(57)【要約】【課題】高価な磁気光学材料を使用することなく、かつ、レンズ系を用いることなく、製造が容易で安価な光アイソレータを提供する。【解決手段】本発明の光アイソレータ１０は、第１光ファイバＦ１に光学結合され、かつ入射端Ａから出射端Ｄに向けてテーパー状に広がった第１導波路１２と、第２光ファイバＦ２に光学結合され、かつ入射端Ｃから出射端Ｄに向けてテーパー状に狭まった第２導波路１３と、第１導波路１２と第２導波路１３との間にスラブ導波路１４を備えている。そして、第１導波路１２の出射面Ｂと第２導波路１３の入射面Ｃはスラブ導波路１４を介して同位置となるように配置され、かつ第２導波路１３は第１導波路１２に対して角度がθだけ傾斜して配置されている。【選択図】  図１
2004252150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置されて、前記第１の光ファイバから入射した光を前記第２の光ファイバに透過させるとともに、該第２の光ファイバからの戻り光が前記第１の光ファイバに入射するのを阻止する光アイソレータであって、
前記第１の光ファイバに光学結合され、かつ入射面から出射面に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、
前記第２の光ファイバに光学結合され、かつ入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路と、
前記第１導波路と前記第２導波路との間にスラブ導波路を備え、
前記第１導波路の出射面と前記第２導波路の入射面は前記スラブ導波路を介して同位置となるように配置され、かつ前記第２導波路は前記第１導波路に対して傾斜して配置されていて、
前記第１導波路に入射した光を前記第２導波路から出射させるとともに、前記第２導波路に入射した戻り光が前記第１導波路に入射するのを阻止するようにしたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記第１導波路と前記第２導波路との傾斜角度は５〜１０度であることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記スラブ導波路の前記第１導波路からの出射面の幅および前記スラブ導波路の前記第２導波路への出射面の幅は５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
前記第１導波路と前記第２導波路と前記スラブ導波路は上クラッドと下クラッドに被覆されたコアであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項５】
前記第１導波路、前記第２導波路および前記スラブ導波路を形成するコア材は屈折率が１．５０〜１．６０のフッ素化ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光アイソレータ。
【請求項６】
第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置されて、前記第１の光ファイバから入射した光を前記第２の光ファイバに透過させるとともに、該第２の光ファイバからの戻り光が前記第１の光ファイバに入射するのを阻止する光アイソレータの製造方法であって、
表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
入射面から出射面に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、前記第１導波路と前記第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるように前記レジストをパターニングするパターニング工程と、
前記パターニングされたレジストをマスクとして前記コア層をドライエッチングするドライエッチング工程と、
残存するレジストを除去するレジスト除去工程と、
前記レジストが除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えたことを特徴とする光アイソレータの製造方法。
【請求項７】
第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置されて、前記第１の光ファイバから入射した光を前記第２の光ファイバに透過させるとともに、該第２の光ファイバからの戻り光が前記第１の光ファイバに入射するのを阻止する光アイソレータの製造方法であって、
表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にドライエッチングにより除去される厚みにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
入射面から出射面に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、前記第１導波路と前記第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるように前記レジストをパターニングするパターニング工程と、
前記パターニングされたレジストをマスクとして前記コア層をドライエッチングするとともに、前記レジストを除去するドライエッチング工程と、
