JP2004125992A

JP2004125992A - モード変換機能付きガラス導波路及びその製造方法並びに光デバイス

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Publication number: JP2004125992A
Application number: JP2002287232A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 井本　克之
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】小型化、低コスト化を実現できるモード変換機能付きガラス導波路及びその製造方法並びに光デバイスを提供する。
【解決手段】所定の屈折率を有する下部クラッド層２上に、この下部クラッド層２よりも高い屈折率を有すると共に、光ファイバのコアと端面同士が接続される略矩形断面形状のコア３を形成し、このコア３と光ファイバのコアとの接続部近傍を除去し、光導波路のコア３を覆うように下部クラッド層２上にその下部クラッド層２と等しい屈折率を有する上部クラッド層４を形成した後、光導波路のコア３の除去部分に、超短パルスレーザービームを集光、照射すると共にパワーとビームスポットサイズとを徐々に変化させながらビームスポットと光導波路とを相対移動させて、断面形状が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアの断面形状に等しくなると共に、屈折率が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアに等しくなるモード変換部５−１，５−２を形成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モード変換機能付きガラス導波路及びその製造方法並びに光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス導波路型光デバイスは、半導体プロセスを利用することにより量産し易いことから、既に多くのものが実用化されているが、更なる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。
【０００３】
その例として、ガラス導波路型光デバイスの高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されており、具体例として、Δが１．５％以上、２．５％程度の光デバイスが検討されている。
【０００４】
ここで、比屈折率差Δは、コアの最大屈折率をｎ_１　、クラッドの屈折率をｎ_２　としたとき、Δ＝（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２）／２ｎ_１ ^２で表される。
【０００５】
ところが、ガラス導波路型光デバイスの高Δ化に対して、それに接続する光ファイバは、通常のシングルモード光ファイバであるため、Δは０．３％から１％の範囲内のものが用いられる。そのため、光ファイバと光デバイス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る。
【０００６】
これを解決するために、図６、図７に示すような２つの手段が用いられている。
【０００７】
図６、図７は従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【０００８】
第１の手段は、図６に示すように、高屈折率のコア５３を低屈折率のクラッド５４で覆った光導波路５０に、光ファイバと接続する側にはヒータ５２を配置し、それと反対側には内部に冷却水ｗを循環させる保持部材５５を取り付け、モード変換部となる熱拡散領域５１を形成する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
第２の方法は、図７に示すように、高Δのシングルモード光ファイバ５８の一端を高Δの光導波路５６に接続し、その光ファイバ５８の他端に低Δのシングルモード光ファイバ５９をＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｘｐａｎｄ　Ｃｏｒｅ）技術を用いて接続し、そのＴＥＣ接続部５７でモード変換を実現する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−８８０３８号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平４−６７１０６号公報（第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモード変換方式には以下に示すような課題が存在している。
