JP2008040029A

JP2008040029A - モニタ用光学素子及びその製造方法

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Publication number: JP2008040029A
Application number: JP2006212617A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Ebisawa; 文博海老澤; Akihiro Takagi; 章宏高木; Hiroshi Terui; 博照井; Akira Himeno; 明姫野
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】近年、光分岐結合回路やアドドロップ回路など多くの機能を備える多機能プレーナ光波回路が開発されている。このような多機能プレーナ光波回路では、光信号の光強度を多機能プレーナ光波回路中の導波路から直接モニタしなければならないこともある。しかし、従来の技術ではプレーナ光波回路中の導波路の任意の位置で光信号の光強度を直接モニタすることができないという課題があった。
【解決手段】本願第一の発明に係るモニタ用光学素子はプレーナ光波回路の導波路に誘電体多層反射膜を挿入して、プレーナ光波回路の導波路から直接光信号を取り出し、光強度を測定することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレーナ光波回路内の導波路を伝搬する光を直接取り出し、モニタできるモニタ用光学素子とその製造方法に関するものである。

近年、映像信号等のデジタル信号を多量且つ高速に転送するために光を利用した通信システムや情報処理システムが普及してきている。光信号は光ファイバやプレーナ光波回路のような導波路を伝搬中、光ファイバと光ファイバとの接続点又は光ファイバとプレーナ光波回路との接続点で損失が発生するため、光信号の光強度をモニタする必要がある。

例えば、特許文献１には、光ファイバを伝搬する光信号の一部を光ファイバから直接取り出すファイバタップ回路の技術が開示されている。また、特許文献２には、プレーナ光波回路の導波路を通過してプレーナ光波回路の端面から出射する光信号の光強度を測定する技術が開示されている。
特開平１０−３００９３６号公報特開平５−２９７２３３号公報

近年、光分岐結合回路やアドドロップ回路など多くの機能を備える多機能プレーナ光波回路が開発されている。このような多機能プレーナ光波回路では、光信号の光強度を多機能プレーナ光波回路中の導波路から直接モニタしなければならないこともある。しかし、特許文献１の技術は光ファイバの光信号の光強度をモニタするものであり、特許文献２の技術はプレーナ光波回路の端面で光信号の光強度をモニタするものである。そのため、従来の技術ではプレーナ光波回路中の導波路の任意の位置で光信号の光強度を直接モニタすることができないという課題があった。

そこで、本発明は、係る課題を解決するため、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で光信号の光強度をモニタできるモニタ用光学素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモニタ用光学素子はプレーナ光波回路の導波路に誘電体多層反射膜を挿入して、プレーナ光波回路の導波路から直接光信号を取り出し、光強度を測定することとした。

具体的には、本発明は、基板上に形成されて光を伝搬する導波路ならびに前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成されて前記導波路を分断するスリットを有するプレーナ光波回路と、前記スリットと嵌合し、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜と、前記プレーナ光波回路の上で前記スリットの開口部の一部又は全部を覆うように配置され、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記プレーナ光波回路の上面と相対する受光面で受光する受光素子と、を備えるモニタ用光学素子である。

また、本発明は、本発明に係るモニタ用光学素子の製造方法である。具体的には本発明は、コア材とクラッド材とで構成されて光を伝搬する導波路が基板上に形成されたプレーナ光波回路に、前記導波路を分断するスリットを前記プレーナ光波回路の前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成するスリット形成工程と、前記スリット形成工程の後に、前記スリット形成工程で形成した前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜を前記スリットに嵌合させる誘電体多層反射膜嵌合工程と、前記誘電体多層反射膜嵌合工程の後に、前記コア材と略等しい屈折率の接着剤を塗布し、前記誘電体多層反射膜嵌合工程で前記スリットに嵌合させた前記誘電体多層反射膜と前記スリットとを固定するとともに、前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分を包含するように接着剤で隆起物を形成する隆起物形成工程と、前記隆起物形成工程の後に、前記隆起物形成工程で形成された前記隆起物を前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分とともに研磨し、前記隆起物に前記プレーナ光波回路の上面と平行な平面を形成する又は前記隆起物を除去して前記プレーナ光波回路の上面を露出させる研磨工程と、前記研磨工程の後に、受光面を前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は研磨工程で露出させた前記プレーナ光波回路の上面と相対させ、前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を受光できる位置に受光素子を配置する受光素子配置工程と、を備えるモニタ用光学素子製造方法である。

前記モニタ用光学素子は、前記プレーナ光波回路の所望の位置で前記導波路を分断する前記スリットを形成し、前記スリットに前記誘電体反射膜を挿入し、前記プレーナ光波回路の上面で前記スリットの上に受光素子を配置して製造される。

前記導波路を伝搬する光信号が前記誘電体反射膜に入射すると、前記誘電体反射膜は光信号の一部を透過させ、一部を反射させる。そのため、前記スリットを所定の角度で形成することで、前記誘電体反射膜で反射した光は前記プレーナ光波回路の上面の前記スリット近傍に前記参照光として出射することになる。前記受光素子が前記プレーナ光波回路の上面から出射する参照光を受光することで、前記導波路を伝搬する光信号の所望の位置における光強度をモニタすることができる。

従って、本発明は、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で光信号の光強度をモニタできるモニタ用光学素子及びその製造方法を提供することができる。

本願第一の発明に係るモニタ用光学素子において、前記プレーナ光波回路の上面と前記受光素子の前記受光面との間に、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記受光素子の前記受光面に集光する光学素子をさらに備えることが好ましい。

モニタ用光学素子の小型化や応答性向上のため、前記受光素子として高速動作のフォトダイオードチップを使用する場合がある。通常の受光素子の受光面が数百μｍφであることに対し、前記フォトダイオードは浮遊静電容量を小さくするために受光面が１０μｍφ程度と小さい。そこで、前記光学素子を前記受光素子の受光面と前記プレーナ光波回路の上面との間に配置し、前記参照光を集光させて前記受光素子の受光面に照射させることとした。

