JPH10239645A - 波長可変グレーティング導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英系グレーティング光導波路において、グ
レーティング導波路の実効屈折率をクラッド材料の光化
学反応あるいは熱光学効果による屈折率変化を利用して
可変することでグレーティング波長を変えることができ
るようにした波長可変グレーティング導波路を提供する
ことにある。 【解決手段】 平面基板１上に形成された石英系のコア
３、クラッド２，５構造を有し、且つ、コア３の一部に
グレーティング４が形成されている光導波路において、
該光導波路のコア３の上部に形成された溝に充填材６を
配して、上部クラッドとすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オプトエレクトロ
ニクス分野、光通信分野において使用される波長が可変
できるグレーティング導波路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光波長分割多重（ＷＤＭ）伝送技術にお
いては多重化された光の特定の波長の選別が重要になっ
てくる。この光波長分割多重では波長選別のためにグレ
ーティングが形成された石英系光導波路が重要なキーデ
バイスの構成要素となる。この導波路は石英系材料を用
いているため高安定性、低伝搬損失など優れた特性を持
っている。

【０００３】この導波路を利用すると小型で簡単な構造
を持つ波長フィルター、共振器、選択波長分岐挿入回路
などが作製できる。例えば、選択波長分岐挿入回路では
２つの３ｄＢカップラで挟まれた２本の等価なアームグ
レーティング導波路を持つマッハツェンダー干渉回路で
構成されており、簡単な構成で性能を持っている（上塚
尚登 他、電子通信学会 第９回光ファイバ応用技術研
究会講演予稿集、プラザでいご、沖縄、１９９６）。

【０００４】上塚らの報告によるとこの選択波長分岐挿
入回路は素子作製時のグレーティングの形成によってそ
の波長は決定されるために選択波長は固定となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は石英系
グレーティング光導波路において、グレーティング導波
路の実効屈折率をクラッド材料の光化学反応あるいは熱
光学効果による屈折率変化を利用して可変することでグ
レーティング波長を変えることができるようにした波長
可変グレーティング導波路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は基板上に形成さ
れた石英系のコア、クラッド構造を有する完全埋め込み
型のグレーティング光導波路において、コアの１面ある
いは３面に近接、あるいは接する部分に有機高分子材料
あるいは自己保持型ホトクロミック材料を含む高分子を
クラッドとして用いることを最も主要な特徴とする。

【０００７】従来の技術の石英系グレーティング導波路
はすべてが石英ガラスで構成されており、導波路の実効
屈折率が制御出来ないという欠点があった。この結果、
グレーティング波長を任意に可変することができなかっ
た。従来技術とは石英ガラスの上部あるいは上部側部ク
ラッドの一部を有機高分子や自己保持型ホトクロミック
材料を含む有機高分子に変え、これらの高分子の屈折率
を変えることでグレーティング波長を制御できるように
した点が異なる。

【０００８】〔作用〕一般にグレーティング波長λ
_gは、次式で表される。 λ_g＝２×Ｎ_eff×Λ …（１） ここで、Ｎ_effは導波路の実効屈折率、Λはグレーティ
ングのピッチである。従来の技術で作製された石英系グ
レーティング導波路では実効屈折率Ｎ_effもピッチΛも
変えることが出来ない。

【０００９】何らかの手段で、実効屈折率Ｎ_effかピッ
チΛを変えることができれば、グレーティング波長λ_g
を変えることができることになる。ここではグレーティ
ング光導波路の実効屈折率を変えることでグレーティン
グ波長λ_gを可変することとした。

【００１０】実効屈折率は導波路を構成しているクラッ
ドの屈折率を単一モード導波条件を維持するようにして
変化させることで変えることができる。石英クラッドの
一部を高分子に置き換え、この高分子の屈折率を変えれ
ば、グレーティング波長を可変できるようになる。高分
子の屈折率は電気光学効果など様々な効果で変えること
ができるが、ここでは高分子のホトクロミック光化学反
応と高分子の温度変化による屈折率変化を利用した。

【００１１】したがって、クラッドとして高分子を用
い、これに温度変化を与えることにより、あるいはホト
クロミック材料を含む高分子をクラッドとして紫外線、
可視光線を照射することで波長可変グレーティング導波
路を実現することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕本発明の第一の実施例を図１〜３に示す。
本実施例は、波長可変選択波長分岐挿入回路に応用した
例であり、２本の波長可変グレーティングアーム導波路
１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟んだ構造である。

【００１３】図１はこの回路の構造を示す上面図、図２
はアーム導波路１２に垂直方向の断面線II−IIによる断
面図、図３は１本のアーム導波路１２に平行方向の断面
線III−IIIによる断面図である。

