(57)【要約】  【課題】レンズ、ミラー、回折格子、偏光子、波長フィルターなどの機能部品を一体に形成することができ、多様な光学効果を実現することのできる小型、かつ製造容易な光学素子を提供する。  【解決手段】光学素子７０の光導波路７１に、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量を有する１本のパルスレーザ光を集光照射することにより光誘起屈折率変化領域７２を形成する。光誘起屈折率変化領域７２は、屈折率が一方向に周期的に変化しているので、光ファイバ７０を伝搬する光の中で、一定偏光の光のみが、この光誘起屈折率変化領域７２を透過する。光誘起屈折率変化領域７２を偏光子として機能させることができる。【選択図】        図８
2005292382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基材を用いて作製され、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量を有するパルスレーザ光を集光照射することにより形成された光誘起屈折率変化領域が存在していることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学基材に形成された光導波路を有し、前記光誘起屈折率変化領域が前記光導波路に存在している請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記光誘起屈折率変化領域は、前記光導波路の光入射端部、光出射端部及び途中部のうち少なくとも一つに存在している請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記光誘起屈折率変化領域は、前記光学基材に形成された光導波路とその周辺部との境界に存在している請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記光誘起屈折率変化領域は、前記光導波路を伝搬する光を集光する集光機能、前記光導波路を伝搬する光を屈折させる屈折機能、前記光導波路を伝搬する光を反射させる反射機能、前記光導波路を伝搬する光を回折させる光回折機能、前記光導波路を伝搬する光を減衰させる光減衰機能、前記光導波路を伝搬する特定の波長の光を選択する波長フィルター機能、又は前記光導波路を伝搬する光の特定の偏光方向を透過させる偏光機能を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子は、光ファイバであり、前記光導波路は、光ファイバのコアである請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記光導波路は、前記光学基材に形成された埋め込み状又は突出状の光導波路である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記光導波路は、前記光学基材に形成された二次元に広がった板状の光導波路である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記光導波路は、前記光学基材上又は前記光学基材内部で分岐している請求項７記載の光学素子。
【請求項１０】
前記分岐した光導波路に、前記光誘起屈折率変化領域が形成されている請求項９記載の光学素子。
【請求項１１】
前記分岐した光導波路の分岐部に、前記光誘起屈折率変化領域が形成されている請求項９記載の光学素子。
【請求項１２】
前記光導波路には、変調用電極が形成されている請求項７から請求項１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
コアの端部に光誘起屈折率変化領域が形成された複数本の光ファイバが、それらの端部を反射部材に当接させた状態で配置されている請求項６記載の光学素子。
【請求項１４】
前記複数本の光ファイバの端部どうしの間に、偏光面回転素子が結合されている請求項１３記載の光学素子。
【請求項１５】
前記光導波路の前記光誘起屈折率変化領域が形成された位置に、さらに他の光学素子が接続している請求項４、請求項５、又は請求項７から請求項１２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１６】
前記光学素子は、レンズである請求項５記載の光学素子。
【請求項１７】
前記光学基材が、SiO2を主成分とするガラスである請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１８】
前記光学基材が、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフルオロカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、シリコーン、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、クロスリンクドアクリレート、ポリシロキサン、ノルボルネン、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、トリアセチルセルロース、及びこれらのフッ素変性物の中から選ばれた１種以上の有機材料、又はこれらのうちの少なくとも２種類以上が混合された有機材料である請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１９】
前記光学基材が、β-BaB2O4結晶、LiNbO3結晶、LiTaO3結晶、KH2(PO4)結晶、Bi12SiO20結晶、Bi4Ge3O12結晶又は水晶である請求項１から請求項１６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２０】
無機材料、有機材料又は電気光学効果を示す結晶材料からなる光学基材を用意し、
前記光学基材に、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量を有するパルスレーザ光を集光照射して光誘起屈折率変化領域を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２１】
前記請求項１から請求項１９のいずれかに記載の光学素子を実装してなる光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の所定位置に光誘起屈折率変化領域を形成することにより、種々の光学効果を実現する光学素子、及びその製造方法、並びにその光学素子を実装した光学装置に関するものである。
前記光学素子としては、光ファイバ、光集積回路、単体のレンズなどの各種の光学素子があげられる。
【背景技術】
【０００２】
種々の光学効果を実現するための光学素子は、光信号を伝搬する光ファイバのコアや光導波路などに、光の物理特性を制御するレンズ、ミラー、回折格子、偏光子などの機能部品を形成することによって作成される。この光学素子を光学基材などにマウントすることによって光学装置が作製される。
一方、パルス幅がフェムト秒オーダー（10-12 〜10-15秒）のパルスレーザ光をガラスや光学結晶や光学用有機材料等の透明な材料の内部に集光照射することによって、集光部近傍の原子配列や価数や原子欠陥などの状態が変化し、パルスレーザ光の未照射部と比較して屈折率が高くなったり、パルスレーザ光と集光部近傍で発生するプラズマとの干渉によって集光部近傍に周期的に屈折率が変調する領域が形成されるといった現象が確認されており、これらは、光誘起屈折率変化やナノグレーティング形成などと呼ばれている。
