JP2002214486A - 光素子モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波路断面が非対称性のＬＤ素子と、光ファ
イバとを、加工容易な構造によって高効率に結合させ
た、光素子モジュールとその製造方法を提供する。 【解決手段】 導波路の横断面において第１方向とそれ
に直交する第２方向とで境界条件が相違する非対称性を
有するＬＤ素子１と、コア層２１中を光が伝搬する光フ
ァイバ２とが光学的に結合され、光ファイバの端部は、
ＬＤ素子の第１方向の横モード１２ａのモードフィール
ド径と略同じ横モードのモードフィールド径を有し、光
ファイバの先端表面が、第２方向の横モードを集光する
ように、凸のレンズ面２５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光素子モジュール
およびその製造方法に関し、より具体的には、導波路の
横断面において非対称性を有するＬＤ(Laser Diode）素
子と、そのＬＤ素子からの光を受けて伝搬させる光ファ
イバとの光学的結合を高効率化した光素子モジュールお
よびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムに使用される光素子モジ
ュールにおいては、ＬＤ素子から拡散して出射されるレ
ーザ光を、損失を少なくして光ファイバにとり込む必要
がある。レンズ系を用いてレーザ光を光ファイバ端に集
光させる方式では、レンズの有効開口径に入射できない
光は集光されないために結合損失が生じ、限界が定めら
れてしまう。これに対して、光ファイバの先端に球面加
工を施すことによりレンズ効果をもたせ、レーザ光を、
直接、先球ファイバにとり込むファイバ直接結合方式に
よれば高効率化を期待することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導波路
の横断面における水平方向と垂直方向との横モードが異
なるＬＤ素子を用いて、光ファイバと光学的結合を行う
場合には、先球ファイバの側において非対称性を補正す
る必要がある。この補正を行うために、ファイバ先端に
おいて、上記の水平方向および垂直方向のそれぞれの方
向に曲率の異なる球面加工を施すと非点隔差が生じてし
まい、高効率結合を実現することができない。ここで、
非点隔差とは、上記水平方向および垂直方向のそれぞれ
の横モードに対して見かけ上の焦点位置が異なることを
いう。

【０００４】この上記２方向に対する曲面加工の困難性
のために、光ファイバの端面に１方向にのみ対応したレ
ンズ面加工を施して、光学的結合を行っていた。図１０
および図１１は、ＬＤ素子１０１の垂直方向の横モード
１１２ｂに対してのみ球面１２５を設けて、集光をはか
った従来の光素子モジュールを示す図である。図１０は
水平横モードの伝搬を示し、また、図１１は垂直横モー
ドの伝搬を示す図である。ＬＤ素子１０１の導波路１１
１は、導波路の横断面が非対称であり、水平横モード１
１２ａは垂直横モード１１２ｂよりもビーム径が大き
い。光ファイバ１０２は、コア層１２１と、それを被覆
するクラッド層１２９とから構成されている。光ファイ
バ１０２のコア層１２１の径は、通常、ＬＤ素子の水平
横モードのモードフィールド径よりも大きい。このた
め、レンズ面によって集光されない水平横モードについ
ては、ＬＤ素子導波路から隙間を経て、そのまま光ファ
イバ端部に入射されるので、高効率結合を実現すること
ができない。

【０００５】本発明は、導波路の横断面が非対称形状で
あるＬＤ素子と、そのＬＤ素子からの光を受けて伝搬さ
せる光ファイバとを、加工の容易な構造によって高効率
に光学的に結合させた光素子モジュールおよびその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光素子モジュー
ルは、導波路の横断面において第１方向とそれに直交す
る第２方向とで境界条件が相違する第１の導波路と、第
１の導波路の端部と間隙をおいて対向する端部を有し、
クラッド層で覆われたコア層中を光が伝搬する、境界条
件が方向によらず同一の第２の導波路とを光学的に結合
させた光素子モジュールである。この光素子モジュール
では、第２の導波路の端部は、第１の導波路における第
１方向の横モードのモードフィールド径と略同じ横モー
ドのモードフィールド径を有し、かつ、第２の導波路の
先端表面が、第２方向の横モードに対する集光レンズ効
果を有するように、第１の導波路側に向けて凸のレンズ
面を形成している（請求項１）。

