JP4112287B2 - 光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールに関し、より詳しくは、ネットワーク網のクロスポイントに配置する光信号の交換機（切換え装置、光クロスコネクト装置）に用いられる、光伝播系、結像系や光偏向系などの光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信における伝送帯域は、近年拡大の一途を辿り、波長多重化技術の進展と相まって、高速化、大容量化が進んでいる。基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網を構築するためには、光信号の行先を切り換える装置が必要である。
【０００３】
その切換え装置として、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信号の状態で接続を切り換え、その後に再び光信号に変換する形態の光クロスコネクト装置が主流であった。電気信号の切り換えには、電子スイッチで構成したクロスバスイッチなどの電気スイッチが用いられていた。しかし、データ通信速度が１０Ｇｂ／ｓを越えると、電気スイッチでの切り換えが難しくなってきた。
【０００４】
電気スイッチの代わりに、光伝播パスを直接切り換える光スイッチを用い、光／電気の変換を不要とすることによって、光信号の速度（周波数）に依存しない光信号の切り換えが可能となるため、光スイッチを備えた光クロスコネクト装置が開発されるようになってきている。
【０００５】
２×２スイッチをベースにしたマトリクススイッチは、ポート数が増大すると損失の絶対値、及びポート間のばらつきが問題となるため、パス間の光損失が小さいアナログ光偏向型スイッチが好ましい。具体的には、マイクロミラーの偏向による光ビーム切換え方式のスイッチが使える。ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）技術で微小ミラーを三次元的に集積したスイッチがある。
【０００６】
しかし、ＭＥＭＳ技術の光スイッチは、３２×３２規模でもサイズが大きく、光入出力ポート（ファイバコネクタ）を含めてのモジュールサイズは数十ｃｍ角となる。
【０００７】
一方、二次元基板上に形成されたｍ×ｎ光スイッチを複数個配列し、二次元の光入出力ポート配置をもつ光スイッチ群を構成することによって、モジュールサイズの大幅な小規模化が可能である。
【０００８】
よって、光クロスコネクトスイッチとしては、二次元基板上に光スイッチ群を構成する方法が有望である。
【０００９】
二次元基板上に光スイッチ群を構成する光スイッチモジュールは、チャネル導波路、二次元レンズや光偏向素子など光部品で構成される。各光部品は、石英基板上にアンダクラッド層と、コア層と、オーバクラッド層とを積層し、コア層を所望の形状にパターニングしてなる。コア層は主たる光導波路となるスラブ型導波路を構成し、平面内で光を伝播させる。
【００１０】
基板上に光部品を配置する場合、光導波路内を伝播する光を光部品間で光結合する必要がある。このため、各光部品の結合部は、空気層を挟んで各光部品のコア層が対向している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光部品の結合部のうち二次元レンズを有する結合部では、光導波路内を伝播する光を二次元的にコリメートし、スラブ型導波路に光結合する必要があるが、高効率に結合するのが難しいという問題がある。
【００１２】
この状況を詳しく説明すると、従来の二次元レンズで光結合する場合は、その結合部である二次元レンズとスラブ型導波路の間（対向部）に空気層が介在するため、出射光は面内方向には集光するが、面外方向には発散するため、結合効率が低下する。また、二次元レンズの端面を界面とする界面両側部の屈折率差も大きくなるため、反射による損失も大きい。
【００１３】
これを解決するため、本願と同じ出願人の先願（特願２００１−３３２１６９号）に、大気よりも屈折率が高い樹脂をその対向部に埋め込む例が記載されている。それによれば、パターニングにより充填用の樹脂膜を最初に形成し、その上からコア層となる樹脂膜を形成した後にコア層となる樹脂膜を研磨して、表面を平坦化するとともに充填用の樹脂膜を挟むようにコア層を形成している。しかしながら、この作成方法では、工程が複雑になるとともに、研磨量の制御が必要となる。
【００１４】
本発明は、上記従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、製造工程の簡略化を図るとともに、光結合部での結合効率を向上させ、光結合部の光部品の界面での反射による損失を低減することが可能な光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の光部品の結合構造体は、アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第１の光導波路と、アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第２の光導波路とが、ともに前記オーバクラッド層から前記アンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置されており、前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の前記端面がエッチングにより形成されてなり、かつ前記エッチングにより形成された端面が該端面に露出するコア層の屈折率と等しい屈折率の被覆媒体により覆われていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の光部品の結合構造体によれば、第１の光導波路と第２の光導波路の端面のうちエッチングにより形成された端面が、その端面に露出するコア層の屈折率と等しい屈折率の被覆媒体により覆われている。
【００２８】
被覆媒体の屈折率は、第１の光導波路と第２の光導波路の端面のうちエッチングにより形成された端面に露出するコア層の屈折率と等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、エッチングにより第１又は第２の光導波路の対向部の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【００２９】
本願の請求項２に記載の光部品の結合構造体は、前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凸状の二次元レンズであり、前記対向部の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも低い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする。
【００３０】
本願の光部品の結合構造体によれば、被覆媒体により滑らかな端面になった凸状の二次元レンズに隣接する領域に第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも低い屈折率の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【００３１】
本願の請求項３に記載の光部品の結合構造体は、前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凹状の二次元レンズであり、前記対向部の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも高い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の光部品の結合構造体によれば、被覆媒体により滑らかな端面になった凹状の二次元レンズに隣接する領域に第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも高い屈折率の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【００３３】
本願の請求項４に記載の光スイッチモジュールは、複数の光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより前記各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子、及び前記集光部はそれぞれ光導波路を有し、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に請求項２又は３の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする。
【００３４】
本発明の光スイッチモジュールによれば、請求項５乃至７の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えているので、光結合部での光の伝播損失を低減することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１は光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図である。この光信号切換え装置は、４０Ｇｂ／ｓで６４波長分の光信号が多重化されたＷＤＭ信号を６４系統入力して、これらの光信号の伝送先を切換えるものである。
【００３７】
この光信号切換え装置は、垂直方向に並んだ６４個のＡＷＧ光分波器１０１と、３段構成の光スイッチモジュール群１００と、６４個の光合波器１０３と、６４個の光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）１０４とにより構成される。光スイッチモジュール群１００は、６４個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１０２を基板に垂直な方向に配列させて１組の光スイッチモジュール群とし、第２段目の光スイッチモジュール群を第１段目及び第３段目の光スイッチモジュール群に対し９０°回転させた状態で配置している。
【００３８】
また、光分波器１０１と第１段目の各光スイッチモジュール群との間、第１段目の光スイッチモジュール群と第２段目の光スイッチモジュール群との間、第２段目の光スイッチモジュール群と第３段目の光スイッチモジュール群との間、第３段目の光スイッチモジュール群と光合波器１０３との間は、それぞれ光コネクタ１０５，１０６により接続されている。光コネクタ１０５、１０６は、基板と、この基板の厚さ方向に光を通す多数の微小なレンズとにより構成されている。
【００３９】
これらの光コネクタ１０５，１０６のレンズは、前段の光デバイスから出力された光を集光し、後段の光デバイスに伝達するものであり、伝達損失の低減に役立つ。
【００４０】
この光信号切換え装置では、多重化された光信号を光分波器１０１で個々の光信号に分離する。そして、光スイッチモジュール群１００により、各光信号の伝播先を切換える。ここでは、６４×６４チャネルの光スイッチモジュール１０２を６４個づつ組み合わせて３組の光スイッチモジュール群を構成し、これらの３組の光スイッチモジュール群を９０°づつ回転させて３段構成（カスケード接続）としているので、任意の入力ポートに入力された光信号を、４０９６個の出力ポートのうちの任意のポートに出力することができる。光信号切換え装置で伝達先を切換えられた光信号は、行き先毎に光合波器１０３で多重化され、光増幅器１０４で増幅されて出力される。
【００４１】
図１に示した光信号切換え装置では、第１、第２及び第３の光スイッチモジュール群を、いずれも６４×６４チャネルの光スイッチモジュール１０２を６４個づつ配列させて構成している。しかし、第１及び第３の光スイッチモジュール群を、１２８個の光スイッチモジュール１０２を幅方向に２列、高さ方向に６４列並べて構成し、第２の光スイッチモジュール群を、第１及び第３の光スイッチモジュール群の光スイッチモジュール１０２に対し９０°回転させた方向に配列させた１２８個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１０２で構成してもよい。
【００４２】
なお、上述した実施の形態では、各プリズムペアの制御電極に印加する電圧を変化させて光信号の偏向角を制御する場合について説明したが、制御電圧を一定とし、制御電圧を印加するプリズムペアの数を変化させて光信号の偏向角を制御するようにしてもよい。
【００４３】
図２は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュール１０２の構成を示す模式図である。
【００４４】
この光スイッチモジュール１０２は、入射側光導波路部２０１、コリメート部２０２、入射側光偏向素子部（第１の光偏向素子）２０３、共通光導波路２０４、出射側光偏向素子部（第２の光偏向素子）２０５、集光部２０６及び出射側光導波路部２０７により構成されている。これらの入射側光導波路部２０１、コリメート部２０２、入射側光偏向素子部２０３、共通光導波路２０４、出射側光偏向素子部２０５、集光部２０６及び出射側光導波路部２０７は、基板上に形成されている。そして、コリメート部２０２と集光部２０６のうち少なくとも何れか一に光部品の結合構造体を備えている。
【００４５】
入射側光導波路部２０１は、主たる光導波路である複数本のコア層２０１ｂと、これらのコア層２０１ｂを被覆して屈折率の差により光をコア層２０１ｂ内に閉じ込めるクラッド層とにより構成されている。出射側光導波路部２０７も、これと同様に、主たる光導波路である複数本のコア層２０７ｂと、これらのコア層２０７ｂを被覆して屈折率の差により光をコア層２０７ｂ内に閉じ込めるクラッド層とにより構成されている。
【００４６】
本実施の形態では、入射側光導波路部２０１の光導波路（コア層）２０１ｂの数と、出射側光導波路部２０７の光導波路（コア層）２０７ｂの数が同じであるとする。以下、光導波路２０１ｂの数（＝光導波路２０７ｂの数）をｎ（ｎは２以上の整数）とする。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、入射側光導波路の数と出射側光導波路の数とが異なっていてもよい。
【００４７】
コリメート部２０２はｎ個のコリメートレンズ（コア層）２０２ｂにより構成されている。各コリメートレンズ２０２ｂは、それぞれ光導波路２０１ｂの端部から若干離れた位置に配置されている。光導波路２０１ｂから出射された光は放射状に広がるが、コリメートレンズ２０２ｂによって平行光となる。
【００４８】
入射側光偏向素子部２０３には、光信号を伝播させる光導波路を備えたｎ個の光偏向素子２０３ｐが設けられている。各光偏向素子２０３ｐはそれぞれコリメートレンズ２０２ｂからその光軸方向に若干離れた位置に配置されている。光偏向素子２０３ｐは、ポッケルス効果（電気光学効果）を利用して光信号の伝播方向を偏向する。
【００４９】
共通光導波路２０４は、スラブ（slab）型導波路を備えている。この共通光導波路２０４は、入射側光偏向素子部２０３を通過した光を出射側光偏向素子部２０５に伝達する。スラブ（slab）型導波路には複数の光信号が同時に通るが、これらの光信号はスラブ（slab）型導波路内を決められた方向に直進するので、他の光信号と干渉することなく伝達される。
【００５０】
出射側光偏向素子部２０５には、光信号を伝播させる光導波路を備えたｎ個の光偏向素子２０５ｐが設けられている。これらの光偏向素子２０５ｐは、共通光導波路２０４を通って光偏向素子２０５ｐに到達した光を、光導波路に平行な方向に偏向する。光偏向素子２０５ｐは入射側光偏向素子部２０３の光偏向素子２０３ｐと基本的に同じ構造を有している。
【００５１】
集光部２０６は、コア層をパターニングして形成したｎ個の集光レンズ２０６ｂを備えている。これらの集光レンズ２０６ｂは、光偏向素子２０５ｐを通過した光を集光して出射側光導波路部２０７の光導波路（コア層）２０７ｂに導くという働きがある。
【００５２】
出射側光導波路部２０７は、入射側光導波路部２０１と関連して一部説明したが、そのほかに、入射側光導波路部２０１の光導波路２０１ｂとコリメートレンズ２０２ｂの配置と類似して、集光レンズ２０６ｂは出射側光導波路部２０７の光導波路２０７ｂの端部から少し離れた位置に配置されている。そして、集光レンズ２０６ｂによって、平行な光が光導波路２０７ｂに集光される。
【００５３】
次に、図３を参照して、光伝播系、結像系や光偏向系などの各光部品の結合構造体について説明する。
【００５４】
図３（ａ）は第１の実施の形態である凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）は第１の実施の形態である光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２の結合部を示す斜視図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）、（ｂ）の結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【００５５】
ここでは、光が左から右へ伝播する場合を説明しているが、逆に伝播する場合も成立する。従って、光導波路６０２、６１１は、例えば、入射側光偏向素子部２０３及び出射側光偏向素子部２０５を構成するものである。或いは、入射側光偏向素子部２０３及び出射側光偏向素子部２０５を省略して直に二次元レンズ２０２、２０６と結合された共通光導波路２０４を構成するものである場合もある。
【００５６】
図３（ａ）における、凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２の結合部の特徴は以下の通りである。屈折率ｎu1（ｎuj）のアンダクラッド層６０１ａと、屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)）のコア層６０１ｂと、屈折率ｎo1（ｎoj）のオーバクラッド層６０１ｃとが積層された第１の光導波路６０１と、屈折率ｎu2（ｎuk）のアンダクラッド層６０２ａと、屈折率ｎ１（ｎc2(ｎck)）のコア層６０２ｂと、屈折率ｎo2（ｎok）のオーバクラッド層６０２ｃとが積層された第２の光導波路６０２とが端面を対向させて配置されてなり、オーバクラッド層からアンダクラッド層までを連続してエッチングすることにより端面が形成され、かつ第１の光導波路６０１の端面が凸状の二次元レンズとなっている。対向する端面の間に屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k))）を有する充填媒体６０３が充填され、光が第１の光導波路６０１から充填媒体６０３を通って第２の光導波路６０２に伝播する。充填媒体６０３の屈折率ｎ２は、光がこの結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択されている。