【０００３】
本明細書では、前記グレーティング形成も屈折率変化の一形態ととらえて、これらの屈折率変化やナノグレーティング形成といった現象を「光誘起屈折率変化」と総称することにする。
【特許文献１】特開2003-98399号公報
【特許文献２】特開2003-4963号公報
【特許文献３】特開2003-98369号公報
【特許文献４】特開2003-240991号公報
【特許文献５】特開2002-139638号公報
【特許文献６】特開2000-241779号公報
【非特許文献１】ケイ・エム・デイヴィス(K. M. Davis), ケイ・ミウラ(K. Miura), エヌ・スギモト(N. Sugimoto),  ケイ・ヒラオ(K. Hirao),「フェムト秒レーザによるガラスへの導波路の書き込み(Writing waveguides in glass with a femtosecond laser)」, Opt. Lett., 21, 1729 (1996)
【非特許文献２】ワイ・シモツマ(Y. Shimotsuma),「超短波長光パルス照射によるガラスへの自己組織化ナノグレーティングの形成(Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses)」, Phys. Lev. Lett., 91, 247405 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の光学素子は、一般に、光学基材に、別に作成されたレンズ、ミラー、回折格子などの機能部品を結合して作成されるが、機能部品の構造が複雑であり、またそのサイズも大きいので、光学素子自体のサイズが大きくなるという問題がある。
さらに前記光学素子を製造するには、光学基材を製造する工程と、レンズ、ミラー、回折格子などの機能部品を製造する工程と、その機能部品を光学基材に実装する工程とが必要で、製造プロセスが複雑になり、かつ製造コストも高くなる。
【０００５】
また、光ファイバに前記機能部品を結合しようとしても、光ファイバのコア径が小さいことから、精密加工が困難であり、製造コストが高くなる。
そこで本発明では、光学素子に、レンズ、ミラー、回折格子などの機能部品を一体に形成することができ、多様な光学効果を実現することのできる小型、かつ製造容易な光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
また本発明は、光学基材の製造工程の後、レンズ、ミラー、回折格子などの機能部品を一体形成することにより、簡便かつ迅速に小型の光学素子を製造することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、前記光学素子を実装した光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の光学素子は、当該光学素子に、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量を有するパルスレーザ光を集光照射することにより形成された光誘起屈折率変化領域が存在していることを特徴とする。
このような光誘起屈折率変化領域が形成された光学素子は、その光誘起屈折率変化領域がパルスレーザ光の集光照射という簡単な工程で形成されるので、レンズ、回折格子などの各種機能部品を外付けする場合に比べて、製造が容易で、しかも、小型のものが実現される。
【０００８】
前記光誘起屈折率変化領域は、光が伝搬する光導波路に形成するのが、光学機能を実現する上で最も効率がよい。
例えば、前記光誘起屈折率変化領域を、前記光導波路の光入射端部、光出射端部、途中部、あるいは光導波路とその周辺部との境界に形成する。前記光誘起屈折率変化領域を光導波路の光入射端部又は光出射端部に形成することにより、当該光学素子の光入出力時において、光を外から取り入れたり、外へ取り出したりするときの光信号入出力機能を実現することができる。また、前記光誘起屈折率変化領域を光導波路の途中部に形成することにより、光学素子内部での光信号処理機能を容易に実現することができる。また、導波路とその周辺部との境界に形成すれば、当該光学素子内又は光学素子外の別の光導波路から光を取り入れたり、取り出したりする場面で光信号入出力処理が容易にできるようになる。
【０００９】
さらに、単体レンズ、単体プリズムなどは、光誘起屈折率変化領域を光学素子の内部に複数形成するのがよい。
前記光誘起屈折率変化領域は、前記光導波路を伝搬する光を集光する集光機能、前記光導波路を伝搬する光を屈折させる屈折機能、前記光導波路を伝搬する光を反射させる反射機能、前記光導波路を伝搬する光を回折させる光回折機能、前記光導波路を伝搬する光を減衰させる光減衰機能、前記光導波路を伝搬する特定の波長の光を選択する波長フィルター機能、前記光導波路を伝搬する光の特定の偏光方向を透過させる偏光機能などを実現することができる。
【００１０】
前記集光機能によって、光学素子にレンズを取り付けたのと同様の機能を持たせることができる。すなわち、光導波路内若しくは他の光学素子との間で効率的な光の結合ができるようになる。
前記屈折機能や反射機能によって、光学素子にプリズムやミラーを取り付けたのと同様の機能を持たせることができる。例えば、光学素子内部での光路変換など容易にできるようになり、光学素子の小型化を実現できる。
【００１１】
前記光回折機能によって、光学素子に回折格子を取り付けたのと同様、特定波長の光の反射・屈折が容易にできるようになる。したがって、光学素子内で波長に応じた光路分割ができ、小型の分光器としての機能を実現できる。
前記光減衰機能によって、光学素子に光減衰フィルターを取り付けたのと同様、光の信号処理が容易にできるようになる。
【００１２】
前記波長フィルター機能によって、光学素子に波長フィルターを取り付けたのと同様、光の色信号処理が容易にできるようになる。
また前記偏光機能によって、光学素子に光偏光子を取り付けたのと同様、偏光に基づく光信号処理が容易にできるようになる。
前記光学素子は、光ファイバでもよく、特定形状の光導波路の形成された光学基材のいずれをも問わない。後者の特定形状の光導波路の形成された光学基材は、光集積回路などに用いられる。特定形状の光導波路としては、光学基材に形成された埋め込み状若しくは突出状の光導波路、又は光学基材に形成された二次元に広がった板状の光導波路などがあげられる。
【００１３】
前記光導波路は、光学基材上又は光学基材内部で分岐しているものであってもよい。このような分岐光導波路に光誘起屈折率変化領域を設けることにより、光結合、光分岐などの際に、多種類の機能を付加することができる。光誘起屈折率変化領域は、分岐後の光導波路に、あるいは分岐した光導波路の分岐部に形成することができる。
また、光導波路に変調用電極が形成されていれば、光スイッチ、光変調などいろいろな種類の光信号処理が行える。光誘起屈折率変化領域を設けることにより、このような光信号処理に、多種類の機能を付加することができる。
【００１４】
また、本発明の光学素子が光ファイバである場合、コアの端部に光誘起屈折率変化領域が形成された複数本の光ファイバが、それらの端部を反射部材に当接させた状態で配置することができる。この構成は、光誘起屈折率変化領域の屈折・反射機能を用いて、光学素子を小型化したい場合に有利な構成となる。例えば、前記複数本の光ファイバの端部どうしの間に、偏光面回転素子を結合すれば、光ファイバの偏光面を容易に変えることができる。
