(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の光伝部材と光結合して、当該光伝送部材からの入射光を伝播する光導波路であって、
所定の屈折率を有する第１および第２の基材と、
前記第１および第２の基材よりも高い屈折率を有し、前記第１および第２の基材の一方または双方に接して、内部に光を伝播するコアと、
前記コアの屈折率と略同一の屈折率を有し、前記第１および第２の基材と前記コアとにそれぞれ接する接触材と、
前記光伝送部材との光結合ロスが小さくなるように、前記入射光の入射位置を前記コアの中心からずらすオフセット調整部とを備える、光導波路。
【請求項２】
前記オフセット調整部は、前記コアの形状と、前記接触材の厚さと、前記コアと前記接触材と前記第１および第２の基材との屈折率の関係とに応じて、前記コアのコア中心から所定の距離だけ離れるように前記入射光位置を調整することを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記接触材の厚さは、３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
所定の使用環境温度の範囲内における前記第１および第２の基材の屈折率および前記コアの屈折率は、前記光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記屈折率差は、前記コアの中心軸に対する垂直断面における前記コアの高さおよび幅と前記屈折率差の関係から導かれる光結合ロスが大きくならない光閉じ込め条件を満足するように選ばれることを特徴とする、請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記屈折率差は、前記コアの中心軸に対する垂直断面における前記コアの高さおよび幅の平均値と前記屈折率差の関係から導かれる光結合ロスが大きくならない光閉じ込め条件を満足するように選ばれることを特徴とする、請求項４に記載の光導波路。
【請求項７】
前記第１の基材は、所定の第１の面に溝が形成された基板であり、
前記第２の基材は、前記第１の面に対向する第２の面を有するクラッドであり、
前記接触材は、前記第１および第２の面において、前記基板および前記クラッドを接着する接着層であり、
前記コアは、前記基板の溝に材料を充填して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項８】
前記オフセット調整部は、前記コアの中心軸に対する垂直断面において、前記コアのコア中心を通る前記接着層の厚さ方向の直線を対称軸としてほぼ線対称な断面構造である場合に、前記対称軸に沿うように前記入射光位置を調整することを特徴とする、請求項７に記載の光導波路。
【請求項９】
前記オフセット調整部は、前記接着層の厚さに応じて、前記コアのコア中心から所定の距離だけ離れるように前記入射光位置を調整することを特徴とする、請求項７に記載の光導波路。
【請求項１０】
前記所定の距離は、前記接着層の厚さを超えないように選ばれることを特徴とする、請求項９に記載の光導波路。
【請求項１１】
前記溝の外側方向への前記溝の側面の傾斜角度は、前記溝の底面に対して垂直な面を基準として、５°以下であることを特徴とする、請求項７に記載の光導波路。
【請求項１２】
前記基板の溝の底面と側面との接続部は、前記コアの中心軸に対する垂直断面において、前記溝の幅の１／２以下の曲率半径を有することを特徴とする、請求項７に記載の光導波路。
【請求項１３】
前記第１の基材は、所定の第１の面に第１の溝が形成された第１の基板であり、
前記第２の基材は、前記第１の面に対向する第２の面に第２の溝が形成された第２の基板であり、
前記接触材は、前記第１および第２の溝が互いに対向して合わさるように、前記第１および第２の面において、前記第１および第２の基板を接着する接着層であり、
前記コアは、前記第１および第２の溝に材料を充填して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
【請求項１４】
前記オフセット調整部は、前記コアの中心軸に対する垂直断面において、前記コアのコア中心を通る前記接着層の厚さ方向の直線を対称軸として前記垂直断面構造がほぼ線対称である場合に、前記対称軸に沿うように前記入射光位置を調整することを特徴とする、請求項１３に記載の光導波路。
【請求項１５】
