JP2004287093A - 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で光損失を抑えることができること。
【解決手段】チタンを拡散させて形成した光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分の両側あるいは外側の基板２を掘り下げてリッジ構造部３を形成する。リッジ構造部３の側面３ａには、基板２の屈折率より小さい屈折率を有する酸化シリコン等からなる膜状のバッファ層を設ける。リッジ構造部３は、側面３ａにより光のフィールドを閉じ込め、バッファ層は、散乱損を抑え、曲がり部１ａにおける光損失を抑える。曲がり部１ａを設けることにより、光導波路１を折り返すことができ、光導波路１が形成された光デバイスの小型化を図ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】チタンを拡散させて形成した光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分の両側あるいは外側の基板２を掘り下げてリッジ構造部３を形成する。リッジ構造部３の側面３ａには、基板２の屈折率より小さい屈折率を有する酸化シリコン等からなる膜状のバッファ層を設ける。リッジ構造部３は、側面３ａにより光のフィールドを閉じ込め、バッファ層は、散乱損を抑え、曲がり部１ａにおける光損失を抑える。曲がり部１ａを設けることにより、光導波路１を折り返すことができ、光導波路１が形成された光デバイスの小型化を図ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信で用いられる光導波路に関し、特に、曲がり部分の曲率を小さくでき、光デバイスを小型化できる拡散型導波路の光導波路と、この光導波路を用いてなる光デバイス、および光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路が形成された光デバイスは、ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ３ ：ニオブ酸リチウム）などの電気光学結晶を用い、結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）などの金属膜を形成し、この金属膜を熱拡散させる等により形成される。このような光導波路が形成された光デバイスを複数連結する場合などには、光導波路の一部に曲がり光導波路を形成させている。曲がり光導波路を設けることにより、直線状の光導波路を折り曲げることができるため、光デバイスの小型化、特に長さ方向の小型化を図ることができ、この光デバイスを搭載する装置の小型化を図ることができる。
【０００３】
光導波路の一部に曲がり導波路を形成した場合、曲がり導波路部分で生じる光損失（放射損失）が問題となる。従来、この曲がり導波路部分における損失を抑えるものとして、曲がり光導波路の外周に反射部を設けることにより、曲がり光導波路部分で放射した光を光導波路に再結合させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
次に、光導波路を用いて構成される光デバイスの一例について説明する。図１６は、従来の光デバイスの例として光変調器を示す平面図である。この光変調器２０は、マッハツェンダ干渉型の光変調器であり、直線型の光導波路を備えてなる。基板２１上には、ＤＣ等の電気信号が供給される信号ライン２２が長手方向に所定長さＬ０を有して形成される。信号ライン２２の両端部は、基板２１の一方の側部に導出され、信号電極２２ａ，２２ｂが形成されている。信号ライン２２を除く基板２１上の他の領域には、接地電極２３が形成されている。光導波路２４は、信号ライン２２に沿って直線状に配置されたもので、分岐部２４ａ，２４ｂ間に光導波路２４が２つ平行に配置されている。
【０００５】
信号ライン２２に電気信号が供給され、２つの光導波路２４に光信号が供給されることにより、信号ライン２２に供給される電気信号（マイクロ波）の進行波の速度と、２つの光導波路２４を流れる光波の速度とを整合させた状態で、２つの光導波路２４同士間での相互干渉による位相差を生じさせることができる。位相差の生成には、平行な２つの光導波路２４の長さとして、所定の作用長（上記長さＬ０に相当）が必要である。Ｌ０の長さには、数ｃｍ必要である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６７０３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術を用いても、曲がり光導波路の曲率を小さく設定することができなかった。例えば、曲がり光導波路の曲率を数ｍｍ程度に小さく設定した場合には、光の再結合が不十分となり、光損失が著しく増大するという問題があった。このように、曲がり光導波路部分の曲率を小さくできない場合、光導波路全体を小さくすることができず、この光導波路が形成された光デバイスの小型化や、集積化を図ることができない。例えば、図１６に示したような光デバイスの光導波路の一部に曲がり光導波路を形成したとしても、光デバイスの小型化を図ることができないことになる。
【０００８】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、小型で光損失を抑えることができる光導波路、光デバイス、および光導波路の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上にチタンを熱拡散等で形成した光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する。この曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げてリッジ構造部を形成し、リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面には、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の酸化シリコン等の材質を用いてバッファ層を形成することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、光導波路のうち、曲がり部の両側に設けたリッジ構造部は、空気がクラッドとなり、横方向の屈折率差が大きくなり、曲がり部の曲率が小さくても放射損を抑えることができる。また、バッファ層は、リッジ構造部の側面の荒れによる散乱損を抑える。これにより、曲がり部の曲率が小さくても光損失を抑えることができ、この光導波路が形成された光デバイスの小型化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光導波路と、この光導波路を用いてなる光デバイス、および光導波路の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１は、この発明の光導波路に関するものである。図１は、この発明の光導波路の実施の形態１の構成を示す平面図、図２は、図１の断面図である。図１には、光導波路の要部である曲がり部を主に示している。光導波路１は、チタン拡散ニオブ酸リチウム（Ｔｉ−ＬｉＮｂＯ３ ）拡散導波路である。図示の曲がり部１ａは、円弧状に１８０°の折り返し角度を有して折り返した形状である。光導波路１のパターン幅Ｌは、光のモードフィールドを小さくするために５〜９μｍに設定している。光導波路１を伝搬する光波は、一般にシングルモード（ＳＭ）の光であるが、この発明の光導波路１の光伝搬モードはＳＭに限定されるものではない。
【００１３】
図２に示すように、光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分の両側には、基板２を掘り下げてリッジ構造部３を形成する。このリッジ構造部３は、基板２をエッチングして形成する。光導波路１中を伝搬する光のパワーは、表面から約３μｍの位置で最大となるので、エッチングにより形成するリッジ構造部３の深さｄは、３μｍ以上に設定している。リッジ構造部３では、空気（屈折率１）がクラッド相当となり、光の進行方向横方向における基板２（屈折率２．２）と、空気との屈折率差が大きくなり、曲がり部１ａの曲率を小さくしても放射損を抑えることができる。
