JP4741258B2 - 光導波路素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路素子およびその製造方法に関する。

例えば、電気光学効果を有する基板上に、マッハツェンダー型光導波路が設けられた光強度変調器や可変減衰器、光スイッチ等の光導波路素子は、印加電圧によって光の干渉状態が変化し、それによって出力光の強度が変化する。
このような光導波路素子にあっては、印加される信号電圧がゼロのときに所定の光出力状態にあることが要求される。以下、このような信号電圧がゼロの状態における光出力状態をゼロ点とよぶ。
ゼロ点は、要求される機能や特性に応じて設定される。例えば光強度変調器の場合、信号電圧がゼロのときに出力光の強度が（１）最大となるように設定する、（２）最小となるように設定する、（３）最大と最小の中間点となるように設定するなどの方法がある。

しかし、同じ製造条件で複数個の光導波路素子を製造しても、実際には、製造時の誤差や、成膜時の内部応力等の影響により、信号電圧がゼロの状態における光出力状態、すなわちゼロ点が個々の素子ごとに若干異なっており、設計値に対するばらつきが生じてしまう。
そこで、このようなばらつきを調整するために、信号電圧とは別に、外部からバイアス電圧（ＤＣ電圧）を印加することによりゼロ点の補正を行う方法が知られている。

しかしながら、光強度変調器においてＤＣ電圧を印加することによってゼロ点を調整しようとすると、ＤＣ電圧に起因するＤＣドリフトと呼ばれるゼロ点変動を誘発する。
このため、実際の使用時には、常にゼロ点をモニターしながらＤＣ電圧の制御を行う制御回路を設けることが必要であり、装置の複雑化をまねく。
そこで、ＤＣ電圧を印加する以外の方法で、ゼロ点、すなわち信号電圧がゼロの状態における光出力状態を制御できる技術が望まれる。

また、マッハツェンダー型光導波路を用いる波長フィルタや固定型の光減衰器などの光素子においても、製造誤差や成膜時の内部応力などのために光学的特性に設計値とのずれが生じる場合があり、調整が必要な場合が多い。このような素子は、特性固定型であるため、前記の光強度変調器や可変減衰器、光スイッチなどと異なり電極が設置されていないので、バイアス電圧の印加は行なうことができない。従って、調整には電圧印加以外の方法が必要となる。
なお、このような素子においては、その素子が示す特性自体がゼロ点である。

電圧を印加することなくゼロ点の調整を行なう方法としては、これまで、例えば以下の方法が知られている。
（Ａ）導波路自体の物性を変化させる方法；具体的には、（Ａ−１）導波路に紫外光を照射する方法（下記特許文献１、２）、（Ａ−２）屈折率制御成分を追拡散する方法（下記特許文献３）。
（Ｂ）導波路外周のクラッド部ないし導波路直上のバッファ層部の屈折率を変化させる方法；具体的には、（Ｂ−１）導波路上に高屈折率膜を形成し、該高屈折率膜を部分的に除去する方法（下記特許文献４）。
（Ｃ）導波路および／または基板に応力を与えて実質的な光路長を変化させる方法；具体的には、（Ｃ−１）応力付与膜を形成する方法（下記特許文献５）、（Ｃ−２）応力付与ミゾを形成する方法（下記特許文献６）などがある。
特開２００１−２４９２４３号公報 特開平１１−３３７８９２号公報 特開平１１−５２３１５号公報 特開２００１−１００１６３号公報 特開２０００−２３０９５５号公報 特開平１１−２７１５５２号公報

しかし、前記（Ａ−１）の方法は長期安定性が良くない。前記（Ａ−２）の方法は、工程が複雑化すると共に局所加熱のための特殊な装置が必要である。前記（Ｂ−１）の方法は工程が複雑化すると共に高屈折率膜の部分的な除去では、加工量に対するゼロ点の変化量が小さい。前記（Ｃ−１）の方法は応力付与膜として有機材料を用いるため長期安定性が良くない。前記（Ｃ−２）の方法は導波路外周部を加工するので、加工量に対するゼロ点の変化量が小さい等の問題点がある。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、電圧を印加せずに、工程の複雑化を招くことなく、長期安定性に優れた方法で、光導波路素子のゼロ点を調整できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、基板上に、分岐型光導波路で複数に分岐された光が、複数の分離光導波路をそれぞれ伝搬した後、合波型光導波路で合波されるマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子を製造する方法であって、前記分離光導波路にレーザ光を照射して該分離光導波路の一部を除去するトリミング工程を有し、前記トリミング工程においては、前記分離光導波路にレーザ光を照射する前の状態におけるゼロ点を確認する工程、および、少なくとも前記分離光導波路へのレーザ光の照射中もしくは照射した後の状態におけるゼロ点を確認する工程を有し、所望のゼロ点が得られるまで前記レーザ光の照射位置を前記分離光導波路の長さ方向に相対移動させつつ前記分離光導波路の表面部分を除去して該分離光導波路の断面積を減少させ、前記トリミング工程における除去部分の深さは、該除去部分における前記分離光導波路の深さの方向の前記分離光導波路の大きさの１５％以下であることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
また本発明は、基板上に、分岐型光導波路で複数に分岐された光が、複数の分離光導波路をそれぞれ伝搬した後、合波型光導波路で合波されるマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子であって、前記分離光導波路の表面部分が除去されて断面積が減少している断面積減少部が存在し、前記断面積減少部が、前記分離光導波路の長さ方向に沿って形成され、前記断面積減少部において前記分離光導波路の表面部分が除去された除去部分の深さは、該除去部分における前記分離光導波路の深さの方向の前記分離光導波路の大きさの１５％以下であることを特徴とする光導波路素子を提供する。

