JP2005099529A - Ｙ分岐導波路およびｙ分岐導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路およびその製造方法を提供する。
【解決手段】クラッド層２内に直線状の入力側コア１ｉと入力側コア１ｉから分岐した２つの直線状の出力側コア１ａ，１ｂとからなるＹ字状のコア１が設けられている。クラッド層２における出力側コア１ａ，１ｂ間の部位であって且つ入力側コア１ｉ近傍の所定領域に、各出力側コア１ａ，１ｂを伝搬する波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部３を形成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信、光情報処理などの分野において使用されるＹ分岐導波路およびＹ分岐導波路の製造方法に関するものである。

従来から、クラッド層内に直線状の入力側コアと入力側コアから分岐した２つの直線状の出力側コアとからなるＹ字状のコアが設けられたＹ分岐導波路が知られている。なお、この種のＹ分岐導波路は、例えば、シングルモード導波路となるようにコアの幅寸法などを設計している。

ところで、この種のＹ分岐導波路では、入力側コアを伝搬する光が出力側コアへ分岐する際の損失を少なくするために分岐角度（つまり、出力側コア同士のなす角度）を１°以下に設定する必要がある。ここに、このようなＹ分岐導波路の製造にあたっては、例えば、ＬｉＮｂＯ_３からなる基板におけるコア形成予定領域へＴｉなどの不純物を拡散させて上記基板からなるクラッド層よりも屈折率の高いコアを形成しているが、出力側コア同士のなす角度を１°以下とするようなマスクパターンを形成することは困難であり、出力側コア同士で挟まれた領域（三角形状の領域）の先端部（入力コア側の端部）の形状が丸みを帯びた形状となったり、変形した形状となったりして、損失が増大してしまうという不具合があった。また、導波モードについてもシングルモード導波路となるように設計してあるにも関わらず、高次モードが発生して伝搬損失が生じていた。

そこで、図１１に示すように、Ｙ字状のコア１’が形成されたクラッド層２’のうち出力側コア１ａ’，１ｂ’で挟まれた領域の先端部にコア１’の屈折率とクラッド層２’の屈折率との中間の屈折率を有するテーパ状の中間屈折率領域３’を形成することにより光の伝搬モードを改善したＹ分岐導波路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６３−６０４０５号公報（第２頁右下欄第７行〜第３頁左上欄第１１行、第１図）

ところで、Ｙ分岐導波路では、理想的には出力側コア同士で挟まれた領域の先端部における曲率半径が０．５μｍ以下であることが望ましいにも関わらず、上記特許文献１に開示されたＹ分岐導波路では、出力側コア１ａ’，１ｂ’で挟まれた領域の先端部が平坦な形状となっているので、コア１’の外部へ放射される光（漏れ光）を十分に低減することができないという不具合があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、クラッド層内に直線状の入力側コアと入力側コアから分岐した２つの直線状の出力側コアとからなるＹ字状のコアが設けられたＹ分岐導波路であって、出力側コア間に介在する領域であり且つ入力側コア近傍の所定領域に、屈折率の異なる複数の媒質からなり各出力側コアを伝搬する規定波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、入力側コアから各出力側コアそれぞれへ分波される光が出力側コア間の領域へ放射されるのを分岐内光漏れ防止部により防止することができるので、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記出力側コア同士のなす角度が１°を超えないように設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記入力側コアから前記各出力側コアそれぞれへ分波される光の損失を低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記所定領域は、前記出力側コア同士のなす角を頂角とする二等辺三角形状の領域であり、前記分岐内光漏れ防止部は、前記規定波長をλ、前記出力側コア同士のなす角度をθ、前記入力側コアの長手方向に沿った方向における前記屈折率周期構造の長さ寸法をＬとするとき、
Ｌ≧２λ／tan（θ／２）
の関係を満たすようにＬを設定してなることを特徴とする。

