JP3438140B2 - 光信号処理回路及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】技術分野
本発明は、光信号処理回路及びその製造方法に関わり、
特に、光通信用の合分波器及び超高速光信号波形を制御
する光信号処理装置に適用して有効な光信号処理回路及
びその製造方法に関する。
特に、光通信用の合分波器及び超高速光信号波形を制御
する光信号処理装置に適用して有効な光信号処理回路及
びその製造方法に関する。
【０００２】背景技術
凹面，平面，又は凸面の反射構造を形成した光信号処理
回路に関する従来技術の一つとして、特開2000-098150
号公報に記載されている光信号処理回路がある。
回路に関する従来技術の一つとして、特開2000-098150
号公報に記載されている光信号処理回路がある。
【０００３】この従来技術では、アレイ導波路と入出力
導波路との間を反射構造により結合することが提案され
ている。
導波路との間を反射構造により結合することが提案され
ている。
【０００４】しかしながら、この従来技術には、この反
射構造の具体的な作製方法については開示がなく、ま
た、反射構造と入出力導波路の配置等にもまだ問題が残
っている。
射構造の具体的な作製方法については開示がなく、ま
た、反射構造と入出力導波路の配置等にもまだ問題が残
っている。
【０００５】図４２は、従来のスラブ導波路型レンズ機
能回路の構成を示したものである。このスラブ導波路型
レンズ機能回路２００は、一本或いは多数本の導波路か
ら成る導波路アレイ２０１ａ，２０１ｂ間をスラブ導波
路２０２を介して接続する構成となっている。各々の導
波路端２０１ae，２０１beがスラブ導波路２０２の光軸
ＰＱの両端Ｐ，Ｑを中心とする円弧上に配置されてい
る。この構成では、スラブ導波路２０２の両端Ｐ，Ｑが
互いに空間フーリエ変換の関係になり、導波路端２０１
ae，２０１beをレンズにおいて前焦点面と後焦点面の位
置に配置したことと近似的に等価である。
能回路の構成を示したものである。このスラブ導波路型
レンズ機能回路２００は、一本或いは多数本の導波路か
ら成る導波路アレイ２０１ａ，２０１ｂ間をスラブ導波
路２０２を介して接続する構成となっている。各々の導
波路端２０１ae，２０１beがスラブ導波路２０２の光軸
ＰＱの両端Ｐ，Ｑを中心とする円弧上に配置されてい
る。この構成では、スラブ導波路２０２の両端Ｐ，Ｑが
互いに空間フーリエ変換の関係になり、導波路端２０１
ae，２０１beをレンズにおいて前焦点面と後焦点面の位
置に配置したことと近似的に等価である。
【０００６】しかしながら、この構成では、レンズやミ
ラーを用いる光学系のように二つの導波路２０１ａ，２
０１ｂ間を結像関係とすることが不可能であるし、導波
路端２０１ae，２０１beは円弧上に配置する必要があ
り、回路構成の自由度が低い。
ラーを用いる光学系のように二つの導波路２０１ａ，２
０１ｂ間を結像関係とすることが不可能であるし、導波
路端２０１ae，２０１beは円弧上に配置する必要があ
り、回路構成の自由度が低い。
【０００７】また、光導波回路中に凹面、平面或いは凸
面の反射構造又は周期的溝構造を形成し、反射光学系を
構成した光信号処理回路の一般的構成法に関する公知の
技術はない。
面の反射構造又は周期的溝構造を形成し、反射光学系を
構成した光信号処理回路の一般的構成法に関する公知の
技術はない。
【０００８】その特別な場合と見なせる技術としては、
一次元光導波路があり、分布帰還型の半導体レーザや分
布反射型の半導体レーザの反射構造、光ファイバ回折格
子が知られている。
一次元光導波路があり、分布帰還型の半導体レーザや分
布反射型の半導体レーザの反射構造、光ファイバ回折格
子が知られている。
【０００９】しかしながら、これらの公知の技術は一本
の光導波路中に構成された反射、回折構造に関する技術
であり、凹面、平面或いは凸面の反射構造又は周期的溝
構造を持つ二次元平面導波路の回路設計に必要十分な技
術ではない。
の光導波路中に構成された反射、回折構造に関する技術
であり、凹面、平面或いは凸面の反射構造又は周期的溝
構造を持つ二次元平面導波路の回路設計に必要十分な技
術ではない。
【００１０】また、上記の構造の作製技術として従来か
ら一般に利用されている反応性イオンエッチング（リア
クティブイオンエッチング）法では、垂直にかつ十分深
くかつ滑らかに溝を形成することが出来ないので、上記
光信号処理回路の作製に適用できない。
ら一般に利用されている反応性イオンエッチング（リア
クティブイオンエッチング）法では、垂直にかつ十分深
くかつ滑らかに溝を形成することが出来ないので、上記
光信号処理回路の作製に適用できない。
【００１１】別の溝形成技術として、特開平7-7229号公
報に記載されているような収束イオンビームエッチング
法の利用が考えられる。
報に記載されているような収束イオンビームエッチング
法の利用が考えられる。
【００１２】しかしながら、この方法で形成された溝構
造の垂直度や平滑度は比較的良好であるものの、収束イ
オンビームエッチング法はエッチング速度が遅く、数十
ミクロンの溝構造の形成のために２〜３時間が必要であ
る。また、収束イオンビームエッチング法ではイオンビ
ームの直径は通常5-10ミクロン程度であり、それ以上に
微細な加工が困難である。そこで、何らかのマスクの併
用も考えられるが、イオンビームに対するエッリング選
択性が物質間で小さいため、深い溝形成には厚いレジス
ト膜が必要であり、結果として３ミクロン以下の微細パ
ターンの加工は困難である。
造の垂直度や平滑度は比較的良好であるものの、収束イ
オンビームエッチング法はエッチング速度が遅く、数十
ミクロンの溝構造の形成のために２〜３時間が必要であ
る。また、収束イオンビームエッチング法ではイオンビ
ームの直径は通常5-10ミクロン程度であり、それ以上に
微細な加工が困難である。そこで、何らかのマスクの併
用も考えられるが、イオンビームに対するエッリング選
択性が物質間で小さいため、深い溝形成には厚いレジス
ト膜が必要であり、結果として３ミクロン以下の微細パ
ターンの加工は困難である。
【００１３】図４３は、従来の周期分極反転構造５０２
による疑似位相整合部を持つ光非線形素子の構成を示
す。この従来素子では、波長変換や２次高調波発生等の
効率が実用に供するには低く、高強度のレーザ光でなけ
れば動作しない。効率は、一般に素子長の二乗に比例す
るので大型の基板を利用すれば良いが、大型基板の作製
は甚だ困難であるし高コストである。また、大型の素子
は実装上の困難から適用領域が狭められる。
による疑似位相整合部を持つ光非線形素子の構成を示
す。この従来素子では、波長変換や２次高調波発生等の
効率が実用に供するには低く、高強度のレーザ光でなけ
れば動作しない。効率は、一般に素子長の二乗に比例す
るので大型の基板を利用すれば良いが、大型基板の作製
は甚だ困難であるし高コストである。また、大型の素子
は実装上の困難から適用領域が狭められる。
【００１４】従来のレーザによる加工は、高々波長程度
の微細加工が限界であり、サブミクロン加工には適用で
きなかった。これは、光の回折限界から生じる物理的な
限界である。電子ビーム描画によるマスクを利用するこ
とも提案されているが、波長以下の寸法の窓を透過する
と光は指数関数的に減衰するため、深い加工を行うこと
は出来ない。
の微細加工が限界であり、サブミクロン加工には適用で
きなかった。これは、光の回折限界から生じる物理的な
限界である。電子ビーム描画によるマスクを利用するこ
とも提案されているが、波長以下の寸法の窓を透過する
と光は指数関数的に減衰するため、深い加工を行うこと
は出来ない。
【００１５】従来、導波路に集積化可能なTE/TMモード
合分波回路の構成法は知られていない。
合分波回路の構成法は知られていない。
【００１６】従来、電子ビーム露光／描画法によって何
らかのパターンを形成し、ドライエッチング等で構造を
作製し導波路内に回折格子を作製することが行われてい
る。（例えば、化合物半導体を利用するDFBレーザがあ
る。）しかしながら、高精度なエッチングのために高価
で大型の装置の利用が不可欠である。
らかのパターンを形成し、ドライエッチング等で構造を
作製し導波路内に回折格子を作製することが行われてい
る。（例えば、化合物半導体を利用するDFBレーザがあ
る。）しかしながら、高精度なエッチングのために高価
で大型の装置の利用が不可欠である。
【００１７】従来、イオン注入技術を利用した屈折率制
御を目的とした、イオン注入種と基板の組み合わせの検
討は行われていないし、それを利用する光信号処理素子
の報告もない。イオン注入は主として半導体の電気伝導
度を制御するために利用され、光素子作製においては唯
一H+イオン注入による電流狭窄構造の研究報告があるだ
けである。
御を目的とした、イオン注入種と基板の組み合わせの検
討は行われていないし、それを利用する光信号処理素子
の報告もない。イオン注入は主として半導体の電気伝導
度を制御するために利用され、光素子作製においては唯
一H+イオン注入による電流狭窄構造の研究報告があるだ
けである。
【００１８】従来、微細加工のパターニングには長い時
間が必要である。例えば、電子ビーム描画装置で1cm角
の領域に0.01ミクロンの精度で描画するには約10時間必
要である。このため、電子ビーム露光／描画を利用した
素子は一般に高価で特殊なものとなる。
間が必要である。例えば、電子ビーム描画装置で1cm角
の領域に0.01ミクロンの精度で描画するには約10時間必
要である。このため、電子ビーム露光／描画を利用した
素子は一般に高価で特殊なものとなる。
【００１９】発明の開示
本発明は、上記問題点に鑑み、凹面、平面或いは凸面の
反射構造の導入によって初めて可能となる新規の二次元
光信号処理回路及びその製造方法を提供することを目的
とする。
反射構造の導入によって初めて可能となる新規の二次元
光信号処理回路及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【００２０】本発明の光信号処理回路は、光導波路が保
持される基板と、該基板上に形成される第１光導波路及
び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第１光導
波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端とを互い
に結像関係にある位置に配置して結合する半径ｒの円弧
の形状をしている反射構造とを備え、前期第１結合端及
び第２結合端は、その光軸が該反射構造上の同一の点Ｑ
を通り、かつ、第１結合端と点Ｑとの間の距離ＩＱの逆
数と、第２結合端と点Ｑとの間の距離ＱＵの逆数との和
が、半径ｒの逆数の２倍になっていることを特徴とす
る。
持される基板と、該基板上に形成される第１光導波路及
び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第１光導
波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端とを互い
に結像関係にある位置に配置して結合する半径ｒの円弧
の形状をしている反射構造とを備え、前期第１結合端及
び第２結合端は、その光軸が該反射構造上の同一の点Ｑ
を通り、かつ、第１結合端と点Ｑとの間の距離ＩＱの逆
数と、第２結合端と点Ｑとの間の距離ＱＵの逆数との和
が、半径ｒの逆数の２倍になっていることを特徴とす
る。
【００２１】また、本発明の光信号処理回路は、光導波
路が保持される基板と、該基板上に形成される第１光導
波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第
１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端と
を互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結
合する半径ｒの円弧の形状をしている反射構造とを備
え、前期第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反
射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造の円弧
の中心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置であ
って線分ＰＱを前記点Ｑの方向にｒ／２延長した端点Ｔ
を中心とする半径ｒの円弧上に配置されることを特徴と
する。
路が保持される基板と、該基板上に形成される第１光導
波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第
１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端と
を互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結
合する半径ｒの円弧の形状をしている反射構造とを備
え、前期第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反
射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造の円弧
の中心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置であ
って線分ＰＱを前記点Ｑの方向にｒ／２延長した端点Ｔ
を中心とする半径ｒの円弧上に配置されることを特徴と
する。
【００２２】
【００２３】
【００２４】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、光導波路は保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と前記基板上の光の伝播路に形成され、位置によ
って幅が異なる複数の溝内に該伝播路の有効屈折率と異
なる屈折率の材料が充填されてなり、波面を補償する波
面補償部とを備えることを特徴とする。
は、光導波路は保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と前記基板上の光の伝播路に形成され、位置によ
って幅が異なる複数の溝内に該伝播路の有効屈折率と異
なる屈折率の材料が充填されてなり、波面を補償する波
面補償部とを備えることを特徴とする。
【００２５】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する半
径ｒの円弧の形状をしている反射構造とを備え、前記光
導波路の第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反
射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造の円弧
の中心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置に配
置されることを特徴とする。
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する半
径ｒの円弧の形状をしている反射構造とを備え、前記光
導波路の第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反
射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造の円弧
の中心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置に配
置されることを特徴とする。
【００２６】また、本発明の光信号処理回路は、光導波
路が保持される基板と、該基板上に形成される第１光導
波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第
１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端と
を互いに結像関係にある位置、又は、互いに像のフーリ
エ変換関係にある位置に配置して結合する反射構造と、
前記基板上の光の伝播路に形成される周期的溝構造とを
備えることを特徴とする。
路が保持される基板と、該基板上に形成される第１光導
波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成され前記第
１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第２結合端と
を互いに結像関係にある位置、又は、互いに像のフーリ
エ変換関係にある位置に配置して結合する反射構造と、
前記基板上の光の伝播路に形成される周期的溝構造とを
備えることを特徴とする。
【００２７】加えて、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝が直線状であり、ある方
向に平行に配置されていることを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝が直線状であり、ある方
向に平行に配置されていることを特徴とする。
【００２８】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝が直線状であり、複数の
異なる方向に平行に配置されていることを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝が直線状であり、複数の
異なる方向に平行に配置されていることを特徴とする。
【００２９】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝が円弧状又は二次曲線状
であることを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝が円弧状又は二次曲線状
であることを特徴とする。
【００３０】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の周期が順次一定の間隔
ずつ変化することを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝の周期が順次一定の間隔
ずつ変化することを特徴とする。
【００３１】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の深さが順次一定の深さ
ずつ変化することを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝の深さが順次一定の深さ
ずつ変化することを特徴とする。
【００３２】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の周期が、周期的に変化
することを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝の周期が、周期的に変化
することを特徴とする。
【００３３】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部と凸部の幅の比
が、１：１／ｎc（ｎcは光導波路の有効屈折率）である
