JP2008139517A

JP2008139517A - 光導波路回路基盤

Info

Publication number: JP2008139517A
Application number: JP2006325001A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Miura; 義從三浦; Atsushi Watabe; 敦渡部; Yoshiatsu Yokoo; 芳篤横尾
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のモードフィルド径を増大せしめると共に、導波路型光アイソレータに設けられた導波路と光導波路回路基板に設けられた導波路との結合効率を増大せしめることにより、両者の高精度な光軸調整を要せずして低挿入損失を実現する。
【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を具備する光導波路回路基板に関する。

図１５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、１５１はファラデー回転子、１５２は偏光子、１５３は検光子、１５４は永久磁石等の磁界印加手段、１５５は半導体レーザー等から成る光源、１５６は光源１５５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１５１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、非磁性体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１５１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１５１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挿入損失（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を測定し、当該損失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型光アイソレータを具備する光導波路回路基板であって、該導波路型光アイソレータ内を伝搬する光の伝搬方向が、該光導波路型回路の表面と平行な面内にあり、かつ該導波路型光回路表面の法線方向にずれていることを特徴とする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、
該導波路型光アイソレータが、光源側から第１の偏光素子、及び該第１の偏光素子から所望の間隔を隔てて設けられた第２の偏光素子を有し、少なくとも該第２の偏光素子が該コア部の光伝搬方向と略直交するように該コア部に挿入された偏光板であり、かつ該第２の偏光素子の光出射端側に位置する該コア部の光伝搬方向に直交する方向の断面積が、導波路型光アイソレータの光出射端側に向けて増大する部分を具備する導波路型光アイソレータであることを特徴とする前述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３の手段は、
該導波路型光アイソレータが、該コア部の光伝搬方向と略直交するように挿入された光源側に位置する第１の偏光板、及び第１の偏光板から所望の間隔を隔てて該コア部の光伝搬方向と略直交するように挿入された第２の偏光板を有し、かつ該第１、及び第２の偏光板の光出射端側に位置するコア部の光伝搬方向に直交する方向の断面積が、共に、導波路型光アイソレータの光出射端側に向けて増大する部分を具備する導波路型光アイソレータであることを特徴とする前述した光導波路回路基板である。

本発明により、光導波路回路基板に形成された光導波路のコア部と導波路型光アイソレータに形成された磁性体ガーネットから成るコア部との位置合わせ精度として、サブミクロンオーダーまでは必要なく、比較的緩い精度でも挿入損失の増大を阻止できる、導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板の提供が可能となる。

以下、図１及び図２を用いて、本発明により成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の実施形態を示す。

図１は、導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板の構成を示す概略側断面図である。図１において、１は光導波路回路基板、１０は導波路型光アイソレータ、１１は光導波路回路基板の基板、１２は光導波路回路基板１に設けられた光導波路を構成するクラッド層、１３は同コア部、１４、１４‘は光導波路回路基板に設けられた第１及び第２の結合部、１５及び１５‘はコア部１３の内部を伝搬する光の方向を示す矢印、１６、１６‘は第１及び第２の結合部内を伝搬する光の方向を示す矢印、１０１は導波路型光アイソレータ１０の基板、１０２は導波路型光アイソレータ１０に設けられたクラッド層、１０３、１０４、１０５は同第１、第２、及び第３の磁性体ガーネットから成るコア部、１０４‘、１０５‘は各々、第２のコア部１０４、及び第３のコア部１０５に設けられた、光伝搬方向に直交する方向のコア部断面積が変化している部分、１０６、１０６‘は第１及ぶ第２の偏光板、１０７、１０７‘は導波路型光アイソレータの設けられた結合部、１０８はコア部１０３、１０４、１０５を伝搬する光の方向を示す矢印、１０９、１０９‘は第１及び第２の結合部を伝搬する光の方向を示す矢印である。

また、図２は、図１に示した導波路型光アイソレータと光導波路回路基板との結合部１４、及び１０７近傍の詳細を示した概略側断面図である。図中、２１０２は導波路型光アイソレータ１０の結合部１０７におけるクラッド層、２１０３は同コア部、２１２は光導波路回路基板の接合部１４におけるクラッド層、２１３は同コア部である。

図１に示したように、本発明により成る、導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板は、別個に製造された導波路型光アイソレータが、光導波路回路基板に、所謂フェースダウンボンディングされた構成となっている。

