(57)【要約】【課題】Ｓｉ導波路と光ファイバとの結合効率が向上したモードフィールド変換器を提供することを目的とする。【解決手段】  モードフィールド変換器１００は、光ファイバ１２０に向かってテーパ状に形成されたコア１０１と、コア１０１の光ファイバ１２０側の外周面を覆う制御層１０４と、コア１０１と制御層１０４とを覆うクラッド層１０５とを有する。コア１０１は、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の第１のコア１０２と、第１のコア１０２と接着層１３０との間に形成された第２のコア１０３とを含み、制御層１０４は第２のコア１０４の外周面の少なくとも一部を覆い、制御層１０４の屈折率ｎ3は、クラッド層１０５の屈折率ｎ4より大きく、第２のコア１０３の屈折率ｎ2より小さい値に設定される。【選択図】  図２
2019101283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と第１の接着層を介して接続されるモードフィールド変換器であって、
前記光導波路に向かってテーパ状に形成されたコアと、
前記コアの前記光導波路側の外周面を覆う制御層と、
前記コアと前記制御層とを覆うクラッド層と、
を備え、
前記コアは、光の伝搬方向に垂直な方向の断面積が前記光導波路に向かって単調減少するテーパ状の第１のコアと、前記第１のコアと前記第１の接着層との間に形成された第２のコアとを含み、
前記制御層は前記第２のコアの外周面の少なくとも一部を覆い、
前記制御層の屈折率は、前記クラッド層の屈折率より大きく、前記第２のコアの屈折率より小さい値に設定される
ことを特徴とするモードフィールド変換器。
【請求項２】
請求項１に記載のモードフィールド変換器において、
さらに前記クラッド層に覆われた前記第１のコアの前記光導波路側の前記端面と、前記クラッド層に覆われた前記第２のコアの前記第１のコア側の端面との間に形成される第２の接着層を備えることを特徴とするモードフィールド変換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモードフィールド変換器において、
前記第２のコアは、光の伝搬方向に沿って前記伝搬方向に垂直な方向の断面形状が一定に維持されることを特徴とするモードフィールド変換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
前記制御層は、光の伝搬方向に垂直な方向の径が、接続対象となる前記光導波路が有する前記コアの、光の伝搬方向に垂直な方向の径の０．４倍以上から０．９倍以下の範囲の値に設定される
ことを特徴とするモードフィールド変換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
前記制御層の屈折率は、前記クラッド層の屈折率より大きく、前記第２のコアの前記屈折率の０．５倍以下の値に設定されることを特徴とするモードフィールド変換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のモードフィールド変換器において、
前記光導波路のモードフィールドと前記光導波路の固有モードとの結合効率が前記制御層の前記屈折率ｎ3および前記第１の接着層の前記屈折率ｎ5を独立変数とする関数ｆ（ｎ3，ｎ5）によって表される場合に、前記制御層の前記屈折率ｎ3と前記第１の接着層の前記屈折率ｎ5とは、前記関数ｆ（ｎ3，ｎ5）が所定の結合効率となる点（ｎ3，ｎ5）の集合によって規定される閉曲線内の値にそれぞれ設定されることを特徴とするモードフィールド変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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器に関する。
【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に記載された技術においては、テーパ状のコアによって変換されたモードフィールドの成分は、その大部分が導波モードとして後段に接続される導波路との光接続に寄与するものの、光接続に寄与しない放射モードも含まれている。このような、光接続に寄与しない放射モードが結合効率の向上を抑制させる原因の一つであった。