【００５７】
反射損失と結合損失を低減する観点からは、屈折率ｎ２は、屈折率ｎ１よりも高い値も、低い値も採用可能であるが、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凸状の二次元レンズ６０１により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２の値は、屈折率ｎ１よりも低く設定される。これにより、図３（ａ）に示すように、伝播光の上下の広がりが抑制され、損失の低減に寄与する。
【００５８】
図３（ｂ）に示す、光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２の結合部についても、二次元レンズ６１２の平面形状を除き、図３（ａ）と同じような構造を有する。
【００５９】
即ち、屈折率ｎu1（ｎuj）のアンダクラッド層６１１ａと、屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)）のコア層６１１ｂと、屈折率ｎo1（ｎoj）のオーバクラッド層６１１ｃとが積層されてなる第１の光導波路６１１と、屈折率ｎu2（ｎuk）のアンダクラッド層６１２ａと、屈折率ｎ１（ｎc2(ｎck)）のコア層６１２ｂと、屈折率ｎo2（ｎok）のオーバクラッド層６１２ｃとが積層されてなる第２の導波路６１２とが端面が対向するように配置されている。対向部の両端面にはオーバクラッド層６１１ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６１１ａ、６１２ａまで露出している。第２の導波路（コア層）６１２ｂの端面が凹状の二次元レンズとなっている。
【００６０】
そして、対向する端面の間に充填する充填媒体６１３の屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k)）は、光がこの結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択される。
【００６１】
この場合も、反射損失と結合損失を低減する観点からは、屈折率ｎ２は、屈折率ｎ１よりも高い値も、低い値も採用可能であるが、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凹状の二次元レンズ６１２により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ１よりも高くされる。これにより、図３（ｃ）に示すように、伝播光の上下の広がりが抑制され、損失の低減に寄与する。
【００６２】
以下に、上記第１の実施の形態の光部品の結合構造体に関し、反射損失と結合損失を調査した結果について図５、６、７を参照して説明する。
【００６３】
比較のため、図４（ａ）、（ｂ）の光部品の結合構造体に関しても、同様に、反射損失と結合損失を調査した。図４（ａ）は凸状の二次元レンズ６２１と光導波路６２２の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）はその結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。比較例においては、図４（ａ）に示すように、対向部の凹部には屈折率が１よりも大きく、コア層の屈折率よりも低い充填媒体が充填されておらず、屈折率が１の大気が充満している。
【００６４】
図５は反射損失を計算した結果を示すグラフである。図６は結合損失を計算した結果を示すグラフである。図７は反射損失と結合損失を両方併せた全損失を調査した結果を示すグラフである。これらの調査結果は、図２に記載されたモデルに基づいてシミュレーションされたものであり、入射側と出射側の両方を併せた結果を示している。図２に記載されたモデルでは、例えば、入射側のコリメート部２０２と光偏向素子部２０３との結合部、出射側の光偏向素子部２０５と集光部２０６との結合部とを想定している。ここでは、二次元レンズのコア層と光偏向素子のコア層とは同じ屈折率ｎ1（＝1.5702） を有し、各結合部の凹部に充填された充填媒体は同じ屈折率ｎ2 を有するとしている。
【００６５】
図５は、結合部の対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と反射損失の関係を示し、同図の上図に示すように、屈折率の異なる媒体の境界面で反射が起こるとして計算をしている。図５の縦軸は線形目盛りで表した反射損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した結合部の対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００６６】
図５に示すように、屈折率ｎ2がｎ1と等しい点で反射損失が最も少なく、ｎ2＝１（比較例の場合）のとき、即ち対向部の凹部に大気が充満しているとき約−０．８ｄＢとなり、ｎ2＝３のとき約−１．８ｄＢとなった。
【００６７】
図６は、対向部の間隔（μｍ）をパラメータとして、対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と結合損失の関係を示す。図６の縦軸は線形目盛りで表した結合損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００６８】
図６に示すように、対向部の間隔が広くなるほど結合損失は大きくなり、かつ屈折率ｎ2が低くなるにつれて結合損失は大きくなる。ｎ2＝1（比較例の場合）で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−３．７ｄＢとなった。また、ｎ2＝1．５７で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．４ｄＢとなった。また、ｎ2＝３で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−０．７ｄＢとなった。
【００６９】
図７は、対向部の間隔（μｍ）をパラメータとして、対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と反射損失及び結合損失を併せた全損失との関係を示す。図７の縦軸は線形目盛りで表した全損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００７０】
図７に示すように、屈折率ｎ2に対する反射損失の変化に類似しており、屈折率ｎ2がｎ1と等しい点或いはそれよりも高い方の近傍で全損失が最も少なく、間隔が広くなるほど全損失は大きくなる。ｎ2＝1（比較例の場合）で、間隔１０μｍのとき、約−１ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−４ｄＢ以下となった。また、ｎ2＝1．５７で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．４ｄＢとなった。また、ｎ2＝３で、間隔１０μｍのとき、約−１．９ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．５ｄＢとなった。全損失を約−０．５ｄＢ以内に抑制するためには、間隔を４０μｍ以下にすることが必要であることがわかる。間隔が４０μｍのとき屈折率ｎ2の選択範囲は１．６乃至１．８程度であり、これより間隔が狭くなるほど屈折率ｎ2の選択範囲が広がり、間隔が１０μｍのとき屈折率ｎ2の選択範囲は１．１乃至２．２程度であった。
【００７１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、第1及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２が、ともにオーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでが露出した端面を対向させて配置され、かつ相互の端面の間に屈折率ｎ２を有する充填媒体６０３、６１３が充填されている。
【００７２】
詳しくは、第２の実施の形態で説明するが、このような構造を作成するには、例えば連続して積層されたオーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでを連続してエッチングして、オーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでが露出する端面が相互に対向する第1及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２を形成し、さらに対向する端面の間に充填媒体６０３、６１３を充填する。
【００７３】
この場合、先願（特願２００１−３３２１６９号）のような研磨工程が不要になるため、工程の簡略化を図ることができる。また、コア層６０１ｂ、６１１ｂ、６０２ｂ、６１２ｂなどの膜厚は成膜時に決まるので、膜厚の制御が容易になる。
【００７４】
また、対向する端面の間に屈折率ｎ２を有する充填媒体６０３、６１３が充填されているので、屈折率ｎ２を適宜選択することにより、図７に示すように、端面の間に空気層（ｎ2＝１）を充満させた場合に比べて、損失を低減することができ、また、端面の間隔にも余裕をもたせることができる。
【００７５】
なお、第１の実施の形態では、第１及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２のコア層６０１ｂ、６１１ｂ、６０２ｂ、６１２ｂとして屈折率ｎ1が同じ材料を用いているが、異なる屈折率（ｎc1、ｎc2）のコア層を用いることができる。この場合、充填媒体６０３、６１３の屈折率ｎi12は、光結合部の全損失が所定値以下となるようにする。さらに、光スイッチモジュールへの応用においては、凸状の二次元レンズの場合、好ましくは、ｎc1、ｎc2＞ｎi12＞１となるようにする。そのような材料として石英よりも屈折率が低いフッ素樹脂を用いる。また、凹状の二次元レンズの場合、好ましくは、ｎc1、ｎc2＜ｎi12となるようにする。そのような材料として石英よりも屈折率が高いエポキシ樹脂などを用いる。
【００７６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態である、図３（ａ）に類似の凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法について、図８（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。
【００７７】
図８（ａ）乃至（ｃ）の各々において、上図が平面図であり、下図が断面図である。
【００７８】
まず、図８（ａ）に示すように、石英基板２０上に、アンダクラッド層となる屈折率１．４４のＳｉＯ2膜２１と、コア層となる屈折率１．４５のＳｉＯ2膜２２と、オーバクラッド層となる屈折率１．４４のＳｉＯ2膜２３とをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により順に堆積する。屈折率の調整は成膜条件を調整することにより行う。
【００７９】
次いで、図８（ｂ）に示すように、不図示のフォトレジストマスクに基づいて、反応性イオンエッチングにより、凸状の端面を有する二次元レンズ６０１と平たい端面を有する光導波路６０２とを間隔をおいて形成する。これにより、二次元レンズ６０１の凸状の端面と光導波路６０２の平たい端面とは間隔をおいて対向することになる。二次元レンズ６０１の端面にはアンダクラッド層６０１ａと、コア層６０１ｂと、オーバクラッド層６０１ｃとが露出し、光導波路６０２の端面にはアンダクラッド層６０２ａと、コア層６０２ｂと、オーバクラッド層６０２ｃとが露出する。
【００８０】
次に、図８（ｃ）に示すように、光が凸状の二次元レンズ６０１から対向部を通って光導波路６０２に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12）を有するフッ素樹脂（充填媒体）６０３を対向部に充填する。なお、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凸状の二次元レンズ６０１により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２（ｎi12）の値は、屈折率ｎ１よりも低く設定する。
【００８１】
これにより、光部品の一方が凸状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００８２】
次に、第２の実施の形態である、図３（ｂ）に類似の光導波路と凹状の二次元レンズの結合部を作成する方法を図９（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）乃至（ｃ）において、それぞれ上図が平面図であり、下図が断面図である。
【００８３】
図９（ａ）乃至（ｂ）に示すように、光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２とを間隔を置いて形成する。図８（ａ）乃至（ｂ）と同じようにして形成することができる。これにより、光導波路６１１と二次元レンズ６１２とが相互の端面を対向させて配置された構造を得る。光導波路６１１の端面にはアンダクラッド層６１１ａ、コア層６１１ｂ及びオーバクラッド層６１１ｃが露出し、二次元レンズ６１２の端面にはアンダクラッド層６１２ａ、コア層６１２ｂ及びオーバクラッド層６１２ｃが露出している。
【００８４】
次に、図９（ｃ）に示すように、光が光導波路６１１から対向部を通って凹状の二次元レンズ６１２に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)）を有するエポキシ樹脂（充填媒体）６１３を対向部に充填する。なお、光スイッチモジュールへの応用においては、好ましくは、コリメート部では凹状の二次元レンズ６１２により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２（ｎi12）は通常コア層６１１ｂ、６１２ｂの屈折率ｎ１よりも高く設定する。
【００８５】
これにより、光部品の一方が凹状の二次元レンズ６１２である光部品の結合構造体が完成する。
【００８６】
以上のように、第２の実施の形態によれば、光導波路となる積層構造をオーバクラッド層２３からアンダクラッド層２１まで連続してエッチングして、対向部を挟んで端面が対向する二次元レンズ６０１、６１２と光導波路６０２、６１１とを形成し、さらに、光が結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12）を有する樹脂６０３、６１３を対向部に充填している。
【００８７】
これにより、製造工程の簡略化を図るとともに、結合効率を向上させ、光結合部の界面での反射による損失を低減することが可能となる。
【００８８】
（第３の実施の形態）
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００８９】
図１０（ｄ）の上図は第３の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、同図の下図は、同じく断面図である。
【００９０】
第３の実施の形態において、第１及び第２の実施の形態の結合部の構造と異なるところは、光結合部の二次元レンズ６０１及び光導波路６０２の各端面が、二次元レンズ６０１及び光導波路６０２のコア層６０１ｂ、６０２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1（ｎcj），ｎc2（ｎck））と対向部に充填した媒体６０３の屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)））の中間の屈折率ｎi1（ｎij）又はｎi2（ｎik）を有する材料からなる膜（被覆媒体）６０１ｄ、６０２ｄで覆われていることである。端面を被覆する膜６０１ｄ、６０２ｄは対向部の間隔に比べて十分に薄いことが望ましく、好適には数μｍ以下である。
【００９１】
その製造方法は、図１０（ａ）乃至図１０（ｂ）に示すように、凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２とを対向部を挟んで形成する。この場合、図８（ａ）乃至（ｂ）と同様な工程を経る。これにより、二次元レンズ６０１と光導波路６０２とが相互の端面を対向させて配置された構造を得る。二次元レンズ６０１の端面にはアンダクラッド層６０１ａ、コア層６０１ｂ、オーバクラッド層６０１ｃが露出し、光導波路６０２の端面にはアンダクラッド層６０２ａ、コア層６０２ｂ、オーバクラッド層６０２ｃが露出する。
【００９２】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、後に対向部に充填する樹脂６０３の屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)））とコア層６０１ｂ、６０２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1（ｎcj）、ｎc2（ｎck））の中間の屈折率ｎ３（ｎi1（ｎij）、ｎi2（ｎik））を有する樹脂を選択する。そして、その樹脂を塗布法により塗布して、二次元レンズ６０１の端面及び光導波路６０２の端面をそれぞれ覆う薄い樹脂膜（被覆媒体）６０１ｄ、６０２ｄを形成する。
【００９３】
次に、図１０（ｄ）に示すように、薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄで覆われた二次元レンズ６０１の端面及び光導波路６０２の端面の間に薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄの屈折率ｎ３よりも低い屈折率ｎ２の樹脂（充填媒体）６０３を充填する。これにより、光部品の一方が凸状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００９４】
次に、図１１（ａ）乃至（ｄ）を参照して、第３の実施の形態である凹状の二次元レンズと光導波路の結合部及びその作成方法について説明する。図１１（ａ）乃至（ｄ）の各々において、上図は平面図であり、下図は断面図である。
