WO2023079720A1 - 光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法 - Google Patents

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WO2023079720A1
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optical
waveguide
core
cores
waveguide core
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PCT/JP2021/040913
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English (en)
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洋平 齊藤
光太 鹿間
昇男 佐藤
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • the present invention relates to an optical element for connecting optical elements, an optical integrated element, and a method for manufacturing an optical integrated element.
  • Optical communication devices require electric elements such as drivers, switches, and electric amplifier circuits, and optical elements such as semiconductor lasers, optical switches, and optical fibers.
  • SiPh Silicon Photonics
  • SiPh is an optical device using a semiconductor material as a core, and not only can fabricate ultra-compact and highly economical optical circuits, but also enables high-density integration with electric circuit elements.
  • the positioning accuracy can be relaxed.
  • the film thickness of each layer is restricted during manufacturing, and the high refractive index peculiar to semiconductor waveguides causes high loss due to the roughness of the waveguide sidewalls. In comparison, it is difficult to obtain an MFD with low loss and high yield equivalent to that of general optical fibers.
  • SWW self-written waveguide
  • This technology is an optical connection technology that uses a photocurable resin, and can connect between waveguide cores as follows.
  • light used as signal light for optical communication (hereinafter referred to as "signal light") is emitted from at least one waveguide core end surface.
  • a photocurable resin is dropped into the gap between the waveguide cores.
  • SWW cores (hereinafter referred to as "SWW cores") are sequentially formed from each waveguide core end surface due to the property of the photocurable resin that the light is cured sequentially from the point where the light intensity is high. be. Thereby, an SWW core is formed on the end surface of the waveguide core.
  • the SWW core is formed along the propagation path of the resin curing light, even if the optical axis shift occurs between the waveguide cores, the SWW core is formed in an S-shape so as to compensate for the optical axis shift. A lossless optical connection can be realized.
  • SWW clad the SWW clad resin is dropped onto the removed portion (around the SWW core) and cured as appropriate to form the SWW clad ( hereinafter referred to as "SWW clad") is formed, and connection by SWW is completed.
  • this technology has an axis offset compensation effect that can realize low-loss connections even in the presence of gaps between waveguide cores and optical axis offset, which are factors of connection loss between waveguide cores. Therefore, the optical connection technology based on SWW can relax the tolerance requirement for the parts constituting the optical device, and realize simple optical integration, high yield, and low loss mounting.
  • the process of forming the SWW makes it possible to form an SSC (Spot-size converter), which is indispensable for connecting waveguide cores with different MFDs. This is useful in optical fiber implementation on SiPh chips with small MFDs.
  • SSC spot-size converter
  • the SWW is applied to optical connection between an optical element 71 such as a SiPh chip and optical waveguide elements 72_1 and 72_2 such as optical fibers.
  • An optical device such as a SiPh chip is composed of an optical plane circuit including a first waveguide core 711 and second waveguide cores 712_1 and 712_2.
  • an optical combining/demultiplexing section 714 is formed in the SiPh chip (optical element).
  • FIG. 22 shows an example in which a Y-branch structure is formed by a Y-shaped waveguide structure, any known structure may be used as long as it has a similar function.
  • the optical multiplexer/demultiplexer 714 includes a first waveguide core 711, a mode field converter 713 fabricated at one end of the first waveguide core 711, and a second waveguide covering it. It is composed of a core 712_2.
  • the signal light 2 transitions between the first waveguide core 711 and the second waveguide core 712_2 by the mode field converter 713 .
  • a first waveguide core 711 is formed on the lower clad section 710_2 by photolithography or the like.
  • a second waveguide core 712_2 is formed to cover the first waveguide core 711, and an upper clad portion 710 is formed to cover the upper surface thereof.
  • the cross section of the optical multiplexer/demultiplexer 714 includes a portion formed only by the second waveguide core 712_2 as shown in the XXIV-XXIV' section (FIG. 24) and the first waveguide core 711 as shown in the XXV-XXV' section. (FIG. 25).
  • visible light is emitted from the waveguide end face by using a waveguide material that can be integrated with SiPh and is transparent to visible light used for SWW. This is because resin curing light 1 (mainly visible light) can hardly propagate in the SiPh waveguide due to material absorption, so SWW is applied by using another transparent material. is.
  • the SiPh chip (optical element) has an optical multiplexer/demultiplexer 714, and the signal light (light in the wavelength band used for optical communication) 2, which is important for optical connection by SWW, and the resin curing light 1 are shared.
  • a Y-branch structure or the like can be used for the optical multiplexer/demultiplexer 714 .
  • the resin curing light 1 can be externally coupled to the same waveguide (second waveguide core 712_2) as the signal light 2, and the resin curing light 1 can be emitted from the SiPh chip end surface.
  • Second waveguide cores 712_1 and 712_2 are formed separately from the first waveguide core 711 through which the signal light 2 propagates.
  • the second waveguide cores 712_1 and 712_2 are formed for visible light transmission. , light can be emitted from the waveguide core end face of the optical element facing the signal light input/output optical fiber 72_2.
  • the resin curing light 1 can be emitted from each of the end surfaces of the signal light input/output optical fiber 72_2 and the optical element 71 facing thereto, and optical connection by SWW can be realized.
  • the resin curing light 1 is emitted from the waveguide end surface of the optical element facing the signal light input/output optical fiber 72_2 along the path shown in FIG. can be emitted.
  • the resin curing light 1 can be emitted from both waveguide end faces between the waveguides to be connected, and optical connection by SWW can be realized.
  • an optical element is an optical element that connects a set of optical waveguide elements and a set of third waveguide cores to each other, and comprises a set of third waveguide cores.
  • a waveguide core, a set of second waveguide cores, and a connection waveguide wherein the refractive index of the first waveguide core is greater than the refractive index of the second waveguide core;
  • the first waveguide core has a mode field conversion section, at least the mode field conversion section is covered with the second waveguide core, and the connection waveguide is connected to the one set via an optical multiplexing/demultiplexing section.
  • one of the second waveguide cores is connected to one of the optical waveguide elements through one of the third waveguide cores, and the other of the second waveguides
  • the waveguide core is characterized in that it is connected to the other optical waveguide element via the other third waveguide core.
  • an optical integrated device is an optical device having a set of first waveguide cores, a set of second waveguide cores, and a connection waveguide, and an optical communication signal is input/output. , a set of optical waveguide elements; and a pair of optical connection portions having a third waveguide core, wherein one of the second waveguide cores and one of the optical waveguide elements are connected to the third optical connection portion of one of the optical connection portions. the other second waveguide core and the other optical waveguide element are connected through the third waveguide core of the other optical connection section, and A first waveguide core has a mode field converter, is covered with the second waveguide core, and the connection waveguide connects the pair of second waveguides via an optical multiplexer/demultiplexer. characterized by
  • a method for manufacturing an optical integrated device includes a set of first waveguide cores, a set of second waveguide cores, and a connection waveguide for connecting the set of second waveguide cores. and a pair of optical waveguide elements; aligning the center of the second waveguide core with the center of the optical waveguide element; arranging an SWW material in a gap between a waveguide core and one of the optical waveguide elements; and arranging an SWW material in a gap between the other of the second waveguide cores and the other of the optical waveguide elements. and inputting resin curing light to each of the one set of optical waveguide elements.
  • the optical fiber for inputting resin curing light which has been required in the past, is no longer necessary, so that the manufacturing cost of the optical element and the optical integrated element can be reduced, and the signal optical fiber to be mounted on the optical element and the optical integrated element. can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top perspective view showing the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing method of the optical integrated device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the manufacturing method of the optical integrated device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the manufacturing method of the optical integrated device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the manufacturing method of the optical integrated device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top perspective view showing the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the
  • FIG. 7 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of the optical element and optical integrated element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of the optical element and optical integrated element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic top perspective view showing an example of the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the optical device and optical integrated device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • 18A is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 18B is a diagram for explaining the operation of the optical device and optical integrated device according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is a schematic top perspective view showing the configuration of an optical element and an optical integrated element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a schematic top see-through view showing an example of the configuration of part of the optical element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a schematic top see-through view showing an example of the configuration of a portion of the optical element according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a schematic top perspective view showing the configuration of a conventional optical element and optical integrated element.
  • FIG. 23 is a schematic top perspective view showing the configuration of part of a conventional optical element.
  • FIG. 24 is a schematic top perspective view showing the configuration of part of a conventional optical element.
  • FIG. 25 is a schematic top perspective view showing the configuration of part of a conventional optical element.
  • FIG. 1 An optical device and an optical integrated device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 An optical device and an optical integrated device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 An optical device and an optical integrated device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 An optical device and an optical integrated device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • An optical integrated device 10 includes an optical device 11, an optical fiber 12, and an optical connection portion 13, as shown in FIG.
  • the optical element 11 includes two waveguide sections, and an upper clad section 110 and a lower clad section (not shown) above and below them.
  • One waveguide section includes a first waveguide core 111_1 and a second waveguide core 112_1, and has a mode field conversion section 113_1 at the tip of the first waveguide core 111_1.
  • the second waveguide core 112_1 has an optical multiplexer/demultiplexer 114_1.
  • the other waveguide section includes a first waveguide core 111_2 and a second waveguide core 112_2, and has a mode field conversion section 113_2 at the tip of the first waveguide core 111_2.
  • the second waveguide core 112_2 has an optical multiplexer/demultiplexer 114_2.
  • connection waveguide 115 has the same configuration as the second waveguide cores 112_1 and 112_2.
  • One optical fiber 12_1 and the other optical fiber 12_2 are connected to one second waveguide core 112_1 and the other second waveguide core 112_2, respectively, via optical connection portions 13_1 and 13_2 at the input/output end face of the optical element 11. connected.
  • One optical connection portion 13_1 and the other optical connection portion 13_2 respectively include third waveguide cores 131_1 and 131_2 and third waveguide clads 132_1 and 132_2 around them.
  • the optical device 11 has a circuit structure in which first waveguide cores 111_1 and 111_2 having mode field converters 113_1 and 113_2 are covered with second waveguide cores 112_1 and 112_2, respectively.
  • first waveguide cores 111_1 and 111_2 having mode field converters 113_1 and 113_2 are covered with second waveguide cores 112_1 and 112_2, respectively.
