WO2014203568A1 - スポットサイズ変換光導波路 - Google Patents

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WO2014203568A1
WO2014203568A1 PCT/JP2014/056076 JP2014056076W WO2014203568A1 WO 2014203568 A1 WO2014203568 A1 WO 2014203568A1 JP 2014056076 W JP2014056076 W JP 2014056076W WO 2014203568 A1 WO2014203568 A1 WO 2014203568A1
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WO
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optical waveguide
core
spot size
size conversion
taper
Prior art date
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PCT/JP2014/056076
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English (en)
French (fr)
Inventor
慎太郎 山▲崎▼
奈良　一孝
正典 高橋
泰芳 内田
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/14—Mode converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide

Definitions

  • the present invention relates to a spot size conversion optical waveguide.
  • An optical fiber circuit such as an optical fiber and a planar lightwave circuit (PLC) is an optical waveguide device that forms a refractive index difference between a core portion and a cladding portion to confine and propagate light in the core portion.
  • PLC planar lightwave circuit
  • the relative refractive index difference ⁇ for optical confinement is often different between the optical fiber and the optical waveguide circuit. Therefore, the spot sizes of light propagating through the core part are often different from each other.
  • the relative refractive index difference ⁇ may be made higher than the relative refractive index difference ⁇ of the optical fiber for downsizing and the like.
  • a spot size conversion optical waveguide is disclosed that is arranged at a connection portion between an optical fiber and an optical waveguide circuit to convert the spot size of light (for example, a patent).
  • a spot size conversion optical waveguide is also used when optical waveguide circuits having different light spot sizes are connected.
  • the spot size conversion optical waveguide is required to reduce the connection loss between optical waveguide elements to be optically connected.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a spot size conversion optical waveguide capable of reducing connection loss.
  • a spot size conversion optical waveguide includes a cladding part, and a core part disposed in the cladding part and having a higher refractive index than the cladding part.
  • the core part is formed continuously with the first straight part, the first straight part extending in a predetermined direction, the width and height being substantially constant in the extending direction, and the width toward the terminal part And a first core portion having a first taper portion whose height decreases, a straight portion covering portion formed so as to cover the first straight portion of the first core portion, and the straight portion covering portion.
  • a taper portion covering portion formed to cover the first taper portion of the first core portion and having a width and height that decreases along the shape of the first taper portion, and a width and height toward the extending direction.
  • Second to expand Has a over path portion the light output end face is formed at the end portion, and having a second core portion has a lower refractive index than the first core portion.
  • the relative refractive index difference of the first core portion relative to the cladding portion is 2.5% to 12%, and the second core portion relative to the cladding portion.
  • the relative refractive index difference is 0.3% to 1.8%.
  • the spot size conversion optical waveguide according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the light output end face of the second core portion is a rectangular shape having a side length of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m.
  • the width and height of the tapered portion covering portion of the second core portion are larger than the width and height of the first tapered portion of the first core portion, It has a width and height for propagating light of a predetermined wavelength in a single mode.
  • the second core portion has a side portion extending in the width direction of the straight portion covering portion, and the width of the side portion is greater than 0 ⁇ m and 2 ⁇ m or less. It is characterized by being.
  • the second core portion includes a connecting portion that connects the tapered portion covering portion and the second tapered portion, and the width of the connecting portion is:
  • the taper portion is wider by 0 ⁇ m to 2 ⁇ m than the width of the covering portion.
  • the second core portion has a connecting portion that connects the taper portion covering portion and the second taper portion, and the taper of the second core portion.
  • the end portion of the portion covering portion forms a step with respect to the connecting portion, and the height of the step is greater than 0 ⁇ m.
  • the separation distance from the terminal end portion of the first taper portion to the second taper portion is greater than ⁇ 100 ⁇ m with the stretching direction as a positive direction.
  • the spot size conversion optical waveguide according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the length of the first taper portion is 300 ⁇ m or more.
  • the spot size conversion optical waveguide according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the length of the second taper portion is 200 ⁇ m or more.
  • the second core portion is formed continuously with the second taper portion, and the width and height are substantially constant in the extending direction, and the end portion It further has a second straight portion on which the light output end face is formed.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic side view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 4A is a view showing a cut surface of the first core portion and the second core portion in the cross section along the line AA shown in FIG.
  • FIG. 4B is a view showing a cut surface of the first core portion and the second core portion in the cross section taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 4C is a diagram showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section along the line CC shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 7A is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section along the line DD shown in FIG.
  • FIG. 7B is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section taken along the line EE shown in FIG.
  • FIG. 7C is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section taken along line FF shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to the third embodiment.
  • FIG. 7A is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section along the line DD shown in FIG.
  • FIG. 7B is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the cross section taken along the line
  • FIG. 9 is a schematic side view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 11A is a diagram showing a cut surface of the first core portion and the second core portion in the section GG shown in FIG.
  • FIG. 11B is a diagram showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the HH line cross section shown in FIG.
  • FIG. 11C is a view showing the cut surfaces of the first core portion and the second core portion in the section taken along the line II shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the length of one side and the loss on the light output end face of the second core portion.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the distance between the tapered portions and the loss.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the height of the step and the loss when ⁇ of the second core portion is 0.8%.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the height of the step and the loss when ⁇ of the second core portion is 1.55%.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the relationship between the length of the first taper portion and the loss.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the length of the second taper portion and the loss.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the length of the overlapping portion and the loss.
  • FIG. 19A is a diagram for explaining an example of the method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 19A is a diagram for explaining an example of the method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 19B is a diagram for explaining an example of the manufacturing method of the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 19C is a diagram for explaining an example of the method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining an example of the method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • the spot size conversion optical waveguide 100 according to the first embodiment includes a substrate 10, a clad portion 20 formed on the substrate 10, and a core disposed in the clad portion 20. Part 30. The core part 30 extends in the direction D1.
  • the substrate 10 is made of, for example, silicon.
  • the clad part 20 is made of, for example, quartz glass to which an oxide such as boron (B) or phosphorus (P) is added.
  • the core part 30 is made of quartz glass having a refractive index higher than that of the clad part 20.
  • the core unit 30 includes a first core unit 31 and a second core unit 32 having a refractive index lower than that of the first core unit 31.
  • the configuration of the first core unit 31 and the second core unit 32 will be specifically described.
  • the 1st core part 31 has the 1st straight part 31a and the 1st taper part 31b.
  • the first straight portion 31a extends in the direction D1 (extension direction), has a square cross section in a plane perpendicular to the extension direction, for example, and has a substantially constant width and height in the extension direction.
  • the first taper portion 31b is formed continuously with the first straight portion 31a and has a square cross section, for example, but the width and height are reduced in a tapered shape toward the end portion 31ba.
  • the first taper portion 31b has a length L13 (see FIG. 3). Note that the width and the height do not necessarily have to be reduced at the same time.
  • the width may be reduced after the height has been reduced first.
  • the first core portion 31 is an oxide such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), or aluminum (Al), which is a material that increases the refractive index, for example. It consists of quartz glass to which is added.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 with respect to the cladding portion 20 is, for example, 2.5% to 12%, and more preferably 4% to 12%.
  • the second core portion 32 connects the straight portion covering portion 32a, the tapered portion covering portion 32b, the second tapered portion 32d, the second straight portion 32e, the tapered portion covering portion 32b, and the second tapered portion 32d. And a connecting portion 32c. Furthermore, the 2nd core part 32 has side part 32aa extended in the width direction of the straight part coating
  • the second core portion 32 is made of, for example, quartz glass to which an oxide such as germanium (Ge) is added, which is a material that increases the refractive index.
  • the relative refractive index difference between the second core portion 32 and the clad portion 20 is, for example, 0.3% to 1.8%.
  • the straight part covering part 32a is formed so as to cover the first straight part 31a of the first core part 31 from above.
  • the straight portion covering portion 32a gradually decreases in height toward the side opposite to the direction D1.
  • the taper portion covering portion 32b is formed to be continuous with the straight portion covering portion 32a and cover the first taper portion 31b of the first core portion 31, and has a width and height along the shape of the first taper portion 31b. The taper is reduced.
  • the tapered portion covering portion 32b has a length that is at least the length L13 of the first tapered portion 31b (see FIG. 3).
  • An end portion 32ba corresponding to the end portion 31ba of the first taper portion 31b is formed at the end portion of the taper portion covering portion 32b.
  • the second tapered portion 32d has a width and height that increase in a tapered shape in the direction D1.
  • the second taper portion 32d has a length L14 (see FIG. 3).
  • the distance from the terminal portion 31ba of the first tapered portion 31b to the second tapered portion 32d is a distance L15.
  • the second straight portion 32e is formed continuously with the second taper portion 32d, has a cross section in a plane perpendicular to the direction D1, for example, is square, and has a substantially constant width and height in the direction D1, at the end.
  • a light output end face 32ea is formed.
  • the second straight portion 32e has a length L11 (see FIG. 2).
  • the light output end face 32ea is on the same plane as the end face 100a of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the cross section of the second straight portion 32e and the light output end face 32ea are, for example, a square whose one side is a length L12 (see FIG. 1).
  • the second straight portion 32e is not always necessary, but it is preferable to provide the second straight portion 32e in order to stably obtain the desired size of the light output end face 32ea.
  • the end surface formed at the end of the second taper portion 32d is located on the same plane as the end surface 100a of the spot size conversion optical waveguide 100, and becomes the light output end surface.
  • the connecting portion 32c extends to the side portion of the tapered portion covering portion 32b and the second tapered portion 32d side. In the spot size conversion optical waveguide 100 according to the first embodiment, the connecting portion 32c is formed so as to connect the side portion 32aa and the second tapered portion 32d.
  • FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C respectively show the cut surfaces of the first core portion 31 and the second core portion 32 in the AA line cross section, the BB line cross section, and the CC line cross section shown in FIG. FIG.
  • the end portion of the first straight portion 31a appears in the first core portion 31.
  • coated part 32a formed so that the 1st straight part 31a might be covered, and the side part 32aa which spreads in the width direction of the straight part coating
  • the first straight portion 31a has a square cross section with one side having a length L16.
  • the side portion 32aa has a width W13.
  • the first taper portion 31b of the first core portion 31 is reduced in square width and height toward the end portion 31ba. ing.
  • the tapered portion covering portion 32b of the second core portion 32 covers the first tapered portion 31b, and the width and height are reduced along the shape of the first tapered portion 31b.
  • FIG. 4B in the cross section taken along the line BB, the end portion 32ba of the tapered portion covering portion 32b and the connecting portion 32c appear in the second core portion 32.
  • the first core portion 31 is indicated by a broken line because the end portion 31ba of the first taper portion 31b is located on the AA line cross section side of the BB line cross section.
  • the end portion 31ba has a width W11.
  • the end portion 32ba has a width W12.