【００９５】
図１１（ｄ）の構造において、図１０（ｄ）と異なるところは、二次元レンズ６１２が凹状を有している点である。
【００９６】
その製造方法は、まず、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、相互の端面が対向するように第１の導波路層６１１と第２の導波路層６１２とを形成する。その形成工程は、図９（ａ）乃至（ｂ）と同様の工程を経る。形成された対向部の各端面には、オーバクラッド層６１１ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６１１ａ、６１２ａまで露出している。
【００９７】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、結合部の光導波路６１１及び二次元レンズ６１２の各端面が光導波路６１１及び二次元レンズ６１２のコア層６１１ｂ、６１２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)，ｎc2(ｎck)）と、後に対向部に充填する充填媒体６１３の屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k))の中間の屈折率ｎ３（ｎi1(ｎij)、又はｎi2(ｎik)）を有する薄い樹脂膜（被覆媒体）６１１ｄ、６１２ｄで覆う。
【００９８】
次に、図１１（ｄ）に示すように、端面に被覆された樹脂膜６１１ｄ、６１２ｄの屈折率ｎ３よりも高い屈折率ｎ２の樹脂（充填媒体）６１３を選択して充填する。これにより、光部品の一方が凹状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００９９】
以上のように、本発明の第３の実施の形態によれば、結合部の二次元レンズ６０１，６１２及び光導波路６０２，６１１の各端面の間の対向部に充填媒体６０３，６１３が充填されているため、結合損失及び反射損失を低減できる上、それらの端面が薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄ、６１１ｄ、６１２ｄで被覆され、かつその屈折率ｎ３が充填媒体６０３，６１３の屈折率ｎ２よりもコア層の屈折率ｎ１により近いため、反射損失を一層低減することができる。
【０１００】
なお、第１及び第２の導波路６０１、６１１、６０２、６１２のコア層として屈折率（ｎ1）がすべて同じコア層を用いているが、屈折率（ｎcj、ｎck）が異なるコア層を用いてもよい。この場合、充填媒体６０３、６１３の屈折率ｎi(j,k)及び被覆媒体６０１ｄ、６１１ｄ、６０２ｄ、６１２ｄの屈折率ｎij、ｎikが、凸状の二次元レンズの場合、ｎcj＞ｎij、ｎck＞ｎik、ｎij,ｎik＞ｎi(j,k)＞１となり、凹状の二次元レンズの場合、ｎcj＜ｎij、ｎck＜ｎik、ｎij,ｎik＜ｎi(j,k)となるようにする。
【０１０１】
（第４の実施の形態）
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【０１０２】
図１２の上図は第４の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、同図の下図は上図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【０１０３】
第１乃至第３の実施の形態で説明したような対向部に充填する樹脂（充填媒体）６０３が流動性を有する場合は、周囲に流れ出す虞があるため、図１２に示すように、図８（ｄ）の対向部を囲むように、樹脂６０３の周辺への流出を防止する凸部６０４を形成するとよい。凸部６０４として絶縁性の堆積膜や塗布膜やテープ状の貼付膜を用いることができる。
【０１０４】
また、図１３の上図は第４の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の別の結合部を示す平面図であり、同図の下図は上図のII−II線に沿う断面図である。
【０１０５】
同じく、対向部に充填する樹脂（充填媒体）６０３が流動性を有する場合に、図１３に示すように、図８（ｄ）の対向部を囲むように、周辺部に流出しようとする樹脂６０３を溜める帯状の凹部６０５を形成して、対向部の周辺への樹脂６０３の流出を防止するようにしてもよい。凹部６０５として、オーバクラッド層６０１ｃ、６０２ｃをエッチングして形成された帯状の溝などを用いることができる。
【０１０６】
なお、上記した第１乃至第４の実施の形態では、凸状又は凹状の二次元レンズ６０１、６１２と光導波路６０２、６１１との結合部に本発明を適用しているが、図１４に示すような凸状の二次元レンズ同士が対向する結合部、或いは凹状の二次元レンズ同士が対向する結合部にも本発明を適用可能である。
【０１０７】
（第５の実施の形態）
上記した第１乃至第４の実施の形態のように、アンダクラッド層、コア層及びオーバクラッド層からなる積層構造を反応性イオンエッチングによりエッチングすると、図１４（ｂ）に示すように、形成された端面に約１００ｎｍ程度の凹凸が生じる虞がある。図１４（ａ）はそのような凸状の二次元レンズ９１、９２同士の結合部を示す平面図であり、同図（ｂ）はIII−III線に沿う断面図である。基板９２a0上にアンダクラッド層９１ａ、コア層９１ｂ及びオーバクラッド層９１ｃの積層構造からなる二次元レンズ９１と、基板９２a0上にアンダクラッド層９２ａ、コア層９２ｂ及びオーバクラッド層９２ｃの積層構造からな二次元レンズ９２とが端面を対向させるように形成される。反応性イオンエッチングにより形成された各端面に凹凸が生じている状態を示している。
【０１０８】
この凹凸部分の界面の両側で屈折率が異なるような界面を光が伝播しようとすると、凹凸部分の界面で光が散乱し、その散乱光の発生により、光部品の結合構造体での損失が大きくなる。
【０１０９】
以下の実施の形態では、このような場合に反射損失や結合損失などの光の伝播損失を低減するのに有効な構造を説明する。
【０１１０】
図１５は、そのような構造を有する、第５の実施の形態である光スイッチモジュールの一部であって、光導波路同士の結合部を示す断面図である。
【０１１１】
第５の実施の形態において、光導波路５０１ａ、５０２ａがエッチングによりパターニングされているが、光導波路５０１ａ、５０２ａがクラッド層で覆われていない。光導波路５０１ａ、５０２ａの対向部の各端面は光導波路５０１ａ、５０２ａの屈折率ｎc1、ｎc2（ｎcj、ｎck）と同じ屈折率ｎi1、ｎi2（ｎij、ｎik）の材料からなる膜（被覆媒体）５０１ｂ、５０２ｂで覆われ、さらに対向部の凹部に屈折率ｎi12（ｎi(j,k)）の低い材料からなる充填媒体５０３が充填されている。
【０１１２】
これにより、対向部の両端面が滑らかになるため、光導波路５０１ａ、５０２ａを伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１１３】
また、被覆媒体５０１ｂ、５０２ｂにより滑らかな端面になった対向部に光導波路５０１ａ、５０２ａの屈折率ｎc1、ｎc2よりも低い屈折率ｎi12の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減することが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１１４】
（第６の実施の形態）
次に、図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、第６の実施の形態を説明する。
【０１１５】
図１６（ａ）は第６の実施の形態である光スイッチモジュールのうちコリメート部又は集光部を示す平面図であり、二次元レンズ部分の拡大平面図である。図１６（ｂ）はIV−IV線に沿う断面図である。
【０１１６】
第６の実施の形態において、第５の実施の形態と異なるところは、コア層３０２ｂの上下にアンダクラッド層３０２ａとオーバクラッド層３０２ｂを設けていることと、2つの凸状の二次元レンズ３０２ｂが間隔を置いて対向するように配置されていることである。この場合、左側の凸状の二次元レンズ３０２ｂの出射側端面と右側の凸状の二次元レンズ３０２ｂの入射側端面はそれぞれコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckと同じ屈折率ｎij、ｎikを有する材料からなる薄い樹脂膜（被覆媒体）３０２ｄで覆われ、さらに、凸状の二次元レンズ３０２ｂの端面の間の対向部にはコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckよりも低い屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）を有する材料からなる充填媒体３０２ｅが充填されている。
【０１１７】
以上のように、第６の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、反応性イオンエッチングにより形成された凸状の二次元レンズ３０２ｂ同士の結合部の端面が、その端面に露出するコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckと等しい屈折率ｎij、ｎikの被覆媒体３０２ｄにより覆われている。
【０１１８】
被覆媒体３０２ｄの屈折率ｎij、ｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj、ｎckと等しいので、被覆媒体３０２ｄにより端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな二次元レンズ３０２ｂの端面を得ることができる。これにより、二次元レンズ３０２ｂの端面での光の散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１１９】
また、被覆媒体３０２ｄにより滑らかな端面になった対向部にコア層３０２ｂの屈折率よりも低い屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１２０】
（第７の実施の形態）
次に、図１７（ａ）、（ｂ）を参照して、第７の実施の形態を説明する。
【０１２１】
図１７（ａ）は第７の実施の形態である光スイッチモジュールの一部を示す平面図であり、図１７（ｂ）はＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【０１２２】
第７の実施の形態において、第５及び第６の実施の形態と異なるところは、光導波路(コア層)４０３ｂの入射側端面に凹凸がなく平滑になっているような構造を有することである。このような構造は、例えば、光導波路４０３ｂの材料として感光性材料を用い、光導波路４０３ｂがフォトプロセスによりパターニング形成され、二次元レンズ２０２ｂのみ反応性イオンエッチングにより形成された場合に得られる。
【０１２３】
この場合、二次元レンズ２０２ｂの出射側端面は端面の凹凸を滑らかにするため、コア層２０２ｂの屈折率ｎc2（ｎcj）と同じ屈折率ｎi2（ｎij）を有する樹脂膜２１２で覆われているが、二次元レンズ２０２ｃと対向する光導波路４０３ｂの入射側端面は元々凹凸がなく平滑であるため、端面の凹凸を平滑にするために光導波路４０３ｂの屈折率と同じ屈折率を有する被覆媒体で覆われていない。
【０１２４】
さらに、被覆媒体２１２により滑らかになった端面と光導波路４０３ｂの平滑な端面が対向する対向部にコア層２０２ｂの屈折率よりも低い屈折率ｎi24（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３が充填されている。
【０１２５】
以上のように、第７の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、凸状の二次元レンズ２０２ｂと光導波路４０３ｂとの結合部の両端面のうち、反応性イオンエッチングにより形成された凸状の二次元レンズ２０２ｂの端面のみが、その端面に露出するコア層２０２ｂの屈折率ｎc2と等しい屈折率ｎi2の被覆媒体２１２により覆われている。
【０１２６】
このように、エッチングにより形成した端面の凹凸を被覆媒体２１２により均すことで、実質的に滑らかな二次元レンズ２０２ｂの端面を得ることができる。これにより、結合部の両端面が滑らかになるため、二次元レンズ２０２ｂ及びスラブ型導波路４０３ｂの端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１２７】
また、被覆媒体２１２により滑らかな端面になった対向部にコア層２０２ｂの屈折率ｎc2よりも低い屈折率ｎi24（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズ２０２ｂを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１２８】
（第８の実施の形態）
次に、図１８、図１９に、第８の実施の形態である、光スイッチモジュールの例を示す。図１８は光スイッチモジュールを示す平面図である。図１９（ａ）は入射側チャネル導波路部およびコリメート部の二次元レンズの結合部を示す平面図であり、図１９（ｂ）は同図（ａ）のVI−VI線に沿う断面図である。
【０１２９】
図２で説明した、入射側チャネル導波路部２０１、コリメート部２０２、集光部２０６、出射側チャネル導波路部２０７の各光部品の結合部で対策が施されているものとする。図１８にその様子を示す。なお、図１８中、図２の符号と同じ符号で示すものは図２のものと同じものを示す。ほかに、図１８中、符号２００は入射側の光ファイバ、２０８は出射側の光ファイバである。
【０１３０】
入射側チャネル導波路部２０１は、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、相互に間隔を置いて形成された、主として光を伝播する複数のコア層２０１ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０１ａ、２０１ｃとの積層構造を有する。積層構造はコア層２０１ｂを中心とする光導波路を構成している。クラッド層２０１ａ、２０１ｃの屈折率ｎu1（ｎuj又はｎuk）、ｎo1（ｎoj又はｎok）をコア層２０１ｂの屈折率ｎc1（ｎcj）よりも低くして、コア層２０１ｂを伝播する光が周辺部に洩れないようにしている。光導波路の入射側端面はコア層２０１ｂの屈折率ｎc1と同じ屈折率ｎi1（ｎij）を有する材料からなる被覆媒体２１１で覆われている。
【０１３１】
コリメート部２０２は、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、相対する凸状の二次元レンズ（コリメートレンズ）２０２ｂで構成されている。相対する二次元レンズ２０２ｂはそれぞれ、入射側チャネル導波路部２０１のコア層２０１ｂの屈折率ｎc1と同じ屈折率ｎc2（ｎcj，ｎck）を有する材料、例えば石英により形成され、主として光を伝播するコア層２０２ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０２ａ、２０２ｃとの積層構造を有する。さらに、相対する二次元レンズ２０２ｂの出射側端面及び入射側端面はそれぞれコア層２０２ｂの屈折率ｎc2と同じ屈折率ｎi2（ｎij，ｎik）を有する樹脂からなる被覆媒体２１２で覆われている。さらに、図１８、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、二次元レンズ２０２ｂの出射側端面と入射側端面との間には、屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）を有する充填媒体２１３が充填されている。充填媒体２１３は例えば石英の屈折率よりも低い屈折率ｎi22を有する材料、例えばフッ素樹脂により形成されている。
【０１３２】
入射側光偏向素子部２０３を構成する光偏向素子２０３ｐは、図１８、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、１又は複数のプリズムペアにより構成されている。そして、１個のプリズムペアは、電気光学効果を有する材料、例えばＰＺＴで形成されたコア層２０３ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０３ａ、２０３ｃとの積層構造の上側に形成された第１及び第２の上部電極と、積層構造の下側に形成された第１及び第２の下部電極とにより構成されている。これらの第１及び第２の上部電極と第１及び第２の下部電極はいずれも直角三角形の形状（くさび形状）に形成されている。
【０１３３】
第１の上部電極と第１の下部電極とはコア層２０３ｂを有する積層構造を挟んで相互に対向している。第１の上部電極と第２の上部電極は相互に斜辺を対向させ、且つ近接して配置されており、第２の上部電極と第２の下部電極とは積層構造を挟んで相互に対向している。なお、コア層２０３ｂを有する積層構造は、各プリズムペアで共通である。
【０１３４】
共通光導波路部２０４は、主として光を伝播するスラブ導波路（コア層）と、その上下及び左右に形成されたクラッド層との積層構造を有する。図１８では、最上層のオーバクラッド層２０４ｃを示している。
【０１３５】
出射側光偏向素子部２０５の光偏向素子２０５ｐは、図１８に示すように、入射側光偏向素子２０３ｐと同様な構造の１又は複数のプリズムペアで構成されている。各プリズムペアは、コア層と、その上下及び左右に形成されたクラッド層とを有する積層構造を挟む一対の第１の電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）と、一対の第２の電極（第２の上部電極及び第２の下部電極）とにより構成されている。図１８では、最上層のオーバクラッド層２０５ｃを示している。
【０１３６】
集光部２０６は、図１８に示すように、コリメート部２０２と同様に、凸状の集光レンズ２０６ｂが相対する形となっている。凸状の集光レンズ２０６ｂの部分は、コア層２０１ｂと同じ材料、例えば石英により形成され、主として光を伝播するコア層２０６ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層との積層構造を有する。さらに、相対する集光レンズの端面はそれぞれコア層２０６ｂの屈折率ｎc6（ｎcj，ｎck）と同じ屈折率ｎi6（ｎij，ｎik）を有する樹脂膜（被覆媒体）２１６で覆われている。相対する集光レンズの端面の間に充填媒体２１７が充填されている。充填媒体２１７は例えば石英の屈折率よりも低い屈折率ｎi66（ｎi(j,k)）を有する材料、例えばフッ素樹脂により形成されている。