  • silicon oxide is used, and other materials may be used as long as they fulfill the role of the clad part.
  • the first waveguide cores 111_1 and 111_2 are made of Si
  • the second waveguide cores 112_1 and 112_2 are made of SiON or the like by adding nitrogen to silicon oxide.
  • InP may be used as the first waveguide cores 111_1 and 111_2, and SiOx, a resin material, or the like may be used as the second waveguide cores 112_1 and 112_2.
  • the refractive index of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 should be higher than the refractive index of the second waveguide cores 112_1 and 112_2.
  • first waveguide cores 111_1 and 111_2 may be covered with the second waveguide cores 112_1 and 112_2, and the second waveguide cores 112_1 and 112_2 may be transparent to visible light.
  • the structure including the first waveguide cores 111_1 and 111_2, the second waveguide cores 112_1 and 112_2, and the mode field converters 113_1 and 113_2 is a structure for adiabatically transferring light to cores having different cross-sectional areas. That is, the waveguides having different MFDs can be coupled with low loss by the mode field converters 113_1 and 113_2.
  • the signal light confined in the first waveguide cores 111_1 and 111_2 becomes Light confinement becomes weaker, and the MFD gradually expands into the second waveguide cores 112_1 and 112_2.
  • the signal light transitions to the mode of light propagating inside the second waveguide cores 112_1 and 112_2 and propagates inside.
  • the signal light transitioned to the second waveguide cores 112_1 and 112_2 is emitted from the emission end surface of the optical element 11.
  • the mode field converters 113_1 and 113_2 may have a tapered structure having a three-pronged tip instead of a simple tapered structure in which the core width becomes narrower as it approaches the tip of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 shown in FIG. may be the structure of
  • the optical multiplexing/demultiplexing units 114_1 and 114_2 extend from the mode field conversion units 113_1 and 113_2 toward the interior of the optical element 11 (opposite to the distal end of the first waveguide core, that is, the proximal end of the first waveguide core). It is preferable to arrange them at positions separated by several tens of ⁇ m or more.
  • the inner direction of the optical element 11 is referred to as "the base end side of the first waveguide core (or the second waveguide core)".
  • the resin curing light can be combined while suppressing the influence on the mode field conversion function of enlarging the MFD of the signal light. Details are described below.
  • the optical multiplexing/demultiplexing unit is arranged in the mode field conversion unit, the signal light propagating through the first waveguide core gradually seeps into the second waveguide core, so that the signal light is transmitted to the Y branch of the optical multiplexing/demultiplexing unit. Influences loss and mode field conversion during signal light propagation (signal transmission).
  • the optical multiplexing/demultiplexing units 114_1 and 114_2 are arranged at positions distant from the mode field conversion units 113_1 and 113_2, the signal light is transmitted from the mode field conversion units 113_1 and 113_2 of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 to the proximal ends. Well confined to the side.
  • the side surfaces of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 and the side surfaces of the second waveguide cores 112_1 and 112_2 are separated in the width direction of the cores to the extent that they do not affect optically.
  • the width of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 is about 400 nm, while the width of the second waveguide cores 112_1 and 112_2 is about 3 ⁇ m.
  • the Y-shaped optical multiplexing/demultiplexing units 114_1 and 114_2 are separated by 1 ⁇ m or more from the region where the signal light is confined.
  • the signal light is not optically affected by the Y branches of the optical multiplexing/demultiplexing sections 114_1 and 114_2.
  • optical multiplexing/demultiplexing units 114_1 and 114_2 at positions away from the mode field conversion units 113_1 and 113_2 toward the base end side of the second waveguide core.
  • the structure of the optical element 11 has the same configuration as the second waveguide cores 112_1 and 112_2. It differs from the conventional structure in that it is connected. With this structure, the signal light input/output optical fiber can be used as the resin curing light input optical fiber, so that the number of fiber cores required for connection can be reduced.
  • the optical element 11 and two signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 are arranged, and the centers of the respective signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 are aligned with the second waveguide core of the optical element 11. Alignment is performed with respect to the center of 112_1 and 112_2 (FIG. 3).
  • a known alignment method may be used for the alignment process.
  • active alignment may be performed using signal light
  • image alignment may be performed using the outer diameter of the chip or fiber as a reference.
  • there is also a method of performing image alignment with visible light For example, it is possible to align the image while emitting the resin curing light, and perform rough alignment using the coordinates at which the resin curing light is strongly scattered in the SiON core as a mark.
  • a photocurable resin 14_1 is dripped into the gap between one signal light input/output optical fiber 12_1 and the second waveguide core 112_1 of the optical element 11 .
  • This step can be realized by, for example, a dispenser.
  • the absorption loss of the photocurable resin with respect to the resin curing light depends on the material, but may reach a large loss of 10 dB or more. Therefore, if the photocurable resin is dropped into both gaps, the loss of resin curing light increases, so it is preferable to drop the photocurable resin into only one of the gaps. Details will be described later.
  • the resin curing lights 1_1 and 1_2 are incident on the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2, respectively, and the resin curing lights 1_1 and 1_2 are emitted from the end surfaces of the optical fibers 12_1 and 12_2, respectively.
  • This can be realized, for example, by preparing an external semiconductor laser with a pigtail fiber and connecting the optical fiber attached to the light source and the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 with optical connectors.
  • resin curing light 1_1 is emitted from the end surface of one optical fiber 12_1
  • resin curing light 1_2 is emitted from the end surface of the second waveguide core 112_1 of the optical element 11, and the photocurable resin 14_1 is irradiated ( Figure 4).
  • the portions of the photocurable resin irradiated with the resin curing light 1_1 and 1_2 change their refractive index and are cured to form a third waveguide core (SWW core) 131_1.
  • SWW core third waveguide core
  • resin curing light 1_1 is emitted from one signal light input/output optical fiber 12_1.
  • the resin curing light 1_2 emitted from the other signal light input/output optical fiber 12_2 is coupled from the end surface of the other second waveguide core 112_2, and the end surface of the one second waveguide core 112_1 of the optical element 11 emitted from
  • the resin curing light beams 1_1 and 1_2 are emitted from the waveguide core end faces to be connected only by the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 without using the resin curing light input optical fiber, It is possible to realize optical connection by SWW.
  • the intensity of the resin curing light required for SWW may be low (for example, several ⁇ W for a core diameter of about 3 ⁇ m thick and 3 ⁇ m wide, which is used for this connection), and (2) (3)
  • the output of a commercially available LD is several mw, and the intensity of resin curing light required for SWW (power ), it is possible to form SWW even in the above gap.
  • a photocurable resin is dripped into the gap between the other signal light input/output optical fiber 12_2 and the second waveguide core 112_2 of the optical element 11, and resin curing lights 1_1 and 1_2 are irradiated to form a third waveguide.
  • a wave path core (SWW core) 131_2 is formed (FIG. 6).
  • a third waveguide core (SWW core) made of a photocurable resin that absorbs light of a curing wavelength is placed in the gap between one of the signal light input/output optical fibers 12_1 and the second waveguide core 112_1 of the optical element 11. ) 131_1 is formed, but sufficient resin curing light 1_1 can be coupled into the other gap to form a third waveguide core (SWW core) 131_2.
  • the SWW core of the photocurable resin after curing has reduced absorption loss at the curing wavelength compared to the uncured state.
  • This reduction in absorption loss is due to the fact that the amount of the polymerization initiator, which causes absorption loss at the curing wavelength, is reduced by curing the resin.
  • a polymerization initiator is contained in a curable resin, and is activated by an external factor such as light to cause a resin curing reaction.
  • the formation of the third waveguide core (SWW core) 131_1 reduces the diffraction loss. can couple enough resin curing light 1_1 to form a third waveguide core (SWW core) 131_2 in the gap between.
  • the uncured resin 142 around the third waveguide cores 131_1 and 131_2 is washed with an organic solvent such as ethanol, and after washing, the adhesive resin is dripped and cured by light irradiation. Thereby, the third waveguide clads 132_1 and 132_2 are formed, and the optical element 11 and the optical fibers 12_1 and 12_2 can be fixed.
  • an organic solvent such as ethanol
  • the uncured portions 142 around the third waveguide cores 131_1 and 131_2 are removed and replaced with another material such as resin.
  • the third waveguide clads 132_1 and 132_2 are formed by a method (resin replacement method).
  • the third waveguide claddings 132_1 and 132_2 may be formed by using two types of resin as described below, without being limited to the resin replacement method.
  • a resin that cures at the first wavelength ( ⁇ 1) and a resin that cures at the second wavelength ( ⁇ 2) are mixed, and the mixed resin is used as one of the signal light input/output optical fibers 12_1 and the optical fiber. Dropped into the gap between the element 11 and the second waveguide core 112_1.
  • the resin that is cured at the wavelength of ⁇ 1 is cured by the first resin curing light (wavelength ⁇ 1) emitted from the waveguide core end face to form the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2.
  • the uncured portion that is, the resin portion to be cured at the wavelength of ⁇ 2 is cured by irradiating the second resin curing light (wavelength ⁇ 2) from the outside (around the SWW) to cure the third waveguide.
  • Claddings 132_1 and 132_2 are formed.
  • the third waveguide clads 132_1 and 132_2 can be formed by using two types of resin.
  • the optical integrated device can be operated even if the third waveguide is composed only of the third waveguide core.
  • connection waveguide 115 does not matter.
  • a curved waveguide core and a straight waveguide core may be combined to connect two adjacent optical multiplexing/demultiplexing sections 114_1 and 114_2.
  • the width of the waveguide core connecting the optical multiplexing/demultiplexing units 114_1 and 114_2 may be any width that functions as a waveguide for the resin curing light.
  • the structure of the optical integrated device 10_3 includes the second waveguide cores 112_1 and 112_2 of the optical device 11 connected to the two optical fibers 12_1 and 12_2, respectively.
  • an arbitrary number of sets can be connected by optical connection portions 13_1 to 13_N by SWW to form a multi-core structure.
  • light with a wavelength of 405 nm can be used as the resin curing light that forms the SWW.
  • light having a wavelength of 350 nm or more may be used as long as the light has a wavelength that can change the refractive index of the SWW material and cure it.