以下、図１を用いて本発明によりな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の動作について説明する。光源（図示せず）から出射された光は、光導波路回路基板に形成された導波路中を伝搬し、図１に示したように導波路型光アイソレータ１０近傍に到達する。（例えば、矢印１５で示した光が、これに対応する。）到達した光は、導波路基板に設けられた結合部１６を経て（矢印１６に対応）、導波路型光アイソレータに設けられた結合部１０７に伝搬し（矢印１０９に対応）、導波路型光アイソレータに設けられた磁性体ガーネットから成るコア部１０３に導波される。コア部１０３に導波された光は、第１の偏光板１０６を透過することにより直線偏光波となる。その後、コア部１０４を伝搬する際に、当該直線偏光波の偏光面は磁性体ガーネットのファラデー効果により４５度の回転を受ける。第２の偏光板１０６‘の光透過軸は、第１の偏光板の光透過軸と４５度の角度を成すように設定されているため、４５度の偏光面の回転を受けた光は、第２の偏光板１０６‘を透過し第３のコア部に導波される。第３のコア部に導波された光は、導波路型光アイソレータ１０、及び導波路基板１に設けられた第２の結合部１０７‘、及び１４‘を経て、導波路基板のコア部１３に導波され伝搬することになる（矢印１５‘に対応）。

戻り光については、前述したプロセスと逆のプロセスを経て、導波路型光アイソレータ１０のコア部１０４に到達するが、ここでコア部１０８の非相反ファラデー効果によりコア部１０３への導波は妨げられる。

次に図２を用いて、光導波路回路基板と導波路型光アイソレータとの結合部１４、及び１０７の結合部について詳細に説明する。

同図に示した様に、結合部１４と１０７においては、光導波路回路基板１、及び導波路型光アイソレータ１０におけるコア部２１３、２１０３、及びクラッド層２１２、２１０２の膜厚は、共に結合部１４、１０７以外の部分に比べて薄く構成される。ここで、コア部とクラッド層の膜厚を薄くする理由は、結合部分における各コア部（コア部２１３と２１０３）を伝搬する光の電界強度分布を拡大せしめ、光導波路回路基板１に形成された導波路と導波路型光アイソレータ１０に形成された導波路との結合を強化するためである。

例えば、一般的な光導波路回路基板１の場合、コア部１３の屈折率は〜１．４６２でその光伝搬方向に直交する面内における形状（以下、単に「コア部断面形状」と記す）は、一辺が〜１０μｍの略正方形であり、クラッド層１２の屈折率は〜１．４５５でその膜厚は１０〜２０μｍである。また導波路型光アイソレータ１０のコア部１０３の屈折率は〜２．２で、コア部断面形状は一辺が〜５μｍの略正方形であり、クラッド層１０２の屈折率は〜２．１９でその膜厚は〜６μｍである。

係る構成において、単純に光導波路回路基板１に形成された導波路と、導波路型光アイソレータ１０に形成された導波路とを互いに対向するように配置した場合の電界強度分布の計算結果を図３に示す。

同図において、３１、３３、３４、３６はクラッド層、３２、３５はコア部、３７はコア部３２とクラッド層３１、３３から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布、３８はコア部３５とクラッド層３４、３６から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布である。

なお、図に示した電界強度分布３７、３８は、コア部３２、３５内を伝搬する光の電界強度の最大値で各々規格化したものである。また、電界強度分布３７は、クラッド層３１、３３の屈折率、厚さは、共に１．４５５及び１５μｍで、コア部３２の屈折率は１．４６２で、厚さは１０μｍの場合の分布である。また、電界強度分布３８は、クラッド層３４、３６の屈折率、厚さは、共に２．１９及び６μｍで、コア部の屈折率は２．２で厚さは５μｍの場合の分布である。図に示したように、電界強度分布３７と３８は殆ど重ならず、導波路間の結合が極めて小さいことが判る。

図４に、図３と同様の電界強度分布の計算結果の一例を示す。
同図において、４１、４３、４４、４６はクラッド層、４２、４５はコア部、４７はコア部４２とクラッド層４１、４３から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布、４８はコア部４５とクラッド層４４、４６から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布である。

