JP2010186132A - 反射光減衰器 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路の終端における反射戻り光を抑制する。
【解決手段】反射光減衰器１は、基板２と、その基板上に形成されたクラッド５とコア４とを備える光導波路と、その光導波路の少なくとも一部の側面に、光導波路を進行光が伝搬する伝搬方向に向って、コア中心軸との距離が次第に短くなるよう配置されたＴｉやＣｒ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属からなる光を吸収する光吸収材料６とを備える。光導波路を伝搬方向に向って伝搬する光の強度分布がコアからクラッドへ漏洩してゆき、光吸収材料にて光が吸収されることで反射戻り光を抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は光導波路デバイスに関する。本発明は特に、光導波路の終端における反射戻り光を減衰する技術に関する。

光通信分野において、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式の出現により、通信波長の精密な制御や、経路スイッチングを行った複雑な制御が必要となっている。同時に伝送速度（周波数）も速くなっており、特に光通信デバイスにおいては、より高度な技術を用いた製品が求められるようになっている。

このような背景の中、近時、より高機能な光通信デバイスを実現するために、高密度集積が可能な小型光回路部品の必要性が高まっている。その中でも、平面光波回路型デバイス（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）は、その作製プロセスに半導体回路の作製技術を利用できることから、作製の容易さ及び集積性が極めて優れており、高機能化・大規模化にも有利であるという特長をもつ。

ＰＬＣ技術では、光導波路を用いてウェハ表面に光回路を形成することで、光の分岐や波長選択フィルタなどの様々な光機能が実現できる。シリコン基板上に形成された光導波路と化合物半導体を組み合わせた外部共振器型波長可変レーザはその一例である。従来の化合物半導体レーザは温度を調節するなどの手段により波長可変機能を実現するが、外部共振器型波長可変レーザは、こうした方法に比べて極めて広い波長可変範囲を実現することが可能である。また外部共振器型波長可変レーザは、従来の化合物半導体レーザと幾つかの光コンポーネント（例えばグレーティング等）を高精度実装して波長可変機能を実現する方法に比べて小型で、かつ高い信頼性を実現できる（例えば非特許文献１参照）。

光導波路と化合物半導体を組み合わせた外部共振器型波長可変レーザでは、化合物半導体で発生した光を、光導波路型波長フィルタを用いて選択波長に対してフィードバック（波長選択反射）することで、選択波長での単一モードレーザ発振が可能となる。しかし、光導波路型波長フィルタ内で予期しない反射点が存在した場合、不必要なフィードバックが発生してレーザ発振状態が不安定となるという問題がある。条件によっては、予期しない波長での発振が生じる可能性がある。その結果、波長多重光通信システムにおいて、あるチャネルから他チャンネルへの混信が発生して正常な光通信動作が維持できなくなる恐れがある。このような反射光による悪影響は、ここで例に挙げた波長可変レーザのみに起こる問題ではなく、各種光導波路型フィルタ回路や化合物半導体光デバイスにおいても同様である。従って、安定して光導波路デバイスを高機能・高精度に動作させるためには、特に反射光が発生しやすい場所での余分な反射戻り光を抑制することが重要である。

光導波路で反射が発生する箇所は、光の進行方向が変えられる場所（例えばＹ分岐導波路や、直線導波路と曲がり導波路の接続部）や、光の進行方向で屈折率がステップ状に変化する場所（例えば、光導波路と光ファイバあるいは他の光デバイスとの接続部や、光導波路が切断されている場所）などである。すなわち、光の伝搬モードに準連続的ではない変化をもたらす箇所において反射戻り光が発生する。反射戻り光の大きさはその変化の大きさに依存する。

これらの反射を防ぐための対策が従来からなされている。例えば、直線導波路と曲がり導波路の接続部では、直線部分を伝搬している光のモードと曲がり導波路を伝搬する光のモードが近くなるように、互いの軸位置をずらす（オフセット）ことが行われる。あるいは、光導波路と他のデバイスとの接続部においては、スポットサイズコンバータや斜め端面接合が組み合わされて利用される。

