三次元光導波路および光通信システム
【課題】 光路を二次元または三次元にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムの提供。
【解決手段】 所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを有する三次元光導波路、および前記三次元光導波路を有する光通信システム。
【解決手段】 所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを有する三次元光導波路、および前記三次元光導波路を有する光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元光導波路および光通信システムに係り、特に、光路を二次元または三次元にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次元光導波路を積層してコアを三次元の格子状に立体配置することにより、複数の光バスを形成して光導波路を大容量化することが検討されている（特許文献１、特許文献２）。また、光素子を光ファイバに接続するための光路直角変換導波路が提案されている。これは、導波路の一端に光路を９０度曲げるための反射鏡を形成したものである。
【特許文献１】特開平１１−１８３７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７７３０号公報
【非特許文献１】ＪＰＣＡ Ｓｈｏｗ ２００４ 最先端シンポジウム「光・電気モジュールの実装技術」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１および２に記載の光導波路は、コアが直線状であるので、一方の端面から光を入射させ、他方の端面において受光することはできるが、光路を任意の方向に曲げることができない。また、非特許文献１に示された光路直角変換導波路、光路を直角に曲げることはできるものの、更に別の方向に曲げるには、別の光路変換導波路を用いて光ファイバ等によって接続する必要があり、不便であった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、光路を二次元または三次元にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを有してなることを特徴とする三次元光導波路に関する。
【０００６】
前記三次元光導波路においては、前記コアによって形成される光路のうち、少なくとも一部は光路変換手段によって前記所定の方向とは別の方向に屈曲されている。
【０００７】
したがって、一部の光路が光路変換手段によって屈曲された三次元光導波路においては、前記光路変換手段によって屈曲されていない第１の光路と、前記光路変換手段によって屈曲された第２の光路とが一体化されている。
【０００８】
また、全ての光路が光路変換手段によって屈曲された三次元光導波路も請求項１の三次元光導波路に包含される。
【０００９】
これらの三次元光導波路においては、三次元光導波路における光導入部や光導出部の位置を発光素子や受光素子のような光素子の配置に合わせることが極めて容易である。
【００１０】
前記光路変換手段は、コアの側壁面の所定の位置に形成された反射面であってもよく、コア上の所定の位置に配設された反射鏡であっても良い。また、コアを所定の位置において屈曲させても光路を変換できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の三次元光導波路であって、前記コアに交差するように形成され、前記コアに光を導入または導出する光導出入光路を備えてなり、前記光路変換手段は、前記コアと前記光導出入光路との間で光路の方向を変換するものに関する。
【００１２】
前記三次元光導波路においては、一の光導出入部から導入された光は、光導出入光路および光路変換手段を通って前記コアの一端に導入される。そして、前記光が導入されたコアの他端において光導出入光路および光路変換手段を通って他の光導出部から外部に導出される。
【００１３】
したがって、発光素子からの光を前記一の光導出入部に入射させ、他の光導出入部において受光素子で受ければ、前記発光素子と受光素子との間で前記三次元光導波路を介して光を授受できるから、発光素子および受光素子を三次元光導波路に直接光接続でき、光接続用カプラ−などは不要になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の三次元光導波路において、前記コアの少なくとも一部が、少なくとも１箇所において前記所定の方向とは異なる別の方向に屈曲してなり、前記コアの屈曲箇所に前記光路変換手段が設けられてなるものに関する。
【００１５】
前記三次元光導波路においては、屈曲したコアに入射した光は、コアの屈曲した箇所において光路変換部材によって屈曲されコア内部を伝達される。一方、屈曲していないコアに入射した光は、コアの内部を所定の方向に進行する。
【００１６】
したがって、前記三次元光導波路は、屈曲していない光路と屈曲した光路との少なくとも２種類の光路が一体化した態様と、全ての光路が屈曲した態様との２種類を包含する。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元光導波路において、一部の層において少なくとも１列のコアが屈曲してなるものに関する。
【００１８】
前記三次元光導波路は、屈曲していない光路と屈曲した光路との少なくとも２種類の光路が一体化されているから、発光素子と受光素子とを前記三次元光導波路に光接続するだけで立体的な光配線が行なえる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元光導波路において、全ての層において少なくとも１列のコアが屈曲してなるものに関する。
【００２０】
前記三次元光導波路においては、何れの層においても、少なくとも２方向の光路が形成されている。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の三次元光導波路において、前記屈曲してなるコアの屈曲方向が全て同一であるものに関する。
【００２２】
前記三次元光導波路は、２方向の光路が一体化された光導波路である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載の三次元光導波路において、前記屈曲してなるコアのうちの一部は、前記コアのうちの残りとは異なる方向に屈曲してなるものに関する。
【００２４】
前記三次元光導波路は、第１の方向に延在するコアと、前記第１の方向とは異なる第２の方向に屈曲しているコアのほか、少なくとも、前記第１および第２の方向とは異なる第３の方向に屈曲したコアを有する。したがって、前記三次元光導波路においては３つの方向の光路が一体化されている。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元光導波路において、前記光路変換手段が反射鏡であるものに関する。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の三次元光導波路において、前記反射鏡が、金属光沢面および誘電体多層膜の何れかであるものに関する。
【００２７】
前記三次元光導波路においては、光路変換手段として反射鏡を用いているから、コアの屈曲部やコアと光導出入光路との間で光路の方向が確実に変換される。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元光導波路において、前記コアがクラッドよりも屈折率が大きなものに関する。
【００２９】
近年、光導波路用の材料として注目されているポリシランは、紫外光を照射すると屈折率が低下する性質がある。
【００３０】
前記三次元光導波路は、ポリシランをスピンコータなどで塗布し、コアは、紫外線を照射することなくマスクし、クラッドは、光路のパターンに沿って紫外線を照射した後、２５０℃程度（材料によって最適な温度は異なる。）に加熱してベーキングすることにより作製できる。
【００３１】
したがって、コアとクラッドとで異なる材料を使用したり、ドーピングによりコアを形成したりする必要がないから、作製が極めて容易である。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載の三次元光導波路と、前記三次元光導波路の少なくとも１つのコアの一端に光接続された発光素子と、前記発光素子が光接続されたコアの他端に光接続された受光素子とを有することを特徴とする光通信システムに関する。
【００３３】
前記三次元光導波路は、光素子や電子素子の配置に合わせることが容易であるから、前記光通信システムは、三次元光導波路の形態による制約が少ない故に好ましい。また、光素子を立体的に配置した立体的光配線も容易である。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、光路を三次元に自由にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