【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導波路と光ファイバとの結合効率が向上したモードフィールド変換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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係るモードフィールド変換器は、光導波路と第１の接着層を介して接続されるモードフィールド変換器であって、前記光導波路に向かってテーパ状に形成されたコアと、前記コアの前記光導波路側の外周面を覆う制御層と、前記コアと前記制御層とを覆うクラッド層と、を備え、前記コアは、光の伝搬方向に垂直な方向の断面積が前記光導波路に向かって単調減少するテーパ状の第１のコアと、前記第１のコアと前記第１の接着層との間に形成された第２のコアとを含み、前記制御層は前記第２のコアの外周面の少なくとも一部を覆い、前記制御層の屈折率は、前記クラッド層の屈折率より大きく、前記第２のコアの屈折率より小さい値に設定されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るモードフィールド変換器において、さらに前記クラッド層に覆われた前記第１のコアの前記光導波路側の前記端面と、前記クラッド層に覆われた前記第２のコアの前記第１のコア側の端面との間に形成される第２の接着層を備えていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係るモードフィールド変換器において、前記第２のコアは、光の伝搬方向に沿って前記伝搬方向に垂直な方向の断面形状が一定に維持されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係るモードフィールド変換器において、前記制御層は、光の伝搬方向に垂直な方向の径が、接続対象となる前記光導波路が有する前記コアの、光の伝搬方向に垂直な方向の径の０．４倍以上から０．９倍以下の範囲の値に設定されてもよい。
【００１６】
また、本発明に係るモードフィールド変換器において、前記制御層の屈折率は、前記クラッド層の屈折率より大きく、前記第２のコアの前記屈折率の０．５倍以下の値に設定されてもよい。
【００１７】
また、本発明に係るモードフィールド変換器において、前記光導波路のモードフィールドと前記光導波路の固有モードとの結合効率が前記制御層の前記屈折率ｎ3および前記第１の接着層の前記屈折率ｎ5を独立変数とする関数ｆ（ｎ3，ｎ5）によって表される場合に、前記制御層の前記屈折率ｎ3と前記第１の接着層の前記屈折率ｎ5とは、前記関数ｆ（ｎ3，ｎ5）が所定の結合効率となる点（ｎ3，ｎ5）の集合によって規定される閉曲線内の値にそれぞれ設定されてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光導波路に向かってテーパ状に形成されたコアの光導波路側の外周面を覆う制御層を有するので、テーパ状のコアで変換されたモードフィールドの放射モードを抑制し、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】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態係るモードフィールド変換器を含む光接続構造の概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るモードフィールド変換器の平面模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るモードフィールド変換器の媒体分布の説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るモードフィールド変換器のフィールド分布の説明図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係るモードフィールド変換器を含む光接続構造における光ファイバのモード分布と固有モードの説明図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る結合効率と屈折率を説明する図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る制御層の幅と結合効率の関係を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態に係るモードフィールド変換器の平面模式図である。
【図８】図８は、従来のモードフィールド変換器の平面模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは、従来のモードフィールド変換器の媒体分布の説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、従来のモードフィールド変換器におけるフィールド分布の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図７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。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態係るモードフィールド変換器１００を含む光接続構造の概略斜視図である。本実施の形態に係る光接続構造は、基板１４０上に形成されたモードフィールド変換器１００と、光ファイバ１２０（光導波路）と、モードフィールド変換器１００と光ファイバ１２０とを接続する接着層１３０（第１の接着層）とを備える。
