JP3552159B2 - 温度無依存アレイ導波路格子素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）の温度無依存化技術に関する。さらに詳しくは、本発明は、アレイ導波路格子の波長特性の温度依存性を解消することにより、従来光通信システムにおいて安定な合分波特性を得るために必須とされていたペルチェ素子等による外部温度補償を不必要とするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムにおいて、伝送容量の拡大を実現するための高密度波長分割多重通信方式（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）では、それぞれの波長を分割、統合するための合分波デバイス（波長フィルタ）が極めて重要となる。
【０００３】
光波長フィルタには様々な形態のものがあるが、中でもアレイ導波路格子は波長特性が狭帯域、高消光比であり、また多入力多出力型のフィルタデバイスであるため、多重化された信号の分離もしくはその逆の動作を行わせることが可能であり、容易に波長合分波デバイスが構成できる。
【０００４】
さらに、石英導波路を用いて構成する事により、光ファイバとの結合に優れ、挿入損失数ｄＢ程度の低挿入損失動作を実現できるため、特に重要なデバイスとして注目され、国内外で盛んに研究が行われている。
【０００５】
図１１は、従来のアレイ導波路格子の全体図である。アレイ導波路格子は一般に、１本または複数本からなる入力導波路７、入力側スラブ導波路８、数十〜百数十本からなるアレイ導波路９、出力側スラブ導波路１０、複数本からなる出力導波路１１によって構成される。
【０００６】
入射側導波路７より入射した多重信号光は、入射側スラブ導波路８で広がり、アレイ導波路９にそれぞれ等位相で入射する（ただし入射光強度は各アレイ導波路で等しくはなく、ほぼガウス分布となる）。
【０００７】
アレイ導波路９では、各導波路間に一定の光路長差がつけられており、順次光路長が長く（もしくは短く）なっていくように構成されている。従って、アレイ導波路９のそれぞれの導波路を導波する光には一定間隔の位相差が付与されて出力側スラブ導波路１０に達するが、波長分散があるために波長によってその等位相面は傾く。
【０００８】
それにより、波長によって出力側スラブ導波路１０と出力導波路１１の界面上の異なった位置に光が結像（集光）するため、そのそれぞれの位置に各出力導波路を配置する事により、各出力導波路から任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００９】
このように、アレイ導波路格子においては、上記の光路長差が波長選択性の重要なパラメータになるが、従来の光導波路では光路長に温度依存性があり、フィルタ透過帯域（中心波長）が周囲の温度によって変動するという問題があった。例えば石英系ガラス導波路の場合、温度が１℃変化すると、波長フィルタの中心波長は、この光路長の温度依存性によって約０．０１ｎｍ（中心周波数に換算すると約１．３ＧＨｚ）変動する。さらに半導体系材料を用いたデバイスにおいては、この約１０倍の温度依存性が存在する。
【００１０】
このような温度依存性の問題を解決するための一つの方法として、高精度な温度制御装置を素子に付加するという方法もあるが、この方法ではデバイスの低コスト化、小型化の障害になり、さらに装置全体の信頼性を低下させることにも繋がる。
【００１１】
そこで、従来アレイ導波路格子の温度依存性を解消するために、アレイ導波路部の光路長差の温度依存性をキャンセルする方法が考えられている。光導波路の光路長の温度依存性は、光導波路材料の屈折率の温度依存性と基板材料の温度膨張（収縮）に起因する。
【００１２】
このアレイ導波路格子のアレイ導波路部の光路長差の温度依存性をキャンセルした例として、例えば「Ｈ．Ｔａｎｏｂｅ ｅｔ．ａｌ， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．１０， Ｎｏ．２， ｐｐ．２３５−２３７， １９９８」では、ＩｎＰ系材料において屈折率温度係数の異なる２種類の材料を用いてそれぞれ導波路を形成し、各アレイ導波路の「高屈折率温度係数導波路部」と「低屈折率温度係数導波路部」の長さを調整して、アレイ部における光路長の温度依存性を零にしている。
【００１３】
しかしながら、同一平面上に別材料から成る光導波路（特にＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成する事は困難であり、製造プロセスが複雑かつ長くなるという問題がある。上記従来例においては光導波路構造はＰＬＣではなく、２次元平板のコア層の上に薄いクラッド層を挟み、その上にリブを形成しているが、これでは光の閉じ込めの効果が少なく、曲げ等における放射損失が大きくなるという問題がある（上記従来例におけるアレイ導波路格子の損失は、総合で１６〜１８ｄＢ）。
【００１４】
上記例と同じく、アレイ部に屈折率温度係数の違う２種類の材料を用いる方法において製造プロセスが比較的簡単な例として、例えば「Ｙ． Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．３３， Ｎｏ．２３， ｐｐ．１９４５−１９４７， １９９７」がある。この例では、図１２に示されるようにアレイ導波路１２（図１１のアレイ導波路９の一部分）中に、深さが基板まで達する楔型の溝１３を設け、そこに屈折率温度係数が負であるシリコーン１４を埋め込み、屈折率温度係数が正である石英導波路部と正負でキャンセルする事により、各アレイ間の光路長差の温度依存性を解消している。
【００１５】
図１２において、石英導波路部１２の等価屈折率をｎｓｉｏ２、シリコーン１４の屈折率をｎｓｉｌｉｃｏｎｅ、石英アレイ導波路部の隣接導波路間導波路長差をΔＬＳｉＯ２、シリコーン部の隣接導波路間導波路長差をΔＬｓｉｌｉｃｏｎｅとすると、アレイ導波路部における光路長差の温度依存性を解消するには
【００１６】
【数１】
が満たされている必要がある。
【００１７】
しかしこの例では、導波路に溝を設けてその中にシリコーンを流し込むだけであるため、溝部に入射した光に対しては何ら閉じ込めは行わないことから、溝部を導波中に光が上下左右方向に広がり、再び石英導波路部に入る際に全ての光が結合しないため損失が増大する（上記従来例では約２ｄＢの損失増大がある）という問題があった。さらに、その損失値は溝部の長さによって異なるため、溝部以降の石英導波路部では各アレイ導波路の本来のパワー分布からずれが生じるという問題もあった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、アレイ導波路格子の温度無依存化に関して従来の技術では、プロセスが非常に複雑になったり、またデバイス挿入損失が大幅に増大し、さらにアレイ導波路部における光パワーが本来の分布からずれるという問題が生じていた。
