JP3969320B2 - 導波路型光部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路のコア層と光ファイバのコアとが光軸が一致するように突き合わせ接続された導波路型光部品に係り、特に接続部分にスポットサイズ変換部を有する導波路型光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタ、スプリッタ、光スイッチなどのガラス導波路型光部品は、半導体プロセスを利用することにより量産し易いことから、既に多くのものが実用化されているが、更なる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。
【０００３】
その例として、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されており、具体例として、比屈折率差Δが１．５％以上、２．５％程度の光部品が検討されている。
【０００４】
ここで、比屈折率差Δは、コアの最大屈折率をｎ1 、クラッドの屈折率をｎ2 としたとき、次の数１式で表される。
【０００５】
【数１】
Δ＝｛（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ｝×１００％
ところが、ガラス導波路型光部品本体は高Δ化されているのに対して、それに接続されている光ファイバは通常のシングルモード光ファイバであり、Δは０．３％から１％の範囲内の低Δのものが用いられる。そのため、ガラス導波路型光部品本体と光ファイバとの間にモードミスマッチングが生じるという問題がある。
【０００６】
これを解決するために、従来は図５、図６に示すような２つの手段が用いられていた。
【０００７】
図５、図６は従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【０００８】
第１の手段は、図５に示すように、高屈折率のコア層５３を低屈折率のクラッド層５４で覆った光部品本体５０に、光ファイバと接続する側（図では左側）にはヒータ５２を配置し、その反対側（この場合右側）には内部に冷却水ｗを循環させる保持部材５５を取り付け、モード変換部５１を形成する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
具体的には、光部品本体５０の端面側をヒータ５２で長時間にわたり高温（１３００℃）に加熱することにより、光部品本体５０のコア層５３内の屈折率制御用ドーパント（ＧｅＯ2 ）を、コア層５３を覆っているクラッド層５４側に拡散させ、モード変換部５１を形成する。
【００１０】
第２の方法は、図６に示すように、高Δのシングルモード光ファイバ５６−１（５６−２）の一端を高Δの光部品本体６０に接続し、その光ファイバ５６−１（５６−２）の他端に低Δのシングルモード光ファイバ５７−１（５７−２）をＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄ Ｃｏｒｅ）技術を用いて加熱・融着接続し、そのＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−４３３３０号公報
【特許文献２】
特開平５−２５７０３２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモード変換方式には以下に示すような課題が存在している。
【００１３】
図５に示したヒータ５２により加熱してモード変換部５１を形成する方式は、光部品のサイズが非常に大きくなり、低コスト化が難しいという問題がある。さらに、ヒータ５２ではコア層５３の微細加工が困難であるため、光部品の損失が大きくなり、実用的でない。
【００１４】
また、図６に示したＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方式は、低損失で実現できるというメリットがあるが、高Δの光ファイバ５６−１（５６−２）を別途作製しなければならないために、コスト高になる。さらに、実装コストが高くなり、低コスト化が難しい。さらにそれぞれの光ファイバ長を少なくとも数十ｃｍは長くして接続しなければならないため、小型化にも制約を受ける。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる導波路型光部品を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、所定の比屈折率差を有する光導波路のコア層端面と、その光導波路の比屈折率差よりも低い比屈折率差を有する光ファイバのコア端面とが接続されて構成された導波路型光部品において、光ファイバと光導波路との接続部近傍のコア内に、コア端面に向かってそのコアの屈折率が徐々に高くなる略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所望間隔、所望径、所望屈折率を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部と、光導波路と光ファイバとの接続部近傍のコア層に、コア層端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなると共にコア層の断面積が徐々に増加するガラス導波路型スポットサイズ変換部とを有し、ガラス導波路型スポットサイズ変換部と光ファイバスポットサイズ変換部との間がモードフィールド整合されているものである。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差は２．０％から４．０％の範囲内にあり、かつ光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３％から１．５％の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部は、光導波路のコア層端面の少なくとも１箇所以上に形成されており、各ガラス導波路型スポットサイズ変換部に、それぞれ光ファイバの光ファイバスポットサイズ変換部が接続されていることが好ましい。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、光導波路のコア層の接続端面と光ファイバのコアの接続端面は、それぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されていることが好ましい。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部及び光ファイバスポットサイズ変換部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内でありかつパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内である超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ及び照射エネルギーを変えて集光、照射されることによって形成されたものであることが好ましい。
【００２２】
すなわち、本発明は、低い比屈折率差Δｌの光ファイバの一方の端面方向に向かってそのコア内に、コアの屈折率よりも徐々に高い所定の屈折率を有する略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所定間隔、所定径を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部の端面と、高い比屈折率差Δｈの光導波路の接続端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなるように変化しているガラス導波路型スポットサイズ変換部の端面とを接続した構成であり、互いに信号光のスポットサイズを変えることができるスポットサイズ変換部を接続端面に向かって形成し、それらのスポットサイズ変換部の端面同士を接続することにより製造される。