本発明によれば、電圧を印加せずに、工程の複雑化を招くことなく、長期安定性に優れた方法で、光導波路素子のゼロ点を調整することができる。

以下、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は本発明の光導波路素子の製造方法を実施するのに好適に用いられる装置の一実施形態を示した平面図である。
図中符号１０は光導波路素子の一例としての光変調器である。図２は、図１中のII−II線に沿って光変調器１０を断面視した断面図である。
本実施形態の光変調器１０は、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）基板１１の上面にマッハツェンダー型光導波路１２（以下、単に光導波路１２ということもある）が形成され、さらにＬＮ基板１１上にバッファ層１３を介して信号電極１４およびグランド電極１５が設けられて概略構成されている。

マッハツェンダー型光導波路１２は、分離光導波路としての第１の光導波路１２ａ、および第２の光導波路１２ｂと、該第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの入射側に接続されている分岐型光導波路１２ｃと、第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの出射側に接続されている合波型光導波路１２ｄとから構成されている。第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの長さ方向中央部分は互いに平行である。なお本例ではＬＮのＸカット基板を使用している。

バッファ層１３は、電極によって光導波路を伝播する導波光が吸収されるのを防止する目的や、進行波型電極における電気信号の進行速度を調整する等の目的で設けられるもので、一般にＳｉＯ_２を主成分とする厚さ０．５〜２μｍ程度の層である。本実施形態において、バッファ層１３は基板１１の全面上に設けられている。
信号電極１４は、金（Ａｕ）等の導電性材料で形成されている。本例における信号電極１４の中央部１４aは、第１の光導波路１２ａおよび第２の光導波路１２ｂの間に、該第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの中央部分と平行に延びている。信号電極１４の両端部１４ｂ、１４ｃは、それぞれ第１の光導波路１２ａおよび第２の光導波路１２ｂを横切って、前記中央部１４ａに対して垂直に延びている。
グランド電極１５は、信号電極１４を挟む入射側および出射側の両側に、信号電極１４と所定の間隔を介して設けられおり、図示していないが接地されている。
本例では、第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂのうちの、合波型光導波路１２ｄに隣接する部分には、グランド電極１５は設けられていない。

本実施形態の装置は、光変調器１０を固定するための手段（図示せず）を備えた微動ステージ１、該微動ステージ１上に固定された状態の光変調器１０の光導波路１２に対して、光を入射する光源としての半導体レーザ２、該光変調器１０の光導波路１２からの出力光を受光する受光手段としてのフォトダイオード４、光変調器１０の信号電極１４に信号電圧を印加する信号電圧入力手段としてのファンクションジェネレーター３、およびフォトダイオード４で受光した光強度をモニターする手段としてのオシロスコープ５を備えている。
微動ステージ１は水平方向に微動可能であり、図示しない駆動手段を備えている。
また図示していないが、微動ステージ１上に固定された状態の光変調器１０の上方に位置するように、加工用のレーザ光を照射するレーザ光照射装置、およびレーザ光が照射された部分を観察するためのＣＣＤカメラが設けられている。

加工用のレーザ光としては、ＹＡＧレーザ光、ＣＯ_２レーザ光、エキシマレーザ光等が挙げられるが、中でもエキシマレーザ光が好ましい。エキシマレーザ光は波長が短く、照射された部分がアブレージョン（分子や原子に分解し発散すること）を起こして除去されるため、除去部分の表面の平滑度が高くなりやすい。除去部分の平滑度が高い方が、光導波路の除去による透過ロスの増加を小さく抑えるうえで望ましい。