また、前記プレーナ光波回路が並列した複数の前記導波路を有する場合、隣接する導波路からの参照光が受光素子の受光面に入射するクロストークが発生する。そこで、前記光学素子を前記受光素子の受光面と前記プレーナ光波回路の上面との間に配置することで、前記参照光を対応する受光面にのみ結合することができ、隣接する導波路からのクロストークを低減できる。

従って、本願第一の発明は、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で光信号の光強度をモニタでき、応答性がよく高精度のモニタ用光学素子を提供することができる。

プレーナ光波回路が複数の導波路を有する場合、導波路毎に前記参照光を対応する前記受光素子の受光面に集光する必要がある。導波路毎に参照光の光軸等の調整をすればモニタ用光学素子の製造が困難になる。そこで、プレーナ光波回路が複数の導波路を有する場合、前記光学素子として複数のレンズを並列に並べたレンズアレイを使用するとよい。

前記光学素子としてレンズアレイを備えるモニタ用光学素子の製造方法は、平面上を複数のＶ字型の溝が直線的に横断するＶ溝面を有するＶ溝基板の前記Ｖ字型の溝に屈折率分布型レンズを挿入し、前記Ｖ字型の溝側の前記Ｖ溝基板の表面をガラス板で覆い固定し、前記屈折率分布型レンズの光軸方向と垂直な方向に所定の間隔で切断してレンズアレイを形成する光学素子形成工程と、前記隆起物の平面に出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光が前記光学素子形成工程で形成した前記レンズアレイの前記屈折率分布型レンズに結合されるように、前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面の上に前記レンズアレイを配置する光学素子配置工程と、をさらに備え、前記研磨工程の後且つ前記受光素子配置工程の前に前記光学素子配置工程を行う。

前記レンズアレイは前記光学素子形成工程で形成できる。所望のＶ字型の溝の間隔のＶ溝基板及び所望の外径、長さならびに特性の屈折率分布型レンズを選択し、組み立てることで容易に前記レンズアレイを製造できる。さらに、前記レンズアレイは個々の屈折率分布型レンズの調整が不要であり、前記光学素子配置工程で位置合わせをするだけで導波路の参照光を対応する受光素子の受光面に結合できる。

従って、本発明は、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で、複数の導波路からの光信号の光強度をそれぞれモニタでき、応答性がよく高精度のモニタ用光学素子を簡易に製造できる製造方法を提供することができる。

本発明に係るモニタ用光学素子は、前記プレーナ光波回路の前記導波路は複数であり、前記プレーナ光波回路は、前記基板上に形成され、一又は複数の入力信号導波路から入力される光多重信号を多重されている光信号毎に分波して前記導波路に結合する分波回路と、前記基板上に形成され、前記導波路からの光信号を合波した光多重信号を一又は複数の出力信号導波路へ結合する合波回路と、をさらに有してもよい。

前記プレーナ光波回路は、前記分波回路と前記合波回路との間を複数の導波路で接続し、複数の前記導波路を一つの前記スリットが横断する構成を有している。前記分波回路は光多重信号を分波して多重されている光信号毎に前記導波路に出力する。前記スリットに嵌合された誘電体多層反射膜は前述のようにそれぞれの前記導波路から参照光を前記プレーナ光波回路の上面に出射させる。また、前記受光素子の受光面は前記導波路毎に配置されており、それぞれの前記参照光を受光することができる。

従って、本願第一の発明は、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で、多重されている各光信号の光強度を個々にモニタできるモニタ用光学素子を提供することができる。

なお、本願において、プレーナ光波回路の上面とは基板上に形成されたプレーナ光波回路の当該基板とは反対側の表面をいう。また、プレーナ光波回路の上面方向とは、基板からプレーナ光波回路の上面に向かう方向をいう。

本発明によれば、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で光信号の光強度をモニタできるモニタ用光学素子及びその製造方法を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。

（実施の形態１）
本実施形態は、基板上に形成されて光を伝搬する導波路ならびに前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成されて前記導波路を分断するスリットを有するプレーナ光波回路と、前記スリットと嵌合し、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜と、前記プレーナ光波回路の上で前記スリットの開口部の一部又は全部を覆うように配置され、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記プレーナ光波回路の上面と相対する受光面で受光する受光素子と、を備えるモニタ用光学素子である。

図１は、本願第一の発明の実施形態のひとつであるモニタ用光学素子５０１の構成を示す図である。図２は図１のモニタ用光学素子５０１のＡ−Ａ’における切断面を示した図である。なお、図３以降の図で使用する符号のうち、図１及び図２で使用した符号と同じ符号は同じ部品及び光信号を示す。

モニタ用光学素子５０１は基板１０、下部クラッド層１８、上部クラッド層１７、石英コア１３_１〜石英コア１３_ｎ（ｎは任意の自然数）、受光素子１４、受光面１４ａ、スリット１５、誘電体多層反射膜１６及び接着剤１９を備える。なお、以下の説明において石英コア１３_ｍと表したときは石英コア１３_１〜石英コア１３_ｎのいずれかの石英コアを意味するものとする。

基板１０はモニタ用光学素子５０１を物理的に支えるために１ｍｍ程度の厚みのシリコン板を使用する。下部クラッド層１８は石英で形成され、厚みは２０μｍである。上部クラッド層１７も石英で形成される。

石英コア１３_ｍはそれぞれ光を伝搬する導波路として機能する。石英コア１３_ｍはＡ−Ａ’の方向に垂直な断面において厚さ６μｍ、幅６μｍである。また、石英コア１３_ｍはモニタ用光学素子５０１の一の側面にある入力ポート１１から他の側面にある出力ポート２１へ至るように配置される。

