JP2004046021A - 光導波路装置、光合波分波装置及び光波長多重伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を増加させたり、製造効率を低下させたりすることなく、コアから放出される迷光による悪影響を防止することができる光導波路装置を提供する。
【解決手段】下クラッド層１３の中に、コア１５及び１６と同じ材料で、且つ、同一の製造工程によって、光結合体１８を設ける。この光結合体１８は、コア１５から放出された迷光を捕捉し、迷光を任意の方向に導くことによって再度コア１５、１６に結合されるのを防止する。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路装置、光合波分波装置及び光波長多重伝送装置に関する。特に、本発明は、コアから放出される迷光の処理に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図１は曲り導波路と呼ばれる光導波路のひとつを示す概略平面図である。この光導波路では、クラッド１に形成された溝内にクラッドよりも屈折率の高い光学用樹脂を充填して湾曲したコア２が形成されている。
【０００３】
また、図２はＳ字形導波路と呼ばれる光導波路が２つ連続している形態の一つを示す概略平面図である。この光導波路でも、クラッド１に形成された溝内にクラッドよりも屈折率の高い光学用樹脂を充填してＳ字状に湾曲したコア２が形成されている。
【０００４】
図１及び図２には、コア２の一端から光を入射させ他端から光を出射させた時の、コア２の各断面における光の強度分布が表わされている。コア２の直線部分では、光は左右対称で安定した界分布を示しており、光はほぼコア２内に閉じ込められている。しかし、コア２の湾曲部分では、光の界分布は左右非対称となり、湾曲部分の外周側で光の閉じ込めが弱くなり、界分布の裾の部分が外側へ広がっている。従って、安定した界分布でコア２の直線部分を伝搬してきた光が、湾曲部分に達すると、湾曲部分の外周側で光の閉じ込めが弱くなり、界分布が乱れて外周側への光の漏れが大きくなる。このコアから漏れた光はクラッドへ放出され、光導波路内で迷光となる。
【０００５】
このような迷光が発生すると、その迷光は他の箇所で再びコアに結合したり（図２参照）、また、複数のコアが形成されている場合には他のコアに結合したりすることがあり、コアに再結合した迷光は、コア内の光量を所望の値から変化させてしまう。また、迷光がコア内の光と干渉してコアと再結合すると、コアの界分布の位置を所望の位置からずらしたり、コア内を伝搬する光を蛇行させたりする。そのため、光導波路内で方向性結合器を構成しようとした場合に、その結合量を変化させたり、光導波路と光ファイバとを結合する場合に、ばらつきを発生させるなど、コア内の光に悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
図３（ａ）は従来の減衰形の光導波路装置（例えば、可変光減衰器ＶＯＡ）を示す平面図、図３（ｂ）はそのＸ部拡大図である。この光導波路装置では、コア２に入射した光は、コア２内を伝搬し、Ｙ分岐部分において分割されて枝コア２ａ内を伝搬する。ついで、各枝コア２ａに設けられた各ヒータ３の非加熱時には、枝コア２ａ内を伝搬した光は、枝コア２ａの合流部分において結合され、コア２に入射した光は減衰することなく光導波路装置の外部へ出力される。
【０００７】
これに対し、片方のヒータ３だけを加熱している時には、ヒータ３の下にある部分で枝コア２ａの屈折率が小さくなり、図３（ｂ）に示すように、２つの枝コア２ａを伝搬する光の間に位相差が生じる。そのため、枝コア２ａの合流部分で両側の枝コア２ａを伝搬してきた光が結合される際、２つの光の位相差のために奇モードと偶モードが起ち、光を安定してコア２内に閉じ込められなくなり、偶モードの光は、コア２の外へ放出される。こうして放出された光は迷光となるので、前記の光導波路と同じような問題が起きている。
【０００８】
上記のような問題点を解決する方法としては、特開平１２−３８２３９号公報に開示されるように、曲がり導波路の間に吸収物を充填して迷光を除去するものや、特開平１０−２９３２２３号公報に開示されるように、コアがパターニングされた領域の外に屈折率の高い領域を形成し、ここで迷光を吸収して除去させるようにしたものなどがあった。
【０００９】
しかしながら、このような従来の光導波路装置にあっては、クラッドやコアを形成するプロセスとは別に、上記吸収物や上記屈折率の高い領域などを形成するための新たなプロセスが必要になり、また、新たな材料を用いる必要がある。そのため、光導波路装置の製造工程が複雑になり、製造効率が低下し、また、光導波路装置のコストが上昇するという問題があった。
【００１０】
【発明の開示】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであって、その目的とするところは、製造工程を増加させたり、製造効率を低下させたりすることなく、コアから放出される迷光による悪影響を防止することができる光導波路装置を提供することにある。また、その光導波路装置を用いた光合波分波装置及び光波長多重伝送装置に関する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の光導波路装置は、光を閉じ込めて伝搬させるコアと、前記コアを囲むクラッドとからなる光導波路を備えた光導波路装置において、前記コアから前記クラッドへ放出された光を捕捉して前記コアに影響を与えない領域に光を導く光結合体を有し、前記光結合体が前記コアと同じ材料によって形成されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明の光導波路装置は、コアからクラッドへ放出された光を捕捉してコアに影響を与えない領域に光を導く光結合体を有しているので、コアからクラッドへ放出された迷光が光導波路装置の特性に悪影響を及ぼすのを抑制することができる。例えば、コアから放出された迷光が、再びコアと結合してコア内の光量を所望の値から変化させなくできる。また、コアから放出された迷光がコア内の光と干渉を起こし、コアの界分布の位置を所望の位置からずらしたり、コア内における光の進路を蛇行させたりするのを防止することができる。また、光導波路内に方向性結合器を構成した場合、迷光によってその結合量が変化させられるのを抑制できる。また、コアと外部の光ファイバとを結合する場合、その結合効率にばらつきが発生するのを抑制することができる。