【０００７】この構成によれば、第２方向の横モードに
対しては集光レンズ効果を発現するレンズ面が第２の導
波路の先端表面に設けられ、第１方向の横モードに関し
てはそのモードフィールド径が第１の導波路と第２の導
波路端部とで略同じになる。ただし、第２の導波路の導
波モードは、その境界条件が導波路の横断面において方
向によらず同一なので、第２の導波路では第１方向の横
モードと第２方向の横モードは同じであり区別する必要
はない。第２の導波路の端部形状が有するモードフィー
ルド径とは、第２の導波路の端部における導波モードの
モードフィールド径をさす。

【０００８】また、通常、レンズ面の曲面は、一方向の
横モードに対して集光効果を発現するように円筒面とす
る場合が多いが、球面であってもよく、また非球面とす
る場合もある。１方向を対象としてレンズ面を形成する
ので、精度はそれほど必要なく、容易な加工によってレ
ンズ面を形成することができる。モードフィールド径の
整合をとることを目的に行なう第２の導波路の端部にテ
ーパ形状を設ける加工は、さらに容易に行なうことがで
きる。このため、第１の導波路における非対称の２方向
に対する光学的結合の整合をとることができ、高効率の
光学的結合を得ることができる。また、従来のように、
第１方向と第２方向とに対応するレンズ面を設けないの
で、非点隔差を生じることがない。なお、上記の導波路
は、光を伝搬させるものであれば何でもよく、光学活性
領域であってもよい。たとえば、第１の導波路として、
ＬＤ素子、各種光導波路等を挙げることができ、第２の
導波路として、単心または複心の光ファイバを挙げるこ
とができる。

【０００９】ここで、導波モードは、その導波路に固有
の、その導波路を伝搬する光の振動状態をいう。これら
導波モードが大きいとは、これら光の振動状態のビーム
断面における広がりが大きいことをいう。第１方向の横
モードとは、上記光ビームを横断面において第２方向に
沿って見た場合の光のモードをいい、第２方向の横モー
ドとは、上記ビームを横断面において第１方向に沿って
見た場合の光のモードをいう。したがって、上記第１の
導波路では、第１方向と第２方向とで境界条件が相違す
るので、第１方向の横モードと第２方向の横モードとは
相違する。図１（ａ）に示すように、第１方向または第
２方向は、第１の導波路がＬＤ素子の導波路である場
合、通常、活性層に平行で導波方向に直交する方向（水
平方向）または活性層に垂直な方向（垂直方向）とす
る。また、図１（ｂ）に示すように、モードフィールド
径とは、上記の導波モードを第１方向または第２方向に
沿って見て、ピーク値の強度を１とした場合に、ピーク
値の（１/ｅ²）になるビームの径をいう。したがって、
第１方向と第２方向とで境界条件が相違する非対称性を
有する導波路では、第１方向と第２方向とでモードフィ
ールド径が相違する。上記のビームは、導波路の出口近
傍におけるニアフィールドパターンによって判断され
る。出射される光は、狭い範囲に限定されていた方向の
横モードほど広角に広がるので、図１（ａ）に示すよう
に、ファーフィールドパターンでは、ニアフィールドパ
ターンとは幅の大小関係が逆になる。

【００１０】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第２の導波路のモードフィールド径は、端部以外
において第１の導波路の上記モードフィールド径より大
きく、第２の導波路の端部は、第１の導波路の上記モー
ドフィールド径と略同じにするために、先端側の外径ほ
ど細くなるテーパ形状とすることができる（請求項
２）。

【００１１】第２の導波路の先端部をテーパ形状とする
ことにより、クラッド層よりも屈折率が小さい空気がコ
ア層の周りに配置されることになり、コア層との実質的
な屈折率差が拡大して、テーパ形状部分で伝搬光はより
強くコア層に閉じ込められる。このため、第２の導波路
の端部における導波モードのモードフィールド径が小さ
くなり、第１の導波路における横モード伝搬光の第１方
向の横モードのモードフィールド径と略同じにすること
ができる。この結果、クラッド層のテーパ加工という簡
便な加工により、第１および第２の導波路の間に高効率
の光学的結合を実現することができる。

【００１２】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第２の導波路のテーパ形状の端部の周りを、クラ
ッド層の屈折率より小さい屈折率整合材で被覆すること
ができる（請求項３）。

