JPH10170743A

JPH10170743A - モードフィールド整合用光導波路と製造方法並びに製造装置及びこの光導波路を用いた光回路と光カプラそれに光情報通信路

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Publication number: JPH10170743A
Application number: JP32970796A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sugita; 辰哉杉田; Seiji Maruo; 成司丸尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JP3413750B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モードフィールド整合用光路の断面形状が、
入出力端面も含めて、全てほぼ円形に作られているモー
ドフィールド整合用光導波路及びその製造方法を提供す
ること。【解決手段】紫外線ビーム１０を対物レンズ２２、Ｇ
ＲＩＮレンズ２０により感光性樹脂層１００に集光す
る。紫外線ビーム１０が照射された部分１０８にモード
フィールド整合用の光導波路部１１０が形成されるよう
にしたもの。紫外線ビーム１０の集光点が精度良く突起
部１０６上に来るように、感光性樹脂層１００からの反
射光により制御信号を形成し、アクチュエータ４２の動
きを制御する。【効果】モードフィールド整合用光導波路部の断面形
状が、両端面も含め全て円形に作られたテーパー形状か
らなり、光ファイバとの接続損失が充分に少なくするこ
とができるモードフィールド整合用光導波路が得られ
る。この結果、損失が少なく、経済的な光回路や光カプ
ラ、それに光情報通信路を容易に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光性材料を用い
たモードフィールド整合用光導波路と製造方法並びに製
造装置に係り、更に光導波路を用いた光回路と光カプラ
それに光情報通信路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報通信路の形成に際しては、光ファ
イバと光導波路、或いは異なる光導波路型部品同士の接
合を要する場合があるが、このときには、結合部での損
失を抑えるため、整合用光導波路が用いられる。そし
て、このとき、接合部でのビーム径が異なっている場合
には、特にビーム径変換デバイスが必要である。

【０００３】このビーム径変換デバイスとしては、さら
に結合部での損失を抑えるため、モードフィールドの形
状・寸法を光導波路内で徐々に変化させ、入出力端面
で、それぞれの接続対象である光ファイバ又は光導波路
と一致させるようにして、光を閉じ込めて伝播し、光が
伝播するにしたがって光のモードフィールドが変化する
ようにしたモードフィールド整合用光導波路が従来から
用いられている。

【０００４】そして、このようなモードフィールド整合
用光導波路に関する従来技術としては、例えば、「光学
第１９巻第１２号」８０７〜８１２頁、(１９９０
年)を挙げることができ、これには、光重合によるモー
ドフィールド整合用プラスチック光導波路の製造方法及
びこの製造方法により作られたテーパーパターンを持つ
モードフィールド整合用プラスチック光導波路が開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、モー
ドフィールド整合用光路の断面形状について配慮がされ
ておらず、接合部での損失低減の点に問題があった。す
なわち、従来技術では、テーパーパターンをもつフォト
マスクを用い、板状の光重合体に、光導波方向に対して
横方向にあたる光重合体の表面から紫外線を照射し、モ
ードフィールド整合用プラスチック光導波路を作製して
いた。

【０００６】従って、光重合体の紫外線の照射方向に対
して横方向にはテーパーを形成することができるが、厚
さ方向のテーパーを作成することができず、このため、
円形のコア形状の光ファイバと接続する場合、モードフ
ィールド形状が異なり、接続損失を抑えることができな
いのである。

【０００７】本発明の目的は、モードフィールド整合用
光路の断面形状が、入出力端面も含めて、全てほぼ円形
に作られているモードフィールド整合用光導波路及びそ
の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光を閉じ込
めて伝播し、光が伝播するにしたがって光のモードフィ
ールドが変化するようにした光導波路部を備えたモード
フィールド整合用光導波路において、前記光導波路部
が、感光性媒体の一部の屈折率を変化させた円錐形の光
導波路部で構成され、該光導波路部が、円錐状に収束又
は発散する光を前記感光性媒体に入射させ、該感光性媒
体の光照射部の屈折率を、光未照射部の屈折率よりも高
くして形成されるようにして達成される。

【０００９】このとき、前記光導波路の径と屈折率が光
の伝播方向に沿って共に変化しており、径の増加に伴っ
て屈折率も増加しているようにしても、目的を達成する
ことができる。

【００１０】更に、このとき、前記光導波路部が、コア
径２５０μｍ以上の第１の光ファイバ又は光導波路のモ
ードフィールドを減少して第２の光ファイバ又は光導波
路に整合させるようにしても、目的を達成することがで
きる。

【００１１】次に、上記目的は、感光性媒体に光を照射
し、該感光性媒体の光照射部の屈折率を、光未照射部の
屈折率と変えて光導波路部を形成する方式のモードフィ
ールド整合用光導波路の製造方法において、円錐状に収
束又は発散する光を前記感光性媒体に入射させ、該感光
性媒体の光照射部の屈折率を、光未照射部の屈折率より
高くすることにより、前記光導波路部を形成させるよう
にして達成される。

