JP6089147B2 - 光学部品 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品に関する。

石英系ガラスを材料とする平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）素子を構成する光導波路において、屈折率を高めるドーパントとして、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を使う技術が知られている（例えば特許文献１参照）。ＺｒＯ_２は、ゲルマニア（ＧｅＯ_２）と比較して屈折率が高く、熱膨張係数が小さい材料である。そのため、ＰＬＣ素子やこれを備える光学部品等を小型化しつつ、導波路に残る応力を低減できる材料として期待されている。

特開２０１３−２１０６２３号公報

ＺｒＯ_２を光導波路のコアにドーパントとすることで、従来のＧｅＯ_２をコアにドーパントした光導波路と比較して、光導波路のコアとクラッドとの比屈折率差を大幅に大きくすることが可能となる。これにより、コアに許容される最小曲げ半径が小さくなり、当該光導波路を備えるＰＬＣ部品等の小型化、低コスト化、および高密度集積化が期待できる。

しかしながら、光導波路のコアとクラッドとの比屈折率差が大きくなると、コアへの光の閉じ込めが強くなるので、シングルモード伝搬を実現するためのコアのサイズが小さくなり、これに伴ってコアを伝搬する光のビーム径が小さくなる。これにより、当該光導波路が形成された光学素子と当該光学素子に対して光を入出力する光ファイバとの間の接続損失が大きくなるという問題が発生する。

また、光学素子と光ファイバとの間において接続損失が生じる要因の１つとして、光ファイバアレイのピッチずれもある。例えば、通常のシングルモード光ファイバを用いた場合の８心ファイバアレイ（２５０μｍピッチ）と１６心、３２心ファイバアレイ（１２７μｍピッチ）のピッチずれの仕様値は、それぞれ±０．５μｍと±１．０μｍである。しかしながら、このような範囲のピッチずれを有する光ファイバアレイとコアとクラッドとの比屈折率差が大きい光学素子を接続すると、接続損失が非常に大きくなってしまう場合がある。このため、ピッチずれが小さく、光学素子との接続損失の小さな光ファイバアレイが求められている。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光学素子と当該光学素子に対して光を入出力する光ファイバとの間の接続損失が低減された光学部品を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光学部品は、高比屈折率差光ファイバと、前記高比屈折率差光ファイバと融着接続され、前記高比屈折率差光ファイバよりも波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が大きいシングルモード光ファイバと、前記シングルモード光ファイバと融着接続されていない側の前記高比屈折率差光ファイバの端面に接続された光学素子と、を備え、前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとの間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、前記高比屈折率差光ファイバと前記光学素子との間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、の合計は、前記シングルモード光ファイバと前記光学素子とを直接接続した場合の波長１５５０ｎｍにおける接続損失よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記光学素子のコアのサイズは、厚さおよび幅がともに１．５μｍ〜６．５μｍであり、前記光学素子のクラッドに対するコアの比屈折率差は、２．５％以上１０％以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．０μｍ以上５．０μｍ以下であり、前記高比屈折率差光ファイバと前記光学部品の波長１５５０ｎｍにおける接続損失は、３．０８ｄＢ以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバのクラッドに対するコアの比屈折率差が２．０％以上３．０％以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記光学素子に前記高比屈折率差光ファイバを光学結合するために、前記高比屈折率差光ファイバの前記光学素子に対する相対的位置を固定する固定部材をさらに備え、前記高比屈折率差光ファイバは、前記固定部材に設けられたＶ字溝と上板とに挟持される部分の被覆が除去された状態で、前記固定部材に固定される、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとが融着接続された融着点は、前記シングルモード光ファイバの被覆と略同径の被覆が施された状態で前記固定部材に固定されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとが融着接続された融着点の外径は、当該融着点の前後における前記高比屈折率差光ファイバおよび前記シングルモード光ファイバの外径よりも細くなるように加工された状態で、前記Ｖ字溝と前記上板との間に挟持されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとが融着接続された融着点は、当該光学部品を収容する筐体の外に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバおよび前記シングルモード光ファイバは、複数の各々がアレイ状に配列された状態で一括に被覆されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記アレイ状に配列された前記高比屈折率差光ファイバのクラッド径が５０μｍ以上であり１２５μｍより小さいことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバおよび前記シングルモード光ファイバは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバであることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバの前記光学素子の側の端面は、該高比屈折率差光ファイバの光軸に垂直な面に対して１６度以下の角度で斜めに加工されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記光学素子の光導波路のコアにはジルコニアが添加されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバの長手方向に垂直な断面における、それぞれのコアの偏心方向が互いに一定の方向となるように、前記高比屈折率差光ファイバが配列されることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、複数の前記高比屈折率差光ファイバは、１本の高比屈折率差光ファイバを切断して得られるものであることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光学部品は、前記高比屈折率差光ファイバは、前記固定部材に設けられたＶ字溝に所定の間隔で固定され、前記高比屈折率差光ファイバの長手方向に垂直な断面において、配列される複数の前記高比屈折率差光ファイバの内、少なくとも中央部近傍の前記高比屈折率差光ファイバのコアの偏心方向と、少なくとも端部近傍の前記高比屈折率差光ファイバのコアの偏心方向とが、前記高比屈折率差光ファイバの配列方向に略垂直な方向に対して、互いに逆方向となるように前記高比屈折率差光ファイバが配置されることを特徴とする。

本発明に係る光学部品は、光学素子と当該光学素子に対して光を入出力する光ファイバとの間の接続損失が低減されるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図２は、高Δ光ファイバおよびシングルモード光ファイバの光軸を含む垂直方向における固定部材の断面図である。 図３は、光学素子から見た固定部材の接続面の図である。 図４は、第２実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図５は、高Δ光ファイバおよびシングルモード光ファイバの光軸を含む垂直方向における固定部材の断面図である。 図６は、光学素子から見た固定部材の接続面の図である。 図７は、第３実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図８は、第４実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図９は、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式のコヒーレント変調に使用されるコヒーレントミキサとして機能する光学素子の回路模式図である。 図１０は、コア径とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図１１は、コア径とＭＦＤとの関係を示すグラフである。 図１２は、コア径とカットオフ波長との関係を示すグラフである。 図１３は、コア径とカットオフ波長との関係を示すグラフである。 図１４は、第５実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図１５は、図１４のＡ部におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１６Ａは、図１４のＣ−Ｃ線断面図である。 図１６Ｂは、図１６ＡのＤ部拡大図である。 図１７は、高Δ光ファイバの他の配列を示す図である。 図１８は、高Δ光ファイバを切断して短尺の高Δ光ファイバとする工程を示す図である。 図１９は、短尺の高Δ光ファイバを配列してテープ化する工程を示す図である。 図２０は、光ファイバアレイを示す図である。 図２１は、第６実施形態に係る光学部品の固定部材の断面図である。 図２２Ａは、高Δ光ファイバの他の配列を示す図である。 図２２Ｂは、高Δ光ファイバの他の配列を示す図である。 図２３Ａは、その他の実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図２３Ｂは、その他の実施形態に係る光学部品の構成を模式的に示した図である。 図２４は、光スイッチの構成を示す図である。 図２５は、光学部品の構成を示す図である。 図２６は、各ポートの接続損失を示す図である。

以下、本発明に係る光学部品の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係や比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義する２２ｍ法によるカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に適宜従うものとする。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る光学部品１００を模式的に示した図である。図１に示すように、光学部品１００は、光学素子１１０と光ファイバ１２０ａ，１２０ｂと固定部材１３０ａ，１３０ｂと筐体１０１とを備えている。筐体１０１は、光学素子１１０と固定部材１３０ａ，１３０ｂとを収容し、光ファイバ１２０ａ，１２０ｂは筐体１０１から引き出されている。

