JP2018185492A - 光部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバーと基材とを簡便に接続すること。【解決手段】光部品は、２つの光ファイバー１０、１１と、基材１２と、自己形成光導波路１３と、によって構成されている。自己形成光導波路１３は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアである。自己形成光導波路１３は、光ファイバー１０のコア１０Ａの端面から、そのコア１０Ａの軸方向に直線状に延び、基材１２に到達する第１傾斜部１３Ａと、その到達点で第１傾斜部１３Ａに連続し、基材１２表面に接して表面に沿って直線状に延伸する延伸部１３Ｂと、光ファイバー１１のコア１１Ａの端面から、そのコア１１Ａの軸方向に直線状に延び、基材１２に到達してその到達点で延伸部１３Ｂに連続する第２傾斜部１３Ｃと、によって構成されている。自己形成光導波路１３の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基材１２の屈折率よりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバーと基材とが接続された光部品に関する。また、その製造方法に関する。

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。非特許文献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１、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ることが記載されている。

また、光導波路デバイスの応用として、特定のガスや化学物質などを検知するセンサがある。このようなセンサの構造は、非特許文献２のように、光ファイバーの伝搬光が検知物質と相互作用（吸収変化）するように、光ファイバーのコアからクラッドにしみ出させ、その後再び光ファイバーに結合させる構造、つまりエバネッセント光を積極的に利用する構造を採用している。たとえば、非特許文献２のように、光ファイバー間に検知セルを挿入したり、光ファイバーの一部を細径化したり、光ファイバーの一部をエッチングや研磨で除去したり、回折格子を光ファイバーに作製する必要がある。

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 Helen Waechter et al., "Chemical Sensing Using Fiber Cavity Ring-Down Spectroscopy," Sensors 2010, 10(3), 1716-1742

しかし、非特許文献２では、光を取り出す構造の作製には、従来微細加工が必要であった。そのため一般に高コストであり、より簡便な作製方法が望まれていた。

また、光制御や光増幅、あるいはレーザーどなどの機能性を有する光デバイスを実現する場合、光導波路の一部に光学活性を有する導波路や材料を挿入させて構成する必要がある。しかし、光学活性材料は導波路加工が困難な場合があり、このような光デバイスを作製することは困難であった。

そこで本発明の目的は、光ファイバーから光を取り出して、再び光ファイバーと結合させることが可能な構造を簡便に実現することである。

本発明は、第１光ファイバーのコアの端部と、基材とが接続された光部品であって、第１光ファイバーは、基材の上方にその端部が位置し、軸方向が基材の表面に対して傾斜しており、第１光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、基材に到達する第１傾斜部と、第１傾斜部に連続し、基材表面に接しその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、基材の屈折率よりも高い、ことを特徴とする光部品である。

本発明の光部品において、第１光ファイバーに対向する第２光ファイバーをさらに備え、第２光ファイバーは、基材の上方にその端部が位置し、軸方向が基材の表面に対して傾斜しており、第１光ファイバーの端部と第２光ファイバーの端部とが、第１光ファイバーと第２光ファイバーの光軸が一致するように対向しており、自己形成光導波路は、第２光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、基材に到達し、延伸部に連続する第２傾斜部を有するようにしてもよい。

また、本発明の光部品において、延伸部の端部にミラーを有する構造としてもよい。

基材の表面は任意の形状でよく、平面であっても曲面であってもよい。表面の少なくとも一部は曲面とし、自己形成光導波路の延伸部が曲面に沿って延伸する構造とすれば、自己形成光導波路からの光の取り出しがより容易となる。

また、基材の形状も任意の形状でよい。基材の形状を円柱状または円筒状とし、延伸部が円柱または円筒の側面に沿ってらせん状に形成された構造とすれば、自己形成光導波路からの光の取り出しがより容易となる。

基材は任意の材料からなるものでよい。基材として光と相互作用する光学活性材料を用いれば、各種機能の光部品を実現することができる。たとえば光利得材料を用いれば、光増幅器を実現することができ、電気光学材料を用いれば、電界センサーを実現することができる。

