(57)【要約】【課題】複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合され得る導波路基板及び光学入出力デバイス、及び複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る導波路基板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】導波路基板２０は、光透過性の材料から形成される導波路基板である。この導波路基板２０は、所定の位置に設けられる光入射部２２Ａと、光入射部２２Ａとは異なる位置に設けられる光出射部２３Ａと、光入射部２２Ａから入射して導波路基板２０内を伝搬する光Ｌ１〜Ｌ４を回折して光出射部２３Ａに伝搬させる光回折部５０と、を備える。【選択図】    図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の材料を有する導波路基板であって、
所定の位置に設けられる光入射部と、
前記光入射部とは異なる位置に設けられる光出射部と、
前記光入射部から入射して前記導波路基板内を伝搬する光を回折して前記光出射部に伝搬させる光回折部と、
を備える
ことを特徴とする導波路基板。
【請求項２】
前記光回折部は、所定の位置に溝部を有し、
前記光入射部側の前記溝部の内壁は、所定の凹凸パターンを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路基板。
【請求項３】
前記光入射部と、前記光出射部とを含む本体部を備え、
前記本体部は、所定の位置に溝部を有し、
前記光回折部は、所定の凹凸パターンを有し、前記溝部に挿入される光透過性の板状部材に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路基板。
【請求項４】
前記溝部の深さ方向に垂直な前記光回折部の断面形状が、前記深さ方向における位置に応じて異なる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の導波路基板。
【請求項５】
前記光回折部は、前記光入射部から入射する光が個別に入射する領域を少なくとも１つ備え、
前記領域の少なくとも１つにおいて、前記凹凸パターンを構成する少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なる
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の導波路基板。
【請求項６】
前記領域の少なくとも１つにおいて、すべての前記凹部の延在長さがそれぞれ異なる
ことを特徴とする請求項５に記載の導波路基板。
【請求項７】
前記光回折部は、
前記光入射部から入射する少なくとも１つの光が個別に入射する複数の領域と、
前記凹凸パターンが形成されない少なくとも１つの凹凸パターン非形成領域と、
を含み、
前記複数の領域の少なくとも１対が、前記凹凸パターン非形成領域を介して離間する
ことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の導波路基板。
【請求項８】
前記光回折部は、高屈折率部を含み、
前記高屈折率部は、前記導波路基板における前記高屈折率部の周囲よりも高い屈折率を有し、
前記光回折部における屈折率分布は、当該光回折部を透過する前記光が前記光出射部に向かって回折する屈折率分布とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路基板。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の導波路基板と、
前記光回折部を介して互いに光学的に結合する複数の光導波部品と、
を備えることを特徴とする光学入出力デバイス。
【請求項１０】
光入射部及び光出射部を含む光透過性の基板を準備する第１準備工程と、
前記光入射部から入射した光を前記光出射部に向かって回折する光回折部を前記基板内に形成する光回折部形成工程と、
を備える
ことを特徴とする導波路基板の製造方法。
【請求項１１】
前記基板の所定の位置には溝部が形成されており、
前記光回折部形成工程は、前記基板の所定の部位をエッチングすることにより、前記溝部を形成する前記基板の内壁に凹凸パターンを形成するエッチング工程を含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の導波路基板の製造方法。
【請求項１２】
前記基板とは異なる光透過性の板状部材を準備する第２準備工程をさらに備え、
前記基板の所定の位置には溝部が形成されており、
前記光回折部形成工程は、
前記板状部材の一方の主面をエッチングして当該一方の主面に所定の凹凸パターンを形成するエッチング工程と、
前記溝部内に前記凹凸パターンが形成された前記板状部材を配置する配置工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の導波路基板の製造方法。
【請求項１３】
前記光回折部形成工程は、光の集光スポットを前記基板の内部で走査して、前記集光スポットが走査された部分における屈折率を他の部分における屈折率よりも高くする照射工程を含み、
前記照射工程において、前記光回折部における屈折率分布が、当該光回折部を透過する光が前記光出射部に向かって回折する屈折率分布となるように、前記光を照射する
ことを特徴とする請求項１０に記載の導波路基板の製造方法。
【請求項１４】
前記光はフェムト秒レーザとされる
ことを特徴とする請求項１３に記載の導波路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路基板、光学入出力デバイス、及び導波路基板の製造方法に関し、特に、複数の光導波部品の光導波路同士が適切に結合され得る導波路基板及び光学入出力デバイス、及び導波路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に普及している光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバは、光導波路としてのコアの外周がクラッドにより囲まれた構造をしており、このコア内を光信号が伝搬することで情報が伝送される。そして、近年、光ファイバ通信システムの普及に伴い、伝送される情報量が飛躍的に増大している。
【０００３】
こうした光ファイバ通信システムの伝送容量増大を実現するために、複数のコアの外周が１つのクラッドにより囲まれたマルチコア光ファイバを用いて、それぞれのコアを伝搬する光により、複数の信号を伝送させることが知られている。このマルチコア光ファイバへの光の入射やマルチコア光ファイバからの出射を行うデバイスとして、マルチコア光ファイバのそれぞれのコアと複数のシングルコア光ファイバのそれぞれのコアとを光学的に結合させるファンイン／ファンアウトデバイスが知られている。
【０００４】
下記特許文献１には、ファンイン／ファンアウトデバイスの一形態が記載されている。このファンイン／ファンアウトデバイスは、ファイババンドル型と呼ばれ、バンドルされた複数のシングルコア光ファイバがマルチコア光ファイバに接続されている。この接続により、それぞれのシングルコア光ファイバのコアとマルチコア光ファイバのそれぞれのコアとが光学的に結合している。
【０００５】
また、下記特許文献２には、ファンイン／ファンアウトデバイスの他の一形態が記載されている。このファンイン／ファンアウトデバイスは、空間光学型と呼ばれ、それぞれのシングルコア光ファイバのコアとマルチコア光ファイバのそれぞれのコアとが空間を介して光学的に結合されている。この空間には光を集光する集光光学系が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−２１２４４７号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１０３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に記載のファンイン／ファンアウトデバイスでは、接続損失等を抑制するために、複数の光ファイバのコアとマルチコア光ファイバのコアとを適切に光学的に結合させる必要がある。しかし、複数の光ファイバが一列に並列されてテープ状に固定されている場合等があり、複数の光ファイバのコアの配列と、マルチコア光ファイバのコアの配列とが合わない場合や、複数の光ファイバのコア間の距離と、マルチコア光ファイバのコア間の距離とが合わない場合がある。また、複数の光ファイバのコアの向きと、マルチコア光ファイバのコアの向きとが合わない場合がある。
【０００８】
また、複数の光ファイバのコアと複数の光ファイバのコアとを接続する場合や、マルチコア光ファイバ同士を接続する場合であっても、上記のようにコアの配列、コア間の距離、コアの向きなどが合わない場合がある。さらに、シングルコア光ファイバ同士を接続する場合であっても、コアの向きなどが合わない場合がある。
【０００９】
また、上述の光ファイバ通信システムの課題である伝送容量の増大を実現するために、近年、シリコンフォトニクスの技術が用いられることがある。このシリコンフォトニクスは、シリコンからなる基板に微細な光導波路を形成して光導波路を高密度に集積させる技術である。このようなシリコン基板に形成された複数の光導波路と上記光ファイバのコアとを接続する場合であっても、シリコン基板の光導波路の配列、光導波路間の距離や光導波路の向き等と、光ファイバのコアの配列、コア間の距離、あるいはコアの向き等とが合わない場合がある。
【００１０】
このため、光導波部品としての上記複数の光ファイバやマルチコア光ファイバ、あるいはシリコン基板の光導波路を伝搬するそれぞれの光を、他の光導波部品の光導波路に適切に光学的に結合させることが可能な光学部品が求められている。
【００１１】
そこで、本発明は、複数の光導波部品の光導波路同士が適切に光学的に結合され得る導波路基板、光学入出力デバイス、及び複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る導波路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的の達成のため、本発明は、光透過性の材料を有する導波路基板であって、所定の位置に設けられる光入射部と、前記光入射部とは異なる位置に設けられる光出射部と、前記光入射部から入射して前記導波路基板内を伝搬する光を回折して前記光出射部に伝搬させる光回折部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
この導波路基板によれば、光入射部から導波路基板内に入射した光を、上記光回折部を介して光出射部に伝搬させることができる。このような光回折部としてはホログラムや回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）を挙げることができる。このため、光入射部に接続される光導波部品の導波路の配列と、光出射部に接続される光導波部品の導波路の配列とが異なる場合でも、光回折部が適切に光を回折することで、これら光導波部品の導波路同士を適切に光学的に結合させることができる。
【００１４】
なお、上記のように導波路基板内を光が伝搬する際に光が伝搬する経路が導波路基板における導波路である。つまり、光が伝搬することで導波路が特定できるものであってもよい。このため、本発明では、導波路基板内に例えば屈折率が高くされるコア等の導波路が作られていなくてもよい。また、以下の説明において、単に結合という場合、光学的な結合を意味する場合がある。