【００２２】
図２は、モードフィールド変換器１００の平面模式図である。なお、図２において、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。
【００２３】
モードフィールド変換器１００は、コア１０１と、制御層１０４と、コア１０１および制御層１０４を覆うクラッド層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おり、第１のコア１０２および第２のコア１０３を有する。
【００２４】
第１のコア１０２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。第１のコア１０２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軸方向のコア径が一定値であってもよい。なお、第１のコア１０２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。第１のコア１０２は、Ｓｉ材料によって形成される。
【００２５】
第２のコア１０３は、第１のコア１０２の光ファイバ１２０側の端部から連続して形成されている。すなわち、第２のコア１０３の一端は、第１のコアの光ファイバ１２０側の端面ａと光学的に接続されている。また、第２のコア１０３の他端は、後述する第１の接着層１３０を介して光ファイバ１２０のコア１２１と対向する。第２のコア１０３は、後述する制御層１０４によって少なくとも一部が覆われている。
【００２６】
第２のコア１０３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、第２のコア１０３は直方体形状を有し、第１のコア１０２の端面ａからモードフィールド変換器１００の光ファイバ１２０側の端面にわたって形成されている。
【００２７】
また、第２のコア１０３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ていればよく、例えば、テーパ状の第１のコア１０２から連続的に、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ように形成されていてもよい。この場合、コア１０１は、全体としてテーパ状に形成される。第２のコア１０３は、Ｓｉ材料によって形成される。
【００２８】
制御層１０４は、コア１０１の光ファイバ１２０側の外周面を覆うように形成されている。より詳細には、制御層１０４は、第２のコア１０３が第１のコア１０２と光学的に接続する第１のコア１０２の端面ａの近傍から、光の伝搬方向（ｚ軸）に沿って、第２のコア１０３を覆い、モードフィールド変換器１００の光ファイバ１２０側の端面まで形成されている。制御層１０４の材料は、後述するクラッド層１０５の屈折率を基準として決定される。なお、制御層１０４の材料の決定方法については後述する。
【００２９】
クラッド層１０５は、コア１０１と制御層１０４とを覆うように形成されている。クラッド層１０５は、石英系材料から形成される。
【００３０】
光ファイバ１２０は、接着層１３０を介してモードフィールド変換器１００に接続されている。光ファイバ１２０は、コア１２１と、コア１２１を覆うクラッド層１２２とを備える。光ファイバ１２０には、例えば、石英系材料が用いられる。なお、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。
【００３１】
コア１２１は、光ファイバ１２０の中心部に設けられ、モードフィールド変換器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。図２に示すように、コア１２１のｘ軸方向のコア径ｃは、制御層１０４のｘ軸方向の径ｂより大きい。本実施の形態では、コア１２１のコア径として４［μｍ］が用いられる。なお、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。
【００３２】
クラッド層１２２は、コア１２１の外周面を覆うように形成されている。クラッド層１２２の屈折率としては、例えば、１．４４を用いる。
【００３３】
接着層１３０は、光ファイバ１２０とモードフィールド変換器１００とを接続する。より詳細には、接着層１３０は、テーパ状のコア１０１の先端側における第２のコア１０３と、第２のコア１０３を覆う制御層１０４とがクラッド層１０５に覆われた断面構造を有するモードフィールド変換器１００の端面と、コア１２１がクラッド層１２２に覆われた断面構造を有する光ファイバ１２０の端面との間に充填される。モードフィールド変換器１００の第２のコア１０３を伝搬する光は、接着層１３０を介して光ファイバ１２０に結合する。なお、接着層１３０の詳細は後述する。
