JP2004271634A

JP2004271634A - 導波路型スポットサイズ変換回路及びそれを用いた光部品及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2004271634A
Application number: JP2003058763A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】小型で低損失で低コストの導波路型スポットサイズ変換回路及びそれを用いた光部品及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】導波路２３と光ファイバとの間のクラッド層２２内に、レンズ媒質部２４ａ、２４ｂが形成され、このレンズ媒質部により光信号のスポットサイズが変換されるため、偏波依存性の無い、小型、低損失、低コストのスポットサイズ変換を行うことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型スポットサイズ変換回路及びそれを用いた光部品及びそれらの製造方法に関する。
【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光デバイスが実用化されている。しかし、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。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いる。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。
【０００３】
ところが、ガラス導波路型光デバイスの高Δ化に対して、ガラス導波路型光デバイス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％の範囲のものが用いられる。そのために、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。このモードミスマッチングの問題を解決するために、次のような技術的手段が用いられている。
【０００４】
図６は導波路型スポットサイズ変換回路の従来例を示す説明図であり、図７は導波路型スポットサイズ変換回路の他の従来例を示す説明図である。
【０００５】
第１の技術的手段は、図６に示すように、光デバイス側にモード変換部（スポットサイズ変換部）を設ける方法である（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
同図に示す光デバイス１は、光導波路２の一端（図では左端）をヒータ３で加熱すると共に、光導波路２の他端（この場合右端）を水冷式冷却機構を有するサンプルホルダ４で冷却することにより、光導波路２のコア層５の一端にモード変換部としての熱拡散領域Ｌを形成したものである。
【０００７】
熱拡散領域Ｌはコア層５の長手方向に沿って４ｍｍ以上形成される。
【０００８】
第２の技術的手段は、ＴＥＣ（ＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｄＣｏｒｅ：熱拡散によるコア拡大）を用いるものである（例えば特許文献２参照。）。
【０００９】
図７に示すように光デバイス１０は、高Δの光ファイバ６ａ、６ｂの一端（図では内側）を光デバイス（高Δ導波路）７に接続し、両光ファイバ６ａ、６ｂの他端（この場合外側）に低Δの光ファイバ８ａ、８ｂをＴＥＣ技術を用いて接続し、そのＴＥＣ接続部９ａ、９ｂでモード変換する方法である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−４３３３０号公報
【特許文献２】
特開平５−２５７０３２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のモード変換方式には次のような課題が存在している。
【００１２】
（１）光デバイス側にモード変換部を設ける方式は、光デバイスのサイズが非常に大きくなるという問題がある。そのために低コスト化が難しい。
【００１３】
（２）また、光デバイスの損失も大きくなり、実用的でない。
【００１４】
（３）光デバイスの入、出力端面に高Δの光ファイバの一端を接続し、その光ファイバの他端にＴＥＣ技術を用いて低Δの光ファイバをモード整合接続する方式は、低損失で実現できるというメリットがあるが、高Δの光ファイバを特別に作らなければならないために、コスト高になる。
【００１５】
