JP2003167140A - 光導波路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続損失の増加を抑制しかつ小型化を実現す
る光導波路基板を提供する。 【解決手段】 コアの一部が信号光の導波方向に向かっ
て幅および高さが徐々に減少した第１のテーパ導波路
と、この第１のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向
して配置され、コアの一部が信号光の導波方向に向かっ
て幅および高さが徐々に増加した第２のテーパ導波路と
第１のテーパ導波路と第２のテーパ導波路とを接続しか
つスリットが設けられた第３の導波路とを備えることに
より、信号光のスポットサイズを、スリットに挿入され
た光学素子を通過する前に拡大してコアと光学素子の接
続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩
和するので、接続損失の増加を抑制することができ、結
果として小型化を実現する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光導波路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】インターネットの急速な普及により、光
通信システムの大容量化が非常な勢いで進んでおり、幹
線系の光通信システムでは、波長多重方式によって多重
数倍の大容量化を図る方式が既に実用化されるに至って
いる。現在では、１６０波レベルまでの高密度波長多重
方式が商用化されるようになってきた。このような波長
多重光通信方式では、異なる波長を有する複数の信号光
を１本の光ファイバに導入するための合波器および波長
多重された信号光から異なる波長の信号に切り分けるた
めの分波器からなる合分波器が用いられている。

【０００３】また、光ファイバを各家庭付近にまで導入
する光加入者システムも導入が開始されつつあり、局側
からの下り信号と局側への上り信号に異なる波長を用い
て、１本の光ファイバで上り／下りの双方向通信を行う
システムも実用化されている。この２波長双方向通信で
も、送信信号を１本の光ファイバへ導入し、送信されて
きた信号を受信器側に切り分けるための合分波器が用い
られる。これらの合分波器は、所定の位置に性能向上の
ための波長板や波長選択フィルタ等を挿入した光導波路
から構成されることが多い。

【０００４】例えば、幹線系の合分波器やアレイ導波路
格子（入出力２つのスターカップラの間に同じ光路長差
を有するアレイ状の導波路が形成されたものであり、ア
レイ状の導波路が高次の回折格子の役割を担うことによ
って合分波の機能を示すもの）では、アレイ状の導波路
部分にスリットを設け、このスリットに１／２波長板を
挿入して偏光方向を９０度回転させて、光導波路に起因
する偏光依存性を消している。また、加入者系に用いら
れる合分波器では、Ｙ字状の光導波路を形成し、３本の
光導波路が交差する部分に波長選択フィルタを挿入し、
１方向から来た信号光を波長に応じ折り返しまたは透過
させて他の２本の光導波路に所定の波長の光のみを透過
させている。これらの光導波路の共通の課題は小型化で
あり、比屈折率差Δを大きくして光の閉じ込めを強く
し、光導波路の曲率を小さくすることで小型化を図って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光導波
路においてΔを大きくとって光の閉じ込めを強くしかつ
シングルモード条件を満足させるには、コア径を小さく
する必要があり、コア径を小さくすると伝搬光のスポッ
トサイズも小さくなる。一般に、シングルモード光の接
続では、スポットサイズが小さくなる程、接続部分の軸
ずれ、間隔ずれに対し接続損失が増加し、Δが大きい光
導波路にスリットを設けてフィルタを挿入する場合に
は、さらに損失が大きくなってしまう。

