JPH11167035A - 光機能素子と光結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残留反射を抑制しつつモジュール化に適した
光機能素子と光結合方法を提供する。 【解決手段】 光機能素子に適用する入出力部１００に
おいて，光導波路１２（屈折率ｎ１）の終端面１６は，
素子端面１０２よりも引っ込んだ斜面１０６に形成さ
れ，その法線Ｂａは，導波路端部１４での光の導波方向
Ａａに対しては傾角θ１を成す。さらに，法線Ｂａが素
子端面１０２の法線Ｃａに対して成す角は，斜面１０６
と素子端面１０２とが成す傾角αを用いて，（π−α）
と表される。さらにまた，入出力部１００においては，
出力光信号Ｓ２が法線Ｃａ方向に出力されるように，β
＝α−ｃｏｓ−１（ｎ２／ｎ１ｓｉｎα）の関係が成立
している（ｎ２は，領域１０４の屈折率）。この入出力
部１００において，光機能素子と外部素子とを光結合す
る場合，終端面１６と外部素子の受光面との間に，例え
ば充填材料を充填しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，光機能素子と光結
合方法，より詳しくは，光導波路を介して光の入出力を
行う光機能素子とその光機能素子の光結合方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来，光通信機器の広帯域化及び高出力
化及び低雑音化を実現するために，光機能素子の光導波
路端面で生じる出力光の残留反射を抑圧する方法（以下
「残留反射抑圧法」と称す。）が開発されている。

【０００３】かかる状況の下，残留反射の影響が大き
い，例えば光変調器，光増幅器，光スイッチ，光波長フ
ィルタ，光波長変換器，又はＬＥＤ（端面発光ＬＥＤ）
等，通常は単一通過型のデバイスとして形成される光素
子の残留反射抑圧法は，光通信機器の性能向上に特に効
果的であるために，残留反射抑圧法の中でも，最も不可
欠な技術であるといえる。

【０００４】従来の残留反射抑圧法として，例えば「半
導体レーザ光増幅器の現状」，光技術コンタクト，第２
８巻第４号，（通巻３１６号），ｐｐ．５３−５８，１
９９０には，３つの方法が開示されている。

【０００５】上記文献において開示されている方法は，
より具体的には （ａ）の方法：無反射膜（反射防止膜）を素子端面に形
成することにより，出力光を光素子端面で反射させない
方法， （ｂ）の方法：素子端面と光導波路との間に端面窓を形
成することにより，光導波路方向に戻る反射光の結合効
率を低減する方法， （ｃ）の方法：素子端面に対して光導波路を斜めストラ
イプ状に形成することにより，光素子端面での反射光が
再び光導波路に戻ってくるのを防ぐ方法，である。

【０００６】ここで，かかる従来の残留反射抑圧法を適
用した導波路型光素子の例について，図２０を参照して
簡単に説明する。なお，図２０は，主に（ｃ）の方法を
適用した導波路型光素子３００の概略的な構成を説明す
るための平面図である。

【０００７】導波路型光素子３００は，素子端面にあた
る劈開面３０２の法線方向に対して数度傾けた光導波路
３０４を，斜めストライプ状に配置し，劈開面３０２に
直接接続する構成になっている。かかる構成によって，
光導波路３０４で導波された光が劈開面３０２で反射し
ても，その反射光は光導波路３０４方向には戻らず，残
留反射を抑圧することができる。尚，導波路型光素子３
００の動作時には，劈開面３０２から出力される光は，
レンズホルダ３０６に固定したレンズ３０８を介して，
不図示の外部素子に入力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，かかる
従来の導波路型光素子３００では，光導波路３０４から
出力される光は，劈開面３０２において屈折する。した
がって，劈開面３０２の法線と劈開面３０２から空気中
に出力される光の光路軸とが成す角（以下，「光出射
角」と称す。）は，光導波路３０４の軸と劈開面３０２
の法線方向とが成す角（以下，「光導波路傾斜角」と称
す。）よりも大きくなる。例えば，上記文献中では，光
導波路傾斜角を約７度に設定してあるが，光出射角は約
２３度にも成っている。

【０００９】光出射角が大きく成ると，直径が数百μｍ
から数ｍｍ程度の小さなレンズを用いて光を集光して外
部素子の半導体光導波路端面に導こうとする場合には，
そのレンズ自体及びレンズの固定ホルダが，光を出力す
る導波路型光素子の半導体素子の半導体チップ若しくは
チップを搭載するキャリアにぶつかる。したがって，従
来の導波路型光素子はモジュール化が難しかった。

【００１０】また，モジュール化を実現するためには，
一般に，レンズを用いる代わりに先球ファイバを用いる
方法が採用される。しかし，先球ファイバの焦点距離は
数μｍ程度と極めて小さく，先球ファイバと半導体光導
波路とを非常に接近させて配置しなければならず，光学
アライメント中に先球ファイバと半導体光導波路端面と
の接触が生じ易い。したがって，両方の先端部を破損す
るおそれが極めて高いので，先球ファイバを用いること
はあまり望ましくない。

【００１１】すなわち，従来の導波路型光素子をモジュ
ール化すると，歩留まりの低下を避けることができず
に，導波路型光素子を用いた光素子モジュールや光集積
回路のコストの削減を困難にしていた。