【００１４】
ただし、基板２を掘り下げて形成したリッジ構造部３は、側面３ａ部分が滑らかではなく荒れが生じている。光導波路１の曲がり部１ａに面している側面３ａに荒れがあると、この曲がり部１ａ部分での光損失を生じさせる。すなわち、側面３ａの面が荒れている状態だと、光損失のうち散乱損が大きくなる。この散乱損を防ぐために、リッジ構造部３の側面３ａの表面に膜状のバッファ層４を形成する。バッファ層４としては、基板２の屈折率より小さい屈折率を有する材質、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）や、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）を用いることができる。
【００１５】
リッジ構造部３は、側面３ａにより光のフィールドを閉じ込めるため、リッジ構造部３の幅Ｗは、光導波路１の幅Ｌに対して＋６μｍ（光導波路１の中心に対して両側部がそれぞれ３μｍ）以下であることが望ましい。
【００１６】
図３は、この発明による光導波路の光損失を説明するための図表である。図中横軸は、光導波路１の曲がり部１ａの曲率（半径）Ｒであり、縦軸は、光損失（過剰損）である。図示のように、この発明の光導波路１のように、リッジ構造部３と、バッファ層４を設けた構成（図中○印）においては、曲率Ｒが４ｍｍ以下に小さく設定した場合であっても、光損失を抑えることができる。これに対して、従来の光導波路、すなわち、リッジ構造部３およびバッファ層４を形成しない構成（図中◇）では、曲率Ｒが４ｍｍ以下全ての範囲において光損失が高いことが示されている。なお、バッファ層４を設けずに、リッジ構造部３を設けただけの構成（図中△）であっても、従来に比して光損失を抑えることができることが示されている。
【００１７】
図４は、この発明による光導波路の製造工程を説明するための図である。光導波路１の製造工程は、はじめに、図４（ａ）に示すＴｉパターン形成を行う。ＬＮ基板２全面にＴｉを蒸着形成した後、曲がり部１ａを含む光導波路１の配置に沿ってレジストパターンを形成する。この後、エッチングにより光導波路１を形成させる。
【００１８】
この後、図４（ｂ）に示す熱拡散を行う。光導波路１を高温中で熱拡散させることにより、図２に示したように、Ｔｉの光導波路１は、基板２内部で断面が略半円状に熱拡散される。この状態で、光導波路１は、円のほぼ中心部が最も屈折率が高く、光波を閉じ込めて導波させることができるようになる。この工程では、上記の熱拡散に代えて、安息香酸中でプロトン交換させることにより、光導波路１を形成させることもできる。
【００１９】
この後、図４（ｃ）に示すエッチングを行う。上述したように、光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分に位置する基板２は、エッチングによる掘り下げでリッジ構造部３を形成する。このエッチングの工程は、一般的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）等で行うことができる。このエッチング時には、上述した光導波路１のパターン幅Ｌ（図２参照）を基準として、リッジ構造部３として必要な幅Ｗと、深さｄを満たすように行う。
【００２０】
この後、図４（ｄ）に示すバッファ層形成を行う。バッファ層４は、スパッタリング等により、リッジ構造部３の側面３ａを覆う如く製膜される。以上の各工程により、基板２上にリッジ構造部３およびバッファ層４を有した状態で光導波路１を形成することができる。
【００２１】
以上説明した光導波路１は、曲がり部１ａにのみリッジ構造部３と、バッファ層４を設ける構造としたが、この曲がり部１ａに連続する直線部等に対しても、これらリッジ構造部３と、バッファ層４を設ける構成としてもよい。また、図１に示した光導波路１は、曲がり部１ａを円弧状に１８０°折り返した構成としたが、曲がり部１ａの曲げ角度は、これに限らない。例えば、９０°以上あれば光波の入力方向に対して出力方向を異なる方向に向けることができる。
【００２２】
次に、上記光導波路１の変形例についてそれぞれ説明する。図５は、光導波路の変形例を示す断面図である。図５に示す例は、光導波路１の幅Ｌをリッジ構造部３の幅に一致するよう構成したものである。このような光導波路１は、光導波路１のＴｉパターン形成時に、レジストパターンの幅をリッジ構造部３の幅Ｗより拡げ、この後の拡散時にベタ拡散を行うことにより形成できる。このようにして形成した光導波路１は、図２の断面形状に比べて平らに形成されることになる。
【００２３】
次に、図６は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。光導波路１を曲がり部１ａと、直線部１ｂとを接続して構成するとき、これら曲がり部１ａと、直線部１ｂは、それぞれの光損失を最小にするために、直線部１ｂのパターン幅Ｌ１と、曲がり部１ａのパターン幅Ｌ２が異なることがある。このような場合、直線部１ｂと曲がり部１ａの連結個所に変換部５が設けられる。図６に示す変換部５は、段差を有して形成されている。また、図７は、変換部の他の構成例を示す部分平面図である。図７に示すように、変換部５の形状をテーパー状に形成してもよい。変換部５をテーパー状に形成することにより、変換部５における結合損失を小さくすることができる。
【００２４】
次に、図８は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図８に示す構成は、リッジ構造部３に対して、光導波路１の曲がり部１ａの配置を内側にずらしたものである。図１に示したように、曲がり部１ａは、リッジ構造部３の中央位置を通るように配置させるに限らない。図８に示す例では、パターン幅Ｌを有する曲がり部１ａを、幅Ｗを有するリッジ構造部３の中心位置から内側にずらした構成である。この状態では、曲がり部１ａの内周は、内側のリッジ構造部３の側面３ａに近接、あるいは接している一方、曲がり部１ａの外周は、外側のリッジ構造部３の側面３ａから所定距離離れる。このように、曲がり部１ａは、リッジ構造部３の内側方向にずらす構成とする他に、外側にずらす構成としてもよい。
【００２５】
このときのずらし量は、放射損を減らすことができる方向に対して所定量行う。特に、図８に示すように、曲がり部１ａと、この曲がり部１ａの外周側に配置されたリッジ構造部３の側面３ａとの間の距離の設定によって放射損を抑えることができるようになる。一般に、光導波路において重要な光損失は、放射損と、散乱損である。上記の構成において、リッジ構造部３の幅Ｗを小さくすると、放射損の影響を少なくできるが、散乱損の影響が大きくなる。一方、リッジ構造部３の幅Ｗを大きくすると、散乱損の影響を小さくできるが、放射損の影響が大きくなる。散乱損は、上述したように、リッジ構造部３の側面３ａの荒れによって生じる。このような条件に基づき、散乱損の影響を受けずに放射損を低く抑えることができるような、ずらし量を設定すればよい。
【００２６】
次に、図９は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図９に示す構成は、変換部５の部分で曲がり部１ａと、直線部１ｂの中心位置をずらした構成である。一般に、光導波路の直線部と曲がり部の結合部分や、曲がり部同士の結合部分では、直線部における光の伝搬状態（フィールド）と、曲がり部における光のフィールドの相違による結合損（オフセット）が発生する。この結合損を小さく抑えるために、互いの結合を所定量ずらす構成が採られている（例えば、上記の特許文献１参照。）。このような軸ずれを設けることにより、それぞれの伝搬光の電界（あるいは磁界）分布をほぼ一致させて、結合損を抑えることができる。図９に示す構成のように、変換部５部分で曲がり部１ａと、直線部１ｂの中心位置をずらすことにより、結合損と、曲がり部１ａの放射損を抑えることができるようになる。なお、図９には、リッジ構造部３の中心位置に対して曲がり部１ａの中心位置の配置をずらす構成（図８参照）を併せて記載してあり、散乱損および放射損をより低く抑えることができるものである。
【００２７】