【００２３】
上記請求項１の構成によれば、Δｈが２％以上４％程度以下の超高比屈折率差のガラス導波路型光部品本体と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバとをモードフィールド整合をとって接続することができ、光導波路と光ファイバとを低損失で接続可能になる。
【００２５】
上記請求項２の構成によれば、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化したガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２６】
上記請求項３の構成によれば、ＡＷＧフィルタやスプリッタのような多入力・多出力ポートを有するガラス導波路型光部品の入出力端にスポットサイズ変換部の端面を形成し、各端面にスポットサイズ変換部端面付き光ファイバの端面を接続した導波路型光部品が実現可能になる。
【００２７】
上記請求項４の構成によれば、それぞれの端面同士は斜めに加工されて隙間がないように密着接続されていることにより、それぞれの端面からの信号光の反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することが可能になり、低クロストーク、低反射のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２８】
上記請求項５の構成によれば、光ファイバコア内のほぼ球状のレンズ媒質及びガラス導波路型光部品本体内の連続した屈折率分布部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ、照射エネルギーを変えて、透明な光ファイバコア内及び光導波路内に集光、照射し、より透明度を高め、かつ屈折率を変えることによって形成される。このスポットサイズ変換部により、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、光学特性をモニタしながら光部品を加工することが可能になり、導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。図１（ｃ）において縦軸は屈折率を示し、横軸は光部品内の位置を示している。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、導波路型光部品は、比屈折率差Δが高い（Δｈ：２％から４％の範囲内、スポットサイズ：約４μｍから約２μｍの範囲内）ガラス導波路型光部品本体５と、このガラス導波路型光部品本体５と光学的に接続され、比屈折率差Δが低い（Δｌ：０．３％、スポットサイズ：約１０μｍ）光ファイバ６とで構成されている。
【００３２】
ガラス導波路型光部品本体５は、基板（例えばＳｉ基板）１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ2 ガラス層）２ｄを有し、その下部クラッド層２ｄ上に、高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ）３が形成され、そのコア層３及び下部クラッド層２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ2 層）２ｕが形成された構造を有する。
【００３３】
ガラス導波路型光部品本体５のコア層３は、説明を簡単にするために直線パターンで示されているが、実際には曲線パターンを含む光信号処理回路からなり、例えば導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などを有する。
【００３４】
また、コア層３は、光ファイバ６との接続端面５Ａに向かって屈折率が連続的に低く変化している領域１０を有するスポットサイズ変換部４が形成されている（図１（ｃ）参照。）。このスポットサイズ変換部４は、光ファイバ６側のスポットサイズに近づけるように接続端面５Ａに向かってテーパ状に形成されている。
【００３５】
光ファイバ６は、屈折率ｎｃのコア７の外周に、このコア７よりも低い屈折率ｎｃｌのクラッド８が形成された構造を有する。
【００３６】
この光ファイバ６のコア７内には、ガラス導波路型光部品本体５の接続端面５Ａの近傍に、屈折率が徐々に高くなるように、そのコア７の屈折率ｎｃよりも高い異なる屈折率及び直径を有するほぼ球状のレンズ媒質９ａ，９ｂが所定の間隔を隔てて２個形成されてなると共にスポットサイズを中間的な値Ｄｍ（４μｍから６μｍ）までに変換する光ファイバスポットサイズ変換部９が形成されている（図１（ｃ）参照。）。
【００３７】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ６の接続端面の近傍に、その接続端面から（ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒｂ、屈折率ｎｂのレンズ媒質９ｂが形成され、さらにそのレンズ媒質９ｂから（ｆａ＋ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒａ、屈折率ｎａのレンズ媒質９ａが形成されている。
【００３８】
この光ファイバ６側のスポットサイズ変換部９の近似計算による具体的な設計例について述べる。
【００３９】
光ファイバ６として、例えば、直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９のコア７と、直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５のクラッド８とがステップ型屈折率分布（Δｌ＝０．３％）を有するものを用いた場合について説明する。
この構造でコア７内を伝搬しているビームのスポットサイズ（約１０μｍ）が出射端で小さなビームスポットサイズＤｍに変換できる条件を次の数２から数４の近似式を用いて算出する。
【００４０】
尚、レンズ媒質９ａから（ｆａ）離れた位置のコア７内のスポットサイズをｗｉとして計算する。
【００４１】
【数２】
Ｄｍ＝ｆｂｗｉ／ｆａ
【数３】
ｆａ＝ｎａＲａ／［２（ｎａ−ｎ２）］
【数４】
ｆｂ＝ｎｂＲｂ／［２（ｎｂ−ｎ２）］
ここで、ｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝２μｍとすると、Ｄｍを３．３μｍに絞り込むことができる。
【００４２】
すなわち、この光ファイバ６を用いることにより、Δｈが約２％の高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合させることができる。
【００４３】
また、他の例としてｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、Ｄｍを２．０μｍに絞り込むことができる。
【００４４】
すなわち、この光ファイバを用いることにより、Δｈが約３％の超高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合を行って結合させることができる。そして超小型・超低損失光部品を実現することができる。しかし、光ファイバ６側のスポットサイズ変換部だけでΔｈが４％の超高比屈折率差導波路型光部品（コア層の屈折率：１．５１８２、コア層の厚み及び幅：１．５μｍ）のスポットサイズ（約１．３μｍ）にまでは近づけることが難しい。そこで、本実施の形態のように光部品本体側にもスポットサイズ変換部４を形成する。このスポットサイズ変換部４の実現方法を以下に示す。