  • the medium used as the SWW is not limited to a photocurable resin, and any material that causes a photoinduced refractive index change may be used.
  • the waveguide core can be formed by using a solid resin or a crystal material that has the property of increasing the refractive index by photoreaction.
  • a waveguide structure (circuit structure) including an upper clad portion and a lower clad portion in the optical element is formed on the substrate.
  • the waveguide structure is not limited to this, and may be formed by being embedded in a material such as glass, instead of being formed on the substrate.
  • the optical element is configured with a waveguide structure in which the first waveguide core is covered with the second waveguide core, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is not limited to this.
  • the second waveguide core does not have a waveguide structure on the base end side of the first waveguide core and the layered structure 116 is laminated on the first waveguide core, good.
  • the optical device 11 is manufactured.
  • the material of the lower clad portion is deposited on the substrate, and the material of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 is deposited thereon.
  • the material of the substrate is Si
  • the material of the lower clad portion is SiO2
  • the material of the first waveguide cores 111_1 and 111_2 is Si.
  • Si is processed into first waveguide cores 111_1 and 111_2 using photolithography.
  • a material for the second waveguide cores 112_1 and 112_2, such as SiON, is laminated on the first waveguide cores 111_1 and 111_2.
  • SiON can be formed by adding nitrogen when forming a silicon oxide film.
  • SiON is processed into second waveguide cores 112_1 and 112_2 using normal photolithography.
  • the upper clad part 110 is formed using a material such as silicon oxide so as to cover the second waveguide cores 112_1 and 112_2. As described above, the optical device 11 according to the embodiment of the present invention is manufactured.
  • the optical integrated device 10 is manufactured using the optical device 11 according to the embodiment of the present invention.
  • an SWW material such as a photocurable resin
  • a photocurable resin is dropped (arranged) on the end surface of the second waveguide core 112_1 of the optical connection element described above.
  • the resin curing light 1_1 and 1_2 is propagated through the second waveguide cores 112_1 and 112_2, the photocurable resin is irradiated with the resin curing light 1_1 and 1_2 to be photocured, and the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2 are formed.
  • the portions 142 of the photocurable resin that were not irradiated with the resin curing light 1_1 and 1_2 and were not cured are removed by washing or the like.
  • a resin is dropped (arranged) around the photo-cured photo-curing resin, that is, the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2 to form the third waveguide clads 132_1 and 132_2.
  • FIG. 10 An optical device and an optical integrated device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • FIG. 10 An optical device and an optical integrated device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • FIG. 10 An optical device and an optical integrated device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • FIG. 10 An optical device and an optical integrated device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • the optical integrated device 20 includes an optical device 21, optical fibers 12_1 and 12_2, and optical connections 13_1 and 13_2.
  • signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 are arranged in V grooves 211_1 and 211_2.
  • the optical element 21 has the same configuration as that of the first embodiment on the substrate 210 .
  • V-grooves 211_1 and 211_2 are formed so that the end faces of the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 can be arranged facing the end faces of the second waveguide cores 112_1 and 112_2.
  • the V-grooves 211_1 and 211_2 are formed by anisotropically etching the substrate 210 using a Si substrate. Since the V-grooves 211_1 and 211_2 are formed by a semiconductor wafer process, they can be positioned with respect to the signal light input/output optical fiber with high accuracy.
  • a photo-curing resin for adhesively fixing the optical fibers 12_1 and 12_2 is dropped onto the V-grooves 211_1 and 211_2.
  • the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 can be pressed from above by a glass lid 22 or the like so that the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 are arranged in the V grooves 211_1 and 211_2 with high accuracy. preferable.
  • the resin for adhesively fixing the optical fibers is cured by UV lamp light irradiation to adhesively fix the V-grooves 211_1 and 211_2 and the optical fibers 12_1 and 12_2.
  • the glass lid 22 may also be fixed with an adhesive.
  • a photocurable resin is dripped into the gap between one of the signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 and the second waveguide core 112_1 of the optical element 21 .
  • a third waveguide core (SWW core) 131_1 is formed in the gap between one signal light input/output optical fiber 12_1 and the second waveguide core 112_1 of the optical element 21. be done.
  • the third waveguide clads 132_1 and 132_2 are formed by appropriately replacing the resin in the uncured portion with another adhesive resin and curing it.
  • the optical fiber may be fixed after the SWW is formed.
  • the resin forming the SWW may be used as it is for bonding the optical fiber and the V-groove.
  • a lid made of polymer material may be used.
  • the lid may be removed in a step before replacing the resin for SWW.
  • a resin evacuation groove 212_1 may be formed between adjacent V-grooves 211_1 and 211_2. This is because when the third waveguide core (SWW core) 131_1 is formed in the gap between one signal light input/output optical fiber 12_1 and the second waveguide core 112_1 of the optical element 21, the other signal light input/output This has the effect of preventing the resin from penetrating into the gap between the optical fiber 12_2 and the second waveguide core 112_2 of the optical element 21 .
  • SWW core third waveguide core
  • adjacent signal light input/output optical fibers 12_1 and 12_2 are arranged on the same substrate 210 with no space between them. Therefore, for example, when the V-grooves 211_1 and 211_2 are filled with resin, or when one optical fiber 12_1 is placed in the V-grooves 211_1 and 211_2, the resin overflowing from the V-groove 211_1 is used as the signal light input/output light of the other. It penetrates into the gap between the fiber 12_2 and the second waveguide core 112_2 of the optical element 21 .
  • the resin evacuation groove 212_1 can be easily formed by using anisotropic etching, like the V grooves 211_1 and 211_2.
  • FIG. 13 An optical device and an optical integrated device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15.
  • FIG. 13 An optical device and an optical integrated device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15.
  • FIG. 13 An optical device and an optical integrated device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15.
  • FIG. 13 An optical device and an optical integrated device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15.
  • an optical integrated device 30 has a configuration in which an optical device 11 and an optical fiber array 31 are connected via optical connection portions 13_1 and 13_2.
  • connection side of the signal light input/output optical fibers 32_1 and 32_2 is formed into an optical fiber array.
  • Other configurations are similar to those of the first and second embodiments.
  • the bonding area between the optical element 11 and the signal light input/output optical fibers 32_1 and 32_2 can be increased. Also, the signal light input/output optical fibers 32_1 and 32_2 can be easily fixed to the jig for alignment.
  • a resin evacuation groove 33_1 may be formed between the adjacent optical fibers 32_1 and 32_2 in the optical fiber array 31, as shown in FIG.
  • the resin evacuation groove 33_1 in the optical fiber array 31 can be produced, for example, by mechanically processing the end face by dicing or the like after the signal light input/output optical fiber array 31 is produced.
  • multi-core connections can be made at once by increasing the number of cores as shown in FIG.
  • FIG. 16 An optical device and an optical integrated device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 16 An optical device and an optical integrated device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 16 An optical device and an optical integrated device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 16 An optical device and an optical integrated device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • the optical integrated device 40 includes an optical device 41, optical fibers 12_1 and 12_2, and optical connections 13_1 and 13_2.
  • the optical integrated device 40 includes two connection waveguides 115, 415 and two sets of optical multiplexing/demultiplexing units (first optical multiplexing/demultiplexing units 114_1, 114_2, second optical multiplexing/demultiplexing units 414_1, 414_2). .
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the resin curing light 1_2 incident on the other second waveguide core 112_2 from the end surface of the optical element 11 reaches the optical multiplexing/demultiplexing section 114_2, and is connected. After branching to the waveguide 115 and propagating, it is emitted from one end face of the second waveguide core 112_1. On the other hand, part of the incident resin curing light 1_2 is not branched to the connection waveguide 115 and is coupled to the straight waveguide of the second waveguide core 112_2.
  • the light coupled in the straight direction does not couple with one of the second waveguide cores 112_1 and does not contribute to the formation of the third waveguide core (SWW core) 131_1.
  • the coupling efficiency of the resin curing light 1_2 to one of the second waveguide cores 112_1 decreases, resulting in loss in the resin curing light 1_2.
  • the SWW core can be formed with a low light intensity, even if there is loss in the resin curing light as described above, optical connection by SWW can be sufficiently implemented.
  • the SWW core is formed using a resin that is weakly sensitive to the resin curing light, for example, if the length of the SWW in the longitudinal direction is limited by the material absorption of the resin curing light, the intensity of the resin curing light is high. is required.
  • the SWW core is formed at a wavelength that has low sensitivity to resin and can cause a resin curing reaction.
  • resin curing light with high light intensity is required.
  • connection waveguides 115, 415 are provided.
  • connection waveguide 415 can be propagated through the wave portion 414_2 and coupled to the second waveguide core 112_1 through the second optical multiplexing/demultiplexing portion 414_1.
  • the loss in the resin curing light 1_2 described above can be reduced, and the substantial coupling efficiency of the resin curing light in forming the third waveguide core (SWW core) 131_1 can be improved.
  • the present embodiment an example in which two stages of optical multiplexing/demultiplexing sections and two connection waveguides are provided is shown, but a multi-stage optical multiplexing/demultiplexing section and a plurality of connection waveguides may be further provided. .
  • the coupling efficiency with respect to the second waveguide core that contributes to the formation of the SWW core can be improved, although it depends on the absorption loss due to the material forming the waveguide and the scattering loss due to the waveguide.
  • the optical integrated device 50 includes an optical device 51, optical fibers 12_1 and 12_2, and optical connections 13_1 and 13_2.
  • optical multiplexing/demultiplexing units 514_1 and 514_2 are configured by optical switches.
  • FIG. 18A in the vicinity of the optical multiplexing/demultiplexing sections 514_1 and 514_2, in the second waveguide cores 112_1 and 112_2, there is Heaters 52_1 and 52_2 using metal thin film electrodes are integrated in the vicinity.
  • the second waveguide cores 112_1 and 112_2, the upper clad section 110, and the lower clad section are made of a polymer material having a characteristic that the refractive index is lowered by heating.
  • a heater 52_2 is arranged in the vicinity of the waveguide in the rectilinear direction of the second waveguide core 112_2 in the optical multiplexer/demultiplexer 514_2 (hereinafter referred to as “second waveguide core in the rectilinear direction”). Therefore, when heated at 52_2, the refractive index of the second waveguide core in the rectilinear direction is lowered.
