(57)【要約】【課題】光導波路素子及びその製造方法並びに光トランシーバに係り、特に、導波路に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光学装置及びその製造方法並びに光トランシーバに関し、製造が容易で、かつ、小型化が可能な光導波路素子及びその製造方法並びにそれを用いた光トランシーバを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、導波路（１１２）に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子（１１０）であって、導波路（１１２）の屈折率を異ならせた異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を導波路（１１２）の延在方向に対して傾斜して形成したことを特徴とする。【選択図】図１
2005164685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子であって、
前記導波路の屈折率を異ならせた異屈折率部を前記導波路の延在方向に対して傾斜して形成したことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
前記異屈折率部は、前記導波路上に互いに平行に複数列に亘って形成されたことを特徴とする請求項１記載の光導波路素子。
【請求項３】
導波路に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子の製造方法であって、
前記導波路を形成する工程と、
前記導波路の延在方向に対して傾斜して、前記導波路を変質させ、前記導波路とは屈折率の異なる異屈折率部を形成する異屈折率部形成工程とを有することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項４】
前記異屈折率部形成工程は、前記導波路に放射線を照射することにより前記導波路を変質させ、前記異屈折率部を形成することを特徴とする請求項３記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
光が伝搬される導波路が形成された光導波路素子と、該光導波路素子上に搭載され、送信信号に応じて第１の波長の光を発光し、該第１の波長の光を前記導波路に導入する発光素子と、前記光導波路素子上を搭載され、前記導波路上を伝搬される光を受光し、電気信号に変換する受光素子とを有する光トランシーバであって、
前記導波路のうち、前記発光素子からの光を導出する導波路上に、前記導波路の屈折率と異なる屈折率を有し、かつ、前記導波路の延在方向に対して傾斜して形成された異屈折率部からなり、前記第１の波長の光を透過し、前記第１波長以外の波長の光を反射する光フィルタ部を有することを特徴とする光トランシーバ。
【請求項６】
前記光フィルタ部は、前記異屈折率部を前記導波路上に互いに平行に複数列に亘って形成した構成とされたことを特徴とする請求項５記載の光トランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路素子及びその製造方法並びに光トランシーバに係り、特に、導波路に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子及びその製造方法並びに光トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて双方向通信を行う場合、光の送受信を行う光送受信器、すなわち、光トランシーバが必要となる。
【０００３】
図９は従来の光トランシーバの斜視図を示す。
【０００４】
光トランシーバ１は、発光素子１１、受光素子１２、及び、波長フィルタ１６が、導波路１３、１４、１５をシリコン基板１７上に形成した光導波路素子１０に搭載された構成とされている（特許文献１）。
【０００５】
発光素子１１は、送信信号に応じた第１の波長λ１の光を発光する。受光素子１２は、第１の波長λ１の光を受光し、電気信号に変換する。導波路１３には、光ファイバ２１が結合されている。光ファイバ２１から入射した光は、導波路１３に導入され、波長フィルタ１４に供給される。
【０００６】
波長フィルタ１６は、例えば、基板に誘電体を積層した構成とされており、光導波路素子１０上に形成された溝１８に装着されて用いられる。波長フィルタ１６は、導波路１３から供給される光のうち、第１の波長λ１の光を透過し、導波路１４に導入する。また、波長フィルタ１６は、導波路１３から供給された光のうち、第２の波長λ２の光を反射し、導波路１５に導入する。
【０００７】
導波路１４に導入された光は、導波路１４を通って受光素子１２に供給され、電気信号に変換される。
【０００８】
また、発光素子１１で発光した第１の波長λ１の光は、導波路１４を通って、波長フィルタ１６に供給される。波長フィルタ１６は、導波路１４からの光を透過させて、導波路１３、１５に導入する。また、導波路１５は、波長フィルタ１６で反射又は透過した光を光ファイバ２２に導入する。
【０００９】