【００１５】
前記光誘起屈折率変化領域が光導波路の途中部に存在している場合、 前記光導波路の光誘起屈折率変化領域が形成された位置に、さらに他の光学素子を接続することができる。光誘起屈折率変化領域の集光、屈折・反射などの機能を用いて、光導波路の途中から光を取り出したり、光導波路の途中で光を導入したりすることが容易にできる。
また、誘起屈折率変化領域が、前記光学素子の内部に存在している場合の例として、球面レンズや非球面レンズなどのレンズがあげられる。この場合、誘起屈折率変化領域の光回折機能、波長フィルター機能、偏光機能などを利用して、これらの機能を持ったレンズを実現することができる。
【００１６】
（２）本発明の光学素子の製造方法は、無機材料、有機材料又は電気光学効果を示す結晶材料からなる光学基材を用意し、前記光学基材に、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量を有するパルスレーザ光を集光照射し、光学素子に光誘起屈折率変化領域を形成することを特徴とする。
この方法により製造した光学素子には、屈折率が変化したり、所定のピッチで屈折率の高い面と低い面が交互に現れたりするれる。この光誘起屈折率変化領域の持つ多様な光学機能を利用して、前述したように小型で多機能な光学素子を作製することができる。
【００１７】
前記パルスレーザ光のパルス幅は、いわゆるフェムト秒のオーダーである１０-12 から１０-15秒であることが好ましい。
また、有効な光誘起屈折率変化領域を形成するには、前記光導波路に集光されるパルスレーザ光のパワー密度は、１０8Ｗ／ｃｍ2以上であり、パルスレーザ光のパルスの繰り返し周期が１００ＭＨｚ以下であり、パルスエネルギーが０．１μＪ／pulse〜１０μＪ／pulseであることが好ましい。なお、パルスレーザ光のパルスは、単一のパルスであってもよい。
【００１８】
本発明の光学素子の製造方法によれば、光学素子にパルスレーザ光を集光照射することにより、又はそのパルスレーザ光と、その集光位置内部に発生するプラズマとの干渉を利用することにより、パルスレーザ光を照射するだけで、複雑な工程を経ることなく、しかも簡単に光誘起屈折率変化領域が形成された光学素子を製造することができる。
（３）本発明の光学装置は、前述した光誘起屈折率変化領域が存在している光学素子を、装置に実装していることを特徴とする。この光学素子の小型・製造容易という特徴を生かして、全体が小型で、低価格の光学装置を製作することができる。この光学素子を実装した光学装置は、例えば光通信、光情報処理、光情報記録等の分野に使用される。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、光学素子に光誘起屈折率変化領域を一体形成することによって、光学素子の部品点数の削減と小型化、光軸調整などの作製プロセスの簡略化、製造コストの削減など種々の効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る光学素子の実施形態について、模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
図１(A)〜(E)は、光学素子の中の光が伝搬する部分である光導波路２の端部に、レンズ、ミラー、回折格子などの機能を持つ光誘起屈折率変化領域３を一体に形成した光学素子の構造を示す図である。
【００２１】
図１(A)は、光学素子がコア２を持つ光ファイバの場合、図１(B)〜(D)は、光学素子が光導波路２を形成した光学基材１からなる場合を示している。図１(B)は、光導波路２が光学基材１の内部に埋め込み形成された場合、図１(C)は、光導波路２が光学基材１の表面に突出して形成された場合、図１(D)は、光導波路２が光学基材１の表面に埋め込み形成された場合を示す。
【００２２】
本実施形態では、光ファイバに市販のSiO2光ファイバ、また光学基材１上の光導波路２には、SiO2光学基材１の光導波路部にGeO2がドープされた光導波路を使用している。光ファイバはシングルモード、マルチモードのいずれでもよい（以下同様）。
図１(E)は、光導波路２の端部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光４をレンズ等の集光素子５を通して集光照射している状態を示す断面図である。光導波路２の端部に、集光素子５を通してパルスレーザ光４を照射することによって、光誘起屈折率変化の現象を起こし、光導波路２の端部にレンズ、ミラー又は回折格子といった各種の光学機能を有する光誘起屈折率変化領域３を形成している。
【００２３】
なお、光誘起屈折率変化領域３のサイズは、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギーや照射時間等の条件を調整することによって、光導波路２の中に作ることができる。
本実施形態によれば、光ファイバ又は光学基材上の光導波路の端部に光誘起屈折率変化領域を形成することにより、光学素子に、光を集光させるレンズ機能、光の伝搬方向を変えるミラーの機能、光の強度を変える光減衰器の機能、光の特定波長をフィルタリングする波長フィルターの機能、特定の偏光方向の光を透過させる偏光機能など各種機能を持たせることができる。
【００２４】
図２(A)〜(E)は、光学素子の光導波路の途中部に光誘起屈折率変化領域を一体形成した光学素子の構造を示している。
図２(A)は、光学素子が光ファイバの場合、図２(B)〜(D)は、光学素子が光導波路２を形成した光学基材１からなる場合を示している。図２(B)は、光導波路２が光学基材１の内部に埋め込み形成された場合、図２(C)は、光導波路２が光学基材１の表面に突出して形成された場合、図２(D)は、光導波路２が光学基材１の表面に埋め込み形成された場合を示す。
【００２５】
本実施形態では、図１の形態と同様、光ファイバに市販のSiO2光ファイバを使用し、また光学基材１上の光導波路２には、SiO2光学基材の光導波路領域にGeO2がドープされた光導波路を使用している。
図２(E)は、光導波路２の途中部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光４をレンズなどの集光素子５を通して集光照射することによって、光学素子の光導波路途中部にレンズ、ミラー又は回折格子といった各種の光学機能を有する光誘起屈折率変化領域３を形成した状態を示している。
【００２６】
なお前述した実施形態と同様、光誘起屈折率変化領域３のサイズは、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギーや照射時間等の条件を調整することによって、光導波路サイズに合わせることができる。
本実施形態によれば、光ファイバ又は光学基材上の光導波路の途中部に光誘起屈折率変化領域を形成することにより、光学素子に、光を集光させるレンズ機能、光の伝搬方向を変えるミラーの機能、分光を行う回折格子の機能、光の強度を変える光減衰器の機能、光の特定波長をフィルタリングする波長フィルターの機能、特定の偏光方向の光を透過させる偏光機能など各種機能を持たせることができる。
【００２７】
図３(A)〜(E)は、光学素子の光導波路とその周囲の光学基材の部分（クラッドという）との境界部に光誘起屈折率変化領域を一体形成した光学素子の構造を示している。