【００１２】本発明は，従来の導波路型光素子が有する
上記問題点に鑑みてなされたものであり，残留反射を低
減するとともにモジュール化に適した，新規かつ改良さ
れた光機能素子を提供することを目的とする。

【００１３】さらに，本発明の他の目的は，残留反射の
低減を図りつつ，光機能素子の光導波路の入出力端面を
損傷させることなく実施できる，新規かつ改良された光
結合方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明は，素子の内部に形成された
光導波路を介して素子の外部と光の入出力を行う構成で
あって：素子の端面に対して引っ込んだ凹部には，光導
波路の入出力端面が形成され；光導波路の入出力端面に
おける軌道接線は，入出力端面の法線に対して第１の傾
きを成す（ただし，第１の傾きは，０ではない。）構成
を採用する。。

【００１５】かかる構成によって，請求項１に記載の発
明は，光導波路の入出力端面に対して，光導波路自体を
斜めストライプ状の構造にすることができるため，光導
波路からの光の出力時に，入出力端面で生じる反射光
（残留反射光）は，光導波路方向には戻らない。したが
って，残留反射の影響を低減することができ，広帯域，
高出力かつ低雑音の高性能な光機能素子を実現すること
ができる。さらに，請求項１に記載の発明は，入出力端
面が素子端面に対して引っ込んだ凹部に形成されるた
め，微細な光学アラインメントが必要な場合であって
も，入出力端面が外部素子と接触する可能性がほとんど
ない。したがって，例えば外部素子と密着させて光結合
させることができるため，取り扱いが容易で，光導波路
の損傷が少なく，さらに高集積化が可能な光機能素子を
実現することができる。

【００１６】さらに，請求項２に記載の発明のように，
入出力端面の法線を素子端面の法線に対して第２の傾き
を成すように形成すれば，外部からの入力光は，入出力
端面において入力方向と別方向に反射される。したがっ
て，入出力端面からの出力光の反射光による干渉作用の
みではなく，入出力端面への入力光の反射光による干渉
作用をも低減させることができる。また，請求項２に記
載の発明においては，第２の傾きの設定によって，出力
光を所望の方向に出力できるため，外部素子と如何なる
配置関係で光学アラインメントされる場合であっても，
それに対応する光機能素子を実現することができる。

【００１７】さらにまた，請求項３に記載の発明のよう
に，第１の傾きと第２の傾きとを調整して，出力光が素
子端面の法線方向に出力されるように構成した場合に
は，外部素子の端面や外部素子に光を集光するレンズや
レンズホルダ等を，素子の端面に対して平行に配置でき
る。したがって，素子端面に対して，外部素子やレンズ
やレンズホルダ等の受光面を傾ける必要がないため，光
学アラインメントやモジュール化等が容易になる。

【００１８】さらにまた，請求項４に記載の発明のよう
に，入出力端面からの出力光が入力される外部素子の被
入力面と，入出力端面との間には，屈折率が１より大き
い材料が介在する構成を採用すれば，充填材の働きによ
り一層光結合性が向上し，更に，充填材が衝撃を吸収す
るため，衝撃や振動等に強い光結合を実現することがで
きる。さらにまた，請求項５に記載の発明のように，材
料の屈折率と材料での透過光の光路の長さとの積の４倍
が，透過光の波長と等しい構成を採用すれば，光機能素
子の入出力端面に無反射コーティングを施さずに，施し
た場合と同様の効果を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明の実施の形態について詳細に説明する。な
お，以下の説明及び図面において，略同一の機能及び構
成を有する構成要素については，同一符号を付すること
により，重複説明を省略する。

【００２０】（第１の実施の形態）まず本発明の第１の
実施形態について，図１〜図６を参照しながら詳細に説
明する。最初に，本実施の形態にかかる入出力部１００
の基本的な構成について，図１及び図２を参照して詳細
に説明する。なお，図１は，本実施の形態にかかる入出
力部１００の概略的構成を示す平面図であり，図２は，
入出力部１００の概略的構成を示す斜視図である。

【００２１】入出力部１００において，図１に示すよう
に，光導波路１２の導波路端部１４は，光の導波方向Ａ
ａが素子端面１０２に対して傾きβを持つように形成さ
れる。さらに，入出力部１００においては，平面図であ
る図１において略直角三角形で示される部分を，例えば
切り欠くことによって，斜辺部分に斜面１０６が形成さ
れた凹部領域１０４を形成する。かかる凹部領域１０４
の斜面１０６は，光導波路１２の終端面１６が形成され
るとともに，素子端面１０２に対して第２の傾きを与え
る傾角αを持つ。結果として，導波路端部１４の光の導
波方向Ａａと，斜面１０６に形成される光導波路１２の
終端面１６の法線Ｂａとは，第１の傾きにあたる角θ１
を形成することができる。

【００２２】また，光導波路１２の終端面１６は，光の
入出力端面にあたるため，終端面１６における光信号の
反射ロスをできるだけ抑えた方がよい。このため，終端
面１６が形成された斜面１０６には，無反射膜ＡＲがコ
ーティングされている。なお，入出力部１００におい
て，傾角αと傾角βとが，ほぼ β＝α−ｃｏｓ^-1（ｎ２／ｎ１ｓｉｎα） の関係を満たすように，導波路端部１４と斜面１０６と
は形成される。なお，式中，ｎ１は，光導波路１２の屈
折率であり，ｎ２は，凹部領域１０４の屈折率である。
ただし，本実施の形態においては，凹部領域１０４は，
切り欠きによる空間として構成されているので，ｎ２
は，空気の屈折率である。

