JP6346177B2 - スポットサイズ変換光導波路 - Google Patents

Description

本発明は、スポットサイズ変換光導波路に関するものである。

光ファイバ、および、平面光波回路（ＰＬＣ）等の光導波路回路は、いずれもコア部とクラッド部との間に屈折率差を形成してコア部内に光を閉じ込めて伝搬させる光導波路素子である。しかしながら、光ファイバおよび光導波路回路とでは、光閉じ込めのための比屈折率差Δが異なる場合が多い。そのため、コア部を伝搬する光のスポットサイズが互いに異なる場合が多い。特に、光導波路回路の場合、小型化等のために比屈折率差Δを光ファイバの比屈折率差Δよりも高くしている場合がある。光ファイバと光導波路回路とで比屈折率差Δが異なる場合、伝搬する光のスポットサイズが互いに異なる。この場合、光ファイバと光導波路回路とをそのまま光学的に接続すると、スポットサイズの不整合のために大きな接続損失が生じる。このような大きな接続損失の発生を抑制するために、光ファイバと光導波路回路との接続箇所に配置して、光のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換光導波路が開示されている（たとえば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。このようなスポットサイズ変換光導波路は、光のスポットサイズが互いに異なる光導波路回路間を接続する場合にも使用される。

特開２００７−０９３７４３号公報 特開２０１１−０２２４６４号公報

Ｔｏｋｕｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｕａｌ−Ｔａｐｅｒｅｄ １０−μｍ−Ｓｐｏｔ−Ｓｉｚｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｏｒｅ ｆｏｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｉｂ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｔｏ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ"， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ５ （２０１２） ０２２２０２．

スポットサイズ変換光導波路には、光学的に接続すべき光導波路素子間の接続損失を小さくすることが要求されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続損失を小さくすることができるスポットサイズ変換光導波路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、クラッド部と、前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高いコア部と、を備え、前記コア部は、所定の方向に延伸し、幅および高さが延伸方向において略一定である第１ストレート部と、前記第１ストレート部と連続して形成され、終端部に向かって幅および高さが縮小する第１テーパ部とを有する第１コア部と、前記第１コア部の第１ストレート部を覆うように形成されたストレート部被覆部と、前記ストレート部被覆部と連続して前記第１コア部の第１テーパ部を覆うように形成され、前記第１テーパ部の形状に沿って幅および高さが縮小するテーパ部被覆部と、前記延伸方向に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部と、を有し、端部に光出力端面が形成され、前記第１コア部よりも屈折率が低い第２コア部と、を有することを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は２．５％〜１２％であり、前記第２コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３％〜１．８％であることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部の光出力端面は１辺の長さが８μｍ〜１４μｍの矩形状であることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部のテーパ部被覆部の幅および高さは、前記第１コア部の第１テーパ部の幅および高さよりも大きく、所定の波長の光をシングルモードで伝搬する幅および高さであることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記ストレート部被覆部の幅方向に広がる側部を有し、該側部の幅は０μｍより大きく２μｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、該連結部の幅は、前記テーパ部被覆部の幅より０μｍ〜２μｍだけ広いことを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、前記第２コア部のテーパ部被覆部の終端部は前記連結部に対して段差を形成しており、該段差の高さは０μｍより大きいことを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１テーパ部の終端部から前記第２テーパ部までの離間距離は、前記延伸方向を正の方向として、−１００μｍより大きいことを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第１テーパ部の長さは３００μｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２テーパ部の長さは２００μｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、上記発明において、前記第２コア部は、前記第２テーパ部と連続して形成され、前記延伸方向において幅および高さが略一定であり、端部に前記光出力端面が形成された第２ストレート部をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、接続損失を小さくすることができるスポットサイズ変換光導波路を提供できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図２は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。 図３は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図４Ａは、図１に示すＡ−Ａ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図４Ｂは、図１に示すＢ−Ｂ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図４Ｃは、図１に示すＣ−Ｃ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図５は、実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図６は、図５に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図７Ａは、図５に示すＤ−Ｄ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図７Ｂは、図５に示すＥ−Ｅ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図７Ｃは、図５に示すＦ−Ｆ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図８は、実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。 図９は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。 図１０は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。 図１１Ａは、図８に示すＧ−Ｇ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１１Ｂは、図８に示すＨ−Ｈ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１１Ｃは、図８に示すＩ−Ｉ線断面における第１コア部と第２コア部の断表面を示す図である。 図１２は、第２コア部の光出力端面における１辺の長さと損失との関係を示す図である。 図１３は、テーパ部間距離と損失との関係を示す図である。 図１４は、第２コア部のΔが０．８％の場合の段差の高さと損失との関係を示す図である。 図１５は、第２コア部のΔが１．５５％の場合の段差の高さと損失との関係を示す図である。 図１６は、第１テーパ部の長さと損失との関係を示す図である。 図１７は、第２テーパ部の長さと損失との関係を示す図である。 図１８は、重なり部分の長さと損失との関係を示す図である。 図１９Ａは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図１９Ｂは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図１９Ｃは、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。 図２０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るスポットサイズ変換光導波路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図２は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。図３は、図１に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図１〜図３に示すように、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部２０と、クラッド部２０内に配置されたコア部３０とを備えている。コア部３０は方向Ｄ１の方向に延伸している。

基板１０は、たとえばシリコンからなる。クラッド部２０は、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。

コア部３０は、クラッド部２０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部３０は、第１コア部３１と、第１コア部３１よりも屈折率が低い第２コア部３２とを有している。

第１コア部３１および第２コア部３２の構成について具体的に説明する。第１コア部３１は、第１ストレート部３１ａと、第１テーパ部３１ｂとを有する。第１ストレート部３１ａは、方向Ｄ１の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部３１ｂは、第１ストレート部３１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部３１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部３１ｂは長さＬ１３を有する（図３参照）。なお、幅と高さは必ずしも同時に縮小する必要はなく、例えば先に高さが縮小した後に幅が縮小していてもよい。ただし、小型化の観点からは、幅と高さが同時に縮小することが好ましい。第１コア部３１は、たとえば屈折率を高める材料である、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、またはアルミニウム（Ａｌ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部３１の、クラッド部２０に対する比屈折率差はたとえば２．５％〜１２％であり、より好ましくは４％〜１２％である。

