JP2010008807A - 光学素子および低反射膜 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路へ入射する光の、当該光導波路の端部における反射光を効果的に低減することができる低反射膜および低反射膜を備えた光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子１は、細線導波路４の、光入射側の端部および光出射側の端部に、光の反射を防止する低反射コート膜５・６が配されており、低反射コート膜５・６は、細線導波路４に入射する光または細線導波路４から出射する光を順次透過させるように積層されたＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡとＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂとを含み、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの屈折率は、コア層３の屈折率よりも小さく、クラッド層２の屈折率以上であるとともに、互いに異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光および出射光の反射を抑制する低反射膜および当該低反射膜を備える光学素子に関するものである。

光を伝搬するための光学素子は光導波路、光合分波器、光アイソレータなどで構成されており、外部から光学素子へ光を入射させて、光が光学素子を伝搬する。例えば、光通信では、光学素子は光導波路や光合分波器などによって構成され、光ファイバーで伝送された信号光がその光学素子へ入射する。また、生体光計測では、光が生体に照射されて、生体内において反射光や透過光が発生し、生体を分析するために反射光や透過光を光学素子へ入射させる。

このように光学素子はあらゆる分野へ応用されているが、光学素子を構成する基板の端面での光の入射や出射で、光の反射が問題となっている。例えば、入射側の基板端面で光が反射すると、光学素子を伝搬する光の強度が低下して、光を正確に分析できない恐れがある。また、入射側や出射側の基板端面で反射した光は戻り光（反射光）となり、その光が発光素子へ戻り、発光素子の特性を不安定にする恐れがある。

そこで、基板端面での反射を低減するために、基板端面へ低反射コート膜を作製することが提案されている。図２１から図２４までは、特許文献１に開示されている低反射コート膜を有する光学素子を示している。

図２１は、従来の低反射コート膜を有する単一の光導波路の側面図であり、図２２は、図２１のＢ−Ｂ’線矢視断面図を示す。

まず、図２１、図２２を用いて、従来の低反射コート膜を有する光学素子の構造を説明する。

図２１、図２２に示すように、光学素子は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１０１からなる。

ＳＯＩ基板１０１は、Ｓｉ基板上に形成されるクラッド層（下部クラッド層）１０２と、クラッド層１０２の上層に形成されるコア層１０３と、コア層１０３の一部領域でありコア層１０３の上部に突起部分として形成される光導波路１０４と、光導波路１０４を含めコア層１０３の上層に形成されるクラッド層（上部クラッド層）１０５と、ＳＯＩ基板１０１の光の入射方向の端部に形成される低反射コート膜１０６と、ＳＯＩ基板１０１の光の出射方向の端部に形成される低反射コート膜１０７とから構成される。

クラッド層１０２は、厚さ１〜２μｍのＳｉＯ_２からなる。コア層１０３は厚さ２〜１０μｍのＳｉからなる。コア層１０３は光を伝搬するための層であり、光導波路１０４を伝って光が伝搬される。クラッド層１０５はＳｉＯ_２からなる。なお、図２１ではクラッド層１０５の記載を省いている。

低反射コート膜１０６・１０７は、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＳＯＩ基板１０１の長手方向における両端面に積層されることにより形成される。

そして、低反射コート膜１０６の幅（膜厚）をＷＯ_ｉｎとし、低反射コート膜１０７の幅（膜厚）をＷＯ_ｏｕｔとすると、
ＷＯ_ｉｎ＝ＷＯ_ｏｕｔ＝λ／（４×ｎ_SｉN）の関係を満たすように形成されている。

ただし、上式では、低反射コート膜１０６・１０７の材質であるＳｉＮの屈折率をｎ_ＳｉＮとし、光導波路へ入射する光の波長をλとする。

次に、図２３、図２４を用いて、入射側での低反射コート膜１０６の原理、および出射側での低反射コート膜１０７の原理を説明する。図２３は、図２１の低反射コート膜１０６が形成されている側のＳＯＩ基板１０１の端部の拡大図を示す。

図２３の光路Ａに示すように、光導波路１０４の長手方向におけるＳＯＩ基板１０１端面へ入射した光は、低反射コート膜１０６を通って、光導波路１０４を伝搬する。このため、図２３の光路Ｂに示すように、ＳＯＩ基板１０１外部と低反射コート膜１０６との界面１０８で反射（以下、「入射膜反射」と呼ぶ。）が生じ、また、図２３の光路Ｃに示すように、低反射コート膜１０６とＳＯＩ基板１０１との界面１０９で反射（以下、「基板反射」と呼ぶ。）が生じる。

光路Ｂでは、ＳＯＩ基板１０１外部（大気）の屈折率ｎ_ＡＩＲと低反射コート膜１０６の屈折率ｎ_ＳｉＮがそれぞれ、１と１．９となる。したがって、ｎ_ＡＩＲ＜ｎ_ＳｉＮの関係が得られ、入射膜反射で光の位相は変化しない。

一方、光路Ｃでは、コア層１０３の屈折率ｎ_Ｓｉが３．４７となる。したがって、ｎ_ＳｉＮ＜ｎ_Ｓｉの関係が得られ、基板反射で光の位相は変化しない。また、光路Ｃでは、光が低反射コート膜１０６を往復し、光路長λ／２を伝搬して、位相がπ変化する。

ここで、低反射コート膜１０６の往復の光路長は下記のように算出される。

２×ＷＯ_ｉｎ×ｎ_ＳｉＮ＝２×１／（４×ｎ_ＳｉＮ）×λ×ｎ_ＳｉＮ＝λ／２
光路Ｂと光路Ｃとでの位相変化より、反射後に基板１０１外部へ戻った光路Ｂと光路Ｃとの光の位相差はπとなる。従って、光路Ｂと光路Ｃとを伝搬した光は、基板１０１外部で干渉して打ち消し合うため、入射膜反射と基板反射とが低減され、入射側の基板１０１端面において戻り光が抑制される。

次に、図２４を用いて、出射側での低反射コート膜１０７の原理を説明する。図２４は、図２１の低反射コート膜１０７が形成されている側のＳＯＩ基板１０１の端部の拡大図を示す。

図２４の光路Ａに示すように、光導波路１０４を伝搬した光は、低反射コート膜１０７を通って、ＳＯＩ基板１０１外部へ出射される。このため、図２４の光路Ｄに示すように、ＳＯＩ基板１０１と低反射コート膜１０７との界面１１０での反射（以下、「出射膜反射」と呼ぶ。）が生じ、また、図２４の光路Ｅに示すように、低反射コート膜１０７とＳＯＩ基板１０１外部との界面１１１での反射（以下、「外部反射」と呼ぶ。）が生じる。

光路Ｄでは、コア層１０３の屈折率ｎ_Ｓｉと低反射コート膜１０７の屈折率ｎ_ＳｉＮとの関係ｎ_Ｓｉ＞ｎ_ＳｉＮより、出射膜反射で光の位相はπ変化する。

一方、光路Ｅでは、低反射コート膜１０７の屈折率ｎ_ＳｉＮとＳＯＩ基板１０１外部の屈折率ｎ_ＡＩＲとの関係ｎ_ＳｉＮ＞ｎ_ＡＩＲより、外部反射で光の位相はπ変化する。また、光路Ｅでは、光が低反射コート膜１０７を往復し、位相がπ変化する。

光路Ｄおよび光路Ｅでの位相変化より、反射後にＳＯＩ基板１０１へ戻った光路Ｄと光路Ｅの光の位相差はπとなる。従って、光路Ｄと光路Ｅの光は、ＳＯＩ基板１０１で干渉して打ち消し合うため出射膜反射と外部反射が低減され、出射側のＳＯＩ基板１０１端面において戻り光が抑制される。
特開２０００−８９０５４号公報（２０００年３月３１日公開）

ところが、特許文献１のようなＳＯＩ基板１０１から作製された光学素子で、コア層１０３の厚さがＳＯＩ基板１０１端面へ入射する光のスポット径より小さい場合、コア層１０３とコア層１０３周辺部分のクラッド層１０２へも、光が入射してしまう。また、入射した光はクラッド層１０２へ滲み出しながら光導波路を伝搬し、コア層１０３とコア層１０３周辺部分のクラッド層１０２からＳＯＩ基板１０１外部へ出射する。

