(57)【要約】【課題】薄膜機能素子が挿入される挿入溝を有する光導波路で、溝部分での光の損失を抑制する。【解決手段】光導波路１Ａは、コア４とアンダークラッド４ａ及びオーバークラッド４ｂを有する導波路層２Ａを備える。導波路層２Ａは、薄膜機能素子が挿入される段差型挿入溝６Ａが、２本のコア４の交差部を横切る位置に形成される。段差型挿入溝６Ａは、コア４の底面と同じ高さに底部８ａを有して、段差型挿入溝６Ａの壁部にコア端面７を露出させた浅溝部８と、コア端面７の一方の側壁から側方へ離れた位置の浅溝部８の底部８ａを凹状として形成した深溝部９を備える。【選択図】        図１
2006284758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドを有する導波路層を備えた光導波路において、
前記導波路層は、薄膜機能素子が挿入される少なくとも１本の挿入溝を、前記コアの交差部を横切る位置に備え、
前記挿入溝は、少なくとも前記コアの底面と同じ高さに底部を有して、前記挿入溝の壁部に前記コアのコア端面を露出させた浅溝部を備えた
ことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記挿入溝は、前記コア端面の一方の側壁から側方へ離れた位置の前記浅溝部の底部を凹状として形成した深溝部を備えた段差型挿入溝である
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記浅溝部の底部と前記コアの底面の距離を、前記コアの高さの半分以下とした
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
前記挿入溝に、前記コアと前記クラッドの比屈折率差に応じた屈折率を有する光透過物質を充填した
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項５】
前記導波路層が実装される実装基板を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項６】
前記導波路層は、前記クラッドと前記コアが順次積層形成され、前記挿入溝がフォトリソグラフィプロセスで形成される
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項７】
コアとクラッドを有する導波路層を備えた光導波路と、
前記コアの交差部を横切って前記導波路層に形成される少なくとも１本の挿入溝と、
前記挿入溝に薄膜機能素子を挿抜する挿抜手段とを備え、
前記挿入溝は、少なくとも前記コアの底面と同じ高さに底部を有して、前記挿入溝の壁部に前記コアのコア端面を露出させた浅溝部と、前記コア端面の一方の側壁から側方へ離れた位置の前記浅溝部の底部を凹状として形成した深溝部を備えた段差型挿入溝である
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
前記挿抜手段は、変位手段の先端に前記薄膜機能素子が取り付けられると共に、前記変位手段の後端が前記導波路層に取り付けられ、前記変位手段は、後端側を支点として先端側が前記導波路層に対して接近及び離間する方向に変位して、前記薄膜機能素子を前記挿入溝に挿抜する
ことを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記変位手段は、弾性を有する板状部材と、前記板状部材を撓ませる圧電素子を備えた  ことを特徴とする請求項８記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記浅溝部の底部と前記コアの底面の距離を、前記コアの高さの半分以下とした
ことを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
【請求項１１】
前記導波路層は、前記クラッドと前記コアが順次積層形成され、前記挿入溝がフォトリソグラフィプロセスで形成される
ことを特徴とする請求項７記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとクラッドを有し、薄膜機能素子が挿入される挿入溝をコアを横切る位置に備えた光導波路及びこの光導波路を備えた光スイッチに関する。詳しくは、挿入溝の側壁にコアのコア端面が露出するように、挿入溝の底部を、少なくともコアの底面と同じ高さに形成することで、コア端面が形成される位置の挿入溝の深さを浅くして、コアの沈み込みを抑制すると共に、コアから出射する光の広がりを抑制して、挿入溝の形成位置での光の損失を低減させるものである。
【背景技術】
【０００２】
コアとクラッドを備えた平面型の光導波路において、波長フィルタ等の薄膜機能素子を利用して、光の合分波等を行う光導波路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
薄膜機能素子は、コアの交差部を横切って形成される挿入溝に挿入される構成であり、薄膜機能素子は、コアを伝搬される光を例えば波長に応じて透過と非透過を切り換えて、光の合分波等を行う。
【０００４】
挿入溝は、例えばダイシングにより光導波路の一部を所定の深さでカットすることで形成される。また、挿入溝をエッチングで形成する光導波路も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さて、薄膜機能素子が挿入される挿入溝を備えた従来の光導波路では、挿入溝の深さは、コア及びクラッドを備えた導波路層において、コアの下のアンダークラッドまで貫通する深さ、もしくは、アンダークラッドを貫通して、更に導波路層を支持する基板の一部まで入り込む深さとなっていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４１１６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４０１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、挿入溝の深さが、コアの下のアンダークラッドまで貫通する深さであると、挿入溝の形成位置において光の損失が大きくなるという問題がある。図２２は従来の光導波路における光の損失の問題を示す説明図である。
【０００８】
従来の光導波路１０１は、導波路層１０２と基板１０３を備え、導波路層１０２は、アンダークラッド１０４ａ、コア１０５及びオーバークラッド１０４ｂを備える。挿入溝１０６は、コア１０５の上のオーバークラッド１０４ｂの上面から、コア１０５の下のアンダークラッド１０４ａを貫通して形成される。
【０００９】
このような構成では、コア１０５から挿入溝１０６に出射した光は、下方へも広がるので、光の放射方向が全方向となる。これにより、挿入溝の形成位置での光の損失が大きくなるという問題がある。
【００１０】
また、挿入溝の形成位置における光の損失は、光導波路の形成プロセスに起因しても発生する。すなわち、例えば感光性を有する高分子材料（ポリマー）を用いて、スピンコートによる成膜、及びフォトリソグラフィにより挿入溝を形成する場合、溝の形成位置でコアの沈み込みが発生し、コアの沈み込みにより光の損失が発生する。
【００１１】
図２３は従来の光導波路の製造工程例及び問題点を示す説明図である。従来の光導波路１０１の製造工程を説明すると、シリコン等の基板１０３上に、アンダークラッド１０４ａを形成する例えば紫外線硬化型の高分子材料をスピンコート等で塗布し、溝形成位置をマスクして紫外線を照射することで、溝の形成位置以外を硬化させる。そして、溶液現像等で溝形成位置を除去して、図２３（ａ）に示すように、挿入溝１０６の下部が形成されたアンダークラッド１０４ａを形成する。
【００１２】
上述したように、フォトリソグラフィでアンダークラッド１０４ａに挿入溝１０６を形成すると、アンダークラッド１０４ａにおいて、挿入溝１０６ａの形成位置近傍は平坦にならず、実際には若干沈み込んだ形状となる。
【００１３】
次に、挿入溝１０６が形成されたアンダークラッド１０４ａ上に、図２３（ｂ）に示すように、高分子材料を塗布してコア形成薄膜１０７を形成する。アンダークラッド１０４ａには挿入溝１０６が形成されており、また、挿入溝１０６の形成位置近傍が若干落ち込んだ形状となっているので、溝の形成位置では、コア形成薄膜１０７の膜厚が異なることで、コア形成薄膜１０７の上面が沈み込んだ形状となる。
【００１４】
次に、コア形成薄膜１０７の硬化及び現像を行って、図２３（ｃ）に示すように、コア１０５を形成する。そして、オーバークラッド１０４ｂを、アンダークラッド１０４ａと同様の構成で形成して、図２３（ｄ）に示すように、光導波路１０１を構成する。
【００１５】
上述したように、アンダークラッド１０４ａに挿入溝１０６が形成されていると、コア形成薄膜１０７の塗布時に、溝の形成位置が沈み込んだ形状となり、この形状でコア形成薄膜１０７が硬化されることにより、導波路内に形成されるコア１０５の端部付近が沈みこんだ形状となってしまう。
【００１６】
これにより、挿入溝１０６を挟んで対向するコア１０５の間では、出射する光の方向と、入射する光の方向で角度のずれが大きく、過剰損失が発生するという問題がある。
【００１７】
更に、光の広がり及びコア沈み込みを無くすため、アンダークラッドに溝を形成しない構造とすることも考えられる。しかし、アンダークラッドに溝を形成しない場合は、薄膜機能素子を挿入溝に挿抜する構成とした場合に、薄膜機能素子が所定の深さまで挿入されず、やはり光の損失が発生するという問題がある。
【００１８】
図２４は薄膜機能素子を挿抜する構成とした場合の従来の問題点を示す説明図である。光導波路１０１の挿入溝１０６に対して薄膜機能素子１０８を挿抜自在な構成として光スイッチを構成した場合、溝部内では、薄膜機能素子１０８が傾斜した状態となる場合が想定される。
【００１９】
しかし、アンダークラッド１０４ａに挿入溝１０６を形成しない場合は、薄膜機能素子１０８の角部１０８ａがアンダークラッド１０４ａの上面に当接してしまい、コア１０５において、薄膜機能素子１０８により遮られる部分の面積が小さくなる。よって、薄膜機能素子１０８が斜めに挿入されることで生じる薄膜機能素子１０８によって遮ることができないコア露出部１０５Ｅが大きくなり、光の漏れ等による損失が大きくなるという問題がある。
【００２０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、溝形成位置での光の損失を抑えることができる光導波路及び光スイッチ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】
【００２１】
上述した課題を解決するため、本発明の光導波路は、コアとクラッドを有する導波路層を備えた光導波路において、導波路層は、薄膜機能素子が挿入される少なくとも１本の挿入溝を、コアの交差部を横切る位置に備え、挿入溝は、少なくともコアの底面と同じ高さに底部を有して、挿入溝の壁部にコアのコア端面を露出させた浅溝部を備えたものである。
【００２２】
本発明の光導波路では、挿入溝に薄膜機能素子が非挿入である場合は、挿入溝で交差する一方のコアを伝搬される光は、挿入溝に露出する一方のコア端面から出射し、挿入溝を挟んで対向する他方のコア端面から挿入溝で交差する他方のコアへ入射して、他方のコアを伝搬される。
【００２３】
挿入溝は、コアを横切る位置には、少なくともコアの底面と同じ高さに底面が形成される浅溝部を備えることで、コア端面が露出する位置は、溝の深さが浅くなっている。これにより、コア端面から出射する光の広がりが抑制される。