【００２３】次いで，本実施の形態にかかる入出力部１
００の動作について，引き続き図１及び図２を参照して
説明すると，光導波路１２によって導波された光信号Ｓ
１は，導波路端部１４を介して終端面１６に伝搬する。

【００２４】さらにまた，終端面１６に伝搬された光信
号Ｓ１は，無反射膜ＡＲがコーティングされた終端面１
６において屈折し（かかる屈折については，後述す
る。），終端面１６から出力光信号Ｓ２として出力され
る。さらに，出力光信号Ｓ２は，凹部領域１０４及び素
子端面１０２を介して，入出力部１００から出力され
る。

【００２５】ここで，終端面１６から凹部領域１０４に
出力される時に，光導波路１２の屈折率ｎ１と凹部領域
１０４の屈折率ｎ２とが異なることによって生じる屈折
について説明する。

【００２６】発明者等の知見によれば，かかる屈折にお
いて，終端面１６の法線Ｂａと導波路端部１４の光の導
波方向Ａａとが成す角θ１と，終端面１６の法線Ｂａに
対する終端面１６からの出力光信号Ｓ２が成す角θ２と
の間には，スネルの法則（屈折の法則）により， ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２ の関係が成り立つ。

【００２７】また，出力光信号Ｓ２が，終端面１６から
素子端面１０４の法線Ｃａ方向，すなわち素子端面１０
４に対して垂直方向に出力される場合には，幾何学的に θ１＝π／２−（α−β） θ２＝π−α の関係があることが分かる。

【００２８】したがって，かかる出力光信号Ｓ２が，素
子端面１０２の法線Ｃａ方向に出力される場合には ｎ１ｓｉｎ（π／２−（α−β））＝ｎ２ｓｉｎ（π−
α） の関係，言い換えれば β＝α−ｃｏｓ^-1（ｎ２／ｎ１ｓｉｎα） の関係が成り立つ。

【００２９】かかる関係は，入出力部１００における傾
角αと傾角βとの関係に等しい。したがって，入出力部
１００からの出力光信号Ｓ２は，終端面１６から素子端
面１０４に対して垂直に出力されることが分かる。

【００３０】次に，入出力部１００が以上説明したよう
な動作をするために必要な傾角α及び傾角βの設定条件
について，図２を参照して説明する。なお，図３には，
光導波路１２の屈折率ｎ１と凹部領域１０４の屈折率ｎ
２の比（以下，「屈折率比」と称す。）ｎ１／ｎ２が例
えば１．５〜３．５の範囲にある場合の傾角αと傾角β
との関係を示す。

【００３１】発明者等の知見によれば，凹部領域１０４
の構成媒質が例えば空気であり，光導波路１２の構成媒
質が例えば半導体の場合には，屈折率比ｎ１／ｎ２は
３．０〜３．５である。したがって，入出力部１００を
設計する場合，素子端面１０４の法線Ｃａと導波路端部
１４における光の導波方向Ａａとの成す角を例えば約７
度（この場合，傾角βは約８３度である。）に設定した
時には，傾角αはα〜１７０度（この場合，π−α〜１
０度である。）に設定することになる。

【００３２】また，発明者等の知見によれば，凹部領域
１０４の構成媒質が例えば空気であり，光導波路１２の
構成媒質が例えばガラス等を用いたＰＬＣ素子やファイ
バ等の誘電体である場合には，屈折率比ｎ１／ｎ２は
１．５〜２．０である。したがって，入出力部１００を
設計する場合，傾角βを例えば約７度に設計した時に
は，傾角αはα＝１６６〜１６０度（この場合，π−α
＝１４〜２０度である。）に設定することになる。

【００３３】次に，図４を参照しながら，本実施の形態
にかかる入出力部１００と，例えば光ファイバ又はＰＬ
Ｃ素子等の外部素子２０２との間の光結合の方法につい
て説明する。

【００３４】図４に示すように，外部素子２０２は，コ
ア部２０４及びコア部２０４の周囲に形成されたグラッ
ド部２０６とが，劈開面２０８で外部素子２０２の外部
にむき出しの状態に構成されている。かかる外部素子２
０２の劈開面２０８を，入出力部１００の素子端面１０
２に，全く隙間を作らずに又はほんの僅かだけ隙間を作
って対向させて，光結合を行う。なお，終端面１６から
の出力光信号Ｓ２が，外部素子２０２のコア部２０４に
入力するように，素子端面１０２と外部素子２０２の端
面２１０との位置関係を調整する。

【００３５】かかる構成によって，光導波路１２によっ
て導波された光信号Ｓ１は，終端面１６から素子端面１
０２の法線Ｃａ方向に出力され，凹部領域１０４を介し
て，外部素子２０２のコア部２０４に入射される。ま
た，この様に入出力部１００と外部素子２０２とを光結
合した場合，素子端面１０２には，終端面１６からの出
力光信号Ｓ２の広がり角に応じて，端面コーティングの
方法や端面コーティングに使用する素材等を適切に設定
しても良い。