光学素子１１０は、例えばＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）素子であり、光が閉じ込められて導波する領域であるコアと、コアの外周に形成されコアより屈折率が小さいクラッドとを有する。コアとクラッドとの比屈折率差は２．５％以上１０％以下である。例えば、このような比屈折率差はＰＬＣ素子のコアにＺｒＯ_２を添加することによって実現される。また、コアのサイズはたとえば厚さが１．５μｍ〜６．５μｍであり、幅が１．５μｍ〜６．５μｍである。このような光学素子１１０は、たとえば波長１５５０ｎｍにおいて１．０μｍ〜６．５μｍのスポットサイズを有する。

ここで、スポットサイズは、導波路もしくは光ファイバのコアを伝搬する光のＮＦＰ（Near-Field Pattern）において、最大強度の５％の強度となる点の直径とする。なお、スポットサイズが楕円の場合は長径と短径でそれぞれスポットサイズが異なることになる。

光学素子１１０は、例えばマッハツェンダ光干渉計(Mach-Zehnder interferometer：ＭＺＩ)やアレイ導波路回折格子(Arrayed-Waveguide Grating：ＡＷＧ)、さらに、偏波多重四値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）方式などのコヒーレント変調方式における復調器に使用されるコヒーレントミキサである。

光ファイバ１２０ａ，１２０ｂは、コアとクラッドとの比屈折率差が大きい光ファイバ１２１ａ，１２１ｂ（以下、これを高Δ光ファイバと略す）と通常のシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂとを融着接続して構成されている。高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂにおいてコアのクラッドに対する比屈折率差は２．０％以上３．０％以下であり、１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径は例えば３．０μｍ以上５．０μｍ以下である。通常のシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂとは、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠する、１．３μｍ帯にゼロ分散波長を持つ光ファイバである。通常のシングルモード光ファイバにおいて、コアのクラッドに対する比屈折率差は約０．３％であり、１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径は１０〜１１μｍである。

なお、比屈折率差とは、以下で定まる数値である。
Δ＝｛（ｎ_c1−ｎ_c）／ｎ_c1｝×１００
ここで、ｎ_c1はコアの最大屈折率、ｎ_cはクラッドの屈折率である。

高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂとシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂとは、融着接続時の加熱条件を工夫することで接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着されている。高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂとシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂとの間の接続損失は、０．１ｄＢ以下に低減することが好ましい。

光ファイバ１２０ａ，１２０ｂは、光学素子１１０に光を入出力するためのものである。光ファイバ１２０ａ，１２０ｂのうち高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂ側の端部が光学素子１１０に光学結合され、シングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂ側の端部は、光学部品１００の外部へ導出されている。なお、高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂ側の光学素子１１０側の端面は、端面における光の反射を抑制するために高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂの光軸に垂直な面に対して０度より大きく１６度以下の角度で斜めに加工されていることが好ましい。また、高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ａ，１２２ｂは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバとすることができる。

固定部材１３０ａ，１３０ｂは、高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂを高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂのコアと光学素子１１０のコアとの位置が合うように固定し、光学素子１１０と高Δ光ファイバ１２１ａ，１２１ｂとを光学結合させるための部材である。固定部材１３０ａ，１３０ｂは、石英系のガラスを材料としたガラスブロックであり、光学素子１１０に対しして不要な応力を加えないように、光学素子１１０に物性的な特性が近いものを採用している。

図２および図３は、固定部材１３０ｂに対する高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂの配置を示した図である。図２は、高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂの光軸を含む垂直方向における固定部材１３０ｂの断面図であり、図３は、光学素子１１０から見た固定部材１３０ｂの接続面の図である。なお、固定部材１３０ａは固定部材１３０ｂと同様の構成であるので、ここでは固定部材１３０ｂを代表例として取り上げる。

図２および図３に示すように、固定部材１３０ｂは、本体部１３１ｂと上板１３２ｂとを備えている。本体部１３１ｂにはＶ字溝１３３ｂが設けられており、Ｖ字溝１３３ｂに配置された高Δ光ファイバ１２１ｂは、Ｖ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間で挟持される。

図２に示されるように、高Δ光ファイバ１２１ｂとシングルモード光ファイバ１２２ｂとの融着点１２３ｂは、Ｖ字溝１３３ｂの内部に含まれる位置となっている。言い換えると、融着点１２３ｂは、Ｖ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間で挟持されている。Ｖ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間で挟持される領域の高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂは、被覆が剥された状態で、高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂのガラス部分が直接挟持されている。

また、高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂとＶ字溝１３３ｂおよび上板１３２ｂとの隙間は、接着剤１３４ｂによって充填されている。さらに、Ｖ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間で挟持されない領域のシングルモード光ファイバ１２２ｂは、被覆１２４ｂの上から本体部１３１ｂに対して接着剤１３４ｂで固定されている。

上記構成において、融着点１２３ｂの外径は、その前後の高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂの外径よりも細くなるように構成することが好ましい。上述のように、融着点１２３ｂがＶ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間で挟持されているので、融着点１２３ｂがＶ字溝１３３ｂおよび上板１３２ｂから応力を受ける可能性がある。そして、融着点１２３ｂが応力を受けると、融着点１２３ｂにおける接続損失が悪化してしまう。そこで、前後の高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂの外径よりも、融着点１２３ｂの外径が細くなるように加工することにより、融着点１２３ｂがＶ字溝１３３ｂおよび上板１３２ｂから受ける応力を緩和する。

また、融着点１２３ｂが上板１３２ｂに接触することで、機械的信頼性が失われるおそれがある。融着点１２３ｂの外径をその前後の高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂの外径よりも細くなるように構成することにより、この機械的信頼性が失われる可能性を低減することができる。

融着点１２３ｂの外径を制御する方法としては、高Δ光ファイバ１２１ｂおよびシングルモード光ファイバ１２２ｂを融着接続時に両光ファイバの押し込み量と引き戻り量とを制御する方法や、融着接続後の光ファイバの融着点をエッチングする方法を利用することができる。

上記構成の光学部品１００は、高Δ光ファイバ１２１ｂとシングルモード光ファイバ１２２ｂとの融着点１２３ｂの外径が、融着点１２３ｂの前後の光ファイバの外径よりも細くなるよう加工された状態で、Ｖ字溝１３３ｂと上板１３２ｂとの間に挟持されているので、融着点１２３ｂがＶ字溝１３３ｂおよび上板１３２ｂから受ける応力を緩和することができる。

〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係る光学部品２００の構成を模式的に示した図である。図４に示すように、光学部品２００は、光学素子２１０と光ファイバ２２０ａ，２２０ｂと固定部材２３０ａ，２３０ｂと筐体２０１とを備えている。筐体２０１は、光学素子２１０と固定部材２３０ａ，２３０ｂとを収容し、光ファイバ２２０ａ，２２０ｂは筐体２０１から引き出されている。

第１実施形態と同様に、光学素子２１０は、コアとクラッドとの比屈折率差が大きい光導波路が形成されている。例えば、光学素子２１０は、ＰＬＣ素子のコアにＺｒＯ_２を添加することによって、コアとクラッドとの比屈折率差が２．５％以上１０％以下となるように構成されている。

光ファイバ２２０ａ，２２０ｂは、高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂとシングルモード光ファイバ２２２ａ，２２２ｂとを、第１実施形態と同様に、接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着して構成されている。高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂにおけるコアのクラッドに対する比屈折率差は２．０％以上３．０％以下である。高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂとシングルモード光ファイバ２２２ａ，２２２ｂとの間の接続損失は、０．１ｄＢ以下に低減することが好ましい。

