JP2004125959A - 光伝送部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低損失でモードフィールド整合が可能で、かつ、小型で、製造コストが安価な光伝送部品及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る光伝送部品は、コア２１及びクラッド２２を有する光伝送路２０と、同じくコア１３及びクラッド１２ａ，１２ｂを有する光デバイス１０とを光学的に接続してなるものであって、上記光デバイス１０のコア１３とクラッド１２ａ，１２ｂとの比屈折率差が上記光伝送路２０のコア２１とクラッド２２との比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路２０の接続端部の光伝送路コア２１の内部に、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成したものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係る光伝送部品は、コア２１及びクラッド２２を有する光伝送路２０と、同じくコア１３及びクラッド１２ａ，１２ｂを有する光デバイス１０とを光学的に接続してなるものであって、上記光デバイス１０のコア１３とクラッド１２ａ，１２ｂとの比屈折率差が上記光伝送路２０のコア２１とクラッド２２との比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路２０の接続端部の光伝送路コア２１の内部に、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成したものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送部品及びその製造方法に係り、特に、光伝送路と光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス導波路型の光デバイスは、半導体プロセスを利用することによって量産が容易であることから、既に多くのものが実用化されている。現在、ガラス導波路型光デバイスにおいては、更なる小型化及び低コスト化のための研究開発が進められている。具体的には、コアとクラッドとの比屈折率差（以下、Δと表す）を高くすることによって小型化及び低コスト化を図ることが検討されており、例えば、Δが１．５〜２．５％程度の光デバイスが挙げられる。
【０００３】
ここで、Δはコアの最大屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２とした時、Δ＝（ｎ１ ２−ｎ２ ２）／２ｎ１ ２で表される。
【０００４】
このガラス導波路型光デバイスに、光伝送路（例えば光ファイバ）を光学的に接続してなる光伝送部品においては、光ファイバとして、通常、シングルモード光ファイバを用いており、コアとクラッドとのΔが０．３〜１．０％の範囲のものが用いられている。このため、ガラス導波路型光デバイスの高Δ化を図ると、光ファイバとの間に、モードミスマッチングが生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、従来は、以下に示す方法を用いて、モードフィールド整合を行い、モードミスマッチングの解消を図っていた。
【０００６】
▲１▼ 図１１に示すように、基板１１１上に下部クラッド１１３ａ、コア１１２、及び上部クラッド１１３ｂを順次形成した光デバイス１１０において、光デバイス１１０の一端部（図１１中では右端部）を、冷却水Ｗが循環するホルダ１１５で把持すると共に、光デバイス１１０の他端部（図１１中では左端部）を、ヒータ１１６で長時間、高温（例えば、１３００℃）に加熱する方法。この加熱によって、コア１１２内の屈折率制御のためのドーパント（例えば、ＧｅＯ２）が各クラッド１１３ａ，１１３ｂに拡散し（ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ））、光デバイス１１０の他端部に熱拡散領域１１４が形成され、この領域１１４がモード変換部となる。この領域１１４に光ファイバ（図示せず）を光学的に接続する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
▲２▼ 図１２に示すように、高Δの光デバイス１２０に、同じ（又は略同じ）高Δのシングルモード光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを光学的に接続し、これらの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂに、低Δのシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂを光学的に接続する方法。光ファイバ１２２ａ，１２２ｂの接続端部には、▲１▼のＴＥＣ技術により形成した熱拡散領域１２４が形成され、この領域１２４がモード変換部となる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−８８０３８号公報（第２頁
【０００９】）
【特許文献２】
特開平７−１３０３６号公報（第５頁
【００１０】、第２図）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼の方法においては、光デバイス１１０の他端部のみに領域１１４を形成するには、ヒータ１１６の加熱による影響を制御するために、光デバイス１１０の厚さを厚く形成すると共に、コア延長方向（図１１中では左右方向）長さを長く形成する必要があった。その結果、光デバイス１１０のサイズが非常に大きくなってしまい、低コスト化が困難になるという問題があった。また、光デバイス１１０の損失も大きくなってしまい、現実的ではなかった。
【００１１】
一方、▲２▼の方法においては、低損失でモードフィールド整合を実現できるものの、高Δの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを特別に製造しなければならないため、コスト高になってしまうという問題があった。また、実装コストも高くなるため、低コスト化が困難であった。さらに、光ファイバ１２１ａ，１２１ｂの分、光ファイバ長が長くなってしまうため、小型化を図る上で制約を受けてしまうという問題があった。
【００１２】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、低損失でモードフィールド整合が可能で、かつ、小型で、製造コストが安価な光伝送部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る光伝送部品は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成したものである。
【００１４】
また、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成し、光デバイスの接続端部に、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成したものである。
【００１５】
ここで、請求項３に示すように、上記光デバイスの比屈折率差は１．５〜４％である。
【００１６】
これによって、光伝送路の接続端部（又は光伝送路の接続端部および光デバイスの接続端部）がモードフィールド整合領域となるため、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品が得られる。
【００１７】
一方、本発明に係る光伝送部品の製造方法は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成するものである。
【００１８】
また、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成する工程と、光デバイスの接続端部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成する工程とを有するものである。
【００１９】
ここで、請求項６に示すように、光伝送路及び光デバイスの各接続端部に超短パルスのレーザビームを集光、照射する前に、光伝送路及び光デバイスを予め光学的に融着接続しておくことが好ましい。
【００２０】
