光導波路素子
【課題】 光導波路素子の特徴を維持しながら光路を直角に曲げられる光導波路素子を提供する。
【解決手段】 この光導波路素子は、表面に光導波路２を有する光導波路基板１と、光導波路の入力側または出力側端部の光導波路基板端面３が基板表面に対し４５度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された傾斜面に設けられた反射膜４と、傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤Ａ５を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層６と、接合層に接着剤Ｂ７を介して取り付けられ基板表面に対し中心線が９０度の角度を有するように設けられた光ファイバー１０とで主要部が構成され、光導波路の入力側または出力側が光ファイバーの出射側または入射側端面に対して反射膜を介し９０度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする。
【解決手段】 この光導波路素子は、表面に光導波路２を有する光導波路基板１と、光導波路の入力側または出力側端部の光導波路基板端面３が基板表面に対し４５度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された傾斜面に設けられた反射膜４と、傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤Ａ５を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層６と、接合層に接着剤Ｂ７を介して取り付けられ基板表面に対し中心線が９０度の角度を有するように設けられた光ファイバー１０とで主要部が構成され、光導波路の入力側または出力側が光ファイバーの出射側または入射側端面に対して反射膜を介し９０度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信および光計測の分野において使用される光導波路素子の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信および光計測の分野において導波路型の光制御用素子が活発に開発され、また一部実用に供されている。光制御用素子とは、強度、位相、偏光、進行方向等光波の特性を変える機能を有する素子を指す。
【０００３】
導波路型の光制御用素子（以下、光導波路素子あるいは単に光素子と略称する）は、バルク光学系を利用した素子と比較して、小型、堅牢、同一素子ないし異種素子を同一基板上に集積し易い、素子の入力・出力端における光ファイバーとの結合が簡易、また、光路を通じて光波が空気中を通過する箇所が無いため湿気による結露の問題がない等という特徴を持つ。さらに、電気光学効果ないし熱光学効果を利用した光導波路素子では、電場や温度差が効率的に印加できるため駆動電力が少なくてすむという特徴も併せ持つ。
【０００４】
ところで、光導波路素子は、通常、金属ないしプラスチックの素子筐体に収納され、光の入出力用ファイバーが光導波路基板の両端に接続されており、両者が素子筐体に力学的に保持されている。通常、光素子の入力および出力光ファイバーを導波路基板の端面に直接有機接着剤等で接合されて使用される。この接合様式はバットジョイント方式とも呼ばれる。また、電気的に駆動される素子であれば、素子筐体に、これらに加えて給電のための端子が付随する。
【０００５】
多くの応用において、光素子は他の複数の光部品および電気部品と組み合わせて使用され、これら一群の光部品が適当な単位で区切られてひとつの装置に収納される。装置内への収納の観点からも、光素子には光ファイバーをも含めたコンパクト性が求められる。すなわち、光素子を収納すべき装置の中での光素子のために要するスペースは、上記素子筐体の寸法のみで決まるものではなく、ファイバーの取り回し易さもコンパクト性を左右する重要な要素である。しかし、光ファイバーでは曲げによる光伝播損失の増大があり、具体的には石英を素材とする単一モード光ファイバーは曲げれば光損失が急激に増大し、曲率半径約４０ｍｍ以下で曲げれば実用上採用が困難となる程度に損失が増大する。
【０００６】
より具体的に説明すると、上から見て矩形の装置筐体に光導波路素子を収納する場合に、素子の長手方向にファイバーが伸びているため、装置筐体の隅に収納することができないという問題がある。このような場合、入出射ファイバーの少なくとも一方は、素子の長手方向と直角に接続されていれば好都合である。
【０００７】
従来の光素子においては、導波路の進行方向と同一方向に光ファイバーが配置される構造となっている。通常、導波路の進行方向に沿って光導波路素子の素子筐体は長い。
【０００８】
上述したように光ファイバーは曲率半径約４０ｍｍ以上で曲げることが求められるため、光ファイバーも含めて収納するための実効的な占有体積が大きくなるという実用上の問題点があった。また、光損失増大の問題に加えて、光導波路基板端面から近距離で曲げればファイバーの力学的な劣化が起こり易く、これまた実用上望ましくない。
【０００９】
このような技術的背景から、光導波路を延長した方向にファイバーを接合する従来の方式に代えて、光導波路素子において光の進行方向と直角に入出射光ファイバーを接合するという手法が開発されている。
【００１０】
この内の一つの方法は、光導波路基板平面上で光路を９０度に曲げる方法である（特許文献１参照）。具体的には、図９に示すように光導波路基板ａ上にマッハツェンダー（ＭＺ）干渉計型の変調器を形成し、基板ａの入射側に１枚のハーフミラーｂおよび１枚のフルミラーｃを構成して、ＭＺ干渉計アーム部ｄ、ｅとは直交する方向に入射させる方法である。尚、図９中、符号ｆは全反射膜を示している。
【００１１】
上記マッハツェンダー（ＭＺ）の光素子においてその全長で支配的なのはＭＺアーム部であり、また、通常のＹ−分岐を用いたＭＺ干渉計、すなわち入射側で１×２分岐させ、出射側で２×１合波するタイプでは分岐角を大きくすれば光損失が増大し、高々１度程度にしか取れない。この１×２分岐および２×１合波の部分が光素子のひいては素子筐体の長手方向の寸法を大きくする要因となる。そして、図９に示された光導波路素子では上記Ｙ−分岐の短所が無いため光素子を大幅に小型化でき、また、入射ないし出射ファイバーのどちらか一方は素子の横手方向に出ているためラック収納に適している。
【特許文献１】特開２０００−８１５９６号公報
【非特許文献１】T. Kawazoe et al., J. Lightwave Technol. Vol. 10 , pp. 51-56, “Fabrication of Integrated-Optic Polarization Controller Using Z-Propagating Ti-LiNbO3Waveguides”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図９に示された光導波路基板平面上で光路を９０度に曲げる方法は以下のような問題点を有している。
【００１３】
まず、入射用ファイバーと出射用ファイバーが９０度をなしており、一方は素子の長手方向に沿って光導波路と接合され、他方は長手方向と直角をなす素子側面に接合される。従って、光素子の互いに平行でない２つの面を鏡面研磨する必要が生ずるため、製造時における工程が増えるという問題点がある。
【００１４】
