JP2004246281A

JP2004246281A - Ultrahigh specific refractive index difference waveguide type optical component

Info

Publication number: JP2004246281A
Application number: JP2003038568A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP3969320B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrahigh specific refractive index difference waveguide type optical component attaining miniaturization and cost reduction by connecting an optical fiber and a light guide in low loss. <P>SOLUTION: The ultrahigh specific refractive index difference waveguide type optical component connects the coated fiber layer 3 of an optical component body 5 consisting of the light guide with a high specific refractive index difference and the coated fiber 7 of the optical fiber 6 with a low specific refractive index difference. An optical fiber spot size conversion part 9 consisting of a plurality of substantially spherical lens media 9a, 9b is formed so that the refractive index is changed to be gradually high toward the side of the optical component body 5 in the coated fiber 7 in the neighborhood of a connection part with the optical component body 5 of the optical fiber 6, and spot size of signal light propagated over the optical fiber 6 and the optical component body 5 is agreed therewith. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路のコア層と光ファイバのコアとが光軸が一致するように突き合わせ接続された超高比屈折率差導波路型光部品に係り、特に接続部分にスポットサイズ変換部を有する超高比屈折率差導波路型光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＷＧ（ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）フィルタ、スプリッタ、光スイッチなどのガラス導波路型光部品は、半導体プロセスを利用することにより量産し易いことから、既に多くのものが実用化されているが、更なる小型化、低コスト化のための研究開発が進められている。
【０００３】
その例として、ガラス導波路型光部品の高比屈折率差（高Δ）化による小型化、低コスト化が検討されており、具体例として、比屈折率差Δが１．５％以上、２．５％程度の光部品が検討されている。
【０００４】
ここで、比屈折率差Δは、コアの最大屈折率をｎ_１、クラッドの屈折率をｎ_２としたとき、次の数１式で表される。
【０００５】
【数１】Δ＝｛（ｎ_１ −ｎ_２）／ｎ_１｝×１００％
ところが、ガラス導波路型光部品本体は高Δ化されているのに対して、それに接続されている光ファイバは通常のシングルモード光ファイバであり、Δは０．３％から１％の範囲内の低Δのものが用いられる。そのため、ガラス導波路型光部品本体と光ファイバとの間にモードミスマッチングが生じるという問題がある。
【０００６】
これを解決するために、従来は図５、図６に示すような２つの手段が用いられていた。
【０００７】
図５、図６は従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【０００８】
第１の手段は、図５に示すように、高屈折率のコア層５３を低屈折率のクラッド層５４で覆った光部品本体５０に、光ファイバと接続する側（図では左側）にはヒータ５２を配置し、その反対側（この場合右側）には内部に冷却水ｗを循環させる保持部材５５を取り付け、モード変換部５１を形成する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
具体的には、光部品本体５０の端面側をヒータ５２で長時間にわたり高温（１３００℃）に加熱することにより、光部品本体５０のコア層５３内の屈折率制御用ドーパント（ＧｅＯ_２）を、コア層５３を覆っているクラッド層５４側に拡散させ、モード変換部５１を形成する。
【００１０】
第２の方法は、図６に示すように、高Δのシングルモード光ファイバ５６−１（５６−２）の一端を高Δの光部品本体６０に接続し、その光ファイバ５６−１（５６−２）の他端に低Δのシングルモード光ファイバ５７−１（５７−２）をＴＥＣ（ＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｄＣｏｒｅ）技術を用いて加熱・融着接続し、そのＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−４３３３０号公報
【特許文献２】
特開平５−２５７０３２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモード変換方式には以下に示すような課題が存在している。
【００１３】
図５に示したヒータ５２により加熱してモード変換部５１を形成する方式は、光部品のサイズが非常に大きくなり、低コスト化が難しいという問題がある。さらに、ヒータ５２ではコア層５３の微細加工が困難であるため、光部品の損失が大きくなり、実用的でない。
【００１４】
また、図６に示したＴＥＣ接続部５８でモード変換を実現する方式は、低損失で実現できるというメリットがあるが、高Δの光ファイバ５６−１（５６−２）を別途作製しなければならないために、コスト高になる。さらに、実装コストが高くなり、低コスト化が難しい。さらにそれぞれの光ファイバ長を少なくとも数十ｃｍは長くして接続しなければならないため、小型化にも制約を受ける。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる超高比屈折率差導波路型光部品を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、所定の比屈折率差を有する光導波路のコア層端面と、その光導波路の比屈折率差よりも低い比屈折率差を有する光ファイバのコア端面とが接続されて構成された超高比屈折率差導波路型光部品において、光ファイバと光導波路との接続部近傍のコア内に、コア端面に向かってそのコアの屈折率が徐々に高くなる略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所望間隔、所望径、所望屈折率を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部と、光導波路と光ファイバとの接続部近傍のコア層に、コア層端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなると共にコア層の断面積が徐々に増加するガラス導波路型スポットサイズ変換部とを有するものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部と光ファイバスポットサイズ変換部との間がモードフィールド整合されていることが好ましい。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差は２．０％から４．０％の範囲内にあり、かつ光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３％から１．５％の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部は、光導波路のコア層端面の少なくとも１箇所以上に形成されており、各ガラス導波路型スポットサイズ変換部に、それぞれ光ファイバの光ファイバスポットサイズ変換部が接続されていることが好ましい。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、光導波路のコア層の接続端面と光ファイバのコアの接続端面は、それぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されていることが好ましい。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、ガラス導波路型スポットサイズ変換部及び光ファイバスポットサイズ変換部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内でありかつパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内である超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ及び照射エネルギーを変えて集光、照射されることによって形成されたものであることが好ましい。