【００１５】
また、前記光回折部は、上記導波路基板の所定の位置に溝部を有し、前記光入射部側の前記溝部の内壁は、所定の凹凸パターンを有することが好ましい。
【００１６】
この場合、光入射部から入射した光が内壁のうち光入射部側の部分に伝搬すると、当該部分には所定の凹凸パターンが形成されているため、この凹凸パターンによって光の成分に位相差が生じて、位相差が生じた光の成分の回折光同士が干渉し合う。その結果、光回折部から出射する光の進路が光回折部に入射する前から変化し得る。したがって、この凹凸パターンを調整することによって、光入射部から入射した光を適切に光出射部に向かって伝搬させることができる。
【００１７】
また、上記導波路基板は、前記光入射部と、前記光出射部とを含む本体部を備え、前記本体部は、の所定の位置に溝部を有し、前記光回折部は、所定の凹凸パターンを有して前記溝部に挿入される光透過性の板状部材に設けられてもよい。
【００１８】
このように、凹凸パターンを含む光回折部を上記板状部材に設けた上、当該板状部材を本体部の溝部内に配置することで、本体部自体に凹凸パターンを有する場合に比べて、導波路基板中に複雑な凹凸パターンを有することが可能となる。したがって、光の伝搬方向をより正確に変えることが可能となる。
【００１９】
また、上記導波路基板の所定の位置に溝部が形成される場合、前記溝部の深さ方向に垂直な前記光回折部の断面形状が、前記深さ方向における位置に応じて異なることが好ましい。
【００２０】
この場合、上記光の伝搬方向を、上記断面の面内方向及び上記深さ方向の双方に効果的に変えることが可能となる。例えば、上記のように、光回折部を光透過性の板状部材に設けられていることで、光回折部の上記断面形状を深さ方向における位置に応じて異ならせることができる。
【００２１】
また、光回折部が上記溝部を有する場合、前記光回折部は、前記光入射部から入射する光が個別に入射する領域を少なくとも１つ備え、前記領域の少なくとも１つにおいて、前記凹凸パターンを構成する少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。
【００２２】
このような構成によれば、光回折部において光の進路をより適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【００２３】
また、この場合、前記領域の少なくとも１つにおいて、すべての前記凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。
【００２４】
このような構成によれば、光回折部において光の進路をより適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより一層適切に伝搬させ得る。
【００２５】
また、光回折部が上記溝部を有する場合、前記光回折部は、前記光入射部から入射する少なくとも１つの光が個別に入射する複数の領域と、前記凹凸パターンが形成されない少なくとも１つの凹凸パターン非形成領域と、を含み、前記複数の領域の少なくとも１対が、前記凹凸パターン非形成領域を介して離間してもよい。
【００２６】
この場合、凹凸パターン非形成領域を挟んで一方側に位置する導波路基板の領域を伝搬する光の伝搬方向と、他方側に位置する出導波路基板の領域を伝搬する光の伝搬方向とを区別することが容易となり、光の伝搬方向を調整することが容易になり得る。
【００２７】
また、前記光回折部は、高屈折率部を含み、前記高屈折率部は、前記導波路基板における前記高屈折率部の周囲よりも高い屈折率を有し、前記光回折部における屈折率分布は、当該光回折部を透過する前記光が前記光出射部に向かって回折する屈折率分布とされてもよい。
【００２８】
この場合、光回折部に上述のような凹凸パターンを仮に有していないとしても、光入射部に入射した光を適切に光出射部に向かって伝搬させることができる。
【００２９】
また、上記目的の達成のため、本発明の光学入出力デバイスは、上記いずれかの導波路基板と、前記光回折部を介して互いに光学的に結合する複数の光導波部品と、を備えることを特徴とするものである。
【００３０】
この光学入出力デバイスによれば、複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る導波路基板を備えている。したがって、複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させることができる。
【００３１】
また、上記目的の達成のため、本発明の導波路基板の製造方法は、光入射部及び光出射部を含む光透過性の基板を準備する第１準備工程と、前記光入射部から入射した光を前記光出射部に向かって回折する光回折部を前記基板内に形成する光回折部形成工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００３２】
この製造方法によれば、基板内に光回折部を形成することができるため、光入射部に接続された光導波部品の導波路と、光出射部に接続された光導波部品の導波路とを適切に結合させ得る導波路基板を製造することができる。
【００３３】
また、前記基板の所定の位置には溝部が形成されており、前記光回折部形成工程は、前記基板の所定の部位をエッチングすることにより、前記溝部を形成する前記基板の内壁に凹凸パターンを形成するエッチング工程を含んでもよい。
【００３４】
このように、溝部を形成する内壁の一部をエッチングすることで、上記光回折部を基板の内部に形成することができるため、比較的容易に導波路基板を製造でき得る。
【００３５】
また、この製造方法は、前記基板とは異なる光透過性の板状部材を準備する第２準備工程をさらに備え、前記基板の所定の位置には溝部が形成されており、前記光回折部形成工程は、前記板状部材の一方の主面をエッチングして当該一方の主面に所定の凹凸パターンを形成するエッチング工程と、前記溝部内に前記凹凸パターンが形成された前記板状部材を配置する配置工程と、を含んでもよい。
【００３６】
この製造方法によれば、基板とは異なる光透過性部材の主面に凹凸パターンを形成することができるため、基板の内壁に凹凸パターンを形成する場合に比べて、複雑な凹凸パターンを形成することができる。したがって、この製造方法によれば、断面形状が深さ方向における位置に応じて異なる上記光回折部を比較的容易に形成することができる。
【００３７】
また、前記光回折部形成工程は、光の集光スポットを前記基板の内部で走査して、前記集光スポットが走査された部分における屈折率を他の部分における屈折率よりも高くする照射工程を含み、前記照射工程において、前記光回折部における屈折率分布が、当該光回折部を透過する光が前記光出射部に向かって回折する屈折率分布となるように、前記光を照射してもよい。
【００３８】
このように光の集光スポットが基板の内部で走査されることにより、上記基板のうち集光スポットに照射された部分の材料の状態を改質することができ、集光スポットに照射された部分の屈折率を上記基板の他の部分に比べて高くし得る。つまり、集光スポットの走査方向や集光スポットのエネルギー密度などを調整することで、光出射部に向かって光を回折させる屈折率分布を基板内に形成し得る。したがって、この製造方法によれば、上記のようにエッチングを用いなくても、基板の内部に光回折部を形成することができる。
【００３９】
また、この製造方法は、光の集光スポットを走査させて光回折部を形成するものであるため、基板に光導波部品を固定した後であっても光回折部を形成し得る。
【００４０】
また、前記光はフェムト秒レーザとされることが好ましい。
【００４１】
この場合、フェムト秒という短周期に光を集中して上記基板に照射することができるため、光に照射される部分の材料の状態を効果的に改質することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上のように、本発明によれば、複数の光導波部品の光導波路同士が適切に光学的に結合され得る導波路基板及び光学入出力デバイス、及び複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る導波路基板の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学入出力デバイスを概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示される光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図３】図１に導波路基板のうち光回折部の近傍を拡大して示す斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る光学入出力デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図５】図１に示される導波路基板を形成するための基板を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態におけるレジスト形成工程の様子を示す図である。
【図７】第１実施形態における転写工程の様子を示す図である。
【図８】第１実施形態におけるエッチング工程の様子を示す図である。
【図９】第１実施形態におけるエッチング工程直後の様子を示す図である。
【図１０】第１実施形態においてレジストが除去された基板の様子を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る導波路基板を概略的に示す斜視図である。
【図１２】図１１に示される凹凸形成部材を凹凸パターンが形成された面側から見た斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係る導波路基板の製造工程を示すフローチャートである。
【図１４】図１１に示される導波路基板を形成するための基板を示す斜視図である。
【図１５】図１２に示される凹凸形成部材をエッチングする前の様子を示す斜視図である。
【図１６】第２実施形態におけるレジスト形成工程の様子を示す図である。
【図１７】第２実施形態における転写工程の様子を示す図である。
【図１８】第２実施形態におけるエッチング工程の様子を示す図である。
【図１９】第２実施形態におけるエッチング工程直後の様子を示す図である。
【図２０】第１実施形態においてレジストが除去された凹凸形成部材の様子を示す図である。
【図２１】第２実施形態における固定工程の様子を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に係る光学入出力デバイスを概略的に示す斜視図である。
【図２３】図２２に示す導波路基板の深さ方向に垂直な断面の一部を拡大して示す図である。
【図２４】第３実施形態に係る光学入出力デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図２５】第３実施形態における配置工程の様子を示す図である。
【図２６】第１照射工程の第１段階の初期の様子を示す平面図である。
【図２７】第１照射工程の第１段階の終期の様子を示す平面図である。
【図２８】第１照射工程の第２段階の様子を示す平面図である。
【図２９】第１照射工程の第３段階の様子を示す平面図である。
【図３０】第２照射工程後の様子を示す平面図である。
【図３１】第３照射工程後の様子を示す平面図である。
【図３２】第４照射工程後の様子を示す平面図である。
