(57)【要約】【課題】  小型化を図りかつ効率のよい光接続、光分岐、光結合を実現できるの導波路の接続構造および光分岐結合素子を提供する。【解決手段】  先細り形成された光ファイバー３３の先端がＭＭＩ導波路素子３２の端子ａに接続され当該光ファイバーのＭＭＩ導波路素子３２のコアとが光学的に結合され、また、先細り形成された２本の光ファイバー３４１，３４２の先端がＭＭＩ導波路素子３２の端子ｂ，ｃに接続される。光ファイバー３４１，３４２のクラッド同士は、各光ファイバーの各コアを伝播する光信号同士が干渉しない厚みを維持して融着形成され、融着延伸光ファイバー３４を構成している。【選択図】    図８
2006276081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先細り形成された光ファイバーの先端が光デバイスに接続されてなる導波路の接続構造であって、
前記光ファイバーのコアと前記光デバイスのコアとが光学的に結合されていることを特徴とする導波路の接続構造。
【請求項２】
前記光デバイスが形成された基板に、光ファイバー装着溝が形成され、当該光ファイバー装着溝に前記光ファイバーの先細りとなった部分が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路の接続構造。
【請求項３】
前記光ファイバーの先細り部分に、ファイバー保持部材が囲繞形成され、前記ファイバー保持部材が前記光ファイバー装着溝にセットされてなることを特徴とする請求項２に記載の導波路の接続構造。
【請求項４】
前記光デバイスがＭＭＩ導波路素子であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の導波路の接続構造。
【請求項５】
前記ＭＭＩ導波路素子が長方形、平行四辺形、または台形に形成されてなることを特徴とする請求項４に記載の導波路の接続構造。
【請求項６】
並列して束ねられた複数本の光ファイバー束の先端が先細り形成され、当該光ファイバー束の先端が光デバイスに接続されてなる導波路の接続構造であって、
前記光ファイバー束は、隣接する光ファイバーのクラッド同士が、伝播する光信号同士が干渉しない厚みを維持して融着延伸形成され、かつ、
前記各光ファイバーの各コアと前記光デバイスのコアとが光学的に結合されていることを特徴とする導波路の接続構造。
【請求項７】
前記光デバイスが形成された基板に光ファイバー装着溝が形成され、当該光ファイバー装着溝に前記光ファイバー束の先細りとなった部分が装着されていることを特徴とする請求項６に記載の導波路の接続構造。
【請求項８】
前記光ファイバー束の先細り部分に、ファイバー保持部材が囲繞形成され、前記ファイバー保持部材が前記光ファイバー装着溝にセットされてなることを特徴とする請求項７に記載の導波路の接続構造。
【請求項９】
前記光デバイスがＭＭＩ導波路素子であることを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の導波路の接続構造。
【請求項１０】
前記ＭＭＩ導波路素子が長方形、平行四辺形または台形に形成されてなることを特徴とする請求項９に記載の導波路の接続構造。
【請求項１１】
ＭＭＩ導波路素子の一辺および対向辺に請求項４、５、９または１０に記載の導波路の光分岐結合構造を備えてなることを特徴とする光分岐結合素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを直接、ＭＭＩ導波路素子等の微小光学素子に接続することができる導波路の接続構造および当該接続構造を備えた光分岐結合素子に関し、小型化を図りかつ効率のよい光接続、光分岐、光結合を実現できる上記接続構造および上記光分岐結合素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を分岐したり、波長に応じて異なるポートに分岐させたりするような光デバイスは、光通信において頻繁に用いられる。そのため、このような光分岐結合素子を安価に量産することが求められている。たとえばＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）の普及にともない、加入者系のＯＮＵ（光ネットワークユニット）用のＷＤＭデバイス（波長分割多重デバイス）には、低コストで製造できること、実装が簡易であること等が要求されている。
【０００３】