図３に示した結果と異なる点は、コア部４２（図３においてコア部３２に対応）の膜厚が２μｍ、クラッド層４３（図３においてクラッド層３３に対応）の厚さが２μｍ、クラッド層４４（図３においてクラッド層３４に対応）の屈折率が１．４５５で厚さが０．２μｍ、コア部４５（図３においてコア部３５に対応）の膜厚が０．１μｍ、である点である。

図４に示したように、コア部４２と４５の膜厚、及びクラッド層４３と４４の厚さを薄くし、かつクラッド層４４の屈折率をクラッド層４３の屈折率と同様の１．４５５にすることにより、クラッド層４３と４４における電界強度分布４７と４８の重なりは極めて大きく、導波路間結合が強くなっていることが判る。

また、斯かる状況においては、コア部４２と４５との間隔が若干変動しても、導波路間結合の大きさは維持されるため、サブミクロンオーダーの位置調整を要せずして、コア部４２とクラッド層４１、４３とから構成される導波路内を伝搬する光を、コア部４５とクラッド層４４、４６とから構成される導波路内に導波することが可能となる。（以下、係る方向の位置調整を「ｚ方向の位置調整」と記す。）

次に、光導波路回路基板１の面内方向の結合について、図５と図６を用いて説明する。
図５、及び図６は、コア部４２と４５の結合部１４、１０７における先端形状の態様の一例を模式的に示したものである。なお、同図においては、コア部４２と４５との相対的な位置関係を明確に表現するため、各クラッド層は図示されていない。図中矢印は、光の電界強度分布の拡がりを模式的に示したものである。すなわち、コア部の先端形状を先鋭化することにより、前述したコア部の膜厚を減少せしめた場合と同様の効果により、当該先鋭化された部分における光の電界強度の分布は拡がることになる。この結果、導波路間の結合が増大し、面内方向についてもサブミクロンオーダーの位置調整を要せずして、コア部４２とクラッド層４１、４３とから構成される導波路内を伝搬する光を、コア部４５とクラッド層４４、４６とから構成される導波路内に導波することが可能となる。（以下、係る方向の位置調整を「面内方向の位置調整」と記す。）

以上説明したように、光導波路回路基板、及び導波路型光アイソレータのコア部の膜厚と形状、及びクラッド層の膜厚を適当に選定することにより、光導波路回路基板に形成された導波路から導波路型光アイソレータに形成された導波路へ、また導波路型光アイソレータに形成された導波路から光導波路回路基板に形成された導波路への導波が、サブミクロンオーダーの位置調整を必要せず、かつ挿入損失の増大を伴わずに可能となり、図１に示した導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板が実現される。また、同図に示したように、本発明により成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の構成は、例えば、導波路型光アイソレータ内を伝搬する光の伝搬方向が、該導波路型光回路の表面と平行な面内にあり、かつ該導波路型光回路表面の法線方向にずれていることを特徴とする構成として表現される。なお、光伝搬方向とは、光源から出射する光が伝搬する方向を意味し、導波路型光アイソレータにおける光の出射端とは、図１において結合部１０７‘側の導波路型光アイソレータの端部を意味し、偏光素子、あるいは偏光板の光出射端側とは、図１において、例えば偏光板１０６に対してはコア部１０４側を、偏光板１０６’においては、１０５側を云う。

また、図３〜図６に示した構成は単なる一例に過ぎず、コア部、及びクラッド層の厚さ、屈折率、あるいはコア部の先端形状は前述した値、形状に限定されるものではなく、導波路間結合の増大を図ると云う前提の下で、適宜選定されるものであることは改めて言及するまでもない。

以下、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の実施の形態について、図７、及び図８を用いて説明する。図７、８は光導波路回路基板に搭載される第１及び第２の実施の形態に係る導波路型光アイソレータの概略図である。なお、図７、８には、導波路型光アイソレータの動作を明確に説明するため、図１あるいは図２に示した結合部１０７は図示されていない。結合部を含めた導波路型光アイソレータの製造方法については、実施例により詳細に説明する。

図中７１は基板、７２は下部クラッド層、７４は上部クラッド層、７５は光源（図示せず）側に位置する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、７６はコア部７５の上に形成された金属膜、７７は偏光板から成る検光子、７８はコア部７５においてその断面積が変化する部分、７９、７１０は各々コア部７５及びコア部７３内を伝播する光の伝搬方向を示すブロック矢印である。

