JP2005010373A - 光導波路部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】タップ導波路の分岐比が大きく、コアの変形や変質を起こしにくく安定的に製造でき、さらに、タップ導波路を両方向に設けることも可能である光導波路部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】クラッド３と、該クラッド３内に形成されたコア２とを有する光導波路４が基板５上に形成された光導波路部品１０であって、クラッド３中に形成されたタップ導波路６の一部６ａが前記コア２に対して所定の間隔を介して近接することにより、コア２中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路６に移行させるための結合部９が構成されているとともに、前記タップ導波路６が、前記クラッド３の表面３ｃから形成された溝７中に配置された受光素子８に光接続されている光導波路部品１０による。
【選択図】 図１
【解決手段】クラッド３と、該クラッド３内に形成されたコア２とを有する光導波路４が基板５上に形成された光導波路部品１０であって、クラッド３中に形成されたタップ導波路６の一部６ａが前記コア２に対して所定の間隔を介して近接することにより、コア２中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路６に移行させるための結合部９が構成されているとともに、前記タップ導波路６が、前記クラッド３の表面３ｃから形成された溝７中に配置された受光素子８に光接続されている光導波路部品１０による。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測および光情報通信の分野で用いられる基板型光導波路を有する光導波路部品に関し、特に、信号光の一部を分岐してモニタする機能を有する光導波路部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムにおいて各チャネルの信号光をモニタする場合、従来は、波長分離（分波）を行う光合分波器の後段に、信号光の一部を導波するためのタップカプラとモニタ用のフォトダイオード等の受光素子とを光ファイバの融着接続によって接続して、タップカプラにより導波された光を用いて信号光をモニタすることが一般に行われている。
この場合、チャネル数の増大に伴って、タップカプラとモニタ用フォトダイオードの使用数量が増大し、工数が増大することと、光ファイバの取り回しに空間が必要となり、光モジュール全体が大型化することが問題となる。
【０００３】
このような問題点を解決するため、本出願人は、タップカプラおよび受光素子を光導波路チップに組み込んで実装する手法として、基板型光導波路のクラッドに溝を設けて該溝内に受光素子を配設するとともに、クラッド内に、一端がコアと重複する領域を持ち、他端が前記受光素子に光接続されたタップ導波路を設けて、コア中を伝搬する信号光の一部を分岐してモニタできるようにした光導波路部品を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−０４３２７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の発明に記載された光導波路部品は、コアとタップ導波路を有する光導波路が、Ｙ分岐による光スプリッタとして機能するものであり、以下に列記するような問題がある。
（１）タップ導波路がコアと重複する領域を有するため、パルスレーザを集光照射してタップ導波路を形成する際に、コアやその周辺のクラッド等を変形あるいは変質させてしまい、これが過剰損失の原因となるおそれがある。
（２）Ｙ分岐による光スプリッタであるため、分岐比が等分岐（５０：５０）または等分岐に近い値（４０：６０〜６０：４０、あるいは、２０：８０〜８０：２０程度）を実現するのは比較的容易であるが、モニタポートとして使用するには、信号光の強度に対するモニタ光の強度を十分に小さくするため、分岐比を大きく取る必要があり（通常１０ｄＢ以上）、大きな分岐比のタップ導波路を確実に安定的に製造することが難しい。
（３）信号光の一部をタップ導波路に分岐できるような信号光の伝播方向が、タップ導波路が光導波路のコアから分岐する方向によって決まってしまい、光導波路（コア）に信号光が伝播する方向を一方向に制限してしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、タップ導波路の分岐比が大きく、コアの変形や変質を起こしにくく安定的に製造でき、さらに、タップ導波路を両方向に設けることも可能である光導波路部品およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、クラッドと、該クラッド内に形成されたコアとを有する光導波路が基板上に形成された光導波路部品であって、
クラッド中に形成されたタップ導波路の一部が前記コアに対して所定の間隔を介して近接することにより、コア中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路に移行させるための結合部が構成されているとともに、
前記タップ導波路が、前記クラッドの表面から形成された溝中に配置された受光素子に光接続されていることを特徴とする光導波路部品を提供する。
前記タップ導波路は、フェムト秒パルスレーザを集光照射して、クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって形成することができる。前記タップ導波路のモニタ光の分岐比は、１０ｄＢ以上とすることが好ましい。
【０００８】
上記光導波路部品においては、前記溝を前記結合部の両側に設けることができる。また、前記タップ導波路の両端のそれぞれを受光素子に光接続した構成も可能である。
前記結合部において、前記コアと前記タップ導波路とを含む面が、前記基板に対して非垂直であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、上記光導波路部品を用いた光パワー等化器や光アド・ドロップ・マルチプレクサを提供する。
さらに、本発明は、上記光導波路部品の製造方法であって、コアおよびクラッドを有する光導波路を用意し、該光導波路の前記クラッド中にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、該クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって前記タップ導波路を形成することを特徴とする光導波路部品の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１（ｄ）は、本発明の光導波路部品の一実施の形態を示す断面図であり、図１（ａ）〜（ｄ）は、上記光導波路部品を製造する方法の一例を説明する図である。
図１（ｄ）中、符号５は基板であり、この基板５の上には下クラッド３ｂが形成され、下クラッド３ｂの上にはコア２が形成され、コア２の上には上クラッド３ａが形成されている。上クラッド３ａと下クラッド３ｂとは、コア２より屈折率が低くなっている。コア２は、本線となる光導波路４として機能する。
コア２およびクラッド３の材質は、特に限定されないが、石英（ＳｉＯ２）を主成分とする石英ガラスまたは石英系ガラスが好ましく用いられる。コア２とクラッド３とに屈折率差を付与するために添加されるドーパントしては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ素（Ｆ）などが例示できる。
符号７は溝であり、この溝７内に受光素子８が配置されている。この受光素子８としては、例えばフォトダイオードが用いられる。
【００１１】
上クラッド３ａの厚さは、使用波長において光伝送損失が十分小さくなるようにクラッド材料とコア材料との比屈折率差や、導波路構造等を考慮して決定され、通常２０μｍ程度であるが、この例では、上クラッド３ａの表面から溝７を形成し、該溝７に受光素子８を配置するため、さらに厚くして、３０μｍ〜４０μｍとするのが好ましい。
溝７は、例えば研削加工機を用いて、コア２の長手方向（図１における左右方向）に対して垂直な方向（図１における紙面に垂直な方向）に設けられる。溝７を設けた位置での上クラッド３ａの厚さ（溝７の底面とコアとの間隔）は１０μｍ程度とするのが好ましい。