このような場合、ＳＯＩ基板１０１端面に従来の低反射コート膜１０６・１０７を形成しても、光の反射は低減されない。なぜなら、従来の低反射コート膜１０６・１０７の構造では、コア層１０３と対向する領域でしかＳＯＩ基板１０１端面での光の反射を低減できない。このため、コア層１０３以外の層すなわちクラッド層１０２で光が入射もしくは出射する場合に、光の反射を低減できない。

この理由について下記に説明する。

まず、図２３を用いクラッド層１０２の光の入射側について説明する。

光路Ｆに示すように、クラッド層１０２に入射した光は、低反射コート膜１０６を通って、光導波路１０４を伝搬する。

低反射コート膜１０６が形成されているＳＯＩ基板１０１の端部のクラッド層１０２では、光路Ｇは、ｎ_ＡＩＲ＜ｎ_ＳｉＮの関係より、入射膜反射で光の位相は変化しない。一方、クラッド層１０２近傍の光路Ｈでは、クラッド層１０２の屈折率ｎ_ＳｉＯ２が１．４４であり、ｎ_ＳｉＮ＞ｎ_ＳｉＯ２の関係が得られ、基板反射で光の位相はπ変化する。また、光路Ｈでは、光が低反射コート膜１０６を往復し、位相がπ変化する。

クラッド層１０２における光路Ｇおよび光路Ｈの位相変化より、反射後にＳＯＩ基板１０１外部へ戻った光路Ｇおよび光路Ｈの光の位相差はない。従って、光路Ｇおよび光路Ｈの光は、ＳＯＩ基板１０１外部で干渉して強め合うため、入射膜反射と基板反射とが強められ、入射側のＳＯＩ基板１０１の端面で戻り光が抑制されない。

次に、図２４を用いクラッド層１０２の光の出射側について説明する。

光路Ｆに示すように、クラッド層１０２から伝搬される光は、低反射コート膜１０７を通って外部に出射される。

クラッド層１０２の近傍で光路Ｉは、ｎ_ＳｉＯ２＜ｎ_ＳｉＮの関係より、出射膜反射で光の位相は変化しない。

一方、クラッド層１０２の近傍で光路Ｊは、ｎ_ＳｉＮ＞ｎ_ＡＩＲの関係より、外部反射での光の位相はπ変化する。また、光路Ｊでは、光が低反射コート膜１０７を往復し、位相がπ変化する。

クラッド層１０２における光路Ｉと光路Ｊでの位相変化より、反射後にＳＯＩ基板１０１へ戻った光路Ｉおよび光路Ｊの光の位相差はない。したがって、光路Ｉおよび光路Ｊの光は、ＳＯＩ基板１０１で干渉して強め合うため、出射膜反射と外部反射とが強められ、出射側のＳＯＩ基板１０１端面において戻り光が抑制されない。

通常、光学素子へ入射する光のスポット径は３μｍ〜５μｍ程度で、コア層の厚さより大きい。このため、光学素子のＳＯＩ基板１０１端面で入出射する光は、クラッド層１０２でも反射してしまう。ＳＯＩ基板１０１に形成される低反射コート膜１０６・１０７のように１種類の膜からなり屈折率（ｎ_ｃｏａｔ）が、コア層の屈折率（ｎ_ｃｏｒｅ）とクラッド層の屈折率（ｎ_ｃｌａｄ）との間である場合、反射光を低減することはできない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、光導波路へ入射する光の、当該光導波路の端部における反射光を効果的に低減することができる低反射膜および当該低反射膜を備える光学素子を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、光源から出射された光を伝搬するコア層と、上記コア層よりも低い屈折率を有するクラッド層とを有する光導波路を備える光学素子であって、上記光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部、もしくはその両方に、光の反射を防止する低反射膜が配されており、上記低反射膜は、上記光導波路に入射する光または上記光導波路から出射する光を順次透過させるように積層された第１の膜と第２の膜とを含み、上記第１および第２の膜の屈折率は、上記コア層の屈折率よりも小さく、上記クラッド層の屈折率以上であるとともに、互いに異なっていることを特徴としている。

本発明に係る低反射膜は、光源から出射された光を伝搬するコア層と、上記コア層よりも低い屈折率を有するクラッド層とを有する光導波路を備える光学素子に適用される、光の反射を防止する低反射膜であって、上記光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部、もしくはその両方に配されており、上記光導波路に入射する光または上記光導波路から出射する光を順次透過させるように積層された第１の膜と第２の膜とを含み、上記第１および第２の膜の屈折率は、上記コア層の屈折率よりも小さく、上記クラッド層の屈折率以上であるとともに、互いに異なっていることを特徴としている。

上記の構成によれば、クラッド層は、コア層よりも低い屈折率を有しており、光源から出射された光をコア層内へ閉じ込めることができる。

このようなコア層およびクラッド層を有する光導波路の端部に、光の反射を防止する低反射膜が配されている。この低反射膜は、光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部の一方のみに配されていてもよいし、その両方に配されていてもよい。

この低反射膜は、第１の膜と第２の膜とを含み、これら第１および第２の膜は、光導波路に入射する光または光導波路から出射する光を順次透過させるように積層されている。

第１および第２の膜の屈折率は、コア層の屈折率よりも小さく、クラッド層の屈折率以上である。この条件は、低反射膜が一般的に備えている条件である。また、第１および第２の膜の屈折率は、互いに異なっており、第１および第２の膜は、低反射膜としての性質が互いに異なっている。

それゆえ、第１および第２の膜の、屈折率および膜厚を調節することにより、コア層を通る光路上の光に由来する反射光を低減できることに加え、クラッド層を通る光路上の光に由来する反射光を低減することができ、単層低反射膜を用いる場合よりも、光導波路の端部における反射光をより効果的に低減することができる。特に、光導波路へ入射する光のスポット径が、コア層の厚さより大きい場合に、光導波路の端部における反射光を効果的に低減することができる。

また、低反射膜を２層構造にすることにより、各層（各膜）の作製プロセスの誤差が相殺される可能性が高まるため、低反射膜の作製プロセスの誤差における許容範囲を、単層低反射膜の場合よりも広くすることができる。

また、上記第１の膜または第２の膜の一方のみを有し、上記低反射膜と同じ膜厚を有する単層低反射膜が上記端部に配されている場合に生じる、当該端部における反射光の光量よりも、上記低反射膜が配された上記端部における反射光の光量が少なくなるように、上記第１および第２の膜の厚さが設定されていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記低反射膜と同じ膜厚を有する単層低反射膜を光導波路の端部に配する場合よりも、より効果的に反射光を低減することができる。

また、上記第１の膜の屈折率は、上記第２の膜の屈折率よりも小さく、上記第１の膜を伝搬する光の光路長をＬ１（Ｌ１＞０）、上記第２の膜を伝搬する光の光路長さをＬ２（Ｌ２＞０）とすると、Ｌ１およびＬ２は、
（０．７×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．１×λ／４＋λ／２×ｍ）
（ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である）の関係を満たすことが好ましい。

第１および第２の膜の、屈折率および膜厚を上記のものにすることにより、光導波路の端部における反射光をより確実に低減することができる。

また、上記第１の膜は、ＳｉＯ_２を主成分とし、上記第２の膜は、ＳｉＮを主成分とすることが好ましい。

上記の構成により、ＳＯＩ基板から作製される光学素子において、光学素子の光導波路へ入射する光の反射を低減することが可能となる。

また、上記第１の膜の屈折率は、上記第２の膜の屈折率よりも大きく、上記第１の膜を伝搬する光の光路長をＬ１（Ｌ１＞０）、上記第２の膜を伝搬する光の光路長をＬ２（Ｌ２＞０）とすると、Ｌ１およびＬ２は、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
または、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦Ｌ２≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
（ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である）の関係を満たすことが好ましい。

第１および第２の膜の、屈折率および膜厚を上記のものにすることにより、光導波路の端部における反射光をより確実に低減することができる。

また、上記第１の膜は、ＳｉＮを主成分とする材質からなり、上記第２の膜は、ＳｉＯ_２を主成分とする材質からなることが好ましい。

上記の構成により、ＳＯＩ基板から作製される光学素子において、光学素子の光導波路へ入射する光の反射を低減することが可能となる。

上記コア層は、Ｓｉを主成分とする材質からなり、上記クラッド層は、ＳｉＯ_２を主成分とする材質からなることが好ましい。

上記の構成により、ＳＯＩ基板から光学素子を作製することができる。

以上のように、本発明に係る光学素子は、光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部、もしくはその両方に、光の反射を防止する低反射膜が配されており、上記低反射膜は、上記光導波路に入射する光または上記光導波路から出射する光を順次透過させるように積層された第１の膜と第２の膜とを含み、上記第１および第２の膜の屈折率は、上記コア層の屈折率よりも小さく、上記クラッド層の屈折率以上であるとともに、互いに異なっている。