以下、本実施形態の光アイソレータの動作原理について説明する。

コア部７５の上に設けられた金属膜７６は、所謂金属クラッディングとして設けられたものであり、当該金属膜の設けられたコア部分は、ＴＥ−ＴＭフィルタとして機能する。

光源（図示せず）から出射され、当該導波路型光アイソレータに入射した光は、ＴＥ波成分（偏光面が基板表面と平行である成分）とＴＭ波成分（偏光面が基板表面と直交である成分）の両者を含んだ光であるが、ＴＥ−ＴＭフィルタを通過することによりＴＭ波成分は除かれる。ＴＥ−ＴＭフィルタを通過したＴＥ波の偏光面は、コア部７５内を伝搬する際にファラデー効果により回転し、検光子７７に到達する直前には、その偏光面は基板表面に対して４５度の角度を成す。検光子の透過軸は、基板表面に対して４５度の角度を成すように配置されているので、当該偏光波は損失を受けずに検光子７７を通過する。検光子７７を通過する際、光は拡散し、そのビーム径は拡がることになる。しかし、コア部７８の光伝搬方向に直交する面の断面積（以下、単に「断面積」と記す。）は他の部分に比して小さいため、当該部分のモードフィルド径は他の部分よりも大きく、拡散した光の大部分をコア部７８で受けることができる。その結果、コア部７５を伝搬する光を、損失を伴わずしてコア部７３に導波することが可能となる。

逆に光アイソレータに戻る光については、その偏光方向がランダムに分布しているが、当該戻り光が検光子７７（この場合には、当該検光子は、偏光子として機能することから、厳密には“偏光子”と記すべきであるが、混同を生じるおそれがあるので、“検光子”と記載する。）を透過することによって、基板面に対して偏光方向が４５度の角度を成す成分が、コア部７５に取り込まれることになる。コア部７５に取り込まれた光は、その内部を伝搬することにより、ファラデー回転の非相反性により、ＴＥ−ＴＭフィルタの直前においては、その偏光方向は基板表面に垂直方向、すなわちＴＭ波となる。当該ＴＭ波は、ＴＥ−ＴＭフィルタを透過する際に減衰するため、結果として戻り光が光源に到達することが妨げられることとなる。

次に図８を用いて、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の第２の実施形態を示す。

図中８１は検光子８５と偏光子８６とに夾持されたコア部、８２は検光子８６の出射端側に位置するコア部、８７は導波路型光アイソレータに入射する光を示す矢印、８８は導波路型光アイソレータから出射する光を示す矢印である。

すなわち、同図に示した実施形態は、図７に示した導波路型光アイソレータにおいて、偏光子８５と検光子８６に夾持されたコア部８１と、検光子８６の出射端側に位置するコア部８２の両者において、光源（図示せず）側の端部近傍におけるコア部の断面積を他の部分に比して小さくしたものである。

本実施形態においては、第１の実施形態で用いられているＴＥ−ＴＭフィルタの代わりに、偏光ガラス等からなる偏光板が偏光子８５として用いられ、かつ偏光子８５と検光子８６との透過軸は互いに４５度の角度を成すように配置される。本実施形態の光アイソレータの動作原理は、第１の実施形態とほぼ同様である。

図９−１〜図９−６に、コア部の先端の形状（図７あるいは図８におけるコア部７８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７８の光伝搬方向からみた概略正面図、（ｂ）は上部クラッド層側からみたコア部７８の概略上面図、（ｃ）はコア部７８の概略側面図である。

図９−１に示した態様は、コア部７８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９−２に示した態様は、コア部７８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９−３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９−４に示した態様は、コア部の基板法線方向の幅（換言する膜厚）が、その先端に向けて減少している態様である。

図９−５に示した態様は、図９−１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９−６に示した態様は、図９−２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９−１〜図９−６に示した態様の内、図９−１と図９−２に示した態様がモードフィルド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、本発明により成る導波路型光アイソレータの挿入損失低減には有効である。