【００１２】
クラッド３中には、タップ導波路６が、コア２と重複する領域を有することなく、形成されている。このタップ導波路６とは、コア２内を伝搬する光のうち、ごく一部の光のみが分波されて導波されるように形成された導波路である。
タップ導波路６は、一端６ｂが、前記受光素子８に光接続されている。また、タップ導波路６の長手方向の一部６ａが、コア２の長手方向の一部２ａに対して所定の間隔を介して近接している。
このように、タップ導波路６とコア２とが所定の間隔を介して近接している領域は、タップ導波路６とコア２とを近接させたことによる近接場効果により、互いの光導波路の間で光のパワーが移行しうるような結合部９となっている。これにより、コア２中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路６に移行させ、さらにタップ導波路６を介して受光素子８に入射させることが可能になる。
タップ導波路６の分岐比は、好ましくは１０ｄＢ以上である。
本発明において、タップ導波路６の分岐比は、分岐後、本線となる光導波路４のコア２を伝播する信号光のパワーをＰｍａｉｎ、タップ導波路６を伝播するモニタ光のパワーをＰｔａｐとするとき、
分岐比＝−１０ｌｏｇ１０｛Ｐｔａｐ／（Ｐｔａｐ＋Ｐｍａｉｎ）｝
により表される。なお、分岐比１０ｄＢは、Ｐｔａｐ：Ｐｍａｉｎ＝１０：９０である。
【００１３】
結合部９の作用をより詳しく説明する。タップ導波路６とコア２とが近接してなる結合部９は、方向性結合器として機能する。従って、この結合部９によるタップ導波路６への分岐比の調整は、主として、結合部９の結合度（２本の光導波路の間で光パワーが移行する比率）の調整によって実現できる。
方向性結合器の結合度については、一般に、下記の傾向が指摘されている。
（ａ）２本の光導波路の伝搬定数の差が大きいほど、結合度は小さくなる。
（ｂ）２本の光導波路の間隔が大きいほど、結合度は小さくなる。
（ｃ）結合部の長さが長いほど、結合度は大きくなる。
【００１４】
タップ導波路６のの伝搬定数は、タップ導波路６とクラッド３との屈折率差によって調整可能である。また、タップ導波路６とコア２との間隔や、結合部９の長さは、タップ導波路６の形状を適宜設計することにより調整可能である。
特に、タップ導波路６をフェムト秒パルスレーザの集光照射によって形成する場合には、タップ導波路６のの伝搬定数は、フェムト秒パルスレーザの集光条件や走査条件等を変えることにより調整可能である。また、タップ導波路６とコア２との間隔や、結合部９の長さは、フェムト秒パルスレーザを集光した集光点を走査するパターンによって自由に調整可能である。
【００１５】
従って、結合部９による分岐比は、原理上、非常に幅広く設定が可能である。このため、信号線で多く用いられるタップカプラの分岐比［１３ｄＢ（＝５：９５）〜１７ｄＢ（＝２：９８）程度；すなわち５％分岐〜２％分岐］や、励起光源に対するモニタ用タップで広く採用されている分岐比［２３ｄＢ（＝０．５：９９．５）〜２７ｄＢ（＝０．２：９９．８）程度；すなわち０．５％分岐〜０．２％分岐］を容易に実現することが可能である。
結合部９におけるコア２とタップ導波路６との間隔および結合部９の長さとしては、特に限定するものではないが、例えば、コア２の断面寸法が６×６μｍ、クラッド３に対する比屈折率が１．５％、フェムト秒パルスレーザの照射によって作製したタップ導波路６のの伝搬定数をコア２のそれと等しいものとした場合、２本の光導波路２，６の中心間距離を１０μｍとし、結合部９の長さを１７７０μｍとすることにより、分岐比をおよそ１０ｄＢとすることができる。また、同様の構成で、結合部９の長さを８８６μｍとした場合、分岐比をおよそ１３ｄＢとすることができる。また、結合部９の長さを３５３μｍとした場合、分岐比をおよそ１７ｄＢとすることができる。
【００１６】
方向性結合器の結合度は、先に述べたとおり、２本の光導波路２，６の間隔を狭くするほど大きくなるので、光導波路２，６の間隔を狭くすれば結合部９の長さを短くすることが可能になるが、光導波路の位置や比屈折率差の製造誤差などにより分岐比が大きく変動してしまうおそれがある。特に、２３ｄＢや２７ｄＢといった大きな分岐比のタップ導波路６を構成する場合、結合部９を短くすることで上述の分岐比を達成できるが、光導波路の位置や比屈折率差の製造誤差などの影響が大きくなる。このため、大きな分岐比（２３ｄＢや２７ｄＢなど）のタップ導波路６を構成する際には、分岐比が比較的小さい場合（例えば１０ｄＢ，１３ｄＢ，１７ｄＢなど）と比べて、光導波路２，６の間隔を大きくする（例えば１０μｍ以上）ほうが、許容製造誤差（製造トレランス）の観点から有利である。
【００１７】
次に、上記光導波路部品１０を製造する手順の一例について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、基板５上にコア２およびクラッド３が形成された光導波路チップ１を用意する。次いで、この光導波路チップ１の後加工として、図１（ｂ）に示すように、該光導波路チップ１のクラッド３中にタップ導波路６を形成する。
【００１８】
以下、タップ導波路６の形成方法について、説明する。
タップ導波路６は、例えば、上クラッド３ａの上方からフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率上昇領域を誘起することによって形成することができる。フェムト秒パルスレーザの照射は、少なくともＸ、Ｙ、Ｚ方向の３軸移動可能な精密ステージと、位置合わせのための観察用の顕微鏡等を含む光学系と、フェムト秒パルスレーザ装置と、フェムト秒パルスレーザを集光照射するための対物レンズを用い、光導波路チップ１を精密ステージ上に例えば真空チャックを用いて仮固定した状態にて行われる。
フェムト秒パルスレーザを集光照射するための対物レンズは、位置あわせに使用する顕微鏡の対物レンズを兼用することも可能であり、この場合には、フェムト秒パルスレーザは顕微鏡筒にミラーを用いて導光される。タップ導波路６を形成するために、クラッド３内にフェムト秒パルスレーザが集光されるように集光点を調整する。この集光点をクラッド３の内部で相対移動させることにより、光導波路として機能する連続した高屈折率領域がクラッド３の内部に形成される。集光点の相対移動は、精密ステージによりパルスレーザ光の集光点に対して光導波路チップ１を連続的に移動させる方法、あるいはクラッド３の内部でレーザ光の集光点を連続的に移動させる方法により行うことができる。
滑らかで連続的なタップ導波路６を形成するためには、照射するレーザ光のパルス間隔を狭く、すなわち繰り返し周期を短くして照射することが望ましく、そのためには高繰り返し型のフェムト秒パルスレーザを照射することが好ましい。
【００１９】
さらに、図１（ｃ）に示すように、例えば研削加工機を用いて、クラッド３の表面３ｃから溝７を形成する。この際、溝７となるクラッド３の一部分とともに、タップ導波路６の一部分を除去して、溝７の内面にタップ導波路６の一端面６ｂが現れるようにする。
そして図１（ｄ）に示すように、この溝７内に、受光素子８を実装する。この際、受光素子８の受光部８ａをタップ導波路６の端面６ｂ側に向けて、タップ導波路６と受光素子８とが良好に光結合するように、受光素子８を配置する。
以上のようにして、本実施の形態の光導波路部品１０を製造することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施の形態の光導波路部品について、図２を参照しながら説明する。
図２に概略構成を示すように、本実施の形態の光導波路部品２０においては、受光素子８，８を収容する溝７，７が、結合部９の両側に設けられている。さらに、タップ導波路６が結合部９の両側に延びており、該タップ導波路６の両側の端面６ｂ，６ｃがそれぞれ溝７，７内の受光素子８，８に光接続されている。これ以外は、図１（ｄ）に示す第１の実施の形態の光導波路部品１０と同様に構成されている。光導波路部品２０の製造は、第１の実施の形態の光導波路部品１０について説明した製造方法と同様の手法により行うことができる。
【００２１】