このため、光導波路へ入射する光の、当該光導波路の端部における反射光を効果的に低減することができる光学素子、低反射膜を提供することができるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の光学素子（光導波路）を詳細に説明する。

（光学素子１の構成）
まず、図１と図２とを用いて、本実施の形態にかかる低反射コート膜を有する光学素子１の構造を説明する。

図１は、本実施の形態にかかる光学素子１の構成を表す断面図である。また、図２は図１のＡ―Ａ’線における断面を示す断面図である。

本実施の形態にかかる光学素子１は、光源から出射された光を伝搬するコア層３と、コア層３よりも低い屈折率を有するクラッド層２とを有している。

光学素子１は、本実施の形態においては、Ｓｉ基板上に形成されるＳｉＯ_２層とその上層にＳｉ層が積層されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板で構成される。

光学素子１は、Ｓｉ基板８上に形成されるクラッド層（下部クラッド層）２と、クラッド層２の上層に形成されるコア層３と、コア層３の一部の領域でありコア層３の上部に突起部分として形成される細線導波路（光導波路）４と、光学素子１の光の入射側の端部に形成される低反射コート膜（低反射膜）５と、光学素子１の光の出射側の端部に形成される低反射コート膜（低反射膜）６とから構成される。

なお、クラッド層２とコア層３とによって光導波路が形成されていると考えることもできる。

本実施の形態において、クラッド層２は、厚さ１μｍのＳｉＯ_２からなり、コア層３は厚さ０．２７μｍのＳｉからなる。コア層３は光を伝搬するための層であり、主に細線導波路４を伝って光が伝搬される。

なお、本実施の形態の細線導波路４の幅は０．５μｍであり、高さは０．１５μｍとする。しかし、細線導波路４で所望の特性が得られるのであればよく、特にこれら数値は限定されない。

また、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂは、スパッタ装置や電子線蒸着装置を使用して積層すればよい。ただし、各膜の蒸着方法は、一般の蒸着方法であれば、上記作製方法に限定されない。

（低反射コート膜の構成および配置）
クラッド層２およびコア層３の光入射側の端部および光出射側の端部の両方に、それぞれ光の反射を防止する低反射コート膜５・６が配されている。すなわち、低反射コート膜５・６は、クラッド層２およびコア層３の長手方向の両端面に配されている。

なお、クラッド層２とコア層３とによって光導波路が形成されていると捉えた場合には、低反射コート膜５・６は、光導波路の端部に配されていると表現できる。

低反射コート膜５は、細線導波路４に入射する光を順次透過させるように積層されたＳｉＮ膜５ＢとＳｉＯ_２膜５Ａとを含む。ＳｉＯ_２膜５ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂの屈折率は、コア層３の屈折率よりも小さく、クラッド層２の屈折率以上であるとともに、互いに異なっている。ＳｉＮ膜５Ｂは、ＳｉＯ_２膜５Ａよりも光入射側に配されている。

また、低反射コート膜６は、細線導波路４から出射する光を順次透過させるように積層されたＳｉＯ_２膜６ＡとＳｉＮ膜６Ｂとを含み、ＳｉＯ_２膜６ＡおよびＳｉＮ膜６Ｂの屈折率は、コア層３の屈折率よりも小さく、クラッド層２の屈折率以上であるとともに、互いに異なっている。ＳｉＮ膜６Ｂは、ＳｉＯ_２膜６Ａよりも細線導波路４から遠い位置に配されている。

なお、本実施の形態においては、この低反射コート膜５・６は、コア層３およびクラッド層２の、光入射側の端部または光出射側の端部の両方に配されるものとして説明したが、光入射側の端部または光出射側の端部の一方のみに配されていてもよい。

（光学素子１における光伝搬の原理）
本実施の形態においては、光学素子１において低反射コート膜５が配されている側から波長１．５５μｍの光が出射される。そして、出射された光は低反射コート膜５を通過し、光学素子１の内部、主に細線導波路４を伝搬した後、低反射コート膜６を通過し出射する。なお、上記光の波長は１．５５μｍに限定されず、光学素子１の用途によって変更してもよい。

本実施の形態では、ビームスポット径が５μｍのレーザ光を光学素子１に対して出射し、図１のように、光強度７のピーク位置が細線導波路４の中心と合うように光が入射される。このため、入射光の大部分は細線導波路４を伝搬することになる。しかしながら細線導波路４の高さよりビームスポット径の方が大きいため、クラッド層２にも光が入射する。また、コア層３に入射した光はクラッド層２へ滲み出しながら細線導波路４を伝搬して、コア層３とクラッド層２とから低反射コート膜６を通過し光学素子１の外部へ出射することになる。

上述したように、本実施の形態に係る光学素子１の構成によれば、クラッド層２は、コア層３よりも低い屈折率を有しており、光源から出射された光をコア層３内へ閉じ込めることができる。

そして、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの、膜厚を調節することにより、コア層３を通る光路上の光に由来する反射光を低減できることに加え、クラッド層２を通る光路上の光に由来する反射光を低減することができ、単層低反射膜を用いる場合よりも、クラッド層２およびコア層３の端部における反射光をより効果的に低減することができる。特に、細線導波路４へ入射する光のスポット径が、コア層３の厚さより大きい場合に、クラッド層２およびコア層３の端部における反射光を効果的に低減することができる。

また、低反射コート膜５・６を２層構造にすることにより、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの作製プロセスの誤差が相殺される可能性が高まるため、低反射コート膜５・６の作製プロセスの誤差における許容範囲を、単層低反射膜の場合よりも広くすることができる。

（低反射コート膜５・６の詳細な構成）
次に、図３、４を用いて、入射側の低反射コート膜５および出射側の低反射コート膜６の詳細な構造を説明する。図３は、図１の入射側の低反射コート膜５および細線導波路４の側方断面の拡大図である。図４は、図１の出射側の低反射コート膜６および細線導波路４の側方断面の拡大図である。

低反射コート膜５は、図３に示すように、光学素子１への光の入射側に、ＳｉＮ膜５ＢとＳｉＯ_２膜５Ａとが入射側からこの順に積層されてなる。

そして、ＳｉＯ_２膜５Ａの幅（厚さ）をＷ１_ｉｎとし、ＳｉＮ膜５Ｂの幅（厚さ）をＷ２_ｉｎとすると、ＳｉＯ_２膜５Ａを伝搬する光の光路長はＬ１_ｉｎ＝Ｗ１_ｉｎ×ｎ_ＳｉＯ２となり、ＳｉＮ膜５Ｂの光路長はＬ２_ｉｎ＝Ｗ２_ｉｎ×ｎ_ＳｉＮとなる。ただし、ｎ_ＳｉＯ２およびｎ_ＳｉＮはそれぞれ、ＳｉＯ_２の屈折率およびＳｉＮの屈折率とする。

また、低反射コート膜６は、図４に示すように、光学素子１の光の出射側に形成され、光学素子１と接する側からＳｉＯ_２膜６ＡとＳｉＮ膜６Ｂとがこの順に積層されてなる。

そして、ＳｉＯ_２膜６Ａの幅（厚さ）をＷ１_ｏｕｔとし、ＳｉＮ膜６Ｂの幅（厚さ）をＷ２_ｏｕｔとすると、ＳｉＯ_２膜６Ａを伝搬する光の光路長はＬ１_ｏｕｔ＝Ｗ１_ｏｕｔ×ｎ_ＳｉＯ２となり、ＳｉＮ膜６Ｂを伝搬する光の光路長はＬ２_ｏｕｔ＝Ｗ２_ｏｕｔ×ｎ_ＳｉＮとなる。

ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの厚さは、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡまたはＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの一方のみを有し、低反射コート膜５・６と同じ膜厚を有する単層低反射膜がクラッド層２およびコア層３の端部に配されている場合に生じる、当該端部における反射光の光量よりも、低反射コート膜５または低反射コート膜６が配された上記端部における反射光の光量が少なくなるように設定されている。それゆえ、低反射コート膜５・６と同じ膜厚を有する単層低反射膜を光導波路の端部に配する場合よりも、より効果的に反射光を低減することができる。