【００１３】
よって、本発明の光導波路装置によれば、安定した結合効率を保つことのできる光導波路装置を実現できる。また、クロストークの起きない光導波路装置を実現することができる。さらに、迷光をコントロールすることが可能になるので、種々の機能を１つの導波路チップ上に一体集積化することが可能になる。
【００１４】
また、この光導波路装置では、光結合体がコアと同じ材料によって形成されているので、光結合体を形成するために別途特別な材料を必要とせず、ローコストで光結合体を作製することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の光導波路装置は、請求項１における前記光結合体が、前記コアと同一工程により作製されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明の光導波路装置は、光結合体がコアと同じ材料によって形成されているので、光結合体をコアと同一工程で作製することができる。よって、光結合体をコアと同一工程で作製することにより、製造工程を増加させたり、製造コストを増加させたりすることなく、安価に光結合体を付加させることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の光導波路装置は、請求項１における前記光結合体が、複数本のコアを伝搬してきた光が集まる箇所の近傍に配置されていることを特徴としている。
【００１８】
複数本のコアを伝搬してきた光が集まる箇所では、それぞれの光の間に位相差があると、その箇所から迷光が放出されるので、その近傍に光結合体を設けることにより迷光をコントロールすることができる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の光導波路装置は、請求項１における前記光結合体が、前記コアが湾曲している部分の外周側近傍に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
コアが湾曲している部分でも迷光が放出されるので、その外周側近傍に光結合体を置くことで迷光をコントロールすることができる。
【００２１】
請求項５に記載の光導波路装置は、請求項１における前記光結合体が、平面視において、輪郭の少なくとも一部が湾曲していることを特徴としている。
【００２２】
請求項５に記載の光導波路装置では、光結合体の縁が湾曲しているので、光結合体に捕捉された光は、光結合体の湾曲に沿って導かれる。よって、この湾曲具合を変えることで迷光を導く方向をコントロールすることができる。
【００２３】
請求項６に記載の光導波路装置は、請求項１において、前記光結合体の垂直断面の断面積が、前記コアの垂直断面の断面積よりも大きいことを特徴としている。
【００２４】
請求項６に記載の光導波路装置は、光結合体の断面積がコアの断面積よりも大きくなっているので、コアから放出された迷光を光結合体で捕捉する確率が高くなり、迷光による不具合を抑制する効果を高くできる。
【００２５】
請求項７に記載の光導波路装置は、請求項１における前記光結合体が、前記光導波路の外周面とつながっていることを特徴としている。
【００２６】
請求項７に記載の光導波路装置は、光結合体が導波路の外周面とつながっているので、光導波路装置の製造工程において、光結合体が気泡を囲い込んで気泡が逃げにくくなることがなく、光結合体に気泡が生じにくなる。よって、光結合体の気泡で光が散乱させられるのを防止できる。
【００２７】
請求項８に記載の光合波分波装置は、請求項１に記載した光導波路装置により構成された光スイッチを用いたものである。
【００２８】
請求項９に記載の光合波分波装置は、請求項１に記載した光導波路装置により構成された可変光減衰器を用いたものである。
請求項１０に記載の光波長多重伝送装置は、請求項１に記載した光導波路装置により構成された可変光減衰器を用いたものである。
【００２９】
本発明の光導波路装置によれば、迷光による特性の劣化を抑えることができるので、これを用いた光合波分波装置や光波長多重伝送装置の性能も向上する。
【００３０】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図４は本発明の一実施形態による光導波路装置の構成を示す平面図、図５はその分解斜視図である。また、図６は（ａ）（ｂ）は図４のＹ１−Ｙ１線断面図、Ｙ２−Ｙ２戦断面図である。可変光減衰器（ＶＯＡ）として使用されるものである。この光導波路装置１１にあっては、ガラス基板やシリコン基板等の基板１２の上面に透明な高屈折率樹脂からなる下クラッド層１３を形成し、下クラッド層１３の表面に設けたコア溝１４内に下クラッド層１３よりも屈折率の高い透明樹脂を充填してコア１５、１６を形成している。同様に、下クラッド層１３の表面に設けた溝１７内にコア１５、１６と同じ透明樹脂を充填して光結合体１８を形成している。また、下クラッド層１３の上には、下クラッド層１３と同じ樹脂からなる上クラッド層１９が形成されており、上クラッド層１９の上には、２箇所に金属製のヒータ２０を設けられている。
【００３２】