また、請求項７に示すように、各モードフィールド整合領域を形成する際、光伝送路から光デバイスへ又は光デバイスから光伝送路へ向けて光信号を入力・伝搬させると共に、その光信号の出力光又は反射光をモニタリングし、そのモニタ出力に応じて、超短パルスのレーザビームの、集光・照射条件の制御を行うことが好ましい。
【００２１】
これによって、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品を、安価に、歩留りよく製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２３】
本発明に係る光伝送部品の縦断面図を図１に示す。図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線の横断面図を示している。
【００２４】
本発明に係る光伝送部品は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとをモード変換部を介して光学的に接続してなるものである。具体的には、図１（ａ），図１（ｂ）に示すように、光ファイバ（光伝送路）２０のコア２１とクラッド２２とのΔより、光デバイス１０のコア３とクラッド１２ａ，１２ｂとのΔを高く（例えば、Δ＝１．８％）形成する。また、光ファイバ２０の接続端部（図１（ａ）中では右端部）の光ファイバコア２１の内部に、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり（図１（ｇ）参照）、かつ、断面形状・サイズが光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる（図１（ｈ）参照）所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成する。光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、各コア２１，１３の屈折率が長手方向に連続的に変移し、また、コア２１の内部に形成された高屈折率化領域の断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移する。光デバイス１０におけるコア１３とクラッド１２ａ，１２ｂとのΔは、１．５〜４％の範囲となるように形成される。ここで言う光ファイバ２０の接続端部とは、接続端から所定長さＬ１の範囲の部分のことである。
【００２５】
好ましくは、光ファイバ２０の接続端部に所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成すると共に、光デバイス１０の接続端部（図１（ａ）中では左端部）にも、光デバイスコア１３の断面形状・サイズが光ファイバ２０側に向かって徐々に大きくなる（図１（ｈ）参照）所定長さＬ２の第２モードフィールド整合領域１４を形成する。光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、各コア２１，１３の屈折率が長手方向に連続的に変移し、また、各コア２１，１３の断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移する。これによって、光ファイバ２０における第１モードフィールド整合領域２４の屈折率が、過剰に大きく（又は小さく）なった時、第２モードフィールド整合領域１４の屈折率を調整することで、モードフィールド整合の微調整を行うことができるようになり、より高精度なモードフィールド整合が可能となる。ここで言う光デバイス１０の接続端部とは、接続端から所定長さＬ２の範囲の部分のことである。
【００２６】
光ファイバ２０及び光デバイス１０の長手方向の所定部分における径方向の屈折率分布を図１（ｃ）〜図１（ｆ）に示すように、各モードフィールド整合領域２４，１４において、コア２１の中央部（図１（ｄ）参照）およびコア１３の周辺部（図１（ｅ）参照）の屈折率が高くなっている。また、各コア２１，１３の長手方向の屈折率分布は、図１（ｇ）に示すように、各モードフィールド整合領域２４，１４において、連続的に変移している。
【００２７】
ここで、光ファイバ２０の第１変形例の断面図を図２（ａ）に、その径方向屈折率分布を図２（ｂ）に示すように、コア３１とクラッド３２との間に、クラッド３２よりも低屈折率の低屈折率層３３を設けると共に、コア３１の中心部に高屈折率の高屈折率コア部３４を設けた光ファイバ３０であってもよい。ここで、高屈折率コア部３４は、コア３１に超短パルスレーザビームを照射して、その照射部分を高屈折率化することにより形成される。
【００２８】
また、光ファイバ２０の第２変形例の断面図を図３（ａ）に、その径方向屈折率分布を図３（ｂ）に示すように、光ファイバ３０とほぼ同じ構成を有し、更にクラッド３２と低屈折率層３３との間に中間層３５を設けた光ファイバ４０であってもよい。中間層３５を設けることによって、光ファイバ４０は、光ファイバ３０と比較して分散特性や曲げ特性が向上する。
【００２９】
これらの光ファイバ３０，４０のΔは０．３％以上であればよく、光デバイス１０のΔが２．５％よりも大きい場合には、２％程度のものを用いることが望ましい。
【００３０】
次に、本発明に係る光伝送部品の製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
モードフィールド整合領域を形成する前の光伝送部品の縦断面図を図４に示す。尚、図１と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３２】
本発明に係る光伝送部品の製造方法は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、先ず、断面円形状のコア２１の周りにクラッド２２を有する光ファイバ２０を形成する。光ファイバ２０の径方向の屈折率分布は、図４（ｄ）に示すように、コア２１の屈折率がクラッド２２の屈折率よりも高くなっており、光ファイバ２０の長手方向（図４（ａ）中では左右方向）に亘って一様である。一方、基板１１上に、順次、下部クラッド１２ａ、断面矩形状のコア１３、及びコア１３を覆う上部クラッド１２ｂを有する光デバイス１０を形成する。光デバイス１０の径方向の屈折率分布は、図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示すように、コア１３の屈折率が基板１１及び各クラッド１２ａ，１２ｂの屈折率よりも高くなっており、光デバイス１０のコア延長方向（図４（ａ）中では左右方向）に亘って一様である。この時、光デバイス１０のΔは光ファイバ２０のΔよりも高く形成される。また、光ファイバ２０と光デバイス１０との接続部において、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが、不連続となっている。
【００３３】
ここで、光デバイス１０及び光ファイバ２０のそれぞれに、後述するモードフィールド整合領域を形成するのに先立って、図５に示すように、光デバイス１０と光ファイバ２０とを、光軸を合わせた状態で融着接続することが好ましい。この融着接続は、光デバイス１０と光ファイバ２０との突き合わせ部５１に、レーザビーム（例えば、ＣＯ２レーザビーム）等を照射することにより行う。
【００３４】
次に、光ファイバ２０の接続端部（図６（ａ）中では右端部）に、超短パルスのレーザビーム（図示せず）を集光・照射する。この照射によって、コア２１の中心部に、コア２１より高屈折率な高屈折率部６１が形成される。また、レーザビームを、照射条件を変えながら、長さＬ１の範囲で光ファイバ２０の接続端部に照射することで、高屈折率部６１の屈折率及び径サイズを長手方向に亘って変移させる。その結果、光ファイバ２０のコア２１（実質的には高屈折率部６１）の、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり（図６（ｂ）参照）、かつ、コア部の径サイズが光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４が形成される。
【００３５】
また、光デバイス１０の接続端部（図６（ａ）中では左端部）に、超短パルスのレーザビーム（図示せず）を集光・照射する。この照射によって、コア１３の屈折率制御のためのドーパント（例えば、ＧｅＯ２）が各クラッド１２ａ，１２ｂに拡散し、コア１３の周囲に、コア１３よりも低屈折率な低屈折率部６２が形成される。また、レーザビームを、照射条件を変えながら、長さＬ２の範囲で光デバイス１０の接続端部に照射することで、低屈折率部６２の屈折率及び断面形状・サイズを長手方向に亘って変移させる。その結果、光デバイス１０のコア部（コア１３及び低屈折率部６２）の断面形状・サイズが光ファイバ２０側に向かって徐々に大きくなる（図６（ｃ）参照）所定長さＬ２の第２モードフィールド整合領域１４が形成される。具体的には、コア部の、断面形状は光ファイバ２０側に向かって断面矩形状から断面円形状に連続的に変移し、サイズは連続的に変移しながら大きくなる。
