(57)【要約】      （修正有）【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せ得る光学入出力デバイスの製造方法及び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光学入出力デバイスを提供する。【解決手段】この光学入出力デバイスの製造方法は、第１光導波路１４Ａを有する光回路基板１０と、第２光導波路３１Ａ、３１Ｂを有する光ファイバ３０との間に、中間部材２０を配置する配置工程と、第１光導波路及び第２光導波路の双方に光学的に結合する第３光導波路を中間部材に形成する光導波路形成工程と、を備える。光導波路形成工程において、第３光導波路は、中間部材にフェムト秒レーザＦＬを照射することにより形成される。【選択図】図６
2020160260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光導波路を有する第１光導波部品と、第２光導波路を有する少なくとも１つの第２光導波部品との間に、光透過性の中間部材を配置する配置工程と、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路に光学的に結合する第３光導波路を前記中間部材に形成する光導波路形成工程と、
を備え、
当該光導波路形成工程において、前記第３光導波路は、前記中間部材にレーザを照射することにより形成される
ことを特徴とする光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部に照射される前記レーザのエネルギー密度と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部に照射される前記レーザのエネルギー密度とが相違する
ことを特徴とする請求項１に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部における前記レーザの照射回数と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部における前記レーザの照射回数とが相違する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記レーザはフェムト秒レーザである
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はマルチコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方は、複数の光ファイバが並列して一体化された光ファイバテープである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記光ファイバはマルチコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項６に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記第１光導波部品は、基板に前記第１光導波路が形成された光回路基板であり、
前記第２光導波部品は、少なくとも１つのマルチコア光ファイバ又は複数のシングルコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はシングルコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記光導波路形成工程において、前記第３光導波路を分岐させて形成する
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学入出力デバイスの製造方法。
【請求項１１】
第１光導波路を有する第１光導波部品と、
第２光導波路を有する少なくとも１つの第２光導波部品と、
前記第１光導波部品と前記第２光導波部品との間に配置される中間部材と、
を備え、
前記中間部材は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路に光学的に結合する第３光導波路と、前記第３光導波路と同じ材料を有し、前記第３光導波路を隙間なく囲うクラッド部と、を含み、
前記中間部材の前記材料は、前記クラッド部において第１状態とされ、前記第３光導波路において屈折率が前記第１状態の屈折率よりも高い第２状態とされる
ことを特徴とする光学入出力デバイス。
【請求項１２】
前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部におけるモードフィールド径と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部におけるモードフィールド径とが相違する
ことを特徴とする請求項１１に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１３】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はマルチコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１４】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方は、複数の光ファイバが並列して一体化された光ファイバテープである
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１５】
前記光ファイバはマルチコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１６】
前記第１光導波部品は、基板に前記第１光導波路が形成された光回路基板であり、
前記第２光導波部品は、少なくとも１つのマルチコア光ファイバ又は複数のシングルコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１７】
前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方がシングルコア光ファイバである
ことを特徴とする請求項１２に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１８】
前記中間部材の前記材料は純粋な石英とされ、
前記第２状態は、前記中間部材の前記材料が局所的に高密度化した状態とされる
ことを特徴とする請求項１１から１７のいずれか１項に記載の光学入出力デバイス。
【請求項１９】
前記中間部材の前記材料は石英に金属が含有した材料とされ、
前記第２状態は、前記金属が前記中間部材中に析出した状態とされる
ことを特徴とする請求項１１から１７のいずれか１項に記載の光学入出力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学入出力デバイスの製造方法及び光学入出力デバイスに関し、特に、複数の光導波部品の光導波路同士を光学的に接続し得る光学入出力デバイス及び当該光学入出力デバイス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、光ファイバのコアを伝搬する光のモードフィールド径とマルチコア光ファイバのコアを伝搬する光のモードフィールド径とが合わない場合もある。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、光のモードフィールド径、コアの向きの少なくとも一つ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、モードフィールド径やコアの向き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、光のモードフィールド径、光導波路の向きと、光ファイバのコアの配列、コア間の距離、光のモードフィールド径、コアの向きとの少なくとも一つ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入出力デバイスが求められている。
【００１１】
そこで、本発明は、複数の光導波部品の光導波路同士を適切に光学的に結合させ得る光学入出力デバイスの製造方法及び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光学入出力デバイス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、本発明の光学入出力デバイスの製造方法は、第１光導波路を有する第１光導波部品と、第２光導波路を有する第２光導波部品との間に、光透過性の中間部材を配置する配置工程と、前記第１光導波路及び前記第２光導波路に光学的に結合する第３光導波路を前記中間部材に形成する光導波路形成工程と、を備え、当該光導波路形成工程において、前記第３光導波路は、前記中間部材にレーザを照射することにより形成されることを特徴とするものである。
【００１３】
この光学入出力デバイスの製造方法は、第１光導波部品と第２光導波部品との間に中間部材を配置した後に、当該中間部材にレーザを照射する。こうすることで、中間部材のうちレーザに照射された部分の材料の状態が改質して、レーザに照射された部分の屈折率が中間部材の他の部分に比べて高くなる。その結果、中間部材に第３光導波路が形成される。このため、第１光導波路及び第２光導波路の配列が相違していたり、あるいは、配置工程の際に第１光導波路と第２光導波路とが適切に調心されていなかったりしても、光導波路形成工程においてレーザの走査方向を調整しながらレーザを照射することで、第１光導波路と第２光導波路とを適切に光学的に結合させ得る。したがって、この光学入出力デバイスの製造方法によれば、複数の光導波部品の光導波路が適切に光学的に結合された光学入出力デバイスが製造され得る。
【００１４】
また、前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部に照射される前記レーザのエネルギー密度と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部に照射される前記レーザのエネルギー密度とが相違してもよい。
【００１５】
この場合、第３光導波路の第１光導波路側の端部における材料の状態の改質度合と、第３光導波路の第２光導波路側の端部における材料の状態の改質度合との間に差が生じて、第１光導波路側の端部と第２光導波路側の端部とが異なる屈折率となる。すなわち、第１光導波路側の端部におけるモードフィールド径と第２光導波路側の端部におけるモードフィールド径とが異なるものとなり得る。したがって、第１光導波路のモードフィールド径と第２光導波路のモードフィールド径とが異なる場合でも、第３光導波路を介して、第１光導波路と第２光導波路とを結合損失を抑制しつつ光学的に結合させ得る。
【００１６】
