JPH1172635A

JPH1172635A - 光デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1172635A
Application number: JP18310598A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sato; 恭史佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】各種光学素子を簡便にかつ低損失に光結合で
きる非常に優れた導波路体及び光アイソレータを提供す
ること。【解決手段】導波路コア４の光入射端部と光出射端部
との間に、導波路コア４を横切り、かつ光学素子１２が
配設される開口溝６を備えるとともに、光学素子１２に
おけるコア径を光入射端部４ａ及び光出射端部４ｂより
小さくした光デバイスＳ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用機器，光
記録用機器，光センサー等に使用されるバルク型の光学
素子と、レーザーダイオード，光導波路，光ファイバ等
とのハイブリッド実装に関するものであり、特に光通信
用機器に用いられるレーザーモジュールに好適に使用可
能な、ハイブリッド実装用導波路等の光デバイス及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光アイソレータや偏光子、各
種フィルタ、減衰機等の光素子が知られており、最近で
はこのようなバルク型の従来の光部品に加え、導波路型
の光部品が多く登場している。ただし、導波路形成の寸
法トレランスが厳しく、波長依存性等も大きいため、実
用化に至っていないものが多く、バルク型の部品と一部
の導波路型部品、光ファイバ、半導体レーザー等の光能
動素子を混在させて使用しているのが現状である。

【０００３】図６は、両端に光ファイバを接続した従来
の光デバイスを示したものであり、ピッグテイル型のバ
ルク部品Ｊ１の断面図である。図６に示すように、パッ
ケージ５１の内部には、光アイソレータ、フィルタ、減
衰器、偏光子等の光学素子５２が収容されている。光フ
ァイバ５３ａから出射された光は、レンズ５４ａでコリ
メートされ、光学素子５２を通過した後、再びレンズ５
４ｂで集光され、光ファイバ５３ｂに入射される。

【０００４】また、図７（ｂ）に示すように、図６と同
様なバルク部品として、レンズを用いずに光ファイバ６
１ａ，６１ｂの端面のモードフィールド径を拡大し、光
学部品６２を挟み込む光デバイスＪ２の提案もなされて
いる。

【０００５】これは、図７（ａ）に示すように、光ファ
イバ６１の所定領域を加熱し、光ファイバ６１のコア６
１ｃにドープされているＧｅ等のドーパントを拡散さ
せ、ドーパントの拡散領域を広げるとともに屈折率差を
小さくさせたものである。これにより、シングルモード
を保ったまま、モードフィールド径を拡大させている。
そして、光ファイバ６１をＶ溝基板６３に固定し、その
後、コア拡大部６４の中央にＶ溝基板６３の一部を切り
込んだ開口部６５を形成した後に、光学素子６２を挿入
している。

【０００６】また、図８に示すように、導波路８０の途
中に開口部８２を設け、この開口部８２にバルク状の光
学素子８１を設置する構造の光アイソレータＪ３の提案
がなされている（例えば、特許公報第２５８６６０６号
を参照）。これは、光学素子８１の幅より広い開口部８
２を形成し、光学素子８１と開口部８２の露出端部８３
の間に隙間ができるように光学素子８１を設置し、この
隙間部に光硬化性皮膜８４を充填し各皮膜に接する導波
路を通じ、この光硬化性皮膜８４に紫外線ＵＶを照射す
るようにしたものである。

【０００７】この光硬化性皮膜８４は、例えば、ポリメ
タクリル酸を母材とし、スチレン、ベンジルメタクリレ
ート等を添加した材料よりなり、導波路から放射状に出
射される紫外線の形状にしたがって、半球状に母材とス
チレンまたはベンジルメタクリレートが重合され、その
後、メチルアルコールに浸漬させることで未重合の添加
材が除去され、受光部のみ屈折率が大きい半球状レンズ
８５を形成したものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すような従来のピッグテイル型部品は、レンズと光フ
ァイバの位置調整の精度を要し、組み立てに大変時間が
かかる。また、光路長が長くなるほど調整が困難になる
ので、間に挿入する光学素子の厚さや光学素子の個数に
制限がある。さらに、個々の光学素子をそれぞれ固定用
のホルダーに取り付けてからパッケージに固定するた
め、部品点数が非常に多くなり、これもコストと組み立
ての煩雑さを増加させている。