具体的には、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６Ａの屈折率は、ＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの屈折率よりも小さく、ＳｉＯ_２膜５Ａ・６Ａを伝搬する光の光路長をＬ１（Ｌ１＞０）、ＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂを伝搬する光の光路長をＬ２（Ｌ２＞０）とすると、Ｌ１およびＬ２は、下記（１）式に示す関係を満たすように設定されている。
（０．７×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．１×λ／４＋λ／２×ｍ）・・・（１）
ただし、上記（１）式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である。

（実験結果）
ＳｉＯ_２膜５Ａ・６ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂ・６Ｂの、屈折率および膜厚を上記のものにすることにより、光導波路の端部における反射光をより確実に低減することができる。

これについて、実験結果を基に図５〜図８を用いて説明する。

図５は、Ｌ１_ｉｎおよびＬ２_ｉｎを変化させた場合の光学素子１の端部における反射率をシミュレートした結果である。図７は、Ｌ１_ｏｕｔおよびＬ２_ｏｕｔを変化させた場合の光学素子１の端部における反射率をシミュレートした結果である。シミュレーションの条件は、λ＝１．５８μｍ、ｎ_ＳｉＯ２＝１．４４、ｎ_Ｓｉ＝３．４７、ｎ_ＳｉＮ＝１．９とした。

また、図５の縦軸はＬ１_ｉｎを表し、横軸はＬ２_ｉｎを表す。また、図７の縦軸はＬ１_ｏｕｔを表し、横軸はＬ２_ｏｕｔを表す。そして、図５、図７とも縦軸および横軸の最大値はλ／２であり、中心値はλ／４を示す。そして、色が濃く（黒く）なるほどが反射率が低い領域を表し、色が薄く（白く）なるほど反射率が高い領域を表す。

すなわち、図５、図７の色が濃くなっている領域が、低反射コート膜５・６を設けることによる反射光の抑制の効果が得られている領域である。図５、図７で一番色が濃くなっている箇所の反射率は９％である。一方、従来の低反射コート膜１０６・１０７（図２３、図２４参照）は、ＳｉＮのみからなるので、図５、図７のそれぞれでＬ１_ｉｎ＝Ｌ１_ｏｕｔ＝０、Ｌ２_ｉｎ＝Ｌ２_ｏｕｔ＝λ／４のときの反射率で表されることになる。このときの反射率は２２％である。このように、従来の低反射コート膜１０６・１０７を設けるより、低反射コート膜５・６を設ける方が、反射光が抑制されることがわかる。

次に、図５で色が黒くなっている領域を確実に含む領域を図６の斜線部分に示す。

図６は、図５での反射光が抑制されている領域を示すグラフである。図６に示すように、Ｌ２_ｉｎが０のときのＬ１_ｉｎが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域から、Ｌ１_ｉｎが０のときのＬ２_ｉｎが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域にかけて斜線部分で示される。また、Ｌ２_ｉｎがλ／２のときのＬ１_ｉｎが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域から、Ｌ１_ｉｎがλ／２のときのＬ２_ｉｎが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域にかけて斜線部分で示すことができる。

また、図７で色が黒くなっている領域を確実に含む領域を図８の斜線部分に示す。図８は、図７での反射光が抑制されている領域を示すグラフである。図８に示すように、Ｌ２_ｏｕｔが０のときのＬ１_ｏｕｔが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域から、Ｌ１_ｏｕｔが０のときのＬ２_ｏｕｔが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域にかけて斜線部分で示される。また、Ｌ２_ｏｕｔがλ／２のときのＬ１_ｏｕｔが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域から、Ｌ１_ｏｕｔがλ／２のときのＬ２_ｏｕｔが０．７×λ／４〜１．１×λ／４の領域にかけて斜線部分で示すことができる。

すなわち、図６および図８の斜線領域（０．７×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．１×λ／４＋λ／２×ｍ）では、コア層３とクラッド層２とで、光学素子１端面へ入射する光の反射が低減されることを本発明の発明者が見出した。ただし、上式では、ｍは０以上の整数とし、細線導波路４へ入射する光の波長をλとする。

（反射光が低減される原理）
次に、ＳｉＯ_２膜５Ａ、ＳｉＮ膜５Ｂ、コア層３およびクラッド層２のそれぞれの界面で反射される光の位相の変化の様子について説明する。

（単層型低反射膜の場合）
まず、図９を用い、従来の低反射コート膜１０６の膜面での位相変化の様子を説明する。図９は、従来の低反射コート膜を光学素子の光の入射側の端部に設けた場合の位相変化の様子を表す模式図である。図９では、低反射コート膜１０６はＳｉＮであり、コア層１０３はＳｉであり、クラッド層１０２はＳｉＯ_２からなる。また、低反射コート膜１０６内の光路長ＬをＬ＝λ／４とする。

図９に示すように、光学素子への入射光のうち低反射コート膜１０６を透過しコア層１０３へ入射する入射光をＴ１で表し、低反射コート膜１０６を透過しクラッド層１０２へ入射する入射光をＴ２で表す。そして、低反射コート膜１０６の膜面のうち、コア層１０３との対向領域であり、大気と接している側が膜面ｒ２１であり、コア層１０３と接している側が膜面ｒ２２である。また、低反射コート膜１０６の膜面のうち、クラッド層１０２との対向領域であり、大気と接している側が膜面ｒ２３であり、クラッド層１０２と接している側が膜面ｒ２４である。

そして、入射光Ｔ１の低反射コート膜１０６への入射により、膜面ｒ２１で反射光ｆを生じ、膜面ｒ２２で反射光ｇを生じる。また、入射光Ｔ２の低反射コート膜１０６への入射により、膜面ｒ２３で反射光ｈを生じ、膜面ｒ２４で反射光ｉを生じる。

また、図９では、それぞれの膜面ｒ２１〜ｒ２４のうち、膜面を透過する光が反射により位相がずれない（位相変化０）場合は白丸で表し、膜面を透過する光が反射により位相がずれる（位相変化π）場合は黒丸で表す。膜面ｒ２１〜ｒ２３には白丸を付し、膜面ｒ２４には黒丸を付している。

ここで、空気の屈折率ｎ_ＡＩＲと低反射コート膜１０６の屈折率ｎ_ＳｉＮがそれぞれ、１と１．９であり、ｎ_ＡＩＲ＜ｎ_ＳｉＮの関係が得られる。このため、膜面ｒ２１での反射（入射膜反射）で光の位相は変化しない。すなわち、反射光ｆの位相は入射光Ｔ１から変化しない。

また、コア層１０３の屈折率ｎ_Ｓｉが３．４７であり、ｎ_ＳｉＮ＜ｎ_Ｓｉの関係が得られる。このため、低反射コート膜１０６のうち、コア層１０３と接している側の膜面である膜面ｒ２２での反射（基板反射）で光の位相は変化しない。しかし、反射光ｇは膜面ｒ２２で反射されるので低反射コート膜１０６を往復し、膜面ｒ２１から出射される。このため、膜面ｒ２１から出射される反射光ｇは光路長２×Ｌにより入射光Ｔ１と位相がπずれることになる。

このため、膜面ｒ２１から出射する反射光ｆと反射光ｇとは位相がπずれており、互いに打ち消しあう。

また、ｎ_ＡＩＲ＜ｎ_ＳｉＮの関係が得られるので、膜面ｒ２３での反射（入射膜反射）で光の位相は変化しない。すなわち、反射光ｈ位相は入射光Ｔ２から変化しない。

そして、クラッド層１０２の屈折率ｎ_ＳｉＯ２が１．４４であり、ｎ_ＳｉＮ＞ｎ_ＳｉＯ２の関係が得られので、膜面ｒ２４での反射（基板反射）で光の位相は変化する。しかし、反射光ｉは膜面ｒ２４で反射されるので低反射コート膜１０６を往復し、膜面ｒ２３から出射される。このため、膜面ｒ２３から出射される反射光ｉは光路長２×Ｌにより、入射光Ｔ２から位相がずれない。

