(57)【要約】【課題】光の散乱や干渉を生じることなく伝播させることができ、高密度化が可能な高密度積層光集積回路素子を実現する。【解決手段】基板上にクラッド層を介して積層された複数層の光導波路を有し、前記複数層の光導波路のうち任意の層の光導波路に導入された光がこの層の上層または下層に形成された少なくとも一つの層に伝播するように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にクラッド層を介して積層された複数層の光導波路を有し、
前記複数層の光導波路のうち任意の層の光導波路に導入された光がこの層の上層または下層に形成された少なくとも一つの層に伝播するように構成したことを特徴とする高密度積層光集積回路素子。
【請求項２】
前記光の伝播手段としてエバネッセント波結合を利用したことを特徴とする請求項１記載の高密度積層光集積回路素子。
【請求項３】
最上層の光導波路に紫外線照射により屈折率が変化する光導波路を用い、前記紫外線の強度を変化させてエバネッセント波結合の効率を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度積層光集積回路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速通信用デバイス、光ピックアップ等に用いて好適な高密度積層光集積回路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ，ｂ）は一層目の光導波路の光を角度θで上方へ分岐させる場合の従来例を示すものである。図４（ａ）において、１は基板、２は基板上に形成された光導波路であり、この光導波路２から角度θで上方へ分岐して傾斜部の分岐路２ａが形成されている。
図において、例えば角度θを１／１００°程度にすると、散乱損失は１ｄＢ程度以下となる。図３（ｂ）は角度θを大きくしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３（ａ）に示す従来例においては、分岐が始まるａ点からｂ点までの高さをＬｙ＝１００μｍとした場合、ａ点からｂ点までの長さＬｘは１０ｍｍとなり、デバイス作製が困難となる。
また、図３（ｂ）に示すように基板上に形成する光導波路２ａを角度θを大きくして分岐路２ａを形成すると光の散乱や損失が生じる。という問題があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、基板上に複数層に形成された光導波路のうち任意の層の光導波路に導入された光が基板を大きくすることなく、損失が少ない状態で上層や下層に形成された光導波路に伝播する積層光路素子を実現することを目的とする。
なお、レーザ光を効率よく光導波路に導くための先行技術としては以下のようなものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−４５８６０号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の高密度積層光集積回路素子においては、
基板上にクラッド層を介して積層された複数層の光導波路を有し、
前記複数層の光導波路のうち任意の層の光導波路に導入された光がこの層の上層または下層に形成された少なくとも一つの層に伝播するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２においては、請求項１記載の高密度積層光集積回路素子において、
前記光の伝播手段としてエバネッセント波結合を利用したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３においては、請求項１または２に記載の高密度積層光集積回路素子において、
最上層の光導波路に紫外線照射により屈折率が変化する光導波路を用い、前記紫外線の強度を変化させてエバネッセント波結合の効率を変化させることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光素子の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
図１（ａ〜ｄ）は本発明の実施形態の一例を示す平面図、図２は図１（ａ）のＺ視図、図３は図１（ａ）のＸ―Ｘ断面図である。
図１（ａ）はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１ａが表面に形成されたシリコン基板１上に３層に形成された光導波路２１ａ，２２ａ，２３ａを上方から透過して見た平面図で、これらの光導波路は一点差線で囲ったＡ，Ｂ部で交差している。
【００１０】
図１（ｂ）は基板１に一層目の光導波路２１ａを形成した状態を示すもので、一点差線Ｃで囲った部分に光導波路２１ａから４°以上の角度で分岐して分岐路２１ｂが形成されている。３は光導波路２１の途中に形成された光制御部、４は一層目の出力部である。
【００１１】
