JP2002328244A - 光部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光結合部における損失および反射を抑制し得
ると共に、それを簡易で小さな構造で実現し得る光部品
を提供する。 【解決手段】 光導波路を有する光部品１において、該
光導波路の端部近傍に、光の入力部と出力部とを有する
単一モードの光導波路であって、伝搬モードと不整合と
なる光のフィールドが入射される部分１−３aと、出射
光のフィールド径と位相とを調整する所定の長さ部分１
−１aと、を有する光導波路構造１−１を少なくとも一
つ備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体からなる光
導波路を有する光部品に関し、特に、複数の光部品を光
結合して構成される光モジュールにおいて光導波路と他
の光導波路を組み合わせる場合、フィールド径の異なる
光導波路を有する光部品同士を効率的に光結合させるこ
とを可能にする光導波路構造を有する光部品に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路を有する光部品においては、光
部品の接続部分での損失要因の一つとして、接合する光
導波路同士のフィールド径の違いがある。

【０００３】ここで、フィールド径とは、「光のフィー
ルドが最大光強度を有する点から所定以上の光強度を有
する位置までの距離（最大光強度の点から自然対数の底
eの２乗分の１）」で与えられ、以降、フィールド径も
しくはフィールド半径とはこの距離のことを指す。

【０００４】このため、従来、光導波路を用いた光部品
では、両者を光結合するために様々なフィールド径変換
技術が考えられてきた。

【０００５】一つはレンズを用いて、一方の光部品の光
導波路からの光のフィールド径を調整する技術であり、
例えば、図１９に示すように、光導波路構造を有する光
デバイスＡおよびＢの間にレンズＣを配置して、それら
の位置関係を調整することにより、一方の光デバイスＡ
の光導波路から広がった光をレンズＣで集光し、フィー
ルド径の異なる光導波路同士を結合させるようにしてい
る（Huey-Daw Wu, Frank S Branes 編"Microlenses Cou
pling Light to Optical Fibers" IEEE Press.(1991)参
照）。

【０００６】他の方法としては、例えば、図２０に示す
ように、光半導体素子において、光出射部分の導波路構
造を断熱的、すなわち、モードに乱れが生じないように
ゆっくりとパラメータを変化させ、フィールド径を広げ
る方法が考えられている（Naoto Uchida et al. "Low-C
ost Hybrid WDM Module Consistint of a Spot-SizeCon
verter Integrated Laser Diode and a Waveguide Phot
odiode on a PLC platform for Access Network Syste
m", IEIC Trans. Electron., Vol. E80-C, No.1 p88 (1
997）参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
レンズを用いた場合には、レンズと一方の光部品の光導
波路との位置合わせを行った上に、さらに、結合させる
他方の光部品の光導波路との位置合わせを行う必要があ
るために、調芯に手間が掛かったり、調芯を簡便にする
ための特別の構造を必要とした。

【０００８】また、上述の他の方法では、フィールド径
を断熱的に変化させているために、変換部分の長さが波
長の数百倍程度と比較的長い距離を要することから、光
部品を集積化する光モジュール中にこの長い距離の変換
部分を多く含めるのは、集積度の低下を招き適していな
い。また、この他の方法は、フィールド径を広げること
はできるが、フィールド径を狭めることは困難であっ
た。

【０００９】本発明の目的は、かかる従来の問題を解決
し、光部品の導波路同士の光結合部において、結合相手
の光部品の導波路に応じてフィールド径を大きくまたは
小さく調整可能、あるいは、導波路端面からのフィール
ドの焦点位置の調整を可能にする光導波路構造を有する
光部品とすることにより、光結合部における損失および
反射を抑制し得ると共に、それを簡易で小さな構造で実
現し得る光部品を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明の一形態の光部品は、光導波路を
有する光部品において、該光導波路の端部近傍に、光の
入力部と出力部とを有する単一モードの光導波路であっ
て、伝搬モードと不整合となる光のフィールドが入射さ
れる部分と、出射光のフィールド径と位相とを調整する
所定の長さ部分と、を有する光導波路構造を少なくとも
一つ備えること特徴とする。

【００１１】かかる構成によれば、単一モードの光導波
路に意図的にモード不整合となるフィールドを生じさせ
る光導波路構造を設けることにより、生じさせた基底モ
ードと共鳴放射モードとを導波路距離を調整することに
より干渉させ、出射光のフィールド径および位相面の調
整が可能となる。

【００１２】ここで、前記光導波路構造の所定の長さ部
分の距離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬
方向に正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位
相を進行方向に対して垂直方向に２階微分した値が負か
ら正へ横切る点までの距離であってもよい。

【００１３】また、前記光導波路構造の所定の長さ部分
の距離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬方
向に正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位相
を進行方向に対して垂直方向に２階微分した値が正から
負へ横切る点までの距離であってもよい。

【００１４】さらに、前記光導波路構造の所定の長さ部
分の距離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬
方向に正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位
相を進行方向に対して垂直方向に２階微分した値が極大
から負へ横切る点までの間の距離であってもよい。

【００１５】なお、前記光導波路構造の所定の長さ部分
の距離は、前記伝搬モードと不整合となる光のフィール
ドが入射される部分側から最初に現れる前記横切る点ま
での距離であることが好ましい。

【００１６】また、前記光導波路構造の所定の長さ部分
の距離は、前記伝搬モードと不整合となる光のフィール
ドが入射される部分側から最初に現れる前記極大から負
へ横切る点までの区間の距離であってもよい。

【００１７】さらに、光部品は前記光導波路構造を複数
の組備えてもよい。

【００１８】また、前記複数の組の最初の組はフィール
ド径を広げ、次の組はフィールド径を狭めるものであっ
てもよい。

【００１９】さらに、前記複数の組の最初の組はフィー
ルド径を広げ、次の組はフィールド径を保持するもので
あってもよい。

【００２０】ここで、光部品は、平面光導波路、光ファ
イバ、光半導体素子、光変調器および光アイソレータか
らなる群のいずれかであってもよい。

【００２１】また、前記伝搬モードと不整合となる光の
フィールドが入射される部分は、フィールド径の異なる
光導波路に結合されて形成されているものであってもよ
い。

【００２２】さらに、前記伝搬モードと不整合となる光
のフィールドが入射される部分は、光導波路回路中の光
導波路コアを分断した部分として形成されているもので
あってもよい。

【００２３】このようにすると、光導波路コアの作製と
同時に分断部の形成が可能となり、作製コストを低くす
ることが可能である。

【００２４】なお、前記光導波路コアは矩形状断面を有
し、前記光導波路コアの分断部分として、光導波路中の
波長以上の距離に渡って前記光導波路コアの幅を狭めた
のち前記光導波路コアを分断し、且つ、該光導波路コア
の幅を単純に分断した場合と同じ光学的な断面積となる
ように形成してもよく、ここで、光学的な断面積とは光
導波路コアの分断部分を光が伝搬するときの位相変化を
伝搬距離で割ったものと定義する。

【００２５】また、前記分断した部分は、クラッド部分
とコア部分とを横断する溝により形成されていてもよ
い。

【００２６】このようにすると、モード変換部構造を有
しない現有の光導波路基板にモード変換部構造を形成す
ることが可能となり好都合である。

【００２７】なお、前記溝は導波路を形成する物質と異
なる誘電体で埋められていてもよい。

【００２８】さらに、前記伝搬モードと不整合となる光
のフィールドが入射される部分は、光導波路コアの一部
を極端に拡大または縮小して形成されたものであっても
よい。

【００２９】ここで、前記伝搬モードと不整合となる光
のフィールドが入射される部分は、前記光導波路コアの
断面の１方向にのみ極端に拡幅または縮幅されて形成さ
れたものであってもよい。

【００３０】このようにすると、平面型の光導波路では
基板面内方向に一定膜厚に加工して横方向の太さを変え
ればよく、作製が廉価で容易となる。

【００３１】また、前記光導波路構造において、前記伝
搬モードと不整合となる光のフィールドを入射する部分
と前記出射光のフィールド径と位相とを調整する所定の
長さ部分とが、光強度の中心がずらされて配置されてい
てもよい。

【００３２】さらに、前記光導波路構造において、前記
出射光のフィールド径と位相とを調整する所定の長さ部
分の途中で、フィールドの中心と光導波路コアの中心が
ずらされて配置されていてもよい。