前記レジストが除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えたことを特徴とする光アイソレータの製造方法。
【請求項８】
第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間に配置されて、前記第１の光ファイバから入射した光を前記第２の光ファイバに透過させるとともに、該第２の光ファイバからの戻り光が前記第１の光ファイバに入射するのを阻止する光アイソレータの製造方法であって、
表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にスパッタリングによりアルミニウム膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜されたアルミニウム膜の上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
入射面から出射面に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、前記第１導波路と前記第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるように前記レジストおよび前記アルミニウム膜をパターニングするパターニング工程と、
前記パターニングされたレジストおよびアルミニウム膜をマスクとして前記コア層およびレジストをドライエッチングするドライエッチング工程と、
残存するアルミニウム膜を除去するアルミニウム膜除去工程と、
前記アルミニウム膜が除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えたことを特徴とする光アイソレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムなどに利用される半導体レーザ等に不要な反射戻り光を戻さないようにするための光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において、レーザー光源の安定、線路エコーの抑制、光増幅器の雑音発生防止等を目的として光アイソレータが使用されている。従来、この種の光アイソレータは個別部品を組み合わせたバルク型と呼ばれるものが実用に供されていた。図８は従来の光アイソレータの構造と動作原理を示す図である。この光アイソレータは、基本的には２枚の偏光板２１，２２と、その間に配置された磁気光学効果（ファラデー効果）を示すＹＩＧのような磁気効果結晶２３と、これに磁界を与える永久磁石（図示せず）とで構成される。２枚の偏光板２１，２２は偏光面が４５°異なるように配置されており、磁気光学結晶２３は透過光の偏光面を進行方向に対して右回り方向に４５°回転させるものを用いる。
【０００３】
したがって、このアイソレータに順方向（図の左から右に向けて）に入射する光に対しては、図８（ａ）のように、入射側の偏光板２１を透過し、磁気光学結晶２３により偏光面が進行方向に対して右回り方向に４５°回転されるため、出力側の偏光板２２を透過する。一方、逆方向に入射する光は、図８（ｂ）のように、偏光板２２を透過した後、磁気光学結晶２３により進行方向に対して左回りに４５°回転されるため、透過後は偏光板２１に対して直交する偏光方向とされ、偏光板２１を透過することができなくなる。したがって、光の入射方向に非相反性が生じ、アイソレーション動作が得られる。
【０００４】
ところが、このような光アイソレータは、磁気光学結晶、一対の偏光板、永久磁石等の部品が必要であり、構造が複雑になるとともに、小型化が難しいという問題があった。また、磁気光学効果を利用するために磁気光学結晶が必要となる。このため、半導体基板上に半導体装レーザや光導波路と共にモノリシックに集積化することが難しいという問題があった。
そこで、特許文献１（特開平７−１９９１１９号公報）や特許文献２（特開平９−１９７３４６公報）等に示されるような光アイソレータが提案されるようになった。
【特許文献１】
特開平７−１９９１１９号公報
【特許文献２】
特開平９−１９７３４６公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平７−１９９１１９号公報や特開平９−１９７３４６公報において提案された光アイソレータにおいても、高価な磁気光学材料を使用するため、この種の光アイソレータが高価になるという問題を生じた。また、光アイソレータの構造も複雑になるため、製造が複雑で面倒になるという問題を生じた。さらに、一対のレンズ系を用いる必要があるため、透過光（順方向光）のロスが３ｄＢと大きいとともに、非透過光（反射光あるいは戻り光）も一部が透過するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述したような問題点を解消するためになされものであって、高価な磁気光学材料を使用することなく、かつ、レンズ系を用いることなく、製造が容易で安価な光アイソレータを提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の如き目的を達成するため、本発明の光アイソレータは、第１の光ファイバに光学結合され、かつ入射面から出射面に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、第２の光ファイバに光学結合され、かつ入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路と、第１導波路と第２導波路との間にスラブ導波路を備え、第１導波路の出射面と第２導波路の入射面はスラブ導波路を介して同位置となるように配置され、かつ第２導波路は第１導波路に対して傾斜して配置されている。なお、本明細書における入射面（出射面）は、導波路の入射側端面（出射側端面）における導波路断面を意味する。