ことを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部と凸部の幅の比
が、１：１／ｎc（ｎcは光導波路の有効屈折率）である
ことを特徴とする。
【００３４】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光導波路材料と
異なる屈折率の材料で充填したことを特徴とする。
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光導波路材料と
異なる屈折率の材料で充填したことを特徴とする。
【００３５】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光導波路材料と
異なる屈折率（ｎx）の材料で充填し、溝の凹部と凸部
との幅の比が、１／ｎx：１／ｎcであることを特徴とす
る。
は、前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光導波路材料と
異なる屈折率（ｎx）の材料で充填し、溝の凹部と凸部
との幅の比が、１／ｎx：１／ｎcであることを特徴とす
る。
【００３６】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と、前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、
該溝内に挿入されているレンズとを備えることを特徴と
する。
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と、前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、
該溝内に挿入されているレンズとを備えることを特徴と
する。
【００３７】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と、前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、
該溝内に互に離間させて挿入されている一対のレンズ
と、該レンズ間に配置されている光学素子とを備えるこ
とを特徴とする。
は、光導波路が保持される基板と、該基板上に形成され
る第１光導波路及び第２光導波路と、前記基板上に形成
され前記第１光導波路の第１結合端と第２光導波路の第
２結合端とを互いに結像関係にある位置、又は、互いに
像のフーリエ変換関係にある位置に配置して結合する反
射構造と、前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、
該溝内に互に離間させて挿入されている一対のレンズ
と、該レンズ間に配置されている光学素子とを備えるこ
とを特徴とする。
【００３８】また、本発明の光信号処理回路にあって
は、前記レンズは、分布屈折率型レンズであることを特
徴とする。
は、前記レンズは、分布屈折率型レンズであることを特
徴とする。
【００３９】一方、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、以下の手順(i)〜(v)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路が形成される基板をステージ上に固定す
る。 (ii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (iii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、光導波路の位置をステージコントローラが認識
する。 (iv)反射構造を設ける部位に沿ってレーザ光を集光し、
ステージを移動して凹部を製造する。 (v)凹部周囲に沿ってレーザ光を集光し、ステージを移
動して凹部端面の平滑化を行う。
は、以下の手順(i)〜(v)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路が形成される基板をステージ上に固定す
る。 (ii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (iii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、光導波路の位置をステージコントローラが認識
する。 (iv)反射構造を設ける部位に沿ってレーザ光を集光し、
ステージを移動して凹部を製造する。 (v)凹部周囲に沿ってレーザ光を集光し、ステージを移
動して凹部端面の平滑化を行う。
【００４０】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、以下の手順(i)〜(ix)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。
は、以下の手順(i)〜(ix)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。
【００４１】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、以下の手順(i)〜(xi)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路上に金属あるいは誘電体の薄膜Ａを形成す
る。 (ii)基板の薄膜Ａ上にレジストを塗布する。 (iii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画
する。 (vi)レジストの現像処理を行う。 (v)レジストをマスクとしてリアクティブイオンエッチ
ング装置で薄膜Ａをエッチングし電子ビーム描画パター
ンを転写する。 (vi)レジストを剥離する。 (vii)基板をステージ上に固定する。 (viii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよ
うにあおり角調節を行う。 (ix)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (x)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光の
スポットで表面を掃引してエッチングする。 (xi)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御す
る。
は、以下の手順(i)〜(xi)を備えることを特徴とする。 (i)光導波路上に金属あるいは誘電体の薄膜Ａを形成す
る。 (ii)基板の薄膜Ａ上にレジストを塗布する。 (iii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画
する。 (vi)レジストの現像処理を行う。 (v)レジストをマスクとしてリアクティブイオンエッチ
ング装置で薄膜Ａをエッチングし電子ビーム描画パター
ンを転写する。 (vi)レジストを剥離する。 (vii)基板をステージ上に固定する。 (viii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよ
うにあおり角調節を行う。 (ix)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (x)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光の
スポットで表面を掃引してエッチングする。 (xi)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御す
る。
【００４２】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、前記集光装置内に空間フィルタを配置し、集光ビー
ムのビーム強度プロファイルを矩形としたことを特徴と
する。
は、前記集光装置内に空間フィルタを配置し、集光ビー
ムのビーム強度プロファイルを矩形としたことを特徴と
する。
【００４３】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、前記手順終了後に、金属ないし誘電体膜をエッチン
グ凹部端面に蒸着し、凹部端面の反射率を高めて反射構
造を形成することを特徴とする。
は、前記手順終了後に、金属ないし誘電体膜をエッチン
グ凹部端面に蒸着し、凹部端面の反射率を高めて反射構
造を形成することを特徴とする。
【００４４】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、前記薄膜Ａの材質が、タンタル、モリブデン、タン
グステン、クロム、金、プラチナ、バナジウム、ニッケ
ル、銀、銅、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタ
ン、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの何れかであること
を特徴とする。
は、前記薄膜Ａの材質が、タンタル、モリブデン、タン
グステン、クロム、金、プラチナ、バナジウム、ニッケ
ル、銀、銅、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタ
ン、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの何れかであること
を特徴とする。
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、以下の手順を備えることを特徴とする。 (i)光導波回路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置で、ある方向の長さ
がレーザ光の波長よりも長く、前記方向に直交する向き
の長さがレーザ光の波長よりも短いパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。 また、本発明の光信号処理回路の製造方法、以下の手順
を備えることを特徴とする。 (i)光導波回路が形成される基板上に金属又は誘電体の
薄膜を形成し、該薄膜の上にレジストを塗布する。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)レジストをマスクとしてエッチングし電子ビーム描
画パターンを転写する。 (v)レジストを剥離する。 (vi)イオンを加速して注入する。 (vii)薄膜を取り除く。
は、以下の手順を備えることを特徴とする。 (i)光導波回路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置で、ある方向の長さ
がレーザ光の波長よりも長く、前記方向に直交する向き
の長さがレーザ光の波長よりも短いパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。 また、本発明の光信号処理回路の製造方法、以下の手順
を備えることを特徴とする。 (i)光導波回路が形成される基板上に金属又は誘電体の
薄膜を形成し、該薄膜の上にレジストを塗布する。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)レジストをマスクとしてエッチングし電子ビーム描
画パターンを転写する。 (v)レジストを剥離する。 (vi)イオンを加速して注入する。 (vii)薄膜を取り除く。
【００５２】また、本発明の光信号処理回路の製造方法
は、以下の手順を備えることを特徴とする。 (i)金型上に凹凸を有する微細構造を作製する。 (ii)前記微細構造を有する金型上及び光導波路基板上に
それぞれ位置合わせ用マーカを形成する。 (iii)前記金型と光導波路基板の位置を合わせて圧力を
加え、光導波路基板上に微細構造のレプリカを形成す
る。 (iv)該レブリカが下部クラッド層に形成された場合に
は、該下部クラッド層の上にコア層及び上部クラッド層
を形成し、該レプリカがコア層に形成された場合には、
該コア層の上に上部クラッド層を形成する。
は、以下の手順を備えることを特徴とする。 (i)金型上に凹凸を有する微細構造を作製する。 (ii)前記微細構造を有する金型上及び光導波路基板上に
それぞれ位置合わせ用マーカを形成する。 (iii)前記金型と光導波路基板の位置を合わせて圧力を
加え、光導波路基板上に微細構造のレプリカを形成す
る。 (iv)該レブリカが下部クラッド層に形成された場合に
は、該下部クラッド層の上にコア層及び上部クラッド層
を形成し、該レプリカがコア層に形成された場合には、
該コア層の上に上部クラッド層を形成する。
【００５３】
【００５４】
【００５５】本明細書は本願の優先権の基礎である特願
2000-403167の明細書及び/又は図面に記載される内容を
包含する。
2000-403167の明細書及び/又は図面に記載される内容を
包含する。
【００５６】発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の
形態について詳細に説明する。
形態について詳細に説明する。
【００５７】なお、その説明に当たっては、同一の構成
部品又は構成要素については同一符号を付け、その説明
を省略するものとする。
部品又は構成要素については同一符号を付け、その説明
を省略するものとする。
【００５８】図１は、本発明の第１の実施の形態に係
る、反射構造を利用した二つの光導波回路１２ａ，１２
ｂの結合により構成される光信号処理回路の構成を示
す。
る、反射構造を利用した二つの光導波回路１２ａ，１２
ｂの結合により構成される光信号処理回路の構成を示
す。
【００５９】ここで、光導波回路基板５０には、光導波
回路１２ａ，１２ｂが設けられ、光導波回路１２ａ，１
２ｂには、出力導波路１３，入力導波路１４の一端側が
それぞれ接続され、出力導波路１３，入力導波路１４の
他端側は、結合回路１５に接続されている。
回路１２ａ，１２ｂが設けられ、光導波回路１２ａ，１
２ｂには、出力導波路１３，入力導波路１４の一端側が
それぞれ接続され、出力導波路１３，入力導波路１４の
他端側は、結合回路１５に接続されている。
【００６０】Ｉは結合回路１５と出力導波路１３との入
力結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）、
Ｕは結合回路１５と入力導波路１４との出力結合端（す
なわち、入力導波路１４の入力結合端）を示す。
力結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）、
Ｕは結合回路１５と入力導波路１４との出力結合端（す
なわち、入力導波路１４の入力結合端）を示す。
【００６１】結合回路１５は、その軸ＰＱに対し、軸端
Ｐ，Ｑを含むそれぞれ端面Ｅp，Ｅqが，所定の曲面形状
となったスラブ導波路１５によって構成されている。
Ｐ，Ｑを含むそれぞれ端面Ｅp，Ｅqが，所定の曲面形状
となったスラブ導波路１５によって構成されている。
【００６２】本実施の形態の場合、この結合回路１５
は、一方の軸端Ｐを含む端面Ｅpが、他方の軸端Ｑを曲
率中心とする曲率ｒの曲面となっており、他方の軸端Ｑ
を含む端面Ｅqが、一方の軸端Ｐを曲率中心とする曲率
ｒの曲面となっている。
は、一方の軸端Ｐを含む端面Ｅpが、他方の軸端Ｑを曲
率中心とする曲率ｒの曲面となっており、他方の軸端Ｑ
を含む端面Ｅqが、一方の軸端Ｐを曲率中心とする曲率
ｒの曲面となっている。
【００６３】そして、他方の端面Ｅqは、軸端Ｐを曲率
中心とする曲率rの反射構造１６を構成する。
中心とする曲率rの反射構造１６を構成する。
【００６４】その上で、軸ＰＱを中心線にして線対称の
位置になるようにして、結合回路１５の入力結合端（す
なわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉと、結合回路
１５の出力結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結
合端）Ｕとが配置されている。
位置になるようにして、結合回路１５の入力結合端（す
なわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉと、結合回路
１５の出力結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結
合端）Ｕとが配置されている。
【００６５】これより、結合回路１５の入力結合端Ｉ及
び出力結合端Ｕは、入力結合端Ｉ及び出力結合酸Ｕの光
軸が、曲率ｒの反射構造１６上の軸端Ｑをいずれも通る
ことになる。
び出力結合端Ｕは、入力結合端Ｉ及び出力結合酸Ｕの光
軸が、曲率ｒの反射構造１６上の軸端Ｑをいずれも通る
ことになる。
【００６６】これにより、結合回路１５の入力結合端
（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ及び出力
結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）Ｕの
光軸が、反射構造１６上の同一点Ｑを通り、かつ、それ
ぞれの光軸の長さＩＱ及び長さＱＵは、同じ長さに保た
れる。
（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ及び出力
結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）Ｕの
光軸が、反射構造１６上の同一点Ｑを通り、かつ、それ
ぞれの光軸の長さＩＱ及び長さＱＵは、同じ長さに保た
れる。
【００６７】そして、これらの円弧ＩＰＵを含む曲面及
び反射構造１６の円弧を含む曲面で囲まれる部分が、ス
ラブ導波路１５となっている。
び反射構造１６の円弧を含む曲面で囲まれる部分が、ス
ラブ導波路１５となっている。
【００６８】この配置では、入力結合端Ｉと出力結合端
Ｕとが互いに等倍の結像関係になり、出力導波路１３と
入力導波路１４とは高い結合効率で結合される。
Ｕとが互いに等倍の結像関係になり、出力導波路１３と
入力導波路１４とは高い結合効率で結合される。
【００６９】図２は、反射構造１６を形成するためのレ
ーザアブレーション装置３０の構成を示す。
ーザアブレーション装置３０の構成を示す。
【００７０】ここで、チタンサファイアレーザ等から構
成されたフェムト秒光源３１は、本実施の形態の場合、
例えば、通常50fs（フェムト秒）程度のパルス幅で、繰
り返し周波数1kHzのパルス光ビームを生成出力する構成
となっており、2mJのパルスエネルギーが得られるよう
になっている。
成されたフェムト秒光源３１は、本実施の形態の場合、
例えば、通常50fs（フェムト秒）程度のパルス幅で、繰
り返し周波数1kHzのパルス光ビームを生成出力する構成
となっており、2mJのパルスエネルギーが得られるよう
になっている。
【００７１】フェムト秒光源３１により生成されたパル
ス光ビームは、レーザ光伝送装置３２に供給され、パル
ス光ビームを空間的に伝送し小さいスポットに集光可能
なように、レーザ光伝送装置３２によってそのビーム径
が広げられるようになっている。
ス光ビームは、レーザ光伝送装置３２に供給され、パル
ス光ビームを空間的に伝送し小さいスポットに集光可能
なように、レーザ光伝送装置３２によってそのビーム径
が広げられるようになっている。
【００７２】レーザ光伝送装置３２によってビーム径が
広げられたパルスは、アブレーション装置本体３３に設
