JP2003021739A - 光導波路部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易に製造でき、かつ、性能のよい埋め込み
型の三次元光導波路およびその製造方法を提供すること
である。 【解決手段】 下部クラッド１１に形成されたコアパタ
ーン溝内に、スピンコート法等によりコア１２が充填さ
れる。コア１２の充填の際、コア１２と同じ材質からな
る中間層１３が形成される。中間層１３の上に、スピン
コート法等により、薄膜状の薄膜上部クラッド１４が形
成される。本発明に係る三次元光導波路は、上部クラッ
ドを薄膜化することにより、上部クラッドが基板状であ
る光導波路に比べて、光導波路の伝搬損失および結合損
失を低減することができる。また、本発明に係る三次元
光導波路の製造工程においては、中間層を除去しないの
で、製造工程を短縮でき、簡易に製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路部品に関
し、より特定的には、コアの上に中間層が形成される埋
め込み型の三次元光導波路部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、埋め込み型の三次元光導波路の製
造方法としては、火炎堆積法およびフォトリソグラフィ
ー法を用いた方法が一般的である。この方法は、火炎堆
積法により基板上に堆積させた下部クラッド層およびコ
ア層に対して、フォトリソグラフィー法によりコアパタ
ーニングを行った後、再び火炎堆積法で上部クラッドを
形成するというものである。

【０００３】図９は、火炎堆積法およびフォトリソグラ
フィー法を用いた、埋め込み形の三次元光導波路の製造
方法を示す図である。まず、図９（ａ）のように、火炎
堆積法により、基板５０の上に下部クラッド層５１が形
成され、下部クラッド層５１の上にコア層５２が形成さ
れる。次に、図９（ｂ）のように、コア層の上部に光導
波路のパターンが描写された金属薄膜５３がマスキング
される。さらに、図９（ｃ）のように、反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）法を施すことにより、コアパターン
以外のコア層の部分が除去される。最後に、図９（ｄ）
のように、下部クラッド層５１およびコア層５２の上
に、火炎堆積法により上部クラッド層５４が形成され
る。以上の工程により、埋め込み型の三次元光導波路が
製造される。

【０００４】ここで、火炎堆積法によりクラッド層およ
びコア層を形成する場合、膜厚の制御が非常に困難であ
る。従って、火炎堆積法を用いる場合、均一な膜厚を得
るために制御機構が複雑になることから、装置が大型化
するとともに、装置のコストが高くなる。また、フォト
リソグラフィー法は、エッチングの工程に時間がかか
る。以上より、上記の火炎堆積法およびフォトリソグラ
フィー法を用いた方法は、製造に時間およびコストを要
する。

【０００５】そこで、火炎堆積法およびフォトリソグラ
フィー法を用いる方法よりも簡易に光導波路を製造する
方法が提案されている。特開平７−２６１０４０号公報
には、クラッドとなる２枚のガラス基板の間にコアとな
るガラス材料を挟み込み、ガラス基板を加圧しながらガ
ラス材料を加熱溶融させることにより、光導波路を製造
する方法が開示されている。

【０００６】また、特開２０００−２５８６４９号公報
には、２枚のガラス基板の少なくとも一方にプレス成形
によって形成された溝内にコアとなるガラス層を形成
し、他方のガラス基板を重ねて密着させながら加熱して
２枚のガラス基板を融着することにより、光導波路を製
造する方法が開示されている。

【０００７】以上のように、特開平７−２６１０４０号
公報に記載される発明および、特開２０００−２５８６
４９号公報に記載される発明は、２枚のガラス基板の間
にガラス材料を挟み込み、ガラス基板を両側から加圧し
ながらガラス材料を加熱溶融させてガラス基板同士を密
着させるという方法を用いている。この方法によれば、
上記火炎堆積法およびフォトリソグラフィー法を用いる
方法に比べ、光導波路は簡易に製造される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記２つの公
報に記載される発明により光導波路部品を製造する場
合、ガラス基板を融着させる際に中間層が形成される。
中間層とは、コアを形成する際にコアの上に形成される
層であり、コアと同じ材質からなるものである。図１０
は、上記２つの公報に記載される、２枚のガラス板を融
着させる方法により製造される光導波路を示す図であ
る。図１０において、光導波路部品は、下部クラッド層
６１と、コア６２と、中間層６３と、上部クラッド層６
４とから構成される。中間層６３は、コア６２と同じ材
質であり、下部クラッド層６１と上部クラッド層６４と
の間にコア材を挟み込み、下部クラッド層６１と上部ク
ラッド層６４とを融着させる際に形成される。

【０００９】光導波路に含まれる中間層の厚さが増加す
ると、伝搬する光の中間層へ漏れ出す割合が増加するこ
ととなる。従って、中間層は、光導波路の伝搬損失の原
因となる。また、中間層は、光導波路における伝搬モー
ドの光強度分布の形状のくずれを引き起こし、光導波路
とシングルモード光ファイバとの結合部分におけるモー
ド不整合による接続損失の原因となる。以上のように、
光導波路に中間層が含まれる場合、光導波路の性能が悪
化する。

