(57)【要約】  従来、ＰＬＣ基板端面から出射する光信号を他のバルク光学部品などと光学接続する構造は複雑で、組立および調整にも手間が掛かるという問題があった。光信号処理装置の製造および組み立てが簡単で、より簡易な構造の光回路が要請されていた。ＰＬＣの出射端面における戻り光防止のため、端面に傾斜を持たせて研磨をした構造において、空間光学系の光結合損失が増加する問題もあった。本発明の光回路は、ＰＬＣの傾斜した端面にレンズを接着することにより、簡易な構成でバルク光学部品や他のＰＬＣとの低損失な光結合を得ることができる。また、同一の傾斜端面上に露出した異なるコア開口部に、それぞれレンズ部品と光ファイバ部品とを接着することにより、１つの端面において、ＰＬＣに対する光信号の入出力を行なうことができる。
2009063986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を空間との間で入出力する光回路であって、
基板と、前記基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層中に形成された少なくとも１本以上の光導波路コアとを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）において、
前記少なくとも１本以上の光導波路コアが前記空間との間で前記光信号を入出力する傾斜研磨端面と、
前記傾斜研磨端面上に接着され、前記少なくとも１本以上の光導波路コアの開口面からのまたは開口面への光信号をコリメートまたは集光するレンズと、
前記傾斜研磨端面と前記レンズの接着面との間を充たす接着層と
を備えたことを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記接着層の厚さは、１０〜１００μｍ範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記レンズは、前記傾斜研磨端面側を平面とする平凸レンズまたはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項４】
前記接着層の屈折率は、１．３以上１．６以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項５】
前記ＰＬＣの前記基板面の上方で前記開口面の近傍に配置され、前記傾斜端面から連続的に延長された傾斜研磨端面を形成する補強部材をさらに備え、前記延長された傾斜研磨端面および前記レンズは前記接着層によって接着され、前記延長された傾斜研磨端面の前記基板厚さ方向の幅は、前記延長された傾斜研磨端面に接着剤を介して対向する前記レンズの接着面の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項６】
前記ＰＬＣの前記傾斜端面の延長上に開口部を持つ他の光導波路コアと光学的に接続する光ファイバをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光回路。  
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの光回路と、
複数の要素素子を有し、前記要素素子の各々が前記光回路からの光信号に対して信号処理をする光信号処理素子を少なくとも含む空間光学部品とを備え、
前記空間光学部品における前記光信号の集光位置と前記光回路の配置位置とが調整されていることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項８】
前記空間光学部品は、前記光回路と前記光信号処理素子との間の光路に配置された少なくとも１つの集光レンズを含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
前記ＰＬＣは、スラブ導波路およびアレイ導波路を含み、前記アレイ導波路の端面が前記開口面を形成していることを特徴とする請求項７に記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理に用いる光回路に関する。より詳細には、バルク光学部品を含む光信号処理装置の光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークの高速化、大容量化が進み、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）された光信号の処理に代表されるような光信号処理を行なう装置へのニーズが高まっている。例えば、多重化された光信号を光−電気変換を経ないで、光信号のままノードで経路切り替えする機能が要請されている。そうすることよって、ネットワークのトランスペアレント化が進められている。【０００３】