【００２４】
また、コア及びクラッドを積層形成する工程で、フォトリソグラフィプロセスで挿入溝を形成する場合に、コア端面が露出する位置の溝の深さを浅くすることで、コアの沈み込みが抑制される。
【００２５】
また、上述した課題を解決するため、本発明の光スイッチは、コアとクラッドを有する導波路層を備えた光導波路と、コアの交差部を横切って導波路層に形成される少なくとも１本の挿入溝と、挿入溝に薄膜機能素子を挿抜する挿抜手段とを備え、挿入溝は、少なくともコアの底面と同じ高さに底部を有して、挿入溝の壁部にコアのコア端面を露出させた浅溝部と、コア端面の一方の側壁から側方へ離れた位置の浅溝部の底部を凹状として形成した深溝部を備えて段差型挿入溝としたものである。
【００２６】
本発明の光スイッチでは、光導波路に形成した挿入溝に対する薄膜機能素子の挿入の有無で、光が伝搬されるコアが切り換えられて、光路の切り換えが行われる。
【００２７】
挿入溝は、コアを横切る位置には、少なくともコアの底面と同じ高さに底面が形成される浅溝部を備えることで、コア端面が露出する位置は、溝の深さが浅くなっている。これにより、コア端面から出射する光の広がりが抑制される。
【００２８】
また、コア及びクラッドを積層形成する工程で、フォトリソグラフィプロセスで挿入溝を形成する場合に、コア端面が露出する位置の溝の深さを浅くすることで、コアの沈み込みが抑制される。
【００２９】
更に、薄膜機能素子が挿入溝に対して斜めに挿入されると、薄膜機能素子部の角部が深溝部に挿入される。これにより、挿入溝に斜めに挿入された薄膜機能素子において、挿入溝の壁部に露出するコア端面と対向する部分の面積が拡大される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光導波路によれば、薄膜機能素子が挿入される挿入溝において、コア端面が露出する位置は、溝の深さが浅くなっている。これにより、コア端面から出射する光の広がりが抑制され、挿入溝の形成位置での光の損失を低減することができる。
【００３１】
また、コア形成時のコアの沈み込みが抑制されることで、コアの角度ずれが抑制され、挿入溝の形成位置での光の損失を低減することができる。
【００３２】
本発明の光スイッチによれば、上述した光導波路を備えることで、光の広がり及びコアの角度ずれが抑制され、挿入溝の形成位置での光の損失を低減することができる。また、挿入溝に対して薄膜機能素子が斜めに挿入される場合でも、挿入溝に露出するコア端面において薄膜機能素子で遮られる部分の面積が拡大されるので、光の損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の光導波路及び光スイッチの実施の形態について説明する。
【００３４】
＜第１の実施の形態の光導波路の構成例＞
図１は第１の実施の形態の光導波路１Ａの構成の一例を示す斜視図である。第１の実施の形態の光導波路１Ａは、フィルム状の導波路層２Ａと、導波路層２Ａを支持する実装基板３を備える。
【００３５】
導波路層２Ａは、例えばアクリル系の高分子材料により構成され、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂを備えてコア・クラッド構造を有する。実装基板３は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板で、表面に導波路層２Ａが実装される。
【００３６】
導波路層２Ａは、アンダークラッド５ａ上に所定のパターンでコア４が形成され、アンダークラッド５ａ上のコア４をオーバークラッド５ｂで覆った埋め込み型導波路である。導波路層２Ａは、コア４のコア径が例えば４０×４０μｍ、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂの比屈折率差が例えば０．８％で、コア４の屈折率がアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂより若干大きくなるように構成されて、光がコア４に閉じ込められて伝搬される。
【００３７】
コア４は、２本のコア４ａ及びコア４ｂが直線状に構成され、コア４ａとコア４ｂの交差部に段差型挿入溝６Ａを備える。段差型挿入溝６Ａは、コア４ａ及びコア４ｂの交差部を横切って形成され、導波路層２Ａの上面に開口部を有して、例えばフォトリソグラフィプロセスで形成される。
【００３８】
段差型挿入溝６Ａは、対向する一方の壁部にコア４ａのコア端面７ａが露出し、他方の壁部にコア４ｂのコア端面７ｂが露出する深さを有する浅溝部８と、浅溝部８の一部を凹状として形成した深溝部９を備える。
【００３９】
浅溝部８は、導波路層２Ａの上面からオーバークラッド５ｂを貫通し、アンダークラッド５ａの上面まで到達した直方体状の溝部で、コア４ａ及びコア４ｂの底面と同じ高さに底部８ａが形成される。深溝部９は、コア４ａのコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの一方の側壁部の側方で、浅溝部８の底部８ａからアンダークラッド５ａの底面まで到達した直方体状の溝部で、浅溝部８の底部８ａより下方に底部９ａが形成される。
【００４０】
これにより、段差型挿入溝６Ａは、導波路層２Ａにおいてオーバークラッド５ｂの部分に浅溝部８が形成され、浅溝部８から連続してアンダークラッド５ａの部分に深溝部９が形成されて、コア４ａのコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの形成位置の溝の深さが浅くなるように、底部に段差部１０を備えた形状となっている。
【００４１】
ここで、段差型挿入溝６Ａの浅溝部８のサイズは、例えば、横幅１０００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ７０μｍである。また、段差型挿入溝６Ａの深溝部９のサイズは、例えば、横幅５００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ４０μｍである。更に、浅溝部８と深溝部９の段差部１０は、コア４ａのコア端面７ａの側壁部及びコア４ｂのコア端面７ｂの側壁部から例えば１０μｍ離れた位置としてある。
【００４２】
＜第１の実施の形態の光導波路の製造工程例＞
図２〜図４は第１の実施の形態の光導波路１Ａの製造工程例を示す説明図で、次に、第１の実施の形態の光導波路１Ａの製造工程について説明する。ここで、図２はアンダークラッド５ａの製造工程、図３はコア４の製造工程、図４はオーバークラッド５ｂの製造工程を示す。また、各図において、（ａ−１）〜（ｃ−１）は段差型挿入溝６Ａの形成位置を正面から見た概略断面図、（ａ−２）〜（ｃ−２）は段差型挿入溝６Ａの形成位置を側面から見た概略断面図である。
【００４３】
まず、図２（ａ−１），図２（ａ−２）に示すように、アンダークラッド５ａを構成する紫外線硬化型の高分子材料を、スピンコート等によりシリコン等の支持基板１１上に塗布して、アンダークラッド形成薄膜１２を形成する。
【００４４】
次に、図２（ｂ−１），図２（ｂ−２）に示すように、図１で説明した深溝部９のパターンが形成された深溝部マスク１３ａを介して紫外線を照射し、深溝部９を形成する部位以外のアンダークラッド形成薄膜１２を硬化させる。
【００４５】
そして、図２（ｃ−１），図２（ｃ−２）に示すように、例えば溶液現像によって、深溝部９の形成部位を除去して、アンダークラッド５ａを形成する。
【００４６】
次に、図３（ａ−１），図３（ａ−２）に示すように、図１で説明したコア４を構成する紫外線硬化型の高分子材料を、スピンコート等によりアンダークラッド５ａ上に塗布して、コア形成薄膜１４を形成する。ここで、コア４を構成する高分子材料は、上述したように、アンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂを構成する高分子材料より若干屈折率が大きい材料を用いる。
【００４７】
次に、図３（ｂ−１），図３（ｂ−２）に示すように、コア４ａ及びコア４ｂのパターンが形成されたコア形成マスク１５を介して紫外線を照射することで、コア４ａ及びコア４ｂを形成する部位を硬化させる。
【００４８】
そして、図３（ｃ−１），図３（ｃ−２）に示すように、溶液現像によってコア４の形成部位以外を除去して、所定のパターンでコア４ａ及びコア４ｂを形成する。
【００４９】
次に、図４（ａ−１），図４（ａ−２）に示すように、オーバークラッド５ｂを構成する紫外線硬化型の高分子材料を、スピンコート等によりアンダークラッド５ａ及びコア４上に塗布して、オーバークラッド形成薄膜１６を形成する。
【００５０】
次に、図４（ｂ−１），図４（ｂ−２）に示すように、図１で説明した浅溝部８のパターンが形成された浅溝部形成マスク１３ｂを介して紫外線を照射し、浅溝部８を形成する部位以外のオーバークラッド形成薄膜１６を硬化させる。
【００５１】
そして、図４（ｃ−１），図４（ｃ−２）に示すように、例えば溶液現像によって、浅溝部８の形成部位を除去して、オーバークラッド５ｂを形成する。
【００５２】
これにより、浅溝部８と深溝部９を有する段差型挿入溝６Ａを備えた導波路層２Ａが形成される。そして、導波路層２Ａを支持基板１１から剥離して、実装基板３の表面に例えば接着固定することで、光導波路１Ａが形成される。
【００５３】
上述したように、導波路層２Ａに形成する溝部を浅溝部８と深溝部９を備えた段差型挿入溝６Ａとすることで、アンダークラッド５ａの上面にコア４を形成する工程で、溝部の非形成位置にコア４が形成される。
【００５４】
これにより、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みが抑制され、コア４の沈み込みによる角度ずれを抑制することができることから、溝部分での過剰損失を低減できる。
【００５５】
＜第１の実施の形態の光導波路の動作例＞
図５は第１の実施の形態の光導波路１Ａの動作例を示す断面図である。第１の実施の形態の光導波路１Ａは、段差型挿入溝６Ａに図示しない波長選択フィルタや、後述する反射ミラー等の薄膜機能素子が挿入されることで、光路の切り換え等が行える構成である。
【００５６】
また、薄膜機能素子が非挿入の状態では、例えば、コア４ａを伝搬される光はコア端面７ａから出射し、段差型挿入溝６Ａを挟んで対向するコア端面７ｂに結合して、コア４ｂを伝搬される。
【００５７】
上述したように、導波路層２Ａに形成する溝部を浅溝部８と深溝部９を備えた段差型挿入溝６Ａとすることで、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みによる角度ずれが抑制される。
【００５８】
特に、コア４ａのコア端面７ａとコア４ｂのコア端面７ｂが露出する浅溝部８は、底部８ａをコア４ａ及びコア４ｂの底面と同一高さとすることで、図３で説明したコア４の形成プロセスで、コア４をアンダークラッド５ａの平面な部分で形成できることから、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みが抑制される。
【００５９】
これにより、コア４ａとコア４ｂの間での光の結合効率が向上し、溝部分での過剰損失を低減できる。
【００６０】
また、浅溝部８の底部８ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面と同一の高さとすることで、図５に矢印で示すように、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。