前記プレーナ光波回路は下部クラッド層１８、上部クラッド層１７及び石英コア１３_ｍを含む。プレーナ光波回路の上面とは上部クラッド層１７の下部クラッド層１８と反対側の表面を意味する。

スリット１５は前記プレーナ光波回路の上面から基板１０までの深さの溝である。スリット１５の溝幅が大きいと光が漏洩し透過光損失を与えるため、スリット１５の溝幅は２５μｍ以下とすることが好ましい。図２のようにスリット１５はモニタ用光学素子５０１の表面から基板１０への方向に対して角度αを有するように斜めに形成されている。角度αは３０°以上４５°以下が例示できる。

誘電体多層反射膜１６は表面に入射する光の一部を透過し、一部を反射する。誘電体多層反射膜１６はスリット１５と嵌合させるため、誘電体多層反射膜１６の厚みはスリット１５の溝幅以下に設計される。また、誘電体多層反射膜１６として偏波依存損失の少ないものを選択することが好ましい。例えば、誘電体多層反射膜１６の偏波依存損失は０．１ｄＢ以上０．５ｄＢ以下であることが例示できる。参照光Ｍｍは石英コア１３_ｍを伝搬する光信号Ｌｍの偏波状態の影響を受け難くなるため、信号光Ｌｍの偏波状態に関わらず参照光の光強度を正確にモニタすることができる。

受光素子１４は受光面１４ａに入射する光強度を電気信号に変換する光電素子である。受光素子１４は受光面１４ａが窓ガラスのパッケージに入れられ気密封止されたものでも良い。受光素子１４としてフォトダイオードが例示できる。

基板１０の上に下部クラッド層１８を配置し、下部クラッド層１８と上部クラッド層１７とで石英コア１３_ｍを挟み、石英コア１３_ｍを導波路とするプレーナ光波回路を形成する。これらの石英コア１３_ｍは２５０μｍ間隔にｎ本並んでいる。ｎや石英コア１３_ｍの間隔はモニタ用光学素子５０１の用途や設計により変更される。

スリット１５は前記プレーナ光波回路に形成されており、石英コア１３_ｍを分断する。モニタ用光学素子５０１において、スリット１５の開口部の長手方向と導波路の方向との成す角度は直角であるが、該角度はモニタ用光学素子５０１の用途や設計により任意の角度としてよい。

スリット１５には誘電体多層反射膜１６が挿入され接着剤１９で固定される。接着剤１９の屈折率は導波路を伝搬する光の損失や反射を低減するため、石英コア１３_ｍの屈折率と略等しいことが望ましい。具体的には、接着剤１９の屈折率が１．４９以上１．５１以下であることが例示できる。屈折率が上記範囲にある紫外線硬化型の接着剤としてエポキシ接着剤及びアクリル系接着剤が使用できる。また、屈折率が上記範囲にある熱硬化型接着剤としてエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリエステル系接着剤、シリコン系接着剤及びポリウレタン系接着剤が使用できる。

受光素子１４は受光面１４ａがモニタ用光学素子５０１の表面と相対しており、受光素子１４はモニタ用光学素子５０１の表面に出射する誘電体多層反射膜１６からの参照光Ｍｍを受光できる位置に配置される。受光面１４ａは光信号の光強度のモニタが必要な導波路に対応する箇所に配置される。

なお、図１及び図２のモニタ用光学素子５０１では、受光素子１４はスリット１５を全て覆うように配置しているが、スリット１５と受光素子１４との相対位置や大きさにより受光素子１４がスリット１５の一部を覆う場合、あるいは受光素子１４がスリット１５を覆わない場合もある。

モニタ用光学素子５０１は次のように動作して導波路を伝搬する光信号の光強度をモニタする。なお、以下の説明においてスリット１５で分断された入力ポート１１側の石英コア１３_ｍを石英コア１３_ｍＩ、出力ポート２１側の石英コア１３_ｍを石英コア１３_ｍＯと記す。

入射光Ｌｍはモニタ用光学素子５０１の一の側面にある入力ポート１１から石英コア１３_ｍＩに入射される。入射光Ｌｍは石英コア１３_ｍＩを伝搬して誘電体多層反射膜１６に角度αで入射する。入射光Ｌｍは誘電体多層反射膜１６の反射率並びに透過損失に応じて、一部が反射し、一部が透過する。誘電体多層反射膜１６で反射された入射光Ｌｍは参照光Ｍｍとしてプレーナ光波回路の上面方向へ進む。また、誘電体多層反射膜１６を透過した入射光Ｌｍは透過光Ｔｍとして石英コア１３_ｍＯへ結合される。透過光Ｔｍは石英コア１３_ｍＯを伝搬し、モニタ用光学素子５０１の他の側面にある出力ポート２１から出射される。

参照光Ｍｍは上部クラッド層１７を通過してプレーナ光波回路の上面から出射して受光素子１４の受光面１４ａに受光される。受光素子１４から出力される信号（例えば電流値）を測定し、誘電体多層反射膜１６の反射率並びに透過損失とともに計算することで入射光Ｌｍの光強度ならびに透過光Ｔｍの光強度をモニタできる。

モニタ用光学素子５０１の典型的な特性を表１に示す。誘電体多層反射膜１６の偏波依存損失（反射光偏波依存損失）が表１程度であれば、信号光Ｌｍの偏波状態に関わらず参照光の光強度を正確にモニタすることができ、応答性がよく高精度のモニタ用光学素子とすることができる。なお、表１に示す特性はモニタ用光学素子５０１の一例であり、誘電体多層反射膜１６の種類やスリット１５の角度αの変更で特性仕様は要求に応じて変更可能である。