（４）また、実装コストも高くなり、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に、小型化にも制約を受ける。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型で低損失で低コストの導波路型スポットサイズ変換回路及びそれを用いた光部品及びそれらの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、クラッド層の内部にクラッド層より屈折率が高いコア層が形成された光導波路を有し、コア層の光軸上にあってコア層端面と光導波路端面との間のクラッド層内にコア層より屈折率が低いレンズ部が形成されている導波路型スポットサイズ変換回路である。
【００１８】
請求項１の構成によれば、レンズ部により光信号のスポットサイズがスポットサイズ変換回路の入出力端側で略等しくなるように変換されるため、偏波依存性の無い、小型、低損失、低コストのスポットサイズ変換を行うことができる。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、レンズ部がコア層の光軸上に沿って複数形成され、各レンズ部の屈折率がコア層端面から光導波路端面に向かって徐々に低くなっているのが好ましい。
【００２０】
請求項２の構成によれば、導波路のフィールドパターンに沿うようにレンズ部列を形成することができ、コア層とレンズ部との間及び各コア層間における光信号が効率的に伝搬する。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、レンズ部がコア層の光軸上に沿って複数形成され、各レンズ部の外形がコア層端面から光導波路端面に向かって、徐々に大きくなっているのが好ましい。
【００２２】
請求項３の構成によれば、導波路のフィールドパターンに沿うようにレンズ部列を形成することができ、コア層とレンズ部との間及び各コア層間における光信号が効率的に伝搬する。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差Δｈは１．５％以上３．５％以下であり、光導波路の端面における入力端、あるいは出力端のスポットサイズは３μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
【００２４】
ここで、スポットサイズは、光波の振幅が光軸上の１／ｅとなる光軸からの距離の２倍とし、ビーム直径を表すものとする。
【００２５】
請求項４の構成によれば、通常の低比屈折率差の光ファイバを接続することができる。このため、低損失化、偏波無依存化、低コスト化が図れる。
【００２６】
請求項５の発明は、クラッド層の内部にクラッド層より屈折率が高いコア層を有する光導波路を形成し、コア層の光軸上にあってコア層端面と光導波路端面との間のクラッド層内にコア層より屈折率が低いレンズ部を形成する導波路型スポットサイズ変換回路の製造方法であって、クラッド層にはＳｉＯ_２の屈折率制御用ドーパントとして、Ｂのみ、Ｂ及びＰ、あるいはＦのみ添加するものである。
【００２７】
請求項５の構成によれば、クラッド層の屈折率をＳｉＯ_２より低下させることができ、クラッド層内に超短パルスレーザビームの集光、照射による高屈折率化の際の屈折率制御範囲を広くとることができる。すなわち、Δｈが１％以上３．５％の範囲までの導波路型スポットサイズ変換回路を得ることができる。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項５に記載の構成に加え、クラッド層に超短パルスレーザビームを集光、照射することによりコア層より屈折率を低くして各レンズ部を形成するのが好ましい。
【００２９】
請求項６に記載の構成によれば、超短パルスレーザビームをクラッド層に集光、照射することにより、コア層よりも徐々に屈折率が低く、所望間隔、所望外形、所望屈折率を有する略球状のレンズ部を少なくとも２箇所、導波路のコア層及び光ファイバのコア間の光軸上に形成することができる。このため、より緻密で低損失なレンズ部を有する導波路型スポットサイズ変換回路を得ることができる。
【００３０】
請求項７の発明は、光ファイバと、光ファイバの比屈折率差よりも高い比屈折率差を有する導波路型光デバイスと、クラッド層の内部にクラッド層よりも屈折率の高いレンズ部が複数個形成されている導波路型スポットサイズ変換回路とからなる光部品であって、導波路型スポットサイズ変換回路が光ファイバのコア端面と導波路型光デバイスのコア層端面との間に形成されているものである。
【００３１】
請求項７に記載の構成によれば、レンズ部により光信号のスポットサイズがスポットサイズ変換回路の入出力端側で略等しくなるように変換されるため、偏波依存性の無い、小型、低損失、低コストのスポットサイズ変換を行う光部品を得ることができる。
【００３２】