【００３６】
これらの結果、光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、コア部の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に亘って連続的に変移する光伝送部品が得られる。
【００３７】
上記した各モードフィールド整合領域２４，１４を形成するための具体的な方法として、図７に示す装置７０を用いる。
【００３８】
具体的には、先ず、コア直径が１０μｍ、クラッド外径が１２５μｍ、Δが０．３％の光ファイバ７２ａ，７２ｂを作製する。また、厚みが１ｍｍの石英ガラス基板を用い、その基板上に、下部クラッドとしてＳｉＯ２膜を低温（４００℃）プラズマＣＶＤ法で５μｍの厚さで形成する。その膜上に、コア用の膜としてＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２膜を同じく低温プラズマＣＶＤ法で３μｍの厚さで形成する。その後、全体を１２７０℃で高温熱処理した後、コア膜にフォトリソグラフィ及びドライエッチングを施して、幅が３μｍ、高さが３μｍの略矩形状のコアパターン（コア）を形成する。最後に、上部クラッドとしてＳｉＯ２膜をコアパターンを覆うように低温プラズマＣＶＤ法で５μｍの厚さで形成し、Δが約２％の光デバイス（１入力４出力の光スターカプラ）７３を作製する。
【００３９】
次に、光デバイス７３の、入力端面（図７中では左端面）に光ファイバ７２ａの一端（図７中では右端）をアライメントすると共に、出力端面（図７中では右端面）に光ファイバ７２ｂの一端（図７中では左端）をアライメントする。光ファイバ７２ａの他端（図７中では左端）はレーザ光源７１に、光ファイバ７２ｂの他端（図７中では右端）は受光器７４に接続する。
【００４０】
次に、レーザ光源７１から光信号Ｓ１を発振出力すると共に、光ファイバ７２ａに入力する。この光信号Ｓ１は、光デバイス７３を経て出力光Ｓ２となり、光ファイバ７２ｂを介して受光器７４へと導かれる。受光器７４における出力光Ｓ２のパワーをモニタリングしながら、光ファイバ７２ａと光デバイス７３との光軸合わせを行なう。その後、光軸が合った段階で、光ファイバ７２ａの一端と光デバイス７３の入力端面との突き合わせ部８１にＣＯ２レーザを照射し、この突き合わせ部８１を融着接続する。このように光ファイバ７２ａと光デバイス７３とを融着接続しておくことによって、後述するようにレーザビームＬＢを複数回照射しても、光ファイバ７２ａと光デバイス７３との各光軸がずれるおそれがない。
【００４１】
次に、超短パルスレーザ光源７５から発振された超短パルスレーザービーム（波長８００ｎｍ、パルス幅１５０ｆｓ、繰り返し周波数２５０ｋＨｚ、平均出力５００ｍＷ、ビームスポット径３μｍ）ＬＢを、光ファイバ７２ａのＰ１の位置に、かつ、コア中心部に集光、照射する。また、この集光、照射と同時に、光デバイス７３を載置する３次元方向に移動自在なＸＹＺ移動ステージ７８を、光ファイバ７２ａの長手方向（図７中では左右方向）に沿って矢印Ｂ１の方向に移動させ、Ｐ１からＰ２に向かって照射位置を移動する。レーザービームＬＢとしては、波長が４００ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲、パルス幅が３０ｆｓ〜２５０ｆｓの範囲、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲、平均出力が２００ｍｗ〜８００ｍｗの範囲のものが好ましい。
【００４２】
このレーザービームＬＢの集光、照射及び照射位置の移動と同時に、レーザ光源７１から光信号Ｓ１を発振出力し、その出力光Ｓ２のパワーを受光器７４でモニタリングする。
【００４３】
このモニタリングによって受光器７４からモニタ出力ＯＰ１が出力され、制御回路７６に入力される。このモニタ出力ＯＰ１に基づいて、制御回路７６が、移動ステージ７８を矢印Ｂ１の方向に移動させるための駆動回路７７に、駆動信号ＯＰ２を出力する。より具体的には、制御回路７６は、移動ステージ７８のＢ１方向の移動速度をほぼ指数関数的に徐々に遅くすべく、駆動信号ＯＰ２を出力し、モニタ出力ＯＰ１が徐々に大きくなるように、最終的には最大となるように制御を行う。これによって、光ファイバ７２ａの、レーザビームＬＢが照射された領域においては、コア（実質的には高屈折率部（図６（ａ）参照））の、屈折率がＰ１の位置からＰ２の位置に向かって徐々に高くなり、かつ、径サイズがＰ１の位置からＰ２の位置に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域８４が形成される。この整合領域８４を形成するためのレーザービームＬＢの照射回数は、１回だけに限定するものではなく、複数回に亘って行ってもよい。
【００４４】
Ｐ１からＰ２にかけてレーザービームＬＢを照射する照射工程を１回行った後では、接続損失は０．４ｄＢであった。照射工程をもう１回繰り返した後では、接続損失は０．２ｄＢに減少し、更にもう１回繰り返した後では、接続損失は０．１ｄＢにまで減少した。また、偏光依存損失も０．０６ｄＢと小さい値を得ることができた。さらに、反射減衰量は−３０ｄＢ以下まで低減することができた。これらの結果から、高性能なモード変換部（整合領域８４）が実現されていることが確認できた。
【００４５】
上述した手順、制御と同様の手順、制御を用いて、光ファイバ７２ｂに整合領域８４を形成することができる。また、光ファイバ７２ａ，７２ｂだけに第１モードフィールド整合領域８４，８４を形成するのではなく、光デバイス７３にも第２モードフィールド整合領域８５を形成してもよい。この場合、移動ステージ７８を矢印Ｂ２の方向に移動させ、レーザービームＬＢの照射位置をＰ３からＰ２に亘って移動させる以外は、第１モードフィールド整合領域８４の形成と同様の手順、制御を用いることで形成が可能である。これによって、更に高性能なモード変換部（整合領域８４，８５）を実現することができる。
【００４６】
また、光信号Ｓ１の出力光Ｓ２をモニタリングする受光器７４の代わりに、光信号Ｓ１の反射光Ｓ３をモニタリングする反射光測定器８０を用いてもよい。具体的には、光ファイバ７２ａの中途に光カプラー７９を設け、光信号Ｓ１の反射光Ｓ３を反射光測定器８０でモニタリングする。反射光測定器８０からのモニタ出力ＯＰ５が制御回路７６に入力され、このモニタ出力ＯＰ５に基づいて、制御回路７６が駆動回路７７に、移動ステージ７８を矢印Ｂ１の方向に移動させるよう駆動信号ＯＰ２を出力するようにしてもよい。より具体的には、制御回路７６は、移動ステージ７８のＢ１方向の移動速度をほぼ指数関数的に徐々に遅くすべく、駆動信号ＯＰ２を出力し、モニタ出力ＯＰ５が徐々に小さくなるように、最終的には最小となるように制御を行う。
【００４７】
また、移動ステージ７８の移動速度を変化させることで、整合領域８４，８５の屈折率、断面形状・サイズの制御を行う方法以外に、図８（ａ）に示すように、移動ステージ７８の移動速度は一定に保ったまま、レーザービームＬＢのスポット径を、Ｐ１からＰ２にかけて徐々に指数関数的に小さくしながら、レーザービームＬＢを照射するようにしてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、移動ステージ７８の移動速度は一定に保ったまま、レーザービームＬＢのパワーを、Ｐ１からＰ２にかけて徐々に指数関数的に大きくしながら、レーザービームＬＢを照射するようにしてもよい。これらの場合、受光器７４からのモニタ出力ＯＰ１を制御回路７６に入力し、このモニタ出力ＯＰ１に基づいて、制御回路７６がレーザ光源７４に制御信号ＯＰ３を出力する。より具体的には、制御回路７６は、レーザービームＬＢのスポット径がほぼ指数関数的に徐々に小さくなるよう又はレーザービームＬＢのパワーがほぼ指数関数的に徐々に大きくなるよう、制御信号ＯＰ３を出力し、モニタ出力ＯＰ１が徐々に大きくなるように、最終的には最大となるように制御する。
【００４８】
次に、本発明に係る光伝送部品の作用を説明する。
【００４９】