  • the end portion 32ba forms a step H1 with respect to the connecting portion 32c.
  • the connecting portion 32c is wider than the tapered portion covering portion 32b by a width W14.
  • the value of the width W14 increases from the cross section along the line AA toward the cross section along the line BB.
  • the first core portion 31 does not exist from the BB line cross section to the CC line cross section, and the connecting portion 32c of the second core portion 32 has a rectangular cross section. Furthermore, it extends in the direction D1. As shown in FIG. 4C, only the connecting portion 32c of the second core portion 32 appears in the CC cross section.
  • the spot size conversion optical waveguide 100 an optical waveguide circuit is connected to the first straight portion 31 a side of the first core portion 31. Further, as shown in FIG. 2, the optical fiber OF is disposed so that the end face of the optical fiber OF faces the light output end face 32ea on the same plane as the end face 100a of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the optical fiber OF has a core part OF1 and a cladding part OF2.
  • the optical fiber OF is, for example, ITU-T (International Telecommunication Union) A standard single-mode optical fiber that is used in the field of optical communication and conforms to 652.
  • an optical signal having a wavelength included in the range of 1520 nm to 1620 nm, which is a wavelength band used for optical communication is input from the optical waveguide circuit side to the first core unit 31.
  • the length L16 which is the length of one side, and a relative refractive index difference are set so that the 1st core part 31 may be optically connected with an optical waveguide circuit with low loss. Therefore, the loss when the signal light is input from the optical waveguide circuit to the spot size conversion optical waveguide 100 is small.
  • the first core part 31 first propagates the optical signal input in the first straight part 31a in the direction D1.
  • the length L16 which is the length of one side of the first straight portion 31a, is set to such a length that an input optical signal having a predetermined wavelength can be propagated in a single mode.
  • the length L16 is, for example, 1.5 ⁇ m to 3.0 ⁇ m.
  • the length L16 is preferably set according to the wavelength of the optical signal and the relative refractive index difference of the first core portion 31.
  • the first core unit 31 then propagates the optical signal input at the first taper unit 31b.
  • the first taper portion 31b is reduced in width and height. Therefore, the propagating light field gradually spreads to the tapered portion covering portion 32b of the second core portion 32 during propagation through the first tapered portion 31b.
  • the width and height of the tapered portion covering portion 32 b are larger than the width and height of the first tapered portion 31 b of the first core portion 31.
  • the width and height of the tapered portion covering portion 32b are such that the portion including the first tapered portion 31b and the tapered portion covering portion 32b of the core portion 30 propagates signal light in a single mode. It is preferable.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 4% to 12%
  • the relative refractive index difference of the second core portion 32 is 0.3% to 1.8%
  • the wavelength of the signal light is 1520 nm to 1620 nm.
  • the width and height of the tapered portion covering portion 32b are preferably larger than the width and height of the first tapered portion 31b and are, for example, 10 ⁇ m or less.
  • the first taper part 31b does not exist in the direction D1 from the terminal part 31ba, but the signal light propagating through the first taper part 31b is obtained by setting the length L13 of the first taper part 31b to an appropriate value. Is transferred to the connecting portion 32c of the second core portion 32 with low loss via the tapered portion covering portion 32b.
  • the width W14 in which the connecting portion 32c extends with respect to the tapered portion covering portion 32b is in the range of 0 ⁇ m to 2 ⁇ m, it is possible to suppress the deformation of the spot size when the signal light power is shifted. The power of signal light can be transferred with lower loss.
  • the connecting portion 32c propagates the signal light propagating through the first tapered portion 31b to the second tapered portion 32d. Thereafter, since the width and height of the second taper portion 32d increase in the direction D1, the signal light propagates to the second straight portion 32e while increasing the spot size.
  • the second straight part 32e propagates the signal light whose spot size is enlarged to an appropriate size and outputs it from the light output end face 32ea.
  • the spot size of the signal light output from the optical output end face 32ea is converted to a spot size that can be optically coupled to the optical fiber OF with low loss. Therefore, the loss when the signal light is input from the spot size conversion optical waveguide 100 to the optical fiber OF is low.
  • the spot size conversion optical waveguide 100 can optically couple the signal light input from the optical waveguide circuit to the optical fiber OF with low connection loss.
  • the spot size conversion optical waveguide 100 optically couples signal light input from the optical waveguide circuit to the optical fiber OF with a low connection loss even when the first core portion 31 has such a high relative refractive index difference. This is particularly effective.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • the spot size conversion optical waveguide 200 according to the second embodiment includes a substrate 10, a cladding portion 40 formed on the substrate 10, and a core portion disposed in the cladding portion 40. 50.
  • the core portion 50 extends in the direction D2.
  • the substrate 10 is the same as the substrate 10 of the spot size conversion optical waveguide 100 according to the first embodiment.
  • the clad portion 40 is made of quartz glass to which an oxide such as boron (B) or phosphorus (P) is added, like the clad portion 20 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the core part 50 is made of quartz glass having a refractive index higher than that of the clad part 40, similarly to the core part 30 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the core unit 50 includes a first core unit 51 and a second core unit 52 having a refractive index lower than that of the first core unit 51.
  • the first core part 51 has a first straight part 51a and a first taper part 51b, like the first core part 31 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the first straight portion 51a extends in the direction D2 (stretching direction), has a square cross section in a plane perpendicular to the stretching direction, for example, and has a substantially constant width and height in the stretching direction.
  • the first tapered portion 51b is formed continuously with the first straight portion 51a and has a square cross section, for example, but the width and height are reduced in a tapered shape toward the end portion 51ba.
  • the first taper portion 51b has a length L23 (see FIG. 6).
  • the first core portion 51 is made of quartz-based glass to which the same material that increases the refractive index as the first core portion 31 is added.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 51 with respect to the cladding portion 40 is, for example, 2.5% to 12%, and more preferably 4% to 12%.
  • the second core portion 52 has a straight portion covering portion 52a, a tapered portion covering portion 52b, and a width and height that increase in the direction D2. It has the 2 taper part 52d, the 2nd straight part 52e, and the connection part 52c which connects the taper part coating
  • the second core portion 52 is not formed with a portion corresponding to the side portion 32aa of the second core portion 32.
  • the second core portion 52 is made of quartz glass to which a material that increases the refractive index similar to the second core portion 32 is added.
  • the relative refractive index difference between the second core portion 52 and the cladding portion 40 is, for example, 0.3% to 1.8%.
  • the straight portion covering portion 52a is formed so as to cover the first straight portion 51a of the first core portion 51 from above.
  • the straight portion covering portion 52a has a constant height along the direction D2, but as with the straight portion covering portion 32a in the first embodiment, the height gradually decreases toward the opposite side to the direction D2. Also good.
  • the tapered portion covering portion 52b is formed so as to be continuous with the straight portion covering portion 52a and cover the first tapered portion 51b of the first core portion 51, and has a width and height along the shape of the first tapered portion 51b. The taper is reduced.
  • the tapered portion covering portion 52b has a length that is at least the length L23 of the first tapered portion 51b (see FIG. 6).
  • An end portion 52ba corresponding to the end portion 51ba of the first taper portion 51b is formed at the end portion of the taper portion covering portion 52b.
  • the second taper portion 52d has a width and height that increase in a taper shape in the direction D2.
  • the second tapered portion 52d has a length L24 (see FIG. 6).
  • the distance from the terminal portion 51ba of the first taper portion 51b to the second taper portion 52d is a distance L25.
  • the second straight portion 52e is formed continuously with the second taper portion 52d, has a square cross section in a plane perpendicular to the direction D2, for example, and has a substantially constant width and height in the direction D2.
  • a light output end face 52ea is formed.
  • the second straight portion 52e has a length L21 (see FIG. 6).
  • the light output end face 52ea is on the same plane as the end face 200a of the spot size conversion optical waveguide 200.
  • the light output end face 52ea is, for example, a square having a side L22 (see FIG. 5).
  • the connecting portion 52c extends to the side of the tapered portion covering portion 52b and the second tapered portion 52d side.
  • FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C show the cut surfaces of the first core portion 51 and the second core portion 52 in the DD line cross section, the EE line cross section, and the FF line cross section shown in FIG. 5, respectively.
  • FIG. 7A in the cross section taken along the line DD, the end portion of the first straight portion 51a appears with respect to the first core portion 51.
  • coated part 52a formed so that the 1st straight part 51a might be covered appears.
  • the first straight portion 51a has a square cross section with one side having a length L26.
  • the first taper portion 51b of the first core portion 51 is reduced in square width and height toward the end portion 51ba. ing. Further, the taper portion covering portion 52b of the second core portion 52 is reduced in width and height along the shape of the first taper portion 51b. As shown in FIG. 7B, in the cross section taken along the line EE, the end portion 52ba of the tapered portion covering portion 52b and the connecting portion 52c appear in the second core portion 52.
  • the first core portion 51 is indicated by a broken line because the end portion 51ba of the first taper portion 51b is located closer to the DD line cross section than the EE line cross section.
  • the end portion 51ba has a width W21.
  • the end portion 52ba has a width W22.
  • the end portion 52ba forms a step H2 with respect to the connecting portion 52c.
  • the connecting portion 52c is wider than the tapered portion covering portion 52b by a width W24.
  • the value of the width W24 increases from the DD line cross section toward the EE line cross section.
  • the width W24 is preferably 0 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the first core portion 51 does not exist from the EE line cross section to the FF line cross section, and the connecting portion 52c of the second core portion 52 has a rectangular cross section. Furthermore, it extends in the direction D2. As shown in FIG. 7C, only the connecting portion 52c of the second core portion 52 appears in the cross section taken along the line FF.
  • the spot size conversion optical waveguide 200 has an optical waveguide circuit connected to the first straight portion 51a side of the first core portion 51.
  • the optical fiber is arranged so that the end face faces the light output end face 52ea on the same plane as the end face 200a of the spot size conversion optical waveguide 200.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a spot size conversion optical waveguide according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic side view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the spot size conversion optical waveguide shown in FIG.
  • the spot size conversion optical waveguide 300 according to the third embodiment includes a substrate 10, a clad portion 60 formed on the substrate 10, and a core portion arranged in the clad portion 60. 70.
  • the core portion 70 extends in the direction D3.
  • the substrate 10 is the same as the substrate 10 of the spot size conversion optical waveguide 100 according to the first embodiment.
  • the clad part 60 is made of quartz glass to which an oxide such as boron (B) or phosphorus (P) is added, like the clad part 20 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the core part 70 is made of silica-based glass whose refractive index is set higher than that of the cladding part 60, similarly to the core part 30 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the core part 70 includes a first core part 71 and a second core part 72 having a refractive index lower than that of the first core part 71.
  • the first core portion 71 includes a first straight portion 71a and a first taper portion 71b, like the first core portion 31 of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the first straight portion 71a extends in the direction D3 (extension direction), has a square cross section in a plane perpendicular to the extension direction, for example, and has a substantially constant width and height in the extension direction.