１．実施形態１
【００３６】
以下、本発明に係る三次元光導波路の一例について説明する。
【００３７】
図１において（Ａ）は、実施形態１に係る三次元光導波路１００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路を平面Ａ−Ａに沿って切断した断面を示す。図２は、三次元光導波路を図１における平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。
【００３８】
図１において（Ａ）および（Ｂ）に示し、更に図２に示すように、三次元光導波路１００は、Ｘ方向に延在する主導波路１０２と、主導波路１０２の中央部からＹ方向に分岐する分岐導波路１０４とを有する。
【００３９】
主導波路１０２および分岐導波路１０４の何れも、基板１０上に形成されている。
【００４０】
主導波路１０２の内部における分岐導波路１０４が分岐する部分には、Ｘ方向の光路をＹ方向に変換する光路変換手段である反射鏡６が埋設されている。反射鏡６は、二等辺直角三角形の平面形状を有する。
【００４１】
主導波路１０２および分岐導波路１０４の内部には、コア２とコア３とが形成されている。コア２は、主導波路１０２内をＸ方向に貫通してＸ方向の光路を形成するコアである。コア３は、主導波路１０２の一端から反射鏡６まではＸ方向に沿って延在し、反射鏡６においてＹ方向に方向を転換して分岐導波路１０４内を貫通し、直角方向に屈曲した光路を形成する。コア２およびコア３は、何れもＸＹ平面内において２列に配列されてなるとともに、Ｚ方向に沿って４層に配列されている。
【００４２】
コア２とコア３とは屈折率が同一であり、コア２およびコア３よりも小さな屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。なお、図１以下の図面において、コア２およびコア３は白抜きの区画として示され、クラッド４は、斜線を付した区画として示されている。
【００４３】
コア２の両端は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１２に連通している。そして、コア３においては、主導波路１０２側の端部は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１４に連通し、分岐導波路１０４側の端部は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１４に連通している。光導出入光路１２は、２列４層に設けられたコア２の夫々の両端に２本づつ計１６本設けられている。光導出入光路１４および光導出入光路１６は、２列４層に設けられたコア３について１本づつ、計８本づつ設けられている。
【００４４】
光導出入光路１２、光導出入光路１４、および光導出入光路１６の上端は、図１および図２に示すように、主導波路１０２または分岐導波路１０４の上面に露出し、夫々光導出入部２０、光導出入部２２、および光導出入部２４を形成する。
【００４５】
主導波路１０２の両端における光導出入光路１２にコア２が連通する部分、および光導出入光路１４にコア３が連通する部分には、反射鏡７および反射鏡８が設けられている。また、分岐導波路１０４の先端部における光導出入光路１６とコア３とが連通する部分には、反射鏡９が設けられている。
【００４６】
反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９は、何れも二等辺直角三角形状の断面を有する反射鏡であり、反射面７Ａ、反射面８Ａ，および反射面９Ａは斜面に形成されている。反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９は、金属光沢面であってもよく、誘電体多層膜による光の反射特性を利用した面であってもよい。金属光沢面は、金属素のものの面であってもよく、または樹脂やＳｉなどに金属光沢を有するコーティング（たとえばＡｇ、Ａｌ、Ａｕなど）を施したものであってもよい。
【００４７】
三次元光導波路１００を作製する手順について以下に説明する。
【００４８】
先ず、図３において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程１において、基板１０に反射鏡６、反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９を載置、固定する。そして、ポリシラン（日本ペイント（株）登録商標「グラシア」等）をスピンコートして２５０℃程度でベーキングし、クラッド層４４を形成する。クラッド層４４は、三次元光導波路１００のクラッド４の一部を構成する。
【００４９】
次ぎに図４において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程２において、クラッド層４４に重ねて更にポリシランをスピンコートし、更に紫外線で露光してコア２およびコア３の形状に沿ってパターニングする。紫外線でパターニングした後、ベーキングしてコア層４２を形成する。コア層４２においては、マスクで紫外線が照射されなかった部分はコア２およびコア３を形成し、紫外線が照射された部分は屈折率が小さくなり、クラッド４を形成する。コア層４２のクラッド４は、クラッド層４４と一体化してコア２およびコア３を囲繞するクラッド４を形成する。
【００５０】
次ぎに、図５において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程３において、コア層４２に重ねてポリシランをスピンコートする。そして、紫外線露光によってパターニングしてＺ方向の光路である光導出入光路１２、光導出入光路１４、および光導出入光路１６を形成する。パターニング後、ベーキングしてコア層４３を形成する。コア層４３において紫外線でパターニングされた部分は屈折率が低下してクラッド４を形成する。コア層４３のクラッド４は、コア層４２のクラッド４と一体化する。
【００５１】
以下、工程２および工程３を繰り返し行なって図１に示す三次元光導波路１００を形成する。
【００５２】
コア２およびコア３は、前述したように、Ｘ方向またはＹ方向に沿って２列に配列され、Ｚ方向に沿って４層に配列されているから、何れも８本づつ形成されている。そして、８本のコア２の夫々について両端に光導出入光路１２が連通し、同様に８本のコア３の夫々について光導出入光路１４と光導出入光路１６が連通している。
【００５３】
したがって、三次元光導波路１００においては、一方の光導出入部２０と他方の光導出入部２０との間には、コア２と、コア２の両端に連通する１対の光導出入光路１２とによってＸ方向に延在する第１の方向の光路が８本形成されるとともに、光導出入部２２と光導出入部２４との間においては、コア３と光導出入光路１４と光導出入光路１６とによって途中でＸ方向からＹ方向に屈曲する第２の方向の光路が８本形成される。
【００５４】
したがって、一方の光導出入部２０に発光素子の発光面を、他方の光導出入部２０に受光素子の受光面を載置することにより、前記発光素子と受光素子との間では、Ｘ方向に沿った光路に沿って光を授受できる。
【００５５】
一方、光導出入部２２に発光素子の発光面を、光導出入部２４に受光素子の受光面を載置することにより、前記発光素子と受光素子との間では、Ｘ方向からＹ方向、またはＹ方向からＸ方向に屈曲した光路に沿って光を授受できる。
【００５６】
また、光導出入部２０、光導出入部２２、または光導出入部２４に発光素子の発光面を載置するだけで発光素子からの光を三次元光導波路１００に導入でき、また、光導出入部２０、光導出入部２２、または光導出入部２４に受光素子の受光面を載置するだけで三次元光導波路１００に導入された光を受光できるから、発光素子および受光素子と三次元光導波路１００とを光ファイバなどの光接続部材で接続する必要がない。
【００５７】
２．実施形態２
【００５８】
以下、本発明に係る三次元光導波路の別の例について説明する。
【００５９】
図６において（Ａ）は、実施形態２に係る三次元光導波路２００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路２００をＸＺ平面に沿って切断した断面を、（Ｃ）は、ＹＺ平面に沿って切断した断面を示す。図６以下において、図１および図２と同一の符号は、前記符号が前記図面において示すのと同一の構成要素を示す。
【００６０】
図６に示すように、三次元光導波路２００においては、Ｘ方向に沿って延在する４列のコア２が、Ｚ方向に沿って４層に形成されている。したがって、コア２は合計１６本形成されている。
【００６１】
コア２は、より小さな屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。
【００６２】
