(57)【要約】    【課題】  ３つの分岐導波路に分岐する光分岐デバイスであって、短い導波路長でも分岐後の各導波路の光出力を均一にすることができる光分岐デバイスを得る。    【解決手段】  基部１０の導波路１から連続して直線状に延びる第１の分岐導波路２と、第１の分岐導波路２を挟みそれぞれ離れる方向に延びる第２及び第３の分岐導波路３，４とを有する分岐部１１と、第２及び第３の分岐導波路３，４が第１の分岐導波路２に対して平行になるように位置している平行部１２と、第１の分岐導波路２から第２及び第３の分岐導波路３，４が徐々に離れるように延びる離散部１３とを備え、平行部１２における第１，第２及び第３の分岐導波路２，３，４の横方向の互いの間隔ピッチＰ（μｍ）と、コア部及びクラッド部の屈折率差ΔｎをＣ＝Δｎ・Ｐ2の式に代入することにより算出されるＣがＣ＝０．５±０．２の関係を満たすように、Ｐ及びΔｎが設定されていることを特徴としている。【選択図】      図１
2006099009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部の導波路から３つの分岐導波路に分岐する光分岐デバイスであって、
前記基部の導波路から連続して直線状に延びる第１の分岐導波路と、前記基部の導波路から分かれて前記第１の分岐導波路を挟み前記第１の分岐導波路からそれぞれ離れる方向に延びる第２及び第３の分岐導波路とを有する分岐部と、
前記分岐部から連続して設けられる第１、第２及び第３の分岐導波路から構成されており、前記第２及び第３の分岐導波路が前記第１の分岐導波路に対して平行になるように位置している平行部と、
前記平行部から連続して設けられる第１、第２及び第３の分岐導波路から構成されており、前記第２及び第３の分岐導波路が前記第１の分岐導波路から徐々に離れるように延びる離散部とを備え、
前記第１、第２及び第３の分岐導波路が、相対的に屈折率が高いコア部と、該コア部の周囲に設けられる相対的に屈折率が低いクラッド部から構成されており、
前記平行部における前記第１、第２及び第３の分岐導波路の横方向の互いの間隔ピッチＰ（μｍ）と、前記コア部及び前記クラッド部の屈折率差ΔｎをＣ＝Δｎ・Ｐ2の式に代入することにより算出されるＣがＣ＝０．５±０．２の関係を満たすように、前記Ｐ及び前記Δｎが設定されていることを特徴とする光分岐デバイス。
【請求項２】
前記分岐部における前記第２及び第３の分岐導波路が直線状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の光分岐デバイス。
【請求項３】
前記平行部の導波路方向の長さができるだけ短くなるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光分岐デバイス。
【請求項４】
前記第１の分岐導波路がさらに２つの分岐導波路に分岐されており、これによって前記基部の導波路から４つの導波路に分岐されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光分岐デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光分岐デバイスと、前記光分岐デバイスの各導波路の端部に接続される光ファイバーとを備える光カプラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等において信号光を分岐するための光分岐デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信等においては、入力信号光を複数に分岐させる光分岐デバイスが必要に応じて用いられている。
【０００３】
図２３は、従来の４分岐デバイスの導波路を示す平面図である。この従来の４分岐デバイスにおいては、基部の導波路１を、一度に４つの導波路に２ａ，２ｂ，３，４に分岐している。図２４は、図２３に示す従来の４分岐デバイスについて、分岐導波路の光出力をシミュレーションした際の導波路の寸法を示す図である。横軸は横方向の長さＸを示しており、縦軸は縦方向の長さＺを示している。
【０００４】
図２５は、シミュレーションの結果を示す図である。横軸は、各導波路の導波路幅を示しており、縦軸は、外側の導波路３及び４に対する内側の導波路２ａ及び２ｂの出力比（内／外比）を示している。Δｎは、導波路のコア部とクラッド部の屈折率差を示している。図２５に示すように、導波路幅の変化とともに、内／外比が変化している。また、Δｎの変化によっても内／外比が変化している。光分岐デバイスにおいては、分岐後の各分岐導波路における光出力が等しく均一であることが望ましいが、図２５に示すように、従来の光分岐デバイスにおいては、導波路幅や、コア部及びクラッド部の屈折率差（Δｎ）のばらつきにより各分岐導波路の出力が大きく変動している。従って、製造条件等がばらつくことにより、分岐後の各光導波路の出力にばらつきが生じ、一定品質のものを歩留まり良く製造することができないという問題があった。
【０００５】