従来、図２２（Ａ）に示すように多重モードでの通信を行うために、ＭＭＩ（多モード干渉）導波路素子を用いたＷＤＭデバイスが知られている。図２２（Ａ）のＷＤＭデバイス９は、基板９１上にＭＭＩ導波路素子９２を形成し、回線Ｎ側からの光信号（波長１．５５μｍの光信号）は端子ａに入力される。端子ａに入力された回線Ｎ側からの信号は、ＭＭＩ導波路素子９２において干渉され、波長に応じて２つの端子ｂから加入者Ｕ側に出力される。逆に、２つの端子ｃに入力された加入者Ｕ側からの光信号（波長１．３μｍの光信号）は、ＭＭＩ導波路素子９２において干渉され、端子ａから回線Ｎ側に出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図２２（Ａ）のＷＤＭデバイス９では、図２２（Ｂ）に示すようにＭＭＩ導波路素子９２の長さが約９００μｍであり、端子ｂ、ｃ間の距離は３μｍである。一方、標準的な光ファイバー９４１，９４２は径が１２５μｍであり、導波路９３１，９３２の端子間距離を１２５μｍとしなければならない。したがって光ファイバー９４１，９４２を密接させたときのコア中心軸間の幅１２５μｍまで、端子ｂ，ｃ間の距離を拡大するために、導波路９３１，９３２を、基板９１上に形成しなくてはならない。
【０００５】
このため、スラブ導波路に複雑な形状の曲がり導波路を付加させる必要が生じ、製造工程や光ファイバとの接続作業が複雑となるという問題がある。また図２２（Ｂ）のスラブ導波路の形状のまま端子ｂ、ｃ間の距離を１２５μｍに設定すると、ＭＭＩ素子９２の長さは１００ｍｍを超え現実的な寸法ではない。
【０００６】
本発明の目的は、光ファイバーを直接かつ簡便に、ＭＭＩ導波路素子等の微小光学素子に接続することで小型化を図り、かつ効率のよい光接続、光分岐、光結合を実現できる導波路の接続構造および当該接続構造を備えた光分岐結合素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の導波路の接続構造は、（１）〜（１０）を要旨とする。
（１）「先細り形成された光ファイバーの先端が光デバイスに接続されてなる導波路の接続構造であって、
前記光ファイバーのコアと前記光デバイスのコアとが光学的に結合されていることを特徴とする導波路の接続構造。」
【０００８】
（２）「前記光デバイスが形成された基板に、光ファイバー装着溝が形成され、当該光ファイバー装着溝に前記光ファイバーの先細りとなった部分が装着されていることを特徴とする（１）に記載の導波路の接続構造。」
【０００９】
（３）「前記光ファイバーの先細り部分に、ファイバー保持部材が囲繞形成され、前記ファイバー保持部材が前記光ファイバー装着溝にセットされてなることを特徴とする（２）に記載の導波路の接続構造。」
【００１０】
（４）「前記光デバイスがＭＭＩ導波路素子であることを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の導波路の接続構造。」
【００１１】
（５）「前記ＭＭＩ導波路素子が長方形、平行四辺形または台形に形成されてなることを特徴とする（４）に記載の導波路の接続構造。」
【００１２】
（６）「並列して束ねられた複数本の光ファイバー束の先端が先細り形成され、当該光ファイバー束の先端が光デバイスに接続されてなる導波路の接続構造であって、
前記光ファイバー束は、隣接する光ファイバーのクラッド同士が、伝播する光信号同士が干渉しない厚みを維持して融着延伸形成され、かつ、
前記各光ファイバーの各コアと前記光デバイスのコアとが光学的に結合されていることを特徴とする導波路の接続構造。」
【００１３】
（７）「前記光デバイスが形成された基板に光ファイバー装着溝が形成され、当該光ファイバー装着溝に前記光ファイバー束の先細りとなった部分が装着されていることを特徴とする（６）に記載の導波路の接続構造。」
【００１４】
（８）「前記光ファイバー束の先細り部分に、ファイバー保持部材が囲繞形成され、前記ファイバー保持部材が前記光ファイバー装着溝にセットされてなることを特徴とする（７）に記載の導波路の接続構造。」
【００１５】
（９）「前記光デバイスがＭＭＩ導波路素子であることを特徴とする（６）から（８）の何れかに記載の導波路の接続構造。」
【００１６】
（１０）「前記ＭＭＩ導波路素子が長方形、平行四辺形または台形に形成されてなることを特徴とする（９）に記載の導波路の接続構造。」
本発明のＭＭＩ導波路素子は（１１）を要旨とする。
【００１７】
（１１）「ＭＭＩ導波路素子の一辺および対向辺に（４）、（５）、（９）または（１０）に記載の導波路の接続構造を備えてなることを特徴とする光分岐結合素子。」
