特開 2024-132670 光デバイス、光送信器及び光受信器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132670

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】光デバイス、光送信器及び光受信器

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20240920BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20240920BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122

G02B6/122 311

G02B6/12 361

G02B6/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043534

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 昌樹

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H137AA01

2H137AA05

2H137AB08

2H137AB11

2H137BA01

2H137BA35

2H137BA45

2H137BA53

2H137BB02

2H137DA39

2H147BB02

2H147BB04

2H147BE15

2H147CA01

2H147CB01

2H147CD12

2H147EA02A

2H147EA12A

2H147EA13A

2H147EA14A

2H147EA14B

2H147EA16B

2H147EA25B

2H147GA10

2H147GA19

(57)【要約】

【課題】基板への光の放射を抑制して光損失を軽減できる光デバイス等を提供する。
【解決手段】光デバイスは、基板と、基板上の遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層と、基板上の近い側に設けられた第２のアッセンブリ層と、第１のアッセンブリ層と第２のアッセンブリ層との間に設けられた第３のアッセンブリ層とを有する。光デバイスは、第１のアッセンブリ層に配置された第１の導波路と、第２のアッセンブリ層に配置された第２の導波路と、第３のアッセンブリ層に配置された第３の導波路と、第２のアッセンブリ層と基板との間に配置された第４の導波路と、を有する。第３の導波路は、少なくとも第１の導波路と第２の導波路の一部とが基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第３の導波路の導波路幅が第１の導波路及び第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有する。
【選択図】図２Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上の遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層と、
前記基板上の近い側に設けられた第２のアッセンブリ層と、
前記第１のアッセンブリ層と前記第２のアッセンブリ層との間に設けられた第３のアッセンブリ層とを有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に配置された第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に配置された第２の導波路と、
前記第３のアッセンブリ層に配置された第３の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層と前記基板との間に配置された第４の導波路と、を有し、
前記第３の導波路は、
少なくとも前記第１の導波路と前記第２の導波路の一部とが前記基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第３の導波路の導波路幅が前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有することを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

前記第１の導波路は、
始点から終点に向かうに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第１のテーパ導波路と、
前記第１のテーパ導波路の始点に接続する箇所を始点として、前記第１のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第２のテーパ導波路と、を有し、
前記第２の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第２のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第３のテーパ導波路と、
前記第３のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、前記第３のテーパ導波路と接続する箇所から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第４のテーパ導波路と、を有し、
前記第４の導波路は、
前記第４のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第４のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第５のテーパ導波路と、
前記第５のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する他の導波路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第１のアッセンブリ層と前記第３のアッセンブリ層との間に設けられた第４のアッセンブリ層をさらに有し、
前記第４のアッセンブリ層に配置された第５の導波路を有し、
前記第５の導波路は、
少なくとも前記第１の導波路の一部と前記第２の導波路の一部とが前記基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第５の導波路の導波路幅が前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項4】

前記第５の導波路は、
前記第４の導波路と略同一形状の導波路であることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。

【請求項5】

前記第５の導波路は、
前記第４の導波路と異なる形状の導波路であることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。

【請求項6】

前記第１の導波路は、
始点から終点に向かうに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第１のテーパ導波路と、
前記第１のテーパ導波路の始点に接続する箇所を始点として、前記第１のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第２のテーパ導波路と、を有し、
前記第２の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第２のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第３のテーパ導波路と、
前記第３のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、前記第３のテーパ導波路と接続する箇所から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第４のテーパ導波路と、を有し、
前記第４の導波路は、
前記第４のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第４のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第５のテーパ導波路と、
前記第５のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する他の導波路と、を有することを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。

【請求項7】

前記第３の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第２のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第６のテーパ導波路と、
前記第６のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、前記第６のテーパ導波路と接続する箇所から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第７のテーパ導波路と、を有し、
前記第５の導波路は、
前記第２のテーパ導波路と少なくとも一部が前記基板の面方向で重なる位置に配置され、前記第２のテーパ導波路の始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる第８のテーパ導波路と、
前記第８のテーパ導波路の導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、前記第８のテーパ導波路と接続する箇所から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる第９のテーパ導波路と、を有することを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。

【請求項8】

前記第１の導波路は、
前記第２の導波路の厚みに比較して薄くした構造であることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。

【請求項9】

前記第１の導波路の厚みと前記第５の導波路の厚みとの差及び、
前記第２の導波路の厚みと前記第３の導波路の厚みとの差を小さくした構造であることを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。

