(57)【要約】【課題】Ｓｉ導波路から出射されるモードフィールド面をより平面波に近づけて、Ｓｉ導波路と光ファイバとの結合効率を向上させた光導波路接続構造を提供することを目的とする。【解決手段】  Ｓｉ導波路１００と、光ファイバ１２０とが接着層１３０を介して接続される光導波路接続構造１であって、Ｓｉ導波路１００は、光の伝搬方向に垂直な方向の断面積が光ファイバ１２０に向かって減少するコア１０１と、コア１０１を覆うクラッド１０５とを有し、光ファイバ１２０は、ファイバコア１２１と、ファイバコア１２１を覆うファイバクラッド１２２と、Ｓｉ導波路１００と対向する側の端面に形成された凹部１２３とを有し、接着層１３０は、Ｓｉ導波路１００の端面と光ファイバ１２０の端面との間隙ｇおよび凹部１２３に充填され、接着層１３０の屈折率は、光ファイバ１２０のファイバコア１２１の屈折率より大きい。【選択図】  図１
2019158992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波路と、第２の光導波路とが接着層を介して接続される光導波路接続構造であって、
前記第１の光導波路は、
光の伝搬方向に垂直な方向の断面積が前記第２の光導波路に向かって減少する第１のコアと、
前記第１のコアを覆う第１のクラッドと、
を有し、
前記第２の光導波路は、
第２のコアと、
前記第２のコアを覆う第２のクラッドと、
前記第１の光導波路と対向する側の端面に形成された凹部と、
を有し、
前記接着層は、前記第１の光導波路の端面と前記第２の光導波路の端面との間隙および前記凹部に充填され、
前記接着層の屈折率は、前記第２の光導波路の前記第２のコアの屈折率より大きい
ことを特徴とする光導波路接続構造。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路接続構造において、
前記凹部における、前記接着層と前記第２の光導波路の端面との境界面は、任意の曲面の一部を形成することを特徴とする光導波路接続構造。
【請求項３】
請求項２に記載の光導波路接続構造において、
前記曲面の曲率中心は、前記第２の光導波路に対向する前記第１の光導波路の端面の位置よりも前記第１の光導波路側に設けられていることを特徴とする光導波路接続構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光導波路接続構造において、
前記第１の光導波路の前記第１のコアの光の伝搬方向に垂直な方向の断面積は、前記第２の光導波路の前記第２のコアの光の伝搬方向に垂直な方向の断面積より小さいことを特徴とする光導波路接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路接続構造に関し、特に、入力された光のモードフィールド径を変換して出力するモードフィールド変換技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信における情報伝送量の急速な増加に伴い、光部品の高集積化に対する要求が高まっている。光部品の高集積化を実現する技術として、シリコンを材料として光集積回路を作るシリコンフォトニクスが知られている。
【０００３】
シリコンフォトニクスでは、従来の石英系導波路と比較して高屈折率差を有する導波路を用いるため、屈曲半径を小さくすることができ、電子回路との集積化が可能である。また、シリコンフォトニクスにおいては、集積回路と同様の半導体製造装置が利用されるため、高い生産性が得られる。このような利点から、シリコンフォトニクスは、光部品の更なる小型化および低コスト化を実現する要素技術として、その研究開発が活発に行われている。
【０００４】
シリコンフォトニクスでは、シリコン（Ｓｉ）から形成されるコアと、二酸化珪素（ＳｉＯ2）から形成されるクラッドとによって導波路を構成する。Ｓｉ導波路単体では、すべての光機能を実現することは現状困難であるため、レーザダイオード（ＬＤ）や増幅器等の能動部品、フォトダイオードや光ファイバ等の受動部品等と結合することが不可欠となる。
【０００５】
また、Ｓｉ導波路のモードフィールドと、結合対象の導波路のモードフィールドはそれぞれ異なるため、これらの導波路を高効率で結合するためには、そのスポットサイズを整合させる構造が必要である。
【０００６】
