JP6962326B2 - 樹脂光導波路及び複合光導波路 - Google Patents

樹脂光導波路及び複合光導波路 Download PDF

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Description

本発明は、樹脂光導波路及び複合光導波路に関する。
シリコンチップ上にシリコンの光回路を集積化する技術であるシリコンフォトニクスが注目されている。シリコンフォトニクスにおいては、光集積回路に形成されたシリコン光導波路と、光ファイバとの間で光信号を伝達する導波路として、アディアバティック結合を利用した樹脂光導波路が知られている（例えば、特許文献１参照）。この樹脂光導波路を用いると、シリコン光導波路と光ファイバとの伝達損失を低減することができる。
日本国特開２０１４−８１５８６号公報
しかしながら、特許文献１の樹脂光導波路を用いた場合のシリコン光導波路と光ファイバとの伝達損失の低減度合では十分ではなく、さらに低損失でシリコン光導波路と光ファイバとを接続することが求められている。
そこで、本発明の一態様では、シリコン光導波路と光ファイバとの伝達損失を低減することが可能な樹脂光導波路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る樹脂光導波路は、コアと前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する樹脂光導波路であって、光の伝搬方向に沿って、前記コアの少なくとも一部が露出した結合部と、前記コアの全周囲が前記クラッドに覆われた光導波部と、から構成され、前記結合部における前記コアは、光の伝搬方向に沿って第１のコア部と第３のコア部と第２のコア部とをこの順に有し、前記第１のコア部は、前記結合部の前記光導波部と反対側の端部を含み且つ光の伝搬方向において一定の第１の幅Ｗａを有し、前記第２のコア部は、前記結合部の前記光導波部の側の端部を含み且つ前記第１の幅よりも広く光の伝搬方向において一定の第２の幅Ｗｂを有し、前記第３のコア部は、前記第１のコア部と前記第２のコア部との間に設けられ、前記第１の幅から前記第２の幅に変化する。
開示の樹脂光導波路によれば、シリコン光導波路と光ファイバとの伝達損失を低減することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る複合光導波路の概略斜視図である。 図２は、図１の複合光導波路の概略側面図である。 図３は、図１の複合光導波路のアディアバティック結合部位における概略横断面図である。 図４は、図３の部分拡大図である。 図５は、図１の複合光導波路のアディアバティック結合部位における概略縦断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路の概略斜視図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図である。 図１１は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図である。 図１２は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図である。 図１３は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図である。 図１４は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
（複合光導波路）
本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路を有する複合光導波路について、図１から図５に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る複合光導波路の概略斜視図である。図２は、図１の複合光導波路の概略側面図である。図３は、図１の複合光導波路のアディアバティック結合部位における概略横断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。図５は、図１の複合光導波路のアディアバティック結合部位における概略縦断面図である。なお、図５中の矢印は光が伝搬する方向を表している。また、図１、図２、図３及び図５においては、後述する接着剤４０等、一部の図示を省略している。
本発明の一実施形態に係る複合光導波路は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路と、前記樹脂光導波路の光導波部を収容するコネクタとを含む。より具体的な実施形態としては、図１及び図２に示されるように、複合光導波路１は、樹脂光導波路１０と、シリコン光導波路２０と、コネクタ３０とを有する。