【００３６】なお，本実施の形態にかかる入出力部１０
０の用途は，光ファイバ又はＰＬＣ素子等の外部素子２
０２との光結合に限定されない。例えば，図５及び図６
に示すように，光ファイバやＰＬＣ素子等の外部素子２
０２の代わりに，入出力部１００と同構造の端部を有す
る素子２０２ａや素子２０２ｂを用いて，光結合部２０
０ａや光結合部２００ｂを構成することもできる。な
お，図５に示す実施の形態は，入出力部１００の斜面１
０６と素子２０２ａの入出力端面２０６ａとが交差する
ような角度で配されて，入出力部１００の導波路１２の
方向と素子２０２ｂの導波路２０４の方向を略同一方向
に配することを可能にした例を示したものである。これ
に対して，図６に示す実施の形態は，入出力部１００の
斜面１０６と素子２０２ｂの入出力端面２０６ｂとが略
平行の角度で配されて，入出力部１００の導波路１２の
方向と素子２０６ｂの導波路２０４ｂの方向とが異なる
ように配することを可能にした例を示したものである。

【００３７】次に，本実施の形態にかかる入出力部１０
０の効果について，図４，図７及び図８を参照して説明
する。図７に示すように，入出力部１００において，終
端面１６は光導波路１２に対して垂直を成すようには配
置されていない。したがって，本実施の形態によれば，
入出力部１００から出力光信号Ｓ２を出力する場合，終
端面１６で反射して光導波路１２内部に戻る光（以下，
「内部端面反射戻り光」と称す。）Ｐｉを大幅に低減す
ることができる。結果として，残留反射である内部端面
反射戻り光Ｐｉに起因した干渉効果を低減できる。

【００３８】さらに，図７に示すように，入出力部１０
０に，レンズホルダＨによって固定されたレンズＬか
ら，素子端面１０２に対して垂直に光信号Ｓ１が入力さ
れる場合，終端面１６における残留反射によって生じる
反射光（以下，「外部端面反射戻り光」と称す。）Ｐｏ
は，光信号Ｓ１とは別の経路に戻る。さらにまた，外部
端面反射戻り光は，終端面１６ａからの出力光信号Ｓ２
とも，経路が別である。結果として，外部端面反射戻り
光Ｐｏに起因した干渉効果を大幅に低減できる。

【００３９】さらに，図８に示すように，入出力部１０
０において，素子端面１０２とレンズＬとを平行に配置
すれば，出力光信号Ｓ２の軸をレンズＬの軸と平行にす
る，すなわち出力光信号Ｓ２をレンズＬに垂直に入射す
ることができる。したがって，例えば直径が数百μｍか
ら数ｍｍの大きさのレンズＬを用いて，出力光信号Ｓ２
を集光する場合にも，レンズＬやレンズホルダＨと素子
端面１０２との間に，容易に十分な間隔を保持すること
が可能である。結果として，本実施の形態にかかる入出
力部１００を適用した光機能素子は，光学アライメント
の際に素子同士の接触による破損の可能性を低く抑える
ことができる。

【００４０】さらにまた，かかる光学アライメントの容
易性は，入出力部１００をアレイ状に集積化して形成す
る場合にも有利である。すなわち，素子端面１０２に平
行に，素子端面１０２と光結合させる外部素子の端面を
配置すれば良いため，外部素子には特別な加工，例えば
入力部を傾斜させる必要がない。したがって，光集積回
路上に入出力部１００をアレイ状に集積化しても，外部
素子との光結合性を高く維持できる。

【００４１】さらにまた，外部から入出力部１００に光
を導く場合にも同様の効果が期待できる。すなわち，残
留反射の低減と光結合の容易性の確保との両方を維持す
ることができる。

【００４２】さらにまた，素子端面１０２に対して終端
面１６が入出力部１００の内部に引っ込んでいるので，
従来生じていた，チップ劈開後の光導波路端面のコーテ
ィング工程やその他の組立工程などの際に光導波路端面
が直接他の物質に接触する可能性が減少する。したがっ
て，歩留まりの高い廉価な導波路型光素子を実現するこ
とができる。

【００４３】さらにまた，入出力部１００において，図
４に示すように，終端面１６が素子端面１０２に対して
引っ込んだ構造になっていることによって，外部素子２
０２と光結合させる場合には，入出力部１００の素子端
面１０２と外部素子２０２の劈開面２０８とを密着させ
て光結合できる。結果として，光結合部での多重反射を
低減することができ，例えば光の伝搬過程で発生するノ
イズや光導波路の入出力端面で発生する迷光等を低減す
ることができる。

【００４４】さらにまた，入出力部１００と外部素子２
０２とを密着させない場合であっても，終端面１６の損
傷を考慮せずに，光学アラインメントを行える。したが
って，光結合を行う素子端面１０２と外部素子２０２の
劈開面２０８との間の距離を精度良く一定に保つことが
でき，特性の均一な光素子モジュールを製造することが
できる。

【００４５】（第２の実施の形態）本実施の形態にかか
る導波路型光素子１０は，図９及び図１０に示すよう
に，光導波路１２を介して，第１及び第２の入出力部１
００ａ，１００ｂを配した構造となっている。なお，第
１及び第２の入出力部１００ａ，１００ｂは，すでに説
明した第１の実施の形態にかかる入出力部１００と略同
一構造を有しているので，その構成及び作用効果につい
ては，詳細説明は省略し，その特徴的な部分のみを以下
に説明することにする。すなわち，本実施の形態にかか
る導波路型光素子１０は，光信号の入出力面にあたる光
導波路１２０の両端面（終端面１６ａ及び終端面１６
ｂ）に無反射膜ＡＲのコーティングを施した単一透過構
造となる。このため，導波路型光素子１０は，光導波路
１２０に例えば光変調手段や光増幅手段等を設置すれ
ば，透過型の光変調素子や光増幅素子として構成するこ
ともできる。