他の本発明は、第１光ファイバーのコアの端部と、基材とが接続された光部品の製造方法であって、第１光ファイバーを、基材の上方にその端部が位置し、軸方向が基材の表面に対して傾斜するように配置し、第１光ファイバーの端部と、基材との間に、硬化後の屈折率が基材の屈折率よりも高い光硬化性樹脂を配置し、第１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、第１光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、基材に到達する自己形成光導波路の第１傾斜部を成長させ、さらに基材に到達後、基材表面に沿って延伸する延伸部を成長させる、ことを特徴とする光部品の製造方法である。

本発明の光部品の製造方法において、第２光ファイバーを、基材の上方にその端部が位置し、軸方向が基材の表面に対して傾斜するように配置し、さらに第１光ファイバーの端部と第２光ファイバーの端部とが、第１光ファイバーと第２光ファイバーの光軸が一致するように対向して配置し、光硬化性樹脂は、第２光ファイバーの端部と、基材との間にも配置し、第２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、第２光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、基材に到達する自己形成光導波路の第２傾斜部を成長させ、さらに基材に到達後、基材表面に沿って延伸させて延伸部と接続させてもよい。

また、本発明の光部品の製造方法において、基材の表面上であって延伸部の延伸方向上の位置に、ミラーを配置し、光硬化性樹脂は、第１光ファイバーの端部と、ミラーとの間に配置し、延伸部は、ミラーに到達するまで延伸させるようにしてもよい。

本発明によれば、光ファイバーと基材とを容易に接続することができる。また、自己形成光導波路からの光の取り出しが容易となり、基材との光の相互作用が容易な構造を実現することができる。

実施例１の光部品の構成を示した図。 実施例１の光部品の断面図。 実施例１の光部品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。 実施例２の光部品の構成を示した図。 実施例３の光部品の構成を示した図。 実施例１の光部品の変形例を示した図。

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の光部品を斜め上から見た図である。また、図２は、光軸方向での光部品の断面図である。図１のように、実施例１の光部品は、２つの光ファイバー１０、１１と、基材１２と、自己形成光導波路１３と、によって構成されている。実施例１の光部品は、光ファイバー１０、１１に伝送させている信号光を増幅する増幅器である。

（光ファイバー１０、１１について）
図１のように、２つの光ファイバー１０、１１は、その端部が基材１２表面の上方に位置している。また、光ファイバー１０、１１の軸方向は、基材１２の表面に対して角度θを成して傾斜している。また、光ファイバー１０、１１の光軸が一致するように、平面視において光ファイバー１０、１１の端部が対向するように配置されている。

光ファイバー１０、１１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１０、１１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。

基材１２表面から光ファイバー１０、１１のコア１０Ａ、Ｂ端面中央までの高さｈは任意であり、光ファイバー１０、１１でそれぞれ高さｈが異なっていてもよいが、自己形成光導波路１３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１０、１１が基材１２に接触しない範囲であればよい。

（基材１２について）
基材１２は、光利得材料からなる平板状であり、自己形成光導波路１３のクラッドを兼ねている。この基材１２は光増幅媒体として機能する。また、基材１２は積層でもよく、その場合は少なくとも１層が、光利得材料であればよい。

光利得材料は、たとえば、石英などのガラス材料に希土類を添加した材料や、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの固体レーザー媒質に希土類を添加した材料を用いることができる。添加する希土類は、たとえばＥｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）などである。

（自己形成光導波路１３について）
自己形成光導波路１３は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアである。図１のように、自己形成光導波路１３は、光ファイバー１０のコア１０Ａの端面から、そのコア１０Ａの軸方向に直線状に延び、基材１２に到達する第１傾斜部１３Ａと、その到達点で第１傾斜部１３Ａに連続し、基材１２表面に接して表面に沿って直線状に延伸する延伸部１３Ｂと、光ファイバー１１のコア１１Ａの端面から、そのコア１１Ａの軸方向に直線状に延び、基材１２に到達してその到達点で延伸部１３Ｂに連続する第２傾斜部１３Ｃと、によって構成されている。

