JP2008139478A

JP2008139478A - 導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板

Info

Publication number: JP2008139478A
Application number: JP2006324431A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Miura; 義從三浦; Atsushi Watabe; 敦渡部
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】
導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板において、その挿入損失の低減を図ると共に、両者の高精度な光軸調整を不要とすることにより製造コストの低減と量産性の向上を図る。
【解決手段】
導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部の、光源からの光入射端近傍における断面積を他の部分に比して小さくすることにより、当該部位におけるモードフィルド径を増大せしめる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信や光を用いた放送波伝送、及び光による計測等において用いられる光導波路回路基板に関し、特に、光源となるレーザーから出射された光波が、種々の原因で光源に戻ることを防止する機能を有する導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板に関する。

図１０に、従来からよく知られた、ファラデー回転子を用いた光アイソレータの構成概略を示す。図中、１０１はファラデー回転子、１０２は偏光子、１０３は検光子、１０４は永久磁石等の磁界印加手段、１０５は半導体レーザー等から成る光源、１０６は光源１０５から出射された光の伝播方向を示す。

従来、ファラデー回転子１０１の材料としては、例えば特開平７−２０６５９３号公報に記載されているように、非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル法で形成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が用いられていた。一般的に、ファラデー回転子１０１に入射する光の偏光方向と、ファラデー回転子を透過した後の光の偏光方向との成す角度、すなわちファラデー回転角は、ファラデー回転子の光伝播方向の厚さに比例する。

例えば、光アイソレータの場合、ファラデー回転角は４５度であることが必要であり、そのためのビスマス置換希土類鉄ガーネットの厚さは４００〜５００μｍとなる（以下、４５度のファラデー回転角を得るための厚さを「伝播長」と記す）。通常、係る伝播長を得るために、液相エピタキシャル法で、ビスマス置換希土類鉄ガーネットを前述した伝播長より厚く形成した後、基板を研磨で除去し、更に、精密研磨により所望のファラデー回転角を得るために必要な膜厚に追い込む、と云う加工方法が採られていた。

一方、所謂導波路型の光アイソレータ、及びそれを光導波路回路基板に搭載する態様については、例えば、特開平７−１９９１１９号公報に開示されている。同公報においては、置換型YIG（イットリウム鉄ガーネット）から構成されるコア部を有する導波路型光アイソレータにおいて、挿入損失として１．５〜２ｄＢ、アイソレーションとして〜２６ｄＢが達成できることが開示されている。
特開平７−２０６５９３号公報特開平７−１９９１１９号公報

光アイソレータを光導波路回路基板に搭載させる方法の一に所謂嵌め込み型がある。嵌め込み型とは、別個独立に製造した光アイソレータ、例えば導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを組み合わせる方法で、光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を製造する方法である。嵌め込み型は、導波路型光アイソレータを光導波路回路基板に直接、一体として作り込む、所謂モノリシック型に比べて、製造プロセスが単純で、かつ高い製造歩留まりが期待できる点で有利である。

しかし、導波路型光アイソレータを挿入することによる損失（以下、「挿入損失」と記す。）を小さくするためには、光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部と導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部との相対位置をサブミクロンオーダーで精密に調整する必要がある。例えば、斯かる調整方法としては、光導波路回路基板に設けられた導波路に試験光を入射し、導波路型光アイソレータと光導波路回路基板との相対位置を調整しつつ挿入損失量を測定し、当該損失量が極小になる位置で導波路型光アイソレータを光導波路回路基板に固着する、と云った方法を採る必要がある。

すなわち、従来の嵌め込み型の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板においては、その量産性が低く、結果としてその製造コストは高価なものとなっていた。

前記従来技術の解決すべき課題に対して、本発明により提供される第１の手段は、
基体上に第１のクラッド層、該第１のクラッド層上に設けられたファラデー効果を有する磁性体ガーネットから成るコア部、該コア部を覆う第２のクラッド層を有する導波路と偏光手段とを具備する導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板であって、該導波路型光アイソレータの該コア部の一部の光伝搬方向に直交する面の断面積が該コア部の他の部分に比して小さくなっていることを特徴とする導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板である。

また、本発明により提供される第２の手段は、
該光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する部分の光伝搬方向と直交する面の断面積が、該光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部の他の部分に比して小さくなっていることを特徴とする前記第１の手段に係る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板である。

