(57)【要約】【課題】本発明は、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、複数の波長帯の光信号に対して、効率的に光結合するための導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法を提供することにある。【解決手段】本発明の導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法は、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するために、光導波路側に配置され、短波長帯よりも長波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第１のスポットサイズ変換手段と、光学部品側に配置され、長波長帯よりも短波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第２のスポットサイズ変換手段とを備えることを特徴とする。【選択図】      図１
2006309197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するための導波路型光結合器であって、
前記光導波路側に配置され、短波長帯よりも長波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第１のスポットサイズ変換手段と、
前記光学部品側に配置され、前記長波長帯よりも前記短波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第２のスポットサイズ変換手段と
を備えることを特徴とする導波路型光結合器。
【請求項２】
前記第１のスポットサイズ変換手段は、伝送対象である波長のうち最長波長の光信号のスポットサイズを最も大きく変換し、
前記第２のスポットサイズ変換手段は、伝送対象である波長のうち最短波長の光信号のスポットサイズを最も大きく変換することを特徴とする請求項１記載の導波路型光結合器。
【請求項３】
前記第１のスポットサイズ変換手段と前記第２のスポットサイズ変換手段は光学的に連結されており、連結されている位置の光路幅が互いに略同一であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波路型光結合器。
【請求項４】
前記第１のスポットサイズ変換手段は、導波路幅が変えられたテーパ型導波路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導波路型光結合器。
【請求項５】
前記第２のスポットサイズ変換手段は、光の導波方向に分割された分割型導波路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導波路型光結合器。
【請求項６】
前記テーパ型導波路の幅は、前記第２のスポットサイズ変換手段側に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項４記載の導波路型光結合器。
【請求項７】
前記テーパ型導波路は、曲線の側面を備えることを特徴とする請求項６記載の導波路型光結合器。
【請求項８】
前記曲線は、指数関数状の曲線を備えることを特徴とする請求項７記載の導波路型光結合器。
【請求項９】
前記指数関数状の曲線を側面に備える前記テーパ型導波路において、導波路幅Ｗは、テーパ開始位置から距離Ｚ離れた位置では、テーパ開始位置での導波路幅をＷ0、無限遠での導波路幅をＷ∞とした場合に、
Ｗ＝（Ｗ0−Ｗ∞）×ｅｘｐ（−α×Ｚ／（Ｗ0−Ｗ∞））＋Ｗ∞（ただし、αは定数）で表されることを特徴とする請求項８記載の導波路型光結合器。
【請求項１０】
前記曲線は、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）状の曲線を備えることを特徴とする請求項７載の導波路型光結合器。
【請求項１１】
前記分割型導波路において、分割された導波路ブロックが配置される周期が、一定であることを特徴とする請求項５記載の導波路型光結合器。
【請求項１２】
前記分割型導波路において、分割された導波路ブロックの長さとそのギャップとを足した長さが、一定であることを特徴とする請求項５記載の導波路型光結合器。
【請求項１３】
前記ギャップが、前記第１のスポットサイズ変換手段から離れるに従って長くなることを特徴とする請求項１２記載の導波路型光結合器。
【請求項１４】
前記分割型導波路において、分割された導波路ブロックの長さが、一定であることを特徴とする請求項５記載の導波路型光結合器。
【請求項１５】
前記分割型導波路において、分割された導波路ブロック間のギャップが、一定であることを特徴とする請求項５記載の導波路型光結合器。
【請求項１６】
前記短波長帯は、１．３マイクロメートル帯以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の導波路型光結合器。
【請求項１７】
前記長波長帯は、１．５マイクロメートル帯以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の導波路型光結合器。
【請求項１８】
光導波路と光学部品とが光学的に結合された光サブアセンブリユニットであって、
光導波路と、
前記光導波路と異なるスポットサイズを持つ光学部品と、
前記光導波路と前記光学部品の結合位置に、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の導波路型光結合器と
を備えることを特徴とする光サブアセンブリユニット。
【請求項１９】
前記光導波路および前記光学部品は、位置合わせされて、同一基板上に搭載されていることを特徴とする請求項１８記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２０】
前記光学部品は、光ファイバであることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２１】
前記基板は、シリコンで形成されており、
前記基板上には、前記光導波路と対向するＶ溝が形成されており、
前記光ファイバは、前記Ｖ溝上に固定されていることを特徴とする請求項２０記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２２】
前記光サブアセンブリユニットは、さらに
光を発信する発光手段と、
光を受信する受光手段と、
光を波長に対して選択的に透過または反射する波長選択手段と
を備え、
前記光導波路は、前記基板上に略Ｖ字状に折り返して形成されており、
前記導波路型光結合器は、前記光導波路の一方の端部に形成されており、
前記Ｖ溝は、前記導波路型光結合器に連結して形成されており、
前記光ファイバは、前記Ｖ溝上に搭載されて、前記導波路型光結合器と光を送受信しており、
前記発光手段は、前記光導波路の他方の端部に対向して搭載されて、該光導波路に光を送信し、