参照光Ｍｍは前記プレーナ光波回路の上面に対して角度γで出射するため、受光面１４ａが前記プレーナ光波回路の上面と平行に配置されていれば、受光面１４ａにおける参照光Ｍｍの照射形状は楕円となる。角度γが大きい場合、長軸と短軸との差が大きくなる。受光素子１４の受光感度を一定に保つため、受光面１４ａを大きくしておく必要があり、受光素子１４の小型化が困難という課題がある。

また、複数の導波路をもつプレーナ光波回路の場合、受光面１４ａを大きくすれば隣接導波路とのクロストークが問題となる。そのため、導波路間隔を広くする必要があり、プレーナ光波回路の小型化が困難という課題もある。

例えば、この課題を解決するために、受光面１４ａの垂線と参照光Ｍｍの光軸方向とを一致させるように、前記プレーナ光波回路の上面で受光素子１４を傾斜させ、受光面１４ａにおける参照光Ｍｍの照射形状を円形に近づけることもできる。しかし、受光素子１４を最大受光感度となるように受光面１４ａを傾斜させて配置することは困難である。

そこで、本発明のようにスリット１５の角度αを表１に示す入射角とすることが好ましい。参照光Ｍｍは前記プレーナ光波回路の上面に対して約６０°から約９０°の角度γで出射することになる。角度γが上記範囲であれば受光面１４ａにおける参照光Ｍｍの照射形状は円形に近づくため、受光面１４ａを大きくすることや受光素子１４を傾斜させることが不要となる。

従って、スリット１５の角度αを前記範囲とすることで受光面１４ａを小さくすることができ、モニタ用光学素子５０１の小型化を図ることができる。さらに、複数の導波路が存在してもクロストークが低減するので、導波路間隔を狭くでき、モニタ用光学素子５０１の小型化を図ることができる。

モニタ用光学素子５０１は、コア材とクラッド材とで構成されて光を伝搬する導波路が基板上に形成されたプレーナ光波回路に、前記導波路を分断するスリットを前記プレーナ光波回路の前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成するスリット形成工程と、前記スリット形成工程の後に、前記スリット形成工程で形成した前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜を前記スリットに嵌合させる誘電体多層反射膜嵌合工程と、前記誘電体多層反射膜嵌合工程の後に、前記コア材と略等しい屈折率の接着剤を塗布し、前記誘電体多層反射膜嵌合工程で前記スリットに嵌合させた前記誘電体多層反射膜と前記スリットとを固定するとともに、前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分を包含するように接着剤で隆起物を形成する隆起物形成工程と、前記隆起物形成工程の後に、前記隆起物形成工程で形成された前記隆起物を前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分とともに研磨し、前記隆起物に前記プレーナ光波回路の上面と平行な平面を形成する又は前記隆起物を除去して前記プレーナ光波回路の上面を露出させる研磨工程と、前記研磨工程の後に、受光面を前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は研磨工程で露出させた前記プレーナ光波回路の上面と相対させ、前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を受光できる位置に受光素子を配置する受光素子配置工程と、を備えるモニタ用光学素子製造方法で製造できる。

スリット形成工程は前記プレーナ光波回路の導波路に垂直な線２５に対して角度αでスリット１５を形成する工程である。スリット１５は汎用のダイシング装置で形成できる。ダイシング装置のブレードを幅１５〜２５μｍ程度のブレードとし、前記プレーナ光波回路を載せたダイシング装置の台座を傾斜させる。前記ブレードにより前記プレーナ光波回路の上面から基板１０まで切れ込みを入れることで前記プレーナ光波回路の所望の箇所にスリット１５を形成できる。ダイシング装置を使用せず、反応性イオンエッチングによる方法でもスリット１５を形成することができる。この場合、スリット１５の幅を５〜１５μｍとすることができる。スリット形成工程後のプレーナ光波回路を図３に示す。図４は図３のプレーナ光波回路のＡ−Ａ’における切断面を示した図である。

誘電体多層反射膜嵌合工程はスリット１５に誘電体多層反射膜１６を挿入する工程である。隆起物形成工程はスリット１５に嵌合させた誘電体多層反射膜１６を接着剤１９で固定する工程である。誘電体多層反射膜嵌合工程の後、前記プレーナ光波回路の上面から誘電体多層反射膜１６の一部が突起した状態になる。前記プレーナ光波回路の上面に突起した誘電体多層反射膜１６の部分を覆うように接着剤１９を塗布する（図５）。接着剤の塗布によりスリット１５と誘電体多層反射膜１６との隙間に接着剤１９が流れ込み、スリット１５と誘電体多層反射膜１６とを固定することができる。また、前記プレーナ光波回路の上面に突起した誘電体多層反射膜１６の部分は接着剤１９で覆われ接着剤の隆起物５９となる。

接着剤塗布の際に接着剤に泡が含まれる場合又はスリット１５と誘電体多層反射膜１６との隙間に接着剤１９が充填されない箇所が生ずる場合、誘電体多層反射膜１６における透過率及び反射率が変化するため、予め接着剤から脱気しておくこと又は粘度の低い接着剤を使用することが望ましい。例えば、接着剤の粘度として２２ｍＰａ・ｓが例示できる。図５は隆起物形成工程後のプレーナ光波回路の石英コア１３_ｍを含む面で切断した切断面を示した図である。

研磨工程は、接着剤の隆起物５９を前記プレーナ光波回路の上面に突起した誘電体多層反射膜１６の一部とともにラッピングなどで研磨して平らな面を形成する工程である。参照光が伝搬する距離を短縮し、参照光の広がりを抑えるために接着剤の隆起物５９及び誘電体多層反射膜１６を研磨する。なお、前記プレーナ光波回路の上面を研磨しないように、接着剤の隆起物５９を全て研磨せず、接着剤の薄膜５９ａを残してもよい。図６は研磨工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む面で切断した切断面を示した図である。図６は接着剤の薄膜５９ａが残された状態の図である。なお、図２に示すモニタ用光学素子５０１は研磨工程で接着剤の隆起物５９を全て研磨して製造したものである。