樹脂光導波路１０は、一端側がシリコン光導波路２０との間でアディアバティック結合される部位（以下「アディアバティック結合部位５０」という。）を形成する。また、樹脂光導波路１０は、他端側がシングルモード光ファイバ等と接続される部位を形成し、シングルモード光ファイバ等と接続するためのコネクタ３０に収容されている。
このように、樹脂光導波路１０は、シリコン光導波路２０と樹脂光導波路１０とを低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースに使用される。このため、樹脂光導波路１０は、シングルモード光導波路を伝搬する光信号を高密度化できるという観点から、シングルモード光導波路であることが好ましい。この場合、シリコン光導波路やシングルモード光ファイバに対しても低損失で光を伝搬できるという観点から、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの少なくとも一方の波長において、シングルモード光導波路であることが好ましい。
図３に示されるように、樹脂光導波路１０は、複数のコア１１と、クラッド１２とを有する。コア１１は、光が伝搬する方向に垂直な面の形状が例えば矩形に形成されている。クラッド１２は、コア１１よりも屈折率が低い材料により形成されている。これにより、樹脂光導波路１０では、コア１１中を光が伝搬する。
図５に示されるようにシリコン光導波路２０は、一端側が樹脂光導波路１０の一端側との間でアディアバティック結合される部位を形成する。
図３から図５に示されるように、シリコン光導波路２０は、コア２１と、クラッド２２とを有する。コア２１は、光が伝搬する方向に垂直な面の形状が例えば矩形に形成されている。クラッド２２は、コア２１よりも屈折率が低い材料により形成されている。これにより、シリコン光導波路２０では、コア２１中を光が伝搬する。
アディアバティック結合では、光の伝搬方向の所定距離にわたってエバネッセント光を捉えて伝搬させる。このため、図５に示されるように、アディアバティック結合部位５０では、樹脂光導波路１０のコア１１とシリコン光導波路２０のコア２１とが対向して配置されると共に、コア１１とコア２１との間にクラッド１２及びクラッド２２が設けられていない。即ち、アディアバティック結合部位５０では、コア１１及びコア２１の一部である、コア１１におけるコア２１と対向する側と、コア２１におけるコア１１と対向する側が露出している。また、図４に示されるように、アディアバティック結合部位５０では、コア１１とコア２１とが対向した状態で配置され、エポキシ系樹脂等の接着剤４０を用いて接合されている。
シリコン光導波路２０の接着剤４０側の表面には、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属イオンの拡散を抑制するためにバリア層８０を形成してもよい。バリア層８０の厚さは、例えば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下である。バリア層８０を構成する材料としては、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用いることができる。
このようなアディアバティック結合された樹脂光導波路１０とシリコン光導波路２０とを有する複合光導波路１では、アディアバティック結合部位５０を介してシリコン光導波路２０のコア２１から樹脂光導波路１０のコア１１へ光が伝搬する。又は、樹脂光導波路１０のコア１１からシリコン光導波路２０のコア２１へ光が伝搬する。
（樹脂光導波路）
本実施形態に係る樹脂光導波路は、先述したようにコアと前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、光の伝搬方向に沿って、前記コアの少なくとも一部が露出した結合部と、前記コアの全周囲が前記クラッドで覆われた光導波部とから構成される。結合部のコアにおいて、光導波部の側の端部における幅Ｗｂは、光導波部と反対側の端部における幅Ｗａよりも大きい。
なお本明細書において、コアの「幅」とは、樹脂光導波路におけるコアの光が伝搬する方向に垂直な面（断面）の形状が矩形である場合、該矩形の長径を意味する。
結合部のコアの幅のうち、光導波部と反対側の端部における幅Ｗａは伝達損失を低減することができるという観点から４μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、６μｍ以上がさらに好ましい。また、光導波部の側の端部における幅Ｗｂは、安定したシングルモード伝搬を実現する観点から１０μｍ以下が好ましく、９μｍ以下がより好ましい。
コアの幅Ｗａとコアの幅Ｗｂとの比（Ｗｂ／Ｗａ）は伝達損失を低減する観点から１．１以上が好ましく、１．２以上がより好ましく、１．３以上がさらに好ましく、１．４以上がよりさらに好ましい。