【００１０】ここで、２枚のガラス基板を融着させる方
法では、中間層を完全に生じないようにすることは不可
能である。また、上記の方法に限らず、凹型の下部クラ
ッドにコアを充填する方法においても、中間層が必ず生
じてしまう。従って、中間層が形成されることによる光
導波路の性能悪化の問題を解決するには、形成された中
間層を除去しなければならない。しかし、中間層を除去
するためには、エッチングという時間のかかる工程が新
たに必要となる。従って、ガラス基板を融着させる方法
により光導波路を製造する場合においても、中間層を除
去しようとすると、光導波路を簡易に製造することがで
きなくなる。

【００１１】それ故に、本発明の目的は、より簡易に製
造でき、かつ、性能のよい埋め込み型の三次元光導波路
およびその製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、埋め込み
型の三次元光導波路部品であって、上面部に断面が凹型
のコアパターン溝を有する下部クラッド層と、コアパタ
ーン溝内に形成され、下部クラッド層より屈折率の高い
材質で構成されるコアと、下部クラッド層およびコアの
上に形成され、コアと同一の材質で構成される薄膜状の
中間層と、薄膜を作製する工程によって中間層の上に堆
積されることにより形成され、コアより屈折率の低い材
質で構成される薄膜状の上部クラッド層とを備えてい
る。

【００１３】上記第１の発明の構成により、薄膜状の上
部クラッド層が形成されるので、上部クラッド層の上に
ある空気層の屈折率の影響が現れる。これにより、コア
の上側における実効的な屈折率が下がるので、コアと同
等の屈折率の薄膜層、すなわち、中間層がある場合であ
っても、光の閉じ込めが向上し、光導波路の伝搬損失が
低減される。また、薄膜状の上部クラッド層により、光
導波路の導波モードの光強度分布の形状が、中間層の上
に基板状の上部クラッド層が形成される場合に比べ、同
心円に近い形状となる。従って、光ファイバとの結合に
おける結合損失が低減される。さらに、上記第１の発明
によれば、コアを形成する際に一緒に形成される中間層
は、そのまま放置され、除去されない。すなわち、中間
層を除去する作業工程が不要となり、簡易に光導波路部
品を製造することができる。

【００１４】第２の発明は、第１の発明に従属する発明
であって、コア、中間層および上部クラッド層は、スピ
ンコート法により形成される。

【００１５】上記第２の発明の構成により、コア、中間
層および上部クラッド層は、簡易で、コストが安く、作
製時間が早く、かつ再現性のある製造方法であるスピン
コート法により形成されることとなる。

【００１６】第３の発明は、第１または第２の発明に従
属する発明であって、上部クラッド層は、下部クラッド
層より屈折率の低い材質で構成される。

【００１７】上記第３の発明の構成により、上部クラッ
ド層が基板の屈折率より低い材質で形成されるので、コ
アの上側における実効的な屈折率はさらに低くなる。従
って、導波路光の閉じ込め効果がさらに向上することと
なり、伝搬損失が低減される。

【００１８】第４の発明は、第１から第３の発明のいず
れかに従属する発明であって、コアの少なくとも一つの
端面は、コアを伝搬する光信号を受光する受光素子と接
続され、上部クラッド層は、受光素子とコアとの接続部
分の近傍から離れて形成される。

【００１９】上記第４の発明の構成により、受光素子と
コアとの接続部分の近傍には、上部クラッド層が形成さ
れないこととなる。すなわち、受光素子とコアとの接続
部分の近傍の中間層の上は空気層となる。このように、
受光素子とコアとの接続部において中間層の上を空気層
とすることにより、光導波路のスポットサイズが小さく
なる。これにより、光導波路の受光素子への結合効率が
最も高くなる。

【００２０】第５の発明は、第１から第３の発明のいず
れかに従属する発明であって、コアの少なくとも一つの
端面は、光信号を発振する発光素子と接続され、上部ク
ラッド層は、発光素子とコアとの接続部分の近傍では厚
膜状に、接続部分から離れた位置では薄膜状に形成され
る。

【００２１】上記第５の発明の構成により、コア層の上
に厚膜状の上部クラッドが形成されるので、発光素子と
コアとの接続部において光導波路のスポットサイズが大
きくなる。従って、発光素子から出射された光は、高効
率でコアへ導波することとなる。

【００２２】第６の発明は、第５の発明に従属する発明
であって、上部クラッド層は、その厚さが連続的に変化
する。

【００２３】第６の発明の構成により、上部クラッド層
の厚さは連続的に変化することとなる。従って、光導波
路のスポットサイズは連続的に変化することとなるの
で、スポットサイズが変化する際の変換損失が小さくな
る。

【００２４】第７の発明は、第５または第６の発明に従
属する発明であって、上部クラッド層は、発光素子とコ
アとの接続部分の近傍に設置されるガラス基板を含んで
いる。