  • the first taper portion 71b is formed continuously with the first straight portion 71a and has a square cross section, for example, but the width and height are reduced toward the end portion 71ba in a tapered shape.
  • the first taper portion 71b has a length L33 (see FIG. 10).
  • the first core portion 71 is made of quartz glass to which a material that increases the refractive index similar to that of the first core portion 31 is added.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 71 with respect to the cladding portion 60 is, for example, 2.5% to 12%, and more preferably 4% to 12%.
  • the second core portion 72 has a straight portion covering portion 72a, a tapered portion covering portion 72b, and a width and height that increase in the direction D3.
  • the 2nd core part 72 has side part 72aa which spreads in the width direction of the straight part coating
  • the second core portion 72 is made of quartz glass to which a material that increases the refractive index similar to the second core portion 32 is added.
  • the relative refractive index difference between the second core portion 72 and the cladding portion 60 is, for example, 0.3% to 1.8%.
  • the straight portion covering portion 72a is formed so as to cover the first straight portion 71a of the first core portion 71 from above.
  • the straight portion covering portion 72a gradually decreases in height and width toward the opposite side to the direction D3.
  • the second termination portion 72ab is located at a position where the height and width coincide with the first straight portion 71a of the first core portion 71 and the straight portion covering portion 72a of the second core portion 72 covering the first core portion 71 is interrupted. (See FIG. 9).
  • the length L37 shown in FIG. 9 is the length of the overlapping portion that is the length from the terminal end portion 71ba of the first core portion 71 to the second terminal end portion 72ab.
  • the position at which the straight portion covering portion 72a is interrupted may be different between the upper surface and the side surface of the first straight portion 71a, but the length L37 of the overlapping portion is the straight portion covering portion 72a on the upper surface of the first straight portion 71a. Is defined by the length from the second end portion 72ab, which is a position where the point is interrupted, to the end portion 71ba of the first core portion 71.
  • the tapered portion covering portion 72b is formed so as to be continuous with the straight portion covering portion 72a and cover the first tapered portion 71b of the first core portion 71, and the width is tapered along the shape of the first tapered portion 71b. It is shrinking.
  • the tapered portion covering portion 72b has a length that is at least the length L33 of the first tapered portion 71b (see FIG. 10).
  • An end portion 72ba corresponding to the end portion 71ba of the first taper portion 71b is formed at the end portion of the taper portion covering portion 72b.
  • the second taper portion 72d has a width and height that increase in a taper shape in the direction D3.
  • the height H32 of the second taper portion 72d at the position of the end portion 71ba of the first taper portion 71b is higher than the height H31 of the end portion 71ba of the first taper portion 71b.
  • the second tapered portion 72d has a length L34 (see FIG. 10).
  • the terminal end portion 72ba of the taper portion covering portion 72b and the end portion on the taper portion covering portion 72b side of the second taper portion 72d are formed so as to substantially coincide with each other.
  • the second straight portion 72e is formed continuously with the second taper portion 72d, has a cross-section in a plane perpendicular to the direction D3, for example, a square, and has a substantially constant width and height in the direction D3.
  • a light output end face 72ea is formed.
  • the second straight portion 72e has a length L31 (see FIG. 10).
  • the light output end face 72ea is on the same plane as the end face 300a of the spot size conversion optical waveguide 300.
  • the light output end face 72ea is, for example, a square having a side L32 (see FIG. 8).
  • the connecting portion 72c extends to the side portion of the tapered portion covering portion 72b.
  • the connecting portion 72c is formed so as to connect the side portion 72aa and the second tapered portion 72d.
  • FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C respectively show the cut surfaces of the first core portion 71 and the second core portion 72 in the GG line cross section, the HH line cross section, and the II line cross section shown in FIG. FIG.
  • the end of the first straight portion 71a appears for the first core portion 71 in the cross section taken along the line GG.
  • coated part 72a formed so that the 1st straight part 71a might be covered, and the side part 72aa which spreads in the width direction of the straight part coating
  • the first straight portion 71a has a square cross section with one side having a length L36.
  • the side portion 72aa has a width W33.
  • the first taper portion 71b of the first core portion 71 is reduced in square width and height toward the end portion 71ba. ing. Further, the width of the tapered portion covering portion 72b of the second core portion 72 is reduced along the shape of the first tapered portion 71b. As shown in FIG. 11B, in the cross section taken along the line HH, the end portion 72ba of the tapered portion covering portion 72b and the connecting portion 72c appear in the second core portion 72.
  • the first core portion 72 is indicated by a broken line because the end portion 71ba of the first taper portion 71b is located on the GG line cross section side of the HH line cross section.
  • the end portion 71ba has a width W31.
  • the end portion 72ba has a width W32.
  • the end portion 72ba forms a step H3 with respect to the connecting portion 72c.
  • the connecting portion 72c is wider than the tapered portion covering portion 72b by a width W34.
  • the value of the width W34 increases from the GG line cross section toward the HH line cross section.
  • the width W34 is preferably 0 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the width of the side portion 72aa and the connecting portion 72c may be adjusted so that the width W33 becomes zero and only the straight portion covering portion 72a appears in the GG line cross section.
  • the side portion 72aa has a shape in which the height increases in a taper shape from the second end portion 72ab in the direction D3 and the width decreases in a taper shape.
  • the spot size conversion optical waveguide 300 according to the third embodiment also has an optical waveguide circuit connected to the first straight portion 71a side of the first core portion 71.
  • the optical fiber OF having the core part OF1 and the clad part OF2 is disposed so that the end face faces the light output end face 72ea on the same plane as the end face 300a of the spot size conversion optical waveguide 300, as in the first embodiment. Is done.
  • the signal light propagates through the core portion 70 while the signal light propagates through the core portion 70 to the tapered portion covering portion 72b. Then, the spot size is enlarged by the second taper portion 72d and output from the light output end face 72ea of the second straight portion 72e, and is optically coupled to the optical fiber OF with low connection loss.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the length L12 of one side of the light output end face 32ea of the second core portion 32 and the loss when the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber are connected. . 12 to 18, the loss is a sum of the propagation loss in the spot size conversion optical waveguide 100 and the connection loss between the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber.
  • FIG. 12 shows the calculation result when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is set to 0.8% or 1.55%.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 5%
  • the length L16 of one side of the first straight portion 31a is, for example, 3 ⁇ m, and is a value that allows light having a wavelength of 1550 nm to propagate in a single mode.
  • Data points are plotted at intervals of 0.5 ⁇ m.
  • the loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed, for example, about 0.6 dB or less. Can do.
  • FIG. 12 shows the case where the relative refractive index difference ⁇ is 0.8% and 1.55%, but the relative refractive index difference ⁇ is in the range of 0.3% to 1.8%. It is preferable to set the length L12 to 8 ⁇ m to 14 ⁇ m because loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed.
  • the range of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is the length L22 of one side of the light output end face 52ea of the spot size conversion optical waveguide 200 or the length L32 of one side of the light output end face 72ea of the spot size conversion optical waveguide 300. Even if it is applied, it is a preferable range.
  • a distance L15 which is a distance (distance between the taper portions) from the terminal end portion 31ba of the first taper portion 31b to the second taper portion 32d when the spot size conversion optical waveguide 100 is optically connected to the standard single mode optical fiber. A preferable value of will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the distance L15, which is the distance between the tapered portions, and the loss when the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber are connected.
  • the distance between the taper portions on the horizontal axis takes a positive value when the second taper portion 32d is separated from the terminal portion 31ba in the direction D1, and is opposite to the direction D1. The case where it is separated in the direction is taken as a negative value.
  • FIG. 13 shows the calculation result when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is set to 1.55%.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 5%
  • the length L16 of one side of the first straight portion 31a is, for example, 3 ⁇ m, and is a value that allows light having a wavelength of 1550 nm to propagate in a single mode.
  • the length L13 of the first taper portion 31b is 500 ⁇ m.
  • the length L14 of the second taper portion 32d is 1000 ⁇ m.
  • the length L12 of one side of the light output end face 32ea is 12 ⁇ m. Data points are plotted at 100 ⁇ m intervals.
  • the distance L15 which is the distance between the tapered portions, is ⁇ 100 ⁇ m or more, the loss when connected to the standard single mode optical fiber is drastically reduced, and more preferably 0 ⁇ m or more. Furthermore, 500 ⁇ m or less is sufficient. It is preferable to set the distance L15 to about 0 ⁇ m because both a reduction in loss and a reduction in the size of the spot size conversion optical waveguide 100 in the direction D1 can be achieved. Note that this range of ⁇ 100 ⁇ m or more, 0 ⁇ m or more, and even 500 ⁇ m or less is a preferable range even when applied to the distance L25 of the spot size conversion optical waveguide 200.
  • 14 and 15 are diagrams showing the relationship between the height of the step H1 and the loss when the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber are connected. 14 and 15 show calculation results when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is set to 0.8% and 1.55%, respectively.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 5%, the length L16 of one side of the first straight portion 31a is, for example, 3 ⁇ m, and is a value that allows light having a wavelength of 1550 nm to propagate in a single mode.
  • the length L13 of the first taper portion 31b is 500 ⁇ m.
  • the length L14 of the second taper portion 32d is 1000 ⁇ m.
  • the length L12 of one side of the light output end face 32ea is 12 ⁇ m.
  • the distance L15 is 0 ⁇ m.
  • the width W11 of the terminal end portion 31ba of the first taper portion 31b is set to 0.01 ⁇ m, 0.5 ⁇ m, 1.0 ⁇ m, 2.0 ⁇ m, or 2.5 ⁇ m. Data points are plotted at intervals of 0.2 ⁇ m.
  • the loss can be reduced by reducing the height of the step H1. Moreover, if the terminal width is narrowed, the loss can be reduced. Further, in the case of FIG. 15 where the relative refractive index difference ⁇ is 1.55%, the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is 0.8%.
  • the loss is low.
  • the height of the step H1 is preferably in the range of greater than 0 ⁇ m and 2 ⁇ m or less, and the width W11 is preferably 1 ⁇ m or less. Moreover, it is more preferable that the cross-sectional area represented by the product of the value of the step H1 and the value of the width W11 is 0.5 ⁇ m or more.
  • the range of the step H1 and the width W11 is a preferable range even when applied to the step H2 and the width W21 of the spot size conversion optical waveguide 200 or the step H3 and the width W31 of the spot size conversion optical waveguide 300.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the length L13 (taper length) and the loss when the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber are connected.
  • FIG. 16 shows a calculation result when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is set to 0.8% or 1.55%.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 5%
  • the length L16 of one side of the first straight portion 31a is 3 ⁇ m
  • the light having a wavelength of 1550 nm propagates in a single mode.
  • the length L14 of the second taper portion 32d is 1000 ⁇ m.