【００６１】
これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制され、やはり、溝部分での過剰損失を低減できる。従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、従来構造と比較して低損失な光導波路を実現することができる。
【００６２】
図６は第１の実施の形態の光導波路１Ａの効果の一例を示す説明図である。後述するように、光導波路の溝部に対して反射ミラー等の薄膜機能素子を挿抜自在な構成として光スイッチを構成した場合、溝部内では、薄膜機能素子が傾斜した状態となる場合が想定される。
【００６３】
すなわち、薄膜機能素子１７を段差型挿入溝６Ａに対して挿抜する挿抜手段としては、薄膜機能素子１７をアーム１７ａの先端に支持し、アーム１７ａを後端側を支点として撓ませたり、回転動作を行わせて、薄膜機能素子１７を昇降させる構成が一例として考えられる。
【００６４】
第１の実施の形態の光導波路１Ａでは、導波路層２Ａに形成する溝部を段差型挿入溝６Ａとし、コア４のコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの一方の側壁部の側方に深溝部９を形成することで、段差型挿入溝６Ａに薄膜機能素子１７が斜めに挿入された場合、薄膜機能素子１７の角部１７Ｃが深溝部９に挿入される。
【００６５】
これにより、コア４のコア端面７において、薄膜機能素子１７により遮られる部分の面積が大きくなる。よって、薄膜機能素子１７を斜めに挿入することで生じる薄膜機能素子１７によって遮ることができないコア露出部４Ｅを小さくすることができる。
【００６６】
従って、薄膜機能素子が挿入される挿入溝を有する光導波路において、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光導波路を実現することができる。
【００６７】
＜第１の実施の形態の光導波路の変形例＞
図７は第１の実施の形態の光導波路１Ａの変形例を示す断面図である。図７に示す変形例の光導波路１Ａ′では、上述した構成の第１の実施の形態の光導波路１Ａにおいて、段差型挿入溝６Ａに、コア４とアンダークラッド５ａの比屈折率差に応じてアンダークラッド５ａよりも屈折率の高い光透過物質１８を充填する。光透過物質１８は、コア４と同等の屈折率を有し、段差型挿入溝６Ａから流出しない程度の粘性を持った例えばオイルである。
【００６８】
なお、光導波路１Ａ′の他の構成は、図１で説明した光導波路１Ａと同じであり、導波路層２Ａに浅溝部８と深溝部９を有する段差型挿入溝６Ａを備え、コア４ａのコア端面７ａとコア４ｂのコア端面７ｂが露出する浅溝部８は、底部８ａをコア４ａ及びコア４ｂの底面と同一高さとしてある。
【００６９】
図７に示す構成では、段差型挿入溝６Ａを備えたことによるコア４の沈み込みの低減、及び薄膜機能素子の斜め挿入に対する効果は第１の実施の形態の光導波路１Ａと同じである。変形例の光導波路１Ａ′では、段差型挿入溝６Ａにアンダークラッド５ａより屈折率の高い光透過物質１８を充填することで、溝部分での光放射による損失を更に低減できる。
【００７０】
すなわち、浅溝部８の底部８ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面と同一の高さとすることで、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制される。
【００７１】
更に、浅溝部８の底部８ａはアンダークラッド５ａで構成されるが、段差型挿入溝６Ａに充填した光透過物質１８の屈折率が、アンダークラッド５ａよりも高いことから、段差型挿入溝６Ａにおいて、光透過物質１８がコアとしての機能を持ち、アンダークラッド５ａへの光放射を抑制することができる。
【００７２】
従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、一層低損失な光導波路を実現することができる。
【００７３】
＜第２の実施の形態の光導波路の構成例＞
図８は第２の実施の形態の光導波路１Ｂの構成の一例を示す斜視図である。第２の実施の形態の光導波路１Ｂは、例えばアクリル系の高分子材料により構成されるフィルム状の導波路層２Ｂと、シリコン基板等により構成されて、導波路層２Ｂが実装される実装基板３を備える。
【００７４】
導波路層２Ｂは、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂを備えてコア・クラッド構造を有する埋め込み型導波路である。導波路層２Ｂにおいて、コア４のコア径は例えば４０×４０μｍである。また、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂの比屈折率差は例えば０．８％で、コア４の屈折率がアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂより若干大きくなるように構成されて、光がコア４に閉じ込められて伝搬される。
【００７５】
コア４は、２本のコア４ａ及びコア４ｂが直線状に構成され、コア４ａとコア４ｂの交差部に段差型挿入溝６Ｂを備える。段差型挿入溝６Ｂは、コア４ａ及びコア４ｂの交差部を横切って形成され、導波路層２Ｂの上面に開口部を有して、例えばフォトリソグラフィプロセスで形成される。
【００７６】
段差型挿入溝６Ｂは、対向する一方の壁部にコア４ａのコア端面７ａが露出し、他方の壁部にコア４ｂのコア端面７ｂが露出する深さを有する浅溝部８と、浅溝部８の一部を凹状として形成した深溝部９を備える。
【００７７】
浅溝部８は、導波路層２Ｂの上面からオーバークラッド５ｂを貫通し、アンダークラッド５ａの上面側に一部入り込んだ位置まで到達した直方体状の溝部で、コア４ａ及びコア４ｂの底面から所定量深い位置に底部８ａが形成される。深溝部９は、コア４ａのコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの一方の側壁部の側方で、浅溝部８の底部８ａからアンダークラッド５ａの底面まで到達した直方体状の溝部で、浅溝部８の底部８ａより下方に底部９ａが形成される。
【００７８】
浅溝部８の底部８ａと、コア４ａ及びコア４ｂの底面との間の寸法は、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下としてあり、これにより、段差型挿入溝６Ｂは、導波路層２Ｂにおいてオーバークラッド５ｂからアンダークラッド５ａの上面側の一部にかけて浅溝部８が形成され、浅溝部８から連続してアンダークラッド５ａに深溝部９が形成されて、コア４ａのコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの形成位置の溝の深さが浅くなるように、底部に段差部１０を備えた形状となっている。
【００７９】
ここで、段差型挿入溝６Ｂの浅溝部８のサイズは、例えば、横幅１０００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ７５μｍである。また、段差型挿入溝６Ｂの深溝部９のサイズは、例えば、横幅５００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ３５μｍである。
【００８０】
更に、浅溝部８の底部８ａは、本例ではコア４ａ及びコア４ｂの底面より例えば５μｍだけ深い位置に形成される。また、浅溝部８と深溝部９の段差部１０は、コア４ａのコア端面７ａの側壁部及びコア４ｂのコア端面７ｂの側壁部から例えば１０μｍ離れた位置としてある。
【００８１】
＜第２の実施の形態の光導波路の製造工程例＞
図９〜図１２は第２の実施の形態の光導波路１Ｂの製造工程例を示す説明図で、次に、第２の実施の形態の光導波路１Ｂの製造工程について説明する。ここで、図９及び図１０はアンダークラッド５ａの製造工程、図１１はコア４の製造工程、図１２はオーバークラッド５ｂの製造工程を示す。また、各図において、（ａ−１）〜（ｃ−１）は段差型挿入溝６Ｂの形成位置を正面から見た概略断面図、（ａ−２）〜（ｃ−２）は段差型挿入溝６Ｂの形成位置を側面から見た概略断面図である。
【００８２】
上述した構成を有する第２の実施の形態の光導波路１Ｂの製造工程は、アンダークラッド５ａの製造工程を、深溝部９を形成する工程と、浅溝部８の底部を形成する工程に分ける以外は、図２〜図４で説明した第１の実施の形態の光導波路１Ａとほぼ同じである。
【００８３】
すなわち、図９（ａ−１），図９（ａ−２）に示すように、深溝部９が形成されるアンダークラッド第１層を構成する紫外線硬化型の高分子材料を、シリコン等の支持基板１１上にスピンコート等により塗布して、アンダークラッド第１層形成薄膜１９ａを形成する。
【００８４】
次に、図９（ｂ−１），図９（ｂ−２）に示すように、深溝部９のパターンが形成された深溝部形成マスク２０を介して紫外線を照射し、深溝部９の形成部位以外を硬化させる。そして、図９（ｃ−１），図９（ｃ−２）に示すように、例えば溶液現像によって、深溝部９の形成部位を除去して、深溝部９が形成されたアンダークラッド第１層１９ｂを形成する。
【００８５】
次に、図１０（ａ−１），図１０（ａ−２）に示すように、浅溝部８の底部が形成されるアンダークラッド第２層を構成する紫外線硬化型の高分子材料をスピンコート等により塗布して、アンダークラッド第２層形成薄膜２１ａを形成する。
【００８６】
次に、図１０（ｂ−１），図１０（ｂ−２）に示すように、浅溝部８のパターンが形成された浅溝部形成マスク２２を介して紫外線を照射し、浅溝部８の形成部位以外を硬化させる。そして、図１０（ｃ−１），図１０（ｃ−２）に示すように、例えば溶液現像によって、浅溝部８の形成部位を除去して、アンダークラッド第２層２１ｂを形成することで、深溝部９及び浅溝部８の底部が形成されたアンダークラッド５ａが形成される。
【００８７】
次に、図１１（ａ−１），図１１（ａ−２）に示すように、コア４を構成する紫外線硬化型の高分子材料を、スピンコート等によりアンダークラッド５ａ上に塗布して、コア形成薄膜１４を形成する。ここで、コア４を構成する高分子材料は、上述したように、アンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂを構成する高分子材料より若干屈折率が大きい材料を用いる。
【００８８】
次に、図１１（ｂ−１），図１１（ｂ−２）に示すように、コア４ａ及びコア４ｂのパターンが形成されたコア形成マスク１５を介して紫外線を照射することで、コア４ａ及びコア４ｂを形成する部位を硬化させる。そして、図１１（ｃ−１），図１１（ｃ−２）に示すように、溶液現像によってコア４の形成部位以外を除去して、所定のパターンでコア４ａ及びコア４ｂを形成する。
【００８９】
次に、図１２（ａ−１），図１２（ａ−２）に示すように、オーバークラッド５ｂを構成する紫外線硬化型の高分子材料を、スピンコート等によりアンダークラッド５ａ及びコア４上に塗布して、オーバークラッド形成薄膜１６を形成する。
【００９０】
次に、図１２（ｂ−１），図１２（ｂ−２）に示すように、浅溝部８のパターンが形成された浅溝部形成マスク１３ｂを介して紫外線を照射し、浅溝部８を形成する部位以外のオーバークラッド形成薄膜１６を硬化させる。そして、図１２（ｃ−１），図１２（ｃ−２）に示すように、例えば溶液現像によって、浅溝部８の形成部位を除去して、オーバークラッド５ｂを形成する。
【００９１】
