JP3937218B2

JP3937218B2 - Programmable optical circuit

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Publication number: JP3937218B2
Application number: JP2002288279A
Authority: JP
Inventors: 悠介那須; 正樹神徳; 善典日比野; 淳阿部; 浩高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004126088A

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。
【００２４】
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を形成、又はコアの周囲のクラッドの屈折率をコアと同等まで上昇させる不可逆変化により消去することで、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の供給を必要とするヒータ等の素子の駆動用の電気配線の切断による配線構成の変更を行うか、又はこの電気配線の切断による配線構成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し、
前記プログラマブル光回路部分は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。
【００２６】
２）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、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】
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、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】
４）上記３）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】
５）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、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】
６）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、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】
７）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、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】
８）上記３）又は４）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。
【００３４】
９）上記１）乃至８）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、
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の参考例］
本発明に係る第１の参考例を図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の参考例］
本発明の第２の参考例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、本参考例において、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】
［第１の実施の形態］
本発明の第１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３の参考例〕
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。本参考例はかかる場合の参考例である。
【００６５】
本参考例は、プログラマブル光回路部分３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２の実施の形態〕
図１３は本発明の第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の参考例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の参考例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の参考例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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveguide type optical element (optical waveguide circuit) used in optical communication or optical information processing, and more particularly to a programmable optical circuit formed on a flat substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of a planar lightwave circuit (PLC) composed of a silica-based glass optical waveguide formed on a silicon substrate or a quartz substrate has been actively conducted. There, functional elements such as an arrayed waveguide wavelength multiplexer / demultiplexer (AWG), a Mach-Zehnder interferometer, a directional coupler, and a TO switch were developed, aiming at improving their performance and further combining them. Various highly functional devices have been realized. Waveguides for these optical circuits are manufactured by repeating glass deposition and etching, and electrical wiring and the like are performed by metal vapor deposition. In this specification, such a process is referred to as a conventional manufacturing method.
[0003]
With the recent development of wavelength division multiplexing (WDM) communication, various devices of a small variety and a wide variety are required based on the wavelength of light. These optical circuits are designed and manufactured based on pre-designated use conditions and methods. For this reason, it is usually difficult to change the characteristics of an element once fabricated after fabrication.
[0004]
Therefore, there is no problem in the field where high-performance devices are required even at a slight cost. However, in the access system that focuses on low cost, the manufacturing procedure as described above becomes a major factor in increasing the cost. It has become.
[0005]
For example, although AWG is mentioned as a typical optical branch circuit, the design of the center wavelength of the AWG cannot be easily changed once designed and manufactured. In the case of 1 × N AWG (output N port with respect to one input port), the center wavelength can be changed at the position of the AWG input port. However, since the waveguide layout differs for each central wavelength, a design / process is required for each input wavelength when manufacturing an optical circuit.
[0006]
In addition, not only optical circuits for access systems but also large-scale optical circuits that have been developed in recent years have achieved many functions by combining various functional elements.
[0007]
A multi-wavelength dispersion compensator, interleaver, optical ADD / DROP multiplexer (OADM: OADM) using a plurality of arrayed waveguide wavelength multiplexers / demultiplexers (AWG), Mach-Zehnder interferometers, directional couplers, TO switches, and the like. Various optical circuits such as Optical Add / Drop Multiplexer have been realized.
[0008]
OADM is a device that adds (ADD) or extracts (DROP) a specific wavelength signal to a multi-wavelength optical signal propagating through an optical transmission line (T. Saida et al., Electronic Letters, vol. 36). , no.6, pp.528, 2000). This OADM is arranged in each node in the WDM ring network, and is used by ADD / DROPing a wavelength designated by each node. In this case, each OADM needs to be designed and manufactured depending on the combination of wavelengths that can be extracted and the wavelength band.
[0009]
In this OADM, AWGs are arranged on both input and output sides of an optical transmission line, and output / input waveguides of two AWGs are connected between them. In the plurality of waveguides output from the input side AWG, the input multi-wavelength signal is demultiplexed for each wavelength and output. Of these waveguides, the DROP wavelength waveguide is not connected to the output AWG, but is output to the drop port of the OADM. The output AWG is connected to the output of the input AWG, and further connected to the input from the add port of the OADM. In such a fixed wavelength OADM, the ADD / DROP wavelength is determined only by the waveguide layout between the two AWGs, and the other AWGs are the same.
[0010]
Nevertheless, all OADMs with different ADD / DROP wavelengths need to be designed and the process is different. Since the ADD / DROP wavelength is not limited to one wavelength, a great number of circuit layouts exist. When an optical circuit is manufactured by a conventional method, a design / process must be performed for each circuit layout, which requires a great deal of time and costs.