また、トリミングしようとする光導波路の上にバッファ層が存在する場合、バッファ層に予め開口部を設け、該開口部内の光導波路にレーザ光を照射する方法もあるが、特にエキシマレーザ光を用いる場合には、光導波路上にバッファ層が存在する状態のままで、トリミング加工を行なうことが可能である。これは、光導波路を形成するＬＮはエキシマレーザ光を吸収してアブレージョンされるのに対し、バッファ層を形成するＳｉＯ₂ はエキシマレーザ光を透過してしまうためである。すなわち、バッファ層が存在する状態でエキシマレーザ光を照射しても、バッファ層はエキシマレーザ光を透過してしまうため、アブレージョンはバッファ層下にある光導波路に直接発生し、光導波路部が直接トリミングされるのである。ここで、照射部分のバッファ層はエキシマレーザ光による直接の作用は受けないが、その下層である光導波路がトリミングにより除去されてしまうことから、間接的に除去される。したがって、バッファ層を予め除去しておいた場合と同等の効果を得ることができる。さらに、バッファ層の除去が間接的作用によるものであることから、バッファ層の有無にかかわらず、エキシマレーザ光のパワーが等しい場合にはトリミングされる光導波路の量（深さ）は一定である。したがって、バッファ層の有無に伴うエキシマレーザ光のパワー調整を行なう必要もない。
このように、バッファ層に予め開口部を設けなくて済むということは、バッファ層の成膜時に開口部を設けることによる成膜不良を招くリスクが無くなる、バッファ層の成膜後に開口部を設けるための手間が不要になる等の利点がある。

加工用のレーザ光は、集光手段やマスク等の遮蔽手段を組み合わせることによって、所望のスポット形、スポットサイズで光導波路上に照射されることが好ましい。
照射されるレーザ光のスポット形は特に制限されない。例えば矩形でもよい。
またレーザ光のスポットサイズは、レーザ光が照射される光導波路の幅の１／４以上の幅を有することが好ましい。光導波路の幅が一定でない場合は、光導波路の幅の最小値の１／４以上であることが好ましい。より好ましくは１／２以上であり、更に好ましくは３／４以上である。本実施形態において、第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの幅は一定であり約１０μｍ程度である。
上記レーザ光のスポットサイズの幅が上記範囲の下限値より小さくなると、光導波路がその幅方向の一部分しか除去されないため、光導波路のトリミングによるゼロ点変化量の減少を招くほか、透過ロスの増大を起こすおそれがある。
一方、該スポットサイズの幅が大きすぎてもレーザ光が照射される光導波路に対する影響は少ないが、近接する他の光導波路等に対する影響を考慮すると、レーザ光の照射領域内における光導波路の幅の４倍を越えない範囲が望ましい。例えば、本実施形態ではスポットサイズの幅は２〜４０μｍ程度が好ましく、５〜２５μｍ程度がより好ましい。
また、光導波路の長さ方向におけるスポットサイズの長さは、照射領域において均一なレーザ光強度が得られる範囲であればよく、特に制限されない。

ここで、本明細書における光導波路の寸法（幅、深さ）は、導波路と基板の境の位置が容易に確認できて光導波路の寸法を明確に示すことができる場合にはその寸法とする。一方、不純物拡散型で形成された光導波路の場合には導波路と基板の境の判定が容易でないため、該光導波路を伝搬する光の強度が（光導波路中心付近の）最大値の１／ｅ^２まで低下した点を導波路と基板の境の位置であると規定して、光導波路の寸法を求めるものとする。

以下、本実施形態の装置を用いて光変調器１０を製造する方法を説明する。
まず任意の製造方法で製造した光変調器１０を微動ステージ１上に固定する。半導体レーザ２から光変調器１０の光導波路１２に光（光変調器１０の使用波長）を入射するとともに、電極に信号電圧を印加し、フォトダイオード４で受光した光強度の波形と印加電圧との関係（リサージュ波形）をオシロスコープ５でモニターする。これによりゼロ点（信号電圧がゼロのとき出力光強度）の初期状態を確認する〔初期ゼロ点確認工程〕。

これとは別に、基板１１上の光導波路１２が設けられていない余白領域１６に、加工用のレーザ光を照射し、該照射によって除去された除去部分を観察する〔予備照射工程〕。
前記余白領域１６は、電極等が設けられておらず、トリミング工程におけるレーザ光照射領域１７ａと同じ構成であることが好ましい。余白領域１６における光導波路の有無は任意であるが、光導波路１２と同構成のダミー導波路等を備えることがより望ましい。
また余白領域１６は、光導波路１２の光伝播特性に影響を与えない程度に、光導波路１２から離れていることが好ましい。
レーザ光照射による余白領域１６内の除去部分を観察した結果を用いて、トリミング工程において光導波路１２に対して照射するレーザ光の強度を決定する。
レーザ光強度が弱すぎると除去部分が不均一となる。したがって、トリミング工程で用いるレーザ光強度は、除去部分の均一性が得られるレーザ光強度の最小値（最低照射強度Ｐ）以上とすることが好ましい。
なお除去部分の「均一性」は、除去部分を目視で観察して、段差等に起因する線が見られないときに「均一性が得られている」と判定する。
一方、レーザ光強度が強すぎると、加工量に対するゼロ点の変化量が大き過ぎて制御性が悪くなる。したがって、トリミング工程で用いるレーザ光強度の範囲を、前記最低照射強度Ｐ以上、かつ該Ｐの５倍以下の範囲内とすることが好ましい。より好ましい範囲はＰ以上、かつ該Ｐの２倍以下である。
また、トリミング工程におけるレーザ光の照射強度が予め決まっている場合には、この予備照射工程を省略することができる。