また、本発明により提供される第３の手段は、
該偏光手段が単一の偏光板から成り、該偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする前記第１若しくは第２の手段に係る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板である。

また、本発明により提供される第４の手段は、
該偏光手段が単一の偏光板から成り、該偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源と反対側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入されたことを特徴とする前記第１若しくは第２の手段に係る導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板である。

また、本発明により提供される第５の手段は、
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする前記第１若しくは第２の手段に係る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板である。

また、本発明により提供される第６の手段は、
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、光源側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられ、かつ該第２の偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源と反対側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入されたことを特徴とする前記第１若しくは第２の手段に係る導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板である。

更に、本発明により提供される第６の手段は、
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入され、かつ第２の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする前記第１若しくは第２の手段に係る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。

以下、図４〜図５（ｂ）を用いて、光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部と導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部との相対位置が挿入損失に及ぼす影響等について説明する。

図４は、従来の嵌め込み型の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板の導波路型光アイソレータが搭載された部分の構成を示す概略側断面図である。図中、４０は光導波路回路基板の基板、４１は光導波路回路基板に設けられた導波路のクラッド層、４２は同コア部、４３は導波路型光アイソレータの基板、４４は導波路型光アイソレータに設けられた導波路のコア部、４５は同クラッド層、４６は偏光子、４７は検光子、４８，４８‘は光源（図示せず）から出射された光がコア部４２内を伝搬する方向を示す矢印、４９は光源（図示せず）から出射された光がコア部４４内を伝搬する方向を示す矢印である。

本構成においては、偏光子４６と検光子４７の透過軸が互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、様々な要因で光源に戻る帰還光に対しては、検光子３６は偏光子として、偏光子３５は検光子と機能する。

以下、図４に示した導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板において、損失が発生する原因、及び光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部と導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部との相対位置が挿入損失に及ぼす影響等について説明する。

図５ａは、導波路から出射された光が拡がる様子を模式的に示した図であり、図５ｂは、図４において、偏光子４６近傍における光の伝搬の様子を模式的に示す概略側断面図である。図５ａ中、５１は基板、５２はクラッド層、５３はコア部、５４は模式的に示した光の拡がり、５５はコア部５３の端部近傍から出射された光が伝搬する平均的な方向を示す矢印である。また、図５ｂ中、５６は模式的に示した偏光子４６の内部を伝搬する光の拡がりである。

図５ａに示したように、コア部５３の端部から空間に出射された光は拡散し、そのビーム幅は拡がる。斯かるビーム幅の拡がり量は、コア部５３の出射端からの距離の増大と共に増加し、また当該距離が一定の場合には、コア部５３の出射端における面積の減少と共に増大する。

一般的に、光導波路回路基板に設けられる導波路は、石英ガラスを主材料とする、所謂石英系導波路であり、そのコア部の光伝搬方向に直交する面内における形状（以下、係る形状を「コア部の断面形状」と記す）は、一辺が〜１０μｍの略正方形状である。これに対して、導波路型光アイソレータに設けられる導波路のコア部の断面形状は、屈折率の関係から、その一辺が３〜８μｍの略正方形状となる。従って、導波路型光アイソレータに構成された導波路か出射された光のビーム幅は、石英系導波路から空間に出射された光のビーム幅に比べて大きい。

また、図５ｂに示したように、偏光子４６を介して、光導波路回路基板に設けられた導波路と導波路型光アイソレータに設けられた導波路とを対向させた場合においても、前述した場合と同様、コア部４２を伝搬する光４８は、偏光子４６内を伝搬する際に、そのビーム幅は拡がることになる（図中拡がり５６）。従って、そのビーム幅の拡がりに対応した分だけ、コア部４４内を伝搬する光４９のパワーは損失を受けることになる。更に、前述したように、導波路型光アイソレータに設けられたコア部４４の断面積は、光導波路回路基板に設けられたコア部４２の断面積に比して小さいために、その損失量は更に増大することになる。

従って、斯かる構成において挿入損失を極小にするためには、光導波路回路基板に設けられた導波路と導波路型光アイソレータに設けられた導波路との相対位置を高精度に合わせる必要がある。

一般的に、光導波路における光の取り込み効率、ηは、光導波路の入射端面をｘｙ面とした場合、（１）式によって与えられる。

式（１）において、φ（x,y）は、ｘｙ面における入射光の電界強度分布を与える式、ψ（x,y）は導波路を伝搬する光の電界強度分布を与える式、δx、δyは各々電界強度分布の中心位置のずれ量である。