これにより、浅溝部８と深溝部９を有する段差型挿入溝６Ｂを備えた導波路層２Ｂが形成される。そして、導波路層２Ｂを支持基板１１から剥離して、実装基板３の表面に例えば接着固定することで、光導波路１Ｂが形成される。
【００９２】
上述したように、導波路層２Ｂに形成する溝部を浅溝部８と深溝部９を備えた段差型挿入溝６Ｂとし、浅溝部８の底部８ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に形成することで、アンダークラッド５ａの上面にコア４を形成する工程で、浅い溝部の形成位置にコア４が形成される。
【００９３】
コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みは、コア端面７が露出する溝部が深いほど顕著になる。このため、アンダークラッド５ａに形成する浅溝部８の底部の深さを浅くしておけば、コア４の沈み込みによる角度ずれが引き起こす溝部分での過剰損失を低減できる。
【００９４】
＜第２の実施の形態の光導波路の動作例＞
図１３は第２の実施の形態の光導波路１Ｂの動作例を示す断面図である。第２の実施の形態の光導波路１Ｂは、第１の実施の形態の光導波路１Ａと同様に、段差型挿入溝６Ｂに図示しない波長選択フィルタや、後述する反射ミラー等の薄膜機能素子が挿入されることで、光路の切り換え等が行える構成である。
【００９５】
また、薄膜機能素子が非挿入の状態では、例えば、コア４ａを伝搬される光はコア端面７ａから出射し、段差型挿入溝６Ｂを挟んで対向するコア端面７ｂに結合して、コア４ｂを伝搬される。
【００９６】
上述したように、導波路層２Ｂに形成する溝部を浅溝部８と深溝部９を備えた段差型挿入溝６Ｂとし、アンダークラッド５ａに形成する浅溝部８の深さを浅くして、浅い溝部の形成位置にコア４が形成されるようにすることで、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みによる角度ずれが抑制される。
【００９７】
図１４はコア底面より下の溝深さと溝部における過剰損失の関係を測定した結果を示すグラフである。図１４における測定対象は、アクリル系高分子材料を用いて作製した光導波路で、コアとクラッドの比屈折率Δｎ＝１．０％、コア径は４０×４０μｍとした。また、溝幅は６５μｍで、溝内には屈折率がアンダークラッドより高いオイルを光透過物質として充填した。
【００９８】
溝部の断面形状は図１３と同じであり、コア４の高さをＨ１とし、コア４の底面より下に形成される溝部の深さをＨ２とする。本例では、コア４の底面より下に形成される溝部の深さをＨ２は、アンダークラッド５ａに形成される浅溝部８の深さであり、図１４で示されるように、アンダークラッド５ａに形成される浅溝部８が深くなると、過剰損失が増加することが判る。
【００９９】
これに対して、アンダークラッド５ａの溝部の深さがコア４の高さ以上に深いときに比べて、アンダークラッド５ａの溝部の深さをコア４の高さＨ１の半分（本例では２０μｍ）以下にしておくと、損失低減効果が大きいことが判る。
【０１００】
これにより、コア４の底面より下の浅溝部８の深さが、コア４の高さの半分以下となるようにすることで、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みが抑制され、コア４ａとコア４ｂの間での光の結合効率が向上し、溝部分での過剰損失を低減できる。
【０１０１】
また、コア４の底面より下の浅溝部８の深さを、コア４の高さの半分以下となるようにすることで、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。
【０１０２】
これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制され、やはり、溝部分での過剰損失を低減できる。従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、従来構造と比較して低損失な光導波路を実現することができる。
【０１０３】
更に、図６で説明したように、光導波路の溝部に対して反射ミラー等の薄膜機能素子が斜めに挿入される場合、第２の実施の形態の光導波路１Ｂでも、導波路層２Ｂに形成する溝部を段差型挿入溝６Ｂとすることで、薄膜機能素子の角部が深溝部９に挿入される。
【０１０４】
更に、浅溝部８の底部８ａが、コア４ａ及びコア４ｂの底面より下に形成されるので、薄膜機能素子の一部がコア４ａ及びコア４ｂの下側まで挿入される。
【０１０５】
これにより、コア４のコア端面７において、薄膜機能素子により遮られる部分の面積が更に大きくなり、薄膜機能素子によって遮ることができないコア露出部を更に小さくすることができる。従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光導波路を実現することができる。
【０１０６】
＜第２の実施の形態の光導波路の変形例＞
図１５は第２の実施の形態の光導波路１Ｂの変形例を示す断面図である。図１５に示す変形例の光導波路１Ｂ′では、上述した構成の第２の実施の形態の光導波路１Ｂにおいて、段差型挿入溝６Ｂに、アンダークラッド５ａよりも屈折率の高い光透過物質１８を充填する。光透過物質１８は、コア４と同等の屈折率を有し、段差型挿入溝６Ｂから流出しない程度の粘性を持った例えばオイルである。
【０１０７】
なお、光導波路１Ｂ′の他の構成は、図８で説明した光導波路１Ｂと同じであり、導波路層２Ｂに浅溝部８と深溝部９を有する段差型挿入溝６Ｂを備え、コア４ａのコア端面７ａとコア４ｂのコア端面７ｂが露出する浅溝部８は、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に底部８ａが形成してある。
【０１０８】
図１５に示す構成では、段差型挿入溝６Ｂを備えたことによるコア４の沈み込みの低減、及び薄膜機能素子の斜め挿入に対する効果は第２の実施の形態の光導波路１Ｂと同じである。変形例の光導波路１Ｂ′では、段差型挿入溝６Ｂにアンダークラッド５ａより屈折率の高い光透過物質１８を充填することで、溝部分での光放射による損失を更に低減できる。
【０１０９】
すなわち、浅溝部８の底部８ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に形成することで、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制される。
【０１１０】
更に、浅溝部８の底部８ａはアンダークラッド５ａで構成されるが、段差型挿入溝６Ｂに充填した光透過物質１８の屈折率が、アンダークラッド５ａよりも高いことから、段差型挿入溝６Ｂにおいて、光透過物質１８がコアとしての機能を持ち、アンダークラッド５ａへの光放射を抑制することができる。
【０１１１】
従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、一層低損失な光導波路を実現することができる。
【０１１２】
＜第３の実施の形態の光導波路の構成例＞
図１６は第３の実施の形態の光導波路１Ｃの構成の一例を示す斜視図である。第３の実施の形態の光導波路１Ｃは、例えばアクリル系の高分子材料により構成されるフィルム状の導波路層２Ｃと、シリコン基板等により構成されて、導波路層２Ｃが実装される実装基板３を備える。
【０１１３】
導波路層２Ｃは、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂを備えてコア・クラッド構造を有する埋め込み型導波路である。導波路層２Ｃにおいて、コア４のコア径は例えば４０×４０μｍである。また、コア４とアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂの比屈折率差は例えば０．８％で、コア４の屈折率がアンダークラッド５ａ及びオーバークラッド５ｂより若干大きくなるように構成されて、光がコア４に閉じ込められて伝搬される。
【０１１４】
コア４は、２本のコア４ａ及びコア４ｂが直線状に構成され、コア４ａとコア４ｂの交差部に挿入溝６Ｃを備える。挿入溝６Ｃは、コア４ａ及びコア４ｂの交差部を横切って形成され、導波路層２Ｃの上面に開口部を有して、例えばフォトリソグラフィプロセスで形成される。
【０１１５】
挿入溝６Ｃは、対向する一方の壁部にコア４ａのコア端面７ａが露出し、他方の壁部にコア４ｂのコア端面７ｂが露出する深さを有する浅溝部２３を備える。
【０１１６】
浅溝部２３は、導波路層２Ｃの上面からオーバークラッド５ｂを貫通し、アンダークラッド５ａの上面側に一部入り込んだ位置まで到達した直方体状の溝部で、挿入溝６Ｃは、コア４ａ及びコア４ｂの底面から所定量深い位置に底部２３ａが形成される。
【０１１７】
挿入溝６Ｃの底部２３ａと、コア４ａ及びコア４ｂの底面との間の寸法は、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下としてあり、これにより、挿入溝６Ｃは、コア４ａのコア端面７ａ及びコア４ｂのコア端面７ｂの形成位置の溝の深さが浅くなる形状となっている。
【０１１８】
ここで、挿入溝６Ｃのサイズは、例えば、横幅１０００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ７５μｍである。また、挿入溝６Ｃの底部２３ａは、本例ではコア４ａ及びコア４ｂの底面より例えば５μｍだけ深い位置に形成される。
【０１１９】
＜第３の実施の形態の光導波路の製造工程例＞
上述した構成を有する第３の実施の形態の光導波路１Ｃの製造工程は、アンダークラッド５ａの製造工程で、アンダークラッド第１層の製造工程において深溝部に相当する溝を形成しない以外は、図９〜図１２で説明した第２の実施の形態の光導波路１Ｂとほぼ同じである。
【０１２０】
以下、第３の実施の形態の光導波路１Ｃのアンダークラッド５ａの製造工程の概要を説明すると、アンダークラッド第１層を構成する紫外線硬化型の高分子材料をスピンコート等により塗布して、アンダークラッド第１層形成薄膜を形成する。次に、紫外線を照射してアンダークラッド第１層形成薄膜を硬化させ、アンダークラッド第１層を形成する。
【０１２１】
次に、挿入溝６Ｃの底部が形成されるアンダークラッド第２層を構成する紫外線硬化型の高分子材料をスピンコート等により塗布して、アンダークラッド第２層形成薄膜を形成する。
【０１２２】
次に、挿入溝６Ｃのパターンが形成されたマスクを介して紫外線を照射し、挿入溝６Ｃの形成部位以外を硬化させる。そして、例えば溶液現像によって、挿入溝６Ｃの形成部位を除去して、アンダークラッド第２層を形成することで、挿入溝６Ｃの底部が形成されたアンダークラッド５ａが形成される。
【０１２３】
なお、コア４及びオーバークラッド５ｂの製造工程は、図１１及び図１２で説明した第２の実施の形態の光導波路１Ｂにおけるコア４及びオーバークラッド５ｂの製造工程と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【０１２４】
＜第３の実施の形態の光導波路の動作例＞
第３の実施の形態の光導波路１Ｃは、第１の実施の形態の光導波路１Ａ及び第２の実施の形態の光導波路１Ｂと同様に、挿入溝６Ｃに図示しない波長選択フィルタや、反射ミラー等の薄膜機能素子が挿入されることで、光路の切り換え等が行える構成である。
【０１２５】
また、薄膜機能素子が非挿入の状態では、例えば、コア４ａを伝搬される光はコア端面７ａから出射し、挿入溝６Ｃを挟んで対向するコア端面７ｂに結合して、コア４ｂを伝搬される。
【０１２６】
