(57)【要約】【課題】本発明は、光通信等で使用される埋込型光部品に関し、光結合効率の優れた埋込型光部品を提供することを目的とする。【解決手段】基板１２に埋め込まれて形成された射出側光導波路１０及び入射側光導波路１１と、射出側光導波路１０と入射側光導波路１１との間を切断して形成された溝１３と、溝１３内に挿入され、マイクロレンズ８を備えた光学素子１とを有するように構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に埋め込まれて形成された射出側光導波路及び入射側光導波路と、
前記射出側光導波路と前記入射側光導波路との間を切断して形成された溝と、
前記溝内に挿入され、マイクロレンズを備えた光学素子と
を有することを特徴とする埋込型光部品。
【請求項２】
請求項１記載の埋込型光部品において、
前記マイクロレンズは、光学基板上に形成され、前記光学基板の屈折率と異なる屈折率を有していること
を特徴とする埋込型光部品。
【請求項３】
請求項２記載の埋込型光部品において、
前記光学基板と前記マイクロレンズとの間に波長選択フィルタが形成されていること
を特徴とする埋込型光部品。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の埋込型光部品において、
前記光学基板は、偏光子であること
を特徴とする埋込型光部品。
【請求項５】
請求項１又は請求項４記載の埋込型光部品において、
前記光学素子は、
ファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子の光入射面に配置された第１の偏光子と、
前記ファラデー回転子の光射出面に配置された第２の偏光子と
を備え、
前記第１の偏光子の光入射面上及び前記第２の偏光子の光射出面上に前記マイクロレンズが形成されていること
を特徴とする埋込型光部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等で使用される埋込型光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に光ファイバを埋め込んで導波路を形成し、当該導波路を切断する溝を形成して溝内に種々の光学素子を挿入した埋込型光部品が知られている。例えば、特許文献１や特許文献２には、光学素子として光アイソレータを溝内に挿入した埋込型光部品が開示されている。埋込型光部品は製造が簡単で、小型化や低コスト化が可能であるという利点を有している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１０４１２号公報
【特許文献２】
特開平４−３０７５１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような埋込型光部品では、射出側光導波路から溝内に射出する光は光射出端で発散し、また光学素子で回折するため、光学素子を通過して入射側導波路に入射する光量が減少して結合損失が生じてしまうという問題を有している。
【０００５】
また、複数の導波路が並列した多端子導波路を備えた埋込型光部品では、溝部において、ある射出側導波路端で発散した射出光の一部が隣接する導波路の光入射側端部に入射してクロストークが生じてしまう可能性を有している。
【０００６】
本発明の目的は、光結合効率の優れた埋込型光部品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板に埋め込まれて形成された射出側光導波路及び入射側光導波路と、前記射出側光導波路と前記入射側光導波路との間を切断して形成された溝と、前記溝内に挿入され、マイクロレンズを備えた光学素子とを有することを特徴とする埋込型光部品によって達成される。
【０００８】
本発明の埋込型光部品において、前記マイクロレンズは、光学基板上に形成され、前記光学基板の屈折率と異なる屈折率を有していることを特徴とする。また、本発明の埋込型光部品において、前記光学基板と前記マイクロレンズとの間に波長選択フィルタが形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の埋込型光部品において、前記光学基板は、偏光子であることを特徴とする。さらに、前記光学素子は、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の光入射面に配置された第１の偏光子と、前記ファラデー回転子の光射出面に配置された第２の偏光子とを備え、前記第１の偏光子の光入射面上及び前記第２の偏光子の光射出面上に前記マイクロレンズが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による埋込型光部品について図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施の形態による埋込型光部品９の概略構成を示す斜視図である。埋込型光部品９は、例えばガラスを主成分とする基板１２に光ファイバを埋め込んで形成され光軸が一致した射出側光導波路１０と入射側光導波路１１とを有している。射出側光導波路１０と入射側光導波路１１との間には当該導波路１０、１１を切断して溝１３が形成されている。溝１３内には光学素子１が挿入されている。