一方、光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、導波路型光回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の開発研究が進められている。ＰＬＣでは、例えばシリコン基板上に石英ガラスを材料としたコアを形成して１つのＰＬＣチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスを実現している。さらには、複数のＰＬＣチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理部品（装置）も登場している。【０００４】
例えば、特許文献１には、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed-waveguide grating）などを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）と液晶素子などの空間変調素子を組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたＰＬＣ、コリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。【０００５】
ＰＬＣを用いた光信号処理装置においては、様々なバルク光学部品とＰＬＣと、またはＰＬＣ同士を光学的に接続する必要がある。一般的に、空間光学系においてバルク光学部品等を光学接続するにあたっては、空間を伝搬する光信号が拡がって損失が生じないように光信号をコリメート光（平行光）にして光信号の入出力を行なう必要がある。また、コリメート光は、バルク光学部品の光学特性に応じて、適切な所定のビーム径となるようにしなければならない。このため、例えばコリメートレンズなどが使用されている。【０００６】
図１０は、ＰＬＣを用いた従来の光信号処理装置の構成の一部を示す図である。ＰＬＣの基板端面からの出射光をコリメートするために、シリンドリカルレンズを用いる構成を示している。図１０の光信号処理装置は、光学調心用基板１０６を基準として、光学部品を順番に調心固定する構造となっている。ＰＬＣ１０１、シリンドリカルレンズ１０２は、例えばステンレス板のような金属板、または金属枠に、かしめまたは低融点ガラス、半田もしくは接着剤等により、光学調心用部材１０３ａ、１０３ｂ、１０４に固定されている。ここで光学調心用部材１０３ａと光学調心用部材１０３ｂとは、一体の部材であってもよい。図１０では、側面部分はシリンドリカルレンズ１０２が見えるように省略してあり、側面部分にも部材があってもよい。上記のＰＬＣ１０１およびシリンドリカルレンズ１０２は、各々、金属製の台座１０５ａ、１０５ｂに固定されている。台座１０５ａ、１０５ｂは光学調心用基板１０６の上でスライドして平面上の位置を調整することが可能であり、高さおよび向きもある程度調整可能なようなジョイント部が設けられている。ＰＬＣに入力された光信号１００は、シリンドリカルレンズ１０２を介して、コリメート光として出力される。【０００７】
上述の従来技術の構成では、光信号処理装置の組立工程として、ＰＬＣ１０１およびレンズ１０２等を光学調心用部材１０３ａ、１０３ｂ、１０４に接着剤などで固定する工程と、これらの光学調心用部材を台座１０５ａ、１０５ｂに固定する工程と、さらにこれらの台座を光学調心用基板１０６に固定調整する工程とが必要となる。場合によっては、台座をＹＡＧ溶接などで光学調心用基板に固定する必要もある。これらの各工程作業は、複雑で時間が掛かる。【０００８】
また、上述のような空間光学系の構成では、光信号の出射端が空間に露出するため、レンズ１０２およびＰＬＣ１０１の出射端面に反射防止膜を形成する必要がある。ＰＬＣ１０１の出射端面およびレンズの間に結露やゴミが付着する場合もあり、さらに全体の機構部材の重量に応じて、振動を考慮した機構設計が必要となる。さらに、ＰＬＣの出射端面における戻り光の発生の防止のため、端面に傾斜を持たせて研磨加工をする場合には、次のような光結合損失が発生する問題があった。【０００９】
図１１は、従来技術のＰＬＣ端面近傍における出射光の様子を基板側面から見た図である。ＰＬＣ１０１の端面は、ＰＬＣ基板の上面方向にわずかに傾斜させてその端面を研磨してある。ＰＬＣ基板のこの傾斜端面から光信号が出射する場合、レンズまでに空気の間隙があると、通常の非球面レンズを用いても補正ができない上下非対称のビーム形状歪みが生じる。図１１では、このビーム形状歪みは、光路を表示した矢印線において、レンズの中心を通る光路の光信号が水平に進んでいるのに対して、レンズの周辺部を通る上下の光路の光信号が水平よりも上向きに進んでいることにより、示されている。このため、ＰＬＣ導波光と空間ガウスビームの結合効率が低下し、過剰な光結合損失が生じる。【００１０】
