JP2004126088A

JP2004126088A - プログラマブル光回路

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Publication number: JP2004126088A
Application number: JP2002288279A
Authority: JP
Inventors: Yuukai Nasu; 那須　悠介; Masaki Kamitoku; 神徳　正樹; Yoshinori Hibino; 日比野　善典; Atsushi Abe; 阿部　淳; Hiroshi Takahashi; 高橋　浩
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP3937218B2

Abstract

【課題】生産性は高く保持しつつ機能又は特性をアダプティブに変化させることができるプログラマブル光回路を提供する。
【解決手段】個々の独立した機能を有して光回路の一部を構成する複数の光回路要素で形成した光回路部分２と、光照射を行う領域であり、この光照射により、光導波路、方向性結合器等の光回路要素の形成、消去による、前記光回路部分２の前記光回路要素と接合する新たな光回路要素の変更を行う複数のプログラマブル光回路部分３を形成した。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信あるいは光情報処理で用いられる導波路型光素子（光導波回路）、特に平面基板上に形成されたプログラマブル光回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコン基板あるいは石英基板上に形成した石英系ガラス光導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｅｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）の研究開発が盛んに行われている。そこでは、アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ）やマッハツェンダ干渉計、方向性結合器、ＴＯスイッチなどの機能素子が開発され、それらの高性能化を目指すと共に、それらを更に組み合わせることで様々な高機能デバイスが実現されている。これら光回路の導波路作製はガラス堆積やエッチングを繰り返しすることで実現され、電気配線などは金属蒸着により行われる。本明細書ではこのようなプロセスを従来方法の作製法と呼ぶ。
【０００３】
近年の波長多重（ＷＤＭ）通信の発展に伴い、光の波長をベースとして少量多品種の様々なデバイスが求められる。これらの光回路は、あらかじめ指定された使用条件・方法を基に、設計、作製される。このため一度作製を行った素子は、作製後に特性を変えることは通常困難であった。
【０００４】
そこで、多少コストを犠牲にしても高性能なデバイスが要求される分野では問題ないが、低コスト性に重点を置くアクセス系などでは前記のような作製手順はコスト増の主要因となり、問題となっている。
【０００５】
例えば、代表的な光分岐回路としてＡＷＧが挙げられるが、ＡＷＧの中心波長の設計も一度設計・製造すると容易に変更することはできない。１×ＮのＡＷＧ（入力１ポートに対し出力Ｎポート）の場合、中心波長はＡＷＧ入力ポートの位置で変更が可能である。しかしながら、中心波長ごとに導波路レイアウトが異なるため、光回路作製時には入力波長ごとに設計・プロセスが必要となってくる。
【０００６】
また、アクセス系用光回路に限らず、近年開発されている集積度の高い大規模な光回路においては、様々な機能素子をあらゆる組み合わせにより多くの機能が実現されている。
【０００７】
複数のアレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ）や、マッハツェンダ干渉計、方向性結合器、ＴＯスイッチなどを用いて、多波長の分散補償器やインターリーバ、光ＡＤＤ／ＤＲＯＰマルチプレクサ（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）など多様な光回路が実現されている。
【０００８】
ＯＡＤＭとは光伝送路を伝播してきた多波長の光信号に特定の波長信号を加えたり（ＡＤＤ）、取り出したり（ＤＲＯＰ）するデバイスである（Ｔ．Ｓａｉｄａ　ｅｔ　ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．６，ｐｐ．５２８，　２０００）。このＯＡＤＭはＷＤＭリングネットワークの中で各ノードに配置され、各ノードで指定された波長をＡＤＤ／ＤＲＯＰし使用される。この場合、取り出せる波長の組み合わせや、波長帯により個々のＯＡＤＭに設計・製造が必要となる。
【０００９】
このＯＡＤＭは光伝送路の入出力両側にＡＷＧが配置され、それらの間は２つのＡＷＧの出力・入力導波路が連結されている。入力側ＡＷＧから出力される複数の導波路には、入力された多波長信号が波長ごとに分波されて出力される。これらの導波路の内、ＤＲＯＰ波長用導波路は出力側ＡＷＧに接続されず、ＯＡＤＭのドロップポートに出力される。また、出力側ＡＷＧには、入力側ＡＷＧの出力が接続され、更にＯＡＤＭのアッドポートからの入力が接続される。このような固定波長のＯＡＤＭの場合、ＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長を決定するのは両ＡＷＧ間の導波路のレイアウトのみであり、その他のＡＷＧなどは同一のものが使用される。
