JP6554071B2

JP6554071B2 - マルチチップ接続用導波路チップ

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Publication number: JP6554071B2
Application number: JP2016126881A
Authority: JP
Inventors: 田中　拓也; 拓也田中; 小熊　学; 学小熊; 井藤　幹隆; 幹隆井藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-06-27
Also published as: JP2018004704A

Description

本発明は、光通信用の導波路チップ間の接続構造に関する。

光通信技術では、通信需要によって大容量化が求められるとともに、伝送容量あたりのコストの削減が求められており、複数の導波路チップ同士を接続するマルチチップ接続の技術でも、それらの要求を満たすことが期待されていた。

マルチチップ接続の適用例としては、石英系ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）同士を集積することで、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）、タップ回路、モニタＰＤ（Photodiode）およびＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）を集積したＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）用レベル等価機能付きＡＷＧ、またはリングネットワーク用ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）スイッチがある。

このような石英系ＰＬＣ同士を集積するマルチチップ接続では、上述したＡＷＧ、タップ回路またはＶＯＡ等の構成要素を異なる工程で個別に作製した後に、チップ同士を接続して集積する。これにより、モジュールの小型化および省スペース化が図られ、低コスト化を実現することができる。

また、別のマルチチップ接続の適用例としては、ＬｉＮｂＯ₃導波路と石英系ＰＬＣとを集積した多値変調用の変調器がある。この場合、ＬＮ導波路によって、高速な変調が可能になるとともに、石英系ＰＬＣの回路によって柔軟な光回路レイアウトが可能になる。このような観点から、多値変調用の変調器として、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）変調器や１００Ｇ-ＤＰ（Dual- polarization）-ＱＰＳＫ変調器を含む様々なタイプの相変調器が検討されている。

さらに、上述のほかにも、Ｓｉ導波路と石英系ＰＬＣとを接続したデータセンター用のフェーズドアレイスイッチがある。この場合、Ｓｉ導波路上の熱光学スイッチを用いることで、消費電力が低くなり、石英導波路の場合よりも応答特性が高速になる。また、石英ガラス導波路を用いることで、光ファイバとの結合損失が小さくなる。

このように、マルチチップ接続によって各種チップの利点を有効利用したデバイスが提供されている。

従来のマルチチップ接続用導波路チップでは実質的には、後述するシングルモード導波路が接続されていた。この導波路チップとして、従来の石英系導波路チップについて、図９および図１０を参照して説明する。図９はかかるチップ９０の斜視図、図１０はかかるチップ９０のｘｙ断面図、を示す。なお、図９および図１０において、ｙ軸は基板の垂直方向、ｚ軸は信号光の進行方向を表している。

図９および図１０において、チップ９０は、石英基板９００上に、下部クラッド９０１と、３つのコア９０２，９０３，９０４と、上部クラッド９０５とを備える。コア９０２〜９０４は、２つのクラッド９０１，９０５によって挟まれ、これによりコア９０２〜９０４では光が閉じ込められて光が伝搬するように構成されている。

コア９０３は、通信用の信号光が伝搬するコアである。図９および図１０では、コア９０３は、説明の便宜上、一つだけ示されているが、導波路チップは一般的に、信号光用のコアを複数含む。

コア９０２，９０４は、チップ接続のために用いられるモニタ光用のコアである。

クラッド９０１，９０５はＳｉＯ₂ガラスで形成され、コア９０２〜９０４はＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂ガラスで形成される。コア９０２〜９０４の各屈折率は、クラッド９０１，９０５の各屈折率より高い。一般に、上述したコアとそれを挟むクラッドとを備えたものを、導波路と呼ぶ。

図９および図１０のｙ軸方向において、モニタ光用のコア９０２，９０４の位置は、信号光用のコア９０３の位置と同じである。

図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、石英系導波路チップ９０の作製工程を示す図である。

図１１（ａ）に示したＳｉ基板９００を準備した後、基板９００にガラスを堆積して下部クラッド９０１を形成し（図１１（ｂ））、下部クラッド９０１上にコア膜９２０を形成する（図１１（ｃ））。次に、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングとにより、コア膜９２０を加工してコア９０２〜９０４を形成する（図１１（ｄ））。最後に、上部クラッド９０５を形成する（図１１（ｅ））。

図１１（ｄ）からわかるように、信号光用のコア９０３とモニタ光用のコア９０２，９０４は、同じ工程で作製される。この場合、コア９０２〜９０４のｙ軸方向の各厚み、およびコア９０２〜９０４が形成されるガラスの各屈折率は、それぞれ同一となる。

