JP3788397B2 - 光導波路装置及び光導波路装置を用いた通信機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部で光を伝搬するコアと、コアを囲むクラッドを備えた光導波路にフィルタやミラーなどの光学素子を付加した光導波路装置、及び、該光導波路装置を用いた通信機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、光ファイバケーブルを信号伝送媒体とする光通信が各家庭でも利用できるようになり、今後更なる利用が見込まれている。これに伴って、光ファイバの接続部や末端部で用いられる光トランシーバや光合分波器等の光導波路装置を小型化したり、性能の良い光導波路装置を低コストで歩留まり良く大量生産することが課題となっている。
【０００３】
図１は、従来の光導波路装置１の概略斜視図である。この光導波路装置１は、基板２、下部クラッド層３、下部クラッド層３の内部に形成されているコア５ａ,５ｂ,６、上クラッド層４、フィルタ７から構成されている。
【０００４】
下部クラッド層３及び上部クラッド層４は、比較的屈折率の高い光学材料で形成されており、コア５ａ,５ｂ,６は、下部クラッド層３及び上部クラッド層４よりもわずかに屈折率の高い光学材料で形成されている。しかして、コア５ａ,５ｂ,６の端面から入射した光は、下部クラッド層３又は上部クラッド層４に漏れ出ることなくコア５ａ,５ｂ,６の内部を伝搬することができる。コア５ａ,５ｂは直角に交わって一体化しており、コア５ａとコア６は、フィルタ７を介して直線上に配置されている。コア５ａ,５ｂ,６はいずれも断面が矩形状のコアであって、コア５ａ,６の幅よりもコア５ｂの幅は太くなっている。しかして、コア５ａ,６はシングルモードで光を伝搬するコアであって、コア５ｂはマルチモードで光を伝搬するコアである。
【０００５】
光導波路装置１には、上部クラッド層４から基板２に達する深さまで設置溝８が形成されており、フィルタ７は設置溝８内に挿入されている。フィルタ７は、波長λ１を含む特定の波長帯域の光のみを透過し、それ以外の波長帯域の光は反射する特性を持った光学素子である。前述のようにコア５ａに対してコア５ｂの幅が広くなっているのは、ダイシングの位置精度誤差等によって設置溝８の形成位置がずれたときにも、コア５ａを伝搬し、フィルタ７で反射した光がコア５ｂに入射できるようにするためである。
【０００６】
図２は、図１に示す光導波路装置１を光トランシーバとして使用するために、コア５ａ,５ｂ,６の端面に対向させて、光ファイバ９、受光素子１１、投光素子１０をそれぞれ配置したときの上面図である。光ファイバ９を伝搬してきた波長λ２の光は、コア５ａを伝搬してフィルタ７に入射し、フィルタ７で反射されて、コア５ｂを伝搬し、最後に受光素子１１で受光される。また、投光素子１０から出射された波長λ１の光は、コア６を伝搬してフィルタ７を透過し、コア５ａを伝搬して、外部の他の装置と接続された光ファイバ９に入射する。このように本発明の光導波路装置１は、他の通信機器と信号の送受信を行うために使用することができる。
【０００７】
図１の光導波路装置１によっては、フィルタ７で反射させることによってコア５ａを伝搬してきた光の光軸を９０度変換することができるので、コア５ｂとコア６の長さが短くても、コア５ｂの光出射端及びコア６の光入射端に、受光素子１１及び投光素子１０を設置するスペースが十分確保でき、小型の光導波路装置にすることができる。
【０００８】
しかしながら、従来の光導波路装置１にあっては、波長λ１,λ２を伝搬するコア５ａと、波長λ２のみを伝搬するためのコア５ｂとが一体化していたために、コア６に入射しフィルタ７を透過した波長λ１の光の一部がコア５ｂに漏洩してしまい、コア５ｂでクロストークが発生するという問題があった。
【０００９】
【発明の開示】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型でクロストークが発生しにくい分波器、合波器、光スイッチなどの光導波路装置、および該光導波路装置を用いた通信用機器を提供することである。
【００１０】
請求項１に記載の光導波路装置は、光を選択的に透過又は反射させる光学素子と、前記光学素子を挟んで配置された第一のコア及び第二のコアと、前記光学素子を含む平面に関して前記第一のコアと同じ側に配置された第三のコアと、前記第一、第二及び第三のコアを囲むクラッドとを備えた光導波路装置において、前記第一のコアと前記第三のコアとが互いに独立しており、前記光導波路装置を平面視した場合、前記光学素子を設置するための溝が前記第三のコアの前記第一のコアに対向する面を切断するように形成されたことを特徴としている。
【００１１】
前記光学素子とは、特定の波長域の光のみ透過し特定の波長域以外の波長の光を反射するフィルタや、ミラー、若しくは、ハーフミラーなどである。また、前記第一のコアと前記第三のコアとが互いに独立しているとは、前記第一のコアと前記第三のコアとが繋がっておらず、前記第一のコアと前記第三のコアの光入射端面とがクラッドで隔てられていることをいう。
【００１２】
請求項１に記載の光導波路装置によれば、前記第一のコア内を伝搬する光が、前記光学素子で反射される以前に前記第三のコアに漏洩することがないため、前記第三のコア内でクロストークが発生する恐れがなく、波長の選別をより高い精度で行うことができる。前記第一のコア伝搬中の光の漏洩を防止するためには、前記第三のコアの光入射端面と前記第一のコアの最近接距離が５〜５０μｍであればよく、望ましくは１０〜３０μｍであればよい。
【００１３】
請求項３における請求項１に記載の前記光学素子は、光の反射と透過を制御できるミラーであることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の光学素子の具体例としては、透明板の間に封入された前記コアとほぼ同じ屈折率を有する液体を加熱して屈折率を変化させるものが挙げられる。液体を加熱していないときには前記第一のコアから前記光学素子に入射した光は光学素子を透過し、前記第二のコアに入射する。また、液体を加熱して気泡を発生させれば、前記第一のコアから前記光学素子に入射した光は気泡により反射され、前記第三のコアに入射することになる。
