(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された光素子と前記基板に隣接して設けられた光伝送手段とを光学的に結合する光結合素子であって、
前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅よりも狭いテーパ形状を有する第１の光導波路部と、
前記第１の光導波路部の前記光伝送手段側に接続して前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅の半分以下であり、信号光の２０波長分の長さに相当する長さよりも短く、前記第１の光導波路部のテーパ形状よりも急峻なテーパ形状を有する第２の光導波路部と
を有することを特徴とする光結合素子。
【請求項２】
請求項１記載の光結合素子において、
前記第１の光導波路部及び前記第２の光導波路部は、直線的なテーパ形状を有する
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光結合素子において、
前記光結合素子を伝搬する光信号の光フィールド分布が、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の端面と前記光素子側の端面とにおいてほぼ等しい
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光結合素子において、
前記第１の光導波路部は、前記光素子から出力される光信号の光フィールド幅が前記光伝送手段の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、又は前記光伝送手段から出力される光信号の光フィールド幅が前記光素子の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、前記光信号の光フィールド分布を変換する
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光結合素子において、
前記第２の光導波路部は、平面形状において略三角形形状に成形されている
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光結合素子において、
前記第２の光導波路部は、側面が信号光の伝搬方向に対して非対称のテーパ形状に成形されており、前記信号光の伝搬方向は一の前記側面と交差している
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光結合素子において、
前記光結合素子内を伝搬する信号光の伝搬方向と、前記基板の端面の法線方向とが、０度より大きい所定角度を成している
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項８】
請求項７記載の光結合素子において、
前記信号光が通過する前記第２の光導波路部の端面の法線方向と、前記基板の端面の法線方向との成す角度が、前記所定角度よりも大きい
ことを特徴とする光結合素子。
【請求項９】
基板上に形成された光素子である光増幅器と、
前記基板上に形成され、前記光増幅器に光学的に結合された、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光結合素子と、
前記基板に隣接して設けられ、前記光結合素子に光学的に結合された光伝送手段と
を有することを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光結合素子及び光デバイスに係り、特に、光結合効率を犠牲にすることなく残留反射を効果的に防止しうる光結合素子並びにこのような光結合素子を有する光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光デバイスにおける内部残留反射光は、デバイス性能を劣化する要因となることが知られている。例えば、レーザ発振器では、残留反射光が光導波路内に戻ると、発振状態を乱して雑音成分を大きくする要因となる。このため、光結合素子においては、如何にして残留反射光の発生を抑制するかが極めて重要である。
【０００３】
残留反射光は、主として、光デバイスや光集積回路が形成されたチップの中或いは外において光信号を光学的に結合する部位において発生する。このような領域では光デバイスが大気と接する領域が存在するため、光デバイスを構成する物質の屈折率と空気の屈折率との間の大きな屈折率差に起因して、この界面において信号光が反射し、残留反射光となる。
【０００４】
従来より、残留反射を防止する方法として、例えば以下に示す方法が提案されている。
【０００５】
第１の方法は、チップ端面に反射防止膜を形成する方法である。この方法によれば、チップ端面における反射率自体を低減することができる。
【０００６】
第２の方法は、チップ端面の法線方向に対し、光導波路を所定角度（例えば７度程度）傾斜する方法である。この方法によれば、チップ端面で反射した反射光のうち光導波路に戻る成分を低減することができる。