また、通常の光導波路素子の作製では、光回路の形成はウエーファー単位で行われ、リソグラフィー工程、蒸着工程、金属の拡散工程等を経て１枚のウエーファー例えば４インチ基板に数十個の素子が一度に作製される。しかし、特許文献１に開示された上記方法では光素子毎に基板上にミラーを嵌め込む工程が必要で、かつ、光導波路の途中にミラーないしハーフミラーを挿入する方法は確立されていないため量産性に難がある。
【００１５】
尚、光ファイバーを光導波路基板と直角な方向に配置させる方法として、光導波路基板からの出射光を光路に対し光導波路基板平面と４５度の角度をなす反射鏡により９０度進行方向を変える方法も知られている。この場合、光導波路から空間に出射する際に光ビームは回折を受けるため、ファイバーに効率よく入射させるためにはビームをレンズにより集光させる必要がある。
【００１６】
しかし、レンズを使う方法では部品点数が多くなるのみでなく、組み立て工程上、レンズおよびファイバーの相対的位置合わせに多大の労苦を要する。
【００１７】
更にこの方式では、光が空間を伝播するため、光素子の筐体を気密封止しない限り結露によるレンズや導波路端面の光学的劣化が問題となる。
【００１８】
光路に空気が無ければ、レンズのような素子表面での結露の問題は無い。光導波路素子の重要な特徴は、素子を収納する筐体を気密封止しなくても光路上に空気が無いことである。従って、光導波路素子の特徴を維持しながら光路を直角に曲げる方法が求められる。
【００１９】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは光導波路素子の特徴を維持しながら光路を直角若しくは略直角に曲げられる光導波路素子を提供し、併せて反射戻り光が抑制される光導波路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
すなわち、請求項１に係る発明は、
光導波路素子を前提とし、
表面に光導波路を有する光導波路基板と、上記光導波路の入力側および／または出力側端部の光導波路基板端面が基板表面に対し４０度から５０度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された上記傾斜面に設けられた反射膜と、上記傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層と、この接合層に接着剤を介して取り付けられかつ基板表面に対しその中心線が８０度から１００度の角度を有するように設けられた光ファイバーとでその主要部が構成され、光導波路の入力側および／または出力側が光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対して上記反射膜を介し８０度から１００度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
接着剤を介して上記接合層に取り付けられる光ファイバーの端面が、この光ファイバーの中心線と垂直に交わる垂直面に対し１度から１０度ずれるように斜めカットされた構造になっていることを特徴とする。
【００２２】
次に、請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記接合層が、光導波路基板上に塗布したポリシランを加熱して形成した酸化ケイ素若しくはゾルゲル法にて形成した酸化ケイ素により構成されていることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記反射膜が、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜により構成されていることを特徴とし、
請求項５に係る発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記光導波路基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）若しくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）により構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る光導波路素子よれば、
光導波路の入力側および／または出力側が、光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対し８０度から１００度屈曲して結合するようになっているため、光伝播損失を起こすことなく光導波路素子が収容される装置筺体内における占有スペースを低減できる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路素子を示している。
【００２６】
図１中、符号１は光導波路基板、符号２は基板表面に作製した光導波路を示している。上記光導波路２の入出射端面近傍には接着剤Ａ５を介して接合層６、また、接合層６の上部には接着剤Ｂ７を介してファイバーアレーの一部を構成する光ファイバー（ファイバー芯線）１０が配置された構造となっている。
【００２７】
上記ファイバーアレーは、図１に示すようにファイバーアレー下部ガラス板８，ファイバーアレー上部ガラス板９，および、光ファイバー（ファイバー芯線）１０により構成されている。尚、ファイバーアレーとは、通常、複数本のファイバー芯線を一定間隔で配列させて複数本の光導波路を備えた光導波路基板との結合を容易にする光学部品であるが、ここではファイバー芯線一本を保持した構造体もファイバーアレーと呼ぶことにする。ファイバー芯線一本のみのファイバーアレーも、光導波路基板との接合において接着面積を十分に確保すること、また、光導波路とファイバー芯線を一直線状に接合されることを保障するという重要な機能を持つ。
【００２８】
次に、基板表面の端面近傍を覆う上記接合層６の役割を述べる。光波の進行方向を光導波路基板１平面の法線方向に正確に曲げるため、光導波路基板１端面を光導波路基板１平面に対し４０度から５０度好ましくは４５度の角度をなすように光導波路基板１端面を鏡面研磨して基板の厚み方向内側に向かうように傾斜させるが、研磨した面のエッジ部分は少なからず湾曲して研磨され、いわゆる業界用語でフチダレが生じる。光導波路２は光導波路基板１の表面から深さ１０μｍ程度の極めて浅い領域に位置するため、上記フチダレが生じると導波光の反射角は正確に８０度から１００度好ましくは９０度にならず、その結果として光が高効率で光ファイバーに導入されない。そこで、研磨前に光導波路２が形成された光導波路基板１と接合層６とを接着剤Ａ５によって予め接着する。その後、４０度から５０度好ましくは４５度の角度で光導波路基板１における端面３の研磨を行うことにより、接合層６の上面のエッジ部分がフチダレするのみで、光導波路２と接着剤Ａ５の界面、および、接着剤Ａ５と接合層６の界面は平坦に研磨される。このため、光導波路２の端面は精度よく４０度から５０度好ましくは４５度で研磨され、反射角は正確に８０度から１００度好ましくは９０度となる。
【００２９】
上記接合層６にはもう一つの役割がある。上記端面３での導波光の効率的な反射を実現するため金属反射膜４を装着する。この反射膜４を蒸着法等で形成する際、接合層６の存在により滑らかな蒸着膜の形成が可能となる。
【００３０】