この発明によれば、前記規定波長の光を前記分岐内光漏れ防止部により完全に反射させることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記分岐内光漏れ防止部との間に前記各出力側コアにおける前記入力側コア近傍の部分を挟む領域に、屈折率の異なる複数の媒質からなり前記規定波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐外光漏れ防止部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記入力側コアから前記各出力側コアそれぞれへ分波される光が外部へ放射されるのを前記分岐内光漏れ防止と合わせて分岐外光漏れ防止部により防止することができるので、伝搬損失をより一層低減することが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＹ分岐導波路の製造方法であって、前記クラッド層の材料からなりコア形成予定領域から前記所定領域を含みコア形成予定領域に一部が重複するように設定した規定領域と重なる部分を除いた領域に溝を有する下部クラッド層を形成した後、規定領域の全域に前記屈折率周期構造を形成し、その後、規定領域のうちコア形成予定領域と重なる部分を除去することで前記溝をコア形成予定領域に対応したコア溝とし、次に、コア溝にコアの材料を埋め込むことによりコアを形成し、さらに、下部クラッド層とともにクラッド層を構成する上部クラッド層を下部クラッド層の前記一表面側に形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記所定領域の全域に前記屈折率周期構造を形成することができ、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＹ分岐導波路の製造方法であって、前記屈折率周期構造を形成する周期構造形成工程では、前記所定領域を前記複数の媒質のうちの１種類の媒質により形成した後、前記所定領域におけるレーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを集光照射して前記レーザ照射部分を加工することにより前記レーザ照射部分の屈折率を調整することを特徴とする。

この発明によれば、前記所定領域に非接触で前記屈折率周期構造を形成することが可能となり、しかも、レーザ照射部分の周辺に熱損傷が生じるのを防止することができ、前記屈折率周期構造を高精度に形成することが可能となる。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記周期構造形成工程では、前記屈折率周期構造に対応する加工形状と相似形状の相似パターン部を有するマスクを用いた結像光学系を利用することを特徴とする。

この発明によれば、前記屈折率周期構造を一括して形成することが可能であり、量産性を向上させることが可能となる。

請求項８の発明は、クラッド層内に直線状の入力側コアと入力側コアから分岐した２つの直線状の出力側コアとからなるＹ字状のコアが設けられたＹ分岐導波路の製造方法であって、クラッド層の材料からなる下部クラッド層の一表面側において下部クラッド層内にコアおよびコアと同一材料からなり入力側コア近傍で出力側コア間に介在する犠牲領域を形成した後、レーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを集光照射して犠牲領域の除去加工を行い、その後、下部クラッド層とともにクラッド層を構成する上部クラッド層を下部クラッド層の前記一表面側でコアを覆い且つ犠牲領域に対応する空間を埋め込むように形成することを特徴とする。

この発明によれば、出力側コア同士のなす角度を１°以下とできるとともに出力側コア同士で挟まれた領域の先端部における曲率半径を０．５μｍ以下とすることができ、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができる。

請求項１ないし請求項４の発明では、入力側コアから各出力側コアそれぞれへ分波される光が出力側コア間の領域へ放射されるのを分岐内光漏れ防止部により防止することができるので、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能となるという効果がある。

請求項５の発明では、前記所定領域の全域に前記屈折率周期構造を形成することができ、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができるという効果がある。

請求項６、７の発明では、前記所定領域に非接触で前記屈折率周期構造を形成することが可能となり、しかも、レーザ照射部分の周辺に熱損傷が生じるのを防止することができ、前記屈折率周期構造を高精度に形成することが可能となるという効果がある。

請求項８の発明では、出力側コア同士のなす角度を１°以下とできるとともに出力側コア同士で挟まれた領域の先端部における曲率半径を０．５μｍ以下とすることができ、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態のＹ分岐導波路は、図１に示すように、クラッド層２内に直線状の入力側コア１ｉと入力側コア１ｉから分岐した２つの直線状の出力側コア１ａ，１ｂとからなるＹ字状のコア１が設けられている。