【０００６】例えば、通常の石英系の光導波路で採用さ
れるΔが０．４％程度の波長の光導波路の場合はスポッ
トサイズが通常約４μｍであるが、Δが１．２％で曲率
半径を３ｍｍ以下にした場合はスポットサイズが約２μ
ｍ、Δが２．０％で曲率半径を１．５ｍｍ以下にした場
合はスポットサイズは２μｍとなる。同一の接続損失を
得るための許容軸ずれ値は、スポットサイズに反比例
し、通常の石英導波路での許容軸ずれ量を１μｍとした
場合、同一の接続損失を得るにはΔが１．２％の場合に
はスポットサイズが０．５μｍ、Δが２％の場合にはス
ポットサイズが０．３８μｍと非常に許容誤差が小さく
なり、高度の加工精度、実装精度が要求される。また、
間隔ずれに対しては一般にフィルタ等の膜の厚さは３０
μｍ程度であり、光導波路部分にフィルタを挿入するに
は最低５０μｍの間隔が必要であるが、同一の接続損失
を得るための許容間隔ずれはスポットサイズの２乗に比
例するために、Δが１．２％の場合には必要な間隔が約
１２μｍ以下となり、フィルタ挿入が理論上不可能とな
る。このためフィルタを光導波路部分に挿入する場合に
は、従来より接続損失が大きくなってしまうという課題
があった。また、フィルタ等の薄膜状部材以外の光学素
子を光導波路部分に挿入するには、さらに間隔を空ける
必要があり、従来では接続損失の増加が大き過ぎるため
に実現できていなかった。そこで、本発明は、接続損失
の増加を抑制しかつ小型化を実現する光導波路基板を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明に係る光導波路基板は、基板上にコアお
よびクラッドが形成された光導波路基板において、コア
の一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐
々に減少した第１のテーパ導波路と、この第１のテーパ
導波路と信号光の導波方向に対向して配置され、コアの
一部が信号光の導波方向に向かって幅および高さが徐々
に増加した第２のテーパ導波路と第１のテーパ導波路と
第２のテーパ導波路と接続する第３の導波路とを備え、
この第３の導波路には光学素子を挿入するスリットが設
けられたことを特徴とする。この光導波路基板によれ
ば、この光導波路基板を導波する信号光のスポットサイ
ズは、第１のテーパ導波路で拡大され、その大きさのま
ま第３の導波路およびスリットを透過し、第２のテーパ
導波路で拡大される前の大きさに戻される。

【０００８】上記光導波路基板において、第１のテーパ
導波路、第２のテーパ導波路および第３の導波路の底面
を除く周囲のクラッド層はポリマー材から構成されるよ
うにしてもよい。この光導波路基板によれば、ポリマー
材によりコアへの信号光の閉じ込めが強くなる。

【０００９】本発明に係る光導波路基板の他の構成例
は、基板上にコアおよびクラッドが形成された光導波路
基板において、コアの一部が信号光の導波方向に向かっ
て幅は徐々に増加し、高さは徐々に減少した第１のテー
パ導波路と、この第１のテーパ導波路と信号光の導波方
向に対向して配置され、コアの一部が信号光の導波方向
に向かって幅は徐々に減少し、高さは徐々に増加した第
２のテーパ導波路と第１のテーパ導波路と第２のテーパ
導波路とを接続する第３の導波路とを備え、この第３の
導波路には光学素子を挿入するスリットが設けられたこ
とを特徴とする。この光導波路基板によれば、この光導
波路基板を導波する信号光のスポットサイズは、第１の
テーパ導波路で拡大され、その大きさのまま第３の導波
路およびスリットを透過し、第２のテーパ導波路で拡大
される前の大きさに戻される。

【００１０】上記光導波路基板において、第１のテーパ
導波路、第２のテーパ導波路および第３の導波路の底面
を除く周囲のクラッド層はポリマー材から構成してもよ
い。この光導波路基板によれば、ポリマー材によりコア
への信号光の閉じ込めが強くなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。 ［実施の形態１］図１は、本発明の第１の実施の形態に
係る光導波路基板１の構成を示す斜視図、図２は、第１
の実施の形態に係る光導波路基板１に光学素子を挿入し
た図である。図１に示すように、本実施の形態における
光導波路基板１は、基板１１上に周囲をクラッド１２で
覆われたクラッド１２よりも屈折率の高いコア１３が形
成されている。

【００１２】コア１３には、所定の箇所より幅および高
さを徐々に減少させた形状のテーパ部１３ａ、所定の箇
所より幅および高さを徐々に増加させた形状のテーパ部
１３ｂおよびテーパ部１３ａとテーパ部１３ｂの間を接
続する挿入部１３ｃが設けられている。この挿入部１３
ｃには、図２に示すようなスリット１４が形成され、フ
ィルタ等の光学素子１５が挿入される。