  • the length L12 of one side of the light output end face 32ea is 12 ⁇ m.
  • the distance L15 is 0 ⁇ m. Data points are plotted at 100 ⁇ m intervals.
  • the length L13 is preferably 300 ⁇ m or more, more preferably 400 ⁇ m or more, the loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed, for example, about 0.6 dB or less. it can.
  • FIG. 16 shows the case where the relative refractive index difference ⁇ is 0.8% and 1.55%, but the relative refractive index difference ⁇ is in the range of 0.3% to 1.8%.
  • the length L13 is preferably 300 ⁇ m or more, more preferably 400 ⁇ m or more, so that loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed.
  • the range of 300 ⁇ m or more or 400 ⁇ m or more applies to the length L23 of the first taper portion 51b of the spot size conversion optical waveguide 200 or the length L33 of the first taper portion 71b of the spot size conversion optical waveguide 300. However, it is a preferable range.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the length L14 (taper length) and the loss when the spot size conversion optical waveguide 100 and the standard single mode optical fiber are connected. Note that FIG. 17 shows a calculation result when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 32 with respect to the cladding portion 20 is set to 0.8% or 1.55%.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 31 is 5%, the length L16 of one side of the first straight portion 31a is 3 ⁇ m, and the light having a wavelength of 1550 nm propagates in a single mode.
  • the length L13 of the first taper portion 31b is 500 ⁇ m.
  • the length L12 of one side of the light output end face 32ea is 12 ⁇ m.
  • the distance L15 is 0 ⁇ m. Data points are plotted at 100 ⁇ m intervals.
  • the length L14 is preferably 200 ⁇ m or more, more preferably 300 ⁇ m or more, loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed, for example, about 0.6 dB or less. it can.
  • FIG. 17 shows the case where the relative refractive index difference ⁇ is 0.8% and 1.55%, but the relative refractive index difference ⁇ is in the range of 0.3% to 1.8%.
  • the length L14 is preferably 200 ⁇ m or more, more preferably 300 ⁇ m or more, so that loss when connected to the standard single mode optical fiber can be suppressed.
  • the range of 200 ⁇ m or more, or 300 ⁇ m or more is applied to the length L24 of the second taper portion 52d of the spot size conversion optical waveguide 200 or the length L34 of the second taper portion 72d of the spot size conversion optical waveguide 300. However, it is a preferable range.
  • the length L37 of the overlapping portion is shifted from the design value by shifting the fixed position of the shadow mask in the longitudinal direction of the waveguide. It is because there is a case to do.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the length L37 of the overlapping portion and the loss when the spot size conversion optical waveguide 300 and the standard single mode optical fiber are connected.
  • FIG. 18 shows a calculation result when the length L34 (taper length) of the second taper portion 72d is set to 500 ⁇ m or 1000 ⁇ m.
  • FIG. 18 shows a calculation result when the relative refractive index difference ⁇ of the second core portion 72 with respect to the cladding portion 60 is set to 1.55%.
  • the wavelength of light is 1550 nm.
  • the relative refractive index difference of the first core portion 71 is 5%, the length L36 of one side of the first straight portion 71a is 3 ⁇ m, and the light with a wavelength of 1550 nm propagates in a single mode.
  • the length L33 of the first taper portion 71b is 500 ⁇ m.
  • the length L32 of one side of the light output end face 72ea is 12 ⁇ m. Data points are plotted at intervals of 100 ⁇ m when the length L34 is 500 ⁇ m, and at intervals of 200 ⁇ m when the length L34 is 1000 ⁇ m.
  • the loss when connected to the standard single mode optical fiber can be suppressed. It can be set to about 5 dB or less. That is, low loss can be maintained even when the length L37 of the overlapping portion is shifted within the range of 100 ⁇ m.
  • the length L34 is 1000 ⁇ m and the length L37 of the overlapping portion is preferably 300 ⁇ m or more and 900 ⁇ m or less
  • the loss when connected to a standard single mode optical fiber can be suppressed, for example, about 0.5 dB or less. can do. That is, even when the overlapping portion length L37 is shifted within the range of 600 ⁇ m, low loss can be maintained.
  • the length L34 of the second taper portion 72d is preferably 500 ⁇ m or more, and more preferably 1000 ⁇ m or more.
  • the range of 500 ⁇ m or more, or 1000 ⁇ m or more is applied to the length L14 of the second taper portion 32d of the spot size conversion optical waveguide 100 or the length L24 of the second taper portion 52d of the spot size conversion optical waveguide 200.
  • FIG. 19A to FIG. 19C and FIG. 20 are diagrams for explaining an example of the manufacturing method of the spot size conversion optical waveguide according to the first embodiment.
  • quartz glass fine particles are deposited on the substrate 10 by a known flame deposition (FHD) method, and this is heated to convert the glass fine particles into a transparent glass.
  • FHD flame deposition
  • a quartz glass fine particle layer 80 to be the first core portion 31 is deposited on the lower layer 20a by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • a mask M made of a metal or a photoresist is formed on the quartz glass fine particle layer 80.
  • the mask M has a tapered portion T1 whose thickness is gradually reduced.
  • the mask M having the tapered portion T1 is formed as follows. First, a resist is applied on the quartz glass fine particle layer 80. Next, when exposing the resist, multiple exposures are performed while gradually changing the exposure range. For example, FIG. 19A shows exposure ranges S1, S2, S3, S4,. The exposure ranges S1, S2, S3, S4,... Are exposure ranges of the first time, the second time, the third time, the fourth time,. Note that the exposure amount per time is smaller than the appropriate exposure amount unique to the resist to be used, and the exposure per time is underexposure.
  • etching gas EG such as a fluorine-based gas (for example, CF 4 ) and the mask M as an etching mask.
  • a quartz-based glass fine particle layer 80A having a tapered portion T2 to which the shape of the mask M having the tapered portion T1 is transferred is formed.
  • the silica-based glass fine particle layer 80A is patterned into the shape of the first core portion 31 by photolithography and etching.
  • a shadow mask SM is disposed on the lower layer 20a on which the silica glass fine particle layer 80A is formed.
  • a material gas MG for depositing quartz glass fine particles is supplied from above the shadow mask SM by FHD, plasma CVD, sputtering, or the like.
  • the source gas MG is blocked in the region covered with the shadow mask SM, and reaches the lower layer 20a as it is in the region not covered with the shadow mask SM.
  • the region not covered with the shadow mask SM is a region immediately below a hole formed in the shadow mask SM or a region on the outer periphery of the shadow mask SM.
  • the source gas MG wraps around the lower side of the shadow mask SM and reaches the lower layer 20a. It decreases with increasing distance from the periphery.
  • the thickness is constant in the region not covered with the shadow mask SM, but the taper portion T3 where the thickness becomes tapered toward the region covered with the shadow mask SM.
  • a silica-based glass fine particle layer 90 having the following is formed.
  • the silica glass fine particle layer 90 is formed so that the end portion of the silica glass fine particle layer 90 covers the silica glass fine particle layer 80A.
  • the shape of the quartz glass fine particle layer 90 can be adjusted by setting the height of the shadow mask SM from the lower layer 20a and the position of the peripheral edge of the shadow mask SM. Thereafter, after removing the shadow mask SM, the quartz glass fine particle layer 90 is patterned into the shape of the second core portion 32 by photolithography and etching.
  • the width W13 of the side portion 32aa is larger than 0 ⁇ m, and is preferably set according to an assumed patterning error, and may be 2 ⁇ m or less.
  • quartz glass fine particles for forming the remaining portion of the clad portion 20 are again deposited by the FHD method. Thereafter, the entire substrate is heated to convert each silica-based fine glass into transparent glass, and the clad part 20 and the core part 30 are completed. Thereafter, the substrate is cut into a desired shape to complete the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the end surface 100a of the spot size conversion optical waveguide 100 is formed by cutting at this time, an error may occur in the cutting position.
  • the area of the end surface of the second taper portion 32d exposed to the end surface 100a varies depending on the cutting position error.
  • manufacturing variations may occur in the spot size of the signal light output from the end face 100 a of the spot size conversion optical waveguide 100.
  • the second straight portion 32e having the length L11 is present in the second core portion 32, even if there is a cutting error.
  • the area of the light output end face 32ea of the second straight portion 32e exposed on the end face 100a is less likely to vary, and it is preferable because signal light having a stable spot size can be output.
  • the width of the dicer is about 100 ⁇ m
  • the length L11 is preferably 200 ⁇ m or more.
  • the material added to increase the refractive index to the first core portion is a material that takes longer to form the glass fine particle layer than when Ge is added, or Ge is added. If the material is difficult to etch compared to the case, it is difficult to achieve a low connection loss by using a spot size conversion optical waveguide consisting only of the first core part and processing the shape of the first core part. is there.
  • the spot size conversion optical waveguide according to the above embodiment forms a second core portion having a predetermined shape to which a material such as Ge or the like that is easy to form or etch and is relatively easy to process is formed, and has a low connection loss. Is realized.
  • the present invention is particularly effective when a material (for example, Zr) that makes it difficult to process the shape of the first core portion is added.
  • the cross section of the first core part, the cross section of the second straight part of the second core part, and the light output end face are square, but should be set according to the shape of the object to be optically connected.
  • a rectangular shape other than a square or a trapezoidal shape may be used.
  • the spot size conversion optical waveguide according to the present invention is suitable mainly for use in the field of optical communication.