【００３３】上記の中心をずらす構成によれば、奇モー
ドの共鳴放射モードが発生し、導波路中心に対して、フ
ィールド強度の中心が正弦的に揺れながら伝搬する。従
って、他の光部品と光結合させる際には、斜めに傾斜し
た位置にフィールド径のくびれを形成でき、斜めの光導
波路端面からの出射が可能となる。

【００３４】なお、前記光導波路構造のコア幅は、多モ
ードとなる光導波路幅の８割以上であることが好まし
い。

【００３５】このように、導波路のコア幅を広くするこ
とにより、コアとクラッドでの光の反射率を上げ同時に
光導波路コア壁への伝搬方向に単位距離当たり進む間の
光の衝突回数を低減することが可能となり、共鳴放射モ
ードの伝搬に伴う損失を低減できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】ここで、個々の実施の形態を説明
する前に、本発明の原理について、先ず説明する。単一
モードの光導波路においては、放射モードのうち、コア
とクラッドの界面で多重反射され共鳴を満たすものが存
在する。これをここでは共鳴放射モードと呼ぶことにす
る。特に、光導波路に対応した基底モードに近い共鳴放
射モードはコアとクラッドの界面での反射率も高く、コ
ア幅が十分に広ければ波長の数十倍の距離に渡って導波
路中を伝搬する。

【００３７】図１は、光導波路コアの屈折率分布とモー
ドフィールド分布の形状に関するグラフであり、（ａ）
は、光導波路コアの屈折率分布が上段の２次曲線で表せ
る場合に、基底モードとフィールド径の異なる光のフィ
ールドとが入射された場合に励起される高次のフィール
ドとの関係を下段に示している。図１（ａ）の上段に示
す２次の曲線で示される屈折率分布を有する光導波路に
おいて、図１（ａ）下段に示すような、基底モードフィ
ールド分布１０−１とフィールド径が異なり、かつ中心
に対して対称なフィールド径のモードフィールド分布１
０−２の光を入射させると、フィールド径が基底モード
フィールド分布１０−１に近い場合、基底モードとその
次の偶モードとが励振されて、モード間で干渉がおき、
それらの伝搬定数の差に従って、フィールド径および位
相分布にうなりが発生する。２次曲線の屈折率分布を有
する光導波路の伝搬定数およびフィールド形状は解析的
に良く知られており、それらの干渉の様子は詳しく知る
ことができる。

【００３８】本発明者等は、単一モードの光導波路にお
いても同様の現象が発生し、それらが、放射モードのう
ちの導波路構造に共鳴したモード（以下、共鳴放射モー
ドと称す）と導波路の伝搬モードとの干渉であるという
知見を得た。

【００３９】例えば、図１（ｂ）の上段の図に示すよう
なステップ状の屈折率分布を有する光導波路をとると、
図１（ｂ）中段の図に示すように、基底モードフィール
ド分布１０−１のフィールド形状に近いモードフィール
ド分布１０−２の光を入射すると、基底モードフィール
ド分布１０一１と入射されたモードフィールド分布１０
−２の状態空間における差に対応したフィールド差１０
−３が生じる。これは共鳴放射モードであるが、図１
（ｂ）下段に示すように、導波路構造に共鳴した状態近
傍の横方向の波数で規定される状態の重ね合わせとして
表され、発生してから比較的長い距離に渡って光導波路
を伝搬する。

【００４０】本発明者等はさらに、基底モードフィール
ド分布１０−１と共鳴放射モード１０−３の干渉の様子
は、共鳴放射モード１０−３が伝搬方向に進むに従い減
衰することを除いて、２次曲線の屈折率分布を有する光
導波路における振る舞いで近似できることを見出し、２
次曲線の屈折率分布を有する光導波路における振る舞い
での近似に基づいた図２を作成した。

【００４１】この図２は、図１（ａ）のような基底モー
ドフィールド分布１０−１の光にフィールドが異なり不
整合なモードフィールド分布１０−２の光が入射された
場合のフィールド半径２０−１と、進行方向に垂直な面
内における位相の分布を中心からの距離で２階微分した
位相にフィールド径を掛けたものの近似として、フィー
ルド半径２０−１におけるフィールド中心との位相差２
０−２とを同時に表示したものである。

【００４２】フィールド半径２０−１だけ離れた場所に
おける位相差は、進行方向に垂直な向きに位相分布を見
たときの、フィールドの中心での、垂直な向きへの２階
微分に対応する。位相差２０−２に関しては、縦軸の大
きさは以下の議論では問題とならないので、任意の尺度
を用いている。フィールド径の大きさにより２階微分に
よる値の場合は、概ねフィールド径の２乗に反比例して
大きさが変わってしまうために、それにフィールド径を
掛けた値を表示し、以下においてもこれを踏襲する。従
って、図２（ａ）は、基底モードに不整合なフィールド
が入射された場合のフィールド半径と進行方向に垂直な
面内における位相差の分布を中心からの距離で２階微分
した位相にフィールド径を乗じたものの近似として、フ
ィールド半径におけるフィールド中心との位相差を表し
ている。これから明かなように、位相差が負から正へ０
を横切る点２０−４でフィールド径が極大、位相差が正
から負へ０を横切る点２０−３でフィールド径が極小と
なり、それが周期的に繰り返される。周期を表す繰り返
し距離ｄは、基底モードフィールド分布１０−１の光の
伝搬定数をβ、フィールド半径をρとして、 ｄ＝πβρ^２／２ である。

【００４３】さらに、図２（ｂ）は、進行方向に伝播す
るフィールド半径２０−１と中心に対する周囲の位相の
ずれを表しており、図２（ａ）の位相が極大となる点で
は、図２（ｂ）の位相面が進行方向に対して凹形とな
り、フィールドを集光させる作用を有することが判る。
このようなフィールド径と位相とを表したグラフを用い
ることにより、フィールド形状を容易に把握し、入射さ
せるフィールド径の大きさ、進行方向に対して垂直な面
内における位相分布などの条件との関係を容易に把握す
ることができる。

【００４４】そこで、以下の本発明の実施の形態では、
上記の図２に類するフィールド径と位相差の分布を表し
たグラフをもとに光導波路構造の位置関係を示す。

【００４５】なお、図２は、２次曲線の屈折率分布を有
する光導波路構造における上記の関係を近似して、定性
的な位相差とフィールド径との関係を示すものである
が、他のステップ状等の屈折率分布を有する単一モード
の光導波路においても、その特性的な点、すなわち、位
相差が０を横切る点、および、位相差の極大点などは、
２次曲線の屈折率分布を有する光導波路構造がもたらす
作用効果と同様の作用効果をもたらす。従って、以下の
説明では、説明が煩雑になるのを避けるため、２次曲線
の屈折率分布を有する光導波路構造により近似した図を
用いるが、必要に応じて、数値計算などにより、より精
度良い位置関係を容易に得ることもできる。

【００４６】以下の実施の形態では、特に断らないかぎ
り、光部品としての平面光導波路や光ファイバは石英系
の光導波路および光ファイバとし、導波路コアに関して
はステップ状の屈折率分布をもつものとする。

【００４７】また、本明細書において、「光導波路」と
は、光導波路コアと光導波路クラッド部分とを合わせた
ものを指すが、一般に、光導波路コア近傍に光が閉じ込
められることから、図などで明らかな場合は、光導波路
のコアの部分を光導波路と呼ぶこともある。さらに、本
発明では、光導波路が途中で分断された構造を提示する
が、この場合の光は分断部分をほぼ直進し、対向する光
導波路に入射されることから、光の伝播経路として捕ら
えて、この分断部分も図などで明らかな場合は光導波路
と呼ぶこととする。

【００４８】［実施の形態１］図３は本発明の第１の実
施の形態を示す。図３（ｃ）の斜視図に示すように、光
部品として直線光導波路を有する平面光導波路１と同じ
く直線光導波路を有する光ファイバ１−２０とを光結合
して構成される光モジュールに本発明を適用したもので
あり、異なるコア形状の光部品同士を低損失で光結合さ
せるためのものである。そのために、平面光導波路１は
その光導波路の端部近傍に、伝搬モードと不整合となる
光のフィールドが入射される部分と、出射光のフィール
ド径と位相とを調整する所定の長さ部分とを有する光導
波路構造として、光導波路１−２とはフィールド径の異
なる光導波路部分１−１を備えている。