本発明に係る光伝送部品は、光ファイバ２０及び光デバイス１０の接続端部に、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移するように、超短パルスレーザ光源からレーザビームを照射することで、モードフィールド整合領域２４，１４を形成している。このため、図１１に示した光デバイス１１０のように、光デバイス自体のサイズが大きくなるということはなく、また、図１２に示した光伝送部品のように、高Δの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを必要としないため、超小型構造の光伝送部品を低コストで実現することが可能である。
【００５０】
また、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移しているため、損失増加要因が殆ど無く、その結果、低損失（０．１ｄＢ以下）の接続特性及び低反射損失特性の光伝送部品を実現可能である。
【００５１】
また、光ファイバ２０のコア２１内に、径方向に均一なモード変換部（整合領域２４）を形成しているため、偏光依存損失が０．０３ｄＢ以下の低偏光依存特性の光伝送部品を実現可能である。
【００５２】
また、モードフィールド整合領域を、光ファイバ２０の接続端部のみでなく、光デバイス１０の接続端部にも形成することで、モードフィールド整合領域が光ファイバ２０の接続端部から光デバイス１０の接続端部に亘って形成されることになる。その結果、光ファイバ２０と光デバイス１０との接続界面において、不要な反射が生じるおそれがなくなる。
【００５３】
また、図５に示したように、光ファイバ２０と光デバイス１０とを、光軸を合わせた状態で融着接続した後に、整合領域２４（又は２４，１４）を形成することで、整合領域２４（又は２４，１４）の最終性能を検査し、最終仕上げを終えた段階で、高性能な光伝送部品が得られるため、生産効率が良好で、かつ、高歩留りとなる。
【００５４】
また、図７に示したように光ファイバ７２ａから光デバイス７３へ（又は光デバイス７３から光ファイバ７２ａへ）向けて光信号Ｓ１を入力・伝搬させると共に、その光信号Ｓ１の出力光Ｓ２（又は反射光Ｓ３）をモニタリングし、そのモニタ出力ＯＰ１（又はＯＰ５）に応じて、レーザビームＬＢの集光・照射条件の制御を行うことで、高性能なモード変換部を、容易に、歩留りよく、かつ、再現性よく形成することができる。この時、光信号Ｓ１の出力光Ｓ２が最大（又は反射光Ｓ３が最小）となるように、超短パルスのレーザビームＬＢの、集光・照射条件の制御を行うことで、モード変換部の性能を最大限に高めることができる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００５６】
本発明に係る光伝送部品の第１の適用例の平面図を図９に示すように、光伝送部品９０は、１×６型光スターカプラからなる光デバイス９１の、入力側（図９中では左側）に１本の光ファイバ９２を、出力側（図９中では右側）に６本の光ファイバ９３ａ〜９３ｆを光学的に接続し、光ファイバ９２，９３ａ〜９３ｆ及び光デバイス９１の接続端部を、それぞれ図１（ａ）に示したモードフィールド整合領域に形成したものである。
【００５７】
ここで、光デバイス９１としては、１×６型光スターカプラに限定するものではなく、６チャンネル光分波器又は６チャンネル光合波器等であってもよい。また、入力側の光ファイバは１本に限定するものではなく、２本以上であってもよい。また、出力側の光ファイバは６本に限定するものではなく、少なくとも１本であればよく、数百本程度であってもよい。これによって、例えば、数百チャンネルの波長の光信号を分波又は合波可能なアレイ導波路グレーティングを、超小型に実現することができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００５８】
また、本発明に係る光伝送部品の第２の適用例の断面図を図１０に示すように、双方向伝送用光デバイス１００は、光デバイス１０１の基板１０２上に形成された２本のコア１０３，１０４の内、コア１０３の一端部（図１０中では左端部）に光ファイバ１０５を、コア１０３の他端部（図１０中では右端部）に半導体レーザ（ＬＤ）１０６を光学的に接続し、また、コア１０４の一端部（図１０中では右端部）にフォトダイオード（ＰＤ）１０７を光学的に接続し、光ファイバ１０５及び光デバイス１０１の接続端部を、それぞれ図１（ａ）に示したモードフィールド整合領域に形成したものである。
【００５９】
フォトダイオード１０７は、方向性結合器型光フィルタであり、半導体レーザ１０６からの光信号λ１を光ファイバ１０５に伝送・伝搬し、また、光ファイバ１０５を伝搬してきた光信号λ２はフォトダイオード１０７に入力する機能を有している。
【００６０】
光デバイス１０１のコア１０３，１０４をＳｉＯＮで構成すれば、Δを２〜５％程度と高く形成することができるため、光デバイス１０１の超小型化を図ることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００６２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１） 光伝送路の接続端部（又は光伝送路の接続端部および光デバイスの接続端部）がモードフィールド整合領域となるため、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品が得られる。
（２） （１）の光伝送部品を、安価に、歩留りよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明に係る光伝送部品の縦断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線の横断面図を示している。また、図１（ｃ）〜図１（ｆ）は、図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線断面、１ｄ−１ｄ線断面、１ｅ−１ｅ線断面、及び１ｆ−１ｆ線断面の屈折率分布を示している。また、図１（ｇ）及び図１（ｈ）は、それぞれ長手方向におけるコア屈折率分布及びコア半径分布を示している。
【図２】図２（ａ）は図１における光ファイバの第１変形例を示す横断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の径方向の屈折率分布を示している。
【図３】図３（ａ）は図１における光ファイバの第２変形例を示す横断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の径方向の屈折率分布を示している。
【図４】図４（ａ）はモードフィールド整合領域を形成する前の光伝送部品の縦断面図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、図４（ａ）における光ファイバの横断面図及び光デバイスの横断面図を示している。また、図４（ｄ）〜図４（ｆ）は、図４（ａ）の４ｄ−４ｄ線断面、４ｅ−４ｅ線断面、及び４ｆ−４ｆ線断面の屈折率分布を示している。
【図５】図４の光伝送部品における光ファイバと光デバイスとを融着接続した縦断面図である。
【図６】図６（ａ）はモードフィールド整合領域を形成した後の光伝送部品の縦断面図である。図６（ｂ）〜図６（ｄ）は、図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面、６ｃ−６ｃ線断面、及び６ｄ−６ｄ線断面の屈折率分布を示している。
【図７】本発明に係る光伝送部品を製造するための製造装置の概略図である。
【図８】図７の製造装置における超短パルスレーザ光源から照射されるレーザビームの制御を説明するためのグラフである。図８（ａ）はレーザビームのスポット径を制御する場合、図８（ｂ）はレーザビームのパワーを制御する場合を示している。
【図９】本発明に係る光伝送部品の第１の適用例の平面図である。
【図１０】本発明に係る光伝送部品の第２の適用例の断面図である。
【図１１】モードフィールド整合領域を備えた従来の光デバイスの概略図である。
【図１２】モードフィールド整合領域を備えた従来の光伝送部品の概略図である。
【符号の説明】
１０，７３ 光デバイス
１２ａ，１２ｂ，２２ クラッド
１３，２１ コア
１４，８５ 第２モードフィールド整合領域
２０，７２ａ，７２ｂ 光ファイバ（光伝送路）
２４，８４ 第１モードフィールド整合領域
ＬＢ 超短パルスレーザビーム
Ｓ１ 光信号
Ｓ２ 出力光
Ｓ３ 反射光
ＯＰ１ モニタ出力