【００１２】
図６に示したヒータ５２により加熱してモード変換部を形成する方式は、光デバイスのサイズが非常に大きくなり、低コスト化が難しいという問題がある。さらに、ヒータ５２ではコアの微細加工が困難であるため、光デバイスの損失が大きくなり、実用的でない。
【００１３】
また、図７に示したＴＥＣ接続部でモード変換を実現する方式は、低損失で実現できるというメリットがあるが、高Δの光ファイバを別途作らなければならないために、コスト高になる。さらに、実装コストが高くなり、低コスト化が難しい。さらにそれぞれの光ファイバ長を長くして接続しなければならないため、小型化にも制約を受ける。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、小型化、低コスト化を実現できるモード変換機能付きガラス導波路及びその製造方法並びに光デバイスを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、所定の屈折率を有する略矩形断面形状のコアと、このコアを覆うように設けられそのコアよりも低い所定の屈折率を有するクラッド層とからなる光導波路を有し、光導波路のコアの端面に光ファイバのコアの端面が接続されるガラス導波路において、光導波路の光ファイバとの接続部近傍におけるコアは、このコア内に伝搬する光をモード変換すべく、断面形状が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアの断面形状に等しくなると共に、屈折率が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアに等しくなるように形成されているものである。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、光導波路は、コアとクラッド層との比屈折率差が光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差よりも大きく、かつコアの外径が光ファイバのコアの外径よりも小さいものである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、光導波路の光ファイバとの接続部近傍におけるコアは、屈折率及び長手方向の形状が増加関数的に変化したテーパ状に形成されているものである。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、クラッド層はＳｉＯ_２　或いはＳｉＯ_２　に屈折率制御用添加物を少なくとも１種添加した材料で形成されているものである。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、クラッド層は基板上に形成されているものである。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、光導波路のコアの端面と光ファイバのコアの端面とが融着接続又は接着剤により接続されるものである。
【００２１】
請求項７の発明は、所定の屈折率を有する下部クラッド層上に、この下部クラッド層よりも高い屈折率を有すると共に、光ファイバのコアと端面同士が接続される略矩形断面形状のコアを形成し、このコアの、光ファイバのコアとの接続部近傍を除去し、光導波路のコアを覆うように下部クラッド層上にその下部クラッド層と等しい屈折率を有する上部クラッド層を形成した後、光導波路のコアの除去部分に、超短パルスレーザービームを集光、照射すると共にパワーとビームスポットサイズとを徐々に変化させながらビームスポットと光導波路とを相対移動させて、断面形状が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアの断面形状に等しくなると共に、屈折率が光ファイバに近づくにつれて徐々に光ファイバのコアに等しくなるモード変換部を形成する方法である。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７に記載の構成に加え、光導波路と光ファイバとを予め接続した状態で、光導波路のコアの除去部分に超短パルスレーザービームを集光照射する方法である。