(57)【要約】【課題】コア径等が互いに大きく異なる光ファイバ等を光学的に接続する場合であっても低損失な光接続を実現しうるとともに、あらゆる波長の光に対応しうる汎用的な光学素子及びその光学素子を用いた光接続構造を提供する。【解決手段】中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する光導波路１２を含む光学素子１０であって、光導波路の中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している。【選択図】  図１
2005049768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する光導波路を含む光学素子であって、
前記光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少するスラブ型の光導波路を含む光学素子であって、
前記光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
第１の光導波路と、
前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路とコア径が異なる第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３の光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第３の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【請求項４】
第１の光導波路と、
前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路のコア径と異なるサイズの受光領域を有する受光素子、又は、前記第１の光導波路のコア径と異なるスポットサイズの光を発する発光素子と、
前記第１の光導波路と前記受光素子との間、又は、前記第１の光導波路と前記発光素子との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第２の光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第２の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【請求項５】
第１のスラブ型光導波路と、
前記第１のスラブ型光導波路から離間して設けられ、前記第１のスラブ型光導波路とコア層の厚さが異なる第２のスラブ型光導波路と、
前記第１のスラブ型光導波路と前記第２のスラブ型光導波路との間に設けられ、中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３のスラブ型光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第３のスラブ型光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びその光学素子を用いた光接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号は、高速・大容量の信号伝送に適しているため、大きな注目を集めている。
【０００３】
光信号の伝送を行うためには、半導体レーザなどの発光素子と光ファイバとの接続、光ファイバどうしの接続、光ファイバと受光素子との接続が必要である。
【０００４】
低損失な光接続を行うためには、高精度な位置合わせが必要とされる。例えば、シングルモードの光ファイバでは、軸ずれの許容値は０．５μｍ程度と極めて小さい。コア径が数十μｍのマルチモードの光ファイバでは、シングルモードの光ファイバよりは軸ずれの許容値が大きいが、コア径の数分の１程度である。このため、光ファイバどうしを接続する際には、高精度に加工された光コネクタを用いて、高精度な位置合わせを行っていた。
【０００５】
また、低損失な光接続を実現するためには、スポットサイズを一致させることも極めて重要である。
【０００６】
低損失な光接続を実現するための技術として、以下のような技術が提案されている。
【０００７】
例えば、非特許文献１には、先端部のコア径を大きくしたＴＥＣ（Thermally-diffusion Expand Core）光ファイバが提案されている。
【０００８】
また、非特許文献２には、シングルモード光ファイバの先端にＧＩ（Graded Index）光ファイバを接続した光ファイバが提案されている。
【０００９】
また、特許文献１には、レーザダイオードと光ファイバとの間に先球ＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズ、即ち、セルフォック（ＳＥＬＦＯＣ、Self-Focusing）レンズを設ける技術が提案されている。
【００１０】
また、特許文献２には、光ファイバと光ファイバとの間にＧＲＩＮレンズを設ける技術が提案されている。
【００１１】
これらの技術を用いれば、低損失な光接続の実現が期待しうる。
【特許文献１】特開平５−１５０１４８号公報
【特許文献２】特表平１０−５１１４７６号公報
【特許文献３】特開平７−３１１３２３号公報
【特許文献４】国際公開第９７／４７９９８号パンフレット
【非特許文献１】ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社、”先端技術商品紹介サイト”、［online］、［平成１５年３月４日検索］、インターネット＜URL：http://www.keytech.ntt-at.co.jp/optic1/prd_1007.html＞
【非特許文献２】宇都宮大学工学部  電気電子工学科  白石研究室、”光ファイバ”、［online］、［平成１５年３月４日検索］、インターネット＜URL：http://shiraishi.ee.utsunomiya-u.ac.jp/fiber/fiber.html＞
【非特許文献３】財団法人光産業技術振興協会、「光エレクトロニクス材料マニュアル」、株式会社オプトロニクス社、ｐ．１９５〜１９９
【非特許文献４】財団法人光産業技術振興協会、「光エレクトロニクス材料マニュアル」、株式会社オプトロニクス社、ｐ．１５６〜１５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、非特許文献１に記載されたＴＥＣ光ファイバの先端部のコア径は、必ずしも十分に大きくはない。このため、コア径が１０μｍ程度の光ファイバとコア径が５０μｍ程度の光ファイバとを光学的に低損失で接続することは困難である。また、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）はコア径が１００μｍ〜１ｍｍ程度と極めて大きい。このため、コア径が１０〜５０μｍ程度の光ファイバとコア径が１００〜１ｍｍ程度のプラスチック光ファイバとを光学的に低損失で接続することは困難である。このように、非特許文献１に記載された技術では、コア径が互いに大きく異なる光ファイバどうしを低損失で光学的に接続することは困難であった。
【００１３】
また、非特許文献２で用いられているＧＩ光ファイバや、特許文献１及び特許文献２で用いられているＧＲＩＮレンズは、凸レンズのように機能するものであるため、図１９に示すように焦点から離れるに伴って光が発散してしまう。図１９は、提案されている屈折率分布型の光学素子の動作を示す概念図である。図１９に示すように、提案されている屈折率分布型の光学素子２００では、焦点から離れるに伴って光が発散してしまうため、焦点距離を考慮した設計が必要となる。しかも、光の波長が異なると焦点距離が異なってしまうため、あらゆる波長に対応しうる汎用的な光接続構造を提供することは困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、コア径等が互いに大きく異なる光ファイバ等を光学的に接続する場合であっても低損失な光接続を実現しうるとともに、あらゆる波長の光に対応しうる汎用的な光学素子及びその光学素子を用いた光接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する光導波路を含む光学素子であって、前記光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることを特徴とする光学素子により達成される。