【図３３】第１実施形態の導波路基板の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明に係る導波路基板及び導波路基板の製造方法を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学入出力デバイスを概略的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の光学入出力デバイス１は、光導波部品としての光回路基板１０と、光導波部品としての１対の光ファイバ３０と、光ファイバ３０の長手方向において光回路基板１０と１対の光ファイバ３０との間に配置される導波路基板２０と、を主な構成として備える。
【００４６】
本実施形態の導波路基板２０は、概ね直方体の形状とされ、一方の主面２１と、他方の主面２９と、４つの側面２２〜２５とを含んでいる。以下、導波路基板２０の主面２１と主面２９とに直交する方向を高さ方向と言うことがある。この導波路基板２０は、光透過性の材料から形成され、本実施形態では石英から形成される。なお、導波路基板２０は、光透過性の例えばアクリル樹脂から形成されてもよい。この導波路基板２０については、後に詳細に説明する。
【００４７】
本実施形態において、光回路基板１０及び導波路基板２０は、光回路基板１０の側面１５と導波路基板２０の側面２３とが接触した状態で互いに固定されている。また、１対の光ファイバ３０及び導波路基板２０は、光ファイバ３０の各端面と導波路基板２０の側面２２とが接触した状態で互いに固定されている。
【００４８】
なお、光回路基板１０の側面１５と導波路基板２０の側面２３とを離間させ、側面１５，２３の間に光透過性の樹脂等を形成することによって光回路基板１０と導波路基板２０とを固定してもよい。また、光ファイバ３０の端面と導波路基板２０の側面２２と離間させ、上記端面と側面２２との間に光透過性の樹脂等を形成することによって光ファイバ３０と導波路基板２０とを固定してもよい。このような光透過性の樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはシリコン樹脂などを挙げることができる。
【００４９】
光回路基板１０は、概ね直方体の形状とされ、基板部１１と、下側クラッド層１３と、上側クラッド層１２と、複数の光導波路と、を主な構成として備える。本実施形態の光回路基板１０は、４本の光導波路１４Ａ〜１４Ｄを有している。これら光導波路１４Ａ〜１４Ｄは同じ高さに位置している。また、光導波路１４Ａは側面１７側に位置し、光導波路１４Ｂは光導波路１４Ａよりも側面１８側に位置し、光導波路１４Ｃは光導波路１４Ｂより側面１８側に位置し、光導波路１４Ｄは光導波路１４Ｃよりも側面１８側に位置している。
【００５０】
本実施形態において、基板部１１は、シリコン（Ｓｉ）からなるシリコンフォトニクス基板とされる。下側クラッド層１３は、基板部１１の表面に積層されたシリカガラス（ＳｉＯ２）層とされる。光導波路１４Ａ〜１４Ｄは、下側クラッド層１３の表面に線状に積層されたシリコン層とされる。また、光導波路１４Ａ〜１４Ｄは、下側クラッド層１３の表面に所定の間隔を空けて２次元的に配列されている。光導波路１４Ａ〜１４Ｄの長手方向に垂直な断面は、概ね同一の寸法及び形状とされる。このような光導波路１４Ａ〜１４Ｄは、上記側面１５から、側面１５の反対側の側面１６まで延在している。上側クラッド層１２は、下側クラッド層１３の表面に積層されたガラス層とされ、光導波路１４Ａ〜１４Ｄのそれぞれの上方、左方、及び右方を隙間なく囲っている。すなわち、シリコンからなる光導波路１４Ａ〜１４Ｄのそれぞれの全周は、シリコンに比べて屈折率の低いシリカガラスからなるクラッド層１２，１３によって隙間なく囲まれている。したがって、光は、光導波路１４Ａ〜１４Ｄ内を側面１５，１６の一方から他方に向かって伝搬し得る。
【００５１】
図２は、１対の光ファイバ３０のうち一方の光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面図である。なお、他方の光ファイバ３０も当該一方の光ファイバ３０と同様の構成とされる。図２に示すように、本実施形態の光ファイバ３０は、光導波路としての複数のコアと、複数のコアの外周面を隙間なく囲むクラッド３２と、クラッド３２の外周面を被覆する樹脂等から成る保護層３３と、を備える。この保護層３３は、クラッド３２の一方側の端面から所定の距離だけ剥離されている。クラッド３２が露出した側の光ファイバ３０の端面が、上述のように導波路基板２０の側面２２に接触して固定される。
【００５２】
本実施形態において、光ファイバ３０は、２つのコア３１Ａ，３１Ｂを有しており、これらコア３１Ａ，３１Ｂは、光ファイバ３０の中心に対して概ね点対称の位置に配置されている。１対の光ファイバ３０のそれぞれにおいて、コア３１Ａは導波路基板２０の側面２４側に配置され、コア３１Ｂは導波路基板２０の側面２５側に配置される。これらコア３１Ａ，３１Ｂの長手方向に垂直な断面は、概ね同一の寸法及び外形とされる。
【００５３】
本実施形態では、１対の光ファイバ３０のそれぞれの上記コア３１Ａ，３１Ｂは、光導波路１４Ａ〜１４Ｄと同じ高さに配置されている。また、１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂは、概ね同一の屈折率を有しており、当該屈折率は、クラッド３２の屈折率よりも高くされる。具体的には、コア３１Ａ，３１Ｂのクラッド３２に対する比屈折率差は、例えば、０．３％〜１．０％とされる。
【００５４】
コア３１Ａ，３１Ｂは、例えば、ゲルマニウム等の屈折率が高くなるドーパントが添加されたシリカガラスから成り、この場合、クラッド３２は、例えば、何らドーパントが添加されない純粋なシリカガラスやフッ素等の屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスから成る。或いは、コア３１Ａ，３１Ｂが何らドーパントが添加されない純粋なシリカガラスから成り、クラッド３２が例えばフッ素等の屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスから成る構成であっても良い。
【００５５】
なお、図２の例では、各コア３１Ａ，３１Ｂとクラッド３２との間に他の部材が配置されていない例を示した。しかし、各コア３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの外周縁とクラッド３２との間にクラッド３２の屈折率よりも低い屈折率のトレンチ層が配置されても良い。
【００５６】
図１に示すように、導波路基板２０の側面２２は、１対の光ファイバ３０が固定される面とされ、光ファイバ３０のコア３１Ａ，３１Ｂを伝搬する光が導波路基板２０に入射する部分、或いは、導波路基板２０を伝搬する光がコア３１Ａ，３１Ｂに向かって出射する部分である光入出射部を含んでいる。本実施形態における光学入出力デバイス１では、光ファイバ３０を伝搬する光が導波路基板２０に入射する。したがって、本実施形態では、側面２２の上記光入出射部は光入射部とされる。
【００５７】
導波路基板２０の側面２３は、光回路基板１０が固定される面とされ、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄを伝搬する光が導波路基板２０に入射する部分、或いは、導波路基板２０を伝搬する光が光導波路１４Ａ〜１４Ｄに向かって出射する部分である光入出射部を含んでいる。本実施形態における光学入出力デバイス１では、導波路基板２０を伝搬する光が光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄに向かって出射する。したがって、本実施形態では、側面２３の上記光入出射部は光出射部とされる。
【００５８】
なお、本実施形態の導波路基板２０では、導波路基板２０内を光が伝搬する際に光が伝搬する経路が導波路である。つまり、光が伝搬することで導波路が特定され、導波路基板２０は、例えば屈折率が高くされるコア等の導波路が予め作られていない。
【００５９】
導波路基板２０の側面２４は、光回路基板１０の側面１７側の面とされ、当該側面１７と概ね面一に形成される。側面２５は、光回路基板１０の側面１８側の面とされ、当該側面１８と概ね面一に形成される。
【００６０】
図３は、導波路基板２０の主面２１の一部を拡大して示す図である。図１及び図３に示すように、主面２１の所定の位置には、溝部５１が形成されている。従って、溝部５１の深さ方向は、上記高さ方向と同じ方向である。本実施形態において、この溝部５１は、導波路基板２０の概ね中央に形成されており、１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂから導波路基板２０内に出射する各光の光路上に形成されている。溝部５１は、導波路基板２０の内壁の内側の空間とされ、上記内壁は、側面２２側の第１内壁５２と、側面２３側の第２内壁５４とを含んでいる。つまり、第１内壁５２は、溝部５１を形成する内壁のうち上記光入射部側の部分とされ、第２内壁５４は、溝部５１を形成する内壁のうち上記光出射部側の部分とされる。後述する光回折部５０は、このような溝部５１を有している。
【００６１】
上記第１内壁５２のうち、コア３１Ａ，３１Ｂから光入射部を介して導波路基板２０に入射して導波路基板２０内を伝搬する光の光路上には、所定の凹凸パターン５３が形成されている。この凹凸パターン５３のうち、溝部５１に連通する短冊状の空間を凹部とし、凹部と凹部との間で溝部５１に向かって突出する短冊状の部位を凸部とする。すなわち、本実施形態において、凸部は導波路基板２０を形成する材料である石英から形成され、凹部は石英よりも屈折率の低い空気から形成される。したがって、導波路基板２０内を伝搬する光が凹凸パターン５３の所定の位置に到達すると、当該光の成分のうち、凹部に到達して凹部内の空間を伝搬する成分の光路長と、凸部に到達して凸部内を伝搬する成分の光路長との間に差が生じる。具体的には、屈折率の高い凸部を伝搬する成分の光路長が、屈折率の低い凹部を伝搬する成分の光路長よりも大きくなる。こうして、凹部と溝部５１との境界から溝部５１に出射する成分の回折光と、凸部と溝部５１との境界から溝部５１に出射する成分の回折光との間に位相差が生じて、位相差が生じたこれらの回折光同士が干渉し合う結果、凹凸パターン５３から溝部５１に出射する光の伝搬方向が、凹凸パターン５３に入射する前の伝搬方向から変化する。したがって、凹凸パターン５３の形状を調整することによって、光の伝搬方向を所望の方向に変えることができる。
【００６２】
このように、導波路基板２０は、光入射部から入射して導波路基板２０内を伝搬する光を回折して当該光の伝搬方向を変化させる光回折部５０を備えており、この光回折部５０は、上述のように、凹凸パターン５３を含んで形成される。このような光回折部５０としてはホログラムやＤＯＥ等を挙げることができる。
【００６３】
なお、図３に示す凹凸パターン５３の外観は例示的なものであり、これに限定されるものではない。
【００６４】
ここで、導波路基板２０の側面２４側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ａを伝搬して導波路基板２０の上記光入射部から導波路基板２０に入射した光を光Ｌ１とし、当該光ファイバ３０のコア３１Ｂを伝搬して光入射部から導波路基板２０に入射した光を光Ｌ２とし、導波路基板２０の側面２５側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ａを伝搬して光入射部から導波路基板２０に入射した光を光Ｌ３とし、当該光ファイバのコア３１Ｂを伝搬して光入射部から導波路基板２０に入射した光を光Ｌ４とする。