【００２２】
すなわち、本発明は、低い比屈折率差Δｌの光ファイバの一方の端面方向に向かってそのコア内に、コアの屈折率よりも徐々に高い所定の屈折率を有する略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所定間隔、所定径を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部の端面と、高い比屈折率差Δｈの光導波路の接続端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなるように変化しているガラス導波路型スポットサイズ変換部の端面とを接続した構成であり、互いに信号光のスポットサイズを変えることができるスポットサイズ変換部を接続端面に向かって形成し、それらのスポットサイズ変換部の端面同士を接続することにより製造される。
【００２３】
上記請求項１の構成によれば、Δｈが２％以上４％程度以下の超高比屈折率差のガラス導波路型光部品本体と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバとをモードフィールド整合をとって接続することが可能になる。
【００２４】
上記請求項２の構成によれば、光導波路と光ファイバとを低損失で接続可能になる。
【００２５】
上記請求項３の構成によれば、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化した超高比屈折率差のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２６】
上記請求項４の構成によれば、ＡＷＧフィルタやスプリッタのような多入力・多出力ポートを有するガラス導波路型光部品の入出力端にスポットサイズ変換部の端面を形成し、各端面にスポットサイズ変換部端面付き光ファイバの端面を接続した超高比屈折率差導波路型光部品が実現可能になる。
【００２７】
上記請求項５の構成によれば、それぞれの端面同士は斜めに加工されて隙間がないように密着接続されていることにより、それぞれの端面からの信号光の反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することが可能になり、低クロストーク、低反射のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００２８】
上記請求項６の構成によれば、光ファイバコア内のほぼ球状のレンズ媒質及びガラス導波路型光部品本体内の連続した屈折率分布部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内の超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ、照射エネルギーを変えて、透明な光ファイバコア内及び光導波路内に集光、照射し、より透明度を高め、かつ屈折率を変えることによって形成される。このスポットサイズ変換部により、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、光学特性をモニタしながら光部品を加工することが可能になり、超高比屈折率差導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３０】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。図１（ｃ）において縦軸は屈折率を示し、横軸は光部品内の位置を示している。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、超高比屈折率差導波路型光部品は、比屈折率差Δが高い（Δｈ：２％から４％の範囲内、スポットサイズ：約４μｍから約２μｍの範囲内）ガラス導波路型光部品本体５と、このガラス導波路型光部品本体５と光学的に接続され、比屈折率差Δが低い（Δｌ：０．３％、スポットサイズ：約１０μｍ）光ファイバ６とで構成されている。
【００３２】
ガラス導波路型光部品本体５は、基板（例えばＳｉ基板）１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ_２ガラス層）２ｄを有し、その下部クラッド層２ｄ上に、高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ_２ −ＧｅＯ_２）３が形成され、そのコア層３及び下部クラッド層２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ_２層）２ｕが形成された構造を有する。
【００３３】
ガラス導波路型光部品本体５のコア層３は、説明を簡単にするために直線パターンで示されているが、実際には曲線パターンを含む光信号処理回路からなり、例えば導波路格子グレーティング、方向性結合器、カプラ、フィルタ、リング共振器、Ｙ分岐器などを有する。
【００３４】
また、コア層３は、光ファイバ６との接続端面５Ａに向かって屈折率が連続的に低く変化している領域１０を有するスポットサイズ変換部４が形成されている（図１（ｃ）参照。）。このスポットサイズ変換部４は、光ファイバ６側のスポットサイズに近づけるように接続端面５Ａに向かってテーパ状に形成されている。
【００３５】
光ファイバ６は、屈折率ｎｃのコア７の外周に、このコア７よりも低い屈折率ｎｃｌのクラッド８が形成された構造を有する。
【００３６】
この光ファイバ６のコア７内には、ガラス導波路型光部品本体５の接続端面５Ａの近傍に、屈折率が徐々に高くなるように、そのコア７の屈折率ｎｃよりも高い異なる屈折率及び直径を有するほぼ球状のレンズ媒質９ａ，９ｂが所定の間隔を隔てて２個形成されてなると共にスポットサイズを中間的な値Ｄｍ（４μｍから６μｍ）までに変換する光ファイバスポットサイズ変換部９が形成されている（図１（ｃ）参照。）。
【００３７】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、光ファイバ６の接続端面の近傍に、その接続端面から（ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒｂ、屈折率ｎｂのレンズ媒質９ｂが形成され、さらにそのレンズ媒質９ｂから（ｆａ＋ｆｂ）離れたコア７内に直径Ｒａ、屈折率ｎａのレンズ媒質９ａが形成されている。
【００３８】
この光ファイバ６側のスポットサイズ変換部９の近似計算による具体的な設計例について述べる。
【００３９】
光ファイバ６として、例えば、直径１０μｍ、屈折率ｎ２＝１．４６１９のコア７と、直径１２５μｍ、屈折率ｎ１＝１．４５７５のクラッド８とがステップ型屈折率分布（Δｌ＝０．３％）を有するものを用いた場合について説明する。
この構造でコア７内を伝搬しているビームのスポットサイズ（約１０μｍ）が出射端で小さなビームスポットサイズＤｍに変換できる条件を次の数２から数４の近似式を用いて算出する。
【００４０】
尚、レンズ媒質９ａから（ｆａ）離れた位置のコア７内のスポットサイズをｗｉとして計算する。
【００４１】
【数２】Ｄｍ＝ｆｂｗｉ／ｆａ
【数３】ｆａ＝ｎａＲａ／［２（ｎａ−ｎ２）］
【数４】ｆｂ＝ｎｂＲｂ／［２（ｎｂ−ｎ２）］
ここで、ｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝２μｍとすると、Ｄｍを３．３μｍに絞り込むことができる。
【００４２】
すなわち、この光ファイバ６を用いることにより、Δｈが約２％の高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合をとって結合させることができる。
【００４３】
また、他の例としてｗｉ＝１０μｍ、ｎａ＝１．４７２２、Ｒａ＝４μｍ、ｎｂ＝１．４７９７、Ｒｂ＝１．２５μｍとすると、Ｄｍを２．０μｍに絞り込むことができる。
【００４４】
すなわち、この光ファイバを用いることにより、Δｈが約３％の超高比屈折率差導波路型光部品と低損失でモードフィールド整合を行って結合させることができる。そして超小型・超低損失光部品を実現することができる。しかし、光ファイバ６側のスポットサイズ変換部だけでΔｈが４％の超高比屈折率差導波路型光部品（コア層の屈折率：１．５１８２、コア層の厚み及び幅：１．５μｍ）のスポットサイズ（約１．３μｍ）にまでは近づけることが難しい。そこで、本実施の形態のように光部品本体側にもスポットサイズ変換部４を形成する。このスポットサイズ変換部４の実現方法を以下に示す。
【００４５】
まず、ガラス導波路型光部品本体側の入力端近傍のコア層３の一部を切断除去し、その切断除去した部分及びコア層全体をクラッド層２で埋め込み、そのカットされたコア層３との間のクラッド層２の領域内に超短パルスレーザービームを集光、照射して、屈折率及びその形状を変えて端面５ＡでのスポットサイズがＤｍ（３．３μｍか、或いは２．０μｍ）になるように、そのクラッド層２内の屈折率及びその形状がテーパ状に変化する新しいコア層１０を形成する。
【００４６】
この方法は、今まで全く実現されていなかった、Δが４％までの超高比屈折率差導波路型光部品用のビームスポット変換を実現するものである。