【００１６】
また、上記目的は、中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少するスラブ型の光導波路を含む光学素子であって、前記光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることを特徴とする光学素子により達成される。
【００１７】
また、上記目的は、第１の光導波路と、前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路とコア径が異なる第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３の光導波路を含む光学素子とを有し、前記第３の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることを特徴とする光接続構造により達成される。
【００１８】
また、第１の光導波路と、前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路のコア径と異なるサイズの受光領域を有する受光素子、又は、前記第１の光導波路のコア径と異なるスポットサイズの光を発する発光素子と、前記第１の光導波路と前記受光素子との間、又は、前記第１の光導波路と前記発光素子との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第２の光導波路を含む光学素子とを有し、前記第２の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることを特徴とする光接続構造により達成される。
【００１９】
また、上記目的は、第１のスラブ型光導波路と、前記第１のスラブ型光導波路から離間して設けられ、前記第１のスラブ型光導波路とコア層の厚さが異なる第２のスラブ型光導波路と、前記第１のスラブ型光導波路と前記第２のスラブ型光導波路との間に設けられ、中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３のスラブ型光導波路を含む光学素子とを有し、前記第３のスラブ型光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることを特徴とする光接続構造により達成される。
【発明の効果】
【００２０】
以上の通り、本発明によれば、光導波路の長さを所定値以上に設定すれば、光導波路の端部に光が達する前に、光の進行方向が光導波路の中心軸に対して平行になり、光導波路の端部から出射される光は、殆ど発散することなく、光導波路の中心軸の方向に直進する。このため、本発明による光学素子では、光導波路の長さを所定値以上の任意の長さに設定すればよい。従って、本発明によれば、コア径が互いに大きく異なる光ファイバ等を光学的に接続する場合であっても低損失な光接続を実現しうるとともに、あらゆる波長の光に対応しうる汎用的な光学素子及びその光学素子を用いた光接続構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光学素子及び光接続構造について図１乃至図９を用いて説明する。
【００２２】
（光学素子)
まず、本実施形態による光学素子について図１を用いて説明する。図１は本実施形態による光学素子を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態による光学素子を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本実施形態による光学素子を示す断面図である。図１（ｃ）は、本実施形態による光学素子の屈折率分布を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、本実施形態による光学素子１０は、円柱状の光導波路１２より成るものである。光導波路１２の直径は、例えば１００〜１０００μｍである。光導波路１２の長さは、例えば０．１〜５ｍｍである。光導波路１２の主たる材料としては、例えば石英が用いられている。
【００２４】
図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、光導波路１２の中心軸の周辺では、光導波路１２の中心軸からの距離をｒ、距離がｒの位置における屈折率をｎ（ｒ）、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率をΔｎ（ｒ）／Δｒとすると、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが大きくなるような、同心円状の屈折率分布が存在している。
【００２５】
一方、光導波路１２の中心軸近傍における屈折率は、ほぼ均一である。
【００２６】
図２は、本実施形態による光学素子の屈折率分布とセルフォックレンズの屈折率分布とを比較した概念図である。実線は、本実施形態による屈折率分布を示している。破線は、セルフォックレンズの屈折率分布を示している。
【００２７】
セルフォックレンズの屈折率分布ｎ（ｒ）は、以下のような式で表される。
【００２８】
【数１】
2005049768.tif 000003
ここで、ｎ（ｒ）は、光導波路の中心軸からの距離がｒの位置における屈折率である。ｒは、光導波路の中心軸からの距離である。ｎ０は、光導波路の中心軸上における屈折率である。Ａは、屈折率分布定数である。
【００２９】
図２から分かるように、セルフォックレンズは、放物線状の屈折率分布を有しており、光導波路の中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加する。換言すれば、光導波路の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが減少する。
【００３０】
これに対し、本実施形態による光学素子では、光導波路１２の中心軸の周辺に、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している。
【００３１】
光導波路１２の中心軸近傍では、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが減少するような屈折率分布が存在している。
【００３２】
このような屈折率分布としては、例えば正規曲線で表されるような屈折率分布を挙げることができる。正規曲線は、以下のような式で表される曲線である。
【００３３】
【数２】
2005049768.tif 000004
ここで、ｎ（ｒ）は、光導波路の中心軸からの距離がｒの位置における屈折率である。ｒは、光導波路の中心軸からの距離である。ｎ０は、光導波路の中心軸上における屈折率である。ｎ１は、光導波路の周縁部における屈折率である。
【００３４】
分散σ２により、屈折率分布が決定される。分散σ２の値が大きければ、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが急激に増加するような屈折率分布となる。
【００３５】
なお、図１（ｃ）に示すように、光導波路１２の中心軸近傍の屈折率をほぼ均一にしてもよい。
【００３６】
