JP2005331967A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光結合の際の位置合わせを簡易化しようとする場合に、光半導体と光導波路あるいは光半導体と光ファイバのモードを整合させることが困難になる。
【解決手段】基板上に、互いに対向して載置された少なくとも一つの光導波路と少なくとも一つの光部品とを有し、該光導波路をいずれかの方向に伝播する光ビームの光軸に垂直な断面の光分布の広がりが、該光部品に対向する端面側では小さく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って大きくなるか、又は該光部品に対向する端面側では大きく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って小さくなる機能を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、光ファイバ通信あるいは光情報処理に用いる光装置に関し、特に光半導体レーザ等の光半導体素子とシングルモード光導波路又は光半導体レーザ等の光半導体素子とシングルモード光ファイバを光結合する光結合装置に関するものである。

二つ以上のシングルモード型の光部品を高効率に光結合させるには、二つの部品間のモード整合を行うとともに精密な光軸の位置合わせが必要である。ここでモード整合とは、互いに光結合すべき二つのシングルモード型の光部品内に閉じ込められた光の強度分布（モードサイズとも言う）を、二つの光部品間で一致させることである。このような二つの部品間のモード整合及び精密な光軸の位置合わせをするための従来の技術には、例えば図18〜図27に示すようなものがある。

図18は、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ３をレンズ41、42を用いて光結合するもので、第１のレンズ41で光ビームを平行にし、第２のレンズ42で収束させて光結合するものである。二つのレンズを用いることによって、半導体レーザ等の光半導体装置200から出力される光ビームのスポットサイズ（1.2μm×1.7μm〜2.1μm×3.2μm）を４〜６倍程度まで拡大し、光ファイバ３のモードサイズ（約10μm）に整合させるものである。かかる第１のレンズ41及び第２のレンズ42で光半導体装置と光ファイバのモードを整合させることにより高い結合効率が得られる。

更に、図19(a)あるいは図19(b)に示すように、第１のレンズ41と第２のレンズ42の間に封止用窓607を介在させて半導体レーザ等の光半導体装置200を気密封止し、光半導体装置200が湿気や酸化等により劣化することを防止している。ここに600は気密封止部、 601は基体、603は半導体レーザのサブマウント、606は封止用スペーサ、 31は光ファイバ３を保持するためのフェルール、32は第２のレンズ42を介して光ファイバ３と第１のレンズ41とを結合させるファイバ結合部である。

次に図20は、先端をレンズ状に加工した光ファイバ 3A（図20に示すものはテーパ先球ファイバという。この他に光ファイバの先端を溶融させて先端にレンズ様のものを形成する方法もある。）を用いて光結合するものである。光ファイバの先端を細くしかつ球面状にすると、光ファイバの入射端における光ビームのサイズが小さくなる。その結果、光ファイバと半導体レーザのモードサイズが一致し結合効率が向上する。

図21は図20に例示した結合系において半導体レーザを気密封止する例を示すものである。真空蒸着等により表面に金属被覆（図示せず）を施した光ファイバ 3Aを半田611等を用いてブロック610に固定し、光ファイバ 3Aを保持したフェルール31を保持するための部材32のフランジと、封止部600との境界部を溶接して気密封止する。

ここに、図18, 図19(a)及び図19(b)の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と二つのレンズ41、42と光ファイバ３を、図20及び図21の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ3Aを極めて精密に位置合わせする必要がある。その際、その位置合わせには高い精度が要求される。そのため、例えば光半導体装置200が半導体レーザである場合には、半導体レーザを発光させ、光ファイバ３あるいは3Aに結合した光の強度を計測し、それが最大となるように位置合わせを行い、固定する。

図22は、半導体レーザ等の光半導体装置と光ファイバの位置合わせを簡易化する例である。例えば実装用基板180に、その表面にフォトリソグラフィープロセスによってV溝181とボンディングパッド（例えば図28に例示の102）と位置合わせ用マーク（例えば図28に例示の107）を形成したシリコン基板等を用い、この基板180上のV溝181で光ファイバ ３をガイドして位置決めする。一方、半導体レーザ等の光半導体装置200には、基板上の位置合わせマークに対応するマーク（例えば図28に例示の204）と基板180上のボンディングパッドに対応するボンディングパターン（例えば図28に例示の202、203）を形成したものを用いる。そして、精密な微動装置を用いて半導体レーザ等の光半導体装置200の位置合わせマーク（例えば図28に例示の204）が基板上の位置合わせマーク（例えば図28に例示の107）に一致するように位置合わせし、ボンディングする（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

このようにすることにより、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ３の位置合わせが行われる。なおここで、図22に例示した光結合装置に１Ｂという記号を付し、これを以下の説明に引用する。

図22に示す従来例において、光半導体装置200が半導体レーザである場合には、例えば、図23のように、光ファイバにテーパ先球ファイバ 3Aを用いると、光ファイバ 3Aと半導体レーザ200のモードサイズが一致し、結合効率が向上する。

図24は、図22あるいは図23のような結合系において、半導体レーザ等の光半導体装置を気密封止する例を示すものである。ここに図24(a)は気密封止をする前、図24(b)は封止をした後の構成を示すものである。

図24に示す装置の気密封止は次のようにして行われる。まず、半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ３を結合した光結合装置１Bを、一部に切り欠き703がある突起枠702を有する基体700上に配置する（図24(a)）。次いで突起枠702の上側及び周囲にエポキシ系の接着剤705を塗布する。次いで蓋400をかぶせ、蓋400と基体の間の隙間を接着剤705で埋め込んで気密封止する（図24(b)）。

次に他の従来例について説明する。図25は光部品に光導波路を含み、該光導波路と他の光部品を光結合する例を示すものである。図25(a)は斜視図、図25(b)は図25(a)の左下方向から見た前面正面図である。本例では、基板100上にクラッド層301とコア302よりなる２層構造の光導波路300と同じ光導波路部材よりなる突起物300A（以下これを「スタンドオフ」という）を形成し、四隅に切り欠き202を形成した光半導体装置200をスタンドオフ300Aに嵌め込み、位置合わせを行っている。

なお、本例の光導波路300はマルチモード導波路であり、そのクラッド層301の厚さは50μm以上である。図25に示すような光結合装置においては、半導体レーザ等の光半導体装置200の四隅の切り欠き202を精度よく形成することが困難になる問題がある。