【００１２】このとき、前記円錐状に収束する光の前記
感光性媒体内での集光点の位置と所定の位置とのずれを
検出し、この検出したずれに応じて前記光の集光点の位
置を前記光の伝播行方向及び該伝播方向と直角な方向の
何れか一方に移動して制御する手段を設けることによっ
ても目的を達成することができる。

【００１３】更に、このとき、前記円錐状に発散する光
が、光ファイバからの出射光として得られるようにして
も、目的を達成することができる。

【００１４】同じく、このとき、前記光ファイバがグレ
ーテッドインデックス型であることによっても目的を達
成することができる。

【００１５】次に、上記目的は、光源からの光を、形成
すべき光導波路部の光伝播方向に合わせて感光性媒体に
照射し、該感光性媒体の光照射部に得られる屈折率変化
部分により前記光導波路部を形成するようにしたモード
フィールド整合用光導波路製造装置において、前記光源
からの前記光を集光する集光手段と、前記集光手段を前
記光の進行方向及び前記光の進行方向と直角な方向に動
かす駆動手段と、前記感光性媒体からの前記光の照射に
よる反射光を検出し、前記光の集光点の位置を検出する
光位置検出手段と、記光位置検出手段により検出された
信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御回路とを備
え、前記光の集光点が所定の位置に制御された状態で、
前記光導波路部が形成されるようにして達成される。

【００１６】次に、上記目的は、基板上に形成した光導
波路からなる光回路において、前記光導波路に対する外
部からの光ファイバ又は光導波路の接続部に、円錐形の
光導波路部からなるモードフィールド整合用光導波路が
設けられ、該モードフィールド整合用光導波路が、前記
基板上に形成されているようにして達成される。

【００１７】次に、上記目的は、光を分離又は結合する
光カプラにおいて、前記光カプラの少なくとも一部が、
円錐形の光導波路部からなるモードフィールド整合用光
導波路により構成されているようにして達成される。

【００１８】次に、上記目的は、信号伝送路に光ファイ
バを用いた光情報通信路において、該光情報通信路が、
請求項１０に記載の光カプラを用いて光を分離又は結合
する手段を含んでいるようにして達成される。

【００１９】円錐形の光導波路部は、光の入出力端部が
円形なので、光ファイバ又は光導波路の接続に際して光
の損失が少なくできる。従って、コア径２５０μｍ以上
の光ファイバ又は光導波路のモードフィールドを減少さ
せ、別の光ファイバ又は光導波路と効率良く整合させる
ことができ、この結果、適用範囲を大きく広げることが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図示の実
施形態により詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態によるモードフィールド整合用導波路を示したもの
で、この図１において、１００は感光性樹脂層、１０２
は樹脂層、１１０は光導通波路、１１２は接合用の凹
部、そして１１４は接合用の孔である。なお、２００
は、この本発明の実施形態によるモードフィールド整合
用導波路全体を表わす。

【００２１】感光性樹脂層１００は、樹脂層１０２に重
ね合わせられており、この感光性樹脂層１００の開放面
(図では左側面)から樹脂層１０２との重ね合わせ面に向
かって細くなっている円錐形の光導波路部１１０を備え
ている。

【００２２】光導波路部１１０は、感光性樹脂層１００
の開放面側から、この感光性樹脂層１００に光を照射
し、感光性樹脂層１００の光が照射された部分の屈折率
を変化させることにより形成されたもので、図示のよう
に、円錐形に作られており、従って、その一方の端面か
ら他方の端面まで、全て円形断面になっている。

【００２３】接合用の凹部１１２は、感光性樹脂層１０
０の開放面に、円錐形の光導波路１１０の端面に対し
て、同心円をなす円形のくぼみとして形成されているも
のである。接合用の孔１１４は、円錐形の光導波部１１
０の小径端の直径と同じ太さの孔として、樹脂層１０２
に形成されているものである。

【００２４】図２は、本発明の一実施形態によるモード
フィールド整合用導波路２００をコア径の異なる光ファ
イバの接合に適用した状態を示したもので、モードフィ
ールド整合用導波路２００の接合用凹部１１２には、コ
ア径９８０μｍのグレーテッドインデックス型のプラス
チック光ファイバ２０２が接合され、接合用の孔１１４
には、コア径２００μｍのハードポリマクラッド石英コ
ア光ファイバ(ＨＰＣＦ)２０４を接合した場合を示した
ものである。。

【００２５】プラスチック光ファイバ２０２から入射し
た光は、モードフィールド整合用導波路２００の光導波
路部１１０内で順次、モードフィールドが変化してゆ
き、ＨＦＣＦ２０４のモードフィールドとほぼ等しくさ
れるので、ＨＰＣＦ２０４に少ない接合損失で接合され
る。

【００２６】本発明によるモードフィールド整合用導波
路は、上記以外にも、プラスチック光ファイバとコア径
５０μｍ程度のマルチモード石英光ファイバとの接合
や、マルチモード石英光ファイバとコア径８μｍ程度の
シングルモード光ファイバとの接合に用いることができ
る。