【００４７】
次に、図１（ａ）の超高比屈折率差導波路型光部品の製造方法を図２（ａ）から（ｊ）を用いて作用と共に説明する。
【００４８】
図２（ａ）から図２（ｅ）は超高比屈折率差導波路型光部品の製造方法を説明するための中間体の正面断面図であり、図２（ｆ）から図２（ｊ）は図２（ａ）から図２（ｅ）の右側面図である。
【００４９】
超高比屈折率差導波路型光部品を製造するに際しては、まず、図２（ａ）、図２（ｆ）に示すように、アルコキシド系の原料ソースを用いたプラズマＣＶＤ法により、低温（例えば４００℃）で、基板（Ｓｉ基板）１上に下部クラッド層（ＳｉＯ_２ガラス層）２ｄを例えば厚さ２０μｍ形成し、その下部クラッド層２ｄ上にコア層（ＳｉＯ_２ −ＧｅＯ_２ガラス層）３ａを例えば１．５μｍ形成し、コア層３ａと下部クラッド層２ｄとの比屈折率差Δが約４％の光導波路を作製する。
【００５０】
次に、図示されていないが、スパッタリング法により、コア層３ａの上にＷＳｉ膜を約１μｍ形成し、そのＷＳｉ膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程により、フォトレジストパターンを形成し、ついでそのフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッチング工程により、ＷＳｉ膜をパターニングする。
【００５１】
その後、図２（ｂ）、図２（ｇ）に示すように、図示されていないＷＳｉ膜パターンをマスクにして、ほぼ矩形断面形状のコアパターン（光信号処理回路）に加工したコア層３を形成する。また、下部クラッド層２ｄの一部をエッチングにより除去し、段差部１１を形成する。
【００５２】
そして、図２（ｃ）、図２（ｈ）に示すように、コア層３を覆うように、下部クラッド層２ｄ上に上部クラッド層２ｕを形成する。
【００５３】
さらに、図２（ｄ）、図２（ｉ）に示すように、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）をコア層３の延長線上のクラッド層内にレンズ１５で集光、照射しながらコア層３の端部の位置１２Ａから光部品本体５の端面の位置１２Ｂの方向に矢印１３のごとく連続的に集光させると共に照射位置をずらしながら、かつ少しずつレーザービーム１４のパワーを下げつつ、ビームスポット径も大きくしつつ移動させて、コア層３の屈折率が徐々に変化しかつ形状がテーパ状に変化した領域１０を形成する。
【００５４】
そして、図２（ｅ）、図２（ｊ）に示すように、今度は光ファイバ６のコア７内の所定の位置に、波長８００ｎｍの超短パルスレーザービーム１４（パルス幅：１５０ｆｓ、パルス繰り返し周波数２００ｋＨｚ、平均出力６００ｍＷ）を集光、照射しながらコア７内の屈折率を高めてほぼ球状のレンズ媒質９ａを形成する。
【００５５】
このとき、レンズ媒質９ａの屈折率及び直径はレーザービーム１４のパワー、スポット径、照射時間等を変えることにより制御する。具体的には、レンズ媒質９ａの直径はレーザービーム１４のスポット径に依存しており、そのスポット径で調整することができる。また、レンズ媒質９ａの屈折率はレーザービーム１４の照射エネルギー（照射時間、照射パワー、パルス幅、パルス繰り返し周波数）に依存しており、そのエネルギーが大きいほど屈折率を大きくできるが、あまりエネルギーを大きくすると飽和傾向になり、さらに大きくしていくとコア７内に空孔が発生してしまう。従って、レーザービーム１４の照射で実現できる最大屈折率は１．４８５程度であり、数３、数４式に用いた屈折率を十分に達成することができる。
【００５６】
なお、超短パルスレーザービームは、波長は４００ｎｍから９８０ｎｍの範囲内、パルス幅は３０ｆｓから２５０ｆｓの範囲内、パルス繰り返し周波数は１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内、平均出力は２００ｍＷから８００ｍＷの範囲内が好ましい。
【００５７】
同様にして、ガラス導波路型光部品本体５の端面方向に矢印１６のごとく所定距離ずらして、同様にコア７内に集光、照射して屈折率を高めて他のレンズ媒質９ｂを形成し、光部品が製造される。
【００５８】
このようにしてスポットサイズ変換部４，９を形成することにより、光学特性をモニタしながら加工することが可能になり、光部品の更なる低損失化を実現できると共に、最終実装や組み立て段階で加工することができるようになる。すなわち、超高比屈折率差導波路型光部品を製造する際の歩留まりの向上が期待できる。
【００５９】
また、本実施の形態の光部品は、光ファイバ６内を伝搬する信号光のスポットサイズは、コア径とほぼ等しい１０μｍ程度の大きなスポットサイズから端面に向かって中間的な値Ｄｍのスポットサイズになるように変換され、またガラス導波路型光部品本体５内のコア層３のスポットサイズも端面５Ａに向かって中間的な値Ｄｍになるように変換されているので、光部品本体５と光ファイバ６とが低損失で接続されていることになる。
【００６０】
さらに、両スポットサイズ変換部４，９として、２つ以上の異なる直径のレンズ媒質９ａ，９ｂを用いているため、その長さを短くすることができると共に、それぞれのスポットサイズ変換部４，９が急激にスポットサイズを変換していないので、これらのスポットサイズ変換部４，９の屈折率及びコアの断面積も急激に変化しないので、非常に低損失な接続を実現することができる。
【００６１】
また、Δｈが２％以上４％程度以下の超高Δのガラス導波路型光部品本体５と、Δｌが０．３％から１．５％の範囲内の光ファイバ６とをモードフィールド整合をとって接続することが可能になるので、従来の低Δ（Δ：約０．７５％）のガラス導波路型光部品に比して１／２０から１／４０に超小型化した超高比屈折率差のガラス導波路型光部品が実現可能になる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。
【００６３】
図３は本発明の他の実施の形態を示す超高比屈折率差導波路型光部品の正面断面図である。
【００６４】
図３に示すように、この超高比屈折率差導波路型光部品は、ガラス導波路型光部品本体２５のコア層の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にそれぞれスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂが形成されており、それらの両端面２５Ａ，２５Ｂに、それぞれスポットサイズ変換部２９，２９を有する光ファイバ２６，２６が接続された構造を有する。
【００６５】
ガラス導波路型光部品本体２５は、図１（ａ）に示した光部品本体と同様に、基板（例えばＳｉ基板）２１上に、低屈折率ｎｕの下部クラッド層（例えばＳｉＯ_２ガラス層）２２ｄを有し、その下部クラッド層２２ｄ上に、基板２１の両端面にわたって高屈折率ｎｗのほぼ矩形断面形状のコア層（例えばＳｉＯ_２ −ＧｅＯ_２）２３が形成され、そのコア層２３及び下部クラッド層２２ｄを覆うように、低屈折率ｎｕの上部クラッド層（例えばＳｉＯ_２層）２２ｕが形成された構造を有する。
【００６６】
光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側のコア層２３に形成されたスポットサイズ変換部２４ａ，２４ｂは、同様に、それぞれ光ファイバ２６，２６との接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かって屈折率が連続的に低くなるように変化している領域２０ａ，２０ｂを有すると共に、この領域２０ａ，２０ｂは、光ファイバ２６，２６側のスポットサイズに近づけるように接続端面２５Ａ，２５Ｂに向かってそれぞれテーパ状に形成されている。
【００６７】
また、この実施の形態にあっては、光ファイバ２６，２６のスポットサイズ変換部２９，２９は、それぞれ３個のレンズ媒質２９ａ，２９ｂ，２９ｃが光部品本体２５側に向かって直径が小さくなる順に、すなわち第１のレンズ媒質２９ａ、第２のレンズ媒質２９ｂ、第３のレンズ媒質２９ｃの順に適宜間隔を隔てて形成されて構成されている。
【００６８】
このように構成することにより、例えば、ＡＷＧフィルタ、スプリッタ、光スイッチなどの多ポート入出力を有する光部品の場合に適用することができる。
【００６９】
この場合、適用する光回路の入出力の数に合わせて、ガラス導波路型光部品本体２５の両端面２５Ａ，２５Ｂ側にはスポットサイズ変換部をＮ及びＭ個（Ｎ，Ｍ：≧１）設ければ良い。
【００７０】
また、図４は本発明の他の実施の形態を示す超高比屈折率差導波路型光部品の正面断面図である。
【００７１】
図４に示すように、この超高比屈折率差導波路型光部品は、基本的な構成は図１（ａ）に示した光部品と同様であるが、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６との接続端面３５Ａ，３６Ａがそれぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されている点で異なるものである。
【００７２】
具体的には、ガラス導波路型光部品本体３５及び光ファイバ３６のコア内を伝搬する信号光の光軸の垂線に対する傾斜角をθとすると、θは２°から８°の範囲内が好ましい。
【００７３】
このように構成することにより、ガラス導波路型光部品本体３５と光ファイバ３６とが接続されるので、それぞれの接続端面３５Ａ，３６Ａからの信号光の不要な反射の影響を取り除くことができ、他の端面への反射の影響を抑圧することができ、低クロストーク、低反射の導波路型光部品を得ることができる。
【００７４】