以上に述べた役割から、接合層６が具備すべき特性は、光素子を適用する波長領域、すなわち光ファイバー通信においては１．３０μｍ帯および１．５５μｍ帯において高い透明性を備えること、および、光導波路基板１に近い硬さを有することである。硬度が異なればフチダレを十分に防止することができないからである。
【００３１】
また、上記接着剤Ａ５は、光導波路基板１に接合層６を接着させるために使用し、接着剤Ｂ７は、接合層６にファイバーアレーを接着させるために使用する。接着剤Ａ５と接着剤Ｂ７は同一物質であってもよい。これらが具備すべき特性は、透明性が高いことと十分な接着強度を有することである。両者の厚さは３μｍ以下、望ましくは１μｍ以下である。これが厚過ぎると、研磨により端面３を形成する際の接着剤層と基板との間で研磨量が大きく異なってしまい、湾曲した研磨面になり易くなる場合があるからである。
【００３２】
また、上記接合層６の厚さは、５μｍ以上２００μｍ以下である。光導波路からの出射光は回折による広がりを示すため、上記厚さの制限はビーム径の広がりを抑制するためである。これが２００μｍを超える厚さであると、光導波路基板２から直角若しくは略直角に曲がった光が回折による広がりを受け、光ファイバー（ファイバー芯線）１０との結合効率が著しく低下してしまう。例えば、上記接合層６の厚さを仮に１ｍｍ程度とした場合、光ファイバー（ファイバー芯線）１０に集光させるためには、レンズを用いて回折によって広がった光を集光させる必要が生じ、本発明方式の利点が損なわれてしまう。
【００３３】
このような条件から、上記接合層６は光導波路基板１と同一材料とするか、あるいは光導波路基板１をＬＮ（ニオブ酸リチウム）若しくはＬＴ（タンタル酸リチウム）とした場合、ガラス（酸化ケイ素：ＳｉＯ２）とすることも可能である。取り扱いの観点から厚さ２０μｍのガラスないしＬＮ、ＬＴ膜を接着することは実際上困難であるため、厚さ３００μｍから５００μｍ程度のガラス板ないしＬＮ、ＬＴ膜を接着した後、研摩によって厚さ２０μｍまで薄くする方法が挙げられる。
【００３４】
また、図１に示す構造とは別に、ゾルゲル法あるいはポリシランと有機物の混合物（液状）を熱処理することによって、均一でしかも正確な厚さの酸化ケイ素から成る接合層６を形成する方法も挙げられる。これらの方法により得られる光導波路素子の構造を図２に示す。この場合、端面近傍に塗布領域を限定するため、マスキング法を用いる。また、均一でしかも正確な厚さの接合層を形成するため例えばスピンコートによる塗布法が挙げられる。
【００３５】
上記ゾルゲル法ないしポリシラン塗布による接合層６の形成方法では、接合層６自体が光導波路基板１との密着性を受け持つため、図２に示すように接着剤層Ａ５が不要となる。更に、スピンコート法による塗布を行なえば、スピナー条件の管理によって塗布厚さを精密に制御でき、また、その表面も十分な平滑性を持ち、所望の厚さを得るための研磨は不要となる。その他の部分については図１に示した光導波路素子と同一である。
【００３６】
ところで、図１および図２に示された光導波路素子において接着剤Ｂ７層から導波光が光ファイバー（ファイバー芯線）１０に入射するとき、屈折率の異なる２つの物質間における界面の反射が問題となる。反射戻り光は通信系の雑音をもたらすため抑制する必要がある。この反射戻り光を防止ないし抑制するには、光ファイバー（ファイバー芯線）１０への入射角を９０度からずらせばよい。
【００３７】
この方式を図３に図示し、詳細な角度関係を図８に示す。導波路基板とファイバーの通常の接合法、すなわち、導波路とファイバー芯線の各端面が略平行になった配置においても、導波路端面およびファイバー端面を６度〜８度程度の角度をつけて接合することによって反射を抑制できることが知られている。図３の構造はその通常の反射抑制と原理においては同様の方法である。
【００３８】
以下、図１に示す光導波路素子の製法について図４〜図６を参照しながら工程を追って説明する。光導波路２の形成方法は種々の基板種について知られている。本発明は石英導波路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）基板上のＴｉ拡散導波路ないしプロトン交換導波路、あるいはタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ３）基板上に形成したプロトン交換導波路等に対して適用できる。基板の厚さは機械的強度の観点から５００μｍ〜１０００μｍ程度が通常である。
【００３９】
光導波路２を形成した光導波路基板１を仮にＬＮとして端面に近い表面領域、例えば、端面から３ｍｍ以内の領域に接着剤Ａ５を塗布し、接合層６としてその両面を鏡面研摩した厚さ５００μｍのガラス（酸化ケイ素）板を貼り付ける。この工程が終了した状態を図４に示す。
【００４０】
引き続き、このガラス（酸化ケイ素）板を２０μｍの厚さまで研摩によって落とす。研摩による除去量を正確に把握するためには、研摩速度（単位：μｍ／min）を測定した上で研摩時間を正確に管理することにより達せられる。所望の厚さに成型された接合層６が出来上がった状態を図５に示す。
【００４１】
次に、接合層６を形成した光導波路基板１端面３が、基板表面に対し４０度から５０度好ましくは４５度の角度を有するように上記端面を研磨して基板の厚み方向内側に向かう傾斜面を形成する。これに続いて、端面３に金属反射膜４を蒸着法によって形成する。金属材料としてＡｌ、Ａｕ等種々の物質が採用可能である。そして、密着強度を向上させるため、ＣｒやＴｉのシード層を形成した後にＡｌやＡｕ等を蒸着するとよい。具体的には、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜が例示される。端面３に金属反射膜４が形成された状態を図６に示す。
【００４２】
この後に、ファイバーアレーの端面を光導波路基板１表面に接触させるような向きに接合層６と接合させる。このとき、導波光が効率よく光ファイバー（ファイバー芯線）１０に入射するよう精密な位置合わせが必要である。光導波路２に光を入射させ、光ファイバー（ファイバー芯線）１０の出射側で光出力をモニターしつつ、この出力が最大になるファイバーアレーの位置にて接着剤Ｂ７を硬化させることによって図１に示す構造の光導波路素子が得られる。
【００４３】
また、ファイバーアレーと光導波路基板１との接合では精密な位置合わせが必要なため、接着剤が熱硬化型では、炉に入れあるいはドライヤーによる加熱の際に一般的に位置ズレを起こし易いため、接着剤Ｂ７は紫外線硬化型でかつ透明な接着剤が適している。これに対し、上記接合層６と光導波路基板１との接合においては、それ程の精度が要求されないため、透明であれば紫外線硬化型でも熱硬化型でも使用可能である。
【００４４】
尚、本発明に係る光導波路素子は特定の基板材料や特定の機能を持った光導波路素子に限定されるものでないこと、また、基板上に複数の素子が集積されあるいは単一の素子が装荷されているかに拘わらず光導波路素子に一般的に適用できるものであることは以上の説明から明らかである。
【００４５】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００４６】
図７は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上に形成した光導波路型偏波コントローラーの光回路を示す。図７において、光導波路入射端を１１、出射端を１４とする。
【００４７】