【００２７】特に、コア径の大きなプラスチック光ファ
イバに用いると接続損失の低下の効果が大きく、コア径
２５０μｍ以上、望ましくはコア径５００μｍのプラス
チック光ファイバに適している。

【００２８】次に、本発明によるモードフィールド整合
用光導波路の製造方法と、装置について説明する。ま
ず、図３は、感光性樹脂に紫外線ビーム１０を照射し
て、その屈折率を部分的に変化させ、これにより光導波
路部を形成する方法を用いた、本発明の一実施形態で、
このとき、光導波路が精度良く形成されるように、紫外
線ビームの位置を検出し、所定の位置との誤差を検出し
てビーム位置を制御する方式を用いているものである。

【００２９】まず、モードフィールド整合用光導波路を
作製するための光学系について説明する。この図３の装
置は、図１に示したモードフィールド整合用光導波路２
００を対象としたもので、ここで紫外線ビーム１０は、
ほぼ平行で直線偏光された紫外線で、図示してない所定
の紫外線源から供給されている。

【００３０】そして、この紫外線ビーム１０は、まず偏
光ビームスプリッタ(ＰＢＳ)２８を通ってλ／４板３０
に入射され、ここで円偏光にされた上で対物レンズ２２
により集光されてＧＲＩＮレンズ(屈折率分布型レンズ)
２０に入射される。

【００３１】ＧＲＩＮレンズ２０は、レンズの光軸の中
心から外周方向へ屈折率が減少するように形成されたレ
ンズであり、光の集光作用を有しているもので、その光
出射側は、感光性樹脂層１００の一方の面に形成されて
いる凹部１１２により位置決めされ、感光性樹脂層１０
０に結合されている。

【００３２】感光性樹脂層１００は、感光性樹脂の有機
溶媒溶液をスピンコートして形成したもので、このた
め、まず、突起部１０６を有するガラス又はプラスチッ
ク製の基板１０４を用意し、その上に、この基板１０４
と屈折率がほぼ同じ樹脂層１０２をスピンコートで形成
し、その後、感光性樹脂をスピンコートして作成された
ものである。

【００３３】樹脂層１０２をスピンコートする際には、
紫外線ビーム１０の波長をλ、感光性樹脂層１００の屈
折率をｎ₁ 、樹脂層１０２の屈折率をｎ₂ とした上で、
これらに対して、長さｄをｄ＝λｎ₂ ／４ｎ₁ とおいたとき、突起部１０６が樹脂層１０２の表面から
飛び出る長さがｄに近くなるようにする。

【００３４】こうしてＧＲＩＮレンズ２０により、紫外
線ビーム１０が突起部１０６に集光されるように照射す
る。そうすると、紫外線ビーム１０が円錐形状に収束し
て感光性樹脂層１００の中を照射し、この照射された円
錐形の部分１０８での屈折率が、未照射部に比して高く
なり、これにより光導波路１１０が形成されるのであ
る。

【００３５】このとき、ＧＲＩＮレンズ１０８のＮＡ
(開口数)を、このレンズの焦光点でのビーム径がほぼ突
起部１０６の径に等しくなるように定めることにより、
モードフィールドの整合をとることができる。ここで、
突起部１０６の径は、樹脂層１０２に形成すべき接合用
の孔１１４の内径に合わせてあり、さらには、モードフ
ィールド整合用導波路形成後に接続すべき光ファイバの
外径にも合わせてある。

【００３６】次に、このときの紫外線ビーム１０の照射
位置を検出するための光学系について説明する。この光
学系は、紫外線ビーム１０の集光点が精度良く突起部１
０６上に位置決めされるように制御するためのもので、
ＧＲＩＮレンズ２０の光軸方向をフォーカス方向、ＧＲ
ＩＮレンズ２０の光軸に垂直方向をトラッキング方向と
したとき、対物レンズ２２を動かすことにより、ＧＲＩ
Ｎレンズ２０による集光位置をフォーカス方向及びトラ
ッキング方向の直交する２方向に動かし、位置合わせが
得られるようになっている。

【００３７】突起部１０６に照射された紫外線ビーム１
０の一部は、ここで反射され、再びＧＲＩＮレンズ２
０、対物レンズ２２、λ／４板３０を通って、ＰＢＳ２
８に入射する。しかして、このときλ／４板３０によ
り、入射時とは９０°偏光方向が回転した直線偏光にさ
れるので、ＰＢＳ２８で反射され、紫外線ビーム１０の
照射方向から直角方向に進路が変えられる。

【００３８】こうしてＰＢＳ２８で反射された紫外線ビ
ームは、まずビームスプリッタ３４により、ほぼ等光量
の反射方向と透過方向の２系統ビームに分けられ、それ
ぞれ対物レンズ２２をフォーカス方向、トラッキング方
向に移動するための信号を得るための信号光として使用
される。