[0011]
Thus, since the conventional optical circuit fabrication method cannot be changed after fabrication, each optical circuit having a slightly different circuit layout requires a design / process. Such properties have been a factor in increasing costs.
[0012]
On the other hand, several techniques for producing and adjusting optical circuits by light irradiation have been developed so far. For example, in “Optical waveguide and manufacturing method thereof” by Hirao (Japanese Patent Laid-Open No. 10-288799; Patent Document 1), a refractive index change is induced by condensing and irradiating a laser beam on a glass sample. By moving the sample relative to the laser irradiation, a continuous refractive index change region is formed, and an optical waveguide is produced. At this time, a complicated waveguide such as a three-dimensional waveguide can be formed by complicating the sample moving method.
[0013]
However, it is difficult to produce such a large-scale optical circuit that is currently developed by a PLC or the like with such an optical circuit by direct drawing. Further, since it is necessary to scan the condensing point of a minute laser over the entire large-scale substrate, a huge amount of time is required. Therefore, it is unrealistic to produce all large-scale optical circuits by laser irradiation.
[0014]
In addition, Mr. Imoto has also carried out “optical filter and frequency adjustment method of emitted light” (Japanese Patent Laid-Open No. 6-27337; Patent Document 2) by light irradiation. The optical filter described here is one functional element called a Mach-Zehnder interferometer, which is realized by combining and interfering after giving a relative optical path difference to the light branched into two. is there. Light is irradiated to one or both arms of the Mach-Zehnder interferometer to change the phase and adjust the relative optical path length difference to change the characteristics.
[0015]
However, this method is not limited to a method for adjusting individual devices, and has not yet changed adaptively the characteristics and functions of a large-scale optical circuit in which these devices are integrated.
[0016]
[Patent Literature]
JP-A-10-288799
Japanese Patent Laid-Open No. 06-027337
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The optical circuit according to the prior art as described above has a problem that it is difficult to change its function after fabrication, and each design and fabrication according to the purpose is necessary. Moreover, the conventional optical circuit manufacturing method using the refractive index change by light irradiation is extremely flexible, but the productivity is poor.
[0018]
An object of the present invention is to provide a programmable optical circuit capable of adaptively changing functions or characteristics while maintaining high productivity.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention does not fabricate all of the optical circuit by the process according to the conventional method, but has a portion to be fabricated later by light irradiation in the optical circuit, so that one optical circuit has various functions. Can be realized. Individual optical circuit elements or optical circuit blocks are manufactured by a process having excellent stability and mass productivity according to a conventional method. Next, the performance and functions required for the optical circuit are realized in the optical circuit portion produced by light irradiation.
[0020]
In the present invention, since the performance and function required for each optical circuit are realized by the optical circuit portion produced by light irradiation, the individual optical circuit can be changed only by the light irradiation portion. Therefore, the optical circuit before light irradiation can be used for various devices and can be manufactured under the same conditions, so that it can be mass-produced and has a great cost reduction effect.
[0021]
Further, by mixing both the optical circuit portion manufactured by the conventional process and the portion manufactured by light irradiation, productivity and performance can be maintained to the maximum.
[0022]
The specific configuration is characterized by the following points.
[0024]
1) an optical circuit portion formed of a plurality of optical circuit elements each having an independent function and constituting a part of the optical circuit;
This is a region where light is irradiated. By this light irradiation, optical circuit elements such as optical waveguides and directional couplers. The Formation, Or by irreversible changes that increase the refractive index of the cladding around the core to the same level as the core. Erase by doing And changing a new optical circuit element to be joined to the optical circuit element of the optical circuit part For driving elements such as heaters that require electricity supply Wiring by cutting electrical wiring Constitution Wiring by making changes or cutting this electrical wiring Constitution And at least one programmable optical circuit portion that only changes
The programmable optical circuit portion is It is composed of a silica glass optical waveguide formed on a Si or quartz substrate.
[0026]
2 ) In the programmable optical circuit described in 1) above,
The programmable optical circuit part is to erase a part of a plurality of functional elements such as optical waveguides, directional couplers, multimode interference waveguides, and gratings already formed in the programmable circuit part by light irradiation. .
[0027]
3 ) In the programmable optical circuit described in 1) above,
The programmable optical circuit portion has an element such as a heater that needs to be supplied with electricity and electric wiring for driving the element, and the electric wiring is cut by light irradiation to change the wiring configuration, and the heater To change the current or power supplied to the elements.
[0028]
4 ) the above 3 In the programmable optical circuit described in
The programmable optical circuit part shall be configured to permanently switch the optical path or branching ratio of the switch by applying a specific voltage to the heater after cutting a part or specific electrical wiring.