上記光導波路型偏波コントローラーは、同一基板１上に連結された偏光変換素子１２と位相シフター１３から成る。図７から分かるように、偏光変換素子１２においては、導波路脇に設けられた一対の金属ストリップ１２１、１２２と、導波路直上に設けられた一つの金属ストリップ１２３から構成され、また、位相シフター１３の電極は導波路脇に設けられた一対の金属ストリップ１３１、１３２から構成される。尚、これら構造の詳細については非特許文献１に記載がある。
【００４８】
まず、結晶のＸ軸方位でカットされたニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶から成る光導波路基板１のＺ軸方向に光を伝搬させるようにＴｉ蒸着およびそれに続くＴｉ拡散によって導波路基板１にチャネル型光導波路を形成した。次に、フォトグラフィー技術によってＬＮ基板上に１０μｍ程度のＴｉ金属のストライプを形成した後、上記基板を１０００℃付近の高温に晒すことによりＴｉ金属を基板内部に拡散させる。この結果、深さ５μｍ、幅１０μｍ程度のＴｉの原子分布が生じ、Ｔｉ原子濃度にほぼ比例して屈折率の上昇が引き起こされ、この屈折率の上昇領域が光導波路となる。
【００４９】
次に、光導波路基板上に、感光部分が現像液に溶ける性質を有するポリシラン材料をスピンコーターで均一に塗布した。その後、フォトグラフィー技術によって光導波路の出射側端面から３ｍｍの領域に限定してポリシラン材料を残し、これを３００℃、２時間焼成した結果、上記ポリシラン材料はＳｉＯ２膜に変性して接合層６が形成された。この接合層６の膜厚について触針式の段差計を用いて測定した結果、膜厚は１４μｍであった。
【００５０】
次の工程は基板端面を４５度に研磨することである。これには光導波路基板が４５度に傾斜して研磨可能な専用の金属製治具を用いる。＃６００番の粗い砥粒を用いた主として角度形成のための研磨に続き、バフ研磨によって鏡面に仕上げた。研磨した端面を観察したところ、上記接合層６の表面付近は数μｍフチダレを生じていたが、光導波路基板と接合層６の境界部分は平坦に研磨されており、光導波路部分がほぼ正確に４５度の角度で研磨されていることを確認した。
【００５１】
４５度の角度を持つ基板端面に、電子ビーム蒸着法によってチタン金属（Ｔｉ）および金（Ａｕ）を蒸着した。両金属を合わせた膜厚は２００ｎｍであった。４５度の基板端面に金属の反射膜が形成された状態を図６に示す。但し、図６は実施例１には含まれない接着剤Ａ５の層を有しているという相違点がある。
【００５２】
上記方法によって作製した光導波路素子を図２に示す。尚、光導波路の入射端には、従来の光素子と同様、光ファイバーが光導波路と一直線上に並ぶようにファイバーアレーを用いて接合している（但し、図示せず）。
【００５３】
そして、図示外の入射側ファイバーから約５００μＷの光を入射し、出射側の光ファイバー（ファイバー芯線）１０からの出力を測定することによりこの素子の挿入損失を評価した結果、挿入損失は４．６ｄＢであった。
【００５４】
尚、スピンコートによって光導波路基板上に塗布するポリシランは、溶剤の濃度、焼成する温度、時間を調整することによって、均一な膜として厚みを５μｍまで薄くすることができた。
【実施例２】
【００５５】
導波光がファイバーに入射するとき、屈折率の異なる２つの物質、すなわち、図１の接着剤Ｂ７と光ファイバー（ファイバー芯線）１０の端面との界面において生ずる反射、および、図２の光導波路基板１における光導波路２とポリシラン材料を塗布焼成して形成した接合層６との界面で起こる反射等、屈折率が僅かに異なる層の境界で発生する反射戻り光を抑制するためには、光導波路基板１の端面３も基板１表面との角度が４５度からβだけずらす必要が生じる。これに応じて、ファイバーアレーの端面とファイバー中心線の角度９０度からαずれる（すなわち、光導波路基板１表面と平行に設けられるファイバー芯線１０の端面がファイバー芯線１０の中心線と垂直に交わる垂直面に対してαだけ傾斜する）ように研磨したものを使用する。
【００５６】
より具体的にファイバーアレーと端面３の角度関係を図８に示す。
【００５７】
端面３の角度を０°として、その垂線を図８で９０度と示す。入射角と反射角が等しいことから、（４５°＋β）＝（４５°−β＋α）より、α＝２βとなる。
【００５８】
通常、透過損失を犠牲にしないで反射戻り光を−４０ｄＢ程度に低減するには上記αを８度にとる。このときβは４度とする必要がある。
【００５９】
光導波路の形成条件と接合層の形成条件は、実施例１と全く同じとして、基板端面３を光導波路基板１表面から４１度（β＝４度）となるように研磨加工した上で、ファイバー芯線１０の端面をファイバー芯線１０の中心線と垂直に交わる垂直面に対して８度だけ傾斜させて端面研磨したファイバーアレーを互いに接合する。このとき、ファイバーからの光出力が最大となるように相互の位置を調整して接合することは実施例１と全く同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る光導波路素子によれば、光伝播損失を起こすことなく収容される装置筺体内における占有スペースを低減できるため導波路型の光制御素子に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図３】本発明の更に他の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図４】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図５】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図６】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図７】実施例１に係る光導波路型偏波コントローラーの光回路を示す説明図。
【図８】光ファイバー端面と光導波路基板端面の角度関係を示す説明図。
【図９】従来例に係る光導波路素子の構成説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１ 光導波路基板
２ 光導波路
３ 基板端面
４ 反射膜
５ 接着剤Ａ
６ 接合層
７ 接着剤Ｂ
１０ 光ファイバー（ファイバー芯線）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信および光計測の分野において使用される光導波路素子の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信および光計測の分野において導波路型の光制御用素子が活発に開発され、また一部実用に供されている。光制御用素子とは、強度、位相、偏光、進行方向等光波の特性を変える機能を有する素子を指す。
【０００３】
導波路型の光制御用素子（以下、光導波路素子あるいは単に光素子と略称する）は、バルク光学系を利用した素子と比較して、小型、堅牢、同一素子ないし異種素子を同一基板上に集積し易い、素子の入力・出力端における光ファイバーとの結合が簡易、また、光路を通じて光波が空気中を通過する箇所が無いため湿気による結露の問題がない等という特徴を持つ。さらに、電気光学効果ないし熱光学効果を利用した光導波路素子では、電場や温度差が効率的に印加できるため駆動電力が少なくてすむという特徴も併せ持つ。
【０００４】