尚、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。
【００７５】
まず、比屈折率差Δの低い（Δｌ）光ファイバのΔｌは、０．３％から１．５％の範囲内から選ぶことができるので、種々の光ファイバを用いて超高比屈折率差導波路型光部品を実現することができる。このΔｌが大きいほど、そのコア内に形成されるレンズ媒質９ａ，９ｂの屈折率を大きくすることができるので、数３式及び数４式から分かるように、直径Ｒａ，Ｒｂを小さくしてビームスポットサイズＤｍを小さくすることができる。さらに、ガラス導波路型光部品本体５側のスポットサイズ変換部４のＤｍも小さい値で良いために、非常に低損失のスポットサイズ変換部４を構成することができる。
【００７６】
また、本発明に用いられる光ファイバ６としては、光ファイバ６の外周部に被覆材料が形成されていても良い。例えば、プリコーティング材料、２次被覆材料の高分子材料が被覆されていても良い。また、光ファイバ６のコア径も１０μｍ以外に、数μｍから１０μｍの範囲内のものを用いることができる。また数２から数４式においてｆａ，ｆｂ，ｎａ，ｎｂ，Ｒａ，Ｒｂ等の値は広い範囲から選ぶことができる。例えば、Ｒａ及びＲｂは１μｍから１０μｍの範囲内から、ｎａ及びｎｂは１．４５８から１．４９０の範囲内から選んでそれぞれ加工することができる。
【００７７】
さらに、本実施の形態にあっては、光ファイバ６，２６はスポットサイズ変換部９，２９が２個或いは３個のレンズ媒質で構成されているが、それよりも多くても良い。また、光ファイバ６，２６の先端部に向けて先細りするようにテーパ構造に加工されていても良い。また、光ファイバ６，２６は先端部が球状に加工されていても良い。
【００７８】
また、ガラス導波路型光部品本体５の基板１として、ガラス基板以外に、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板等の半導体基板、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_５等の強誘電体基板、セラミックス基板、或いはプラスチックス基板などを用いても良い。
【００７９】
さらに、ガラス導波路型光部品本体５のΔｈは１．５％から４．０％の範囲内のものを用いることができるが、光ファイバ６のΔｌに高いものを用いれば、さらに高いΔｈのものに適用することもできる。
【００８０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバと光導波路とが低損失で接続され、かつ小型化、低コスト化を実現できる超高比屈折率差導波路型光部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態を示す光部品の正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ線の屈折率分布を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）はモード変換機能付きガラス導波路の中間体の正面断面図であり、（ｆ）から（ｊ）は（ａ）から（ｅ）の右側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す光部品の正面断面図である。
【図５】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【図６】従来のモード変換方式を説明するための説明図である。
【符号の説明】
３コア層
４ガラス導波路型スポットサイズ変換部
５ガラス導波路型光部品本体
６光ファイバ
７コア
９光ファイバスポットサイズ変換部
９ａ，９ｂレンズ媒質[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component in which a core layer of an optical waveguide and a core of an optical fiber are butt-connected so that their optical axes coincide with each other. The present invention relates to an ultrahigh relative refractive index difference waveguide type optical component.
[0002]
[Prior art]
Many glass waveguide optical components such as AWG (Arrayed Waveguide Grating) filters, splitters, and optical switches are already in practical use because they are easily mass-produced by using a semiconductor process. R & D is underway to reduce costs and costs.
[0003]
As an example, a reduction in size and cost reduction due to a high relative refractive index difference (high Δ) of a glass waveguide optical component has been studied. As a specific example, the relative refractive index difference Δ is 1.5% or more, About 2.5% of optical components are being studied.
[0004]
Here, the relative refractive index difference Δ is expressed by the following formula ₁ , where n ₁ is the maximum refractive index of the core and n ₂ is the refractive index of the cladding.
[0005]
## EQU1 ## Δ = {(n ₁ −n ₂ ) / n ₁ } × 100%
However, while the glass waveguide type optical component body has a high Δ, the optical fiber connected to it is a normal single mode optical fiber, and Δ is in the range of 0.3% to 1%. Of low Δ is used. Therefore, there is a problem that mode mismatching occurs between the glass waveguide type optical component main body and the optical fiber.
[0006]
In order to solve this, conventionally, two means as shown in FIGS. 5 and 6 have been used.
[0007]
5 and 6 are explanatory diagrams for explaining a conventional mode conversion method.
[0008]
As shown in FIG. 5, the first means is that the optical component body 50 in which the high refractive index core layer 53 is covered with the low refractive index cladding layer 54 is connected to the optical fiber side (left side in the figure). In this method, the heater 52 is disposed, and a holding member 55 for circulating the cooling water w is attached to the opposite side (in this case, the right side) to form the mode conversion unit 51 (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
Specifically, the refractive index controlling dopant (GeO ₂ ) in the core layer 53 of the optical component body 50 is heated by heating the end face side of the optical component body 50 to a high temperature (1300 ° C.) for a long time with the heater 52. Then, the mode converter 51 is formed by diffusing to the clad layer 54 side covering the core layer 53.