式（１）より、挿入損失を低減する方法として、受け側であるコア部（例えば、図５ｂ中のコア部４４）の電界強度分布の拡がり幅を増大せしめる方法が有効である。係る方法として、コア部の断面積自体を増大せしめる方法が考えられる。しかし、同方法をとる場合には、コア部内を伝搬する光のシングルモード条件が満足されなくなることから適当ではない。

すなわち、本発明は、導波路を伝搬する光の電界強度分布の幅、所謂モードフィルド径（伝搬する光の電界強度が1/eになる径）が、導波路を構成するコア部の断面形状に大きく依存することに着目し、その効果を利用することにより完成されたものである。

以下、本発明における挿入損失の低減手段について説明する。

図６に導波路内を伝搬する光の電界強度分布の計算結果の一例を示す。計算に用いたコア部の屈折率は2.20、クラッド層の屈折率は2.19である。また、コア部の断面形状は正方形である。図６は、コア部の中心を原点として、中心からの距離と電界強度との関係を示した図である。同図において、規格化電界強度とは、各位置における電界強度をコア部の中心における電界強度で規格化した電界強度を意味し、中心からの距離とは、コア部の正方断面における一辺に平行方向の距離である。図中、６１はコア部の断面形状が５μｍ角の正方形状の場合、６２はコア部の形状が０．８μｍ角の正方形状の場合についての計算結果である。

図６に示したように、コア部の形状が０．８μｍ角の正方形状の場合、同５μｍの場合に比べて、電界強度分布は拡がっていることが理解される。すなわち、モードフィルド径は、コア幅の減少と共に単純に減少した後、コア幅がある一定の臨界値よりも狭くなった場合、同径は、コア幅の増大と共に急激に増大する傾向を示す。

本発明は、係るモードフィルド径の増大効果を利用して、前述した光アイソレータの挿入損失を改善し、それと同時にサブミクロンオーダーの高精度の位置合わせを要することなく、挿入損失の小さな導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を提供せんとするものである。

本発明により、安価で量産性が高く、かつ挿入損失が小さい、導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板が提供される。

図１に本発明により成る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板の第１の実施形態を示す。図中、１は光導波路回路基板の基板、２は光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するクラッド層、３、３‘は同コア部、４は基板１に設けられた凹部、５は導波路型光アイソレータの基板、６は導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部、７は同クラッド層、８は偏光子、９は検光子、１０，１０‘は光源（図示せず）から出射された光がコア部３，３‘内を伝播する方向を示すブロック矢印、１１は光源（図示せず）から出射された光がコア部６内を伝播する方向を示すブロック矢印、１３はコア部３‘に設けられた光伝搬方向１０‘に直交する面におけるコア部断面積が他の部分に比して小さい部分、１６はコア部６に設けられた光伝搬方向１０‘に直交する面におけるコア部断面積が他の部分に比して小さい部分である。

光導波路回路基板に設けられた導波路（コア部３とクラッド層２から構成される）、若しくはコア部の出射端とは、図１において、偏光子８側の同導波路、若しくはコア部３の端部を、また、導波路型光アイソレータに設けられた導波路（（コア部６とクラッド層７から構成される）、若しくはコア部の出射端とは、図１において、検光子９側の同導波路、若しくはコア部６の端部を云う。（以下、同様）
光導波路回路基板に設けられた導波路（コア部３‘とクラッド層２から構成される）、若しくはコア部の入射端とは、図１において、検光子９側の同導波路、若しくはコア部３‘の端部を、また、導波路型光アイソレータに設けられた導波路（（コア部６とクラッド層７から構成される）、若しくはコア部の入射端とは、図１において、偏光子８側の同導波路、若しくはコア部６の端部を云う。（以下、同様）
なお、光伝搬方向とは、光源から出射された光が伝搬する方向を云うものとする。

同図に示したように、光導波路回路基板に搭載される導波路型光アイソレータに設けられた導波路の入射端におけるコア部１６の断面積は、コア部６における他の部位の断面積に比して小さくなっていることから、当該部位における、前述した電界強度の分布は拡がり、光導波路回路基板に設けられた導波路の出射端から出射された光を高効率で、コア部６に導波することができる。