図３(A)は、光学素子が光ファイバの場合、図３(B)は、光学素子が光導波路２を形成した光学基材１からなる場合を示している。図３(B)は、光導波路２が光学基材１の内部に埋め込み形成された場合、図３(C)は、光導波路２が光学基材１の表面に突出して形成された場合、図３(D)は、光導波路２が光学基材１の表面に埋め込み形成された場合を示す。
【００２８】
本実施形態では、図１、図２の形態と同様、光ファイバに市販のSiO2光ファイバを使用し、また光学基材１上の光導波路２には、SiO2光学基材の光導波路部にGeO2がドープされた光導波路を使用している。
図３(E)は、光導波路２とその周囲のクラッドとの境界部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光４をレンズなどの集光素子５を通して集光照射することによって、光学素子の光導波路２とクラッドとの境界部に、レンズ、ミラー又は回折格子といった各種の光学機能を有する光誘起屈折率変化領域３を形成した状態を示している。
【００２９】
なお前述した実施形態と同様、光誘起屈折率変化領域３のサイズは、照射するパルスレーザ光のパルスエネルギーや照射時間等の条件を調整することによって、光導波路サイズに合わせることができる。
本実施形態によれば、光ファイバ又は光学基材上の光導波路とクラッドとの境界部に光誘起屈折率変化領域を形成することにより、光学素子に、光を集光させるレンズ機能、光の伝搬方向を変えるミラーの機能、光の強度を変える光減衰器の機能、光の特定波長をフィルタリングする波長フィルターの機能、光の特定の偏光方向をフィルタリングする偏光機能など各種機能を持たせることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係る光学素子の構成材料を説明する。
光学基材には、無機材料、有機材料又は電気光学効果を示す異方性結晶材料などが使用できる。前記無機材料、有機材料は、等方性材料、異方性材料を問わない。
無機材料には、例えばSiO2を主成分とするガラスがある。
また有機材料には、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフルオロカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、シリコーン、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、クロスリンクドアクリレート、ポリシロキサン、ノルボルネン、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、トリアセチルセルロース、若しくはこれらのフッ素変性物、又はこれらのうちの少なくとも１種類以上が混合された有機材料がある。
【００３１】
また電気光学効果を示す結晶材料には、例えばβ-BaB2O4結晶、LiNbO3結晶、LiTaO3結晶、KH2(PO4)結晶、Bi12SiO20結晶、Bi4Ge3O12結晶又は水晶がある。
光学素子に照射するパルスレーザ光は、Ti: Al2O3（チタンサファイア）レーザ等の超短パルスレーザ装置から発振するパルスレーザ光を使用する。Ti: Al2O3 レーザは、そのモードロック機構により、パルス幅がフェムト秒オーダー（１０-12から１０-15秒）のパルス光を発振する。パルス光の波長は可変（１００ｎｍ〜２０００ｎｍ）であるが、パルスレーザ光が光学基材を透過できるような波長に設定する（例えば８００ｎｍ）。
【００３２】
前記パルスレーザ光は、集光素子により集光され、その集光点が光信号が伝搬する光学素子の光導波路に位置するように調整する。具体的には、図１(C)は光導波路端部、図２(C)は光導波路途中部、図３(C)は光導波路とクラッドとの境界部に集光点が位置するように調節する。
この集光点には、１０8Ｗ／ｃｍ2以上のパワー密度を有するパルスレーザ光が集光されるようにする。これにより、集光点内部に、光誘起屈折率変化の現象が起き、光学素子のクラッドよりも屈折率が高い領域が形成される。さらにレーザ光と集光点で発生するプラズマとの干渉が起これば、１μｍ以下のピッチで屈折率の高い領域と低い領域とが繰り返し生じた周期構造領域が形成される。
【００３３】
照射時間は、限定されないが、光学機能を十分に発揮できるような光誘起屈折率変化領域が形成される時間とする。例えば、１つの光誘起屈折率変化領域あたり数秒に及ぶこともある。
ここで、パワー密度は、パルスレーザ光の、「出力エネルギーのピーク値（Ｊ）／パルス幅（秒）」で表される出力パワー（Ｗ）を、照射単位面積あたりで割って表した値である。パワー密度が１０8Ｗ／ｃｍ2に満たないと、集光位置内部に有効な屈折率変化や周期構造が形成されないことがある。パルスエネルギーが高いほど屈折率変化量が大きくなり、また屈折率の高い領域と低い領域の繰り返しが鮮明（屈折率差が大）になる。
【００３４】
しかし、過大なパルスエネルギー量のレーザ光を照射すると、熱的な効果により、集光位置には空洞欠陥が形成される。このため、光学基材の組成によっても異なるが、パルスレーザ光のパワー密度が、空洞欠陥が形成される閾値を超えないように、繰り返し周波数によってパルスレーザ光のパワー密度を調整するとよい。具体的には、生産性も考慮すると、パルスレーザ光の繰り返し周波数のとりうる下限は１Ｈｚ、好ましくは１０ｋＨｚ、さらに好ましくは１００ｋＨｚに設定し、とりうる上限は１００ＭＨｚに設定する。なお、前記パルスレーザ光は、単一ショットの光パルスでもよい（単一ショットの光パルスには多くの周波数成分が含まれる）。
【００３５】
パルスレーザ光のエネルギーを、集光位置内部に光誘起屈折率変化領域が形成される閾値と、空洞欠陥が形成される閾値との間に調整し、さらに屈折率変化量の大きな光誘起屈折率変化領域、又は周期のピッチが均等でかつ主面の幅が同一でかつ方向が同一方向に規則正しく並んだ周期性が良好な光誘起屈折率変化領域を形成するためには、光学基材の種類によっても異なるが、照射するパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギーを０．１μＪ／pulse〜１０μＪ／pulseの間に調整することが望ましい。
【００３６】
前記パルスレーザ光の強度は、NDフィルターなどを通過させることによって調節することができる。
パルスレーザ光は、レンズ等の集光素子により集光される。前記周期構造を有する領域の形状は、基本的には球状である。前記光誘起屈折率変化が起きるパルスエネルギーを有するパルスレーザ光は、光学基材を伝播中に３次の非線形光学効果である空間カー効果(Kerr effect)を受けて、パルスレーザ光の集光位置の形状は、望ましくは球に集光され、その球の直径は0.1μｍから１mmの範囲となる。
【００３７】
さらに、前記パルスレーザ光の偏光方向は、直線偏光を使用することが好ましい。これには、偏光板などを通過させることによって、パルスレーザ光の偏光方向を選択することができる。また前記パルスレーザ光の波長は、高調波を発生する非線形光学結晶を通過させることによって、変換することができる。
上述のようにパルスレーザ光の偏光方向や強度や波長を設定して、光学素子の光導波路の所定の位置に集光照射することによって、集光点内部の屈折率を周囲の光導波路およびクラッドよりも高くしたり、屈折率が高い領域と低い領域が繰り返し生じた回折格子を光学素子の光導波路の所定の位置に、光学素子と一体形成することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、前述の集光点の屈折率が周囲のクラッドよりも高くなることによって、光集光レンズとして機能する。また、屈折率が高い領域と低い領域が繰り返し生じた回折格子が形成されることによって、反射ミラー、光減衰器、波長フィルター、偏光子として機能する。