【００１９】
本発明の目的は、プロセスが簡単であり、かつ過剰損失の少ない温度無依存アレイ導波路格子の製造方法を提供する事にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記アレイ部に楔型の溝を挿入する方法において、当該溝部に入射した光をその横方向もしくは縦横両方向に閉じこめて光の広がりを抑制する手段を設けたことを特徴とする。その結果、溝挿入によって発生する過剰損失を低減し、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００２１】
具体的には、アレイ導波路格子のアレイ導波路部に設けた楔型溝部もしくはその周辺の石英導波路部に以下のいずれかの変更、もしくはそれらの組み合わせた変更を加える事により、溝部における光の広がりを抑制し、溝追加による過剰損失を低減する事を特徴とする。
１．溝に埋め込む屈折率温度係数が負である材料として感光性のあるものを用い、その感光性を利用して溝部に屈折率差を設け、それにより横方向もしくは縦横両方向に光導波路を形成する。
２．溝に埋め込む屈折率温度係数が負である材料として高屈折率であるものを用い、石英導波路部から溝部に光が入射した際の広がり角を小さくする（前記従来例では、溝部埋め込み材料（シリコーン）の屈折率は１．３９である）。
３．溝部前後の石英導波路の横幅を拡大し、石英導波路部から溝部に光が入射した際の光の広がり角を小さくする。
【００２２】
なお、屈折率温度係数が負である材料としては、一般的にはポリマー材料が挙げられる。
【００２３】
上記の手段を用いることにより、アレイ導波路格子のアレイ導波路部への溝形成による過剰損失を低減させる事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用されるアレイ導波路格子の概略図（全体図）であり、図２は、本発明が適用されるアレイ導波路格子の石英導波路部の断面図である。図１のアレイ導波路格子は、入力導波路１、入力側スラブ導波路２、アレイ導波路３、基板まで掘り下げられた溝部４、出力側スラブ導波路５、出力導波路６よりなる。
【００２５】
石英導波路（入出力導波路及びアレイ導波路）は、基板１５上に形成された下層クラッド１６、当該下層クラッド材料よりも若干屈折率の大きい材料で形成されたコア１７、当該コア材料よりも若干屈折率が小さい材料にて形成された上層クラッド１８からなる（一般的には下層クラッドと上層クラッドの材料は同一であるが、上記屈折率の条件を満たしていれば異なる材料であっても全く差し支え無い）。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施の形態を示すアレイ導波路格子によるアレイ導波路部の拡大図である。図３において、１９は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２０はアレイ導波路１９中に、基板材料１５に達するまで（つまり上層クラッド１８、コア１７、下層クラッド１６全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、２１、２２はその溝中に埋め込まれた（屈折率温度係数が負である）感光性ポリマーである。
【００２７】
溝部２０に感光性ポリマーを埋め込んだだけの時点においては、２１と２２の間に境は無く、同一である。その感光性ポリマーが光照射によって屈折率が上昇する場合、２２が光照射によって屈折率が変化した（上昇した）感光性ポリマー部となる。逆にその感光性ポリマーが光照射によって屈折率が減少する場合、２１が光照射によって屈折率が変化した（減少した）感光性ポリマー部となる。なおこのアレイ導波路部においては、各設計値は式（１）が満たされている。
【００２８】
従来においては、図１の溝部４に屈折率温度係数が負であるシリコンを埋め込むだけであったが、本発明においては当該溝部に埋め込むポリマー材料として感光性のあるものを用いる。感光性ポリマー（フォトポリマーとも称される）は、ある波長の光に反応して屈折率が変化する特徴を有し、本発明ではその感光性ポリマーの屈折率変調を利用する。
【００２９】
具体的な製造方法としては、まず最初に通常のプロセスによりアレイ導波路格子を製作する。ここで言う通常のプロセスとは、１．基板材料に下層クラッドを形成、２．コアを形成、３．フォトリソグラフィープロセスによりコアにアレイ導波路格子パターンを転写、４．コアをエッチング、５．上層クラッドの形成、という工程を示す。
【００３０】
アレイ導波路格子が完成した後、溝部のパターンをアレイ導波路格子のアレイ部に転写し、溝部が形成される部分の上層クラッド１８、コア１７、下層クラッド１６を全てエッチングする。その後、溝部に感光性ポリマーを注入し、硬化させる。
【００３１】
ここで当該感光性ポリマーが、光照射によってその屈折率が増加する特性を有する場合には、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーの、元コア１７に相当する部分（図３の２２）にのみ光を照射して屈折率を上昇させて、その部分をコアとする横方向（基板と水平方向）の光導波路を形成する。
【００３２】
当該感光性ポリマーが、光照射によってその屈折率が減少する特性を有する場合には、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーの、元クラッド１６、１８に相当する部分（図３の２１）のみに光を照射して屈折率を減少させて、その部分をクラッドとする横方向の光導波路を形成する。
【００３３】
つまり本方法は、溝部にも光導波路を形成する事によって、溝部における光の横方向拡散を抑制することを特徴とする。
【００３４】
図４は、第１の実施の形態による溝部における損失の特性改善の様子を示している。これは、図２において下層クラッド１６および上層クラッド１８の厚さを１５μｍ、コア１７の形状を５．５μｍ×５．５μｍとし、下層クラッド１６および上層クラッド１８の屈折率を１．４５２６、コア１４の屈折率を１．４６２９（比屈折率差Δ＝０．７％に相当）とし、その光導波路に溝を設けてポリマーを埋め込んだ場合の、溝部の（光の導波方向の）長さに対する損失の変化を解析した結果である。
【００３５】
図４において、２３は溝に屈折率１．４５のポリマーを埋め込んだだけの場合（従来例に相当）の損失を示し、２４は溝部の元コア１７に相当する部分のポリマーに、比屈折率差Δｎ＝０．７％となるように屈折率を変化させた場合の損失を示している。溝部の元コアに相当する部分の感光性ポリマーの屈折率を上昇させて、横方向に光の閉じ込めを行った場合、ポリマーを埋め込んだだけの状態と比較して損失値が（ｄＢで）約半分にまで低減できている事が分かる。なお、溝部の元クラッドに相当する部分の屈折率を減少させて相対的に同様の屈折率差を付与する場合もほぼ同様の結果が得られる。