前記オフセット調整部は、前記第１および第２の溝が前記接着層を基準としてほぼ面対称な形状である場合に、前記コアのコア中心に合うように前記入射光位置を調整することを特徴とする、請求項１４に記載の光導波路。
【請求項１６】
前記第１および第２の溝の外側方向への前記第１および第２の溝の側面の傾斜角度は、前記第１および第２の溝の底面に対して垂直な面を基準として、それぞれほぼ３０°であることを特徴とする、請求項１３に記載の光導波路。
【請求項１７】
前記第１および第２の溝の底面と側面との接続部は、前記コアの中心軸に対する垂直断面において、それぞれ前記第１および第２の溝の幅の１／２以下の曲率半径を有することを特徴とする、請求項１３に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光導波路に関し、より特定的には、コアに接する接着層を有する光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コアに接してクラッド層と平行に広がった接着層を有する光導波路が広く用いられている。当該接着層は、コアとほぼ同じ屈折率を有する。このような光導波路は、例えば、特開平１１−５２１５９号公報および特開２０００−２１４３４０号公報などにおいて開示されている。図８は、この従来の光導波路の構成を示した模式図である。
【０００３】
図８に示されるように、従来の光導波路は、所定面の１つに溝を有する基板１３１と、クラッド層１３３と、基板１３１の溝を有する面とクラッド層１３３の所定の面とを接着する接着層１３２と、溝内に材料を充填して形成されたコア１３４とによって構成される。接着層１３２は、基板１３１およびクラッド層１３３よりも高屈折率を有する材料から成り、コア１３４は、接着層１３２とほぼ同じ屈折率を有する材料から成る。このように、コア１３４と接着層１３２とを同様の材料で構成することにより、コア１３４を形成してから、基板１３１とクラッド層１３３とを接着するまでの工程を簡易に行うことができる。
【０００４】
また、特に、特開２０００−２１４３４０号公報は、コアの中心軸方向に対する垂直断面において、コア幅１３７に対する垂直二等分線とコア高さ１３８に対する垂直二等分線との交点、すなわちコア中心１３５を原点として、コアの中心軸方向に光を伝播するように形成した光導波路を開示している。ただし、コアの中心軸方向をｚ軸とし、当該ｚ軸に垂直であって、接着層面に対して平行方向をｙ軸、垂直方向をｘ軸としたとき、コア中心１３５は、コア幅１３７に対応するｙ軸方向の線分に対する垂直二等分線と、コア高さ１３８に対応するｘ軸方向の線分に対する垂直二等分線との交点となる。このような構成によれば、例えば光ファイバと光結合させて、コアの中心軸方向に光を伝播する光導波路を低コストに作製することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光導波路は、基板およびクラッドよりもコアの屈折率を高くすることによってコア内に光を伝播するが、接着層とコアとが接していることによってコアから接着層へ光が漏れる。その結果として、モード中心がコア中心からずれ、同時に、モード分布が接着層側へ偏ることになる。にもかかわらず、特開２０００−２１４３４０号公報に開示されているように、コア中心から光を入射するように光ファイバを結合すると、入射光モードと導波路の伝播モードとの差が大きくなって、結合ロスが大きくなるという問題点がある。なお、このことは、接着層の接着機能とは無関係であり、接着層と同様の屈折率を有する接触材がコアと接している場合も同じ問題点がある。
【０００６】
このような問題点は、コア形状、接着層厚、およびコアと接着層と基板とクラッドとの屈折率の関係によって結合ロスが最少となる最適な光入射位置が変化することが、従来より意識されていなかったことによって生じている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決して、接着層を有する光導波路の結合ロスを最少にすることができる構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、外部の光伝部材と光結合して、当該光伝送部材からの入射光を伝播する光導波路であって、
所定の屈折率を有する第１および第２の基材と、
第１および第２の基材よりも高い屈折率を有し、第１および第２の基材の一方または双方に接して、内部に光を伝播するコアと、
コアの屈折率と略同一の屈折率を有し、第１および第２の基材とコアとにそれぞれ接する接触材と、