光ファイバ２２０ａ，２２０ｂは、光学素子２１０に光を入出力するためのものである。光ファイバ２２０ａ，２２０ｂのうち高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂ側の端部が光学素子２１０に光学結合され、シングルモード光ファイバ２２２ａ，２２２ｂ側の端部は、光学部品２００の外部へ導出されている。なお、高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂ側の光学素子２１０側の端面は、端面における光の反射を抑制するために高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂの光軸に垂直な面に対して０度より大きく１６度以下の角度で斜めに加工されていることが好ましい。また、高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂおよびシングルモード光ファイバ２２２ａ，２２２ｂは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバとすることができる。

固定部材２３０ａ，２３０ｂは、高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂを高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂのコアと光学素子２１０のコアとの位置が合うように固定し、光学素子２１０と高Δ光ファイバ２２１ａ，２２１ｂとを光学結合させるための、石英系のガラスを材料とした部材である。

図５および図６は、固定部材２３０ｂに対する高Δ光ファイバ２２１ｂおよびシングルモード光ファイバ２２２ｂの配置を示した図である。図５は、高Δ光ファイバ２２１ｂおよびシングルモード光ファイバ２２２ｂの光軸を含む垂直方向における固定部材２３０ｂの断面図であり、図６は、光学素子２１０からみた固定部材２３０ｂの接続面の図である。なお、固定部材２３０ａは固定部材２３０ｂと同様の構成であるので、ここでは固定部材２３０ｂを代表例として取り上げる。

図５および図６に示すように、固定部材２３０ｂは、本体部２３１ｂと上板２３２ｂとを備えている。本体部２３１ｂにはＶ字溝２３３ｂが設けられており、Ｖ字溝２３３ｂに配置された高Δ光ファイバ２２１ｂは、Ｖ字溝２３３ｂと上板２３２ｂとの間で挟持される。

図５に示されるように、高Δ光ファイバ２２１ｂとシングルモード光ファイバ２２２ｂとの融着点２２３ｂは、Ｖ字溝２３３ｂの内部に含まれない位置となっている。すなわち、Ｖ字溝２３３ｂと上板２３２ｂとの間で挟持される領域は、高Δ光ファイバ２２１ｂのみとなる。したがって、融着点２２３ｂは、Ｖ字溝２３３ｂおよび上板２３２ｂから応力を受けることがない。

一方、図５に示されるように、融着点２２３ｂは、いわゆるリコートが施されている。高Δ光ファイバ２２１ｂとシングルモード光ファイバ２２２ｂとを融着接続する際には、融着点２２３ｂの近傍の被覆２２４ｂを剥ぐことになる。リコートとは、融着接続後の融着点２２３ｂの近傍に、シングルモード光ファイバ２２２ｂの被覆と略同径の被覆２２５ｂを施すことである。

また、高Δ光ファイバ２２１ｂとＶ字溝２３３ｂおよび上板２３２ｂとの隙間は、接着剤２３４ｂによって充填されている。さらに、Ｖ字溝２３３ｂと上板２３２ｂとの間で挟持されない領域の高Δ光ファイバ２２１ｂおよびシングルモード光ファイバ２２２ｂは被覆２２４ｂ，２２５ｂの上から、本体部２３１ｂに対して接着剤２３４ｂで固定されている。

上記構成の光学部品２００は、高Δ光ファイバ２２１ｂとシングルモード光ファイバ２２２ｂとの融着点２２３ｂが、シングルモード光ファイバ２２２ｂの被覆と略同径の被覆が施された状態で固定部材２３０ｂに固定されているので、実質的に１つの光ファイバとして取り扱うことができる。したがって、融着点２２３ｂを取り扱うために、例えば補強スリーブのような別途の部材を必要としない。

〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態に係る光学部品３００を模式的に示した図である。図７に示すように、光学部品３００は、光学素子３１０と光ファイバ３２０ａ，３２０ｂと固定部材３３０ａ，３３０ｂと筐体３０１とを備えている。筐体３０１は、光学素子３１０と固定部材３３０ａ，３３０ｂとを収容し、光ファイバ３２０ａ，３２０ｂは筐体３０１から引き出されている。

第１実施形態と同様に、光学素子３１０は、コアとクラッドとの比屈折率差が大きい光導波路が形成されている。例えば、光学素子３１０は、ＰＬＣ素子のコアにＺｒＯ_２を添加することによって、コアとクラッドとの比屈折率差が２．５％以上１０％以下となるように構成されている。

光ファイバ３２０ａ，３２０ｂは、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂとを、第１実施形態と同様に、接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着して構成されている。高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂにおけるコアのクラッドに対する比屈折率差は２．０％以上３．０％以下である。高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂとの間の接続損失は、０．１ｄＢ以下に低減することが好ましい。

光ファイバ３２０ａ，３２０ｂは、光学素子３１０に光を入出力するためのものである。光ファイバ３２０ａ，３２０ｂのうち高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂ側の端部が光学素子３１０に光学結合され、シングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂ側の端部は、光学部品３００の外部へ導出されている。なお、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂ側の光学素子３１０側の端面は、端面における光の反射を抑制するために高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂの光軸に垂直な面に対して０度より大きく１６度以下の角度で斜めに加工されていることが好ましい。また、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂおよびシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバとすることができる。

固定部材３３０ａ，３３０ｂは、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂを光学素子３１０に対して固定し、光学素子３１０と高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとを光学結合させるための、石英系のガラスを材料とした部材である。

図７に示すように、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂとを融着した融着点３２３ａ，３２３ｂは、光学部品３００の筐体３０１の外に配置されている。なお、融着点３２３ａ，３２３ｂは、融着接続後、シングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂの被覆と略同径の被覆が施されている。

本構成であっても、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂとが実質的に１つの光ファイバとして取り扱うことができる。したがって、融着点３２３ａ，３２３ｂを取り扱うために、例えば補強スリーブのような別途の部材を必要としない。

また、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂは、シングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂと比較して曲げ損失が低いので、光学部品３００の筐体３０１内に高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂのみを収納することにより、筐体３０１内における光ファイバに許容される曲げ半径が小さくなり、光学部品３００の小型化に有効である。

また、クラッド径が標準のクラッド径である１２５μｍよりも細径（たとえば、５０μｍ以上１２５μｍ未満、好ましくは８０μｍ以下）の高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂを使用することで高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂ自体の体積の低減、および高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂに加わる曲げ歪の低減により機械強度信頼性が向上する。このことからも、筐体３０１内における光ファイバに許容される曲げ半径を小さくできるので、光学部品３００の小型化に有効である。

上記構成の光学部品３００は、高Δ光ファイバ３２１ａ，３２１ｂとシングルモード光ファイバ３２２ａ，３２２ｂとの融着点３２３ａ，３２３ｂが、筐体３０１の外に配置されているので、光学部品３００の小型化に有効である。なお、本実施形態においては、融着点３２３ａ，３２３ｂが筐体３０１の外に配置されているが、融着点３２３ａ，３２３ｂが筐体３０１の光ファイバ挿入口に近い場所に位置していれば、融着点３２３ａ，３２３ｂを筐体３０１内に配置しても同様の効果が得られる。

〔第４実施形態〕
図８は、第４実施形態に係る光学部品４００を模式的に示した図である。図８に示すように、光学部品４００は、光学素子４１０とアレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂと固定部材４３０ａ，４３０ｂと筐体４０１とを備えている。筐体４０１は、光学素子４１０と固定部材４３０ａ，４３０ｂとを収容し、アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂは筐体４０１から引き出されている。

光学素子４１０は、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式のコヒーレント変調に使用されるコヒーレントミキサとして機能するＰＬＣ素子である。ＰＬＣ素子に形成される光導波路において、コアとクラッドとの比屈折率差は２．５％以上１０％以下である。例えば、このような比屈折率差はＰＬＣ素子のコアにＺｒＯ_２を添加することによって実現される。

アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂは、アレイ状に配列された状態の複数の光ファイバが一括で被覆されて構成されている、いわゆる光ファイバテープ心線と呼ばれるものである。アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂにおいて、各光ファイバは、高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂとシングルモード光ファイバ４２２ａ，４２２ｂとが第１実施形態と同様に、接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着されて構成されている。アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂを構成する光ファイバは、光学素子４１０の種類にも依存するが、例えば８本以上であることが好ましい。例えば、アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂの各々のクラッド径は５０μｍ以上１２５μｍ以下であり、クラッド径が５０μｍの場合、アレイ状の配列の間隔は５２μｍであり、クラッド径が１２５μｍの場合、アレイ状の配列の間隔は１２７μｍである。

また、各高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂにおけるコアのクラッドに対する比屈折率差は２．０％以上３．０％以下である。高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂとシングルモード光ファイバ４２２ａ，４２２ｂとの間の接続損失は、０．１ｄＢ以下に低減することが好ましい。

アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂは、光学素子４１０に光を入出力するためのものである。アレイ型光ファイバ４２０ａ，４２０ｂのうち高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂ側の端部が光学素子４１０に光学結合され、シングルモード光ファイバ４２２ａ，４２２ｂ側の端部は、光学部品４００の外部へ導出されている。なお、高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂ側の光学素子４１０側の端面は、端面における光の反射を抑制するために高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂの光軸に垂直な面に対して０度より大きく１６度以下の角度で斜めに加工されていることが好ましい。また、高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂおよびシングルモード光ファイバ４２２ａ，４２２ｂは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバとする。

固定部材４３０ａ，４３０ｂは、高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂを光学素子４１０に対して固定し、光学素子４１０と高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂとを光学結合させるための、石英系のガラスを材料とした部材である。なお、高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂを固定部材４３０ａ，４３０ｂに固定する方法は、先述の第１〜３実施形態の何れかに記載の方法を採用することができる。

図９は、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式のコヒーレント変調に使用されるコヒーレントミキサとして機能する光学素子４１０の回路模式図である。なお、図９に示される回路模式図は、光学素子４１０に用いられる回路の１例であり、本実施形態が当該回路に限定されるものではない。

図９に示すように、光学素子４１０は、２つのシグナルポート（Ｓ１，Ｓ２）と局所発振光ポート（ＬＯ）と８つの出力ポート（Ｐ．１〜８）を備える。２つのシグナルポート（Ｓ１，Ｓ２）および局所発振光ポート（ＬＯ）は、アレイ型光ファイバ４２０ａから光を入力するためのポートであり、８つの出力ポート（Ｐ．１〜８）は、アレイ型光ファイバ４２０ａへ光を出力するためのポートである。

図９に示される光学素子４１０では、事前に偏波分離され、ＴＭ偏波に偏波面が調整された２つの信号光が、それぞれ２つのシグナルポート（Ｓ１，Ｓ２）から光導波路４１１ａ、４１１ｃに入力される。光導波路４１１ａに入力された信号光は、９０度ハイブリッド素子４１３ａに導かれ、光導波路４１１ｃに入力された信号光は、９０度ハイブリッド素子４１３ｂに導かれる。

一方、局所発振光ポート（ＬＯ）から、ＴＭ偏波の局所発振光が光導波路４１１ｂに入力される。光導波路４１１ｂに入力された局所発振光はパワースプリッタ４１２で２分岐され、それぞれ９０度ハイブリッド素子４１３ａ，４１３ｂに導かれる。

９０度ハイブリッド素子４１３ａ，４１３ｂでは、信号光と局所発振光が干渉することによってＩチャネル成分の信号光とＱチャネル成分の信号光とに分離され、出力光が８つの出力ポート（Ｐ．１〜８）から出力される。

上記構成の光学部品４００は、クラッド径が５０μｍである複数の高Δ光ファイバ４２１ａ，４２１ｂおよびシングルモード光ファイバ４２２ａ，４２２ｂが、５２μｍの間隔でアレイ状に配列されているので、高密度に導波路が配線されたＰＬＣ素子と適合性が高く、光学部品４００全体の小型化に有利である。

〔効果の検証〕
次に、上記説明した実施形態で利用した光学素子と光ファイバとの光学結合における接続損失の検証を行う。

接続損失が発生する主な原因は、光学素子の光導波路とシングルモード光ファイバの比屈折率差が異なることで両者を伝搬する光のビーム径（スポットサイズまたはモードフィールド径）に大きな差異が生じる点にある。そこで、通常のコアのクラッドに対する比屈折率差が０．３％のシングルモード光ファイバと、クラッドに対する比屈折率差が５．５％である３μｍ×３μｍのコアを有するＺｒＯ_２添加のＰＬＣ素子とを直接光学結合した場合の接続損失をシミュレーションにより算出した。なお、両者のコアの中心位置ずれはないものとしている。

シミュレーションではシングルモード光ファイバとＰＬＣ素子との出射端における波長１５５０ｎｍにおけるフィールド形状を計算し、それらの中心を重ね合わせた際の電界分布の重なりから接続損失を算出した。シングルモード光ファイバとＰＬＣ素子では電界分布が大きく異なるため、接続損失は４．９１ｄＢ／ｆａｃｅｔであった。ここで、ｄＢ／ｆａｃｅｔは、接続面（ｆａｃｅｔ）毎の接続損失であることを表す単位として使用している。

次に、接続損失を低減するために、光ファイバの設計を変更してコアのクラッドに対する比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の高Δ光ファイバとすることで、電界分布をＰＬＣ素子と近づける検討を行った。検討に使用した高Δ光ファイバの屈折率プロファイルの各パラメータを表にしたものを表１に示す。なお、表１における、Fiber１〜３は、Ｗ型プロファイルを有する高Δ光ファイバであり、Fiber４〜６は、単峰型プロファイルを有する高Δ光ファイバである。ここで、Ｗ型プロファイルを有する光ファイバとは、中心コアと、中心コアの外周に形成され、クラッドの屈折率よりも屈折率が低い外周コアを有する光ファイバである。なお、両者のコアの中心位置ずれはないものとしている。

なお、表１中に現れる記号は以下のとおりである。Δ１は、コア（または中心コア）のクラッドに対する比屈折率差であり、Δ２は、外周コアのクラッドに対する比屈折率差である。Ｒａは、外周コアの外径と中心コアの直径の比であり、中心コアの直径は、中心コアと外周コアとの境界部における直径とする。ＭＦＤは、モードフィールド径である。また、αの定義は以下に示される屈折率プロファイルに関するパラメータである。
ｎ²（ｒ）＝ｎ_core ²×｛１−２×（Δ／１００）×（ｒ／ａ）＾α｝
（但し、０＜ｒ＜ａ）
ただし、ｒはコア（または中心コア）の中心からの半径方向の位置を示し、ｎ（ｒ）は位置ｒにおける屈折率、ｎ_coreはコア（または中心コア）のｒ＝０における屈折率、Δは比屈折率差、ａはコア（または中心コア）の半径を表している。また、記号「＾」はべき乗を表す記号である。

表２〜表４にシミュレーション結果を示す。表２は、比屈折率差３．０％であり厚さが３．５μｍのコアを有するＰＬＣ素子と各種光ファイバとの接続損失を示した表であり、表３は、比屈折率差５．５％であり厚さが３．０μｍのコアを有するＰＬＣ素子と各種光ファイバとの接続損失を示した表であり、表４は、比屈折率差１０．０％であり厚さが１．５μｍのコアを有するＰＬＣ素子と各種光ファイバとの接続損失を示した表である。なお、表２〜表４のシミュレーションでは、ＰＬＣ素子のコアの幅を変化させて計算を行っている。なお、これらのＰＬＣ素子のスポットサイズは、コアの高さ、幅よりも１０％以下の範囲で小さくなり、いずれもスポットサイズが高さ方向、幅方向ともに１．０μｍ以上６．５μｍ以下である。