信号光用のコア９０３を含む導波路（信号光用導波路）は、ｙ軸方向においてシングルモード導波路である。一般にシングルモード導波路とは、ｘ軸およびｙ軸の両方向においてシングルモードとなる導波路を意味する。

この場合、モニタ光用コア９０２，９０４を含む導波路では、ｙ軸方向は後述するシングルモード条件が与えられるので、ｘ軸方向のコア幅を必要以上に広げないようにすれば、シングルモード導波路として機能する。

マルチチップ接続では、モニタ光用コアを含む導波路（モニタ光用導波路）に光を入射させ、この入射光に基づいて光軸を調芯するようにしている。図１２および図１３は、かかるマルチチップ接続のための調芯処理を説明するための図である。

図１２に示すように、ファイバブロック１２０３の一端を、例えば上述の導波路チップ９０に近接させ、ファイバブロック１２０３のモニタ光用ファイバ１２００または１２０２に光を伝搬させる。そして、ファイバ１２００または１２０２を経由して光を入射した導波路チップ９０内の各モニタ光用導波路の出力が最大になるように光軸を合わせて、ファイバブロック１２０３と導波路チップ９０との調芯を行う。なお、上述した調芯は、２つのモニタ光用導波路に対して実施する。これにより、信号光用の光ファイバ１２０１と導波路チップ９０内の導波路が調芯されることになる。

ファイバブロック１２０３と導波路チップ９０とは、接着材で固定される。なお、上述したファイバブロック１２０３と導波路チップ９０との接続形態は、特許文献１に開示されている。

その後、図１３に示すように、導波路チップ９０に別の導波路チップ９１を近接させ、ファイバ１２００または１２０２を経由して光を入射した導波路チップ９１内の各モニタ光用導波路の出力が最大になるように光軸を合わせ、導波路チップ９０，９１間の調芯を行う。この場合、ファイバブロック１２０３に取り付けられたファイバは、シングルモードで動作し、導波路チップのモニタ導波路も、シングルモードで動作する。

[シングルモード導波路の条件]
次に、矩形のコアが埋め込まれた埋め込み導波路がシングルモード導波路として機能する条件について説明する。ｘ軸方向またはｙ軸方向のシングルモード条件は、以下のように正規化周波数ｖを用いて表される（非特許文献１の５〜６頁）。

埋め込み導波路の正規化周波数ｖは、下記式（１）で与えられる。

なお、式（１）において、aはｘ軸方向またはｙ軸方向のコアのサイズの半分の長さを表し、n_coreはコアの屈折率を表す。ｋは波数を表し、下記式（２）で与えられる。また、Δは、導波路の比屈折率差を表し、下記式（３）で与えられる。

なお、式（２）において、λは波長を表す。

なお、式（３）において、n_claddingはクラッドの屈折率を表す。

シングルモード条件は、上記式（１）の「ｖ」の値がπ/２以下の場合であることが知られている（非特許文献１の２０〜２１頁）。

上記式（１）から、コアのサイズを大きくしたり、導波路の比屈折率差を大きくしたりすると、「ｖ」の値が大きくなるので、マルチモードになりやすくなることがわかる。しかしながら、「ｖ」の値が２．３程度まで大きくしても、高次のモードになりにくく、実質的にシングルモードで伝搬する。このような条件の導波路を、疑似シングルモード導波路という。

マルチチップ接続技術によって、シングルモードで動作するチップ同士が接続される。しかしながら、近年、光通信容量を大容量化する空間分割多重（SDM: Space Division Multiplexing)技術、特にマルチモード伝送技術に対応するため、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの接続、またはマルチモード導波路チップ同士を接続することが必要になってきている（非特許文献５)。

図１４は、非特許文献５の導波路であって、矩形導波路と積層導波路と矩形のマルチモード導波路とが接続される構成を示している。この構成では、積層導波路は、４つのモードが許容されていることからマルチモードで動作する導波路となる。図１４において、符号１４００，１４０２，１４０４はＳｉ基板、符号１４０１，１４０３，１４０５はクラッドを、それぞれ示す。

