JP3097719B2 - 光回路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信や光情報処理に用
いるガラス光導波回路の製造方法に関するものである。
詳しくは、本発明はモードフィールド変換回路を有する
ガラス光導波回路の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス光導波路は損失が低い、安定性が
高い、加工性がよい等の特長や、光ファイバとの整合性
が良好な点などから、各種光部品を作製する上で非常に
有用である。また、これらガラス光回路用基板として
は、大口径および高加工性等の特長を有するシリコンや
優れた電気特性を有するセラミック材料などが有用であ
る。近年、これらの特性を生かしてより高機能高集積化
された光回路の研究が進められているが、ここで、さら
に光部品の小型化、高集積化を図るためには、ガラス光
導波路においてコアとクラッドの比屈折率差Δを大きく
取ることが有効となる。しかしながら、比屈折率差を大
きくすると、ガラス光導波路内でのモードフィールド径
が小さくなり、光ファイバとの整合性が悪くなってしま
い、光導波路の比屈折率差Δと光ファイバの整合性がト
レードオフの関係となっている。ここで、この問題を解
決する方法としては、入出力端にモードフィールド変換
回路を作製して光導波路のモードフィールド径を整合さ
せることが有望である。

【０００３】現在、このような導波型のモードフィール
ド変換回路としていくつかの提案がなされている。その
中で、レーザ光照射を用いたガラス光導波路の局所加熱
によりコア内のドーパントを熱拡散させてモードフィー
ルド変換回路を作製する方法は、清浄かつ非接触で光導
波路の局所的な加熱が可能となるため非常に有望であ
る。図１３は従来法に従うレーザ光照射を用いた光導波
路の加熱によるモードフィールド拡大方法を説明する模
式的断面図であり、１は基板、２は光導波路部、３は光
導波路、４はコア、５はクラッド、６はレーザ光、７は
レーザ光源、８は集光レンズ、９はミラーである。上述
した構成においては、基板１上にガラス光導波路部２が
形成されて光導波路３を構成している。このガラス光導
波路部２はコア４とクラッド５とを備え、ガラス光導波
路部２に対して、ガラスの吸収波長帯内に波長を有する
レーザ光６がレーザ光源７から図１３（Ａ）に示すよう
に集光レンズ８を介して、あるいは図１３（Ｂ）に示す
ように集光レンズ８およびミラー９を介して、上部方向
からのみ照射され、光導波路部２の表面が加熱されるこ
ととなる。現状では石英基板上に形成された石英系光導
波路に対してＣＯ₂ レーザ光を照射して位相調整等が行
われている。しかしながら、ここで、前述のシリコンや
セラミック材料等の、ガラス材料と比較して熱伝導率の
高い材料を基板として用いた場合、上部方向からのみの
レーザ光照射によりガラス光導波路においてモードフィ
ールド変換回路作製を行う際に、基板内に熱が逃げてし
まって光導波路部内で大きな温度勾配が形成されてしま
い、均一なモードフィールド拡大は困難となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、モー
ドフィールド径の異なる光導波路同士、もしくは、モー
ドフィールド径の小さな光導波路を光ファイバに接続す
る際などに必要となるモードフィールド変換回路等の光
回路の製造方法であって均一なモードフィールド拡大の
可能な光回路の製造方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に従う本発明の
光回路の製造方法は、光導波路基板とこの上に形成され
た、コアとクラッドとを有しガラス材料からなる光導波
路部とを備えた光導波路であって、該光導波路基板は該
ガラス材料よりも熱伝導率の高い材料からなる光導波路
に対して、前記コア近傍を局所的に加熱して光導波路の
モードフィールドを拡大する方法において、加熱ヒータ
で光導波路全体を加熱し、前記全体が加熱された状態
で、前記ガラスの吸収波長帯内に波長を有するレーザ光
を照射し、前記コア近傍を局所的に加熱することを特徴
とする。

【０００６】請求項２に従う本発明の光回路の製造方法
は、光導波路基板とこの上に形成された、コアとクラッ
ドとを有しガラス材料からなる光導波路部とを備えた光
導波路であって、該光導波路基板は該ガラス材料よりも
熱伝導率の高い材料からなる光導波路に対して、前記ガ
ラスの吸収波長帯内に波長を有する第１のレーザ光を前
記光導波路の上部方向から照射して前記コア近傍を局所
的に加熱して光導波路のモードフィールドを拡大する方
法において、前記第１のレーザ光の照射に加えて、ガラ
スの透過波長帯でありかつ基板材料の吸収波長帯である
波長帯内に波長を有する第２のレーザ光を前記光導波路
の上部方向から同時に照射して前記コア近傍を加熱する
ことを特徴とする。