【０００７】
第３の方法は、光導波路の出力端部の幅にテーパを設ける方法である。この方法によれば、チップ端面における実効的な光フィールド分布が広がるため、チップ端面で反射した反射光のうち光導波路に戻る成分を低減することができる。また、光信号の光フィールド幅を、光導波路の出力端部に光学的に接続する光伝搬手段の光フィールド幅に合わせることも容易になる。
【０００８】
第４の方法は、いわゆる窓構造を用いる方法である。窓構造とは、光導波路の端部をチップ端面から離間して配置した構造である。窓構造を用いた場合にも、光導波路の端部から出力された信号光の光フィールド幅は、進行方向に沿って徐々に増大する。したがって、この方法によっても、チップ端面で反射した反射光のうち光導波路に戻る成分を低減することができる。
【０００９】
これら方法は、単独で使用されることもあり、また、任意の２以上の方法を組み合わせて使用されることもある。
【００１０】
図９（ａ）は、上記第２乃至第４の方法を採用した光結合素子の構造を示す平面図である。すなわち、図９（ａ）の光結合素子では、光導波路１００に入力端面側１０２よりも出力端面１０４側の幅が狭くなるようなテーパを設け、出力端面１０４とチップ端面１１０との間に窓領域を設け、チップ端面１１０の法線方向に対して光信号の伝搬方向が所定の傾斜角度を有するように光導波路１１０を配置している。図９（ａ）の光結合素子によれば、チップ端面１１０における反射光が光導波路１００内に戻ることを効果的に防止することができる。
【００１１】
一方、光結合素子においては、チップ端面近傍における残留反射を防止することのみならず、チップ上に形成された光導波路と、チップ外に形成された光ファイバ等の光伝搬手段との間の光結合効率を高めることが極めて重要である。このため、光導波路の端部形状、例えばテーパ部分の長さや端面の幅は、良好な光結合効率を得るべく、シミュレーションツールを用いて最適化されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９（ａ）に示す光結合素子は、チップ端面１１０における反射光が光導波路１００内に戻ることを防止するうえで極めて有効な構造ではあるが、残留反射の抑制に十分であるとはいえなかった。すなわち、図９（ｂ）に示すように、反射光はチップ内部の光導波路１００の出力端面１０４においても発生するが、図９に示す光結合素子では光導波路１００の出力端面１０４における反射については考慮されておらず、出力端面１０４における反射に起因する残留反射光の発生を抑制することはできなかった。
【００１３】
光導波路の出力端面における反射を抑制するためには、光導波路の端面における幅がゼロになるようなテーパを設けることが考えられる。しかしながら、光ファイバ等に対する光結合効率を考慮した場合、端面に所定の幅を持たせたテーパ構造において光結合効率の最適値が存在する。このため、光導波路の端面の幅をゼロにしたテーパ構造では、端面に所定の幅を持たせたテーパ構造の場合と比較して光結合効率が低下してしまう。また、端面の幅がゼロである光導波路を、端部の位置を揃えて再現性よく形成することは、製造上極めて困難である。
【００１４】
本発明の目的は、光結合効率を犠牲にすることなく残留反射を効果的に防止しうる光結合素子並びにこのような光結合素子を有する光デバイスを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された光素子と前記基板に隣接して設けられた光伝送手段とを光学的に結合する光結合素子であって、前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅よりも狭いテーパ形状を有する第１の光導波路部と、前記第１の光導波路部の前記光伝送手段側に接続して前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅の半分以下であり、信号光の２０波長分の長さに相当する長さよりも短く、前記第１の光導波路部のテーパ形状よりも急峻なテーパ形状を有する第２の光導波路部とを有することを特徴とする光結合素子によって達成される。
【００１６】
また、上記の光結合素子において、前記第１の光導波路部及び前記第２の光導波路部は、直線的なテーパ形状を有するようにしてもよい。
【００１７】
また、上記の光結合素子において、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の前記幅が、前記第２の光導波路部の前記光素子側の前記幅の半分以下であるようにしてもよい。
【００１８】
また、上記の光結合素子において、前記光結合素子を伝搬する光信号の光フィールド分布が、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の端面と前記光素子側の端面とにおいてほぼ等しくなるようにしてもよい。
【００１９】