表２〜表４に示されるように、比屈折率差が２．５％以上１０％以下のコアを有するＰＬＣ素子に対して、コアのクラッドに対する比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の高Δ光ファイバを使用することで、シングルモード光ファイバと比較して大幅に接続損失を低減可能なことが分かる。さらに、ＰＬＣ素子の導波路幅を最適化することで、接続損失を低減可能なことが分かる。具体的には、上記検証では、高Δ光ファイバとＰＬＣ素子との間における波長１５５０ｎｍ接続損失は、最大でも３．０８ｄＢであり、高Δ光ファイバとシングルモード光ファイバとの間の接続損失を０．１ｄＢとしても、シングルモード光ファイバとＰＬＣ素子とを直接接続した場合の接続損失である４．９１ｄＢよりも小さい。そして、上記検証における他例の接続損失は、最大値である３．０８ｄＢよりも顕著に小さく、多くの場合、後述するコアの中心位置ずれによる損失増加を考慮してもＰＬＣ素子と高Δ光ファイバとシングルモード光ファイバとのトータルの接続損失を１ｄＢ以下に抑えることができる。

次に、屈折率プロファイルに関するパラメータであるαと各種高Δ光ファイバのコア径との関係について検討する。

コアのクラッドに対する比屈折率差が２％〜３％の高Δ光ファイバを製造する場合、径方向の屈折率プロファイルを完全な矩形にすることは難しく、一般的にはαが３〜６程度の屈折率プロファイルとなる。そこで、Fiber１〜６について、他のパラメータはそのままで、αのみ３〜６の範囲で変化させた屈折率プロファイルを有するコアを使用した場合、コア径の上限と下限をシミュレーションにより算出した。なお、コア径の上限と下限は以下のように定義した。

コア径が大きくなるとカットオフ波長が長波長側にシフトする。信号光のシングルモード伝搬のためにはカットオフ波長は波長１５３０ｎｍ〜１６２５ｎｍの通信波長帯よりも短波長である必要があるため、コア径の上限はカットオフ波長が１５００ｎｍ以下となるコア径とした。コア径が小さくなるとＭＦＤは小さくなる。しかし、臨界値以上にコア径が小さくなると光をコアに閉じ込める作用が小さくなり、ＭＦＤが拡大する。よって、コア径の下限は、ＭＦＤが最小値となるコア径よりも小さいコア径であって、ＭＦＤが最小値よりも１０％大きくなるコア径とした。

表５は、以上のように規定したコア径の上限および下限とαとの関係を示す表である。また、代表例としてFiber２およびFiber５について、コア径とＭＦＤとの関係およびコア径とカットオフ波長との関係を図１０〜図１３に示す。図１０は、Fiber２におけるコア径とＭＦＤとの関係を示すグラフであり、図１１は、Fiber５におけるコア径とＭＦＤとの関係を示すグラフである。図１２は、Fiber２におけるコア径とカットオフ波長との関係を示すグラフであり、図１３は、Fiber５におけるコア径とカットオフ波長との関係を示すグラフである。

表５に示されるように、コアのクラッドに対する比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の高Δ光ファイバは、比屈折率差が２．５％以上１０％以下のコアを有し、波長１５５０ｎｍにおいてスポットサイズが１．０μｍ以上６．５μｍ以下のＰＬＣ素子との光のフィールドのミスマッチが少なくなっており、高Δ光ファイバと光学素子との接続損失は低く抑えられる。

以上のように、比屈折率差が２．５％以上１０％以下のコアを有する光導波路が形成された光学素子と、コアのクラッドに対する比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の高Δ光ファイバと光学結合した場合、当該光学素子と高Δ光ファイバとの接続損失が低い。さらに、先述のように、接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように高Δ光ファイバとシングルモード光ファイバとを融着接続すれば、接続損失を０．１ｄＢ以下に低減することが可能である。

以上を組み合わせると、比屈折率差が２．５％以上１０％以下のコアを有するスポットサイズが１．０μｍ以上６．５μｍ以下の光学素子と、コアのクラッドに対する比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の高Δ光ファイバと光学結合した場合、通常のシングルモード光ファイバを当該光学素子に直接光学結合するよりも接続損失が顕著に小さくなることが示されている。なお、特にＰＬＣ素子のスポットサイズが３．０μｍ以上５．０μｍ以下の場合、接続損失が顕著に小さくなる。

以上の結果を言い換えると、本実施形態の構成では、高Δ光ファイバとシングルモード光ファイバとの間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、高Δ光ファイバと光学素子との間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、の合計は、シングルモード光ファイバと光学素子とを直接接続した場合の波長１５５０ｎｍにおける接続損失よりも顕著に小さいことになる。

〔第５実施形態〕
次に、第５実施形態に係る光学部品５００について説明する。図１４は、第５実施形態に係る光学部品５００の構成を模式的に示した図である。光学部品５００は、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とが、高Δ光ファイバ５２１を介して、間接的に接続された接続構造を有している。

高比屈折率差の光学素子５１０は、例えばマルチキャストスイッチである。高比屈折率差の光学素子５１０は、内部に複数のコアが設けられた、クラッドに対するコアの比屈折率差が２．５％以上１０％以下のいわゆる超高Δ光学素子である。例えば、このような比屈折率差は、コアにＺｒＯ_２を添加することによって実現される。また、コアのサイズはたとえば厚さが１．５μｍ〜６．５μｍであり、幅が１．５μｍ〜６．５μｍである。

このような光学素子５１０は、たとえば波長１５５０ｎｍにおいて１．０μｍ〜６．５μｍのスポットサイズを有する。ここで、スポットサイズは、導波路もしくは光ファイバのコアを伝搬する光のＮＦＰ（Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）において、最大強度の５％の強度となる点の直径とする。なお、スポットサイズが楕円の場合は長径と短径でそれぞれスポットサイズが異なることになる。

高Δ光ファイバ５２１は、クラッドに対するコアの比屈折率差が２．０％以上３．０％以下の光ファイバであり、１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径は例えば３．０μｍ以上５．０μｍ以下である。屈折率プロファイルは、たとえば単峰型や、中心コアと、中心コアの外周に形成されクラッドの屈折率よりも屈折率が低い外周コアを有するＷ型などを用いることができ、各屈折率プロファイルの各パラメータは、モードフィールド径が例えば３．０μｍ以上５．０μｍ以下になるように調整される。複数本の高Δ光ファイバ５２１はテープ化されてテープ心線を構成する。それぞれの高Δ光ファイバ５２１は、所定の間隔で固定部材５３０に固定される。すなわち、高比屈折率差の光学素子５１０と、固定部材５３０に高Δ光ファイバ５２１が固定された光ファイバアレイとが接続される。なお、光ファイバアレイの詳細は後述する。

高Δ光ファイバ５２１がテープ化されたテープ心線の他端には、シングルモード光ファイバ５２２がテープ化されたテープ心線が接続される。なお、個々の高Δ光ファイバ５２１とシングルモード光ファイバ５２２は、融着接続時の加熱条件を工夫することで接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着されており、例えば接続損失を０．１ｄＢ／ｆａｃｅｔ程度に抑えることができる。

なお、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とを、従来の方法で直接接続すると、５ｄＢ／ｆａｃｅｔ程度の接続損失となる可能性がある。これに対し、高Δ光ファイバ５２１を介して両者を接続することで、接続箇所が増えたとしても、トータルの接続損失を低減することができる。例えば、高比屈折率差の光学素子５１０と高Δ光ファイバ５２１との接続損失を０．４ｄＢ／ｆａｃｅｔ程度に抑えることができれば、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とのトータルの接続損失を０．５ｄＢ程度に抑えることができる。以下に、高比屈折率差の光学素子５１０と高Δ光ファイバ５２１との接続部について詳細を説明する。