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送部品及びその製造方法に係り、特に、光伝送路と光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス導波路型の光デバイスは、半導体プロセスを利用することによって量産が容易であることから、既に多くのものが実用化されている。現在、ガラス導波路型光デバイスにおいては、更なる小型化及び低コスト化のための研究開発が進められている。具体的には、コアとクラッドとの比屈折率差（以下、Δと表す）を高くすることによって小型化及び低コスト化を図ることが検討されており、例えば、Δが１．５〜２．５％程度の光デバイスが挙げられる。
【０００３】
ここで、Δはコアの最大屈折率をｎ１、クラッドの屈折率をｎ２とした時、Δ＝（ｎ１ ２−ｎ２ ２）／２ｎ１ ２で表される。
【０００４】
このガラス導波路型光デバイスに、光伝送路（例えば光ファイバ）を光学的に接続してなる光伝送部品においては、光ファイバとして、通常、シングルモード光ファイバを用いており、コアとクラッドとのΔが０．３〜１．０％の範囲のものが用いられている。このため、ガラス導波路型光デバイスの高Δ化を図ると、光ファイバとの間に、モードミスマッチングが生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、従来は、以下に示す方法を用いて、モードフィールド整合を行い、モードミスマッチングの解消を図っていた。
【０００６】
▲１▼ 図１１に示すように、基板１１１上に下部クラッド１１３ａ、コア１１２、及び上部クラッド１１３ｂを順次形成した光デバイス１１０において、光デバイス１１０の一端部（図１１中では右端部）を、冷却水Ｗが循環するホルダ１１５で把持すると共に、光デバイス１１０の他端部（図１１中では左端部）を、ヒータ１１６で長時間、高温（例えば、１３００℃）に加熱する方法。この加熱によって、コア１１２内の屈折率制御のためのドーパント（例えば、ＧｅＯ２）が各クラッド１１３ａ，１１３ｂに拡散し（ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｃｏｒｅ））、光デバイス１１０の他端部に熱拡散領域１１４が形成され、この領域１１４がモード変換部となる。この領域１１４に光ファイバ（図示せず）を光学的に接続する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
▲２▼ 図１２に示すように、高Δの光デバイス１２０に、同じ（又は略同じ）高Δのシングルモード光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを光学的に接続し、これらの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂに、低Δのシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂを光学的に接続する方法。光ファイバ１２２ａ，１２２ｂの接続端部には、▲１▼のＴＥＣ技術により形成した熱拡散領域１２４が形成され、この領域１２４がモード変換部となる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−８８０３８号公報（第２頁
【０００９】）
【特許文献２】
特開平７−１３０３６号公報（第５頁
【００１０】、第２図）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼の方法においては、光デバイス１１０の他端部のみに領域１１４を形成するには、ヒータ１１６の加熱による影響を制御するために、光デバイス１１０の厚さを厚く形成すると共に、コア延長方向（図１１中では左右方向）長さを長く形成する必要があった。その結果、光デバイス１１０のサイズが非常に大きくなってしまい、低コスト化が困難になるという問題があった。また、光デバイス１１０の損失も大きくなってしまい、現実的ではなかった。
【００１１】
一方、▲２▼の方法においては、低損失でモードフィールド整合を実現できるものの、高Δの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを特別に製造しなければならないため、コスト高になってしまうという問題があった。また、実装コストも高くなるため、低コスト化が困難であった。さらに、光ファイバ１２１ａ，１２１ｂの分、光ファイバ長が長くなってしまうため、小型化を図る上で制約を受けてしまうという問題があった。
【００１２】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、低損失でモードフィールド整合が可能で、かつ、小型で、製造コストが安価な光伝送部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る光伝送部品は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成したものである。
【００１４】
また、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成し、光デバイスの接続端部に、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成したものである。
【００１５】
ここで、請求項３に示すように、上記光デバイスの比屈折率差は１．５〜４％である。
【００１６】
これによって、光伝送路の接続端部（又は光伝送路の接続端部および光デバイスの接続端部）がモードフィールド整合領域となるため、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品が得られる。
【００１７】
一方、本発明に係る光伝送部品の製造方法は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成するものである。
【００１８】
また、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成する工程と、光デバイスの接続端部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成する工程とを有するものである。
【００１９】
ここで、請求項６に示すように、光伝送路及び光デバイスの各接続端部に超短パルスのレーザビームを集光、照射する前に、光伝送路及び光デバイスを予め光学的に融着接続しておくことが好ましい。
【００２０】
また、請求項７に示すように、各モードフィールド整合領域を形成する際、光伝送路から光デバイスへ又は光デバイスから光伝送路へ向けて光信号を入力・伝搬させると共に、その光信号の出力光又は反射光をモニタリングし、そのモニタ出力に応じて、超短パルスのレーザビームの、集光・照射条件の制御を行うことが好ましい。
【００２１】
これによって、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品を、安価に、歩留りよく製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２３】
本発明に係る光伝送部品の縦断面図を図１に示す。図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線の横断面図を示している。
【００２４】
本発明に係る光伝送部品は、コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとをモード変換部を介して光学的に接続してなるものである。具体的には、図１（ａ），図１（ｂ）に示すように、光ファイバ（光伝送路）２０のコア２１とクラッド２２とのΔより、光デバイス１０のコア３とクラッド１２ａ，１２ｂとのΔを高く（例えば、Δ＝１．８％）形成する。また、光ファイバ２０の接続端部（図１（ａ）中では右端部）の光ファイバコア２１の内部に、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり（図１（ｇ）参照）、かつ、断面形状・サイズが光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる（図１（ｈ）参照）所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成する。光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、各コア２１，１３の屈折率が長手方向に連続的に変移し、また、コア２１の内部に形成された高屈折率化領域の断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移する。光デバイス１０におけるコア１３とクラッド１２ａ，１２ｂとのΔは、１．５〜４％の範囲となるように形成される。ここで言う光ファイバ２０の接続端部とは、接続端から所定長さＬ１の範囲の部分のことである。