クラッド層２は、下部クラッド層２１と、下部クラッド層２１の一表面側に積層された上部クラッド層２２とで構成されている。なお、下部クラッド層２１と上部クラッド層２２とは屈折率が同じ樹脂材料により形成し、コア１は下部クラッド層２１および上部クラッド層２２よりも屈折率の高い樹脂材料により形成してあり、これらの樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素樹脂、ＡＢＳ系樹脂などの屈折率を適宜調整して採用すればよい。なお、これらの樹脂材料では、ベンゼン環や硫黄系材質を含有しているものは含有していないものに比べて屈折率が高くなるので、ベンゼン環や硫黄系材質を含有しているものと含有していないものとを混ぜ合わせることにより屈折率を調整可能となる。

本実施形態のＹ分岐導波路では、シングルモードの導波条件を満たすシングルモード導波路となるようにコア１の各寸法（幅寸法、厚み寸法）を設計してある。例えば、コア１の屈折率を１．５０６、クラッド層２の屈折率を１．５００としてコア１とクラッド層２との屈折率差を０．００６とした場合には、入力側コア１ｉおよび各出力側コア１ａ，１ｂの幅寸法並びに厚み寸法を６μｍ〜１０μｍの範囲で設定すればシングルモード導波路が形成される。

ところで、本実施形態のＹ分岐導波路では、出力側コア１ａ，１ｂ間に介在する領域であり且つ入力側コア１ｉ近傍の所定領域に、各出力側コア１ａ，１ｂを伝搬する波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部３を形成してある。ここで、コア１の厚み方向（図１（ｂ）の左右方向）に直交する面内における上記所定領域の外周形状は、出力側コア１ａ，１ｂ同士のなす角を頂角とする二等辺三角形状の形状に設定してあり、出力側コア１ａ，１ｂ同士のなす角度θを１°以下に設定してある（つまり、１°を超えないように設定してある）。

また、分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶は、屈折率が異なる２種類の媒質（以下、説明の便宜上、第１の媒質、第２の媒質と称す）により形成されている。ここに、分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶は、２次元フォトニック結晶であり、第１の媒質からなりコア１の厚み方向に直交する面内における外周形状が二等辺三角形状の形状に形成された母体領域３ａと、第２の媒質からなりコア１の厚み方向に直交する面内における外周形状が円形状に形成された多数の円柱状領域３ｂとで構成されている。なお、本実施形態における分岐内光漏れ防止部３では、母体領域３ａを形成する第１の媒質をコア１と同じ樹脂材料により形成してあるが、母体領域３ａを形成する第１の媒質をクラッド層２と同じ樹脂材料により形成するようにしてもよく、いずれもの場合も第１の媒質の屈折率が第２の媒質の屈折率の２倍以上の値であることが望ましい。また、本実施形態における分岐内光漏れ防止部３では、第２の媒質として樹脂材料を採用しているが、樹脂材料の他に、ＧａＮ，ＧａＡｓ，Ｓｉなどの半導体材料や空気を採用してもよい。

ところで、入力側コア１ｉから出力側コア１ａ，１ｂへ分波された光がクラッド層２において出力側コア１ａ，１ｂに挟まれた領域へ放射されてしまうと伝搬損失が生じる問題があり、導波モードとして高次モードが発生すると、光路長がモードにより異なって伝送時間にずれが生じてしまうので、シングルモード導波路では高次モードの発生が問題となる。

これに対して、本実施形態のＹ分岐導波路では、入力側コア１ｉから各出力側コア１ａ，１ｂそれぞれへ分波される光が出力側コア１ａ，１ｂ間の領域へ放射されるのをフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部３により防止することができるので、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能となる。また、本実施形態のＹ分岐導波路では、出力側コア１ａ，１ｂ同士のなす角度θが１°を超えないように設定してあるので、入力側コア１ｉから出力側コア１ａ，１ｂへ分波される光の伝搬損失を、角度θが１°を超える値に設定してある場合に比べて低減することが可能となる。