自己形成光導波路１３の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基材１２の屈折率よりも高い。ここで基材１２の屈折率は、基材１２が多層である場合には、自己形成光導波路１３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１３を第１傾斜部１３Ａと延伸部１３Ｂの接続部分、および延伸部１３Ｂと第２傾斜部１３Ｃの接続部分で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、基材１２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１３と基材１２との屈折率差は、０より大きければ任意であるが、延伸部１３Ｂ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１３Ｂが基材１２表面に沿わずに離れてしまったり、延伸部１３Ｂ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１３の第１傾斜部１３Ａは、その軸方向は光ファイバー１０の軸方向と同一であり、基材１２表面に対して角度θを成している。また、光ファイバー１０の端面に露出するコア１０Ａと連続的に接している。そのため、自己形成光導波路１３の第１傾斜部１３Ａの端面はコア１０Ａ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。同様に、自己形成光導波路１３の第２傾斜部１３Ｃは、その軸方向は光ファイバー１１の軸方向と同一であり、基材１２表面に対して角度θを成している。また、光ファイバー１１の端面に露出するコア１１Ａと連続的に接している。そのため、自己形成光導波路１３の第２傾斜部１３Ｃの端面はコア１１Ａの端面と一致しており、第２傾斜部１３Ｃ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。

第１傾斜部１３Ａ、第２傾斜部１３Ｃの直径は、光ファイバー１０、１１のコア１０Ａ、１１Ａの直径や自己形成光導波路１３の材料などにもよるが、２〜３μｍである。また、第１傾斜部１３Ａ、第２傾斜部１３Ｃの長さは、第１傾斜部１３Ａおよび第２傾斜部１３Ｃの傾斜角度（基材１２表面に対する第１傾斜部１３Ａの軸方向の角度θ）と、基材１２表面から光ファイバー１０、１１のコア１０Ａ、１１Ａ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１０、１１および自己形成光導波路１３の第１傾斜部１３Ａ、第２傾斜部１３Ｃ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１３の延伸部１３Ｂ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。なお、第１傾斜部１３Ａと第２傾斜部１３Ｃとで傾斜角度θが異なっていてもよい。

自己形成光導波路１３の延伸部１３Ｂは、基材１２表面に到達した自己形成光導波路１３の第１傾斜部１３Ａおよび第２傾斜部１３Ｃが屈曲して基材１２表面に沿って延伸した部分である。第１傾斜部１３Ａからの延伸方向と第２傾斜部１３Ｃからの延伸方向は、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。

（実施例１の光部品の動作）
実施例１の光部品は、光増幅器として動作する。実施例１の光部品では、信号光を光ファイバー１０のコア１０Ａから自己形成光導波路１３を介して光ファイバー１１のコア１１Ａへと伝搬させる。また、励起光を基材１２に照射して、基材１２中に励起光を伝搬させる。基材１２中の希土類は励起光を吸収し、反転分布が形成される。ここで、自己形成光導波路１３の延伸部１３Ｂは、基材１２と接しており、自己形成光導波路１３を伝搬する信号光は基材１２側にしみ出す。このしみ出した信号光は、基材１２中の反転分布を形成した希土類イオンと相互作用する。その結果、信号光は増幅される。

なお、励起光は、信号光と合波して光ファイバー１０、１１を伝搬させてもよい。励起光が基材１２にしみ出して基材１２に反転分布を形成することができるので、基材１２に励起光を照射する場合と同様に信号光を増幅させることができる。

また、実施例１の光部品を共振器内に設け、実施例１の光部品を光が何度も往復するように構成することで、レーザー装置を構成することも可能である。

次に、実施例１の光部品の形成方法について、図３を参照に説明する。

まず、基材１２の上方に、光ファイバー１０、１１の端部が位置するように配置する。また、光ファイバー１０、１１の軸方向が、基材１２表面に対して傾斜するように配置する。また、光ファイバー１０、１１の光軸が一致するように、平面視で光ファイバー１０、１１の端部が対向するように配置する。光ファイバー１０、１１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１０の端部と光ファイバー１１の端部との間に、液状の硬化前の光硬化性樹脂１５を塗布する（図３（ａ）参照）。光硬化性樹脂１５は、硬化後の屈折率が基材１２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１０、１１に入射して伝搬させ、光ファイバー１０、１１の端部から光ファイバー１０、１１の外部へと放射させる。レーザー光は、光ファイバー１０、１１に伝送させる信号光と同一波長とする。