また、上記の光結合素子において、前記第１の光導波路部は、前記光素子から出力される光信号の光フィールド幅が前記光伝送手段の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、又は前記光伝送手段から出力される光信号の光フィールド幅が前記光素子の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、前記光信号の光フィールド分布を変換するようにしてもよい。
【００２０】
また、上記の光結合素子において、前記第２の光導波路部は、平面形状において略三角形形状に成形されているようにしてもよい。
【００２１】
また、上記の光結合素子において、前記第２の光導波路部は、側面が信号光の伝搬方向に対して非対称のテーパ形状に成形されており、前記信号光の伝搬方向は一の前記側面と交差しているようにしてもよい。
【００２２】
また、上記の光結合素子において、前記光結合素子内を伝搬する信号光の伝搬方向と、前記基板の端面の法線方向とが、０度より大きい所定角度を成しているようにしてもよい。
【００２３】
また、上記の光結合素子において、前記信号光が通過する前記第２の光導波路部の端面の法線方向と、前記基板の端面の法線方向との成す角度が、前記所定角度よりも大きくなるようにしてもよい。
【００２４】
また、上記目的は、基板上に形成された光素子である光増幅器と、前記基板上に形成され、前記光増幅器に光学的に結合された上記の光結合素子と、前記基板に隣接して設けられ、前記光結合素子に光学的に結合された光伝送手段とを有することを特徴とする光デバイスによっても達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光結合素子の構造について図１乃至図３を用いて説明する。
【００２６】
図１は本実施形態による光結合素子の構造を示す平面図及び概略断面図、図２は本実施形態の変形例による光結合素子の構造を示す平面図、図３は本実施形態による光結合素子の製造方法を示す工程断面図である。
【００２７】
はじめに、本実施形態による光結合素子の構造について図１及び図２を用いて説明する。なお、図１（ａ）は本実施形態による光結合素子の構造を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面における概略断面図である。
【００２８】
光信号を伝搬する光導波路１０は、チップ端面２０の法線方向に対して光信号の伝搬方向が角度α（例えば７度或いは１０度）だけ傾くように配置されている。光導波路１０の出力端面１８は、チップ端面２０から所定距離離間して設けられており、いわゆる窓構造が構成されている。チップ端面２０には、光導波路１０に光学的に結合され、光導波路１０から出力される信号光を伝搬するための光ファイバなどの光伝搬手段（図示せず）が、設けられる。また、光導波路１０の入力端面１６には、半導体光増幅器や半導体レーザなどの光素子（図示せず）が光学的に結合される。光導波路１０は、これら光素子の活性層を延在することにより構成することができる。
【００２９】
光導波路１０は、図１（ａ）に示すように、信号光の伝搬方向に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ形状を有している。光導波路１０を、例えば図１（ａ）に示すように基幹部１２と先端部１４とに分けて説明すると、先端部１４のテーパは、基幹部１２のテーパよりも急峻になっている。光導波路１０は、また、図１（ｂ）に示すように、例えばＩｎＧａＡｓＰよりなるコア層３８と、コア層３８を囲むＩｎＰよりなるクラッド層４２とにより構成されている。
【００３０】
このように、本実施形態による光結合素子は、光導波路１０に、２段階のテーパが設けられていることに主たる特徴がある。各テーパ領域は、それぞれ以下のような機能を有する。
【００３１】
光導波路１０の基幹部１２におけるテーパは、光結合効率を高めるためのものである。光導波路１０の出力端面１８に光学的に接続される光伝送手段と光導波路１０との間の光結合効率を向上するためには、光導波路１０の出力端面１８における光フィールド幅と光伝送手段の光フィールド幅とを近づける必要がある。他方、光導波路１０の入力端面１６に接続される素子が例えば半導体レーザの場合、活性層の幅は半導体レーザに要求される特性等によって決定される。すなわち、基幹部１２におけるテーパは、光素子によって規定される光導波路１０の幅を、光伝送手段の光フィールド幅に相当する光フィールド幅を実現するための幅まで減少するためのものである。
【００３２】
光導波路１０の先端部１４におけるテーパは、出力端面１８に起因する残留反射を抑制するためのものである。先端部１４のテーパでは、基幹部１２によって得た所望の光フィールド分布に影響を与えることなく残留反射を低減する必要がある。そこで、本実施形態による光結合素子では、先端部１４に、基幹部１２におけるテーパと比較して十分に急峻なテーパを設ける。具体的には、光導波路１０の先端部１４に、光信号の２０波長分に相当する長さよりも短く、先端部１４の出力端面１８側の幅が基幹部１２に接する側の幅の半分以下の幅となるテーパ領域を設ける。
【００３３】
