JP2013003455A

JP2013003455A - スポットサイズ変換導波路、及びその製造方法

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Publication number: JP2013003455A
Application number: JP2011136441A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Shirata; 知之白田; Yukio Abe; 由起雄阿部
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】比較的容易に製造することのできるスポットサイズ変換導波路、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様においては、基板２と、スポットサイズが一定な第１の部分３１、及び第１の部分３１の一端に接続された第２の部分３２を含み、基板２上に形成されたコア３と、を有するスポットサイズ変換導波路１が提供される。第２の部分３２の基板２に接する底面は、第１の部分３１側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状を有する。第２の部分３２の第１の部分３１と接する端面４１は、第１の部分３１と同等のスポットサイズを有する。また、第２の部分３２の第１の部分３１と反対側の端面４３は、第１の部分３１よりも大きいスポットサイズを有し、先端部が丸みを帯びた凸形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スポットサイズ変換導波路、及びその製造方法に関する。

スポットサイズ（ビーム半径）が異なるシングルモードファイバを接続することができる光導波路である、スポットサイズ変換導波路が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載のスポットサイズ変換導波路は、導波路コアのファイバ接続端部に、スポットサイズを変換するためのリッジ部を備え、それにより光導波路とシングルモードファイバとを低損失で接続することができる。リッジ部は、コアの周りを疑似コアとなる膜で覆った構造を有する。

特開２００７−９３７４３号公報

しかし、特許文献１に記載のスポットサイズ変換導波路によると、リッジ部において、疑似コアとなる膜をコアとは別に形成する必要があるため、製造工程が複雑になる。

したがって、本発明の目的の一つは、比較的容易に製造することのできるスポットサイズ変換導波路、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様においては、基板と、スポットサイズが一定な第１の部分、及び前記第１の部分の一端に接続された第２の部分を含み、前記基板上に形成されたコアと、を有するスポットサイズ変換導波路が提供される。前記第２の部分の前記基板に接する底面は、前記第１の部分側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状を有する。前記第２の部分の前記第１の部分と接する端面は、前記第１の部分と同等のスポットサイズを有する。また、前記第２の部分の前記第１の部分と反対側の端面は、前記第１の部分よりも大きいスポットサイズを有し、先端部が丸みを帯びた凸形状を有する。

また、上記スポットサイズ変換導波路においては、例えば、前記基板は、石英ガラスからなり、前記コアは、屈折率を上げるためのドーパントを含む石英ガラスからなる。

本発明の他の態様においては、幅が一定な第１の部分と、前記第１の部分の一端に接続された、前記第１の部分側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状の第２の部分と、を含む板状のコアを、基板上に形成する工程と、前記基板を上側、前記コアを下側にした状態で、前記第１の部分の反対側に位置する前記第２の部分の少なくとも一部を下方から加熱し、自重により下向きの先端部が丸みを帯びた凸形状に変形させる工程と、を含むスポットサイズ変換導波路の製造方法が提供される。前記加熱は、前記第２の部分の幅方向の中心付近に実施される。

上記スポットサイズ変換導波路の製造方法においては、前記コアの軟化温度は、前記基板の軟化温度よりも低く、前記加熱は、前記コアの軟化温度よりも高く、前記基板の軟化温度よりも低い温度で実施されることが好ましい。

また、上記スポットサイズ変換導波路の製造方法においては、例えば、前記基板は、石英ガラスからなり、前記コアは、屈折率を上げるためのドーパントを含む石英ガラスからなる。

本発明によれば、比較的容易に製造することのできるスポットサイズ変換導波路、及びその製造方法を提供することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路の上面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２の線分Ａ〜Ｃに沿ったスポットサイズ変換導波路の垂直断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る加工前のコアの斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）は、加熱によりコアの第２の部分が変形する様子を表す断面図である。図６（ａ）、（ｂ）は、加熱によりコアの第２の部分が変形する様子を表す断面図である。

本発明の一実施の形態は、端部にスポットサイズの異なる光ファイバが接続されるコアを含むスポットサイズ変換導波路であって、基板と、スポットサイズが一定な第１の部分、及び前記第１の部分の一端に接続された第２の部分を含み、前記基板上に形成されたコアと、を有し、前記第２の部分の前記基板に接する底面は、前記第１の部分側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状を有し、前記第２の部分の前記第１の部分と接する端面は、前記第１の部分と同等のスポットサイズを有し、前記第２の部分の前記第１の部分と反対側の端面は、前記第１の部分よりも大きいスポットサイズを有し、先端部が丸みを帯びた凸形状を有するスポットサイズ変換導波路を提供する。以下に、このスポットサイズ変換導波路の例を詳細に説明する。