【００４９】光導波路１−２と光導波路部分１−１は、
導波路コア径の異なる光導波路コア１−２ａと光導波路
コア１−１ａとをクラッド内に埋め込んで、光導波路コ
ア１−２ａと光導波路コア１−１ａとを回路中で突き合
わせ結合されている。光導波路１−２の先方（左側）に
は、光導波路で作製可能なさまざまな光部品を集積する
ことが可能である。

【００５０】光ファイバ１−２０は石英系の光ファイバ
であり、基底モードのみを導波モードとして有し、この
実施の形態では、フィールド半径が約４μｍのものを用
いている。一方、光部品としての平面光導波路１側は石
英系の光導波路をＳｉ基板上に形成したもので、光ファ
イバ１−２０との接合部分となる端部の光導波路１−１
のコア１−１ａを光導波路１−２のコア１−２ａよりも
コアの幅を狭く作製し、光導波路１−２の部分のフィー
ルド半径１０−２ａが約６μｍ、光導波路１−１のフィ
ールド半径１０−１ａが約５μｍとなるような光導波路
構造とされている。ここでフィールド幅の計算に用いた
波長は、真空中で１．５５μｍである。

【００５１】このときの両者の基底モードフィールド分
布１０−１および入射フィールド分布１０−２の振幅
を、図３（ｂ）に平面内の各位置で進行方向に射影して
表示した。光導波路１−２を伝わって来た光はフィール
ド径の異なる光導波路１−１においてモード不整合を生
じ、光導波路１−２の入射フィールド分布１０−２のほ
とんどは光導波路１−１の基底モードフィールド分布１
０−１と、入射フィールド分布１０−２から基底モード
フィールド分布１０−１のモード成分を取り除いたモー
ドフイールド分布１０−３のようなコアとクラッドとの
境界近傍で位相差が０を横切る共鳴した放射モードとに
分かれ、上述した２次曲線の屈折率分布をもつ光導波路
との対応により、図３（ａ）のように、フィールド半径
２０−１をうならせながら伝搬する。

【００５２】ここで、光導波路１−１の所定の長さを定
める終点を、グラフで光導波路１−１内の波面の位相を
進行方向に対して垂直方向に２階微分した値が正から負
へ横切る点に対応するフィールド径が極小となる点２０
−３において終了させ、その端面で光ファイバ１−２０
と接合させると、光部品である平面光導波路１と光ファ
イバ１−２０とのフィールド径の整合がよくなり、結合
を改善することが可能となる。

【００５３】ここで、入射フィールド分布１０−２から
基底モードフィールド分布１０−１のモード成分を取り
除いたフィールドが光導波路１−１を伝搬して出射する
ときのフィールド分布１０−３ｃ、光導波路１−１から
の出射フィールド分布１０−４、光導波路１−１からの
出射フィールド半径１０−４ａ、モードフィールド径を
変換して結合される光ファイバ１−２０のフィールド分
布１０−５および光ファイバ１−２０のコア幅１０−５
ｂは、それぞれ、図３（ｂ）に示すようになり、フィー
ルド径が整合されるのである。

【００５４】さらに、結合を最適化するために、数値計
算により位相差の変化を計算し同様の点を求めてもよ
い。これにより光ファイバ１−２０との結合効率は約
０．５ｄＢ改善することができた。

【００５５】［実施の形態２］図４は光部品としての光
ファイバ１−２０と平面光導波路１を用いた本発明の第
２の実施の形態である。構成としては実施の形態１と同
じように、光導波路と光ファイバの突き当て結合であ
る。図４（ｃ）に示すように、光導波路１−１のコア１
−１ａは光導波路１−２のコア１−２ａと全く同じ断面
構造と屈折率分布を有しているが、伝搬モードと不整合
となる光のフィールドが入射される部分として光導波路
コア１−１ａと光導波路コア１−２ａとが分断部１−３
ａにて分断されている点が異なる。

【００５６】本実施の形態では、光導波路のモードフィ
ールドではなく、光導波路コア１−２ａから光を放出さ
せてフィールド径を広げ、分断部１−３aを伝搬モード
と不整合となる光のフィールドが入射される部分とし
て、モードフィールドの不整合を生じさせている。これ
により、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、光導波路１
−２から光導波路１−１に向けて放出された光は放射さ
れた状態となり、フィールド径を広げると同時に回折に
よりフィールドがコア中心から離れるに従って位相が遅
れることになる。

【００５７】ここで、図４（ａ）の原点は簡単化のため
に、光導波路１−２の出射端としている。そこで、光導
波路１−２から放射された光が分断部１−３aを介して
光導波路１−１に入射されると、光導波路中で、拡大傾
向にある位相分布の慣性により入射フィールド分布１０
−２を若干拡大させたのち、位相差が０を横切る点２０
−４からフィールド半径２０−１の縮小が始まる。な
お、このフィールド半径２０−１が最初に極大となる点
２０−４は、丁度、そのフィールド半径の光導波路１−
２と光導波路１−１を結合させた実施の形態１の場合と
同様に作用していることがわかる。したがって、フィー
ルド半径が極小となる点２０−３に於いて導波路１−１
を終了させる、換言すると、出射光のフィールド径と位
相差とを調整する光導波路構造としての導波路１−１の
長さ（距離）を位相差が正から負に０を横切る点１−２
ｃで終了させ、そこにフィールド径の小さな光ファイバ
１−２０を突き当てることで、良好な光結合を得ること
が可能となる。

【００５８】この実施の形態２の良い点は、光導波路構
造として全く同じ断面形状の導波路コア１−１ａと１−
２ａとを用いればよく、光導波路コアを平面基板上に半
導体製造技術と同種の方法で作製する場合などに、実施
の形態１と比べて作製が容易であることである。さら
に、実施の形態１ではフィールド径を光導波路１−２の
フィールド径よりも拡大することが困難であるが、実施
の形態２のように光導波路を分断し、分断する距離１−
３ａを調整すれば、光導波路コアの形状や屈折率とは関
係なくフィールド径を拡大することが可能である。

【００５９】ここで、図５に、分断された光導波路中を
伝搬するフィールドを、スカラー場に対するビーム伝搬
法により数値計算した結果の光強度の分布の等高線表示
として示す。横方向にはフィールド径が見やすいよう
に、ピーク強度で規格化してあり、一番内側の線がフィ
ールド半径となる。これは、共鳴放射モードにおけるフ
ィールドが、伝搬定数に関して広がりをもって分布した
フィールドの重ね合わせからなり、このフィールドの伝
搬定数の広がりの逆数程度で減衰が発生していることを
表している。

【００６０】ここで、光導波路１−１のコア１−１ａの
幅が多モード導波路となる導波路コア幅の約６０％に相
当する単一モード導波路である場合には、例えば、図５
（ａ）に示すように、３周期以上で共鳴放射モードが崩
れはじめ、うなりが解消されてしまう。さらに、フィー
ルドの極大と極小は干渉によるうなりであるので、周期
的に発生し、本質的に１周期内において、起こりうるフ
ィールド径の変化が全て実現されるから、それ以上に長
く導波路１−１を延長することは余り意味がない。従っ
て、フィールド径を縮小させる際には、うなりの周期で
最初に極小となる位置を光導波路１−１の終端とすれば
よい。

【００６１】さらに、図５（ｂ）は図５（ａ）と同様の
計算で光導波路のコア幅を変えたもので、図５（ａ）の
光導波路コア幅が多モード導波路となる光導波路コア幅
の約６０％であったのに対して、図５（ｂ）の場合は、
多モード導波路となる光導波路コア幅の約９５％を光導
波路１−１のコア１−１aの幅とした場合のフィールド
強度の変化である。この場合、うなりがほとんど減衰せ
ずに伝搬することがわかる。これは、光線の運動として
説明でき、共鳴放射モードの光が、光導波路コア幅を広
げることにより、光導波路コアとクラッド界面における
衝突時の反射率が増大し、かつ、光導波路コア幅が広が
ったことにより衝突頻度が減少し、単位距離当たりの放
射量が減少するためである。従って、本発明における光
導波路構造のコア幅は、多モードとなる光導波路幅の約
８割（８０％）以上、より好ましくは９割（９０％）以
上、であることが好ましい。