また、従来の４分岐デバイスとして、最初３本の導波路に分岐し、その後中央の導波路をさらに２本に分岐する４分岐デバイスが知られている（特許文献１など）。このような光分岐デバイスにおいては、最初の３本の分岐の際に、中央の導波路の光強度が両側の導波路の２倍の光強度となるように、すなわち１：２：１の出力となるように分岐した後、中央の導波路がさらに１：１の光強度比となるように２本分岐することにより、最終的な４つの分岐路が１：１：１：１の等しい光出力で分岐されることが好ましい。
【０００６】
図２６は、上記の４分岐デバイスにおける最初の３分岐の部分を示す平面図である。基部の導波路１から、直線状に３つの分岐光路２，３，４に分岐している。このような３分岐導波路において、導波路２と導波路３及び導波路２と導波路４がなす分岐角θを１°以下にすると、分岐路３：分岐路２：分岐路４の光強度比が１：２：１の比率になることが知られている（非特許文献１）。
【０００７】
従って、図２６に示すような３分岐導波路において、分岐角θを１°以下にした３分岐導波路を作製し、中央の分岐導波路をさらに２つに分岐させることにより、各分岐導波路における出力比が等しい４分岐デバイスを得ることができる。図２７は、このような４分岐導波路デバイスを示す平面図である。図２７に示す４分岐導波路デバイスにおいては、分岐角θを１°に設定し、光ファイバアレイと接続するために、最終的な４つの分岐路間の間隔を２５０μｍに設定している。光ファイバアレイは、光通信分野において広く使用されており、光ファイバーが２５０μｍピッチに配列しているものである。このため、分岐路の長さは２１．５ｍｍとなり、非常に長さが長い４分岐導波路デバイスとなってしまう。このように導波路長が長くなると、挿入損失（−１０ｌｏｇ（出力／入力の比）、単位：ｄＢ）が大きくなるため、好ましくない。
【特許文献１】特開平８−２７１７４４号公報
【非特許文献１】通信教育講座テキスト「入門講座  光導波路設計の基礎と実際」第４〜５頁、第１４〜１９頁、第２５〜３２頁及び第６６〜７１頁、技術情報協会発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、短い導波路長でも分岐後の光出力を均一にすることができる光分岐デバイス及び該光分岐デバイスを用いた光カプラモジュールを適用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基部の導波路から３つの分岐導波路に分岐する光分岐デバイスであり、基部の導波路から連続して直線状に延びる第１の分岐導波路と、基部の導波路から分かれて第１の分岐導波路を挟み第１の分岐導波路からそれぞれ離れる方向に延びる第２及び第３の分岐導波路とを有する分岐部と、分岐部から連続して設けられる第１、第２及び第３の分岐導波路から構成されており、第２及び第３の分岐導波路が第１の分岐導波路に対して平行になるように位置している平行部と、平行部から連続して設けられる第１、第２及び第３の分岐導波路から構成されており、第２及び第３の分岐導波路が第１の分岐導波路から徐々に離れるように延びる離散部とを備え、第１、第２及び第３の分岐導波路が、相対的に屈折率が高いコア部と、該コア部の周囲に設けられる相対的に屈折率が低いクラッド部から構成されており、平行部における第１、第２及び第３の分岐導波路の横方向の互いの間隔ピッチＰ（μｍ）と、コア部及びクラッド部の屈折率差ΔｎをＣ＝Δｎ・Ｐ2の式に代入することにより算出されるＣがＣ＝０．５±０．２の関係を満たすように、Ｐ及びΔｎが設定されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、分岐部と離散部の間に、第２及び第３の分岐導波路が第１の分岐導波路に対して平行になるように位置している平行部が設けられている。また、平行部においては、第１、第２及び第３の分岐導波路の横方向の互いの間隔ピッチＰ（μｍ）と、コア部及びクラッド部の屈折率差Δｎとを、Ｃ＝Δｎ・Ｐ2の式に代入することにより算出されるＣがＣ＝０．５±０．２の関係を満たすように、Ｐ及びΔｎが設定されている。このような平行部が設けられることにより、中央の第１の分岐導波路の光強度と、その両側の第２及び第３の分岐導波路の光強度が安定化される。すなわち、光導波路の幅や、コア部及びクラッド部の屈折率差Δｎにばらつきが生じても、そのばらつきによる影響を低減して光分岐デバイスを生産することができる。
【００１１】
本発明においては、分岐部と離散部の間に、平行部を設けることが必要であるが、該平行部の長さはできるだけ短いことが好ましい。具体的には、平行部の長さは１０μｍ以下であることが好ましい。平行部の長さが長くなると、第１、第２及び第３の分岐導波路間における導波路光の相互作用が大きくなり過ぎ、第２の分岐導波路：第１の分岐導波路：第３の分岐導波路の光強度比が、１：２：１の理想的な強度比からずれる場合が生じる。
【００１２】
本発明において、分岐部における第２及び第３の分岐導波路は、直線状に延びていることが好ましい。すなわち、分岐部においては、第１、第２及び第３の分岐導波路が、それぞれ直列状に延びて分岐していることが好ましい。すなわち、図２６に示すような直線状に３つに分岐された分岐導波路が形成されていることが好ましい。また、分岐角θは、１°以下であることが好ましい。このような分岐導波路を形成することにより、各導波路の光強度比を１：２：１の比率となるように分岐することができる。
【００１３】
