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JPH10133055A - 光結合器及びその製造方法 - Google Patents

光結合器及びその製造方法

Info

Publication number
JPH10133055A
JPH10133055A JP8290899A JP29089996A JPH10133055A JP H10133055 A JPH10133055 A JP H10133055A JP 8290899 A JP8290899 A JP 8290899A JP 29089996 A JP29089996 A JP 29089996A JP H10133055 A JPH10133055 A JP H10133055A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
optical coupler
optical
dielectric layer
prism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8290899A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Minami
功治 南
Yukio Kurata
幸夫 倉田
Naoto Uetsuka
尚登 上塚
Hirobumi Ouchi
博文 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Sharp Corp
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd, Sharp Corp filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP8290899A priority Critical patent/JPH10133055A/ja
Priority to US08/960,417 priority patent/US6021239A/en
Publication of JPH10133055A publication Critical patent/JPH10133055A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S359/00—Optical: systems and elements
    • Y10S359/90—Methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結合効率の低下を抑制しつつ、結合効率の入
射位置に対する許容性を拡大できる光結合器を提供す
る。 【解決手段】 接着部１５に、光導波路１６の表面との
交線が直線となり、かつ光導入手段と該光導波路の表面
とのいずれにも接しない部分を有するエッジ面１７が形
成され、第１誘電体層１１の膜厚がテーパ形状に変化す
る部分のある区間Ｘn-1＜Ｘ＜Ｘnでの放射係数をαrnと
し、接着部１５のエッジ面１７からの距離がＸnの位置
での振幅をａnとしたとき、光結合器を用いて波長λの
光を光導波路から放射する際の放射パターンが、下記
（１）式の条件を満足するように、 ａn-1（１−ｒn）＜ａn（１−ｒn+1） …（１） 第１誘電体層１１のテーパ形状を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光導波路型
光ピックアップの光導波路素子への光結合を行うために
用いられる光結合器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の光結合器の従来一般的なものと
して、光導入手段としてプリズムを備え、このプリズム
によりテーパ構造のない光導波路へ入射光を光結合する
ものが知られている。
【０００３】ところで、最近の光導波路型光ピックアッ
プでは、記録／再生のより精細化を図るためにビームス
ポット径の一層の小径化が要請されている。しかるに、
光導波路型光ピックアップに搭載される光結合器では、
結合効率の入射位置に対する許容性は入射ビーム径が小
さくなる（ビームスポット径にして３０μｍ以下）のに
応じて小さくなるという問題がある。このため、ビーム
スポット径の一層の小径化が要請される最近の傾向に対
処するには、この問題を解決する必要がある。
【０００４】そこで、上記問題を解決するものとして、
特開平４−２８９５３１号公報に開示されたプリズム結
合器（以下プリズムカプラと称する）がある。このプリ
ズムカプラでは、光導波路の光伝搬方向に伝搬定数（位
相定数を示す実部と、減衰定数を示す虚部をもつ、光導
波路の膜厚や屈折率によって決まる値）を変えて、結合
特性の入射位置に対する許容性を向上する手法を採用し
ている。具体的には、図２０に示すように、第２ギャッ
ブ層１０４をテーパ化する手法を採用している。
【０００５】このプリズムカプラは、基板（Ｓｉ基板）
１０１の上にＳｉＯ2層１０７を形成し、その上に光導
波路層１０２及び第１ギャップ層１０３を積層した後、
第１ギャップ層１０３の上に積層される第２ギャップ層
１０４をテーパ化し、テーパ化された第２ギャップ層１
０４にプリズム１０６を接着した構造になっている。
【０００６】ここで、第２ギャップ層１０４は光導波路
の表面にプリズムを押し付けてプリズムカプラを形成し
たときのプリズム３０４のエッジ（エッジ面）３０６
（図２１参照）に相当する機能を持ち、第１ギャップ層
１０３が空気ギャップの役割を果たし光結合を成立させ
ている。
【０００７】なお、図２１はプリズムを光導波路に圧着
するタイプのプリズムカプラを示しており、図中３０１
は第１誘電体層、３０２は第２誘電体層、３０３は基
板、３０４はプリズム、３０５は光導波路、３０６はプ
リズムのエッジである。
【０００８】ここで、プリズムカプラ等の光結合器で
は、光結合器から光が出て行く場合の放射パターンに合
致する入射光に対して最も高い効率で結合する性質があ
るため、図２０のプリズムカプラでは第２ギャップ層１
０４のテーパ化により、放射パターンを所望の形に変え
ている。具体的には、第２ギャップ層１０４をテーパ化
（１：１０００以上の緩やかなテーパ部分を形成）し、
このプリズムカプラで光を取り出すときの放射パターン
を、一様な強さで光導波路の伝搬方向でほぼ一様に放射
するような形にして（換言すれば入射位置変化にかかわ
らず放射パターンの強さがほぼ一定になるような放射パ
ターン形状に変形して）大きなビーム径の入射ビームの
結合効率を向上する目的に活用している。
【０００９】この種のプリズムカプラの他の従来例とし
て、特開平５−４５５３２号公報に開示されたものがあ
る。図２２はこのプリズムカプラの構造を示しており、
光導波路層（導波層）がテーパ化されたプリズムカプラ
である。
【００１０】ここで、特開平５−４５５３２号公報の明
細書中には、結合特性の改善に関する記述はないが、図
２２の構造でも、光結合器への入射光の結合特性の入射
位置に対する許容性の向上が期待できる。
【００１１】なお、図２２のプリズムカプラは、基板２
０１の上にテーパ状に膜厚が変化する部分を持つ光導波
路層２０２を形成した光導波路上に、底面（光導波路と
接着する側の面）２０６にギャップ層２０５を積層した
プリズム２０４を光導波路層２０２にほぼ等しい屈折率
の接着剤２０３で接着して構成されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、図２０
のプリズムカプラは緩やかなテーパ部分を第２ギャップ
層１０４に形成して、放射パターンを意識的に変える構
造をしているが、小さなビーム径のビームを入射させる
光結合器として、このプリズムカプラ（但し、テーパ部
分の斜度は変える）を用いた場合には、接着部のエッジ
１１１と第２ギャップ層１０４のテーパ部分のエッジ
（テーパ部分と平坦部分との境界）１１０との距離が結
合特性に多少の影響を与える。
【００１３】ここで、図２０のプリズムカプラでは接着
部のエッジ１１１の直線性を規定する要素がないため、
第２ギャップ層１０４のテーパ部分のエッジ１１０に対
する距離を正確に定めて結合効率を最適化することがで
きない。このため、図２０のプリズムカプラでは、小さ
なビーム径のビームを入射させる光結合器として用いる
場合は、結合効率の低下をできるだけ小さくして、その
結合効率の入射位置に対する許容性を拡大することが困
難であるという問題がある。
【００１４】加えて、入射ビームに対して最適な結合効
率を得るための入射位置に関しても、接着部のエッジ１
１１と光導波路表面との交線に直線性が確保されないこ
とから、入射ビームの光導波路に対する最適な入射位置
を決めるのも困難であるという問題もある。
【００１５】更には、第２ギャップ層をテーパ化するに
は、プリズムカプラから所望の放射パターンを得るため
に導波路素子の膜厚を増大する必要がある。このため、
素子設計の自由度が低下したり、膜応力が増加するた
め、精度よく作製しずらいという問題もある。
【００１６】一方、図２２のプリズムカプラでは、単に
光導波路層２０２をテーパ化しても結合特性の入射位置
に対する許容性を拡大することはできない。以下にその
理由を説明する。
【００１７】まず、前提として、光結合器の結合効率
は、光結合器が光を放射するよう機能した際の放射特性
（光結合器が光導波路から光を取り出す目的で使用され
た場合の光の放射パターン）に、より近い位相及び強度
分布を持つ入射光が入って来たときに高効率になる。
【００１８】そして、光導波路層２０２をテーパ化する
場合、光結合器のテーパ部分の構造によって、放射パタ
ーンは図２３に示すように、単調減少型、変形型のいず
れかになる。ここで、単調減少型の放射パターンは光導
波路層のテーパ化を行わない場合にも得られる放射パタ
ーンで、光導波路へ結合後の光の進行方向の入射位置変