このため、膜面ｒ２３から出射する反射光ｈと反射光ｉとは位相がずれず、反射光の強度を強め合うことになる。

従って、低反射コート膜１０６では、コア層１０３に対向する領域の反射光の強度は打ち消し合ったとしても、クラッド層１０２に対向する領域の反射光は強め合い、コア層１０３およびクラッド層１０２の両方を含めて反射光の強度は低減されない。

（反射コート膜５の場合）
次に、図１０を用いて、本実施の形態に係る低反射コート膜５の膜面での位相変化の様子を説明する。図１０は、本実施の形態の低反射コート膜５を光学素子１の光の入射側の端部に設けた場合の位相変化の様子を表す模式図である。上述したように、低反射コート膜５は、ＳｉＯ_２膜５ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂからなり、コア層３はＳｉであり、クラッド層２はＳｉＯ_２からなる。また、低反射コート膜５内の膜厚方向の光路長を光路長Ｌ＝λ／４とする。

図１０に示すように、光学素子１への入射光のうち低反射コート膜５を透過しコア層３へ入射する入射光をＴ１で表し、低反射コート膜５を透過しクラッド層２へ入射する入射光をＴ２で表す。

そして、コア層３との対向領域であり、ＳｉＮ膜５Ｂの膜面の大気と接している側が膜面ｒ１であり、ＳｉＯ_２膜５ＡとＳｉＮ膜５Ｂとの界面ｕが膜面ｒ２であり、ＳｉＯ_２膜５Ａのコア層と接している側が膜面ｒ３である。また、クラッド層２との対向領域であり、ＳｉＮ膜５Ｂの膜面の大気と接している側が膜面ｒ４であり、ＳｉＯ_２膜５ＡとＳｉＮ膜５Ｂとの界面ｕが膜面ｒ５である。

そして、入射光Ｔ１の低反射コート膜５への入射により、膜面ｒ１で反射光ａを生じ、膜面ｒ２で反射光ｂを生じ、膜面ｒ３で反射光ｃを生じる。また、入射光Ｔ２の低反射コート膜５への入射により、膜面ｒ４で反射光ｄを生じ、膜面ｒ５で反射光ｅを生じる。なお、ＳｉＯ_２膜５Ａとクラッド層２とは同じ材質ＳｉＯ_２からなるため、ＳｉＯ_２膜５Ａとクラッド層２との界面では反射光は生じない。

コア層３に対応する領域である膜面ｒ１からは反射光ａと、反射光ｂと、反射光ｃとが出射する。

また、ＳｉＮ膜５Ｂの屈折率ｎ_ＳｉＮは１．９なので、ｎ_ＡＩＲ＜ｎ_ＳｉＮの関係が得られる。図１０の膜面ｒ１に白丸を付しているように、膜面ｒ１の反射で光の位相は変化しない。このため反射光ａの位相は入射光Ｔ１から変化しない。

そして、ＳｉＯ_２膜５Ａの屈折率ｎ_ＳｉＯ２は１．４４なので、ｎ_ＳｉＮ＞ｎ_ＳｉＯ２の関係が得られる。図１０の膜面ｒ２に黒丸を付しているように、膜面ｒ２の反射で光の位相はπ変化する。さらに、反射光ｂはＳｉＮ膜５Ｂを往復して膜面ｒ１から出射されるので、反射光ｂがＳｉＮ膜５Ｂの膜内を光路長２×Ｌ２_ｉｎ分伝搬される。この光路長２×Ｌ２_ｉｎの分の位相変化量をα（α≠０）として膜面ｒ１から出射する反射光ｂの位相変化量はπ＋αとなる。

ＳｉＯ_２膜５Ａの屈折率ｎ_ＳｉＯ２は１．４４で、コア層３の屈折率ｎ_Ｓｉは３．４７なので、ｎ_ＳｉＯ２＜ｎ_Ｓｉの関係が得られる。図１０でｒ３に白丸を付しているように、膜面ｒ３の反射で光の位相は変化しない。しかし、反射光ｃは、ＳｉＯ_２膜５ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂを往復して膜面ｒ１から出射するので、ＳｉＯ_２膜５ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂの往復の光路長分の位相が変化することになり、膜面ｒ１から出射する反射光ｃの位相はπ変化する。

このため、コア層３の膜面ｒ１から出射される反射光のうち、反射光ａと反射光ｃとは位相がπずれているので打ち消しあい、反射光ｂのπ＋α分、入射光Ｔ１に対して位相が変化した光が出射する。

また、クラッド層２に対応する領域である膜面ｒ４からは反射光ｄと、反射光ｅとが出射する。

膜面ｒ４では、図１０の膜面ｒ４に白丸を付しているように膜面ｒ１と同様、膜面ｒ４の反射で光の位相は変化しない。このため反射光ｄの位相は入射光Ｔ２から変化せず、膜面ｒ４で反射される。

また、膜面ｒ５では、図１０の膜面ｒ５に黒丸を付しているように膜面ｒ２と同様、膜面ｒ５での反射で光の位相がπずれる。さらに、反射光ｅはＳｉＮ膜５Ｂを往復して膜面ｒ４から出射されるので、ＳｉＮ膜５Ｂの膜内の光路長２×Ｌ２_ｉｎ分伝搬される。この光路長２×Ｌ２_ｉｎ分の位相変化量をαとして、膜面ｒ４から出射する反射光ｅの入射光Ｔ２に対する位相変化量はπ＋αとなる。

このため、クラッド層２の膜面ｒ４からは、位相が変化せず反射する反射光ｄと、位相がπ＋α分ずれた反射光ｅとが出射する。

上述したように、図９の低反射コート膜１０６では、クラッド層１０２に対向する領域では、位相が同じ反射光ｈと反射光ｉとが互いに強め合っている。これに対し、低反射コート膜５では界面ｕを設けたため、クラッド層２に対向する領域では、位相が変化せず膜面ｒ４で反射する反射光ｄと、位相がπ＋α変化した反射光ｅとが反射される。このため、従来の低反射コート膜１０６と比較して反射光が強め合うことを抑制することができる。

また、コア層３の領域でも、位相がπ＋α変化した反射光ｂが膜面ｒ１から出射されることになるが、従来の低反射コート膜１０６より、反射光が強め合うことを抑制することができる。

換言すれば、コア層３を通る光路上の光が、ＳｉＯ_２膜５Ａ、ＳｉＮ膜５Ｂおよびコア層３においてそれぞれ反射することによって生じる第１群の反射光が互いに打ち消しあった結果生じる第１合成反射光の光量と、クラッド層２を通る光路上の光が、ＳｉＯ_２膜５Ａ、ＳｉＮ膜５Ｂおよびクラッド層２においてそれぞれ反射することによって生じる第２群の反射光が互いに打ち消しあった結果生じる第２合成反射光の光量との総量を第１総光量とし、単層低反射コート膜が上記端部に配されている場合に、コア層３を通る光路上の光が、当該単層低反射コート膜およびコア層３においてそれぞれ反射した第３群の反射光が互いに打ち消しあった結果生じる第３合成反射光の光量と、クラッド層２を通る光路上の光が、単層低反射コート膜およびクラッド層２においてそれぞれ反射した第４群の反射光が互いに打ち消しあった結果生じる第４合成反射光の光量との総量を第２総光量とすると、上記第１総光量が上記第２総光量よりも少なくなるようにＳｉＯ_２膜５ＡおよびＳｉＮ膜５Ｂの厚さが設定されている。

尚、本実施の形態では、ＳＯＩ基板から作製された単一の細線導波路４へ、低反射コート膜５と低反射コート膜６が応用されたが、コア層３とクラッド層２を有する基板から作製されて、そのコア層３を使って光を伝搬させるような光学素子であればよく、本実施例の低反射コート膜５・６の応用先は細線導波路だけに限定されない。

また、本実施の形態の低反射コート膜５・６を用いると、コア層３の表面に上部クラッド層が堆積される場合においても、入射側及び出射側の基板端面における光の反射を抑制することができる。なお、コア層３の表面に上部クラッド層を推積されない場合は、コア層３の周辺の空気（ｎ_ＡＩＲ＝１）が上部クラッド層と同様の役割を果たすことになる。

また、本実施の形態では、低反射コート膜５・６は、ＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ膜から形成されているが、低反射コート膜５・６の材料は、特にこれらの材料に限定されず、低反射コート膜５・６が有する第１の膜および第２の膜の材料がλにおいて透明で、かつ、クラッド層の屈折率ｎ_ｃｌａｄ＜第１の膜の屈折率ｎ１＜第２の膜の屈折率ｎ２＜コア層の屈折率ｎ_ｃｏｒｅの関係を満たすものであれば、第１の膜と第２の膜とは他の材料から形成されてよい。