【請求項10】

前記第１の導波路を被覆するクラッド上に配置された光学用樹脂層をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。

【請求項11】

光源と、
送信信号を用いて前記光源からの光を光変調して送信光を送信する光変調部と、
前記光変調部内で前記光を導波する光デバイスと、を有する光送信器であって、
前記光デバイスは、
基板と、
前記基板上の遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層と、
前記基板上の近い側に設けられた第２のアッセンブリ層と、
前記第１のアッセンブリ層と前記第２のアッセンブリ層との間に設けられた第３のアッセンブリ層とを有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に配置された第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に配置された第２の導波路と、
前記第３のアッセンブリ層に配置された第３の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層と前記基板との間に配置された第４の導波路と、を有し、
前記第３の導波路は、
少なくとも前記第１の導波路と前記第２の導波路の一部とが前記基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第３の導波路の導波路幅が前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有することを特徴とする光送信器。

【請求項12】

光源と、
前記光源からの光を用いて受信光から受信信号を受信する光受信部と、
前記光受信部内で前記光を導波路する光デバイスと、を有する光受信器であって、
前記光デバイスは、
基板と、
前記基板上の遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層と、
前記基板上の近い側に設けられた第２のアッセンブリ層と、
前記第１のアッセンブリ層と前記第２のアッセンブリ層との間に設けられた第３のアッセンブリ層とを有する光デバイスであって、
前記第１のアッセンブリ層に配置された第１の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層に配置された第２の導波路と、
前記第３のアッセンブリ層に配置された第３の導波路と、
前記第２のアッセンブリ層と前記基板との間に配置された第４の導波路と、を有し、
前記第３の導波路は、
少なくとも前記第１の導波路と前記第２の導波路の一部とが前記基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第３の導波路の導波路幅が前記第１の導波路及び前記第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有することを特徴とする光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイス、光送信器及び光受信器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、通信容量の増加に伴って、光ファイバ通信の需要が増大しているため、電気信号を光信号に変換する小型の光デバイスが使用されている。そこで、近年、シリコンフォトニクスに代表される超小型の基板型光導波路素子(単に、光デバイスと称する)の開発が盛んに行われている。光デバイスでは、同じチップ上に異なる材料から成る２つ以上の導波路を集積できるエッジカプラがある。

【0003】

光デバイスを構成する光部品は、例えば、材料屈折率によって得られる特性が異なるため、光部品毎に適切な材料の導波路を使用することで、光デバイスの特性の向上を図ることができる。そこで、異なる材料の導波路を使用する光デバイスでは、異なる導波路間で光を断熱的に光遷移する構造がある。

【0004】

図１８は、従来の光デバイス１００の一例を示す説明図である。図１８に示す光デバイス１００は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス１００は、ＳｉＯ_２等で形成されたクラッド１１１と、クラッド１１１で被覆された、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４(以下、単に、ＳｉＮ（Silicon Nitride）と称する)等で形成された第１の導波路１０２と、を有する。光デバイス１００は、クラッド１１１で被覆された、例えば、Ｓｉ等で形成された第２の導波路１０４と、第１の導波路１０２と第２の導波路１０４との間で光が断熱的に光遷移する断熱変換部１０５と、を有する。更に、光デバイス１００は、第１の導波路１０２のチップ端面Ｄ１１までの導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する逆テーパ部１０６を有する。

【0005】

第１の導波路１０２は、第１のテーパ導波路１０２Ａと、第１のテーパ導波路１０２Ａと接続する第２のテーパ導波路１０２Ｂとを有する。第１のテーパ導波路１０２Ａは、チップ端面Ｄ１１付近の光入出力部から始点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。第２のテーパ導波路１０２Ｂは、第１のテーパ導波路１０２Ａの始点に接続する箇所を始点として、第１のテーパ導波路１０２Ａの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。

【0006】

第２の導波路１０４は、第２のテーパ導波路１０２Ｂと少なくとも一部が重なる位置に離間して配置された第３のテーパ導波路１０４Ａと、第３のテーパ導波路１０４Ａと接続する直線導波路１０４Ｂとを有する。第３のテーパ導波路１０４Ａは、第２のテーパ導波路１０２Ｂの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。直線導波路１０４Ｂは、第３のテーパ導波路１０４Ａの導波路幅が広い側に接続する導波路である。