次に、図１０は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１０に示す構成は、リッジ構造部３の構成の変形例である。図１０に示す構成においては、光導波路１の曲がり部１ａと、直線部１ｂの結合部分におけるリッジ構造部３に所定のずれ量を有する段差を形成したものである。図１０に示すように、光導波路１を構成している曲がり部１ａと直線部１ｂの幅は一定である。また、図９同様に、リッジ構造部３の中心位置に対して曲がり部１ａの中心位置の配置をずらす構成である。そして、光導波路１の直線部１ｂの中心位置と、この直線部１ｂの両側に設けたリッジ構造部３ｃ，３ｄの中心位置とを一致させている。これによって、光導波路１の曲がり部１ａのリッジ構造部３と、直線部１ｂのリッジ構造部３ｃ，３ｄとの結合部分に所定のずれ量を有する段差が形成されることになる。このように、光導波路１の側部に設けるリッジ構造部３は、曲がり部１ａで最適な配置状態と、直線部１ｂに対して最適な配置状態に合わせて、それぞれ個別に形成させることもできる。
【００２８】
次に、図１１は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１１に示す構成は、リッジ構造部３の構成の変形例である。例えば、図１に示すように、リッジ構造部３を光導波路１の曲がり部１ａ部分にのみ形成したときには、リッジの始点、すなわち、光導波路１の直線部１ｂと、曲がり部１ａの結合部分（変換部５の位置）で結合損が発生することがある。このような場合には、図示のように、リッジ構造部３を曲がり部１ａのみに設けるのではなく、直線部１ｂ方向に所定量延出部３ｃ，３ｄとして突出形成させる。そして、これら延出部３ｃ，３ｄは、それぞれ、結合部分の位置から離れるにしたがい、直線部１ｂから徐々に離れるように形成する。図１１に示す例では、光導波路１の内側に位置する延出部３ｃは、リッジ構造部３の曲率と同じ曲率で内側に向かって形成され、光導波路１の外側に位置する延出部３ｄは、延出部３ｃと同じ曲率を有し、外側に向かって形成されている。このように、延出部３ｃ，３ｄを形成することにより、リッジ構造部３を曲がり部１ａに部分的に設けた場合であっても、結合部分（直線部１ｂと曲がり部１ａの結合部分）における結合損の発生を抑えることができるようになる。
【００２９】
次に、図１２は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１２に示す構成は、図１１を用いて説明した延出部のうち、外側の延出部３ｄのみを設けたものである。図１２に示すように、光導波路１の外側に位置するリッジ構造部３に対して延出部３ｄを設けることにより、結合損を小さくすることができるようになる。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１により説明した光導波路１を用いた光デバイスについて説明する。光導波路１を用いた光デバイスとしては、光スイッチや光変調器などがある。
【００３１】
図１３は、光デバイスとしての光変調器を示す平面図である。図１６に示した従来のマッハツェンダ干渉型の光変調器に設けられた光導波路の一部に曲げ部を形成したものである。
【００３２】
図１３に示す光変調器１０の基板１１上には、信号ライン１２と、信号電極１２ａ，１２ｂと、接地電極１３が形成されている。信号ライン１２は、上述した作用長Ｌ０の長さを満たす長さを有しており、略Ｕ字型に折り曲げられた曲がり部を有している。光導波路１は、信号ライン１２に沿って配置され、信号ライン１２に対して重なる部分に分岐部１ｃ，１ｄが形成され、これら分岐部１ｃ，１ｄ間に光導波路が２つ平行に配置されてなる。この光導波路１は、実施の形態１と同様に、曲がり部１ａと、直線部１ｂを有しており、これら曲がり部１ａと、直線部１ｂが光とマイクロ波の相互作用部となる。
【００３３】
また、図１４は、図１３の断面図である。図１４に示すように、光導波路１の全長に渡ってリッジ構造部３と、バッファ層４を設けている。リッジ構造部３の幅Ｗは直線部１ｂ、曲がり部１ａのいずれも常に一定な幅とすることにより、相互作用部全域に渡って、マイクロ波の速度を光の速度に整合させることができる。そして、図１４（ａ）に示すように、光導波路１の直線部１ｂ部分（Ａ−Ａ断面）においては、リッジ構造部３の中心位置と、光導波路１の中心位置を一致させて形成する。また、図１４（ｂ）に示すように、光導波路１の曲がり部１ａ部分（Ｂ−Ｂ断面）においては、リッジ構造部３の中心位置に対し、光導波路１の中心位置を外側のリッジ構造部３方向に所定のずらし量をもって配置させている。これにより、曲がり部１ａ部分の放射損を低く抑えることができる。なお、上述した図８を用いた説明と同様に、放射損を減らすことができる方向であれば、光導波路１の曲がり部１ａをリッジ構造部３の内周側に対して所定量ずらす場合もある。
【００３４】
以上のように、実施の形態２により説明した光変調器１０によれば、光導波路１を１８０°折り返した曲がり部１ａを設けることにより、横方向の長さを図１６に示した従来に比して短くすることができ、小型化を図ることができる。
【００３５】
図１５は、光デバイスとしての光変調器の他の構成例を示す平面図である。図１３に示した構成に比べて、光導波路１の曲がり部１ａの曲率を大きく設定した点が異なる。また、全体の幅（図中縦方向）を小さくし、かつ、信号電極１２ａ，１２ｂ部分にコネクタ接続用の余裕長Ｐを大きく取るために、入出力用の光導波路１の直線部１ｂ同士の間隔を近接させている。これに対応して、直線部１ｂの一部のうち、曲がり部１ａ側に向いた約半分は直線状ではなく、曲がり部１ａと、直線部１ｂとの間をつなぐ円弧部１ｅを形成している。
【００３６】
このように、光デバイスの大きさ（縦、横サイズ）や、コネクタ接続等の条件に合わせて、この光デバイス（基板２）の大きさの範囲内で光導波路１を自在に形成することができる。図１５に示す構成においても、図１４に示したように、光導波路１に沿ってリッジ構造部３とバッファ層４を形成する。これにより、光導波路１の形状によらず、光損失（放射損および散乱損）を低く抑えることができるようになる。
【００３７】
以上説明した実施の形態２により説明した光導波路１は、１個所で１８０°折り返した略Ｕ字型の構成を例に説明した。図１３および図１５に示すように、光導波路１に１個所の折り返しを設けた場合には、光導波路１の光入力部と出力部は、光デバイスの同一側面に配置される。光導波路１は、２個所で折り返しを行う略Ｓ字型の構成としたり、３個所以上の折り返しを行う構成も考えられる。光導波路１の折り返し回数を増やすことにより、上述した作用長Ｌ０を長く設定することができ、位相差の可変領域を増やすことができるようになる。偶数回の折り返し時においては、光導波路１の光入力部と、出力部は、光デバイスの異なる側面にそれぞれ配置されることになる。
【００３８】
ところで、実施の形態２では、マッハツェンダ型の光変調器について説明したが、この他に、位相変調器についても上記光導波路１を適用することができる。位相変調器において上記光変調器の構成と比較して、分岐部を設けず１本の光導波路で構成した点のみが異なる。この位相変調器においても、光導波路１上に電極を配してなる。このような位相変調器に設けられる光導波路１についても、上述した曲がり部１ａと、リッジ構造部３と、バッファ層４を設けることにより、光損失を低く抑え、小型化を達成することができる。
【００３９】
以上説明した光導波路１は、位相変調器等の光変調器の他に光スイッチ等の他の電子デバイスについても適用することができ、これら電子デバイスにおける光損失を低く抑えつつ、小型化を図ることができるようになる。
【００４０】
（付記１）基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路において、
前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
を備えたことを特徴とする光導波路。
【００４１】
（付記２）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の外側に形成したことを特徴とする付記１に記載の光導波路。
【００４２】
（付記３）前記バッファ層は、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）であることを特徴とする付記１または２に記載の光導波路。
【００４３】
（付記４）前記基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４４】