けられている空間フィルタ３４を介して、ダイクロイッ
クミラー３５に対して出力されるようになっている。こ
の空間フィルタ３４は、後述する集光レンズの後ろ側の
焦点位置に配置される。このとき、集光されたパルス光
ビームの断面振幅プロファイルは空間フィルタ３４上に
おける断面振幅プロファイルのフーリエ変換で近似され
るため、空間フィルタ３４でパルス光ビームに適当な断
面振幅プロファイルを与えることにより、集光されたパ
ルス光ビームの断面振幅プロファイルを制御することが
出来る。例えば、ミラーを形成する場合には光軸に直交
する直線上でsinc関数で表される振幅プロファイルが得
られるように空間フィルタ３４を設計すると良い。
広げられたパルスは、アブレーション装置本体３３に設
けられている空間フィルタ３４を介して、ダイクロイッ
クミラー３５に対して出力されるようになっている。こ
の空間フィルタ３４は、後述する集光レンズの後ろ側の
焦点位置に配置される。このとき、集光されたパルス光
ビームの断面振幅プロファイルは空間フィルタ３４上に
おける断面振幅プロファイルのフーリエ変換で近似され
るため、空間フィルタ３４でパルス光ビームに適当な断
面振幅プロファイルを与えることにより、集光されたパ
ルス光ビームの断面振幅プロファイルを制御することが
出来る。例えば、ミラーを形成する場合には光軸に直交
する直線上でsinc関数で表される振幅プロファイルが得
られるように空間フィルタ３４を設計すると良い。
【００７３】ダイクロイックミラー３５は、パルス光ビ
ームの波長の光に対してはミラーとして働き、照明光源
の波長では透過する特性を持つように構成されており、
空間フィルタ３４を介して断面振幅プロファイルを制御
されたパルス光ビームを集光レンズ３６に案内する。
ームの波長の光に対してはミラーとして働き、照明光源
の波長では透過する特性を持つように構成されており、
空間フィルタ３４を介して断面振幅プロファイルを制御
されたパルス光ビームを集光レンズ３６に案内する。
【００７４】また、ダイクロイックミラー３５には、落
射照明光源３７からの照明光がハーフミラー３８を介し
て供給され、ダイクロイックミラー３５は、パルス光ビ
ームとともに照明光も集光レンズ３６に案内するように
なっている。
射照明光源３７からの照明光がハーフミラー３８を介し
て供給され、ダイクロイックミラー３５は、パルス光ビ
ームとともに照明光も集光レンズ３６に案内するように
なっている。
【００７５】そして、集光レンズ３６は、その前側の焦
点位置にアブレーション装置本体３３に対して微小移動
可能に配置され微動ステージ３９に載置固定された光導
波回路基板５０上に、パルス光ビーム及び照明光を集光
照射するようになっている。
点位置にアブレーション装置本体３３に対して微小移動
可能に配置され微動ステージ３９に載置固定された光導
波回路基板５０上に、パルス光ビーム及び照明光を集光
照射するようになっている。
【００７６】この光導波回路基板５０へのパルス光ビー
ムの照射位置は、ハーフミラー３８の落射照明光源３７
が設けられた側と反対側の鏡面側に対向配置された撮像
カメラ４０からの、光導波回路基板５０上の位置合わせ
パターンやエッチングする領域等の画像出力に基づき、
コントローラ４１が光導波回路基板５０が載置固定され
た微動ステージ３９を微小移動制御して、調製可能にな
っている。
ムの照射位置は、ハーフミラー３８の落射照明光源３７
が設けられた側と反対側の鏡面側に対向配置された撮像
カメラ４０からの、光導波回路基板５０上の位置合わせ
パターンやエッチングする領域等の画像出力に基づき、
コントローラ４１が光導波回路基板５０が載置固定され
た微動ステージ３９を微小移動制御して、調製可能にな
っている。
【００７７】そのために、コントローラ４１には、撮像
カメラ４０及び微動ステージ３９のアクチュエータが接
続されているとともに、さらにフェムト秒光源３１が接
続されている。そして、コントローラ４１は、微動ステ
ージ３９の微小移動制御とともに、フェムト秒光源３１
が生成するパルス光ビームの周期、エネルギー、パルス
数も併せて制御し、光導波回路基板５０上への光信号処
理回路１０の作製を総合的に制御する。
カメラ４０及び微動ステージ３９のアクチュエータが接
続されているとともに、さらにフェムト秒光源３１が接
続されている。そして、コントローラ４１は、微動ステ
ージ３９の微小移動制御とともに、フェムト秒光源３１
が生成するパルス光ビームの周期、エネルギー、パルス
数も併せて制御し、光導波回路基板５０上への光信号処
理回路１０の作製を総合的に制御する。
【００７８】このように構成されたレーザアブレーショ
ン装置３０によって、光信号処理回路１０の反射構造１
６の形成は、以下の手順で行われる。なお、その説明に
あたっては、導波回路１３（又は１４）は既に前工程で
光導波回路基板５０上に作製が済んでいるものとして説
明する。
ン装置３０によって、光信号処理回路１０の反射構造１
６の形成は、以下の手順で行われる。なお、その説明に
あたっては、導波回路１３（又は１４）は既に前工程で
光導波回路基板５０上に作製が済んでいるものとして説
明する。
【００７９】図３は、光導波回路基板５０上への反射構
造１６の形成手順を説明するための光導波回路基板５０
の断面図を示す．
造１６の形成手順を説明するための光導波回路基板５０
の断面図を示す．
【００８０】図３（イ）は、導波回路１３（又は１４）
が形成された光導波回路基板５０の断面図を示す。
が形成された光導波回路基板５０の断面図を示す。
【００８１】導波回路１３（又は１４）は、基板５０上
に、下部クラッド層５１、コア層５２、及び上部クラッ
ド層５３を、順次積層して形成されている。
に、下部クラッド層５１、コア層５２、及び上部クラッ
ド層５３を、順次積層して形成されている。
【００８２】まず、反射構造１６の形成に際して、この
導波回路１３（又は１４）上に、金属又は誘電体の薄膜
５４を形成する。
導波回路１３（又は１４）上に、金属又は誘電体の薄膜
５４を形成する。
【００８３】この後、光導波回路基板５０の上にレジス
ト５５を塗布し、金属又は誘電体の薄膜５４をレジスト
５５でプロセス用に被覆する（図３-（ロ））。
ト５５を塗布し、金属又は誘電体の薄膜５４をレジスト
５５でプロセス用に被覆する（図３-（ロ））。
【００８４】そして、レジスト５５に、図示せぬ電子ビ
ーム描画装置で、パターンを描画する。
ーム描画装置で、パターンを描画する。
【００８５】レジスト５５の現像処理を、ＥＢ露光によ
って行い、エッチング面のレジスト５５を除去し、パタ
ーンニングを行う（図３-（ハ））。
って行い、エッチング面のレジスト５５を除去し、パタ
ーンニングを行う（図３-（ハ））。
【００８６】レジスト５５をマスクとして、図示せぬリ
アクティブイオンエッチング装置でレジスト５５を除去
し露出した部分をエッチングし、電子ビーム描画装置に
よる電子ビーム描画パターンを、薄膜５４上に転写する
（図３-（ニ））。その後、レジスト５５を光導波回路
基板５０から剥離する（図３-（ホ））。
アクティブイオンエッチング装置でレジスト５５を除去
し露出した部分をエッチングし、電子ビーム描画装置に
よる電子ビーム描画パターンを、薄膜５４上に転写する
（図３-（ニ））。その後、レジスト５５を光導波回路
基板５０から剥離する（図３-（ホ））。
【００８７】その上で、この電子ビーム描画パターンが
薄膜５４上に転写され、レジスト５５が剥離された光導
波回路基板５０を、レーザアブレーション装置３０の微
動ステージ３９上に固定する。
薄膜５４上に転写され、レジスト５５が剥離された光導
波回路基板５０を、レーザアブレーション装置３０の微
動ステージ３９上に固定する。
【００８８】光導波回路基板５０上に設けられた複数の
マーカの画像を撮像カメラ４０による図示せぬモニタ装
置で観察し、光導波回路基板５０がパルス光ビーム光軸
に対して垂直になるように、あおり角調節を行う。
マーカの画像を撮像カメラ４０による図示せぬモニタ装
置で観察し、光導波回路基板５０がパルス光ビーム光軸
に対して垂直になるように、あおり角調節を行う。
【００８９】光導波回路基板５０上に設けられた複数の
マーカをモニタ装置で同様に観察し、前記パターンの位
置をステージコントローラ（コントローラ）４１が認識
する。
マーカをモニタ装置で同様に観察し、前記パターンの位
置をステージコントローラ（コントローラ）４１が認識
する。
【００９０】そして、コントローラ４１による制御に基
づき、レーザアブレーション装置３０はフェムト秒光源
３１で生成されたパルス光ビームを集光レンズ３６によ
って集光し、微動ステージ３９を移動してパルス光ビー
ムのスポットで光導波回路基板５０の表面を掃引して、
前述の工程でレジスト５５が剥離された部分の上部クラ
ッド層５３、コア層５２、及び下部クラッド層５１をエ
ッチングする。なお、このエッチング深さは、パルス光
ビームの照射回数によって制御する。（図３-
（ヘ））。
づき、レーザアブレーション装置３０はフェムト秒光源
３１で生成されたパルス光ビームを集光レンズ３６によ
って集光し、微動ステージ３９を移動してパルス光ビー
ムのスポットで光導波回路基板５０の表面を掃引して、
前述の工程でレジスト５５が剥離された部分の上部クラ
ッド層５３、コア層５２、及び下部クラッド層５１をエ
ッチングする。なお、このエッチング深さは、パルス光
ビームの照射回数によって制御する。（図３-
（ヘ））。
【００９１】パターンニングに基づく、下部クラッド層
５１、コア層５２、及び上部クラッド層５３のエッチン
グが完了した後は、光導波回路基板５０を微動ステージ
３９から取り外し、残っている薄膜５４部分を取り除く
（図３-（ト））。
５１、コア層５２、及び上部クラッド層５３のエッチン
グが完了した後は、光導波回路基板５０を微動ステージ
３９から取り外し、残っている薄膜５４部分を取り除く
（図３-（ト））。
【００９２】そして、金属又は誘電体膜５６を、エッチ
ング凹部５７の端面５７e、すなわちエッチングによっ
て形成された下部クラッド層５１、コア層５２、及び上
部クラッド層５３の端面５７eに蒸着する。この光導波
回路基板５０上で部分的に金属又は誘電体膜５６を形成
するためにはリフトオフ法を利用すればよい（図３-
（チ））。
ング凹部５７の端面５７e、すなわちエッチングによっ
て形成された下部クラッド層５１、コア層５２、及び上
部クラッド層５３の端面５７eに蒸着する。この光導波
回路基板５０上で部分的に金属又は誘電体膜５６を形成
するためにはリフトオフ法を利用すればよい（図３-
（チ））。
【００９３】上記の手順において、特に重要であるのは
薄膜５４の材料の選定である。薄膜５４は、エッチング
深さに対して十分に薄い膜で、パルス光ビームの照射に
耐えなければならない。そのため、薄膜５４の材料とし
ては、石英系導波路に対しては、特にタンタル、モリブ
デン、タングステン、クロム、金、プラチナ、バナジウ
ム、ニッケル、銀、銅といった金属材料が適し、また、
ポリマー系導波路に対しては、これらの金属以外に、酸
化シリコンSiO2、窒化シリコンSiN、酸化チタンTiO2、
窒化ホウ素BN、窒化アルミニウムAlNといったといった
誘電体材料でも良い。
薄膜５４の材料の選定である。薄膜５４は、エッチング
深さに対して十分に薄い膜で、パルス光ビームの照射に
耐えなければならない。そのため、薄膜５４の材料とし
ては、石英系導波路に対しては、特にタンタル、モリブ
デン、タングステン、クロム、金、プラチナ、バナジウ
ム、ニッケル、銀、銅といった金属材料が適し、また、
ポリマー系導波路に対しては、これらの金属以外に、酸
化シリコンSiO2、窒化シリコンSiN、酸化チタンTiO2、
窒化ホウ素BN、窒化アルミニウムAlNといったといった
誘電体材料でも良い。
【００９４】なお、ポリマー系導波路の場合は薄膜５４
を利用せず、レジスト５５をマスクとしてエッチングし
ても良い。
を利用せず、レジスト５５をマスクとしてエッチングし
ても良い。
【００９５】さらに、レーザアブレーション装置３０の
ビームプロファイルが矩形に近い場合、上述したように
マスクを利用せずに、直接溝構造を形成することが可能
である。その場合の手順を以下に示す。
ビームプロファイルが矩形に近い場合、上述したように
マスクを利用せずに、直接溝構造を形成することが可能
である。その場合の手順を以下に示す。
【００９６】まず、導波回路１３（又は１４）が形成さ
れた光導波回路基板５０を微動ステージ３９上に固定す
る。
れた光導波回路基板５０を微動ステージ３９上に固定す
る。
【００９７】そして、光導波回路基板５０上に設けられ
た複数のマーカをモニタ装置で観察し、光導波回路基板
５０がパルス光ビーム光軸に対して垂直になるように、
あおり角調節を行う。
た複数のマーカをモニタ装置で観察し、光導波回路基板
５０がパルス光ビーム光軸に対して垂直になるように、
あおり角調節を行う。
【００９８】併せて、光導波回路基板５０上に設けられ
た複数のマーカをモニタ装置で同様に観察し、導波回路
１３（又は１４）の位置をステージコントローラ（コン
トローラ）４１に認識させる。
た複数のマーカをモニタ装置で同様に観察し、導波回路
１３（又は１４）の位置をステージコントローラ（コン
トローラ）４１に認識させる。
【００９９】そして、コントローラ４１による制御に基
づき、レーザアブレーション装置３０はフェムト秒光源
３１で生成されたパルス光ビームを、反射構造１６を設
ける部位に沿って集光レンズ３６を介して集光し、微動
ステージ３９を移動して凹部５７を作製する。
づき、レーザアブレーション装置３０はフェムト秒光源
３１で生成されたパルス光ビームを、反射構造１６を設
ける部位に沿って集光レンズ３６を介して集光し、微動
ステージ３９を移動して凹部５７を作製する。
【０１００】その後、今度は凹部５７の周囲に沿ってパ
ルス光ビームを集光し、微動ステージ３９を移動して凹
部５７の端面５７eの平滑化を行う。
ルス光ビームを集光し、微動ステージ３９を移動して凹
部５７の端面５７eの平滑化を行う。
【０１０１】図４は、第１の実施の形態に係る光信号処
理回路の具体的応用例の一つである1:2光カップラ６０
の構成を示す。
理回路の具体的応用例の一つである1:2光カップラ６０
の構成を示す。
【０１０２】ここで、反射構造１６は境界点Ｑ0を境
に、それぞれ中心点Ｐが異なる二つ反射構造１６-1，１
６-2に分割されている。第１の反射構造１６-1は、点Ｐ
1を中心とする曲率半径ｒの円弧Ｑ0Ｑ1を含む球面で構
成され、第２の反射構造１６-2は、点Ｐ2を中心とする
同一大きさの曲率半径ｒの円弧Ｑ0Ｑ2を含む球面で構成
されている。
に、それぞれ中心点Ｐが異なる二つ反射構造１６-1，１
６-2に分割されている。第１の反射構造１６-1は、点Ｐ
1を中心とする曲率半径ｒの円弧Ｑ0Ｑ1を含む球面で構
成され、第２の反射構造１６-2は、点Ｐ2を中心とする
同一大きさの曲率半径ｒの円弧Ｑ0Ｑ2を含む球面で構成
されている。
【０１０３】そして、それぞれ中心点Ｐ1，Ｐ2は、第
１，２の反射構造１６-1,2の境界点Ｑ0を中心とする同
一大きさの半径ｒの円周上にあり、結合回路１５の入力
結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ及
び出力結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結合
端）Ｕは、それぞれ図１に示した反射構造１６の場合と
同様な位置関係を満たしている。
１，２の反射構造１６-1,2の境界点Ｑ0を中心とする同
一大きさの半径ｒの円周上にあり、結合回路１５の入力
結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ及
び出力結合端（すなわち、入力導波路１４の入力結合
端）Ｕは、それぞれ図１に示した反射構造１６の場合と
同様な位置関係を満たしている。
【０１０４】すなわち、結合回路１５の入力結合端（す
なわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉの光軸が、反
射構造１６の境界点Ｑ0を通るように、境界点Ｑ0を中心
とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置される。
なわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉの光軸が、反
射構造１６の境界点Ｑ0を通るように、境界点Ｑ0を中心
とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置される。
【０１０５】その上で、結合回路１５の第１の出力結合
端（すなわち、入力導波路１４の第１の入力結合端）Ｕ
1は、反射構造１６の境界点Ｑ0と第１の反射構造１６-1
の円弧の中心Ｐ1とを含む直線、すなわち軸Ｐ1Ｑ0を中
心にして、結合回路１５の入力結合端（すなわち、出力
導波路１３の出力結合端）Ｉと線対称な、境界点Ｑ0を
中心とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置され
る。
端（すなわち、入力導波路１４の第１の入力結合端）Ｕ
1は、反射構造１６の境界点Ｑ0と第１の反射構造１６-1
の円弧の中心Ｐ1とを含む直線、すなわち軸Ｐ1Ｑ0を中
心にして、結合回路１５の入力結合端（すなわち、出力
導波路１３の出力結合端）Ｉと線対称な、境界点Ｑ0を
中心とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置され
る。
【０１０６】これに対し、結合回路１５の第２の出力結
合端（すなわち、入力導波路１４の第２の入力結合端）
Ｕ2は、反射構造１６の境界点Ｑ0と第２の反射構造１６
-2の円弧の中心Ｐ2とを含む直線、すなわち軸Ｐ2Ｑ0を
中心にして、結合回路１５の入力結合端（すなわち、出
力導波路１３の出力結合端）Ｉと線対称な、境界点Ｑ0
を中心とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置され
る。
合端（すなわち、入力導波路１４の第２の入力結合端）
Ｕ2は、反射構造１６の境界点Ｑ0と第２の反射構造１６
-2の円弧の中心Ｐ2とを含む直線、すなわち軸Ｐ2Ｑ0を
中心にして、結合回路１５の入力結合端（すなわち、出
力導波路１３の出力結合端）Ｉと線対称な、境界点Ｑ0
を中心とし点Ｐ1，Ｐ2を通る半径ｒの円周上に配置され
る。
【０１０７】そして、これらの円弧からなる曲面で囲ま
れる部分はスラブ導波路１５になっている。
れる部分はスラブ導波路１５になっている。
【０１０８】この結果、結合回路１５の入力結合端Ｉと
第１の出力結合端Ｕ1、及び結合回路１５の入力結合端
Ｉと第２の出力結合端Ｕ2とは、円弧Ｑ0Ｑ1からなる第
１の反射構造１６-1、及び円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反
射構造１６-2を介して結像関係にあるので、入力結合端
Ｉからの出射光の1/2が第１の出力結合端Ｕ1と第２の出
力結合端Ｕ2とに分配され、本実施の形態に係る光信号
処理回路は、入力光を1:1の比率で二分岐する1:2光カッ
プラ６０として機能する。
第１の出力結合端Ｕ1、及び結合回路１５の入力結合端
Ｉと第２の出力結合端Ｕ2とは、円弧Ｑ0Ｑ1からなる第
１の反射構造１６-1、及び円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反