【0007】

図１９Ａは、図１８に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１９Ａに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、Ｓｉ基板１１２上に積層されたクラッド１１１と、を有する。図１９Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、逆テーパ部１０６が配置された光デバイス１００の断面部位である。更に、光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２から遠い側に配置された第１のアッセンブリ層１２１Ａと、Ｓｉ基板１１２から近い側に配置された第２のアッセンブリ層１２１Ｂと、を有する。第１のアッセンブリ層１２１Ａには、第１の導波路１０２内の第１のテーパ導波路１０２Ａが配置されている。

【0008】

図１９Ｂは、図１８に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１９Ｂに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、クラッド１１１と、第１のアッセンブリ層１２１Ａと、第２のアッセンブリ層１２１Ｂとを有する。図１９Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、断熱変換部１０５が配置された光デバイス１００の断面部位である。第２のアッセンブリ層１２１Ｂには、第２の導波路１０４内の第３のテーパ導波路１０４Ａが配置されている。第１のアッセンブリ層１２１Ａには、第１の導波路１０２内の第２のテーパ導波路１０２Ｂが配置されている。

【0009】

図１９Ｃは、図１８に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１９Ｃに示す光デバイス１００は、Ｓｉ基板１１２と、クラッド１１１と、第１のアッセンブリ層１２１Ａと、第２のアッセンブリ層１２１Ｂとを有する。図１９Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、直線導波路１０４Ｂが配置された光デバイス１００の断面部位である。第２のアッセンブリ層１２１Ｂには、第２の導波路１０４内の直線導波路１０４Ｂが配置されている。

【0010】

図１８に示す光デバイス１００は、断熱変換部１０５を通じて第２の導波路１０４からその上に配置された第１の導波路１０２に断熱的に光を移し、その後、逆テーパ部１０６で光のモードフィールドを大きくして光ファイバに結合する。断熱変換部１０５では、第１の導波路１０２及び第２の導波路１０４の導波路幅がテーパ状に変化する。第１の導波路１０２は第２の導波路１０４に比べて屈折率が低いので、光のモードフィールドを大きくでき、光ファイバとの結合損失を小さくできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／０１５４９１９号明細書

【特許文献2】特開２０１４－１９１３０１号公報

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１８／０２２４６０５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、従来の光デバイス１００では、第１の導波路１０２を用いてモードフィールドを大きくした場合、ＳｉＮに比較してＳｉ基板１１２の屈折率が大きいため、第１の導波路１０２からＳｉ基板１１２への光の放射が大きくなり、光損失が大きくなる。

【0013】

一つの側面では、基板への光の放射を抑制して光損失を軽減できる光デバイス等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】

【0014】

一つの態様の光デバイスは、基板と、基板上の遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層と、基板上の近い側に設けられた第２のアッセンブリ層と、第１のアッセンブリ層と第２のアッセンブリ層との間に設けられた第３のアッセンブリ層とを有する。光デバイスは、第１のアッセンブリ層に配置された第１の導波路と、第２のアッセンブリ層に配置された第２の導波路と、第３のアッセンブリ層に配置された第３の導波路と、第２のアッセンブリ層と基板との間に配置された第４の導波路と、を有する。第３の導波路は、少なくとも第１の導波路と第２の導波路の一部とが基板の面方向で重なる位置に配置され、当該第３の導波路の導波路幅が第１の導波路及び第２の導波路の導波路幅に比較して狭くした構造を有する。

【発明の効果】

【0015】

一つの側面によれば、基板への光の放射を抑制して光損失を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施例１の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図2A】図２Ａは、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図2B】図２Ｂは、図１に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図2C】図２Ｃは、図１に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図2D】図２Ｄは、図１に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図3】図３は、実施例２の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図4A】図４Ａは、図３に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図4B】図４Ｂは、図３に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図4C】図４Ｃは、図３に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図4D】図４Ｄは、図３に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図5】図５は、実施例３の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図6】図６は、図５に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図7】図７は、実施例４の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図8A】図８Ａは、図７に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図8B】図８Ｂは、図７に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図9】図９は、実施例５の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図10A】図１０Ａは、図９に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図10B】図１０Ｂは、図９に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図11】図１１は、実施例６の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図12A】図１２Ａは、図１１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図12B】図１２Ｂは、図１１に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図13】図１３は、実施例７の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図14A】図１４Ａは、図１３に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図14B】図１４Ｂは、図１３に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図15】図１５は、光デバイスを内蔵した光通信装置の一例を示す説明図である。

【図16】図１６は、比較例の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図17A】図１７Ａは、図１６に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図17B】図１７Ｂは、図１６に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図17C】図１７Ｃは、図１６に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図17D】図１７Ｄは、図１６に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図18】図１８は、従来の光デバイスの一例を示す説明図である。