なお、本発明により成る導波路型光アイソレータにおけるコア部７８の形状として、図９−１〜図９−６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いる限りにおいて、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製造
導波路型光アイソレータの製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０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Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア層、１０１４１はコア層１０１３をパターニングして得られた第１のコア部、１０１４２は同第２のコア部、１０１４３は同第３のコア部、１０１５はＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２から成る上部クラッド層、１０１６はコア部１０１４と上部クラッド層１０１５に形成されたテーパー部、１０１７は結合部におけるＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２膜から成るコア部、１０１８は結合部におけるＳｉＯ_２膜から成るクラッド層、１０１９は偏光板挿入溝、１０２０、１０２０‘は偏光ガラス、１０２１は結合部である。なお、偏光ガラス１０２０と１０２０‘の光透過軸は互いに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、及びＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア層１０１３を順次積層した。各々の膜厚は、下部クラッド層１０１２が７μｍ、コア層１０１３が５μｍであった（図１０（ａ））。
その後、コア層１０１３をフォトリソ・エッチングプロセスでパターニングし、第１のコア部１０１４１、第２のコア部１０１４２、第３のコア部１０１４３を形成した。コア部の幅はいずれも５μｍであった（図１０（ｂ））。図１２に、第２のコア部１０１４２と第３のコア部１０１４３の先端形状についてその概略を示す。図中、ｄ１、ｄ２は、各部位の寸法、φはコア部先端の開き角を示す。前述した方法で作成した第２及び第３のコア部のｄ１は共に〜７０μｍ、またｄ２は〜１μｍ、φは〜４度であった（図９ｂ）。
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形成した（図１０（ｃ））。
上部クラッド層１０１５の形成後、第１コア部１０１４１と第３コア部１０１４３の端部にテーパーエッチング法によりテーパー部１０１６を形成した。テーパー部１０１６の斜面と基板１０１１の表面とのなす角度は〜５度であった（図１０（ｄ））。その後、全面に結合部１０２１を構成するコア層としてＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２膜を０．１μｍ厚に形成し、後述する形状にパターニングしてコア部１０１７をパターニングした後、クラッド層１０１８としてＳｉＯ_２膜を０．２μｍ厚に形成した（図１０（ｅ））。形成方法はいずれもＲＦスパッタリング法である。結合部１０２１におけるコア部１０１７の形状は、図５のコア部４５と同型の形状であり、先端部の開き角は〜４度で、幅が一様な部分の幅は〜５μｍ、及び結合部全体の長さは〜７００μｍであった。

その後、幅〜３５μｍ、深さ〜４５μｍの偏光ガラス挿入溝１０１９を第１のコア部１０１４１と第２コア部１０１４２との境界近傍、及び第２コア部１０１４２と第３のコア部１０１４３との境界近傍に高精度ダイサーで形成した。第２コア部の長さ（溝間隔に相当）は〜700μｍであった（図１０（ｆ））。その後、偏光板１０２０及び１０２０‘として偏光ガラスを当該溝に挿入し、チップ分割することにより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１０（ｇ））。
（２）光導波路回路基板の製造
光導波路回路基板基板の製造方法について図１１を用いて説明する。図１１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、特に結合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Ｓｉ基板、１１０２はＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層、１１０３はＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア層、１１０４はＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア部、１１０５は結合部、１１０６はＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成る結合部におけるコア部、１１０７はコア部に形成されたテーパー部、１１０８はＳｉＯ_２膜から成る第１の上部クラッド層、１１０９はＳｉＯ_２膜から成る第２の上部クラッド層、１１１０は結合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、及びＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア層１１０３を形成した。各々の膜厚は下部クラッド層が〜１８μｍ、コア層が１１０３が〜７μｍであった。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１１（ａ））。
コア層１１０３を形成した後にフォトリソ・エッチングプロセスで、テーパー部１１０７を形成し、再びコア層１１０３の形成条件と同様の条件で、〜２μｍ厚のコア層を全面に形成した後、フォトリソ・エッチングプロセスでコア部１１０４と１１０６を形成した。両コア部１１０４と１１０６の幅は共に〜９μｍであった。また、テーパー部１１０７の斜面と基板１１０３とのなす角度は〜5度であった。結合部１１０５におけるコア部の先端形状は、図５のコア部４２と同型の形状であり、先端部の開き角は〜４度で、幅が一様な部分の幅は〜９μｍ、及び結合部全体の長さは〜８００μｍであった（図１１（ｂ））。
その後、第１の上部クラッド層１１０８として、〜２μｍ厚のＳｉＯ_２膜をに全面に形成した後、結合部１１０５におけるコア部１１０６の先端近傍の第１の上部クラッド層をフォトリソエッチングプロセスで除去した（図１１（ｃ））。その後、ＲＦスパッタリング法を用い、第２の上部クラッド層１１０９として、〜１２μｍ厚のＳｉＯ_２膜をマスク蒸着した（図１１（ｄ））。
最後に、導波路型光アイソレータを装着するための凹部を高精度ダイサーで形成し（図１１（ｅ））、チップ分割することにより光導波路回路基板を完成した。

