(57)【要約】【課題】光計測や光情報通信の分野などで用いられているリッジ型光導波路素子であって、取り扱いが容易で、耐環境性に優れ、光導波路の表面の傷や汚れがつき難いリッジ型光導波路素子を提供することを課題とする。【解決手段】リッジ型光導波路素子において、光導波路３の露出部分を保護部材７で覆うことにより、作業者の手による光導波路３の汚れや、空気中の埃の堆積などによる光導波路３の汚れが防止され、光学特性の劣化が抑止される。また、基板５と保護部材７とが形成する内部空間に乾燥空気、または窒素ガスやアルゴンガス等の不活性気体を封入し、その端部を封止することによって、光導波路３の表面が安定化され、光導波路素子の信頼性が向上する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にリッジ型光導波路が形成され、このリッジ型光導波路を覆って保護する保護部材が設けられたことを特徴とするリッジ型光導波路素子。
【請求項２】
基板と保護部材とで形成される内部空間が封止構造とされたことを特徴とする請求項１記載のリッジ型光導波路素子。
【請求項３】
基板と保護部材とで形成される内部空間に不活性気体が封入されていることを特徴とする請求項２記載のリッジ型光導波路素子。
【請求項４】
リッジ型光導波路の端部が埋め込み型導波路となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子。
【請求項５】
リッジ型光導波路の一部が保護部材と点接触していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子。
【請求項６】
リッジ型光導波路の一部が保護部材と線接触していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子。
【請求項７】
保護部材が石英、石英系ガラス、多成分系ガラス、セラミック、樹脂、または金属よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測や光情報通信分野で用いられている平面状のリッジ型光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８ないし図１０は従来のリッジ型光導波路素子の代表的な例を示すものである。このうち、図８に示すものは、シリコンなどからなる基板２１の上に石英などからなる下部クラッド２２が設けられ、さらにこの下部クラッド２２の上にゲルマニウムドープ石英などからなり、断面形状が矩形のコア２３が突出して設けられたものであり、コア２３の側面と上面が空気層２４に曝されている。
【０００３】
図９に示すものは、基板２１の上に石英などからなる下部クラッド２２があり、さらにこの下部クラッド２２の上に、ゲルマニウムドープ石英などからなり、断面形状が矩形のコア２３が突出して設けられ、コア２３の上面には石英などからなる上部クラッド２５が設けられたものであり、コア２３の側面が空気層２４に曝されている。
【０００４】
図１０に示すものは、基板２１の上に石英などからなる下部クラッド２２が設けられ、さらにその上に膜状の平坦なコア２６が設けられて、コア２６の側面は露出している。また、このコア２６上には、膜状の平坦な上部クラッドが設けられ、この上部クラッド２７にはその一部が上方に突出した突起２８が形成されている。なお、本光導波路では、光は主に、突起２８の下部に位置する部分のコア２６内を伝送する。
【０００５】
このようなリッジ型光導波路素子では、コアを取り巻くクラッドが空気または石英などの屈折率の小さなクラッドからなるため、比屈折率差の高い光導波路の実現が容易であり、デバイスの小型化や自由スペクトル領域の広い素子の作製が可能である。
【０００６】
なお、比屈折率差ΔはΔ＝（ｎ２ｃｏｒｅ　―ｎ２ｃｌａｄ）／２ｎ２ｃｏｒｅから求められる。ここで、ｎｃｏｒｅはコアの屈折率、ｎｃｌａｄはクラッドの屈折率である。コアが空気層に曝されている場合には、コア近傍の空気層はクラッドとみなされる。比屈折率差が大きいほど、小さな曲げ半径の光導波路が可能となり、素子の小型化を実現するとともに、光回路中の光路長を短くすることができるため、より自由度の高い光学特性を実現することができる。
【０００７】
しかしながら、このようなリッジ型光導波路素子にあっては、コアの側面、または側面と上面の両方が空気層に曝されているため、コア表面の傷や汚れが素子の光学特性に大きく影響する。この為、取り扱いには細心の注意を払う必要があり、また信頼性や耐環境性に優れた素子を実現するのが困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、取り扱いが容易で、耐環境性に優れ、光導波路の表面の傷や汚れの影響を受け難いリッジ型光導波路素子を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、基板上にリッジ型光導波路が形成され、このリッジ型光導波路を覆って保護する保護部材が設けられたことを特徴とするリッジ型光導波路素子である。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、基板と保護部材とで形成される内部空間が封止構造とされたことを特徴とする請求項１記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、基板と保護部材とで形成される内部空間に不活性気体が封入されていることを特徴とする請求項２記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、リッジ型光導波路の端部が埋め込み型導波路となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１３】