特に反射戻り光の影響が大きいのが、光導波路が切断されている箇所（例えば半導体光増幅素子端面）である。このような箇所では、例えば光が出射する先の領域の屈折率に合わせて誘電体多層膜での無反射コーティングを施したり、窓構造や斜め端面を用いて反射率を低減したり（図２、特許文献１参照）、光を確実に放射して反射戻り光が無い構造を設ける（図３、特許文献５参照）など様々な工夫がされている。これらの技術は、以下の特許文献に詳しい。

特開平１１−０４６０４４号公報 特開平０８−２１１３４２号公報 特開２００４−０４６０２１号公報 特開平１−１５８４１３号公報 特許第３１５９８６１号公報

Ｙ． Ｄｅｋｉ ｅｔ ａｌ．， "Ｗｉｄｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ １００ ＧＨｚ ＦＳＲ ｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ"， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．４３， Ｎｏ．４， ２００７

以上述べたように、あらゆる光通信デバイスにおいて、不必要な反射は忌避されるべきものであり、無反射終端構造は様々な形で利用されている。さらに、今後の光導波路デバイスの高機能・高密度集積化に際しては、当然、光回路内部で反射戻り光を簡便かつ確実に抑える技術が求められる。上述した背景技術を用いた場合、反射戻り光は光導波路に再結合しにくいようになっているため、放射した光導波路への反射戻り光は確かに抑えられる。しかし、光フィルタの形態によっては、光導波路を伝搬してきた光を完全に消光してしまいたい場合がある。

このような課題が発生する回路としては、例えば図１に示すようなマッハツェンダ干渉計がある。マッハツェンダ干渉計は２つの３ｄＢ方向性結合器とそれらをつなぐ２本のアーム導波路からなる。一方の方向性結合器の一つの入力導波路から光を導入したのち、２本のアーム導波路の長さの差分を制御することにより、もう一方の方向性結合器の出力側導波路を選択することができる光スイッチや、出力導波路の光強度を制御できる可変減衰器を形成することができる。この時、必要な光は２つの出力のうち一方だけで、もう一方の出力導波路からの光は消光する必要がある。この消光する必要のある光を、反射戻り光が発生しないように導波路外に放射してしまうと、特に集積化された光デバイスの場合は、その放射光が迷光となる。迷光がその他の光回路へ結合するなどすると、光デバイス全体の制御に悪影響を与える可能性がある。

これを解決する方法の一例として、特許文献３では、迷光をチップ外に導く構造を導入して、光ファイバや他の光回路に迷光が結合しないように工夫している。しかしこのような方法は、単体の光導波路デバイスでは用いることができるが、外部に制御用の受光素子が実装されていた場合などは、チップ外に放射した迷光がパッケージ内で反射して悪影響を及ぼす可能性が高く、問題となる。従って、反射戻り光が発生せず、不必要な光を迷光にしないような、光導波路終端構造が必要とされている。

本発明による反射光減衰器は、基板と、その基板上に形成されたクラッドとコアとを備える光導波路と、その光導波路の少なくとも一部の側面に、光導波路を進行光が伝搬する伝搬方向に向って、コア中心軸との距離が次第に短くなるよう配置された光吸収材料とを備える。