次に、光導波路に、図25に示すようなマルチモード導波路ではなくシングルモード光導波路を用いる場合は図26に示すような光導波路が用いられる。図26の従来例では、例えば、基板100にシリコン基板が用いられ、導波路300のクラッド層301とコア302に石英が用いられる（図26のクラッド層301はコア302の周囲を覆うものであるため「クラッド層301」と言うよりも「クラッド301」のほうがふさわしいが、用語を統一するため「クラッド層301」とする。以下同じ。）。

この場合、コア302とクラッド層301の比屈折率差［コア（屈折率ｎ1）とクラッド（屈折率ｎ2）の屈折率の比屈折率差をクラッドの屈折率で割った値の百分率、即ち｛（ｎ2-ｎ1）／ｎ1｝×100］、を0.3％〜0.75％とし、コア302 のサイズを５×５μm〜８×８μm程度とすれば光ファイバと光結合したとき比較的高い結合効率が得られる。この場合の基板とコアの間のクラッド層の厚さ（図26(b)のｔ）は30μm以上である。

なお図26に示すような方法を用いて光導波路300と光半導体装置200を結合する場合、光半導体装置200が通常の半導体レーザである場合には半導体レーザ200の光軸を持ち上げる必要がある。そのための構成として、図27に示すように半導体レーザ200の下にスペーサ５を置くことがある。

以上のように従来においては、レンズによるモード整合や先端をレンズ状に加工した光ファイバによるモード整合を行うとともに、光ファイバの場合に微動装置による精密な位置合わせ（図19、図21の場合）や基板上の溝による光ファイバの位置合わせ（図22〜24)や、半導体レーザを基板に実装する場合に微動装置を用いて基板と半導体レーザのマークを一致させる半導体レーザの位置合わせ（図28)が行われ、光導波路の場合にスタンドオフと切り欠きによる位置合わせが行われ、光導波路と半導体レーザの光軸の高さ合わせにスペーサの使用等が必要であった。
IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL.15, NO. 6, p.944-955 (1992) １９９３年電子情報通信学会秋季大会講演論文集 4-266

しかし、図18〜図24に示す従来例には次のような問題がある。まず、図18〜図21の場合には、半導体レーザ等の光半導体装置200とレンズ41、42と光ファイバ３ あるいは光半導体装置200と光ファイバ３を非常に精密に位置合わせする必要がある。そのため、光部品の位置合わせに多くの時間を要する。また、位置合わせの間、半導体レーザ等の光半導体装置200を能動状態（例えば半導体レーザを発光させる）にしているため、誤操作等により半導体レーザ等の光半導体装置を劣化させたり破壊したりする問題がある。

次に図22〜図24に示すものは、半導体レーザ等の光半導体装置を能動状態にする必要が無いという利点を有する。しかし、光結合効率を一定以上（例えば最大値の80％以上）に保持させる位置ずれの許容値（この位置ずれの許容値を結合トレランスという）が図23のように先端にレンズ機能を持たせた光ファイバ３Aを用いる場合には0.5μm以下、図22のように先端が平らな光ファイバ３を用いる場合でも±1μm以下の小さなものになる。そのため、機械的に位置合わせすることは容易ではないという問題がある。特に、半導体レーザ等の光半導体装置200をボンディングする際、光ファイバ 3 をガイドする溝181と半導体レーザ等の光半導体装置200との軸ずれを所定値以下にすることが困難になるという問題がある。更に、図22の場合には半導体レーザ等の光半導体装置200と光ファイバ３ とのモード不整合が大きくなり、結合損失が大きくなる（結合損失は最小でも7dB程度になる）という問題がある。

図25の光導波路300と半導体レーザ等の光半導体装置200の光結合においては、光半導体装置200の四隅の切り欠き202を精度よく形成することが必ずしも容易ではないという問題がある。

次に図26のように、基板100に、シリコン基板など、導波路材料（具体的には石英）よりも高屈折率のものを用いる場合には、基板100への光の放射を低減させるためコア302の下側のクラッド層301を厚いものにする必要がある。例えば例示した構造（比屈折率差が0.3％〜0.75％、コアのサイズが5×５μm〜８×８μm）の場合には、前述の通り下側のクラッド層を30μm以上にしなければならない。このことは図25のような光導波路を用いる場合においても同様である。そのため、図25や図26に例示する光導波路と半導体レーザの光結合においては、両者の光軸の高さの一致が難しくなる問題がある。このことを明確にするため、次に図28に従来の半導体レーザのボンディング法の例を、次いで、図29に半導体レーザを基板上のボンディングパッドにフリップチップボンディングするときの構成とその寸法の例を示し、半導体レーザの光軸高さについて具体的に説明する。

図28は半導体レーザ200を基板100に載置する例の主要部のみを例示するものである。図28(a)は載置の一過程を示す斜視図、図28(b)は載置後の正面図である。図28(a)に例示するように、半導体レーザ200の下側表面のボンディングパッド205を形成し、形成されたボンディングパッド205上にボンディング用融材（金錫共晶合金等）203を被着させ、ボンディング用融材を挟んでボンディングパッド205を、基板上に別に形成されたボンディングパッド102に重ね、そのうえで加熱、冷却することにより、半導体レーザ200は図28(b)に示すように基板100上に接着固定される。

次に、図29は図28の方法でボンディングされようとしているシリコン基板100と半導体レーザ200の詳細な層構造を例示するものである。例えば図28(b)の中央のボンディングパッド102、ボンディングパッド205、ボンディング用融材203付近を拡大したものである。図29を用いて、各部分の具体的寸法を求める。例えば、配線パターン102Aの厚さが0.3μm、絶縁膜108の厚さが0.3μm、ボンディングパッド102の厚さが0.35μm、ボンディング用融材203の厚さが２〜６μm、ボンディングパッド205の厚さが0.5μm、絶縁膜26の厚さが0.3μm、クラッド層231の厚さが1.5μm、能動領域層（図では活性層と記載）201の厚さが0.14μmである。この場合には、基板の熱酸化膜101の表面から半導体レーザの活性層201の中心までの高さは5.32〜9.32μmになる。