射構造１６-2を介して結像関係にあるので、入力結合端
Ｉからの出射光の1/2が第１の出力結合端Ｕ1と第２の出
力結合端Ｕ2とに分配され、本実施の形態に係る光信号
処理回路は、入力光を1:1の比率で二分岐する1:2光カッ
プラ６０として機能する。
【０１０９】なお、本実施の形態に係る1:2光カップラ
６０では、円弧Ｑ0Ｑ1からなる第１の反射構造１６-2の
中心点をＰ1とし、円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反射構造
１６-2の中心点をＰ2として形成したが、中心点をＰ2と
して円弧Ｑ0Ｑ1からなる第１の反射構造１６-1を形成
し、中心点をＰ1として円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反射
構造１６-2を形成するようにしても、1:2光カップラ６
０と同様機能の1:2光カップラが構成できる。
６０では、円弧Ｑ0Ｑ1からなる第１の反射構造１６-2の
中心点をＰ1とし、円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反射構造
１６-2の中心点をＰ2として形成したが、中心点をＰ2と
して円弧Ｑ0Ｑ1からなる第１の反射構造１６-1を形成
し、中心点をＰ1として円弧Ｑ0Ｑ2からなる第２の反射
構造１６-2を形成するようにしても、1:2光カップラ６
０と同様機能の1:2光カップラが構成できる。
【０１１０】また、本実施の形態に係る1:2光カップラ
６０において、反射構造１６の分割位置を調整すれば任
意の比率で光を分配する1:2光カップラ６０が作製でき
ることは言うまでもない。
６０において、反射構造１６の分割位置を調整すれば任
意の比率で光を分配する1:2光カップラ６０が作製でき
ることは言うまでもない。
【０１１１】図５は、図１に示した反射構造を利用した
二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成され
る光信号処理回路の構成の変形例を示す。
二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成され
る光信号処理回路の構成の変形例を示す。
【０１１２】図１に示した光信号処理回路においては、
反射構造１６と導波路１３，１４を含む面との交線が円
弧である場合を説明したが、図５に示した光信号処理回
路においては、反射構造１６と導波路１３，１４含む面
との交線が、結合回路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合
端Ｕを焦点とする楕円の弧形状となっている。
反射構造１６と導波路１３，１４を含む面との交線が円
弧である場合を説明したが、図５に示した光信号処理回
路においては、反射構造１６と導波路１３，１４含む面
との交線が、結合回路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合
端Ｕを焦点とする楕円の弧形状となっている。
【０１１３】この場合、結合回路１５の入力結合端Ｉ及
び出力結合端Ｕの光軸が交わる点をＱとし、楕円の中心
をＳとし、その短径ｂを直線ＱＳで表すと、入力結合端
Ｉと中心点Ｓとの距離ＩＳと、出力結合端Ｕと中心点Ｓ
との距離ＵＳとは同じ長さｃであって、さらに楕円の長
径をａとすると、長さｃはさらに次式で示す関係を満足
するようになっている。
び出力結合端Ｕの光軸が交わる点をＱとし、楕円の中心
をＳとし、その短径ｂを直線ＱＳで表すと、入力結合端
Ｉと中心点Ｓとの距離ＩＳと、出力結合端Ｕと中心点Ｓ
との距離ＵＳとは同じ長さｃであって、さらに楕円の長
径をａとすると、長さｃはさらに次式で示す関係を満足
するようになっている。
【０１１４】
【数１】
そして、反射構造１６は、このような関係を有する楕円
の弧形状の曲面となっている。
の弧形状の曲面となっている。
【０１１５】なお、反射構造１６の曲面は、このような
楕円の弧形状や、前述した円弧に限ることなく、例えば
放物線や双曲線により表される曲面のような、他の二次
曲線で表される二次曲面光学反射系であってもよい。
楕円の弧形状や、前述した円弧に限ることなく、例えば
放物線や双曲線により表される曲面のような、他の二次
曲線で表される二次曲面光学反射系であってもよい。
【０１１６】さらに、図１及び図５により示した反射構
造１６が円弧又楕円の弧形状を含む二次曲線で表される
二次曲面光学反射系では、等倍の結像光学系の構成を例
に説明したが、任意の倍率の結像光学系も構成すること
ができる。
造１６が円弧又楕円の弧形状を含む二次曲線で表される
二次曲面光学反射系では、等倍の結像光学系の構成を例
に説明したが、任意の倍率の結像光学系も構成すること
ができる。
【０１１７】この場合、図１及び図５において、結合回
路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕの光軸が反射構
造１６上の同一点Ｑを通り、かつ、入力結合端Ｉと点Ｑ
との間との距離ＩＱと、点Ｑと出力結合端Ｕとの間との
距離ＱＵとの関係において、次式が成り立てばよい。
路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕの光軸が反射構
造１６上の同一点Ｑを通り、かつ、入力結合端Ｉと点Ｑ
との間との距離ＩＱと、点Ｑと出力結合端Ｕとの間との
距離ＱＵとの関係において、次式が成り立てばよい。
【０１１８】
【数２】
図６は、反射構造１６を利用した二つの光導波回路１２
ａ，１２ｂの結合により構成される光信号処理回路の第
２の実施の形態を示す。
ａ，１２ｂの結合により構成される光信号処理回路の第
２の実施の形態を示す。
【０１１９】反射構造１６は、点Ｐを中心とする曲率半
径ｒの円弧からなる球面で構成されている。点Ｑは、反
射構造１６の円弧上の点を示す。
径ｒの円弧からなる球面で構成されている。点Ｑは、反
射構造１６の円弧上の点を示す。
【０１２０】ここで、点Ｔは、線分ＰＱを点Ｑの方向に
r/2の距離だけ延長した端点であり、結合回路１５の入
力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕのそれぞれ中心は、この端
点Ｔを中心とする半径rの円周上に配置されるととも
に、加えて、結合回路１５の入力結合端Ｉ（すなわち、
出力導波路１３の出力結合端）及び結合回路１５の出力
結合端Ｕ（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）の
光軸は、いずれも点Ｑを通るように配置されている。
r/2の距離だけ延長した端点であり、結合回路１５の入
力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕのそれぞれ中心は、この端
点Ｔを中心とする半径rの円周上に配置されるととも
に、加えて、結合回路１５の入力結合端Ｉ（すなわち、
出力導波路１３の出力結合端）及び結合回路１５の出力
結合端Ｕ（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）の
光軸は、いずれも点Ｑを通るように配置されている。
【０１２１】これらの点Ｑ及び端点Ｔをそれぞれ中心と
する半径rの円弧からなる曲面で囲まれる部分は、スラ
ブ導波路１５になっており、光の伝搬する部分となって
いる。
する半径rの円弧からなる曲面で囲まれる部分は、スラ
ブ導波路１５になっており、光の伝搬する部分となって
いる。
【０１２２】このとき、スラブ導波路（結合回路）１５
の入力結合端Ｉと出力結合端Ｕとの位置関係は、互いに
空間フーリエ変換の関係になる。
の入力結合端Ｉと出力結合端Ｕとの位置関係は、互いに
空間フーリエ変換の関係になる。
【０１２３】図７は、図６に示した反射構造を利用した
二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成され
る光信号処理回路の構成の変形例を示す。
二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成され
る光信号処理回路の構成の変形例を示す。
【０１２４】図６に示した光信号処理回路においては、
反射構造１６と導波路１３，１４を含む面（すなわち、
結合回路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕの光軸を
含む面）との交線が円弧である場合を説明したが、図７
に示した光信号処理回路においては、反射構造１６と導
波路１３，１４を含む面との交線が、他の二次曲線、例
えば放物線によって表されるようになっている。
反射構造１６と導波路１３，１４を含む面（すなわち、
結合回路１５の入力結合端Ｉ及び出力結合端Ｕの光軸を
含む面）との交線が円弧である場合を説明したが、図７
に示した光信号処理回路においては、反射構造１６と導
波路１３，１４を含む面との交線が、他の二次曲線、例
えば放物線によって表されるようになっている。
【０１２５】すなわち、図７においては、反射構造１６
は、結合回路１５の入力結合端Ｉを焦点とする放物線形
状になっており、さらに入力結合端Ｉの光軸が反射構造
１６と交わる放物線の頂点Ｑは、反射構造１６が除去さ
れて反射戻り光を低減させた切欠部６５となっている。
は、結合回路１５の入力結合端Ｉを焦点とする放物線形
状になっており、さらに入力結合端Ｉの光軸が反射構造
１６と交わる放物線の頂点Ｑは、反射構造１６が除去さ
れて反射戻り光を低減させた切欠部６５となっている。
【０１２６】図８は、図６で説明した第２の実施の形態
の光信号処理回路の具体的応用例としてのN:Nスター型
光カップラ７０の構成を示す。
の光信号処理回路の具体的応用例としてのN:Nスター型
光カップラ７０の構成を示す。
【０１２７】この構成では、出力導波路１３，入力導波
路１４は、各々Ｎ本の導波路アレイである。
路１４は、各々Ｎ本の導波路アレイである。
【０１２８】出力導波路１３の一つの導波路から出射さ
れた光は、反射構造１６によって平行光に変換され、入
力導波路１４の各々の導波路に分配される。
れた光は、反射構造１６によって平行光に変換され、入
力導波路１４の各々の導波路に分配される。
【０１２９】この場合、全ての導波路に光が分配されな
ければならないので、反射構造１６の曲率rと出力導波
路１３及び入力導波路１４の幅Ｄとは、次式で示す一定
の関係となっている。
ければならないので、反射構造１６の曲率rと出力導波
路１３及び入力導波路１４の幅Ｄとは、次式で示す一定
の関係となっている。
【０１３０】
【数３】
ここで、ωcは出力導波路１３及び入力導波路１４の導
波路中を伝搬する光のモード半径、λは波長、ｎcはス
ラブ導波路１５の有効屈折率、ｒは曲率半径である。
波路中を伝搬する光のモード半径、λは波長、ｎcはス
ラブ導波路１５の有効屈折率、ｒは曲率半径である。
【０１３１】スラブ導波路１５の入力結合端Ｉと出力結
合端Ｕとは互いにフーリエ変換の関係にあるため、導波
路間の結合効率の較差を減らすかあるいは結合効率を高
めるため、出力導波路１３及び入力導波路１４の出射端
近傍でのモードプロファイルが制御される。例えば、結
合効率を高める場合には導波路端をテーパ状に広げるの
がよい。
合端Ｕとは互いにフーリエ変換の関係にあるため、導波
路間の結合効率の較差を減らすかあるいは結合効率を高
めるため、出力導波路１３及び入力導波路１４の出射端
近傍でのモードプロファイルが制御される。例えば、結
合効率を高める場合には導波路端をテーパ状に広げるの
がよい。
【０１３２】図４２に示した従来の構成では、スラブ導
波路２０２に対して入出力導波路２０１ａ，２０１ｂが
放射状に接続されるため、光軸に垂直な，ある直線上の
点において等時性は満たされない。
波路２０２に対して入出力導波路２０１ａ，２０１ｂが
放射状に接続されるため、光軸に垂直な，ある直線上の
点において等時性は満たされない。
【０１３３】これに対して，図８の直線Ｘ上をある時刻
に導波した光は、別のある時刻に直線Ｙ上を同時に横切
り等時性が成立する。等時性は幾つかの光信号処理にお
いては、光パルス位置、すなわちパルスの立上り及び立
下りのタイミングを揃えておくために重要な特性であ
る。
に導波した光は、別のある時刻に直線Ｙ上を同時に横切
り等時性が成立する。等時性は幾つかの光信号処理にお
いては、光パルス位置、すなわちパルスの立上り及び立
下りのタイミングを揃えておくために重要な特性であ
る。
【０１３４】また、本具体的応用例では、曲率半径ｒを
比較的大きく取ることができ、出力導波路１３及び入力
導波路１４それぞれの結合導波路が直線状に平行に配置
されるため、光信号処理回路の設計や製作が容易とな
る。
比較的大きく取ることができ、出力導波路１３及び入力
導波路１４それぞれの結合導波路が直線状に平行に配置
されるため、光信号処理回路の設計や製作が容易とな
る。
【０１３５】図９は、反射構造１６を利用した二つの光
導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信号
処理回路の第３の実施の形態を示す。
導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信号
処理回路の第３の実施の形態を示す。
【０１３６】本構成では、図６に示した光信号処理回路
の構成と同様に、第１の結合回路１５ａの入力結合端
（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ1と光導
波回路１２ｃの入力結合端（すなわち、第１の結合回路
１５ａの出力結合端）Ｕ1、光導波回路１２ｃの出力結
合端（すなわち、第２の結合回路１５ａの入力結合端）
Ｉ2と第２の結合回路１５ａの出力結合端（すなわち、
入力導波路１４の入力結合端）Ｕ2とが、それぞれ空間
フーリエ変換の位置関係にある。
の構成と同様に、第１の結合回路１５ａの入力結合端
（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）Ｉ1と光導
波回路１２ｃの入力結合端（すなわち、第１の結合回路
１５ａの出力結合端）Ｕ1、光導波回路１２ｃの出力結
合端（すなわち、第２の結合回路１５ａの入力結合端）
Ｉ2と第２の結合回路１５ａの出力結合端（すなわち、
入力導波路１４の入力結合端）Ｕ2とが、それぞれ空間
フーリエ変換の位置関係にある。
【０１３７】これにより、出力導波路１３からの出射光
は、第１の結合回路１５ａの第１の反射構造１６ａによ
って光ビーム径が広げられた平行光となって、光導波回
路１２ｃへ入射される。その際、スラブ導波路１５（す
なわち、第１，２の結合回路１５ａ，ｂ及び光導波回路
１２ｃを含む導波路）中では幅広い光ビームとなってい
るので、光導波回路１２ｃでなく、光導波回路１２ｃの
位置に波長板、位相子、ファラデー素子、偏光板等の数
十ミクロン以上の大きさの光学部品を配置しても大きな
損失は生じないので、それらを配置することも可能であ
る。
は、第１の結合回路１５ａの第１の反射構造１６ａによ
って光ビーム径が広げられた平行光となって、光導波回
路１２ｃへ入射される。その際、スラブ導波路１５（す
なわち、第１，２の結合回路１５ａ，ｂ及び光導波回路
１２ｃを含む導波路）中では幅広い光ビームとなってい
るので、光導波回路１２ｃでなく、光導波回路１２ｃの
位置に波長板、位相子、ファラデー素子、偏光板等の数
十ミクロン以上の大きさの光学部品を配置しても大きな
損失は生じないので、それらを配置することも可能であ
る。
【０１３８】そして、光導波回路１２ｃからの出射光、
すなわちスラブ導波路１５（すなわち、第１，２の結合
回路１５ａ，ｂ及び光導波回路１２ｃを含む導波路）中
での幅広い光ビームは、第２の結合回路１５ｂの第２の
反射構造１６ｂによって集光され、入力導波路１４に入
力されるようになっている。
すなわちスラブ導波路１５（すなわち、第１，２の結合
回路１５ａ，ｂ及び光導波回路１２ｃを含む導波路）中
での幅広い光ビームは、第２の結合回路１５ｂの第２の
反射構造１６ｂによって集光され、入力導波路１４に入
力されるようになっている。
【０１３９】図１０，図１１は、図９で説明した第３の
実施の形態の光信号処理回路の具体的応用例の一つであ
る光波長合分波器８０の構成を示す。
実施の形態の光信号処理回路の具体的応用例の一つであ
る光波長合分波器８０の構成を示す。
【０１４０】ここで、図１０及び図１１の光波長合分波
器８０では、光導波回路１２ｃとして周期的溝構造８１
が配置されている。周期的溝構造８１が平行光の光軸に
平行な場合を示したものが図１０であり、平行光の光軸
に対して傾けてある場合を示したものが図１１である。
器８０では、光導波回路１２ｃとして周期的溝構造８１
が配置されている。周期的溝構造８１が平行光の光軸に
平行な場合を示したものが図１０であり、平行光の光軸
に対して傾けてある場合を示したものが図１１である。
【０１４１】図１２乃至図１４は、この周期的溝構造８
１の具体的な構成例を示したものである。
１の具体的な構成例を示したものである。
【０１４２】図１２に示した周期的溝構造８１ａでは、
光導波回路基板５０上に、溝幅（凹部幅）がｄ、溝間隔
（凸部幅）がｄ/ｎcで、溝８２が並設されて構成されて
いる。なお、ｎcは導波路の有効屈折率である。
光導波回路基板５０上に、溝幅（凹部幅）がｄ、溝間隔
（凸部幅）がｄ/ｎcで、溝８２が並設されて構成されて
いる。なお、ｎcは導波路の有効屈折率である。
【０１４３】これに対し、図１３に示した周期的溝構造
８１ｂでは、平行な２種類の溝８３，８４が所定角度を
もってそれぞれ複数ずつ交差した格子８５となってい
る。
８１ｂでは、平行な２種類の溝８３，８４が所定角度を
もってそれぞれ複数ずつ交差した格子８５となってい
る。
【０１４４】本具体例では、溝８３は、光導波回路基板
５０上に、溝幅（凹部幅）がｄ、溝間隔（凸部幅）がｄ
/ｎcで形成され、溝８４は、光導波回路基板５０上に、
溝幅（凹部幅）がｄ′、溝間隔（凸部幅）がｄ′/ｎcで
形成されており、両溝８３，８４間で、溝幅（凹部幅）
及び溝間隔（凸部幅）を異ならせて形成されている。
５０上に、溝幅（凹部幅）がｄ、溝間隔（凸部幅）がｄ
/ｎcで形成され、溝８４は、光導波回路基板５０上に、
溝幅（凹部幅）がｄ′、溝間隔（凸部幅）がｄ′/ｎcで
形成されており、両溝８３，８４間で、溝幅（凹部幅）
及び溝間隔（凸部幅）を異ならせて形成されている。
【０１４５】また、図１４に示した周期的溝構造８１ｃ
では、溝８２又は格子８５の溝幅（凹部幅）ｄや溝間隔
（凸部幅）がｄ/ｎcが一定でなく、順に溝幅（凹部幅）
ｄや溝間隔（凸部幅）ｄ/ｎcが変化するように構成され
ている。
では、溝８２又は格子８５の溝幅（凹部幅）ｄや溝間隔
（凸部幅）がｄ/ｎcが一定でなく、順に溝幅（凹部幅）
ｄや溝間隔（凸部幅）ｄ/ｎcが変化するように構成され
ている。
【０１４６】これら光導波回路基板５０上への周期的溝
構造８１の作製手順は、前述した反射構造１６のための
光導波回路基板５０上における溝作製方法と同様であ
る。
構造８１の作製手順は、前述した反射構造１６のための
光導波回路基板５０上における溝作製方法と同様であ
る。
【０１４７】これら周期的溝構造８１の格子で回折特性
は一般に強い波長-角度依存性を示し、特定の波長の光
をある角度に回折する。
は一般に強い波長-角度依存性を示し、特定の波長の光