光ファイバー１０、１１の端部から放射された光によって光硬化性樹脂１５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１５は、光ファイバー１０、１１のコア１０Ａ、１０Ｂ端面から、光ファイバー１０、１１の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１３が成長していく。自己形成光導波路１３は、基材１２に到達するまで直線状に成長していくので、基材１２表面に対して傾斜している。この傾斜部分がそれぞれ、自己形成光導波路１３の第１傾斜部１３Ａ、第２傾斜部１３Ｃとなる（図３（ｂ）参照）。

自己形成光導波路１３が成長して基材１２に到達すると、その後は自己形成光導波路１３は基材１２表面に沿って成長する。これは、硬化後の光硬化性樹脂１５の屈折率が、基材１２の屈折率よりも高い値に設定されているため、基材１２による光の反射により基材１２表面に沿う方向に伝搬する光の強度が、光硬化性樹脂１５の硬化に十分な強度となるためである。光ファイバー１０側から基材１２表面に沿って成長する自己形成光導波路１３と、光ファイバー１１側から基材１２表面に沿って成長する自己形成光導波路１３は、やがて重なり結合する。このようにして、自己形成光導波路１３のうち、基材１２表面に沿って延伸した部分である延伸部１３Ｂが形成される（図３（ｃ）参照）。

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１０、１１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く、自己形成光導波路１３を形成しやすいレーザー光の波長でよい。光ファイバー１０側からの自己形成光導波路１３の成長と、光ファイバー１１側からの自己形成光導波路１３の成長は同時に行う必要はなく、交互に成長させてもよい。

また、光ファイバー１０側からの延伸部１３Ｂと、光ファイバー１１側からの延伸部の光軸が多少ずれていたとしても、延伸部１３Ｂの光軸は自己整合的に傾斜していき、最終的には光軸を一致させて両者の延伸部を重なり合わせることができる。そのため、光ファイバー１０、１１の光軸について高度な位置合わせをする必要がない。

光ファイバー１０側から延びる延伸部１３Ｂと、光ファイバー１１側から延びる延伸部１３Ｂのそれぞれの長さは、互いに重なり合って結合するように十分な長さにする必要がある。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１０、１１の軸方向が基材１２表面に対して成す角度θである。角度θが大きいほど延伸部１３Ｂが短くなり、角度θが小さいほど延伸部１３Ｂが長くなる。第２に、光硬化性樹脂１５の屈折率である。基材１２の屈折率をｎ０、硬化前の光硬化性樹脂１５の屈折率をｎ１、硬化後の光硬化性樹脂１５の屈折率をｎ２として、ｎ１＜ｎ０＜ｎ２とすれば、延伸部１３Ｂ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１３Ｂ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１３Ｂが長くなると、延伸部１３Ｂが基材１２の上方に離れてしまったり、延伸部１３Ｂと基材１２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、基材１２に沿って密着性よく形成することができる。

その後、未硬化の光硬化性樹脂１５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１５Ａ、Ｂを混合して用い、一方の種類の光硬化性樹脂１５Ａを硬化させ、他方の種類の光硬化性樹脂１５Ｂは硬化させない波長の光を用いて自己形成光導波路１３を形成した後、他方の光硬化性樹脂１５Ｂ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１３の形成に好適である。以上によって実施例１の光部品を作製する。

以上、実施例１では、基材１２表面に向かって傾斜して成長する自己形成光導波路１３を基材１２表面で自律的に屈曲させてその表面に沿って成長させることができる。そのため、光ファイバー１０、１１と基材１２とが自己形成光導波路１３を介して接続された構造を簡便に実現することができる。また、自己形成光導波路１３から容易に光を取り出すことができ、光利得材料からなる基材１２との相互作用によって容易に光増幅が可能となっている。また、基材１２と自己形成光導波路１３の延伸部１３Ｂは接合しているため形状安定性が高く、光損失の低い導波路となっている。