受光素子配置工程は、誘電体多層反射膜１６からの参照光を受光する受光素子１４を配置する工程である。研磨工程の後にプレーナ光波回路の上面又は接着剤の薄膜５９ａ上に受光面１４ａを下にして受光素子１４を配置する。受光素子１４とプレーナ光波回路の上面又は接着剤の薄膜５９ａとはＵＶ接着剤で固定する。受光素子１４の電極接続はプレーナ光波回路上に形成された配線パターンとの間をワイヤボンドで行っても良い。また、受光素子１４が前面電極構造のフォトダイオードチップの場合、ＢＧＡ（ボールグリットアレイ）の手法でプレーナ光波回路に形成された電極パッドに直接受光素子１４を接続しても良い。図７は受光素子配置工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む面で切断した切断面を示した図である。図７では受光素子１４の電気配線の記載を省略している。

従って、スリット形成工程から受光素子配置工程で、プレーナ光波回路の導波路の任意の位置で光信号の光強度をモニタできるモニタ用光学素子を製造することができる。

（実施の形態２）
本実施形態は、前記プレーナ光波回路の上面と前記受光素子の前記受光面との間に、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記受光素子の前記受光面に集光する光学素子をさらに備えるモニタ用光学素子である。

図８は、本願第一の発明の他の実施形態であるモニタ用光学素子５０８の構成を示す図である。図９は石英コア１３ｍを含む面で切断した図８のモニタ用光学素子５０８の切断面を示した図である。図１のモニタ用光学素子５０１とモニタ用光学素子５０８との違いは、モニタ用光学素子５０８が光学素子８７をさらに備えていることである。

光学素子８７はレンズ８５を含む。そのため、光学素子８７の一方から入射した光はレンズ８５を通り、光学素子８７の他方から出射してレンズ８５の焦点に集光する。具体的には、レンズ８５は参照光Ｍｍを受光面１４ａに集光できるように設計されている。光学素子８７は前記プレーナ光波回路の上面と受光素子１４の受光面１４ａとの間に配置される。参照光Ｍｍが角度γで出射するため、図９のようにレンズ８５の光軸を参照光Ｍｍの光軸に合わせてもよい。

モニタ用光学素子５０８は次のように動作して導波路を伝搬する光信号の光強度をモニタする。モニタ用光学素子５０８は図１のモニタ用光学素子５０１の動作説明と同様に、入射光Ｌｍの一部を参照光Ｍｍとして前記プレーナ光波回路の上面に出射させる。前記プレーナ光波回路の上面に出射した参照光Ｍｍは光学素子８７に入り、集光されて受光面１４ａに結合される。

参照光Ｍｍは集光しており、受光面１４ａをさらに小さくできるため、受光素子１４の小型化ができる。また、浮遊静電容量を低減することができるため、受光素子１４は高速動作が可能となる。従って、モニタ用光学素子５０８は、モニタ用光学素子５０１に比べ小型化でき、高速通信の光信号の光強度を直接且つ正確に測定することができる。

また、プレーナ光波回路が複数の導波路を有する場合、光学素子８７を複数のレンズ８５が一次元あるいは二次元に配置されたレンズアレイとすることが好ましい。例えば、前記レンズアレイのレンズ８５として、微小なマイクロレンズ、フレネルレンズ及び屈折率分布型レンズが例示できる。屈折率分布型レンズとしてはＧＲＩＮレンズやＧＩ（グレーテッドインデックス）型の光ファイバが例示できる。光学素子８７はクロストークを防止できるため、モニタ用光学素子５０８の小型化が図れる。さらに、個々のレンズの位置合わせ等の調整が不要になり製造コストの低減を図ることができる。

次に、屈折率分布型レンズを利用したレンズアレイの光学素子８７を備えたモニタ用光学素子５０８の製造方法を説明する。モニタ用光学素子５０８は、図１で説明したモニタ用光学素子５０１の製造方法において、研磨工程の後且つ受光素子配置工程の前に光学素子８７を配置する光学素子配置工程を行うことで製造できる。光学素子８７としてレンズアレイを配置する場合、レンズアレイを製造する光学素子形成工程が必要である。

具体的には、モニタ用光学素子５０８の製造方法は、平面上を複数のＶ字型の溝が直線的に横断するＶ溝面を有するＶ溝基板の前記Ｖ字型の溝に屈折率分布型レンズを挿入し、前記Ｖ字型の溝側の前記Ｖ溝基板の表面をガラス板で覆い固定し、前記屈折率分布型レンズの光軸方向と垂直な方向に所定の間隔で切断してレンズアレイを形成する光学素子形成工程と、前記隆起物の平面に出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光が前記光学素子形成工程で形成した前記レンズアレイの前記屈折率分布型レンズに結合されるように、前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面の上に前記レンズアレイを配置する光学素子配置工程と、をさらに備え、前記研磨工程の後且つ前記受光素子配置工程の前に前記光学素子配置工程を行う。

図１０にレンズアレイの製造工程を示す。シリコンあるいはガラスの基板９５にＶ字型のＶ溝を形成する（図１０（ａ））。図１０（ａ）で形成したＶ溝付の基板９５のＶ溝に屈折率分布型レンズ９６を配列させる（図１０（ｂ））。例えば、１２５μｍ間隔のＶ溝に直径１２５μｍの屈折率分布型レンズ９６を配列することが例示できる。Ｖ溝の間隔および屈折率分布型レンズ９６の直径、本数は任意で良い。