  • the light coupled to the second waveguide core in the straight direction is reduced, and the resin curing light 1_2 branches to the connection waveguide 115, propagates through the connection waveguide 115, and It is emitted from the end face of the waveguide core 112_1 and contributes to the formation of the third waveguide core (SWW core) 131_1.
  • the coupling efficiency of the resin curing light to the path (second waveguide core 112_1 on one side) contributing to the SWW can be improved.
  • any structure having a function as an optical switch may be used.
  • a Mach-Zehnder type optical switch or an optical switch having a MEMS mirror may be used.
  • the optical multiplexing/demultiplexing units 514_1 and 514_2 in the optical element 51 by configuring the optical multiplexing/demultiplexing units 514_1 and 514_2 in the optical element 51 by optical switches, the light propagation direction can be switched, and the coupling efficiency of the resin curing light to the path contributing to the formation of the SWW core can be improved.
  • FIG. 19 An optical device and optical integrated device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 21.
  • FIG. 19 An optical device and optical integrated device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 21.
  • FIG. 19 An optical device and optical integrated device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 21.
  • FIG. 19 An optical device and optical integrated device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 21.
  • an optical integrated device 60 includes an optical device 61, optical fibers 12_1 and 12_2, and optical connection portions 13_1 and 13_2.
  • the optical device 61 includes an optical functional block 62 in a connection waveguide 115 connecting adjacent waveguides.
  • Other configurations of the optical integrated device 60 are the same as those of the first embodiment.
  • the SWW core In the formation of the SWW core, the SWW core can be formed with a constant diameter when the resin curing light of appropriate intensity is irradiated. On the other hand, when the intensity of the resin curing light is higher or lower than the appropriate intensity, the SWW core becomes tapered.
  • the optical function block 62 can adjust the intensity of the resin curing light to an appropriate intensity. Further, by changing the intensity of the resin curing light in the optical function block 62, the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2 can be formed in various shapes such as tapered shapes.
  • FIG. 20 shows an example of an optical function block 62 in which a Matzender modulator having modulator electrodes 63 is integrated as an optical switch in the connection waveguide 115 .
  • the optical switch can control, for example, the intensity of resin curing light from one second waveguide core 112_1 to the other second waveguide core 112_2.
  • the shapes of the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2 change according to the intensity of the resin curing light. Therefore, the intensity of the resin curing light can be changed by an optical switch to precisely control the conditions for forming the SWW.
  • the optical switch may be any device other than the Matzender modulator as long as it has the function of an optical switch.
  • FIG. 21 shows an example of the optical function block 62 in which the connection waveguide 115 is provided with grooves 64 .
  • the resin curing light can be controlled. For example, by filling a resin that absorbs resin curing light, the coupling strength of the resin curing light from one waveguide core to the other waveguide core can be controlled.
  • the shapes of the third waveguide cores (SWW cores) 131_1 and 131_2 can be controlled according to the intensity of the resin curing light.
  • An optical functional block using grooves 64 can be applied even when it is difficult to integrate switches. Also, if the filling of resin having absorption loss is unnecessary, the influence of diffraction loss in the grooves 64 can be reduced by introducing a refractive index matching agent.
  • an SWW material is arranged in the gap between one second waveguide core and one optical fiber, resin curing light is irradiated, and one An example of forming an SWW core, subsequently disposing an SWW material in the gap between the other second waveguide core and the other optical fiber, and irradiating resin curing light to form the other SWW core.
  • resin curing light is irradiated to form one SWW core and the other SWW.
  • the core may be formed all at once.
  • an optical fiber is used as an element to be connected to an optical element
  • the present invention is not limited to this, and any element having an optical waveguide (optical waveguide element) may be used.
  • the present invention relates to an optical element for connecting optical elements, an optical integrated element, and a method for manufacturing an optical integrated element, and can be applied to optical communication devices and optical communication network systems.

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Abstract

本発明の光素子（１１）は、１組の光導波路素子と１組の第３の導波路コアを介して接続する光素子であって、１組の第１の導波路コア（１１１＿１、１１１＿２）と、１組の第２の導波路コアと、接続導波路（１１５）とを備え、第１の導波路コアの屈折率が第２の導波路コアの屈折率より大きく、少なくとも第１の導波路コアのモードフィールド変換部が第２の導波路コアに覆われ、接続導波路が光合分波部（１１４＿１、１１４＿２）を介して１組の第２の導波路を接続し、一方の第２の導波路コア（１１２＿１）が一方の光導波路素子（１２＿１）と一方の第３の導波路コア（１３１＿１）を介して接続し、他方の第２の導波路コア（１１２＿２）が他方の光導波路素子（１２＿２）と他方の第３の導波路コア（１３１＿２）を介して接続する。　これにより、本発明の光素子は、製造コストを低減でき、接続する信号用光ファイバを増加できる。

Description

光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法
　本発明は、光素子を接続するための光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法に関する。
　光通信ネットワークの進展に伴い光通信デバイスの高機能化、経済化が求められている。光通信デバイスとして、ドライバ、スイッチ、電気増幅回路などの電気素子や、半導体レーザ、光スイッチ、光ファイバなどの光素子が必要となる。
　ここで、それぞれの光素子をディスクリートに接続する光接続工程において、低損失な光接続の実現には、光素子間の精密な位置決めが重要である。そのため、例えば汎用的に用いられている光コネクタなどにおいても、導波路コア間の光軸ずれを１μｍ以下とする高精度な部品が使用されている。このように、光通信デバイスを製造する上で、厳しい公差を考慮した設計・精密部品が重要となる。
　とくに、ＳｉＰｈ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）は、光実装の位置決め精度を課題としている。ＳｉＰｈは半導体材料をコアとした光デバイスであり、超小型かつ経済性の高い光回路を作製可能なだけでなく、電気回路素子との高密度集積も可能である。
　しかしながら、ＳｉＰｈにおいては、従来のＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ）に代表される石英系コアのデバイス以上の接続時の位置決め精度や厳しい公差が要求され、光接続の工程負荷が増大することが問題となっている。なぜなら、光のモードフィールド径（Ｍｏｄｅ　ｆｉｌｅｄ　ｄｉａｍｅｔｅｒ、以下「ＭＦＤ」という。）が小さいほど光接続時の公差要求が厳しくなるため、微小なＭＦＤをもつ半導体系光回路デバイスであるＳｉＰｈの光接続には、より高精度な位置決め技術が必要とされるからである。
　一方、ＭＦＤを拡大することで、位置決め精度を緩和できる。しかしながら、ＳｉＰｈにおいては製造時の各層の膜厚が制約され、半導体導波路特有の高屈折率により導波路側壁粗さに起因した高い損失が生じるので、従来のＰＬＣなどに代表される光素子と比較して、一般的な光ファイバと同等の低損失かつ高歩留まりのＭＦＤを得ることは難しい。