[0029]
5 ) In the programmable optical circuit described in 1) above,
The programmable optical circuit section connects the input waveguide and the input-side slab waveguide of the arrayed waveguide wavelength multiplexer / demultiplexer by light irradiation, and changes the connection position to the slab waveguide to change the arrayed waveguide wavelength combining. The center wavelength of the duplexer must be changed.
[0030]
6 ) In the programmable optical circuit described in 1) above,
The programmable optical circuit portion has a plurality of optical branch circuits in which the input waveguide and the output waveguide are not connected and have different branching ratios, and the input waveguide, the optical branch circuit, and the output waveguide are irradiated with light. Connected to select the branching ratio.
[0031]
7 ) In the programmable optical circuit described in 1) above,
The programmable optical circuit part is an optical add drop (OADM) including a waveguide part that connects two arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers and the arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer. An optical waveguide is produced by light irradiation and the add drop wavelength is determined.
[0032]
8 ) the above 3 Or 4 In the programmable optical circuit described in
The programmable optical circuit part is an optical add drop (OADM) including two arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers and a TO switch part for switching the optical paths by connecting the arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers. The add drop wavelength is determined by changing the configuration of the heater circuit of the TO switch by light irradiation.
[0034]
9 ) Above 1) to 8 ) Any one of In the programmable optical circuit described in 1.
The waveguide is composed of a buried waveguide, a ridge waveguide, and a rib waveguide.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[ First reference example ]
The first according to the present invention Reference example Is shown in FIG. As shown in the figure, the programmable optical circuit 1 has an optical circuit portion 2 and a programmable optical circuit portion 3 inside. The optical circuit portion 2 is composed of functional elements such as an arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer, a Mach-Zehnder interferometer, a directional coupler, and a TO switch. In this specification, a functional element constituting such an optical circuit is defined as an optical circuit element. Therefore, these can be manufactured by a conventional method, and a stable and high-performance optical element can be manufactured. Since the optical circuit portion 2 is a portion that the optical circuit has in common, individual design is not required and a conventional manufacturing process can be used, so that the optical circuit portion 2 can be mass-produced.
[0036]
On the other hand, the programmable optical circuit portion 3 is a portion for producing, processing, and adjusting an optical circuit by light irradiation. Since it is manufactured by light irradiation, the programmable optical circuit portion 3 can be freely manufactured, and individual requirements for the device can be realized by light irradiation. Unlike the conventional manufacturing process, since the programmable optical circuit portion 3 is manufactured only by light irradiation, the process may be a simple procedure and does not require complicated processing.
[0037]
Although it is impossible to change the characteristics and functions of a conventional optical circuit after fabrication, it is easy to mass-produce the same circuit. However, devices such as those used in optical communication access systems are required to have different characteristics for each device, and different designs are required for each device, which may increase costs. On the other hand, it is technically difficult to produce all optical circuits by light irradiation, which requires an enormous amount of time and is unrealistic. Therefore, by providing the programmable optical circuit portion 3 in a part of the optical circuit, the characteristics and functions can be changed after the optical circuit is manufactured. Thereby, the optical circuit part 2 produced by the conventional method can be used in common, and mass production becomes possible. In addition, changes necessary for individual circuits can be concentrated in the programmable optical circuit portion 3, which leads to cost reduction. In an optical circuit having a high degree of integration, it is possible to fabricate a certain number of functional elements in advance and freely connect only necessary elements.
[0038]
[ Second reference example ]
The second of the present invention Reference example The configuration of the programmable optical circuit according to FIG. 2 is shown in FIG. (A) is before light irradiation, (b) is after light irradiation.
[0039]
As shown in FIG. 2A, the optical waveguide 4 is an optical waveguide that has already been manufactured by a method according to the prior art before the programmable circuit portion is manufactured. Various optical circuits are connected before and after this, and their input / output waveguides are assembled as an optical waveguide 4. However, the input / output waveguide is not limited to the normal optical waveguide 4 but may be a multimode waveguide or a slab waveguide having a wide waveguide width.
[0040]
The optical waveguide 5 is a waveguide formed in a programmable optical circuit portion that forms a free waveguide wiring by using a refractive index change caused by light irradiation. This programmable optical circuit portion is preferably provided on the same surface as the optical waveguide 1 portion so that it can be connected to the optical waveguide 4 with low loss. Therefore, it is particularly effective to provide at least a portion having no waveguide structure in the horizontal direction with respect to the substrate. However, even if this waveguide structure is a wide multimode waveguide, there is no problem because light is not substantially confined. Furthermore, in the programmable circuit portion 5, it is possible to adaptively change the characteristics by producing functional elements such as a directional coupler, a multimode interference waveguide, and a grating by light irradiation. Thereby, various optical circuits produced near the programmable circuit section can be freely and functionally connected.