また、前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部における前記レーザの照射回数と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部における前記レーザの照射回数とが相違してもよい。
【００１７】
この場合、第３光導波路の第１光導波路側の端部における材料の状態の改質度合と、第３光導波路の第２光導波路側の端部における材料の状態の改質度合との間に差が生じて、第１光導波路側の端部と第２光導波路側の端部とが異なる屈折率となる。すなわち、第１光導波路側の端部におけるモードフィールド径と第２光導波路側の端部におけるモードフィールド径とが異なるものとなり得る。したがって、第１光導波路のモードフィールド径と第２光導波路のモードフィールド径とが異なる場合でも、第３光導波路を介して、第１光導波路と第２光導波路とを結合損失を抑制しつつ光学的に結合させ得る。
【００１８】
また、前記レーザはフェムト秒レーザであることが好ましい。
【００１９】
この場合、フェムト秒という短周期にレーザを集中して当該レーザを中間部材に照射することができるため、レーザに照射される部位において中間部材の材料の状態が効果的に改質され得る。このため、効果的に第３光導波路を形成し得る。
【００２０】
また、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はマルチコア光ファイバであってもよい。
【００２１】
この場合、配置工程においてマルチコア光ファイバ同士を調心しなくても、マルチコア光ファイバを他の光導波部品に適切に光学的に結合させ得る。
【００２２】
また、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方は、複数の光ファイバが並列して一体化された光ファイバテープであってもよい。
【００２３】
光ファイバテープは上記のような構成であるため、光ファイバテープの各光ファイバを個々に回転させることが難しい。このため、一方の光ファイバテープにおける光ファイバのコアの配列と、他方の光ファイバテープにおける光ファイバのコアの配列とが相違する場合、両光ファイバテープ同士を適切に光学的に結合させることが困難である。しかし、本発明の光学入出力デバイスの製造方法によれば、上述のように、配置工程の後に中間部材に第３光導波路を形成できるため、第１光導波部品である光ファイバテープの各コアと、第２光導波部品である光ファイバテープの各コアとを適切に光学的に結合させ得る。
【００２４】
この場合、前記光ファイバはマルチコア光ファイバであることが好ましい。
【００２５】
中間部材の一方側に配置される光ファイバテープのマルチコア光ファイバのコアの配列と、他方側に配置される光ファイバテープのマルチコア光ファイバのコアの配列とが異なる場合、上記のように、光ファイバテープの光ファイバを個々に回転させることができないため、一方側に配置される光ファイバテープのマルチコア光ファイバのコアと、他方側に配置される光ファイバテープの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ことが難しい。しかし、本発明の光学入出力デバイスの製造方法によれば、上述のように、配置工程の後に中間部材に第３光導波路を形成できるため、第１光導波部品である光ファイバテープの各コアと、第２光導波部品である光ファイバテープの各コアとを適切に光学的に結合させ得る。
【００２６】
また、前記第１光導波部品は、基板に前記第１光導波路が形成された光回路基板であり、前記第２光導波部品は、少なくとも１つのマルチコア光ファイバ又は複数のシングルコア光ファイバであってもよい。
【００２７】
マルチコア光ファイバのコアは、長手方向に垂直な断面内に収まるように配列される。一方、光回路基板の第１光導波路は、基板の表面上に２次元配列される。このように、マルチコア光ファイバのコアの配列と、光回路基板の第１光導波路の配列とは異なるため、マルチコア光ファイバと光回路基板とを適切に光学的に結合させることは難しい場合が多い。また、複数のシングルコア光ファイバを光回路基板に光学的に結合させる場合でも、シングルコア光ファイバの間に存在するクラッドや保護層の干渉等によって、複数のシングルコア光ファイバの各コアを第１光導波路に適切に光学的に結合させることが難しい場合がある。しかし、本発明の光学入出力デバイスの製造方法によれば、配置工程の後に、中間部材に固定された光回路基板の第１光導波路と光ファイバのコアとの双方が光学的に結合するように中間部材に第３光導波路を形成できるため、光回路基板の第１光導波路と、光ファイバのコアとを適切に光学的に結合させ得る。
【００２８】
なお、前記第１光導波部品が、基板に前記第１光導波路が形成された光回路基板である場合、前記第２光導波部品が、基板に前記第２光導波路が形成された光回路基板であってもよい。この場合、第１光導波部品である光回路基板の第１光導波路と、第２光導波部品である光回路基板の第２光導波路とを適切に光学的に結合させ得る。
【００２９】
また、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はシングルコア光ファイバであってもよい。
【００３０】
この場合でも、上記配置工程の後に上記光導波路形成工程が行われるため、シングルコア光ファイバを他の光導波部品に適切に光学的に結合させ得る。
【００３１】
また、前記光導波路形成工程において、前記第３光導波路を分岐させて形成してもよい。
【００３２】
こうすることで、第１光導波路の数と第２光導波路の数とが異なる場合でも、第１光導波路と第２光導波路とを適切に光学的に結合させ得る。
【００３３】
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、第１光導波路を有する第１光導波部品と、第２光導波路を有する少なくとも１つの第２光導波部品と、前記第１光導波部品と前記第２光導波部品との間に配置される中間部材と、を備え、前記中間部材は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路に光学的に結合する第３光導波路と、前記第３光導波路と同じ材料を有し、前記第３光導波路を隙間なく囲うクラッド部と、を含み、前記中間部材の前記材料は、前記クラッド部において第１状態とされ、前記第３光導波路において屈折率が前記第１状態の屈折率よりも高い第２状態とされることを特徴とするものである。
【００３４】
このような構成によれば、複数の光導波部品の光導波路が第３光導波路を介して適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００３５】
また、前記第３光導波路の前記第１光導波路側の端部におけるモードフィールド径と、前記第３光導波路の前記第２光導波路側の端部におけるモードフィールド径とが相違してもよい。
【００３６】
この場合、第１光導波路のモードフィールド径と第２光導波路のモードフィールド径とが異なる場合でも、第３光導波路を介して、第１光導波路と第２光導波路とが適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００３７】
また、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方はマルチコア光ファイバであってもよい。
【００３８】
この場合、マルチコア光ファイバを他の光導波部品に適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００３９】
また、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品の少なくとも一方は、複数の光ファイバが並列して一体された光ファイバテープであってもよい。
【００４０】
この場合、光ファイバテープの光ファイバを他の光導波部品に適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００４１】
この場合、前記光ファイバはマルチコア光ファイバであることが好ましい。
【００４２】
この場合、マルチコア光ファイバを他の光導波部品に適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００４３】
また、前記第１光導波部品は、基板に前記第１光導波路が形成された光回路基板であり、前記第２光導波部品は、少なくとも１つのマルチコア光ファイバ又は複数のシングルコア光ファイバであってもよい。
【００４４】
この場合、光回路基板と光ファイバとが適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００４５】
また、第３光導波路の両端部におけるモードフィールド径が相違する場合、前記第１光導波部品及び前記第２光導波部品がシングルコア光ファイバであってもよい。
【００４６】
この場合、モードフィールド径が相違する第１光導波路と第２光導波路とが、第３光導波路を介して適切に光学的に結合された光学入出力デバイスを実現し得る。
【００４７】
また、前記中間部材の前記材料は純粋な石英とされ、前記第２状態は、前記中間部材の前記材料が局所的に高密度化した状態とされてもよい。
【００４８】
このような構成によれば、複数の光導波部品の光導波路が第３光導波路を介して適切に光学的に結合された光学入出力デバイスをより確実に実現し得る。
【００４９】
また、前記中間部材の前記材料は石英に金属が含有した材料とされ、前記第２状態は、前記金属が前記中間部材中に析出した状態とされてもよい。
【００５０】
このような構成によれば、複数の光導波部品の光導波路が第３光導波路を介して適切に光学的に結合された光学入出力デバイスをより確実に実現し得る。
【発明の効果】
【００５１】
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を適切に光学的に結合させ得る光学入出力デバイスの製造方法及び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光学入出力デバイスが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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分解斜視図である。
【図２】図１に示される光学入出力デバイスを概略的に示す側面図である。
【図３】図２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】配置工程の様子を示す図である。
【図６】光導波路形成工程の第１照射工程における初期状態の様子を図２と同様の視点で示す図である。
【図７】光導波路形成工程の第１照射工程における初期状態後の様子を示す拡大図である。
【図８】光導波路形成工程の第１照射工程における終期状態の様子を図２と同様の視点で示す図である。
