JP5601709B2 - 光導波路デバイスおよび高調波発生デバイス - Google Patents

Description

本発明は、疑似位相整合方式の高調波発生デバイス、光変調素子として好適に使用できる光導波路デバイスに関するものである。

現在、各種材料に光導波路を形成し、光を制御する種々デバイスの研究開発がなされており、こうしたデバイスが、光通信用システムやプロジェクタなどの電子機器に組み込まれようとしている。特に、リッジ構造といわれる光導波路形状は、光の閉じ込め性を高くすることができ、光を制御する効率を高くすることができるので、光変調器、光スイッチング、波長変換素子等において期待される光導波路構造となっている。

ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム単結晶のような非線形光学結晶は二次の非線形光学定数が高く、これら結晶に周期的な分極反転構造を形成することで、疑似位相整合（Quasi-Phase-Matching ：ＱＰＭ）方式の第二高調波発生（Second-Harmonic-Generation:SHG）デバイスを実現できる。また、この周期分極反転構造内に導波路を形成することで、高効率なSHGデバイスが実現でき、光通信用、ディスプレイ用、医学用、光化学用、各種光計測用等の幅広い応用が可能である。

図１には、リッジ部にチャンネル型光導波路を形成した構造を示す。例えばＭｇＯドープニオブ酸リチウム単結晶からなる層３と支持基板１とが接着層２によって接着されている。層３には一対の略平行な細長い溝６が形成されており、これらの溝６によってリッジ部５が形成されている。リッジ部５および溝６によって光導波路構造４が形成され、リッジ部５が三次元光導波路として機能する。このような光導波路構造においては、溝６の側面５ｂ、８は、通常は上面５ａに対して垂直にすることは困難であり、５ａに対する垂直軸に対して傾斜している。また、溝６の底面７は略平坦である。

ところが、底面７の下側において、矢印Ａで示すように入射光（高調波発生素子の場合は基本光）が漏れやすく、光をリッジ部分に閉じ込めて伝搬させるのを難しくしている。また、リッジ部５を形成する加工時に、リッジ５の両端エッジに欠けが発生し易く、光伝搬損失が大きくなっていた。

本出願人は、特許文献１（ＷＯ ２００６／０４１１７２ Ａ１）において、リッジ部にチャンネル型光導波路を形成し、リッジ部の両側にそれぞれ突起を形成し、各突起とリッジ部との間に溝を形成することを開示した。これによって、リッジ部の両端エッジにおける欠けを減らし、かつ横方向の光の閉じ込めを強くして伝搬効率を向上させることを試みている。

ＷＯ ２００６／０４１１７２ Ａ１

特許文献１においては、リッジ部の幅が６．５μｍ以下が好適であると記載していた。しかし、この条件下では、リッジ溝を深くし光の閉じ込めを強くしようとすると、リッジ加工時にリッジ部のエッジに欠けが発生しやすくなる。したがって、リッジ溝を深くすることによりモードサイズは小さくできるが、光の密度が大きくなり、欠けの影響が大きくなるので、伝搬損失がかえって大きくなることがあった。