[0010]
In the second method, as shown in FIG. 6, one end of a high Δ single mode optical fiber 56-1 (56-2) is connected to a high Δ optical component body 60, and the optical fiber 56-1 (56 -2) A low-Δ single-mode optical fiber 57-1 (57-2) is heated and fusion-bonded using the TEC (Thermal Expand Core) technology to the other end of 2), and mode conversion is realized by the TEC connection part 58. (For example, refer to Patent Document 2).
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-43330 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-257032
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional mode conversion system has the following problems.
[0013]
The method of forming the mode conversion unit 51 by heating with the heater 52 shown in FIG. 5 has a problem that the size of the optical component becomes very large and it is difficult to reduce the cost. Furthermore, since it is difficult for the heater 52 to finely process the core layer 53, the loss of optical components increases, which is not practical.
[0014]
Further, the method of realizing mode conversion by the TEC connection unit 58 shown in FIG. 6 has an advantage that it can be realized with low loss, but a high Δ optical fiber 56-1 (56-2) must be separately manufactured. It becomes costly because it does not become. Further, the mounting cost is high, and it is difficult to reduce the cost. Furthermore, since the length of each optical fiber must be increased by at least several tens of centimeters, there is a restriction on miniaturization.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to connect an optical fiber and an optical waveguide with a low loss, and to realize a miniaturization and cost reduction. It is to provide optical components.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is directed to an end face of a core layer of an optical waveguide having a predetermined relative refractive index difference and an optical fiber having a relative refractive index difference lower than the relative refractive index difference of the optical waveguide. In an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component configured to be connected to the core end face, the refractive index of the core gradually increases toward the core end face in the core near the connection portion between the optical fiber and the optical waveguide. An optical fiber spot size conversion unit formed with at least two substantially spherical lens media having a desired interval, a desired diameter, and a desired refractive index, and a core in the vicinity of the connection between the optical waveguide and the optical fiber The layer has a glass waveguide spot size conversion portion in which the refractive index of the core layer continuously decreases toward the end face of the core layer and the cross-sectional area of the core layer gradually increases.
[0017]
In the invention of claim 2, in addition to the configuration of claim 1, it is preferable that mode field matching is performed between the glass waveguide spot size converter and the optical fiber spot size converter.
[0018]
In the invention of claim 3, in addition to the structure of claim 1 or 2, the relative refractive index difference between the core layer and the clad layer of the optical waveguide is in the range of 2.0% to 4.0%, and The relative refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber is preferably in the range of 0.3% to 1.5%.
[0019]
In addition to the configuration according to any one of claims 1 to 3, the glass waveguide spot size converter is formed in at least one place on the end face of the core layer of the optical waveguide. It is preferable that an optical fiber spot size conversion unit of an optical fiber is connected to each of the glass waveguide type spot size conversion units.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to fourth aspects, the connection end surface of the core layer of the optical waveguide and the connection end surface of the core of the optical fiber are inclined with respect to the normal to the optical axis. It is preferable that it is processed.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to fifth aspects, the glass waveguide type spot size converter and the optical fiber spot size converter have a pulse width in the range of 30 fs to 200 fs. In addition, it is preferably formed by changing the beam spot size and irradiation energy of an ultrashort pulse laser beam whose pulse repetition frequency is in the range of 1 kHz to 250 kHz and condensing and irradiating.
[0022]
That is, the present invention provides at least a substantially spherical lens medium having a predetermined refractive index gradually higher than the refractive index of the core in the core toward one end face of the optical fiber having a low relative refractive index difference Δl. The refractive index of the core layer is continuous toward the end face of the optical fiber spot size conversion portion formed to have two, a predetermined interval and a predetermined diameter, and the connection end face of the optical waveguide having a high relative refractive index difference Δh. Are connected to the end face of the glass waveguide type spot size conversion section that is changing so that the spot size conversion section can change the spot size of the signal light toward the connection end face. These are manufactured by connecting the end faces of the spot size conversion portions.
[0023]
According to the configuration of claim 1, the glass waveguide type optical component body having a very high relative refractive index difference in which Δh is 2% or more and 4% or less, and Δl is in the range of 0.3% to 1.5%. It is possible to connect the optical fiber of the optical fiber with mode field matching.
[0024]
According to the configuration of the second aspect, the optical waveguide and the optical fiber can be connected with low loss.
[0025]
According to the configuration of the third aspect, the ultra-high specific refraction is miniaturized from 1/20 to 1/40 compared with the conventional glass waveguide type optical component having a low Δ (Δ: about 0.75%). It becomes possible to realize a glass waveguide type optical component having a rate difference.
[0026]
According to the configuration of the fourth aspect, the end face of the spot size converting portion is formed at the input / output end of the glass waveguide type optical component having a multi-input / multi-output port such as an AWG filter or a splitter, and the spot face is formed on each end face. An ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component in which the end faces of the optical fibers with the end faces of the size conversion section are connected can be realized.
[0027]
According to the configuration of claim 5, each end face is processed obliquely and is tightly connected so that there is no gap, thereby removing the influence of reflection of signal light from each end face, The influence of reflection on other end faces can be suppressed, and a glass waveguide optical component with low crosstalk and low reflection can be realized.
[0028]
According to the configuration of the sixth aspect, the substantially spherical lens medium in the optical fiber core and the continuous refractive index distribution portion in the glass waveguide type optical component main body have a pulse repetition within the range of 30 fs to 200 fs. By changing the beam spot size and irradiation energy of an ultrashort pulse laser beam with a frequency in the range of 1 kHz to 250 kHz, the light is condensed and irradiated in the transparent optical fiber core and the optical waveguide, thereby increasing the transparency and the refractive index. It is formed by changing. With this spot size conversion unit, it is possible to further reduce the loss of the optical component and to process it at the final mounting or assembly stage. That is, the optical component can be processed while monitoring the optical characteristics, and an improvement in the yield when manufacturing the ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component can be expected.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0030]
1A is a front sectional view of an optical component showing an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. 1A, and FIG. These are figures which show the refractive index distribution of the Ic-Ic line | wire of FIG.1 (b). In FIG. 1C, the vertical axis indicates the refractive index, and the horizontal axis indicates the position in the optical component.
[0031]
As shown in FIG. 1A, the ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component has a high relative refractive index difference Δ (Δh: within a range of 2% to 4%, spot size: about 4 μm to about 2 μm). The glass waveguide type optical component main body 5 is optically connected to the glass waveguide type optical component main body 5 and has a low relative refractive index difference Δ (Δl: 0.3%, spot size: about 10 μm). ) And optical fiber 6.
[0032]
The glass waveguide optical component body 5 has a lower clad layer (for example, SiO ₂ glass layer) 2d having a low refractive index nu on a substrate (for example, Si substrate) 1, and a high refractive index on the lower clad layer 2d. A core layer (for example, SiO ₂ -GeO ₂ ) 3 having a substantially rectangular cross-section having a refractive index nw is formed, and an upper cladding layer (for example, an SiO ₂ layer) having a low refractive index nu so as to cover the core layer 3 and the lower cladding layer 2d. ) 2u is formed.
