(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド層と、前記クラッド層の内部に延びるコア層とを備える光導波路であって、光の入出射側端面の前記クラッド層の一部が突出している、光導波路と、
突出している前記クラッド層の一部に取り付けられ、前記光の入射側および／または出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分との間に空隙部を形成する、第１のレンズ構造体と、
前記光の入出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分に取り付けられ、前記第１のレンズ構造体の透過光をさらに集光する第２のレンズ構造体とを備えることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記第１のレンズ構造体と、前記光の入出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分との間の前記空隙部に屈折率整合材が注入されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記第１のレンズ構造体は、前記光導波路の水平方向の光を集光するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第２のレンズ構造体は、回折レンズであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
前記第２のレンズ構造体は、モードフィールド面内に屈折率分布を有し、前記光導波路の垂直方向の光を集光するグリンレンズであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路。
【請求項６】
前記クラッド層及び前記コア層は石英ガラスにより構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項７】
前記クラッド層及び前記コア層は半導体光素子により構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路に関し、より詳細には、半導体レーザ素子からの出射光を集光する屈折レンズが一体となったレンズ付きの光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サイズを縮小した光デバイスの高速伝送化及び低価格化等が停滞してきている。そのため、光デバイスの更なる超高速伝送を実現する切り札として、電気的な信号線路の多チャネル化、多層光配線技術、フォトニック結晶やシリコンフォトニクスに代表される微細な光導波路作製技術の導入が活発に進められている。
【０００３】
図１は、半導体レーザ素子からの出射光が伝搬する光導波路と、半導体レーザ素子からの出射光の集光用の屈折レンズとを含む空間光学系の例を示す図であり、図１（ａ）は空間光学系の斜視透視図であり、図１（ｂ）は空間光学系の側面透視図を示す。空間光学系１００は、半導体レーザ素子１１０と、半導体レーザ素子１１０からの出射光が伝搬する光導波路１２０とを備える。光導波路１２０は、基板１２１と、基板１２１上に形成されたクラッド層１２２と、クラッド層１２２内を貫通するコア層１２３と、半導体レーザ素子１１０からの出射光を集光する屈折レンズ１２４とを備える。基板１２１は、半導体レーザ素子１１０と独立しており、光の導波方向に溝が形成されている。溝には屈折レンズ１２４が配置され、半導体レーザ素子１１０と屈折レンズ１２４の光軸を一致させて最適な光結合を得る。ここで、半導体レーザ素子１１０からの出射光は、空間を伝搬する過程でビームが拡散するため、ビームが拡散した状態で光導波路１２０に入射すると光結合率は低下する。従って、半導体レーザ素子１１０と光導波路１２０の間に屈折レンズ１２４を配置し、半導体レーザ素子１１０からの出射光を集光し、ビーム径をコア層１２３のコア径に整合させた上で、光導波路１２０のコア層１２３入射側端面に結合させる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８３３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空間光学系１００は、半導体レーザ素子１１０と光導波路１２０との間の光結合を、屈折レンズ１２４を介して行う構成である。このような空間光学系１００の構成は、半導体レーザ素子１１０と光導波路１２０との間の高い光結合率を得るために、拡散したビームを屈折レンズ１２４により集光し、光導波路１２０のコア層１２３の入射側端面に結合させなければならない。そのため、レンズと半導体光素子の距離に依存して光モジュールのサイズが制限される。