【００４６】次に，本実施の形態にかかる導波路型光素
子１０の動作について，引き続き図９及び図１０を参照
しながら説明すると，導波路型光素子１０に，光信号Ｓ
１が第２入出力部１００ｂから入力された場合，光信号
Ｓ１は，入出力部１００ｂの切り欠かれた凹部領域１０
４ｂを介して終端面１６ｂから光導波路１２０に入力さ
れる。さらに，光信号Ｓ１は，光導波路１２０によって
導波され，光導波路１２０の第１入出力部１００ａにお
ける終端面１６ａに伝搬する。

【００４７】さらにまた，終端面１６ａに伝搬された光
信号Ｓ１は，無反射膜ＡＲがコーティングされた終端面
１６ａにおいて屈折し，終端面１６ａから出力光信号Ｓ
２として出力される。さらに，出力光信号Ｓ２は，凹部
領域１０４ａ及び素子端面１０２ａを介して，導波路型
光素子１０から出力される。

【００４８】一方，導波路型光素子１０において，第１
入出力部１００ａ側から光信号Ｓ１が入力された場合
は，光信号Ｓ１は，第２入出力部１００ｂ側から光信号
Ｓ１が入力された場合とは逆の経路を通って，光導波路
１２０の第２入出力部１００ｂにおける終端面１４ｂか
ら，出力光信号Ｓ２として出力される。なお，この場合
も，第２入出力部１００ｂ側から光信号Ｓ１が入力され
た場合と同様に，光信号Ｓ１は終端面１６ｂで屈折し，
出力光信号Ｓ１として，素子端面１０２ｂの法線Ｃｂ方
向に出力される。

【００４９】本実施の形態にかかる導波路型光素子１０
は，上記第１の実施の形態で説明したと同様の効果を得
ることができる。すなわち，導波路型光素子１０は，光
導波路１２０の終端面１６ａと終端面１６ａとにおける
残留反射による干渉作用を抑制することができるととも
に，光学アラインメントの容易性及び外部素子との高い
光結合性を確保でき，さらには，モジュール化にも適し
ている。

【００５０】（第３の実施の形態）次に本発明の第３の
実施の形態について，図１１及び図１２を参照して説明
する。なお，図１１は，導波路型光素子２０の概略的な
構成を説明するための平面図であり，図１２は，その概
略的構成の斜視方向からの見取図である。また，第３の
実施の形態にかかる導波路型光素子２０の構成要素のう
ち，上記第１及び第２の実施の形態において説明した構
成要素と実質的に同一のものについては，略同一の符号
を付することにより詳細な説明は省略する。

【００５１】最初に，本実施の形態にかかる導波路型光
素子２０の構成について説明すると，導波路型光素子２
０において，入出力端部２４には，上記第１の実施の形
態にかかる入出力部１００と同構成の入出力部１００ａ
が配置されており，入出力端部２４とは反対側に位置す
る素子端面２６には全反射膜ＨＲがコーティングされて
いる。さらに，入出力部１００ａと全反射膜ＨＲとは，
光導波路２８によって接続されている。

【００５２】したがって，導波路型光素子２０は，光導
波路２８に例えば光変調手段や光増幅手段等を設置すれ
ば，素子端面２６に全反射膜ＨＲがコーティングされた
二重通過型（反射型）の光変調素子や光増幅素子にする
ことができる。

【００５３】かかる構成によって，導波路型光素子２０
外部から入出力部１００ａに入力された光信号Ｓ１は，
光導波路２８によって導波されて，素子端面２８に伝送
される。さらに，素子端面２８に伝送された光信号Ｓ１
は，全反射膜ＨＲにおいて反射され，再び光導波路２８
によって導波されて入出力部１００ａに伝搬する。入出
力部１００ａにおいて，光信号Ｓ１は，無反射膜ＡＲが
コーティングされた終端面１６ａから，屈折後に，素子
端面１０２ａの法線Ｃａ方向に出力光信号Ｓ２として出
力される。

【００５４】以上説明した本実施の形態にかかる導波路
型光素子２０においては，外部端面反射戻り光Ｐｏは，
入出力部１００ａへの光信号Ｓ１及び入出力部１００ａ
からの出力光信号Ｓ２と経路が別である。したがって，
導波路型光素子２０は，外部端面反射戻り光Ｐｏに起因
した干渉効果を大幅に低減できるため，第１の実施の形
態にかかる導波路型光素子２０よりも製造が容易であり
ながら，第１の実施の形態にかかる導波路型光素子２０
と同じ程度かそれ以上の効果が得られる。また，本実施
の形態にかかる導波路型光素子２０は，上記第１の実施
の形態にかかる入出力部１００ａと同様に，内部端面反
射戻り光（図示せず）に起因した干渉効果も低減するこ
とができる。