上述したように、導波路層２Ｃに形成する溝部を、浅溝部２３で構成される挿入溝６Ｃとし、挿入溝６Ｃの底部２３ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に形成することで、アンダークラッド５ａの上面にコア４を形成する工程で、浅い溝部の形成位置にコア４が形成される。
【０１２７】
コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みは、図１４で説明したように、コア端面７が露出する溝部が深いほど顕著になる。このため、コア４ａ及びコア４ｂの底面より下に形成される溝部となるアンダークラッド５ａに形成する挿入溝６Ｃ（浅溝部２３）の深さを浅くしておけば、コア４の沈み込みが抑制される。
【０１２８】
そして、図１４で説明したように、アンダークラッド５ａに形成される挿入溝６Ｃの深さをコア４の高さＨ１の半分（本例では２０μｍ）以下にしておくと、損失低減効果が大きいことが判る。
【０１２９】
これにより、コア４の底面より下の挿入溝６Ｃの深さが、コア４の高さの半分以下となるようにすることで、コア４ａのコア端面７ａ側及びコア４ｂのコア端面７ｂ側の沈み込みが抑制され、コア４ａとコア４ｂの間での光の結合効率が向上し、溝部分での過剰損失を低減できる。
【０１３０】
また、コア４の底面より下の挿入溝６Ｃの深さを、コア４の高さの半分以下となるようにすることで、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。
【０１３１】
これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制され、やはり、溝部分での過剰損失を低減できる。従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、従来構造と比較して低損失な光導波路を実現することができる。
【０１３２】
更に、図６で説明したように、光導波路の溝部に対して反射ミラー等の薄膜機能素子が斜めに挿入される場合、第３の実施の形態の光導波路１Ｃでは、挿入溝６Ｃの底部２３ａが、コア４ａ及びコア４ｂの底面より下に形成されるので、薄膜機能素子の一部がコア４ａ及びコア４ｂの下側まで挿入される。
【０１３３】
これにより、コア４のコア端面７において、薄膜機能素子により遮られる部分の面積が大きくなり、薄膜機能素子によって遮ることができないコア露出部を小さくすることができる。従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光導波路を実現することができる。
【０１３４】
＜第３の実施の形態の光導波路の変形例＞
図１７は第３の実施の形態の光導波路１Ｃの変形例を示す断面図である。図１７に示す変形例の光導波路１Ｃ′では、上述した構成の第３の実施の形態の光導波路１Ｃにおいて、挿入溝６Ｃに、アンダークラッド５ａよりも屈折率の高い光透過物質１８を充填する。光透過物質１８は、コア４と同等の屈折率を有し、挿入溝６Ｃから流出しない程度の粘性を持った例えばオイルである。
【０１３５】
なお、光導波路１Ｃ′の他の構成は、図１６で説明した光導波路１Ｃと同じであり、挿入溝６Ｃは、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に底部２３ａが形成してある浅溝部２３である。
【０１３６】
図１７に示す構成では、挿入溝６Ｃを浅溝部２３としたことによるコア４の沈み込みの低減、及び薄膜機能素子の斜め挿入に対する効果は第３の実施の形態の光導波路１Ｃと同じである。変形例の光導波路１Ｃ′では、挿入溝６Ｃにアンダークラッド５ａより屈折率の高い光透過物質１８を充填することで、溝部分での光放射による損失を更に低減できる。
【０１３７】
すなわち、挿入溝６Ｃの底部２３ａを、コア４ａ及びコア４ｂの底面から、コア４ａ及びコア４ｂの高さの半分以下の範囲に形成することで、例えば、コア４ａを伝搬されてコア端面７ａから出射した光の下方への広がりが抑制される。これにより、コア端面から出射した光の広がりによる損失が抑制される。
【０１３８】
更に、挿入溝６Ｃの底部２３ａはアンダークラッド５ａで構成されるが、挿入溝６Ｃに充填した光透過物質１８の屈折率が、アンダークラッド５ａよりも高いことから、挿入溝６Ｃにおいて、光透過物質１８がコアとしての機能を持ち、アンダークラッド５ａへの光放射を抑制することができる。
【０１３９】
従って、薄膜機能素子が挿入される溝部を有する光導波路において、一層低損失な光導波路を実現することができる。
【０１４０】
＜第１の実施の形態の光スイッチの構成例＞
図１８は第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａの構成の一例を示す一部分解斜視図である。第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａは、例えば、上述した光導波路１Ａの構成を有する光導波路３２Ａに、スイッチ部３３を備えたものである。
【０１４１】
光導波路３２Ａは、フィルム状の導波路層３４Ａと、導波路層３４Ａを支持する実装基板３５を備える。導波路層３４Ａは、例えばアクリル系の高分子材料により構成され、コア３６とアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂを備えてコア・クラッド構造を有する。実装基板３５は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板で、表面に導波路層３４Ａが実装される。
【０１４２】
導波路層３４Ａは、アンダークラッド３７ａ上に所定のパターンでコア３６が形成され、アンダークラッド３７ａ上のコア３６をオーバークラッド３７ｂで覆った埋め込み型導波路である。導波路層３４Ａは、コア３６のコア径が例えば４０×４０μｍ、コア３６とアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂの比屈折率差が例えば０．８％で、コア３６の屈折率がアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂより若干大きくなるように構成されて、光がコア３６に閉じ込められて伝搬される。
【０１４３】
コア３６は、１本のコアに例えば４本のコアが交差するパターンを有し、直線状の主コア３６ａに、第１の分岐コア３６ｂ、第２の分岐コア３６ｃ、第３の分岐コア３６ｄ及び第４の分岐コア３６ｅが順に交差する。
【０１４４】
主コア３６ａと、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅは、それぞれＶ字型に交差する。また、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅは、所定の間隔を開けて互いが平行に配置される。これにより、主コア３６ａと、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅの交差部は、主コア３６ａ上に所定の間隔で形成される。
【０１４５】
主コア３６ａは、導波路層３４Ａの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、入射ポート３９ａが形成される。また、第１の分岐コア３６ｂは、導波路層３４Ａの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第１の出射ポート４０ａが形成される。同様に、第２の分岐コア３６ｃは、導波路層３４Ａの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第２の出射ポート４０ｂが形成され、第３の分岐コア３６ｄは、導波路層３４Ａの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第３の出射ポート４０ｃが形成される。更に、第４の分岐コア３６ｅは、導波路層３４Ａの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第４の出射ポート４０ｄが形成される。
【０１４６】
各コア３６の交差部には段差型挿入溝４１を備える。すなわち、主コア３６ａと第１の分岐コア３６ｂの交差部に、主コア３６ａを横切って第１の段差型挿入溝４１ａが形成され、主コア３６ａと第２の分岐コア３６ｃの交差部に、主コア３６ａを横切って第２の段差型挿入溝４１ｂが形成される。
【０１４７】
また、主コア３６ａと第３の分岐コア３６ｄの交差部に、主コア３６ａを横切って第３の段差型挿入溝４１ｃが形成され、主コア３６ａと第４の分岐コア３６ｅの交差部に第４の段差型挿入溝４１ｄが形成される。
【０１４８】
各段差型挿入溝４１は、例えば、光導波路１Ａの段差型挿入溝６Ａと同じ構成を有し、導波路層３４Ａの上面に開口部を有して、例えば図２〜図４で説明したフォトリソグラフィプロセスで形成される。
【０１４９】
第１の段差型挿入溝４１ａは、対向する一方の壁部に主コア３６ａと第１の分岐コア３６ｂが交差したコア端面４２ａが露出し、他方の壁部に主コア３６ａのコア端面４２ｂが露出する深さを有する浅溝部４３と、浅溝部４３の一部を凹状として形成した深溝部４４を備える。
【０１５０】
第２及び第３の段差型挿入溝４１も同じ構成であり、対向する一方の壁部に主コア３６ａと分岐コア３６ｃ，３６ｄが交差したコア端面４２ａが露出し、他方の壁部に主コア３６ａのコア端面４２ｂが露出する深さを有する浅溝部４３と、浅溝部４３の一部を凹状として形成した深溝部４４を備える。
【０１５１】
なお、本例では、主コア３６ａは、第４の段差型挿入溝４１ｄまで形成される構成としたので、第４の段差型挿入溝４１ｄは、一方の壁部に主コア３６と第４の分岐コア３６ｅが交差したコア端面４２ａが露出する深さを有する浅溝部４３と、浅溝部４３の一部を凹状として形成した深溝部４４を備える。
【０１５２】
浅溝部４３は、導波路層３４Ａの上面からオーバークラッド３７ｂを貫通し、アンダークラッド３７ａの上面まで到達した直方体状の溝部で、各コア３６の底面と同じ高さに底部４３ａが形成される。
【０１５３】
深溝部４４は、各コア３６のコア端面４２の一方の側壁部の側方で、浅溝部４３の底部４３ａからアンダークラッド３７ａの底面まで到達した直方体状の溝部で、浅溝部４３の底部４３ａより下方に底部４４ａが形成される。
【０１５４】
これにより、各段差型挿入溝４１は、導波路層３４Ａにおいてオーバークラッド３７ｂの部分に浅溝部４３が形成され、浅溝部４３から連続してアンダークラッド３７ａの部分に深溝部４４が形成されて、各コア３６のコア端面４２の形成位置の溝の深さが浅くなり、コア端面４２の形成位置の一方の側壁部の側方の溝の深さが深くなるように、底部に段差部４５を備えた形状となっている。
【０１５５】
ここで、各段差型挿入溝４１の浅溝部４３のサイズは、例えば、横幅１０００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ７０μｍである。また、各段差型挿入溝４１の深溝部４４のサイズは、例えば、横幅５００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ４０μｍである。更に、浅溝部４３と深溝部４４の段差部４５は、コア３６のコア端面４２の側壁部から例えば１０μｍ離れた位置としてある。
【０１５６】
スイッチ部３３は挿抜手段の一例で、反射ミラー４６と、反射ミラー４６を駆動するアクチュエータ４７を備える。反射ミラー４６は薄膜機能素子の一例であり、段差型挿入溝４１に挿入され、コア３６間を遮るサイズを有する。