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光導波路とレンズ間の距離を短縮し光モジュールのサイズを縮小した光導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光導波路であって、クラッド層と、前記クラッド層の内部に延びるコア層とを備える光導波路であって、光の入出射側端面の前記クラッド層の一部が突出している、光導波路と、突出している前記クラッド層の一部に取り付けられ、前記光の入出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分との間に空隙部を形成する、第１のレンズ構造体と、前記光の入出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分に取り付けられ、前記第１のレンズ構造体の透過光をさらに集光する第２のレンズ構造体とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様の光導波路であって、前記第１のレンズ構造体と、前記光の入出射側端面の前記コア層および前記クラッド層の突出していない部分との間の前記空隙部に屈折率整合材が注入されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様の光導波路であって、前記第１のレンズ構造体は、前記光導波路の水平方向の光を集光するシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第４の態様は、第３の態様の光導波路であって、前記第２のレンズ構造体は、回折レンズであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第５の態様は、第３の態様の光導波路であって、前記第２のレンズ構造体は、モードフィールド面内に屈折率分布を有し、前記光導波路の垂直方向の光を集光するグリンレンズであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれか１つの態様の光導波路であって、前記クラッド層及び前記コア層は石英ガラスにより構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第７の態様は、第１乃至第５のいずれか１つの態様の光導波路であって、前記クラッド層及び前記コア層は半導体光素子により構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
光導波路とレンズ間の距離を短縮し光モジュールのサイズを縮小すると共に、波長に依存した光学特性の補正や光源のビーム形状制御を可能とし、光結合率を改善させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の導波路とレンズを含む光学系を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる光導波路を示す構成図であり、（ａ）は光導波路の中心軸を通る水平方向の断面図であり、（ｂ）は光導波路の中心軸を通る水平方向の断面図を示し、（ｃ）は光導波路の光入出射端面側の正面透視図を示す。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる光導波路を示す構成図であり、（ａ）は光導波路の中心軸を通る水平方向の断面図であり、（ｂ）は光導波路の中心軸を通る水平方向の断面図を示し、（ｃ）は光導波路の光入出射端面側の正面透視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態にかかる光導波路２００を示す構成図であり、図２（ａ）は光導波路２００の中心軸を通る水平方向の断面図であり、図２（ｂ）は光導波路２００の中心軸を通る垂直方向の断面図を示し、図２（ｃ）は光導波路２００の光入出射端面側の正面透視図を示す。図２の光導波路２００は、下部クラッド層２０１と、下部クラッド層２０１上のコア層２０２と、下部クラッド層２０１及びコア層２０２上の上部クラッド層２０３とを備える。また、光導波路２００は、半導体レーザ素子からの光を集光する第１のレンズ構造体であるシリンドリカルレンズ２１１と、シリンドリカルレンズ２１１における収差を補正する第２のレンズ構造体である回折レンズ２１２と、シリンドリカルレンズ２１１と回折レンズ２１２との空間を埋める屈折率整合材２１３とを備える。下部クラッド層２０１の入射側端面の下側の一部は突出しており、突出部分には、シリンドリカルレンズ２１１が接着される。そのため、下部クラッド層２０１の一部の入射側端面、及びコア層２０２並びに上部クラッド層２０３の入射側端面と、シリンドリカルレンズ２１１との間には空間が生じ、屈折率整合材２１３が充填されている。
【００１８】
図２の光導波路２００は、まず、下部クラッド層２０１として機能する石英ガラス基板上にコア層２０２を形成する。コア層２０２は、屈折率を増大させる添加物を含む。さらにコア層２０２上に上部クラッド層２０３を形成する。ここで、本実施形態において、コア層２０２の厚さは１０μｍ、幅は１００μｍとする。
【００１９】