【００１０】
にもかかわらず、ＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長が異なるＯＡＤＭ全てにそれぞれ設計が必要となり、プロセスも異なってくる。ＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長は１波長にとどまらないため、回路レイアウトは非常に多数存在する。従来方法で光回路を作製する場合、回路レイアウトごとに設計・プロセスを行わなければならないため、非常に多くの時間を有し、同時にコストもかかる。
【００１１】
このように、従来の光回路作製方法では作製後の変更が不可能であるため、回路レイアウトが少しでも異なる光回路にはそれぞれ設計・プロセスが必要であった。このような性質がコストを高くする要因となっていた。
【００１２】
一方、これまでに光照射による光回路の作製や調整技術がいくつか開発されている。例えば平尾氏による「光導波路およびその作製方法」（特開平１０−２８８７９９；特許文献１）では、レーザ光をガラス試料中に集光照射することで屈折率変化を誘起する。レーザ照射に対し試料を相対的に移動することで、連続した屈折率変化領域が形成され、光の導波路を作製している。このとき、試料の移動方法を複雑にすることで、３次元導波路のような複雑な導波路が形成できる。
【００１３】
しかし、このような直接描画による光回路では現在ＰＬＣなどで開発されているような大規模な光回路の作製は困難である。また、微小なレーザの集光点を大規模な基板全体に走査する必要があるため、膨大な時間を要する。従って、大規模な光回路を全てレーザ照射により作製することは非現実的である。
【００１４】
また、井本氏により「光フィルタ及びその出射光の周波数調整方法」（特開平６−２７３３７；特許文献２）も光照射により行われている。ここに記載されている光フィルタはマッハツェンダ干渉計と呼ばれる一つの機能素子であり、２つに分岐された光に相対的な光路差を与えた後、合波・干渉させることで実現するものである。マッハツェンダ干渉計の片方もしくは両方のアームに光照射し位相変化させ、相対的な光路長差を調整することで特性を変化させる。
【００１５】
しかしながら、この方法は、個々のデバイスの調整方法にとどまり、これらが集積された大規模な光回路の特性・機能を目的に応じアダプティブに変化させるに至っていない。
【００１６】
【特許文献】
特開平１０−２８８７９９号公報
特開平０６−０２７３３７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る光回路は作製後にその機能を変更することが困難であり、目的に応じたそれぞれの設計・作製が必要であるという問題を有する。また、光照射による屈折率変化を用いた従来の光回路作製方法は、極めてフレキシブルではあるが、生産性が悪い。
【００１８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、生産性は高く保持しつつ機能又は特性をアダプティブに変化させることができるプログラマブル光回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、光回路の全てを従来方法によるプロセスで作製せず、後に光照射により作製する部分を光回路中に持たせることで、１つの光回路で様々な機能を実現できるものである。個々の光回路要素もしくは光回路ブロックは従来方法による優れた安定性と量産性を有するプロセスで作製を行う。次に光回路に求められる性能や機能は光照射により作製される光回路部分で実現する。
【００２０】
本発明においては、個々の光回路に要求される性能や機能は光照射により作製される光回路部分で実現するため、個々の光回路の変更は光照射部分のみで良い。したがって、光照射前の光回路は様々なデバイスに使用でき、同じ条件で作製が可能なため大量生産でき、大きなコスト削減効果がある。
【００２１】
また、従来プロセスにより作製する光回路部分と光照射により作製される部分を両方混在することで、生産性や性能を最大限に保持できる。
【００２２】
具体的な構成は次の点を特徴とする。
【００２３】
１）　個々の独立した機能を有して光回路の一部を構成する複数の光回路要素で形成した光回路部分と、
光照射を行う領域であり、この光照射により、光導波路、方向性結合器等の光回路要素の形成、消去による、前記光回路部分の前記光回路要素と接合する新たな光回路要素の変更を行う少なくとも一つのプログラマブル光回路部分とを有すること。
【００２４】
２）　個々の独立した機能を有して光回路の一部を構成する複数の光回路要素で形成した光回路部分と、
光照射を行う領域であり、この光照射により、光導波路、方向性結合器等の光回路要素の形成、消去による、前記光回路部分の前記光回路要素と接合する新たな光回路要素の変更を行うとともに電気配線の切断による電気配線の変更を行うか、又はこの電気配線の切断による電気配線の変更のみを行う少なくとも一つのプログラマブル光回路部分とを有すること。
【００２５】
３）　上記１）に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、光回路の一部に、少なくとも基板に対して水平方向に導波路構造のない部分を設け、光照射による屈折率変化を用いることにより、新たな導波路の形成や、方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの光回路素子を形成するものとしたこと。