【００１４】図中、１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、４は屈折率差を用いたグレーティング、
５は上部側部クラッド、６は自己保持型ホトクロミック
材料を１０％含有したフッ素化エポキシ樹脂、７は入射
ポート、８は入射ポート、９は３ｄＢカップラ、１０は
出射ポート、１１は出射ポート、１２はグレーティング
アーム導波路である。

【００１５】自己保持型ホトクロミック材料として、フ
ルギド型ホトクロミック化合物、ジアリルエテン系ホト
クロミック化合物があるが、ここでは後者の代表的な化
合物である１、２ビス（２メチルベンゾ（ｂ）チオフェ
ン３イル）パーフルオロシクロアルケン（英語名:1,2-B
is[2-Methylbenzo[b]thiophen-3-yl]perfluorocycloalk
ene)を用いた。

【００１６】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路は
１．５５μｍの波長帯域で動作し、コア径６．５μｍ×
６．５μｍ、コアとクラッドの比屈折率差０．７５％、
アーム導波路の長さ１０ｍｍである。このアーム導波路
に屈折率差が０．００１でピッチが０．５３μｍのグレ
ーティングをエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ) で作製
した。

【００１７】アーム導波路１２の間隔は１００μｍであ
り、この２本のアーム導波路１２の上に幅２００μｍ、
長さ８ｍｍで深さがコア３の直上までの深さの溝を反応
性イオンエッチィングで削り、この溝に屈折率を１．４
４４に調整した自己保持型ホトクロミック材料を１０％
含有したフッ素化エポキシ樹脂６を充填した。

【００１８】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路を
動作するには入射ポート７に１．５５μｍの波長帯にお
いて波長λ₁から波長λ_nのｎ波長多重化されたレーザー
光を入射させる。すると、ポート８からグレーティング
波長λ_gに相当する波長λ₁を取り出すことができ、波長
λ₁を分岐することができる。ポート１１からはλ₁の信
号が取り除かれた残りの波長多重光λ₂〜λ_nを取り出す
ことが出来る。

【００１９】また、ポート１０から取り除かれたλ₁の
光を入射すれば、ポート１１にはλ₂〜λ_nにλ₁を付加
したλ₁〜λ_nの波長多重信号を取り出すことができる。
このように、ブラッグ波長に相当する波長を選択的に分
岐、挿入ができるのでファイバ伝送中の波長多重光信号
から決められた波長の信号を取り出したり、付け加える
ことができる。グレーティング導波路の３ｄＢの帯域は
０．３ｎｍであり、グレーティング波長λ_gの透過およ
び反射減衰量はともに２０ｄＢ以上であった。

【００２０】グレーティング波長λ_gの可変は次のよう
に行った。両アーム導波路１２の直上に直径１ｍｍ程
度、長さ１０ｍｍの小型キセノンフラッシュランプを２
本アーム導波路１２に平行に配置した。このランプの１
本は紫外線カットフィルターを装着し、もう―本には可
視カットフィルターを装着してある。それぞれのカット
フィルターの波長は５００ｎｍに設定した。

【００２１】小型キセノンフラッシュランプの駆動装置
を準備して、紫外線と可視光線のパルスをアーム導波路
上部に充填した自己保持型ホトクロミック材料を１０％
含有したフッ素化エポキシ樹脂６に照射できるようにし
た。

【００２２】波長間隔０．５ｎｍで１．５５０５μｍか
ら１．５５３μｍまでの６波長多重信号をポート７から
入射させた。この時、ポート８からは波長１．５５０５
μｍの光が観測され、ポート１１からは波長１．５５１
〜１．５５３μｍの光信号が観測された。ここで可視カ
ットフィルターを装着した小型キセノンフラッシュラン
プの駆動装置の電源を入れ、紫外線フラッシュ光を５回
点滅させたところ、ポート８には波長１．５５０５μｍ
の光に代わって１．５５１μｍの光が観測され、同時に
ポート１１からは波長１．５５１μｍの波長の光が抜け
た波長多重信号光が観測された。

【００２３】そして、その状態は自己保持安定化され
た。紫外線フラッシュ光の点滅回数を増やして、ポート
８の分岐波長を１．５３μｍまで順次変化させることが
できた。どの波長でもその選択波長は維持され、長期間
の自己保持安定性が保たれた。

【００２４】今度は逆に分岐波長を短くするために、紫
外カットフィルターを装着した小型キセノンフラッシュ
ランプの駆動装置の電源を入れ、可視のフラッシュ光を
２回点滅させたところ、ポート８には波長１．５５３μ
ｍの光に代わって１．５５２５μｍの光が観測され、同
時にポート１１からは波長１．５５２５μｍの波長の光
が抜けた波長多重信号光が観測された。可視のフラッシ
ュ光の点滅回数を増やすことで分岐波長は順次短波長に
移動し、最終的に１．５５０５μｍの分岐波長が観測さ
れた。この分岐波長でも同様に長期的な自己保持安定性
があった。