【００１１】
本実施の形態の光学素子１は、ガラス基板上に誘電体多層膜で形成した光フィルタ４と、光フィルタ４上に形成したマイクロレンズ８とを有している。溝１３内において光学素子１は、射出側光導波路１０側から入射側光導波路１１側に向って光フィルタ４及びマイクロレンズ８の順に配置されている。光フィルタ４及びマイクロレンズ８の光軸は射出側光導波路１０及び入射側光導波路１１の光軸に一致している。光フィルタ４は透過光／反射光の波長選択フィルタとして機能し、マイクロレンズ８は透過光を集光する集光光学素子として機能するようになっている。
【００１２】
次に、本実施の形態による埋込型光部品９の製造方法について説明する。まず、光学素子１の製造方法について図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、光学研磨された直径３インチのガラス基板２上に光フィルタ素子として誘電体多層膜３を蒸着して光フィルタ４を作製する。次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、図２（ｂ）に示すように、誘電体多層膜３上にＧｅ（ゲルマニウム）がドープされた厚さ５μｍの光学薄膜であるＧｅドープガラス薄膜（屈折率制御膜）５を成膜する。屈折率制御膜５は、ガラス基板２とは異なる屈折率を有している。
【００１３】
次に、屈折率制御膜５上にスピンコート法を用いてフォトレジストを塗布して厚さ１．５μｍのフォトレジスト層を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて当該フォトレジスト層をパターニングし、図２（ｃ）に示すように、直径５μｍ〜２０μｍの柱状の樹脂層６を形成する。
【００１４】
次に、屈折率制御膜５及び樹脂層６が積層されたガラス基板２をホットプレート上に載置して１５０℃、５分間の加熱処理を施し、図２（ｄ）に示すように、各樹脂層６を流動させてそれぞれ外表面が曲面状（例えばレンズ形状のような半球状等）の樹脂層７を形成する。
【００１５】
次に、樹脂層７をエッチングマスクとして用いてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングにより屈折率制御膜５をエッチングする。このエッチングの際、エッチングマスクの樹脂層７も周辺部から徐々にエッチング除去され、これにより図２（ｅ）に示すように、誘電体多層膜３上部にはエッチング前の樹脂層７の３次元形状と同様の外表面が曲面状のマイクロレンズ８が形成される。次に、ガラス基板２を所定寸法に切り出して、光フィルタ４上にマイクロレンズ８が形成された光学素子１が完成する。
【００１６】
一方、基板１２に光ファイバを埋め込んで導波路を形成し、溝１３を形成して当該導波路を切断し、光軸が一致した射出側光導波路１０と入射側光導波路１１とを形成する。次いで、溝１３内に光学素子１を挿入して埋込型光部品９が完成する。
【００１７】
次に、本実施の形態による埋込型光部品９の動作について説明する。射出側光導波路１０内を伝送する光は射出側光導波路１０の射出端から溝１３内に射出される。射出光は角度成分を有する発散光となって光学素子１の光フィルタ４に入射して所定波長の光が選択的に透過する。光フィルタ４を透過した透過光はマイクロレンズ８に入射して集光されて入射側光導波路１１に入射する。マイクロレンズ８の集光作用により、入射側光導波路１１側の光結合損失を十分低減させることができる。
【００１８】
このように本実施の形態による埋込型光部品９によれば、溝１３内で発散／回折した光を集光して入射側光導波路１１に入射させることができるので光結合損失を十分低減させることができるようになる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態による埋込型光部品について図３及び図４を用いて説明する。図３は本実施の形態による埋込型光部品１９の概略構成であって基板面に垂直方向に切断した断面を示している。埋込型光部品１９は、ガラスを主成分とする基板２４に光ファイバを埋め込んで形成され光軸が一致した射出側光導波路２２と入射側光導波路２３とを有している。射出側光導波路２２と入射側光導波路２３との間には当該導波路２２、２３を切断して溝１３が形成されている。溝１３内には光学素子２１が挿入されている。
【００２０】