図１５は、信号光用のコア１５０３がマルチモードである従来の作製工程で作製された導波路チップのｘｙ断面を示している。図１５に示す導波路チップは、Ｓｉ基板１５００と、下部クラッド１５０１と、モニタ光用のコア１５０２，１５０４と、信号光用のコア１５０３と、上部クラッド１５０３とを備える。マルチモードである信号光用のコア１５０３を含む導波路は、ｘ軸およびｙ軸の両方向にマルチモードである。

図１５において、モニタ光用のコア１５０２，１５０４は、信号光用のコア１５０３と同じコア層が加工して形成されており、コア１５０２〜１５０４の高さは同じである。このため、ｘ軸方向の導波路幅を狭くして、ｘ軸方向はシングルモードで導波路を動作させるとしても、ｙ軸方向のコア厚は大きいままなので、ｙ軸方向はマルチモードで動作してしまう。

例えば、モニタ光用のコア１５０２，１５０４が含まれるモニタ光用導波路の両方がシングルモードである場合は、調芯できる。しかし、どちらか一方がマルチモードである場合は、調芯が難しい。これは各モードの光電界強度分布の違いに基づく。以下の説明では、説明の容易のため、マルチモード導波路のｘ軸方向が２モード導波路であるとして説明する。

図１６（ａ）はシングルモード導波路の場合の光電界強度分布、図１６（ｂ）はマルチモード導波路の場合の基底モード（E₁₁）の光電界強度分布、図１６（ｃ）はマルチモード導波路のE₁₁よりも１つ次数の高いモード（E₂₁）の光電界強度分布、を示す。なお、図１６では、同じ強度の光電界強度は、等高線で示してある。例えば図１６（ａ）では、コアの中心に近づくほど光電界強度が大きくなっている。

なお、E₁₁およびE₂₁は一般的に、断面が方形の光導波路を伝搬する光の電界分布を表している。この場合の電界分布を、E_MN(M,Nは整数)で表した場合、E_MNはｘ軸方向(基板の水平方向)における電界分布の山と谷の合計数がMであり、ｙ軸方向の電界分布の山と谷の合計数がＮであることを表している。例えばE₁₁の場合、ｘ軸およびｙ軸の各方向において、電界分布の山と谷の合計数がそれぞれ「1」であることを表している。

図１６（ａ）からわかるように、シングルモードの場合は、許容されるモードの光強度のピークはコアの中心にあるので、光強度が最大になるように調芯すると、コアの中心同士が一致するように調芯される。

一方、どちらか一方の導波路チップがマルチモードである場合、光電界強度のピークがコアの中心にあるモード（図１６（ｂ））と、光電界強度のピークが２つあるモード（図１６（ｃ））とが励起してしまう。このため、光電界強度が最大になるように調芯しても、コアの中心同士が一致するように調芯される保証はない。なお、図１６において、符号１６００、１６０１、１６０２はコアを表したものである。図１６では、コアを囲むクラッドは省略して示してある。

特開平８-３１３７４４号公報

金子明正他４名、「次世代ネットワークを拓く複合機能集積ＰＬＣ技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、2005年5月号 T. Yamada他５名, "86-Gbit/s differential quadrature phase-shift-keying modulator using hybrid assembly technique with planar lightwave circuit and LiNbO3 devices", LEOS( Lasers and Electro-Optics Society ) 2006, Pages: 963 - 964, ThDD4 H. Yamazaki他６名, "Integrated 100-Gb/s PDM-QPSK modulator using a hybrid assembly technique with silica-based PLCs and LiNbO3 phase modulators", ECOC(European Conference on Optical Communication) 2008, Mo.3.C.1 片寄里美他２名、"マルチチップ集積技術を用いた1×8石英‐シリコンフェーズアレイ型光スイッチの作製," 電子情報通信学会総合大会C-3-52、2016 岡本勝就、「光導波路の基礎」、コロナ社、1992年、p6、p.20-21、p.27-30

図１５で示した従来の導波路のように、信号光用導波路がマルチモードで動作する場合、モニタ光用導波路もマルチモード導波路となるので、導波路チップ間の光軸の調芯を行うことができない。このため、信号光用導波路がマルチモード導波路の場合であっても、モニタ光用導波路は、シングルモードで動作するような導波路チップが望まれていた。