【００２５】このように紫外線あるいは可視光線のフラ
ッシュ光を一定の点滅回数だけ点滅させることで任意の
分岐波長を可変でき、またその選択波長を無電力で自己
保持することができた。以上のことは分岐波長と同時
に、ポート１０から入射する挿入波長についても同じこ
とであった。

【００２６】以上のように、従来の選択波長分岐挿入回
路に比べて、その選択波長を可変するだけでなく、自己
保持性を利用して無電力で安定化できるようになった。
同時にこの回路はグレーティング導波路を用いているた
めに、従来のアレー導波路格子を用いた波長可変選択波
長分岐挿入回路よりも単純で小型であるという特徴を備
えている。

【００２７】〔実施例２〕本発明の第二の実施例を図４
〜６に示す。本実施例は、波長可変選択波長分岐挿入回
路に応用した例であり、２本の波長可変グレーティング
アーム導波路１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟んだ構
造である。

【００２８】図４はこの回路の構造を示す上面図、図５
はアーム導波路１２に垂直方向の断面線Ｖ−Ｖによる断
面図、図６は１本のアーム導波路１２に平行方向の断面
線VI−VIによる断面図である。

【００２９】図中、１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、４は屈折率差を用いたグレーティング、
５は上部側部クラッド、７は入射ポート、８は入射ポー
ト、９は３ｄＢカップラ、１０は出射ポート、１１は出
射ポート、１２はグレーティングアーム導波路、１３は
フッ素化エポキシ樹脂、１４はクロム／金蒸着のヒータ
ーである。

【００３０】溝に充填する樹脂はその屈折率の整合性と
ともにその温度係数が大きいほど、ヒーター１４の加熱
による屈折率の変化が大きくなるために好ましい。フッ
素化エポキシ樹脂１３の屈折率の温度係数は−３×１０
^-4であるが、これと同等以上の屈折率の温度係数を持つ
樹脂も使用可能であった。

【００３１】例えば、ゴム状ＥＶＡ樹脂（−３．３×１
０^-4）、シロキサンゲル（−３．５×１０^-4）、ポリオ
レフィン系ポリオール（−７×１０^-4）などである。作
製した波長可変選択波長分岐挿入回路は１．５５μｍの
波長帯域で動作し、コア径６．５μｍ×６．５μｍ、コ
アとクラッドの比屈折率差０．７５％、アーム導波路１
２の長さは１０ｍｍである。このアーム導波路１２に屈
折率差が０．００１でピッチが０．５３μｍのグレーテ
ィングをエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）で作製し
た。

【００３２】アーム導波路１２の間隔は１００μｍであ
り、この２本のアーム導波路１２の上に幅２００μｍ、
長さ８ｍｍで深さがコア直上までの深さの溝を反応性イ
オンエッチィングで削り、この溝に屈折率を１．４４４
に調整したフッ素化エポキシ樹脂１３を充填した。作製
した波長可変選択波長分岐挿入回路の動作は実施例１に
示した通りである。

【００３３】グレーティング導波路の３ｄＢの帯域は
０．３ｎｍでグレーティング波長λ_gの透過および反射
減衰量はともに２０ｄＢ以上であった。グレーティング
波長λ _gの可変は樹脂１３上に設置されたヒーター１４
の加熱により行った。ヒーター１４の加熱温度はヒータ
ー１４の上に置かれた熱電対により測定した。波長間隔
０．５ｎｍで１．５５０５μｍから１．５５３μｍまで
の６波長多重信号をポート７から入射させた。この時、
ポート８からは波長１．５５０５μｍの光が出射され、
ポート１１からは波長１．５５１〜１．５５３μｍの光
信号が観測された。

【００３４】ここでヒーター１４の電源を入れ、温度を
２０℃から３５℃まで上昇させたところ、ポート８には
波長１．５５０５μｍの光に代わって１．５５１μｍの
光が出射され、同時にポート１１からは波長１．５５１
μｍの波長の光が欠落した波長多重光が観測された。ポ
ート１０より１．５５１μｍの光を入射させると、ポー
ト１１には１．５５１μｍの光が付加された波長多重信
号が観測された。さらに温度を上昇させ、６０℃になっ
たところで分岐波長は１．５５３μｍとなり、ポート８
には１．５５３μｍの光が出射された。

【００３５】ヒーター１４の加熱温度（℃）と分岐波長
の観測結果を図７に示した。このヒーター１４を用いた
方法では分岐波長を一定に保つのに電流を流して、温度
を一定に保つ必要がある。平均の切り替え速度は１ミリ
秒以内であり、高速で分岐波長の切り替えあるいは分岐
波長の掃引操作に適している。以上のように、従来の選
択波長分岐挿入回路に比べて、単純で小型であり、１ミ
リ秒以下の高速の分岐波長切り替えができた。