次いでトリミング工程を行う。
本実施形態では、第１の光導波路１２ａを含む照射領域１７ａにレーザ光を照射して、第１の光導波路１２ａの一部を除去する。図３は、レーザ光照射による除去部分の例を拡大して示した断面図であり、図中符号１８は除去部分を示している。除去部分１８では、バッファ層１３、および光導波路１２ａの表面部分を含む基板１１の表面部分が除去されている。除去部分１８の平面形状は、レーザ光のスポット形と略同一である。
レーザ光の照射領域１７ａは、光導波路１２ａが電極で覆われていない部分であって、第１の光導波路１２ａを伝播する光と第２の光導波路１２ｂを伝播する光との合波が生じる部分よりも入射側に設けられる。本実施形態では第１の光導波路１２ａのうち、合波型光導波路１２ｄに隣接する部分が除去部分１８となっている。
また除去部分１８は、第１の光導波路１２ａを伝播する光の伝播モード状態が、除去された部分（除去部分１８）と除去されていない部分とで異なるような部分であればよい。高屈折率の部分を除去する方が、除去によるゼロ点の変化量は大きくなる。好ましくは、図３に示すように第１の光導波路１２ａの表面部分を除去する。

後述するように、ゼロ点の変化量は、基板１１の厚さ方向（図中Ｘ方向）における除去部分１８の深さに依存する。除去部分1８の深さは、そこに照射されるレーザ光の強度および照射時間によって制御できる。除去部分１８の深さは、所望のゼロ点変化量が得られる範囲であればよいが、大きい（深い）ほど透過損失は増大する。したがって、除去部分１８の深さは、光導波路１２ａの深さ方向（本実施形態においてはＬＮのＸ軸方向、図中Ｘ方向）における光導波路１２ａの大きさ（深さ）の１５％以下であることが好ましく、９％以下がより好ましい。
また、除去部分１８の深さの下限（最小値）は、所望のゼロ点が得られる範囲であればよく特に限定されない。
なお、本発明における「除去部分の深さ」は基板１１の表面を基準とした深さとする。

第１の光導波路１２ａの表面部分が除去されると、該除去部分１８は、レーザ光が照射されていない部分（非除去部分）と比べて第１の光導波路１２ａの断面積が減少している断面積減少部となる。除去部分１８は好ましくは深さが一定であり、その場合には断面積減少部（除去部分１８）と、これに隣接する非除去部分との境目では第１の光導波路１２ａの断面積が不連続に変化する。
第１の光導波路１２ａの断面積が変化すると、実効屈折率が変化し、実質的に光路長が変化したのと同じ効果が得られる。
したがって、製造時は第１の光導波路１２ａと第２の光導波路１２ｂの光路長が等しくなるように設計されていても、第１の光導波路１２ａに断面積減少部（除去部分１８）を形成することにより、第１の光導波路１２ａの光路長と第２の光導波路１２ｂの光路長とに差を設けることができる。これにより、合波型光導波路１２ｄで合波される第１の光導波路１２ａを伝播する光と第２の光導波路１２ｂを伝播する光との位相差を制御して、合波型光導波路１２ｄから出力される出力光の強度を変化させることができる。すなわち、光変調器１０のゼロ点を変化させることができる。

トリミング工程によるゼロ点の変化量と、除去部分（断面積減少部）１８の、光の進行方向に沿う長さとは略比例関係にある。また除去部分（断面積減少部）１８の深さとゼロ点の変化量も略比例関係にある。さらに、除去部分（断面積減少部）１８の幅によっても、ゼロ点の変化量が変わる。
したがって、ゼロ点の変化量をモニターしながら、レーザ光の照射を行い、所望のゼロ点が得られた時点でレーザ光照射を止める方法が好ましい。

例えば（１）レーザ光の照射領域１７ａにレーザ光を照射した後、前記初期ゼロ点確認工程と同様の操作を行ってゼロ点を確認し、照射位置を第１の光導波路１２ａの長さ方向（図中、Ｙ方向）に移動させ、再びレーザ光を照射する、という一連の操作を繰り返すことによって、除去部分１８の長さを増していき、所望のゼロ点が得られた時点でレーザ光照射を止める方法を用いることができる。照射位置の移動は、レーザ光照射装置と第１の光導波路１２ａとの相対位置をＹ方向に移動させる方法で行うことができ、好ましくは微動ステージをＹ方向に微動させる。