【００３６】
上記では、溝部の元コア部（クラッド部）の屈折率を変化させるには、溝部に感光性ポリマーを埋め込んだ後に、溝部に元の導波路パターンのマスクを重ねて、通常のフォトリソグラフィーによるプロセスと同様にその上面から一様な光を照射し、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーに導波路パターンを転写する事を想定している。
【００３７】
ただしこの方法では屈折率差が付くのは横方向のみであり、縦方向（基板と垂直方向）には屈折率差は付かない。ここでもし、ある一点にのみ集光可能なレーザ光を用いて感光性ポリマー内に屈折率変化部を三次元的に直描する事ができれば、光を上下左右方向に閉じ込める事が可能となり、図４の２４に示した従来例の解析結果よりもさらに損失を低減することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態に用いる感光性ポリマーとしては、まず屈折率温度係数が負である事が前提条件であるが、その他の特性としては透明性に優れているもの、感光による屈折率の制御性の良いもの、経時変化の無いもの、耐候性に優れているものが望ましい。
【００３９】
屈折率の制御性に関しては、光の照射時間もしくは照射強度によって屈折率が正確かつ再現性良く制御できる事を示す。表１に、一般的な感光性ポリマーの例を示す。
【００４０】
【表１】
さらに、図４から、溝の長さが短いほど損失値は小さい事が分かるが、溝の長さを短くするには、同じアレイ本数であった場合は、式（１）中のΔＬｓｉｌｉｃｏｎｅの値を小さくすれば良く、そのためにはポリマー材料の屈折率温度係数の絶対値が大きい（マイナスの値が大きい）事が望ましい。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。図５において、１９は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２０はアレイ導波路１９中に、基板材料に達するまで（つまり上層クラッド、コア、下層クラッド全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、３８はその溝中に埋め込まれた屈折率温度係数が負であってかつ高屈折率のポリマーである。
【００４２】
光導波路を導波している光が一様媒質中に出射する場合、その一様媒質中においては光を閉じ込める構造が無いため、媒質中を伝搬するにつれて光は広がっていく。
【００４３】
ここで、一様媒質の屈折率をｎ、導波路導波光のスポットサイズをｗ（スポットサイズとは、導波モードの電界分布をガウシアン分布でフィッティングした場合の、ピーク値からの１／ｅ半幅（パワー分布の１／ｅ２半幅）である。）、真空中の伝搬定数をｋ（＝２π／λ，λ：真空中での波長）とすると、一様媒質に出射した光の放射角θは
【００４４】
【数２】
と表される。
【００４５】
そこで、本実施の形態は、式（２）中の屈折率ｎの値を大きくする事、すなわち溝部２０に埋め込まれるポリマーとして、アレイ導波路の材料である石英の屈折率よりも高屈折率のポリマー３８を用いることによって溝部における光の広がり角を小さくし、その光が溝部から再び石英導波路１９に入射する際の結合損失を低減したことを特徴としている。
【００４６】
図６は、溝部に埋め込むポリマー材料の屈折率の値を変化させて、溝挿入による過剰損失の解析を行ったグラフであり、石英導波路の各パラメータは第１の実施の形態で記したものと同様である。２５は溝部長さが５０μｍの場合、２６は同１００μｍの場合、２７は同２００μｍの場合である。従来の温度無依存アレイ導波路格子（Ｙ． Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．３３， Ｎｏ．２３， ｐｐ．１９４５−１９４７， １９９７）で用いられているシリコーンの屈折率１．３９と比較して高屈折率にした場合、損失が大幅に低減されている事が分かる。
【００４７】
図６より、屈折率１．３９の場合と比較して、損失を（ｄＢで）半分まで低減させるには屈折率を約１．８、同１／４まで低減させるには屈折率を約２．０以上にすれば良い。アレイ導波路を構成する石英の屈折率（約１．４５）より大きければ損失低減効果が期待できるが、屈折率が１．６以上であればより好ましい。この実施の形態では、溝部における縦横両方向の光の広がりを抑制する事に相当する。
【００４８】
図７は、本発明の第３の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。この第３の実施の形態では、式（２）中のスポットサイズｗの値を大きくする事によって溝部における光の広がり角を小さくし、その光が溝部から再び石英導波路に入射する際の損失の低減を図っている。
【００４９】
石英導波路導波光のスポットサイズｗの値を大きくするには、石英導波路のコア径を大きくすれば良い。本実施の形態では、溝部前後の石英導波路のコアを横方向に広げる事によって導波光の横方向のスポットサイズを拡大している。
【００５０】
図７において、２８は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２９は当該石英アレイ導波路のコアの横幅が拡大された部分、３０はアレイ導波路中に、基板材料に達するまで（つまり上層クラッド、コア、下層クラッド全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、３１はその溝中に埋め込まれた屈折率温度係数が負の材料（ポリマー）である。
【００５１】
なお、石英導波路のコア幅を急激に変化させた場合、モード変換損失が生じるため、通常は適当な長さのテーパを設け、断熱的にコア形状を変化させていく。
【００５２】
図８は、溝部前後の石英導波路のコア幅を変化させた場合の溝挿入による過剰損失の解析結果である。石英導波路の横幅以外の各パラメータは第１の実施の形態で記したものと同様であり、本解析においては溝の長さは１００μｍで固定とした。図８において、３２が埋め込むポリマーの屈折率が１．４５の場合、３３が屈折率１．６５の場合、３４が屈折率２．０の場合である。
【００５３】
図８より、埋め込むポリマー材料の屈折率が１．４５の場合、コア幅を１０μｍにすると溝長さが１００μｍの時、損失が約１ｄＢ低減されている事が分かる。また、このコア幅拡大は、溝部に埋め込むポリマー材料の屈折率が低い程その効果が大きい事が分かる。
【００５４】