【００３６】〔実施例３〕本発明の第三の実施例を図８
〜図１０に示す。本実施例は、波長可変選択波長分岐挿
入回路に応用した例であり、２本の波長可変グレーティ
ングアーム導波路１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟ん
だ構造である。

【００３７】図８はこの回路の構造を示す上面図、図９
はアーム導波路１２に垂直方向の断面線IX−IXによる断
面図、図１０は１本のアーム導波路１２に平行方向の断
面線Ｘ−Ｘによる断面図である。

【００３８】図中、１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、５は上部側部クラッド、６は自己保持型
ホトクロミック材料を１０％含有したフッ素化エポキシ
樹脂、７は入射ポート、８は入射ポート、９は３ｄＢカ
ップラ、１０は出射ポート、１１は出射ポート、１２は
グレーティングアーム導波路、１５はコアのエッチィン
グにより作製したグレーティングである。

【００３９】自己保持型ホトクロミック材料として、フ
ルギド型ホトクロミック化合物、ジアリルエテン系ホト
クロミック化合物があるが、ここでは後者の代表的な化
合物１、２ビス（２メチルベンゾ（ｂ）チオフェン３イ
ル）パーフルオロシクロアルケン（英語名:1,2-Bis[2-M
ethylbenzo[b]thiophen-3-yl]perfluorocycloalkene)を
用いた。

【００４０】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路は
１．５５μｍの波長帯域で動作し、コア径４μｍ×３μ
ｍ、コアとクラッドの比屈折率差１．０％、アーム導波
路１２の長さ１ｍｍである。回路の上部クラッドを一度
反応性イオンエッチィングでコア３の上部まで削った後
にアーム導波路部分にレジストを干渉露光して、反応性
イオンエッチィングでピッチが０．５μｍの物理的なグ
レーティング１５を形成した。このグレーティング部分
を残して、上部クラッドを再作製した。次に残したグレ
ーティング部分にホトクロミック材料を１０％含有した
フッ素化エポキシ樹脂６を充填した。

【００４１】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路の
動作は実施例１に示した通りである。グレーティング導
波路の３ｄＢの帯域は０．３ｎｍでグレーティング波長
λ_gの透過および反射減衰量はともに２０ｄＢ以上であ
った。

【００４２】グレーティング波長λ_gの可変は実施例１
と同様に両アーム導波路１２の直上に直径１ｍｍ程度、
長さ１５ｍｍの小型キセノンフラッシュランプを２本ア
ーム導波路１２に平行に配置し、これを点滅させて行っ
た。波長間隔０．５ｎｍで１．５５０５μｍから１．５
３μｍまでの６波長多重信号をポート７から入射させ
た。この時、ポート８からは波長１．５５０５μｍの光
が観測され、ポート１１からは波長１．５５１〜１．５
５３μｍの光信号が観測された。

【００４３】ここで可視カットフィルターを装着した小
型キセノンフラッシュランプの駆動装置の電源を入れ、
紫外線フラッシュ光を４回点滅させたところ、ポート８
には波長１．５０５μｍの光に代わって１．５５１μｍ
の光が観測され、同時にポート１１からは波長１．５５
１μｍの波長の光が抜けた波長多重光が観測された。そ
して、その状態は無電力で自己保持安定化された。続け
て、分岐、挿入波長を変えるために紫外線フラッシュ光
の点滅回数を増やして、ポート８からの分岐波長を順次
１．５５３μｍまで変化させることができた。各波長で
もその状態は維持され、長期間の自己保持安定性が確認
された。

【００４４】今度は逆に分岐波長を短波長にシフトさせ
るために、紫外カットフィルターを装着した小型キセノ
ンフラッシュランプの駆動装置の電源を入れ、可視のフ
ラッシュ光を２回点滅させたところ、ポート８には波長
１．５５３μｍの光に代わって１．５５２５μｍの分岐
光が観測され、同時にポート１１からは波長１．５５２
５μｍの波長の光が抜けた波長多重光が観測された。可
視のフラッシュ光の点滅回数を増やすことで分岐波長は
順次短波長に移動し、最終的に１．５５０５μｍの分岐
波長が出射された。

【００４５】このように紫外線あるいは可視光線のフラ
ッシュ光を一定の点滅回数だけ点滅させることで任意の
分岐波長を可変でき、またその波長を無電力で自己保持
することができた。以上のように、従来の選択波長分岐
挿入回路に比べて、その選択波長を可変するだけでな
く、自己保持性を利用して無電力で安定化できるように
なった。同時にこの回路はグレーティング導波路を用い
ているために、従来のアレー導波路格子を用いた波長可
変選択波長分岐挿入回路よりも単純で小型であるという
特徴を備えている。

