(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が変化しない第１のコアの幅方向に両側が第１の媒質で埋め込まれた埋め込み光導波路と、前記第１のコアと同じ幅を有し断面形状が変化しない第２のコアの幅方向の両側に前記第１の媒質よりも屈折率が低い第２の媒質を備えたハイメサ光導波路とを接続する接続型光導波路において、
前記第１のコアおよび前記第２のコアと同じ幅を有し、前記第１のコアおよび前記第２のコアを接続する第３のコアの幅方向の少なくとも一方側に、屈折率が前記第２の媒質よりも高い第３の媒質を備えるとともに、前記第３の媒質の幅が前記埋め込み光導波路から前記ハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、前記埋め込み光導波路と前記ハイメサ光導波路との間に設けたことを特徴とする接続型光導波路。
【請求項２】
前記第１の媒質と前記第３の媒質の屈折率が等しいことを特徴とする請求項１に記載の接続型光導波路。
【請求項３】
前記テーパは、前記第３の媒質の幅が直線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続型光導波路。
【請求項４】
前記テーパは、前記第３の媒質の幅が曲線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接続型光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、損失と反射が少ない接続型光導波路に関し、より詳細には、埋め込み光導波路とスポットサイズ変換用光導波路とハイメサ光導波路とを備えた接続型光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の接続型光導波路の構造を示す図で、図７は図６のＡ−Ａ′線断面図、図８は図６のＢ−Ｂ′線断面図を各々示す図である。図中符号２１は第１の光導波路である埋め込み光導波路３１のコアで、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ、２２は左右のＩｎＰクラッド、２３は上下のＩｎＰクラッド、２４はＩｎＰ基板である。
【０００３】
符号２５は、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２のコアで、エキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸（ウェル：ＩｎＧａＡｓＰ、バリア：ＩｎＧａＡｓＰ）である。２６はハイメサ光導波路３２における左右のクラッドであり、ポリイミドや空気など、屈折率ｎが埋め込み光導波路３１の左右のＩｎＰクラッド２２よりも極めて低い材料を仮定している。ここではクラッド２６としてポリイミドを想定しているが、他の材料でも良いことは言うまでもない。
【０００４】
上述したように、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２の両者とも、上下にはＩｎＰクラッド２３を有しているが、埋め込み光導波路３１のコア２１の左右にはＩｎＰクラッド２２、ハイメサ光導波路３２のコア２５の左右にはポリイミドクラッド２６があり、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２では左右のクラッドの材料が異なっている。なお、ＩｎＰとポリイミドの屈折率は、１．５５μｍ帯において各々３．１７、１．７程度である。
【０００５】
図９は、図６に示した従来の接続型光導波路の上面図で、図１０と図１１には、第１の光導波路である埋め込み導波路３１と、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ａ、ｂを各々点線で示している。図１０に示す埋め込み光導波路３１では、左右のＩｎＰクラッド２の屈折率が約３．１７と高いため、導波光は、左右のＩｎＰクラッド２２へ漏れ出して、左右へ広がっている。
【０００６】
一方、図１１に示すハイメサ光導波路３２では、左右のポリイミドクラッド２６の屈折率が約１．７と低いので、導波光は左右のポリイミドクラッド２６に漏れ出すことができずに、左右の方向にはコア２５の中に閉じ込められている。つまり、第１の光導波路である埋め込み導波路３１と、第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２では固有モードの界分布ａ、ｂが異なっている。
【０００７】
図１２は、従来の接続型光導波路の他の例を示す上面図で、第１の光導波路である埋め込み導波路３１のコア２１をテーパ状とすることにより、第１の光導波路である埋め込み導波路３１の固有モードの界分布ｃを第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ｄに変換している。図中ｅはテーパコアによるスポットサイズ変換された導波光を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各々の領域での導波光の分布が異なっているために、第１の光導波路である埋め込み光導波路３１から第２の光導波路であるハイメサ光導波路３２へ光が伝搬する場合、埋め込み光導波路３１とハイメサ光導波路３２の接続部において、まず、スポットサイズの不整合に起因する光の損失が生じる。さらに、図９からわかるように、埋め込み光導波路３１での固有モードの界分布ａを有する光は、ハイメサ光導波路３２の固有モードの界分布ｂを有する光よりも広がっているため、埋め込み光導波路３１での固有モードの光のうち、ハイメサ光導波路３２よりも広がった光は、接続部において、屈折率が低い媒質２６を感じるため反射戻り光も生じてしまうという問題があった。
【０００９】