本発明においては、上記のような分岐部により３つに分岐した後、平行部が設けられ、さらに離散部が設けられている。離散部においては、分岐部における分岐よりも第２及び第３の分岐導波路がより急激に第１の分岐導波路から離れるように分岐されていることが好ましい。例えば、第１の分岐導波路に対し、円弧状に離れるように第２及び第３の分岐導波路が形成されていることが好ましい。このように、離散部における第２及び第３の分岐導波路を円弧状に形成することにより、光分岐デバイスの長さを短くすることができる。
【００１４】
本発明においては、第１の分岐導波路がさらに２つの分岐導波路に分岐され、これによって基部の導波路から４つの導波路に分岐された４分岐デバイスであってもよい。上述のように、本発明に従えば、第２分岐導波路：第１分岐導波路：第３分岐導波路の光強度比を理想的な１：２：１の比率にすることができる。第１の分岐導波路をさらに２つの分岐導波路に分岐することにより、４つの分岐導波路の光強度比を１：１：１：１の比率にすることができる。第１の分岐導波路を分岐する２つの分岐導波路は、１：１の光強度比となるように形成されるものであるものが好ましく、従って、２つの分岐導波路は左右対称の形状となるように形成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の光カプラモジュールは、上記本発明の光分岐デバイスと、該光分岐デバイスの各導波路の端部に接続される光ファイバーとを備えることを特徴とてしいる。
【００１６】
本発明の光カプラモジュールは、上記本発明の光分岐デバイスを用いているので、各分岐導波路における光強度が安定しており、製造条件等によるばらつきの影響を少なくすることができる。また、上記本発明の光分岐デバイスは、その導波路の長さを短くすることができるものであるので、これを用いる本発明の光カプランモジュールは、小型化することができる。
【００１７】
本発明において、導波路は、相対的に屈折率が高いコア部と、該コア部の周囲に設けられる相対的に屈折率が低いクラッド部から構成されている。コア部及びクラッド部を形成する材料は特に限定されるものではなく、光導波路のコア部及びクラッド部を形成することができるものであれば、特に限定されるものではないが、本発明においては特に樹脂系材料からコア部及びクラッド部を形成することが好ましい。
【００１８】
樹脂系材料としては有機無機複合体を用いることが好ましい。有機無機複合体を用いることにより、光伝搬特性に優れ、かつ耐熱性、耐薬品性及び機械的強度等に優れた光導波路とすることができる。
【００１９】
有機無機複合体は、例えば、有機重合体と金属アルコキシドから形成することができる。また、有機無機複合体は、少なくとも１種の金属アルコキシドから形成されてもよい。この場合、少なくとも２種の金属アルコキシドから形成されることが好ましい。
【００２０】
上記有機無機複合体においては、有機重合体と金属アルコキシドの組み合わせまたは少なくとも２種の金属アルコキシドの組み合わせを適宜調整することにより、最終的に形成される有機無機複合体の屈折率を調整することができる。
【００２１】
金属アルコキシドとしては、光（紫外線）または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドを用いてもよい。この場合、光または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドと、該重合性基を有しない金属アルコキシドを組み合わせて用いることが好ましい。上記重合性基としては、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ビニル基、及びスチリル基などが挙げられる。紫外線照射により硬化するクラッド層またはコア層が金属アルコキシドを含む有機無機複合体から形成される場合には、金属アルコキシドとして、光（紫外線）により重合する重合性基を有する金属アルコキシドが含まれていることが好ましい。
【００２２】
重合性基を有する金属アルコキシドを用いる場合には、光または熱により金属アルコキシドの重合性基が重合されていることが好ましい。
【００２３】
金属アルコキシドとしては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｂなどのアルコキシドが挙げられる。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｒまたはＮｂのアルコキシドが好ましく用いられる。従って、アルコキシシラン、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、ニオブアルコキシドが好ましく用いられ、特にアルコキシシランが好ましく用いられる。
【００２４】
アルコキシシランとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰｈＴＭＳ）、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが挙げられる。
【００２５】
上記重合性基を有するアルコキシシランとしては、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが挙げられる。
【００２６】