更に同図に示したように、光導波路回路基板に設けられた導波路の入射端におけるコア部１３の断面積は、コア部３‘における他の部位の断面積に比して小さくなっていることから、当該部位における、前述した電界強度の分布は拡がり、導波路型光アイソレータに設けられた導波路の出射端から出射された光を高効率で、コア部３‘に導波することができる。

以上の結果、本実施形態においては低挿入損失が達成されることになる。

図２−１〜図２−６に、本発明により成るコア部の先端の形状（図１におけるコア部１３、１６の形状）の主たる態様を概略的に記す。同図において、（ａ）はコア部１３、１６の光伝搬方向からみた概略正面図、（ｂ）は基板１、５の反対側からみたコア部１３、１６の概略上面図、（ｃ）はコア部１３、１６の概略側面図である。

図２−１に示した態様は、コア部８の先端が四角錐台形状となっている場合であり、四角錐台の頂点は、コア部の中心線とほぼ一致する態様である。

図２−２に示した態様は、コア部８の先端部に、他に比して断面積が小さな矩形の凸部を設けた態様で、当該矩形の凸部の中心線は、コア部の中心線とほぼ一致する態様である。

図２−３に示した態様は、コア部の一方向、すなわち基板面に対して平行方向の幅のみが、その先端に向けて減少している態様である。

図２−４に示した態様は、コア部の基板法線方向の幅（換言すると膜厚）が、その先端に向けて減少している態様である。

図２−５に示した態様は、図２−１に示した態様において四角錐台の頂点が、コア部の中心位置からずれてその底面（下部クラッド層と接する面）にある場合である。

図２−６に示した態様は、図２−２に示した態様において、矩形の突部の一側面がコア部の底面と略同一の面にある場合である。

図２−１〜図２−６に示した態様の内、図２−１と図２−２に示した態様が電界強度分布の中心とコア部の中心とが一致する点で最良の態様であると云える。しかし、他の態様の場合でにおいても、モードフィルドの拡大効果は期待されるため、本発明により成る低挿入損失の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板には有効である。

なお、本発明により成る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板におけるコア部１３、１６の形状として、図２−１〜図２−６に示した態様に限定されず、要はその断面積が他の部分に比して小さくなっており、かつモードフィルドが拡大する限りにおいて、他のバリーエーシヨンも採りうるものであることは、改めて言及するまでもない。

以下、本発明について、実施例を用いて、更に詳細に説明する。

（１）導波路型光アイソレータの作成
導波路型光アイソレータの製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、光導波路回路基板に搭載する導波路型光アイソレータの製造工程を示す流れ図で、各工程に示した図は工程を経た後の状態を示す概略側断面図である。

図中、１０１１は３インチφの（１１１）面（ＣａＧｄ）_３（ＭｇＺｒＧａ）_５Ｏ_１２単結晶基板、１０１２はＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２単結晶から成る下部クラッド層、１０１３は下部クラッド層に設けられた凹部、１０１３‘は下部クラッド層１０１３に設けられたテーパー部、１０１４はＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア部、１０１４‘はコア部１０１４のテーパー部、１０１５はＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２から成る上部クラッド層、１０１６は偏光ガラス挿入溝、１０１７は光導波路回路基板との接合面、１０１８、１０１８‘は偏光ガラスである。なお、偏光ガラス１０１８と１０１８‘の透過軸は互いに４５度の角度を成す。

通常の液相エピタキシャル成長法により、（ＣａＧｄ）_３（ＭｇＺｒＧａ）_５Ｏ_１２単結晶基板１０１１の表面にＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２単結晶から成る下部クラッド層１０１２を〜７μｍ厚に形成し、フォトリソエッチング法を用いた凹部１０１３を形成した。凹部のテーパー部１０１３‘の基板表面に対するテーパー角度は〜２度で、深さは〜２．５μｍであった（図７（ａ）参照）。