三次元光導波路２００の両端には、コア２によって形成された光路の方向をＸ方向からＺ方向に転換する反射鏡７および反射鏡８が配設されている。反射鏡７および反射鏡８は、傾斜面である反射面７Ａおよび反射面８Ａが互いに相対するように配設されている。反射鏡７および反射鏡８は、本発明の三次元光導波路における光路変換手段に相当する。
【００６３】
三次元光導波路２００の下面には基板１０が設けられている。
【００６４】
コア２の両端には、Ｚ方向の光導出入光路１２が形成され、反射鏡７および反射鏡８の反射面７Ａおよび反射面８Ａにおいてコア２と交差している。
【００６５】
光導出入光路１２の上端は三次元光導波路２００の両端部における上面に露出し、光導出入部２０を形成する。
【００６６】
以下、三次元光導波路２００を形成する手順について説明する。
【００６７】
先ず、工程１において、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、反射鏡７および反射鏡８を、反射面７Ａおよび反射面８Ａが相対向するように基板１０上に載置、固定してポリシランをスピンコートしてベーキングする。これにより、クラッド層４４が形成される。
【００６８】
次ぎに、工程２において、図７の（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、工程１で形成されたクラッド層４４上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２を形成する。コア２を形成後、ベーキングする。これにより、コア２とクラッド４とがＸ方向に沿って交互に配列されたコア層４２が形成される。
【００６９】
次ぎに、図８において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程３において、コア層４２上に更にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２の両端に光導出入光路１２を形成する。光導出入光路１２を形成後、ベーキングを行い、クラッド４の両端に光導出入光路１２が４個づつ配列されたコア層４３が形成される。
【００７０】
コア層４３が形成されたら、図９において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程４においてコア層４３上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２を形成する。コア２を形成後、ベーキングする。これにより、コア２とクラッド４とがＸ方向に沿って交互に配列されたコア層４２が形成される。
【００７１】
更に、図９において（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、工程５においてコア層４２上に更にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２の両端に光導出入光路１２を形成する。光導出入光路１２は、工程２で形成されたコア２に連通するものだけでなく、工程４で形成されたコア２に連通するものも形成されるから、コア層４３の一方の端部について８個づつ形成される。光導出入光路１２を形成後、ベーキングを行い、クラッド４の両端に光導出入光路１２が４個づつ配列されたコア層４３が形成される。
【００７２】
工程４および５を繰り返すことにより、図６に示す三次元光導波路２００が形成される。
【００７３】
三次元光導波路２００においては、一方の光導出入部２０から入射した光は、光法出入光路１２を通って反射鏡７または反射鏡８の一方で反射されてコア２に入射する。コア２を通過した光は、反射鏡７または反射鏡８の他方で反射されて光法出入光路１２に入射し、他方の光導出入部２０から出射する。
【００７４】
このように、一方の光導出入部２０に光を入射することにより、他方の光導出入部２０から光を出射させることができる。しかも、光導出入部２０は、何れも三次元光導波路２００の上面に設けられているから、発光素子および受光素子は、三次元光導波路２００の上面における光導出入部２０に実装できる。
【００７５】
更に、コア２は４列４層設けられているから、光路は合計１６本形成される。したがって、多数の発光素子および受光素子を用いた複雑な光配線も容易に行なえる。
【００７６】
３．実施形態３
【００７７】
以下、本発明に係る三次元光導波路の更に別の例について説明する。
【００７８】
図１０において（Ａ）は、実施形態３に係る三次元光導波路３００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路３００を、ＸＺ方向の平面である平面Ａ−Ａに沿って切断した断面を、（Ｃ）は、三次元光導波路３００を、ＸＺ方向の平面である平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。そして図１１は、三次元光導波路３００をＹＺ方向の平面である平面Ｃ−Ｃに沿って切断した断面を示す。図１０以下において、図１および図２と同一の符号は、前記符号が前記図面において示すのと同一の構成要素を示す。
【００７９】
図１０および図１１に示すように、三次元光導波路３００は、Ｘ方向に延在する主導波路３０２と、主導波路３０２の中央部からＹ方向に分岐する分岐導波路３０４とを有する。
【００８０】
主導波路３０２および分岐導波路３０４の何れも、基板１０上に形成されている。
【００８１】
主導波路３０２における分岐導波路３０４が分岐した側とは反対側には、Ｘ方向に延在するコア２が２列４層に形成されている。一方、主導波路３０２における分岐導波路３０４が分岐した側には、コア２が２列２層に形成され、その下方に、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲するコア３およびコア５が形成されている。コア３は、主導波路３０２の図１０における左端部から右方に向って延在し、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲する。一方、コア５は、主導波路３０２の図１０における右端部から左方に向って延在し、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲する。コア３は、コア５の上方に形成されている。コア２、コア３、およびコア５は、何れも、より低い屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。
【００８２】
主導波路３０２の内部における分岐導波路３０４が分岐する部分には、Ｘ方向の光路をＹ方向に変換する光路変換手段である反射鏡６２および反射鏡６４が埋設されている。反射鏡６２および反射鏡６４は平面鏡である。反射鏡６２は、コア５がＸ方向からＹ方向に屈曲する位置に設けられ、反射鏡６２は、コア３がＸ方向からＹ方向に屈曲する位置に設けられている。
【００８３】
主導波路３０２の右端部には反射鏡７が、左端部には反射鏡８が設けられている。そして、分岐導波路３０４の先端部には反射鏡９が設けられている。
【００８４】
コア２の両端は光導出入光路１２に連通している。一方、コア３における主導波路３０２側の端部は光導出入光路１４に連通し、分岐導波路３０４側の端部は光導出入光路１６に連通している。そして、コア５における主導波路３０２側の端部は光導出入光路１５に連通し、分岐導波路３０４側の端部は光導出入光路１８に連通している。光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、および光導出入光路１７は、何れもＺ方向に沿って延在するとともに、コア２、コア３、およびコア５と同一の屈折率を有する光路である。
【００８５】
コア２と光導出入光路１２との間の光路の変換は、反射鏡７および反射鏡８によって行なわれる。コア３においては、光導出入光路１４との間の光路の変換は反射鏡８で行なわれ、光導出入光路１６との間の光路の変換は反射鏡９で行なわれる。コア５においては、光導出入光路１５との間の光路の変換は反射鏡７で行なわれ、光導出入光路１８との間の光路の変換は反射鏡９で行なわれる。
【００８６】
以下、三次元光導波路３００を作製する手順について説明する。
【００８７】
先ず、工程１において、図１２において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、基板１０上に反射鏡７、反射鏡８、反射鏡９、および反射鏡６２を載置、固定する。そして、ポリシランをスピンコートしてベーキングし、クラッド層４４を形成する。
【００８８】
工程２において、図１３に示すように、クラッド層４４上にポリシランをスピンコートして紫外線でコア２およびコア５を２列づつパターニングして形成してベーキングする。このようにして形成されたコア層４２において露光された部分はクラッド４になる。
【００８９】
