JP2018185491A - 光回路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバーと基板上の光導波路とを簡便に接続することのできる光回路およびその製造方法を提供する。【解決手段】光回路は、光ファイバー１と、基板２と、自己形成光導波路３と、基板２上に設けられた光導波路４と、によって構成されていて、光ファイバー１のコア１Ａ端部と光導波路４の端部とが、スポットサイズコンバータとして機能する自己形成光導波路３を介して接続された構造である。自己形成光導波路３は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアであり、光ファイバー１のコア１Ａの端面から、そのコア１Ａの光軸と同軸に直線状に延び、基板２に到達する傾斜部３０と、その到達点で傾斜部３０に連続し、基板２の表面に沿って直線状に延伸する延伸部３１と、によって構成されている。自己形成光導波路３の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基板２の屈折率よりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバーと、基板上の導波路とが接続された光回路に関する。また、その製造方法に関する。

光通信などの光信号の処理では、各種光学素子間の接続を光ファイバーによって行うことが一般である。その際、光ファイバーと、基板上に形成された光導波路とを接続することが必要となる。

しかし、光ファイバーと基板上の光導波路とでは、通常モードプロファイル（伝搬する光の電磁界分布）が大きく異なる。そのため、光ファイバーと光導波路との接続では、何らかの方法によって損失を低減する必要がある。

これまでに提案されている接続方法には、レンズを用いる方法、端面バットジョイント、導波路を加工する方法などがある（非特許文献４参照）。導波路を加工する方法の１つとして、スポットサイズコンバータ（ＳＳＣ）を用いて接続する方法がある。スポットサイズコンバータによる接続は、光ファイバーと光導波路のモードプロファイルあるいはスポット径が大きく異なる場合に好適である。非特許文献３では、薄膜導波路上に屈折率の異なる材料を積層してスポットサイズ変換導波路を装荷している。また、非特許文献４は、レーザー光をスキャンして光造形された光導波路を、薄膜導波路上に装荷して光結合させた例である。

また、光硬化性樹脂を利用して光導波路を形成する自己形成光導波路の技術が、本出願人などによって多数開発されている。特許文献１には、ミラーを用いて鏡面反射させることにより、屈曲した自己形成光導波路を作製することが記載されている。また、特許文献２には、光軸をずらして対向させた２つの光ファイバーから光を照射することで、自律的に曲がりながら自己形成光導波路を成長させ、双方の光ファイバーを接続することが記載されている。

特開平８−３２０４２２号公報 特開２００３−１３１０６３号公報

M. Kagami, IEICE Trans. Electron., vol.E-90C, no.5, 2007 水本、"光ファイバと光導波路の接続方法"、光学、ｐ．８０１、第１９巻第１２号、１９９０ V. Nguyen, et al., App. Phy. Lett., vol.88, 081112, 2006 N. Lindenmann, et al., Opt. Exp., p.17667, vol.20, no.16, 2012

しかし、モードプロファイルの異なる基板上の光導波路と光ファイバーとの間の光結合を図り、同時にこれらを実装して集積化する技術として十分に確立されたものはいまだ存在せず、生産性よく、かつ製造コストを低減するために、より簡便な光結合方法、実装方法が求められていた。

また、スポットサイズコンバータを用いて光ファイバーと基板上の光導波路を接続する場合、以下のような問題があった。第１に、結合用の光導波路をフォトリソグラフィー工程により別途作製する必要や、光損失を低減するためにスポットサイズコンバータの端面を荒れのない平坦な面に研磨する必要があり、製造工程の追加が必要となる場合があった。第２に、光軸アライメントして実装する必要があり、部品実装装置の精度によって実装精度にもばらつきが生じ、その結果光結合部の損失にもばらつきを生じる可能性があった。第３に、光ファイバーのコア端面を基板の端面近傍に配置し、光ファイバーのコアの軸方向と基板の主面とを平行な状態にしてスポットサイズコンバータと接続する必要があり、光ファイバーの配置や光導波路の配置の自由度が低く、小型化が難しいという問題があった。