本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路１０の詳細について、図６に基づき説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路の概略斜視図である。なお、説明の便宜上、図１における樹脂光導波路１０の上下を反転し、１つのコア１１のみを示している。
図６に示されるように、樹脂光導波路１０は、コア１１と、クラッド１２とを有する。クラッド１２は、オーバークラッド１３と、アンダークラッド１４とを有する。
コア１１は、クラッド１２よりも屈折率が高い材料により形成されている。コア１１は、その内部に屈折率分布を有していてもよい。この場合、コア１１の中心から遠ざかる方向に屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよい。また、コア１１のオーバークラッド１３側の屈折率が高く、アンダークラッド１４側の屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよく、オーバークラッド１３側の屈折率が低く、アンダークラッド１４側の屈折率が高くなる屈折率分布を有していてもよい。また、アディアバティック結合部位５０では、コア１１の高さをある程度小さくしないと伝搬モードの広がりが大きくならず、シリコン光導波路２０と樹脂光導波路１０との間で光を伝搬させることができない。このため、アディアバティック結合部位５０でのコア１１の高さは、５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましく、１．５μｍ以上３μｍ以下であることが特に好ましい。なお本明細書において、コアの「高さ」とは、樹脂光導波路におけるコアの光が伝搬する方向に垂直な面の形状が矩形である場合、該矩形の短径を意味する。
オーバークラッド１３は、コア１１の上方に形成されている。オーバークラッド１３の光の伝搬方向における長さは、コア１１の光の伝搬方向における長さよりも短くなるように形成されている。これにより、コア１１の光の伝搬方向に沿って、コア１１の上方が露出した部分である結合部１５と、コア１１がオーバークラッド１３及びアンダークラッド１４に覆われた部分である光導波部１６とが形成されている。樹脂光導波路１０とシリコン光導波路２０とがアディアバティック結合する際には、結合部１５がアディアバティック結合部位５０となる。結合部１５は、例えばコア１１の上方に樹脂光導波路１０の全長にわたってオーバークラッド１３を形成した後、フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることにより形成される。
結合部１５は、コア１１の上方にオーバークラッド１３が形成されておらず、コア１１の上方が露出した部分である。結合部１５は、樹脂光導波路１０とシリコン光導波路２０との接続部位となるため、シリコン光導波路２０との接続部位として使用するのに十分な長さを有していることが求められる。具体的には、樹脂光導波路１０の光の伝搬方向における結合部１５の長さは、１００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることが更に好ましく、１０００μｍ以上であることが特に好ましい。但し、樹脂光導波路１０の光の伝搬方向における結合部１５の長さが長すぎると、接着剤４０を用いてシリコン光導波路２０と接合すると、接着剤４０の光吸収が大きくなり、伝達損失が高くなる場合がある。このため、樹脂光導波路１０の光の伝搬方向における結合部１５の長さは、１００００μｍ以下であることが好ましく、５０００μｍ以下であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることが特に好ましい。
オーバークラッド１３は、コア１１よりも屈折率が低い材料により形成されている。オーバークラッド１３は、単一の屈折率を有するものであってもよく、コア１１に対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有していてもよい。この場合、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。オーバークラッド１３の厚さは特に限定されないが、樹脂光導波路１０がシングルモード光導波路の場合、１０μｍ以上であることが好ましい。これにより、コア１１の中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド１２に光が漏れ出し、光の伝達損失が高くなることを抑制できる。