【００２５】第７の発明の構成により、ガラス基板を貼
り合わせるだけで上部クラッドを作製することができ
る。

【００２６】第８の発明は、埋め込み型の三次元光導波
路部品の製造方法であって、下部クラッド層の上面部に
断面が凹型のコアパターン溝を形成するステップと、形
成されたコアパターン溝内に、下部クラッド層よりも屈
折率の低いコアを充填するステップと、コアを充填する
ステップにおいて下部クラッド層およびコアの上に形成
される薄膜状の中間層の上に、コアよりも屈折率の高い
材質で構成される薄膜状の上部クラッド層を、薄膜を作
製する工程により堆積させるステップとを含んでいる。

【００２７】第８の発明によれば、薄膜状の上部クラッ
ド層を有する光導波路部品が製造されることとなる。上
部クラッド層を薄膜状に形成することにより、上部クラ
ッド層の上にある空気層の屈折率の影響が現れる。これ
により、コアの上側における実効的な屈折率が下がるの
で、コアと同等の屈折率の薄膜層、すなわち、中間層が
ある場合であっても、光の閉じ込めが向上し、中間層に
おけるコア直上以外への光の漏れ出しが低減される。ま
た、上部クラッド層を薄膜状に形成することにより、光
導波路の導波モードの光強度分布の形状が、中間層の上
に基板状の上部クラッド層が形成される場合に比べ、同
心円に近い形状となる。従って、光ファイバとの結合に
おける結合損失が低減される。さらに、上記第８の発明
によれば、コアを形成する際に一緒に形成される中間層
を除去する工程がない。すなわち、中間層を除去する作
業工程が不要であり、簡易に光導波路部品を製造するこ
とができる。

【００２８】第９の発明は、第８の発明に従属する発明
であって、コアを充填するステップ、および、上部クラ
ッド層を形成するステップは、スピンコート法により行
われる。

【００２９】上記第９の発明によれば、コア、中間層お
よび上部クラッド層は、簡易で、コストが安く、作製時
間が早く、かつ再現性のある製造方法であるスピンコー
ト法により形成されることとなる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形
態に係る光導波路の斜視図である。図１において、第１
の実施形態に係る光導波路は、下部クラッド１１と、コ
ア１２と、中間層１３と、薄膜上部クラッド１４とから
構成されている。下部クラッド１１は、上面部に断面が
凹型のコアパターン溝を有している。下部クラッド１１
は、石英系ガラス、ＬｉＮｂＯ ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、Ｚｎ
Ｏ、ＰＬＺＴ、金属酸化物（Ｔａ₂Ｏ₅等）、有機系ポリ
マー等の材質により形成される。コア１２は、下部クラ
ッド１１の有するコアパターン溝内に形成される。コア
１２は、下部クラッド１１の材質よりも屈折率の高い光
学部材、例えば、Ｇｅ−ＳｉＯ₂ 、アクリル系紫外線硬
化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、フッ素化ポリイミ
ド等の材質から形成される。中間層１３は、コア１２を
コアパターン溝内に充填する製造工程において、下部ク
ラッド１１およびコア１２の上に形成される。中間層１
３は、コア１２と同じ材質である。薄膜上部クラッド１
４は、中間層１３の上に形成される。薄膜上部クラッド
１４は、コア１２および中間層１３の光学部材より低屈
折率の光学部材により形成され、光学部材としては、下
部クラッド１１と同様の材質で実現できる。

【００３１】次に、第１の実施形態に係る光導波路の製
造過程を説明する。図２は、第１の実施形態に係る光導
波路の製造過程を示す図である。また、図２は、図１に
示す光導波路をｚ軸に垂直な面で切った場合の断面図で
ある。第１の実施形態に係る光導波路の製造において、
まず、図２（ａ）に示すように、下部クラッド１１に断
面が凹型のコアパターン溝を形成する。コアパターン溝
は、フォトリソグラフィー法や、凸状のコアパターンを
有する金型を下部クラッド１１に圧着し、転写するとい
う方法により作製される。なお、フォトリソグラフィー
法は、光導波路のパターンが抜かれた金属薄膜をマスク
として、下部クラッド１１上に反応性イオンエッチング
法を施し、コアパターンを下部クラッド１１に転写する
ことによりコアパターン溝を作製する方法である。

【００３２】下部クラッド１１にコアパターン溝が形成
された後、図２（ｂ）に示すように、コアパターン溝内
に、コア１２が充填される。コア１２の充填は、スピン
コート法により充填されることが望ましい。スピンコー
ト法によれば、深さ１０μｍ程度の溝内に均一にコア材
を充填することが可能である。また、スピンコート法に
よれば、大掛かりな真空装置や製造時間を要することな
く、簡易にコア１２を形成することができる。ただし、
この場合、コア１２の材質が、ゾル−ゲル法等により生
成されるＳｉ−Ｏ₂ 系の光学部材やアクリル系紫外線硬
化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、フッ素化ポリイミ
ド等、スピンコート法を用いることが可能な材質である
必要がある。なお、スピンコート法を用いることができ
ない場合、コア１２の充填は、製造の容易性という点で
は劣るが、火炎堆積法や蒸着法等により行うようにして
もよい。