ところで、光導波路素子は、通常、金属ないしプラスチックの素子筐体に収納され、光の入出力用ファイバーが光導波路基板の両端に接続されており、両者が素子筐体に力学的に保持されている。通常、光素子の入力および出力光ファイバーを導波路基板の端面に直接有機接着剤等で接合されて使用される。この接合様式はバットジョイント方式とも呼ばれる。また、電気的に駆動される素子であれば、素子筐体に、これらに加えて給電のための端子が付随する。
【０００５】
多くの応用において、光素子は他の複数の光部品および電気部品と組み合わせて使用され、これら一群の光部品が適当な単位で区切られてひとつの装置に収納される。装置内への収納の観点からも、光素子には光ファイバーをも含めたコンパクト性が求められる。すなわち、光素子を収納すべき装置の中での光素子のために要するスペースは、上記素子筐体の寸法のみで決まるものではなく、ファイバーの取り回し易さもコンパクト性を左右する重要な要素である。しかし、光ファイバーでは曲げによる光伝播損失の増大があり、具体的には石英を素材とする単一モード光ファイバーは曲げれば光損失が急激に増大し、曲率半径約４０ｍｍ以下で曲げれば実用上採用が困難となる程度に損失が増大する。
【０００６】
より具体的に説明すると、上から見て矩形の装置筐体に光導波路素子を収納する場合に、素子の長手方向にファイバーが伸びているため、装置筐体の隅に収納することができないという問題がある。このような場合、入出射ファイバーの少なくとも一方は、素子の長手方向と直角に接続されていれば好都合である。
【０００７】
従来の光素子においては、導波路の進行方向と同一方向に光ファイバーが配置される構造となっている。通常、導波路の進行方向に沿って光導波路素子の素子筐体は長い。
【０００８】
上述したように光ファイバーは曲率半径約４０ｍｍ以上で曲げることが求められるため、光ファイバーも含めて収納するための実効的な占有体積が大きくなるという実用上の問題点があった。また、光損失増大の問題に加えて、光導波路基板端面から近距離で曲げればファイバーの力学的な劣化が起こり易く、これまた実用上望ましくない。
【０００９】
このような技術的背景から、光導波路を延長した方向にファイバーを接合する従来の方式に代えて、光導波路素子において光の進行方向と直角に入出射光ファイバーを接合するという手法が開発されている。
【００１０】
この内の一つの方法は、光導波路基板平面上で光路を９０度に曲げる方法である（特許文献１参照）。具体的には、図９に示すように光導波路基板ａ上にマッハツェンダー（ＭＺ）干渉計型の変調器を形成し、基板ａの入射側に１枚のハーフミラーｂおよび１枚のフルミラーｃを構成して、ＭＺ干渉計アーム部ｄ、ｅとは直交する方向に入射させる方法である。尚、図９中、符号ｆは全反射膜を示している。
【００１１】
上記マッハツェンダー（ＭＺ）の光素子においてその全長で支配的なのはＭＺアーム部であり、また、通常のＹ−分岐を用いたＭＺ干渉計、すなわち入射側で１×２分岐させ、出射側で２×１合波するタイプでは分岐角を大きくすれば光損失が増大し、高々１度程度にしか取れない。この１×２分岐および２×１合波の部分が光素子のひいては素子筐体の長手方向の寸法を大きくする要因となる。そして、図９に示された光導波路素子では上記Ｙ−分岐の短所が無いため光素子を大幅に小型化でき、また、入射ないし出射ファイバーのどちらか一方は素子の横手方向に出ているためラック収納に適している。
【特許文献１】特開２０００−８１５９６号公報
【非特許文献１】T. Kawazoe et al., J. Lightwave Technol. Vol. 10 , pp. 51-56, “Fabrication of Integrated-Optic Polarization Controller Using Z-Propagating Ti-LiNbO3Waveguides”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図９に示された光導波路基板平面上で光路を９０度に曲げる方法は以下のような問題点を有している。
【００１３】
まず、入射用ファイバーと出射用ファイバーが９０度をなしており、一方は素子の長手方向に沿って光導波路と接合され、他方は長手方向と直角をなす素子側面に接合される。従って、光素子の互いに平行でない２つの面を鏡面研磨する必要が生ずるため、製造時における工程が増えるという問題点がある。
【００１４】
また、通常の光導波路素子の作製では、光回路の形成はウエーファー単位で行われ、リソグラフィー工程、蒸着工程、金属の拡散工程等を経て１枚のウエーファー例えば４インチ基板に数十個の素子が一度に作製される。しかし、特許文献１に開示された上記方法では光素子毎に基板上にミラーを嵌め込む工程が必要で、かつ、光導波路の途中にミラーないしハーフミラーを挿入する方法は確立されていないため量産性に難がある。
【００１５】
尚、光ファイバーを光導波路基板と直角な方向に配置させる方法として、光導波路基板からの出射光を光路に対し光導波路基板平面と４５度の角度をなす反射鏡により９０度進行方向を変える方法も知られている。この場合、光導波路から空間に出射する際に光ビームは回折を受けるため、ファイバーに効率よく入射させるためにはビームをレンズにより集光させる必要がある。
【００１６】
しかし、レンズを使う方法では部品点数が多くなるのみでなく、組み立て工程上、レンズおよびファイバーの相対的位置合わせに多大の労苦を要する。
【００１７】
更にこの方式では、光が空間を伝播するため、光素子の筐体を気密封止しない限り結露によるレンズや導波路端面の光学的劣化が問題となる。
【００１８】
光路に空気が無ければ、レンズのような素子表面での結露の問題は無い。光導波路素子の重要な特徴は、素子を収納する筐体を気密封止しなくても光路上に空気が無いことである。従って、光導波路素子の特徴を維持しながら光路を直角に曲げる方法が求められる。
【００１９】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは光導波路素子の特徴を維持しながら光路を直角若しくは略直角に曲げられる光導波路素子を提供し、併せて反射戻り光が抑制される光導波路素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
すなわち、請求項１に係る発明は、
光導波路素子を前提とし、
表面に光導波路を有する光導波路基板と、上記光導波路の入力側および／または出力側端部の光導波路基板端面が基板表面に対し４０度から５０度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された上記傾斜面に設けられた反射膜と、上記傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層と、この接合層に接着剤を介して取り付けられかつ基板表面に対しその中心線が８０度から１００度の角度を有するように設けられた光ファイバーとでその主要部が構成され、光導波路の入力側および／または出力側が光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対して上記反射膜を介し８０度から１００度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
接着剤を介して上記接合層に取り付けられる光ファイバーの端面が、この光ファイバーの中心線と垂直に交わる垂直面に対し１度から１０度ずれるように斜めカットされた構造になっていることを特徴とする。
【００２２】