そこで本発明の目的は、光ファイバーと基板上の光導波路とを簡易に接続することである。

本発明は、光ファイバーのコアの端部と、基板上の光導波路の端部とが接続された光回路であって、光ファイバーは、基板の上方にその端部が位置し、軸方向が基板の表面に対して傾斜しており、光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、基板に到達する傾斜部と、傾斜部に連続し、基板表面に沿って延伸する延伸部と、を有し、硬化した光硬化性樹脂からなる自己形成光導波路を備え、自己形成光導波路の屈折率は、基板の屈折率よりも高く、自己形成光導波路の延伸部は、光導波路の端部を覆うように位置している、ことを特徴とする光回路である。

屈折率は、光硬化性樹脂を硬化させる際の光の波長での値とする。以下、特に断りのない限り本明細書において同様である。

自己形成光導波路の延伸部は、断熱的テーパー形状とするのがよい。これにより、光ファイバーと光導波路とをより低損失に接続することができる。

自己形成光導波路は、硬化前の屈折率が基板の屈折率よりも低い光硬化性樹脂からなるものであってもよい。また、自己形成光導波路は、硬化前の屈折率が基板の屈折率よりも高い光硬化性樹脂からなるものであってもよい。

また、本発明は、光ファイバーのコアの端部と、基板上の光導波路の端部とが接続された光回路の製造方法であって、光ファイバーを、基板の上方にその端部が位置し、軸方向が基板の表面に対して傾斜し、かつ光導波路の光軸と一致するように配置し、光ファイバーの端部と、光導波路の端部との間に、硬化後の屈折率が基板の屈折率よりも高い光硬化性樹脂を配置し、光ファイバーの端部から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させて、光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、基板に到達する自己形成光導波路の傾斜部を成長させ、さらに基板に到達後、基板表面に沿って延伸し、光導波路の端部を覆うようにして自己形成光導波路の延伸部を成長させ、これにより前記光ファイバーの端部と、前記光導波路の端部とを接続する自己形成光導波路を形成する、ことを特徴とする光回路の製造方法である。

光硬化性樹脂を硬化させる光の波長を、光ファイバーおよび光導波路に伝搬させる信号光の波長と同一とすることにより、自己形成光導波路の延伸部を断熱的テーパー形状としてもよい。

本発明によれば、光ファイバーのコアと自己形成光導波路、および自己形成光導波路と基板上の光導波路とを、端面の荒れなく連続的に接続することができ、光損失を抑制することができる。また、光ファイバーの光軸と光導波路の光軸とを合わせるのが容易である。また、従来のように光ファイバーの端面を基板の端面に配置する必要はなく、光ファイバーは基板に対して傾斜した姿勢でよいため、光ファイバーの配置の自由度が高く、小型化を図ることができる。

実施例１の光回路の構成を示した図。 光導波路４の先端部の変形例を示した図。 実施例１の光回路の製造工程を示した図。 各種光硬化性樹脂の屈折率をまとめた表。 形成した自己形成光導波路の顕微鏡写真。 形成した自己形成光導波路の顕微鏡写真。 形成した自己形成光導波路の顕微鏡写真。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の光回路の構成を示した図である。図１（ａ）は、光軸方向での光回路の断面図、図１（ｂ）は、光回路を上方から見た平面図である。図１のように、実施例１の光回路は、光ファイバー１と、基板２と、自己形成光導波路３と、基板２上に設けられた光導波路４と、によって構成されていて、光ファイバー１のコア１Ａ端部と光導波路４の端部とが、スポットサイズコンバータとして機能する自己形成光導波路３を介して接続された構造である。この構造により、たとえば波長１５５０ｎｍの信号光を、光ファイバー１と光導波路４の間で伝搬させる。

（光ファイバー１について）
光ファイバー１は、その端部が基板２表面の上方に位置している。また、光ファイバー１の軸方向は、基板２の表面に対して角度θを成して傾斜している。

光ファイバー１は任意の材料、構造のものを用いてよい。材料は、たとえば、石英や、フッ化物ガラス、プラスチックである。また、光ファイバー１の構造は、シングルモードファイバーでもよいし、マルチモードファイバーであってもよく、フォトニック結晶ファイバーであってもよい。

基板２表面から光ファイバー１のコア１Ａ端面中央までの高さｈは任意であるが、自己形成光導波路３を安定的に再現性よく作製するために、１５００μｍ以下とするのがよい。より望ましくは５００μｍ以下、さらに望ましくは２５０μｍ以下である。また、高さｈの下限は、光ファイバー１が基板２に接触しない範囲であればよい。

（基板２について）
基板２は、ＳｉＯ₂ からなる平板状であり、光導波路のクラッドを兼ねている。基板２の表面には、Ｓｉからなる細線状のコアである光導波路４が形成されている。