前記波長選択手段は、折り返し部に搭載されて、光を波長に対して選択的に透過または反射し、
前記受光手段は、前記波長選択手段に対向して搭載されて、波長選択的に透過された光を受信していることを特徴とする請求項２１記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２３】
前記光学部品は、光アクティブデバイスであることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２４】
前記光学部品は、光パッシブデバイスであることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２５】
前記光アクティブデバイスは、光検出素子を備えることを特徴とする請求項２３記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２６】
前記光パッシブデバイスは、レンズを備えることを特徴とする請求項２４記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２７】
前記光パッシブデバイスは、薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項２４または請求項２６に記載の光サブアセンブリユニット。
【請求項２８】
光導波路と光学部品とが光学的に結合された光モジュールであって、
請求項２２に記載の光サブアセンブリユニットと、
前記光サブアセンブリユニットが有する前記発光手段の発信光を制御するとともに前記受光手段の受信光を処理する制御手段と、
前記光サブアセンブリユニット及び前記制御手段を収容するパッケージと、
前記光サブアセンブリユニット及び前記制御手段へ電力を供給し、かつこれらからの電気信号を取り出す端子と
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２９】
前記光モジュールは、さらに
前記光ファイバの端部を収容するフェルールと、
前記フェルールを前記パッケージに固定するフランジと
を備えることを特徴とする請求項２８記載の光モジュール。
【請求項３０】
互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するための光結合方法であって、
前記光導波路側に配置された第１のスポットサイズ変換手段にて、短波長帯よりも長波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換し、そして
前記光学部品側に配置された第２のスポットサイズ変換手段にて、前記長波長帯よりも前記短波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換することを特徴とする光結合方法。
【請求項３１】
前記第１のスポットサイズ変換手段にて、伝送対象である波長のうち最長波長帯の光信号のスポットサイズを最も大きく変換し、そして
前記第２のスポットサイズ変換手段にて、伝送対象である波長のうち最短波長の光信号のスポットサイズを最も大きく変換することを特徴とする請求項３０記載の光結合方法。
【請求項３２】
前記第１のスポットサイズ変換手段は、光路幅を変えることによって前記長波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換することを特徴とする請求項３０または請求項３１に記載の光結合方法。
【請求項３３】
前記光路幅は、前記第２のスポットサイズ変換手段に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項３２記載の光結合方法。
【請求項３４】
前記第２のスポットサイズ変換手段は、光の回折効果によって前記短波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換することを特徴とする請求項３０乃至請求項３３のいずれかに記載の光結合方法。
【請求項３５】
前記光の回折効果は、光導波路を分割することにより実現していることを特徴とする請求項３４記載の光結合方法。
【請求項３６】
前記短波長帯は、１．３マイクロメートル帯以下であることを特徴とする請求項３０乃至請求項３５のいずれかに記載の光結合方法。
【請求項３７】
前記長波長帯は、１．５マイクロメートル帯以上であることを特徴とする請求項３０乃至請求項３６のいずれかに記載の光結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と光学部品とを光学的に結合する技術に関し、特に、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するための導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＦＴＴＨ（Fiber to the home）の本格的な普及に伴い、光アクセス系システムへの期待が高まっている。特に、ＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet（登録商標）-Passive Optical Network）システムの実用化が、急速に進んでいる。ＧＥ−ＰＯＮシステムでは、光信号の送受信にＯＮＵ（Optical Network Unit）／ＯＬＴ（Optical Line Terminal）が用いられる。それらには、上り信号１．３１μｍ（マイクロメートル）／下り信号１．４９μｍ（マイクロメートル）の一芯双方向通信を可能とする光モジュールが適用される。それらの光モジュールには、“ＢｉＤｉ（Bi-Directional）モジュール” と“ＰＬＣ（Planner Lightwave Circuit）モジュール”とがある。“ＢｉＤｉモジュール”とは、ＬＤ（Laser Diode）／ＰＤ（Photo Diode）、フィルタ、レンズなどのマイクロオプティクスを組み合わせたものである。一方、“ＰＬＣモジュール”とは、シリコン基板上に石英光導波路を形成し、ＬＤ／ＰＤなどを表面実装したものである。前者は、レンズによる光結合であるため光損失は小さいが、アクティブなアライメント（ＬＤを発光させながらの位置合わせ）が必要となる。そのため、製造コストが高くなり、また製造リードタイムも長くなってしまう。一方で後者は、シリコンＶ溝やマーカを用いた位置合わせによるパッシブなアライメント（ＬＤを消灯させたままでの位置合わせ）が可能となる。そのため、製造コストが抑えられ、製造リードタイムが短くできる。しかしながら、ＰＬＣモジュールは、光導波路を介在させて光学的に結合させるために、光損失が大きくなり易いという課題がある。
【０００３】
ＧＥ−ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵ用途の光モジュールは、数万個／月ベースでの安定した数の供給が求められている。そのため、低コストかつ短期間での製造を可能とするＰＬＣモジュールへの期待が高まっている。しかしながら、Ｇｅ−ＰＯＮに適用する光モジュールとして、ＰＬＣモジュールは、これまでＢｉＤｉモジュールと同等な特性を実現することが困難であった。
