JPH10325910A

JPH10325910A - 光分岐器

Info

Publication number: JPH10325910A
Application number: JP13550997A
Authority: JP
Inventors: Jiro Toyama; 二郎外山; Ichiro Takatsu; 一郎高津; Takeshi Yamada; 武司山田; Yasuhiro Kubota; 靖博久保田; Shinji Ushijima; 慎二牛島
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、低コスト化を実現できる光分岐器を
提供する。【解決手段】入射光導波路１０、透過光導波路３０ａ
および反射光導波路３０ｂの交差部分に、これらの導波
路を構成する材料より屈折率の低い材料からなる屈折率
不連続部７０を形成し、入射光導波路１０から入射した
光Ｐｉｎは入射光導波路１０と不連続部７０との界面に
おいて、部分反射が発生し、反射された光Ｐｒを反射光
導波路３０ｂに入射させ、透過した光Ｐｔを透過光導波
路３０ａに入射させることで、光分岐器を実現する。不
連続部７０と光導波路の屈折率差を大きく形成できるの
で、入射光導波路１０と反射光導波路３０ｂの軸がなす
角度θを大きく設定でき、光分岐器の小型化を実現で
き、基板上単位面積に製作できる部品数が多くなり、低
コスト化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光ファイ
バー通信、計測などに用いられ、入射光を分岐させる光
分岐器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光分岐器は、光ファイバー通信、計測に
おいて重要な部品であり、複数の端末への光信号の分
配、信号光からの制御光の取り出しなどに使用されてい
る。光導波路分岐器（以下、単に光分岐器という）は一
般に導波路の一端を緩やかな勾配で広げながら、二導波
路に変換するものである。図９に一般に用いられている
光分岐器の構造を示している。

【０００３】図９に示すように、光分岐器は、入射光導
波路１０、テーパー導波路２０、光導波路３０Ａ（分岐
Ａ）、光導波路３０Ｂ（分岐Ｂ）および分離部４０によ
り構成されている。入射光導波路１０、分岐Ａおよび分
岐Ｂは、それぞれ光導波材により構成されている、例え
ば、幅Ｗの光導波路である。光導波材は、使用波長で透
明な有機材料を用いることが可能である。テーパー導波
路２０は、導波路幅をＷから緩やかに二本分の導波路幅
２Ｗに拡大するものである。テーパー導波路２０を、他
の部分と同じ導波材を用いて形成することができる。

【０００４】デーパー導波路を二本の導波路、即ち、分
岐Ａと分岐Ｂに分離するための分離部４０が設けられて
いる。分離部４０の分岐角２θは、例えば約１°に設定
されている。さらに、図示していないが、分岐Ａと分岐
Ｂの導波路軸を入射光導波路軸と平行な軸に変換するた
めの曲がり導波路が必要であり、この導波路軸変換部分
は、緩やかな勾配を有している。このため、光分岐器全
体の長さが大きくなり、全長２０ｍｍになることもあ
る。

【０００５】図１０は従来に使用されている光スイッチ
の構成およびその原理を示している。本例の光スイッチ
は、屈折率の不連続面を電気的に形成し、その界面での
全反射を利用する、いわゆる内部全反射スイッチと呼ば
れるものである。図１０（ａ）に示すように、光スイッ
チは、入射光導波路１０ａ，１０ｂ、光出力導波路３０
ａ，３０ｂ、電極５０ａ，５０ｂおよび屈折率可変部６
０により構成されている。

【０００６】入射光導波路１０ａ、１０ｂ、光出力導波
路３０ａ、３０ｂおよび屈折率可変部６０は、ニオブ酸
リチウム基板上にチタンを拡散させてなる２本の交差光
導波路により構成されており、その交差部の屈折率可変
部６０は、電極５０ａ、５０ｂに印加されている電圧Ｖ
₀に応じてその屈折率が変化する。

【０００７】図１０（ｂ）は、光スイッチの動作原理を
示している。図示のように、電極５０ａと５０ｂにより
挟まれている屈折率可変部６０の屈折率をＮ−ΔＮ、電
極５０ａ、５０ｂの外側の部分を構成する材料の屈折率
をＮとする。電極に印加する電圧Ｖ₀を制御することに
よって、屈折率可変部６０の屈折率を変化させる。（Δ
Ｎ＝０）の場合に、即ち、屈折率可変部６０と電極の外
側を構成する材料の屈折率が等しくなるように制御され
ている場合に、界面において反射が起きることなく、入
射導波光は界面を通過する。図１０（ａ）においては、
例えば、入射導波路１０ａに入射された光のエネルギー
は、伝搬損失を除いて殆どが透過導波光として、光出力
導波路３０ｂにより出力される。