[0033]
The core layer 3 of the glass waveguide type optical component body 5 is shown as a linear pattern for the sake of simplicity, but actually comprises an optical signal processing circuit including a curved pattern, for example, a waveguide grating grating, A directional coupler, a coupler, a filter, a ring resonator, a Y-branch, and the like are included.
[0034]
Further, the core layer 3 is formed with a spot size conversion section 4 having a region 10 in which the refractive index continuously changes toward the connection end face 5A with the optical fiber 6 (see FIG. 1C). .) The spot size conversion unit 4 is formed in a tapered shape toward the connection end surface 5A so as to approach the spot size on the optical fiber 6 side.
[0035]
The optical fiber 6 has a structure in which a cladding 8 having a refractive index ncl lower than that of the core 7 is formed on the outer periphery of the core 7 having a refractive index nc.
[0036]
In the core 7 of the optical fiber 6, a different refractive index higher than the refractive index nc of the core 7 is provided in the vicinity of the connection end face 5A of the glass waveguide optical component body 5 so that the refractive index gradually increases. And an optical fiber spot size conversion unit 9 for converting the spot size to an intermediate value Dm (4 μm to 6 μm) while two substantially spherical lens media 9a and 9b having a diameter are formed at a predetermined interval. Is formed (see FIG. 1C).
[0037]
Specifically, as shown in FIG. 1B, a lens medium 9b having a diameter Rb and a refractive index nb is formed in the core 7 that is separated by (fb) from the connection end face in the vicinity of the connection end face of the optical fiber 6. Further, a lens medium 9a having a diameter Ra and a refractive index na is formed in the core 7 that is (fa + fb) away from the lens medium 9b.
[0038]
A specific design example based on the approximate calculation of the spot size conversion unit 9 on the optical fiber 6 side will be described.
[0039]
As the optical fiber 6, for example, a core 7 having a diameter of 10 μm and a refractive index n2 = 1.4619 and a clad 8 having a diameter of 125 μm and a refractive index n1 = 1.4575 are step-type refractive index distributions (Δl = 0.3%). The case where the one having the above is used will be described.
Conditions under which the spot size (about 10 μm) of the beam propagating in the core 7 with this structure can be converted to a small beam spot size Dm at the exit end are calculated using the following approximate expressions of Formula 2 to Formula 4.
[0040]
Note that the spot size in the core 7 at a position (fa) away from the lens medium 9a is calculated as wi.
[0041]
## EQU2 ## Dm = fbwi / fa
## EQU3 ## fa = naRa / [2 (na-n2)]
## EQU4 ## fb = nbRb / [2 (nb-n2)]
Here, if wi = 10 μm, na = 1.4722, Ra = 4 μm, nb = 1.4977, Rb = 2 μm, Dm can be narrowed down to 3.3 μm.
[0042]
That is, by using this optical fiber 6, it is possible to couple with a high relative refractive index difference waveguide type optical component having Δh of about 2% by mode field matching with low loss.
[0043]
As another example, if wi = 10 μm, na = 1.4722, Ra = 4 μm, nb = 1.4797, Rb = 1.25 μm, Dm can be narrowed down to 2.0 μm.
[0044]
That is, by using this optical fiber, it can be coupled to an ultrahigh relative refractive index difference waveguide type optical component having a Δh of about 3% by performing mode field matching with low loss. And it is possible to realize ultra-compact and ultra-low loss optical components. However, an ultrahigh relative refractive index difference waveguide type optical component having a Δh of 4% only by the spot size conversion section on the optical fiber 6 side (core layer refractive index: 1.5182, core layer thickness and width: 1.5 μm). ) Spot size (about 1.3 μm) is difficult. Therefore, the spot size conversion unit 4 is also formed on the optical component main body side as in the present embodiment. A method for realizing the spot size conversion unit 4 will be described below.
[0045]
First, a part of the core layer 3 near the input end on the side of the glass waveguide optical component main body is cut and removed, and the cut and removed part and the entire core layer are filled with the clad layer 2, and the cut core layer 3 and An ultrashort pulse laser beam is condensed and irradiated in the region of the clad layer 2 between, and the spot size at the end face 5A is changed to Dm (3.3 μm or 2.0 μm) by changing the refractive index and its shape. Thus, a new core layer 10 in which the refractive index and its shape in the cladding layer 2 change in a tapered shape is formed.
[0046]
This method realizes beam spot conversion for an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component having Δ of up to 4%, which has not been realized until now.
[0047]
Next, the manufacturing method of the ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component shown in FIG. 1A will be described with reference to FIGS.
[0048]
2 (a) to 2 (e) are front cross-sectional views of an intermediate body for explaining a method of manufacturing an ultrahigh relative refractive index difference waveguide type optical component. FIGS. 2 (f) to 2 (j) ) Is a right side view of FIGS. 2 (a) to 2 (e).
[0049]
When manufacturing an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component, first, as shown in FIGS. 2A and 2F, a low temperature (by a plasma CVD method using an alkoxide source material is used. For example, a lower clad layer (SiO ₂ glass layer) 2d is formed to a thickness of, for example, 20 μm on a substrate (Si substrate) 1 at 400 ° C., and a core layer (SiO ₂ —GeO ₂ glass layer) is formed on the lower clad layer 2d. For example, an optical waveguide having a relative refractive index difference Δ of about 4% between the core layer 3a and the lower cladding layer 2d is formed.
[0050]
Next, although not shown, a WSi film is formed to about 1 μm on the core layer 3a by a sputtering method, a photoresist is applied on the WSi film, and then a photolithographic process using a photomask is performed. A resist pattern is formed, and then the WSi film is patterned by a dry etching process using the photoresist pattern as a mask.
[0051]
Thereafter, as shown in FIGS. 2B and 2G, the core layer 3 processed into a core pattern (optical signal processing circuit) having a substantially rectangular cross-sectional shape by using a WSi film pattern (not shown) as a mask. Form. Further, a part of the lower clad layer 2d is removed by etching, and the step portion 11 is formed.
[0052]
Then, as shown in FIGS. 2C and 2H, an upper clad layer 2u is formed on the lower clad layer 2d so as to cover the core layer 3.
[0053]
Further, as shown in FIGS. 2D and 2I, an ultrashort pulse laser beam 14 having a wavelength of 800 nm (pulse width: 150 fs, pulse repetition frequency 200 kHz, average output 600 mW) is applied on the extension line of the core layer 3. While condensing and irradiating with the lens 15 in the cladding layer, it is continuously condensed as indicated by the arrow 13 from the position 12A of the end of the core layer 3 to the position 12B of the end face of the optical component body 5, and the irradiation position is shifted. However, while gradually decreasing the power of the laser beam 14 and increasing the beam spot diameter, the region 10 is formed in which the refractive index of the core layer 3 is gradually changed and the shape thereof is changed into a tapered shape.