図１（ｃ）は２層目の光導波路を形成した状態を示している。一層目の光導波路２１ａを含む全面を光導波路層２１ａよりも屈折率の低い材料で覆い、その材料の上部に光導波路２２ａが形成される。この２層目の光導波路２２ａは一層目の光導波路２１ａに対して４°以上の傾きを有しており、矢印ｃ´で示す部分は図１（ｂ）で示す分岐路２１ｂの部分と重畳するように形成されている。また、一点差線Ｄで囲った部分は図１（ｂ）と同様に光導波路２２ａから４°以上の角度で分岐して分岐路２２ｂが形成されている。５は２層目の出力部である。
【００１２】
図１（ｄ）は３層目の光導波路を形成した状態を示している。２層目の光導波路２２ａを含む全面を光導波路層２１ａよりも屈折率の低い材料で覆い、その材料の上部に光導波路２３ａが形成される。この３層目の光導波路２３ａは２層目の光導波路２２ａに対して４°以上の傾きを有しており、矢印ｄ´で示す部分は図１（ｃ）で示す分岐路２２ｂの部分と重畳するように形成されている。６は３層目の出力部である。
【００１３】
図２は図１（ａ）のＺ視図であり、シリコン酸化膜１ａが形成されたシリコン基板１上に（光導波路層２１ａを形成し、それよりも屈折率の低いクラッド層で覆い、３層の光導波路２１ａ，２２ａ，２３ａが積層されている状態を示している。）
光絶縁膜として機能する光導波路層２１ａよりも屈折率の低い材料で挟んで３層の光導波路２１ａ，２２ａ，２３ａが積層されている状態を示している。
【００１４】
なお、本発明では光導波路および光導波路を覆うクラッド層としてポリイミド系材料を用い、光導波路用のポリイミド１の屈折率を高く（例えばＮ＝１．５４、光導波路を覆うクラッド層のポリイミド２の屈折率を低く（例えばＮ＝１．５２）したものを用いている。シリコン酸化膜の屈折率は１．４４程度である。
【００１５】
図３は図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図であり、１層目の光導波路２１ａと２層目の光導波路２２ａの重畳部および２層目の光導波路２２ａと３層目の光導波路２３ａの重畳部に挟まれたＥ部に光染み出し層（エバネッセント光結合部）が生じている状態を示している。なお光染み出し層Ｅ部の厚さ（光導波路間の距離）は入射波長より短く（薄く）なっている。
【００１６】
上述の構成において、光導波路２１ａの左端に光を入射すると、この光は光導波路２１ａを右方向に伝播するが、図１（ａ）の一点差線で囲ったＡ部で分岐する。分岐した光はこの光導波路２１ａの上に形成された光導波路２２ａと重畳する部分でエバネッセント光結合が生じ、２層目の光導波路２２ａに染み出してくる。
【００１７】
２層目の光導波路２２ａに染み出した光は２層目の出力部５方向に伝播するが、図１（ａ）の一点差線で囲ったＢ部で分岐する。分岐した光はこの光導波路２２ａの上に形成された光導波路２３ａと重畳する部分でエバネッセント光結合が生じ、３層目の光導波路２２ａに染み出してくる。この染み出した光は３層目の出力部６に向かう。
【００１８】
上述の構成によれば、第１層目に入射した光をエバネッセント光結合部を介してその上方の層に形成された２層目、３層目の層に分岐させることができる。
即ち、複数層に形成された光導波路の光を散乱、干渉を生じることなく伝播させることができ、高密度化を実現することができる。
なお、図３に示すように最上層の光導波路にＧｅをドープした石英ガラスを用い、下層との重畳部分に紫外線Ｆを照射すれば、紫外線の強さに応じて屈折率が変化するので光の染み出しを調整することができる。
【００１９】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。
【００２０】
例えば本発明実施例では一層目の光導波路に光を入射したが２層目または３層目に入射してもよい。また、光導波路の分岐路の角度は４°以上として説明したが、光分岐が可能な角度であればよい。また、光制御部は第１層に１つのみ示したが各層に任意に作製することが可能である。更に光導波路は３層に限らず２層または４層以上であってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれば、
基板上にクラッド層を介して積層された複数層の光導波路を有し、前記複数層の光導波路のうち任意の層の光導波路に導入された光がこの層の上層または下層に形成された少なくとも一つの層に伝播するように構成し、光の伝播手段としてエバネッセント波結合を利用したので、光の散乱や干渉を生じることなく伝播させることができ、高密度化を実現することができる。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光素子の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＺ視図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１      基板
２、２１ａ、２２ａ、２３ａ      光導波路
２ａ、２１ｂ、２２ｂ    分岐路
３      光制御部
４      １層目出力部
５      ２層目出力部
６      ３層目出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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