をある角度に回折する。
【０１４８】特に、周期的溝構造８１ｂでは基本となる
格子が二種類あるので、それぞれの格子に対応する回折
が重なって現れるため、複雑な波長−角度依存性を実現
できる。
格子が二種類あるので、それぞれの格子に対応する回折
が重なって現れるため、複雑な波長−角度依存性を実現
できる。
【０１４９】また、周期的溝構造８１ｃでは緩慢な波長
−角度依存性を実現できる。
−角度依存性を実現できる。
【０１５０】そして、図１０及び図１１で説明した光波
長合分波器８０では、反射構造１６が角度の変化を集光
位置の変化に変換するため波長に依存して入力導波路１
４の異なる導波路に光が結合する。すなわち、図１０及
び図１１の構成の光信号処理回路は、光波長合分波回路
として機能する。
長合分波器８０では、反射構造１６が角度の変化を集光
位置の変化に変換するため波長に依存して入力導波路１
４の異なる導波路に光が結合する。すなわち、図１０及
び図１１の構成の光信号処理回路は、光波長合分波回路
として機能する。
【０１５１】また、周期的溝構造８１部分の保護あるい
は特性を制御するために、溝８２部分（凹部）にポリマ
ー材料や誘電体材料を充填する場合もある。
は特性を制御するために、溝８２部分（凹部）にポリマ
ー材料や誘電体材料を充填する場合もある。
【０１５２】図１５は、溝部８２部分にポリマー材料や
誘電体材料から充填材８６を充填した周期的溝構造８１
ｄを示す。
誘電体材料から充填材８６を充填した周期的溝構造８１
ｄを示す。
【０１５３】この周期的溝構造８１ｄでは、屈折率変化
が少ないため非常に鋭い波長−角度依存性を実現でき
る。この様な周期的溝構造８１の作製手順は反射構造１
６の作製手順とほぼ同様であるが、以下にその手順を説
明する。
が少ないため非常に鋭い波長−角度依存性を実現でき
る。この様な周期的溝構造８１の作製手順は反射構造１
６の作製手順とほぼ同様であるが、以下にその手順を説
明する。
【０１５４】図１６は、光導波回路基板５０上への周期
的溝構造８１ｄの形成手順を説明するための光導波回路
基板５０の断面図を示す。
的溝構造８１ｄの形成手順を説明するための光導波回路
基板５０の断面図を示す。
【０１５５】基板５０上には導波回路１３（又は１４）
が形成され、導波回路１３（又は１４）は、下部クラッ
ド層５１、コア層５２、及び上部クラッド層５３を、順
次積層して形成されている（図１６-（イ））。
が形成され、導波回路１３（又は１４）は、下部クラッ
ド層５１、コア層５２、及び上部クラッド層５３を、順
次積層して形成されている（図１６-（イ））。
【０１５６】まず、反射構造１６の形成に際して、この
導波回路１３（又は１４）上に、金属又は誘電体の薄膜
５４を形成する。
導波回路１３（又は１４）上に、金属又は誘電体の薄膜
５４を形成する。
【０１５７】この後、光導波回路基板５０の上にレジス
ト５５を塗布し、金属又は誘電体の薄膜５４をレジスト
５５でプロセス用に被覆する（図１６-（［ロ））。そ
して、レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを
描画し、レジスト５５の現像処理を行う（図１６-
（ハ））。
ト５５を塗布し、金属又は誘電体の薄膜５４をレジスト
５５でプロセス用に被覆する（図１６-（［ロ））。そ
して、レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを
描画し、レジスト５５の現像処理を行う（図１６-
（ハ））。
【０１５８】レジスト５５をマスクとして、リアクティ
ブイオンエッチング装置で薄膜５４をエッチングし、電
子ビーム描画パターンを転写する（図１６-（ニ））。
その後、残りのレジスト５５を剥離する（図１６-
（ホ））。
ブイオンエッチング装置で薄膜５４をエッチングし、電
子ビーム描画パターンを転写する（図１６-（ニ））。
その後、残りのレジスト５５を剥離する（図１６-
（ホ））。
【０１５９】その上で、光導波回路基板５０をレーザア
ブレーション装置３０の微動ステージ３９上に固定す
る。
ブレーション装置３０の微動ステージ３９上に固定す
る。
【０１６０】光導波回路基板５０上に設けられた複数の
マーカをモニタ装置で観察し、光導波回路基板５０がパ
ルス光ビーム光軸に対して垂直になるように、微動ステ
ージ３９のあおり角調節を行う。
マーカをモニタ装置で観察し、光導波回路基板５０がパ
ルス光ビーム光軸に対して垂直になるように、微動ステ
ージ３９のあおり角調節を行う。
【０１６１】同じく光導波回路基板５０上に設けられた
複数のマーカをモニタ装置で観察し、前記パターンの位
置をステージコントローラ（コントローラ）４１が認識
する。
複数のマーカをモニタ装置で観察し、前記パターンの位
置をステージコントローラ（コントローラ）４１が認識
する。
【０１６２】この後、パルス光ビームを集光レンズ３６
で集光し、微動ステージ３９を移動してパルス光ビーム
のスポットで表面を掃引してエッチングうる（図１６-
（ヘ））。この際、エッチング深さは、パルス照射回数
によって制御する。
で集光し、微動ステージ３９を移動してパルス光ビーム
のスポットで表面を掃引してエッチングうる（図１６-
（ヘ））。この際、エッチング深さは、パルス照射回数
によって制御する。
【０１６３】エッチングが終了したら、光導波回路基板
５０を微動ステージ３９から取り外し、薄膜５４を取り
除く（図１６-（ト））。
５０を微動ステージ３９から取り外し、薄膜５４を取り
除く（図１６-（ト））。
【０１６４】この後、周期的溝構造８１を構成する溝部
８２部分に、ポリマー材料や誘電体材料からなる充填材
８６を充填する。これは、蒸着やスピンコーティングに
よって行われる（図１６-（チ））。
８２部分に、ポリマー材料や誘電体材料からなる充填材
８６を充填する。これは、蒸着やスピンコーティングに
よって行われる（図１６-（チ））。
【０１６５】図１７は、反射構造１６を利用した二つの
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第４の実施の形態を示す。
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第４の実施の形態を示す。
【０１６６】本実施の形態の光信号処理回路は、図４に
おける反射構造１６-1，2を、円弧状又は二次曲線状の
周期的溝構造９１に置き換えて、光波長合分波器９０を
構成したものである。
おける反射構造１６-1，2を、円弧状又は二次曲線状の
周期的溝構造９１に置き換えて、光波長合分波器９０を
構成したものである。
【０１６７】ここで、周期的屈折率変化はその周期に対
応するBragg波長近傍の波長の光を選択的に反射するこ
とが知られている。すなわち、円弧状又は二次曲線状の
周期的溝構造を波長選択反射構造と見なすことが可能で
あり、図４において示された位置関係を利用して光波長
合分波器９０を構成することが可能である。
応するBragg波長近傍の波長の光を選択的に反射するこ
とが知られている。すなわち、円弧状又は二次曲線状の
周期的溝構造を波長選択反射構造と見なすことが可能で
あり、図４において示された位置関係を利用して光波長
合分波器９０を構成することが可能である。
【０１６８】図１７において、光導波回路基板５０上に
は、円弧状周期的溝構造９１ａ，９１ｂ及び９１ｃと、
さらにその外周部分には反射構造１６とが、それぞれ間
隔を有して同心に形成されている。
は、円弧状周期的溝構造９１ａ，９１ｂ及び９１ｃと、
さらにその外周部分には反射構造１６とが、それぞれ間
隔を有して同心に形成されている。
【０１６９】出力導波路１３からの出射光の波長λ1成
分は、円弧状周期的溝構造９１ａによって反射され、入
力導波路１４ａに結合される。同様にして波長λ2成分
は円弧状周期的溝構造９１ｂによって反射され、入力導
波路１４ｂに結合され、波長λ3成分は円弧状周期的溝
構造９１ｃによって反射され、入力導波路１４ｃに結合
される。
分は、円弧状周期的溝構造９１ａによって反射され、入
力導波路１４ａに結合される。同様にして波長λ2成分
は円弧状周期的溝構造９１ｂによって反射され、入力導
波路１４ｂに結合され、波長λ3成分は円弧状周期的溝
構造９１ｃによって反射され、入力導波路１４ｃに結合
される。
【０１７０】そして、残りの波長成分は反射構造１６に
よって反射され、入力導波路１４ｄに結合される。
よって反射され、入力導波路１４ｄに結合される。
【０１７１】図１８は、光導波回路基板５０上に形成さ
れた円弧状周期的溝構造９１の詳細を示したものであ
る。
れた円弧状周期的溝構造９１の詳細を示したものであ
る。
【０１７２】図１８は、図１５に示した周期的溝構造８
１ｄのように準じた構成となっているが、図１２に示し
た周期的溝構造８１aの形状でも良いことは言うまでも
ない。
１ｄのように準じた構成となっているが、図１２に示し
た周期的溝構造８１aの形状でも良いことは言うまでも
ない。
【０１７３】本実施の形態においては、狭帯域にするた
めに、光導波回路基板５０に形成したコア層５２の途中
までエッチングした溝構造を利用している。反射構造１
６と異なり円弧状周期的溝構造９１の反射点は波長と、
円弧状周期的溝構造９１の溝部（凹部）９２の端面９４
と溝間部（凸部）９５との屈折率差に応じて変化する。
そのため、合分波する中心波長に合わせて周期を決定す
る必要がある。一般には、反射すべき波長に対して周期
pは導波路内における光の波長の1/2の長さに設定され
る。
めに、光導波回路基板５０に形成したコア層５２の途中
までエッチングした溝構造を利用している。反射構造１
６と異なり円弧状周期的溝構造９１の反射点は波長と、
円弧状周期的溝構造９１の溝部（凹部）９２の端面９４
と溝間部（凸部）９５との屈折率差に応じて変化する。
そのため、合分波する中心波長に合わせて周期を決定す
る必要がある。一般には、反射すべき波長に対して周期
pは導波路内における光の波長の1/2の長さに設定され
る。
【０１７４】
【数４】
【数５】
【数６】
(５)'式におけるnyはコア層５２の途中までエッチング
されている部分の実効屈折率である。反射点は、位相も
含めて全周期的構造界面からの多重反射を求めて計算さ
れる。また、周期的溝構造８１ｃの構造も適用可能であ
るが、その場合の周期は一定ではなく、簡単に定式化で
きない。また、周期的溝構造８１ａや周期的溝構造８１
ｃの構造が重なり合ったものが周期的溝構造８１ｂであ
るので、周期的溝構造８１ｂの構造を利用することも可
能である。この場合は図１８において、円弧状周期的溝
構造９１が部分的に重なった構造となる。
されている部分の実効屈折率である。反射点は、位相も
含めて全周期的構造界面からの多重反射を求めて計算さ
れる。また、周期的溝構造８１ｃの構造も適用可能であ
るが、その場合の周期は一定ではなく、簡単に定式化で
きない。また、周期的溝構造８１ａや周期的溝構造８１
ｃの構造が重なり合ったものが周期的溝構造８１ｂであ
るので、周期的溝構造８１ｂの構造を利用することも可
能である。この場合は図１８において、円弧状周期的溝
構造９１が部分的に重なった構造となる。
【０１７５】また、本実施の形態では、この円弧状の周
期的溝構造９１は、狭帯域にするために、光導波回路基
板５０に形成したコア層５２の途中までエッチングした
溝構造を利用しているが、より狭帯域にする場合には上
部クラッド層５３の途中までのエッチングに留め、ポリ
マー材料や誘電体材料からなる充填材８６を溝部（凹
部）９２に充填すればよい。これに対し、より広帯域に
する場合には、下部クラッド層５１の途中までエッチン
グした後に、ポリマー材料や誘電体材料からなる充填材
８６を溝部（凹部）９２に充填すればよい。
期的溝構造９１は、狭帯域にするために、光導波回路基
板５０に形成したコア層５２の途中までエッチングした
溝構造を利用しているが、より狭帯域にする場合には上
部クラッド層５３の途中までのエッチングに留め、ポリ
マー材料や誘電体材料からなる充填材８６を溝部（凹
部）９２に充填すればよい。これに対し、より広帯域に
する場合には、下部クラッド層５１の途中までエッチン
グした後に、ポリマー材料や誘電体材料からなる充填材
８６を溝部（凹部）９２に充填すればよい。
【０１７６】さらに、本実施の形態については、周期的
溝構造９１は図示したように円弧状の構成を例に説明し
たが、周期的溝構造９１は、放物線形状、楕円形状、又
は双曲線形状といった二次曲線状であってもよい。
溝構造９１は図示したように円弧状の構成を例に説明し
たが、周期的溝構造９１は、放物線形状、楕円形状、又
は双曲線形状といった二次曲線状であってもよい。
【０１７７】図１９は、反射構造１６を利用した二つの
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第５の実施の形態を示す。
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第５の実施の形態を示す。
【０１７８】本実施の形態の構成は、トポロジカルに
は、図９に示した実施の形態に等しいが、特に有用な構
成であるので別の構成として示す。
は、図９に示した実施の形態に等しいが、特に有用な構
成であるので別の構成として示す。
【０１７９】本構成は反射構造１６を利用し、アレイ導
波路１０１を備えたアレイ導波路回折格子１００であ
る。
波路１０１を備えたアレイ導波路回折格子１００であ
る。
【０１８０】図２０は、このアレイ導波路１０１の詳細
な構成を示す。アレイ導波路１０１は、平行導波路部分
１０２，１０４と円弧状又は二次曲線状の導波路部分１
０３とから構成される。アレイ導波路１０１の各導波路
の中心間の距離をh、円弧状導波路部分１０３の円弧の
広がり角をθとする。このとき、各導波路間の光路長差
Ｌは次式で示される。
な構成を示す。アレイ導波路１０１は、平行導波路部分
１０２，１０４と円弧状又は二次曲線状の導波路部分１
０３とから構成される。アレイ導波路１０１の各導波路
の中心間の距離をh、円弧状導波路部分１０３の円弧の
広がり角をθとする。このとき、各導波路間の光路長差
Ｌは次式で示される。
【０１８１】
【数７】
Ｌ＝ｎcｈθ (６)
出力導波路１３から出射された光は、アレイ導波路１０
１の各導波路に分配され等位相で入射するが、(4)式の
光路差Ｌがあるために、波長に依存してアレイ導波路１
０１の出射部分、Ｉ 2面では等位相面が傾く。第２の反
射構造１６bでは入射角度の変化は、入力導波路１４と
の出力結合端2上での集光位置の変化に変換される。即
ち、本構成の回路は光合分波回路として機能する。
１の各導波路に分配され等位相で入射するが、(4)式の
光路差Ｌがあるために、波長に依存してアレイ導波路１
０１の出射部分、Ｉ 2面では等位相面が傾く。第２の反
射構造１６bでは入射角度の変化は、入力導波路１４と
の出力結合端2上での集光位置の変化に変換される。即
ち、本構成の回路は光合分波回路として機能する。
【０１８２】図２１は、図１６で説明した光導波回路基
板５０上への周期的溝構造８１ｄの形成手順を利用し
た、二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成
される光信号処理回路の第６の実施の形態を示す。
板５０上への周期的溝構造８１ｄの形成手順を利用し
た、二つの光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成
される光信号処理回路の第６の実施の形態を示す。
【０１８３】本実施の形態の光信号処理回路は、図１及
び図５により示した反射構造１６が円弧又楕円の弧形状
を含む二次曲線で表される二次曲面光学反射系のスラブ
導波路１５部分に、一般の光学系が持っている収差を低
減するための波面補償部１１１を形成したことを特徴と
する。この波面補償部１１１は、光信号処理回路を形成
する光導波回路基板５０上に一体的に形成されている。
び図５により示した反射構造１６が円弧又楕円の弧形状
を含む二次曲線で表される二次曲面光学反射系のスラブ
導波路１５部分に、一般の光学系が持っている収差を低
減するための波面補償部１１１を形成したことを特徴と
する。この波面補償部１１１は、光信号処理回路を形成
する光導波回路基板５０上に一体的に形成されている。
【０１８４】図２２は、光導波回路基板５０上のスラブ
導波路１５部分に、結合回路１５の入力結合端１の光軸
と交差するように形成した、この波面補償部１１１の断
面図を示す。
導波路１５部分に、結合回路１５の入力結合端１の光軸
と交差するように形成した、この波面補償部１１１の断
面図を示す。
【０１８５】波面補償部１１１は、図１６で説明した周
期的溝構造８１の作製方法と同様にして、スラブ導波路
１５部分の上部クラッド層５３、コア層５２、及び下部
クラッド層５１の一部平面を所定のパターン形状に除去
して、波面補償部形成溝１１２を形成し、この波面補償
部形成溝１１２を、上記した上部クラッド層５３、コア
層５２、及び下部クラッド層５１からなる導波路の有効
屈折率とは異なる屈折率の材料１１３で充填して作製さ
れる。この波面補償部形成溝１１２は、その溝幅が溝の
長さ方向位置によって異なるようになっている。
期的溝構造８１の作製方法と同様にして、スラブ導波路
１５部分の上部クラッド層５３、コア層５２、及び下部
クラッド層５１の一部平面を所定のパターン形状に除去
して、波面補償部形成溝１１２を形成し、この波面補償
部形成溝１１２を、上記した上部クラッド層５３、コア
層５２、及び下部クラッド層５１からなる導波路の有効
屈折率とは異なる屈折率の材料１１３で充填して作製さ
れる。この波面補償部形成溝１１２は、その溝幅が溝の
長さ方向位置によって異なるようになっている。
【０１８６】なお、この波面補償部１１１を設ける場所
は、上記位置に限らず、結合回路１５の出力結合端Ｕの
光軸と交差するよう光導波回路基板５０上のスラブ導波
路１５部分に形成してもよい。
は、上記位置に限らず、結合回路１５の出力結合端Ｕの
光軸と交差するよう光導波回路基板５０上のスラブ導波
路１５部分に形成してもよい。
【０１８７】図２３は、反射構造１６を利用した二つの
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第７の実施の形態を示す。
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第７の実施の形態を示す。
【０１８８】図２４は、図２３に示した光信号処理回路
の断面図を示す。本構成では、図６及び図９に示した光
信号処理回路の構成と同様に、第１の結合回路１５ａの
入力結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）
Ｉ1と光導波回路１２ｃの入力結合端（すなわち、第１
の結合回路１５ａの出力結合端）Ｕ1、光導波回路１２
ｃの出力結合端（すなわち、第２の結合回路１５ａの入
力結合端）Ｉ2と第２の結合回路１５ａの出力結合端
（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）Ｕ2とが、
それぞれ空間フーリエ変換の位置関係にある。
の断面図を示す。本構成では、図６及び図９に示した光
信号処理回路の構成と同様に、第１の結合回路１５ａの
入力結合端（すなわち、出力導波路１３の出力結合端）
Ｉ1と光導波回路１２ｃの入力結合端（すなわち、第１
の結合回路１５ａの出力結合端）Ｕ1、光導波回路１２