その後、Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア層を〜５μｍ厚に形成し、フォトリソエッチング法によりコア部１０１４を形成した。形成されたコア部の幅は〜５μｍで、テーパー部１０１４‘の基板表面に対するテーパー角度は〜２度であった。以上の方法で、図２−１に示した形状と同型のほぼ正四角錐の先端形状を有するコア部１０１４を形成した（図７（ｂ）参照）
コア部のパターニング後、コア部を覆うように下部クラッド層形成と同様の条件で、液相エピタキシャル成長法により上部クラッド層１０１５として、Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２を〜７μｍ厚に形成した。（図７（ｃ））
上部クラッド層１０１５の形成後、幅〜５０μｍ、深さ〜８０μｍの偏光ガラス挿入溝１０１６をコア部１０１４の先端とその中間位置に高精度ダイサーで形成した。溝間隔は〜７００μｍであった。（図７（ｄ））その後、不要部を広幅のブレードを装着した高精度ダイサーで除去することにより、光導波路回路基板との接合に際して基準となる接合面１０１７を形成した。（図７（ｅ））なお、コア部１０１４と後述する光導波路回路基板に設けられた導波路のコア部との位置整合を図るため、コア部１０１４の中心位置から接合面１０１７との距離が〜２３μｍとなるように当該接合面１０１７を形成した。

上述した方法で、３インチφ基板１０１１の全面に形成された多数の素子を、素子毎にチップ分割した後に、〜４５μｍ厚の偏光ガラス１０１８及び１０１８‘を溝に挿入し、光導波路回路基板に搭載する導波路型光アイソレータを完成した。（図７（ｆ））
（２）光導波路回路基板の作成
光導波路回路基板の製造方法について図８を用いて説明する。図８は、前述した方法で作成された導波路型光アイソレータが搭載される光導波路回路基板の製造方法、特に嵌め込み部の製造方法を説明するための製造工程流れ図である。

図中、１１０１は基板として用いた３インチφのＳｉ基板、１１０２はＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層、１１０３は下部クラッド層に設けられた凹部、１１０３‘は凹部１１０３に設けられたテーパー部、１１０４、１１０５はＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア部、１１０４‘、１１０５‘はコア部１１０４，１１０５に設けられたテーパー部、１１０６はＳｉＯ_２膜から成る上部クラッド層、１１０７は嵌め込み部に形成された凹部である。

Ｓｉ基板１１０１上にＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層１１０２を〜１８μｍ厚に形成した後、凹部１１０３をフォトリソエッチング法で形成した。テーパー部１１０３‘の基板１１０１表面にするテーパー角度は〜２度で、深さは〜５μｍであった（図８（ａ））。

その後、コア層としてＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜を〜１０μｍ厚に形成し、フォトリソエッチング法によりコア部１１０４、１１０５を形成した。コア部１１０４，１１０５の幅は〜１０μｍで、テーパー部１１０４‘、１１０５‘の基板１１０１に対するテーパー角度は〜２度であった。以上の方法で、図２−１に示した形状と同型のほぼ正四角錐の先端形状を有するコア部１１０４、１１０５を形成した（図７（ｂ）参照）なお、Ｇｅのドープ量はコア層１１０３の屈折率が〜１．４６２になるように調節し、特に含有率等に関しては評価しなかった。ちなみに、ＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層１１０２の屈折率は〜１．４５５であった。（図８（ｂ））
その後、上部クラッド層１１０６を、下部クラッド層１１０２と同様の条件で〜１８μｍ厚に形成し（図８（ｃ））、幅が〜８１０μｍ、深さが〜１５０μｍの凹部１１０７を形成した。（図８（ｄ））図８（ｄ）に示したように、凹部１１０７の一の端面はコア部１１０５の先端と略一致し、その反対側の端面は、コア部１１０４の厚さが均一な部分に位置する。

以上、前述した方法で作成した導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、各々結合部が対向するように貼り合わせて、図１に示したものとほぼ同型の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。なお、貼り合わせは、導波路型光アイソレータと光導波路回路基板との相対的な位置を調整した後、光の伝搬に影響を与えない部分に接着剤を塗布することにより固定した。

作成した導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板について、波長が１．５５μｍの光を入射し、挿入損失とアイソレーションを測定した結果、挿入損失は〜１．５ｄＢ及びアイソレーションは〜２１ｄＢであった。

更に、位置ずれ（図１において紙面垂直方向の位置ずれ）と挿入損失量との関係を評価するため、導波路型光アイソレータを光導波路回路基板に固着せずに、導波路型光アイソレータの光導波路回路基板に対する相対位置を変化させて挿入損失を測定した。その結果を図９に示す。図１０は位置ずれ量と挿入損失との関係を示したものである。図中、９１は当該実施例の場合についての結果であり、９２は後述する比較例についての結果である。なお、いずれの場合も挿入損失が最も小さくなる位置を基準としてずれ量を求めた。