第１の膜と第２の膜との組み合わせとしては、例えば、以下の材質の組み合わせをあげることができる。なお、以下の括弧内の数字はそれぞれの材質の屈折率である。

すなわち、第１の膜５ＡがＳｉＯ_２(１．４４)と第２の膜５ＢがＡｌＮ(２．０)との組み合わせ、第１の膜５ＡがＳｉＯ_２と第２の膜５ＢがＴｉＯ_２(２．５)との組み合わせ、第１の膜５ＡがＳｉＯ_２と第２の膜５ＢがＴａ_２Ｏ_５(２．２)との組み合わせ、第１の膜５ＡがＳｉＮ(１．９)と第２の膜５ＢがＡｌＮとの組み合わせ、第１の膜５ＡがＳｉＮと第２の膜５ＢがＴｉＯ_２との組み合わせ、第１の膜５ＡがＳｉＮと第２の膜５ＢがＴａ_２Ｏ_５との組み合わせ、第１の膜５ＡがＡｌＮと第２の膜５ＢがＴｉＯ_２との組み合わせ、第１の膜５ＡがＡｌＮと第２の膜５ＢがＴａ_２Ｏ_５との組み合わせ、第１の膜５ＡがＴａ_２Ｏ_５と第２の膜５ＢがＴｉＯ_２との組み合わせであってもよい。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図１１〜図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態に係る光学素子１１と、光学素子１とでは低反射コート膜の第１の膜および第２の膜の積層される順番が相違する。この、本実施の形態に係る光学素子１１の構成について図１１〜図１３を用いて説明する。

（光学素子１１の構成）
図１１は、本実施の形態に係る光学素子の構成を表す断面図である。

図１１に示すように、光学素子１１は、Ｓｉ基板８の上層に形成されるクラッド層２と、さらにその上層に形成され、細線導波路４を含むコア層３と、光学素子１１の光の入射方向の端部に形成される低反射コート膜（低反射膜）１５と、光学素子１１の光の出射方向の端部に形成される低反射コート膜（低反射膜）１６とから構成される。コア層３、細線導波路４、クラッド層２は実施の形態１で説明したものと同じ機能及び構造を有する。

また、本実施の形態において、細線導波路４を伝搬する光の波長や、光学素子１１の端面に光を入射させるビームスポット径は、実施の形態１と同様である。

低反射コート膜１５・１６は、低反射コート膜５・６と同様、光の反射を防止するためのものである。低反射コート膜１５は、細線導波路４およびクラッド層２の光入射側の端部に配されており、低反射コート膜１６は、細線導波路４およびクラッド層２の光出射側の端部に配されている。しかし、入射側の低反射コート膜１５および出射側の低反射コート膜１６は、実施の形態１の低反射コート膜５および低反射コート膜６と比較して構造が異なる。

低反射コート膜１５は、細線導波路４に入射する光を順次透過させるように積層されたＳｉＯ_２膜（第２の膜）１５ＢとＳｉＮ膜（第１の膜）１５Ａとを含む。ＳｉＮ膜１５ＡおよびＳｉＯ_２膜１５Ｂの屈折率は、コア層３の屈折率よりも小さく、クラッド層２の屈折率以上であるとともに、互いに異なっている。ＳｉＮ膜１５Ａは、細線導波路４およびクラッド層２と接する側に配される。ＳｉＯ_２膜１５Ｂは低反射コート膜１５の光の入射側に配される。ＳｉＮ膜１５Ａは細線導波路４およびクラッド層２とＳｉＯ_２膜１５Ｂとの間に配される。

また、低反射コート膜１６は、細線導波路４およびクラッド層２から出射する光を順次透過させるように積層されたＳｉＮ膜１６ＡとＳｉＯ_２膜１６Ｂとを含む。ＳｉＮ膜１６Ａは、細線導波路４およびクラッド層２と接する側に配される。ＳｉＯ_２膜１６Ｂは低反射コート膜１６の光の出射側に配される。ＳｉＮ膜１６Ａは細線導波路４およびクラッド層２とＳｉＯ_２膜１６Ｂとの間に配される。

（低反射コート膜１５および低反射コート膜１６の構成）
次に、図１２、１３を用いて、入射側の低反射コート膜１５および出射側の低反射コート膜１６の詳細な構造を説明する。図１２は、図１１の入射側の低反射コート膜１５を備える光学素子１１の側方断面の拡大図である。図１３は、図１１の出射側の低反射コート膜１６と細線導波路４との側方断面の拡大図である。

図１２に示すように、ＳｉＮ膜１５Ａの幅（厚さ）をＷ１１_ｉｎとし、ＳｉＯ_２膜１５Ｂの幅（厚さ）をＷ１２_ｉｎとすると、ＳｉＮ膜１５Ａを伝搬する光の光路長はＬ１１_ｉｎ＝Ｗ１１_ｉｎ×ｎ_ＳｉＮとなり、ＳｉＯ_２膜１５Ｂを伝搬する光の光路長はＬ１２_ｉｎ＝Ｗ１２_ｉｎ×ｎ_ＳｉＯ２となる。

また、図１３に示すようにＳｉＮ膜１６Ａの幅（厚さ）をＷ１１_ｏｕｔとし、ＳｉＯ_２膜１６Ｂの幅をＷ１２_ｏｕｔとすると、ＳｉＮ膜１６Ａを伝搬する光の光路長はＬ１１_ｏｕｔ＝Ｗ１１_ｏｕｔ×ｎ_ＳｉＮとなり、ＳｉＯ_２膜１６Ｂを伝搬する光の光路長はＬ１２_ｏｕｔ＝Ｗ１２_ｏｕｔ×ｎ_ＳｉＯ２となる。

そして、本実施の形態においては、ＳｉＮ膜１５Ａ・１６Ａは、ＳｉＯ_２膜１５Ｂ・１６Ｂの屈折率よりも大きく、ＳｉＮ膜１５Ａ・１６ＡおよびＳｉＯ_２膜１５Ｂ・１６Ｂの光路長Ｌ１１（Ｌ１１_ｉｎまたはＬ１１_ｏｕｔ）およびＬ１２（Ｌ１２_ｉｎまたはＬ１２_ｏｕｔ）は、下記（２）式または（３）式に示す関係を満たす。
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１１＋Ｌ１２）≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）・・・（２）
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦Ｌ１２≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）・・・（３）
ただし、上記（２）式および（３）式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である。

なお、上記（１）〜（３）式は、低反射コート膜がＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ膜から構成されている場合にのみ成り立つ式ではなく、低反射コート膜がこれらの材質以外の材質から構成されている場合にも適用できる。

（実験結果）
ＳｉＮ膜１５Ａ・１６ＡおよびＳｉＯ_２膜１５Ｂ・１６Ｂの、屈折率および膜厚を上記（２）式または（３）式の関係を満たすものにすることにより、細線導波路４の端部における反射光をより確実に低減することができる。

これについて、実験結果を基に図１４〜図１７を用い説明する。

図１４は、Ｌ１１_ｉｎおよびＬ１２_ｉｎを変化させた場合の光学素子１１の端部における反射率をシミュレートした結果である。

図１６は、Ｌ１１_ｏｕｔおよびＬ１２_ｏｕｔを変化させた場合の光学素子１１の端部における反射率をシミュレートした結果である。

シミュレーションの条件は、実施の形態１と同様にλ＝１．５８μｍ、ｎ_ＳｉＯ２＝１．４４、ｎ_Ｓｉ＝３．４７、ｎ_ＳｉＮ＝１．９とした。

また、図１４の縦軸はＬ１１_ｉｎを表し横軸はＬ１２_ｉｎを表す。また、図１６の縦軸はＬ１１_ｏｕｔを表し横軸はＬ１２_ｏｕｔを表す。そして、図１４、図１６とも縦軸および横軸の最大値はλ／２であり、中心値はλ／４を示す。そして、色が濃く（黒く）なるほどが反射率が低い領域を表し、色が薄く（白く）なるほど反射率が高い領域を表す。