本発明は、信号光用導波路がマルチモード導波路の場合であっても、モニタ光用導波路はシングルモードで動作させることで、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの間、またはマルチモード導波路チップどうしの光軸の調芯することができる導波路チップを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの接続、またはマルチモード導波路チップどうしの接続に用いられる導波路チップであって、基板と、前記基板の上に形成されたマルチモードの光信号用導波路と、前記基板の垂直方向において前記光信号用導波路と異なる位置に形成され、他の導波路チップと接続する場合に当該他の導波路チップとの光軸の調芯のために用いられる複数のモニタ光用導波路とを備え、前記各モニタ光用導波路は、シングルモード導波路である。

前記光信号用導波路および前記モニタ光用導波路は、それぞれコアとクラッドとを備えるようにしてもよい。

前記光信号用導波路は、隣接するコアの間に前記クラッドが形成された積層コア導波路であるようにしてもよい。

前記クラッドは、下部クラッドと上部クラッドとを備え、前記下部クラッドは、前記基板側から順に、第１の下部クラッドと第２の下部クラッドとを備え、前記光信号用導波路の前記コアは、前記第２の下部クラッドの上に形成され、前記モニタ光用導波路の前記コアは、前記第１の下部クラッドの上に形成されるようにしてもよい。

前記クラッドは、下部クラッドと上部クラッドとを備え、前記下部クラッドは、前記基板側から順に、第１の下部クラッドと第２の下部クラッドとを備え、前記光信号用導波路の前記コアは、前記第１の下部クラッドの上に形成され、前記モニタ光用導波路の前記コアは、前記第２の下部クラッドの上に形成されるようにしてもよい。

信号光用導波路がマルチモード導波路の場合であっても、モニタ導波路はシングルモードで動作させることで、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの間、またはマルチモード導波路同士の光軸の調芯することができる。

本発明の実施形態の第１の導波路チップのｘｙ断面を示す図である。本発明の実施形態の第２の導波路チップのｘｙ断面を示す図である。第１および第２の導波路チップの各々のｙｚ断面を示す図である。第１および第２の導波路チップの各々のｚｘ断面を示す図である。第１および第２の導波路チップが接続された様子を示す図である。第１の導波路チップの作製工程の一例を説明するための図である。第３の光導波路チップのｘｙ断面を示す図である。第４の光導波路チップのｘｙ断面を示す図である。従来の導波路チップの斜視図である。従来の導波路チップのｘｙ断面図である。従来の導波路チップの作製工程を示す図である。従来の導波路チップとファイバブロックとの調芯処理を説明するための図である。従来の導波路チップ同士の調芯処理を説明するための図である。従来の積層コア型モード変換器を説明する図である。信号光用のコアがマルチモードである従来の作製工程で作製された導波路チップの断面を示す図である。一般的なシングルモード導波路の光電界強度分布とマルチモード導波路の各モードの光電界強度分布を説明するための図である。

以下、本実施形態における導波路チップについて説明する。この導波路チップは、シングルモード導波路チップまたはマルチモード導波路チップである。本実施形態では、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップが調芯されて接続される、またはマルチモード導波路チップどうしが調芯されて接続される。以下、図１および図２を参照して２つの導波路チップの構成を説明する。

［導波路チップ１の構成］
図１は、第１の導波路チップ１のｘｙ断面を示す図である。なお、以下の説明において、ｙ軸方向は基板の垂直方向であり、z軸方向は信号光の進行方向である。

図１において、導波路チップ１は、Ｓｉ基板１００を備えており、基板側から、第１の下部クラッド１０１と、第２の下部クラッド１０２と、上部クラッド１０６とを備える。

モニタ光用導波路のコア１０３，１０４は、他の導波路チップ（この実施形態では、導波路チップ２）と接続する場合に当該他の導波路との光軸の調芯のために用いられる。この実施形態では、コア１０３，１０４では、シングルモードで光が伝搬する。

一方、信号光用導波路のコア１０５では、ｙ軸方向に対してシングルモードで光は伝搬し、ｘ軸方向に対して光はマルチモードで伝搬する。

図１は、導波路チップ１のｘｙ断面を示す図である。なお、図１において、ｙ軸方向は基板の垂直方向であり、z軸方向は信号光の進行方向である。

モニタ光用導波路のコア１０３，１０４では、ｘ軸およびｙ軸の両方向に対して光はシングルモードで伝搬する。

一方、信号光用導波路のコア１０５では、ｙ軸方向に対してシングルモードで光は伝搬し、x軸方向に対して光はマルチモードで伝搬する。

［導波路チップ２の構成］
図２は、第２の導波路チップ２のｘｙ断面を示す図である。なお、図２において、ｙ軸方向は基板の垂直方向であり、z軸方向は信号光の進行方向である。