または（２）レーザ光の照射領域１７ａにレーザ光を照射し、前記初期ゼロ点確認工程と同様の操作を行ってゼロ点を確認し、同じ照射位置に再びレーザ光を照射する、という一連の操作を繰り返すことによって、除去部分１８の深さを増していき、所望のゼロ点が得られた時点でレーザ光照射を止める方法を用いることができる。

さらに、（１）の方法と（２）の方法を両方組み合わせてもよい。例えば、上記（２）の方法で除去部分１８の深さをある程度まで増し、次いで（１）の方法で除去部分１８の長さを増して所望のゼロ点を得ることもできる。その結果、長さ方向において除去部分１８の深さが不連続に変化してもよい。

なお、（１）の方法を用いる場合において、レーザ光の、光導波路の長さ方向におけるスポットサイズは通常数１０μｍから１００μｍ程度であるのに対し、実際に照射を行なう長さは通常ｍｍオーダーであり、単純に移動と照射を行なった場合には数回から数１０回の繰り返し作業を必要とする。このとき、各照射スポットが不連続であると、光導波路上にアブレージョン部（除去部分）と非アブレージョン部の境界がスポット数の２倍存在することとなり、透過損失の増大を招きやすい。さらに、周期的な加工部（除去部分）の存在は透過光の干渉作用を発生させる可能性もある。
一方、各照射スポットを連続させた場合でも、各照射スポットを重ならずかつ密接させることは困難であるため、該スポット間に多重照射によって深くアブレージョンされた部分や密接不良によるアブレージョン残りが発生するため、やはり、透過損失の増大を招きやすい。
この問題は、レーザ光を照射しつつ、レーザ光照射装置と第１の光導波路１２ａとの相対位置をＹ方向に連続的に移動させる方法、好ましくはレーザ光を照射しつつＸ−ＹステージをＹ方向に移動させることにより、解決できる。本方法を用いることにより、光導波路上に、光導波路方向にｍｍオーダーの長寸法でかつ一様に連続した深さのアブレージョン部を設けることができる。

また、上記したように除去部分１８の形状（幅、深さ、および／または長さ）変化量とゼロ点の変化量とは略比例関係にあり、除去部分１８の形状（幅、深さ、および／または長さ）変化量はレーザ光の照射条件に依存する。したがって、これらの関係を予め実験で求めておけば、初期ゼロ点確認工程において得られた初期のゼロ点と、得ようとするゼロ点との差から、必要な除去部分１８の形状の変化量を求めることができ、そのためのレーザ光照射条件を計算で求めることが可能である。
すなわち、まず初期ゼロ点確認工程を行い、その結果に基づいて必要なレーザ光照射条件を計算で求め、該条件でレーザ光の照射を行った後、初期ゼロ点確認工程と同様の操作を行って所望のゼロ点が得られているかを確認する方法を用いることもできる。
この方法によれば、前記（１）（２）の方法のように、ゼロ点をモニターしつつレーザ光照射を行う必要がなく、ゼロ点確認はレーザ光照射前後の２回のみでよいため、工程の簡略化が期待できる。
なお、前記（１）（２）の方法のように、ゼロ点をモニターしつつレーザ光照射を行う場合でも、除去部分１８の形状変化量とゼロ点の変化量とレーザ光の照射条件との関係を予め実験で求めておけば、各回のレーザ光照射時の好ましい照射条件を予測することができるので、これにより作業性の改善を図ることができる。

本実施形態によれば、第１の光導波路１２ａの一部をレーザ光照射により除去するという簡単な工程で、ゼロ点の調整を行うことができる。この方法は、光導波路の一部を除去するので、加工量に対するゼロ点の変化量を大きくすることができる。また、導波路の組成を変化させるものでなく、有機材料の使用も無いので長期的安定性の面においても問題が無い。
一般的には、光導波路の一部を除去すると透過損失の増大を招くと予測されがちであるが、本発明によれば、透過損失の増大、光強度変調器における消光比の劣化、光スイッチにおける分岐比の劣化等の実用上の弊害を招くことなく、ゼロ点の調整を効果的に行うことができる。除去部分（断面積減少部）１８の均一性が良好であるほど、透過損失を小さく抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
本実施形態が前記第１の実施形態と大きく異なる点は、第１の実施形態ではトリミング工程において第１の光導波路１２ａに対してのみレーザ光照射を行って除去部分（断面積減少部）１８を形成したが、本実施形態では第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの両方に対してレーザ光照射を行い、それぞれに除去部分（断面積減少部）を形成する点である。
本実施形態によれば、複数の分離光導波路（本実施形態では第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂ）それぞれの透過損失を調整できるので、これによって消光比の向上を図ることができる。