ｃの出力結合端（すなわち、第２の結合回路１５ａの入
力結合端）Ｉ2と第２の結合回路１５ａの出力結合端
（すなわち、入力導波路１４の入力結合端）Ｕ2とが、
それぞれ空間フーリエ変換の位置関係にある。
【０１８９】これにより、出力導波路１３からの出射光
は第１の反射構造１６ａによって光導波回路１２ｃへ入
射される。その際、第１の反射構造１６ａによって、ス
ラブ導波路１５（すなわち、第１，２の結合回路１５
ａ，ｂ及び光導波回路１２ｃを含む導波路）中で幅広い
光ビームとなって、スラブ導波路１５部分の上部クラッ
ド層５３、コア層５２、下部クラッド層５１、及び光導
波回路基板５０の一部平面を所定のパターン形状に除去
した光導波回路１２ｃ内の光ビーム径を広げるととも
に、光導波回路１２ｃの溝構造１２１内において離間し
て固定された一対のシリンドリカルレンズ１２２，１２
３によって、光導波回路１２ｃ内のシリンドリカルレン
ズ１２２，１２３間では光導波回路１２ｃの導波路面に
垂直な方向にも光ビームを広げて、比較的大きい光学部
品１２４をこの間に組み込むことができるようにしてい
る。
は第１の反射構造１６ａによって光導波回路１２ｃへ入
射される。その際、第１の反射構造１６ａによって、ス
ラブ導波路１５（すなわち、第１，２の結合回路１５
ａ，ｂ及び光導波回路１２ｃを含む導波路）中で幅広い
光ビームとなって、スラブ導波路１５部分の上部クラッ
ド層５３、コア層５２、下部クラッド層５１、及び光導
波回路基板５０の一部平面を所定のパターン形状に除去
した光導波回路１２ｃ内の光ビーム径を広げるととも
に、光導波回路１２ｃの溝構造１２１内において離間し
て固定された一対のシリンドリカルレンズ１２２，１２
３によって、光導波回路１２ｃ内のシリンドリカルレン
ズ１２２，１２３間では光導波回路１２ｃの導波路面に
垂直な方向にも光ビームを広げて、比較的大きい光学部
品１２４をこの間に組み込むことができるようにしてい
る。
【０１９０】この際、光学部品１２４は、その端面での
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
【０１９１】図２５は、図２３及び図２４に示した構成
の変形例を示す。本構成においては、シリンドリカルレ
ンズ１２２，１２３の代わりに円筒状の分布屈折率レン
ズ１２５，１２６を溝構造１２１内に光ビーム方向に離
間させて埋め込んである。
の変形例を示す。本構成においては、シリンドリカルレ
ンズ１２２，１２３の代わりに円筒状の分布屈折率レン
ズ１２５，１２６を溝構造１２１内に光ビーム方向に離
間させて埋め込んである。
【０１９２】この場合、分布屈折率レンズ１２５，１２
６及びスラブ導波路１５の屈折率に近い屈折率を有する
透明接着剤１２７を、溝構造１２１内に分布屈折率レン
ズ１２５，１２６を固定する際に利用し、分布屈折率レ
ンズ１２５，１２６の固定後、さらにこの透明接着剤１
２７を溝構造１２１内の隙間を充填すれば、分布屈折率
レンズ１２５，１２６表面の反射防止膜等が不要とな
り、強固に固定することができる。
６及びスラブ導波路１５の屈折率に近い屈折率を有する
透明接着剤１２７を、溝構造１２１内に分布屈折率レン
ズ１２５，１２６を固定する際に利用し、分布屈折率レ
ンズ１２５，１２６の固定後、さらにこの透明接着剤１
２７を溝構造１２１内の隙間を充填すれば、分布屈折率
レンズ１２５，１２６表面の反射防止膜等が不要とな
り、強固に固定することができる。
【０１９３】図２６は、反射構造１６を利用した二つの
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第８の実施の形態を示す。
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第８の実施の形態を示す。
【０１９４】図２７は、図２６に示した光信号処理回路
の断面図を示す。本構成では、出力導波路１３からの出
射光を反射構造１６ａによって光ビームを集光するとと
もに、スラブ導波路１５部分の上部クラッド層５３、コ
ア層５２、下部クラッド層５１、及び光導波回路基板５
０の一部平面を所定のパターン形状に除去した光導波回
路１２ｃの溝構造１２１内において離間して固定された
一対のシリンドリカルレンズ１２８，１２９によって、
光導波回路１２ｃの導波路面に垂直な方向にも光ビーム
を集光して、このシリンドリカルレンズ１２８，１２９
間に半導体レーザ等の光学部品１３０を組み込むことを
可能にしている。
の断面図を示す。本構成では、出力導波路１３からの出
射光を反射構造１６ａによって光ビームを集光するとと
もに、スラブ導波路１５部分の上部クラッド層５３、コ
ア層５２、下部クラッド層５１、及び光導波回路基板５
０の一部平面を所定のパターン形状に除去した光導波回
路１２ｃの溝構造１２１内において離間して固定された
一対のシリンドリカルレンズ１２８，１２９によって、
光導波回路１２ｃの導波路面に垂直な方向にも光ビーム
を集光して、このシリンドリカルレンズ１２８，１２９
間に半導体レーザ等の光学部品１３０を組み込むことを
可能にしている。
【０１９５】この際、光学部品１３０は、その端面での
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
【０１９６】図２８は、反射構造１６を利用した二つの
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第９の実施の形態を示す。
光導波回路１２ａ，１２ｂの結合により構成される光信
号処理回路の第９の実施の形態を示す。
【０１９７】図２９は、図２８に示した光信号処理回路
の断面図を示す。本構成では、出力導波路１３からの出
射光を反射構造１６ａによって光ビーム径を広げた平行
光にするとともに、スラブ導波路１５部分の上部クラッ
ド層５３、コア層５２、下部クラッド層５１、及び光導
波回路基板５０の一部平面を所定のパターン形状に除去
した光導波回路１２ｃの溝構造１２１内において離間し
て固定された一対のシリンドリカルレンズ１３１，１３
２によって、光導波回路１２ｃの導波路面に垂直な方向
には光ビームを集光して、このシリンドリカルレンズ１
３１，１３２間にフォトダイオードアレイ等の光学部品
１３３を組み込むことを可能にしている。
の断面図を示す。本構成では、出力導波路１３からの出
射光を反射構造１６ａによって光ビーム径を広げた平行
光にするとともに、スラブ導波路１５部分の上部クラッ
ド層５３、コア層５２、下部クラッド層５１、及び光導
波回路基板５０の一部平面を所定のパターン形状に除去
した光導波回路１２ｃの溝構造１２１内において離間し
て固定された一対のシリンドリカルレンズ１３１，１３
２によって、光導波回路１２ｃの導波路面に垂直な方向
には光ビームを集光して、このシリンドリカルレンズ１
３１，１３２間にフォトダイオードアレイ等の光学部品
１３３を組み込むことを可能にしている。
【０１９８】この際、光学部品１３３は、その端面での
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
反射を押さえるために、光ビームの方向に対した斜めに
傾けて部品を取り付けることも可能になる。
【０１９９】図３０は、反射構造を利用して光導波路を
多段に接続した疑似位相整合構造を有する光信号処理回
路の第１０の実施の形態を示す。ここで、光導波路基板
５０は、本実施の形態ではLiNbO3で出来ている。また、
単一モード光導波路３０２ａ〜３０２ｅはチタンを拡散
してコアを形成する。スラブ導波路３０３ａ、３０３ｂ
は、同様にチタンが拡散されて構成されている。また、
周期的分極反転構造３０４は、周期的に分極を反転させ
る疑似位相整合部分である。その周期に対応する波数
が、例えば、２次高調波発生においては、基本波の伝搬
定数の２倍と二次高調波の伝搬定数の差を補償するの
で、長い領域に渡って位相整合を実現することが可能で
ある。反射構造３０５ａ〜３０５ｄは、各々の単一モー
ド導波路間を結合する。一般に２次の光非線形効果（２
次高調波発生、和周波発生、差周波発生、パラメトリッ
ク増幅等）の効率は導波路長の二乗に比例する。従来、
基板の大きさによって制限されてきたこれらの効率を、
反射構造３０５ａ〜３０５ｄを用いて多段に接続し長尺
化することで飛躍的に増大できることが期待される。す
なわち、本実施の形態に従えば、非線形効果が飽和しな
い前提で、効率は２５（＝５×５）倍に増大することに
なる。これらの効果を利用して、光通信における波長変
換や光メモリに必要な短波長レーザ光を２次高調波発生
によって得る光信号処理回路が構成可能である。
多段に接続した疑似位相整合構造を有する光信号処理回
路の第１０の実施の形態を示す。ここで、光導波路基板
５０は、本実施の形態ではLiNbO3で出来ている。また、
単一モード光導波路３０２ａ〜３０２ｅはチタンを拡散
してコアを形成する。スラブ導波路３０３ａ、３０３ｂ
は、同様にチタンが拡散されて構成されている。また、
周期的分極反転構造３０４は、周期的に分極を反転させ
る疑似位相整合部分である。その周期に対応する波数
が、例えば、２次高調波発生においては、基本波の伝搬
定数の２倍と二次高調波の伝搬定数の差を補償するの
で、長い領域に渡って位相整合を実現することが可能で
ある。反射構造３０５ａ〜３０５ｄは、各々の単一モー
ド導波路間を結合する。一般に２次の光非線形効果（２
次高調波発生、和周波発生、差周波発生、パラメトリッ
ク増幅等）の効率は導波路長の二乗に比例する。従来、
基板の大きさによって制限されてきたこれらの効率を、
反射構造３０５ａ〜３０５ｄを用いて多段に接続し長尺
化することで飛躍的に増大できることが期待される。す
なわち、本実施の形態に従えば、非線形効果が飽和しな
い前提で、効率は２５（＝５×５）倍に増大することに
なる。これらの効果を利用して、光通信における波長変
換や光メモリに必要な短波長レーザ光を２次高調波発生
によって得る光信号処理回路が構成可能である。
【０２００】反射構造３０５ａ〜３０５ｄの作製法と構
造は、第１及び第２実施の形態の同じであるので、その
説明は省略する。
造は、第１及び第２実施の形態の同じであるので、その
説明は省略する。
【０２０１】本実施の形態では、光導波路基板５０上に
多数の反射構造３０５ａ〜３０５ｄを設けて相互作用長
を増大させた、高効率な周期的分極反転構造による疑似
位相整合部を持つ光非線形回路を実現した。小型な光導
波路基板であっても折り返し構造で多段化することによ
って相互作用長の増大を実現した。非線形素子の効率が
長さの二乗に比例することから、効率を10-100倍に引き
上げ、飽和領域まで高めることが可能になる。即ち、低
励起パワーでの波長変換や２次高調波発生が可能にな
り、回路の小型化、低消費電力化、低雑音化が実現され
る。
多数の反射構造３０５ａ〜３０５ｄを設けて相互作用長
を増大させた、高効率な周期的分極反転構造による疑似
位相整合部を持つ光非線形回路を実現した。小型な光導
波路基板であっても折り返し構造で多段化することによ
って相互作用長の増大を実現した。非線形素子の効率が
長さの二乗に比例することから、効率を10-100倍に引き
上げ、飽和領域まで高めることが可能になる。即ち、低
励起パワーでの波長変換や２次高調波発生が可能にな
り、回路の小型化、低消費電力化、低雑音化が実現され
る。
【０２０２】図３１は、反射構造を利用して光導波路を
多段に接続した疑似位相整合構造を有する光信号処理回
路の第１１の実施の形態を示す。ここでは、図３２に示
すように、単一モード光導波路３０２ａ〜３０２ｉのコ
ア部を切断する溝構造３０６を形成し、その側壁３０７
を全反射ミラーとして機能させることによって、単一モ
ード導波路３０２ａ〜３０２ｉが多段に接続された疑似
位相整合を有する光信号処理回路を構成する。一般に、
導波路材料の屈折率は空気の屈折率よりも十分に大きい
ので、側壁に金属層を設けなくとも高い反射率が得られ
るが、側面を保護するために金属層等の保護膜を設けて
も良い。
多段に接続した疑似位相整合構造を有する光信号処理回
路の第１１の実施の形態を示す。ここでは、図３２に示
すように、単一モード光導波路３０２ａ〜３０２ｉのコ
ア部を切断する溝構造３０６を形成し、その側壁３０７
を全反射ミラーとして機能させることによって、単一モ
ード導波路３０２ａ〜３０２ｉが多段に接続された疑似
位相整合を有する光信号処理回路を構成する。一般に、
導波路材料の屈折率は空気の屈折率よりも十分に大きい
ので、側壁に金属層を設けなくとも高い反射率が得られ
るが、側面を保護するために金属層等の保護膜を設けて
も良い。
【０２０３】本実施の形態では、チタン拡散コアのLiNb
O3導波路を利用して説明したが、基板としてMg ドープL
iNbO3、LiTaO3、KTiOPO4、RbTiOPO4を利用しても良いこ
とは言うまでもない。また、コア層作製にLi-プロトン
交換を利用しても良いことは言うまでもない。
O3導波路を利用して説明したが、基板としてMg ドープL
iNbO3、LiTaO3、KTiOPO4、RbTiOPO4を利用しても良いこ
とは言うまでもない。また、コア層作製にLi-プロトン
交換を利用しても良いことは言うまでもない。
【０２０４】本実施の形態に示す方法では、レーザによ
るサブミクロンスケール以下の加工を実現するために、
ある方向に対して加工用レーザ波長以上の長さで、別の
方向に対して波長以下の長さのパターンを利用する微細
構造作製方法を明らかにした。殆どの光信号処理回路で
は、信号光の伝搬する向きは一方向であるので、パター
ンの微細方向と信号光の伝搬方向を一致させれば、信号
光に対しては十分に微細な構造を実現することが可能と
なる。例えば、微細構造を設けることで材料を変えずに
有効屈折率を変化／制御することが可能となる。これに
よって、光信号処理回路設計の自由度が飛躍的に増大す
る。
るサブミクロンスケール以下の加工を実現するために、
ある方向に対して加工用レーザ波長以上の長さで、別の
方向に対して波長以下の長さのパターンを利用する微細
構造作製方法を明らかにした。殆どの光信号処理回路で
は、信号光の伝搬する向きは一方向であるので、パター
ンの微細方向と信号光の伝搬方向を一致させれば、信号
光に対しては十分に微細な構造を実現することが可能と
なる。例えば、微細構造を設けることで材料を変えずに
有効屈折率を変化／制御することが可能となる。これに
よって、光信号処理回路設計の自由度が飛躍的に増大す
る。
【０２０５】図３３は、レーザアブレーション加工によ
り、加工用のレーザ光の波長λmよりも微細な構造を作
製する手順を説明するための光導波回路基板５０の断面
図を示す。 (1)光導波回路上に金属あるいは誘電体の薄膜５４を形
成する（図３３-（イ））。ここで、５０は光導波回路
基板、５１は下部クラッド層、５２はコア層、５３は上
部クラッド層である。 (2)薄膜５４上にレジスト５５を塗布する（図３３-
（ロ））。 (3)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (4)レジスト５５の現像処理を行う（図３３-（ハ））。 (5)レジスト５５をマスクとしてリアクティブイオンエ
ッチング装置で薄膜５４をエッチングし電子ビーム描画
パターンを転写する（図３３-（ニ））。 (6)レジスト５５を剥離する（図３３-（ホ））。 (7)光導波回路基板５０をステージ上に固定する。 (8)光導波回路基板５０上に設けられた複数のマーカを
モニタ装置で観察し、光導波回路基板５０がレーザビー
ム光軸に対して垂直になるようにあおり角調節を行う。 (9)光導波回路基板５０上に設けられた複数のマーカを
モニタ装置で観察し、前記パターンの位置をステージコ
ントローラが認識する。 (10)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光の
スポットで表面を掃引してエッチングする（図３３-
（ヘ））。 (11)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御す
る。 (12)ステージから取り外し、薄膜５４を取り除く（図３
３-（ト））。 (13)必要に応じて溝部分にポリマー材料や誘電体材料８
６を充填する。これは、蒸着やスピンコーティングによ
って行われる（図３３-（チ））。
り、加工用のレーザ光の波長λmよりも微細な構造を作
製する手順を説明するための光導波回路基板５０の断面
図を示す。 (1)光導波回路上に金属あるいは誘電体の薄膜５４を形
成する（図３３-（イ））。ここで、５０は光導波回路
基板、５１は下部クラッド層、５２はコア層、５３は上
部クラッド層である。 (2)薄膜５４上にレジスト５５を塗布する（図３３-
（ロ））。 (3)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (4)レジスト５５の現像処理を行う（図３３-（ハ））。 (5)レジスト５５をマスクとしてリアクティブイオンエ
ッチング装置で薄膜５４をエッチングし電子ビーム描画
パターンを転写する（図３３-（ニ））。 (6)レジスト５５を剥離する（図３３-（ホ））。 (7)光導波回路基板５０をステージ上に固定する。 (8)光導波回路基板５０上に設けられた複数のマーカを
モニタ装置で観察し、光導波回路基板５０がレーザビー
ム光軸に対して垂直になるようにあおり角調節を行う。 (9)光導波回路基板５０上に設けられた複数のマーカを
モニタ装置で観察し、前記パターンの位置をステージコ
ントローラが認識する。 (10)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光の
スポットで表面を掃引してエッチングする（図３３-
（ヘ））。 (11)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御す
る。 (12)ステージから取り外し、薄膜５４を取り除く（図３
３-（ト））。 (13)必要に応じて溝部分にポリマー材料や誘電体材料８
６を充填する。これは、蒸着やスピンコーティングによ
って行われる（図３３-（チ））。
【０２０６】本方法で従来の方法と異なるのは、電子ビ
ーム描画装置で描くパターンの形状である。図３４に示
すように、薄膜５４が剥離されているパターン寸法が、
即ち窓寸法が、二つの直交する方向で大きく異なる。本
方法では、窓短手方向長さLx1がλmよりも短く、窓長手
方向長さLyがλmよりも長い。例えば、薄膜５４が金属
膜である場合、電界の振動面をLy方向にすると、レーザ
光は窓を波長長さ程度しか透過することが出来ないが、
電界の振動面をLx方向にすると窓を透過する。即ち、加
工用のレーザの偏光面を調整して、電界の振動面をLx方
向にすることによって、ある方向に対して波長よりも微
細な構造をアブレーションによって作製することが出来
る。一般に光導波路を伝搬する光は、例えば図中のA→B
のようにある光軸に沿って伝搬する。そこで、Lx1＋Lx2
（Lx2：窓間間隔）を光導波路伝搬光の導波路内波長に
比較して十分短く、例えば２５％以下にすれば、伝搬す
る光は微細構造の平均的屈折率を感受するのみで、周期
に対応した回折光は生じない。また、図中のC→Dの方向
に伝搬する光に対しては、Lx1＋Lx2を光導波路伝搬光の
導波路内波長に比較して８０％以下にすれば、回折光は
生じない。即ち、本方法によって材料の等価屈折率を制
御することが可能である。
ーム描画装置で描くパターンの形状である。図３４に示