【００１３】第２の導波路の先端部のテーパ形状部分を
屈折率整合材で覆うに際して、その屈折率整合材の屈折
率や被覆厚さを調整することにより、伝搬光のコア層へ
の閉じ込めの程度を変化させることができる。樹脂等の
屈折率整合材は、その屈折率が、通常空気（ほぼ１）よ
り大きいので、コア層との屈折率差は空気より小さくな
る。このため、屈折率整合材を用いずにテーパ形状とし
た場合の閉じ込め効果が最も大きく、屈折率整合材の屈
折率がコア層の屈折率に近づくほど、またその被覆厚さ
が厚いほど閉じ込め効果が小さくなりモードフィールド
径が大きくなる。このように、屈折率整合材の屈折率や
被覆厚さを調整することにより、各種のモードフィール
ド径を得ることができる。

【００１４】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第２の導波路のモードフィールド径は、端部以外
において第１の導波路の上記モードフィールド径より大
きく、記第２の導波路の端部のコア層の径は、第１の導
波路の上記モードフィールド径と略同じになるように、
先端部以外のコア層の径より細径とされることができる
（請求項４）。

【００１５】第１の導波路の第１方向の横モードのモー
ドフィールド径が第２の導波路の導波モードのモードフ
ィールド径より小さい場合、コア層の径を小さくするこ
とにより、外形の形状によらず、結合部におけるモード
フィールド径の整合をとることができる。この結果、簡
便な加工により、高効率光学結合を得ることができる。

【００１６】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第２の導波路のモードフィールド径は、端部以外
において第１の導波路の上記モードフィールド径より小
さく、第２の導波路の端部のコア層の径は、第１の導波
路の上記モードフィールド径と略同じになるように、先
端部以外のコア層の径より太径とすることができる（請
求項５）。

【００１７】第１の導波路の第１方向の横モードのモー
ドフィールド径が第２の導波路の導波モードのモードフ
ィールド径より大きい場合、コア層の径を大きくするこ
とにより、外形の形状によらず、結合部におけるモード
フィールド径の整合をとることができる。この結果、簡
便な加工により、高効率光学結合を得ることができる。

【００１８】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、レンズ面を、第１方向に沿って見て円弧をなす円
筒面とすることができる（請求項６）。

【００１９】このレンズ面により、非常に簡便な加工に
より、第１方向の横モードにほとんど影響することな
く、第２方向の横モードに対して集光効果を発現するこ
とができる。

【００２０】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第１の導波路が、ＬＤ素子における薄膜テープ状
の導波路で、第１方向がテープ形状の幅方向、また第２
方向がテープ形状の厚さ方向であり、第２の導波路が光
ファイバであるようにできる（請求項７）。

【００２１】この構成により、ＬＤ素子のテープ状の光
導波路における大きな断面長さの横モード、すなわち幅
方向または水平方向の横モードのモードフィールド径に
合わせて、光ファイバの端部のモードフィールド径を変
化させることができる。さらに、テープ状断面の厚さ方
向の横モード（垂直方向の横モード）に対して集光効果
を発現するレンズ面を設けることができる。一般に、導
波路の上記横断面において、短いディメンジョンを有す
る方向ほど、伝搬光はより大きな放射角を有して広がる
傾向がある。このため、上記第２方向は第１方向に比べ
て、ＬＤ素子からの出射に際してより広角に広がる傾向
がある。上記の光ファイバのレンズ面は、このような広
角に広がる第２方向の広がりを戻して、光ファイバの先
端に適合させるのに用いられる。この結果、隙間で広が
ってそのまま消失される光を光ファイバ端部に戻し、損
失を減少させることができる。

【００２２】上記本発明の光素子モジュールでは、たと
えば、第１の導波路が、ＬＤ素子における薄膜テープ状
の導波路で、第２方向がテープ形状の幅方向、また第１
方向がテープ形状の厚さ方向であり、第２の導波路が光
ファイバであることとできる（請求項８）。

【００２３】この構成は、上述のＬＤ素子の非対称性を
構成する方向が逆になっている。このような場合でも、
光ファイバのモードフィールド径をＬＤ素子の導波路の
テープ厚さ方向の横モードの大きさに揃え、集光レンズ
をテープ幅方向の広がりの抑制に適用することができ
る。

【００２４】本発明の光素子モジュールの製造方法は、
導波路の横断面において第１方向とそれに直交する第２
方向とで境界条件が相違する第１の導波路と、第１の導
波路の端部と間隙をおいて対向する端部を有し、クラッ
ド層で覆われたコア層を光が伝搬する、境界条件が方向
によらず同一の第２の導波路とを光学的に結合させる光
素子モジュールの製造方法である。この製造方法では、
第２の導波路の端部における形状を、第１の導波路にお
ける第１方向の横モードのモードフィールド径と略同じ
横モードのモードフィールド径を有する形状に加工する
モードフィールド径適合加工工程と、第２の導波路の先
端表面を、第２方向の横モードに対する集光レンズ効果
を有するように、第１の導波路側に向けて凸の曲面を有
するように加工するレンズ面加工工程とを備える（請求
項９）。