コア２を、結合部９になる部分２ａを境界として、上流側２ｂ（図２における左側）と下流側２ｂ（図２における左側）とに区分するとき、上流側２ｂから下流側２ｃに向かって伝播する下り方向（通常方向）の光のパワーの一部は、結合部９を介してタップ導波路６に移行し、端面６ｂ側の受光素子８に受光される。また、下流側２ｃから上流側２ｂに向かって伝播する上り方向（通常と逆の方向）の光のパワーの一部は、結合部９を介してタップ導波路６に移行し、端面６ｃ側の受光素子８に受光される。
なお、上記説明における上流側２ｂおよび下流側２ｃの区分は、機能や構成等に関して上流側２ｂと下流側２ｃとに何らかの差異が存在することを、必ずしも意図するものではない。つまり、コア２の上流側２ｂと下流側２ｃとの機能や構成等が互いに同等のものであったとしても、便宜的に一方を上流側２ｂ、他方を下流側２ｃと区分することは可能であり、本実施の形態の範囲に包含されるものとする。
【００２２】
これにより、結合部９は、上り方向と下り方向との双方向の光に対して、該光のパワーの一部をモニタ光を分岐することが可能になる。しかも、上り方向の光からのモニタ光と、下り方向の光からのモニタ光とを区別して、それぞれタップ導波路６の異なる端面６ｂ，６ｃから出射して、受光素子８によりモニタすることができる。従って、本実施の形態の光導波路部品２０は、例えば、双方向通信システムのモニタに好適に用いることができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態の光導波路部品２０は、光を一方向のみに伝播するシステムに適用することも可能である。改変例として、一方向のシステムに適用される光導波路部品は、下記のようにして構成することができる。
（Ａ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておき、溝７の形成および受光素子８の実装は、結合部９の両側ともに行い、必要な側のみ使用する。
（Ｂ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておくが、溝７の形成および受光素子８の実装は、必要な側のみ行う。
（Ｃ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておき、溝７を両側に形成するが、受光素子８の実装は、必要な側のみ行う。
この３者のうちでは、後に記載したものほど、中間生産品の種類が増えることになるが、工数や材料を削減することができるので、製造の数量、納期、コストなどを考慮して、いずれか最適なものを選択して採用することができる。
【００２４】
次に、タップ導波路６をフェムト秒パルスレーザの集光照射によって形成する際に好適なコア２とタップ導波路６との位置関係について、図３，図４を参照しながら、説明する。なお、これから述べるコア２とタップ導波路６との位置関係は、上記第１および第２の光導波路部品１０，２０にも適用が可能であることはいうまでもない。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、タップ導波路６をコア２の上方に形成する場合、つまり、結合部９において、タップ導波路６およびコア２の中心軸を含む面Ｐが基板５に対して垂直である場合、フェムト秒パルスレーザの集光位置の近くでパワー密度が高くなっている該レーザの照射をコア２が受けることになる。特に、タップ導波路６がコア２と近接している場合には、この影響により、意図せずしてコア２の変形や変質が生じるおそれがある。フェムト秒パルスレーザに対する感受性はガラスの組成等により異なることが知られており、コア２やクラッド３の材料としてフェムト秒パルスレーザによる影響を受けにくい材料を選択することも可能であるが、材料を選択する際には、タップ導波路６の形成しやすさ等を考慮する必要もある。そこで、材料の選択肢を狭めることなく、コア２に対するフェムト秒パルスレーザの影響を低減できる光導波路部品の構成を説明する。
【００２５】
つまり、フェムト秒パルスレーザの集光位置付近でパワー密度が高くなる領域を光導波路４のコア２と重ならないようにするため、タップ導波路６中の結合部９となる部分６ａと、コア２中の結合部９となる部分２ａとの中心軸を含む面Ｐを、基板５に対して非垂直にする。
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、結合部９におけるタップ導波路６の形成位置を、コア２に対して基板５の表面に沿った方向に並べて配置することができる。この場合、結合部９においてタップ導波路６（６ａの部分）およびコア２（２ａの部分）の中心軸を含む面Ｐが基板５に対して平行となる。これにより、光導波路チップ１の上方（図３（ａ），図４（ａ）の上方）からフェムト秒パルスレーザを集光照射する際に、レーザがコア２に当たりにくくなり、コア２の変形や変質を抑制することができる。
レーザがコア２に当たりにくくする構成の範囲は、光学系に依存する。例えば、フェルト秒パルスレーザを集光する対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ；ＮＡまたはＮ．Ａ．と略記される）が０．５の場合、真空中ないしは空気中において、ビームの周縁部と光軸のなす角度は、３０°となるため、コア２とタップ導波路６との中心軸を含む面Ｐを、基板５に垂直な方向から３０°以上の角度をなすように配置する必要がある。なお、基板５上のクラッド３等のガラス媒質中では、ビームの周縁部と光軸のなす角度も真空中ないしは空気中と異なるものとなるが、この他にもレーザビームの広がりや導波路の幅も考慮すると、通常は、コア２とタップ導波路６との中心軸を含む面Ｐを、基板５に対する垂直方向から、４０°以上となるような配置にすればよい。
【００２６】
次に、本発明の光導波路部品の応用例として、本発明の光パワー等化器の一実施の形態を説明する。
図５に示すように、本実施の形態の光パワー等化器３０は、入力用導波路３１と、入力光を展開して入力側アレイ導波路３２に入射させるスラブ導波路３３ａと、導波路の長さが一定の光路長差で順次長くなるように構成された入力側アレイ導波路３２と、入力側アレイ導波路３２からの出射光を波長ごとに分波してそれぞれ複数の中間光導波路３４に入射させるスラブ導波路３３ｂと、各中間光導波路３４，３４，…の途中に設けられ、パワーレベルを調整する可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）３５，３５，…と、中間光導波路３４，３４，…からの出力を出力側アレイ導波路３６に中継するスラブ導波路３７ａと、導波路の長さが一定の光路長差で順次長くなるように構成された出力側アレイ導波路３６と、出力側アレイ導波路３６からの出射光を合波して出力用導波路３８に出射するスラブ導波路３７ｂと、出力用導波路３８とが、基板５上に形成された光導波路チップ１を有している。
さらに、中間光導波路３４，３４，…のそれぞれには、上述の光導波路部品１０，２０と同様に、タップ導波路（図示せず）が近接して設けられており、各タップ導波路は、溝７内に配設された受光素子８，８，…に光接続されている。
受光素子８によりモニタされた光パワーは、図示しない制御機構により、可変光減衰器３５にフィードバックされるようになっている。
【００２７】
このような光パワー等化器３０の動作について説明する。
波長が異なる信号光（チャネル）が複数合波された入力光は、入力用導波路３１から入力され、入力側アレイ導波路３２およびその前後のスラブ導波路３３ａ，３３ｂにより、チャネルごとに分波して中間光導波路３４，３４，…に入射される。中間光導波路３４，３４，…を伝播する各チャネルは、可変光減衰器３５により、チャネルごとに光パワーを調整して等化（均一にする）される。光パワーが等化された各チャネルは、出力側アレイ導波路３６およびその前後のスラブ導波路３７ａ，３７ｂにより合波されて、出力用導波路３８から出力される。
チャネルごとに光パワーをモニタして、可変光減衰器３５の動作にフィードバックをかけることができるので、チャネル間のパワーのばらつきを極めて小さくして、波長多重化された信号光の通信品質を高く維持することが可能となる。
なお、このような光パワー等化器３０を、中継のため光増幅器を備えた中継器が設けられている通信システムに設ける際には、すべての光増幅器と組み合わせて本発明の光パワー等化器を使用する必要はない。例えば、中継段数として、数段から十数段につき１箇所の割合で本発明の光パワー等化器を使用し、他の中継器においては、受動素子である利得等化器を用いることができる。