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、アイソレーションと挿入損失を測定した。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。

アイソレーション等の測定に際しては、光導波路回路基板に形成された導波路に波長が１．５５μｍの直線偏光波を入射し、導波路型光アイソレータを経由して光導波路回路基板に形成された導波路から出射される光の強度を測定することにより評価した。また、導波路基板と導波路型光アイソレータとの位置合わせ精度が挿入損失に与える影響については、図１３に示した位置関係を基準として評価した。

図１３は、導波路型光アイソレータの結合部１０２１におけるコア部１０１７と、光導波路回路基板の結合部におけるコア部１１０６との相対関係を示す概略図である。

図中、１３１は、コア部１０１７の中心線、１３２はコア部１１０６の中心線、ｄは重なり幅、ｘはコア部１０１７あるいは１１０６内を伝搬する光の方向、ｙはｘと直交する方向であって導波路型光アイソレータの基板１０１１あるいは光導波路回路基板の基板１１０１の表面と平行な方向、zはｘｙ面と直交する方向である。すなわち、ｄが600μｍで、かつ中心線１３１と１３２がｚ方向から観たときに重なる位置を基準位置として評価した。

基準位置における挿入損失（前述した入射光に対する出射光のエネルギー比）は〜２ｄＢで、挿入損失は、ｘ方向の位置ずれが基準位置に対して±２０μｍ、及びｙ方向の位置ずれが±６μｍの範囲内で同様であった。またアイソレーションは〜２０ｄＢであった。

実施例１と同様の条件で、導波路型光アイソレータの結合部１０２１におけるコア部１０１７の形状、及び光導波路回路基板の結合部におけるコア部１１０６の形状が、図６に示した形状と同型の導波路型光アイソレータ、及び光導波路回路基板を作成した。図１４にその形状の詳細を示す。図１４は、結合部１０２１、１１０５のコア部１０１７、１１０６の先端部近傍の形状を示す概略図で、図中、Ｗｇ１、Ｗｇ２、Ｗｇｔ、及びΘｇはコア部１０１７の各部位における寸法、及び開き角、Ｗｓ１、Ｗｓ２、Ｗｓｔ、及びΘｓはコア部１１０６の各部位における寸法、及び開き角を示す。本実施例においては、Ｗｇ１は〜０．５μｍ、Ｗｇｔは〜２０μｍ、Θｇは〜2度で、Ｗｇ２は〜５μｍ、Ｗｓ１は〜１μｍ、Ｗｓｔは〜２０μｍ、Θｓは〜２度、Ｗｓ２は〜９μｍであった。またコア部１０１７の結合部全体における長さは〜７００μｍ、コア部１１０６の結合部全体における長さは〜８００μｍであった。

作成した導波路型光アイソレータと光導波路回路基板を実施例と同様の方法で結合し、かつ同様の方法でアイソレーション及び挿入損失を測定評価した結果、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。

実施例１に示した導波路型光アイソレータの製造方法とほぼ同様の条件で、結合部以外の態様が図７に示した態様の導波路型光アイソレータを作成した。結合部については、実施例１の場合の態様（図１０中の結合部１０２１）と同一である。

本実施例においては、コア部パターン形成（図１０（ｂ））に先立ち、Ｃｒ／Ａｕから成る２層膜（Ｃｒがコア層１０１３側）に通常のスパッタリング法を用いて全面に形成し、金属クラッディング７６を形成した。各々の膜厚は、Ｃｒ：〜０．０５μｍ、Ａｕ：〜０．３μｍで、光伝搬方向の長さは〜３ｍｍとした。また、コア部７８の形状は、実施例１と同様、図１２に示した形状である。
なお、本実施例においては、金属クラッディングの端部と検光子７との間隔は〜７００μｍであった。なお、本実施例においては、偏光板挿入溝形成工程（図１１（ｆ）に示した工程）で形成される偏光板挿入溝の数が１溝であり、また挿入される偏光ガラスの数が１個である点が実施例１の場合と異なる。