[0041]
In this way, the center wavelength of the AWG can be changed. As described above, the AWG is a wavelength multiplexer / demultiplexer that emits light incident from the input port from an output port that differs depending on the wavelength, and the center wavelength of the AWG can be changed depending on the position of the input port. For example, as shown in FIG. 3, one of the input / output waveguides is a normal optical waveguide 4, and the other is a slab waveguide 16 on the input side of the AWG portion 15. The optical waveguide 4 and the slab waveguide 16 are connected by light irradiation, and the connection position to the slab waveguide 16, that is, the input port position of the AWG portion 15 can be freely determined (FIG. 3A). . It is also possible to select a central wavelength of the AWG portion 15 by preparing a certain amount of waveguide 4a on the slab waveguide 11 side in advance and connecting it to the optical waveguide 4 on the input side (FIG. 3B).
[0042]
Book Reference example However, it is also possible to change the configuration of the programmable optical circuit portion by erasing a part of the formed functional elements by light irradiation, thereby realizing a highly flexible optical circuit.
[0043]
[ First embodiment ]
First of the present invention 1 This embodiment is shown in FIG. The heater 6 shown in the figure is an element used for a phase shifter of an optical waveguide. That is, it is possible to change the characteristics of the arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer (AWG), the Mach-Zehnder interferometer, the TO switch, etc. by adjusting the phase shift amount or the like according to the current injected into the heater 6. .
[0044]
A plurality of resistance circuit 7 portions are arranged in series with the heater 6. This resistance circuit 7 portion is a programmable circuit portion, and wiring cutting between these resistance circuits 7 is performed at one place or a plurality of places by light irradiation. Since the resistance value of the entire resistance circuit 7 is changed by cutting the wiring, one type of variable resistor can be realized. Therefore, the amount of current that can be injected into the heater 6 can be adjusted in the programmable circuit portion after the optical circuit is fabricated. The wiring cut portion in this case is indicated by reference numeral 8 in FIG.
[0045]
Although there are various usage methods for the heater 6 used in the optical circuit, if the adjustment is performed after the optical circuit is manufactured, the subsequent adjustment may not be necessary. The same is true for phase trimming heaters such as optical lattice circuits.
[0046]
An optical attenuator is introduced as an example of application. An optical attenuator is an optical attenuator that reduces the light intensity of input light. This is to adjust the amount of attenuation by adjusting the relative optical path length difference between the two arms (optical waveguides) using a Mach-Zehnder interferometer. This optical path length difference, that is, the attenuation amount can be realized by heating a heater provided in the arm. By providing the heater with the programmable circuit portion, the amount of current injected into the heater by light irradiation can be adjusted, and the attenuation can be set after the optical circuit is manufactured. The programmable optical circuit described above can be applied not only to optical attenuators but also to all optical circuits having heaters such as optical lattice circuits, AWGs, and dispersion compensation lattice filters.
[0047]
In addition, there is an optical switch called a TO switch that can switch the optical path of light using the heater (T. Goh et al., Journal of Lightwave Technology, vol. 17, no. 7, pp. 56- 63, 1999). As shown in FIG. 5, this TO switch performs an ON / OFF operation according to the amount of current to be injected, like the heater 6 (see FIG. 4).
[0048]
Such a TO switch may be used by permanently switching the optical path. Such a TO switch is arranged in the programmable optical circuit portion, and only a necessary TO switch is turned ON or OFF by using wiring cutting by light irradiation. As a result, current supply to the TO switch can also be performed at once, and the characteristics can be changed adaptively using the same optical circuit, so that the cost can be reduced.
[0049]
In the conventional method, since the amount of current required for each heater is different, it is necessary to use one power source for each heater. On the other hand, according to this embodiment, the amount of current injected into the heater can be changed adaptively by introducing a programmable optical circuit, and a plurality or all of the heaters can be wired to the same power source.
[0050]
Such a heater is supplied with power in a region where the induced refractive index change is reversible. On the other hand, an irreversible refractive index change can be realized by driving with high power. Using such an irreversible refractive index change, it is possible to change characteristics of an arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer (AWG), a Mach-Zehnder interferometer, a TO switch, and the like. The programmable optical circuit as described above can also be applied to such a heater. For example, only a specified heater can be driven with high power to induce a permanent refractive index change.
[0051]
Here, a specific method of light irradiation using the Fs laser will be described with reference to FIG. The Fs laser can change the refractive index in the vicinity of the focal position by condensing the pulsed light inside quartz glass or fluoride glass.