【０００８】一方、電極５０ａおよび５０ｂに印加され
る電圧Ｖ₀を制御し、（ΔＮ≠０）になるように設定し
た場合に、即ち、屈折率可変部６０の屈折率が電極の外
側を構成する材料の屈折率より小さく制御されている場
合に、界面において全反射が起き、入射導波光は界面で
反射される。図１０（ａ）においては、例えば、入射導
波路１０ａに入射された光のエネルギーは、伝搬損失を
除いて殆どが反射導波光として、光出力導波路３０ａに
より出力される。

【０００９】このように、電極に印加する電圧Ｖ₀を制
御することにより、屈折率の不連続面を電気的に形成
し、光の通過または全反射を利用して、入射光の出力先
を切り替える。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光分岐器または光スイッチにおいては、部品の小型
化および低コスト化の実現が困難であるという不利益が
ある。例えば、図９に示す光分岐器において、テーパー
導波路２０および図示しない導波路軸変換部分が必要で
あり、分岐器全長は約２０ｍｍと長くなる。一般的に部
品幅は全長に比例し、約５ｍｍとなる。微細加工に必要
な光導波路部品は、半導体加工と同様なプロセスによっ
て製作されるため、２〜５インチの円盤上に加工される
が、この大きさの部品では、一枚の基板上に製作できる
部品の個数は極端に少なく、例えば、３インチ基板では
２０〜３０となり、その材料費、加工費からなる部品の
コストは高くなる。

【００１１】一方、図１０に示す光スイッチにおいて
は、交差部に電界を加えることにより、屈折率不連続面
を形成する。このため、電極の設置が必要である。ま
た、全反射を実現する光スイッチの機能を目的としてい
るため、その交差角は大きく、電界による屈折率変化を
利用しているために、耐電圧の制約があり、屈折率が大
きくとれず、部品の小型化は不十分である。小型のスイ
ッチを実現するために、より大きな屈折率不連続の実現
および電極の削除が望まれる。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、小型化、低コスト化を実現でき
る光分岐器を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光分岐器は第１の材料からなる第１の光導
波路と、上記第１の光導波路の延長線上に、上記第１の
材料により形成されている第２の光導波路と、上記第１
の光導波路と所定の角度で交差して上記第１の材料によ
り形成されている第３の光導波路と、上記第１の光導波
路と上記第２の光導波路との間に、上記第１の材料より
屈折率の低い第２の材料により形成されている屈折率不
連続部とを有する。

【００１４】また、本発明では、好適には上記第１の光
導波路と上記屈折率不連続部との界面が、上記第１の光
導波路の軸に対して、所定の角度をなして形成されてい
る。

【００１５】また、本発明では、上記第１の材料は、使
用波長において透過性材料により構成されている。

【００１６】さらに、本発明では、上記第１、第２およ
び第３の光導波路は、ニオブ酸リチウム基板上にチタン
を拡散することにより形成され、或いは、上記第１、第
２および第３の光導波路は、ニオブ酸リチウム基板にこ
れらの光導波路の形状に応じて形成されたフォトレジス
ト膜をマスクとして、プロトン交換により形成されてい
る。または、上記第１、第２および第３の光導波路は、
シリコン基板上に上記第２の材料により形成されたクラ
ッド層に上記第１の材料で形成されたコア層により構成
されている

【００１７】本発明によれば、第１の光導波路からなる
入射光導波路と第２の導波路からなる出力光導波路との
間に、これらの光導波路を構成する第１の材料より屈折
率の低い第２の材料により屈折率不連続部が形成され
る。さらに、入射光導波路と所定の角度で交差して形成
された第３の光導波路により、他の出力光導波路が形成
される。このように構成された光分岐器において、入射
光導波路から入射された光は、不連続部の界面で部分反
射が発生し、入射光の一部分は反射され、入射光導波と
所定の角度で交差して形成された第３の光導波路に入射
され、入射光の他の部分は屈折率不連続部を透過して、
入射光導波路の延長線上に形成された第２の光導波路に
入射される。