以上に述べたように、従来技術のＰＬＣの基板端面から出射する光信号を他のバルク光学部品などと光学接続する構造は、複雑で組立工程に時間がかかり調整にも手間が掛かる問題があった。光信号処理装置の製造および組み立てが簡単で、より簡易な構造の光回路が要請されていた。さらに、ＰＬＣの出射端面における戻り光の発生の防止のために、端面に傾斜を持たせて研磨をした構造において、空間光学系における光結合損失が増加する問題もあった。【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、より簡単な構成の光回路によりＰＬＣの基板端面から出射する光信号を他のバルク光学部品などと光学接続し、組立作業および調整工程がより簡易な光信号処理装置を実現することにある。さらに、傾斜端面によるＰＬＣ導波光と空間ガウスビームの結合効率の低下を防ぎ、空間光学系における光結合損失を減らすことにある。【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２５０８２８号公報（第１６頁、１９頁、第２０図、第２７図、第２９Ｄ図など）
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、光信号を空間との間で入出力する光回路であって、基板と、前記基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層中に形成された少なくとも１本以上の光導波路コアとを含む導波路型光回路（ＰＬＣ）において、前記少なくとも１本以上の光導波路コアが前記空間との間で前記光信号を入出力する傾斜研磨端面と、前記傾斜研磨端面上に接着され、前記少なくとも１本以上の光導波路コアの開口面からのまたは開口面への光信号をコリメートまたは集光するレンズと、前記傾斜研磨端面と前記レンズの接着面との間を充たす接着層とを備えたことを特徴とする光回路である。
【００１４】
好ましくは、前記接着層の厚さは、１０〜１００μｍ範囲とすることができる。
【００１５】
また、好ましくは、前記レンズは、前記傾斜研磨端面側を平面とする平凸レンズまたはシリンドリカルレンズとすることができる。また、前記接着層の屈折率は、１．３以上１．６以下の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、前記ＰＬＣの前記基板面の上方で前記開口面の近傍に配置され、前記傾斜端面から連続的に延長された傾斜研磨端面を形成する補強部材をさらに備え、前記延長された傾斜研磨端面および前記レンズは前記接着層によって接着され、前記延長された傾斜研磨端面の前記基板厚さ方向の幅は、前記延長された傾斜研磨端面に接着剤を介して対向する前記レンズの接着面の幅よりも狭いことが好ましい。レンズへの接着層の材料の回り込みを防止できる。
【００１７】
さらに本発明の別の態様によれば、前記ＰＬＣの前記傾斜端面の延長上に開口部を持つ他の光導波路コアと光学的に接続する光ファイバをさらに備えることができる。光信号処理装置内における部品配置干渉の制限を抑えることができる。
【００１８】
また、本発明は、上述の光回路とともに、複数の要素素子を有し、前記要素素子の各々が前記光回路からの光信号に対して信号処理をする光信号処理素子を少なくとも含む空間光学部品を備え、前記空間光学部品における前記光信号の集光位置と前記光回路の配置位置とが調整されている光信号処理装置に適用できる。
【００１９】
好ましくは、前記空間光学部品は、前記光回路と前記光信号処理素子との間の光路に配置された少なくとも１つのレンズを含むことができる。また、前記ＰＬＣは、スラブ導波路およびアレイ導波路を含み、前記アレイ導波路の端面が前記開口面を形成しているのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、空間光学系と光結合させる本発明の光回路の構造図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、空間光学系と光結合させる本発明の光回路の断面構造図である。
【図２Ａ】図２Ａは、空間光学系と光結合させる本発明の光回路の出射端面近傍の拡大図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来技術における空気の空隙を持つ傾斜端面の近傍の媒質の屈折率の変化を概念的に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の光回路の構成の傾斜端面の近傍の媒質の屈折率の変化を概念的に示す図である。
【図３】図３は、ＰＬＣおよびレンズ間の距離と光結合損失との関係を示すである。
【図４】図４は、接着層厚をパラメータとした挿入損失の時間変動量を示した図である。
【図５】図５は、接着層厚をパラメータとした偏波依存損失の温度特性を示した図である。