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の構成に加え、光ファイバのコアから光導波路のコアに向けて他のレーザビームを照射し、モードフィールド整合させながら超短パルスレーザビームを照射すると共に、光ファイバのコア内部の一部にまで集光、照射させる方法である。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項８又は９に記載の構成に加え、光ファイバのコアから光導波路のコアに向けて、或いは光導波路のコアから光ファイバのコアに向けて光信号を伝搬させ、この光信号をモニタしつつ、そのモニタした光信号のパワーに応じて超短パルスレーザビームのスポットサイズ、照射エネルギー及び光導波路の相対移動速度を制御する方法である。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の構成に加え、光導波路からの出力光又は反射光をモニタする方法である。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のモード変換機能付きガラス導波路の光導波路に、導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などの光部品が形成されたものである。
【００２７】
上記構成によれば、光デバイスのサイズを大きくすることなく、接続損失及び反射損失が極めて小さいモード変換機能付きガラス導波路型光デバイスを実現することができる。しかも３次元的な屈折率及び形状のテーパ状変換方式であるので偏波依存性が無い。
【００２８】
また、光導波路の製造段階でΔに誤差が生じても、超短パルスレーザービーム照射で調整してモード変換機能を形成することができるので、歩留りが向上する。
【００２９】
また、低Δの光ファイバを、予め或いはモード変換部を形成後に、光デバイス端面に直接結合することができるので、ＣＯ_２　レーザ照射による融着接続や接着剤による接続などを行うことができる。
【００３０】
ガラス導波路型光デバイスのクラッド層は、光導波路のΔが１．５％程度の場合にはＳｉＯ_２　を用いるが、Δが２％前後の場合にはＳｉＯ_２　に屈折率制御用添加物（例えばＰ_２　Ｏ_５　、Ｂ_２　Ｏ_３　）を１種添加した材料、或いはそれらの添加物を共添加した材料を用いるのが好ましい。これは、Ｐ_２　Ｏ_５　やＢ_２　Ｏ_３　を添加したＳｉＯ_２　ガラスは超短パルスレーザービーム照射でその屈折率を大きくすることが容易にできるためである。また屈折率制御用添加物はＳｉＯ_２　内に添加することにより、そのガラスの屈折率はＳｉＯ_２　に対して大きく変化しないので、高Δ用光デバイスのクラッド層として好適である。
【００３１】
また、光デバイスのコアが除去された領域に埋め込まれたクラッド層内の屈折率及びその形状を超短パルスレーザービーム照射で増加関数的に変化させることにより、偏波依存性の無い光デバイスを実現することができ、これにより、波長分割多重伝送用の光デバイスを高性能に実現することができる。
【００３２】
また、光デバイスの実装段階、すなわち最終性能を検査及び仕上げする段階でモード変換機能の形成と光ファイバの最適接続を行うことができ、また微調整も容易にできるので、歩留り良く光デバイスを製造可能である。
【００３３】
さらに、光信号をモニタしながらそのモニタ光が最大になるように超短パルスレーザービームを集光、照射するようにしてモード変換部を形成することが可能なので、より一層の高性能化を効率良く実現可能である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光デバイスの正面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の屈折率分布を示す図であり、図１（ｄ）は図１（ｂ）のコアサイズ分布を示す図である。
【００３６】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、この光デバイス６は、基板（例えばＳｉ基板）１上に、低屈折率ｎｂの下部クラッド層（例えばＳｉＯ_２　ガラス層）２を有し、その下部クラッド層２上に、高屈折率ｎｃの略断面矩形状のコア（例えばＳｉＯ_２　−ＧｅＯ_２　）３が形成され、そのコア３及び下部クラッド層２を覆うように、低屈折率ｎｂの上部クラッド層（例えばＳｉＯ_２　層）４が形成されている構造である。
【００３７】
この光デバイス６のコア３とクラッド層２（或いは上部クラッド層４）との比屈折率差Δは高い値（例えば１．５％）で作製されている。
【００３８】
そしてこの光デバイス６の入力端及び出力端の近傍に、光ファイバとモードを一致させるためのモード変換部５−１，５−２が形成されている。