【００２８】
受動素子である従来の利得等化器では、光パワーのモニタリングを行わないためコストを安くすることができるが、中継器が設置された温度等の環境の変動により、出力のチャネル間のパワーのばらつきが大きくなることがある。中継数が少ない場合には、ばらつきが問題にならないこともあるが、中継数が多い場合には、各中継器でのばらつきが累積して伝送品質を劣化させるおそれがある。従って、光パワーのモニタリングを行うことができる本発明の光パワー等化器を使用することによって、信号光の各チャネルの光パワーの等化を確実に行うことができ、通信品質を保つ上で非常に有効である。
また、波長ルーティングなどにより、通信線路中を流れる信号のチャネルの数が動的に変わるような場合には、光増幅器の増幅条件が変わることになるので、光パワーの均一性を保てなくなる場合があるが、この場合にも、本発明の光パワー等化器の有用性が極めて高い。
【００２９】
次に、本発明の光導波路部品を用いた光アド・ドロップ・マルチプレクサの一実施の形態を説明する。
図６は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの光回路図である。図７は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第１例を示す概略構成図である。図８は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第２例を示す概略構成図である。
【００３０】
図６に示すように、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサは、入力ポート（Ｉｎ）からの入力光を伝播させる第１の入力用導波路４１と、第１の入力用導波路４１からの入力光を分波するデマルチプレクサ６１と、デマルチプレクサ６１からマルチプレクサ６２までチャネルが分波された状態で信号光を中継する第１の中間光導波路４４と、信号光を合波するマルチプレクサ６２と、出力ポート（Ｏｕｔ）まで出力信号光を伝播させる第１の出力用導波路４８と、アドポート（Ａｄｄ）からの入力光を伝播させる第２の入力用導波路５１と、第２の入力用導波路５１からの入力光を分波するデマルチプレクサ６３と、デマルチプレクサ６３からマルチプレクサ６４までチャネルが分波された状態で信号光を中継する第２の中間光導波路５４と、信号光を合波するマルチプレクサ６４と、ドロップポート（Ｄｒｏｐ）まで出力信号光を伝播させる第２の出力用導波路５８と、第１の中間光導波路４４と第２の中間光導波路５４との間でチャネルの交換を行うクロスコネクトスイッチ部６５とを備えている。
さらに、第１の中間光導波路４４および第２の中間光導波路５４のそれぞれの光導波路には、上述の光導波路部品１０，２０と同様に、タップ導波路６が近接して設けられており、各タップ導波路６は、溝内に配設された受光素子８，８，…に光接続されている。
【００３１】
図７，図８に、概略構成を示すように、デマルチプレクサ６１は、アレイ導波路４２およびその前後のスラブ導波路４３ａ，４３ｂから構成されており、マルチプレクサ６２は、アレイ導波路４６およびその前後のスラブ導波路４７ａ，４７ｂから構成されており、デマルチプレクサ６３は、アレイ導波路５２およびその前後のスラブ導波路５３ａ，５３ｂから構成されており、マルチプレクサ６４は、アレイ導波路５６およびその前後のスラブ導波路５７ａ，５７ｂから構成されている。
クロスコネクトスイッチ部６５は、複数の２入力２出力の光スイッチ４５を備える。それぞれの光スイッチ４５は、第１の中間光導波路４４のうちの１本の光導波路と、第２の中間光導波路５４のうちの１本の光導波路とに接続されており、接続された２本の光導波路の間で光を交換する状態（クロス状態）と、光を交換せずにそれぞれ通過させる状態（スルー状態）とが、図示しない外部の制御手段の制御によって切り替えられるようになっている。
【００３２】
上記光アド・ドロップ・マルチプレクサ４０Ａ，４０Ｂの動作を説明する。
信号線路からの入力光を入力ポート（Ｉｎ）を介して第１の入力用導波路４１から入力すると、デマルチプレクサ６１によりチャネルごとに分波されて第１の中間光導波路４４に入力される。また、加えるべきチャネルからなる信号光を、アドポート（Ａｄｄ）を介して第２の入力用導波路５１から入力すると、デマルチプレクサ６３によりチャネルごとに分波されて第２の中間光導波路５４に入力される。
【００３３】
クロスコネクトスイッチ部６５は、交換すべきチャネルをクロス状態とし、交換しないチャネルをスルー状態としておくと、複数のチャネルのうちの所望の一部のみを交換することができる。
第１の中間光導波路４４からの出力は、マルチプレクサ６２により合波されたのち、第１の出力用導波路４８を介して出力ポート（Ｏｕｔ）から出力される。また、第２の中間光導波路５４からの出力は、マルチプレクサ６４により合波されたのち、第２の出力用導波路５８を介してドロップポート（Ｄｒｏｐ）から出力される。
【００３４】
このように、入力ポートから入力されたチャネルのうち、不要なものは本線から抜き出してドロップポートに出力することができる。また、アドポートから入力されたチャネルを、入力ポートから入力されたチャネルのうち必要なものと合波して、出力ポートから出力することができる。
図７，図８に示す構成の光アド・ドロップ・マルチプレクサ４０Ａ，４０Ｂによれば、光アド・ドロップ・マルチプレクサを構成するのに必要な各種光導波路および光スイッチ４５ならびにモニタ用のタップ導波路６および受光素子８を、１枚の光導波路チップ１に実装することができる。
なお、アドポート側のデマルチプレクサ６３やドロップポート側のマルチプレクサ６４は、特に必須のものではなく、加えたり除いたりするチャネルの個数に合わせてアドポートおよびドロップポートを用意した構成も可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光導波路部品によれば、分岐比が大きく、挿入損失が小さなタップ導波路を容易に得ることができる。また、タップ導波路は、コア２と重複する領域を有しないので、光導波路のコアの変形や変質を起こしにくく、歩留まりよく、安定的に製造することができる。
また、タップ導波路を両方向に設けて、光導波路の伝送方向を制限することなく、いずれの方向の場合でも、信号光をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光導波路部品の第１の実施の形態およびその製造方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の光導波路部品の第２の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図３】結合部において、タップ導波路がコアの上方に配置された状態の一例を示す（ａ）側面図、（ｂ）斜視図である。
【図４】結合部において、タップ導波路とコアとが基板に平行に並んで配置された状態の一例を示す（ａ）側面図、（ｂ）斜視図である。
【図５】本発明の光パワー等化器の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの一実施の形態を示す光回路図である。
【図７】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第１例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第２例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２…コア、３…クラッド、３ｃ…クラッドの表面、４…光導波路、５…基板、６…タップ導波路、７…溝、８…受光素子、９…結合部、１０，２０…光導波路部品、３０…光パワー等化器、４０Ａ，４０Ｂ…光アド・ドロップ・マルチプレクサ、Ｐ…結合部においてコアとタップ導波路とを含む面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測および光情報通信の分野で用いられる基板型光導波路を有する光導波路部品に関し、特に、信号光の一部を分岐してモニタする機能を有する光導波路部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムにおいて各チャネルの信号光をモニタする場合、従来は、波長分離（分波）を行う光合分波器の後段に、信号光の一部を導波するためのタップカプラとモニタ用のフォトダイオード等の受光素子とを光ファイバの融着接続によって接続して、タップカプラにより導波された光を用いて信号光をモニタすることが一般に行われている。