請求項５にかかる発明は、リッジ型光導波路の一部が保護部材と点接触していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１４】
請求項６にかかる発明は、リッジ型光導波路の一部が保護部材と線接触していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１５】
請求項７にかかる発明は、保護部材が石英、石英系ガラス、多成分系ガラス、セラミック、樹脂、または金属よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のリッジ型光導波路素子である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１に示すものは、本発明の請求項１に記載された、コア１およびコア１近傍のクラッドを含む光導波路３を覆って保護する保護部材７を設けたリッジ型光導波路素子の原理的な構成を示すものである。シリコンなどからなる基板５上に石英などからなる下部クラッド６が設けられ、さらにその上にゲルマニウムドープ石英などからなるコア１が配置され、このコア１の側面は空気層４に曝されている。また、コア１の上面には石英などからなるクラッド２が設けられている。
【００１７】
さらに、空気層４の周囲には、光導波路３を保護するための保護部材７が設けられている。この保護部材７は、石英、石英を主成分とする石英系ガラス、多成分系ガラス、セラミック、樹脂、または金属などからなるものである。
【００１８】
この保護部材７により、作業者の手による光導波路３の破損や汚れ、空気中の埃などの堆積による光導波路３の汚れが防止される。従って、光導波路３の破損、もしくは光導波路３の表面の汚損等による光学特性の劣化を防ぐことができる。
【００１９】
図２に示すものは、本発明の請求項１に記載されたリッジ型光導波路素子の具体的な一例である。図２（ａ）に示すように、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ前後のシリコンからなる基板５の上に、石英からなる平膜状の厚さ１０μｍ〜２０μｍの下部クラッド６が設けられ、この下部クラッド６の上にゲルマニウムドープ石英からなるコアが設けられて２本の光導波路３を形成している。このコアの断面形状は幅、高さとも４μｍ〜８μｍの矩形状で、２本の光導波路３の平面形状は滑らかな曲線ないしは曲線と直線からなり、この例においては、これら２本の光導波路は二ヶ所の近接部位において４μｍ〜８μｍ間隔で近接している。
【００２０】
これら２本の光導波路３は全長にわたって下部クラッド６の上に突出し、露出しており、これら２本の光導波路３を全長に渡って覆うように保護部材７が被せられる。この保護部材７は平板状の石英を下面開放型の箱状に内部をくり貫き、さらに光導波路３の端面において、光導波路３が貫通するように側面の一部が切り欠かれたものである。この保護部材７はその周辺部において樹脂またはガラス半田による接着か、または融着等で下部クラッド６と接合されている。
【００２１】
図２（ｂ）に示すものは、このようにして保護部材７が被せられた平面状態のリッジ型光導波路素子である。このようなリッジ型光導波路素子では、下部クラッド６の上に全長に渡って突出し、露出していた光導波路３は全長に渡って保護部材７で覆われているため、作業者が誤って光導波路３に触れて、光導波路３が汚染されたり、傷付けられたりして、光学特性が劣化することがなくなる。また、使用雰囲気中に浮遊する埃等が光導波路３の表面に堆積して、光学特性が劣化することもなくなり、光導波路素子としての信頼性や耐環境性が向上する。
【００２２】
図３に示すものは、請求項２に記載された、基板５と保護部材７とで形成された内部空間に大気中の埃や湿気が浸入しないように封止構造とするために、リッジ型光導波路素子の端面において、光導波路３と保護部材７との間に形成された隙間を樹脂または半田（金属半田またはガラス半田）で充填して気密性を持たせた一例である。
【００２３】
図３（ａ）に示すものは、シリコンからなる基板５の上に石英からなる下部クラッド６が設けられ、この下部クラッド６の上に、図２（ａ）と同様に光導波路３が設けられ、この光導波路３の上に石英からなる図２（ａ）に示したものとほぼ同形状の保護部材７が被せられている。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、光導波路３の端面において、光導波路３が貫通するように保護部材７の側面の一部が切り欠かれてできた隙間を金属半田で封止した封止部８を形成して気密性を持たせている。これにより、外部から空気等が内部に侵入し、これによって光導波路３が汚損されることが防止できる。また、請求項３に記載したように、基板５と保護部材７とで形成された内部空間に乾燥空気や窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを封入して、光導波路３の表面を安定化し、光学特性の信頼性と耐環境性を向上させることができる。
【００２５】
図４に示すものは、請求項４に記載された、光導波路３の両端部が石英からなるクラッド９に埋め込まれた埋め込み型光導波路であり、中央部は露出したリング共振器１０が形成されており、この部分に保護部材７が被せられたリッジ型光導波路素子の一例である。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、本光導波路素子は、光ファイバと接続する部分は埋め込み型光導波路であることから接続性が良く、一方、中央部はリッジ型であるため、比屈折率差を大きくとることができ、リングの曲げ径を小さくすることができ、これによりデバイスの小型化や自由スペクトル領域の広い素子の作製が可能である。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、露出しているリング共振器１０の部分に保護部材７を被せることにより、作業者の手による共振器１０の汚れ、破損や、空気中の埃などの堆積による共振器１０の汚れが防止される。