コア１５、１６のパターンは図５に示されている通りである。一方のコア１５は、光入射側の端部では直線状のコア１５ａとなっており、その先に２つに分岐した枝コア１５ｂがつながっており、その先に直線状のコア１５ｃとＳ字状に湾曲したＳ字コア１５ｄがつながり、光出射側の端部においては、その先に直線状のコア１５ｅがつながっている。他方のコア１６は、光出射側の端部では直線状のコア１６ａとなっており、その先にはＳ字状に湾曲したＳ字コア１６ｂがつながっており、コア１６ｂの先には比較的短い直線状の結合用コア１６ｃが設けられている。この結合用コア１６ｃは、コア１５ｃに近接してコア１５ｃと平行に配置されている。コア１５ｃと結合用コア１６ｃとは互いに結合していて方向性結合器を構成している。なお、Ｓ字コア１５ｄとＳ字コア１６ｂが反対向きに湾曲しているのは、光出射側の端においてコア１５ｅとコア１６ａとの距離を広くし、光導波路装置１１の光出射側端面において、コア１５ｅとコア１６ａの端面に対向させて光ファイバや受光素子を配置するスペースを作り出すためである。
【００３３】
光結合体１８は、枝コア１５ｂどうしの合流部分の近傍でコア１５ｃを挟むように配置されている。光結合体１８は、比較的幅の広い光回収部１８ａと、光の方向を所望の方向（つまり、コア１５、１６のない方向）へ導くためのガイド部１８ｂとからなり、この実施形態では、ガイド部１８ｂはそれぞれ外側へ向けて滑らかに湾曲している。
【００３４】
ヒータ２０は、上クラッド層１９の表面に蒸着などによって形成されており、いずれも枝コア１５ｂの真上に位置するように配置されている。
【００３５】
しかして、この光導波路装置１１にあっては、図７に示すように、光入射側端部においてコア１５ａに光ファイバ２１が接続され、光出射側端部においてコア１５ｅに対向させて光ファイバ２２ａが接続され、コア１６ａに光ファイバ２３が接続される。また、光ファイバ２２ａの他端には、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子２２ｂが対向している。しかして、光ファイバ２１からコア１５ａに光信号が入射すると、コア１５ａ内を伝搬した光信号は、分岐部分で枝コア１５ｂに分かれて枝コア１５ｂを別々に伝搬し、合流部分で再び結合されてコア１５ｃを伝搬する。コア１５ｃを伝搬した光信号が結合用コア１６ｃと結合されている部分に達すると、伝搬してきた光信号はＳ字１５ｄとＳ字コア１６ｂとに分かれて流れる。例えば、コア１５を伝搬してきた光信号の５％がＳ字１５ｄに流れ、９５％がＳ字コア１６ｂに流れる。Ｓ字１５ｄに流れた光信号は、コア１５ｅから出射されて光ファイバ２２ａに入射し、光ファイバ２２ａを透過して受光素子２２ｂに受光される。一方、Ｓ字コア１６ｂに流れた光信号は、コア１６ａから出射され、光ファイバ２３に入射して光ファイバを伝搬する。
【００３６】
すなわち、光ファイバ２１内を伝送されてきた光信号は、光入射端側では、コア１５内に入射してコア１５内を伝搬し、光出射端側では、大部分の光がコア１６から出射されて光ファイバ２３に入射し、光ファイバ２３内を伝送される。一方、光出射端側では、一部の光がコア１５から出射されて光ファイバ２２ａに入り、光ファイバ２２ａを透過して受光素子２２に受光され、その受光信号は光ファイバ２３に入射する光量が一定となるようにフィードバック制御するための光信号として使用される。
【００３７】
コア１６から出力される光量は、ヒータ２０で制御される。いずれのヒーターも加熱されていない場合には、いずれの枝コア１５ｂを伝搬する光信号も位相が等しくなっているので、合流部分で結合される際にも両枝コア１５ｂを伝搬してきた光信号の間には位相差が無い。従って、結合された光信号は、コア１５ａにおけるもとの光信号の光量と等しくなって（減衰することなく）、コア１５ｃ内を伝搬する。
【００３８】
これに対し、一方のヒータ２０を加熱すると、そのヒータ２０の直下の一方の枝コア１５ｂだけが加熱される。一方の枝コア１５ｂが加熱されると、その枝コア１５ｂの屈折率が他方の枝コア１５ｂの屈折率よりも小さくなるので、加熱された枝コア１５ｂを伝搬する光信号の光路長は、加熱されていない枝コア１５ｂを伝搬する光信号の光路長よりも長くなり、合流部分においては両枝コア１５ｂを伝搬してきた光信号の間に位相差が生じる。その結果、結合された光信号は、位相差に応じただけ減衰させられ、減衰した光がコア１５ｃからコア１６へと伝搬する。
【００３９】
よって、受光素子２２で受光した受光量に応じてヒータ２０の通電量をフィードバック制御することによりコア１６から光ファイバ２３へ出力される光量が一定となるように制御できる。あるいは、受光素子２２の受光量をモニターすることにより、コア１６から光ファイバ２３へ出力される光量が所望値となるようにコントロールすることができる。
【００４０】
ところで、ヒータ２０に通電されていない場合には、合流部分で位相差が生じていないので、迷光は発生しないが、ヒータ２０に通電している場合には、前記のように、合流部分で生じる位相差のために光を安定してコア２内に閉じ込められなくなり、迷光がコア１５から放出される。しかし、この光導波路装置１１では、コア１５の分岐部分から放出された迷光は、図８に示すように、光結合体１８の光回収部１８ａに入って光結合体１８内に補足され、光結合体１８内を伝搬する。そして、この迷光はガイド部１８ｂによって導かれ、コア１５、コア１６に影響を与えない方向（この実施形態では、外側横方向）へ放出される。よって、迷光が再びコア１５、１６に結合してコア１５、１６内の光量を所望の値から変化させるのを防止できる。また、迷光がコア１５、１６内の光と干渉を起こしてコア１５、１６の界分布の位置を所望の位置からずらしたり、蛇行させたりして光導波路内で方向性結合器を構成しようとした場合の、結合量を変化させたり、光導波路装置１１と光ファイバ２３を結合させる際に、ばらつきを起こさせるといった不具合を防止でき、コア１５、１６内の光に悪影響を与えるのを防止できる。その結果、光導波路装置１１において、安定した結合効率を保つことができる。
【００４１】
さらに、この光導波路装置１１では、光結合体１８はコア１５及び１６と同じ材料によって形成されており、しかも、コア１５、１６を形成するとき同時に設けられる。すなわち、下クラッド層１３を複製法（スタンプ法）により制作する際、下クラッド層１３となる未硬化の紫外線硬化樹脂にスタンパを押し付けて、コア１５、１６を形成するためのコア溝１４を成形すると同時に光結合体１８を設けるための溝１７を成形し、紫外線照射により下クラッド層１３を硬化させる。ついで、下クラッド層１３の上に未硬化のコア用樹脂を滴下して平板で押え、コア溝１４内にコア用樹脂を充填させてコア１５、１６を形成すると同時に、溝１７内にコア用樹脂を充填させて光結合体１８を形成する。従って、付加プロセスが必要なく、製造工程を増加させることなく、部材点数も増加せず、安価な方法により迷光を処理することができる。