【００４６】〔実施例４〕本発明の第四の実施例を図１
１〜図１３に示す。本実施例は、波長可変選択波長分岐
挿入回路に応用した例であり、２本の波長可変グレーテ
ィングアーム導波路１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟
んだ構造である。

【００４７】図１１はこの回路の構造を示す上面図、図
１２はアーム導波路１２に垂直方向の断面線XII−XIIに
よる断面図、図１３は１本のアーム導波路１２に平行方
向の断面線XIII−XIIIによる断面図である。

【００４８】図中、１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、５は上部側部クラッド、７は入射ポー
ト、８は入射ポート、９は３ｄＢカップラ、１０は出射
ポート、１１は出射ポート、１２はグレーティングアー
ム導波路、１３はフッ素化エポキシ樹脂、１４はクロム
／金蒸着のヒーター、１５はコアのエッチィングにより
作製したグレーティングである。

【００４９】この構造は実施例２で示したものと同じ原
理で動作し、異なる点はグレーティングアーム導波路１
２の構造である。実施例２では紫外線照射により石英ガ
ラスの屈折率がわずかに大きくなる現象を用いて、これ
でグレーティングを形成したが、本実施例では直接コア
にエッチィングにより物理的なグレーティング１５を形
成している。溝に充填する樹脂はその屈折率の整合性と
ともにその温度係数が大きいほど、ヒーター１４の加熱
による屈折率の変化が大きくなるために好ましい。

【００５０】フッ素化エポキシ樹脂１３の屈折率の温度
係数は−３×１０^-4であるが、これと同等以上の屈折率
の温度係数を持つ樹脂も使用可能であった。例えば、ゴ
ム状ＥＶＡ樹脂（−３．３×１０^-4）、シロキサンゲル
（−３．５×１０^-4）、ポリオレフイン系ポリオール
（−７×１０^-4）などである。

【００５１】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路は
１．５５μｍの波長帯域で動作し、コア径６．５μｍ×
６．５μｍ、コアとクラッドの比屈折率差０．７５％、
アーム導波路１２の長さは１０ｍｍである。

【００５２】回路の上部クラッドを一度反応性イオンエ
ッチィングでコア直上部まで削った後にアーム導波路部
分にレジストを干渉露光して、反応性イオンエッチィン
グでビッチが０．５μｍの物理的なグレーティングを形
成した。このグレーティング部分を残して、上部クラッ
ドを再作製した。この時にアーム導波路上部に金属マス
クを置いて、部分的な溝を形成し、ここに屈折率を調整
したフッ素化エポキシ樹脂１３を充填した。

【００５３】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路の
動作は実施例１に示した通りである。グレーティング導
波路の３ｄＢの帯域は０．３ｎｍでグレーティング波長
λ_gの透過および反射減衰量はともに２０ｄＢ以上であ
った。グレーティング波長λ_gの可変は樹脂上に設置さ
れたヒーター１４の加熱により行った。ヒーター１４の
加熱温度はヒーター１４の上に置かれた熱電対により測
定した。波長間隔０．５ｎｍで１．５５０５μｍから
１．５３μｍまでの６波多重信号をポート７から入射さ
せた。

【００５４】この時、ポート８からは波長１．５５０５
μｍの光が観測され、ポート１１からは波長１．５５１
〜１．５５３μｍの光信号が観測された。ここでヒータ
ー１４の電源を入れ、温度を２０℃から４０℃まで上昇
させたところ、ポート８には波長１．５５０５μｍの光
に代わって１．５５１μｍの光が観測され、同時にポー
ト１１からは波長１．５５１μｍの波長の光が欠落した
波長多重光が観測された。

【００５５】この温度でポート１０に波長１．５５１μ
ｍの光信号を入射させるとポート１１からはこの１．５
５１μｍの信号が付加された波長多重信号が観測され
た。さらに温度を上昇させるにしたがって順次分岐波長
は長波長にシフトして行った。７０℃になったところで
分岐波長は１．５５３μｍとなった。

【００５６】このヒーター１４を用いた方法では分岐波
長を一定に保つのに電流を流して、温度を一定にする必
要があるが、平均の切り替え速度は１ミリ秒以内であ
り、高速で分岐波長の切り替えあるいは分岐波長の掃引
操作に適していた。以上のように、従来の選択波長分岐
挿入回路に比べて、単純で小型であり、１ミリ秒以下の
高速の分岐波長切り替えができた。

【００５７】〔実施例５〕本発明の第五の実施例を図１
４〜図１５に示す。本実施例は、波長可変選択波長分岐
挿入回路に応用した例であり、２本の波長可変グレーテ
ィングアーム導波路１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟
んだ構造である。

