JP4705067B2 - 三次元交差導波路 - Google Patents

Description

本発明は、光通信分野で用いられる交差光導波回路に関する。さらに詳しく述べると、本発明は、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer:ＲＯＡＤＭ；再構成可能な光信号の分岐／挿入を行う多重化装置）等に適応可能な、基板からの距離の異なるコア層を有する光導波路同士の光伝播を実現し、また損失の少ない導波路交差回路を実現する技術に関する。

近年、急速にネットワークの光化が進み、現在光ネットワークでは遠隔波長制御可能な波長多重化装置（ＲＯＡＤＭ）の需要が高まっている。特に、平面光波回路（ＰＬＣ）を用いた光部品は、高信頼性、低損失の観点から、広く、ＲＯＡＤＭの構成部品として用いられている。

図１は、一般的なＲＯＡＤＭのロジック構成例を示す図である。他の構成も考えられるが基本的には同様の構成原理である。入力ファイバー１０１が光分岐器１０３により二分岐され、分岐した一方の光信号は、ＤＲＯＰ（分岐）用のＡＷＧ（アレイ導波路回折回路）１０９によって各波長に分波される。分岐した他方の光信号は、ＤＥＭＵＸ（多重分離）用ＡＷＧ１１１を経て分波され、分波された各チャンネルは、パススルー（通過）させるか、あるいはＡＤＤ（挿入）ポート１１３から入力された信号と入れ替えるかが、光スイッチ（ＳＷ）１１５により選択され、その後、光可変減衰器（ＶＯＡ）１１７により各チャンネルの光強度を揃えた後に、ＭＵＸ（多重化）−ＡＷＧ１１９を経て合波され、外部に出力される。それぞれのＶＯＡ１１７の後段には、一部の光が分岐回路（ＴＡＰ）１２１により分岐され、モニター用のＰＤ（光検出器）１２３によりその光強度が監視され、その検出信号はフィードバック信号としてＶＯＡ１１７の制御に用いられる。

これまで、上記論理回路を構成するために、ＤＥＭＵＸ１１１／ＭＵＸ−ＡＷＧ１１９、ＳＷ１１５、ＶＯＡ１１７、ＴＡＰ１２１、ＰＤ１２３等の個別回路を、ファイバー融着等により結合させることで、この論理回路図の中で破線枠で囲んで示すＲＯＡＤＭ回路１１０を実現してきた。しかし、近年の光ネットワークの需要の高まりから、これらの回路の小型化、経済化が強く求められるようになっている。それらのアプローチとして、これらの回路の機能をひとつのチップ上に集積した開発が行われている。ひとつのチップ上でこれらの機能を実現することで、多芯ファイバー接続工程の省略、ファイバー余長処理省略、小型化が可能であり、コスト低減が可能となる。

既に、上記機能をすべての機能を１チップにした複合集積ＰＬＣが報告されている。（非特許文献１）
または、ＶＯＡ、ＴＡＰ、ＭＵＸ−ＡＷＧをひとつのチップに集積した回路（Ｖ−ＡＷＧ：光レベル調整機能付ＡＷＧ）等が既に開発されて報告されており、非特許文献２に掲載されている。

Ｉ. Ogawa et. al., 32ch Reconfigurable Optical Add Multiplexer Using Technique for Stacked Integration of Chip-Scale-Package PDs on Silica-Based PLC, European Conference on Optical Communication Tu4.4.2 I. Ogawa et. al., Packaging Technology for Ultra-Small Variable Optical Attenuator Multiplexer(V-AWG) With Multichip PLC Integration Structure Using Chip-Scale-Package PD Array, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 12, NO.5 Y. Nasu,"Three-dimensional waveguide interconnection formed with femtosecond laser in planer lightwave circuits", Optical Fiber Communication Conference(OFC) 、Vol.4 Oth V1,2005 K. Watanabe et, al.,"Low loss and compact arrayed waveguide grating with double-core spot-size converters", Optical Communication, 2005. ECOC 2005. 31st European Conference on Volume 4. 25-29 Sept. 2005 Page(s):995-996 vol.4 特開平５−３２３１３８号公報“積層型光導波回路” 特開２００６−４７６０４号公報“ガラス堆積基板及び熱光学変調器ならびにその製造方法”

図１に示した回路をＰＬＣ（平面光波回路）の１チップ上に実現しようとすると、平面回路であるがゆえの問題が発生する。その問題は、交差部である。図１の上方で、丸（丸囲い）にて指示している箇所に導波路の交差部１３１，１３３が現れる。ＡＤＤポート１１３のチャンネル１を例とした場合、アド（挿入）される光は、Ｎチャンネルから２チャンネルまでのパススルーポートの導波路すべてとの交差１３１を経て１つの対応する光スイッチ１１５に挿入されることになる。同じく、モニターポート部（ＰＤ）１２３にも同様に交差部１３３が存在する。このような交差部１３１，１３３がＰＬＣチップ上に存在すると、交差部を通過する度に、損失（光損失）が増加して問題となる。

通常、アドポート１１３またはタップポート１２１の交差損失が多少大きくなってもパススルーポート１３５の損失が最小になるように、交差部１３１，１３３の導波路幅や、交差角度を最適化している。だが、交差角を大きくとる必要から、交差回路部分のチップ上の占有面積が大きくなる。また、交差点での損失のため、アドポート１１３の入力強度（光強度）は、交差する数によりチャンネルごとに異なることになる。実際は、後段のＶＯＡ１１７によってレベル等価を実施するため、比屈折率差（Δ）が小さく、またチャンネル数が少ない時には、大きな問題とはならない。しかしながら、一般的には、比屈折率差が大きい導波路を用いれば用いる程、この交差損失は増大する。また、チャンネル数が増大すると、一箇所あたりの損失が例え小さくとも、交差点も増えるため、大きな損失となり問題となる。例えば、比屈折率差（Δ）が２．５％の導波路の場合で、導波路幅を最適化した交差の場合には、交差一箇所を通過する度に、パススルーポート１３５で０．０５ｄＢ、アドポート１１３で約０．４ｄＢ程度の損失を発生する。この条件下で、４０チャンネルの回路を構成すると、最大でパススルーポートで２ｄＢ、アドポートで１６ｄＢもの交差損失を発生させることになる。

従って、小型化しようとして、曲げ半径が小さくできる高比屈折率差導波路を用いると、交差損失増大の問題は無視できなくなってくる。また、交差損失が例え僅かであるとしても、これらはチャンネル数が増加するに従い、交差点が増大するので、抜本的に解決できず、チャンネル数増大とともに技術的課題のハードルは高くなる。

モニターポート１２３側の交差は、ＰＬＣを用いる場合、回路を実現する上で、インラインモニターを行うことで回避することが可能である。例えば、非特許文献１には、ＴＡＰ回路を通過後、ミラー（図示しない）を用いて基板垂直方向に光路変換して、表面実装したＰＤアレイによって光強度をモニターリングすることで、交差を回避する方法が提案されている。