【００４２】
図１０は光結合体１８を有しない比較例の光導波路装置に対して、シミュレーションにより、迷光の分布及びコア内を伝搬する光の強度を求めた結果を表わしている。コアについては、太実線が光強度の高い部分、破線が光強度の小さな部分を表わしており、点の密度が迷光の強度を表わしている。図１０に示されているように、このような光導波路装置では、合流部よりも光出射側で全体に迷光が分布していることが分かる。その結果、コア１５ｃの部分は迷光と干渉して蛇行しており、コア１５ｃとＳ字コア１５ｄとの間で位置ずれを示している。
【００４３】
これに対し、この光導波路装置１１に対して、シミュレーションにより、迷光の分布及びコア内を伝搬する光の強度を求めた結果を表わす図９では、迷光は光結合体１８によりコントロールされてコア１５、１６のない方向へ放出されており、図１０のように、蛇行や位置ずれなども見られない。
【００４４】
（第２の実施形態）
以下において、本発明の種々の実施形態や変形例などを説明する。図１１は本発明の別な実施形態による光導波路装置２４の構造を説明する断面図（図６（ｂ）と同様な断面）である。この光導波路装置２４は、図４に示した光導波路装置１１から基板１２を除いたものである。基板１２がないので、光導波路装置２４がフィルム状に薄くなり、また、柔軟になるので、設置形態の自由度が高くなり、使用範囲が広がる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１２は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置２５の構造を説明する断面図である。この光導波路装置２５は、図４に示した光導波路装置１１の上クラッド層１９の上にさらにガラス薄板等からなるカバー２６を貼り合わせたものである。このような構造によれば、コア１５、１６と上下クラッド層１９、１３が基板１２とカバー２６で挟まれるので、耐湿性を高めることができ、湿度などに対する信頼性を高めることができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図１３は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置２７の構造を示す概略平面図（コア１５、１６や光結合体１８等を透視した状態で示している。以下同様。）である。この光導波路装置２７にあっては、光結合体１８をコア１５及び１６と同じ径（又は、幅）にしたものである。従って、光結合体１８もシングルモードの導波路となる。このような光結合体１８であっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００４７】
（第５の実施形態）
図１４は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置２８の構造を示す概略平面図である。この光導波路装置２８にあっては、Ｓ字コア１６ｂと対向している側の光結合体１８を異形テーパー形状（例えば、台形）にしている。このような形状の光結合体１８でも、テーパーによって迷光を外側へ導いて放出させることができ、迷光がＳ字コア１６ｂへ向かうのを防止することができる。また、この実施形態では、Ｓ字コア１５ｄ、コア１５ｅは無く、コア１５ｃがそのまま下クラッド層１３の端まで達している。このように迷光の放出される方向にコア１５、１６がない場合には、直線状ないし矩形状の光結合体１８を用いてもよい。
【００４８】
（第６の実施形態）
図１５は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置２９の構造を示す概略平面図である。この光導波路装置２９には、ヒータ２０が無く、従って、この光導波路装置２９は減衰形ではない。しかし、このような光導波路装置２９でも、コア１５の合流部分の両側に光結合体１８を設けることにより、迷光がコア１５ｃとコア１６からなる方向性結合器の方向へ向かうのを防止することができ、方向性結合器を通じてのモニタリングの安定性を向上させることができる。
【００４９】
（第７の実施形態）
図１６は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置３０の構造を示す概略平面図である。この光導波路装置３０は、モニター機能を有しないものであって、モニターのための方向性結合器やコア１６も設けられておらず、光信号はコア１５ｃから出射されて光ファイバ２３に入射する。このような光導波路装置３０でも、コア１５の合流部分の両側に光結合体１８を配置して迷光をコントロールすることにより、光信号が光ファイバ２３に結合するまでに、迷光が再びコア１５に結合しないようにできる。伝搬する光が迷光によって蛇行を起こさないので、安定して光ファイバ２３に結合させることができる。よって、モニター機能を省いても安定させることが可能になる。
【００５０】
（第８の実施形態）
図１７は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置３１の構造を示す概略平面図である。この光導波路装置３１も、モニター機能を有しないものである。この光導波路装置３１では、直線状又は矩形状の光結合体１８を設けているが、この光導波路装置３１でも、第７の実施形態の光導波路装置３０と同様な効果を奏することができる。
【００５１】
（第９の実施形態）