【図９】光導波路形成工程の第２照射工程における終期状態の様子を図２と同様の視点で示す図である。
【図１０】２回目の光導波路形成工程の様子を図２と同様の視点で示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る光学入出力デバイスを概略的に示す分解斜視図である。
【図１２】図１１に示される第１光導波部品としてのマルチコア光ファイバテープを示す断面図である。
【図１３】図１１に示される第２光導波部品としてのマルチコア光ファイバテープを示す断面図である。
【図１４】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図である。
【図１５】図１４の光学入出力デバイスの製造工程における第１照射工程の様子を概略的に示す図である。
【図１６】図１４の光学入出力デバイスの製造工程における第２照射工程の様子を概略的に示す図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る光学入出力デバイスとは異なる例を概略的に示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る光学入出力デバイスとはさらに異なる例を概略的に示す図である。
【図１９】本発明の光学入出力デバイスの変形例に示す平面図である。
【図２０】本発明に係る中間部材の他の例を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明に係る光学入出力デバイス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。
【００５４】
（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分解斜視図であり、図２は、図１に示される光学入出力デバイスの側面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の光学入出力デバイス１は、第１光導波部品としての光回路基板１０と、第２光導波部品としての光ファイバ３０と、光ファイバ３０の長手方向において光回路基板１０と光ファイバ３０との間に配置された光透過性の中間部材２０と、を主な構成として備える。
【００５５】
本実施形態において、光回路基板１０及び中間部材２０は、光回路基板１０の端面１５と中間部材２０の端面２３とが接触した状態で互いに固定されている。また、光ファイバ３０及び中間部材２０は、光ファイバ３０の端面と中間部材２０の端面２２とが接触した状態で互いに固定されている。
【００５６】
なお、光回路基板１０の端面１５と中間部材２０の端面２３とを離間させ、端面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と中間部材２０とを固定してもよい。また、光ファイバ３０の端面と中間部材２０の端面２２と離間させ、上記端面と端面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と中間部材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。
【００５７】
光回路基板１０は、基板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。図１において、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。以下、これら光導波路１４Ａ〜１４Ｄを総称して第１光導波路１４と言うことがある。
【００５８】
本実施形態において、基板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。このような第１光導波路１４は、上記端面１５から、端面１５の反対側の端面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、シリコンからなる第１光導波路１４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、第１光導波路１４内を端面１５，１６の一方から他方に向かって伝搬し得る。
【００５９】
図３は、光ファイバ３０の長手方向に垂直な断面図である。図３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。図２に示すように、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、上述のように中間部材２０の端面２２に接触して固定される。
【００６０】
図３に示すように、本実施形態の光ファイバ３０は、４つのコア３１Ａ〜３１Ｄを有しており、これらコア３１Ａ〜３１Ｄは、互いに所定距離だけ離れて等間隔で配置されている。具体的には、コア３１Ａ〜３１Ｄが２×２に配列されている。これらコア３１Ａ〜３１Ｄ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、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄよりも概ね大きな寸法とされる。以下、これらコア３１Ａ〜３１Ｄを総称して第２光導波路３１と言うことがある。
【００６１】
本実施形態では、２つのコア３１Ａ，３１Ｄは、第１光導波路１４と同じ高さに配置されている。また、コア３１Ｂ，３１Ｃは、第１光導波路１４よりも高い位置に配置されている。また、コア３１Ａ〜３１Ｄ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〜３１Ｄ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。
【００６２】
コア３１Ａ〜３１Ｄからなる上記第２光導波路３１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、第２光導波路３１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。
【００６３】
なお、図３の例では、各コア３１Ａ〜３１Ｄ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〜３１Ｄ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。
【００６４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の中間部材２０は、概ね直方体の形状とされる。この中間部材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、中間部材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。中間部材２０は、その内部に、端面２２から端面２３まで延在する４本の光導波路２１Ａ〜２１Ｄを有している。以下、これら光導波路２１Ａ〜２１Ｄを総称して第３光導波路２１と言うことがある。詳細は後述するが、この第３光導波路２１は、中間部材２０の他の部分より高い屈折率を有している。したがって、中間部材２０の上記他の部分は、中間部材２０のクラッド部２４と理解することができる。
【００６５】
光導波路２１Ａ〜２１Ｄは、端面２２側において、２×２の配列で配置されており、光ファイバ３０のコア３１Ａ〜３１Ｄと対向して光学的に結合している。具体的には、光導波路２１Ａ及びコア３１Ａ、光導波路２１Ｂ及びコア３１Ｂ、光導波路２１Ｃ及びコア３１Ｃ、光導波路２１Ｄ及びコア３１Ｄが、それぞれ対向して光学的に結合する。また、端面２２側において、光導波路２１Ａ，２１Ｄは光回路基板１０の第１光導波路１４と同じ高さに配置されており、光導波路２１Ｂ，２１Ｃは第１光導波路１４よりも高い位置に配置されている。このような光導波路２１Ａ〜２１Ｄは、端面２２から端面２３に向かって末広がりに形成されて、端面２３において光回路基板１０の第１光導波路１４と同じ高さで並列に配置される。こうして、端面２３において、光導波路２１Ａ及び光導波路１４Ａ、光導波路２１Ｂ及び光導波路１４Ｂ、光導波路２１Ｃ及び光導波路２１Ｃ、光導波路２１Ｄ及び光導波路２１Ｄが、それぞれ対向して光学的に結合する。
【００６６】
図２に示すように、各光導波路２１Ａ〜２１Ｄは、所定の位置を境として端面２３側に位置する高屈折率部２１Ｈと、当該所定の位置を境として端面２２側に位置する低屈折率部２１Ｌとを有している。低屈折率部２１Ｌは、高屈折率部２１Ｈよりも屈折率が低くなっており、低屈折率部２１Ｌの延在方向に垂直な断面は、光ファイバ３０コア３１Ａ〜３１Ｄの上記断面と概ね同じ寸法とされる。また、中間部材２０のクラッド部２４に対する低屈折率部２１Ｌの比屈折率差と、光ファイバ３０のクラッド３２に対するコア３１Ａ〜３１Ｄの比屈折率差とは概ね同じになっている。このような構成により、光ファイバ３０のコア３１Ａ〜３１Ｄを伝搬する光のモードフィールド径と、各光導波路２１Ａ〜２１Ｄの低屈折率部２１Ｌを伝搬する光のモードフィールド径とが概ね等しくなっている。
【００６７】
また、高屈折率部２１Ｈの延在方向に垂直な断面は、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄの延在方向に垂直な断面と概ね同じ寸法とされる。また、クラッド部２４に対する高屈折率部２１Ｈの比屈折率差は、クラッド部２４に対する低屈折率部２１Ｌの比屈折率差よりも大きくなっている。このような構成により、光回路基板１０の第１光導波路１４を伝搬する光のモードフィールド径と、光導波路２１の高屈折率部２１Ｈを伝搬する光のモードフィールド径とが近い値になっている。なお、図２では、図が複雑になることを避けるために、低屈折率部２１Ｌの径と高屈折率部２１Ｈの径との相違が省略されて示されている。
【００６８】
以上のように、光ファイバ３０のコア３１Ａ〜３１Ｄは２×２配列で配置され、一方、光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄは下側クラッド層１３の表面に並列して配置される。すなわち、光ファイバ３０の第２光導波路３１の配列と、光回路基板１０の第１光導波路１４の配列とは大きく相違する。このように一方側と他方側との光導波路の配列が大きく相違する場合でも、本実施形態の光学入出力デバイス１によれば、上述のように、光回路基板１０と光ファイバ３０との間に、上記第３光導波路２１を有する中間部材２０が配置されるため、第１光導波路１４と第２光導波路３１とが、第３光導波路２１を介して適切に光学的に結合され得る。
【００６９】