アンダークラッド１４は、コア１１の下方に形成されている。アンダークラッド１４の光の伝搬方向における長さは、コア１１の光の伝搬方向における長さと略同一となるように形成されている。アンダークラッド１４は、コア１１よりも屈折率が低い材料により形成されている。アンダークラッド１４は、オーバークラッド１３と同一の材料により形成されていてもよく、異なる材料により形成されていてもよい。アンダークラッド１４は、単一の屈折率を有するものであってもよく、コア１１に対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有していてもよい。この場合、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。アンダークラッド１４の厚さは特に限定されないが、樹脂光導波路１０がシングルモード光導波路の場合、光の伝達損失を低減することができるという観点から、１０μｍ以上であることが好ましい。これにより、コア１１の中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド１２に光が漏れ出し、光の伝達損失が高くなることを抑制できる。
コア１１及びクラッド１２を構成する材料としては、コア１１の屈折率よりもクラッド１２の屈折率が低くなるような屈折率の差が生じる材料であれば特に限定されない。例えばアクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、オキセタン系樹脂、フェノキシ樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザンのような各種の樹脂材料や、有機無機ハイブリット材料を用いることができる。これらの材料のうち、フッ素系樹脂は、吸水率又は吸湿率が低く、高温高湿に対する耐性に優れ、化学的な安定性が高いため、コア１１やクラッド１２の材料として好適である。フッ素系樹脂をコア１１及び／又はクラッド１２に用いた樹脂光導波路１０は、外的環境の変化、特に湿度の変化による屈折率の変動が小さくて特性が安定しており、また、光通信波長帯域における透明性が高い。
次に、樹脂光導波路１０のコア１１について、図７（ａ）及び（ｂ）に基づき説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図であり、図７（ａ）は、アディアバティック結合部位を含む断面を示し、図７（ｂ）は、アディアバティック結合部位を含む上面を示している。なお、説明の便宜上、図７（ａ）及び（ｂ）では１つのコアのみを示している。
図７（ａ）に示されるように、樹脂光導波路１０は、アディアバティック結合部位５０において、コア１１とコア２１とが対向した状態で配置され、接着剤４０を用いて接合されている。
また、図７（ｂ）に示されるように、樹脂光導波路１０のコア１１は、結合部１５の光導波部１６の側の端部における幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部における幅Ｗａよりも大きくなるように形成されている。これにより、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ伝搬する光の伝達損失を低減することができる。これは、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ光を伝搬させるときの伝達損失が、アディアバティック結合部位５０では、コア１１の幅が小さい方が低くなるのに対し、シリコン光導波路２０のコア２１の端部ＴＥ及びシリコン光導波路２０の基板端ＣＥでは、コア１１の幅が大きい方が低くなると考えられるからである。
より具体的には、樹脂光導波路１０のコア１１は、光の伝搬方向に沿って第１のコア部１１１と、第３のコア部１１３と、第２のコア部１１２とをこの順に有することが好ましい。
第１のコア部１１１は、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部を含み第１の長さＬ１及び第１の幅Ｗ１を有する。第２のコア部１１２は、結合部１５の光導波部１６の側の端部を含み第２の長さＬ２及び第１の幅Ｗ１よりも広い第２の幅Ｗ２を有する。第３のコア部１１３は、第１のコア部１１１と第２のコア部１１２との間に設けられ、第１の幅Ｗ１から第２の幅Ｗ２に変化する第３の長さＬ３を有する。
また、第１の長さＬ１と、第２の長さＬ２と、第３の長さＬ３とを用いて、Ｌ３／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）により算出される値は、樹脂光導波路１０のコア１１が剥がれることを防ぐため、０．０１以上であることが好ましい。また、Ｌ３／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）により算出される値は、０．９５以下であることが好ましい。これにより、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ光を伝搬させる際、アディアバティック結合部位５０における伝達損失を低減することができ、かつ、シリコン光導波路２０のコア２１の端部ＴＥ及び基板端ＣＥにおける伝達損失を低減することができる。Ｌ３／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）により算出される値は、より好ましくは０．０５以上０．９以下であり、さらに好ましくは０．１以上０．８以下である。
