結合光学系
【課題】マルチコアファイバと光回路アレイとを結合する際に、コアと光回路とを１対１で確実に結合することが可能な結合光学系を提供する。
【解決手段】光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、前記一次元に配列された各光回路の出射端又は入射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有する。
【解決手段】光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、前記一次元に配列された各光回路の出射端又は入射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等に用いられる光学素子を結合させる結合光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求されている。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれている。
【０００３】
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われている。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行うための手段が要求されている。
【０００４】
これに関し、たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを用いることができる（特許文献１、２参照）。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。
【０００５】
光通信においては、このようなマルチコアファイバを、たとえば、シングルコアファイバ、レーザーダイオード等の発光素子、及びフォトダイオード等の受光素子を直線状に並べたファイバアレイ、発光素子アレイ、及び受光素子アレイと光学的に結合させて使用する場合がある。以下、シングルコアファイバ、発光素子及び受光素子を「光回路」という場合がある。ファイバアレイ、発光素子アレイ及び受光素子アレイを「光回路アレイ」という場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１９６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同じコア数のマルチコアファイバ同士を結合する場合、マルチコアファイバ同士の位置合わせを行うことで、コア同士を確実に結合することができる。このとき、結合損失を生じ難く、高い結合効率を達成することができる。
【０００８】
一方、マルチコアファイバと光回路アレイとを結合する場合には、マルチコアファイバのコアが二次元に配列され、光回路アレイの光回路の出射端又は入射端が一次元に配列されているため、また、一般的にコア間のピッチと光回路の出射端等間のピッチとが異なるため、コアと光回路とを１対１で結合することが困難となる。
【０００９】
さらに、一般的に、マルチコアファイバの各コアは、光回路としてのシングルコアファイバの径より狭い間隔で配列されているため、コア間のピッチは、光回路間のピッチに対し数分の一から数十分の一と、狭くなっている。このことからしても、コアと光回路とを１対１で結合することが困難となる。
【００１０】
この発明は上記の問題点を解決するものであり、マルチコアファイバと光回路アレイとを結合する際に、コアと光回路とを１対１で確実に結合することが可能な結合光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１記載の結合光学系は、光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、前記一次元に配列された各光回路の出射端又は入射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有することを特徴とする結合光学である。
【００１２】
また、請求項２記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、前記光路変換回路は、前記光回路アレイと前記マルチコアファイバとの間に配置され、複数層の一つを構成し、各光回路からの光が入射されるとともに、入射された光の一部がコアに出射される第１の光導波路と、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がコアに出射される第２の光導波路と、前記入射された光の他の一部を前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で伝搬させる層間伝搬手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項３記載の結合光学系は、請求項１または請求項２に記載の結合光学系であって、前記第１の光導波路は、入射端部、導波部及び出射端部を有し、前記第２の光導波路は、導波部及び出射端部を有し、前記層間伝搬手段は、前記第１の光導波路の導波部と前記第２の光導波路の導波部とを光結合させる結合手段を有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、請求項４記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、前記結合手段は、前記第１の光導波路の所定位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を、入射端部からの光を反射させる反射面として、前記第２の光導波路の前記所定位置に対応する位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を有し、前記反射面からの光を前記傾斜面で受けて出射端部へ送ることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項５記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、結合手段は、前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で拡径した構造とすることで光学的結合させることを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項６記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、結合手段は、前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で溶融延伸した構造とすることで光学的結合させることを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項７記載の結合光学系は、請求項２に記載の結合光学系であって、前記層間伝搬手段は、複数の反射ミラーを有し、複数の反射ミラーは、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で光を伝搬させるように配置されることを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項８記載の結合光学系は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系であって、前記光回路アレイと前記光路変換回路との間に配置されたコリメートレンズアレイと、光路変換回路とマルチコアファイバとの間に配置された集光レンズと、を有することを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項９記載の結合光学系は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系であって、前記光回路アレイと前記光路変換回路とは直接接合され、光路変換回路とマルチコアファイバとは直接接合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の結合光学系によれば、光路変換回路を設けることにより、一次元に配列された光回路の出射端又は入射端を、二次元に配列されたコアに１対１で結合させることが可能となる。
【００２１】
また、請求項２記載の結合光学系によれば、一次元に配列された光回路からの光を、第１の光導波路、第２の光導波路及び層間伝搬手段を介して、コアに１対１で結合させることが可能となる。
【００２２】
さらに、請求項３記載の結合光学系によれば、第１の光導波路の導波部と第２の光導波路の導波部とを光学的に結合させたので、光導波路を二次元に変換させることが可能となる。
【００２３】
さらに、請求項４記載の結合光学系によれば、第１の光導波路の反射面及び第２の光導波路の傾斜面により、第１の光導波路の入射端部からの光を第２の光導波路の出射端部に簡単に伝搬させることが可能となる。
【００２４】
さらに、請求項５記載の結合光学系によれば、導波部同士を拡径させることで、簡単に光学的結合させることが可能となる。
【００２５】
さらに、請求項６記載の結合光学系によれば、導波部同士を溶融延伸させることで、簡単に光学的結合させることが可能となる。
【００２６】
さらに、請求項７記載の結合光学系によれば、反射ミラーを設けることで、第１の光導波路の入射端部からの光を第２の光導波路の出射端部に簡単に伝搬させることが可能となる。
【００２７】
さらに、請求項８記載の結合光学系によれば、コリメートレンズアレイ及び集光レンズを配置することにより、結合損失を低減することが可能となる。
【００２８】
さらに、請求項９記載の結合光学系によれば、直接接合することで、結合光学系を簡単な構成にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】マルチコアファイバの端部を示す部分斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図。
【図３】結合光学系をマルチコアファイバ側から見たときの斜視図。
【図４】マルチコアファイバ、結合光学系、ファイバアレイを模式的に示した平面図。
【図５】光路変換回路をファイバアレイ側から見たときの背面図。
【図６】光路変換回路をマルチコアファイバ側から見たときの正面図。
【図７】第１の光導波路の平面図。
【図８】第１の光導波路の上方に配置される第２の光導波路の平面図。
【図９】第１の光導波路の下方に配置される第２の光導波路の平面図。
【図１０】結合手段の断面図。
【図１１】第１変形例に係る結合手段の断面図。
【図１２】第２変形例に係る結合手段の断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図。
【図１４】第１の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１５】第１の光導波路の上方に配置される第２の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１６】第１の光導波路の下方に配置される第２の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１７】変形例に係る第１の光導波路の平面図である。
【図１８】コリメートレンズアレイ及び集合レンズを有する結合光学系の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
＜第１の実施形態＞
次に、結合光学系の第１の実施形態について各図を参照して説明する。
結合光学系は、複数の光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを光学的に結合するものである。ここで、一次元の位置をＸ座標で表せるものとし、二次元の位置をＸＹ座標で表せるものとする。
【００３１】
なお、Ｘ方向を横方向または水平方向という場合がある。また、Ｙ方向を高さ方向または上下方向という場合がある。さらに、Ｘ、Ｙにそれぞれ略直交するＺ方向を光の入射方向または出射方向という場合がある。
【００３２】
先ず、マルチコアファイバ及び光回路アレイについて説明し、その後、結合光学系について説明する。
【００３３】
［マルチコアファイバの構成］
図１を参照して、マルチコアファイバ１の構成について説明する。マルチコアファイバ１は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図１は、マルチコアファイバ１の斜視図である。図１では、マルチコアファイバ１の先端部分のみを示している。
【００３４】
マルチコアファイバ１は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い素材により形成されている。マルチコアファイバ１は、複数のコアＣｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、クラッド２を含んで構成されている。
【００３５】