この場合、チャネル数の増大に伴って、タップカプラとモニタ用フォトダイオードの使用数量が増大し、工数が増大することと、光ファイバの取り回しに空間が必要となり、光モジュール全体が大型化することが問題となる。
【０００３】
このような問題点を解決するため、本出願人は、タップカプラおよび受光素子を光導波路チップに組み込んで実装する手法として、基板型光導波路のクラッドに溝を設けて該溝内に受光素子を配設するとともに、クラッド内に、一端がコアと重複する領域を持ち、他端が前記受光素子に光接続されたタップ導波路を設けて、コア中を伝搬する信号光の一部を分岐してモニタできるようにした光導波路部品を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−０４３２７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の発明に記載された光導波路部品は、コアとタップ導波路を有する光導波路が、Ｙ分岐による光スプリッタとして機能するものであり、以下に列記するような問題がある。
（１）タップ導波路がコアと重複する領域を有するため、パルスレーザを集光照射してタップ導波路を形成する際に、コアやその周辺のクラッド等を変形あるいは変質させてしまい、これが過剰損失の原因となるおそれがある。
（２）Ｙ分岐による光スプリッタであるため、分岐比が等分岐（５０：５０）または等分岐に近い値（４０：６０〜６０：４０、あるいは、２０：８０〜８０：２０程度）を実現するのは比較的容易であるが、モニタポートとして使用するには、信号光の強度に対するモニタ光の強度を十分に小さくするため、分岐比を大きく取る必要があり（通常１０ｄＢ以上）、大きな分岐比のタップ導波路を確実に安定的に製造することが難しい。
（３）信号光の一部をタップ導波路に分岐できるような信号光の伝播方向が、タップ導波路が光導波路のコアから分岐する方向によって決まってしまい、光導波路（コア）に信号光が伝播する方向を一方向に制限してしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、タップ導波路の分岐比が大きく、コアの変形や変質を起こしにくく安定的に製造でき、さらに、タップ導波路を両方向に設けることも可能である光導波路部品およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、クラッドと、該クラッド内に形成されたコアとを有する光導波路が基板上に形成された光導波路部品であって、
クラッド中に形成されたタップ導波路の一部が前記コアに対して所定の間隔を介して近接することにより、コア中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路に移行させるための結合部が構成されているとともに、
前記タップ導波路が、前記クラッドの表面から形成された溝中に配置された受光素子に光接続されていることを特徴とする光導波路部品を提供する。
前記タップ導波路は、フェムト秒パルスレーザを集光照射して、クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって形成することができる。前記タップ導波路のモニタ光の分岐比は、１０ｄＢ以上とすることが好ましい。
【０００８】
上記光導波路部品においては、前記溝を前記結合部の両側に設けることができる。また、前記タップ導波路の両端のそれぞれを受光素子に光接続した構成も可能である。
前記結合部において、前記コアと前記タップ導波路とを含む面が、前記基板に対して非垂直であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、上記光導波路部品を用いた光パワー等化器や光アド・ドロップ・マルチプレクサを提供する。
さらに、本発明は、上記光導波路部品の製造方法であって、コアおよびクラッドを有する光導波路を用意し、該光導波路の前記クラッド中にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、該クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって前記タップ導波路を形成することを特徴とする光導波路部品の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１（ｄ）は、本発明の光導波路部品の一実施の形態を示す断面図であり、図１（ａ）〜（ｄ）は、上記光導波路部品を製造する方法の一例を説明する図である。
図１（ｄ）中、符号５は基板であり、この基板５の上には下クラッド３ｂが形成され、下クラッド３ｂの上にはコア２が形成され、コア２の上には上クラッド３ａが形成されている。上クラッド３ａと下クラッド３ｂとは、コア２より屈折率が低くなっている。コア２は、本線となる光導波路４として機能する。
コア２およびクラッド３の材質は、特に限定されないが、石英（ＳｉＯ２）を主成分とする石英ガラスまたは石英系ガラスが好ましく用いられる。コア２とクラッド３とに屈折率差を付与するために添加されるドーパントしては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ素（Ｆ）などが例示できる。
符号７は溝であり、この溝７内に受光素子８が配置されている。この受光素子８としては、例えばフォトダイオードが用いられる。
【００１１】
上クラッド３ａの厚さは、使用波長において光伝送損失が十分小さくなるようにクラッド材料とコア材料との比屈折率差や、導波路構造等を考慮して決定され、通常２０μｍ程度であるが、この例では、上クラッド３ａの表面から溝７を形成し、該溝７に受光素子８を配置するため、さらに厚くして、３０μｍ〜４０μｍとするのが好ましい。
溝７は、例えば研削加工機を用いて、コア２の長手方向（図１における左右方向）に対して垂直な方向（図１における紙面に垂直な方向）に設けられる。溝７を設けた位置での上クラッド３ａの厚さ（溝７の底面とコアとの間隔）は１０μｍ程度とするのが好ましい。
【００１２】
クラッド３中には、タップ導波路６が、コア２と重複する領域を有することなく、形成されている。このタップ導波路６とは、コア２内を伝搬する光のうち、ごく一部の光のみが分波されて導波されるように形成された導波路である。
タップ導波路６は、一端６ｂが、前記受光素子８に光接続されている。また、タップ導波路６の長手方向の一部６ａが、コア２の長手方向の一部２ａに対して所定の間隔を介して近接している。
このように、タップ導波路６とコア２とが所定の間隔を介して近接している領域は、タップ導波路６とコア２とを近接させたことによる近接場効果により、互いの光導波路の間で光のパワーが移行しうるような結合部９となっている。これにより、コア２中を伝搬する信号光のパワーの一部をタップ導波路６に移行させ、さらにタップ導波路６を介して受光素子８に入射させることが可能になる。
タップ導波路６の分岐比は、好ましくは１０ｄＢ以上である。
本発明において、タップ導波路６の分岐比は、分岐後、本線となる光導波路４のコア２を伝播する信号光のパワーをＰｍａｉｎ、タップ導波路６を伝播するモニタ光のパワーをＰｔａｐとするとき、
分岐比＝−１０ｌｏｇ１０｛Ｐｔａｐ／（Ｐｔａｐ＋Ｐｍａｉｎ）｝
により表される。なお、分岐比１０ｄＢは、Ｐｔａｐ：Ｐｍａｉｎ＝１０：９０である。
【００１３】
結合部９の作用をより詳しく説明する。タップ導波路６とコア２とが近接してなる結合部９は、方向性結合器として機能する。従って、この結合部９によるタップ導波路６への分岐比の調整は、主として、結合部９の結合度（２本の光導波路の間で光パワーが移行する比率）の調整によって実現できる。
方向性結合器の結合度については、一般に、下記の傾向が指摘されている。
（ａ）２本の光導波路の伝搬定数の差が大きいほど、結合度は小さくなる。