以上、本発明の異なる実施の形態について説明したが、それらを組み合わせた場合には、より大きな相乗効果が得られる。ただし横方向の光閉じ込めについて考えた場合、第１の実施の形態（溝部のポリマーに屈折率差を付与）と第３の実施の形態（石英部コア幅の拡大）を同時に行っても意味が無いため、損失を最小限にするには、第１の実施の形態（屈折率差付与）および第２の実施の形態（高屈折率材料使用）の併用、第２の実施の形態（高屈折率材料使用）および第３の実施の形態（コア幅拡大）の併用のいずれかとなる（溝部で３次元の光閉じ込めが行える場合は屈折率差の付与のみでよい）。
【００５５】
図９は、上記のそれぞれの場合についての解析結果である。３５は溝部に通常の屈折率を持つポリマー材料を溝部に埋め込んだだけの、従来の方法に基づくものであり、３６は第１の実施の形態＋第２の実施の形態の場合、３７は第２の実施の形態＋第３の実施の形態の場合の損失値の解析結果である。図９より、従来の方法と比較して溝部挿入による過剰損失値がより一層低減される事が分かる。
【００５６】
次に、溝部の具体的な設計例を示す。式（１）左辺の各項について、
【００５７】
【数３】
を適用すると、式（１）は
【００５８】
【数４】
となる。
【００５９】
ここで、一般的に基板材料は導波層に比べて十分厚いことから、導波路の熱膨張係数（１／Ｌ）（ｄＬ／ｄＴ）は基板の熱膨張係数αｓｕｂに近似できるとして、式（４）を整理すると
【００６０】
【数５】
となる。
【００６１】
ここで各パラメータの一例として、ｎＳｉＯ２＝１．４６、ｎｐｏｌｙｍｅｒ＝１．４５、ｄｎＳｉＯ２／ｄＴ＝６．０×１０−６、ｄｎｐｏｌｙｍｅｒ／ｄＴ＝−４．０×１０−４、αｓｕｂ＝３．０×１０−６、ΔＬＳｉＯ２＝５０×１０−６、アレイ導波路の本数＝１００本とすると、式（５）よりΔＬｐｏｌｙｍｅｒ＝１．３×１０−６となる。
【００６２】
つまり、溝の最小の長さを０とすると、溝の最長部は約１３０μｍとなる（光のパワーが最も多く配分されるアレイ導波路中央部の長さはその半分の約６５μｍ）。ただし、溝の最小長さはポリマー埋め込みのプロセスに依存し、ポリマーの粘度などの問題で埋め込みが完全に行われない場合は、溝の最小の長さを長めに取る。つまりあらかじめある程度のオフセットを付けておく必要がある。
【００６３】
以上のように、各材料パラメータ、構造パラメータが決定された後、もしくは決定する段階において、前述の実施の形態１〜３の技術を適用すれば、溝形成による損失の増大を抑制する事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、アレイ導波路格子のアレイ導波路部への溝形成による過剰損失を低減させる事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアレイ導波路格子の概略図である。
【図２】アレイ導波路格子の石英導波路部の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図４】第１の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図６】第２の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図８】第３の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図９】それぞれの実施の形態を組み合わせた場合の、溝部における損失の解析結果である。
【図１０】従来のアレイ導波路格子の全体図である。
【図１１】他の従来例における、アレイ導波路格子のアレイ導波路部に設けた溝部およびその周辺部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 入力導波路
２ 入力側スラブ導波路
３ アレイ導波路
４ 溝部
５ 出力側スラブ導波路
６ 出力導波路
７ 入力導波路
８ 入力側スラブ導波路
９ アレイ導波路
１０ 出力側スラブ導波路
１１ 出力導波路
１２ アレイ導波路
１３ 溝部
１４ シリコーン
１５ 基板
１６ 下層クラッド
１７ コア
１８ 上層クラッド
１９ アレイ導波路
２０ 溝部
２１ 感光性ポリマー
２２ 感光性ポリマー
２３ 従来の場合の溝部の損失
２４ 溝部ポリマーに屈折率差を設けた場合の溝部の損失
２５ 溝部長さが２００μｍの場合の溝部の損失
２６ 溝部長さが１００μｍの場合の溝部の損失
２７ 溝部長さが５０μｍの場合の溝部の損失
２８ アレイ導波路
２９ コアの横幅が拡大された部分
３０ 溝部
３１ ポリマー
３２ 溝部のポリマーの屈折率が１．４５の場合の溝部の損失
３３ 溝部のポリマーの屈折率が１．６５の場合の溝部の損失
３４ 溝部のポリマーの屈折率が２．０の場合の溝部の損失
３５ 従来の場合の溝部の損失
３６ 第１の実施の形態＋第２の実施の形態の場合の溝部の損失
３７ 第１の実施の形態＋第３の実施の形態の場合の溝部の損失
３８ 高屈折率ポリマー
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）の温度無依存化技術に関する。さらに詳しくは、本発明は、アレイ導波路格子の波長特性の温度依存性を解消することにより、従来光通信システムにおいて安定な合分波特性を得るために必須とされていたペルチェ素子等による外部温度補償を不必要とするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムにおいて、伝送容量の拡大を実現するための高密度波長分割多重通信方式（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＷＤＭ）では、それぞれの波長を分割、統合するための合分波デバイス（波長フィルタ）が極めて重要となる。
【０００３】
光波長フィルタには様々な形態のものがあるが、中でもアレイ導波路格子は波長特性が狭帯域、高消光比であり、また多入力多出力型のフィルタデバイスであるため、多重化された信号の分離もしくはその逆の動作を行わせることが可能であり、容易に波長合分波デバイスが構成できる。
【０００４】
さらに、石英導波路を用いて構成する事により、光ファイバとの結合に優れ、挿入損失数ｄＢ程度の低挿入損失動作を実現できるため、特に重要なデバイスとして注目され、国内外で盛んに研究が行われている。
【０００５】
図１１は、従来のアレイ導波路格子の全体図である。アレイ導波路格子は一般に、１本または複数本からなる入力導波路７、入力側スラブ導波路８、数十〜百数十本からなるアレイ導波路９、出力側スラブ導波路１０、複数本からなる出力導波路１１によって構成される。
【０００６】
入射側導波路７より入射した多重信号光は、入射側スラブ導波路８で広がり、アレイ導波路９にそれぞれ等位相で入射する（ただし入射光強度は各アレイ導波路で等しくはなく、ほぼガウス分布となる）。