【００５５】さらに，本実施の形態にかかる導波路型光
素子２０の入出力部１００ａ側においては，終端面１６
ａが素子端面１０２ａよりも引っ込んで形成されている
ために，終端面１６ａが光学アラインメントや他素子と
の光結合等の際に損傷する可能性が大幅に減る。さら
に，入出力部１００ａ側においては，出力光信号Ｓ２が
素子端面１０２ａの法線Ｃａ方向に出力されることとに
より，導波路型光素子２０は他素子の受光面に対して何
等制限を与えることなく集積化が可能である。

【００５６】さらにまた，光導波路２８に例えば光変調
手段や光増幅手段等を設置して，光変調素子や光増幅素
子として導波路型光素子を用いる場合，光に対して，往
路と復路で変調や増幅を駆けることが可能である。した
がって，変調や増幅の効果を重ね合わせることが可能と
なり，様々な出射光を得ることができる。

【００５７】（第４の実施の形態）次に，本発明の第４
の実施の形態について，図１３及び図１４を参照して説
明する。なお，図１３は，本実施の形態にかかる透過型
の導波路型光素子３０の概略的な構成を示す斜視図であ
り，図１４は，導波路型光素子３０の図１３中のＥ−
Ｅ，Ｆ−Ｆ’における断面図である。

【００５８】まず，本実施の形態にかかる透過型の導波
路型光素子３０の構成について説明する。導波路型光素
子３０において，図１３に示すように，光導波路３２の
素子端面３０ｃ側には，第１入出力部１００ｃが配置さ
れている。一方，光導波路３２の素子端面３０ｄ側に
は，第２入出力部１００ｄが配置されている。かかる第
１入出力部１００ｃと第２入出力部１００ｄとは，図１
３中ｘ方向から観て，図１に示す上記第１の実施の形態
にかかる入出力部１００と同様の構成を有している。

【００５９】すなわち，図１４に示すように，第１入出
力部１００ｃにおいて，光導波路３２（屈折率ｎ１）の
導波路端部３４ａは，光の導波方向Ａｃが素子端面３０
ｃに対して傾きδを持つように形成される。さらに，第
１入出力部１００ｃにおいては，導波路型光素子３０の
側方（図１４中ｘ方向から観た場合である。なお，図１
１においては，鉛直方向をｙ方向，素子端面３０ｃの法
線方向をｚとしている。）から観て略直角三角形に形成
された部分を切り欠くことによって，素子端面３０ｃに
対して第２の傾きにあたる傾角γを持つ斜面１０６ｃを
形成する。結果として，導波路端部３４ｃの光の導波方
向Ａｃと，斜面１０６ｃに形成される光導波路３２の終
端面３６ｃの法線Ｂａとは，第１の傾きにあたる角θ３
を形成することができる。

【００６０】また，第１入出力部１００ｃにおいて，光
導波路３２の終端面３６ｃは光の入出力端面にあたるた
め，終端面１６ｃにおける光信号の反射ロスをできるだ
け抑えた方がよい。このため，終端面１６ｃが形成され
た斜面１０６ｃには，無反射膜ＡＲがコーティングされ
ている。

【００６１】さらに，第１入出力部１００ｃにおいて
は，終端面１６ｃの外部の屈折率をｎ２として，傾角γ
と傾角δとが，ほぼ δ＝γ−ｃｏｓ^-1（ｎ２／ｎ１ｓｉｎα） の関係を満たすように，導波路端部３４ｃと斜面１０６
ｃとは形成される。一方，第２入出力部１００ｄも，か
かる第１入出力部１００ｃと同様に構成されている。

【００６２】かかる構成を有する本実施の形態にかかる
導波路型光素子３０に，光信号Ｓ１が第２入出力部１０
０ｄ側から入力される場合には，素子端面３０ｄの法線
Ｃｄ上を伝搬して来た光信号Ｓ１は，終端面３６ｄから
光導波路３２に入力される。さらに，光信号Ｓ１は，光
導波路３２によって導波され，第１入出力部１００ｃの
終端面３６ｃに伝搬する。さらにまた，光信号Ｓ１は，
終端面３６ｃにおいて屈折し，素子端面３０ｃの法線Ｃ
ｃ方向に出力光信号Ｓ２として出力される。

【００６３】一方，光信号Ｓ２が，第１入出力部１００
ｃから入力された場合（図示せず）には，光信号Ｓ２が
第２入出力部１００ｄ側から入力された場合とは，逆の
順番で導波路型光素子３０内部を通過し，第２入出力部
１００ｄから出力光信号Ｓ２として出力される。

【００６４】以上説明した本実施の形態にかかる導波路
型光素子３０においても，上記第１及び第２の実施の形
態と同様に，光導波路３２の終端面３６ｃ及び終端面３
６ｄにおける残留反射の影響を抑えることができる。ま
た，本実施の形態にかかる導波路型光素子３０において
は，終端面３６ａ及び終端面３６ｄが，素子端面３０ｃ
及び３０ｄよりも引っ込んでいるとともに，出力光信号
Ｓ２が両素子端面の法線方向に出力される。したがっ
て，終端面３６ｃ及び終端面３６ｄとが損傷する可能性
が大幅に減るとともに，他素子の受光面に対して傾斜を
つける等の加工をせずに集積化が可能である。