【０００８】
ここで、第１導波路の入射面に順方向光が入射すると、この光は第１導波路の入射面からテーパー状に拡がりながら出射面に向けて進行し、スラブ導波路に入射する。すると、このスラブ導波路に対して同位置に入射面が配置された第２導波路に向けてスラブ導波路内を平行光となって伝搬しながら、第２導波路の入射面に入射する。第２導波路の入射面に入射した光は入射面から出射面に向けてテーパー状に狭まった第２導波路を伝搬して、この第２導波路に光学結合された第２の光ファイバに効率よく入射することとなる。
【０００９】
一方、第２の光ファイバからの戻り光（逆方向の反射光）が第２導波路に入射すると、出射面（戻り光の入射面）から入射面（戻り光の出射面）に向けて第２導波路内をテーパー状に拡がりながら伝搬する。ところが、第２導波路は第１導波路に対して傾斜して配置されているため、第２導波路内をテーパー状に拡がりながら伝搬した光（逆方向の反射光）はスラブ導波路内を平行光となって伝搬するため、第１導波路の出射面（戻り光の入射面）に入射することができないこととなる。これにより、第１導波路に入射した光（順光）は第２導波路から効率よく出射させることが可能であるとともに、第２導波路に入射した戻り光（反射光）が第１導波路に入射するのを阻止することが可能となる。
【００１０】
なお、第１導波路と第２導波路との傾斜角度が５〜１０度であれば、第１導波路に入射した光（順光）を第２導波路に効率よく入射させることが可能になるとともに、第２導波路に入射した戻り光（反射光）が第１導波路に入射するのを阻止することが可能となる。このため、第１導波路と第２導波路との傾斜角度が５〜１０度になるように設定するのが望ましい。また、スラブ導波路のコアの屈折率を変化させても、スラブ導波路の第１導波路からの出射面の幅およびスラブ導波路の第２導波路への出射面の幅が５０μｍ以上（真空中での波長が１．５μｍとなるレーザ光を用いた場合）であると、スポット径が入射面（あるいは出射面）の幅とほぼ等しくなることが分った。
【００１１】
即ち、スラブ導波路への入射面（あるいは出射面）の幅が５０μｍ以上であれば、スラブ導波路内ではほぼ平行光になることが分かった。このため、スラブ導波路の第１導波路からの出射面の幅およびスラブ導波路の第２導波路への出射面の幅は５０μｍ以上であるのが望ましい。さらに、第１導波路と第２導波路とスラブ導波路は上クラッドと下クラッドに被覆されたコアであると、導波路型光アイソレータを構成することが可能となる。この場合、第１導波路と第２導波路とスラブ導波路は屈折率が１．５０〜１．６０のフッ素化ポリイミド樹脂からなるのが好ましい。
【００１２】
上述のような構成となる光アイソレータを製造するには、表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、入射端から出射端に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射端から出射端に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、第１導波路と第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるようにレジストをパターニングするパターニング工程と、パターニングされたレジストをマスクとしてコア層をドライエッチングするドライエッチング工程と、残存するレジストを除去するレジスト除去工程と、レジストが除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えるようにすればよい。
【００１３】
又は、表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にドライエッチングにより除去される厚みにレジストを塗布するレジスト塗布工程と、入射端から出射端に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射端から出射端に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、第１導波路と第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるようにレジストをパターニングするパターニング工程と、パターニングされたレジストをマスクとしてコア層をドライエッチングするとともにレジストを除去するドライエッチング工程と、レジストが除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えるようにしてもよい。
