(57)【要約】【課題】光学装置に関し、モードフィールド幅とモードフィールド径とが著しく異なる光導波路、例えばスラブ導波路と光ファイバとを光学的接続する場合に低損失で実現できるようにする。【解決手段】平面基板上のスラブ導波路１１に於ける光出射端に形成されて出射光の該平面基板水平方向のモードフィールド幅を縮小する２次元レンズ１１Ｄと、２次元レンズ１１Ｄと対向して出射光が入射される光ファイバ１２と、２次元レンズ１１Ｄと光ファイバ１２との間に介在して２次元レンズ１１Ｄからの出射光に於ける該平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段（例えば空気）とを備える。【選択図】　　　　図１
2004021152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板上のスラブ導波路に於ける光出射端に形成されて出射光の該平面基板水平方向のモードフィールド幅を縮小する２次元レンズと、
該２次元レンズと対向して出射光が入射される光ファイバと、
該２次元レンズと該光ファイバとの間に介在して該２次元レンズからの出射光に於ける該平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段と
を備えてなることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
２次元レンズからの出射光に於ける平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段が２次元レンズ光出射端に於ける光の発散を利用するものであること
を特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
２次元レンズからの出射光に於ける平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段が該２次元レンズと光ファイバとの間を満たし且つスラブ導波路のコア層と屈折率を異にする光媒体であること
を特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】
光ファイバに於けるコアのモードフィールド径が光入射端から内方に向かって連続的に変化するものであること
を特徴とする請求項１記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブ導波路に於けるモードフィールド幅と光ファイバに於けるモードフィールド径が相違している場合に於いて、そのスラブ導波路と光ファイバを何らの支障もなく光学的に接続することを可能にする光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モードフィールド幅とモードフィールド径が相違している光導波路と光ファイバとを光学的に接続する場合、それ等を直接接続すると結合損失が生ずる為、間にレンズを介挿することが行われている。
【０００３】
図４は導波路と光ファイバとを接続する場合の光学装置を表す要部切断側面図であり、図に於いて、１はクラッドを兼ねた平面基板、２はリッジ導波路、３はクラッド層、４はボール・レンズ、５は光ファイバ、５Ａはコア、５Ｂはクラッドをそれぞれ示している。
【０００４】
通常、平面基板１上に形成したリッジ導波路２は横断面が矩形であり、また、光ファイバ５に於けるコア５Ａの横断面は円形であるのが普通であり、モードフィールド幅が５〔μｍ〕のリッジ導波路２とモードフィールド径が１０〔μｍ〕のコア層５Ａをもつ光ファイバ５とを接続するような場合には、リッジ導波路２の出射側端面にボール・レンズ４を配置し、出射光をコリメートすることでモードフィールド幅を１０〔μｍ〕に拡大してから光ファイバ５に光学的接続を行うようにしている。
【０００５】
然しながら、平面基板１上に形成したリッジ導波路２の横断面が正方形であればボール・レンズ４などの円形レンズを用いることが可能であるが、スラブ導波路のように縦横比が大きいモードフィールドと光ファイバのような円形のモードフィールドとをカップリングする場合には、非球面のレンズが必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、モードフィールド幅とモードフィールド径とが著しく異なる光導波路、例えばスラブ導波路と光ファイバとを光学的接続する場合に低損失で実現できるようにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る光学装置に於いては、平面基板上のスラブ導波路（例えばスラブ導波路１１）に於ける光出射端に形成されて出射光の該平面基板水平方向のモードフィールド幅を縮小する２次元レンズ（例えば２次元レンズ１１Ｄ）と、該２次元レンズと対向して出射光が入射される光ファイバ（例えば光ファイバ１２）と、該２次元レンズと該光ファイバとの間に介在して該２次元レンズからの出射光に於ける該平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段（例えば空気）とを備えてなることが基本になっている。
【０００８】
前記手段を採ることに依り、スラブ導波路から出射されるコリメート光の水平方向のモードフィールド幅は絞られ、且つ、該コリメート光の垂直方向に於けるモードフィールド幅は拡大されて光ファイバに入射されることになり、縦横比が大きいスラブ導波路と円形の光ファイバとを光結合させる際、大きなアライメント公差で且つ低損失で実現することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に於ける実施の形態１を説明する為の光学装置を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部平面を、また、（Ｂ）は要部切断側面をそれぞれ示している。
【００１０】
図に於いて、１１はスラブ導波路、１１Ａはスラブ導波路のクラッド層、１１Ｂは同じくコア層、１１Ｃは同じくクラッド層、１１Ｄは２次元レンズ、１２は光ファイバ、１２Ａはコアをそれぞれ示している。
【００１１】
スラブ導波路１１を作製する工程を以下に説明する。
（１）
ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用することに依り、石英からなる平面基板（図示せず）上に厚さ１０〔μｍ〕のクラッド層１１Ａ、厚さ５〔μｍ〕のコア層１１Ｂ、厚さ１０〔μｍ〕のクラッド層１１Ｃを積層する。
【００１２】