【図19A】図１９Ａは、図１８に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図19B】図１９Ｂは、図１８に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【図19C】図１９Ｃは、図１８に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

そこで、基板への光の放射を抑制して光損失を軽減できる光デバイスについて説明する。

【0018】

＜比較例＞
図１６は、比較例の光デバイス２００の一例を示す説明図である。図１６に示す光デバイス２００は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。図１６に示す光デバイス２００は、第１の導波路２０２と、第２の導波路２０３と、第３の導波路２０４と、第１の導波路２０２、第２の導波路２０３及び第３の導波路２０４を被覆するクラッド２１１とを有する。第１の導波路２０２及び第２の導波路２０３は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４（以下、単にＳｉＮと称する）で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第３の導波路２０４は、例えば、Ｓｉで形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。クラッド２１１は、例えば、ＳｉＯ_２で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＯ_２の材料屈折率は１．４４である。

【0019】

光デバイス２００は、第１の導波路２０２と第２の導波路２０３との間を断熱的に光遷移する第１の断熱変換部２０５と、第２の導波路２０３と第３の導波路２０４との間を断熱的に光遷移する第２の断熱変換部２０６と、を有する。更に、光デバイス２００は、第１の導波路２０２のチップ端面Ｄ１１までの導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する逆テーパ部２０７を有する。

【0020】

第１の導波路２０２は、第１のテーパ導波路２０２Ａと、第２のテーパ導波路２０２Ｂとを有する。第１のテーパ導波路２０２Ａは、Ｓｉ基板２１２上に設けられたチップ端面Ｄ１１付近の光入出力部から始点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。第２のテーパ導波路２０２Ｂは、第１のテーパ導波路２０２Ａの始点に接続する箇所を始点として、第１のテーパ導波路２０２Ａの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。

【0021】

第２の導波路２０３は、第３のテーパ導波路２０３Ａと、第４のテーパ導波路２０３Ｂとを有する。第３のテーパ導波路２０３Ａは、第２のテーパ導波路２０２Ｂと少なくとも一部が重なる位置に離間して配置され、第２のテーパ導波路２０２Ｂの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。第４のテーパ導波路２０３Ｂは、第３のテーパ導波路２０３Ａの導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、第３のテーパ導波路２０３Ａから離れるに連れて導波路幅が狭くなる構造を有する。

【0022】

第３の導波路２０４は、第５のテーパ導波路２０４Ａと、直線導波路２０４Ｂとを有する。第５のテーパ導波路２０４Ａは、第４のテーパ導波路２０３Ｂと少なくとも一部が重なる位置に離間して配置され、第４のテーパ導波路２０３Ｂの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。直線導波路２０４Ｂは、第５のテーパ導波路２０４Ａの導波路幅が広い側に接続する、例えば、導波路である。

【0023】

光デバイス２００は、Ｓｉ基板２１２に遠い側に設けられた第１のアッセンブリ層２２１Ａと、Ｓｉ基板２１２から近い側に設けられた第２のアッセンブリ層２２１Ｂと、をＳｉ基板２１２上に形成された構造を有する。

【0024】

図１７Ａは、図１６に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１６Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、逆テーパ部２０７が配置された光デバイス２００の断面部位である。光デバイス２００は、Ｓｉ基板２１２と、Ｓｉ基板２１２上に積層されたクラッド２１１と、第１のアッセンブリ層２２１Ａと、第２のアッセンブリ層２２１Ｂとを有する。

【0025】

第１のアッセンブリ層２２１Ａは、第１の導波路２０２内の第１のテーパ導波路２０２Ａが配置されている。逆テーパ部２０７は、光のモードフィールドを大きくしてチップ端面Ｄ１１の光ファイバに結合する。

【0026】

図１７Ｂは、図１６に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１７Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、第１の断熱変換部２０５が配置された光デバイス２００の断面部位である。光デバイス２００は、Ｓｉ基板２１２と、Ｓｉ基板２１２上に積層されたクラッド２１１と、第１のアッセンブリ層２２１Ａと、第２のアッセンブリ層２２１Ｂとを有する。

【0027】

第１のアッセンブリ層２２１Ａは、第１の導波路２０２内の第２のテーパ導波路２０２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２２１Ｂは、第２の導波路２０３内の第３のテーパ導波路２０３Ａが配置されている。第１の断熱変換部２０５は、第２のテーパ導波路２０２Ｂと第３のテーパ導波路２０３Ａとが重なる位置に離間して第３のテーパ導波路２０３Ａと第２のテーパ導波路２０２Ｂとの間を断熱的に光が遷移する。