そこで、特許文献１は、Ｓｉ導波路と化合物半導体のＬＤ、または石英系光ファイバとの光接続構造において、光の伝搬方向に沿って形状がテーパ状に変化したコアが基板上に形成され、そのコアを取り囲むようにクラッド層が形成されたモードフィールド変換器を開示している。
【０００７】
また、特許文献２は、Ｓｉ導波路と化合物半導体のＬＤ、または石英系光ファイバとの光接続構造において、基板上に形成され、幅寸法および厚み寸法それぞれが単調に減少する形状を有するコアと、コアの厚み寸法を規定するように形成されたクラッド層とを有するモードフィールド変換器を開示している。
【０００８】
このように、特許文献１、２に記載のモードフィールド変換器では、テーパ状に形成されたコアを有する導波路により、モードフィールドのスポットサイズをテーパ状のコアを導波させる過程で変換して、結合効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２３４０６２号公報
【特許文献２】特開２００５−７０５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載された技術では、テーパ状のコアを有するＳｉ導波路から出射されたモードフィールドは、Ｓｉ導波路の製造誤差などにより、光ファイバとの結合に適した設計通りの平面波に変換されているとは限らない。そのため、変換されたモードフィールドが平面波から乖離してしまうことがＳｉ導波路と光ファイバとの結合効率の劣化の原因の一つとなっていた。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、Ｓｉ導波路から出射されるモードフィールド面をより平面波に近づけて、Ｓｉ導波路と光ファイバとの結合効率を向上させた光導波路接続構造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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係る光導波路接続構造は、第１の光導波路と、第２の光導波路とが接着層を介して接続される光導波路接続構造であって、前記第１の光導波路は、光の伝搬方向に垂直な方向の断面積が前記第２の光導波路に向かって減少する第１のコアと、前記第１のコアを覆う第１のクラッドと、を有し、前記第２の光導波路は、第２のコアと、前記第２のコアを覆う第２のクラッドと、前記第１の光導波路と対向する側の端面に形成された凹部と、を有し、前記接着層は、前記第１の光導波路の端面と前記第２の光導波路の端面との間隙および前記凹部に充填され、前記接着層の屈折率は、前記第２の光導波路の前記第２のコアの屈折率より大きいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光導波路接続構造において、前記凹部における、前記接着層と前記第２の光導波路の端面との境界面は、任意の曲面の一部を形成してもよい。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路接続構造において、前記曲面の曲率中心は、前記第２の光導波路に対向する前記第１の光導波路の端面の位置よりも前記第１の光導波路側に設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る光導波路接続構造において、前記第１の光導波路の前記第１のコアの光の伝搬方向に垂直な方向の断面積は、前記第２の光導波路の前記第２のコアの光の伝搬方向に垂直な方向の断面積より小さくてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｓｉ導波路の端面と、凹部が形成された光ファイバの端面との間に接着層が形成されるので、Ｓｉ導波路から出射されるモードフィールド面をより平面波に近づけて、Ｓｉ導波路と光ファイバとの結合効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態係る光導波路接続構造の平面模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る光ファイバの端面を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る光導波路接続構造の媒体分布を示す三面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、光導波路接続構造のｚｘ面内のＥx電力分布を説明する図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、光導波路接続構造のｙｚ面内のＥx電力分布を説明する図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、光導波路接続構造のｚｘ面内のＥy電力分布を説明する図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、光導波路接続構造のｙｚ面内のＥy電力分布を説明する図である。