【００３３】上記のコア１２を充填する工程において、
コアパターン溝内に形成されるコア１２以外にも、コア
１２の上に、厚さが均一な膜状の層、すなわち、中間層
１３が形成される。中間層１３は、ある程度の厚みがあ
っても、薄膜上部クラッド１４の効果で損失は低減でき
るが、できる限り薄い方が好ましい。上記のスピンコー
ト法の場合、中間層１３の膜厚は、コア材の粘度とスピ
ナーの回転数により制御可能である。また、コア材の温
度を上げてスピンコートすると、中間層１３の膜厚を多
少薄くすることができる。

【００３４】コア１２を下部クラッド１１上に充填した
後、図２（ｃ）のように、コア１２および中間層１３の
上に薄膜上部クラッド１４が形成される。薄膜上部クラ
ッド１４は、コア１２の場合と同様スピンコート法によ
り形成される。なお、スピンコート法を用いることがで
きない場合、薄膜上部クラッドの形成は、製造の容易性
という点では劣るが、火炎堆積法や蒸着法等により行う
ようにしてもよい。以上の製造方法により、光導波路が
中間層１３を有する場合であっても、低損失な光導波路
を実現することが可能である。

【００３５】なお、上述のように、光導波路の製造過程
において、薄膜を作製する工程、すなわち、コア１２、
中間層１３および薄膜上部クラッド１４を作製する工程
は、スピンコート法を用いることが望ましい。スピンコ
ート法は、薄膜を作製する方法としては、最も簡易でコ
ストが安く、また作製時間も早く、さらに再現性のある
方法だからである。薄膜を作製する工程において、スピ
ンコート法の他に、火炎堆積法、ＣＶＤ、真空蒸着、ス
パッタ等を用いることが可能である。しかし、火炎堆積
法は、膜厚の制御が非常に難しく、コア層の形成に適用
する場合、精密な膜厚制御が必要である。従って、コア
形成用の火炎堆積装置は、均一な膜厚を得るために制御
機構が複雑になって高価になる。また、ＣＶＤ、真空蒸
着、スパッタ等の方法は、形成速度が遅く、厚さ１μｍ
以下の薄膜形成には適しているものの、１０μｍ程度の
厚膜を形成する場合には、時間を要するとともに、膜内
に大きな応力が発生し、均一な膜質を得ることが難し
い。以上より、薄膜を作製する工程において、スピンコ
ート法を用いることにより、光導波路を簡易でかつコス
トを安く作製することができる。

【００３６】図３は、上部クラッドの形状が異なる２つ
の光導波路における、中間層の膜厚とモード不整合によ
る結合損失との関係のグラフを示す図である。図３に示
す実線は、図１０に示す従来の形状を有する光導波路、
すなわち、上部クラッドがガラス基板である光導波路の
グラフである。一方、図３に示す点線は、図１に示す本
実施形態に係る形状を有する光導波路、すなわち、上部
クラッドが薄膜である光導波路のグラフである。ここ
で、図３に特性を示す２つの光導波路は、ともに、幅８
μｍ、深さ７μｍのコアパターン溝が形成された屈折率
１．５０４の下部クラッドとなるガラス基板の上に、屈
折率１．５０７のコアが形成された構成である。また、
上部クラッドであるガラス基板および薄膜の屈折率は、
２つの光導波路ともに、１．５０４である。また、上部
クラッドである薄膜の厚さは、３μｍである。

【００３７】図３に示すように、中間層の膜厚が１μｍ
より大きい範囲では、点線、すなわち、上部クラッドが
薄膜である光導波路の方が、モード不整合による結合損
失が小さい。実際にコア材として使用される光学材料を
スピンコート法により充填する場合、中間層１３の膜厚
は、３〜５μｍ程度が限界である。従って、実際に使用
される中間層の膜厚の範囲において、上部クラッドが薄
膜である光導波路の方が、上部クラッドが基板である光
導波路に比べて、モード不整合による結合損失が小さい
こととなる。以上より、図３から、上部クラッドを薄膜
化することにより、シングルモード光ファイバとの結合
効率が向上することがわかる。

【００３８】さらに、図３に特性を示す本実施形態に係
る光導波路は、上部クラッドの屈折率を下げ、厚さを若
干増加することによりモード結合がさらに向上する。す
なわち、基板の条件、および中間層の屈折率は上記と同
様で、中間層が２μｍとした場合、上部クラッドの屈折
率を１．４９８、厚さを５μｍとすることにより、モー
ド不整合による結合損失がさらに向上する。この場合、
モード不整合による結合損失は、上部クラッドがガラス
基板の時と比べ、２０％（約０．１ｄＢ）改善する。