【００６２】なお、多モードとなる光導波路幅とは、
「光導波路のクラッドとコアの屈折率と波長を一定とし
て、シングルモード条件を満たさなくなる光導波路幅の
こと」であり、『光導波路の基礎』（岡本勝就著、コロ
ナ社、１９９２年）に詳しく記載されているのでそれを
参照できる。

【００６３】そこで、本実施の形態においては、光導波
路１−１のコア幅として光導波路が多モードとなるコア
幅の約９０％とし、上述の条件で光導波路を作製した。
対象としている光の波長は１．５５μｍである。光導波
路の分断部１−３aの距離を約２０μｍとし、光導波路
のコア１−２aおよび１−１aをその形状を形成する際に
分断部１−３aの距離を空けて同時に形成し、上部クラ
ッドで光導波路コア１−２aおよび１−１aを覆う際に分
断部１−３aも同時に埋め込んでいる。光導波路１−２
の基底モードのフィールド半径が約４μｍ、導波路１−
１の端面すなわち光ファイバ１−２０との接合部におけ
るフィールド径は３．７μｍ、および光ファイバ１−２
０のコア１−２０aのフィールド径は約３μｍであっ
た。これにより、光結合が約０．８ｄＢ改善できた。ま
た、縦横同等の断面構造であるから、偏波に依存しない
ほぼ等方的な結合特性が得られた。

【００６４】また、上記例では光導波路コアを分断し、
その間をクラッドと同じ媒質で埋めることにより実現し
ているが、コアとクラッドを削り取って作製してもよ
い。例えば、図６に示す変形例のように、半導体チップ
の切り出しに用いられるダイシングソーにより、分断部
１−３aに相当する溝１−３ｂを形成すれば、容易に加
工できる。さらに、図６にあるように、切除加工した溝
１−３ｂには、反射や散乱体の付着などを防ぐために透
明樹脂１−２３を注入してもよい。

【００６５】この分断部１−３aを設ける形態は、平面
光導波路を用いた光部品に限らず、光部品として光ファ
イバを用いたものであっても良い。図７はその実施の形
態である。Ｖ溝が形成されたＳｉ基板１−２２に固定し
た光ファイバ１をダイシングソーで分断し、分断された
光ファイバ１−２および光ファイバ１−１を作製する。
ここで、光ファイバは短尺のファイバを用い、必要部分
のみをＳｉ基板１−２２のＶ溝内に接着したのち、図７
にあるようにダイシングを施す。すると、不要部分は基
板１−２２に固定されず切り放されるので、その部分を
取り去ればよい。なお、溝１−３ｂおよび光ファイバ１
−１の長さは、上述の図４および６に示した例と同じで
ある。そして、光ファイバ１−１の先（右側）には、コ
ネクタなどの付いた光ファイバ１−２０を突き当てる構
造となっている。これにより、フィールド径の異なる光
ファイバ同士を低損失で接続することが可能となる。な
お、押さえ板は、図面を見やすくするために省略し、光
ファイバ１−１，１−２同士の間隙に注入する透明樹脂
に関しても図示は省略した。

【００６６】また、基底モードのフィールド径２０−１
と光導波路のコア幅１ａとの間には図８（ｅ）のグラフ
に示すような関係があることから、上記の分断部１−３
aのように光導波路を完全に分断する代わりに、コア幅
１ａを変化させることにより同様な効果を得ることが出
来る。なお、図８（ｅ）のグラフ中の点Ｘは通常の平面
光導波路の回路を構成する光導波路のコア幅を示す。

【００６７】すなわち、図８（ａ）に示す例は、光導波
路１−１の手前の光導波路１−２のコア１−２ａ幅を断
熱的に拡大した拡大部１−３ｃ−１を設けることにより
フィールド径を光導波路１−１のフィールド径よりも大
きくしたものである。この場合、フィールドの位相面を
均一に保つことが可能となり、フィールド半径２０−１
が拡大するために発生する余分な放射モードの量を抑制
することが可能となる。このようにすると、図８（ｅ）
に示されるように、導波路コア１ａが拡大していくこと
で基底モードのフィールド半径２０−１が広がることか
ら、光導波路１−１に位相不整合を生じさせることがで
きるのである。

【００６８】また、図８（ｂ）に示す例は、導波路コア
１ａの幅を急激に拡大させた拡大部１−３ｃ−２を設け
るものであり、この場合、導波路１−２から放射された
のと同じようになり、光導波路を分断した場合と同等の
効果が得られるのである。あるいは、図８（ｅ）のグラ
フから明かなように、光導波路コアの幅１ａを極端に狭
くした場合にも基底モードのフィールド半径２０−１が
広がることから、図８（ｃ）に示すように導波路コア１
ａの幅を断熱的に狭めた縮小部１−３ｃ−３を設けるよ
うにしても、図８（ａ）の場合と同様に、余分な放射モ
ードの発生を抑制しつつ光導波路１−１に位相不整合を
生じさせることができる。

【００６９】また、図８（ｄ）に示すように、光導波路
コア１ａの幅を急激に縮めた縮小部１−３ｃ−４を設け
ることにより、フィールド半径２０―１を極端に広げ、
上述の導波路コアを分断した場合と同等の効果を得るよ
うにすることもできる。

【００７０】［実施の形態３］図９に、光部品としての
平面光導波路１と光半導体素子(半導体レーザー）１−
２１とを突き当て結合で光結合をさせる構造の光モジュ
ールを用いた本発明の第３の実施の形態を示す。光半導
体素子１−２１が搭載されている光導波路基板１−２２
上には、図示していないが、光半導体素子１−２１を駆
動するための電気配線と光半導体素子１―２１を固定す
るための半田膜が形成されている。光半導体素子１−２
１と光導波路１との間には、通常、光半導体素子１−２
１を光導波路１の壁面にぶっつけないように、数μｍの
間隙が設けられている。本実施の形態においても、光半
導体素子１−２１と光導波路１の壁面との間隔は約１０
μｍとなっている。

【００７１】光半導体素子は、通常、石英系の光導波路
よりもフィールド径が小さく、光半導体素子と石英系光
導波路とを効率よく光結合させるためには、フィールド
径の変換技術が大変重要となる。しかも、通信に使われ
る光の波長である波長１．５μｍに対して、光半導体素
子のフィールド径は、通常、同程度になっているので回
折が極めて大きく、光導波路と光半導体素子との間の間
隙１０μｍの存在により光結合が２〜３ｄＢ程度劣化す
る。これを回避するためには、光導波路と光半導体素子
との間隙を極めて近づける必要があるが、光半導体素子
と光導波路との間隙を数μｍ以下に近づけるのは、組立
精度を考慮すると極めて困難である。

【００７２】そこで、本実施の形態では、光導波路構造
の所定の長さ部分の距離を波面の位相を進行方向に対し
て垂直方向に２階微分した値が極大から負へ横切る点の
間の距離とすることにより、平面光導波路１から出射さ
れるフィールドのビームウエストが光導波路１の外側に
なるように設定した。

【００７３】ここで、波面は光導波路中を図９中で左か
ら右に移動し、光半導体素子に入射するものを考えてい
る。本実施の形態においては、光半導体素子は発光素子
であるが、光導波路および光半導体素子は相反素子であ
るから、光導波路から光を受光素子である光半導体素子
（例えば、光変調器、光アイソレータ）に入射した場合
と発光素子である光半導体素子から光導波路に光を入射
した場合とで光の結合率は変わらないので、ここでは、
便宜的に前実施の形態の説明との統一を図るために、光
導波路から光半導体素子へ光を入射する場合を用いて結
合率を改善できることを説明する。図９（ｂ）におい
て、光導波路コア１−１ａ、１−２ａの周りを（進行方
向に沿って）取り巻いている線は、フィールド半径２０
−１の変化の様子を表している。

【００７４】また、図９（ａ）に、図９（ｂ）の各点に
おけるフィールド半径２０−１と位相差２０−２との対
応関係を矢印で示す。位相差が極大となる点から０を横
切る点までの区間２０−５においては、フィールド半径
２０−１は縮小していることが判る。従って、光導波路
構造の所定の長さ部分の距離としての光導波路１−１の
終端位置を、図９（ａ）に示す区間２０−５の中間とす
ることで、光導波路端面１−１ｃにおける位相分布がフ
ィールドを集光させる分布となり、放出された光のビー
ムウエストは必ず光導波路１−１の外側に存するように
なる。