【図５Ａ】図５Ａは、光ファイバのｘｙ面内の電力分布を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、光ファイバのｘｙ面内の電力分布を説明する図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、光ファイバのｘｙ面内の電力分布を説明する図である。
【図６】図６は、結合効率の参照面位置の依存性を説明する図である。
【図７】図７は、結合効率の極大値と参照面位置との関係を説明する図である。
【図８】図８は、結合効率の参照面位置の依存性を説明する図である。
【図９】図９は、結合効率の極大値と参照面位置との関係を説明する図である。
【図１０】図１０は、結合効率の偏波依存性を説明する図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係る光導波路接続構造の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の光導波路接続構造の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図１２を参照して詳細に説明する。各図について共通する構成要素には、同一の符号が付されている。
【００１９】
［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路接続構造１の平面模式図である。本実施の形態に係る光導波路接続構造１は、Ｓｉ導波路（第１の光導波路）１００と、光ファイバ（第２の光導波路）１２０と、Ｓｉ導波路１００と光ファイバ１２０とを接続する接着層１３０とを備える。
光導波路接続構造１は、Ｓｉ導波路１００に入力される光のモードフィールド径を変換して光ファイバ１２０に結合させる。
【００２０】
以下において、図１を含む各図に示すｘ、ｙ、ｚ軸は互いに直交し、鉛直方向をｙ軸、水平方向をｘ軸、光の伝搬方向、すなわち光軸に沿った方向をｚ軸とする。
また、本実施の形態では、Ｓｉ導波路１００から光が入力されて光ファイバ１２０へ伝搬される場合について説明する。
【００２１】
はじめに、本実施の形態に係る光導波路接続構造１の概要を説明する。
本実施の形態に係る光導波路接続構造１は、Ｓｉ導波路１００と光ファイバ１２０とが、レンズ構造を有する接着層１３０を介して光学的に接続されている。一方、図１２に示す従来例の光導波路接続構造１Ｂは、Ｓｉ導波路１００の端面と光ファイバ１２０の平坦な端面との間に接着層１３０Ｂが充填され、レンズ構造は形成されていない。このように、本実施の形態に係る光導波路接続構造１はレンズ構造を有する接着層１３０を備える点において特徴を有する。
【００２２】
以下、本実施の形態に係る光導波路接続構造１の各構成要素について説明する。
Ｓｉ導波路１００は、コア（第１のコア）１０１と、コア１０１を覆うクラッド（第１のクラッド）１０５とを備える。
コア１０１は、光ファイバ１２０に向かってテーパ状に形成されている。
【００２３】
より詳細には、コア１０１は、光の入力側に設けられたコア端部１０２、テーパ部１０３、および光ファイバ１２０側に設けられたコア端部１０４を有する。
【００２４】
テーパ部１０３は、光の伝搬方向（ｚ軸）に垂直なｘ軸方向の断面積が光ファイバ１２０に向かって単調減少するテーパ状に形成されている。テーパ部１０３は、例えば、ｘ軸方向のコア径が、光の伝搬方向（ｚ軸）に沿って単調減少するように形成され、ｙ軸方向のコア径は一定値とする。なお、テーパ部１０３は、ｘ軸方向のコア径と同様に、ｙ軸方向のコア径が光の伝搬方向（ｚ軸）に沿って単調減少するように形成されてもよい。
【００２５】