【００３９】図４は、上部クラッドの形状が異なる２つ
の光導波路における、導波モードの等光強度線を示す図
である。図４（ａ）は、図１０に示す形状を有する従来
の光導波路、すなわち、上部クラッドがガラス基板であ
る光導波路における導波モードの等光強度線を示す図で
ある。一方、図４（ｂ）は、図１に示す本実施形態に係
る形状を有する光導波路、すなわち、上部クラッドが薄
膜である光導波路における導波モードの等光強度線を示
す図である。ここで、下部クラッドのガラス基板および
コアの屈折率と、コアの幅および深さは図３と同じ条件
であり、中間層の厚さは２μｍである。また、図４
（ａ）の上部クラッドのガラス基板の屈折率は１．５０
４であり、図４（ｂ）の薄膜上部クラッドの屈折率は
１．４９８、厚さは５μｍである。

【００４０】図４（ｂ）に示す等光強度線は、図４
（ａ）に示す等光強度線に比べ、等光強度線がコアを中
心とした同心円に近い形状を表している。従って、図４
から、光導波路の上部クラッドを薄膜にすることによ
り、光の中間層への広がりを抑え、伝搬損失を低減する
ことが可能であることがわかる。

【００４１】なお、薄膜上部クラッド１４の膜厚および
屈折率の最適な値は、コア１２の幅および深さ、コア１
２および下部クラッド１１の屈折率等により変化する。
上述のように、上部クラッドを薄膜化し、さらに、屈折
率を低くすることにより結合効率が向上され、伝搬損失
が低減される。しかし、薄膜上部クラッド１４が薄すぎ
たり、屈折率が低すぎた場合、中間層１３に光強度が集
中し、モードが同心円状からくずれ、光ファイバとの結
合の際、モード不整合による損失が増大することとな
る。以上より、薄膜上部クラッド１４の厚さおよび屈折
率を最適化することにより、中間層１３のコア１２直上
以外への光の漏れ出しを低減しながら、導波モードの形
状も同心円状に補正することができ、光ファイバとの結
合を向上させることができる。

【００４２】次に、本発明に係る第２の実施形態につい
て説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る光
導波路の斜視図である。図５において、第２の実施形態
に係る光導波路は、下部クラッド２１と、コア２２と、
中間層２３と、テーパー形成用基板上部クラッド２４
と、テーパー状上部クラッド２５とから構成されてい
る。下部クラッド２１、コア２２および中間層２３は、
第１の実施形態に係る光導波路における下部クラッド１
１、コア１２および中間層１３と同じ構成である。テー
パー形成用基板上部クラッド２４は、中間層２３の上
に、コア２２の一方の端部付近に貼り付けられる。テー
パー形成用基板上部クラッド２４は、コア２２および中
間層２３の光学部材より低屈折率の光学部材により形成
され、光学部材としては、下部クラッド２１と同様の材
質で実現できる。テーパー状上部クラッド２５は、中間
層２３およびテーパー形成用基板上部クラッド２４の上
に形成される。テーパー状上部クラッド２５は、テーパ
ー形成用基板上部クラッド２４と同様、コア２２および
中間層２３の光学部材より低屈折率の光学部材により形
成され、光学部材としては、下部クラッド２１と同様の
材質で実現できる。

【００４３】次に、第２の実施形態に係る光導波路の製
造方法を説明する。図６は、第２の実施形態に係る光導
波路の製造過程を示す図である。また、図６は、図５に
示す光導波路をｘ軸に垂直な面で切った場合の断面図で
ある。まず、図６（ａ）において、下部クラッド２１の
断面が凹型のコアパターン溝は、フォトリソグラフィー
法や、凸状のコアパターンを有する金型を下部クラッド
２１に圧着し、転写するという方法により形成される。
なお、図６では、コアパターン溝は図示されていない。
下部クラッド２１に凹型のコアパターン溝が形成された
後、図６（ｂ）に示すように、凹型のコアパターン溝内
に、図示されないコア２２がスピンコート法により充填
される。なお、スピンコート法を用いることができない
場合、コア２２の充填は、製造の容易性という点では劣
るが、火炎堆積法や蒸着法等により行うようにしてもよ
い。コア２２を充填する工程において、中間層２３が形
成される。以上の工程は、第１の実施形態に係る光導波
路における製造工程と同じ工程である。

【００４４】中間層２３が形成された後、図６（ｃ）に
示すように、スポットサイズを他の部分より大きくする
部分の上に、テーパー形成用基板上部クラッド２４が中
間層２３に貼り付けられる。テーパー形成用基板上部ク
ラッド２４が貼り付けられた後、図６（ｄ）に示すよう
に、テーパー形成用基板上部クラッド２４上に、テーパ
ー状上部クラッド２５がスピンコート法により形成され
る。以上により、第２の実施形態に係る光導波路が製造
される。

【００４５】なお、第２の実施形態に係る光導波路の製
造方法については、上記の方法に限るものではない。例
えば、スパッタ法により上部クラッドを製造する方法に
より製造するものであってもよい。具体的には、上部ク
ラッドの厚さを薄くしたい部分の上に庇状の板を用意し
てスパッタリングを行うことにより、テーパー状の上部
クラッドを製造するようにしてもよい。