本発明により、光導波路の終端における反射戻り光が抑制される。

図１は、マッハツェンダ干渉計の例を示す。 図２は、反射防止構造の参考技術を示す。 図３は、反射防止構造の参考技術を示す。 図４は、反射光減衰器の鳥瞰図である。 図５Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図５Ｂは、反射光減衰器の側面図である。 図６Ａは、反射光減衰器の作製フローを示す断面図である。 図６Ｂは、反射光減衰器の作製フローを示す断面図である。 図６Ｃは、反射光減衰器の作製フローを示す断面図である。 図７は、反射光減衰器の動作を説明するための上面図である。 図８Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図８Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図９Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図９Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図１０Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図１０Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図１１Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図１１Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図１２Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図１２Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図１３Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図１３Ｂは、反射光減衰器の断面図である。 図１４は、反射光減衰器の上面図である。 図１５は、マッハツェンダ干渉計型可変光減衰器を示す。 図１６は、リング共振器型光変調器を示す。 図１７は、反射光減衰器の上面図である。 図１８Ａは、反射光減衰器の上面図である。 図１８Ｂは、反射光減衰器の上面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態における反射光減衰器１の鳥瞰図である。図５Ａ、図５Ｂはそれぞれ図４の反射光減衰器１の上面図及び側面図である。反射光減衰器１は、光導波路デバイスの光導波路の終端部に形成される。基板２上に、光導波路の終端部のコア４とクラッド５が形成される。その反射光や放射光を発生する光導波路を覆うように、光吸収材料６が配置される。光吸収材料６は例えば金属である。光導波路と光吸収材料６は、光導波路（コア４とクラッド５）の延長方向に沿って延長するリッジ構造３を形成する。リッジ構造３は、光導波路における進行波の伝搬方向に向って細くなるテーパー形状を有する。光吸収材料６によって、光導波路における反射や迷光の原因となる伝搬光強度が影響の無いレベルまで減衰されるか、ほぼすべての光が消光される。

反射光減衰器１における光導波路は、リッジ構造３の内部で光伝搬方向へ向って次第に細くなるテーパー形状を有する。このテーパー部は、導波路を伝搬する光のフィールド径が伝搬方向へ向って次第に大きくなるように設計される。またリッジ構造３は、その側面に設置された光吸収材料６と伝搬光フィールドが次第に近づくように作製される。この構造の中には伝搬光にとって反射点となる箇所が無いため、反射の発生なしに伝搬光強度を十分に減衰させることができる。また、外部へ放射する光が制御に対しておよぼす影響も抑制される。

ここで、本実施形態における反射光減衰器１の作製方法の一例を述べる。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに作製プロセスフローを示す。まず、図６Ａを参照して、シリコンの基板２上に光導波路を形成するために、下側クラッド層７（たとえばＢＰＳＧ：ボロンリンドープシリカガラスやＰＳＧ：リンドープシリカガラス、ＮＳＧ：ノンドープシリカガラスなど）を成膜する。基板材料としては、光導波路を構成する材料や最終製品により、ガラス基板やポリマー基板などが選ばれる。下側クラッド層７としては、ガラス材料に限定せずにポリマー材料等を用いる場合もある。

さらに、下側クラッド層７の上にクラッド層よりも屈折率の高いコア４（光導波路コア層、たとえばＧＰＳＧ：ゲルマニウムリンドープシリカガラスやＰＳＧ、ＳｉＯＮ：酸窒化シリコンなど）を成膜する。屈折率は、成膜時に混入する不純物の量を制御することで調整可能である。コア４は実現したい光回路に合わせてフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により矩形形状にパターニングされる。フォトリソグラフィに用いるフォトマスクによって光導波路コアのパターンが転写され、所望の光回路（光フィルタ等）が形成できる。なお、コア材料によっては、フォトリソグラフィのみでパターニングが可能な材料もあるが、ガラス材料ではＲＩＥを用いるのが一般的である。

コア４の形成後、上側クラッド層８（たとえばＢＰＳＧやＰＳＧ、ＮＳＧなど）を成膜して、光回路の作製が完了する。なお、これらの一連のプロセスの中で、材料の透明性や膜密度、信頼性を改善するために、アニール処理（８００〜１０００℃程度）が通常は行われる。上記光導波路パターンは、例えばガラス導波路においてΔ５％程度（上下クラッド層屈折率１．４５に対してＳｉＯＮコア層屈折率１．５３程度）の高Δ光導波路を形成する場合、上下クラッド層は膜厚８μｍ、コア層は２μｍ角に設定される。例えばΔ０．６％程度の場合では、上下クラッド層は膜厚１５μｍ、コア層は５μｍ角に設定される。