【００４５】
まず、ガラス導波路型光部品本体側の入力端近傍のコア層３の一部を切断除去し、その切断除去した部分及びコア層全体をクラッド層２で埋め込み、そのカットされたコア層３との間のクラッド層２の領域内に超短パルスレーザービームを集光、照射して、屈折率及びその形状を変えて端面５ＡでのスポットサイズがＤｍ（３．３μｍか、或いは２．０μｍ）になるように、そのクラッド層２内の屈折率及びその形状がテーパ状に変化する新しいコア層１０を形成する。
【００４６】
この方法は、今まで全く実現されていなかった、Δが４％までの超高比屈折率差導波路型光部品用のビームスポット変換を実現するものである。
【００４７】
次に、図１（ａ）の導波路型光部品の製造方法を図２（ａ）から（ｊ）を用いて作用と共に説明する。
【００４８】
図２（ａ）から図２（ｅ）は導波路型光部品の製造方法を説明するための中間体の正面断面図であり、図２（ｆ）から図２（ｊ）は図２（ａ）から図２（ｅ）の右側面図である。
【００４９】
導波路型光部品を製造するに際しては、まず、図２（ａ）、図２（ｆ）に示すように、アルコキシド系の原料ソースを用いたプラズマＣＶＤ法により、低温（例えば４００℃）で、基板（Ｓｉ基板）１上に下部クラッド層（ＳｉＯ２ガラス層）２ｄを例えば厚さ２０μｍ形成し、その下部クラッド層２ｄ上にコア層（ＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ガラス層）３ａを例えば１．５μｍ形成し、コア層３ａと下部クラッド層２ｄとの比屈折率差Δが約４％の光導波路を作製する。
【００５０】
次に、図示されていないが、スパッタリング法により、コア層３ａの上にＷＳｉ膜を約１μｍ形成し、そのＷＳｉ膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、フォトレジストパターンを形成し、ついでそのフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッチング工程により、ＷＳｉ膜をパターニングする。
【００５１】
その後、図２（ｂ）、図２（ｇ）に示すように、図示されていないＷＳｉ膜パターンをマスクにして、ほぼ矩形断面形状のコアパターン（光信号処理回路）に加工したコア層３を形成する。また、下部クラッド層２ｄの一部をエッチングにより除去し、段差部１１を形成する。
【００５２】
そして、図２（ｃ）、図２（ｈ）に示すように、コア層３を覆うように、下部クラッド層２ｄ上に上部クラッド層２ｕを形成する。
【００５３】
さらに、図２（ｄ）、図２（ｉ）に示すように、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）をコア層３の延長線上のクラッド層内にレンズ１５で集光、照射しながらコア層３の端部の位置１２Ａから光部品本体５の端面の位置１２Ｂの方向に矢印１３のごとく連続的に集光させると共に照射位置をずらしながら、かつ少しずつレーザービーム１４のパワーを下げつつ、ビームスポット径も大きくしつつ移動させて、コア層３の屈折率が徐々に変化しかつ形状がテーパ状に変化した領域１０を形成する。
【００５４】
そして、図２（ｅ）、図２（ｊ）に示すように、今度は光ファイバ６のコア７内の所定の位置に、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）を集光、照射しながらコア７内の屈折率を高めてほぼ球状のレンズ媒質９ａを形成する。
【００５５】
このとき、レンズ媒質９ａの屈折率及び直径はレーザービーム１４のパワー、スポット径、照射時間等を変えることにより制御する。具体的には、レンズ媒質９ａの直径はレーザービーム１４のスポット径に依存しており、そのスポット径で調整することができる。また、レンズ媒質９ａの屈折率はレーザービーム１４の照射エネルギー（照射時間、照射パワー、パルス幅、パルス繰り返し周波数）に依存しており、そのエネルギーが大きいほど屈折率を大きくできるが、あまりエネルギーを大きくすると飽和傾向になり、さらに大きくしていくとコア７内に空孔が発生してしまう。従って、レーザービーム１４の照射で実現できる最大屈折率は１．４８５程度であり、数３、数４式に用いた屈折率を十分に達成することができる。
【００５６】
なお、超短パルスレーザービームは、波長は４００ｎｍから９８０ｎｍの範囲内、パルス幅は３０ｆｓから２５０ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数は１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内、平均出力は２００ｍＷから８００ｍＷの範囲内が好ましい。
【００５７】
同様にして、ガラス導波路型光部品本体５の端面方向に矢印１６のごとく所定距離ずらして、同様にコア７内に集光、照射して屈折率を高めて他のレンズ媒質９ｂを形成し、光部品が製造される。
【００５８】
このようにしてスポットサイズ変換部４，９を形成することにより、光学特性をモニタしながら加工することが可能になり、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００５９】
また、本実施の形態の光部品は、光ファイバ６内を伝搬する信号光のスポットサイズは、コア径とほぼ等しい１０μｍ程度の大きなスポットサイズから端面に向かって中間的な値Ｄｍのスポットサイズになるように変換され、またガラス導波路型光部品本体５内のコア層３のスポットサイズも端面５Ａに向かって中間的な値Ｄｍになるように変換されているので、光部品本体５と光ファイバ６とが低損失で接続されていることになる。
【００６０】
さらに、両スポットサイズ変換部４，９として、２つ以上の異なる直径のレンズ媒質９ａ，９ｂを用いているため、その長さを短くすることができると共に、それぞれのスポットサイズ変換部４，９が急激にスポットサイズを変換していないので、これらのスポットサイズ変換部４，９の屈折率及びコアの断面積も急激に変化しないので、非常に低損失な接続を実現することができる。
【００６１】
また、Δｈが２％以上４％程度以下の超高Δのガラス導波路型光部品本体５と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバ６とをモードフィールド整合をとって接続することが可能になるので、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化した超高比屈折率差のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。
【００６３】
図３は本発明の他の実施の形態を示す導波路型光部品の正面断面図である。
【００６４】
図３に示すように、この導波路型光部品は、ガラス導波路型光部品本体２５のコア層の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にそれぞれスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂが形成されており、それらの両端面２５Ａ，２５Ｂに、それぞれスポットサイズ変換部２９，２９を有する光ファイバ２６，２６が接続された構造を有する。
【００６５】
ガラス導波路型光部品本体２５は、図１（ａ）に示した光部品本体と同様に、基板（例えばＳｉ基板）２１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ2 ガラス層）２２ｄを有し、その下部クラッド層２２ｄ上に、基板２１の両端面にわたって高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ）２３が形成され、そのコア層２３及び下部クラッド層２２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ2 層）２２ｕが形成された構造を有する。