光伝送部材との光結合ロスが小さくなるように、入射光の入射位置をコアの中心からずらすオフセット調整部とを備える。
【０００９】
上記のように、第１の発明によれば、オフセット調整部によって、入射光位置を最適に調整することにより、コアに接する接着層などの接触材を有する光導波路と、光ファイバなどの光伝送部材との光結合ロスを小さく、最も好ましくは最少にすることができる構造を提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
オフセット調整部は、コアの形状と、接触材の厚さと、コアと接触材と第１および第２の基材との屈折率の関係とに応じて、コアのコア中心から所定の距離だけ離れるように入射光位置を調整することを特徴とする。
【００１１】
上記のように、第２の発明によれば、コア形状、接触材厚、およびコアと接触材と第１および第２の基材との屈折率の関係によって一意に算出することができる結合ロスが最少となる最適な光入射位置になるように、オフセット調整部を調整することにより、光結合ロスを最小にすることができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
接触材の厚さは、３μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、第３の発明によれば、最適な入射光位置に調整した場合でも接触材厚が３μｍを超える場合には結合ロスが急激に大きくなることを考慮して、厚さを３μｍ以下にしているので、光結合ロスをより小さくすることができる。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
所定の使用環境温度の範囲内における第１および第２の基材の屈折率およびコアの屈折率は、光結合ロスを許容することができる最低屈折率差以上の屈折率差を生じるように選ばれることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、第４の発明によれば、コアと第１および第２の基材との屈折率差は、光閉じ込め条件を満たし、かつ、結合ロスが急激に悪化する直前の許容し得る最低の屈折率差以上となるので、光結合ロスをより小さくすることができる。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
屈折率差は、コアの中心軸に対する垂直断面におけるコアの高さおよび幅と屈折率差の関係から導かれる光結合ロスが大きくならない光閉じ込め条件を満足するように選ばれることを特徴とする。
【００１７】
上記のように、第５の発明によれば、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を算出する際に、コアの高さとコアの幅とを考慮するので、コア寸法を考慮した適切な屈折率差を生じさせることができ、光結合ロスをより小さくすることができる。
【００１８】
第６の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
屈折率差は、コアの中心軸に対する垂直断面におけるコアの高さおよび幅の平均値と屈折率差の関係から導かれる光結合ロスが大きくならない光閉じ込め条件を満足するように選ばれることを特徴とする。
【００１９】
上記のように、第６の発明によれば、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を算出する際に、コアの高さとコアの幅の平均値とを考慮するので、コア寸法を考慮した適切な屈折率差を生じさせることができ、光結合ロスをより小さくすることができる。
【００２０】
第７の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１の基材は、所定の第１の面に溝が形成された基板であり、
第２の基材は、第１の面に対向する第２の面を有するクラッドであり、
接触材は、第１および第２の面において、基板およびクラッドを接着する接着層であり、
コアは、基板の溝に材料を充填して形成されることを特徴とする。
【００２１】
上記のように、第７の発明によれば、コアと接着層とを同様の材料で構成することにより、基板の溝に材料を充填してコアを形成してから、基板とクラッドとを接着するまでの工程を簡易に行うことができる。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明に従属する発明であって、
