JP4756011B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムにおいて用いて好適の光デバイスに関するものである。

光導波路デバイスは、誘電体媒質中に形成された屈折率の高い部分に光を閉じ込めて伝搬させる光導波路を使用して様々な機能を実現した光デバイスである。例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：以下ＬＮと表記する）等の誘電体を使用してマッハツェンダ干渉計を構成した光導波路デバイスは、電気光学定数が非常に高く、熱光学（Thermal Optic：ＴＯ）効果をもつデバイスと比較して応答速度が速いため、光変調器や光スイッチ、可変光アッテネータなどとして広く用いられている。

しかし、上記のようなＬＮ等の誘電体基板を用いた光導波路デバイスは、温度変化により動作点がシフトする温度ドリフトと呼ばれる現象や、直流信号を印加することにより動作点がシフトするＤＣドリフトと呼ばれる現象が潜在的に発生することが知られている。温度ドリフトやＤＣドリフトの発生により動作点がシフトすると、光導波路デバイスの光出力特性が変動してしまうため、例えば光変調器においては常に一定な状態で変調を行なうことができなくなる。

具体的に、マッハツェンダ型の光変調器の光出力はｃｏｓ²（Δφ／２）に従って変化する。上記のパラメータΔφは、マッハツェンダ干渉計の相互作用部で与えられる位相変化量であり、Ｚ−カットのＬＮ基板を用いた場合にはΔφ＝｛π・ｎｅ³・γ₃₃・ｌ／（λ・ｄ）｝・Ｖの関係で表される。ここで、ｎｅは光導波路の屈折率、γ₃₃は電気光学定数、ｌは２本の平行な光導波路上に設けられた電極の長さ、λは光波長、ｄは電極間の距離、Ｖは印加電圧である。この光変調器の光出力特性は、横軸を印加電圧Ｖとすると図１１に示すような曲線となる。

上記のような光変調器については、通常、電極への印加電圧が０Ｖの時にオンとオフの中間の状態となるように動作点を設定することが望ましい。しかし、この図１１に示すように、実際の動作点は、製造誤差や様々な応力などが原因で所望の動作点からずれて（シフトして）しまうことが多い。この動作点のずれに対しては、直流バイアスを印加することによって所望の動作点への調整が行なわれることが一般的である。

ところが、直流バイアスにより調整された動作点は前述したようなＤＣドリフトによりシフトしてしまうので、動作点の安定化を図るために、光出力を常にモニタしてその結果を基に直流バイアスを制御することが必要である。このような光出力のモニタは、光変調器の用途だけに限られるものではなく、例えばマッハツェンダ型の可変光アッテネータなどでも、温度変化等に対応して光減衰量を調整するために必要となる。

下記の特許文献１においては、上述のバイアス制御に用いるのに適正な強度のモニタ光を得られるようにするため、出力光の一部をモニタ光として導くモニタ用光導波路と、モニタ光を減衰させる減衰部とをそなえた構成について記載されている。
ところで、このような光導波路デバイスにおいて、出射される光信号を出力光ファイバに導くために、光導波路の端面と出力光ファイバとを直接突き合わせるバットジョイント（butt joint）型構成のものが知られている。バットジョイント型構成のものにおいては、例えば図１２に示すように、Ｖ溝ファイバブロックやガラスフェルール等のファイバ固定部材１２０を使用して、出力光ファイバ１１０を、光導波路１０１Ａ，１０１Ｂが形成された基板１００の、主信号光を出力しうる光導波路１０１Ａの出射端面に固定させることにより、出力光ファイバの光導波路の端面への接続強度を確保することが行なわれる。

上述の図１２に示すようなバットジョイント型構成のものにおいて、光導波路１０１Ｂからの光出力をモニタするために、例えば光出力モニタ用の受光素子１３０をファイバ固定部材１２０の裏側（光導波路デバイスとは反対側）に配置することが考えられるが、出力光ファイバ１１０と受光素子１３０との間の配置上の干渉によって、受光素子１３０を、モニタ光を十分に受光できる位置に配置することが困難となるほか、ファイバ固定部材１２０が邪魔になってモニタ側の光導波路１０１Ｂから出射されるモニタ光を十分に受光することが難しくなる。