【図６】図６は、本発明の光回路の他の実施形態の断面構造図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態の光回路の構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の光回路を含む光信号処理装置の構成を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の光回路を含む光信号処理装置の構成を示す上面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の光回路を含む光信号処理装置の構成を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本本発明の光回路および光ファイバを同一端面に含む光信号処理装置における配置干渉を抑える効果を説明する図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、対比のため、本発明の光回路および光ファイバを異なる端面に含む光信号処理装置における配置干渉を説明する図である。
【図１０】図１０は、ＰＬＣを用いた光信号処理装置の構成の一部を示す図である。
【図１１】図１１は、従来技術のＰＬＣ端面近傍における出射光の様子を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の光回路は、ＰＬＣの傾斜した端面にレンズを接着することにより、簡易な構成でバルク光学部品や他のＰＬＣとの光結合を得ることができる。
【実施例１】
【００２２】
図１Ａおよび図１Ｂは、空間光学系と光結合させる本発明の光回路の構造図である。図１Ａは、光回路の斜視図であり、この光回路は、光信号処理装置内においてＰＬＣ２０と、他のバルク光学部品または他のＰＬＣとを光結合させる機能を持つ。ＰＬＣ２０は、基板２の上に形成された光導波路層３からなる。一般に、光導波路層３は、クラッド層とその内部に形成され屈折率がわずかに異なる光導波路コア層とを含む。光導波路層３内には、実現する光信号処理機能に応じて、光導波路コアによって例えばアレイ導波路が形成される。【００２３】
ＰＬＣ２０の入力導波路１０へは、光ファイバ１が接続される。ＰＬＣ２０に含まれる光信号処理の機能には何ら限定がない。ＰＬＣ２０が、例えば分波器の機能を持つものであればＡＷＧを含み、複数の出力導波路４を持つ。ＰＬＣ２０において信号処理された光信号は、基板端面Ａの出力導波路４から図１Ａの右方向へ向かって出射し、他のバルク光学部品や他のＰＬＣと光結合する。【００２４】
ＰＬＣ２０の導波路層３面上で光信号出射端面Ａの近傍には、補強部材５が設置され、出射端面と補強部材５とは、連続した１つの傾斜端面を形成している。この傾斜端面上を、出力導波路１０のコア開口部を覆うようにシリンドリカルレンズ６が密着して接着されている。【００２５】
図１Ｂは、光回路を基板側面から見た側面図である。補強部材５の斜面とＰＬＣ２０の端面は同一面内にあり、シリンドリカルレンズは基板面に対する垂直面よりわずかにＰＬＣ側に傾斜している。傾斜角度は、垂直面から例えば８°である。出射端面を斜めに研磨していることにより、端面における反射光の影響（戻り光）を低減する効果がある。【００２６】
補強部材５は、ガラスで構成され、導波路層３の表面に接着剤により接着固定する。接着剤は、屈折率が基板の石英と整合するもので、例えば、紫外線硬化型接着剤である。【００２７】
図２Ａは、空間光学系と光結合させる本発明の光回路のＰＬＣ出射端面近傍の拡大図である。図２Ａからわかるように、基板２から導波路層３、補強部材５へ１つの斜面を形成するように端面が研磨されている。シリンドリカルレンズ６と研磨面との間に、接着層７がある。【００２８】
図２Ｂは、従来技術における空気の空隙を持つ傾斜端面の近傍で、光路を含む媒質の屈折率の変化を概念的に示している。従来技術の構成では、光信号は、概ね同じ屈折率ｎを持つ導波路層３とレンズ６との間で、屈折率１の空気が介在した光路を進む。一方、図２Ｃに示した本発明の光回路の構成では、光導波路とレンズとの間をほぼ同一の屈折率ｎを持つ接着層７を介在させることによって、光信号は、コリメート光となるまでの間、すべての光路が屈折率差のほとんどない媒質により充たされた光路を進む。【００２９】
図３は、導波路層およびレンズ間の距離と光結合損失との関係を示す図である。導波路層およびレンズ間が空気（ｎ＝１）の場合と、接着剤（ｎ＝１．３）の場合を示した。導波路層およびレンズ間の接着剤が石英と等しい屈折率（ｎ＝１．４５）の場合は、光結合損失は０ｄＢである。ここで、従来技術によるレンズとＰＬＣ傾斜端面との間に１．８ｍｍの間隙がある場合と、レンズが接着層７を介して傾斜端面上に接着された場合のＰＬＣ導波光と空間ガウスビームの結合効率をそれぞれ比較すると、本発明の光回路により過剰損失を１ｄＢ以上改善できることがわかった。ただし、レンズは非球面シリンドリカルレンズ（ｆ＝２．４３ｍｍ）として計算した。【００３０】