モニター回路の場合、ＰＤ受光径は、導波路のコア断面寸法、または、その導波路を伝播する光のモードフィールドよりも大きく、受光さえできればよいので、位置あわせトレランス等が広く、簡便に実施が可能である。しかしながら、アドポート１１３では、このような手法は用いることは困難である。なぜならば、アドポートは、レーザから出射された光をファイバーへ導き、ファイバーを介してＰＬＣへ挿入させる。また、レーザ出射光を直接ＰＬＣ導波路に導く必要がある。これらのミラーを介して低損失に接続を実施することは非常に困難である。すなわち、ミラーを介したサブミクロン単位の位置合わせ精度が必要になり、ミラー作製精度も極めて高精度が要求される。また、さらにレンズ（図示しない）を使用する場合には、部品点数が増えるだけでなく、位置合わせをしなければならない部品数が増大し、その結果、コストが大幅に増大することとなる。

そこで、これらの集積ＰＬＣ回路では、交差損失がチャンネル数に依存せずに導波路を交差させる技術が求められている。無論、アドポートだけではなく、モニターポートも、ミラーを形成せずに交差できるのであればそれに越したことはなく、交差部をいかに低損失に形成できるかが課題となっている。

これらの交差を回避する方法として考えられるのが、三次元的に（立体的に）回路を交差させる方法である。第１のコアからなる第１の導波路と、第１のコアの上方に基板垂直方向に高さを異とする第２のコアからなる第２の導波路とを交差させる。このように導波路を三次元的に交差させることで、机上（理論上）では交差による損失が発生しない。そのため、チャンネル数の増加による交差点が増加しても交差損失は一定である。また、交差角度に依存しないため、交差角を大きくする回路設計等を実施せずともよく、回路を小型化することが可能になるメリットがある。

このような三次元的な交差回路は、非特許文献３に開示されているように、基板垂直方向に湾曲する導波路をレーザ描画により形成することで、二次元的（平面的）な交差を回避し、導波路を跨ぐという手法が提案されている。また、特許文献１に開示されている様な、基板上に形成された第１の導波路と、この第１の導波路の位置する平面とクラッド層を介して上面に形成された第２の導波路を含む積層構造を有する積層光導波路回路を形成し、この光導波路回路間の結合を、積層構造の方向性結合器によって行うことで、上下導波路間の結合を行い、下層、上層の導波路よって三次元的に交差を実現すれば、原理上は、交差損失を発生させずに交差回路が実現できる。

しかしながら、レーザ描画する場合には、チャンネル数が増加するとそれにともない描画時間が増加する。またΔ（比屈折率差）が高く、小型化すると高い描画精度、導波路接続精度が求められ、一本一本の導波路を接続描画する必要があるために、量産的ではない。一方、ウエハープロセスにおいて、上記のような積層導波路を作製する場合、三次元的な方向性結合器の作製が困難であり、また、積層間の距離を所望の距離とし、かつ平坦な面が必要となるために、残膜を監視しながらの高精度の研磨が必要となる。このような研磨等を駆使しても、３次元的に配置したコアに、オーバークラッドから掛かる応力は、上下のコアで異なるため、上下のコアでの伝播定数を一致させることは非常に難しく、１００％結合が可能な三次元の方向性結合器を作製するのは非常に高度な技術力を必要とする。その結果、このように作製した積層構造を用いて作製した導波路は、プロセス負担が増加し、コストが高くなるという解決すべき課題がある。

本発明は、上述のような従来技術における課題を解決するためになされたもので、その目的は、容易に基板間距離が異なる導波路層間の結合を低損失に、製造トレランス広く作製でき、三次元的な交差が実現でき、チャンネル数に損失が依存しない低損失な交差が実現できる三次元交差導波路を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の三次元交差導波路は、伝播光進行方向に対して導波路幅が狭くなるテーパー構造を有する第１のコアと、伝播光進行方向線上に前記第１のコアの前記テーパーと対向する向きにテーパー構造を有し、かつ前記第１のコアと基板平面に対して垂直方向に基板との距離を異にする第２のコアと、前記第１のコアと前記第２のコアよりも屈折率が低い第３のコアとを有し、前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されていることを特徴とする。

ここで好ましくは、前記第１のコアを前記第３のコア内に内包した２重コア構造と、前記第２のコアを前記第３のコア上に積層した２重コア構造とが、前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されているとすることができる。

また、好ましくは、前記第１のコアを前記第３の下面に積層した２重コア構造と、前記第２のコアを前記第３のコア内に内包または前記第３のコア上に積層した２重コア構造とが、前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されているとすることができる。

また、好ましくは、前記基板平面上に隣接する、テーパー構造のないコアを有する第１の導波路の該コアと、前記第１、第２、第３のコアを有する第２の導波路の前記第２のコアとが、前記第３のコアからなるスラブ導波路により隔離され、これら第１、第２の導波路が、前記基板平面に対して垂直方向に、前記基板とコア中心の距離を異にして互いに交差しているとすることができる。

好ましくは、さらに前記第１、第２の導波路の少なくともいずれかが、光ファイバーと接続される箇所において、テーパー構造を有するスポットサイズ変換器を具備しているとすることができる。

好ましくは、さらに前記第１、第２の導波路の少なくともいずれかが、他の光導波路に接続される端面において、前記第３のコア幅が該端面に向かって徐々に狭くなっているとすることができる。

また、好ましくは、配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、導波路コアの中心高が同一な隣接する導波路間の距離が、隣接導波路との結合距離以上離れていて、７６μｍ未満であるとすることができる。

また、好ましくは、配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、導波路のコアの中心高が同一である光伝播が行われる隣接する各導波路間に、光伝播に供されないダミー導波路が配置されているとすることができる。

また、好ましくは、配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、前記導波路コアの中心高が同一な隣接する導波路間の距離がランダムに変調されるように配置されているとすることができる。

以下に、上記の構成からなる本発明の理解を容易にするために、本発明の原理を説明する。

最初に、基本原理となるテーパー導波路を用いた、２重または積層コア構造によるスポットサイズ変換器について説明する。図２の（a）は、その２重コアスポットサイズ変換器２００の全体を斜視図で示している。図２の（ｂ）の(i),(ii),(iii)はそれぞれ図２の（ａ）の破線四角部分の断面構造をそれぞれ示している。このような構造は非特許文献４にすでに報告されている。

図２の（a）の中央位置に配置された第１のコア２０１は、その外周の第２のコア２０５よりもΔ（比屈折率差）が高くなっている。なお、これらコアの周囲には導波路を構成するためのクラッドが形成されていることは勿論であるが、図示を簡単にするために省略している。

第１のコア２０１を伝播してきた光が(ii)の断面に示されるそのコアのテーパー部分にさしかかると、徐々に光子を放出し、(iii) で示される第２のコア２０５のみからなる導波路に移る。従って、この２重コアスポットサイズ変換器２００は、このテーパー部分を介して断熱的にモードフィールドを変換する。