すように、薄膜５４が剥離されているパターン寸法が、
即ち窓寸法が、二つの直交する方向で大きく異なる。本
方法では、窓短手方向長さLx1がλmよりも短く、窓長手
方向長さLyがλmよりも長い。例えば、薄膜５４が金属
膜である場合、電界の振動面をLy方向にすると、レーザ
光は窓を波長長さ程度しか透過することが出来ないが、
電界の振動面をLx方向にすると窓を透過する。即ち、加
工用のレーザの偏光面を調整して、電界の振動面をLx方
向にすることによって、ある方向に対して波長よりも微
細な構造をアブレーションによって作製することが出来
る。一般に光導波路を伝搬する光は、例えば図中のA→B
のようにある光軸に沿って伝搬する。そこで、Lx1＋Lx2
（Lx2：窓間間隔）を光導波路伝搬光の導波路内波長に
比較して十分短く、例えば２５％以下にすれば、伝搬す
る光は微細構造の平均的屈折率を感受するのみで、周期
に対応した回折光は生じない。また、図中のC→Dの方向
に伝搬する光に対しては、Lx1＋Lx2を光導波路伝搬光の
導波路内波長に比較して８０％以下にすれば、回折光は
生じない。即ち、本方法によって材料の等価屈折率を制
御することが可能である。
【０２０７】図３５は、本発明の第１２の実施の形態に
係る、電子ビーム露光法により、サブミクロンスケール
の微細な構造を作製する方法を示す。図３５（イ）にお
いて、５０は光導波路基板、５１は下部クラッド層、５
２はコア層、５３は上部クラッド層である。 (1)光導波回路基板５０の上部クラッド層５３上にレジ
スト５５を塗布する（図３５-（ロ））。 (2)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (3)レジスト５５の現像処理を行う（図３５-（ハ））。 (4)レジスト５５の上から更に上部クラッド層５３を作
製する。例えば、ポリマー導波路材料を利用すれば、ス
ピンコーターで材料を塗布してレジスト５５を埋め込
み、重合、硬化させればよい（図３５-（ニ））。
係る、電子ビーム露光法により、サブミクロンスケール
の微細な構造を作製する方法を示す。図３５（イ）にお
いて、５０は光導波路基板、５１は下部クラッド層、５
２はコア層、５３は上部クラッド層である。 (1)光導波回路基板５０の上部クラッド層５３上にレジ
スト５５を塗布する（図３５-（ロ））。 (2)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (3)レジスト５５の現像処理を行う（図３５-（ハ））。 (4)レジスト５５の上から更に上部クラッド層５３を作
製する。例えば、ポリマー導波路材料を利用すれば、ス
ピンコーターで材料を塗布してレジスト５５を埋め込
み、重合、硬化させればよい（図３５-（ニ））。
【０２０８】また、レジスト５５をコア層５２内に設け
て、同様にコア層５２の残りと上部クラッド層５３を構
成しても良い。（図３５-（ホ））。
て、同様にコア層５２の残りと上部クラッド層５３を構
成しても良い。（図３５-（ホ））。
【０２０９】また、レジスト５５を下部クラッド層５１
に設けて、同様に下部クラッド層５１の残り、コア層５
２及び上部クラッド層５３を構成しても良い（図３５-
（ヘ））。
に設けて、同様に下部クラッド層５１の残り、コア層５
２及び上部クラッド層５３を構成しても良い（図３５-
（ヘ））。
【０２１０】ここで、上部クラッド層５３又は下部クラ
ッド層５１にレジスト５５を埋め込む場合には、導波す
る光の電界強度がコア層５２の１／１０以上である領域
に埋め込むことで、導波する光の強度に実質的な影響を
与え回折格子などを構成することができる。
ッド層５１にレジスト５５を埋め込む場合には、導波す
る光の電界強度がコア層５２の１／１０以上である領域
に埋め込むことで、導波する光の強度に実質的な影響を
与え回折格子などを構成することができる。
【０２１１】本実施の形態では、ポリマー導波路におい
て、微細にパターニングされたレジストを導波路構成材
料として利用し、導波路内に埋め込むことによって、高
価なエッチング装置を利用せずに回折格子などを含む光
信号処理回路を構成することが可能になる。
て、微細にパターニングされたレジストを導波路構成材
料として利用し、導波路内に埋め込むことによって、高
価なエッチング装置を利用せずに回折格子などを含む光
信号処理回路を構成することが可能になる。
【０２１２】図３６は、本発明の第１３の実施の形態に
係る、イオン注入法により、サブミクロンスケールの微
細な構造を作製する方法を示す。図３６（イ）におい
て、５０は光導波路基板、５１は下部クラッド層、５２
はコア層、５３は上部クラッド層である。 (1)光導波回路基板５０の上部クラッド層５３上に金属
あるいは誘電体の薄膜５４を形成し、薄膜５４上にレジ
スト５５を塗布する（図３６-（ロ））。 (2)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (3)レジスト５５の現像処理を行う（図３６-（ハ））。 (4)レジスト５５をマスクとしてリアクティブイオンエ
ッチング装置で５４をエッチングし電子ビーム描画パタ
ーンを転写する（図３６-（ニ））。 (5)レジスト５５を剥離する（図３６-（ホ））。 (6)イオンを加速して注入する。例えば、ポリマー導波
路には、H+、F+、ないし希ガスイオンを注入して低屈折
率部を作製することが出来る。高屈折率部の作製には、
C+、Si+、O+、N+、S+、を注入すればよい。また、石英
導波路には、H+、F+、B+、O+、C+、N+ないし希ガスイオ
ンを注入して低屈折率部を作製することが出来る。高屈
折率部の作製には、Si+、Ge+、Ti+、Ta+、P+、Al+、Z
r+、希土類元素イオンを注入すればよい。また、誘電体
導波路には、H+、F+、B+、O+、C+、N+ないし希ガスイオ
ンを注入して低屈折率部を作製することが出来る。高屈
折率部の作製には、Si+、Ge+、Ti+、Ta+、P+、Al+、Z
r+、Mg+、希土類元素イオンを注入すればよい。イオン
注入に多価のイオンを用いても良いことは言うまでもな
い（図３６-（ヘ））。 (7)薄膜５４を取り除く（図３６-（ト））。 (8)必要に応じて上部クラッド層５３の厚みを増やす
（図３６-（チ））。
係る、イオン注入法により、サブミクロンスケールの微
細な構造を作製する方法を示す。図３６（イ）におい
て、５０は光導波路基板、５１は下部クラッド層、５２
はコア層、５３は上部クラッド層である。 (1)光導波回路基板５０の上部クラッド層５３上に金属
あるいは誘電体の薄膜５４を形成し、薄膜５４上にレジ
スト５５を塗布する（図３６-（ロ））。 (2)レジスト５５に電子ビーム描画装置でパターンを描
画する。 (3)レジスト５５の現像処理を行う（図３６-（ハ））。 (4)レジスト５５をマスクとしてリアクティブイオンエ
ッチング装置で５４をエッチングし電子ビーム描画パタ
ーンを転写する（図３６-（ニ））。 (5)レジスト５５を剥離する（図３６-（ホ））。 (6)イオンを加速して注入する。例えば、ポリマー導波
路には、H+、F+、ないし希ガスイオンを注入して低屈折
率部を作製することが出来る。高屈折率部の作製には、
C+、Si+、O+、N+、S+、を注入すればよい。また、石英
導波路には、H+、F+、B+、O+、C+、N+ないし希ガスイオ
ンを注入して低屈折率部を作製することが出来る。高屈
折率部の作製には、Si+、Ge+、Ti+、Ta+、P+、Al+、Z
r+、希土類元素イオンを注入すればよい。また、誘電体
導波路には、H+、F+、B+、O+、C+、N+ないし希ガスイオ
ンを注入して低屈折率部を作製することが出来る。高屈
折率部の作製には、Si+、Ge+、Ti+、Ta+、P+、Al+、Z
r+、Mg+、希土類元素イオンを注入すればよい。イオン
注入に多価のイオンを用いても良いことは言うまでもな
い（図３６-（ヘ））。 (7)薄膜５４を取り除く（図３６-（ト））。 (8)必要に応じて上部クラッド層５３の厚みを増やす
（図３６-（チ））。
【０２１３】本実施の形態では、適切なイオンと導波路
材料の組み合わせを明らかにしたイオン注入による屈折
率制御法を考案した。イオン注入はシリコンLSI製造で
は、標準的なプロセスであり、適当なイオンを大型基板
に一様に注入することが可能である。即ち、電子ビーム
描画と組み合わせることで微小な屈折率制御を容易に行
うことが可能になり、光信号処理回路の設計の自由度が
高まる。
材料の組み合わせを明らかにしたイオン注入による屈折
率制御法を考案した。イオン注入はシリコンLSI製造で
は、標準的なプロセスであり、適当なイオンを大型基板
に一様に注入することが可能である。即ち、電子ビーム
描画と組み合わせることで微小な屈折率制御を容易に行
うことが可能になり、光信号処理回路の設計の自由度が
高まる。
【０２１４】図３７は、本発明の第１４の実施の形態に
係る、微細パターン転写法によって、サブミクロンスケ
ールの微細屈折率制御構造をポリマー導波路に作製する
方法を示す。 (1)微細構造の凹凸パターンを電子ビーム露光法等で予
め、石英基板４０１上に作製する。また、石英基板上に
は位置合わせ用パターン４０２があり、微細パターン上
には、NiやTa等の金属４０３が蒸着されている（図３７
-（ア））。 (2)マスクアライナー等を利用して、位置合わせパター
ンを合わせて、石英基板４０１を金型としてポリマー導
波路基板４０４に押しつけてポリマー導波路基板４０４
に微細構造凹凸パターンのレプリカを形成する（図３７
-（イ）、（ウ）、（エ））。 (3)必要に応じて上部クラッド層の厚みを増やす（図３
７-（オ））。
係る、微細パターン転写法によって、サブミクロンスケ
ールの微細屈折率制御構造をポリマー導波路に作製する
方法を示す。 (1)微細構造の凹凸パターンを電子ビーム露光法等で予
め、石英基板４０１上に作製する。また、石英基板上に
は位置合わせ用パターン４０２があり、微細パターン上
には、NiやTa等の金属４０３が蒸着されている（図３７
-（ア））。 (2)マスクアライナー等を利用して、位置合わせパター
ンを合わせて、石英基板４０１を金型としてポリマー導
波路基板４０４に押しつけてポリマー導波路基板４０４
に微細構造凹凸パターンのレプリカを形成する（図３７
-（イ）、（ウ）、（エ））。 (3)必要に応じて上部クラッド層の厚みを増やす（図３
７-（オ））。
【０２１５】本説明図では、上部クラッド層まで出来て
いる基板に微細屈折率制御構造を構成するように記載し
たが、下部クラッド層に凹凸を形成してコア層と上部ク
ラッド層を作製しても良いし、コア層に凹凸を形成して
上部クラッド層を作製しても良い。
いる基板に微細屈折率制御構造を構成するように記載し
たが、下部クラッド層に凹凸を形成してコア層と上部ク
ラッド層を作製しても良いし、コア層に凹凸を形成して
上部クラッド層を作製しても良い。
【０２１６】本実施の形態では、微細構造を持つ金型を
作製し、金型をポリマー導波路基板に押しつけることに
よって微細構造を転写する光信号光信号処理回路構成法
を実現した。本方法では、一つの金型を正確に作れば、
多数の光信号処理回路の微細構造を次々に転写して構成
できるので、高速に微細構造を有する光信号処理回路を
作製することが可能である。また、転写には、市販のマ
スクアライナー装置を転用することが出来るので容易か
つ低コストな作製が可能である。
作製し、金型をポリマー導波路基板に押しつけることに
よって微細構造を転写する光信号光信号処理回路構成法
を実現した。本方法では、一つの金型を正確に作れば、
多数の光信号処理回路の微細構造を次々に転写して構成
できるので、高速に微細構造を有する光信号処理回路を
作製することが可能である。また、転写には、市販のマ
スクアライナー装置を転用することが出来るので容易か
つ低コストな作製が可能である。
【０２１７】図３８は、第１１乃至１４の実施の形態に
示した何れかの方法を利用して構成するTE／TMモード分
波回路を示す。ここで、入力導波路７０１に対して、反
射構造７０２ａは入力導波路７０１からの出射光を平行
光に変換する、すなわち、コリメートする。反射構造７
０２ｂ、７０２ｃはモード分離構造７０３によって分離
された各モードの光を出力導波路７０４ａ、７０４ｂに
結合する。図３９は、モード分離構造７０３の詳細を示
す。モード分離構造７０３は高屈折率部７０５と低屈折
率部７０６から構成され周期的構造を有する。図には示
されていないが、入出力導波路７０１、７０４ａ、７０
４ｂ以外で、光が伝搬する部分はスラブ導波路である。
各々の法線方向の長さと屈折率を、それぞれ、ｎh、ｄ
h、ｎl、ｄlとする。また、光の伝搬方向と法線方向の
なす角をθg、高屈折率部７０５における光の伝搬方向
と法線方向のなす角をθh、低屈折率部７０６における
光の伝搬方向と法線方向のなす角をθl、真空中におけ
る伝搬光の波長と屈折率をλ0、ｎgとする。このとき、
以下の関係が成立するように屈折率と長さが決められ
る。
示した何れかの方法を利用して構成するTE／TMモード分
波回路を示す。ここで、入力導波路７０１に対して、反
射構造７０２ａは入力導波路７０１からの出射光を平行
光に変換する、すなわち、コリメートする。反射構造７
０２ｂ、７０２ｃはモード分離構造７０３によって分離
された各モードの光を出力導波路７０４ａ、７０４ｂに
結合する。図３９は、モード分離構造７０３の詳細を示
す。モード分離構造７０３は高屈折率部７０５と低屈折
率部７０６から構成され周期的構造を有する。図には示
されていないが、入出力導波路７０１、７０４ａ、７０
４ｂ以外で、光が伝搬する部分はスラブ導波路である。
各々の法線方向の長さと屈折率を、それぞれ、ｎh、ｄ
h、ｎl、ｄlとする。また、光の伝搬方向と法線方向の
なす角をθg、高屈折率部７０５における光の伝搬方向
と法線方向のなす角をθh、低屈折率部７０６における
光の伝搬方向と法線方向のなす角をθl、真空中におけ
る伝搬光の波長と屈折率をλ0、ｎgとする。このとき、
以下の関係が成立するように屈折率と長さが決められ
る。
【０２１８】
【数８】
これらの関係が満たされるとき、TEモード（導波路面内
の伝搬方向と直交する向きにのみ電界成分を持つモー
ド）は透過し、TMモード（導波路面内の伝搬方向と直交
する向きにのみ磁界成分を持つモード）の一部は反射す
る。十分にモード分離構造７０３が大きければ、ほとん
どのTMモード光は反射され、本回路はTE／TMモード分波
回路として機能する。第１１乃至１４の実施の形態の方
法でモード分離構造７０３を構成するためのパターンの
例を図４０及び図４１に示す。有効屈折率の変化は微細
構造パターンの密度に比例する。パターンの密度の高い
領域C1と密度の低い領域C2を図に示したようなパターン
を利用して作製することが可能である。C1及びC2を低
（高）屈折率部、高（低）屈折率部とすれば、第１１乃
至１４の実施の形態が実現される。
の伝搬方向と直交する向きにのみ電界成分を持つモー
ド）は透過し、TMモード（導波路面内の伝搬方向と直交
する向きにのみ磁界成分を持つモード）の一部は反射す
る。十分にモード分離構造７０３が大きければ、ほとん
どのTMモード光は反射され、本回路はTE／TMモード分波
回路として機能する。第１１乃至１４の実施の形態の方
法でモード分離構造７０３を構成するためのパターンの
例を図４０及び図４１に示す。有効屈折率の変化は微細
構造パターンの密度に比例する。パターンの密度の高い
領域C1と密度の低い領域C2を図に示したようなパターン
を利用して作製することが可能である。C1及びC2を低
（高）屈折率部、高（低）屈折率部とすれば、第１１乃
至１４の実施の形態が実現される。
【０２１９】本実施の形態では、TE／TMモード合分波回
路の構成法を明らかにした。本回路は、全導波路型の偏
光合分波回路として機能する。これによって、従来偏光
ビームスプリッターやファイバコリメータ等を利用して
偏光合分波回路を構成していたのに対し、本実施の形態
に示す導波路に集積化した回路は、小型であり、かつ、
信頼性が高い。
路の構成法を明らかにした。本回路は、全導波路型の偏
光合分波回路として機能する。これによって、従来偏光
ビームスプリッターやファイバコリメータ等を利用して
偏光合分波回路を構成していたのに対し、本実施の形態
に示す導波路に集積化した回路は、小型であり、かつ、
信頼性が高い。
【０２２０】以上、本発明に係る光信号処理回路につい
て、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発
明は、前記実施の形態に限定されるべきものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは勿論である。例えば、本発明の光信号処理回路
は、石英系導波路、ポリマー系導波路、LiNbO3導波路、
化合物半導体導波路等、何れの材料系の光導波路にも適
用可能である。
て、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発
明は、前記実施の形態に限定されるべきものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは勿論である。例えば、本発明の光信号処理回路
は、石英系導波路、ポリマー系導波路、LiNbO3導波路、
化合物半導体導波路等、何れの材料系の光導波路にも適
用可能である。
【０２２１】第１０の実施の形態（図３０）及び第１１
の実施の形態（図３１）に示す光非線形工学材料である
周期的分極反転構造に代えて、ランタノイド系希土類元
素又はCrが添加されたYIG、GGG、YAG、サファイア、LiN
bO3、BaYiO3、LiTaO3、石英、若しくは、ガラスなどの
光増幅材料を用いても良い。
の実施の形態（図３１）に示す光非線形工学材料である
周期的分極反転構造に代えて、ランタノイド系希土類元
素又はCrが添加されたYIG、GGG、YAG、サファイア、LiN
bO3、BaYiO3、LiTaO3、石英、若しくは、ガラスなどの
光増幅材料を用いても良い。
【０２２２】産業上の利用の可能性
以上のように、本発明に係る光信号処理回路及びその製
造方法によれば、次のような効果を奏する。
造方法によれば、次のような効果を奏する。
【０２２３】本発明の光信号処理回路によれば、従来の
反射構造を含まない光導波回路では実現できなかった機
能である。第１，２結合端Ｉ，Ｕとが互いに等倍又は任
意の倍率の結像関係になる。
反射構造を含まない光導波回路では実現できなかった機
能である。第１，２結合端Ｉ，Ｕとが互いに等倍又は任
意の倍率の結像関係になる。
【０２２４】これにより、例えば、従来最も多用されて
いる光ファイバを平行に融着させた方向性結合器型光カ
ップラに対して、本発明の光信号処理回路を適用した場
合、次のような利点を奏することができるようになる。 (a) 方向性結合型カップラは原理的に結合効率が波長に
依存するのに対して、本発明の光カップラは波長依存性
がない。 (b) 方向性結合型カップラの分岐比率は融着する光ファ
イバの間の距離と融着長さで制御するが微調することが
困難であるため比率の精度を高めることが出来ないが、
本発明の光信号処理回路を適用した光カップラは、反射
構造の分割位置によって幾何学的に比率を定めることが
出来るので、高精度な比率の制御が可能になる。 (c) 光ファイバカップラでは、その寸法は終端処理部も
含めて数cmであるが、本発明の光信号処理回路を適用す
れば、光カップラの寸法は数mmとなり、大幅な小型化が