オフセット調整部は、コアの中心軸に対する垂直断面において、コアのコア中心を通る接着層の厚さ方向の直線を対称軸としてほぼ線対称な断面構造である場合に、対称軸に沿うように入射光位置を調整することを特徴とする。
【００２３】
上記のように、第８の発明によれば、入射光位置は、対称軸上にくることから、容易に最適位置になるように調節することができ、光結合ロスを最小にすることができる。
【００２４】
第９の発明は、第７の発明に従属する発明であって、
オフセット調整部は、接着層の厚さに応じて、コアのコア中心から所定の距離だけ離れるように入射光位置を調整することを特徴とする。
【００２５】
上記のように、第９の発明によれば、入射光位置が対称軸上にくることから、オフセット値を設定するだけで、容易に最適位置になるように調節することができ、光結合ロスを最少にすることができる。
【００２６】
第１０の発明は、第９の発明に従属する発明であって、
所定の距離は、接着層の厚さを超えないように選ばれることを特徴とする。
【００２７】
上記のように、第１０の発明によれば、オフセット値が接着層の厚さを超えることはないので、正確に最適位置になるように調節することができ、光結合ロスを最少にすることができる。
【００２８】
第１１の発明は、第７の発明に従属する発明であって、
溝の外側方向への溝の側面の傾斜角度は、溝の底面に対して垂直な面を基準として、５°以下であることを特徴とする。
【００２９】
上記のように、第１１の発明によれば、テーパ角度を０°にすると不都合が生じ、コストが高くなる反面、５°以上にすると、結合ロスの値はさらに大きくなり、また結合ロスの変化率も急激に大きくなることに鑑みて、必要以上に精度を上げず、低コストで作製することができ、かつ結合ロスが最適値に近い（または許容範囲内に止まる）光導波路を提供することができる。
【００３０】
第１２の発明は、第７の発明に従属する発明であって、
基板の溝の底面と側面との接続部は、コアの中心軸に対する垂直断面において、溝の幅の１／２以下の曲率半径を有することを特徴とする。
【００３１】
上記のように、第１２の発明によれば、コア底両端部が丸くなるに従って、光導波路の伝搬モード形状が、四角状の伝播モード形状から光ファイバと同様の円形の伝播モード形状に近づくので、結合ロスを低下させることができる。
【００３２】
第１３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１の基材は、所定の第１の面に第１の溝が形成された第１の基板であり、
第２の基材は、第１の面に対向する第２の面に第２の溝が形成された第２の基板であり、
接触材は、第１および第２の溝が互いに対向して合わさるように、第１および第２の面において、第１および第２の基板を接着する接着層であり、
コアは、第１および第２の溝に材料を充填して形成されることを特徴とする。
【００３３】
上記のように、第１３の発明によれば、コアと接着層とを同様の材料で構成することにより、第１および第２の基板の溝に材料を充填してコアを形成してから、第１および第２の基板を接着するまでの工程を簡易に行うことができる。
【００３４】
第１４の発明は、第１３の発明に従属する発明であって、
オフセット調整部は、コアの中心軸に対する垂直断面において、コアのコア中心を通る接着層の厚さ方向の直線を対称軸として垂直断面構造がほぼ線対称である場合に、対称軸に沿うように入射光位置を調整することを特徴とする。
【００３５】
上記のように、第１４の発明によれば、入射光位置が対称軸上にくることから、第９の発明と同様に、オフセット値を設定するだけで、容易に最適位置になるように調節することができ、光結合ロスを最少にすることができる。
【００３６】
第１５の発明は、第１４の発明に従属する発明であって、
オフセット調整部は、第１および第２の溝が接着層を基準としてほぼ面対称な形状である場合に、コアのコア中心に合うように入射光位置を調整することを特徴とする。
【００３７】
上記のように、第１５の発明によれば、その対称構造によってコア中心に最適結合位置がくることから、入射光位置が容易に最適位置となるように調節することができ、光結合ロスを最少にすることができる。
【００３８】
第１６の発明は、第１３の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝の外側方向への第１および第２の溝の側面の傾斜角度は、第１および第２の溝の底面に対して垂直な面を基準として、それぞれほぼ３０°であることを特徴とする。
【００３９】