【００３９】まずフォーカス誤差を表わす信号は、いわ
ゆる非点収差法を用いて検出するようにしてあり、この
ため、ビームスプリッタ３４で反射したフォーカス用の
信号光は、検出レンズ２４で集光され、さらにシリンド
リカルレンズ３２により一軸のみ集光された上で、４分
割センサで構成されているフォーカス用光検出器３８に
入射され、電気信号に変換されてフォーカス誤差信号を
得る。

【００４０】そして、このフォーカス誤差信号を用い
て、対物レンズ２２の駆動手段であるアクチュエータ４
２により対物レンズ２２を紫外線ビーム１０の光軸方向
に動かし、ＧＲＩＮレンズ２０の集光点が突起部１０６
表面に来るように制御するのである。

【００４１】次にトラッキング誤差を表わす信号につい
ては、いわゆるヘテロダイン法が用いられており、この
ため、ビームスプリッタ３４を透過したトラッキング用
の信号光は、検出レンズ２６で集光され、三角プリズム
３６により４本のビームに分割され、４分割センサから
なるトラッキング用光検出器４０で電気信号に変換され
て、トラッキング誤差信号を得る。

【００４２】そして、このトラッキング誤差信号を用い
て、アクチュエータ４２により対物レンズ２２をトラッ
キング方向に動かし、ＧＲＩＮレンズ２０の集光点が突
起部１０６表面に来るように制御するのである。従っ
て、アクチュエータ４２としては、トラッキング方向に
ついては２軸方向に動くものを用いている。

【００４３】このときのフォーカス及びトラッキングの
制御は、図示してない制御回路により行われる。なお、
このときのフォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信
号の検出方式と対物レンズの駆動方式には、コンパクト
ディスクや光磁気ディスク等の光ディスク装置に用いら
れている周知の方式を用いればよい。

【００４４】この実施形態例によれば、導波路形成ビー
ムの集光点位置が制御できるので、径の微小な突起部１
０６を用いても、精度良く位置合わせを行うことがで
き、この結果、高精度のモードフィールド整合用導波路
が容易に得られ、光損失の少ないモードフィールド整合
を行うことができる。

【００４５】また、この実施形態例によれば、端面径の
大きなモードフィールド整合用導波路でも容易に形成で
き、コア径の大きな光ファイバのモードフィールドを小
さくする場合にも充分に対応することができる。

【００４６】次に、ＧＲＩＮレンズ２０としては、グレ
ーテッドインデックス型の光ファイバを用いても良い。
また、モードフィールド整合用導波路にグレーテッドイ
ンデックス型の光ファイバを接合するときは、この光フ
ァイバと同じものを所定の長さにしてＧＲＩＮレンズ２
０として用いるのが望ましい。

【００４７】このように、グレーテッドインデックス型
の光ファイバをＧＲＩＮレンズ２０として用いることに
より、モードフィールド整合用導波路のモードがグレー
テッドインデックス型の光ファイバの伝播モードとなる
ように屈折率変化が形成されるため、モードフィールド
整合用導波路にグレーテッドインデックス型の光ファイ
バを接続した場合での光の損失を少なくすることができ
る。

【００４８】一方、光導波路形成に用いたＧＲＩＮレン
ズをそのまま残し、その端部にコネクタを設けるなどし
て光ファイバと接続するようにしても良い。しかして、
ステップインデックス型の光ファイバと接続する場合に
は、ＧＲＩＮレンズ２０を用いず、対物レンズ２２によ
り直接突起部１０６に集光し、光導波路を形成しても良
い。

【００４９】また、モードフィールド整合用導波路に形
成されるくぼみの深さが小さくても良い場合には、突起
部１０６の高さを小さくし、樹脂層１０２を用いなくて
も済むようにできる。

【００５０】ところで、図３の実施形態例では、光導波
路形成用ビーム１０を誤差信号検出にも用いているが、
誤差信号検出用に別の波長の光を用い、この光を光導波
路形成用ビームと同じ光路となるように入射してもよ
い。この場合には、誤差信号検出用の光の波長を、感光
性樹脂層１００の透明領域の波長に選ぶことにより、誤
差信号検出用の光によっては感光性樹脂を感光させるこ
となく、誤差信号を得ることができる。

【００５１】次に、本発明の実施形態に用いた感光性樹
脂について説明する。本発明の実施形態では、フェニル
メタクリレート(屈折率ｎ＝１．５７)を含有したメチル
メタクリレート(ｎ＝１．４９)に、重合開始剤としてベ
ンゾイルフェロキサイドを混ぜたものを用いた。そし
て、この混合溶液をガラス基板上にキャスティングして
約１ｍｍの層を形成して感光性樹脂層１００とした。

【００５２】一方、紫外線ビーム用の光源には、波長３
０７ｎｍのＸｅＣｌレーザ、又は波長２４９ｎｍのＫｒ
Ｆ等のエキシマレーザを用いた。このときの紫外線照射
による光導波路部の形成作用は、次の通りである。