以下、実施例に基づいて具体的な実施の形態を説明する。
【実施例】
【００３９】
＜実施例１＞
図４は電気光学効果を示す光学結晶からなる光学素子の光導波路端部に光誘起屈折率変化領域１２を形成した光学素子の構造を示している。電気光学効果を示す光学結晶として、LiNbO3結晶を使用したが、電気光学効果を示す結晶材料であれば特に制限はない。また、光学基材１０上の光導波路１１として埋め込み型光導波路を使用したが、光を伝搬させる導波路であれば、突出形導波路などでもよい。
【００４０】
図４(A)は、光変調器の一例を示す平面図である。この光変調器は、途中で二路に分岐し合流する光導波路１１を有している。分岐した一方の光導波路には、変調用電極１３が設けられている。
入力光信号は、光導波路１１の途中から二方に分かれて、その一方は、変調用電極１３に印加される電圧によって位相変調を受ける。その後また１つの光導波路に合流するが、このとき、前記位相変調の深さに応じて、光信号の強度が変調される。
【００４１】
この合流後の光導波路の端部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射し、屈折率を上昇させて、レンズとして機能する光誘起屈折率変化領域１３を形成した。
光信号を光変調器に入力し、変調用電極１３に電気信号を入力したところ、光の変調機能を保持したまま、出力光信号のビーム径を広げることができた。
【００４２】
図４(B)は、光スイッチの一例を示す平面図である。この光スイッチは、２つの導波路２１，２２を有し、２つの導波路２１，２２には、２箇所において相互干渉領域が設けられている。これらの相互干渉領域に挟まれた部分に、変調用電極２３が設けられている。変調用電極２３は、２つの導波路に対して互いに逆位相の変調電圧を印加する。
各光導波路２１，２２の出力端部に、例えば紙面垂直方向にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射し、屈折率を上昇させて、レンズとして機能する光誘起屈折率変化領域２４を形成した。
【００４３】
一方の光導波路２２に入った入力光信号は、相互干渉領域において他の光導波路２１にも分波される。各光は変調用電極２３に印加される電圧によって互いに逆の（位相が進む方向と遅れる方向の）位相変調を受ける。その後また、相互干渉領域において干渉しあい、このとき、前記変調用電極２３に印加された電圧によって、いずれの光導波路２１，２２から光が出力されるかが決まる。このようにして、光スイッチの機能を得ることができる。
【００４４】
この光スイッチ素子においては、光スイッチング機能を保持したまま、レンズ機能を付与することができた。
本実施例によれば、光変調器や光スイッチ素子における光導波路の光導波路端部にレンズを一体形成することによって、光変調器や光スイッチ素子の出力端において、光ファイバや他の光学素子との光結合効率の向上が図れる。また、光軸調整などの調整プロセスを簡略化でき、製造コストの削減などの効果が期待できる。
【００４５】
＜実施例２＞
図５は２本の光ファイバ３０ａ，３０ｂを、２つの偏光子３４とファラデー回転子３５からなる光アイソレーター３６に接続した、光信号の偏光を制御する偏光制御光学素子の断面構造を示している。
図５(A)は、本発明による偏光制御光学素子の構造を示す断面図である。２本の光ファイバ３０ａ，３０ｂの端面を垂直にカットし、反射板３３に当接させる。両光ファイバ３０ａ，３０ｂの端部間には、反射板に埋め込まれた光アイソレーター３６を配置している。光アイソレーター３６の光伝搬方向は、光ファイバ３０ａ，３０ｂ内の光伝搬方向に垂直となっている。なお、いうまでもなく２つの偏光子３４の偏光方向は互いに直角であり、光アイソレーター３６のファラデー回転子３５には、所定方向に磁界が印加されている。
【００４６】
図５(B)は、従来の偏光制御光学素子の構造を示す断面図である。この構造では、２本の光ファイバ３０ａ，３０ｂの端面を垂直にカットし、その間に光アイソレータ３６を挿入している。光アイソレーター３６内の光伝搬方向は、光ファイバ３０ａ，３０ｂ内の光伝搬方向と同一である。
図５(A)の光ファイバ３０ａ，３０ｂの光導波路端部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射した。照射の方向は、例えば紙面垂直方向である。これにより照射部の屈折率を上昇させて光誘起屈折率変化領域３２を形成した。この光誘起屈折率変化領域３２は、光を反射させて光の伝搬方向を直角に曲げるミラー若しくはプリズムとして機能する。光ファイバ３０ａに偏光方向が既知の入力光信号を導入したところ、光ファイバ３０ｂから出力された光信号の偏光方向を光アイソレーター３６によって変換し、光ファイバ３０ｂから出力することができた。
【００４７】
図５(B)の従来の技術では、光アイソレーター３６の両面に光ファイバ３０ａ，３０ｂを、光の伝搬方向が同一になるように接続するため、光信号の伝搬方向が一方向であり、光信号の入力端と出力端との距離が長く、光学素子のサイズも大きかった。
しかし、図５(A)の本発明によれば、光ファイバ３０ａ，３０ｂの光導波路端部にミラー若しくはプリズムとしての機能を有する光誘起屈折率変化領域３２を一体形成し、光信号の伝搬方向を光導波路端部で90°屈折させて光アイソレーター３に接続し、光アイソレーター３から出力後さら90°屈折させることによって、光信号の入出力方向を180°折り返すことができる。このため光信号の入力端と出力端とを隣接させることができ、光学素子を小型化することができる。
【００４８】
＜実施例３＞
図６は、光学素子の光導波路途中部に光誘起屈折率変化領域を一体形成して、光導波路に光減衰機能を付与した光減衰器の構造の断面図を示している。
図６(A)は光学素子が光ファイバ５０である場合を示し、図６(B)は光学素子が石英ガラスからなる光学基材５３の上に光導波路５４を形成した場合を示す。光導波路５４は、光学基材５３上で１本から２本に分岐している。
【００４９】
図６(A)では、光ファイバ５０の光導波路５１の途中部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を、例えば紙面垂直方向に集光照射することによって光誘起屈折率変化領域５２を形成した。この光ファイバ５０の一端から強度がＩinの光信号を入力し、他端から出力する光信号の強度Ｉoutを測定した。入力光信号の強度Ｉinと出力光信号の強度Ｉoutを比較したところ、Ｉin＞Ｉoutであることを確認した。したがって、光信号の強度を減衰させることができた。このことから、光導波路５１の屈折率が光誘起屈折率変化領域５２において上昇したため、その境界で光伝搬条件が変化し、光信号の一部反射及び漏洩が起こり、光を減衰させる光減衰器として機能したと推定される。
【００５０】
図６(B)では、分岐した光導波路５４の途中部に、光ファイバの場合と同様にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を、例えば紙面垂直方向から集光照射して、光導波路の途中部に光誘起屈折率変化領域５５ａ，５５ｂを形成した。なお分岐した光導波路に形成した光誘起屈折率変化領域の個数を、光導波路ごとに変えている。