コアＣｋは、光回路の出射端からの光を伝送し及び光回路の入射端への光を伝送する伝送路である。コアＣｋはそれぞれ端面Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。端面Ｅｋからは、光源（図示なし）で発せられた光が出射される。クラッド２よりも屈折率を高めるために、コアＣｋは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。なお、図１では７つのコアＣ１〜Ｃ７を有する構成を示したが、コアＣｋの数は少なくとも２つ以上であればよい。
【００３６】
クラッド２は、複数のコアＣｋを覆う部材である。クラッド２は、光源（図示なし）からの光をコアＣｋ内に閉じ込める役割を有する。クラッド２は端面２ａを有する。コアＣｋの端面Ｅｋ及びクラッド２の端面２ａは同一面（マルチコアファイバ１の端面１ｂ）を形成している。クラッド２の素材としては、コアＣｋの素材よりも屈折率が低い素材が用いられる。たとえば、コアＣｋの素材が石英ガラスと酸化ゲルマニウムからなる場合には、クラッド２の素材としては石英ガラスを用いる。このように、コアＣｋの屈折率をクラッド２の屈折率よりも高くすることで、光源（図示なし）からの光をコアＣｋとクラッド２の境界面で全反射させる。よって、コアＣｋ内に光を伝送させることができる。
【００３７】
マルチコアファイバ１の端面１ｂには、コアＣｋの端面Ｅｋが二次元に配列されている。Ｚ方向に延びるコアＣｋ、及びＸＹ平面に配列されたコアＣｋの端面Ｅｋを図１に示す。
【００３８】
一般的に複数ｎのコアをクラッド２内に配列したマルチコアファイバ１において、その外径をｄ１、コアＣｋ 間ピッチをｐ１とし、ｄ１、ｐ１の長さを比較すると、コアの数ｎ及びコア径にもよるが、ｐ１は、ｄ１の１０分の１から５分の１程度（ｄ１／１０≦ｐ１≦ｄ１／５）となる。例えば、ｄ１＝２５０μｍのとき、ｐ１＝４０μｍとなる。
【００３９】
［光回路アレイの構成］
次に、光回路アレイの構成について図１〜図３を参照して説明する。図２は結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図、図３は結合光学系をマルチコアファイバ側から見たときの斜視図である。
【００４０】
図２及び図３に示すように、光回路アレイは、それぞれ光を出射する複数の出射端が一次元（Ｘ方向）に配列されている。
【００４１】
光回路アレイには、例えば、発光素子（レーザーダイオード、ＬＥＤ）が一次元に配列された発光素子アレイがあり、光回路としてのシングルコアファイバが一次元に配列されたファイバアレイがある。
【００４２】
以下、光回路アレイについてファイバアレイ３を例にとって説明する。一般的なファイバアレイ３において、その外径をｄ２、隣接するシングルコアファイバ３ａのコア３ｂ間のピッチをｐ２とすると、ｐ２、ｄ２はほぼ同じ長さ（ｐ２≒ｄ２）となる。ｄ１、ｄ２をほぼ同じ長さ（ｄ１≒ｄ２）であるとし、ｐ１、ｐ２を比較すると、ｐ１は、ｐ２の１０分の１から５分の１程度（ｐ２／１０≦ｐ１≦ｐ２／５）となる。
【００４３】
しがって、ｐ２をｐ１と同じ長さ（ｐ２＝ｐ１）にすることができない。さらに、シングルコアファイバ３ａにおいて一次元に配列されたコア３ｂとマルチコアファイバ１において二次元に配列されたコアＣｋとをＺ方向で対向させることができない。
【００４４】
すなわち、単に、ファイバアレイ３とマルチコアファイバ１とを結合したのでは、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面（図示省略）とマルチコアファイバ１のコアＣｋの端面ＥｋとをＺ方向で対向させることができない。すなわち、コア３ｂとコアＣｋとを１対１で結合することが困難となる。
【００４５】
コア３ｂとコアＣｋとを１対１で結合するためには、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面とマルチコアファイバ１のコアＣｋの端面ＥｋとをＺ方向で対向させる必要がある。
【００４６】
［結合光学系］
次に、一次元配列のコア３ｂと二次元配列のコアＣｋとを１対１で結合することが可能な結合光学系について図１〜図１０を参照して説明する。
【００４７】
結合光学系は、図２及び図３に示すように、一次元に配列されたシングルコアファイバ３ａのコア３ｂからの光を、二次元に配列されたマルチコアファイバ１のコアＣｋに結合させる光路変換回路４を有する。なお、図２及び図３では、互いに離れて配置されたファイバアレイ３と光路変換回路４とを示しているが、実際には、ファイバアレイ３と光路変換回路４とは直接接合（バット接合）されている。なお、バット接合については後述する。
【００４８】
図４は、マルチコアファイバ１、ファイバアレイ３、光路変換回路４を模式的に示した平面図、図５は光路変換回路４をファイバアレイ３側から見た図、図６は光路変換回路４をマルチコアファイバ１側から見た図である。図４では、ファイバアレイ３のシングルコアファイバのコアから出射される光が導波される一定の幅を有する経路を、点線、破線、一点鎖線で示す。一部が重なって見えるのは二次元配列に変換されているためである。図５及び図６に、第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋの端面Ｅｉｋと、それをＹ方向（積層方向）から挟むように配置された第２の光導波路５０、５０ａとを示す。なお、図２〜図４では、互いに離れて配置されたマルチコアファイバ１と光路変換回路４とを示しているが、実際には、マルチコアファイバ１と光路変換回路４とは直接接合（バット接合）されている。なお、バット接合については後述する。
【００４９】
図２〜図６に示すように、光路変換回路４は、ファイバアレイ３とマルチコアファイバ１との間に配置され、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０及び層間伝搬手段（図示省略）を有している。
【００５０】
〔第１の光導波路〕
次に第１の光導波路４０について図７を参照して説明する。図７は第１の光導波路４０の平面図である。図７では、第１の光導波路４０を模式的に示す。
【００５１】
第１の光導波路４０は、複数層の一つを構成し、シングルコアファイバ３ａからの光が入射されるとともに、入射された光の一部がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。具体的に、第１の光導波路４０は、薄膜、またはフィルム等で構成された基板に形成されたものをいう。
【００５２】
第１の光導波路４０は、７つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１〜Ｃｉ７）、３つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７）、３つの連絡部４２、及び、４つの導波部４３を有する。
【００５３】
７つの入射端部Ｃｉｋは、シングルコアファイバ３ａに対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。入射端部Ｃｉｋの端面Ｅｉｋ（Ｅｉ１〜Ｅｉ７）は、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面に対向するように配置されている。図５に端面をＥｉ１〜Ｅｉ７で示す。図７にＸＹ平面に直交する方向（Ｚ方向）に直線状に延びる入射端部をＣｉ１〜Ｃｉ７で示す。
【００５４】
両端及び中央の３つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ４、Ｃｉ７）には、連絡部４２の一端部が接続され、連絡部４２の他端部には、出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７）が接続されている。
【００５５】
出射端部Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋの端面Ｅｏｋ（Ｅｏ１、Ｅｏ４、Ｅｏ７）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの端面Ｅｋ（Ｅ１、Ｅ４、Ｅ７）に対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図７に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ２、Ｃｏ４、Ｃｏ７及びコアＣｋを示す。
【００５６】
両端及び中央部以外の４つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ２、Ｃｉ３、Ｃｉ５、Ｃｉ６）の端面Ｅｉｋ（Ｅｉ２、Ｅｉ３、Ｅｉ５、Ｅｉ６）の反対側の端部には、導波部４３の一端部が接続されている。なお、図７では入射端部Ｃｉｋ、連絡部４２、出射端部Ｃｏｋ、導波部４３の接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、滑らかな曲線とすればよい。
【００５７】
〔第２の光導波路〕
次に、第２の光導波路５０、５０ａについて図８及び図９を参照して説明する。
【００５８】
第２の光導波路５０は、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路４０と同様に基板に形成されたものであって、第１の光導波路４０の上方（Ｙ方向）に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。
【００５９】
ここで、コアＣｋ を正六角形の中心の位置と各頂点の位置との７箇所に設け、マルチコアファイバ１のコアＣｋ 間ピッチをｐ１とし、ｐ３を、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０との間のピッチをｐ３とすると、ｐ３は、一辺をｐ１の長さとする正三角形の高さに相当し、次の式で表される。
ｐ３＝ｐ１＊√３／２
【００６０】
第２の光導波路５０ａは、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路４０と同様に基板に形成されたもので、第１の光導波路４０の下方（Ｙ方向）積層されるように配置され、入射された光の他の一部（上方の第２の光導波路５０に伝搬する光を除く）がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。
【００６１】
第２の光導波路５０と同様に、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０ａとの間のピッチｐ３はｐ３＝ｐ１＊√３／２の式で表される。
【００６２】
（上方の第２の光導波路）
始めに、第２の光導波路５０について説明する。図８は第２の光導波路５０の平面図である。図８では、第２の光導波路５０を模式的に示す。
【００６３】
第２の光導波路５０は、２つの導波部５３、２つの連絡部５２、及び、２つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ３、Ｃｏ６）を有する。
【００６４】
２つの導波部５３は、第１の光導波路４０の導波部４３（図７参照）の上方に配置されている。導波部５３には、連絡部５２の一端部が接続されている。連絡部５２の他端部には、出射端部Ｃｏｋが接続されている。
【００６５】
出射端部Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ３、Ｃｏ６）の端面Ｅｏｋ（Ｅｏ３、Ｅｏ６）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの端面Ｅｋ（Ｅ３、Ｅ６）にＺ方向で対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図８に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ３、Ｃｏ６及びコアＣｋを示す。また、図８に、下方に配置された第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ２、Ｃｉ４、Ｃｉ５、Ｃｉ７）を一点鎖線で示す。なお、図８では、連絡部５２、導波部５３、出射端部Ｃｏｋの繋ぎ目（接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、光の漏れが生じない所定以上の曲げ半径を有する曲線とすればよい。
【００６６】
（下方の第２の光導波路）
続いて、第２の光導波路５０ａについて説明する。図９は第２の光導波路５０ａの平面図である。図９では、第２の光導波路５０ａを模式的に示す。
【００６７】
第２の光導波路５０ａは、２つの導波部５３、２つの連絡部５２、及び、２つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ２、Ｃｏ５）を有する。
【００６８】
２つの導波部５３は、第１の光導波路４０の導波部４３（図７参照）の下方に配置されている。導波部５３には、連絡部５２の一端部が接続されている。連絡部５２の他端部には、出射端部Ｃｏｋが接続されている。
【００６９】