なお、実施例１では、基板２の材料としてＳｉＯ₂ を用いているが、光導波路４よりも屈折率の低い材料であれば任意の材料でよい。また、基板２は積層でもよく、その場合は最上層（光導波路４と接する層）が、光導波路３よりも低屈折率であればよい。たとえば、Ｓｉからなる基板上にＳｉＯ₂ からなる低屈折率層を積層した構造であってもよい。

（光導波路４について）
光導波路４は、Ｓｉからなり、基板２表面上に形成された線状のパターンの薄膜である。光導波路４の線路方向に垂直な断面は矩形である。光導波路３の厚さは２００ｎｍ、線幅は４００ｎｍであり、波長１５５０ｎｍの信号光を効率的に伝搬するように設定されている。ただし、光導波路４の端部４ａでは線幅が一定ではなく、線幅が先端に向かうにつれて次第に小さくなっており、針状となっている。これにより自己形成光導波路３からの信号光が効率的に光導波路４へと移るようにしている。

なお、実施例１では光導波路４の先端部を針状としているが、線幅が先端に向かうにつれて次第に小さくなるテーパー状であればよい。たとえば、図２（ｂ）のように、細長い台形状としてもよい。逆に先端に向かうにつれて線幅が大きくなる形状としてもよく、たとえば、扇形、イチョウの葉状としてもよい（図２（ａ）参照）。このような形状とすれば、自己形成光導波路３と接触する光導波路４の面積が増えるため、効率的に光結合させることができる。

また、実施例１では光導波路４の材料としてＳｉを用いているが、クラッドである基板２、および自己形成光導波路３よりも屈折率の高い材料であれば任意の材料でよい。たとえばＳｉＮ、ＳｉＯ₂ などでもよい。

また、光導波路４の線幅や高さ、平面パターンも、上記に限るものではなく、信号光の波長や伝搬モードなどに応じて任意に設計することができる。

（自己形成光導波路３について）
自己形成光導波路３は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアであり、スポットサイズコンバータ（ＳＳＣ）の機能を有するものである。図１のように、自己形成光導波路３は、光ファイバー１のコア１Ａの端面から、そのコア１Ａの光軸と同軸に直線状に延び、基板２に到達する傾斜部３０と、その到達点で傾斜部３０に連続し、基板２の表面に沿って直線状に延伸する延伸部３１と、によって構成されている。したがって、自己形成光導波路３全体としての形状はへの字型に屈曲した形状となっている。

自己形成光導波路３の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基板２の屈折率よりも高い。ここで基板２の屈折率は、基板２が多層である場合には、自己形成光導波路３と接する層の屈折率である。このように屈折率を設定することで、後述の製造方法で説明するように、自己形成光導波路３を傾斜部３０と延伸部３１とを有したへの字型の屈曲形状とすることができる。硬化前の光硬化性樹脂の屈折率は、基板２の屈折率より高くても低くてもどちらでもよく、さらには等しくてもよい。

自己形成光導波路３と基板２との屈折率差は、０より大きければ任意であるが、延伸部３１を安定的に再現性よく作製するために、０．０１７以上であることが望ましい。より望ましくは０．０２以上、さらに望ましくは０．０２５以上である。また、屈折率差は０．０５以下であることが望ましい。延伸部３１が基板２表面に沿わずに離れてしまったり、延伸部３１の長さが十分に確保できなくなるためである。より望ましくは０．０４以下、さらに望ましくは０．０３以下である。

自己形成光導波路３の傾斜部３０は、その光軸は光ファイバー１の光軸と同一軸であり、基板２表面に対して角度θを成している。また、光ファイバー１の端面に露出するコア１Ａと連続的に接している。そのため、自己形成光導波路３の傾斜部３０の端面はコア１Ａの端面と一致しており、傾斜部３０の端面の荒れによって光損失することが抑制されている。傾斜部３０の直径は、光ファイバー１のコア１Ａの直径や自己形成光導波路３の材料などにもよるが、２〜３μｍである。また、傾斜部３０の長さは、傾斜部３０の傾斜角度（基板２表面に対する傾斜部３０の光軸の角度θ）と、基板２表面から光ファイバー１のコア１Ａ端面までの高さｈによって決まり、たとえば３００〜５０００μｍである。