図１０（ｂ）の後に屈折率分布型レンズ９６を含む基板９５の表面に接着剤を塗布し、カバーガラス９７を取り付ける（図１０（ｃ））。接着剤としては熱硬化型や紫外線硬化型を用いることができるが、ここでは作業性の良さから紫外線を照射して、接着剤を硬化させた。予備実験等で参照光を受光素子の受光面に集光できる最小の屈折率分布型レンズの長さを測定しておき、屈折率分布型レンズ９６を長手方向に基板９５、屈折率分布型レンズ９６及びカバーガラス９７をまとめて前記長さ毎にダイシングソーで切断する。

基板９５、屈折率分布型レンズ９６及びカバーガラス９７を屈折率分布型レンズ９６に対して垂直に切断し完成させたレンズアレイ９８を図１０（ｄ）に示す。任意の長さに切断することや屈折率分布型レンズ９６に対して斜めに切断することで特性が変化するため、モニタ用光学素子の要求特性（例えば隣接間クロストークの改善、感度改善、周波数特性改善）に合わせてカスタマイズが可能である。

光学素子配置工程では図８又は図９の光学素子８７の代替として光学素子形成工程で作成したレンズアレイ９８を配置する。レンズアレイ９８は研磨工程後のプレーナ光波回路の上面又は接着剤の薄膜５９ａの上に配置される。平らな切断面を薄膜５９ａ上に配置するため、作業が容易である。レンズアレイ９８の位置は次のように決定してもよい。あらかじめレンズアレイ９８に光を照射し、前記光のうち屈折率分布型レンズ透過したビームがプレーナ光波回路の上面に対して垂直になるようにレンズアレイ９８の位置を調整し、その位置に目印を置く。前記目印に合わせてレンズアレイ９８を取り付ける。あるいは、プレーナ光波回路の入力ポート１１の両側（例えば、図８の石英コア１３_１−Iと１３_９−I）に光を入射し、レンズアレイ９８からの出射光がプレーナ光波回路の上面に対して垂直になるように合わせ、そのまま接着固定する方法がある。入射光の波長が１．５５μｍ帯の近赤外光の場合にはレンズアレイの出射上部付近に赤外線撮像装置（例えば、焦電ビジコンなど）を配置し、ビームの垂直性を確認しながら接着固定することができる。また、簡便にはヘリウムネオンレーザーを入射して、目視又はＣＣＤセンサーで垂直性を出すこともできる。

さらに、受光素子配置工程で、レンズアレイ９８の上に受光素子１４を受光感度が最大になるように配置する。平らな切断面上に受光素子１４を配置するため、作業が容易である。

（実施の形態３）
本実施形態に係るモニタ用光学素子は、前記プレーナ光波回路の前記導波路は複数であり、前記プレーナ光波回路は、前記基板上に形成され、一又は複数の入力信号導波路から入力される光多重信号を多重されている光信号毎に分波して前記導波路に結合する分波回路と、前記基板上に形成され、前記導波路からの光信号を合波した光多重信号を一又は複数の出力信号導波路へ結合する合波回路と、をさらに有している。

図１１は本願第一の発明の他の実施形態であるモニタ用光学素子５１１の概念図である。モニタ用光学素子５１１は導波路１２６、入力信号導波路１２７、前記分波回路としての分波用ＡＷＧ１２０、前記合波回路としての合波用ＡＷＧ１２５、出力信号導波路１２８ならびに前記スリット１５を有するプレーナ光波回路と、前記誘電体多層反射膜１６と、受光素子１４と、を備える。

モニタ用光学素子５１１と図１のモニタ用光学素子５０１との違いは、モニタ用光学素子５１１のプレーナ光波回路に入力信号導波路１２７、分波用ＡＷＧ１２０、合波用ＡＷＧ１２５、出力信号導波路１２８をさらに有していることである。

入力信号導波路１２７は外部の光ファイバなどと接続され、ＷＤＭ信号のような多重光信号が結合される。図１１で入力信号導波路１２７は１本であるが、複数本であってもよい。分波用ＡＷＧ１２０は入力される一又は複数のＷＤＭ信号を多重されている光信号の波長毎に分派して出力する。合波用ＡＷＧ１２５は波長の異なる光信号を合波して一又は複数のＷＤＭ信号を出力する。出力信号導波路１２８は外部の光ファイバなどと接続され、該光ファイバにＷＤＭ信号を結合する。図１１で出力信号導波路１２８は１本であるが、複数本であってもよい。

導波路１２６は図１で説明した石英コア１３_ｍと同じ構成であり、同様に機能する。スリット１５、誘電体多層反射膜１６及び受光素子１４は図１のモニタ用光学素子５０１の説明のように機能する。

モニタ用光学素子５１１は次のように製造できる。基板上にプレーナ光波回路として公知の製造方法で導波路１２６、入力信号導波路１２７、前記分波回路としての分波用ＡＷＧ１２０、前記合波回路としての合波用ＡＷＧ１２５、出力信号導波路１２８を形成しておき、図１のモニタ用光学素子５０１の製造方法で説明したように、導波路１２６にスリット１５を形成する。次いで、図１のモニタ用光学素子５０１の製造方法で説明したように、誘電体多層反射膜１６を挿入して固定し、受光素子１４を配置する。

モニタ用光学素子５１１に入力されたＷＤＭ信号は、分波用ＡＷＧ１２０で波長毎の光信号に分割され、それぞれ導波路１２６に結合される。それぞれの導波路１２６を伝搬する光信号は図１のモニタ用光学素子５０１の説明のように一部が参照光として受光素子１４に受光される。図１のモニタ用光学素子５０１の説明のように誘電体多層反射膜１６を透過した光信号は合波用ＡＷＧ１２５で合波され、ＷＤＭ信号として外部へ出力される。