【００２６】
４）　上記１）乃至３）の何れか一つに記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、このプログラマブル回路部分に既に形成されている光導波路や方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの複数の機能素子の一部を光照射により消去するものであること。
【００２７】
５）　上記２）に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、電気の供給を必要とするヒータ等の素子とこの素子の駆動用の電気配線を有しており、この電気配線を光照射により切断して配線構成を変更し、前記ヒータ等の素子に供給する電流又は電力を変更するものであること。
【００２８】
６）　上記５）に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、一部もしくは特定の電気的な配線を切断後、ヒータに特定の電圧を印加することにより、永続的にスイッチの光路もしくは分岐比を切り替えるようにしたものであること。
【００２９】
７）　上記１）乃至３）に記載する何れか一つのプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、入力導波路とアレイ導波路型波長合分波器の入力側スラブ導波路を光照射により接続し、スラブ導波路への接続位置を変化させることでアレイ導波路型波長合分波器の中心波長を変化させるものであること。
【００３０】
８）　上記１）乃至３）に記載する何れか一つのプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、入力導波路及び出力導波路が未接続で、分岐比が異なる複数の光分岐回路を有し、光照射により前記入力導波路と、前記光分岐回路と、出力導波路とを接続して分岐比を選択するにようにしたこと。
【００３１】
９）　上記１）乃至３）の何れか一つに記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、２個のアレイ導波路型波長合分波器と前記アレイ導波路型波長合分波器とを接続する導波路部分を備えた光アッドドロップ（ＯＡＤＭ）において、連結部分の光導波路を光照射により作製してアッドドロップ波長を決定するものであること。
【００３２】
１０）　上記５）又は６）に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、２つのアレイ導波路型波長合分波器と、前記アレイ導波路型波長合分波器を接続して光路切り替えを行うＴＯスイッチ部分を備えた光アッドドロップ（ＯＡＤＭ）において、光照射によりＴＯスイッチのヒータ回路の構成を変更することでアッドドロップ波長を決定するものであること。
【００３３】
１１）　上記１）乃至１０）に記載するプログラマブル光回路において、
光回路がＳｉもしくは石英基板上に形成された石英系ガラス光導波路によって構成されていること。
【００３４】
１２）　上記１）乃至１０）に記載するプログラマブル光回路において、
導波路が埋め込み導波路、リッジ型導波路、リブ型導波路により構成されていること。
【００３５】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態］
本発明に係る第１の実施の形態を図１に示す。同図に示すように、プログラマブル光回路１は光回路部分２とプログラマブル光回路部分３を内部に持つ。光回路部分２はアレイ導波路型波長合分波器やマッハツェンダ干渉計、方向性結合器、ＴＯスイッチなどの機能素子により構成される。このような光回路を構成する機能素子を本明細書では光回路要素と定義する。従って、これらは従来手法による作製が可能であり、安定で高性能な光素子を作製することができる。この光回路部分２は光回路が共通に持つ部分であるために、個々の設計が必要なく、従来の作製プロセスを用いることができるため量産可能である。
【００３６】
一方、プログラマブル光回路部分３は、光照射により光回路を作製、加工、調整する部分である。光照射により作製するため、プログラマブル光回路部分３は自由な作製が可能となり、デバイスへの個々の要求を光照射により実現できる。従来の作製プロセスと異なり、プログラマブル光回路部分３は光照射のみで作製されるため、プロセスとしては簡素な手順でよく、複雑な処理を必要としない。
【００３７】
従来の光回路は作製後に回路自体の特性・機能を変更することは不可能である反面、同じものを量産的に製造することは容易である。しかしながら、光通信におけるアクセス系に用いられるようなデバイスは、個々のデバイスに異なる特性を要求され、それぞれに異なった設計が必要となり、コスト増の原因ともなりうる。反対に光照射により全ての光回路を作製することは、技術的にも困難であり、膨大な時間が必要となり非現実的である。そこで、光回路の一部分にプログラマブル光回路部分３を持たせることにより、光回路作製後にその特性・機能を変更できるようにする。これにより、従来方法で作製する光回路部分２は共通で用いることができ、量産が可能となる。また、個々の回路に必要な変更はプログラマブル光回路部分３に集約でき、コスト削減に繋がる。集積度の高い光回路などでは、ある程度の機能素子を予め作製し、必要な素子のみを自由に繋ぎ合わせることも可能となる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係るプログラマブル光回路の構成を図２に示す。（ａ）は光照射前、（ｂ）は光照射後である。