実施例１と同様の条件で作成した光導波路回路基板と本実施例で作成した導波路型光アイソレータを結合し、実施例１と同様の条件でアイソレーション及び挿入損失を測定評価した。その結果、挿入損失は〜３ｄＢでアイソレーションは〜１８ｄＢであった。また、導波路型光アイソレータと光導波路回路基板の結合部の相対位置ずれが挿入損失に及ぼす影響については、ｘ方向の位置ずれが基準位置に対して±２０μｍ、及びｙ方向の位置ずれが±４μｍの範囲内で、挿入損失は〜３ｄＢとほぼ一定であった。

本実施例においては、以下に説明する方法で、実施例１に示した態様と同型の導波路型光アイソレータを作成した。

３インチφの（１１１）面（ＣａＧｄ）_３（ＭｇＺｒＧａ）_５Ｏ_１２単結晶基板の代わりに３インチφのｃ面サファイア基板を用いた。サファイア基板上にエアロゾルデポジション法により、下部クラッド層として多結晶のＢｉ_０．６Ｇｄ_２．４Ｆｅ_５Ｏ_１２を〜７μｍ厚に、その上にコア層としてＢｉ_０．７Ｔｂ_２．３Ｆｅ_５Ｏ_１２を〜５μｍ厚に成膜した。ここで用いた原料微粒子の平均粒径は〜０．８μｍ、搬送ガスは酸素で、その流量は５リットル／分であった。また、噴射ノズルの開口径は０．６ｍｍφであった。その後、実施例１に示した方法と同様の方法でコア部を形成した。第１，２，３のコア部の形状は、実施例１に示した形状と同様である。その後、上部クラッド層として、下部クラッド層と同様の条件で、〜7μｍ厚のＢｉ_０．６Ｇｄ_２．４Ｆｅ_５Ｏ_１２を形成した後、７００℃で１時間の熱処理を施した。

その後の作成条件等は、実施例１に示した条件と同様である。

実施例１と同様の条件で作成した光導波路回路基板と本実施例で作成した導波路型光アイソレータを結合し、実施例１と同様の条件でアイソレーション及び挿入損失を測定評価した。その結果、挿入損失は〜３ｄＢでアイソレーションは〜２１ｄＢであった。また、導波路型光アイソレータと光導波路回路基板の結合部の相対位置ずれが挿入損失に及ぼす影響については、ｘ方向の位置ずれが基準位置に対して±２０μｍ、及びｙ方向の位置ずれが±４μｍの範囲内で、挿入損失は〜３ｄＢとほぼ一定であった。