化に対して結合効率が変化しやすい形になっており、変
形型の放射パターンに比べて入射位置に対する許容性が
小さくなる。従って、結合特性の入射位置に対する許容
性を拡大するには、光結合器の放射パターンが入射位置
の変化に対してその強さがほぼ一様になるような形にな
るほうが良く、そのためには、途中に最大点を有し、そ
の両側で緩やかな下り傾斜になるような曲線からなる変
形型の放射パターンを持つことが必要である。
【００１９】しかるに、図２２のプリズムカプラでは、
この点を考慮してテーパ部分の構造を規定するものでは
ないため上記の理由により、結合効率の入射位置に対す
る許容性を拡大することができないという問題がある。
【００２０】加えて、図２２のプリズムカプラは、光導
波路層２０２と同じ屈折率の接着剤２０３で光導波路
に、裏面２０６にギャップ層２０５を積層したブリズム
２０４を接着した構造であるため、プリズム２０４を光
導波路に接着したときの位置決め誤差が、そのままプリ
ズム２０４のエッジ２０８と光導波路層２０２のテーパ
部分のエッジ２０７の最適位置関係（結合効率を最大に
する）からの位置ずれ量になる。
【００２１】更に、図２２の光結合器では、接着部２０
３の直線性も保証されていないため、プリズム２０４の
エッジ２０８と光導波路層２０２のテーパ部分のエッジ
２０７の距離を最適化するのが困難であり、かつ光導波
路層２０２の上に膜厚制御の難しい接着層２０３が挟ま
ることから、このエッジ間の距離の正確な設定が非常に
困難な構造になっている。
【００２２】上記した理由により、図２２のプリズムカ
プラでは、結合効率の低下をできるだけ小さくして、そ
の結合効率の入射位置に対する許容性を拡大することは
困難である。
【００２３】このように、従来のプリズムカプラでは、
結合効率の低下をできるだけ小さくして、その結合効率
の入射位置に対する許容性を拡大することが困難であっ
たため、記録／再生のより精細化を図るためにビームス
ポット径の一層の小径化が要請される最近の技術傾向に
対処できないという問題があった。
【００２４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、光結合器への入射光の結合効率の低下をで
きるだけ小さくして、その結合効率の入射位置に対する
許容性を拡大でき、記録／再生のより精細化を図るため
にビームスポット径の一層の小径化が要請される最近の
技術傾向に対処することができる光結合器及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の光結合器は、基
板、該基板上に積層され、入射した光が結合後進行する
Ｘ軸方向に膜厚がテーパ形状に変化する部分を有する第
１誘電体層及び該第１誘電体層の上に積層された第２誘
電体層で構成される光導波路を有し、該光導波路上に接
着部を介して接着された光導入手段により光を該光導波
路の表面に所定角度で入射させる光結合器であって、
該接着部に、該光導波路の表面との交線が直線となり、
かつ該光導入手段と該光導波路の表面とのいずれにも接
しない部分を有するエッジ面が形成され、該第１誘電体
層の膜厚がテーパ形状に変化する部分のある区間Ｘn-1
＜Ｘ＜Ｘnでの放射係数をαrnとし、該接着部の該エッ
ジ面からの距離がＸnの位置での振幅をａnとしたとき、
該光結合器を用いて波長λの光を該光導波路から放射す
る際の放射パターンが、下記（１）式の条件を満足する
ように、 ａn-1（１−ｒn）＜ａn（１−ｒn+1） …（１） 但し、 ｒn＝ｅｘｐ（ｋ0αrn△Ｘ） ｋ0＝２π／λ △Ｘ＝Ｘn−Ｘn-1 該第１誘電体層のテーパ形状を設定しており、そのこと
により上記目的が達成される。
【００２６】好ましくは、前記テーパ形状のテーパ長
ｔ、該第２誘電体層の膜厚ｓ、該第１誘電体層の最大膜
厚Ｄ及び最小膜厚ｄが下記の条件を満足するように ５［μｍ］＜ｔ＜１５［μｍ］，３００［ｎｍ］＜ｓ＜
４００［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 前記テーパ形状を設定する。
【００２７】また、好ましくは、前記接着部のエッジ面
の前記光導波路の表面からの高さｈが、入射ビームスポ
ットのエアリー半径をｒAとし、該光導波路の表面への
入射角をθ1’としたとき、下記（２）式の条件を満足
するように ｈ＞２ｒA／ｓｉｎθ1’ …（２） 設定する。
【００２８】また、好ましくは、前記光導入手段として
プリズムを用いる。
【００２９】また、好ましくは、前記光導入手段として
誘電体板を用いる。
【００３０】また、好ましくは、前記誘電体板の表面に
無反射コーティングを施す。
【００３１】また、本発明の光結合器の製造方法は、上
記いずれかに記載の光結合器の製造方法であって、前記
光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程と、該
フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
と、該光導波路の表面に光導入手段を位置調整して配置
する工程と、該光導入手段を該光導波路の表面に接着し
て固定する工程と、該フォトレジストを除去する工程と
を包含しており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００３２】また、本発明の光結合器の製造方法は、前
記光導入手段がプリズムである光結合器の製造方法であ
って、前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する
工程と、該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成
する工程と、該光導波路の表面に該プリズムを該溝を跨
ぐ形で位置調整して配置する工程と、該光導入手段を該
光導波路の表面に接着して固定する工程と、該フォトレ
ジストを除去する工程とを包含しており、そのことによ
り上記目的が達成される。
【００３３】好ましくは、上記製造方法において、前記
フォトレジストの厚さｗが、下記の条件を満足するよう
に、 ｗ＞ｈ 但し、 ｈ：接着部のエッジ面の光導波路の表面からの高さ 設定する。
【００３４】また、好ましくは、前記フォトレジスト上
に溝を形成する工程の後処理として、前記光導波路の表
面にＲＩＥ処理を行う工程を包含する。
【００３５】また、好ましくは、前記光導入手段を前記
光導波路の表面に接着して固定する工程を、光硬化性の
接着剤を用いて行う。
【００３６】なお、本発明でいうテーパ形状とは、第１
誘電体層の膜厚の最小部分と最大部分とが直線で結ばれ
る形状のみならず、膜厚が徐々に連続的に変化する形状
も含む概念である。
【００３７】以下に、図１〜図３に基づき本発明の作用
を説明する。
【００３８】図１は本発明の実施形態１に係るプリズム
カプラの構造を示しており、このプリズムカプラは、基
板３と、基板３の上に積層され、膜厚がテーパ状（テー
パ形状）に変化する部分を有する第１誘電体層１及び第
１誘電体層１の上に積層された第２誘電体層２によって
構成される光導波路６と、その表面に接着剤（接着部）
５によって接着され、所定の角度で光を光導波路６の表
面に入射させるプリズム４とで構成されている。
【００３９】ここで、第１誘電体層１のテーパ形状は、
上記（１）式の関係を満足する形状に設定されている。
また、図２は、上記（１）式中のｒnを示す。但し、ｒn
は光結合器（プリズムカプラ）が光を放射するように機
能するとき、伝搬距離△Ｘの間の光の振幅減衰率、即ち
区間Ｘn-1〜Ｘnの間を伝搬する間の伝搬光の電界強度の
減衰率を表している。
【００４０】（１）式を満たすようにテーパ形状を定め
た場合、後述する理由により、放射パターンは図２３に
示す変形型になる。
【００４１】ここで、放射係数αrnは、以下の（３ａ）
式〜（３ｄ）式からなる（３）式（方程式）の解（複素
数の解を持つ）βTE、βTMの虚部として求めることがで
きる。
【００４２】
【数１】
【００４３】但し、上記（３）式は、図２１のように屈
折率ｎsの基板３０３上に膜厚ｑ、屈折率ｎ1の第１誘電
体層３０１、厚さｓ、屈折率ｎ2の第２誘電体層３０２
を積層した光導波路３０５とし、屈折率ｎbのプリズム
３０４を押し付けてプリズムカプラを構成した場合に成
り立つ方程式であり、図１のプリズムカプラの第１誘電
体層１のテーパ部８のある区間（ｘn-1＜ｘ＜ｘn）での
放射係数αrnは、同区間での平均の膜厚をｄnとして、
図２１で空隙がない状態で、かつプリズム３０４が接着
部５と置き換わった状態（ｈ＝０）において、式（３）
の中でｑ＝ｄnとしたときの解として求めることができ
る。なお、以後ｎbは接着部５の屈折率を表記する記号
として用いる。
【００４４】また、光結合器の結合効率は、入射ビーム
のプロファイル（ガウス分布状の振幅分布とする）に対
して光結合器の放射パターンがどの程度合致するかと、
入射光の位相定数と光結合器固有の位相定数（式（３）
の実部）の位相ずれの程度により決定され、具体的には
図２３で示す光結合器の放射パターンに位相成分ｅｘｐ
｛−ｊＢ（ｘ）ｘ｝を乗じた関数と、入射ビームの振幅
分布を与える関数ｆi（ｘ）との重なり積分で概ね正し
く求めることができる。
【００４５】但し、Ｂ（ｘ）はｘ軸方向へのβTE又はβ
TMの実部の変化を表す関数であり、関数ｆi（ｘ）は下
記（４）式で表される。
【００４６】 ｆi（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｊｋ0ｎbｓｉｎθi’ｘ−４ｘ2／Ｌ2） …（４） 但し、 θi’：光導波路表面への入射角 Ｗe：光強度１／ｅ2で定義したときの入射ビーム径 Ｌ＝Ｗe／ｃｏｓθi’ である。
【００４７】従って、光結合器の放射パターンを光導波
路６での光の進行方向にほぼ一様となるような図２３に
示す変形型の放射パターンとすれば、光導波路６への結
合効率の入射位置に対する許容性を拡大できることにな