【００５３】感光性樹脂に紫外線ビームを照射すると、
これにより樹脂が硬化し始めるが、このとき、先に硬化
されている方に屈折率の高いメチルメタクリレートが拡
散していき、その割合が高くなるため、紫外線照射部の
屈折率が、まわりよりも高くなり、光導波路部１１０が
形成されるのである。

【００５４】こうして、紫外線ビームを照射後、約１０
０℃で真空乾燥し、未反応のフェニルメタクリレートを
除去する。

【００５５】なお、この感光性樹脂としては、特開平３
ー１７１０１４公報などで知られている感光材、すなわ
ち、アクリル酸メチル(ｎ＝１．４８)を含有したポリテ
トラフルオルエチレン(ｎ＝１．３５)などの樹脂を用い
ることができる。

【００５６】ところで、本発明によるモードフィールド
整合用光導波路では、光照射により屈折率が高くなる感
光性の材料を用いることが特徴である。従って、上記の
材料以外にも、例えば、“Polymers for Lightwave and
Inte-grated Optics,”edited by Lawrence A. Hormar
k,Marcel Dekker,Inc.(１９９２)に記載されている材料
などを適宜選択して用いることができる。

【００５７】また、本発明によるモードフィールド整合
用光導波路では、増感剤を選ぶことにより、紫外線以外
の波長の光を用いても光導波路を作製することができ、
可視光を用いて感光させることも可能で、例えば、ＤＥ
ＡＷを重合開始剤として用いた場合には、Ａｒレーザを
用いて光導波路を形成することができる。

【００５８】本発明の実施形態によれば、モードフィー
ルド整合用光導波路に入射し伝播する信号光と同じ方向
に光導波路形成用のビームを入射させて光導波路を形成
しているため、形成された光導波路の断面はほぼ円形と
なり、さらに光導波路のコアとクラッドの界面が滑らか
であるため、界面における光の損失が少ない。

【００５９】また、光導波路形成用のビームによる屈折
率の変化は、照射したビームの光エネルギーにほぼ比例
するため、作成された光導波路の屈折率分布はＧＲＩＮ
レンズからの光モードの強度分布に近く形成される。従
って、特にグレーテッドインデックス型の光ファイバと
結合損失が少なく結合できる。

【００６０】ところで、本発明によるモードフィールド
整合用光導波路によりモードフィールドの整合を行う場
合、導波路の屈折率をｎ、直径をｄとするとき、数値ｎ
ｄ²がほぼ一定になるように変化させることが望まし
い。何故なら、このように屈折率を変化させることによ
り、光導波路への光の閉じ込めが一定となり、モードフ
ィールドの整合に伴う伝送損失が少なくなるからであ
る。

【００６１】そして、本発明の実施形態例によれば、集
光してゆく光を用いて導波路を形成していることによ
り、上記した屈折率条件が自然に満たされる。つまり、
屈折率変化が照射光のエネルギー密度に比例する範囲の
照射光エネルギーを用いることにより、照射光の径ｒに
対し光強度は１／ｒ²で変化し、屈折率変化も１／ｒ²に
比例するためである。

【００６２】ここで、石英光ファイバを用いた従来技術
についてみると、この技術では、光ファイバの加熱によ
る熱拡散を利用してモードフィールド整合用素子を形成
しており、従って、熱拡散を用いているため、屈折率の
制御が難しく、さらに作製に多くの時間が掛る。しかし
て、本発明では、光感光性樹脂を用いているので、所定
の時間、光を照射するだけで精度良く屈折率を制御でき
る。

【００６３】次に、本発明によるモードフィールド整合
用光導波路の製造方法の他の実施形態例について、図４
により説明する。図４に示すように、この実施形態で
は、導波路形成用の紫外線照射を光ファイバ２０６で行
うようにしたもので、このため、紫外線ビーム１０は、
まず光ファイバ２０６に入射される。

【００６４】一方、この光ファイバ２０６の光出射側
は、感光性樹脂層１００の表面に接触させられている。
この感光性樹脂層１００は、感光性樹脂の有機溶媒溶液
をガラス又はプラスチック製の基板１０４上にスピンコ
ートしたものである。

【００６５】光ファイバ２０６から出射した紫外線ビー
ム１０は、感光性樹脂層１００の中に入ったとき、以
後、内部で光ファイバ２０６の開口数によって決まる広
がり角を持って発散してゆき、紫外線ビーム１０により
照射された円錐形の部分１０８が形成されるようにす
る。

【００６６】これにより、感光性樹脂１００の内部で、
紫外線ビーム１０により照射された部分１０８の屈折率
が高く変化し、光導波路部１１０が得られることにな
る。この実施形態例では、光ファイバ２０６としてコア
径５０μｍ、開口数０．２のマルチモード石英光ファイ
バを用いており、これによれば、光ファイバ２０６から
の出射光の広がり角は、１１．５°となる。