次に、樹脂光導波路１０のコア１１の他の例について、図８に基づき説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図であり、アディアバティック結合部位を含む上面を示している。なお、説明の便宜上、図８では１つのコアのみを示している。
図８に示されるコア１１は、図７に示されるコア１１の第１のコア部１１１と第３のコア部１１３との境界部分の角部、及び、第２のコア部１１２と第３のコア部１１３との境界部分の角部が面取りされている。これにより、コア１１が剥がれることを特に抑制することができる。このように、一実施形態においては、樹脂光導波路の第１のコア部と第３のコア部の境界部分の角部、及び、第２のコア部と第３のコア部との境界部分の少なくともいずれか一方が面取りされている。
次に、樹脂光導波路１０のコア１１の更に他の例について、図９に基づき説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図であり、アディアバティック結合部位を含む上面を示している。なお、説明の便宜上、図９では１つのコアのみを示している。
図９に示されるように、樹脂光導波路１０のコア１１は、結合部１５の光導波部１６の側の端部における幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部における幅Ｗａよりも大きくなるように形成されている。より具体的には、樹脂光導波路１０のコア１１は、結合部１５の光導波部１６の側の端部から結合部１５の光導波部１６と反対側の端部に向かってコア１１の幅が狭くなるテーパ状に形成されている。すなわち、結合部におけるコアの幅が、結合部の光導波部側の端部から、結合部の光導波部と反対側の端部に向かって単調に減少している。単調に減少するとは、直線的に減少していてもよいし、曲線的に減少していてもよく、図９は直線的に減少している例である。これにより、図７に示される場合と同様に、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ伝搬する光の伝達損失を低減することができる。
次に、樹脂光導波路１０のコア１１の更に他の例について、図１０に基づき説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路のコアを説明するための図であり、アディアバティック結合部位を含む上面を示している。なお、説明の便宜上、図１０では１つのコアのみを示している。
図１０に示されるように、樹脂光導波路１０のコア１１は、結合部１５の光導波部１６の側の端部における幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部における幅Ｗａよりも大きくなるように形成されている。より具体的には、樹脂光導波路１０のコア１１は、結合部１５の光導波部１６の側のアディアバティック結合部位５０の端部から結合部１５の光導波部１６と反対側の端部に向かってコア１１の幅が狭くなる円弧状に形成されている。すなわち、結合部におけるコアの幅が、結合部の光導波部側の端部から、結合部の光導波部と反対側の端部に向かって曲線的に減少している。図１０では凸円弧状にコアの幅が狭くなっているが、凹円弧状にコアの幅が狭くなってもよい。これにより、図７に示される場合と同様に、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ伝搬する光の伝達損失を低減することができる。
（樹脂光導波路の製造方法）
本発明の一実施形態に係る樹脂光導波路１０の製造方法の一例について説明する。
まず、スピンコート法により、基板の上に第１の硬化性樹脂組成物を塗布する。続いて、第１の硬化性樹脂組成物を硬化させてアンダークラッド１４を形成する。
次に、スピンコート法により、アンダークラッド１４の上に第２の硬化性樹脂組成物を塗布する。続いて、フォトリソグラフィプロセスにより、第２の硬化性樹脂組成物をパターニングし、アンダークラッド１４の上にコア１１を形成する。このとき、コア１１の幅が光の伝搬方向に沿って異なる形状を形成する場合、コア１１の幅が光の伝搬方向に沿って異なる形状のフォトマスクを用いて露光を行った後、現像することによってコア１１を形成することができる。また、コア１１を形成した後、必要に応じてポストベークを行ってもよい。