図１８（ａ）（ｂ）は光結合体１８の厚みに関する説明をするための断面図（図６（ａ）に相当する断面）である。光結合体１８の厚みは、図１８（ａ）に示すように、コア１５、１６の厚みと等しくてもよいが、図１８（ｂ）に示すように、コア１５、１６の厚みより大きくしてもよい。コア１５から放出された光は、当然横方向でも厚み方向でも光の閉じ込めが無くなるので、迷光は横方向にも厚み方向にも広がる。従って、光結合体１８の厚みをコア１５、１６よりも厚くしておけば、コア１５から放出された光を効率よく１８に結合させることができ。なお、このようにコア１５、１６よりも光結合体１８の厚みを大きくするには、前記のように複製法（スタンパ法）によれば簡単に行うことができる。
【００５２】
（第１０の実施形態）
図１９は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置３２を示す概略図である。この光導波路装置３２では、曲り導波路形のコア３３の外周側に沿って、すなわち迷光の放射される方向に沿って湾曲した光結合体１８を設けている。このような構造によれば、曲り導波路から外周側へ放射される迷光を光結合体１８で捕捉して、コア３３のない方向へ放射させることができる。
【００５３】
（第１１の実施形態）
図２０は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置３４を示す概略図である。この光導波路装置３４にあっては、Ｓ字形導波路形のコア３５の湾曲部分に沿って円弧状に湾曲した光結合体１８を設けている。このような構造によれば、Ｓ字形導波路から外周側へ放射される迷光を光結合体１８で捕捉して、コア３３のない方向へ放射させることができる。また、図２１は、別なＳ字形導波路形のコア３６の湾曲部分に沿って円弧状に湾曲した光結合体１８を設けたものである。
【００５４】
（第１２の実施形態）
図２２は本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置３７の概略平面図である。この光導波路装置３７にあっては、光結合体１８のうち、迷光を捕捉するのに影響しない部分から光学的に機能しない部分を光学的に影響がでない下クラッド層１３の縁まで延出させている。すなわち、図２２に示すように、光結合体１８のガイド部１８ｂと反対側の端から光回収部１８ａに直角な方向へ樹脂流れ部３８を延出し、さらに、これを光入射側と直角に曲げて光入射側の端面まで延出させている。光結合体１８が下クラッド層１３の内部で孤立していると、光結合体１８等を複製法で作製する際、噛み込まれたエアの逃げ道がなく、光結合体１８に気泡が形成される恐れがあり、光結合体１８内に気泡が生じると、気泡により光の散乱が起きる恐れがある。そのため、この実施形態では、樹脂に噛み込まれた気泡を光導波路装置のチップ外へ逃がすための樹脂流れ部３８を光結合体１８に設け、光結合体１８における光の散乱を防止している。
【００５５】
また、方向性結合器を構成しているコア１６も、結合用コア１６ｃ側の先端が下クラッド層１３内で終端しているので、光結合体１８と同様、結合用コア１６ｃに気泡が噛み込まれ、光を散乱させる恐れがある。そのため、結合用コア１６ｃの先端をさらに延長して樹脂流れ部３９を形成し、樹脂流れ部３９を光入射側の端面まで延出させている。
【００５６】
光導波路装置３７のアライメントを行う場合、コア１５ａの端面から光を入射させ、光出射側の端面でコア１５ｅ（Ｔａｐ　Ｐｏｒｔ）及びコア１６ａ（Ｍａｉｎ　Ｐｏｒｔ）から出射される光によってアライメントを行うが、コア１５ｅからは微弱な光しか出射されない。そのような場合、樹脂流れ部３９の端からも光を入射させることによってコア１５ｅから出射される光の強度を上げることができ、コア１５ｅのアライメントを簡易に行うことができる。
【００５７】
上記樹脂流れ部３８、３９は、コア１５、１６と同じ工程で、コア溝１４と同時に下クラッド層１３に形成された溝にコア用樹脂を充填して形成されている。
【００５８】
なお、樹脂流れ部３８と樹脂流れ部３９が交差し、また光回収部１８ａの先端が樹脂流れ部３９に向いているが、樹脂流れ部３９は方向性結合器としては機能しない部分であるので、問題ない。
【００５９】
また、図２３、図２５に示すように、樹脂流れ部３８、３９のうちいずれか一方、もしくは両方を、光導波路装置３７の側面へ延出させてもよい。さらに、樹脂流れ部３８は、図２４、図２５に示すように、光回収部１８ａの先端から延出させてもよい。
【００６０】
（第１３の実施形態）
次に、この光導波路装置を用いたアプリケーションについて説明する。本発明は、光を閉じ込めて伝搬させる光導波路の基本的形状である曲がり導波路、Ｓ字形導波路に適用することができる。さらには、それらを用いて構成されるマッハツェンダー干渉計により減衰の機能を持った光導波路装置、また、合分波、合分岐、曲げなどの機能を持った光導波路装置、さらには、それらを用いた可変光減衰器（ＶＯＡ）、合分波器、光カプラ、光スイッチ、光トランシーバといった、光導波路と光導波路装置に適用することができる。また、これらを用いた通信システムにも適用できる。
【００６１】
図２６は、例えば図１７に示したような可変光減衰器（ＶＯＡ）４１を筐体４２に納めた可変光減衰器モジュール４０を表わしている。可変光減衰器４１は筐体４２に実装されており、可変光減衰器４１のヒータ２０と筐体４２の電極パッドとの間をボンディングワイヤ４３で接続されている。また、筐体４２は、光ファイバ２１、２３を位置決めするためのＶ溝（図示せず）を備えており、Ｖ溝に光ファイバ２１、２３の端部を納めて接着剤で固定することにより、筐体４２の上に位置決めされている可変光減衰器４１のコア４１ｃｏｒｅと光ファイバ２１、２３とを簡易に位置決めできるようになっている。
【００６２】
（第１４の実施形態）
図２７は本発明のさらに別な実施形態による分岐導波路４４を表わしている。この分岐導波路４４はＹ分岐したコア４５を備えており、直線状をしたコア４５ａの先で２本の湾曲したＳ字コア４５ｂに分岐し、各Ｓ字コア４５ｂの先が直線状をしたコア４５ｃとなっている。この分岐導波路４４は、入力側の光ファイバから入射した光信号を出力側の複数の光ファイバに分岐させて出力させるものであって、入力側の光ファイバからコア４５ａに入射した光は、各Ｓ字コア４５ｂに分岐し、各コア４５ｃから出射して出力側の光ファイバに入射する。このような分岐導波路４４においても、Ｓ字コア４５ｂやコア４５ｃの湾曲に沿ってその後コア４５ｂから離れるように光結合体１８を設けて迷光をコントロールすることが好ましい。