【０００４】
そこで、ＰＬＣモジュールの特性を向上させるために、ＬＤと光導波路、及び光ファイバと光導波路、を高い効率で光結合する技術が必要とされている。特に、ＬＤと光導波路との結合損失は、数ｄＢ程度（例えば５〜７ｄＢ）と非常に大きい。これが、特性を制限する主要因となっている。これは、ＬＤと光導波路とでスポットサイズが大きく異なっている（ＬＤのスポットサイズ＜光導波路のスポットサイズ）ことが原因である。よって、ＬＤと光導波路との結合損失を小さくするためには、ＬＤのスポットサイズを大きくするか、光導波路のスポットサイズを小さくする必要がある。
【０００５】
スポットサイズを変化させる機能として、ＳＳＣ（Spot Size Converter）が知られている。例えば、ＬＤのスポットサイズを大きくするために、ＳＳＣ付きＬＤがある。しかしながら、それは高価なため、光アクセス系システム向け光モジュールへの適用には不向きである。このため、光導波路のスポットサイズを小さくすることが、現実的な解決方法とされている。光導波路のスポットサイズを小さくするためには、光導波路のコアサイズを小さくすれば良い。ところが、コアサイズがあるサイズ以下になると、逆にスポットサイズが大きくなってしまう。これは、光がコア内に留まらず、クラッド側へしみ出す現象により起こる。さらにコアサイズを小さくした場合には、光が放射してしまい、導波しなくなってしまう。そのような、制約があるため、コアサイズを小さくするだけでは、十分な特性の改善は得られない。そこで、光がコア内に留まるように、光導波路の比屈折率差（Δｎ）を高くすることが、検討されてきた（以下、このような光導波路をＨｉｇｈΔ光導波路とする）。
【０００６】
一芯双方向通信用のトランシーバでは、ＬＤと光導波路とを結合するポート（ＬＤポート）、及び光ファイバと光導波路とを結合するポート（ＣＯＭポート）が、同一ウェハの同一平面上に存在する。ウェハ平面上で部分的に屈折率を変えることは、一般的に困難である。そのため、ＬＤポートの結合効率を上げるためにΔｎを高くすると、ＣＯＭポートの光導波路のΔｎも同様に高くなってしまう。換言すると、ＬＤポートにおける光導波路のスポットサイズを小さくすると、ＣＯＭポートにおける光導波路のスポットサイズも一緒に小さくなってしまう。それにより、ＣＯＭポートの結合効率が下がってしまうという問題がある。このように、ＬＤポートとＣＯＭポートにおける結合効率の改善は、トレードオフの関係にある。
【０００７】
そこで、ＬＤポートの屈折率だけを部分的に高くするために、別途トリミングする（例えば、ＬＤポート近傍にのみにＵＶを照射する）技術も提案されている。しかしながら、これは歩留まりを低下させ、価格的にも製造リードタイム的にも問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するために、ＨｉｇｈΔ光導波路を用いて、これと光ファイバとを高効率に結合する光結合構造が検討されてきた。例えば、特許文献１に開示される「光結合器」は、光導波路と光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）との結合損失を低減するために、テーパ導波路（テーパ型ＳＳＣ）を備えている。このテーパ導波路は、所定の開始位置から先端に行くほど、導波路幅（コア幅）が狭くなっている。この形状は、スポットサイズの不一致による放射損失が生じないように、結合部でのスポットサイズを拡大するものである。
【０００９】
具体的には、このような先細り型テーパ（ダウンテーパ）は、導波路幅（コア幅）を、ある値以下に狭くすることにより、光が導波路内に完全に閉じ込められず、導波路の周りにしみ出しながら導波する現象を利用している。光のしみ出しを利用したダウンテーパは、導波路幅の拡大によるアップテーパに比べて、スポットサイズの拡大能力が高い。さらに、直線的なテーパでなく、指数関数的なテーパを用いる構造も提案されている。その場合、短い伝搬距離でスポットサイズを拡大できる利点を持つ。
【００１０】
また、その他の提案として、例えば、特許文献２に開示される「導波路テーパ」がある。これは、光導波路を、光の導波方向に分割した構造である。この分割型導波路（分割型ＳＳＣ）は、光の回折効果を利用している。光導波路が分割されるギャップでは、光は回折してスポットサイズが縦にも横にも広がる。そして、光は、次の光導波路で結合して平面波を保とうとする（波面が球面にならないようになる）。このような分割型ＳＳＣは、テーパ型ＳＳＣに比べて作製が容易であり、トレランスもさほど厳しくない。そのため、分割型ＳＳＣは、分割の周期やデューティをうまく選ぶことで、ＨｉｇｈΔ光導波路において有効なＳＳＣとして機能する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−４３２７９号公報（特に図２および図４）
【特許文献２】特開平８−２６２２４４号公報（特に図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１のようなダウンテーパによって、スポットサイズを拡大するためには、導波路幅を例えば１μｍ以下にまで細める必要がある。さらなる問題は、その幅が１０％程度ばらついただけでも、特性が大きく変化してしまうことである。しかも、この構造は、光の閉じこめを利用しているため、波長によってその効果が大きく異なる点も問題である。光アクセス系システムでは、１．３１μｍ及び１．４９μｍ、場合によっては１．５５μｍの波長の光信号を使用する。一芯双方向通信用のトランシーバでは、これらの複数の波長が同じＣＯＭポートを通過するため、これらの波長全てにおいて光ファイバとの結合損失を小さくしなければならない。光の閉じこめは、短波長側ほど強く表れる（短波長の光ほど閉じこめられやすい）。そのため、短波長の光をしみ出させるためには、導波路幅をより狭める必要がある。しかしながら、一旦光のしみ出しが始まると、スポットサイズが急激に拡大する。そのため、１．３１μｍの光がしみ出すまで導波路幅を狭めると、１．４９μｍ（あるいは１．５５μｍ）の光は光導波路に結合しておられず、外部へ放射されてしまう。
【００１３】
一方、特許文献２のような分割型ＳＳＣは、放射損失が生じるため、結合特性はテーパ型ＳＳＣよりも劣ってしまう問題がある。また、光の回折効果を利用しているため、テーパ型ＳＳＣと同様に波長特性を有している。分割型ＳＳＣには、長波長ほど回折効果が小さくなって、ＳＳＣとしての効果が小さくなるという問題がある。
【００１４】
従って、本発明の目的は、上記の問題を鑑みて、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、複数の波長帯の光信号に対して、効率的に光結合するための導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１６】