【００１３】信号光がテーパ部１３ａからテーパ部１３
ｂの方向に導波する場合、信号光のスポットサイズは、
幅および高さを信号光の導波方向に減少させたテーパ部
１３ａで拡大され、拡大された大きさで光学素子１５を
透過し、幅および高さを信号光の導波方向に増加させた
テーパ部１３ｂで縮小されて、再びテーパ部１３ａに進
入する前の大きさに戻される。このように光導波路基板
１は、信号光のスポットサイズを信号光が光学素子１５
を通過する前に拡大させることにより、挿入部１３ｃと
光学素子１５との接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに
対する許容誤差を緩和させることができるので、比屈折
率差Δが大きくても接続損失の増加を防ぎことができ
る。この結果、光導波路基板の小型化も実現することが
可能となる。実際、上述したスポットサイズの拡大およ
び縮小を行うテーパ部１３ａ、１３ｂおよび挿入部１３
ｃを含んだ全長は、２００μｍ〜２０００μｍで済み、
これは光導波路全体のサイズを犠牲にしない長さであ
る。

【００１４】上述した光導波路基板１は、一般によく知
られている製造方法、例えばフォトリソグラフィー法や
火炎堆積法などにより簡便に作成することができる。こ
のため、光学素子１５を挿入する場所のみ信号光のスポ
ットサイズを変化させる光導波路基板１は、小型で接続
損失が少ないのみならず、低コストかつ簡便に製造する
ことができる。

【００１５】なお、光学素子１５を挿入するスリット１
４は、図２にはコア１３に直交するように形成されてい
るが、コア１３に対して斜めに形成してもよい。このよ
うな構造にしても、上述したのと同様の効果を得ること
ができる。また、スリット１４に挿入する光学素子１５
は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によっては
バルク状の素子でもよい。

【００１６】［実施の形態２］次に、図３を参照して、
本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、
第２の実施の形態に係る光導波路基板２の構成を示す斜
視図である。なお、第２の実施の形態は、第１の実施の
形態とクラッドの構成が異なるだけなので、同等の構成
要素には同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略
する。図３に示すように、本実施の形態における光導波
路基板２は、基板１１上に下層クラッド１２ａが形成さ
れ、この下層クラッド１２ａ上に周囲を上層クラッド１
２ｂで覆われたコア１３が形成されている。

【００１７】本実施の形態の光導波路基板２は、上層ク
ラッド１２ｂがポリマー部材、他の構成要素が通常の石
英系部材から構成されている。ポリマー部材は、石英系
部材と比較して屈折率の温度変化が大きく、一般に高温
で低下し、低温で高くなる性質がある。よって、コア１
３におけるスポットサイズの変換部の光の閉じ込めは、
ポリマーの屈折率に依存し、高温で閉じ込めが強く、低
温で弱くなる。このように、信号光の閉じ込めの弱い部
分をポリマーで覆うことで、接続損失特性もしくは偏光
特性に温度依存性を付与することができる。これによ
り、光導波路基板２は、第１の実施の形態で説明した効
果に加えて、温度を変化させてポリマー部材から構成さ
れた上層クラッド１２ｂの屈折率を変化させることによ
り、さらに信号光の閉じ込めを強し、これによりさらな
る小型化を実現することができる。

【００１８】なお、本実施の形態においても、第１の実
施の形態で説明したのと同等のスリットを設け、このス
リットに光学素子を挿入することができる。また、光学
素子を挿入するスリットは、第１の実施の形態と同様に
コア１３に対して直交または斜めに形成することができ
る。さらに、スリットに挿入する光学素子は、フィルタ
等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素
子でもよい。

【００１９】［実施の形態３］次に、図４および図５を
参照して、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基
板３について説明する。図４は、第３の実施の形態に係
る光導波路基板３の構成を示す斜視図、図５は、第３の
実施の形態に係る光導波路基板３に光学素子を挿入した
図である。なお、第３の実施の形態は、第１の実施の形
態とコアの形状が異なるだけなので、同等の構成要素に
は同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略する。

【００２０】コア１６には、所定の箇所より幅を徐々に
増加させかつ高さを徐々に減少させた形状のテーパ部７
ａ、所定の箇所より幅を徐々に減少させかつ高さを徐々
に増加させた形状のテーパ部１６ｂおよびテーパ部１６
ａとテーパ部１６ｂの間を接続する挿入部１６ｃが設け
られている。この挿入部１６ｃには、図５に示すような
スリット１４が形成され、フィルタ等の光学素子１５が
挿入される。