本発明の課題は、リッジ部の両側に突起や段差部のあるタイプの光導波路デバイスにおいて、伝搬損失を全体として低減することである。

第一の発明は、強誘電性材料からなり、厚さ４μｍ以上、７μｍ以下の強誘電体層、支持基板、および強誘電体層の底面と支持基板とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
強誘電体層が、チャンネル型光導波路が設けられたリッジ部、このリッジ部の一方の側に設けられた第一の突起、およびリッジ部の他方の側に設けられた第二の突起を備えており、リッジ部と各突起との間にそれぞれ内側溝が形成されており、各突起の外側にそれぞれ外側溝が形成されており、外側溝が内側溝よりも深く、リッジ部の幅Ｗ１が６．６μｍ以上、８．５μｍ以下であり、第一の突起の外側エッジと第二の突起の外側エッジとの間隔Ｗ２が１０μｍ以上、１８．５μｍ以下であり、リッジ部の上面に対する各内側溝の深さＤ１がそれぞれ２．０μｍ以上、２．９μｍ以下であり、リッジ部の上面に対する各外側溝の深さＤ２がそれぞれ２．５μｍ以上、３．５μｍ以下であり、内側溝の深さＤ１と外側溝の深さＤ２との差が０．５μｍ以上であり、各外側溝の各外側エッジの間隔Ｗ９が１２．６μｍ以上、２４．５μｍ以下であり、強誘電性材料がニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体またはＫ _３ Ｌｉ _２ Ｎｂ _５ Ｏ _１５ から選択されることを特徴とする。

第二の発明は、強誘電性材料からなり、厚さ４μｍ以上、７μｍ以下の強誘電体層、支持基板、および強誘電体層の底面と支持基板とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
強誘電体層が、チャンネル型光導波路が設けられたリッジ部、このリッジ部の一方の側に設けられた、リッジ部よりも低い第一の段差部、およびリッジ部の他方の側に設けられた、リッジ部よりも低い第二の段差部を備えており、各段差部の外側にそれぞれ溝が形成されており、リッジ部の幅Ｗ１が６．６μｍ以上、８．５μｍ以下であり、第一の段差部の外側エッジと第二の段差部の外側エッジとの間隔Ｗ２が１０μｍ以上、１８．５μｍ以下であり、リッジ部の上面に対する各段差部の深さＤ５がそれぞれ２．０μｍ以上、２．９μｍ以下であり、リッジ部の上面に対する各溝の深さＤ４がそれぞれ２．５μｍ以上、３．５μｍ以下であり、溝の深さＤ４と段差部の深さＤ５との差が０．５μｍ以上であり、各段差部の幅Ｗ５、Ｗ６が１μｍ以上、６．７μｍ以下であり、強誘電性材料がニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体またはＫ _３ Ｌｉ _２ Ｎｂ _５ Ｏ _１５ から選択される。

本発明によれば、リッジ部の両側に突起や段差部のあるタイプの光導波路デバイスにおいて、リッジ部の両側にある溝を超えた光のしみ出しを小さくし伝搬効率の低下を防止し、かつ、リッジ部のエッジの欠けによる伝搬損失の増加も抑制することによって、伝搬損失を全体として良好とすることができる。

従来例の光導波路構造を模式的に示す断面図である。 第一の発明の実施形態に係る光導波路デバイス１２を模式的に示す断面図である。 リッジ部の幅とモードサイズとの関係を例示するグラフである。 図２のデバイスにおける横方向のモードサイズを説明するための模式図である。 第二の発明の実施形態に係る光導波路デバイス１３を模式的に示す断面図である。

図２は、第一の発明に係るデバイス１２を示す。
強誘電体材料からなる強誘電体層３が接着層２を介して支持基板１に接着されている。強誘電体層３の表面側、底面側には、それぞれ図示しないバッファを形成することができる。

強誘電体層３にはリッジ部５が形成されており、リッジ部５内にチャンネル型光導波路を設ける。光導波路は、図２において紙面と垂直な方向に向かって延びている。リッジ部５の紙面において左側には内側溝２０を介して第一の突起１０Ａが形成されており、右側には内側溝２０を介して第二の突起１０Ｂが形成されている。各突起１０Ａ、１０Ｂの外側にはそれぞれ外側溝２１が形成されており、各外側溝２１の外側にはそれぞれ延在部３０が形成されている。

本発明者は、図１、図２に示すような各構造を形成し、光のモードサイズおよび伝搬損失を測定した。この結果、以下のような知見を得た。これについて、図３を参照しつつ説明する。

図１に示すような構造では、リッジ部５の幅Ｗ１を小さくすると、モードサイズは小さくなる。しかし、リッジ部５を形成する加工時にリッジ部のエッジで欠けが生ずると、欠けの周辺で光の散乱が生じ、伝搬損失に大きなバラツキをもたらす。