下記の特許文献２に記載された技術は、光導波路の形成された基板に対して、モニタ用の光導波路の光出力側の端部近傍に溝を形成し、その溝の側壁を反射面としてモニタ用光導波路から出力される光を反射させて、当該反射光が基板側面から出射されるようにしたものである。これにより、出力光が導かれる出力光導波路の出力側端面とモニタ光が導かれる基板側面とを異なるようにして、上述の図１２に示すものにおける出力光ファイバ１１０と受光素子１３０との間の配置上の干渉を防止できるようにしている。但し、この特許文献２に記載された技術においては、モニタ光を受光する為に、フォトダイオード等の受光素子をデバイス近辺に配置するが、受光位置でのモニタ光のモード径の広がりが小さいと、その搭載位置を高精度に調整する必要がある。

これに対し、下記の特許文献３には、上述の特許文献２のごとくモニタ用光導波路から出力される光を反射させる溝の側壁を凸状に形成することにより、反射されたモニタ光のビーム径を回折により広げて、基板側面側から出射されるモニタ光を受光する受光素子を搭載するにあたっての位置調整トレランスの拡大を図っている。例えば、特許文献３の図４には、反射後のモニタ光の基板面水平方向の広がりを大きくすることが記載され、特許文献３の図１３には、反射溝の側壁面の深さ方向の形状を溝の外側に向かって凸状に形成することにより、ビーム径の深さ方向の回折広がりを、深さ方向の形状を真っ直ぐとする場合よりも効果的に生じさせようとする技術について記載されている。
特開２００３−２３３０４７号公報 国際公開第２００４／０９２７９２号パンフレット 特開２００５−３４５５５４号公報

しかしながら、上述の特許文献３に記載された技術においては、反射溝の側壁面の深さ方向の形状を溝の外側に向かって凸状に形成することにより、ビーム径の深さ方向の回折広がりを大きくしようとしているが、このように深さ方向の形状を凸形状とすることは、基板強度の確保の要請から深さの制限が与えられる中では高度な技術であり、常に所期の回折広がりを得ることができる構成を得ることは容易ではない。

そこで、本発明の目的の一つは、簡易な構成により、ビーム径の深さ方向の回折広がりを従来技術よりも大きくできるようにすることにある。
また、受光素子の実装位置にかかる許容トレランスを従来技術よりも拡大して、受光素子の実装位置の調整を従来技術よりも更に簡易なものとすることができるようにした、光デバイスを提供することも目的とする。

なお、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本発明の他の目的の１つとして位置づけることができる。

このため、本発明は、以下の光デバイスを特徴とするものである。
（１）すなわち、本発明の光デバイスは、基板と、該基板に形成された光方路と、をそなえるとともに、該光方路と該基板の端面との間の基板領域に、該光方路を出射した光が回折を伴って伝搬する回折伝搬領域と、がそなえられ、かつ、該回折伝搬領域に、前記伝搬する光の該基板の深さ方向成分の一部を遮断する第１溝が形成されたことを特徴としている。

（２）また、上記（１）において、該光方路は、該光方路が形成される該基板の水平面に対して斜め下方向に光を出射するように構成することができる。
（３）さらに、上記（１）又は（２）において、該基板に形成された光導波路と、該光導波路の出力側に形成され該光導波路から出力された光を反射させる第２溝と、をそなえ、該光方路は、該基板に形成された光導波路と、該第２溝で前記光が反射する方路からなることとしてもよい。

（４）また、上記（３）において、該光方路は、更に、該反射溝の光伝搬方向下流側に形成されたリッジ光方路をそなえることもできる。
（５）ここで、上記（４）において、該リッジ光方路は、光伝搬方向の左右に形成された一対の第３溝で挟まれて構成されたものとすることができる。
（６）また、上記（５）において、該一対の第３溝のうちの一方は、該第２溝と一体に形成することとしてもよい。

（７）さらに、上記（３）において、該基板上に形成した主信号用光導波路をそなえるとともに、前記主信号をモニタするためのモニタ光を案内するためのモニタ光用光導波路を、該光方路をなす該光導波路としてそなえられたこととしてもよい。

このように、本発明によれば、第１溝により、基板表面の垂直方向のＮＡの値を大きくすることができるので、受光素子の実装位置に関して、簡易な構成により、基板表面に対する垂直方向の許容トレランスを拡大させることができ、実装位置の調整を従来技術よりも簡易なものとすることが可能となる利点がある。