【００３９】
それらのモード変換部５−１，５−２を介して、屈折率ｎｆ（ｎｆ＜ｎｃ）のコア８−１，８−２とクラッド９−１，９−２との比屈折率差Δが低Δ（例えば０．３％）の光ファイバ７−１，７−２が光学的に結合されており、この光デバイス６と光ファイバ７−１（或いは光ファイバ７−２）との間はＣＯ_２　レーザ照射による融着接続されているか、接着剤で接続されている。
【００４０】
図１（ｃ）に示すように、モード変換部５−１，５−２のコアは、屈折率が光デバイス側から光ファイバ側に向かって、光ファイバのコアの屈折率と等しくなるまで、指数関数や対数関数など増加関数的にテーパ状に徐々に低下しており、また図１（ｄ）に示すように、モード変換部５−１，５−２のコアは、コアサイズが光デバイス側から光ファイバ側に向かって、光ファイバのコアサイズと等しくなるまで、指数関数や対数関数など増加関数的にテーパ状に徐々に増加した構成になっている。尚、このモード変換部５−１，５−２の屈折率及びコアサイズは、増加関数的以外に、ほぼ直線的なテーパ構造でも良い。
【００４１】
さらに、図示されていないが、光デバイス６のコア３は説明を簡単にするために直線パターンで示したが、実際には曲線パターンを含む光信号処理回路が形成されており、例えばこの光導波路に導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などの光部品が形成されている。
【００４２】
このモード変換機能付きガラス導波路型光デバイス６は、３Ｄ構造のモード変換部５−１，５−２を備えているので、偏波依存性が無く、低損失で光ファイバと接続することができる。
【００４３】
具体的には、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）をＥ１（Ｅ２）点からＳ１（Ｓ２）点へ徐々に移動速度を速めながら、かつビームスポットサイズを３μｍから１０μｍに徐々に大きくしながら、集光、照射することを３回繰り返すことにより、偏波依存損失０．０５ｄＢ以下／１箇所、接続損失０．１ｄＢ／１箇所を波長１５５０ｎｍで実現することができる。また、モード変換部５−１，５−１の長さも約２００μｍの長さで実現することができる。
【００４４】
尚、集光、照射回数を多くするほど、モード変換部５−１，５−２のΔを高くすることができ、Δを０．３％から１．５％までテーパ状に変化させることができる。
【００４５】
次に、本発明にかかるモード変換機能付きガラス導波路の製造方法を作用と共に説明する。
【００４６】
まず、本発明のモード変換部を形成するための装置について述べる。
【００４７】
図５は本発明のモード変換部の形成装置の概略図である。
【００４８】
図５に示すように、この装置は、光デバイス６が載置され所望の方向に移動自在なＸＹＺ移動ステージ１７と、このＸＹＺ移動ステージ１７を移動させる駆動回路１９と、光デバイス６に超短パルスレーザービーム１３−１を照射させるレーザ光源１３と、超短パルスレーザービーム１３−１を集光させるレンズ１４と、光ファイバ７−１内から光デバイス６内のモード変換部を形成すべき位置に向けて光信号を伝搬させる他のレーザ光源１５と、その光信号またはその一部の光信号をモニタするための受光素子１６と、そのモニタ出力に応じて駆動回路１９を操作して、ＸＹＺ移動ステージ１７を矢印ｒ方向或いは矢印ｌ方向に移動させる制御回路１８とを備えている。
【００４９】
この装置を用いて光導波路にモード変換部５−１，５−２を形成するに際しては、光ファイバ７−１を通して光信号を光デバイス６内に入力させ、光デバイス６内を伝搬してきた光信号を受光素子１６でモニタすることによって、制御回路１８によりＸＹＺ移動ステージ１７の移動速度を制御してモード変換部５−１，５−２を形成する。
【００５０】
図２（ａ）から図２（ｅ）はモード変換機能付きガラス導波路の製造方法を説明するための中間体の正面断面図であり、図２（ｆ）から図２（ｊ）はそれらの側面断面図である。
【００５１】
モード変換機能付きガラス導波路を製造するに際しては、まず、図２（ａ）、図２（ｆ）に示すように、アルコキシド系の原料ソースを用いたプラズマＣＶＤ法により、低温（例えば４００℃）で、基板（Ｓｉ基板）１上に下部クラッド層（ＳｉＯ_２　ガラス層）２を例えば厚さ２０μｍ形成し、その下部クラッド層２上にコア層（ＳｉＯ_２　−ＧｅＯ_２　ガラス層）１０を例えば４μｍ形成し、コア層１０と下部クラッド層２との比屈折率差Δが約２％の光導波路を作製する。次に、スパッタリング法により、コア層１０の上にＷＳｉ膜を約１μｍ形成し、そのＷＳｉ膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、フォトレジストパターンを形成し、ついでそのフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッチング工程により、ＷＳｉ膜をパターニングする。