図１５は、図１４のＡ部におけるＢ−Ｂ線断面図であり、高比屈折率差の光学素子５１０と高Δ光ファイバ５２１との接続部近傍における、高Δ光ファイバ５２１の長手方向の断面図である。高比屈折率差の光学素子５１０は、上下のリッド５１１、基板５１２の間に導波路５１３（コアおよびクラッド）が形成される。固定部材５３０は、本体部５３１と上板５３２とを備え、間に高Δ光ファイバ５２１が挟み込まれる。導波路５１３と高Δ光ファイバ５２１とは光接続される。

なお、固定部材５３０と高比屈折率差の光学素子５１０との接合界面は、反射防止のため斜めに形成され、互いに接着剤で接着される。

図１６Ａは、図１４のＣ−Ｃ線断面図であり、高Δ光ファイバ５２１の長手方向に垂直な方向に対する、固定部材５３０に固定された高Δ光ファイバ５２１の断面図である。固定部材５３０の本体部５３１には、所定のピッチでＶ字溝５３３が形成され、それぞれのＶ字溝５３３に高Δ光ファイバ５２１が配置される。すなわち、高Δ光ファイバ５２１が所定のピッチで配列される。

図１６Ｂは、図１６ＡのＤ部拡大図である。高Δ光ファイバ５２１は、クラッド５２１ａとコア５２１ｂとを有する。前述した様に、コア５２１ｂは、クラッド５２１ａの中心（図中Ｆであり黒丸）から偏心する可能性がある。本実施形態では、コア５２１ｂの偏心方向が互いに一定の方向となるように、高Δ光ファイバ５２１が配列される。

ここで、互いに一定の方向になるとは、完全に同一方向でなくてもよく、例えば、クラッド５２１ａの中心Ｆを通る中心線Ｅに対して、全て同一の方向に配置されればよい。図１６Ｂに示した例では、高Δ光ファイバ５２１の配列方向に平行な中心線Ｅに対して、全て図中上方側にコア５２１ｂが偏心するように配置される。すなわち、中心線Ｅに対して同一方向となる範囲内（１８０°）にコアが位置するように揃えられれば、多少の角度ずれはあってもよい。

また、偏心方向は、高Δ光ファイバ５２１の配列方向または配列方向に垂直な方向でなくてもよい。例えば、図１７に示すように、それぞれの高Δ光ファイバ５２１の中心Ｆを通る、互いに平行な任意の中心線Ｇを想定した際に、それぞれの高Δ光ファイバ５２１のコア５２１ｂの偏心方向が、それぞれの中心線Ｇに対して一定の方向（図では右上側）に配置されれば、偏心方向はいずれの方向であってもよい。

次に、本実施形態に係る高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２との接続方法について説明する。まず、図１８に示すように、１本の高Δ光ファイバ５２１を複数本の短尺の高Δ光ファイバ５２１に切断する。この際、高Δ光ファイバ５２１の外周面の一部に、長手方向に沿って一直線に着色等によるマーク５２３を形成しておく。なお、短尺の高Δ光ファイバ５２１の本数は、ファイバアレイを構成する光ファイバの心数と同じである。また、短尺の高Δ光ファイバ５２１の長さは、例えば、２〜５０ｍｍ程度である。

次に、図１９に示すように、切り出された短尺の高Δ光ファイバ５２１を配列させてテープ化する。この際、マーク５２３が略同一方向に向くように整列させる。例えば、マーク５２３がすべて上面に見えるように短尺の高Δ光ファイバ５２１を配列してテープ化する。

マーク５２３は、高Δ光ファイバ５２１の長手方向にまっすぐに形成されるため、短尺の高Δ光ファイバ５２１の長手方向に垂直な断面におけるコアの偏心方向と、マーク５２３の周方向の位置関係は、全て略一定となる。また、短尺の高Δ光ファイバ５２１は十分に短いので、捻じれなども生じにくい。このため、短尺の高Δ光ファイバ５２１のコアの偏心方向を端面から確認することなく、容易に略一定の方向に偏心方向を揃えることができる。

次に、図２０に示すように、短尺の高Δ光ファイバ５２１をテープ化して得られたテープ心線の一端に、別途シングルモード光ファイバ５２２を配列してテープ化したテープ心線を接続する。前述した様に、高Δ光ファイバ５２１とシングルモード光ファイバ５２２の接続は、接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着される。

次に、高Δ光ファイバ５２１側のテープ心線の端を固定部材５３０に固定する。以上により、光ファイバアレイ５４０が形成される。得られた光ファイバアレイ５４０を高比屈折率差の光学素子５１０に接続することで、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とが接続される。

ここで、光ファイバアレイのピッチずれの原因としては、光ファイバアレイを構成する固定部材の切削精度、組立時の光ファイバの位置ずれ、光ファイバのコア偏心およびクラッド外径のばらつき等が考えられる。特に、光ファイバアレイのピッチずれで支配的なのは、コア偏心およびクラッド外径のばらつきであり、通常の製造方法で得られる光ファイバでは、それぞれ±０．３μｍ程度のばらつきが生じることが知られている。

光接続されるコア同士の中心位置が例えば０．３μｍずれると、高Δ光ファイバ５２１と高比屈折率差の光学素子との接続を想定した場合、この中心位置ずれ（ピッチずれ）に伴う接続損失は０．７ｄＢ／ｆａｃｅｔ程度と見込まれる。このため、この偏心ずれを抑制する必要がある。

これに対し、図１６Ｂや図１７に示すように、それぞれの高Δ光ファイバ５２１のコア偏心方向を揃えて配列することで、ピッチずれを低減することができる。しかし、それぞれの高Δ光ファイバ５２１のコアの偏心方向を揃えたとしても、それぞれの高Δ光ファイバ５２１の偏心量が異なれば、十分にピッチずれを抑制することはできない。例えば、偏心量が０μｍ〜０．３μｍの範囲で異なる複数の光ファイバを配列すれば、互いの偏心方向を合わせたとしても、最大でコア中心位置（ピッチ）が０．３μｍのずれを生じることとなる。

そこで、本発明では、固定部材５３０に固定される複数の高Δ光ファイバ５２１が、１本の光ファイバから切り出された短尺の高Δ光ファイバ５２１で構成される。例えば、１本の高Δ光ファイバから、１０ｍｍの短尺の高Δ光ファイバを１００本切り出したとしても、１ｍ程度の高Δ光ファイバから必要な短尺の高Δ光ファイバを取り出すことができる。

通常、コア偏心量の変化やクラッド外径ばらつきは、高Δ光ファイバの長さ方向に対して緩やかに変動する。このため、数ｍ程度の長さの範囲内であれば、コア偏心量およびクラッド外径はほとんど変動しない。具体的には、数ｍ程度の長さの高Δ光ファイバであれば、コア偏心量のばらつきもクラッド外径のばらつきも±０．０５μｍ未満に抑えることができる。したがって、所定長さの高Δ光ファイバ５２１から切り出された短尺の高Δ光ファイバのコア偏心量およびクラッド外径のばらつきはほとんどない。

このようにして得られた短尺の高Δ光ファイバを用いて、コア偏心方向を揃えて光ファイバアレイを構成することで、ピッチずれを最小化することができる。このため、高比屈折率差の光学素子５１０と光ファイバアレイ５４０（高Δ光ファイバ５２１）とのピッチずれに伴う接続損失を、０．４ｄＢ／ｆａｃｅｔ以下に低減することができる。