以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。又、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及び作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなる。
〔Ａ〕本発明の第１実施形態の説明
以下、図面を参照することにより本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の第１実施形態にかかる光デバイス２０−１を示す模式的斜視図である。この図１に示す光デバイス２０−１においては、基板１０と、基板１０の上面１０Ａに形成したマッハツェンダ型の光導波路１１と、その光導波路１１に沿って基板１０の上面に形成した電極１２と、第１溝１３ａ，第２溝１３ｂと、回折伝搬領域１０ａと、フォトダイオード等の受光素子１４と、ブロック材１５と、をそなえている。

基板１０は、例えばＺ−カットのＬＮ基板等が使用される。光導波路１１は、入力導波路１１Ａ、入力側カプラ１１Ｂ、平行導波路１１Ｃ，１１Ｄ、出力側カプラ１１Ｅ、主信号光出力導波路１１Ｆおよびモニタ光出力導波路１１Ｇからなり、マッハツェンダ干渉計を構成している。
入力導波路１１Ａは、基板１０の一側面（図１中の左側の側面）に臨む一端から光Ｌが入力され、他端が入力側カプラ１１Ｂの２つの入力ポートうちの一方に接続されている。入力側カプラ１１Ｂは、入力導波路１１Ａからの光Ｌを２つに分岐して各平行導波路１１Ｃ，１１Ｄに与える。出力側カプラ１１Ｅは、各々の平行導波路１１Ｃ，１１Ｄを合波した後に主信号光Ｌｓおよびモニタ光Ｌｍに分岐して主信号光出力導波路１１Ｆおよびモニタ光出力導波路１１Ｇにそれぞれ与える。ここでは、入力側および出力側のカプラ１１Ｂ，１１Ｅとして、例えば方向性結合器またはマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラが使用される。

電極１２は、例えば、電極パターン１２Ａ，１２Ｂおよび電極パッド１２Ｃから構成される。電極パターン１２Ａは、平行導波路１１Ｄ上を通る所要の形状にパターニングされている。一方、電極パターン１２Ｂは、電極パターン１２Ａとは一定の距離を隔てて、平行導波路１１Ｃ上を通る所要の形状にパターニングされている。電極パッド１２Ｃは、各電極パターン１２Ａ，１２Ｂに高周波電気信号を印加するための端子に相当するものである。なお、一方の電極パターンを接地電極として使用する場合には、その電極パッドを接地端子に接続する。

図２は、モニタ光出力導波路１１Ｇを伝搬する光Ｌｍが第２溝１３ｂに反射された光Ｌｍ′として回折するとともに受光素子１４に入力される態様に着目して示す図である。ここで、第２溝１３ｂはモニタ光出力導波路１１Ｇの出力側端部近傍に形成され、モニタ光出力導波路１１Ｇから出力される光Ｌｍを反射する反射溝である。
すなわち、第２溝１３ｂにおけるモニタ光出力導波路１１Ｇ側に対向する側面部は、モニタ光出力導波路１１Ｇの終端から放射されるモニタ光Ｌｍを全反射する反射面として構成されているが、図２に示すように、その反射光Ｌｍ′が、主信号光出力導波路１１Ｆの出射端面とは異なる基板側面（基板側長面）１０Ｂに向けて伝搬するようにしたものである。

図３は、図２におけるＡＡ′断面図である。第２溝１３ｂの側面部は、この図３に示すように、基板１０の垂直方向に対して角度θ（例えば１０度程度）だけ傾斜されて、この側面部を反射する反射光Ｌｍ′については、基板１０内部を図中下方向に伝搬されるようになっている。この場合においては、モニタ用出力導波路１１Ｇから出力される光が基板１０表面に平行に伝搬して第２溝１３ｂに入射されるようになっているので、反射光Ｌｍ′の基板１０表面に対してなす角度は２θとなる。

また、受光素子１４は、その第２溝１３ｂで反射され基板１０の側長面１０Ｂから出射されるモニタ光Ｌｍ′を受光するものである。即ち、反射溝１３で反射されて基板側長面１０Ｂから出射されるモニタ光Ｌｍ’を受光し、モニタ光Ｌｍ’のパワーに応じて変化する電気信号を発生するようになっている。
この受光結果としての電気信号は、上述の光導波路１１および電極１２により構成されるマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧制御に適用することができる。即ち、この受光素子１４から得られるモニタ光Ｌｍ’に応じた電気信号をもとにして、前述の直流バイアスをフィードバック制御することにより、動作点の安定化を図ることができるようになっている。