る。
【００４８】ここで、本発明が適用される光結合器で
は、接着部を構成する接着剤、基板、第１誘電体層及び
第２誘電体層の材料としては、それぞれ屈折率１．５６
〜１．５８、屈折率１．４４〜１．４６、屈折率１．５
２〜１．５６、屈折率１．４２〜１．４４のものが多用
されるため、テーパ形状のテーパ長ｔ、第２誘電体層の
膜厚ｓ、第１誘電体層の最大膜厚Ｄ及び最小膜厚ｄが下
記の条件を満足するように ５［μｍ］＜ｔ＜１５［μｍ］，３００［ｎｍ］＜ｓ＜
４００［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 前記テーパ形状を設定すると、上記した作用を奏する光
結合器を実現できる。
【００４９】また、前記接着部５に光導波路６の表面と
の交線が直線となり、かつ光導入手段、光導波路６の表
面のいずれにも接しない部分を有するエッジ面７を形成
する構成によれば、第１誘電体層１のテーパ部分のエッ
ジと、接着部のエッジ面７と光導波路６の表面との交線
との距離を正確に定めることができる。故に、第１誘電
体層１のテーパ部のエッジと接着部のエッジ面７との距
離の最適値からのずれｄｘを容易に解消できるので、図
３（ａ）に示すように、結合効率の低下を最小限に抑制
できる。
【００５０】なお、図３（ａ）に示す結合特性は、図３
（ｂ）に示す供試条件によって得られたものである。
【００５１】また、光導入手段としてプリズムを用い、
接着部のエッジ面の光導波路表面からの高さｈを、上記
（２）式を満足するように設定すると、接着剤とプリズ
ム底面との界面での反射によって生じる多重反射光によ
って接着部が薄膜として機能して結合効率が不安定にな
る可能性を完全に除去できる。なお、その詳細について
は後述する。
【００５２】また、光導入手段として誘電体板を用いる
構成によれば、誘電体板がプリズムに比べて製造が容易
であるため製造コストを削減できる。
【００５３】更に、この場合に、誘電体表面に無反射コ
ーティングを施す構成によれは、反射光を低減できる利
点がある。
【００５４】また、本発明の製造方法によれば、接着剤
のエッジ部分の光導波路表面との交線の位置を、第１誘
電体層のテーパ部のエッジに対し、フォトリソグラフィ
ーの技術で調整できるので、高い精度で接着部のエッジ
の光導波路表面との交線と、第１誘電体層のテーパ部分
のエッジとの距離を定めることができる。また、接着部
のエッジ面と光導波路表面との交線の直線性についても
フォトマスクで実現できるので、高精度の直線性が実現
できる。
【００５５】また、フォトレジストで形成された溝を跨
ぐ形で、プリズムをフォトレジスト上に配置する構成に
よれば、プリズムがフォトレジスト表面と２カ所で接す
るため、光導波路表面とプリズム底面との平行度を向上
できる。この結果、最適入射角（光結合器への結合効率
が最大となる入射角）で入射した時に、入射面での反射
が最小になるように決められたプリズムの底角φと、光
導波路表面への入射角とがなす角とのずれを小さくでき
る。このため、光結合器への入射角が最適入射角からず
れることによる結合効率の低下を抑制できる。
【００５６】また、フォトレジストの厚さｗと、接着部
のエッジ面の光導波路の表面からの高さｈとが、ｗ＞ｈ
になるように設定すると、接着部が薄膜として機能する
の防止できる。
【００５７】また、フォトレジスト上に溝を形成する工
程の後処理として、ＲＩＥ処理（酸素プラズマ処理）を
行う構成によれば、フォトレジストの現像液の有機残渣
や、光導波路表面にできた変質層を除去できるので、光
導波路への接着力を強めることができる。
【００５８】更に、接着剤に光硬化性の接着剤を用いる
ことで、硬化の時間を短縮でき、硬化過程における調整
位置変化を最小にすることができる。
【００５９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。
【００６０】（実施形態１）図１〜図３は本発明光結合
器の実施形態１を示す。
【００６１】〈本実施形態１の光結合器の構造〉本実施
形態１の光結合器は、図１に示すように、基板３の上に
第１誘電体層１及び第２誘電体層２をこの順に所定の厚
みで積層し、これにより光導波路６を形成し、光導波路
６の表面に接着部（接着剤）５を介してプリズム４を接
着した基本構造になっている。即ち、本実施形態１の光
結合器はプリズムカプラである。
【００６２】第１誘電体層１は、膜厚がテーパ状に変化
する部分（以下ではテーパ部８と称する）を有する。ま
た、接着部５の図上右側に相当する後端面は光結合用の
エッジ面７になっている。なお、テーパ部８の具体的に
形状については後述する。
【００６３】ここで、光結合器を構成する条件として、
第１誘電体層１の屈折率をｎ1、第２誘電体層の屈折率
をｎ2、基板３の屈折率をｎs、プリズム４の屈折率をｎ
p及び接着剤５の屈折率をｎbとしたとき、各々の屈折率
はｎ1＞ｎ2、ｎ1＞ｎs、ｎb＞ｎ1の関係を満たしている
必要がある。また、接着部５となる接着剤は透明なもの
が好ましい。
【００６４】また、この光結合器はプリズム４を光導波
路６に接着した形になっているが、プリズム４は光を空
気中から導波層より高い屈折率領域に導く役割をしてい
るだけである。つまり、実際に光結合に関係するのは接
着部５のエッジ面７であり、光の結合原理は次の通りで
ある。
【００６５】〈光の結合原理〉プリズム４中を通って接
着部５のエッジ面７付近に達する入射光は、接着部５と
第２誘電体層２との境界に全反射の入射角で入射するに
もかかわらず、第２誘電体層２をトンネル効果的に透過
して、第１誘電体層１に入る。しかし、基板３側には透
過せず全反射され、光導波路６の表面方向に向かうが、
今度は導波層（第１誘電体層１）の上方に第２誘電体層
２と接する接着部がないので、そこで再び全反射され、
以後光は全反射を繰り返して伝搬していく。
【００６６】〈本実施形態１の光結合器の構成材料〉以
下に図１の光結合器の構成材料について説明する。基板
３は光結合器を形成する光導波路素子の用途に従って変
わり、ガラス基板のような単なる誘電体基板の他、受光
素子と一体化した光導波路素子の光結合器として用いる
場合のようにＳｉ基板上に誘電体層（ＰＳＧ［リンドー
プけい酸硝子］、ＳｉＯ2、ＳＯＧ［スピンコート可能
なガラス材料］等）が形成された基板を用いる。
【００６７】また、第１誘電体層１は、光結合器を形成
する光導波路素子の導波層によって変わり、光導波路素
子の導波層の材料として知られているＳｉＯＮやコーニ
ング社の商品名＃７０５９ガラス等が材料となりうる。
本実施形態１及び以下の実施形態では、第１誘電体層１
の材料として、コーニング社の商品名＃７０５９ガラス
を用いている。
【００６８】第２誘電体層の屈折率ｎ2は、第１誘電体
層１の屈折率ｎ1より低いことが条件であるから、例え
ば、第１誘電体層１としてコーニング社の商品名＃７０
５９ガラスを用いた場合、第２誘電体層２の材料には、
これより屈析率の低いＳｉＯ2、ＳＯＧ等を用いる。
【００６９】なお、図２及び図３の内容については、上
記作用のところで説明したので、ここでは省略する。
【００７０】（実施形態２）図４は本発明光結合器の実
施形態２を示す。本実施形態２の光結合器は、基板１３
として、フォトダイオードを形成した場合のようにＳｉ
基板２０上に誘電体層２１として、屈折率ｎs＝１．４
４のＳｉＯ2層を形成した基板を用いている。本実施形
態２では、第１誘電体層１１は、屈折率ｎ1＝１．５３
の＃７０５９ガラスを用い、第２誘電体層１２は、その
屈折率ｎ2がｎ1，ｎp，ｎbより小さいＳｉＯ2（ｎ2＝
１．４３）を用いている。これらにより光導波路１６が
構成される。但し、ここでの屈折率の値、及び以下に示
す屈折率の値は入射光の波長が７８０［ｎｍ］の場合の
測定値をもとにしている。
【００７１】〈プリズムの屈折率と接着剤の屈折率との
設定方法〉実施形態２の光結合器を例にとって、以下に
プリズムの屈折率と接着剤の屈折率との設定方法につい
て説明する。
【００７２】プリズム１４の屈析率ｎpについては、
ｎ1，ｎ2，ｎsより大きいことが好ましく、プリズム１
４と接着部１５との界面での反射を抑制するため、接着
剤の屈折率ｎbと同じか、これに近いことがより好まし
い。例えば、図４に示すように、θbiをプリズム１４と
接着部１５との界面への入射角とし、プリズム１４と接
着部１５との界面での反射率を所望の値Ｒ以下に抑制し
ようとする場合は、接着剤５の屈折率ｎbを下記（５）
式及び（６）式を満たすように定める必要がある。
【００７３】 ［ｎpｃｏｓθbi−（ｎb 2−ｎp 2ｓｉｎ2θbi）1/2］2 ／［ｎpｃｏｓθbi−（ｎb 2−ｎp 2ｓｉｎ2θbi）1/2］2＞Ｒ …（５） ［ｎbｃｏｓθbi−（ｎp／ｎb）・（ｎb 2−ｎp 2ｓｉｎ2θbi）1/2］2 ／［ｎbｃｏｓθbi−（ｎp／ｎb）・（ｎb 2−ｎp 2ｓｉｎ2θbi）1/2］2＞Ｒ …（６） 従って、屈折率ｎpが１．５７のプリズム（例えば硝材
ＬＦ５（小原光学硝子製造所の商品名）を用いた場合、
プリズム１４と接着部１５との界面での反射をほぼ０に
するため、接着剤５には、その屈折率ｎbがプリズムの
屈折率ｎp（＝１．５７）に近い接着剤を用いる。例え
ば、ロックタイト社のＵＶ硬化性接着剤ＬＸ−２３１０
Ｃ等はこの条件にあてはまる。
【００７４】〈接着部のエッジ面の形状〉接着部１５の
エッジ面１７は光導波路１６との交線が直線となるよう
に形成する。これにより、接着部１５のエッジ面１７を
形成する位置を光導波路１６の第１誘電体層１１のテー
パ部１８のエッジ１９に対して正確に定める条件が満た
され、接着部１５のエッジ面１７と光導波路１６におけ
る第１誘電体層１１のテーパ部１８のエッジ１９との距
離を結合効率が最大になるように定めることができるか
らである。
【００７５】〈テーパ部のテーパ形状〉図４に示すよう
に、実施形態２のテーパ部１８のテーパ形状は、長さが
ｔ、厚さがｄからＤまで（Ｄ＞ｄ）変化する直線状のテ