【０００９】また、図７に示すようなコア拡大ファイバ
では、シングルモード光ファイバのコア径を単純に増大
させると、高次モードが励振されてしまい伝送特性が劣
化する。そこで、高次モードを励振しないように、コア
径が変化してもｒ×（Ｄ）^1/2が一定になるように、屈
折率差を調整しなければならない。ここで、ｒはコア半
径、Ｄは比屈折率差、ｒ×（Ｄ）^1/2は規格化周波数に
比例する数値である。

【００１０】また、コア径の変化にしたがって、屈折率
を調整するのは難しいため、シングルモード光ファイバ
のコアのドーパントを熱拡散する方法が用いられてい
る。この方法では、熱によりコア内のドーパントがクラ
ッド部に拡散して行き、コア径の拡大と屈折率の低下が
同時に生じ、ｒ×（Ｄ）^1/2は一定に保たれる。

【００１１】また、この方法では、ファイバ同士の軸ず
れは生じないが、コア拡大部は均一加熱が難しく、進行
方向に長い領域を作製することができない。また、コア
拡大部が局所的で短いため、厚い素子や複数の素子の挿
入には適さない。

【００１２】さらに、最も大きな問題点は、熱拡散プロ
セスに時間がかかることであり、例えば８μｍのコア径
を４０μｍにするために、熱源、加熱範囲、温度等によ
って異なるものの数十時間も時間を要する。このよう
に、安価にかつ容易に作成するプロセスとしては適して
いない。

【００１３】また、図８の樹脂レンズを形成する方法
は、光学素子を実装する開口部の幅の大きさに応じて半
球レンズ８５の曲率を制御し、最適な光の結合を得る必
要があるが、曲率の制御は容易でない。また、樹脂充填
や感光、あるいはメチルアルコールによる処理等の工程
が増加し、部材も増加することになる。さらに、半導体
レーザモジュールの中には、樹脂の劣化や樹脂からの長
期に渡るガスの放出を避けるため、パッケージ内に樹脂
が使用できない場合がある。

【００１４】すなわち、光ファイバやレーザーダイオー
ドや光導波路等の導波路型光部品と、バルク型光部品の
ハイブリッド実装は産業上に非常に重要な課題であるの
に適当な実装構造がなかった。

【００１５】そこで、本発明は上述の従来の諸問題を解
消し、各種光学素子を簡便にかつ低損失に光結合できる
非常に優れた光デバイス及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。さらに詳しくは、高次モードを励振せ
ず、容易にモードフィールドを拡大する構造と、低損失
に光結合するための最適な構造，寸法を備えた光デバイ
ス及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光デバイスは、導波路コアを成す光入射側
コアと光出射側コアとの間に、光学素子が配設される開
口溝を備えるとともに、光学素子を透過する導波光のモ
ードフィールド径が光入射側コアの光入射端部及び光出
射側コアの光出射端部での導波光のモードフィールド径
より広くするように、光入射側コアの前記光学素子に対
面するコア径を光入射側コアの光入射端部のコア径より
小さくし、かつ光出射側コアの前記光学素子に対面する
コア径が、光出射側コアの光出射端部のコア径より小さ
くしたことを特徴とする。なお、上記開口溝は複数配設
されていてもよい。さらに好適には、開口溝の近くにモ
ードフィールド拡大部を設け、このモードフィールド拡
大部のモードフィールド径ωがω²＞７．８５×１０^-4
λ／（πｎ）を満足する。

【００１７】また、開口溝のギャップ幅Ｇが次の式を満
足することを特徴とする。Ｇ＜０．２５πｎω²／λ
（ただし、λ：導波光の波長、ｎ：光学素子の屈折率、
ω：導波光のモードフィールド半径）。さらに好適に
は、Ｇ＜０．０８πｎω²／λとする。

【００１８】また、光デバイスの開口溝に光学素子を配
設するとともに、導波路コアの光入射端部及び／又は光
出射端部に光ファイバを配設したことを特徴とする。

【００１９】また、開口溝内に、偏光面を所定角度だけ
非相反に回転させる非相反回転子と、偏光面を所定角度
だけ相反に回転させる相反回転子とを直列に配置し、開
口溝に入出する導波光の偏光モードを選択的に通過させ
るように成したことを特徴とする。