本発明の光分岐結合素子は、典型的にはＷＤＭデバイスであり、たとえば、加入者系のＯＮＵに適用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の導波路の接続構造および光分岐結合素子では、パッシブアライメントにより簡便に、光ファイバーを直接、ＭＭＩ導波路素子に接続することができるので小型化が実現されるとともに低製造コスト化が実現できる。
【００１９】
また、本発明の導波路の接続構造および光分岐結合素子では、光デバイス（ＭＭＩ導波路素子）が形成された基板に、光ファイバー装着溝を形成した場合には、当該光ファイバー装着溝に光ファイバー（あるいは光ファイバー束）の端部を装着することで、光ファイバーと光デバイスとの正確な位置合せが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を説明する。以下の説明において、光ファイバー、光デバイス、ＷＤＭデバイス等は実寸法比とは異なるモデルで示してある。
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本発明の、導波路の接続構造の第１実施形態を示す説明図である。
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、光ファイバーが接続される前の光デバイス１を示す平面図，側面図（（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図），正面図（（Ａ）における矢視Ｂ方向から見た図）である。
これらの図において、光デバイス１の基板１０には、光ファイバー１３を装着する溝１１（幅Ｗ，長さＬ，深さＨ）が形成されている。基板１０の表面の、溝１１の突き当たり部分にはＭＭＩ導波路素子（矩形スラブ導波路）１２が形成されている。ＭＭＩ導波路素子１２は、最下面に形成されたクラッド下層１２１と、クラッド下層１２１の上面に形成されたコア層１２２と、コア層１２２の上面に形成されたクラッド上層１２３とから構成されている。
【００２１】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、光ファイバー１３が接続された光デバイス１を示す平面図，側面図（（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図），正面図（（Ａ）における矢視Ｂ方向から見た図）である。
【００２２】
これらの図において、先細り形成された光ファイバー１３は、その先端がＭＭＩ導波路素子１２の所定部位に接続され、光ファイバー１３のコア１３１（径Ｄ２）とＭＭＩ導波路素子１２のコア１２２とが光学的に結合されている。
【００２３】
図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）からもわかるように、溝の幅Ｗは光ファイバー１３の外径Ｄ１と同じに設定されており、溝の長さＬは、光ファイバー１３のテーパ部分Ｔよりも長く設定されている。また、溝の深さＨは、光ファイバー１３の半径（Ｄ１）／２と略同じに設定（すなわち、光ファイバー１３のコアの中心とＭＭＩ導波路素子１２のコア１２２の中心線（コア厚を２分する線）とがほぼ一致するように設定）されている。なお、前述したが、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）における図面上の寸法は、実際のものとは異なっている。
【００２４】
また、光ファイバー１３のコア１３１の屈折率とＭＭＩ導波路素子１２のコア層１２２の屈折率はほぼ同じであり、光ファイバー１３のクラッド１３２の屈折率とＭＭＩ導波路素子１２のクラッド層１２１，１２３の屈折率はほぼ同じである。
【００２５】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の、導波路の光分岐結合構造の第２実施形態を示す説明図である。図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、後述する融着延伸光ファイバーが接続される前の光デバイス２を示す平面図，側面図（（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図），正面図（（Ａ）における矢視Ｂ方向から見た図）である。
【００２６】
これらの図において、光デバイス２の基板２０には、融着延伸光ファイバー２３（本発明における光ファイバー対であり、２本の光ファイバー２３１，２３２からなる）を装着する溝２１（幅Ｗ，長さＬ，深さＨ）が形成されている。基板２０の溝２１の突き当たり部分にはＭＭＩ導波路素子（矩形スラブ導波路）２２が形成されている。ＭＭＩ導波路素子２２の構成は、第１実施形態のＭＭＩ導波路素子１２の構成と基本的に同じであり、クラッド下層２２１とコア層２２２とクラッド上層２２３とから構成されている。