図６Ｂを参照して、光導波路パターンが形成された後、反射光減衰器１を形成する導波路の両脇のクラッド層を、ＲＩＥによりエッチングする。エッチング深さは、通常は基板２に到達する程度とするが、反射光を減衰する機能を発揮する程度に深くエッチングされていれば良い。次いで図６Ｃを参照して、リッジ構造の表面に光吸収材料６を成膜し、フォトリソグラフィ工程によりパターニングする。光吸収材料としては、通常は金属を用いるのが好ましく、例えばＴｉやＣｒ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕなどの代表的な金属を用いることが可能である。光導波路材料との密着性を確保するために、これらの金属の組み合わせを用いてもよい。もしくは、放射光を制御に利用したい場合などは、透明で高屈折率を有する材料、例えばＳｉやＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、化合物半導体などを成膜することでも反射戻り光を低く抑える効果がある。もちろん、光導波路を伝搬する光に損失を発生させることができる材料であれば、例に挙げた材料に限らず用いることができる。

リッジ構造３の幅は、光が伝搬して反射光減衰器１に入射する部分が最も広く、望ましくは上下クラッドの合計膜厚と同程度、例えばΔ５％であればリッジ幅１６μｍ、Δ０．６％であればリッジ幅３０μｍであることが望ましい。最初に十分なリッジ幅を確保することで、伝搬光が反射光減衰器１に到達した際に、伝搬モードに対して不連続点とはならない。その結果、反射戻り光を低く抑えることができる。形成されたリッジ構造３は、光の伝搬方向に対して幅が次第に狭くなるテーパー構造となっていることが望ましい。同様にリッジ構造内部の光導波路、すなわちコア４とクラッド５もテーパー構造となっており、伝搬モードのフィールド径が次第に広くなるように設計されている。たとえば、Δ５％の場合は、リッジ幅１６μｍから、リッジ幅４μｍ程度まで、テーパー長１００〜２００μｍで狭めれば十分な反射戻り光低減効果が得られる。すなわち、光が伝搬すると共に、図７のように伝搬モードフィールドは広がり（図７（ａ）〜（ｂ））、同時にリッジ幅が狭まるため、次第に光がリッジ側壁から強く影響を受けるまでの距離に到達する（図７（ｃ））。この時、リッジ構造表面に設けられた光吸収材料６により導波路伝搬光に大きな損失が発生し、反射戻り光の原因となる元の光強度が十分低くなるため（図７（ｃ）〜（ｄ））、結果的に反射戻り光を低く抑えることができる。

さらに、完全に導波路伝搬光が消光しない場合を考えて、光導波路テーパー構造はなるべく先端が細くなるように加工しておき、コア４からクラッド５に光が放射されたときの実効的な屈折率差が小さくなるようにして反射を抑える。例えばΔ５％導波路の場合、元の幅の２μｍから０．５〜１．０μｍ程度まで、テーパー長１００〜２００μｍで狭まるようにする。さらにはコア４からクラッド５に放射した光が反射してくる可能性のあるリッジ構造先端部の端面５−１は、斜め端面となっていることが望ましい（図７（ｅ））。たとえば、端面５−１を光伝搬方向から５度程傾いた垂線を持つ平面となるように形成しておく。この時、光吸収材料（金属や高屈折率材料）による反射が発生する可能性をなるべく回避するため、リッジ構造３の先端部端面５−１には光吸収材料が無いようにパターニングしておくことが望ましいが、反射が発生しない材料であればこの限りではない。

（第２実施形態）
図８Ａは、本発明の第２実施形態における反射光減衰器１ａの上面図である。図８Ｂは、図８ＡのＡ−Ａ´断面の断面図である。本実施形態においては、リッジ構造３に代えて、段差構造３ａが形成される。段差構造３ａにおいては、一方の側面９−１はリッジ構造３の場合と同じであり、他方の側面に相当する部分が段差となっていない。リッジ構造３の他方の側面に相当する部分には、反射光減衰器１ａの光導波路が形成された領域と同じ高さを有する積層構造９−２が形成されている。図８Ａ、図８Ｂの例では、クラッド５ａを形成する下側クラッド層７ａと上側クラッド層８ａが、積層構造９−２として形成されている。コア４ａ、端面５−１ａは、それぞれ第１実施形態のコア４、端面５−１と同様である。