次に、請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記接合層が、光導波路基板上に塗布したポリシランを加熱して形成した酸化ケイ素若しくはゾルゲル法にて形成した酸化ケイ素により構成されていることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項１〜３のいずれかに記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記反射膜が、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜により構成されていることを特徴とし、
請求項５に係る発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載の発明に係る光導波路素子を前提とし、
上記光導波路基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）若しくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）により構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る光導波路素子よれば、
光導波路の入力側および／または出力側が、光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対し８０度から１００度屈曲して結合するようになっているため、光伝播損失を起こすことなく光導波路素子が収容される装置筺体内における占有スペースを低減できる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路素子を示している。
【００２６】
図１中、符号１は光導波路基板、符号２は基板表面に作製した光導波路を示している。上記光導波路２の入出射端面近傍には接着剤Ａ５を介して接合層６、また、接合層６の上部には接着剤Ｂ７を介してファイバーアレーの一部を構成する光ファイバー（ファイバー芯線）１０が配置された構造となっている。
【００２７】
上記ファイバーアレーは、図１に示すようにファイバーアレー下部ガラス板８，ファイバーアレー上部ガラス板９，および、光ファイバー（ファイバー芯線）１０により構成されている。尚、ファイバーアレーとは、通常、複数本のファイバー芯線を一定間隔で配列させて複数本の光導波路を備えた光導波路基板との結合を容易にする光学部品であるが、ここではファイバー芯線一本を保持した構造体もファイバーアレーと呼ぶことにする。ファイバー芯線一本のみのファイバーアレーも、光導波路基板との接合において接着面積を十分に確保すること、また、光導波路とファイバー芯線を一直線状に接合されることを保障するという重要な機能を持つ。
【００２８】
次に、基板表面の端面近傍を覆う上記接合層６の役割を述べる。光波の進行方向を光導波路基板１平面の法線方向に正確に曲げるため、光導波路基板１端面を光導波路基板１平面に対し４０度から５０度好ましくは４５度の角度をなすように光導波路基板１端面を鏡面研磨して基板の厚み方向内側に向かうように傾斜させるが、研磨した面のエッジ部分は少なからず湾曲して研磨され、いわゆる業界用語でフチダレが生じる。光導波路２は光導波路基板１の表面から深さ１０μｍ程度の極めて浅い領域に位置するため、上記フチダレが生じると導波光の反射角は正確に８０度から１００度好ましくは９０度にならず、その結果として光が高効率で光ファイバーに導入されない。そこで、研磨前に光導波路２が形成された光導波路基板１と接合層６とを接着剤Ａ５によって予め接着する。その後、４０度から５０度好ましくは４５度の角度で光導波路基板１における端面３の研磨を行うことにより、接合層６の上面のエッジ部分がフチダレするのみで、光導波路２と接着剤Ａ５の界面、および、接着剤Ａ５と接合層６の界面は平坦に研磨される。このため、光導波路２の端面は精度よく４０度から５０度好ましくは４５度で研磨され、反射角は正確に８０度から１００度好ましくは９０度となる。
【００２９】
上記接合層６にはもう一つの役割がある。上記端面３での導波光の効率的な反射を実現するため金属反射膜４を装着する。この反射膜４を蒸着法等で形成する際、接合層６の存在により滑らかな蒸着膜の形成が可能となる。
【００３０】
以上に述べた役割から、接合層６が具備すべき特性は、光素子を適用する波長領域、すなわち光ファイバー通信においては１．３０μｍ帯および１．５５μｍ帯において高い透明性を備えること、および、光導波路基板１に近い硬さを有することである。硬度が異なればフチダレを十分に防止することができないからである。
【００３１】
また、上記接着剤Ａ５は、光導波路基板１に接合層６を接着させるために使用し、接着剤Ｂ７は、接合層６にファイバーアレーを接着させるために使用する。接着剤Ａ５と接着剤Ｂ７は同一物質であってもよい。これらが具備すべき特性は、透明性が高いことと十分な接着強度を有することである。両者の厚さは３μｍ以下、望ましくは１μｍ以下である。これが厚過ぎると、研磨により端面３を形成する際の接着剤層と基板との間で研磨量が大きく異なってしまい、湾曲した研磨面になり易くなる場合があるからである。
【００３２】
また、上記接合層６の厚さは、５μｍ以上２００μｍ以下である。光導波路からの出射光は回折による広がりを示すため、上記厚さの制限はビーム径の広がりを抑制するためである。これが２００μｍを超える厚さであると、光導波路基板２から直角若しくは略直角に曲がった光が回折による広がりを受け、光ファイバー（ファイバー芯線）１０との結合効率が著しく低下してしまう。例えば、上記接合層６の厚さを仮に１ｍｍ程度とした場合、光ファイバー（ファイバー芯線）１０に集光させるためには、レンズを用いて回折によって広がった光を集光させる必要が生じ、本発明方式の利点が損なわれてしまう。
【００３３】
このような条件から、上記接合層６は光導波路基板１と同一材料とするか、あるいは光導波路基板１をＬＮ（ニオブ酸リチウム）若しくはＬＴ（タンタル酸リチウム）とした場合、ガラス（酸化ケイ素：ＳｉＯ２）とすることも可能である。取り扱いの観点から厚さ２０μｍのガラスないしＬＮ、ＬＴ膜を接着することは実際上困難であるため、厚さ３００μｍから５００μｍ程度のガラス板ないしＬＮ、ＬＴ膜を接着した後、研摩によって厚さ２０μｍまで薄くする方法が挙げられる。
【００３４】
また、図１に示す構造とは別に、ゾルゲル法あるいはポリシランと有機物の混合物（液状）を熱処理することによって、均一でしかも正確な厚さの酸化ケイ素から成る接合層６を形成する方法も挙げられる。これらの方法により得られる光導波路素子の構造を図２に示す。この場合、端面近傍に塗布領域を限定するため、マスキング法を用いる。また、均一でしかも正確な厚さの接合層を形成するため例えばスピンコートによる塗布法が挙げられる。
【００３５】
上記ゾルゲル法ないしポリシラン塗布による接合層６の形成方法では、接合層６自体が光導波路基板１との密着性を受け持つため、図２に示すように接着剤層Ａ５が不要となる。更に、スピンコート法による塗布を行なえば、スピナー条件の管理によって塗布厚さを精密に制御でき、また、その表面も十分な平滑性を持ち、所望の厚さを得るための研磨は不要となる。その他の部分については図１に示した光導波路素子と同一である。
【００３６】
ところで、図１および図２に示された光導波路素子において接着剤Ｂ７層から導波光が光ファイバー（ファイバー芯線）１０に入射するとき、屈折率の異なる２つの物質間における界面の反射が問題となる。反射戻り光は通信系の雑音をもたらすため抑制する必要がある。この反射戻り光を防止ないし抑制するには、光ファイバー（ファイバー芯線）１０への入射角を９０度からずらせばよい。