【０１３７】
出射側チャネル導波路部２０７は、図１８に示すように、入射側チャネル導波路部２０１のチャネル導波路２０１ｂと同じ数のチャネル導波路２０７ｂが相互に間隔を置いて配置されており、入射側チャネル導波路部２０１と同様な積層構造を有する。チャネル導波路２０７ｂの出射側端面は屈折率がコア層２０７ｂの屈折率ｎc7（ｎck）と同じ屈折率ｎi7（ｎik）を有する材料からなる被覆媒体２１８で覆われている。
【０１３８】
以上のように、第８の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、反応性イオンエッチングにより形成された各結合部の端面が、その端面に露出するコア層の屈折率ｎc1、ｎc2、ｎc6、ｎc7（ｎcj、ｎck）と等しい屈折率ｎi1、ｎi2、ｎi6、乃至ｎi7（ｎij、ｎik）の被覆媒体２１１、２１２、２１６、２１８により覆われている。
【０１３９】
被覆媒体の屈折率ｎij又はｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、反応性イオンエッチング等により結合部の対向部に露出する光導波路の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１４０】
また、コリメート部２０２及び集光部２０６においては、被覆媒体２１２、２１６により滑らかな端面になった対向部にコア層の屈折率よりも低い屈折率ｎi22、ｎi66（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３、２１７が充填されているので、反射による損失を低減することが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１４１】
なお、第８の実施の形態では、コリメート部２０２と集光部２０６に本発明の光部品の結合構造体を備えているが、場合により、それらの結合部のうち少なくとも何れか一に光部品の結合構造体を備えるようにしてもよい。
【０１４２】
以上、実施の形態によりこの発明を具体的に説明したが、この発明は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【０１４３】
（付記１） 屈折率ｎujのアンダクラッド層、屈折率ｎcjのコア層、及び屈折率ｎojのオーバクラッド層が積層された第１の光導波路と、屈折率ｎukのアンダクラッド層、屈折率ｎckのコア層、及び屈折率ｎokのオーバクラッド層が積層された第２の光導波路とが、ともに前記オーバクラッド層から前記アンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置され、かつ前記相互の端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されてなり、前記両端面のうち少なくとも一方の端面が二次元レンズとなっており、光が一方の前記光導波路から前記充填媒体を通って他方の前記光導波路に伝播することを特徴とする光部品の結合構造体。
【０１４４】
（付記２） 前記充填媒体の屈折率ｎi(j,k)が、前記光が一方の前記光導波路から前記充填媒体を通って他方の前記光導波路に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択されていることを特徴とする付記１記載の光部品の結合構造体。
【０１４５】
（付記３） 前記二次元レンズは凸状又は凹状を有することを特徴とする付記１又は２記載の光部品の結合構造体。
【０１４６】
（付記４） 前記第１又は第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面と前記充填媒体との間に、前記屈折率ｎcj又はｎckと前記屈折率ｎi(j,k)との間の屈折率ｎij又はｎikを有する被覆媒体が介在していることを特徴とする付記１乃至３の何れか一に記載の光部品の結合構造体。
【０１４７】
（付記５） 前記充填媒体は流動性を有し、前記充填媒体の充填部の周囲に、前記充填媒体の周辺部への流出を防止する凸部又は凹部が設けられていることを特徴とする付記１乃至４の何れか一に記載の光部品の結合構造体。
【０１４８】
（付記６） 基板上に屈折率ｎuのアンダクラッド層、屈折率ｎcのコア層、及び屈折率ｎoのオーバクラッド層とを積層する工程と、
前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までを連続してエッチングし、前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第１及び第２の光導波路を形成する工程と、
前記対向する端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体を充填する工程とを有することを特徴とする光部品の結合構造体の製造方法。
【０１４９】
（付記７） 前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第１及び第２の光導波路を形成する工程の後、前記対向する端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体を充填する工程の前に、
屈折率ｎij又はｎikを有する被覆媒体により前記端面を被覆する工程を有することを特徴とする付記６記載の光部品の結合構造体の製造方法。
【０１５０】
（付記８） 二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気化学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、二次元レンズにより前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に付記１又は乃至５の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１５１】
（付記９） 前記第１の光偏向素子及び前記第２の光偏向素子を構成するコア層の屈折率は、前記コリメート部、前記共通光導波路、及び前記集光部のコア層の何れの屈折率よりも高くなっていることを特徴とする付記８記載の光スイッチモジュール。
【０１５２】
（付記１０） 少なくとも屈折率ｎcjのコア層を有する第１の光導波路と、少なくとも屈折率ｎckのコア層を有する第２の光導波路とが端面を対向させて配置されており、前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の前記端面がエッチングにより形成されてなり、かつ前記エッチングにより形成された端面が該端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しい屈折率ｎij又はｎikの被覆媒体により覆われていることを特徴とする光部品の結合構造体。
【０１５３】
（付記１１） 前記第１の光導波路は前記屈折率ｎcjのコア層の上下を挟んで屈折率ｎujのアンダクラッド層と屈折率ｎojのオーバクラッド層とが積層されてなり、前記第２の光導波路は前記屈折率ｎckのコア層の上下を挟んで屈折率ｎukのアンダクラッド層と屈折率ｎokのオーバクラッド層とが積層されてなることを特徴とする付記１０記載の光部品の結合構造体。
【０１５４】
（付記１２） 前記エッチングにより形成された端面が凸状の二次元レンズとなっていることを特徴とする付記１０又は１１記載の光部品の結合構造体。
【０１５５】
（付記１３） 前記対向する端面の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記屈折率ｎcj及びｎckよりも低い屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする付記１２に記載の光部品の結合構造体。
【０１５６】
（付記１４） 前記エッチングにより形成された端面が凹状の二次元レンズとなっていることを特徴とする付記１０又は１１記載の光部品の結合構造体。
【０１５７】
（付記１５） 前記対向する端面の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記屈折率ｎcj及びｎckよりも高い屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする付記１４に記載の光部品の結合構造体。
【０１５８】
（付記１６） 二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気化学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、二次元レンズにより前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子、及び前記集光部はそれぞれ光導波路を有し、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に付記１０乃至１５の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１５９】
（付記１７） 前記第１の光偏向素子及び前記第２の光偏向素子を構成するコア層の屈折率は、前記コリメート部、前記共通光導波路、及び前記集光部のコア層の何れの屈折率よりも高くなっていることを特徴とする付記１６記載の光スイッチモジュール。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光部品の結合構造体によれば、第1及び第２の光導波路が、ともにオーバクラッド層からアンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置され、かつ相互の端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されている。従って、屈折率ｎi(j,k)を適宜選択することにより、端面の間に空気層（ｎi(j,k)＝１）を充満させた場合に比べて、損失を低減することができ、また、端面の間隔にも余裕をもたせることができる。
【０１６１】
また、上記のような構造を作成するには、オーバクラッド層、コア層及びアンダクラッド層を積層した後、オーバクラッド層からアンダクラッド層まで連続してエッチングし、オーバクラッド層からアンダクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第1及び第２の光導波路を形成する。その後、相互の端面の間に充填媒体を充填する。
【０１６２】
従って、先願のような研磨工程が不要になるため、工程の簡略化を図ることができる。また、コア層などの膜厚は成膜時に決まるので、膜厚の制御が容易になる。
【０１６３】
また、本発明の別の光部品の結合構造体によれば、エッチングにより形成された端面が、その端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しい屈折率ｎij又はｎikの被覆媒体により覆われている。
【０１６４】
被覆媒体の屈折率ｎij又はｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj及びｎckと等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、エッチングにより第１又は第２の光導波路の対向部の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１６５】
さらに、被覆媒体により滑らかな端面になった凸状の二次元レンズに隣接する領域にコア層の屈折率よりも低い屈折率ｎi(j,k)の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す平面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を示す平面模式図である。
【図３】（ａ）は第１の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す斜視図であり、（ｂ）は第１の実施の形態である光導波路と凹状の二次元レンズの結合部を示す斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、比較例に係る、凸状の二次元レンズ６２１と光導波路の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）はその結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態である光結合部において、充填媒体の屈折率に対する反射損失を計算した結果を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態である光結合部において、端面の間隔をパラメータとして充填媒体の屈折率に対する結合損失を計算した結果を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態である光結合部において、端面の間隔をパラメータとして充填媒体の屈折率に対する反射損失と結合損失を両方併せた全損失を調査した結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る、図３（ａ）に類似の凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す断面図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る、図３（ｂ）に類似の凹状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す断面図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る、凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す図であり、各図の上図は平面図であり、下図は断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る、凹状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す図であり、各図の上図は平面図であり、下図は断面図である。
【図１２】上図は第４の実施の形態に係る二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、下図は上図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１３】上図は第４の実施の形態に係る二次元レンズと光導波路の別の結合部を示す平面図であり、下図は上図のII−II線に沿う断面図である。
【図１４】（ａ）は、第５の実施の形態を説明するための凸状の二次元レンズ同士の結合部を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のIII−III線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る光部品の結合構造体の構成を示す断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうちコリメート部又は集光部の構成を示す拡大平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のIV−IV線に沿う断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第７の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうちコリメート部を有する光部品の結合構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を示す平面図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第８の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうち、入射側チャネル導波路部及びコリメート部の結合構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のVI−VI線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、９２ao 基板、
２１、２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、３０２ａ、４０３ａ、６０１ａ、６０２ａ、６１１ａ、６１２ａ アンダクラッド層、
２２、２０３ｂ、２０４ｂ、４０３ｂ、６０１ｂ、６０２ｂ、６１１ｂ、６１２ｂ コア層、
２３、２０１ｃ、２０２ｃ、２０３ｃ、２０４ｃ、３０２ｃ、６０１ｃ、６０２ｃ、４０３ｃ、６１１ｃ、６１２ｃ オーバクラッド層、
１０２ 光モジュール、
１０７、１０８、２００、２０８ 光ファイバ、
２０１ 入射側光導波路部、
２０１ｂ、２０７ｂ チャネル導波路（コア層）、
２０２ コリメート部、
２０２ｂ ３０２ｂ 二次元レンズ（コリメートレンズ（コア層））、
２０３ 入射側光偏向素子部、
２０３ｐ 第１の光偏向素子、
２０４ 共通光導波路、
２０５ 出射側光偏向素子部、
２０５ｐ 第２の光偏向素子、
２０６ 集光部、
２０６ｂ 二次元レンズ（集光レンズ（コア層））、
２０７ 出射側光導波路、
２１１、２１２、２１６、２１８、３０２ｄ、５０１ｂ、５０２ｂ、６０１ｄ、６０２ｄ、６１１ｄ、６１２ｄ 被覆媒体、
２１３、２１７、３０２ｅ、５０３、６０３、６１３ 充填媒体、
３０２ｆ 対向部、
５０１ａ、５０２ａ、６０２、６１１ 光導波路、
６０１ 凸状の二次元レンズ、
６１２ 凹状の二次元レンズ、
６０４ 凸部、
６０５ 凹部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールに関し、より詳しくは、ネットワーク網のクロスポイントに配置する光信号の交換機（切換え装置、光クロスコネクト装置）に用いられる、光伝播系、結像系や光偏向系などの光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信における伝送帯域は、近年拡大の一途を辿り、波長多重化技術の進展と相まって、高速化、大容量化が進んでいる。基幹通信ネットワークにおける光ファイバ網を構築するためには、光信号の行先を切り換える装置が必要である。
【０００３】