第２コア部３２は、ストレート部被覆部３２ａと、テーパ部被覆部３２ｂと、第２テーパ部３２ｄと、第２ストレート部３２ｅと、テーパ部被覆部３２ｂと第２テーパ部３２ｄとを連結する連結部３２ｃとを有する。さらに、第２コア部３２は、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａを有する。第２コア部３２は、たとえば屈折率を高める材料である、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差はたとえば０．３％〜１．８％である。

ストレート部被覆部３２ａは、第１コア部３１の第１ストレート部３１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部３２ａは方向Ｄ１と反対側に向かって高さが徐々に低くなっている。テーパ部被覆部３２ｂは、ストレート部被覆部３２ａと連続し、かつ第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部３１ｂの形状に沿って幅および高さがテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部３２ｂは、少なくとも第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３以上の長さを有する（図３参照）。テーパ部被覆部３２ｂの終端部には、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａと対応した終端部３２ｂａが形成されている。第２テーパ部３２ｄは、方向Ｄ１に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。第２テーパ部３２ｄは長さＬ１４を有する（図３参照）。第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａから第２テーパ部３２ｄまでは距離Ｌ１５だけ離間している。

第２ストレート部３２ｅは、第２テーパ部３２ｄと連続して形成され、方向Ｄ１に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ幅および高さが方向Ｄ１において略一定であり、端部に光出力端面３２ｅａが形成されている。第２ストレート部３２ｅは長さＬ１１を有する（図２参照）。光出力端面３２ｅａはスポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上にある。第２ストレート部３２ｅの断面および光出力端面３２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ１２（図１参照）である正方形である。なお、第２ストレート部３２ｅは、必ずしも必要ないが、所望の光出力端面３２ｅａの大きさを安定して得るためには、第２ストレート部３２ｅを設けることが好ましい。第２ストレート部３２ｅが無い場合は、第２テーパ部３２ｄの端部に形成された端面が、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上に位置し、光出力端面となる。連結部３２ｃは、テーパ部被覆部３２ｂの側部および第２テーパ部３２ｄ側に広がっている。本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００では、連結部３２ｃは側部３２ａａと第２テーパ部３２ｄとの間も連結するように形成されている。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ、図１に示すＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面、Ｃ−Ｃ線断面における第１コア部３１と第２コア部３２の断表面を示す図である。図４Ａに示すように、Ａ−Ａ線断面では、第１コア部３１については第１ストレート部３１ａの端部が表れている。第２コア部３２については第１ストレート部３１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部３２ａと、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａが表れている。第１ストレート部３１ａは１辺の長さが長さＬ１６である正方形の断面を有している。側部３２ａａは幅Ｗ１３を有する。

Ａ−Ａ線断面からＢ−Ｂ線断面にかけては、図１にも示すように、第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂは、終端部３１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部３２のテーパ部被覆部３２ｂは、第１テーパ部３１ｂを覆っており、第１テーパ部３１ｂの形状に沿って幅および高さが縮小している。そして、図４Ｂに示すように、Ｂ−Ｂ線断面では、第２コア部３２については、テーパ部被覆部３２ｂの終端部３２ｂａと、連結部３２ｃとが表れている。第１コア部３１については、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａはＢ−Ｂ線断面よりもＡ−Ａ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部３１ｂａは幅Ｗ１１を有する。終端部３２ｂａは幅Ｗ１２を有する。終端部３２ｂａは連結部３２ｃに対して段差Ｈ１を形成している。連結部３２ｃはテーパ部被覆部３２ｂに対して幅Ｗ１４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ１４はＡ−Ａ線断面からＢ−Ｂ線断面に向かって値が増加している。

Ｂ−Ｂ線断面からＣ−Ｃ線断面にかけては、図１にも示すように、第１コア部３１は存在せず、第２コア部３２の連結部３２ｃが、矩形の断面形状を有するように、方向Ｄ１の方向に延伸している。そして、図４Ｃに示すように、Ｃ−Ｃ線断面では、第２コア部３２の連結部３２ｃのみが表れている。

つぎに、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の使用方法および動作について説明する。このスポットサイズ変換光導波路１００は、第１コア部３１の第１ストレート部３１ａ側に光導波路回路が接続される。また、図２に示すように、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａと同一面上にある光出力端面３２ｅａに、光ファイバＯＦの端面が対向するように光ファイバＯＦが配置される。光ファイバＯＦはコア部ＯＦ１とクラッド部ＯＦ２とを有する。光ファイバＯＦはたとえばＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５２に準拠する、光通信分野において標準的に用いられる標準シングルモード光ファイバである。

光導波路回路側から第１コア部３１に、たとえば光通信に用いられる波長帯である１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲に含まれる波長を有する光信号が入力される。なお、第１コア部３１は、光導波路回路と低損失で光接続されるように、その１辺の長さである長さＬ１６や比屈折率差が設定されている。したがって、信号光が光導波路回路からスポットサイズ変換光導波路１００に入力する際の損失は小さい。

第１コア部３１は、まず第１ストレート部３１ａにおいて入力された光信号を方向Ｄ１の方向へ伝搬する。第１ストレート部３１ａの１辺の長さである長さＬ１６は、入力された所定の波長の光信号をシングルモードで伝搬できる程度の長さに設定されている。第１コア部３１の比屈折率差が４％〜１２％であり、信号光の波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲である場合、長さＬ１６はたとえば１．５μｍ〜３．０μｍである。長さＬ１６は光信号の波長および第１コア部３１の比屈折率差に応じて設定されることが好ましい。