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Abstract

　スポットサイズ変換光導波路１００は、クラッド部２０と、当該クラッド部内に配置され、当該クラッド部よりも屈折率が高いコア部３０と、を備える。前記コア部は、第１コア部３１と、当該第１コア部よりも屈折率が低い第２コア部３２と、を有する。前記第１コア部は、所定の方向に延伸し、幅および高さが延伸方向において略一定である第１ストレート部３１ａと、当該第１ストレート部と連続して形成され、終端部に向かって幅および高さが縮小する第１テーパ部３１ｂとを有する。前記第２コア部は、前記第１ストレート部を覆うように形成されたストレート部被覆部３２ａと、当該ストレート部被覆部と連続して前記第１テーパ部を覆うように形成され、前記第１テーパ部の形状に沿って幅および高さが縮小するテーパ部被覆部３２ｂと、延伸方向に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部３２ｄと、を有する。前記スポットサイズ変換光導波路は、接続損失を小さくできるものである。

Description

スポットサイズ変換光導波路
　本発明は、スポットサイズ変換光導波路に関するものである。
　光ファイバ、および、平面光波回路（ＰＬＣ）等の光導波路回路は、いずれもコア部とクラッド部との間に屈折率差を形成してコア部内に光を閉じ込めて伝搬させる光導波路素子である。しかしながら、光ファイバおよび光導波路回路とでは、光閉じ込めのための比屈折率差Δが異なる場合が多い。そのため、コア部を伝搬する光のスポットサイズが互いに異なる場合が多い。特に、光導波路回路の場合、小型化等のために比屈折率差Δを光ファイバの比屈折率差Δよりも高くしている場合がある。光ファイバと光導波路回路とで比屈折率差Δが異なる場合、伝搬する光のスポットサイズが互いに異なる。この場合、光ファイバと光導波路回路とをそのまま光学的に接続すると、スポットサイズの不整合のために大きな接続損失が生じる。このような大きな接続損失の発生を抑制するために、光ファイバと光導波路回路との接続箇所に配置して、光のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換光導波路が開示されている（たとえば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。このようなスポットサイズ変換光導波路は、光のスポットサイズが互いに異なる光導波路回路間を接続する場合にも使用される。
　スポットサイズ変換光導波路には、光学的に接続すべき光導波路素子間の接続損失を小さくすることが要求されている。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続損失を小さくすることができるスポットサイズ変換光導波路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、本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、クラッド部と、前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高いコア部と、を備え、前記コア部は、所定の方向に延伸し、幅および高さが延伸方向において略一定である第１ストレート部と、前記第１ストレート部と連続して形成され、終端部に向かって幅および高さが縮小する第１テーパ部とを有する第１コア部と、前記第１コア部の第１ストレート部を覆うように形成されたストレート部被覆部と、前記ストレート部被覆部と連続して前記第１コア部の第１テーパ部を覆うように形成され、前記第１テーパ部の形状に沿って幅および高さが縮小するテーパ部被覆部と、前記延伸方向に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部と、を有し、端部に光出力端面が形成され、前記第１コア部よりも屈折率が低い第２コア部と、を有することを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は２．５％～１２％であり、前記第２コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３％～１．８％であることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部の光出力端面は１辺の長さが８μｍ～１４μｍの矩形状であることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部のテーパ部被覆部の幅および高さは、前記第１コア部の第１テーパ部の幅および高さよりも大きく、所定の波長の光をシングルモードで伝搬する幅および高さであることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記ストレート部被覆部の幅方向に広がる側部を有し、該側部の幅は０μｍより大きく２μｍ以下であることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、該連結部の幅は、前記テーパ部被覆部の幅より０μｍ～２μｍだけ広いことを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、前記第２コア部のテーパ部被覆部の終端部は前記連結部に対して段差を形成しており、該段差の高さは０μｍより大きいことを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１テーパ部の終端部から前記第２テーパ部までの離間距離は、前記延伸方向を正の方向として、－１００μｍより大きいことを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１テーパ部の長さは３００μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２テーパ部の長さは２００μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記第２テーパ部と連続して形成され、前記延伸方向において幅および高さが略一定であり、端部に前記光出力端面が形成された第２ストレート部をさらに有することを特徴とする。
　本発明によれば、接続損失を小さくすることができるスポットサイズ変換光導波路を提供できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図２は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。 図３は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図４Ａは、図１に示すＡ－Ａ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図４Ｂは、図１に示すＢ－Ｂ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図４Ｃは、図１に示すＣ－Ｃ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図５は、実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図６は、図５に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図７Ａは、図５に示すＤ－Ｄ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図７Ｂは、図５に示すＥ－Ｅ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図７Ｃは、図５に示すＦ－Ｆ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図８は、実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図９は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。 図１０は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図１１Ａは、図８に示すＧ－Ｇ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１１Ｂは、図８に示すＨ－Ｈ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１１Ｃは、図８に示すＩ－Ｉ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１２は、第２コア部の光出力端面における１辺の長さと損失との関係を示す図である。 図１３は、テーパ部間距離と損失との関係を示す図である。 図１４は、第２コア部のΔが０．８％の場合の段差の高さと損失との関係を示す図である。 図１５は、第２コア部のΔが１．５５％の場合の段差の高さと損失との関係を示す図である。 図１６は、第１テーパ部の長さと損失との関係を示す図である。 図１７は、第２テーパ部の長さと損失との関係を示す図である。 図１８は、重なり部分の長さと損失との関係を示す図である。 図１９Ａは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図１９Ｂは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図１９Ｃは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図２０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るスポットサイズ変換光導波路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの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。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図２は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。図３は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図１～図３に示すように、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部２０と、クラッド部２０内に配置されたコア部３０とを備えている。コア部３０は方向Ｄ１の方向に延伸している。
　基板１０は、たとえばシリコンからなる。クラッド部２０は、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。
　コア部３０は、クラッド部２０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部３０は、第１コア部３１と、第１コア部３１よりも屈折率が低い第２コア部３２とを有している。
　第１コア部３１および第２コア部３２の構成について具体的に説明する。第１コア部３１は、第１ストレート部３１ａと、第１テーパ部３１ｂとを有する。第１ストレート部３１ａは、方向Ｄ１の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部３１ｂは、第１ストレート部３１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部３１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部３１ｂは長さＬ１３を有する（図３参照）。なお、幅と高さは必ずしも同時に縮小する必要はなく、例えば先に高さが縮小した後に幅が縮小していてもよい。ただし、小型化の観点からは、幅と高さが同時に縮小することが好ましい。第１コア部３１は、たとえば屈折率を高める材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、またはアルミニウム（Ａｌ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部３１の、クラッド部２０に対する比屈折率差はたとえば２．５％～１２％であり、より好ましくは４％～１２％である。
　第２コア部３２は、ストレート部被覆部３２ａと、テーパ部被覆部３２ｂと、第２テーパ部３２ｄと、第２ストレート部３２ｅと、テーパ部被覆部３２ｂと第２テーパ部３２ｄとを連結する連結部３２ｃとを有する。さらに、第２コア部３２は、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａを有する。第２コア部３２は、たとえば屈折率を高める材料である、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差はたとえば０．３％～１．８％である。
　ストレート部被覆部３２ａは、第１コア部３１の第１ストレート部３１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部３２ａは方向Ｄ１と反対側に向かって高さが徐々に低くなっている。テーパ部被覆部３２ｂは、ストレート部被覆部３２ａと連続し、かつ第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部３１ｂの形状に沿って幅および高さがテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部３２ｂは、少なくとも第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３以上の長さを有する（図３参照）。テーパ部被覆部３２ｂの終端部には、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａと対応した終端部３２ｂａが形成されている。第２テーパ部３２ｄは、方向Ｄ１に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。第２テーパ部３２ｄは長さＬ１４を有する（図３参照）。第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａから第２テーパ部３２ｄまでは距離Ｌ１５だけ離間している。
　第２ストレート部３２ｅは、第２テーパ部３２ｄと連続して形成され、方向Ｄ１に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ幅および高さが方向Ｄ１において略一定であり、端部に光出力端面３２ｅａが形成されている。第２ストレート部３２ｅは長さＬ１１を有する（図２参照）。光出力端面３２ｅａはスポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上にある。第２ストレート部３２ｅの断面および光出力端面３２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ１２（図１参照）である正方形である。なお、第２ストレート部３２ｅは、必ずしも必要ないが、所望の光出力端面３２ｅａの大きさを安定して得るためには、第２ストレート部３２ｅを設けることが好ましい。第２ストレート部３２ｅが無い場合は、第２テーパ部３２ｄの端部に形成された端面が、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上に位置し、光出力端面となる。連結部３２ｃは、テーパ部被覆部３２ｂの側部および第２テーパ部３２ｄ側に広がっている。本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００では、連結部３２ｃは側部３２ａａと第２テーパ部３２ｄとの間も連結するように形成されている。
　図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ、図１に示すＡ－Ａ線断面、Ｂ－Ｂ線断面、Ｃ－Ｃ線断面における第１コア部３１と第２コア部３２の断表面を示す図である。図４Ａに示すように、Ａ－Ａ線断面では、第１コア部３１については第１ストレート部３１ａの端部が表れている。第２コア部３２については第１ストレート部３１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部３２ａと、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａが表れている。第１ストレート部３１ａは１辺の長さが長さＬ１６である正方形の断面を有している。側部３２ａａは幅Ｗ１３を有する。