また、光導波路１２の中心軸近傍において、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するようにしてもよい。但し、光導波路１２の中心軸上における屈折率ｎを無限大に設定することは、材料の都合上不可能である。光導波路１２の中心軸近傍における屈折率ｎを、ある程度の大きさに設定すればよい。
【００３７】
こうして本実施形態による光学素子が構成されている。
【００３８】
次に、本実施形態による光学素子の動作について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態による光学素子の動作を示す側面図である。
【００３９】
図３に示すように、光導波路１２の一方の端部からは、スポットサイズが比較的大きい光が導入される。光導波路１２の一方の端部に導入される光のスポットサイズは、例えば５０〜１２０μｍである。
【００４０】
屈折率が連続的に変化するような屈折率分布が存在している光導波路内においては、屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって光がカーブしていくような、光の屈折が生じる。本実施形態による光学素子は、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、屈折率ｎ（ｒ）が増加するような屈折率分布を有している。このため、光導波路１２内に導入された光は、光導波路１２の中心軸の近傍に収束する。
【００４１】
しかも、本実施形態による光学素子では、上述したように、光導波路１２の中心軸の周辺に、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している。このため、本実施形態による光学素子では、光導波路１２の中心軸近傍に光を閉じ込める効果が極めて大きい。このため、本実施形態によれば、光導波路１２の中心軸近傍に収束した光は、光導波路１２の中心軸近傍から発散することなく、光導波路１２の中心軸に沿って光導波路１２内を進行する。光導波路１２内に導入された光のスポットサイズは、光導波路１２の中心軸に沿って進行するに伴って小さくなっていく。光導波路１２の長さを一定以上の長さに設定しておけば、光導波路１２の他方の端部に光が達する前に、光の進行方向は光導波路１２の中心軸の方向と一致する。
【００４２】
光導波路１２の他方の端部からは、スポットサイズが十分に縮小された光が出射される。光導波路１２の他方の端部に光が達する前に、光の進行方向が光導波路１２の中心軸の方向と一致するため、光導波路１２の他方の端部から出射される光は、殆ど発散することなく、光導波路１２の中心軸の方向に直進する。光のスポットサイズが十分に縮小されているため、光導波路１２の他方の端部から出射された光は、損失を殆ど生ずることなく、コア径が比較的小さい光ファイバ内等に導入される。
【００４３】
本実施形態による光学素子では、光導波路１２の長さを所定値以上の長さに設定すれば、光導波路１２の他方の端部に光が達する前に、光の進行方向が光導波路１２の中心軸の方向と一致し、光導波路１２の他方の端部から出射される光は、殆ど発散することなく光導波路１２の中心軸の方向に直進する。このため、本実施形態によれば、焦点距離を考慮した設計が不要となり、あらゆる波長の光に対応しうる汎用的な光学素子を得ることが可能となる。
【００４４】
（光接続構造）
次に、本実施形態による光学素子を用いた光接続構造について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態による光学素子を用いた光接続構造を示す断面図である。
【００４５】
図４に示すように、円筒状のスリーブ１４内には、図１に示す光学素子１０が収納されている。
【００４６】
スリーブ１４の一方の側には、光ケーブル１６の端部が挿入されている。光ケーブル１６は、コア径が比較的大きい光ファイバ１８と、光ファイバ１８の端部を固定する円筒状のフェルール２０とを有している。光ファイバ１８としては、例えばプラスチック光ファイバが用いられている。
【００４７】
スリーブ１４の他方の側には、光ケーブル２２の端部が挿入されている。光ケーブル２２は、コア径が比較的小さい光ファイバ２４と、光ファイバ２４の端部を固定する円筒状のフェルール２６とを有している。光ファイバ２４としては、例えば石英より成るシングルモードの光ファイバが用いられている。
【００４８】
このように、本実施形態による光接続構造では、コア径が互いに大きく異なる光ファイバ１６と光ファイバ２２とが、光学素子１０を介して光学的に接続されている。
【００４９】
図５は、本実施形態による光接続構造の動作を示す断面図である。
【００５０】
図５（ａ）は、コア径が比較的大きい光ファイバ１８から出射される光を、光学素子１０を介して、コア径が比較的小さい光ファイバ２４内に導入する場合を示している。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、コア径が比較的大きい光ファイバ１８から光学素子１０内に導入された光は、光導波路１２の中心軸に沿って進行するに伴ってスポットサイズが小さくなり、コア径が比較的小さい光ファイバ２４内に導入される。光ファイバ１８から出射される光のうち殆ど全部が光ファイバ２４内に導入されるため、低損失な光接続が得られる。このように本実施形態によれば、コア径が互いに大きく異なる光ファイバどうしを光学的に接続する場合であっても、低損失な光接続を実現することができる。
【００５２】
図５（ｂ）は、コア径が比較的小さい光ファイバ２４から出射される光を、光学素子１０を介して、コア径が比較的大きい光ファイバ１８内に導入する場合を示している。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、コア径が比較的小さい光ファイバ２４から光学素子１０内に導入された光は、光導波路１２の中心軸に沿って進行するに伴ってスポットサイズが小さくなり、コア径が比較的大きい光ファイバ２４内に導入される。この場合も、光ファイバ２４から出射される光のうち殆ど全部が光ファイバ１８内に導入されるため、低損失な光接続が得られる。このため、本実施形態によれば、光ファイバ１８の中心軸と光ファイバ２４の中心軸とが大きくずれた場合であっても、低損失な光接続を実現することができる。
【００５４】
（シミュレーション結果）
次に、本実施形態による光学素子のシミュレーション結果を図６乃至図８を用いて説明する。
【００５５】
図６は、光導波路の中心軸上に光を入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ）は光導波路の一方の端部に入射される光を示しており、図６（ｂ）は光導波路の他方の端部から出射される光を示している。シミュレーションを行う際の解析領域は５０μｍ×５０μｍとした。光導波路１２の一方の端部に入射される光のスポットサイズは、図６（ａ）に示すように、４０μｍとした。スポットサイズは、光のパワーがピークの１／ｅ２以上である領域の直径により定義される。
【００５６】
シミュレーションを行った結果、光導波路１２の他方の端部から出射される光のスポットサイズは、図６（ｂ）に示すように、２．４μｍであった。また、図６（ｂ）に示すように、光導波路１２の他方の端部の中心軸近傍から光が出射された。
【００５７】
これらのことから、本実施形態によれば、光のスポットサイズを極めて縮小し得ることが分かる。
【００５８】
図７は、光導波路の中心軸からずれた位置に光を入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は光導波路の一方の端部に入射される光を示しており、図７（ｂ）は光導波路の他方の端部から出射される光を示している。シミュレーションを行う際の解析領域は、上記と同様に、５０μｍ×５０μｍとした。光導波路１２の一方の端部に入射される光のスポットサイズは、上記と同様に、４０μｍとした。光導波路１２の一方の端部から光を入射する際における光導波路１２の中心軸からの光のずれは、１０μｍとした。