【００４６】第２の実施形態に係る光導波路は、図５に
示すように、テーパー形成用基板上部クラッド２４およ
びテーパー状上部クラッド２５からなる上部クラッド層
の厚さが均一ではなく、場所によってその厚さが異なっ
ている。クラッド層の厚さが薄い部分のコア２２の端面
は、例えば受光素子に接続される。クラッド層の厚さが
薄い部分のコア２２付近では、光の閉じ込めが大きくな
るので、スポットサイズが小さくなる。受光素子との接
続部付近において光導波路のスポットサイズが小さくな
れば、光導波路中の光は受光素子の受光面に高効率で集
光される。以上より、受光素子に接続されるコア２２の
端面付近について、クラッド層を薄膜状にする、また
は、クラッド層を設けないことにより、光導波路と受光
素子との結合効率を高くすることができる。

【００４７】なお、光導波路と受光素子との接続部分の
ように、スポットサイズを小さくしたい部分について
は、クラッド層の厚さを薄くする他、クラッド層を形成
しないようにしてもよい。これにより、コア部分への光
の閉じ込めが最大となり、受光素子との結合効率が最も
よくなる。

【００４８】また、クラッド層が厚い部分のコア２２の
端面は、例えば発光素子に接続される。クラッド層が厚
い部分のコア２２付近では、光の閉じ込めは緩くなり、
スポットサイズが大きくなる。発光素子との接続部付近
において光導波路のスポットサイズが大きくなれば、発
光素子により発振された光は、光導波路に高効率で集光
される。以上より、発光素子に接続されるコア２２の端
面付近のクラッド層の厚さを厚膜状にすることにより、
光導波路と発光素子との結合効率を高くすることができ
る。

【００４９】以上のように、第２の実施形態に係る光導
波路によれば、上部クラッドの形状を変化させること
で、スポットサイズを変換することが可能となる。さら
に、図５に示すように、上部クラッド層はテーパー状で
あり、厚さが光軸方向に連続的に変化している。従っ
て、第２の実施形態に係る光導波路によれば、モード変
化が緩やかに行われることとなるので、スポットサイズ
変換による損失の少ないスポットサイズ変換部品を実現
することが可能となる。

【００５０】なお、上述のように、本実施形態において
は、上部クラッド層をテーパー状にするため、テーパー
形成用基板上部クラッド２４を用いた。テーパー形成用
基板上部クラッド２４を用いることにより、基板を貼り
合わせるだけで上部クラッドを作製することができるの
で、第２の実施形態に係る光導波路は、非常に作製が容
易となる。また、第２の実施形態に係る光導波路は、基
板を貼り合わせるだけで上部クラッドを作製することが
できるので、外部からの影響が少なく、機械的強度が向
上するという効果も有する。

【００５１】なお、本実施形態においては、上部クラッ
ドの形態を変化させることによりスポットサイズを変化
させる方法として、上部クラッドの厚さを変化させるこ
とにより、スポットサイズを変化させることとした。こ
こで、他の実施形態においては、スポットサイズを変化
させる方法として、クラッド素材の屈折率を変化させる
という方法を用いてもよい。この方法は、例えば、光の
照射強度によって屈折率が変化する素材をクラッド素材
として用いることにより実現可能である。具体的には、
上記方法は、光の照射強度によって屈折率が変化する素
材を中間層の上に予め塗布し、所望の屈折率になるよう
に、場所によって照射強度を変化させることにより実現
することが可能である。従って、クラッド層の内、受光
素子との接続部分の屈折率を他の部分より低くすること
により、受光素子との結合効率を高めることが可能であ
る。また、クラッド層の内、発光素子との接続部分の屈
折率を他の部分より高くすることにより、発光素子との
結合効率を高めることが可能である。

【００５２】次に、本発明に係る第３の実施形態につい
て説明する。第２の実施形態に係る光導波路のように、
一つの基板上で異なる形態の上部クラッドを形成する光
導波路は、光通信システムで用いられる光送受信装置に
ついて適用が可能である。図７は、第３の実施形態に係
る光送受信装置の斜視図である。以下、第３の実施形態
に係る光送受信装置について説明する。

【００５３】図７において、第３の実施形態に係る光送
受信装置は、Ｓｉ基板３０と、下部クラッド３１と、送
受信側コア３２と、ファイバ接続側コア３３と、送受信
側中間層３４と、ファイバ接続側中間層３５と、基板上
部クラッド３６と、送受信側薄膜上部クラッド３７と、
ファイバ接続側薄膜上部クラッド３８と、発光素子３９
と、受光素子４０と、モニター用受光素子４１と、波長
分離フィルタ４２とから構成される。以下、第３の実施
形態に係る光送受信装置の詳細な構成について説明す
る。