チタンアルコキシドとしては、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシド等が挙げられる。ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド等が挙げられる。
【００２７】
ニオブアルコキシドとしては、ペンタエトキシニオブ等が挙げられる。
【００２８】
金属アルコキシドとしては、上述のものを用いることができるが、一般には、式Ｍ（ＯＲ）n、Ｒ′Ｍ（ＯＲ）n-1、及びＲ′2Ｍ（ＯＲ）n-2（ここで、Ｍは金属、ｎは２、３、４、または５、Ｒ及びＲ′は有機基を示す）で表わされる金属アルコキシドを用いることができる。有機基としては、アルキル基、アリール基、上記の重合性基を有する有機基などが挙げられる。Ｍとしては、上述のように、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｂ等が挙げられる。なお、アルキル基としては、炭素数１〜５のアルキル基が好ましい。
【００２９】
有機無機複合体を有機重合体と金属アルコキシドから形成する場合における、有機重合体は、金属アルコキシドと有機無機複合体を形成し得るものであれば特に限定されるものではない。有機重合体としては、例えば、カルボニル基を有する高分子重合体、ベンゼン環を有する高分子重合体、及びナフタレン環を有する高分子重合体を挙げることができる。
【００３０】
有機重合体の具体例としては、例えばポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロレン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができる。光学的透明性に優れた有機無機複合体を形成する観点からは、ポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、エポキシ樹脂、及びこれらの混合物が好ましく用いられる。
【００３１】
有機無機複合体を光（紫外線）の照射により硬化させる場合、有機無機複合体に光重合開始剤が含有されていることが好ましい。光重合開始剤を含有することにより、僅かな光（紫外線）の照射量で硬化させることができる。
【００３２】
光重合開始剤の具体例としては、例えば、ベンジルケタール、α−ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノン、アシルフォスフィンオキサイド、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、トリクロロメチルトリアジン、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、イミドスルホネートなどが挙げられる。
【００３３】
また、樹脂系材料としては、ＵＶ硬化樹脂を用いてもよい。ＵＶ硬化樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系ＵＶ硬化樹脂、アクリル系ＵＶ硬化樹脂、エポキシアクリレート系ＵＶ硬化樹脂、ポリウレタン系ＵＶ硬化樹脂、ウレタンアクリレート系ＵＶ硬化樹脂などを挙げることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、短い導波路長でも分岐後の各導波路の光出力を均一にすることができる光分岐デバイスとすることができる。
【００３５】
また、本発明の光分岐デバイスは、製造条件等のばらつきの影響が少ないため、一定品質のものを生産性良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００３７】
図１は、本発明に従う一実施例の光分岐デバイスの導波路を示す平面図である。本実施例の光分岐デバイスの導波路は、基部１０、分岐部１１、平行部１２、及び離散部１３から構成されている。分岐部１１においては、基部１０の導波路１から３つの分岐導波路、すなわち第１の分岐導波路２、第２の分岐導波路３、及び第３の分岐導波路４の３つに分岐されている。第１の分岐導波路２は、導波路１から連続して直線状に延びている。第２の分岐導波路３及び第３の分岐導波路４は、第１の分岐導波路２を挟み第１の分岐導波路２からそれぞれ離れる方向に向かって直線状に延びるように設けられている。
【００３８】
分岐部１１から連続して、平行部１２が設けられている。平行部１２は、その長さが非常に短く、離散部１３と分岐部１１の間の境界領域として設けられている。離散部１３は、直線状に連続して延びる第１の分岐導波路２と、第１の分岐導波路２から、徐々に円弧状に離れるように延びる第２の分岐導波路３及び第３の分岐導波路４から構成されている。第２の分岐導波路３及び第３の分岐導波路４は、円弧状に形成されている。その曲率半径Ｒは特に限定されるものではないが、４００００μｍ〜６００００μｍ程度であることが好ましい。
【００３９】
上述のように、本実施例において、平行部１２は非常に短くなるように形成されているが、この平行部１２において、第２の分岐導波路３及び第３の分岐導波路４は第１の分岐導波路２に対し平行になるように設けられている。従って、円弧状に形成された第２及び第３の分岐導波路３及び４の平行部１２における接線３ａ及び４ａは、第１の分岐導波路２と平行になっている。