【００６５】
上記凹凸パターン５３は、光Ｌ１の光路上に位置し、光Ｌ１が個別に入射する第１領域５３Ａと、光Ｌ２の光路上に位置し、光Ｌ２が個別に入射する第２領域５３Ｂと、光Ｌ３の光路上に位置し、光Ｌ３が個別に入射する第３領域５３Ｃと、光Ｌ４の光路上に位置し、光Ｌ４が個別に入射する第４領域５３Ｄとを有している。本実施形態において、凹凸パターン５３の第１領域５３Ａは、光回路基板１０の光導波路１４Ａと結合する光出射部に向かって光Ｌ１が伝搬するように形成され、第２領域５３Ｂは、光導波路１４Ｂと結合する光出射部に向かって光Ｌ２が伝搬するように形成され、第３領域５３Ｃは、光導波路１４Ｃと結合する光出射部に向かって光Ｌ３が伝搬するように形成され、第４領域５３Ｄは、光導波路１４Ｄと結合する光出射部に向かって光Ｌ４が伝搬するように形成される。
【００６６】
また、凹凸パターン５３を形成する第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのうち、第１領域５３Ａ及び第２領域５３Ｂからなる領域と、第３領域５３Ｃ及び第４領域５３Ｄからなる領域とは、内壁５２のうち凹凸パターン５３を有さない凹凸パターン非形成領域５２Ｎを挟んで互いに離間している。
【００６７】
また、凹凸パターン５３を形成する凹部は、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄにおいて、凹凸パターン非形成領域５２Ｎにおける内壁５２を含む面から光入射部側に所定の距離だけ凹んだ部分である。この凹部が延在する長さを延在長さとすると、光回折部５０は、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのそれぞれにおいて、すべての凹部の延在長さが互いに相違するように構成される。
【００６８】
次に、このような構成を備える光学入出力デバイス１における光の伝搬について説明する。
【００６９】
導波路基板２０の側面２４側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ａを伝搬する光Ｌ１は、当該コア３１Ａと結合する導波路基板２０の光入射部から導波路基板２０内に入射する。この光Ｌ１は、導波路基板２０内を伝搬して、凹凸パターン５３の第１領域５３Ａに至る。上述のように、第１領域５３Ａは、光Ｌ１の伝搬方向を光導波路１４Ａと結合する光出射部に向かって変化させるように形成されている。このため、光Ｌ１の伝搬方向が概ね高さ方向に垂直な面内方向に変化して、光導波路１４Ａと結合する光出射部に光Ｌ１が達する。こうして、光Ｌ１が光導波路１４Ａに入射する。
【００７０】
また、上記光Ｌ２は、側面２４側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ｂと結合する光入射部から導波路基板２０内に入射し、第２領域５３Ｂに至る。上述のように、第２領域５３Ｂは、光Ｌ２の伝搬方向を光導波路１４Ｂと結合する光出射部に向かって変化させるように形成されている。このため、光Ｌ２の伝搬方向が概ね上記面内方向に変化して、光導波路１４Ｂと結合する光出射部に光Ｌ２が達する。こうして、光Ｌ２が光導波路１４Ｂに入射する。
【００７１】
同様に、導波路基板２０の側面２５側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ａを伝搬する光Ｌ３が第３領域５３Ｃを介して光導波路１４Ｃに入射し、側面２５側に配置された光ファイバ３０のコア３１Ｂを伝搬する光Ｌ４が第４領域５３Ｄを介して光導波路１４Ｄに入射する。
【００７２】
以上のように、本実施形態の導波路基板２０は、光の透過性の材料から形成され、所定の位置に設けられる光入射部と、光入射部とは異なる位置に設けられる光出射部と、光入射部から入射して導波路基板２０内を伝搬する光Ｌ１〜Ｌ４を回折して光出射部に伝搬させる光回折部５０と、を備えている。このため、光入射部に接続される光導波部品の導波路の配列と、光出射部に接続される光導波部品の導波路の配列とが異なる場合でも、光回折部５０が適切に光を回折することで、これら光導波部品の導波路同士を適切に光学的に結合させることができる。導波路基板２０の光入射部から入射した光を光出射部に向かって回折する光回折部５０を備えるため、光入射部に接続された光ファイバ３０のコアと、光出射部に接続された光回路基板１０の光導波路とを適切に結合させることができる。
【００７３】
また、本実施形態の上記光回折部５０は、導波路基板２０の溝部５１を形成する内壁のうち光入射部側の第１内壁５２に形成された凹凸パターン５３を含んでいる。したがって、光入射部から入射した光が第１内壁５２に伝搬すると、凹凸パターン５３によって光の成分に位相差が生じて、位相差が生じた光の成分の回折光同士が干渉し合う。その結果、光回折部５０から出射する光の進路が光回折部５０に入射する前から変化し得る。したがって、この凹凸パターン５３を調整することによって、光入射部から入射した光を光出射部に向かって適切に伝搬させ得る。
【００７４】
また、本実施形態の光回折部５０は、上述のように、第１領域５３Ａ及び第２領域５３Ｂからなる領域と、第３領域５３Ｃ及び第４領域５３Ｄからなる領域とが、凹凸パターン非形成領域５２Ｎを挟んで互いに離間するように構成されている。このような構成によれば、凹凸パターン非形成領域５２Ｎを挟んで一方側に位置する導波路基板２０の領域を伝搬する光の伝搬方向と、他方側に位置する導波路基板２０の領域を伝搬する光の伝搬方向とを区別することが容易となり、光の伝搬方向を調整することが容易になり得る。なお、光回折部５０は、凹凸パターン５３を有さない領域５２Ｎを有さなくてもよい。すなわち、領域５２Ｎの部分に他の凹凸パターンが設けられてもよい。
【００７５】
また、本実施形態の光回折部５０は、上述のように、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのそれぞれにおいて、すべての凹部の延在長さが互いに相違するように構成される。このような構成によれば、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄに入射する光Ｌ１〜光Ｌ４の進路を適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより一層適切に伝搬させ得る。
【００７６】
なお、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのそれぞれにおいて、すべての凹部の延在長さが互いに相違する必要はない。例えば、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄの少なくとも１つの領域においてすべての凹部の延在長さが互いに相違してもよい。また、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのそれぞれにおいて、少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。また、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄの少なくとも１つにおいて、少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。このような場合でも、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄに入射する光Ｌ１〜光Ｌ４の進路を適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【００７７】
あるいは、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄのそれぞれにおいて、すべての凹部の延在長さが同じであってもよい。この場合でも、凹凸パターン５３を形成する凹部及び凸部の数などを適宜変更することによって、第１領域５３Ａ〜第４領域５３Ｄに入射する光Ｌ１〜光Ｌ４の進路を適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【００７８】
つまり、凹凸パターン５３を形成する全ての凹部の延在長さが同じであっても、互いに異なっていてもよい。
【００７９】
本実施形態の光学入出力デバイス１は、このような導波路基板２０を備えているため、光入射部に接続された光ファイバ３０のコアと、光出射部に接続された光回路基板１０の導波路とが適切に結合され得る。
【００８０】
次に、本実施形態における光学入出力デバイス１の製造方法について説明する。
【００８１】
図４は、本実施形態の光学入出力デバイス１の製造工程を説明するフローチャートである。図４に示すように、本実施形態の光学入出力デバイス１の製造方法は、準備工程Ｐ１と、光回折部形成工程Ｐ２と、固定工程Ｐ３と、を含んでいる。
【００８２】
＜準備工程Ｐ１＞
本工程は、上記光入射部及び上記光出射部を含む光透過性の基板２０Ｐを準備する工程である。この基板２０Ｐは、石英から形成され、図５に示すように、略直方体の外形を有している。基板２０Ｐの主面２１の中央部近傍には、細長の溝部５１が形成されている。基板２０Ｐは、この溝部５１の長手方向に平行な２つの側面２２，２３を有している。なお、本実施形態では、本工程において、上記１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂを接続するために、側面２２の４か所にマーキングが施される。これら４つのマーキングされた領域が、光入射部２２Ａとされる。また、上記光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄを接続するために、側面２３の４か所にマーキングが施される。これら４つのマーキングされた領域が、光出射部２３Ａとされる。なお、必ずしも上記のようなマーキングをしなくてもよい。
【００８３】
＜光回折部形成工程Ｐ２＞
上記準備工程Ｐ１の後、本工程を行う。本工程は、上記光回折部５０を基板２０Ｐ内に形成する工程である。図４に示すように、本工程は、レジスト形成工程Ｐ２１と、転写工程Ｐ２２と、エッチング工程Ｐ２３と、を含んでいる。
【００８４】
（レジスト形成工程Ｐ２１）
本工程は、基板２０Ｐの主面２１の所定の領域に、所定の光に対して感光性のあるレジストを形成する工程である。本実施形態では、図６に示すように、上記第１内壁５２との境界部から側面２２側の所定の範囲にＵＶ感光性のあるレジスト６０を塗布する。
【００８５】
（転写工程Ｐ２２）
本工程は、基板２０Ｐの主面２１に形成されたレジスト６０に所定のパターンを転写する工程である。まず、本工程では、図７に示すようなフォトマスク７０を準備する。本実施形態において、このフォトマスク７０は、石英などからなる透明板上に、クロムなどの金属からなる複数の短冊状の遮光部７１が形成された構成とされる。フォトマスク７０における遮光部７１以外の部分は、ＵＶを透過可能な光透過部７２とされる。上記透明板上に遮光部７１が形成されることにより、フォトマスク７０は所定のパターン７３を含んでいる。このパターン７３は、後述するエッチング工程において基板２０Ｐに凹凸パターン５３が形成される形状とされる。
【００８６】