本実施の形態の光学素子２１はマイクロレンズ付光アイソレータとして機能する。光学素子２１は中央にファラデー回転子２０が配置されている。ファラデー回転子２０の光入射面側（射出側光導波路２２側）には偏光子１４ａが配置され、光射出面側（入射側光導波路２３側）には偏光子１４ａの光学軸に対して４５°傾いた光学軸を有する偏光子１４ｂが配置されている。偏光子１４ａ、１４ｂは、ルチル等の複屈折板や偏光ガラスを用いることができる。偏光子１４ａの光入射面側にはマイクロレンズ１８ａが形成されている。偏光子１４ｂの光射出面側にはマイクロレンズ１８ｂが形成されている。光学素子２１のマイクロレンズ１８ａからマイクロレンズ１８ｂまでの光軸は射出側光導波路２２及び入射側光導波路２３の光軸に一致している。ファラデー回転子２０及びその両側の偏光子１４ａ、１４ｂ及びファラデー回転子２０に磁界を印加する不図示の磁石とで光アイソレータが構成されている。マイクロレンズ１８ａは射出側光導波路２２からの射出光の発散波面をほぼ平行波面に整形するコリメートレンズとして機能し、マイクロレンズ１８ｂは、光アイソレータからの射出光を集光する集光光学素子として機能するようになっている。
【００２１】
次に、本実施の形態による埋込型光部品１９の製造方法について説明する。まず、光学素子２１の製造方法について図４を用いて説明する。プラズマＣＶＤ装置を用いて、図４（ａ）に示すように、偏光子３０上にＧｅ（ゲルマニウム）がドープされた厚さ３μｍの光学薄膜であるＧｅドープガラス薄膜（屈折率制御膜）１５を成膜する。屈折率制御膜１５は、偏光子３０とは異なる屈折率を有している。屈折率制御膜１５の成膜後、図４（ｂ）〜（ｄ）の工程を経ることにより、偏光子３０上部に、エッチング前の樹脂層１７の３次元形状と同様の外表面が曲面状のマイクロレンズ１８が形成される。次に、偏光子３０を所定寸法に切り出して、マイクロレンズ１８ａが上部に形成された偏光子１４ａを作製する。同様にしてマイクロレンズ１８ｂが上部に形成された偏光子１４ｂを作製する。ファラデー回転子２０の両側に偏光子１４ａ、１４ｂの光学軸を所定方位にそれぞれ合わせて例えば光学接着剤で固定して、マイクロレンズ１８が両側に形成された光アイソレータの光学素子２１が完成する。なお、図４（ｂ）〜（ｄ）の製造工程は図２（ｃ）〜（ｅ）の製造工程と実質的に同一なのでその説明は省略する。
【００２２】
一方、基板２４に光ファイバを埋め込んで導波路を形成し、溝１３を形成して当該導波路を切断し、光軸が一致した射出側光導波路２２と入射側光導波路２３とを形成する。次いで、溝１３内に光学素子２１を挿入して埋込型光部品１９が完成する。
【００２３】
次に、本実施の形態による埋込型光部品１９の動作について説明する。射出側光導波路２２内を伝送する光は射出側光導波路２２の射出端から溝１３内に射出される。射出光は角度成分を有する発散光となって光学素子２１に入射し、マイクロレンズ１８ａでほぼ平行な波面に整形されて光アイソレータに入射する。光アイソレータで偏光方位が所定量回転して射出した光はマイクロレンズ１８ｂに入射して集光され、入射側光導波路２３に入射する。マイクロレンズ１８ｂの集光作用により、入射側光導波路２３での光結合損失を大幅に減らすことができる。また、例えば入射側光導波路２３の入射端面で反射した光は光学素子２１の光アイソレータ機能により遮断されるため当該反射光が射出側光導波路２２に結合することはない。
【００２４】
このように本実施の形態による埋込型光部品１９によれば、溝１３内で発散／回折した光を整形して入射側光導波路２３に入射させることができるので光結合効率を一層向上させることができるようになる。さらに、入射側光導波路２３側から射出側光導波路２２方向へ逆方向に伝搬する光はマイクロレンズ付光アイソレータである光学素子２１で遮断され射出側光導波路２２に結合することがないので、光源に使用するレーザダイオード（不図示）の発振の不安定を防止することができ、埋込型光部品１９を使用するシステム全体の安定性を向上することができる。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施の形態による埋込型光部品について図５を用いて説明する。本実施の形態の埋込型光部品は、複数組の光射出用導波路及び光入射用導波路と、それらの間にマイクロレンズアレイを有する光アイソレータを備えている点に特徴を有している。図５は本実施の形態による埋込型光部品２５の概略構成であって基板面法線方向に見た状態を示している。なお、本実施の形態による埋込型光部品２５の製造方法は第１及び第２の実施の形態の埋込型光部品１、２１と同様なのでその説明は省略する。
【００２６】
埋込型光部品２５は、ガラスを主成分とする基板１２に例えば４本の光ファイバを埋め込んで形成され光軸がそれぞれ一致した４組の射出側光導波路２７と入射側光導波路２８とを有している。各組の射出側光導波路２７と入射側光導波路２８との間には当該導波路２７、２８を切断して溝１３が形成されている。溝１３内には光学素子２６が挿入されている。
【００２７】