本発明の導波路型光結合器は、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するための導波路型光結合器であって、前記光導波路側に配置され、短波長帯よりも長波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第１のスポットサイズ変換手段と、前記光学部品側に配置され、前記長波長帯よりも前記短波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第２のスポットサイズ変換手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光サブアセンブリユニットは、光導波路と光学部品とが光学的に結合された光サブアセンブリユニットであって、光導波路と、前記光導波路と異なるスポットサイズを持つ光学部品と、前記光導波路と前記光学部品の結合位置に、前記の導波路型光結合器とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光モジュールは、光導波路と光学部品とが光学的に結合された光モジュールであって、前記の光サブアセンブリユニットと、該光サブアセンブリユニットが有する発光手段の発信光を制御するとともに受光手段の受信光を処理する制御手段と、前記光サブアセンブリユニット及び前記制御手段を収容するパッケージと、前記光サブアセンブリユニット及び前記制御手段へ電力を供給し、かつこれらからの電気信号を取り出す端子とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の光結合方法は、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するための光結合方法であって、前記光導波路側に配置された第１のスポットサイズ変換手段にて、短波長帯よりも長波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換し、そして前記光学部品側に配置された第２のスポットサイズ変換手段にて、前記長波長帯よりも前記短波長帯の光信号のスポットサイズをより大きく変換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の導波路型光結合器、光サブアセンブリユニット、光モジュールおよび光結合方法は、上述したように、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、光学的に結合するために、光導波路側に配置され、短波長帯よりも長波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第１のスポットサイズ変換手段と、光学部品側に配置され、長波長帯よりも短波長帯の光信号に対して、スポットサイズ変換効率が高い第２のスポットサイズ変換手段とを備えることにより、波長依存性が低く、そして、製造トレランスが大きく、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、複数の波長帯の光信号に対して、高効率で光結合することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施する上で、より好ましい実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明を理解する上で具体例を示すものであって、本発明の範囲は、これらの実施の形態だけに限られるものではない。
【００２２】
本発明は、二種類のＳＳＣ（Spot Size Converter）を適切に組み合わせ、それぞれのＳＳＣの変換特性を活かして、波長依存性を低減したＳＳＣを構成する。より具体的には、長波長帯（例えば１．５５マイクロメートル）の光のスポットサイズの拡大は、長波長になるほど効果が強く表れるテーパ型ＳＳＣで行う。そして、短波長帯（例えば１．３１マイクロメートル）の光のスポットサイズの拡大は、短波長になるほど効果が強く表れる分割型ＳＳＣで行う。
【００２３】
以下、上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下に、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる導波路型光結合器の構造を示す。導波路型光結合器１は、第１のスポットサイズ変換部２と第２のスポットサイズ変換部３とを備える。
【００２６】
第１のスポットサイズ変換部２は、導波路（コア）の縮小による光のしみ出しを利用したテーパ型導波路である。光が導波路内に閉じ込められる効果は、短い波長ほど強い。そのため、導波路幅（コア幅）の縮小によるスポットサイズの拡大は、長波長の光で効果が大きい。換言すると、短波長の光ほど導波路幅を狭くしないと、光のしみ出しが始まらない。そのため、第１のスポットサイズ変換部２では、短波長帯の光のスポットサイズは拡大されにくいが、長波長帯の光のスポットサイズは拡大されやすい。
【００２７】
他方、第２のスポットサイズ変換部３は、光の回折効果を利用した分割型導波路である。分割型導波路による光の回折効果は、短い波長ほど大きい。そのため、回折効果によるスポットサイズの拡大は、短波長の光で効果が大きい。よって、第２のスポットサイズ変換部３では、長波長帯の光のスポットサイズは拡大されにくいが、短波長帯の光のスポットサイズは拡大されやすい。
【００２８】
本実施形態では、これらのスポットサイズ変換部の各々の特徴を利用して、それぞれの長所を活かし、それぞれの短所を補う工夫をしている。具体的には、第１のスポットサイズ変換部２は、長波長帯の光のスポットサイズを主に拡大するようにし、第２のスポットサイズ変換部３は、短波長帯の光のスポットサイズを主に拡大するようにしている。
【００２９】
なお、第１のスポットサイズ変換部２は、直線状の先細り型テーパ（ダウンテーパ）でも良いが、テーパの長さをより短くしたい場合は、図１のように指数関数型テーパにすると良い。この構造は、導波路が一定の割合で細められるのではなく、指数関数的にテーパ開始時に大きく細められている。光のしみ出しは、導波路幅が所定幅よりも広い場合ほとんど起こらないが、所定幅以下になると導波路幅の減少に伴って急激に強くなる。したがって、単純なダウンテーパでは、角度を急にすると放射損失が発生しやすくなる。これに対し、指数関数型のテーパであれば、光のしみ出しが起こるまでの部分を、指数関数的に大きく細めることで、テーパの長さが短くできる。また、光のしみ出しが起こった後の部分を、指数関数的に緩やかに細めることで、放射損失の発生を抑えることができる。換言すると、指数関数型テーパの方が、テーパの長さが短くでき、放射損失も小さくしやすいという点で優れている。さらに、テーパの長さが短くなることにより、伝搬損失を減らす効果もある。
【００３０】
なお、第２のスポットサイズ変換部３の分割型導波路は、放射損失を減らすために、導波路ブロックの長さが導波路ブロックの間隔（＝ギャップ長）よりも長く設計されている。また、分割型導波路の導波路幅は、スポットサイズの不一致による結合損失の増加を防ぐために、第１のスポットサイズ変換部２の先端部（テーパ端部）とほぼ同一であるか、それより若干大きく設計されていることが望ましい。なお、分割型導波路の配置は、一定周期型（導波路ブロックの配置周期が一定）および一定ギャップ型（導波路ブロックの配置間隔が一定）などが適用できる。