【００３４】
モードフィールド変換器１００に含まれる第１のコア１０２、第２のコア１０３、制御層１０４、およびクラッド層１０５は、同一基板１４０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。
【００３５】
次に、モードフィールド変換器１００に含まれる各構成の屈折率について説明する。
まず、第１のコア１０２の屈折率をｎ1、第２のコア１０３の屈折率をｎ2、制御層１０４の屈折率をｎ3、クラッド層１０５の屈折率をｎ4と定義する。また、モードフィールド変換器１００と光ファイバ１２０とを接続する接着層１３０の屈折率をｎ5と定義する。
【００３６】
前述したように、第１のコア１０２および第２のコア１０３はＳｉ材料で形成される。また、クラッド層１０５は、例えば、ＳｉＯ2から形成される。このようなＳｉ導波路（コア１０１およびクラッド層１０５）では、第１のコア１０２の屈折率ｎ1と第２のコア１０３の屈折率ｎ2とは、ともに３．５であり（ｎ1＝ｎ2＝３．５）、クラッド層１０５の屈折率ｎ4は、１．４〜１．５の範囲の値である。なお、制御層１０４の屈折率については後述する。
【００３７】
本実施の形態に係るモードフィールド変換器１００は、第２のコア１０３を覆う制御層１０４を備える点で、図８に示す従来のモードフィールド変換器１００Ｂと異なる。従来のモードフィールド変換器１００Ｂは、図８および図９Ａに示すように、テーパ状のコア１０１のみを有し、本実施の形態に係るモードフィールド変換器１００が備える制御層１０４に相当する層は形成されていない。
【００３８】
一方、本実施の形態に係るモードフィールド変換器１００、および図８に示す従来のモードフィールド変換器１００Ｂは、ともにテーパ状に形成されたコア１０１と、コア１０１を覆うクラッド層１０５を有する点で共通する。
【００３９】
テーパ状のコア１０１を有するモードフィールド変換器１００および従来のモードフィールド変換器１００Ｂにおいては、コア１０１を伝搬する光は、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モードフィールド径が拡大され、モードフィールド変換器１００の端面に光接続される光ファイバ１２０に光結合して導波する。
【００４０】
なお、本実施の形態においてコア１０１はＳｉ材料によって形成されており、Ｓｉは、波長１．３〜１．６［μｍ］の光に対して透明であることから、モードフィールド変換器１００に入力される光の波長を１．５５［μｍ］とする。
【００４１】
図９Ｂに示す、従来のモードフィールド変換１００Ｂにおける、ｘｚ面内のフィールド分布の計算結果からわかるように、従来のモードフィールド変換器１００Ｂにおいても、モードフィールド径が拡大され、端面に到達した光は、第２のコア１０３から放射されて、接着層１３０を介して光ファイバ１２０に光結合している。
【００４２】
しかし、前述したように、テーパ状のコア１０１のみを有する従来のモードフィールド変換器１００Ｂでは、モードフィールドに放射モードが含まれるため、テーパ状のコア１０１によって変換されたモードフィールド径と光ファイバ１２０の固有モードとの結合効率ηの向上が抑制される。本実施の形態に係るモードフィールド変換器１００では、制御層１０４を設けて、テーパ状のコア１０１により変換されたモードフィールドと光ファイバ１２０の固有モードとの結合効率ηを改善する。以下、制御層１０４の構造パラメータの設定について説明する。
【００４３】
まず、結合効率ηは、モードフィールドをφ1、光ファイバ１２０の固有モードをφ2としたときに、次の式（１）で表される。
【００４４】
【数１】
2019101283.tif 000003
【００４５】
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。
上式（１）を考慮して制御層１０４のｘ軸方向およびｙ軸方向の径の大きさを設定する。制御層１０４は、前述したように、第２のコア１０３の周囲を覆うように形成される。特に、コア１０１のテーパ傾斜方向に対する軸、すなわちｘ軸方向の制御層１０４の径ｂは、第２のコア１０３における第１のコア１０２から光が伝搬する過程で遷移する放射モードが、制御層１０４の内部に結合し、光ファイバ１２０に結合するモードフィールドの放射成分が抑制されるように調整される。
【００４６】
本実施の形態では、制御層１０４のｘ軸方向の径ｂが、第２のコア１０３のｘ軸方向のコア径ｄより大きく、光ファイバ１２０のコア１２１におけるコア径ｃより小さくなるように設定される。なお、制御層１０４のｙ軸方向の径（図示しない）は、ｘ軸方向の径ｂと同じ大きさに設定される。
【００４７】