（付記５）前記曲がり部は、４ｍｍ以下の曲率で形成されたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４５】
（付記６）前記曲がり部は、５μｍ以上９μｍ以下の幅で形成されたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４６】
（付記７）前記曲がり部の幅を、前記リッジ構造部の幅一致させたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４７】
（付記８）前記光導波路の前記曲がり部は、９０°以上１８０°までの折り返し角度を有して形成されたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４８】
（付記９）前記曲がり部の中心位置は、前記リッジ構造部の中心位置に対し内側あるいは外側に所定量ずれて配置したことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４９】
（付記１０）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の幅に対して最大６μｍ以下の幅を有することを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５０】
（付記１１）前記リッジ構造部は、３μｍ以上の深さを有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５１】
（付記１２）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の端部位置から外側に拡がる所定長さを有して形成したことを特徴とする付記１〜１１のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５２】
（付記１３）前記曲がり部の幅と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部の幅が異なるとき、前記曲がり部と、前記他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、段差状の変換部を形成したことを特徴とする付記１〜１２のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５３】
（付記１４）前記変換部は、前記曲がり部と、前記他の曲がり部あるいは直線部との間で幅が徐々に変化するテーパー状に形成したことを特徴とする付記１３に記載の光導波路。
【００５４】
（付記１５）前記曲がり部と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、光の伝搬方向と垂直な方向に所定量の軸ずれ部を形成したことを特徴とする付記１〜付記１４のいずれか一つ光導波路。
【００５５】
（付記１６）前記リッジ構造部は、前記曲がり部と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、光の伝搬方向と垂直な方向に所定量の軸ずれをもつことを特徴とする付記１〜１５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５６】
（付記１７）基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路と、
前記光導波路の前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
前記光導波路の上部に該光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする位相変調可能な光デバイス。
【００５７】
（付記１８）前記光導波路は、分岐部から２分岐する形で２つ平行に配置され、
前記２つの各光導波路の上部に、それぞれの光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする付記１７に記載の位相変調可能な光デバイス。
【００５８】
（付記１９）前記光導波路は、前記信号電極に沿った相互作用部の形状が直線部と、前記曲がり部と有して形成され、
前記リッジ構造部は、前記光導波路の全長に渡り一定な幅を有することを特徴とする付記１７または１８に記載の光デバイス。
【００５９】
（付記２０）前記光導波路は、１８０°の折り返しによる曲がり部と、
該曲がり部に連結され、前記光導波路に対する光の入出力部が同一の側面に位置する直線部と、
を有することを特徴とする付記１７〜１９のいずれか一つに記載の光デバイス。
【００６０】
（付記２１）前記曲がり部は、一定な曲率を有する一定曲率部と、該一定曲率部と、前記直線部との間を連結させるための連続的に曲率が変化する円弧部と、
を有することを特徴とする付記２０に記載の光デバイス。
【００６１】
（付記２２）基板上に光導波路を形成する光導波路の製造方法において、
光導波路となる曲がり部を含むパターン形成を、チタン（Ｔｉ）を用いて行うパターン形成工程と、
前記パターン形成工程により形成された前記チタンのパターンを高温中で熱拡散させる熱拡散工程と、
前記熱拡散工程により形成された光導波路のうち、前記曲がり部の両側、あるいは外側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿ってエッチングによりリッジ構造部を掘り下げ形成するリッジ形成工程と、
前記リッジ形成工程により形成された前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を膜形成するバッファ層形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【００６２】
（付記２３）前記熱拡散工程に代えて、前記光導波路をプロトン交換で形成させるプロトン交換工程を含むことを特徴とする付記２２に記載の光導波路の製造方法。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、光導波路に曲がり部を形成し、この曲がり部分の曲率を小さくした場合であっても、光損失を抑え、光導波路およびこの光導波路を用いた光デバイスの小型化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光導波路の実施の形態１の構成を示す平面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】この発明による光導波路の光損失を説明するための図表である。
【図４】この発明による光導波路の製造工程を説明するための図である。
【図５】光導波路の変形例を示す断面図である。
【図６】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図７】変換部の他の構成例を示す部分平面図である。
【図８】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図９】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１０】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１１】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１２】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１３】光デバイスとしての光変調器を示す平面図である。
【図１４】図１３の断面図である。
【図１５】光デバイスとしての光変調器の他の構成例を示す平面図である。
【図１６】従来の光デバイスの例として光変調器を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
１ａ 曲がり部
１ｂ 直線部
２ 基板
３ リッジ構造部
３ａ 側面
３ｃ，３ｄ 延出部
４ バッファ層
５ 変換部
１０ 光変調器
１１ 基板
１２ 信号ライン
１２ａ，１２ｂ 信号電極