【００２０】また、本発明の光デバイスの製造方法は、
基板の中央部に台形状のサブクラッド層を形成する工程
と、基板上にサブクラッド層を覆う導波層を形成する工
程と、該導波層を所定形状にパターニングして導波路コ
ア層を形成する工程と、該導波路コア層上にメインクラ
ッド層を形成する工程と、導波路コア層を横切り且つ光
学素子が配設される開口溝を形成する工程とを含む。

【００２１】なお、モードフィールド径は、光ビームに
おいて、その光強度がピーク値の１／ｅ²となる幅を意
味する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。図２（ｉ）に示すよう
に、本発明の光デバイスである光導波路体Ｋは、導波路
コア４を成し光入射側に位置するコア（光入射側コア）
の光入射端部４ａと、光出射側に位置するコア（光出射
側コア）の光出射端部４ｂとの間に、導波路コア４を横
切る方向に光学素子が実装される１以上の開口溝６を備
えるとともに、開口溝６の両端６ａ，６ｂに向かって導
波路コア４のコア径が縮小していくコア径縮小領域Ａ
（テーパ部３，コア径極小領域２）を設けている。すな
わち、開口溝６（領域Ｂ）の両端６ａ，６ｂにおいては
コア径が極小に形成されている。すなわち、光学素子を
透過する導波光のモードフィールド径が光入射端部４ａ
及び光出射端部４ｂでの導波光のモードフィールド径よ
り広くするように、光入射側コアの光学素子に対面する
コア径を光入射側コアの光入射端部のコア径より小さく
し、かつ光出射側コアの光学素子に対面するコア径が、
光出射側コアの光出射端部のコア径より小さくしたこと
を特徴とする。また、コア径極小領域２、開口溝６を合
せてモードフィールド拡大部Ｍ（図２（ｈ））となる。
コアサイズは、薄膜の導波路コアを用いたスラブ型導波
路ではコアの膜厚を意味し、コアが円形の場合その直径
を意味する。また、コアが長方形の場合はその短辺の長
さを意味し、正方形の場合はその一辺の長さを意味す
る。

【００２３】ここで、開口溝６の好適なギャップ幅Ｇ
は、Ｇ＜０．２５πｎω²／λ （ただし、λ：導波光の波長、ｎ：光学素子の屈折率、
ω：導波光のモードフィールド半径）とする。

【００２４】これは、２つの導波路コア４間に屈折率が
ｎの物質で満たされたギャップがある場合に、電力透過
係数を０．７９４より大（回折損失が１ｄＢ未満）とな
るギャップ幅を算出して得られたものである。

【００２５】また、より好適には、Ｇ＜０．０８πｎω
²／λとする。この場合、電力透過係数を０．９７５よ
り大（回折損失が０．１ｄＢ未満）となるギャップ幅を
算出して得られる。

【００２６】一般に２つの対向する導波路間に屈折率が
ｎの物質で満たされたギャップがある場合に、そのギャ
ップ幅をＧ、電力透過係数をＴ、導波光の波長をλ、モ
ードフィールド半径をωとすると、下記式の関係があ
る。

【００２７】Ｔ＝（１＋（（２λＧ）／（πｎω²））²）^-1 上記好適な開口幅Ｇは、上記関係式のＴに０．７９４を
代入し、０．７９４＜（１＋（（２λＧ）／（πｎω²））²）
^-1 とし、この式を変形して得た。

【００２８】Ｇが１００μｍ以下になる場合、開口溝６
に挿入する光学素子は組み立て時の公差を考慮すれば５
０μｍ以下程度になり、非常に限定されたものになる
か、あるいは破損し易く、扱いが困難なため、実際上は
用いることができない。したがって、産業上に利用する
場合は、実用的なギャップ幅Ｇの大きさからモードフィ
ールド径の好適な範囲を規定する必要があり、そのモー
ドフィールド径ωをω²＞７．８５×１０^-4λ／（π
ｎ）とする。これは、ギャップ幅Ｇを２００μｍ以上、
回折損失１ｄＢ未満として算出したものである。

【００２９】また、図９に示すように、複数の開口溝、
例えば開口溝２２，２３を設けて、図１０に示すように
光学素子２４，２５をそれぞれの開口溝２２，２３に配
設することにより、上記複数の開口溝の幅の合計（＝Ｇ
１＋Ｇ２）と等しいギャップ幅を有する１つの間隙部に
光学素子を配設する場合よりも回折損失が低減するので
好適である。