次に、図７に示すように、フォトマスク７０をレジスト６０に被せて、ＵＶをフォトマスク７０に照射する。その後、フォトマスク７０を取り外す。なお、図７では、図を見易くする観点から、フォトマスク７０がレジスト６０から離れた状態で示されている。このＵＶは、光透過部７２を透過して、当該光透過部７２と重なるレジスト６０の部分に照射される。こうして、レジスト６０のうちＵＶに照射された部分が感光する。その後、未感光部分を除去することで、フォトマスク７０のパターン７３がレジスト６０に転写される。その結果、図８に示すように、フォトマスク７０の遮光部７１と重なる基板２０Ｐの露出部分２１Ａがレジスト６０から露出する。
【００８７】
（エッチング工程Ｐ２３）
本工程は、基板２０Ｐの所定の部位をエッチングすることにより、溝部５１を形成する基板２０Ｐの内壁に凹凸パターンを形成する工程である。本実施形態では、図８に示すように、レジスト６０及び基板２０Ｐの上記露出部分２１Ａにエッチング液を塗布する。その結果、図９に示すように、レジスト６０で覆われていない露出部分２１Ａのみがエッチングされ、基板２０Ｐの第１内壁５２に凹凸パターン５３が形成される。その後、図１０に示すように、残存しているレジスト６０を除去する。こうして、凹凸パターン５３を含む光回折部５０を備える導波路基板２０が完成する。
【００８８】
このように、本実施形態における光学入出力デバイスの製造方法は、上記準備工程Ｐ１と、上記光回折部形成工程Ｐ２とを備える導波路基板２０の製造方法を含んでいる。
【００８９】
＜固定工程Ｐ３＞
上記導波路基板の製造方法により導波路基板２０を製造した後、本工程を行う。本工程では、導波路基板２０の側面２２のマーキングされた領域に、１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂの端面を接触させて固定する。なお、本工程において、光ファイバ３０の一方側の端部において保護層３３が除去され、この除去された側のコア３１Ａ，３１Ｂの端面がマーキングされた領域に接続される。また、本工程では、導波路基板２０の側面２３のマーキングされた領域に、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄの端面を接触させて固定する。こうして、導波路基板２０の側面２２に１対の光ファイバ３０が固定されて配置され、側面２３に光回路基板１０が固定される。その結果、光学入出力デバイス１が完成する。
【００９０】
以上のように、本実施形態の光学入出力デバイス１の製造方法は、導波路基板２０の製造方法を含んでいる。そして、この導波路基板２０の製造方法は、光入射部及び光出射部を含む光透過性の基板２０Ｐを準備する準備工程Ｐ１と、光入射部から入射した光を光出射部に向かって回折する光回折部５０を基板２０Ｐ内に形成する光回折部形成工程Ｐ２と、を備えている。このように、本実施形態の導波路基板２０の製造方法によれば、基板２０Ｐ内に光回折部５０が形成されるため、光入射部に接続された光導波部品の導波路と、光出射部に接続された光導波部品の導波路とを適切に結合させ得る導波路基板２０を製造することができる。
【００９１】
また、本実施形態の導波路基板２０の製造方法における光回折部形成工程Ｐ２は、基板２０Ｐの所定の部位をエッチングすることにより、溝部５１を形成する基板２０Ｐの内壁に凹凸パターンを形成するエッチング工程Ｐ２３を含んでいる。このように溝部を形成する内壁の一部をエッチングすることで、光回折部５０を基板２０Ｐの内部に効果的に形成することができる。したがって、このようなエッチング工程Ｐ２３を行わない場合に比べて、導波路基板２０を容易に製造し得る。
【００９２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００９３】
図１１は、第２実施形態における導波路基板２０を概略的に示す斜視図である。図１１に示すように、本実施形態における導波路基板２０は、主面２１の略中央部に形成された溝部５１に凹凸形成部材１５０がはめ込まれて構成される。この凹凸形成部材１５０には、凹凸パターン１５３が形成されている。すなわち、本実施形態における導波路基板２０は、光入射部２２Ａと光出射部２３Ａとを含む本体部２０Ａと、凹凸形成部材１５０とを備える。本実施形態において、上記溝部５１は、本体部２０Ａの略中央部に形成されている。このように、本実施形態における導波路基板２０は、本体部２０Ａとは別の部材である凹凸形成部材１５０に凹凸パターン１５３が形成される点において、同一部材に凹凸パターン５３が形成される上記第１実施形態における導波路基板２０と主に異なる。
【００９４】
以下、このような本実施形態における導波路基板２０についてより詳細に説明する。
【００９５】
本実施形態の導波路基板２０は、第１実施形態における導波路基板２０と同様に、それぞれ２つのコア３１Ａ，３１Ｂを有する１対の光ファイバ３０と、４つの光導波路１４Ａ〜１４Ｄを有する光回路基板１０とに接続されるものである。導波路基板２０の上記本体部２０Ａは、１対の光ファイバ３０が固定される側面２２と、光回路基板１０が固定される側面２３とを含んでいる。したがって、本体部２０Ａの側面２２は４つの光入射部２２Ａを含んでおり、本体部２０Ａの側面２３は４つの光出射部２３Ａを含んでいる。本実施形態における光入射部２２Ａは、第１実施形態における光入射部に比べて主面２１側に位置しており、１対の光ファイバ３０の各コア３１Ａ，３１Ｂは、第１実施形態の各コア３１Ａ，３１Ｂと比較して主面２１側で側面２２に接続される。一方、本実施形態における光出射部２３Ａは、第１実施形態における光出射部と同じ高さに位置しており、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄは、第１実施形態の光導波路１４Ａ〜１４Ｄと同じ高さで側面２３に接続される。
【００９６】
本体部２０Ａに形成された溝部５１は、側面２２に接続された１対の光ファイバ３０の各コア３１Ａ，３１Ｂから本体部２０Ａ内に入射する光Ｌ１〜Ｌ４の光路上に形成されている。凹凸形成部材１５０は、この溝部５１に挿入されて、当該溝部５１を形成する本体部２０Ａの第１内壁５２に固定される。この結果、第１内壁５２の反対側に位置して第１内壁５２とともに溝部５１を形成する第２内壁５４と、溝部５１に挿入された凹凸形成部材１５０との間に空間が形成される。
【００９７】
図１２は、凹凸形成部材１５０を凹凸パターン１５３が形成された面側から見た斜視図である。図１２に示すように、凹凸形成部材１５０は、概ね直方体の外形を有する光透過性の板状部材であり、第１の主面１５１と、当該第１の主面１５１の反対側に位置する第２の主面１５２とを含んでいる。第１の主面１５１は、本体部２０Ａの側面２２側の面であり、本体部２０Ａの第１内壁５２に固定される面である。すなわち、この第１の主面１５１から、上記光Ｌ１〜Ｌ４が凹凸形成部材１５０内に入射する。第２の主面１５２は、本体部２０Ａの側面２３側の面であり、本体部２０Ａの第２内壁５４に対向している。図１１に示すように、この第２の主面１５２から、光Ｌ１〜Ｌ４が本体部２０Ａの光出射部２３Ａに向かって出射する。本実施形態において、このような凹凸形成部材１５０は、本体部２０Ａと同じ材料である石英から形成される。
【００９８】
凹凸形成部材１５０の第２の主面１５２には、凹凸パターン１５３が形成されている。図１２に示すように、この凹凸パターン１５３は、第１実施形態の凹凸パターン５３に比べて複雑な形状を有している。具体的には、第１実施形態の凹凸パターン５３は、図３に示すように、溝部５１の深さ方向に垂直な断面形状が深さ方向における位置によらず概ね同じになるように形成されているが、第２実施形態の凹凸パターン１５３は、図１２に示すように、凹凸形成部材１５０が挿入される溝部５１の深さ方向に垂直な断面形状が、深さ方向における位置に応じて異なるように形成されている。以下、深さ方向における位置に応じて断面形状が異なるこのような凹凸パターンを「３次元的な凹凸パターン」と言うことがある。本実施形態では、このような３次元的な凹凸パターン１５３が、凹凸形成部材１５０の深さ方向における略半分の領域に形成されている。凹凸パターン１５３は、第１実施形態と同様に、光Ｌ１が個別に入射する領域である第１領域１５３Ａと、光Ｌ２が個別に入射する領域である第２領域１５３Ｂと、光Ｌ３が個別に入射する領域である第３領域１５３Ｃと、光Ｌ４が個別に入射する領域である第４領域１５３Ｄとを含んでいる。
【００９９】
なお、図１２に示す凹凸パターン１５３の外観は例示的なものであり、これに限定されるものではない。
【０１００】
第１領域１５３Ａは、光回路基板１０の光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ１が伝搬する形状に成型されている。第２領域１５３Ｂは、光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ２が伝搬する形状に成型されている。第３領域１５３Ｃは、光導波路１４Ｃと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ３が伝搬する形状に成型されている。また、第４領域１５３Ｄは、光導波路１４Ｄと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ４が伝搬する形状に成型されている。したがって、このような第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄを含む凹凸パターン１５３を備える凹凸形成部材１５０によって、本実施形態における導波路基板２０の光回折部５０が構成される。
【０１０１】
また、本実施形態において、凹凸パターン１５３を形成する第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄのうち、第１領域１５３Ａ及び第２領域１５３Ｂからなる領域と、第３領域１５３Ｃ及び第４領域１５３Ｄからなる領域とは、内壁１５２のうち凹凸パターン５３を有さない凹凸パターン非形成領域１５２Ｎを挟んで互いに離間している。
【０１０２】
また、本実施形態において、凹凸パターン１５３を形成する凹部は、凹凸パターン非形成領域１５２Ｎにおける内壁１５２を含む面から光入射部側に所定の距離だけ凹んだ部分である。この凹部が延在する長さを延在長さとすると、光回折部５０は、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄのそれぞれにおいて、すべての凹部の延在長さが概ね同じ長さになるように構成され、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄのそれぞれにおける凹凸の数が、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄごとに異なる構成とされている。
【０１０３】
次に、このような構成を備える本実施形態の導波路基板２０における光の伝搬について説明する。
【０１０４】
光Ｌ１は、導波路基板２０内を伝搬して、凹凸パターン１５３の第１領域１５３Ａに至る。上述のように、第１領域１５３Ａは、光Ｌ１の伝搬方向を光回路基板１０の光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに向かって変化させる形状に成型されている。このため、光Ｌ１の伝搬方向が上記面内方向及び高さ方向に変化して、光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに光Ｌ１が達する。
【０１０５】