　そこで、従来の光ファイバの１０μｍ程度のＭＦＤより小さい４μｍ程度のＭＦＤに光素子（チップ）と光ファイバのＭＦＤを変換する方法が、低損失の光接続に用いられる。しかしながら、この方法を用いた場合、ＭＦＤが小さいのでサブミクロン程度の高い位置決め精度が必要とされるため、光接続時の位置決め精度や光部品に求められる公差が厳しくなる。
　この接続に必要な位置決め精度を緩和できる技術として、自己形成導波路（Ｓｅｌｆ－ｗｒｉｔｔｅｎ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ、以下、「ＳＷＷ」という。）が開示されている（非特許文献１）。
　本技術は、光硬化性の樹脂を用いた光接続技術であり、以下のように、導波路コアと導波路コアとの間を接続することができる。ここで、少なくとも一方の導波路コア端面からは光通信の信号光として使われる光（以下、「信号光」という。）が出射される。
　ＳＷＷの形成において、初めに、導波路コア間の間隙に光硬化性樹脂を滴下する。
　次に、両方又はいずれか一方の導波路コアから光硬化性樹脂を硬化するための光である樹脂硬化光を照射する。このとき、光硬化性樹脂の特性である光の強度が高い箇所から順次硬化する性質のために、それぞれの導波路コア端面から順次ＳＷＷのコア（以下、「ＳＷＷコア」という。）が形成される。これにより、導波路コアの端面にＳＷＷコアが形成される。
　また、樹脂硬化光の伝搬経路に従ってＳＷＷコアが形成されるので、導波路コア間に光軸ずれが生じても、光軸ずれを補償するようにＳ字曲げ形状のＳＷＷコアが形成され、低損失な光接続が実現できる。
　最後に、必要に応じて、光硬化性樹脂の未硬化部分を洗浄するなど除去した後に、除去後の部分（ＳＷＷコア周囲）にクラッド用の樹脂を滴下し適宜硬化させることでＳＷＷのクラッド（以下、「ＳＷＷクラッド」という。）を形成して、ＳＷＷによる接続は完了する。
　このように、本技術は、導波路コア間の接続損失の要因である導波路コア間の間隙や光軸ずれ下にあっても、低損失な接続が実現できる軸ずれ補償効果を有する。したがって、ＳＷＷによる光接続技術は、光デバイスを構成する部品への公差要求を緩和でき、簡易な光集積や高歩留まりかつ低損失な実装を実現できる。
　また、ＳＷＷの形成過程により、異なるＭＦＤを持つ導波路コア間の接続に欠かせない、ＳＳＣ（Ｓｐｏｔ－ｓｉｚｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を形成可能である。これは、ＭＦＤが小さいＳｉＰｈチップへの光ファイバ実装において有用である。
　ＳＷＷは、図２２に示すように、ＳｉＰｈチップ等の光素子７１と光ファイバ等の光導波路素子７２＿１、７２＿２との光接続に適用される。ＳｉＰｈチップ等の光素子は、第１導波路コア７１１と第２導波路コア７１２＿１、７１２＿２からなる光平面回路から構成される。
　また、ＳｉＰｈチップ（光素子）には、光合分波部７１４が形成されている。図２２ではＹ字形状の導波路構造によりＹ分岐構造が形成される例を示すが、同様の機能を有する光合分波部であれば公知の構造のいずれでもよい。光合分波部７１４は、図２３に示すように、第１導波路コア７１１と、第１導波路コア７１１の一端部に作製されているモードフィールド変換部７１３と、それを覆う第２導波路コア７１２＿２によって構成されている。モードフィールド変換部７１３によって、第１導波路コア７１１と第２導波路コア７１２＿２間を信号光２が遷移する。
　図２４、図２５それぞれに、図２３におけるＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ’断面図とＸＸＶ－ＸＸＶ’断面図を示す。光合分波部７１４では、下部クラッド部７１０＿２上にフォトリソグラフィなどによって第１導波路コア７１１が形成される。また、第１導波路コア７１１を覆うように第２導波路コア７１２＿２が形成され、その上面を覆うように上部クラッド部７１０が形成されている。
　光合分波部７１４の断面は、ＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ’断面のように第２導波路コア７１２＿２のみで形成されている部分（図２４）と、ＸＸＶ－ＸＸＶ’断面のように第１導波路コア７１１を有する部分（図２５）の２つの部分によって構成されている。
　ＳｉＰｈチップ（光素子）においては、ＳｉＰｈに集積可能かつ、ＳＷＷに用いられる可視光に対して透明な導波路材料を用いることで導波路端面からの可視光の出射を実現している。これは、ＳｉＰｈのＳｉ導波路では、樹脂硬化光１（主に可視光）が材料吸収の影響によりほとんど伝搬できないため、別の透明な材料を利用することでＳＷＷの適用を実現しているためである。
　このように、ＳｉＰｈチップ（光素子）は光合分波部７１４を備え、ＳＷＷによる光接続上重要である、信号光（光通信に用いられる波長帯の光）２と樹脂硬化光１とを同じ導波路コアに結合できる。光合分波部７１４には、例えばＹ分岐構造等を用いることができる。光合分波部７１４を用いることで、外部から樹脂硬化光１を信号光２と同じ導波路（第２導波路コア７１２＿２）に結合しＳｉＰｈチップ端面からの樹脂硬化光１を出射できる。
　また、信号光２が伝搬する第１導波路コア７１１と別に、第２導波路コア７１２＿１、７１２＿２が形成されている。第２導波路コア７１２＿１、７１２＿２は可視光伝送用に形成されたものであり、第２導波路コア７１２＿１に光ファイバ（樹脂硬化光入射用光ファイバ）７２＿１などによって樹脂硬化光１を入射することで、信号光入出力用光ファイバ７２＿２に対向する光素子の導波路コア端面から光を出射できる。これにより、信号光入出力用光ファイバ７２＿２とそれに対向する光素子７１の端面それぞれから樹脂硬化光１を出射でき、ＳＷＷによる光接続を実現できる。
　図２２に示す構成においては、樹脂硬化光入射用光ファイバ７２＿１を用意することで、図２３に示す経路で信号光入出力用光ファイバ７２＿２に対向する光素子の導波路端面から樹脂硬化光１を出射することが可能になる。これにより、接続する導波路間の両導波路端面からの樹脂硬化光１の出射が可能になり、ＳＷＷによる光接続を実現できる。
広瀬 直弘他、「自己形成導波路による光簡易接続技術, エレクトロニクス実装学会誌, Vol.5, No.5, (2002)．
　しかしながら、上述の構成では、信号光入出力用光ファイバと別に、樹脂硬化光入射用光ファイバを用意する必要があった。このように、ＳＷＷによる光接続においては、位置決め精度の緩和が可能である一方で、光通信に使用しない光ファイバを別途用意する必要があるという問題があった。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係る光素子は、１組の光導波路素子と１組の第３の導波路コアを介して接続する光素子であって、１組の第１の導波路コアと、１組の第２の導波路コアと、接続導波路とを備え、前記第１の導波路コアの屈折率が、前記第２の導波路コアの屈折率より大きく、前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、少なくとも前記モードフィールド変換部が前記第２の導波路コアに覆われ、前記接続導波路が、光合分波部を介して前記１組の第２の導波路を接続し、一方の前記第２の導波路コアが、一方の前記光導波路素子と、一方の前記第３の導波路コアを介して接続し、他方の前記第２の導波路コアが、他方の前記光導波路素子と、他方の前記第３の導波路コアを介して接続することを特徴とする。
　また、本発明に係る光集積素子は、１組の第１の導波路コアと１組の第２の導波路コアと接続導波路とを有する光素子と、光通信用信号が入出力される、１組の光導波路素子と、
　第３の導波路コアを有する、１組の光接続部とを備え、一方の前記第２の導波路コアと、一方の前記光導波路素子とが、一方の前記光接続部の前記第３の導波路コアを介して接続し、他方の前記第２の導波路コアと、他方の前記光導波路素子とが、他方の前記光接続部の前記第３の導波路コアを介して接続し、前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、前記第２の導波路コアに覆われ、前記接続導波路が、光合分波部を介して前記１組の第２の導波路を接続することを特徴とする。
　また、本発明に係る光集積素子の製造方法は、１組の第１の導波路コアと１組の第２の導波路コアと当該１組の第２の導波路コアを接続する接続導波路とを有する光素子と、１組の光導波路素子とを配置する工程と、前記第２の導波路コアの中心と、前記光導波路素子の中心との位置合わせを行う工程と、一方の前記第２の導波路コアと、一方の前記光導波路素子との間隙にＳＷＷ材料を配置する工程と、他方の前記第２の導波路コアと、他方の前記光導波路素子との間隙にＳＷＷ材料を配置する工程と、前記１組の光導波路素子それぞれに樹脂硬化光を入力する工程とを備える。
　本発明によれば、従来必要であった樹脂硬化光入射用光ファイバが不要になるので、光素子および光集積素子の製造コストを低減でき、光素子および光集積素子に搭載する信号用光ファイバを増加できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成を示す概略上面透視図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光集積素子の製造方法を説明するための図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光集積素子の製造方法を説明するための図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光集積素子の製造方法を説明するための図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光集積素子の製造方法を説明するための図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図１７は、本発明の第４の実施の形態に係る光素子および光集積素子の動作を説明するための図である。 図１８Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図１８Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係る光素子および光集積素子の動作を説明するための図である。 図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図２０は、本発明の第６の実施の形態に係る光素子の一部の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図２１は、本発明の第６の実施の形態に係る光素子の一部の構成の一例を示す概略上面透視図である。 図２２は、従来の光素子および光集積素子の構成を示す概略上面透視図である。 図２３は、従来の光素子の一部の構成を示す概略上面透視図である。 図２４は、従来の光素子の一部の構成を示す概略上面透視図である。 図２５は、従来の光素子の一部の構成を示す概略上面透視図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態に係る光素子および光集積素子について図１～図９を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子１０は、図１に示すように、光素子１１と、光ファイバ１２と、光接続部１３とを備える。
　光素子１１は、２つの導波路部と、その上下に上部クラッド部１１０と下部クラッド部（図示せず）とを備える。一方の導波路部は、第１導波路コア１１１＿１と、第２導波路コア１１２＿１とを備え、第１導波路コア１１１＿１の先端部にモードフィールド変換部１１３＿１を有する。また、第２導波路コア１１２＿１に光合分波部１１４＿１を有する。
　同様に、他方の導波路部は、第１導波路コア１１１＿２と、第２導波路コア１１２＿２とを備え、第１導波路コア１１１＿２の先端部にモードフィールド変換部１１３＿２を有する。また、第２導波路コア１１２＿２に光合分波部１１４＿２を有する。
　一方の導波路部の第２導波路コア１１２＿１と他方の導波路部の第２導波路コア１１２＿２とは、それぞれ、光合分波部１１４＿１、１１４＿２を介して、接続導波路１１５で接続される。ここで、接続導波路１１５は、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２と同じ構成を有する。
　光素子１１の入出射端面において、一方の光ファイバ１２＿１、他方の光ファイバ１２＿２がそれぞれ、一方の第２導波路コア１１２＿１、他方の第２導波路コア１１２＿２に、光接続部１３＿１、１３＿２を介して接続される。
　一方の光接続部１３＿１、他方の光接続部１３＿２はそれぞれ、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２と、その周囲に第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２とを備える。
　光素子１１は、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２を備えた第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２をそれぞれ第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２が覆う回路構造によって構成される。また、光素子１１の上部クラッド部１１０、下部クラッド部には、例えば酸化シリコンを用い、クラッド部としての役割を果たせば他の材料であってもよい。
　光素子１１において、例えば第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２としてはＳｉ、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２としては酸化シリコンに窒素を加えることで作製されるＳｉＯＮ等を用いる。
　または、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２としてＩｎＰ、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２としてＳｉＯｘや樹脂材料等を用いてもよい。
　ここで、第１の導波路コア１１１＿１、１１１＿２の屈折率が、第２の導波路コア１１２＿１、１１２＿２の屈折率より高ければよい。