【００５８】図１４はこの回路の構造を示す上面図、図
１５はアーム導波路１２に垂直方向の断面線XV−XVによ
る断面図である。

【００５９】図中、１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、５は上部側部クラッド、６は自己保持型
ホトクロミック材料を１０％含有したフッ素化エポキシ
樹脂、７は入射ポート、８は入射ポート、９は３ｄＢカ
ップラ、１０は出射ポート、１１は出射ポート、１２は
グレーティングアーム導波路である。

【００６０】自己保持型ホトクロミック材料として、フ
ルギド型ホトクロミック化合物、ジアリルエテン系ホト
クロミック化合物があるが、ここでは後者の代表的な化
合物１、２ビス（２メチルベンゾ（ｂ）チオフェン３イ
ル）パーフルオロシクロアルケン（英語名:1,2-Bis[2-M
ethylbenzo[b]thiophen-3-yl]perfluorocycloalkene)を
用いた。

【００６１】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路は
１．５５μｍの波長帯域で動作し、コア径６．５μｍ×
６．５μｍ、コアとクラッドの比屈折率差０．７５％、
アーム導波路１２の長さ１０ｍｍと実施例１と同じであ
るが、その断面構造が異なる。この構造は上部クラッド
だけでなく、側部クラッドの屈折率可変構造になるため
に実施例１の上部クラッドだけに比べて可変の割合が大
きくなるという特徴を持っている。このアーム導波路１
２の溝はこの回路の上部側部クラッド５を形成する時に
溝となる部分に金属マスクを置いてガラススートを堆積
させ、ガラス化することで形成できる。

【００６２】このアーム導波路１２に屈折率差が０．０
０１でピッチが０．５３μｍのグレーティングをエキシ
マレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いた２光束干渉法で作
製した。アーム導波路１２の間隔は１００μｍである。
この溝に屈折率を調整した自己保持型ホトクロミック材
料を１０％含有したフッ素化エポキシ樹脂６を充填し
た。作製した波長可変選択波長分岐挿入回路の動作は実
施例１に示した通りである。グレーティング導波路の３
ｄＢの帯域は０．３ｎｍでグレーティング波長λ_gの透
過および反射減衰量はともに２０ｄＢ以上であった。

【００６３】グレーティング波長λ_gの可変は次のよう
に行った。両アーム導波路直上に直径１ｍｍ程度、長さ
１５ｍｍの小型キセノンフラッシュランプを２本アーム
導波路１２に平行に配置した。このランプの１本は紫外
線カットフィルターを装着し、もう一本には可視カット
フィルターを装着してある。

【００６４】それぞれのカットフィルターの波長は５０
０ｎｍに設定した。小型キセノンフラッシュランプの駆
動装置を準備して、紫外線と可視光線のパルスをアーム
導波路上部に充填した自己保持型ホトクロミック材料を
１０％含有したフッ素化エポキシ樹脂６に照射できるよ
うにした。

【００６５】波長間隔０．５ｎｍで１．５５０５μｍか
ら１．５５５μｍまでの１０波多重信号をポート７から
入射させた。この時、ポート８からは波長１．５５０５
μｍの光が観測され、ポート１１からは波長１．５５１
〜１．５５５μｍの光信号が観測された。ここで可視カ
ットフィルターを装着した小型キセノンフラッシュラン
プの駆動装置の電源を入れ、紫外線フラッシュ光を４回
点滅させたところ、ポート８には波長１．５５０５μｍ
の光に代わって１．５５１μｍの光が観測され、同時に
ポート１１からは波長１．５５１μｍの波長の光が抜け
た波長多重光が観測された。ポート１０から１．５１μ
ｍの光を入射させるとポート１１にはこの１．５５１μ
ｍの信号が付加された波長多重信号が観測された。

【００６６】この分岐、挿入波長は無電力で保持され
た。紫外線フラッシュ光の点滅回数をさらに増やして、
ポート８からの分岐波長を順次１．５５５μｍまで変化
させることができた。各波長で分岐、挿入波長は維持さ
れ、長期間の自己保持安定性が保たれた。

【００６７】今度は逆に分岐波長を短波長にするため
に、紫外カットフィルターを装着した小型キセノンフラ
ッシュランプの駆動装置の電源を入れ、可視のフラッシ
ュ光を２回点滅させた。ポート８には波長１．５５５μ
ｍの光に代わって１．５５４５μｍの光が観測され、同
時にポート１１からは波長１．５５４５μｍの波長の光
が抜けた波長多重光が観測された。可視のフラッシュ光
の点滅回数を増やすことで分岐波長は順次短波長に移動
し、最終的に１．５５０５μｍの分岐波長が観測され
た。各分岐波長で長期間の自己保持安定性が認められ
た。