このような急峻なテーパは、信号光の光フィールド分布に与える影響はきわめて小さく、先端部１４を通過することによる光結合効率の変化はほとんどない。また、出力端面１８の面積を大幅に減少することができるので、出力端面１８を反射して光導波路１０に戻る光を低減することができる。
【００３４】
なお、出力端面１８は、必ずしも平坦である必要はない。例えば図２（ａ）に示すように、出力端面１８が丸みを帯びている形状であっても差し支えない。この場合の出力端面１８の幅は、以下のようにして定義することができる。すなわち、図２（ａ）に示すように、出力端面１８の法線方向のベクトルｎ（ｐ１），ｎ（ｐ２）と信号光の伝搬方向のベクトルとが成す角度が、チップ端面２０の法線方向のベクトルｎ（ｆａｃｅｔ）と光信号の伝搬方向のベクトルとが成す角度αとなる場所の間隔を、出射端面側の幅と定義する。この幅と基幹部１２に接する側の幅とが上記関係を満たす場合、本発明の効果を得ることができる。
【００３５】
或いは、図２（ｂ）に示すように、先端部１４の出力端面１８の幅をゼロ、すなわち先端部１４の平面形状が三角形形状となるようにしてもよい。信号光の光フィールド分布は、光導波路１０の基幹部１２によって規定され、先端部１４によって影響を受けることはない。したがって、出力端面１８の幅をゼロとして残留反射を抑制した場合であっても、光結合効率の最適化を図ることができる。
【００３６】
このように、本実施形態による光結合素子では、残留反射の効果的な抑制と光結合効率の最適化とを同時に実現することができる。
【００３７】
次に、本実施形態による光結合素子の製造法について図３を用いて説明する。
【００３８】
まず、例えばＩｎＰ基板３０上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚２００ｎｍ、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層３２をエピタキシャル成長する。
【００３９】
次いで、ＩｎＧａＡｓＰ層３２上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、ＩｎＰ層３４をエピタキシャル成長する。
【００４０】
次いで、ＩｎＰ層３４上に、例えばＣＶＤ法により、シリコン酸化膜３６を形成する（図３（ａ））。
【００４１】
次いで、リソグラフィー及びエッチングにより、シリコン酸化膜３６を、例えば図１（ａ）に示すような光導波路１０の形状にパターニングする。
【００４２】
次いで、パターニングしたシリコン酸化膜３６をマスクとして、ＩｎＰ層３４及びＩｎＧａＡｓＰ層３２をパターニングし、ＩｎＧａＡｓＰ層３２よりなるコア層３８を形成する（図３（ｂ））。
【００４３】
次いで、例えばＭＯＶＰＥ法により、光導波路１０を構成するメサの周りにＩｎＰ層４０を選択的にエピタキシャル成長し、コア層３８の側面部分をＩｎＰ層４０により覆う。
【００４４】
次いで、シリコン酸化膜を除去した後、ＩｎＰ層を再成長し、表面を平坦化する。こうして、ＩｎＧａＡｓＰ層３２よりなるコア層３８と、ＩｎＰ基板３０及びＩｎＰ層３４，４０よりなりコア層３８を覆うクラッド層４２とを形成する（図３（ｃ））。
【００４５】
こうして、図１に示す光結合素子を製造することができる。
【００４６】
上記製造方法により、光導波路の先端部のテーパ長が５μｍ、出射端面の幅が０．８μｍである光結合素子を構成した結果、光導波路端部における反射率を、約１桁程度以上低減することができた。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、光導波路の端部に、光結合効率に影響しない急峻なテーパ領域を設けるので、残留反射の効果的な抑制と光結合効率の最適化とを同時に実現することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光結合素子について図４乃至図６を用いて説明する。なお、図１乃至図３に示す第１実施形態による光結合素子及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００４９】
図４は本実施形態による光結合素子の構造を示す平面図、図５は反射率と光導波路の幅及び端面の角度との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフ、図６は図５のシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【００５０】
本実施形態による光結合素子は、基本的な原理は第１実施形態による光結合素子と同様である。本実施形態による光結合素子は、図４に示すように、先端部１４のテーパを非対称に構成し、光導波路１０の中心軸が一方の側面と交差するように構成していることに主たる特徴がある。
【００５１】
このようにして先端部１４のテーパを構成することにより、出射端面１８となる側面の法線方向のベクトルｎと信号光の伝搬方向のベクトルとが成す角度を大きくすることができ、残留反射を更に抑制することができる。
【００５２】