光Ｌ２は、導波路基板２０内を伝搬して、凹凸パターン１５３の第２領域１５３Ｂに至る。上述のように、第２領域１５３Ｂは、光Ｌ２の伝搬方向を光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに向かって変化させる形状に成型されている。このため、光Ｌ２の伝搬方向が上記面内方向及び高さ方向に変化して、光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに光Ｌ２が達する。
【０１０６】
同様に、光Ｌ３が第３領域１５３Ｃを介して光導波路１４Ｃと結合する光出射部２３Ａに達し、光Ｌ４が第４領域１５３Ｄを介して光導波路１４Ｄと結合する光出射部２３Ａに達する。
【０１０７】
以上のように、本実施形態の導波路基板２０は、導波路基板２０の光入射部２２Ａから入射した光を光出射部２３Ａに向かって回折する光回折部５０を備えるため、光入射部２２Ａに接続された光ファイバ３０のコアと、光出射部２３Ａに接続された光回路基板１０の光導波路とが適切に結合され得る。
【０１０８】
また、上述のように、本実施形態の凹凸パターン１５３は、第１実施形態の凹凸パターン５３と異なり、３次元的な凹凸パターンとされる。このため、第１実施形態の凹凸パターン５３と比較して、光の伝搬方向を面内方向だけでなく高さ方向に対しても変化させ易い。したがって、上述のように、光ファイバ３０のコアが導波路基板２０に接続される高さと、光回路基板１０の光導波路が導波路基板２０に接続される高さとが相違する場合でも、光ファイバ３０のコアと光回路基板１０光導波路とを、第１実施形態に比べて適切に結合させ得る。なお、第１実施形態においても、光の伝搬方向を高さ方向にも変化させ得るが、凹凸パターンを３次元的に形成することによって、光の伝搬方向をより効果的に面内方向及び高さ方向に変化させ得る。
【０１０９】
また、本実施形態の光回折部５０は、上述のように、第１領域１５３Ａ及び第２領域１５３Ｂからなる領域と、第３領域１５３Ｃ及び第４領域１５３Ｄからなる領域とが、凹凸パターン非形成領域１５２Ｎを挟んで互いに離間するように構成されている。このような構成によれば、凹凸パターン非形成領域１５２Ｎを挟んで一方側に位置する導波路基板２０の領域を伝搬する光の伝搬方向と、他方側に位置する導波路基板２０の領域を伝搬する光の伝搬方向とを区別することが容易となり、光の伝搬方向を調整することが容易になり得る。
【０１１０】
なお、光回折部５０は、凹凸パターン１５３を有さない領域１５２Ｎを有さなくてもよい。すなわち、領域１５２Ｎの部分に他の凹凸パターンを構成してもよい。
【０１１１】
また、本実施形態において、光回折部５０は、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄが有する凹部及び凹部の数が、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄごとに異なっている。このような構成によれば、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄに入射する光Ｌ１〜光Ｌ４の進路を適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【０１１２】
なお、本実施形態において、例えば、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄの少なくとも１つにおいて、すべての凹部の延在長さが互いに相違してもよい。また、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄのそれぞれにおいて、少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。また、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄの少なくとも１つにおいて、少なくとも２つの凹部の延在長さがそれぞれ異なってもよい。このような場合でも、第１領域１５３Ａ〜第４領域１５３Ｄに入射する光Ｌ１〜光Ｌ４の進路を適切に調整し得、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【０１１３】
次に、本実施形態の導波路基板２０の製造方法について説明する。
【０１１４】
図１３は、本実施形態の導波路基板の製造工程を説明するフローチャートである。図１３に示すように、本実施形態の導波路基板２０の製造方法は、第１準備工程Ｐ１０１と、第２準備工程Ｐ１０２と、光回折部形成工程Ｐ１０３と、を含んでいる。
【０１１５】
＜第１準備工程Ｐ１０１＞
本工程は、上記光入射部及び上記光出射部を含む光透過性の基板２０Ｐを準備する工程である。この基板２０Ｐは、第１実施形態の基板２０Ｐと同様に石英からなる。図１４に示すように、本実施形態の基板２０Ｐの略中央部には、溝部５１が形成されている。また、本実施形態の基板２０Ｐは、側面２２のマーキングが側面２３のマーキングよりも高い部分に位置している点において、第１実施形態の基板２０Ｐと異なる。
【０１１６】
＜第２準備工程Ｐ１０２＞
本工程は、上記基板２０Ｐとは異なる光透過性部材を準備する工程である。本実施形態では、図１５に示すように、石英からなる光透過性部材１５０Ｐを準備する。この光透過性部材１５０Ｐは、略直方体の板状部材とされ、互いに対向する２つの主面である第１の主面１５１及び第２の主面１５２を含んでいる。本工程では、第１の主面１５１を所定の水平面に接触させて、当該水平面に光透過性部材１５０Ｐを載置する。なお、光透過性部材１５０Ｐの幅Ｗｍは基板２０Ｐの溝部５１の幅Ｗｂよりも僅かに短く、光透過性部材１５０Ｐの高さＨｍは溝部５１の奥行Ｌｂよりも短く、光透過性部材１５０Ｐの奥行Ｌｍは溝部５１の深さＤｂと同じ長さである。
【０１１７】
＜光回折部形成工程Ｐ１０３＞
上記第１準備工程Ｐ１０１及び第２準備工程Ｐ１０２の後、本工程を行う。本工程は、上記光回折部５０を基板２０Ｐ内に形成する工程である。図１３に示すように、本工程は、レジスト形成工程Ｐ１２１と、転写工程Ｐ１２２と、エッチング工程Ｐ１２３と、配置工程Ｐ１２４とを含んでいる。
【０１１８】
（レジスト形成工程Ｐ１２１）
本工程は、光透過性部材１５０Ｐの所定の面の所定の領域に、所定の光に対して感光性のあるレジストを形成する工程である。本実施形態では、図１６に示すように、第２の主面１５２の概ね半分の領域にＵＶ感光性のあるレジスト６０を塗布する。
【０１１９】
（転写工程Ｐ１２２）
本工程は、光透過性部材１５０Ｐの第２の主面１５２に形成されたレジスト６０に所定のパターンを転写する工程である。まず、本工程では、図１７に示すようなフォトマスク７０を準備する。本実施形態において、このフォトマスク７０は、第１実施形態のフォトマスク７０と概ね同様の構成とされるが、光透過部７２の形状等が第１実施形態と異なっている。この光透過部７２は、後述するエッチング工程において光透過性部材１５０Ｐに凹凸パターン１５３が形成される形状とされる。
【０１２０】
次に、図１７に示すように、フォトマスク７０をレジスト６０に被せて、ＵＶをフォトマスク７０に照射する。その後、フォトマスク７０を取り外す。なお。図１７では、フォトマスク７０がレジスト６０から離れた状態で示されている。このＵＶは、光透過部７２を透過して、当該光透過部７２と重なるレジスト６０の部分を照射する。こうして、レジスト６０のうちＵＶに照射された部分が感光して、フォトマスク７０のパターンがレジスト６０に転写される。その結果、図１８に示すように、フォトマスク７０の遮光部７１と重なる第２の主面１５２の部分１５２Ａがレジスト６０から露出する。
【０１２１】
（エッチング工程Ｐ１２３）
本工程は、光透過性部材１５０Ｐの第２の主面１５２の所定の部位をエッチングすることによって光透過性部材１５０Ｐに凹凸パターン１５３を形成する工程である。本実施形態では、図１８に示すように、レジスト６０及び第２の主面１５２の露出部分１５２Ａにエッチング液を塗布する。その結果、図１９に示すように、レジスト６０で覆われていない露出部分１５２Ａのみがエッチングされ、３次元的な凹凸パターン１５３が、光透過性部材１５０Ｐの第２の主面１５２の概ね半分の領域に形成される。その後、図２０に示すように、残存しているレジスト６０を除去する。こうして、３次元的な凹凸パターン１５３が光透過性部材１５０Ｐに形成される。このレジスト除去後の光透過性部材１５０Ｐが上記凹凸形成部材１５０とされる。
【０１２２】
（配置工程Ｐ１２４）
本工程は、エッチング工程Ｐ１２３により形成した凹凸形成部材１５０を、基板２０Ｐの溝部５１内に配置する工程である。本工程では、図２１に示すように、図２０の状態から９０度回転させた凹凸形成部材１５０を、基板２０Ｐの溝部５１に挿入する。なお、上述のように、光透過性部材１５０Ｐの幅Ｗｍは基板２０Ｐの溝部５１の幅Ｗｂよりも僅かに短い。このため、回転後の凹凸形成部材１５０を溝部５１内に挿入することができる。本実施形態では、凹凸形成部材１５０のうち凹凸パターン１５３が形成されていない第１の主面１５１に光透過性の接着材を塗布した上で、この第１の主面１５１を溝部５１の第１内壁５２側に向けた状態にして、凹凸形成部材１５０を溝部５１内に挿入する。その後、凹凸形成部材１５０を溝部５１の底部に突き当てた上、第１の主面１５１を第１内壁５２に突き当てる。こうして、第１の主面１５１を第１内壁５２に固定する。その結果、図１１に示すように、凹凸形成部材１５０が基板２０Ｐの溝部５１内に配置され、光回折部５０を備える本実施形態の導波路基板２０が完成する。
【０１２３】
なお、上述のように、回転前の光透過性部材１５０Ｐの高さＨｍは溝部５１の奥行方向の長さＬｂよりも短い。すなわち、回転後の凹凸形成部材１５０の奥行方向の長さは溝部５１の奥行方向の長さＬｂよりも短い。したがって、凹凸形成部材１５０が基板２０Ｐに固定された上記状態では、図１１に示すように、凹凸形成部材１５０のうち凹凸パターン１５３が形成された第２の主面１５２と、溝部５１を形成する導波路基板２０の第２内壁５４との間に空間が形成される。
【０１２４】
また、上述のように、回転前の光透過性部材１５０Ｐの奥行Ｌｍは溝部５１の深さＤｂと同じ長さである。すなわち、回転後の凹凸形成部材１５０の高さは溝部５１の深さＤｂと同じ長さである。したがって、凹凸形成部材１５０が基板２０Ｐに固定された上記状態では、図１１に示すように、凹凸形成部材１５０の上面１５９は、導波路基板２０の主面２１と概ね面一となる。
【０１２５】
特に図示はしないが、この導波路基板２０の側面２２のマーキングされた領域にコア３１Ａ，３１Ｂが接続するように１対の光ファイバ３０を固定し、導波路基板２０の側面２３のマーキングされた領域に光導波路１４Ａ〜１４Ｄが接続するように光回路基板１０を固定することによって、本実施形態の導波路基板２０を備える光学入出力デバイスが完成する。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態における導波路基板２０の製造方法によれば、光透過性部材１５０Ｐの第２の主面１５２をエッチングして、当該第２の主面１５２に凹凸パターン１５３を形成した上、この光透過性部材１５０Ｐを基板２０Ｐの溝部５１に挿入することによって、導波路基板２０を製造することができる。つまり、光透過性部材１５０Ｐの主面をエッチングして凹凸パターンを形成することができるため、基板２０Ｐ自体をエッチングする第１実施形態における導波路基板の製造方法に比べて、複雑な凹凸パターンを容易に形成することができる。したがって、この製造方法によれば、断面の形状が深さ方向における位置に応じて異なる凹凸パターンを有する光回折部５０を、導波路基板２０内に比較的容易に形成することができる。このため、このようなエッチング工程Ｐ１２３を行わない場合に比べて、導波路基板２０を容易に製造し得る。