出射端部４４Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ２、Ｃｏ５）の端面Ｅｏｋ（Ｅｏ２、Ｅｏ５）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋ（Ｃ２、Ｃ５）の端面Ｅｋ（Ｅ２、Ｅ５）に対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図９に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ２、Ｃ０５及びコアＣ２、Ｃ５を示す。また、図９に、上方に配置された第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ３、Ｃｉ４、Ｃｉ６、Ｃｉ７）を一点鎖線で示す。なお、図９では、連絡部５２、導波部５３、出射端部Ｃｏｋの接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、光の漏れが生じない所定以上の曲げ半径を有する曲線とすればよい。
【００７０】
以上のマルチコアファイバ１、ファイバアレイ３、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０，５０ａの対応関係を要約すれば、次のようになる。
【００７１】
ファイバアレイ３のシングルコアファイバ３ａがＸ方向に配列されるとき、Ｘ方向と平行な方向にいくつかのコアＣｋが配列されるように、マルチコアファイバ１を配置し、それらのコアＣｋを一層とし、第１の光導波路４０を対応させる。
【００７２】
他のコアＣｋも層（Ｙ方向で重なる層）として振り分ける。それらの層に対して、第２の光導波路５０、５０ａを対応させる。
【００７３】
すなわち、ＸＹ平面上に配列されたコアＣｋを各層に振り分け、その中の一つの層と第１の光導波路４０を対応させ、他の層と第２の光導波路５０、５０ａを対応させることで、一次元（Ｘ方向）に配列された光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光を、二次元（ＸＹ平面）に配列されたコアＣｋに結合することが可能となる。
【００７４】
〔層間伝搬手段〕
次に、層間伝搬手段６０について説明する。
【００７５】
層間伝搬手段６０は第１の光導波路４０と第２の光導波路５０、５０ａとの間で光を伝搬させるよう構成され、結合手段６０ａを有している。
【００７６】
（結合手段）
結合手段６０ａは、第１の光導波路４０とその上方に配置された第２の光導波路５０との間で光を伝搬させる上方の結合手段と、第１の光導波路４０とその下方に配置された第２の光導波路５０ａとの間で光を伝搬させる下方の結合手段とを有している。
【００７７】
上方の結合手段６０ａと下方の結合手段６０ａとは、重複した構成を有する。以下、下方の結合手段６０ａを代表して説明し、上方の結合手段６０ａについては、重複した構成の説明を省略する。
【００７８】
下方の結合手段６０ａについて図１０を参照して説明する。図１０は結合手段の断面図である。
【００７９】
結合手段６０ａは、Ｙ方向（高さ方向）で互いに重なるように配置された導波部４３、５３（図７〜図９参照）間で光を伝搬させる。
【００８０】
結合手段６０ａは、第１反射面６１及び第２反射面６２を有している。
【００８１】
第１反射面６１は、第１の光導波路４０の所定位置Ｚｐ１で、導波部４３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第１傾斜面を有する。この第１傾斜面が入射端部Ｃｉｋからの光を反射させる反射面となる。
【００８２】
第２反射面６２は、第２の光導波路５０ａの前記所定位置ｚｐ１に対応する位置Ｚｐ２で、導波部５３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第２傾斜面を有する。この第２傾斜面が、第１反射面６１からの光を受けて出射端部Ｃｏｋから送る反射面となる。
下方の結合手段６０ａと同様に、上方の結合手段６０ａは、第１反射面６１及び第２反射面６２を有している。
上方の結合手段６０ａにおいて、第２反射面６２は、第２の光導波路５０の前記所定位置ｚｐ１に対応する位置Ｚｐ２で、導波部５３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第２傾斜面を有する。この第２傾斜面が、第１反射面６１からの光を受けて出射端部Ｃｏｋから送る反射面となる。
【００８３】
次に、下方の結合手段６０ａにおける光の伝搬について、図１０を参照して説明する。なお、図１０に伝搬される光を想像線で示す。
【００８４】
入射端部Ｃｉｋからの光は、導波部４３に伝搬され、第１反射面６１で第２反射面６２が位置する方向（図１０において下方）へ反射する。さらに、第２反射面６２で連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋが位置する方向（図１０で左方）へ反射する。
【００８５】
次に、上方の結合手段６０ａにおける光の伝搬について説明する。
【００８６】
入射端部Ｃｉｋからの光は、導波部４３に伝搬され、第１反射面６１で第２反射面６２が位置する方向（上方）へ反射する。さらに、第２反射面６２で連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋが位置する方向（Ｚ方向）へ反射する。
【００８７】
［光路変換回路の製造方法］
次に、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０、５０ａ及び層間伝搬手段６０を有する光路変換回路４の製造方法について説明する。
【００８８】
光路変換回路４の製造には一般的な公知の技術、例えば、コア及びクラッドからなる導波路を成形するエッチング法（例えば、特開２０００−３５６７２３号公報）、および、射出成形型を用いてコア及びクラッドを成形する射出成形法（特開２０１１−０３９１４９号公報）を用いればよい。
【００８９】
例えば、第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａの素材としては、マルチコアファイバ１のコアＣｋ、クラッド２と同様な素材が用いられる。
【００９０】
〔第１の光導波路及び第２の光導波路の製造方法〕
第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０において、入射端部Ｃｉｋ、出射端部Ｃｏｋ、連絡部４２、５２及び、導波部４３、５３は、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａのクラッドの部分は、たとえば、石英ガラスにより形成されている。
【００９１】
〔層間伝搬手段の製造方法〕
次に反射面６１、６２の製造方法の一例について図１０を参照して説明する。図１０に、Ｙ方向（高さ方向）で重なり、Ｚ方向に延びる導波部４３、５３を示す。なお、図１０では、導波部４３の右側が入射端部Ｃｉｋとし、導波部５３の左側が連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋとする。
【００９２】
（下方の結合手段の製造方法）
第１反射面６１の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第１の光導波路４０の導波部４３を上方開口の断面略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第１傾斜面を第１反射面６１とする。なお、第１反射面６１は、切削加工したままの状態であってもよく、反射効率を向上させるため一般的な端面研磨の工程や金属蒸着などを行ってもよい。以下、同様な表面処理が第２反射面６２についても行われる。
【００９３】
第２反射面６２の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第２の光導波路５０ａの導波部５３を下方開口の断面略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第２傾斜面を第２反射面６２とする。このとき、切断される第２傾斜面と第１傾斜面とが高さ方向（Ｙ方向）で対向するようにする。
【００９４】
（上方の結合手段の製造方法）
以上に、下方の結合手段６０ａの製造方法の一例について示したが、上方の結合手段６０ａについても同様な方法で製造することが可能である。
【００９５】
すなわち、第１反射面６１の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第１の光導波路４０の導波部４３を下方開口の略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第１傾斜面を第１反射面６１とする。なお、第１反射面６１とＺ軸とが成す角度を４５°とする。
【００９６】
第２反射面６２の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第２の光導波路５０の導波部５３を上方開口の略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第２傾斜面を第２反射面６２とする。
【００９７】
（バット結合）
ファイバアレイ３と光路変換回路４とは直接接合されている（バット接合）。それにより、光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光が、光路変換回路４に入射される。バット接合することにより、ファイバアレイ３と光路変換回路４との接合構造を簡単に構成することが可能となる。
【００９８】
光路変換回路４とマルチコアファイバ１とは直接接合されている（バット接合）。それにより、光路変換回路４からの光が、マルチコアファイバ１のコアＣｋに入射される。バット接合することにより、光路変換回路４とマルチコアファイバ１との接合構造を簡単に構成することが可能となる。
【００９９】
［第１変形例］
第１の実施形態に限らず、層間伝搬手段６０は、種々の技術を用いることにより形成することが可能となる。
【０１００】
次に、層間伝搬手段６０の第１変形例について図１１を参照して説明する。図１１は結合手段６０ａの断面図である。
【０１０１】
層間伝搬手段６０は、第１の光導波路４０とその上方に配置された第２の光導波路５０とを光結合させる上方の結合手段６０ａと、第１の光導波路４０とその下方に配置された第２の光導波路５０ａとを光結合させる下方の結合手段６０ａとを有する。
【０１０２】
なお、上方の結合手段６０ａ及び下方の結合手段６０ａは、基本的に同じ構成をしており、以下、上方の結合手段６０ａを代表して説明し、下方の結合手段６０ａの説明を省略する。
【０１０３】
上方の結合手段６０ａにおいて、導波部４３、５３同士を拡径させることにより、拡径部４３ａ、５３ａ同士を適当な干渉距離に近接させたモード結合部６３を有する。モード結合部６３により、隣接層間で効率良くエネルギー遷移を行うことが可能となる。
【０１０４】
拡径部４３ａ、５３ａは、第１の光導波路４０、５０、５０ａを加熱し、導波部４３、５３に添加された酸化ゲルマニウムを拡散させることによって形成される。
【０１０５】
コアの拡径によるモード結合には、例えば、コアを加熱し、コアに添加されたドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を拡散させることによって拡径部を形成する公知の技術（特開２０００−３５６７２３号公報）を用いればよい。
【０１０６】
［第２変形例］
次に、層間伝搬手段６０の第２変形例について図１２を参照して説明する。図１２は結合手段６０ａの断面図である。
【０１０７】
第２変形例においても、第１変形例と同様に、上方の結合手段６０ａ及び下方の結合手段６０ａは、基本的に同じ構成をしており、以下、上方の結合手段６０ａを代表して説明し、下方の結合手段６０ａの説明を省略する。
【０１０８】
上方の結合手段６０ａにおいて、導波部４３、５３同士を溶融延伸させることにより、溶融延伸部４３ｂ、５３ｂ同士を細線化し、適当な干渉距離に近接し、近接させた領域を所定長さにわたり形成したモード結合部６３を有する。モード結合部６３により、隣接層間で効率良くエネルギー遷移を行うことが可能となる。
【０１０９】
溶融延伸によるモード結合には、例えば、クラッド部を溶融延伸することにより、コア同士の間が所定距離となる領域を所定長さにわたり形成する公知の技術（特開２００８−２０９６８５号公報）を用いればよい。
【０１１０】
＜第２の実施形態＞
次に、結合光学系の第２の実施形態について図１３〜図１７を参照して説明する。図１３は、光路変換回路４をファイバアレイ３側から見たときの斜視図である。図１３では、立体的な光導波路（いわゆる層構造）で構成された結合光学系を模式的に示す。
【０１１１】
なお、図１３では、ファイバアレイ３の各シングルコアファイバ３ａを１〜７の番号で表し、また、シングルコアファイバ３ａにＺ方向で対向する位置（入射位置）を１〜７の番号で表し、さらに、マルチコアファイバ１の各コアＣｋ、（Ｃ１〜Ｃ７）にＺ方向で対応する位置（出射位置）を１〜７の番号で表す。
【０１１２】
第１の実施形態では、ファイバアレイ３からの光がコア内を伝搬することにより光路変換され、マルチコアファイバ１に出射されるものであったが、第２の実施形態では、ファイバアレイ３からの光が光路変換回路４内を空間伝搬することにより光路変換され、マルチコアファイバ１に出射されるものである。