【００６６】
光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側のコア層２３に形成されたスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂは、同様に、それぞれ光ファイバ２６，２６との接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かって屈折率が連続的に低くなるように変化している領域２０ａ，２０ｂを有すると共に、この領域２０ａ，２０ｂは、光ファイバ２６，２６側のスポットサイズに近づけるように接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かってそれぞれテーパ状に形成されている。
【００６７】
また、この実施の形態にあっては、光ファイバ２６，２６のスポットサイズ変換部２９，２９は、それぞれ３個のレンズ媒質２９ａ，２９ｂ，２９ｃが光部品本体２５側に向かって直径が小さくなる順に、すなわち第１のレンズ媒質２９ａ、第２のレンズ媒質２９ｂ、第３のレンズ媒質２９ｃの順に適宜間隔を隔てて形成されて構成されている。
【００６８】
このように構成することにより、例えば、ＡＷＧフィルタ、スプリッタ、光スイッチなどの多ポート入出力を有する光部品の場合に適用することができる。
【００６９】
この場合、適用する光回路の入出力の数に合わせて、ガラス導波路型光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にはスポットサイズ変換部をＮ及びＭ個（Ｎ，Ｍ：≧１）設ければ良い。
【００７０】
また、図４は本発明の他の実施の形態を示す導波路型光部品の正面断面図である
【００７１】
図４に示すように、この導波路型光部品は、基本的な構成は図１（ａ）に示した光部品と同様であるが、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６との接続端面３５Ａ，３６Ａがそれぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されている点で異なるものである。
【００７２】
具体的には、ガラス導波路型光部品本体３５及び光ファイバ３６のコア内を伝搬する信号光の光軸の垂線に対する傾斜角をθとすると、θは２°から８°の範囲内が好ましい。
【００７３】
このように構成することにより、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６とが接続されるので、それぞれの接続端面３５Ａ，３６Ａからの信号光の不要な反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することができ、低クロストーク、低反射の導波路型光部品を得ることができる。
【００７４】
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。
【００７５】
まず、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバのΔｌは、０．３％から１．５％の範囲内から選ぶことができるので、種々の光ファイバを用いて超高比屈折率差導波路型光部品を実現することができる。このΔｌが大きいほど、そのコア内に形成されるレンズ媒質９ａ，９ｂの屈折率を大きくすることができるので、数３式及び数４式から分かるように、直径Ｒａ，Ｒｂを小さくしてビームスポットサイズＤｍを小さくすることができる。さらに、ガラス導波路型光部品本体５側のスポットサイズ変換部４のＤｍも小さい値で良いために、非常に低損失のスポットサイズ変換部４を構成することができる。
【００７６】
また、本発明に用いられる光ファイバ６としては、光ファイバ６の外周部に被覆材料が形成されていても良い。例えば、プリコーティング材料、２次被覆材料の高分子材料が被覆されていても良い。また、光ファイバ６のコア径も１０μｍ以外に、数μｍから１０μｍの範囲内のものを用いることができる。また数２から数４式においてｆａ，ｆｂ，ｎａ，ｎｂ，Ｒａ，Ｒｂ等の値は広い範囲から選ぶことができる。例えば、Ｒａ及びＲｂは１μｍから１０μｍの範囲内から、ｎａ及びｎｂは１．４５８から１．４９０の範囲内から選んでそれぞれ加工することができる。
【００７７】
さらに、本実施の形態にあっては、光ファイバ６，２６はスポットサイズ変換部９，２９が２個或いは３個のレンズ媒質で構成されているが、それよりも多くても良い。また、光ファイバ６，２６の先端部に向けて先細りするようにテーパ構造に加工されていても良い。また、光ファイバ６，２６は先端部が球状に加工されていても良い。
【００７８】
また、ガラス導波路型光部品本体５の基板１として、ガラス基板以外に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ5 等の強誘電体基板、セラミックス基板、或いはプラスチックス基板などを用いても良い。
【００７９】
さらに、ガラス導波路型光部品本体５のΔｈは１．５％から４．０％の範囲内のものを用いることができるが、光ファイバ６のΔｌに高いものを用いれば、さらに高いΔｈのものに適用することもできる。
【００８０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる導波路型光部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）はモード変換機能付きガラス導波路の中間体の正面断面図であり、（ｆ）から（ｊ）は（ａ）から（ｅ）の右側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図５】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【図６】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【符号の説明】
３ コア層
４ ガラス導波路型スポットサイズ変換部
５ ガラス導波路型光部品本体
６ 光ファイバ
７ コア
９ 光ファイバスポットサイズ変換部
９ａ，９ｂ レンズ媒質
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路のコア層と光ファイバのコアとが光軸が一致するように突き合わせ接続された導波路型光部品に係り、特に接続部分にスポットサイズ変換部を有する導波路型光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタ、スプリッタ、光スイッチなどのガラス導波路型光部品は、半導体プロセスを利用することにより量産し易いことから、既に多くのものが実用化されているが、更なる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。
【０００３】
その例として、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されており、具体例として、比屈折率差Δが１．５％以上、２．５％程度の光部品が検討されている。
【０００４】
ここで、比屈折率差Δは、コアの最大屈折率をｎ1 、クラッドの屈折率をｎ2 としたとき、次の数１式で表される。
【０００５】
【数１】
Δ＝｛（ｎ1 −ｎ2 ）／ｎ1 ｝×１００％
ところが、ガラス導波路型光部品本体は高Δ化されているのに対して、それに接続されている光ファイバは通常のシングルモード光ファイバであり、Δは０．３％から１％の範囲内の低Δのものが用いられる。そのため、ガラス導波路型光部品本体と光ファイバとの間にモードミスマッチングが生じるという問題がある。