このように、半導体レーザ200の光軸の高さ（5.32〜9.32μm）は光導波路のコアの中心の高さ（約33μm）に比べて極めて低いものである。このため、図25および図26の従来例においては、半導体レーザ200を基板100に直接ボンディングして光結合する場合に、半導体レーザ200の光軸と光導波路300の光軸と高さを一致させることが困難になる問題を生ずる。

ここで、図27のように半導体レーザの下にスペーサ５を置くことによって半導体レーザ200の光軸と光導波路300の光軸と高さを一致させることが考えられる。しかしこの場合には、光導波路300の光軸が高いことに起因してスペーサ５と光導波路300の加工誤差による位置ずれが大きくなる問題を生ずる。即ち、スペーサ５と光導波路300の加工誤差による位置ずれの大きさは両方の光軸の高さに比例するので、図26(b)のように光導波路300の光軸高さｔが高くなると誤差寸法が大きくなり、ずれが大きくなる問題を生ずる。具体的には、スペーサ５の加工誤差と光導波路300の加工誤差が共に±５％であれば、光軸高さが30μmの場合には各々±1.5μmの誤差を生じ、合計では最大±３μmの位置ずれを生ずる。この大きなずれのため、通常の半導体レーザとシングルモードの光導波路を結合する光結合装置において、所望の結合効率が得られない不良品が多数発生する問題がある。

以上のように図18〜図21に例示される従来例においては、レンズや先端をレンズ状に加工した光ファイバによりモード整合が行われるが、光半導体素子を能動状態にし、光出力を計測しながら精密な位置合わせをしなければならない問題があり、図22, 図23, 図24, 図25,図26, 図28に例示される従来例においては、基板上の溝による光ファイバの位置合わせやフォトリソグラフィによる光導波路の位置合わせを行い、微動装置を用いて基板と半導体レーザのマークを一致させて半導体レーザを位置合わせする方法（図22, 図23, 図24, 図26, 図28）やスタンドオフと切り欠きにより位置合わせする方法（図25）が用いられるため、位置合わせの際に光半導体素子を能動状態にする必要はなくなる。しかし、図22〜図26及び図28に例示される従来例には、光半導体素子をボンディングする際の位置ずれが大きくなりやすいため光結合効率が低下しやすい問題があり、図25及び図26に例示される従来技術には、光半導体素子と光導波路の光軸の高さを一致させることが難しい問題があり、図22, 図24, 図26, 図27に例示される従来技術には半導体レーザと光ファイバあるいは半導体レーザと光導波路のモード不整合が生じる問題があった。

従って、本発明は上記従来の光結合装置の持つ問題を解決することを課題としており、特に、光結合の際の位置合わせを簡易化しようとする場合に光半導体素子と光導波路あるいは光半導体素子と光ファイバのモードを整合させることが困難になるという問題の解決を課題とする。

上記課題を解決するための手段の構成及び動作の要旨は次の通りである。

手段１〜手段４は光導波路の両端の光ビームのスポットサイズが両端に結合される光部品に一致するような光導波路を用い、両端の光部品との結合効率の向上または結合トレランスを拡大するものである。以下に手段１〜手段４について述べる。

まず手段１は、図８(a)、図９(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するように、光結合装置に、入射端から出射端に向かって光が伝播すると、入射端と出射端でガイドされる光の強度分布が変化する光導波路を用いるものである。

例えば図９(c)に例示するように、本手段による光導波路300を半導体レーザ200と光ファイバ３の間に介在させ、半導体レーザ200と光結合する側のスポットの形状を半導体レーザ200と同じにし、光ファイバ３と光結合する側のスポットの形状を光ファイバ３と同じにすれば、高い結合効率で光結合できるようになる。

更に、本手段による光導波路により、光ファイバと対向する側の光導波路300の出射端のスポットサイズを大きくすると、光導波路300と光ファイバ３の間の結合トレランスの拡大も行われる。この光導波路300と光ファイバ３の間の結合トレランスの拡大は、例えば図９(c)に例示するように、半導体レーザ200と光導波路300を集積化実装し、導波路300と光ファイバ３を位置合わせして光結合し組立をするような光結合装置の製造に際し、ファイバの位置合わせを簡易化する効果を生ずる。

更に、図９(c)において、クラッドと副コアの屈折率差を小さくし、副コアの断面を大きなものとすれば、光ファイバ３と光結合する側の光導波路300のスポットサイズを大きなものとすることが可能になる。例えば図２のグラフ(a)は、図１のようなスラブ導波路のコアとクラッド（屈折率1.55）の比屈折率差が変化したとき、導波路にガイドされる光のスポットサイズがどのように変化するかを例示するものである。なお、コアとクラッドの比屈折率差を変化させるとコアの厚さも変化させなければならないため、図２にはコアの厚さ（グラフ(b)）も同時に示している。

図１のスラブ構造の光導波路の場合の具体的スポットサイズを例示すると、比屈折率差が0.2％、コアの厚さが7.9μmのとき約11μmのスポットサイズになる。このような光導波路に、部分的にコアを拡大した光ファイバ（例えばTechnicalDigest of The Second Optelectronics conference,3C2-2,1988 等に記載のもの。以下これを「TECファイバ」という。）を結合すると、光導波路と光ファイバの結合トレランスがより拡大されるようになる。例えばガイドされる光のスポットサイズを18μmまで拡大したTECファイバを用いると、約91％の最大結合効率と±3.6μmの結合トレランス（結合効率が最大値の80％以上の場合）が得られる。この結果、光導波路と光ファイバの光結合が容易になる。

さらに、本手段を用いると、光導波路のコアを曲げたときの損失が低減する効果を生ずる。次にこれについて説明する。光導波路のコアを曲線にすると、その曲率半径が小さくなると光が外部に放射され損失となる。この放射の起こり易さは光導波路の構造に依存する。