【０００７】
アレイ導波路９では、各導波路間に一定の光路長差がつけられており、順次光路長が長く（もしくは短く）なっていくように構成されている。従って、アレイ導波路９のそれぞれの導波路を導波する光には一定間隔の位相差が付与されて出力側スラブ導波路１０に達するが、波長分散があるために波長によってその等位相面は傾く。
【０００８】
それにより、波長によって出力側スラブ導波路１０と出力導波路１１の界面上の異なった位置に光が結像（集光）するため、そのそれぞれの位置に各出力導波路を配置する事により、各出力導波路から任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００９】
このように、アレイ導波路格子においては、上記の光路長差が波長選択性の重要なパラメータになるが、従来の光導波路では光路長に温度依存性があり、フィルタ透過帯域（中心波長）が周囲の温度によって変動するという問題があった。例えば石英系ガラス導波路の場合、温度が１℃変化すると、波長フィルタの中心波長は、この光路長の温度依存性によって約０．０１ｎｍ（中心周波数に換算すると約１．３ＧＨｚ）変動する。さらに半導体系材料を用いたデバイスにおいては、この約１０倍の温度依存性が存在する。
【００１０】
このような温度依存性の問題を解決するための一つの方法として、高精度な温度制御装置を素子に付加するという方法もあるが、この方法ではデバイスの低コスト化、小型化の障害になり、さらに装置全体の信頼性を低下させることにも繋がる。
【００１１】
そこで、従来アレイ導波路格子の温度依存性を解消するために、アレイ導波路部の光路長差の温度依存性をキャンセルする方法が考えられている。光導波路の光路長の温度依存性は、光導波路材料の屈折率の温度依存性と基板材料の温度膨張（収縮）に起因する。
【００１２】
このアレイ導波路格子のアレイ導波路部の光路長差の温度依存性をキャンセルした例として、例えば「Ｈ．Ｔａｎｏｂｅ ｅｔ．ａｌ， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．１０， Ｎｏ．２， ｐｐ．２３５−２３７， １９９８」では、ＩｎＰ系材料において屈折率温度係数の異なる２種類の材料を用いてそれぞれ導波路を形成し、各アレイ導波路の「高屈折率温度係数導波路部」と「低屈折率温度係数導波路部」の長さを調整して、アレイ部における光路長の温度依存性を零にしている。
【００１３】
しかしながら、同一平面上に別材料から成る光導波路（特にＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成する事は困難であり、製造プロセスが複雑かつ長くなるという問題がある。上記従来例においては光導波路構造はＰＬＣではなく、２次元平板のコア層の上に薄いクラッド層を挟み、その上にリブを形成しているが、これでは光の閉じ込めの効果が少なく、曲げ等における放射損失が大きくなるという問題がある（上記従来例におけるアレイ導波路格子の損失は、総合で１６〜１８ｄＢ）。
【００１４】
上記例と同じく、アレイ部に屈折率温度係数の違う２種類の材料を用いる方法において製造プロセスが比較的簡単な例として、例えば「Ｙ． Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．３３， Ｎｏ．２３， ｐｐ．１９４５−１９４７， １９９７」がある。この例では、図１２に示されるようにアレイ導波路１２（図１１のアレイ導波路９の一部分）中に、深さが基板まで達する楔型の溝１３を設け、そこに屈折率温度係数が負であるシリコーン１４を埋め込み、屈折率温度係数が正である石英導波路部と正負でキャンセルする事により、各アレイ間の光路長差の温度依存性を解消している。
【００１５】
図１２において、石英導波路部１２の等価屈折率をｎｓｉｏ２、シリコーン１４の屈折率をｎｓｉｌｉｃｏｎｅ、石英アレイ導波路部の隣接導波路間導波路長差をΔＬＳｉＯ２、シリコーン部の隣接導波路間導波路長差をΔＬｓｉｌｉｃｏｎｅとすると、アレイ導波路部における光路長差の温度依存性を解消するには
【００１６】
【数１】
【００１７】
しかしこの例では、導波路に溝を設けてその中にシリコーンを流し込むだけであるため、溝部に入射した光に対しては何ら閉じ込めは行わないことから、溝部を導波中に光が上下左右方向に広がり、再び石英導波路部に入る際に全ての光が結合しないため損失が増大する（上記従来例では約２ｄＢの損失増大がある）という問題があった。さらに、その損失値は溝部の長さによって異なるため、溝部以降の石英導波路部では各アレイ導波路の本来のパワー分布からずれが生じるという問題もあった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、アレイ導波路格子の温度無依存化に関して従来の技術では、プロセスが非常に複雑になったり、またデバイス挿入損失が大幅に増大し、さらにアレイ導波路部における光パワーが本来の分布からずれるという問題が生じていた。
【００１９】
本発明の目的は、プロセスが簡単であり、かつ過剰損失の少ない温度無依存アレイ導波路格子の製造方法を提供する事にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記アレイ部に楔型の溝を挿入する方法において、当該溝部に入射した光をその横方向もしくは縦横両方向に閉じこめて光の広がりを抑制する手段を設けたことを特徴とする。その結果、溝挿入によって発生する過剰損失を低減し、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００２１】
具体的には、アレイ導波路格子のアレイ導波路部に設けた楔型溝部もしくはその周辺の石英導波路部に以下のいずれかの変更、もしくはそれらの組み合わせた変更を加える事により、溝部における光の広がりを抑制し、溝追加による過剰損失を低減する事を特徴とする。
１．溝に埋め込む屈折率温度係数が負である材料として感光性のあるものを用い、その感光性を利用して溝部に屈折率差を設け、それにより横方向もしくは縦横両方向に光導波路を形成する。
２．溝に埋め込む屈折率温度係数が負である材料として高屈折率であるものを用い、石英導波路部から溝部に光が入射した際の広がり角を小さくする（前記従来例では、溝部埋め込み材料（シリコーン）の屈折率は１．３９である）。
３．溝部前後の石英導波路の横幅を拡大し、石英導波路部から溝部に光が入射した際の光の広がり角を小さくする。
【００２２】
なお、屈折率温度係数が負である材料としては、一般的にはポリマー材料が挙げられる。
【００２３】