ーパ部である。テーパ部１８のエッジ１９と接着部５の
エッジ面１７との位置は必ずしも一致しなくともよい
が、本実施形態２では、結合効率が最大になるように光
結合器のテーパ部１８のエッジ１９の位置と接着部１５
のエッジ面１７の位置を一致させている。
【００７６】光結合器への入射光の結合効率の入射位置
（接着部１５のエッジ面１７からプリズム１４側への距
離で表す）に対する許容性を拡大するために必要な条件
は、上述のように、プリズムカプラの放射特性が図２３
の単調減少型にならず、図２３の変形型になることが必
要である。
【００７７】そして、そのためには、入射した光が結合
後進行する方向をｘ軸とし、第１誘電体層１１の膜厚が
テーパ状に変化する部分のある区間（ｘn-1＜ｘ＜ｘn）
での放射係数をαrnとし、接着部１５のエッジ面１７か
らの距離がｘnの位置での振幅をａnとしたとき、光結合
器を用いて波長λの光を光導波路から放射する際の放射
パターンが、上記（１）式の関係を満たす必要がある。
【００７８】ここで、本実施形態２の光結合器を構成す
る各部分の屈折率や膜厚の値、ｎb＝１．５７，ｎa＝
１．０，ｎ2＝１．４３，ｎ1＝１．５３，ｎs＝１．４
４、ｈ（図９参照）＝０、ｑ＝ｄnをそれぞれ上記
（３）式に当てはめて、放射係数αrnを求め放射パター
ンを計算する。本実施形態２の光結合器では、ＳｉＯ2
クラッド層（第２誘電体層）１２の厚さ（ｓで表記）が
３５０［ｎｍ］であり、＃７０５９導波層１１のテーパ
部１８の形状については、膜厚がｄ＝３２０［ｎｍ］か
らＤ＝５７０［ｎｍ］まで変化し、テーパ長ｔが１０
［μｍ］のテーパとしている（以後、光結合器構造５０
１と表す）。ここで、テーパ長ｔが１０［μｍ］のとき
には、（１）式の関係を満たす図５（ａ）に示すような
放射パターンが得られる。但し、テーパ長ｔが２０［μ
ｍ］、あるいは３０［μｍ］の場合においても、図５
（ａ）に示す放射パターンが得られる。
【００７９】また、テーパ長ｔが長いほど、結合効率の
入射位置（接着部１５のエッジ面１７からプリズム１４
側への距離で表す）に対する変化は鈍化し、つまり放射
パターンの曲線の傾きが緩やかになり、図６（ａ）では
３０［μｍ］のテーパ長の場合に結合効率の入射位置に
対する変化が最も鈍化して来る。但し、結合効率の最大
値の低下もこの鈍化によって発生するのでこれを防ぐこ
とが望ましい。
【００８０】例えば、入射ビームスポット径Ｌを３０
［μｍ］としたとき結合効率の低下の抑制を考慮した場
合、光結合器の構造を前記の光結合器構造５０１に定め
た結合効率の入射位置に対する許容性が結合効率の低下
をできるだけ小さくした上で拡大される。以下に図２４
（ａ），（ｂ）の従来例との比較結果を示す。
【００８１】本実施形態２による光結合器構造５０１の
入射位置に対する許容性（結合効率６０％以上で定義）
は、＃７０５９導波層１１をテーパ化しないで入射ビー
ムスポット径Ｌ＝３０［μｍ］に対して結合効率が最大
となるように構造を最適化した図２４の光結合器の放射
特性（図２４（ｂ））と比較すると、結合効率が最大と
なる最適入射位置からの許容性に関して±７．５［μ
ｍ］（図２４（ｂ）参照）から±９［μｍ］（図６
（ａ）参照）に拡大される。
【００８２】更に、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2
クラッド層１２の厚さｓが３５０［ｎｍ］であり、＃７
０５９導波層１１に厚さがｄ＝４００［ｎｍ］からＤ＝
５７０［ｎｍ］まで変化し、テーパ長ｔが１０［μｍ］
（又は２０［μｍ］、３０［μｍ］）のテーパを持つ光
結合器の構造でも、図５（ａ）同様の放射パターンが得
られ、図６（ｂ）に示すように結合効率の入射位置に対
する許容性が拡大される。
【００８３】ここで、上記光結合器の構造の中で、テー
パ長ｔが１０［μｍ］の場合（以後、光結合器構造５０
２と表す）には、結合効率の低下をできるだけ小さくし
た上で、結合効率の入射位置に対する許容性を拡大でき
る。具体的には、入射ビームスポット径Ｌを３０［μ
ｍ］としたときの入射位置に対する許容性（結合効率が
６０％以上で定義）で見たとき、図２４の光結合器の放
射パターン（図２４（ｂ）参照）と比較すると、最適入
射位置からの許容性は±７．５［μｍ］（図２４（ｂ）
参照）から±９［μｍ］（図６（ｂ）参照）に拡大され
る。
【００８４】〈プリズム形状〉プリズムの形状ついて
は、図４に示すような台形状のプリズムの場合、プリズ
ム１４の底角φを下記（７）式で表されるθopに概ね等
しくすることで、ＴＥモード偏光、ＴＭモード偏光それ
ぞれの最適な入射方向にプリズムの斜面がほぼ垂直にな
り、結合効率をＴＥモード偏光、ＴＭモード偏光間でほ
ぼ等しく、かつ最大に近付けることができる。
【００８５】θop＝（θTE＋θTM）／２ …（７） （７）式で、θTE、θTMはそれぞれＴＥモード偏光、Ｔ
Ｍモード偏光の結合効率が最大となる場合の光導波路１
６の表面への入射角θi’を表すものである。これら
の、θTE、θTMはテーパ形状に依存して変化する結合効
率の入射角特性（図７参照）から決められる値であるた
め、プリズムの底角φも、テーパ構造の変化に対応して
変化する。前記の光結合器構造５０１に対しては、図７
からθTE＝６８．４°、θTM＝６８．０°と求められ、
プリズムの底角φは６８．２°（＝θop）となる。
【００８６】従って、光結合器構造５０１に対しては、
光結合器に対する入射角θiを６８．２°とすること
で、最も良い結合特性を得ることができる。一方、光結
合器構造５０２に対しても、図７からθTE＝６９．３
°、θTM＝６８．９°と求められ、プリズムの底角φは
６９．１°となり、光結合器に対する入射角θiを６
９．１°とすることで、最も良い結合特性を得ることが
できる。
【００８７】ここで、プリズムの形状は、光の入射方向
に対して反射による損失が最も小さくなるように定めれ
ば良く、テーパ形状に対応して変えればよい。加えて、
図１、図４の形状以外に、図８に示すように全反射させ
て入射させる形状のプリズム２２を用いることも可能で
ある。
【００８８】なお、図８において、プリズム２２以外の
部分については、図４と対応する部分に同一の符号を付
してある。
【００８９】〈接着部のエッジ面の高さｈの定め方〉次
に、図９に基づき接着部１５に形成されるエッジ面１７
の光導波路１６の表面からの高さｈの定め方について説
明する。本実施形態２の光結合器では、接着部１５のエ
ッジ面１７に対してプリズム１４、あるいは接着部１５
の一部が、接着部１５のエッジ面１７と光導波路１６の
表面との交線の位置から長さＰLだけ迫り出している場
合に（図１、図９参照；但し、図９は接着剤１５がプリ
ズム１４の光導波路１６に面する側に付着した場合を示
す）光導波路１６表面からの高さｈが十分でないと、接
着部１５の一部、あるいはプリズム１４等の高屈折率領
域（第２誘電体層１２、第１誘電体層１１より高い屈折
率の領域）に向かって、光導波路１６に結合した光、即
ち導波光が図９のように透過していき（再結合し）、結
合効率が低下する。
【００９０】従って、再結合の影響を除去するために
は、プリズム１４あるいは接着部１５の一部のはみ出し
た長さをＰLとし、第１誘電体層１１の膜厚が最大値Ｄ
になったときのＴＥ、ＴＭそれぞれの偏光に対する上記
（３）式で表される方程式の解βTE、βTMの虚部である
放射係数のうち絶対値が大きい方をαrD（ｈの関数）と
したとき、接着部１５のエッジ面１７の光導波路表面１
６からの高さｈが下記（８）式の条件を満たすことが好
ましい。
【００９１】１−ｅｘｐ（ｋ0αrDＰL）≒１ …（８） 上記（８）式の条件を満たせば、再結合による結合効率
の低下をなくせるエッジ面高さを確保することができる
が、プリズム１４、あるいは接着部１５の一部が迫り出
していない場合でも、接着剤１５の屈折率は周辺温度や
種々の条件で変化するので、プリズム１４と光導波路１
６との間の接着部１５が薄膜として機能しないように、
接着部１５のエッジ面１７の高さを決めるほうがより好
ましい。ここで、プリズム１４と光導波路１６との間の
接着部１５が薄膜として機能しない条件は、多重反射を
抑制できるように高さｈを定めることであり、入射ビー
ムスポットのエアリディスクの半径ｒAを基準にして、
エアリディスク内の多重反射を除去すれば、プリズム１
４と光導波路１６との間の接着部１５が薄膜として機能
する可能性をほぼ完全に除去できると考えられる。従っ
て、エッジ面の高さｈは下記（２）式の条件を満足する
ように定めることが好ましい。
【００９２】ｈ＞２ｒA／ｓｉｎθi’ …（２） 例えば、本実施形態の光結合器構造５０１に対しては、
入射ビームスポット径Ｌが３０［μｍ］のときには集光
レンズのＮＡはおおよそ０．０５７と計算できるので、
ｒAはｒA＝０．６１λ（＝７８０ｎｍ）／ＮＡより８．
４［μｍ］となり、図７からθi’を６８．２°（＝θ
op）と定めた場合、接着部１５のエッジ面１７の高さｈ
は上記（２）式の条件から１８［μｍ］以上とする。
【００９３】〈実施形態２の光結合器の製造方法〉次
に、光結合器構造５０１を形成する場合を例にとって、
エッジ面１７を形成するためにフォトレジストに形成し
た溝を用いる光結合器の製造工程を図１０（ａ）〜
（ｇ）に従って説明する。
【００９４】まず、図１０（ａ）に示すように、基板１
３上に第１誘電体層１１及び第２誘電体層１２を積層し
てなる光導波路１６上にフォトレジスト５１を塗布す
る。
【００９５】ここで、フォトレジスト５１の厚さｗはエ
ッジ面１７の高さに対応し、接着剤１５の屈折率は周辺
温度や種々の条件で変化するので、プリズム１４と光導
波路１６との間の接着部１５が薄膜として機能しないよ
う、フォトレジストの厚さｗを上記（２）式の条件を満
たすように定め、ｗ＞ｈの関係を満たす下限値１８［μ
ｍ］以上塗布することが好ましい。
【００９６】なお、図１０では光導波路１６のテーパ部