また、上述のように、光回路基板１０の第１光導波路１４はシリコンからなり、光回路基板１０のクラッド層１２，１３はシリカガラスからなる。したがって、クラッド層１２，１３に対する光導波路１４Ａ〜１４Ｄの比屈折率差は、シリカガラスを主成分とする光ファイバ３０のクラッド３２に対するコア３１Ａ〜３１Ｄの比屈折率差よりも概ね大きい。また、光導波路１４Ａ〜１４Ｄの各断面積は、上述のように、コア３１Ａ〜３１Ｄの各断面積に比べて小さい。したがって、本実施形態では、第１光導波路１４を伝搬する光のモードフィールド径は、第２光導波路３１を伝搬する光のモードフィールド径よりも小さくなっている。このように一方側と他方側とのモードフィールド径が相違する場合でも、本実施形態の光学入出力デバイス１によれば、上述のように、光回路基板１０と光ファイバ３０との間に、低屈折率部２１Ｌと高屈折率部２１Ｈとを含む光導波路１４Ａ〜１４Ｄによって構成される第３光導波路２１を有する中間部材２０が配置される。したがって、例えば、第２光導波路３１を伝搬する光が第３光導波路２１に入射し、当該光が低屈折率部２１Ｌから高屈折率部２１Ｈに至ると、第３光導波路２１の光のモードフィールド径が小さくなり、第３光導波路２１のモードフィールド径と第１光導波路１４のモードフィールド径とが近い値になり得る。このように、本実施形態の光学入出力デバイス１によれば、第２光導波路３１を介して光のモードフィールド径が変換されるため、光回路基板１０の第１光導波路１４及び光ファイバ３０の第２光導波路３１の一方から他方に向かって伝搬する光の結合損失が効果的に低減され得る。
【００７０】
次に、このような光学入出力デバイス１の製造方法について説明する。
【００７１】
図４は、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、光学入出力デバイス１の製造方法は、準備工程ＰＳ１と、配置工程ＰＳ２と、光導波路形成工程ＰＳ３と、を含んでいる。
【００７２】
＜準備工程ＰＳ１＞
まず、上記光学入出力デバイス１を構成する部材を準備する。すなわち、第１光導波部品としての光回路基板１０と、第２光導波部品としての光ファイバ３０と、中間部材２０とを準備する。この工程ＰＳ１において、光ファイバ３０の一方側の端面から一定の距離だけ保護層３３を剥離させる。なお、この段階では、中間部材２０に上述の第３光導波路２１が形成されていない。
【００７３】
＜配置工程ＰＳ２＞
次に本工程を行う。本工程は、光回路基板１０と光ファイバ３０との間に光透過性の中間部材２０を配置する工程である。本実施形態では、光回路基板１０の端面１５と中間部材２０の端面２３とを対向させて、光回路基板１０と中間部材２０とを例えば光透過性の樹脂を介して固定する。次に、中間部材２０の端面２２とクラッド３２が露出した側の光ファイバ３０の端面とを対向させる。この際、本実施形態では、光ファイバ３０のコア３１Ａ，３１Ｄの高さを、光回路基板１０の第１光導波路１４の高さに合わせる。そして、この状態を保持したまま、本実施形態では、中間部材２０と光ファイバ３０とを例えば光透過性の樹脂を介して固定する。こうして、図５に示すように、光回路基板１０と光ファイバ３０との間に中間部材２０が配置されてなるアセンブリ１Ａが形成される。なお、光回路基板１０の端面１５と中間部材２０の端面２３とを直接固定してもよいし、中間部材２０の端面２２とクラッド３２が露出した側の光ファイバ３０の端面とを直接固定してもよい。
【００７４】
なお、コア３１Ａ，３１Ｄの高さを第１光導波路１４の高さに合わせることは必須ではない。例えば、上側のコア３１Ｂ，３１Ｃの高さを第１光導波路１４の高さに合わせてもよい。あるいは、コア３１Ａ〜３１Ｄの高さを第１光導波路１４の高さに合わせる必要もない。また、光回路基板１０を中間部材２０に固定した後に光ファイバ３０を中間部材２０に固定することは必須ではない。例えば、固定する順序を逆にしてもよいし、光回路基板１０と中間部材２０とを同時に固定してもよい。
【００７５】
＜光導波路形成工程ＰＳ３＞
上記配置工程ＰＳ２の後に、本工程を行う。本工程は、第１光導波路１４と第２光導波路３１とに光学的に結合する第３光導波路２１を、レーザを用いてアセンブリ１Ａの中間部材２０に形成する工程である。図４に示すように、本工程ＰＳ３は、第１照射工程ＰＳ３１と、第２照射工程ＰＳ３２とを含んでいる。また、本実施形態では、上記レーザとしてフェムト秒レーザが使用される。
【００７６】
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程度の高エネルギー密度を実現し得る。このような高エネルギ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る。例えば、フェムト秒レーザに照射される材料が純粋な石英である場合には、フェムト秒レーザに照射された部分における石英の状態が、例えば局所的に高密度化して改質され得る。また、例えば、フェムト秒レーザに照射される材料が金属を含有する石英である場合には、例えばフェムト秒レーザに照射された部分において金属が析出し、これによって当該部分が高密度化して改質され得る。このような材料の状態の改質度合は、集光スポットにおける光のエネルギー密度が高くなるほど大きくなる。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。また、集光スポットにおける光のエネルギー密度が高くなるほど、集光スポットに照射された部分の屈折率が高くなる。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エネルギ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における材料の状態のみを改質し得る。
【００７７】
以下、本工程について、図６から図１０を参照して説明する。図６は上記第１照射工程ＰＳ３１の初期状態の様子を示す図であり、図７は上記初期状態の直後の様子を示す拡大図であり、図８は第１照射工程ＰＳ３１の終期状態を示す図であり、図９は上記第２照射工程ＰＳ３２の様子を示す図であり、図１０は２回目の第１照射工程ＰＳ３１の様子を示す図である。なお、図６から図１０では、図が複雑になることを避けるために、導波路の径の相違が省略して示されている。
【００７８】
図６に示すように、本工程では、まず、アセンブリ１Ａの長手方向が水平方向に延在するようにアセンブリ１Ａを配置する。そして、このアセンブリ１Ａに対してレーザ照射装置の照射ヘッド９０を移動させる。
【００７９】
照射ヘッド９０は、フェムト秒レーザＦＬを生成して出射するレーザ生成部９１と、フェムト秒レーザＦＬを集光して集光スポットＳＰを形成する集光部９２とを含んでいる。本実施形態において、レーザ生成部９１は、一定のパワーのフェムト秒レーザを生成して照射する。例えば、レーザ生成部９１は、波長が８００ｎｍ、パルス幅が１２０ｆｓ〜２５０ｆｓ、及び繰り返し周波数が２００ｋＨｚのフェムト秒レーザを生成して出射する。集光部９２は、集光スポットＳＰの寸法を変更できるように構成される。例えば、集光部９２は、集光スポットＳＰの寸法が光ファイバ３０のコア３１Ａ〜３１Ｄの各断面の寸法と概ね等しくなるようにフェムト秒レーザＦＬを集光することができ、また、集光スポットＳＰの寸法が光回路基板１０の光導波路１４Ａ〜１４Ｄの寸法と概ね等しくなるようにフェムト秒レーザＦＬを集光することができる。また、集光部９２は、集光スポットＳＰにおけるフェムト秒レーザＦＬのエネルギー密度が上記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ＦＬを集光する。
【００８０】
＜第１照射工程ＰＳ３１＞
その後、本工程を行う。中間部材２０の端面２２は、光ファイバ３０のコア３１Ａの端面が接触する接触部分２２Ｓを含んでいる。本工程では、まず、図６に示すように、この接触部分２２Ｓにフェムト秒レーザＦＬの集光スポットＳＰが位置するように、照射ヘッド９０をセットする。また、集光スポットＳＰの寸法がコア３１Ａの寸法と概ね等しくなるように集光部９２を設定する。そして、この初期状態において、接触部分２２Ｓにフェムト秒レーザＦＬを１パルス時間だけ照射する。つまり、接触部分２２Ｓに集光スポットＳＰが１パルス時間だけ照射される。これにより、接触部分２２Ｓにおいて上記多光子吸収反応が励起されて当該部分２２Ｓにおける材料の状態が改質され、改質領域ＭＡが中間部材２０に形成される。上述のように、集光スポットＳＰの寸法は、コア３１Ａの断面の寸法と概ね等しい。したがって、改質領域ＭＡの寸法は、コア３１Ａの断面の寸法と概ね等しくなる。
【００８１】
上記のようにフェムト秒レーザＦＬを１パルス時間だけ照射した後、図７に示すように、集光スポットＳＰの高さを保持したまま、端面２３のうち光回路基板１０の光導波路１４Ａに対向する部分に向かって集光スポットＳＰを僅かに移動させる。そして、フェムト秒レーザＦＬを１パルス時間だけ再び照射する。これにより、上記改質領域ＭＡに隣接した部分が集光スポットＳＰによって照射される。その結果、コア３１Ａの断面の寸法と概ね等しい範囲にわたって中間部材２０の材料の状態が改質され、改質領域ＭＡが集光スポットＳＰの範囲分だけ端面２３側に延長される。
【００８２】
次に、図８に示すように、集光スポットＳＰの高さを保持したまま、図７の位置から端面２３のうち光導波路１４Ａに対向する部分に向かって集光スポットＳＰを移動させつつ、１パルス時間のフェムト秒レーザＦＬの照射を繰り返す。このように、集光スポットＳＰを僅かに移動させた後にフェムト秒レーザＦＬを１パルス時間の間照射するプロセスを繰り返すことで、改質領域ＭＡが、接触部分２２Ｓから所定位置ＢＳまで延長される。上述のように、この改質領域ＭＡでは、フェムト秒レーザＦＬの集光スポットＳＰの照射によって中間部材２０の材料の状態が改質されることにより、中間部材２０の他の領域に比べて屈折率が高くなっている。この改質領域ＭＡは、集光スポットＳＰを僅かに移動させた後にフェムト秒レーザＦＬを１パルス時間の間照射するプロセスを繰り返すことによって形成されるため、改質領域ＭＡにおける材料の状態の改質度合は、改質領域ＭＡの延在方向に沿って概ね同じになっている。このため、接触部分２２Ｓから所定位置ＢＳまでの改質領域ＭＡの屈折率は、改質領域ＭＡの延在方向に沿って概ね同じとされる。
【００８３】
＜第２照射工程ＰＳ３２＞
次に、本工程を行う。本工程は、上述の第１照射工程ＰＳ３１により形成された改質領域ＭＡを中間部材２０の端面２３まで延長する工程である。図８に示すように、第１照射工程ＰＳ３１の終期状態において、照射ヘッド９０は、集光スポットＳＰが中間部材２０の所定位置ＢＳに位置するように配置されている。本工程では、まず、集光スポットＳＰの寸法が光導波路１４Ａと概ね同じ寸法になるように集光部９２を調整する。こうして、集光スポットＳＰの寸法が、第１照射工程ＰＳ３１における集光スポットＳＰの寸法に比べて小さくなる。上述のように、照射ヘッド９０から照射されるフェムト秒レーザＦＬのパワーは一定であるため、集光スポットＳＰの寸法が小さくなることで、集光スポットＳＰの光のエネルギー密度が第１照射工程ＰＳ３１に比べて大きくなる。図には示さないが、必要に応じて、フェムト秒レーザＦＬのパワーを調整するアッテネータをフェムト秒レーザＦＬと集光部９２の間に配置しても良い。