より具体的には、出射端面となる側面の法線方向のベクトルｎと信号光の伝搬方向のベクトルとが成す角度は、チップ端面の法線方向のベクトルと光信号の伝搬方向のベクトルとが成す角度αよりも大きいことが望ましい。このようにして先端部のテーパを構成することにより、残留反射を効果的に抑制することができる。
【００５３】
図５は、反射率と光導波路の幅及び端面の角度との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。図５のシミュレーションは、図６に示す構造に基づいて行ったものである。
【００５４】
図示するように、端面の角度を一定とした場合、光導波路の幅が狭くなるほどに反射率が低下していることが判る。また、光導波路の幅を一定とした場合、端面の角度を大きくするほどに反射率が低下していることが判る。例えば、光導波路の幅を１．０μｍと仮定した場合、端面の角度を約１５度程度まで増加すると、反射率を約２桁低減することができる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、先端部のテーパを非対称に構成し、出射端面の法線方向のベクトルと信号光の伝搬方向のベクトルとが成す角度を大きくするので、残留反射の更に効果的に抑制することができる。
【００５６】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光デバイスについて図７を用いて説明する。
【００５７】
図７は、本実施形態による光デバイスの構造を示す平面図である。なお、図７では、信号光の伝搬する領域である活性層やコア層のみを示している。
【００５８】
基板５０上には、２つの分布帰還型半導体レーザ５２，５４と、これら分布帰還型半導体レーザ５２，５４から発せられたレーザ光を同軸ビームにするコンバイナ５６と、コンバイナからの出力光を増幅する半導体光増幅器５８とが形成されている。半導体光増幅器５８の出力端には、第２実施形態による光結合素子６０が設けられている。これら素子が形成されたチップの入力端面及び出力端面には、反射防止膜６２，６４がそれぞれ形成されている。
【００５９】
このように、本実施形態による光デバイスは、２つの分布帰還型半導体レーザ５２，５４から発せられたレーザ光を結合・増幅して出力する光デバイスにおいて、半導体光増幅器５８の出力端に第２実施形態による光結合素子６０が設けられていることに主たる特徴がある。
【００６０】
半導体光増幅器や半導体レーザなどの活性素子を有する光デバイスの場合、チップ端面近傍における反射率を抑えることが特に重要となる。例えば半導体光増幅器では、本来増幅すべき信号光のみならず端面で反射された光までもが増幅され、光利得の波長依存性にリップルが生じることがある。このため、増幅率の高い光増幅器ほどに、端面における反射を抑える必要がある。
【００６１】
本実施形態による光デバイスのように、半導体光増幅器５８の出力端に第２実施形態による光結合素子６０を設けることにより、チップ端面近傍における反射を効果的に抑制することができる。したがって、高性能の光デバイスを構成することができる。
【００６２】
なお、本実施形態による光デバイスに用いる分布帰還型半導体レーザ５２，５４、コンバイナ５６、半導体光増幅器５８としては、それぞれ公知の構造を適用することができる。また、反射防止膜６２，６４としては、例えば膜厚２７０ｎｍのシリコン酸化膜を用いることができる。
【００６３】
また、本実施形態による光デバイスにおいて、光結合素子６０は、半導体光増幅器５８の一部と考えることもできる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、光デバイスの光出力端に、第２実施形態による光結合素子を設けるので、残留反射の少ない高性能の光デバイスを構成することができる。
【００６５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光デバイスについて図８を用いて説明する。
【００６６】
図８は本実施形態による光デバイスの構造を示す平面図である。なお、図８では、信号光の伝搬する領域である活性層やコア層のみを示している。
【００６７】
基板５０上には、半導体光増幅器５８が設けられている。半導体光増幅器の入力端及び出力端には、第２実施形態による光結合素子６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けられている。半導体光増幅器５８が形成されたチップの入力端面及び出力端面には、反射防止膜６２，６４がそれぞれ形成されている。
【００６８】
このように、本実施形態による光デバイスは、入射光を半導体光増幅器５８によって増幅して出力する光デバイスにおいて、半導体光増幅器５８の入力端及び出力端のそれぞれに第２実施形態による光結合素子６０が設けられていることに主たる特徴がある。第２実施形態による光結合素子を入力端側に更に設けることにより、出力端面における反射を効果的に抑制できるとともに、反射光が入射端面において再反射するのを抑制することができる。したがって、高性能の光デバイスを構成することができる。
【００６９】