ここで、上述の分岐内光漏れ防止部３においてコア１を伝搬させる規定波長の光を完全に反射し、透過する成分をなくすためには、屈折率周期構造の周期数を最低でも４周期は必要であり、コア１を伝搬させる光の波長（規定波長）をλ、出力側コア１ａ，１ｂ同士のなす角度をθ、入力側コア１ｉの長手方向に沿った方向における屈折率周期構造の長さ寸法をＬとするとき、出力側コア１ａ，１ｂ同士のなす角を頂角とする仮想二等辺三角形（出力側コア１ａ，１ｂ同士の交差する点を頂点とし出力側コア１ａ，１ｂ同士で囲まれる囲まれる仮想二等辺三角形）の底辺の長さが４λ以上となる必要があるので、
Ｌ≧２λ／tan（θ／２）
の関係を満たすようにＬを設定してある。一例を挙げれば、角度θを１°に設定し、規定波長λを１３００ｎｍとする場合には、Ｌは２９８μｍ以上の値に設定すればよい。

以下、本実施形態のＹ分岐導波路の製造方法について図２および図３を参照しながら説明する。

まず、クラッド層２の材料からなる下部クラッド層２１の一表面側においてＹ字状のコア形成予定領域と上記所定領域とを合わせた領域に溝が形成されるような成形金型を用いて下部クラッド層２１を形成し、続いて、下部クラッド層２１に形成された溝にコア１の材料を流し込んで溝をコア１の材料で充填することでコア材料部１１を形成することにより、図２（ａ）および図３（ａ）に示す構造を得る。

その後、コア材料部１１において上記所定領域に対応する部分に屈折率周期構造を形成する周期構造形成工程を行うことで上記所定領域にフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部３を形成するとともに上記コア材料部１１から分岐内光漏れ防止部３を除いたＹ字状のコア１を形成し、続いて、下部クラッド層２１の上記一表面側に上部クラッド層２２を積層することにより、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示す構造を得る。

上述の周期構造形成工程としては、例えば、型転写法により屈折率周期構造を形成する方法や、レーザ加工により屈折率周期構造を形成する方法などを採用すればよい。

型転写法では、屈折率周期構造の周期に応じた凹凸形状を有する型を用いて樹脂を成形すればよいが、屈折率周期構造の周期に応じて型に形成する凹凸形状のアスペクト比が大きくて成形が困難な場合にはアスペクト比の小さな金型を作製し、多段階で順次積層するようにしてもよい。また、上記所定領域へレーザを照射して上記所定領域の樹脂を軟化させ、型を押し当てることにより転写することも可能である。また、型を通して所定領域の表面へレーザを照射して所定領域を加熱する過程と所定領域の表面への型の押し当ての過程とを同時に行うことも可能であり、これら２つの過程を同時に行うことにより生産性が向上する。なお、型の材料としては、所定領域の材料よりも融点および軟化点が高い特性を有する材料を採用すればよく、例えば、石英ガラス、サファイアなどを採用すればよい。また、型転写法において使用するレーザとしては、型を透過する波長であって且つ樹脂が吸収する波長のものを用いれば、上述の２つの過程を同時に行うことができる。このように型転写法により屈折率周期構造を形成する場合には、スループットが高くなり、量産性を向上させることが可能になるという利点がある。