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。

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。

導波路型光アイソレータを具備した光導波路回路基板の構成を示す概略側断面図。導波路型光アイソレータと光導波路回路基板との結合部詳細を示した概略側断面図。電界強度分布の計算結果の一例。電界強度分布の計算結果の一例。結合部におけるコア部の先端形状を示す概略図。結合部におけるコア部の先端形状を示す概略図。第１の実施の形態に係る導波路型光アイソレータの概略図。第２の実施の形態に係る導波路型光アイソレータの概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。コア部の先端の形状を示す概略図。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。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、特に結合部の製造方法を説明するための製造工程流れ図。コア部の先端形状を示す概略図。導波路型光アイソレータの結合部におけるコア部と、光導波路回路基板の結合部におけるコア部との相対関係を示す概略図。結合部におけるコア部の先端部近傍の形状を示す概略図。従来のファラデー回転子を用いた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
１０導波路型光アイソレータ
１１光導波路回路基板の基板
１２光導波路回路基板１に設けられた光導波路を構成するクラッド層
１３光導波路回路基板１に設けられた光導波路を構成する部、
１４、１４‘ 光導波路回路基板に設けられた第１及び第２の結合部
１５、１５‘ コア部１３を伝搬する光の方向を示す矢印
１６、１６‘ 第１及び第２の結合部内を伝搬する光の方向を示す矢印
１０１導波路型光アイソレータの基板
１０２導波路型光アイソレータ１０に設けられたクラッド層
・１０５同第１、第２、及び第３の磁性体ガーネットから成るコア部
１０４‘、１０５‘ 第２のコア部１０４、及び第３のコア部１０５に設けられた、光伝搬方向に直交する方向のコア部断面積が変化している部分
１０６、１０６‘ 第１及ぶ第２の偏光板
１０７、１０７‘ 導波路型光アイソレータの設けられた結合部
１０８コア部１０３、１０４、１０５を伝搬する光の方向を示す矢印
１０９、１０９‘ 第１及び第２の結合部を伝搬する光の方向を示す矢印
・３６クラッド層
３２、３５コア部
３７コア部３２とクラッド層３１、３３から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布
３８コア部３５とクラッド層３４、３６から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布
４１、４３、４４、４６クラッド層
４２、４５コア部
４７コア部４２とクラッド層４１、４３から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布
４８コア部４５とクラッド層４４、４６から構成される導波路を伝搬する光の電界強度分布
７１基板
７２下部クラッド層
７４上部クラッド層
７５光源（図示せず）側に位置する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７６コア部７５の上に形成された金属膜
７７偏光板から成る検光子
７８コア部３においてその断面積が変化する部分
７９、７１０各々コア部内を伝播する光の伝搬方向を示すブロック矢印
８１検光子と偏光子とに夾持されたコア部
８２検光子の出射端側に位置するコア部
８７導波路型光アイソレータに入射する光を示す矢印
８８導波路型光アイソレータから出射する光を示す矢印
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
１０１３Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２単結晶膜から成るコア層
１０１４１コア層１０１３をパターニングして得られた第１のコア部
１０１４２コア層１０１３をパターニングして得られた第２のコア部
１０１４３コア層１０１３をパターニングして得られた第３のコア部
１０１５Ｔｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．６Ｇａ_０．４Ｏ_１２から成る上部クラッド層
１０１６コア部１０１４と上部クラッド層１０１５に形成されたテーパー部
１０１７結合部におけるＴｂ_２．３Ｂｉ_０．７Ｆｅ_４．７Ｇａ_０．３Ｏ_１２膜から成るコア部
１０１８結合部におけるＳｉＯ_２膜から成るクラッド層
１０１９偏光板挿入溝
１０２０、１０２０‘ 偏光ガラス
１０２１結合部
１１０１Ｓｉ基板
１１０２ＳｉＯ_２膜から成る下部クラッド層
１１０３ＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア層
１１０４ＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成るコア部
１１０５結合部
１１０６ＧｅがドープされたＳｉＯ_２膜から成る結合部におけるコア部
１１０７コア部に形成されたテーパー部
１１０８ＳｉＯ_２膜から成る第１の上部クラッド層
１１０９ＳｉＯ_２膜から成る第２の上部クラッド層
１１１０結合部に形成された凹部
１３１コア部１０１７の中心線
１３２コア部１１０６の中心線
ｄ重なり幅
ｘコア部１０１７あるいは１１０６内を伝搬する光の方向
ｙｘと直交する方向であって導波路型光アイソレータの基板１０１１あるいは光導波路回路基板の基板１１０１の表面と平行な方向
z ｘｙ面と直交する方向
１５１ファラデー回転子
１５２偏光子
１５３検光子
１５４永久磁石等の磁界印加手段
１５５半導体レーザー等から成る光源
１５６光源１５５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型光アイソレータを具備する光導波路回路基板であって、該導波路型光アイソレータ内を伝搬する光の伝搬方向が、該光導波路回路基板の表面と平行な面内にあり、かつ該導波路型光回路基板の表面の法線方向にずれていることを特徴とする光導波路回路基板。
該導波路型光アイソレータが、光源側から第１の偏光素子、及び該第１の偏光素子から所望の間隔を隔てて設けられた第２の偏光素子を有し、少なくとも該第２の偏光素子が該コア部の光伝搬方向と略直交するように該コア部に挿入された偏光板であり、かつ該第２の偏光素子の光出射端側に位置する該コア部の光伝搬方向に直交する方向の断面積が、導波路型光アイソレータの光出射端側に向けて増大する部分を具備する導波路型光アイソレータであることを特徴とする請求項１記載の光導波路回路基板。
該導波路型光アイソレータが、該コア部の光伝搬方向と略直交するように挿入された光源側に位置する第１の偏光板、及び第１の偏光板から所望の間隔を隔てて該コア部の光伝搬方向と略直交するように挿入された第２の偏光板を有し、かつ該第１、及び第２の偏光板の光出射端側に位置するコア部の光伝搬方向に直交する方向の断面積が、共に、導波路型光アイソレータの光出射端側に向けて増大する部分を具備する導波路型光アイソレータであることを特徴とする請求項１記載の光導波路回路基板。