【００６５】（第５の実施の形態）次に，本発明の第５
の実施の形態について，図１５及び図１６を参照して説
明する。なお，図１５は，本実施の形態にかかる反射型
の導波路型光素子４０の概略的な構成を示す斜視図であ
り，図１６は，導波路型光素子４０の図５０中のＧ−
Ｇ，Ｈ−Ｈ’における断面図である。

【００６６】導波路型光素子４０は，図１５に示すよう
に，第３の実施の形態にかかる導波路型光素子３０（図
１３）において，入出力部１００ｄを配置する代わりに
全反射膜ＨＲをコーティングした素子端面４０ａを配置
する構成になっている。すなわち，本実施の形態にかか
る導波路型光素子４０は，第３の実施の形態にかかる導
波路型光素子３０の反射型の例といえる。

【００６７】したがって，本実施の形態にかかる導波路
型光素子４０は，光を往路と復路とで変化させることが
できるため，残留反射の抑制及びモジュール化に対する
適性を維持しつつ，様々な出力光を得ることができる。

【００６８】（第６の実施の形態）次に，第６の実施の
形態について，図１７〜図１９を参照して説明する。な
お，図１７は，本実施の形態にかかる光結合方法を適用
した光結合部２５０の説明図であり，図１８及び図１９
は，本実施の形態にかかる光結合方法を適用した他の光
結合部２５０ａ及び光結合部２５０ｂの説明図である。

【００６９】光結合部２５０は，図１７に示すように，
上記第１の実施の形態において説明した，図１に示す入
出力部１００と外部素子２０２との光結合部２００にお
いて，入出力部１００の凹部領域１０４に介在材料とし
てＵＶ硬化の接着剤２５２を充填することにより構成さ
れる。すなわち，図１７に示すように，光結合部２５０
において，入出力部１００の斜面１０６と外部素子２０
２の劈開面２０８とは，入出力部１００の凹部領域１０
４に充填された接着剤２５２によって接着される。な
お，光結合部２５０においては，終端面１６からの出力
光信号Ｓ２が，コア部２０４に入力されるように，外部
素子２０２の端面２１０と素子端面１０２との位置関係
を調整する。

【００７０】かかる構成によって，終端面１６において
光導波路１２から出力される出力光信号Ｓ２は，接着剤
２５２が充填された凹部領域１０４及び素子端面１０２
を介して，コア部２０４に入力される。

【００７１】なお，本実施の形態において，終端面１６
は，光導波路１２及びコア部２０４の屈折率に応じて，
適当な反射率の端面コーティングを施してもよい。さら
に，素子端面１０２と終端面１６との距離は，接着剤２
５２の屈折率や終端面１６を出力光信号Ｓ２が出射する
ときの広がり角や端面コーティング方法などを考慮して
適切に設定することが望ましい。

【００７２】さらにまた，図１７に示す本実施の形態に
かかる光結合部２５０において，接着剤２５２の屈折率
ｎ３を空気若しくは真空の屈折率（〜１）よりも大きく
する，すなわち １＜ｎ３ の関係を満足するように調整すれば，コア部２０４の端
面２１０と終端面１６との間で生じる光信号Ｓ１の広が
り（光の回析効果によるビーム広がり）をより小さくす
ることができる。

【００７３】さらに，本実施の形態にかかる光結合部２
５０において，光導波路１２の屈折率ｎ１と接着剤２５
２の屈折率ｎ３とコア部２０４の屈折率ｎ４とを ｎ１＜ｎ３＜ｎ４，若しくはｎ１＞ｎ３＞ｎ４ の関係を満たすように設定し，かつ，接着剤２５２にお
ける出力光信号Ｓ２の光路である，終端面１６とコア部
２０４の劈開面２１０との間の距離をｚとした場合， ４ｎ４ｚ＝λ の関係を満足するようにすることが可能である。ただ
し，λは光の真空もしくは空気中での波長である。

【００７４】このとき，終端面１６にあらかじめ無反射
コーティングを施すことなく，終端面１６とコア部２０
４の端面２１０との間では無反射条件を成立させること
ができる。

【００７５】本実施の形態にかかる光結合方法を用いれ
ば，例えば接着剤２５２を用いていることで，光結合部
２５０の密着性が向上する。さらに，接着剤２５２がク
ッションの役割を果たすため，機械的衝撃や振動等に対
する耐性が高い光素子モジュールを作成することが可能
となる。

【００７６】さらに，屈折率ｎ３が１よりも大きい接着
剤２５２を用いることにより，終端面１６とコア部２０
４の劈開面２１０との間での光の回析効果によるビーム
広がりを小さくすることができる。したがって，光結合
部の光結合効率を向上させることができる。さらにま
た，光導波路１２の終端面１６に端面コーティングを施
さずとも無反射条件の実現が可能となる。

【００７７】さらにまた，本実施の形態においては，図
１８及び図１９に示すように，外部素子２５０を入出力
部１００と同構造を有する外部素子２５０ａや外部素子
２５０ｂを用いて，本実施の形態にかかる光結合方法に
よって，光結合部２５０ａや光結合部２５０ｂを形成し
ても良い。なお，図１８及び図１９に示す構造は，充填
材２５２ａ，２５２ｂを充填する以外については，図５
及び図６に示す構造と同様なので，略同一の機能構成を
有する部材については，同一の参照番号を付することに
より重複説明を省略する。