【０１５７】
すなわち、反射ミラー４６の横幅は、コア３６の幅より大きく、段差型挿入溝４１の浅溝部４３の横幅より小さく構成される。また、反射ミラー４６の厚みは、段差型挿入溝４１の溝幅より小さく構成される。
【０１５８】
なお、反射ミラー４６は、アクチュエータ４７によって段差型挿入溝４１に挿抜されるが、反射ミラー４６の軌跡は円弧となるので、反射ミラー４６の角部等が段差型挿入溝４１の壁部に衝突しないように、反射ミラー４６のサイズが設定される。
【０１５９】
アクチュエータ４７は変位手段の一例で、板状部材である燐青銅板４７ａ上に電極４７ｂを備えた圧電素子４７ｃを接着して構成される。アクチュエータ４７のサイズは、例えば、幅１ｍｍ、長さ２２ｍｍ、厚み２５０μｍである。なお、アクチュエータの構成としては、燐青銅板の両面に圧電素子を備えたバイモルフ型のアクチュエータでも良い。
【０１６０】
アクチュエータ４７は、先端に反射ミラー４６が接着等により固定される。また、アクチュエータ４７は、後端が所定の厚みを有するスペーサ４８を介して導波路層３４Ａの上面に接着固定される。
【０１６１】
スイッチ部３３は、各段差型挿入溝４１に対応して光導波路３２Ａに取り付けられる。すなわち、第１のスイッチ部３３ａは、反射ミラー４６が第１の段差型挿入溝４１ａの上側に位置し、かつ、反射ミラー４６の反射面が、第１の段差型挿入溝４１ａの一方の壁部に露出する主コア３６ａと第１の分岐コア３６ｂのコア端面４２ａと対向する向きとして、光導波路３２Ａに取り付けられる。
【０１６２】
第１のスイッチ部３３ａと同様の構成で、第２のスイッチ部３３ｂが第２の段差型挿入溝４１ｂに対応して光導波路３２Ａに取り付けられ、第３のスイッチ部３３ｃが第３の段差型挿入溝４１ｃに対応して光導波路３２Ａに取り付けられ、第４のスイッチ部３３ｄが第４の段差型挿入溝４１ｄに対応して光導波路３２Ａに取り付けられる。
【０１６３】
各スイッチ部３３は、アクチュエータ４７に対する電圧の印加の有無で、アクチュエータ４７を変形させ、アクチュエータ４７の先端側に取り付けられている反射ミラー４６の段差型挿入溝４１に対する挿抜を行う。
【０１６４】
＜第１の実施の形態の光スイッチの動作例＞
図１９はスイッチ部３３の動作を示す要部断面図で、図１８及び図１９等を参照して第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａの動作について説明する。第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａは、選択された段差型挿入溝４１にスイッチ部３３によって反射ミラー４６が挿入されることで、任意の分岐コア３６（ｂ〜ｅ）へ光路の切り換えが行える構成である。
【０１６５】
まず、スイッチ部３３の動作について説明すると、スイッチ部３３は、アクチュエータ４７に電圧が印加されると、圧電素子４７ｃによって燐青銅板４７ａが反ることで、図１９（ａ）に示すようにアクチュエータ４７はスペーサ４８側を支点に下方へ反り、先端側に取り付けられている反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入される。
【０１６６】
また、アクチュエータ４７に電圧を非印加とすると、図１９（ｂ）に示すように燐青銅板４７ａの弾性でアクチュエータ４７は初期形状に復元し、反射ミラー４６は段差型挿入溝４１から抜ける。
【０１６７】
スイッチ部３３を、アクチュエータ４７の後端側を支点とした変位で先端側の反射ミラー４６を昇降させる構成としたことで、ガイド部材等を用いることなく、反射ミラー４６を昇降させることができる。これにより、スイッチ部３３は、簡単な構成で実現でき、低コストで小型の光スイッチを実現することが可能となる。
【０１６８】
図１９（ａ）に示すように、スイッチ部３３の動作で反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入されると、反射ミラー４６は段差型挿入溝４１に露出するコア３６のコア端面４２間を遮る。
【０１６９】
例えば、第１のスイッチ部３３ａの動作で第１の段差型挿入溝４１ａに反射ミラー４６が挿入されると、主コア３６ａ及び第１の分岐コア３６ｂが交差するコア端面４２ａと、対向する主コア３６ａのコア端面４２ｂの間が反射ミラー４６で遮られ、反射ミラー４６の反射面が主コア３６ａ及び第１の分岐コア３６ｂのコア端面４２ａと対向する。
【０１７０】
これにより、入射ポート３９から入射され、主コア３６ａを伝搬されて第１の段差型挿入溝４１ａのコア端面４２ａから出射した光は、反射ミラー４６で反射してコア端面４２ａから第１の分岐コア３６ｂに入射して、第１の分岐コア３６ｂを伝搬される。そして、第１の分岐コア３６ｂを伝搬される光は、第１の出射ポート４０ａから出射される。
【０１７１】
また、第１のスイッチ部３３ａを非動作として反射ミラー４６が第１の段差型挿入溝４１ａから抜き取られ、第２のスイッチ部３３ｂの動作で第２の段差型挿入溝４１ｂに反射ミラー４６が挿入されると、主コア３６ａ及び第２の分岐コア３６ｃが交差するコア端面４２ａと、対向する主コア３６ａのコア端面４２ｂの間が反射ミラー４６で遮られ、反射ミラー４６の反射面が主コア３６ａ及び第２の分岐コア３６ｃのコア端面４２ａと対向する。
【０１７２】
これにより、入射ポート３９から入射され、主コア３６ａを伝搬されて第１の段差型挿入溝４１ａのコア端面４２ａから出射した光は、対向するコア端面４２ｂから更に先の主コア３６ａに入射し、主コア３６ａを伝搬されて第２の段差型挿入溝４１ｂのコア端面４２ａから出射した光は、反射ミラー４６で反射してコア端面４２ａから第２の分岐コア３６ｃに入射して、第２の分岐コア３６ｃを伝搬される。そして、第２の分岐コア３６ｃを伝搬される光は、第２の出射ポート４０ｂから出射される。
【０１７３】
同様に、上流側のスイッチ部３３を非動作として、第１の段差型挿入溝４１ａ及び第２の段差型挿入溝４１ｂから反射ミラー４６を抜き取った状態で、第３のスイッチ部３３ｃの動作で第３の段差型挿入溝４１ｃに反射ミラー４６が挿入されると、入射ポート３９から入射されて主コア３６ａを伝搬される光は、第３の段差型挿入溝４１ｃにおいて反射ミラー４６で反射して第３の分岐コア３６ｄを伝搬され、第３の出射ポート４０ｃから出射される。
【０１７４】
更に、上流側のスイッチ部３３を非動作として、第１の段差型挿入溝４１ａ、第２の段差型挿入溝４１ｂ及び第３の段差型挿入溝４１ｃから反射ミラー４６を抜き取った状態で、第４のスイッチ部３３ｄの動作で第４の段差型挿入溝４１ｄに反射ミラー４６が挿入されると、入射ポート３９から入射されて主コア３６ａを伝搬される光は、第４の段差型挿入溝４１ｄにおいて反射ミラー４６で反射して第４の分岐コア３６ｅを伝搬され、第４の出射ポート４０ｄから出射される。
【０１７５】
このように、第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａは、各段差型挿入溝４１に対する反射ミラー４６の挿入の有無で、任意の分岐コア３６（ｂ〜ｅ）へと光を伝達できる１×４ｃｈの光スイッチとして機能する。なお、主コア３６ａを第４の段差型挿入溝４１ｄの先にも形成して、導波路層３４Ａの他の導波路端面に出射ポートを形成すれば、１×５ｃｈの光スイッチとして機能させることができる。
【０１７６】
さて、スイッチ部３３は、アクチュエータ４７が後端のスペーサ４８側を支点に下方へ反ることで、先端側に取り付けられている反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入される。このため、段差型挿入溝４１に対する挿抜動作での反射ミラー４６の軌跡は円弧となり、段差型挿入溝４１内では、反射ミラー４６が傾斜した状態となる。
【０１７７】
第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａでは、光導波路３２Ａの導波路層３４Ａに形成する溝部を段差型挿入溝４１とし、浅溝部４３を挟んで対向するコア３６のコア端面４２の一方の側壁部の側方に深溝部４４を形成する構成となっている。
【０１７８】
これにより、図１９（ａ）に示すように、段差型挿入溝４１に反射ミラー４６が斜めに挿入された場合、反射ミラー４６の角部４６ａが深溝部４４に挿入される。従って、コア３６のコア端面４２において、反射ミラー４６により遮られる部分の面積を大きくすることができるので、主コア３６ａから出射した光を、確実に反射して分岐コア３６（ｂ〜ｅ）に入射させることができ、段差型挿入溝４１において、反射ミラー４６で光路を切り換える際の光の結合効率を向上させることができる。よって、反射ミラー４６等の薄膜機能素子が挿抜される溝部を光導波路に有した光スイッチにおいて、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光スイッチを実現することができる。
【０１７９】
ここで、光スイッチ３１Ａにおいて、段差型挿入溝４１は、上述したように、浅溝部４３の底部４３ａがコア３６の底面と同じ高さに形成されている。これにより、図２〜図４で説明したようなフォトリソグラフィプロセスで導波路層３４Ａを形成する際に、コア３６の沈み込みが抑制されるという効果は、第１の実施の形態の光導波路１Ａと同じである。
【０１８０】
従って、光スイッチ３１Ａでも、コア３６の沈み込みによる角度ずれを抑制することができることから、溝部分での過剰損失を低減できる。
【０１８１】
また、主コア３６ａから出射される光の下方への広がりが抑制されることで、主コア３６ａから出射した光の広がりによる損失が抑制され、やはり、溝部分での過剰損失を低減できる。従って、主コア３６ａに複数の段差型挿入溝４１を備えた場合でも、光の損失が低減され、反射ミラー４６等の薄膜機能素子が挿抜される溝部を光導波路に有した光スイッチにおいて、従来構造と比較して低損失な光スイッチを実現することができる。
【０１８２】
＜第１の実施の形態の光スイッチの変形例＞
図２０は第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａの変形例を示す断面図である。図２０に示す変形例の光スイッチ３１Ａ′は、第２の実施の形態の光導波路１Ｂの段差型挿入溝６Ｂと同じ構成の段差型挿入溝４９を備えたものである。なお、以下の説明で、第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａと同じ構成については同じ番号を付して説明する。
【０１８３】
段差型挿入溝４９は、対向する壁部にコア３６のコア端面４２が露出する深さを有する浅溝部５０と、浅溝部５０の一部を凹状として形成した深溝部５１を備える。
【０１８４】
浅溝部５０は、導波路層３４Ａ′の上面からオーバークラッド３７ｂを貫通し、アンダークラッド３７ａの上面側に一部入り込んだ位置まで到達した直方体状の溝部で、コア３６の底面から所定量深い位置に底部５０ａが形成される。深溝部５１は、コア３６のコア端面４２の一方の側壁部の側方で、浅溝部５０の底部５０ａからアンダークラッド３７ａの底面まで到達した直方体状の溝部で、浅溝部５０の底部５０ａより下方に底部５１ａが形成される。
【０１８５】
浅溝部５０の底部５０ａと、コア３６の底面との間の寸法は、コア３６の高さの半分以下としてあり、これにより、段差型挿入溝４９は、導波路層３４Ａ′においてオーバークラッド３７ｂからアンダークラッド３７ａの上面側の一部にかけて浅溝部５０が形成され、浅溝部５０から連続してアンダークラッド３７ａに深溝部５１が形成されて、コア３６のコア端面４２の形成位置の溝の深さが浅くなり、コア端面４２の形成位置の一方の側壁部の側方の溝の深さが深くなるように、底部に段差部５２を備えた形状となっている。