【００２７】
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、融着延伸光ファイバー２３が接続された光デバイス２を示す平面図，側面図（（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図），正面図（（Ａ）における矢視Ｂ方向から見た図）である。
【００２８】
これらの図において、先細り形成された融着延伸光ファイバー２３は、その先端がＭＭＩ導波路素子２２の所定部位に接続され、融着延伸光ファイバー２３を構成する光ファイバー２３１，２３２の各コア２３１１，２３２１（径Ｄ２）とＭＭＩ導波路素子２２のコア２２２とが光学的に結合されている。図４に示した２本の光ファイバー２３１，２３２は、クラッド２３１２，２３２２同士が、各コア２３１１，２３２１を伝播する光信号同士が干渉しない厚みを維持して融着形成されている。
【００２９】
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）からもわかるように、溝の幅Ｗは融着延伸光ファイバー２３の外径（Ｄ１）×２と同じに設定されており、溝の長さＬは、融着延伸光ファイバー２３のテーパ部分Ｔよりも長く設定されている。また、溝の深さＨは、光ファイバー２３の半径（Ｄ１）／２と略同じに設定（すなわち、光ファイバー２３のコアの中心とＭＭＩ導波路素子２２のコア２２２の中心線（コア厚を２分する線）とがほぼ一致するように設定）されている。
【００３０】
また、光ファイバー２３１，２３２の各コア２３１１，２３２１の屈折率とＭＭＩ導波路素子２２のコア層２２１の屈折率はほぼ同じであり、光ファイバー２３１，２３２のクラッド２３１２，２３２２の屈折率とＭＭＩ導波路素子２２のクラッド層２２１，２２３の屈折率はほぼ同じである。なお、前述したが、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）における図面上の寸法は、実際のものとは異なっている。
【００３１】
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に、第２実施形態で使用される融着延伸光ファイバー２３の形成方法を示す。まず、図５（Ａ）に示すように、光ファイバーＦ１，Ｆ２を並列させる。つぎに、図５（Ｂ）に示すように光ファイバーＦ１，Ｆ２の一部を加熱して延伸させる。この延伸によりクラッドＣＬ１，ＣＬ２同士は融着する。この後、図５（Ｃ）に示すようにコアＣＲ１，ＣＲ２の中心軸間距離が所定距離となる個所（２個所存在する）で、一体となった光ファーバーＦ１，Ｆ２を切断する。
【００３２】
これにより、図５（Ｄ）の切断面図（（Ｃ）における矢視Ｂ方向から見た図）に示すように、相互干渉がなくクラッドＣＬ１，ＣＬ２が融着されたコアＣＲ１，ＣＲ２の軸間隔がＰの融着延伸光ファイバーＴＦ（図４の融着延伸光ファイバー２３）が作成される。
【００３３】
第１実施形態で使用される光ファイバー１３の形成方法は、一本の光ファイバーを用いる以外は、基本的には上記と同じであり、光ファイバーを加熱して延伸し、コアの径がスラブ導波路のコア厚とほぼ同じになる部分で光ファイバー１３を切断する。
【００３４】
図６（Ａ）に、融着比η＝０．６、延伸比τ＝０．２の融着延伸光ファイバーＴＦの概略を示す。融着延伸光ファイバーＴＦの外径最小点（ｚ＝０で示す点であり、光ファイバーの先細り形状が長さ方向について対称となる中心）からの距離ｒと、結合比との関係を図６（Ｂ）に示し、融着延伸光ファイバーＴＦの外径最小点（中心）からの距離ｒとコア間隔ｄとの関係を図７（Ａ）に示し、融着延伸した光ファイバーＴＦの外径最小点（中心）からの距離ｒとコア直径ｆcoreとの関係を図７（Ｂ）に示す。
【００３５】
以上の検討から、η＝０．６、τ＝０．２の融着延伸光ファイバーでは、結合率１％以下を満たす最近接コア間隔は２２μｍとなった（コア直径ｆcoreは２．４μｍ）。
【００３６】
図８（Ａ），（Ｂ）は本発明の光分岐結合素子をＷＤＭデバイスに応用した実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はＷＤＭデバイス３の平面図を示し、（Ｂ）はＷＤＭデバイス３の断面図（（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面）を示している。図８（Ａ），（Ｂ）では、矩形の基板３０の一方の側（回線Ｎ側）には溝３１１が形成され、回線Ｎ側に対向する側（加入者側）には溝３１２が形成されている。そして、溝３１１に先細りに形成した光ファイバー３３がセットされ、溝３１２に先細りに形成した融着延伸光ファイバー３４がセットされている。