【0028】

図１７Ｃは、図１６に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１７Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、第２の断熱変換部２０６が配置された光デバイス２００の断面部位である。光デバイス２００は、Ｓｉ基板２１２と、Ｓｉ基板２１２上に積層されたクラッド２１１と、第１のアッセンブリ層２２１Ａと、第２のアッセンブリ層２２１Ｂとを有する。

【0029】

第２のアッセンブリ層２２１Ｂは、第２の導波路２０３内の第４のテーパ導波路２０３Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２２１ＢとＳｉ基板２１２との間では、第３の導波路２０４内の第５のテーパ導波路２０４Ａが配置されている。第２の断熱変換部２０６は、第４のテーパ導波路２０３Ｂと第５のテーパ導波路２０４Ａとが重なる位置に離間して第４のテーパ導波路２０３Ｂと第５のテーパ導波路２０４Ａとの間を断熱的に光が遷移する。

【0030】

図１７Ｄは、図１６に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図１７Ｄに示すＤ－Ｄ線の略断面部分は、第３の導波路２０４内の直線導波路２０４Ｂが配置された光デバイス２００の断面部位である。光デバイス２００は、Ｓｉ基板２１２と、Ｓｉ基板２１２上に積層されたクラッド２１１と、第１のアッセンブリ層２２１Ａと、第２のアッセンブリ層２２１Ｂとを有する。第２のアッセンブリ層２２１ＢとＳｉ基板２１２との間では、第３の導波路２０４内の直線導波路２０４Ｂが配置されている。

【0031】

第１の断熱変換部２０５の始点は、第１の導波路２０２内の第２のテーパ導波路２０２Ｂの始点であると共に、第２の導波路２０３内の第３のテーパ導波路２０３Ａの終点である。第１の断熱変換部２０５の終点は、第１の導波路２０２内の第２のテーパ導波路２０２Ｂの終点であると共に、第２の導波路２０３内の第３のテーパ導波路２０３Ａの始点である。

【0032】

第２の断熱変換部２０６の始点は、第２の導波路２０３内の第４のテーパ導波路２０３Ｂの始点であると共に、第３の導波路２０４内の第５のテーパ導波路２０４Ａの終点である。第２の断熱変換部２０６の終点は、第２の導波路２０３内の第４のテーパ導波路２０３Ｂの終点であると共に、第３の導波路２０４内の第５のテーパ導波路２０４Ａの始点である。

【0033】

比較例の光デバイス２００では、第１の導波路２０２及び第２の導波路２０３でＳｉＮ導波路を２層にし、第１の断熱変換部２０５で第２の導波路２０３から、その上に配置された第１の導波路２０２へと光を断熱的に遷移する。その結果、第１のテーパ導波路２０２ＡとＳｉ基板２１２との間を離すことで、第１のテーパ導波路２０２ＡからＳｉ基板２１２への光の放射を抑制して光損失を軽減できる。

【0034】

しかしながら、比較例の光デバイス２００では、第１の断熱変換部２０５の第１の導波路２０２とＳｉ基板２１２との間を離すために第１の導波路２０２を第２の導波路２０３から離した場合、第１の断熱変換部２０５での断熱変換の効率が下がる。そこで、断熱変換の効率を高めるためには第１の断熱変換部２０５の長さを長くすることも考えられるが、光デバイスのサイズが大きくなることも考えられる。

【0035】

そこで、このような事態を解消する光デバイス１の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

【実施例0036】

図１は、実施例１の光デバイス１の一例を示す説明図である。図１に示す光デバイス１は、光ファイバのコアと光結合する基板型光導波路素子である。光デバイス１は、第１の導波路２と、第２の導波路３と、第３の導波路５と、第４の導波路４と、第１の導波路２、第２の導波路３、第３の導波路５及び第４の導波路４を被覆するクラッド１１とを有する。第１の導波路２、第２の導波路３及び第３の導波路５は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４（以下、単にＳｉＮと称する）で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＮの材料屈折率は１．９９である。第４の導波路４は、例えば、Ｓｉで形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉの材料屈折率は３．４８である。クラッド１１は、例えば、ＳｉＯ_２で形成し、光波長が１．５５μｍとした場合のＳｉＯ_２の材料屈折率は１．４４である。