また、図１２に示した例では、埋め込み導波路３１のコア２１を微細に加工しなければならず、製作が困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、挿入損失と反射戻り光の少なく、製作が容易である接続型光導波路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、断面形状が変化しない第１のコアの幅方向に両側が第１の媒質で埋め込まれた埋め込み光導波路と、前記第１のコアと同じ幅を有し断面形状が変化しない第２のコアの幅方向の両側に前記第１の媒質よりも屈折率が低い第２の媒質を備えたハイメサ光導波路とを接続する接続型光導波路において、前記第１のコアおよび前記第２のコアと同じ幅を有し、前記第１のコアおよび前記第２のコアを接続する第３のコアの幅方向の少なくとも一方側に、屈折率が前記第２の媒質よりも高い第３の媒質を備えるとともに、前記第３の媒質の幅が前記埋め込み光導波路から前記ハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、前記埋め込み光導波路と前記ハイメサ光導波路との間に設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の媒質と前記第３の媒質の屈折率が等しいことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記テーパは、前記第３の媒質の幅が直線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記テーパは、前記第３の媒質の幅が曲線状に変化するテーパ形状を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
このような構成により、本発明では、スポットサイズ変換用光導波路が有する左右のクラッドの幅が、埋め込み光導波路側からハイメサ光導波路へ向かって緩やかに変化しているため、スムーズな導波光の変換が可能となる。そのため、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路との接続部において結合損失や反射戻り光が生じることがない。また、スポットサイズ変換用光導波路のクラッドがテーパ状に変化しているため、この部分における放射損失も小さいので、全体としての挿入損失を小さくできるという効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の接続型光導波路の一実施例を示す斜視図で、図中符号１は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１のコアで、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ、２は左右のＩｎＰクラッド、３は上下のＩｎＰクラッド、４はＩｎＰ基板である。
【００１７】
符号５は、第２の光導波路であるハイメサ光導波路１２のコアで、エキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸（ウェル：ＩｎＧａＡｓＰ、バリア：ＩｎＧａＡｓＰ）である。６はハイメサ光導波路１２における左右のクラッドであり、ポリイミドや空気など、屈折率ｎが埋め込み光導波路１１の左右のＩｎＰクラッド２よりも極めて低い材料を仮定している。
【００１８】
上述したように、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の両者とも、上下にはＩｎＰクラッド３を有しているが、埋め込み光導波路１１のコア１の左右にはＩｎＰクラッド２、ハイメサ光導波路１２のコア５の左右にはポリイミドクラッド６があり、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２では左右のクラッドの材料が異なっている。なお、ＩｎＰとポリイミドの屈折率は、１．５５μｍ帯において各々３．１７、１．７程度である。
【００１９】
このような構成において、第１の光導波路である埋め込み光導波路１１の導波光のスポットサイズを、第２の光導波路であるハイメサ光導波路１２のスポットサイズに変換するスポットサイズ変換用光導波路１３を、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の間に設けている。
【００２０】
つまり、第３の光導波路であるスポットサイズ変換用光導波路１３は、屈折率がポリイミドクラッド６よりも高いＩｎＰクラッド７が、コア５の左右の少なくとも一方にあるとともに、ＩｎＰクラッド７の幅が、埋め込み光導波路１１からハイメサ光導波路１２の側に向かってテーパ状に狭くなるように構成されていて、このスポットサイズ変換用光導波路１３は、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の間に設けられている。
【００２１】
図２は、スポットサイズ変換用光導波路の領域の断面図で、図３は、図１の上面図である。図２に示すように、スポットサイズ変換用光導波路１３は、コア５の左右に幅ＷのＩｎＰクラッド７があり、その外側にポリイミド６がある。そのため、スポットサイズ変換用光導波路１３は、埋め込み光導波路１１とハイメサ光導波路１２の中間的な構造となっている。なお、Ｗ＝０の場合はハイメサ光導波路となる。また、図中Ａは埋め込み光導波路１１の固有モードの界分布、Ｂはハイメサ光導波路１２の固有モードの界分布、Ｃはスポットサイズ変換の界分布をそれぞれ示している。
【００２２】
図４は、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路への全挿入損失を３次元ビーム伝搬法（３−Ｄ  ＢＰＭ）により計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。ここで、光導波路１１、１２、１３におけるコアの幅は、２μｍ、コアの厚みは約０．２μｍとした。スポット変換用光導波路１３やハイメサ光導波路１２の長さとして、ここでは各々１５μｍ、２００μｍを仮定したが、その他の長さでもよい。
【００２３】