【０００７】請求項３に従う本発明の光回路の製造方法
は、光導波路基板とこの上に形成された、コアとクラッ
ドとを有しガラス材料からなる光導波路部とを備えた光
導波路であって、該光導波路基板は該ガラス材料よりも
熱伝導率の高い材料からなる光導波路に対して、前記ガ
ラスの吸収波長帯内に波長を有する第１のレーザ光を前
記光導波路の上部方向から照射して前記コア近傍を局所
的に加熱して光導波路のモードフィールドを拡大する方
法において、前記第１のレーザ光の照射に加えて、ガラ
スの吸収波長帯でありかつ基板材料の透過波長帯である
波長帯内に波長を有する第２のレーザ光を前記光導波路
の裏面方向から同時に照射して前記コア近傍を加熱する
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】従来法でのガラス光導波路へのレーザ光照射の
みを用いた加熱においては、高い熱伝導率を有する基板
の影響で熱が基板内に逃げてしまい、光導波路部の上部
表面のみが加熱されて光導波路内で大きな温度勾配が形
成され、これにより、モードフィールドが不均一に拡大
されてしまう。

【０００９】これに対して、本発明においては、さら
に、（１）光導波路全体を加熱することにより、（２）
ガラスの透過波長帯であり、かつ、シリコン等の基板材
料の吸収波長帯である波長帯内に波長を有するレーザ光
の照射を上部方向から加えることにより、あるいは
（３）裏面方向からガラスの吸収波長帯でありかつシリ
コン等の基板材料の透過波長帯である波長帯内に波長を
有するレーザ光の照射を加えることにより、光導波路の
上下両方向からコア近傍の加熱を行う。これにより、コ
ア近傍が均一に加熱されので、モードフィールドの均一
な拡大を可能としている。モードフィールド拡大部（変
換部）は典型的にはテーパ状である。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明を実施例によ
り具体的に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定
されないこと勿論である。

【００１１】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
に従う、ガラス光導波路におけるモードフィールド拡大
方法を説明する模式的断面図であり、１は基板、２は光
導波路部、３は光導波路、４はコア、５はクラッド、６
はレーザ光、７はレーザ光源、８は集光レンズ、１０は
ヒーターである。熱伝導率の高い基板１とこの上に形成
されコア４とクラッド５とを備えた光導波路部２とから
なる光導波路３の光導波路部２に対して、ガラスの吸収
波長帯内に波長を有するレーザ光６をレーザ光源７から
集光レンズ８を介して照射するのは図１３（Ａ）に示さ
れる従来技術と同様であるが、本発明においては、この
レーザ光照射に加えて光導波路３全体をヒーター１０を
用いて加熱する構成となっている。ここで、本発明の有
効性を図２を用いて説明する。図２はレーザ光照射を用
いた加熱における光導波路内での温度分布を示すグラフ
であって、（Ａ）はレーザ光照射のみの場合（従来技
術）、（Ｂ）はレーザ光照射にヒーターによる加熱を加
えた場合（本発明）を示し、それぞれ対応する断面図を
参考のために添えてある。１は基板、２は光導波路部、
３は光導波路、４はコア、５はクラッド、６はレーザ
光、１０はヒーターである。図２から判るように、レー
ザ光照射のみにおいては熱伝導率の高い基板により熱が
吸収されてしまい、光導波路内で非常に大きな温度勾配
が形成されてモードフィールドが不均一に拡大してしま
うのに対して、加熱ヒーター１０を用いてコア４内のド
ーパントの拡散が無視できる温度で全体を加熱した状態
でレーザ光６を照射した場合は、基板１０の温度が底上
げされることになり、温度勾配が著しく改善されてほぼ
均一にモードフィールドを拡大することが可能となる。
ここで、モードフィールド変換部のテーパ形状は、レー
ザ光６のビーム形状、照射パワー、照射時間および加熱
ヒーター１０の温度を制御するとともに、レーザ光６も
しくは光導波路３を移動させてレーザ光６を照射する位
置を制御することにより容易に制御することが可能であ
り、コンピュータ等を用いて正確に制御できる。