【００３９】
同図（ａ）に示すように、光導波路４は従来技術に係る方法で、プログラマブル回路部分の作製前に、既に作製した光導波路である。この前後には様々な光回路が接続されており、それらの入出力導波路が光導波路４として集合している。ただし、入出力導波路は、通常の光導波路４に限らず、導波路幅の広い多モード導波路やスラブ導波路などでも良い。
【００４０】
光導波路５は、光照射による屈折率変化を用いることにより自由な導波路配線を形成するプログラマブル光回路部分に形成する導波路である。このプログラマブル光回路部分は光導波路４と低損失で接続できるように、光導波路１部分と同じ面上に設けることが好ましい。よって、少なくとも基板に対して水平方向に導波路構造のない部分を設けることが特に有効である。但し、この導波路構造は幅の広い多モード導波路であっても実質的に光の閉じ込めがないため構わない。更にプログラマブル回路部分５には、方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの機能素子を光照射により作製することにより、アダプティブに特性を変化させることができることも可能である。これにより、プログラマブル回路部付近に作製された様々な光回路同士を自由にかつ機能的に接続できる。
【００４１】
このような方法で、ＡＷＧの中心波長の変更も可能である。ＡＷＧは前記のとおり波長合分波器として、入力ポートから入射した光を波長により異なる出力ポートから出射するものであり、ＡＷＧの中心波長は入力ポートの位置により変更可能である。例えば、図３に示すように、入出力導波路の片方を通常の光導波路４、もう一方をＡＷＧ部分１５の入力側のスラブ導波路１６にする。この光導波路４とスラブ導波路１６の間を光照射により接続し、スラブ導波路１６への接続位置つまり、ＡＷＧ部分１５の入力ポート位置を自由に決定することができる（図３（ａ））。予め、スラブ導波路１１側にある程度の導波路４ａを作製し、入力側の光導波路４と接続することでＡＷＧ部分１５の中心波長を選択することも可能である（図３（ｂ））。
【００４２】
なお、本形態において、形成された一部の機能素子を光照射により消去することによりプログラマブル光回路部分の構成を変更することも可能であり、このことにより自由度の高い光回路を実現できる。
【００４３】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態を図４に示す。同図に示すヒータ６は光導波路の位相シフタなどに使用される素子である。すなわち、このヒータ６に注入する電流用により、位相シフト量などを調整し、アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ）やマッハツェンダ干渉計、ＴＯスイッチなどの特性を変化させることが可能である。
【００４４】
複数の抵抗回路７部分はヒータ６に直列に配置されている。この抵抗回路７部分はプログラマブル回路部分であり、光照射によりこれら抵抗回路７間の配線切断を一箇所あるいは複数箇所行う。配線切断により抵抗回路７部分全体の抵抗値が変化するため、１種の可変抵抗器を実現できる。よって、ヒータ６に注入できる電流量が光回路作製後、プログラマブル回路部分で調整できる。この場合の配線切断の部分を図４中に符号８で示す。
【００４５】
光回路に使用されるヒータ６には様々な使用方法があるが、光回路作製後に調整すれば、その後の調整は必要ない場合がある。光ラティス回路などの位相トリミング用ヒータなどもそうである。
【００４６】
適用例の一例として、光アッテネータを紹介する。光アッテネータとは入力光の光強度を減少させる、光減衰器である。これはマッハツェンダ干渉計を用いて２本のアーム（光導波路）の相対的な光路長差を調整することで、減衰量を調整するものである。この光路長差、つまり減衰量はアームに設けられたヒータを加熱することで実現できる。このヒータに上記プログラマブル回路部分を持たせることで、光照射によりヒータに注入する電流量を調整し、減衰量を光回路作製後に設定できる。光アッテネータのみならず、光ラティス回路、ＡＷＧ、分散補償用ラティスフィルタなど、ヒータを持つ光回路すべてに上記のプログラマブル光回路を適用することができる。
【００４７】
また、前記のヒータを用いて、光の光路を切り替えることができるＴＯスイッチと呼ばれる光スイッチがある（Ｔ．Ｇｏｈ　ｅｔ　ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．７，ｐｐ．５６−６３，１９９９）。このＴＯスイッチは、図５に示すように、ヒータ６（図４参照。）と同じく、注入する電流量によりＯＮ／ＯＦＦ動作を行うものである。
【００４８】
このようなＴＯスイッチは、永続的に光路を切り替えて用いられることがある。プログラマブル光回路部分にこのようなＴＯスイッチを配置し、光照射による配線切断を用いて、必要なＴＯスイッチのみをＯＮ或いはＯＦＦする。これにより、ＴＯスイッチへの電流供給も一括で行うことができ、また、同じ光回路を用いて特性をアダプティブに変化させる事ができるためコストを削減することもできる。
【００４９】