【０１１３】
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態の構成と同じものについては同一番号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
第１実施形態では、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０、５０ａが、各種のコア部を有し、層間伝搬手段６０が結合手段６０ａを有するものであった。
【０１１５】
これに対し、第２実施形態では、図１３に示すように、第１の光導波路４０は、第１反射体７１ａ、７１ｂを有する。第２の光導波路５０、５０ａは、第２反射体７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを有する。層間伝搬手段６０は、第３反射体７３ａ、７３ｂを有する。
【０１１６】
図１４は、第１の光導波路４０の平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１４に示すように、第１の光導波路４０において、ファイバアレイ３に対応する一端部には、シングルコアファイバ３ａの位置１〜７に対向する入射位置１〜７が配置されている。また、マルチコアファイバ１に対応する他端部には、出射位置３〜５がコアＣ３〜Ｃ５の位置にＺ方向で対向するように配置されている。
【０１１７】
図１５は、第１の光導波路４０の上方に配置される第２の光導波路５０の平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１５に示すように、第２の光導波路５０は、第１の光導波路４０の上方に配置されている。第２の光導波路５０において、マルチコアファイバ１に対応する端部には、コアＣ１、Ｃ２の位置にＺ方向で対向する出射位置１、２が配置されている。
【０１１８】
図１６は、第１の光導波路４０の下方に配置される第２の光導波路５０ａの平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１６に示すように、第２の光導波路５０ａは、第１の光導波路４０の下方に配置されている。第２の光導波路５０ａにおいて、マルチコアファイバ１に対応する端部には、コアＣ６、Ｃ７の位置にＺ方向で対向する出射位置６、７が配置されている。
【０１１９】
第３反射体７３ａ、７３ｂは、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０、５０ａとの間で光を伝搬させるように配置されている。
【０１２０】
第１反射体７１ａ、７１ｂ、第２反射体７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ及び第３反射体７３ａ、７３ｂは、ファイバアレイ３からの光を反射させる、例えば反射ミラー及び反射プリズムである。
【０１２１】
第１反射体７１ａは、入射位置１に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ａの方向へ反射させる。さらに、第２反射体７２ａは、出射位置１の方向に反射させる。
【０１２２】
第１反射体７１ａは、入射位置２に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｂの方向へ反射させる。さらに、第２反射体７２ｂは、出射位置２の方向に反射させる。
【０１２３】
第１反射体７１ｂは、入射位置６に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｄの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｄは、出射位置６の方向に反射させる。
【０１２４】
第１反射体７１ｂは、入射位置７に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ｃの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｃは、出射位置７の方向に反射させる。
【０１２５】
なお、入射位置３〜５に入射された光は、いずれの反射体も介さずに、出射位置３〜５に伝搬する。
【０１２６】
以上により、入射位置１〜７に入射された光は出射位置１〜７に伝搬し、出射位置１〜７からの光がコアＣ１〜Ｃ７に入射される。
【０１２７】
光路変換回路４は、光導波路内に反射体を設ける公知のＭＥＭＳのプロセス技術（例えば、特開２００４−３３４１９０号公報）により成形される。
【０１２８】
以上の構成によれば、例えば、光導波路が第１層、第２層、第３層の順番に積層され、第１層と第３層との間で光を伝搬させる必要があるとき、第１の実施形態の層間伝搬手段６０では、先ず、第１層と第２層との間で光を伝搬させた後に、第２層と第３層との間で光を伝搬させるよう構成する必要がある。これに対して、第２の実施形態の層間伝搬手段６０では、第１層と第３層との間で光を直接的に伝搬させるように構成すればよく、層間伝搬手段６０を容易に構成することが可能となる。
【０１２９】
［第２の実施形態の変形例］
第２の実施形態の変形例について図１４及び図１７を参照して説明する。図１７は、第１の光導波路４０の平面図である。
【０１３０】
変形例では、出射位置６、７の位置を交換する例をとって、出射位置を変更する構成について説明する。
【０１３１】
図１７に示す出射位置６、７の位置は、図１４に示す出射位置６、７の位置を入れ替えたものとなっている。
【０１３２】
このように、出射位置６、７を入れ替えるには、第１反射体７１ｂを図１４に示すような形状、位置から図１７に示すような形状、位置を変更すればよい。
【０１３３】
第１反射体７１ｂは、入射位置６に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ｃの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｃは、出射位置６の方向に反射させる。
【０１３４】
第１反射体７１ｂは、入射位置７に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｄの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｄは、出射位置７の方向に反射させる。
【０１３５】
以上のように、変形例においては、反射体の形状及び／または位置を変更することにより、出射位置を容易に変更することが可能となる。
【０１３６】
各実施形態では、一次元に配列された各光回路の出射端（一例として、シングルコアファイバ３ａの端面）を二次元に配列されたコアＣｋの端面Ｅｋに光学的に結合させる光路変換回路４を示したが、一次元に配列された各光回路の入射端をコアＣｋの端面Ｅｋに光学的に結合させるように光路変換回路４が構成されてもよい。
【０１３７】
このような光路変換回路４の構成では、次のように光が伝搬される。すなわち、マルチコアファイバ１の第１コア群からの光が第１の光導波路４０に入射される。また、マルチコアファイバ１の第２コア群からの光が第２の光導波路５０、５０ａに入射される。さらに、層間伝搬手段６０により第２の光導波路５０、５０ａに入射された光が第１の光導波路４０に伝搬される（このとき、光路が二次元から一次元に変換される）。さらに、第１の光導波路４０からの光が各光回路の入射端に出射される。すなわち、二次元に配列されたコアからの光が一次元に配列された光回路に光学的に結合される。
【０１３８】
以上のような構成においても、層間伝搬手段６０に、上記各実施形態に係る結合手段６０ａ（第１反射面６１、第２反射面６２、モード結合部６３、第１反射体７１、第２反射体７２、第３反射体７３）を用いることが可能である。
【０１３９】
前記実施形態では、ファイバアレイ３と光路変換回路４とが直接接合され、さらに、マルチコアファイバ１と光路変換回路４とが直接接合されたものを示したが、これに限らない。
【０１４０】
例えば、図１８に示すように、ファイバアレイ３と光路変換回路４との間には、コリメートレンズアレイ８が配置されてもよい。
【０１４１】
コリメートレンズアレイ８は、光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光を平行光に変換して、光路変換回路４に入射させるコリメートレンズ８ａが一次元（Ｘ方向）に配列されている。コリメートレンズ８ａは、その光軸がシングルコアファイバ３ａのコア３ｂの中心軸と一致するように配置されている。それにより、結合損失を低減することが可能となる。
【０１４２】
また、例えば、図１８に示すように、光路変換回路４とマルチコアファイバ１との間には、集光レンズ９が配置されていてもよい。
【０１４３】
集光レンズ９は、光路変換回路４からの光（平行光）をマルチコアファイバ１のコアＣｋに入射させるように配置されている。集光レンズア９は、その光軸が光路変換回路４（第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａの各出射端部Ｃｏｋ）の中心軸と一致するように配置されている。それにより、結合損失を低減することが可能となる。なお、集合レンズ９に限らず、微小レンズアレイが配置されていてもよい。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４５】
１ マルチコアファイバ
１ｂ マルチコアファイバの端面
２ クラッド
２ａ クラッドの端面
Ｃ１〜Ｃｎ コア
Ｅ１〜Ｅｎ コアの端面
３ ファイバアレイ（光回路アレイ）
３ａ シングルコアファイバ（光回路）
３ｂ シングルコアファイバのコア
４ 結合光学系
４０ 第１の光導波路
Ｃｉ１〜ｉ７ 入射端部
４２ 連絡部
４３ 導波部
４３ａ 拡径部
４３ｂ 溶融延伸部
Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７ 出射端部
５０ 第２の光導波路
５３ 導波部
５３ａ 拡径部
Ｃｏ２、Ｃｏ３、Ｃｏ５、Ｃｏ６ 出射端部
６０ 層間伝搬手段
６０ａ 結合手段
６１ 第１反射面
６２ 第２反射面
６３ モード結合部
７１ 第１反射体
７２ 第２反射体
７３ 第３反射体
８ コリメートレンズアレイ
９ 集光レンズ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等に用いられる光学素子を結合させる結合光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンやタブレット端末等の普及により、莫大な情報量を有するデータの通信が要求されている。それに伴い、光通信の更なる大容量化が望まれている。
【０００３】
従来の光通信は、クラッド内に一つのコアが設けられたシングルコアファイバを用いて行われている。しかし、一つのシングルコアファイバで通信を行う場合には容量の限界があるため、それを超える容量のデータ通信を行うための手段が要求されている。
【０００４】
これに関し、たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを用いることができる（特許文献１、２参照）。マルチコアファイバは複数のコアを有するため、シングルコアファイバに比べ、大容量のデータ通信を行うことが可能となる。
【０００５】
光通信においては、このようなマルチコアファイバを、たとえば、シングルコアファイバ、レーザーダイオード等の発光素子、及びフォトダイオード等の受光素子を直線状に並べたファイバアレイ、発光素子アレイ、及び受光素子アレイと光学的に結合させて使用する場合がある。以下、シングルコアファイバ、発光素子及び受光素子を「光回路」という場合がある。ファイバアレイ、発光素子アレイ及び受光素子アレイを「光回路アレイ」という場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０４４４３号公報
【特許文献２】特開平８−１１９６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同じコア数のマルチコアファイバ同士を結合する場合、マルチコアファイバ同士の位置合わせを行うことで、コア同士を確実に結合することができる。このとき、結合損失を生じ難く、高い結合効率を達成することができる。
【０００８】
一方、マルチコアファイバと光回路アレイとを結合する場合には、マルチコアファイバのコアが二次元に配列され、光回路アレイの光回路の出射端又は入射端が一次元に配列されているため、また、一般的にコア間のピッチと光回路の出射端等間のピッチとが異なるため、コアと光回路とを１対１で結合することが困難となる。
【０００９】
さらに、一般的に、マルチコアファイバの各コアは、光回路としてのシングルコアファイバの径より狭い間隔で配列されているため、コア間のピッチは、光回路間のピッチに対し数分の一から数十分の一と、狭くなっている。このことからしても、コアと光回路とを１対１で結合することが困難となる。
【００１０】