第１コア部３１は、つぎに第１テーパ部３１ｂにおいて入力された光信号を伝搬する。第１テーパ部３１ｂはその幅および高さが縮小する。そのため、伝搬する光のフィールドは第１テーパ部３１ｂを伝搬中に徐々に第２コア部３２のテーパ部被覆部３２ｂまで広がっていく。テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、第１コア部３１の第１テーパ部３１ｂの幅および高さよりも大きい。また、テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、コア部３０の第１テーパ部３１ｂとテーパ部被覆部３２ｂとを含む部分が信号光をシングルモードで伝搬するような幅および高さであることが好ましい。第１コア部３１の比屈折率差が４％〜１２％であり、第２コア部３２の比屈折率差が０．３％〜１．８％であり、信号光の波長が１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲である場合、テーパ部被覆部３２ｂの幅および高さは、第１テーパ部３１ｂの幅および高さより大きく、かつたとえば１０μｍ以下であることが好ましい。

第１テーパ部３１ｂは終端部３１ｂａより方向Ｄ１の方向には存在しないが、第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３を適切な値とすることで、第１テーパ部３１ｂを伝搬していた信号光のパワーは、テーパ部被覆部３２ｂを介して、低損失で第２コア部３２の連結部３２ｃに移行する。ここで、連結部３２ｃがテーパ部被覆部３２ｂに対して広がっている幅Ｗ１４が０μｍ〜２μｍの範囲であれば、信号光のパワーの移行の際にスポットサイズが変形することが抑制されるので、より低損失で信号光のパワーが移行できる。

連結部３２ｃは、第１テーパ部３１ｂを伝搬していた信号光を第２テーパ部３２ｄへ伝搬する。その後、第２テーパ部３２ｄは、方向Ｄ１に向かって幅および高さが拡大しているため、信号光を、そのスポットサイズを拡大しながら第２ストレート部３２ｅへ伝搬する。第２ストレート部３２ｅは、スポットサイズが適切なサイズまで拡大された信号光を伝搬し、光出力端面３２ｅａから出力する。光出力端面３２ｅａから出力した信号光は、そのスポットサイズが、光ファイバＯＦに低損失で光結合できるスポットサイズに変換されている。したがって、信号光がスポットサイズ変換光導波路１００から光ファイバＯＦに入力する際の損失は低い。

以上のようにして、スポットサイズ変換光導波路１００は、光導波路回路から入力された信号光を、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合させることができる。

特に、スポットサイズ変換光導波路１００は、第１コア部３１がこのような高い比屈折率差を有する場合でも、光導波路回路から入力された信号光を、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合させることができ、特に大きな効果が発揮される。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図６は、図５に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図５、６に示すように、本実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部４０と、クラッド部４０内に配置されたコア部５０とを備えている。コア部５０は方向Ｄ２の方向に延伸している。

基板１０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の基板１０と同じものである。クラッド部４０は、スポットサイズ変換光導波路１００のクラッド部２０と同様に、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。

コア部５０は、スポットサイズ変換光導波路１００のコア部３０と同様に、クラッド部４０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部５０は、第１コア部５１と、第１コア部５１よりも屈折率が低い第２コア部５２とを有している。

第１コア部５１は、スポットサイズ変換光導波路１００の第１コア部３１と同様に、第１ストレート部５１ａと、第１テーパ部５１ｂとを有する。第１ストレート部５１ａは、方向Ｄ２の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部５１ｂは、第１ストレート部５１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部５１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部５１ｂは長さＬ２３を有する（図６参照）。第１コア部５１は、第１コア部３１と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部５１の、クラッド部４０に対する比屈折率差はたとえば２．５％〜１２％であり、より好ましくは４％〜１２％である。

第２コア部５２は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２コア部３２と同様に、ストレート部被覆部５２ａと、テーパ部被覆部５２ｂと、方向Ｄ２に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部５２ｄと、第２ストレート部５２ｅと、テーパ部被覆部５２ｂと第２テーパ部５２ｄとを連結する連結部５２ｃとを有する。ただし、第２コア部５２には、第２コア部３２の側部３２ａａに相当する部分が形成されていない。第２コア部５２は、第２コア部３２と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部５２のクラッド部４０に対する比屈折率差はたとえば０．３％〜１．８％である。

ストレート部被覆部５２ａは、第１コア部５１の第１ストレート部５１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部５２ａは方向Ｄ２に沿って高さが一定であるが、実施の形態１におけるストレート部被覆部３２ａと同様に、方向Ｄ２と反対側に向かって高さが徐々に低くなっていてもよい。テーパ部被覆部５２ｂは、ストレート部被覆部５２ａと連続し、かつ第１コア部５１の第１テーパ部５１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部５１ｂの形状に沿って幅および高さがテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部５２ｂは、少なくとも第１テーパ部５１ｂの長さＬ２３以上の長さを有する（図６参照）。テーパ部被覆部５２ｂの終端部には、第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａと対応した終端部５２ｂａが形成されている。第２テーパ部５２ｄは、方向Ｄ２に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。第２テーパ部５２ｄは長さＬ２４を有する（図６参照）。第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａから第２テーパ部５２ｄまでは距離Ｌ２５だけ離間している。

第２ストレート部５２ｅは、第２テーパ部５２ｄと連続して形成され、方向Ｄ２に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ方向Ｄ２において幅および高さが略一定であり、端部に光出力端面５２ｅａが形成されている。第２ストレート部５２ｅは長さＬ２１を有する（図６参照）。光出力端面５２ｅａはスポットサイズ変換光導波路２００の端面２００ａと同一面上にある。光出力端面５２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ２２（図５参照）である正方形である。連結部５２ｃは、テーパ部被覆部５２ｂの側部および第２テーパ部５２ｄ側に広がっている。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、それぞれ、図５に示すＤ−Ｄ線断面、Ｅ−Ｅ線断面、Ｆ−Ｆ線断面における第１コア部５１と第２コア部５２の断表面を示す図である。図７Ａに示すように、Ｄ−Ｄ線断面では、第１コア部５１については第１ストレート部５１ａの端部が表れている。第２コア部５２については第１ストレート部５１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部５２ａが表れている。第１ストレート部５１ａは１辺の長さが長さＬ２６である正方形の断面を有している。