ここで、第２溝１３ｂと受光素子１４に向けて出射される基板１０の側長面１０Ｂとの間の基板領域には、第２溝１３ｂから出射（反射）した光が回折を伴って伝搬する回折伝搬領域１０ａがそなえられる。即ち、第２溝１３ｂで反射した光Ｌｍ′はビーム径が広がった状態で基板端面から受光素子１４へ出射されるようになっている。換言すれば、図２に示すように、上述のモニタ光出力導波路１１Ｇと第２溝１３ｂで光が反射する方路とにより、基板１０に形成された光方路１６を構成する。

そして、この回折伝搬領域１０ａには、伝搬する光の基板１０の深さ方向のビーム径を狭める第１溝１３ａが形成されている。図３に示すように、この第１溝１３ａが形成された箇所を光Ｌｍ′が伝搬する際には、基板１０内の第１溝１３ａの更に下部をくぐることになるが、この溝１３ａにより反射光ビームの一部がカットされ、即ち回折による広がる範囲が制限されることで、ビーム閉じ込め効果を向上させて（ＮＡ（Numerical Aperture）の値を大きくし）、第１溝１３ａを通過した後の光Ｌｍ′の基板１０の深さ方向の回折広がりの作用をより大きくさせることができるようになっている。

このような第１溝１３ａによるビーム径の拡大機能により、反射光を受光するための受光素子１４の配置位置に対する許容トレランスを大きくさせることができるので、受光素子１４の基板側長面上の実装位置の調整を容易なものとすることができる。即ち、第１溝１３ａを形成することにより、この第１溝１３ａが形成されない場合に比べて基板側長面１０Ｂから出射される基板垂直方向のビーム径を大きくすることができる。このようにビーム径が拡大されることで、受光素子１４で規定の光パワーを受けられるよう受光位置調整を行なうにあたり、基板表面に垂直方向について、比較的広い領域の範囲で調整することが可能となるのである。

なお、第２溝１３ｂ，第１溝１３ａは、例えばフォトリソグラフィー法などを利用して、基板１０の上面の所定の位置に形成されるものであり、第２溝１３ｂについては、例えば前述の特許文献２又は３に記載されたものを適用することができる。又、第１溝１３ａとしては、上述のごとく回折伝搬領域１０ａを伝搬する光の基板１０の深さ方向のビーム径を狭めることができれば、当該第１溝１３ａの下流側での回折広がり効果を大きくすることができるので、当該効果が得られる限りにおいて任意の輪郭形状および深さのほか、第２溝１３ｂからの距離を与えることができる。

ただし、上述の輪郭形状および深さならびに第２溝１３ｂからの距離を最適に与えた第１溝１３ａを形成することにより、回折広がり効果を最適とすることができる。図４〜図７は、第２溝１３ｂで反射後の縦方向のビーム径を拡げるための第１溝１３ａについての配置、大きさの導出について説明するための図である。
第２溝１３ｂで反射された光の形状をガウスビームと仮定した場合、図４に示すように、第２溝１３ｂにおける反射面部をなす側面部で反射された光は、回折伝搬領域１０ａを伝搬するに従い徐々にビーム径が広がる。このとき、光波長をλ、第２溝１３ｂでの反射時のビーム径をｗ０、第２溝１３ｂでの反射後の距離をｚとすると、ｚでのビーム径ｗ(ｚ)（１／ｅ²になる幅）は、式（１）に示すようになる。

図５は、第２溝１３ｂでの反射時のビーム径ｗ０をｗ０＝１０μｍとした場合の、光伝搬位置ｚにおけるビーム径の広がりの一例を示す図である。この図５に示す場合においては、第２溝１３ｂからの距離が５０μｍ程度までは、あまり広がっていない。従って、上述のごとく比較的ビーム広がりを見せない範囲内においては、ビームの中心から基板１０表面に平行な軸上における距離をｚとしても、同様のビーム径として導出することができる。

この場合においては、例えば図６に示すように、第２溝１３ｂから距離ｚはなれた反射光の下流側伝搬位置に第１溝１３ａを形成する。このとき、第１溝１３ａにおける当該位置ｚにおける深さをＧｈ（ｚ）とするともに、この第１溝１３ａによりビーム中心から上にｄｈの位置から上部をカットするとした場合、Ｇｈ（ｚ）は、溝の角度θとｄｈの値を用いることにより、式（２）のようにあらわすことができる。