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信で用いられる光導波路に関し、特に、曲がり部分の曲率を小さくでき、光デバイスを小型化できる拡散型導波路の光導波路と、この光導波路を用いてなる光デバイス、および光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路が形成された光デバイスは、ＬＮ基板（ＬｉＮｂＯ３ ：ニオブ酸リチウム）などの電気光学結晶を用い、結晶基板上の一部にチタン（Ｔｉ）などの金属膜を形成し、この金属膜を熱拡散させる等により形成される。このような光導波路が形成された光デバイスを複数連結する場合などには、光導波路の一部に曲がり光導波路を形成させている。曲がり光導波路を設けることにより、直線状の光導波路を折り曲げることができるため、光デバイスの小型化、特に長さ方向の小型化を図ることができ、この光デバイスを搭載する装置の小型化を図ることができる。
【０００３】
光導波路の一部に曲がり導波路を形成した場合、曲がり導波路部分で生じる光損失（放射損失）が問題となる。従来、この曲がり導波路部分における損失を抑えるものとして、曲がり光導波路の外周に反射部を設けることにより、曲がり光導波路部分で放射した光を光導波路に再結合させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
次に、光導波路を用いて構成される光デバイスの一例について説明する。図１６は、従来の光デバイスの例として光変調器を示す平面図である。この光変調器２０は、マッハツェンダ干渉型の光変調器であり、直線型の光導波路を備えてなる。基板２１上には、ＤＣ等の電気信号が供給される信号ライン２２が長手方向に所定長さＬ０を有して形成される。信号ライン２２の両端部は、基板２１の一方の側部に導出され、信号電極２２ａ，２２ｂが形成されている。信号ライン２２を除く基板２１上の他の領域には、接地電極２３が形成されている。光導波路２４は、信号ライン２２に沿って直線状に配置されたもので、分岐部２４ａ，２４ｂ間に光導波路２４が２つ平行に配置されている。
【０００５】
信号ライン２２に電気信号が供給され、２つの光導波路２４に光信号が供給されることにより、信号ライン２２に供給される電気信号（マイクロ波）の進行波の速度と、２つの光導波路２４を流れる光波の速度とを整合させた状態で、２つの光導波路２４同士間での相互干渉による位相差を生じさせることができる。位相差の生成には、平行な２つの光導波路２４の長さとして、所定の作用長（上記長さＬ０に相当）が必要である。Ｌ０の長さには、数ｃｍ必要である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６７０３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術を用いても、曲がり光導波路の曲率を小さく設定することができなかった。例えば、曲がり光導波路の曲率を数ｍｍ程度に小さく設定した場合には、光の再結合が不十分となり、光損失が著しく増大するという問題があった。このように、曲がり光導波路部分の曲率を小さくできない場合、光導波路全体を小さくすることができず、この光導波路が形成された光デバイスの小型化や、集積化を図ることができない。例えば、図１６に示したような光デバイスの光導波路の一部に曲がり光導波路を形成したとしても、光デバイスの小型化を図ることができないことになる。
【０００８】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、小型で光損失を抑えることができる光導波路、光デバイス、および光導波路の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、基板上にチタンを熱拡散等で形成した光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する。この曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げてリッジ構造部を形成し、リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面には、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の酸化シリコン等の材質を用いてバッファ層を形成することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、光導波路のうち、曲がり部の両側に設けたリッジ構造部は、空気がクラッドとなり、横方向の屈折率差が大きくなり、曲がり部の曲率が小さくても放射損を抑えることができる。また、バッファ層は、リッジ構造部の側面の荒れによる散乱損を抑える。これにより、曲がり部の曲率が小さくても光損失を抑えることができ、この光導波路が形成された光デバイスの小型化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光導波路と、この光導波路を用いてなる光デバイス、および光導波路の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１は、この発明の光導波路に関するものである。図１は、この発明の光導波路の実施の形態１の構成を示す平面図、図２は、図１の断面図である。図１には、光導波路の要部である曲がり部を主に示している。光導波路１は、チタン拡散ニオブ酸リチウム（Ｔｉ−ＬｉＮｂＯ３ ）拡散導波路である。図示の曲がり部１ａは、円弧状に１８０°の折り返し角度を有して折り返した形状である。光導波路１のパターン幅Ｌは、光のモードフィールドを小さくするために５〜９μｍに設定している。光導波路１を伝搬する光波は、一般にシングルモード（ＳＭ）の光であるが、この発明の光導波路１の光伝搬モードはＳＭに限定されるものではない。
【００１３】
図２に示すように、光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分の両側には、基板２を掘り下げてリッジ構造部３を形成する。このリッジ構造部３は、基板２をエッチングして形成する。光導波路１中を伝搬する光のパワーは、表面から約３μｍの位置で最大となるので、エッチングにより形成するリッジ構造部３の深さｄは、３μｍ以上に設定している。リッジ構造部３では、空気（屈折率１）がクラッド相当となり、光の進行方向横方向における基板２（屈折率２．２）と、空気との屈折率差が大きくなり、曲がり部１ａの曲率を小さくしても放射損を抑えることができる。
【００１４】
ただし、基板２を掘り下げて形成したリッジ構造部３は、側面３ａ部分が滑らかではなく荒れが生じている。光導波路１の曲がり部１ａに面している側面３ａに荒れがあると、この曲がり部１ａ部分での光損失を生じさせる。すなわち、側面３ａの面が荒れている状態だと、光損失のうち散乱損が大きくなる。この散乱損を防ぐために、リッジ構造部３の側面３ａの表面に膜状のバッファ層４を形成する。バッファ層４としては、基板２の屈折率より小さい屈折率を有する材質、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）や、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）を用いることができる。
【００１５】
リッジ構造部３は、側面３ａにより光のフィールドを閉じ込めるため、リッジ構造部３の幅Ｗは、光導波路１の幅Ｌに対して＋６μｍ（光導波路１の中心に対して両側部がそれぞれ３μｍ）以下であることが望ましい。
【００１６】
図３は、この発明による光導波路の光損失を説明するための図表である。図中横軸は、光導波路１の曲がり部１ａの曲率（半径）Ｒであり、縦軸は、光損失（過剰損）である。図示のように、この発明の光導波路１のように、リッジ構造部３と、バッファ層４を設けた構成（図中○印）においては、曲率Ｒが４ｍｍ以下に小さく設定した場合であっても、光損失を抑えることができる。これに対して、従来の光導波路、すなわち、リッジ構造部３およびバッファ層４を形成しない構成（図中◇）では、曲率Ｒが４ｍｍ以下全ての範囲において光損失が高いことが示されている。なお、バッファ層４を設けずに、リッジ構造部３を設けただけの構成（図中△）であっても、従来に比して光損失を抑えることができることが示されている。
【００１７】