上記のように、第１６の発明によれば、コア幅およびコア高さがほぼ等しい場合にテーパ角度を３０°に設定すればコア形状はほぼ正６角形となり、より円形の形状に近づくので、結合ロスを改善することができる。
【００４０】
第１７の発明は、第１３の発明に従属する発明であって、
第１および第２の溝の底面と側面との接続部は、コアの中心軸に対する垂直断面において、それぞれ第１および第２の溝の幅の１／２以下の曲率半径を有することを特徴とする。
【００４１】
上記のように、第１７の発明によれば、コア底両端部が丸くなるに従って、光導波路の伝搬モード形状が、四角状の伝播モード形状から光ファイバと同様の円形の伝播モード形状に近づくので、第１２の発明と同様に、結合ロスを低下させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光導波路１７の構成を示した模式図である。図１において、本光導波路１７は、所定の１つの面に溝を有する基板１と、基板１に対向する面を有するクラッド層３と、基板１およびクラッド層３を接着する接着層２と、その内部に光を伝播するコア４と、本光導波路１７と光結合する光ファイバ１６からの入射光位置を調節するオフセット調整部１４とによって構成される。
【００４３】
まず、接着層２は、基板１およびクラッド層３よりも高い屈折率を有する材料から成り、基板１の溝を有する面とクラッド層３の対向する面とを接着する。なお、接着層２が有する接着機能は、本発明に関して全く無関係であるので、接着層２がコア４と同程度の屈折率を有する構成であれば、接着機能を有していない単なる接触層または接触部材であってもよい。
【００４４】
また、コア４は、基板１の溝内に接着層２とほぼ同じ屈折率を有する材料を充填して形成される。さらに、コア４は、基板１およびクラッド層３よりも或る程度高い屈折率を有する材料で構成されることによって、その内部に光を伝播する。
【００４５】
したがって、コア４は、基板１およびクラッド層３よりも低い屈折率であるか、または基板１およびクラッド層３よりも高い屈折率であってもその屈折率差が所定値を下回る場合には、光をコア４内に閉じ込めることができない。この光を閉じ込めるための条件を光閉じ込め条件と称する。
【００４６】
ここで、一般的にコア材料として樹脂を使用し、クラッド材料として無機材料（ガラスなど）を使用すると、それぞれの材料の温度特性が相違していることにより、光閉じ込め条件を満足させることができない温度範囲を生じることがある。図２は、例として、コア材料としての樹脂と、クラッド材料としてのガラスとの屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。なお、光閉じ込め条件を満たす限界の屈折率差は、点線で示されている。また、図２においては、異なるコアの屈折率を有する１１の例が示されている。
【００４７】
図２を参照すれば、温度を徐々に上げると上記屈折率差は小さくなり、やがて光閉じ込め条件の限界屈折率差を下回って、光閉じ込め条件を満たさなくなる。図２において、使用温度範囲内（−２０℃〜８０℃）で光閉じ込め条件を満たすのは、上から３例のみである。したがって、使用温度範囲内で光閉じ込め条件を満たすためには、屈折率差を十分大きくすれば良いことになるが、屈折率差を大きくしすぎると光導波路がマルチモード化するので、屈折率差の上限値は自ずと定まる。具体的には、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりも０．２〜０．５％高めるの好適例である。
【００４８】
次に、図３は、断面が正方形状である四角コアの寸法と、コアおよびクラッドの屈折率差と、光ファイバおよび光導波路の結合ロス相対変化（ｄＢ）との関係を示したグラフである。ただし、結合ロス相対変化は、最適結合ロスから結合ロスがどれだけ変化したかを示すためのものであって、結合ロスの絶対値はそれぞれのコア寸法に応じて異なり、グラフ上では各寸法毎に見やすい位置に配置している。また、コア寸法は、小さいものから大きいものの例として、ａ１（＝２μｍ）からａ７（＝８μｍ）まで１μ毎に変化させた７つを示している。
【００４９】
図３を参照すれば、それぞれのコア寸法を有するコアとクラッドとの屈折率差が所定の差以下になると、結合ロスは急激に悪化する。図中の点線は、この急激に悪化する直前の屈折率差をコア寸法毎に結んだ直線であって、結合ロスを許容し得る最低の屈折率差を示している。したがって、コア寸法が大きいほど屈折率差が小さくても光を閉じ込めやすいと言える。ただ、コアの大きさにも上限はある。よって、具体的には、コアの高さと幅の平均を２〜５μｍにするのが好適例である。