Ｇｈ(ｚ)＝(ｈ０−ｄｈ)＋（α＋ｚ）・ｔａｎ(２θ) …（２）
ここで、ｈ０は、第２溝１３ｂでの基板表面からビーム中心までの距離であり、αは、第１溝１３ａにおけるビーム中心が入射される点と基板１０表面における第１溝１３ａの端部との距離（ｈ０・ｔａｎθ）である。αはｚに対して十分小さい値であるので、式（２）については、式（２′）のように近似することもできる。

Ｇｈ(ｚ)＝(ｈ０−ｄｈ)＋ｚ・ｔａｎ(２θ) …（２′）
このように、第１溝１３ａの深さは、第２溝１３ｂの反射面における傾斜角度θと、当該溝１３ａの形成位置ｚと、第１溝１３ａの底面部とビーム中心との距離ｄｈとにより、式（２′）のように規定することが可能である。図７は、上述のｄｈ，ｈ０およびθの値を予め所定値に設定した場合の、第１溝１３ａが形成される位置ｚに応じた当該第１溝１３ａの深さＧｈ（ｚ）の関係について示す図である。

なお、第２溝１３ｂと第１溝１３ａの形成工程の簡素化のため、同一プロセスで形成することを想定する場合には、第２溝１３ｂと第１溝１３ａとが同一深さを有していることが望ましい。モニタ導波路１１Ｇの光をほとんど反射させる場合には、第２溝１３ｂの深さは導波路作製条件にもよるが６〜７μｍ程度必要である。この場合には、Ｇｈ（ｚ）を６〜７μｍとして、（２′）式よりｚが一意的に決まる。ここで、θ、ｈ０は、プロセス条件により決まり、受光素子の位置でのトレランス幅によりｄｈはあらかじめ決めておく。このようにｚであらわすことができる第１溝１３ａの形成位置を一意に導出することができるようになる。

なお、図１に示すブロック材１５は、基板１０の上面に発生するチッピングが入出力光に影響を与えないようにするために、光導波路デバイス２０−１における主信号光の入力および出力にかかる基板１０上面の部分（図１中の基板１０上面における左右端部）に、ガラスやＬＮブロック等を張り付けたものである。ただし、このブロック材１５は、入出力光に対するチッピングの影響が小さい場合には省略することも可能である。

上述のごとく構成された光導波路デバイス２０−１では、基板１０の光入力側面に与えられた光Ｌが、入力導波路１１Ａを伝搬して入力側カプラ１１Ｂで２分岐され、各平行導波路１１Ｃ，１１Ｄをそれぞれ伝搬する。このとき、電極パターン１２Ａ，１２Ｂに印加される電気信号に応じて、各平行導波路１１Ｃ，１１Ｄを伝搬する光に位相差が与えられ、出力側カプラ１１Ｅで各々の光が合波された後に主信号光Ｌｓおよびモニタ光Ｌｍにそれぞれ分岐される。主信号光Ｌｓは、主信号光導波路１１Ｆを伝搬して基板１０の側面から出射される。

また、モニタ光については、モニタ光出力光導波路１１Ｇの端部から出力され、第２溝１３ｂで全反射されて伝搬方向が切り替えられる。このとき、第２溝１３ｂにおける反射面は、基板１０の垂直方向に対して斜めに傾斜しているので、第２溝１３ｂで全反射されたモニタ光Ｌｍ’は、基板１０の表面１０Ａに対して下方に逸れた方向を指向して基板１０内の回折伝搬領域１０ａを伝搬する。

そして、第１溝１３ａが形成される位置に相当する回折伝搬領域１０ａ（基板１０内部）を通過する際に、この第１溝１３ａにより、伝搬する光の基板１０の深さ方向のビーム径を狭めることができるので、ビーム閉じ込め効果を向上させている。これにより、第１溝１３ａを通過した後の光Ｌｍ′の、基板表面１０Ａに対して垂直方向の回折広がりの作用を、第１溝１３ａが形成されない場合よりも大きくさせている。従って、受光素子１４の、基板表面１０Ａに対する垂直方向の配置位置についての許容トレランスを向上させることができるようになる。