Ｄ−Ｄ線断面からＥ−Ｅ線断面にかけては、図５にも示すように、第１コア部５１の第１テーパ部５１ｂは、終端部５１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部５２のテーパ部被覆部５２ｂは、第１テーパ部５１ｂの形状に沿って幅および高さが縮小している。そして、図７Ｂに示すように、Ｅ−Ｅ線断面では、第２コア部５２については、テーパ部被覆部５２ｂの終端部５２ｂａと、連結部５２ｃとが表れている。第１コア部５１については、第１テーパ部５１ｂの終端部５１ｂａはＥ−Ｅ線断面よりもＤ−Ｄ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部５１ｂａは幅Ｗ２１を有する。終端部５２ｂａは幅Ｗ２２を有する。終端部５２ｂａは連結部５２ｃに対して段差Ｈ２を形成している。連結部５２ｃはテーパ部被覆部５２ｂに対して幅Ｗ２４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ２４はＤ−Ｄ線断面からＥ−Ｅ線断面に向かって値が増加している。幅Ｗ２４は０μｍ〜２μｍであることが好ましい。

Ｅ−Ｅ線断面からＦ−Ｆ線断面にかけては、図５にも示すように、第１コア部５１は存在せず、第２コア部５２の連結部５２ｃが、矩形の断面形状を有するように、方向Ｄ２の方向に延伸している。そして、図７Ｃに示すように、Ｆ−Ｆ線断面では、第２コア部５２の連結部５２ｃのみが表れている。

本実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００も、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００と同様に、第１コア部５１の第１ストレート部５１ａ側に光導波路回路が接続され、スポットサイズ変換光導波路２００の端面２００ａと同一面上にある光出力端面５２ｅａに、端面が対向するように光ファイバが配置される。

そして、光導波路回路側から第１コア部５１に、所定の波長を有する光信号が入力されると、信号光はコア部５０を伝搬するうちに、第１テーパ部５１ｂからテーパ部被覆部５２ｂを介して第２コア部５２の連結部５２ｃに移行し、さらに第２テーパ部５２ｄによってスポットサイズが拡大されて、第２ストレート部５２ｅの光出力端面５２ｅａから出力され、低接続損失で光ファイバに光結合する。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路の模式的な斜視図である。図９は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な側面図である。図１０は、図８に示すスポットサイズ変換光導波路の模式的な平面図である。図８〜１０に示すように、本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００は、基板１０と、基板１０上に形成されたクラッド部６０と、クラッド部６０内に配置されたコア部７０とを備えている。コア部７０は方向Ｄ３の方向に延伸している。

基板１０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の基板１０と同じものである。クラッド部６０は、スポットサイズ変換光導波路１００のクラッド部２０と同様に、たとえばボロン（Ｂ）またはリン（Ｐ）などの酸化物を添加した石英系ガラスからなる。

コア部７０は、スポットサイズ変換光導波路１００のコア部３０と同様に、クラッド部６０よりも屈折率が高く設定された石英系ガラスからなる。コア部７０は、第１コア部７１と、第１コア部７１よりも屈折率が低い第２コア部７２とを有している。

第１コア部７１は、スポットサイズ変換光導波路１００の第１コア部３１と同様に、第１ストレート部７１ａと、第１テーパ部７１ｂとを有する。第１ストレート部７１ａは、方向Ｄ３の方向（延伸方向）に延伸しており、延伸方向と垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつその幅および高さが延伸方向において略一定である。第１テーパ部７１ｂは、第１ストレート部７１ａと連続して形成され、断面がたとえば正方形であるが、終端部７１ｂａに向かって幅および高さがテーパ状に縮小している。第１テーパ部７１ｂは長さＬ３３を有する（図１０参照）。第１コア部７１は、第１コア部３１と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第１コア部７１の、クラッド部６０に対する比屈折率差はたとえば２．５％〜１２％であり、より好ましくは４％〜１２％である。

第２コア部７２は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２コア部３２と同様に、ストレート部被覆部７２ａと、テーパ部被覆部７２ｂと、方向Ｄ３に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部７２ｄと、第２ストレート部７２ｅと、テーパ部被覆部７２ｂと第２テーパ部７２ｄとを連結する連結部７２ｃとを有する。さらに、第２コア部７２は、ストレート部被覆部７２ａの幅方向に広がる側部７２ａａを有する。第２コア部７２は、第２コア部３２と同様の屈折率を高める材料を添加した石英系ガラスからなる。第２コア部７２のクラッド部６０に対する比屈折率差はたとえば０．３％〜１．８％である。

ストレート部被覆部７２ａは、第１コア部７１の第１ストレート部７１ａを上側から覆うように形成されている。ストレート部被覆部７２ａは、方向Ｄ３と反対側に向かって高さ及び幅が徐々に小さくなっている。そして、高さ及び幅が第１コア部７１の第１ストレート部７１ａと一致し、第１コア部７１を覆う第２コア部７２のストレート部被覆部７２ａが途切れる位置に第２終端部７２ａｂを有する（図９参照）。図９に示す長さＬ３７は、第１コア部７１の終端部７１ｂａから第２終端部７２ａｂまでの長さである重なり部分の長さである。なお、ストレート部被覆部７２ａが途切れる位置が、第１ストレート部７１ａの上面と側面とで異なる場合があるが、重なり部分の長さＬ３７は、第１ストレート部７１ａの上面におけるストレート部被覆部７２ａが途切れる位置である第２終端部７２ａｂから第１コア部７１の終端部７１ｂａまでの長さで定義される。