具体的には、光変調器１０を微動ステージ１上に固定し、半導体レーザ２から光変調器１０の光導波路１２に光（光変調器１０の使用波長）を入射するとともに、電極に信号電圧を印加し、フォトダイオード４で受光した光強度の波形と印加電圧との関係（リサージュ波形）をオシロスコープ５でモニターする。これにより消光比の初期状態を確認する〔初期消光比確認工程〕。

これとは別に、第１の実施形態と同様にして予備照射工程を行う。
本実施形態のように、第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂにおける透過損失の調整を目的としてレーザ光を照射する場合のレーザ光強度の下限は、第１の実施形態と同様に除去部分の均一性が得られる最低照射強度Ｐ以上が好ましい。一方、レーザ光強度が強すぎると、加工量に対する透過損失の変化量が大き過ぎて制御性が悪くなる。したがって、トリミング工程で用いるレーザ光強度の範囲を、前記最低照射強度Ｐ以上、かつ該Ｐの５倍以下の範囲内とすることが好ましい。より好ましい範囲はＰ以上、かつ該Ｐの２倍以下である。

次いでトリミング工程を行う。
まず、一方の分離光導波路（第１の光導波路１２ａ）に対して、レーザ光の照射を行うと、第１の光導波路１２ａはその一部が除去されたことにより透過損失が増大する。
このレーザ光の照射前後で消光比の変化を測定し、レーザ光照射によって消光比が向上した場合には、第１の光導波路１２ａの透過損失が、他方の分離光導波路（第２の光導波路１２ｂ）の透過損失より低くなっていることがわかる。そこで、第１の光導波路１２ａに対して、さらにレーザ光の照射を行って透過損失をさらに増加させる。このようにして第１の光導波路１２ａと２の光導波路１２ｂとの透過損失の差を小さくするほど、消光比は向上する。消光比の変化をモニターしつつ、所望の消光比が得られるまでレーザ光照射を行うことが好ましい。
第１の光導波路１２ａおよび第２の光導波路１２ｂにおけるレーザ光の照射領域は、第１の実施形態と同様に設定することが好ましい。

一方、レーザ光の照射前後で消光比の変化を測定したときに、レーザ光照射によって消光比が劣化した場合には、第１の光導波路１２ａの透過損失が、他方の分離光導波路（第２の光導波路１２ｂ）の透過損失より高くなっていることがわかる。そこで、透過損失がより低い方、すなわち第２の光導波路１２ｂに対してレーザ光の照射を行って透過損失を増加させる。このようにして第１の光導波路１２ａと２の光導波路１２ｂとの透過損失の差を小さくするほど、消光比は向上する。

本実施形態における消光比の変化量は、レーザ光照射によって除去された除去部分の長さ、深さ、幅、表面状態に依存する。したがって、これらの関係を予め実験で求めておけば、初期消光比確認工程において得られた消光比の値から、必要なレーザ光照射条件を計算で求めることが可能である。

また本実施形態に、前記第１の実施形態と同様の初期ゼロ点確認工程を加えれば、初期のゼロ点および消光比の測定結果から、ゼロ点および消光比が両方とも好ましい状態となるレーザ光照射条件を計算で求めることが可能である。したがって、第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの両方に対してレーザ光照射を行うことにより、ゼロ点を調整するとともに、消光比も向上させることができる。
前述したように、前記第１の実施形態では、透過損失の増大を抑えつつゼロ点の調整を行うことができるが、トリミング工程においては若干の透過損失増大は避けられないので、このようにしてゼロ点調整と消光比向上の両立ができることはより好ましい。

なお上記の実施形態では、マッハツェンダー型光導波路１２の入射側に信号電極１４およびグランド電極１５が設けられており、出射側にレーザ光照射領域１７ａが設けられている構成としたが、信号電極１４およびグランド電極１５と、レーザ光照射領域１７ａとの位置関係が上記の実施形態と逆であってもよい。
また上記の実施形態では、ＬＮのＸカット基板を用いた例を示したが、Ｚカット基板も使用可能である。Ｚカット基板の場合は、電極と光導波路の相対位置関係が上記実施形態とは異なるが原理的には同じである。さらに、ＬＮ基板だけでなく、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）基板も同様に使用可能である。
また上記実施形態では、予備照射工程において加工用のレーザ光を照射するのは、加工対照である基板１１上の光導波路１２が設けられていない余白領域１６としたが、加工対照と同じ材質からなる別の基板の任意の領域としてもよい。