次に、下部クラッド層２０１、コア層２０２及び上部クラッド層２０３の入射側端面から、下部クラッド層２０１の端面の下側の一部を残して、光導波路内部に向かって一定の深さまで微細加工によって切削する。本実施形態において、切削する領域の深さｄは、３０μｍとする。
【００２０】
切削領域に回折レンズ２１２を配置する。配置は、回折レンズ２１２の中心がコア層２０２の光の導波方向と直交する方向の断面中心と一致するように配置する。回折レンズ２１２は、屈折率整合材２１３を接着材として用いて固定される。本実施形態において、回折レンズ２１２の直径は７０μｍとする。光導波路の出射側端面において、前記切削領域の下部における面と接触するように、シリンドリカルレンズ２１１を配置する。シリンドリカルレンズ２１１は、円柱構造体の側面の一部を切り出した形状を有する。ベースとなる円柱の径は、受光面の位置に応じて設定される。シリンドリカルレンズ２１１と回折レンズ２１２との間の空隙を埋めるように、屈折率整合材２１３を注入し、両レンズ間の屈折率の差分によって生ずる光結合率の低下を低減する。回折レンズは、同心円状の複数の輪帯を有し、光の回折を利用して光の集光や発散を行うレンズで、回折レンズ２１２の設置により、後段のシリンドリカルレンズ２１１における収差を補正可能とし、光結合率を改善する効果が得られる。
【００２１】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる光導波路３００を示す構成図であり、図３（ａ）は光導波路３００の中心軸を通る水平方向の断面図であり、図３（ｂ）は光導波路３００の中心軸を通る垂直方向の断面図を示し、図３（ｃ）は光導波路３００の光入出射端面側の正面透視図を示す。図３の光導波路３００は、下部クラッド層３０１と、下部クラッド層３０１上のコア層３０２と、下部クラッド層３０１及びコア層３０２上の上部クラッド層３０３とを備える。また、光導波路３００は、半導体レーザ素子からのビーム形状を制御する第１のレンズ構造体であるシリンドリカルレンズ３１１と、シリンドリカルレンズ３１１を透過したビーム形状をさらに制御する第２のレンズ構造体であるグリンレンズ３１２と、シリンドリカルレンズ３１１と回折レンズ３１２との空間を埋める屈折率整合材３１３とを備える。下部クラッド層３０１の入射側端面の下側の一部は突出しており、突出部分には、シリンドリカルレンズ３１１が接着される。そのため、下部クラッド層３０１の一部の入射側端面、及びコア層３０２並びに上部クラッド層３０３の入射側端面と、シリンドリカルレンズ３１１との間には空間が生じ、グリンレンズ３１２が配置され、屈折率整合材３１３が充填されている。
【００２２】
図３の光導波路３００は、まず、下部クラッド層３０１として機能する石英ガラス基板上にコア層３０２を形成する。コア層３０２は、屈折率を増大させる添加物を含む。さらにコア層３０２上に上部クラッド層３０３を形成する。
【００２３】
次に、下部クラッド層３０１、コア層３０２及び上部クラッド層３０３の入射側端面から、下部クラッド層３０１の端面の下側の一部を残して、光導波路内部に向かって一定の深さまで微細加工によって切削する。
【００２４】
切削領域に、第１の実施形態における回折レンズ２１２に替えて、モードフィールド面内に屈折率分布を有する円筒形状のグリンレンズ３１２を配置する。配置は、グリンレンズ３１２の中心線がコア層３０２の光の導波方向と直交する方向の断面中心と一致するように配置する。グリンレンズ３１２は、屈折率整合材３１３を接着材として用いて固定される。本実施形態において、グリンレンズ３１２の直径は３０μｍとする。光導波路の出射側端面において、前記切削領域の下部における面と接触するように、シリンドリカルレンズ３１１を配置する。シリンドリカルレンズ３１１とグリンレンズ３１２との間の空隙を埋めるように、屈折率整合材３１３を注入し、両レンズ間の屈折率の差分によって生ずる光結合率の低下を低減する。グリンレンズ３１２とシリンドリカルレンズ３１１とを縦続に配置することで、ビーム形状を基板垂直方向と水平方向に対して独立に制御し、光結合率を改善する効果が得られる。
【００２５】
なお、上記各実施形態においては、光導波路として石英ガラスを用いているが、半導体を光導波路として用いても構わない。また、上記各実施形態において、レンズの配置は入射側端面としているが、出射側端面に本実施形態のレンズを配置しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
１００  空間光学系
１１０  半導体レーザ素子
１２０、２００、３００  光導波路
１２１  基板
１２２、２０１、２０３、３０１、３０３  クラッド層
１２３、２０２、３０２  コア層
１２４  屈折レンズ
２１１、３１１  シリンドリカルレンズ
２１２  回折レンズ
２１３、３１３  屈折率整合材
３１２  グリンレンズ
【図１】
0006539216.tif 000002
【図２】
0006539216.tif 000003
【図３】
0006539216.tif 000004