次に、スピンコート法により、アンダークラッド１４及びコア１１の上に第３の硬化性樹脂組成物を塗布する。続いて、第３の硬化性樹脂組成物を硬化させてオーバークラッド１３を形成する。オーバークラッド１３を形成する際、フォトリソグラフィプロセスにより、オーバークラッド１３が形成される領域（光導波部１６）及びオーバークラッド１３が形成されずコア１１が露出した領域（結合部１５）を形成することができる。
以上の方法により、樹脂光導波路１０を製造することができる。なお、硬化性樹脂組成物を塗布する際、硬化性樹脂組成物を十分に静置して脱泡した後、塗布することが好ましい。これにより、コア１１の内部やコア１１とクラッド１２との界面近傍に泡欠陥が存在しない樹脂光導波路１０を製造することができる。また、硬化性樹脂組成物を十分に静置して脱泡することに加えて又は代えて、脱泡装置を利用して脱泡を行うことが好ましい。また、硬化性樹脂組成物を塗布する前に、硬化性樹脂組成物のろ過を行うことが好ましい。これにより、硬化性樹脂組成物内の異物を取り除くことができる。また、硬化性樹脂組成物を塗布する前に、基板の洗浄を行うことが好ましい。これにより、基板の表面の異物を取り除くことができる。また、空気中の異物の付着を防ぐため、これらの作業をクリーンルーム内で行うことが好ましく、静電気による異物の付着を防ぐため、静電気除去器（イオナイザー）を使用することが更に好ましい。
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下に示す実施例では、シミュレーション・エンジンである双方向ＢＰＭ法による光ファイバ・導波路設計・解析ソフトウェアＢｅａｍＰＲＯＰ（ＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ社製）を使用し、図７に示す構造においてＴＥモードの光伝搬のシミュレーションを有限差分ビーム伝搬法で行った。
シミュレーションにおいては、ＲＳｏｆｔ ＣＡＤ（ＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ社製）により、樹脂光導波路１０及びシリコン光導波路２０の構造（サイズ及び屈折率）を定義した。シミュレーションにおける樹脂光導波路１０及びシリコン光導波路２０の構造を以下に示す。
＜樹脂光導波路１０＞
（コア１１）
幅Ｗａ ３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ
幅Ｗｂ ４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ
コアの高さ ２．３４５μｍ
屈折率 １．５３
長さＬ１ １５００μｍ
長さＬ２ ４００μｍ
長さＬ３ １５０μｍ
（クラッド１２）
アンダークラッド１４の厚さ １５μｍ
オーバークラッド１３の厚さ １５μｍ
屈折率 １．５１６
＜シリコン光導波路２０＞
（コア２１）
幅 アディアバティック結合部位５０において、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部から光導波部１６側の端部に向かって０．４μｍから０．１２μｍまで線形に変化（直線的に減少）
高さ ０．１９μｍ
屈折率 ３．４５
アディアバティック結合部位５０の長さ １７５０μｍ
（クラッド２２）
厚さ １５μｍ
屈折率 １．４５
クラッド２２のみが存在する領域６０の長さ ２５０μｍ
＜接着剤４０＞
樹脂厚（樹脂光導波路１０のコア１１とシリコン光導波路２０のコア２１のそれぞれが向かい合う側の面の距離） １．０μｍ、１．５μｍ
屈折率 １．５０８
シリコン光導波路２０と樹脂光導波路１０の光導波部１６との間の領域７０の長さ ５０μｍ
＜バリア層８０＞
厚さ ０．０３μｍ
屈折率 １．９８９
以下、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ光を伝搬させたときのシミュレーション結果について、図１１から図１４に基づき説明する。
図１１は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図であり、コアの幅を変化させたときの伝達損失を示している。図１１中、横軸は光の伝搬方向における位置（μｍ）を示しており、コア１１の結合部１５の光導波部１６と反対側の端部の位置を０μｍとしている。図１１中、縦軸は伝達損失（ｄＢ）を示している。また、図１１中、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（６μｍ，９μｍ）であるときの伝達損失を実線、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（６μｍ，６μｍ）であるときの伝達損失を破線、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（９μｍ，９μｍ）であるときの伝達損失を一点鎖線で示している。