これと類似の構造で、図３の（ａ）に示すように、コアが２重化してあるのではなく、複数のコアを積層した場合でも、上記と同様のモードフィールドの変換が可能である。図３の（a）は、その積層コア構造型コアスポットサイズ変換器３００の全体を斜視図で示している。図３の（ｂ）の(i),(ii),(iii)はそれぞれ図３の（ａ）の破線四角部分断面の構造をそれぞれ示している。

図３の（a）、（ｂ）に示すように、上層のΔ（比屈折率差）の高いコア３０１を伝播してきた光が、そのテーパー部にて断熱的に下層のΔ（比屈折率差）の低いコア３０５に移ることが可能である。なお、図２の場合と同様に、これらコアの周囲には導波路を構成するためのクラッドが形成されていることは勿論であるが、図の簡略化ために省略している。

２つのコア３０１，３０５を積層する際、図３の（ｃ）に示すように、第２のコア３０５の下部の部分に第１にコア３０１が内包されている場合や、図３の（ｄ）に示すように、第１のコア３０１上に第２のコア３０５がある場合が考えられ、これらの場合も 図３の（a）、（ｂ）で示した場合と同様な断熱的なモードフィールド変換が可能である。このようなモードフィールドの変換は、断熱的に行われるために、非常に低損失にフィールドを変化することができる。

本発明では、上述したこれらの複数のコアからなる導波路を用いて、フィールドを断熱的に変化させることで、中間層となる第３のコアを介してテーパー構造を有する第１と第２の上下コア間の光結合を行うことを特徴としている。すなわち、図４に示すように、本発明の三次元交差導波路の典型的な構成では、テーパー構造の第１のコア４０１を第３のコア４０５内に内包した２重コア構造と、テーパー構造の第２のコア４０３を第３のコア４０５上に積層した２重コア構造とを、第１と第２のコア４０１，４０３のそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置し、かつテーパーの先端間を第３のコア４０５で接続した構造を有し、これにより第１のコア４０１の導波路を伝搬した光のモードフィールドが変換されて、第３のコア４０５を介して、基板（図示しない）からの距離が第１のコア４０１と異なる第２のコア４０３の導波路に伝搬し、第３のコア４０５の導波路を挟んで第１のコア４０１の導波路と第２のコア４０３の導波路とを交差している。

また、本発明者らは、一連の研究を実施した結果、三次元立体交差導波路を作製する際に以下に説明するような新たな問題を発見し、その対処法を見いだした。この新たな問題は、本発明の実施に至り判明した問題であり、公知の問題ではない。

２層以上の導波路を構成し、それらを交差させる三次元立体交差を作製した場合に、交差損失は、後述の発明の効果の項で示すように、低減することが可能であるが、交差部において、透過スペクトル上で、ディップ（dip:くぼみ、落ち込み）が現れ、特定波長での透過率が劣化するという問題が発生する。図５は、立体的な交差を有する導波路を模式的に示した図である。第１の導波路５０１が等間隔で、あるピッチ（pitch:同じ要素間の距離）に配列している。その複数本の第１の導波路５０１の上をある距離だけ離れて、第２の導波路として上層にある導波路５０３が、第１の導波路５０１と交差している。このような回路を、比屈折率差２．５％の導波路を用いて、実際に作製して評価した。その評価結果を図６に示す。

図６は、交差１６点の交差部を持つ交差回路の上層に来る導波路５０３の透過スペクトルを、下層導波路５０１のピッチを関数として示している。下層導波路５０１のピッチ０μｍは下層の導波路５０１が無い場合を現している。そのピッチが広くなり、ピッチ７６μｍでは、損失（透過損失）が増加し、これよりさらにピッチが長くなると、特定波長での透過強度（透光度）が劣化している。ピッチがより長くなれば、図６に示すように、さらに、ディップの位置は長波長側に移動する。このディップが使用波長に該当すると、大きな損失を生む上に、チャンネル数に応じて透過損失が増大するために問題となる。

図６を用いて説明したように、上層側の第２の導波路５０３のコアの透過スペクトル上に、特定波長で透過特性が劣化し、ディップが発生するという問題が生じる。本発明者らの研究の結果、この透過強度の劣化は、下層側の第１の導波路５０１の第１のコアをガラス層（第３のコア）に埋め込んだ際に生じる凹凸により、上層側の第２の導波路５０３に長周期グレーティングが形成され、特定の波長において、反射が増大し、その結果、透過強度が落ちることが原因であることがわかった。その凹凸は実際には非常に小さく、１μｍ以下しかない。しかし、このように小さくてもその凹凸は上層にあるコアの屈折率を微妙に変化させるため、これが長周期グレーティングのように動作し、特定波長にディップを形成することになる。図６では１２７μｍまでのデータを掲載しているが、ディップの現れるピッチの整数倍の周期で下層ピッチ（下層側の第１の導波路５０１のピッチ）が存在しても、同じようにディップは現れる。

このディップを発生させないためには、製造工程の中間に来るガラス層の堆積後において、ガラス層の表面に対して研磨を実施して、ガラス層の表面の平坦化を行う、という手法がまず考えられる。しかし、この手法では、研磨工程が増えるために、直接コスト高に繋がることになる。従って、でき得れば、研磨をせずに、設計時の所望の特性が維持されることが望ましい。

そこで、本発明は、この問題を解決するために、以下の方法を提供する。

下層側の第１の導波路５０１のコア（以下、下層コアと称する）のピッチが使用波長にディップが現れないピッチで、かつ、隣接する導波路が互いに結合（光結合）しないように、導波路同士の結合距離以上のピッチとなるように、少なくとも交差部の下層コアをレイアウトする。

実際のレイアウト上、上記の手法が困難な場合には、下層側の第１の導波路５０１に対してダミー（擬似、模擬）となる導波路（ダミー導波路と称する：後述の図１１参照）を各交差部の下部にそれぞれ配置し、これにより交差部において、下層コアのピッチが使用波長にディップが現れないピッチとなるように変化させ、かつ、隣接する導波路同士の結合距離以上のピッチとなるように、少なくとも交差部の下層コアをレイアウトする。

実際のレイアウト上、さらに上記のダミー導波路の手法が実施できない場合、または、さらにより効果を高める必要がある場合には、交差点が等間隔にならないように、交差点の間隔がランダムに変調されるようにレイアウトを行う。具体的には、下層コアのピッチが使用波長にディップが現れないピッチは、図６に示すように、７６μｍ未満のピッチで、かつ隣接する導波路同士の結合距離以上が望ましい。このように、狭いピッチで導波路を配置して埋め込んだ場合には、平坦性が上昇する効果も得られるため、できる限りピッチを狭くすることが望ましい（狭いピッチで導波路を配置して埋め込んだ場合に、平坦性が良くなることは、特許文献２に詳細に記載されている。）。ここでの隣接する導波路同士の結合距離は、導波路のΔ（比屈折率差）に依存し、例えば、Δが２．５％程度の場合は、結合距離は８μｍ以上、Δが１．５％程度の場合は、結合距離は１５μｍ以上が望ましい。