【0037】

光デバイス１は、第１の導波路２と第２の導波路３との間を第３の導波路５を経て断熱的に光遷移する第１の断熱変換部６と、第２の導波路３と第４の導波路４との間を断熱的に光遷移する第２の断熱変換部７と、を有する。光デバイス１は、第１の導波路２のチップ端面Ｄ１１までの導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する逆テーパ部８を有する。

【0038】

第１の導波路２は、第１のテーパ導波路２Ａと、第２のテーパ導波路２Ｂとを有する。Ｓｉ基板１２上に設けられたチップ端面Ｄ１１付近の光入出力部から始点に向かうに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。つまり、第１のテーパ導波路２Ａは、始点から終点に向かうに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。第２のテーパ導波路２Ｂは、第１のテーパ導波路２Ａの始点に接続する箇所を始点として、第１のテーパ導波路２Ａの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に狭くなる構造を有する。

【0039】

第２の導波路３は、第３のテーパ導波路３Ａと、第４のテーパ導波路３Ｂとを有する。第３のテーパ導波路３Ａは、第２のテーパ導波路２Ｂと少なくとも一部がＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置され、第２のテーパ導波路２Ｂの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。第４のテーパ導波路３Ｂは、第３のテーパ導波路３Ａの導波路幅が広い側に接続する箇所を始点として、第３のテーパ導波路３Ａと接続する箇所から離れるに連れて導波路幅が狭くなる構造を有する。

【0040】

第３の導波路５は、少なくとも第２のテーパ導波路２Ｂと第３のテーパ導波路３Ａの一部とがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置され、導波路幅が第１の導波路２及び第２の導波路３よりも細い構造を有する。

【0041】

第４の導波路４は、第５のテーパ導波路４Ａと、直線導波路４Ｂとを有する。第５のテーパ導波路４Ａは、第４のテーパ導波路３Ｂと少なくとも一部がＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置され、第４のテーパ導波路３Ｂの始点から離れるに連れて導波路幅が徐々に広くなる構造を有する。直線導波路４Ｂは、第５のテーパ導波路４Ａの導波路幅が広い側に接続する導波路である。

【0042】

光デバイス１は、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層２１Ａは、Ｓｉ基板１２上のＳｉ基板１２から遠い側に設けられている。第２のアッセンブリ層２１Ｂは、Ｓｉ基板１２上のＳｉ基板１２から近い側に設けられている。第３のアッセンブリ層２１Ｃは、第１のアッセンブリ層２１Ａと第２のアッセンブリ層２１Ｂとの間に設けられている。

【0043】

図２Ａは、図１に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、逆テーパ部８が配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層２１Ａは、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａが配置されている。

【0044】

図２Ｂは、図１に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、第１の断熱変換部６が配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃとを有する。第１のアッセンブリ層２１Ａは、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２１Ｂは、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａが配置されている。第３のアッセンブリ層２１Ｃは、第３の導波路５が配置されている。第１の断熱変換部６は、第２のテーパ導波路２Ｂと第３のテーパ導波路３ＡとがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置された第３の導波路５を経て第３のテーパ導波路３Ａと第２のテーパ導波路２Ｂとの間を断熱的に光が遷移する。

【0045】

図２Ｃは、図１に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、第２の断熱変換部７が配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃとを有する。第２のアッセンブリ層２１Ｂは、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２１ＢとＳｉ基板１２との間には、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａが配置されている。第２の断熱変換部７は、第４のテーパ導波路３Ｂと第５のテーパ導波路４ＡとがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して第４のテーパ導波路３Ｂと第５のテーパ導波路４Ａとの間を断熱的に光が遷移する。

【0046】

図２Ｄは、図１に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図２Ｄに示すＤ－Ｄ線の略断面部分は、第４の導波路４内の直線導波路４Ｂが配置された光デバイス１の断面部位である。光デバイス１は、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃとを有する。第２のアッセンブリ層２１ＢとＳｉ基板１２との間には、第４の導波路４の直線導波路４Ｂが配置されている。

【0047】

第１の断熱変換部６の始点は、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂの始点であると共に、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａの終点であると共に、第３の導波路５の始点である。第１の断熱変換部６の終点は、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂの終点であると共に、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａの始点であると共に、第３の導波路５の終点である。

【0048】

第２の断熱変換部７の始点は、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂの始点であると共に、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａの始点である。第２の断熱変換部７の終点は、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂの終点であると共に、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａの始点である。