【００６７】そこで、感光性樹脂層１００の厚さを、広
がったビームの径が接続する光ファイバのコア径になる
ように調整する。例えば、コア径２００μｍのＨＰＣＦ
と接続する場合には、膜厚を４９０μｍにしてやれば良
い。

【００６８】この実施形態例においては、感光性樹脂層
１００上に、図示のように、複数個のモードフィールド
整合用用導波路を作製し、それぞれを切り出して使用す
るようになっており、このようにして作製したモードフ
ィールド整合用導波路にそれぞれ光ファイバを接合して
用いるようになっている。

【００６９】そして、この実施形態では、径の小さい側
には、光ファイバ２０６と同種のものを用いており、こ
のように、製造に使用した光ファイバと同種のものを用
いることにより、形成されたモードフィールド整合用導
波路とモードフィールドの一致が得られ少ない損失で接
続することができる。

【００７０】なお、この実施形態では、上記したマルチ
モード石英光ファイバ以外にも各種の光ファイバを用い
ることができる。従って、この図４の実施形態によれ
ば、光ファイバからの出射光を用いるだけで、簡単に高
精度のモードフィールド整合用導波路を得ることがで
き、損失の少ない光信号の接合を行うことができる。

【００７１】次に、図５は、本発明によるモードフィー
ルド整合用光導波路１１０を光回路３００と一体化した
実施形態例である。この図５の実施形態では、複数のカ
プラをもつ光導波路１２０が形成されている光回路３０
０に、モードフィールド整合用導波路１１０を一体化し
て形成したもので、光導波路１２０のモードフィールド
整合用導波路１１０側にコア径の大きな光ファイバ２０
２を、出射側にコア径の小さな光ファイバ２０４を接合
したものである。

【００７２】この実施形態によるモードフィールド整合
用導波路は、特にプラスチック光ファイバ用の光回路に
用いることにより、特に大きな効果が得られるもので、
図６にモードフィールド整合用光導波路と光導波路回路
とを一体化した光回路の作製方法を示す。

【００７３】この図６は、光回路を、その製造過程も含
めて断面図で示したものである。 (1) まず、基板１０５上に下部クラッド層１２２を形成
する。 (2) その上に、感光性樹脂層を塗布して、導波路層１２
４を形成する。 (3) この導波路層１２４を、光回路用のフォトマスクを
用いてパターン化し、例えば図５に示すような平面形状
の光導波路１２０を形成する。

【００７４】(4) 次に、導波路層１２４の上に、上部ク
ラッド層１２６を形成する。 (5) 続いて、押さえ板１２８を接合し、端部の光ファイ
バを接合する部分を取り除いて、穴部１３０を形成す
る。

【００７５】(6) さらに、この穴部１３０に感光性樹脂
層１０２を充填する。このとき、図では横向きにして示
してあるが、この感光性樹脂層１０２の充填に際して
は、縦にして行えばよい。

【００７６】(7) 最後に、この感光性樹脂層１０２に、
例えば図４に示した本発明の実施形態による方法で、光
導波路１２０の端部に結合した状態で、モードフィール
ド整合用光導波路となる光導波部１１０を形成するので
ある。

【００７７】従って、この実施形態例によれば、モード
フィールド整合用導波路が光回路を構成するデバイスと
一体に形成されているので、接合面での損失を更に少な
くすることができる。

【００７８】なお、この実施形態では、カプラを有する
光導波路が形成された光回路に、本発明よるモードフィ
ールド整合用導波路を適用した場合について示したが、
その他、種々の光回路にも適用可能なことはいうまでも
ない。また、光入射側と出射側の双方にモードフィール
ド整合用光導波路を形成し、コア径の太い光ファイバ同
士の結合に適用してもよい。

【００７９】ところで、コア径の小さな光回路は、フォ
トリソグラフィを用いた反応性イオンエッチングや光重
合反応などの製造方法を用いることにより、伝播損失が
少ないものが作製できる。しかし、コア径の大きなもの
は、その界面の平滑性が充分でないことに起因して、損
失が大きい。特に、径の太いプラスチック光ファイバ用
のコア径の大きな光回路では、損失が大きくなる。

【００８０】そのため、本発明による伝播損失の少ない
モードフィールド整合用導波路を用い、導波路径の小さ
な光回路に径の太い光ファイバをつなぐことにより、径
の太い光回路に直接径の太い光ファイバをつなぐより
も、全体としての損失を少なくすることができる。

【００８１】次に、図７は、本発明によるモードフィー
ルド整合用光導波路を用いた方向性結合器の実施形態例
である。この図７の実施形態では、マルチモードの光導
波路１２０の一部を小さい角度で折り曲げて、マルチモ
ードの光導波路１２１を形成させ、これらの折り曲げ部
分に、モードフィールド整合用光導波路１１０を結合さ
せて方向性結合器３５０を形成させたものである。