工程３において、図１４に示すように、コア層４２上に反射鏡６４を載置、固定した後、ポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングして夫々のコア２の両端に光導出入光路１２を形成し、コア３の一端に光導出入光路１５を、他端に光導出入光路１８を形成する。紫外線でパターニング後、ベーキングする。このようにして形成したコア層４３において露光された部分はクラッド４になる。
【００９０】
工程４において、図１５に示すように、コア層４３上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２およびコア３を２列づつ形成するとともに、光導出入光路１５を形成し、２５０℃程度でベーキングする。このようにして形成されたコア層４２において露光された部分はクラッド４になる。
【００９１】
工程５において、図１６に示すように、コア層４２上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングして各コア２の両端に光導出入光路１２を、各コア３の一端に光導出入光路１４を、他端に光導出入光路１６を形成するとともに、光導出入光路１５および光導出入光路１８を形成する。パターニング後、ベーキングする。このようにして形成したコア層４３において露光された部分はクラッド４になる。
【００９２】
工程６において、図１７に示すようにコア層４３上にポリシランをスピンコートする。そして、紫外線でパターニングしてコア２を４列形成し、ベーキングしてコア層４２を形成する。
【００９３】
工程７において、図１８に示すようにコア層４２上にポリシランを塗布する。そして紫外線でパターニングして前記４列のコア２の夫々の両端に光導出入光路１２を形成するとともに、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８を形成する。パターニング後、ベーキングしてコア層４３を形成する。
【００９４】
次ぎに、工程６と工程７とを繰り返して４列のコア２と光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８とを更にもう１層形成して三次元光導波路３００が完成する。
【００９５】
三次元光導波路３００においては、主導波路３０２の左端に位置する光導出入光路１２から光を入射すると、入射した光は反射鏡８で反射してコア２の左端に入射する。そしてコア２の右端において反射鏡７で反射されて主導波路３０２の右端に位置する光導出入光路１２から出射する。
【００９６】
一方、光導出入光路１４から光を入射すると、入射した光は反射鏡８ので反射されてコア３に入射する。そして、反射鏡６４で反射されて分岐導波路３０４に入射し、分岐導波路３０４に設けられた反射鏡９で反射されて光導出入光路１６から出射する。
【００９７】
他方、光導出入光路１５から光を入射すると、入射した光は反射鏡７で反射されてコア５に入射する。そして、反射鏡６２で反射されて分岐導波路３０４に入射し、反射鏡で反射されて光導出入光路１８から出射する。
【００９８】
このように、三次元光導波路３００においては、３つの異なる方向の光路の何れを通して光を授受するかを選択することができる。
【００９９】
また、コア２を経由する光路は８つ、コア３を経由する光路は２つ、コア５を経由する光路は２つ形成されているから、各光路毎に光データを授受するようにすれば、１つの三次元光導波路３００を用いるだけで膨大な量の光データ通信が可能になる。また、光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８の何れにおいても、発光素子の発光面を接触させれば光を入射させることができ、受光素子の受光面を接触させれば出射した光を受光できるから、多数の発光素子および受光素子を用いた複雑な光配線も簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１は、実施形態１に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、および前記三次元光導波路の備える主導波路の構成を示すＸＺ平面に沿った断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る三次元光導波路のの備える分岐導波路の構成を示す構成を示すＹＺ平面に沿った断面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１を示す説明図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程２を示す説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、ＸＺ平面に沿った断面図、およびＹＺ平面に沿った断面図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１および工程２を示す説明図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程４および工程５を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、および前記三次元光導波路の備える主導波路の構成を示すＸＺ平面に沿った断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る三次元光導波路のの備える分岐導波路の構成を示す構成を示すＹＺ平面に沿った断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程２を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程４を示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程５を示す説明図である。
【図１７】図１７は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程６を示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程７を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２ コア
３ コア
４ クラッド
５ コア
６ 反射鏡
７ 反射鏡
７Ａ 反射面
８ 反射鏡
８Ａ 反射面
９ 反射鏡
９Ａ 反射面
１０ 基板
１２ 光導出入光路
１４ 光導出入光路
１５ 光導出入光路
１５ 光導出入光路
１６ 光導出入光路
１７ 光導出入光路
１８ 光導出入光路
２０ 光導出入部
２２ 光導出入部
２４ 光導出入部
４２ コア層
４３ コア層
４４ クラッド層
６２ 反射鏡
６４ 反射鏡
１００ 三次元光導波路
１０２ 主導波路
１０４ 分岐導波路
２００ 三次元光導波路
３００ 三次元光導波路
３０２ 主導波路
３０４ 分岐導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元光導波路および光通信システムに係り、特に、光路を二次元または三次元にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次元光導波路を積層してコアを三次元の格子状に立体配置することにより、複数の光バスを形成して光導波路を大容量化することが検討されている（特許文献１、特許文献２）。また、光素子を光ファイバに接続するための光路直角変換導波路が提案されている。これは、導波路の一端に光路を９０度曲げるための反射鏡を形成したものである。
【特許文献１】特開平１１−１８３７４７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７７３０号公報
【非特許文献１】ＪＰＣＡ Ｓｈｏｗ ２００４ 最先端シンポジウム「光・電気モジュールの実装技術」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１および２に記載の光導波路は、コアが直線状であるので、一方の端面から光を入射させ、他方の端面において受光することはできるが、光路を任意の方向に曲げることができない。また、非特許文献１に示された光路直角変換導波路、光路を直角に曲げることはできるものの、更に別の方向に曲げるには、別の光路変換導波路を用いて光ファイバ等によって接続する必要があり、不便であった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、光路を二次元または三次元にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを有してなることを特徴とする三次元光導波路に関する。
【０００６】
前記三次元光導波路においては、前記コアによって形成される光路のうち、少なくとも一部は光路変換手段によって前記所定の方向とは別の方向に屈曲されている。
【０００７】