【００８４】
次に、図９に示すように、集光スポットＳＰの高さを保持したまま、端面２３のうち光導波路１４Ａに対向する部分に向かって集光スポットＳＰを移動させる。こうして、改質領域ＭＡが所定位置ＢＳから端面２３まで延長され、改質領域ＭＡの端面と光導波路１４Ａの端面とが対向する。その結果、上記接触部分２２Ｓから端面２３まで延在する光導波路２１Ａが、中間部材２０の内部に形成される。
【００８５】
本工程によって延長された改質領域ＭＡの区間も、第１照射工程ＰＳ３１と同様に、集光スポットＳＰを僅かに移動させた後にフェムト秒レーザＦＬを１パルス時間の間照射するプロセスを繰り返すことによって形成される。このため、当該区間における材料の状態の改質度合は、当該区間の延在方向に沿って概ね同じになっている。このため、所定位置ＢＳから端面２３までの改質領域ＭＡの屈折率は、改質領域ＭＡの延在方向に沿って概ね同じとされる。
【００８６】
こうして形成された光導波路２１Ａのうち、接触部分２２Ｓから所定位置ＢＳまでの区間は、上記第１照射工程ＰＳ３１により形成された区間であり、所定位置ＢＳから端面２３までの区間は本工程により形成された区間である。上述のように、本工程における集光スポットＳＰの光のエネルギー密度は、第１照射工程ＰＳ３１における集光スポットＳＰの光のエネルギー密度よりも大きいため、所定位置ＢＳから端面２３までの区間における材料の状態の改質度合は、所定位置ＢＳから接触部分２２Ｓまでの区間における材料の改質度合よりも大きい。このため、所定位置ＢＳから端面２３までの区間における屈折率は、所定位置ＢＳから接触部分２２Ｓまでの区間における屈折率よりも高くなる。こうして、光導波路２１Ａのうち所定位置ＢＳから端面２３までの区間が高屈折率部２１Ｈとされ、所定位置ＢＳから接触部分２２Ｓまでの区間が低屈折率部２１Ｌとされる。また、上述のように、本工程における集光スポットＳＰの寸法は、第１照射工程ＰＳ３１における集光スポットＳＰの寸法よりも小さい。このため、光導波路２１Ａのうち高屈折率部２１Ｈの径は、低屈折率部２１Ｌの径よりも小さくなる。
【００８７】
上述のように、第１照射工程ＰＳ３１と第２照射工程ＰＳ３２とを経て形成された光導波路２１Ａには、径の小さな高屈折率部２１Ｈと、高屈折率部２１Ｈに比べて径が大きい低屈折率部２１Ｌとが形成される。このため、高屈折率部２１Ｈを伝搬する光のモードフィールド径は、低屈折率部２１Ｌを伝搬する光のモードフィールド径よりも小さくなる。したがって、所定の大きさのモードフィールド径を有する光ファイバ３０のコア３１Ａと、上述のようにコア３１Ａに比べて小さなモードフィールド径を有する光回路基板１０の光導波路１４Ａとが、形成された光導波路２１Ａを介して、結合損失が抑制された状態で光学的に結合される。
【００８８】
上記光導波路２１Ａを形成した後、光導波路２１Ｂを形成する。この光導波路２１Ｂも、上記第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２によって形成される。ただし、光導波路２１Ｂは、上述のように、端面２２において光導波路２１Ａの直上に位置している。したがって、光導波路２１Ｂを形成するための第１照射工程ＰＳ３１の初期状態では、集光スポットＳＰが光導波路２１Ａの端面２２側の端面の直上に位置するように、照射ヘッド９０が配置される。図１０に示すように、この初期状態の位置から端面２３のうち光導波路１４Ｂに対する部分に向かって集光スポットＳＰを３次元的に移動させつつ、１パルス時間のフェムト秒レーザＦＬの照射を繰り返す。これにより、コア３１Ｂから所定位置ＢＳまで延在する改質領域ＭＡが中間部材２０に形成される。その後、上記第２照射工程ＰＳ３２を行う。これにより、所定位置ＢＳから端面２３のうち光導波路１４Ｂに対向する部分まで改質領域ＭＡが延長され、光導波路１４Ｂが中間部材２０の内部に形成される。この光導波路２１Ｂは、光導波路２１Ａと同様に第１照射工程ＰＳ３１と第２照射工程とを経て形成されるため、高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを有している。したがって、高屈折率部２１Ｈ側の端部において結合損失が抑制された状態で光導波路１４Ｂと光学的に結合し、低屈折率部２１Ｌ側の端部において結合損失が抑制された状態でコア３１Ｂと光学的に結合する。
【００８９】
上記光導波路２１Ｂを形成した後、集光スポットＳＰが端面２２のうちコア３１Ｃに対向する部分に位置するように、照射ヘッド９０を配置する。その後、第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２を行って、端面２３のうち光導波路１４Ｃに対向する部分まで集光スポットＳＰを移動させる。これにより、光導波路２１Ｃが中間部材２０の内部に形成される。上記光導波路２１Ｃを形成した後、集光スポットＳＰが端面２２のうちコア３１Ｄに対向する部分に位置するように、照射ヘッド９０を配置する。その後、第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２を行って、端面２３のうち光導波路１４Ｄに対向する部分まで集光スポットＳＰを移動させる。これにより、光導波路２１Ｄが中間部材２０の内部に形成される。光導波路２１Ｃ，２１Ｄは、光導波路２１Ａと同様に第１照射工程ＰＳ３１と第２照射工程とを経て形成されるため、高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを有している。したがって、高屈折率部２１Ｈ側の端部において結合損失が抑制された状態で光導波路１４Ｃ，１４Ｄと光学的に結合し、低屈折率部２１Ｌ側の端部において結合損失が抑制された状態でコア３１Ｃ，３１Ｄと光学的に結合する。
【００９０】
以上の工程により、光回路基板１０の第１光導波路１４と光ファイバ３０の第２光導波路３１とに光学的に結合する第３光導波路２１と、第３光導波路２１を隙間なく囲うクラッド部２４とが、中間部材２０に形成される。このクラッド部２４は、第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２において集光スポットＳＰに照射されていない領域であり、中間部材２０を形成する材料の状態が改質されていない領域である。したがって、このクラッド部２４における材料の状態を第１状態とし、第３光導波路２１における材料の状態を第２状態とすると、第２状態は第１状態よりも屈折率が高い状態とされる。
【００９１】
なお、上記のような第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２は、例えば、上記照射ヘッド９０と、不図示の制御部と、記憶部と、カメラとを有する照射装置によって行われてもよい。なお、上記制御部として、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、制御部として、ＮＣ装置を用いる場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。また、上記記憶部として、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤ（Hard Disk）などを用いることができる。このような制御装置を用いる場合、第１照射工程ＰＳ３１及び第２照射工程ＰＳ３２は、例えば以下のようにして行われ得る。まず、準備工程ＰＳ１において、照射装置の制御部は、光ファイバ３０の第２光導波路３１の端面の位置をカメラに計測させた後、当該位置を走査開始点として記憶部に記憶させる。また、制御部は、光回路基板１０の第１光導波路１４の端面１５側の位置をカメラに計測させた後、当該位置を記憶部に走査終了点として記憶させる。その後、制御部を介して走査開始点から走査終了点に向かって照射ヘッド９０が走査され、上記のような光導波路２１Ａ〜２１Ｄが中間部材２０に形成される。
【００９２】
以上説明したように、この光学入出力デバイスの製造方法によれば、配置工程ＰＳ２の後に、中間部材２０に第３光導波路２１を形成することができる。このため、上述のように第１光導波路１４の配列と第２光導波路３１の配列が大きく相違していても、フェムト秒レーザＦＬの走査を上述のように調整することで、このフェムト秒レーザＦＬの走査によって形成された第３光導波路２１を介して、第１光導波路１４と第２光導波路３１とを適切に光学的に結合させることができる。したがって、この光学入出力デバイスの製造方法によれば、２つ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た光学入出力デバイスを製造し得る。
【００９３】
また、この光学入出力デバイスの製造方法によれば、第１照射工程ＰＳ３１の後に第２照射工程ＰＳ３２が行われる。すなわち、第３光導波路２１の第２光導波路３１側に照射される集光スポットＳＰの寸法よりも、第１光導波路１４側に照射される集光スポットＳＰの寸法の方が小さく、また、第３光導波路２１の第２光導波路３１側に照射される集光スポットＳＰにおけるフェムト秒レーザＦＬのエネルギー密度よりも、第１光導波路１４側に照射される集光スポットＳＰにおけるフェムト秒レーザＦＬの方が大きい。このため、この光学入出力デバイスの製造方法によれば、第３光導波路２１のうち第１光導波路１４側のモードフィールド径を、第２光導波路３１側のモードフィールド径よりも小さくすることができる。したがって、第１光導波路１４におけるモードフィールド径と第２光導波路３１におけるモードフィールド径とが異なる場合において、第３光導波路２１を介して第１光導波路と第２光導波路との間の結合損失を効果的に抑制し得る光学入出力デバイス１を製造することができる。
【００９４】
なお、本実施形態では、第３光導波路２１に高屈折率部２１Ｈを形成するために、第２照射工程ＰＳ３２を行って、第３光導波路２１の端面２３側におけるフェムト秒レーザＦＬのエネルギー密度を、端面２２側におけるフェムト秒レーザＦＬのエネルギー密度よりも大きくした例を説明した。しかし、第３光導波路２１の端面２３側へのフェムト秒レーザＦＬの照射回数を、端面２２側へのフェムト秒レーザＦＬの照射回数より多くしてもよい。この場合でも、第３光導波路２１の端面２３側における材料の状態の改質度合を、端面２２側における材料の状態の改質度合よりも大きくし得る。したがって、本実施形態と同様に、第３光導波路２１に高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを形成し得る。
【００９５】
また、本実施形態では、光導波路形成工程ＰＳ３においてフェムト秒レーザＦＬの集光スポットＳＰの寸法を変化させる例を説明した。しかし、集光スポットの大きさを変化させることは必須ではない。
【００９６】