【００４０】
図２は、本発明に従う他の実施例の光分岐デバイスの導波路を示す平面図である。本実施例では、離散部１３において、第１の分岐導波路２が２つの分岐導波路２ａ及び２ｂに分岐されている。従って、基部の導波路１から最終的に４つの導波路３，２ａ，２ｂ，４に分岐されている。
【００４１】
図２に示す実施例において、分岐部１１における第１の分岐導波路２と第２の分岐導波路３との間並びに第１の分岐導波路２と第３の分岐導波路４との間の分岐角θは０．３°である。
【００４２】
また、１０ａは、基部１０における導波路１中の光強度分布を示しており、１２ａは、平行部１２における導波路２，３，４の光強度分布を示している。光強度分布１２ａに示すように、平行部１２においては、導波路３：導波路２：導波路４の光強度分布は、１：２：１の比率となっている。導波路２は、さらにその先端において、導波路２ａ及び導波路２ｂの２つに分岐されているので、最終的に、導波路３：導波路２ａ：導波路２ｂ：導波路４の光強度分布は、１：１：１：１の比率になっている。
【００４３】
図３は、本発明のさらに他の実施例に従う光分岐デバイスの導波路を示す平面図である。本実施例においては、図２に示す実施例に比べ、平行部１２の長さが長くなっている。平行部１２の長さはできるだけ短いことが好ましく、例えば１０μｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
平行部１２においては、導波路間で光がオーバーラップし、導波路光が互いに相互作用を及ぼす状態となる。このような状態を実現することにより、非特許文献の図１．６（ａ）に示されるような７層スラブ導波路の０次モードと同じ分布になり、１：２：１の光強度分布となる。
【００４５】
しかしながら、このような平行部の長さが長くなると、平行部が方向性結合器として作用し、光エネルギーを導波路間で互いにやり取りし合うようになり、周期的に光の強度が互いに強弱し合う現象が生じてしまう。従って、平行部が長くなると、光出力が周期的に１：２：１からずれるようになる。従って、本発明において、平行部の存在は必要であるが、平行部の長さはできるだけ短いことが好ましい。
【００４６】
図４は、平行部１２の長さを短くした場合と、長くした場合における光強度の安定性をシミュレーションするのに用いた導波路の寸法形状を示すための平面図である。図４に示す実施例において、基部１０の長さは１０００μｍ、分岐部１１の長さは２０００μｍとしている。点線Ａで示す場合においては、３つの導波路２，３，４の平行部１２の長さを長くしており、その長さを１０００μｍとしている。平行部１２において、各導波路間の間隔ピッチは１０μｍとしている。また、点線Ｂで示す場合においては、離散部１３を形成し、平行部１２を分岐部１１と離散部１３の境界領域に限定している。点線Ｂの場合、離散部１３の長さを１０００μｍとしている。
【００４７】
また、各導波路の幅は７μｍとし、導波路を形成するコア部とクラッド部の屈折率差Δｎは０．００５としてシミュレーションしている。なお、シミュレーションは、非特許文献１に記載されたビーム伝搬法（ＢＰＭ）に基づいて行った。
【００４８】
図５は、平行部１２の長さを１０００μｍとした点線Ａの場合のシミュレーション結果を示している。図５（ａ）は、導波路の寸法形状を示しており、横軸は横方向の長さＸを示しており、縦軸は縦方向（導波路が延びる方向）の長さＺを示している。
【００４９】
図５（ｂ）は、中央の第１の導波路２及び両側の第２及び第３の導波路の３，４における光強度（任意単位）を示している。
【００５０】
図６は、離散部１３を形成した点線Ｂの場合のシミュレーション結果を示している。図６（ａ）は、導波路の寸法形状を示しており、図６（ｂ）は、中央の第１の導波路２及び両側の第２及び第３の導波路の光強度（任意単位）を示している。
【００５１】
図５及び図６の比較から明らかなように、平行部１２の長さを長くした場合には、図５に示すように中央の導波路と両側の導波路における光強度が安定していないことがわかる。これに対し、図６に示すように、平行部１２を分岐部１１と離散部１３の境界領域に限定して形成した場合には、中央の導波路２と両側の導波路３，４の光強度が安定していることがわかる。
【００５２】
以上の結果からも明らかなように、本発明においては、平行部の長さをできるだけ短くすることが好ましい。
【００５３】
本発明において、平行部における分岐導波路の横方向の互いの間隔ピッチＰ（μｍ）と、コア部及びクラッド部の屈折率差Δｎは、Ｃ＝Δｎ・Ｐ2の式に代入されることにより算出されるＣがＣ＝０．５±０．２の関係を満たすように設定されていることが必要である。これについて以下説明する。
【００５４】
非特許文献１に記載されているように、導波路において、導波路のレイアウトをｘ方向（横方向）にｒ倍するのと、コア部とクラッド部の屈折率差Δｎを１／ｒ2倍するのとは等価な現象である。図７（ａ）を参照してこれを説明する。
【００５５】
図７（ａ）は、３つの導波路の屈折率１４と、各導波路の光分布１５を示している。図７（ａ）に示すように、導波路の幅はＷ１（μｍ）であり、導波路間の隙間はＷ２である。導波路間隔のピッチをＰ（μｍ）とすると、Ｐに占めるＷ１の割合はＸ、Ｐに占めるＷ２の割合は１−Ｘと表せる。また、Δｎは、コア部の屈折率−クラッド部の屈折率である。
