(57)【要約】【課題】安定して高い光結合効率を実現できる光結合器を提供すること。【解決手段】本発明にかかる光結合器１は、第１の光導波路２０と、第２の光導波路３０とを光結合させる光結合器であって、偏向手段１１、支持手段１２、グレーティング１３を備える。偏向手段１１は、グレーティング１３の基板１４とは反対側に設けられ、入射した光の進む方向を変える。支持手段１２は、偏向手段１１を介して、グレーティング１３と対向して接続される第１の光導波路２０を支持する。また、支持手段１２は、偏向手段１１の側方に設けられており、偏向手段１１の高さ以上の高さを有する。グレーティング１３は、基板１４上に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波路と、第２の光導波路とを光結合させる光結合器であって、
基板上に設けられ、前記第２の光導波路と接続されたグレーティングと、
前記グレーティングの前記基板とは反対側に設けられ、入射した光の進む方向を変える偏向手段と、
前記偏向手段を介して、前記グレーティングと対向して接続される前記第１の光導波路を支持する支持手段と、
を備え、
前記支持手段は、前記偏向手段の側方に設けられており、前記偏向手段の高さ以上の高さを有する光結合器。
【請求項２】
前記偏向手段は、前記グレーティングからの回折光を、前記基板に対して実質的に垂直方向に入出射させる請求項１に記載の光結合器。
【請求項３】
前記支持手段上に立設され、その内部に前記第１の光導波路が挿入され、当該第１の光導波路を前記偏向手段へ誘導する誘導手段をさらに備える請求項１または２に記載の光結合器。
【請求項４】
前記偏向手段の前記グレーティングに対向する面と、前記グレーティングに対向する面とは反対側に位置する面とのなす角が１０°以上８０°以下の角度である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光結合器。
【請求項５】
前記グレーディングは、１次元または２次元の周期性を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光結合器。
【請求項６】
前記支持手段は、前記偏向手段と材料が同一である請求項１〜５のいずれか一項に記載の光結合器。
【請求項７】
前記偏向手段は、ポリマである請求項１〜６のいずれか一項に記載の光結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光結合器に関し、特にグレーティングを備える光結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路を用いた光結合技術は様々な場面で利用されている。光結合技術のうち、端面入出力の光結合においては、入出力光のモード径を大きくし過ぎると、入出力光が導波に寄与しない支持基板に触れてしまい、光損失を生じることがある。
【０００３】
これに対して、面入出力型のグレーティング光結合器（以下、グレーティングカプラと称す。）を用いた光結合の場合は、入出力光のモード径を大きくしても、支持基板に入出力光が触れる割合が増大するという問題は生じない。
【０００４】
このようなグレーティングカプラの利点を生かして、グレーティングカプラと光ファイバを突き合わせ接続（バットジョイント）することが考えられている。具体的な応用例として、非特許文献１には、チップ（基板）の端面から出射される半導体レーザの出力をグレーティングカプラを介してチップの表面側に出力し、チップに接続された光ファイバと光結合する技術が開示されている。また、非特許文献２には、チップに接続された光ファイバからの光を、チップの面方向（面と平行な方向）の細線導波路やリッジ導波路と光結合する技術が開示されている。
【０００５】
また、通常、基板と垂直方向に光が入出力する条件下においては、スラブ導波路またはグレーティングカプラに入射した光は、基板の表面側だけでなく、裏面側にも光が回折されるため、光結合効率が悪くなる。この問題を解消するために、非特許文献１には、基板の法線方向から僅かに斜めの方向に光を入出力させる技術も開示されている。
【０００６】
一方、特許文献１及び２には、グレーティングカプラ上にプリズムを設置する技術が開示されている。この技術を用いれば、プリズムを介して光を入射することにより、入射光を所定の角度だけ偏向させてグレーティングカプラへ入射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１５０４２５号公報
【特許文献２】特開平９−１０６５６９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Niklas Eriksson, Mats Hagberg, and Anders Larsson, "Highly Directional Grating Outcouplers with Tailorable Radiation Characteristics," IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 32, no. 6, pp. 1038-1047, June 1996.