【００７５】以上の構成により、光導波路基板１−２２
上に平面光導波路１と光半導体素子１−２１とをハイブ
リッド集積した。平面光導波路１のフィールド半径は約
３．５μｍで、光半導体素子１−２１のフィールド半径
は約１μｍ程度である。光導波路１−１に対する位相不
整合部は、図９（ｂ）に示すように、光導波路を分断し
て分断部１−３ａを有する形態で形成した。これより光
半導体素子１−２１との光結合が約１．２ｄＢ改善さ
れ、かつ、平面光導波路１と光半導体素子１−２１との
間隙を光半導体素子の組立精度よりも大きな値である１
０μｍ以上としても十分な光結合がとれることを確認し
た。

【００７６】図１０は、図９の実施の形態を光ファイバ
を用いて実現した例である。平面光導波路に相当する部
分はＶ溝加工したＳｉ基板１−２２に固定した光ファイ
バであり、実施の形態２と同様にダイシングソーにより
分断し、図９（ａ）にあるように、光ファイバ１−１の
長さを調整し、平面光導波路を用いた場合と同様の効果
を得ている。ここで、光ファイバの分断部および光ファ
イバと光半導体素子との間隙は透明樹脂で埋められ、こ
れらは同時に封止樹脂として作用している。光ファイバ
の分断部の間隙および光ファイバと光半導体素子との間
隔は、透明樹脂の屈折率を考慮にいれて設定した。これ
により結合効率を改善した光モジュールが実現できた。

【００７７】［実施の形態４］上記の実施の形態では、
モードフィールド不整合を発生させる構造とそれを伝搬
させる構造とが一組のみの場合を示した。ここでは、そ
の構造を複数組設けた場合に関して説明する。

【００７８】図１１は本発明の第４の実施の形態を示
す。光導波路コアの分断の距離を大きくするとフィール
ドを急速に広げることができ、フィールド形状の変換に
よる差を大きくすることが可能であるが、距離が大きく
なって回折が大きくなり球面波的になると、進行方向に
対して垂直な向きの波数成分の波数の大きなものが増大
し、不要なモードも発生してしまうので損失も増大して
しまう。そこで、図１１に示すように、光導波路の分断
距離１−３ａを短くし、伝搬方向に垂直な面内における
位相差の分布を抑えながら、それを多数回繰り返し、損
失を抑えながらフィールド半径２０−１を徐々に拡大さ
せるのである。

【００７９】すなわち、図１１に示したように、最初の
一組において、光導波路コア１−２ａからある一定の距
離の第一の分断部１−３ａ−１に光を放出させ、第一の
光導波路コア１−１ａ−１と光結合させる。このとき、
第一の光導波路コア１−１ａ−１の長さを位相差が０を
横切る点２０−４までとする。次の一組においては、こ
の第一の光導波路コアコア１−１ａ−１から一定の距離
の第二の分断部１−３ａ−２に光を放出させ、第二の光
導波路コア１−１ａ−２と光結合させる。なお、第二の
光導波路コア１−１ａ−２の長さは位相差が０を横切る
点２０−４までとする。これを複数回繰り返すと、位相
差はあまり変化せずに、すなわち回折を抑制しながら、
フィールド径が順次広がっていく。ここでは、導波路コ
アの分断部の距離を一定（例えば、４．５μｍに固定）
とし、順に位置する光導波路コア１−１ａ（−１、−
２、・・・、−ｎ）の長さは数値計算によりフィールド
径の位置での位相差が０となる距離２０−４を求め、そ
れを複数回繰り返し最適値を求めるようにする。

【００８０】以上の設計をもとに図１１にあるように、
導波路コア１−１ａの分断を繰り返し、フィールド半径
２０−１を広げた後、一番右側の第ｎ導波路コア１−１
ａ−ｎは所定の長さを継続させると、フィールド径２０
−１を縮める構造とすることができる。なお、分断を繰
り返している途中の光導波路コア１−１ａが伝搬方向に
進むに従って、入射光導波路コア１−１ａと出射光導波
路コア１−２ａとを兼ねる導波路コアとなり、その長さ
が、第一から次の第二、第三・・・光導波路コアへと順
次短くなるのは、フィールドが広がると、フィールド半
径が増大して回折が減少し、導波路構造による補正が少
なくなるからであり、図示のように徐々に短くすること
により、適切な位相差の調整が可能となる。

【００８１】これにより、フィールド径をもとの基底モ
ードのフィールド径に対して、最大で１．４倍まで拡大
し、最小で７割まで縮小することができた。これをもと
に本発明の実施の形態３と同様のハイブリッド集積を行
ったところ、最大で１．７ｄＢまで光結合損失が改善し
た。なお、導波路コアの長さとして、位相差が０を横切
る点２０−４としたが、位相差が大きくずれない範囲で
あれば０となる以前で導波路コアを切ってもよいし、以
後で切っても同様の効果が得られる。

【００８２】上記の構造では、入射光導波路コア１−１
ａと出射光導波路コア１−２ａとを兼ねる光導波路コア
を繰り返し用いればよいが、これを導波路コア幅を変え
て実現しようとすると太いコア幅と細いコア幅の導波路
の繰り返しとなり作製が困難である。しかし、本実施の
形態のように同一断面構造の光導波路コアを分断するこ
とにより、同一の回路を形成すれば、入射光導波路と出
射光導波路とを兼ねる光導波路が形成でき、極めて作製
が容易になる。

【００８３】［実施の形態５］実施の形態４において、
ある点で位相差が進行方向に垂直面内において揃った状
態でフィールド径が極大もしくは極小となるような導波
路構造を用いたが、フィールド径をある程度大きくした
まま、光を伝搬させることも可能である。

【００８４】このためには、図１２（a）および（ｂ）
に示すように、光導波路コアを分断するに際し、光導波
路コアの長さと光導波路コア間の間隔すなわち分断距離
とを次のように定めればよい。すなわち、光導波路コア
の長さは、その光導波路コア内の中点にフィールド径の
極大点２０−４が存在し、分断距離は、その中点にフィ
ールド径の極小点２０−３が存在するように光導波路を
設計すればよいのである。実施の形態３に関して説明し
たように、光導波路コア内でフィールド半径２０−１が
最小となる前に光導波路コアを分断すればフィールド半
径２０−１の極小点を光導波路コアの外に位置させるこ
とが可能であるから、図１２（ａ）に示すように、分断
部において極小となる点（図１２（ａ）の２０−３）を
中心として折り返したような形態、換言すると、一定長
さの導波路コアと一定距離の分断部とを繰り返し配置す
れば、フィールド径２０−１が小さな極小と極大とを繰
り返しながら光は伝搬することになる。ところで、この
ような一定長さの導波路コアと一定距離の分断部とを繰
り返し配置した構成では、光導波路が放射による損失を
無視できるのであれば問題はないが、実際には、このよ
うな導波路形状を有する光導波路にフィールドの狭い光
導波路から光が入射すると、光導波路の形状によるフィ
ールド径と入射した光のフィールド径の不一致により大
きな損失となることが判った。そこで、本発明者等は、
この繰り返し構造を有する光導波路の前にフィールド径
を拡大する光導波路構造を設けることにより、このよう
な問題を解決したのであり、それを図１２（ｃ）に示
す。

【００８５】フィールド径を拡大する光導波路構造とし
ては、実施の形態４として図１１に示した導波路コアの
分断部の距離を一定にして光導波路コアの長さを順次短
くする構造を用いて作製した。この図１２（ｃ）に示す
構造により、狭いフィールド径形状を有する光導波路１
−２aを光導波路コア１−１aを分断することのみによ
り、フィールド径２０−１の広がった状態（図１２
（ｃ）の左側参照）にすることができ、且つ、フィール
ド径２０−１が広がった状態（図１２（ｃ）右側参照）
を持続させることができる。

【００８６】この実施の形態５の構成によれば、光部品
の端面の切り出し工程において、フィールド拡大部分と
の距離が不正確な場合でも、切り出し位置とは関係な
く、フィールド径の大きな位置が切り出し面に現れるよ
うにすることが可能であり、光部品の作製が容易とな
る。