【００５６】
上述のように、導波路を横方向にレイアウトをｒ倍することと、屈折率差Δｎを１／ｒ2倍することは等価であるので、以下の式で表わされるＣは、一定となり、変化しない。
【００５７】
Ｃ＝Δｎ・Ｐ2
図７（ｂ）に示す導波路は、導波路幅が２μｍであり、導波路間の隙間が１μｍであり、コア部とクラッド部の屈折率差Δｎが０．００４である。これに対し、図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す導波路のレイアウトを横方向に２倍にしており、屈折率差Δｎを１／４倍にしている。従って、図７（ｂ）の導波路について上記式から算出されるＣと、図７（ｃ）の導波路のＣは同じ値となる。従って、図７（ｂ）の光導波路の光分布１５と、図７（ｃ）の光導波路の光分布１５とは同じ形状となり、等価なものとなる。
【００５８】
次に、導波路の幅Ｗ１を７μｍとし、導波路間の隙間Ｗ２を３μｍとし、Δｎを０．００３〜０．００８の間で変化させることにより、Ｃを変化させた導波路パターンについてシミュレーションより光強度分布を算出した。算出結果を図８に示す。
【００５９】
図８に示すように、各導波路パターンにおいて３つの光強度ピークが得られており、これらは３つの導波路に対応している。中央のピークと両側のピークとの間の光強度が小さくなっている部分が導波路間の隙間部に対応しており、この部分において導波路の光のオーバーラップが生じていると考えられる。このオーバーラップ部の光強度ｒが小さくなると、導波路間の光のオーバーラップが小さくなることを意味している。
【００６０】
図８において、光強度のプロファイルは、上方がＣの小さなプロファイルであり、Ｃが大きくなるにつれて下方のプロファイルとなっている。図８から明らかなように、Ｃが大きくなる程、ｒが小さくなっており、光のオーバーラップが小さくなることがわかる。
【００６１】
次に、上記と同様に、導波路幅Ｗ１を７μｍ、屈折率差Δｎを０．００５と一定にし、導波路間の隙間ｘを変化させた各導波路パターンについて、光強度をシミュレーションにより求めた。結果を図９に示す。
【００６２】
図９に示すように、導波路間の隙間を変化させてＣを変化させた場合にも、Ｃが大きくなる程、オーバーラップ部の光強度ｒが小さくなり、導波路間における光のオーバーラップが小さくなることがわかる。
【００６３】
図１０は、図８及び図９に示したオーバーラップ部の光強度ｒとＣとの関係を示した図である。図１０から明らかなように、Ｃが大きくなる程、オーバーラップ部の光強度ｒが小さくなる傾向があることがわかる。従って、Ｃによって、導波路間の光のオーバーラップの度合が表わせることがわかる。
【００６４】
次に、図４の点線Ｂに示す光分岐導波路プロファイルについて、外側の２つの導波路に対する内側の導波路の光出力比（内／外比）とＣとの関係をシミュレーションにより求めた。なお、ここで、分岐角θを０．３°とし、離散部１３における両側の導波路の曲率半径Ｒを４５ｍｍとしている。
【００６５】
図１１は、この結果を示す図である。図１１に示すように、Ｃが０．３〜０．７の範囲において、すなわち０．５±０．２の範囲において、内／外比がほぼ１になっていることがわかる。従って、Ｃが０．５±０．２となるように、屈折率差Δｎ及び導波路の横方向の間隔ピッチＰを設定することにより、内／外比をほぼ１にすることができ、安定した光強度が得られることがわかる。
【００６６】
また、図１０から、Ｃが０．３〜０．７である範囲は、オーバーラップ部の光強度ｒが０．０８〜０．２５である範囲に対応しており、オーバーラップ部の光強度ｒは、０．０８〜０．２５であることが好ましいことがわかる。
【００６７】
図１２は、導波路幅及び屈折率差Δｎを変化させてシミュレーションしたときの導波路プロファイルを示す図である。導波路幅及び屈折率差Δｎを変化させ、そのときの内／外比を図１３に示した。なお、図１３では、導波路の横方向の間隔ピッチＰはすべて１０μｍであり、従って、Ｃは０．３〜０．７の範囲でプロットしている。
【００６８】
図１３から明らかなように、本発明に従い、Ｃを０．５±０．２となるように調整することにより、導波路幅及び屈折率差Δｎが変化しても、導波路の光強度の内／外比をほぼ１にすることができ、安定した光出力が得られることがわかる。
【００６９】
図１４は、本発明のさらに他の光分岐デバイスを示す平面図である。基部１０の導波路１は、分岐部１１において、第１の分岐導波路２、第２の分岐導波路３、及び第３の分岐導波路４に分岐され、分岐後、各導波路が平行になる平行部１２が設けられた後、両側の導波路３及び４が中央の導波路２から離れる方向に延びる離散部１３が設けられている。離散部１３において、中央の導波路２は、さらに２つの導波路に２ａ及び２ｂに分岐されている。この結果、４つの導波路に分岐されている。
【００７０】
図１５は、光分岐デバイス２０の出力側端面２２を示す側面図である。図１５に示すように、導波路４及び２ａの位置を低くし、導波路２ｂ及び３の位置を高くするように設けられている。
【００７１】