（ｂ）２本の光導波路の間隔が大きいほど、結合度は小さくなる。
（ｃ）結合部の長さが長いほど、結合度は大きくなる。
【００１４】
タップ導波路６のの伝搬定数は、タップ導波路６とクラッド３との屈折率差によって調整可能である。また、タップ導波路６とコア２との間隔や、結合部９の長さは、タップ導波路６の形状を適宜設計することにより調整可能である。
特に、タップ導波路６をフェムト秒パルスレーザの集光照射によって形成する場合には、タップ導波路６のの伝搬定数は、フェムト秒パルスレーザの集光条件や走査条件等を変えることにより調整可能である。また、タップ導波路６とコア２との間隔や、結合部９の長さは、フェムト秒パルスレーザを集光した集光点を走査するパターンによって自由に調整可能である。
【００１５】
従って、結合部９による分岐比は、原理上、非常に幅広く設定が可能である。このため、信号線で多く用いられるタップカプラの分岐比［１３ｄＢ（＝５：９５）〜１７ｄＢ（＝２：９８）程度；すなわち５％分岐〜２％分岐］や、励起光源に対するモニタ用タップで広く採用されている分岐比［２３ｄＢ（＝０．５：９９．５）〜２７ｄＢ（＝０．２：９９．８）程度；すなわち０．５％分岐〜０．２％分岐］を容易に実現することが可能である。
結合部９におけるコア２とタップ導波路６との間隔および結合部９の長さとしては、特に限定するものではないが、例えば、コア２の断面寸法が６×６μｍ、クラッド３に対する比屈折率が１．５％、フェムト秒パルスレーザの照射によって作製したタップ導波路６のの伝搬定数をコア２のそれと等しいものとした場合、２本の光導波路２，６の中心間距離を１０μｍとし、結合部９の長さを１７７０μｍとすることにより、分岐比をおよそ１０ｄＢとすることができる。また、同様の構成で、結合部９の長さを８８６μｍとした場合、分岐比をおよそ１３ｄＢとすることができる。また、結合部９の長さを３５３μｍとした場合、分岐比をおよそ１７ｄＢとすることができる。
【００１６】
方向性結合器の結合度は、先に述べたとおり、２本の光導波路２，６の間隔を狭くするほど大きくなるので、光導波路２，６の間隔を狭くすれば結合部９の長さを短くすることが可能になるが、光導波路の位置や比屈折率差の製造誤差などにより分岐比が大きく変動してしまうおそれがある。特に、２３ｄＢや２７ｄＢといった大きな分岐比のタップ導波路６を構成する場合、結合部９を短くすることで上述の分岐比を達成できるが、光導波路の位置や比屈折率差の製造誤差などの影響が大きくなる。このため、大きな分岐比（２３ｄＢや２７ｄＢなど）のタップ導波路６を構成する際には、分岐比が比較的小さい場合（例えば１０ｄＢ，１３ｄＢ，１７ｄＢなど）と比べて、光導波路２，６の間隔を大きくする（例えば１０μｍ以上）ほうが、許容製造誤差（製造トレランス）の観点から有利である。
【００１７】
次に、上記光導波路部品１０を製造する手順の一例について説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、基板５上にコア２およびクラッド３が形成された光導波路チップ１を用意する。次いで、この光導波路チップ１の後加工として、図１（ｂ）に示すように、該光導波路チップ１のクラッド３中にタップ導波路６を形成する。
【００１８】
以下、タップ導波路６の形成方法について、説明する。
タップ導波路６は、例えば、上クラッド３ａの上方からフェムト秒パルスレーザを集光照射して、屈折率上昇領域を誘起することによって形成することができる。フェムト秒パルスレーザの照射は、少なくともＸ、Ｙ、Ｚ方向の３軸移動可能な精密ステージと、位置合わせのための観察用の顕微鏡等を含む光学系と、フェムト秒パルスレーザ装置と、フェムト秒パルスレーザを集光照射するための対物レンズを用い、光導波路チップ１を精密ステージ上に例えば真空チャックを用いて仮固定した状態にて行われる。
フェムト秒パルスレーザを集光照射するための対物レンズは、位置あわせに使用する顕微鏡の対物レンズを兼用することも可能であり、この場合には、フェムト秒パルスレーザは顕微鏡筒にミラーを用いて導光される。タップ導波路６を形成するために、クラッド３内にフェムト秒パルスレーザが集光されるように集光点を調整する。この集光点をクラッド３の内部で相対移動させることにより、光導波路として機能する連続した高屈折率領域がクラッド３の内部に形成される。集光点の相対移動は、精密ステージによりパルスレーザ光の集光点に対して光導波路チップ１を連続的に移動させる方法、あるいはクラッド３の内部でレーザ光の集光点を連続的に移動させる方法により行うことができる。
滑らかで連続的なタップ導波路６を形成するためには、照射するレーザ光のパルス間隔を狭く、すなわち繰り返し周期を短くして照射することが望ましく、そのためには高繰り返し型のフェムト秒パルスレーザを照射することが好ましい。
【００１９】
さらに、図１（ｃ）に示すように、例えば研削加工機を用いて、クラッド３の表面３ｃから溝７を形成する。この際、溝７となるクラッド３の一部分とともに、タップ導波路６の一部分を除去して、溝７の内面にタップ導波路６の一端面６ｂが現れるようにする。
そして図１（ｄ）に示すように、この溝７内に、受光素子８を実装する。この際、受光素子８の受光部８ａをタップ導波路６の端面６ｂ側に向けて、タップ導波路６と受光素子８とが良好に光結合するように、受光素子８を配置する。
以上のようにして、本実施の形態の光導波路部品１０を製造することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施の形態の光導波路部品について、図２を参照しながら説明する。
図２に概略構成を示すように、本実施の形態の光導波路部品２０においては、受光素子８，８を収容する溝７，７が、結合部９の両側に設けられている。さらに、タップ導波路６が結合部９の両側に延びており、該タップ導波路６の両側の端面６ｂ，６ｃがそれぞれ溝７，７内の受光素子８，８に光接続されている。これ以外は、図１（ｄ）に示す第１の実施の形態の光導波路部品１０と同様に構成されている。光導波路部品２０の製造は、第１の実施の形態の光導波路部品１０について説明した製造方法と同様の手法により行うことができる。
【００２１】
コア２を、結合部９になる部分２ａを境界として、上流側２ｂ（図２における左側）と下流側２ｂ（図２における左側）とに区分するとき、上流側２ｂから下流側２ｃに向かって伝播する下り方向（通常方向）の光のパワーの一部は、結合部９を介してタップ導波路６に移行し、端面６ｂ側の受光素子８に受光される。また、下流側２ｃから上流側２ｂに向かって伝播する上り方向（通常と逆の方向）の光のパワーの一部は、結合部９を介してタップ導波路６に移行し、端面６ｃ側の受光素子８に受光される。
なお、上記説明における上流側２ｂおよび下流側２ｃの区分は、機能や構成等に関して上流側２ｂと下流側２ｃとに何らかの差異が存在することを、必ずしも意図するものではない。つまり、コア２の上流側２ｂと下流側２ｃとの機能や構成等が互いに同等のものであったとしても、便宜的に一方を上流側２ｂ、他方を下流側２ｃと区分することは可能であり、本実施の形態の範囲に包含されるものとする。
【００２２】
これにより、結合部９は、上り方向と下り方向との双方向の光に対して、該光のパワーの一部をモニタ光を分岐することが可能になる。しかも、上り方向の光からのモニタ光と、下り方向の光からのモニタ光とを区別して、それぞれタップ導波路６の異なる端面６ｂ，６ｃから出射して、受光素子８によりモニタすることができる。従って、本実施の形態の光導波路部品２０は、例えば、双方向通信システムのモニタに好適に用いることができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態の光導波路部品２０は、光を一方向のみに伝播するシステムに適用することも可能である。改変例として、一方向のシステムに適用される光導波路部品は、下記のようにして構成することができる。
（Ａ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておき、溝７の形成および受光素子８の実装は、結合部９の両側ともに行い、必要な側のみ使用する。
（Ｂ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておくが、溝７の形成および受光素子８の実装は、必要な側のみ行う。