【００３７】
基板３０の上面の溝３１１，３１２間にはＭＭＩ導波路素子３２が形成されており、光ファイバー３３の先端はＭＭＩ導波路素子３２の回線Ｎ側に接続され、融着延伸光ファイバー３４の先端はＭＭＩ導波路素子３２の加入者Ｕ側に接続に接続されている。ＭＭＩ導波路素子３２はクラッド下層３２１とコア層３２２とクラッド上層３２３とから構成されている。光ファイバー３３のコア３３１はＭＭＩ導波路素子３２のコア層３２２に光学的に接続（接続点をａで示す）されている。
【００３８】
また、融着延伸光ファイバー３４を構成する光ファイバー３４１および３４２のコア３４１１，３４２１も、ＭＭＩ導波路素子３２のコア層３２２に光学的にそれぞれ接続（接続点をｂ，ｃで示す）されている。
【００３９】
本実施形態では、光ファイバー３３を回線Ｎ側から加入者Ｕ側に向けて伝播する波長λ１（１５５０ｎｍ）の下り信号は、ＭＭＩ導波路素子３２のａ点に入射し、ｂ点から光ファイバー３４１に出射される。また、光ファイバー３４２を加入者Ｕ側から回線Ｎ側に向けて伝播する波長λ２（１３００ｎｍ）の上り信号は、ＭＭＩ導波路素子３２のｃ点に入射し、ａ点から光ファイバー３３に出射される。
【００４０】
図２２（Ａ），（Ｂ）の従来技術に示したように、１２５μｍ径の光ファイバーを仮に基板に直接接合した場合には、基板長が１００ｍｍ以上必要となるが本実施形態では、基板長を極めて小さくできる。
【００４１】
図９は本発明の光分岐結合素子をＷＤＭデバイスに応用した他の実施形態を示す説明図である。図９では、光分岐結合素子４の矩形の基板４０の一方側には溝４１１が形成され、これに対向する他方側には溝４１２が形成されている。そして、溝４１１，４１２には先細りに形成した融着延伸光ファイバー４３，４４がセットされている。
【００４２】
基板４０の上面の溝４１１，４１２間にはＭＭＩ導波路素子４２が形成されており、融着延伸光ファイバー４３の先端はＭＭＩ導波路素子４２の前記一方側に接続され、融着延伸光ファイバー４４の先端はＭＭＩ導波路素子４２の前記他方側に接続に接続されている。図９のＭＭＩ導波路素子４２の構成は、図８のＭＭＩ導波路素子３２の構成と同じである。図示はしないが、融着延伸光ファイバー４３を構成する光ファイバー４３１および４３２のコア４３１１，４３２１、融着延伸光ファイバー４４を構成する光ファイバー４４１および４４２のコア４４１１，４４２１は、ＭＭＩ導波路素子４２のコア層に接続されている。
【００４３】
本実施形態の光分岐結合素子４では、コア４３１１，４３２１のＭＭＩ導波路素子４２のコア層への接合位置、コア４４１１，４４２１のＭＭＩ導波路素子４２のコア層への接合位置を適宜設定することにより、複数周波数の光分岐・結合を行うことができる。
【００４４】
図１０（Ａ）は本発明の３デシベル分配器を示している。図１０（Ａ）において３デシベル変換器５は、図４に示した光分岐結合構造を用いたもので、ａ点から入射した光が、それぞれ、ｂ点、ｃ点から分波して出射される。
【００４５】
図１０（Ａ）では、矩形の基板５０の一方の側（回線Ｎ側）には溝５１１が形成され、回線Ｎ側に対向する側（加入者Ｕ側）には溝５１２が形成されている。そして、溝５１１に先細りに形成した光ファイバー５３がセットされ、溝５１２に先細りに形成した融着延伸光ファイバー５４がセットされている。
【００４６】
基板５０の上面の溝５１１，５１２間にはＭＭＩ導波路素子５２が形成されており、光ファイバー５３の先端はＭＭＩ導波路素子５２の回線Ｎ側に接続され、融着延伸光ファイバー５４の先端はＭＭＩ導波路素子５２の加入者Ｕ側に接続に接続されている。ＭＭＩ導波路素子５２は図示しないがクラッド下層とコア層とクラッド上層とから構成されている。光ファイバー５３のコアはＭＭＩ導波路素子５２のコア層に光学的に接続（接続点をａで示す）されている。また、融着延伸光ファイバー５４を構成する光ファイバー５４１および５４２のコアも、ＭＭＩ導波路素子５２のコア層に光学的にそれぞれ接続されている（接続点をｂ，ｃで示す）。
【００４７】
本実施形態では、光ファイバー５３を回線Ｎ側から加入者Ｕ側に向けて伝播する波長λの信号はＭＭＩ導波路素子５２のａ点に入射しｂ点およびｃ点から光ファイバー５４１，５４２に出射される。
【００４８】