【０１２７】
なお、本実施形態では、光入射部２２Ａと光出射部２３Ａとが異なる高さに位置している例を説明したが、第１実施形態の様に、光入射部２２Ａと光出射部２３Ａとが同じ高さに位置してもよい。
【０１２８】
また、本実施形態では、凹凸形成部材１５０の第１の主面１５１が本体部２０Ａの第１内壁５２に固定される例を説明したが、凹凸形成部材１５０は第１内壁５２に固定される必要はなく、溝部５１内に配置されればよい。すなわち、第１の主面１５１と第１内壁５２とが離間した状態で第２の主面１５２と第２内壁５４とが対向してもよい。あるいは、凹凸形成部材１５０の向きを逆にして溝部５１内に配置してもよい。具体的には、第２の主面１５２と第１内壁５２とが対向するように凹凸形成部材１５０を溝部５１内に配置してもよい。
【０１２９】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【０１３０】
図２２は、第３実施形態における光学入出力デバイス１を概略的に示す斜視図である。図２２に示すように、本実施形態の光学入出力デバイス１の構成は、第１実施形態の光学入出力デバイス１の構成と概ね同一である。ただし、導波路基板２０の構成が、第１実施形態の導波路基板２０の構成と異なる点において、本実施形態における光学入出力デバイス１は第１実施形態における光学入出力デバイス１と主に相違している。
【０１３１】
本実施形態では、第１実施形態や第２実施形態と異なり、導波路基板２０に溝部が形成されていない。また、本実施形態の導波路基板２０には、第１実施形態や第２実施形態と異なり、溝部の内壁のうち光入射部側の部分に形成される凹凸パターンが形成されていない。上記凹凸パターンの代わりに、本実施形態の導波路基板２０の内部には、当該導波路基板２０の材料である石英の状態が、周囲の石英の状態に比べて改質された改質部２５０が形成されている。後述するが、この改質部２５０は、フェムト秒レーザが導波路基板２０内に照射されることによって形成されたものであり、当該改質部２５０における屈折率は、導波路基板２０の改質部２５０以外の部分における屈折率に比べて高くなっている。つまり、改質部２５０は、導波路基板２０における改質部２５０の周囲よりも屈折率が高い高屈折率部である。
【０１３２】
図２３は、導波路基板２０の深さ方向の所定位置における当該深さ方向に垂直な断面の一部を示す図であり、破線で囲われた領域が上記改質部２５０である。図２３に示すように、改質部２５０は、１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂから出射する光Ｌ１〜Ｌ４の光路上に形成されている。この改質部２５０は、導波路基板２０の最も側面２４側を伝搬する光Ｌ１の光路上に位置する第１領域２５０Ａと、光Ｌ１よりも側面２５側を伝搬する光Ｌ２の光路上に位置する第２領域２５０Ｂと、光Ｌ２よりも側面２５側を伝搬する光Ｌ３の光路上に位置する第３領域２５０Ｃと、最も側面２５側を伝搬する光Ｌ４の光路上に位置する第４領域２５０Ｄとを含んでいる。
【０１３３】
本実施形態において、第１領域２５０Ａ〜第４領域２５０Ｄは、それぞれ概ね楔形の形状を有しており、同じ屈折率を有している。第１領域２５０Ａは、光出射部側に突出する１対の高屈折率突出部２５１Ａを有している。すなわち、これら１対の高屈折率突出部２５１Ａの間に、材料の状態が改質されていない非改質部が延在している。この非改質部は、高屈折率突出部２５１Ａに比べて低屈折率の領域であり、この領域を低屈折率突出部２５２Ａと言う。同様に、第２領域２５０Ｂ〜第４領域２５０Ｄは、それぞれ１対の高屈折率突出部２５１Ｂ〜２５１Ｄを有しており、１対の高屈折率突出部２５１Ｂ〜２５１Ｄのそれぞれの間に、低屈折率突出部２５２Ｂ〜２５２Ｄが延在している。
【０１３４】
ここで、このような改質部２５０に光が入射した場合を考える。例えば、第１領域２５０Ａに光Ｌ１が入射した場合を考える。上述のように、第１領域２５０Ａは楔形の形状を有しているため、第１領域２５０Ａに入射した光Ｌ１の成分のうち、中央に位置する成分は、低屈折率突出部２５２Ａを経由して光出射部側に伝搬していく。一方、当該中央に位置する成分の両側に位置する成分は、高屈折率突出部２５１Ａを経由して光出射部側に伝搬していく。したがって、高屈折率突出部２５１Ａの光出射部側の端部から出射する成分の回折光と、低屈折率突出部２５２Ａの光出射部側の端部から出射する成分の回折光との間に位相差が生じ、これら位相差の生じた回折光同士が干渉し合って、光Ｌ１の伝搬方向が変化する。このような１対の高屈折率突出部２５１Ａと低屈折率突出部２５２Ａとによって、光入射部２２Ａから入射して導波路基板内２０を伝搬する光Ｌ１を回折して当該光Ｌ１の伝搬方向を変える第１光回折部２５３が構成される。同様に、１対の高屈折率突出部２５１Ｂと低屈折率突出部２５２Ｂとによって、光Ｌ２を回折して当該光Ｌ２の伝搬方向を変える第２光回折部２５４が形成される。また、１対の高屈折率突出部２５１Ｃと低屈折率突出部２５２Ｃとによって、光Ｌ３を回折して当該光Ｌ３の伝搬方向を変える第３光回折部２５５が形成される。また、１対の高屈折率突出部２５１Ｄと低屈折率突出部２５２Ｄとによって、光Ｌ４を回折して当該光Ｌ４の伝搬方向を変える第４光回折部２５６が形成される。すなわち、これら第１光回折部２５３、第２光回折部２５４、第３光回折部２５５、及び第４光回折部２５６によって、本実施形態の光回折部５０が構成される。
【０１３５】
本実施形態において、高屈折率突出部２５１Ａ〜２５１Ｄの突出長さはそれぞれ異なっており、したがって、低屈折率突出部２５２Ａ〜２５２Ｄの突出長さもそれぞれ異なっている。この高屈折率突出部の突出長さ及び低屈折率突出部の突出長さの相違により、第１光回折部２５３〜第４光回折部２５６のそれぞれに固有の屈折率分布が形成される。本実施形態において、第１光回折部２５３は、光回路基板１０の光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ１が伝搬する屈折率分布を有している。第２光回折部２５４は、光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ２が伝搬する屈折率分布を有している。第３光回折部２５５は、光導波路１４Ｃと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ３が伝搬する屈折率分布を有している。また、第４光回折部２５６は、光導波路１４Ｄと結合する光出射部２３Ａに向かって光Ｌ４が伝搬する屈折率分布を有している。
【０１３６】
したがって、本実施形態の導波路基板２０によれば、第１実施形態や第２実施形態と異なり、導波路基板２０に凹凸パターンを形成することなく光Ｌ１〜Ｌ４を光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄに適切に結合させ得る。
【０１３７】
次に、本実施形態の光学入出力デバイスの製造方法について説明する。
【０１３８】
図２４は、本実施形態の光学入出力デバイスの製造工程を説明するフローチャートである。図２４に示すように、本実施形態の光学入出力デバイス１の製造方法は、準備工程Ｐ２０１と、固定工程Ｐ２０２と、光回折部形成工程Ｐ２０３と、を含んでいる。
【０１３９】
＜準備工程Ｐ２０１＞
本工程は、上記光入射部及び上記光出射部を含む光透過性の基板２０Ｐを準備する工程である。この基板２０Ｐは第１実施形態の基板２０Ｐと同様に石英からなる。図２５に示すように、本実施形態の基板２０Ｐには、第１実施形態及び第２実施形態の基板２０Ｐと異なり、溝が形成されていない。また、本実施形態の基板２０Ｐは、光入射部２２Ａとされる４つのマーキングされた領域と、光出射部２３Ａとされる４つのマーキングされた領域とが第１実施形態の基板２０Ｐと同様の高さ及び位置に設けられている。
【０１４０】
＜固定工程Ｐ２０２＞
本工程では、図２５に示すように、導波路基板２０の側面２２のマーキングされた領域に、１対の光ファイバ３０のそれぞれのコア３１Ａ，３１Ｂの端面を接触させて固定する。また、本工程では、導波路基板２０の側面２３のマーキングされた領域に、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄの端面を接触させて固定する。こうして、導波路基板２０の側面２２に１対の光ファイバ３０が固定され、側面２３に光回路基板１０が固定される。
【０１４１】
このように、本実施形態の光学入出力デバイス１の製造方法は、準備工程Ｐ２０１の直後に固定工程Ｐ２０２が行われる点において、工程の最後に固定工程Ｐ３が行われる第１実施形態の光学入出力デバイス１の製造方法と異なる。
【０１４２】
＜光回折部形成工程Ｐ２０３＞
上記固定工程Ｐ２０２の後、本工程を行う。本工程は、光の集光スポットを基板２０Ｐの内部で走査して基板２０Ｐ内に上記光回折部５０を形成する工程である。本実施形態では、上記光としてフェムト秒レーザが使用される。
【０１４３】
ここで、フェムト秒レーザとは、パルス幅が１０-15〜１０-13秒程度とされる超短パルスレーザをいう。フェムト秒レーザは、このように非常に短いパルス幅を有するため、極めて大きなピークパワーをもつ。例えば、フェムト秒レーザが集光されて形成される集光スポットでは、数十〜数百ＴＷ／ｃｍ2程度の高パワー密度を実現し得る。このような高パワー密度の集光スポットを被照射体の内部に位置させることで、集光スポットに照射された部分において多光子吸収反応が励起され、当該部分における材料の状態が、例えば高密度化等して改質される。その結果、被照射体のうち集光スポットに照射された部分の屈折率が、照射されていない部分に比べて高くなる。上記多光子吸収反応は、照射する光の強度が一定の閾値以上でなければ励起されない傾向にある。このため、集光スポットにおける光のパワー密度が多光子吸収反応が励起される程度の強さになるようにフェムト秒レーザのパワーを調整することによって、被照射体のうち集光スポットに照射されない部分における材料の状態の改質を抑制しつつ、集光スポットに照射された部分のみの材料の状態を改質し得る。
【０１４４】
図２４に示すように、本工程は、基板２０Ｐに上記第１光回折部２５３を形成する第１照射工程Ｐ２２１と、基板２０Ｐに上記第２光回折部２５４を形成する第２照射工程Ｐ２２２と、基板２０Ｐに上記第３光回折部２５５を形成する第３照射工程Ｐ２２３と、基板２０Ｐに上記第４光回折部２５６を形成する第４照射工程Ｐ２２４とを含んでいる。
【０１４５】
本実施形態では、照射されるフェムト秒レーザの集光スポットＳＰの面積及び集光スポットＳＰにおけるエネルギー密度は、第１照射工程Ｐ２２１〜第４照射工程Ｐ２２４を通して一定とされる。
【０１４６】
（第１照射工程Ｐ２２１）
まず、本工程を行う。本工程では、まず、図２６に示すように、フェムト秒レーザの集光スポットＳＰを基板２０Ｐ内の初期位置に位置させる。この集光スポットＳＰの初期位置は、基板２０Ｐの中央部よりもやや側面２２側かつ側面２４側とされる。そして、この集光スポットＳＰを側面２３側に向かって第１距離Ｘ１だけ走査する。その結果、図２７に示すように、上記初期位置から側面２３側に向かって第１距離Ｘ１にわたって延在する第１区間２５０Ａ１において、基板２０Ｐの材料の状態が改質される。すなわち、第１区間２５０Ａ１における屈折率が、その他の領域における屈折率よりも高くなる。
【０１４７】