【００１８】これにより、入射光が反射された部分と透
過した部分の二つに分岐され、光分岐器の機能が実現さ
れる。屈折率不連続部における反射光および透過光を利
用することにより、光導波路交差角度を大きく設定する
ことができ、光分岐器の小型化が可能であり、これによ
って低コスト化を実現できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】第１実施形態図１は本発明に係る光分岐器の第１の実施形態を示す構
成図である。図示のように、本実施形態の光分岐器は、
入射光導波路１０、透過光導波路３０ａ、反射光導波路
３０ｂおよび屈折率不連続部７０により構成されてい
る。入射光導波路１０、透過光導波路３０ａおよび反射
光導波路３０ｂは、それぞれ光導波材により構成されて
いる。光導波材は、使用波長で透明な有機材料を用いる
ことが可能である。屈折率不連続部７０は、入射光導波
路１０と透過光導波路３０ａとの間の領域ＡＡ’Ｂ’Ｂ
に形成され、入射光導波路１０、透過光導波路３０ａお
よび反射光導波路３０ｂを構成する光導波材より屈折率
の低い導波材料により構成されている。また、図示のよ
うに屈折率不連続部７０の幅はＷである。

【００２０】以下、図１を参照しつつ、本実施形態の光
分岐器の動作について説明する。入射光Ｐｉｎは高屈折
率を有する入射光導波路１０から入射され、屈折率不連
続面ＡＢで一部が反射され、一部が透過する。透過した
光は、Ｐｔとして透過光導波路３０ａに入射され、反射
された光は、Ｐｒとして反射光導波路３０ｂに入射され
る。即ち、入射光Ｐｉｎは屈折率不連続面で透過光Ｐｔ
と反射光Ｐｒに分岐される。光の分岐率は屈折率の不連
続面と入力導波路１０とがなす角θおよび導波路と不連
続面との屈折率差により決定される。なお、屈折率不連
続部７０の幅Ｗが数μｍ以下になると、エバネッセント
波による透過の影響も考慮する必要がある。

【００２１】ここで、不連続面ＡＢ面の法線８０と入射
光導波路１０の軸とがなす角をθｒとすると、反射光導
波路３０ｂと不連続面の法線８０とがなす角も同じくθ
ｒと設定される。これにより、反射光Ｐｒを反射光導波
路３０ｂに導波させることにより光分岐器が形成され
る。角θｒは全反射の条件より若干大きく、所望の分岐
比が得られるように設定される。屈折率不連続面Ａ’
Ｂ’では、屈折率の変化が低から高となり、比較的に小
さい屈折率差での反射は無視でき、透過した光は不連続
面のない直線導波路として、低損失で導波される。

【００２２】図２および図３は本実施形態の光分岐器の
形成方法を説明するための図であり、光分岐器の表面お
よびその断面図がそれぞれ示されている。本実施形態の
光分岐器は、例えば、ニオブ酸リチウム単結晶基板を光
導波路基板として用い、その上に形成されている。光導
波路は、チタン熱拡散あるいはプロトン交換により形成
され、低屈折率の導波路不連続部７０は、その導波路製
作過程で形成されている。

【００２３】図２はチタン熱拡散法による光分岐器の製
造方法を示している。図２に示すように、ニオブ酸リチ
ウム単結晶基板１の上に、例えば、チタン膜を形成しこ
れを基板内に熱拡散させることにより、光分岐器の交差
する光導波路が形成される。これにより、屈折率不連続
部７０の屈折率は、基板の屈折率が維持され、チタン拡
散法で形成された光導波路１０，３０ａ，３０ｂと不連
続部７０の屈折率差は、例えば、０．００６前後とな
る。この時平面波のＴＥ，ＴＭ両偏波において１／２が
反射され、１／２が透過となる角度θｒは約８５．４°
と算出される。

【００２４】従って、交差する直線導波路がなす角θ、
即ち、入射光導波路１０と反射光導波路３０ｂの軸がな
す角度は１７０．８°となる。なお、この角度はチタン
膜の膜厚、拡散時間および光導波路の伝送モードにより
変化する。