可能になる。
いる光ファイバを平行に融着させた方向性結合器型光カ
ップラに対して、本発明の光信号処理回路を適用した場
合、次のような利点を奏することができるようになる。 (a) 方向性結合型カップラは原理的に結合効率が波長に
依存するのに対して、本発明の光カップラは波長依存性
がない。 (b) 方向性結合型カップラの分岐比率は融着する光ファ
イバの間の距離と融着長さで制御するが微調することが
困難であるため比率の精度を高めることが出来ないが、
本発明の光信号処理回路を適用した光カップラは、反射
構造の分割位置によって幾何学的に比率を定めることが
出来るので、高精度な比率の制御が可能になる。 (c) 光ファイバカップラでは、その寸法は終端処理部も
含めて数cmであるが、本発明の光信号処理回路を適用す
れば、光カップラの寸法は数mmとなり、大幅な小型化が
可能になる。
【０２２５】また、本発明の光信号処理回路によれば、
第１光導波路と第２光導波路との光軸に垂直な直線を横
切る導波路中の各点において等時性が得られるようにな
り、結合回路も直線状に平行に配置されているため、光
回路の設計や製作が容易となる。
第１光導波路と第２光導波路との光軸に垂直な直線を横
切る導波路中の各点において等時性が得られるようにな
り、結合回路も直線状に平行に配置されているため、光
回路の設計や製作が容易となる。
【０２２６】また、本発明の光信号処理回路によれば、
従来の反射構造を含まない光導波回路では実現できなか
った、単一モードの第１光導波路の第１結合端から出射
される光を、第１の反射構造で結合回路内の幅の広い平
行光に変換し、第２の反射構造で再び単一モードの第２
光導波路の第２結合端に接続することが出来る。
従来の反射構造を含まない光導波回路では実現できなか
った、単一モードの第１光導波路の第１結合端から出射
される光を、第１の反射構造で結合回路内の幅の広い平
行光に変換し、第２の反射構造で再び単一モードの第２
光導波路の第２結合端に接続することが出来る。
【０２２７】これによって、幅の広い平行光になってい
る結合回路内の位置に過剰損失を低く押さえて各種光学
部品を挿入することが可能となる。
る結合回路内の位置に過剰損失を低く押さえて各種光学
部品を挿入することが可能となる。
【０２２８】また、本発明の光信号処理回路によれば、
複数の反射構造を備えることもできるので、これによっ
て、円弧状反射構造の数が十数箇所以内、即ち十数波の
波長多重光信号を分波する構成に適用した場合は、従来
のアレイ導波路回折格子よりも損失が少なくかつ損失ば
らつきも少ない波長合分波器を構成することができる。
また、ファイバ回折格子の場合に必要となるサーキュレ
ータが不要になるため、低損失かつ低コストに波長合分
波回路を構成することが出来る。
複数の反射構造を備えることもできるので、これによっ
て、円弧状反射構造の数が十数箇所以内、即ち十数波の
波長多重光信号を分波する構成に適用した場合は、従来
のアレイ導波路回折格子よりも損失が少なくかつ損失ば
らつきも少ない波長合分波器を構成することができる。
また、ファイバ回折格子の場合に必要となるサーキュレ
ータが不要になるため、低損失かつ低コストに波長合分
波回路を構成することが出来る。
【０２２９】また、従来のアレイ導波路回折格子と異な
り、アレイ導波路が平行に配置されているため、光回路
の設計や製作が容易となる。
り、アレイ導波路が平行に配置されているため、光回路
の設計や製作が容易となる。
【０２３０】さらに、本発明の光信号処理回路の製造方
法によれば、凹面、平面或いは凸面の反射構造ないしは
周期的溝構造を形成するのに超短光パルスによるレーザ
アブレーションを利用する。このレーザアブレーション
は熱的緩和時間よりも短い時間でエッチングするので、
加工端面の垂直度、平滑度は大変良好となる。
法によれば、凹面、平面或いは凸面の反射構造ないしは
周期的溝構造を形成するのに超短光パルスによるレーザ
アブレーションを利用する。このレーザアブレーション
は熱的緩和時間よりも短い時間でエッチングするので、
加工端面の垂直度、平滑度は大変良好となる。
【０２３１】また、数ミリ角の開口で数十ミクロンの溝
構造の形成に要する時間は数分で済む。さらに、マスク
を利用しなくとも、波長程度のスポット系まで絞り込ん
で微細加工することが可能になる。
構造の形成に要する時間は数分で済む。さらに、マスク
を利用しなくとも、波長程度のスポット系まで絞り込ん
で微細加工することが可能になる。
【０２３２】また、電子ビーム露光によるマスクとの併
用により、レーザビーム収束直径以下のサブミクロン幅
の溝形成も可能になる。
用により、レーザビーム収束直径以下のサブミクロン幅
の溝形成も可能になる。
【０２３３】さらに、そのマスク材料としてタンタル、
モリブデン、タングステン、クロム、金、プラチナ、バ
ナジウム、ニッケル、銀、銅、酸化シリコン、窒化シリ
コン、酸化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウムを利
用するので、非常にアスペクト比の高いエッチングが可
能になった。
モリブデン、タングステン、クロム、金、プラチナ、バ
ナジウム、ニッケル、銀、銅、酸化シリコン、窒化シリ
コン、酸化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウムを利
用するので、非常にアスペクト比の高いエッチングが可
能になった。
【０２３４】これによって、凹面、平面或いは凸面の反
射構造の導入した新規の光信号処理回路も構成できるよ
うになった。
射構造の導入した新規の光信号処理回路も構成できるよ
うになった。
【０２３５】本明細書で引用した全ての刊行物、特許及
び特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れる
ものとする。
び特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れる
ものとする。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/12 - 6/138
Claims (29)
- 【請求項１】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置に配置して結合する半径ｒの円弧の形状をしている反
射構造と を備え、 前記第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反射構
造上の同一の点Ｑを通り、かつ、第１結合端と点Ｑとの
間の距離ＩＱの逆数と、第２結合端と点Ｑとの間の距離
ＱＵの逆数との和が、半径ｒの逆数の２倍になっている
ことを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項２】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに像のフーリエ変換
関係にある位置に配置して結合する半径ｒの円弧の形状
をしている反射構造と を備え、 前記第１結合端及び第２結合端は、その光軸が該反射構
造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造の円弧の中
心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置であって
線分ＰＱを前記点Ｑの方向にｒ／２延長した端点Ｔを中
心とする半径ｒの円弧上に配置されることを特徴とする
光信号処理回路。 - 【請求項３】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置、又は、互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配
置して結合する反射構造と 前記基板上の光の伝播路に形成され、位置によって幅が
異なる複数の溝内に該伝播路の有効屈折率と異なる屈折
率の材料が充填されてなり、波面を補償する波面補償部
と を備えることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項４】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置、又は、互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配
置して結合する半径ｒの円弧の形状をしている反射構造
と を備え、 前記光導波路の第１結合端及び第２結合端は、その光軸
が該反射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該反射構造
の円弧の中心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位
置に配置されることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項５】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置に配置して結合する半径ｒの円弧の形状をしている反
射構造と を備え、 前記光導波路の第１結合端及び第２結合端は、その光軸
が該反射構造上の同一の点Ｑを通り、かつ、該点Ｑを中
心とする半径rの円弧上にあって該反射構造の円弧の中
心Ｐと前記点Ｑを含む直線に対して対称の位置に配置さ
れることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項６】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置、又は、互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配
置して結合する反射構造と、 前記基板上の光の伝播路に形成される周期的溝構造と を備えることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項７】 前記周期的溝構造は、各溝が直線状であ
り、ある方向に平行に配置されていることを特徴とする
請求項６記載の光信号処理回路。 - 【請求項８】 前記周期的溝構造は、各溝が直線状であ
り、複数の異なる方向に平行に配置されていることを特
徴とする請求項６記載の光信号処理回路。 - 【請求項９】 前記周期的溝構造は、各溝が円弧状又は
二次曲線状であることを特徴とする請求項６記載の光信
号処理回路。 - 【請求項１０】 前記光導波路の結合端は、前記溝の円
弧又は二次曲線の中心に配置されることを特徴とする請
求項９記載の光信号処理回路。 - 【請求項１１】 前記光導波路の結合端は、前記円弧状
又は二次曲線状の溝の光軸に対して対称な位置に配置さ
れていることを特徴とする請求項９記載の光信号処理回
路。 - 【請求項１２】 前記周期的溝構造は、各溝の周期が順
次一定の間隔ずつ変化することを特徴とする請求項６乃
至１１いずれかに記載の光信号処理回路。 - 【請求項１３】 前記周期的溝構造は、各溝の深さが順
次一定の深さずつ変化することを特徴とする請求項６乃
至１２いずれかに記載の光信号処理回路。 - 【請求項１４】 前記周期的溝構造は、各溝の周期が、
周期的に変化することを特徴とする請求項６乃至１３い
ずれかに記載の光信号処理回路。 - 【請求項１５】 前記周期的溝構造は、各溝の凹部と凸
部の幅の比が、１：１／ｎc（ｎcは光導波路の有効屈折
率）であることを特徴とする請求項６乃至１４いずれか
に記載の光信号処理回路。 - 【請求項１６】 前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光
導波路材料と異なる屈折率の材料で充填したことを特徴
とする請求項６乃至１５いずれかに記載の光信号処理回
路。 - 【請求項１７】 前記周期的溝構造は、各溝の凹部を光
導波路材料と異なる屈折率（ｎx）の材料で充填し、溝
の凹部と凸部との幅の比が、１／ｎx：１／ｎcであるこ
とを特徴とする請求項６乃至１６いずれかに記載の光信
号処理回路。 - 【請求項１８】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第1光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第1光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置、又は、互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配
置して結合する反射構造と、 前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、 該溝内に挿入されているレンズと を備えることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項１９】 光導波路が保持される基板と、 該基板上に形成される第１光導波路及び第２光導波路
と、 前記基板上に形成され前記第１光導波路の第１結合端と
第２光導波路の第２結合端とを互いに結像関係にある位
置、又は、互いに像のフーリエ変換関係にある位置に配
置して結合する反射構造と、 前記基板上の光の伝播路に形成される溝と、 該溝内に互に離間させて挿入されている一対のレンズ
と、 該レンズ間に配置されている光学素子と を備えることを特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項２０】 前記レンズは、分布屈折率型レンズで
あることを特徴とする請求項１８又は１９記載の光信号
処理回路。 - 【請求項２１】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)光導波路が形成される基板をステージ上に固定す
る。 (ii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (iii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、光導波路の位置をステージコントローラが認識
する。 (iv)反射構造を設ける部位に沿ってレーザ光を集光し、
ステージを移動して凹部を製造する。 (v)凹部周囲に沿ってレーザ光を集光し、ステージを移
動して凹部端面の平滑化を行う。 - 【請求項２２】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)光導波路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。 - 【請求項２３】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)光導波路上に金属あるいは誘電体の薄膜Ａを形成す
る。 (ii)基板の薄膜Ａ上にレジストを塗布する。 (iii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画
する。 (vi)レジストの現像処理を行う。 (v)レジストをマスクとしてリアクティブイオンエッチ
ング装置で薄膜Ａをエッチングし電子ビーム描画パター
ンを転写する。 (vi)レジストを剥離する。 (vii)基板をステージ上に固定する。 (viii)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で
観察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよ
うにあおり角調節を行う。 (ix)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (x)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光の
スポットで表面を掃引してエッチングする。 (xi)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御す
る。 - 【請求項２４】 前記集光装置内に空間フィルタを配置
し、 集光ビームのビーム強度プロファイルを矩形としたこと
を特徴とする請求項２１乃至２３いずれかに記載の光信
号処理回路の製造方法。 - 【請求項２５】 前記手順終了後に、金属ないし誘電体
膜をエッチング凹部端面に蒸着し、凹部端面の反射率を
高めて反射構造を形成することを特徴とする請求項２１
乃至２３いずれかに記載の光信号処理回路の製造方法。 - 【請求項２６】 前記薄膜Ａの材質が、タンタル、モリ
ブデン、タングステン、クロム、金、プラチナ、バナジ
ウム、ニッケル、銀、銅、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウムの何れ
かであることを特徴とする請求項２３記載の光信号処理
回路の製造方法。 - 【請求項２７】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)光導波回路が形成される基板上にレジストを塗布す
る。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置で、ある方向の長さ
がレーザ光の波長よりも長く、前記方向に直交する向き
の長さがレーザ光の波長よりも短いパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)前記パターンが形成された基板をステージ上に固定
する。 (v)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、基板がレーザビーム光軸に対して垂直になるよう
にあおり角調節を行う。 (vi)基板上に設けられた複数のマーカをモニタ装置で観
察し、前記パターンの位置をステージコントローラが認
識する。 (vii)レーザ光を集光し、ステージを移動してレーザ光
のスポットで表面を掃引してエッチングする。 (viii)エッチング深さは、パルス照射回数によって制御
する。 (ix)レジストを剥離する。 - 【請求項２８】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)光導波回路が形成される基板上に金属又は誘電体の
薄膜を形成し、該薄膜の上にレジストを塗布する。 (ii)レジストに電子ビーム描画装置でパターンを描画す
る。 (iii)レジストの現像処理を行う。 (iv)レジストをマスクとしてエッチングし電子ビーム描
画パターンを転写する。 (v)レジストを剥離する。 (vi)イオンを加速して注入する。 (vii)薄膜を取り除く。 - 【請求項２９】 以下の手順を備えることを特徴とする
請求項１乃至２０いずれかに記載の光信号処理回路の製
造方法。 (i)金型上に凹凸を有する微細構造を作製する。 (ii)前記微細構造を有する金型上及び光導波路基板上に
それぞれ位置合わせ用マーカを形成する。 (iii)前記金型と光導波路基板の位置を合わせて圧力を
加え、光導波路基板上に微細構造のレプリカを形成す
る。 (iv)該レプリカが下部クラッド層に形成された場合に
は、該下部クラッド層の上にコア層及び上部クラッド層
を形成し、該レプリカがコア層に形成された場合には、
該コア層の上に上部クラッド層を形成する。
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