〔実施の形態〕
（スポットサイズ変換導波路の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るスポットサイズ変換導波路１の斜視図である。図２は、スポットサイズ変換導波路１の上面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図２の線分Ａ〜Ｃに沿ったスポットサイズ変換導波路１の垂直断面図である。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）の後述される上部クラッド６の図示が省略された図面である。

スポットサイズ変換導波路１は、光屈折率差の大きい光導波路である。スポットサイズ変換導波路１は、基板２と、基板２上のコア３を有する。また、基板２及びコア３は、上部クラッド６に覆われる。

コア３は、スポットサイズが一定な第１の部分３１と、第１の部分３１の一端に連続して接続された第２の部分３２とを含む。また、コア３は、第２の部分３２の第１の部分３１の反対側の端面に連続して接続された第３の部分３３を含む。

第２の部分３２の基板２に接する底面は、第１の部分３１側からその反対側の第３の部分３３側に向かって幅が広がるテーパー形状を有する。第３の部分３３の基板２に接する底面は、長方形である。

第２の部分３２の第１の部分３１と接する端面４１は、第１の部分３１と同等のスポットサイズを有する。例えば、第１の部分３１の断面形状が四角形である場合は、端面４１は、第１の部分３１の断面と同じ面積及び形状の四角形である。

コア３の端面４３には、光ファイバが接続される。第１の部分３１のスポットサイズよりも光ファイバのスポットサイズは大きいため、第１の部分３１のスポットサイズよりも端面４３のスポットサイズは大きい。また、コア３の端面４３は、先端部が丸みを帯びた凸形状を有する。例えば、光ファイバの断面が円形である場合は、接続部分の伝送損失を低減するために端面４３の凸部分の形状が円形に近いことが好ましい。

第２の部分３２の第３の部分３３と接する端面４２は、端面４３と同じ形状を有する。なお、第３の部分３３はコア３に含まれなくともよく、その場合、端面４２に光ファイバが接続される。

第２の部分３２の高さ及び幅は、第１の部分３１側よりも第３の部分３３側において大きい。すなわち、第２の部分３２のスポットサイズは、第１の部分３１側よりも第３の部分３３側において大きい。特に、第２の部分３２の高さ及び幅が第１の部分３１側から第３の部分３３側に向かって連続的に増加すること、すなわち、第２の部分３２のスポットサイズが第１の部分３１側から第３の部分３３側に向かって連続的に増加することが好ましい。

端面４１に相当する図３（ｃ）に示される断面の高さよりも、端面４２に相当する図３（ａ）に示される断面の高さの方が高い。図３（ｂ）に示される第２の部分３２の中間部分の断面の高さは、図３（ｃ）に示される断面の高さよりも高く、図３（ａ）に示される断面の高さよりも低い。また、図３（ｂ）に示される断面は、端面４２と同様に先端部が丸みを帯びた凸形状を有する。

コア３の屈折率は、基板２及び上部クラッド６の屈折率よりも高い。例えば、コア３の屈折率は１．４６２４〜１．４９４４であり、基板２及び上部クラッド６の屈折率は１．４５７〜１．４５９である。例えば、基板２及び上部クラッド６は石英ガラス（望ましくは、石英ガラスのみ）からなり、コア３はＧｅ等の屈折率を上げるためのドーパントを含む石英ガラスからなる。この場合、例えば、ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスがコア３の材料として用いられる。なお、上部クラッド６を設けずに、コア３の周囲の空気を上部クラッドとして用いてもよい。

また、コア３の軟化温度は、基板２の軟化温度よりも低いことが好ましい。例えば、コア３の軟化温度は１０００℃であり、基板２の軟化温度は１１００℃である。例えば、基板２が石英ガラスからなり、コア３がＧｅを含む石英ガラスからなる場合、コア３の軟化温度は基板２の軟化温度よりも低い。

（スポットサイズ変換導波路の製造）
まず、図４に示されるような板状のコア５を基板２上に形成する。例えば、基板２上の石英ガラス膜をフォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより、コア５を形成する。なお、コア５の上面図は、図２に示されるコア３の上面図とほぼ同じである。

コア５は、幅が一定な第１の部分５１と、第１の部分５１の一端に接続された、第１の部分５１側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状の第２の部分５２とを含む。また、コア５は、第２の部分５２の第１の部分５１の反対側の端面に接続された第３の部分５３を含む。第１の部分５１、第２の部分５２、及び第３の部分５３は、一定の厚さを有する。

ここで、コア５は加工前のコア３であり、第１の部分５１、第２の部分５２、及び第３の部分５３は、それぞれ第１の部分３１、第２の部分３２、及び第３の部分３３に対応する。