図に示したように、位置ずれ量が５μｍ以内の領域で挿入損失の増加量が〜０．５ｄＢで、同範囲内で〜２．０ｄＢ以下の挿入損失が達成された。

比較例

比較例として、図４に示したものとほぼ同型の、導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。作成方法は実施例とほぼ同様である。ただし、導波路型光アイソレータ、及び光導波路回路基板の作成条件において、以下の相違点がある。

導波路型光アイソレータの作成においては、下部クラッド層１０１２とコア層を一度に積層した後に、コア部１０１４をパターニングした。コア部１０１４のパターニングの際、テーパー部１０１４‘は設けず、コア部の厚さは全面にわたって一様（〜５μｍ）となるようにパターニングした。このときのコア幅は〜５μｍであった。また、特に偏光板挿入溝を設けず、コア部１０１４の長さが〜７００μｍとなるように、基板１０１１を含めて切断した。その切断面を研磨した後、偏光ガラスから成る偏光板４６，４７を貼りつけ、図４に示されている導波路型光アイソレータを作成した。

また、光導波路回路基板の作成も同様で、下部クラッド層１１０２とコア層を一度に積層した後に、コア部１１０４，１１０５をパターニングした。コア部１１０４、１１０５のパターニングの際、テーパー部は設けず、コア部の厚さは全面にわたって一様（〜１０μｍ）となるようにパターニングした。このときのコア幅は〜１０μｍであった。

以上の方法で作成した、導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で貼り付けて、図４に示したものとほぼ同型の、導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。

実施例１と同様の方法で、挿入損失、及びアイソレーションを測定した結果、挿入損失は〜３．７ｄＢ、及びアイソレーションは〜２３ｄＢであった。また、実施例１と同様の方法で位置ずれ量が挿入損失に及ぼす影響を評価した結果を図１０に示す。図１０に示したように、位置ずれ量に対する挿入損失の変化量は大きく、例えば位置ずれ量が〜５μｍの場合、挿入損失の増加量は〜２．８ｄＢとなり、実施例１の場合に比べて極めて大きい。従って、挿入損失の最小化を図るためには、高精度の位置合わせが必要であることが判る。

第２の実施例として、図３（ａ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例１に示された構成（図１に示された構成）と異なる点は、光導波路回路基板に設けられた導波路のコア部１１０５の先端形状が先鋭化されていない点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例１に記載された方法で、また光導波路回路基板は比較例に記載された方法で、各々作成した。

作成された導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で結合し、実施例１と同様の方法で、アイソレーション及び挿入損失を測定した結果、各々〜２１ｄＢ及び〜２ｄＢで、挿入損失は比較例に比べて小さいことが確認された。

また、実施例１と同様の方法で、位置ずれ量と挿入損失との関係を評価した結果、位置ずれ量が〜５μｍの場合、その挿入損失の増加量は〜１．８ｄＢで比較例に比べて小さいことが確認された。

第３の実施例として、図３（ｂ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例１に示された構成（図１に示された構成）と異なる点は、光導波路回路基板に設けられた導波路のコア部１１０５の先端形状が先鋭化されていない点、及び偏光ガラス１０１８‘が光導波路回路基板に設けられた導波路の途中に挿入されている点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例１に記載された方法とほぼ同様の方法で、また光導波路回路基板は比較例に記載された方法とほぼ同様の方法で、各々作成した。なお、偏光板１０１８‘は、図８に示された光導波路回路基板作成工程の凹部形成工程（図８（ｄ））を経た後、高精度ダイサーを用いて、幅〜５０μｍ、深さ〜８０μｍの偏光ガラス挿入溝を形成した後、当該挿入溝に嵌め込んだ。

作成された導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で結合し、実施例１と同様の方法で、アイソレーション及び挿入損失を測定した結果、各々〜２２ｄＢ及び〜１．５ｄＢで、挿入損失は比較例に比べて小さいことが確認された。

また、実施例１と同様の方法で、位置ずれ量と挿入損失との関係を評価した結果、位置ずれ量が〜５μｍの場合、その挿入損失の増加量は〜０．７ｄＢで比較例に比べて小さいことが確認された。