一方、レーザ加工により屈折率周期構造を形成する方法を採用する場合には、上記所定領域において上記円柱状領域に対応する部分を除去加工したりあるいは改質加工して上記円柱状領域の屈折率を調整すればよく、型転写法のように型を用いる方法と比較して非接触で屈折率周期構造を形成することが可能なので、型の接触による表面の汚染や劣化がなく、安定した加工を施すことができる。ここにおいて、周期構造形成工程において用いるレーザとしては、例えば、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波発振を用いたものや、銅蒸気レーザ、ＨｅＣｄレーザや、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２レーザなどの紫外線レーザなどが挙げられ、これらの中でも特に波長の短いレーザほど微細な加工が可能となり、より周期の小さな屈折率周期構造を形成することが可能となる。ただし、周期構造形成工程では、レーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを用いて加工を行うことが望ましく、レーザ光のパルス幅が１ｐｓ以下の発振を行う高強度超短パルスレーザ（所謂フェムト秒レーザ）が適しており、フェムト秒レーザとしては、Ｔｉ：サファイアレーザなどが知られている。ここに、パルス幅が１ｐｓ以下の高強度超短パルスレーザを上記所定領域の内部で直径１μｍ程度に集光させるとＴＷ／ｍｍ^２オーダの高エネルギ密度を確保することができ、このような高エネルギ密度の加工では、多光子吸収が生じて光のエネルギが電子の熱エネルギに変換され上記所定領域において上記円柱状領域に対応する部分が局所的に加熱されて加工が可能となり、１光子のエネルギでは除去することが困難な物質でも、多光子吸収により除去することができる。また、レーザビームを集光した場合、レーザの波長以下のビーム径に集光することは困難であり、一般的にはレーザ光の波長以下のサイズの加工はできないが、多光子吸収を利用することによりレーザビームの集光径以下の加工が可能となる。つまり、多光子吸収による加工閾値以上のビームサイズの部分のみ加工することが可能である。なお、パルス幅が１ｐｓ以下と非常に短い場合には、レーザ照射部分周辺への熱影響を抑制した加工が可能である。さらに説明すれば、通常、レーザにより除去加工を行う場合、レーザ照射部分周囲に熱が伝達するにはｎｓオーダの時間が必要なのに対して、本実施形態では、１ｐｓ以下でレーザの照射が終了するので、レーザ照射部分の周辺への熱損傷の発生を防止することができる。

例えば、上述のパルスレーザとしてレーザ光の波長が８００ｎｍ、パルス幅が１５０ｆｓのＴｉ：サファイアレーザを用いてアクリル系樹脂を加工する場合、１パルス当たりの加工エネルギを２〜１５μＪ程度（加工エネルギを２〜１５μＪ／pulse程度）とすれば、直径が略１μｍ、長さが略１６μｍの円柱状領域の加工が可能である（すなわち、平面視形状が円形で直径が１μｍの領域を１６μｍの深さまで形成することができる）。また、１パルス当たりの加工エネルギを２２ｎＪとすれば、直径が０．５μｍ以下の円形領域の加工が可能である。なお、上述のような加工エネルギとなるように条件を設定してレーザ光を操作すれば、溝加工も可能である。また、アクリル系樹脂以外の樹脂であっても、略同等の加工条件で目標形状を得ることが可能である。

ところで、上述のように、周期構造形成工程において、レーザ加工を採用する場合、一括加工を行うようにすればスループットが高くなり、量産性を向上させることが可能となる。このような一括加工を行うには、例えば、図４に示すように、目標加工形状（屈折率周期構造に対応する加工形状）と相似形状の相似パターン部３１ａ（図５参照）を有するマスク３１を用いて、ビーム径の比較的大きなレーザビーム８を複数のレーザビーム８ａに分離し、これら複数のレーザビーム８ａをミラー３２によって反射させてからレンズ３３により縮小結像して加工対象物Ａへ転写すればよい（つまり、上記コア材料部１１において上記所定領域に対応する部分へ転写すればよい）。要するに、目標加工形状と相似形状の相似パターン３１ａを有するマスク３１を用いた結像光学系を利用すればよい。上述のマスク３１は、図５に示すように、分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶における各円柱状領域３ｂに対応する部分それぞれに円孔３１ｂが形成された相似パターン部３１ａを有している。ここに、縮小倍率を１／１０に設定した場合、目標形状（目標加工形状）の１０倍の寸法でマスク３１を形成しておけば、目標形状を形成することが可能となる。また、位相シフトマスクを利用した結像加工法を採用してもよい。位相シフトマスクを利用すれば、隣り合った開口部を透過したレーザ光の位相が１８０°ずれるので、微細結像時に発生する回折像を隣り合ったレーザ光により打ち消すことができ、微細な凹凸形状を形成することが可能となり、周期の小さな屈折率周期構造を形成することが可能となる。