以上により、光トランシーバ１は、光ファイバ２１、２２を伝搬される光のうち第１の波長λ１の光を送受信できる構成にできる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１５６６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかるに、光トランシーバは、光導波路素子上に導波路を切断するように溝を形成し、溝に波長フィルタを装着する必要があるため、製造効率が悪く、コストが高くなる。また、溝に物理的に装着するため、物理的に大きく、したがって、小型化が困難であるなどの問題点があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、製造が容易で、かつ、小型化が可能な光導波路素子及びその製造方法並びにそれを用いた光トランシーバ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】
【００１３】
本発明は、導波路（１１２）に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子（１１０）であって、導波路（１１２）の屈折率を異ならせた異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を導波路（１１２）の延在方向に対して傾斜して形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）は、導波路上に互いに平行に複数列に亘って形成されたことを特徴とする。
【００１５】
導波路（１１２）に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子（１１０）の製造方法であって、導波路（１１２）を形成する工程と、導波路（１１２）の延在方向に対して傾斜して、導波路（１１２）を変質させ、導波路（１１２）とは屈折率の異なる異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を形成する異屈折率部形成工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、異屈折率部形成工程は、導波路（１１２）に放射線を照射することにより導波路（１１２）を変質させ、異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を形成することを特徴とする。
【００１７】
光が伝搬される導波路（１１２）が形成された光導波路素子（１１０）と、光導波路素子（１１０）上に搭載され、送信信号に応じて第１の波長（λ１）の光を発光し、第１の波長（λ１）の光を導波路（１１２）に導入する発光素子（１１３）と、光導波路素子（１１０）上に搭載され、導波路（１１２）上を伝搬される光を受光し、電気信号に変換する受光素子（１１４）とを有する光トランシーバ（１００）であって、導波路（１１２）のうち、発光素子（１１３）からの光を導出する導波路（１１２ｄ）上に、導波路（１１２ｄ）の屈折率（ｄ１）と異なる屈折率（ｄ２）を有し、かつ、導波路（１１２ｄ）の延在方向に対して傾斜して形成された異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）からなり、第１の波長（λ１）の光を透過し、第１波長（λ１）以外の波長の光を反射する光フィルタ部（１３１）を有することを特徴とする。
【００１８】
光フィルタ部（１３１）は、異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を導波路（１１２ｄ）上に互いに平行に複数列に亘って形成した構成とされたことを特徴とする。
【００１９】
なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、  本発明は、導波路（１１２）に入射した光のうち所望の波長の光を選択的に通過させる光導波路素子（１１０）であって、導波路（１１２）の屈折率を異ならせた異屈折率部（１３１−１〜１３１−ｎ）を導波路（１１２）の延在方向に対して傾斜して形成することにより、製造が容易で、かつ、小型化が可能となるなどの特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔第１実施例〕
〔全体構成〕
図１は本発明の第１実施例の斜視図を示す。
【００２２】
本実施例の光トランシーバ１００は、例えば、シリコン基板１１１上に形成された導波路１１２からなる光導波路素子１１０上に、発光素子１１３並びに受光素子１１４を搭載した構成とされている。
【００２３】
光導波路素子１１０を構成する導波路１１２は、入力路１１２ａ、出力路１１２ｂ、共通伝搬路１１２ｃ、送信路１１２ｄ、受信路１１２ｅから構成される。なお、入力路１１２ａ、出力路１１２ｂ、共通伝搬路１１２ｃ、送信路１１２ｄ、受信路１１２ｅは、連続した一つの導波路として形成されている。
【００２４】
入力路１１２ａは、その一端が光ファイバ１２１に結合されており、光ファイバ１２１から光が入射される。入力路１１２ａの他端は、共通伝搬路１１２ｃの一端に結合されている。また、共通伝搬路１１２ｃの一端には、出力路１１２ｂの一端が結合している。
【００２５】
出力路１１２ｂは、その一端が共通伝搬路１１２ｃの一端に結合され、他端が光ファイバ１２２に結合されており、共通伝搬路１１２ｃから出射された光を光ファイバ１２２に伝搬する導波路である。
【００２６】