【００５９】
シミュレーションを行った結果、図７（ｂ）に示すように、光導波路１２の他方の端部の中心軸近傍から、スポットサイズが２．５μｍの光が出射された。
【００６０】
一般に、シングルモードの光ファイバどうしを互いに接続する場合には、サブミクロンの位置合わせ精度が要求される。また、グレーデッド・インデックス型（ＧＩ：Graded Index）のマルチモードの光ファイバどうしを接続する場合には、シングルモードの光ファイバどうしを接続する場合のような極めて高精度な位置合わせは要求されないが、例えば１０μｍ程度の位置ずれが生じた場合には、かなり大きな光損失が生ずる。
【００６１】
これに対し、本実施形態では、上述したように、光導波路１２の一方の端部から光を入射する際に光導波路１２の中心軸から光が１０μｍずれたとしても、光導波路１２の中心軸上に光を出射することができる。このように本実施形態によれば、高精度な位置合わせを要することなく、低損失な光接続を得ることができる。
【００６２】
なお、ここでは、光導波路１２の一方の端部から光を入射する際に、光導波路１２の中心軸から光が１０μｍずれた場合について説明したが、本実施形態による光学素子は、光導波路１２の一方の端部に光を入射する際における光導波路１２の中心軸からの光のずれが１０μｍ以上であっても、光導波路１２の中心軸上に光を出射することが可能である。
【００６３】
図８は、光導波路の中心軸に対して光を斜めに入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は光導波路１２の一方の端部に入射される光を示しており、図８（ｂ）は光導波路１２の他方の端部から出射される光を示している。シミュレーションを行う際の解析領域は、上記と同様に、５０μｍ×５０μｍとした。光導波路１２に導入する光のスポットサイズは、上記と同様に、４０μｍとした。光導波路１２の一方の端部に光を入射する際における光導波路１２の中心軸に対する光の進行方向の傾きは、５度とした。
【００６４】
シミュレーションを行った結果、図８（ｂ）から分かるように、光導波路１２の他方の端部の中心軸近傍から、スポットサイズが２．５μｍの光が出射された。
【００６５】
一般に、光ファイバどうしを接続する際に、中心軸に対して斜めに光が導入されると、大きな光損失が生じる。例えば、中心軸に対して５度傾いた光を光ファイバに入射した場合には、目視でも明確に分かるような非常に大きな光損失が生じる。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、光導波路１２の中心軸に対してある程度傾いた光を入射した場合であっても、光導波路１２の中心軸上に光を出射することができる。従って、本実施形態によれば、高精度な位置合わせ精度を要することなく、低損失な光接続を実現することができる。
【００６７】
このように本実施形態による光学素子及び光接続構造は、光導波路１２の中心軸の周辺に、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることに主な特徴がある。
【００６８】
セルフォックレンズ等の提案されている光学素子は、上述したように、凸レンズのように機能するものであるため、焦点から離れるに伴って光が発散してしまう。このため、セルフォックレンズ等の光学素子を用いてスポットサイズを縮小させる場合には、焦点距離を考慮して光学素子の長さを設定する必要があった。しかも、光の波長が異なると焦点距離が異なってしまうため、あらゆる波長に対応し得る汎用的な光学素子を提供することは困難であった。
【００６９】
これに対し、本実施形態によれば、光導波路１２の長さを所定値以上に設定すれば、光導波路１２の他方の端部に光が達する前に、光の進行方向が光導波路１２の中心軸に対して平行になり、光導波路１２の他方の端部から出射される光は、殆ど発散することなく、光導波路１２の中心軸の方向に直進する。このため、本実施形態による光学素子では、光導波路１２の長さを所定値以上の任意の長さに設定すればよい。従って、本実施形態によれば、コア径が互いに大きく異なる光ファイバを光学的に接続する場合であっても低損失な光接続を実現しうるとともに、あらゆる波長の光に対応しうる汎用的な光学素子及びその光学素子を用いた光接続構造を提供することができる。
【００７０】
（光学素子の製造方法）
次に、本実施形態による光学素子の製造方法を図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による光学素子の製造方法を示す工程図である。
【００７１】
なお、ここでは、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法により光学素子を製造する場合を例に説明するが、本実施形態による光学素子はＭＣＶＤ法のみならず、ＶＡＤ（Vapor phase Axial Deposition）法、ＯＶＰ（Outside Vapor deposition Process）法、ＰＣＶＤ（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition）法等、他のあらゆる製造方法により製造することが可能である（非特許文献４参照）。
【００７２】
まず、図９（ａ）に示すような製造装置を用意する。即ち、石英管２８の一方の端部には、ガス・原料供給系３０が接続されている。ガス・原料供給系３０は、原料を入れておくための原料容器３２ａ〜３２ｃと、容器内３２ａ〜３２ｃに酸素を流入させるための配管３４と、原料容器３２ａ〜３２ｃ内に流入される酸素の流量を適宜制御するための流量制御バルブ３６ａ〜３６ｃと、原料容器３２ａ〜３２ｃから流出する酸素と原料ガスとを石英管２８内に流入させるための配管３８とを有している。石英管２８の近傍には、酸水素バーナ４０が設けられている。酸水素バーナ４０は、石英管２８を加熱するためのものである。酸水素バーナ４０は、適宜移動させることが可能である。
【００７３】
次に、流量制御バルブ３６ａ〜３６ｃを適宜制御することにより、原料容器３２ａ〜３２ｃ内に酸素を適宜流入させる。これにより、石英管２８内に酸素及び原料ガスが適宜流入される。石英管２８を回転させながら、酸水素バーナ４０により石英管２８を加熱すると、石英管２８の内壁に堆積層４２が形成される。本実施形態による光学素子１０は、上述したように、光導波路１２の中心軸の周辺に、光導波路１２の中心軸からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在するものである。従って、堆積層４２を形成する際には、このような屈折率分布が得られるように、原料ガスの組成を適宜制御する。
【００７４】
次に、内壁に堆積層４２が形成された石英管２８に対して焼結処理を行うことにより、プリフォーム４４を作製する。
【００７５】
次に、図９（ｂ）に示すように、プリフォーム４４を酸水素バーナ４０により加熱しながら延伸する。これにより、円柱状の光導波路１２が形成される。
【００７６】
次に、光導波路１２を所望の長さに切断する（図示せず）。
【００７７】
こうして、図１に示す本実施形態による光学素子１０が製造される。
【００７８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光学素子及び光接続構造について図１０乃至図１３を用いて説明する。図１０は、本実施形態による光学素子及び光接続構造を示す概念図である。図１０（ａ）は、本実施形態による光学素子及び光接続構造を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、本実施形態による光学素子及び光接続構造を示す側面図である。なお、図１乃至図９に示す第１実施形態による光学素子及び光接続構造と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し又は簡略にする。