また、本実施形態では、第３光導波路２１に高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを形成する例を説明した。しかし、第３光導波路２１に高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを形成することは必須ではない。
【００９７】
また、本実施形態では、第２光導波部品が１つのマルチコア光ファイバである例を説明した。しかし、第２光導波部品は、光回路基板であってもよく、複数のマルチコア光ファイバであってもよく、複数のシングルコア光ファイバであってもよく、あるいは、単一のシングルコア光ファイバであってもよい。
【００９８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第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。
【００９９】
図１１は、本発明の第２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１１に示すように、本実施形態に係る光学入出力デバイス１は、第１光導波部品が光回路基板１０の代わりにマルチコア光ファイバテープ１００とされ、第２光導波部品が光ファイバ３０の代わりにマルチコア光ファイバテープ３００とされる点において、第１実施形態に係る光学入出力デバイス１と主に異なる。
【０１００】
本実施形態に係る光学入出力デバイス１は、マルチコア光ファイバテープ１００と、マルチコア光ファイバテープ３００と、光学入出力デバイス１の長手方向においてマルチコア光ファイバテープ１００，３００の間に配置される中間部材２０とを主な構成として備える。
【０１０１】
図１２は、マルチコア光ファイバテープ１００の長手方向に垂直な断面図である。図１２に示すように、本実施形態のマルチコア光ファイバテープ１００は、２つのマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂを含んでいる。本実施形態において、これらマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂは、それぞれ３つのコアを有している。すなわち、マルチコア光ファイバテープ１００は、６つのコアを有している。これらマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂは同様の構成とされる。そこで、マルチコア光ファイバ１１０Ａの構成について説明する。本実施形態のマルチコア光ファイバ１１０Ａは、３つのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの外周面をクラッド１１２が隙間なく囲い、クラッド１１２の外周面を保護層１１３が被覆する構成とされる。コア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの断面の寸法及び形状はそれぞれ同一とされ、コア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃのクラッド１１２に対する比屈折率差はそれぞれ同一とされる。図１２の断面視において、コア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃは、略正三角形の頂点上に位置するように配置されている。
【０１０２】
マルチコア光ファイバテープ１００は、このようなマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂが並列された状態で一体化樹脂１２０によって一括して被覆されることによって形成される。図１１に示すように、この一体化樹脂１２０及びマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの保護層１１３は、マルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂの一方側の端面から一定の距離に渡って剥離されており、この剥離された部分においてマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれのクラッド１１２が露出されている。このクラッド１１２が露出された側のマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂの端面が、中間部材２０の端面２３に例えば光透過性の樹脂を介して固定されている。
【０１０３】
図１３は、マルチコア光ファイバテープ３００の長手方向に垂直な断面図である。図１３に示すように、本実施形態のマルチコア光ファイバテープ３００は、２つのマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂを含んでいる。本実施形態において、これらマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂは、それぞれ３つのコアを有している。すなわち、マルチコア光ファイバテープ３００は、６つのコアを有している。これらマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂは同様の構成とされる。そこで、マルチコア光ファイバ３１０Ａの構成について説明する。本実施形態のマルチコア光ファイバ３１０Ａは、３つのコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃの外周面をクラッド３１２が隙間なく囲い、クラッド３１２の外周面を保護層３１３が被覆する構成とされる。コア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃの断面の寸法及び形状はそれぞれ同一とされ、コア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃのクラッド３１２に対する比屈折率差はそれぞれ同一とされる。また、コア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃの断面の寸法及び形状は、マルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの断面の寸法及び形状と同一とされ、コア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃのクラッド３１２に対する比屈折率差は、マルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃのクラッド１１２に対する比屈折率差と同一とされる。
【０１０４】
図１３の断面視において、マルチコア光ファイバ３１０Ａのコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃは、略正三角形の頂点上に位置するように配置されている。ただし、図１２及び図１３に示すように、マルチコア光ファイバ３１０Ａの正三角形をなすコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃの配列と、マルチコア光ファイバ１１０Ａの正三角形をなすコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの配列とは異なっている。具体的には、コア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃがなす正三角形と、コア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃがなす正三角形とが互いに反対側を向くように、コア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃとが配置される。
【０１０５】
このようなマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂは、並列された状態で一体化樹脂３２０によって一括して被覆されている。図１１に示すように、この一体化樹脂３２０及びマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂのそれぞれの保護層３１３は、マルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂの一方側の端面から一定の距離に渡って剥離されており、この剥離された部分においてマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂのそれぞれのクラッド３１２が露出されている。このクラッド３１２が露出された側のマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂの端面が、中間部材２０の端面２２に例えば光透過性の樹脂を介して固定されている。
【０１０６】
以上のように、マルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの配列と、マルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂのコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃの配列とは、互いに異なっている。ここで、マルチコア光ファイバテープ１００の上記６つのコアを第１光導波路１１１と総称し、マルチコア光ファイバテープ３００の上記６つのコアを第２光導波路３１１と総称する。
【０１０７】
図１１に示すように、本実施形態の中間部材２０の内部には、上記第１光導波路１１１と上記第２光導波路３１１とに光学的に結合する第３光導波路２１として、２組の光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが形成されている。一方の組の光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、マルチコア光ファイバ１１０Ａのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとマルチコア光ファイバ３１０Ａのコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃとに光学的に結合し、他方の組の光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、マルチコア光ファイバ１１０Ｂのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとマルチコア光ファイバ３１０Ｂのコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃとに光学的に結合する。