【００１５】
請求項４に記載の請求項１における前記光学素子は、可動式のミラーであって、該ミラーは前記第一、第二、第三のコアの光軸上および光軸外に出し入れできることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の光導波路装置は、前記光学素子に可動式のミラーを用いたものである。例えば、ミラーを光軸上に挿入しているときに、前記第一のコアを伝搬してミラーに入射した光は、前記第三のコアに反射される。また、ミラーを光軸外に外しているときに前記第一のコアを伝搬する光は、前記第二のコアに入射する。したがって、請求項４に記載の光導波路装置によっては、光を伝搬させるコアをミラーの出し入れで選択することによって、光信号の伝搬経路を選択することができる。
【００１７】
なお、前記光学素子が固定されたミラーであるときには、光軸を変換するために使用できる光導波路装置になる。
【００１８】
請求項６に記載の光導波路装置は、請求項１に記載の前記第一のコアの光出射端の面積に対し、前記第三のコアの光入射端の面積が大きいことを特徴としている。
【００１９】
請求項１に記載の光導波路装置にあっては、前記第一のコアと前記第三のコアとが独立しているために、前記第一のコアを伝搬して前記光学素子で反射された光が前記第三のコアに入射するまでの間、反射光はクラッド層内を広がっていくことになる。請求項６における請求項１に記載の光導波路装置にあっては、前記第三のコアの光入射端面の断面積を大きくして前記第三の光導波路装置での受光量を増加させ、前記第一のコアから前記第三のコアへの伝搬損失を抑制することができる。
【００２０】
請求項７に記載の光導波路装置にあっては、前記第一のコアはシングルモードで信号を伝搬するコアであり、前記第三のコアはマルチモードで信号を伝搬するコアであることを特徴としている。
【００２１】
請求項７に記載の光導波路装置にあっては、前記第一のコアはシングルモードの光を伝搬する幅が狭いコアであって、前記第三のコアは、マルチモードで光を伝搬する幅の広いコアになっている。前記クラッドにダイシングブレードで切り込みを入れて前記光学素子を設置するための溝を形成したときに、前記第一のコアと前記第三のコアが同じ幅ならば、溝の形成位置が少しずれただけでも前記光学素子で反射された光が前記第三のコアへ入射できずに、歩留まり低下の原因になる。しかしながら、前記第三のコアの幅が前記第一のコアの幅よりも広くなっていれば、溝の形成位置がずれたときや光学素子の傾きがずれたときにも、前記第三のコアへ光を入射させることができる。また、前記第三のコアの幅が広ければ、前記第三のコアの受光面積が広くなるために前記光学素子で反射した光の受光量を増大させることもできる。
【００２２】
請求項８に記載の通信機器は、請求項１に記載の光導波路装置を用いたものであって、例えば、光トランシーバ、分波器、合波器、光スイッチ等を内部に備えた通信用機器をいう。
【００２３】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り組み合わせることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図３、図４は、本発明の一実施形態である光導波路装置１２ａの概略斜視図、及び、Ａ−Ａ’線断面図である。本発明の光導波路装置１２ａは、基板１３と下部クラッド層１４、下部クラッド層１４の内部に形成されたコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃ、上部クラッド層１６、カバーガラス１７、及びフィルタ１８から構成されている。
【００２５】
コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃは、いずれも断面矩形の直線状をしたコアであって、各コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃは独立している。コア１５ａとコア１５ｂは、同一直線上に光軸が並ぶように設置溝１９を隔てて配置されている。また、コア１５ｃの光軸は、コア１５ａ,１５ｂの光軸と垂直をなしている。コア１５ｃ端面とコア１５ａの側面との間の距離δは、δ＝５μｍ〜５０μｍであって、１０μｍ〜３０μｍであればなおよい。コア１５ａ,１５ｂはシングルモードの光信号を伝搬する幅の狭いコアであるが、コア１５ｃはマルチモードの光信号を伝搬するコアであってコア１５ａ,１５ｂよりも幅が広くなっている。また、コア１５ｃの厚みは、コア１５ａ,１５ｂの厚みよりも厚くなっている。
【００２６】
設置溝１９は、カバーガラス１７の上面から基板１３に達する深さまで形成されている。設置溝１９の内部の、コア１５ａとコア１５ｂの間に挿入されたフィルタ１８は、特定の波長帯域の光のみ透過し、特定の波長帯域以外の波長の光は反射する特徴を持った光学素子である。通信に用いられる波長λ１,λ２の光はそれぞれ異なる波長帯域の光であって、波長λ１の光はフィルタ１８を透過し、波長λ２の光はフィルタ１８で反射される。
【００２７】
図５は本発明の光導波路装置１２ａの光トランシーバとしての使用を説明する図であって、光ファイバケーブル２１、投光素子２２，受光素子２３をコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃの端面に対向させて設置したときの下クラッド層１４の上面図である。光ファイバケーブル２１は双方向の通信が可能な外部の他の装置等と接続されている。投光素子２２から出射され、コア１５ｂを伝搬してフィルタ１８に到達した波長λ１の光は、フィルタ１８を透過して光ファイバケーブル２１に入射し、外部の他の装置に送信される。また、外部の他の装置から発信され、光ファイバケーブル２１を伝搬してコア１５ａに入射した波長λ２の光は、フィルタ１８で反射されてコア１５ｃ内を伝搬し、受光素子２３で受光される。このように、本発明の光導波路装置１２ａにあっては、波長の異なる信号をそれぞれ個別のコア内で伝搬せずに同一コアを共有して伝搬するために光導波路装置を小型化することができる。