共通伝搬路１１２ｃは、他端に送信路１１２ｄ及び受信路１１２ｅの一端が結合している。共通伝搬路１１２ｃは、一端から入射した光を受信路１１２ｅに入射するとともに、送信路１１２ｄから入射した光を他端から出射する。
【００２７】
送信路１１２ｄは、一端が共通伝搬路１１２ｃの他端に結合しており、他端には発光素子１１３から送信信号に応じた光が供給される。送信路１１２は、発光素子１１３で発光した光を共通伝搬路１１２ｃに導く導波路である。
【００２８】
発光素子１１３は、光導波路素子１１０上に搭載されており、送信路１１２ｄの他端に対向して配置されている。発光素子１１３には、シリコン基板１１１上に形成されたプリント配線により外部から送信信号が供給される。発光素子１１３は、供給された送信信号に応じて第１の波長λ１の光を発光し、第１の波長λ１の光を送信路１１２ｄの他端に導入する。発光素子１１３から導入された光は、送信路１１２ｄと伝搬して、一端から出力される。送信路１１２ｄの一端側には、光フィルタ部１３１が設けられている。
【００２９】
光フィルタ部１３１は、いわゆる、ブラック反射を利用した光学フィルタを構成しており、送信路１１２ｄの一部の屈折率を異ならせた複数の異屈折率部を導波路の延在方向に対して傾斜して形成した構成とされている。光フィルタ部１３１は、発光素子１１３からの第１の波長λ１の光を透過して共通伝搬路１１２ｃに供給し、共通伝搬路１１２ｃで受光素子１１４に供給すべき第２の波長λ２の光を反射して導光路１１２の外部に放出する。
【００３０】
受信路１１２ｅは、一端が共通伝搬路１１２ｃの他端に結合され、他端には受光素子１１４が配置されている。受信路１１２ｅは、共通伝搬路１１２ｃを伝搬した光を受光素子１１４に導く導波路である。
【００３１】
受光素子１１４は、共通伝搬路１１２ｃ導波路上を伝搬される光を受光し、電気信号に変換する。受光素子１１４で変換された電気信号は、シリコン基板１１１上に形成されたプリント配線により外部に導出される。
【００３２】
〔光学装置１３１〕
図２は光フィルタ部１３１の斜視図を示す。
【００３３】
光フィルタ部１３１は、図２に示すようにｎ枚の異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎから構成されている。
【００３４】
異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎは、その面が送信路１１２ｄの延在方向、矢印Ａ方向に直交する面Ｓに対して角度θとなるように形成されている。また、異屈折率部１３−１〜１３１−ｎは、フォトグラフ法などを用いて屈折率が送信路１１２ｄとは異なる屈折率となるように設定されている。なお、角度θは及び導波路１１２の屈折率ｄ２と異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎの屈折率ｄ２´並びに異屈折部１３１−１〜１３１−ｎのピッチｐ0は、波長λ１の光が異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎを透過し、波長λ２の光が異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎで反射されるように設定されている。
【００３５】
図３は光フィルタ部１３１の動作説明図を示す。
【００３６】
光フィルタ部１３１では、発光素子１３１側からの第１の波長λ１の光は図３に破線で示すように異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎを透過して、共通伝搬路１１２ｃに出射される。
【００３７】
また、共通伝搬路１１２ｃを受光素子１１４に向けて伝搬される第２の波長λ２の光は、図３に一点鎖線で示すように異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎで反射し、発光素子１３１側に伝播されることはない。これにより、発光素子１３１に光が入射して、発光素子１３１で不要な共振を励起することを防止できる。
【００３８】
〔製造方法〕
図４、図５は光導波路素子１１０並びに光トランシーバ１００の製造方法を説明するための図を示す。
【００３９】
まず、図４（Ａ）に示すように例えば、シリコン基板１１１上にクラッド層１４１を形成する。クラッド層１４１は、例えば、屈折率がｄ１となるように成分が調整されたフッ素化ポリイミド樹脂から構成される。クラッド層１４１は、シリコン基板１１１上に回転成膜法などにより液状の樹脂薄膜を形成し、これを加熱処理することにより、イミド化して形成される。
【００４０】
次に、図４（Ｂ）に示すようにグラッド層１４１上にコア１４２を形成する。コア１４２は、例えば、屈折率がｄ２（＜ｄ１）となるように成分が調整されたフッ素化ポリイミド樹脂から構成される。コア１４２は、クラッド層１４１上に回転成膜法などにより液状の樹脂薄膜を形成し、これを加熱処理することにより、イミド化した後、図４（Ｂ）に示すような形状となるように光感光性レジスト膜をフォトリソグラフ法により形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）法などにより、不要部分を除去した後、レジスト膜を除去することにより図４（Ｂ）に示すような形状に成形される。
【００４１】
次に、図４（Ｃ）に示すようにコア１４２の送信路１１２ｄ上に光フィルタ部１３１を形成する。
【００４２】