図１６は、図１４に示す光分岐デバイス２０の出力側端面２２に光ファイバーを接続させた状態を示す正面図である。光ファイバーは、図１７に示すように４つの光ファイバー１６〜１９を光分岐デバイス２０の出力側端面２２の導波路２ａ，２ｂ，３，４のそれぞれの位置に対応するように配置し、これらを突き合わせることによって、各導波路と光ファイバーとを接合している。これによって、光分岐デバイスの入力側端面２１から入力された光信号を導波路１に入力し、これを４つの分岐導波路に分岐した後、出力側端面２２から４つの光ファイバー１６〜１９に光を伝搬させることができる。ここで、図２または図３に示す本発明の導波路分岐構造を用いると、内／外比が安定な光分岐デバイスが得られるが、図２３のような従来の導波路分岐構造を用いる場合よりも、２割程度、導波路長が長くなってしまう問題がある。しかし、図１５及び１６に示すように光ファイバー及び出力側端面の高さを交互に変えることにより、横方向の導波路間ピッチを２５０μｍより小さくすることができ、導波路長を短くすることができる。従って、従来と同程度の導波路長で、安定な内／外比を得ることが可能である。
【００７２】
もちろん、内／外比には影響しないため、出力側端面の横方向の導波路間ピッチを、従来の光ファイバアレイのピッチである、２５０μｍにして、導波路をすべて同一平面上に作製してもよい。
【００７３】
図１８及び図１９は、光分岐デバイス２０を製造するための工程を示す断面図である。本実施例において、コア層、下部クラッド層及び上部クラッド層は、アルコキシシランから形成される有機無機複合体を用いて形成している。コア層形成用溶液及びクラッド層形成用溶液を以下のようにして調製した。
【００７４】
〔コア層形成用溶液の調製〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン５．６ｍｌ、フェニルトリエトキシシラン５．８ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、エタノール２１ｍｌを混合した後、２４時間放置することにより、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシランを加水分解し、重縮合させる。得られた重縮合物４ｍｌに、重合開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン１０ｍｇを加えた後、１００℃で加熱することにより、エタノールを蒸発除去し、粘性液体Ａを得る。粘性液体Ａ１ｇに、トリメチルエトキシシラン３ｍｌ、無水トリフルオロ酢酸０．８ｍｌを混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリメチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、粘性液体Ｂを得る。この粘性液体Ｂをコア層形成用溶液として用いた。このコア層形成用溶液で形成した有機無機複合体の屈折率は、１．５１９であった。
【００７５】
〔クラッド層形成用溶液の調製〕
上記のコア層形成用溶液の調製において、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及びフェニルトリエトキシシランの混合比を変化させて、屈折率が０．００４小さくなるように調整して作製した。
【００７６】
図１８は、導波路１を形成する領域における製造工程を示している。図１８（ａ）に示すように、ガラス基板２３の上に、クラッド層形成用溶液２４を滴下し、次に、図１８（ｂ）に示すように、凸部２５ａを有する型２５を、クラッド層形成用溶液２４の層に押し当て、この状態で紫外線を基板２３側から照射することにより、溶液２４を硬化させ、凸部２５ａに対応した溝２４ａを有する下部クラッド層２４を形成する。
【００７７】
次に、図１８（ｃ）に示すように、下部クラッド層２４の上に、コア層形成用溶液２６を滴下する。次に、図１８（ｄ）に示すように、平板２７を下部クラッド層２４の上に押し当て、荷重を欠けながら、基板２３側から紫外線を照射し、図１８（ｅ）に示すように、コア層形成用溶液を硬化させて、コア層１を形成した。
【００７８】
次に、平板２７を除去した後、下部クラッド層２４及びコア層１の上に、クラッド層形成用溶液を滴下し、基板２３側から紫外線を照射し、クラッド層形成用溶液を硬化して、上部クラッド層２８を形成する。
【００７９】
図１９は、導波路４及び２ｂを形成する部分における製造工程を示す断面図である。導波路４及び導波路２ｂは、高さの異なる位置に形成されている。
【００８０】
図１９（ａ）に示すように、ガラス基板２３の上に、クラッド層形成用溶液２４を滴下した。次に、図１９（ｂ）に示すように、異なる位置に凸部２５ｂ及び２５ｃを有する型２５を押し当て、この状態で、基板２３側から紫外線を照射してクラッド層形成用溶液を硬化させ、溝２４ｂ及び２４ｃを有する下部クラッド層２４を形成する。
【００８１】
次に、図１９（ｃ）に示すように、コア形成用溶液を滴下した後、図１９（ｄ）に示すように平板２７を押し当て、この状態で基板２３側から紫外線を照射してコア形成用溶液を硬化させ、導波路４及び導波路２ｂを形成する。次に、平板２７を除去した後、下部クラッド層２４及びコア層４及び２ｂの上にクラッド層形成用溶液を滴下した後、基板２３側から紫外線を照射し、図１９（ｅ）に示すように、上部クラッド層２８を形成する。
【００８２】
導波路２ａ及び導波路３も、上記と同様にして形成することができる。