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。

基材１２上方に光ファイバー１０を配置し、基材１２に対して斜め方向から光を照射して、基材１２表面に沿って自己形成光導波路１３が形成される条件を検討した。光ファイバー１０はシングルモードファイバーを用い、基材１２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１３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、基材１２の上方に配置した光ファイバー１０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１３を形成した。光ファイバー１０の角度は、基材１２に対して、２°、４°、１０°とした。

形成された自己形成光導波路１３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１３の写真である。図５は、光ファイバー１０の基材１２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、基材１２の真上からの観察となるため、自己形成光導波路１３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１３の形成後に光ファイバー１０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１３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１０から基材１２に到達するまでは直線状に自己形成光導波路１３が成長するが、基材１２に到達後はそこで自己形成光導波路１３の成長が止まり、屈曲成長しなかった。これは、基材１２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、基材１２に到達したレーザー光が基材１２を透過してしまい、基材１２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１０から基材１２に到達するまで直線状に自己形成光導波路１３が成長し、基材１２に到達後は屈曲成長し、基材１２の表面に沿って直線状に自己形成光導波路１３が成長した。これは、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率が基材１２の屈折率よりも高いため、基材１２に到達したレーザー光は、基材１２による反射と、樹脂硬化による閉じ込めによって基材１２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、基材１２に到達後は、自己形成光導波路１３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材１２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１０の角度が大きくなるほど、自己形成光導波路１３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１０から基材１２に到達するまで直線状に自己形成光導波路１３が成長し、基材１２に到達後は屈曲成長し、基材１２の表面に沿って平行に直線状に自己形成光導波路１３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材１２の屈折率よりも高いためであると考えられる。ただし、基材１２に到達した自己形成光導波路１３は、しばらくの間は基材１２表面に沿って延伸するが、次第に基材１２から浮き上がるようにして成長していった。これは、レーザー光が基材１２によって反射される作用が自己形成光導波路１３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１３を基材１２表面に沿って自律的に屈曲成長させることが可能であることがわかった。

図８は、実施例２の光部品である。実施例２の光部品は、図８のように、光ファイバー２０〜２３と、基材２４と、自己形成光導波路２５、２６と、を有している。

基材２４は、実施例１の基材１２と同様に光利得材料からなり、光増幅媒体として機能する。基材２４は基板２７上に配置されており、上面が円筒状に湾曲したかまぼこ状の形状である。また、光ファイバー２０〜２３は、その端部が基板２７上であって基材２４の側面近傍に配置されている。また、光ファイバー２０の端部と光ファイバー２１の端部が、基材２４を挟んで対向し、光ファイバー２２の端部と光ファイバー２３の端部が基材２４を挟んで対向するように配置されている。また、その対向方向は、基材２４上面の湾曲する方向と平面視において一致する方向である。

自己形成光導波路２５、２６は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアである。自己形成光導波路２５は、図８のように、光ファイバー２０のコア端部からその軸方向に沿って基板２７表面に平行に直線状に延び、基材２４の湾曲した上面に到達する第１傾斜部２５Ａを有している。また、第１傾斜部２５Ａに連続し、基材２４の湾曲した上面に沿って延伸する延伸部２５Ｂを有している。さらに、光ファイバー２１のコア端部からその軸方向に沿って基板２７表面に平行に直線状に延び、基材２４の湾曲した上面に到達して延伸部２５Ｂに連続する第２傾斜部２５Ｃを有している。第１傾斜部２５Ａ、第２傾斜部２５Ｃは、その基材２４上面に対して傾斜している。

自己形成光導波路２６も自己形成光導波路２５と同様の構造であり、光ファイバー２２のコア端部から基板２７表面に平行に直線状に延び、基材２４の湾曲した上面に到達する第１傾斜部２６Ａと、第１傾斜部２６Ａに連続し、基材２４の湾曲した上面に沿って延伸する延伸部２６Ｂと、光ファイバー２３のコア端部から基板２７表面に平行に直線状に延び、基材２４の湾曲した上面に到達して前記延伸部２６Ｂに連続する第２傾斜部２６Ｃを有している。