光導波路のコアとクラッド層のうち、コアに閉じ込められている光の割合（電界分布のうちコア内に分布しているものの積分値の全体の積分値に対する割合）を「光の閉じ込めの強さ」と定義すると、光の閉じ込めが強いほど、導波路の曲げによる損失が小さくなる。そして、本手段によるもののように、導波路のスポットサイズが変化する導波路においては、スポットサイズが小さいところでは光の閉じ込めが強くなる。よって、他の光部品と光結合をする部分と曲がりの部分とを含む光導波路において本手段を用い、相対的に曲がりの部分のスポットサイズを小さくし、他の光部品と光結合をする部分のスポットサイズを大きくするようにすると、曲がりの部分の放射損失が小さく、あるいは曲がりの部分の曲率半径が小さく（よって小型化が可能で）、且つ他の光部品との光結合が容易な光導波路が実現される。

手段２は、光結合装置に、図８、図９(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するように、相対的に高屈折率で、光軸方向に進行するにともなって途中から徐々にその断面積あるいはその外側の輪郭の形状が変化する部分を有する主コア302Aの周囲を、相対的に低屈折率の副コア302Bで取り囲む構造の複合コアを有する光導波路を用いるものである。

本手段に用いる光導波路は、例えば図８(a)に例示するように、主コア302Aを副コア302Bで取り囲んだものをコアとする光導波路で、図示したように、例えば、光導波路の右上側では主コア302Aの幅が広く途中から幅が徐々に狭くなり、やがて主コア302Aが消失するものである。図８(d)の電界分布(2)に例示するように、右側の幅が広い主コア302Aを有する部分では、主コアをコアとし副コアをクラッドとする光導波路が形成されるため光（図８(d)の(1)及び(2)は電界分布を示す）は狭い範囲に閉じ込められる。そのためスポット径が小さくなる。主コア302Aが消失すると副コア302Bのみで光を閉じ込めるようになるので、図８(d)の左側の電界分布(1)に示すように、スポット径が大きくなる。中間部においては、図８のように徐々にコアの形状を変化させることにより徐々にスポット径が変化するようになる。本手段を用いることにより、手段１に記載の光導波路が具現化される。

手段３は、図11、図12、図16(a)、図16(b)に例示するように、手段２の光導波路において、副コア302Bを、光軸方向に進行するにともなって徐々にその断面積あるいはその輪郭が変化する部分を有する構成としたものである。

図11(a)の光導波路は光導波路の右上から左下に進むに従って副コア302Bの幅が徐々に広くなる領域を含むものとなっており、図11(b)の光導波路は光導波路の右上から左下に進むに従って副コア302Bの幅が徐々に狭くなる領域を含むものとなっている。

図11(a)及び図11(b)に示す光導波路の右上の端の部分でガイドされる光の水平方向の電界分布と副コアの幅との関係を図12に示す。ここに図12(a)は光導波路の断面とそれにガイドされる電界の強度分布(1)を例示するもの、図12(b)は図12(a)における副コア302Bの幅 Ws と屈折率ｎ2が変化したときの電界強度分布(1)の幅 We（Weはスポットサイズ）の変化を例示するものである。

図12(b)に例示したように、副コアの幅を広くすると電界分布が広いものとなり、副コアの幅を狭くすると電界分布が狭くなる。よって副コアの幅を調節して電界分布の形状を調節し、光導波路に結合される他の光部品とのモード整合をすることができる。

さらに、副コアの屈折率を小さくすると電界分布が広いものとなり、副コアの屈折率を大きくすると電界分布が狭くなる。よって副コアの屈折率を調節して電界分布の形状を調節し、光導波路に結合される他の光部品とのモード整合をすることができる。このように本手段を用いることにより手段２に記載の光導波路が改良され、電界分布の調節範囲が拡大される。

次に手段４は、図10、図16(c)に例示するように、相対的に高屈折率で光軸方向に進行するにともなって途中から徐々にその断面積あるいはその形状が変化する主コア302Aを、相対的に低屈折率の副コア302Bで上下又は左右の２方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の主コアと副コアを組み合わせたものを光導波路のコアとするものである。なお、図10、図16(c)には、副コア302Bで主コア302Aを上下２方向から挟み込んだもののみが例示されているが、縦と横の関係を入れ替えると、副コアで主コアを左右２方向から挟み込んだものも同等の作用を有する光導波路となる。

図12(b)に例示したように、図12(a)の構成の光導波路においては、副コアの幅を変化させると、副コアと主コアの幅が同じになったとき最もスポットサイズが小さくなる。よって本手段による光導波路は小さなスポット径を持つ光部品とのモード整合に適するものとなる。

次に手段５は、図13に例示するように、曲線状の光導波路300の少なくとも曲がりを有する部分に、主コア302Aと副コア302Bを有する手段２〜手段４のいずれかの光導波路を用いるものである。

光は光導波路のコアのような屈折率の高い部分に閉じ込められる性質を持つので、光導波路が曲がったものであっても光導波路に沿って伝搬する。しかし、光には本来直進する性質があるので、光の閉じ込めが弱くかつ曲がりの曲率半径が小さい場合には、曲がり部分で光が光導波路から飛び出してしまう（以下これを曲がりによる光の放射という）。そして、導波路の光の閉じ込めの強さは光導波路の構造に依存し、一般的にはコアのサイズが一定の場合にはコアとクラッドとの屈折率の差が大きいほど閉じ込めが強くなる。また図８に示すような光導波路においては、主コア302Aのある部分では、主コア302Aと副コア302Bの両方で光を閉じ込めるので、主コア302Aのある部分の光の閉じ込めは主コア302Aの無い部分に比べて強いものとなる。そのため、図13に例示するように、導波路の曲がりの部分に主コア302Aと副コア302Bを形成したものとすると、曲がりの部分の光の閉じ込めが他の部分に比較して強くなる。そのため曲がり部分での放射が起こりにくくなる。その結果曲がりの曲率半径を小さくすることが可能になり、光導波路が小型になる。

次に手段６は、図14に例示するように、曲線状の光導波路の、少なくとも曲がりの部分に、相対的に断面積が大きいコア302を形成するものである。光導波路の光の閉じ込めの強さは光導波路の構造に依存し、一般的にはコアのサイズが一定の場合にはコアとクラッドとの屈折率の差が大きいほど閉じ込めが強くなり、コアとクラッドの屈折率の差が一定の場合にはコアの断面積が大きいほど閉じ込めが強くなる。