[0054]
Then, as shown in FIGS. 2 (e) and 2 (j), an ultrashort pulse laser beam 14 (pulse width: 150 fs, pulse repetition) having a wavelength of 800 nm is now placed at a predetermined position in the core 7 of the optical fiber 6. A substantially spherical lens medium 9a is formed by increasing the refractive index in the core 7 while condensing and irradiating a frequency of 200 kHz and an average output of 600 mW.
[0055]
At this time, the refractive index and diameter of the lens medium 9a are controlled by changing the power of the laser beam 14, the spot diameter, the irradiation time, and the like. Specifically, the diameter of the lens medium 9a depends on the spot diameter of the laser beam 14, and can be adjusted by the spot diameter. In addition, the refractive index of the lens medium 9a depends on the irradiation energy (irradiation time, irradiation power, pulse width, pulse repetition frequency) of the laser beam 14, and the higher the energy, the larger the refractive index. When it is increased, it tends to be saturated, and when it is further increased, voids are generated in the core 7. Therefore, the maximum refractive index that can be realized by irradiation with the laser beam 14 is about 1.485, and the refractive indexes used in the equations 3 and 4 can be sufficiently achieved.
[0056]
The ultrashort pulse laser beam preferably has a wavelength in the range of 400 nm to 980 nm, a pulse width in the range of 30 fs to 250 fs, a pulse repetition frequency in the range of 1 kHz to 250 kHz, and an average output in the range of 200 mW to 800 mW. .
[0057]
Similarly, a predetermined distance is shifted in the direction of the end face of the glass waveguide type optical component main body 5 as indicated by an arrow 16, and the same is condensed and irradiated in the core 7 to increase the refractive index to form another lens medium 9 b. Optical parts are manufactured.
[0058]
By forming the spot size conversion units 4 and 9 in this way, it becomes possible to process while monitoring the optical characteristics, and it is possible to further reduce the loss of optical components, and at the final mounting and assembly stage. It can be processed. That is, it can be expected to improve the yield when manufacturing the ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component.
[0059]
Further, in the optical component of the present embodiment, the spot size of the signal light propagating in the optical fiber 6 is changed from a large spot size of about 10 μm which is substantially equal to the core diameter to a spot size having an intermediate value Dm toward the end face. And the spot size of the core layer 3 in the glass waveguide type optical component body 5 is also converted to an intermediate value Dm toward the end face 5A. The fiber 6 is connected with low loss.
[0060]
Further, since two or more lens media 9a and 9b having different diameters are used as the both spot size conversion units 4 and 9, the length can be shortened, and the respective spot size conversion units 4 and 9 are used. However, since the spot size is not changed abruptly, the refractive index of these spot size converting portions 4 and 9 and the cross-sectional area of the core do not change abruptly, so that a very low loss connection can be realized.
[0061]
Further, mode field matching is performed between the glass waveguide type optical component body 5 having an ultra-high Δ having Δh of 2% or more and 4% or less and the optical fiber 6 having Δl in the range of 0.3% to 1.5%. Since it is possible to connect, the ultra-high ratio that is ultra-miniaturized from 1/20 to 1/40 compared to the conventional low Δ (Δ: about 0.75%) glass waveguide type optical components A glass waveguide type optical component having a refractive index difference can be realized.
[0062]
Next, another embodiment of the present invention will be described in detail.
[0063]
FIG. 3 is a front sectional view of an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component showing another embodiment of the present invention.
[0064]
As shown in FIG. 3, in this ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component, spot size conversion portions 24a and 24b are formed on both end surfaces 25A and 25B side of the core layer of the glass waveguide type optical component main body 25, respectively. The optical fibers 26 and 26 having spot size conversion portions 29 and 29 are connected to both end faces 25A and 25B, respectively.
[0065]
Similar to the optical component body shown in FIG. 1A, the glass waveguide type optical component body 25 is formed on a substrate (for example, Si substrate) 21 and a lower clad layer (for example, SiO ₂ glass layer) having a low refractive index nu. A core layer (for example, SiO ₂ —GeO ₂ ) 23 having a substantially rectangular cross-sectional shape having a high refractive index nw is formed on the lower clad layer 22 d over the both end faces of the substrate 21. An upper cladding layer (for example, SiO ₂ layer) 22u having a low refractive index nu is formed so as to cover the cladding layer 22d.
[0066]
Similarly, the spot size converters 24a and 24b formed in the core layer 23 on the both end faces 25A and 25B side of the optical component body 25 have a refractive index toward the connection end faces 25A and 25B with the optical fibers 26 and 26, respectively. The regions 20a and 20b are changed so as to be continuously lowered, and the regions 20a and 20b are tapered toward the connection end faces 25A and 25B so as to be close to the spot size on the optical fibers 26 and 26 side, respectively. Is formed.
[0067]
In this embodiment, the spot size converters 29 and 29 of the optical fibers 26 and 26 have three lens media 29a, 29b, and 29c that decrease in diameter toward the optical component body 25, respectively. In other words, the first lens medium 29a, the second lens medium 29b, and the third lens medium 29c are formed at appropriate intervals in order.
[0068]
By configuring in this way, for example, the present invention can be applied to an optical component having a multi-port input / output such as an AWG filter, a splitter, and an optical switch.
[0069]
In this case, according to the number of inputs and outputs of the optical circuit to be applied, N and M spot size conversion portions (N, M: ≧ 1) are provided on the side surfaces 25A and 25B of the glass waveguide optical component body 25. It only has to be provided.
[0070]
FIG. 4 is a front cross-sectional view of an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component showing another embodiment of the present invention.
[0071]
As shown in FIG. 4, this ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component has the same basic configuration as the optical component shown in FIG. And the optical fiber 36 are different in that the connection end faces 35A and 36A are processed obliquely with respect to the perpendicular to the optical axis.
[0072]
Specifically, if the inclination angle of the optical axis of the signal light propagating through the cores of the glass waveguide optical component main body 35 and the optical fiber 36 is θ, θ is preferably in the range of 2 ° to 8 °. .
[0073]
By comprising in this way, since the glass waveguide type optical component main body 35 and the optical fiber 36 are connected, the influence of the unnecessary reflection of the signal light from each connection end surface 35A, 36A can be removed, The influence of reflection on other end faces can be suppressed, and a waveguide type optical component with low crosstalk and low reflection can be obtained.
[0074]
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
[0075]
First, since Δl of an optical fiber having a low relative refractive index difference Δ (Δl) can be selected from a range of 0.3% to 1.5%, an ultrahigh specific refractive index difference can be obtained using various optical fibers. A waveguide type optical component can be realized. The larger Δl is, the larger the refractive index of the lens media 9a, 9b formed in the core is. Therefore, as can be seen from the equations (3) and (4), the diameters Ra, Rb are reduced and the beam is reduced. The spot size Dm can be reduced. Further, since the Dm of the spot size conversion unit 4 on the glass waveguide type optical component main body 5 side may be a small value, the spot size conversion unit 4 with very low loss can be configured.