【００２５】第１方向の整合をモードフィールド径を合
わせることにより行い、第２方向に対してはレンズ面を
設けることにより整合をとるので、従来のように２つの
方向ともレンズ面で対応する構造に比べて、非常に容易
に加工を完成させることができる。また、光学的結合に
おける高い効率および非点隔差の回避も、それほど高精
度加工を行わなくても再現性よく実現することができ
る。このため、歩留りや生産効率を高めることが可能と
なる。

【００２６】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、モードフィールド径適合加工工程におい
て、第２の導波路の端部の外形を、第１の導波路のモー
ドフィールド径と略同じになるように、先端側の径が細
くなるテーパ形状に加工することが望ましい（請求項１
０）。

【００２７】この構成により、第２の導波路の端部では
実質的にクラッド層に空気が加わり、コア層における屈
折率差が拡大するので、伝搬光をコア層により強く閉じ
込めることができる。

【００２８】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、モードフィールド径適合加工工程が、テ
ーパ形状に加工する工程の後に、テーパ状の第２の導波
路の端部の周りに、クラッド層の屈折率より小さい屈折
率整合材を被覆する屈折率整合材被覆工程を有すること
ができる（請求項１１）。

【００２９】樹脂等の屈折率整合材は、屈折率は、通常
空気（ほぼ１）より大きいので、コア層との屈折率差は
空気より小さくなる。このため、屈折率整合材を用いず
にテーパ形状とした場合の閉じ込め効果が最も大きく、
屈折率整合材の屈折率がコア層の屈折率に近づくほど、
またその被覆厚さが厚いほど閉じ込め効果が小さくなり
モードフィールド径が大きくなる。このように、屈折率
整合材の屈折率や被覆厚さを調整することにより、各種
のモードフィールド径を得ることができる。

【００３０】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、モードフィールド径適合加工工程が、第
２の導波路の端部を加熱し、長手方向の張力を加えて第
２導波路を引き伸ばす第２導波路引伸ばし工程と、引き
伸ばされて径が細くなったコア層を含む第２の導波路の
部分で切断する切断工程とを備えることができる（請求
項１２）。

【００３１】この製造方法により、第２の導波路の先端
部のコア径を簡便に細くすることができる。このため、
第１の導波路のモードフィールド径より第２の導波路の
モードフィールド径が大きい場合、容易にモードフィー
ルド径を適合させることができる。

【００３２】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、モードフィールド径適合加工工程におい
て、第２の導波路の端部を加熱してコア層を形成する元
素を拡散させてコア層の径を拡大する（請求項１３）。

【００３３】この製造方法により、第２の導波路の先端
部のコア径を簡便に太くすることができる。このため、
第１の導波路のモードフィールド径より第２の導波路の
モードフィールド径が小さい場合、容易にモードフィー
ルド径を適合させることができる。

【００３４】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、レンズ面加工工程において、第２の導波
路の先端面を、第１方向に沿って見て円弧をなす円筒面
に加工することができる（請求項１４）。

【００３５】このようなレンズ面の加工は容易に行うこ
とができ、第１方向の横モードにほとんど影響すること
なく、第２方向の横モードに対して集光効果を得ること
ができる。このため、非点隔差を避けることができる。

【００３６】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、第１の導波路を、ＬＤ素子における薄膜
テープ状の導波路とし、第１方向をテープ形状の幅方
向、また第２方向をテープ形状の厚さ方向とし、第２の
導波路を光ファイバとすることができる（請求項１
５）。

【００３７】この構成により、ＬＤ素子のテープ状の光
導波路の大きな断面長さの横モードのモードフィールド
径に合わせて、光ファイバの端部の導波モードのモード
フィールド径を変化させることができる。さらに、テー
プ状断面の厚さ方向の横モードに対して集光効果を発現
するレンズ面を設けることができる。このため、簡便な
加工により、非点隔差を生じることなく高効率の光学結
合を実現することができる。

【００３８】本発明の光素子モジュールの製造方法で
は、たとえば、第１の導波路を、ＬＤ素子における薄膜
テープ状の導波路とし、第２方向をテープ形状の幅方
向、また第１方向をテープ形状の厚さ方向とし、第２の
導波路を光ファイバとする（請求項１６）。