光導波路１本側の端部から強度Ｉ0の光信号を入力し、分岐した光導波路側の端部から出力される光信号の強度Ｉ1とＩ2とを検出した。入力光信号の強度Ｉ0と出力光信号の強度Ｉ1とＩ2とを比較したところ、Ｉ0＞Ｉ1＞Ｉ2であることを確認した。このことから光導波路の光導波路途中部の光伝搬条件が変化し、光信号の強度を減衰させたことが推定される。
【００５１】
なお、本実施例は、１本から２本に分岐した光導波路に限らず、複数の光導波路から１本に結合した光導波路や、１本の光導波路が複数に分岐した光導波路からなる光集積回路にも応用が可能である。
本実施例によれば、光ファイバの光導波路又は光導波路途中部に光誘起屈折率変化領域を一体形成することによって、光の強度を減衰させる減衰器を光学素子に一体形成することができた。
【００５２】
＜実施例４＞
図７は、石英ガラスからなる光学基材６０上の光導波路６１が形成された光学素子を示す平面図である。光導波路６１は、光学基材上で１本から２本に分岐している。
光導波路６１の分岐部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を、紙面に垂直に集光照射し、光誘起屈折率変化領域６２を一体形成した。
【００５３】
本実施例では、波長λAとλBの２つの波長の光を含む光信号を入力し、光導波路途中部に形成した光誘起屈折率変化領域６２に通したところ、波長λAの光信号が選択されて分岐された。
したがって、光導波路途中部に形成した光誘起屈折率変化領域６２は、入力した光の波長の中から、周期間隔と屈折率の変化量に応じた特定の波長の光を選択してその方向を変える回折格子として機能することが分かる。なお光導波路分岐部に形成したこの回折格子の周期間隔や屈折率の変化量は、後述するようにパルスレーザ光の照射条件を変えることによって、容易に調整が可能である。
【００５４】
ここで、パルス幅がフェムト秒オーダー（１０-12〜１０-15秒）のパルスレーザ光を、特定の偏光モードで光学基材内部に集光照射することにより、光誘起屈折率変化領域に回折格子が形成される現象を説明する。
発明者は、前記光誘起屈折率変化領域に、１μｍ以下のピッチで屈折率の高い領域と低い領域とが繰り返し生じる周期構造が形成されることを発見した。
【００５５】
この周期構造において、屈折率の高い領域又は屈折率の低い領域のつながった面を「主面」と定義する。なお、屈折率の高い領域と屈折率の低い領域とは、隣接して交互に形成されるのであるから、屈折率の高い領域のつながった面を「主面」と定義しても、屈折率の低い領域のつながった面を「主面」と定義しても実質同じことである。しかし、以下、定義を明確にするために、屈折率の高い領域のつながった面を「主面」ということにする。
【００５６】
前記主面は、照射されたパルスレーザ光の磁場方向と平行に形成される。パルスレーザ光は電磁波であるから、電場と磁場とが直交関係を保ちながら、それぞれ所定の振動数で変化しながら伝搬するという性質がある。このパルスレーザ光の磁場の方向を本明細書では「磁場方向」という。
前記周期構造は、照射されたパルスレーザ光と集光位置内部で発生するプラズマとの干渉によって形成される。したがって、照射するパルスレーザ光線は１本のみでよい。
【００５７】
これまで報告されているように、照射するパルスレーザ光を少なくとも２本以上使用し、それらのパルスレーザ光の干渉によって周期構造を形成する例がある。本発明では、使用するパルスレーザ光線は１本のみであるため、装置構成などが極めて簡便にすることができる。
前記周期構造のピッチは、照射されたパルスレーザ光の波長、照射パルス数又はパルスエネルギーに依存する。
【００５８】
前記周期構造は、照射されるパルスレーザ光と集光位置内部で発生するプラズマとの干渉によって形成される。照射されるパルスレーザ光の波数ベクトルをｋw、発生するプラズマの波数ベクトルをｋp、形成される周期構造の屈折率の高い領域と低い領域との繰り返しの変調ベクトルをｋdと置くと、運動量保存則から、次式（１）の関係が成り立つ。
ｋd＝ｋp −ｋw                   （１）
ここで、照射されるパルスレーザ光の波長をλとおくと、ｋw ＝２π／λ、また周期構造のピッチをΛとおくと、ｋd＝２π／Λの関係が成り立つ。
【００５９】
したがって、照射されるパルスレーザ光の波長λを小さくすると、ｋwが大きく、ｋdが小さくなり、その結果（１）式から、周期構造のピッチΛは大きくなる。
また、照射されるパルスレーザ光の照射パルス数及びパルスエネルギーを大きくすると、発生プラズマの電子密度ｎe及び発生プラズマの電子温度Ｔeがそれらに比例して大きくなり、ｋpは小さくなる。その結果、周期構造の変調ベクトルｋdが小さくなり、周期構造のピッチΛは大きくなる。
【００６０】
以上のことから、照射されるパルスレーザ光の波長λを小さくすると、周期構造のピッチΛは大きくなり、照射されるパルスレーザ光の照射パルス数及びパルスエネルギーを大きくしても、周期構造のピッチΛは大きくなる。
このように、本実施例によれば、光導波路の光導波路途中部に回折格子を形成することによって、光の波長を選択的に分岐する波長フィルターを、光学素子に形成することができる。
【００６１】
＜実施例５＞
図８は、光導波路にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射し、光導波路途中部に光誘起屈折率変化領域を形成した光学素子を示す。この光誘起屈折率変化領域は、屈折率の高い領域と屈折率の低い領域とが交互に存在する構造を有している。
図８(A)は、光学素子が光ファイバ７０である場合を示し、図８(B)は、光学素子が、石英ガラスからなる光学基材７３の上に光導波路７４が形成された場合を示す。光導波路７４は、光学基材７３上で１本から２本に分岐している。
【００６２】
図８(A)の光ファイバ７０のコア７１に形成される光誘起屈折率変化領域７２の屈折率一定の主面は、例えば図８(A)に示すように水平となるようにする。
パルスレーザ光の磁場方向を図８(A)に"Ｈ"で示している。光誘起屈折率変化領域７２の屈折率一定の主面は、前述したように照射するパルスレーザ光の磁場Ｈの方向と平行に形成されるという性質がある。したがって、図８(A)に示すように、磁場方向が水平なパルスレーザ光を水平に照射すると、光誘起屈折率変化領域７２の屈折率一定の主面を水平に形成できる。
【００６３】
以上のように、光誘起屈折率変化領域７２の屈折率一定の主面を水平に形成することにより、光ファイバ７０を伝搬する光の中で、水平偏光の光のみが、この光誘起屈折率変化領域７２を透過することができる。
実際、コア７１の途中部に光誘起屈折率変化領域７２を形成した光ファイバの入力端から、ランダムな偏光の光信号を入力し、他方から出力する光信号の偏光方向を検出したところ、特定の偏光成分が選択された。このことから光誘起屈折率変化領域７２は偏光子として機能していることが分かる。これにより、光信号の特定偏光成分を選択することができ、偏波面保持ファイバーとして機能することを確認した。
【００６４】
図８(B)の光学素子では、２つの分岐した光導波路の光導波路７４にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射して、光誘起屈折率変化領域７５ａ，７５ｂをそれぞれ形成した。このときパルスレーザ光の磁場Ｈの方向は、それぞれ水平及び垂直とした。
このようにして形成した光導波路７４の一端から光信号を入力し、分岐部で分岐され、それぞれ偏光方向の違う光誘起屈折率変化領域７５ａ，７５ｂを通過した後に出力される光信号の偏光方向を検出したところ、光誘起屈折率変化領域７５ａ，７５ｂの偏光方向に応じた特定の偏光成分の光が選択されて出力されることを確認した。