【００６３】
（第１５の実施形態）
図２８は本発明のさらに別な実施形態による１×２型の光スイッチ４６を示している。この光スイッチ４６においては、図２７の分岐導波路４４と同様なＹ分岐したコア４５を備えており、コア４５ａとＳ字コア４５ｂの間の分岐部分にヒータ４７を備えている。しかして、一方のヒータ４７を発熱させて一方のＳ字コア４５ｂを加熱すると、温度の上昇したＳ字コア４５ｂの屈折率が低下するので、４５ａを伝搬してきた光信号は他方のＳ字コア４５ｂへ伝搬してコア４５ｃから出射される。よって、いずれかのヒータ４７をオンにすることにより、光信号の出射される方向を切り換えることができ、光スイッチとして使用される。このような光スイッチ４６においても、Ｓ字コア４５ｂやコア４５ｃの湾曲に沿ってその後コア４５ｂから離れるように光結合体１８を設けて迷光をコントロールすることが好ましい。
【００６４】
（第１６の実施形態）
図２９は本発明のさらに別な実施形態による光スイッチ４８を示す斜視図である。この光スイッチ４８にあっては、２本のコア４９、５０が設けられており、いずれも両端及び中央部に直線状をしたコア４９ａ、４９ｃ、４９ｅ；５０ａ、５０ｃ、５０ｅが形成され、それらの間をＳ字コア４９ｂ、４９ｄ；５０ｂ、５０ｄがつないでいる。中央部のコア４９ｃとコア５０ｃとが近接して方向性結合器を構成しており、一方のコア４９ａから入射した光信号はその他端のコア４９ｅから出力されると共に、他方のコア５０では、コア４９を伝搬する光信号をモニターすることもできる。また、方向性結合器を構成するコア４９ｃ、５０ｃの近傍には、ヒータ４７が設けられており、ヒータ４７をオン／オフすることによってコア４９を伝搬する信号をオン／オフさせることができる。このような光スイッチ４８においても、Ｓ字コア４９ｂ、５０ｂやコア４９ｄ、５０ｄの湾曲に沿ってその後コア４９ｂ、５０ｂ、４９ｄ、５０ｄから離れるように光結合体１８を設けて迷光をコントロールすることが好ましい。
【００６５】
（第１７の実施形態）
図３０は本発明のさらに別な実施形態による２×２型の光スイッチ５１を示す斜視図である。この光スイッチ５１にあっては、２本のコア５２、５３が設けられており、いずれも直線状をしたコア５２ａ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｇ、５２ｉ；５３ａ、５３ｃ、５３ｅ、５３ｇ、５３ｉとＳ字コア５２ｂ、５２ｄ、５２ｆ、５２ｈ；５３ｂ、５３ｄ、５３ｆ、５３ｈが交互に並んでいる。直線状のコア５２ｃとコア５３ｃとがカップリングしており、コア５２ｇとコア５３ｇもカップリングしており、コア５２ｅとコア５３ｅの上方にはヒータ４７が設置されている。しかして、この光スイッチ５１によれば、ヒータ４７をオン／オフすることにより、入力Ｉ１、Ｉ２をパラレルに出力Ｏ１、Ｏ２から出力させるモードと、入力Ｉ１、Ｉ２をクロスさせて出力Ｏ２、Ｏ１から出力させるモードとに切り換えることができる。このような光スイッチ５１においても、Ｓ字コア５２ｂ、５３ｂの近傍などに光結合体１８を設けて迷光をコントロールすることが好ましい。
【００６６】
（第１８の実施形態）
図３１は本発明のさらに別な実施形態による合分波器５４を示す斜視図である。この合分波器５４にあっては、入出力コア５５はスターカプラ（スラブ導波路）５６を介してアレイ導波路５７に接続され、さらに、アレイ導波路５７は、スターカプラ（スラブ導波路）５８を介して複数本の入出力コア５９に接続されている。しかして、入出力コア５５から複数の波長λ１、λ２、…の光を含む信号が入力されると、それぞれの入出力コア５９からは各波長λ１、λ２、…の光が分波されて出力される。反対に、入出力コア５９から波長λ１、λ２、…の光を入力すると、入出力コア５５からは合波された信号が出力される。このような合分波器５４においても、コアの曲がっている部分に光結合体１８を設けることができる。
【００６７】
（第１９の実施形態）
図３２は、可変光減衰器１０４、１０６（例えば図４、図１６に示したような可変光減衰器）と光スイッチ１０３（例えば図３０に示したような光スイッチ）を用いた光合分波を行う光合波分波器を示す概略図である。分波器１０２及び合波器１０５は、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバで伝送する波長多重（ＷＤＭ）方式の光通信システムで用いられる装置である。合波器１０２は、一本の光ファイバ１０１によって伝送された光信号を波長毎に分波して、波長毎に異なる光ファイバに出力する装置である。また、合波器１０５は、複数の光ファイバによって入力された波長の異なる光信号を合波して、一本の光ファイバ１０７に出力する装置である。
【００６８】
２×２型の光スイッチ１０３は、コア内を伝搬する光の進行方向を切り換えて、選択した特定のコアからのみ光を出射できる光導波路装置である。また、可変光減衰器（ＶＯＡ）１０４，１０６は、図４等に示した第１の実施形態として説明したものである。各光スイッチ１０３には、光入射端が２箇所設けられていて、一方は光ファイバ１０８ａによって分波器１０２に接続されており、分波器１０２で分波された波長λ１，λ２，…，λＮの光が入力されるようになっている。他方は分波器１０２に接続されていない光ファイバ１０８ｂによって伝送された光信号の入射端である。光ファイバ１０８ｂは分波器１０２以外の他の分波器に接続されていてもよい。
【００６９】
また、光スイッチ１０３には、光出射端が２箇所設けられていて、一方の光出射端は光ファイバ１０８ｃによって可変光減衰器（ＶＯＡ）１０４を介して合波器１０５に接続されており、他方の光出射端は分波器１０２に接続されていない光ファイバ１０８ｄに接続されている。光ファイバ１０８ｄは合波器１０５以外の他の合波器に接続されていてもよい。
【００７０】