[0052]
In conventional methods such as “Optical Waveguide and Method for Producing the Same” by Hirao (Patent Document 1), pulse light is condensed inside the glass, and the stage on which the glass is fixed is moved to refract along the focal locus. A rate changing region is created in the substrate. Here, a three-dimensional waveguide is produced inside the glass by moving the stage three-dimensionally.
[0053]
On the other hand, in this method, in the two-dimensional optical circuit, the formation of free waveguide wiring, and optical circuit elements such as directional couplers, multimode interference waveguides, and gratings are programmable optical circuit parts. The optical circuit is made programmable by combining it with an optical circuit element already produced by a conventional process. Therefore, unlike the case where all are manufactured by light irradiation, an accurate alignment of an optical circuit already manufactured and an optical circuit manufactured by light irradiation and a coupling method are important issues.
[0054]
When an optical circuit is written in a programmable optical circuit, accurate alignment is required with respect to the Z direction of the focal position. This is because if the positional relationship between the optical circuit portion and the programmable optical circuit portion is inappropriate, a large loss occurs in the connection portion. For this reason, in the present light irradiation method, the focus position and the optical circuit portion are accurately aligned with a CCD camera or the like. At this time, when an optical circuit is manufactured by a conventional process, a dummy waveguide is created and used as a z-axis alignment marker, so that work efficiency can be improved.
[0055]
Further, the substrate surface and the layer boundary surface in the substrate are easily damaged by the Fs laser, and the damage can be confirmed with a CCD camera. If the power of the Fs laser is adjusted so that only a small part of the vicinity of the focal point is damaged, the damage is caused only when the focal point coincides with the boundary surface. Therefore, an accurate Z of the relative positional relationship between the focal point and the optical circuit is obtained. This is the reference plane for axis adjustment. By moving the stage relatively from this reference plane, it is possible to perform precise Z-axis adjustment of the programmable optical circuit portion. FIG. 7 illustrates this. FIGS. 4A and 4C show the case where the focal point exists in the lower or upper substrate, and FIG. 5B shows the case where the focal point exists in the boundary portion between the upper and lower substrates.
[0056]
Next, a method for manufacturing a programmable optical circuit board will be described. In the programmable optical circuit according to the present invention, an optical circuit element such as a waveguide, a directional coupler, a multimode interference waveguide, or a grating is formed in the programmable optical circuit portion 3 (see FIG. The optical circuit portion 2 (see FIG. 1; the same applies hereinafter) manufactured around the circuit portion 3 is connected. In order to connect the programmable optical circuit portion 3 and the optical circuit portion 2 simply and accurately, these circuits are preferably present in the same plane.
[0057]
First, as shown in FIG. 8, the programmable optical circuit portion 3 and the optical circuit portion 2 are formed on the substrate 9. Here, three examples of methods for manufacturing the programmable optical circuit portion 3 will be introduced. In the first manufacturing method, as shown in FIG. 8A, the optical circuit portion 2 is manufactured on a substrate 9 by a conventional method. Thereafter, a photosensitive layer 11 whose refractive index is easily changed by light irradiation is newly produced in the programmable optical circuit portion 3 and subsequently embedded with a non-photosensitive cladding 12. In the second production method, as shown in FIG. 8B, the programmable circuit portion 3 is produced with the same material as the clad layer, and the clad layer is produced with the photosensitive clad 13. Further, in the third manufacturing method, as shown in FIG. 8C, the optical circuit portion 2 and the programmable optical circuit portion 3 are made of the same material.
[0058]
These methods may be selected or combined depending on what optical circuit is produced in the programmable optical circuit portion 3. In the first method, the optical circuit manufacturing process increases, but since a large refractive index change is obtained by light irradiation, it is suitable for manufacturing a highly confined waveguide, a grating, a small directional coupler, and the like. Further, since the presence or absence of photosensitivity differs depending on the layer (upper and lower cladding layers and programmable optical circuit portion), the region where the refractive index changes varies depending on the layer. As a result, even if a slight error occurs in the light irradiation position or the focal spot shape is inappropriate, only the photosensitive layer causes a change in the refractive index, so that the refractive index change region can be limited. It is. Therefore, it becomes easy to connect the programmable optical circuit portion and the optical circuit portion.
[0059]
In the second method, since the photosensitive portion is present in addition to the programmable optical circuit portion 3, the selectivity of the place where the refractive index change is induced is reduced. However, it can be manufactured with few processes.
[0060]
In the third method, since the optical circuit portion 2 and the programmable optical circuit portion 3 are manufactured with the same composition, the material is limited, so that the photosensitivity may be small. However, the region where the refractive index is changed by light irradiation is light. It can be produced in the same plane as the circuit portion 2.