【００５２】
その後、図２（ｂ）、図２（ｇ）に示すように、ＷＳｉ膜パターンをマスクにしてコア層１０をほぼ断面矩形状パターンに加工してコア３のパターン（光信号処理回路）を形成する。
【００５３】
ここで、コア３のパターンの両端部に、一部除去された領域１１−１，１１−２を設けることが本発明の第１のポイントである。その領域１１−１，１１−２の長さは２ｍｍ以上５ｍｍ以内が好ましい。
【００５４】
そして、図２（ｃ）、図２（ｈ）に示すように、コア３のパターンを覆うように、下部クラッド層２上に上部クラッド層４を形成する。これにより、上述した領域１１−１，１１−２は、上部クラッド層４で形成された領域１２−１，１２−２になる。
【００５５】
そして、図２（ｄ）、図２（ｉ）に示すように、光ファイバのコアから光導波路のコアに向けて他のレーザビームを照射し、モードフィールド整合させながら超短パルスレーザービーム１３−１（１３’−１）をレンズ１４で集光させて領域１２−１，１２−２の上部クラッド層４内にレーザービーム１３−２（１３’−２）を照射すると共に、ビームスポットサイズを３μｍから１０μｍに徐々に大きくしながら矢印ｌ方向（矢印ｒ方向）に移動させ、光ファイバのコア内部の一部にまで集光、照射させる。これを３回繰り返すことにより、図２（ｅ）、図２（ｊ）に示すようなテーパ状で端面の形状がその端面に接続される光ファイバのコアの形状と等しいモード変換部５−１，５−２を形成して、光デバイスが製造される。
【００５６】
このようにして製造された光デバイスは、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示したように、屈折率及びコアサイズが徐々に変化したモード変換部５−１，５−２を有し、このモード変換部５−１，５−２と光ファイバのコアとを接続するので、光デバイスのサイズを大きくすることなく、接続損失及び反射損失の極めて小さいモード変換機能付きガラス導波路を実現することができる。しかもモード変換部５−１，５−２は、３次元的な屈折率及び形状のテーパ状変換方式であるので偏波依存性が無い。
【００５７】
また、光デバイス６の製造段階でΔがずれていても、超短パルスレーザービーム照射で調整してモード変換部５−１，５−２を形成することができる。
【００５８】
また、低Δの光ファイバを、予め或いはモード変換部５−１，５−２を形成後に、光デバイス端面に直接結合することができるので、ＣＯ_２　レーザ照射による融着接続や接着剤による接続などを行うことができる。
【００５９】
モード変換機能付きガラス導波路型光デバイス６のクラッド層２，４は、比屈折率差Δが１．５％程度の場合にはＳｉＯ_２　を用いるが、Δが２％前後の場合にはＳｉＯ_２　に屈折率制御用添加物（例えばＰ_２　Ｏ_５　、Ｂ_２　Ｏ_３　）を１種添加した材料、或いは添加物を共添加した材料を用いるのが好ましい。これは、Ｐ_２　Ｏ　_５、Ｂ_２　Ｏ_３　を添加したＳｉＯ_２ガラスは超短パルスレーザービーム照射でその屈折率を大きくすることが容易にできるためである。また添加物はＳｉＯ_２　内に添加することにより、そのガラスの屈折率はＳｉＯ_２　に対して大きく変化しないので、高Δ用光デバイスのクラッド層として好適である。
【００６０】
また、光デバイス６のコア３の除去された領域１２−１，１２−２に埋め込まれたクラッド層４内の屈折率及びその形状を超短パルスレーザービーム照射で増加関数的に変化させることにより、偏波依存性の無い光デバイスを実現することができ、これにより、波長分割多重伝送用の光デバイスを高性能に実現することができる。
【００６１】
光デバイス６の実装段階、すなわち、最終性能を検査及び仕上げする段階でモード変換部５−１，５−２の形成と光ファイバの最適接続を行うことができ、また微調整も容易にできるので、歩留まり良く光デバイス６を実現可能である。
【００６２】
さらに、光信号をモニタしながらそのモニタ光が最大になるように超短パルスレーザービームを集光、照射するようにしてモード変換部５−１，５−２を作製することが可能なので、より一層の高性能化を効率良く実現可能である。
【００６３】