【非特許文献２】Dirk Taillaert, Wim Bogaerts, Peter Bienstman, Thomas F. Krauss, Peter Van Daele, Ingrid Moerman, Steven Verstuyft, Kurt De Mesel, and Roel Baets, "An Out-of-Plane Grating Coupler for Efficient Butt-Coupling Between Compact Planar Waveguides and Single-Mode Fibers," IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 38, no. 7, pp. 949-955, July 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、光ファイバをグレーティングカプラに突き合わせる場合に、高い光結合効率を得るために、光ファイバを光結合器にできるだけ近接させなければならない。すると、グレーティング上に設置されたプリズムに光ファイバが近づき過ぎてしまうことがある。その結果、傾いたプリズム面上を光ファイバが滑って位置ずれを起こしたり、プリズム上部の突起に光ファイバが接触して壊れてしまったりするという問題が生じていた。
【００１０】
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あり、安定して高い光結合効率を実現できる光結合器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】
【００１１】
本発明にかかる光結合器は、第１の光導波路と、第２の光導波路とを光結合させる光結合器であって、基板上に設けられ、前記第２の光導波路と接続されたグレーティングと、前記グレーティングの前記基板とは反対側に設けられ、入射した光の進む方向を変える偏向手段と、前記偏向手段を介して、前記グレーティングと対向して接続される前記第１の光導波路を支持する支持手段と、を備え、前記支持手段は、前記偏向手段の側方に設けられており、前記偏向手段の高さ以上の高さを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、安定して高い光結合効率を実現できる光結合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる光結合器の構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる光結合器の構成例を示す図である。
【図３】実施の形態２にかかる光結合器の構成例を示す図である。
【図４】実施の形態３にかかる光結合器の構成例を示す図である。
【図５】実施の形態４にかかる光結合器の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態３及び４にかかる光結合器の製造工程を説明するための図である。
【図７】実施の形態３及び４にかかる光結合器の製造工程を説明するための図である。
【図８】実施の形態３及び４にかかる光結合器の製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる光結合器を図１に示す。図１は、光結合器１に第１の光導波路２０が接続された状態の断面図である。光結合器１は、偏向手段１１、支持手段１２、グレーティング１３、基板１４を備える。光結合器１は、第１の光導波路２０（例えば、光ファイバ）と第２の光導波路３０とをグレーティング１３を介して光結合するための機器である。なお、第２の光導波路３０は、グレーティング１３と接続されており、上部クラッド１５及び下部クラッド１６によって挟まれている。
【００１５】
偏向手段１１は、例えば、ポリマにより構成されるプリズム等であり、通過する光を屈折、反射等をさせて、偏向手段１１に入射した光の進む方向を変えるものである。なお、偏向手段１１のグレーティング１３に対向する面１１１と、当該面とは反対側の面１１２とがなす角度は、グレーティング１３による回折効率を高めるために、１０°〜８０°であることが好ましい。また、偏向手段１１の面１１１や面１１２は曲面を有していてもよい。曲面にすることによって、偏向手段１１に同時に集光の効果（レンズ効果）を付与することが可能である。
【００１６】
支持手段１２は、偏向手段１１の側方に配置されている支持構造であり、高さ（基板１４に対して垂直方向の長さ）が偏向手段１１よりも大きい。また、支持手段１２は、偏向手段１１の周囲の一部に配置されていてもよいし、偏向手段１１の周囲全てを覆うように配置されていてもよい。
【００１７】
グレーティング１３は、光導波路２０からの入射光や、基板１４の面方向に配置された第２の光導波路３０からの光を回折する。つまり、グレーティング１３は、基板１４の面方向から入射される光を第１の光導波路２０と光結合したり、第１の光導波路２０から入射された光を基板１４の面方向に位置する第２の光導波路３０と光結合したりする。回折の方向は、グレーティング１３の周期や、回折する光の偏波方向によって決定される。なお、グレーティング１３は、１次元であってもよいし、２方向の光を入射または出射させる光結合を行う場合であれば、２次元のグレーティングであってもよい。
【００１８】