また、光導波路にガイドされる光のスポットサイズは、コアとクラッドの比屈折率差が一定である場合には、コアの断面積が小さくなるほど大きくなる。従って図14に例示するように、光導波路の端部のコア302の断面積を小さくするとスポットサイズが拡大され光ファイバ等との結合が容易になる。一方、導波路が曲がっている部分についてはコア302の断面積を大きくすると、相対的に光の閉じ込めが強くなる。そのため曲がり部分での放射が起こりにくくなる。その結果曲がりの曲率半径を小さくすることが可能になり、光導波路を小型にすることが可能になる。

次に手段７は、図８、図９(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するような手段１〜手段５のいずれかの光導波路について、当光導波路を構成する層の少なくとも１層を有機物で構成するものである。

この光導波路の場合、アンダークラッド層301Aと主コア302Aと副コア302Bとオーバークラッド層301Bに有機物を用いている。このようにすると、主コア302Aと副コア302Bを酸素プラズマでエッチングして所定の形状に加工し、再び有機物301Bを塗布するだけで容易に所望の光導波路を形成することができる。

次に手段８は、図８、図９(c)、図10、図11、図13、図15(b)、図16、図17に例示するような手段１〜13のいずれかの光導波路について、少なくとも主コア302Aに無機材料を、副コア302Bに有機材料を用いるものである。

即ち、これらの図に例示する光導波路において、主コア302Aを例えばプラズマＣＶＤで形成したシリコン酸化膜やシリコン窒化膜にすると非常に薄いコアを形成することが可能になる。更に屈折率を1.6〜1.9の範囲で制御することも可能になる。

例えば主コア302Aと副コア302Bにポリイミド等を用いる場合には、ポリイミドの屈折率は1.5〜1.6の範囲であるため、主コア302Aと副コア302Bの比屈折率差は約3.2%以下になる。比屈折率差が小さい場合には、コアが薄くなると閉じ込めが弱くなる。そのためコアサイズを小さくしてもスポットサイズが小さくならない。これに対し、副コア302Bにポリイミドを用い、主コア302Aにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いると、比屈折率差を最大20%程度まで大きくすることができる。その結果比較的モードサイズが小さい光導波路を形成することが可能になる。

図３はクラッド層301と副コア302Bの比屈折率を0.5%、副コアの厚さを 5μm、主コア302Aの屈折率を1.6〜1.9の間で変化させたときのスポットサイズを例示するものである。図３のグラフのうち曲線(a)は主コアの厚さが 0.2μm の場合、曲線(b)は主コアの厚さが 0.5μm の場合である。

このように主コアに無機材料を用い、主コアを高屈折率で薄いものにすることにより小さなモードサイズの光導波路を形成でき、光導波路と半導体レーザのモード整合が容易になる。例えば、光導波路のスポットサイズを図３の線Ａで取り囲んだ範囲に選ぶと、半導体レーザと光結合したときのモード不整合による結合損失を非常に小さなものとすることができる。

次に手段９は、図６、図７、図15、図16に例示するように、手段７または手段８のいずれかによる光導波路について、当光導波路を有機物の層と有機物の層の間に無機物の薄膜311を有する構造とするものである。

図６、図７、図15、図16の例ではコア302とアンダークラッド層301Aの間に無機材料よりなる薄膜311を有する。コア302に有機物を用いた場合には、プラズマエッチングによってコアを加工するが、図６、図７、図15、図16に例示するようにコア302とアンダークラッド層301Aの間に無機材料の薄膜311を形成すると、酸素プラズマエッチングでコア302を矩形に加工するとき、薄膜311でエッチングを停止させることができる。その結果、コアの加工の際のエッチング工程の管理が容易になり、エッチングが確実なものとなる効果を生ずる。

以上説明した如く本発明によれば、光導波路のコアを、主コアと主コアより低屈折率の副コアを、主コアを中心に副コアをその周囲を取り巻く構造で且つ光の進行方向に沿って主コアの断面積を徐々に小さくなるように形成することによって、あるいは、光導波路のコアの断面積を光の伝播方向に変化させることによって、コアを伝播する光のスポット径を変化させることができ、主コアの断面積が大きい側に半導体レーザを、小さい側に光ファイバを接続した場合、高い結合度にて半導体レーザと光ファイバを光結合させることができ、また、光導波路を小さい曲率半径で曲げることができて光結合装置を小型化できる効果がある。

以降、図面を併用して本発明の詳細について説明する。

図８、図10、及び図11は、光が光導波路を伝搬するにつれて、場所により光のスポットサイズあるいは閉じ込めの強さが変化する単体の光導波路の実施例を示すものである。

図８は伝搬するに伴い光スポットサイズが変化する光導波路の例１を示し、相対的に高い屈折率の主コア302Aを相対的に屈折率が低い副コア302Bで取り囲んだ構造のコア302を有する光導波路300を例示するものである。図８(a)はその斜視図を、図８(b)は図８(a)の上側から見た平面図を、図８(c)は図８(b)の線X1-X1'上およびX2-X2'上の屈折率分布を、図８(d)は右下方向から見た側面図断面を、図８(e)は図８(d)の線Y1-Y1'上及びY2-Y2'上の屈折率分布を示す。なお図８(d)は光軸中心に沿って切断したときの側面断面図、図８(c)の点線はX1-X1'上の屈折率分布、図８(c)の実線はX2-X2'上の屈折率分布、図８(e)の点線はY1-Y1'上の屈折率分布、図８(e)の実線はY2-Y2'上の屈折率分布、図８(d)の線(1)と(2)は導波路にガイドされる光の電界分布である。

本実施例の光導波路300は、一方の端には主コア302Aを有し、そこから光軸に沿って進むに従って、一定の区間では一定の幅の主コア302Aを有し、次いで主コア302Aの幅が徐々に狭くなり、次いで主コア302Aが消失する。具体的構成は、クラッド層301の屈折率が1.55、クラッド層301と副コア302Bの比屈折率差が0.5％、主コア302Aの屈折率が1.6、副コア302Bの断面の外形寸法が６μm×６μm、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが0.8μm、幅が3μmである。また、クラッド層301、副コア302Bおよび主コア302Aはいずれもポリイミドである。