図１１に示されるように、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（６μｍ，９μｍ）である場合、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（６μｍ，６μｍ）である場合、及び、（Ｗａ，Ｗｂ）＝（９μｍ，９μｍ）である場合と比較して、伝達損失が低くなっていることが分かる。即ち、結合部１５の光導波部１６の側の端部におけるコア１１の幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部におけるコア１１の幅Ｗａよりも大きくなるように形成することにより、伝達損失を低減することができる。
図１２は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図であり、樹脂光導波路のコアの幅Ｗｂが７μｍの時のコアの幅Ｗａと伝達損失（ｄＢ）との関係を示している。図１２中、樹脂光導波路とシリコン光導波路とを接合する接着剤の厚さが１．０μｍである場合の伝達損失を実線、接着剤の厚さが１．５μｍである場合の伝達損失を破線で示している。
図１２に示されるように、コア１１の幅Ｗａが３．０μｍの場合、接着剤４０の厚さによらず伝達損失が高くなっている。これに対し、コア１１の幅Ｗａが４．０μｍ以上の場合、接着剤４０の厚さによらず伝達損失が低くなっている。
図１３は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図であり、樹脂光導波路とシリコン光導波路とを接合する接着剤の厚さｄが１．０μｍである場合のＷｂ／Ｗａと伝達損失との関係を示している。図１３中、横軸はＷｂ／Ｗａを示し、縦軸は伝達損失（ｄＢ）を示している。また、図１３中、Ｗａが４μｍであるときの伝達損失を実線、Ｗａが５μｍであるときの伝達損失を破線、Ｗａが６μｍであるときの伝達損失を一点鎖線、Ｗａが７μｍであるときの伝達損失を二点鎖線で示している。
図１３に示されるように、Ｗｂ／Ｗａにより算出される値が１．０よりも大きい場合、Ｗａの値によらず、Ｗｂ／Ｗａが１．０である場合と比較して、伝達損失が低くなっていることが分かる。即ち、結合部１５の光導波部１６の側の端部におけるコア１１の幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部におけるコア１１の幅Ｗａよりも大きくなるように形成することにより、伝達損失を低減することができる。特に、Ｗｂ／Ｗａにより算出される値は、１．１以上であることが好ましく、１．２以上であることがより好ましく、１．３以上であることがさらに好ましく、１．４以上であることが好ましい。これにより、樹脂光導波路１０における伝達損失を特に低減することができる。
また、図１３に示されるように、Ｗａが４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍと大きくなるに伴って伝達損失が特に低くなっていることが分かる。即ち、伝達損失を低減することができるという観点から、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部における幅Ｗａは、４μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、６μｍ以上であることがさらに好ましい。
なお、Ｗｂが１０μｍより大きくなると安定したシングルモード伝搬を実現することが困難になるため、結合部１５の光導波部１６の側の端部における幅Ｗｂは、１０μｍ以下であることが好ましく、９μｍ以下であることがより好ましい。すなわち、Ｗｂ／Ｗａには好ましい上限が存在し、１０／Ｗａが好ましい上限であり、より好ましくは９／Ｗａである。
図１４は、樹脂光導波路のコアの幅と伝達損失との関係を説明するための図であり、樹脂光導波路とシリコン光導波路とを接合する接着剤の厚さｄが１．５μｍである場合のＷｂ／Ｗａと伝達損失との関係を示している。図１４中、横軸はＷｂ／Ｗａを示し、縦軸は伝達損失（ｄＢ）を示している。また、図１４中、Ｗａが４μｍであるときの伝達損失を実線、Ｗａが５μｍであるときの伝達損失を破線、Ｗａが６μｍであるときの伝達損失を一点鎖線で示している。
図１４に示されるように、接着剤４０の厚さｄが１．５μｍである場合においても、接着剤４０の厚さｄが１．０μｍである場合（図１３）と同様の傾向を示していることが分かる。具体的には、図１４に示されるように、Ｗｂ／Ｗａにより算出される値が１．０よりも大きい場合、Ｗａの値によらず、Ｗｂ／Ｗａが１．０である場合と比較して、伝達損失が低くなっていることが分かる。即ち、結合部１５の光導波部１６の側の端部におけるコア１１の幅Ｗｂが、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部におけるコア１１の幅Ｗａよりも大きくなるように形成することにより、伝達損失を低減することができる。特に、Ｗｂ／Ｗａにより算出される値は、１．１以上であることが好ましく、１．２以上であることがより好ましく、１．３以上であることがさらに好ましく、１．４以上であることが特に好ましい。これにより、樹脂光導波路１０における伝達損失を特に低減することができる。