１８の形状に沿わない形でフォトレジスト５１が塗布さ
れているように示されているが、これはフォトレジスト
５１の厚さに比べテーパ部１８の膜厚変化が小さいこと
により、塗布後のフォトレジスト５１の表面は基板１３
表面に対してほぼ平行になることを意味するものであ
る。
【００９７】次に、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すよう
に、フォトレジスト５１にパターニングによって接着剤
注入用の溝５２を形成する。また、この溝５２の形成
後、光導波路１６の表面をＲＩＥ処理（酸素プラズマ処
理）を行うことで、フォトレジスト５１の現像液の有機
残渣や、光導波路１６の表面にできた変質層を除去する
ことができる。
【００９８】次に、同図（ｄ）及び（ｅ）に示すよう
に、プリズム１４をそのエッジＢがフォトレジスト５１
上の溝のエッジＣと平行になるように、位置調整装置５
３を用いて位置調整する。調整後、調整された位置に位
置調整装置５３で保持したまま、光導波路１６に塗布さ
れたフォトレジスト５１上にプリズム１４を押し付け
る。ここで、フォトレジスト５１で形成された溝５２を
跨ぐ形で、プリズム１４をフォトレジスト５１上に置く
と、プリズム１４がフォトレジスト５１表面と２カ所で
接するため、光導波路表面とプリズム底面との平行度が
良くなる。その結果、最適入射角（光結合器への結合効
率が最大となる入射角）で入射した時に、入射面での反
射が最小になるよう決められたプリズム１４の底角φ
と、光導波路１６の表面への入射角とがなす角とのずれ
を小さく抑制できる。このため、光結合器への入射角が
最適入射角からずれることによる結合効率の低下を抑制
できる。
【００９９】次に、同図（ｆ）に示すように、接着剤注
入用の溝５２にＵＶ硬化性等の光硬化性の接着剤１５を
注入し、光照射（ＵＶ光の照射）で接着剤１５を固化
（キュア）してプリズム１４を固定する。ここで、使用
する接着剤１５は光硬化性以外のものでもよいが、光硬
化性の接着剤１５を用いれば、固定に要する時間が短
く、固定するまでの間のプリズムの位置ずれなどによる
結合効率の低下を低減できる利点がある。
【０１００】接着剤１５とフォトレジスト５１の選択
は、これらが接した際に互いに化学的に安定な組合せを
選ぶ。例えば、接着剤１５にロックタイト社の商品名Ｌ
Ｘ−２３１０Ｃを用いる場合は、フォトレジスト５１と
しては東京応化社のフォトレジスト（商品名ポジ型フォ
トレジストＰＭＥＲ）を選べばよい。
【０１０１】次に、同図（ｇ）に示すように、プリズム
１４を接着固定した後で、フォトレジスト５１を除去す
る。
【０１０２】なお、接着剤１５と光導波路１６との間に
挟まれた部分のフォトレジスト５１の除去は、接着剤１
５と光導波路１６との間が広いほど速く進むので、接着
剤１５と光導波路１６との間に挟まれた部分のフォトレ
ジスト５１が除去しやすいよう、フォトレジスト５１は
厚く塗ることがより好ましい。本実施形態では、粘性の
高いフォトレジスト５１を使って厚く塗布している。具
体的には、上記ポジ型フォトレジストＰＭＥＲを重ねて
塗布して（一層目塗布後、ベークして重ね塗り）、フォ
トレジスト５１の厚さｗを合計３０［μｍ］としてい
る。この結果、作製される光結合器の接着部１５のエッ
ジ面１７の高さｈは３０［μｍ］となる。
【０１０３】以上の製造工程を経て、フォトレジスト５
１の溝形状を写した形で、プリズム１４のエッジＢに相
当するエッジ面１７が接着部１５に形成される。
【０１０４】この製造方法を用いることで、接着部１５
のエッジ面１７の光導波路１６の表面との交線の直線性
がフォトマスクの直線性に対応する精度で確保され、か
つ図４の光結合器において接着部１５のエッジ面１７と
第１誘電体層（＃７０５９導波層）１１のテーパ部１８
のエッジ部１９との位置合わせを高い精度で行うことが
できる。
【０１０５】なお、フォトレジスト５１のエッジ面は光
導波路１６の表面に対して９０°に限らず、図１１に示
すように、光導波路１６の表面に対して９０°より小さ
い角度になってもよい。例えば、フォトレジスト５１の
エッジ面が光導波路１６の表面に対して７０°の角度を
なした状態では、光結合器の接着部１５のエッジ面１７
も光導波路１６の表面に対して７０°の角をなす。
【０１０６】しかし、エッジ面１７の光導波路１６の表
面に対する傾斜は光結合器の結合効率を低下させる大き
な問題点にはならない。また、作製時点でのプリズム１
４とフォトレジスト５１との密着は完全にできないの
で、接着状態は図１１のようにプリズム１４の光導波路
１６に面する面に接着剤１５の一部が余分に付着した状
態になるが、結合効率を低下する要因にはならない。
【０１０７】（実施形態３）図１２は本発明光結合器の
実施形態３を示す。本実施形態３の光結合器では、光導
入手段としてプリズムの代わりに誘電体板３４を用いて
いる。誘電体板３４はプリズムに比べて加工が容易なこ
とから、光結合器の製造コストを低減できる利点があ
る。
【０１０８】ここで、光結合器の入射原理は、上述の実
施形態２の場合と同じであり、誘電体板３４に入射し
て、接着部３５中を通過した光は接着部３５のエッジ面
３７を介して光導波路３６に結合する。従って、誘電体
板３４を用いた場合も接着部３５に光導波路３６の表面
から所定の高さｈのエッジ面３７が形成されていれば、
図４の光結合器と同等の機能を果たすことができる。そ
れ故、本実施形態３の光結合器においても、放射パター
ンが（１）式の条件を満たすように光結合器のテーパ構
造を定めることで、結合効率の入射位置に対する許容性
を拡大できる。
【０１０９】具体的には、Ｓｉ基板４０上に屈折率ｎs
＝１．４４のＳｉＯ2膜４１を形成した基板３３の上
に、第１誘電体層３１として＃７０５９ガラス（屈折率
ｎ1＝１．５３）を積層し、その上に第２誘電体層３２
としてＳｉＯ2（屈折率ｎ2＝１．４３）を積層して光導
波路３６を形成する。そして、光導波路３６の表面に、
誘電体板３４を屈折率ｎbが１．５７の接着剤３５を用
いて接着して光結合器を構成する。ここで、接着部３５
と誘電体板３４との屈折率差は小さいほうが好ましく、
接着部３５と誘電体板３４との境界での反射率をある値
Ｒ以下に抑制するには、誘電体板３４にほぼ垂直に光が
入射していることから、接着部３５を形成する接着剤１
５の屈折率ｎbと誘電体板３４の屈折率ｎpとの間に下記
（９）式の関係が成立するように定める。
【０１１０】 （ｎb−ｎp）2／（ｎb＋ｎp）2＜Ｒ …（９） 例えば、接着剤３５として屈折率ｎbが１．５７のＵＶ
硬化性接着剤（ロックタイト社の商品名ＬＸ−２３１０
Ｃ）を用いる場合は、ｎbが１．５７であるから、反射
率Ｒを０にするため、誘電体板には屈折率がｎp＝１．
５７である誘電体板３４を用いることが好ましい。
【０１１１】本実施形態３の光結合器において、ｎp＝
１．５７である誘電体板３４を用いるとき、第２誘電体
層３２（ＳｉＯ2クラッド層）の膜厚ｓを３５０［ｎ
ｍ］とし、第１誘電体層３１（＃７０５９導波層）のテ
ーパ部３８の構造を、その膜厚がｄ＝３２０［ｎｍ］か
らＤ＝５７０［ｎｍ］まで変化して、テーパ長ｔが１０
［μｍ］（あるいは２０［μｍ］、３０［μｍ］）の構
造にすれば、図１２の光結合器でも図５（ａ）と同じ放
射パターンが得られ、光導入手段にプリズムを用いた場
合と同じ結合効率の入射位置特性（図６（ａ）参照）が
得られる。
【０１１２】特に実施形態２と同様に、テーパ長ｔを１
０［μｍ］としたときに、結合効率の入射位置に対する
許容性が、結合効率の低下を抑えた上で拡大され、入射
ビームスポット径Ｌを３０［μｍ］としたときの入射位
置に対する許容性（結合効率６０％以上で定義）は、第
１誘電体層３１（＃７０５９導波層）をテーパ化しない
で結合効率を最適化した場合（図２４参照）と比較し
て、最適入射位置からの許容性が±７．５［μｍ］から
±９［μｍ］に拡大される。
【０１１３】図１２に示すように、本実施形態３の光結
合器では、誘電体板３４を、光結合器の最適入射角θop
（上記（７）式で定義）で規定される入射方向に垂直に
なるように（誘電体板３４の光導波路表面に対してなす
角φがθopとほぼ同じ角度になるよう）調整、配置す
る。位置調整後、誘電体板３４は接着剤で光導波路３６
に固定される。
【０１１４】また、接着部３５には下記に示す方法でエ
ッジ面３７が形成される。本実施形態３でもエッジ面３
７が光導波路３６への結合を成立させるから、接着剤３
５に屈折率ｎbが１．５７の接着剤を用いるとき、図１
２の光結合器の入射角特性は図７と同じで、最適な光導
波路表面への入射角θi’も実施形態２の光結合器構造
５０１の場合と同じになる。従って、誘電体板３４の配
置角度φは本実施形態３の場合、θop（＝６８．２°）
に等しく定める。これにより、光結合器に対する入射角
θiを６８．２°とすることで、光結合器の結合特性が
最も良くなる。なお、誘電体板３４の表面での反射低減
のため誘電体３４の表面には無反射コーティングを行う
ことが望ましい。
【０１１５】また、他の実施形態として、ｎp＝１．５
７である誘電体板３４を用い、接着剤３５に屈析率ｎb
＝１．５７のものを用いた場合で、かつ第２誘電体層３
２（ＳｉＯ2クラッド層）の膜厚ｓを３５０［ｎｍ］と
し、第１誘電体層３１（＃７０５９導波層）のテーパ部
３８の構造を、その膜厚がｄ＝４００［ｎｍ］からＤ＝
５７０［ｎｍ］まで変化して、テーパ長ｔが１０［μ
ｍ］という構造にした場合でも、実施形態２の光結合器
構造５０２の結合効率の入射位置に対する許容性の拡大
効果と同じ拡大効果を示す。更に、誘電体板３４の配置
角度φを６９．１に定めると、光結合器に対する入射角
θiを６９．１°とすることで、光結合器の結合特性が
最も良くなる。
【０１１６】以上の光結合器構造に対して、光導波路３
６の表面からの接着部のエッジ面３７の高さｈも、実施
形態２と同じように上記（８）式の条件を満たすように
定めればよい。
【０１１７】〈実施形態３の光結合器の製造工程〉次