したがって、一部の光路が光路変換手段によって屈曲された三次元光導波路においては、前記光路変換手段によって屈曲されていない第１の光路と、前記光路変換手段によって屈曲された第２の光路とが一体化されている。
【０００８】
また、全ての光路が光路変換手段によって屈曲された三次元光導波路も請求項１の三次元光導波路に包含される。
【０００９】
これらの三次元光導波路においては、三次元光導波路における光導入部や光導出部の位置を発光素子や受光素子のような光素子の配置に合わせることが極めて容易である。
【００１０】
前記光路変換手段は、コアの側壁面の所定の位置に形成された反射面であってもよく、コア上の所定の位置に配設された反射鏡であっても良い。また、コアを所定の位置において屈曲させても光路を変換できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の三次元光導波路であって、前記コアに交差するように形成され、前記コアに光を導入または導出する光導出入光路を備えてなり、前記光路変換手段は、前記コアと前記光導出入光路との間で光路の方向を変換するものに関する。
【００１２】
前記三次元光導波路においては、一の光導出入部から導入された光は、光導出入光路および光路変換手段を通って前記コアの一端に導入される。そして、前記光が導入されたコアの他端において光導出入光路および光路変換手段を通って他の光導出部から外部に導出される。
【００１３】
したがって、発光素子からの光を前記一の光導出入部に入射させ、他の光導出入部において受光素子で受ければ、前記発光素子と受光素子との間で前記三次元光導波路を介して光を授受できるから、発光素子および受光素子を三次元光導波路に直接光接続でき、光接続用カプラ−などは不要になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の三次元光導波路において、前記コアの少なくとも一部が、少なくとも１箇所において前記所定の方向とは異なる別の方向に屈曲してなり、前記コアの屈曲箇所に前記光路変換手段が設けられてなるものに関する。
【００１５】
前記三次元光導波路においては、屈曲したコアに入射した光は、コアの屈曲した箇所において光路変換部材によって屈曲されコア内部を伝達される。一方、屈曲していないコアに入射した光は、コアの内部を所定の方向に進行する。
【００１６】
したがって、前記三次元光導波路は、屈曲していない光路と屈曲した光路との少なくとも２種類の光路が一体化した態様と、全ての光路が屈曲した態様との２種類を包含する。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元光導波路において、一部の層において少なくとも１列のコアが屈曲してなるものに関する。
【００１８】
前記三次元光導波路は、屈曲していない光路と屈曲した光路との少なくとも２種類の光路が一体化されているから、発光素子と受光素子とを前記三次元光導波路に光接続するだけで立体的な光配線が行なえる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元光導波路において、全ての層において少なくとも１列のコアが屈曲してなるものに関する。
【００２０】
前記三次元光導波路においては、何れの層においても、少なくとも２方向の光路が形成されている。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の三次元光導波路において、前記屈曲してなるコアの屈曲方向が全て同一であるものに関する。
【００２２】
前記三次元光導波路は、２方向の光路が一体化された光導波路である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載の三次元光導波路において、前記屈曲してなるコアのうちの一部は、前記コアのうちの残りとは異なる方向に屈曲してなるものに関する。
【００２４】
前記三次元光導波路は、第１の方向に延在するコアと、前記第１の方向とは異なる第２の方向に屈曲しているコアのほか、少なくとも、前記第１および第２の方向とは異なる第３の方向に屈曲したコアを有する。したがって、前記三次元光導波路においては３つの方向の光路が一体化されている。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元光導波路において、前記光路変換手段が反射鏡であるものに関する。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の三次元光導波路において、前記反射鏡が、金属光沢面および誘電体多層膜の何れかであるものに関する。
【００２７】
前記三次元光導波路においては、光路変換手段として反射鏡を用いているから、コアの屈曲部やコアと光導出入光路との間で光路の方向が確実に変換される。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元光導波路において、前記コアがクラッドよりも屈折率が大きなものに関する。
【００２９】
近年、光導波路用の材料として注目されているポリシランは、紫外光を照射すると屈折率が低下する性質がある。
【００３０】
前記三次元光導波路は、ポリシランをスピンコータなどで塗布し、コアは、紫外線を照射することなくマスクし、クラッドは、光路のパターンに沿って紫外線を照射した後、２５０℃程度（材料によって最適な温度は異なる。）に加熱してベーキングすることにより作製できる。
【００３１】
したがって、コアとクラッドとで異なる材料を使用したり、ドーピングによりコアを形成したりする必要がないから、作製が極めて容易である。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載の三次元光導波路と、前記三次元光導波路の少なくとも１つのコアの一端に光接続された発光素子と、前記発光素子が光接続されたコアの他端に光接続された受光素子とを有することを特徴とする光通信システムに関する。
【００３３】
前記三次元光導波路は、光素子や電子素子の配置に合わせることが容易であるから、前記光通信システムは、三次元光導波路の形態による制約が少ない故に好ましい。また、光素子を立体的に配置した立体的光配線も容易である。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、光路を三次元に自由にレイアウトできる三次元光導波路、および前記三次元光導波路を用いた光通信システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
１．実施形態１
【００３６】
以下、本発明に係る三次元光導波路の一例について説明する。
【００３７】
図１において（Ａ）は、実施形態１に係る三次元光導波路１００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路を平面Ａ−Ａに沿って切断した断面を示す。図２は、三次元光導波路を図１における平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。
【００３８】
図１において（Ａ）および（Ｂ）に示し、更に図２に示すように、三次元光導波路１００は、Ｘ方向に延在する主導波路１０２と、主導波路１０２の中央部からＹ方向に分岐する分岐導波路１０４とを有する。
【００３９】
主導波路１０２および分岐導波路１０４の何れも、基板１０上に形成されている。
【００４０】
主導波路１０２の内部における分岐導波路１０４が分岐する部分には、Ｘ方向の光路をＹ方向に変換する光路変換手段である反射鏡６が埋設されている。反射鏡６は、二等辺直角三角形の平面形状を有する。
【００４１】
主導波路１０２および分岐導波路１０４の内部には、コア２とコア３とが形成されている。コア２は、主導波路１０２内をＸ方向に貫通してＸ方向の光路を形成するコアである。コア３は、主導波路１０２の一端から反射鏡６まではＸ方向に沿って延在し、反射鏡６においてＹ方向に方向を転換して分岐導波路１０４内を貫通し、直角方向に屈曲した光路を形成する。コア２およびコア３は、何れもＸＹ平面内において２列に配列されてなるとともに、Ｚ方向に沿って４層に配列されている。
【００４２】
コア２とコア３とは屈折率が同一であり、コア２およびコア３よりも小さな屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。なお、図１以下の図面において、コア２およびコア３は白抜きの区画として示され、クラッド４は、斜線を付した区画として示されている。
【００４３】
コア２の両端は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１２に連通している。そして、コア３においては、主導波路１０２側の端部は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１４に連通し、分岐導波路１０４側の端部は、Ｚ方向に沿って形成された光導出入光路１４に連通している。光導出入光路１２は、２列４層に設けられたコア２の夫々の両端に２本づつ計１６本設けられている。光導出入光路１４および光導出入光路１６は、２列４層に設けられたコア３について１本づつ、計８本づつ設けられている。