請求項８の発明は、請求項７に記載の構成に加え、光ファイバのコア端面から導波路型光デバイスのコア層端面に向かって、レンズ部の外形が徐々に小さくなると共にレンズ部の屈折率が徐々に高くなるのが好ましい。
【００３３】
請求項８に記載の構成によれば、導波路のフィールドパターンに沿うようにレンズ部列を形成することができ、コア層とレンズ部との間及び各コア層間における光信号が効率的に伝搬する光部品を得ることができる。
【００３４】
請求項９の発明は、請求項７または８に記載の構成に加え、クラッド層の他端に接続される光ファイバは０．３％以上１％以下の低比屈折率差を有するのが好ましい。
【００３５】
請求項９に記載の構成によれば、通常の低比屈折率差の光ファイバを接続することができる。このため、光部品の低損失化、偏波無依存化、低コスト化が図れる。
【００３６】
請求項１０の発明は、請求項７から９のいずれかに記載の構成に加え、クラッド層の光ファイバ側の端面がコア層の光軸に対して斜めに形成されているのが好ましい。
【００３７】
請求項１０に記載の構成によれば、光ファイバとの接続部からの不要な反射光のコア層への入射を抑えた光部品を得ることができる。
【００３８】
請求項１１の発明は、請求項７から１０のいずれかに記載の構成に加え、クラッド層の端面に光ファイバが融着接続、あるいは接着剤接続されているのが好ましい。
【００３９】
請求項１１に記載の構成によれば、低コスト化を図った光部品を得ることができる。
【００４０】
請求項１２の発明は、光ファイバを準備し、光ファイバの比屈折率差よりも高い比屈折率差を有する導波路型光デバイスを準備し、導波路型光デバイスのクラッド層の内部にクラッド層よりも屈折率の高いレンズ部を複数個形成して導波路型スポットサイズ変換回路を形成し、光ファイバと導波路型スポットサイズ変換回路とを接続して光部品を製造する光部品の製造方法であって、クラッド層にはＳｉＯ_２の屈折率制御用ドーパントとして、Ｂのみ、Ｂ及びＰ、あるいはＦのみ添加するものである。
【００４１】
請求項１２に記載の構成によれば、クラッド層の屈折率をＳｉＯ_２より低下させることができ、クラッド層内に超短パルスレーザビームの集光、照射による高屈折率化の際の屈折率制御範囲を広くとることができる。すなわち、Δｈが１％以上３．５％の範囲までの導波路型スポットサイズ変換回路を有する光部品を得ることができる。
【００４２】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の構成に加え、クラッド層に超短パルスレーザビームを集光、照射することによりコア層より屈折率を低くして各レンズ部を形成するのが好ましい。
【００４３】
請求項１３に記載の構成によれば、超短パルスレーザビームをクラッド層に集光、照射することにより、コア層よりも徐々に屈折率が低く、所望間隔、所望外形、所望屈折率を有する略球状のレンズ部を少なくとも２箇所、導波路のコア層及び光ファイバのコア間の光軸上に形成することができる。このため、より緻密で低損失なレンズ部を有する導波路型スポットサイズ変換回路を有する光部品を得ることができる。
【００４４】
請求項１４の発明は、請求項１２または１３に記載の構成に加え、超短パルスレーザビームを、クラッド層に光ファイバが接続された状態で照射するのが好ましい。
【００４５】
請求項１４に記載の構成によれば、クラッド層に光ファイバが接続された状態で超短パルスレーザビームを集光、照射することにより、光部品の製造効率が向上し、低コスト化が図れる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４７】
図１（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の一実施の形態を示す正面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線上の屈折率分布を示す図である（尚、光ファイバは省略されている）。図１（ｃ）において縦軸は屈折率を示し、横軸は位置を示している。
【００４８】
本光部品２０の構造は、光信号が伝搬するコア層（屈折率ｎｗ、厚さｔ、幅ｓ）２１と、コア層２１より屈折率の低いクラッド層（屈折率ｎｕ）２２との比屈折率差Δの高い（この例ではΔｈ：２％、ｎｗ：１．４８７２、ｎｕ：１．４５７５）埋め込み型ガラス導波路２３の一方の端面方向に向かってその導波路２３内のコア層３の延長に（コア層２１の端面２１ａとガラス導波路２３の端面２３ａとの間に）そのコア層２１の屈折率よりも徐々に低い値の略球状のレンズ媒質２４ａ，２４ｂ（この例では２個であるが限定されない。）が所望間隔（ｆａ、ｆａ＋ｆｂ、ｆｂ）、所望径（Ｒａ、Ｒｂ）、所望屈折率（ｎａ、ｎｂ）を持つように形成され、その端面方向に向かってスポットをｗにサイズ変換することを特徴とする導波路型スポットサイズ変換回路を有するものである。