【００２８】
上記のように投光素子２２、受光素子２３、光ファイバ２１を設置して使用するときに、コア１５ａとコア１５ｃが繋がっていると、投光素子２２から出射された波長λ１の光の一部は、フィルタ１８を透過した後に、コア１５ｃを伝搬して受光素子２３に入射し、コア１５ｃでクロストークが発生する恐れがある。
【００２９】
そこで、本発明の光導波路装置１２ａでは、コア１５ａとコア１５ｃとを完全に分離して、コア１５ｃの端面とコア１５ａの間にコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃよりも屈折率の小さな下部クラッド層１４を挟んでいる。しかして、コア１５ｂを伝搬してフィルタ１８を透過した光は、コア１５ｃに入射することなくコア１５ａを伝搬することになる。また、コア１５ａを伝搬し、フィルタ１８で反射した光は、臨界角よりも小さい角度で下部クラッド層１４に入射するために、コア１５ａよりも屈折率の小さい下部クラッド層１４でも反射されず、コア１５ｃの端面に入射することになる。したがって、本発明の光導波路装置１２ａは、クロストークが発生することのない、小型で高精度の光トランシーバになっている。
【００３０】
次に本発明の光導波路装置１２の製造方法を図６を用いて説明する。まず、下部クラッド層１４を形成するために、図６（ａ）に示すように、基板１３上に未硬化の紫外線硬化樹脂１４ａを滴下してコア１５ｃ,１５ｄと同じパターンを有するスタンパ２５ａで押圧し、紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層１４を形成する。ここで、コア１５ｄとは、後にコア１５ａとコア１５ｂになる直線状のコアである。
【００３１】
次に、コア１５ｃ,１５ｄを形成するために、図６（ｂ）に示すように下部クラッド層１４のコア溝２４に下部クラッド層１４よりも屈折率の高い未硬化の紫外線硬化樹脂１５ｘを注入し、コア溝２４から下部クラッド層１４の表面に溢れ出した樹脂１５ｘによって形成されるバリの厚みができるだけ薄くなるように平面板２５ｂで押圧し、紫外線を照射して硬化させる。
【００３２】
その後、図６（ｃ）に示すように下部クラッド層１４及びコア１５ｃ,１５ｄ上に下部クラッド層１４と同じ未硬化の樹脂１６ａを滴下し、カバーガラス１７で押圧して図６（ｄ）に示すように上部クラッド層１６を形成すると同時にカバーガラス１７を接着して導波路基板３１を形成する。なお、上部クラッド層１６を必ずしもカバーガラス１７で覆う必要はないが、カバーガラス１７で覆っておけば、コア１５ｃ,１５ｄや上部クラッド層１６が湿度等の環境変化による影響を受けにくくなり、光導波路の性能がより安定する。
【００３３】
次に、ダイシングブレードを用いてコア１５ｄをコア１５ａと１５ｂに分断する設置溝１９を形成し、設置溝１９のコア１５ａ,１５ｂの間にフィルタ１８を挿入すれば、図３に示す光導波路装置１２ａが完成する。なお、コア１５ｄに対する設置溝１９の傾きは、フィルタ１８の特性等に合わせて決めると良い。
【００３４】
フィルタ１８を設置溝１９に挿入した後に、フィルタ１８を固定するために接着剤２０をフィルタの上部や周辺部に滴下してフィルタ１８を固定しても良い。接着剤２０に入射した光が下部クラッド層１４および上部クラッド層１６に漏れ出さず、かつ、コア１５ａ,１５ｂに入射するためには、接着剤２０の屈折率はコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃよりも小さくなければならない。また、接着剤２０の屈折率は、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１６よりも大きい方が望ましい。
【００３５】
なお、フィルタ１８は必ずしも接着剤２０で固定する必要はないが、フィルタ１８を固定すればフィルタ１８のずれや脱落が防止でき、また、接着剤２０でフィルタ１８を覆っていれば、フィルタ１８が湿度変化等の影響を受けにくいため、光導波路装置１２ａの性能がより安定する。また、フィルタ１８とコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃとの隙間が接着剤で埋められることによって、フィルタ１８の界面で生じるフレネル反射を低減させることができるため、フィルタ１８での反射及び透過による損失を低減させることができる。
【００３６】
本実施形態の光導波路装置は上述の複製法（スタンパ法）で製造すれば、大面積の基板を用いて多数の光導波路装置を一度に作製することができるので、大量生産に適している。しかしながら、光導波路基板は複製法以外の製造方法で製造されていても良く、例えば、光学結晶導波路、石英導波路、ポリマー導波路などであってもよい。
【００３７】
図５では、光導波路装置の設置溝の理想的な形成位置を示しているが、ダイシングブレードでの切り込みの位置ずれや、ダイシングブレード厚みのバラツキや摩耗による厚みの変化等によって設置溝１９が形成される位置や幅に多少のバラツキが生じることは避けられない。本発明の光導波路装置１２ａでは、このような問題に対処するためにコア１５ａ,１５ｂに対してコア１５ｃの幅を広くしている。
【００３８】
図５で示す設置溝１９の位置は、ずれなく設置溝１９が形成された場合であって、フィルタ１８で反射された光は、コア１５ｃの幅の中心位置に入射する。このときの設置溝１９の中心線を一点鎖線で示している。しかしながら、現実には、ダイシングブレードでの形成位置精度誤差によって設置溝１９は±ΔＷずれた位置に形成されることがある。図７（ａ）（ｂ）は、設置溝１９の中心線が図５に示す中心線からそれぞれ＋Ｗ方向、−Ｗ方向ずれたときの様子を表しており、ずれて形成された設置溝１９の中心線を二点鎖線で、ずれの方向と大きさを矢印で示している。
【００３９】