【００３９】この構成により、ＬＤ素子の導波路の横断
面厚さ方向の横モードのモードフィールド径と略同じモ
ードフィールド径を有するように第２の導波路のモード
フィールド径を調整することができる。さらに、第２の
導波路の先端面に集光レンズを設けてＬＤ素子の導波路
を伝播してきた横モードの幅方向への広がりを抑制する
ことができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００４１】（実施の形態１）図２および図３は、本発
明の実施の形態１における光素子モジュールを示す構成
図である。図２は平面図であり、また図３は正面図であ
る。この光素子モジュール１０は、導波路の横断面にお
ける水平方向（第１方向）と垂直方向（第２方向）とに
それぞれ異なる横モードを有するＬＤ素子１と、そのＬ
Ｄ素子１から出射される光を受ける光ファイバ２とから
構成される。図２には、結合部における水平横モードの
伝搬が、また図３には、結合部における垂直横モードの
伝搬が示されている。図２と図３とから、ＬＤ素子１の
導波路の平面図における幅と、正面図における厚さとの
長さの相違を反映して、水平横モード１２ａのほうが垂
直横モード１２ｂより大きい。したがって、当然、モー
ドフィールド径に関しても、水平横モード１２ａのほう
が垂直横モード１２ｂよりも大きくなる。

【００４２】図２および図３において、光ファイバの端
部は、クラッド層２９に対してテーパ形状２８となるよ
うにテーパ加工を施し、ＬＤ素子の水平横モード１２ａ
のモードフィールド径と略同じモードフィールド径を有
するようにされている。さらに、この光ファイバの先端
面は、ＬＤ素子の垂直横モード１２ｂに対して集光効果
を発現するように、レンズ面２５の加工が施されてい
る。このレンズ面２５は、水平方向に沿って見て円弧の
円筒面である。

【００４３】次に、この光素子モジュールの高効率結合
について説明する。光ファイバ先端ほど細径となるよう
にテーパ加工を施し、その先端がモードフィールド径に
近い径を有するようにする。このテーパ形状により、光
ファイバのコア層２１を伝搬するモードは、クラッド層
２９と、より屈折率差の大きい空気とによってコアに閉
じ込められる。これにより、クラッド層２９にまでしみ
出していた導波モードが狭まり、この結果、光ファイバ
先端部における導波モード２３のモードフィールド径
は、端部以外の標準的な導波モード２２のモードフィー
ルド径より小さくなる。この結果、光ファイバ先端部に
おける導波モード２３のモードフィールド径を、ＬＤ素
子の水平横モード１２ａのモードフィールド径の大きさ
に略一致させることができる。なお、光ファイバ内を伝
搬する導波モード２３，２２は、水平方向と垂直方向と
に対して同じであり、対称である。

【００４４】さらに、ＬＤ素子内を伝搬するモードのう
ち小さい垂直横モードに合わせて、光ファイバ先端に上
記のレンズ面加工を行い、広角に拡大する垂直横モード
１２ｂを集光して光ファイバ内に導入する。このため、
ＬＤ素子と光ファイバとの整合性を高め、非点隔差を生
じることなく高い効率の光学的結合を得ることができ
る。

【００４５】上記のように、本発明による光素子モジュ
ールは、光ファイバの先端部において導波モードのモー
ドフィールド径をＬＤ素子の水平横モードのモードフィ
ールド径に一致するように調整し、かつ垂直横モードを
対象にレンズ面加工を行っている。このため、非点隔差
を生じさせることなく、ＬＤ素子と光ファイバとの結合
効率および整合性を向上させることができる。

【００４６】（実施の形態２）図４および図５は、本発
明の実施の形態２における光素子モジュールを示す構成
図である。図４は平面図であり、また図５は正面図であ
る。この光素子モジュールは、水平方向と垂直方向とに
それぞれ異なる横モードを有するＬＤ素子１と、光ファ
イバ２とから構成される。図４には水平横モードの伝搬
が、また図５には垂直横モードの伝搬が示されている。
図４と図５とを比較することにより、水平横モード１２
ａのほうが垂直横モード１２ｂより大きいことが分る。
光ファイバ２に対しては、先端にテーパ２８の加工を施
し、そのまわりを樹脂等の屈折率整合材３１で覆うこと
により、先端部の導波モード２３のモードフィールド径
を変化させ、ＬＤ素子の水平横モード１２ａのモードフ
ィールド径に略一致させている。さらに、ＬＤ素子の垂
直横モード１２ｂに対して、集光効果を持たせるように
レンズ面２５の加工が施されている。