【００８７】［実施の形態６］図１３は、光分岐回路モ
ジュールの光導波路中に本発明を適用した本発明の第６
の実施の形態の（ａ）はスラブ状の光導波路に光分岐回
路モジュールが接続された様子を示す上面図であり、
（ｂ）は光導波路コアの構造とフィールド径と位相差の
分布との関係を表しているグラフである。図１３に示す
ように、平面光導波路１ａの３次元導波路がスラブ導波
路に接続された光回路を考える。このとき、スラブ導波
路を介して片側から放射されてきた光（図１３では右側
の３次元導波路から左側に向かって伝搬する光）は、受
け側の３次元導波路に垂直な基板面内方向において位相
差の分布をもつ。特に、入射側光導波路のフィールド径
を小さく絞ると、回折が大きくなる。スラブ導波路の入
射導波路の対向側に複数の光導波路を並べた場合、回折
が大きければ、均等な分布を短いスラブ距離で得ること
ができるが、位相差分布が球面波に近付く。これは受け
側の光導波路内に平面的でない位相面を生じるためであ
り、本数の少ない光導波路を小さなスラブ導波路に接続
して分岐回路を構成すると、光結合が劣化するという問
題がある。この場合、受け側（例えば、図１３（ａ）左
側）の３次元導波路に垂直な基板面内方向において位相
差の分布が発生しているので、光導波路基板面内方向の
みにおいて位相不整合を発生させると効率的である。

【００８８】そこで、図１３（ａ）にあるように、本実
施の形態では、図１３（ｂ）に示すように、光導波路コ
ア１ａの幅を部分的に横方向の１方向のみ極端に細くし
て、光導波路のフィールド径２０−１を横方向にのみ拡
大し、かつ、位相差分布がフィールドの中心に対して周
囲が広がっている状態にしている。これにより、スラブ
導波路を伝搬して来た光を効率よく図面左側の光分岐回
路の光導波路に結合させることができる。この構成では
光導波路コアの加工をもともとの光導波路よりも狭く作
製しているため、スラブ導波路の終端面に光導波路を密
に並べた場合にも容易に形成可能な構造となっている。
これにより、入射側光導波路のフィールド径を小さくと
り回折を大きくしてスラブ導波路の長さを短くすること
が可能である。また、入射側光導波路のフィールド形状
を受け測光導波路と同じ形態で加工して、逆にフィール
ド径を小さくして光を放射させることも可能である。

【００８９】以上により、１×４の分岐回路を作製し、
光導波路コアの幅を変えるのみで、従来と比べて、スラ
ブ部分を１０％小さくするとともに、損失を０．５ｄＢ
低減することができた。

【００９０】［実施の形態７］光導波回路においては回
路内に不要な反射点があると、例えば、光部品のレーザ
ーダイオードをハイブリッド集積したモジュールでは、
反射した光により波形が乱れるなど、光モジュールの特
性が劣化する。従って、光回路内には不必要な反射点を
設けないことが望ましい。ところが、上述の実施の形態
では、光導波路を分断するなど、急激な伝搬定数の変化
を光回路内にもたらしており、この反射が問題となる場
合がある。

【００９１】そこで、次に、光回路内での反射を効果的
に抑制することができる実施の形態を示す。光導波回路
においては、伝搬定数の不整合すなわち有効屈折率の不
整合により後方への散乱が発生する。そのうち、導波路
モードに結合した散乱光は反射光として、入射された光
と逆向きに進む。この状況を１次元化して各点における
伝搬定数に対する各点での反射率をもとに、伝搬定数の
変化に対する反射率を求めたのが図１４のグラフであ
る。

【００９２】図１４（ｂ）は、勾配をもってステップ的
に変化する比屈折率分布図１４（ａ）に対して、有効比
屈折率変化の中点付近での勾配を変えたものに対する、
反射率の計算結果を示すグラフである。図の例は全体と
しての比屈折率変化を４％とし、滑らかに変化させた場
合である。完全に滑らかでない場合でも、反射率は概ね
勾配に従って変化する。ここで、距離は媒質中の波長を
単位としている。図１４（ｂ）は中央部の比屈折率差の
勾配を波長長さ当たりの変化で表し、比屈折率差規格し
たものを横軸とし、縦軸に反射減衰量をとったものであ
る。これから、比屈折率差の勾配（比屈折率差/波長）
が小さければ急激に反射量が減衰していることがわか
る。およそ、波長よりも長い距離（図面上１以下）で変
化させたい屈折率幅だけ変化させれば、ステップ関数的
に変化させた場合よりも１０ｄＢ程度低い反射となる。

【００９３】そこで、本実施の形態においては、以下の
構成で分断した光導波路コア構造を有する光部品を作製
した。図15は、その光導波路コア形状を示す斜視図であ
り、（ａ）は一つの光導波路コアの島を表しており、破
線で示した通常の正方形断面の光導波路コアと対比させ
て示してある。（ｂ）は実施の形態７として（ａ）の光
導波路コアを伝搬方向に並べたものであり、（ｃ）は通
常の光導波路コアを同じく伝搬方向に並べた図であり、
（ｂ）、（ｃ）共に同一の分断間隔を保っていることを
示している。光導波路は石英ガラスで作製した平面光導
波路である。光導波路コア１ａの形状としては、１．５
５μｍの波長の光が伝搬されることを想定し、図１５
（ａ）に示すように、石英ガラス中での波長の４倍程度
の距離の長さを有するほぼ直方体であり、かつ、光導波
路コアの横幅と同じ直径の半円柱を光導波路コア１ａの
前後の分断部分に設けている。ここで、光導波路コア１
ａの幅に関して、光学上の実効的な比屈折率分布が光導
波路基板に対して、上下方向と横方向で等しくなるよう
に、進行方向と上下方向、進行方向と左右方向でそれぞ
れ屈折率に関する積分を取って、その値が等しくなるよ
うな光導波路コア幅１０−１ｂをとり、図示のように、
横方向の幅を通常の正方形断面の場合よりも若干太くし
ている。

【００９４】実効的な比屈折率分布が同じとは、光が光
導波路コアを通過した距離が同じ空間的な距離ならば伝
搬前後で同じ位相差を与えるということであり、この場
合は概ね、進行方向に対する屈折率の積分値が同じにな
るということである。光導波路コア１ａの長さは約８μ
ｍで、縦の高さが４μｍ、横の最大幅が４．５μｍとな
っている。ここで、縦と横の差はほとんど無視できる。
以上の構成を用いることにより、光導波路コアの分断部
分による反射は、１分断部分当たり７０ｄＢと十分に小
さな値にすることが出来た。これは界面を半円柱形にす
ることにより、光の伝搬定数を緩やかにするとともに、
反射光の方向を伝搬方向の軸から反らすことにより反射
を極めて低く抑えることが可能となっているためであ
る。

【００９５】この単体の光導波路コア１ａの島を多段に
連ねた形態が図１５（ｂ）に示され、こうすることによ
り反射を抑制するばかりでなく、鋭角的な部分が少なく
なり加工における光導波路コア形状の変形が抑制でき、
設計によく合った光導波路が作製できる。以上により、
通常の光導波路コア形状を用いた光回路、図１５（ｂ）
のように光導波路コアを配置し、進行方向の光導波路コ
ア間隔を同一に保ち、フィールド変換機能を保持したま
ま反射を抑制できる。

【００９６】［実施の形態８］光導波路コアの中心を光
導波路へ入射される光のフィールドの中心からずらす
と、光のフィールドは直線状の光導波路にそって蛇行し
ながら伝搬する。これは、光導波路に、基底モードと基
底モードのピーク近傍で０を横切る共鳴放射モードが発
生するためで、その周期はうなりを生じる場合の２倍と
なり、発生させる場所を設定することにより任意の場所
にフィールドの蛇行位置を設定することが可能であるこ
とを意味する。これを、うなりが生じる場合と同時に起
こさせることにより、フィールド半径が最小となる位置
が左右非対称になるようにすることができる。これらフ
ィールド半径の極小となる位置に関しては、光導波路の
屈折率分布が２次曲線で表される場合には各固有モード
で展開でき容易に計算可能であり、単一モードの光導波
路から適当な値の光導波路の屈折率分布が２次曲線で表
される場合のモードフィールド径を選べば、フィールド
の極小となる左右それぞれの位置を設計できる。