すなわち、図１４、図１６の色が濃くなっている領域が、低反射コート膜１５、１６を設けることによる反射光の抑制の効果が得られている領域である。図１４、図１６で一番色が濃くなっている箇所の反射率は９％である。一方、従来の低反射コート膜１０６・１０７（図２３、図２４参照）は、ＳｉＮのみからなるので、図１４、図１６のそれぞれでＬ１２_ｉｎ＝Ｌ１２_ｏｕｔ＝０、Ｌ１１_ｉｎ＝Ｌ１１_ｏｕｔ＝λ／４のときの反射率で表されることになる。このときの反射率は２２％である。このように、従来の低反射コート膜１０６・１０７を設けるより、低反射コート膜１５・１６を設ける方が、反射光が抑制されることがわかる。

この図１４で色が黒くなっている領域を確実に含む領域を図１５の斜線部分に示す。

図１５は、図１４での反射光が抑制されている領域を示すグラフである。図１５に示すように、Ｌ１１_ｉｎおよびＬ１２_ｉｎは、Ｌ１１_ｉｎ＞０およびＬ１２_ｉｎ＞０であり、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１１_ｉｎ＋Ｌ１２_ｉｎ）≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
または、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦Ｌ１２_ｉｎ≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）の関係を満たす。ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である。

また、図１６で色が黒くなっている領域を確実に含む領域を図１７の斜線部分に示す。図１７は、図１６での反射光が抑制されている領域を説明するグラフである。図１７に示すように、Ｌ１１_ｏｕｔおよびＬ１２_ｏｕｔは、Ｌ１１_ｏｕｔ＞０およびＬ１２_ｏｕｔ＞０で、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１１_ｏｕｔ＋Ｌ１２_ｏｕｔ）≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
または、
（０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦Ｌ１２_ｏｕｔ≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）の関係を満たす。ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である。

（反射光が低減される原理）
次に図１８を用い、ＳｉＮ膜１５Ａ、ＳｉＯ_２膜１５Ｂ、コア層３およびクラッド層２のそれぞれの界面で反射される光の位相の変化の様子について説明する。

図１８に示すように、光学素子１１への入射光のうち低反射コート膜１５を透過しコア層３へ入射する入射光をＴ１で表し、低反射コート膜１５を透過しクラッド層２へ入射する入射光をＴ２で表す。また低反射コート膜１５の光路長ＬをＬ＝λ／４とする。

そして、コア層３との対向領域であり、ＳｉＯ_２膜１５Ｂの膜面の大気と接している側が膜面ｒ１１であり、ＳｉＮ膜１５ＡとＳｉＯ_２膜１５Ｂとの界面ｕが膜面ｒ１２であり、ＳｉＮ膜１５Ａのコア層３と接している側が膜面ｒ１３である。また、クラッド層２との対向領域であり、ＳｉＯ_２膜１５Ｂの膜面の大気と接している側が膜面ｒ１４であり、ＳｉＮ膜１５ＡとＳｉＯ_２膜１５Ｂとの界面ｕが膜面ｒ１５であり、ＳｉＮ膜１５Ａのクラッド層２と接している側が膜面ｒ１６である。また、ＳｉＮ膜１５ＡとＳｉＯ_２膜１５Ｂとの接触面（すなわちｒ１２およびｒ１５）が界面ｕである。

そして、入射光Ｔ１の膜面ｒ１１、膜面ｒ１２、膜面ｒ１３のそれぞれでの反射光が反射光ｊ、反射光ｋ、反射光ｌである。また、入射光Ｔ２の膜面ｒ１４、膜面ｒ１５、膜面ｒ１６のそれぞれでの反射光が反射光ｍ、反射光ｎ、反射光ｏである。

そして、コア層３の対向領域では、ＳｉＯ_２膜１５Ｂ、ＳｉＮ膜１５Ａ、Ｓｉからなるコア層３の屈折率の大小関係は、ｎ_ＡＩＲ＝１＜ｎ_ＳｉＯ２＝１．４４＜ｎ_ＳｉＮ＝１．９＜ｎ_Ｓｉ＝３．４７の関係が得られるので、図１８では、膜面ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３には白丸を付している。すなわち、反射光ｊ、反射光ｋ、反射光ｌのそれぞれの反射による位相変化は０である。

ここで、反射光ｌは、低反射コート膜１５内を往復して膜面ｒ１１から出射されるので反射光ｊに対しての光路長差が２×Ｌとなり、膜面ｒ１１から出射される反射光ｌは位相がπ変化する。このため、反射光ｊと反射光ｌとは位相がπずれているので、互いに打ち消しあう。

また、クラッド層２の対向領域では、ＳｉＯ_２膜１５Ｂ、ＳｉＮ膜１５Ａ、ＳｉＯ_２からなるクラッド層２の屈折率の大小関係は、ｎ_ＡＩＲ＝１＜ｎ_ＳｉＯ２＝１．４４＜ｎ_ＳｉＮ＝１．９＞ｎ_ＳｉＯ２＝１．４４の関係が得られるので、図１８では、膜面ｒ１４、ｒ１５、には白丸を付し、膜面ｒ１６には黒丸を付している。すなわち、反射光ｍ、反射光ｎ、それぞれの膜面での反射による位相変化は０であるが、反射光ｏは膜面での反射により位相がπ変化する。

ここで、反射光ｏは、低反射コート膜１５内を往復して膜面ｒ１４から出射されるので反射光ｍに対しての光路長差が２×Ｌとなり、さらに位相がπ変化し、膜面ｒ１４から出射される反射光ｏと反射光ｍとは位相がずれず、互いに強め合うことなる。

ここで、図９で示した従来の低反射コート膜１０６では、実施の形態１で説明したように、コア層近傍での反射光ｆと反射光ｇとは打ち消しあうことに対して、クラッド層近傍では反射光ｈと反射光ｉとが互いに強め合うという問題が生じる。

一方、本実施の形態に係る低反射コート膜１５ではさらに、ＳｉＯ_２膜１５Ｂと、ＳｉＮ膜１５Ａとの接触面である界面ｕ（膜面ｒ１２、ｒ１５）を備え、この界面でも反射光ｋと反射光ｎとが発生する。

本実施の形態の低反射コート膜１５では、クラッド層２の近傍では、膜面ｒ１５で反射光ｎが反射されることにより、反射光ｍと反射光ｏとが互いに強め合うことを抑制することができる。また、コア層３の近傍では膜面ｒ１２での反射光ｒ１２が出射されることになるが、反射光全体としては、反射光ｎによる反射光ｍと反射光ｏとが互いに強め合うことを抑制することの効果の方が大きい。

なお、Ｌ１１_ｉｎ＋Ｌ１２_ｉｎ、Ｌ１１_ｏｕｔ＋Ｌ１２_ｏｕｔの範囲がＬ１_ｉｎ＋Ｌ２_ｉｎ、Ｌ１_ｏｕｔ＋Ｌ２_ｏｕｔの範囲より広いため、本実施の形態の光学素子１１は、実施の形態１で示した光学素子１より、作製プロセスの誤差において許容範囲が広い。

（応用例）
次に、実施の形態１、２で示した光学素子１・１１の応用例について図１９、図２０を用い説明する。

図１９は、本実施の形態に係る光学素子をマッハチェンダー干渉計に応用する場合の構成を示す概略図である。

図１９に示すように、光学素子１・１１は、光スイッチ素子が有するＳＯＩ基板から作成されたマッハチェンダー干渉計に応用することができる。マッハチェンダー干渉計の光の入射側に低反射コート膜５・１５を配し、光の出射側に低反射コート膜６・１６を配することにより、反射光をより抑制したマッハチェンダー干渉計を構成することができる。

また図２０は、本実施の形態に係る光学素子を線欠陥導波路に応用する場合の構成を示す概略図である。

図２０に示すように、光学素子１・１１は、光群遅延素子が有するフォトニック結晶からなる線欠陥導波路に応用することもできる。線欠陥導波路の光の入射側に低反射コート膜５・１５を配し、光の出射側に低反射コート膜６・１６を配することにより、反射光をより抑制した線欠陥導波路を構成することができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、本発明は、以下のようにも表現できる。