図３からわかるように、導波路層およびレンズの間の屈折率を１．３とした場合でも、距離が１．８ｍｍ以内の範囲で、光結合損失は経験上、問題の無い０．１ｄＢ以下に抑えられる。光結合損失の大きさは、おおよそ導波路層と接着剤との屈折率差で決まるため、接着剤７の屈折率を概ね１．３から１．６の範囲とすれば、一般的に要求される測定精度の０．１ｄＢ以下にまで過剰損失を減らすことができる。以上のように、光信号のＰＬＣからの出射端面を斜面とすることにより、端面における戻り光の影響を低減させるとともに、レンズをＰＬＣ傾斜面に接着することにより、ＰＬＣ導波光と空間ガウスビームの結合効率の低下によって生じる過剰損失の増大を抑えることができる。また、ＰＬＣとレンズとの間の屈折率を空気より大きくすることができるので、焦点位置の許容誤差を広くとることができる。つまり、ＰＬＣの外で光結合させるバルク光学部品の位置のトレランスを緩和することができる。【００３１】
本実施例では、ＰＬＣの傾斜端面に接着するレンズは、ＰＬＣ基板の垂直方向について集光作用を持つシリンドリカルレンズを例とした。しかし、シリンドリカルレンズの代わりに、レンズの片面が平坦である平凸レンズを用いて、その平面とＰＬＣの傾斜端面とを接着層を介して接着することもできる。【００３２】
次に、信頼性および偏波依存損失（ＰＤＬ：polarization dependent loss）の観点から、本発明の光回路における接着層の厚さについてその最適値の範囲を検討する。【００３３】
図４は、接着層の厚さをパラメータとした接着層を挿入したことに起因する損失（以下、挿入損失と呼ぶ）の時間変動量を示した図である。横軸には、接着剤の硬化後および、高温高湿試験（８５℃、８５％Ｒｈ）の経過時間（ｈ）を示し、縦軸には、接着硬化前の被試験ＰＬＣの挿入損失値を基準として、挿入損失の増加量（ｄＢ）を示している。接着層の厚さをパラメータとして、５〜１５０μｍの範囲で変化させている。被試験ＰＬＣのレイアウトは、直線導波路であり、光の入射側には光ファイバを接続し、出射側にはシリンドリカルレンズを接着固定した。光ファイバとシリンドリカルレンズを接続するＰＬＣの端面は、それぞれ斜め８°に研磨されている。ＰＬＣ回路は、１５×１５ｍｍ、基板厚は１ｍｍ、導波路コアサイズは６×６μｍとし、シリンドリカルレンズは、材質をＢＫ７、大きさは１２×２×２８（ｍｍ）とした。【００３４】
図４からわかるように、接着層厚が５μｍの場合は、高温高湿試験の１６８時間経過後に、挿入損失は１ｄＢ以上増加した。これは、接着層が薄いため、光導波路とレンズとの間の熱歪みを吸収できなくなって生じた接着層の剥離によるものである。一方、接着層厚が１５０μｍの場合は、接着剤の硬化後に最も大きな損失増加があり、高温高湿試験の時間経過とともに損失変動量が増える。これは、接着層の厚さが増えるに従って、硬化時の収縮量が増えるとともに、高温高湿試験による接着剤の歪み量も大きいためと考えられる。図４より、挿入損失の変動幅が経験上問題とならない０．５ｄＢ以内となる接着層厚は、１００μｍ以下である。したがって、耐温度耐湿特性および許容損失変動幅の観点から、接着層厚は１０〜１００μｍの範囲が好適である。【００３５】
図５は、接着層の厚さをパラメータとした偏波依存損失の温度変動量を示した図である。横軸には温度（℃）を示し、縦軸には被試験ＰＬＣの偏波依存損失（ＰＤＬ）を示し、パラメータとして、接着層の厚さを５〜１５０μｍの範囲で変化させている。被試験ＰＬＣは、大きさが１５×１５（ｍｍ）、基板厚が１ｍｍ、導波路コアサイズが６×６μｍ、出射光のスポットサイズは波長１５５０ｎｍにおいて４μｍである。ＰＬＣのレイアウトは、図４の場合と同様である。【００３６】
図５からわかるように、接着層厚が５μｍの場合は、ＰＤＬの温度変動が顕著である。光導波路とレンズとの熱膨張係数の差による応力によって、レンズの複屈折が増加するためと考えられる。一方、接着層厚が１０μｍ以上であれば、光導波路とレンズの熱膨張係数の差による応力が緩和する効果があり、ＰＤＬが経験上問題とならない０．１ｄＢ以内となる。以上より、本発明の光回路における接着層厚は、１０〜１００μｍが最も好適な範囲となる。【００３７】
次に、シリンドリカルレンズの接着面とＰＬＣの接着面との関係に着目した別の実施形態について説明する。
【実施例２】
【００３８】