図４は、この発明による光導波路の製造工程を説明するための図である。光導波路１の製造工程は、はじめに、図４（ａ）に示すＴｉパターン形成を行う。ＬＮ基板２全面にＴｉを蒸着形成した後、曲がり部１ａを含む光導波路１の配置に沿ってレジストパターンを形成する。この後、エッチングにより光導波路１を形成させる。
【００１８】
この後、図４（ｂ）に示す熱拡散を行う。光導波路１を高温中で熱拡散させることにより、図２に示したように、Ｔｉの光導波路１は、基板２内部で断面が略半円状に熱拡散される。この状態で、光導波路１は、円のほぼ中心部が最も屈折率が高く、光波を閉じ込めて導波させることができるようになる。この工程では、上記の熱拡散に代えて、安息香酸中でプロトン交換させることにより、光導波路１を形成させることもできる。
【００１９】
この後、図４（ｃ）に示すエッチングを行う。上述したように、光導波路１のうち、少なくとも曲がり部１ａ部分に位置する基板２は、エッチングによる掘り下げでリッジ構造部３を形成する。このエッチングの工程は、一般的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）等で行うことができる。このエッチング時には、上述した光導波路１のパターン幅Ｌ（図２参照）を基準として、リッジ構造部３として必要な幅Ｗと、深さｄを満たすように行う。
【００２０】
この後、図４（ｄ）に示すバッファ層形成を行う。バッファ層４は、スパッタリング等により、リッジ構造部３の側面３ａを覆う如く製膜される。以上の各工程により、基板２上にリッジ構造部３およびバッファ層４を有した状態で光導波路１を形成することができる。
【００２１】
以上説明した光導波路１は、曲がり部１ａにのみリッジ構造部３と、バッファ層４を設ける構造としたが、この曲がり部１ａに連続する直線部等に対しても、これらリッジ構造部３と、バッファ層４を設ける構成としてもよい。また、図１に示した光導波路１は、曲がり部１ａを円弧状に１８０°折り返した構成としたが、曲がり部１ａの曲げ角度は、これに限らない。例えば、９０°以上あれば光波の入力方向に対して出力方向を異なる方向に向けることができる。
【００２２】
次に、上記光導波路１の変形例についてそれぞれ説明する。図５は、光導波路の変形例を示す断面図である。図５に示す例は、光導波路１の幅Ｌをリッジ構造部３の幅に一致するよう構成したものである。このような光導波路１は、光導波路１のＴｉパターン形成時に、レジストパターンの幅をリッジ構造部３の幅Ｗより拡げ、この後の拡散時にベタ拡散を行うことにより形成できる。このようにして形成した光導波路１は、図２の断面形状に比べて平らに形成されることになる。
【００２３】
次に、図６は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。光導波路１を曲がり部１ａと、直線部１ｂとを接続して構成するとき、これら曲がり部１ａと、直線部１ｂは、それぞれの光損失を最小にするために、直線部１ｂのパターン幅Ｌ１と、曲がり部１ａのパターン幅Ｌ２が異なることがある。このような場合、直線部１ｂと曲がり部１ａの連結個所に変換部５が設けられる。図６に示す変換部５は、段差を有して形成されている。また、図７は、変換部の他の構成例を示す部分平面図である。図７に示すように、変換部５の形状をテーパー状に形成してもよい。変換部５をテーパー状に形成することにより、変換部５における結合損失を小さくすることができる。
【００２４】
次に、図８は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図８に示す構成は、リッジ構造部３に対して、光導波路１の曲がり部１ａの配置を内側にずらしたものである。図１に示したように、曲がり部１ａは、リッジ構造部３の中央位置を通るように配置させるに限らない。図８に示す例では、パターン幅Ｌを有する曲がり部１ａを、幅Ｗを有するリッジ構造部３の中心位置から内側にずらした構成である。この状態では、曲がり部１ａの内周は、内側のリッジ構造部３の側面３ａに近接、あるいは接している一方、曲がり部１ａの外周は、外側のリッジ構造部３の側面３ａから所定距離離れる。このように、曲がり部１ａは、リッジ構造部３の内側方向にずらす構成とする他に、外側にずらす構成としてもよい。
【００２５】
このときのずらし量は、放射損を減らすことができる方向に対して所定量行う。特に、図８に示すように、曲がり部１ａと、この曲がり部１ａの外周側に配置されたリッジ構造部３の側面３ａとの間の距離の設定によって放射損を抑えることができるようになる。一般に、光導波路において重要な光損失は、放射損と、散乱損である。上記の構成において、リッジ構造部３の幅Ｗを小さくすると、放射損の影響を少なくできるが、散乱損の影響が大きくなる。一方、リッジ構造部３の幅Ｗを大きくすると、散乱損の影響を小さくできるが、放射損の影響が大きくなる。散乱損は、上述したように、リッジ構造部３の側面３ａの荒れによって生じる。このような条件に基づき、散乱損の影響を受けずに放射損を低く抑えることができるような、ずらし量を設定すればよい。
【００２６】
次に、図９は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図９に示す構成は、変換部５の部分で曲がり部１ａと、直線部１ｂの中心位置をずらした構成である。一般に、光導波路の直線部と曲がり部の結合部分や、曲がり部同士の結合部分では、直線部における光の伝搬状態（フィールド）と、曲がり部における光のフィールドの相違による結合損（オフセット）が発生する。この結合損を小さく抑えるために、互いの結合を所定量ずらす構成が採られている（例えば、上記の特許文献１参照。）。このような軸ずれを設けることにより、それぞれの伝搬光の電界（あるいは磁界）分布をほぼ一致させて、結合損を抑えることができる。図９に示す構成のように、変換部５部分で曲がり部１ａと、直線部１ｂの中心位置をずらすことにより、結合損と、曲がり部１ａの放射損を抑えることができるようになる。なお、図９には、リッジ構造部３の中心位置に対して曲がり部１ａの中心位置の配置をずらす構成（図８参照）を併せて記載してあり、散乱損および放射損をより低く抑えることができるものである。
【００２７】
次に、図１０は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１０に示す構成は、リッジ構造部３の構成の変形例である。図１０に示す構成においては、光導波路１の曲がり部１ａと、直線部１ｂの結合部分におけるリッジ構造部３に所定のずれ量を有する段差を形成したものである。図１０に示すように、光導波路１を構成している曲がり部１ａと直線部１ｂの幅は一定である。また、図９同様に、リッジ構造部３の中心位置に対して曲がり部１ａの中心位置の配置をずらす構成である。そして、光導波路１の直線部１ｂの中心位置と、この直線部１ｂの両側に設けたリッジ構造部３ｃ，３ｄの中心位置とを一致させている。これによって、光導波路１の曲がり部１ａのリッジ構造部３と、直線部１ｂのリッジ構造部３ｃ，３ｄとの結合部分に所定のずれ量を有する段差が形成されることになる。このように、光導波路１の側部に設けるリッジ構造部３は、曲がり部１ａで最適な配置状態と、直線部１ｂに対して最適な配置状態に合わせて、それぞれ個別に形成させることもできる。
【００２８】
次に、図１１は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１１に示す構成は、リッジ構造部３の構成の変形例である。例えば、図１に示すように、リッジ構造部３を光導波路１の曲がり部１ａ部分にのみ形成したときには、リッジの始点、すなわち、光導波路１の直線部１ｂと、曲がり部１ａの結合部分（変換部５の位置）で結合損が発生することがある。このような場合には、図示のように、リッジ構造部３を曲がり部１ａのみに設けるのではなく、直線部１ｂ方向に所定量延出部３ｃ，３ｄとして突出形成させる。そして、これら延出部３ｃ，３ｄは、それぞれ、結合部分の位置から離れるにしたがい、直線部１ｂから徐々に離れるように形成する。図１１に示す例では、光導波路１の内側に位置する延出部３ｃは、リッジ構造部３の曲率と同じ曲率で内側に向かって形成され、光導波路１の外側に位置する延出部３ｄは、延出部３ｃと同じ曲率を有し、外側に向かって形成されている。このように、延出部３ｃ，３ｄを形成することにより、リッジ構造部３を曲がり部１ａに部分的に設けた場合であっても、結合部分（直線部１ｂと曲がり部１ａの結合部分）における結合損の発生を抑えることができるようになる。