【００１４】
あるいは、表面に下クラッド層とコア層が形成された基板上にスパッタリングによりアルミニウム膜を成膜する成膜工程と、成膜されたアルミニウム膜の上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、入射端から出射端に向けてテーパー状に広がった第１導波路と、入射端から出射端に向けてテーパー状に狭まった第２導波路が所定の傾斜角度になるとともに、第１導波路と第２導波路との間にスラブ導波路が形成されるようにレジストおよびアルミニウム膜をパターニングするパターニング工程と、パターニングされたレジストおよびアルミニウム膜をマスクとしてコア層およびレジストをドライエッチングするドライエッチング工程と、残存するアルミニウム膜を除去するアルミニウム膜除去工程と、アルミニウム膜が除去された表面に上クラッド層を形成する上クラッド形成工程とを備えるようにしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の一実施の形態を図１〜図７に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明の光アイソレータを模式的に示す上面図である。図２は図１の光アイソレータに光が入射した状態を模式的に示す図であり、図２（ａ）は順方向の光が入射した状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）は戻り光（逆方向の反射光）が入射した状態を模式的に示す上面図である。図３はスラブ導波路の入射面での入射導波路幅と、これより１ｍｍ先での入射光のスポット径の関係を示す図である。図４は変形例の光アイソレータに戻り光（逆方向の反射光）が入射した状態を模式的に示す上面図である。図５は本発明の光アイソレータの第１実施例の製造工程を模式的に示す図である。図６は本発明の光アイソレータの第２実施例の製造工程を模式的に示す図である。図７は本発明の光アイソレータの第３実施例の製造工程を模式的に示す図である。
【００１６】
１．光アイソレータ
本実施の形態の光アイソレータ１０は、図１に示すように、シリコン基板１１上に形成された、第１の光ファイバＦ１からのレーザ光が入射される第１導波路１２と、第２の光ファイバＦ２へ導出する第２導波路１３と、第１導波路と第２導波路１３とを結合するスラブ導波路１４とから構成されている。なお、シリコン基板１１に代えて石英基板を用いるようにしてもよい。
【００１７】
第１導波路１２は、屈折率が１．６（ｎ＝１．６）のフッ素化ポリイミド樹脂から構成されており、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる下クラッド１１ａと、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる上クラッド１１ｅ（１１ｈ，１１ｌ）で覆われている。この第１導波路１２は、高さ（厚み）が１０μｍで、直径が１０μｍの第１光ファイバＦ１からの入射面の幅（入射幅）は１０μｍで、スラブ導波路１４との接続部（入射面）の幅（出射幅）が５０μｍになるようにテーパー状に拡大するように形成されている。そして、スラブ導波路１４との接続部（入射面）までの長さは１０００μｍになるように形成されている。
【００１８】
また、第２導波路１３は、屈折率が１．６（ｎ＝１．６）のフッ素化ポリイミド樹脂から構成されており、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる下クラッド１１ａと、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる上クラッド１１ｅ（１１ｈ，１１ｌ）で覆われている。この場合、この第２導波路１３は、高さ（厚み）が１０μｍで、スラブ導波路１４との接続部（出射面）の幅（入射幅）が５０μｍで、直径が１０μｍの第２光ファイバＦ２への入射面の幅（出射幅）が１０μｍになるようにテーパー状に狭まるように形成されている。そして、スラブ導波路１４との接続部（出射面）までの長さは１０００μｍになるように形成されている。
【００１９】
スラブ導波路１４は、第１導波路１２および第２導波路１３と同様に、屈折率が１．６（ｎ＝１．６）のフッ素化ポリイミド樹脂から構成されており、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる下クラッド１１ａと、後述する屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂からなる上クラッド１１ｅ（１１ｈ，１１ｌ）で覆われている。このスラブ導波路１４は幅が５００μｍで、長さが１０００μｍになるように形成されている。
【００２０】
ここで、第１導波路１２とスラブ導波路１４との境界（第１導波路１２の出射面）Ｂと、第２導波路１３とスラブ導波路１４との境界（第２導波路１３の入射面）Ｃとは、同位置になるように形成されている。また、第２導波路１３の光軸Ｙは第１導波路１２の光軸Ｘに対して所定の角度θだけ傾斜するように形成されている。この場合は、θ＝５°になるように形成しているが、５°に限らず、５°≦θ≦１０°の範囲内になるように形成すればよい。これは、θが１０°以下であれば順方向での損失が０．５ｄＢ以下と少なく、θが５°以上であれば逆方向での損失が３０ｄＢ以上と大きくなるためである。