続いて、第１の光導波路２０と第２の光導波路３０との光結合について説明する。第１の光導波路２０は、偏向手段１１を介してグレーティング１３に対向して光結合器１に接続される。つまり、第１の光導波路２０から出射される光１０が、偏向手段１１に入射するように、第１の光導波路２０は、偏向手段１１との位置を合わせて光結合器１に突き合わせ接続される。このとき、支持手段１２の高さは、偏向手段１１の高さよりも高い。そのため、第１の光導波路２０が、偏向手段１１に接触することはない。その結果、第１の光導波路２０の位置ずれや破損を回避できる。
【００１９】
また、図１に示すように、支持手段１２が第１の光導波路２０のコア２００に触れない構造とすることにより、支持手段１２とコア２００との接触に起因する破損も回避できる。なお、第１の光導波路２０と偏向手段１１との間の部分には、真空若しくは空気等のガス、または偏向手段よりも屈折率が小さい媒質が充填されている。
【００２０】
第１の光導波路２０が光結合器１に接続されると、第１の光導波路２０から出射された光１０は、偏向手段１１によって偏向される。そのため、グレーティング１３に対して垂直方向から一定角度傾いて光１０がグレーティング１３に入射される。
【００２１】
そして、グレーティング１３に入射された光１０は回折され、基板１４内部の第２の光導波路３０へと出射される。以上により、第１の光導波路２０と第２の光導波路３０が光結合される。なお、図１の矢印方向と反対方向に光１０を結合させてもよい。つまり、第２の光導波路３０からグレーティング１３に光１０を入射し、グレーティング１３によって面方向に光１０を回折させることにより、第１の光導波路２０と第２の光導波路を光結合させてもよい。
【００２２】
グレーティング１３の動作として、光導波路２０から入射された光が回折される角度が、波長に大きく依存することがある。逆方向の光入射でも同様に、入力する光１０の波長によって、基板１４の面方向の光の回折角度が変化することがある。そのため、光結合器の構成にもしグレーティングのみを用いていれば、互いに固定された角度で配置される第１の光導波路２０との間で、効率的な光結合が限られた波長帯域に制限されてしまっていた。
【００２３】
しかし、本発明の構成によれば、偏向手段１１の偏向角にグレーティング１３とは逆の波長依存性を持たせ、グレーティング１３の角度依存性を打ち消すことができる。このようにすると、高い光結合効率を保ったまま、波長に依らず、基板１４の法線方向に常に光を入出力させることができる。その結果、光結合器１に第１の光導波路２０を接続させる際に、光結合効率の向上のために所定の角度傾けて突き合わせる必要が無いだけでなく、広い波長帯域で、常に基板１４に対して垂直に接続させることができる。
【００２４】
このような動作が利用できるのは、指示手段１２の効果によって、グレーティング１３と偏向手段１１と光導波路２０とが非常に接近して配置されるからである。もし、十分に接近していなければ、グレーティング１３の波長に依存する入出力光は、位置ずれによって、偏向手段１１で出射や入射ができなくなる。同様に、偏向手段１１の波長に依存する入出力光は、位置ずれによって、第１の光導波路２０で出射や入射ができなくなる。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、支持手段１２の高さが偏向手段１１の高さよりも高いため、第１の光導波路２０を光結合器１に接続する際に、第１の光導波路２０の端面が偏向手段１１に接触することがない。そのため、第１の光導波路２０を十分に偏向手段１１やグレーティング１３に接近させることが可能となり、互いの位置ずれを回避できる。すなわち、安定した光結合効率を実現できる。また、第１の光導波路２０と偏向手段１１との接触に起因する破損も防止できる。
【００２６】
本実施の形態によって、別の問題も解決される。すなわち、従来技術のように光結合させるべき第１の光導波路２０を偏向手段１１から一定の距離だけ離して固定しようとすると、その一定の距離を測る測定器や第１の光導波路２０を懸架して固定するための装置が必要になる。その結果、光結合器の製造コストが増大し、光結合器全体の構造が大型化、複雑化してしまう。
【００２７】
一方、本発明にかかる光結合器１の構成によれば、支持手段１２上に第１の光導波路２０を接触させるだけで、偏向手段１１から一定距離をあけて接続することができる。その結果、一定距離を測るための測定器や第１の光導波路２０を懸架するための装置を必要とせず、光結合器１の製造コストの削減を図ることができる。また、光結合器の大型化、複雑化も抑制できる。
【００２８】
小型の光結合器が実現できることによって、電気信号の入出力部などの他の入出力構造体と接近させて配置することができる。例えば、図２に示すように、図１に示した光結合器１を、さらにボンディングワイヤ１７の近傍に配置した構成としてもよい。このようにすることで、光と電気の入出力部を高密度に配置することができる。
【００２９】
実施の形態２
本発明にかかる実施の形態２について説明する。図３に示した光結合器２は、光結合器１の構成に加えて、誘導手段２１をさらに備える。なお、その他の構成については光結合器１と同様であるので、説明を省略する。
【００３０】
誘導手段２１は、第１の光導波路２０の径の幅とほぼ等しい距離をあけて、支持手段１２上に立設されている。誘導手段２１は、図３に示すように、偏向手段１１を囲むように配置されているため、誘導手段２１の内部に第１の光導波路２０を差し込むことによって、適切な位置に第１の光導波路２０を誘導し、光結合器２に接続させる。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、誘導手段２１に合わせて第１の光導波路２０を差し込むだけで、容易に第１の光導波路２０と偏向手段１１との位置関係を高精度で合わせることができる。そのため、製造過程において、位置調整にかかるコストや労力を減らすことができる。なお、図３に示すように、差込口の部分を広くすることにより、第１の光導波路２０の差し込みが容易となる。