【００７８】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００７９】例えば，上記実施の形態においては，導波
路型光素子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構
成に限定されない。本発明は，他の様々な用途光機能素
子，例えばレーザ，光変調素子，モード変換素子，Ｐ
Ｄ，光スイッチ，分波素子，合波素子，光フィルタ，波
長変換素子，ＬＥＤ（端面発光ＬＥＤ），ＤＦＢ−ＬＤ
又はこれらの素子を適当に組み合わせて集積化した素子
等に対しても適用することができる。

【００８０】また，本発明は，様々な材料や構造や寸法
等を有する導波路型光素子に対しても適用することがで
きる。

【００８１】また，上記実施の形態においては，ＡＲ膜
及びＨＲ膜を端面にコーティングした導波路型光素子を
例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定され
ない。本発明は，他の様々な端面コーティングの形成方
法やコーティング膜の層数やコーティング膜の材料等に
よって端面をコーティングを施された導波路型光素子に
対しても適用することができる。

【００８２】また，上記実施の形態においては，充填材
料としてＵＶ硬化の接着剤を用いた光結合方法を例に挙
げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。
本発明は，硬化させたＵＶ硬化の接着剤や他の様々な充
填材料を用いた光結合方法に対しても適用することがで
きる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば，残留反射で発生する反
射光による干渉作用を防止することができ，更に光結合
度を高く維持すること及び光学アライメントが容易であ
る光機能素子を実現することができる。したがって，光
機能素子の比較的簡単なモジュール化が可能となる。

【００８４】さらに，本発明によれば，光機能素子内の
光導波路端面が保護された状態となるため，例えば光集
積回路の作製時や光学系の構築時等に光導波路に損傷を
与える可能性を低減することができる。したがって，歩
留まりの高い廉価な光集積回路や光学系を提供すること
が可能となる。

【００８５】さらにまた，本発明によれば，材料を介在
させるだけで，素子端面に無反射膜をコーティングした
場合と同様の効果のある光結合方法が可能となる。した
がって，モジュール化する光機能素子の製造工程から，
端面コーティング工程を省略することができ，光モジュ
ールの更なる歩留まりの向上及びコスト削減が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な入出力部の概略構成を示す
平面図である。

【図２】図１に示す入出力部の概略的な斜視図である。

【図３】図１に示す入出力部の設定条件の説明図であ
る。

【図４】図１に示す入出力部の他素子との光結合の方法
の説明図である。

【図５】図１に示す入出力部と他素子との他の光結合の
方法の説明図である。

【図６】図１に示す入出力部と他素子との他の光結合の
方法の説明図である。

【図７】図１に示す入出力部の効果説明図である。

【図８】図１に示す入出力部の他の効果説明図である。

【図９】本発明を適用可能な導波路型光素子の概略構成
を示す平面図である。

【図１０】図９に示す導波路型光素子の概略的構成を示
す斜視図である。

【図１１】本発明を適用可能な他の導波路型光素子の概
略構成を示す平面図である。

【図１２】図１１に示す導波路型光素子の概略構成を示
す斜視図である。

【図１３】本発明を適用可能な他の導波路型光素子の概
略的構成を示す斜視図である。

【図１４】図１３に示す導波路型光素子の断面図であ
る。

【図１５】本発明を適用可能な他の導波路型光素子の概
略的構成を示す斜視図である。

【図１６】図１５に示す導波路型光素子の断面図であ
る。

【図１７】本発明にかかる光結合方法の説明図である。

【図１８】図１７に示す光結合方法の他の説明図であ
る。

【図１９】図１４に示す光結合方法の他の説明図であ
る。

【図２０】従来の導波路型光素子の概略的構成を示す平
面図である。

【符号の説明】

１０ 導波路型光素子 １２ 光導波路 １６ 終端面 １００ 入出力部 １０２ 素子端面 ２５０ 光結合部 ２５２ 接着剤 Ａａ 導波方向 Ｂａ 終端面の法線 Ｃａ 素子端面の法線 Ｓ１，Ｓ２ 光信号 α，β 傾角 ｚ 距離

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子の内部に形成された光導波路を介し
   て前記素子の外部と光の入出力を行う光機能素子であっ
   て：前記素子の端面に対して引っ込んだ凹部には，前記
   光導波路の入出力端面が形成され；前記光導波路の前記
   入出力端面における軌道接線は，前記入出力端面の法線
   に対して第１の傾きを成す（ただし，第１の傾きは，０
   ではない。）；ことを特徴とする，光機能素子。
2. 【請求項２】 前記入出力端面の法線は，前記素子端面
   の法線に対して第２の傾きを成す（ただし，第２の傾き
   は，０ではない。）ことを特徴とする，請求項１に記載
   の光機能素子。
3. 【請求項３】 前記第１の傾きと前記第２の傾きとは，
   前記入出力端面からの出力光が前記素子端面の法線方向
   に出力されるように調整されることを特徴とする，請求
   項２に記載の光機能素子。
4. 【請求項４】 前記入出力端面からの出力光が入力され
   る外部素子の被入力面と，前記入出力端面との間には，
   屈折率が１より大きい材料が介在することを特徴とす
   る，請求項１，２又は３に記載の光機能素子の光結合方
   法。
5. 【請求項５】 前記材料は，前記材料の屈折率と前記材
   料での透過光の光路の長さとの積の４倍が，前記透過光
   の波長と等しいことを特徴とする，請求項４に記載の光
   結合方法。