従来方法では、個々のヒータが必要とする電流量が異なるため、個々のヒータに対し１つの電源を用いる必要があった。これに対し、本形態によれば、ヒータに注入する電流量をプログラマブル光回路の導入によりアダプティブに変化させる事ができ、複数あるいは全てのヒータを同一の電源に配線することが可能となる。
【００５０】
このようなヒータは、誘起される屈折率変化が可逆性のある領域で、電力が供給される。これに対し、大電力で駆動することで、非可逆な屈折率変化を実現できる。このような非可逆な屈折率変化を用いて、アレイ導波路型波長合分波器（ＡＷＧ）やマッハツェンダ干渉計、ＴＯスイッチなどの特性を変化させることが可能である。このようなヒータに対しても、前記のようなプログラマブル光回路は適用できる。例えば、指定したヒータのみ大電力で駆動し恒久的な屈折率変化を誘起することができる。
【００５１】
ここで、Ｆｓレーザを用いた光照射の具体的方法を図６に基づき説明しておく。Ｆｓレーザはそのパルス光を石英系ガラスやフッ化物ガラス内部に集光することで、焦点位置付近の屈折率を変化できる。
【００５２】
平尾氏による「光導波路およびその作製方法」（特許文献１）などの従来方法では、パルス光をガラス内部に集光し、ガラスを固定したステージを移動させることで、焦点の軌跡にそって屈折率変化領域を基板内に生じさせる。ここで、ステージを３次元的に移動させることで、ガラス内部に３次元導波路を作製するというものである。
【００５３】
これに対し、それに対し、本方法では２次元的な光回路内において、自由な導波路配線の形成や、方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの光回路素子をプログラマブル光回路部分に作製し、従来プロセスで既に作製されている光回路素子と結合させ光回路をプログラマブルにするものである。したがって、全て光照射により作製する場合と異なり、既に作製されてある光回路と光照射により作製する光回路の正確な位置合せや、結合方法が重要な課題となる。
【００５４】
プログラマブル光回路に光回路を書き込む際、焦点位置のＺ方向に対し正確な位置合せが必要となる。なぜなら、光回路部分とプログラマブル光回路部分の位置関係が不適当であると、接続部分において大きな損失を生むからである。このため、本光照射方法では、ＣＣＤカメラなどで焦点位置と光回路部分の正確な位置合せを行う。このとき、従来プロセスによる光回路作製時にダミー導波路を作成し、ｚ軸合せ用のマーカとして使用すると作業の効率化を行うことができる。
【００５５】
また、基板表面や基板内の層境界面はＦｓレーザによるダメージを受けやすく、ダメージはＣＣＤカメラで確認できる。Ｆｓレーザのパワーを調整し焦点付近のごく一部のみダメージを生じるようにすれば、境界面に焦点が一致したときのみダメージが生じるため、焦点と光回路の相対的な位置関係の正確なＺ軸調整の基準面となる。この基準面から相対的にステージを移動することで、プログラマブル光回路部分の精密なＺ軸調整を行うことができる。図７はこのことを説明している。同図（ａ）、（ｃ）は下部又は上部基板内に焦点が存在する場合、（ｂ）が上下両基板の境界部分に焦点が存在する場合である。
【００５６】
次にプログラマブル光回路基板の作製方法を説明する。本発明に係るプログラマブル光回路は、プログラマブル光回路部分３（図１参照。以下同じ。）に導波路や方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの光回路素子を形成し、プログラマブル光回路部分３の周囲に作製された光回路部分２（図１参照。以下同じ。）と接続する。プログラマブル光回路部分３と光回路部分２を簡易にかつ正確に接続するためには、同一平面内にこれら回路が存在するとよい。
【００５７】
先ず、図８に示すように、基板９上にプログラマブル光回路部分３および光回路部分２を作製する。ここで、プログラマブル光回路部分３の作製方法の例を３つ紹介する。第１の作製方法は、図８（ａ）に示すように、基板９上に光回路部分２は従来方法により作製する。その後、プログラマブル光回路部分３に光照射により屈折率が変化しやすい感光性層１１を新たに作製し、続いて非感光性クラッド１２により埋め込む。第２の作製方法は、図８（ｂ）に示すように、プログラマブル回路部分３をクラッド層と同じ材料で作製し、クラッド層を感光クラッド１３で作製する。また、第３の作製方法は、図８（ｃ）に示すように、光回路部分２とプログラマブル光回路部分３を同じ材質にするものである。
【００５８】
これらの方法は、プログラマブル光回路部分３にどのような光回路を作製するかにより選択、もしくは組み合わせればよい。第１の方法では光回路の作製プロセスが多くなるが、光照射により大きな屈折率変化が得られるため、閉じ込めの大きな導波路やグレーティング、小型の方向性結合器などの作製に向いている。また、層（上下クラッド層とプログラマブル光回路部分）により感光性の有無が異なるため、屈折率を変化する領域が層により異なってくる。これにより、光照射位置に多少の誤差が生じたり、焦点のスポット形状が不適当であっても、感光性のある層のみが屈折率変化を起こすため、屈折率変化領域を限定することが可能である。よって、プログラマブル光回路部分と光回路部分の接続が容易となる。
【００５９】
第２の方法は、光感光性のある部分がプログラマブル光回路部分３以外にも存在するため、屈折率変化を誘起する場所の選択性が減少する。しかしながら、少ないプロセスで作製が可能となる。
【００６０】