このような構成の光導波路300は、図８(d)の(1)、(2)に示すように、主コア302Aがある部分では主コア302Aをコアとし、副コア302Bをクラッドとするような導波路が形成される。そのため、主コア302Aが存在する側では相対的にスポットサイズが小さくなり、主コア302Aが存在しない側では相対的にスポットサイズが大きくなる。

具体的には、主コア302Aを有する側の導波路にガイドされる光のスポットサイズは約3.1μm（縦）×5.5μm（横）であり、主コア302Aがない側の導波路のスポットサイズの径は約6.7μmである。

本実施例による光導波路300の主コア302Aを有する側のスポット径は、図４の実施例に用いた半導体レーザ200のスポットサイズとほぼ等しい。具体的には、図４の実施例に用いた半導体レーザ200のスポットサイズは3μm×6.8μmである。そのため、例えば図４の実施例の光導波路300に本実施例による光導波路300を用い、主コア302Aを有する側と半導体レーザ200を対向させると、高い結合効率が得られる。

さらに、主コア302Aがない側の光導波路と光ファイバとは、比較的高い効率で結合する。そのため、例えば図４、図５等に例示する光結合装置の光導波路に本実施例の光導波路を用いると、半導体レーザと光導波路の両方に高効率で結合する光結合装置が実現される。

以下に、具体的に、図９のような結合系の場合の結合効率を例示する。図９(a)は半導体レーザ200に光ファイバ 3 を直接結合する場合、図９(b)は半導体レーザ200と光ファイバ３ を主コア302Aを有しない光導波路300を介して結合する場合、図９(c)は半導体レーザ200と光ファイバ３を本実施例（図８の実施例）の光導波路を介して結合する場合である。

以上記載の実施例について、半導体レーザ200の接合に垂直な方向のみに着目して半導体レーザ200と光ファイバ３の最大の光結合効率を求めると、図９(a)の場合が約67％、図９(b)の場合が約77％、図９(c)の場合が約95％になる。このように本実施例を用いると、比較的容易に、高結合効率の光結合装置を実現することができる。

以上、クラッド層301、副コア302Bおよび主コア302Aがポリイミドである光導波路について説明したが、これらは無機材料であってもよいし、有機材料の層と無機材料の層が混在するものであってもよい。

そこで次に、例えば、クラッド層301と副コア302Bにポリイミドを用い、主コア302Aにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いる場合の実施例について説明する。

このような実施例の光導波路は、図８と同じ構成とし、例えばプラズマＣＶＤでシリコン窒化膜を形成し、これを主コア302Aとすればよい。具体的な構成は、クラッド層301の屈折率が 1.55 、クラッド層301と副コア302Bの比屈折率差が0.5％、主コア302Aの屈折率が 1.7、副コア302Bの断面の外形寸法が 6μm×6μm、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが 0.19μm、幅が 4.55μmである。

このような光導波路の主コア302Aを有する側のスポットサイズは 3μm×5.7μmである。例えば図４の実施例の光導波路300にこのような光導波路を用い、この光導波路の主コア302Aを有する側を半導体レーザ200に対向させると、垂直方向のみについては99％の効率で光結合する。このように本実施例を用いると、垂直方向のスポットサイズを半導体レーザに一致させ、結合効率を向上させることが容易になる。その結果結合効率が向上する。

次に、本実施例により光導波路にガイドされる光のスポットサイズを大きく変化させる例を、図３を用いて説明する。図３はクラッド層301と副コア302Bの比屈折率を0.5%、副コア302Bの厚さを 5μm、主コア302Aの屈折率を1.6〜1.9の間で変化させたときのスポットサイズを例示するものである。図３のグラフのうち曲線(a)は主コア302Aの厚さが0.2μmの場合、曲線(b)は主コア302Aの厚さが0.5μmの場合である。

図３によれば、主コア302Aの屈折率と厚さを変化させてスポットサイズを約 1μm〜7μmの間で変化させることが可能になることがわかる。さらに、本実施例において副コア302Bの屈折率及び断面のサイズを変化させると、主コア302Aがない側にガイドされる光のスポットサイズを変化させることも可能になる。

例えば図２のグラフ(a)は、図４のようなスラブ導波路のコア302とクラッド層301（屈折率1.55）の比屈折率差が変化したとき、光導波路にガイドされる光のスポットサイズがどのように変化するかを例示するものである。なお、コア302とクラッド層301の比屈折率差を変化させるとコア302の厚さも変化させなければならないため、図２にはコア302の厚さ（グラフ(b)）も同時に示している。

図２によれば、副コア302Bの屈折率と厚さを変化させてスポットサイズを約 5μm〜12μmの間で変化させることが可能になることがわかる。光導波路にガイドされる光のスポットサイズを拡大すると、光導波路と光ファイバの結合効率が向上し、さらに結合トレランスが拡大される。

このように、本実施例を用い、主コア302Aおよび副コア302Bのサイズと屈折率を変化させることにより、ガイドされる光のスポットサイズを広い範囲にわたって変化させることが可能な光導波路が実現される。その結果、高い結合効率と大きな結合トレランスを有する光結合構造を形成することが可能になる。

図10と図11は伝搬するに伴い光のスポットサイズが変化する光導波路の例２、例３及び例４であって、光軸方向に進むに従って副コア302Bの断面形状が変化する光導波路の実施例を示すものである。ここに、図10は、図８の実施例において、主コア302Aがある側の副コア302Bの幅を主コア302Aと同じにしたものである（図８の場合には主コア302Aに比べて副コア302Bのほうが幅は広い）。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径がより小さくなる。そのため本実施例を用いると、例えば、横方向のスポット径がより小さい半導体レーザとの結合効率が向上する。

図11(a)は、主コア302Aが存在する側の副コア302Bの幅を、主コア302Aの幅よりも広く且つ反対側の端の副コア302Bの幅よりも狭くしたものである（図８の場合には副コア302Bの幅が一定である）。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径が図８の実施例の場合と図10の実施例の場合の中間になる。

図11(b)は、主コア302Aが存在する側の副コア302Bの幅が、相対的に広くなるようにしたものである（図８の場合には副コア302Bの幅が一定である）。このようにすると、後に説明するように、光導波路の主コア302Aを有する側の横方向のスポット径が相対的に大きくなるので、横方向のスポット径が相対的に大きい半導体レーザとの結合効率を向上させることができる。