【００３１】
なお、上記の光導波路の材質としては、石英ガラスや、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などが適用可能である。石英ガラスでは、光を導波するためのコアは、ゲルマニウムなどを添加させて形成される。ＬＮでは、光を導波するためのコアは、チタンを拡散させて形成される。それにより、コアは、屈折率が増加して、光を内部に閉じ込めることができる。
【００３２】
次に、図１の導波路型光結合器の各部の寸法について、図２及び図３で説明する。
【００３３】
まず、第１のスポットサイズ変換部２（テーパ型導波路またはテーパ型ＳＳＣ）の構造パラメータ（導波路幅、テーパ形状、テーパ長さ等）について、図２および図３で説明する。テーパ型導波路の先端幅（終端幅）Ｗｅは、使用される複数の波長のうち最長の波長で、最適な変換効率となる値とする。ここで、図３に示すように、直交座標系を定義する。テーパ開始部分を原点とし、導波方向をＸ方向、導波路の幅方向をＹ方向とする。このとき、導波方向距離ｘ＝Ｚにおける第１のスポットサイズ変換部２のテーパ部分の導波路幅Ｗは、下記式（１）で表されることが好ましい。なお、テーパの全長Ｚ0は、１〜２ｍｍ程度とすることが望ましい。また、式（１）において、定数αは０．０１〜０．０３程度とすることが望ましい。
【００３４】
Ｗ＝（Ｗ0−Ｗ∞）×ｅｘｐ（−α×Ｚ／（Ｗ0−Ｗ∞））＋Ｗ∞・・・（１）
Ｗ0：テーパ開始位置での導波路幅
Ｗ∞：無限遠（Ｚ＝∞）での導波路幅
図４は、上記式（１）で表される指数関数テーパ型導波路モデルを用いたＢＰＭ（Beam Propagation Method）シミュレーションの結果を示す。このシミュレーション結果は、比屈折率差Δｎをパラメータとして、指数関数テーパの無限遠における導波路幅Ｗ∞を変化させた場合のＳＭＦとの結合損失の関係を示す。なお、光の波長は、スポットサイズの拡大効果が高い１．６μｍ（マイクロメートル）で算出している。また、Ｗ0は４．５μｍ、Ｚ0は１６００μｍ、αは０．０１、導波路高さは３．５μｍとしている。
【００３５】
上記の例では、テーパ型導波路の側面は、指数関数状の曲線で構成されている。しかしながら、テーパ開始部分での導波路幅の減少量が大きく、先端ほど減少量が少なくなるのであれば、必ずしも導波路の側面が指数関数状の曲線で構成される必要はない。他に、導波路の側面が、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）状の曲線で構成されてもよい。さらに、導波方向の微少長さをΔｘ、幅の減少量をΔｙとしたときに、導波方向の微少長さに対する幅の減少量の割合（Δｙ／Δｘ）が、第２のスポットサイズ変換部３に近い位置ほど、小さくしてもよい。
【００３６】
導波路型光結合器１をＰＬＣ（Planner Lightwave Circuit）モジュールに適用する場合には、ＬＤ（Laser Diode）と光導波路との結合損失を低減するために、Δｎは高めに設定する必要がある。しかしながら、あまり高く設定してしまうと、要求されるＬＤの実装精度が厳しくなる。具体的には、Δｎを高くすると、光導波路のスポットサイズが小さくなる。それにより、最適結合時の過剰損失は小さくなる。一方、ＬＤと光導波路との位置ずれによる過剰損失の増加量が、大きくなる（ＬＤ実装位置に対するトレランスが小さくなる）。そのため、Δｎは１．２〜１．８％程度にするのがよい。図４においてΔｎ＝１．３％を例に説明すると、Ｗ∞＝１．２μｍで結合損失がボトム（極小）になっており、Ｗ∞がそれ以上でもそれ以下でも結合損失が増加することが分かる。
【００３７】
ここで、テーパ型導波路の実際の先端幅をＷｅとし、結合損失が最小となる理想の導波路幅をＷｂとする。すると、過剰損失を発生させないために、Ｗｅは、Ｗｂとすることが望ましい（Ｗｅ＝Ｗｂ。例として、波長＝１．６μｍ、Ｗ0＝４．５μｍ、Ｚ0＝１６００μｍ、α＝０．０１ならば、Ｗｅ＝Ｗｂ＝１．２２６μｍである。）
ＷｅがＷｂよりも大きい場合（Ｗｅ＞Ｗｂ）は、光の閉じこめ効果が強く、スポットサイズを拡大しきれていない。そのため、ＳＭＦのスポットサイズとのモードミスマッチが起こり、過剰損失が発生する。
【００３８】
これに対し、ＷｅがＷｂよりも小さい場合（Ｗｅ＜Ｗｂ）は、光が導波路に結合していられなくなる。そのため、光が外部へ放射してしまい、過剰損失が発生する。ひとたび外部へ放射されてしまった光は、二度と導波路に光結合されることはない。
【００３９】
また、Ｗｅ＞Ｗｂの場合よりも、Ｗｅ＜Ｗｂの場合の方が、劣化感度が高い。換言すると、導波路幅の変化分が同じであれば、結合損失の増加量が大きい。
【００４０】
光の波長が長いほど、導波路における光の閉じこめ効果は弱くなる。そのため、長波長の光ほどＷｂは大きくなる。従って、最長波長の光に対するＷｂを設計値として用いる。最長でない波長の光に対して、Ｗｂを設計値としてしまうと、最長波長の光が急激に結合しなくなる。
【００４１】
上述の条件に従って設計された第１のスポットサイズ変換部２からの出力光は、最長波長の光については、光ファイバとの結合特性が良好となるまでスポットサイズが拡大されている。しかしながら、波長が短くなるほど光の閉じこめが強く、そのような光は、十分にスポットサイズが拡大されていない。そのため、短波長の光については、光ファイバとの結合効率がまだ低い。
【００４２】
そこで、第１のスポットサイズ変換部でスポットサイズが十分に拡大されなかった短波長の光について、次に、第２のスポットサイズ変換部でそのスポットサイズをさらに拡大する。
【００４３】
第２のスポットサイズ変換部３を構成する分割型導波路は、下記の条件を満たすことが好ましい。
【００４４】
Ｗｓ＝Ｒ×Ｗｂ  １．０≦Ｒ≦１．５
Ｌ≧Ｄ
但し、Ｗｓは分割型導波路の導波路幅、Ｌはその導波路長、Ｄはそのギャップ長である。
【００４５】
分割型導波路は、光の回折効果をコントロールしてスポットサイズを拡大している。そして、光の回折効果は短波長ほど大きい。すなわち、テーパ型導波路の後段に分割型導波路を設置することで、拡大しきれなかった短波長光のスポットサイズが拡大できる。なお、分割型導波路の構造パラメータ（導波路幅、導波路長、ギャップ長）は、短波長光のスポットサイズが極力大きくなるようにその値が選択されている。ここで強調すべきは、このような条件に沿うように分割型導波路の構造パラメータを選択しても、テーパ型導波路で最適化した長波長の光の結合特性には、ほとんど影響を与えない点にある。なお、詳しくは、後段で説明する。
【００４６】
後段に設置する分割型導波路の幅Ｗｓは、Ｗｂと同じか、それより大きくしている。これは、分割型導波路の幅がＷｂよりも小さいと、最長波長の光を導波路に結合させておけなくなるためである。また、導波路の幅が広すぎると、前段のテーパ型導波路で拡大した最長波長の光のスポットサイズが、導波路に強く結合して、再び小さくなってしまう。そのため、Ｗｓは、Ｗｂ×１．５以下としている。