図６は、本発明の別の実施形態に係る空間光学系と光結合させる光回路の構造図である。図１Ｂで示した実施形態の側面図とほぼ同様に、本実施形態も、導波路層３を含むＰＬＣ基板２および補強部材５が形成する傾斜端面と、シリンドリカルレンズ６とが接着された構造を持つ。本実施形態は、接着面における基板の厚さ方向の幅に関して、ＰＬＣ側の接着面の幅ＷＰが、シリンドリカルレンズ側の接着面の幅ＷＬよりも狭くなるようにしている点に特徴がある。このような構成とすることによって、２つの接着面の間に塗布された接着剤が、光を通すシリンドリカルレンズの凸面部分に回り込むのを防いでいる。接着剤がシリンドリカルレンズの凸面側へ回り込むと、予期しない散乱、屈折によって所望の光学特性が得られなくなる。【００３９】
図６においては、接着面における基板２に垂直な方向（基板の厚さ方向）の幅についての条件を示したが、シリンドリカルレンズ６の長辺方向の長さについても、同様にシリンドリカルレンズの接着面の長さが、ＰＬＣ側の接着面の長さよりも長い方が良い。ただし、シリンドリカルレンズの長辺の長さが、光導波路コアが形成されている領域よりも十分に長いために、基板の厚さ方向に比べて接着剤の回り込みの影響が少ないので、必ずしも基板２の辺より長くする必要はない。【００４０】
以下、具体的な構成例を示す。ＰＬＣ基板の厚さを１ｍｍ、補強部材の厚さを１．５ｍｍとする。端面の傾斜角度を８°とすると、基板側の端面の幅ＷＰは概ね２．５ｍｍとなる。このときのシリンドリカルレンズの幅を４ｍｍとすることができる（典型的にはシリンドリカルレンズの長辺の長さ１２ｍｍ、凸面の高さは３．５ｍｍ）。図６に示したように、接着面の上方にシリンドリカルレンズがはみ出した距離をＷ１、下方にはみ出した距離をＷ２としたとき、シリンドリカルレンズの幅ＷＬは、次式で表される。
ＷＬ＝ＷＰ＋Ｗ１＋Ｗ２            式（１）
実験結果から、一般的なエポキシ系などの光学用接着剤の場合は、Ｗ１、Ｗ２ともに３００μｍ以上とするのが望ましい。ただし、Ｗ１、Ｗ２の値は、接着剤の粘性と被着物の濡れ性に依存して決定されるので、接着剤の種類によっては、Ｗ１、Ｗ２ともに１００μｍ以上であれば、前述の一般的なエポキシ系などの光学用接着剤の場合と同様となる。【００４１】
図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る空間光学系と光結合させる光回路の構造図である。本実施形態は、図１に示した構成の光回路による空間光学系との結合と光ファイバとの接続とを、同一のＰＬＣの端面で行なう点に特徴がある。図７に示すように、ＰＬＣ２０の１つの端面に補強部材５が設置され、基板２から導波路層３および補強部材５へかけて、１つの傾斜端面（Ａ点）を形成している。この端面上の出力導波路４のコア開口部を覆うように、シリンドリカルレンズ６が接着されている。一方、同一の傾斜端面上で、導波路層３の異なる位置にコア開口部を持つ入力導波路１０に対して、Ｖ溝基板８により保持された光ファイバ１が接続される。光ファイバ１は、ファイバ押え９およびＶ溝基板８とともに、傾斜端面に接着されている。【００４２】
本実施形態の光回路は、以下の手順で作製される。まず、光信号の入出力を行なう端面近傍で、光導波路層の表面に補強部材を接着固定する。次に、光ファイバおよびレンズを接着する端面を研磨する。さらに、光ファイバとＰＬＣ端面を調心した後に、紫外線硬化型接着剤によって、ＰＬＣとＶ溝基板を接着する。さらに、レンズと光導波路を調心し、紫外線硬化型接着剤によって、ＰＬＣ端面とレンズを接着する。【００４３】
本実施形態によれば、同一の傾斜端面上に露出した異なるコア開口部に、それぞれレンズと光ファイバとを接着することにより、ＰＬＣに対する光信号の入出力を１つの端面において行なうことができる。そのため、光信号処理装置の中で、他のＰＬＣまたはバルク光学部品とコンパクトに集積することができる。従来技術の１つの方向に沿って光信号が流れ、２ヶ所の端面で光信号を入出力する構成と比べて、組み立ておよび調整作業も大幅に簡略化することができる。また、ＰＬＣの研磨加工作業も１箇所で済むため、経済的である。さらに、光ファイバとＰＬＣとのわずかな軸ずれによって生じる漏れ光が他の端面にあるレンズに結合することを防止することができる。次に、本発明の光回路を光信号処理装置に応用した実施形態について説明する。
【実施例３】
【００４４】
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、本発明の光回路を含む光信号処理装置の構成を示す図である。図８Ａは、本装置の斜視図を示し、図８Ｂおよび図８Ｃは、それぞれ本装置の上面図および光軸を含む断面図を示す。光信号処理装置は、信号処理素子の構成や機能などによって様々な信号処理機能を実現できるが、ここでは波長ブロッカを例として説明する。【００４５】
図８Ａを参照すれば、光信号処理装置は、ＡＷＧを含むＰＬＣ基板３０と、点線３９で示された光路上に配置された第１の集光レンズ３５、第２の集光レンズ３６、信号処理素子３７およびミラー３８かならなるバルク光学部品とから構成されている。ＰＬＣ基板３０上には、入出力導波路１０、スラブ導波路３１およびアレイ導波路３２などからなるＡＷＧが形成されている。ＡＷＧは、通常、シリコンまたは石英などの基板上に形成される。ＰＬＣ基板３０の１つの辺上に、光ファイバ３３と接続される導波路１０から繋がる導波路端と、アレイ導波路３２から繋がる複数の導波路端とが形成されている。【００４６】