【００１２】次に、本発明の効果について説明する。図
３は本実施例の光導波路端部のモードフィールド拡大方
法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）は模式的断
面図、（Ｂ）は模式的上面図である。１，３，４，５，
６，１０は図２と同じであり、２ａはモードフィールド
を拡大された光導波路部、４ａはコア拡大部、１２は光
ファイバである。本発明の効果を確かめるために、ガラ
ス材料として石英系ガラス、基板材料としてシリコン、
レーザ光としてＣＯ₂ レーザを用いて、シリコン基板１
０上に形成された石英系光導波路３において全体を加熱
した状態でレーザ光６を照射してモードフィールドの拡
大を行い、光ファイバ１２への接続を行った。ここで、
本実施例で用いた石英系光導波路においては、火炎堆積
法を用い、コア４のドーパントをゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、コア形状を３×３μｍ² の矩形、コア４とクラッ
ド５の比屈折率差を２％とした。まず、図３（Ａ）に示
すように、光導波路端部においてモードフィールドの拡
大を行った。ここで、加熱ヒーター１０の温度を９００
℃とし、レーザ光照射によりコア４の中心部での加熱温
度を１３００℃として、５時間加熱を行った。これによ
り、端面近傍においてコア４がテーパ状に広がったコア
拡大部４ａを形成し、光導波路のモードフィールド直径
（以下、ＭＦＤと略す）は加熱処理前の５μｍから１１
μｍまで拡大された。次に、図３（Ｂ）に示すように、
モードフィールドが拡大された部分（コア拡大部４ａ）
で光導波路３を切断し、光ファイバを切断し、光ファイ
バ１２を接続した。この結果、拡大された光導波路部２
ａと通信用光ファイバ１２との接続損失はほぼ０ｄＢと
なり、モードフィールドを拡大させない場合の接続損失
２．４ｄＢと比べて大幅に低減された。また、接続損失
に対する位置精度のトレランスも拡大した。

【００１３】図４は本実施例の変形例に従うガラス光導
波路におけるモードフィールド拡大方法を説明する模式
的断面図であり、１は基板、２は光導波路部、４はコ
ア、４ａはコア拡大部、５はクラッド、６はレーザ光、
１０はヒーターである。本実施例においては、加熱ヒー
ター１０として光導波路３全面を加熱する構造であった
が、図４に示すように、モードフィールドを拡大する近
傍（コア拡大部近傍に対応する基板部分）のみを加熱ヒ
ーター１０を用いて温度の底上げを行った場合も同様に
モードフィールドの均一な拡大が可能である。また、こ
の構造においては、モードフィールドを拡大しない部分
への影響を小さくできる利点がある。

【００１４】以上、上述した本発明の第１の実施例にお
いては、シリコン基板上に形成された石英系光導波路を
用いて本発明の有効性を説明したが、これに限定される
ものではないことはいうまでもない。熱伝導性の高い基
板としては、シリコン基板以外にも例えば窒化アルミニ
ウム等のセラミック材料を基板として用いた場合におい
ても本発明は有効である。また、ガラス材料としても、
多成分ガラス等への適用も同様に可能である。さらに、
光導波路全体を加熱する方法としては、加熱ヒーターを
用いる方法の他に電気炉を用いても何等問題はない。一
方、上述した実施例においては、ガラス光導波路の端部
においてモードフィールドの拡大を行ったが、光導波路
面内においても全く同様の手法でモードフィールドの拡
大が行える。