【００５４】図７に示す光送受信装置は、Ｓｉ基板３０
上に、下部クラッド３１と、受光素子４０と、発光素子
３９と、モニター用受光素子４１とが設置されている構
成である。下部クラッド３１は、波長分離フィルタ挿入
用溝と、２つのコアパターン溝とを有する。波長分離フ
ィルタ挿入用溝は、下部クラッド３１の中央付近を通る
ように、下部クラッド３１の一辺から対向する他方の一
辺まで延びている。２つのコアパターン溝は、波長分離
フィルタ挿入用溝により分けられた下部クラッド３１の
両側に設けられる。また、２つのコアパターン溝は、そ
れぞれ、下部クラッド３１の中央付近で波長分離フィル
タ挿入用溝と接しており、中央付近から下部クラッド３
１の外周まで延びている。さらに、２つのコアパターン
溝は、それぞれ、下部クラッド３１の中央から外周まで
延びる途中で２つに分岐している。

【００５５】下部クラッド３１に上記のように形成され
た２つコアパターン溝内に、送受信側コア３２およびフ
ァイバ接続側コア３３がそれぞれ形成される。送受信側
コア３２および下部クラッド３１の上に、送受信側中間
層３４が形成される。また、ファイバ接続側コア３３お
よび下部クラッド３１の上に、ファイバ接続側中間層３
５が形成される。送受信側中間層３４およびファイバ接
続側中間層３５は、それぞれ、送受信側コア３２および
ファイバ接続側コア３３がコアパターン溝内に形成され
る際に形成されるものである。

【００５６】上記のように形成される送受信側中間層３
４の上に、基板上部クラッド３６が貼り付けられる。基
板上部クラッド３６は、分岐した送受信側コア３２の一
方の上に設けられる。さらに、送受信側中間層３４の上
で、基板上部クラッド３６以外の部分には、送受信側薄
膜上部クラッド３７が形成される。また、ファイバ接続
側中間層３５の上には、ファイバ接続側薄膜上部クラッ
ド３８が形成される。

【００５７】発光素子３９は、送受信側コア３２と接続
するようにＳｉ基板３０上に設置される。ここで、発光
素子３９は、分岐している送受信側コア３２の内、基板
上部クラッド３６が設けられている一方と接続するよう
に設置される。受光素子４０は、分岐している送受信側
コア３２の内、発光素子３９が接続されていない方の送
受信側コア３２と接続するようにＳｉ基板３０上に設置
される。モニター用受光素子４１は、発光素子３９と接
続するようにＳｉ基板３０上に設置される。波長分離フ
ィルタ４２は、波長分離フィルタ挿入用溝に設置され
る。ここで、波長分離フィルタ４２は、送受信側コア３
２およびファイバ接続側コア３３と接続するように設置
される。なお、ファイバ接続側コア３３の分岐した側に
は、図示しない波長１．５μｍポート用の光ファイバお
よび波長１．３μｍポート用の光ファイバが接続され
る。

【００５８】なお、第３の実施形態に係る光送受信装置
の光導波路部分におけるクラッドおよびコアについて
は、第１の実施形態において説明した材質と同じ材質に
より構成することができる。また、第３の実施形態に係
る光送受信装置の光導波路部分におけるクラッドおよび
コアは、第１および第２の実施形態において説明した方
法を用いて製造することができる。

【００５９】次に、第３の実施形態に係る光送受信装置
の動作を説明する。図７に示す光送受信装置は、波長分
離フィルタ４２により、異なる波長の受信信号を分波
し、所望の波長の信号のみを受信側へ通過させるもので
ある。ファイバ接続側コア３３の分岐している一方に対
して波長１．５μｍの光信号が入射された場合、光信号
は、波長分離フィルタ４２により１．５μｍポート用の
光ファイバが接続されている側へと反射され、波長１．
５μｍポート用の光ファイバへ送出される。これに対し
て、ファイバ接続側コアの分岐している一方へ波長１．
３μｍの光信号が入射された場合、光信号は、波長分離
フィルタ４２を介して送受信側コア３２へ伝搬し、送受
信側コア３２と接続されている受光素子４０へ送出され
る。ここで、受光素子４０と送受信側コア３２との接続
部付近の薄膜上部クラッド３８は、薄膜状である。従っ
て、スポットサイズは小さいので、受信信号は、受光素
子４０の受光面に高効率で集光される。なお、受光素子
４０と送受信側コア３２との接続部付近の送受信側中間
層３４の上には、クラッド層を形成しないようにしても
よい。

【００６０】次に、発光素子３９が信号を発振する場合
の動作について説明する。発光素子３９により発振され
た波長１．３μｍの送信信号は、送受信側コア３２か
ら、波長分離フィルタ４２を通ってファイバ接続側コア
３３へと伝搬し、波長１．３μｍポート用の光ファイバ
へと送出される。ここで、発光素子３９と接続されてい
る送受信側コア３２の上の基板上部クラッド３６は、上
部クラッド部分が厚くなっている。従って、スポットサ
イズは大きくなり、発光素子３９により発振された光
は、送受信側コア３２に高効率で集光される。