なお、図１０（Ａ）では、２本の光ファイバー５４１，５４２からなる融着延伸光ファイバー５４の例を示したが、図１０（Ｂ）に示すような３本以上の光ファイバー（図１０（Ｂ）では４本の光ファイバー）からなる融着延伸光ファイバーＴＦを用いて分配器を構成することもできる。この場合には、融着延伸光ファイバーは、２本の光ファイバーからなる融着延伸光ファイバーを作成したときと同様の方法（図５参照）で作成される。
【００４９】
ＭＭＩ導波路素子は、モールドを用いた射出成形技術により形成することもできるし、エッチング工程・堆積工程を含む薄膜形成技術により形成することもできる。
【００５０】
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＭＭＩ導波路素子の製造方法の一例を示す説明図であり、図１１（Ｄ）は基板の正面図（基板を溝側から見た図）である。図１１（Ａ）〜（Ｄ）において基板６（ここではクラッド層として機能する）は、プラスチック、ガラス、Ｓｉ等から形成することができる。図１１（Ａ）に示すように、基板６には光ファイバーセット用の溝６１およびＭＭＩ導波路素子を形成するための溝６２が形成されている。
【００５１】
図１１（Ｂ）に示すように、基板６の溝６２にコア材６３１（屈折率が基板６２より大きい材料からなる）を形成し、この後、図１１（Ｃ）に示すように基板６と同じ（または、ほぼ同じ）屈折率のクラッド材６３２を形成する。これにより、図１１（Ａ）に示した溝６２にＭＭＩ導波路素子６３が形成される。
【００５２】
図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＭＭＩ導波路素子の製造方法の他の例を示す説明図であり、図１２（Ｄ）は基板の正面図（基板を溝側から見た図）である。この製造方法でも、図１２（Ａ）に示すように、基板６には光ファイバーセット用の溝６１およびＭＭＩ導波路素子を形成するための溝６２が形成されている。図１２（Ｂ）に示すように、基板６の溝６２にコア材６３１（屈折率が基板より大きい材料からなる）を形成し、この後、図１２（Ｃ）に示すように基板６と同じ（または、ほぼ同じ）屈折率のクラッド材６３２を形成する。これにより、図１２（Ａ）に示した溝６２にＭＭＩ導波路素子６３が形成される。
【００５３】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、ＭＭＩ導波路素子の製造方法のさらに他の例を示す説明図である。この製造方法では、図１３（Ａ）に示すように、基板６には光ファイバーセット用の溝６１が形成されている。また、フィルム６５はクラッド材６３２の下面にコア材６３１が埋め込まれるように積層されて形成されている。このフィルム６５を、コア材６３１が基板６側を向くようにして、当該基板６に貼着する。これにより、図１３（Ｂ）に示すようなＭＭＩ導波路素子が形成される。
【００５４】
図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＭＭＩ導波路素子が、平面視で台形状に形成された実施形態を示す図である。図１４（Ａ）に示すように、ＭＭＩ導波路素子７は、一方側の辺は長手方向に垂直に形成され、他方側の辺は長手方向に傾斜する角度で形成されている。図１４（Ｂ）に示すように前記一方側の辺には光ファイバー７１が接続され、前記他方側の辺には融着延伸光ファイバー７２１が接続されている。融着延伸光ファイバー７２２は、図１４（Ｃ）に示すように並列した光ファイバー７２を融着延伸して切断する際に、斜め方法に切断することで作成される。ＭＭＩ導波路素子７は、一方側および他方側に融着延伸光ファイバーが形成されるときは、ＭＭＩ導波路素子７を平行四辺形に形成することができる。
【００５５】
ＭＭＩ導波路素子７を台形あるいは平行四辺形に形成することで、融着延伸光ファイバーを構成する光ファイバーのコアの接続点を、ＭＭＩ導波路素子７に形成される電界強度がピークとなる点に近づける（あるいは一致させる）ことができる。
【００５６】
図１５は、融着延伸光ファイバーがセットされる溝（符号Ｇで示す）の例を示している。基板（符号Ｓで示す）に形成される溝Ｇの断面は、図１５（Ａ）では矩形状に形成され、図１５（Ｂ）では台形が２つ融合した形状に形成され、図１５（Ｃ）では三角形が２つ融合した形状に形成されている。これらの溝はたとえば、基板を射出成形で形成するときに形成することもできるし、エッチングにより形成することもできる。基板材料がＳｉ等の結晶であるときには、スパッタにより前記溝を形成することもできる。
【００５７】