【００２５】図１０に示す従来の光スイッチの場合に、
電界により形成された不連続面の屈折率差は耐電圧の制
限などにより、約０．００２以下と小さいが、本実施形
態の光分岐器の不連続部７０の屈折率差は従来に較べて
３倍以上大きくなっている。また、分岐器として、反射
光のみではなく、透過光も利用することから、従来の光
スイッチに較べて導波路交差角θを大きくすることが可
能である。さらに、本実施形態の光分岐器では、電極の
設置が不要となる。

【００２６】なお、図１または図２に示す本実施形態の
不連続部７０の幅Ｗは、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度
に形成されている。また、不連続部７０の表面には、Ｌ
Ｎ（ニオブ酸リチウム）基板材料を密着して貼り付け、
或いはスパッタリング、レーザアブレーションなどによ
りＬＮ薄膜で被覆し、光ビームの界面反射を防ぐ。

【００２７】さらに、先の光導波路交差角θで分岐器の
出力端に光ファイバーを接続する場合に、光ファイバー
が重ならない最小距離は、ファイバー径を１２５μｍと
すれば、交差部からの寸法は〔１２５μｍ／ｓｉｎ（１
８０−１７０．８）＜１ｍｍ〕となり、導入直線部分を
含めても全長２ｍｍ以下の光分岐器を形成することが可
能であり、図９に示す従来のテーパー導波路２０を設け
るモード分離型光分岐器に較べて、寸法が約１０分の１
以下となり、小型化が実現できる。

【００２８】本実施形態の光分岐器の端面の加工は、図
２に示す点線のように、交差する導波路の何れかに垂直
に両端を基板から切断し、さらに、その直線導波路に平
行して、上下を切断する。その後、交差する他の導波路
に垂直に端面を切断または研磨することにより行う。こ
れにより、導波路端面に垂直に光ファイバーを接続する
ことが可能である。端面は光損失の低い切断加工を行う
か、切断後端面研磨加工することで、損失の少ない良好
な光分岐器を形成できる。

【００２９】この結果、一部品の切断面は平行四辺形と
して扱えるので、基板上に切断線を合わせてマトリック
ス状に部品をパターン形成することが可能で、基板スペ
ースを無駄なく利用でき、単位面積当たり製作できる部
品数が多くなり、低コスト化が可能となる。

【００３０】図３は、ニオブ酸リチウム基板１にプロト
ン交換による光分岐器の製造方法を示している。本例の
製造方法では、まず、ニオブ酸リチウム基板１に、チタ
ン、あるいはクロムにより構成されたレジスト膜を成膜
する。次いで、入射光導波路１０、透過光導波路３０ａ
および反射光導波路３０ｂからなる導波路の形状に応じ
て、プロトン交換を行うためのレジスト膜開口を図３の
ように形成する。そして、このレジスト膜をマスクとし
てプロトン交換を行うことにより光導波路を形成する。

【００３１】なお、本例の製造方法においては、不連続
部７０と導波路の屈折率差は０．０２〜０．０５と大き
くすることができ、交差角θはチタン拡散法で光導波路
を形成する場合より大きくできるため、より小型化、低
コスト化の光分岐器を製作することができる。

【００３２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、入射光導波路１０、透過光導波路３０ａおよび反射
光導波路３０ｂの交差部分に、これらの導波路を構成す
る材料より屈折率の低い材料からなる屈折率不連続部７
０を形成し、入射光導波路１０から入射した光Ｐｉｎは
入射光導波路１０と不連続部７０との界面において、部
分反射が発生し、反射された光Ｐｒを反射光導波路３０
ｂに入射させ、透過した光Ｐｔを透過光導波路３０ａに
入射させることで、光分岐器を実現する。不連続部７０
と光導波路の屈折率差を大きく形成できるので、入射光
導波路１０と反射光導波路３０ｂの軸がなす角度θを大
きく設定でき、光分岐器の小型化を実現でき、基板上単
位面積に製作できる部品数が多くなり、低コスト化が図
れる。

【００３３】第２実施形態図４は本発明に係る光導波路の第２の実施形態を示す構
成図である。本実施形態は、第１の実施形態の光分岐器
の原理を用いて、１入力４出力の光分岐器を構成してい
る。

【００３４】図示のように、本実施形態の光分岐器は、
入射光導波路１０、透過光導波路３０ａ、反射光導波路
３０ｂ、出力導波路３０ａａ，３０ａｂ，３０ｂａ，３
０ｂｂおよび屈折率不連続部７０、７０ａ、７０ｂによ
り構成されている。屈折率不連続部７０，７０ａ，７０
ｂを構成する材料の屈折率は、光導波路を構成する材料
の屈折率より低く設定されている。