【０００６】
これを解決するために、従来は図５、図６に示すような２つの手段が用いられていた。
【０００７】
図５、図６は従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【０００８】
第１の手段は、図５に示すように、高屈折率のコア層５３を低屈折率のクラッド層５４で覆った光部品本体５０に、光ファイバと接続する側（図では左側）にはヒータ５２を配置し、その反対側（この場合右側）には内部に冷却水ｗを循環させる保持部材５５を取り付け、モード変換部５１を形成する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
具体的には、光部品本体５０の端面側をヒータ５２で長時間にわたり高温（１３００℃）に加熱することにより、光部品本体５０のコア層５３内の屈折率制御用ドーパント（ＧｅＯ2 ）を、コア層５３を覆っているクラッド層５４側に拡散させ、モード変換部５１を形成する。
【００１０】
第２の方法は、図６に示すように、高Δのシングルモード光ファイバ５６−１（５６−２）の一端を高Δの光部品本体６０に接続し、その光ファイバ５６−１（５６−２）の他端に低Δのシングルモード光ファイバ５７−１（５７−２）をＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｄ Ｃｏｒｅ）技術を用いて加熱・融着接続し、そのＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−４３３３０号公報
【特許文献２】
特開平５−２５７０３２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモード変換方式には以下に示すような課題が存在している。
【００１３】
図５に示したヒータ５２により加熱してモード変換部５１を形成する方式は、光部品のサイズが非常に大きくなり、低コスト化が難しいという問題がある。さらに、ヒータ５２ではコア層５３の微細加工が困難であるため、光部品の損失が大きくなり、実用的でない。
【００１４】
また、図６に示したＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方式は、低損失で実現できるというメリットがあるが、高Δの光ファイバ５６−１（５６−２）を別途作製しなければならないために、コスト高になる。さらに、実装コストが高くなり、低コスト化が難しい。さらにそれぞれの光ファイバ長を少なくとも数十ｃｍは長くして接続しなければならないため、小型化にも制約を受ける。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる導波路型光部品を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、所定の比屈折率差を有する光導波路のコア層端面と、その光導波路の比屈折率差よりも低い比屈折率差を有する光ファイバのコア端面とが接続されて構成された導波路型光部品において、光ファイバと光導波路との接続部近傍のコア内に、コア端面に向かってそのコアの屈折率が徐々に高くなる略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所望間隔、所望径、所望屈折率を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部と、光導波路と光ファイバとの接続部近傍のコア層に、コア層端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなると共にコア層の断面積が徐々に増加するガラス導波路型スポットサイズ変換部とを有し、ガラス導波路型スポットサイズ変換部と光ファイバスポットサイズ変換部との間がモードフィールド整合されているものである。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差は２．０％から４．０％の範囲内にあり、かつ光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３％から１．５％の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部は、光導波路のコア層端面の少なくとも１箇所以上に形成されており、各ガラス導波路型スポットサイズ変換部に、それぞれ光ファイバの光ファイバスポットサイズ変換部が接続されていることが好ましい。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、光導波路のコア層の接続端面と光ファイバのコアの接続端面は、それぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されていることが好ましい。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部及び光ファイバスポットサイズ変換部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内でありかつパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内である超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ及び照射エネルギーを変えて集光、照射されることによって形成されたものであることが好ましい。
【００２２】
すなわち、本発明は、低い比屈折率差Δｌの光ファイバの一方の端面方向に向かってそのコア内に、コアの屈折率よりも徐々に高い所定の屈折率を有する略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所定間隔、所定径を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部の端面と、高い比屈折率差Δｈの光導波路の接続端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなるように変化しているガラス導波路型スポットサイズ変換部の端面とを接続した構成であり、互いに信号光のスポットサイズを変えることができるスポットサイズ変換部を接続端面に向かって形成し、それらのスポットサイズ変換部の端面同士を接続することにより製造される。
【００２３】
上記請求項１の構成によれば、Δｈが２％以上４％程度以下の超高比屈折率差のガラス導波路型光部品本体と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバとをモードフィールド整合をとって接続することができ、光導波路と光ファイバとを低損失で接続可能になる。
【００２５】
上記請求項２の構成によれば、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化したガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２６】
上記請求項３の構成によれば、ＡＷＧフィルタやスプリッタのような多入力・多出力ポートを有するガラス導波路型光部品の入出力端にスポットサイズ変換部の端面を形成し、各端面にスポットサイズ変換部端面付き光ファイバの端面を接続した導波路型光部品が実現可能になる。
【００２７】
上記請求項４の構成によれば、それぞれの端面同士は斜めに加工されて隙間がないように密着接続されていることにより、それぞれの端面からの信号光の反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することが可能になり、低クロストーク、低反射のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２８】