　また、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２を第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２が覆い、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２が可視光に対して透明であればよい。
　第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２と第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２とモードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２とを備える構造は、異なる断面積を持つコアに断熱的に光を遷移させる構造である。すなわち、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２によって異なるＭＦＤを有する導波路間を低損失で結合できる。
　モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２において、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２のテーパ部の先端に向かってコア幅が徐々に狭くなるにしたがって、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２に閉じ込められた信号光は光の閉じ込めが弱くなり、ＭＦＤが徐々に第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２内へと拡大する。
　引き続き、信号光は、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２内を伝搬する光のモードへと遷移しその内部を伝搬する。これにより、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２へと遷移した信号光が、光素子１１の出射端面から出射される。
　ここで、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２において少なくともモードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２が第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２に覆われていれば、上述のように信号光を伝搬できる。
　また、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２は、図２に示す第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２の先端に近づくにつれてコア幅が細くなる単純なテーパ構造以外でも、３つ又の先端を有するテーパ構造などの構造であってもよい。
　また、光合分波部１１４＿１、１１４＿２は、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２から光素子１１の内部方向（第１導波路コアの先端側と反対側、すなわち第１導波路コアの基端側）に数十μｍ以上離れた位置に配置することが好ましい。以下、光素子１１の内部方向を、「第１導波路コア（または第２導波路コア）の基端側」という。
　これにより、光合分波部１１４＿１、１１４＿２において、信号光のＭＦＤを拡大するモードフィールド変換機能への影響を抑えて、樹脂硬化光を結合できる。詳細を以下に説明する。
　仮に、光合分波部をモードフィールド変換部に配置した場合、第１導波路コアを伝搬する信号光が第２導波路コアに徐々に染み出すため、信号光が光合分波部のＹ分岐の影響を受け、信号光の伝搬（信号の伝送）時に損失やモードフィールド変換への影響を及ぼす。
　一方、光合分波部１１４＿１、１１４＿２を、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２から離れた位置に配置した場合、信号光は、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２のモードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２より基端側に十分に閉じ込められている。
　ここで、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２の側面と第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２側面とは光学的に影響を及ぼさない程度にコアの幅方向に離れている。例えば、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２の幅が約４００ｎｍに対して第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２の幅は約３μｍである。
　このように、Ｙ字形状の光合分波部１１４＿１、１１４＿２は、信号光が閉じ込められている領域から１μｍ以上離れている。その結果、上述の光合分波部１１４＿１、１１４＿２の配置により、信号光は光学的に光合分波部１１４＿１、１１４＿２のＹ分岐の影響を受けない。
　したがって、光合分波部１１４＿１、１１４＿２を、モードフィールド変換部１１３＿１、１１３＿２から第２導波路コアの基端側に離れた位置に配置することが好ましい。
　光素子１１の構造は、図２に示すように、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２と同じ構成を有し、曲げ導波路を有する接続導波路１１５により、隣接する光合分波部１１４＿１、１１４＿２が接続されている点で従来構造と異なる。この構造により、信号光入出力用光ファイバを樹脂硬化光入射用光ファイバとして使用できるため、接続に必要なファイバ心数を減らすことできる。
＜光集積素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光集積素子１０の製造方法について、図３～図６を参照して説明する。
　初めに、光素子１１と２本の信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２とを配置して、それぞれの信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２の中心を光素子１１の第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２の中心に対して位置合わせを行う（図３）。
　ここで、位置合わせの工程には、公知の調心方法を用いればよい。例えば、信号光を用いてアクティブ調心を実施してもよいし、チップやファイバの外径を基準とする画像調心でもよい。また、ＳｉＯＮコアを用いる場合は、可視光により画像調心を行う方法もある。例えば、樹脂硬化光を出射しながら画像調心を行い、ＳｉＯＮコアにおける樹脂硬化光の散乱が強く出る座標を目印として、粗調心を行うことが可能である。
　次に、図４に示すように、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に光硬化性樹脂１４＿１を滴下する。本工程は、例えばディスペンサなどによって実現できる。
　ここで、光硬化性樹脂の樹脂硬化光に対する吸収損失は、材料にも依存するが、１０ｄＢ以上の大きな損失に及ぶ場合がある。そこで、両方の間隙に光硬化性樹脂を滴下すると樹脂硬化光の損失が大きくなるので、いずれか一方の間隙のみに光硬化性樹脂を滴下する方が好ましい。詳細は後述する。
　次に、それぞれの信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２へ樹脂硬化光１＿１、１＿２を入射し、それぞれの光ファイバ１２＿１、１２＿２の端面から樹脂硬化光１＿１、１＿２を出射する。これは、例えば外部のピグテイルファイバ付属半導体レーザを用意し、その光源に付属した光ファイバと、信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２間を光コネクタにより接続することにより実現可能である。
　これにより、一方の光ファイバ１２＿１の端面から樹脂硬化光１＿１が出射され、光素子１１の第２導波路コア１１２＿１の端面から樹脂硬化光１＿２が出射され、光硬化性樹脂１４＿１に照射される（図４）。
　図５に示すように、光硬化性樹脂において樹脂硬化光１＿１、１＿２が照射された部分は屈折率が変化し硬化して、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１が形成される。その結果、光ファイバ１２＿１のコアと光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間が接続される。
　ここで、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１から樹脂硬化光１＿１が出射される。
　また、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２から出射された樹脂硬化光１＿２は、他方の第２導波路コア１１２＿２の端面から結合し、光素子１１の一方の第２導波路コア１１２＿１の端面から出射される。
　このように、樹脂硬化光入射用光ファイバを用いることなく、信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２のみで接続対象の導波路コア両端面からの樹脂硬化光１＿１、１＿２の出射を実現し、ＳＷＷによる光接続を実現することが可能である。
　また、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と第２導波路コア１１２＿２の端面には間隙が存在する。その結果、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２から出射された光は、第２導波路コア１１２＿２に結合する際に、回折損失を伴う。
　しかしながら、（１）ＳＷＷに必要な樹脂硬化光の強度が低くてもよいこと（例えば、本接続に用いられるような厚さ３μｍ、幅３μｍ程度のコア径に対して数μｗ）、（２）ＳＷＷを形成する間隙として用いられる１００μｍの間隙を仮定した際の回折損失が数ｄＢであること、（３）市販のＬＤの出力が数ｍｗであり、ＳＷＷに必要な樹脂硬化光の強度（パワー）よりも１桁以上高いことにより、上述の間隙においてもＳＷＷを形成することは可能である。
　次に、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と光素子１１の第２導波路コア１１２＿２との間隙に、光硬化性樹脂を滴下し、樹脂硬化光１＿１、１＿２を照射して第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿２を形成する（図６）。
　このとき、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に、硬化波長の光の吸収を示す光硬化性樹脂による第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１が形成されているが、他方の間隙に第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿２を形成するのに十分な樹脂硬化光１＿１を結合できる。
　これは、硬化後の光硬化性樹脂のＳＷＷコアにおいては、未硬化の状態と比較して硬化波長における吸収損失が低減しているためである。この吸収損失の低減は、硬化波長における吸収損失の要因である重合開始剤の量が樹脂硬化により減少していることに起因する。重合開始剤は硬化性樹脂に含まれており、光などの外的要因によって活性化することで樹脂硬化反応を引き起こしている。
　また、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間隙において、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１の形成により回折損失が低減されるので、他方の間隙に第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿２を形成するのに十分な樹脂硬化光１＿１を結合できる。
　最後に、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２を形成した後に、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２の周囲に第３導波路クラッド（ＳＷＷクラッド）１３２＿１、１３２＿２を形成することより、図１に示す光集積素子１０が製造される。
　例えば、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２の周囲の未硬化樹脂１４２をエタノールの等の有機溶媒で洗浄して、洗浄後に接着剤用樹脂を滴下し光照射により硬化する。これにより、第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成し、光素子１１と光ファイバ１２＿１、１２＿２とを固定できる。
　ここで、第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２の形成に接着剤用樹脂を用いる例を示したが、これに限らず、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２よりも屈折率が低く硬化できる材料であればよい。
　このように、第３導波路において、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２を形成した後に、第３導波路コア１３１＿１、１３１＿２の周囲の未硬化部分１４２を除去して樹脂等の他の材料に置換する方法（樹脂置換方法）によって、第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成する。
　第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２は、樹脂置換方法に限らず、以下に示すように、２種類の樹脂を利用することで形成してもよい。
　この場合、初めに、第１の波長（λ１）で硬化する樹脂と、第２の波長（λ２）で硬化する樹脂を混合し、混合した樹脂を一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に滴下する。