【００４７】
光通信用途に使用される波長帯域は、１．３μｍ（マイクロメートル）帯及び１．５μｍ（マイクロメートル）帯が主流である。より詳しく言えば、アクセス系の光通信では、一般的に上り１．３１μｍ、下り１．４９μｍの光が使用される。また、ＣＡＴＶ（Community Antenna Television）などで３波長を使用するＴｒｉｐｌｅｘｅｒなどでは、アナログ信号用として、さらに１．５５μｍの光が使用されることもある。さらにＬＤの温度特性による波長の揺らぎを考慮すると、一般的なアクセス系の光通信での使用波長範囲は、１．２μｍ〜１．６μｍである。この場合の最長波長は１．６μｍである。図４において、波長１．６μｍ、Δｎ＝１．３％の場合、結合損失が最小となる最適なＷ∞は、約１．２μｍである。また上述したように、分割型導波路の導波路幅Ｗｓは、結合損失が最小となる理想の導波路幅Ｗｂと、ほぼ同じとすることが望ましい。すなわち、Ｗｓ＝Ｗｂである（例として、Ｗ0＝４．５μｍ、Ｚ0＝１６００μｍ、α＝０．０１ならば、Ｗｓ＝Ｗｂ＝１．２２６μｍ）。
【００４８】
次に、第２のスポットサイズ変換部３（分割型導波路または分割型ＳＳＣ）の構造パラメータ（導波路幅、周期、導波路長、ギャップ長など）について、図２で説明する。導波路幅はＷｓ、分割されている周期はＰ、導波路長はＬ、ギャップ長はＤである。ここでは、説明のしやすさから、分割型導波路の配置が、一定周期および一定ギャップの場合とする。なお、分割型導波路の配置は、これだけに限られるものではない。
【００４９】
図５は、分割型導波路モデルを用いたＢＰＭシミュレーションの結果を示す。このシミュレーション結果は、導波路のギャップ長（Ｄ）をパラメータとして、分割された導波路長（Ｌ）に対するＳＭＦとの結合損失の関係を示す。なお、光の波長は、スポットサイズの拡大効果が高い１．２μｍで算出している。また、Ｗｓ＝Ｗｂ＝１．２２６μｍ、Δｎ＝１．３％、分割数は１０としている。
【００５０】
ギャップ長Ｄをある値に設定した場合、結合損失が最小となる導波路長Ｌが一意的に決定される。この最適のＬをＬｂ（Ｄ）と表現することとする。また、ギャップ長Ｄにも最適値が存在することは、図５から自明である。つまりこの場合は、ギャップ長Ｄ＝２．５μｍのとき、Ｌｂ（２．５）＝約６．５μｍで結合損失が、最も小さくなっている。このようなＤは、各Δｎで一意的に存在する。この最適値は、Ｄｂと表現することとする。
【００５１】
図６（ａ）は、Δｎをパラメータに、分割型導波路間のギャップ長Ｄを変化させた場合の、結合損失が最小となる導波路長が周期に占める割合Ｌｂ／Ｐについて計算した結果を示す。なお、周期Ｐは、（Ｌｂ＋Ｄ）としている。図６（ｂ）は、ギャップ長Ｄを変化させた場合のＳＭＦとの結合損失について計算した結果を示す。また、図７は、最適な分割型導波路間のギャップ長Ｄｂと、最適な導波路長Ｌｂとの関係を示す。言うまでもなく、Δｎの変化に伴い、Ｗｂも変化させて計算を行っている。図７より、Δｎが大きいほど、Ｄｂが小さくなることが分かる。これは、高Δｎほど回折効果が強いことによる。また、少なくともΔｎ≧０．７％においては、Ｄｂが５μｍを上回ることはない。このように、設定するΔｎに対して、図７の曲線からおおよその導波路長Ｌと導波路のギャップ長Ｄを決定することができる。しかしながら、導波路のギャップ長Ｄは、製造プロセスの困難さにより下限値を有する。一般的な光導波路プロセスにおいては、その下限値は１〜３μｍとされている。このため、Ｄに関しては、所望の値Ｄｂでの作製が困難な場合がある。この場合には、安定して製造できる値をＤとし、図６（ａ）に従って導波路長Ｌを決定すればよい。図６（ａ）によれば、Ｄが大きいほど、Ｌｂ／Ｐの変化は小さくなる。加えて、前述したように、Δｎ≧０．７％においては、Ｄｂが５μｍを上回ることはない。そのため、Ｌｂ／Ｐは、０．５を下回ることはないと判断できる。すなわち、下記のように示される。
【００５２】
Ｌｂ／Ｐ≧０．５
Ｌｂ≧Ｄ×０．５／（１−０．５）
Ｌｂ≧Ｄ  ・・・（２）
ここで強調すべきは、最長波長である１．６μｍの光は、前段のテーパ型導波路によって十分に拡大されているため、後段の分割型導波路から影響を受けにくい点にある。スポットサイズが拡大しているほど、光はコリメート光（平行光）に近くなる。そのため、その光は、分割型導波路において回折の影響を受けにくい。従って、テーパ型導波路によって拡大された長波長側の光のスポットサイズは、分割型導波路によって大きな影響を与えられることがない。言い換えると、長波長側の光のスポットサイズが拡大され過ぎる、あるいは外部に光が放射してしまう、ことなどにより、光導波路に結合しなくなる虞はない。このように、後段の分割型導波路において、短波長側の光のスポットサイズが、選択的、効果的に拡大できる。
【００５３】
図８は、本実施形態にかかる導波路型光結合器の各位置で、ＳＭＦとの結合損失をＢＰＭ（Beam Propagation Method）で算出した結果を示す。なお、Δｎ＝１．３％、Ｗ0＝４．５μｍ、Ｚ0＝１６００μｍ、Ｗｅ＝１．２μｍ、α＝０．０１、Ｌ＝６．５μｍ、Ｄ＝２．５μｍ、分割数は１０、導波路高さは３．５μｍとした。図８に示されるように、最短波長（１．２μｍ）の光については、第２のスポットサイズ変換部３の最終端で結合損失が、最小となっている。また、最長波長（１．６μｍ）の光については、第１のスポットサイズ変換部２の終端における結合損失が、第２のスポットサイズ変換部３の最終端でもほぼ維持されている。
【００５４】
ここで注目すべきは、第２のスポットサイズ変換部３が持つ波長依存性が、第１のスポットサイズ変換部２が持つ波長依存性をキャンセルするように作用する点である。第１のスポットサイズ変換部２はテーパ型導波路であるため、上記のように短波長でのスポットサイズ変換効果が小さい。すなわち、１．６μｍに比べて１．２μｍ光のスポットサイズ拡大の効果が小さい。一方、その後段の第２のスポットサイズ変換部３は分割型導波路であるため、短波長の光の方が、スポットサイズ変換効果が大きい。すなわち、１．６μｍに比べて１．２μｍ光のスポットサイズ拡大の効果が大きい。なお、第２のスポットサイズ変換部３において、長波長の光のモードは、多少乱れるが、すでに十分にスポットサイズが拡大されているため、その影響は小さい。それは、スポットサイズが拡大しているほど、光はコリメート光（平行光）に近くなるため、分割型導波路において回折の影響を受けにくいためである。この例では、１．２μｍの光で拡大効果が最大になるように、第２のスポットサイズ変換部３の分割パラメータ（ギャップや導波路長など）が最適化されている。そのため、ここでは、１．２μｍの光のスポットサイズが、選択的に拡大されて、ＳＭＦとの結合損失が小さくなっている。
【００５５】