次に、基板２を上側、コア５を下側にした状態で、第１の部分５１の反対側に位置する第２の部分５２の少なくとも一部を下方から加熱し、軟化させて自重により下向きの先端部が丸みを帯びた凸形状に変形させる。ここで、加熱は、第２の部分５２の幅方向の中心付近に実施される。これにより、第２の部分５２の幅方向の中心付近に凸形状の凸部分が形成される。第２の部分５２の第１の部分５１側から第３の部分３３側に向けて変形の度合いが大きくなるように加熱することが好ましい。また、第２の部分５２の第１の部分５１側の端部は加熱されないことが好ましい。なお、第３の部分３３は、第２の部分５２の第３の部分３３側の端部と同程度に変形させる。

図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）は、コアの第２の部分が加熱により板状の第２の部分５２から凸形状の第２の部分３２に変形する様子を表す断面図である。ここで、図５（ａ）、（ｂ）に示される断面は、図３（ａ）に示される断面に対応し、それぞれ加熱前、加熱後の様子を表す。また、図６（ａ）、（ｂ）に示される断面は、図３（ｂ）に示される断面に対応し、それぞれ加熱前、加熱後の様子を表す。

図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、加熱された位置において、第２の部分３２の断面の高さは第２の部分５２の断面の高さよりも高くなる。また、加熱された位置において、第２の部分３２の断面の面積は第２の部分５２の断面の面積とほぼ等しい。

コア５の軟化温度（コア３の軟化温度）は、基板２の軟化温度よりも低く、上記の加熱は、コア５の軟化温度よりも高く、基板２の軟化温度よりも低い温度で実施されることが好ましい。その場合、加熱によりコア５を変形させる際に、基板２の変形を抑え易い。

加熱の方法としては、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように火炎で炙ってもよいし、炭酸ガスレーザを照射してもよい。また、上記の方法によれば、加熱した箇所を局所的に変形させることができるため、所望の箇所のみを変形させることができる。

その後、必要に応じて基板２とコア３を覆うように石英ガラス膜等からなる上部クラッド６を形成してもよいし、そのまま上部クラッド６を形成せずに、コア３の周囲の空気を上部クラッドとして用いてもよい。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、コアの端面を比較的簡単な方法で光ファイバを接続するために適した形状に変形させ、スポットサイズ変換導波路を製造することができる。

特に、通常、コアの水平方向の形状はパターニング等により容易に制御できるが、コアの高さを制御するためには特殊な工程が必要になる。しかし、本実施の形態によれば、比較的容易にコアの端面の高さを大きくし、適切な形状に加工することができる。例えば、コアの材料として石英ガラスを用いる場合は、軟化温度が高く金型を用いて成形することが困難であるため、本実施の形態は有用であるといえる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１光導波路
２基板
３、５コア
３１、５１第１の部分
３２、５２第２の部分
４１、４２端面

Claims

基板と、
スポットサイズが一定な第１の部分、及び前記第１の部分の一端に接続された第２の部分を含み、前記基板上に形成されたコアと、
を有し、
前記第２の部分の前記基板に接する底面は、前記第１の部分側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状を有し、
前記第２の部分の前記第１の部分と接する端面は、前記第１の部分と同等のスポットサイズを有し、
前記第２の部分の前記第１の部分と反対側の端面は、前記第１の部分よりも大きいスポットサイズを有し、先端部が丸みを帯びた凸形状を有する、
スポットサイズ変換導波路。
前記基板は、石英ガラスからなり、
前記コアは、屈折率を上げるためのドーパントを含む石英ガラスからなる、
請求項１に記載のスポットサイズ変換導波路。
幅が一定な第１の部分と、前記第１の部分の一端に接続された、前記第１の部分側からその反対側に向かって幅が広がるテーパー形状の第２の部分と、を含む板状のコアを、基板上に形成する工程と、
前記基板を上側、前記コアを下側にした状態で、前記第１の部分の反対側に位置する前記第２の部分の少なくとも一部を下方から加熱し、自重により下向きの先端部が丸みを帯びた凸形状に変形させる工程と、
を含み、
前記加熱は、前記第２の部分の幅方向の中心付近に実施される、スポットサイズ変換導波路の製造方法。
前記コアの軟化温度は、前記基板の軟化温度よりも低く、
前記加熱は、前記コアの軟化温度よりも高く、前記基板の軟化温度よりも低い温度で実施される、
請求項３に記載のスポットサイズ変換導波路の製造方法。
前記基板は、石英ガラスからなり、
前記コアは、屈折率を上げるためのドーパントを含む石英ガラスからなる、
請求項３又は４に記載のスポットサイズ変換導波路の製造方法。