第４の実施例として、図３（ｃ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例３に示された構成（図３（ｂ）に示された構成）と異なる点は、偏光ガラス１０１８が光導波路回路基板に設けられた導波路の途中に挿入されている点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例３に記載された方法とほぼ同様の方法で、また光導波路回路基板も実施例３に記載された方法とほぼ同様の方法で、各々作成した。なお、偏光板１０１８は、図８に示された光導波路回路基板作成工程の凹部形成工程（図８（ｄ））を経た後、高精度ダイサーを用いて、コア部１１０４とコア部１１０５の両方に幅〜５０μｍ、深さ〜８０μｍの偏光ガラス挿入溝を形成した後、当該挿入溝に嵌め込んだ。

第５の実施例として、図３（ｄ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例１に示された構成（図１に示された構成）と異なる点は、偏光ガラス１０１８、１０１８‘が共に光導波路回路基板に設けられた導波路の途中に挿入されている点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例４に記載された方法と同様の方法で、また光導波路回路基板も実施例１に記載された方法とほぼ同様の方法で、各々作成した。なお、偏光板１０１８、１０１８‘は、図８に示された光導波路回路基板作成工程の凹部形成工程（図８（ｄ））を経た後、高精度ダイサーを用いて、コア部１１０４とコア部１１０５の両方に幅〜５０μｍ、深さ〜８０μｍの偏光ガラス挿入溝を形成した後、当該挿入溝に嵌め込んだ。

作成された導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で結合し、実施例１と同様の方法で、アイソレーション及び挿入損失を測定した結果、各々〜２１ｄＢ及び〜１．５ｄＢで、挿入損失は比較例に比べて小さいことが確認された。

また、実施例１と同様の方法で、位置ずれ量と挿入損失との関係を評価した結果、位置ずれ量が〜５μｍの場合、その挿入損失の増加量は〜１．０ｄＢで比較例に比べて小さいことが確認された。

第６の実施例として、図３（ｅ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例４に示された構成（図３（ｃ）に示された構成）と異なる点は、偏光ガラスが１個で偏光ガラス１０１８‘のみになっている点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例４に記載された方法と同様の方法で、また光導波路回路基板は実施例４に記載された方法とほぼ同様の方法で、各々作成した。

作成された導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で結合し、実施例１と同様の方法で、挿入損失を測定した結果、〜１ｄＢで、挿入損失は比較例に比べて小さいことが確認された。

また、実施例１と同様の方法で、位置ずれ量と挿入損失との関係を評価した結果、位置ずれ量が〜５μｍの場合、その挿入損失の増加量は〜２．５ｄＢで比較例に比べて小さいことが確認された。

第７の実施例として、図３（ｆ）に示した構成の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板を作成した。同図は、導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図である。当該構成が、実施例１に示された構成（図１に示された構成）と異なる点は、偏光ガラスが１個で偏光ガラス１０１８‘のみになっている点にある。

本実施例における導波路型光アイソレータは実施例１に記載された方法とほぼ同様の方法で、また光導波路回路基板も実施例１に記載された方法と同様の方法で、各々作成した。

作成された導波路型光アイソレータと光導波路回路基板とを、実施例１と同様の方法で結合し、実施例１と同様の方法で、挿入損失を測定した結果、〜−０．５ｄＢで、挿入損失は比較例に比べて小さいことが確認された。

また、実施例１と同様の方法で、位置ずれ量と挿入損失との関係を評価した結果、位置ずれ量が〜５μｍの場合、その挿入損失の増加量は〜１．０ｄＢで比較例に比べて小さいことが確認された。

以上、本発明により成る導波路型光アイソレータについて、実施例を用いて詳細に説明した。本発明は、実施例に記載した形状、製法に限定されるものではなく、所望の特性に応じて、形状及び製法を適宜選定することができることは改めて言及するまでもない。

本発明は、光通信や光を用いた放送波伝送、及び光による計測等において用いられる光導波路回路基板であって、特に、光源となるレーザーから出射された光波が、種々の原因で光源に戻ることを防止する機能を有する光アイソレータが搭載された光導波路回路基板として利用できる。

本発明により成る導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板の概略側断面図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成るコア部の先端の形状概略図。本発明により成る導波路型光アイソレータが搭載された導波路基板の概略側断面図。従来の嵌め込み型の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板の導波路型光アイソレータが搭載された部分の構成を示す概略側断面図。導波路から出射された光が拡がる様子を模式的に示した図。図４において、偏光子４６近傍における光の伝搬の様子を模式的に示す概略側断面図。導波路内を伝搬する光の電界強度分布の計算結果。光導波路回路基板に搭載する導波路型光アイソレータの製造工程を示す流れ図。光導波路回路基板の製造方法を示す工程流れ図。位置ずれ量と挿入損失との関係。従来の光アイソレータの構成概略図。