その切換え装置として、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信号の状態で接続を切り換え、その後に再び光信号に変換する形態の光クロスコネクト装置が主流であった。電気信号の切り換えには、電子スイッチで構成したクロスバスイッチなどの電気スイッチが用いられていた。しかし、データ通信速度が１０Ｇｂ／ｓを越えると、電気スイッチでの切り換えが難しくなってきた。
【０００４】
電気スイッチの代わりに、光伝播パスを直接切り換える光スイッチを用い、光／電気の変換を不要とすることによって、光信号の速度（周波数）に依存しない光信号の切り換えが可能となるため、光スイッチを備えた光クロスコネクト装置が開発されるようになってきている。
【０００５】
２×２スイッチをベースにしたマトリクススイッチは、ポート数が増大すると損失の絶対値、及びポート間のばらつきが問題となるため、パス間の光損失が小さいアナログ光偏向型スイッチが好ましい。具体的には、マイクロミラーの偏向による光ビーム切換え方式のスイッチが使える。ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）技術で微小ミラーを三次元的に集積したスイッチがある。
【０００６】
しかし、ＭＥＭＳ技術の光スイッチは、３２×３２規模でもサイズが大きく、光入出力ポート（ファイバコネクタ）を含めてのモジュールサイズは数十ｃｍ角となる。
【０００７】
一方、二次元基板上に形成されたｍ×ｎ光スイッチを複数個配列し、二次元の光入出力ポート配置をもつ光スイッチ群を構成することによって、モジュールサイズの大幅な小規模化が可能である。
【０００８】
よって、光クロスコネクトスイッチとしては、二次元基板上に光スイッチ群を構成する方法が有望である。
【０００９】
二次元基板上に光スイッチ群を構成する光スイッチモジュールは、チャネル導波路、二次元レンズや光偏向素子など光部品で構成される。各光部品は、石英基板上にアンダクラッド層と、コア層と、オーバクラッド層とを積層し、コア層を所望の形状にパターニングしてなる。コア層は主たる光導波路となるスラブ型導波路を構成し、平面内で光を伝播させる。
【００１０】
基板上に光部品を配置する場合、光導波路内を伝播する光を光部品間で光結合する必要がある。このため、各光部品の結合部は、空気層を挟んで各光部品のコア層が対向している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光部品の結合部のうち二次元レンズを有する結合部では、光導波路内を伝播する光を二次元的にコリメートし、スラブ型導波路に光結合する必要があるが、高効率に結合するのが難しいという問題がある。
【００１２】
この状況を詳しく説明すると、従来の二次元レンズで光結合する場合は、その結合部である二次元レンズとスラブ型導波路の間（対向部）に空気層が介在するため、出射光は面内方向には集光するが、面外方向には発散するため、結合効率が低下する。また、二次元レンズの端面を界面とする界面両側部の屈折率差も大きくなるため、反射による損失も大きい。
【００１３】
これを解決するため、本願と同じ出願人の先願（特願２００１−３３２１６９号）に、大気よりも屈折率が高い樹脂をその対向部に埋め込む例が記載されている。それによれば、パターニングにより充填用の樹脂膜を最初に形成し、その上からコア層となる樹脂膜を形成した後にコア層となる樹脂膜を研磨して、表面を平坦化するとともに充填用の樹脂膜を挟むようにコア層を形成している。しかしながら、この作成方法では、工程が複雑になるとともに、研磨量の制御が必要となる。
【００１４】
本発明は、上記従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、製造工程の簡略化を図るとともに、光結合部での結合効率を向上させ、光結合部の光部品の界面での反射による損失を低減することが可能な光部品の結合構造体、その製造方法及び光スイッチモジュールを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の光部品の結合構造体は、アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第１の光導波路と、アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第２の光導波路とが、ともに前記オーバクラッド層から前記アンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置されており、前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の前記端面がエッチングにより形成されてなり、かつ前記エッチングにより形成された端面が該端面に露出するコア層の屈折率と等しい屈折率の被覆媒体により覆われていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の光部品の結合構造体によれば、第１の光導波路と第２の光導波路の端面のうちエッチングにより形成された端面が、その端面に露出するコア層の屈折率と等しい屈折率の被覆媒体により覆われている。
【００２８】
被覆媒体の屈折率は、第１の光導波路と第２の光導波路の端面のうちエッチングにより形成された端面に露出するコア層の屈折率と等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、エッチングにより第１又は第２の光導波路の対向部の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【００２９】
本願の請求項２に記載の光部品の結合構造体は、前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凸状の二次元レンズであり、前記対向部の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも低い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする。
【００３０】
本願の光部品の結合構造体によれば、被覆媒体により滑らかな端面になった凸状の二次元レンズに隣接する領域に第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも低い屈折率の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【００３１】
本願の請求項３に記載の光部品の結合構造体は、前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凹状の二次元レンズであり、前記対向部の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも高い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の光部品の結合構造体によれば、被覆媒体により滑らかな端面になった凹状の二次元レンズに隣接する領域に第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも高い屈折率の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【００３３】
本願の請求項４に記載の光スイッチモジュールは、複数の光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより前記各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子、及び前記集光部はそれぞれ光導波路を有し、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に請求項２又は３の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする。
【００３４】
本発明の光スイッチモジュールによれば、請求項５乃至７の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えているので、光結合部での光の伝播損失を低減することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１は光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す模式図である。この光信号切換え装置は、４０Ｇｂ／ｓで６４波長分の光信号が多重化されたＷＤＭ信号を６４系統入力して、これらの光信号の伝送先を切換えるものである。
【００３７】
この光信号切換え装置は、垂直方向に並んだ６４個のＡＷＧ光分波器１０１と、３段構成の光スイッチモジュール群１００と、６４個の光合波器１０３と、６４個の光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）１０４とにより構成される。光スイッチモジュール群１００は、６４個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１０２を基板に垂直な方向に配列させて１組の光スイッチモジュール群とし、第２段目の光スイッチモジュール群を第１段目及び第３段目の光スイッチモジュール群に対し９０°回転させた状態で配置している。
【００３８】
また、光分波器１０１と第１段目の各光スイッチモジュール群との間、第１段目の光スイッチモジュール群と第２段目の光スイッチモジュール群との間、第２段目の光スイッチモジュール群と第３段目の光スイッチモジュール群との間、第３段目の光スイッチモジュール群と光合波器１０３との間は、それぞれ光コネクタ１０５，１０６により接続されている。光コネクタ１０５、１０６は、基板と、この基板の厚さ方向に光を通す多数の微小なレンズとにより構成されている。
【００３９】
これらの光コネクタ１０５，１０６のレンズは、前段の光デバイスから出力された光を集光し、後段の光デバイスに伝達するものであり、伝達損失の低減に役立つ。
【００４０】
この光信号切換え装置では、多重化された光信号を光分波器１０１で個々の光信号に分離する。そして、光スイッチモジュール群１００により、各光信号の伝播先を切換える。ここでは、６４×６４チャネルの光スイッチモジュール１０２を６４個づつ組み合わせて３組の光スイッチモジュール群を構成し、これらの３組の光スイッチモジュール群を９０°づつ回転させて３段構成（カスケード接続）としているので、任意の入力ポートに入力された光信号を、４０９６個の出力ポートのうちの任意のポートに出力することができる。光信号切換え装置で伝達先を切換えられた光信号は、行き先毎に光合波器１０３で多重化され、光増幅器１０４で増幅されて出力される。
【００４１】
図１に示した光信号切換え装置では、第１、第２及び第３の光スイッチモジュール群を、いずれも６４×６４チャネルの光スイッチモジュール１０２を６４個づつ配列させて構成している。しかし、第１及び第３の光スイッチモジュール群を、１２８個の光スイッチモジュール１０２を幅方向に２列、高さ方向に６４列並べて構成し、第２の光スイッチモジュール群を、第１及び第３の光スイッチモジュール群の光スイッチモジュール１０２に対し９０°回転させた方向に配列させた１２８個の６４×６４チャネル光スイッチモジュール１０２で構成してもよい。
【００４２】
なお、上述した実施の形態では、各プリズムペアの制御電極に印加する電圧を変化させて光信号の偏向角を制御する場合について説明したが、制御電圧を一定とし、制御電圧を印加するプリズムペアの数を変化させて光信号の偏向角を制御するようにしてもよい。
【００４３】
図２は本発明の第１の実施の形態の光スイッチモジュール１０２の構成を示す模式図である。
【００４４】
この光スイッチモジュール１０２は、入射側光導波路部２０１、コリメート部２０２、入射側光偏向素子部（第１の光偏向素子）２０３、共通光導波路２０４、出射側光偏向素子部（第２の光偏向素子）２０５、集光部２０６及び出射側光導波路部２０７により構成されている。これらの入射側光導波路部２０１、コリメート部２０２、入射側光偏向素子部２０３、共通光導波路２０４、出射側光偏向素子部２０５、集光部２０６及び出射側光導波路部２０７は、基板上に形成されている。そして、コリメート部２０２と集光部２０６のうち少なくとも何れか一に光部品の結合構造体を備えている。
【００４５】
入射側光導波路部２０１は、主たる光導波路である複数本のコア層２０１ｂと、これらのコア層２０１ｂを被覆して屈折率の差により光をコア層２０１ｂ内に閉じ込めるクラッド層とにより構成されている。出射側光導波路部２０７も、これと同様に、主たる光導波路である複数本のコア層２０７ｂと、これらのコア層２０７ｂを被覆して屈折率の差により光をコア層２０７ｂ内に閉じ込めるクラッド層とにより構成されている。
【００４６】
本実施の形態では、入射側光導波路部２０１の光導波路（コア層）２０１ｂの数と、出射側光導波路部２０７の光導波路（コア層）２０７ｂの数が同じであるとする。以下、光導波路２０１ｂの数（＝光導波路２０７ｂの数）をｎ（ｎは２以上の整数）とする。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、入射側光導波路の数と出射側光導波路の数とが異なっていてもよい。
【００４７】
コリメート部２０２はｎ個のコリメートレンズ（コア層）２０２ｂにより構成されている。各コリメートレンズ２０２ｂは、それぞれ光導波路２０１ｂの端部から若干離れた位置に配置されている。光導波路２０１ｂから出射された光は放射状に広がるが、コリメートレンズ２０２ｂによって平行光となる。
【００４８】
入射側光偏向素子部２０３には、光信号を伝播させる光導波路を備えたｎ個の光偏向素子２０３ｐが設けられている。各光偏向素子２０３ｐはそれぞれコリメートレンズ２０２ｂからその光軸方向に若干離れた位置に配置されている。光偏向素子２０３ｐは、ポッケルス効果（電気光学効果）を利用して光信号の伝播方向を偏向する。
【００４９】
共通光導波路２０４は、スラブ（slab）型導波路を備えている。この共通光導波路２０４は、入射側光偏向素子部２０３を通過した光を出射側光偏向素子部２０５に伝達する。スラブ（slab）型導波路には複数の光信号が同時に通るが、これらの光信号はスラブ（slab）型導波路内を決められた方向に直進するので、他の光信号と干渉することなく伝達される。
【００５０】
出射側光偏向素子部２０５には、光信号を伝播させる光導波路を備えたｎ個の光偏向素子２０５ｐが設けられている。これらの光偏向素子２０５ｐは、共通光導波路２０４を通って光偏向素子２０５ｐに到達した光を、光導波路に平行な方向に偏向する。光偏向素子２０５ｐは入射側光偏向素子部２０３の光偏向素子２０３ｐと基本的に同じ構造を有している。
【００５１】
集光部２０６は、コア層をパターニングして形成したｎ個の集光レンズ２０６ｂを備えている。これらの集光レンズ２０６ｂは、光偏向素子２０５ｐを通過した光を集光して出射側光導波路部２０７の光導波路（コア層）２０７ｂに導くという働きがある。
【００５２】
出射側光導波路部２０７は、入射側光導波路部２０１と関連して一部説明したが、そのほかに、入射側光導波路部２０１の光導波路２０１ｂとコリメートレンズ２０２ｂの配置と類似して、集光レンズ２０６ｂは出射側光導波路部２０７の光導波路２０７ｂの端部から少し離れた位置に配置されている。そして、集光レンズ２０６ｂによって、平行な光が光導波路２０７ｂに集光される。
【００５３】
次に、図３を参照して、光伝播系、結像系や光偏向系などの各光部品の結合構造体について説明する。
【００５４】
図３（ａ）は第１の実施の形態である凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）は第１の実施の形態である光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２の結合部を示す斜視図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）、（ｂ）の結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【００５５】
ここでは、光が左から右へ伝播する場合を説明しているが、逆に伝播する場合も成立する。従って、光導波路６０２、６１１は、例えば、入射側光偏向素子部２０３及び出射側光偏向素子部２０５を構成するものである。或いは、入射側光偏向素子部２０３及び出射側光偏向素子部２０５を省略して直に二次元レンズ２０２、２０６と結合された共通光導波路２０４を構成するものである場合もある。
【００５６】
図３（ａ）における、凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２の結合部の特徴は以下の通りである。屈折率ｎu1（ｎuj）のアンダクラッド層６０１ａと、屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)）のコア層６０１ｂと、屈折率ｎo1（ｎoj）のオーバクラッド層６０１ｃとが積層された第１の光導波路６０１と、屈折率ｎu2（ｎuk）のアンダクラッド層６０２ａと、屈折率ｎ１（ｎc2(ｎck)）のコア層６０２ｂと、屈折率ｎo2（ｎok）のオーバクラッド層６０２ｃとが積層された第２の光導波路６０２とが端面を対向させて配置されてなり、オーバクラッド層からアンダクラッド層までを連続してエッチングすることにより端面が形成され、かつ第１の光導波路６０１の端面が凸状の二次元レンズとなっている。対向する端面の間に屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k))）を有する充填媒体６０３が充填され、光が第１の光導波路６０１から充填媒体６０３を通って第２の光導波路６０２に伝播する。充填媒体６０３の屈折率ｎ２は、光がこの結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択されている。
【００５７】
反射損失と結合損失を低減する観点からは、屈折率ｎ２は、屈折率ｎ１よりも高い値も、低い値も採用可能であるが、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凸状の二次元レンズ６０１により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２の値は、屈折率ｎ１よりも低く設定される。これにより、図３（ａ）に示すように、伝播光の上下の広がりが抑制され、損失の低減に寄与する。
【００５８】