【００４４】
光導出入光路１２、光導出入光路１４、および光導出入光路１６の上端は、図１および図２に示すように、主導波路１０２または分岐導波路１０４の上面に露出し、夫々光導出入部２０、光導出入部２２、および光導出入部２４を形成する。
【００４５】
主導波路１０２の両端における光導出入光路１２にコア２が連通する部分、および光導出入光路１４にコア３が連通する部分には、反射鏡７および反射鏡８が設けられている。また、分岐導波路１０４の先端部における光導出入光路１６とコア３とが連通する部分には、反射鏡９が設けられている。
【００４６】
反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９は、何れも二等辺直角三角形状の断面を有する反射鏡であり、反射面７Ａ、反射面８Ａ，および反射面９Ａは斜面に形成されている。反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９は、金属光沢面であってもよく、誘電体多層膜による光の反射特性を利用した面であってもよい。金属光沢面は、金属素のものの面であってもよく、または樹脂やＳｉなどに金属光沢を有するコーティング（たとえばＡｇ、Ａｌ、Ａｕなど）を施したものであってもよい。
【００４７】
三次元光導波路１００を作製する手順について以下に説明する。
【００４８】
先ず、図３において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程１において、基板１０に反射鏡６、反射鏡７、反射鏡８、および反射鏡９を載置、固定する。そして、ポリシラン（日本ペイント（株）登録商標「グラシア」等）をスピンコートして２５０℃程度でベーキングし、クラッド層４４を形成する。クラッド層４４は、三次元光導波路１００のクラッド４の一部を構成する。
【００４９】
次ぎに図４において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程２において、クラッド層４４に重ねて更にポリシランをスピンコートし、更に紫外線で露光してコア２およびコア３の形状に沿ってパターニングする。紫外線でパターニングした後、ベーキングしてコア層４２を形成する。コア層４２においては、マスクで紫外線が照射されなかった部分はコア２およびコア３を形成し、紫外線が照射された部分は屈折率が小さくなり、クラッド４を形成する。コア層４２のクラッド４は、クラッド層４４と一体化してコア２およびコア３を囲繞するクラッド４を形成する。
【００５０】
次ぎに、図５において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程３において、コア層４２に重ねてポリシランをスピンコートする。そして、紫外線露光によってパターニングしてＺ方向の光路である光導出入光路１２、光導出入光路１４、および光導出入光路１６を形成する。パターニング後、ベーキングしてコア層４３を形成する。コア層４３において紫外線でパターニングされた部分は屈折率が低下してクラッド４を形成する。コア層４３のクラッド４は、コア層４２のクラッド４と一体化する。
【００５１】
以下、工程２および工程３を繰り返し行なって図１に示す三次元光導波路１００を形成する。
【００５２】
コア２およびコア３は、前述したように、Ｘ方向またはＹ方向に沿って２列に配列され、Ｚ方向に沿って４層に配列されているから、何れも８本づつ形成されている。そして、８本のコア２の夫々について両端に光導出入光路１２が連通し、同様に８本のコア３の夫々について光導出入光路１４と光導出入光路１６が連通している。
【００５３】
したがって、三次元光導波路１００においては、一方の光導出入部２０と他方の光導出入部２０との間には、コア２と、コア２の両端に連通する１対の光導出入光路１２とによってＸ方向に延在する第１の方向の光路が８本形成されるとともに、光導出入部２２と光導出入部２４との間においては、コア３と光導出入光路１４と光導出入光路１６とによって途中でＸ方向からＹ方向に屈曲する第２の方向の光路が８本形成される。
【００５４】
したがって、一方の光導出入部２０に発光素子の発光面を、他方の光導出入部２０に受光素子の受光面を載置することにより、前記発光素子と受光素子との間では、Ｘ方向に沿った光路に沿って光を授受できる。
【００５５】
一方、光導出入部２２に発光素子の発光面を、光導出入部２４に受光素子の受光面を載置することにより、前記発光素子と受光素子との間では、Ｘ方向からＹ方向、またはＹ方向からＸ方向に屈曲した光路に沿って光を授受できる。
【００５６】
また、光導出入部２０、光導出入部２２、または光導出入部２４に発光素子の発光面を載置するだけで発光素子からの光を三次元光導波路１００に導入でき、また、光導出入部２０、光導出入部２２、または光導出入部２４に受光素子の受光面を載置するだけで三次元光導波路１００に導入された光を受光できるから、発光素子および受光素子と三次元光導波路１００とを光ファイバなどの光接続部材で接続する必要がない。
【００５７】
２．実施形態２
【００５８】
以下、本発明に係る三次元光導波路の別の例について説明する。
【００５９】
図６において（Ａ）は、実施形態２に係る三次元光導波路２００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路２００をＸＺ平面に沿って切断した断面を、（Ｃ）は、ＹＺ平面に沿って切断した断面を示す。図６以下において、図１および図２と同一の符号は、前記符号が前記図面において示すのと同一の構成要素を示す。
【００６０】
図６に示すように、三次元光導波路２００においては、Ｘ方向に沿って延在する４列のコア２が、Ｚ方向に沿って４層に形成されている。したがって、コア２は合計１６本形成されている。
【００６１】
コア２は、より小さな屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。
【００６２】
三次元光導波路２００の両端には、コア２によって形成された光路の方向をＸ方向からＺ方向に転換する反射鏡７および反射鏡８が配設されている。反射鏡７および反射鏡８は、傾斜面である反射面７Ａおよび反射面８Ａが互いに相対するように配設されている。反射鏡７および反射鏡８は、本発明の三次元光導波路における光路変換手段に相当する。
【００６３】
三次元光導波路２００の下面には基板１０が設けられている。
【００６４】
コア２の両端には、Ｚ方向の光導出入光路１２が形成され、反射鏡７および反射鏡８の反射面７Ａおよび反射面８Ａにおいてコア２と交差している。
【００６５】
光導出入光路１２の上端は三次元光導波路２００の両端部における上面に露出し、光導出入部２０を形成する。
【００６６】
以下、三次元光導波路２００を形成する手順について説明する。
【００６７】
先ず、工程１において、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、反射鏡７および反射鏡８を、反射面７Ａおよび反射面８Ａが相対向するように基板１０上に載置、固定してポリシランをスピンコートしてベーキングする。これにより、クラッド層４４が形成される。
【００６８】
次ぎに、工程２において、図７の（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、工程１で形成されたクラッド層４４上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２を形成する。コア２を形成後、ベーキングする。これにより、コア２とクラッド４とがＸ方向に沿って交互に配列されたコア層４２が形成される。
【００６９】
次ぎに、図８において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程３において、コア層４２上に更にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２の両端に光導出入光路１２を形成する。光導出入光路１２を形成後、ベーキングを行い、クラッド４の両端に光導出入光路１２が４個づつ配列されたコア層４３が形成される。
【００７０】
コア層４３が形成されたら、図９において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、工程４においてコア層４３上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２を形成する。コア２を形成後、ベーキングする。これにより、コア２とクラッド４とがＸ方向に沿って交互に配列されたコア層４２が形成される。
【００７１】