テーパ部被覆部７２ｂは、ストレート部被覆部７２ａと連続し、かつ第１コア部７１の第１テーパ部７１ｂを覆うように形成され、第１テーパ部７１ｂの形状に沿って幅がテーパ状に縮小している。テーパ部被覆部７２ｂは、少なくとも第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３以上の長さを有する（図１０参照）。テーパ部被覆部７２ｂの終端部には、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａと対応した終端部７２ｂａが形成されている。第２テーパ部７２ｄは、方向Ｄ３に向かって幅および高さがテーパ状に拡大している。このとき、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａの位置における第２テーパ部７２ｄの高さＨ３２は、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａの高さＨ３１より高くされている。第２テーパ部７２ｄは長さＬ３４を有する（図１０参照）。テーパ部被覆部７２ｂの終端部７２ｂａと第２テーパ部７２ｄのテーパ部被覆部７２ｂ側の端部とは略一致するように形成されている。

第２ストレート部７２ｅは、第２テーパ部７２ｄと連続して形成され、方向Ｄ３に垂直な面における断面がたとえば正方形であり、かつ方向Ｄ３において幅および高さが略一定であり、端部に光出力端面７２ｅａが形成されている。第２ストレート部７２ｅは長さＬ３１を有する（図１０参照）。光出力端面７２ｅａはスポットサイズ変換光導波路３００の端面３００ａと同一面上にある。光出力端面７２ｅａはたとえば１辺の長さが長さＬ３２（図８参照）である正方形である。連結部７２ｃは、テーパ部被覆部７２ｂの側部に広がっている。本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００では、連結部７２ｃは側部７２ａａと第２テーパ部７２ｄとの間を連結するように形成されている。

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、それぞれ、図８に示すＧ−Ｇ線断面、Ｈ−Ｈ線断面、Ｉ−Ｉ線断面における第１コア部７１と第２コア部７２の断表面を示す図である。図１１Ａに示すように、Ｇ−Ｇ線断面では、第１コア部７１については第１ストレート部７１ａの端部が表れている。第２コア部７２については第１ストレート部７１ａを覆うように形成されたストレート部被覆部７２ａと、ストレート部被覆部７２ａの幅方向に広がる側部７２ａａが表れている。第１ストレート部７１ａは１辺の長さが長さＬ３６である正方形の断面を有している。側部７２ａａは幅Ｗ３３を有する。

Ｇ−Ｇ線断面からＨ−Ｈ線断面にかけては、図８にも示すように、第１コア部７１の第１テーパ部７１ｂは、終端部７１ｂａに向かって正方形の幅および高さが縮小している。また、第２コア部７２のテーパ部被覆部７２ｂは、第１テーパ部７１ｂの形状に沿って幅が縮小している。そして、図１１Ｂに示すように、Ｈ−Ｈ線断面では、第２コア部７２については、テーパ部被覆部７２ｂの終端部７２ｂａと、連結部７２ｃとが表れている。第１コア部７２については、第１テーパ部７１ｂの終端部７１ｂａはＨ−Ｈ線断面よりもＧ−Ｇ線断面側に位置するので、破線で示している。終端部７１ｂａは幅Ｗ３１を有する。終端部７２ｂａは幅Ｗ３２を有する。終端部７２ｂａは連結部７２ｃに対して段差Ｈ３を形成している。連結部７２ｃはテーパ部被覆部７２ｂに対して幅Ｗ３４だけ幅が広くなっている。幅Ｗ３４はＧ−Ｇ線断面からＨ−Ｈ線断面に向かって値が増加している。幅Ｗ３４は０μｍ〜２μｍであることが好ましい。

Ｈ−Ｈ線断面からＩ−Ｉ線断面にかけては、図８にも示すように、第１コア部７１は存在せず、第２コア部７２の第２テーパ部７２ｄは、第２ストレート部７２ｅに向かって幅および高さが拡大している。そして、図１１Ｃに示すように、Ｉ−Ｉ線断面では、第２コア部７２の第２テーパ部７２ｄのみが表れている。

なお、Ｇ−Ｇ線断面において、幅Ｗ３３がゼロとなりストレート部被覆部７２ａのみが表れるよう、側部７２ａａおよび連結部７２ｃの幅を調整してもよい。このとき、側部７２ａａは、第２終端部７２ａｂから方向Ｄ３に向かって高さがテーパ状に拡大し、かつ幅がテーパ状に縮小する形状を有する。

本実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００も、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００と同様に、第１コア部７１の第１ストレート部７１ａ側に光導波路回路が接続され、スポットサイズ変換光導波路３００の端面３００ａと同一面上にある光出力端面７２ｅａに、端面が対向するように実施の形態１と同様にコア部ＯＦ１とクラッド部ＯＦ２とを有する光ファイバＯＦが配置される。

そして、光導波路回路側から第１コア部７１に、所定の波長を有する光信号が入力されると、信号光はコア部７０を伝搬するうちに、第１テーパ部７１ｂからテーパ部被覆部７２ｂおよび連結部７２ｃに移行し、さらに第２テーパ部７２ｄによってスポットサイズが拡大されて、第２ストレート部７２ｅの光出力端面７２ｅａから出力され、低接続損失で光ファイバＯＦに光結合する。

（構成要素の好ましい寸法）
つぎに、実施の形態１、２、３に係るスポットサイズ変換光導波路１００、２００、３００の構成要素の好ましい寸法について説明する。

はじめに、スポットサイズ変換光導波路１００を上述した標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、光出力端面３２ｅａの好ましい１辺の長さＬ１２について説明する。

図１２は、第２コア部３２の光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。ここで、図１２〜図１８において、損失とは、スポットサイズ変換光導波路１００における伝搬損失と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとの接続損失と、を加算したものである。また、図１２では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。また、データ点は０．５μｍ間隔でプロットしている。

図１２に示すように、光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２が８μｍ〜１４μｍであれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１２では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％〜１．８％の範囲内であれば、長さＬ１２を８μｍ〜１４μｍとすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができるので好ましい。なお、この８μｍ〜１４μｍの範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の光出力端面５２ｅａの１辺の長さＬ２２、または、スポットサイズ変換光導波路３００の光出力端面７２ｅａの１辺の長さＬ３２に適用しても好ましい範囲である。

つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａから第２テーパ部３２ｄまでの距離（テーパ部間距離）である距離Ｌ１５の好ましい値について説明する。