【００３７】
この方式を図３に図示し、詳細な角度関係を図８に示す。導波路基板とファイバーの通常の接合法、すなわち、導波路とファイバー芯線の各端面が略平行になった配置においても、導波路端面およびファイバー端面を６度〜８度程度の角度をつけて接合することによって反射を抑制できることが知られている。図３の構造はその通常の反射抑制と原理においては同様の方法である。
【００３８】
以下、図１に示す光導波路素子の製法について図４〜図６を参照しながら工程を追って説明する。光導波路２の形成方法は種々の基板種について知られている。本発明は石英導波路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ３）基板上のＴｉ拡散導波路ないしプロトン交換導波路、あるいはタンタル酸リチウム（ＬＴ：ＬｉＴａＯ３）基板上に形成したプロトン交換導波路等に対して適用できる。基板の厚さは機械的強度の観点から５００μｍ〜１０００μｍ程度が通常である。
【００３９】
光導波路２を形成した光導波路基板１を仮にＬＮとして端面に近い表面領域、例えば、端面から３ｍｍ以内の領域に接着剤Ａ５を塗布し、接合層６としてその両面を鏡面研摩した厚さ５００μｍのガラス（酸化ケイ素）板を貼り付ける。この工程が終了した状態を図４に示す。
【００４０】
引き続き、このガラス（酸化ケイ素）板を２０μｍの厚さまで研摩によって落とす。研摩による除去量を正確に把握するためには、研摩速度（単位：μｍ／min）を測定した上で研摩時間を正確に管理することにより達せられる。所望の厚さに成型された接合層６が出来上がった状態を図５に示す。
【００４１】
次に、接合層６を形成した光導波路基板１端面３が、基板表面に対し４０度から５０度好ましくは４５度の角度を有するように上記端面を研磨して基板の厚み方向内側に向かう傾斜面を形成する。これに続いて、端面３に金属反射膜４を蒸着法によって形成する。金属材料としてＡｌ、Ａｕ等種々の物質が採用可能である。そして、密着強度を向上させるため、ＣｒやＴｉのシード層を形成した後にＡｌやＡｕ等を蒸着するとよい。具体的には、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜が例示される。端面３に金属反射膜４が形成された状態を図６に示す。
【００４２】
この後に、ファイバーアレーの端面を光導波路基板１表面に接触させるような向きに接合層６と接合させる。このとき、導波光が効率よく光ファイバー（ファイバー芯線）１０に入射するよう精密な位置合わせが必要である。光導波路２に光を入射させ、光ファイバー（ファイバー芯線）１０の出射側で光出力をモニターしつつ、この出力が最大になるファイバーアレーの位置にて接着剤Ｂ７を硬化させることによって図１に示す構造の光導波路素子が得られる。
【００４３】
また、ファイバーアレーと光導波路基板１との接合では精密な位置合わせが必要なため、接着剤が熱硬化型では、炉に入れあるいはドライヤーによる加熱の際に一般的に位置ズレを起こし易いため、接着剤Ｂ７は紫外線硬化型でかつ透明な接着剤が適している。これに対し、上記接合層６と光導波路基板１との接合においては、それ程の精度が要求されないため、透明であれば紫外線硬化型でも熱硬化型でも使用可能である。
【００４４】
尚、本発明に係る光導波路素子は特定の基板材料や特定の機能を持った光導波路素子に限定されるものでないこと、また、基板上に複数の素子が集積されあるいは単一の素子が装荷されているかに拘わらず光導波路素子に一般的に適用できるものであることは以上の説明から明らかである。
【００４５】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００４６】
図７は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板上に形成した光導波路型偏波コントローラーの光回路を示す。図７において、光導波路入射端を１１、出射端を１４とする。
【００４７】
上記光導波路型偏波コントローラーは、同一基板１上に連結された偏光変換素子１２と位相シフター１３から成る。図７から分かるように、偏光変換素子１２においては、導波路脇に設けられた一対の金属ストリップ１２１、１２２と、導波路直上に設けられた一つの金属ストリップ１２３から構成され、また、位相シフター１３の電極は導波路脇に設けられた一対の金属ストリップ１３１、１３２から構成される。尚、これら構造の詳細については非特許文献１に記載がある。
【００４８】
まず、結晶のＸ軸方位でカットされたニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶から成る光導波路基板１のＺ軸方向に光を伝搬させるようにＴｉ蒸着およびそれに続くＴｉ拡散によって導波路基板１にチャネル型光導波路を形成した。次に、フォトグラフィー技術によってＬＮ基板上に１０μｍ程度のＴｉ金属のストライプを形成した後、上記基板を１０００℃付近の高温に晒すことによりＴｉ金属を基板内部に拡散させる。この結果、深さ５μｍ、幅１０μｍ程度のＴｉの原子分布が生じ、Ｔｉ原子濃度にほぼ比例して屈折率の上昇が引き起こされ、この屈折率の上昇領域が光導波路となる。
【００４９】
次に、光導波路基板上に、感光部分が現像液に溶ける性質を有するポリシラン材料をスピンコーターで均一に塗布した。その後、フォトグラフィー技術によって光導波路の出射側端面から３ｍｍの領域に限定してポリシラン材料を残し、これを３００℃、２時間焼成した結果、上記ポリシラン材料はＳｉＯ２膜に変性して接合層６が形成された。この接合層６の膜厚について触針式の段差計を用いて測定した結果、膜厚は１４μｍであった。
【００５０】
次の工程は基板端面を４５度に研磨することである。これには光導波路基板が４５度に傾斜して研磨可能な専用の金属製治具を用いる。＃６００番の粗い砥粒を用いた主として角度形成のための研磨に続き、バフ研磨によって鏡面に仕上げた。研磨した端面を観察したところ、上記接合層６の表面付近は数μｍフチダレを生じていたが、光導波路基板と接合層６の境界部分は平坦に研磨されており、光導波路部分がほぼ正確に４５度の角度で研磨されていることを確認した。
【００５１】
４５度の角度を持つ基板端面に、電子ビーム蒸着法によってチタン金属（Ｔｉ）および金（Ａｕ）を蒸着した。両金属を合わせた膜厚は２００ｎｍであった。４５度の基板端面に金属の反射膜が形成された状態を図６に示す。但し、図６は実施例１には含まれない接着剤Ａ５の層を有しているという相違点がある。
【００５２】
上記方法によって作製した光導波路素子を図２に示す。尚、光導波路の入射端には、従来の光素子と同様、光ファイバーが光導波路と一直線上に並ぶようにファイバーアレーを用いて接合している（但し、図示せず）。
【００５３】
そして、図示外の入射側ファイバーから約５００μＷの光を入射し、出射側の光ファイバー（ファイバー芯線）１０からの出力を測定することによりこの素子の挿入損失を評価した結果、挿入損失は４．６ｄＢであった。
【００５４】
尚、スピンコートによって光導波路基板上に塗布するポリシランは、溶剤の濃度、焼成する温度、時間を調整することによって、均一な膜として厚みを５μｍまで薄くすることができた。
【実施例２】
【００５５】