図３（ｂ）に示す、光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２の結合部についても、二次元レンズ６１２の平面形状を除き、図３（ａ）と同じような構造を有する。
【００５９】
即ち、屈折率ｎu1（ｎuj）のアンダクラッド層６１１ａと、屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)）のコア層６１１ｂと、屈折率ｎo1（ｎoj）のオーバクラッド層６１１ｃとが積層されてなる第１の光導波路６１１と、屈折率ｎu2（ｎuk）のアンダクラッド層６１２ａと、屈折率ｎ１（ｎc2(ｎck)）のコア層６１２ｂと、屈折率ｎo2（ｎok）のオーバクラッド層６１２ｃとが積層されてなる第２の導波路６１２とが端面が対向するように配置されている。対向部の両端面にはオーバクラッド層６１１ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６１１ａ、６１２ａまで露出している。第２の導波路（コア層）６１２ｂの端面が凹状の二次元レンズとなっている。
【００６０】
そして、対向する端面の間に充填する充填媒体６１３の屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k)）は、光がこの結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択される。
【００６１】
この場合も、反射損失と結合損失を低減する観点からは、屈折率ｎ２は、屈折率ｎ１よりも高い値も、低い値も採用可能であるが、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凹状の二次元レンズ６１２により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ１よりも高くされる。これにより、図３（ｃ）に示すように、伝播光の上下の広がりが抑制され、損失の低減に寄与する。
【００６２】
以下に、上記第１の実施の形態の光部品の結合構造体に関し、反射損失と結合損失を調査した結果について図５、６、７を参照して説明する。
【００６３】
比較のため、図４（ａ）、（ｂ）の光部品の結合構造体に関しても、同様に、反射損失と結合損失を調査した。図４（ａ）は凸状の二次元レンズ６２１と光導波路６２２の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）はその結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。比較例においては、図４（ａ）に示すように、対向部の凹部には屈折率が１よりも大きく、コア層の屈折率よりも低い充填媒体が充填されておらず、屈折率が１の大気が充満している。
【００６４】
図５は反射損失を計算した結果を示すグラフである。図６は結合損失を計算した結果を示すグラフである。図７は反射損失と結合損失を両方併せた全損失を調査した結果を示すグラフである。これらの調査結果は、図２に記載されたモデルに基づいてシミュレーションされたものであり、入射側と出射側の両方を併せた結果を示している。図２に記載されたモデルでは、例えば、入射側のコリメート部２０２と光偏向素子部２０３との結合部、出射側の光偏向素子部２０５と集光部２０６との結合部とを想定している。ここでは、二次元レンズのコア層と光偏向素子のコア層とは同じ屈折率ｎ1（＝1.5702） を有し、各結合部の凹部に充填された充填媒体は同じ屈折率ｎ2 を有するとしている。
【００６５】
図５は、結合部の対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と反射損失の関係を示し、同図の上図に示すように、屈折率の異なる媒体の境界面で反射が起こるとして計算をしている。図５の縦軸は線形目盛りで表した反射損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した結合部の対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００６６】
図５に示すように、屈折率ｎ2がｎ1と等しい点で反射損失が最も少なく、ｎ2＝１（比較例の場合）のとき、即ち対向部の凹部に大気が充満しているとき約−０．８ｄＢとなり、ｎ2＝３のとき約−１．８ｄＢとなった。
【００６７】
図６は、対向部の間隔（μｍ）をパラメータとして、対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と結合損失の関係を示す。図６の縦軸は線形目盛りで表した結合損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００６８】
図６に示すように、対向部の間隔が広くなるほど結合損失は大きくなり、かつ屈折率ｎ2が低くなるにつれて結合損失は大きくなる。ｎ2＝1（比較例の場合）で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−３．７ｄＢとなった。また、ｎ2＝1．５７で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．４ｄＢとなった。また、ｎ2＝３で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−０．７ｄＢとなった。
【００６９】
図７は、対向部の間隔（μｍ）をパラメータとして、対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2と反射損失及び結合損失を併せた全損失との関係を示す。図７の縦軸は線形目盛りで表した全損失（ｄＢ）を示し、横軸は線形目盛りで表した対向部の凹部に充填された媒体の屈折率ｎ2を示す。
【００７０】
図７に示すように、屈折率ｎ2に対する反射損失の変化に類似しており、屈折率ｎ2がｎ1と等しい点或いはそれよりも高い方の近傍で全損失が最も少なく、間隔が広くなるほど全損失は大きくなる。ｎ2＝1（比較例の場合）で、間隔１０μｍのとき、約−１ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−４ｄＢ以下となった。また、ｎ2＝1．５７で、間隔１０μｍのとき、ほとんど結合損失はなく、約０ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．４ｄＢとなった。また、ｎ2＝３で、間隔１０μｍのとき、約−１．９ｄＢとなり、間隔が１００μｍのとき、約−２．５ｄＢとなった。全損失を約−０．５ｄＢ以内に抑制するためには、間隔を４０μｍ以下にすることが必要であることがわかる。間隔が４０μｍのとき屈折率ｎ2の選択範囲は１．６乃至１．８程度であり、これより間隔が狭くなるほど屈折率ｎ2の選択範囲が広がり、間隔が１０μｍのとき屈折率ｎ2の選択範囲は１．１乃至２．２程度であった。
【００７１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、第1及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２が、ともにオーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでが露出した端面を対向させて配置され、かつ相互の端面の間に屈折率ｎ２を有する充填媒体６０３、６１３が充填されている。
【００７２】
詳しくは、第２の実施の形態で説明するが、このような構造を作成するには、例えば連続して積層されたオーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでを連続してエッチングして、オーバクラッド層６０１ｃ、６１１ｃ、６０２ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６０１ａ、６１１ａ、６０２ａ、６１２ａまでが露出する端面が相互に対向する第1及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２を形成し、さらに対向する端面の間に充填媒体６０３、６１３を充填する。
【００７３】
この場合、先願（特願２００１−３３２１６９号）のような研磨工程が不要になるため、工程の簡略化を図ることができる。また、コア層６０１ｂ、６１１ｂ、６０２ｂ、６１２ｂなどの膜厚は成膜時に決まるので、膜厚の制御が容易になる。
【００７４】
また、対向する端面の間に屈折率ｎ２を有する充填媒体６０３、６１３が充填されているので、屈折率ｎ２を適宜選択することにより、図７に示すように、端面の間に空気層（ｎ2＝１）を充満させた場合に比べて、損失を低減することができ、また、端面の間隔にも余裕をもたせることができる。
【００７５】
なお、第１の実施の形態では、第１及び第２の光導波路６０１、６１１、６０２、６１２のコア層６０１ｂ、６１１ｂ、６０２ｂ、６１２ｂとして屈折率ｎ1が同じ材料を用いているが、異なる屈折率（ｎc1、ｎc2）のコア層を用いることができる。この場合、充填媒体６０３、６１３の屈折率ｎi12は、光結合部の全損失が所定値以下となるようにする。さらに、光スイッチモジュールへの応用においては、凸状の二次元レンズの場合、好ましくは、ｎc1、ｎc2＞ｎi12＞１となるようにする。そのような材料として石英よりも屈折率が低いフッ素樹脂を用いる。また、凹状の二次元レンズの場合、好ましくは、ｎc1、ｎc2＜ｎi12となるようにする。そのような材料として石英よりも屈折率が高いエポキシ樹脂などを用いる。
【００７６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態である、図３（ａ）に類似の凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法について、図８（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。
【００７７】
図８（ａ）乃至（ｃ）の各々において、上図が平面図であり、下図が断面図である。
【００７８】
まず、図８（ａ）に示すように、石英基板２０上に、アンダクラッド層となる屈折率１．４４のＳｉＯ2膜２１と、コア層となる屈折率１．４５のＳｉＯ2膜２２と、オーバクラッド層となる屈折率１．４４のＳｉＯ2膜２３とをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により順に堆積する。屈折率の調整は成膜条件を調整することにより行う。
【００７９】
次いで、図８（ｂ）に示すように、不図示のフォトレジストマスクに基づいて、反応性イオンエッチングにより、凸状の端面を有する二次元レンズ６０１と平たい端面を有する光導波路６０２とを間隔をおいて形成する。これにより、二次元レンズ６０１の凸状の端面と光導波路６０２の平たい端面とは間隔をおいて対向することになる。二次元レンズ６０１の端面にはアンダクラッド層６０１ａと、コア層６０１ｂと、オーバクラッド層６０１ｃとが露出し、光導波路６０２の端面にはアンダクラッド層６０２ａと、コア層６０２ｂと、オーバクラッド層６０２ｃとが露出する。
【００８０】
次に、図８（ｃ）に示すように、光が凸状の二次元レンズ６０１から対向部を通って光導波路６０２に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12）を有するフッ素樹脂（充填媒体）６０３を対向部に充填する。なお、光スイッチモジュールに応用する場合、好ましくは、コリメート部では凸状の二次元レンズ６０１により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２（ｎi12）の値は、屈折率ｎ１よりも低く設定する。
【００８１】
これにより、光部品の一方が凸状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００８２】
次に、第２の実施の形態である、図３（ｂ）に類似の光導波路と凹状の二次元レンズの結合部を作成する方法を図９（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）乃至（ｃ）において、それぞれ上図が平面図であり、下図が断面図である。
【００８３】
図９（ａ）乃至（ｂ）に示すように、光導波路６１１と凹状の二次元レンズ６１２とを間隔を置いて形成する。図８（ａ）乃至（ｂ）と同じようにして形成することができる。これにより、光導波路６１１と二次元レンズ６１２とが相互の端面を対向させて配置された構造を得る。光導波路６１１の端面にはアンダクラッド層６１１ａ、コア層６１１ｂ及びオーバクラッド層６１１ｃが露出し、二次元レンズ６１２の端面にはアンダクラッド層６１２ａ、コア層６１２ｂ及びオーバクラッド層６１２ｃが露出している。
【００８４】
次に、図９（ｃ）に示すように、光が光導波路６１１から対向部を通って凹状の二次元レンズ６１２に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)）を有するエポキシ樹脂（充填媒体）６１３を対向部に充填する。なお、光スイッチモジュールへの応用においては、好ましくは、コリメート部では凹状の二次元レンズ６１２により光をコリメートさせるため、また、集光部では光を集光させるため、屈折率ｎ２（ｎi12）は通常コア層６１１ｂ、６１２ｂの屈折率ｎ１よりも高く設定する。
【００８５】
これにより、光部品の一方が凹状の二次元レンズ６１２である光部品の結合構造体が完成する。
【００８６】
以上のように、第２の実施の形態によれば、光導波路となる積層構造をオーバクラッド層２３からアンダクラッド層２１まで連続してエッチングして、対向部を挟んで端面が対向する二次元レンズ６０１、６１２と光導波路６０２、６１１とを形成し、さらに、光が結合部を伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるような範囲で選択された屈折率ｎ２（ｎi12）を有する樹脂６０３、６１３を対向部に充填している。
【００８７】
これにより、製造工程の簡略化を図るとともに、結合効率を向上させ、光結合部の界面での反射による損失を低減することが可能となる。
【００８８】
（第３の実施の形態）
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００８９】
図１０（ｄ）の上図は第３の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、同図の下図は、同じく断面図である。
【００９０】
第３の実施の形態において、第１及び第２の実施の形態の結合部の構造と異なるところは、光結合部の二次元レンズ６０１及び光導波路６０２の各端面が、二次元レンズ６０１及び光導波路６０２のコア層６０１ｂ、６０２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1（ｎcj），ｎc2（ｎck））と対向部に充填した媒体６０３の屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)））の中間の屈折率ｎi1（ｎij）又はｎi2（ｎik）を有する材料からなる膜（被覆媒体）６０１ｄ、６０２ｄで覆われていることである。端面を被覆する膜６０１ｄ、６０２ｄは対向部の間隔に比べて十分に薄いことが望ましく、好適には数μｍ以下である。
【００９１】
その製造方法は、図１０（ａ）乃至図１０（ｂ）に示すように、凸状の二次元レンズ６０１と光導波路６０２とを対向部を挟んで形成する。この場合、図８（ａ）乃至（ｂ）と同様な工程を経る。これにより、二次元レンズ６０１と光導波路６０２とが相互の端面を対向させて配置された構造を得る。二次元レンズ６０１の端面にはアンダクラッド層６０１ａ、コア層６０１ｂ、オーバクラッド層６０１ｃが露出し、光導波路６０２の端面にはアンダクラッド層６０２ａ、コア層６０２ｂ、オーバクラッド層６０２ｃが露出する。
【００９２】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、後に対向部に充填する樹脂６０３の屈折率ｎ２（ｎi12（ｎi(j,k)））とコア層６０１ｂ、６０２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1（ｎcj）、ｎc2（ｎck））の中間の屈折率ｎ３（ｎi1（ｎij）、ｎi2（ｎik））を有する樹脂を選択する。そして、その樹脂を塗布法により塗布して、二次元レンズ６０１の端面及び光導波路６０２の端面をそれぞれ覆う薄い樹脂膜（被覆媒体）６０１ｄ、６０２ｄを形成する。
【００９３】
次に、図１０（ｄ）に示すように、薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄで覆われた二次元レンズ６０１の端面及び光導波路６０２の端面の間に薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄの屈折率ｎ３よりも低い屈折率ｎ２の樹脂（充填媒体）６０３を充填する。これにより、光部品の一方が凸状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００９４】
次に、図１１（ａ）乃至（ｄ）を参照して、第３の実施の形態である凹状の二次元レンズと光導波路の結合部及びその作成方法について説明する。図１１（ａ）乃至（ｄ）の各々において、上図は平面図であり、下図は断面図である。
【００９５】
図１１（ｄ）の構造において、図１０（ｄ）と異なるところは、二次元レンズ６１２が凹状を有している点である。
【００９６】
その製造方法は、まず、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、相互の端面が対向するように第１の導波路層６１１と第２の導波路層６１２とを形成する。その形成工程は、図９（ａ）乃至（ｂ）と同様の工程を経る。形成された対向部の各端面には、オーバクラッド層６１１ｃ、６１２ｃからアンダクラッド層６１１ａ、６１２ａまで露出している。
【００９７】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、結合部の光導波路６１１及び二次元レンズ６１２の各端面が光導波路６１１及び二次元レンズ６１２のコア層６１１ｂ、６１２ｂの屈折率ｎ１（ｎc1(ｎcj)，ｎc2(ｎck)）と、後に対向部に充填する充填媒体６１３の屈折率ｎ２（ｎi12(ｎi(j,k))の中間の屈折率ｎ３（ｎi1(ｎij)、又はｎi2(ｎik)）を有する薄い樹脂膜（被覆媒体）６１１ｄ、６１２ｄで覆う。