【００２１】コアを徐々に細くして信号光のしみ出しを
大きくすることによりスポットサイズを大きくする場
合、特に幅方向の光の閉じ込めは、製造過程におけるパ
ターニングの要求精度が厳しいため、側面の形状の影響
を受けやすく、光の閉じ込めを強くするのが困難であ
る。しかし、図４に示すように、テーパ部１６ａで幅を
徐々に増加させ、挿入部１６ｃを経て、テーパ部１６ｂ
で幅を徐々に減少させる構造をとることにより本実施の
形態の光導波路基板３は、側面のパターン精度の影響を
受けにくくなり、結果として信号光の閉じ込めを強くす
ることができる。

【００２２】信号光がテーパ部１６ａからテーパ部１６
ｂの方向に導波する場合、信号光のスポットサイズは、
テーパ部１６ａで拡大され、拡大された大きさで光学素
子１５を透過し、テーパ部１６ｂで縮小されて、再びテ
ーパ部１６ａに進入する前の大きさに戻される。このよ
うに光導波路基板３は、信号光のスポットサイズを信号
光が光学素子１５を通過する前に拡大させることによ
り、挿入部１６ｃと光学素子１５との接続部分での軸ず
れおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和させることが
できるので、比屈折率差Δが大きくても接続損失の増加
を防ぎことができる。この結果、光導波路基板の小型化
も実現することが可能となる。実際、上述したスポット
サイズの拡大および縮小を行うテーパ部１６ａ、１６ｂ
および挿入部１６ｃを含んだ全長は、２００μｍ〜２０
００μｍで済み、これは光導波路全体のサイズを犠牲に
しない長さである。

【００２３】上述した光導波路基板３は、一般によく知
られている製造方法、例えばフォトリソグラフィー法や
火炎堆積法などにより簡便に作成することができる。こ
のため、光学素子１５を挿入する場所のみ信号光のスポ
ットサイズを変化させる光導波路基板３は、小型で接続
損失が少ないのみならず、低コストかつ簡便に製造する
ことができる。

【００２４】なお、光学素子１５を挿入するスリット１
４は、図５にはコア１６に直交するように形成されてい
るが、コア１６に対して斜めに形成してもよい。このよ
うな構造にしても、上述したのと同様の効果を得ること
ができる。また、スリット１４に挿入する光学素子１５
は、フィルタ等の薄膜素子のみならず、用途によっては
バルク状の素子でもよい。

【００２５】［実施の形態４］次に、図６を参照して、
本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は、
第４の実施の形態に係る光導波路基板４の構成を示す斜
視図である。なお、第４の実施の形態は、第３の実施の
形態をクラッドの構成が異なるだけなので、同等の構成
要素には同じ名称および符号を付して、説明を適宜省略
する。図６に示すように、本実施の形態における光導波
路基板４は、基板１１上に下層クラッド１２ａが形成さ
れ、この下層クラッド１２ａ上に周囲を上層クラッド１
２ｂで覆われたコア１６が形成されている。

【００２６】本実施の形態の光導波路基板４は、上層ク
ラッド１２ｂがポリマー部材、他の構成要素が通常の石
英系部材から構成されている。ポリマー部材は、石英系
部材と比較して屈折率の温度変化が大きく、一般に高温
で低下し、低温で高くなる性質がある。よって、コア１
６におけるスポットサイズの変換部の光の閉じ込めは、
ポリマーの屈折率に依存し、高温で閉じ込めが強く、低
温で弱くなる。このように、信号光の閉じ込めの弱い部
分をポリマーで覆うことで、接続損失特性もしくは偏光
特性に温度依存性を付与することができる。これによ
り、光導波路基板４は、第３の実施の形態で説明した効
果に加えて、温度を変化させてポリマー部材から構成さ
れた上層クラッド１２ｂの屈折率を変化させることによ
り、さらに信号光の閉じ込めを強し、これによりさらな
る小型化を実現することができる。