この発明は上記の問題点を解決するものであり、マルチコアファイバと光回路アレイとを結合する際に、コアと光回路とを１対１で確実に結合することが可能な結合光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１記載の結合光学系は、光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、前記一次元に配列された各光回路の出射端又は入射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有することを特徴とする結合光学である。
【００１２】
また、請求項２記載の結合光学系は、請求項１記載の結合光学系であって、前記光路変換回路は、前記光回路アレイと前記マルチコアファイバとの間に配置され、複数層の一つを構成し、各光回路からの光が入射されるとともに、入射された光の一部がコアに出射される第１の光導波路と、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がコアに出射される第２の光導波路と、前記入射された光の他の一部を前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で伝搬させる層間伝搬手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項３記載の結合光学系は、請求項１または請求項２に記載の結合光学系であって、前記第１の光導波路は、入射端部、導波部及び出射端部を有し、前記第２の光導波路は、導波部及び出射端部を有し、前記層間伝搬手段は、前記第１の光導波路の導波部と前記第２の光導波路の導波部とを光結合させる結合手段を有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、請求項４記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、前記結合手段は、前記第１の光導波路の所定位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を、入射端部からの光を反射させる反射面として、前記第２の光導波路の前記所定位置に対応する位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を有し、前記反射面からの光を前記傾斜面で受けて出射端部へ送ることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項５記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、結合手段は、前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で拡径した構造とすることで光学的結合させることを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項６記載の結合光学系は、請求項３に記載の結合光学系であって、結合手段は、前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で溶融延伸した構造とすることで光学的結合させることを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項７記載の結合光学系は、請求項２に記載の結合光学系であって、前記層間伝搬手段は、複数の反射ミラーを有し、複数の反射ミラーは、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で光を伝搬させるように配置されることを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項８記載の結合光学系は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系であって、前記光回路アレイと前記光路変換回路との間に配置されたコリメートレンズアレイと、光路変換回路とマルチコアファイバとの間に配置された集光レンズと、を有することを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項９記載の結合光学系は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系であって、前記光回路アレイと前記光路変換回路とは直接接合され、光路変換回路とマルチコアファイバとは直接接合されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の結合光学系によれば、光路変換回路を設けることにより、一次元に配列された光回路の出射端又は入射端を、二次元に配列されたコアに１対１で結合させることが可能となる。
【００２１】
また、請求項２記載の結合光学系によれば、一次元に配列された光回路からの光を、第１の光導波路、第２の光導波路及び層間伝搬手段を介して、コアに１対１で結合させることが可能となる。
【００２２】
さらに、請求項３記載の結合光学系によれば、第１の光導波路の導波部と第２の光導波路の導波部とを光学的に結合させたので、光導波路を二次元に変換させることが可能となる。
【００２３】
さらに、請求項４記載の結合光学系によれば、第１の光導波路の反射面及び第２の光導波路の傾斜面により、第１の光導波路の入射端部からの光を第２の光導波路の出射端部に簡単に伝搬させることが可能となる。
【００２４】
さらに、請求項５記載の結合光学系によれば、導波部同士を拡径させることで、簡単に光学的結合させることが可能となる。
【００２５】
さらに、請求項６記載の結合光学系によれば、導波部同士を溶融延伸させることで、簡単に光学的結合させることが可能となる。
【００２６】
さらに、請求項７記載の結合光学系によれば、反射ミラーを設けることで、第１の光導波路の入射端部からの光を第２の光導波路の出射端部に簡単に伝搬させることが可能となる。
【００２７】
さらに、請求項８記載の結合光学系によれば、コリメートレンズアレイ及び集光レンズを配置することにより、結合損失を低減することが可能となる。
【００２８】
さらに、請求項９記載の結合光学系によれば、直接接合することで、結合光学系を簡単な構成にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】マルチコアファイバの端部を示す部分斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図。
【図３】結合光学系をマルチコアファイバ側から見たときの斜視図。
【図４】マルチコアファイバ、結合光学系、ファイバアレイを模式的に示した平面図。
【図５】光路変換回路をファイバアレイ側から見たときの背面図。
【図６】光路変換回路をマルチコアファイバ側から見たときの正面図。
【図７】第１の光導波路の平面図。
【図８】第１の光導波路の上方に配置される第２の光導波路の平面図。
【図９】第１の光導波路の下方に配置される第２の光導波路の平面図。
【図１０】結合手段の断面図。
【図１１】第１変形例に係る結合手段の断面図。
【図１２】第２変形例に係る結合手段の断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図。
【図１４】第１の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１５】第１の光導波路の上方に配置される第２の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１６】第１の光導波路の下方に配置される第２の光導波路の平面図、正面図、及び側面図。
【図１７】変形例に係る第１の光導波路の平面図である。
【図１８】コリメートレンズアレイ及び集合レンズを有する結合光学系の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
＜第１の実施形態＞
次に、結合光学系の第１の実施形態について各図を参照して説明する。
結合光学系は、複数の光回路の出射端又は入射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを光学的に結合するものである。ここで、一次元の位置をＸ座標で表せるものとし、二次元の位置をＸＹ座標で表せるものとする。
【００３１】
なお、Ｘ方向を横方向または水平方向という場合がある。また、Ｙ方向を高さ方向または上下方向という場合がある。さらに、Ｘ、Ｙにそれぞれ略直交するＺ方向を光の入射方向または出射方向という場合がある。
【００３２】
先ず、マルチコアファイバ及び光回路アレイについて説明し、その後、結合光学系について説明する。
【００３３】
［マルチコアファイバの構成］
図１を参照して、マルチコアファイバ１の構成について説明する。マルチコアファイバ１は、一般に可撓性を有する長尺の円柱部材である。図１は、マルチコアファイバ１の斜視図である。図１では、マルチコアファイバ１の先端部分のみを示している。
【００３４】
マルチコアファイバ１は、たとえば石英ガラスやプラスチック等、光の透過性が高い素材により形成されている。マルチコアファイバ１は、複数のコアＣｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、クラッド２を含んで構成されている。
【００３５】
コアＣｋは、光回路の出射端からの光を伝送し及び光回路の入射端への光を伝送する伝送路である。コアＣｋはそれぞれ端面Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。端面Ｅｋからは、光源（図示なし）で発せられた光が出射される。クラッド２よりも屈折率を高めるために、コアＣｋは、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。なお、図１では７つのコアＣ１〜Ｃ７を有する構成を示したが、コアＣｋの数は少なくとも２つ以上であればよい。
【００３６】
クラッド２は、複数のコアＣｋを覆う部材である。クラッド２は、光源（図示なし）からの光をコアＣｋ内に閉じ込める役割を有する。クラッド２は端面２ａを有する。コアＣｋの端面Ｅｋ及びクラッド２の端面２ａは同一面（マルチコアファイバ１の端面１ｂ）を形成している。クラッド２の素材としては、コアＣｋの素材よりも屈折率が低い素材が用いられる。たとえば、コアＣｋの素材が石英ガラスと酸化ゲルマニウムからなる場合には、クラッド２の素材としては石英ガラスを用いる。このように、コアＣｋの屈折率をクラッド２の屈折率よりも高くすることで、光源（図示なし）からの光をコアＣｋとクラッド２の境界面で全反射させる。よって、コアＣｋ内に光を伝送させることができる。
【００３７】
マルチコアファイバ１の端面１ｂには、コアＣｋの端面Ｅｋが二次元に配列されている。Ｚ方向に延びるコアＣｋ、及びＸＹ平面に配列されたコアＣｋの端面Ｅｋを図１に示す。
【００３８】
一般的に複数ｎのコアをクラッド２内に配列したマルチコアファイバ１において、その外径をｄ１、コアＣｋ 間ピッチをｐ１とし、ｄ１、ｐ１の長さを比較すると、コアの数ｎ及びコア径にもよるが、ｐ１は、ｄ１の１０分の１から５分の１程度（ｄ１／１０≦ｐ１≦ｄ１／５）となる。例えば、ｄ１＝２５０μｍのとき、ｐ１＝４０μｍとなる。
【００３９】
［光回路アレイの構成］
次に、光回路アレイの構成について図１〜図３を参照して説明する。図２は結合光学系をファイバアレイ側から見たときの斜視図、図３は結合光学系をマルチコアファイバ側から見たときの斜視図である。
【００４０】
図２及び図３に示すように、光回路アレイは、それぞれ光を出射する複数の出射端が一次元（Ｘ方向）に配列されている。
【００４１】
光回路アレイには、例えば、発光素子（レーザーダイオード、ＬＥＤ）が一次元に配列された発光素子アレイがあり、光回路としてのシングルコアファイバが一次元に配列されたファイバアレイがある。
【００４２】
以下、光回路アレイについてファイバアレイ３を例にとって説明する。一般的なファイバアレイ３において、その外径をｄ２、隣接するシングルコアファイバ３ａのコア３ｂ間のピッチをｐ２とすると、ｐ２、ｄ２はほぼ同じ長さ（ｐ２≒ｄ２）となる。ｄ１、ｄ２をほぼ同じ長さ（ｄ１≒ｄ２）であるとし、ｐ１、ｐ２を比較すると、ｐ１は、ｐ２の１０分の１から５分の１程度（ｐ２／１０≦ｐ１≦ｐ２／５）となる。
【００４３】
しがって、ｐ２をｐ１と同じ長さ（ｐ２＝ｐ１）にすることができない。さらに、シングルコアファイバ３ａにおいて一次元に配列されたコア３ｂとマルチコアファイバ１において二次元に配列されたコアＣｋとをＺ方向で対向させることができない。
【００４４】
すなわち、単に、ファイバアレイ３とマルチコアファイバ１とを結合したのでは、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面（図示省略）とマルチコアファイバ１のコアＣｋの端面ＥｋとをＺ方向で対向させることができない。すなわち、コア３ｂとコアＣｋとを１対１で結合することが困難となる。
【００４５】
コア３ｂとコアＣｋとを１対１で結合するためには、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面とマルチコアファイバ１のコアＣｋの端面ＥｋとをＺ方向で対向させる必要がある。