コア端部１０２、１０４は、テーパ部１０３のｚ軸方向に垂直な端面ａ、ｂからｚ軸方向に沿って互いに反対方向に延在する。より詳細には、コア端部１０２は、テーパ部１０３の光ファイバ１２０とは反対側の端面ａからＳｉ導波路１００における光の入力側の端面まで連続して形成されている。また、コア端部１０４は、テーパ部１０３の光ファイバ１２０側の端面ｂから光ファイバ１２０側におけるＳｉ導波路１００の端面まで連続して形成されている。
【００２６】
すなわち、コア端部１０２の一端は、テーパ部１０３の光ファイバ１２０側とは反対の端面ａと光学的に接続されている。また、コア端部１０４の一端は、テーパ部１０３の光ファイバ１２０側の端面ｂと光学的に接続されている。
【００２７】
また、コア端部１０４の他端は、後述する接着層１３０を介して光ファイバ１２０のファイバコア（第２のコア）１２１と対向している。
【００２８】
コア端部１０２、１０４は、例えば、光の伝搬方向（ｚ軸）に沿って、ｘ軸方向の断面形状が一定に維持される。例えば、コア端部１０２、１０４は直方体形状に形成される。
【００２９】
別の例として、コア端部１０２、１０４は、少なくとも平面視でｚ軸方向に沿って一定形状を維持するように形成され、例えば、コア１０１が全体として、光の伝搬方向（ｚ軸）に沿ってｘ軸方向のコア径が単調減少するテーパ状に形成されていてもよい。
【００３０】
なお、コア１０１の光の伝搬方向（ｚ軸）に垂直な方向の断面積は、後述する光ファイバ１２０が有するファイバコア１２１の光の伝搬方向（ｚ軸）に垂直な方向の断面積より小さい。
【００３１】
コア端部１０２、１０４およびテーパ部１０３を有するコア１０１は、Ｓｉ材料によって形成される。また、コア１０１のサイズは、ｘ軸方向が０．５〜０．０７［μｍ］、ｙ軸方向が０．２［μｍ］と一定とする。コア１０１の屈折率は、３．５とする。なお、Ｓｉは、波長１．３〜１．６［μｍ］の光に対して透明であるので、本実施の形態ではコア１０１に入力される光の波長を１．５５［μｍ］とする。
【００３２】
クラッド１０５は、コア１０１を覆うように形成されている。クラッド１０５は、石英系材料から形成される。本実施の形態では、クラッド１０５の屈折率を１．４４とする。
【００３３】
Ｓｉ導波路１００に含まれるコア１０１およびクラッド１０５は、同一基板上に公知の堆積技術、フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術により順次形成される。
【００３４】
光ファイバ１２０は、接着層１３０を介してＳｉ導波路１００に接続されている。光ファイバ１２０は、ファイバコア１２１と、ファイバコア１２１を覆うファイバクラッド（第２のクラッド）１２２とを備える。また、光ファイバ１２０のＳｉ導波路１００側の端面には球欠状の凹部１２３が形成されている。なお、凹部１２３の詳細については後述する。
【００３５】
光ファイバ１２０には、例えば、石英系材料が用いられるが、光ファイバ１２０は、石英系材料だけでなく、他の無機材料、または有機材料（例えば、ポリマー）によって形成されてもよい。本実施の形態では、光ファイバ１２０のカットオフ波長として、１．５［μｍ］が用いられる。
【００３６】
ファイバコア１２１は、光ファイバ１２０の中心部に設けられ、Ｓｉ導波路１００によってモードフィールドが変換された光を伝搬する。本実施の形態では、ファイバコア１２１のｘ軸方向のコア径ｃは、曲げ損失低減を考慮して４［μｍ］を用いる。
【００３７】
なお、ファイバコア１２１は、図１に示すような円形断面を有する場合に限られず、例えば、平面光波回路のように矩形状であってもよい。
【００３８】
ファイバクラッド１２２は、ファイバコア１２１の外周面を覆うように形成されている。ファイバクラッド１２２の屈折率としては、例えば、１．４４が用いられる。
【００３９】
接着層１３０は、光ファイバ１２０とＳｉ導波路１００とを光学的に接続する。接着層１３０は、Ｓｉ導波路１００が有するテーパ状のコア１０１の先端側における端面と光ファイバ１２０の端面との間隙ｇおよび後述する光ファイバ１２０の端面に形成された凹部１２３に充填される。
【００４０】
これにより、接着層１３０は、光ファイバ１２０の端面に沿って光の伝搬方向に凸なレンズ部１３１を形成する。したがって、Ｓｉ導波路１００のコア端部１０４を伝搬する光は、レンズ部１３１が形成されている接着層１３０を介して光ファイバ１２０に結合する。
【００４１】
接着層１３０が充填されるＳｉ導波路１００の端面と光ファイバ１２０の端面との間隙ｇの距離は、例えば、３［μｍ］とする。