[0061]
Photosensitivity can be improved by irradiating the waveguide layer of the optical circuit with UV light such as an excimer laser. Thus, even on a substrate as shown in FIG. 8C (the optical circuit portion and the programmable optical circuit portion are made of the same material), only the programmable optical circuit portion 3 is irradiated with UV light, thereby being photosensitive. Only the programmable optical circuit portion 3 can be improved.
[0062]
In the vicinity of the connection portion between the programmable optical circuit portion 3 and the optical circuit portion 2, there may be a difficulty in manufacturing an optical circuit by light irradiation as well as when an Fs laser is used. When the irradiation light is condensed or constricted and written to the programmable optical circuit 3, the irradiation light reaches the optical circuit portion 2 in the vicinity of the connection portion between the programmable optical circuit portion 3 and the optical circuit portion 2. May have adverse effects. This adverse effect is a defect or an extra change in refractive index.
[0063]
In this case, as shown in FIG. 9, it is preferable to secure a non-photosensitive layer 14 having extremely low sensitivity to irradiation light near the boundary. Further, as shown in FIG. 10, the optical circuit portion 2 can be prevented from being damaged by light irradiation by providing the optical circuit portion 2 with a light shielding film 17 that is a light shielding protective film in advance.
[0064]
[ Third reference example ]
In the programmable optical circuit portion 3, the function of the optical circuit can be changed by changing the layout of the optical circuit by erasing the optical circuit such as the optical waveguide and the directional coupler. Book Reference example Will take Reference example It is.
[0065]
Book Reference example Is to make a place in the programmable optical circuit portion 3 where the optical waveguide produced by the conventional method can be erased. That is, as shown in FIG. 11A, the relative refractive index difference between the core layer and the cladding portion is reduced or made zero by increasing the refractive index of the cladding portion near the waveguide to be erased by light irradiation. . As a result, as shown in FIG. 11B, light is diffused in the light irradiation portion as if the waveguide was erased. The waveguide near the bent waveguide may be eliminated as shown in FIG. 11 so that the diffusing light does not recombine with other waveguides. It is also possible to provide a light shielding groove near the erased portion. As a light source used for light irradiation, UV light such as an excimer laser is preferable, but a pulse laser such as an Fs laser may be used. Further, in order to increase the photosensitivity of the clad layer, the optical waveguide can be efficiently erased by preparing the clad layer in the erasure portion with a photosensitive material in advance (see FIG. 11A).
[0066]
Here, an erasing method such as a directional coupler will be described. Various high-performance large-scale optical circuits have been developed by gathering a plurality of optical circuit elements. Of the optical circuit elements constituting such an optical circuit, a directional coupler is often used, and the function of the entire optical circuit can be greatly changed by eliminating the directional coupler in the circuit.
[0067]
When erasing the directional coupler, there are two types of erasing methods depending on the purpose. The first type is completely erased and the light incident on the directional coupler is attenuated. In the second type, the light branched by the directional coupler may be emitted to only one of the output waveguides. In this case, the light incident on the directional coupler is output to the optical circuit in the subsequent stage without being attenuated, and the directional coupler is erased and changes like a simple waveguide. In other words, there is a directional coupler elimination method that aims to change the branching ratio by changing the coupling coefficient of the directional coupler.
[0068]
The former erasing method is possible by the above-described waveguide erasing method. FIG. 12 relates to a method for eliminating the directional coupler by changing the branching ratio. As shown in FIG. 5A, there is a directional coupler that branches incident light at a certain branching ratio. Light is irradiated to one of the linear portions of the directional coupler (the waveguide portion where light coupling occurs) to change the refractive index. As a result, the symmetry of the directional coupler changes and the coupling coefficient of the waveguide changes, thereby changing the coupling ratio of the directional coupler. Thereby, the waveguide can be switched without attenuating the incident light. As a result, as shown in FIG. 6B, the configuration may be changed so that light incident from one end is emitted from the other end of the same optical waveguide. Thus, the configuration can be changed so that light incident from one end is emitted from the other end of the other optical waveguide.
[0069]
[ Second embodiment ]
FIG. 13 shows the present invention. 2 It is explanatory drawing which shows the programmable optical circuit which concerns on this embodiment. In this embodiment, the characteristics of the programmable optical circuit are changed by cutting electrical wiring such as a heater provided in the optical circuit by light irradiation. Two examples of application of this method are introduced.
[0070]
First, it has been described above that a variable resistor can be realized by devising a wiring cut portion by light irradiation. An adjustment of an optical filter called an optical lattice circuit using such a variable resistor will be described below as an example.