更に、図９において（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、工程５においてコア層４２上に更にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２の両端に光導出入光路１２を形成する。光導出入光路１２は、工程２で形成されたコア２に連通するものだけでなく、工程４で形成されたコア２に連通するものも形成されるから、コア層４３の一方の端部について８個づつ形成される。光導出入光路１２を形成後、ベーキングを行い、クラッド４の両端に光導出入光路１２が４個づつ配列されたコア層４３が形成される。
【００７２】
工程４および５を繰り返すことにより、図６に示す三次元光導波路２００が形成される。
【００７３】
三次元光導波路２００においては、一方の光導出入部２０から入射した光は、光法出入光路１２を通って反射鏡７または反射鏡８の一方で反射されてコア２に入射する。コア２を通過した光は、反射鏡７または反射鏡８の他方で反射されて光法出入光路１２に入射し、他方の光導出入部２０から出射する。
【００７４】
このように、一方の光導出入部２０に光を入射することにより、他方の光導出入部２０から光を出射させることができる。しかも、光導出入部２０は、何れも三次元光導波路２００の上面に設けられているから、発光素子および受光素子は、三次元光導波路２００の上面における光導出入部２０に実装できる。
【００７５】
更に、コア２は４列４層設けられているから、光路は合計１６本形成される。したがって、多数の発光素子および受光素子を用いた複雑な光配線も容易に行なえる。
【００７６】
３．実施形態３
【００７７】
以下、本発明に係る三次元光導波路の更に別の例について説明する。
【００７８】
図１０において（Ａ）は、実施形態３に係る三次元光導波路３００を上方から見たところを示し、（Ｂ）は、三次元光導波路３００を、ＸＺ方向の平面である平面Ａ−Ａに沿って切断した断面を、（Ｃ）は、三次元光導波路３００を、ＸＺ方向の平面である平面Ｂ−Ｂに沿って切断した断面を示す。そして図１１は、三次元光導波路３００をＹＺ方向の平面である平面Ｃ−Ｃに沿って切断した断面を示す。図１０以下において、図１および図２と同一の符号は、前記符号が前記図面において示すのと同一の構成要素を示す。
【００７９】
図１０および図１１に示すように、三次元光導波路３００は、Ｘ方向に延在する主導波路３０２と、主導波路３０２の中央部からＹ方向に分岐する分岐導波路３０４とを有する。
【００８０】
主導波路３０２および分岐導波路３０４の何れも、基板１０上に形成されている。
【００８１】
主導波路３０２における分岐導波路３０４が分岐した側とは反対側には、Ｘ方向に延在するコア２が２列４層に形成されている。一方、主導波路３０２における分岐導波路３０４が分岐した側には、コア２が２列２層に形成され、その下方に、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲するコア３およびコア５が形成されている。コア３は、主導波路３０２の図１０における左端部から右方に向って延在し、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲する。一方、コア５は、主導波路３０２の図１０における右端部から左方に向って延在し、分岐導波路３０４の部分でＸ方向からＹ方向に屈曲する。コア３は、コア５の上方に形成されている。コア２、コア３、およびコア５は、何れも、より低い屈折率を有するクラッド４によって囲繞されている。
【００８２】
主導波路３０２の内部における分岐導波路３０４が分岐する部分には、Ｘ方向の光路をＹ方向に変換する光路変換手段である反射鏡６２および反射鏡６４が埋設されている。反射鏡６２および反射鏡６４は平面鏡である。反射鏡６２は、コア５がＸ方向からＹ方向に屈曲する位置に設けられ、反射鏡６２は、コア３がＸ方向からＹ方向に屈曲する位置に設けられている。
【００８３】
主導波路３０２の右端部には反射鏡７が、左端部には反射鏡８が設けられている。そして、分岐導波路３０４の先端部には反射鏡９が設けられている。
【００８４】
コア２の両端は光導出入光路１２に連通している。一方、コア３における主導波路３０２側の端部は光導出入光路１４に連通し、分岐導波路３０４側の端部は光導出入光路１６に連通している。そして、コア５における主導波路３０２側の端部は光導出入光路１５に連通し、分岐導波路３０４側の端部は光導出入光路１８に連通している。光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、および光導出入光路１７は、何れもＺ方向に沿って延在するとともに、コア２、コア３、およびコア５と同一の屈折率を有する光路である。
【００８５】
コア２と光導出入光路１２との間の光路の変換は、反射鏡７および反射鏡８によって行なわれる。コア３においては、光導出入光路１４との間の光路の変換は反射鏡８で行なわれ、光導出入光路１６との間の光路の変換は反射鏡９で行なわれる。コア５においては、光導出入光路１５との間の光路の変換は反射鏡７で行なわれ、光導出入光路１８との間の光路の変換は反射鏡９で行なわれる。
【００８６】
以下、三次元光導波路３００を作製する手順について説明する。
【００８７】
先ず、工程１において、図１２において（Ａ）および（Ｂ）に示すように、基板１０上に反射鏡７、反射鏡８、反射鏡９、および反射鏡６２を載置、固定する。そして、ポリシランをスピンコートしてベーキングし、クラッド層４４を形成する。
【００８８】
工程２において、図１３に示すように、クラッド層４４上にポリシランをスピンコートして紫外線でコア２およびコア５を２列づつパターニングして形成してベーキングする。このようにして形成されたコア層４２において露光された部分はクラッド４になる。
【００８９】
工程３において、図１４に示すように、コア層４２上に反射鏡６４を載置、固定した後、ポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングして夫々のコア２の両端に光導出入光路１２を形成し、コア３の一端に光導出入光路１５を、他端に光導出入光路１８を形成する。紫外線でパターニング後、ベーキングする。このようにして形成したコア層４３において露光された部分はクラッド４になる。
【００９０】
工程４において、図１５に示すように、コア層４３上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングしてコア２およびコア３を２列づつ形成するとともに、光導出入光路１５を形成し、２５０℃程度でベーキングする。このようにして形成されたコア層４２において露光された部分はクラッド４になる。
【００９１】
工程５において、図１６に示すように、コア層４２上にポリシランをスピンコートし、紫外線でパターニングして各コア２の両端に光導出入光路１２を、各コア３の一端に光導出入光路１４を、他端に光導出入光路１６を形成するとともに、光導出入光路１５および光導出入光路１８を形成する。パターニング後、ベーキングする。このようにして形成したコア層４３において露光された部分はクラッド４になる。
【００９２】
工程６において、図１７に示すようにコア層４３上にポリシランをスピンコートする。そして、紫外線でパターニングしてコア２を４列形成し、ベーキングしてコア層４２を形成する。
【００９３】
工程７において、図１８に示すようにコア層４２上にポリシランを塗布する。そして紫外線でパターニングして前記４列のコア２の夫々の両端に光導出入光路１２を形成するとともに、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８を形成する。パターニング後、ベーキングしてコア層４３を形成する。
【００９４】
次ぎに、工程６と工程７とを繰り返して４列のコア２と光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８とを更にもう１層形成して三次元光導波路３００が完成する。
【００９５】
三次元光導波路３００においては、主導波路３０２の左端に位置する光導出入光路１２から光を入射すると、入射した光は反射鏡８で反射してコア２の左端に入射する。そしてコア２の右端において反射鏡７で反射されて主導波路３０２の右端に位置する光導出入光路１２から出射する。
【００９６】
一方、光導出入光路１４から光を入射すると、入射した光は反射鏡８ので反射されてコア３に入射する。そして、反射鏡６４で反射されて分岐導波路３０４に入射し、分岐導波路３０４に設けられた反射鏡９で反射されて光導出入光路１６から出射する。
【００９７】
他方、光導出入光路１５から光を入射すると、入射した光は反射鏡７で反射されてコア５に入射する。そして、反射鏡６２で反射されて分岐導波路３０４に入射し、反射鏡で反射されて光導出入光路１８から出射する。
【００９８】
このように、三次元光導波路３００においては、３つの異なる方向の光路の何れを通して光を授受するかを選択することができる。
【００９９】