【００３０】これは、図４のグラフから明らかなよう
に、対向間隔が大きくなるほど回折損失の上昇が急激と
なるからである。例えば、図４を参照すれば、波長１．
３１μｍでモードフィールド径３０μｍ、開口溝のギャ
ップ幅が６００μｍの場合の回折損失は１．１７ｄＢだ
が、開口溝のギャップ幅が３００μｍの場合の回折損失
は０．３２ｄＢであり、３００μｍのギャップが２つあ
っても回折損失の合計は０．６４ｄＢとなる。これは、
トータルの素子厚さが同じでも、素子を分割した方が損
失が少ないことを示している。また、光の進行方向と平
行方向にモードフィールド拡大部を１ｍｍ以上備えるこ
とで、比較的厚い素子を挿入したり、複数の開口溝の形
成が容易にできる。このように間隙幅の小さいものを複
数に分割して設けることで、合計の結合損失を１つの間
隙部を設ける場合より低く抑えることが可能になる。

【００３１】次に、この光導波路体Ｋの作製方法につい
て説明する。まず、図２（ａ），（ｂ）に示すように、
例えば石英（ＳｉＯ₂）等の基板上１にＣＶＤ法等の成
膜法により、テーパクラッド１３を台形状に所定の厚さ
（例えば、７．５μｍ程度の厚さ）で形成しサブクラッ
ド層とする。これは、基板１よりマスクを数十μｍから
数百μｍ浮かせて成膜することで比較的容易に作製でき
る。また、テーパの度合いは上記浮かせる距離で制御す
る。

【００３２】次に、図２（ｃ）に示すように、例えばＳ
ｉＯ₂にＧｅ等をドーピングして比屈折率をＳｉＯ₂よ
り０．３％程度高くした導波層１４を、基板１からの厚
さが８μｍ、テーパクラッド１３からの厚さが０．５μ
ｍになるように、ＣＶＤ法等により形成する。

【００３３】次に、図２（ｄ）に示すように、導波層１
４の上にマスク１５を形成する。ここで、モードフィー
ルド拡大部Ｍはその幅Ｄ１を０．５μｍに絞り、両端部
の幅Ｄ２は８μｍにしてある。

【００３４】次に、図２（ｅ）に示すように、ＲＩＥ
（反応イオン性エッチング：ReactiveIon Etching) に
よるエッチングにより、導波路側部を削除し導波路コア
４を形成し、図２（ｆ）に示すように、マスク１５を取
り去る。

【００３５】次に、図２（ｇ）に示すように、基板１、
テーパクラッド１３と同一の屈折率を有するＳｉＯ₂を
メインクラッド層５として導波路コア４を被覆する。こ
こで、図２（ｈ）は導波路コア４を透視した様子を図示
している。

【００３６】最後に、図２（ｉ）に示すように、光学素
子を固定するための開口溝６を例えばダイシングソーに
て研削する。

【００３７】上記作製方法は、通常のストレート（直線
状）の導波路を作製する場合に比べ、図２（ｂ），
（ｄ）の工程が異なるだけであり、通常の作製工程をわ
ずかに変えることにより、導波路体を作製することがで
きる。

【００３８】すなわち、図２（ｂ）において、テーパク
ラッド１３の形成が増加するだけであるが、一連の他の
成膜と同じ装置（例えば、ＣＶＤ装置）で作製できるの
で、別の装置を用意したり、セッティング等の手間は一
切かからず、作製時間の増加も僅かである。また、図２
（ｄ）はストレートの導波路とマスクパターンが異なる
だけなので工程も煩雑にならない。

【００３９】次に、２つの導波路を対向させた場合の光
の結合効率を図４に示す。横軸は導波路の対向間隔であ
り、本発明においては開口溝６の幅Ｂに相当する。縦軸
は光の損失を示す。モードフィールドはガウシアン分布
を仮定しており、波長は１．３１μｍで開口溝内の屈折
率は空気（ｎ＝１）としてある。破線はモードフィール
ド径Ｗが１０μｍの導波路の場合を示し、対向間隔の幅
（開口溝６のギャップ幅）が５００μｍになれば、損失
は１２ｄＢ以上になってしまう事を示している。しか
し、モードフィールド径を４０μｍに拡大した場合（実
線）は、対向間隔が５００μｍでも光の損失は０．３ｄ
Ｂ程度に低減できることがわかる。