また、周期構造形成工程において、レーザ加工を採用する場合、レーザビームを集光照射して加工を行うのではなく、レーザによる面加工を行うようにすれば、処理面へ一括して照射することができ、生産性を向上させることが可能となる。例えば、レーザとして、Ｔｉ：サファイアレーザを用いる場合、ビームスプリッタや多穴マスクなどを用いて図６に示すように分岐された複数のレーザビーム９をそれぞれレンズ１０を介して加工対象物Ａ（上記所定領域）へ複数方向から同時に照射して照射光同士を互いに干渉させる干渉露光加工を行うようにしてもよい。ここに、分岐されたレーザビーム９のビームサイズは処理対象面のサイズと同等にしてある。なお、２分岐での照射では、１軸のみの縞状の加工が可能となり、３分岐では六方格子形状、４分岐では正方格子形状の加工が可能となる。

以上説明した製造方法によれば、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができる。また、周期構造形成工程において、レーザ加工を行う場合にレーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを集光照射してレーザ照射部分を除去加工あるいは改質加工することで分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶の屈折率周期構造を形成するようにすれば、屈折率周期構造の形成に伴ってレーザ照射部分の周辺へ熱損傷が生じたり機械的な損傷が生じたりすることがなく、分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶を設計通りに形成することが可能となる。

（実施形態２）
本実施形態のＹ分岐導波路の構成は実施形態１と同じであって、製造方法が相違するだけなので、以下、製造方法について図７および図８を参照しながら説明する。

まず、クラッド層２の材料からなる下部クラッド層２１の一表面側においてＹ字状のコア形成予定領域から上記所定領域を含みコア形成予定領域に一部が重複するように設定した規定領域Ｄと重なる部分を除いた領域へ、コア１の厚み寸法に一致するように深さ寸法を設定した溝２１ａが形成されるような成形金型を用いて下部クラッド層２１を形成することにより、図７（ａ）および図８（ａ）に示す構造を得る。

その後、下部クラッド層２１における規定領域Ｄの全域に屈折率周期構造を有するフォトニック結晶３’を形成する周期構造形成工程を行うことにより、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す構造を得る。なお、周期構造形成工程については実施形態１にて説明した周期構造形成工程と同様である。

続いて、上述の規定領域Ｄに形成されたフォトニック結晶３’のうちコア形成予定領域と重なる部分をパルス幅が１ｐｓ以下のフェムト秒レーザにより除去加工することでフォトニック結晶３’の残りの部分からなる分岐内光漏れ防止部３を形成するとともに、上述の溝２１ａをコア形成予定領域に対応したコア溝２１ｂとすることにより、図７（ｃ）および図８（ｃ）に示す構造を得る。なお、フェムト秒レーザを用いることにより２００ｎｍ以下の微細な領域の除去加工が可能となるので、コア溝２１ｂにおいて出力側コア１ａ，１ｂに対応する部分のなす角度を１°に設定している場合でも、コア溝２１ｂにおいて出力側コア１ａ，１ｂに対応する部分で挟まれた所定領域の先端部における曲率半径を０．５μｍ以下とすることができる。

次に、コア溝２１ｂにコア１の材料を流し込んで充填することによりコア１を形成し、さらに、下部クラッド層２１とともにクラッド層２を構成する上部クラッド層２２を下部クラッド層２１に積層することにより、図７（ｄ）および図８（ｄ）に示す構造を得る。

しかして、本実施形態の製造方法によれば、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができる。なお、上述の製造方法では、屈折率周期構造を形成する際に、フェムト秒レーザにより多数の円柱状領域の改質加工を行っているが、除去加工により多数の円孔を形成するようにして、コア溝２１にコア１の材料を充填するときに当該材料を第２の媒質として円孔に充填するようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態のＹ分岐導波路の基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、出力側コア１ａ，１ｂ間に介在する所定領域（以下、第１の所定領域と称す）に形成された分岐内光漏れ防止３との間に各出力側コア１ａ，１ｂにおける入力側コア１ｉ近傍の部分を挟む領域に、屈折率の異なる複数の媒質からなり上記規定波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐外光漏れ防止部４，４が形成されている点で相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