[0071]
As shown in FIG. 13A, the optical lattice circuit has a configuration in which directional couplers and asymmetric Mach-Zehnder interferometers are alternately connected in cascade. The transfer characteristic of this filter is expressed by a Fourier series, and it is possible in principle to realize an arbitrary characteristic by changing the coupling rate of the directional coupler corresponding to the coefficient of the series. Such an optical lattice circuit is currently designed and manufactured in accordance with the transmission characteristics. Therefore, in such an optical lattice circuit, a heater is disposed on the delay line, and a variable resistor 18 is connected to each of the delay lines (FIG. 13A). By changing the resistance value of the variable resistor 18 by light irradiation, the value of the current flowing through the heater 6 can be changed, and the amount of light phase shift can be adjusted. Further, as shown in FIG. 13A, power can be supplied all at once. Here, for the sake of simplicity, an example in which the heater 6 with the variable resistor 18 is installed only in the delay line portion is shown, but a variable directional coupler is added to the fixed directional coupler shown in FIG. It may be used. By using a symmetrical Mach-Zehnder interferometer in which directional couplers are connected in cascade, and a heater is installed as a phase shifter on the connecting arm, a variable directional coupler whose branching ratio changes depending on the amount of phase shift is obtained. By forming an optical lattice circuit with such a variable directional coupler and a delay line with a phase shifter and adjusting each by light irradiation, an optical filter having an arbitrary transmission characteristic can be realized (FIG. 13B). ), See FIG. Since the optical circuit before adjustment has the same circuit configuration, the circuit design can be simplified and the fabrication is also simple. The part to be designed is only the position of the wiring to be cut by light irradiation, and a programmable optical circuit can be realized.
[0072]
Another example is an optical matrix switch. The heater (phase shifter) used in the optical circuit is required to have a binary operation such as ON / OFF in addition to the case where the phase shift amount is changed in an analog manner (first example). There is a case. This is the case with heaters used in optical matrix switches as shown in FIG. An optical matrix switch has a configuration in which optical switches are arranged in a matrix, and can output a plurality of input lights in any combination. In the same figure, 8 is a wiring cutting part, 19 is a TO switch, 20 is an electrical wiring, and 21 is an optical waveguide.
[0073]
Each optical switch used in such a matrix switch is mainly composed of a directional coupler and a heater, and performs a switch operation by controlling a current applied to the heater. Such an optical matrix switch can be used for the programmable optical circuit portion 3 so that optical connection with the optical circuit portion 2 can be performed in a programmable manner.
[0074]
That is, as shown in FIG. 14, the light connection can be arbitrarily changed by cutting off the electrical wiring 20 other than the switch to be switched by light irradiation. The optical matrix switch operation can be performed more simply than when the electric wiring 20 or the electric circuit is produced so that power is supplied only to the switch to be turned on.
[0075]
The light irradiation at the time of producing the programmable circuit described above uses a pulse laser having a high energy density, and a laser having a full width at half maximum of 1 [ps] or less is preferable. When programming using a change in refractive index, an ultraviolet laser capable of inducing a change in refractive index may be used. In the case of cutting the wiring, an optical output laser such as a CO2 laser or a YAG laser can be used.
[0076]
In the present invention, it is desirable to be composed of a glass waveguide on Si or a quartz substrate from the viewpoint of manufacturing stability. However, if the waveguide can be formed by LN, Si, GaAs, polymer waveguide, or the like. It ’s fine.
[0077]
【The invention's effect】
As explained above, a specific voltage is applied to a part of the optical circuit after changing the refractive index by light irradiation, changing the electrode wiring configuration by light irradiation, or changing the electrical wiring configuration. Thus, an optical circuit capable of adaptively changing the function or characteristic can be realized. As a result, the design / process necessary for each device can be concentrated in the programmable optical circuit portion, and the cost can be reduced. In addition, since all of the optical circuit is not performed by light irradiation and a conventional advanced optical circuit manufacturing technique is used, a high-performance optical circuit can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the first of the present invention. Reference example It is explanatory drawing which shows notionally the programmable optical circuit which concerns on.
FIG. 2 shows the second of the present invention. Reference example It is a figure which shows the programmable optical circuit which concerns on this, and is explanatory drawing which shows the structural example in the case of producing a waveguide, a directional coupler, etc. in a programmable optical circuit part.
FIG. 3 shows the second of the present invention. Reference example It is a figure which shows the programmable optical circuit which concerns on this, and is explanatory drawing which shows the structural example at the time of forming the AWG part in one of the optical circuit parts.
FIG. 4 shows the first aspect of the present invention. 1 It is a figure which shows notionally the programmable optical circuit which concerns on this embodiment, and is explanatory drawing which shows the structural example in the case of having a heater circuit in the programmable optical circuit part.
FIG. 5 shows the first of the present invention. 1 It is a figure which shows the programmable optical circuit which concerns on this embodiment notionally, and is explanatory drawing for demonstrating ON / OFF switching by the light irradiation of a TO switch.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an aspect of light irradiation in a method for manufacturing a programmable optical circuit board.