【００２５】
好ましくは、光ファイバ２０の接続端部に所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４を形成すると共に、光デバイス１０の接続端部（図１（ａ）中では左端部）にも、光デバイスコア１３の断面形状・サイズが光ファイバ２０側に向かって徐々に大きくなる（図１（ｈ）参照）所定長さＬ２の第２モードフィールド整合領域１４を形成する。光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、各コア２１，１３の屈折率が長手方向に連続的に変移し、また、各コア２１，１３の断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移する。これによって、光ファイバ２０における第１モードフィールド整合領域２４の屈折率が、過剰に大きく（又は小さく）なった時、第２モードフィールド整合領域１４の屈折率を調整することで、モードフィールド整合の微調整を行うことができるようになり、より高精度なモードフィールド整合が可能となる。ここで言う光デバイス１０の接続端部とは、接続端から所定長さＬ２の範囲の部分のことである。
【００２６】
光ファイバ２０及び光デバイス１０の長手方向の所定部分における径方向の屈折率分布を図１（ｃ）〜図１（ｆ）に示すように、各モードフィールド整合領域２４，１４において、コア２１の中央部（図１（ｄ）参照）およびコア１３の周辺部（図１（ｅ）参照）の屈折率が高くなっている。また、各コア２１，１３の長手方向の屈折率分布は、図１（ｇ）に示すように、各モードフィールド整合領域２４，１４において、連続的に変移している。
【００２７】
ここで、光ファイバ２０の第１変形例の断面図を図２（ａ）に、その径方向屈折率分布を図２（ｂ）に示すように、コア３１とクラッド３２との間に、クラッド３２よりも低屈折率の低屈折率層３３を設けると共に、コア３１の中心部に高屈折率の高屈折率コア部３４を設けた光ファイバ３０であってもよい。ここで、高屈折率コア部３４は、コア３１に超短パルスレーザビームを照射して、その照射部分を高屈折率化することにより形成される。
【００２８】
また、光ファイバ２０の第２変形例の断面図を図３（ａ）に、その径方向屈折率分布を図３（ｂ）に示すように、光ファイバ３０とほぼ同じ構成を有し、更にクラッド３２と低屈折率層３３との間に中間層３５を設けた光ファイバ４０であってもよい。中間層３５を設けることによって、光ファイバ４０は、光ファイバ３０と比較して分散特性や曲げ特性が向上する。
【００２９】
これらの光ファイバ３０，４０のΔは０．３％以上であればよく、光デバイス１０のΔが２．５％よりも大きい場合には、２％程度のものを用いることが望ましい。
【００３０】
次に、本発明に係る光伝送部品の製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
モードフィールド整合領域を形成する前の光伝送部品の縦断面図を図４に示す。尚、図１と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３２】
本発明に係る光伝送部品の製造方法は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、先ず、断面円形状のコア２１の周りにクラッド２２を有する光ファイバ２０を形成する。光ファイバ２０の径方向の屈折率分布は、図４（ｄ）に示すように、コア２１の屈折率がクラッド２２の屈折率よりも高くなっており、光ファイバ２０の長手方向（図４（ａ）中では左右方向）に亘って一様である。一方、基板１１上に、順次、下部クラッド１２ａ、断面矩形状のコア１３、及びコア１３を覆う上部クラッド１２ｂを有する光デバイス１０を形成する。光デバイス１０の径方向の屈折率分布は、図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示すように、コア１３の屈折率が基板１１及び各クラッド１２ａ，１２ｂの屈折率よりも高くなっており、光デバイス１０のコア延長方向（図４（ａ）中では左右方向）に亘って一様である。この時、光デバイス１０のΔは光ファイバ２０のΔよりも高く形成される。また、光ファイバ２０と光デバイス１０との接続部において、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが、不連続となっている。
【００３３】
ここで、光デバイス１０及び光ファイバ２０のそれぞれに、後述するモードフィールド整合領域を形成するのに先立って、図５に示すように、光デバイス１０と光ファイバ２０とを、光軸を合わせた状態で融着接続することが好ましい。この融着接続は、光デバイス１０と光ファイバ２０との突き合わせ部５１に、レーザビーム（例えば、ＣＯ２レーザビーム）等を照射することにより行う。
【００３４】
次に、光ファイバ２０の接続端部（図６（ａ）中では右端部）に、超短パルスのレーザビーム（図示せず）を集光・照射する。この照射によって、コア２１の中心部に、コア２１より高屈折率な高屈折率部６１が形成される。また、レーザビームを、照射条件を変えながら、長さＬ１の範囲で光ファイバ２０の接続端部に照射することで、高屈折率部６１の屈折率及び径サイズを長手方向に亘って変移させる。その結果、光ファイバ２０のコア２１（実質的には高屈折率部６１）の、屈折率が光デバイス１０側に向かって徐々に高くなり（図６（ｂ）参照）、かつ、コア部の径サイズが光デバイス１０側に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域２４が形成される。
【００３５】
また、光デバイス１０の接続端部（図６（ａ）中では左端部）に、超短パルスのレーザビーム（図示せず）を集光・照射する。この照射によって、コア１３の屈折率制御のためのドーパント（例えば、ＧｅＯ２）が各クラッド１２ａ，１２ｂに拡散し、コア１３の周囲に、コア１３よりも低屈折率な低屈折率部６２が形成される。また、レーザビームを、照射条件を変えながら、長さＬ２の範囲で光デバイス１０の接続端部に照射することで、低屈折率部６２の屈折率及び断面形状・サイズを長手方向に亘って変移させる。その結果、光デバイス１０のコア部（コア１３及び低屈折率部６２）の断面形状・サイズが光ファイバ２０側に向かって徐々に大きくなる（図６（ｃ）参照）所定長さＬ２の第２モードフィールド整合領域１４が形成される。具体的には、コア部の、断面形状は光ファイバ２０側に向かって断面矩形状から断面円形状に連続的に変移し、サイズは連続的に変移しながら大きくなる。
【００３６】
これらの結果、光ファイバ２０と光デバイス１０との間で、コア部の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に亘って連続的に変移する光伝送部品が得られる。
【００３７】
上記した各モードフィールド整合領域２４，１４を形成するための具体的な方法として、図７に示す装置７０を用いる。
【００３８】
具体的には、先ず、コア直径が１０μｍ、クラッド外径が１２５μｍ、Δが０．３％の光ファイバ７２ａ，７２ｂを作製する。また、厚みが１ｍｍの石英ガラス基板を用い、その基板上に、下部クラッドとしてＳｉＯ２膜を低温（４００℃）プラズマＣＶＤ法で５μｍの厚さで形成する。その膜上に、コア用の膜としてＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２膜を同じく低温プラズマＣＶＤ法で３μｍの厚さで形成する。その後、全体を１２７０℃で高温熱処理した後、コア膜にフォトリソグラフィ及びドライエッチングを施して、幅が３μｍ、高さが３μｍの略矩形状のコアパターン（コア）を形成する。最後に、上部クラッドとしてＳｉＯ２膜をコアパターンを覆うように低温プラズマＣＶＤ法で５μｍの厚さで形成し、Δが約２％の光デバイス（１入力４出力の光スターカプラ）７３を作製する。
【００３９】
次に、光デバイス７３の、入力端面（図７中では左端面）に光ファイバ７２ａの一端（図７中では右端）をアライメントすると共に、出力端面（図７中では右端面）に光ファイバ７２ｂの一端（図７中では左端）をアライメントする。光ファイバ７２ａの他端（図７中では左端）はレーザ光源７１に、光ファイバ７２ｂの他端（図７中では右端）は受光器７４に接続する。
【００４０】