以上、本実施形態によれば、１本の高Δ光ファイバ５２１から切り出された短尺の高Δ光ファイバ５２１を用いるため、それぞれの短尺の高Δ光ファイバ５２１のコア偏心量およびクラッド外径のばらつきがほとんどない。また、それぞれの短尺の高Δ光ファイバ５２１のコア偏心方向を揃えて光ファイバアレイ５４０を構成するため、ピッチずれがほとんど生じることがない。このため、高比屈折率差の光学素子５１０と光ファイバアレイ５４０との接続損失を低減することができる。このため、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とを効率よく接続することができる。

特に、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とが高Δ光ファイバ５２１を介して接続されるため、高比屈折率差の光学素子５１０とシングルモード光ファイバ５２２とを直接接続する場合と比較して、トータルの接続損失を低減することができる。

また、短尺の高Δ光ファイバ５２１を固定部材５３０に固定するため、確実に所定のピッチで短尺の高Δ光ファイバ５２１を配列することができる。
なお、本実施形態においては、高Δ光ファイバ５２１の外周面の一部に、長手方向に沿って一直線に着色等によるマーク５２３を形成することで、光ファイバの円周方向を特定できるようにしたが、光ファイバの円周方向を特定方法はこれには限定されない。たとえば、光ファイバの外形を円形以外の形状（楕円形、四角形、円の一部を直線状に切とった形状）としておいてもよい。あるいは光ファイバの内部にマーカを埋め込んでおいてもよい。

〔第６実施形態〕
次に、第６実施形態に係る光学部品について説明する。図２１は、第６実施形態に係る光学部品の固定部材６３０の断面図である。なお、以下の説明において、第５の実施形態と同様の機能を奏する構成については、重複する説明を省略する。

固定部材６３０は、Ｖ字溝６３３が設けられた本体部６３１と上板６３２とを備える。本体部６３１と上板６３２とは例えば接着剤で接着される。この際、接着剤の硬化等に伴い、固定部材６３０に反りが発生することがある（図中Ｈ）。具体的には、固定部材６３０の両側方が上方（または下方）に変形する可能性がある。

図２２Ａは、高Δ光ファイバ６２１の長手方向に垂直な断面において、固定部材６３０に反りが生じた際の高Δ光ファイバ６２１の配列状態を示す概念図である。図中の範囲Ｋは、配列方向に対する中央部近傍の高Δ光ファイバ６２１を示し、図中の範囲Ｌは、配列方向に対する両端部近傍の高Δ光ファイバ６２１を示す。

固定部材６３０に反りが生じると、それぞれの高Δ光ファイバ６２１の中心Ｆを結ぶ中心線Ｉが、理想状態の理想中心線Ｊからずれる。具体的には、範囲Ｋでは、中心線Ｉが理想中心線Ｊの下方に位置し、範囲Ｌでは、中心線Ｉが理想中心線Ｊの上方に位置する。すなわち、範囲Ｋと範囲Ｌとでは、高Δ光ファイバ６２１の配列方向に垂直な方向に対する中心線Ｉと理想中心線Ｊの位置関係が、互いに逆方向となる。

本実施形態では、コア６２１ｂの偏心方向を、全て一定の方向に揃えるのではなく、高Δ光ファイバ６２１の配置される位置によって変化させる。例えば、中央の高Δ光ファイバ６２１のコア６２１ｂの偏心方向を上方に向け、端部側に行くにつれて所定角度ずつ高Δ光ファイバ６２１を回転させて、最端部の高Δ光ファイバ６２１のコア６２１ｂの偏心方向が下方に向くようにする。すなわち、中央の高Δ光ファイバ６２１から最端部の高Δ光ファイバ６２１までの間に、高Δ光ファイバ６２１を１８０°回転させる。

このように、高Δ光ファイバ６２１の長手方向に垂直な断面において、中央部近傍から両端部近傍に向けて、高Δ光ファイバ６２１のコアの偏心方向が逆方向となるように回転させて配置することで、コア６２１ｂの位置を、理想の中心線Ｊに近づけることができる。すなわち、反りによるピッチずれの影響を小さくすることができる。

なお、本実施形態において、配列される高Δ光ファイバ６２１を少しずつ回転させて配置するのではなく、図２２Ｂに示すように、範囲Ｋ内ではすべて一定の方向（図中上方）にコア偏心を揃え、範囲Ｌ内では、すべて逆方向に（図中下方）にコア偏心を揃えてもよい。すなわち、少なくとも中央部近傍の高Δ光ファイバ６２１の偏心方向と、少なくとも端部近傍の高Δ光ファイバ６２１の偏心方向とが、高Δ光ファイバ６２１の配列方向に略垂直な方向に互いに逆方向となることで、反りによるピッチずれの影響を小さくすることができる。

なお、このように配置するためには、中央の高Δ光ファイバ６２１については、端面からコア６２１ｂの位置を確認し、所定の方向にコアが偏心するように配置し、その他の高Δ光ファイバ６２１の回転角度（向き）は、中央の高Δ光ファイバ６２１に対して、前述したマークを見ながら調節すればよい。

第６実施形態によれば、固定部材６３０の反りの影響を小さくすることができ、高比屈折率差の光学素子と光ファイバアレイとの接続損失を低減することができる。このため、高比屈折率差の光学素子とシングルモード光ファイバとを効率よく接続することができる。

〔その他の実施形態〕
上述の説明では、高比屈折率差の光学素子とシングルモード光ファイバとが高Δ光ファイバを介して接続される実施形態を用いたが、本発明の実施はこれに限られない。例えば、図２３Ａに示す光学部品７００では、高Δ光ファイバを用いずに、高比屈折率差の光学素子７１０とシングルモード光ファイバ７２２とが接続される。

光学部品７００では、１本のシングルモード光ファイバから短尺のシングルモード光ファイバ７２１を切り出して、これらシングルモード光ファイル７２１を配列したテープ心線を作成し、当該テープ心線を介して高比屈折率差の光学素子７１０と本来のシングルモード光ファイバ７２２のテープ心線とが接続される。この場合でも、各シングルモード光ファイバ７２２同士のコア偏心量やクラッド外径が略同一であるため、コア偏心方向を揃えるのみで、高比屈折率差の光学素子７１０とシングルモード光ファイバ７２２とを効率よく接続することができる。

また、固定部材７３０は必ずしも必要ではない。例えば、図２３Ｂに示す光学部品８００のように、高比屈折率差の光学素子８１０と高Δ光ファイバ８２１とをレーザ等により融着して接続してもよい。この場合でも、テープ心線を構成する各高Δ光ファイバ８２１同士のコア偏心量やクラッド外径が略同一であるため、コア偏心方向を揃えるのみで、高比屈折率差の光学素子８１０とシングルモード光ファイバ８２２とを効率よく接続することができる。

〔効果の検証〕
次に、上記実施形態に係る光学部品を実際に製作して、接続損失を測定した結果を説明する。図２４はツリー型の８×１の光スイッチ９１１の構成を示す図である。光スイッチ９１１は、一端に１つの共通ポート９１２と、他端に８つの分岐ポート９１３を有する。光スイッチ９１１は、複数のＭＺＩ（マッハツェンダ型干渉計）９１４を有する。ＭＺＩ９１４の入力／出力ポートの間にはカプラ９１４ａ、９１４ｂと、９１４ａ、９１４ｂで挟まれた二つの導波路９１４ｃ、９１４ｄが設けられる。一方の導波路９１４ｄには、加熱手段であるヒータ９１４ｅが設けられる。光スイッチ９１１は、各ＭＺＩ９１４のヒータ９１４ｅのオン／オフによって、光信号の通る経路を変更することができる。