また、スポットサイズ変換用光導波路１３における左右のクラッド７の幅は、直線状テーパもしくは２乗曲線状テーパとして変化させた。図４からわかるように、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッド７の幅Ｗが零の場合、挿入損失が１ｄＢ弱と大きいが、ＩｎＰクラッド７の幅Ｗとして１μｍ以上設けることにより、損失を充分に低減できることがわかる。
【００２４】
図５は、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路へ光が伝搬する場合に、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の接続面から、埋め込み光導波路へ戻る反射戻り光を計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。図５からわかるように、ＩｎＰクラッド７の幅Ｗとして１．５μｍ以上設けることにより、反射戻り光量を充分に低減できることがわかる。なお、図４及び図５ともＷ＝０の場合が従来の実施例に相当する。
【００２５】
上述した実施例では、波長として１．５５μｍを仮定したが、その他の波長でもよいことは言うまでもない。また、埋め込み光導波路部１１とハイメサ光導波路部１２のコアとして、バンドギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰとエキシトンピーク波長が１．４６μｍの多重量子井戸を仮定したが、これらはその他の材料からなるコアでもよいし、埋め込み光導波路１１、ハイメサ光導波路１２、スポットサイズ変換用光導波路１３のコアは互いに異なっていてもよい。さらにそれらのコアは同じでもよい。また、本発明は半導体材料からなる光導波路のみでなく、石英系やポリマー系など材料の種類を問わず適用できる。
【００２６】
第３の光導波路であるスポット変換光導波路１３の領域では、コアの左右にクラッド７があると仮定した。しかしながら、効果は薄れるものの、左右のうち片方だけでもよいことは言うまでもない。さらに左右のクラッドは、埋め込み光導波路１１の左右のクラッドと同じとしているが、効果は若干薄れるものの、それらは互いに異なっていてもよい。
【００２７】
また、スポットサイズ変換用光導波路１３おける左右のクラッドの幅は、直線状もしくは２乗曲線状に変化させたが、その他の曲線の形で変化させてもよい。さらに、図１の実施例とは逆方向、すなわちハイメサ光導波路から埋め込み光導波路に光が伝搬する場合にも適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、屈折率が第２の媒質よりも高い第３の媒質が、コアの左右の少なくとも一方にあるとともに、第３の媒質の幅が、埋め込み光導波路からハイメサ光導波路の側に向かってテーパ状に狭くなったスポットサイズ変換用光導波路を、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の間に設けたので、スポットサイズ変換用光導波路が有する左右のクラッドの幅が、埋め込み光導波路側からハイメサ光導波路へ向かって緩やかに変化しているため、スムーズな導波光の変換が可能となる。そのため、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路との接続部において結合損失や反射戻り光が生じることがない。また、スポットサイズ変換用光導波路のクラッドがテーパ状に変化しているためこの部分における放射損失も小さいので、全体として挿入損失を小さくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続型光導波路の一実施例を示す斜視図である。
【図２】スポットサイズ変換用光導波路の領域の断面図である。
【図３】図１に示した本発明の実施例の上面図である。
【図４】埋め込み光導波路からハイメサ光導波路への全挿入損失を３次元ビーム伝搬法（３−Ｄ  ＢＰＭ）により計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。
【図５】埋め込み光導波路からハイメサ光導波路へ光が伝搬する場合に、埋め込み光導波路とハイメサ光導波路の接続面から、埋め込み光導波路へ戻る反射戻り光を計算した結果を、スポット変換領域におけるＩｎＰクラッドの幅Ｗを変数として示した図である。
【図６】従来の接続型光導波路の構造を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ′線断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図９】従来の接続型光導波路の上面図である。
【図１０】埋め込み導波路の固有モードの界分布を示す図である。
【図１１】ハイメサ光導波路の固有モードの界分布を示す図である。
【図１２】従来の接続型光導波路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  第１の光導波路である埋め込み光導波路のコア
２  第１の光導波路の左右のＩｎＰクラッド
３  光導波路の上下のＩｎＰクラッド
４  ＩｎＰ基板
５  第２の光導波路であるハイメサ光導波路のコア
６  第２の光導波路の左右のクラッドＩｎＰクラッド
７  第３の光導波路であるスポット変換光導波路の左右のＩｎＰクラッド
１１  埋め込み光導波路
１２  ハイメサ光導波路
１３  スポット変換光導波路
２１  第１の光導波路である埋め込み光導波路のコア
２２  第１の光導波路の左右のＩｎＰクラッド
２３  光導波路の上下のＩｎＰクラッド
２４  ＩｎＰ基板
２５  第２の光導波路であるハイメサ光導波路のコア
２６  第２の光導波路の左右のクラッドＩｎＰクラッド
３１  埋め込み光導波路
３２  ハイメサ光導波路
【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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