制御層１０４の屈折率ｎ3は、第２のコア１０３の屈折率ｎ2より小さく（例えば、屈折率ｎ2の０．５倍以下）、クラッド層１０５の屈折率ｎ4より大きい値に設定される。したがって、制御層１０４の材料は、クラッド層１０５の屈折率ｎ4を基準として、例えば、ｎ4＝１．４〜１．６の値とすることが好ましい。このような制御層１０４の材料として、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などを用いてもよい。
【００４８】
図３Ａは、上述した制御層１０４を含むモードフィールド変換器１００のｘｚ面内の媒体分布を示す図である。また、図３Ｂは、制御層１０４を有するモードフィールド変換器１００のｘｚ面内のフィールド分布の計算結果を示す図である。図３Ｂに示すように、制御層１０４が形成されたモードフィールド変換器１００においては、図９Ｂの従来のモードフィールド変換器１００Ｂの場合と比較して、テーパ状のコア１０１を伝搬するモードフィールドの放射状の拡がりが抑えられた状態で光ファイバ１２０に結合している。
【００４９】
図４は、モードフィールド変換器１００を含む光接続構造における光ファイバ１２０のモード分布と固有モードの説明図である。光ファイバ１２０の端面の内側におけるモード分布ｐ２は、図４の実線で示されている。また、光ファイバ１２０の固有モードＬＰ01は、図４の点線で示されている。図４に示すように、制御層１０４が形成されたモードフィールド変換器１００を用いた場合の光ファイバ１２０のモード分布ｐ２は、光ファイバ１２０の固有モードＬＰ01に比較的一致している。
【００５０】
次に、制御層１０４が形成されたモードフィールド変換器１００のモードフィールドと、光ファイバ１２０の固有モードとの結合効率は、制御層１０４の屈折率ｎ3と接着層１３０の屈折率ｎ5の大きさに依存して変化する。そのため、制御層１０４の屈折率ｎ3の値は、接着層１３０の屈折率ｎ5の値を考慮して設定される。
【００５１】
接着層１３０の屈折率ｎ5は、光ファイバ１２０のコア１２１の屈折率の近傍であればよいが、本実施の形態では、屈折率において、０．１倍の精度を仮定して、光ファイバ１２０のコア１２１の屈折率の０．９５倍〜１．０５倍の範囲の値に設定される。
【００５２】
前述したように、制御層１０４の屈折率ｎ3は、クラッド層１０５の屈折率ｎ4より大きく、第２のコア１０３の屈折率ｎ2より小さい値に設定される。そのため、制御層１０４の屈折率ｎ3と、接着層１３０の屈折率ｎ5との最適値を以下のように設定する。
【００５３】
まず、制御層１０４の屈折率ｎ3と接着層１３０の屈折率ｎ5とをそれぞれ１．４から１．６の範囲の値で変化させ、光ファイバ１２０の端面より内側のモードフィールドと、光ファイバ１２０の固有モードＬＰ01との結合効率ηをフィールド分布から算出する。
【００５４】
次に、結合効率ηを従属変数、制御層１０４の屈折率ｎ3と接着層１３０の屈折率ｎ5を独立変数として、結合効率ηを表す曲面関数をｆ（ｎ3，ｎ5）とすると、曲面関数をｆ（ｎ3，ｎ5）は次の式（２）で近似される。
【００５５】
【数２】
2019101283.tif 000004
【００５６】
上式（２）において、ｐ、ｑは、０〜５の整数である。
上式（２）のｐ、ｑそれぞれの値に応じた曲面関数ｆ（ｎ3，ｎ5）の値は、次の表１における係数ｃ（ｐ，ｑ）によって示される。
【００５７】
【表１】
2019101283.tif 000005
【００５８】
図５は、曲面関数ｆ（ｎ3，ｎ5）に基づいて描かれた、結合効率ηの等高線図である。図５において、横軸は接着層１３０の屈折率ｎ5を示し、縦軸は、制御層１０４の屈折率ｎ3を示す。等高線（閉曲線）は、０．０２［ｄＢ］間隔で描かれている。また、図５に示す矢印が指す方向に沿って、結合効率ηの値は増加している。
【００５９】
制御層１０４の屈折率ｎ3および接着層１３０の屈折率ｎ5それぞれの値は、所定の結合効率ηの値に対応する、図５の等高線（閉曲線）に囲まれた領域を満たすような値に設定される。
【００６０】
所定の結合効率η、すなわち目標値として結合効率η＞−０．１［ｄＢ］と定めた場合、例えば、制御層１０４の屈折率ｎ3＝１．５３、接着層１３０の屈折率ｎ5＝１．５０は、図５に示す、結合効率η＝−０．１［ｄＢ］に対応する右下がりの閉曲線内部にそれぞれ含まれることから、上記結合効率ηの目標値を満たす屈折率の値である。なお、曲面関数ｆ（ｎ3，ｎ5）の次数は、結合効率ηの変化率に応じて任意に選択しても構わない。
【００６１】
図６は、制御層１０４のｘ軸方向の径ｂと結合効率ηの関係を示す図である。なお、制御層１０４の屈折率ｎ3として１．５５、接着層１３０の屈折率ｎ5として１．５１が用いられている。図６に示すように、制御層１０４のｘ軸方向の径ｂは、結合効率η＞−０．１［ｄＢ］を満たす条件では、光ファイバ１２０のコア径ｃの４０％から９０％以下の範囲内の値であることが好ましい。制御層１０４のｙ軸方向の径についても、ｘ軸方向の径ｂの大きさと同程度の値とすればよい。