接着層１３０の材料としては、例えば、エポキシ系またはアクリル系の樹脂を使用する。また、接着層１３０は、波長１．５５［μｍ］に対する屈折率が光ファイバ１２０のファイバコア１２１の屈折率より高い値、例えば、１．５〜１．７の範囲とする。
【００４２】
また、接着層１３０は、波長１．５５［μｍ］に対する透過率が９０％以上、熱拡張係数が４×１０-5／℃以下、硬化収縮率が２％以下とする。さらに、接着層１３０の粘性係数は１００〜１０００ｃＰ程度の範囲内で調整可能とする。
【００４３】
次に、接着層１３０にレンズ部１３１を設けるための、光ファイバ１２０の端面における球欠状の凹部１２３の形成方法について図２を参照して説明する。
図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、光ファイバ１２０の端面の球欠状の凹部１２３は、ドライエッチングなどにより形成される。
【００４４】
より詳細には、金属膜などのマスク１４０を光ファイバ１２０の端面に作製し、エッチング装置を用いてイオン１５０などにより、等方性のプラズマエッチングすることで、光ファイバ１２０の端面を加工し、球欠状の凹部１２３を形成する。
【００４５】
マスク１４０のイオン１５０通過部分の形状は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、直径がファイバコア１２１と同程度の円形とする。なお、本実施の形態では、接着層１３０と、光ファイバ１２０の端面に形成された凹部１２３との境界面が球面に近似されるとする。
【００４６】
この場合、凹部１２３の中心座標のｘ座標とｙ座標は、Ｓｉ導波路１００のコア１０１の断面形状の幾何学的重心に位置し、ｚ座標は、接着層１３０とＳｉ導波路１００の境界面上に位置する。また、凹部１２３の曲率半径は、接着層１３０のｚ軸方向の幅ｇ’よりも大きい値を用いればよい。したがって、凹部１２３を構成する曲面の曲率中心は、光ファイバ１２０に対向するＳｉ導波路１００の端面の位置よりも、Ｓｉ導波路１００側に設けられる。
【００４７】
本実施の形態では、凹部１２３の曲率半径は、光ファイバ１２０のファイバコア１２１の直径程度、例えば３．８［μｍ］とする。
【００４８】
なお、凹部１２３は球欠状に限定されず、接着層１３０と光ファイバ１２０の端面との境界面が、楕円面や放物面などの任意の回転体の曲面となるように形成すればよい。これにより、伝搬する光の水平偏波と垂直偏波に対する結合効率の調整が可能となる。
【００４９】
次に、上述した構成を有する光導波路接続構造１における、光の伝搬およびモードフィールドの変換について説明する。
光導波路接続構造１において、Ｓｉ導波路１００のテーパ状に形成されたコア１０１を導波する光のモードフィールド径は、テーパ状のコア１０１の先端部に達する前の位置から徐々に拡大されＳｉ導波路１００の端面に到達し、接着層１３０領域に放射される。
【００５０】
Ｓｉ導波路１００の端面から放射されるモードフィールド分布は、Ｓｉ導波路１００のコア１０１とクラッド１０５の屈折率およびコア１０１のテーパ構造の傾斜角、および接着層１３０の屈折率分布に依存して決定される。
【００５１】
前述したように、Ｓｉ導波路１００から放射されたモードフィールド分布は、平面波に変換されていることが望ましいが、構造パラメータの製造誤差等により、設計通りの平面波に変換されているとは限らない。したがって、本実施の形態に係る光導波路接続構造１では、図１に示すように、レンズ部１３１を有する媒体を接着層１３０の領域に形成し、Ｓｉ導波路１００からの放射光を平面波に近づくように変換している。
【００５２】
以下、上述した構成を有する光導波路接続構造１における、モードフィールドの変換について図３から図５Ｃを用いてより詳細に説明する。
まず、図３の（ａ）に示す光導波路接続構造１の平面図、（ｂ）に示す側面図、および（ｃ）に示す右側面図に対応する、電磁界の電力分布の計算結果について説明する。
【００５３】
なお、光導波路接続構造１を導波する電磁界の計算は、３次元の時間領域差分（ＦＤＴＤ）法により行った。また、電磁波は、Ｓｉ導波路１００から光ファイバ１２０に向かって伝搬するものとする。
【００５４】