コア１５ｃの幅は、設置溝が＋ΔＷずれたときにも、図７（ａ）に示すようにフィルタ１９のコア１５ａで反射された光がコア１５ｃに入射するように、また、図７（ｂ）に示すように、設置溝が−ΔＷずれたときにも、フィルタ１８で反射された光がコア１９ｃに入射するよう設計する。つまり、コア１５ａ,１５ｂと設置溝がなす鋭角をθとしたときに、コア１５ｃの幅は、
【数１】

（コア１５ａの幅と、コア１５ａとコア１５ｃの隙間δは考慮せず）
を満たさなければならない。
【００４０】
しかしながら、コア１５ｃの幅は、光入射端付近で上記値を満たしていればよいので、受光素子２３の受光面の大きさ等を考慮して、図８（ａ）（ｂ）に示すようにコア１５ｃの側面にはテーパーを設けてもよい。図８（ａ）に示すコア１５ｃは、光入射端から光出射端に向けてコアの幅が徐々に狭くなっている。また、図８（ｂ）に示すコア１５ｃは、光入射端が略半円状になっており、コア１５ｃの幅の中心方向に光を集光した後、直線状コアで伝搬させるようになっている。図８（ａ）（ｂ）に示す形状のコア１５ｃによっては、コア１５ｃに光学的に接続した受光素子２３との接続損失を抑制することができる。
【００４１】
コア１５ａから出射され、フィルタ１８で反射された光は、コア１５ｃに達するまでに設置溝１９又は下部クラッド層１４の内部で厚み方向にも広がるので、、図３に示すようにコア１５ｃの光入射端の厚みをコア１５ａの厚みよりも厚くしておけば受光面積が大きくなって損失光を抑制することができる。しかしながら、コア１５ｃでの受光量に問題がなければ、図９（ａ）に示すようにコア１５ａの厚みとコア１５ｃの厚みを同じ厚みにしておいてもよい。
【００４２】
また、図９（ｂ）に示すように受光素子の受光面の大きさや形状に合わせてコア１５ｃの厚み方向でもテーパーを設けば、受光素子の受光面積が小さいときにも、接続損失を抑制することができる。なお、テーパーは幅方向と厚み方向の両方に設けても、いずれか一方のみに設けるようにしても良い。
【００４３】
（第２の実施形態）
図１０は本発明の一実施形態である光導波路装置（光トランシーバ）１２ｂの概略斜視図である。本発明の光導波路装置１２ｂは、支持基板２９、導波路基板３１及びフィルタ１８から構成されている。導波路基板３１は、上下反転した状態で支持基板２９に設置されており、基板１３、高屈折率の光学材料からなる下部クラッド層１４及び上部クラッド層１６、下部クラッド層１４より高屈折率の光学材料からなるコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃから構成されている。
【００４４】
コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃは、いずれも断面矩形の直線状をしたコアであって、各コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃは独立している。コア１５ｃ端面とコア１５ａの側面は５μｍ以上離れており、間には下部クラッド層１４が挟まれている。コア１５ａとコア１５ｂは、同一直線上に光軸が並ぶように設置溝１９を隔てて配置され、また、コア１５ｃの光軸は、コア１５ａ,１５ｂの光軸と垂直をなしている。コア１５ａ,１５ｂはシングルモードの光信号を伝搬する幅の狭いコアであるが、コア１５ｃはマルチモードの光信号を伝搬するコアであってコア１５ａ,１５ｂよりも幅が広くなっている。
【００４５】
フィルタ１８は特定の波長域の光のみを透過させ、特定の波長域以外の光を反射させる光学素子であって、導波路基板３１に設けられた設置溝１９に挿入されている。下部クラッド層１４内に埋め込まれているコア１５ａ及びコア１５ｂはフィルタ１８を介して一直線上に並んでいる。また、コア１５ｃは、両コア１５ａ，１５ｂの光軸に対して９０度の角度を持つようにして配置されている。
【００４６】
支持基板２９の表面には、上記光導波路基板３１を積層するための導波路固定領域３０（図示せず）が形成され、その周囲にはＶ溝状の光ファイバガイド２８、凹状をした光学素子設置部２６ａ,２６ｂが設けられている。各光学素子設置部２６ａ，２６ｂ内には、投光素子や受光素子を実装するための素子実装用ベンチ（電極パッド）２７ａ，２７ｂが形成されている。
【００４７】
図１０に示す光導波路装置１２ｂにおいては、上記光導波路基板３１は、上下反転された状態で設置されており、光ファイバガイド２８及び素子実装用ベンチ２７ａ，２７ｂは光導波路基板３１から露出している。
【００４８】
図１１は上記光導波路装置１２ｂに投光素子２２と受光素子２３を実装し、光ファイバ２１をつないだ状態を示す平面図である。光学素子設置部２６ａ,２６ｂ内の素子実装用ベンチ２７ａ，２７ｂには、下面電極をダイボンドすることにより、それぞれ受光素子２３と投光素子２２が実装されており、受光素子２３はコア１５ｃの端面に対向し、投光素子２２はコア１５ｂの端面に対向している。また、投光素子２２及び受光素子２３の上面電極はボンディングワイヤで回路基板などに接続される。光ファイバ２１は、光ファイバガイド２８に納めて位置決めした状態で接着剤により固定されており、それによってコア１５ａの光軸と光ファイバ２１の光軸が自動的に調芯されている。
【００４９】
この光導波路装置１２ｂにおいてフィルタ１８は、投光素子２２から出射される波長λ１の光を透過し、光ファイバ２１から出射される波長λ２の光を反射する特性のものを用いている。しかして、投光素子２２からコア１５ｂに光（送信信号）を照射すると、光はコア１５ｂの内部を伝搬し、フィルタ１８を透過してコア１５ａの内部を伝搬し、光ファイバ２１に入射して光ファイバ２１内を送信される。また、光ファイバ２１を伝搬してきた光（受信信号）は、コア１５ａに入射して、フィルタ１８で反射し、コア１５ｃを伝搬して受光素子２３に受信される。このようにして光導波路装置１２ｂは、一本の光ファイバ２１を通じて繋がっている外部の他の装置と信号の送受信を行うことができる。
【００５０】