自己形成光導波路２５、２６の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基材２４の屈折率よりも高い。ここで基材２４の屈折率は、基材２４が多層である場合には、自己形成光導波路２５、２６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、自己形成光導波路２５、２６の延伸部２５Ｂ、２６Ｂを基材２４上面に沿って形成することができる。硬化前の光硬化性樹脂の屈折率は、基材１２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が、実施例１で述べたように、硬化前の屈折率によって延伸部２５Ｂ、２６Ｂの長さを制御することができる。

実施例２の光部品は、実施例１の光部品と同様に動作し、光増幅器として動作する。つまり、励起光を基材２４に照射して、基材２４中に励起光を伝搬させると、基材２４中の希土類は励起光を吸収し、反転分布が形成される。ここで、自己形成光導波路２５、２６の延伸部２５Ｂ、２６Ｂは、基材２４と接しており、自己形成光導波路２５、２６を伝搬する信号光は基材２４側にしみ出す。このしみ出した信号光は、基材２４中の反転分布を形成した希土類イオンと相互作用し、信号光は増幅される。

以上、実施例２の光部品では、実施例１の光部品と同様に、光ファイバー２０、２１と基材２４とが自己形成光導波路２５を介して、光ファイバー２２、２３と基材２４とが自己形成光導波路２６を介して接続された構造を簡便に実現することができる。また、基材２４の上面が曲面となっており、その曲面に沿って自己形成光導波路２５、２６の延伸部２５Ｂ、２６Ｂが形成されているため、自己形成光導波路２５、２６からより容易に光を取り出すことができ、光利得材料からなる基材２４との相互作用によって容易に光増幅が可能となっている。また、自己形成光導波路２５、２６の延伸部２５Ｂ、２６Ｂは、基材２４と接合しているため形状安定性が高く、光損失の低い導波路となっている。

図９は、実施例３の光部品である。実施例３の光部品は、図９のように、光ファイバー３０、３１と、円柱状の基材３２と、その基材３２の円柱側面にらせん状に巻き付いた自己形成光導波路３４と、を有している。

基材３２は、実施例１の基材１２と同様の光利得材料からなり、光増幅媒体として機能する。自己形成光導波路３４は、光硬化性樹脂の硬化物からなる光導波路のコアである。自己形成光導波路３４は、図９のように、基材３２近傍に位置する光ファイバー３０のコア端部からその軸方向に沿って直線状に延伸し、基材３２の円柱側面に到達する第１傾斜部３４Ａを有している。また、第１傾斜部３４Ａに連続し、基材３２の円柱側面に接し、その側面に沿ってらせん状に延伸する延伸部３４Ｂを有している。さらに、基材３２近傍に位置する光ファイバー３１のコア端部からからその軸方向に沿って直線状に延伸し、基材３２の円柱側面に到達して延伸部３４Ｂに連続する第２傾斜部３４Ｃを有している。第１傾斜部３４Ａ、第２傾斜部３４Ｃは、その到達点における基材３２の円柱側面に対して傾斜している。

自己形成光導波路３４の屈折率（硬化後の光硬化性樹脂の屈折率）は、基材３２の屈折率よりも高い。このように屈折率を設定することで、自己形成光導波路３４の延伸部３４Ｂを基材３２の円柱側面に沿って形成することができる。硬化前の光硬化性樹脂の屈折率は、基材１２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が、実施例１で述べたように、硬化前の屈折率によって延伸部３４Ｂの長さを制御することができる。

実施例３の光部品は、実施例１、２の光部品と同様に、光増幅器として動作する。実施例３の光部品では、一方の光ファイバー３０から他方の光ファイバー３１へと信号光を伝搬させる。また、一方で、基材３２の上面あるいは底面から、円柱の軸方向に励起光を照射して、基材３２中に円柱の軸方向に励起光を伝搬させる。これにより、基材３２中の希土類を励起して反転分布を形成する。ここで、自己形成光導波路３４の延伸部３４Ｂは、基材３２と接しており、信号光は基材３２側にしみ出す。このしみ出した信号光は、基材３２中の反転分布を形成した希土類イオンと相互作用する。その結果、信号光は増幅される。