【００２１】
２．光アイソレータの動作
ついで、上述のような構成となる光アイソレータ１０の動作について説明する。まず、レーザ光が順光として第１の光ファイバ（直径１０μｍ）Ｆ１から１０μｍ幅の第１導波路１２の入射面Ａに入射すると、この入射光は第１導波路１２内をテーパー状に拡がりながら伝搬する。すると、幅が５０μｍに設定された第１導波路１２の出射面Ｂから、スポット直径が５０μｍの光束としてスラブ導波路１４に入射する。
【００２２】
スラブ導波路１４に入射した光は、５０μｍのスポット直径を維持したまま、図２（ａ）の矢印に示すように、スラブ導波路１４内を平行光となって伝搬する。この後、このスラブ導波路１４に対して第１導波路１２の出射面Ｂと同位置に入射面Ｃが配置された第２導波路１３の入射面Ｃに向けて伝搬し、やがては、幅が５０μｍに設定された第２導波路１３の入射面Ｃに入射する。そして、第２導波路１３の入射面Ｃに入射した光は入射面Ｃから出射面Ｄに向けてテーパー状に狭まった第２導波路１３を伝搬して、この第２導波路１３に光学結合された第２の光ファイバＦ２に効率よく入射することとなる。
【００２３】
ここで、第２導波路１３の光軸Ｙは、第１導波路１２の光軸Ｘに対して５°（θ＝５°）だけ傾斜しているが、全反射角より浅い角度で光が第２導波路１３に進入するため、第２導波路１３に進入した光の殆どが、この第２導波路１３に光学結合された第２光ファイバＦ２に効率よく入射することとなる。このとき、スラブ導波路１４から第２導波路１３に入射する際に多少のロスが生じるが、そのロスは小さくて約０．５ｄＢという測定結果が得られた。
【００２４】
一方、第２の光ファイバ（直径１０μｍ）Ｆ２から出射された光が戻り光（反射光）となって、第２の光ファイバＦ２から１０μｍ幅の第２導波路１３の出射面（戻り光の入射面）Ｄに入射すると、この戻り光（反射光）は第２導波路１３内をテーパー状に拡がりながら伝搬する。すると、幅が５０μｍに設定された第２導波路１３の入射面（戻り光の出射面）Ｃから、スポット直径が５０μｍの光束としてスラブ導波路１４に入射する。
【００２５】
すると、スラブ導波路１４に入射した戻り光（反射光）は、５０μｍのスポット直径を維持したまま、図２（ｂ）の矢印に示すように、スラブ導波路１４内を平行光となって伝搬することとなる。ところが、第２導波路１３の光軸Ｙは、第１導波路１２の光軸Ｘに対して５°（θ＝５°）だけ傾斜している。このため、スラブ導波路１４に入射した戻り光（反射光）は、第１導波路１２の出射面（戻り光の入射面）Ｂに直接入射することなくスラブ導波路１４の界面１４αを透過する。
【００２６】
しかしながら、図２（ｂ）の矢印に示すように、残りの一部はスラブ導波路１４の界面１４αで反射した後、スラブ導波路１４の界面１４βを透過する。さらに、残りの一部は再度、界面１４βで反射した後、スラブ導波路１４の界面１４βを透過する。このような反射を繰り返す内に、やがては、一部の反射光は第１導波路１２の出射面（戻り光の入射面）Ｂに入射することとなる。この結果、第２導波路１３の出射面（戻り光の入射面）Ｄに入射した一部の戻り光のみが第１導波路１２に入射することとなって、大部分の戻り光は第１導波路１２の出射面（戻り光の入射面）Ｂに入射することなく、阻止されることとなる。この過程でのロスの測定結果は３８ｄＢであった。
【００２７】
３．第１導波路（第２導波路）のスラブ導波路への入射幅についての検討
ここで、第１導波路１２のスラブ導波路１４への入射面（反射光における第２導波路１３のスラブ導波路１４への入射面も同様である）の幅を、上述のように５０μｍに設定した理由を以下に述べる。そこで、真空中での波長が１．５μｍとなるレーザ光を用いて、スラブ導波路（この場合のコアの屈折率ｎは１．６（ｎ＝１．６）であり、上クラッドおよび下クラッドの屈折率ｎは１．５（ｎ＝１．５）である）１４への入射面Ｂ（Ｃ）の幅を５μｍ間隔で１０μｍ〜１００μｍまで変化させた場合の１ｍｍ（１０００μｍ）先の入射面Ｃ（Ｂ）の幅、即ち、スポット径を測定すると図３の○印で示すような結果が得られた。
【００２８】
また、スラブ導波路１４のコアの屈折率ｎを２．０（例えば、Ｓｉ３Ｎ４からなる）、３．４（例えば、シリコンからなる）と変化させたときの第１導波路１２のスラブ導波路１４への入射面の幅を５μｍ間隔で１０μｍ〜１００μｍまで変化させた場合の１ｍｍ（１０００μｍ）先の入射面Ｃ（Ｂ）の幅、即ち、スポット径を測定すると図３の□印（ｎ＝２．０の場合）、△印（ｎ＝３．４の場合）で示すような結果が得られた。この場合、上クラッドおよび下クラッドの屈折率ｎは１．５で上述と同じである。
【００２９】
図３の結果から明らかなように、スラブ導波路１４のコアの屈折率ｎを変化させても、スラブ導波路１４への入射面Ｂ（Ｃ）の幅が５０μｍ以上であると、スポット径（入射面Ｃ（Ｂ）の幅）が入射面Ｂ（Ｃ）の幅とほぼ等しくなることが分かる。即ち、スラブ導波路１４への入射面Ｂ（Ｃ）の幅が５０μｍ以上であれば、スラブ導波路１４内ではほぼ平行光になることが分かる。この場合、スラブ導波路１４への入射面Ｂ（Ｃ）の幅が大きくなると、スラブ導波路１４自体の幅も大きくなるため、できる限り５０μｍに近づけるのが望ましいということができるが、５０μｍに限定する必要はなく、５０μｍ以上であればよい。なお、ここでのスポット径は、入射光の入射面Ｂ（Ｃ）での振幅（光の強度）の最大値が１／ｅとなる光の幅を意味するため、入射面Ｂ（Ｃ）での導波路の幅よりも光の幅の方が小さくなる結果となった。