【００３５】入射光導波路１０、不連続部７０、透過光
導波路３０ａおよび反射光導波路３０ｂからなる光分岐
器は図１に示す本発明の第１の実施形態の光分岐器と同
様に形成されている。入射光導波路１０から入射した光
は、不連続部７０との界面で部分反射が発生し、反射さ
れた光は反射光導波路３０ｂに入射され、透過した光は
透過光導波路３０ａに入射される。

【００３６】透過光導波路３０ａと出力導波路３０ａ
ａ，３０ａｂとの交差部に設けられた不連続部７０ａに
おいて、透過光導波路３０ａからの入射光が不連続部７
０ａの界面で部分反射が発生し、入射した光が分岐し
て、反射された光は出力導波路３０ａｂに入射され、透
過した光は透過光導波路３０ａａに入射される。また、
反射光導波路３０ｂと出力導波路３０ｂａ，３０ｂｂと
の交差部に設けられた不連続部７０ｂにおいて、反射光
導波路３０ｂからの入射光が不連続部７０ｂの界面で部
分反射が発生し、入射した光が分岐して、反射された光
は出力導波路３０ｂｂに入射され、透過した光は出力導
波路３０ｂａに入射される。

【００３７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、入射光導波路１０から入射した光は、不連続部７０
の界面で部分反射が発生し、入射光が分岐し、透過光導
波路３０ａと反射光導波路３０ｂにそれぞれ入射され
る。透過光導波路３０ａに入射した光は、不連続部７０
ａの界面で部分反射が発生し、光がさらに分岐し、出力
導波路３０ａａおよび３０ａｂにそれぞれ入射する。反
射光導波３０ｂに入射さした光は、不連続部７０ｂの界
面で部分反射が発生し、光がさらに分岐し、出力導波路
３０ｂａおよび３０ｂｂにそれぞれ入射するので、１入
力４出力光分岐器が実現でき、不連続部と光導波路を構
成する材料の屈折率差を大きく形成することができるの
で、交差部における交差角が大きく設定でき、光分岐器
の小型化および低コスト化を実現できる。

【００３８】第３実施形態図５は本発明に係る光導波路の第３の実施形態を示す構
成図である。本実施形態の光分岐器は、図示のように入
射光導波路１０ａ、透過光導波路３０ｃ、反射光導波路
３０ｄおよび屈折率不連続部７０ｃにより構成されてい
る。光導波路材として、その使用波長において透明な有
機材料を用いることが可能である。本実施形態では、シ
リコン（Ｓｉ）基板２上に屈折率の低いポリマーからな
るクラッド層３およびポリマーからなるコア層４をそれ
ぞれ形成されている。コア層４により入射光導波路１０
ａ、透過光導波路３０ｃおよび反射光導波路３０ｄがそ
れぞれ構成される。さらに、光導波路間にクラッド層３
と同じ導波材からなる屈折率不連続部７０ｃが形成され
る。不連続部７０ｃの界面において発生する光の反射お
よび透過により、光の分岐を実現する。

【００３９】図６は本実施形態の光分岐器の製造工程を
示す簡略化断面図である。具体的に、図６は図５の構造
図において、入射光導波路１０ａ、透過光導波路３０ｃ
の軸ａ−ｂにおける断面を示している。以下、図６を参
照しつつ、本実施形態における光分岐器の製造方法につ
いて説明する。まず、同図（ａ）に示すように、シリコ
ン基板２の表面に屈折率の低いポリマー層が成層され、
クラッド層３が形成される。そして、同図（ｂ）に示す
ように、クラッド層３の上に、コア層４を構成するポリ
マー層がスピンコートなどにより塗布される。ここで、
クラッド層３およびコア層４のそれぞれの膜厚は、最終
的な導波路幅と膜厚との関係からシングルモード導波路
となるように設計される。本実施形態では、コア層４の
膜厚は３μｍ、クラッド層３の膜厚も３μｍとする。