上記の手段を用いることにより、アレイ導波路格子のアレイ導波路部への溝形成による過剰損失を低減させる事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用されるアレイ導波路格子の概略図（全体図）であり、図２は、本発明が適用されるアレイ導波路格子の石英導波路部の断面図である。図１のアレイ導波路格子は、入力導波路１、入力側スラブ導波路２、アレイ導波路３、基板まで掘り下げられた溝部４、出力側スラブ導波路５、出力導波路６よりなる。
【００２５】
石英導波路（入出力導波路及びアレイ導波路）は、基板１５上に形成された下層クラッド１６、当該下層クラッド材料よりも若干屈折率の大きい材料で形成されたコア１７、当該コア材料よりも若干屈折率が小さい材料にて形成された上層クラッド１８からなる（一般的には下層クラッドと上層クラッドの材料は同一であるが、上記屈折率の条件を満たしていれば異なる材料であっても全く差し支え無い）。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施の形態を示すアレイ導波路格子によるアレイ導波路部の拡大図である。図３において、１９は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２０はアレイ導波路１９中に、基板材料１５に達するまで（つまり上層クラッド１８、コア１７、下層クラッド１６全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、２１、２２はその溝中に埋め込まれた（屈折率温度係数が負である）感光性ポリマーである。
【００２７】
溝部２０に感光性ポリマーを埋め込んだだけの時点においては、２１と２２の間に境は無く、同一である。その感光性ポリマーが光照射によって屈折率が上昇する場合、２２が光照射によって屈折率が変化した（上昇した）感光性ポリマー部となる。逆にその感光性ポリマーが光照射によって屈折率が減少する場合、２１が光照射によって屈折率が変化した（減少した）感光性ポリマー部となる。なおこのアレイ導波路部においては、各設計値は式（１）が満たされている。
【００２８】
従来においては、図１の溝部４に屈折率温度係数が負であるシリコンを埋め込むだけであったが、本発明においては当該溝部に埋め込むポリマー材料として感光性のあるものを用いる。感光性ポリマー（フォトポリマーとも称される）は、ある波長の光に反応して屈折率が変化する特徴を有し、本発明ではその感光性ポリマーの屈折率変調を利用する。
【００２９】
具体的な製造方法としては、まず最初に通常のプロセスによりアレイ導波路格子を製作する。ここで言う通常のプロセスとは、１．基板材料に下層クラッドを形成、２．コアを形成、３．フォトリソグラフィープロセスによりコアにアレイ導波路格子パターンを転写、４．コアをエッチング、５．上層クラッドの形成、という工程を示す。
【００３０】
アレイ導波路格子が完成した後、溝部のパターンをアレイ導波路格子のアレイ部に転写し、溝部が形成される部分の上層クラッド１８、コア１７、下層クラッド１６を全てエッチングする。その後、溝部に感光性ポリマーを注入し、硬化させる。
【００３１】
ここで当該感光性ポリマーが、光照射によってその屈折率が増加する特性を有する場合には、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーの、元コア１７に相当する部分（図３の２２）にのみ光を照射して屈折率を上昇させて、その部分をコアとする横方向（基板と水平方向）の光導波路を形成する。
【００３２】
当該感光性ポリマーが、光照射によってその屈折率が減少する特性を有する場合には、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーの、元クラッド１６、１８に相当する部分（図３の２１）のみに光を照射して屈折率を減少させて、その部分をクラッドとする横方向の光導波路を形成する。
【００３３】
つまり本方法は、溝部にも光導波路を形成する事によって、溝部における光の横方向拡散を抑制することを特徴とする。
【００３４】
図４は、第１の実施の形態による溝部における損失の特性改善の様子を示している。これは、図２において下層クラッド１６および上層クラッド１８の厚さを１５μｍ、コア１７の形状を５．５μｍ×５．５μｍとし、下層クラッド１６および上層クラッド１８の屈折率を１．４５２６、コア１４の屈折率を１．４６２９（比屈折率差Δ＝０．７％に相当）とし、その光導波路に溝を設けてポリマーを埋め込んだ場合の、溝部の（光の導波方向の）長さに対する損失の変化を解析した結果である。
【００３５】
図４において、２３は溝に屈折率１．４５のポリマーを埋め込んだだけの場合（従来例に相当）の損失を示し、２４は溝部の元コア１７に相当する部分のポリマーに、比屈折率差Δｎ＝０．７％となるように屈折率を変化させた場合の損失を示している。溝部の元コアに相当する部分の感光性ポリマーの屈折率を上昇させて、横方向に光の閉じ込めを行った場合、ポリマーを埋め込んだだけの状態と比較して損失値が（ｄＢで）約半分にまで低減できている事が分かる。なお、溝部の元クラッドに相当する部分の屈折率を減少させて相対的に同様の屈折率差を付与する場合もほぼ同様の結果が得られる。
【００３６】
上記では、溝部の元コア部（クラッド部）の屈折率を変化させるには、溝部に感光性ポリマーを埋め込んだ後に、溝部に元の導波路パターンのマスクを重ねて、通常のフォトリソグラフィーによるプロセスと同様にその上面から一様な光を照射し、溝部に埋め込んだ感光性ポリマーに導波路パターンを転写する事を想定している。
【００３７】
ただしこの方法では屈折率差が付くのは横方向のみであり、縦方向（基板と垂直方向）には屈折率差は付かない。ここでもし、ある一点にのみ集光可能なレーザ光を用いて感光性ポリマー内に屈折率変化部を三次元的に直描する事ができれば、光を上下左右方向に閉じ込める事が可能となり、図４の２４に示した従来例の解析結果よりもさらに損失を低減することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態に用いる感光性ポリマーとしては、まず屈折率温度係数が負である事が前提条件であるが、その他の特性としては透明性に優れているもの、感光による屈折率の制御性の良いもの、経時変化の無いもの、耐候性に優れているものが望ましい。
【００３９】
屈折率の制御性に関しては、光の照射時間もしくは照射強度によって屈折率が正確かつ再現性良く制御できる事を示す。表１に、一般的な感光性ポリマーの例を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。図５において、１９は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２０はアレイ導波路１９中に、基板材料に達するまで（つまり上層クラッド、コア、下層クラッド全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、３８はその溝中に埋め込まれた屈折率温度係数が負であってかつ高屈折率のポリマーである。