【００６２】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、モードフィールド変換器１００は、テーパ状のコア１０１の光ファイバ１２０側に含まれる第２のコア１０３の外周面を覆う制御層１０４を有し、制御層１０４の屈折率ｎ3が、クラッド層１０５の屈折率ｎ4より大きく、第２のコア１０３の屈折率ｎ2より小さい値に設定される。また、制御層１０４のｘ軸方向の径ｂが、光ファイバ１２０のコア１２１のｘ軸方向のコア径ｃの０．４倍から０．９倍以下の範囲の値に設定される。
【００６３】
このような構成により、モードフィールド変換器１００は、テーパ状のコア１０１で変換されたモードフィールドに含まれる放射成分を抑制し、コア１０１とクラッド層１０５で構成されるＳｉ導波路と光ファイバ１２０との結合効率を向上させることができる。
【００６４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第１の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
第１の実施の形態では、コア１０１に含まれる第１のコア１０２と第２のコア１０３とは同一の基板上に形成される場合について説明した。これに対し、第２の実施の形態では、第１のコア１０２と、制御層１０４に覆われた第２のコア１０３とはそれぞれ異なる基板上に形成される。
【００６６】
図７は、第２の実施の形態に係るモードフィールド変換器１００ａを含む光接続構造の平面模式図である。図７に示すように、モードフィールド変換器１００ａは、クラッド層１０５に覆われたテーパ状の第１のコアの光ファイバ１２０側の端面と、クラッド層１０６に覆われた第２のコア１０３の第１のコア１０２側の端面との間に形成される接着層１０７（第２の接着層）をさらに備える。
【００６７】
テーパ状に形成された第１のコア１０２と制御層１０４に覆われた第２のコア１０３とは、接着層１０７を介して光結合する。接着層１０７の屈折率および厚さ（ｚ軸方向の長さ）は、第１のコア１０２を覆うクラッド層１０５から第２のコア１０３および制御層１０４を覆うクラッド層１０６への透過率が０．９以上を満たすような値にそれぞれ設定すればよい。
【００６８】
本実施の形態では、テーパ状の第１のコア１０２と、クラッド層１０５とは、同一の基板上に形成される。また、第２のコア１０３と、制御層１０４と、クラッド層１０６とは、第１のコア１０２が形成される基板とは異なる基板上に形成される。
【００６９】
例えば、第２のコア１０３および制御層１０４を含む導波部について、異なる品種のものを複数作成し、結合効率を最適化するような第２のコア１０３および制御層１０４を含む導波部を選択し、第１のコア１０２を含む導波部と組み合わせてモードフィールド変換器１００ａを構成してもよい。
【００７０】
なお、制御層１０４の屈折率ｎ3と接着層１３０の屈折率ｎ5は、第１の実施の形態と同様に、結合効率の等高線図を作成し、所定の結合効率の等高線に沿った値にそれぞれ設定すればよい。
【００７１】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、クラッド層１０５に覆われたテーパ状の第１のコア１０２と、クラッド層１０６に覆われた、第２のコア１０３および制御層１０４とを互いに異なる基板上に形成する。これにより、モードフィールド変換器１００ａは、結合効率をより最適化することができる。
【００７２】
以上、本発明のモードフィールド変換器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。
【００７３】
説明した実施の形態では、第１のコア１０２および第２のコア１０３は、Ｓｉ材料によって形成される場合について説明したが、第１のコア１０２および第２のコア１０３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。
【００７４】
また、説明した実施の形態では、クラッド層１０５は、石英系材料から形成される場合について説明したが、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。
【００７５】
また、説明した実施の形態では、Ｓｉ導波路（コア１０１およびクラッド層１０５）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】
【００７６】
１００、１００ａ、１００Ｂ…モードフィールド変換器、１０１、１２１…コア、１０２…第１のコア、１０３…第２のコア、１０４…制御層、１０５、１０６、１２２…クラッド層、１０７、１３０…接着層、１２０…光ファイバ、１４０…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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