【００３０】
４．変形例
上述した例においては、平面形状を長方形状に形成したスラブ導波路１４を用いる例について説明したが、スラブ導波路としては長方形状以外の他の形状に形成して、戻り光（反射光）が第１導波路１２に入射するのをより以上に阻止することが可能にすることができる。この場合、図４に示すような光アイソレータ１０ａが考えられる。本変形例の光アイソレータ１０ａは、シリコン基板１１上に形成された第１導波路１２ａと、第２導波路１３ａと、第１導波路１２ａと第２導波路１３ａとを結合するスラブ導波路１４ａとから構成される。なお、シリコン基板１１、第１導波路１２ａおよび第２導波路１３ａは上述と同様であるので、その説明は省略する。
【００３１】
ここで、本変形例におけるスラブ導波路１４ａにおいては、スラブ導波路１４ａの一部の界面を突出させた突起部１４ａ−１を形成したことに特徴を有する。このような突起部１４ａ−１を備えるようにすると、図４の矢印で示すように、スラブ導波路１４ａに入射した戻り光（反射光）は突起部１４ａ−１で多重反射を繰り返しながら減衰するようになる。このため、この光アイソレータ１０ａに入射した戻り光（反射光）のロスは４２ｄＢとなり、さらに改善されることとなる。
【００３２】
５．光アイソレータの作製法
（１）実施例１
ついで、上述のような構成となる光アイソレータ１０の実施例１の作製方法について以下に説明する。まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハ（シリコン基板）１１を用意し、このシリコン基板（厚みは約６２５μｍ）１１の上に屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして下部クラッド層１１ａを形成した。この後、この屈折率が１．５のフッ素化ポリイミド樹脂よりなる下部クラッド層１１ａの上に、屈折率が１．６（ｎ＝１．６）のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した。
【００３３】
ついで、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにしてコア層１１ｂを形成した。この後、屈折率が１．６のフッ素化ポリイミド樹脂よりなるコア層１１ｂの上に、レジスト（例えば、ノボラック系レジストよりなる）を１５μｍの厚みに塗布してレジスト層１１ｃを形成した。この後、このレジスト層１１ｃをステッパー（縮小投影型露光装置）を用いて、パターニングした後現像して、図５（ｂ）に示すように、テーパー状の第１導波路および第２導波路とスラブ導波路のパターン１１ｄを形成した。この場合、図１に示されるような、テーパー状の第１導波路および第２導波路と、スラブ導波路が形成されるようにパターニングした。
【００３４】
ついで、形成されたレジストよりなるパターン１１ｄをマスクとして、Ｏ２ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を施した。このとき、コア層１１ｂのフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みだけエッチングした。これにより、図５（ｃ）に示すような、テーパー状の第１導波路１２および第２導波路１３と、スラブ導波路１４（図１参照）が形成されることとなる。この後、残存したレジストパターン１１ｄをアセトンにより除去して、図５（ｄ）に示すように、テーパー状の第１導波路１２および第２導波路１３と、スラブ導波路１４を露出させる。
【００３５】
ついで、図５（ｅ）に示すように、これらの上に屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして上部クラッド層１１ｅを形成した。この後、所定の形状になるよう切断して光アイソレータ１０を作製した。
【００３６】
上述した実施例１の光アイソレータ１０の作製方法においては、第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４が、レジストをマスクとしてエッチングにより簡単かつ正確に形成されることとなる。しかしながら、残存したレジストをアセトンにより除去する必要があるため、このアセトンにより第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４がダメージを受ける恐れが生じる。そこで、以下の実施例においては、アセトンによりレジストを除去する必要がない方法を提案した。
【００３７】
（２）実施例２
ついで、上述のような構成となる光アイソレータ１０の実施例２の作製方法について以下に説明する。まず、図６（ａ）に示すように、上述と同様に、シリコン基板１１上にフッ素化ポリイミド樹脂（ｎ＝１．５）を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして下部クラッド層１１ａを形成した。この後、この上に屈折率が１．６のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で１６０℃の温度で１時間焼成してコア層１１ｂを形成した。