に、エッジ面３７の形成方法を合めて、実施形態３の光
結合器の製造工程を図１３（ａ）〜（ｇ）に従って説明
する。
【０１１８】まず、図１３（ａ）に示すように、基板３
３の上に第１誘電体層３１及び第２誘電体層３２を積層
してなる光導波路３６の上にフォトレジスト５１を塗布
する。ここで、フォトレジスト５１の厚さについては、
接着部３５のエッジ面３７の位置から長さＰLだけ迫り
出した接着部３５の一部への再結合の影響を除去するよ
うに、実施形態２の定め方が採用できる。即ち、フォト
レジスト５１によって形成される接着部３５のエッジ面
３７の高さｈは、再結合による結合効率の低下を防ぐた
め、上記（８）式の条件を満たすように定めればよいの
で、ｗ＞ｈの条件を満たすようにフォトレジスト５１の
厚さｗを定める。
【０１１９】次に、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すよう
に、フォトレジスト５１にパターニングによって接着剤
注入用の溝５２を形成する。また、この溝５２の形成
後、光導波路３６の表面をＲＩＥ処埋を行うことで、フ
ォトレジスト６１の現像液の有機残渣や、光導波路表面
にできた変質層を除去することができる。
【０１２０】次に、同図（ｄ）及び（ｅ）に示すよう
に、誘電体板３４を、その入射面が所望の入射角に垂直
になるような角度φを光導波路３６に対してなすよう
に、かつエッジＢ’がフォトレジスト５１上の溝５２の
エッジＣ’と平行になるように、位置調整装置５７を用
いて位置調整する。調整後、位置調整用装置５７で保持
したまま、光導波路３６の上に塗布されたフォトレジス
ト５１の表面に誘電体板３４を置く。
【０１２１】次に、同図（ｄ）及び（ｅ）の状態で、同
図（ｆ）に示すように、接着剤注入用の溝５２を覆うよ
うに光硬化性の接着剤３５を注入する。続いて、光照射
で接着部３５を固化し、誘電体板３４を固定する。ここ
で、使用する接着剤３５は光硬化性以外のものも用いる
ことができるが、実施形態２と同じ理由で、ＵＶ硬化性
等光硬化性の接着剤を用いれば、固定に要する時間が短
く、固定の間のプリズムの位置ずれなどによる結合効率
の低下を低減できる利点がある。
【０１２２】次に、同図（ｇ）に示すように、接着剤３
５を固化して誘電体板３４を固定した後で、フォトレジ
スト５１を除去する。
【０１２３】ここで、接着剤３５と光導波路３６との間
に挟まれた部分のフォトレジスト５１の除去は、接着剤
３５と光導波路３６との間が広いほど速く進むので、接
着剤３５と光導波路３６との間に挟まれた部分のフォト
レジスト５１が除去しやすいよう、本実施形態３でも粘
性の高いフォトレジスト５１を使ってレジストを厚く塗
布している。
【０１２４】具体的には、上記実施形態２同様に、東京
応化社のフォトレジスト（商品名ポジ型フォトレジスト
ＰＭＥＲ）を１５μｍずつ重ねて塗布して、フォトレジ
スト５１の厚さｗを合計３０μｍとしている。従って、
接着部３５のエッジ面３７の高さｈは３０μｍとなる。
【０１２５】なお、図１３でも光導波路３６のテーパ部
３８の形状に沿わない形でフォトレジスト５１が塗布さ
れているように示しているが、これは上記同様に、フォ
トレジスト５１を十分に厚く塗布した際には、フォトレ
ジスト５１の厚さに比ベテーパ部３８の膜厚変化が相対
的に小さくなり、塗布後のフォトレジスト５１の表面は
基板３３表面に対してほぼ平行になることを意味するも
のである。
【０１２６】〈上記各実施形態の光結合器における理想
的な構造条件〉次に、上述の各実施形態の光結合器にお
ける理想的な構造条件について説明する。上述のよう
に、入射ビームのビームスポット径が３０［μｍ］近辺
で、入射位置に関する許容性の改善効果が理想的な状態
は、光結合器の構造が図５（ａ）に示したテーパ長ｔが
１０［μｍ］のときの放射パターンを示す場合である。
従って、図５（ａ）におけるテーパ長ｔが１０［μｍ］
の放射パターンからの変化が小さい光結合器の構造が、
光結合器の構造に関する結合効率を比較的高く保てる条
件となる。
【０１２７】そこで、テーパ長ｔが１０［μｍ］のとき
に、接着剤の屈折率ｎb、クラッド層（第２誘電体層）
の屈折率ｎc、導波層の屈折率ｎg、基板の屈折率ｎs、
クラッド層の厚さｓ、導波層の最大膜厚Ｄ、導波層の最
小膜厚ｄのそれぞれを変化させたときの放射パターンの
変化を調べると、図１４（ａ），（ｂ），図１５
（ａ），（ｂ），図１６（ａ），（ｂ），図１７（ａ）
までの各図のようになる。なお、各図において中央の一
点鎖線はｎb＝１．５７、ｎc＝１．４３、ｎg＝１．５
３、ｎs＝１．４５、ｓ＝３５０［ｎｍ］、Ｄ＝５７０
［ｎｍ］、ｄ＝３６０［ｎｍ］の場合を示している。
【０１２８】図１４（ａ）は接着剤の屈折率ｎbが１．
５６、１．５７、１．５８と変化したときの放射パター
ンの変化を示しており、放射パターンの変化はほとんど
なく、接着剤の屈折率ｎbが１．５６→１．５８と大き
くなるほど放射パターンは傾斜が緩やかな曲線に近づ
く。
【０１２９】図１４（ｂ）はクラッド層の屈折率ｎcが
１．４２、１．４３、１．４４と変化したときの放射特
性を示しており、クラッド層の屈折率ｎcが１．４２→
１．４４と大きくなるほど放射パターンは傾斜が緩やか
な曲線に近づく。
【０１３０】図１５（ａ）は導波層の屈折率ｎgが１．
５２、１．５３、１．５５と変化したときの放射特性の
変化を示している。導波層の屈折率ｎgがこの範囲で変
化したときの放射パターンの変化は小さく、ｎsが１．
５５→１．５２と小さくなるほど放射パターンは傾斜が
緩やかな曲線に近づく。
【０１３１】図１５（ｂ）は導波路の基板の誘電体層部
分の屈折率ｎsが１．４４、１．４５、１．４６と変化
したときの放射パターンの変化を示している。このとき
も放射パターンはあまり変化しないが、屈折率ｎsが
１．４４、１．４５、１．４６と大きくなると放射パタ
ーンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
【０１３２】一方、膜厚に対しては、クラッド層の厚さ
ｓが３００［ｎｍ］、３５０［ｎｍ］、４００［ｎｍ］
と変化したときの放射パターンの変化を図１６（ａ）に
示す。この図が示すように、膜厚の変化の大きさに比べ
放射パターンの変化は小さく、厚さｓが小さいほど放射
パターンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
【０１３３】図１６（ｂ）は導波層の最大膜厚Ｄが５４
０［ｎｍ］、５７０［ｎｍ］、６００［ｎｍ］と変化し
たときの放射パターンの変化を示す。最大膜厚Ｄが６０
０［ｎｍ］→５４０［ｎｍ］と変化したとき、放射パタ
ーンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
【０１３４】図１７（ａ）は導波層の最小膜厚が３２０
［ｎｍ］、３６０［ｎｍ］、４００［ｎｍ］と変化した
ときの放射パターンの変化を示す。このときの変化もあ
まり大きいものではなく、最小膜厚が３２０［ｎｍ］→
４００［ｎｍ］と変化したときに放射パターンは傾斜が
緩やかな曲線に近づく。
【０１３５】以上の特性変化から、テーパ長ｔが１０
［μｍ］のときは、上記（１）式の条件を満たし、かつ
ほぼ最適に近い放射パターンは接着剤の屈折率ｎb、ク
ラッド層の屈折率ｎc、導波層の屈折率ｎg、基板の屈折
率ｎs、クラッド層の厚さｓ、導波層の最大膜厚Ｄ、導
波層の最小膜厚ｄの条件範囲として下記の範囲内が有効
である可能性がある。
【０１３６】 １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４， １．５２＜ｎg＜１．５５，１．４４＜ｎs＜１．４６
、 ３００［ｎｍ］＜ｓ＜４００［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］
＜Ｄ＜６００［ｎｍ］， ３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００
［ｎｍ］ しかし、実際にはこれらの全てのパラメータを放射パタ
ーンが最大点を有し、その位置から緩やかに傾斜する変
化型のパターンを持つような曲線となるように組み合せ
で選ぶと、上記（１）式の条件すら満たさなくなる。そ
こで、実際の構造に関するほぼ最適な範囲は、導波層の
屈折率ｎg、クラッド層の厚さｓを固定した構造条件と
なる。図１８に下記の各条件のときの放射パターンを示
す。
【０１３７】条件１：ｎb＝１．５８、ｎc＝１．４４、
ｎg＝１．５３、ｎs＝１．４６ｓ＝３５０［ｎｍ］、Ｄ
＝５４０［ｎｍ］、ｄ＝４００［ｎｍ］ 条件２：ｎb＝１．５７、ｎc＝１．４３、ｎg＝１．５
３、ｎs＝１．４５ｓ＝３５０［ｎｍ］、Ｄ＝５７０
［ｎｍ］、ｄ＝３６０［ｎｍ］ 条件３：ｎb＝１．５６、ｎc＝１．４２、ｎg＝１．５
３、ｎs＝１．４４ｓ＝３５０［ｎｍ］、Ｄ＝６００
［ｎｍ］、ｄ＝３２０［ｎｍ］ 図１８に示すように、放射パターンに大きな形の崩れは
なく、テーパ長ｔが１０［μｍ］であるとき、下記の条
件Ａを満たす範囲が有効なプリズムカプラの構造条件の
一つとなる。
【０１３８】条件Ａ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
ｎg＝１．５３ １．４４＜ｎs＜１．４６ ｓ＝３５０［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 同様に、ｎg＝１．５２、ｎg＝１．５４等のときも構造
条件が決められる。例えば、図１９（ａ）に示すよう
に、条件：ｎg＝１．５２、ｓ＝３２０［ｎｍ］（ｎb＝
１．５８、ｎc＝１．４４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０
［ｎｍ］、ｄ＝４００［ｎｍ］）のときも、条件：ｎg
＝１．５４、ｓ＝３８０［ｎｍ］（ｎb＝１．５８、ｎc