しかして、この光合波分波器を用いた光通信システムにおいては、光ファイバ１０１及び光ファイバ１０７は例えば都市内ネットワークや都市間ネットワークにおける中継系ネットワーク回線を構成しており、波長多重信号を伝送している。いま、すべての光スイッチ１０３が合波器１０５側に接続しているとすると、光ファイバ１０１からなる中継系ネットワーク回線を伝送されてきた波長多重信号は、分波器１０２により各波長λ１，λ２，…，λＮの信号に分波された後、各光スイッチ１０３を合波器側へ通過し、可変光減衰器１０４によって各波長の信号のパワーを均一に揃えられた後、各波長λ１，λ２，…λＮの信号は再び合波器１０５で合波され、さらに可変光減衰器１０６により波長多重信号全体のパワーが規定値となるように調整されて光ファイバ１０７からなる中継系ネットワーク回線へ送り出される。
【００７１】
これに対し、例えば波長λ１に対応する光スイッチ１０３が合波器側と異なる側へ切り換えられると、分波器１０２で分波された信号のうち波長λ１の信号だけが光ファイバ１０８ｄからなるアクセスネットワーク回線へ取り出される。また、光ファイバ１０８ｂからなるアクセスネットワーク回線から波長λ１の信号が送り込まれていると、この他線からの波長λ１の信号は光スイッチ１０３によって合波器１０５へ送られ、光ファイバ１０１から送られてきた波長多重信号に重畳させて光ファイバ１０７からなる中継系ネットワーク回線へ送り出される。
【００７２】
（第２０の実施形態）
図３３は、可変光減衰器（例えば、図４に示したような光導波路装置）を用いた光波長多重伝送装置を示す概略図である。この光波長多重伝送装置は、送信部（ＤＷＤＭ伝送装置）１１１と受信部（ＤＷＤＭ伝送装置）１１２とを光ファイバ１１３で結んだものである。これは複数本の光ファイバ１１４から送られてきた各波長λ１，λ２，…の光信号を送信部１１１で波長多重信号に変換し、これを１本の光ファイバ１１３によって受信部１１２へ伝送し、受信部１１２において元の各波長λ１，λ２，…の光信号を復元し、各波長λ１，λ２，…の信号を各光ファイバ１１５に分けて送り出すものである。
【００７３】
送信部１１１は、光／電気変換器１１６、電気合波器（ＭＵＸ）１１７、ＤＷＤＭ用電気／光変換器１１８、可変光減衰器（ＶＯＡ）１１９及び光合波器１２０からなる。ここで、可変光減衰器１１９は本発明の光導波路装置によって構成されている。しかして、複数本の光ファイバ１１４から送られてきた波長λ１，λ２，…の光信号は、光／電気変換器１１６により各波長λ１，λ２，…の電気信号に変換される。変換された各波長λ１，λ２，…の電気信号は、電気合波器１１７によって各波長域毎に合波され、信号数を減少させられる。ついで、各ＤＷＤＭ用電気／光変換器１１８により、電気合波器１１７から出力される各波長域の電気信号を光信号に変換する。このＤＷＤＭ用電気／光変換器１１８は、半導体レーザー素子１２１と光変調器１２２とからなり、電気合波器１１７から出力された電気信号により半導体レーザー素子１２１を駆動し、さらに光変調器１２２で変調した光信号を出力する。ＤＷＤＭ用電気／光変換器１１８から出力された光信号は、可変光減衰器１１９によって各光信号のパワーを規定値に揃えた後、光合波器１２０で１本の波長多重信号に合波され、光ファイバ１１３から送り出される。なお、上記光変調器１２２も本発明の光導波路装置によって構成されていてもよい。
【００７４】
受信部は、可変分散補償器１２３、光分波器１２４、光／電気変換器１２５、電気分波器１２６及び電気／光変換器１２７からなる。しかして、光ファイバ１１３から送られてきた波長多重信号は、可変分散補償器１２３を通過して光／電気変換器１２５に送られ、光／電気変換器１２５で各波長域毎の光信号に分波される。各波長域毎の光信号は光／電気変換器１２５によって一旦電気信号に変換された後、電気分波器１２６によって各波長λ１，λ２，…の電気信号に分波され、さらに電気／光変換器１２７によって元の光信号に復元された各波長λ１，λ２，…の光信号は、各光ファイバ１１５から送り出される。
【００７５】
なお、本発明は、複製プロセスによって作製される光導波路ないし光導波路装置だけに適用できるものではない。これ以外にも、光学結晶導波路、石英導波路、ポリマー導波路など全ての導波路に適応することができるものである。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の光導波路装置及び光通信用装置は、コアからクラッドへ放出された光を捕捉してコアに影響を与えない領域に光を導く光結合体を有しているので、コアからクラッドへ放出された迷光が光導波路装置の特性に悪影響を及ぼすのを抑制することができる。例えば、コアから放出された迷光が、再びコアと結合してコア内の光量を所望の値から変化させなくできる。また、コアから放出された迷光がコア内の光と干渉を起こし、コアの界分布の位置を所望の位置からずらしたり、コア内における光の進路を蛇行させたりするのを防止することができる。また、光導波路内に方向性結合器を構成した場合、迷光によってその結合量が変化させられるのを抑制できる。また、コアと外部の光ファイバとを結合する場合、その結合効率にばらつきが発生するのを抑制することができる。
【００７７】
よって、本発明の光導波路装置によれば、安定した結合効率を保つことのできる光導波路装置を実現できる。また、クロストークの起きない光導波路装置を実現することができる。さらに、迷光をコントロールすることが可能になるので、種々の機能を１つの導波路チップ上に一体集積化することが可能になる。
【００７８】
また、この光導波路装置では、光結合体がコアと同じ材料によって形成されているので、光結合体を形成するために別途特別な材料を必要とせず、ローコストで光結合体を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の光導波路（曲り導波路）を示す概略平面図である。
【図２】別な従来例の光導波路（Ｓ字形導波路）を示す概略平面図である。
【図３】（ａ）は従来の減衰形の光導波路装置（例えば、ＶＯＡ）を示す平面図、（ｂ）はそのＸ部拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態による光導波路装置の構成を示す平面図である。