コア層１１Ｂの屈折率はクラッド層１１Ａ及び１１Ｃに比較して高く設定されていることは勿論であって、その屈折率はゲルマニウムのドーピング量で制御する。
【００１３】
（２）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｉｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ）法を適用することに依り、スラブ導波路１１の光出射端面のエッチングを行って、２次元レンズ１１Ｄを形成する。
【００１４】
前記のようにして作製したスラブ導波路１１は、その光出射端面である２次元レンズ１１Ｄを光媒体（この場合は空間）を介して光ファイバ１２と対向させるのであるが、２次元レンズ１１Ｄの光出射面に於ける垂直方向の拡がりの開口数ＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、スラブ導波路１１に於けるコア層１１Ｂとクラッド層１１Ａ、１１Ｃの屈折率、及び、スラブ導波路１１と光ファイバ１２との間に在る媒体の屈折率の如何に依って決まる。
【００１５】
図１に見られる光ファイバ１２に於いては、そのコア１２Ａのモードフィールド径が光の入射端から内方に向かうにつれ縮径されて一定値に収斂する構造になっている。
【００１６】
光ファイバ１２を前記構造にすることで、スラブ導波路１１を伝播する光の光軸と光ファイバ１２のコア１２Ａとのずれに起因する結合損失を低減することが可能となるのは勿論のこと、光ファイバ同士を光学結合する際にも、ずれに依って起こる損失を低減することができる。
【００１７】
図２はＮＡに依って垂直方向のモードフィールド幅が拡大することを表す光学装置の要部平面説明図であり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００１８】
図２に於いては、光導波路の所定点に於けるモードフィールド幅が順次に異なってゆくことがパターンで示してあり、水平方向のモードフィールド幅は光ファイバに入射する直前まで順次縮小され、そして、垂直方向のモードフィールド幅は光ファイバに入射する直前まで順次拡大され、モードフィールドは、光ファイバに入射する直前に於いて、幅が光ファイバのコア径と一致する正方形になっている。尚、図２は光ファイバを配置した図ではなく、従って、光は光ファイバを配置すべき位置を通過して進行しつつある状態に表されている。
【００１９】
平面基板に水平な方向に於けるモードフィールド幅は、２次元レンズ１１Ｄの曲率に依って制御することができるから、垂直方向のモードフィールド幅が、媒体を経て光学的に結合される光ファイバ１２に於けるモードフィールド径と合致する位置に於いて、水平な方向のモードフィールド幅が光ファイバ１２のモードフィールド径と同じになるように２次元レンズ１１Ｄの曲率を選定しておくことで、スラブ導波路１１と光ファイバ１２との低損失の光結合が実現される。
【００２０】
図３は本発明に於けるモードフィールドの制御について具体的に説明する為の光学装置を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部平面を、また、（Ｂ）は要部切断側面をそれぞれ示し、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２１】
図３に見られるスラブ導波路１１に於いて、コア層１１Ｂの水平方向のモードフィールド幅１３は２０〔μｍ〕、垂直方向のモードフィールド幅１４は５〔μｍ〕、光ファイバ１２のコア１２Ａの径１５は１０〔μｍ〕であるとする。
【００２２】
前記説明したスラブ導波路１１と光ファイバ１２との間に媒体として屈折率ｎ＝１である空気を介在させて対向させるとした場合、スラブ導波路１１（２次元レンズ１１Ｄ）と光ファイバ１２との間のギャップは２５〔μｍ〕とし、２次元レンズ１１Ｄの曲率半径ｒは１２．５〔μｍ〕とすることで、本発明の目的を達成することができる。
【００２３】
即ち、前記ギャップ＝２５〔μｍ〕は、スラブ導波路１１に於けるコア層１１Ｂの屈折率＝１．５０、クラッド層１１Ａの屈折率＝１．４９７とした場合、開口数ＮＡ＝０．１であるから、２次元レンズ１１Ｄから出射される光の垂直方向片側を２．５〔μｍ〕拡げる為にはギャップとして２５〔μｍ〕が必要である。
【００２４】
また、２次元レンズ１１Ｄの曲率半径ｒ＝１２．５〔μｍ〕は、
焦点距離ｆ＝ｒ／（ｎ１　−ｎ２　）
ｒ：レンズの曲率半径
ｎ１　及びｎ２　：屈折率
の式から、前記ギャップである２５〔μｍ〕の焦点距離を実現するには、曲率半径ｒ＝１２．５〔μｍ〕が必要である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に依る光学装置に於いては、平面基板上のスラブ導波路に於ける光出射端に形成されて出射光の平面基板水平方向のモードフィールド幅を縮小する２次元レンズ、２次元レンズと対向して出射光が入射される光ファイバ、２次元レンズと光ファイバとの間に介在して２次元レンズからの出射光に於ける平面基板垂直方向のモードフィールド幅を拡大する手段を備える。
【００２６】
前記構成を採ることに依り、スラブ導波路から出射されるコリメート光の水平方向のモードフィールド幅は絞られ、且つ、該コリメート光の垂直方向に於けるモードフィールド幅は拡大されて光ファイバに入射されることになり、縦横比が大きいスラブ導波路と円形の光ファイバとを光結合させる際、大きなアライメント公差で且つ低損失で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の光学装置を表す要部説明図である。
【図２】ＮＡに依って垂直方向のモードフィールド幅が拡大することを表す光学装置の要部平面説明図である。
【図３】本発明に於けるモードフィールドの制御について具体的に説明する為の光学装置を表す要部説明図である。
【図４】導波路と光ファイバとを接続する場合の光学装置を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１１　スラブ導波路
１１Ａ　クラッド層
１１Ｂ　コア層
１１Ｃ　クラッド層
１１Ｄ　２次元レンズ
１２　光ファイバ
１２Ａ　コア
１３　水平方向のモードフィールド幅
１４　垂直方向のモードフィールド幅
１５　コア１２Ａの径
ｒ　２次元レンズ１１Ｄの曲率半径
【図１】
2004021152.tif 000003
【図２】
2004021152.tif 000004
【図３】
2004021152.tif 000005
【図４】
2004021152.tif 000006