【００６１】図８は、第３の実施形態に係る光送受信装
置の変形例を示す図である。図８に示す光送受信装置に
おいては、図７に示す光送受信装置における送受信側薄
膜上部クラッド３７に代えて、テーパー状上部クラッド
４３が形成される。このように、送受信側コア３２の上
部クラッド層の厚さを連続的に変化させることで、モー
ド変化が緩やかに行われることとなる。従って、図８に
示す光送受信装置によれば、分波部分におけるスポット
サイズ変換による損失を低減することが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明は、コア形成の際に
一緒に形成される中間層の上に薄膜状の上部クラッド層
を設けることにより、光導波路の伝搬損失および結合損
失を低減し、さらに、簡易に製造することができるとい
う効果を有する三次元光導波路およびその製造方法を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光導波路の斜視
図である。

【図２】第１の実施形態に係る光導波路の製造過程を示
す図である。

【図３】第１の実施形態に係る光導波路および従来の光
導波路における、中間層の膜厚とモード不整合による結
合損失との関係のグラフを示す図である。

【図４】第１の実施形態に係る光導波路および従来の光
導波路における、導波モードの等光強度線を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る光導波路の斜視
図である。

【図６】第２の実施形態に係る光導波路の製造過程を示
す図である。

【図７】第３の実施形態に係る光送受信装置の斜視図で
ある。

【図８】第３の実施形態に係る光送受信装置の変形例を
示す図である。

【図９】従来の火炎堆積法およびフォトリソグラフィー
法を用いた、埋め込み形の三次元光導波路の製造方法を
示す図である。

【図１０】従来の２枚のガラス板を融着させる方法によ
り製造される光導波路を示す図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 下部クラッド １２，２２ コア １３，２３ 中間層 １４ 薄膜上部クラッド ２４ テーパー形成用基板上部クラッド ２５，４３ テーパー状上部クラッド ３０ Ｓｉ基板 ３２ 送受信側コア ３３ ファイバ接続側コア ３４ 送受信側中間層 ３５ ファイバ接続側中間層 ３６ 基板上部クラッド ３７ 送受信側薄膜上部クラッド ３８ ファイバ接続側薄膜上部クラッド ３９ 発光素子 ４０ 受光素子 ４１ モニター用受光素子 ４２ 波長分離フィルタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 埋め込み型の三次元光導波路部品であっ
   て、 上面部に断面が凹型のコアパターン溝を有する下部クラ
   ッド層と、 前記コアパターン溝内に形成され、前記下部クラッド層
   より屈折率の高い材質で構成されるコアと、 前記下部クラッド層および前記コアの上に形成され、前
   記コアと同一の材質で構成される薄膜状の中間層と、 薄膜を作製する工程によって前記中間層の上に堆積され
   ることにより形成され、前記コアより屈折率の低い材質
   で構成される薄膜状の上部クラッド層とを備える、三次
   元光導波路部品。
2. 【請求項２】 前記コア、前記中間層および前記上部ク
   ラッド層は、スピンコート法により形成されることを特
   徴とする、請求項１に記載の三次元光導波路部品。
3. 【請求項３】 前記上部クラッド層は、前記下部クラッ
   ド層より屈折率の低い材質で構成されることを特徴とす
   る、請求項１または２に記載の三次元光導波路部品。
4. 【請求項４】 前記コアの少なくとも一つの端面は、当
   該コアを伝搬する光信号を受光する受光素子と接続さ
   れ、 前記上部クラッド層は、前記受光素子と前記コアとの接
   続部分の近傍から離れて形成されることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれかに記載の三次元光導波路部
   品。
5. 【請求項５】 前記コアの少なくとも一つの端面は、光
   信号を発振する発光素子と接続され、 前記上部クラッド層は、前記発光素子と前記コアとの接
   続部分の近傍では厚膜状に、当該接続部分から離れた位
   置では薄膜状に形成されることを特徴とする、請求項１
   から３のいずれかに記載の三次元光導波路部品。
6. 【請求項６】 前記上部クラッド層は、その厚さが連続
   的に変化することを特徴とする、請求項５に記載の三次
   元光導波路部品。
7. 【請求項７】 前記上部クラッド層は、前記発光素子と
   前記コアとの接続部分の近傍に設置されるガラス基板を
   含む、請求項５または６に記載の三次元光導波路部品。
8. 【請求項８】 埋め込み型の三次元光導波路部品の製造
   方法であって、 下部クラッド層の上面部に断面が凹型のコアパターン溝
   を形成するステップと、 前記形成されたコアパターン溝内に、前記下部クラッド
   層よりも屈折率の低いコアを充填するステップと、 前記コアを充填するステップにおいて前記下部クラッド
   層および当該コアの上に形成される薄膜状の中間層の上
   に、前記コアよりも屈折率の高い材質で構成される薄膜
   状の上部クラッド層を、薄膜を作製する工程により堆積
   させるステップとを含む、三次元光導波路部品の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記コアを充填するステップ、および、
   前記上部クラッド層を形成するステップは、スピンコー
   ト法により行われることを特徴とする、請求項８に記載
   の三次元光導波路部品の製造方法。