（実施例１）
図１に示す構成の装置を用い、第１の実施形態と同様の手順で光変調器１０のゼロ点調整を行った。光変調器１０の基板１１としてはＬＮ基板を用い、マッハツェンダー型光導波路１２はチタン（Ｔｉ）拡散法にて形成した。
光変調器１０における第１、第２の光導波路１２ａ、１２ｂの幅（Ｚ方向の幅）は約１０μｍであり、深さ（Ｘ方向の深さ）は約７μｍ程度である。照射領域１７ａにおいて、第１の光導波路１２ａは、ＳｉＯ_２からなるバッファ層１３（厚さ約１μｍ）で覆われている。なお、光変調器１０におけるマッハツェンダー型光導波路１２の全長（第１の光導波路１２ａの長さ＋分岐型光導波路１２ｃの長さ＋合波型光導波路１２ｄの長さ）は５０ｍｍである。
加工用のレーザ光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を用いた。レーザ光のスポット形は矩形、スポットサイズは、第１の光導波路１２ａの幅方向（Ｚ方向）の幅が１０μｍ、光の進行方向（Ｙ方向）の長さが１００μｍとし、このスポットをＹ方向に連続的に移動させ、Ｙ方向の長さ２ｍｍにわたってレーザ光を照射した。照射するレーザ光強度は、トータルパワーを１ｍＪとし、そのレーザ光の一部をアパーチャーによりビーム成形して照射した。
まず、ゼロ点の初期値および透過損失の初期値を測定した後、第１の光導波路１２ａ上の１つの照射位置に対して、同じ照射条件で複数回レーザ光を照射した。毎回、照射後にゼロ点および透過損失を測定した。

ゼロ点の測定結果を図４に示す。図４の横軸は除去部分１８の深さ（単位；μｍ）を示す。この深さの値は実測値ではなく、予め上記条件でレーザ光を照射したときの１回当たりの除去部分の深さを実験で求めておき、それに基づいて算出した値である。
図４の縦軸はゼロ点の変化量（△Ｖ）を駆動電圧（Ｖπ）で規格化した値、すなわち（ΔＶ／Ｖπ）×１００（単位；％）により算出した値である。

透過損失の測定結果を図５に示す。図５の横軸は除去部分１８の深さ（単位；μｍ）であり、図４の横軸と同じである。
図５の縦軸は、透過損失の初期値からの増加量（単位；ｄＢ）である。
本実施例の光変調器における透過損失増の許容範囲は、一般的に０．４ｄＢ以下である。

図４の結果より、トリミング工程による除去部分１８の深さとゼロ点の変化量とは略比例関係にあることがわかる。
図５の結果より、トリミング工程による除去部分１８の深さが増すほど透過損失は増大する傾向にあることがわかる。

（実施例２）
図１に示す構成の装置を用い、第１の実施形態と同様の手順で、実施例１と同様に製造された光変調器１０のゼロ点調整を行った。
加工用のレーザ光のスポットサイズは実施例１と同じとし、該スポットをＹ方向に連続的に移動させて、Ｙ方向の長さ０．５ｍｍにわたってレーザ光を照射した。その他は実施例１と同条件で照射した。
まず、ゼロ点の初期値を測定した後、第１の光導波路１２ａ上の第１の照射位置に対してレーザ光を照射し、Ｙ方向の長さが０．５ｍｍ、Ｚ方向の幅が１０μｍ、深さが０．３μｍの除去部分１８を形成した。照射後、ゼロ点を測定した。
次に、微動ステージをＹ方向に０．５ｍｍ移動させ前記第１の照射位置に隣接する第２の照射位置に対してレーザ光を照射した。これにより除去部分１８は、設計上、Ｙ方向の長さが１ｍｍ、Ｚ方向の幅が１０μｍ、深さが０．３μｍに拡大されたことになる。照射後ゼロ点を測定した。
以後、同様に微動ステージをＹ方向に０．５ｍｍ移動させてはレーザ光を照射することにより、除去部分１８のＹ方向の長さを０．５ｍｍずつ拡大させた。毎回の照射後、ゼロ点を測定した。
ゼロ点の測定は実施例１と同様にして行った。

ゼロ点の測定結果を図６に示す。図６の横軸は除去部分１８の長さ（単位；ｍｍ）を示す。この長さの値は設計値である。図６の縦軸はゼロ点の変化量であり、図４の縦軸と同じである。
図６の結果より、トリミング工程による除去部分１８の光の進行方向に沿う長さとゼロ点の変化量とは略比例関係にあることがわかる。

（実施例３）
実施例１において、除去部分１８の深さが０．５μｍのとき得られた光変調器１０について、以下の特性を測定した。
（１）挿入損失は４．２ｄＢ、（２）ＤＣのon−off消光比は２８ｄＢ、（３）２．５Ｇｂｐｓ信号時における駆動電圧は３．７Ｖ（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）であった。