【００４０】図５に、コア径とモードフィールド径の関
係の目安として、スラブ型導波路での導波層の厚さ（コ
ア径に相当）とモードフィールド径との関係を示す。図
５から明らかなように、導波層厚の増加に伴い、モード
フィールド径は増加するが、厚さ４μｍ程度を境に導波
層厚が減少してもモードフィールド径が拡大できること
がわかる。また、比屈折率差が変わらなければ、コア径
が増大すれば高次モードが発生し伝送特性が劣化してし
まうが、導波路コアを縮小する場合、高次モードは発生
しないので比屈折率差を変化させる必要はない。

【００４１】このように、導波路コアを縮小した導波路
同士を対向させ、低損失な結合を実現するハイブリッド
実装の提案はこれまで無かった。バルク実装部を含むモ
ードフィールド拡大部（＝２つのコア極小部２＋領域
Ｂ）の長さは自由に設計できるため、任意の厚さの複数
枚のバルク状光学素子と光ファイバあるいは光能動素子
を容易に結合できる。モードフィールド拡大部をあらか
じめ数ｍｍを超える長さに作製しておき、挿入する素子
の厚さ、個数は予め定まっていなくとも、汎用的に対応
させることも可能である。

【００４２】また、上記の実装構造において、素子実装
用の溝にバルク状の非相反偏光回転子，相反回転子を設
け、溝部を中心にコア径が縮小していく領域の外側に金
属、もしくは異方性の誘電体、もしくは金属、誘電体の
複合薄膜を装荷して、導波路型モードスプリッタを形成
し、光デバイスである表面実装型光アイソレータとする
ことができ、これにより、挿入損失の少ない表面実装型
光アイソレータが容易に実現される。

【００４３】

【実施例】次に具体的な実施例について説明する。

【００４４】〔例１〕図１に光デバイスである光導波路
体Ｋの光入射端部４ａと光出射端部４ｂのそれぞれに光
ファイバ８，８を光結合して成る光デバイスの斜視図を
示す。なお、８ａはファイバコアである。図１に示すよ
うに、石英基板１上に、その全長１５ｍｍに対し、断面
略正方形状のコアサイズ０．５μｍのモードフィールド
拡大部（開口溝６のギャップ幅Ｌ３：０．５ｍｍ、それ
ぞれのコア径極小部２の長さＬ２：１ｍｍ）を２．５ｍ
ｍ、その両側にテーパ部３（長さＬ１）を５ｍｍずつ、
断面略正方形状のコアサイズ８μｍの光入射部４ａ、光
出射部４ｂをそれぞれ長さ６．２５ｍｍになるように、
コア形状をＣＶＤ法及びエッチング法により形成した。
導波路コア４は石英基板１に対し比屈折率差０．３％で
コア全体に渡って屈折率は変化しない。その上から石英
のクラッド層５を形成した。

【００４５】モードフィールド径はコアサイズが０．５
μｍのモードフィールド拡大部で約３０μｍ、光入出射
部４ａ，４ｂでモードフィールド径はおよそ１０μｍと
なる。

【００４６】光入出射端部４ａ，４ｂには、光ファイバ
８をバットジョイントにより接続した。９は表面実装用
導波路７と光ファイバ８をアライメントして固定するた
めのＶ溝付き基板であり、ファイバの位置決め、保持の
ためにＶ溝１０を有している。

【００４７】また、モードフィールド拡大部には開口溝
６のギャップ幅が約５００μｍ幅に、ダイシングソーで
切削されており、ここに誘電体の多層膜から成る波長フ
ィルター１２を挿入固定した。なお、誘電体の多層膜に
は、例えばＺｎＳとＭｇＦ₂の組み合わせやＴｉＯ₂と
ＳｉＯ₂の組み合わせ等とする。

【００４８】光入射端部４ａへの入射光と光出射端部４
ｂからの出射光について光損失の測定を行ったところ、
ギャップ幅５００μｍでの回折損失は波長１．３１μｍ
で約０．８５ｄＢであった。