＝１．４４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０［ｎｍ］、ｄ
＝４００［ｎｍ］）のときも、上記図１７の条件１の場
合とほぼ同じ放射パターンを示しており、テーパ長ｔが
１０［μｍ］であるとき、下記の条件も有効である。
【０１３９】条件Ｂ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
ｎg＝１．５２ １．４４＜ｎs＜１．４６ ｓ＝３８０［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 条件Ｃ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
ｎg＝１．５４ １．４４＜ｎs＜１．４６ ｓ＝３２０［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 条件Ａ，Ｂ，Ｃから、クラッド層の厚さｓと導波層の屈
折率ｎgとには、およそ次の関係式が成り立つ。
【０１４０】 ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋３５０［ｎｍ］ 従って、テーパ長ｔが１０［μｍ］であるときには、下
記の構造条件が好ましいことになる。
【０１４１】条件Ｄ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
１．４４＜ｎs＜１．４６ ５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎｍ］，３２０［ｎｍ］
＜ｄ＜４００［ｎｍ］ １．５２＜ｎg＜１．５４ 但し、ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋３５０［ｎ
ｍ］ また、テーパ長ｔを長くした場合にも、結合効率の低下
はあるものの入射ビームスポット径３０μｍの時に対し
ても適用は可能である。但し、放射パターンがより平坦
な形になるため、入射ビームスポット径が３０μｍより
大きい時に結合効率が大きくなる点で有効である。ここ
では、図１９（ｂ）に示したようにテーパ長ｔが１５
［μｍ］のときの放射パターンの変化を示す。図に示す
ようにｎg＝１．５３、ｎb＝１．５８、ｎc＝１．４
４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０［ｎｍ］、ｄ＝４００
［ｎｍ］のとき、ｓ＝４００［ｎｍ］での放射パターン
は、条件Ａによる放射パターンを全体的に平坦化した形
を示している。さらに、ｎg＝１．５２（ｎb＝１．５
８、ｎc＝１．４４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０［ｎ
ｍ］、ｄ＝４００［ｎｍ］）のときはｓ＝４３０［ｎ
ｍ］で同様の放射パターンが得られ、ｎg＝１．５４
（ｎb＝１．５８、ｎc＝１．４４、ｎs＝１．４６、Ｄ
＝５４０［ｎｍ］、ｄ＝４００［ｎｍ］）のときはｓ＝
４３０［ｎｍ］で同様の放射パターンが得られる。以上
のことから、テーパ長ｔが１５［μｍ］のときの放射パ
ターンが良好になる構造条件は以下の条件Ｅとなる。
【０１４２】条件Ｅ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
１．４４＜ｎs＜１．４６ ５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎｍ］，３２０［ｎｍ］
＜ｄ＜４００［ｎｍ］ １．５２＜ｎg＜１．５４ 但し、ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋４００［ｎ
ｍ］ この逆に、テーパ長ｔを短くした場合にも、結合効率の
低下はあるものの入射ビームスポット径３０μｍのとき
に対しても適用は可能である。但し、放射パターンがよ
り急峻な形になるため、入射ビームスポット径が３０μ
ｍより小さい時に結合効率が大きくなる点でより有効で
ある。図１９（ｃ）はテーパ長ｔが５［μｍ］のときの
放射パターンの変化を示す。図に示すようにｎg＝１．
５３、ｎb＝１．５８、ｎc＝１．４４、ｎs＝１．４
６、Ｄ＝５４０［ｎｍ］、ｄ＝４００［ｎｍ］のとき、
ｓ＝２９０［ｎｍ］での放射パターンは、条件Ａによる
放射パターンを全体的に急峻化した形を示している。さ
らに、ｎg＝１．５２（ｎb＝１．５８、ｎc＝１．４
４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０［ｎｍ］、ｄ＝４００
［ｎｍ］）のときはｓ＝３２０［ｎｍ］で同様の放射パ
ターンが得られ、ｎg＝１．５４（ｎb＝１．５８、ｎc
＝１．４４、ｎs＝１．４６、Ｄ＝５４０［ｎｍ］、ｄ
＝４００［ｎｍ］）のときはｓ＝２６０［ｎｍ］で同様
の放射パターンが得られる。以上のことから、テーパ長
ｔが５［μｍ］のときの放射パターンが良好になる構造
条件は条件Ｆのようになる。
【０１４３】条件Ｆ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
１．４４＜ｎs＜１．４６ ５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎｍ］，３２０［ｎｍ］
＜ｄ＜４００［ｎｍ］ １．５２＜ｎg＜１．５４ 但し、ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋２９０［ｎ
ｍ］ ここで、テーパ長ｔ［ｎｍ］を考慮すると、ｓ，ｎg、
ｔを関係付けして、ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋
Ｔ，Ｔ≒１０００（ｔ−０．０１）＋３５０［ｎｍ］と
概ね書ける。最後に、これらをまとめると、光結合器の
構造条件は条件Ｇとなる。
【０１４４】条件Ｇ： １．５６＜ｎb＜１．５８，１．４２＜ｎc＜１．４４，
１．４４＜ｎs＜１．４６ ５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎｍ］，３２０［ｎｍ］
＜ｄ＜４００［ｎｍ］ １．５２＜ｎg＜１．５４ 但し、ｓ≒３０００（１．５３−ｎg）＋Ｔ［ｎｍ］， Ｔ≒１００００（ｔ−０．０１）＋３５０［ｎｍ］ （５［μｍ］＜ｔ＜１５［μｍ］） なお、以上の各条件は本発明者等によるシュミレーショ
ン結果によって得られたものである。
【０１４５】〈本発明が適用されるテーパ形状の範囲〉
本発明のような光結合器の作製に用いる材料としては、
接着剤に関しては、その屈折率と透過性の制約から屈折
率が１．５６〜１．５８のものが多用され、クラッド層
（第２誘電体層）の材料としては、ＳｉＯ2などの屈折
率が１．４２〜１．４４の材料が多用される。また、導
波層（第１誘電体層）の材料としては、＃７０５９ガラ
スやＳｉＯＮといった、その屈折率が１．５２〜１．５
６の材料が多用され、更に、このような素子はＳｉ基板
（表面にＳｉＯ2層等誘電体層が形成されたもの）上や
吸収の小さい石英ガラス基板などの、屈折率が１．４４
〜１．４５の材料が基板として用いられるのが一般的で
ある。
【０１４６】そこで、このような条件下で、テーパ形状
を検討すると、図１４（ａ），（ｂ），図１５（ａ），
（ｂ），図１６（ａ），（ｂ），図１７（ａ），（ｂ）
に示すような状態で、図５で示した高い結合効率を示す
ような放射特性に近い放射特性が得られる。ここで、本
発明のような光結合器が構成される材料はほぼ決まると
いう点から、これらの図から求められるテーパの形状の
条件が理想的な条件と言える。
【０１４７】即ち、テーパの形状の条件は以下のように
なる。
【０１４８】５［μｍ］＜ｔ＜１５［μｍ］、３００
［ｎｍ］＜ｓ＜４００［ｎｍ］、５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜
６００［ｎｍ］、３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］
【０１４９】
【発明の効果】以上の本発明光結合器によれば、光結合
器の放射パターンが光導波路での光の進行方向にほぼ一
様となるような変形型の放射パターンとなるので、光導
波路への結合効率の入射位置に対する許容性を拡大でき
る。
【０１５０】加えて、接着部に光導波路表面との交線が
直線となり、かつ光導入手段、光導波路表面のいずれに
も接しない部分を有するエッジ面を形成するので、第１
誘電体層のテーパ部分のエッジと、接着部のエッジ面と
光導波路表面との交線との距離を正確に定めることがで
きる。故に、第１誘電体層のテーパ部のエッジと接着部
のエッジ面との距離の最適値からのずれを容易に解消で
きるので、結合効率の低下を最小限に抑制できる。
【０１５１】また、特に請求項２記載の光結合器によれ
ば、この種の光結合器で多用される材料を用いた場合に
好適なテーパ形状の範囲を設定できる。
【０１５２】また、特に請求項４記載の光結合器におい
て、接着部のエッジ面の光導波路表面からの高さｈを、
上記（２）式を満足するように設定すると、接着剤とプ
リズム底面との界面での反射によって生じる多重反射光
によって接着部が薄膜として機能して結合効率が不安定
になる可能性を完全に除去できる。
【０１５３】また、特に請求項５記載の光結合器によれ
ば、誘電体板がプリズムに比べて製造が容易であるため
製造コストを削減できる利点がある。
【０１５４】また、特に請求項６記載の光結合器によれ
ば、誘電体表面に無反射コーティングを施す構成をとる
ので、反射光を低減できる利点がある。
【０１５５】また、本発明の製造方法によれば、接着剤
のエッジ部分の光導波路表面との交線の位置を、第１誘
電体層のテーパ部のエッジに対し、フォトリソグラフィ
ーの技術で調整できるので、高い精度で接着部のエッジ
の光導波路表面との交線と、第１誘電体層のテーパ部分
のエッジとの距離を定めることができる。また、接着部
のエッジ面と光導波路表面との交線の直線性についても