本実施形態にかかる導波路型光結合器の波長特性について、ＢＰＭにて計算した結果を図９に示す。このシミュレーション結果は、第１のＳＳＣ（指数関数テーパ型導波路）だけを備える場合（後段に第２のＳＳＣを備えない場合）と、本第１の実施形態にかかる導波路型光結合器（第１のＳＳＣの後段に第２のＳＳＣを備える場合）の比較を示す。１．２〜１．６μｍの使用波長帯域において、第１のＳＳＣ（指数関数テーパ型導波路）のみの場合、波長依存性は１．４６ｄＢである。それに対して、第１のＳＳＣおよび第２のＳＳＣ（分割型導波路）を備えた場合、波長依存性は０．６４ｄＢとなる。この波長依存性の低減効果は、約５６％程度である。参考のため、図中には両者の差分、すなわち第２のＳＳＣによる結合損失の改善量も示している。これにより、第２のＳＳＣでは、短波長ほど改善効果が強いことが確認できる。
【００５６】
次に、本実施形態において、ＳＭＦとの結合損失に対する終端（無限遠）での導波路幅のトレランスをＢＰＭによって算出した。算出結果を図１０に示す。比較対象として第２のスポットサイズ変換部３（分割型導波路）が後段に備えられていない場合（すなわち、指数関数型テーパ導波路のみの場合）の算出結果を図１１に示す。図１１に比べて、図１０における波長１．２μｍの結合損失変動が小さくなっている。これにより、分割型導波路が無い場合と比較して、本実施形態に係る構成では、結合損失に対する終端での導波路幅のトレランスが、大きく緩和されていることがわかる。
【００５７】
以上述べたように、本発明の第１の実施形態に係る導波路型光結合器は、波長依存性が低く、そして、製造トレランスが大きくすることができる。また、本導波路型光結合器は、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、複数の波長帯の光信号に対して、高効率で光結合することができる。なお、本実施形態の構造は、Ａ側およびＢ側どちらから入力される光に対しても、スポットサイズを変換する効果を有する。
【００５８】
以下に、本発明の第１の実施形態にかかる光サブアセンブリユニットの具体的な構成について説明する。図１２は、本実施形態にかかる光サブアセンブリユニットの一例として、ＰＬＣ（Planner Lightwave Circuit）ユニットの構造を示す。また図１３は、このＰＬＣユニットの斜視図（但し、光ファイバ搭載前）である。このＰＬＣユニットは、ＰＯＮ・ＯＮＵ向け一芯双方向通信用である。
【００５９】
ＰＬＣユニット１０は、基板１１上に堆積された石英膜１２に、略Ｖ字状に折り返して形成された光導波路（コア）１３と、その一端の先に上記の導波路型光結合器１を備える。さらに、導波路型光結合器１の先には、Ｖ溝１４が形成されており、その上に光ファイバ１８が実装されている。また、基板１１上には、他端の先にＬＤ１５、折り返し部にＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）フィルタ１６、そしてＷＤＭフィルタ１６と対向する位置にＰＤ（Photo Diode）１７、の各種光学部品が実装されている。
【００６０】
基板１１は、例えばシリコンで形成されており、Ｖ溝１４は、選択性エッチング等で形成されている。導波路型光結合器１は、上述した特徴を備えており、Ｖ溝１４上に搭載された光ファイバ１８と、石英膜１２内に形成された光導波路（コア）１３とを光結合している。ＬＤ１５は、光導波路１３の他端と光結合している。ＷＤＭフィルタ１６は、波長に対して選択的に透過または反射を行い、透過された光はＰＤ１７で受光される。
【００６１】
以下に、ＰＬＣユニット１０の動作について説明する。光アクセス系の一心双方向通信で構成されるＰＯＮシステムの場合、加入者側（ＯＮＵ）では送信光として１．３１μｍ、受信光として１．４９μｍの波長が用いられる。また、ＣＡＴＶなどのアナログ信号が含まれるシステムの場合には、１．５５μｍ波長の光も受信光として用いられる。具体的には、１．３１μｍの光が送信光として、ＬＤ１５から発信される。その送信光は、光導波路１３を通って、ＷＤＭフィルタ１６で選択的に反射されて、導波路型光結合器１を介して、光ファイバ１８に結合される。一方、１．４９μｍあるいは１．５５μｍの光が受信光として、光ファイバ１８から受信される。その受信光は、導波路型光結合器１を介して、光導波路１３に結合し、ＷＤＭフィルタ１６を選択的に透過されて、ＰＤ１７にて受信される。このように、送受信で異なる波長の光が、異なるスポットサイズを持つ光ファイバ１８と光導波路（コア）１３間で、効率良く光結合されなければならない。そこで、導波路型光結合器１は、これらの異なる波長の光に対して、上述したように、高効率で光ファイバと光導波路間を結合する働きを担っている。
【００６２】
そこで、この導波路型光結合器１に関して、Δｎを１．３％として、テーパ型導波路のパラメータを設定する。最長波長は１．５５μｍであるので、図４と同様に、１．５５μｍにおけるＢＰＭでＷ∞を計算した結果を図１４に示す。この図から、ＳＭＦとの結合損失が最小となるＷ∞は、１．１μｍとなる。なお、Ｗ0＝４．５μｍ、Ｚ0＝１６００μｍ、α＝０．０１とした。従って、上記式（１）より、テーパ型導波路の先端幅Ｗｅは、１．１３１μｍとなる。
【００６３】
次に、分割型導波路の導波路幅Ｗｓ＝Ｗｅとして、最短波長１．３１μｍに対して、図５と同様に、１．３１μｍにおけるシミュレーションを行った結果を図１５に示す。この結果から、最適な導波路長Ｌｂ、最適な導波路間のギャップ長Ｄｂは、それぞれ６μｍ、２μｍとなる。これは、図７の近似曲線上にほぼ位置すると分かる。
【００６４】
１．３１μｍ、１．５５μｍの波長光において、ＳＭＦとの結合損失を、テーパ開始位置からの伝搬距離Ｚに対して計算した結果を図１６（ａ）に示す。図１６（ｂ）は、伝搬距離Ｚが１５５０μｍ以上の部分を拡大して示す。この図から、第２のスポットサイズ変換部（Ｚが１６００μｍ以上）においては、１．３１μｍの波長光が選択的にＳＭＦとの結合損失が改善されていることが分かる。これは、１．３１μｍの波長光のスポットサイズが、選択的に拡大されていることによる。また、第２のスポットサイズ変換部において、１．５５μｍ波長で劣化する結合損失は、およそ０．０３ｄＢと非常に小さいことが分かる。
【００６５】
次に、導波路幅に対するＳＭＦとの結合損失を計算した結果を図１７に示す。比較のため、分割型導波路を付加しない場合（指数関数型テーパ導波路のみの場合）について、計算結果を図１８に示す。図１７では、両波長ともにＷ∞に対する感度（傾き）が軽減されており、特に１．３１μｍの波長に対しては、図１８の半分以下にまで鈍化されている。このため、本実施形態の構成は、指数関数型テーパ導波路のみと比較して、製造が容易となる。すなわち、本実施形態の構成は、製造誤差により、導波路幅がばらついたとしても、指数関数型テーパ導波路のみと比較して、結合損失が低く維持されやすいという効果を有する。
【００６６】
以下に、本実施形態にかかる光モジュールの具体的な構成について説明する。図１９は、本実施形態にかかる光モジュールの構成の一例を示す。この光モジュールは、上述したＰＬＣユニット１０を、セラミックパッケージ２１内に収容したものである。セラミックパッケージ２１には、さらに制御ＩＣ（Integrated Circuit）２３が搭載されており、端子２４が設けられている。制御ＩＣ２３は、ＰＬＣユニット１０内のＬＤやＰＤを制御している。端子２４は、ＰＬＣユニット１０内のＬＤに電力や制御信号を供給したり、ＰＤから光電変換された信号を取り出したり、制御ＩＣ２３に電力を供給している。また、ＰＬＣユニット１０に搭載される光ファイバ１８には、フェルール２５が取り付けられており、フランジ２６でセラミックパッケージ２１に固定されている。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態は、以下のような効果を有する。