光ファイバー１および自己形成光導波路３の傾斜部３０の傾斜角度θは、０°より大きければ任意の値でよいが、傾斜角度θが大きいと自己形成光導波路３の延伸部３１が短すぎる、あるいは形成されない場合がある。そのため、角度θは、４５°以下であることが望ましい。より望ましくは２０°以下、さらに望ましくは１０°以下である。

自己形成光導波路３の延伸部３１は、基板２表面に到達した自己形成光導波路３の傾斜部３０が屈曲して基板２表面に沿って延伸した部分である。自己形成光導波路３の延伸部３１は、基板２上の光導波路４の端部を覆うようにして形成されている。延伸部３１の延伸方向と、光導波路４端部の延伸方向はなるべく一致していることが望ましいが、１０°程度の角度のずれであれば、十分に延伸部３１と光導波路４とを光結合させることができる。より望ましくは５°以下、さらに望ましくは３°以下の角度のずれである。

延伸部３１の光軸方向の断面は、円の一部を直線で切った形状で、半円状、かまぼこ状などの形状である。

延伸部３１の長さは、光導波路４端部を覆う程度であれば任意の長さでよい。延伸部３１の長さは、自己形成光導波路３を形成する光硬化性樹脂の硬化前および硬化後の屈折率、光ファイバー１および自己形成光導波路３の傾斜部３０の傾斜角度θなどによって制御することができる。たとえば、基板２の屈折率をｎ０、硬化前の光硬化性樹脂の屈折率をｎ１、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率をｎ２として、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２とすれば、延伸部３１は短くなる傾向にある。また、ｎ０＜ｎ１＜ｎ２とすれば、延伸部は長くなる傾向にある。また、光ファイバー１および自己形成光導波路３の傾斜部３０の傾斜角度θが小さいほど延伸部３１が長くなる傾向にあり、傾斜角度θが大きいほど延伸部３１が短くなる傾向にある。そのため、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２の場合には、光ファイバー１および自己形成光導波路３の傾斜部３０の傾斜角度θは、３°以下とするのがよい。また、ｎ０＜ｎ１＜ｎ２の場合には、傾斜角度を１０°以上とすることができ、光ファイバーの配置の自由度が高くなり、実施例１の光回路をさらに小型化することができる。

たとえば、延伸部３１の長さは２００μｍ以上とすれば、光導波路４端部を十分に覆うことができ、延伸部３１と光導波路４間での光損失を十分に低減することができる。より望ましくは３００μｍ以上、さらに望ましくは５００μｍ以上である。

自己形成光導波路３の延伸部３１は、断熱的テーパー形状とすることが望ましい。断熱的テーパー形状は、光損失がないように自己形成光導波路３の側面が傾斜したテーパー形状であり、自己形成光導波路３の光軸方向に垂直な断面が次第に増加、あるいは減少していく形状である。実施例１では、自己形成光導波路３の直径が光導波路４の線幅に比べて大きいため、断熱的テーパー形状は、光ファイバー１側から光導波路４側に向かって、自己形成光導波路３の断面が次第に減少していくような形状である。つまり、自己形成光導波路３の延伸部３１の高さや幅が、光導波路４側に向かうにつれて減少していく形状である。このような断熱的テーパー形状は、後述の製造方法によって容易に作製することができる。

断熱的テーパー形状において、テーパー角（自己形成光導波路３の光軸に対する側面の傾斜角度）の望ましい範囲は、伝送させる信号光の波長や、基板２、自己形成光導波路３の屈折率などにも依存するが、たとえば０．１〜２５°であることが好ましい。この範囲であれば、光損失を十分に低減することができる。より望ましくは０．１〜１５°、さらに望ましくは０．１〜３°である。

なお、光ファイバー１の端部、自己形成光導波路３、および光導波路４は、クラッド材に覆われていてもよい。

次に、実施例１の光回路の形成方法について、図３を参照に説明する。

まず、基板２の上方に、光ファイバー１の端部が位置するように配置する。また、光ファイバー１の光軸が、基板２表面に対して傾斜するように配置する。また、基板２の上方から見たときに、光ファイバー１の光軸と、光導波路４の光軸とが同一直線上となるように配置する。光ファイバー１の端部がこのような姿勢となるように、図示しない治具を用いて固定する。そして、光ファイバー１の端部と光導波路４との間に、液状の硬化前の光硬化性樹脂５を塗布する（図３（ａ）参照）。光硬化性樹脂５は、硬化後の屈折率が基板２の屈折率よりも高いものを用いる。