【００４６】
［結合光学系］
次に、一次元配列のコア３ｂと二次元配列のコアＣｋとを１対１で結合することが可能な結合光学系について図１〜図１０を参照して説明する。
【００４７】
結合光学系は、図２及び図３に示すように、一次元に配列されたシングルコアファイバ３ａのコア３ｂからの光を、二次元に配列されたマルチコアファイバ１のコアＣｋに結合させる光路変換回路４を有する。なお、図２及び図３では、互いに離れて配置されたファイバアレイ３と光路変換回路４とを示しているが、実際には、ファイバアレイ３と光路変換回路４とは直接接合（バット接合）されている。なお、バット接合については後述する。
【００４８】
図４は、マルチコアファイバ１、ファイバアレイ３、光路変換回路４を模式的に示した平面図、図５は光路変換回路４をファイバアレイ３側から見た図、図６は光路変換回路４をマルチコアファイバ１側から見た図である。図４では、ファイバアレイ３のシングルコアファイバのコアから出射される光が導波される一定の幅を有する経路を、点線、破線、一点鎖線で示す。一部が重なって見えるのは二次元配列に変換されているためである。図５及び図６に、第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋの端面Ｅｉｋと、それをＹ方向（積層方向）から挟むように配置された第２の光導波路５０、５０ａとを示す。なお、図２〜図４では、互いに離れて配置されたマルチコアファイバ１と光路変換回路４とを示しているが、実際には、マルチコアファイバ１と光路変換回路４とは直接接合（バット接合）されている。なお、バット接合については後述する。
【００４９】
図２〜図６に示すように、光路変換回路４は、ファイバアレイ３とマルチコアファイバ１との間に配置され、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０及び層間伝搬手段（図示省略）を有している。
【００５０】
〔第１の光導波路〕
次に第１の光導波路４０について図７を参照して説明する。図７は第１の光導波路４０の平面図である。図７では、第１の光導波路４０を模式的に示す。
【００５１】
第１の光導波路４０は、複数層の一つを構成し、シングルコアファイバ３ａからの光が入射されるとともに、入射された光の一部がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。具体的に、第１の光導波路４０は、薄膜、またはフィルム等で構成された基板に形成されたものをいう。
【００５２】
第１の光導波路４０は、７つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１〜Ｃｉ７）、３つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７）、３つの連絡部４２、及び、４つの導波部４３を有する。
【００５３】
７つの入射端部Ｃｉｋは、シングルコアファイバ３ａに対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。入射端部Ｃｉｋの端面Ｅｉｋ（Ｅｉ１〜Ｅｉ７）は、シングルコアファイバ３ａのコア３ｂの端面に対向するように配置されている。図５に端面をＥｉ１〜Ｅｉ７で示す。図７にＸＹ平面に直交する方向（Ｚ方向）に直線状に延びる入射端部をＣｉ１〜Ｃｉ７で示す。
【００５４】
両端及び中央の３つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ４、Ｃｉ７）には、連絡部４２の一端部が接続され、連絡部４２の他端部には、出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７）が接続されている。
【００５５】
出射端部Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋの端面Ｅｏｋ（Ｅｏ１、Ｅｏ４、Ｅｏ７）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの端面Ｅｋ（Ｅ１、Ｅ４、Ｅ７）に対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図７に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ２、Ｃｏ４、Ｃｏ７及びコアＣｋを示す。
【００５６】
両端及び中央部以外の４つの入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ２、Ｃｉ３、Ｃｉ５、Ｃｉ６）の端面Ｅｉｋ（Ｅｉ２、Ｅｉ３、Ｅｉ５、Ｅｉ６）の反対側の端部には、導波部４３の一端部が接続されている。なお、図７では入射端部Ｃｉｋ、連絡部４２、出射端部Ｃｏｋ、導波部４３の接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、滑らかな曲線とすればよい。
【００５７】
〔第２の光導波路〕
次に、第２の光導波路５０、５０ａについて図８及び図９を参照して説明する。
【００５８】
第２の光導波路５０は、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路４０と同様に基板に形成されたものであって、第１の光導波路４０の上方（Ｙ方向）に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。
【００５９】
ここで、コアＣｋ を正六角形の中心の位置と各頂点の位置との７箇所に設け、マルチコアファイバ１のコアＣｋ 間ピッチをｐ１とし、ｐ３を、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０との間のピッチをｐ３とすると、ｐ３は、一辺をｐ１の長さとする正三角形の高さに相当し、次の式で表される。
ｐ３＝ｐ１＊√３／２
【００６０】
第２の光導波路５０ａは、複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路４０と同様に基板に形成されたもので、第１の光導波路４０の下方（Ｙ方向）積層されるように配置され、入射された光の他の一部（上方の第２の光導波路５０に伝搬する光を除く）がマルチコアファイバ１のコアＣｋに出射される。
【００６１】
第２の光導波路５０と同様に、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０ａとの間のピッチｐ３はｐ３＝ｐ１＊√３／２の式で表される。
【００６２】
（上方の第２の光導波路）
始めに、第２の光導波路５０について説明する。図８は第２の光導波路５０の平面図である。図８では、第２の光導波路５０を模式的に示す。
【００６３】
第２の光導波路５０は、２つの導波部５３、２つの連絡部５２、及び、２つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ３、Ｃｏ６）を有する。
【００６４】
２つの導波部５３は、第１の光導波路４０の導波部４３（図７参照）の上方に配置されている。導波部５３には、連絡部５２の一端部が接続されている。連絡部５２の他端部には、出射端部Ｃｏｋが接続されている。
【００６５】
出射端部Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ３、Ｃｏ６）の端面Ｅｏｋ（Ｅｏ３、Ｅｏ６）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋの端面Ｅｋ（Ｅ３、Ｅ６）にＺ方向で対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図８に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ３、Ｃｏ６及びコアＣｋを示す。また、図８に、下方に配置された第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ２、Ｃｉ４、Ｃｉ５、Ｃｉ７）を一点鎖線で示す。なお、図８では、連絡部５２、導波部５３、出射端部Ｃｏｋの繋ぎ目（接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、光の漏れが生じない所定以上の曲げ半径を有する曲線とすればよい。
【００６６】
（下方の第２の光導波路）
続いて、第２の光導波路５０ａについて説明する。図９は第２の光導波路５０ａの平面図である。図９では、第２の光導波路５０ａを模式的に示す。
【００６７】
第２の光導波路５０ａは、２つの導波部５３、２つの連絡部５２、及び、２つの出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ２、Ｃｏ５）を有する。
【００６８】
２つの導波部５３は、第１の光導波路４０の導波部４３（図７参照）の下方に配置されている。導波部５３には、連絡部５２の一端部が接続されている。連絡部５２の他端部には、出射端部Ｃｏｋが接続されている。
【００６９】
出射端部４４Ｃｏｋは、マルチコアファイバ１に対向する第１の光導波路４０の端部に設けられている。出射端部Ｃｏｋ（Ｃｏ２、Ｃｏ５）の端面Ｅｏｋ（Ｅｏ２、Ｅｏ５）は、マルチコアファイバ１のコアＣｋ（Ｃ２、Ｃ５）の端面Ｅｋ（Ｅ２、Ｅ５）に対向するように配置されている。それにより、出射端部ＣｏｋとコアＣｋとを１対１で結合することが可能となる。図９に中心軸を一致させた出射端部Ｃｏ２、Ｃ０５及びコアＣ２、Ｃ５を示す。また、図９に、上方に配置された第１の光導波路４０の入射端部Ｃｉｋ（Ｃｉ１、Ｃｉ３、Ｃｉ４、Ｃｉ６、Ｃｉ７）を一点鎖線で示す。なお、図９では、連絡部５２、導波部５３、出射端部Ｃｏｋの接続部分を折れ線で示したが、接続部分は、光の漏れが生じない所定以上の曲げ半径を有する曲線とすればよい。
【００７０】
以上のマルチコアファイバ１、ファイバアレイ３、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０，５０ａの対応関係を要約すれば、次のようになる。
【００７１】
ファイバアレイ３のシングルコアファイバ３ａがＸ方向に配列されるとき、Ｘ方向と平行な方向にいくつかのコアＣｋが配列されるように、マルチコアファイバ１を配置し、それらのコアＣｋを一層とし、第１の光導波路４０を対応させる。
【００７２】
他のコアＣｋも層（Ｙ方向で重なる層）として振り分ける。それらの層に対して、第２の光導波路５０、５０ａを対応させる。
【００７３】
すなわち、ＸＹ平面上に配列されたコアＣｋを各層に振り分け、その中の一つの層と第１の光導波路４０を対応させ、他の層と第２の光導波路５０、５０ａを対応させることで、一次元（Ｘ方向）に配列された光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光を、二次元（ＸＹ平面）に配列されたコアＣｋに結合することが可能となる。
【００７４】
〔層間伝搬手段〕
次に、層間伝搬手段６０について説明する。
【００７５】
層間伝搬手段６０は第１の光導波路４０と第２の光導波路５０、５０ａとの間で光を伝搬させるよう構成され、結合手段６０ａを有している。
【００７６】
（結合手段）
結合手段６０ａは、第１の光導波路４０とその上方に配置された第２の光導波路５０との間で光を伝搬させる上方の結合手段と、第１の光導波路４０とその下方に配置された第２の光導波路５０ａとの間で光を伝搬させる下方の結合手段とを有している。
【００７７】
上方の結合手段６０ａと下方の結合手段６０ａとは、重複した構成を有する。以下、下方の結合手段６０ａを代表して説明し、上方の結合手段６０ａについては、重複した構成の説明を省略する。
【００７８】
下方の結合手段６０ａについて図１０を参照して説明する。図１０は結合手段の断面図である。
【００７９】
結合手段６０ａは、Ｙ方向（高さ方向）で互いに重なるように配置された導波部４３、５３（図７〜図９参照）間で光を伝搬させる。
【００８０】
結合手段６０ａは、第１反射面６１及び第２反射面６２を有している。
【００８１】
第１反射面６１は、第１の光導波路４０の所定位置Ｚｐ１で、導波部４３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第１傾斜面を有する。この第１傾斜面が入射端部Ｃｉｋからの光を反射させる反射面となる。
【００８２】
第２反射面６２は、第２の光導波路５０ａの前記所定位置ｚｐ１に対応する位置Ｚｐ２で、導波部５３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第２傾斜面を有する。この第２傾斜面が、第１反射面６１からの光を受けて出射端部Ｃｏｋから送る反射面となる。
下方の結合手段６０ａと同様に、上方の結合手段６０ａは、第１反射面６１及び第２反射面６２を有している。
上方の結合手段６０ａにおいて、第２反射面６２は、第２の光導波路５０の前記所定位置ｚｐ１に対応する位置Ｚｐ２で、導波部５３をその中心軸に対して斜めに切断したときの第２傾斜面を有する。この第２傾斜面が、第１反射面６１からの光を受けて出射端部Ｃｏｋから送る反射面となる。
【００８３】