　次に、λ１の波長で硬化する樹脂を導波路コア端面から出射した第１の樹脂硬化光（波長λ１）により硬化し、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２を形成する。
　最後に、未硬化の部分、すなわちλ２の波長で硬化される樹脂の部分を第２の樹脂硬化光（波長λ２）を外部（ＳＷＷの周辺）から照射することで硬化させて、第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成する。
　このように、２種類の樹脂を利用することで第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成できる。
　ここで、第３導波路クラッドを形成する例を示したが、これに限らず、第３導波路を第３導波路コアのみで構成しても光集積素子を動作できる。
　また、接続導波路１１５は形状を問わない。例えば、図７のように曲げ導波路コアと直線導波路コアを組合わせて、２つの隣接する光合分波部１１４＿１、１１４＿２を接続してもよい。また、それぞれの光合分波部１１４＿１、１１４＿２を接続する導波路コアの幅は、樹脂硬化光において導波路として機能する幅であればよい。
　また、本実施の形態に係る光集積素子１０＿３の構造は、図８に示すように、２本の光ファイバ１２＿１、１２＿２それぞれと接続された光素子１１の第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２とを１組として、任意の組数（Ｎ組）に対してＳＷＷによる光接続部１３＿１～１３＿Ｎにより接続して多芯化することができる。
　本実施の形態で、ＳＷＷを形成する樹脂硬化光に、例えば４０５ｎｍの波長の光を用いることができる。これに限らず、３５０ｎｍ以上の波長の光を用いてもよく、ＳＷＷ材料の屈折率を変化させ硬化できる波長の光であればよい。
　また、ＳＷＷとして用いる媒体は、光硬化性樹脂に限らず、光誘起の屈折率変化を起こす材料であればよい。例えば光反応により屈折率が上昇する性質を有する固体の樹脂や結晶材料を用いても導波路コアを形成できる。
　また、光素子における上部クラッド部、下部クラッド部を含む導波路構造（回路構造）は基板上に形成される。また、これに限らず、導波路構造は基板上に形成されなくとも、ガラス等の材料に埋め込まれて形成されてもよい。
　また、本実施の形態では、光素子が第１導波路コアを第２導波路コアが覆う導波路構造により構成される例を示したが、これに限らない。図９に示すように、第１導波路コアの基端側で第２導波路コアが導波路構造を有さず、第１導波路コア上に層状構造１１６が積層される構成であってもよい。
＜第１の実施例＞
　本発明の第１の実施例に係る光素子１１および光集積素子１０の製造方法を説明する。
　初めに、本実施例に係る光素子１１を製造する。まず、基板の上に、下部クラッド部の材料を堆積し、その上に第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２の材料を堆積する。このとき、基板の材料としてはＳｉ、下部クラッド部の材料としてはＳｉＯ２、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２の材料としてはＳｉなどである。
　次に、フォトリソグラフィを用いてＳｉを第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２に加工する。
　次に、第１導波路コア１１１＿１、１１１＿２上に、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２の材料、例えばＳｉＯＮを積層する。ここで、ＳｉＯＮは、酸化シリコン成膜時に窒素を加えることで形成できる。
　次に、通常のフォトリソグラフィを用いてＳｉＯＮを第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２に加工する。
　最後に、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２を覆うように、上部クラッド部１１０を、材料に例えば酸化シリコンを用いて形成する。以上より、本発明の実施例に係る光素子１１を製造する。
　次に、本発明の実施例に係る光素子１１を用いて光集積素子１０を製造する。
　まず、前述の光接続素子の第２導波路コア１１２＿１の端面に、ＳＷＷの材料、例えば光硬化性樹脂を滴下（配置）する。
　次に、前述したような工程で、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２に樹脂硬化光１＿１、１＿２を伝搬させ、光硬化性樹脂に樹脂硬化光１＿１、１＿２を照射して光硬化させ、第３の導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２を形成する。
　次に、例えば、光硬化性樹脂において樹脂硬化光１＿１、１＿２が照射されず硬化しなかった部分１４２を洗浄等して除去する。
　最後に、光硬化した光硬化性樹脂すなわち第３の導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２の周囲に樹脂を滴下（配置）して第３の導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成する。
＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態に係る光素子および光集積素子について図１０～図１２を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子２０は、図１０に示すように、光素子２１と、光ファイバ１２＿１、１２＿２と、光接続部１３＿１、１３＿２とを備える。光集積素子２０では、信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２がＶ溝２１１＿１、２１１＿２に配置される。
　光素子２１は、第１の実施の形態と同様の構成を基板２１０上に備える。基板２１０において、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２の端面に対向して信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２の端面を配置できるように、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２が形成される。
　ここで、例えば、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２は、基板２１０にＳｉ基板を用いて異方性エッチングを行うことにより形成される。Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２は半導体のウェハプロセスで形成されるため、高精度に信号光入出力用光ファイバに対して位置決めできる。
＜光集積素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光集積素子２０の製造方法について説明する。
　初めに、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２に光ファイバ１２＿１、１２＿２を接着固定するための光硬化性樹脂を滴下する。
　引き続き、２本の信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２をそれぞれ、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２に配置する。その結果、光ファイバ１２＿１、１２＿２とＶ溝２１１＿１、２１１＿２との間に光硬化性樹脂が浸透され充填される。
　ここで、信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２がＶ溝２１１＿１、２１１＿２に高精度で配置されるように、ガラスリッド２２などにより信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２を上面から押さえつけることが好ましい。
　次に、光ファイバ接着固定用の樹脂を、ＵＶランプ光照射により硬化させ、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２と光ファイバ１２＿１、１２＿２とを接着固定する。このとき、ガラスリッド２２も同様に接着剤で固定してもよい。
　次に、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２と光素子２１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に光硬化性樹脂を滴下する。この際、第１の実施の形態と同様に、いずれか一方の間隙のみに光硬化性樹脂を滴下するほうが好ましい。
　次に、それぞれの信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２へ樹脂硬化光１＿１、１＿２を入射し、それぞれの光ファイバ１２＿１、１２＿２の端面から樹脂硬化光１＿１、１＿２を出射する。これにより、第１の実施の形態と同様に、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子２１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１が形成される。
　次に、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と光素子２１の第２導波路コア１１２＿２との間隙に樹脂を滴下し、それぞれの信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２の端面から樹脂硬化光１＿１、１＿２を出射する。これにより、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と光素子２１の第２導波路コア１１２＿２との間隙に第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿２が形成される。
　最後に、第１の実施の形態と同様に、適宜未硬化部の樹脂を別の接着用の樹脂に置換して硬化すること等により、第３導波路クラッド１３２＿１、１３２＿２を形成する。
　本実施の形態では、光ファイバを固定した後に、ＳＷＷを形成する例を示したが、これに限らず、ＳＷＷ形成後に光ファイバを固定してもよい。また、ＳＷＷを形成する樹脂を、そのまま光ファイバとＶ溝との接着に使用してもよい。
　また、本実施の形態では、ガラスリッドを使用する例を示したが、リッドの材料を問わず、同様の効果を得ることができる。例えばポリマー材質のリッドを用いてもよい。また、ガラスリッドを固定する例を示したが、固定せずに取り外してもよい。例えば、最後に、ＳＷＷ用の樹脂を置換する前の工程でリッドを取り外してもよい。
　また、図１１に示すように、隣接するＶ溝２１１＿１、２１１＿２間に樹脂退避用溝２１２＿１を形成してもよい。これは、一方の信号光入出力用光ファイバ１２＿１と光素子２１の第２導波路コア１１２＿１との間隙に第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１を形成する際に、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と光素子２１の第２導波路コア１１２＿２との間隙に樹脂が浸透することを防ぐ効果を有する。
　本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、隣接する信号光入出力用光ファイバ１２＿１、１２＿２が空間を隔てずに同一基板２１０に配置されている。そのため、例えば、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２に樹脂を充填したとき、又はＶ溝２１１＿１、２１１＿２に一方の光ファイバ１２＿１を配置したときにＶ溝２１１＿１から溢れた樹脂が、他方の信号光入出力用光ファイバ１２＿２と光素子２１の第２導波路コア１１２＿２との間隙に浸透する。
　そこで、隣接するＶ溝２１１＿１、２１１＿２の間に樹脂を退避させるための溝（樹脂退避用溝）２１２＿１を形成することで、前述の意図しない樹脂の浸透を防止できる。ここで、樹脂退避用溝２１２＿１は、Ｖ溝２１１＿１、２１１＿２と同様に異方性エッチングを用いることにより容易に形成できる。
　また、本実施の形態においても、例えば図１２に示すように、多芯一括での接続形態を実現することができる。
＜第３の実施の形態＞
　本発明の第３の実施の形態に係る光素子および光集積素子について、図１３～図１５を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子３０は、図１３に示すように、光素子１１と、光ファイバアレイ３１とが、光接続部１３＿１，１３＿２を介して接続される構成を有する。
　光集積素子３０では、信号光入出力用光ファイバ３２＿１、３２＿２の接続側が光ファイバアレイ化される。他の構成は、第１および第２の実施の形態と同様である。
　この光ファイバアレイ化する構成によって、光素子１１と信号光入出力用光ファイバ３２＿１、３２＿２との接着面積を増大できる。また、信号光入出力用光ファイバ３２＿１、３２＿２を容易に調心用の治具に固定できる。
　また、光集積素子３０＿２においても、図１４に示すように、光ファイバアレイ３１における隣接する光ファイバ３２＿１、３２＿２の間に樹脂退避用溝３３＿１を作製してもよい。これにより、一方の信号光入出力用光ファイバ３２＿１と光素子１１の第２導波路コア１１２＿１との間を、ＳＷＷによる光接続部１３＿１により接続する際に、他方の信号光入出力用光ファイバ３２＿２と光素子１１の第２導波路コア１１２＿２の間隙に樹脂が浸透することを防ぐ効果を有する。
　光ファイバアレイ３１における樹脂退避用溝３３＿１は、例えば、信号光入出力用光ファイバアレイ３１を作製後に、その端面をダイシングなどで機械的に加工することにより作製できる。
　また、本実施の形態においても、図１５に示すように多芯化することで、多芯一括での接続が可能となる。
＜第４の実施の形態＞
　本発明の第４の実施の形態に係る光素子および光集積素子について図１６、図１７を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子４０は、図１６に示すように、光素子４１と、光ファイバ１２＿１、１２＿２と、光接続部１３＿１、１３＿２とを備える。