【００９８】
次に、図１１（ｄ）に示すように、端面に被覆された樹脂膜６１１ｄ、６１２ｄの屈折率ｎ３よりも高い屈折率ｎ２の樹脂（充填媒体）６１３を選択して充填する。これにより、光部品の一方が凹状の二次元レンズである光部品の結合構造体が完成する。
【００９９】
以上のように、本発明の第３の実施の形態によれば、結合部の二次元レンズ６０１，６１２及び光導波路６０２，６１１の各端面の間の対向部に充填媒体６０３，６１３が充填されているため、結合損失及び反射損失を低減できる上、それらの端面が薄い樹脂膜６０１ｄ、６０２ｄ、６１１ｄ、６１２ｄで被覆され、かつその屈折率ｎ３が充填媒体６０３，６１３の屈折率ｎ２よりもコア層の屈折率ｎ１により近いため、反射損失を一層低減することができる。
【０１００】
なお、第１及び第２の導波路６０１、６１１、６０２、６１２のコア層として屈折率（ｎ1）がすべて同じコア層を用いているが、屈折率（ｎcj、ｎck）が異なるコア層を用いてもよい。この場合、充填媒体６０３、６１３の屈折率ｎi(j,k)及び被覆媒体６０１ｄ、６１１ｄ、６０２ｄ、６１２ｄの屈折率ｎij、ｎikが、凸状の二次元レンズの場合、ｎcj＞ｎij、ｎck＞ｎik、ｎij,ｎik＞ｎi(j,k)＞１となり、凹状の二次元レンズの場合、ｎcj＜ｎij、ｎck＜ｎik、ｎij,ｎik＜ｎi(j,k)となるようにする。
【０１０１】
（第４の実施の形態）
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【０１０２】
図１２の上図は第４の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、同図の下図は上図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【０１０３】
第１乃至第３の実施の形態で説明したような対向部に充填する樹脂（充填媒体）６０３が流動性を有する場合は、周囲に流れ出す虞があるため、図１２に示すように、図８（ｄ）の対向部を囲むように、樹脂６０３の周辺への流出を防止する凸部６０４を形成するとよい。凸部６０４として絶縁性の堆積膜や塗布膜やテープ状の貼付膜を用いることができる。
【０１０４】
また、図１３の上図は第４の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の別の結合部を示す平面図であり、同図の下図は上図のII−II線に沿う断面図である。
【０１０５】
同じく、対向部に充填する樹脂（充填媒体）６０３が流動性を有する場合に、図１３に示すように、図８（ｄ）の対向部を囲むように、周辺部に流出しようとする樹脂６０３を溜める帯状の凹部６０５を形成して、対向部の周辺への樹脂６０３の流出を防止するようにしてもよい。凹部６０５として、オーバクラッド層６０１ｃ、６０２ｃをエッチングして形成された帯状の溝などを用いることができる。
【０１０６】
なお、上記した第１乃至第４の実施の形態では、凸状又は凹状の二次元レンズ６０１、６１２と光導波路６０２、６１１との結合部に本発明を適用しているが、図１４に示すような凸状の二次元レンズ同士が対向する結合部、或いは凹状の二次元レンズ同士が対向する結合部にも本発明を適用可能である。
【０１０７】
（第５の実施の形態）
上記した第１乃至第４の実施の形態のように、アンダクラッド層、コア層及びオーバクラッド層からなる積層構造を反応性イオンエッチングによりエッチングすると、図１４（ｂ）に示すように、形成された端面に約１００ｎｍ程度の凹凸が生じる虞がある。図１４（ａ）はそのような凸状の二次元レンズ９１、９２同士の結合部を示す平面図であり、同図（ｂ）はIII−III線に沿う断面図である。基板９２a0上にアンダクラッド層９１ａ、コア層９１ｂ及びオーバクラッド層９１ｃの積層構造からなる二次元レンズ９１と、基板９２a0上にアンダクラッド層９２ａ、コア層９２ｂ及びオーバクラッド層９２ｃの積層構造からな二次元レンズ９２とが端面を対向させるように形成される。反応性イオンエッチングにより形成された各端面に凹凸が生じている状態を示している。
【０１０８】
この凹凸部分の界面の両側で屈折率が異なるような界面を光が伝播しようとすると、凹凸部分の界面で光が散乱し、その散乱光の発生により、光部品の結合構造体での損失が大きくなる。
【０１０９】
以下の実施の形態では、このような場合に反射損失や結合損失などの光の伝播損失を低減するのに有効な構造を説明する。
【０１１０】
図１５は、そのような構造を有する、第５の実施の形態である光スイッチモジュールの一部であって、光導波路同士の結合部を示す断面図である。
【０１１１】
第５の実施の形態において、光導波路５０１ａ、５０２ａがエッチングによりパターニングされているが、光導波路５０１ａ、５０２ａがクラッド層で覆われていない。光導波路５０１ａ、５０２ａの対向部の各端面は光導波路５０１ａ、５０２ａの屈折率ｎc1、ｎc2（ｎcj、ｎck）と同じ屈折率ｎi1、ｎi2（ｎij、ｎik）の材料からなる膜（被覆媒体）５０１ｂ、５０２ｂで覆われ、さらに対向部の凹部に屈折率ｎi12（ｎi(j,k)）の低い材料からなる充填媒体５０３が充填されている。
【０１１２】
これにより、対向部の両端面が滑らかになるため、光導波路５０１ａ、５０２ａを伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１１３】
また、被覆媒体５０１ｂ、５０２ｂにより滑らかな端面になった対向部に光導波路５０１ａ、５０２ａの屈折率ｎc1、ｎc2よりも低い屈折率ｎi12の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減することが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１１４】
（第６の実施の形態）
次に、図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、第６の実施の形態を説明する。
【０１１５】
図１６（ａ）は第６の実施の形態である光スイッチモジュールのうちコリメート部又は集光部を示す平面図であり、二次元レンズ部分の拡大平面図である。図１６（ｂ）はIV−IV線に沿う断面図である。
【０１１６】
第６の実施の形態において、第５の実施の形態と異なるところは、コア層３０２ｂの上下にアンダクラッド層３０２ａとオーバクラッド層３０２ｂを設けていることと、2つの凸状の二次元レンズ３０２ｂが間隔を置いて対向するように配置されていることである。この場合、左側の凸状の二次元レンズ３０２ｂの出射側端面と右側の凸状の二次元レンズ３０２ｂの入射側端面はそれぞれコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckと同じ屈折率ｎij、ｎikを有する材料からなる薄い樹脂膜（被覆媒体）３０２ｄで覆われ、さらに、凸状の二次元レンズ３０２ｂの端面の間の対向部にはコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckよりも低い屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）を有する材料からなる充填媒体３０２ｅが充填されている。
【０１１７】
以上のように、第６の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、反応性イオンエッチングにより形成された凸状の二次元レンズ３０２ｂ同士の結合部の端面が、その端面に露出するコア層３０２ｂの屈折率ｎcj、ｎckと等しい屈折率ｎij、ｎikの被覆媒体３０２ｄにより覆われている。
【０１１８】
被覆媒体３０２ｄの屈折率ｎij、ｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj、ｎckと等しいので、被覆媒体３０２ｄにより端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな二次元レンズ３０２ｂの端面を得ることができる。これにより、二次元レンズ３０２ｂの端面での光の散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１１９】
また、被覆媒体３０２ｄにより滑らかな端面になった対向部にコア層３０２ｂの屈折率よりも低い屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１２０】
（第７の実施の形態）
次に、図１７（ａ）、（ｂ）を参照して、第７の実施の形態を説明する。
【０１２１】
図１７（ａ）は第７の実施の形態である光スイッチモジュールの一部を示す平面図であり、図１７（ｂ）はＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【０１２２】
第７の実施の形態において、第５及び第６の実施の形態と異なるところは、光導波路(コア層)４０３ｂの入射側端面に凹凸がなく平滑になっているような構造を有することである。このような構造は、例えば、光導波路４０３ｂの材料として感光性材料を用い、光導波路４０３ｂがフォトプロセスによりパターニング形成され、二次元レンズ２０２ｂのみ反応性イオンエッチングにより形成された場合に得られる。
【０１２３】
この場合、二次元レンズ２０２ｂの出射側端面は端面の凹凸を滑らかにするため、コア層２０２ｂの屈折率ｎc2（ｎcj）と同じ屈折率ｎi2（ｎij）を有する樹脂膜２１２で覆われているが、二次元レンズ２０２ｃと対向する光導波路４０３ｂの入射側端面は元々凹凸がなく平滑であるため、端面の凹凸を平滑にするために光導波路４０３ｂの屈折率と同じ屈折率を有する被覆媒体で覆われていない。
【０１２４】
さらに、被覆媒体２１２により滑らかになった端面と光導波路４０３ｂの平滑な端面が対向する対向部にコア層２０２ｂの屈折率よりも低い屈折率ｎi24（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３が充填されている。
【０１２５】
以上のように、第７の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、凸状の二次元レンズ２０２ｂと光導波路４０３ｂとの結合部の両端面のうち、反応性イオンエッチングにより形成された凸状の二次元レンズ２０２ｂの端面のみが、その端面に露出するコア層２０２ｂの屈折率ｎc2と等しい屈折率ｎi2の被覆媒体２１２により覆われている。
【０１２６】
このように、エッチングにより形成した端面の凹凸を被覆媒体２１２により均すことで、実質的に滑らかな二次元レンズ２０２ｂの端面を得ることができる。これにより、結合部の両端面が滑らかになるため、二次元レンズ２０２ｂ及びスラブ型導波路４０３ｂの端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１２７】
また、被覆媒体２１２により滑らかな端面になった対向部にコア層２０２ｂの屈折率ｎc2よりも低い屈折率ｎi24（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズ２０２ｂを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１２８】
（第８の実施の形態）
次に、図１８、図１９に、第８の実施の形態である、光スイッチモジュールの例を示す。図１８は光スイッチモジュールを示す平面図である。図１９（ａ）は入射側チャネル導波路部およびコリメート部の二次元レンズの結合部を示す平面図であり、図１９（ｂ）は同図（ａ）のVI−VI線に沿う断面図である。
【０１２９】
図２で説明した、入射側チャネル導波路部２０１、コリメート部２０２、集光部２０６、出射側チャネル導波路部２０７の各光部品の結合部で対策が施されているものとする。図１８にその様子を示す。なお、図１８中、図２の符号と同じ符号で示すものは図２のものと同じものを示す。ほかに、図１８中、符号２００は入射側の光ファイバ、２０８は出射側の光ファイバである。
【０１３０】
入射側チャネル導波路部２０１は、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、相互に間隔を置いて形成された、主として光を伝播する複数のコア層２０１ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０１ａ、２０１ｃとの積層構造を有する。積層構造はコア層２０１ｂを中心とする光導波路を構成している。クラッド層２０１ａ、２０１ｃの屈折率ｎu1（ｎuj又はｎuk）、ｎo1（ｎoj又はｎok）をコア層２０１ｂの屈折率ｎc1（ｎcj）よりも低くして、コア層２０１ｂを伝播する光が周辺部に洩れないようにしている。光導波路の入射側端面はコア層２０１ｂの屈折率ｎc1と同じ屈折率ｎi1（ｎij）を有する材料からなる被覆媒体２１１で覆われている。
【０１３１】
コリメート部２０２は、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、相対する凸状の二次元レンズ（コリメートレンズ）２０２ｂで構成されている。相対する二次元レンズ２０２ｂはそれぞれ、入射側チャネル導波路部２０１のコア層２０１ｂの屈折率ｎc1と同じ屈折率ｎc2（ｎcj，ｎck）を有する材料、例えば石英により形成され、主として光を伝播するコア層２０２ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０２ａ、２０２ｃとの積層構造を有する。さらに、相対する二次元レンズ２０２ｂの出射側端面及び入射側端面はそれぞれコア層２０２ｂの屈折率ｎc2と同じ屈折率ｎi2（ｎij，ｎik）を有する樹脂からなる被覆媒体２１２で覆われている。さらに、図１８、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、二次元レンズ２０２ｂの出射側端面と入射側端面との間には、屈折率ｎi22（ｎi(j,k)）を有する充填媒体２１３が充填されている。充填媒体２１３は例えば石英の屈折率よりも低い屈折率ｎi22を有する材料、例えばフッ素樹脂により形成されている。
【０１３２】
入射側光偏向素子部２０３を構成する光偏向素子２０３ｐは、図１８、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、１又は複数のプリズムペアにより構成されている。そして、１個のプリズムペアは、電気光学効果を有する材料、例えばＰＺＴで形成されたコア層２０３ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層２０３ａ、２０３ｃとの積層構造の上側に形成された第１及び第２の上部電極と、積層構造の下側に形成された第１及び第２の下部電極とにより構成されている。これらの第１及び第２の上部電極と第１及び第２の下部電極はいずれも直角三角形の形状（くさび形状）に形成されている。
【０１３３】
第１の上部電極と第１の下部電極とはコア層２０３ｂを有する積層構造を挟んで相互に対向している。第１の上部電極と第２の上部電極は相互に斜辺を対向させ、且つ近接して配置されており、第２の上部電極と第２の下部電極とは積層構造を挟んで相互に対向している。なお、コア層２０３ｂを有する積層構造は、各プリズムペアで共通である。
【０１３４】
共通光導波路部２０４は、主として光を伝播するスラブ導波路（コア層）と、その上下及び左右に形成されたクラッド層との積層構造を有する。図１８では、最上層のオーバクラッド層２０４ｃを示している。
【０１３５】
出射側光偏向素子部２０５の光偏向素子２０５ｐは、図１８に示すように、入射側光偏向素子２０３ｐと同様な構造の１又は複数のプリズムペアで構成されている。各プリズムペアは、コア層と、その上下及び左右に形成されたクラッド層とを有する積層構造を挟む一対の第１の電極（第１の上部電極及び第２の下部電極）と、一対の第２の電極（第２の上部電極及び第２の下部電極）とにより構成されている。図１８では、最上層のオーバクラッド層２０５ｃを示している。
【０１３６】
集光部２０６は、図１８に示すように、コリメート部２０２と同様に、凸状の集光レンズ２０６ｂが相対する形となっている。凸状の集光レンズ２０６ｂの部分は、コア層２０１ｂと同じ材料、例えば石英により形成され、主として光を伝播するコア層２０６ｂと、その上下及び左右に形成されたクラッド層との積層構造を有する。さらに、相対する集光レンズの端面はそれぞれコア層２０６ｂの屈折率ｎc6（ｎcj，ｎck）と同じ屈折率ｎi6（ｎij，ｎik）を有する樹脂膜（被覆媒体）２１６で覆われている。相対する集光レンズの端面の間に充填媒体２１７が充填されている。充填媒体２１７は例えば石英の屈折率よりも低い屈折率ｎi66（ｎi(j,k)）を有する材料、例えばフッ素樹脂により形成されている。
【０１３７】
出射側チャネル導波路部２０７は、図１８に示すように、入射側チャネル導波路部２０１のチャネル導波路２０１ｂと同じ数のチャネル導波路２０７ｂが相互に間隔を置いて配置されており、入射側チャネル導波路部２０１と同様な積層構造を有する。チャネル導波路２０７ｂの出射側端面は屈折率がコア層２０７ｂの屈折率ｎc7（ｎck）と同じ屈折率ｎi7（ｎik）を有する材料からなる被覆媒体２１８で覆われている。
【０１３８】
以上のように、第８の実施の形態の光スイッチモジュールによれば、反応性イオンエッチングにより形成された各結合部の端面が、その端面に露出するコア層の屈折率ｎc1、ｎc2、ｎc6、ｎc7（ｎcj、ｎck）と等しい屈折率ｎi1、ｎi2、ｎi6、乃至ｎi7（ｎij、ｎik）の被覆媒体２１１、２１２、２１６、２１８により覆われている。
【０１３９】
被覆媒体の屈折率ｎij又はｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、反応性イオンエッチング等により結合部の対向部に露出する光導波路の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１４０】
また、コリメート部２０２及び集光部２０６においては、被覆媒体２１２、２１６により滑らかな端面になった対向部にコア層の屈折率よりも低い屈折率ｎi22、ｎi66（ｎi(j,k)）の充填媒体２１３、２１７が充填されているので、反射による損失を低減することが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【０１４１】
なお、第８の実施の形態では、コリメート部２０２と集光部２０６に本発明の光部品の結合構造体を備えているが、場合により、それらの結合部のうち少なくとも何れか一に光部品の結合構造体を備えるようにしてもよい。
【０１４２】