（Ｃ） タップ導波路６は、結合部９の両側に延ばしておき、溝７を両側に形成するが、受光素子８の実装は、必要な側のみ行う。
この３者のうちでは、後に記載したものほど、中間生産品の種類が増えることになるが、工数や材料を削減することができるので、製造の数量、納期、コストなどを考慮して、いずれか最適なものを選択して採用することができる。
【００２４】
次に、タップ導波路６をフェムト秒パルスレーザの集光照射によって形成する際に好適なコア２とタップ導波路６との位置関係について、図３，図４を参照しながら、説明する。なお、これから述べるコア２とタップ導波路６との位置関係は、上記第１および第２の光導波路部品１０，２０にも適用が可能であることはいうまでもない。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、タップ導波路６をコア２の上方に形成する場合、つまり、結合部９において、タップ導波路６およびコア２の中心軸を含む面Ｐが基板５に対して垂直である場合、フェムト秒パルスレーザの集光位置の近くでパワー密度が高くなっている該レーザの照射をコア２が受けることになる。特に、タップ導波路６がコア２と近接している場合には、この影響により、意図せずしてコア２の変形や変質が生じるおそれがある。フェムト秒パルスレーザに対する感受性はガラスの組成等により異なることが知られており、コア２やクラッド３の材料としてフェムト秒パルスレーザによる影響を受けにくい材料を選択することも可能であるが、材料を選択する際には、タップ導波路６の形成しやすさ等を考慮する必要もある。そこで、材料の選択肢を狭めることなく、コア２に対するフェムト秒パルスレーザの影響を低減できる光導波路部品の構成を説明する。
【００２５】
つまり、フェムト秒パルスレーザの集光位置付近でパワー密度が高くなる領域を光導波路４のコア２と重ならないようにするため、タップ導波路６中の結合部９となる部分６ａと、コア２中の結合部９となる部分２ａとの中心軸を含む面Ｐを、基板５に対して非垂直にする。
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、結合部９におけるタップ導波路６の形成位置を、コア２に対して基板５の表面に沿った方向に並べて配置することができる。この場合、結合部９においてタップ導波路６（６ａの部分）およびコア２（２ａの部分）の中心軸を含む面Ｐが基板５に対して平行となる。これにより、光導波路チップ１の上方（図３（ａ），図４（ａ）の上方）からフェムト秒パルスレーザを集光照射する際に、レーザがコア２に当たりにくくなり、コア２の変形や変質を抑制することができる。
レーザがコア２に当たりにくくする構成の範囲は、光学系に依存する。例えば、フェルト秒パルスレーザを集光する対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ；ＮＡまたはＮ．Ａ．と略記される）が０．５の場合、真空中ないしは空気中において、ビームの周縁部と光軸のなす角度は、３０°となるため、コア２とタップ導波路６との中心軸を含む面Ｐを、基板５に垂直な方向から３０°以上の角度をなすように配置する必要がある。なお、基板５上のクラッド３等のガラス媒質中では、ビームの周縁部と光軸のなす角度も真空中ないしは空気中と異なるものとなるが、この他にもレーザビームの広がりや導波路の幅も考慮すると、通常は、コア２とタップ導波路６との中心軸を含む面Ｐを、基板５に対する垂直方向から、４０°以上となるような配置にすればよい。
【００２６】
次に、本発明の光導波路部品の応用例として、本発明の光パワー等化器の一実施の形態を説明する。
図５に示すように、本実施の形態の光パワー等化器３０は、入力用導波路３１と、入力光を展開して入力側アレイ導波路３２に入射させるスラブ導波路３３ａと、導波路の長さが一定の光路長差で順次長くなるように構成された入力側アレイ導波路３２と、入力側アレイ導波路３２からの出射光を波長ごとに分波してそれぞれ複数の中間光導波路３４に入射させるスラブ導波路３３ｂと、各中間光導波路３４，３４，…の途中に設けられ、パワーレベルを調整する可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）３５，３５，…と、中間光導波路３４，３４，…からの出力を出力側アレイ導波路３６に中継するスラブ導波路３７ａと、導波路の長さが一定の光路長差で順次長くなるように構成された出力側アレイ導波路３６と、出力側アレイ導波路３６からの出射光を合波して出力用導波路３８に出射するスラブ導波路３７ｂと、出力用導波路３８とが、基板５上に形成された光導波路チップ１を有している。
さらに、中間光導波路３４，３４，…のそれぞれには、上述の光導波路部品１０，２０と同様に、タップ導波路（図示せず）が近接して設けられており、各タップ導波路は、溝７内に配設された受光素子８，８，…に光接続されている。
受光素子８によりモニタされた光パワーは、図示しない制御機構により、可変光減衰器３５にフィードバックされるようになっている。
【００２７】
このような光パワー等化器３０の動作について説明する。
波長が異なる信号光（チャネル）が複数合波された入力光は、入力用導波路３１から入力され、入力側アレイ導波路３２およびその前後のスラブ導波路３３ａ，３３ｂにより、チャネルごとに分波して中間光導波路３４，３４，…に入射される。中間光導波路３４，３４，…を伝播する各チャネルは、可変光減衰器３５により、チャネルごとに光パワーを調整して等化（均一にする）される。光パワーが等化された各チャネルは、出力側アレイ導波路３６およびその前後のスラブ導波路３７ａ，３７ｂにより合波されて、出力用導波路３８から出力される。
チャネルごとに光パワーをモニタして、可変光減衰器３５の動作にフィードバックをかけることができるので、チャネル間のパワーのばらつきを極めて小さくして、波長多重化された信号光の通信品質を高く維持することが可能となる。
なお、このような光パワー等化器３０を、中継のため光増幅器を備えた中継器が設けられている通信システムに設ける際には、すべての光増幅器と組み合わせて本発明の光パワー等化器を使用する必要はない。例えば、中継段数として、数段から十数段につき１箇所の割合で本発明の光パワー等化器を使用し、他の中継器においては、受動素子である利得等化器を用いることができる。
【００２８】
受動素子である従来の利得等化器では、光パワーのモニタリングを行わないためコストを安くすることができるが、中継器が設置された温度等の環境の変動により、出力のチャネル間のパワーのばらつきが大きくなることがある。中継数が少ない場合には、ばらつきが問題にならないこともあるが、中継数が多い場合には、各中継器でのばらつきが累積して伝送品質を劣化させるおそれがある。従って、光パワーのモニタリングを行うことができる本発明の光パワー等化器を使用することによって、信号光の各チャネルの光パワーの等化を確実に行うことができ、通信品質を保つ上で非常に有効である。
また、波長ルーティングなどにより、通信線路中を流れる信号のチャネルの数が動的に変わるような場合には、光増幅器の増幅条件が変わることになるので、光パワーの均一性を保てなくなる場合があるが、この場合にも、本発明の光パワー等化器の有用性が極めて高い。
【００２９】
次に、本発明の光導波路部品を用いた光アド・ドロップ・マルチプレクサの一実施の形態を説明する。
図６は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの光回路図である。図７は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第１例を示す概略構成図である。図８は、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第２例を示す概略構成図である。
【００３０】