【００４９】なお、波長フィルターの固定は半田等でも
よいが、その場合は、波長フィルター１２の両面は対空
気用のＡＲコート（anti-refrection coating) とし、
エアーギャップを設ける必要がある。また、波長フィル
ター１２の両面は対接着剤用のＡＲコートを施し、波長
フィルター１２の挿入時の隙間は屈折率を調整した（屈
折率：約１．６）熱硬化性のエポキシ系の接着剤等の光
硬化樹脂を充填してもよい。また、図１には図示しない
が、最終的には信頼性向上のためにパッケージ内に密閉
される。

【００５０】〔例２〕図３に本発明の実装構造を用いた
光デバイスである光アイソレータＳ２を示す。基板１、
クラッド５は石英ガラスからなり、導波路コア４は石英
ガラスにＧｅ等をドーピングして屈折率を０．３％上げ
ている。モードフィールド拡大部のコア径は０．５μｍ
でモードフィールド径は約３０μｍ、光入出射端部４
ａ、４ｂのコア径は８μｍでモードフィールド径は約１
０μｍとした。

【００５１】光学素子を実装する開口溝６を挟むよう
に、Ａｌ薄膜をコア４の上に成膜し、第１の偏光モード
スプリッタ１６ａと第２の偏光モードスプリッタ１６ｂ
を形成した。

【００５２】開口溝６には、厚さ約４００μｍの磁性ガ
ーネットからなる非相反偏光回転子１７と、厚さ９０μ
ｍの水晶からなる相反偏光回転子１８とを併設し、これ
ら光学素子を縦列に配置した。

【００５３】なお、水晶のＣ軸は水平面から２２．５度
の角度を持たせている。磁性ガーネット等からなる非相
反偏光回転子をファラデー回転子、水晶等の複屈折材料
からなる相反偏光回転子は１／２波長板と称する場合も
ある。

【００５４】次に、この表面実装型の光アイソレータの
動作について説明する。ここで、入射部４ａから出射部
４ｂの方向を見て時計周りの方向をプラス（＋）、逆を
マイナス（−）の回転とする。

【００５５】入射部４ａへの入射光２０は、第１の偏光
モードスプリッタ１６ａでＴＥ偏光のみになり、モード
フィールド拡大部で光のモードフィールドを拡大させ
る。次に非相反偏光回転子１７で偏光面は＋４５度回転
し、相反偏光回転子１８で−４５度回転し、ＴＥ偏光と
して第２の偏光モードスプリッタ１６ｂを通過する。

【００５６】逆方向の入射光２１は、第２の偏光モード
スプリッタ１６ｂでＴＥ偏光になり、相反偏光回転子１
８で−４５度偏光面を回転させ、非相反偏光回転子１７
でさらに−４５度偏光を回転させＴＭ偏光となる。この
光は第１の偏光モードスプリッタ１６ａにより除去され
る。

【００５７】この表面実装型光アイソレータ１２によれ
ば、挿入損失１ｄＢ以下、アイソレーション３６ｄＢ以
上の優れた特性が容易に実現できた。

【００５８】なお、基板１は石英ガラスの他高分子材料
や他の光学ガラス、半導体からなるものでもよい。さら
に偏光モードスプリッタとしてはＡｌ以外にもＣｕやＡ
ｇの金属を成膜しＴＭ偏光を吸収するもの、水晶やルチ
ルを装荷し屈折率の異方性を利用し片方のモードを放射
させるもの、導波路型分岐器で伝搬定数を変え、２つの
モードに分岐させるもの等がある。したがって、実施例
とは逆にＴＥ偏光を除去しＴＭ偏光のみを透過させるこ
とも可能である。

【００５９】さらに、開口溝６を複数設けて、光アイソ
レータとフィルタや、２つの光アイソレータを同時に実
装することも可能である。例えば、図４のグラフを見れ
ば厚さ３００μｍの光学素子２枚を導波路中に挿入する
場合、モードフィールド径３０μｍのモードフィールド
拡大部に６００μｍの溝を一箇所形成すると溝部での回
折損失は１．１７ｄＢだが、３００μｍの溝を２個所形
成すると回折損失は合計でも０．６４ｄＢにしかならな
いことがわかる。すなわち、光路長の合計が同じでも素
子が分割できれば素子実装時の損失を減らすことが可能
である。これはレンズでは実現できない大きな利点であ
る。