図２において、導波路チップ２は、Ｓｉ基板２００を備えており、基板側から、第１の下部クラッド２０１と、第２の下部クラッド２０２と、上部クラッド２０６とを備える。

信号光用導波路のコア２０５では、ｘ軸およびｙ軸方向の両方向に対して光はマルチモードで伝搬する。モニタ光用導波路のコア２０３，２０４では、ｘ軸およびｙ軸の両方向に対して光はシングルモードで伝搬する。

なお、図１および図２の各導波路チップ１，２では、説明の容易のため、信号光用のコアが１つだけ示されているが、信号光用のコアは一般的には、波長分波や合波、および光信号の処理のため複数備えられる。また、図１および図２の各導波路チップ１，２では、モニタ光用のコアは２つずつ示されているが、３つ以上備えるようにしてもよい。

［導波路チップ１，２の調芯］
次に、上述した導波路チップ１，２の調芯に関連して、導波路チップ１，２の各々のｙｚ断面について説明する。

図３（ａ）は導波路チップ１のｙｚ断面、図３（ｂ）は導波路チップ２のｙｚ断面を示す。図３（ａ）および図３（ｂ）は、信号光用のコア１０５，２０５のｘ軸方向の中央からみた断面を例示している。

導波路チップ１，２を接続する場合、導波路チップ１のモニタ光用導波路のコア１０３に光を入射し、導波路チップ２のモニタ光用導波路のコア２０３から出力される光が最大になるように調芯する。また、導波路チップ１のモニタ光用導波路のコア１０４に光を入射し、導波路チップ２のモニタ光用導波路のコア２０４から出力される光が最大になるように調芯する。このようにして、導波路チップ１の光信号用のコア１０５と導波路チップ２のコア２０５が調芯するようにする。

このように、モニタ光用導波路のコア１０３，２０３の光軸、およびモニタ光用導波路のコア１０４, ２０４の光軸を調芯することで、光信号用導波路のコア１０５，２０５の光軸を調芯することができるが、これは、以下の理由に基づく。

まず、図３（ａ）および図３（ｂ）において、導波路チップ１，２では、光信号処理用導波路のｙ軸方向の位置が一致する。すなわち、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したｙ軸方向の間隔ｈ１００，ｈ２００が等しい。

なお、上述した間隔ｈ１００は、図３（ａ）に示すように、導波路チップ１におけるモニタ光用のコア１０３（１０４）の中心から、信号光用のコア１０５の中心までのｙ軸方向の間隔を表している。また、上述した間隔ｈ２００は、図３（ｂ）に示すように、導波路チップ２におけるモニタ光用のコア２０３（２０４）の中心から、光信号用のコア３０５の中心までのｙ軸方向の間隔を表している。

また、導波路チップ１，２では、光信号処理用導波路のｘ軸方向の位置も一致する。図４（ａ）は導波路チップ１のｚｘ断面、図４（ｂ）は導波路チップ２のｚｘ断面を示している。図４（ａ）および図４（ｂ）の例では、ｘ軸方向の間隔ｗ１０１，ｗ２０１が等しく、また、間隔ｗ１０２，ｗ２０２も等しい。

図４（ａ）に示した間隔ｗ１０１は、導波路チップ１におけるモニタ光用のコア１０３の中心から、信号光用のコア１０５の中心までのｘ軸方向の間隔を表している。また、図４（ａ）に示した間隔ｗ１０２は、導波路チップ１における信号光用のコア１０５の中心から、モニタ光用のコア１０４の中心までのｘ軸方向の間隔を表している。

また、図４（ｂ）に示した間隔ｗ２０１は、導波路チップ２におけるモニタ光用のコア２０３の中心から、信号光用のコア２０５の中心までのｘ軸方向の間隔を表している。また、図４（ｂ）に示した間隔ｗ２０２は、導波路チップ２における信号光用のコア２０５の中心から、モニタ光用のコア２０４の中心までのｘ軸方向の間隔を表している。

導波路チップ１，２の調芯が完了した後、導波路チップ１，２間を接着材で固化する。この場合、導波路と接着材との間で信号光が反射しないように、導波路を構成するSiO₂ガラスと屈折率が近い接着剤を選択するのが好ましい。

図５は、導波路チップ１，２の接続後のｙｚ断面を示す図である。これは導波路チップ１の信号光用コア１０５および導波路チップ２の信号光用のコア２０５のｘ軸方向の中心からみた図である。