第３の方法は光回路部分２とプログラマブル光回路部分３を同じ組成で作製するため、材料的に制限されるため感光性が少ない場合があるが、光照射により屈折率を変化させる領域は光回路部分２と同一平面内に作製できる。
【００６１】
エキシマレーザなどのＵＶ光を光回路の導波路層に照射することで、感光性を向上できる。これにより、図８（ｃ）のような基板（光回路部分とプログラマブル光回路部分が同じ材料で作製されている）においても、プログラマブル光回路部分３のみにＵＶ光を照射することで、感光性をプログラマブル光回路部分３のみ向上できる。
【００６２】
プログラマブル光回路部分３と光回路部分２の接続部付近において、Ｆｓレーザの使用時のみならず、光照射による光回路作製時に困難が生じる場合がある。それは、照射光を集光あるいは狭窄してプログラマブル光回路３に書き込む場合、プログラマブル光回路部分３と光回路部分２の接続部付近では照射光が光回路部分２にも及び、光回路部分２に悪影響を及ぼすことがある。この悪影響とは、欠陥性を生じたり、余計な屈折率変化を生じたりすることである。
【００６３】
この場合、図９に示すように、境界付近に照射光に対し感光性の極めて少ない非感光性層１４を確保するとよい。また、図１０に示すように、光回路部分２に遮光性の保護膜である遮光膜１７を予め設けておくことで、光照射による光回路部分２の損傷を防ぐことができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
プログラマブル光回路部分３において、光導波路や方向性結合器などの光回路を消去することにより、光回路のレイアウトを変更することで、光回路の機能を変更することができる。本形態はかかる場合の実施の形態である。
【００６５】
本形態は、プログラマブル光回路部分３にに従来方法により作製された光導波路を消去できる場所を作製するものである。すなわち、図１１（ａ）に示すように、消去する導波路付近のクラッド部分の屈折率を光照射により上昇させることで、コア層とクラッド部分の相対的な屈折率差を減少もしくはゼロにする。これにより、図１１（ｂ）に示すように、光照射部分では導波路が消去されたように、光が拡散される。拡散する光が他の導波路に再結合しないように、図１１に示すように曲がり導波路付近の導波路を消去してもよい。また、遮光用の溝を消去部分付近に設けておくことも可能である。光照射に用いる光源としては、エキシマレーザなどのＵＶ光が好ましいが、Ｆｓレーザなどのパルスレーザでもかまわない。また、クラッド層の感光性を高めるため、消去部分のクラッド層を予め感光性のある材料により作製することで、効率よく光導波路の消去を行うことができる（図１１（ａ）参照。）。
【００６６】
ここで、方向性結合器などの消去方法について説明しておく。光回路要素が複数集まって、高機能な大規模光回路が種々開発されている。このような光回路を構成する光回路要素のなかで方向性結合器は多く用いられ、回路中の方向性結合器を消去することで光回路全体の機能を大きく変更することが可能である。
【００６７】
方向性結合器の消去を行う場合、目的に応じて消去法が２種類ある。１種類目は完全に消去し、方向性結合器に入射する光も減衰させてしまう場合。２種類目は方向性結合器で分岐していた光をある一方のみの出力導波路に出射させるような場合がある。この場合、方向性結合器に入射した光は減衰することなく後段の光回路に出力され、あたかも方向性結合器が消去され、単純な導波路のように変化する。つまり、方向性結合器の結合係数を変化させることで分岐比を変化させることを目的とする方向性結合器の消去法がある。
【００６８】
前者の消去法は、上記の導波路の消去法により可能である。図１２は、分岐比の変更による方向性結合器の消去方法に関するものである。同図（ａ）に示すように、ある分岐比で入射光を分岐するような方向性結合器が存在する。この方向性結合器の直線部分（光の結合が生じる導波路部分）の片方に光照射を行い、屈折率を変化させる。これにより、方向性結合器の対称性が変化し、導波路の結合係数が変化することで、方向性結合器の結合比が変化する。これにより、入射した光を減衰させること無く導波路の切り替えを行えることができる。この結果、同図（ｂ）に示すように、一方の端部から入射した光が同一光導波路の他方の端部から出射するように構成を変更することも、また同図（ｃ）に示すように、一方の端部から入射した光が他の光導波路の他方の端部から出射するように構成を変更することもできる。
【００６９】
［第５の実施の形態］
図１３は本発明の第５の実施の形態に係るプログラマブル光回路を示す説明図である。本形態は、光回路に設けられたヒータなどの電気配線を光照射により切断することで、プログラマブル光回路の特性を変化させるものである。この方法の適用例を２つ紹介する。
【００７０】
まず、光照射による配線切断部分を工夫することにより可変抵抗器を実現できることは前述した。このような可変抵抗器を用いて光ラティス回路と呼ばれる光フィルタの調整を例として以下に説明する。
【００７１】