本実施形態の光導波路装置１２ｂでは、コア１５ａとコア１５ｃとを完全に分離して、コア１５ｃの端面とコア１５ａの間にコア１５ａ,１５ｂ,１５ｃよりも屈折率の小さな下部クラッド層１４を挟んでいる。しかして、コア１５ｂを伝搬してフィルタ１８を透過した光は、コア１５ｃに入射することなくコア１５ａを伝搬することになる。また、コア１５ａを伝搬し、フィルタ１８で反射した光は、臨界角よりも小さい角度で下クラッド層１４に入射するために、コア１５ａよりも屈折率の小さい下クラッド層１４でも反射されず、コア１５ｃの端面に入射することになる。したがって、本発明の光導波路装置１２ａは、クロストークが発生することのない、高精度の光トランシーバにすることができる。
【００５１】
以下に、図１２〜図１７を用いて本発明の光導波路装置１２ｂの製造方法を説明する。まず、支持基板２９の親基板になるガラス基板やシリコン基板などの大面積のベース基板２９ａの表面に、図１２に示すように導波路固定領域３０、光学素子設置部２６ａ,２６ｂ、ファイバガイド２８を複数組形成し、光学素子設置部２６ａ,２６ｂの内部に素子実装用ベンチ２７ａ,２７ｂを電極材料によって形成する。図１２のベース基板２９ａを用いれば一度に４個の光導波路装置１２ｂを製造できるが、より大面積のベース基板２９ａを用いれば、光導波路装置１２ｂの大量生産が可能になる。
【００５２】
また、ベース基板２９ａと同面積以上のガラス基板１３ａ上に下部クラッド層１４と複数組のコア１５ｃ,１５ｄを形成した導波路基板３１を複製法（スタンパ法）等で製造する。複製法によるより詳しい製造方法は、第１の実施形態で説明している。
【００５３】
次に、図１３に示すように、光導波路基板３１の表面に、未硬化の紫外線硬化樹脂１６ａを滴下し、樹脂１６ａによって光導波路基板３１とベース基板２９ａとを接着する。ベース基板２９ａと光導波路基板３１とを接着するときには、ファイバガイド２８や光学素子設置部２６ａ,２６ｂとコア１５ｃ,１５ｄを精密に位置合わせをしておく必要がある。そのためには、光導波路基板３１とベース基板２９ａに設けたアライメントマークにより精度良く位置合せを行って光導波路基板３１とベース基板２９ａを接着すればよい。大面積のベース基板２９ａと大面積の光導波路基板３１とで位置合わせを行えば、個々の部品どうしを位置合わせするような煩雑さがなく、一度に複数のコアとファイバガイド等との位置合わせを精度良く行えるため効率的である。
【００５４】
ベース基板２９ａと光導波路基板３１を位置合わせして重ね合わせた後、紫外線を照射する前に、導波路固定領域３０にのみ紫外線が照射されるように、ガラス基板１３ａを図１４に示すような紫外線を透過しないマスク３２で覆っておく。マスク３２で覆われたガラス基板１３ａに紫外線を照射すると、導波路固定領域３０にのみ紫外線が照射されて、樹脂１６ａが硬化し、上部クラッド層１６が形成される。なお、ベース基板２９ａが紫外線を透過する材質であるときには、ベース基板２９ａをマスク３２で覆うようにして、ベース基板２９ａ側から紫外線を照射してもよい。
【００５５】
次に図１５に示すようにダイシングブレードを用いてコア１５ｄをコア１５ａ,１５ｂに分断する設置溝１９を形成する。その後、図１６に二点鎖線で示すように、導波路固定領域３０の縁を通過するよう光導波路基板３１を切断し、コア１９ｃ,１９ｄの端面を形成する。ダイシングブレードでの切断の際には摩擦熱が発生するために、ダイシングブレードには冷却水をかけながら使用するが、この冷却水が上部クラッド層１６を形成したときに未硬化のまま残っていた樹脂１６ａを洗い流すので、導波路固定領域３０以外の不要な導波路基板は簡単に取り除くことができる。また、ダイシングブレードの冷却水だけでは未硬化の樹脂１６ａを完全に除去できなければ、薬品によって未硬化の樹脂を除去すればよい。
【００５６】
次に図１７に示すように、設置溝１９にフィルタ１８を挿入し、フィルタ１８の上方および周辺部に接着剤２０を滴下してフィルタ１８を固定する。なお、フィルタ１８を固定するための接着剤２０は、コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃよりも屈折率が小さくなければならない。また、接着剤２０の屈折率は、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１６よりも大きい方が望ましい。最後に、図１７に示すベース基板２９ａを導波路装置１２ｂのチップに分断すれば、図１０に示す光導波路装置１２ｂが完成する。なお、フィルタ１８は、チップに分断してから設置溝１９に挿入してもよい。また、フィルタ１８は必ずしも接着剤２０で固定する必要はない。
【００５７】
本発明の光導波路装置を上述の製造方法で製造すれば、大面積の光導波路基板３１と、大面積のベース基板２９ａを上クラッド層２０で接着して、最終工程で光導波路装置１２ｂの個別チップに分割するために、個々の光導波路基板３１と、個々の支持基板とを貼り合わせるよりも効率よく光導波路装置を製造することができ、大量生産に適している。また、大面積のベース基板２９ａと大面積の光導波路基板３１とで位置合わせを行うために、小さな部品どうしで位置合わせをするよりも精度よく位置合わせをすることができる。
【００５８】
本発明の光導波路装置１２ｂは、支持基板２９上に光ファイバガイド２８等が設けられているために、光ファイバ２８等の設置が煩雑でなく、また、高い位置精度でコアと接続することができる。また、各コア１５ａ〜１５ｃが独立しているために、コアｃ内でクロストークが発生することがない。したがって、本発明の光導波路装置１２ｂは、各コア１５ａ〜１５ｃ端面での接続損失や伝搬損失の低い、高品位の光トランシーバにすることができる。
【００５９】
（第３の実施形態）
図１８は本発明のさらに別の実施形態による光導波路装置１２ｂ（２×４光スイッチ）の概略平面図である。また、図１９は、図１８のＢ−Ｂ’線断面に相当する面を示した図である。発明の光導波路装置１２ｂは、ガラス基板１３、下部クラッド層１４、コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃ,１５ｄ,１５ｅ,１５ｆ,１５ｇ,１５ｈ,１５ｉ,１５ｊ、上部クラッド層１６、設置溝１９ａ,１９ｂ,１９ｃ内のコア１９ａ〜１９ｊの交差部に挿入されたミラー１８ｄ,１８ｅ,１８ｆ,１８ｇ等から構成されている。コア１５ａ〜１５ｊは、それぞれ独立したコアである。図１９に示すようにミラー１８ｄ〜１８ｇは、アクチュエーターで上下に稼働させることによって、コア１５ａ〜１５ｊの光軸上へ挿入したり、光軸から外すことができるようになっている。本発明の光導波路装置１２ｂには、２箇所の光入射端Ａ,Ｂと、４箇所の光出射端Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆが設けられている。