【００１５】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
に従うレーザ照射を用いた光導波路の局所加熱方法を説
明する模式的断面図である。図中、１，２，３，４，
５，６，７，８は図１と同じであり、６ａは第２のレー
ザ光、７ａは第２のレーザ光源、８ａは第２の集光レン
ズである。上述した従来技術（図１３参照）に対して、
本発明においては、ガラスの吸収波長帯内に波長を有す
るレーザ光６をレーザ光源７から集光レンズ８を介して
照射するだけでなく、図５に示すように、光導波路部２
に対して上部方向からガラスの透過波長帯であり、か
つ、シリコンの吸収波長帯である波長帯内に波長を有す
る第２のレーザ光６ａをレーザ光源７ａから集光レンズ
８ａを介して同時に照射することにより、光導波路部２
は上下両方向から加熱される。ここで、本発明の有効性
を図６を用いて説明する。図６はレーザ光照射を用いた
加熱における光導波路内での温度分布を示すグラフであ
り、（Ａ）は従来技術によるものであり、（Ｂ）は本発
明によるものである。図６から判るように、ガラスの吸
収波長帯内のレーザ光６のみの照射においては高熱伝導
率の基板により熱が吸収されてしまい、上部表面のみが
加熱されて光導波路部２内で非常に大きな温度勾配が形
成されてしまうのに対して、２つの波長のレーザ光６，
６ａを同時に照射した場合は、ガラスの吸収波長帯内に
波長のある第１のレーザ光６は光導波路部２の上部表面
で吸収されて発熱し、ガラスの透過波長帯でありかつ基
板材料の吸収波長帯である波長帯内に波長を有する第２
のレーザ光６ａはガラス光導波路部２との界面のシリコ
ン基板１の上面で吸収されて発熱することにより、上下
両方向から光導波路のコア４近傍を加熱することが可能
となり、コア４近傍での加熱温度が均一となり、モード
フィールドを均一に拡大することが可能となる。ここ
で、モードフィールド変換部のテーパ形状は、両方のレ
ーザ光６，６ａにおいてそのビーム形状、照射パワーお
よび照射時間を制御すると共に、レーザ光もしくは光導
波路を移動させてレーザ光を照射する位置を制御するこ
とにより、容易に制御することが可能であり、コンピュ
ータ等を用いて正確に制御できる。

【００１６】次に、本発明の効果について説明する。図
７は本実施例の光導波路端部のモードフィールド拡大方
法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）は模式的断
面図、（Ｂ）は模式的上面図である。１，２，２ａ，
３，４，４ａ，５，６，６ａ，１０，１２は図３および
図６と同じである。本発明の効果を確かめるために、ガ
ラス材料として石英系ガラス、基板材料としてシリコン
を用い、シリコン基板上に形成された石英系導波路にお
いて２つの波長のレーザ光を照射することによりモード
フィールドの拡大を行い、光ファイバとの接続を行っ
た。ここで、石英系ガラスにおいては、Ｓｉ（シリコ
ン）−Ｏ（酸素）結合の基本振動による吸収が、１２．
５μｍ、２１μｍなどにあり、また、２μｍ以下の波長
に対して透明である。一方、シリコンに関しては、その
バンドギャップにより、１．１μｍ程度以下の波長に対
しては大きく吸収する。以上、各材料の吸収／透過性お
よび高出力等のレーザ自体の性能を考慮して、本実施例
においては、ガラスの吸収波長帯内にある第１のレーザ
光として波長１０μｍのＣＯ₂ レーザ光６を、ガラスの
透過波長帯内であり、かつシリコンの吸収波長帯内であ
る波長帯内に波長を有する第２のレーザ光として波長１
μｍのＹＡＧレーザ光６ａを用い、図５に示すような構
成によりレーザ光照射を行った。次に、光導波路部２の
作製には火炎堆積法を用いた。ここで、本実施例におい
ては、コア４のドーパントをゲルマニウム（Ｇｅ）、コ
ア形状を３×３μｍ² の矩形、コア４とクラッド５の比
屈折率差Δを２％とした。

【００１７】まず、図７（Ａ）に示すように、光導波路
端部において上部方向からＣＯ₂ レーザ光６およびＹＡ
Ｇレーザ光６ａを同時に照射してモードフィールドの拡
大を行った。これにより、端面近傍においてコアがテー
パ状に広がり（コア拡大部４ａ）、光導波路のＭＦＤは
加熱処理前の５μｍから１１μｍに拡大された。次に、
図７（Ｂ）に示すように、モードフィールドが拡大され
た部分（コア拡大部４ａ）で光導波路３を切断し、光フ
ァイバ１２を接続した。その結果、拡大された光導波路
部２ａと通信用光ファイバ１２との接続損失はほぼ０ｄ
Ｂとなり、モードフィールドを拡大させない場合の接続
損失２．４ｄＢと比べて大幅に低減された。また、接続
損失に対する位置精度のトレランスも拡大した。