光ラティス回路とは、図１３（ａ）に示すように、方向性結合器と非対称マッハツェンダ型干渉計を交互に縦続接続した構成を有する。このフィルタの伝達特性はフーリエ級数で表現され、級数の係数に相当する方向性結合器の結合率を変化させることで、任意の特性を実現することが原理上可能となる。このような光ラティス回路も現状ではそれぞれの透過特性に合わせて設計・作製が行われる。そこで、このような光ラティス回路において遅延線にヒータを配置し、それぞれに可変抵抗器１８を縦続する（図１３（ａ））。光照射により、可変抵抗器１８の抵抗値を変化させることで、ヒータ６に流れる電流値を変化させることができ、光の位相シフト量を調整できる。また、図１３（ａ）に示すように、一括に電源の供給が可能となる。ここでは、簡単のため遅延線部分のみに可変抵抗器１８付きのヒータ６を設置した例を示したが、図１３（ａ）に示す固定の方向性結合器に、可変の方向性結合器を用いてもよい。方向性結合器を縦続接続した対称マッハツェンダ型干渉計にし、接続アームにヒータを位相シフタとして設置することで、位相シフト量により分岐比が変化する可変方向性結合器となる。このような可変の方向性結合器と位相シフタ付きの遅延線により光ラティス回路を構成し、光照射によりそれぞれを調整することで、任意の透過特性を有する光フィルタを実現できる（図１３（ｂ）、図１３（ｃ）参照。）。調整前の光回路は同一の回路構成を持つため、回路設計が簡略化でき、作製も簡単である。設計すべき部分は光照射により切断する配線の位置のみであり、プログラマブルな光回路が実現できる。
【００７２】
もう１つの例として、光マトリックススイッチを挙げる。光回路に使用されるヒータ（位相シフタ）は、アナログ的に位相シフト量を変化させて用いる場合（１つ目の例）の他に、ＯＮ／ＯＦＦのような２値的な動作が求められる場合がある。図１４に示すような光マトリクススイッチに用いられるヒータなどがそうである。光マトリクススイッチは光スイッチがマトリクス状に配置された構成を有し、複数の入力光を任意の組み合わせで出力できるものである。同図中、８は配線切断箇所、１９はＴＯスイッチ、２０は電気配線、２１は光導波路である。
【００７３】
このようなマトリクススイッチに使用される個々の光スイッチは、主に方向性結合器とヒータから構成され、ヒータにかける電流を制御することで、スイッチ動作を行う。このような光マトリクススイッチをプログラマブル光回路部分３に使用し、光回路部分２との光接続をプログラマブルに行うことが可能である。
【００７４】
すなわち、図１４に示すように、スイッチ動作を行いたいスイッチ以外の電気配線２０を光照射により切断することで、任意に光の接続を変えることができる。ＯＮしたいスイッチのみに電源を供給するように電気配線２０あるいは電気回路を作製するよりも簡単に光マトリクススイッチ動作が可能である。
【００７５】
以上のプログラマブル回路作製時の光照射は、エネルギー密度の高いパルスレーザが用いられ、パルスの半値全幅が１［ｐｓ］以下のレーザが好ましい。屈折率変化を用いてプログラムする場合は、屈折率変化を誘起できる紫外光レーザを用いてもよい。また、配線切断などの場合はＣＯ２レーザやＹＡＧレーザなどの光出力レーザも用いることが可能である。
【００７６】
本発明では製造上の安定性の観点からＳｉもしくは石英基板上のガラス導波路から構成されていることが望ましいが、ＬＮ，Ｓｉ，ＧａＡｓ，ポリマー導波路等で導波路形成が可能なものであれば良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、光回路の一部に光照射による屈折率を変化すること、光照射により電極配線構成を変化させること、又は電気配線構成を変化させた後に特定の電圧を印加する事により、その機能あるいは特性をアダプティブに変化させることができる光回路が実現できる。これにより、個々のデバイスに必要な設計・プロセスはプログラマブル光回路部分に集約することができ、コストを削減できる。また、光回路全てを光照射により行わず、従来の高度な光回路作製技術も用いるため高性能な光回路を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプログラマブル光回路を概念的に示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプログラマブル光回路を概念的に示す図で、プログラマブル光回路部分に導波路、方向性結合器などを作製する場合の構成例を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るプログラマブル光回路を概念的に示す図で、光回路部分の一方にＡＷＧ部分を形成した場合の構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るプログラマブル光回路を概念的に示す図で、プログラマブル光回路部分にヒータ回路を持つ場合の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るプログラマブル光回路を概念的に示す図で、ＴＯスイッチの光照射によるＯＮ／ＯＦＦ切り替えを説明するための説明図である。
【図６】プログラマブル光回路基板の作製方法における光照射の態様を示す説明図である。
【図７】図６に示す方法におけるＺ軸方向の位置合わせの態様を示す説明図である。
【図８】本発明に係るプログラマブル光回路の作製方法を概念的に示す説明図である。
【図９】光回路部分とプログラマブル光回路部分との接続部付近での照射光の悪影響を除去するための構造の一例を示す説明図である。
【図１０】光回路部分とプログラマブル光回路部分との接続部付近での照射光の悪影響を除去するための構造の他の例を示す説明図である。
【図１１】プログラマブル光回路部分の光回路を消去する場合の態様の一例を示す説明図である。
【図１２】プログラマブル光回路部分の光回路を消去する場合の態様の一例を示す説明図である。