【００７９】
図１０に示すように、光導波路１２が一次元アレイ状に複数配列されている。複数の光導波路１２は、例えば樹脂より成る基体４６により固定されている。こうして、本実施形態による光学素子１０ａが構成されている。
【００８０】
なお、本実施形態による光学素子１０ａは、複数の光導波路１２を配列し、これらの光導波路１２を樹脂等を用いて固定することにより形成することができる。
【００８１】
光学素子１０ａの一方の端面側には、光ファイバアレイ４８が設けられている。光ファイバアレイ４８は、光ファイバ５０を一次元アレイ状に配列して成るものである。光ファイバ５０は、コア５０ａとコア５０ａの周囲に形成されたクラッド５０ｂとを有している。光ファイバ５０のコア径は、例えば１２０μｍである。
【００８２】
光学素子１０ａの他方の端面側には、受光素子アレイ５２が設けられている。受光素子アレイ５２は、受光素子５４を一次元アレイ状に配列して成るものである。受光素子５４の受光領域の大きさは、例えば直径４０μｍの円である。
【００８３】
図１１は、本実施形態による光接続構造をより具体的に示す斜視図である。図１１（ａ）は、光学素子と受光素子アレイとが組み込まれた光モジュールを示す斜視図である。図１１（ｂ）は、光ファイバアレイが組み込まれた光コネクタを示す斜視図である。図１２は、本実施形態による光接続構造をより具体的に示す平面図である。
【００８４】
図１１（ａ）及び図１２に示すように、ハウジング５６内には、本実施形態による光学素子１０ａが組み込まれている。ハウジング５６内には、光学素子１０ａに隣接して、受光素子アレイ５２が設けられている。ハウジング５６内には、回路基板５８が組み込まれている。回路基板５８は、受光素子５４により受信した信号に対して所定の処理を行うものである。回路基板５８により処理された信号は、ピン６０を介して外部に出力される。
【００８５】
ハウジング５６の端面には、位置合わせ用のピン６２が２本設けられている。こうして、光モジュール６４が構成されている。
【００８６】
一方、図１１及び図１２に示すように、フェルール６６内には、光ファイバアレイ４８の端部が収納されている。光ファイバ５０の端部は、フェルール６６の端面に露出している。フェルール６６には、位置合わせ用のピン６２を挿入するための孔６８が２つ形成されている。こうして、光コネクタ７０が構成されている。
【００８７】
このような光モジュール６４と光コネクタ７０とを接続する際には、位置合わせ用のピン６２を位置合わせ用の孔６８に挿入させながら、光モジュール６４と光コネクタ７０とを嵌合する。
【００８８】
次に、本実施形態による光学素子及び光接続構造の動作を図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態による光学素子及び光接続構造の動作を示す断面図である。
【００８９】
図１３に示すように、光ファイバ５０のコア径は上述したように比較的大きいため、光学素子１０ａの一方の端面にはスポットサイズの比較的大きい光が入射される。
【００９０】
光学素子１０ａの光導波路１２内に導入された光は、上述したように、光導波路１２の中心軸に沿って進行するに伴い、スポットサイズが小さくなっていく。光導波路１２内でスポットサイズが縮小された光は、光導波路１２の他方の端面から出射される。
【００９１】
受光素子５４の受光領域（図示せず）のサイズは上述したように極めて小さいが、光のスポットサイズが十分に縮小されるため、光損失を殆ど生ずることなく、受光素子５４の受光領域内に光を導入することができる。
【００９２】
このように光導波路１２を一次元アレイ状に複数配列してもよい。本実施形態よれば、光導波路１２がアレイ状に形成されているため、スポットサイズが互いに異なる光ファイバアレイと受光素子アレイとを光学的に接続する場合であっても、低損失な光接続を得ることができる。
【００９３】
（変形例）
次に、本実施形態による光接続構造の変形例を図１４を用いて説明する。図１４は、本変形例による光接続構造を示す側面図である。
【００９４】
本変形例による光接続構造は、光モジュール６４内に発光素子アレイが組み込まれていることに主な特徴がある。
【００９５】
図１４に示すように、光学素子１０ａの一方の端面側には、光学素子１０ａに隣接して発光素子アレイ７２が設けられている。発光素子アレイ７２は、発光素子７４が一次元アレイ状に配列されて成るものである。
【００９６】
光学素子１０ａの他方の端面側には、光学素子１０ａに隣接して光ファイバアレイ４８が設けられている。
【００９７】
こうして本変形例による光接続構造が構成されている。
【００９８】
次に、本変形例による光接続構造の動作について図１４を用いて説明する。
【００９９】
発光素子７４からは光が出射される。発光素子７４から出射される光は発散するため、発光素子７４から出射される光のスポットサイズは比較的大きくなる。このため、光学素子１０ａの一方の端面には、スポットサイズが比較的大きい光が入射される。
【０１００】
光学素子１０ａの光導波路１２内に入射された光は、上述したように、光導波路１２の中心軸に沿って進行するに伴い、スポットサイズが小さくなっていく。光導波路１２内でスポットサイズが縮小された光は、光学素子１０ａの他方の端面から出射される。
【０１０１】
光学素子１０ａの他方の端面から出射された光は、コア径が比較的大きい光ファイバ５０内に導入される。
【０１０２】
光学素子１０ａの他方の端面側から出射される光のスポットサイズが極めて小さいため、光ファイバ５０の中心軸が発光素子７４の中心からずれた場合であっても、低損失な光接続を実現することができる。
【０１０３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光学素子及び光接続構造について図１５乃至図１８を用いて説明する。図１５は、本実施形態による光学素子及び光接続構造を示す図である。図１５（ａ）は、本実施形態による光学素子及び光接続構造を示す斜視図である。図１５（ｂ）は、本実施形態による光学素子を示す断面図である。図１５（ｃ）は、本実施形態による光学素子の屈折率分布を示す図である。なお、図１乃至図１４に示す第１又は第２実施形態による光学素子及び光接続構造と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
【０１０４】
本実施形態による光学素子は、スラブ型の光導波路１２ａを有しており、光導波路の中心層の周辺に、光導波路の中心層からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していることに主な特徴がある。
【０１０５】
図１５に示すように、本実施形態による光学素子１０ｂは、スラブ型の光導波路１２ａを有している。
【０１０６】
図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、光導波路１２の中心層の周辺では、スラブ型の光導波路１２ａの中心層からの距離をｒ、距離ｒの位置における屈折率をｎ（ｒ）とすると、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している。
【０１０７】
一方、光導波路１２ａの中心層近傍では、屈折率はほぼ均一になっている。
【０１０８】
こうして、本実施形態による光学素子が構成されている。
【０１０９】
なお、光導波路１２ａの中心層近傍に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが減少するような屈折率分布が存在していてもよい。そのような屈折率分布としては、例えば正規曲線で表されるような屈折率分布を挙げることができる。