【００６８】
本実施形態による導波路光結合器および光サブアセンブリの構造は、波長依存性が小さく、製造トレランスが大きく、互いに異なるスポットサイズを持つ光導波路と光学部品とを、複数の波長帯の光信号に対して、高効率で光結合することができるという効果を有する。これにより、例えば一芯双方向通信用光モジュールでは、ＬＤとの結合効率を高めるために、光導波路をＨｉｇｈΔ化しても、光ファイバとの結合損失を高効率に改善できる効果を有する。
【００６９】
また、第１のスポットサイズ変換部は、最長波長の光で最適な構造パラメータに設定し、第２のスポットサイズ変換部は、最短波長の光で最適な構造パラメータに設定することで、その光結合は、さらに最適化される。
【００７０】
さらに、第１のスポットサイズ変換部を指数関数型テーパにした場合、テーパ部の長さが短くなり、伝搬損失を減らせるという効果もある。また、ｎ次関数型テーパにした場合も、同様の効果が得られる。
【００７１】
さらに、光サブアセンブリユニットでは、ＰＤで受信する光信号帯域と、ＬＤから発信する光信号帯域との両帯域において、光導波路のスポットサイズを効率的に拡大することができるため、低損失化できるという効果を有する。また、製造トレランスを大きくできるため、良品率を高め、生産性に優れるという効果を有する。また、パワーの低いＬＤ（例えば、ＤＦＢ−ＬＤ）を用いることが可能となる効果もある。
【００７２】
なお、上記実施形態は、本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、二つの帯域の光信号を用いる場合を例としたが、本発明は、三つ以上の帯域の光信号を用いる場合にも適用可能である。最長波長の光に合わせてテーパ型ＳＳＣの構造パラメータを決定し、最短波長の光に合わせて分割型ＳＳＣの構造パラメータを決定すれば、それぞれの波長成分について効果的に光導波路のスポットサイズを拡大できる。
【００７３】
また、上記実施形態においては、光ファイバとしてＳＭＦと光導波路との結合を例としたが、光ファイバはＳＭＦだけに限定されるものではない。光ファイバは、ＤＳＦ（Dispersion Shifted Fiber）やＤＣＦ（Dispersion Compensating Fiber）であっても適用できる。
【００７４】
さらに、本発明は、光導波路のスポットサイズを有効に拡大して、自由空間により他の光学部品と光結合する場合にも適用できる。すなわち、本発明は、光導波路をこれよりもスポットサイズが大きい光学部品（光検出素子ＰＤ、レンズ、薄膜フィルタなど）と、空間伝搬により光結合させる場合などにも、適用することができる。このように、本発明は様々な変形が可能である。
【００７５】
以上、本発明に好適なる実施の形態を述べたが、これらの構成を組合せて使用したり、一部の構成を変更したりしてもよい。また、上記の実施の形態で示した構成要素は、本発明を理解する上で具体例を示したものであって、これらの均等物を含むことは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる導波路型光結合器の構造を示す図である。
【図２】図１の導波路型光結合器の構造パラメータを示す図である。
【図３】第１のスポットサイズ変換部の構造パラメータを示す図である。
【図４】指数関数テーパ型導波路モデルを用いたＢＰＭシミュレーションの結果を示す図である。
【図５】分割型導波路モデルを用いたＢＰＭシミュレーションの結果を示す図である。
【図６】分割型導波路間のギャップに対して、導波路長が周期に占める割合（ａ）とＳＭＦとの結合損失（ｂ）それぞれの関係を示す図である。
【図７】分割型導波路間のギャップと、最適な導波路長と、の関係を示す図である。
【図８】第１の実施形態にかかる導波路型光結合器のＳＭＦとの結合損失を示す図である。
【図９】第１の実施形態にかかる導波路型光結合器の波長依存性を示す図である。
【図１０】第１の実施形態にかかる導波路型光結合器の導波路幅のトレランスを示す図である。
【図１１】分割型導波路を後段に備えない指数関数テーパ型導波路の導波路幅のトレランスを示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態にかかるＰＬＣユニットの構造を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態にかかるＰＬＣユニットの斜視図である。
【図１４】指数関数テーパ型導波路の導波路幅と、ＳＭＦとの結合損失と、の関係を示す図である。
【図１５】分割型導波路の導波路長と、ＳＭＦとの結合損失と、の関係を示す図である。
【図１６】テーパ開始位置からの伝搬距離とＳＭＦとの結合損失との関係を示す図（ａ）と伝搬距離が１５５０μｍ以上の拡大図（ｂ）である。
【図１７】第１の実施形態にかかる導波路型光結合器の導波路幅に対するＳＭＦとの結合損失の関係を示す図である。
【図１８】分割型導波路を後段に備えない指数関数テーパ型導波路の導波路幅と、ＳＭＦとの結合損失と、の関係を示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    導波路型光結合器
２    第１のスポットサイズ変換部
３    第２のスポットサイズ変換部
１０    ＰＬＣユニット
１１    基板
１２    石英膜
１３    光導波路（コア）
１４    Ｖ溝
１５    ＬＤ
１６    ＷＤＭフィルタ
１７    ＰＤ
１８    光ファイバ
２１    セラミックパッケージ
２３    制御ＩＣ
２４    端子
２５    フェルール
２６    フランジ
【図１】
2006309197.tif 000003
【図２】
2006309197.tif 000004
【図３】
2006309197.tif 000005
【図４】
2006309197.tif 000006
【図５】
2006309197.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006309197.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006309197.tif 000013
【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】
2006309197.tif 000018
【図１７】
2006309197.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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