【００６０】〔例３〕光デバイスである光導波路Ｋの別
の形状、作製方法について説明する。まず、図１１
（ａ）（ａ′）、（ｂ）（ｂ′）に示すように、例えば
石英（ＳｉＯ２）等の基板１上にＣＶＤ法等の成膜法に
より、例えばＳｉＯ₂にＧｅ等をドーピングして比屈折
率をＳｉＯ₂より０．３％程度高くした導波層１４を、
基板１からの厚さが８μｍに成るよう形成する。

【００６１】次に、図１１（ｃ）（ｃ′）に示すよう
に、導波層１４の上にマスク１５を形成する。ここで、
モードフィールド拡大部Ｍはその幅Ｄ１を０．５μｍに
絞り、両端部の幅Ｄ２は８μｍにしてある。

【００６２】次に、図１１（ｄ）（ｄ′）に示すよう
に、ＲＩＥによるエッチングにより導波路側部を削除し
導波路コア４を形成し、図１１（ｅ）（ｅ′）に示すよ
うに、マスク１５を取り去る。

【００６３】次に、図１１（ｆ）（ｆ′）に示すように
導波路コア４の中央部が所定の厚みまで（例えば０．５
μｍ程度の厚さ）薄くなるようにＲＩＥでエッチングす
る。なお光入出射端部４ａ、４ｂとはなだらかなテーパ
でつながるようにする。これは、導波路コア４よりマス
クを数十μｍから、数百μｍ浮かせてエッチングを行う
ことで容易に形成できる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。

【００６４】次に、図１１（ｇ）（ｇ′）に示すよう
に、基板１と同一の屈折率を有するＳｉＯ₂をメインク
ラッド層５として導波路コア４を被覆する。ここで、図
１１（ｇ）（ｇ′）は導波路コア４を透視した様子を図
示している。

【００６５】〔例４〕さらに、光導波路Ｋの別の形状、
作製方法について説明する。

【００６６】まず、図１２（ａ）（ａ′）、（ｂ）
（ｂ′）に示すように、例えば石英（ＳｉＯ₂）等の基
板１上にＣＶＤ法等の成膜法によりテーパクラッド１３
を台形状に所定の厚さ（例えば３．７５μｍ程度の厚
さ）で形成しサブクラッド層とする。これは、基板１よ
りマスクを数十μｍから、数百μｍ浮かせて成膜するこ
とで比較的容易にできる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。

【００６７】次に、図１２（ｃ）（ｃ′）に示すよう
に、例えばＳｉＯ２にＧｅ等をドーピングして比屈折率
をＳｉＯ₂より０．３％程度高くした導波層１４を、基
板１からの厚さが８μｍ、テーパクラッド１３からの厚
さが７．７５μｍになるように、ＣＶＤ法等により形成
する。

【００６８】次に、図１２（ｄ）（ｄ′）に示すよう
に、導波層１４の上にマスク１５を形成する。ここで、
モードフィールド拡大部Ｍはその幅Ｄ１を０．５μｍに
絞り、両端部の幅Ｄ２は８μｍにしてある。

【００６９】次に、図１２（ｅ）（ｅ′）に示すよう
に、ＲＩＥによるエッチングにより導波路側部を削除し
導波路コア４を形成し、図１２（ｆ）（ｆ′）に示すよ
うに、マスク１５を取り去る。

【００７０】次に図１２（ｇ）（ｇ′）に示すように導
波路コア４の中央部が所定の厚みまで（例えば０．５μ
ｍ程度の厚さ）薄くなるようにＲＩＥでエッチングす
る。なお光入出射端部４ａ、４ｂとはなだらかなテーパ
でつながるようにする。これは、導波路コア４よりマス
クを数十μｍから、数百μｍ浮かせてエッチングを行う
ことで容易に形成できる。また、テーパの度合いは、浮
かせる距離で制御する。

【００７１】次に、図１２（ｈ）（ｈ′）に示すよう
に、基板１と同一の屈折率を有するＳｉＯ₂をメインク
ラッド層５として導波路コア４を被覆する。ここで、図
１２（ｈ）は導波路コア４を透視した様子を図示してい
る。

【００７２】なお、導波路形状は、開口溝６に挿入する
光学素子に好適な形状にすることができる。図２に示し
た光導波路体Ｋはモードフィールド拡大部が上側に偏っ
ているため、モードフィールドも上側に偏っており、図
３に示した光アイソレータを形成する場合に表面の薄膜
１６ａ、１６ｂと光の相互作用が生じ易いため好適であ
る。また図１２に示した光導波路体Ｋは対称性が高いた
め、テーパ部での光の損失が少なく、汎用性も高い。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下に示す優れた効果を奏することができる。