【００１８】（実施例３）図８は本発明の第３の実施例
に従う光導波路端部でのモードフィールド拡大方法およ
びその応用例の説明図であり、（Ａ）は模式的断面図、
（Ｂ）は模式的上面図である。図中、１，２，２ａ，
３，４，４ａ，５，６，６ａ，１０，１２は図３および
図６と同じであり、１３はフィルタ挿入溝、１４はフィ
ルタである。本実施例においては、石英系光導波路３の
光導波路部２の面内でのモードフィールド拡大を行い、
誘電体光導波路の挿入を行った。本実施例で用いた石英
系光導波路の構成は実施例２と同じである。前述と同様
に、図８（Ａ）に示すように、光導波路面において上部
方向からＣＯ₂ レーザ光６とＹＡＧレーザ光６ａを同時
に照射して、光導波路（フィルタ）挿入溝１３の接続部
分でのＭＦＤを加熱処理前の５μｍから９μｍに拡大し
た。次に、図８（Ｂ）に示すように、石英系光導波路で
構成されたマッハツェンダ回路の中に１０ｍｍのフィル
タ挿入用溝１３を形成して、フィルタとしてニオブ酸リ
チウム（ＬＮ）の位相変調回路（フィルタ）１４を挿入
した。ここで、モードフィールドを拡大した光導波路に
おいては、８×１０μｍ² のＭＦＤを持つＬＮ光導波路
との接続損失が０．５ｄＢとなり、モードフィールドを
拡大させない場合の１．５ｄＢ（両端で３ｄＢ）と比較
して大幅に改善された。これにより、光回路挿入による
過剰損失は１ｄＢ程度となり、低損失なハイブリッド光
集積回路が得られた。また、本マッハツェンダ回路から
なる光スイッチにおいては、ＬＮ光導波路を挿入せずに
石英系光導波路のＴＯ（熱光学）効果を利用した場合の
数ＫＨｚ程度の応答速度から、ＬＮにおけるＥＯ（電気
光学）効果を利用することにより数ＧＨｚの応答速度を
得ることが可能となった。

【００１９】以上、上述した実施例においては、シリコ
ン基板上に形成された石英系光導波路を用いて本発明の
有効性を説明したが、これに限定されないこと勿論であ
る。熱伝導率の高い基板としてはシリコン基板以外に
も、例えばサファイヤ等のセラミック材料を基板として
用いた場合においても本発明は有効である。また、ガラ
ス材料としても、多成分ガラス等への適用も同様に可能
である。さらに、レーザ光としてもＣＯ₂ レーザ光やＹ
ＡＧレーザ光に限らず、各構成材料の吸収／透過特性を
考慮して各種の波長のレーザ光が利用可能である。

【００２０】（実施例４）図９は本発明の第４の実施例
に従うレーザ光照射を用いた光導波路の局所加熱方法
（モードフィールド拡大方法）を示す模式的断面図であ
り、（Ａ）は同一波長のレーザ光を用いた場合、（Ｂ）
はことなる波長のレーザ光を用いた場合である。上述し
た従来技術（図１３参照）に対して、本発明においては
図９（Ａ）または図９（Ｂ）に示すように、光導波路３
に対して上部方向からガラスの吸収帯内に波長を有する
レーザ光６を照射するのに加えて、裏面方向からガラス
の吸収波長帯であり、かつ、基板材料の透過波長帯であ
る波長帯内に波長を有する第２のレーザ光６ａを同時に
照射することにより、上下両方向からレーザ光を照射し
て光導波路を上下両方向から加熱する構成となってい
る。

【００２１】図９（Ａ）は、同一のレーザ光源７からの
レーザ光６，６ａを上下から照射する場合であり、レー
ザ光源７からのレーザ光はハーフミラー１１で２方向に
分割され一方（６）はハーフミラー１１を透過し、ミラ
ー９で反射されて集光レンズ８を通り光導波路３の上方
から照射する。他方（６ａ）はハーフミラー１１で反射
しミラー９ａ，９ｂで反射され集光レンズ８ａを通りシ
リコン基板１の下方から照射する。（Ｂ）は異なるレー
ザ光源７，７ａからのレーザ光６，６ａを上下から照射
する場合であり、光源７からのレーザ光６はミラー９で
反射して集光レンズ８を通り光導波路３の上方から照射
する。また、レーザ光源７ａからのレーザ光６ａはミラ
ー９ａで反射されて集光レンズ８ａを通りシリコン基板
１の下方から照射する。