【００２８】
図５に示すものは、請求項４に記載された、光導波路３の両端部が石英からなるクラッド９に埋め込まれた埋め込み型光導波路で、光導波路３の中央部の露出部分の上に保護部材７が被せられたリッジ型光導波路素子の他の一例である。
【００２９】
図５（ａ）に示す２本の光導波路３は、露出している中央部において湾曲しながら互いに近接しており、両端部では光ファイバとの接続性を良くするために、石英からなるクラッド９に埋め込まれている。これらの上から、両端部のクラッド９に面接触し、光導波路３の露出している部分を覆うように平板状の石英からなる保護部材７が被せられている。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、光導波路３の露出している部分に保護部材７が設けられているため、作業者の手による光導波路３の汚れ、破損や、空気中の埃などの堆積による光導波路３の汚れが防止される。従って、光導波路３の破損、もしくは光導波路３の表面の汚損等による光学特性の劣化が防止される。
【００３１】
本光導波路素子は、光ファイバと接続する部分は埋め込み型光導波路であることから接続性が良く、一方、中央部はリッジ型であるため、比屈折率差の高い光導波路の実現が容易であり、デバイスの小型化や自由スペクトル領域の広い素子の作製が可能である。
【００３２】
図６に示すものは、請求項５に記載された、光導波路３と保護部材７とが点接触しているリッジ型光導波路素子の一例である。図５に示すものと同様に、シリコンからなる基板５と、その上の石英からなる下部クラッド６とその上に設けられた２本の光導波路３は、両端部が埋め込み型で、中央部が露出していて湾曲しながら互いに４μｍ〜８μｍ間隔で近接している。
【００３３】
これらを覆う保護部材７は石英製の平板であり、図６（ａ）に示すように、光導波路３と向き合う側に半球状の突起１１が４個形成されている。
【００３４】
したがって保護部材７は、図６（ｂ）に示すように、この半球状の突起１１により光導波路３と４箇所で点接触して支えられるため、面圧強度が向上する。しかるに、点接触部の面積の割合は、光導波路３の全表面積に対して実質的に無視できるほど小さいため、光学特性への影響は無視できる。
【００３５】
図７に示すものは、請求項６に記載された、光導波路３と保護部材７とが線接触している一例を示す。図５に示すものと同様に、シリコンからなる基板５と、その上の石英からなる下部クラッド６とその上に設けられた２本の光導波路３は、両端部が埋め込み型で、中央部が露出していて湾曲しながら互いに４μｍ〜８μｍ間隔で近接している。これらを覆う保護部材７は石英からなる平板であり、図７（ａ）に示すように、光導波路３と向き合う側に断面形状が半円状のリブ１２が２本形成されている。
【００３６】
したがって保護部材７は、図７（ｂ）に示すように、この断面が半円状のリブ１２により光導波路３と４箇所で線接触して支えられるため面圧強度は向上する。しかるに、線接触部の面積の割合は、光導波路３の全表面積に対して実質的に無視できるほど小さいため、光学特性への影響は無視できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリッジ型光導波路素子は、クラッドが空気または石英のような低屈折率材であるため比屈折率差が高く、素子の小型化が容易で、かつ自由スペクトル領域を広くできる。さらに、光導波路の露出部分が保護部材で覆われているために、光導波路の表面の傷や汚れがつき難く、取り扱いが容易で、信頼性、耐環境性に優れている。また、光導波路と保護部材で形成された内部空間に不活性ガス等を封入することにより、光導波路の表面の安定性が増すとともに、保護部材は、光導波路と点接触または線接触により支持されるため、面圧強度が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の請求項１に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の請求項２に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の請求項４に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の請求項５に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の請求項６に記載するリッジ型光導波路素子の一例を示す斜視図である。
【図７】従来のリッジ型光導波路素子の一例を示す概略断面図である。
【図８】従来のリッジ型光導波路素子の他の例を示す概略断面図である。
【図９】従来のリッジ型光導波路素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】従来のリッジ型光導波路素子の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・コア、２・・・上部クラッド、３・・・光導波路、４・・・空気層（エアクラッド）、５・・・基板、６・・・下部クラッド、７・・・保護部材、８・・・封止部、９・・・埋め込み型クラッド、１０・・・リング共振器、１１・・・突起、１２・・・リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０】
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