【００２９】
次に、図１２は、光導波路の他の変形例を示す平面図である。図１２に示す構成は、図１１を用いて説明した延出部のうち、外側の延出部３ｄのみを設けたものである。図１２に示すように、光導波路１の外側に位置するリッジ構造部３に対して延出部３ｄを設けることにより、結合損を小さくすることができるようになる。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１により説明した光導波路１を用いた光デバイスについて説明する。光導波路１を用いた光デバイスとしては、光スイッチや光変調器などがある。
【００３１】
図１３は、光デバイスとしての光変調器を示す平面図である。図１６に示した従来のマッハツェンダ干渉型の光変調器に設けられた光導波路の一部に曲げ部を形成したものである。
【００３２】
図１３に示す光変調器１０の基板１１上には、信号ライン１２と、信号電極１２ａ，１２ｂと、接地電極１３が形成されている。信号ライン１２は、上述した作用長Ｌ０の長さを満たす長さを有しており、略Ｕ字型に折り曲げられた曲がり部を有している。光導波路１は、信号ライン１２に沿って配置され、信号ライン１２に対して重なる部分に分岐部１ｃ，１ｄが形成され、これら分岐部１ｃ，１ｄ間に光導波路が２つ平行に配置されてなる。この光導波路１は、実施の形態１と同様に、曲がり部１ａと、直線部１ｂを有しており、これら曲がり部１ａと、直線部１ｂが光とマイクロ波の相互作用部となる。
【００３３】
また、図１４は、図１３の断面図である。図１４に示すように、光導波路１の全長に渡ってリッジ構造部３と、バッファ層４を設けている。リッジ構造部３の幅Ｗは直線部１ｂ、曲がり部１ａのいずれも常に一定な幅とすることにより、相互作用部全域に渡って、マイクロ波の速度を光の速度に整合させることができる。そして、図１４（ａ）に示すように、光導波路１の直線部１ｂ部分（Ａ−Ａ断面）においては、リッジ構造部３の中心位置と、光導波路１の中心位置を一致させて形成する。また、図１４（ｂ）に示すように、光導波路１の曲がり部１ａ部分（Ｂ−Ｂ断面）においては、リッジ構造部３の中心位置に対し、光導波路１の中心位置を外側のリッジ構造部３方向に所定のずらし量をもって配置させている。これにより、曲がり部１ａ部分の放射損を低く抑えることができる。なお、上述した図８を用いた説明と同様に、放射損を減らすことができる方向であれば、光導波路１の曲がり部１ａをリッジ構造部３の内周側に対して所定量ずらす場合もある。
【００３４】
以上のように、実施の形態２により説明した光変調器１０によれば、光導波路１を１８０°折り返した曲がり部１ａを設けることにより、横方向の長さを図１６に示した従来に比して短くすることができ、小型化を図ることができる。
【００３５】
図１５は、光デバイスとしての光変調器の他の構成例を示す平面図である。図１３に示した構成に比べて、光導波路１の曲がり部１ａの曲率を大きく設定した点が異なる。また、全体の幅（図中縦方向）を小さくし、かつ、信号電極１２ａ，１２ｂ部分にコネクタ接続用の余裕長Ｐを大きく取るために、入出力用の光導波路１の直線部１ｂ同士の間隔を近接させている。これに対応して、直線部１ｂの一部のうち、曲がり部１ａ側に向いた約半分は直線状ではなく、曲がり部１ａと、直線部１ｂとの間をつなぐ円弧部１ｅを形成している。
【００３６】
このように、光デバイスの大きさ（縦、横サイズ）や、コネクタ接続等の条件に合わせて、この光デバイス（基板２）の大きさの範囲内で光導波路１を自在に形成することができる。図１５に示す構成においても、図１４に示したように、光導波路１に沿ってリッジ構造部３とバッファ層４を形成する。これにより、光導波路１の形状によらず、光損失（放射損および散乱損）を低く抑えることができるようになる。
【００３７】
以上説明した実施の形態２により説明した光導波路１は、１個所で１８０°折り返した略Ｕ字型の構成を例に説明した。図１３および図１５に示すように、光導波路１に１個所の折り返しを設けた場合には、光導波路１の光入力部と出力部は、光デバイスの同一側面に配置される。光導波路１は、２個所で折り返しを行う略Ｓ字型の構成としたり、３個所以上の折り返しを行う構成も考えられる。光導波路１の折り返し回数を増やすことにより、上述した作用長Ｌ０を長く設定することができ、位相差の可変領域を増やすことができるようになる。偶数回の折り返し時においては、光導波路１の光入力部と、出力部は、光デバイスの異なる側面にそれぞれ配置されることになる。
【００３８】
ところで、実施の形態２では、マッハツェンダ型の光変調器について説明したが、この他に、位相変調器についても上記光導波路１を適用することができる。位相変調器において上記光変調器の構成と比較して、分岐部を設けず１本の光導波路で構成した点のみが異なる。この位相変調器においても、光導波路１上に電極を配してなる。このような位相変調器に設けられる光導波路１についても、上述した曲がり部１ａと、リッジ構造部３と、バッファ層４を設けることにより、光損失を低く抑え、小型化を達成することができる。
【００３９】
以上説明した光導波路１は、位相変調器等の光変調器の他に光スイッチ等の他の電子デバイスについても適用することができ、これら電子デバイスにおける光損失を低く抑えつつ、小型化を図ることができるようになる。
【００４０】
（付記１）基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路において、
前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
を備えたことを特徴とする光導波路。
【００４１】
（付記２）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の外側に形成したことを特徴とする付記１に記載の光導波路。
【００４２】
（付記３）前記バッファ層は、酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）であることを特徴とする付記１または２に記載の光導波路。
【００４３】
（付記４）前記基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４４】
（付記５）前記曲がり部は、４ｍｍ以下の曲率で形成されたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４５】
（付記６）前記曲がり部は、５μｍ以上９μｍ以下の幅で形成されたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４６】
（付記７）前記曲がり部の幅を、前記リッジ構造部の幅一致させたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４７】
（付記８）前記光導波路の前記曲がり部は、９０°以上１８０°までの折り返し角度を有して形成されたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４８】
（付記９）前記曲がり部の中心位置は、前記リッジ構造部の中心位置に対し内側あるいは外側に所定量ずれて配置したことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光導波路。
【００４９】
（付記１０）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の幅に対して最大６μｍ以下の幅を有することを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５０】
（付記１１）前記リッジ構造部は、３μｍ以上の深さを有することを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５１】
（付記１２）前記リッジ構造部は、前記曲がり部の端部位置から外側に拡がる所定長さを有して形成したことを特徴とする付記１〜１１のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５２】