この光スイッチ９１１を４アレイ配置したチップをＦＨＤ（Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング等のＰＬＣ作製プロセス技術を用いて作製した。導波路形成後、ヒータ、電極、絶縁膜を形成し、最後にエッチングにて電極パッド部にコンタクトホールを形成させた。比屈折率差Δは５％とし、チップサイズは1８×６ｍｍとした。

図２５は、実験に用いた光学部品９００の構成を示す図である。作製した４アレイ８×１スイッチ（高比屈折率差の光学素子９１０）の両端には、それぞれ光ファイバアレイを接続した。光ファイバアレイは、以下のようにして製作した。まず、１本の高Δ光ファイバから３６本×１０ｍｍの高Δ光ファイバ９２１ａ、９２１ｂを切り出した。その際、元の高Δ光ファイバには、長手方向にマークを形成した。なお、高Δ光ファイバ９２１ａ、９２１ｂには、比屈折率差Δ２．９％のものを使用した。

次に、高Δ光ファイバ９２１ａ、９２１ｂをテープ化してテープ心線を形成した。この際、前述したマークが同一方向に向くように配置した。なお、テープ心線の長さは１０ｍｍとした。また、高Δ光ファイバ９２１ａのテープ心線は４心とし、高Δ光ファイバ９２１ｂのテープ心線は３２心とした。すなわち、入力と出力のファイバアレイの心数はそれぞれ３２心と４心である。

次に、高Δ光ファイバ９２１ａ、９２１ｂのテープ心線のそれぞれの一端にシングルモード光ファイバ９２２ａ、９２２ｂを接続点におけるモードフィールド径の段差を滑らかにし、接続損失を低く抑えるように融着した。さらに、高Δ光ファイバ９２１ａ、９２１ｂのテープ心線の他端を固定部材９３０ａ、９３０ｂで固定し、高比屈折率差の光学素子９１０に接続した。

図２６は、図２５に示した光学部品９００における各ポートの接続損失を示す図である。図２６に示されるグラフの横軸は、３２心のそれぞれのポートを示し、縦軸にはポートごとの接続損失を示している。図２６に示される検証実験では、すべてのポートにおいて、トータルで１ｄＢ以下である０．７ｄＢ以下の損失を実現できている。この結果から、光学部品９００の構成は、ファイバアレイのピッチずれを十分抑制でき、実用性があることがわかった。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。例えば高比屈折率差光ファイバの端面に光線を入射する光学素子としては、例えばＰＬＣ素子で構成されたスポットサイズコンバータや、空間結合系などでも良い。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明の範疇に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１００，２００，３００，４００，５００，７００，８００，９００ 光学部品
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，７１０，８１０，９１０ 光学素子
１２０ａ，１２０ｂ，２２０ａ，２２０ｂ，３２０ａ，３２０ｂ 光ファイバ
１２１ａ，１２１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ，３２１ａ，３２１ｂ，４２１ａ，４２１ｂ，５２１，６２１ 高Δ光ファイバ
１２２ａ，１２２ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，３２２ａ，３２２ｂ，４２２ａ，４２２ｂ，５２２，７２１，７２２，８２２，９２２ａ，９２２ｂ シングルモード光ファイバ
１２３ｂ，２２３ｂ，３２３ａ，３２３ｂ 融着点
１２４ｂ，２２４ｂ，２２５ｂ 被覆
１３０ａ，１３０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，３３０ａ，３３０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ，５３０，６３０，７３０，９３０ａ，９３０ｂ 固定部材
１３１ｂ，２３１ｂ，５３１，６３１ 本体部
１３２ｂ，２３２ｂ，５３２，６３２ 上板
１３３ｂ，２３３ｂ，５３３，６３３ Ｖ字溝
１３４ｂ，２３４ｂ 接着剤
４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃ 光導波路
４１３ａ，４１３ｂ ９０度ハイブリッド素子
４２０ａ，４２０ｂ アレイ型光ファイバ
５１１ リッド
５１２ 基板
５１３，９１４ｃ，９１４ｄ 導波路
５２１ａ，６２１ａ クラッド
５２１ｂ，６２１ｂ コア
５２３ マーク
５４０ 光ファイバアレイ
９１１ 光スイッチ
９１２ 共通ポート
９１４ ＭＺ１
９１４ａ カプラ
９１４ｅ ヒータ

Claims (11)

1. 高比屈折率差光ファイバと、
   前記高比屈折率差光ファイバと融着接続され、前記高比屈折率差光ファイバよりも波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が大きいシングルモード光ファイバと、
   前記シングルモード光ファイバと融着接続されていない側の前記高比屈折率差光ファイバの端面に接続された光学素子と、
   を備え、
   前記光学素子の光導波路のコアにはジルコニアが添加されており、
   前記光学素子のコアのサイズは、厚さおよび幅がともに１．５μｍ〜６．５μｍであり、
   前記光学素子のクラッドに対するコアの比屈折率差は、２．５％以上１０％以下であり、
   前記高比屈折率差光ファイバは、クラッドに対するコアの比屈折率差が２．０％以上３．０％以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が３．０μｍ以上５．０μｍ以下であり、前記高比屈折率差光ファイバのクラッドに対するコアの比屈折率差は、前記光学素子のクラッドに対するコアの比屈折率差よりも小さく、
   前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとの間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、前記高比屈折率差光ファイバと前記光学素子との間における波長１５５０ｎｍの接続損失と、の合計は、前記シングルモード光ファイバと前記光学素子とを直接接続した場合の波長１５５０ｎｍにおける接続損失よりも小さいことを特徴とする光学部品。
2. 前記高比屈折率差光ファイバは、中心コアと、前記中心コアの外周に形成され、クラッドの屈折率よりも屈折率が低い外周コアを有することを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記光学部品と前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとの波長１５５０ｎｍにおけるトータルの接続損失は、１ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。
4. 前記高比屈折率差光ファイバと前記シングルモード光ファイバとが融着接続された融着点は、当該光学部品を収容する筐体の外に配置されており、前記高比屈折率差光ファイバのクラッド径が５０μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の光学部品。
5. 前記高比屈折率差光ファイバおよび前記シングルモード光ファイバは、複数の各々がアレイ状に配列された状態で一括に被覆されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の光学部品。
6. 前記高比屈折率差光ファイバの長手方向に垂直な断面における、それぞれのコアの偏心方向が互いに一定の方向となるように、前記高比屈折率差光ファイバが配列されることを特徴とする請求項５に記載の光学部品。
7. 複数の前記高比屈折率差光ファイバは、１本の高比屈折率差光ファイバを切断して得られるものであることを特徴とする請求項６に記載の光学部品。
8. 前記高比屈折率差光ファイバは、前記高比屈折率差光ファイバの長手方向に垂直な断面において、配列される複数の前記高比屈折率差光ファイバの内、少なくとも中央部近傍の前記高比屈折率差光ファイバのコアの偏心方向と、少なくとも端部近傍の前記高比屈折率差光ファイバのコアの偏心方向とが、前記高比屈折率差光ファイバの配列方向に略垂直な方向に対して、互いに逆方向となるように配置されることを特徴とする請求項５に記載の光学部品。
9. 前記光学素子に前記高比屈折率差光ファイバを光学結合するために、前記高比屈折率差光ファイバの前記光学素子に対する相対的位置を固定する固定部材をさらに備え、
   前記高比屈折率差光ファイバは、前記固定部材に設けられたＶ字溝と上板とに挟持される部分の被覆が除去された状態で、前記固定部材に固定される、
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の光学部品。
10. 前記高比屈折率差光ファイバおよび前記シングルモード光ファイバは、偏波面を保持しながら光を伝搬する偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の光学部品。
11. 前記高比屈折率差光ファイバの前記光学素子の側の端面は、該高比屈折率差光ファイバの光軸に垂直な面に対して１６度以下の角度で斜めに加工されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の光学部品。

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