【００６５】
なお本実施例でも、１本から２本に分岐した光導波路に限らず、複数の光導波路から１本に結合した光導波路や、１本の光導波路が複数に分岐した光導波路からなる光集積回路にも応用が可能である。
本実施例によれば、光導波路の光導波路途中部に光誘起屈折率変化領域を形成することによって、光の特定の偏光成分を選択する偏光子の機能を光学素子に付与することができる。
【００６６】
＜実施例６＞
図９は、光学素子の光導波路９１とクラッド９０の境界部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光導波路９１とクラッド９０の境界部に光誘起屈折率変化領域９３を形成した光学素子の模式図である。
この屈折率変化領域９３に、光学素子の上部から光ファイバ９２を接続している。
【００６７】
この光学素子において、光導波路９１の一端から光信号を入力し、上部の光ファイバから光信号が出力されることを確認した。よって、この光誘起屈折率変化領域９３がレンズ、プリズム又はハーフミラーとして作用し、光の一部を透過させ、一部を屈折若しくは反射させる機能を持っていることが分かった。
したがって、光導波路９１とクラッドの境界部に光誘起屈折率変化領域９３を形成することによって、光信号を垂直方向に分岐することができる。
【００６８】
本実施例によれば、簡単な構造で光導波路に垂直な方向に光信号を容易に取り出すことができる。
＜実施例７＞
図１０は、光学素子の光導波路１０１とクラッド１００との境界部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域１０３を形成した光学素子の模式図である。この屈折率変化領域１０３に、光学素子の上部から光ファイバ１０２を接続している。
【００６９】
この光学素子において、光導波路１０１の一端から光信号を入力し、光導波路の他端と上部の光ファイバ１０２から出力される光信号の強度を検出した。光導波路から出力される光信号Ｂ（強度ＩB）、光ファイバに分岐されて出力される光信号Ａ（強度ＩA）を測定したところ、入力光信号Ｉ0に対して、Ｉ0＞ＩB＞ＩAの関係であった。この光誘起屈折率変化領域１０３は、レンズ、プリズム又はハーフミラーとして作用し、光の一部は透過させ、一部を屈折若しくは反射させる機能を持っていることが分かった。
【００７０】
本実施例によれば、光導波路とクラッドの境界部に光誘起屈折率変化領域を形成することによって、光導波路に垂直な方向に光信号を容易に分岐することができた。さらに分岐された光信号の強度は、減衰された光信号となるので、光の分岐と減衰の機能を一体化することができた。
＜実施例８＞
図１１は、光学素子の光導波路１１１とクラッド１１０との境界部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって光誘起屈折率変化領域１１３を形成した光学素子を示す斜視図である。この屈折率変化領域１１３に、光学素子０の上部から光ファイバ１２を接続している。
【００７１】
この光学素子０において、光導波路１１１の一端から波長λAの光と波長λBの光を含む多波長光信号を入力し、光導波路１１１の他端と上部の光ファイバ１２から出力される光信号の波長をそれぞれ分光器によって測定した。
光導波路１１１の途中から分岐されて光ファイバ１１２に出力される光信号の波長はλAのものであり、光導波路１１１の他端から出力される光信号の波長はλBのものであった。したがって、この光誘起屈折率変化領域１１３は、特定の波長を分離する回折格子としての機能を有していると考えられる。
【００７２】
本実施例によれば、光導波路とクラッドの境界部に光誘起屈折率変化領域を形成することによって、光導波路に垂直な方向に光信号を容易に分岐することができた。さらに分岐された光信号の波長を分離することができ、光の分岐と波長フィルターの機能を一体化することができるので、光学素子の小型化や製造コストの削減などの効果が期待できる。
＜実施例９＞
図１２は、光学素子の光導波路１２１とクラッド１２０の境界部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって光誘起屈折率変化領域１２３を形成した光学素子の斜視図である。この屈折率変化領域２１３に、光学素子の上部から光ファイバ１２２を接続している。
【００７３】
この光学素子において、光導波路１２１の一端からランダムな偏光の光を含む光信号を入力し、光導波路１２１の他端と上部の光ファイバ２２から出力される光信号の偏光方向を検光子によって検出した。
光導波路１２１の他端から出力される光信号の偏光方向はランダムであるのに対して、光ファイバ１２２に分岐されて出力される光信号の偏光方向は特定の方向であった。
したがって、この光誘起屈折率変化領域１２３は、特定の偏光方向の光を分離する偏光子としての機能を有していると考えられる。
【００７４】
本実施例によれば、光導波路とクラッドの境界部に光誘起屈折率変化領域を形成することによって、光導波路に垂直な方向に、特定の偏光方向の光信号のみを分岐することができる。したがって、光の分岐と偏光子の機能を一体化することができる。
＜実施例１０＞
図１３は、二次元に広がった板状の光導波路１３３と、光導波路１３３の上下を挟むクラッド１３４とを有する光学素子を示す図である。
【００７５】
図１３(A)は光学素子の斜視図を示し、図１３(B)は光学素子に入射用光ファイバ１３０および出射用光ファイバ１３６を接続した状態を示す水平断面図を示す。
入射用光ファイバ１３０のコアの出射端部に、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域１３２を形成している。また、この光学素子の光導波路１３３の一端部にも、パルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、複数の光誘起屈折率変化領域１３５を形成している。
【００７６】
この光学素子に接続された入射用光ファイバ１３０から入力した光信号は、入射用光ファイバ１３０のコア端部に形成した光誘起屈折率変化領域１３２によって広げられ、光学素子の板状の光導波路１３３に入射される。板状の光導波路１３３に入射された光信号は、一様に広がりながら他方の端部まで伝搬する。そして、他方の端部に形成された各光誘起屈折率変化領域１３５で集光されて出射用光ファイバ１３６に出力される。光誘起屈折率変化領域１３２，１３６は、光を集光したり拡散したりするレンズの機能を有する。
【００７７】
この実施例では、光ファイバの光導波路端部に光誘起屈折率変化領域を形成することによって、光ファイバと板状の光学素子の光導波路との結合損失を小さくすることができた。さらに板状の光学素子の光導波路端部に形成した光誘起屈折率変化領域によって、板状の光導波路を一様に伝搬する光信号を集光し、小さな損失で出射用光ファイバに出力することができた。
【００７８】
かくして、本実施例によれば、結合損失の少ない光分岐結合器を作製することができる。
＜実施例１１＞
図１４は球面レンズ（非球面レンズでもよい）１４０、又はボールレンズ１４２の内部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域１４１又は１４３を多数形成した光学素子を示す側面図である。
【００７９】
図１４(A)は光学素子が球面レンズ１４０の場合を示し、図１４(B)は光学素子がボールレンズ１４２の場合を示している。