【００５０】
以上より、使用温度範囲において常に光を閉じ込めるためには、コア断面の高さと幅または高さと幅の平均とを考慮し、さらに光閉じ込め条件を満たす屈折率差以上になるようにコア材とクラッド材の温度特性を考慮して選択する必要がある。
【００５１】
次に、図１において、オフセット調整部１４は、光ファイバ１６との光結合ロスが小さくなるように、コア形状、接着層厚８、およびコア４と接着層２と基板１とクラッド層３との屈折率の関係に応じて、コア中心５から所定の距離（オフセット値１０）だけ離れた入射光位置９を調整する。ただし、コアの中心軸方向をｚ軸とし、当該ｚ軸に垂直であって、接着層面に対して平行方向をｙ軸、垂直方向をｘ軸としたとき、コア中心５は、コア４の中心軸方向（ｚ軸方向）に対するコア４の垂直断面（以下、断面と略称する）において、コア幅６に対応するｙ軸方向の線分に対する垂直二等分線と、コア高さ７に対応するｘ軸方向の線分に対する垂直２等分線との交点である。なお、接着層厚８の方向とコア高さ７の方向とは同一であるものとする。
【００５２】
典型的には、オフセット調整部１４は、基板１と一体化したＶ溝１５を有する構造体であり、Ｖ溝１５の高さ等を予め調整することによって、光ファイバ１６の出射光中心が入射光位置９に来るように位置決めすることができる。もちろん、入射光位置９の位置関係を調整することができれば、オフセット調整部１４は、どのような構造および形状であってもよい。
【００５３】
図４は、光入射位置のオフセット値を変化させた場合の光ファイバと光導波路との結合ロスの関係を示したグラフである。ただし、対象となる光導波路は、８μｍ角のコア形状を有し、コアの屈折率がクラッドの屈折率より約０．２％高く、基板の屈折率がクラッド層の屈折率より約０．０６６５％低いものとする。また、当該光導波路の断面構造は、接着層に平行であってコア幅６に対応する線分の垂直二等分線（すなわち、コア中心５を通る接着層厚８方向の直線）を対称軸として、光の入射方向から見てほぼ線対称な構造を有するものとする。したがって、その対称構造から、入射光位置９は、上記垂直二等分線（すなわち対称軸）上にあって、コア中心５からオフセット値１０だけ接着層厚８方向へ離れた距離にあるものとする。このように、入射光位置９は、対称軸上にあることから、オフセット値１０を設定するだけで、容易に最適位置になるように調節することができる。
【００５４】
図４では、接着層厚（μｍ）を縦軸に、オフセット値（μｍ）を横軸にとり、結合ロスを０．１ｄＢ毎に変化させたエリアをそれぞれ図４の右側に記載したハッチングで示している。また、或る接着層厚に対する結合ロスが最も少ない最適結合状態のポイントを結んだ線分を太線の矢印で示している。図４における結合ロスの分布を見ると、最適結合状態を示す太線の矢印付近がもっとも低い結合ロスを示し、山のすそ野が広がるように外側へ向けて徐々に結合ロスが増加していることがわかる。
【００５５】
また、図４から明らかなように、接着層がほとんどない場合（接着層厚が０μｍ付近の場合）には、コア中心よりも接着層側へずれた位置（約０．５μｍ）に最適結合位置がある。そして、接着層厚を大きくするに従って、最適結合位置に対応するオフセット値は太線の矢印に沿って徐々に大きくなる。ただし、最適なオフセット値が接着層厚を超えることは、そもそも理論上考えられない。すなわち、光導波路の伝搬モード形状が四角形状や円形状の場合には、光パワー分布の中心点は光導波路の高さのほぼ半分の位置にある。したがって、光導波路の高さが接着層厚分だけ増加した場合には、光パワー分布の中心点は接着層厚の半分の高さだけ移動するにすぎず、接着層厚分以上に移動することはあり得ない。このように光パワー分布の中心点の移動量が接着層厚を超えないことは、伝搬モード形状がどのような形状であっても同様である。したがって、オフセット値は接着層厚を超えない値に設定することが好適である。
【００５６】
以上のように、コア形状、およびコアと接着層と基板とクラッドとのそれぞれの屈折率と、接着層厚とが決定していれば、当該条件に応じた最適結合状態のオフセット値を計算によって一意に求めることができる。したがって、オフセット調整部１４により、光ファイバ１６の出射光中心を最適なオフセット値の入射光位置９に来るように光ファイバ１６を固定すれば、光ファイバ１６と本光導波路１７との最適な光結合を機構的に実現することができる。
【００５７】
