎｍのＡｒＦのエキシマーレーザを用いた。このレーザ光源からの紫外線レーザビーム１０の断面の寸法は約１ｃｍ×２ｃｍの矩形であり、位相調整用マスク１１の窓９の部分よりもかなり広がっていたので、この紫外線レーザビーム１０をマスク１１に対して垂直に照射した。
【００１７】
スペクトル幅の広い光源１２からの出射光を光ファイバ１３を介してこのアレイ導波路格子２に１６番目のポートから入射させ、その１６番目の出射ポートからの出射光を光ファイバ１４で取り出し、光スペクトラムアナライザ１５で透過スペクトルを観測した。
【００１８】
図８は、紫外線照射時間に対するサイドローブ（図２の１の部分）の変化を測定した結果を示す。照射時間とともにサイドローブはほぼ直線的に減少し、９５分間の照射でサイドローブは−２２ｄＢから−３０ｄＢまで変化した。
【００１９】
図９は、９５分間の照射でサイドローブが低減されたアレイ導波路格子の３２ポートからの透過バンドをすべて測定した結果を示す。なお、♯１と♯３２はそれぞれ、１番目と３２番目の出射ポートからのバンド波形を示す。３２個の透過バンドのクロストークは位相調整前に−２２〜−２０ｄＢの範囲であったが、位相調整後には−３３〜−２８ｄＢの範囲に低減された。
【００２０】
また、位相誤差分布がアレイ導波路の番号であるｋとともに急激に変化する場合には、エッチング技術を用いても薄膜金属からこの閉曲線のパターンを正確に取り除くことは難しくなる。この場合には、閉曲線を数学的に平滑化して滑らかな閉曲線を導出し、この閉曲線のパターンを金属薄膜から取り除けば良い。
【００２１】
【発明の効果】
各アレイ導波路の位相誤差を外的に制御するための従来の方法では、紫外線ビームをアレイ導波路一本一本に集光して照射し、レーザ照射中に各アレイ導波路の位相誤差を測定することが不可欠であった。
これに対して本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）アレイ導波路部に設置されたマスクの部分に紫外線平行ビームを照射するだけで良い。
（２）紫外線レーザの照射系が簡素化される。
（３）全アレイ導波路の位相を同時に調整できるので調整時間の短縮が可能となる、等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】チャンネル間隔が１０ＧＨｚのアレイ導波路格子の位相誤差分布を示す特性図。
【図２】チャンネル間隔が１０ＧＨｚのアレイ導波路格子の透過バンド波形を示す特性図。
【図３】紫外線ビーム照射によるアレイ導波路格子の位相調整系の従来例を示す構成図。
【図４】アレイ導波路格子の分岐部付近のアレイ導波路の配置を示す説明図。
【図５】作製した位相調整用マスクの外観を示す構成図。
【図６】本発明による位相調整系を示す構成図。
【図７】位相調整用マスクとアレイ導波路を示す拡大図。
【図８】位相調整用マスクを介して、チャンネル間隔１０ＧＨｚのアレイ導波路格子に紫外線を照射したときのサイドローブの時間変化を示す特性図。
【図９】位相調整されたチャンネル間隔１０ＧＨｚのアレイ導波路格子の３２チャンネルのバンド波形図。
【符号の説明】
１  サイドローブ
２  アレイ導波路格子
３  アレイ導波路
４  紫外線ビーム
５  集光レンズ
６  アレイ導波路格子の分岐部
７  アレイ導波路
８  薄膜金属プレート
９  マスクの窓
１０  紫外線レーザビーム
１１  位相調整用マスク
１２  光源
１３  光ファイバ
１４  光ファイバ
１５  光スペクトラムアナライザ
Ｐ１〜Ｐ６  アレイ導波路格子の分岐部とアレイ導波路との交点
Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3   アレイ導波路上の点
【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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