モード変換部の形成方法の変形例としては、例えば、光デバイス６の一定速度での移動に伴い、超短パルスレーザービーム１３−１のビームスポット径を連続的に増大（或いは減少）しつつ、超短パルスレーザービーム１３−１のパワーも連続的に減少（或いは増大）して屈折率及び形状が連続的に３次元的に変化するようにモード変換部５−１，５−２を形成しても良い。
【００６４】
また、光デバイス６の移動速度を連続的に速く（或いは遅く）なるようにしつつ、超短パルスレーザービーム１３−１のレーザースポット径を連続的に増大（或いは減少）しつつ、超短パルスレーザービーム１３−１のパワーも連続的に減少（或いは増大）して屈折率及び形状が連続的に３次元的に変化するようにモード変換部５−１，５−２を形成しても良い。
【００６５】
また、上述した光信号のモニタには、出力光以外に、モード変換部５−１，５−２が形成される領域から反射光を検出し、そのモニタ光に応じて超短パルスレーザービーム１３−１の集光、照射条件、及び光デバイス６の伝搬方向への移動条件を制御するようにしても良い。
【００６６】
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。
【００６７】
図３は本発明の他の実施の形態を示すモード変換機能付きガラス導波路型光デバイスの正面断面図である。
【００６８】
図３に示すように、この光デバイス２６は、基本的な構成は図１に示した光デバイスと同じであるが、基板２１にＳｉＯ_２　基板を用い、下部クラッド層はこのＳｉＯ_２　基板で代用したものである。
【００６９】
また、上部クラッド層２４は、屈折率がほぼＳｉＯ_２　の屈折率と同じになるようにＰ_２　Ｏ_５　とＢ_２　Ｏ_３　の配合比を定め、ＳｉＯ_２　にＰ_２　Ｏ_５　とＢ_２　Ｏ_３　を共添加して形成されたものである。
【００７０】
このように上部クラッド層２４にＰ_２　Ｏ_５　とＢ_２　Ｏ_３　を共添加することにより、モード変換部２５−１，２５−２の屈折率を超短パルスレーザービーム照射により、より大きく変化させることができる。特に、コア２３とクラッド層２４との比屈折率差Δが２％よりも大きい値（この例ではΔ：２．５％）の場合に有効である。
【００７１】
すなわち、上部クラッド層２４が図１のようにＳｉＯ_２　の場合には超短パルスレーザービーム照射により変えられる屈折率の値は大きくないが、上部クラッド層２４内にＰ_２　Ｏ_５　及びＢ_２　Ｏ_３　を添加することにより、超短パルスレーザービーム照射で屈折率を大きく変えることができる。
【００７２】
図４は本発明の他の実施の形態を示すモード変換機能付きガラス導波路型光デバイスの側面断面図である。
【００７３】
図４に示すように、この光デバイス３７は、基本的な構成は図１に示した光デバイスと同じであるが、基板３１にＳｉＯ_２　基板を用い、下部クラッド層３２と上部クラッド層３４にＳｉＯ_２　−Ｐ_２　Ｏ_５　ガラス薄膜を用い、モード変換部３５−１，３５−２の比屈折率差Δを２％から０．３％まで変えられるように構成したものである。すなわち、ＳｉＯ_２　−Ｐ_２　Ｏ_５　ガラス薄膜は、ＳｉＯ_２　ガラスに比して比屈折率差Δが０．５％になるようにＰ_２　Ｏ_５　が添加されている。
【００７４】
また、コア３３にはＳｉＯ_２　−ＧｅＯ_２　ガラス薄膜を用い、下部クラッド層３２（或いは上部クラッド層３４）に対して比屈折率差Δが約２％になるようにＧｅＯ_２　が添加されている。
【００７５】
上部クラッド層３４の上には、Ｐ_２　Ｏ_５　の湿度による劣化を防ぐために、ＳｉＯ_２　の保護層３６が形成されている。
【００７６】
このようにモード変換部３５−１，３５−２にはＳｉＯ_２　にＰ_２　Ｏ_５　が添加されているので、超短パルスレーザービーム照射でコア３３の屈折率にまで高くすること、或いは光ファイバのコアの屈折率にまで低くすることができる。具体的には、Δを２％から０．３％まで変えることができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、小型化、低コスト化を実現できるモード変換機能付きガラス導波路及びその製造方法並びに光デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光デバイスの正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の屈折率分布を示す図であり、（ｄ）は（ｂ）のコアサイズ分布を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）はモード変換機能付きガラス導波路の中間体の正面断面図であり、（ｆ）から（ｊ）はそれらの側面断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す光デバイスの正面断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す光デバイスの側面断面図である。