上記請求項５の構成によれば、光ファイバコア内のほぼ球状のレンズ媒質及びガラス導波路型光部品本体内の連続した屈折率分布部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ、照射エネルギーを変えて、透明な光ファイバコア内及び光導波路内に集光、照射し、より透明度を高め、かつ屈折率を変えることによって形成される。このスポットサイズ変換部により、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、光学特性をモニタしながら光部品を加工することが可能になり、導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。図１（ｃ）において縦軸は屈折率を示し、横軸は光部品内の位置を示している。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、導波路型光部品は、比屈折率差Δが高い（Δｈ：２％から４％の範囲内、スポットサイズ：約４μｍから約２μｍの範囲内）ガラス導波路型光部品本体５と、このガラス導波路型光部品本体５と光学的に接続され、比屈折率差Δが低い（Δｌ：０．３％、スポットサイズ：約１０μｍ）光ファイバ６とで構成されている。
【００３２】
ガラス導波路型光部品本体５は、基板（例えばＳｉ基板）１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ2 ガラス層）２ｄを有し、その下部クラッド層２ｄ上に、高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ）３が形成され、そのコア層３及び下部クラッド層２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ2 層）２ｕが形成された構造を有する。
【００３３】
ガラス導波路型光部品本体５のコア層３は、説明を簡単にするために直線パターンで示されているが、実際には曲線パターンを含む光信号処理回路からなり、例えば導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などを有する。
【００３４】
また、コア層３は、光ファイバ６との接続端面５Ａに向かって屈折率が連続的に低く変化している領域１０を有するスポットサイズ変換部４が形成されている（図１（ｃ）参照。）。このスポットサイズ変換部４は、光ファイバ６側のスポットサイズに近づけるように接続端面５Ａに向かってテーパ状に形成されている。
【００３５】
光ファイバ６は、屈折率ｎｃのコア７の外周に、このコア７よりも低い屈折率ｎｃｌのクラッド８が形成された構造を有する。
【００３６】
この光ファイバ６のコア７内には、ガラス導波路型光部品本体５の接続端面５Ａの近傍に、屈折率が徐々に高くなるように、そのコア７の屈折率ｎｃよりも高い異なる屈折率及び直径を有するほぼ球状のレンズ媒質９ａ，９ｂが所定の間隔を隔てて２個形成されてなると共にスポットサイズを中間的な値Ｄｍ（４μｍから６μｍ）までに変換する光ファイバスポットサイズ変換部９が形成されている（図１（ｃ）参照。）。
【００３７】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ６の接続端面の近傍に、その接続端面から（ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒｂ、屈折率ｎｂのレンズ媒質９ｂが形成され、さらにそのレンズ媒質９ｂから（ｆａ＋ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒａ、屈折率ｎａのレンズ媒質９ａが形成されている。
【００３８】
この光ファイバ６側のスポットサイズ変換部９の近似計算による具体的な設計例について述べる。
【００３９】
光ファイバ６として、例えば、直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９のコア７と、直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５のクラッド８とがステップ型屈折率分布（Δｌ＝０．３％）を有するものを用いた場合について説明する。
この構造でコア７内を伝搬しているビームのスポットサイズ（約１０μｍ）が出射端で小さなビームスポットサイズＤｍに変換できる条件を次の数２から数４の近似式を用いて算出する。
【００４０】
尚、レンズ媒質９ａから（ｆａ）離れた位置のコア７内のスポットサイズをｗｉとして計算する。
【００４１】
【数２】
Ｄｍ＝ｆｂｗｉ／ｆａ
【数３】
ｆａ＝ｎａＲａ／［２（ｎａ−ｎ２）］
【数４】
ｆｂ＝ｎｂＲｂ／［２（ｎｂ−ｎ２）］
ここで、ｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝２μｍとすると、Ｄｍを３．３μｍに絞り込むことができる。
【００４２】
すなわち、この光ファイバ６を用いることにより、Δｈが約２％の高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合させることができる。
【００４３】
また、他の例としてｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、Ｄｍを２．０μｍに絞り込むことができる。
【００４４】
すなわち、この光ファイバを用いることにより、Δｈが約３％の超高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合を行って結合させることができる。そして超小型・超低損失光部品を実現することができる。しかし、光ファイバ６側のスポットサイズ変換部だけでΔｈが４％の超高比屈折率差導波路型光部品（コア層の屈折率：１．５１８２、コア層の厚み及び幅：１．５μｍ）のスポットサイズ（約１．３μｍ）にまでは近づけることが難しい。そこで、本実施の形態のように光部品本体側にもスポットサイズ変換部４を形成する。このスポットサイズ変換部４の実現方法を以下に示す。
【００４５】
まず、ガラス導波路型光部品本体側の入力端近傍のコア層３の一部を切断除去し、その切断除去した部分及びコア層全体をクラッド層２で埋め込み、そのカットされたコア層３との間のクラッド層２の領域内に超短パルスレーザービームを集光、照射して、屈折率及びその形状を変えて端面５ＡでのスポットサイズがＤｍ（３．３μｍか、或いは２．０μｍ）になるように、そのクラッド層２内の屈折率及びその形状がテーパ状に変化する新しいコア層１０を形成する。
【００４６】
この方法は、今まで全く実現されていなかった、Δが４％までの超高比屈折率差導波路型光部品用のビームスポット変換を実現するものである。
【００４７】
次に、図１（ａ）の導波路型光部品の製造方法を図２（ａ）から（ｊ）を用いて作用と共に説明する。
【００４８】
図２（ａ）から図２（ｅ）は導波路型光部品の製造方法を説明するための中間体の正面断面図であり、図２（ｆ）から図２（ｊ）は図２（ａ）から図２（ｅ）の右側面図である。
【００４９】
導波路型光部品を製造するに際しては、まず、図２（ａ）、図２（ｆ）に示すように、アルコキシド系の原料ソースを用いたプラズマＣＶＤ法により、低温（例えば４００℃）で、基板（Ｓｉ基板）１上に下部クラッド層（ＳｉＯ２ガラス層）２ｄを例えば厚さ２０μｍ形成し、その下部クラッド層２ｄ上にコア層（ＳｉＯ２ −ＧｅＯ２ガラス層）３ａを例えば１．５μｍ形成し、コア層３ａと下部クラッド層２ｄとの比屈折率差Δが約４％の光導波路を作製する。
【００５０】