【００３８】
ついで、コア層１１ｂの上に、レジスト（例えば、ノボラック系レジストよりなる）を１０μｍの厚みに塗布してレジスト層１１ｆを形成した。この後、このレジスト層１１ｆをステッパー（縮小投影型露光装置）を用いて、パターニングした後現像して、図６（ｂ）に示すように、テーパー状の第１導波路および第２導波路とスラブ導波路のパターン１１ｇを形成した。この後、パターン１１ｇをマスクとして、Ｏ２ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を施して、コア層１１ｂのフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みだけエッチングした。
【００３９】
これにより、図６（ｃ）に示すような、テーパー状の第１導波路１２および第２導波路１３と、スラブ導波路１４（図１参照）が形成されるとともに、レジストパターン１１ｇも除去されることとなる。ついで、図６（ｄ）に示すように、これらの上に屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして上部クラッド層１１ｈを形成した。この後、所定の形状になるよう切断して光アイソレータ１０を作製した。
【００４０】
上述した実施例２の光アイソレータ１０の作製方法においては、第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４が、レジストをマスクとしてエッチングされるとともに、同時にレジストも除去されるため、残存したレジストをアセトンにより除去する工程が不必要となる。この結果、第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４が、実施例１よりは簡単かつ容易に形成されることとなる。しかしながら、レジスト層１１ｆの厚みを正確にコントロールすることが困難であるために、第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４を正確に形成できないという恐れが生じる。そこで、以下の実施例においては、アセトンによりレジストを除去する必要がなく、かつレジスト層の厚みを正確に制御する必要がない方法を提案した。
【００４１】
（３）実施例３
ついで、上述のような構成となる光アイソレータ１０の実施例３の作製方法について以下に説明する。まず、図７（ａ）に示すように、上述と同様に、シリコン基板１１上にフッ素化ポリイミド樹脂（ｎ＝１．５）を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして下部クラッド層１１ａを形成した。この後、この上に屈折率が１．６のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにしてしてコア層１１ｂを形成した。
【００４２】
ついで、図７（ｂ）に示すように、コア層１１ｂの上に、アルミニウム（Ａｌ）膜１１ｉをスパッタにより２００Åの厚みに成膜した後、この上にレジスト（例えば、ノボラック系レジストよりなる）を２μｍの厚みに塗布してレジスト層１１ｊを形成した。この後、このレジスト層１１ｊをステッパー（縮小投影型露光装置）を用いて、パターニングした後、現像して、図７（ｃ）に示すように、テーパー状の第１導波路および第２導波路とスラブ導波路のパターン１１ｋを形成した。この場合、図１に示されるような、テーパー状の第１導波路および第２導波路と、スラブ導波路が形成されるようにパターニングした。なお、この現像により、レジスト層１１ｊが付着していないアルミニウム（Ａｌ）膜１１ｉはエッチングされて、アルミニウム（Ａｌ）膜１１ｉにもパターン１１ｋが転写される。
【００４３】
ついで、Ｏ２ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を施した。このとき、レジストパターン１１ｋはＲＩＥにより除去されるため、図７（ｄ）に示すように、Ａｌ膜１１ｉをマスクとして、コア層１１ｂのフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みだけエッチングした。この後、レジスト現像液に浸漬して、Ａｌ膜１１ｉを浸食して除去して図７（ｅ）に示すように、テーパー状の第１導波路１２および第２導波路１３と、スラブ導波路１４を露出させた。
【００４４】
ついで、図７（ｆ）に示すように、これらの上に屈折率が１．５（ｎ＝１．５）のフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの厚みに塗布した後、窒素雰囲気中で室温から２時間で２５０℃に昇温し、１時間保持し、さらに３０分で３５０℃に昇温し、２時間保持して焼成した後、室温に戻すようにして上部クラッド層１１ｌを形成した。この後、所定の形状になるよう切断して光アイソレータ１０を作製した。
【００４５】