【００８２】そこで、いま、矢印Ａに示すように、モー
ドフィールド整合用光導波路１１０に光を入射したとす
ると、この光は、モードフィールド整合用光導波路１１
０により整合され、滑らかにマルチモードの光導波路１
２０に導入されて行き、マルチモードの光導波路１２０
の右側に伝搬して、矢印Ａ’に示すように進む。

【００８３】一方、矢印Ｂに示すように、反対にマルチ
モードの光導波路１２０側から入射した光は、モードフ
ィールド整合用光導波路１１０とマルチモードの光導波
路１２１の結合部において、これらの導波路の太さにほ
ぼ比例してそれぞれの導波路に分岐されてゆくが、この
とき、マルチモードの光導波路１２１の方が太くしてあ
るので、ほとんどの光は光導波路１２１を伝搬してゆ
き、矢印Ｂ’で示すように進む。

【００８４】従って、モードフィールド整合用光導波路
１１０を光入射側、マルチモードの光導波路１２１を光
出射側とする方向性結合器３５０が得られることにな
る。そして、この実施形態によれば、モードフィールド
整合用光導波路１１０が用いられているため、光の入射
部の径が大きく、入射光の位置合わせが容易になるとい
う利点がある。

【００８５】図８は、本発明による光回路デバイスを用
いた光情報通信路の一実施形態を示したもので、ここで
は、電話局の端末局４００から加入者４０２まで双方向
に光ファイバで情報を通信する場合の実施形態について
示しているが、ケーブルテレビ等の配信等にも同様に用
いることができる。

【００８６】端末局４００からは、石英ファイバ２１０
に７８０ｎｍの波長の光信号を入射する。この石英ファ
イバ２１０は、加入者４０２の近傍に設置してあるスタ
ーカプラ１４０により、例えば１６分割されるが、この
スターカプラ１４０としては、図５に示した本発明によ
る光回路３００を１６分割回路として形成し、且つ、こ
のとき、分割された方のマルチモード光導波路１２０側
にモードフィールド整合用光導波路１１０を設けたもの
が用いられており、ここにプラスチック光ファイバ２０
８が接続されている。

【００８７】スターカプラ１４０により１６分割された
光信号は、プラスチック光ファイバ２０８により一本ず
つ各加入者４０２に送られる。そして、各加入者４０２
では、送られてきた光信号を光ネットワークユニット４
０４により受信し、信号を取り出す。

【００８８】一方、各加入者４０２では８３０ｎｍの光
を用い、発信された光信号は、光ネットワークユニット
４０４からプラスチック光ファイバ２０８に入射され、
スターカプラ１４０により、各加入者からの光信号が一
緒にされてから石英ファイバ２１０に入射され、端末局
４００に伝送される。

【００８９】このとき、石英ファイバ２１０とプラスチ
ック光ファイバ２０８のコア径の違いによる影響は、本
発明によるモードフィールド整合用光導波路で形成され
たスターカプラ１４０により吸収され、従って、コア径
の大きなプラスチック光ファイバ２０８からコア径の小
さな石英ファイバ２１０にたいして、効率良く光を伝送
することができる。

【００９０】また、この実施形態では、石英ファイバ２
１０とプラスチック光ファイバ２０８において吸収が比
較的少ない近赤外波長の光を用いているので、端末局４
００から加入者４０２まで同一波長の光信号を用いるこ
とができ、これを光のまま加入者に配信することができ
る。

【００９１】このとき、端末局４００とスターカプラ１
４０間の長距離伝送部は光吸収が少ない石英ファイバ２
１０を用い、光接続部の多い加入者４０２側に、コア径
が大きく安価なプラスチックファイバ２０８を用いたの
で、異種の光ファイバであっても接続が容易であり、低
価格の光通信網を構築することができる。

【００９２】また、このとき、プラスチック光ファイバ
及びスターカプラに用いる樹脂に波長１３００ｎｍ付近
及び１５５０ｎｍ付近で損失の少ないものを用いること
により、これらの波長の光を用いて通信することができ
る。

【００９３】上記以外にも、本発明のモードフィールド
整合用光導波路は、プラスチック光ファイバを用いたロ
ーカルエリアネットワーク等の情報通信にも用いること
ができる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、モードフィールド整合
用光導波路部の断面形状が、両端面も含め全て円形に作
られたテーパー形状からなり、光ファイバとの接続損失
が充分に少なくすることができるモードフィールド整合
用光導波路が得られる。この結果、損失が少なく、経済
的な光回路や光カプラ、それに光情報通信路を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
の一実施形態を示す断面図である。

【図２】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
の一実施形態を用いた光ファイバ接合部の説明図であ
る。

【図３】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
の製造装置の一実施形態を示す説明図である。

【図４】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
の製造方法の一実施形態を示す説明図である。

【図５】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
を用いた光回路の一実施形態を示す平面図である。

【図６】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
を用いた光回路の製造方法の一実施形態を示す説明図で
ある。