【０１１０】
また、光導波路１２ａの中心層近傍に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在していてもよい。但し、光導波路１２ａの中心層における屈折率ｎ（ｒ）を無限大に設定することは、材料の都合上不可能である。光導波路１２ａの中心層近傍における屈折率ｎを、ある程度の大きさに設定すればよい。
【０１１１】
光学素子１０ｂの一方の端部には、コア層８０の厚さが比較的厚いスラブ型光導波路７６が設けられている。スラブ型光導波路７６は、下部クラッド層７８と、下部クラッド層７８上に形成されたコア層８０と、コア層８０上に形成された上部クラッド層８２とを有している。
【０１１２】
光学素子１０ｂの他方の端部には、コア層８８の厚さが比較的薄いスラブ型光導波路８４が設けられている。スラブ導波路８４は、下部クラッド層８６と、下部クラッド層８６上に形成されたコア層８８と、コア層８８上に形成された上部クラッド層９０とを有している。
【０１１３】
こうして、本実施形態による光接続構造が構成されている。
【０１１４】
次に、本実施形態による光接続構造の動作について図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態による光接続構造の動作を示す斜視図である。
【０１１５】
図１６（ａ）は、コア層８０の厚さが比較的厚いスラブ型光導波路７６から出射される光を、光学素子１０ｂを介して、コア層８８の厚さが比較的薄いスラブ型光導波路８４内に導入する場合を示している。
【０１１６】
スラブ型光導波路７６のコア層８０の厚さは比較的厚いため、スラブ型光導波路７６からはスポットサイズが比較的大きい光が出射される。スラブ型光導波路７６から出射された光は、光学素子１０ｂの一方の端面から光導波路１２ａ内に導入される。
【０１１７】
屈折率が連続的に変化するような屈折率分布が存在している光導波路内においては、上述したように、屈折率の小さい側から屈折率の大きい側に向かって光がカーブしていくような、光の屈折が生じる。本実施形態による光学素子１０ｂは、光導波路１２ａの中心層の周辺に、光導波路１２ａの中心層からの距離ｒが短くなるに伴って、屈折率ｎ（ｒ）が増加するような屈折率分布が存在している。このため、光導波路１２ａ内に導入された光は、光導波路１２ａの中心層の近傍に収束する。
【０１１８】
しかも、本実施形態による光学素子では、上述したように、光導波路１２ａの中心層の周辺に、光導波路１２ａの中心層からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している。このため、本実施形態による光学素子では、光導波路１２ａの中心層近傍に光を閉じ込める効果が極めて大きい。このため、本実施形態によれば、光導波路１２ａの中心層近傍に収束した光は、光導波路１２の中心層近傍から発散することなく、光導波路１２ａの中心層に沿って光導波路１２ａ内を進行する。光導波路１２ａ内に導入された光のスポットサイズは、光導波路１２ａの中心層に沿って進行するに伴って小さくなっていく。光導波路１２ａの長さを一定以上の長さに設定しておけば、光導波路１２ａの他方の端部に光が達する前に、光の進行方向は光導波路１２ａの中心層に対して平行になる。
【０１１９】
光導波路１２ａの他方の端部からは、スポットサイズが十分に縮小された光が出射される。光導波路１２ａの他方の端部に光が達する前に、光の進行方向が光導波路１２ａの中心層に対して平行になるため、光導波路１２の他方の端部から出射される光は、殆ど発散することなく、光導波路１２の中心層に対して平行な方向に直進する。
【０１２０】
光のスポットサイズが十分に縮小されているため、光導波路１２ａの他方の端部から出射された光は、損失を殆ど生ずることなく、コア層８８の厚さが比較的薄いスラブ型の光導波路８４内に導入される。スラブ型光導波路８４のコア層８８の厚さは、スラブ型光導波路層７６のコア層８０の厚さと比較して薄いが、光のスポットサイズは光学素子１０ｂ内を進行するに伴って縮小されるため、スラブ型光導波路７６から出射される光の殆ど全部がスラブ型光導波路８４内に導入される。従って、本実施形態によれば、コア層の厚さが互いに大きく異なるスラブ型光導波路どうしを光学的に接続する場合であっても、低損失な光接続を得ることができる。
【０１２１】
図１６（ｂ）は、コア層８８の厚さが比較的薄いスラブ型光導波路８４から出射される光を、光学素子１０ｂを介して、コア層８０の厚さが比較的厚いスラブ型光導波路７６内に導入する場合を示している。
【０１２２】
図１６（ｂ）に示すように、コア層８８の厚さが比較的薄いスラブ型光導波路８４から光学素子１０ｂ内に導入された光は、光導波路１２ａの中心層に沿って進行するに伴ってスポットサイズが小さくなり、コア層８０の厚さが比較的厚いスラブ型光導波路７６内に導入される。この場合も、スラブ型光導波路８４から出射される光のうち殆ど全部がスラブ型光導波路７６内に導入されるため、低損失な光接続が得られる。従って、本実施形態によれば、スラブ型光導波路層７６の中心層の位置がスラブ型光導波路８４の中心層の位置に対して大きくずれた場合であっても、低損失な光接続を実現することができる。
【０１２３】
次に、本実施形態による光学素子の製造方法を図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態による光学素子の製造方法を示す工程断面図である。
【０１２４】
まず、図１７（ａ）に示すように、例えば石英より成る基板１００を用意する。
【０１２５】
次に、図１７（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、基板１００上に光導波路層１２ｂを形成する。光導波路層１２ｂを形成する際には、上述したような屈折率分布が得られるように、原料ガスの組成を適宜調整する。こうして、光導波路層１２ｂが形成される。
【０１２６】
次に、基板１００を所定の大きさに切断する。
【０１２７】
次に、光の入出力面を研磨する。
【０１２８】
こうして、本実施形態による光学素子が製造される。
【０１２９】
図１８は、本実施形態による光接続構造をより具体的に示す斜視図である。
【０１３０】
なお、ここでは、本発明の原理を光スイッチに適用する場合を例に説明するが、本発明の原理は光スイッチに限定されるものではなく、他のあらゆるデバイスに適用することができる。
【０１３１】
図１８に示すように、基板９２上には、コリメートレンズ９４ａを有するスラブ型光導波路７６ａと、スラブ型光導波路７６ａに隣接して設けられた光学素子１０ｂと、光学素子１０ｂに隣接して設けられた光偏向部９６と、光偏向部９６に隣接して設けられたスラブ型光導波路８４と、スラブ型光導波路８４に隣接して設けられた光偏向部９６ｂと、光偏向部９６ｂに隣接して設けられた光学素子１０ｂと、光学素子１０ｂに隣接して設けられ、集光レンズ９４ｂを有するスラブ型光導波路７６ｂとが設けられている。
【０１３２】
スラブ型光導波路７６ａの入力側には、入力用の光ファイバ９８ａが設けられている。一方、スラブ型光導波路７６ｂの出力側には、出力用の光ファイバ９８ｂが設けられている。光ファイバ９８ａ、９８ｂのコア径は、例えば９〜１０μｍ程度と比較的大きい。
【０１３３】
スラブ型光導波路７６ａは、下部クラッド層を兼ねる石英基板７８と、石英基板７８上に形成されたコア層８０と、コア層８０上に形成された例えばＳｉＯ２より成る上部クラッド層８２とを有している。下部クラッド層を兼ねる石英基板７８、コア層８０及び上部クラッド層８２により、スラブ型光導波路７６ａが構成されている。上部クラッド層８２及びコア層８０の一部はくり抜かれており、これによりコリメートレンズ９４ａが形成されている。コリメートレンズ９４ａは、光ファイバ９８ａのコア径に適合するように設計されている。コア層８０の厚さは、例えば５〜８μｍと比較的厚く設定されている。