【００６８】このように紫外線あるいは可視光線のフラ
ッシュ光を一定の点滅回数だけ点滅させることで任意の
分岐波長を可変でき、またその波長を無電力で自己保持
することができた。従って、従来の選択波長分岐挿入回
路に比べて、その選択波長を可変するだけでなく、自己
保持性を利用して無電力で安定化できるようになった。
同時にこの回路はグレーティング導波路を用いているた
めに、従来のアレー導波路格子を用いた波長可変選択波
長分岐挿入回路よりも単純で小型であるという特徴を備
えている。

【００６９】〔実施例６〕本発明の第六の実施例を図１
６〜図１７に示す。本実施例は、波長可変選択波長分岐
挿入回路に応用した例であり、２本の波長可変グレーテ
ィングアーム導波路１２を２個の３ｄＢカップラ９で挟
んだ構造である。図１６はこの回路の構造を示す上面
図、図１７はアーム導波路１２に垂直方向の断面線XVII
−XVIIによる断面図である。

【００７０】図中の１はシリコン基板、２は下部クラッ
ド、３はコア、５は上部側部クラッド、７は入射ポー
ト、８は入射ポート、９は３ｄＢカップラ、１０は出射
ポート、１１は出射ポート、１２はグレーティングアー
ム導波路、１３はフッ素化エポキシ樹脂、１４はクロム
／金蒸着のヒーターである。

【００７１】溝に充填する樹脂はその屈折率の整合性と
ともにその温度係数が大きいほど、ヒーター１４の加熱
による屈折率の変化が大きくなるために好ましい。フッ
素化エポキシ樹脂の屈折率の温度係数は−３×１０^-4で
あるが、これと同等以上の屈折率の温度係数を持つ樹脂
も使用可能であった。例えば、ゴム状ＥＶＡ樹脂（−
３．３×１０^-4）、シロキサンゲル（−３．５×１
０^-4）、ポリオレフィン系ポリオール（−７×１０^-4）
などである。

【００７２】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路は
１．５５μｍの波長帯域で動作し、コア径６．５μｍ×
６．５μｍ、コアとクラッドの比屈折率差０．７５％、
アーム導波路１２の長さは１０ｍｍと実施例２に示した
ものとほとんど同じであるが、上部クラッドとともに側
部クラッドの高分子の屈折率を変えることでより大きな
波長可変範囲を実現できた。

【００７３】このアーム導波路１２の溝はこの回路の上
部側部クラッド５を形成する時に溝となる部分に金属マ
スクを置いてガラススートを堆積させ、ガラス化するこ
とで形成できる。このアーム導波路１２に屈折率差が
０．００１でピッチが０．５３μｍのグレーティングを
エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いた２光束干渉
法で作製した。アーム導波路１２の間隔は１００μｍで
ある。この溝に屈折率を調整した自己保持型ホトクロミ
ック材料を１０％含有したフッ素化エポキシ樹脂１３を
充填した。

【００７４】作製した波長可変選択波長分岐挿入回路の
動作は実施例１に示した通りである。グレーティング導
波路の３ｄＢの帯域は０．３ｎｍでグレーティング波長
λ_gの透過および反射減衰量はともに２０ｄＢ以上であ
った。グレーティング波長λ_gの可変は樹脂上に設置さ
れたヒーター１４の加熱により行った。ヒーター１４の
加熱温度はヒーター１４の上に置かれた熱電対により測
定した。波長間隔０．５ｎｍで１．５５０５μｍから
１．５５５μｍまでの１０波多重信号をポート７から入
射させた。

【００７５】この時、ポート８からは波長１．５５０５
μｍの光が観測され、ポート１１からは波長１．５５１
〜１．５５５μｍの光信号が観測された。ここでヒータ
ー１４の電源を入れ、温度を２０℃から２５℃まで上昇
させたところ、ポート８には波長１．５５０５μｍの光
に代わって１．５５１μｍの光が観測され、同時にポー
ト１１からは波長１．５５１μｍの波長の光が抜けた波
長多重光が観測された。

【００７６】この温度を維持したまま、ポート１０から
１．５５１μｍの信号を入射させたところ、ポート１１
からはこの１．５５１μｍの信号が付加された波長多重
信号が観測された。さらに温度を上昇させると順次分岐
波長は長波長にシフトし、６０℃になったところで分岐
波長は１．５５５μｍとなった。

【００７７】このヒーター１４を用いた方法では分岐波
長を一定に保つのに電流を流して、温度を管理する必要
があるが、平均の切り替え速度は１ミリ秒以内であり、
高速で分岐波長の切り替えあるいは分岐波長の掃引操作
に適していた。以上のように、従来の選択波長分岐挿入
回路に比べて、単純で小型であり、１ミリ秒以下の高速
の波長切り替えができた。