各分岐外光漏れ防止部４を構成するフォトニック結晶は、分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶と同様に屈折率が異なる第１の媒質と第２の媒質とにより形成されている。さらに説明すれば、各分岐外光漏れ防止部４を構成するフォトニック結晶は、２次元フォトニック結晶であり、第１の媒質からなり第２の所定領域に形成された母体領域４ａと、第２の媒質からなりコア１の厚み方向に直交する面内における外周形状が円形状に形成された多数の円柱状領域４ｂとで構成されている。

しかして、本実施形態のＹ分岐導波路では、出力側コア１ａ，１ｂ間に介在する分岐内光漏れ防止部３との間に各出力側コア１ａ，１ｂにおける入力側コア１ｉ近傍の部分を挟む分岐外光漏れ防止部４，４が形成されているので、光の損失を実施形態１に比べてより低減することが可能となる。なお、本実施形態のＹ分岐導波路を製造するにあたっては、実施形態１あるいは実施形態２にて説明した製造方法において分岐内光漏れ防止部３を構成するフォトニック結晶を形成する際に分岐外光漏れ防止部４，４を構成するフォトニック結晶を形成すればよい。

（実施形態４）
本実施形態のＹ分岐導波路の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すように、クラッド層２内に直線状の入力側コア１ｉと入力側コア１ｉから分岐した２つの直線状の出力側コア１ａ，１ｂとからなるＹ字状のコア１が設けられており、実施形態１において説明した所定領域にフォトニック結晶３を形成していない点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態のＹ分岐導波路の製造方法について図１１および図１２を参照しながら説明する。

まず、クラッド層２の材料からなる下部クラッド層２１の一表面側においてＹ字状のコア形成予定領域とコア形成予定領域において各出力側コア１ａ，１ｂに対応する部分の間に設定した二等辺三角形状の犠牲領域の形成予定領域とを合わせた領域に溝が形成されるような成形金型を用いて下部クラッド層２１を形成し、続いて、下部クラッド層２１に形成された溝にコア１の材料を流し込んで溝をコア１の材料で充填することでＹ字状のコア１と二等辺三角形状の犠牲領域１４とを合わせた形状のコア材料部１１を形成することにより、図１１（ａ）および図１２（ａ）に示す構造を得る。

その後、コア材料部１１における犠牲領域１４をパルス幅が１ｐｓ以下のフェムト秒レーザにより除去加工することでコア材料部１１をＹ字状のコア１にパターニングし、続いて、下部クラッド層２１の上記一表面側に上部クラッド層２２を積層すると同時に上記犠牲領域１４が形成されていた空間を上部クラッド層２２の材料により埋め込むことにより、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示す構造を得る。なお、犠牲領域１４を除去加工するにあたって、フェムト秒レーザを用いることにより２００ｎｍ以下の微細な領域の除去加工が可能となるので、コア１において出力側コア１ａ，１ｂに対応する部分のなす角度を１°に設定している場合でも、出力側コア１ａ，１ｂで挟まれた領域の先端部における曲率半径を０．５μｍ以下とすることができる。

しかして、上述の製造方法によれば、光の伝搬モードを確保しつつ伝搬損失を低減することが可能なＹ分岐導波路を提供することができる。

なお、上記各実施形態では、分岐内光漏れ防止部３を２種類の媒質により形成し、実施形態３では分岐外光漏れ防止部４を２種類の媒質により形成しているが、これらは２種類の媒質に限らず複数の媒質により形成してもよく、例えば、３種類の媒質により形成してもよい。