【図１３】光ラティス回路の機能を変更する場合の態様の一例を示す説明図である。
【図１４】プログラマブル光回路部分を光マトリクススイッチとした場合の態様を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　プログラマブル光回路
２　　　　　光回路部分
３　　　　　プログラマブル光回路部分
４　　　　　光導波路
５　　　　　光導波路
６　　　　　ヒータ
７　　　　　抵抗回路
８　　　　　配線切断箇所

Claims

個々の独立した機能を有して光回路の一部を構成する複数の光回路要素で形成した光回路部分と、
光照射を行う領域であり、この光照射により、光導波路、方向性結合器等の光回路要素の形成、消去による、前記光回路部分の前記光回路要素と接合する新たな光回路要素の変更を行う少なくとも一つのプログラマブル光回路部分とを有することを特徴とするプログラマブル光回路。
個々の独立した機能を有して光回路の一部を構成する複数の光回路要素で形成した光回路部分と、
光照射を行う領域であり、この光照射により、光導波路、方向性結合器等の光回路要素の形成、消去による、前記光回路部分の前記光回路要素と接合する新たな光回路要素の変更を行うとともに電気配線の切断による電気配線の変更を行うか、又はこの電気配線の切断による電気配線の変更のみを行う少なくとも一つのプログラマブル光回路部分とを有することを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕に記載するプログラマブル光回路において、　プログラマブル光回路部分は、光回路の一部に、少なくとも基板に対して水平方向に導波路構造のない部分を設け、光照射による屈折率変化を用いることにより、新たな導波路の形成や、方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの光回路素子を形成するものとしたことを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、このプログラマブル回路部分に既に形成されている光導波路や方向性結合器、マルチモード干渉導波路、グレーティングなどの複数の機能素子の一部を光照射により消去するものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項２〕に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、電気の供給を必要とするヒータ等の素子とこの素子の駆動用の電気配線を有しており、この電気配線を光照射により切断して配線構成を変更し、前記ヒータ等の素子に供給する電流又は電力を変更するものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項５〕に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、一部もしくは特定の電気的な配線を切断後、ヒータに特定の電圧を印加することにより、永続的にスイッチの光路もしくは分岐比を切り替えるようにしたものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つのプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、入力導波路とアレイ導波路型波長合分波器の入力側スラブ導波路を光照射により接続し、スラブ導波路への接続位置を変化させることでアレイ導波路型波長合分波器の中心波長を変化させるものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つのプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、入力導波路及び出力導波路が未接続で、分岐比が異なる複数の光分岐回路を有し、光照射により前記入力導波路と、前記光分岐回路と、出力導波路とを接続して分岐比を選択するにようにしたことを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、２個のアレイ導波路型波長合分波器と前記アレイ導波路型波長合分波器とを接続する導波路部分を備えた光アッドドロップ（ＯＡＤＭ）において、連結部分の光導波路を光照射により作製してアッドドロップ波長を決定するものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項５〕又は〔請求項６〕に記載するプログラマブル光回路において、
プログラマブル光回路部分は、２つのアレイ導波路型波長合分波器と、前記アレイ導波路型波長合分波器を接続して光路切り替えを行うＴＯスイッチ部分を備えた光アッドドロップ（ＯＡＤＭ）において、光照射によりＴＯスイッチのヒータ回路の構成を変更することでアッドドロップ波長を決定するものであることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項１０〕に記載するプログラマブル光回路において、
光回路がＳｉもしくは石英基板上に形成された石英系ガラス光導波路によって構成されていることを特徴とするプログラマブル光回路。
〔請求項１〕乃至〔請求項１０〕に記載するプログラマブル光回路において、
導波路が埋め込み導波路、リッジ型導波路、リブ型導波路により構成されていることを特徴とする、プログラマブル光回路。