【００９７】図１６は入射する光のフィールドの中心に
対して、光導波路コア１−１ａを横方向に０．５μｍず
らした場合における、実施の形態３と同様の数値計算の
結果を示す等高線グラフである。その右側が光導波路コ
アの形状であり、それに対応したフィールドの分布を左
側の等高線グラフで示している。フィールド径の極小と
なる位置として、フィールド強度の面内で極小位置を結
んだ点をとると、約３０゜程度、光軸に垂直な面から傾
いていることがわかる。（ここで、縦軸と横軸の比率が
異なるため、図面上では３０゜とはなっていない。）

【００９８】本実施の形態では、図１７に示すように、
石英系の平面光導波路１上にレーザーダイオード１−２
１をハイブリッド集積した光モジュールを作製した。こ
の光モジュールでは、平面光導波路１とレーザーダイオ
ード１−２１との光結合部を突き当て結合により実現し
ている。従って、反射を抑制するために、レーザーダイ
オード１−２１の光軸に対して、平面光導波路１の出射
面に形成される壁面１−２４を約４５゜傾斜させてい
る。平面光導波路１に関しては、スネルの法則を満たす
ようにこの壁面１−２４に入射させ、レーザーダイオー
ド１−２１の光軸に一致するように設計してある。

【００９９】ここで、フィールド半径２０−１の拡大ま
たは縮小を光導波路コアの分断構造によってのみで得よ
うとすると光導波路構造が斜めに切り取られるために、
位相調整が左右非対称となり、フィールド強度の分布が
乱れる。そこで、光導波路コア１−２ａの位置を光導波
路コア１−１ａに対して、例えば、０．５μｍずらして
分断することによりフィールド半径２０−１の極小位置
を左右にずらして配置が可能となる。本実施の形態では
光導波路コアをフィールド半径２０−１の極小点の手前
で分断部１−３aにより分断し、フィールドを歪せるこ
となくレーザーダイオード１−２１と光結合させること
を可能とした。

【０１００】また、上記の例では、光導波路コア１−２
ａの位置を光導波路コア１−１ａに対して中心位置をず
らすようにしたが、図１８に示すように、光導波路コア
１−２ａの中心位置は光導波路コア１−１ａの中心位置
に対してずらさずに、光導波路コア１−２ａと光導波路
コア１−１ａとを先ず分断部１−３aにより分断し、そ
して、分断された光導波路コア１−１ａの途中で光導波
路コア１−１ａ同士の中心位置をずらすようにしても良
い。

【０１０１】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、フィールド半径を拡大するのみならず、縮小さ
らには、位相差を調整することにより、フィールドのビ
ームウェストの位置を光導波路の外に設定することが可
能となり、光部品間のフィールド径の調整が極めて容易
となる。

【０１０２】また、上記の効果をもたらす構造を光導波
路コアを分断することにより実現する場合には、その作
製が極めて容易であり、光部品を廉価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路コアの屈折率分布とモードフィールド
分布の形状に関するグラフであり、（ａ）は、光導波路
コアの屈折率分布が上段の２次曲線で表せる場合に、基
底モードフィールド分布とフィールド径の異なる光のフ
ィールドとが入射された場合に励起される高次のフィー
ルドとの関係を下段に示し、（ｂ）は、上段にステップ
状の屈折率分布を有する光導波路の屈折率分布、中段に
基底モードのフィールド形状および基底モードよりもフ
ィールド径の広いフィールドを入射した場合に発生する
共鳴放射モードの分布、さらに下段に共鳴放射モードを
横方向の波数で放射モードを分解した場合の様子を表し
ている。

【図２】（ａ）は基底モードに不整合な光のフィールド
が入射された場合のフィールド半径と、進行方向に垂直
な面内における位相の分布を中心からの距離で２階微分
した位相にフィールド径を掛けたものの近似として、フ
ィールド半径におけるフィールド中心との位相差を表
し、（ｂ）は進行方向に伝搬するフィールド半径と中心
に対する周囲の位相のずれを表すグラフである。

【図３】本発明の実施の形態１を表す図であり、（ａ）
は位相分布とフィールド半径の関係を表すグラフ、
（ｂ）は光導波路コアの構造とフィールドの形状を重ね
て示す上面図であり、（ｃ）は本実施の形態を透視的に
示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態２を表す図であり、（ａ）
は位相分布とフィールド半径の関係を表すグラフであ
り、（ｂ）は光導波路コアの構造とフィールドの形状を
重ねて示す上面図であり、（ｃ）は本実施の形態を透視
的に示す斜視図である。

【図５】光導波路コアの幅の違いによる光導波路におけ
る光の伝搬の様子の違いを表す数値計算の結果によるグ
ラフであり、（ａ）は光導波路コアが相対的に狭い場
合、（ｂ）は光導波路コアが相対的に広い場合を示して
いる。

【図６】本発明の実施の形態２の変形例として、光導波
路中に溝を形成した構成の光モジュールの斜視図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態２のさらなる変形例とし
て、光ファイバモジュールに適用した場合の斜視図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態２のさらなる変形例とし
て、光導波路フィールド不整合を発生させるための様々
な光導波路コア形状を示す上面図図であり、（ａ）は光
導波路コアを断熱的に拡大させた例、（ｂ）は光導波路
コアを段状に急激に拡大させた例、（ｃ）は光導波路コ
アを断熱的に縮小させた例、（ｄ）は光導波路コアを段
状に急激に縮小させた例であり、なお、（e）は光導波
路コア幅と基底モードのフィールド径との関係を示すグ
ラフである。

【図９】本発明の実施の形態３を表す図であり、（ａ）
は位相分布とフィールド半径との関係を示すグラフであ
り、（ｂ）は本実施の形態の光モジュールを透視的に示
す斜視図で、光導波路コアの周囲にフィールド半径を重
ねて示すものである。

【図１０】本発明の実施の形態３のの変形例として光フ
ァイバを用いて実現した光モジュールの斜視図である。

【図１１】本発明の実施の形態４を示す図であり、上段
は光導波路コアの分布を示す上面図、下段はフィールド
半径と位相の分布を示すグラフである。

【図１２】本発明の実施の形態５を説明する図であり、
（ａ）は（ｂ）の拡大図であって、（ａ）、（ｂ）共
に、フィールド径を持続させる部分の構成としての光導
波路コアの分布とフィールド半径および位相の分布を示
しており、（ｃ）は図１１に示したフィールド径を拡大
させる部分と（ａ）および（ｂ）に示したフィールド径
を持続させる部分とを組合せた本発明の実施の形態５の
構成とフィールド径の関係を示すものである。

【図１３】本発明の実施の形態６を示す図であり、
（ａ）はスラブ状の光導波路に光分岐回路モジュールが
接続された様子を示す上面図であり、（ｂ）は光導波路
コアの構造とフィールド径と位相の分布との関係を表し
ている。

【図１４】光導波路コアの出力端における光導波路コア
形状による反射の影響を表すグラフであり、（ａ）は、
（ｂ）における計算に用いた、伝搬方向の比屈折率の分
布を示し、（ｂ）はその比屈折率分布に対する反射率の
計算結果である。

【図１５】本発明の実施の形態７の光導波路コア形状を
示す斜視図であり、（ａ）は一つの光導波路コアの島を
表しており、破線で示した従来の正方形断面の光導波路
コアと対比させて示してある。（ｂ）は実施の形態７と
して（ａ）の光導波路コアを伝搬方向に並べたものであ
り、（ｃ）は従来の光導波路コアを同じく伝搬方向に並
べた図であり（ｂ）、（ｃ）共に同一の分断間隔を保っ
ていることを示している。

【図１６】入射する光のフィールドの中心に対して光導
波路コアを横にずらした場合を説明するための図であ
り、右側はその上面図、左側はその光導波路での光伝搬
の様子を表す数値計算した結果による等高線グラフであ
る。

【図１７】本発明の実施の形態８を示す図であり、平面
光導波路とレーザーダイオードを光導波路基板にハイブ
リッド集積した光モジュールの上面図である。

【図１８】実施の形態８の変形例として、フィールド径
および位相を調整する光導波路途中においてフィールド
の中心と光導波路の中心をずらした場合の平面光導波路
とレーザーダイオードとを光導波路基板にハイブリッド
集積した光モジュールの上面図である。