従って、モニタ用光学素子５１１は簡易な構造でＷＤＭ信号に多重されている光信号毎の光強度を直接測定することができる。例えば、モニタ用光学素子５１１をＷＤＭ信号が伝送される光ファイバに挿入することで、特許文献１に記載されるような部品点数の多いファイバタップ回路及び高価なスペクトロアナライザを使用せず光強度を直接測定することができる。

（実施の形態４）
図１２は本願第一の発明の他の実施形態であるモニタ用光学素子５１２の概念図である。図１２で使用する符号と図１１で使用した符号と同一の符号は同一の部品を示す。モニタ用光学素子５１２と図１１のモニタ用光学素子５１１との違いは、モニタ用光学素子５１２には可変減衰器１２４がさらに備えられていることである。

可変減衰器１２４は入力された光信号の光強度を減衰して出力する。光強度の減衰量は図示しない外部からの信号で変化させることができる。例えば、可変減衰器１２４としてＴＯＭＺ型光減衰器が例示できる。ＴＯＭＺ型光減衰器とは、導波路をカプラあるいはＹ分岐で２つに分岐し、それぞれの導波路を一定の長さに保持して、カプラあるいはＹ分岐でさらに１つの導波路に結合してマッハゼンダー（ＭＺ）光学干渉光学系を形成したものである。２つに分岐した導波路の片方を加熱するなどして、熱光学効果により位相差を与えるとその位相差の程度によりこの干渉系を通過した光を可変減衰させることが可能である。可変減衰器１２４は図示しない制御回路を介して受光素子１４と接続している。

モニタ用光学素子５１２は図１１のモニタ用光学素子５１１と同様に製造できる。モニタ用光学素子５１２は図１１のモニタ用光学素子５１１と同様に動作する。さらに、モニタ用光学素子５１２は、受光素子１４で測定した光信号の光強度を基に、可変減衰器１２４へフィードバック制御することができる。具体的には、それぞれの導波路１２６を伝搬する光信号の内、最も光強度が弱い光信号の光強度に他の光信号の光強度を合わせるように可変減衰器１２４を調整することができる。

従って、モニタ用光学素子５１２は図１１のモニタ用光学素子５１１で説明した効果の他に、分波した光信号毎に光強度を調整できる。例えば、ＷＤＭ通信の場合、波長毎に光強度が異なる光信号を合波すると伝送特性の劣化が生ずる。そこで、ＷＤＭ通信の伝送路にモニタ用光学素子５１２を挿入すれば、波長毎の光強度が揃うため、ＷＤＭ通信の伝送特性の向上を図ることができる。

（実施の形態５）
図１３は本願第一の発明の他の実施形態であるモニタ用光学素子５１３の概念図である。図１３で使用する符号と図１１及び図１２で使用した符号と同一の符号は同一の部品を示す。モニタ用光学素子５１３と図１１のモニタ用光学素子５１１との違いは、モニタ用光学素子５１３には可変減衰器１２４及び光再配置型アドドロップ回路１３２がさらに備えられていることである。

光再配置型アドドロップ回路１３２は、ドロップ用導波路１２１、アド用導波路１２２及び熱光学効果型光スイッチ１２３を含む。ドロップ用導波路１２１及びアド用導波路１２２は入力信号導波路１２７や出力信号導波路１２８とは別にモニタ用光学素子５１３の外部から光信号を入力又は外部へ光信号を出力する。熱光学効果型光スイッチ１２３は主導波路へ他の光回路からの光信号を挿入（アド）するあるいは主導波路から他の光回路へ信号を転送するために取り出す（ドロップ）。

熱光学効果型光スイッチ１２３は分波用ＡＷＧ１２０とスリット１５との間で、導波路１２６毎に配置される。さらに、それぞれの熱光学効果型光スイッチ１２３には外部からの光信号が入力されるアド用導波路１２２及び外部へ光信号を出力するドロップ用導波路１２１が接続される。

モニタ用光学素子５１３は、熱光学効果型光スイッチ１２３によりアド用導波路１２２からの光信号を導波路１２６毎にアドする。また、モニタ用光学素子５１３は、熱光学効果型光スイッチ１２３によりドロップ用導波路１２１へ光信号を導波路１２６毎にドロップする。モニタ用光学素子５１３は、アド又はドロップされた光信号の光強度を図１１のモニタ用光学素子５１１で説明したように導波路毎に測定することができる。さらに、モニタ用光学素子５１３は、その測定結果に基づき、図示しないフィードバック回路で可変減衰器１２４にフィードバックして、スルーあるいはアドされる光信号の光強度を調整し、合波用ＡＷＧ１２５で合波される光信号の光強度をそろえることができる。

従って、モニタ用光学素子５１３は図１１のモニタ用光学素子５１１で説明した効果の他に、分波した光信号毎にアド又はドロップができ、スルーあるいはアドされる光信号の光強度を調整できる。例えば、ＷＤＭ通信の場合、アドドロップ装置としてモニタ用光学素子５１３を使用すれば、波長毎の光強度が揃うため、ＷＤＭ通信の伝送特性の向上を図ることができる。

アドドロップ装置としてモニタ用光学素子５１３を使用すれば、ファイバタップ回路やスペクトロアナライザを使用しないため、小型で低価格のアドドロップ装置を製造することができる。

本発明のモニタ用光学素子は、プレーナ光波回路であれば、基板上にアドドロップ機能以外にも、光結合分岐機能やスプリット機能などの光波回路を含むことができ、導波路の所望の位置で光信号の光強度を測定できる。