【００４０】次いで、同図（ｃ）に示すように、コア層
４とクラッド層３の上に、フォトレジスト膜５を成膜
し、直線導波路の交差部に屈折率不連続部７０ｃを設け
た３〜６μｍ、好ましくは４〜５μｍ幅の開口を有する
レジストパターンをフォトリソグラフィー工法で形成す
る。フォトレジスト膜５をマスクとして、酸素ガス中で
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）処理を行い、コア層
４のみをエッチングしてコア層４ａと４ｂをそれぞれ形
成する。同図（ｄ）はエッチング処理後の断面を示して
いる。図示のように、エッチング処理によりコア層４は
４ａと４ｂに分割され、コア層４ａは、例えば図５に示
す入射光導波路１０ａを形成し、コア層４ｂは、例え
ば、図５に示す透過光導波路３０ｃを形成する。

【００４１】その後、同図（ｅ）に示すように、クラッ
ド層３およびコア４ａ、４ｂの表面に再びクラッド層３
ａがスピンコートなどにより形成される。この際、直線
導波路の交差部に形成された不連続部７０ｃもクラッド
層と同じ材料で充填されることになり、導波路において
屈折率の不連続面が形成される。これにより形成された
導波路の側面および断面の様子を図７に示している。

【００４２】導波路材として、コア層４に屈折率１．５
４５のポリイミド系ポリマーを、また、クラッド層３に
屈折率１．５３７のポリイミド系ポリマーをそれぞれ用
いた場合に、光導波路１０ａと不連続部７０ｃとの屈折
率差は、０．００８となる。即ち、図１０に示す従来の
光スイッチに較べて、屈折率差がおよそ４倍大きくな
る。このとき、平面波のＴＥ，ＴＭ両偏波に対して１／
２が反射され、１／２が透過となる角度θｒは約８４．
２°と算出される。従って、交差する直線導波路がなす
角θ、即ち、入射光導波路１０ａと反射光導波路３０ｄ
の軸がなす角度は１６８．４°となる。なお、この角度
はコア層４、クラッド層３を構成する導波材の屈折率差
によって異なった値となる。

【００４３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、シリコン基板上に屈折率の低いポリマーからなるク
ラッド層３を形成し、その上にポリマー層を塗布し、コ
ア層４を形成する。入射光導波１０ａ、透過光導波路３
０ｃおよび反射光導波路３０ｄからなる光導波路の形状
に応じて、フォトリソグラフィー工法でフォトレジスト
パターンを形成し、これをマスクとしてエッチング処理
を行い、光導波路を形成し、さらにその上にクラッド層
３と同様な導波材を塗布することで屈折率不連続部７０
ｃを形成するので、光導波路と不連続部７０ｃ間の屈折
率差が大きくなり、光分岐器として反射光のみではな
く、透過光も利用することから、従来の光スイッチに較
べて光導波交差角を大きくすることが可能であり、部品
の小型化、低コスト化を実現できる。

【００４４】第４実施形態図８は本発明に係る光導波路の第４の実施形態を示す構
成図である。本実施形態の光分岐器は、図示のように入
射光導波路１０ｂ、透過光導波路３０ｅ、反射光導波路
３０ｆおよび屈折率不連続部７０ｄにより構成されてい
る。

【００４５】本実施形態の光分岐器は、連続した光交差
路の一部に屈折率不連続部７０ｄからなる全反射面を形
成し、伝搬光の一部が連続した導波路を直進し、他の伝
搬光が屈折率不連続部７０ｄで反射光として分岐される
構成となっている。

【００４６】なお、本実施形態の光分岐器は、第１の実
施形態の光分岐器と同様に、例えば、ニオブ酸リチウム
基板を用いて、チタン拡散法によって光導波路を形成す
る場合には、角度θｒを８５．８°以上にすれば全反射
面が得られる。また、第３の実施形態の光分岐器と同様
に、例えば、ポリマー層により光導波路を形成し、低屈
折率ポリマー層により不連続部を構成する場合には、角
度θｒを８４．２°以上にすれば全反射面が得られる。

【００４７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、連続した交差光導波路の交差路の一部に光導波路を
構成する材料より屈折率の低い材料により、不連続部７
０ｄを形成し、伝搬光の一部が連続した導波路を直進
し、他の伝搬光を不連続部７０ｄで反射光として分岐さ
せることにより、光分岐器を構成する。光導波路は、ニ
オブ酸リチウム基板上にチタンを拡散することにより形
成でき、または、プロトン交換を行うことによりも形成
できる。さらに、有機材料例えば、ポリマーを用いて屈
折率の低いポリマー層でクラッド層を構成し、その上に
ポリマー層によりコア層を形成し、光導波路を構成する
ことができる。この結果、光分岐器として、部品の小型
化、低コスト化を実現できる。