【0049】

実施例１の光デバイス１では、第１の導波路２と第２の導波路３との間に第３の導波路５を挿入し、第３の導波路５の導波路幅を第１の導波路２及び第２の導波路３の導波路幅に比較して狭くする構造にした。つまり、光デバイス１では、第３の導波路５の導波路幅を第１の導波路２及び第２の導波路３の導波路幅に比較して狭くした。その結果、第３の導波路５の光のモードフィールドが広がり、第１の導波路２及び第２の導波路３の光のモードフィールドとのオーバーラップが大きくなり、導波路間の光の結合がしやすくなる。つまり、第２の導波路３と第３の導波路５との間の結合効率と、第３の導波路５と第１の導波路２との間の結合効率とが大幅に改善できる。更に、断熱変換に要する導波路の長さを短くできる。つまり、第１の断熱変換部６のサイズを長くすることなく、第１の断熱変換部６の断熱変換の効率を改善できる。しかも、第１の導波路２からＳｉ基板１２への光の放射を抑制することで、チップ端面Ｄ１１での光ファイバとの結合損失を低減しつつ、光デバイス１の小型化を図ることができる。

【0050】

尚、実施例１では、第１の導波路２を第１のテーパ導波路２Ａ及び第２のテーパ導波路２Ｂ、第２の導波路３を第３のテーパ導波路３Ａ及び第４のテーパ導波路３Ｂ、第４の導波路４の第５のテーパ導波路４Ａ及び直線導波路４Ｂで構成する場合を例示した。しかしながら、これに限定されるものではない。つまり、第３の導波路５は、少なくとも第１の導波路２と第２の導波路３の一部とがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置され、当該第３の導波路５の導波路幅が第１の導波路２及び第２の導波路３の導波路幅に比較して狭くした構造であれば良い。その結果、第３の導波路５の光のモードフィールドが広がり、第１の導波路２及び第２の導波路３の光のモードフィールドとのオーバーラップが大きくなり、導波路間の光の結合がしやすくなる。そして、第２の導波路３と第３の導波路５との間の結合効率と、第３の導波路５と第１の導波路２との間の結合効率とを改善しながら、断熱変換に要する導波路の長さが短くできる。つまり、第１の断熱変換部６のサイズを長くすることなく、第１の断熱変換部６の断熱変換の効率を改善できる。しかも、第１の導波路２からＳｉ基板１２への光の放射を抑制することで、チップ端面Ｄ１１での光ファイバとの結合損失を低減しつつ、光デバイス１の小型化を図ることができる。

【0051】

また、第４の導波路４内の直線導波路４Ｂは直線に限定されるものではなく、例えば、曲げ導波路でも良く、適宜変更可能である。

【0052】

尚、実施例１の光デバイス１では、第１の導波路２と第２の導波路３との間に１本の第３の導波路５を配置する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、複数本の導波路を配置しても良く、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。

【実施例0053】

図３は、実施例２の光デバイス１Ａの一例を示す説明図である。尚、実施例１の光デバイス１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。実施例１の光デバイス１と実施例２の光デバイス１Ａとが異なるところは、第１のアッセンブリ層２１Ａと第２のアッセンブリ層２１Ｂとの間に１本の第３の導波路５の他に、１本の第５の導波路９を配置した点にある。

【0054】

第１のアッセンブリ層２１Ａと第２のアッセンブリ層２１Ｂとの間の第３のアッセンブリ層２１Ｃに第３の導波路５を配置した。更に、第３のアッセンブリ層２１Ｃと第１のアッセンブリ層２１Ａとの間の第４のアッセンブリ層２１ＤにＳｉＮ導波路の第５の導波路９を配置した。

【0055】

第３の導波路５及び第５の導波路９は、少なくとも第２のテーパ導波路２Ｂと第３のテーパ導波路３Ａの一部とがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置され、導波路幅が第１の導波路２及び第２の導波路３よりも細い構造を有する。尚、第３の導波路５及び第５の導波路９は、第３のアッセンブリ層２１Ｃ及び第４のアッセンブリ層２１Ｄと配置する箇所は異なるものの、ほぼ同一の形状である。

【0056】

図４Ａは、図３に示すＡ－Ａ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ａに示すＡ－Ａ線の略断面部分は、逆テーパ部８が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃと、第４のアッセンブリ層２１Ｄとを有する。第１のアッセンブリ層２１Ａは、第１の導波路２内の第１のテーパ導波路２Ａが配置されている。逆テーパ部８は、光のモードフィールドを大きくしてチップ端面Ｄ１１の光ファイバに結合する。