実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。 同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の製造方法の説明図である。 同上の製造方法の説明図である。 同上の製造方法の説明図である。 実施形態２の製造方法を説明するための主要工程平面図である。 同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態３を示す概略平面図である。 実施形態４を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 同上の製造方法を説明するための主要工程平面図である。 同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 従来例を示す概略平面図である。

符号の説明

１ コア
１ｉ 入力側コア
１ａ，１ｂ 出力側コア
２ クラッド層
３ 分岐内光漏れ防止部
２１ 下部クラッド層
２２ 上部クラッド層

Claims (8)

1. クラッド層内に直線状の入力側コアと入力側コアから分岐した２つの直線状の出力側コアとからなるＹ字状のコアが設けられたＹ分岐導波路であって、出力側コア間に介在する領域であり且つ入力側コア近傍の所定領域に、屈折率の異なる複数の媒質からなり各出力側コアを伝搬する規定波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐内光漏れ防止部が形成されてなることを特徴とするＹ分岐導波路。
2. 前記出力側コア同士のなす角度が１°を超えないように設定されてなることを特徴とする請求項１記載のＹ分岐導波路。
3. 前記所定領域は、前記出力側コア同士のなす角を頂角とする二等辺三角形状の領域であり、前記分岐内光漏れ防止部は、前記規定波長をλ、前記出力側コア同士のなす角度をθ、前記入力側コアの長手方向に沿った方向における前記屈折率周期構造の長さ寸法をＬとするとき、
   Ｌ≧２λ／tan（θ／２）
   の関係を満たすようにＬを設定してなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＹ分岐導波路。
4. 前記分岐内光漏れ防止部との間に前記各出力側コアにおける前記入力側コア近傍の部分を挟む領域に、屈折率の異なる複数の媒質からなり前記規定波長の光の導波モードの存在しない屈折率周期構造を有するフォトニック結晶からなる分岐外光漏れ防止部が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＹ分岐導波路。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＹ分岐導波路の製造方法であって、前記クラッド層の材料からなりコア形成予定領域から前記所定領域を含みコア形成予定領域に一部が重複するように設定した規定領域と重なる部分を除いた領域に溝を有する下部クラッド層を形成した後、規定領域の全域に前記屈折率周期構造を形成し、その後、規定領域のうちコア形成予定領域と重なる部分を除去することで前記溝をコア形成予定領域に対応したコア溝とし、次に、コア溝にコアの材料を埋め込むことによりコアを形成し、さらに、下部クラッド層とともにクラッド層を構成する上部クラッド層を下部クラッド層の前記一表面側に形成することを特徴とするＹ分岐導波路の製造方法。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＹ分岐導波路の製造方法であって、前記屈折率周期構造を形成する周期構造形成工程では、前記所定領域を前記複数の媒質のうちの１種類の媒質により形成した後、前記所定領域におけるレーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを集光照射して前記レーザ照射部分を加工することにより前記レーザ照射部分の屈折率を調整することを特徴とするＹ分岐導波路の製造方法。
7. 前記周期構造形成工程では、前記屈折率周期構造に対応する加工形状と相似形状の相似パターン部を有するマスクを用いた結像光学系を利用することを特徴とする請求項６記載のＹ分岐導波路の製造方法。
8. クラッド層内に直線状の入力側コアと入力側コアから分岐した２つの直線状の出力側コアとからなるＹ字状のコアが設けられたＹ分岐導波路の製造方法であって、クラッド層の材料からなる下部クラッド層の一表面側において下部クラッド層内にコアおよびコアと同一材料からなり入力側コア近傍で出力側コア間に介在する犠牲領域を形成した後、レーザ照射部分周辺への熱損傷を生じないパルス幅のパルスレーザを集光照射して犠牲領域の除去加工を行い、その後、下部クラッド層とともにクラッド層を構成する上部クラッド層を下部クラッド層の前記一表面側でコアを覆い且つ犠牲領域に対応する空間を埋め込むように形成することを特徴とするＹ分岐導波路の製造方法。

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