本発明は、上述のような構成であるので、基板間距離が異なる導波路層間の光結合を、容易に低損失に、かつ製造トレランス（公差、許容誤差）を広く作製でき、三次元的な交差が比較的簡単に実現でき、チャンネル数に損失が依存しない低損失な交差が実現できる。

すなわち、上述したように、基板からの距離が異なる二層の導波路間の結合を中間層となる導波路を介して行い、各層間の移行はモードフィールドの変換を伴って行われる点が本発明の基本的特徴である。この手法では、中間層を含めた各層の導波路の屈折率、コア厚さ、テーパー部の加工精度が多少設計値よりも離れていたとしても、断熱的なモードフィールド変換を用いているために、その影響を受けにくい。従って、本発明の構成では、製造トレランス（プロセストレランス）が非常に高い。

また、本発明では、断熱的なモードフィールド変換を用いているために、交差部での交差角にも依存しないことから、チャンネル数に損失が依存しない低損失な小型な交差回路が実現可能となる。

また、本発明のレイアウト手法によれば、交差部において、透過スペクトル上で、ディップが現れ、特定波長での透過率が劣化するという問題が解消する。

また、本発明に沿う三次元立体交差導波路は、モードフィールド変換（スポットサイズ変換）を利用して、異なる２層間の光のやり取りを行っているので、構造上スポットサイズ変換器との集積が容易であり、また低損失に三次元交差を実現できるだけでなく、低損失なファイバー接続も、工程数を増やすことなく同時に提供することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態として、上述した図４に示すような本発明の基本構成を用いて実際に作製した、３２チャンネルの三次元立体交差のテスト回路について説明する。図７は、その三次元立体交差回路の概略の鳥瞰図（斜視図）を示し、図の簡略化のために、オーバークラッド、基板の記載を省略し、３２チャンネル中の数チャンネル分のみを示している。

Δ（比屈折率差、以下同様）２．５％からなる第１コア４０１が、Δ０．３％の第３のコア４０５に内包された２重コアとなっており、テーパーを有する第２の導波路７０３と、テーパーがない第１の導波路７０１とが交互に配置されている。これら導波路のそれぞれの導波路間隔は５０μｍとなっている。

テーパーを有する第２の導波路７０３の第１コア４０１は、そのテーパー先端が極小となり、そのテーパーがなくなった先では第３のコア４０５のみがあり、その第３のコア４０５のみの長さは１０μｍである。その第３のコア４０５のみの部分の直後、第１のコア４０１からなるテーパーと対向する向きに、第２のコア４０３からなるテーパーが形成されている。また、第２のコア４０３は、第３のコア４０５の上面に形成されている。

この第２のコア４０３のテーパーが終点し、一定幅となってから、第３のコア４０５の部分はスラブ導波路７０５のコア（第３のコア）となる。第２のコア４０３は、一定幅となった後、スラブ導波路７０５上で曲線導波路コアとなり、スラブ導波路７０５上で第１のコア４０１（第１の導波路７０１のコア）と交差したのちに、出力ポート側に到達する。

第２のコア４０３を経由するパス（第２の導波路７０３の光経路）が、アド（挿入）ポートに相当し、第１のコア４０１のみを通過して出力されるパス（第１の導波路７０１の光経路）が、パススルー（通過）ポートに相当する。

本実施形態の第２の導波路７０３では、第１のコア４０１は、Δ２．５％のコアからなり、３．０×３．０μｍのコア形状とした。第１のコア４０１を内包する第３のコア４０５は、Δ０．３％の８×８μｍのコアからなり、第１のコア４０１の中心と第３のコア４０５の中心とが一致するように作製を行い、第２のコア４０３は、第３のコア４０５の上面に作製し、その第２のコア４０３のΔ、コア寸法は、第１のコア４０１と同じとした。第１、第２のコア４０１，４０３が有するテーパー部の長さは１．５μｍとした。また、第１のコア４０１の中心と第２のコア４０３の中心とが、基板（図示しない）に対して垂直方向（図面上方向）から見て、一致するように作製を行うのが好ましい。

また同様に、本実施形態の第１の導波路７０１では、第１のコア４０１は、Δ２．５％のコアからなり、３．０×３．０μｍのコア形状とした。第１のコア４０１を内包する第３のコア４０５は、Δ０．３％の８×８μｍのコアからなり、第１のコア４０１の中心と第３のコア４０５の中心とが一致するように作製を行った。図７に示したように、第１の導波路７０１では、第２のコア４０３を有していない。

図７に示すような回路は、例えば、図８に示すような製造工程によって作製することができる。図８の（a）は、図４に対応する斜視図であり、図８の（ｂ）は、第１のコア４０１の部分Ａ位置での各工程の断面図であり、図８の（ｃ）は、第２のコア４０３の部分Ｂ位置での各工程の断面図である。このように、図８では、第１のコア部と第２のコア部での断面図に分けて描く製造工程を記述している。括弧書きのそれぞれの番号（１）〜（７）は各工程での断面に対応しており、左右の対応する番号での断面形状を示している。なお、図８の（ｂ）、（c）は、第２の導波路７０３の作製の工程を示しているが、第１の導波路７０１の作製のときは図８の（ｂ）で示した工程みが対象となる。その際に、第２の導波路７０３と同時の一括作製を必要としなければ、図８の（４）の工程４が省略可能である。

まず、図８で（１）で示す工程１として火炎堆積法（ＦＨＤ法）を用いてシリコン（Ｓｉ）基板８０１にアンダークラッド８０３となるガラスを２０μｍ堆積し、続けてΔ２．５％の第１のコア４０１となる層を３．０μｍ堆積した。その後、図８で（２）で示す工程２とし、レジストを塗布し、標準的なフォトリソグラフィー工程、反応性イオンエッチングの工程を経て、第１のコア４０１の加工を行う。図８で（３）で示す工程３として、第３のコア４０５となるΔの低いコア層によって上記の加工した第１のコア４０１を埋め込む。このΔの低いコア層はΔ０．３％で８μｍの堆積である。図８で（４）で示す工程４は、そのΔの低いコア層上にΔ２．５％の第２のコア４０３となるガラス層をＦＨＤ法によって３．０μｍ再度堆積する。その後、フォトリソグラフィー工程、反応性イオンエッチングの工程を繰り返し実施して、図８で（５）で示す工程５として、第２のコア４０３を加工し、図８で（６）で示す工程６において再度レジストを塗布し、第３のコア４０５を加工する。最後に、図８で（７）で示す工程７として、オーバークラッド８０５となるガラスによって全てのコアの全体を埋め込むことで、所望の導波路の作製ができる。

この作製方法では、公知の標準的な導波路作製プロセスを繰り返すことで、図７に示すような本発明による回路が作製でき、特殊な加工プロセスを必要とせずに容易に作製できるという利点がある。