次に、レーザー装置からのレーザー光を光ファイバー１に入射して伝搬させ、光ファイバー１の端部から光ファイバー１の外部へと放射させる。レーザー光は、光ファイバー１および光導波路４に伝送させる信号光と同一波長とする。

光ファイバー１の端部から放射された光によって光硬化性樹脂５は硬化し、屈折率が上昇する。すると、屈折率の上昇によって光が集光される。また、硬化前後の屈折率差によって光は閉じ込められる。これを繰り返すことで、光硬化性樹脂５は、光ファイバー１のコア１Ａ端面から、光ファイバー１の光軸方向に直線的に硬化していく。つまり自己形成光導波路３が成長していく。自己形成光導波路３は、基板２に到達するまで直線状に成長していくので、基板２表面に対して傾斜しており、自己形成光導波路３の傾斜部３０となる（図３（ｂ）参照）。

自己形成光導波路３が成長して基板２に到達すると、その後は自己形成光導波路３は基板２表面に沿って成長する。これは、硬化後の光硬化性樹脂５の屈折率が、基板２の屈折率よりも高い値に設定されているため、基板２による光の反射により基板２表面に沿う方向に伝搬する光の強度が、光硬化性樹脂５の硬化に十分な強度となるためである。基板２表面に沿って成長する自己形成光導波路３は、やがて基板２上の光導波路４端部に到達する。すると、自己形成光導波路３中を伝搬するレーザー光は、光導波路４へと移っていき、自己形成光導波路３中を伝搬するレーザー光の強度は低下していく。レーザー光の強度がある値を下回ると、光硬化性樹脂５は硬化しなくなり、自己形成光導波路３の成長はそこで終了する。このようにして、自己形成光導波路３のうち、基板２表面に沿って延伸した部分である延伸部３１が形成される（図３（ｃ）参照）。

ここで、レーザー光は光導波路４側へと移っていき、光導波路４へレーザー光の強度が次第に低下していくことから、延伸部３１の光軸方向に垂直な断面の面積は、光ファイバー１側から光導波路４側に向かって減少していくことになる。つまり、延伸部３１の高さや線幅が次第に減少していくことになる。また、レーザー光の波長は、信号光の波長と等しくしている。以上の結果から、延伸部３１は断熱的テーパー形状となる。

なお、実施例１では、光硬化性樹脂を硬化させるレーザー光の波長として、光ファイバー１および光導波路４に伝送させる信号光と同一波長の光を用いているが、異なる波長であってもよい。ただしその場合、自己形成光導波路３の延伸部３１を断熱的テーパー形状とすることが、信号光と同一波長を用いる場合に比べて難しくなる。また、光導波路４による光吸収を考慮して、自己形成光導波路３を形成しやすいレーザー光の波長を決定してもよい。

また、自己形成光導波路３の延伸部３１の光軸と、光導波路４の光軸とが、多少ずれていたとしても、延伸部３１の光軸は光導波路４の光軸と一致するように自己整合的に傾斜していき、最終的には光軸を一致させることができる。そのため、光ファイバー１の光軸と、光導波路４の光軸について、高度な位置合わせをする必要がない。

延伸部３１は、光導波路４の端部を十分に覆うような長さに形成する必要があるが、その長さは以下のようにして制御することができる。第１に、光ファイバー１の光軸が基板２に対して成す角度θである。角度θが大きいほど延伸部３１が短くなり、角度θが小さいほど延伸部３１が長くなる。第２に、光硬化性樹脂５の屈折率である。基板２の屈折率をｎ０、硬化前の光硬化性樹脂５の屈折率をｎ１、硬化後の光硬化性樹脂５の屈折率をｎ２として、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２とすれば、延伸部３１は短くなる傾向にあり、角度θは小さくする必要がある。ｎ０＜ｎ１＜ｎ２とすれば、延伸部は長くなる傾向にあり、角度θは大きくすることができる。ただし、ｎ０＜ｎ１＜ｎ２の場合、延伸部３１が長くなると、延伸部３１が基板２の上方に離れてしまったり、延伸部３１と基板２との密着性が悪化してしまう場合がある点に留意する。また、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２の場合は、基板２に沿って密着性よく形成することができる。