【００４９】
ここで、レンズ部（レンズ媒質部）の屈折率の大きさは以下の関係を満たすように作製する。
【００５０】
導波路コア層３の屈折率＞レンズ部の屈折率≧光ファイバコアの屈折率＞クラッド層の屈折率
このレンズ媒質部２４ａ、２４ｂとレンズ媒質部２４ａ、２４ｂを覆う部分のクラッド層２２とが本発明の導波路型スポットサイズ変換回路である（スポットサイズ変換回路のクラッド層とガラス導波路２３のクラッド層との境界線は省略されている。）。尚、２５は基板である。
【００５１】
レンズ媒質部２４ａ、２４ｂは所定間隔（ｆａ：端面２３ａ〜レンズ媒質部２４ａ、ｆａ＋ｆｂ：レンズ媒質部２４ａ〜レンズ媒質部２４ｂ、ｆｂ：レンズ媒質部２４ｂ〜コア層２１の端面２１ａ）、所定外径（Ｒａ：レンズ媒質部２４ａの外径、Ｒｂ：レンズ媒質部２４ｂの外径）、所定屈折率（ｎａ：レンズ媒質部２４ａの屈折率、ｎｂ：レンズ媒質部２４ｂの屈折率）を有するように形成されている。これらのパラメータは、コア層２１を伝搬した光のスポットサイズがガラス導波路２３の端面２３ａでｗになるように設定されている。
【００５２】
このようにスポットサイズ変換回路と光導波路２３とを構成することにより、端面２３ａに、比屈折率差Δの低い（Δｌ：例えば０．３％）通常のシングルモード光ファイバを低損失で接続することができる。
【００５３】
図１（ａ）〜（ｃ）の構成について説明を続ける。
【００５４】
光部品２０の基板２５にはガラス（石英ガラス、多成分ガラス等）、半導体（Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等）、磁性体（セラミックス、アルミナ等）、強誘電体（ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_５等）を用いることができる。
【００５５】
その基板２５上に低屈折率ｎｕのクラッド層２２が設けられている。このクラッド層２２には、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２に屈折率制御用ドーパントを少なくとも１種類添加したものなどを用いる。そしてこのクラッド層２２内には高屈折率ｎｗのコア層２１が埋め込まれている。
【００５６】
このような構成において、光信号のスポットサイズｗがどの位の値まで変換できるかを近似的に計算した例を以下に説明する。
【００５７】
光部品２０の一方の端面２３ａに接続する光ファイバとして、コア層（直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９）、クラッド層（直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５）からなるステップ型屈折率分布（Δ＝０．３％）のものを用いる。そのためには、スポットサイズｗｏを約１０μｍにまでスポットサイズ変換しなければならない。すなわち、光部品２０は、数１式、数２式及び数３式を満足しなければならない。
【００５８】
【数１】
ｗｉ＝ｆｂ・ｗｏ／ｆａ
【００５９】
【数２】
ｆａ＝ｎａ・Ｒａ／［２（ｎａ−ｎｕ）］
【００６０】
【数３】
ｆｂ＝ｎｂ・Ｒｂ／［２（ｎｂ−ｎｕ）］
ここで、スポットサイズｗｏ＝１０μｍ、レンズ媒質部２４ａの屈折率ｎａ＝１．４７２２、レンズ媒質部２４ａの直径Ｒａ＝４μｍ、レンズ媒質部２４ｂの屈折率ｎｂ＝１．４７９７、レンズ媒質部２４ｂの直径Ｒｂ＝２μｍとすると、スポットサイズｗｉを３．３μｍまで小さくすることができる。
【００６１】
すなわち、この本発明の構成、すなわち光部品２０を用いれば、Δが約２％の高Δ導波路型光部品と、Δが０．３％の低Δ光ファイバとを低損失でモードフィールド整合を取って結合させることができる。
【００６２】
以上のような計算例の導波路構造及び屈折率分布は図１（ａ）〜（ｃ）のようになる。
【００６３】
ここで、他の実施の形態として、コア層（屈折率ｎｗ、厚さｔ、幅ｓ）２１とクラッド層（屈折率ｎｕ）２２との比屈折率差Δｈが３％の場合について説明する。
【００６４】
すなわち、スポットサイズｗｏ＝１０μｍ、レンズ媒質部２４ａの屈折率ｎａ＝１．４７２２、レンズ媒質部２４ａの直径Ｒａ＝４μｍ、レンズ媒質部２４ｂの屈折率ｎｂ＝１．４７９７、レンズ媒質部２４ｂの直径Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、スポットサイズｗｉを２μｍまで小さくすることができる。
【００６５】
すなわち、本発明の構造を用いれば（導波路型スポットサイズ変換回路によれば）、Δが約３％の超高Δ導波路型光部品と、Δが０．３％の低Δ光ファイバとを低損失でモードフィールド整合を取って結合させることができる。そしてこの結果、超小型、超低損失の光部品を実現することができる。