[0076]
Moreover, as the optical fiber 6 used in the present invention, a coating material may be formed on the outer peripheral portion of the optical fiber 6. For example, a polymer material such as a pre-coating material or a secondary coating material may be coated. Further, the core diameter of the optical fiber 6 may be in the range of several μm to 10 μm other than 10 μm. In the equations 2 to 4, the values of fa, fb, na, nb, Ra, Rb, etc. can be selected from a wide range. For example, Ra and Rb can be selected from the range of 1 μm to 10 μm, and na and nb can be selected from the range of 1.458 to 1.490.
[0077]
Further, in the present embodiment, the optical fibers 6 and 26 have the spot size conversion units 9 and 29 formed of two or three lens media, but the number may be larger than that. Moreover, you may process into the taper structure so that it may taper toward the front-end | tip part of the optical fibers 6 and 26. FIG. Further, the optical fibers 6 and 26 may have a tip processed into a spherical shape.
[0078]
In addition to the glass substrate, the substrate 1 of the glass waveguide type optical component body 5 is a semiconductor substrate such as a Si substrate or a GaAs substrate, a ferroelectric substrate such as LiNbO ₃ or LiTaO ₅ , a ceramic substrate, or a plastic substrate. May be used.
[0079]
Furthermore, Δh of the glass waveguide type optical component main body 5 can be 1.5% to 4.0%, but if Δl of the optical fiber 6 is high, Δh is even higher. It can also be applied to things.
[0080]
【The invention's effect】
In summary, according to the present invention, it is possible to provide an ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component in which an optical fiber and an optical waveguide are connected with low loss and can be reduced in size and cost.
[Brief description of the drawings]
1A is a front cross-sectional view of an optical component showing an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. 1A, and FIG. It is a figure which shows the refractive index distribution of Ic-Ic line | wire.
2 (a) to (e) are front sectional views of an intermediate body of a glass waveguide with a mode conversion function, and (f) to (j) are right side views of (a) to (e). .
FIG. 3 is a front cross-sectional view of an optical component showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front cross-sectional view of an optical component showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a conventional mode conversion method;
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a conventional mode conversion method;
[Explanation of symbols]
3 Core layer 4 Glass waveguide type spot size converter 5 Glass waveguide type optical component body 6 Optical fiber 7 Core 9 Optical fiber spot size converters 9a and 9b Lens medium

Claims

所定の比屈折率差を有する光導波路のコア層端面と、その光導波路の比屈折率差よりも低い比屈折率差を有する光ファイバのコア端面とが接続されて構成された超高比屈折率差導波路型光部品において、上記光ファイバと上記光導波路との接続部近傍のコア内に、上記コア端面に向かってそのコアの屈折率が徐々に高くなる略球状のレンズ媒質を少なくとも２個、所望間隔、所望径、所望屈折率を持つように形成してなる光ファイバスポットサイズ変換部と、上記光導波路と上記光ファイバとの接続部近傍のコア層に、上記コア層端面に向かってそのコア層の屈折率が連続的に低くなると共に上記コア層の断面積が徐々に増加するガラス導波路型スポットサイズ変換部とを有することを特徴とする超高比屈折率差導波路型光部品。An ultra-high relative refraction made by connecting the core layer end face of an optical waveguide having a predetermined relative refractive index difference and the core end face of an optical fiber having a relative refractive index difference lower than the relative refractive index difference of the optical waveguide. In the ratio difference waveguide type optical component, at least two substantially spherical lens media in which the refractive index of the core gradually increases toward the end surface of the core in the core in the vicinity of the connection portion between the optical fiber and the optical waveguide. And an optical fiber spot size converter formed so as to have a desired distance, a desired diameter, a desired refractive index, and a core layer in the vicinity of a connection portion between the optical waveguide and the optical fiber, toward the end face of the core layer. And a glass waveguide spot size conversion section in which the refractive index of the core layer continuously decreases and the cross-sectional area of the core layer gradually increases. Optical parts.

上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部と上記光ファイバスポットサイズ変換部との間がモードフィールド整合されている請求項１に記載の超高比屈折率差導波路型光部品。2. The ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component according to claim 1, wherein mode field matching is performed between the glass waveguide type spot size conversion unit and the optical fiber spot size conversion unit.

上記光導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差は２．０％から４．０％の範囲内にあり、かつ上記光ファイバのコアとクラッドとの比屈折率差は０．３％から１．５％の範囲内にある請求項１又は２に記載の超高比屈折率差導波路型光部品。The relative refractive index difference between the core layer and the cladding layer of the optical waveguide is in the range of 2.0% to 4.0%, and the relative refractive index difference between the core and the cladding of the optical fiber is 0.3%. 3. The ultrahigh relative refractive index difference waveguide type optical component according to claim 1, which is in a range of 1.5% to 1.5%.

上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部は、上記光導波路のコア層端面の少なくとも１箇所以上に形成されており、各ガラス導波路型スポットサイズ変換部に、それぞれ上記光ファイバの上記光ファイバスポットサイズ変換部が接続されている請求項１〜３のいずれかに記載の超高比屈折率差導波路型光部品。The glass waveguide spot size converter is formed in at least one place on the end face of the core layer of the optical waveguide, and each of the glass waveguide spot size converters has the optical fiber spot size of the optical fiber. The ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component according to any one of claims 1 to 3, to which a converter is connected.

上記光導波路のコア層の接続端面と上記光ファイバのコアの接続端面は、それぞれ光軸の垂線に対して斜めに加工されている請求項１〜４のいずれかに記載の超高比屈折率差導波路型光部品。5. The ultrahigh specific refractive index according to claim 1, wherein a connection end surface of the core layer of the optical waveguide and a connection end surface of the core of the optical fiber are each processed obliquely with respect to a normal to the optical axis. Differential waveguide type optical component.

上記ガラス導波路型スポットサイズ変換部及び上記光ファイバスポットサイズ変換部は、パルス幅が３０ｆｓから２００ｆｓの範囲内でありかつパルス繰り返し周波数が１ｋＨｚから２５０ｋＨｚの範囲内である超短パルスレーザービームのビームスポットサイズ及び照射エネルギーを変えて集光、照射されることによって形成されたものである請求項１〜５のいずれかに記載の超高比屈折率差導波路型光部品。The glass waveguide spot size converter and the optical fiber spot size converter include an ultrashort pulse laser beam having a pulse width in the range of 30 fs to 200 fs and a pulse repetition frequency in the range of 1 kHz to 250 kHz. The ultra-high relative refractive index difference waveguide type optical component according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical component is formed by condensing and irradiating with a different spot size and irradiation energy.