【００４７】次に、この光素子モジュールの高効率結合
について説明する。光ファイバ先端ほど細径となるよう
にテーパ形状２８の加工を施し、その先端がモードフィ
ールド径に近い径を有するようにし、テーパ形状２８の
まわりを、屈折率整合材３１によって覆う。屈折率整合
材の屈折率をｎmとし、光ファイバのコアの屈折率をｎ
a、クラッドの屈折率をｎbとすると、次の式（１）を満
たすものとする。

【００４８】 １＜ｎm＜ｎc＜ｎa …………………………………………（１） 光ファイバの先端部を先端ほど細径となるテーパ形状と
し、そのまわりを屈折率整合材で覆うことにより、光フ
ァイバ内を伝搬するモードはクラッド層２９と、より屈
折率差の大きい屈折率整合材３１とによって閉じ込めら
れる。このため、クラッド層にまでしみ出す可能性のあ
った導波モードは先端部において狭まり、その結果、光
ファイバ先端部の導波モード２３のモードフィールド径
は小さくなる。

【００４９】図６に、クラッド層の外周を空気とした場
合と、屈折率整合材とした場合の導波モードの広がり方
の比較を示す。（ａ）は外周が空気の場合であり、また
（ｂ）は外周が屈折率整合材の場合である。図６（ａ）
に示すように、クラッド外周が空気の場合には、屈折率
差が屈折率整合材の場合に比べて大きいので、閉じ込め
効果が強い。これに比して、屈折率整合材の場合には、
屈折率差が小さいため、図６（ｂ）に示すように、閉じ
込め効果が弱い。このため、光ファイバ内の導波モード
をＬＤ素子内を伝搬するモードの形状に合わせることが
できる。

【００５０】さらに、ＬＤ素子内を伝搬するモードの小
さいほう（図５の垂直横モード）に合わせて、光ファイ
バ先端部にレンズ面加工を施し、ＬＤ素子内の垂直横モ
ードとの整合性を高めることができる。

【００５１】上記のように、本実施の形態における光素
子モジュールは、光ファイバの導波モードのモードフィ
ールド径をＬＤ素子内の導波モードに形状まで合わせて
調整し、さらにレンズ面加工を行っているため、非点隔
差を生じることなくＬＤ素子との整合性を高め、結合効
率を向上させることができる。

【００５２】（実施の形態３）図７および図８は、本発
明の実施の形態３における光素子モジュールを示す構成
図である。図７は平面図であり、また図８は正面図であ
る。この光素子モジュールは、水平方向と垂直方向とに
それぞれ異なる横モードを有するＬＤ素子と、光ファイ
バとから構成される。図７には水平横モードの伝搬が、
また図８には垂直横モードの伝搬が示されている。図７
と図８とを比較することにより、水平横モードのほうが
垂直横モードより大きいことが分る。光ファイバに対し
ては、先端を加熱しコアを拡大させるＴＥＣ(Thermal E
xpanded Core)加工を施しモードフィールド径を調整
し、さらに横モードの一方に対応する側にレンズ面加工
を施しレンズ効果を持たせている。

【００５３】次に、この光素子モジュールの高効率結合
について説明する。ＴＥＣ加工は、光ファイバを加熱処
理を施すことにより、光ファイバのコアを形成する元素
が拡散しコア径が広がることにより得られる。このと
き、モードフィールド径も拡大されるので、ＬＤ素子内
の横モードがファイバの導波モードよりも大きい場合で
も、両者のモードを整合させることができる。さらに、
ＬＤ素子内を伝搬するモードの小さいほう（図８の垂直
横モード）に合わせて、光ファイバ先端部にレンズ面加
工を行い、ＬＤ素子内の垂直横モードとの整合性を高め
ることができる。

【００５４】上記のように、本実施の形態による光素子
モジュールは、ファイバモードフィールド径を調整し、
さらにレンズ面加工が施されているので、非点隔差を生
じさせることなくＬＤ素子との整合性を高め、結合効率
を向上させることができる。