【０１８６】
ここで、浅溝部５０の底部５０ａは、本例ではコア３６の底面より例えば５μｍだけ深い位置に形成される。
【０１８７】
変形例の光スイッチ３１Ａ′では、コア３６のパターン、段差型挿入溝４９の配置及びスイッチ部３３の構成は、第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａと同じである。
【０１８８】
変形例の光スイッチ３１Ａ′の動作について説明すると、スイッチ部３３は、アクチュエータ４７に電圧が印加されると、圧電素子４７ｃによって燐青銅板４７ａが反ることで、図２０（ａ）に示すようにアクチュエータ４７はスペーサ４８側を支点に下方へ反り、先端側に取り付けられている反射ミラー４６が段差型挿入溝４９に挿入される。
【０１８９】
スイッチ部３３の動作で反射ミラー４６が段差型挿入溝４９に挿入されると、反射ミラー４６は段差型挿入溝４９に露出するコア３６のコア端面４２間を遮る。これにより、コア３６から出射した光が反射ミラー４６で反射される。
【０１９０】
また、アクチュエータ４７に電圧を非印加とすると、図２０（ｂ）に示すように燐青銅板４７ａの弾性でアクチュエータ４７は初期形状に復元し、反射ミラー４６は段差型挿入溝４９から抜ける。
【０１９１】
これにより、光スイッチ３１Ａ′でも、第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａと同じコア３６のパターンを有することで、各段差型挿入溝４９に対する反射ミラー４６の挿入の有無で、任意のコア３６へと光を伝達できる１×４ｃｈの光スイッチとして機能する。
【０１９２】
さて、段差型挿入溝４９は、浅溝部５０の底部５０ａが、コア３６の底面より下に形成される。これにより、スイッチ部３３の動作で、図２０（ａ）に示すように、段差型挿入溝４９に反射ミラー４６が斜めに挿入された場合、反射ミラー４６の角部４６ａが深溝部５１に挿入される。更に、反射ミラー４６の底面側の一部がコア３６の下側まで挿入される。
【０１９３】
従って、コア３６のコア端面４２において、反射ミラー４６により遮られる部分の面積を更に大きくすることができるので、反射ミラー４６で光路を切り換える際の光の結合効率を更に向上させることができる。よって、反射ミラー４６等の薄膜機能素子が挿抜される溝部を光導波路に有した光スイッチにおいて、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光スイッチを実現することができる。
【０１９４】
ここで、導波路層形成時のコア３６の沈み込みを抑制することによる過剰損失の低減及び光の広がりを抑制することによる過剰損失の低減の効果は、第２の実施の形態の光導波路１Ｂと同じである。なお、光スイッチ３１Ａにおいて、挿入溝の構成を、第３の実施の形態の光導波路１Ｃの挿入溝６Ｃと同じ構成としても良い。
【０１９５】
＜第２の実施の形態の光スイッチの構成例＞
図２１は第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂの構成の一例を示す一部分解斜視図である。第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂは、例えば、上述した光導波路１Ａの構成を有する光導波路３２Ｂに、スイッチ部５３を備えたものである。
【０１９６】
そして、上述した第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａは、１×Ｎｃｈの光スイッチを、Ｎ個のスイッチ部３３で実現した例であるが、第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂは、１×Ｎｃｈの光スイッチを、Ｎ−１個のスイッチ部５３で実現したものである。
【０１９７】
光導波路３２Ｂの全体構成は、第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａの光導波路３２Ａと同様であり、光導波路３２Ｂは、例えばアクリル系の高分子材料により構成されるフィルム状の導波路層３４Ｂと、シリコン基板等により構成されて、導波路層３４Ｂが実装される実装基板３５を備える。
【０１９８】
導波路層３４Ｂは、コア３６とアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂを備えてコア・クラッド構造を有する埋め込み型導波路である。導波路層３４Ｂにおいて、コア３６のコア径は例えば４０×４０μｍである。また、コア３６とアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂの比屈折率差は例えば０．８％で、コア３６の屈折率がアンダークラッド３７ａ及びオーバークラッド３７ｂより若干大きくなるように構成されて、光がコア３６に閉じ込められて伝搬される。
【０１９９】
コア３６は、１本のコアに例えば４本のコアが交差するパターンを有し、直線状の主コア３６ａに、第１の分岐コア３６ｂ、第２の分岐コア３６ｃ、第３の分岐コア３６ｄ及び第４の分岐コア３６ｅが順に交差する。
【０２００】
主コア３６ａと、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅは、それぞれＶ字型に交差する。また、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅは、所定の間隔を開けて互いが平行に配置される。これにより、主コア３６ａと、第１の分岐コア３６ｂ〜第４の分岐コア３６ｅの交差部は、主コア３６ａ上に所定の間隔で形成される。
【０２０１】
主コア３６ａは、導波路層３４Ｂの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、入射ポート３９ａが形成される。また、第１の分岐コア３６ｂは、導波路層３４Ｂの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第１の出射ポート４０ａが形成される。同様に、第２の分岐コア３６ｃは、導波路層３４Ｂの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第２の出射ポート４０ｂが形成され、第３の分岐コア３６ｄは、導波路層３４Ｂの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第３の出射ポート４０ｃが形成される。更に、第４の分岐コア３６ｅは、導波路層３４Ｂの一の導波路端面３８ａに一方の端面が露出して、第４の出射ポート４０ｄが形成される。
【０２０２】
主コア３６ａと、第４の分岐コア３６ｅの交差部は、導波路層３４Ｂの他の導波路端面３８ｂにコア端面５４が露出しており、導波路層３４Ｂの導波路端面３８ｂに、コア端面５４に反射面を対向させて反射ミラー５５が取り付けられる。
【０２０３】
主コア３６ａと、第１の分岐コア３６ｂ〜第３の分岐コア３６ｄの交差部には、それぞれ段差型挿入溝４１を備える。すなわち、主コア３６ａと第１の分岐コア３６ｂの交差部に、主コア３６ａを横切って第１の段差型挿入溝４１ａが形成され、主コア３６ａと第２の分岐コア３６ｃの交差部に、主コア３６ａを横切って第２の段差型挿入溝４１ｂが形成され、主コア３６ａと第３の分岐コア３６ｄの交差部に、主コア３６ａを横切って第３の段差型挿入溝４１ｃが形成される。
【０２０４】
各段差型挿入溝４１は、例えば、光導波路１Ａの段差型挿入溝６Ａと同じ構成を有し、導波路層３４Ｂの上面に開口部を有して、例えば図２〜図４で説明したフォトリソグラフィプロセスで形成される。
【０２０５】
各段差型挿入溝４１は、対向する一方の壁部に２本のコア３６が交差したコア端面４２ａが露出し、他方の壁部に主コア３６ａのコア端面４２ｂが露出する深さを有する浅溝部４３と、浅溝部４３の一部を凹状として形成した深溝部４４を備える。
【０２０６】
浅溝部４３は、導波路層３４Ｂの上面からオーバークラッド３７ｂを貫通し、アンダークラッド３７ａの上面まで到達した直方体状の溝部で、各コア３６の底面と同じ高さに底部４３ａが形成される。
【０２０７】
深溝部４４は、各コア３６のコア端面４２の一方の側壁部の側方で、浅溝部４３の底部４３ａからアンダークラッド３７ａの底面まで到達した直方体状の溝部で、浅溝部４３の底部４３ａより下方に底部４４ａが形成される。
【０２０８】
これにより、各段差型挿入溝４１は、導波路層３４Ｂにおいてオーバークラッド３７ｂの部分に浅溝部４３が形成され、浅溝部４３から連続してアンダークラッド３７ａの部分に深溝部４４が形成されて、各コア３６のコア端面４２の形成位置の溝の深さが浅くなり、コア端面４２の形成位置の一方の側壁部の側方の溝の深さが深くなるように、底部に段差部４５を備えた形状となっている。
【０２０９】
ここで、各段差型挿入溝４１の浅溝部４３のサイズは、例えば、横幅１０００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ７０μｍである。また、各段差型挿入溝４１の深溝部４４のサイズは、例えば、横幅５００μｍ、溝幅１００μｍ、溝高さ４０μｍである。更に、浅溝部４３と深溝部４４の段差部４５は、コア３６のコア端面４２の側壁部から例えば１０μｍ離れた位置としてある。
【０２１０】
スイッチ部５３は挿抜手段の一例で、反射ミラー４６と、反射ミラー４６を駆動するアクチュエータ５６を備える。反射ミラー４６は薄膜機能素子の一例であり、段差型挿入溝４１に挿入され、コア３６間を遮るサイズを有する。
【０２１１】
アクチュエータ５６は変位手段の一例で、板状部材である燐青銅板５６ａの両面に電極５６ｂを備えた圧電素子５６ｃを接着して構成されるバイモルフ型のアクチュエータである。アクチュエータ５６のサイズは、例えば、幅１ｍｍ、長さ２２ｍｍ、厚み２５０μｍである。なお、アクチュエータの構成としては、燐青銅板の一方の面に圧電素子を備えた第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａのスイッチ部３３と同様の構成でも良い。
【０２１２】
アクチュエータ５６は、先端に反射ミラー４６が接着等により固定される。また、アクチュエータ５６は、後端が所定の厚みを有するスペーサ４８を介して導波路層３４Ｂの上面に接着固定される。
【０２１３】
スイッチ部５３は、各段差型挿入溝４１に対応して光導波路３２Ｂに取り付けられる。すなわち、第１のスイッチ部５３ａは、反射ミラー４６が第１の段差型挿入溝４１ａの上側に位置し、かつ、反射ミラー４６の反射面が、第１の段差型挿入溝４１ａの一方の壁部に露出する主コア３６ａと第１の分岐コア３６ｂのコア端面４２ａと対向する向きとして、光導波路３２Ｂに取り付けられる。
【０２１４】
第１のスイッチ部５３ａと同様の構成で、第２のスイッチ部５３ｂが第２の段差型挿入溝４１ｂに対応して光導波路３２Ｂに取り付けられ、第３のスイッチ部５３ｃが第３の段差型挿入溝４１ｃに対応して光導波路３２Ｂに取り付けられる。
【０２１５】
各スイッチ部５３は、アクチュエータ５６に対する電圧の印加の有無で、アクチュエータ５６を変形させ、アクチュエータ５６の先端側に取り付けられている反射ミラー４６の段差型挿入溝４１に対する挿抜を行う。
【０２１６】
＜第２の実施の形態の光スイッチの動作例＞