符号の説明

１光導波路回路基板の基板
２光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するクラッド層
３、３‘ 同コア部
４基板１に設けられた凹部
５導波路型光アイソレータの基板
６導波路型光アイソレータに設けられた導波路を構成するコア部
７同クラッド層
８偏光子
９検光子
１０，１０‘ 光源（図示せず）から出射された光がコア部３，３‘内を伝播する方向
１１光源（図示せず）から出射された光がコア部６内を伝播する方向
１３コア部３‘に設けられた光伝搬方向１０‘に直交する面におけるコア部断面積が他の部分に比して小さい部分
１６コア部６に設けられた光伝搬方向１０‘に直交する面におけるコア部断面積が他の部分に比して小さい部分
４０光導波路回路基板の基板
４１光導波路回路基板に設けられた導波路のクラッド層
４２光導波路回路基板に設けられた導波路のコア部
４３導波路型光アイソレータの基板
４４導波路型光アイソレータに設けられた導波路のコア部
４５導波路型光アイソレータに設けられた導波路のコア部クラッド層
４６偏光子
４７検光子
４８，４８‘ 光源（図示せず）から出射された光がコア部４２内を伝搬する方向
４９光源（図示せず）から出射された光がコア部４４内を伝搬する方向
５１基板
５２クラッド層
５３コア部
５４模式的に示した光の拡がり
５５コア部近傍から出射された光が伝搬する方向
５６模式的に示した偏光子４６の内部を伝搬する光の拡がり
６１コア部の形状が５μｍ角の正方形状の場合の計算結果
６２コア部の形状が０．８μｍ角の正方形状の場合についての計算結果
９１位置ずれ量と挿入損失との関係（実施例１の場合）
９２位置ずれ量と挿入損失との関係（比較例）
１０１１３インチφの(111)面（ＣａＧｄ）_３（ＭｇＺｒＧａ）_５Ｏ_１２単結晶基板
１０１２Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２単結晶から成る下部クラッド層
１０１３下部クラッド層に設けられた凹部
１０１４Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア部
１０１４‘ コア部１０１４のテーパー部
１０１５Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２から成る上部クラッド層
１０１６偏光ガラス挿入溝
１０１７光導波路回路基板との接合面
１０１８、１０１８‘ 偏光ガラス
１１０１３インチφのSi基板
１１０２ＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層
１１０３下部クラッド層に設けられた凹部
１１０３‘ 凹部１１０３に設けられたテーパー部
１１０４、１１０５ＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア部
１１０４‘、１１０５‘ コア部１１０４，１１０５に設けられたテーパー部
１１０６ SiO₂膜から成る上部クラッド層
１１０７嵌め込み部に形成された凹部
１０１ファラデー回転子
１０２偏光子
１０３検光子
１０４永久磁石等の磁界印加手段
１０５半導体レーザー等から成る光源
１０６光源１０５から出射された光の伝播方向

Claims

基体上に第１のクラッド層、該第１のクラッド層上に設けられたファラデー効果を有する磁性体ガーネットから成るコア部、該コア部を覆う第２のクラッド層を有する導波路と偏光手段とを具備する導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板であって、該導波路型光アイソレータの該コア部の一部の光伝搬方向に直交する面の断面積が該コア部の他の部分に比して小さくなっていることを特徴とする導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。
該光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する部分の光伝搬方向と直交する面の断面積が、該光導波路回路基板に設けられた導波路を構成するコア部の他の部分に比して小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。
該偏光手段が単一の偏光板から成り、該偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。
該偏光手段が単一の偏光板から成り、該偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源と反対側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入されたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板。
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、光源側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられ、かつ該第２の偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源と反対側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入されたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板。
該偏光手段が第１及び第２の偏光板から成り、該第１の偏光板が、該導波路型光アイソレータに対して光源側に設けられた該光導波路回路基板の導波路の途中に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように挿入され、かつ第２の偏光板が、該光導波路回路基板に設けられた導波路と該導波路型光アイソレータに設けられた導波路とが対向する箇所の、該導波路型光アイソレータに設けられた導波路内を伝搬する光の出射端側に位置する箇所に、該導波路の光伝搬方向と略直交するように設けられたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の導波路型光アイソレータが搭載された光導波路回路基板。