【図５】同上の光導波路装置の分解斜視図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は図４のＹ１−Ｙ１線断面図及びＹ２−Ｙ２戦断面図である。
【図７】同上の光導波路装置を可変減衰器として用いた様子を示す平面図である。
【図８】図４のＸ部拡大図である。
【図９】本発明の光導波路装置に対して、シミュレーションにより、迷光の分布及びコア内を伝搬する光の強度を求めた結果を表わした図である。
【図１０】光結合体を有しない比較例の光導波路装置に対して、シミュレーションにより、迷光の分布及びコア内を伝搬する光の強度を求めた結果を表わした図である。
【図１１】本発明の別な実施形態による光導波路装置の構造を説明する断面図である。
【図１２】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を説明する断面図である。
【図１３】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を示す概略平面図である。
【図１４】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を示す概略平面図である。
【図１５】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を示す概略平面図である。
【図１６】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を示す概略平面図である。
【図１７】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の構造を示す概略平面図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は光結合体の厚みに関する説明を行うための断面図である。
【図１９】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置を示す概略図である。
【図２０】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置を示す概略図である。
【図２１】図２０とは別なＳ字形導波路形のコアの湾曲部分に沿って円弧状に湾曲した光結合体を設けた様子を示す概略図である。
【図２２】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図２３】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図２４】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図２５】本発明のさらに別な実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図２６】可変光減衰器を筐体に納めた可変光減衰器モジュールを表わした斜視図である。
【図２７】本発明のさらに別な実施形態による分岐導波路を示す斜視図である。
【図２８】本発明のさらに別な実施形態による１×２型の光スイッチを示す斜視図である。
【図２９】本発明のさらに別な実施形態による光スイッチを示す斜視図である。
【図３０】本発明のさらに別な実施形態による２×２型の光スイッチを示す斜視図である。
【図３１】本発明のさらに別な実施形態による合分波器を示す斜視図である。
【図３２】本発明にかかる可変光減衰器と光スイッチを用いた光合波分波器を示す概略図である。
【図３３】本発明にかかる可変光減衰器を用いた光波長多重伝送装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１３　下クラッド層
１５、１５ａ、１５ｃ、１５ｅ　コア
１５ｂ　枝コア
１５ｄ　Ｓ字コア
１６、１６ａ　コア
１６ｂ　Ｓ字コア
１６ｃ　結合用コア
１８　光結合体
１８ａ　光回収部
１８ｂ　ガイド部
２０　ヒータ
３８　樹脂流れ部
３９　樹脂流れ部

Claims (10)

1. 光を閉じ込めて伝搬させるコアと、前記コアを囲むクラッドとからなる光導波路を備えた光導波路装置において、
   前記コアから前記クラッドへ放出された光を捕捉して前記コアに影響を与えない領域に光を導く光結合体を有し、
   前記光結合体は、前記コアと同じ材料によって形成されていることを特徴とする光導波路装置。
2. 前記光結合体は、前記コアと同一工程により作製されていることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
3. 前記光結合体は、複数本のコアを伝搬してきた光が集まる箇所の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
4. 前記光結合体は、前記コアが湾曲している部分の外周側近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
5. 前記光結合体は、平面視において、輪郭の少なくとも一部が湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
6. 前記光結合体の垂直断面の断面積が、前記コアの垂直断面の断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
7. 前記光結合体は、前記光導波路の外周面とつながっていることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
8. 請求項１に記載した光導波路装置により構成された光スイッチを用いた光合波分波装置。
9. 請求項１に記載した光導波路装置により構成された可変光減衰器を用いた光合波分波装置。
10. 請求項１に記載した光導波路装置により構成された可変光減衰器を用いた光波長多重伝送装置。

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