【図５】本発明のモード変換部の形成装置の概略図である。
【図６】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【図７】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２　下部クラッド層
３　コア
４　上部クラッド層
５−１，５−２　モード変換部

Claims

所定の屈折率を有する略矩形断面形状のコアと、該コアを覆うように設けられそのコアよりも低い所定の屈折率を有するクラッド層とからなる光導波路を有し、上記光導波路のコアの端面に光ファイバのコアの端面が接続されるガラス導波路において、上記光導波路の上記光ファイバとの接続部近傍におけるコアは、該コア内に伝搬する光をモード変換すべく、断面形状が上記光ファイバに近づくにつれて徐々に上記光ファイバのコアの断面形状に等しくなると共に、屈折率が上記光ファイバに近づくにつれて徐々に上記光ファイバのコアに等しくなるように形成されていることを特徴とするモード変換機能付きガラス導波路。
上記光導波路は、コアとクラッド層との比屈折率差が上記光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差よりも大きく、かつコアの外径が上記光ファイバのコアの外径よりも小さい請求項１に記載のモード変換機能付きガラス導波路。
上記光導波路の上記光ファイバとの接続部近傍におけるコアは、屈折率及び長手方向の形状が増加関数的に変化したテーパ状に形成されている請求項１又は２に記載のモード変換機能付きガラス導波路。
上記クラッド層は、ＳｉＯ_２　或いはＳｉＯ_２　に屈折率制御用添加物を少なくとも１種添加した材料で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のモード変換機能付きガラス導波路。
上記クラッド層は、基板上に形成されている請求項１〜４のいずれかに記載のモード変換機能付きガラス導波路。
上記光導波路のコアの端面と上記光ファイバのコアの端面とが融着接続又は接着剤により接続される請求項１〜５のいずれかに記載のモード変換機能付きガラス導波路。
所定の屈折率を有する下部クラッド層上に、該下部クラッド層よりも高い屈折率を有すると共に、光ファイバのコアと端面同士が接続される略矩形断面形状のコアを形成し、該コアの、上記光ファイバのコアとの接続部近傍を除去し、上記光導波路のコアを覆うように上記下部クラッド層上にその下部クラッド層と等しい屈折率を有する上部クラッド層を形成した後、上記光導波路のコアの除去部分に、超短パルスレーザービームを集光、照射すると共にパワーとビームスポットサイズとを徐々に変化させながら上記ビームスポットと上記光導波路とを相対移動させて、断面形状が上記光ファイバに近づくにつれて徐々に上記光ファイバのコアの断面形状に等しくなると共に、屈折率が上記光ファイバに近づくにつれて徐々に上記光ファイバのコアに等しくなるモード変換部を形成することを特徴とするモード変換機能付きガラス導波路の製造方法。
上記光導波路と上記光ファイバとを接続した状態で、上記光導波路のコアの除去部分に上記超短パルスレーザービームを集光照射する請求項７に記載のモード変換機能付きガラス導波路の製造方法。
上記光ファイバのコアから上記光導波路のコアに向けて他のレーザビームを照射し、モードフィールド整合させながら上記超短パルスレーザビームを照射すると共に、上記光ファイバのコア内部の一部にまで集光、照射させる請求項８に記載のモード変換機能付きガラス導波路の製造方法。
上記光ファイバのコアから上記光導波路のコアに向けて、或いは上記光導波路のコアから上記光ファイバのコアに向けて光信号を伝搬させ、該光信号をモニタしつつ、そのモニタした光信号のパワーに応じて上記超短パルスレーザビームのスポットサイズ、照射エネルギー及び光導波路の相対移動速度を制御する請求項８又は９に記載のモード変換機能付きガラス導波路の製造方法。
上記光導波路からの出力光又は反射光をモニタする請求項１０に記載のモード変換機能付きガラス導波路の製造方法。
上記請求項１〜６のいずれかに記載のモード変換機能付きガラス導波路の上記光導波路に、導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などの光部品が形成された光デバイス。