光ファイバ３３は、光ファイバ部品３４によって導波路１０と接続されている。光ファイバ部品３４は、光ファイバ３３をガラスＶ溝基板上に配置してガラス板で押えて接着固定して製作されている。光ファイバ３３は、図には示していないが光コネクタによって終端処理されている。上述の複数の導波路端には、本発明により傾斜端面上で接着したシリンドリカルレンズ６が固定されている。シリンドリカルレンズ６は、図８Ｃの断面図からも分かるように、光軸３９を含む一部のみが凸面になっているシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、図１、図６および図７で示したように全体を凸面とした形状である必要はないことに留意されたい。【００４７】
図８Ｂを用いて、本光信号処理装置の動作の概略について、波長ブロッカを例として説明する。本信号処理装置は、光路の一端にミラー３８を含み、１つのＡＷＧによって波長の異なる複数の光信号が合波および分波される反射型構成をしている。したがって、基板３０の端面Ａ上にある２つの導波路端は、いずれも入力端および出力端として機能する。光ファイバ３３から入力された光信号群は、ＡＷＧにより分波され、波長に応じた出射角度でＰＬＣ基板３０の端面Ａから、ｚ軸方向に向かって出射する。出射光は、シリンドリカルレンズ６によって、基板３０に垂直方向（ｙ軸方向）に対してコリメートされる。コリメートされた光信号は、さらに２つの集光レンズ３５、３６によって集光され、信号処理素子３７上の波長に応じたｘ軸上の位置に集光される。光信号は、信号処理素子３７によって、例えば強度変調などの信号処理を受けた後に、ミラー３８によって反射され、再び、往路と同じ復路（光軸３９）をＡＷＧ方向に向かう。光信号は、往路とは逆の経路を辿りながら、ＡＷＧによって再び合波され、光ファイバ３３へ出力される。【００４８】
光信号処理素子３７によって、波長毎に光信号を強度変調することによって、波長ブロッカとして動作させることができる。信号処理素子３７は、例えば液晶素子および偏向素子として、各々の要素素子（ピクセル）の透過率を制御して、複数のピクセルが対応する波長ごとに信号処理を行なう。ここでは、例示的に２つの集光レンズ３５、３６を含む構成を示したが、これに限定されず１つの集光レンズであっても良い。また、シリンドリカルレンズ６および集光レンズ３５，３６は、ガラスモールド加工によって作製されており、レンズ部分は収差を抑制する非球面となっている。【００４９】
本光信号処理装置は、以下のような手順で作製される。まず、ＰＬＣ基板３０の端面Ａにある２つの導波路端に補強部材５を接着し、コアが露出する端面を斜め８°に研磨する。次に、導波路１０側の端面およびアレイ導波路３２側の端面に、それぞれ光ファイバ部品３４およびシリンドリカルレンズ６を調心して、接着固定する。端面とシリンドリカルレンズ６との距離、すなわち接着層の厚さは、出射光がコリメート光となるように２０μｍとした。次に、集光レンズ３５、３６およびミラーの付いた信号処理素子３７がベース基板上に位置決めされ、固定されている。このベース基板上に、光ファイバ部品とシリンドリカルレンズが接着されたＰＬＣ基板３０をさらに調心配置して、固定する。【００５０】
図８Ｃに示したように、対向するＰＬＣ基板の端面上の接着面とシリンドリカルレンズ６の接着面においては、シリンドリカルレンズ側のｙ方向の接着面の幅を基板端面側の幅よりも広くすることによって、塗布した接着剤がシリンドリカルレンズ６の光路に回り込まないようにしている。ここで、ＰＬＣの基板厚さは１ｍｍ、補助部材の厚さは１．５ｍｍである。シリンドリカルレンズのｙ方向の幅は４ｍｍとした。【００５１】
ＡＷＧは、アレイ導波路の光路長差を利用して光信号を合波・分波する。このため、従来技術で使用されていたステンレス板などの光学調心用部材により固定すると、固定時の応力によってＡＷＧの光路長がわずかにずれてしまう。これにより、所望の光学特性が得られない場合がある。本実施形態の光信号処理装置によれば、直接、ＡＷＧにシリンドリカルレンズを接着・固定することによって、アレイ導波路に応力が掛からないようにしている。【００５２】
光回路をバルク光学部品または他のＰＬＣ等と光学接続するときには、調心のためにレンズからの出射光の向きを左右上下に変えなければならない場合もある。本発明の光回路においては、シリンドリカルレンズと光ファイバ部品とは、お互いに近接して短距離で配置されている。よって本実施例の光回路であれば、レンズからの出射光の向きを変えるために、シリンドリカルレンズを中心点として光回路を回路面内または回路面に垂直な面内に回転させても、回転半径が小さいので光ファイバ部品の位置は大きく変動しない。【００５３】