なお、本実施形態による光デバイスにおいて、光結合素子６０は、半導体光増幅器５８の一部と考えることもできる。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、光デバイスの入力端及び出力端に、第２実施形態による光結合素子をそれぞれ設けるので、残留反射の少ない高性能の光デバイスを構成することができる。
【００７１】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７２】
例えば、上記第１及び第２実施形態では、チップ端面に反射防止膜を設けていないが、反射防止膜を設けるようにしてもよい。
【００７３】
また、上記第１乃至第４実施形態では、光導波路の出力端部に窓構造を設けたが、必ずしも窓構造を採用する必要はない。チップ端面における反射が問題とはならず又は反射防止膜その他の方法によってこの反射を十分に抑制できるのであれば、窓構造を設けなくてもよい。同様に、必ずしも光信号の伝搬方向がチップ端面の法線方向に対して傾斜するように光導波路を配置する必要はない。
【００７４】
残留反射の原因となる反射光には、チップ端面による反射光と光導波路端面による反射光とが含まれるが、本発明は主として光導波路端面による反射を抑制することを目的としている。一方、反射防止膜、窓構造、光導波路の傾斜構造は、主としてチップ端面による反射を抑制することを目的とするものである。したがって、これら構造を採用せずとも、本発明の構造を適用することによって光導波路端面における反射を抑制することができる。もっとも、全体的な反射を抑制するという意味では、これら構造を組み合わせることが望ましい。
【００７５】
また、上記第１及び第２実施形態では、光導波路の幅が線形的に変化する２段階のテーパを設けた光結合素子を示したが、必ずしも光導波路の幅が線形的に変化する２段階のテーパを設ける必要はない。例えば、先端部に急峻なテーパ領域を設ける代わりに、先端部に丸みを持たせるようにしてもよい。この場合にも、先端部の幅は、図２（ａ）の場合と同様に定義することができる。
【００７６】
また、第３実施形態では２つの分布帰還型半導体レーザから発せられたレーザ光を結合・増幅して出力する光デバイスを、第４実施形態では入射光を半導体光増幅器によって増幅して出力する光デバイスを本発明の適用例として示したが、本発明を適用しうる光デバイスは実施例に記載のものに限定されるものではない。本発明は、光素子を光ファイバなどの光伝送手段に光学的に結合する構造を有する光デバイスに広く適用することができる。
【００７７】
また、上記第３及び第４実施形態では、第２実施形態による光結合素子を設けたが、図１或いは図３に示す第１実施形態による光結合素子を用いてもよい。
【００７８】
また、上記第４実施形態では、半導体光増幅器５８の入力側と出力側に同一構造の光結合素子を設けたが、入力側と出力側に設ける光結合素子の構造を異なるようにしてもよい。
【００７９】
また、光結合素子を構成する材料は、上記実施形態に記載の材料系に限定されるものではなく、信号光の波長等に基づいて好適な材料系を適宜選択することができる。
【００８０】
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【００８１】
（付記１）  基板上に形成された光素子と前記基板に隣接して設けられた光伝送手段とを光学的に結合する光結合素子であって、前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅よりも狭い第１の光導波路部と、前記第１の光導波路部の前記光伝送手段側に接続して前記基板上に形成され、前記光伝送手段側の幅が前記光素子側の幅よりも狭く、信号光の２０波長分の長さに相当する長さよりも短い第２の光導波路部とを有することを特徴とする光結合素子。
【００８２】
（付記２）  付記１記載の光結合素子において、前記第１の光導波路部及び前記第２の光導波路部は、前記光伝送手段側の幅が狭い直線的なテーパ形状を有し、前記第２の光導波路部のテーパ形状が、前記第１の光導波路部のテーパ形状よりも急峻であることを特徴とする光結合素子。
【００８３】
（付記３）  付記１又は２記載の光結合素子において、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の前記幅が、前記第２の光導波路部の前記光素子側の前記幅の半分以下であることを特徴とする光結合素子。
【００８４】
（付記４）  付記１乃至３のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記光結合素子を伝搬する光信号の光フィールド分布が、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の端面と前記光素子側の端面とにおいてほぼ等しいことを特徴とする光結合素子。