また、この具体例では、上述のように、ガラスの堆積にはＦＨＤ法を用いている。このＦＨＤ法は埋め込み特性に優れているため、工程３の後のガラス上面の平坦度が高く、そのガラス上面の上に第２のコア４０３を形成する工程に影響を及ぼさない他、第２のコア４０３からなる導波路の伝播特性に影響を及ぼさない。そのためガラス上面への研磨等の工程を簡略化できる。他の埋め込み特性の得られるガラス堆積方法（ＣＶＤ法、バイアススパッタ法等）であっても勿論問題はない。その場合には、工程３の後の平坦性が得られるように、リフロー等を十分に実施すればよい。また、必要とあれば工程は増えるが、研磨を実施すればよい。

図８の工程により作製した交差回路の動作を説明する。図７を用いて既述したように、導波路は、コアにテーパーがある第２の導波路７０３（アドポートに相当）と、コアにテーパーがない第１の導波路７０１（パススルーポートに相当）とが交互に３２本ずつ、計６４本配列させている。

図９は、モードフィールドの移行の様子を模式的に示す図であり、（ａ）の側面から見た図をモードフィールドとともに示したのが（ｂ）である。第２の導波路７０３のテーパーがある第１のコア４０１に入力された光は、第１のコア４０１を伝播して、第１のコアのテーパー部にさしかかると、断熱的にモードフィールドを変換し、中間コアとなる第３のコア４０５に移る。その後、その伝播光は、第３のコア４０５の上面に形成された第２のコア４０３のテーパー先端がさしかかると、第２のコア４０３の比屈折率差（Δ２．５％）が第３のコア４０５の比屈折率差（Δ０．３％）よりも高いために、伝播光は断熱的に第２のコア４０３に移る。

第３のコア４０５は、第２のコア４０３に光が完全に乗り移る位置において隣接する第３コア同士をつなげスラブ導波路７０５（図７参照）となる。そのスラブ導波路７０５上に形成された第２のコア４０３の中央位置（光軸）は、スラブ導波路７０５上の第１のコア４０５の中央位置（光軸）に対して、基板８０１（図８参照）からの距離を異としている。その後、スラブ導波路７０５上において、第２のコア４０３からなる第２の導波路７０３は、曲げ導波路を介して、隣接するチャンネルのテーパーを有さない第１コア４０１からなる第１の導波路７０１と三次元的に交差する。第２のコア４０３からなる第２の導波路７０３を伝播する光は、最終的には幾つかの交差を経て出力される。

上記のように作製した回路の過剰損失（交差損失）を測定した結果が図１０の特性図である。この測定は、１．５５μｍのＴＥ／ＴＭ偏波を用いて行った。図１０では、参照用導波路の測定結果（測定値）から、導波路と光ファイバーの接続損失を差し引いた損失を、過剰損失としてプロットしている。第１の導波路７０１のテーパーがない第１のコア４０１（パススルーポートに相当）に光を入力した場合では、その過剰損失は最大で０．０６ｄＢであった。その過剰損失は測定の誤差程度のものであり、ほとんど過剰損失が発生していないことを意味している。一方、第２の導波路７０３のテーパーを有する第１のコア４０１（アドポートに相当）に光を入力した場合では、その第２コア４０３に出力される導波路経路では、０．３ｄＢの過剰損失が認められた。この過剰損失は、第１のコア４０１から第３のコア４０５、さらに第３のコア４０５から第２のコア４０３に２度モードフィールドを変換する結果生じる過剰損失であって、テーパー部分を２回通過する過剰損失といえる。しかしながら、図１０に示すように、３２チャンネルの過剰損失はほぼ一定である。つまり、回路中、最も交差点の多い回路では３１箇所の交差点があるが、その交差点数に依存せずに損失が一定であるという結果が得られた。つまり、図１０の測定結果は、交差による損失が見受けられないし、また上下層（第１コア、第２コア）間を、光を移すための損失は認められるものの、交差点数無依存の交差回路が実現できたことを表している。この結果は、例えばチャンネル数が１００ｃｈ，２００ｃｈと増加しても損失が０．３ｄＢで一定であるということを意味している。

（第１の実施形態の変形例）
本発明の第１の実施形態では、図９に示すように、第３のコア４０５の中央（中心）位置に、第１のコア４０１を配置した２重コア構造と、第３のコア４０５の上面に第２のコア４０３を配置した構造の間を、中間層である第３のコア４０３を介して、高さ方向（基板垂直方向）に伝播光を変換し、移行させて三次元の交差を実現しているが、本発明は、この構造に限定されず、例えば、図３の（ｄ）に示したように、第３のコア４０５（図３の３０５）の下に、第１のコア４０１（図３の３０１）を作製し、４０５の中間層を介して、第３のコア４０５の上面または、第３のコア４０５の中央配置した第２のコア４０３に移行させる構造であっても、本発明の目的の三次元の交差が実現できる。同様にして、図３の（ｃ）に示す構造を利用しても、本発明の目的の三次元の交差が実現できる。また、上述したこれらの構造の組み合わせにより、３層以上（例えば、中間層の下部、中央、上部の三層）においても三次元交差を作製することが可能である。

以上説明したように、本実施形態によると、チャンネル数に依存しない交差が低損失にかつ、簡便な製造プロセスの繰り返しにより、容易に実現できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態の構成に加えて、ダミー導波路を交差部に有する２０チャンネルの三次元立体交差のテスト回路について説明する。その作製方法の詳細は、第１の実施形態と同様であるのでここでは省略する。

図１１は、本実施形態として作製した２０チャンネルの交差回路のレイアウトを示している。図１１の（ａ）は、下層にある第１のコアを加工した後の形状を示す図で、指示箇所の拡大図を添えている。同じく、図１１の（ｂ）は、第３のコア層（中間層のコア）の堆積を実施し、第２のコア（上層のコア）を加工した直後の回路の形状を示す図で、指示箇所の拡大図を添えている。

図の左側の導波路は、パススルーの第１の導波路７０１と、アドポートの第２の導波路７０３とが交互に配置されて、５０μｍピッチで４０本並べてある。その後、図１１の（a）で示すように、パススルーに相当する下層の第１のコアからなる第１の導波路７０１は延長され、Ｓベント（エス字型の湾曲部）の導波路を経て図の右側へ接続される。

一方、アドポートに相当するチャンネルの第２の導波路７０３は、 図１１の（ｂ）で示すように、一度下層（第１のコア）からなるテーパー部を介して、Δの低い第３のコアに伝播光が断熱的に移行する。その伝播光は、その後しばらく、第３のコア層を伝播し、第３のコア層上に形成された第２のコアからなる導波路テーパーを介して、第２のコアにその伝播光は移行し、下層のパススルーの第１の導波路７０１の第１コアとは逆方向へのＳベント導波路を経て、図の右側に接続される。

図１１の（ａ）の拡大図に示したように、メイン回路にあたるパススルーポートの各導波路７０１の間に、後に交差点が来る箇所の周辺において、部分的にダミー導波路１１０１が設けられている。このようにダミー導波路１１０１を各導波路７０１間に配置することで、その後の工程で、第３のコア層となる層における、第１のコアを埋め込んだ直後のガラス表面の平坦性が向上する。実際にガラス表面の凹凸を指針段差計によって測定を実施したところ、わずかに６０ｎｍの凸しか、第１のコアの直上には認められなかった。