次に、レーザ光源７１から光信号Ｓ１を発振出力すると共に、光ファイバ７２ａに入力する。この光信号Ｓ１は、光デバイス７３を経て出力光Ｓ２となり、光ファイバ７２ｂを介して受光器７４へと導かれる。受光器７４における出力光Ｓ２のパワーをモニタリングしながら、光ファイバ７２ａと光デバイス７３との光軸合わせを行なう。その後、光軸が合った段階で、光ファイバ７２ａの一端と光デバイス７３の入力端面との突き合わせ部８１にＣＯ２レーザを照射し、この突き合わせ部８１を融着接続する。このように光ファイバ７２ａと光デバイス７３とを融着接続しておくことによって、後述するようにレーザビームＬＢを複数回照射しても、光ファイバ７２ａと光デバイス７３との各光軸がずれるおそれがない。
【００４１】
次に、超短パルスレーザ光源７５から発振された超短パルスレーザービーム（波長８００ｎｍ、パルス幅１５０ｆｓ、繰り返し周波数２５０ｋＨｚ、平均出力５００ｍＷ、ビームスポット径３μｍ）ＬＢを、光ファイバ７２ａのＰ１の位置に、かつ、コア中心部に集光、照射する。また、この集光、照射と同時に、光デバイス７３を載置する３次元方向に移動自在なＸＹＺ移動ステージ７８を、光ファイバ７２ａの長手方向（図７中では左右方向）に沿って矢印Ｂ１の方向に移動させ、Ｐ１からＰ２に向かって照射位置を移動する。レーザービームＬＢとしては、波長が４００ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲、パルス幅が３０ｆｓ〜２５０ｆｓの範囲、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲、平均出力が２００ｍｗ〜８００ｍｗの範囲のものが好ましい。
【００４２】
このレーザービームＬＢの集光、照射及び照射位置の移動と同時に、レーザ光源７１から光信号Ｓ１を発振出力し、その出力光Ｓ２のパワーを受光器７４でモニタリングする。
【００４３】
このモニタリングによって受光器７４からモニタ出力ＯＰ１が出力され、制御回路７６に入力される。このモニタ出力ＯＰ１に基づいて、制御回路７６が、移動ステージ７８を矢印Ｂ１の方向に移動させるための駆動回路７７に、駆動信号ＯＰ２を出力する。より具体的には、制御回路７６は、移動ステージ７８のＢ１方向の移動速度をほぼ指数関数的に徐々に遅くすべく、駆動信号ＯＰ２を出力し、モニタ出力ＯＰ１が徐々に大きくなるように、最終的には最大となるように制御を行う。これによって、光ファイバ７２ａの、レーザビームＬＢが照射された領域においては、コア（実質的には高屈折率部（図６（ａ）参照））の、屈折率がＰ１の位置からＰ２の位置に向かって徐々に高くなり、かつ、径サイズがＰ１の位置からＰ２の位置に向かって徐々に小さくなる所定長さＬ１の第１モードフィールド整合領域８４が形成される。この整合領域８４を形成するためのレーザービームＬＢの照射回数は、１回だけに限定するものではなく、複数回に亘って行ってもよい。
【００４４】
Ｐ１からＰ２にかけてレーザービームＬＢを照射する照射工程を１回行った後では、接続損失は０．４ｄＢであった。照射工程をもう１回繰り返した後では、接続損失は０．２ｄＢに減少し、更にもう１回繰り返した後では、接続損失は０．１ｄＢにまで減少した。また、偏光依存損失も０．０６ｄＢと小さい値を得ることができた。さらに、反射減衰量は−３０ｄＢ以下まで低減することができた。これらの結果から、高性能なモード変換部（整合領域８４）が実現されていることが確認できた。
【００４５】
上述した手順、制御と同様の手順、制御を用いて、光ファイバ７２ｂに整合領域８４を形成することができる。また、光ファイバ７２ａ，７２ｂだけに第１モードフィールド整合領域８４，８４を形成するのではなく、光デバイス７３にも第２モードフィールド整合領域８５を形成してもよい。この場合、移動ステージ７８を矢印Ｂ２の方向に移動させ、レーザービームＬＢの照射位置をＰ３からＰ２に亘って移動させる以外は、第１モードフィールド整合領域８４の形成と同様の手順、制御を用いることで形成が可能である。これによって、更に高性能なモード変換部（整合領域８４，８５）を実現することができる。
【００４６】
また、光信号Ｓ１の出力光Ｓ２をモニタリングする受光器７４の代わりに、光信号Ｓ１の反射光Ｓ３をモニタリングする反射光測定器８０を用いてもよい。具体的には、光ファイバ７２ａの中途に光カプラー７９を設け、光信号Ｓ１の反射光Ｓ３を反射光測定器８０でモニタリングする。反射光測定器８０からのモニタ出力ＯＰ５が制御回路７６に入力され、このモニタ出力ＯＰ５に基づいて、制御回路７６が駆動回路７７に、移動ステージ７８を矢印Ｂ１の方向に移動させるよう駆動信号ＯＰ２を出力するようにしてもよい。より具体的には、制御回路７６は、移動ステージ７８のＢ１方向の移動速度をほぼ指数関数的に徐々に遅くすべく、駆動信号ＯＰ２を出力し、モニタ出力ＯＰ５が徐々に小さくなるように、最終的には最小となるように制御を行う。
【００４７】
また、移動ステージ７８の移動速度を変化させることで、整合領域８４，８５の屈折率、断面形状・サイズの制御を行う方法以外に、図８（ａ）に示すように、移動ステージ７８の移動速度は一定に保ったまま、レーザービームＬＢのスポット径を、Ｐ１からＰ２にかけて徐々に指数関数的に小さくしながら、レーザービームＬＢを照射するようにしてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、移動ステージ７８の移動速度は一定に保ったまま、レーザービームＬＢのパワーを、Ｐ１からＰ２にかけて徐々に指数関数的に大きくしながら、レーザービームＬＢを照射するようにしてもよい。これらの場合、受光器７４からのモニタ出力ＯＰ１を制御回路７６に入力し、このモニタ出力ＯＰ１に基づいて、制御回路７６がレーザ光源７４に制御信号ＯＰ３を出力する。より具体的には、制御回路７６は、レーザービームＬＢのスポット径がほぼ指数関数的に徐々に小さくなるよう又はレーザービームＬＢのパワーがほぼ指数関数的に徐々に大きくなるよう、制御信号ＯＰ３を出力し、モニタ出力ＯＰ１が徐々に大きくなるように、最終的には最大となるように制御する。
【００４８】
次に、本発明に係る光伝送部品の作用を説明する。
【００４９】
本発明に係る光伝送部品は、光ファイバ２０及び光デバイス１０の接続端部に、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移するように、超短パルスレーザ光源からレーザビームを照射することで、モードフィールド整合領域２４，１４を形成している。このため、図１１に示した光デバイス１１０のように、光デバイス自体のサイズが大きくなるということはなく、また、図１２に示した光伝送部品のように、高Δの光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを必要としないため、超小型構造の光伝送部品を低コストで実現することが可能である。
【００５０】
また、各コア２１，１３の屈折率及び断面形状・サイズが長手方向に連続的に変移しているため、損失増加要因が殆ど無く、その結果、低損失（０．１ｄＢ以下）の接続特性及び低反射損失特性の光伝送部品を実現可能である。
【００５１】
また、光ファイバ２０のコア２１内に、径方向に均一なモード変換部（整合領域２４）を形成しているため、偏光依存損失が０．０３ｄＢ以下の低偏光依存特性の光伝送部品を実現可能である。
【００５２】
また、モードフィールド整合領域を、光ファイバ２０の接続端部のみでなく、光デバイス１０の接続端部にも形成することで、モードフィールド整合領域が光ファイバ２０の接続端部から光デバイス１０の接続端部に亘って形成されることになる。その結果、光ファイバ２０と光デバイス１０との接続界面において、不要な反射が生じるおそれがなくなる。
【００５３】
また、図５に示したように、光ファイバ２０と光デバイス１０とを、光軸を合わせた状態で融着接続した後に、整合領域２４（又は２４，１４）を形成することで、整合領域２４（又は２４，１４）の最終性能を検査し、最終仕上げを終えた段階で、高性能な光伝送部品が得られるため、生産効率が良好で、かつ、高歩留りとなる。
【００５４】
また、図７に示したように光ファイバ７２ａから光デバイス７３へ（又は光デバイス７３から光ファイバ７２ａへ）向けて光信号Ｓ１を入力・伝搬させると共に、その光信号Ｓ１の出力光Ｓ２（又は反射光Ｓ３）をモニタリングし、そのモニタ出力ＯＰ１（又はＯＰ５）に応じて、レーザビームＬＢの集光・照射条件の制御を行うことで、高性能なモード変換部を、容易に、歩留りよく、かつ、再現性よく形成することができる。この時、光信号Ｓ１の出力光Ｓ２が最大（又は反射光Ｓ３が最小）となるように、超短パルスのレーザビームＬＢの、集光・照射条件の制御を行うことで、モード変換部の性能を最大限に高めることができる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００５６】