図４Ａおよび図４Ｂは、水平偏波（ｘ偏波：Ｅxモード）をＳｉ導波路１００に入射した場合のｚｘ面およびｙｚ面のＥx電力分布［ｄＢ］を示している。図４Ａの（ａ）、（ｂ）および図４Ｂの（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｓｉ導波路１００に入射した水平偏波は、Ｓｉ導波路１００を基本モードで伝搬する。テーパ状のコア１０１の断面積が伝搬方向に沿って減少するにしたがって、モードフィールド径が拡大するように変換され、接着層１３０との境界に到達する。
【００５５】
接着層１３０では、電磁界は放射モードとして伝搬し、光ファイバ１２０の端面に到達する。光ファイバ１２０に入射した直後では、モードフィールドは、放射モードと導波モードとが混合している。さらに、光ファイバ１２０において、放射モードは伝搬するにしたがって拡散し、数ｍ伝搬すると、導波モードだけが残る。
【００５６】
より詳細には、接着層１３０に形成された光の伝搬方向に凸なレンズ部１３１によって、コア１０１の外側に向いている波数ベクトルは、コア１０１の中心に向かうように経路が変わる。これにより、電磁波は、光ファイバ１２０の端面において、Ｓｉ導波路１００から出射された直後から、より平面波に近い状態となる。
【００５７】
図４Ｃおよび図４Ｄは、垂直偏波（ｙ偏波：Ｅyモード）をＳｉ導波路１００に入射した場合のｚｘ面およびｙｚ面のＥy電力分布［ｄＢ］を示している。図４Ａの（ａ）、（ｂ）および図４Ｂの（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｅxモードの場合と同様に、接着層１３０に形成されたレンズ部１３１によって、電磁波は、光ファイバ１２０の端面において、Ｓｉ導波路１００から出射された直後から、より平面波に近い状態となっている。
【００５８】
図５Ａは、光ファイバ１２０のｘｙ面内の固有モード（ＬＰ01モード）を示している。図５Ｂは、光ファイバ１２０のｘｙ面のＥxモードの電力分布の一例を示している。また、図５Ｃは、光ファイバ１２０のｘｙ面のＥyモードの電力分布の一例を示している。
【００５９】
光導波路接続構造１における結合効率ηは、光ファイバ１２０の光軸に垂直な参照面を設定したうえで、その参照面内に分布するＥxモードまたはＥyモードをφ1、ＬＰ01モードをφ2として、次式（１）により求められる。
【００６０】
【数１】
2019158992.tif 000003
【００６１】
上式（１）において、ｘはｘ軸方向の長さ、ｙはｙ軸方向の長さを示す。
次に、参照面と光軸が交差する座標を、接着層１３０での伝搬後の領域の範囲内で掃引して、ｘ偏波入力に対して求めた結合効率を図６に示す。
【００６２】
図６の横軸は、参照面のｚ座標位置を示し、縦軸は結合効率を示している。また、実線で示す曲線は、接着層１３０にレンズ部１３１を有する本実施の形態に係る光導波路接続構造１の結合効率を示している。破線で示す曲線は、接着層１３０にレンズ部１３１を有さない、従来例の光導波路接続構造１Ｂ（図１２）の結合効率を示している。
【００６３】
図６に示すように、電磁波は横波としてｚ方向に沿って伝搬し、結合効率の値はいずれも参照面の位置によって周期的に変化していることがわかる。接着層１３０にレンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率は、従来例の光導波路接続構造１Ｂにおける結合効率と比較して向上していることがわかる。
【００６４】
次に、参照面の位置と、その位置に対応する結合効率の極大値をプロットした結果を図７に示す。図７において横軸は参照面のｚ座標位置を示し、縦軸は結合効率を示している。また、丸い点で示す値は、本実施の形態に係る接着層１３０にレンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率の極大値を示している。四角い点の値は、レンズ部１３１を有さない従来例の光導波路接続構造１Ｂの結合効率の極大値を示している。
【００６５】
図７に示すように、本実施の形態の光導波路接続構造１では、接着層１３０に形成されたレンズ部１３１の上述した効果により、結合効率が従来例の光導波路接続構造１Ｂ（図１２）と比較して改善されていることがわかる。
【００６６】
次に、図８および図９において、ｙ偏波入力に対して同様に計算した結合効率を示す。
図８の実線は、本実施の形態に係る光導波路接続構造１の結合効率を示し、破線は従来例の光導波路接続構造１Ｂ（図１２）の結合効率を示している。図８に示すように、ｙ偏波入力に対してもレンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率は、従来例の光導波路接続構造１Ｂと比較して改善されていることがわかる。