【0057】

図４Ｂは、図３に示すＢ－Ｂ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ｂに示すＢ－Ｂ線の略断面部分は、第１の断熱変換部６Ａが配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃと、第４のアッセンブリ層２１Ｄと、を有する。第１のアッセンブリ層２１Ａは、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２１Ｂは、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａが配置されている。第３のアッセンブリ層２１Ｃは、第３の導波路５が配置されている。第４のアッセンブリ層２１Ｄは、第５の導波路９が配置されている。第１の断熱変換部６Ａは、第２のテーパ導波路２Ｂと第３のテーパ導波路３ＡとがＳｉ基板１２の面方向で重なる位置に離間して配置された第３の導波路５及び第５の導波路９を経て第３のテーパ導波路３Ａと第２のテーパ導波路２Ｂとの間を断熱的に光が遷移する。

【0058】

図４Ｃは、図３に示すＣ－Ｃ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ｃに示すＣ－Ｃ線の略断面部分は、第２の断熱変換部７が配置された光デバイス１Ａの断面部位である。光デバイス１Ａは、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃと、第４のアッセンブリ層２１Ｄと、を有する。第２のアッセンブリ層２１Ｂは、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂが配置されている。第２のアッセンブリ層２１ＢとＳｉ基板１２との間には、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａが配置されている。

【0059】

図４Ｄは、図３に示すＤ－Ｄ線の略断面部分の一例を示す説明図である。図４Ｄに示すＤ－Ｄ線の略断面部分は、第４の導波路４内の直線導波路４Ｂが配置された光デバイス１Aの断面部位である。光デバイス１Ａは、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１２上に積層されたクラッド１１と、第１のアッセンブリ層２１Ａと、第２のアッセンブリ層２１Ｂと、第３のアッセンブリ層２１Ｃと、第４のアッセンブリ層２１Ｄと、を有する。第２のアッセンブリ層２１ＢとＳｉ基板１２との間には、第４の導波路４の直線導波路４Ｂが配置されている。

【0060】

第１の断熱変換部６Ａの始点は、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂの始点であると共に、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａの終点であると共に、第３の導波路５の始点であると共に、第５の導波路９の始点である。第１の断熱変換部６Ａの終点は、第１の導波路２内の第２のテーパ導波路２Ｂの終点であると共に、第２の導波路３内の第３のテーパ導波路３Ａの始点であると共に、第３の導波路５の終点であると共に、第５の導波路９の終点である。

【0061】

第２の断熱変換部７の始点は、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂの始点であると共に、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａの終点である。第２の断熱変換部７の終点は、第２の導波路３内の第４のテーパ導波路３Ｂの終点であると共に、第４の導波路４内の第５のテーパ導波路４Ａの始点である。

【0062】

実施例２の光デバイス１Ａでは、第１の導波路２と第２の導波路３との間に第３の導波路５及び第５の導波路９を挿入し、第３の導波路５及び第５の導波路９の導波路幅を第１の導波路２及び第２の導波路３の導波路幅に比較して狭くする構造にした。その結果、第１の断熱変換部６のサイズを長くすることなく、第１の断熱変換部６Ａの断熱変換の効率を改善できる。しかも、チップ端面Ｄ１１での光ファイバとの結合損失を低減しつつ、光デバイス１Ａの小型化を図ることができる。

【0063】

光デバイス１Ａでは、第１の導波路２と第２の導波路３との間に第３の導波路５及び第５の導波路９を配置したので、第１の導波路２と第２の導波路３との間に第３の導波路５及び第５の導波路９をクラッド１１を介して２段構成にした。その結果、第１の導波路２と第２の導波路３との間の断熱変換の効率を改善できる。

【0064】

更に、光デバイス１Ａでは、第１の導波路２と第２の導波路３との間に第３の導波路５及び第５の導波路９を２段構成にし、第１の導波路２と第２の導波路３との間隔を広げる構成にしても良い。この場合、第１の導波路２と第２の導波路３との間隔を広げたとしても、第１の導波路２と第２の導波路３との間の断熱変換の効率を改善できる。

【0065】

尚、実施例２の光デバイス１Ａでは、第１の導波路２と第２の導波路３との間に配置する第３の導波路５及び第５の導波路９の導波路幅を一定する場合を例示した。しかしながら、これに限定されるものではなく、第３の導波路５及び第５の導波路９の導波路幅を変えても良く、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。