その後、図１１の（ｂ）で示すように、上層のコアとなる第２のコア層を堆積した後、第２のコアに加工すると、第１のコアからなるパススルーポート７０１と第２のコアからなるアドポート７０３の交差部では、上面方向から観測すると１つ１つの網の目がほぼひし形に近い網目状の形状が見られるが、その各ひし形の一辺は５０〜６０μｍとなる。つまり、上層の導波路（第２コアからなる導波路）７０３が下層の導波路（第１コアからなる導波路）７０１と交差する間隔を、５０〜６０μｍとすることができる。これに対し、本実施形態で示したようなダミー導波路１１０１を配置しない場合は、導波路７０３のコアが１１０μｍのピッチで下層の導波路７０１のコアと交わることになる。

［課題を解決するための手段］の項ですでに説明したように、ダミー導波路１１０１を用いない場合は、下層導波路を埋め込んだ際に発生する凹凸により、長周期グレーティング効果が生じ、この長周期グレーティング効果により、波長特性にディップが発生することが認められる。しかし、本実施形態のように、ダミー導波路１１０１をレイアウト上、交差部の第１の導波路７０１（下層導波路）間に配置して、導波路間のピッチを狭くすると、波長１．２μｍ〜１．７μｍにおいても、波長特性にディップが生じない交差回路が作製できる。実際に作製した回路の上層導波路（第２の導波路）７０３の透過スペクトルを図１２に示す。図１２で示す過剰損失は、図１０と同様に、ファイバー接続損を、参照導波路を測定することで差し引いている。図１２から、１．２μｍ〜１．７μｍの波長範囲でほぼ平坦な波長特性が得られているのが確認できる。すなわち、１００μｍ程度のピッチの下層コアに埋め込んだ第３のコアからなる中間導波路上において上層導波路に光を伝播させると、長周期グレーティングの効果により特定波長でのディップが発生していたが、その特定波長でのディップの発生を、ダミー導波路１１０１の配置により抑制することが可能となることが図１２から確認できる。

本実施形態におけるアプローチは、設計時のレイアウトの変更だけでディップ発生の抑制効果が得られるため、簡便にディップを抑制することができる手法である。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態として、これまでに説明した本発明を適用して作製した、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付立体交差ＰＬＣ（平面光波回路）ファンナウト導波路を備えたＲＯＡＭ（再構成可能な光信号の挿入を行う多重化装置）構成の集積チップについて説明する。

図１３は、作製した集積ＲＯＡＭモジュールの概要を示している。この集積ＲＯＡＭモジュールは、２つのＰＬＣ部材１３１０，１３３０から構成されている。一方のＰＬＣ１３１０は、符号１３１３と１３１５で示したＤＥＭＵＸ，ＭＵＸ用のＡＷＧ（１００Ｇ、４０ｃｈ）２個と、符号１３２１で示した４０ｃｈの２×２ＳＷ、ＶＯＡ、１０％のＷＩＮＣ（波長無依存カップラー）−ＴＡＰからなる複合集積ＰＬＣである。さらに、ＷＩＮＣ−ＴＡＰ１３２１の後段において、符号１３２３で示したように、ＴＡＰポートをミラーにより基板垂直方向に光路変換する、２０ｃｈ気密封止チップスケールパッケージモニター（ＣＳＰ−ＰＤ）２個を表面実装することで、伝播光のモニターリングを行うように構成してある。

もう一つのＰＬＣ１３３０は、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣファンナウトである。この三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０は、ファイバー接続部にもスポットサイズ変換器を用いて低損失にＰＬＣ−ファイバー間を接続する機能と、前述の第１、第２の実施形態で作製したような三次元立体交差の適応によって、低損失でチャンネル数に無依存の交差を実現する機能とを合わせ持ったＰＬＣである。

これらのＰＬＣ１３１０，１３３０を、調芯を行った上、張り合わせる技術（ＰＬＣ−ＰＬＣ接合）を用いて接合し、さらにＰＬＣ１３３０に連結してファイバーブロック１３４０を実装したものである。

両ＰＬＣ１３１０，１３３０ともクラッドに対しΔ２．５％のコアを有する導波路を用いて作製し、第３のコアに該当する中間層はクラッドに対しΔ０．３％となるガラスにより作製している。

その詳細な作製方法は、第１の実施形態の場合と同じであるため、ここでは省略する。

図１３の構成は、［背景技術］の項で説明したＲＯＡＤＭ構成の図１の破線枠部分１１０内のＲＯＡＭ回路（ＲＯＡＤＭ構成のうち、ドロップ（分岐）部分を含まない構成の回路）機能を集約している。また、図１３中の矢印は、図１の左から論理回路構成の通りに進む光の進行方向を現している。図１３の構成は、非特許文献１に示されている構成と、回路レイアウトは異なるが、基本的に同様のものである。

本実施形態において作製した多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０の導波路について、図１４を参照して以下に詳しく説明する。図１４の（ａ）は、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０の部分だけを抜き出して示した図である。図１４の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は図１４の（ａ）におけるそれぞれの指示箇所の拡大模式図である。

ファイバーブロック１３４０の光ファイバー束に接続される箇所に、２×２ＳＷ／ＶＯＡ／ＷＩＮＣ−ＴＡＰ１３２１の４０ｃｈのアドポートと、ＤＥＭＵＸ−ＡＷＧ１３１５への入力と、ＭＵＸ−ＡＷＧ１３１３からの出力とが接続される。いずれも、まず、図１４の（ｂ）に示すように、ファイバーブロック１３４０の光ファイバーの第１のコア１４０１を伝播する光が、Δ０．３％で、コアサイズが８×８μｍからなる第３のコア１４０５に接続される。その後、伝播光は、第３のコア１４０５の上面に形成された、Δ２．５％で、コアサイズが通常の導波路のコアサイズ３×３μｍであって、テーパー長が１．５ｍｍである第２のコア１４０３のテーパー部に接続される。伝播光が第２のコア１４０３のそのテーパー箇所にさしかかると、伝播光は第２のコア１４０３に移行し、第２のコア１４０３の中を伝播するようになる。図１４には図示していないが、第３のコア１４０５は、この時点で隣接するコア同士がつながり、スラブ導波路を形成する（図７を参照）。

ＤＥＭＵＸ−ＡＷＧ１３１５への入力、ＭＵＸ−ＡＷＧ１３１３からの出力は、そのスラブ導波路上においてＳ導波路に接続され、図１４の（ｃ）に示すように、伝播光は再度、第２のコア１４０３のテーパー部を介して、第３のコア１４０５に導かれる。その後、第３のコア１４０５の中心と第１のコア１４０１の中心とが一致するように配置された第１のコア１４０１のテーパー部により、第１のコア１４０１内に伝播光は移行される。