反射光減衰器として十分な消光特性を実現するには、必ずしも第１実施形態と同様に光導波路コアの両側に光吸収材料を設置する必要は無く、図８Ａ、図８Ｂのように片側にのみ光吸収材料６ａを設置しても構わない。このような構造をとることで、設計上の配置自由度が飛躍的に大きくなる。例えば図９Ａ、図９Ｂのように、積層構造９−２の部分に別の光導波路４ａ−１が並列配置されていても、反射光減衰器１ａ−１を構成する導波路の伝搬光のみを消光させることができる。テーパー長は第１実施形態に比較して若干長くなる傾向はあるが、伝搬光モードフィールドを十分広げて、光吸収材料６ａの影響を強く与えることで、十分な効果を得ることが出来る。当然のことだが、並列配置された導波路には、反射光減衰器中でモードフィールドが広がった伝搬光が結合されない距離を確保する必要がある。必要な距離は設計によって変わるため状況に応じて設定すればよいが、例えばΔ５％導波路では１５μｍ以上の距離を離しておくことにより、問題となる光結合が避けられる。

（第３実施形態）
図１０Ａは、本発明の第３実施形態における反射光減衰器１ｂの上面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＡ−Ａ´断面の断面図である。本実施形態において、コア４ｂ、光吸収材料６ｂ、光導波路４ｂ−１は図９Ａ、図９Ｂに示したものと同様である。反射光減衰器１ｂを構成するテーパー状の光導波路コア４ｂを伝搬している際に、十分に伝搬光が消光されている場合、光導波路コア４ｂからクラッド５ｂに放射した光が十分に弱い強度を有すると考えられるため、第２実施形態のようにクラッド５ｂに斜め端面構造を設ける必要が無い。クラッド５ｂ中に放射した光はさらにクラッド５ｂ内で拡散し、たとえ図中の隣接する光導波路４ｂ−１に結合したとしても、光回路の動作に影響を与えることは無い程度の光量にしかならないよう設計しておけば良い。本構成とすることで、大きな段差構造や複雑な構造が形成されなくなるため、光吸収材料６ｂのパターニング工程や後工程のプロセス上の問題が発生しにくくなるという利点が得られる。

（第４実施形態）
図１１Ａは、本発明の第４実施形態における反射光減衰器１ｃの上面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ−Ａ´断面の断面図である。第１実施形態のリッジ構造３のようにテーパー構造を形成せず、平面形状が長方形のリッジ構造３ｃを形成する。そしてリッジ構造３ｃ内部の光導波路コア４ｃを光伝搬方向に次第にリッジ構造３ｃの一方の側壁に近づくように形成する。この構成により、光導波路を伝搬する光を光吸収材料６ｃにより反射なく消光することができる。

光導波路コア４ｃは必ずしもテーパー構造となっている必要は無い。しかし、光導波路コア４ｃを光伝搬方向に次第に細くなるテーパー構造とし、伝搬光モードフィールドは伝搬するに従い広くなるように設計することにより、パターニングエラーでリッジ構造３ｃと光導波路コア４ｃの相対位置がずれた場合に極端にリッジ構造３ｃ側壁と光導波路コア４ｃの距離が近くなって不具合が発生する可能性を低下させることができる。