【００７４】・光学アライメントのための光学素子を保
持する部品が不要になり部品点数，容積等を低減させる
ことができ、ひいては組み立て作業が簡便となり小型化
を図ることができる。

【００７５】・一つの設計（製品）のみで、さまざまな
厚さ，個数の光学素子の実装に対応できるため、特に、
複数の光学素子を同時に、容易に実装できる。また、光
学素子の実装位置を分割することで、実装時の損失を低
減することができ、開口溝形成位置のトレランスも非常
に大きい。

【００７６】・光の通過部には空間伝播部がほとんど存
在しないため、環境の変化による特性の変化が生じにく
い。

【００７７】・コアを縮小する場合、高次モードは発生
しないので、比屈折率差を変化させる必要がなく、これ
によりモードフィールド拡大部の作製が容易となる。

【００７８】・通常の直線状の導波路作製プロセスを僅
かに変えるだけで、特別な製造装置，追加の部材，手間
が不要で、作製時間もほとんど変えずに容易に作製が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面実装用の光導波路体及び光デ
バイスを説明する斜視図である。

【図２】本発明に係る光導波路体の作製工程を模式的に
説明する斜視図である。

【図３】本発明に係る光アイソレータを説明する斜視図
である。

【図４】モードフィールド半径、対向間距離及び回折損
失の関係を説明するグラフである。

【図５】スラブ型導波路の導波層厚とモードフィールド
径の関係を説明するグラフである。

【図６】従来のピッグテイル型部品を示す断面図であ
る。

【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のコア拡大ファ
イバによる実装方法を説明する一部断面図である。

【図８】従来の光アイソレータを示す一部断面図であ
る。

【図９】本発明に係る光デバイスの斜視図である。

【図１０】本発明に係る光デバイスの斜視図である。

【図１１】（ａ）〜（ｇ）は、本発明に係る光導波路の
他の製造工程を示す上面図であり、（ａ′）〜（ｇ′）
はその側面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｈ）は、本発明に係る光導波路の
他の製造工程を示す上面図であり、（ａ′）〜（ｈ′）
はその側面図である。

【符号の説明】

１：基板４：導波路コア４ａ：光入射端部４ｂ：光出射端部５：導波層（クラッド層）６：開口溝Ｋ：光導波路体（光デバイス）Ｓ１：光デバイスＳ２：光アイソレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波路コアを成す光入射側コアと光出射
側コアとの間に、光学素子が配設される開口溝を備える
とともに、前記光学素子を透過する導波光のモードフィ
ールド径が前記光入射側コアの光入射端部及び前記光出
射側コアの光出射端部での導波光のモードフィールド径
より広くするように、前記光入射側コアの前記光学素子
に対面するコア径を前記光入射側コアの光入射端部のコ
ア径より小さくし、かつ前記光出射側コアの前記光学素
子に対面するコア径が、前記光出射側コアの光出射端部
のコア径より小さくしたことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】前記開口溝のギャップ幅Ｇが下記式を満
足することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。Ｇ＜０．２５πｎω²／λ （ただし、λ：導波光の波長、ｎ：光学素子の屈折率、
ω：導波光のモードフィールド半径）
【請求項３】前記光デバイスの開口溝に光学素子を配
設するとともに、前記導波路コアの光入射端部及び／又
は光出射端部に光ファイバを配設したことを特徴とする
請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】前記開口溝内に、偏光面を所定角度だけ
非相反に回転させる非相反回転子と、偏光面を所定角度
だけ相反に回転させる相反回転子とを直列に配置し、前
記開口溝に入出する導波光の偏光モードを選択的に通過
させるように成したことを特徴とする請求項１に記載の
光デバイス。
【請求項５】基板の中央部に台形状のサブクラッド層
を形成する工程と、前記基板上に前記サブクラッド層を
覆う導波層を形成する工程と、該導波層を所定形状にパ
ターニングして導波路コア層を形成する工程と、該導波
路コア層上にメインクラッド層を形成する工程と、前記
導波路コア層を横切り且つ光学素子が配設される開口溝
を形成する工程とを含む光デバイスの製造方法。