【００４８】本発明は、上述した各実施形態に挙げた例
に限定されることなく、その他に、硝子基板にＫ⁺，Ａ
ｇ⁺，Ｔｌ⁺などの陽イオンをイオン交換して埋め込み
型導波路を形成するものや、光或いは電子ビームで直接
書き込みを行う埋め込み型導波路を形成するものなど、
光導波路と基板との屈折率差により反射導波成分を得る
光分岐器は、同様に形成できる。

【００４９】また、以上に説明した各実施形態の光分岐
器において、光導波路の表面に、例えば、酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）などのクラッド層、或いはバッファ層や他
の機能のための電極など、一般の光導波路で表面に設け
られた機構については、特に言及していないが、これら
の機構は、本発明の機能を阻害するものではなく、本発
明の光分岐器にこれらの機構を付加できることはいうま
でもない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光分岐器
によれば、光導波路の交差部に屈折率の低い不連続部を
形成し、界面において部分反射を発生させることによ
り、入射光の一部分を反射し、一部分を透過させること
により光分岐機能を実現でき、部品の小型化、低コスト
化を実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光分岐器の第１の実施形態を示す
構成図である。

【図２】チタン熱拡散法による光分岐器の製造方法を示
す図である。

【図３】プロトン交換法による光分岐器の製造方法を示
す図である。

【図４】本発明に係る光分岐器の第２の実施形態を示す
構成図である。

【図５】本発明に係る光分岐器の第３の実施形態を示す
構成図である。

【図６】図５の光分岐器の製造工程を示す簡略断面図で
ある。

【図７】本実施形態の光分岐器の構成を示す断面図であ
る。

【図８】本発明に係る光分岐器の第４の実施形態を示す
構成図である。

【図９】従来のモード分離型光分岐器の構成図である。

【図１０】従来の光スイッチの構成およびその原理を示
す図である。

【符号の説明】

１…ニオブ酸リチウム基板、２…シリコン基板、３…ク
ラッド層、４…コア層、５…フォトレジスト膜、１０，
１０ａ，１０ｂ…入射光導波路、２０…テーパー導波
路、３０ａ，３０ｃ，３０ｅ…透過光導波路、３０ｂ，
３０ｄ，３０ｆ…反射光導波路、３０ａａ，３０ａｂ，
３０ｂａ，３０ｂｂ…出力光導波路、５０ａ，５０ｂ…
電極、６０…屈折率可変部、７０，７０ａ，７０ｂ，７
０ｃ，７０ｄ…屈折率不連続部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保田靖博茨城県つくば市和台25番地エヌオーケー株式会社内 (72)発明者牛島慎二茨城県つくば市和台25番地エヌオーケー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の材料からなる第１の光導波路と、上記第１の光導波路の延長線上に、上記第１の材料によ
り形成されている第２の光導波路と、上記第１の光導波路と所定の角度で交差して、上記第１
の材料により形成されている第３の光導波路と、上記第１の光導波路と上記第２の光導波路との間に、上
記第１の材料より屈折率の低い第２の材料により形成さ
れている屈折率不連続部とを有する光分岐器。
【請求項２】上記第１の光導波路と上記屈折率不連続部
との界面が、上記第１の光導波路の軸に対して、所定の
角度をなして形成されている請求項１記載の光分岐器。
【請求項３】上記第１および第２の材料は、使用波長に
おいて透過性材料により構成されている請求項１または
２記載の光分岐器。
【請求項４】上記第１、第２および第３の光導波路は、
ニオブ酸リチウム基板上にチタンを拡散することにより
形成されている請求項１〜３いずれか記載の光分岐器。
【請求項５】上記第１、第２および第３の光導波路は、
ニオブ酸リチウム基板にこれらの光導波路の形状に応じ
て形成されたフォトレジスト膜をマスクとして、プロト
ン交換により形成されている請求項１〜４いずれか記載
の光分岐器。
【請求項６】上記第１、第２および第３の光導波路は、
シリコン基板上に上記第２の材料により形成されたクラ
ッド層に上記第１の材料で形成されたコア層により構成
され、上記屈折率不連続部は、上記コア層の交差部に上
記第２の材料を充填して形成されている請求項１〜５い
ずれか記載の光分岐器。