次に、導波路チップ１の作製工程について図３および図６を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｈ）は、導波路チップ１の作製工程の一例を説明するための図である。ここでは、導波路チップ１の作製工程について説明するが、導波路チップ２についても同様である。

図６（ａ）に示したＳｉ基板１００を準備した後、基板１００にガラスを堆積して第１の下部クラッド１０１を形成し（図６（ｂ））、下部クラッド１０１上にコア膜６２０を形成する（図６（ｃ））。そして、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングとにより、コア膜６２０を加工してコア１０３，１０４を形成する（図６（ｄ））。

次に、第２の下部クラッド１０２を形成する（図６（ｅ））。この場合、クラッドの厚みは調整できるので、図３に一例を示すように、クラッド１０１，２０２のガラスの厚みを調整し、図３に示したy軸方向の間隔ｈ１００，ｈ２００が等しくなるようにすることができる。

第２の下部クラッド１０２上にコア膜６３０を形成し（図６（ｆ））、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングとにより、コア膜６３０を加工して信号光用のコア１０５を形成する。(図６（ｇ）)。このとき、モニタ光用コア１０３，１０４と光信号用コア１０５は、それぞれ別々の工程で形成されるので、光信号用コア１０５がマルチモード条件となっても、モニタ光用コア１０３，１０４は、シングルモード条件で形成することができる。

最後に、上部クラッド１０６を形成する(図６（ｈ）)。

以上説明したように、この実施形態の各導波路チップ１，２によれば、基板の上に形成されたマルチモードの光信号用導波路と、基板の垂直方向において光信号用導波路と異なる位置に形成され、他の導波路チップと接続する場合に当該他の導波路との光軸の調芯のために用いられる複数のモニタ光用導波路とを含む。ここで、導波路チップ１，２の各モニタ光用導波路は、シングルモード導波路であるので、許容されるモードの光電界強度分布のピークはコアの中心にある。これにより、光強度が最大になるように調芯すると、コアの中心同士が一致するように各導波路チップ１，２間の光軸が調芯される。すなわち、信号光用導波路がマルチモード導波路の場合であっても、モニタ光用導波路はシングルモードで動作させることで、シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの間、またはマルチモード導波路同士の光軸の調芯することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
以上では、信号光用コアの積層コアの形態について言及しなかったが、積層コアを含む導波路チップを、他の導波路チップ１または導波路チップ２と接続するようにしてもよい。例えば図７は、積層コアを含む導波路チップ３のｘｙ断面について示している。

図７に示す例では、導波路チップ３は、図１および図２に示したものと同様に、導波路チップ３は、Ｓｉ基板３００、第１の下部クラッド３０１、第２の下部クラッド３０２、および上部クラッド３０８を備える。さらに、導波路チップ３でも、モニタ光用のコア３０３，３０４を備える。

一方、図１および図２に示したものと異なり、導波路チップ３は、上層コア３０５、中間層コア３０６、および下層コア３０７からなる積層コアを備える。この変形例では、これらの３つのコア３０５〜３０７が信号光用のコアとして機能する。

図７において、上層コア３０５と下層コア３０７は、中間層コア７０６に対して対称に配置される。すなわち、コア３０５，３０７は、サイズおよび屈折率が同じである。これらの具体的な値は、文献（田中拓也他３名、「積層導波路型モード変換器の提案」、電子情報通信学会、ソサイエティ大会、C-3-3、2015）に示されているものと同様である。

図７に示したｘ軸方向において、中間層コア３０６の中心からモニタ光用のコア３０３の中心までの距離をｗ３０１とし、中間層コア３０６の中心からモニタ光用のコア３０４の中心までの距離をｗ３０２とする。また、図７に示したy軸方向において、中間層コア３０６の中心からモニタ光用コア３０３，３０４の中心までの距離をｈ３００とする。この場合、ｈ３００＝ｈ１００（図１）、ｗ３０１＝ｗ１０１（図１）、およびｗ３０２＝１０２（図１）となるように設定されるので、導波路チップ１，３を接続する場合にもモニタ光用導波路を調芯することで、導波路チップ１の信号光用コア１０５と導波路チップ３の多層コア３０５〜３０７の中心（この変形例では、中間層コア３０６の中心）とを調芯することができる。