（付記１３）前記曲がり部の幅と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部の幅が異なるとき、前記曲がり部と、前記他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、段差状の変換部を形成したことを特徴とする付記１〜１２のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５３】
（付記１４）前記変換部は、前記曲がり部と、前記他の曲がり部あるいは直線部との間で幅が徐々に変化するテーパー状に形成したことを特徴とする付記１３に記載の光導波路。
【００５４】
（付記１５）前記曲がり部と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、光の伝搬方向と垂直な方向に所定量の軸ずれ部を形成したことを特徴とする付記１〜付記１４のいずれか一つ光導波路。
【００５５】
（付記１６）前記リッジ構造部は、前記曲がり部と、該曲がり部に結合される他の曲がり部あるいは直線部との結合個所に、光の伝搬方向と垂直な方向に所定量の軸ずれをもつことを特徴とする付記１〜１５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５６】
（付記１７）基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路と、
前記光導波路の前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
前記光導波路の上部に該光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする位相変調可能な光デバイス。
【００５７】
（付記１８）前記光導波路は、分岐部から２分岐する形で２つ平行に配置され、
前記２つの各光導波路の上部に、それぞれの光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする付記１７に記載の位相変調可能な光デバイス。
【００５８】
（付記１９）前記光導波路は、前記信号電極に沿った相互作用部の形状が直線部と、前記曲がり部と有して形成され、
前記リッジ構造部は、前記光導波路の全長に渡り一定な幅を有することを特徴とする付記１７または１８に記載の光デバイス。
【００５９】
（付記２０）前記光導波路は、１８０°の折り返しによる曲がり部と、
該曲がり部に連結され、前記光導波路に対する光の入出力部が同一の側面に位置する直線部と、
を有することを特徴とする付記１７〜１９のいずれか一つに記載の光デバイス。
【００６０】
（付記２１）前記曲がり部は、一定な曲率を有する一定曲率部と、該一定曲率部と、前記直線部との間を連結させるための連続的に曲率が変化する円弧部と、
を有することを特徴とする付記２０に記載の光デバイス。
【００６１】
（付記２２）基板上に光導波路を形成する光導波路の製造方法において、
光導波路となる曲がり部を含むパターン形成を、チタン（Ｔｉ）を用いて行うパターン形成工程と、
前記パターン形成工程により形成された前記チタンのパターンを高温中で熱拡散させる熱拡散工程と、
前記熱拡散工程により形成された光導波路のうち、前記曲がり部の両側、あるいは外側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿ってエッチングによりリッジ構造部を掘り下げ形成するリッジ形成工程と、
前記リッジ形成工程により形成された前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を膜形成するバッファ層形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【００６２】
（付記２３）前記熱拡散工程に代えて、前記光導波路をプロトン交換で形成させるプロトン交換工程を含むことを特徴とする付記２２に記載の光導波路の製造方法。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、光導波路に曲がり部を形成し、この曲がり部分の曲率を小さくした場合であっても、光損失を抑え、光導波路およびこの光導波路を用いた光デバイスの小型化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光導波路の実施の形態１の構成を示す平面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】この発明による光導波路の光損失を説明するための図表である。
【図４】この発明による光導波路の製造工程を説明するための図である。
【図５】光導波路の変形例を示す断面図である。
【図６】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図７】変換部の他の構成例を示す部分平面図である。
【図８】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図９】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１０】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１１】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１２】光導波路の他の変形例を示す平面図である。
【図１３】光デバイスとしての光変調器を示す平面図である。
【図１４】図１３の断面図である。
【図１５】光デバイスとしての光変調器の他の構成例を示す平面図である。
【図１６】従来の光デバイスの例として光変調器を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光導波路
１ａ 曲がり部
１ｂ 直線部
２ 基板
３ リッジ構造部
３ａ 側面
３ｃ，３ｄ 延出部
４ バッファ層
５ 変換部
１０ 光変調器
１１ 基板
１２ 信号ライン
１２ａ，１２ｂ 信号電極
Claims (5)
- 基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路において、
前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
を備えたことを特徴とする光導波路。 - 前記リッジ構造部は、前記曲がり部の外側に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
- 基板上に形成される光導波路の一部が曲がった曲がり部を有する光導波路と、
前記光導波路の前記曲がり部の両側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿って掘り下げ形成したリッジ構造部と、
前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を用いて膜形成したバッファ層と、
前記光導波路の上部に該光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする位相変調可能な光デバイス。 - 前記光導波路は、分岐部から２分岐する形で２つ平行に配置され、
前記２つの各光導波路の上部に、それぞれの光導波路に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の位相変調可能な光デバイス。 - 基板上に光導波路を形成する光導波路の製造方法において、
光導波路となる曲がり部を含むパターン形成を、チタン（Ｔｉ）を用いて行うパターン形成工程と、
前記パターン形成工程により形成された前記チタンのパターンを高温中で熱拡散させる熱拡散工程と、
前記熱拡散工程により形成された光導波路のうち、前記曲がり部の両側、あるいは外側に位置する前記基板を、前記曲がり部の形状に沿ってエッチングによりリッジ構造部を掘り下げ形成するリッジ形成工程と、
前記リッジ形成工程により形成された前記リッジ構造部の少なくとも前記曲がり部に面する側面に、前記基板が有する屈折率よりも低屈折率の材質を膜形成するバッファ層形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
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