すなわち、コア層とクラッド層を有する基板から作製された光学素子において、光が入射もしくは出射する前記基板の端面の内少なくとも一方へ、第１の膜と第２の膜が順に堆積して形成されて、コア層の屈折率（ｎ_ｃｏｒｅ）とクラッド層の屈折率（ｎ_ｃｌａｄ）との関係で、第１の膜の屈折率（ｎ_１）と第２の膜の屈折率（ｎ_２）はそれぞれ、ｎ_ｃｏｒｅ＞ｎ_１≧ｎ_ｃｌａｄとｎ_ｃｏｒｅ＞ｎ_２≧ｎ_ｃｌａｄを満たしていることを特徴とする、低反射コート膜。

光が入出射する基板端面において、上記第１の膜の屈折率と上記第２の膜の屈折率の関係がｎ_１＜ｎ_２であり、前記第１の膜の光路長（Ｌ１）と前記第２の膜の光路長（Ｌ２）が、Ｌ１＞０、かつ、Ｌ２＞０、かつ、０．７×λ／４＋λ／２×ｍ≦Ｌ１＋Ｌ２≦１．１×λ／４＋λ／２×ｍの関係を満たすことを特徴とする低反射コート膜。
（ｍは０以上の整数。λは低反射コート膜を伝搬する光の波長。）
上記第１の膜がＳｉＯ_２から作製され、上記第２の膜がＳｉＮから作製されることを特徴とする低反射コート膜。

光が入出射する基板端面において、上記第１の膜の屈折率と上記第２の膜の屈折率の関係がｎ_１＞ｎ_２であり、前記第１の膜の光路長と前記第２の膜の光路長が、Ｌ１＞０、Ｌ２＞０、かつ０．８×λ／４＋λ／２×ｍ≦Ｌ１＋Ｌ２≦１．５×λ／４＋λ／２×ｍの関係、または、Ｌ１＞０、かつ０．８×λ／４＋λ／２×ｍ≦Ｌ２≦１．５×λ＋λ／２×ｍの関係を満たすことを特徴とする低反射コート膜。

上記第１の膜がＳｉＮから作製され、上記第２の膜がＳｉＯ_２から作製されることを特徴とする低反射コート膜。

上記コア層がＳｉからなり、上記クラッド層がＳｉＯ_２からなり、上記基板の端面へ形成されることを特徴とする低反射コート膜。

光の入出射側の両方もしくは一方の端部に屈折率が異なる２層の膜からなる低反射コート膜を設けるので、入出射光の反射を低減することができ、マッハチェンダー干渉計や線欠陥導波路に用いることができるだけでなく、光を伝搬させるための光学素子に広く適用できる。

図１は、本発明の実施の一形態に係る光学素子の構成を表す断面図である。 図２は、図１のＡ―Ａ’線における断面を示す断面図である。 図３は、図１の入射側の低反射コート膜および細線導波路の端部を示す図である。 図４は、図１の出射側の低反射コート膜および細線導波路の端部を示す図である。 図５は、Ｌ１_ｉｎおよびＬ２_ｉｎを変化させた場合の光学素子の端部における反射率をシミュレートした結果を示す図である。 図６は、反射光が抑制されている領域を示すグラフである。 図７は、Ｌ１_ｏｕｔおよびＬ２_ｏｕｔを変化させた場合の光学素子の端部における反射率をシミュレートした結果を示す図である。 図８は、反射光が抑制されている領域を示すグラフである。 図９は、従来の低反射コート膜を光学素子の光の入射側の端部に設けた場合の位相変化の様子を表す図である。 図１０は、本発明の実施の一形態に係る低反射コート膜を光学素子の光の入射側の端部に設けた場合の位相変化の様子を表す図である。 図１１は、本発明の実施の一形態に係る光学素子の構成を示す断面図である。 図１２は、図１１の入射側の低反射コート膜を備える光学素子の端部を示す図である。 図１３は、図１１の出射側の低反射コート膜を備える光学素子の端部を示す図である。 図１４は、Ｌ１１_ｉｎおよびＬ１２_ｉｎを変化させた場合の光学素子の端部における反射率をシミュレートした結果を示す図である。 図１５は、反射光が抑制されている領域を示すグラフである。 図１６は、Ｌ１１_ｏｕｔおよびＬ１２_ｏｕｔを変化させた場合の光学素子の端部における反射率をシミュレートした結果を示す図である。 図１７は、反射光が抑制されている領域を示すグラフである。 図１８は、本発明の実施の一形態に係る低反射コート膜を光学素子の光の入射側の端部に設けた場合の位相変化の様子を表す図である。 図１９は、本発明の実施の一形態に係る光学素子をマッハチェンダー干渉計に応用する場合の構成を示す概略図である。 図２０は、本発明の実施の一形態に係る光学素子を線欠陥導波路に応用する場合の構成を示す概略図である。 図２１は、従来の低反射コート膜を有する単一の光導波路の断面図である。 図２２は、図２１のＢ−Ｂ’線における断面を示す断面図である。 図２３は、従来の低反射コート膜が形成されている側のＳＯＩ基板の端部を示す図である。 図２４は、従来の低反射コート膜が形成されている側のＳＯＩ基板の端部を示す図である。

符号の説明

１・１１ 光学素子
２ クラッド層（光導波路）
３ コア層（光導波路）
４ 細線導波路（光導波路）
５・６ 低反射コート膜（低反射膜）
５Ａ・６Ａ ＳｉＯ_２膜（第１の膜）
５Ｂ・６Ｂ ＳｉＮ膜（第２の膜）
１５・１６ 低反射コート膜（低反射膜）
１５Ａ・１６Ａ ＳｉＮ膜（第１の膜）
１５Ａ・１６Ｂ ＳｉＯ_２膜（第２の膜）

Claims (8)

1. 光源から出射された光を伝搬するコア層と、上記コア層よりも低い屈折率を有するクラッド層とを有する光導波路を備える光学素子であって、
   上記光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部、もしくはその両方に、光の反射を防止する低反射膜が配されており、
   上記低反射膜は、上記光導波路に入射する光または上記光導波路から出射する光を順次透過させるように積層された第１の膜と第２の膜とを含み、
   上記第１および第２の膜の屈折率は、上記コア層の屈折率よりも小さく、上記クラッド層の屈折率以上であるとともに、互いに異なっていることを特徴とする光学素子。
2. 上記第１の膜または第２の膜の一方のみを有し、上記低反射膜と同じ膜厚を有する単層低反射膜が上記端部に配されている場合に生じる、当該端部における反射光の光量よりも、上記低反射膜が配された上記端部における反射光の光量が少なくなるように、上記第１および第２の膜の厚さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 上記第１の膜の屈折率は、上記第２の膜の屈折率よりも小さく、
   上記第１の膜を伝搬する光の光路長をＬ１（Ｌ１＞０）、上記第２の膜を伝搬する光の光路長をＬ２（Ｌ２＞０）とすると、Ｌ１およびＬ２は、
   （０．７×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．１×λ／４＋λ／２×ｍ）
   （ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 上記第１の膜は、ＳｉＯ_２を主成分とし、
   上記第２の膜は、ＳｉＮを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 上記第１の膜の屈折率は、上記第２の膜の屈折率よりも大きく、
   上記第１の膜を伝搬する光の光路長をＬ１（Ｌ１＞０）、上記第２の膜を伝搬する光の光路長をＬ２（Ｌ２＞０）とすると、Ｌ１およびＬ２は、
   （０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦（Ｌ１＋Ｌ２）≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
   または
   （０．８×λ／４＋λ／２×ｍ）≦Ｌ２≦（１．５×λ／４＋λ／２×ｍ）
   （ただし、上記式において、ｍは０以上の整数であり、λは上記光源から出射された光の波長である）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
6. 上記第１の膜は、ＳｉＮを主成分とする材質からなり、
   上記第２の膜は、ＳｉＯ_２を主成分とする材質からなることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 上記コア層は、Ｓｉを主成分とする材質からなり、
   上記クラッド層は、ＳｉＯ_２を主成分とする材質からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 光源から出射された光を伝搬するコア層と、上記コア層よりも低い屈折率を有するクラッド層とを有する光導波路を備える光学素子に適用される、光の反射を防止する低反射膜であって、
   上記光導波路の、光入射側の端部または光出射側の端部、もしくはその両方に配されており、
   上記光導波路に入射する光または上記光導波路から出射する光を順次透過させるように積層された第１の膜と第２の膜とを含み、
   上記第１および第２の膜の屈折率は、上記コア層の屈折率よりも小さく、上記クラッド層の屈折率以上であるとともに、互いに異なっていることを特徴とする低反射膜。