次に、図示されていないが、スパッタリング法により、コア層３ａの上にＷＳｉ膜を約１μｍ形成し、そのＷＳｉ膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、フォトレジストパターンを形成し、ついでそのフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッチング工程により、ＷＳｉ膜をパターニングする。
【００５１】
その後、図２（ｂ）、図２（ｇ）に示すように、図示されていないＷＳｉ膜パターンをマスクにして、ほぼ矩形断面形状のコアパターン（光信号処理回路）に加工したコア層３を形成する。また、下部クラッド層２ｄの一部をエッチングにより除去し、段差部１１を形成する。
【００５２】
そして、図２（ｃ）、図２（ｈ）に示すように、コア層３を覆うように、下部クラッド層２ｄ上に上部クラッド層２ｕを形成する。
【００５３】
さらに、図２（ｄ）、図２（ｉ）に示すように、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）をコア層３の延長線上のクラッド層内にレンズ１５で集光、照射しながらコア層３の端部の位置１２Ａから光部品本体５の端面の位置１２Ｂの方向に矢印１３のごとく連続的に集光させると共に照射位置をずらしながら、かつ少しずつレーザービーム１４のパワーを下げつつ、ビームスポット径も大きくしつつ移動させて、コア層３の屈折率が徐々に変化しかつ形状がテーパ状に変化した領域１０を形成する。
【００５４】
そして、図２（ｅ）、図２（ｊ）に示すように、今度は光ファイバ６のコア７内の所定の位置に、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）を集光、照射しながらコア７内の屈折率を高めてほぼ球状のレンズ媒質９ａを形成する。
【００５５】
このとき、レンズ媒質９ａの屈折率及び直径はレーザービーム１４のパワー、スポット径、照射時間等を変えることにより制御する。具体的には、レンズ媒質９ａの直径はレーザービーム１４のスポット径に依存しており、そのスポット径で調整することができる。また、レンズ媒質９ａの屈折率はレーザービーム１４の照射エネルギー（照射時間、照射パワー、パルス幅、パルス繰り返し周波数）に依存しており、そのエネルギーが大きいほど屈折率を大きくできるが、あまりエネルギーを大きくすると飽和傾向になり、さらに大きくしていくとコア７内に空孔が発生してしまう。従って、レーザービーム１４の照射で実現できる最大屈折率は１．４８５程度であり、数３、数４式に用いた屈折率を十分に達成することができる。
【００５６】
なお、超短パルスレーザービームは、波長は４００ｎｍから９８０ｎｍの範囲内、パルス幅は３０ｆｓから２５０ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数は１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内、平均出力は２００ｍＷから８００ｍＷの範囲内が好ましい。
【００５７】
同様にして、ガラス導波路型光部品本体５の端面方向に矢印１６のごとく所定距離ずらして、同様にコア７内に集光、照射して屈折率を高めて他のレンズ媒質９ｂを形成し、光部品が製造される。
【００５８】
このようにしてスポットサイズ変換部４，９を形成することにより、光学特性をモニタしながら加工することが可能になり、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００５９】
また、本実施の形態の光部品は、光ファイバ６内を伝搬する信号光のスポットサイズは、コア径とほぼ等しい１０μｍ程度の大きなスポットサイズから端面に向かって中間的な値Ｄｍのスポットサイズになるように変換され、またガラス導波路型光部品本体５内のコア層３のスポットサイズも端面５Ａに向かって中間的な値Ｄｍになるように変換されているので、光部品本体５と光ファイバ６とが低損失で接続されていることになる。
【００６０】
さらに、両スポットサイズ変換部４，９として、２つ以上の異なる直径のレンズ媒質９ａ，９ｂを用いているため、その長さを短くすることができると共に、それぞれのスポットサイズ変換部４，９が急激にスポットサイズを変換していないので、これらのスポットサイズ変換部４，９の屈折率及びコアの断面積も急激に変化しないので、非常に低損失な接続を実現することができる。
【００６１】
また、Δｈが２％以上４％程度以下の超高Δのガラス導波路型光部品本体５と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバ６とをモードフィールド整合をとって接続することが可能になるので、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化した超高比屈折率差のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。
【００６３】
図３は本発明の他の実施の形態を示す導波路型光部品の正面断面図である。
【００６４】
図３に示すように、この導波路型光部品は、ガラス導波路型光部品本体２５のコア層の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にそれぞれスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂが形成されており、それらの両端面２５Ａ，２５Ｂに、それぞれスポットサイズ変換部２９，２９を有する光ファイバ２６，２６が接続された構造を有する。
【００６５】
ガラス導波路型光部品本体２５は、図１（ａ）に示した光部品本体と同様に、基板（例えばＳｉ基板）２１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ2 ガラス層）２２ｄを有し、その下部クラッド層２２ｄ上に、基板２１の両端面にわたって高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ）２３が形成され、そのコア層２３及び下部クラッド層２２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ2 層）２２ｕが形成された構造を有する。
【００６６】
光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側のコア層２３に形成されたスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂは、同様に、それぞれ光ファイバ２６，２６との接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かって屈折率が連続的に低くなるように変化している領域２０ａ，２０ｂを有すると共に、この領域２０ａ，２０ｂは、光ファイバ２６，２６側のスポットサイズに近づけるように接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かってそれぞれテーパ状に形成されている。
【００６７】
また、この実施の形態にあっては、光ファイバ２６，２６のスポットサイズ変換部２９，２９は、それぞれ３個のレンズ媒質２９ａ，２９ｂ，２９ｃが光部品本体２５側に向かって直径が小さくなる順に、すなわち第１のレンズ媒質２９ａ、第２のレンズ媒質２９ｂ、第３のレンズ媒質２９ｃの順に適宜間隔を隔てて形成されて構成されている。
【００６８】
このように構成することにより、例えば、ＡＷＧフィルタ、スプリッタ、光スイッチなどの多ポート入出力を有する光部品の場合に適用することができる。
【００６９】