球面レンズ１４０又はボールレンズ１４２内部に光誘起屈折率変化領域１４１又は１４３を形成することによって、レンズ機能に偏光子としての機能を付与することができる。偏光子の形成方法は、図８(A)を用いて説明したのと同様、光誘起屈折率変化領域の偏光方向は、照射するパルスレーザ光の磁場Ｈの方向と平行に形成されるという性質を利用して、所定磁場方向を持ったパルスレーザ光を照射して形成する。
【００８０】
この構成の光学素子によれば、入力光信号を集光するとともに、ランダム偏光の入力光から特定の偏光方向の光を選択することができる。
かくして、本実施例によれば、レンズの機能と偏光子の機能を一体化することができるので、光学素子の小型化、多機能化などの効果が期待できる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】(A)は、光ファイバの光導波路２の端部に、レンズ、ミラー、回折格子などの光誘起屈折率変化領域３を一体に形成した光学素子の構造を示す図である。(B)〜(D)は、光学素子が光学基材上に光導波路が形成された構造である場合を示している。(E)は、光導波路２の端部に、パルスレーザ光４をレンズ等の集光素子５を通して集光照射している状態を示す断面図である。
【図２】(A)は、光ファイバの光導波路２の途中部に、レンズ、ミラー、回折格子などの光誘起屈折率変化領域３を一体に形成した光学素子の構造を示す図である。(B)〜(D)は、光学素子が光学基材１上に光導波路２が形成された構造である場合を示している。(E)は、光導波路２の途中部に、パルスレーザ光４をレンズ等の集光素子５を通して集光照射している状態を示す断面図である。
【図３】(A)は、光ファイバの光導波路２とクラッド１との境界部に光誘起屈折率変化領域３を一体形成した光学素子の構造を示す図である。(B)〜(D)は、光学素子が光学基材１上に光導波路２が形成された構造である場合を示している。(E)は、光導波路２とクラッドとの境界部に、パルスレーザ光４をレンズなどの集光素子５を通して集光照射している状態を示す断面図である。
【図４】(A)は、光変調器の出力端部に、パルスレーザ光を集光照射し、屈折率を上昇させて、レンズとして機能させた光学素子を示す図である。(B)は、光スイッチ素子の出力端部に、パルスレーザ光を集光照射し、屈折率を上昇させて、レンズとして機能させた光学素子を示す図である。
【図５】(A)は、２本の光ファイバの端面を垂直にカットし、反射板に当接させ、両光ファイバの端部間に光アイソレーター３６を埋め込んだ偏光制御光学素子の構造を示す断面図である。(B)は従来の偏光制御光学素子の構造を示す断面図である。
【図６】(A)は光ファイバの光導波路５１途中部に光誘起屈折率変化領域５２を形成して光減衰機能を付与した光減衰器の構造を示す断面図であり、(B)は光学素子が、石英ガラスからなる光学基材５３上に光導波路５４を形成した構造である場合を示す。
【図７】光学基材６０上で１本の光導波路から２本に分岐している光学素子を示す平面図であり、光学素子の光導波路分岐部にパルスレーザ光を照射し、回折格子として機能する光誘起屈折率変化領域６２を一体形成した構造を示す平面図である。
【図８】光学素子の光導波路７１にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射し、光導波路途中部に偏光子として機能する光誘起屈折率変化領域７２を形成した偏光子一体型光学素子を示す図である。(A)は、光学素子が光ファイバである場合を示し、(B)は、光学素子が、石英ガラスからなる光学基材７３上に光導波路７４を形成した構造である場合を示す。
【図９】光学素子の光導波路９１とクラッド９０との境界部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域９３を形成した光学素子を示す図である。
【図１０】光学素子の光導波路１０１とクラッド１００との境界部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域１０３を形成した光学素子を示す図である。
【図１１】光学素子の光導波路１１１とクラッド１１０との境界部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域１１３を形成した光学素子の斜視図である。
【図１２】光学素子の光導波路１２１とクラッド１２０との境界部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、光誘起屈折率変化領域２１３を形成した光学素子の斜視図である。
【図１３】二次元に広がった板状の光導波路１３３とクラッド１３２とを有する光学素子を示す。(A)は光学素子の斜視図を示し、(B)は板状の光学素子の光導波路１３３を含む水平断面図を示す。
【図１４】球面レンズ１４０、又はボールレンズ１４２の内部にパルス幅がフェムト秒オーダーのパルスレーザ光を集光照射することによって、偏光子１４１又は１４３をそれぞれ複数形成した光学素子を示す側面図である。(A)は球面レンズの場合を示し、(B)はボールレンズの場合を示している。
【符号の説明】
【００８２】
１  光ファイバ、光学基材
２  コア、光導波路
３  光誘起屈折率変化領域
４  パルスレーザ光
５  集光素子
１０  光学素子
１１  光導波路
１２  レンズ
１３  変調用電極
２１，２２  導波路を
２３  変調用電極
３０ａ，３０ｂ  光ファイバ
３３  反射板
３４  偏光子
３５  ファラデー回転子
３６  光アイソレーター
５０  光ファイバ
５１  光導波路
５２  光誘起屈折率変化領域
５３  光学基材
５４  光導波路
５５ａ，５５ｂ  光誘起屈折率変化領域
６０  光学基材
６１  光導波路
６２  光誘起屈折率変化領域
７０  光ファイバ
７２，７５ａ，７５ｂ  光誘起屈折率変化領域
７３  光学基材
７４  光導波路
９０  光学素子
９１  光導波路
９２  光ファイバ
９３  光誘起屈折率変化領域
１００  光学素子
１０１  光導波路
１０２  光ファイバ
１０３  光誘起屈折率変化領域
１１０  光学素子
１１１  光導波路
１１２  光ファイバ
１１３  光誘起屈折率変化領域
１２０  光学素子
１２１  光導波路
１２２  光ファイバ
１２３  光誘起屈折率変化領域
１３０  入射用光ファイバ
１３２  光誘起屈折率変化領域
１３３  光導波路
１３５  光誘起屈折率変化領域
１３６  出射用光ファイバ
１４０  球面レンズ
１４１，１４３  光誘起屈折率変化領域
１４２  ボールレンズ
【図１】
2005292382.tif 000003
【図２】
2005292382.tif 000004
【図３】
2005292382.tif 000005
【図４】
2005292382.tif 000006
【図５】
2005292382.tif 000007
【図６】
2005292382.tif 000008
【図７】
2005292382.tif 000009
【図８】
2005292382.tif 000010
【図９】
2005292382.tif 000011
【図１０】
2005292382.tif 000012
【図１１】
2005292382.tif 000013
【図１２】
2005292382.tif 000014
【図１３】
2005292382.tif 000015
【図１４】
2005292382.tif 000016