図６は光フィルタ部１３１の形成方法を説明するための図を示す。図６（Ａ）は側面図、図６（Ｂ）は平面図を示す。
【００４３】
図６（Ａ）に示すように紫外線又は電子線を、例えば、位相差マスクとよばれる高解像度でパターン形成可能なマスク１５１を介してコア１４２に照射する。このとき、コア１４２には、図６（Ｂ）に斜線で示すようなパターンで紫外線又は電子線が照射される。
【００４４】
コア１４２は、紫外線又は電子線が照射された部分、すなわち、図６（Ｂ）の斜線の部分の屈折率が他の部分の屈折率とに比べて高くなる。なお、このとき、照射する紫外線又は電子線の線量によって、屈折率を制御できる。
【００４５】
以上により、送信路１１２ｄの延在方向、矢印Ａ方向に直交する面Ｓに対して角度θだけ傾斜し、送信路１１２ｄとは屈折率が異なる異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎを形成できる。
【００４６】
次に、図５（Ａ）に示すようにコア１４２上にクラッド層１４３を形成する。クラッド層１４３は、クラッド層１４１と同じ屈折率ｄ１となるように成分が調整されたフッ素化ポリイミド樹脂から構成されている。クラッド層１４３は、シリコン基板１１１上に回転成膜法などにより液状の樹脂薄膜を形成し、これを加熱処理することにより、イミド化して形成され、光導波路素子１１０が形成される。
【００４７】
次に、図５（Ｂ）に示すように発光素子１１３、受光素子１１４を実装するための実装部１６１を光導波路素子１１０上に形成する。実装部１６１は、実装部１６１以外の部分にレジスト膜を形成した後、エッチングを行い、レジスト膜を除去することにより形成される。
【００４８】
次に、図５（Ｃ）に示すように実装部１６１に発光素子１１３及び受光素子１１４を実装し、光トランシーバ１００が完成する。
【００４９】
なお、本実施例では、光トランシーバ１００に用いられる光導波路素子１１０を１つの光導波路素子１１０に注目して、その製造方法を説明したが、実際には、多数の光導波路素子１１０をシリコン基板上に配列して形成した後に個々の光導波路素子１１０が切り出される。
【００５０】
本実施例によれば、導波路１１２の屈折率を異ならせた異屈折率部１３１−１〜１３１−ｎを導波路１１２の延在方向に対して傾斜して形成することにより、光トランシーバ１００を製造が容易で、かつ、小型化にすることが可能となる。
【００５１】
〔第２実施例〕
図７は本発明の第２実施例の斜視図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５２】
本実施例の光トランシーバ２００は、光導波路素子１１０上に入力路１１２ａ、出力路１１２ｂ、共通伝搬路１１２ｃの結合点に光フィルタ部１３１を設けた構成とされている。
【００５３】
図８は光フィルタ部１３１の動作説明図を示す。
【００５４】
本実施例の光フィルタ部１３１は、図８に破線で示すように入力路１１２ａから入力された第１の波長λ１の光を透過し、共通伝搬路１１２ｃに供給し、図８に一点鎖線で示すように第２の波長λ２の光を反射し、出力路１１２ｂに反射する。
【００５５】
このとき、出力路１１２ｂは、光フィルタ部１３１で反射された第２の波長λ２の光軸方向に延在するように配置される。これによって、光フィルタ部１３１で反射した第２の波長λ２の光が導波路１１２から外部に漏れることがなくなり、第２の波長λ２の光の損失を低減でき、第２の波長λ２の光による通信を効率よく行うことが可能である。
【００５６】
これによって、本実施例の光トランシーバ２００では、第１の波長λ１の光のみを送受信可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施例の斜視図である。
【図２】光フィルタ部１３１の斜視図である。
【図３】光フィルタ部１３１の動作説明図である。
【図４】光導波路素子１１０並びに光トランシーバ１００の製造方法を説明するための図である。
【図５】光導波路素子１１０並びに光トランシーバ１００の製造方法を説明するための図である。
【図６】光フィルタ部１３１の形成方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施例の斜視図である。
【図８】光フィルタ部１３１の動作説明図である。
【図９】従来の光トランシーバの斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  光トランシーバ
１１０  光導波路素子
１１１  シリコン基板、１１２  導波路
１１２ａ  入力路、１１２ｂ  出力路、１１２ｃ  共通伝搬路
１１２ｄ  送信路、１１２ｅ  受信路
１２１、１２２  光ファイバ
１３１  光フィルタ部、１３１−１〜１３１−ｎ  異屈折率部
１４１、１４３  クラッド層、１４２  コア
１５１  位相差マスク
１６１  実装部
【図１】
2005164685.tif 000003
【図２】
2005164685.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005164685.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005164685.tif 000009
【図８】
2005164685.tif 000010
【図９】
2005164685.tif 000011