図６に示すように、本実施の形態の光アド・ドロップ・マルチプレクサは、入力ポート（Ｉｎ）からの入力光を伝播させる第１の入力用導波路４１と、第１の入力用導波路４１からの入力光を分波するデマルチプレクサ６１と、デマルチプレクサ６１からマルチプレクサ６２までチャネルが分波された状態で信号光を中継する第１の中間光導波路４４と、信号光を合波するマルチプレクサ６２と、出力ポート（Ｏｕｔ）まで出力信号光を伝播させる第１の出力用導波路４８と、アドポート（Ａｄｄ）からの入力光を伝播させる第２の入力用導波路５１と、第２の入力用導波路５１からの入力光を分波するデマルチプレクサ６３と、デマルチプレクサ６３からマルチプレクサ６４までチャネルが分波された状態で信号光を中継する第２の中間光導波路５４と、信号光を合波するマルチプレクサ６４と、ドロップポート（Ｄｒｏｐ）まで出力信号光を伝播させる第２の出力用導波路５８と、第１の中間光導波路４４と第２の中間光導波路５４との間でチャネルの交換を行うクロスコネクトスイッチ部６５とを備えている。
さらに、第１の中間光導波路４４および第２の中間光導波路５４のそれぞれの光導波路には、上述の光導波路部品１０，２０と同様に、タップ導波路６が近接して設けられており、各タップ導波路６は、溝内に配設された受光素子８，８，…に光接続されている。
【００３１】
図７，図８に、概略構成を示すように、デマルチプレクサ６１は、アレイ導波路４２およびその前後のスラブ導波路４３ａ，４３ｂから構成されており、マルチプレクサ６２は、アレイ導波路４６およびその前後のスラブ導波路４７ａ，４７ｂから構成されており、デマルチプレクサ６３は、アレイ導波路５２およびその前後のスラブ導波路５３ａ，５３ｂから構成されており、マルチプレクサ６４は、アレイ導波路５６およびその前後のスラブ導波路５７ａ，５７ｂから構成されている。
クロスコネクトスイッチ部６５は、複数の２入力２出力の光スイッチ４５を備える。それぞれの光スイッチ４５は、第１の中間光導波路４４のうちの１本の光導波路と、第２の中間光導波路５４のうちの１本の光導波路とに接続されており、接続された２本の光導波路の間で光を交換する状態（クロス状態）と、光を交換せずにそれぞれ通過させる状態（スルー状態）とが、図示しない外部の制御手段の制御によって切り替えられるようになっている。
【００３２】
上記光アド・ドロップ・マルチプレクサ４０Ａ，４０Ｂの動作を説明する。
信号線路からの入力光を入力ポート（Ｉｎ）を介して第１の入力用導波路４１から入力すると、デマルチプレクサ６１によりチャネルごとに分波されて第１の中間光導波路４４に入力される。また、加えるべきチャネルからなる信号光を、アドポート（Ａｄｄ）を介して第２の入力用導波路５１から入力すると、デマルチプレクサ６３によりチャネルごとに分波されて第２の中間光導波路５４に入力される。
【００３３】
クロスコネクトスイッチ部６５は、交換すべきチャネルをクロス状態とし、交換しないチャネルをスルー状態としておくと、複数のチャネルのうちの所望の一部のみを交換することができる。
第１の中間光導波路４４からの出力は、マルチプレクサ６２により合波されたのち、第１の出力用導波路４８を介して出力ポート（Ｏｕｔ）から出力される。また、第２の中間光導波路５４からの出力は、マルチプレクサ６４により合波されたのち、第２の出力用導波路５８を介してドロップポート（Ｄｒｏｐ）から出力される。
【００３４】
このように、入力ポートから入力されたチャネルのうち、不要なものは本線から抜き出してドロップポートに出力することができる。また、アドポートから入力されたチャネルを、入力ポートから入力されたチャネルのうち必要なものと合波して、出力ポートから出力することができる。
図７，図８に示す構成の光アド・ドロップ・マルチプレクサ４０Ａ，４０Ｂによれば、光アド・ドロップ・マルチプレクサを構成するのに必要な各種光導波路および光スイッチ４５ならびにモニタ用のタップ導波路６および受光素子８を、１枚の光導波路チップ１に実装することができる。
なお、アドポート側のデマルチプレクサ６３やドロップポート側のマルチプレクサ６４は、特に必須のものではなく、加えたり除いたりするチャネルの個数に合わせてアドポートおよびドロップポートを用意した構成も可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光導波路部品によれば、分岐比が大きく、挿入損失が小さなタップ導波路を容易に得ることができる。また、タップ導波路は、コア２と重複する領域を有しないので、光導波路のコアの変形や変質を起こしにくく、歩留まりよく、安定的に製造することができる。
また、タップ導波路を両方向に設けて、光導波路の伝送方向を制限することなく、いずれの方向の場合でも、信号光をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光導波路部品の第１の実施の形態およびその製造方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の光導波路部品の第２の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図３】結合部において、タップ導波路がコアの上方に配置された状態の一例を示す（ａ）側面図、（ｂ）斜視図である。
【図４】結合部において、タップ導波路とコアとが基板に平行に並んで配置された状態の一例を示す（ａ）側面図、（ｂ）斜視図である。
【図５】本発明の光パワー等化器の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの一実施の形態を示す光回路図である。
【図７】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第１例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の光アド・ドロップ・マルチプレクサの第２例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２…コア、３…クラッド、３ｃ…クラッドの表面、４…光導波路、５…基板、６…タップ導波路、７…溝、８…受光素子、９…結合部、１０，２０…光導波路部品、３０…光パワー等化器、４０Ａ，４０Ｂ…光アド・ドロップ・マルチプレクサ、Ｐ…結合部においてコアとタップ導波路とを含む面。
Claims (9)
- コアと、該コアの周囲に形成されたクラッドとを有する光導波路が基板上に形成された光導波路部品であって、
クラッド中に形成されたタップ導波路の一部が前記コアに対して所定の間隔を介して近接することにより、コア中を伝播する信号光のパワーの一部をタップ導波路に移行させるための結合部が構成されているとともに、
前記タップ導波路が、前記クラッドの表面から形成された溝中に配置された受光素子に光接続されていることを特徴とする光導波路部品。 - 前記タップ導波路は、フェムト秒パルスレーザを集光照射して、クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品。
- 前記タップ導波路のモニタ光の分岐比が、１０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路部品。
- 前記溝が、前記結合部の両側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路部品。
- 前記タップ導波路の両端が、それぞれ受光素子に光接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光導波路部品。
- 前記結合部において、前記コアと前記タップ導波路とを含む面が、前記基板に対して非垂直であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光導波路部品。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路部品を用いた光パワー等化器。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路部品を用いた光アド・ドロップ・マルチプレクサ。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法であって、
コアおよびクラッドを有する光導波路を用意し、該光導波路の前記クラッド中にフェムト秒パルスレーザを集光照射して、該クラッド中に屈折率上昇領域を誘起することによって前記タップ導波路を形成することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
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