【００５５】（実施の形態４）図９は、本発明の実施の
形態における光素子モジュールの光ファイバのモードフ
ィールド径を変えている加工工程の説明図である。この
光ファイバの加工においては、光ファイバを加熱し、張
力を加えることにより、光ファイバを引き伸ばし、それ
に伴ってコア径とクラッド径とを減少させる。変形を生
じた部分において、光ファイバの長手方向における変形
中心部にて切断し、ＬＤ素子内を伝搬する横モードの小
さいほう、たとえば垂直横モードに合わせて、光ファイ
バ先端部にレンズ面加工を施し、ＬＤ素子内の垂直横モ
ードとの整合性を高めることができる。

【００５６】上記のように、本実施の形態による光素子
モジュールは、光ファイバのモードフィールド径を調整
し、ＬＤ素子の大きいほうの横モードに合わせ、さらに
レンズ面加工を行って小さいほうの横モードに合わせて
いる。このため、非点隔差を生じさせることなくＬＤ素
子との整合性を高め、結合効率を向上させることができ
る。

【００５７】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を
含むものである。

【００５８】

【発明の効果】本発明の光素子モジュールおよびその製
造方法を用いることにより、導波路の横断面において非
対称性を有する第１の導波路、たとえばＬＤ素子の導波
路と、光ファイバとの光学的な結合において、簡便な加
工により、非点隔差を生じずに高効率な光学的結合を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の導波路をＬＤ素子の導波路とした場合
のＬＤ素子における導波モードを示す図であり、（ａ）
は各横モードを説明し、また（ｂ）はモードフィールド
径を説明する図である。

【図２】 本発明の実施の形態１における光素子モジュ
ールを示す平面図である。

【図３】 図２の光素子モジュールの正面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２における光素子モジュ
ールを示す平面図である。

【図５】 図４の光素子モジュールの正面図である。

【図６】 本発明の実施の形態２における屈折率整合材
の効果を示す図である。（ａ）は屈折率整合材を被覆し
ない場合、また（ｂ）は屈折率整合材を被覆した場合を
示す図である。