なお、受光素子１４においては、このビーム径が広げられたモニタ光を受光し、その光量に応じたレベルの電気信号を出力する。図示しない制御部においては、受光素子１４からの電気信号を受け、その電気信号レベルに応じて、電極１２に印加する直流バイアスの電圧をフィードバック制御することにより、動作点の安定化等を図ることができるようになる。

このように、本発明の第１実施形態にかかる光デバイス２０−１によれば、第１溝１３ａにより、基板表面１０Ａの垂直方向のＮＡの値を大きくすることができるので、受光素子１４の実装位置に関して、簡易な構成により、基板表面１０Ａに対する垂直方向の許容トレランスを拡大させることができ、実装位置の調整を従来技術よりも簡易なものとすることが可能となる利点がある。

なお、上述の第１実施形態においては、第２溝１３ｂにおける反射面としては、平面形状として構成することとしてもよいし、前述の特許文献３に記載されているように、入射光に対して凸面形状として機能するように構成することとしてもよい。このようにすれば、第２溝１３ｂでの反射面形状を平面形状とするよりも反射光の回折広がりを大きくすることができるので、第１溝１３ａでの反射光の回折広がりの効果とあわせ、受光素子１４の実装位置に対する許容トレランスをより改善することができるようになる。

〔Ｂ〕第２実施形態の説明
図８は本発明の第２実施形態にかかる光デバイス２０−２をの要部を示す図であり、第１実施形態における第２溝１３ｂで反射された光が基板端面１０Ｂに向けて伝搬する態様に着目した図であり、光デバイス２０−２の要部の上視図である。
この図８に示すように、第２実施形態にかかる光デバイス２０−２は、前述の第１実施形態における第２溝（反射溝）１３ｂを楕円形状の輪郭を有する溝とするとともに、第２溝１３ｂの光伝搬方向下流側にリッジ光方路１１Ｈを形成するための一対の第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２を更に形成されたものである。

すなわち、第２溝１３ｂにおいてモニタ光出力導波路１１Ｇからの光が反射した直後の、反射光が伝搬する箇所に、第３溝としての一対のリッジ用溝１３ｃ−１，１３ｃ−２を形成して、これらのリッジ用溝１３ｃ−１，１３ｃ−２で挟まれる領域を、反射光が回折により基板１０の表面方向への広がりが抑制されたリッジ光方路１１Ｈとして構成している。

具体的には、第２溝１３ｂでの反射の直後、モニタ光がまだ基板１０の表面付近を通過している箇所であって、モニタ光が通過する領域の左右に第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２を形成することによりリッジ光方路１１Ｈを形成し、モニタ光の左右の一部をカットすることにより、モニタ光の左右方向（基板１０に水平な方向）のＮＡを大きくする。第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２は、リッジ光方路１１Ｈとして例えば７μｍ程度の幅とするように間隔を空けて形成することができる。

したがって、モニタ光出力導波路１１Ｇと、第２溝１３ｂで光が反射する方路とともに、第２溝１３ｂの光伝搬方向下流側に形成されたリッジ光方路１１Ｈにより、基板１０に形成された光方路１６Ａを構成する。
なお、図８に示すように、一対の溝１３ｃ−１，１３ｃ−２のうちの一方（図８の場合には溝１３ｃ−１）を第２溝１３ｂと一体に形成することができるので、少なくともこれらの溝１３ｃ−１，１３ｂについては同一プロセス工程で形成することができ、プロセス工程を簡素化させることができる。又、上述の各溝１３ｂ，１３ａ，１３ｃ−１，１３ｃ−２について同一プロセス工程で製造することも可能であり、この場合には、各溝１３ｂ，１３ａ，１３ｃ−１，１３ｃ−２の深さを実質的に同等の深さとすることもできる。

このように構成された第２実施形態における光デバイス２０−２においては、前述の第１実施形態の場合と同様の第１溝１３ａによる基板１０の深さ方向のビーム拡大機能のほかに（図３参照）、図８に示すように、第２溝１３ｂでの反射直後にリッジ光方路１１Ｈを伝搬させることで、基板１０の水平方向（基板表面方向）のビーム拡大機能を持たせることもできようになる。