【図７】本発明によるモードフィールド整合用光導波路
を用いた方向性結合器の一実施形態を示す説明図であ
る。

【図８】本発明による光回路デバイスを用いて構成した
光情報通信路の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０紫外線ビーム２０ＧＲＩＮレンズ２２対物レンズ２４、２６検出レンズ２８ＰＢＳ(偏光ビームスプリッタ) ３０ λ／４板３２シリンドリカルレンズ３４ビームスプリッタ３６三角プリズム３８フォーカス用光検出器４０トラッキング用光検出器４２アクチュエータ１００感光性樹脂層１０２樹脂層１０４、１０５基板１０６突起部１０８光導波部１１０モードフィールド整合用導波路１１２接合用凹部１１４接合用の孔１２０光導波路１２２下部クラッド層１２４光導波路層１２６上部クラッド層１２８押え板１３０穴部１４０スターカプラ２００モードフィールド整合用導波路(ビーム径変換
デバイス) ２０２光ファイバ２０４光ファイバ２０６光ファイバ２０８プラスチック光ファイバ２１０石英ファイバ３００光回路３５０方向性結合器４００端末局４０２加入者(家庭) ４０４光ネットワークユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を閉じ込めて伝播し、光が伝播するに
したがって光のモードフィールドが変化するようにした
光導波路部を備えたモードフィールド整合用光導波路に
おいて、前記光導波路部が、感光性媒体の一部の屈折率を変化さ
せた円錐形の光導波路部で構成され、該光導波路部が、円錐状に収束又は発散する光を前記感
光性媒体に入射させ、該感光性媒体の光照射部の屈折率
を、光未照射部の屈折率よりも高くして形成されている
ことを特徴とするモードフィールド整合用光導波路。
【請求項２】請求項１の発明において、前記光導波路の径と屈折率が光の伝播方向に沿って共に
変化しており、径の増加に伴って屈折率も増加している
ことを特徴とするモードフィールド整合用光導波路。
【請求項３】請求項１又は請求項２の発明において、前記光導波路部が、コア径２５０μｍ以上の第１の光フ
ァイバ又は光導波路のモードフィールドを減少して第２
の光ファイバ又は光導波路に整合させるように構成され
ていることを特徴とするモードフィールド整合用光導波
路。
【請求項４】感光性媒体に光を照射し、該感光性媒体
の光照射部の屈折率を、光未照射部の屈折率と変えて光
導波路部を形成する方式のモードフィールド整合用光導
波路の製造方法において、円錐状に収束又は発散する光を前記感光性媒体に入射さ
せ、該感光性媒体の光照射部の屈折率を、光未照射部の
屈折率より高くすることにより、前記光導波路部を形成
させるようにしたことを特徴とするモードフィールド整
合用光導波路の製造方法。
【請求項５】請求項４の発明において、前記円錐状に収束する光の前記感光性媒体内での集光点
の位置と所定の位置とのずれを検出し、この検出したず
れに応じて前記光の集光点の位置を前記光の伝播行方向
及び該伝播方向と直角な方向の何れか一方に移動して制
御する手段が設けられていることを特徴とするモードフ
ィールド整合用光導波路の製造方法。
【請求項６】請求項４の発明において、前記円錐状に発散する光が、光ファイバからの出射光と
して得られるように構成されていることを特徴とするモ
ードフィールド整合用光導波路の製造方法。
【請求項７】請求項６の発明において、前記光ファイバがグレーテッドインデックス型であるこ
とを特徴とするモードフィールド整合用光導波路の製造
方法。
【請求項８】光源からの光を、形成すべき光導波路部
の光伝播方向に合わせて感光性媒体に照射し、該感光性
媒体の光照射部に得られる屈折率変化部分により前記光
導波路部を形成するようにしたモードフィールド整合用
光導波路製造装置において、前記光源からの前記光を集光する集光手段と、前記集光手段を、前記光の進行方向及び前記光の進行方
向と直角な方向に動かす駆動手段と、前記感光性媒体からの前記光の照射による反射光を検出
し、前記光の集光点の位置を検出する光位置検出手段
と、前記光位置検出手段により検出された信号に基づいて前
記駆動手段を制御する制御回路とを備え、前記光の集光点が所定の位置に制御された状態で、前記
光導波路部が形成されるように構成したことをモードフ
ィールド整合用光導波路製造装置。
【請求項９】基板上に形成した光導波路からなる光回
路において、前記光導波路に対する外部からの光ファイバ又は光導波
路の接続部に、円錐形の光導波路部からなるモードフィ
ールド整合用光導波路が設けられ、該モードフィールド整合用光導波路が、前記基板上に形
成されていることを特徴とする光回路。
【請求項１０】光を分離又は結合する光カプラにおい
て、前記光カプラの少なくとも一部が、円錐形の光導波路部
からなるモードフィールド整合用光導波路により構成さ
れていることを特徴とする光カプラ。
【請求項１１】信号伝送路に光ファイバを用いた光情
報通信路において、該光情報通信路が、請求項１０に記載の光カプラを用い
て光を分離又は結合する手段を含んでいることを特徴と
する光情報通信路。