【０１３４】
光学素子１０ｂは、石英基板１００と、石英基板１００上に形成されたスラブ型の光導波路１２ｂとを有している。光導波路１２ｂは、上述したように、光導波路１２ｂの中心層からの距離ｒが短くなるに伴って屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布を含んでいる。
【０１３５】
光偏向部９６ａは、例えばＮｂをドープしたＳｒＴｉＯ３より成り、下部電極を兼ねる基板１０２と、基板１０２上に形成された例えばＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）より成る下部クラッド層１０３と、下部クラッド層１０３上に形成された例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）より成るコア層１０４と、コア層１０４上に形成された例えばＰＬＺＴより成る上部クラッド層１０６と、上部クラッド層１０６上に形成された例えばＡｕより成るプリズム電極１０８とを有している。コア層１０４の厚さは、例えば２〜３μｍと比較的薄く設定されている。
【０１３６】
下部クラッド層１０２、コア層１０４及び上部クラッド層１０６により、スラブ型光導波路層１１０が構成されている。プリズム電極１０８は、スラブ型光導波路層１１０に電界を印加し、電気光学効果により、プリズム電極１０８と下部電極（図示せず）との間に挟まれた領域の光の屈折率を制御するためのものである。
【０１３７】
光導波路層１１０に用いられているＰＺＴやＰＬＺＴは、電界を加えると、電気光学効果により屈折率が変化する材料である。光導波路層１１０の材料として、このような材料が用いられているため、プリズム電極１０８への印加電圧をオン、オフすると、プリズム電極１０８と下部電極とにより挟まれた領域、即ちプリズム領域の屈折率が変化する。プリズム領域は、実質的にプリズムとして機能し、光を偏向することができる。
【０１３８】
スラブ型光導波路８４は、下部クラッド層を兼ねる石英基板１１２と、石英基板１１２上に形成された例えばＧｅ拡散領域より成るコア層１１４と、コア層１１４上に形成された例えばＳｉＯ２より成る上部クラッド層１１６とを有している。コア層１１４の厚さは、例えば２〜３μｍであり、光偏向部９６ａのコア層１０４の厚さと同様である。
【０１３９】
光偏向部９６ｂは、上述した光偏向部９６ａと同様であるため、説明を省略する。
【０１４０】
スラブ型光導波路７６ｂは、上記と同様に、下部クラッド層を兼ねる石英基板７８と、石英基板７８上に形成された、例えばＧｅをドープしたＳｉＯ２より成るコア層８０と、コア層８０上に形成された例えばＳｉＯ２より成る上部クラッド層８２とを有している。上部クラッド層８２及びコア層８０の一部はくり抜かれており、これにより集光レンズ９４ｂが形成されている。集光レンズ９４ｂは、光ファイバ９８ｂのコア径に適合するように形成されている。コア層８０の厚さは、例えば５〜８μｍであり、スラブ型光導波路７６ａのコア層８０の厚さと同様である。
【０１４１】
こうして本実施形態による光接続構造を有する光スイッチが構成されている。
【０１４２】
次に、図１８に示す光スイッチの動作について説明する。
【０１４３】
光ファイバ９８ａから出射される光は、コリメートレンズ９４ａにより所定の幅の平行光に変換され、スラブ型光導波路７６ａ内を進行して、光学素子１０ｂの一方の端面から光学素子１０ｂ内に導入される。
【０１４４】
光学素子１０ｂ内に導入された光は、スラブ型の光導波路１２ｂ内を進行するに伴ってスポットサイズが縮小され、光学素子１０ｂの他方の端面から出射される。
【０１４５】
光学素子１０ｂの他方の端面から出射された光は、光偏向部９６ａのスラブ型光導波路１１０内に導入される。スラブ型光導波路１１０のコア層１０４の厚さは、スラブ型光導波路７６ａのコア層８０の厚さと比較して薄いが、光学素子１０ｂ内を光が進行する際に光のスポットサイズが縮小されるため、スラブ型光導波路７６ａから出射された光のうち殆ど全部が光偏向部９６ａのスラブ型光導波路１１０内に導入される。
【０１４６】
光偏向部９６ａのスラブ型光導波路１１０内に導入された光は、プリズム領域を通過する際に適宜偏向され、スラブ型光導波路８４内に導入される。スラブ型光導波路層８４のコア層１１４の厚さは、光偏向部９６ａのスラブ型光導波路層１１０のコア層１０４の厚さと同様であるため、スラブ型光導波路９６ａのスラブ型光導波路１１０から出射された光のうち殆ど全部がスラブ型光導波路８４内に導入される。
【０１４７】
スラブ型光導波路８４の一方の端面から導入された光は、スラブ型光導波路８４の他方の端面から出射される。スラブ型光導波路８４の他方の端面から出射された光は、光偏向部９６ｂのスラブ型光導波路１１０内に導入される。
【０１４８】
光偏向部９６ｂのスラブ型光導波路１１０内に導入された光は、プリズム領域を通過する際に適宜偏向され、光学素子１０ｂの一方の端面から光学素子１０ｂ内に導入される。
【０１４９】
光学素子１０ｂ内に導入された光は、光導波路層１２ｂ内を進行するに伴ってスポットサイズが縮小され、光学素子１０ｂの他方の端面側から出射される。
【０１５０】
光学素子１０ｂから出射された光は、スラブ型光導波路７６ｂの一方の端面からスラブ型光導波路７６ｂ内に導入される。スラブ型光導波路７６ｂ内に導入された光は、集光レンズ９４ｂにより集光され、スラブ型光導波路層７６ｂの他方の端面から出射される。
【０１５１】
スラブ型光導波路７６ｂの他方の端面から出射された光は、出力用の光ファイバ９８ｂ内に導入される。
【０１５２】
このように本実施形態によれば、光学素子１０ｂがスラブ型の光導波路１２ｂを有しており、光導波路１２ｂの中心層の周辺に、光導波路１２ｂの中心層からの距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在しているため、コア層の厚さが互いに大きく異なるスラブ型光導波路を光学的に接続する場合であっても、低損失な光接続を実現することができる。
【０１５３】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１５４】
例えば、上記実施形態では、光学素子の材料として主として石英を用いる場合を例に説明したが、光学素子の材料は石英に限定されるものではなく、他のあらゆる材料を適宜用いることができる。
【０１５５】
また、第１及び第２実施形態では、光導波路１２の形状を全体として円柱状に形成したが、光導波路１２の形状は円柱状に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【０１５６】
（付記１）  中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する光導波路を含む光学素子であって、
前記光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光学素子。
【０１５７】
（付記２）  付記１に記載の光学素子において、
アレイ状に配列された複数の前記光導波路を有する
ことを特徴とする光学素子。
【０１５８】
（付記３）  付記１又は２記載の光学素子において、
前記光導波路は、前記光導波路の中心軸近傍における屈折率がほぼ均一である
ことを特徴とする光学素子。
【０１５９】
（付記４）  付記１乃至３のいずれかに記載の光学素子において、
前記光導波路の屈折率分布は、ほぼ正規曲線で表される
ことを特徴とする光学素子。
【０１６０】
（付記５）  中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少するスラブ型の光導波路を含む光学素子であって、