次に、下方の結合手段６０ａにおける光の伝搬について、図１０を参照して説明する。なお、図１０に伝搬される光を想像線で示す。
【００８４】
入射端部Ｃｉｋからの光は、導波部４３に伝搬され、第１反射面６１で第２反射面６２が位置する方向（図１０において下方）へ反射する。さらに、第２反射面６２で連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋが位置する方向（図１０で左方）へ反射する。
【００８５】
次に、上方の結合手段６０ａにおける光の伝搬について説明する。
【００８６】
入射端部Ｃｉｋからの光は、導波部４３に伝搬され、第１反射面６１で第２反射面６２が位置する方向（上方）へ反射する。さらに、第２反射面６２で連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋが位置する方向（Ｚ方向）へ反射する。
【００８７】
［光路変換回路の製造方法］
次に、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０、５０ａ及び層間伝搬手段６０を有する光路変換回路４の製造方法について説明する。
【００８８】
光路変換回路４の製造には一般的な公知の技術、例えば、コア及びクラッドからなる導波路を成形するエッチング法（例えば、特開２０００−３５６７２３号公報）、および、射出成形型を用いてコア及びクラッドを成形する射出成形法（特開２０１１−０３９１４９号公報）を用いればよい。
【００８９】
例えば、第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａの素材としては、マルチコアファイバ１のコアＣｋ、クラッド２と同様な素材が用いられる。
【００９０】
〔第１の光導波路及び第２の光導波路の製造方法〕
第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０において、入射端部Ｃｉｋ、出射端部Ｃｏｋ、連絡部４２、５２及び、導波部４３、５３は、たとえば石英ガラスに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された素材により形成されている。第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａのクラッドの部分は、たとえば、石英ガラスにより形成されている。
【００９１】
〔層間伝搬手段の製造方法〕
次に反射面６１、６２の製造方法の一例について図１０を参照して説明する。図１０に、Ｙ方向（高さ方向）で重なり、Ｚ方向に延びる導波部４３、５３を示す。なお、図１０では、導波部４３の右側が入射端部Ｃｉｋとし、導波部５３の左側が連絡部５２及び出射端部Ｃｏｋとする。
【００９２】
（下方の結合手段の製造方法）
第１反射面６１の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第１の光導波路４０の導波部４３を上方開口の断面略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第１傾斜面を第１反射面６１とする。なお、第１反射面６１は、切削加工したままの状態であってもよく、反射効率を向上させるため一般的な端面研磨の工程や金属蒸着などを行ってもよい。以下、同様な表面処理が第２反射面６２についても行われる。
【００９３】
第２反射面６２の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第２の光導波路５０ａの導波部５３を下方開口の断面略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第２傾斜面を第２反射面６２とする。このとき、切断される第２傾斜面と第１傾斜面とが高さ方向（Ｙ方向）で対向するようにする。
【００９４】
（上方の結合手段の製造方法）
以上に、下方の結合手段６０ａの製造方法の一例について示したが、上方の結合手段６０ａについても同様な方法で製造することが可能である。
【００９５】
すなわち、第１反射面６１の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第１の光導波路４０の導波部４３を下方開口の略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第１傾斜面を第１反射面６１とする。なお、第１反射面６１とＺ軸とが成す角度を４５°とする。
【００９６】
第２反射面６２の製造方法の一例としては、ダイシングによる切削加工を用いて、第２の光導波路５０の導波部５３を上方開口の略Ｖ字状の溝により切断し、切断された第２傾斜面を第２反射面６２とする。
【００９７】
（バット結合）
ファイバアレイ３と光路変換回路４とは直接接合されている（バット接合）。それにより、光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光が、光路変換回路４に入射される。バット接合することにより、ファイバアレイ３と光路変換回路４との接合構造を簡単に構成することが可能となる。
【００９８】
光路変換回路４とマルチコアファイバ１とは直接接合されている（バット接合）。それにより、光路変換回路４からの光が、マルチコアファイバ１のコアＣｋに入射される。バット接合することにより、光路変換回路４とマルチコアファイバ１との接合構造を簡単に構成することが可能となる。
【００９９】
［第１変形例］
第１の実施形態に限らず、層間伝搬手段６０は、種々の技術を用いることにより形成することが可能となる。
【０１００】
次に、層間伝搬手段６０の第１変形例について図１１を参照して説明する。図１１は結合手段６０ａの断面図である。
【０１０１】
層間伝搬手段６０は、第１の光導波路４０とその上方に配置された第２の光導波路５０とを光結合させる上方の結合手段６０ａと、第１の光導波路４０とその下方に配置された第２の光導波路５０ａとを光結合させる下方の結合手段６０ａとを有する。
【０１０２】
なお、上方の結合手段６０ａ及び下方の結合手段６０ａは、基本的に同じ構成をしており、以下、上方の結合手段６０ａを代表して説明し、下方の結合手段６０ａの説明を省略する。
【０１０３】
上方の結合手段６０ａにおいて、導波部４３、５３同士を拡径させることにより、拡径部４３ａ、５３ａ同士を適当な干渉距離に近接させたモード結合部６３を有する。モード結合部６３により、隣接層間で効率良くエネルギー遷移を行うことが可能となる。
【０１０４】
拡径部４３ａ、５３ａは、第１の光導波路４０、５０、５０ａを加熱し、導波部４３、５３に添加された酸化ゲルマニウムを拡散させることによって形成される。
【０１０５】
コアの拡径によるモード結合には、例えば、コアを加熱し、コアに添加されたドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を拡散させることによって拡径部を形成する公知の技術（特開２０００−３５６７２３号公報）を用いればよい。
【０１０６】
［第２変形例］
次に、層間伝搬手段６０の第２変形例について図１２を参照して説明する。図１２は結合手段６０ａの断面図である。
【０１０７】
第２変形例においても、第１変形例と同様に、上方の結合手段６０ａ及び下方の結合手段６０ａは、基本的に同じ構成をしており、以下、上方の結合手段６０ａを代表して説明し、下方の結合手段６０ａの説明を省略する。
【０１０８】
上方の結合手段６０ａにおいて、導波部４３、５３同士を溶融延伸させることにより、溶融延伸部４３ｂ、５３ｂ同士を細線化し、適当な干渉距離に近接し、近接させた領域を所定長さにわたり形成したモード結合部６３を有する。モード結合部６３により、隣接層間で効率良くエネルギー遷移を行うことが可能となる。
【０１０９】
溶融延伸によるモード結合には、例えば、クラッド部を溶融延伸することにより、コア同士の間が所定距離となる領域を所定長さにわたり形成する公知の技術（特開２００８−２０９６８５号公報）を用いればよい。
【０１１０】
＜第２の実施形態＞
次に、結合光学系の第２の実施形態について図１３〜図１７を参照して説明する。図１３は、光路変換回路４をファイバアレイ３側から見たときの斜視図である。図１３では、立体的な光導波路（いわゆる層構造）で構成された結合光学系を模式的に示す。
【０１１１】
なお、図１３では、ファイバアレイ３の各シングルコアファイバ３ａを１〜７の番号で表し、また、シングルコアファイバ３ａにＺ方向で対向する位置（入射位置）を１〜７の番号で表し、さらに、マルチコアファイバ１の各コアＣｋ、（Ｃ１〜Ｃ７）にＺ方向で対応する位置（出射位置）を１〜７の番号で表す。
【０１１２】
第１の実施形態では、ファイバアレイ３からの光がコア内を伝搬することにより光路変換され、マルチコアファイバ１に出射されるものであったが、第２の実施形態では、ファイバアレイ３からの光が光路変換回路４内を空間伝搬することにより光路変換され、マルチコアファイバ１に出射されるものである。
【０１１３】
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態の構成と同じものについては同一番号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
第１実施形態では、第１の光導波路４０、第２の光導波路５０、５０ａが、各種のコア部を有し、層間伝搬手段６０が結合手段６０ａを有するものであった。
【０１１５】
これに対し、第２実施形態では、図１３に示すように、第１の光導波路４０は、第１反射体７１ａ、７１ｂを有する。第２の光導波路５０、５０ａは、第２反射体７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを有する。層間伝搬手段６０は、第３反射体７３ａ、７３ｂを有する。
【０１１６】
図１４は、第１の光導波路４０の平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１４に示すように、第１の光導波路４０において、ファイバアレイ３に対応する一端部には、シングルコアファイバ３ａの位置１〜７に対向する入射位置１〜７が配置されている。また、マルチコアファイバ１に対応する他端部には、出射位置３〜５がコアＣ３〜Ｃ５の位置にＺ方向で対向するように配置されている。
【０１１７】
図１５は、第１の光導波路４０の上方に配置される第２の光導波路５０の平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１５に示すように、第２の光導波路５０は、第１の光導波路４０の上方に配置されている。第２の光導波路５０において、マルチコアファイバ１に対応する端部には、コアＣ１、Ｃ２の位置にＺ方向で対向する出射位置１、２が配置されている。
【０１１８】
図１６は、第１の光導波路４０の下方に配置される第２の光導波路５０ａの平面図、正面図、及び側面図である。図１３及び図１６に示すように、第２の光導波路５０ａは、第１の光導波路４０の下方に配置されている。第２の光導波路５０ａにおいて、マルチコアファイバ１に対応する端部には、コアＣ６、Ｃ７の位置にＺ方向で対向する出射位置６、７が配置されている。
【０１１９】
第３反射体７３ａ、７３ｂは、第１の光導波路４０と第２の光導波路５０、５０ａとの間で光を伝搬させるように配置されている。
【０１２０】
第１反射体７１ａ、７１ｂ、第２反射体７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ及び第３反射体７３ａ、７３ｂは、ファイバアレイ３からの光を反射させる、例えば反射ミラー及び反射プリズムである。
【０１２１】
第１反射体７１ａは、入射位置１に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ａの方向へ反射させる。さらに、第２反射体７２ａは、出射位置１の方向に反射させる。
【０１２２】
第１反射体７１ａは、入射位置２に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｂの方向へ反射させる。さらに、第２反射体７２ｂは、出射位置２の方向に反射させる。
【０１２３】
第１反射体７１ｂは、入射位置６に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｄの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｄは、出射位置６の方向に反射させる。
【０１２４】
第１反射体７１ｂは、入射位置７に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ｃの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｃは、出射位置７の方向に反射させる。
【０１２５】
なお、入射位置３〜５に入射された光は、いずれの反射体も介さずに、出射位置３〜５に伝搬する。
【０１２６】
以上により、入射位置１〜７に入射された光は出射位置１〜７に伝搬し、出射位置１〜７からの光がコアＣ１〜Ｃ７に入射される。
【０１２７】
光路変換回路４は、光導波路内に反射体を設ける公知のＭＥＭＳのプロセス技術（例えば、特開２００４−３３４１９０号公報）により成形される。