【００２２】ここで、本発明の有効性を図１０を用いて
説明する。図１０は光導波路内の温度分布を示すグラフ
であり、対応する模式的断面図を添えてある。図１０
（Ａ）は従来技術によるものであり、図１０（Ｂ）は本
発明によるものである。図中、１，２，３，４，５，
６，６ａは図９と同じである。図１０から判るように、
従来の構成において上部からの第１のレーザ光６の照射
のみにおいては高熱伝導率の基板１により熱が吸収され
てしまい、光導波路部２の上部表面のみが加熱されて光
導波路部内で大きな温度勾配が形成されてしまうのに対
して、上下両方向からの第１および第２のレーザ光６，
６ａを同時に照射した場合は、上部方向からのレーザ光
（第１のレーザ光）６は光導波路上部表面で吸収されて
発熱し、裏面方向からのレーザ光（第２のレーザ光）６
ａは基板１内を透過して基板１との界面の光導波路部２
の底面で吸収されて発熱することにより、上下両方向か
ら光導波路部２のコア４近傍を加熱することが可能とな
り、コア４近傍での加熱温度を均一にしてモードフィー
ルドを均一に拡大することが可能となる。ここで、モー
ドフィールド変換部のテーパ形状は、上下両方向におい
てレーザ光のビーム形状、照射パワーおよび照射時間を
制御すると共に、レーザ光もしくは光導波路を移動させ
てレーザ光を照射する位置を制御するにより容易に制御
することが可能であり、コンピュータ等を用いて正確に
制御できる。

【００２３】次に、本発明の効果について説明する。図
１１は本実施例の光導波路端部のモードフィールド拡大
方法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）は模式的
断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。１，２ａ，３，
４，４ａ，５，６，６ａ，１２は図３および図６と同じ
である。本発明の効果を確かめるために、ガラス材料と
して石英系ガラス、基板材料としてシリコンを用いて、
シリコン基板１上に形成された石英系光導波路部２にお
いて上下両方向からのレーザ光照射によるモードフィー
ルド拡大を行い、光ファイバ１２との接続を行った。こ
こで、石英系ガラスにおいては、Ｓｉ（シリコン）−Ｏ
（酸素）結合の基本振動による吸収が、１２．５μｍ、
２１μｍなどにある。また、シリコンに関しては、その
バンドギャップにより１．１μｍ程度以上の波長におい
て透明となる。

【００２４】以上、各材料の吸収／透過特性および高出
力等のレーザ自体の性能を考慮して、本実施例において
は、上部方向から光導波路表面に照射する第１のレーザ
光６および裏面方向から基板を透過させて光導波路裏面
に照射する第２のレーザ光６ａとして、共に波長１０μ
ｍのＣＯ₂ レーザ光を用い、図９（Ａ）に示すような構
成によりレーザ光の照射を行った。光導波路３はコア
４、クラッド５およびシリコン基板１から構成されてい
る。光導波路３の作製には火炎堆積法を用いた。ここ
で、本実施例においては、コア４のドーパントをゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、コア形状を３×３μｍ² の矩形、コア
４とクラッド５の比屈折率差Δを２％とした。また、シ
リコン基板１としては、基板内の不純物によるＣＯ₂ レ
ーザ光の吸収を防ぐためにノンドープのシリコン基板を
用いた。

【００２５】まず、図１１（Ａ）に示すように、光導波
路端部において、上下両方向からＣＯ₂ レーザ光６，６
ａを照射してモードフィールドの拡大を行った。これに
より、端面近傍においてコア４がテーパ状に広がり、光
導波路３のＭＦＤは加熱処理前の５μｍから１１μｍに
拡大された。次に、図１１（Ｂ）に示すように、モード
フィールドが拡大された部分（コア拡大部４ａ）で光導
波路３を切断し光ファイバ１２を接続した。その結果、
拡大された光導波路部２ａと通信用光ファイバ１２との
接続損失はほぼ０ｄＢとなり、モードフィールドを拡大
させない場合の接続損失２．４ｄＢと比べて大幅に低減
された。また、接続損失に対する位置精度のトレランス
も拡大した。

【００２６】（実施例５）図１２は本発明の第５の実施
例に従う、光導波路端部でのモードフィールド拡大方法
およびその応用例の説明図であり、（Ａ）は模式的断面
図、（Ｂ）は模式的上面図である。図中、１，２ａ，
３，４，４ａ，５，６，６ａ，１２は図３および図６と
同じ、１３，１４は図８と同じである。本実施例におい
ては、石英系光導波路３の光導波路部２の面内でのモー
ドフィールド拡大を行い、フィルタ挿入を行った。本実
施例で用いた石英系光導波路３のコア４のドーパントは
ゲルマニウム、形状は６×６μｍ² の矩形、比屈折率差
Δは０．７５％である。実施例４と同様に、図１２
（Ａ）に示すように、光導波路部２の面内において上下
両方向からＣＯ₂ レーザ光６，６ａを照射してＭＦＤを
１５μｍまで拡大した。次に、図１２（Ｂ）に示すよう
に４０μｍ幅のフィルタ挿入用溝１３を形成して、３０
μｍ厚のフィルタ１４を挿入した。ここで、モードフィ
ールドを拡大した光導波路においては、フィルタ挿入に
よる過剰損失は０．５ｄＢとなり、モードフィールドを
拡大させない場合の２ｄＢと比較して大幅に改善され
た。これは、モードフィールド拡大に伴いギャップによ
る回折損失が低減されたためである。