【００２７】なお、本実施の形態においても、第３の実
施の形態で説明したのと同等のスリットを設け、このス
リットに光学素子を挿入することができる。また、光学
素子を挿入するスリットは、第３の実施の形態と同様に
コア１６に対して直交または斜めに形成することができ
る。さらに、スリットに挿入する光学素子は、フィルタ
等の薄膜素子のみならず、用途によってはバルク状の素
子でもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路基
板は、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅およ
び高さが徐々に減少した第１のテーパ導波路と、この第
１のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置さ
れ、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅および
高さが徐々に増加した第２のテーパ導波路と第１のテー
パ導波路と第２のテーパ導波路とを接続しかつスリット
が設けられた第３の導波路とを備えることにより、信号
光のスポットサイズを、スリットに挿入された光学素子
を通過する前に拡大してコアと光学素子の接続部分での
軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を緩和するの
で、接続損失の増加を抑制することができ、結果として
小型化を実現することができる。また、コアの底面を除
く周囲を被覆するクラッド層をポリマー材から構成する
ことにより、コアへの信号光の閉じ込めを強くし、結果
として小型化を図ることができる。

【００２９】本発明の光導波路基板の他の構成例は、コ
アの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々に増加
し、高さは徐々に減少した第１のテーパ導波路と、この
第１のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して配置
され、コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐
々に減少し、高さは徐々に増加した第２のテーパ導波路
と第１のテーパ導波路と第２のテーパ導波路とを接続し
かつスリットが設けられた第３の導波路とを備えること
により、信号光のスポットサイズを、スリットに挿入さ
れた光学素子を通過する前に拡大してコアと光学素子の
接続部分での軸ずれおよび間隔ずれに対する許容誤差を
緩和するので、接続損失の増加を抑制することができ、
なおかつ第１のテーパ導波路で幅を徐々に増加させ、第
３の導波路を経て、第２のテーパ導波路で幅を徐々に減
少させる構造をとることにより本実施の形態の光導波路
基板３は、側面のパターン精度の影響を受けにくくな
り、結果として信号光の閉じ込めを強くすることができ
るので、結果として小型化を実現することができる。ま
た、コアの底面を除く周囲を被覆するクラッド層をポリ
マー材から構成することにより、コアへの信号光の閉じ
込めを強くし、結果として小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係る光導波路基板１の構
成を示す斜視図である。

【図２】 第１の実施の形態に係る光導波路基板１に光
学素子を挿入した図である。

【図３】 第２の実施の形態に係る光導波路基板２の構
成を示す斜視図である。

【図４】 第３の実施の形態に係る光導波路基板３の構
成を示す斜視図である。

【図５】 第３の実施の形態に係る光導波路基板３に光
学素子を挿入した図である。

【図６】 第４の実施の形態に係る光導波路基板４の構
成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，２，３，４…光導波路基板、１１…基板、１２…ク
ラッド、１２ａ…下層クラッド、１２ｂ…上層クラッ
ド、１３…コア、１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ…テ
ーパ部、１３ｃ，１６ｃ…挿入部、１４…スリット、１
５…光学素子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にコアおよびクラッドが形成され
   た光導波路基板において、 前記コアの一部が信号光の導波方向に幅および高さが徐
   々に減少した第１のテーパ導波路と、 この第１のテーパ導波路と前記信号光の導波方向に対向
   して配置され、前記コアの一部が前記信号光の導波方向
   に幅および高さが徐々に増加した第２のテーパ導波路
   と、 前記第１のテーパ導波路と前記第２のテーパ導波路とを
   接続する第３の導波路とを備え、 この第３の導波路には光学素子を挿入するスリットが設
   けられたことを特徴とする光導波路基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光導波路基板において、 前記第１のテーパ導波路、前記第２のテーパ導波路およ
   び前記第３の導波路の底面を除く周囲のクラッド層はポ
   リマー材から構成されることを特徴とする光導波路基
   板。
3. 【請求項３】 基板上にコアおよびクラッドが形成され
   た光導波路基板において、 前記コアの一部が信号光の導波方向に向かって幅は徐々
   に増加し、高さは徐々に減少した第１のテーパ導波路
   と、 この第１のテーパ導波路と信号光の導波方向に対向して
   配置され、前記コアの一部が信号光の導波方向に向かっ
   て幅は徐々に減少し、高さは徐々に増加した第２のテー
   パ導波路と前記第１のテーパ導波路と前記第２のテーパ
   導波路とを接続する第３の導波路とを備え、 この第３の導波路には光学素子を挿入するスリットが設
   けられたことを特徴とする光導波路基板。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光導波路基板において、 前記第１のテーパ導波路、前記第２のテーパ導波路およ
   び前記第３の導波路の底面を除く周囲のクラッド層はポ
   リマー材から構成されることを特徴とする光導波路基
   板。