また、この変形例でも、上記実施形態のものと同様に、モニタ光用のコア３０３，３０４は、信号光の多層コア３０５〜３０７と異なる層に形成されているため、多層コアからなる層と独立に作製される。従って、多層コア３０５〜３０７からなる導波路がマルチモードで動作したとしても、モニタ光用のコア３０３，３０４はシングルモードで動作させることができる。よって、例えば、導波路チップ１，３のモニタ光用の各コア１０３，１０４，３０３，３０４を用いた調芯についても、対応するコアはともにシングルモードで動作する。

（変形例２）
以上では、図１、図２および図７を参照して、信号用のコアがモニタ光用のコアよりも上層に形成される場合の形態について説明した。これとは別に、信号用のコアは、モニタ光用のコアよりも上層に形成されるのではなく、下層に形成される導波路チップを適用するようにしてもよい。

図８は、かかる導波路チップ４の一例であって、信号用のコアが、モニタ光用のコアよりも下層に形成される場合のｘｙ断面を示している。

図８に示す例では、導波路チップ４は、図１および図２に示したものと同様に、導波路チップ４は、Ｓｉ基板４００、第１の下部クラッド４０１、第２の下部クラッド４０２、および上部クラッド４０４を備える。

一方、図１および図２に示したものと異なり、信号用のコア４０３が、モニタ光用のコア４０５，４０６よりも下層に形成される。この場合、信号光用のコア４０３を伝搬する光は、ｘ軸およびｙ軸の両方向にマルチモードで伝搬する。モニタ光用のコア３０５，３０６を伝搬する光は、シングルモードで伝搬する。

この変形例では、下部クラッド４０２の厚さを調整することで、信号光用コア４０３の中心とモニタ光用コア４０５，４０６の中心の距離を調整して、図８と同様の構成の導波路チップ（モニタ光用コアが信号光用コアより上層の構成のもの）と導波路チップ４とを調芯することができる。

９０, ９１導波路チップ
１００，２００，３００，４００, ９００, １４００, １４０２, １４０４, １５００Ｓｉ基板
９０１, １５０１下部クラッド
１０１，２０１，３０１，４０１第１の下部クラッド
１０２，２０２，３０２，４０２第２の下部クラッド
１０３，１０４，２０３，２０４，３０３，３０４，４０５，４０６, ９０２,９０４, １５０２, １５０４モニタ光用のコア
１０５，２０５，３０５，３０６，３０７，４０３, ９０３, １５０３信号光用のコア
１０６，２０６，３０６，４０４, ９０５, １５０５上部クラッド
６２０，６３０, ９２０コア膜
３０５上層コア
３０６中間層コア
３０７下層コア
１２００, １２０２モニタ光用の光ファイバ
１２０１信号光用の光ファイバ
１２０３ファイバブロック
１４０１, １４０３, １４０５クラッド
１６００, １６０１, １６０２コア

Claims

シングルモード導波路チップとマルチモード導波路チップとの接続、またはマルチモード導波路チップどうしの接続に用いられる導波路チップであって、
基板と、
前記基板の上に形成されたマルチモードの光信号用導波路と、
前記基板の垂直方向において前記光信号用導波路と異なる位置に形成され、他の導波路チップと接続する場合に当該他の導波路チップとの光軸の調芯のために用いられる複数のモニタ光用導波路と
を備え、
前記各モニタ光用導波路は、シングルモード導波路である
ことを特徴とする導波路チップ。
前記光信号用導波路および前記モニタ光用導波路は、それぞれコアとクラッドとを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路チップ。
前記光信号用導波路は、隣接するコアの間に前記クラッドが形成された積層コア導波路である
ことを特徴とする請求項２に記載の導波路チップ。
前記クラッドは、下部クラッドと上部クラッドとを備え、前記下部クラッドは、前記基板側から順に、第１の下部クラッドと第２の下部クラッドとを備え、
前記光信号用導波路の前記コアは、前記第２の下部クラッドの上に形成され、前記モニタ光用導波路の前記コアは、前記第１の下部クラッドの上に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の導波路チップ。
前記クラッドは、下部クラッドと上部クラッドとを備え、前記下部クラッドは、前記基板側から順に、第１の下部クラッドと第２の下部クラッドとを備え、
前記光信号用導波路の前記コアは、前記第１の下部クラッドの上に形成され、前記モニタ光用導波路の前記コアは、前記第２の下部クラッドの上に形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の導波路チップ。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の導波路チップが複数接続された
ことを特徴とする導波路チップ。