　光集積素子４０は、２本の接続導波路１１５、４１５と、２組の光合分波部（第１の光合分波部１１４＿１、１１４＿２、第２の光合分波部４１４＿１、４１４＿２）とを備える。他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　例えば、第１の実施の形態では、図１７に示すように、光素子１１の端面から他方の第２導波路コア１１２＿２へ入射された樹脂硬化光１＿２が、光合分波部１１４＿２に達し、接続導波路１１５へ分岐し伝搬後、一方の第２導波路コア１１２＿１の端面から出射される。一方、入射された樹脂硬化光１＿２にうち一部は、接続導波路１１５へ分岐せずに、第２導波路コア１１２＿２の直進する方向の導波路に結合する。
　光素子１１に入射された樹脂硬化光１＿２のうち直進方向に結合する光は、一方の第２導波路コア１１２＿１に結合せず第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１の形成には寄与しない。その結果、樹脂硬化光１＿２の一方の第２導波路コア１１２＿１への結合効率が低下して、その分が樹脂硬化光１＿２において損失となる。
　ここで、低い光の強度でＳＷＷコアを形成できる場合には、上述のように樹脂硬化光において損失があっても、ＳＷＷによる光接続を十分に実施することができる。一方、樹脂硬化光に対する感度が弱い樹脂を用いてＳＷＷコアを形成する場合、例えば、ＳＷＷの長手方向の長さが樹脂硬化光に対する材料吸収によって制限される場合には、高い樹脂硬化光の強度が必要とされる。
　したがって、長い間隙をＳＷＷによって接続する場合、樹脂に対して感度が低くかつ、樹脂硬化反応を引き起こしうる波長でＳＷＷコアを形成する。この場合、樹脂硬化光に対して感度が低い光を使用するため、高い光強度の樹脂硬化光が必要となる。
　その結果、図１７に示すように、ＳＷＷコア１３１＿１の形成に寄与しない経路、つまり直進方向に樹脂硬化光１＿２が結合して損失が生じる場合には、所望の端面から十分な強度の樹脂硬化光１＿２を結合できない。
　光集積素子４０では、図１６に示すように、２段（２組）のＹ分岐形状の光合分波部（第１の光合分波部１１４＿１、１１４＿２、第２の光合分波部４１４＿１、４１４＿２）を介して、２本の接続導波路１１５、４１５を備える。
　これにより、例えば、他方の第２導波路コア１１２＿２に入射された樹脂硬化光１＿２のうち、他方の第１の光合分波部１１４＿２で直進方向に結合する光を、他方の第２の光合分波部４１４＿２を介して接続導波路４１５を伝搬させて、一方の第２の光合分波部４１４＿１を介して一方の第２導波路コア１１２＿１に結合させることができる。
　したがって、上述の樹脂硬化光１＿２における損失を低減させ、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１の形成における実質的な樹脂硬化光の結合効率を向上できる。
　また、本実施の形態では、２段の光合分波部と２本の接続導波路とを備える例を示したが、さらに多段の光合分波部と複数の接続導波路とを備えてもよい。これにより、導波路を構成する材料による吸収損失や、導波路による散乱損失に依存するが、ＳＷＷコアの形成に寄与する第２導波路コアに対する結合効率を向上できる。
＜第５の実施の形態＞
　本発明の第５の実施の形態に係る光素子および光集積素子について、図１８Ａ、Ｂを参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子５０は、図１８Ａに示すように、光素子５１と、光ファイバ１２＿１、１２＿２と、光接続部１３＿１、１３＿２とを備える。
　光素子５１では、光合分波部５１４＿１、５１４＿２が光スイッチにより構成される。例えば、図１８Ａに示すように、光合分波部５１４＿１、５１４＿２の近傍で、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２において光合分波部５１４＿１、５１４＿２より基端側の直進方向の第２導波路コアの近傍に、金属薄膜電極によるヒータ５２＿１、５２＿２が集積される。
　このヒータ５２＿１、５２＿２を加熱することにより、熱光学効果による屈折率変化によって、光合分波部５１４＿１、５１４＿２において分岐されるそれぞれの導波路に対する結合効率を変化させることができる。その結果、第３導波路コア（例えば、ＳＷＷコア１３１＿１）の形成に寄与する経路（例えば、一方の第２導波路コア１１２＿１）に対する樹脂硬化光の結合効率を向上できる。
　詳細には、第２導波路コア１１２＿１、１１２＿２や上部クラッド部１１０、下部クラッド部（図示せず）は、加熱により屈折率が低下する特性を有するポリマー材料で構成される。例えば、図１８Ｂに示すように、光合分波部５１４＿２における第２導波路コア１１２＿２の直進方向の導波路（以下、「直進方向の第２導波路コア」という。）近傍にヒータ５２＿２を配置して、５２＿２で加熱すると直進方向の第２導波路コアの屈折率が低下する。
　その結果、樹脂硬化光１＿２にうち直進方向の第２導波路コアに結合する光が低減し、樹脂硬化光１＿２は接続導波路１１５へ分岐し接続導波路１１５を伝搬後、一方の第２導波路コア１１２＿１の端面から出射され、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１の形成に寄与する。これにより、ＳＷＷに寄与する経路（一方の第２導波路コア１１２＿１）に対する樹脂硬化光の結合効率を向上できる。
　なお、本実施の形態では、ヒータを有する光スイッチを用いる例を示したが、光スイッチとしての機能を有する構造であればよい。例えば、マッハツェンダ型の光スイッチやＭＥＭＳミラーを有する光スイッチを用いてもよい。
　このように、光素子５１において光合分波部５１４＿１、５１４＿２を光スイッチにより構成することにより、光の伝搬方向を切り替えて、ＳＷＷコアの形成に寄与する経路に対する樹脂硬化光の結合効率を向上できる。
＜第６の実施の形態＞
　本発明の第５の実施の形態に係る光素子および光集積素子について図１９～図２１を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子６０は、図１９に示すように、光素子６１と、光ファイバ１２＿１、１２＿２と、光接続部１３＿１、１３＿２とを備える。
　光素子６１は、隣接する導波路間を結ぶ接続導波路１１５に、光機能ブロック６２を備える。光集積素子６０において、他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　ＳＷＷコアの形成において、適切な強度の樹脂硬化光を照射するとき、一定の径でＳＷＷコアを形成できる。一方、樹脂硬化光の強度が適切な強度より高い場合や低い場合には、ＳＷＷコアはテーパ形状になる。
　そこで、光機能ブロック６２により、一定の径で第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２を形成する場合に、樹脂硬化光の強度を適切な強度に調整することができる。また、光機能ブロック６２で樹脂硬化光の強度を変化させることにより、第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２をテーパ形状等の多様な形状に形成できる。
　図２０に、光機能ブロック６２の一例として、接続導波路１１５に、変調器電極６３を有するマッツェンダ変調器が光スイッチとして集積される例を示す。光スイッチにより、例えば、一方の第２導波路コア１１２＿１から他方の第２導波路コア１１２＿２への樹脂硬化光の強度を制御することができる。
　樹脂硬化光の強度に応じて第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２の形状が変化する。そこで、光スイッチにより樹脂硬化光の強度を変化させ、ＳＷＷの形成条件を精密に制御できる。なお、光スイッチは、マッツェンダ変調器以外でも、光スイッチとしての機能を有するものであればよい。
　図２１に、光機能ブロック６２の一例として、接続導波路１１５に溝６４を備える例を示す。この溝６４に所定の光機能素子を挿入することで、樹脂硬化光を制御できる。例えば、樹脂硬化光で吸収を有する樹脂を充填することで、一方の導波路コアから他方の導波路コアへの樹脂硬化光の結合強度を制御できる。
　これにより、樹脂硬化光の強度に応じて第３導波路コア（ＳＷＷコア）１３１＿１、１３１＿２の形状を制御できる。
　溝６４を用いる光機能ブロックは、スイッチの集積が難しい場合にも適用できる。また、吸収損失を持つ樹脂の充填が不要であった場合は、屈折率整合剤を導入することで、溝６４における回折損失の影響を低減できる。
　本発明の実施の形態では、光集積素子の製造方法について、一方の第２の導波路コアと一方の光ファイバとの間隙にＳＷＷ材料を配置して、樹脂硬化光を照射して、一方のＳＷＷコアを形成して、引き続き、他方の第２の導波路コアと他方の光ファイバとの間隙にＳＷＷ材料を配置して、樹脂硬化光を照射して、他方のＳＷＷコアを形成する例を示したが、これに限らない。一方の第２の導波路コアと光ファイバの間隙と他方の第２の導波路コアと光ファイバの間隙にＳＷＷ材料を配置した後に樹脂硬化光を照射して、一方のＳＷＷコアと他方のＳＷＷコアを一括で形成してもよい。
　本発明の実施の形態では、光素子と接続する素子として光ファイバを用いる例を示したが、これに限らず、光導波路を有する素子（光導波路素子）であればよい。
　本発明の実施の形態では、光素子および光集積素子の構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光素子および光集積素子の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
  本発明は、光素子を接続するための光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法に関するものであり、光通信デバイス、光通信ネットワークシステムに適用することができる。
１１　光素子
１１１＿１、１１１＿２　第１の導波路コア
１１２＿１、１１２＿２　第２の導波路コア
１１５　接続導波路
１１３＿１、１１３＿２　モードフィールド変換部
１１４＿１、１１１４＿２　光合分波部
１２　光導波路素子（光ファイバ）
１３１＿１、１３１＿２　第３の導波路コア

Claims (10)

  1. 　１組の光導波路素子と１組の第３の導波路コアを介して接続する光素子であって、
    　１組の第１の導波路コアと、
    　１組の第２の導波路コアと、
    　接続導波路と
    　を備え、
    　前記第１の導波路コアの屈折率が、前記第２の導波路コアの屈折率より大きく、
    　前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、少なくとも前記モードフィールド変換部が前記第２の導波路コアに覆われ、
    　前記接続導波路が、光合分波部を介して前記１組の第２の導波路を接続し、
    　一方の前記第２の導波路コアが、一方の前記光導波路素子と、一方の前記第３の導波路コアを介して接続し、
    　他方の前記第２の導波路コアが、他方の前記光導波路素子と、他方の前記第３の導波路コアを介して接続する
    　ことを特徴とする光素子。
  2. 　前記第３の導波路コアが、前記１組の光導波路素子と前記１組の第２の導波路コアとの間隙に配置されたＳＷＷ材料において、１組の樹脂硬化光が照射されて屈折率が変化した部分であって、
    　一方の前記樹脂硬化光が、前記一方の光導波路素子から出射され前記ＳＷＷ材料に照射され、
    　他方の前記樹脂硬化光が、前記他方の光導波路素子から出射され、順に、前記他方の第２の導波路コアと前記接続導波路と前記一方の第２の導波路コアとを伝搬して前記ＳＷＷ材料に照射される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光素子。
  3. 　前記光合分波部を、前記モードフィールド変換部より前記第２の導波路コアの基端側に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光素子。
  4. 　複数の前記接続導波路を備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
  5. 　前記光合分波部が光スイッチにより構成されている
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光素子。
  6. 　前記接続導波路に光機能ブロックを備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光素子。
  7. 　１組の第１の導波路コアと１組の第２の導波路コアと接続導波路とを有する光素子と、
    　光通信用信号が入出力される、１組の光導波路素子と、
    　第３の導波路コアを有する、１組の光接続部と
    　を備え、
    　一方の前記第２の導波路コアと、一方の前記光導波路素子とが、一方の前記光接続部の前記第３の導波路コアを介して接続し、
    　他方の前記第２の導波路コアと、他方の前記光導波路素子とが、他方の前記光接続部の前記第３の導波路コアを介して接続し、
    　前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、前記第２の導波路コアに覆われ、
    　前記接続導波路が、光合分波部を介して前記１組の第２の導波路を接続する
    　ことを特徴とする光集積素子。
  8. 　前記光素子が基板を備え、
    　前記１組の光導波路素子が、前記基板におけるＶ溝に配置されている
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光集積素子。
  9. 　前記１組の光導波路素子の間に、樹脂退避用溝を備える
    　ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の光集積素子。
  10. 　１組の第１の導波路コアと１組の第２の導波路コアと当該１組の第２の導波路コアを接続する接続導波路とを有する光素子と、１組の光導波路素子とを配置する工程と、
    　前記第２の導波路コアの中心と、前記光導波路素子の中心との位置合わせを行う工程と、
    　一方の前記第２の導波路コアと、一方の前記光導波路素子との間隙にＳＷＷ材料を配置する工程と、
    　他方の前記第２の導波路コアと、他方の前記光導波路素子との間隙にＳＷＷ材料を配置する工程と、
    　前記１組の光導波路素子それぞれに樹脂硬化光を入力する工程と
    　を備える光集積素子の製造方法。
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