さらに、図４において、太線の矢印が示す最適結合状態時の結合ロスは、接着層厚が３μｍを超える付近から急激に大きくなっている。これは、最適なオフセット値を選択したとしても、接着層厚が３μｍを超える場合には、結合ロスが急激に大きくなることを示している。したがって、接着層の膜厚は３μｍ以下であることが好適である。
【００５８】
次に、コア形状と結合ロスとの関係について検討する。まず、図１に示されるように、コア４と接着層２と基板１とに接する境界線を含んで接着層面に対して垂直な面（断面においては、コア高さ７に対応する線分）からコア４の中心軸方向へ、コア４の側面がどのくらい傾斜しているかを示す角度、すなわちテーパ角度１１と結合ロスとの関係について検討する。
【００５９】
図５は、テーパ角度（°）と結合ロス（ｄＢ）との関係を示したグラフである。図５に示すように、テーパ角度が０°から大きくなるに従って、結合ロスも大きくなるので、テーパ角度は０°であるのが望ましい。しかし、基板１に対して、エッチングや金型成形などの手法を用いて溝を形成する場合には、テーパ角度１１を完全に０°にすることはほとんど不可能であるし、理想状態を求めるとすれば非常にコスト高となる。また、特に金型成形の手法を用いる場合には、テーパ角度を０°にすると金型が抜きにくくなる不都合が生じる。
【００６０】
そこで、不都合なく低コストで生産できるように、或る程の角度を持たせながら、結合ロスが最適値に近い状態（例えば、最適状態から０．０５（ｄＢ）程度の差しかない状態）になるような最大のテーパ角度を考慮する必要がある。図５を参照すると、テーパ角度が０°の時の結合ロスからの変化（ずれ量）が０．０５（ｄＢ）以下となるテーパ角度は５°である。５°以上のテーパ角度になると、結合ロスの値はさらに大きくなり、また結合ロスの変化率も急激に大きくなる。したがって、テーパ角度を５°以下として設定すれば、必要以上に精度を上げず、低コストで作成することができ、かつ結合ロスが最適値に近い（または許容範囲内に止まる）光導波路を提供することができる。
【００６１】
次に、コア４の底面と側面との接線付近の丸み形状、すなわち図１に示される断面におけるコア底１３とコア４の側面との接続部分（以下、コア底両端部と称する）の曲率半径１２と結合ロスとの関係について検討する。なお、この曲率半径１２とは、コア底両端部の丸み部分に対して接触円を仮定したときの当該円の半径である。
【００６２】
図６は、コア底両端部の曲率半径１２と結合ロスとの関係を示したグラフである。図６において、結合ロス（ｄＢ）が縦軸に、曲率半径／コア幅が横軸にとられている。このように、コア幅６に対する曲率半径１２の割合（以下曲率半径割合と称する）を横軸にとることにより、結合ロスと丸み形状との関係がより鮮明となる。例えば、曲率半径割合が１／２であれば、コア幅が接触円の直径と等しくなるので、コアの形状は円形となる。図６に示すように、曲率半径が大きくなるに従って、結合ロスは徐々に小さくなる。このように結合ロスが低下するのは、コア底両端部が丸くなるに従って、光導波路の伝搬モード形状が、四角状の伝播モード形状から光ファイバと同様の円形の伝播モード形状に近づくからである。従って、コア底両端部に光導波路のコア幅の１／２以下の曲率半径の角（丸み）をつけると、結合ロスを低下させることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る光導波路６１の構成を示した模式図である。図７において、本光導波路６１は、所定の１つの面に溝を有する第１の基板５１と、第１の基板５１に対向する所定の１つの面に第１の基板５１と同形状の溝を有する第２の基板５２と、第１および第２の基板５１および５２を接着する接着層５３と、その内部に光を伝播するコア５４と、図示されない光ファイバからの入射光位置を調節するオフセット調整部６０とによって構成される。
【００６４】
接着層５３は、第１および第２の基板５１および５２よりも或る程度高い屈折率を有する材料から成り、第１および第２の基板５１および５２の所定の面に形成されたそれぞれの溝を互いに合わせるように接着する。なお、接着層５３が接着機能を有していないものであってもよいことは、第１の実施形態の場合と同様である。
【００６５】
コア５４は、第１および第２の基板５１および５２の溝内に、接着層５３とほぼ同じ屈折率を有する材料を充填し、第１および第２の基板５１および５２の溝を互いに接着することによって形成される。また、コア５４は、第１および第２の基板５１および５２よりも或る程度高い屈折率を有する材料で構成されることにより、その内部に光を伝播する。