【００８５】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記第１の光導波路部は、前記光素子から出力される光信号の光フィールド幅が前記光伝送手段の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、又は前記光伝送手段から出力される光信号の光フィールド幅が前記光素子の光フィールド幅とほぼ等しくなるように、前記光信号の光フィールド分布を変換することを特徴とする光結合素子。
【００８６】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記第２の光導波路部は、平面形状において略三角形形状に成形されていることを特徴とする光結合素子。
【００８７】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記第２の光導波路部は、側面が信号光の伝搬方向に対して非対称のテーパ形状に成形されており、前記信号光の伝搬方向は一の前記側面と交差していることを特徴とする光結合素子。
【００８８】
（付記８）  付記１乃至７のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記第２の光導波路部は、前記光伝送手段側の端面が丸みを帯びていることを特徴とする光結合素子。
【００８９】
（付記９）  付記１乃至８のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記光結合素子内を伝搬する信号光の伝搬方向と、前記基板の端面の法線方向とが、０度より大きい所定角度を成していることを特徴とする光結合素子。
【００９０】
（付記１０）  付記９記載の光結合素子において、前記信号光が通過する前記第２の光導波路部の端面の法線方向と、前記基板の端面の法線方向との成す角度が、前記所定角度よりも大きいことを特徴とする光結合素子。
【００９１】
（付記１１）  付記１乃至１０のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記第２の光導波路部の前記光伝送手段側の端面は、前記基板の端面から離間して形成されていることを特徴とする光結合素子。
【００９２】
（付記１２）  付記１乃至１１のいずれか１項に記載の光結合素子において、前記基板の端面に形成された反射防止膜を更に有することを特徴とする光結合素子。
【００９３】
（付記１３）  基板上に形成された光増幅器と、前記基板上に形成され、前記光増幅器に光学的に結合された、付記１乃至１２のいずれか１項に記載の光結合素子と、前記基板に隣接して設けられ、前記光結合素子に光学的に結合された光伝搬手段とを有することを特徴とする光デバイス。
【００９４】
（付記１４）  光信号を増幅する光増幅器であって、前記光信号の入力端及び／又は出力端に、付記１乃至１２のいずれか１項に記載の光結合素子を有することを特徴とする光増幅器。
【００９５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、光素子に結合された光導波路を、異なるテーパ形状を有する基幹部と先端部とにより構成し、基幹部によって光結合効率を高め、先端部によって残留反射を抑制するので、残留反射の効果的な抑制と光結合効率の最適化とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光結合素子の構造を示す平面図及び概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例による光結合素子の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光結合素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による光結合素子の構造を示す平面図である。
【図５】光導波路の幅及び端面の角度と反射率との関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。
【図６】図５のシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態による光デバイスの構造を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による光デバイスの構造を示す平面図である。
【図９】従来の光結合素子の構造及びその課題を示す図である。
【符号の説明】
１０…光導波路
１２…基幹部
１４…先端部
１６…入力端面
１８…出力端面
２０…チップ端面
３０…ＩｎＰ基板
３２…ＩｎＧａＡｓＰ層
３４，４０…ＩｎＰ層
３６…シリコン酸化膜
３８…コア層
４２…クラッド層
５０…基板
５２，５４…分布帰還型半導体レーザ
５６…コンバイナ
５８…半導体光増幅器
６０…光結合素子
６２，６４…反射防止膜
１００…光導波路
１０２…入射端面
１０４…出射端面
１１０…チップ端面
【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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