したがって、光ファイバ部品の近傍にあるバルク光学部品または他のＰＬＣ等に与える配置干渉も抑えることができる。シリンドリカルレンズを中心点として出射光の向きを変えることができるので、光信号処理装置の組み立て調整が容易である。特に、レンズを接着するＰＬＣの面積が大きくなると、この効果は顕著である。また、図７に示したように空間光学系との結合と光ファイバとの接続を同一のＰＬＣの端面で行なう場合には、シリンドリカルレンズと光ファイバ部品とを短距離で配置できるので、上述の光信号処理装置内における配置干渉を抑える効果が高い。次に、この配置干渉を抑える効果について、具体的に説明する。【００５４】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の光回路が光信号処理装置内の部品の配置干渉を抑える効果を説明する図である。図９Ａは、本発明の光回路がシリンドリカルレンズと光ファイバ部品とを同一の端面に固定した場合の光信号処理装置における配置干渉を示す。一方、図９Ｂは、対比のため、本発明の光回路がシリンドリカルレンズと光ファイバ部品とを異なる端面に固定した場合の装置における配置干渉を示す。図８に示した実施形態の光信号処理装置がベース基板４０上に配置されており、さらに光信号処理装置を制御する回路などを含む制御基板４１も配置されている。点線で示したのは、ＰＬＣ基板を含む光回路の最初の設計位置である。【００５５】
図９Ａを参照すれば、ＰＬＣ基板３０の同一端面にシリンドリカルレンズ６および光ファイバ部品３４が固定されている。この構成の場合、信号処理素子３７上に配置されている要素素子と、ＡＷＧからの光信号の集光点との位置合わせをするために、シリンドリカルレンズ６の中央の出射点を回転中心として、回転補正量θの調整を行なう必要がある。このとき、光ファイバ部品３４が、半径Ｒ１の基板３０に外接する円の内側にあれば、制御基板４１に干渉することなくＰＬＣ基板３０を回転調整できる回転角度許容量は、ＡＷＧを含むＰＬＣ基板３０の大きさのみで制限される。【００５６】
一方、図９Ｂに示したように、光ファイバ部品３４がＰＬＣ基板３０のシリンドリカルレンズ６に対向する端面側に配置された場合には、光信号処理装置内の部品配置はより制限を受ける。この場合、ＡＷＧを含むＰＬＣ基板３０に外接する半径Ｒ１の円よりも、光ファイバ部品３４を含む部品に外接する半径Ｒ２の円の方が大きい。このため、図９Ａと同じ回転角度θだけＰＬＣ基板３０を回転調整しようとしても、図９Ｂの配置例では、光ファイバ部品３４と制御基板４１の一部４２とが干渉してしまう場合がある。この配置干渉を避けるためには、回転許容角度θを制限するか、装置を構成しているベース基板４０をより大きくする必要が生じてしまう。【００５７】
このような配置干渉は、ＡＷＧ等を含むＰＬＣ基板に単に光ファイバを接続する光部品の場合では問題とならない。しかしながら、このような配置干渉は、信号処理素子などのＰＬＣ基板とは異なるバルク光学部品などとの位置決め調整が必要な光信号処理装置に特有の問題となる。そのため、図７で示したＰＬＣ基板の同一端面にシリンドリカルレンズおよび光ファイバ部品を配置した本発明の光回路を光信号処理装置に応用することは、光信号処理装置内の部品配置の干渉を抑制することができるという優れた効果を生じる。【００５８】
尚、図７においては、補強部材５はレンズおよび光ファイバの両方を固定する一体のものとして示されているが、分離した別個の補強部材であっても良い。また、光ファイバの固定方法はＶ溝基板を使う方法に限られず、フェルールなどの円筒部材を使用する方法であっても良い。【００５９】
以上詳細に説明したように、本発明の光回路およびそれを用いた光信号処理装置によれば、より簡単な光回路構成によって、ＰＬＣの基板端面から出射する光信号を、バルク光学部品や他のＰＬＣなどと光学接続することができる。また、組立作業工程および調整工程を大幅に簡略化することができる。さらに、傾斜端面に起因するＰＬＣ内の導波光と空間ガウスビームとの結合効率の低下を防ぎ、空間光学系における光結合損失を減らすことができる。尚、以上の実施例においては、石英のＰＬＣを例として説明してきたが、ポリマーのＰＬＣにも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、光通信に使用される光信号処理装置への利用ができる。例えば、波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などへの応用が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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