　Ａ－Ａ線断面からＢ－Ｂ線断面にかけては、図１にも示すように、第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂは、終端部３１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部３２のテーパ部被覆部３２ｂは、第１テーパ部３１ｂを覆っており、第１テーパ部３１ｂの形状に沿って幅および高さが縮小している。そして、図４Ｂに示すように、Ｂ－Ｂ線断面では、第２コア部３２については、テーパ部被覆部３２ｂの終端部３２ｂａと、連結部３２ｃとが表れている。第１コア部３１については、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａはＢ－Ｂ線断面よりもＡ－Ａ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部３１ｂａは幅Ｗ１１を有する。終端部３２ｂａは幅Ｗ１２を有する。終端部３２ｂａは連結部３２ｃに対して段差Ｈ１を形成している。連結部３２ｃはテーパ部被覆部３２ｂに対して幅Ｗ１４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ１４はＡ－Ａ線断面からＢ－Ｂ線断面に向かって値が増加している。
　Ｂ－Ｂ線断面からＣ－Ｃ線断面にかけては、図１にも示すように、第１コア部３１は存在せず、第２コア部３２の連結部３２ｃが、矩形の断面形状を有するように、方向Ｄ１の方向に延伸している。そして、図４Ｃに示すように、Ｃ－Ｃ線断面では、第２コア部３２の連結部３２ｃのみが表れている。
　つぎに、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の使用方法および動作について説明する。このスポットサイズ変換光導波路１００は、第１コア部３１の第１ストレート部３１ａ側に光導波路回路が接続される。また、図２に示すように、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上にある光出力端面３２ｅａに、光ファイバＯＦの端面が対向するように光ファイバＯＦが配置される。光ファイバＯＦはコア部ＯＦ１とクラッド部ＯＦ２とを有する。光ファイバＯＦはたとえばＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５２に準拠する、光通信分野において標準的に用いられる標準シングルモード光ファイバである。
　光導波路回路側から第１コア部３１に、たとえば光通信に用いられる波長帯である１５２０ｎｍ～１６２０ｎｍの範囲に含まれる波長を有する光信号が入力される。なお、第１コア部３１は、光導波路回路と低損失で光接続されるように、その１辺の長さである長さＬ１６や比屈折率差が設定されている。したがって、信号光が光導波路回路からスポットサイズ変換光導波路１００に入力する際の損失は小さい。
　第１コア部３１は、まず第１ストレート部３１ａにおいて入力された光信号を方向Ｄ１の方向へ伝搬する。第１ストレート部３１ａの１辺の長さである長さＬ１６は、入力された所定の波長の光信号をシングルモードで伝搬できる程度の長さに設定されている。第１コア部３１の比屈折率差が４％～１２％であり、信号光の波長が１５２０ｎｍ～１６２０ｎｍの範囲である場合、長さＬ１６はたとえば１．５μｍ～３．０μｍである。長さＬ１６は光信号の波長および第１コア部３１の比屈折率差に応じて設定されることが好ましい。
　第１コア部３１は、つぎに第１テーパ部３１ｂにおいて入力された光信号を伝搬する。第１テーパ部３１ｂはその幅および高さが縮小する。そのため、伝搬する光のフィールドは第１テーパ部３１ｂを伝搬中に徐々に第２コア部３２のテーパ部被覆部３２ｂまで広がっていく。テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂの幅および高さよりも大きい。また、テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、コア部３０の第１テーパ部３１ｂとテーパ部被覆部３２ｂとを含む部分が信号光をシングルモードで伝搬するような幅および高さであることが好ましい。第１コア部３１の比屈折率差が４％～１２％であり、第２コア部３２の比屈折率差が０．３％～１．８％であり、信号光の波長が１５２０ｎｍ～１６２０ｎｍの範囲である場合、テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、第１テーパ部３１ｂの幅および高さより大きく、かつたとえば１０μｍ以下であることが好ましい。
　第１テーパ部３１ｂは終端部３１ｂａより方向Ｄ１の方向には存在しないが、第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３を適切な値とすることで、第１テーパ部３１ｂを伝搬していた信号光のパワーは、テーパ部被覆部３２ｂを介して、低損失で第２コア部３２の連結部３２ｃに移行する。ここで、連結部３２ｃがテーパ部被覆部３２ｂに対して広がっている幅Ｗ１４が０μｍ～２μｍの範囲であれば、信号光のパワーの移行の際にスポットサイズが変形することが抑制されるので、より低損失で信号光のパワーが移行できる。
　連結部３２ｃは、第１テーパ部３１ｂを伝搬していた信号光を第２テーパ部３２ｄへ伝搬する。その後、第２テーパ部３２ｄは、方向Ｄ１に向かって幅および高さが拡大しているため、信号光を、そのスポットサイズを拡大しながら第２ストレート部３２ｅへ伝搬する。第２ストレート部３２ｅは、スポットサイズが適切なサイズまで拡大された信号光を伝搬し、光出力端面３２ｅａから出力する。光出力端面３２ｅａから出力した信号光は、そのスポットサイズが、光ファイバＯＦに低損失で光結合できるスポットサイズに変換されている。したがって、信号光がスポットサイズ変換光導波路１００から光ファイバＯＦに入力する際の損失は低い。
　以上のようにして、スポットサイズ変換光導波路１００は、光導波路回路から入力された信号光を、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合させることができる。
　特に、スポットサイズ変換光導波路１００は、第１コア部３１がこのような高い比屈折率差を有する場合でも、光導波路回路から入力された信号光を、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合させることができ、特に大きな効果が発揮される。
（実施の形態２）
　図５は、本発明の実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図６は、図５に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図５、６に示すように、本実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部４０と、クラッド部４０内に配置されたコア部５０とを備えている。コア部５０は方向Ｄ２の方向に延伸している。
　基板１０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の基板１０と同じものである。クラッド部４０は、スポットサイズ変換光導波路１００のクラッド部２０と同様に、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。
　コア部５０は、スポットサイズ変換光導波路１００のコア部３０と同様に、クラッド部４０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部５０は、第１コア部５１と、第１コア部５１よりも屈折率が低い第２コア部５２とを有している。
　第１コア部５１は、スポットサイズ変換光導波路１００の第１コア部３１と同様に、第１ストレート部５１ａと、第１テーパ部５１ｂとを有する。第１ストレート部５１ａは、方向Ｄ２の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部５１ｂは、第１ストレート部５１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部５１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部５１ｂは長さＬ２３を有する（図６参照）。第１コア部５１は、第１コア部３１と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部５１の、クラッド部４０に対する比屈折率差はたとえば２．５％～１２％であり、より好ましくは４％～１２％である。
　第２コア部５２は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２コア部３２と同様に、ストレート部被覆部５２ａと、テーパ部被覆部５２ｂと、方向Ｄ２に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部５２ｄと、第２ストレート部５２ｅと、テーパ部被覆部５２ｂと第２テーパ部５２ｄとを連結する連結部５２ｃとを有する。ただし、第２コア部５２には、第２コア部３２の側部３２ａａに相当する部分が形成されていない。第２コア部５２は、第２コア部３２と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部５２のクラッド部４０に対する比屈折率差はたとえば０．３％～１．８％である。
　ストレート部被覆部５２ａは、第１コア部５１の第１ストレート部５１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部５２ａは方向Ｄ２に沿って高さが一定であるが、実施の形態１におけるストレート部被覆部３２ａと同様に、方向Ｄ２と反対側に向かって高さが徐々に低くなっていてもよい。テーパ部被覆部５２ｂは、ストレート部被覆部５２ａと連続し、かつ第１コア部５１の第１テーパ部５１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部５１ｂの形状に沿って幅および高さがテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部５２ｂは、少なくとも第１テーパ部５１ｂの長さＬ２３以上の長さを有する（図６参照）。テーパ部被覆部５２ｂの終端部には、第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａと対応した終端部５２ｂａが形成されている。第２テーパ部５２ｄは、方向Ｄ２に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。第２テーパ部５２ｄは長さＬ２４を有する（図６参照）。第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａから第２テーパ部５２ｄまでは距離Ｌ２５だけ離間している。
　第２ストレート部５２ｅは、第２テーパ部５２ｄと連続して形成され、方向Ｄ２に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ方向Ｄ２において幅および高さが略一定であり、端部に光出力端面５２ｅａが形成されている。第２ストレート部５２ｅは長さＬ２１を有する（図６参照）。光出力端面５２ｅａはスポットサイズ変換光導波路２００の端面２００ａと同一面上にある。光出力端面５２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ２２（図５参照）である正方形である。連結部５２ｃは、テーパ部被覆部５２ｂの側部および第２テーパ部５２ｄ側に広がっている。
　図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、それぞれ、図５に示すＤ－Ｄ線断面、Ｅ－Ｅ線断面、Ｆ－Ｆ線断面における第１コア部５１と第２コア部５２の断表面を示す図である。図７Ａに示すように、Ｄ－Ｄ線断面では、第１コア部５１については第１ストレート部５１ａの端部が表れている。第２コア部５２については第１ストレート部５１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部５２ａが表れている。第１ストレート部５１ａは１辺の長さが長さＬ２６である正方形の断面を有している。
　Ｄ－Ｄ線断面からＥ－Ｅ線断面にかけては、図５にも示すように、第１コア部５１の第１テーパ部５１ｂは、終端部５１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部５２のテーパ部被覆部５２ｂは、第１テーパ部５１ｂの形状に沿って幅および高さが縮小している。そして、図７Ｂに示すように、Ｅ－Ｅ線断面では、第２コア部５２については、テーパ部被覆部５２ｂの終端部５２ｂａと、連結部５２ｃとが表れている。第１コア部５１については、第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａはＥ－Ｅ線断面よりもＤ－Ｄ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部５１ｂａは幅Ｗ２１を有する。終端部５２ｂａは幅Ｗ２２を有する。終端部５２ｂａは連結部５２ｃに対して段差Ｈ２を形成している。連結部５２ｃはテーパ部被覆部５２ｂに対して幅Ｗ２４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ２４はＤ－Ｄ線断面からＥ－Ｅ線断面に向かって値が増加している。幅Ｗ２４は０μｍ～２μｍであることが好ましい。
　Ｅ－Ｅ線断面からＦ－Ｆ線断面にかけては、図５にも示すように、第１コア部５１は存在せず、第２コア部５２の連結部５２ｃが、矩形の断面形状を有するように、方向Ｄ２の方向に延伸している。そして、図７Ｃに示すように、Ｆ－Ｆ線断面では、第２コア部５２の連結部５２ｃのみが表れている。
　本実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００も、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００と同様に、第１コア部５１の第１ストレート部５１ａ側に光導波路回路が接続され、スポットサイズ変換光導波路２００の端面２００ａと同一面上にある光出力端面５２ｅａに、端面が対向するように光ファイバが配置される。
　そして、光導波路回路側から第１コア部５１に、所定の波長を有する光信号が入力されると、信号光はコア部５０を伝搬するうちに、第１テーパ部５１ｂからテーパ部被覆部５２ｂを介して第２コア部５２の連結部５２ｃに移行し、さらに第２テーパ部５２ｄによってスポットサイズが拡大されて、第２ストレート部５２ｅの光出力端面５２ｅａから出力され、低接続損失で光ファイバに光結合する。
（実施の形態３）
　図８は、本発明の実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図９は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。図１０は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図８～１０に示すように、本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部６０と、クラッド部６０内に配置されたコア部７０とを備えている。コア部７０は方向Ｄ３の方向に延伸している。
　基板１０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の基板１０と同じものである。クラッド部６０は、スポットサイズ変換光導波路１００のクラッド部２０と同様に、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。
　コア部７０は、スポットサイズ変換光導波路１００のコア部３０と同様に、クラッド部６０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部７０は、第１コア部７１と、第１コア部７１よりも屈折率が低い第２コア部７２とを有している。
　第１コア部７１は、スポットサイズ変換光導波路１００の第１コア部３１と同様に、第１ストレート部７１ａと、第１テーパ部７１ｂとを有する。第１ストレート部７１ａは、方向Ｄ３の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部７１ｂは、第１ストレート部７１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部７１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部７１ｂは長さＬ３３を有する（図１０参照）。第１コア部７１は、第１コア部３１と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部７１の、クラッド部６０に対する比屈折率差はたとえば２．５％～１２％であり、より好ましくは４％～１２％である。