【００６０】
すべてのミラー１８ｄ〜１８ｇが挿入されているときに、光入射端Ａから入射た光は、コア１５ａを伝搬し、ミラー１８ｄで反射され、コア１５ｄを伝搬し、ミラー１８ｆで反射され、コア１５ｇを伝搬して、ミラー１８ｇで反射され、コア１５ｊを伝搬して光出射端Ｄから出射される。また、ミラー１８ｄがコア１５ａの光軸外に外されており、その他のミラー１８ｅ,１８ｆ,１８ｇが挿入されているときには、光入射端Ａから入射し、コア１５ａを伝搬した光はコア１５ｂに入射し、ミラー１８ｅで反射されて、コア１５ｅ内を伝搬し、ミラー１８ｇで反射されてコア１５ｈを内を伝搬して光出射端Ｅから出射される。
【００６１】
このように、特定のミラー１８ｄ〜１８ｅを光軸上に挿入したり光軸外に外すことによって、２箇所の光入射端Ａ,Ｂに入射した光を、４箇所の光出射端Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆの所望する光出射端から出射することができる。
【００６２】
例えばコア１５ａとコア１５ｄの一部が繋がっていれば、ミラー１８ｄが光軸外に外されているときにも、コア１５ａを伝搬した光の一部がコア１５ｄに漏洩するおそれがあるが、本実施形態の光導波路装置１２ｃでは、各コア１５ａ〜１５ｊが独立しているために、クロストーク等の問題が発生する恐れがない。
【００６３】
本発明の光導波路装置の製造工程において、設置溝１９ａ〜１９ｃを形成するまでの工程は第１の実施形態で説明した製造工程と同じである。コア１５ｄ,１５ｅ,１５ｉ,１５ｊの幅は、コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃ,１５ｆ,１５ｇ,１５ｈの幅よりも広くなっているために、ダイシングブレードで形成される設置溝１９ａ〜１９ｃの形成位置がずれたときにも、ミラー１８ｄ〜１８ｅで反射された光を垂直方向にあるコアへ入射させることができ、歩留まりのよい光導波路装置にすることができる。
【００６４】
本発明の光導波路装置によれば、ミラーを用いることによって伝搬する光の光軸を９０度変化させることができる。例えばＹ字型に分岐したコアの上部にヒータや電極を設け、ヒータや電極のＯＮ／ＯＦＦによって熱や電界・磁界の変化させて光を伝搬させるコアを切り換えるといった光スイッチでは、分岐部間角度が小さいために、分岐後の長さを充分に取らなければ分岐後のコアの端面に光学素子等を設置するスペースが確保できないために、大型化してしまう。本発明の光導波路装置によれば、分岐したコアのなす角度が直角であるために、分岐したコアの光出射端どうしを分岐部分から短い距離で充分に離すことができ、分岐コアを多くして光出射端を増やした場合にも小さな光導波路にすることができる。なお、本発明の光導波路装置１２ｃの光出射端Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆを光入射端とし、光入射端Ａ,Ｂを光出射端にしてもよい。
【００６５】
本発明の光導波路１２ｃのミラー１８ｄ〜１８ｅには、上述の可動式ミラー以外にも、透明板の間に封入された前記コアとほぼ同等の屈折率を有する液体を加熱して屈折率を変化させ、光の透過と反射を制御できるミラーなどを用いても
良い。
【００６６】
（第４の実施形態）
図２０、図２１は、本発明のさらに別の実施形態による光導波路装置１２ｄ（分波器）の概略平面図及び概略正面図である。本発明の光導波路装置１２ｄは、基板１３と、下部クラッド層１４、コア１５ａ,１５ｂ,１５ｃ,１５ｄ,１５ｅ,１５ｆ,１５ｇ、上部クラッド層１６、および特定の波長域の光のみ反射し、特定の波長域以外の波長の光は透過するフィルタ１８ａ,１８ｂ,１８ｃから構成されている。フィルタ１８ａは、波長λ１を含む波長域の光のみを反射し、それ以外の波長の光は透過するフィルタである。フィルタ１８ｂは波長λ２を含む波長域の光を反射し、それ以外の波長の光は透過するフィルタである。また、フィルタ１８ｃは波長λ３を含む波長域の光を反射し、それ以外の波長の光は透過するフィルタである。
【００６７】
本発明の光導波路装置１２ｃは、１箇所の光入射端Ａと４箇所の光出射端Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅを有している。光入射端Ａはコア１５ａの端面であり、光出射Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅは、コア１５ｅ,１５ｆ,１５ｇの端面である。本発明の光導波路１２ｄは、第１の実施形態で説明した製造方法によって製造できる。
【００６８】
光入射端Ａに、それぞれ異なる波長帯域に属する波長λ１,λ２,λ３,λ４からなる光が入射すると、まず、フィルタ１８ａで波長λ１の光のみがコア１５ｅに反射されて、波長λ１の光はコア１５ｅの光出射端から出射される。同様に、フィルタ１８ｂ,１８ｃでは、波長λ２，λ３の光がそれぞれコア１５ｆ、コア１５ｇに反射され、それぞれ光出射端Ｂ,Ｃから出射される。また、いずれのフィルタも透過した波長λ４の光は、コア１５ｄを伝搬して光出射端Ｅから出射される。
【００６９】
本実施形態の光導波路装置は、コア１５ａ〜１５ｇがそれぞれ独立し、繋がっていないために、クロストークが発生する恐れがない。より具体的には、コア１５ａを伝搬する波長λ２,λ３,λ４の波長の光が、フィルタ１８ａに到達する前にコア１５ｅに漏洩するおそれがない。
【００７０】