上述した実施例３の光アイソレータ１０の作製方法においては、アセトンによりレジストを除去する必要がなく、かつレジスト層の厚みを正確に制御する必要がないため、上述した実施例１，２より精度良く、かつ、簡単、容易に第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４を形成することが可能となる。しかしながら、ＲＩＥの際にアルミニウムが第１導波路１２、第２導波路１３およびスラブ導波路１４に進入して不純物として悪影響を及ぼす恐れがある。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明においては、第１導波路１２の出射面Ｂと第２導波路１３の入射面Ｃはスラブ導波路１４を介して同位置となるように配置され、かつ第２導波路１３は第１導波路１２に対して角度がθだけ傾斜して配置されている。このため、レーザ光が順光として第１導波路１２の入射面Ａに入射されると、この入射光は第１導波路１２内を拡がりながら伝搬し、スポット直径が５０μｍの光束としてスラブ導波路１４に入射する。このスラブ導波路１４に入射した光は５０μｍのスポット直径を維持したまま、スラブ導波路１４内を平行光として伝搬して第２導波路１３に入射する。この場合、第２導波路１３の光軸Ｙは、第１導波路１２の光軸Ｘに対してθ（５≦θ≦１０）の角度だけ傾斜しているが、全反射角より浅い角度で光が第２導波路１３に進入する。このため、第１導波路１２より出射された光の殆どは、第２導波路１３に効率よく入射することとなる。
【００４７】
一方、第２の光ファイバＦ２から出射された光が戻り光（反射光）となって、第２導波路１３に入射すると、この戻り光（反射光）は第２導波路１３内を拡がりながら伝搬し、スポット直径が５０μｍの光束としてスラブ導波路１４に入射する。このとき、第２導波路１３の光軸Ｙは、第１導波路１２の光軸Ｘに対してθ（５≦θ≦１０）の角度だけ傾斜しているため、スラブ導波路１４に入射した戻り光（反射光）は５０μｍのスポット直径を維持し、かつ光軸Ｘに対してθ（５≦θ≦１０）の角度だけ傾斜した平行光になってスラブ導波路１４内を伝搬することとなる。この結果、スラブ導波路１４に入射した戻り光（反射光）が直接第１導波路１２に入射することが防止できるようになる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態においては、第１光ファイバおよび第２光ファイバの径が１０μｍであるために、第１導波路１２の入射面Ａの入射幅および第２導波路１３の出射面Ｄの出射幅を１０μｍとする例について説明したが、第１導波路の入射面の入射幅および第２導波路の出射面の出射幅はこれに限られず、用いる光ファイバの径に合わせるようにすればよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、下部クラッド層および上部クラッド層を形成する材料として屈折率ｎが１．５のフッ素化ポリイミド樹脂を用い、コア層を形成する材料として屈折率が１．６のフッ素化ポリイミド樹脂を用いる例について説明したが、下部クラッド材、上部クラッド材およびコア材としてはこれに限らず、透明な光学材料であれば何でも良く、例えば屈折率ｎが１．４４〜１．５１の二酸化珪素系材料を用いるようにしてもよい。但し、コア材の屈折率ｎの方が下部クラッド材および上部クラッド材の屈折率ｎよりも大きいものを用いる必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータを模式的に示す上面図である。
【図２】図１の光アイソレータに光が入射した状態を模式的に示す図であり、図２（ａ）は順方向の光が入射した状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）は戻り光（逆方向の反射光）が入射した状態を模式的に示す上面図である。
【図３】スラブ導波路の入射面での入射導波路幅と、これより１ｍｍ先での入射光のスポット径の関係を示す図である。
【図４】変形例の光アイソレータに戻り光（逆方向の反射光）が入射した状態を模式的に示す上面図である。
【図５】本発明の光アイソレータの第１実施例の製造工程を模式的に示す図である。
【図６】本発明の光アイソレータの第２実施例の製造工程を模式的に示す図である。
【図７】本発明の光アイソレータの第３実施例の製造工程を模式的に示す図である。
【図８】従来の光アイソレータの構造と動作原理を示す図である。
【符号の説明】
１０…光アイソレータ、１０ａ…光アイソレータ、１１…シリコン基板、１１ａ…下部クラッド層、１１ｂ…コア層、１１ｃ…レジスト層、１１ｄ…レジストパターン、１１ｅ…上部クラッド層、１１ｆ…レジスト層、１１ｇ…レジストパターン、１１ｈ…上部クラッド層、１１ｉ…層、１１ｊ…レジスト層、１１ｋ…レジストパターン、１１ｌ…上部クラッド層、１２…第１導波路、１３…第２導波路、１４…スラブ導波路、１２ａ…第１導波路、１３ａ…第２導波路、１４ａ…スラブ導波路、１４ａ−１…突起部、Ａ…第１導波路の入射面、Ｂ…第１導波路の出射面、Ｃ…第２導波路の入射面、Ｄ…第２導波路の出射面、Ｆ１…第１光ファイバ、Ｆ２…第２光ファイバ、Ｘ…第１導波路の光軸、Ｙ…第２導波路の光軸
【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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