また、該光変調器１０の伝送特性を確認するため、下記の各条件によるアイ評価を行った。
（４）アイ消光比の温度依存性；波長１５５０ｎｍ、１０〜８５℃の温度範囲にて、２．５Ｇｂｐｓ、３．７Ｖｐ−ｐのＰＲＢＳ（Pseudo Random Binary Sequence、疑似ランダム信号）で光変調器１０を駆動したときに得られるアイ波形の消光比を測定した。駆動電圧は測定中一定とした。結果を図７に示す。測定の結果、温度が１０〜８５℃の範囲で変化しても、消光比は１５．６ｄＢ〜１６．２ｄＢと変動が少なく、安定であった。
（５）アイ消光比の波長依存性；温度を２５℃に保持し、波長を１５３０〜１５６５ｎｍ（Ｃバンド）の範囲で変化させた他は上記（４）と同様にしてアイ波形の消光比を測定した。結果を図８に示す。測定の結果、上記の波長範囲全体において１５ｄＢ以上の消光比が得られた。
（４）、（５）の結果より、実施例１において、除去部分１８の深さが０．５μｍのとき得られた光変調器１０は、Ｃバンド全体の波長領域および１０〜８５℃の温度範囲において、アイ波形消光比は１４ｄＢ以上であると見積もられる。

本発明の実施形態で用いられる装置の例を示した平面図である。 本発明の実施形態に係る光変調器の例を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る除去部分の例を拡大して示した断面図である。 本発明の実施例における評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価結果を示すグラフである。 本発明の実施例における評価結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 光変調器（光導波路素子）
１１ 基板
１２ マッハツェンダー型光導波路
１２ａ 第１の光導波路（分離光導波路）
１２ｂ 第２の光導波路（分離光導波路）
１２ｃ 分岐型光導波路
１２ｄ 合波型光導波路
１７ａ 照射領域
１８ 除去部分（断面積減少部）

Claims (9)

1. 基板上に、分岐型光導波路で複数に分岐された光が、複数の分離光導波路をそれぞれ伝搬した後、合波型光導波路で合波されるマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子を製造する方法であって、
   前記分離光導波路にレーザ光を照射して該分離光導波路の一部を除去するトリミング工程を有し、
   前記トリミング工程においては、前記分離光導波路にレーザ光を照射する前の状態におけるゼロ点を確認する工程、および、少なくとも前記分離光導波路へのレーザ光の照射中もしくは照射した後の状態におけるゼロ点を確認する工程を有し、所望のゼロ点が得られるまで前記レーザ光の照射位置を前記分離光導波路の長さ方向に相対移動させつつ前記分離光導波路の表面部分を除去して該分離光導波路の断面積を減少させ、
   前記トリミング工程における除去部分の深さは、該除去部分における前記分離光導波路の深さの方向の前記分離光導波路の大きさの１５％以下であることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
2. 前記トリミング工程の前に、前記基板上の前記マッハツェンダー型光導波路が設けられていない余白領域に、前記レーザ光を照射し、該照射による除去部分を観察する予備照射工程を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
3. 前記予備照射工程において、前記除去部分の均一性が得られる、レーザ光の最低照射強度Ｐを求め、前記トリミング工程で用いるレーザ光強度の範囲を前記Ｐ以上とすることを特徴とする請求項２記載の光導波路素子の製造方法。
4. 前記トリミング工程において、前記複数の分離光導波路の２以上に対して、レーザ光を照射して各分離光導波路の一部をそれぞれ除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路素子の製造方法。
5. 前記分離光導波路にレーザ光を照射する前の状態における消光比を確認する工程、および前記分離光導波路にレーザ光を照射した後の状態における消光比を確認する工程を有することを特徴とする請求項４記載の光導波路素子の製造方法。
6. 前記レーザ光の前記分離光導波路上でのスポットサイズは、前記レーザ光が照射される部分の分離光導波路の幅の１／４以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路素子の製造方法。
7. 基板上に、分岐型光導波路で複数に分岐された光が、複数の分離光導波路をそれぞれ伝搬した後、合波型光導波路で合波されるマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路素子であって、
   前記分離光導波路の表面部分が除去されて断面積が減少している断面積減少部が存在し、前記断面積減少部が、前記分離光導波路の長さ方向に沿って形成され、前記断面積減少部において前記分離光導波路の表面部分が除去された除去部分の深さは、該除去部分における前記分離光導波路の深さの方向の前記分離光導波路の大きさの１５％以下であることを特徴とする光導波路素子。
8. 前記複数の分離光導波路の２以上に、前記断面積減少部が存在することを特徴とする請求項７記載の光導波路素子。
9. 前記断面積減少部の前記分離光導波路の長さ方向と直交する方向の幅は、前記断面積減少部が形成された部分の分離光導波路の幅の１／４以上であることを特徴とする請求項７または８記載の光導波路素子。

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