【０１０８】
上記一方の組の光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃについて具体的に説明する。光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、それぞれ中間部材２０の内部に３次元的に形成されている。これにより、光導波路２１Ａはコア１１１Ａとコア３１１Ａとに光学的に結合し、光導波路２１Ｂはコア１１１Ｂとコア３１１Ｂとに光学的に結合し、光導波路２１Ｃはコア１１１Ｃとコア３１１Ｃとに光学的に結合する。なお、上記他方の組の光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃも同様に形成されるため、説明を省略する。
【０１０９】
このように、本実施形態に係る光学入出力デバイス１によれば、マルチコア光ファイバテープ１００の第１光導波路１１１の配列と、マルチコア光ファイバテープ３００の第２光導波路３１１の配列とが上述のように異なっていても、中間部材２０の第３光導波路２１を介して、第１光導波路１１１と第２光導波路３１１とが適切に光学的に結合され得る。
【０１１０】
本実施形態における光学入出力デバイス１は、第１実施形態と同様に、フェムト秒レーザＦＬの集光スポットＳＰを照射して中間部材２０に第３光導波路２１を形成することによって製造することができる。ただし、上述のように、第１光導波路１１１の各コアの形状及び寸法と、第２光導波路３１１の各コアの形状及び寸法とは同じとされ、第１光導波路１１１の各コアのクラッド１１２に対する比屈折率差と、第２光導波路３１１の各コアのクラッド３１２に対する比屈折率差とは同じとされる。このため、第１光導波路１１１を伝搬する光のモードフィールド径と、第２光導波路３１１を伝搬する光のモードフィールド径とは概ね等しい。よって、第１実施形態と異なり、必ずしも第３光導波路２１で光のモードフィールド径を変換しなくてもよい。すなわち、光導波路２１Ａ〜２１Ｄに第１実施形態で説明したような高屈折率部２１Ｈと低屈折率部２１Ｌとを形成しなくてもよい。
【０１１１】
以下、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具体的に説明する。
【０１１２】
まず、第１実施形態と同様に、配置工程ＰＳ２を行う。すなわち、クラッド３１２が露出された側のマルチコア光ファイバ３１０Ａ，３１０Ｂの端面を中間部材２０の端面２２に光透過性の樹脂を設けて、この樹脂を介してマルチコア光ファイバテープ３００を中間部材２０の端面２２側に固定する。また、クラッド１１２が露出された側のマルチコア光ファイバ１１０Ａ，１１０Ｂの端面を中間部材２０の端面２３に光透過性の樹脂を設けて、この樹脂を介してマルチコア光ファイバテープ１００を中間部材２０の端面２３側に固定する。
【０１１３】
次に、光導波路形成工程ＰＳ３を行う。本工程では、まず、集光スポットＳＰの寸法がコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ及びコア３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃと同じ大きさになるように、照射ヘッド９０の集光部９２を調整する。その後、中間部材２０の端面２２のうちマルチコア光ファイバ３１０Ａのコア３１１Ａと対向する部分に、集光スポットＳＰを位置させる。その後、中間部材２０の端面２３のうちマルチコア光ファイバ１１０Ａのコア１１１Ａと対向する部分まで、集光スポットＳＰを３次元的に移動させる。こうして、マルチコア光ファイバ３１０Ａのコア３１１Ａと、マルチコア光ファイバ１１０Ａのコア１１１Ａとに光学的に結合する光導波路２１Ａが、中間部材２０の内部に形成される。
【０１１４】
さらに２回の光導波路形成工程ＰＳ３を行って、中間部材２０の側面２７側に、マルチコア光ファイバ３１０Ａのコア３１１Ｂ，３１１Ｃと、マルチコア光ファイバ１１０Ａのコア１１１Ｂ，１１１Ｃとに光学的に結合する光導波路２１Ｂ，２１Ｃを形成する。
【０１１５】
さらに３回の光導波路形成工程ＰＳ３を行って、中間部材２０の側面２８側に、マルチコア光ファイバ３１０Ｂの３１１Ａ，コア３１１Ｂ，３１１Ｃと、マルチコア光ファイバ１１０Ｂのコア１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとに光学的に結合する光導波路２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを形成する。
【０１１６】
こうして、中間部材２０の内部に６本の光導波路が形成され、本実施形態における光学入出力デバイス１が製造される。
【０１１７】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、照射ヘッド９０と、不図示の制御部と、記憶部と、カメラとを有する照射装置によって行われてもよいし、必要に応じて、フェムト秒レーザＦＬのパワーを調整するアッテネータをフェムト秒レーザＦＬと集光部９２の間に配置しても良い。
【０１１８】
上述のように、マルチコア光ファイバテープでは、複数のマルチコア光ファイバが一体化樹脂によって固定されるため、マルチコア光ファイバテープのマルチコア光ファイバを個々に回転させることが難しい。このため、一方のマルチコア光ファイバテープにおけるマルチコア光ファイバのコアの配列と、他方のマルチコア光ファイバテープにおけるマルチコア光ファイバのコアの配列とが本実施形態のように相違する場合、両マルチコア光ファイバテープ同士を適切に光学的に結合させることが困難である。しかし、本実施形態によれば、上述のように、配置工程ＰＳ２の後に中間部材２０に第３光導波路２１を形成することができるため、マルチコア光ファイバテープ１００の各コアと、マルチコア光ファイバテープ３００の各コアとを、第３光導波路２１を介して適切に光学的に結合させ得る。
【０１１９】
なお、本実施形態では、第１光導波部品及び第２光導波部品の双方がマルチコア光ファイバテープである例を説明した。しかし、第１光導波部品及び第２光導波部品の少なくとも一方が複数のマルチコア光ファイバであってもよい。この場合、第１光導波部品の第１光導波路と、第２光導波部品の第２光導波路とを正確に調心しなくても、配置工程ＰＳ２の後に中間部材に第３光導波路を形成することで、第３光導波路を介して第１光導波路と第２光導波路とを適切に光学的に結合させ得る。
【０１２０】
また、本実施形態では、中間部材２０の両側にマルチコア光ファイバテープを配置する例を説明したが、中間部材２０の少なくとも一方側にシングルコア光ファイバテープを配置してもよい。この場合でも、光ファイバテープの各光ファイバを個々に回転させることが難しい。このため、一方の光ファイバテープにおける光ファイバのコアの配列と、他方の光ファイバテープにおける光ファイバのコアの配列とが相違する場合、両光ファイバテープ同士を適切に光学的に結合させることが困難である。しかし、本発明の光学入出力デバイスの製造方法によれば、上述のように、配置工程の後に中間部材に第３光導波路を形成できるため、第１光導波部品である光ファイバテープの各コアと、第２光導波部品である光ファイバテープの各コアとを適切に光学的に結合させ得る。
【０１２１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第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。
【０１２２】
図１４は、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１４に示すように、本実施形態に係る光学入出力デバイス１は、第１光導波部品が光回路基板１０の代わりに光ファイバ５１０とされ、第２光導波部品が光ファイバ３０の代わりに光ファイバ５３０とされ、中間部材５２０がガラスロッドとされる点において、第１実施形態に係る光学入出力デバイス１と主に異なる。
【０１２３】
本実施形態の光ファイバ５１０，５３０は、ともにシングルコア光ファイバとされる。光ファイバ５１０は、第１光導波路としてのコア５１１と、コア５１１を隙間なく囲うクラッド５１２と、クラッド５１２を被覆する保護層５１３とを主な構成として備える。保護層５１３は光ファイバ５１０の一方側の端面から一定距離だけ剥離されており、当該部分においてクラッド５１２が露出されている。この露出されたクラッド５１２の端面が、中間部材５２０の一方側の端面５２３に例えば融着により固定されている。光ファイバ５３０は、第２光導波路としてのコア５３１と、コア５３１を隙間なく囲うクラッド５３２と、クラッド５３２を被覆する保護層５３３とを主な構成として備える。保護層５３３は光ファイバ５３０の一方側の端面から一定距離だけ剥離されており、当該部分においてクラッド５３２が露出されている。この露出されたクラッド５３２の端面が、中間部材５２０の他方側の端面５２２に例えば融着により固定されている。
【０１２４】
本実施形態において、コア５１１及びコア５３１は同じ材料から形成され、クラッド５１２及びクラッド５３２は同じ材料から形成されるとともに概ね同じ径とされる。しかし、本実施形態では、コア５１１の径がコア５３１の径よりも大きくなっている。このように、コア５１１の径が大きくなっていることにより、コア５１１を伝搬する光のモードフィールド径は、コア５３１を伝搬する光のモードフィールド径よりも大きくされる。
【０１２５】
中間部材５２０は、クラッド５１２，５３２と概ね同じ直径を有している。中間部材５２０の内部には、コア５１１とコア５３１とに光学的に結合する第３光導波路５２１が形成されている。この第３光導波路５２１は、コア５３１と同じ大きさの径とされる小径部５２１Ａと、コア５１１と同じ大きさの径とされる大径部５２１Ｂとを有している。本実施形態では、大径部５２１Ｂの屈折率は、小径部５２１Ａの屈折率よりも小さくされる。したがって、小径部５２１Ａを伝搬する光のモードフィールド径よりも、大径部５２１Ｂを伝搬する光のモードフィールド径の方が大きい。ここで図１４には中間部材５２０として、円柱状の部材を示したが、中間部材５２０の側面の一部を平らに研磨することによって、フェムト秒レーザの焦点位置の調整を容易にし得る。
【０１２６】
したがって、上述のように、コア５１１を伝搬する光のモードフィールド径が、コア５３１を伝搬する光のモードフィールド径よりも大きい場合でも、この第３光導波路５２１を介して、コア５１１とコア５３１とが、結合損失が抑制された状態で光学的に結合される。
【０１２７】
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。
【０１２８】
まず、配置工程ＰＳ２を行う。具体的には、中間部材５２０の端面５２２に、クラッド５３２が露出された側の光ファイバ５３０の端面を融着する。また、中間部材５２０の端面５２３に、クラッド５１２が露出された側の光ファイバ５１０の端面を融着して固定する。こうして、中間部材５２０の両側に、光ファイバ５１０，５３０が配置される。