この場合、適用する光回路の入出力の数に合わせて、ガラス導波路型光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にはスポットサイズ変換部をＮ及びＭ個（Ｎ，Ｍ：≧１）設ければ良い。
【００７０】
また、図４は本発明の他の実施の形態を示す導波路型光部品の正面断面図である
【００７１】
図４に示すように、この導波路型光部品は、基本的な構成は図１（ａ）に示した光部品と同様であるが、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６との接続端面３５Ａ，３６Ａがそれぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されている点で異なるものである。
【００７２】
具体的には、ガラス導波路型光部品本体３５及び光ファイバ３６のコア内を伝搬する信号光の光軸の垂線に対する傾斜角をθとすると、θは２°から８°の範囲内が好ましい。
【００７３】
このように構成することにより、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６とが接続されるので、それぞれの接続端面３５Ａ，３６Ａからの信号光の不要な反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することができ、低クロストーク、低反射の導波路型光部品を得ることができる。
【００７４】
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。
【００７５】
まず、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバのΔｌは、０．３％から１．５％の範囲内から選ぶことができるので、種々の光ファイバを用いて超高比屈折率差導波路型光部品を実現することができる。このΔｌが大きいほど、そのコア内に形成されるレンズ媒質９ａ，９ｂの屈折率を大きくすることができるので、数３式及び数４式から分かるように、直径Ｒａ，Ｒｂを小さくしてビームスポットサイズＤｍを小さくすることができる。さらに、ガラス導波路型光部品本体５側のスポットサイズ変換部４のＤｍも小さい値で良いために、非常に低損失のスポットサイズ変換部４を構成することができる。
【００７６】
また、本発明に用いられる光ファイバ６としては、光ファイバ６の外周部に被覆材料が形成されていても良い。例えば、プリコーティング材料、２次被覆材料の高分子材料が被覆されていても良い。また、光ファイバ６のコア径も１０μｍ以外に、数μｍから１０μｍの範囲内のものを用いることができる。また数２から数４式においてｆａ，ｆｂ，ｎａ，ｎｂ，Ｒａ，Ｒｂ等の値は広い範囲から選ぶことができる。例えば、Ｒａ及びＲｂは１μｍから１０μｍの範囲内から、ｎａ及びｎｂは１．４５８から１．４９０の範囲内から選んでそれぞれ加工することができる。
【００７７】
さらに、本実施の形態にあっては、光ファイバ６，２６はスポットサイズ変換部９，２９が２個或いは３個のレンズ媒質で構成されているが、それよりも多くても良い。また、光ファイバ６，２６の先端部に向けて先細りするようにテーパ構造に加工されていても良い。また、光ファイバ６，２６は先端部が球状に加工されていても良い。
【００７８】
また、ガラス導波路型光部品本体５の基板１として、ガラス基板以外に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ5 等の強誘電体基板、セラミックス基板、或いはプラスチックス基板などを用いても良い。
【００７９】
さらに、ガラス導波路型光部品本体５のΔｈは１．５％から４．０％の範囲内のものを用いることができるが、光ファイバ６のΔｌに高いものを用いれば、さらに高いΔｈのものに適用することもできる。
【００８０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる導波路型光部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）はモード変換機能付きガラス導波路の中間体の正面断面図であり、（ｆ）から（ｊ）は（ａ）から（ｅ）の右側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図５】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【図６】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【符号の説明】
３ コア層
４ ガラス導波路型スポットサイズ変換部
５ ガラス導波路型光部品本体
６ 光ファイバ
７ コア
９ 光ファイバスポットサイズ変換部
９ａ，９ｂ レンズ媒質
Claims (5)
- 所定の比屈折率差を有する光導波路のコア層端面と、その光導波路の比屈折率差よりも低い比屈折率差を有する光ファイバのコア端面とが接続されて構成された導波路型光部品において、上記光ファイバと上記光導波路との接続部近傍のコア内に、上記コア端面に向かってそのコアの屈折率が徐々に高くなる略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所望間隔、所望径、所望屈折率を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部と、上記光導波路と上記光ファイバとの接続部近傍のコア層に、上記コア層端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなると共に上記コア層の断面積が徐々に増加するガラス導波路型スポットサイズ変換部とを有し、上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部と上記光ファイバスポットサイズ変換部との間がモードフィールド整合されていることを特徴とする導波路型光部品。
- 上記光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差は２．０％から４．０％の範囲内にあり、かつ上記光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３％から１．５％の範囲内にある請求項１記載の導波路型光部品。
- 上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部は、上記光導波路のコア層端面の少なくとも１箇所以上に形成されており、各ガラス導波路型スポットサイズ変換部に、それぞれ上記光ファイバの上記光ファイバスポットサイズ変換部が接続されている請求項１または２に記載の導波路型光部品。
- 上記光導波路のコア層の接続端面と上記光ファイバのコアの接続端面は、それぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されている請求項１〜３のいずれかに記載の導波路型光部品。
- 上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部及び上記光ファイバスポットサイズ変換部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内でありかつパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内である超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ及び照射エネルギーを変えて集光、照射されることによって形成されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の導波路型光部品。
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