次に、図２８に示すように、集光スポットＳＰを上記初期位置から側面２５側に移動させた後、集光スポットＳＰを側面２３側に向かって第２距離Ｘ２だけ走査する。この第２距離Ｘ２は、上記第１距離Ｘ１よりも短い距離である。その結果、第１区間２５０Ａ１よりも側面２５側で第１区間２５０Ａ１と繋がる第２区間２５０Ａ２が形成される。この第２区間２５０Ａ２の屈折率は、第１区間２５０Ａ１と同じ屈折率とされ、第１区間２５０Ａ１及び第２区間２５０Ａ２以外の領域の屈折率よりも高くなる。
【０１４８】
次に、図２９に示すように、集光スポットＳＰを第２区間２５０Ａ２の側面２２側の端部の位置から側面２５側に移動させた後、集光スポットＳＰを側面２３側に向かって第１距離Ｘ１だけ走査する。その結果、第２区間２５０Ａ２よりも側面２５側で第２区間２５０Ａ２と繋がる第３区間２５０Ａ３が形成される。この第３区間２５０Ａ３の屈折率は、第１区間２５０Ａ１と同じ屈折率とされ、第１区間２５０Ａ１、第２区間２５０Ａ２、及び第３区間２５０Ａ３以外の領域の屈折率よりも高くなる。
【０１４９】
こうして、基板２０Ｐ内に上記第１領域２５０Ａが形成される。すなわち、基板２０Ｐ内に上記第１光回折部２５３が形成される。ところで、上記第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２は、第１光回折部２５３の屈折率分布が、第１光回折部２５３を透過する光Ｌ１が光回路基板１０の光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに向かって回折する屈折率分布になるように、予め定められたものである。したがって、本工程で形成された第１光回折部２５３は、光Ｌ１の伝搬方向を光導波路１４Ａと結合する光出射部２３Ａに向かう方向に変える光回折部とされる。
【０１５０】
（第２照射工程Ｐ２２２）
次に、本工程を行う。具体的には、図３０に示すように、第１光回折部２５３よりも側面２５側の第１光回折部２５３に隣接する位置に、第２光回折部２５４を形成する。本工程における第１距離Ｘ１は、第１照射工程Ｐ２２１における第１距離Ｘ１と同じ距離とされ、第２距離Ｘ２は、第１照射工程Ｐ２２１における第２距離Ｘ２よりも長い距離である。これら第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２は、第２光回折部２５４の屈折率分布が、第２光回折部２５４を透過する光Ｌ２が光回路基板１０の光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに向かって回折する屈折率分布になるように、予め定められたものである。したがって、本工程で形成された第２光回折部２５４は、光Ｌ２の伝搬方向を光導波路１４Ｂと結合する光出射部２３Ａに向かう方向に変える光回折部とされる。
【０１５１】
（第３照射工程Ｐ２２３）
次に、本工程を行う。具体的には、図３１に示すように、第２光回折部２５４よりも側面２５側に、第３光回折部２５５を形成する。本工程における第１距離Ｘ１は、第１照射工程Ｐ２２１における第１距離Ｘ１と同じ距離とされ、第２距離Ｘ２は、第１照射工程Ｐ２２１における第２距離Ｘ２よりも短い距離である。これら第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２は、第３光回折部２５５の屈折率分布が、第３光回折部２５５を透過する光Ｌ３が光回路基板１０の光導波路１４Ｃと結合する光出射部２３Ａに向かって回折する屈折率分布になるように、予め定められたものである。したがって、本工程で形成された第３光回折部２５５は、光Ｌ３の伝搬方向を光導波路１４Ｃと結合する光出射部２３Ａに向かう方向に変える光回折部とされる。
【０１５２】
（第４照射工程Ｐ２２４）
次に、本工程を行う。具体的には、図３２に示すように、第３光回折部２５５よりも側面２５側の第３光回折部２５５に隣接する位置に、第４光回折部２５６を形成する。本工程における第１距離Ｘ１は、第１照射工程Ｐ２２１における第１距離Ｘ１と同じ距離とされ、第２距離Ｘ２は、第３照射工程Ｐ２２３における第２距離Ｘ２よりも短い距離である。これら第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２は、第４光回折部２５６の屈折率分布が、第４光回折部２５６を透過する光Ｌ４が光回路基板１０の光導波路１４Ｄと結合する光出射部２３Ａに向かって回折する屈折率分布になるように、予め定められたものである。したがって、本工程で形成された第４光回折部２５６は、光Ｌ４の伝搬方向を光導波路１４Ｄと結合する光出射部２３Ａに向かう方向に変える光回折部とされる。
【０１５３】
このように、第１照射工程Ｐ２２１〜第４照射工程Ｐ２２４を行うことにより、基板２０Ｐに光回折部５０が形成されて導波路基板２０が形成され、その結果、本実施形態の光学入出力デバイス１が完成する。
【０１５４】
以上のように、この製造方法では、光の集光スポットＳＰが基板２０Ｐの内部で走査される。こうすることで、基板２０Ｐのうち集光スポットＳＰに照射された部分の材料の状態が改質して、集光スポットＳＰに照射された部分の屈折率が基板２０Ｐの他の部分に比べて高くなる。したがって、集光スポットＳＰの走査パターンを調整することで、基板２０Ｐ内に所定の屈折率分布を形成することができ、この屈折率分布に応じて光の伝搬方向を変化させることができる。このため、エッチングを用いなくても、基板２０Ｐの内部に光回折部５０を形成して、導波路基板２０を製造することができる。
【０１５５】
また、この製造方法によれば、光の集光スポットＳＰを走査させることによって光回折部５０を形成することができる。したがって、集光スポットＳＰの大きさ、集光スポットＳＰのエネルギー密度、集光スポットＳＰを走査する距離及び方向などを、基板２０Ｐに接続される光導波部品に応じて予め定めることで、これら光導波部品を基板２０Ｐに配置した後であっても、光入射部に接続された光導波部品の導波路と、光出射部に接続された光導波部品の導波路とを適切に結合させる光回折部を形成し得る。
【０１５６】
なお、本実施形態では、改質部２５０の屈折率が同じである例を説明したが、改質部の位置に応じて屈折率が異なる改質部を形成してもよい。このような屈折率が異なる改質部は、例えば、集光スポットＳＰの大きさ、集光スポットＳＰのエネルギー密度などを経時的に変化させることで形成することができる。
【０１５７】
また、本実施形態では、改質部２５０の第１領域２５０Ａ〜第４領域２５０Ｄの形状が楔形である例を説明したが、これは例示的なものであり、このような形状に限定されるものではない。
【０１５８】
また、本実施形態では、第１照射工程〜第４照射工程で使用する光としてフェムト秒レーザを使用する例を説明した。しかし、基板２０Ｐの材料の状態を改質することが可能な光であれば、フェムト秒レーザ以外の光を使用してもよい。例えば、フェムト秒レーザ以外の光として、パルスの時間幅が１０-12秒程度とされるピコ秒レーザを使用し得る。
【０１５９】
また、本実施形態では、固定工程Ｐ２０２を光回折部形成工程Ｐ２０３の前に行う例を説明したが、光回折部形成工程の後に配置工程を行ってもよい。
【０１６０】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１６１】
例えば、上記実施形態では、１対の光ファイバ３０を入射側、光回路基板１０を出射部側として説明したが、１対の光ファイバ３０を出射部側、光回路基板１０を入射部側として光学入出力デバイスを構成してもよい。
【０１６２】
また、上記実施形態では、光Ｌ１が光回路基板１０の光導波路１４Ａに入射し、光Ｌ２が光導波路１４Ｂに入射し、光Ｌ３が光導波路１４Ｃに入射し、光Ｌ４が光導波路１４Ｄに入射する例を説明したが、これは例示であり、光Ｌ１〜Ｌ４が光回路基板１０の他の光導波路に入射するように光回折部５０を形成してもよい。例えば、図３３に示すように、光Ｌ１が光導波路１４Ｂに入射し、光Ｌ２が光導波路１４Ｃに入射し、光Ｌ３が光導波路１４Ａに入射し、光Ｌ４が光導波路１４Ｄに入射するように、光回折部５０を形成してもよい。
【０１６３】
また、上記実施形態では、光ファイバ３０が２つのコアを有する光ファイバとされたが、光ファイバに含まれるコアの数は２つに限られない。同様に、光回路基板１０の光導波路の数も４つに限られない。
【０１６４】
また、上記実施形態では、導波路基板２０に、光導波部品として光回路基板１０と光ファイバ３０とを配置した例を説明したが、これに限られない。例えば、導波路基板２０の側面２２と側面２３との双方に光ファイバを配置してもよいし、導波路基板２０の側面２２と側面２３との双方に光回路基板を配置してもよいし、導波路基板２０の側面２２と側面２３との少なくとも一方に光導波部品として光ファイバテープを配置してもよい。
【０１６５】
また、上記実施形態では、導波路基板２０の側面２２と側面２３とに光導波部品を配置した例を説明したが、導波路基板２０の他の面に光導波部品を配置してもよい。例えば、導波路基板２０の側面２２と主面２１とに光導波部品を配置してもよい。この場合でも、光回折部の凹凸パターンや屈折率分布を調整することによって、側面２２に配置された光導波部品の光導波路と、主面２１に配置された光導波部品の光導波路とを適切に結合させ得る。
【０１６６】
また、上記実施形態では、導波路基板２０内を光が伝搬する際に光が伝搬する経路が導波路基板２０における導波路であり、導波路基板２０内に例えば屈折率が高くされるコア等の導波路が作られていないとされた。しかし、導波路基板２０内の一部にコア等の導波路が作られていてもよい。例えば、光入射部２２Ａから光回折部５０に至る経路の少なくとも一部にコア等の導波路が設けられてもよい。
【０１６７】
また、上記実施形態では、導波路基板２０を介して光学的に結合する導波路部品が２つである場合を説明したが、光回折部を介して互いに光学的に結合する光導波部品の数は３つ以上であってもよい。
【０１６８】
また、上記実施形態では、４つの光Ｌ１〜Ｌ４が光回折部５０に入射する例を説明したが、導波路基板２０に少なくとも１つの光が入射すればよい。この場合でも、光入射部から入射した光を光出射部に向かってより適切に伝搬させ得る。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
以上説明したように、本発明によれば、複数の光導波部品の光導波路同士が適切に光学的に結合され得る導波路基板光学入出力デバイス、及び複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る導波路基板の製造方法を提供することができ、光通信等の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１７０】
１・・・光学入出力デバイス
１０・・・光回路基板
２０・・・導波路基板
２０Ａ・・・本体部
２０Ｐ・・・基板
２２Ａ・・・光入射部
２３Ａ・・・光出射部
３０・・・光ファイバ
３１Ａ，３１Ｂ・・・コア
５０・・・光回折部
５１・・・溝部
５２・・・第１内壁
５３・・・凹凸パターン
６０・・・レジスト
７０・・・フォトマスク
１５０・・・凹凸形成部材
１５０Ｐ・・・光透過性部材（板状部材）
１５１・・・第１の主面
１５２・・・第２の主面
１５３・・・凹凸パターン
２５０・・・改質部
２５１Ａ〜２５１Ｄ・・・高屈折率突出部
２５２Ａ〜２５２Ｄ・・・低屈折率突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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