　第２コア部７２は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２コア部３２と同様に、ストレート部被覆部７２ａと、テーパ部被覆部７２ｂと、方向Ｄ３に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部７２ｄと、第２ストレート部７２ｅと、テーパ部被覆部７２ｂと第２テーパ部７２ｄとを連結する連結部７２ｃとを有する。さらに、第２コア部７２は、ストレート部被覆部７２ａの幅方向に広がる側部７２ａａを有する。第２コア部７２は、第２コア部３２と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部７２のクラッド部６０に対する比屈折率差はたとえば０．３％～１．８％である。
　ストレート部被覆部７２ａは、第１コア部７１の第１ストレート部７１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部７２ａは、方向Ｄ３と反対側に向かって高さ及び幅が徐々に小さくなっている。そして、高さ及び幅が第１コア部７１の第１ストレート部７１ａと一致し、第１コア部７１を覆う第２コア部７２のストレート部被覆部７２ａが途切れる位置に第２終端部７２ａｂを有する（図９参照）。図９に示す長さＬ３７は、第１コア部７１の終端部７１ｂａから第２終端部７２ａｂまでの長さである重なり部分の長さである。なお、ストレート部被覆部７２ａが途切れる位置が、第１ストレート部７１ａの上面と側面とで異なる場合があるが、重なり部分の長さＬ３７は、第１ストレート部７１ａの上面におけるストレート部被覆部７２ａが途切れる位置である第２終端部７２ａｂから第１コア部７１の終端部７１ｂａまでの長さで定義される。
　テーパ部被覆部７２ｂは、ストレート部被覆部７２ａと連続し、かつ第１コア部７１の第１テーパ部７１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部７１ｂの形状に沿って幅がテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部７２ｂは、少なくとも第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３以上の長さを有する（図１０参照）。テーパ部被覆部７２ｂの終端部には、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａと対応した終端部７２ｂａが形成されている。第２テーパ部７２ｄは、方向Ｄ３に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。このとき、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａの位置における第２テーパ部７２ｄの高さＨ３２は、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａの高さＨ３１より高くされている。第２テーパ部７２ｄは長さＬ３４を有する（図１０参照）。テーパ部被覆部７２ｂの終端部７２ｂａと第２テーパ部７２ｄのテーパ部被覆部７２ｂ側の端部とは略一致するように形成されている。
　第２ストレート部７２ｅは、第２テーパ部７２ｄと連続して形成され、方向Ｄ３に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ方向Ｄ３において幅および高さが略一定であり、端部に光出力端面７２ｅａが形成されている。第２ストレート部７２ｅは長さＬ３１を有する（図１０参照）。光出力端面７２ｅａはスポットサイズ変換光導波路３００の端面３００ａと同一面上にある。光出力端面７２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ３２（図８参照）である正方形である。連結部７２ｃは、テーパ部被覆部７２ｂの側部に広がっている。本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００では、連結部７２ｃは側部７２ａａと第２テーパ部７２ｄとの間を連結するように形成されている。
　図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、それぞれ、図８に示すＧ－Ｇ線断面、Ｈ－Ｈ線断面、Ｉ－Ｉ線断面における第１コア部７１と第２コア部７２の断表面を示す図である。図１１Ａに示すように、Ｇ－Ｇ線断面では、第１コア部７１については第１ストレート部７１ａの端部が表れている。第２コア部７２については第１ストレート部７１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部７２ａと、ストレート部被覆部７２ａの幅方向に広がる側部７２ａａが表れている。第１ストレート部７１ａは１辺の長さが長さＬ３６である正方形の断面を有している。側部７２ａａは幅Ｗ３３を有する。
　Ｇ－Ｇ線断面からＨ－Ｈ線断面にかけては、図８にも示すように、第１コア部７１の第１テーパ部７１ｂは、終端部７１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部７２のテーパ部被覆部７２ｂは、第１テーパ部７１ｂの形状に沿って幅が縮小している。そして、図１１Ｂに示すように、Ｈ－Ｈ線断面では、第２コア部７２については、テーパ部被覆部７２ｂの終端部７２ｂａと、連結部７２ｃとが表れている。第１コア部７２については、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａはＨ－Ｈ線断面よりもＧ－Ｇ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部７１ｂａは幅Ｗ３１を有する。終端部７２ｂａは幅Ｗ３２を有する。終端部７２ｂａは連結部７２ｃに対して段差Ｈ３を形成している。連結部７２ｃはテーパ部被覆部７２ｂに対して幅Ｗ３４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ３４はＧ－Ｇ線断面からＨ－Ｈ線断面に向かって値が増加している。幅Ｗ３４は０μｍ～２μｍであることが好ましい。
　Ｈ－Ｈ線断面からＩ－Ｉ線断面にかけては、図８にも示すように、第１コア部７１は存在せず、第２コア部７２の第２テーパ部７２ｄは、第２ストレート部７２ｅに向かって幅および高さが拡大している。そして、図１１Ｃに示すように、Ｉ－Ｉ線断面では、第２コア部７２の第２テーパ部７２ｄのみが表れている。
　なお、Ｇ－Ｇ線断面において、幅Ｗ３３がゼロとなりストレート部被覆部７２ａのみが表れるよう、側部７２ａａおよび連結部７２ｃの幅を調整してもよい。このとき、側部７２ａａは、第２終端部７２ａｂから方向Ｄ３に向かって高さがテーパ状に拡大し、かつ幅がテーパ状に縮小する形状を有する。
　本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００も、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００と同様に、第１コア部７１の第１ストレート部７１ａ側に光導波路回路が接続され、スポットサイズ変換光導波路３００の端面３００ａと同一面上にある光出力端面７２ｅａに、端面が対向するように実施の形態１と同様にコア部ＯＦ１とクラッド部ＯＦ２とを有する光ファイバＯＦが配置される。
　そして、光導波路回路側から第１コア部７１に、所定の波長を有する光信号が入力されると、信号光はコア部７０を伝搬するうちに、第１テーパ部７１ｂからテーパ部被覆部７２ｂおよび連結部７２ｃに移行し、さらに第２テーパ部７２ｄによってスポットサイズが拡大されて、第２ストレート部７２ｅの光出力端面７２ｅａから出力され、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合する。
（構成要素の好ましい寸法）
　つぎに、実施の形態１、２、３に係るスポットサイズ変換光導波路１００、２００、３００の構成要素の好ましい寸法について説明する。
　はじめに、スポットサイズ変換光導波路１００を上述した標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、光出力端面３２ｅａの好ましい１辺の長さＬ１２について説明する。
　図１２は、第２コア部３２の光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。ここで、図１２～図１８において、損失とは、スポットサイズ変換光導波路１００における伝搬損失と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとの接続損失と、を加算したものである。また、図１２では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。また、データ点は０．５μｍ間隔でプロットしている。
　図１２に示すように、光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２が８μｍ～１４μｍであれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１２では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％～１．８％の範囲内であれば、長さＬ１２を８μｍ～１４μｍとすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができるので好ましい。なお、この８μｍ～１４μｍの範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の光出力端面５２ｅａの１辺の長さＬ２２、または、スポットサイズ変換光導波路３００の光出力端面７２ｅａの１辺の長さＬ３２に適用しても好ましい範囲である。
　つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａから第２テーパ部３２ｄまでの距離（テーパ部間距離）である距離Ｌ１５の好ましい値について説明する。
　図１３は、テーパ部間距離である距離Ｌ１５と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１３において、横軸のテーパ部間距離は、第２テーパ部３２ｄが、終端部３１ｂａに対して方向Ｄ１の方向に離間している場合を正の値にとり、方向Ｄ１とは逆の方向に離間している場合を負の値にとっている。また、図１３では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。
　図１３に示すように、テーパ部間距離である距離Ｌ１５が－１００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失が急激に減少するので好ましく、０μｍ以上であることがさらに好ましく、さらには５００μｍ以下で十分である。なお、距離Ｌ１５を０μｍ程度とすると、損失の低減と、方向Ｄ１におけるスポットサイズ変換光導波路１００のサイズの低減とを両立できるので好ましい。なお、この－１００μｍ以上あるいは０μｍ以上、さらには５００μｍ以下の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の距離Ｌ２５に適用しても好ましい範囲である。
　つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい段差Ｈ１の高さについて説明する。
　図１４、１５は、段差Ｈ１の高さと、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１４、１５は、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを、それぞれ０．８％、１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａの幅Ｗ１１は、０．０１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、または２．５μｍに設定している。また、データ点は０．２μｍ間隔でプロットしている。
　図１４、１５に示すように、段差Ｈ１の高さを低くすれば、損失を低くできる。また、終端部幅を狭くすれば、損失を低くできる。さらに、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δが０．８％である図１４の場合よりも、比屈折率差Δが１．５５％である図１５の場合の方が、損失が低い。段差Ｈ１の高さについては、０μｍより大きく２μｍ以下の範囲が好ましく、幅Ｗ１１については、１μｍ以下であることが好ましい。また、段差Ｈ１の値と幅Ｗ１１の値との積で表される断面積を０．５μｍ以上とすることが、さらに好ましい。なお、この段差Ｈ１および幅Ｗ１１の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の段差Ｈ２および幅Ｗ２１、または、スポットサイズ変換光導波路３００の段差Ｈ３および幅Ｗ３１に適用しても好ましい範囲である。
　つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３について説明する。
　図１６は、長さＬ１３（テーパ長）と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１６では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。
　図１６に示すように、長さＬ１３が好ましくは３００μｍ以上、さらに好ましくは４００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１６では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％～１．８％の範囲内であれば、長さＬ１３を好ましくは３００μｍ以上、さらに好ましくは４００μｍ以上とすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができる。なお、この３００μｍ以上または４００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の第１テーパ部５１ｂの長さＬ２３、または、スポットサイズ変換光導波路３００の第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３に適用しても好ましい範囲である。
　つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４について説明する。
　図１７は、長さＬ１４（テーパ長）と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１７では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。
　図１７に示すように、長さＬ１４が好ましくは２００μｍ以上、さらに好ましくは３００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１７では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％～１．８％の範囲内であれば、長さＬ１４を好ましくは２００μｍ以上、さらに好ましくは３００μｍ以上とすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができる。なお、この２００μｍ以上、または３００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の第２テーパ部５２ｄの長さＬ２４、または、スポットサイズ変換光導波路３００の第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４に適用しても好ましい範囲である。
　つぎに、スポットサイズ変換光導波路３００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい重なり部分の長さＬ３７について説明する。後述する製造方法のように、シャドウマスクを用いて第２テーパ部７２ｄを形成する場合、シャドウマスクの固定位置が導波路の長手方向でずれることによって、重なり部分の長さＬ３７が設計値からシフトする場合があるためである。
　図１８は、重なり部分の長さＬ３７と、スポットサイズ変換光導波路３００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１８では、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４（テーパ長）を５００μｍまたは１０００μｍに設定したときの計算結果を示している。また、図１８では、第２コア部７２のクラッド部６０に対する比屈折率差Δを１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部７１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部７１ａの１辺の長さＬ３６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３は５００μｍとしている。光出力端面７２ｅａの１辺の長さＬ３２は１２μｍとしている。また、データ点は、長さＬ３４が５００μｍのとき１００μｍ間隔で、長さＬ３４が１０００μｍのとき２００μｍ間隔でプロットしている。