フォトマスクで実現できるので、高精度の直線性が実現
できる。
【０１５６】また、特に請求項８記載の光結合器の製造
方法によれば、フォトレジストで形成された溝を跨ぐ形
で、プリズムをフォトレジスト上に配置する構成をとる
ので、プリズムがフォトレジスト表面と２カ所で接する
ため、光導波路表面とプリズム底面との平行度を向上で
きる。この結果、最適入射角で入射した時に、入射面で
の反射が最小になるように決められたプリズムの底角φ
と、光導波路表面への入射角とがなす角とのずれを小さ
くできる。このため、光結合器への入射角が最適入射角
からずれることによる結合効率の低下を抑制できる。
【０１５７】また、特に請求項９記載の光結合器の製造
方法によれば、フォトレジストの厚さｗと、接着部のエ
ッジ面の光導波路の表面からの高さｈとが、ｗ＞ｈにな
るように設定するので、接着部が薄膜として機能するの
防止できる。
【０１５８】また、特に請求項１０記載の光結合器の製
造方法によれば、フォトレジスト上に溝を形成する工程
の後処理として、ＲＩＥ処理を行う構成をとるので、フ
ォトレジストの現像液の有機残渣や、光導波路表面にで
きた変質層を除去でき、光導波路への接着力を強めるこ
とができる。
【０１５９】また、特に請求項１１記載の光結合器の製
造方法によれば、接着剤に光硬化性の接着剤を用いるこ
とで、硬化の時間を短縮でき、硬化過程における調整位
置変化を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す、光結合器の断面
図。
【図２】（１）式中のｒnを示す説明図。
【図３】（ａ）は縦軸に結合効率を、横軸に入射位置を
とって、テーパ部のエッジと接着部のエッジとの距離を
パラメータとした結合効率の入射位置特性を示すグラ
フ、（ｂ）は（ａ）の実験結果を得た供試用光結合器を
示す断面図。
【図４】本発明の実施形態２を示す、光結合器の断面
図。
【図５】（ａ），（ｂ）共に縦軸に規格化放射光強度
を、横軸に接着部エッジからの距離をとって、光結合器
の放射特性を示すグラフ。
【図６】（ａ），（ｂ）共に縦軸に結合効率を、横軸に
入射位置をとって、結合効率の入射位置依存性を示すグ
ラフ。
【図７】縦軸に結合効率を、横軸に入射角をとって、結
合効率の入射角特性を示すグラフ。
【図８】本発明が適用される光結合器の他の例を示す断
面図。
【図９】接着部のエッジ面の高さｈの定めかたを示す断
面図。
【図１０】実施形態２の光結合器の製造工程を示す工程
図。
【図１１】本発明が適用される光結合器の他の例を示す
断面図。
【図１２】本発明の実施形態３を示す、光結合器の断面
図。
【図１３】実施形態３の光結合器の製造工程を示す工程
図。
【図１４】（ａ）は接着剤の屈折率を変化させた場合の
放射パターンの変化を示すグラフ、（ｂ）は第２誘電体
層の屈折率を変化させた場合の放射パターンの変化を示
すグラフ。
【図１５】（ａ）は第１誘電体層の屈折率を変化させた
場合の放射パターンの変化を示すグラフ、（ｂ）は基板
の屈折率を変化させた場合の放射パターンの変化を示す
グラフ。
【図１６】（ａ）は第２誘電体層の厚さｓを変化させた
場合の放射パターンの変化を示すグラフ、（ｂ）は第１
誘電体層の最大膜厚を変化させた場合の放射パターンの
変化を示すグラフ。
【図１７】（ａ）は第１誘電体層の最小膜厚を変化させ
た場合の放射パターンの変化を示すグラフ、（ｂ）テー
パ長を変化させた場合の放射パターンの変化を示すグラ
フ。
【図１８】条件１，２，３の場合の放射パターンを比較
して示すグラフ。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）共に放射パターンを示すグラ
フ。
【図２０】光結合器の従来例を示す断面図。
【図２１】光結合器の他の従来例を示す断面図。
【図２２】光結合器のまた別の従来例を示す断面図。
【図２３】放射パターンの種類を示すグラフ。
【図２４】（ａ）は（ｂ）の実験結果を得た従来の供試
用光結合器を示す断面図、（ｂ）は縦軸に結合効率を、
横軸に入射位置をとって示す、従来例の結合効率の入射
位置特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１１、３１ 第１誘電体層 ２、１２、３２ 第２誘電体層 ３、１３、３３ 基板 ４、１４ プリズム ５、１５、３５ 接着部 ６、１６、３６ 光導波路 ７、１７、３７ 接着部のエッジ １８、３８ テーパ部 １９、３９ テーパ部のエッジ ２０ 反射入射型プリズム ２１、４０ Ｓｉ基板 ２２、４１ ＳｉＯ2層 ３４ 誘電体板 ５１ フォトレジスト ５２ 接着剤注入用溝 ５３ 位置調整装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上塚 尚登 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 大内 博文 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板、該基板上に積層され、入射した光
    が結合後進行するＸ軸方向に膜厚がテーパ形状に変化す
    る部分を有する第１誘電体層及び該第１誘電体層の上に
    積層された第２誘電体層で構成される光導波路を有し、
    該光導波路上に接着部を介して接着された光導入手段に
    より光を該光導波路の表面に所定角度で入射させる光結
    合器であって、 該接着部に、該光導波路の表面との交線が直線となり、
    かつ該光導入手段と該光導波路の表面とのいずれにも接
    しない部分を有するエッジ面が形成され、 該第１誘電体層の膜厚がテーパ形状に変化する部分のあ
    る区間Ｘn-1＜Ｘ＜Ｘnでの放射係数をαrnとし、該接着
    部の該エッジ面からの距離がＸnの位置での振幅をａnと
    したとき、 該光結合器を用いて波長λの光を該光導波路から放射す
    る際の放射パターンが、下記（１）式の条件を満足する
    ように、 ａn-1（１−ｒn）＜ａn（１−ｒn+1） …（１） 但し、 ｒn＝ｅｘｐ（ｋ0αrn△Ｘ） ｋ0＝２π／λ △Ｘ＝Ｘn−Ｘn-1 該第１誘電体層のテーパ形状を設定した光結合器。
  2. 【請求項２】 前記テーパ形状のテーパ長ｔ、該第２誘
    電体層の膜厚ｓ、該第１誘電体層の最大膜厚Ｄ及び最小
    膜厚ｄが下記の条件を満足するように ５［μｍ］＜ｔ＜１５［μｍ］，３００［ｎｍ］＜ｓ＜
    ４００［ｎｍ］，５４０［ｎｍ］＜Ｄ＜６００［ｎ
    ｍ］，３２０［ｎｍ］＜ｄ＜４００［ｎｍ］ 前記テーパ形状を設定した請求項１記載の光結合器。
  3. 【請求項３】 前記接着部のエッジ面の前記光導波路の
    表面からの高さｈが、入射ビームスポットのエアリー半
    径をｒAとし、該光導波路の表面への入射角をθ1’とし
    たとき、下記（２）式の条件を満足するように ｈ＞２ｒA／ｓｉｎθ1’ …（２） 設定した請求項１又は請求項２記載の光結合器。
  4. 【請求項４】 前記光導入手段がプリズムである請求項
    １〜請求項３のいずれかに記載の光結合器。
  5. 【請求項５】 前記光導入手段が誘電体板である請求項
    １〜請求項４のいずれかに記載の光結合器。
  6. 【請求項６】 前記誘電体板の表面に無反射コーティン
    グを施してある請求項５記載の光結合器。
  7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の
    光結合器の製造方法であって、 前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程
    と、 該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
    と、 該光導波路の表面に光導入手段を位置調整して配置する
    工程と、 該光導入手段を該光導波路の表面に接着して固定する工
    程と、 該フォトレジストを除去する工程とを包含する光結合器
    の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記光導入手段がプリズムである光結合
    器の製造方法であって、 前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程
    と、 該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
    と、 該光導波路の表面に該プリズムを該溝を跨ぐ形で位置調
    整して配置する工程と、 該光導入手段を該光導波路の表面に接着して固定する工
    程と、 該フォトレジストを除去する工程とを包含する光結合器
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記フォトレジストの厚さｗが、下記の
    条件を満足するように、 ｗ＞ｈ 但し、 ｈ：接着部のエッジ面の光導波路の表面からの高さ 設定した請求項７又は請求項８記載の光結合器の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記フォトレジスト上に溝を形成する
    工程の後処理として、前記光導波路の表面にＲＩＥ処理
    を行う工程を包含する請求項７〜請求項９のいずれかに
    記載の光結合器の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記光導入手段を前記光導波路の表面
    に接着して固定する工程を、光硬化性の接着剤を用いて
    行う請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の光結合器
    の製造方法。
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