自己形成光導波路３の形成の際、基板裏面にミラーを設けて反射させることで、あるいは基板表面側から別途光を照射することで、光硬化性樹脂５を硬化しやすくすることができる。それにより延伸部３１をより安定に形成したり、延伸部３１がより長くなるように調整することも可能である。

その後、未硬化の光硬化性樹脂５を除去し、クラッド材となる光硬化性樹脂に置換し、そのクラッド材の光硬化性樹脂を硬化後、熱処理や光照射で全体を硬化する。もしくは、屈折率の異なる２種類以上の光硬化性樹脂５Ａ、Ｂを混合して用い、一方の種類の光硬化性樹脂５Ａを硬化させ、他方の種類の光硬化性樹脂５Ｂは硬化させない波長の光を用いて自己形成光導波路３を形成した後、他方の光硬化性樹脂５Ｂを硬化させる波長の光を照射してクラッドを形成する方法を用いてもよい。この場合、光硬化性樹脂を置換することなくクラッドを形成することができ、特に細い自己形成光導波路３の形成に好適である。以上によって実施例１の光回路を作製する。

以上、実施例１の光回路では、光ファイバー１と基板２上の光導波路４とを、自己形成光導波路３によって容易かつ光損失少なく結合させることができる。また、光ファイバー１の配置の制約が少なく、光回路の小型化を図ることができる。

次に、実施例１に関する実験結果について図４〜７を参照にして説明する。

基板２に対して斜め方向から光を照射して、基板２表面に沿って自己形成光導波路３が形成される条件を検討した。光ファイバー１はシングルモードファイバーを用い、基板２にはＢＫ−７（屈折率ｎ０＝１．５２６）を用いた。また、波長４５７．５ｎｍのレーザー光を用いた。レーザー光の出力、照射時間は、形成される自己形成光導波路３が等長に延びるように調整した。

また、４種類の異なる光硬化性樹脂を混合し、その混合比率を変えることで、屈折率の異なる材料Ａ〜Ｆの６種類の材料を調製した。また、材料Ａ〜Ｆの屈折率は、硬化前の屈折率をｎ１、硬化後の屈折率をｎ２として、条件（Ｉ）ｎ１＜ｎ２＜ｎ０、条件（ＩＩ）ｎ１＜ｎ０＜ｎ２、条件（ＩＩＩ）ｎ０＜ｎ１＜ｎ２を満たすように作製した。具体的には、材料Ｆは条件（Ｉ）、材料Ｃ〜Ｅは条件（ＩＩ）、材料Ａ、Ｂは条件（ＩＩＩ）を満たすように作製した。図４の表は、各材料Ａ〜Ｆについて、レーザー光の波長（４５７．５ｎｍ）における、硬化前後の屈折率、および屈折率の条件分類を示している。

以上の６種類の材料をそれぞれ用い、基板２の上方に配置した光ファイバー１からレーザー光を基板に向けて照射し、自己形成光導波路３を形成した。光ファイバー１の角度は、基板２に対して、２°、４°、１０°とした。

形成された自己形成光導波路３を顕微鏡により観察した。図５〜７は、撮影した自己形成光導波路３の写真である。図５は、光ファイバー１の基板２に対する傾斜角度θを１０°とした場合、図６は、傾斜角度θを４°とした場合、図７は、傾斜角度θを２°とした場合である。なお、装置の都合により、基板２の真上からの観察となるため、自己形成光導波路３が屈曲しているかどうかを観察するために、自己形成光導波路３の形成後に光ファイバー１を水平方向にずらし、その状態で観察した。

観察の結果、屈折率の条件（Ｉ）〜（ＩＩＩ）によって、自己形成光導波路３の形状には有意な差があることがわかった。

条件（Ｉ）ｎ１＜ｎ２＜ｎ０を満たす場合には、光ファイバー１から基板２に到達するまでは直線状に自己形成光導波路３が成長するが、基板２に到達後はそこで自己形成光導波路３の成長が止まり、屈曲成長しなかった。これは、基板２の屈折率が硬化前後によらず光硬化性樹脂の屈折率よりも高いため、基板２に到達したレーザー光が基板２を透過してしまい、基板２の表面に平行な方向に光が向かわないためと考えられる。