【００６６】
図２は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図である。
【００６７】
同図に示す超高Δの光部品３０の入、出力の両端面３０ａ、３０ｂに低Δの光ファイバ（コア層４６ａ、４６ｂ：クラッド層４７ａ、４７ｂ）３１ａ、３１ｂを接続したものである。上記超高Δの光部品３０に用いられる導波路型光デバイスとしての導波路３２には、コア層３３によるパターンとして、直線パターン、曲線パターン等の組合せからなる種々の光信号処理回路（光フィルタ、導波路格子グレーティング、光方向性結合回路、Ｙ分岐回路、リング型共振回路、光スイッチ回路等を少なくとも１種類含んだ光回路）が形成されていても良い。４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂはレンズ媒質部であり、レンズ媒質部４８ａ、４８ｂと、レンズ媒質部４８ａ、４８ｂを覆うクラッド層３４とで本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成され、同様にレンズ媒質部４９ａ、４９ｂと、レンズ媒質部４９ａ、４９ｂを覆うクラッド層３４とで本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成されている。尚、３４はクラッド層であり、３５は基板である。
【００６８】
このように、光部品３０は、光ファイバ３１ａ（３１ｂ）のコア層４６ａ（４６ｂ）を伝搬した光信号がレンズ媒質部４８ａ、４８ｂでスポットサイズ変換されてコア層３３内に低損失で伝搬される。
【００６９】
図３（ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）〜（ｃ）に示した導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の製造方法を示す工程図であり、図３（ｅ）〜図３（ｈ）は図３（ａ）〜（ｄ）の右側面図である（尚、光ファイバは省略されている）。
【００７０】
まず、図３（ａ）において、基板２５上に下部クラッド層２２−１及びコア膜２１−１を順次成膜形成する。基板２５にはＳｉ基板を用いた。下部クラッド層２２−１にはＳｉＯ_２ガラスを用い、厚み約２０μｍに形成した。コア膜２１−１はＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２ガラス層を約４μｍの厚みに形成したものである。コア膜２１−１と下部クラッド層２２−１との比屈折率差Δは約２％であった。上記下部クラッド層２２−１及びコア膜２１−１は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（約４００℃）で成膜した（図３（ａ）、（ｅ））。
【００７１】
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コア膜２１−１の上にＷＳｉ膜（図示せず。）をスパッタリング法で約１μｍの厚さに形成し、そのＷＳｉ膜の上にフォトレジスト（図示せず。）を塗布後、フォトマスク（図示せず。）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膜をパターニングした。パターニング後、上記ＷＳｉパターンをマスクにしてコア膜２１−１を略矩形断面形状のパターンに加工して図３（ｂ）、（ｆ）に示すような略矩形断面形状のパターンのコア層２１を得た。また、下部クラッド層２２−１の一端（図３（ｂ）では左端）を段差部３６が形成されるようにエッチングする（図３（ｂ）、（ｆ））。
【００７２】
エッチングのあとで図３（ｃ）、（ｇ）に示すように、段差部３６を覆うようにコア層２１及び下部クラッド層２２−１上に上部クラッド層２２−２を形成する。
【００７３】
最後に図３（ｄ）、（ｈ）に示すように、波長８００ｎｍの超短パルスレーザビーム（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数：２００ｋＨｚ、平均出力：６００ｍＷ）３７を集光レンズ３８で集光し、上部クラッド層２２−２内のコア層２１の延長線（図示せず。）に照射することにより、上部クラッド層２２−２の屈折率を部分的に高めてレンズ媒質部２４ａを形成する。
【００７４】
ついで、上部クラッド層２２−２の一端（この場合左端）からコア層２１の端面２１ａに向かって所定距離だけずらした位置に同様に超短パルスレーザビーム３７を集光、照射して屈折率を高めて他のレンズ媒質部２４ｂを形成する。なお、レンズ媒質部２４ａ、２４ｂの屈折率及び球形サイズは超短パルスレーザビーム３７のパワー、スポット径及び照射時間等を変えることにより制御することができる。