また、本実施形態のような構成だと、リッジ構造３ｃの先端部の端面５−１ｃが自然に光伝搬方向に対して斜めとなるように形成される。従って第１実施形態や第２実施形態のような斜め端面を設ける必要が無い。そのため、複雑なリッジ形状により引き起こされるパターニングエラー等の不具合を避けられるという利点がある。本実施形態の構成では、光吸収材料６ｃの影響は光導波路コア４ｃとリッジ構造３ｃ側壁が近づく側で支配的となるため、図１２Ａ、図１２Ｂのように光吸収材料６ｃ−１がリッジ構造３ｃの片側にのみ形成されていても、その機能を十分に果たすことができる。

（第５実施形態）
図１３Ａは、本発明の第５実施形態における反射光減衰器１ｄの上面図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＡ−Ａ´断面の断面図である。本実施形態は、第２実施形態と第４実施形態の利点を兼ね備えた構造となっており、設計上の複雑さや構造上の複雑さを最小限に抑えることができ、かつ十分な反射光減衰器としての機能を実現できる。加えて、特に第３実施形態に対して本実施形態では、反射光減衰器１ｄを構成する光導波路は、隣接光導波路４ｄ−１と平行に配置されておらず、光伝搬方向に隣接光導波路４ｄ−１から離れる向きに形成されている。そのため、たとえテーパー形状の光導波路コア４ｄの先端からクラッド５ｄへの放射光が若干量あったとしても、隣接光導波路４ｄ−１の方向へ向かう放射光は少なくなり、クロストークは格段に減少する。さらに、図１４のように光吸収材料を配置する領域を光伝搬方向へ拡張することで、放射光が端面で吸収され、段差構造３ｄの側面でのクラッド戻り光をより減少させることが可能となる。

（第６実施形態）
図１５は、本発明の第６実施形態である、反射光減衰器１を組み込んだマッハツェンダ干渉計型可変光減衰器１０を示す図である。反射光減衰器１としては、第１〜第５実施形態のいずれかの反射光減衰器が用いられる。マッハツェンダ干渉計は２つの３ｄＢ方向性結合器１３とそれらをつなぐ２本のアーム導波路１３−１、１３−２からなる。図中右側の方向性結合器１３の一つの入力ポートから光導波路１４に光を導入したのち、２本のアーム導波路１３−１、１３−２の光路長（位相）の差分を図中の金属細線ヒータ１５で熱光学効果を利用して制御する。この制御により、もう一方の方向性結合器１３の出力ポート１２へ出射される光の強度を制御できる可変光減衰器１０を形成することができる。

このような可変光減衰器１０において、必要な光は２つの出力のうち一方だけで、もう一方の出力導波路からの光は消光する必要がある。図示した可変光減衰器１０を単独で使用する場合には、通常用いられる無反射終端技術の利用で問題は起こりにくい。しかし、消光比４０ｄＢ以上のような性能が必要な場合などには、複数個の可変光減衰器を直列に接続して使用するために、次の段の可変光減衰器にクロストークを発生させてしまう可能性がある。あるいは、可変光減衰器とそのほかの光回路、例えばＤＷＤＭ通信には必須のアレイ光導波路格子（ＡＷＧ）デバイスを集積化しようとした場合などにも、放射光がクロストークを発生させ、予期せぬ不具合を招く可能性がある。したがって、きちんと可変光減衰器回路内部で処理する必要のある光を消光しておくことが重要となる。そのような理由で、図中に示した使用しない側の出力ポートへ、前述の第１〜第５のいずれかの実施形態の反射光減衰器１を導入することが重要かつ不可欠となる。

なお、可変光減衰器へ反射光減衰器を導入することを考えた場合、リッジ構造の形成は、熱光学位相シフタを低消費電力化するための断熱溝（例えば特許文献４に記載）の形成と同時に並行して行うことができる。更に、その後の熱光学位相シフタの電極形成時に、同時に光吸収材料をリッジ構造部に配置することができる。そのため本実施形態における反射光減衰器は、光デバイスの形成に特別なプロセス変更を必要とせずに形成することができるという利点がある。これは、熱光学位相シフタを同一光回路基板に含む光デバイスのみではなく、化合物半導体をハイブリッド実装する光デバイス等でも同様のことが言え、機能性を有する光デバイス全般で、本発明の実施形態における反射光減衰器を実施することに大きな障害は無い。