条件（ＩＩ）ｎ１＜ｎ０＜ｎ２を満たす場合には、光ファイバー１から基板２に到達するまで直線状に自己形成光導波路３が成長し、基板２に到達後は屈曲成長し、基板２の表面に沿って直線状に自己形成光導波路３が成長した。これは、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率が基板２の屈折率よりも高いため、基板２に到達したレーザー光は、基板２による反射と、樹脂硬化による閉じ込めによって基板２表面に平行な方向に伝搬し、屈曲しながら成長するためと考えられる。また、基板２に到達後は、自己形成光導波路３の線幅は次第に細くなっていき、ある長さで成長は停止した。これは、レーザー光が次第に基板２側へと漏れていくためであると考えられる。また、光ファイバー１の角度が大きくなるほど、自己形成光導波路３の基板表面に沿って成長する部分の長さが短くなることがわかった。

条件（ＩＩＩ）ｎ０＜ｎ１＜ｎ２を満たす場合には、光ファイバー１から基板２に到達するまで直線状に自己形成光導波路３が成長し、基板２に到達後は屈曲成長し、基板２の表面に沿って平行に直線状に自己形成光導波路３が成長した。このように屈曲成長する理由は、条件（ＩＩ）の場合と同様であると考えられ、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率が基板２の屈折率よりも高いためであると考えられる。ただし、基板２に到達した自己形成光導波路３は、しばらくの間は基板２表面に沿って延伸するが、次第に基板２から浮き上がるようにして成長していった。これは、レーザー光が基板２によって反射される作用が自己形成光導波路３の形成中に働くためであると考えられる。

以上の結果から、屈折率が条件（ＩＩ）、（ＩＩＩ）を満たすのであれば、自己形成光導波路３を基板２表面に沿って屈曲成長させることが可能であることがわかった。

本発明は、光ファイバーと基板上の光導波路とが接続された各種の光回路に適用することができる。

１：光ファイバー
２：基板
３：自己形成光導波路
４：光導波路
５：光硬化性樹脂

Claims (8)

1. 光ファイバーのコアの端部と、基板上の光導波路の端部とが接続された光回路であって、
   前記光ファイバーは、前記基板の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基板の表面に対して傾斜しており、
   前記光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、前記基板に到達する傾斜部と、前記傾斜部に連続し、前記基板表面に沿って延伸する延伸部と、を有し、硬化した光硬化性樹脂からなる自己形成光導波路を備え、
   前記自己形成光導波路の屈折率は、前記基板の屈折率よりも高く、
   前記自己形成光導波路の延伸部は、前記光導波路の端部を覆うように位置している、
   ことを特徴とする光回路。
2. 前記自己形成光導波路の延伸部は、断熱的テーパー形状である、ことを特徴とする請求項１に記載の光回路。
3. 前記自己形成光導波路は、硬化前の屈折率が前記基板の屈折率よりも低い光硬化性樹脂からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光回路。
4. 前記自己形成光導波路は、硬化前の屈折率が前記基板の屈折率よりも高い光硬化性樹脂からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光回路。
5. 光ファイバーのコアの端部と、基板上の光導波路の端部とが接続された光回路の製造方法であって、
   前記光ファイバーを、前記基板の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基板の表面に対して傾斜し、かつ前記光導波路の光軸と一致するように配置し、
   前記光ファイバーの端部と、前記光導波路の端部との間に、硬化後の屈折率が前記基板の屈折率よりも高い光硬化性樹脂を配置し、
   前記光ファイバーの端部から光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させて、前記光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、前記基板に到達する自己形成光導波路の傾斜部を成長させ、さらに前記基板に到達後、前記基板表面に沿って延伸し、前記光導波路の端部を覆うようにして自己形成光導波路の延伸部を成長させ、これにより前記光ファイバーの端部と、前記光導波路の端部とを接続する自己形成光導波路を形成する、
   ことを特徴とする光回路の製造方法。
6. 前記光硬化性樹脂を硬化させる光の波長を、前記光ファイバーおよび前記光導波路に伝搬させる信号光の波長と同一とすることにより、前記自己形成光導波路の延伸部を断熱的テーパー形状とする、ことを特徴とする請求項５に記載の光回路の製造方法。
7. 前記光硬化性樹脂として、硬化前の屈折率が前記基板の屈折率よりも低い光硬化性樹脂を用いる、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光回路の製造方法。
8. 前記光硬化性樹脂として、硬化前の屈折率が前記基板の屈折率よりも高い光硬化性樹脂を用いる、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光回路の製造方法。