以上、実施の形態によりこの発明を具体的に説明したが、この発明は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【０１４３】
（付記１） 屈折率ｎujのアンダクラッド層、屈折率ｎcjのコア層、及び屈折率ｎojのオーバクラッド層が積層された第１の光導波路と、屈折率ｎukのアンダクラッド層、屈折率ｎckのコア層、及び屈折率ｎokのオーバクラッド層が積層された第２の光導波路とが、ともに前記オーバクラッド層から前記アンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置され、かつ前記相互の端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されてなり、前記両端面のうち少なくとも一方の端面が二次元レンズとなっており、光が一方の前記光導波路から前記充填媒体を通って他方の前記光導波路に伝播することを特徴とする光部品の結合構造体。
【０１４４】
（付記２） 前記充填媒体の屈折率ｎi(j,k)が、前記光が一方の前記光導波路から前記充填媒体を通って他方の前記光導波路に伝播する際に、反射損失と結合損失とを併せた損失が所定の値以下となるように選択されていることを特徴とする付記１記載の光部品の結合構造体。
【０１４５】
（付記３） 前記二次元レンズは凸状又は凹状を有することを特徴とする付記１又は２記載の光部品の結合構造体。
【０１４６】
（付記４） 前記第１又は第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面と前記充填媒体との間に、前記屈折率ｎcj又はｎckと前記屈折率ｎi(j,k)との間の屈折率ｎij又はｎikを有する被覆媒体が介在していることを特徴とする付記１乃至３の何れか一に記載の光部品の結合構造体。
【０１４７】
（付記５） 前記充填媒体は流動性を有し、前記充填媒体の充填部の周囲に、前記充填媒体の周辺部への流出を防止する凸部又は凹部が設けられていることを特徴とする付記１乃至４の何れか一に記載の光部品の結合構造体。
【０１４８】
（付記６） 基板上に屈折率ｎuのアンダクラッド層、屈折率ｎcのコア層、及び屈折率ｎoのオーバクラッド層とを積層する工程と、
前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までを連続してエッチングし、前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第１及び第２の光導波路を形成する工程と、
前記対向する端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体を充填する工程とを有することを特徴とする光部品の結合構造体の製造方法。
【０１４９】
（付記７） 前記アンダクラッド層から前記オーバクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第１及び第２の光導波路を形成する工程の後、前記対向する端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体を充填する工程の前に、
屈折率ｎij又はｎikを有する被覆媒体により前記端面を被覆する工程を有することを特徴とする付記６記載の光部品の結合構造体の製造方法。
【０１５０】
（付記８） 二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気化学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、二次元レンズにより前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に付記１又は乃至５の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１５１】
（付記９） 前記第１の光偏向素子及び前記第２の光偏向素子を構成するコア層の屈折率は、前記コリメート部、前記共通光導波路、及び前記集光部のコア層の何れの屈折率よりも高くなっていることを特徴とする付記８記載の光スイッチモジュール。
【０１５２】
（付記１０） 少なくとも屈折率ｎcjのコア層を有する第１の光導波路と、少なくとも屈折率ｎckのコア層を有する第２の光導波路とが端面を対向させて配置されており、前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の前記端面がエッチングにより形成されてなり、かつ前記エッチングにより形成された端面が該端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しい屈折率ｎij又はｎikの被覆媒体により覆われていることを特徴とする光部品の結合構造体。
【０１５３】
（付記１１） 前記第１の光導波路は前記屈折率ｎcjのコア層の上下を挟んで屈折率ｎujのアンダクラッド層と屈折率ｎojのオーバクラッド層とが積層されてなり、前記第２の光導波路は前記屈折率ｎckのコア層の上下を挟んで屈折率ｎukのアンダクラッド層と屈折率ｎokのオーバクラッド層とが積層されてなることを特徴とする付記１０記載の光部品の結合構造体。
【０１５４】
（付記１２） 前記エッチングにより形成された端面が凸状の二次元レンズとなっていることを特徴とする付記１０又は１１記載の光部品の結合構造体。
【０１５５】
（付記１３） 前記対向する端面の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記屈折率ｎcj及びｎckよりも低い屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする付記１２に記載の光部品の結合構造体。
【０１５６】
（付記１４） 前記エッチングにより形成された端面が凹状の二次元レンズとなっていることを特徴とする付記１０又は１１記載の光部品の結合構造体。
【０１５７】
（付記１５） 前記対向する端面の間に前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記屈折率ｎcj及びｎckよりも高い屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする付記１４に記載の光部品の結合構造体。
【０１５８】
（付記１６） 二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気化学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、二次元レンズにより前記第２の光偏向素子を通過した各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子、及び前記集光部はそれぞれ光導波路を有し、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に付記１０乃至１５の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする光スイッチモジュール。
【０１５９】
（付記１７） 前記第１の光偏向素子及び前記第２の光偏向素子を構成するコア層の屈折率は、前記コリメート部、前記共通光導波路、及び前記集光部のコア層の何れの屈折率よりも高くなっていることを特徴とする付記１６記載の光スイッチモジュール。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光部品の結合構造体によれば、第1及び第２の光導波路が、ともにオーバクラッド層からアンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置され、かつ相互の端面の間に屈折率ｎi(j,k)を有する充填媒体が充填されている。従って、屈折率ｎi(j,k)を適宜選択することにより、端面の間に空気層（ｎi(j,k)＝１）を充満させた場合に比べて、損失を低減することができ、また、端面の間隔にも余裕をもたせることができる。
【０１６１】
また、上記のような構造を作成するには、オーバクラッド層、コア層及びアンダクラッド層を積層した後、オーバクラッド層からアンダクラッド層まで連続してエッチングし、オーバクラッド層からアンダクラッド層までが露出する端面が相互に対向する第1及び第２の光導波路を形成する。その後、相互の端面の間に充填媒体を充填する。
【０１６２】
従って、先願のような研磨工程が不要になるため、工程の簡略化を図ることができる。また、コア層などの膜厚は成膜時に決まるので、膜厚の制御が容易になる。
【０１６３】
また、本発明の別の光部品の結合構造体によれば、エッチングにより形成された端面が、その端面に露出するコア層の屈折率ｎcj又はｎckと等しい屈折率ｎij又はｎikの被覆媒体により覆われている。
【０１６４】
被覆媒体の屈折率ｎij又はｎikは端面に露出するコア層の屈折率ｎcj及びｎckと等しいので、光の伝播に関して被覆媒体は実質的にコア層と同じと見なせる。従って、エッチングにより第１又は第２の光導波路の対向部の端面に凹凸が生じたとしても、被覆媒体により端面の凹凸を均すことで、実質的に滑らかな光導波路の端面を得ることができる。これにより、光導波路を伝播する光の端面での散乱を防止して反射による損失や結合損失を低減することができる。
【０１６５】
さらに、被覆媒体により滑らかな端面になった凸状の二次元レンズに隣接する領域にコア層の屈折率よりも低い屈折率ｎi(j,k)の充填媒体が充填されているので、反射による損失を低減し、二次元レンズを透過した光をコリメートさせることが可能となる。これにより、光の伝播損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチモジュールを使用した光信号切換え装置を示す平面模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を示す平面模式図である。
【図３】（ａ）は第１の実施の形態である凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を示す斜視図であり、（ｂ）は第１の実施の形態である光導波路と凹状の二次元レンズの結合部を示す斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、比較例に係る、凸状の二次元レンズ６２１と光導波路の結合部を示す斜視図であり、同図（ｂ）はその結合部における光の伝播の様子を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態である光結合部において、充填媒体の屈折率に対する反射損失を計算した結果を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態である光結合部において、端面の間隔をパラメータとして充填媒体の屈折率に対する結合損失を計算した結果を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態である光結合部において、端面の間隔をパラメータとして充填媒体の屈折率に対する反射損失と結合損失を両方併せた全損失を調査した結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る、図３（ａ）に類似の凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す断面図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る、図３（ｂ）に類似の凹状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す断面図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る、凸状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す図であり、各図の上図は平面図であり、下図は断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る、凹状の二次元レンズと光導波路の結合部を作成する方法を示す図であり、各図の上図は平面図であり、下図は断面図である。
【図１２】上図は第４の実施の形態に係る二次元レンズと光導波路の結合部を示す平面図であり、下図は上図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１３】上図は第４の実施の形態に係る二次元レンズと光導波路の別の結合部を示す平面図であり、下図は上図のII−II線に沿う断面図である。
【図１４】（ａ）は、第５の実施の形態を説明するための凸状の二次元レンズ同士の結合部を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のIII−III線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る光部品の結合構造体の構成を示す断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の第６の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうちコリメート部又は集光部の構成を示す拡大平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のIV−IV線に沿う断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第７の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうちコリメート部を有する光部品の結合構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態に係る光スイッチモジュールの構成を示す平面図である。
【図１９】（ａ）は本発明の第８の実施の形態に係る光スイッチモジュールのうち、入射側チャネル導波路部及びコリメート部の結合構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、(ａ)のVI−VI線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、９２ao 基板、
２１、２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、３０２ａ、４０３ａ、６０１ａ、６０２ａ、６１１ａ、６１２ａ アンダクラッド層、
２２、２０３ｂ、２０４ｂ、４０３ｂ、６０１ｂ、６０２ｂ、６１１ｂ、６１２ｂ コア層、
２３、２０１ｃ、２０２ｃ、２０３ｃ、２０４ｃ、３０２ｃ、６０１ｃ、６０２ｃ、４０３ｃ、６１１ｃ、６１２ｃ オーバクラッド層、
１０２ 光モジュール、
１０７、１０８、２００、２０８ 光ファイバ、
２０１ 入射側光導波路部、
２０１ｂ、２０７ｂ チャネル導波路（コア層）、
２０２ コリメート部、
２０２ｂ ３０２ｂ 二次元レンズ（コリメートレンズ（コア層））、
２０３ 入射側光偏向素子部、
２０３ｐ 第１の光偏向素子、
２０４ 共通光導波路、
２０５ 出射側光偏向素子部、
２０５ｐ 第２の光偏向素子、
２０６ 集光部、
２０６ｂ 二次元レンズ（集光レンズ（コア層））、
２０７ 出射側光導波路、
２１１、２１２、２１６、２１８、３０２ｄ、５０１ｂ、５０２ｂ、６０１ｄ、６０２ｄ、６１１ｄ、６１２ｄ 被覆媒体、
２１３、２１７、３０２ｅ、５０３、６０３、６１３ 充填媒体、
３０２ｆ 対向部、
５０１ａ、５０２ａ、６０２、６１１ 光導波路、
６０１ 凸状の二次元レンズ、
６１２ 凹状の二次元レンズ、
６０４ 凸部、
６０５ 凹部。
Claims (4)
- アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第１の光導波路と、アンダクラッド層、コア層、及びオーバクラッド層が積層された第２の光導波路とが、ともに前記オーバクラッド層から前記アンダクラッド層までが露出した端面を対向させて配置されており、
前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の前記端面がエッチングにより形成されてなり、かつ前記エッチングにより形成された端面が該端面に露出するコア層の屈折率と等しい屈折率の被覆媒体により覆われていることを特徴とする光部品の結合構造体。 - 前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凸状の二次元レンズであり、前記対向する端面の間に、前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも低い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品の結合構造体。
- 前記第１及び第２の光導波路のうち少なくとも何れか一の端面が凹状の二次元レンズであり、前記対向する端面の間に、前記端面を覆う被覆媒体の他に、前記第１及び第２の光導波路のコア層の屈折率よりも高い屈折率を有する充填媒体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品の結合構造体。
- 複数の光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより複数の光信号をそれぞれ個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメート部を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第１の光偏向素子と、前記複数の第１の光偏向素子をそれぞれ通過した各光信号を伝播させる共通光導波路と、前記共通光導波路を通過した各光信号の伝播方向を電気光学効果を利用してそれぞれ個別に切り換える複数の第２の光偏向素子と、前記第２の光偏向素子を通過した各光信号に対応して配置された複数の二次元レンズにより前記各光信号をそれぞれ個別に集光する集光部とを備え、
前記コリメート部、前記第１の光偏向素子、前記共通光導波路、前記第２の光偏向素子、及び前記集光部はそれぞれ光導波路を有し、前記コリメート部と前記集光部のうち少なくとも何れか一に請求項２又は３の何れか一に記載の光部品の結合構造体を備えたことを特徴とする光スイッチモジュール。
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