本実施の形態の光学素子２６はマイクロレンズアレイ付光アイソレータとして機能する。光学素子２６は中央にファラデー回転子２０が配置されている。ファラデー回転子２０の光入射面側（射出側光導波路２７側）には偏光子１４ａが配置され、光射出面側（入射側光導波路２７側）には偏光子１４ａの光学軸に対して４５°傾いた光学軸を有する偏光子１４ｂが配置されている。偏光子１４ａの光入射面側には各射出側光導波路２７の光軸に一致してそれぞれマイクロレンズ１８ａが形成されている。偏光子１４ｂの光射出面側には各入射側光導波路２８の光軸に一致してそれぞれマイクロレンズ１８ｂが形成されている。各組の射出側光導波路２７と入射側光導波路２８に対応したそれぞれのマイクロレンズ１８ａとマイクロレンズ１８ｂの光軸は各組の射出側光導波路２２及び入射側光導波路２３の光軸に一致している。ファラデー回転子２０及びその両側の偏光子１４ａ、１４ｂ及びファラデー回転子２０に磁界を印加する不図示の磁石とで光アイソレータが構成されている。各マイクロレンズ１８ａは各射出側光導波路２７からの射出光の波面を整形するコリメートレンズとして機能し、各マイクロレンズ１８ｂは、光アイソレータからの射出光を集光する集光光学素子として機能するようになっている。
【００２８】
次に、本実施の形態による埋込型光部品２５の動作について説明する。各組の射出側光導波路２７と入射側光導波路２８、及び光学素子２６の動作は第２の実施の形態の埋込型光部品１９と同様である。従って、ある射出側光導波路２７から射出した発散光はマイクロレンズ１８ａ、１８ｂの作用により波面整形後集光されるため、マイクロレンズ１８ｂを射出した光は隣接する入射側光導波路２８に入射しない。このため、隣り合う光導波路間で生じるクロストークを大幅に減らすことができる。
【００２９】
このように本実施の形態による埋込型光部品２５によれば、溝１３内で発散／回折した光を整形して所定の入射側光導波路２８に入射させることができるので光結合効率を一層向上させることができるようになる。さらに、入射側光導波路２８側から射出側光導波路２７方向へ逆方向に伝搬する光はマイクロレンズ付光アイソレータである光学素子２６で遮断され各射出側光導波路２７に結合することがないので、光源に使用するレーザダイオード（不図示）の発振の不安定を防止することができ、埋込型光部品２５を使用するシステム全体の安定性を向上することができる。またさらに、複数の光導波路がアレイ状に形成されていても隣り合う光導波路間で生じるクロストークを十分に減少させることができる。
【００３０】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態のマイクロレンズ８、１８ａ、１８ｂは屈折率が膜厚方向に一定であるが、本発明はこれに限られない。例えば、屈折率が膜厚方向に連続的あるいはステップ状に変化する屈折率制御膜を用いてマイクロレンズ８、１８ａ、１８ｂを形成してももちろんよく、収差の小さいマイクロレンズを実現することができる。
【００３１】
また、上記実施の形態では、マイクロレンズ８、１８ａ、１８ｂの外表面は基板面に対して凸の曲面状に形成しているが、本発明はこれに限られない。基板面に対して屈折率制御膜の一部が凹の曲面状のマイクロレンズ８、１８ａ、１８ｂを形成して、基板からマイクロレンズ８、１８ａ、１８ｂを透過した光が発散光線束となるようにしてももちろんよい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、基板１２、２４に光ファイバを埋め込んで光導波路を形成した埋込型光部品９、１９、２５を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。埋込型光部品９、１９、２５に代えて光ファイバ間や平面光導波路中に光学素子１、２１、２６を用いることももちろん可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、光結合効率の優れた埋込型光部品を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による埋込型光部品の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による光学素子１の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による埋込型光部品の概略構成であって基板面に垂直方向に切断した断面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による光学素子２１の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による埋込型光部品の概略構成であって基板面法線方向に見た状態を示す図である。
【符号の説明】
１、２１、２６  光学素子
２  ガラス基板
３  誘電体多層膜
４  光フィルタ
５、１５  屈折率制御膜
６、７、１６、１７  樹脂層
８、１８ａ、１８ｂ  マイクロレンズ
９、１９、２５  埋込型光部品
１０、２２、２７、２７ａ  射出側光導波路
１１、２３、２８、２８ａ  入射側光導波路
１２、２４  基板
１３  溝
１４ａ、１４ｂ、３０  偏光子
２０  ファラデー回転子
【図１】
2004279587.tif 000003
【図２】
2004279587.tif 000004
【図３】
2004279587.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004279587.tif 000007