本願第一の発明の一実施形態に係るモニタ用光学素子５０１の概念図である。モニタ用光学素子５０１をＡ−Ａ’（石英コア１３_ｍを含む平面）で切断した切断面を示した図である。スリット形成工程後のプレーナ光波回路の概念図である。スリット形成工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む平面で切断した切断面を示した図である。隆起物形成工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む平面で切断した切断面を示した図である。研磨工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む平面で切断した切断面を示した図である。受光素子配置工程後のプレーナ光波回路を石英コア１３_ｍを含む平面で切断した切断面を示した図である。本願第一の発明の他の実施形態に係るモニタ用光学素子５０８の概念図である。モニタ用光学素子５０８を石英コア１３_ｍを含む平面で切断した切断面を示した図である。レンズアレイの製造工程を示す図である。（ａ）は基板にＶ溝を形成する工程後の図である。（ｂ）はＶ溝に屈折率分布型レンズを配列する工程後の図である。（ｃ）カバーガラス取り付け工程後の図である。（ｄ）ダイシングソーで切断する工程後の図である。本願第一の発明の他の実施形態に係るモニタ用光学素子５１１の概念図である。本願第一の発明の他の実施形態に係るモニタ用光学素子５１２の概念図である。本願第一の発明の他の実施形態に係るモニタ用光学素子５１３の概念図である。

符号の説明

５０１、５０８、５１１、５１２、５１３モニタ用光学素子
１０基板
１１入力ポート
１３_ｍ石英コア、ｍは１からｎまでの自然数（石英コアは導波路として機能する）
１３_ｍ―Ｉ入力側石英コア（石英コアは導波路として機能する）
１３_ｍ―Ｏ出力側石英コア（石英コアは導波路として機能する）
１４受光素子
１４ａ受光面
１５スリット
１６誘電体多層反射膜
１７上部クラッド層
１８下部クラッド層
１９接着剤
２１出力ポート
２５プレーナ光波回路の導波路に垂直な線
５９接着剤の隆起物
５９ａ接着剤の隆起物５９を研磨して作成した薄膜
８５レンズ
８７光学素子
９５Ｖ溝基板
９６屈折率分布型レンズ
９７カバーガラス
９８レンズアレイ
１２０分波用ＡＷＧ
１２１ドロップ用導波路
１２２アド用導波路
１２３熱光学効果型光スイッチ
１２４可変減衰器
１２５合波用ＡＷＧ
１２６導波路
１２７入力信号導波路
１２８出力信号導波路
１３２光再配置型アドドロップ回路

Claims

基板上に形成されて光を伝搬する導波路ならびに前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成されて前記導波路を分断するスリットを有するプレーナ光波回路と、
前記スリットと嵌合し、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜と、
前記プレーナ光波回路の上で前記スリットの開口部の一部又は全部を覆うように配置され、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記プレーナ光波回路の上面と相対する受光面で受光する受光素子と、
を備えるモニタ用光学素子。
前記プレーナ光波回路の上面と前記受光素子の前記受光面との間に、前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を前記受光素子の前記受光面に集光する光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモニタ用光学素子。
前記プレーナ光波回路の前記導波路は複数であり、
前記プレーナ光波回路は、
前記基板上に形成され、一又は複数の入力信号導波路から入力される光多重信号を多重されている光信号毎に分波して前記導波路に結合する分波回路と、
前記基板上に形成され、前記導波路からの光信号を合波した光多重信号を一又は複数の出力信号導波路へ結合する合波回路と、
をさらに有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のモニタ用光学素子。
コア材とクラッド材とで構成されて光を伝搬する導波路が基板上に形成されたプレーナ光波回路に、前記導波路を分断するスリットを前記プレーナ光波回路の前記導波路側の上面から前記基板への方向に対して所定の角度で形成するスリット形成工程と、
前記スリット形成工程の後に、前記スリット形成工程で形成した前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を参照光として前記プレーナ光波回路の上面方向へ反射させ、前記スリットで分断された前記導波路の一方からの光の一部を透過させて前記スリットで分断された前記導波路の他方へ結合する誘電体多層反射膜を前記スリットに嵌合させる誘電体多層反射膜嵌合工程と、
前記誘電体多層反射膜嵌合工程の後に、前記コア材と略等しい屈折率の接着剤を塗布し、前記誘電体多層反射膜嵌合工程で前記スリットに嵌合させた前記誘電体多層反射膜と前記スリットとを固定するとともに、前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分を包含するように接着剤で隆起物を形成する隆起物形成工程と、
前記隆起物形成工程の後に、前記隆起物形成工程で形成された前記隆起物を前記誘電体多層反射膜の前記プレーナ光波回路の上面に突出する部分とともに研磨し、前記隆起物に前記プレーナ光波回路の上面と平行な平面を形成する又は前記隆起物を除去して前記プレーナ光波回路の上面を露出させる研磨工程と、
前記研磨工程の後に、受光面を前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は研磨工程で露出させた前記プレーナ光波回路の上面と相対させ、前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面から出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光を受光できる位置に受光素子を配置する受光素子配置工程と、
を備えるモニタ用光学素子製造方法。
平面上を複数のＶ字型の溝が直線的に横断するＶ溝面を有するＶ溝基板の前記Ｖ字型の溝に屈折率分布型レンズを挿入し、前記Ｖ字型の溝側の前記Ｖ溝基板の表面をガラス板で覆い固定し、前記屈折率分布型レンズの光軸方向と垂直な方向に所定の間隔で切断してレンズアレイを形成する光学素子形成工程と、
前記隆起物の平面に出射する前記誘電体多層反射膜からの前記参照光が前記光学素子形成工程で形成した前記レンズアレイの前記屈折率分布型レンズに結合されるように、前記研磨工程で形成された前記隆起物の平面又は前記プレーナ光波回路の上面の上に前記レンズアレイを配置する光学素子配置工程と、
をさらに備え、
前記研磨工程の後且つ前記受光素子配置工程の前に前記光学素子配置工程を行うことを特徴とする請求項４に記載のモニタ用光学素子製造方法。