（第７実施形態）
図１６は、本発明の第７実施形態である、反射光減衰器１を組み込んだリング共振器型光変調器１７を示す図である。リング共振器型変調器１７は、入力側の光導波路１４ａと、リング共振器１４ａ−１と、出力側の光導波路１４ａ−２とを備える。光導波路１４ａとリング共振器１４ａ−１とは方向性結合器１３ａで結合される。リング共振器１４ａ−１と光導波路１４ａ−２は方向性結合器１３ａ−２で結合される。リング共振器１４ａ−１には制御用電極１６が設けられる。制御用電極１６によりリング共振器１４ａ−１の光導波路の屈折率が制御される。光導波路１４ａの上流側の一端は入射光が導入される入力ポート１１ａである。光導波路１４ａの方向性結合器１３ａ−１よりも下流側の他端には、既述の第１〜第５実施形態のいずれかの反射光減衰器１が配置される。光導波路１４ａ−２の方向性結合器１３ａ−２よりも下流側は光が出射する出力ポート１２ａである。

リング共振器１４ａ−１は周波数（波長）領域で周期的な透過スペクトルを示すため、光フィルタ回路として様々な用途に用いることができる。ここでは用途の一例として光変調器を示す。リング共振器１４ａ−１は、リング光導波路の光路長が波長の整数倍になる波長を入力した場合に、入力光が最も出力光へ透過するような特性を示す。したがって、入力光の波長をＤＷＤＭ通信で定められた波長に固定しておき、リング光導波路の光路長を外部回路からの信号に基づき制御用電極１６で制御することで、出力ポート１２ａへの光の出力強度を変調することができる。しかし一方、透過しなかった光は、リング光導波路を通らずに、図中の反射光減衰器１が装荷してある光導波路側１４ａの下流側端部へと出力される。この光を特に利用しない場合は、モジュール内部あるいは光回路基板内部の他の光デバイスへの悪影響を防ぐために、反射を発生させずに消光しておく必要がある。消光比を大きくとればとるほど、高い反射光減衰機能が要求される。既述の第１〜第５実施形態の反射光減衰器は、光吸収材料と光導波路内部の伝搬モードが干渉する長さを長く設計することで、たとえ強度の大きい光であったとしても、反射を発生させずに十分に消光させることが可能である。

（第８実施形態）
図１７は、本発明の第８実施形態である、反射光減衰器１ｆの上面図である。第１実施形態と比べて異なる場所に光吸収材料６ｆが配置されている構成である。反射光減衰器では、光吸収材料と伝搬光モードフィールドが干渉するような配置になることが重要である。しかし、それ以外の部分については、光吸収材料６ｆがどのような配置になっていたとしても、伝搬光に影響を与えることは基本的には無いため、図１７のように、消光機能を有するテーパー部以外まで光吸収材料６ｆが延長した形状でもよい。したがって、テーパー部での光吸収材料６ｆの配置場所は気にする必要があるが、それ以外の部分はあらゆる形状を取ることができ、設計上の自由度になんら影響を与えない。

（第９実施形態）
図１８Ａは、本発明の第９実施形態である、反射光減衰器１ｇの上面図である。例えば光吸収材料の膜応力が大きく、光デバイスへの影響がある場合等には、なるべく光吸収材料配置を最小面積に抑えたい場合がある。基本的には光吸収材料と伝搬光モードフィールドが干渉する場所に配置されていれば良いが、光伝搬モードを急激に変化させるような配置は反射光を発生させる可能性がある。そのため、本実施形態では、光伝搬方向に対して光吸収材料６ｇの実効的配置面積を次第に増加させるために、図１８Ａのように、光伝搬方向に対して垂直ではない斜め配置された構成とすることで、反射光の発生を抑えることができる。図１８Ｂは同様の効果を狙った光吸収材料６ｇ−１の他の例を示す。