【００６７】
次に、図９において、ｙ偏波入力における参照面の位置とその位置に対応する結合効率の極大値をプロットした結果を示す。図９の丸い点で示す値は、本実施の形態に係る接着層１３０にレンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率の極大値を示している。四角い点の値は、レンズ部１３１を有さない従来例の光導波路接続構造１Ｂの結合効率の極大値を示している。
【００６８】
ｙ偏波入力の場合にも、レンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率は、従来例の光導波路接続構造１Ｂと比較して改善されていることがわかる。
以上、図６から図９に示したように、ｘ偏波入力およびｙ偏波入力ともに、接着層１３０にレンズ部１３１を形成することで光導波路接続構造１の結合効率を改善することができる。
【００６９】
次に、ｘ偏波入力とｙ偏波入力に対する結合効率の差分、すなわち結合効率の偏波依存性をプロットした結果を図１０に示す。図１０において、丸い点で示す値は、本実施の形態に係る接着層１３０にレンズ部１３１を有する光導波路接続構造１の結合効率の差分を示している。四角い点の値は、レンズ部１３１を有さない従来例の光導波路接続構造１Ｂの結合効率の差分を示している。
【００７０】
図１０に示すように、結合効率の偏波依存性についても、本実施の形態に係る光導波路接続構造１の偏波依存性は、従来例の光導波路接続構造１Ｂと比較して改善していることがわかる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態に係る光導波路接続構造１によれば、Ｓｉ導波路１００の端面と、凹部１２３が形成された光ファイバ１２０の端面との間に接着層１３０が充填され、レンズ部１３１が形成されるので、Ｓｉ導波路１００から出射されるモードフィールド面をより平面波に近づけることができる。その結果として、Ｓｉ導波路１００と光ファイバ１２０との結合効率を向上させることができる。
【００７２】
［変形例］
次に、本実施の形態の変形例について図１１を参照して説明する。
図１１に示すように、本実施の形態の変形例に係る光導波路接続構造１ａは、アレイ状に形成されたＳｉ導波路１００ａと、光ファイバ１２０ａと、各Ｓｉ導波路１００ａと光ファイバ１２０ａとの間を充填して形成されるレンズ部１３１ａを有する接着層１３０ａとを備える。
【００７３】
このように、光導波路接続構造１ａをアレイ状の構成とすることで、結合効率が向上したモードフィールド変換が可能な、複数配列の光導波路接続構造１ａを実現できる。
【００７４】
以上、本発明の光導波路接続構造における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
【００７５】
なお、説明した実施の形態では、Ｓｉ導波路１００のコア１０１およびクラッド１０５は、Ｓｉ材料によって形成される場合について説明したが、コア１０１およびクラッド１０５の材料はＳｉに限られず、例えば、化合物半導体など、その他の半導体材料、無機材料、および有機材料のいずれかによって形成されてもよい。
【００７６】
また、説明した実施の形態では、Ｓｉ導波路１００から光ファイバ１２０に向かって伝搬する光のモードフィールド径を変換する構造を有する場合について説明したが、光ファイバ１２０からＳｉ導波路１００に向かって導波させる構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ…光導波路接続構造、１００、１００ａ…Ｓｉ導波路、１０１…コア、１０２、１０４…コア端部、１０３…テーパ部、１０５…クラッド、１２０、１２０ａ…光ファイバ、１２１…ファイバコア、１２２…ファイバクラッド、１２３…凹部、１３０…接着層、１３１…レンズ部、１４０…マスク、１５０…イオン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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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