図１６（Ａ），（Ｂ）は、光ファイバーの先端をファイバー保持部材により囲繞形成する方法の一例を示す説明図である。まず、切断前の融着延伸した光ファイバー８１をファイバー保持部材８２で囲繞形成する（周知の射出成形により製造することができる）。この後、図１６（Ｂ）に一点鎖線で示す個所で、光ファイバー８１をファイバー保持部材８２ごと切断する。これによりの先端側から見た正面図（図１６（Ｃ））、先細りとなっていない部分の断面図（図１６（Ｄ））に示すように、先細り部分がファイバー保持部材８２で囲繞形成された光ファイバー８１が形成される。このファイバー保持部材８２および基板に形成される溝の形状は、ファイバー保持部材８２が当該溝に嵌合できるように形成されている。したがって、複雑な位置合せ作業を行うことなく、光ファイバーの先端は所望の位置にセットされる。
【実施例１】
【００５８】
図８の実施形態に対応する光分岐結合構造の一実施例を以下に説明する。
本実施例では、融着延伸光ファイバー（図８の符号３４参照）のパラメータを融着比η＝０．６、延伸比τ＝０．３４とし、２本の光ファイバー（図８の符号３４１，３４２参照）の間隔を３０μｍ、４０μｍ、５０μｍに設定した場合の設計について、形状、損失、クロストーク、トレランスの計算を行った。なお、トレランスの基準値は、損失が設計値の＋１ｄＢ、＋２ｄＢの２通りについて求めた。
【００５９】
《融着延伸光ファイバー（η＝０．６，τ＝０．３４）のコア間隔とコア直径の関係》
コア間隔が２２μｍより大きければファイバー間の光結合は起こらない。η＝０．６，τ＝０．３４の融着延伸光ファイバーの、コア間隔とコア直径の関係について計算した結果を図１７に示す。図１７に示すように、コア間隔ｄ＝３０μｍ、４０μｍ、５０μｍのときには、コア直径ｆcore＝３．２μｍ、４．３μｍ、５．４μｍである。
【００６０】
なお、参考のために、ＭＭＩ導波路素子内の電界分布例を図１８に示す。図１８において、電界強度がピークとなる結像点を「Ｐｅａｋ」で示してある。
【００６１】
《コア間隔ｄ＝４０μｍとした場合》
コア間隔４０μｍでの設計レイアウトを図１９に示す。図１９の設計での損失とクロストークは以下のように求めることができる。
【００６２】
図１９においてＦ１は波長１５５０ｎｍおよび１３００ｎｍの光の導波路、Ｆ２は波長１５５０ｎｍの光の導波路、Ｆ３は波長１３００ｎｍの光の導波路である。図１９の設計においては、損失：１．５ｄＢ（波長１３００ｎｍのとき）、１．６ｄＢ（１５５０ｎｍのとき）、クロストーク：２９ｄＢであった。また、損失のファイバー接続位置依存性を計算しトレランスを求めた。基準値は、２．６ｄＢ（設計値＋１ｄＢ）、３．６ｄＢ（設計値＋２ｄＢ）とした。Ｆ１についての計算結果を図２０（Ａ）、Ｆ２についての計算結果を図２０（Ｂ）、Ｆ３についての計算結果を図２０（Ｃ）に示す。
【００６３】
基準値を損失２．６ｄＢ以下としたときのトレランスはＦ１：４μｍ、Ｆ２：５μｍ、Ｆ３：４．５μｍとなった。また、基準値を損失３．６ｄＢ以下としたときのトレランスはＦ１：６μｍ、Ｆ２：７μｍ、Ｆ３：７μｍとなった。
【実施例２】
【００６４】
図８の実施形態に対応する光分岐結合構造の他の実施例を以下に説明する。
本実施形態では、ＭＭＩ導波路素子の加入者Ｕ側の２端子の距離を４０μｍとしてある。図２１（Ａ）に示すように、波長λ１（１５５０ｎｍ）と波長λ２（１３００ｎｍ）の光の進行方向は、ＭＭＩ導波路素子内では光の進行方向が逆になる。計算を単純化するために、光経路は入出力端子間で相反する性質を利用して、両波長の光が同一入力端子から入射される条件で計算を行った。
【００６５】
実際のＭＭＩ導波路素子では、λ２＝１３００ｎｍの光は逆に進み、端面での反射を含むので、最終的なクロストークは、計算で得られる値よりも向上する。
【００６６】
たとえばＭＭＩ導波路素子に、Ｆ１から入射された２波長の光は、導波路内で規則的な結像を点を形成する。２波長の光の光は、特定の位置でいくつかの結像点を形成する。また、それぞれの波長での結像点の位置は異なる。
【００６７】
図２１（Ｂ）は、本実施形態における光ファイバーの接合点の位置を示している。この位置に、合わせてファイバー（図８の符号３３，３４１，３４２参照）を接続することで、波長を分離することができる。なお、このときの損失は波長λ１（１５５０ｎｍ）の光（下り信号）で３．４ｄＢ、λ２（１３００ｎｍ）の光（上り信号）で５．