図９（Ａ）は、図８に示すように構成された光デバイス２０−２における基板１０の側面１０Ｂから出射されるモニタ光について、基板１０の表面に対して平行な方向（ｄｘ方向）における強度分布（Ａ１）を、第１溝１３ａおよび第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２が形成されない場合（Ａ２）と対比して示す図である。この図９（Ａ）に示すように、第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２が形成された場合（Ａ１）においては、そうでない場合（Ａ２）よりもｄｘ方向での光の回折広がりを大きくさせることができるので、強度分布の比較的高い範囲をｄｘ方向で広げることができるようになる。

同様に、図９（Ｂ）は、図８に示すように構成された光デバイス２０−２における基板１０の側面１０Ｂから出射されるモニタ光について、基板１０の表面に対して垂直な方向（ｄｚ方向）における強度分布（Ｂ１）を、第１溝１３ａおよび第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２が形成されない場合（Ｂ２）と対比して示す図である。この図９（Ｂ）に示すように、第１溝１３ａが形成された場合においては（Ｂ１）、そうでない場合（Ｂ２）よりもｄｚ方向での光の回折広がりを大きくさせることができるので、強度分布の比較的高い範囲をｄｚ方向で広げることができるようになる。

このようにして、第１溝１３ａおよび第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２を形成することにより、これらの溝１３ａ、１３ｃ−１，１３ｃ−２が形成されていない場合に比べてモニタ光のモード径が広がり、受光素子１４の搭載位置についての許容トレランスが、上下左右の配置について大きく広げることができるのである。
また、図１０は、反射溝としての第２溝１３ｂと第１溝１３ａとの間の距離ｄＹ＿Ｇｗが異なる４種類の光デバイス２０−２を形成した場合の、それぞれの基板側面１０Ｂでのモニタ光の強度分布を対比する図である。この図１０に示すように、第２溝１３ｂと第１溝１３ａとの間の距離（ａ１〜ａ４：ａ１＜ａ２＜ａ３＜ａ４）を変動させると、モニタ光のモード径についても変動する。これは、溝深さが同じであるため、ｄＹ＿Ｇｗを大きくするにしたがって、カットする量が減るため、ＮＡが小さくなり、基板側面１０Ｂでのモニタ光のモード径が小さくなる。

したがって、第２溝１３ｂと第１溝１３ａとの間の距離の設定で、モニタ光を受光する際の受光素子１４の搭載位置についての許容トレランスを最適化することが可能である。尚、図１０においては、第２溝１３ｂと第１溝１３ａとの距離が最も小さいａ１の場合にモード径が最も広くなるので、受光素子１４の搭載位置についての許容トレランスが最も良好となる。

このように、本発明の第２実施形態にかかる光デバイス２０−２によれば、第１溝１３ａにより、基板表面１０Ａの垂直方向のＮＡの値を大きくすることができるほか、第３溝１３ｃ−１，１３ｃ−２により、基板表面１０Ａに平行な方向でのＮＡの値を大きくすることができるので、受光素子１４の実装位置に関して、簡易な構成により、基板表面１０Ａに対する垂直方向および水平方向の許容トレランスを拡大させることができ、実装位置の調整を従来技術よりも簡易なものとすることが可能となる利点がある。

〔Ｃ〕変形例
上述した実施形態にかかわらず、請求項記載の本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
本発明によれば、第１溝１３ａの形状としては、第１溝１３ａが反射光をカットする上流側位置および下流側位置において、必ずしも反射光が当該方向に広がる範囲の全域を網羅するように形成する必要はない。即ち、少なくとも、第１溝１３ａが反射光をカットする上流側位置において、反射光が基板平面１０Ａ方向について広がる中心領域を含んで、例えば左右方向のビーム径の３分の１程度の幅をもって形成することとすれば、当該溝１３ａを形成しない場合に比べて回折広がりを十分に大きくすることが期待できる。

また、上述の各実施形態においては、マッハツェンダ型光変調器のバイアス制御のために、モニタ光出力導波路１１Ｇの出力を受光する際の構成として第１溝１３ａをそなえているが、本発明によればこれに限定されず、他の光デバイスにおいても光方路を伝搬する光のビーム径を広げるために第１溝１３ａを構成することができ、このようにしても拡大されたビーム径の光を出射することが可能である。