【００６６】
オフセット調整部６０は、コア形状、接着層厚５８、およびコア５４と接着層５３と第１および第２の基板５１および５２との屈折率の関係に応じて、コア中心５５から所定の距離だけ離れるように、またはコア中心５５に合うように入射光位置（図示されていない）を調整する。ただし、図１と同様の座標軸を設定したとき、コア中心５５は、図１のコア中心５と同様に、コア４の断面において、コア幅５６に対応するｙ軸方向の線分に対する垂直二等分線と、コア高さ５７に対応するｘ軸方向の線分に対する垂直二等分線との交点である。
【００６７】
典型的には、オフセット調整部６０は、図１のオフセット調整部１４と同様に、第１の基板５１と一体化したＶ溝を有する構造体であるが、入射光位置の位置関係を調整することができればどのような構造および形状であってもよいことは前述したとおりである。
【００６８】
ここで、本実施形態に係る光導波路６１は、第１の実施形態に係る光導波路１７と同様に、コア形状、接着層厚５８、およびコア５４と接着層５３と第１および第２の基板５１および５２との屈折率の関係によって光ファイバと光導波路６１との最適結合位置が変化する。したがって、同様に、光ファイバからの入射光位置を最適結合位置に調整する必要がある。
【００６９】
しかし、コア５４の断面において、接着層５３に対するｘ軸方向の垂直二等分線を対称軸として、コア形状と第１および第２の基板５１および５２の構造が左右にほぼ線対称である場合には、当該二等分線上に最適結合位置がある。さらに、接着層５３におけるｙ軸方向の中心線を基準に、コア形状と上記構造が上下にほぼ線対称でもある場合、すなわち、接着層５３を基準として、上下が面対称の構造でもある場合には、結局、コア中心５５が最適結合位置となる。
【００７０】
次に、コア形状と結合ロスとの関係について検討する。まず、コア底両端部の曲率半径と結合ロスとの関係については、コアの上下の両端部でそれぞれ問題になるものの、第１の実施形態の場合と全く同様である。すなわち、図６において前述したように、第１の基板５１の溝の両端部と、第２の基板５２の溝の両端部とに対して、光導波路６１のコア幅５６の１／２以下の曲率半径の角（丸み）をつけると、コア５４の形状は円形に近くなるので、結合ロスを低下させることができる。
【００７１】
次に、テーパ角度と結合ロスとの関係について検討する。図７において、テーパ角度５９は、第１および第２の基板５１および５２の溝の両側面に対して付されている。ここで、コア底両端部の曲率半径と結合ロスとの関係において説明したように、コア形状が円形に近くなれば、結合ロスを低下させることができる。したがって、コア幅５６およびコア高さ５７がほぼ等しい場合に、テーパ角度５９を３０°に設定すれば、コア形状はほぼ正６角形となり、より円形の形状に近づくので結合ロスを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光導波路１７の構成を示した模式図である。
【図２】コア材とクラッド材との屈折率差および温度変化の関係を示したグラフである。
【図３】四角コアの寸法と、コアおよびクラッドの屈折率差と、光ファイバおよび光導波路の結合ロス相対変化との関係を示したグラフである。
【図４】光入射位置のオフセット値を変化させた場合の光ファイバと光導波路との結合ロスの関係を示したグラフである。
【図５】テーパ角度と結合ロスとの関係を示したグラフである。
【図６】コア底両端部の曲率半径と結合ロスとの関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光導波路６１の構成を示した模式図である。
【図８】従来の光導波路の構成を示した模式図である。
【符号の説明】
１  基板
２  接着層
３  クラッド層
４  コア
５  コア中心
６  コア幅
７  コア高さ
８  接着層厚
９  入射光位置
１０  オフセット値
１１  テーパ角度
１２  曲率半径
１３  コア底
１４  オフセット調整部
１５  Ｖ溝
１６  光ファイバ
１７  光導波路
５１  第１の基板
５２  第２の基板
５３  接着層
５４  コア
５５  コア中心
５６  コア幅
５７  コア高さ
５８  接着層厚
５９  テーパ角
６０  オフセット調整部
６１  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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