本実施形態の光導波路装置は、異なる波長の光を分波して異なる波長毎に異なる出射端から出射する分波器として利用できる。また、光入射端Ａを光出射端とし、光出射端Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅを光入射端にすれば、合波器として利用できる。
【００７１】
（第５の実施形態）
図２２は、本発明にかかる分波器３３（例えば図２０、図２１に示したような光導波路装置）および光スイッチ３７（例えば、図１８に示したような光導波路装置）を用いた光合分波を行う装置を示す概略図である。分波器３３及び合波器３４は、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバで伝送する波長多重（ＷＤＭ）方式の光通信システムで用いられる装置である。分波器３３は、一本の光ファイバ３５によって伝送された光信号を波長毎に分波して、波長毎に異なる光ファイバに出力する装置である。また、合波器３４は、複数の光ファイバによって入力された波長の異なる光信号を合波して、一本の光ファイバ３６に出力する装置である。
【００７２】
光スイッチ３７（２×２光スイッチ）は、コア内を伝搬する光の進行方向を切り換えて、選択した特定のコアからのみ光を出射することができる光導波路装置である。また、可変光減衰器（ＶＯＡ）３８,３９は、受光したパワーの異なる光を光を一定のパワーに揃えて出力する装置である。光スイッチ３７には、光入射端が２箇所設けられていて、一方の入射端は光ファイバ４０ａによって分波器３３に接続されており、分波器３３で分波された波長λ１,λ２,…,λＮの光が入力されるようになっている。他方の光入射端は光ファイバ４０ｂによって伝送された光信号の入射端である。なお、光ファイバ４０ｂは分波器３３以外の他の分波器に接続されていてもよい。
【００７３】
また、光スイッチ３７には、光出射端が２箇所設けられていて、一方の光出射端は光ファイバ４０ｃによって可変光減衰器（ＶＯＡ）３８を介して合波器３４に接続されており、他方の光出射端は光ファイバ４０ｄに接続されている。光ファイバ４０ｄは合波器３４以外の他の合波器に接続されていてもよい。
【００７４】
しかして、この光合波分波器を用いた光通信システムにおいては、光ファイバ３５及び光ファイバ３６は例えば都市内ネットワークや都市間ネットワークにおける中継系ネットワーク回線を構成しており、波長多重信号を伝送している。いま、すべての光スイッチ３７が合波器３４側に接続しているとすると、光ファイバ３５からなる中継系ネットワーク回線を伝送されてきた波長多重信号は、分波器３３により各波長λ１，λ２，…，λＮの信号に分波された後、各光スイッチ３７を合波器３４側へ通過し、光減衰器３８によって各波長の信号のパワーを均一に揃えられた後、各波長λ１，λ２，…λＮの信号は再び合波器３４で合波され、さらに光減衰器３９により波長多重信号全体のパワーが規定値となるように調整されて光ファイバ３６からなる中継系ネットワーク回線へ送り出される。
【００７５】
これに対し、例えば波長λ１に対応する光スイッチ３７が合波器側と異なる側へ切り換えられると、分波器３３で分波された信号のうち波長λ１の信号だけが光ファイバ４０ｄからなるアクセスネットワーク回線へ取り出される。また、光ファイバ４０ｂからなるアクセスネットワーク回線から波長λ１の信号が送り込まれていると、この他線からの波長λ１の信号は光スイッチ３７によって合波器３４へ送られ、光ファイバ３５から送られてきた波長多重信号に重畳させて光ファイバ３６からなる中継系ネットワーク回線へ送り出される。
【００７６】
図２３は、光ネットワークシステムにおける、各家庭内などのユーザーネットワークと中継系ネットワークとをアクセスネットワーク（加入者光ファイバ）で結んだ様子を示している。例えばある家庭の電話やパーソナルコンピュータ４２から発信された電気信号は、回線終端装置４３によって光信号に変換され、光ファイバ４４ａによって局外スプリッタ４５に集められる。局外スプリッタ４５は、図２０の光導波路装置１２ｄのような、４箇所の光入射端と１箇所の光出射端を有する合波器を備えており、異なるデータ発信から光ファイバ４４ａ,４４ｂ,４４ｃ,４４ｄによって伝搬されてきた光信号を合波して加入者光ファイバ４１ａに出射することができる。
【００７７】
加入者光ファイバ４１ａは交換局（電話事業者の設備センタ）内の局内スプリッタ４６に接続されている。局内スプリッタ４６は、８箇所の光入射端と、１箇所の光出射端を有する合波器である。加入者光ファイバ４１ａを伝搬してきた光信号は、他の入射光ファイバ４１ｂ,４１ｃ,４１ｄ,４１ｅ,４１ｆ,４１ｇ,４１ｈを伝搬してきた光信号と局内スプリッタ４６で合波され、回線終局装置４７で光信号から電気信号に変換されて他事業者ＩＰ網へと送出される。
【００７８】
図２４は上記回線終端装置４３又は回線終端装置４７の構成を示すブロック図である。回線終端装置４３及び回線終局装置４７は、アクセスネットワークを構成する加入者光ファイバ４１ａによって波長１５５０ｎｍの光信号と波長１３１０ｎｍの光信号を伝送される。光ファイバ４１ａの端面に対向する位置には、ＷＤＭ４８が設けられており、ＷＤＭ４８は光ファイバ４１ａから伝送されてきた波長１５５０ｎｍの光信号を出力部から出力し、入力部から入力された波長１３１０ｎｍの光信号を光ファイバ４１ａに結合させる。
【００７９】
ＷＤＭ４８の出力部から出力された波長１５５０ｎｍの光信号は光／電気変換モジュール（PIN-AMPモジュール）４９に入力される。光／電気変換モジュール４９は、受光素子（フォトダイオード）５０とプリアンプ５１からなり、入力した光信号を受光素子４９で受光することによって電気信号に変換し、プリアンプ５１で増幅した後、データ処理回路５２に入力させる。ついで、データ処理回路５２で処理された電気信号は、回線終端装置４３に接続されているパーソナルコンピュータや電話、また、回線終局装置４７に接続されている電話線などの他事業者ＩＰ網に送られる。
【００８０】