前記光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光学素子。
【０１６１】
（付記６）  付記５記載の光学素子において、
前記光導波路は、前記光導波路の中心層近傍における屈折率がほぼ均一である
ことを特徴とする光学素子。
【０１６２】
（付記７）  付記５又は６記載の光学素子において、
前記光導波路の屈折率分布は、ほぼ正規曲線で表される
ことを特徴とする光学素子。
【０１６３】
（付記８）  第１の光導波路と、
前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路とコア径が異なる第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３の光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第３の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【０１６４】
（付記９）  付記８記載の光接続構造において、
前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記第３の光導波路が、それぞれアレイ状に複数配列されている
ことを特徴とする光接続構造。
【０１６５】
（付記１０）  第１の光導波路と、
前記第１の光導波路から離間して設けられ、前記第１の光導波路のコア径と異なるサイズの受光領域を有する受光素子、又は、前記第１の光導波路のコア径と異なるスポットサイズの光を発する発光素子と、
前記第１の光導波路と前記受光素子との間、又は、前記第１の光導波路と前記発光素子との間に設けられ、中心軸からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第２の光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第２の光導波路の前記中心軸の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【０１６６】
（付記１１）  付記１０記載の光接続構造において、
前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、及び、前記受光素子又は前記発光素子が、それぞれアレイ状に複数配列されている
ことを特徴とする光接続構造。
【０１６７】
（付記１２）  第１のスラブ型光導波路と、
前記第１のスラブ型光導波路から離間して設けられ、前記第１のスラブ型光導波路とコア層の厚さが異なる第２のスラブ型光導波路と、
前記第１のスラブ型光導波路と前記第２のスラブ型光導波路との間に設けられ、中心層からの距離ｒが長くなるに伴って、距離ｒの位置における屈折率ｎ（ｒ）が連続的に減少する第３のスラブ型光導波路を含む光学素子とを有し、
前記第３のスラブ型光導波路の前記中心層の周辺に、距離ｒが短くなるに伴って、距離ｒに対する屈折率ｎ（ｒ）の増加率Δｎ（ｒ）／Δｒが増加するような屈折率分布が存在している
ことを特徴とする光接続構造。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明による光学素子及び光接続構造は、コア径等が互いに大きく異なる光導波路等を低損失で光接続するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】本発明の第１実施形態による光学素子を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光学素子の屈折率分布とセルフォックレンズの屈折率分布とを比較した概念図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光学素子の動作を示す側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光学素子を用いた光接続構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光接続構造の動作を示す断面図である。
【図６】光導波路の中心軸上に光を入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】光導波路の中心軸からずれた位置に光を入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】光導波路の中心軸に対して光を斜めに入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態による光学素子の製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光学素子及び光接続構造を示す概念図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光接続構造をより具体的に示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による光接続構造をより具体的に示す平面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による光学素子及び光接続構造の動作を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の変形例による光接続構造を示す側面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光学素子及び光接続構造を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による光接続構造の動作を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による光学素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態による光接続構造をより具体的に示す斜視図である。
【図１９】提案されている屈折率分布型の光学素子の動作を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１７０】
１０、１０ａ、１０ｂ…光学素子
１２…光導波路
１４…スリーブ
１６…光ケーブル
１８…光ファイバ
２０…フェルール
２２…光ケーブル
２４…光ファイバ
２６…フェルール
２８…石英管
３０…ガス・原料供給系
３２ａ〜３２ｃ…原料容器
３４…配管
３６…流量制御バルブ
３８…配管
４０…酸水素バーナ
４２…堆積層
４４…プリフォーム
４６…基体
４８…光ファイバアレイ
５０…光ファイバ
５０ａ…コア
５０ｂ…クラッド
５２…受光素子アレイ
５４…受光素子
５６…ハウジング
５８…回路基板
６０…ピン
６２…ピン
６４…光モジュール
６６…フェルール
６８…孔
７０…光コネクタ
７２…発光素子アレイ
７４…発光素子
７６、７６ａ、７６ｂ…スラブ型光導波路
７８…下部クラッド層
８０…コア層
８２…上部クラッド層
８４…スラブ光導波路
８６…下部クラッド層
８８…コア層
９０…上部クラッド層
９２…基板
９４ａ…コリメートレンズ
９４ｂ…集光レンズ
９６ａ、９６ｂ…光偏向部
９８ａ、９８ｂ…光ファイバ
１００…基板
１０２…基板
１０３…下部クラッド層
１０４…コア層
１０６…上部クラッド層
１０８…プリズム電極
１１０…スラブ型光導波路
１１２…石英基板
１１４…コア層
１１６…上部クラッド層
２００…光学素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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