７ｄＢであった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の導波路の光分岐結合構造の第１実施形態を示す説明図であり、光ファイバーが接続されていない光分岐結合素子を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の導波路の光分岐結合構造の第１実施形態を示す説明図であり、光ファイバーが接続された光分岐結合素子を示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の導波路の光分岐結合構造の第２実施形態を示す説明図であり、光ファイバーが接続されていない光分岐結合素子を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の導波路の光分岐結合構造の第２実施形態を示す説明図であり、光ファイバーが接続された光分岐結合素子を示す図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、第２実施形態で使用される融着延伸光ファイバーの形成方法を示す工程図であり、（Ｄ）は作成された光ファイバーの先端の断面図である。
【図６】（Ａ）は融着延伸光ファイバーの概略を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の融着延伸光ファイバーの外径最小点（中心）からの距離と結合比との関係を示す図である。
【図７】（Ａ）は図６（Ａ）の融着延伸した光ファイバーの中心からの距離とコア間隔との関係を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）の融着延伸した光ファイバーの外径最小点（中心）とコア直径との関係を示す図である。
【図８】本発明の光分岐結合素子をＷＤＭデバイスに応用した実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はＷＤＭデバイス３の平面図、（Ｂ）はＷＤＭデバイス３の断面図である。
【図９】本発明の光分岐結合素子をＷＤＭデバイスに応用した他の実施形態を示す説明図である。
【図１０】（Ａ）は図４の光分岐結合構造を用いた３デシベル変換器を示す図、（Ｂ）は４本の光ファイバーから作成した融着延伸光ファイバーを示す図である。
【図１１】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はＭＭＩ導波路素子の製造方法の一例を示す説明図であり、（Ｄ）は基板の正面図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はＭＭＩ導波路素子の製造方法の他の例を示す説明図であり、（Ｄ）は基板の正面図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）はＭＭＩ導波路素子の製造方法のさらに他の例を示す説明図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＭＭＩ導波路素子が台形状に形成された実施形態を示す図である。
【図１５】（Ａ）はＭＭＩ導波路素子の溝が矩形である場合、（Ｂ）は台形である場合、（Ｃ）は三角形である場合を示す説明図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は光ファイバーの先端をファイバー保持部材により囲繞形成する方法の一例を示す説明図であり、（Ｃ）は先細り先端の正面図、（Ｄ）は先細りとなっていない部分の断面図である。
【図１７】融着延伸光ファイバーの、コア間隔とコア直径の関係について計算した結果を示す図である。
【図１８】ＭＭＩ導波路内の電界分布例を示す図である。
【図１９】ＭＭＩ導波路の設計レイアウトを示す図である。
【図２０】（Ａ）は図１９の設計レイアウトにおけるトレランスのＦ１についての計算結果を示す図、（Ｂ）は同じくＦ２についての計算結果を示す図、（Ｃ）は同じくＦ３についての計算結果を示す図である。
【図２１】（Ａ）は光ファイバーの接続位置を設定するための説明図、（Ｂ）は実際の接続位置を示す図である。
【図２２】従来のＷＤＭデバイスを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２  光デバイス
３  ＷＤＭデバイス
１０，２０，３０  基板
１１，２１，３１１，３１２  溝
１２，２２，３２  ＭＭＩ導波路素子
１３，３３，２３１，２３２，３１４，３４２  光ファイバー
２３，３４  融着延伸光ファイバー
１２１，２２１，３２１  クラッド下層
１２２，２２２，３２２  コア層
１２３，２２３，３２３  クラッド上層
１３１，３４１１，３４２１  コア
【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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