以上、実施例３の光部品では、実施例１の光部品と同様に、光ファイバー３０、３１と基材３２とが自己形成光導波路３４を介して接続された構造を簡便に実現することができる。また、自己形成光導波路３４から容易に光を取り出すことができ、光利得材料からなる基材３２との相互作用によって容易に光増幅が可能となっている。特に、円柱状の基材３２の側面に、その側面に沿ってらせん状に自己形成光導波路３４を形成することができ、基材３２との接触距離を長くすることができるので、効率的に光を増幅することができる。また、自己形成光導波路３４は基材３２と接合しているため形状安定性が高く、光損失の低い導波路となっている。

（各種変形例）
なお、実施例１〜３では、基材として光利得材料を用いて光増幅器を構成していたが、任意の材料を用いることができ、無機材料でも有機材料でもよい。

たとえば、基材として光学活性材料を用いることで様々な機能の光部品を作製することができる。ここで光学活性材料は、光となんらかの相互作用をする材料である。実施例１〜３は、光学活性材料として光利得材料を用いた例である。他にもたとえば、基材として所定の化学物質に晒された場合に屈折率や吸収係数などが変化する材料を用いれば、ガスセンサー、イオンセンサーなどの化学センサーを構成することができる。また、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ₃ や電気光学ポリマー薄膜などを用いれば、電界センサを構成することができる。また、発光材料を用いることで、自己形成光導波路の延伸部に沿ってライン状に発光する発光装置を実現することもできる。

また、自己形成光導波路と接合する基材の面を、実施例１では平面、実施例２、３では曲面としていたが、光ファイバーと接続する基材の表面形状は任意の形状でよく、基材自体の形状も任意でよい。特に、表面の少なくとも一部を曲面として、その曲面に沿って自己形成光導波路を形成すれば、自己形成光導波路から光を取り出すことがより容易となり、基材との相互作用がより容易となる。たとえば、湾曲させたフレキシブルフィルムの表面と自己形成光導波路が接合するようにもできる。また、円筒の表面（外周面）や内面（内周面）に、その内面に沿って円周状、らせん状の自己形成光導波路を接合するようにもできる。また、有機色素を含む材料などの加工が難しい材料や、結晶性の材料などの大面積基板の製造が難しい材料からなる基材にも、容易に光ファイバーを接続することができる。

また、実施例１では２つの光ファイバー１０、１１を用い、自己形成光導波路１３を介して接続して一方の光ファイバー１０から他方の光ファイバー１１に光を伝搬させる構成としているが、光ファイバー１０のみの１つとして、光ファイバー１１、および自己形成光導波路１３の第２傾斜部１３Ｃを省き、自己形成光導波路１３の延伸部１３Ｂの端部にミラー１４を設け、延伸部１３Ｂの端部で反射させて光ファイバー１０に信号光を戻す構成としてもよい（図１０参照）。このような構造は、基材１２上であって延伸部１３Ｂの延伸方向上の位置にミラー１４をあらかじめ設けた状態で、硬化前の光硬化性樹脂を光ファイバー１０とミラー１４との間に配置し、その後光ファイバー１０から光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、ミラー１４に到達するまで延伸部１３Ｂを成長させることで作製することができる。実施例２、３についても、同様に光ファイバーを片側のみとして、端部で反射させて光ファイバーに信号光を戻す構成とすることができる。

実施例１〜３では、光ファイバー間を自己形成光導波路のみで接続しているが、自己形成光導波路の延伸部に光ファイバーや光導波路を挿入してもよい。たとえば、一方の光ファイバー側から延びる延伸部と他方の光ファイバー側から延びる延伸部とを、基材上の光ファイバーや光導波路を介して接続する構成としてもよい。