【００７５】
図４（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図である（尚、光ファイバは省略されている）。
【００７６】
図４（ａ）、（ｂ）に示した実施の形態と図１（ａ）〜（ｃ）に示した実施の形態との相違点は、光入出力の両端面をそのコア層内を伝搬する光信号の光軸（コア層の光軸）に対して角度θ（θ：３°から８°の範囲から選ばれる。）だけ斜めに形成されている点である。
【００７７】
レンズ媒質部４４ａ、４４ｂ、４４ｃ及びクラッド層４１で本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成され、同様にレンズ媒質部４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ及びクラッド層４１で本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成されている。
【００７８】
このように図４（ａ）、（ｂ）に示す光部品４０は、光軸に対して入出力端面４０ａ、４０ｂが斜めに形成されているので、光ファイバ（図示せず。）との接続部からの不要な反射を抑えることができる。
【００７９】
本発明の光部品４０のクラッド層４１のＳｉＯ_２に屈折率制御用ドーパントとして、Ｂ、Ｂ及びＰ、あるいはＦが添加されていても良い。すなわち、上記Ｂ、またはＢとＰ、あるいはＦを添加しておくと、クラッド層４１の屈折率をＳｉＯ_２の屈折率よりも低くすることができ、上記クラッド層４１内に超短パルスレーザビーム（図示せず。）の集光、照射による高屈折率化の際の屈折率制御範囲を広く取ることができる。すなわち、Δｈが１％以上３．５％以下の範囲までの光部品４０を実現することができる。
【００８０】
尚、４２はコア層、４３は導波路型光デバイスとしてのガラス導波路、４５は基板をそれぞれ示す。
【００８１】
図５（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線断面図である（尚、光ファイバは省略されている）。
【００８２】
図５（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態と図１（ａ）〜（ｃ）に示す実施の形態との相違点は、コア層の両端面を光軸に対して厚み方向（法線方向）に角度αで斜めカットし、あるいはコア層の両端面を光軸に対して幅方向に角度βで斜めカットした点である。
【００８３】
レンズ媒質部５５ａ、５５ｂ及びクラッド層５２で本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成され、同様にレンズ媒質部５５ｃ、５５ｄ及びクラッド層５２で本発明の導波路型スポットサイズ変換回路が構成されている。
【００８４】
このように図５（ａ）、（ｂ）に示す光部品５０は、コア層５１の両端面５１ａ、５１ｂを斜めカットすることにより、上記端面（光ファイバとの接続部）からの不要な反射がコア層５１内を伝搬する光信号に影響を及ぼすことがないようにしたものである。尚、５２はクラッド層、５３は導波路型光デバイスとしてのガラス導波路、５４は基板をそれぞれ示す。
【００８５】
本発明の導波路型スポットサイズ変換回路のレンズ媒質部の形成に際しては、光ファイバが埋め込み型ガラス導波路光回路端面に接続された状態で超短パルスレーザビームをクラッド層内に集光、照射するようにすると、より高結合効率で光ファイバと導波路とを接続することができる。
【００８６】
本発明の導波路型スポットサイズ変換回路に用いるコア層には、ＳｉＯ_２にＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎ等を少なくとも１種類添加した材料を用いると、高Δｈのコア層を実現することができる。例えば、コア層２１にＳｉＯ_２−ＧｅＯ_２ガラス層が形成され、そのコア層２１及び下部クラッド層２２を覆うように上部クラッド層２２をＳｉＯ_２層で形成されていてもよい。
【００８７】
具体的な導波路型スポットサイズ変換回路の試作例として、偏波依存損失が接続箇所１箇所について０．０５ｄＢ以下で、接続損失が接続箇所１箇所について０．１ｄＢで実現することができた（波長１５５０ｎｍ）。また、レンズ媒質部の長さ（レンズ媒質部列の長さ）として、約２００μｍの長さで実現することができた。
【００８８】
以上のように、本発明の実施の形態によれば下記に示すような効果を有している。
【００８９】
（１）比屈折率差Δの高い（Δｈ）埋め込み型ガラス導波路のクラッド層内のコア層の延長線上にそのコア層の屈折率よりも徐々に低い値の略球状のレンズ媒質部が少なくとも２個、所定の間隔、所定の外径、所定の屈折率を持つように形成され、コア層の端面からクラッド層の端面に向かってスポットサイズ変換された、いわゆるレンズ列方式でスポットサイズ変換回路を構成しているので、偏波依存性の無い導波路型スポットサイズ変換回路を実現することができる。