本発明に係る光伝送部品の第１の適用例の平面図を図９に示すように、光伝送部品９０は、１×６型光スターカプラからなる光デバイス９１の、入力側（図９中では左側）に１本の光ファイバ９２を、出力側（図９中では右側）に６本の光ファイバ９３ａ〜９３ｆを光学的に接続し、光ファイバ９２，９３ａ〜９３ｆ及び光デバイス９１の接続端部を、それぞれ図１（ａ）に示したモードフィールド整合領域に形成したものである。
【００５７】
ここで、光デバイス９１としては、１×６型光スターカプラに限定するものではなく、６チャンネル光分波器又は６チャンネル光合波器等であってもよい。また、入力側の光ファイバは１本に限定するものではなく、２本以上であってもよい。また、出力側の光ファイバは６本に限定するものではなく、少なくとも１本であればよく、数百本程度であってもよい。これによって、例えば、数百チャンネルの波長の光信号を分波又は合波可能なアレイ導波路グレーティングを、超小型に実現することができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００５８】
また、本発明に係る光伝送部品の第２の適用例の断面図を図１０に示すように、双方向伝送用光デバイス１００は、光デバイス１０１の基板１０２上に形成された２本のコア１０３，１０４の内、コア１０３の一端部（図１０中では左端部）に光ファイバ１０５を、コア１０３の他端部（図１０中では右端部）に半導体レーザ（ＬＤ）１０６を光学的に接続し、また、コア１０４の一端部（図１０中では右端部）にフォトダイオード（ＰＤ）１０７を光学的に接続し、光ファイバ１０５及び光デバイス１０１の接続端部を、それぞれ図１（ａ）に示したモードフィールド整合領域に形成したものである。
【００５９】
フォトダイオード１０７は、方向性結合器型光フィルタであり、半導体レーザ１０６からの光信号λ１を光ファイバ１０５に伝送・伝搬し、また、光ファイバ１０５を伝搬してきた光信号λ２はフォトダイオード１０７に入力する機能を有している。
【００６０】
光デバイス１０１のコア１０３，１０４をＳｉＯＮで構成すれば、Δを２〜５％程度と高く形成することができるため、光デバイス１０１の超小型化を図ることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００６２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１） 光伝送路の接続端部（又は光伝送路の接続端部および光デバイスの接続端部）がモードフィールド整合領域となるため、小型で、かつ、低損失でモードフィールド整合が可能な光伝送部品が得られる。
（２） （１）の光伝送部品を、安価に、歩留りよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明に係る光伝送部品の縦断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線の横断面図を示している。また、図１（ｃ）〜図１（ｆ）は、図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線断面、１ｄ−１ｄ線断面、１ｅ−１ｅ線断面、及び１ｆ−１ｆ線断面の屈折率分布を示している。また、図１（ｇ）及び図１（ｈ）は、それぞれ長手方向におけるコア屈折率分布及びコア半径分布を示している。
【図２】図２（ａ）は図１における光ファイバの第１変形例を示す横断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の径方向の屈折率分布を示している。
【図３】図３（ａ）は図１における光ファイバの第２変形例を示す横断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の径方向の屈折率分布を示している。
【図４】図４（ａ）はモードフィールド整合領域を形成する前の光伝送部品の縦断面図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、図４（ａ）における光ファイバの横断面図及び光デバイスの横断面図を示している。また、図４（ｄ）〜図４（ｆ）は、図４（ａ）の４ｄ−４ｄ線断面、４ｅ−４ｅ線断面、及び４ｆ−４ｆ線断面の屈折率分布を示している。
【図５】図４の光伝送部品における光ファイバと光デバイスとを融着接続した縦断面図である。
【図６】図６（ａ）はモードフィールド整合領域を形成した後の光伝送部品の縦断面図である。図６（ｂ）〜図６（ｄ）は、図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面、６ｃ−６ｃ線断面、及び６ｄ−６ｄ線断面の屈折率分布を示している。
【図７】本発明に係る光伝送部品を製造するための製造装置の概略図である。
【図８】図７の製造装置における超短パルスレーザ光源から照射されるレーザビームの制御を説明するためのグラフである。図８（ａ）はレーザビームのスポット径を制御する場合、図８（ｂ）はレーザビームのパワーを制御する場合を示している。
【図９】本発明に係る光伝送部品の第１の適用例の平面図である。
【図１０】本発明に係る光伝送部品の第２の適用例の断面図である。
【図１１】モードフィールド整合領域を備えた従来の光デバイスの概略図である。
【図１２】モードフィールド整合領域を備えた従来の光伝送部品の概略図である。
【符号の説明】
１０，７３ 光デバイス
１２ａ，１２ｂ，２２ クラッド
１３，２１ コア
１４，８５ 第２モードフィールド整合領域
２０，７２ａ，７２ｂ 光ファイバ（光伝送路）
２４，８４ 第１モードフィールド整合領域
ＬＢ 超短パルスレーザビーム
Ｓ１ 光信号
Ｓ２ 出力光
Ｓ３ 反射光
ＯＰ１ モニタ出力
Claims (7)
- コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成したことを特徴とする光伝送部品。
- コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差が上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成されており、その光伝送路の接続端部の光伝送路コアの内部に、屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成し、光デバイスの接続端部に、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成したことを特徴とする光伝送部品。
- 上記光デバイスの比屈折率差が１．５〜４％である請求項１又は２記載の光伝送部品。
- コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成することを特徴とする光伝送部品の製造方法。
- コア及びクラッドを有する光伝送路と、同じくコア及びクラッドを有する光デバイスとを光学的に接続してなる光伝送部品を製造する方法において、上記光デバイスのコアとクラッドとの比屈折率差を上記光伝送路のコアとクラッドとの比屈折率差よりも高く形成し、その光伝送路の接続端部のコア内部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光伝送路コアの内部に屈折率が光デバイス側に向かって徐々に高くなり、かつ、断面寸法が光デバイス側に向かって徐々に小さくなる所定長さの第１モードフィールド整合領域を形成する工程と、光デバイスの接続端部に、超短パルスのレーザビームを集光・照射し、光デバイスコアの断面寸法が光伝送路側に向かって徐々に大きくなる所定長さの第２モードフィールド整合領域を形成する工程とを有することを特徴とする光伝送部品の製造方法。
- 光伝送路及び光デバイスの各接続端部に超短パルスのレーザビームを集光、照射する前に、光伝送路及び光デバイスを予め光学的に融着接続しておく請求項４又は５記載の光伝送部品の製造方法。
- 各モードフィールド整合領域を形成する際、光伝送路から光デバイスへ又は光デバイスから光伝送路へ向けて光信号を入力・伝搬させると共に、その光信号の出力光又は反射光をモニタリングし、そのモニタ出力に応じて、超短パルスのレーザビームの、集光・照射条件の制御を行う請求項４から６いずれかに記載の光伝送部品の製造方法。
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