【００２７】以上、前述の実施例においては、シリコン
基板上に形成された石英系光導波路を用いて本発明の有
効性を説明したが、これに限定されるものではないこと
勿論である。熱伝導率の高い基板としてはシリコン基板
以外にも、例えば窒化アルミニウム等のセラミック材料
を基板として用いた場合においても本発明は有効であ
る。また、ガラス材料としても、多成分ガラス等への適
用も同様に可能である。さらに、レーザ光としてもＣＯ
₂ レーザ光に限らず、各材料の吸収／透過特性を考慮し
て各種の波長のレーザ光が利用可能であり、第１および
第２のレーザ光として異なる波長のレーザ光を用いても
何等問題はない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、熱伝導率の高い材
料からなる基板の上に形成されたガラス光導波路に対し
て、ガラスの吸収波長帯に波長を有するレーザ光を照射
するのに加えて、光導波路全体を加熱することにより光
導波路のモードフィールドの拡大を図るという本発明に
よれば、高熱伝導率の基板の影響を受けずにコア近傍の
均一な加熱が可能となり、モードフィールドが均一に拡
大された高性能那モードフィールド変換回路を作製でき
る。これにより、光回路本体を比屈折率差の高い光導波
路を用いて小型・高集積なものとし、光導波路端面もし
くは面内の入出力端部においてモードフィールド径の異
なる光回路または光ファイバに整合したモードフィール
ド変換回路を作製することが可能となる。また、従来の
ガラス回路作製方法の変更を必要とせずに、最終工程に
おいて所望の部分のみでの局所的なモードフィールド変
換回路の作製が可能となるため、効率的な光回路の作製
が可能となる。

【００２９】また、熱伝導率の高いガラス光導波路に対
して、ガラスの吸収波長帯内に波長を有するレーザ光を
照射するのに加えて、ガラスの透過波長帯であり、か
つ、基板材料の吸収波長帯である波長帯内に波長を有す
るレーザ光を上部方向から同時に照射することにより光
導波路の上下両方向からコア近傍を加熱してモードフィ
ールドの均一な拡大を図るという本発明によれば、基板
における熱吸収の影響を受けずにコア近傍の均一な加熱
が可能となり、モードフィールドが均一に拡大された高
性能なモードフィールド変換回路を作製できる。これに
より、光回路本体を比屈折率差の高い光導波路を用いて
小型・高集積なものとし、光導波路端面もしくは面内の
入出力端部においてモードフィールド径の異なる光回路
または光ファイバに整合したモードフィールド変換回路
を作製することが可能となる。また、従来のガラス回路
作製方法の変更を必要とせずに、最終工程において所望
の部分のみでの局所的なモードフィールド変換回路の作
製が可能となるため、効率的な光回路の作製が可能とな
る。

【００３０】さらにまた、熱伝導率の高い材料からなる
基板の上に形成されたガラス光導波路に対して、上部方
向からガラスの吸収波長帯内に波長を有するレーザ光を
照射するのに加えて、同時に裏面方向からもガラスの吸
収波長帯でありかつ基板材料の透過波長帯である波長帯
内に波長を有するレーザ光の照射を行うことにより光導
波路を上下両方向から加熱してモードフィールドを均一
に拡大するという本発明によれば、基板における熱吸収
の影響を受けずにコア近傍の均一な加熱が可能となり、
モードフィールドが均一に拡大された高性能なモードフ
ィールド変換回路を作製できる。これにより、光回路本
体を比屈折率差の高い光導波路を用いて小型・高集積な
ものとし、光導波路端面もしくは面内の入出力端部にお
いてモードフィールド径の異なる光回路または光ファイ
バに整合したモードフィールド変換回路を作製すること
が可能となる。また、従来のガラス回路作製方法の変更
を必要とせずに、最終工程において所望の部分のみでの
局所的なモードフィールド変換回路の作製が可能となる
ため、効率的な光回路の作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に従うレーザ光照射によるモードフィ
ールド拡大方法を示す模式的断面図である。