図12は、図10及び図11の実施例の効果を定性的に説明するためのものである。ここに図12(a)は光導波路の断面図である。クラッド層301の屈折率をn1、副コア302Bの屈折率をn2、主コア302Aの屈折率をn3で示す。また、主コア302Aの幅をWm、副コア302Bの幅と主コア302Aの幅の差をWsで示している。さらに(1)は、この導波路にガイドされる光の電界強度分布を示しており、そのスポットサイズをWeで示す。

図12(b)は図12(a)のWsと副コア302Bの屈折率n2が変化した場合のWeの変化を定性的に示すものである。Wsを横軸にとり、n2をα、β、γにしたときのWeの変化を示している。

図12(b)に図示したように、Wsが大きくなるとスポットサイズWeが大きくなる。またn2が大きくなるとスポットサイズが大きくなる。なおWsが一定値より小さくなると逆の変化をするようになる。具体的には図８の実施例の光導波路（主コア302Aを、屈折率1.7、厚さ0.19μmのシリコン窒化膜で構成するもの）において、例えばWsを10μmにすると、横方向のスポット径は6.3μmになる（Wsが0.7μmの場合のスポット径は5.7μm）。さらに、Wsを十分広くし（例えば20μm）、Wmを1.5μmまで狭くすると、横方向のスポット径は7.2μmになる。

図８の実施例のうち、主コア302Aを、屈折率1.6、厚さ0.8μmのポリイミドで構成するものの場合には、Wmを1.6μm、Wsを10μmにすると、横方向のスポット径は6.5μmになる。このように、WsとWmを調節すると、広い範囲にわたってスポットサイズを調節することができる。光導波路のスポットサイズを調節し、半導体レーザに一致させることにより高い結合効率を持った光結合装置を実現することができる。

図13は主コア及び副コアを用いた曲がり導波路を有する単体の光導波路であって、図８の実施例による光導波路を曲がりを有する導波路に適用する例を示したものである。図13(a)は、光導波路を、曲がりの部分およびその前後に主コア302Aを有する構成としたものである。図13(b)は、光導波路を、曲がりの部分から片方の端部にかけて主コア302Aを有する構成としたものである。

本実施例による導波路は、曲がりの部分において光が強く閉じ込められるので、曲がりの曲率を比較的小さくした場合でも損失が小さいものとなる。さらに図13(b)の場合には、主コア302Aのある側にガイドされる光のスポットサイズが小さいものとなり、半導体レーザ等との結合効率が向上する効果が得られる。

図14はコアの幅を変化させた曲がり導波路を有する光導波路であって、図14において、光導波路を、曲がりの部分およびその前後で幅が広くなる構成のコア302の周囲をクラッド層301で取り囲む構成としたものである。ここに図14(a)は本実施例による光導波路の斜視図、図14(b)は図14(a)を上側から見た平面図である。

本実施例による導波路は、曲がりの部分において光が強く閉じ込められるので、曲がりの曲率を比較的小さくした場合でも損失が小さいものとなる。

図15および図16は、光導波路300を、ポリイミドによるクラッド層301Aの上側にプラズマＣＶＤで形成したシリコン窒化膜311を配置し、その上にコア302とオーバークラッド層301Bを配置した構成としたものである。シリコン窒化膜311の厚さは200nm以下である。

図15(a)は単一の構成のコア302を有する例１にて、図15(b)および図16(a) 〜図16(c)は、コア302を主コア302Aと副コア302Bの複合体で構成する例２、例３、例４及び例５である。それぞれ図８、図11(a)、図11(b)、図10に対応する導波路のクラッド301とコア302の間にプラズマＣＶＤで形成したシリコン窒化膜311を配置したものである。本実施例では、コア302となるべき層を形成した後にその上にマスクを形成し、次いで酸素プラズマでエッチングして矩形のコア302を形成する。本実施例を用いると、酸素プラズマエッチングによりコア302を矩形に加工する際、シリコン窒化膜311がエッチングストップ層になり、加工が容易になる。

図17は、図５の実施例において、金属製のリング304の下側に相当する部分および半導体レーザ200に対向する端部を、主コア302Aと副コア302Bの複合体で構成されるコア302を有する導波路にしたものである。具体的には、本導波路は、クラッド層301の屈折率が1.55、副コア302Bの屈折率が1.558、主コア302Aの屈折率が1.6、副コア302Bの断面の外形寸法が 6μm×6μm、さらに、主コア302Aを含む側の端において、主コア302Aの厚さが 1μm、主コア302Aの幅が 3μm、アンダークラッド層301Aとオーバークラッド層301Bの厚さが20μmである。このようにすることにより、金属製のリング304が存在することによる損失を低減することができる。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基板上に、互いに対向して載置された少なくとも一つの光導波路と少なくとも一つの光部品とを有し、該光導波路をいずれかの方向に伝播する光ビームの光軸に垂直な断面の光分布の広がりが、該光部品に対向する端面側では小さく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って大きくなるか、又は該光部品に対向する端面側では大きく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って小さくなる機能を有することを特徴とする光結合装置。
（付記２） 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであることを特徴とする付記１に記載の光結合装置。
（付記３） 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアを、該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで上下又は左右の２方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲を該クラッド層で取り囲んだ構造を有することを特徴とする付記１に記載の光結合装置。
（付記４） 光軸方向に進むに従い前記副コアの断面積又は断面の形状が変化する部分を有することを特徴とする付記２もしくは付記３に記載の光結合装置。
（付記５） 基板上に、少なくとも一カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる２つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と該光導波路直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の曲がり部分が、相対的に高屈折率の主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するもので、且つ該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであり、且つ該光導波路の少なくとも一つの直線部の一部に、主コアを含まない構成の光導波路部を有していることを特徴とする光結合装置。
（付記６） 基板上に、相対的に高屈折率のコアを相対的に低屈折率のクラッド層で取り囲んだ構造で且つ少なくとも１カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる２つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と、該光導波路の直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の直線部のうちの曲がり部から離れた領域のコアの断面積が曲がり部よりも相対的に小さくなっていることを特徴とする光結合装置。
（付記７） 前記光導波路のクラッド層、副コア層、主コア層の少なくとも１層を有機物の層とすることを特徴とする付記２乃至付記５のいずれかに記載の光結合装置。
（付記８） 前記光導波路の主コア層に無機材料を副コア層に有機材料を使用することを特徴とする付記２乃至付記５のいずれかに記載の光結合装置。
（付記９） 互いに接している有機物材料の層間に、更に無機材料の薄膜を追加して積層したことを特徴とする付記７、付記８のいずれかに記載の光結合装置。