【００９０】
（２）また、その導波路型スポットサイズ変換回路を高屈折率ｎｗの略矩形断面形状のコア層が低屈折率ｎｕのガラスクラッド層で覆われた埋め込み型ガラス導波路のその入力端、あるいは出力端の近傍のコア層の端部を途中でカットしてそのカット部がガラスからなる透明なクラッド層で埋め込まれた領域内部に、超短パルスレーザビームを集光、照射してそのコア層の屈折率よりも外側に向かって徐々に低い値の略球状のレンズ媒質部を少なくとも２個、クラッド層の端部のコア層の延長線上に所定の間隔、所定の直径、所定の屈折率を持つように形成することで、ガラスクラッド層内に超短パルスレーザビームを集光、照射することで、より緻密で低損失な略球状のレンズ媒質部を有する導波路型スポットサイズ変換回路を実現することができる。
【００９１】
（３）略球状のレンズ媒質部を有する導波路型スポットサイズ変換回路の入力端面、あるいは出力端面に低比屈折率差Δｌの光ファイバを接続することにより、低損失、偏波無依存な導波路型スポットサイズ変換回路を実現することができる。
【００９２】
（４）光入出力の両端面をそのコア層内を伝搬する光軸に対して角度θ（θ：３°から８°までの範囲から選ばれる。）だけ斜めに形成されているので、光ファイバとの接続部からの不要な反射を抑えることができる。
【００９３】
（５）本導波路型スポットサイズ変換回路のクラッド層のＳｉＯ_２に屈折率制御用ドーパントとして、Ｂ、またはＢとＰ、あるいはＦが添加されていても良い。すなわち、上記Ｂ、またはＢとＰ、あるいはＦを添加しておくと、屈折率をＳｉＯ_２の屈折率よりも低くすることができ、上記クラッド層内に超短パルスレーザビームの集光、照射による高屈折率化の際の屈折率制御範囲を広く取ることができる。すなわち、Δｈが１％以上３．５％の範囲までの導波路型スポットサイズ変換回路を実現することができる。
【００９４】
（６）本導波路型スポットサイズ変換回路のレンズ媒質部の形成に際しては、光ファイバが埋め込み型ガラス導波路光回路端面に接続された状態で超短パルスレーザビームをクラッド層内に集光、照射するようにすると、より高結合効率、より低反射で光ファイバと導波路とを接続することができる。
【００９５】
（７）また、導波路のΔｈが製造歩留まりでずれていても超短パルスレーザ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。
【００９６】
（８）ガラス導波路型光部品のクラッド層は、ガラス導波路型光部品の比屈折率差Δが１．５％程度の場合には、ＳｉＯ_２を用いるが、比屈折率差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_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３）を１種類添加した材料、あるいは上記添加物を共添加した材料を用いることによって実現することができた。すなわち、Ｂ_２Ｏ_３やＰ_２Ｏ_５を添加したＳｉＯ_２ガラスは超短パルスレーザ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、上記添加物は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用光部品のクラッド層として好適であった。
【００９７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、小型で低損失で低コストの導波路型スポットサイズ変換回路及びそれを用いた光部品及びそれらの製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の一実施の形態を示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線上の屈折率分布を示す図である。
【図２】本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）〜（ｃ）に示した導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の製造方法を示す工程図であり、（ｅ）〜（ｈ）は（ａ）〜（ｄ）の右側面図である。
【図４】（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品の他の実施の形態を示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線断面図である。