一方、ＷＤＭ４８の入力部につながっている電気／光変換モジュール５３は、発光素子（ＬＤ）５４とモニター用受光素子５５からなり、発光素子５４は波長１３１０ｎｍの光を出射するものであって、発光素子駆動回路５６によって駆動される。また、発光素子５４から出射される光信号をモニター用受光素子５５で受光することにより、発光素子５４から出射される光信号のパワーが一定になるように出力をコントロールしている。しかして、電話や家庭用機器、または他事業者ＩＰ網から送出された電気信号は、発光素子駆動回路５６へ送られ、発光素子駆動回路５６に入力された電気信号によって発光素子５４を駆動することにより電気信号を光信号に変換し、ＷＤＭ４８を通して光ファイバ４１ａへ送信する。
【００８１】
このような回線終端装置４３及び回線終端装置４７においては、本発明にかかる光導波路装置を用いることにより小型化することができる。例えば、図３、図１０に説明したような光導波路装置１２ａ,１２ｂを上記ＷＤＭ４８として用い、光導波路装置１２ａ,１２ｂに実装された受光素子２３を上記光／電気変換モジュール４９の受光素子５０として用い、光導波路装置１２ａ,１２ｂに実装された投光素子２２を上記電気／光変換モジュール５３の発光素子５４として用いればよい。また、図１０に示すような光導波路装置１２ｂの支持基板２９の上に上記プリアンプ５１、データ処理回路５２、モニター用受光素子５５、発光素子駆動回路５６等を実装することにより回線終端装置４３又は回線終局装置４７をワンチップ化することも可能になる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の光導波路装置によれば、クロストークが発生することがなく波長域の異なる複数の信号の伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光導波路装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す光導波路装置の概略上面図であって、光トランシーバとしての使用態様を説明する図である。
【図３】本発明の光導波路装置の概略斜視図である。
【図４】図３に示す光導波路装置のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】図４に示す光導波路装置の光トランシーバとしての使用態様を説明する図である。
【図６】図６は、図４に示す光導波路装置の製造工程を説明する図である。
【図７】設置溝形成位置ずれによる光の伝搬の様子を説明する図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、コアの形状を説明する図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は、コアの断面形状を説明する図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による光導波路装置の概略斜視図である。
【図１１】図１０に示す光導波路装置の使用態様を説明する図である。
【図１２】図１２〜図１７は、図１０に示す光導波路装置の製造工程を説明する図である。
【図１３】図１２の続図である。
【図１４】図１３の続図である。
【図１５】図１４の続図である。
【図１６】図１５の続図である。
【図１７】図１６の続図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ’線断面に相当する面を示す図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態による光導波路装置の概略平面図である。
【図２１】図２０に示す光導波路装置の概略正面図である。
【図２２】本発明の光導波路装置を用いた通信用機器を説明する図である。
【図２３】本発明の光導波路装置を用いた光通信システムを説明する図である。
【図２４】回線終端装置又は、回線終局装置のブロック図である。
【符号の説明】
１２ａ 光導波路装置
１３ 基板
１４ 下部クラッド層
１５ａ〜１５ｃ コア
１６ 上部クラッド層
１７ ガラス基板
１８ フィルタ
１９ 設置溝

Claims (8)

1. 光を選択的に透過又は反射させる光学素子と、前記光学素子を挟んで配置された第一のコア及び第二のコアと、前記光学素子を含む平面に関して前記第一のコアと同じ側に配置された第三のコアと、前記第一、第二及び第三のコアを囲むクラッドとを備えた光導波路装置において、
   前記第一のコアと前記第三のコアとが互いに独立しており、前記光導波路装置を平面視した場合、前記光学素子を設置するための溝が前記第三のコアの前記第一のコアに対向する面を切断するように形成されたことを特徴とする光導波路装置。
2. 前記光学素子は、特定の波長域の光のみ透過し特定の波長域以外の波長の光を反射することを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
3. 前記光学素子は、光の反射と透過を制御できるミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
4. 前記光学素子は可動式のミラーであって、該ミラーは前記第一、第二、第三のコアの光軸上および光軸外に出し入れできることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
5. 前記第三のコアの光入射端面と前記第一のコアの最近接距離が１０μｍより大きく３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
6. 前記第一のコアの光出射端の面積に対し、前記第三のコアの光入射端の面積が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路装置。
7. 前記第一のコアはシングルモードで信号を伝搬するコアであり、前記第三のコアはマルチモードで信号を伝搬するコアであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
8. 請求項１に記載の光導波路装置を用いた通信機器。

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