【００４２】
光導波路を導波している光が一様媒質中に出射する場合、その一様媒質中においては光を閉じ込める構造が無いため、媒質中を伝搬するにつれて光は広がっていく。
【００４３】
ここで、一様媒質の屈折率をｎ、導波路導波光のスポットサイズをｗ（スポットサイズとは、導波モードの電界分布をガウシアン分布でフィッティングした場合の、ピーク値からの１／ｅ半幅（パワー分布の１／ｅ２半幅）である。）、真空中の伝搬定数をｋ（＝２π／λ，λ：真空中での波長）とすると、一様媒質に出射した光の放射角θは
【００４４】
【数２】
【００４５】
そこで、本実施の形態は、式（２）中の屈折率ｎの値を大きくする事、すなわち溝部２０に埋め込まれるポリマーとして、アレイ導波路の材料である石英の屈折率よりも高屈折率のポリマー３８を用いることによって溝部における光の広がり角を小さくし、その光が溝部から再び石英導波路１９に入射する際の結合損失を低減したことを特徴としている。
【００４６】
図６は、溝部に埋め込むポリマー材料の屈折率の値を変化させて、溝挿入による過剰損失の解析を行ったグラフであり、石英導波路の各パラメータは第１の実施の形態で記したものと同様である。２５は溝部長さが５０μｍの場合、２６は同１００μｍの場合、２７は同２００μｍの場合である。従来の温度無依存アレイ導波路格子（Ｙ． Ｉｎｏｕｅ ｅｔ ａｌ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．３３， Ｎｏ．２３， ｐｐ．１９４５−１９４７， １９９７）で用いられているシリコーンの屈折率１．３９と比較して高屈折率にした場合、損失が大幅に低減されている事が分かる。
【００４７】
図６より、屈折率１．３９の場合と比較して、損失を（ｄＢで）半分まで低減させるには屈折率を約１．８、同１／４まで低減させるには屈折率を約２．０以上にすれば良い。アレイ導波路を構成する石英の屈折率（約１．４５）より大きければ損失低減効果が期待できるが、屈折率が１．６以上であればより好ましい。この実施の形態では、溝部における縦横両方向の光の広がりを抑制する事に相当する。
【００４８】
図７は、本発明の第３の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。この第３の実施の形態では、式（２）中のスポットサイズｗの値を大きくする事によって溝部における光の広がり角を小さくし、その光が溝部から再び石英導波路に入射する際の損失の低減を図っている。
【００４９】
石英導波路導波光のスポットサイズｗの値を大きくするには、石英導波路のコア径を大きくすれば良い。本実施の形態では、溝部前後の石英導波路のコアを横方向に広げる事によって導波光の横方向のスポットサイズを拡大している。
【００５０】
図７において、２８は（石英導波路からなる）アレイ導波路群、２９は当該石英アレイ導波路のコアの横幅が拡大された部分、３０はアレイ導波路中に、基板材料に達するまで（つまり上層クラッド、コア、下層クラッド全てを削り取る）掘り下げられた楔型の溝部、３１はその溝中に埋め込まれた屈折率温度係数が負の材料（ポリマー）である。
【００５１】
なお、石英導波路のコア幅を急激に変化させた場合、モード変換損失が生じるため、通常は適当な長さのテーパを設け、断熱的にコア形状を変化させていく。
【００５２】
図８は、溝部前後の石英導波路のコア幅を変化させた場合の溝挿入による過剰損失の解析結果である。石英導波路の横幅以外の各パラメータは第１の実施の形態で記したものと同様であり、本解析においては溝の長さは１００μｍで固定とした。図８において、３２が埋め込むポリマーの屈折率が１．４５の場合、３３が屈折率１．６５の場合、３４が屈折率２．０の場合である。
【００５３】
図８より、埋め込むポリマー材料の屈折率が１．４５の場合、コア幅を１０μｍにすると溝長さが１００μｍの時、損失が約１ｄＢ低減されている事が分かる。また、このコア幅拡大は、溝部に埋め込むポリマー材料の屈折率が低い程その効果が大きい事が分かる。
【００５４】
以上、本発明の異なる実施の形態について説明したが、それらを組み合わせた場合には、より大きな相乗効果が得られる。ただし横方向の光閉じ込めについて考えた場合、第１の実施の形態（溝部のポリマーに屈折率差を付与）と第３の実施の形態（石英部コア幅の拡大）を同時に行っても意味が無いため、損失を最小限にするには、第１の実施の形態（屈折率差付与）および第２の実施の形態（高屈折率材料使用）の併用、第２の実施の形態（高屈折率材料使用）および第３の実施の形態（コア幅拡大）の併用のいずれかとなる（溝部で３次元の光閉じ込めが行える場合は屈折率差の付与のみでよい）。
【００５５】
図９は、上記のそれぞれの場合についての解析結果である。３５は溝部に通常の屈折率を持つポリマー材料を溝部に埋め込んだだけの、従来の方法に基づくものであり、３６は第１の実施の形態＋第２の実施の形態の場合、３７は第２の実施の形態＋第３の実施の形態の場合の損失値の解析結果である。図９より、従来の方法と比較して溝部挿入による過剰損失値がより一層低減される事が分かる。
【００５６】
次に、溝部の具体的な設計例を示す。式（１）左辺の各項について、
【００５７】
【数３】
【００５８】
【数４】
【００５９】
ここで、一般的に基板材料は導波層に比べて十分厚いことから、導波路の熱膨張係数（１／Ｌ）（ｄＬ／ｄＴ）は基板の熱膨張係数αｓｕｂに近似できるとして、式（４）を整理すると
【００６０】
【数５】
【００６１】
ここで各パラメータの一例として、ｎＳｉＯ２＝１．４６、ｎｐｏｌｙｍｅｒ＝１．４５、ｄｎＳｉＯ２／ｄＴ＝６．０×１０−６、ｄｎｐｏｌｙｍｅｒ／ｄＴ＝−４．０×１０−４、αｓｕｂ＝３．０×１０−６、ΔＬＳｉＯ２＝５０×１０−６、アレイ導波路の本数＝１００本とすると、式（５）よりΔＬｐｏｌｙｍｅｒ＝１．３×１０−６となる。
【００６２】
つまり、溝の最小の長さを０とすると、溝の最長部は約１３０μｍとなる（光のパワーが最も多く配分されるアレイ導波路中央部の長さはその半分の約６５μｍ）。ただし、溝の最小長さはポリマー埋め込みのプロセスに依存し、ポリマーの粘度などの問題で埋め込みが完全に行われない場合は、溝の最小の長さを長めに取る。つまりあらかじめある程度のオフセットを付けておく必要がある。
【００６３】