【０１２８】
以上の構成によれば、例えば、光導波路が第１層、第２層、第３層の順番に積層され、第１層と第３層との間で光を伝搬させる必要があるとき、第１の実施形態の層間伝搬手段６０では、先ず、第１層と第２層との間で光を伝搬させた後に、第２層と第３層との間で光を伝搬させるよう構成する必要がある。これに対して、第２の実施形態の層間伝搬手段６０では、第１層と第３層との間で光を直接的に伝搬させるように構成すればよく、層間伝搬手段６０を容易に構成することが可能となる。
【０１２９】
［第２の実施形態の変形例］
第２の実施形態の変形例について図１４及び図１７を参照して説明する。図１７は、第１の光導波路４０の平面図である。
【０１３０】
変形例では、出射位置６、７の位置を交換する例をとって、出射位置を変更する構成について説明する。
【０１３１】
図１７に示す出射位置６、７の位置は、図１４に示す出射位置６、７の位置を入れ替えたものとなっている。
【０１３２】
このように、出射位置６、７を入れ替えるには、第１反射体７１ｂを図１４に示すような形状、位置から図１７に示すような形状、位置を変更すればよい。
【０１３３】
第１反射体７１ｂは、入射位置６に入射された光を第３反射体７３ａの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ａは、第２反射体７２ｃの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｃは、出射位置６の方向に反射させる。
【０１３４】
第１反射体７１ｂは、入射位置７に入射された光を第３反射体７３ｂの方向に反射させる。さらに、第３反射体７３ｂは、第２反射体７２ｄの方向に反射させる。さらに、第２反射体７２ｄは、出射位置７の方向に反射させる。
【０１３５】
以上のように、変形例においては、反射体の形状及び／または位置を変更することにより、出射位置を容易に変更することが可能となる。
【０１３６】
各実施形態では、一次元に配列された各光回路の出射端（一例として、シングルコアファイバ３ａの端面）を二次元に配列されたコアＣｋの端面Ｅｋに光学的に結合させる光路変換回路４を示したが、一次元に配列された各光回路の入射端をコアＣｋの端面Ｅｋに光学的に結合させるように光路変換回路４が構成されてもよい。
【０１３７】
このような光路変換回路４の構成では、次のように光が伝搬される。すなわち、マルチコアファイバ１の第１コア群からの光が第１の光導波路４０に入射される。また、マルチコアファイバ１の第２コア群からの光が第２の光導波路５０、５０ａに入射される。さらに、層間伝搬手段６０により第２の光導波路５０、５０ａに入射された光が第１の光導波路４０に伝搬される（このとき、光路が二次元から一次元に変換される）。さらに、第１の光導波路４０からの光が各光回路の入射端に出射される。すなわち、二次元に配列されたコアからの光が一次元に配列された光回路に光学的に結合される。
【０１３８】
以上のような構成においても、層間伝搬手段６０に、上記各実施形態に係る結合手段６０ａ（第１反射面６１、第２反射面６２、モード結合部６３、第１反射体７１、第２反射体７２、第３反射体７３）を用いることが可能である。
【０１３９】
前記実施形態では、ファイバアレイ３と光路変換回路４とが直接接合され、さらに、マルチコアファイバ１と光路変換回路４とが直接接合されたものを示したが、これに限らない。
【０１４０】
例えば、図１８に示すように、ファイバアレイ３と光路変換回路４との間には、コリメートレンズアレイ８が配置されてもよい。
【０１４１】
コリメートレンズアレイ８は、光回路としてのシングルコアファイバ３ａからの光を平行光に変換して、光路変換回路４に入射させるコリメートレンズ８ａが一次元（Ｘ方向）に配列されている。コリメートレンズ８ａは、その光軸がシングルコアファイバ３ａのコア３ｂの中心軸と一致するように配置されている。それにより、結合損失を低減することが可能となる。
【０１４２】
また、例えば、図１８に示すように、光路変換回路４とマルチコアファイバ１との間には、集光レンズ９が配置されていてもよい。
【０１４３】
集光レンズ９は、光路変換回路４からの光（平行光）をマルチコアファイバ１のコアＣｋに入射させるように配置されている。集光レンズア９は、その光軸が光路変換回路４（第１の光導波路４０及び第２の光導波路５０、５０ａの各出射端部Ｃｏｋ）の中心軸と一致するように配置されている。それにより、結合損失を低減することが可能となる。なお、集合レンズ９に限らず、微小レンズアレイが配置されていてもよい。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４５】
１ マルチコアファイバ
１ｂ マルチコアファイバの端面
２ クラッド
２ａ クラッドの端面
Ｃ１〜Ｃｎ コア
Ｅ１〜Ｅｎ コアの端面
３ ファイバアレイ（光回路アレイ）
３ａ シングルコアファイバ（光回路）
３ｂ シングルコアファイバのコア
４ 結合光学系
４０ 第１の光導波路
Ｃｉ１〜ｉ７ 入射端部
４２ 連絡部
４３ 導波部
４３ａ 拡径部
４３ｂ 溶融延伸部
Ｃｏ１、Ｃｏ４、Ｃｏ７ 出射端部
５０ 第２の光導波路
５３ 導波部
５３ａ 拡径部
Ｃｏ２、Ｃｏ３、Ｃｏ５、Ｃｏ６ 出射端部
６０ 層間伝搬手段
６０ａ 結合手段
６１ 第１反射面
６２ 第２反射面
６３ モード結合部
７１ 第１反射体
７２ 第２反射体
７３ 第３反射体
８ コリメートレンズアレイ
９ 集光レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光回路の入射端又は出射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、
前記一次元に配列された各光回路の入射端又は出射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有する
ことを特徴とする結合光学系。
【請求項２】
前記光路変換回路は、前記光回路アレイと前記マルチコアファイバとの間に配置され、
複数層の一つを構成し、各光回路からの光が入射されるとともに、入射された光の一部がコアに出射される第１の光導波路と、
複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がコアに出射される第２の光導波路と
前記入射された光の他の一部を前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で伝搬させる層間伝搬手段と、
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の結合光学系。
【請求項３】
前記第１の光導波路は、入射端部、導波部及び出射端部を有し、
前記第２の光導波路は、導波部及び出射端部を有し、
前記層間伝搬手段は、前記第１の光導波路の導波部と前記第２の光導波路の導波部とを光結合させる結合手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の結合光学系。
【請求項４】
前記結合手段は、
前記第１の光導波路の所定位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を、入射端部からの光を反射させる反射面として、
前記第２の光導波路の前記所定位置に対応する位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を有し、前記反射面からの光を前記傾斜面で受けて出射端部へ送る
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項５】
結合手段は、
前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で拡径した構造とすることで光学的結合させる
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項６】
結合手段は、
前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で溶融延伸した構造とすることで光学的結合させる
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項７】
前記層間伝搬手段は、複数の反射ミラーを有し、
複数の反射ミラーは、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で光を伝搬させるように配置される
ことを特徴とする請求項２に記載の結合光学系。
【請求項８】
前記光回路アレイと前記光路変換回路との間に配置されたコリメートレンズアレイと、
光路変換回路とマルチコアファイバとの間に配置された集光レンズと、
を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系。
【請求項９】
前記光回路アレイと前記光路変換回路とは、直接接合され、
前記光路変換回路とマルチコアファイバとは、直接接合される
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系。
【請求項１】
光回路の入射端又は出射端が一次元に配列された光回路アレイと、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバとを結合する結合光学系において、
前記一次元に配列された各光回路の入射端又は出射端を、前記二次元に配列されたコアに光学的に結合させる光路変換回路を有する
ことを特徴とする結合光学系。
【請求項２】
前記光路変換回路は、前記光回路アレイと前記マルチコアファイバとの間に配置され、
複数層の一つを構成し、各光回路からの光が入射されるとともに、入射された光の一部がコアに出射される第１の光導波路と、
複数層の他の一つを構成し、第１の光導波路に積層されるように配置され、入射された光の他の一部がコアに出射される第２の光導波路と
前記入射された光の他の一部を前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で伝搬させる層間伝搬手段と、
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の結合光学系。
【請求項３】
前記第１の光導波路は、入射端部、導波部及び出射端部を有し、
前記第２の光導波路は、導波部及び出射端部を有し、
前記層間伝搬手段は、前記第１の光導波路の導波部と前記第２の光導波路の導波部とを光結合させる結合手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の結合光学系。
【請求項４】
前記結合手段は、
前記第１の光導波路の所定位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を、入射端部からの光を反射させる反射面として、
前記第２の光導波路の前記所定位置に対応する位置で、前記導波部をその中心軸に対して斜めに切断したときの傾斜面を有し、前記反射面からの光を前記傾斜面で受けて出射端部へ送る
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項５】
結合手段は、
前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で拡径した構造とすることで光学的結合させる
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項６】
結合手段は、
前記第１の光導波路の前記導波部と前記第２の光導波路の前記導波部とを重ねた状態で溶融延伸した構造とすることで光学的結合させる
ことを特徴とする請求項３に記載の結合光学系。
【請求項７】
前記層間伝搬手段は、複数の反射ミラーを有し、
複数の反射ミラーは、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間で光を伝搬させるように配置される
ことを特徴とする請求項２に記載の結合光学系。
【請求項８】
前記光回路アレイと前記光路変換回路との間に配置されたコリメートレンズアレイと、
光路変換回路とマルチコアファイバとの間に配置された集光レンズと、
を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系。
【請求項９】
前記光回路アレイと前記光路変換回路とは、直接接合され、
前記光路変換回路とマルチコアファイバとは、直接接合される
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の結合光学系。
【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２０１３−５７８４２（Ｐ２０１３−５７８４２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６７７２（Ｐ２０１１−１９６７７２）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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