【００８３】
上記の製造工程において、コア層形成用溶液及びクラッド層形成用溶液の配合等を調整することにより、コア部及びクラッド部の屈折率差Δｎを調整することができる。また、導波路の間隔ピッチＰは、導波路を形成するための型の凸部の位置及び寸法形状等を調整することにより調整することができる。
【００８４】
図２０及び図２１は、本発明の光カプラモジュールの一実施例を示す斜視図及び分解斜視図である。
【００８５】
図２０に示すように、光分岐デバイス２９においては、導波路４，２ａ，２ｂ，３がすべて同一平面上にある構造を採用している。出力端面側の導波路間のピッチは２５０μｍである。光分岐デバイス２９の入力側端面２１の導波路１に、光ファイバー３２が接続されている。光ファイバー３２は、入力側基板３０に形成されたＶ溝３１に、ＵＶ硬化樹脂により取り付けられている。基板３０と光分岐デバイス２９とはＵＶ硬化樹脂により接着されている。
【００８６】
光分岐デバイス２９の出力側端面２２の各導波路４，２ａ，２ｂ，３に、光ファイバー１６，１７，１８，１９が接続されている。光ファイバー１６，１７，１８，１９は、２５０μｍピッチで配列している。光ファイバー１６，１７，１８，１９は、出力側基板４０に形成された４つのＶ溝４１に、ＵＶ硬化樹脂により取り付けられている。光分岐デバイス２９の出力側端面２２と基板４０とは、ＵＶ硬化樹脂により接着されている。
【００８７】
図２０に示すようにして組み合わせて作製した光カプラモジュールは、図２１に示すようにケース５０内に収納され、ケース５０の上に蓋５１を取り付けられる。
【００８８】
図２２には、この状態を示す断面図である。入力側基板３０、光分岐デバイス２９及び出力側基板４０は、ケース５０の底面にエポキシ系接着剤５２により取り付けられている。入力側光ファイバー３１は、ケース５０の溝５０ａを通り、外部に取出されている。また、出力側光ファイバー１６〜１９は、ケース５０の溝５０ｂを通り、外部に取出されている。蓋５１は、エポキシ系接着剤５３及び５４によりケース５０に取り付けられている。エポキシ系接着剤５３及び５４により、蓋５１をケース５０に取り付けるとともに、ケース５０内が封止されている。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に従う一実施例の光分岐デバイスの導波路を示す平面図。
【図２】本発明に従う他の実施例の光分岐デバイスの導波路を示す平面図。
【図３】本発明に従うさらに他の実施例の光分岐デバイスの導波路示す平面図。
【図４】シミュレーションした導波路の寸法形状を示す平面図。
【図５】図４に示す点線Ａの導波路パターンのシミュレーション結果を示す図。
【図６】図４に示す点線Ｂの導波路パターンのシミュレーション結果を示す図。
【図７】コア部及びクラッド部の屈折率差Δｎと導波路の横方向の間隔ピッチＰと光分布プロファイルとの関係を示す図。
【図８】屈折率差Δｎを変化させてＣを変化させたときの光強度分布を示す図。
【図９】導波路間の隙間を変化させてＣを変化させたときの光強度分布を示す図。
【図１０】Ｃとオーバーラップ部の光強度ｒとの関係を示す図。
【図１１】Ｃと導波路における光強度の内／外比との関係を示す図。
【図１２】本発明に従うさらに他の実施例のシミュレーションに用いた導波路プロファイルを示す図。
【図１３】図１２に示す実施例における導波路幅と屈折率差Δｎと内／外比との関係を示す図。
【図１４】本発明に従うさらに他の実施例の光分岐デバイスを示す平面図。
【図１５】図１４に示す光分岐デバイスの出力側端面を示す側面図。
【図１６】図１４に示す光分岐デバイスと光ファイバーとの接合状態を示す正面図。
【図１７】図１６における光ファイバーの配置状態を示す側面図。
【図１８】本発明に従う実施例における製造工程を示す断面図。
【図１９】本発明に従う実施例における製造工程を示す断面図。
【図２０】本発明に従う一実施例の光カプラモジュールを示す斜視図。
【図２１】本発明に従う一実施例の光カプラモジュールを示す分解斜視図。
【図２２】本発明に従う一実施例の光カプラモジュールを示す断面図。
【図２３】従来の光分岐デバイスにおける導波路を示す平面図。
【図２４】従来の光分岐デバイスのシミュレーションのための光導波路パターンを示す図。
【図２５】従来の光分岐デバイスにおける導波路幅と屈折率差Δｎと内／外比との関係を示す図。
【図２６】従来の光分岐デバイスにおける分岐部を示す平面図。
【図２７】従来の光分岐デバイスにおける導波路を示す平面図。
【符号の説明】
【００９０】
１…導波路
２…第１の分岐導波路
２ａ，２ｂ…分岐導波路
３…第２の分岐導波路
４…第３の分岐導波路
１０…基部
１１…分岐部
１２…平行部
１３…離散部
１４…屈折率プロファイル
１５…光分布プロファイル
１６〜１９…光ファイバー
２０…光分岐デバイス
２１…光分岐デバイスの入力側端面
２２…光分岐デバイスの出力側端面
２９…光分岐デバイス
３０…入力側基板
３１…Ｖ溝
３２…光ファイバー
４０…出力側基板
４１…Ｖ溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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