導波光がファイバーに入射するとき、屈折率の異なる２つの物質、すなわち、図１の接着剤Ｂ７と光ファイバー（ファイバー芯線）１０の端面との界面において生ずる反射、および、図２の光導波路基板１における光導波路２とポリシラン材料を塗布焼成して形成した接合層６との界面で起こる反射等、屈折率が僅かに異なる層の境界で発生する反射戻り光を抑制するためには、光導波路基板１の端面３も基板１表面との角度が４５度からβだけずらす必要が生じる。これに応じて、ファイバーアレーの端面とファイバー中心線の角度９０度からαずれる（すなわち、光導波路基板１表面と平行に設けられるファイバー芯線１０の端面がファイバー芯線１０の中心線と垂直に交わる垂直面に対してαだけ傾斜する）ように研磨したものを使用する。
【００５６】
より具体的にファイバーアレーと端面３の角度関係を図８に示す。
【００５７】
端面３の角度を０°として、その垂線を図８で９０度と示す。入射角と反射角が等しいことから、（４５°＋β）＝（４５°−β＋α）より、α＝２βとなる。
【００５８】
通常、透過損失を犠牲にしないで反射戻り光を−４０ｄＢ程度に低減するには上記αを８度にとる。このときβは４度とする必要がある。
【００５９】
光導波路の形成条件と接合層の形成条件は、実施例１と全く同じとして、基板端面３を光導波路基板１表面から４１度（β＝４度）となるように研磨加工した上で、ファイバー芯線１０の端面をファイバー芯線１０の中心線と垂直に交わる垂直面に対して８度だけ傾斜させて端面研磨したファイバーアレーを互いに接合する。このとき、ファイバーからの光出力が最大となるように相互の位置を調整して接合することは実施例１と全く同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る光導波路素子によれば、光伝播損失を起こすことなく収容される装置筺体内における占有スペースを低減できるため導波路型の光制御素子に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図３】本発明の更に他の実施の形態に係る光導波路素子の構成説明図。
【図４】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図５】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図６】図１に示された実施の形態に係る光導波路素子の製造途中における工程説明図。
【図７】実施例１に係る光導波路型偏波コントローラーの光回路を示す説明図。
【図８】光ファイバー端面と光導波路基板端面の角度関係を示す説明図。
【図９】従来例に係る光導波路素子の構成説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１ 光導波路基板
２ 光導波路
３ 基板端面
４ 反射膜
５ 接着剤Ａ
６ 接合層
７ 接着剤Ｂ
１０ 光ファイバー（ファイバー芯線）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に光導波路を有する光導波路基板と、上記光導波路の入力側および／または出力側端部の光導波路基板端面が基板表面に対し４０度から５０度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された上記傾斜面に設けられた反射膜と、上記傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層と、この接合層に接着剤を介して取り付けられかつ基板表面に対しその中心線が８０度から１００度の角度を有するように設けられた光ファイバーとでその主要部が構成され、光導波路の入力側および／または出力側が光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対して上記反射膜を介し８０度から１００度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
接着剤を介して上記接合層に取り付けられる光ファイバーの端面が、この光ファイバーの中心線と垂直に交わる垂直面に対し１度から１０度ずれるように斜めカットされた構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
上記接合層が、光導波路基板上に塗布したポリシランを加熱して形成した酸化ケイ素若しくはゾルゲル法にて形成した酸化ケイ素により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
上記反射膜が、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項５】
上記光導波路基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）若しくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項１】
表面に光導波路を有する光導波路基板と、上記光導波路の入力側および／または出力側端部の光導波路基板端面が基板表面に対し４０度から５０度の角度を有するように基板の厚み方向内側に向い傾斜して傾斜面を形成しかつ鏡面研磨された上記傾斜面に設けられた反射膜と、上記傾斜面近傍の基板表面に直接若しくは接着剤を介し設けられた厚さ５μｍ〜２００μｍの接合層と、この接合層に接着剤を介して取り付けられかつ基板表面に対しその中心線が８０度から１００度の角度を有するように設けられた光ファイバーとでその主要部が構成され、光導波路の入力側および／または出力側が光ファイバーの出射側および／または入射側端面に対して上記反射膜を介し８０度から１００度屈曲して結合するようになっていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
接着剤を介して上記接合層に取り付けられる光ファイバーの端面が、この光ファイバーの中心線と垂直に交わる垂直面に対し１度から１０度ずれるように斜めカットされた構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
上記接合層が、光導波路基板上に塗布したポリシランを加熱して形成した酸化ケイ素若しくはゾルゲル法にて形成した酸化ケイ素により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
上記反射膜が、Ａｕ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｌ／Ｔｉ、Ａｌ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｎｉ／ＣｒおよびＡｕ／Ｍｏから選択される金属２層膜により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項５】
上記光導波路基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）若しくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３１７８３３（Ｐ２００６−３１７８３３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４２３１５（Ｐ２００５−１４２３１５）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]