【図７】 本発明の実施の形態３における光素子モジュ
ールを示す平面図である。

【図８】 図６の光素子モジュールの正面図である。

【図９】本発明の実施の形態４における光ファイバのコ
ア径を小さくする処理工程を示す図である。

【図１０】 従来の光素子モジュールを示す平面図であ
る。

【図１１】 図１０の光素子モジュールの正面図であ
る。

【符号の説明】

１ ＬＤ素子、２ 光ファイバ、１０ 光素子モジュー
ル、１１ ＬＤ素子の導波路、１２ａ ＬＤ素子の導波
路の水平横モード、１２ｂ ＬＤ素子の導波路の垂直横
モード、２１ コア層、２２ 光ファイバ内の導波モー
ド、２３ 光ファイバ端部における導波モード、２５
レンズ面、２８ 光ファイバ外形のテーパ形状、２９
クラッド層、３１ コア層、３２ ＴＥＣ処理で拡大さ
れたコア層、４１ 変形されないコア層、４２ 張力が
付加され細くなったコア層。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導波路の横断面において第１方向とそれ
   に直交する第２方向とで境界条件が相違する第１の導波
   路と、前記第１の導波路の端部と隙間をはさんで対向す
   る端部を有し、クラッド層で覆われたコア層を光が伝搬
   する、前記境界条件が方向によらず同一の第２の導波路
   とを光学的に結合させた光素子モジュールであって、 前記第２の導波路の端部は、前記第１の導波路における
   第１方向の横モードのモードフィールド径と略同じ横モ
   ードのモードフィールド径を有し、かつ、前記第２の導
   波路の先端表面が、前記第２方向の横モードに対する集
   光レンズ効果を有するように、前記第１の導波路側に向
   けて凸のレンズ面を形成している、光素子モジュール。
2. 【請求項２】 前記第２の導波路のモードフィールド径
   は、端部以外において前記第１の導波路の前記モードフ
   ィールド径より大きく、前記第２の導波路の端部は、前
   記第１の導波路の前記モードフィールド径と略同じにす
   るために、先端側の外径が細くなるテーパ形状を有して
   いる、請求項１に記載の光素子モジュール。
3. 【請求項３】 前記第２の導波路の前記テーパ形状の端
   部の周りに、前記クラッド層の屈折率より小さい屈折率
   整合材が被覆されている、請求項２に記載の光素子モジ
   ュール。
4. 【請求項４】 前記第２の導波路のモードフィールド径
   は、端部以外において前記第１の導波路の前記モードフ
   ィールド径より大きく、前記第２の導波路の先端部のコ
   ア層の径は、前記第１の導波路の前記モードフィールド
   径と略同じになるように、先端部以外のコア層の径より
   細径とされている、請求項１に記載の光素子モジュー
   ル。
5. 【請求項５】 前記第２の導波路のモードフィールド径
   は、端部以外において前記第１の導波路の前記モードフ
   ィールド径より小さく、前記第２の導波路の先端部のコ
   ア層の径は、前記第１の導波路の前記モードフィールド
   径と略同じになるように、先端部以外のコア層の径より
   太径とされている、請求項１に記載の光素子モジュー
   ル。
6. 【請求項６】 前記レンズ面が、前記第１方向に沿って
   見て円弧をなす円筒面である、請求項１〜５のいずれか
   に記載の光素子モジュール。
7. 【請求項７】 前記第１の導波路が、ＬＤ素子における
   薄膜テープ状の導波路で、前記第１方向がテープ形状の
   幅方向、また前記第２方向がテープ形状の厚さ方向であ
   り、前記第２の導波路が光ファイバである、請求項１〜
   ６のいずれかに記載の光素子モジュール。
8. 【請求項８】 前記第１の導波路が、ＬＤ素子における
   薄膜テープ状の導波路で、前記第２方向がテープ形状の
   幅方向、また前記第１方向がテープ形状の厚さ方向であ
   り、前記第２の導波路が光ファイバである、請求項１〜
   ６のいずれかに記載の光素子モジュール。
9. 【請求項９】 導波路の横断面において第１方向とそれ
   に直交する第２方向とで境界条件が相違する第１の導波
   路と、前記第１の導波路の端部と間隙をおいて対向する
   端部を有し、クラッド層で覆われたコア層を光が伝搬す
   る、前記境界条件が方向によらず同一の第２の導波路と
   を光学的に結合させる光素子モジュールの製造方法であ
   って、 前記第２の導波路の端部における形状を、前記第１の導
   波路における第１方向の横モードのモードフィールド径
   と略同じ横モードのモードフィールド径を有する形状に
   加工するモードフィールド径適合加工工程と、 前記第２の導波路の先端表面を、前記第２方向の横モー
   ドに対する集光レンズ効果を有するように、前記第１の
   導波路側に向けて凸のレンズ面を有するように加工する
   レンズ面加工工程とを備える、光素子モジュールの製造
   方法。
10. 【請求項１０】 前記モードフィールド径適合加工工程
    において、前記第２の導波路の端部の外形を、前記第１
    の導波路の前記モードフィールド径と略同じになるよう
    に、先端側の径が細くなるテーパ形状に加工する、請求
    項９に記載の光素子モジュールの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記モードフィールド径適合加工工程
    が、前記テーパ形状に加工する工程の後に、前記テーパ
    状の第２の導波路の端部の周りに、前記クラッド層の屈
    折率より小さい屈折率整合材を被覆する屈折率整合材被
    覆工程を備える、請求項１０に記載の光素子モジュール
    の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記モードフィールド径適合加工工程
    が、前記第２の導波路の端部を加熱し、長手方向の張力
    を加えて前記第２導波路を引き伸ばす第２導波路引伸ば
    し工程と、引き伸ばされて径が細くなったコア層を含む
    第２の導波路の部分で切断する切断工程とを備える、請
    求項９に記載の光素子モジュールの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記モードフィールド径適合加工工程
    において、前記第２の導波路の端部を加熱して前記コア
    層を形成する元素を拡散させて前記コア層の径を拡大す
    る、請求項９に記載の光素子モジュールの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記レンズ面加工工程において、前記
    第２の導波路の先端面を、第１方向に沿って見て円弧を
    なす円筒面に加工する、請求項９〜１３のいずれかに記
    載の光素子モジュールの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の導波路を、ＬＤ素子におけ
    る薄膜テープ状の導波路とし、前記第１方向をテープ形
    状の幅方向、また前記第２方向をテープ形状の厚さ方向
    とし、前記第２の導波路を光ファイバとする、請求項９
    〜１４のいずれかに記載の光素子モジュールの製造方
    法。
16. 【請求項１６】 前記第１の導波路を、ＬＤ素子におけ
    る薄膜テープ状の導波路とし、前記第２方向をテープ形
    状の幅方向、また前記第１方向をテープ形状の厚さ方向
    とし、前記第２の導波路を光ファイバとする、請求項９
    〜１４のいずれかに記載の光素子モジュールの製造方
    法。