また、コア２を経由する光路は８つ、コア３を経由する光路は２つ、コア５を経由する光路は２つ形成されているから、各光路毎に光データを授受するようにすれば、１つの三次元光導波路３００を用いるだけで膨大な量の光データ通信が可能になる。また、光導出入光路１２、光導出入光路１４、光導出入光路１５、光導出入光路１６、光導出入光路１８の何れにおいても、発光素子の発光面を接触させれば光を入射させることができ、受光素子の受光面を接触させれば出射した光を受光できるから、多数の発光素子および受光素子を用いた複雑な光配線も簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１は、実施形態１に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、および前記三次元光導波路の備える主導波路の構成を示すＸＺ平面に沿った断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る三次元光導波路のの備える分岐導波路の構成を示す構成を示すＹＺ平面に沿った断面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１を示す説明図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程２を示す説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、ＸＺ平面に沿った断面図、およびＹＺ平面に沿った断面図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１および工程２を示す説明図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程４および工程５を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る三次元光導波路の構成を示す上面図、および前記三次元光導波路の備える主導波路の構成を示すＸＺ平面に沿った断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係る三次元光導波路のの備える分岐導波路の構成を示す構成を示すＹＺ平面に沿った断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程１を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程２を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程３を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程４を示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程５を示す説明図である。
【図１７】図１７は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程６を示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施形態３に係る三次元光導波路を作製する工程のうちの工程７を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２ コア
３ コア
４ クラッド
５ コア
６ 反射鏡
７ 反射鏡
７Ａ 反射面
８ 反射鏡
８Ａ 反射面
９ 反射鏡
９Ａ 反射面
１０ 基板
１２ 光導出入光路
１４ 光導出入光路
１５ 光導出入光路
１５ 光導出入光路
１６ 光導出入光路
１７ 光導出入光路
１８ 光導出入光路
２０ 光導出入部
２２ 光導出入部
２４ 光導出入部
４２ コア層
４３ コア層
４４ クラッド層
６２ 反射鏡
６４ 反射鏡
１００ 三次元光導波路
１０２ 主導波路
１０４ 分岐導波路
２００ 三次元光導波路
３００ 三次元光導波路
３０２ 主導波路
３０４ 分岐導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、
前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、
少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを
有してなることを特徴とする三次元光導波路。
【請求項２】
前記コアに交差するように形成され、前記コアに光を導入または導出する光導出入光路を備えてなり、前記光路変換手段は、前記コアと前記光導出入光路との間で光路の方向を変換する請求項１に記載の三次元光導波路。
【請求項３】
前記コアの少なくとも一部は、少なくとも１箇所において前記所定の方向とは異なる別の方向に屈曲してなり、前記コアの屈曲箇所に前記光路変換手段が設けられてなる請求項１または２に記載の三次元光導波路。
【請求項４】
一部の層において少なくとも１列のコアが屈曲してなる請求項３に記載の三次元光導波路。
【請求項５】
全ての層において少なくとも１列のコアが屈曲してなる請求項３に記載の三次元光導波路。
【請求項６】
前記屈曲してなるコアの屈曲方向は全て同一である請求項４または５に記載の三次元光導波路。
【請求項７】
前記屈曲してなるコアのうちの一部は、前記コアのうちの残りとは異なる方向に屈曲してなる請求項４または５に記載の三次元光導波路。
【請求項８】
前記光路変換手段は反射鏡である請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元光導波路。
【請求項９】
前記反射鏡は、金属光沢面および誘電体多層膜の何れかである請求項８に記載の三次元光導波路。
【請求項１０】
前記コアはクラッドよりも屈折率が大きい請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元光導波路。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の三次元光導波路と、前記三次元光導波路の少なくとも１つのコアの一端に光接続された発光素子と、前記発光素子が光接続されたコアの他端に光接続された受光素子とを有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１】
所定の方向に沿って２列２層以上に配置されたコアと、
前記複数のコアが埋包されてなるとともに、前記コアとは屈折率の異なるクラッドと、
少なくとも一部のコア上に設けられ、前記コアによって形成される光路を、前記所定の方向とは異なる別の方向に変換する光路変換手段とを
有してなることを特徴とする三次元光導波路。
【請求項２】
前記コアに交差するように形成され、前記コアに光を導入または導出する光導出入光路を備えてなり、前記光路変換手段は、前記コアと前記光導出入光路との間で光路の方向を変換する請求項１に記載の三次元光導波路。
【請求項３】
前記コアの少なくとも一部は、少なくとも１箇所において前記所定の方向とは異なる別の方向に屈曲してなり、前記コアの屈曲箇所に前記光路変換手段が設けられてなる請求項１または２に記載の三次元光導波路。
【請求項４】
一部の層において少なくとも１列のコアが屈曲してなる請求項３に記載の三次元光導波路。
【請求項５】
全ての層において少なくとも１列のコアが屈曲してなる請求項３に記載の三次元光導波路。
【請求項６】
前記屈曲してなるコアの屈曲方向は全て同一である請求項４または５に記載の三次元光導波路。
【請求項７】
前記屈曲してなるコアのうちの一部は、前記コアのうちの残りとは異なる方向に屈曲してなる請求項４または５に記載の三次元光導波路。
【請求項８】
前記光路変換手段は反射鏡である請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元光導波路。
【請求項９】
前記反射鏡は、金属光沢面および誘電体多層膜の何れかである請求項８に記載の三次元光導波路。
【請求項１０】
前記コアはクラッドよりも屈折率が大きい請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元光導波路。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の三次元光導波路と、前記三次元光導波路の少なくとも１つのコアの一端に光接続された発光素子と、前記発光素子が光接続されたコアの他端に光接続された受光素子とを有することを特徴とする光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−２５１１８４（Ｐ２００６−２５１１８４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６５６１８（Ｐ２００５−６５６１８）
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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