図１３は、テーパ部間距離である距離Ｌ１５と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１３において、横軸のテーパ部間距離は、第２テーパ部３２ｄが、終端部３１ｂａに対して方向Ｄ１の方向に離間している場合を正の値にとり、方向Ｄ１とは逆の方向に離間している場合を負の値にとっている。また、図１３では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。

図１３に示すように、テーパ部間距離である距離Ｌ１５が−１００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失が急激に減少するので好ましく、０μｍ以上であることがさらに好ましく、さらには５００μｍ以下で十分である。なお、距離Ｌ１５を０μｍ程度とすると、損失の低減と、方向Ｄ１におけるスポットサイズ変換光導波路１００のサイズの低減とを両立できるので好ましい。なお、この−１００μｍ以上あるいは０μｍ以上、さらには５００μｍ以下の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の距離Ｌ２５に適用しても好ましい範囲である。

つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい段差Ｈ１の高さについて説明する。

図１４、１５は、段差Ｈ１の高さと、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１４、１５は、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを、それぞれ０．８％、１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は、たとえば３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、第１テーパ部３１ｂの終端部３１ｂａの幅Ｗ１１は、０．０１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、または２．５μｍに設定している。また、データ点は０．２μｍ間隔でプロットしている。

図１４、１５に示すように、段差Ｈ１の高さを低くすれば、損失を低くできる。また、終端部幅を狭くすれば、損失を低くできる。さらに、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δが０．８％である図１４の場合よりも、比屈折率差Δが１．５５％である図１５の場合の方が、損失が低い。段差Ｈ１の高さについては、０μｍより大きく２μｍ以下の範囲が好ましく、幅Ｗ１１については、１μｍ以下であることが好ましい。また、段差Ｈ１の値と幅Ｗ１１の値との積で表される断面積を０．５μｍ以上とすることが、さらに好ましい。なお、この段差Ｈ１および幅Ｗ１１の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の段差Ｈ２および幅Ｗ２１、または、スポットサイズ変換光導波路３００の段差Ｈ３および幅Ｗ３１に適用しても好ましい範囲である。

つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３について説明する。

図１６は、長さＬ１３（テーパ長）と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１６では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４は１０００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。

図１６に示すように、長さＬ１３が好ましくは３００μｍ以上、さらに好ましくは４００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１６では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％〜１．８％の範囲内であれば、長さＬ１３を好ましくは３００μｍ以上、さらに好ましくは４００μｍ以上とすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができる。なお、この３００μｍ以上または４００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の第１テーパ部５１ｂの長さＬ２３、または、スポットサイズ変換光導波路３００の第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３に適用しても好ましい範囲である。

つぎに、スポットサイズ変換光導波路１００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４について説明する。

図１７は、長さＬ１４（テーパ長）と、スポットサイズ変換光導波路１００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１７では、第２コア部３２のクラッド部２０に対する比屈折率差Δを０．８％または１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部３１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部３１ａの１辺の長さＬ１６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部３１ｂの長さＬ１３は５００μｍとしている。光出力端面３２ｅａの１辺の長さＬ１２は１２μｍとしている。距離Ｌ１５は０μｍとしている。また、データ点は１００μｍ間隔でプロットしている。

図１７に示すように、長さＬ１４が好ましくは２００μｍ以上、さらに好ましくは３００μｍ以上であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．６ｄＢ程度以下とすることができる。なお、図１７では、比屈折率差Δが０．８％および１．５５％の場合について示しているが、比屈折率差Δが０．３％〜１．８％の範囲内であれば、長さＬ１４を好ましくは２００μｍ以上、さらに好ましくは３００μｍ以上とすることで、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制することができる。なお、この２００μｍ以上、または３００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路２００の第２テーパ部５２ｄの長さＬ２４、または、スポットサイズ変換光導波路３００の第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４に適用しても好ましい範囲である。

つぎに、スポットサイズ変換光導波路３００を標準シングルモード光ファイバと光接続する際の、好ましい重なり部分の長さＬ３７について説明する。後述する製造方法のように、シャドウマスクを用いて第２テーパ部７２ｄを形成する場合、シャドウマスクの固定位置が導波路の長手方向でずれることによって、重なり部分の長さＬ３７が設計値からシフトする場合があるためである。

図１８は、重なり部分の長さＬ３７と、スポットサイズ変換光導波路３００と標準シングルモード光ファイバとを接続した場合の損失との関係を示す図である。なお、図１８では、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４（テーパ長）を５００μｍまたは１０００μｍに設定したときの計算結果を示している。また、図１８では、第２コア部７２のクラッド部６０に対する比屈折率差Δを１．５５％に設定したときの計算結果を示している。また、光の波長は１５５０ｎｍとしている。第１コア部７１の比屈折率差は５％とし、第１ストレート部７１ａの１辺の長さＬ３６は３μｍであり、波長１５５０ｎｍの光がシングルモードで伝搬する値としている。第１テーパ部７１ｂの長さＬ３３は５００μｍとしている。光出力端面７２ｅａの１辺の長さＬ３２は１２μｍとしている。また、データ点は、長さＬ３４が５００μｍのとき１００μｍ間隔で、長さＬ３４が１０００μｍのとき２００μｍ間隔でプロットしている。

図１８に示すように、長さＬ３４が５００μｍのとき、重なり部分の長さＬ３７が好ましくは２５０μｍ以上３５０μｍ以下であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．５ｄＢ程度以下とすることができる。すなわち、重なり部分の長さＬ３７がこの１００μｍの範囲内でシフトしても低損失を維持することができる。つぎに、長さＬ３４が１０００μｍのとき、重なり部分の長さＬ３７が好ましくは３００μｍ以上９００μｍ以下であれば、標準シングルモード光ファイバと接続した場合の損失を抑制でき、たとえば０．５ｄＢ程度以下とすることができる。すなわち、重なり部分の長さＬ３７がこの６００μｍの範囲内でシフトしても低損失を維持することができる。