また、図１４に示されるように、Ｗａが４μｍ、５μｍ、６μｍと大きくなるに伴って伝達損失が特に低くなっていることが分かる。即ち、伝達損失を低減することができるという観点から、結合部１５の光導波部１６と反対側の端部における幅Ｗａは、４μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好まく、６μｍ以上であることがさらに好ましい。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
なお、上記の実施形態では、コア１１及びコア２１の光が伝搬する方向に垂直な面の形状が矩形である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば台形、円形、楕円形であってもよい。また、コア１１及びコア２１の光が伝搬する方向に垂直な面の形状が矩形、台形等の多角形である場合、その角部が丸みを帯びていてもよい。コア１１及びコア２１の光が伝搬する方向に垂直な面の形状が台形、円形、楕円形である場合、コア１１及びコア２１の幅は、アディアバティック結合部位５０でのコア１１及びコア２１の高さが半分のところで計測する。
また、上記の実施形態では、コア１１の周囲に形成されているオーバークラッド１３及びアンダークラッド１４のうち、結合部１５に形成されていないクラッド１２をオーバークラッド１３としたが、これに限定されない。例えば、結合部１５に形成されていないクラッド１２をアンダークラッド１４としてもよい。
また、上記の実施形態では、シリコン光導波路２０から樹脂光導波路１０へ光を伝搬させる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、樹脂光導波路１０からシリコン光導波路２０へ光を伝搬させる場合についても同様の構成により本発明の効果を奏することができる。
本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１６年９月６日出願の日本特許出願（特願２０１６−１７３８３９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１ 複合光導波路
１０ 樹脂光導波路
１１ コア
１１１ 第１のコア部
１１２ 第２のコア部
１１３ 第３のコア部
１２ クラッド
１３ オーバークラッド
１４ アンダークラッド
１５ 結合部
１６ 光導波部
２０ シリコン光導波路
２１ コア
２２ クラッド
３０ コネクタ

Claims (6)

  1. コアと前記コアよりも屈折率が低いクラッドとを有する樹脂光導波路であって、
    光の伝搬方向に沿って、前記コアの少なくとも一部が露出した結合部と、前記コアの全周囲が前記クラッドに覆われた光導波部と、から構成され、
    前記結合部における前記コアは、光の伝搬方向に沿って第１のコア部と第３のコア部と第２のコア部とをこの順に有し、
    前記第１のコア部は、前記結合部の前記光導波部と反対側の端部を含み且つ光の伝搬方向において一定の第１の幅Ｗａを有し、
    前記第２のコア部は、前記結合部の前記光導波部の側の端部を含み且つ前記第１の幅よりも広く光の伝搬方向において一定の第２の幅Ｗｂを有し、
    前記第３のコア部は、前記第１のコア部と前記第２のコア部との間に設けられ、前記第１の幅から前記第２の幅に変化する、
    樹脂光導波路。
  2. 前記コアの幅Ｗａが４μｍ以上である、請求項１に記載の樹脂光導波路。
  3. 前記コアの幅Ｗａと前記コアの幅Ｗｂが（Ｗｂ／Ｗａ）≧１．１の関係を満たす、請求項１又は２に記載の樹脂光導波路。
  4. 前記コアの幅Ｗｂが１０μｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の樹脂光導波路。
  5. 前記第１のコア部と前記第３のコア部との境界部分の角部、及び、前記第２のコア部と前記第３のコア部との境界部分の角部の少なくともいずれか一方が面取りされている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の樹脂光導波路。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の樹脂光導波路と、前記樹脂光導波路の前記光導波部を収容するコネクタと、を含む複合光導波路。
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