以上のように、各材料パラメータ、構造パラメータが決定された後、もしくは決定する段階において、前述の実施の形態１〜３の技術を適用すれば、溝形成による損失の増大を抑制する事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、アレイ導波路格子のアレイ導波路部への溝形成による過剰損失を低減させる事ができ、低損失な温度無依存アレイ導波路格子を実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアレイ導波路格子の概略図である。
【図２】アレイ導波路格子の石英導波路部の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図４】第１の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図６】第２の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるアレイ導波路格子のアレイ導波路部の拡大図である。
【図８】第３の実施の形態による溝部における損失の解析結果である。
【図９】それぞれの実施の形態を組み合わせた場合の、溝部における損失の解析結果である。
【図１０】従来のアレイ導波路格子の全体図である。
【図１１】他の従来例における、アレイ導波路格子のアレイ導波路部に設けた溝部およびその周辺部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ 入力導波路
２ 入力側スラブ導波路
３ アレイ導波路
４ 溝部
５ 出力側スラブ導波路
６ 出力導波路
７ 入力導波路
８ 入力側スラブ導波路
９ アレイ導波路
１０ 出力側スラブ導波路
１１ 出力導波路
１２ アレイ導波路
１３ 溝部
１４ シリコーン
１５ 基板
１６ 下層クラッド
１７ コア
１８ 上層クラッド
１９ アレイ導波路
２０ 溝部
２１ 感光性ポリマー
２２ 感光性ポリマー
２３ 従来の場合の溝部の損失
２４ 溝部ポリマーに屈折率差を設けた場合の溝部の損失
２５ 溝部長さが２００μｍの場合の溝部の損失
２６ 溝部長さが１００μｍの場合の溝部の損失
２７ 溝部長さが５０μｍの場合の溝部の損失
２８ アレイ導波路
２９ コアの横幅が拡大された部分
３０ 溝部
３１ ポリマー
３２ 溝部のポリマーの屈折率が１．４５の場合の溝部の損失
３３ 溝部のポリマーの屈折率が１．６５の場合の溝部の損失
３４ 溝部のポリマーの屈折率が２．０の場合の溝部の損失
３５ 従来の場合の溝部の損失
３６ 第１の実施の形態＋第２の実施の形態の場合の溝部の損失
３７ 第１の実施の形態＋第３の実施の形態の場合の溝部の損失
３８ 高屈折率ポリマー
Claims (6)
- １本または複数本からなる入力導波路と、当該入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、当該入力側スラブ導波路に接続された複数本からなるアレイ導波路と、当該アレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路に接続された複数本からなる出力導波路とを有し、前記アレイ導波路の一部を屈折率温度係数が負である材料によって構成したアレイ導波路格子において、
前記屈折率温度係数が負である材料によって構成した部分は、当該材料に入射した光を閉じこめて光の広がりを抑制する手段を有することを特徴とするアレイ導波路格子。 - １本または複数本からなる入力導波路と、当該入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、当該入力側スラブ導波路に接続された複数本からなるアレイ導波路と、当該アレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路に接続された複数本からなる出力導波路とを有し、前記アレイ導波路の一部を屈折率温度係数が負である材料によって構成したアレイ導波路格子において、
前記屈折率温度係数が負である材料によって構成した部分は、当該材料に入射した光を閉じこめて光の広がりを縦横両方向に抑制する手段を有することを特徴とするアレイ導波路格子。 - １本または複数本からなる入力導波路と、当該入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、当該入力側スラブ導波路に接続された複数本からなるアレイ導波路と、当該アレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路に接続された複数本からなる出力導波路とを有し、前記アレイ導波路の一部を屈折率温度係数が負である材料によって構成したアレイ導波路格子において、
前記屈折率温度係数が負である材料は感光性を有し、該材料によって構成したアレイ導波路の光閉じ込め構造は、前記アレイ導波路の上面から光の照射により感光性を利用して前記材料中に屈折率差を生じさせて形成されていることを特徴とするアレイ導波路格子。 - １本または複数本からなる入力導波路と、当該入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、当該入力側スラブ導波路に接続された複数本からなるアレイ導波路と、当該アレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路に接続された複数本からなる出力導波路とを有し、前記アレイ導波路の一部分を屈折率温度係数が負である材料によって構成したアレイ導波路格子において、
前記屈折率温度係数が負である材料は感光性を有し、該材料によって構成したアレイ導波路の縦横両方向の光閉じ込め構造は、アレイ導波路の上面から光の照射により感光性を利用して前記材料中に屈折率差を生じさせて形成されていることを特徴とするアレイ導波路格子。 - １本または複数本からなる入力導波路と、当該入力導波路に接続された入力側スラブ導波路と、当該入力側スラブ導波路に接続された複数本からなるアレイ導波路と、当該アレイ導波路に接続された出力側スラブ導波路と、当該出力側スラブ導波路に接続された複数本からなる出力導波路とを有し、前記アレイ導波路の一部を屈折率温度係数が負である材料によって構成したアレイ導波路格子において、
前記屈折率温度係数が負である材料として、当該材料に入射される光の広がりを抑制するために前記アレイ導波路格子を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料を用いたことを特徴とするアレイ導波路格子。 - 前記材料として、前記アレイ導波路格子を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料を用いたことを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載のアレイ導波路格子。
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