　図１８に示すように、長さＬ３４が５００μｍのとき、重なり部分の長さＬ３７が好ましくは２５０μｍ以上３５０μｍ以下であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．５ｄＢ程度以下とすることができる。すなわち、重なり部分の長さＬ３７がこの１００μｍの範囲内でシフトしても低損失を維持することができる。つぎに、長さＬ３４が１０００μｍのとき、重なり部分の長さＬ３７が好ましくは３００μｍ以上９００μｍ以下であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．５ｄＢ程度以下とすることができる。すなわち、重なり部分の長さＬ３７がこの６００μｍの範囲内でシフトしても低損失を維持することができる。
　また、この計算結果から、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４が長い方が、重なり部分の長さＬ３７のシフトに対して低損失を維持できる範囲が広いことがわかる。したがって、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４は、５００μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以上であることがより好ましい。なお、この５００μｍ以上、または１０００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４、または、スポットサイズ変換光導波路２００の第２テーパ部５２ｄの長さＬ２４に適用しても好ましい範囲である。
（製造方法）
　つぎに、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００および実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００も同様の方法で製造できる。図１９Ａ～図１９Ｃ、図２０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図１９Ａに示すように、公知の火炎堆積（Ｆｌａｍｅ　Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＦＨＤ）法により、基板１０上に石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、クラッド部２０の下部を構成する下部層２０ａを形成する。つぎに、下部層２０ａ上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、第１コア部３１となる石英系ガラス微粒子層８０を堆積する。つぎに、石英系ガラス微粒子層８０上に、金属やフォトレジストからなるマスクＭを形成する。このマスクＭは、厚さが徐々に薄くなるテーパ部Ｔ１を有している。
　このようにテーパ部Ｔ１を有するマスクＭは、たとえば以下のように形成する。まず、石英系ガラス微粒子層８０上にレジストを塗布する。つぎに、レジストを露光する際に、露光範囲を徐々に変化させながら、複数回の露光を行う。たとえば、図１９Ａには、露光範囲Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・を示している。露光範囲Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・は、それぞれ、１回目、２回目、３回目、４回目、・・・の露光範囲である。なお、１回当たりの露光量は、使用するレジスト固有の適正露光量よりも小さい露光量とし、１回当たりの露光はアンダー露光になるようにしている。
　このように露光範囲を徐々に変化させながら、複数回のアンダー露光を行うことによって、現像後には、多重露光された回数が多い部分ほど厚さが厚くなるようにテーパ部Ｔ１が形成されたマスクＭが得られる。なお、テーパ部Ｔ１の傾斜を滑らかにするには、露光範囲を徐々に変化させるときの変化の幅を、露光範囲を決める装置のマスキングの精度以下とする方法がある。これによって、露光範囲を離散的に変化させたとしても、滑らかな傾斜のテーパ部Ｔ１を形成することができる。
　つぎに、図１９Ｂに示すように、たとえばフッ素系ガス（たとえばＣＦ４）などのエッチングガスＥＧを用いて、マスクＭをエッチングマスクとして、石英系ガラス微粒子層８０のドライエッチングを行う。これによって、図１９Ｃに示すように、テーパ部Ｔ１を有するマスクＭの形状が転写された、テーパ部Ｔ２を有する石英系ガラス微粒子層８０Ａが形成される。つぎに、マスクＭを除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって、石英系ガラス微粒子層８０Ａを第１コア部３１の形状にパターニングする。
　つぎに、図２０に示すように、石英系ガラス微粒子層８０Ａを形成した下部層２０ａ上に、シャドウマスクＳＭを配置する。そして、シャドウマスクＳＭの上から、ＦＨＤ法、プラズマＣＶＤ法、またはスパッタ法等によって、石英系ガラス微粒子を堆積するための原料ガスＭＧを供給する。すると、原料ガスＭＧはシャドウマスクＳＭで覆われた領域では遮断され、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域では、そのまま下部層２０ａ上に到達する。ここで、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域とは、シャドウマスクＳＭに形成された孔の直下の領域や、シャドウマスクＳＭの外周の領域である。また、シャドウマスクＳＭの孔や外周の周縁領域では、原料ガスＭＧがシャドウマスクＳＭの下側に回りこんで下部層２０ａ上に到達するが、その回り込む原料ガスＭＧの量は、シャドウマスクＳＭの周縁から遠ざかるにつれて少なくなる。その結果、図２０に示すように、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域では厚さが一定であるが、シャドウマスクＳＭで覆われた領域に向かって厚さがテーパ状に薄くなるテーパ部Ｔ３を有する石英系ガラス微粒子層９０が形成される。このとき、ストレート部被覆部３２ａおよびテーパ部被覆部３２ｂを形成するために、石英系ガラス微粒子層９０の端部が石英系ガラス微粒子層８０Ａを覆うように石英系ガラス微粒子層９０を形成する。石英系ガラス微粒子層９０の形状は、シャドウマスクＳＭの下部層２０ａからの高さや、シャドウマスクＳＭの周縁部の位置の設定で調整することができる。その後、シャドウマスクＳＭを除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって、石英系ガラス微粒子層９０を第２コア部３２の形状にパターニングする。
　ここで、第２コア部３２の形状のパターニングを行う際に、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａ（図１、４参照）を形成する。これによって、パターニングの形状や位置に誤差があったとしても、その誤差を側部３２ａａの領域に吸収させることができるので、その誤差がストレート部被覆部３２ａのサイズに及ぶことを防止できる。側部３２ａａの幅Ｗ１３は０μｍより大きくし、想定されるパターニングの誤差に応じて設定することが好ましく、２μｍ以下であればよい。
　つぎに、再びＦＨＤ法により、クラッド部２０の残りの部分を形成するための石英系ガラス微粒子を堆積する。その後、基板全体を加熱して各石英系ガラス微粒子を透明ガラス化し、クラッド部２０およびコア部３０を完成させる。その後、基板を所望の形状に切断してスポットサイズ変換光導波路１００が完成する。
　なお、このとき切断によってスポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａを形成するが、切断の位置に誤差が生じる場合がある。ここで、仮に第２コア部３２の第２テーパ部３２ｄにおいて切断を行うとすると、切断の位置誤差に応じて、端面１００ａに露出する第２テーパ部３２ｄの端面の面積がばらつくこととなる。その結果、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａから出力する信号光のスポットサイズに製造ばらつきが生じるおそれがある。
　これに対して、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００では、第２コア部３２に長さＬ１１を有する第２ストレート部３２ｅが存在しているので、切断の誤差があっても端面１００ａに露出する第２ストレート部３２ｅの光出力端面３２ｅａの面積にばらつきが生じにくくなり、安定したスポットサイズの信号光を出力できるので好ましい。ダイサーの幅が１００μｍ程度であることを考慮すると、長さＬ１１は２００μｍ以上であることが好ましい。
　また、上記実施の形態において、第１コア部に屈折率を高めるために添加する材料が、Ｇｅを添加する場合と比較してガラス微粒子層の成膜に時間がかかる材料や、Ｇｅを添加する場合と比較してエッチングが困難になる材料である場合、第１コア部のみからなるスポットサイズ変換光導波路を用い、第１コア部の形状を加工して低接続損失を実現することは困難である。しかしながら、上記実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路は、Ｇｅ等の成膜あるいはエッチングが容易で比較的加工しやすい材料を添加した所定の形状の第２コア部を形成して、低接続損失を実現している。このように、第１コア部の形状の加工が困難になる材料（たとえばＺｒ）を添加する場合に、本発明は特に有効である。
　なお、上記実施の形態では、第１コア部の断面、第２コア部の第２ストレート部の断面および光出力端面は正方形状であるが、光接続すべき対象の形状に応じて設定することができ、正方形以外の矩形状または台形状でもよい。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。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。
　以上のように、本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、主に光通信の分野に利用して好適なものである。
　１０　基板
　２０、４０、６０　クラッド部
　２０ａ　下部層
　３０、５０、７０　コア部
　３１、５１、７１　第１コア部
　３１ａ、５１ａ、７１ａ　第１ストレート部
　３１ｂ、５１ｂ、７１ｂ　第１テーパ部
　３１ｂａ、３２ｂａ、５１ｂａ、５２ｂａ、７１ｂａ、７２ｂａ　終端部
　７２ａｂ　第２終端部
　３２、５２、７２　第２コア部
　３２ａ、５２ａ、７２ａ　ストレート部被覆部
　３２ａａ、７２ａａ　側部
　３２ｂ、５２ｂ、７２ｂ　テーパ部被覆部
　３２ｃ、５２ｃ、７２ｃ　連結部
　３２ｄ、５２ｄ、７２ｄ　第２テーパ部
　３２ｅ、５２ｅ、７２ｅ　第２ストレート部
　３２ｅａ、５２ｅａ、７２ｅａ　光出力端面
　８０、８０Ａ、９０　石英系ガラス微粒子層
　１００、２００、３００　スポットサイズ変換光導波路
　１００ａ、２００ａ、３００ａ　端面
　Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３　方向
　ＥＧ　エッチングガス
　Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３　段差
　Ｈ３１、Ｈ３２　高さ
　Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１６、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２６、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３６、Ｌ３７　長さ
　Ｌ１５、Ｌ２５　距離
　Ｍ　マスク
　ＭＧ　原料ガス
　ＯＦ　光ファイバ
　ＯＦ１　コア部
　ＯＦ２　クラッド部
　Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４　露光範囲
　ＳＭ　シャドウマスク
　Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３　テーパ部
　Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２４、Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３４　幅

Claims (11)

  1. 　クラッド部と、
    　前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高いコア部と、
    　を備え、
    　前記コア部は、
    　　所定の方向に延伸し、幅および高さが延伸方向において略一定である第１ストレート部と、前記第１ストレート部と連続して形成され、終端部に向かって幅および高さが縮小する第１テーパ部とを有する第１コア部と、
    　　前記第１コア部の第１ストレート部を覆うように形成されたストレート部被覆部と、前記ストレート部被覆部と連続して前記第１コア部の第１テーパ部を覆うように形成され、前記第１テーパ部の形状に沿って幅および高さが縮小するテーパ部被覆部と、前記延伸方向に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部と、を有し、端部に光出力端面が形成され、前記第１コア部よりも屈折率が低い第２コア部と、
    　を有することを特徴とするスポットサイズ変換光導波路。
  2. 　前記第１コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は２．５％～１２％であり、前記第２コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３％～１．８％であることを特徴とする請求項１に記載のスポットサイズ変換光導波路。
  3. 　前記第２コア部の光出力端面は１辺の長さが８μｍ～１４μｍの矩形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のスポットサイズ変換光導波路。
  4. 　前記第２コア部のテーパ部被覆部の幅および高さは、前記第１コア部の第１テーパ部の幅および高さよりも大きく、所定の波長の光をシングルモードで伝搬する幅および高さであることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  5. 　前記第２コア部は、前記ストレート部被覆部の幅方向に広がる側部を有し、該側部の幅は０μｍより大きく２μｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  6. 　前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、該連結部の幅は、前記テーパ部被覆部の幅より０μｍ～２μｍだけ広いことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  7. 　前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、前記第２コア部のテーパ部被覆部の終端部は前記連結部に対して段差を形成しており、該段差の高さは０μｍより大きいことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  8. 　前記第１テーパ部の終端部から前記第２テーパ部までの離間距離は、前記延伸方向を正の方向として、－１００μｍより大きいことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  9. 　前記第１テーパ部の長さは３００μｍ以上であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  10. 　前記第２テーパ部の長さは２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
  11. 　前記第２コア部は、前記第２テーパ部と連続して形成され、前記延伸方向において幅および高さが略一定であり、端部に前記光出力端面が形成された第２ストレート部をさらに有することを特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
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