【００７８】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の波長可変グレーティング導波路を用
いれば、波長が可変できる小型の波長フィルターや選択
波長分岐挿入回路を容易に作製できる。ホトクロミック
光化学反応を用いたものでは、波長可変でかつ自己保持
動作が可能な波長半固定タイプの光デバイスとなり、一
方、熱光学効果を用いたものでは分岐波長の維持にはヒ
ーター電流を流し続けなければならないが、数ｍＳの高
速応答を利用した波長切り替えが可能である。このよう
に構造が簡単で小型の波長可変光デバイスを用いること
により経済的で小型の波長多重通信（ＷＤＭ）方式用装
置やシステムを構築できる利点が生まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係るグレーティング導
波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上面
図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路は
紫外線レーザー干渉により作製されたグレーティングと
ホトクロミック材料による上部クラッドにより構成され
ている。）。

【図２】図１中の断面線II−IIによる断面図である。

【図３】図１中の断面線III−IIIによる断面図である。

【図４】本発明の第二の実施例に係るグレーティング導
波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上面
図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路は
紫外線レーザー干渉により作製されたグレーティングと
上部クラッドの上部に配置したヒーターにより構成され
ている。）。

【図５】図４中の断面線Ｖ−Ｖによる断面図である。

【図６】図４中の断面線VI−VIによる断面図である。

【図７】実施例２のデバイスのヒーター加熱温度（℃）
と分岐波長の関係を示すグラフである。

【図８】本発明の第三の実施例に係るグレーティング導
波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上面
図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路は
エッチィングにより作製されたグレーティングとホトク
ロミック高分子材料による上部クラッドにより構成され
ている。）。

【図９】図８中の断面線IX−IXによる断面図である。

【図１０】図８中の断面線Ｘ−Ｘによる断面図である。

【図１１】本発明の第四の実施例に係るグレーティング
導波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上
面図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路
はエッチィングにより作製されたグレーティングと上部
クラッドの上部に配置したヒーターにより構成されてい
る。）。

【図１２】図１１中の断面線XII−XIIによる断面図であ
る。

【図１３】図１１中の断面線XIII−XIIIによる断面図で
ある。

【図１４】本発明の第五の実施例に係るグレーティング
導波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上
面図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路
は紫外線レーザー干渉により作製されたグレーティング
とホトクロミック高分子材料による上部側部クラッドに
より構成されている。）。

【図１５】図１４中の断面線XV−XVによる断面図であ
る。

【図１６】本発明の第六の実施例に係るグレーティング
導波路を用いた波長可変選択波長分岐挿入回路を示す上
面図である（本実施例の波長可変グレーティング導波路
は紫外線レーザーにより作製されたグレーティングと上
部側部クラッドの上部に配置したヒーターにより構成さ
れている。）。

【図１７】図１６中の断面線XVII−XVIIによる断面図で
ある。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 下部クラッド ３ コア ４ 屈折率差を用いたグレーティング ５ 上部側部クラッド ６ 自己保持型ホトクロミック材料を１０％含有したフ
ッ素化エポキシ樹脂 ７ 入射ポート ８ 入射ポート ９ ３ｄＢカップラ １０ 出射ポート １１ 出射ポート １２ グレーティングアーム導波路 １３ フッ素化エポキシ樹脂 １４ クロム／全蒸着のヒーター １５ コアのエッチィングにより作製したグレーティン
グ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有島 功一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 坂口 茂樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 岡本 勝就 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 星野 光利 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面基板上に形成された石英系のコア、
   クラッド構造を有し、且つ、コアの一部にグレーティン
   グが形成されている光導波路において、該光導波路のコ
   アの上部に形成された溝に充填材を配して、上部クラッ
   ドとすることを特徴とする波長可変グレーティング導波
   路。
2. 【請求項２】 請求項１において、該充填材が屈折率を
   可変、固定可能な屈折率自己保持型ホトクロミック化合
   物を含む有機化合物であることを特徴とする波長可変グ
   レーティング導波路。
3. 【請求項３】 請求項１において、該充填材として有機
   化合物を用い、該有機化合物の上部にヒーターを配する
   構造としたことを特徴とする波長可変グレーティング導
   波路。
4. 【請求項４】 平面基板上に形成された石英系のコア、
   クラッド構造を有し、且つ、コアの一部にグレーティン
   グが形成されている光導波路において、該光導波路のコ
   アの上部及び側部が露出するように形成された溝に充填
   材を配して、上部側部クラッドとすることを特徴とする
   波長可変グレーティング導波路。
5. 【請求項５】 請求項４において、該充填材が屈折率を
   可変、固定可能な屈折率自己保持型ホトクロミック化合
   物を含む有機化合物であることを特徴とする波長可変グ
   レーティング導波路。
6. 【請求項６】 請求項４において、該充填材として有機
   化合物を用い、該有機化合物の上部にヒーターを配する
   構造としたことを特徴とする波長可変グレーティング導
   波路。