本発明の光部品は、光増幅器や発光装置の他、化学センサ、電界センサなどの各種センサに応用することができる。

１０、１１、２０〜２３、３０、３１：光ファイバー
１２、２４、３２：基材
１３、２５、２６、３４：自己形成光導波路
１３Ａ、２５Ａ、２６Ａ、３４Ａ：第１傾斜部
１３Ｂ、２５Ｂ、２６Ｂ、３４Ｂ：延伸部
１３Ｃ、２５Ｃ、２６Ｃ、３４Ｃ：第２傾斜部
１５：光硬化性樹脂

Claims (16)

1. 第１光ファイバーのコアの端部と、基材とが接続された光部品であって、
   前記第１光ファイバーは、前記基材の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基材の表面に対して傾斜しており、
   前記第１光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、前記基材に到達する第１傾斜部と、前記第１傾斜部に連続し、前記基材表面に接しその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、前記基材の屈折率よりも高い、
   ことを特徴とする光部品。
2. 前記第１光ファイバーに対向する第２光ファイバーをさらに備え、
   前記第２光ファイバーは、前記基材の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基材の表面に対して傾斜しており、前記第１光ファイバーの端部と前記第２光ファイバーの端部とが、前記第１光ファイバーと前記第２光ファイバーの光軸が一致するように対向しており、
   前記自己形成光導波路は、前記第２光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸し、前記基材に到達し、前記延伸部に連続する第２傾斜部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
3. 前記延伸部の端部にミラーを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
4. 前記基材の表面の少なくとも一部は曲面であり、前記自己形成光導波路の前記延伸部は、前記曲面に沿って延伸する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光部品。
5. 前記基材は円柱状または円筒状であり、前記延伸部は、円柱または円筒の側面に沿ってらせん状に形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の光部品。
6. 前記基材は、光学活性材料からなる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光部品。
7. 前記基材は、光利得材料からなる、ことを特徴とする請求項６に記載の光部品。
8. 前記基材は、電気光学材料からなる、ことを特徴とする請求項６に記載の光部品。
9. 第１光ファイバーのコアの端部と、基材とが接続された光部品の製造方法であって、
   前記第１光ファイバーを、前記基材の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基材の表面に対して傾斜するように配置し、
   前記第１光ファイバーの端部と、前記基材との間に、硬化後の屈折率が前記基材の屈折率よりも高い光硬化性樹脂を配置し、
   前記第１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、前記第１光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、前記基材に到達する自己形成光導波路の第１傾斜部を成長させ、さらに前記基材に到達後、前記基材表面に沿って延伸する延伸部を成長させる、
   ことを特徴とする光部品の製造方法。
10. 前記第２光ファイバーを、前記基材の上方にその端部が位置し、軸方向が前記基材の表面に対して傾斜するように配置し、さらに前記第１光ファイバーの端部と前記第２光ファイバーの端部とが、前記第１光ファイバーと前記第２光ファイバーの光軸が一致するように対向して配置し、
    前記光硬化性樹脂は、前記第２光ファイバーの端部と、前記基材との間にも配置し、
    前記第２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、前記第２光ファイバーのコア端面からその軸方向に延伸して、前記基材に到達する自己形成光導波路の第２傾斜部を成長させ、さらに前記基材に到達後、前記基材表面に沿って延伸させて前記延伸部と接続させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光部品の製造方法。
11. 前記基材の表面上であって前記延伸部の延伸方向上の位置に、ミラーを配置し、
    前記光硬化性樹脂は、前記第１光ファイバーの端部と、前記ミラーとの間に配置し、
    前記延伸部は、前記ミラーに到達するまで延伸させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光部品の製造方法。
12. 前記基材の表面の少なくとも一部は曲面であり、前記自己形成光導波路の前記延伸部は、前記曲面に沿って延伸させる、ことを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光部品の製造方法。
13. 前記基材は円柱状または円筒状であり、前記延伸部は、円柱または円筒の側面に沿ってらせん状に延伸させる、ことを特徴とする請求項１２に記載の光部品の製造方法。
14. 前記基材は、光学活性材料からなる、ことを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載の光部品の製造方法。
15. 前記基材は、光利得材料からなる、ことを特徴とする請求項１４に記載の光部品の製造方法。
16. 前記基材は、電気光学材料からなる、ことを特徴とする請求項１４に記載の光部品の製造方法。