さらに、図１４の（ｄ）に示すように、三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０が複合集積ＰＬＣ１３１０と接続される端面において、複合集積ＰＬＣ１３１０の導波路の端面とのモードフィールドとの整合を得るために、第３のコア１４０５の幅は狭くなり、その端面では第３のコア１４０５の幅が、内包する第１のコア１４０１の幅と等しくなるように、第３のコア１４０５の幅が端面に向かって細くなる領域を有している。このことは、第１のコア１４０１を含む導波路を、その第１のコア１４０１と同じ寸法、ガラス組成で形成されているコアからなるＰＬＣ１３１０の導波路と接合する場合に、第１のコア１４０１が第３のコア１４０３で内包されることによって、モードフィールドが若干異なることとなる。そこで、上記端面において、第１のコア１４０１の側面を取り巻いて存在する第３のコア１４０５を無くすることにより、モードフィールドを整合させ、接続損失を下げることができるようにしている。

勿論、第３のコア１４０５を徐々に狭くせずにＰＬＣ１３１０の導波路と接続しても、第３のコア１４０５と第１のコア１４０１とのΔの差が大きい場合には、モードフィールド不整合は小さいために、実際上問題とはならない。ただ、フィールドをより整合するためには、第１のコア１４０１の幅と、第３のコア１４０５の幅とを上記のように調整するのがよいということである。

４０ｃｈのアドポートの第２の導波路７０３も、ＤＥＭＵＸ−ＡＷＧ１３１５への入力、ＭＵＸ−ＡＷＧ１３１３からの出力と同じく、Ｓ導波路に接続され、かつ複合集積ＰＬＣ１３１０のＤＥＭＵＸ−ＡＷＧ１３１５の出力に接続される第１の導波路７０１と、図１４の（e）に示すように、三次元的に交差する。

その後、図１４の（ｆ）に示すように、ＤＥＭＵＸ−ＡＷＧ１３１５の出力に接続される第１の導波路７０１と、第２の導波路７０３とが交互に配置された箇所において、第２の導波路７０３の伝播光は第１のコア１４０１のテーパー、第３のコア１４０５とを介して、第２のコア１４０３内に導かれる。

最終的に、図１４の（ｄ）に示ように、第１の導波路７０１の伝播光と第２の導波路７０３の伝播光はフィールド整合されて、複合集積ＰＬＣ１３１０に接続される。

以上説明したように作製した本実施形態のＲＯＡＭ回路の評価を実施し、それぞれの過剰損失を求めた結果を以下に説明する。

光ファイバーと第２の導波路７０３の第３のコア１４０５の接続損失は、０．０６ｄＢであり、その後、第２のコア１４０３のテーパー部１箇所を通過するため０．１５ｄＢ増加するので、ファイバー接続部での損失は、両端で０．４２ｄＢである。また、交差部での損失は無視でき、上下層間の光の移行のためテーパー部２箇所を通過して０．３ｄＢの損失があるが、チャンネル間の依存性は計測されなかった。さらに、ＰＬＣ−ＰＬＣ導波路の接続部での損失を参照導波路の計測結果により求めたが、その損失は０．０２ｄＢしかなく、測定誤差の範囲内であった。また、１つのＡＷＧの過剰損失は、３．０ｄＢであり、Ｔａｐ（タップ）原理損の０．５ｄＢと合わせて、ＤＥＭＵＸ−ＩＮ、ＭＵＸ−ＯＵＴ間の損失は、７．０ｄＢとなった。

従来技術のように、３×３μｍ寸法のΔ２．５％の導波路に対して単に光ファイバーを接続すると、一箇所当り５ｄＢ以上の損失となる。また、従来技術のように平面上で交差させた場合には、導波路幅の最適化を行っても、パススルーポートと、アドポートの交差一箇所につき、０．４ｄＢ程度の交差損失となる。従って、４０ｃｈでは最大３９箇所の交差を通過するチャンネルが存在するので、１６ｄＢ程度の交差損失を発生させる。

以上のことから本実施形態で作製した、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣのファンナウト１３３０が、損失の低減の点から、如何に有用かがわかる。

デバイスの小型化の要求により、近年ではΔを高くし、最小曲げ半径の小さな回路を用いて集積回路を作製するようになっている。しかしながら、回路が小さくなればなる程、シングルモードファイバーとモードフィールドの不整合は増大し、その結果としてカップリング損失が増加する。また、多芯のシングルモードファイバーは、特殊でない限り汎用的に用いられるピッチは１２７μｍである。その結果、回路を小型に如何に作製しても、１２７μｍピッチに広げ、ピッチ変換する必要性が出てくる。このピッチ変換を行うファンナウト部の大きさは、Δが高くなってもシングルモードファイバーピッチで決まるため、占有する面積はΔが高くなってもさほど変わらない。

本実施形態では、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０を複合集積ＰＬＣ１３１０とは別に製造し、ＰＬＣ−ＰＬＣ接合によって回路構成を行っている。複合集積ＰＬＣ１３１０のような複合集積デバイスは多種多様な、プロセス（メタル配線工程、ミラー形成工程）があり、プロセス負荷が大きい。一方、ファイバー接続用スポットサイズ変換器、交差、ファンナウト部は、集積回路のように電気配線等が必要なパッシブ部品である。本実施形態の多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付三次元立体交差ＰＬＣファンナウト１３３０は、３層の構造を有するものであり、３回分のコア加工を実施する必要が出てくるものの、集積ＰＬＣに比べて、チップサイズも小さく、１枚のウエハーから取得できる数は多い。

そこで、本実施形態のように、ファイバー接続用スポットサイズ変換器、交差、ファンナウト１３３０を、集積ＰＬＣ１３１０に対して別のチップとすることで、複合集積ＰＬＣを１枚のウエハーから取得できる個数を増加させることができ、結果的に製造コストを下げることができる。