【図１９】レンズを用いて光ファイバと光半導体素子を
光結合させる従来例を示す斜視図である。

【図２０】レーザーダイオードの光導波路構造として、
導波路コアを断熱的に縮小し、フィールド拡大部をレー
ザーダイオード素子内に形成した従来例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 光部品（光導波路、または、光ファイバ） １ａ 光導波路、または、光ファイバのコア １−１ フィールド径および位相を調整する光導波路 １−１ａ 光導波路１一１の光導波路コア １−１ｂ 光導波路１−１の入射部分(図４） １−１ｃ 光導波路１−１の出射部分（図９） １−２ 位相不整合となるフィールドを光導波路１−
１に入射するための光導波路 １―２ａ 光導波路１―２の光導波路コア １−２ｂ 光導波路１−２の入射部分 １−２ｃ 光導波路１−２の出射部分 １−３ａ 光導波路コアの分断部分 １−３ｂ 光導波路の分断部分(図６） １−３ｃ 光導波路のコア幅縮小または拡大部分 １−１２ 光導波路または光ファイバのクラッド（図
６、図１８) １−２０ 結合相手の光部品（光ファイバまたは光導
波路） １―２０ａ 結合相手の光部品（光ファイバまたは光
導波路）のコア １−２１ 結合相手の光部品（光半導体素子） １―２２ シリコンＶ溝基板（図７) １―２３ 透明樹脂（図６） １−２４ 斜めに形成した光導波路の端面（図１７、
１８） １０ フィールド分布 １０−１ 光導波路１−１の基底モードフィールド分
布 １０―１ａ 光導波路１−１の基底モードフィールド
半径 １０−１ｂ 光導波路１−１のコア幅 １０−２ 光導波路１−１への入射フィールド分布
（図３，４） １０−２ａ 光導波路１−１への入射フィールド半径
（図３，４） １０−２ｂ 光導波路１−１への入射光導波路１−２
のコア幅（図３） １０−３ １０−２から１０−１のモード成分を取り
除いたモードフイールド分布 １０−３ｃ １０−２から１０−１のモード成分を取
り除いたフィールドが光導波路１−１を伝搬して出射す
るときのモードフイールド分布 １０−４ 光導波路１−１からの出射フィールド分布 １０−４ａ 光導波路１−１からの出射フィールド半
径 １０−５ モードフィールド径を変換して結合させる
光導波路もしくは光ファイバのフィールド分布（図３，
４） １０−５ｂ モードフィールド径を変換して結合させ
る光導波路もしくは光ファイバのコア幅 ２０−１ フィールド半径（図２、３，４、５，８、
９，１１，１２，１３） ２０−２ フィールドの進行方向に垂直な面内におけ
るフィールド中心からフィールド半径だけ離れた距離で
の中心との位相差（図２、３，４、９，１１，１２，１
３） ２０−３ 位相差が正から負へ０を横切る点 ２０−４ 位相差が負から正へ０を横切る点 ２０−５ 位相差が極大から０の間の点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/12 Ａ (72)発明者 才田 隆志 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 笠原 亮一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 BA02 BA24 BA31 CA00 CA05 DA04 DA12 2H047 KA04 KA11 KA15 MA05 MA07 RA08 TA32 TA43

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路を有する光部品において、該光
   導波路の端部近傍に、光の入力部と出力部とを有する単
   一モードの光導波路であって、伝搬モードと不整合とな
   る光のフィールドが入射される部分と、出射光のフィー
   ルド径と位相とを調整する所定の長さ部分と、を有する
   光導波路構造を少なくとも一つ備えること特徴とする光
   部品。
2. 【請求項２】 前記光導波路構造の所定の長さ部分の距
   離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬方向に
   正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位相を進
   行方向に対して垂直方向に２階微分した値が負から正へ
   横切る点までの距離であることを特徴とする請求項１に
   記載の光部品。
3. 【請求項３】 前記光導波路構造の所定の長さ部分の距
   離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬方向に
   正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位相を進
   行方向に対して垂直方向に２階微分した値が正から負へ
   横切る点までの距離であることを特徴とする請求項１に
   記載の光部品。
4. 【請求項４】 前記光導波路構造の所定の長さ部分の距
   離は、光導波路構造中を伝搬する光の位相は伝搬方向に
   正に変化するとして、光導波路構造内の波面の位相を進
   行方向に対して垂直方向に２階微分した値が極大から負
   へ横切る点までの間の距離であることを特徴とする請求
   項１に記載の光部品。
5. 【請求項５】 前記光導波路構造の所定の長さ部分の距
   離は、前記伝搬モードと不整合となる光のフィールドが
   入射される部分側から最初に現れる前記横切る点までの
   距離であることを特徴とする請求項２または３に記載の
   光部品。
6. 【請求項６】 前記光導波路構造の所定の長さ部分の距
   離は、前記伝搬モードと不整合となる光のフィールドが
   入射される部分側から最初に現れる前記極大から負へ横
   切る点までの区間の距離であることを特徴とする請求項
   ４に記載の光部品。
7. 【請求項７】 前記光導波路構造を複数組備えること特
   徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光部品。
8. 【請求項８】 前記複数の組の最初の組はフィールド径
   を広げ、次の組はフィールド径を狭めるものであること
   を特徴とする請求項７に記載の光部品。
9. 【請求項９】 前記複数の組の最初の組はフィールド径
   を広げ、次の組はフィールド径を保持するものであるこ
   とを特徴とする請求項７に記載の光部品。
10. 【請求項１０】 前記光部品は、平面光導波路、光ファ
    イバ、光半導体素子、光変調器および光アイソレータか
    らなる群のいずれかであることを特徴とする請求項１な
    いし９のいずれかに記載の光部品。
11. 【請求項１１】 前記伝搬モードと不整合となる光のフ
    ィールドが入射される部分は、フィールド径の異なる光
    導波路に結合されて形成されていることを特徴とする請
    求項１ないし１０のいずれかに記載の光部品。
12. 【請求項１２】 前記伝搬モードと不整合となる光のフ
    ィールドが入射される部分は、光導波路回路中の光導波
    路コアを分断した部分として形成されていることを特徴
    とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光部品。
13. 【請求項１３】 前記光導波路コアは矩形状断面を有
    し、前記光導波路コアの分断部分として、光導波路中の
    波長以上の距離に渡って前記光導波路コアの幅を狭めた
    のち前記光導波路コアを分断し、且つ、該光導波路コア
    の幅を単純に分断した場合と同じ光学的な断面積となる
    ように形成したことを特徴とする請求項１２に記載の光
    部品。ここで、光学的な断面積とは光導波路コアの分断
    部分を光が伝搬するときの位相変化を伝搬距離で割った
    ものと定義する。
14. 【請求項１４】 前記分断した部分は、クラッド部分と
    コア部分とを横断する溝により形成されていることを特
    徴とする請求項１２に記載の光部品。
15. 【請求項１５】 前記溝は導波路を形成する物質と異な
    る誘電体で埋められていることを特徴とする請求項１４
    に記載の光部品。
16. 【請求項１６】 前記伝搬モードと不整合となる光のフ
    ィールドが入射される部分は、光導波路コアの一部を極
    端に拡大または縮小して形成されていることを特徴とす
    る請求項１ないし１０のいずれかに記載の光部品。
17. 【請求項１７】 前記伝搬モードと不整合となる光のフ
    ィールドが入射される部分は、前記光導波路コアの断面
    の１方向にのみ極端に拡幅または縮幅されて形成されて
    いることを特徴とする請求項１６に記載の光部品。
18. 【請求項１８】 前記光導波路構造において、前記伝搬
    モードと不整合となる光のフィールドを入射する部分と
    前記出射光のフィールド径と位相とを調整する所定の長
    さ部分とが、光強度の中心がずらされて配置されている
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載
    の光部品。
19. 【請求項１９】 前記光導波路構造において、前記出射
    光のフィールド径と位相とを調整する所定の長さ部分の
    途中で、フィールドの中心と光導波路コアの中心がずら
    されて配置されていることを特徴とする請求項１ないし
    １０のいずれかに記載の光部品。
20. 【請求項２０】 前記光導波路構造のコア幅は、多モー
    ドとなる光導波路幅の８割以上であることを特徴とする
    請求項１ないし１９のいずれかに記載の光部品。
21. 【請求項２１】 請求項１ないし２０のいずれかに記載
    の光部品を少なくとも一つ備えることを特徴とする光モ
    ジュール。