次に、第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂの動作について説明する。なお、スイッチ部５３の動作は、図１９で説明した第１の実施の形態の光スイッチ３１Ａのスイッチ部３３の動作と同様である。
【０２１７】
すなわち、スイッチ部５３は、アクチュエータ５６に電圧が印加されると、圧電素子５６ｃによって燐青銅板５６ａが反ることで、アクチュエータ５６はスペーサ４８側を支点に下方へ反り、図１９（ａ）に示すように、先端側に取り付けられている反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入される。
【０２１８】
スイッチ部５３の動作で反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入されると、反射ミラー４６は段差型挿入溝４１に露出するコア３６のコア端面４２間を遮る。
【０２１９】
また、アクチュエータ５６に電圧を非印加とすると、燐青銅板５６ａの弾性でアクチュエータ５６は初期形状に復元し、図１９（ｂ）に示すように反射ミラー４６は段差型挿入溝４１から抜ける。
【０２２０】
例えば、第１のスイッチ部５３ａの動作で第１の段差型挿入溝４１ａに反射ミラー４６が挿入されると、主コア３６ａ及び第１の分岐コア３６ｂが交差するコア端面４２ａと、対向する主コア３６ａのコア端面４２ｂの間が反射ミラー４６で遮られ、反射ミラー４６の反射面が主コア３６ａ及び第１の分岐コア３６ｂのコア端面４２ａと対向する。
【０２２１】
これにより、入射ポート３９から入射され、主コア３６ａを伝搬されて第１の段差型挿入溝４１ａのコア端面４２ａから出射した光は、反射ミラー４６で反射してコア端面４２ａから第１の分岐コア３６ｂに入射して、第１の分岐コア３６ｂを伝搬される。そして、第１の分岐コア３６ｂを伝搬される光は、第１の出射ポート４０ａから出射される。
【０２２２】
また、第１のスイッチ部５３ａを非動作として反射ミラー４６が第１の段差型挿入溝４１ａから抜き取られ、第２のスイッチ部５３ｂの動作で第２の段差型挿入溝４１ｂに反射ミラー４６が挿入されると、主コア３６ａ及び第２の分岐コア３６ｃが交差するコア端面４２ａと、対向する主コア３６ａのコア端面４２ｂの間が反射ミラー４６で遮られ、反射ミラー４６の反射面が主コア３６ａ及び第２の分岐コア３６ｃのコア端面４２ａと対向する。
【０２２３】
これにより、入射ポート３９から入射され、主コア３６ａを伝搬されて第１の段差型挿入溝４１ａのコア端面４２ａから出射した光は、対向するコア端面４２ｂから更に先の主コア３６ａに入射し、主コア３６ａを伝搬されて第２の段差型挿入溝４１ｂのコア端面４２ａから出射した光は、反射ミラー４６で反射してコア端面４２ａから第２の分岐コア３６ｃに入射して、第２の分岐コア３６ｃを伝搬される。そして、第２の分岐コア３６ｃを伝搬される光は、第２の出射ポート４０ｂから出射される。
【０２２４】
同様に、上流側のスイッチ部５３を非動作として、第１の段差型挿入溝４１ａ及び第２の段差型挿入溝４１ｂから反射ミラー４６を抜き取った状態で、第３のスイッチ部５３ｃの動作で第３の段差型挿入溝４１ｃに反射ミラー４６が挿入されると、入射ポート３９から入射されて主コア３６ａを伝搬される光は、第３の段差型挿入溝４１ｃにおいて反射ミラー４６で反射して第３の分岐コア３６ｄを伝搬され、第３の出射ポート４０ｃから出射される。
【０２２５】
更に、全スイッチ部５３を非動作として、第１の段差型挿入溝４１ａ、第２の段差型挿入溝４１ｂ及び第３の段差型挿入溝４１ｃから反射ミラー４６を抜き取った状態とすると、入射ポート３９から入射されて主コア３６ａを伝搬される光は、各段差型挿入溝４１を通過して反射ミラー５５で反射し、第４の分岐コア３６ｅを伝搬され、第４の出射ポート４０ｄから出射される。
【０２２６】
このように、第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂは、各段差型挿入溝４１に対する反射ミラー４６の挿入の有無で、任意の分岐コア３６（ｂ〜ｅ）へと光を伝達できる１×４ｃｈの光スイッチとして機能する。そして、主コアと分岐コアの交差部の中で、最下流に位置する交差部に固定式の反射ミラー５５を備えることで、本例では、１×４ｃｈの光スイッチが、３個のスイッチ部５３で実現される。
【０２２７】
さて、第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂでも、スイッチ部５３は、アクチュエータ５６が後端のスペーサ４８側を支点に下方へ反ることで、先端側に取り付けられている反射ミラー４６が段差型挿入溝４１に挿入される。このため、段差型挿入溝４１に対する挿抜動作での反射ミラー４６の軌跡は円弧となり、段差型挿入溝４１内では、反射ミラー４６が傾斜した状態となる。
【０２２８】
第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂでも、光導波路３２Ｂの導波路層３４Ｂに形成する溝部を段差型挿入溝４１とすることで、段差型挿入溝４１に反射ミラー４６が斜めに挿入された場合、反射ミラー４６の角部が深溝部４４に挿入される。従って、コア３６のコア端面４２において、反射ミラー４６により遮られる部分の面積を大きくすることができるので、主コア３６ａから出射した光を、確実に反射して分岐コア３６（ｂ〜ｄ）に入射させることができ、段差型挿入溝４１において、反射ミラー４６で光路を切り換える際の光の結合効率を向上させることができる。よって、反射ミラー４６等の薄膜機能素子が挿抜される溝部を光導波路に有した光スイッチにおいて、薄膜機能素子の斜め挿入に対応できる光スイッチを実現することができる。
【０２２９】
ここで、光スイッチ３１Ｂにおいても、段差型挿入溝４１は、上述したように、浅溝部４３の底部４３ａがコア３６の底面と同じ高さに形成されている。これにより、図２〜図４で説明したようなフォトリソグラフィプロセスで導波路層３４Ｂを形成する際に、コア３６の沈み込みが抑制されるという効果は、第１の実施の形態の光導波路１Ａと同じである。
【０２３０】
従って、光スイッチ３１Ｂでも、コア３６の沈み込みによる角度ずれを抑制することができることから、溝部分での過剰損失を低減できる。
【０２３１】
また、主コア３６ａから出射される光の下方への広がりが抑制されることで、主コア３６ａから出射した光の広がりによる損失が抑制され、やはり、溝部分での過剰損失を低減できる。従って、主コア３６ａに複数の段差型挿入溝４１を備えた場合でも、光の損失が低減され、反射ミラー４６等の薄膜機能素子が挿抜される溝部を光導波路に有した光スイッチにおいて、従来構造と比較して低損失な光スイッチを実現することができる。
【０２３２】
なお、第２の実施の形態の光スイッチ３１Ｂにおいても、反射ミラー４６が挿入される挿入溝の構成を、第２の実施の形態の光導波路１Ｂの段差型挿入溝６Ｂと同じ構成としても良いし、第３の実施の形態の光導波路１Ｃの挿入溝６Ｃと同じ構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
本発明は、光導波路に形成した溝部に反射ミラー等の薄膜機能素子を挿抜して、光路を切り換えることで実現される光スイッチに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】第１の実施の形態の光導波路の構成の一例を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の光導波路におけるアンダークラッドの製造工程例を示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態の光導波路におけるコアの製造工程例を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態の光導波路におけるオーバークラッドの製造工程例を示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態の光導波路の動作例を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態の光導波路の効果の一例を示す説明図である。
【図７】第１の実施の形態の光導波路の変形例を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態の光導波路の構成の一例を示す斜視図である。
【図９】第２の実施の形態の光導波路におけるアンダークラッドの製造工程例を示す説明図である。
【図１０】第２の実施の形態の光導波路におけるアンダークラッドの製造工程例を示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態の光導波路におけるコアの製造工程例を示す説明図である。
【図１２】第２の実施の形態の光導波路におけるオーバークラッドの製造工程例を示す説明図である。
【図１３】第２の実施の形態の光導波路の動作例を示す断面図である。
【図１４】コア底面より下の溝深さと溝部における過剰損失の関係を測定した結果を示すグラフである。
【図１５】第２の実施の形態の光導波路の変形例を示す断面図である。
【図１６】第３の実施の形態の光導波路の構成の一例を示す斜視図である。
【図１７】第３の実施の形態の光導波路の変形例を示す断面図である。
【図１８】第１の実施の形態の光スイッチの構成の一例を示す斜視図である。
【図１９】スイッチ部の動作を示す要部断面図である。
【図２０】第１の実施の形態の光スイッチの変形例を示す断面図である。
【図２１】第２の実施の形態の光スイッチの構成の一例を示す斜視図である。
【図２２】従来の光導波路における光の損失の問題を示す説明図である。
【図２３】従来の光導波路の製造工程例及び問題点を示す説明図である。
【図２４】薄膜機能素子を挿抜する構成とした場合の従来の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
【０２３５】
１Ａ・・・光導波路、２Ａ・・・導波路層、３・・・実装基板、４・・・コア、５ａ・・・アンダークラッド、５ｂ・・・オーバークラッド、６・・・段差型挿入溝、７ａ・・・コア端面、７ｂ・・・コア端面、８・・・浅溝部、８ａ・・・底部、９・・・深溝部、９ａ・・・底部、１０・・・段差部、１１・・・支持基板、１２・・・アンダークラッド形成薄膜、１３・・・深溝部形成マスク、１４・・・コア形成薄膜、１５・・・コア形成マスク、１６・・・オーバークラッド形成薄膜、１７・・・浅溝部形成マスク、１８・・・光透過物質、３１Ａ・・・光スイッチ、３２Ａ・・・光導波路、３３Ａ・・・スイッチ部、３４Ａ・・・導波路層、３５・・・実装基板、３６・・・コア、３７ａ・・・アンダークラッド、３７ｂ・・・オーバークラッド、３８・・・導波路端面、３９・・・入射ポート、４０・・・出射ポート、４１・・・段差型挿入溝、４２・・・コア端面、４３・・・浅溝部、４３ａ・・・底部、４４・・・深溝部、４４ａ・・・底部、４５・・・段差部、４６・・・反射ミラー、４７・・・アクチュエータ、４７ａ・・・燐青銅板、４７ｂ・・・電極、４７ｃ・・・圧電素子、４８・・・スペーサ、４９・・・段差型挿入溝、５０・・・浅溝部、５１・・・深溝部、５２・・・段差部、５３・・・スイッチ部、５４・・・コア端面、５５・・・反射ミラー、５６・・・アクチュエータ、５６ａ・・・燐青銅板、５６ｂ・・・電極、５６ｃ・・・圧電素子
【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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