バッファ層を有する３層スラブ構造の光導波路の断面図と屈折率分布図 図１の光導波路にガイドされる光のスポットサイズとコアの厚さを示す図 図８の光導波路にガイドされる光のスポットサイズを示す図 実施例による光結合装置を示す図 図４の光結合装置を示す図 半導体レーザと光導波路の高さ方向の光軸合わせを容易にした光結合装置を示す図 半導体レーザと光導波路（それぞれ単体）の高さ方向の光軸合わせを容易にした光結合装置を示す図 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図 半導体レーザの出力を直接光ファイバに導入する場合と光導波路を介して導入する場合とその光導波路が光スポットサイズを変化させる場合の光結合説明図 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図 伝搬するに伴い、光のスポットサイズが変化する単体の光導波路を示す図 図10及び図11における光スポットサイズの変化を示す図 主コアと副コアを有する単体の曲がり導波路を含む光導波路を示す図 コアの幅を変化させた曲がり導波路を含む光導波路を示す図 ポリイミドによるクラッド層の上にシリコン窒化膜を配置し、更にその上にコアを形成した光導波路を示す図 ポリイミドによるクラッド層の上にシリコン窒化膜を配置し、更にその上にコアを形成した光導波路を示す図 図５の実施例の光導波路に複合コアを適用した実施例を示す図 半導体レーザと光ファイバをレンズを用いて光結合させた従来の光結合装置を示す図 気密封止をした光半導体レーザと光ファイバをレンズを用いて光結合させた従来の光結合装置を示す図 半導体レーザと先端をレンズ状に加工した光ファイバを結合させた従来の光結合装置を示す図 図20の半導体レーザを気密封止した従来の光結合装置を示す図 半導体レーザと光ファイバの位置合わせを簡易化する構造を有する従来の光結合装置を示す図 図22の光ファイバにテーパ先球ファイバを用いて結合効率の向上を図った従来の光結合装置を示す図 図22あるいは図23の半導体レーザを気密封止した従来の光結合装置を示す図 マルチモード光導波路を適用した従来の光結合装置を示す図 シングルモード光導波路を適用した従来の光結合装置を示す図 半導体レーザの光軸を持ち上げて半導体レーザとシングルモード光導波路を結合させた従来の光結合装置を示す図 微動装置を用い、マークを利用して半導体レーザを基板に実装することを示す実装説明図を示す図 半導体レーザをクリップチップボンディングするときの半導体レーザ及び基板の従来の構成図とその寸法図

符号の説明

１、１A、１B、１C：光結合装置、
２：フォトダイオード、
３、３A：光ファイバ、
５：スペーサ、
31：フェルール、
32：ファイバ結合部、
41、42：レンズ、
100、180：基板、
101：熱酸化膜、
102、205：ボンディングパッド、
102A、103：配線パターン、
106：基板に形成した窪み、
107：位置合わせのための印、
108：絶縁膜、
181：ファイバをガイドするための溝、
200：半導体レーザ等の光半導体装置、
200X、300X：アレイ状の光部品、
201：能動領域、
202：切り欠き、
203：ボンディングのための接着用部材、
204：位置合わせのための印、
231：クラッド層、
300：光導波路、
301：光導波路のクラッド層、
301A：アンダークラッド層、
301B：オーバークラッド層、
302：光導波路のコア、
302A：主コア、
302B：副コア、
303：孔、
304：リング状の金属部材、
311：無機物の薄膜、
400：気密封止をするための蓋、
500：電気配線部材、
501、503、504：リング状の部材、
502：電気配線パターン、
600：光半導体素子を気密封止するための入れ物、
601：基体、
603：サブマウント、
606：スペーサ、
607：封止用窓、
610：ブロック、
611：半田、
700：光半導体素子を気密封止するための基体、
702：突起枠、
703：突起704を切り欠いた部分、
704：突起、
705：接着剤。

Claims (5)

1. 基板上に、互いに対向して載置された少なくとも一つの光導波路と少なくとも一つの光部品とを有し、該光導波路をいずれかの方向に伝播する光ビームの光軸に垂直な断面の光分布の広がりが、該光部品に対向する端面側では小さく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って大きくなるか、又は該光部品に対向する端面側では大きく、該端面側とは反対側の端面に近づくに従って小さくなる機能を有することを特徴とする光結合装置。
2. 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであることを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
3. 前記光導波路が、少なくともその一部に、相対的に高屈折率で且つ光軸方向に進むに従い該光導波路の断面積又は断面の形状が変化する部分を有する主コアを、該主コアより低屈折率で且つ該光導波路のクラッド層より高屈折率の副コアで上下又は左右の２方向からサンドイッチ状に挟み込んだ構造の複合コアを有するものであり、更に該複合コアの周囲を該クラッド層で取り囲んだ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光結合装置。
4. 基板上に、少なくとも一カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる２つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と該光導波路直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の曲がり部分が、相対的に高屈折率の主コアの周囲を該主コアより低屈折率で且つクラッド層より高屈折率の副コアで取り囲んだ複合コアを有するもので、且つ該複合コアの周囲が該クラッド層で取り囲まれたものであり、且つ該光導波路の少なくとも一つの直線部の一部に、主コアを含まない構成の光導波路部を有していることを特徴とする光結合装置。
5. 基板上に、相対的に高屈折率のコアを相対的に低屈折率のクラッド層で取り囲んだ構造で且つ少なくとも１カ所の曲がり部と該曲がり部の両端から伸びる２つの直線部とを具備した第一の光部品である光導波路と、該光導波路の直線部の一端に対向して載置された第二の光部品とを有し、少なくとも該光導波路の直線部のうちの曲がり部から離れた領域のコアの断面積が曲がり部よりも相対的に小さくなっていることを特徴とする光結合装置。
   
   

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