【図６】導波路型スポットサイズ変換回路の従来例を示す説明図である。
【図７】導波路型スポットサイズ変換回路の他の従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０光部品
２１コア層
２２クラッド層
２３ガラス導波路
２４ａ、２４ｂレンズ媒質部
２５基板

Claims

クラッド層の内部に該クラッド層より屈折率が高いコア層が形成された光導波路を有し、上記コア層の光軸上にあって上記コア層端面と上記光導波路端面との間の上記クラッド層内に上記コア層より屈折率が低いレンズ部が形成されていることを特徴とする導波路型スポットサイズ変換回路。
上記レンズ部が上記コア層の光軸上に沿って複数形成され、各レンズ部の屈折率が上記コア層端面から上記光導波路端面に向かって徐々に低くなっていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型スポットサイズ変換回路。
上記レンズ部が上記コア層の光軸上に沿って複数形成され、各レンズ部の外形が上記コア層端面から上記光導波路端面に向かって、徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型スポットサイズ変換回路。
上記光導波路のコア層と上記クラッド層との比屈折率差Δｈは１．５％以上３．５％以下であり、上記光導波路の端面における入力端、あるいは出力端のスポットサイズの直径は３μｍ以上１０μｍ以下であ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導波路型スポットサイズ変換回路。
クラッド層の内部に該クラッド層より屈折率が高いコア層を有する光導波路を形成し、上記コア層の光軸上にあって上記コア層端面と上記光導波路端面との間の上記クラッド層内に上記コア層より屈折率が低いレンズ部を形成する導波路型スポットサイズ変換回路の製造方法であって、上記クラッド層にはＳｉＯ_２の屈折率制御用ドーパントとして、Ｂのみ、Ｂ及びＰ、あるいはＦのみ添加することを特徴とする導波路型スポットサイズ変換回路の製造方法。
上記クラッド層に超短パルスレーザビームを集光、照射することにより上記コア層より屈折率を低くして上記各レンズ部を形成することを特徴とする請求項５に記載の導波路型スポットサイズ変換回路の製造方法。
光ファイバと、該光ファイバの比屈折率差よりも高い比屈折率差を有する導波路型光デバイスと、クラッド層の内部に該クラッド層よりも屈折率の高いレンズ部が複数個形成されている導波路型スポットサイズ変換回路とからなる光部品であって、上記導波路型スポットサイズ変換回路が上記光ファイバのコア端面と上記導波路型光デバイスのコア層端面との間に形成されていることを特徴とする導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品。
上記コア端面から上記導波路端面に向かって、上記レンズ部の外形が徐々に小さくなると共に上記レンズ部の屈折率が徐々に高くなることを特徴とする請求項７に記載の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品。
上記クラッド層の他端に接続される光ファイバは０．３％以上１％以下の低比屈折率差を有することを特徴とする請求項７または８に記載の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品。
上記クラッド層の上記光ファイバ側の端面が上記コア層の光軸に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品。
上記クラッド層の端面に上記光ファイバが融着接続、あるいは接着剤接続されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の導波路型スポットサイズ変換回路を用いた光部品。
光ファイバを準備し、該光ファイバの比屈折率差よりも高い比屈折率差を有する導波路型光デバイスを準備し、該導波路型光デバイスのクラッド層の内部に該クラッド層よりも屈折率の高いレンズ部を複数個形成して導波路型スポットサイズ変換回路を形成し、上記光ファイバと該導波路型スポットサイズ変換回路とを接続して光部品を製造する光部品の製造方法であって、上記クラッド層にはＳｉＯ_２の屈折率制御用ドーパントとして、Ｂのみ、Ｂ及びＰ、あるいはＦのみ添加することを特徴とする光部品の製造方法。
上記クラッド層に超短パルスレーザビームを集光、照射することにより上記コア層より屈折率を低くして上記各レンズ部を形成することを特徴とする請求項１２に記載の光部品の製造方法。
上記超短パルスレーザビームを、上記クラッド層に上記光ファイバが接続された状態で照射することを特徴とする請求項１２または１３に記載の光部品の製造方法。