また、この計算結果から、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４が長い方が、重なり部分の長さＬ３７のシフトに対して低損失を維持できる範囲が広いことがわかる。したがって、第２テーパ部７２ｄの長さＬ３４は、５００μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以上であることがより好ましい。なお、この５００μｍ以上、または１０００μｍ以上の範囲は、スポットサイズ変換光導波路１００の第２テーパ部３２ｄの長さＬ１４、または、スポットサイズ変換光導波路２００の第２テーパ部５２ｄの長さＬ２４に適用しても好ましい範囲である。

（製造方法）
つぎに、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００の製造方法の一例について説明する。なお、実施の形態２に係るスポットサイズ変換光導波路２００および実施の形態３に係るスポットサイズ変換光導波路３００も同様の方法で製造できる。図１９Ａ〜図１９Ｃ、図２０は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図１９Ａに示すように、公知の火炎堆積（Ｆｌａｍｅ
Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＦＨＤ）法により、基板１０上に石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、クラッド部２０の下部を構成する下部層２０ａを形成する。つぎに、下部層２０ａ上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、第１コア部３１となる石英系ガラス微粒子層８０を堆積する。つぎに、石英系ガラス微粒子層８０上に、金属やフォトレジストからなるマスクＭを形成する。このマスクＭは、厚さが徐々に薄くなるテーパ部Ｔ１を有している。

このようにテーパ部Ｔ１を有するマスクＭは、たとえば以下のように形成する。まず、石英系ガラス微粒子層８０上にレジストを塗布する。つぎに、レジストを露光する際に、露光範囲を徐々に変化させながら、複数回の露光を行う。たとえば、図１９Ａには、露光範囲Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・を示している。露光範囲Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・は、それぞれ、１回目、２回目、３回目、４回目、・・・の露光範囲である。なお、１回当たりの露光量は、使用するレジスト固有の適正露光量よりも小さい露光量とし、１回当たりの露光はアンダー露光になるようにしている。

このように露光範囲を徐々に変化させながら、複数回のアンダー露光を行うことによって、現像後には、多重露光された回数が多い部分ほど厚さが厚くなるようにテーパ部Ｔ１が形成されたマスクＭが得られる。なお、テーパ部Ｔ１の傾斜を滑らかにするには、露光範囲を徐々に変化させるときの変化の幅を、露光範囲を決める装置のマスキングの精度以下とする方法がある。これによって、露光範囲を離散的に変化させたとしても、滑らかな傾斜のテーパ部Ｔ１を形成することができる。

つぎに、図１９Ｂに示すように、たとえばフッ素系ガス（たとえばＣＦ_４）などのエッチングガスＥＧを用いて、マスクＭをエッチングマスクとして、石英系ガラス微粒子層８０のドライエッチングを行う。これによって、図１９Ｃに示すように、テーパ部Ｔ１を有するマスクＭの形状が転写された、テーパ部Ｔ２を有する石英系ガラス微粒子層８０Ａが形成される。つぎに、マスクＭを除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって、石英系ガラス微粒子層８０Ａを第１コア部３１の形状にパターニングする。

つぎに、図２０に示すように、石英系ガラス微粒子層８０Ａを形成した下部層２０ａ上に、シャドウマスクＳＭを配置する。そして、シャドウマスクＳＭの上から、ＦＨＤ法、プラズマＣＶＤ法、またはスパッタ法等によって、石英系ガラス微粒子を堆積するための原料ガスＭＧを供給する。すると、原料ガスＭＧはシャドウマスクＳＭで覆われた領域では遮断され、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域では、そのまま下部層２０ａ上に到達する。ここで、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域とは、シャドウマスクＳＭに形成された孔の直下の領域や、シャドウマスクＳＭの外周の領域である。また、シャドウマスクＳＭの孔や外周の周縁領域では、原料ガスＭＧがシャドウマスクＳＭの下側に回りこんで下部層２０ａ上に到達するが、その回り込む原料ガスＭＧの量は、シャドウマスクＳＭの周縁から遠ざかるにつれて少なくなる。その結果、図２０に示すように、シャドウマスクＳＭで覆われていない領域では厚さが一定であるが、シャドウマスクＳＭで覆われた領域に向かって厚さがテーパ状に薄くなるテーパ部Ｔ３を有する石英系ガラス微粒子層９０が形成される。このとき、ストレート部被覆部３２ａおよびテーパ部被覆部３２ｂを形成するために、石英系ガラス微粒子層９０の端部が石英系ガラス微粒子層８０Ａを覆うように石英系ガラス微粒子層９０を形成する。石英系ガラス微粒子層９０の形状は、シャドウマスクＳＭの下部層２０ａからの高さや、シャドウマスクＳＭの周縁部の位置の設定で調整することができる。その後、シャドウマスクＳＭを除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって、石英系ガラス微粒子層９０を第２コア部３２の形状にパターニングする。

ここで、第２コア部３２の形状のパターニングを行う際に、ストレート部被覆部３２ａの幅方向に広がる側部３２ａａ（図１、４参照）を形成する。これによって、パターニングの形状や位置に誤差があったとしても、その誤差を側部３２ａａの領域に吸収させることができるので、その誤差がストレート部被覆部３２ａのサイズに及ぶことを防止できる。側部３２ａａの幅Ｗ１３は０μｍより大きくし、想定されるパターニングの誤差に応じて設定することが好ましく、２μｍ以下であればよい。

つぎに、再びＦＨＤ法により、クラッド部２０の残りの部分を形成するための石英系ガラス微粒子を堆積する。その後、基板全体を加熱して各石英系ガラス微粒子を透明ガラス化し、クラッド部２０およびコア部３０を完成させる。その後、基板を所望の形状に切断してスポットサイズ変換光導波路１００が完成する。

なお、このとき切断によってスポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａを形成するが、切断の位置に誤差が生じる場合がある。ここで、仮に第２コア部３２の第２テーパ部３２ｄにおいて切断を行うとすると、切断の位置誤差に応じて、端面１００ａに露出する第２テーパ部３２ｄの端面の面積がばらつくこととなる。その結果、スポットサイズ変換光導波路１００の端面１００ａから出力する信号光のスポットサイズに製造ばらつきが生じるおそれがある。