【図２】光導波路内での温度分布を示すグラフであり、
対応する模式的断面図も示す。（Ａ）は従来技術、
（Ｂ）は本発明である。

【図３】実施例１に従う光導波路端部でのモードフィー
ルド拡大方法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）
は模式的断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。

【図４】実施例１において異なる構造を有する加熱ヒー
ターを用いた応用例を示す模式的断面図である。

【図５】実施例２に従うレーザ光照射によるモードフィ
ールド拡大方法を示す模式的断面図である。

【図６】光導波路内での温度分布を示すグラフであり、
対応する模式的断面図も示す。（Ａ）は従来技術、
（Ｂ）は本発明である。

【図７】実施例２に従う光導波路端部でのモードフィー
ルド拡大方法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）
は模式的断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。

【図８】実施例３に従う光導波路端部でのモードフィー
ルド拡大方法およびその応用例の説明図であり、（Ａ）
は模式的断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。

【図９】実施例４に従うレーザ光照射によるモードフィ
ールド拡大方法を示す模式的断面図であり、（Ａ）は同
一波長のレーザ光を用いた場合、（Ｂ）は異なる波長の
レーザ光を用いた場合である。

【図１０】光導波路内での温度分布を示すグラフであ
り、対応する模式的断面図も示す。（Ａ）は従来技術、
（Ｂ）は本発明である。

【図１１】実施例４に従う光導波路端部でのモードフィ
ールド拡大方法およびその応用例の説明図であり、
（Ａ）は模式的断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。

【図１２】実施例５に従う光導波路端部でのモードフィ
ールド拡大方法およびその応用例の説明図であり、
（Ａ）は模式的断面図、（Ｂ）は模式的上面図である。

【図１３】従来例におけるレーザ光照射によりモードフ
ィールド拡大方法を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光導波路部 ３ 光導波路 ４ コア ５ クラッド ６，６ａ レーザ光 ７，７ａ レーザ光源 ８，８ａ 集光レンズ ９，９ａ，９ｂ ミラー １０ 加熱ヒーター １１ ハーフミラー １２ 光ファイバ １３ フィルタ挿入用溝 １４ フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−108306（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路基板とこの上に形成された、コ
   アとクラッドとを有しガラス材料からなる光導波路部と
   を備えた光導波路であって、該光導波路基板は該ガラス
   材料よりも熱伝導率の高い材料からなる光導波路に対し
   て、前記コア近傍を局所的に加熱して光導波路のモード
   フィールドを拡大する方法において、加熱ヒータで光導
   波路全体を加熱し、前記全体が加熱された状態で、前記
   ガラスの吸収波長帯内に波長を有するレーザ光を照射
   し、前記コア近傍を局所的に加熱することを特徴とする
   光回路の製造方法。
2. 【請求項２】 光導波路基板とこの上に形成された、コ
   アとクラッドとを有しガラス材料からなる光導波路部と
   を備えた光導波路であって、該光導波路基板は該ガラス
   材料よりも熱伝導率の高い材料からなる光導波路に対し
   て、前記ガラスの吸収波長帯内に波長を有する第１のレ
   ーザ光を前記光導波路の上部方向から照射して前記コア
   近傍を局所的に加熱して光導波路のモードフィールドを
   拡大する方法において、前記第１のレーザ光の照射に加
   えて、ガラスの透過波長帯でありかつ基板材料の吸収波
   長帯である波長帯内に波長を有する第２のレーザ光を前
   記光導波路の上部方向から同時に照射して前記コア近傍
   を加熱することを特徴とする光回路の製造方法。
3. 【請求項３】 光導波路基板とこの上に形成された、コ
   アとクラッドとを有しガラス材料からなる光導波路部と
   を備えた光導波路であって、該光導波路基板は該ガラス
   材料よりも熱伝導率の高い材料からなる光導波路に対し
   て、前記ガラスの吸収波長帯内に波長を有する第１のレ
   ーザ光を前記光導波路の上部方向から照射して前記コア
   近傍を局所的に加熱して光導波路のモードフィールドを
   拡大する方法において、前記第１のレーザ光の照射に加
   えて、ガラスの吸収波長帯でありかつ基板材料の透過波
   長帯である波長帯内に波長を有する第２のレーザ光を前
   記光導波路の裏面方向から同時に照射して前記コア近傍
   を加熱することを特徴とする光回路の製造方法。