さらに、第２溝１３ｂにより反射する構成をそなえなくても、少なくとも第１溝１３ａに相当する構成をそなえることにより、ビーム径を拡大させることが可能であり、このようにしても拡大されたビーム径の光を出射することが可能である。
また、モニタ光出力導波路１１Ｇの下流側位置、即ち、第２溝１３ｂでの反射位置近傍においては、導波路幅を狭くすることにより、出力側カプラ１１Ｅ（図１参照）をなすＭＭＩからの高次モードが第２溝１３ｂで反射されて回折伝搬領域１０ａを伝搬することを回避させることができる。このようにすれば、回折伝搬領域１０ａにおいて高次モード光と０次モード光との干渉により生じるバイアスシフトを抑制できるので、上述のごとき受光素子１４の配置位置の許容トレランスを拡大させることができるほか、バイアスシフトを低減させることもできる。

その他、上述した実施形態の開示により、当業者であれば本発明の装置を製造することは可能である。

本発明の第１実施形態にかかる光デバイスを示す模式的斜視図である。 第１実施形態の要部構成を示す図である。 第１実施形態の要部構成を示す図である。 第１実施形態における第２溝で反射後の縦方向のビーム径を拡げるための第１溝についての配置、大きさの導出について説明するための図である。 第１実施形態における第２溝で反射後の縦方向のビーム径を拡げるための第１溝についての配置、大きさの導出について説明するための図である。 第１実施形態における第２溝で反射後の縦方向のビーム径を拡げるための第１溝についての配置、大きさの導出について説明するための図である。 第１実施形態における第２溝で反射後の縦方向のビーム径を拡げるための第１溝についての配置、大きさの導出について説明するための図である。 本発明の第２実施形態にかかる光デバイスをの要部を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）はともに本発明の第２実施形態の作用効果について説明するための図である。 本発明の第２実施形態の作用効果について説明するための図である。 動作点シフトを説明する図である。 従来技術を説明する図である。

符号の説明

１０ 基板
１０Ａ 基板表面
１０Ｂ 基板側長面
１０ａ 回折伝搬領域
１１ マッハツェンダ型光導波路
１１Ａ 入力導波路
１１Ｂ 入力側カプラ
１１Ｃ 平行導波路
１１Ｄ 平行導波路
１１Ｅ 出力側カプラ
１１Ｆ 主信号光出力導波路
１１Ｇ モニタ光出力導波路
１１Ｈ リッジ光方路
１２ 電極
１２Ａ 電極パターン
１２Ｂ 電極パターン
１２Ｃ 電極パッド
１３ａ 第１溝
１３ｂ 第２溝
１３ｃ−１ 第３溝
１３ｃ−２ 第３溝
１４ 受光素子
１５ ブロック材
１６，１６Ａ 光方路
２０−１ 光デバイス
２０−２ 光デバイス
１００ 基板
１０１Ａ 光導波路
１０１Ｂ 光導波路
１１０ 出力光ファイバ
１２０ ファイバ固定部材
１３０ 受光素子

Claims (7)

1. 基板と、該基板に形成された光方路と、をそなえるとともに、該光方路と該基板の端面との間の基板領域に、該光方路を出射した光が回折を伴って伝搬する回折伝搬領域と、がそなえられ、かつ、該回折伝搬領域に、前記伝搬する光の該基板の深さ方向成分の一部を遮断する第１溝が形成されたことを特徴とする、光デバイス。
2. 該光方路は、該光方路が形成される該基板の水平面に対して斜め下方向に光を出射するように構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
3. 該基板に形成された光導波路と、該光導波路の出力側に形成され該光導波路から出力された光を反射させる第２溝と、をそなえ、該光方路は、該光導波路と、該第２溝で前記光が反射する方路からなることを特徴とする、請求項１又は２記載の光デバイス。
4. 該光方路は、更に、該反射溝の光伝搬方向下流側に形成されたリッジ光方路をそなえたことを特徴とする、請求項３記載の光デバイス。
5. 該リッジ光方路は、光伝搬方向の左右に形成された一対の第３溝で挟まれて構成されたことを特徴とする、請求項４記載の光デバイス。
6. 該一対の第３溝のうちの一方は、該第２溝と一体に形成されたことを特徴とする、請求項５記載の光デバイス。
7. 該基板上に形成した主信号用光導波路をそなえるとともに、
   前記主信号をモニタするためのモニタ光を案内するためのモニタ光用光導波路を、該光方路をなす該光導波路としてそなえられたことを特徴とする、請求項３記載の光デバイス。

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