本実施形態では、ＰＬＣ−ＰＬＣ接合技術を用いて回路を構成したが、全てを一つのチップに集積してしまっても、勿論工程数は増えるが、回路の特性に問題は及ぼさない。

（他の実施形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

一般的なＲＯＡＤＭのロジック構成例を示す回路図である。 テーパー導波路を用いた２重コア構造によるスポットサイズ変換器を説明する図で、（a）はその変換器の全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は（a）の破線矩形部分のそれぞれの断面構造を示す断面図である。 テーパー導波路を用いた積層コア構造によるスポットサイズ変換器を説明する図で、（a）はその変換器の全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は（a）の破線矩形部分のそれぞれの断面構造を示す断面図、（ｃ）、（ｄ）はその積層コア構造の変形例を示す断面図である。 本発明の三次元立体交差導波路の代表的な構造例を示す斜視図である。 立体的な交差を有する導波路を模式的に示す平面図である。 交差１６点の交差部を持つ交差回路の上層に来る導波路の透過スペクトルを、下層導波路のピッチを関数として示す特性図である。 本発明の第１の実施形態による、三次元立体交差のテスト回路を説明するための概略の斜視図である。 図７の三次元立体交差のテスト回路を構成する図４の三次元立体交差導波路の製造工程を説明する図であって、（a）は図４に対応する斜視図であり、（ｂ）は第１のコアの部分Ａ位置での各製造工程を示す断面図であり、（ｃ）は第２のコアの部分Ｂ位置での各製造工程を示す断面である。 本発明の第１の実施形態による、三次元立体交差のテスト回路でのモードフィールドの移行の様子を模式的に示す図で、（a）はその回路の斜視図、（ｂ）はその回路を、図の（a）の矢印Ａ方向から見た側面図である。 本発明の第１の実施形態において作製した三次元立体交差のテスト回路の過剰損失（交差損失）を各チャンネル毎に測定した結果を示す特性図である。 本発明の第２の実施形態として作製したダミー導波路を交差部に有する２０チャンネルの三次元立体交差のテスト回路のレイアウトを示す図で、（a）は下層にある第１のコアを加工した直後の回路の形状を示す平面図と指示箇所の拡大図であり、（ｂ）は第３のコア層の堆積を実施し第２のコアを加工した直後の回路の形状を示す平面図と指示箇所の拡大図である。 本発明の第２の実施形態において実際に作製した２０チャンネルの三次元立体交差のテスト回路の上層導波路（第２の導波路）の透過スペクトルを示す特性図である。 本発明の第３の実施形態として作製した、多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付立体交差ＰＬＣファンナウト導波路を備えたＲＯＡＭ構成の集積チップ（ＲＯＡＭモジュール）のレイアウトの概要を示す平面図である。 図１３の多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付立体交差ＰＬＣファンナウト導波路の部分の詳細構成を説明する図で、（a）はその立体交差ＰＬＣファンナウト導波路の部分の平面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は（ａ）におけるそれぞれの指示箇所の拡大模式図である。

符号の説明

１０１ 入力ファイバー
１０３ 光分岐器
１０９ ＤＲＯＰ用ＡＷＧ
１１０ ＲＯＡＤＭ回路
１１１ ＤＥＭＵＸ用ＡＷＧ
１１３ アド（ＡＤＤ）ポート
１１５ 光スイッチ（ＳＷ）
１１７ 光可変減衰器（ＶＯＡ）
１１７ ＭＵＸ−ＡＷＧ１１９
１２１ 分岐回路（ＴＡＰ）
１２３ モニター用ＰＤ（光検出器）
１３１，１３３ 交差部
１３５ パススルーポート
２０１ 非屈折率差の高いテーパー構造の第１のコア
２０５ 非屈折率差の低い第２のコア
３０１ 非屈折率差の高いテーパー構造の第１のコア
３０５ 非屈折率差の低い第２のコア
４０１ 非屈折率差の高いテーパー構造の第１のコア
４０３ 非屈折率差の高いテーパー構造の第２のコア
４０５ 非屈折率差の低い第３のコア
５０１ 下層の第１の導波路
５０３ 上層の第２の導波路
４０１ Δ２．５％からなる第１コア
４０３ Δ２．５％からなる第２コア
４０５ Δ０．３％からなる第３のコア
７０１ テーパーがない第１の導波路（パススルーポートに相当）
７０３ テーパーを有する第２の導波路（アドポートに相当）
７０５ スラブ導波路
８０１ シリコン（Ｓｉ）基板
８０３ アンダークラッド
８０５ オーバークラッド
１１０１ ダミー導波路
１３１０ 複合集積ＰＬＣ（ＰＬＣ部材）
１３１３、１３１５ ＤＥＭＵＸ，ＭＵＸ用のＡＷＧ（１００Ｇ、４０ｃｈ）
１３２１ ４０ｃｈの２×２ＳＷ、ＶＯＡ、１０％のＷＩＮＣ−ＴＡＰ
１３２３ ２０ｃｈ気密封止チップスケールパッケージモニター（ＣＳＰ−Ｐ）
１３３０ 多芯ファイバー接続用スポットサイズ変換器付
三次元立体交差ＰＬＣファンナウト（ＰＬＣ部材）
１３４０ ファイバーブロック
１４００ 光ファイバー
１４０１ 第１のコア
１４０３ 第２のコア
１４０５ 第３のコア

Claims (7)

1. 伝播光進行方向に対して導波路幅が狭くなるテーパー構造を有する第１のコアと、
   伝播光進行方向線上に前記第１のコアの前記テーパーと対向する向きにテーパー構造を有し、かつ前記第１のコアと基板平面に対して垂直方向に基板との距離を異にする第２のコアと、
   前記第１のコアと前記第２のコアよりも屈折率が低い第３のコアとを有し、
   前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されており、
   前記第１のコアを前記第３のコア内に内包した２重コア構造と、前記第２のコアを前記第３のコア上に積層した２重コア構造とが、前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されており、
   前記基板平面上に隣接する、テーパー構造のないコアを有する第１の導波路の該コアと、前記第１、第２、第３のコアを有する第２の導波路の前記第２のコアとが、前記第３のコアからなるスラブ導波路により隔離され、これら第１、第２の導波路が、前記基板平面に対して垂直方向に、前記基板とコア中心の距離を異にして互いに交差していることを特徴とする三次元交差導波路。
2. 伝播光進行方向に対して導波路幅が狭くなるテーパー構造を有する第１のコアと、
   伝播光進行方向線上に前記第１のコアの前記テーパーと対向する向きにテーパー構造を有し、かつ前記第１のコアと基板平面に対して垂直方向に基板との距離を異にする第２のコアと、
   前記第１のコアと前記第２のコアよりも屈折率が低い第３のコアとを有し、
   前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されており、
   前記第１のコアを前記第３の下面に積層した２重コア構造と、前記第２のコアを前記第３のコア内に内包または前記第３のコア上に積層した２重コア構造とが、前記第１と第２のコアのそれぞれのテーパーの先端が離れて対向するように配置され、それらテーパーの先端間が前記第３のコアにより接続されており、
   前記基板平面上に隣接する、テーパー構造のないコアを有する第１の導波路の該コアと、前記第１、第２、第３のコアを有する第２の導波路の前記第２のコアとが、前記第３のコアからなるスラブ導波路により隔離され、これら第１、第２の導波路が、前記基板平面に対して垂直方向に、前記基板とコア中心の距離を異にして互いに交差していることを特徴とする三次元交差導波路。
3. さらに前記第１、第２の導波路の少なくともいずれかが、光ファイバーと接続される箇所において、テーパー構造を有するスポットサイズ変換器を具備していることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元交差導波路。
4. さらに前記第１、第２の導波路の少なくともいずれかが、他の光導波路に接続される端面において、前記第３のコア幅が該端面に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元交差導波路。
5. 配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、導波路コアの中心高が同一な隣接する導波路間の距離が、隣接導波路との結合距離以上離れていて、７６μｍ未満であり、前記結合距離は、隣接する導波路が互いに光結合する距離であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の三次元交差導波路。
6. 配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、導波路コアの中心高が同一である光伝播が行われる隣接する各導波路間に、光伝播に供されないダミー導波路が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の三次元交差導波路。
7. 配列した前記第１の導波路と前記第２の導波路のうち、下層に位置するいずれかの導波路に対して上層に位置する導波路が存在する交差領域において、前記導波路コアの中心高が同一な隣接する導波路間の距離がランダムに変調されるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の三次元交差導波路。

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