7 is an explanatory view showing a manner of alignment in the Z-axis direction in the method shown in FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram conceptually showing a method for manufacturing a programmable optical circuit according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a structure for removing an adverse effect of irradiation light in the vicinity of a connection portion between an optical circuit portion and a programmable optical circuit portion.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another example of a structure for removing the adverse effect of irradiation light in the vicinity of a connection portion between an optical circuit portion and a programmable optical circuit portion.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of an aspect in the case of erasing an optical circuit in a programmable optical circuit portion.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of an aspect in the case where an optical circuit in a programmable optical circuit portion is erased.
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a mode for changing the function of an optical lattice circuit;
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an aspect when the programmable optical circuit portion is an optical matrix switch.
[Explanation of symbols]
1 Programmable optical circuit
2 Optical circuit part
3 Programmable optical circuit
4 Optical waveguide
5 Optical waveguide
6 Heater
7 Resistance circuit
8 Wiring cut points

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を形成、又はコアの周囲のクラッドの屈折率をコアと同等まで上昇させる不可逆変化により消去することで、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の供給を必要とするヒータ等の素子の駆動用の電気配線の切断による配線構成の変更を行うか、又はこの電気配線の切断による配線構成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し、
前記プログラマブル光回路部分は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。An optical circuit portion formed of a plurality of optical circuit elements each having an independent function and constituting a part of the optical circuit;
This is a region where light is irradiated. By this light irradiation, optical circuit elements such as optical waveguides and directional couplers are formed or erased by irreversible changes that increase the refractive index of the cladding around the core to the same level as the core. Then, a new optical circuit element to be joined to the optical circuit element in the optical circuit portion is changed, and the wiring configuration is changed by cutting an electric wiring for driving an element such as a heater that needs to be supplied with electricity. Or having at least one programmable optical circuit portion that only changes the wiring configuration by cutting the electrical wiring,
The programmable optical circuit parts programmable optical circuit, characterized in that it is constituted by a silica-based glass optical waveguide formed on the Si or quartz substrate.

〔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、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。In the programmable optical circuit according to claim 1,
The programmable optical circuit part is to erase a part of a plurality of functional elements such as optical waveguides, directional couplers, multimode interference waveguides, and gratings already formed in the programmable circuit part by light irradiation. A programmable optical circuit.

〔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、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。In the programmable optical circuit according to claim 1,
The programmable optical circuit portion has an element such as a heater that needs to be supplied with electricity and electric wiring for driving the element, and the electric wiring is cut by light irradiation to change the wiring configuration, and the heater A programmable optical circuit, characterized in that the current or power supplied to the element is changed.

〔請求項３〕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。In the programmable optical circuit according to [Claim 3],
The programmable optical circuit part is configured to permanently switch the optical path or branching ratio of the switch by applying a specific voltage to the heater after cutting a part or specific electrical wiring. A programmable optical circuit.

〔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、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。In the programmable optical circuit according to claim 1,
The programmable optical circuit section connects the input waveguide and the input-side slab waveguide of the arrayed waveguide wavelength multiplexer / demultiplexer by light irradiation, and changes the connection position to the slab waveguide to change the arrayed waveguide wavelength combining. A programmable optical circuit characterized by changing the center wavelength of a duplexer.

〔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、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。In the programmable optical circuit according to claim 1,
The programmable optical circuit portion has a plurality of optical branch circuits in which the input waveguide and the output waveguide are not connected and have different branching ratios, and the input waveguide, the optical branch circuit, and the output waveguide are irradiated with light. A programmable optical circuit characterized in that a branching ratio is selected by connecting the two.

〔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、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。In the programmable optical circuit according to claim 1,
The programmable optical circuit part is an optical add drop (OADM) including a waveguide part that connects two arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers and the arrayed waveguide type wavelength multiplexer / demultiplexer. A programmable optical circuit characterized in that an optical waveguide is produced by light irradiation to determine an add drop wavelength.

〔請求項３〕又は〔請求項４〕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。In the programmable optical circuit described in [Claim 3] or [Claim 4],
The programmable optical circuit part is an optical add drop (OADM) including two arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers and a TO switch part for switching the optical paths by connecting the arrayed waveguide type wavelength multiplexers / demultiplexers. A programmable optical circuit, wherein the add-drop wavelength is determined by changing the configuration of the heater circuit of the TO switch by light irradiation.

〔請求項１〕乃至〔請求項８〕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、
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。In the programmable optical circuit according to any one of [Claim 1] to [Claim 8],
A programmable optical circuit, wherein the waveguide is constituted by a buried waveguide, a ridge-type waveguide, and a rib-type waveguide.