１ 反射光減衰器
２ 基板
３ リッジ構造
３ａ 段差構造
４ コア
４ａ−１ 光導波路
５ クラッド
５−１ 端面
６ 光吸収材料
７ 下側クラッド層
８ 上側クラッド層
９ レジスト
１０ マッハツェンダ干渉計型可変光減衰器
１１、１１ａ 入力ポート
１２、１２ａ 出力ポート
１３ 方向性結合器
１３−１、１３−２ アーム導波路
１３ａ−２ 方向性結合器
１４ 光導波路
１４ａ−１ リング共振器
１４ａ−２ 光導波路
１５ 金属細線ヒータ
１６ 制御用電極
１７ リング共振器型光変調器

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板上に形成されたクラッドとコアとを備える光導波路と、
   前記光導波路の少なくとも一部の側面に、前記光導波路を進行光が伝搬する伝搬方向に向って、前記コア中心軸との距離が次第に短くなるよう配置された光吸収材料
   とを具備する反射光減衰器。
2. 請求項１に記載された反射光減衰器であって、
   前記コアは、前記伝搬方向に向って次第に断面積が小さくなるテーパー構造を有する反射光減衰器。
3. 請求項２に記載された反射光減衰器であって、
   前記テーパー構造において、前記コアの断面積は前記伝搬方向の位置に応じて一定の割合で小さくなる反射光減衰器。
4. 請求項１から３のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
   前記クラッドの前記コアに対する一方の側面の幅は、前記クラッドの前記コアに対する他方の側面の幅よりも小さく、
   前記光吸収材料は、前記一方の側面にのみ配置された反射光減衰器。
5. 請求項１から３のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
   前記クラッドはリッジ構造を有し、
   前記光吸収材料は、前記リッジ構造の一方の側面に配置された反射光減衰器。
6. 請求項５に記載された反射光減衰器であって、
   前記光吸収材料は更に、前記リッジ構造の他方の側面に配置された反射光減衰器。
7. 請求項４から６のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
   前記コア中心軸と前記一方の側面との距離は、前記伝搬方向に向って次第に小さくなる反射光減衰器。
8. 請求項５又は６に記載された反射光減衰器であって、
   前記リッジ構造の断面積が前記伝搬方向に向って次第に小さくなる反射光減衰器。
9. 請求項１から８のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
   前記クラッドは、前記コアの終端の延長線上に端面を有し、
   前記端面は前記コア中心軸に対して傾いている反射光減衰器。
10. 請求項９に記載された反射光減衰器であって、
    前記コア中心軸と前記端面の垂線とがなす角度が５度以上である反射光減衰器。
11. 請求項９又は１０に記載された反射光減衰器であって、
    前記コアの終端と前記端面との距離が１０μｍ以上である反射光減衰器。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記光吸収材料は更に、前記光導波路の前記伝播方向の終端よりも前記伝播方向側に延設されている反射光減衰器。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記基板はシリコン、シリカガラス、化合物半導体、ポリマーのいずれか一つによって形成されている反射光減衰器。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記光導波路はシリコン、シリカガラス、化合物半導体、ポリマーのいずれか一つをベースとした材料によって形成されている反射光減衰器。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記コアはシリコン、リンドープシリカガラス、ゲルマニウムリンドープシリカガラス、酸窒化シリコン、化合物半導体、ポリマーのいずれかによって形成されている反射光減衰器。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記クラッドはシリカガラス、リンドープシリカガラス、ボロンリンドープシリカガラス、化合物半導体、ポリマーのいずれか一つ以上によって形成されている反射光減衰器。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記光吸収材料はＴｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕのいずれか一つ以上の金属材料によって形成されている反射光減衰器。
18. 請求項１から１６のいずれかに記載された反射光減衰器であって、
    前記光吸収材料はシリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、リンドープシリカガラス、ゲルマニウムリンドープシリカガラス、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、化合物半導体のいずれか一つ以上によって形成されている反射光減衰器。

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