これに対して、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換光導波路１００では、第２コア部３２に長さＬ１１を有する第２ストレート部３２ｅが存在しているので、切断の誤差があっても端面１００ａに露出する第２ストレート部３２ｅの光出力端面３２ｅａの面積にばらつきが生じにくくなり、安定したスポットサイズの信号光を出力できるので好ましい。ダイサーの幅が１００μｍ程度であることを考慮すると、長さＬ１１は２００μｍ以上であることが好ましい。

また、上記実施の形態において、第１コア部に屈折率を高めるために添加する材料が、Ｇｅを添加する場合と比較してガラス微粒子層の成膜に時間がかかる材料や、Ｇｅを添加する場合と比較してエッチングが困難になる材料である場合、第１コア部のみからなるスポットサイズ変換光導波路を用い、第１コア部の形状を加工して低接続損失を実現することは困難である。しかしながら、上記実施の形態に係るスポットサイズ変換光導波路は、Ｇｅ等の成膜あるいはエッチングが容易で比較的加工しやすい材料を添加した所定の形状の第２コア部を形成して、低接続損失を実現している。このように、第１コア部の形状の加工が困難になる材料（たとえばＺｒ）を添加する場合に、本発明は特に有効である。

なお、上記実施の形態では、第１コア部の断面、第２コア部の第２ストレート部の断面および光出力端面は正方形状であるが、光接続すべき対象の形状に応じて設定することができ、正方形以外の矩形状または台形状でもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係るスポットサイズ変換光導波路は、主に光通信の分野に利用して好適なものである。

１０ 基板
２０、４０、６０ クラッド部
２０ａ 下部層
３０、５０、７０ コア部
３１、５１、７１ 第１コア部
３１ａ、５１ａ、７１ａ 第１ストレート部
３１ｂ、５１ｂ、７１ｂ 第１テーパ部
３１ｂａ、３２ｂａ、５１ｂａ、５２ｂａ、７１ｂａ、７２ｂａ 終端部
７２ａｂ 第２終端部
３２、５２、７２ 第２コア部
３２ａ、５２ａ、７２ａ ストレート部被覆部
３２ａａ、７２ａａ 側部
３２ｂ、５２ｂ、７２ｂ テーパ部被覆部
３２ｃ、５２ｃ、７２ｃ 連結部
３２ｄ、５２ｄ、７２ｄ 第２テーパ部
３２ｅ、５２ｅ、７２ｅ 第２ストレート部
３２ｅａ、５２ｅａ、７２ｅａ 光出力端面
８０、８０Ａ、９０ 石英系ガラス微粒子層
１００、２００、３００ スポットサイズ変換光導波路
１００ａ、２００ａ、３００ａ 端面
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 方向
ＥＧ エッチングガス
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 段差
Ｈ３１、Ｈ３２ 高さ
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１６、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２６、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３６、Ｌ３７ 長さ
Ｌ１５、Ｌ２５ 距離
Ｍ マスク
ＭＧ 原料ガス
ＯＦ 光ファイバ
ＯＦ１ コア部
ＯＦ２ クラッド部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 露光範囲
ＳＭ シャドウマスク
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ テーパ部
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２４、Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３４
幅

Claims (12)

1. クラッド部と、
   前記クラッド部内に配置され、前記クラッド部よりも屈折率が高いコア部と、
   を備え、
   前記コア部は、
   所定の方向に延伸し、幅および高さが延伸方向において略一定である第１ストレート部と、前記第１ストレート部と連続して形成され、終端部に向かって幅および高さが縮小する第１テーパ部とを有する第１コア部と、
   前記第１コア部の第１ストレート部を覆うように形成されたストレート部被覆部と、前記ストレート部被覆部と連続して前記第１コア部の第１テーパ部を覆うように形成され、前記第１テーパ部の形状に沿って幅および高さが縮小するテーパ部被覆部と、前記延伸方向に向かって幅および高さが拡大する第２テーパ部と、を有し、端部に光出力端面が形成され、前記第１コア部よりも屈折率が低い第２コア部と、
   を有することを特徴とするスポットサイズ変換光導波路。
2. 前記第１コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は２．５％〜１２％であり、前記第２コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３％〜１．８％であることを特徴とする請求項１に記載のスポットサイズ変換光導波路。
3. 前記第２コア部の光出力端面は１辺の長さが８μｍ〜１４μｍの矩形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のスポットサイズ変換光導波路。
4. 前記第２コア部のテーパ部被覆部の幅および高さは、前記第１コア部の第１テーパ部の幅および高さよりも大きく、所定の波長の光をシングルモードで伝搬する幅および高さであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
5. 前記第２コア部は、前記ストレート部被覆部の幅方向に広がる側部を有し、該側部の幅は０μｍより大きく２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
6. 前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部の側部および前記第２テーパ部側に広がり、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
7. 前記連結部の幅は、前記テーパ部被覆部の幅よりも０μｍ〜２μｍだけ広く、前記第１ストレート部側から前記第２テーパ部側に向かって値が増加していることを特徴とする請求項６に記載のスポットサイズ変換光導波路。
8. 前記第２コア部は、前記テーパ部被覆部と前記第２テーパ部とを連結する連結部を有し、前記第２コア部のテーパ部被覆部の終端部は前記連結部に対して段差を形成しており、該段差の高さは０μｍより大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
9. 前記第１テーパ部の終端部から前記第２テーパ部までの離間距離は、前記延伸方向を正の方向として、−１００μｍより大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
10. 前記第１テーパ部の長さは３００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
11. 前記第２テーパ部の長さは２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。
12. 前記第２コア部は、前記第２テーパ部と連続して形成され、前記延伸方向において幅および高さが略一定であり、端部に前記光出力端面が形成された第２ストレート部をさらに有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載のスポットサイズ変換光導波路。

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