【０１２９】
次に、光導波路形成工程ＰＳ３を行う。まず、本工程では、端面５２２のうちコア５３１が融着されている部分に集光スポットＳＰが位置するように照射ヘッド９０を配置する。また、集光スポットＳＰの寸法がコア５３１の断面の寸法と概ね等しくなるように、照射ヘッド９０の集光部９２を調整する。
【０１３０】
その後、第１照射工程ＰＳ３１を行う。具体的には、図１５に示すように、集光スポットＳＰを中間部材２０の延在方向に沿って所定位置ＢＳまで移動させる。これにより、端面５２２から所定位置ＢＳまで延在する改質領域ＭＡが中間部材５２０内に形成される。
【０１３１】
次に、集光スポットＳＰを所定位置ＢＳに位置させた状態で、フェムト秒レーザＦＬのパワーを一定にしつつ、集光スポットＳＰの寸法を、コア５１１の断面の大きさと概ね等しい寸法まで大きくする。
【０１３２】
次に、第２照射工程ＰＳ３２を行う。具体的には、図１６に示すように、所定位置ＢＳから、中間部材５２０の端面５２３のうちコア５１１が融着されている部分まで、集光スポットＳＰを中間部材２０の延在方向に沿って移動させる。これにより、改質領域ＭＡが端面５２３まで延長され、中間部材５２０の内部に光導波路５２１が形成される。
【０１３３】
この光導波路５２１のうち端面５２２から所定位置ＢＳまでの区間は、第１照射工程ＰＳ３１により形成された区間であり、コア５３１と概ね等しい径を有する小径部５２１Ａとされる。一方、光導波路５２１のうち所定位置ＢＳから端面５２３までの区間は、第２照射工程ＰＳ３２により形成された区間であり、コア５１１と概ね等しい径を有する大径部５２１Ｂとされる。また、第２照射工程ＰＳ３２では、フェムト秒レーザＦＬのパワーが一定とされて集光スポットＳＰが大きくされるため、所定位置ＢＳから端面５２３までの区間における集光スポットＳＰの光のエネルギー密度は、端面５２２から所定位置ＢＳまでの区間における集光スポットＳＰの光のエネルギー密度よりも小さい。このため、大径部５２１Ｂの屈折率は、小径部５２１Ａの屈折率よりも低くなる。こうして、大径部５２１Ｂにおける光のモードフィールド径が、小径部５２１Ａにおける光のモードフィールド径よりも大きくなる。したがって、この製造方法によれば、所定の大きさのモードフィールド径を有するコア５３１と、コア５３１よりも大きなモードフィールド径を有するコア５１１とを、第３光導波路５２１を介して、結合損失が抑制された状態で結合させ得る光学入出力デバイス１を製造し得る。
【０１３４】
なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、照射ヘッド９０と、不図示の制御部と、記憶部と、カメラとを有する照射装置によって行われてもよいし、必要に応じて、フェムト秒レーザＦＬのパワーを調整するアッテネータをフェムト秒レーザＦＬと集光部９２の間に配置しても良い。
【０１３５】
また、本実施形態では、光導波路５２１に小径部５２１Ａと大径部５２１Ｂとを形成する例を説明した。しかし、例えば図１７に示すように、中間部材５２０の端面５２２から端面５２３に向かって次第に拡径するテーパ状の光導波路を中間部材５２０に形成してもよい。この場合でも、所定の大きさのモードフィールド径を有するコア５３１と、コア５３１よりも大きなモードフィールド径を有するコア５１１とを、第３光導波路５２１を介して、結合損失が抑制された状態で結合させ得る光学入出力デバイス１を構成し得る。
【０１３６】
また、本実施形態では、コア５１１，５３１の径が相違する場合を説明した。しかし、コア５１１，５３１の径及びモードフィールド径が概ね等しい場合でも、例えば図１８に示すように、コア５１１の位置とコア５３１の位置とがずれている場合には、配置工程ＰＳ２の後に光導波路形成工程ＰＳ３を行うことで、コア５１１とコア５３１とが適切に光学的に結合された光学入出力デバイス１を製造し得る。
【０１３７】
また、本実施形態では、光ファイバ５１０，５３０がシングルコア光ファイバである例を説明したが、光ファイバ５１０，５３０の一方のみがシングルコア光ファイバであり、他の一方が他の種類の光導波路部品であってもよい。
【０１３８】
以上、本発明について、第１〜第３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。
【０１３９】
例えば、第１〜第３実施形態では、第１光導波部品の光導波路と第２光導波部品の光導波路とが同数の場合を説明した。しかし、第１光導波部品の光導波路の数と、第２光導波部品の光導波路の数とが同じである必要はない。以下、このような例について説明する。図１９に示す光学入出力デバイス１は、第１光導波部品としての第１実施形態における光回路基板１０と、第２光導波部品としての光ファイバ３０と、中間部材２０とを主な構成として備える。この光ファイバ３０は、シングルコア光ファイバとされる。したがって、この例では、光回路基板１０の光導波路の数と、光ファイバ３０の光導波路の数とが異なっている。しかし、このように光導波路の数が異なっている場合でも、光導波路形成工程ＰＳ３において、フェムト秒レーザＦＬの走査方向を調整することによって、４つに分岐する第３光導波路２１を中間部材２０の内部に形成し得る。具体的には、例えば、光導波路を端面２２側から端面２３側に向かって分岐させてもよいし、端面２３側から端面２２側に向かって分岐させてもよい。また、光導波路を端面２２の所定の箇所から分岐させてもよいし、端面２３の所定の箇所から分岐させてもよいし、あるいは、中間部材２０の内部の所定の箇所から分岐させてもよい。また、本実施形態では、端面２２側で１本であった導波路を端面２３側で４本にするように導波路の分岐箇所は３か所となっている。しかし、分岐箇所の数はこれに限定されない。例えば、第１光導波部品及び第２光導波部品のうち光導波路を多く有する方の当該光導波路の数をＮ、光導波路が少ない方の当該当導波路の数をｎとすると、分岐箇所の数をＮ−ｎとしてもよい。こうすることで、中間部材２０の端面２２に固定された光ファイバ３０の１つのコアと、端面２３に固定された光回路基板１０の４つの光導波路１４Ａ〜１４Ｄとを適切に光学的に結合させ得る。つまり、このような光学入出力デバイス１によれば、第３光導波路２１を介して、１つのコアを伝搬してきた光を４つの光導波路１４Ａ〜１４Ｄのすべてに伝搬させ得る。あるいは、４つの光導波路１４Ａ〜１４Ｄを伝搬してきた光のすべてを、１つのコアに伝搬させ得る。
【０１４０】
また、第１〜第３実施形態では、例えば図２に示すように、第１光導波路と第２光導波路と第３光導波路とが概ね同一方向に延びるように、第１光導波部品と第２光導波部品とが中間部材に固定された例を説明した。しかし、例えば、上記中間部材２０の側面と上面とに光導波部品を固定してもよい。具体的には、例えば図２０に示すように、中間部材２０の端面２２に４つのコアを有する１つのマルチコア光ファイバを固定し、中間部材２０の上面２９に４つのシングルコア光ファイバを固定してもよい。なお、図２０では、理解を容易にするために、マルチコア光ファイバとシングルコア光ファイバの図示が省略されている。この場合、上記光ファイバをそれぞれ固定した後に、フェムト秒レーザＦＬを走査して、端面２２から上面２９に向かって延びる４つの光導波路２１Ａ〜２１Ｄを中間部材２０に形成する。こうすることで、端面２２に固定されたマルチコア光ファイバの４つのコアと、上面２９に固定された４つのシングルコア光ファイバのそれぞれのコアとを適切に光学的に結合させ得る。また、中間部材２０の端面２２、端面２３、及び上面２９に光導波部品を配置した上で、これら３つの光導波部品に光学的に結合する光導波路を中間部材２０に形成してもよい。
【０１４１】
また、第１〜第３実施形態に係る光学入出力デバイスの製造方法では、レーザ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、中間部材の特定の領域の材料の状態を改質して中間部材の内部に３次元的に光導波路を描くことが可能なレーザであれば、フェムト秒レーザ以外のレーザを使用してもよい。例えば、このようなレーザとして、パルスの時間幅が１０-12秒程度とされるピコ秒レーザを挙げることができる。
【０１４２】
なお、上記第１光導波部品及び上記第１光導波路と、上記第２光導波部品及び上記第２光導波路との呼び方を逆にしてもよい。例えば、上記第１実施形態では、光回路基板１０を第１光導波部品とし、光導波路１４Ａ〜１４Ｄを第１光導波路とし、一方、光ファイバ３０を第２光導波部品とし、コア３１Ａ〜３１Ｄを第２光導波路として説明したが、光回路基板１０と光導波路１４Ａ〜１４Ｄとをそれぞれ第２光導波部品と第２光導波路と呼び、光ファイバ３０とコア３１Ａ〜３１Ｄとをそれぞれ第１光導波部品と第１光導波路と呼んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
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を適切に光学的に結合させ得る光学入出力デバイスの製造方法及び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光学入出力デバイス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】
【０１４４】
１・・・光学入出力デバイス
１Ａ・・・アセンブリ
１０・・・光回路基板（第１光導波部品）
１１・・・基板
１２・・・上側クラッド層
１３・・・下側クラッド層
１４・・・第１光導波路
１４Ａ〜１４Ｄ・・・光導波路
２０・・・中間部材
２１・・・第３光導波路
２１Ａ〜２１Ｄ・・・光導波路
２１Ｈ・・・高屈折率部
２１Ｌ・・・低屈折率部
２４・・・クラッド部
３０・・・光ファイバ（第２光導波部品）
３１・・・第２光導波路
３１Ａ〜３１Ｄ・・・コア
９０・・・照射ヘッド
９１・・・レーザ生成部
９２・・・集光部
１００・・・マルチコア光ファイバテープ（第１光導波部品）
１１０Ａ，１１０Ｂ・・・マルチコア光ファイバ
１１１・・・第１光導波路
１１１Ａ〜１１１Ｃ・・・コア
３００・・・マルチコア光ファイバテープ（第２光導波部品）
３１０Ａ，３１０Ｂ・・・マルチコア光ファイバ
３１１・・・第２光導波路
３１１Ａ〜３１１Ｃ・・・コア
５１０・・・光ファイバ（第１光導波部品）
５１１・・・コア（第１光導波路）
５２０・・・中間部材
５３０・・・光ファイバ（第２光導波部品）
５３１・・・コア（第２光導波路）
ＰＳ１・・・準備工程
ＰＳ２・・・配置工程
ＰＳ３・・・光導波路形成工程
ＦＬ・・・フェムト秒レーザ
ＳＰ・・・集光スポット
【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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