【００３２】
また、偏向手段１１と、支持手段１２と、誘導手段２１とを一体として製造することが好ましい。一体として製造することにより、偏向手段１１と誘導手段２１との位置関係が製造段階で固定されるため、位置精度をさらに向上させることができる。
【００３３】
実施の形態３
本発明にかかる実施の形態３について説明する。図４に示した光結合器３の構成は、アレーファイバに適用する場合の構成である。すなわち、複数の第１の光導波路２０が束になって光結合器３に接続される場合の構成である。光結合器３は、複数の光結合器１が連なった構成となっている。なお、その他の構成については光結合器１と同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
第１の光導波路２０と光結合器３との接続も、実施の形態１における説明と同様である。図４においては、左側に位置する２つの第１の光導波路２０（２０１、２０２）は、光結合器３に光１０を入射している。一方、右側に位置する２つの第１の光導波路２０（２０３、２０４）には、光結合器３から出射された光１０が入射されている。
【００３５】
このように、本実施の形態にかかる光結合器３の構成によって、ファイバアレイと光結合する場合にも本発明を適用することができる。また、上述したように、光結合器３の入出射光１０が、基板１４と実質的に垂直方向となるように、偏向手段１１の角度を調整することにより、グレーティング１３及び第２の光導波路３０の向きに関わらず、基板１４に対して実質的に垂直方向に光１０を入出力することができる。そのため、第１の光導波路２０も基板１４に対して実質的に垂直方向に接続可能である。その結果、ファイバアレイを傾ける向きを考慮する必要がないので、第１の光導波路２０を密に接続することができ、光回路の設計上の自由度が制限されない。
【００３６】
実施の形態４
本発明にかかる実施の形態４について説明する。図５に示した光結合器４の構成は、インターポウザーに取り付ける場合の構成である。インターポウザー４０は、第１の光導波路２０、レンズ４１を備えている。インターポウザー４０内には第１の光導波路２０（２０５〜２０８）が設けられている。なお、光結合器４の構成は、図４に示した光結合器３の構成と同様であるため、説明を省略する。また、半田ボール５０は、フリップチップボンディングに用いられる。
【００３７】
インターポウザー４０と光結合器４との接続について説明する。それぞれの第１の光導波路２０の端部にミラー２１０を備えており、第１の光導波路２０５、２０６を伝搬してきた光１０は、ミラー２１０により基板１４に対して垂直に反射されて、光結合器４に入射される。また、光結合器４から出射された光１０は、ミラー２１０により基板１４に対して平行に反射されて、第１の光導波路２０７、２０８に入射される。
【００３８】
このとき、図５に示すように、インターポウザー４０と光結合器４とを近接させる。本発明においては、支持手段１２とインターポウザー４０及びレンズ４１とが接触するが、偏向手段１１とインターポウザー４０及びレンズ４１との間には一定の距離があいている。そのため、偏向手段１１や、偏向手段１１と対向するインターポウザー４０及びレンズ４１の光入出力面が傷付くことがない。
【００３９】
ここで、インターポウザー４０の下側に位置する第１の光導波路２０６、２０８は、第１の光導波路２０５、２０７に比べて光結合器４との距離が大きい。そのため、第１の光導波路２０６のミラー２１０により反射された光１０は、長い距離を伝搬して光結合器４に入射することになる。その結果、ミラー２１０で反射された後の光１０のビーム径が広がって大きくなり過ぎてしまい、偏向手段１１の入射面から外れた光は損失となってしまう。このような損失を防ぐために、レンズ４１が設けられている。
【００４０】
以上のように、本実施の形態にかかる光結合器４の構成によって、インターポウザー４０内に設けられた第１の光導波路２０との光結合の場合であっても、光結合器として用いることができる。勿論、支持手段１２が設けられているので、安定した光結合効率の実現及び破損等の防止、コスト削減を図ることができる。
【００４１】
ここで、図４及び図５に示した光結合器３及び４の製造方法の一例について、簡単に説明する。図６〜図８は、本発明にかかる光結合器の製造工程を示す図である。まず、グレーティング上にポリマを塗布する（図６参照）。次に、ナノインプリント等によって型押しを行う（図７参照）。そして、エッチバックを用いて光結合器以外の部分に残ったポリマを除去する（図８参照）。以上のような工程によって、本発明にかかる光結合器を容易に製造することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１〜４  光結合器
１０  光
１１  偏向手段
１２  支持手段
１３  グレーティング
１４  基板
１５  上部クラッド
１６  下部クラッド
１７  ボンディングワイヤ
２０  ２０１〜２０８  第１の光導波路
２１  誘導手段
３０  第２の光導波路
４０  インターポウザー
４１  レンズ
５０  半田ボール
２００  コア
２１０  ミラー
【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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