一方、図２に示す構造では、例えば内側溝の深さＤ１＝１．０μｍ、外側溝の深さＤ２＝３．０μｍ、あるいはＤ１＝１．７５μｍ、Ｄ２＝３．０μｍの条件下であるが、Ｗ１が約５．５μｍ以下の領域では、モードサイズが著しく増大し、横方向にしみ出す傾向が見られた。また、Ｗ１が５．５〜６．５μｍ、特に６．０〜６．５μｍのときにモードサイズが最小となる傾向が見られた。

本発明者がこの現象を検討した結果、次の知見を得た。まず、内側溝の深さＤ１の影響について示す。図４に模式的に示すように、本構造における光のモード形状は、リッジ部５の両側の内側溝２０によって規制される。内側溝２０が深い場合には、光はリッジ部５内に閉じ込められモードＢ１のようになる。一方、内側溝２０が浅い場合には、リッジ部５内に光はとどまることができず内側溝２０をこえて横方向にしみ出し、モードＢ２のようになる。

次に、リッジ幅Ｗ１について示す。リッジ幅Ｗ１の影響については、従来、図１の構造のように、Ｗ１が小さくなるとモードサイズは小さくなると考えられていた。従って、リッジ幅Ｗ１を小さくすることで閉じ込めを強くでき、モードサイズを小さくし、伝搬損失を低減できると考えられてきた。

ところが、実際には、リッジ部５の幅Ｗ１を小さくすると、モードサイズが大きくなることが判明してきた。つまり、Ｗ１が小さいと、横方向の閉じ込めが予想以上に弱くなるわけである。図４に示すように、リッジ部５を伝搬する光のモード形状はリッジ部５の幅Ｗ１によって規制されるが、幅Ｗ１が小さい場合には、内側溝２０を超えて横方向にしみ出すモードＢ２の影響が大きくなると考えられる。ここで、モード形状がＢ２のようになる光導波路は、スラブモードと結合しやすくなり光が基板全体に放射される、いわゆるカットオフ現象となるものと考えられる。したがって、Ｗ１を小さくすると、伝搬損失は増加する傾向になる。

このため、本発明者は、内側溝２０の深さＤ１を２．０μｍ以上とし、かつ外側溝２１の深さＤ２を２．５μｍ以上とした上で、更に、リッジ部５の幅Ｗ１を６．６μｍ以上とすると、伝搬損失が低減できることを見い出した。この場合、モードサイズがリッジ幅Ｗ１と同等以下になり、光をリッジ部５に閉じ込めることができるので、前記したカットオフ現象を抑制できる。

すなわち、内側溝２０、外側溝２１を前記のように設定することで、リッジ部５に光を閉じ込めモードＢ２の影響を少なくすることができる。しかし、内側溝２０を２．９μｍよりも深くするとリッジ部５のエッジで欠け２２が発生しやすくなり、光の散乱によって伝搬損失が増加する。また、従来、リッジ部５の幅Ｗ１を６．６μｍ以上に大きくすると、モードサイズはそれだけ大きくなるので、閉じ込めが弱くなり伝搬損失は増加すると考えられた。ところが、実際にはＷ１を大きくすると、モードサイズは確かに大きくなるが、リッジ部５に光を閉じ込めることができるのでスラブモードと結合しやすいモードＢ２の寄与はほとんどないことがわかった。そして、リッジ部５の幅Ｗ１を従来よりも大きくすることによりモード形状を大きくできることから、光の密度を小さくできるのでリッジ部５のエッジにおける欠け２２の影響が小さくなり、かえって全体として伝搬損失の改善が見られることが判明した。

図５は、第二の発明に係るデバイス１３を模式的に示す断面図である。
強誘電性材料からなる強誘電体層３が接着層２を介して支持基板１に接着されている。強誘電体層３の表面側、底面側には、それぞれ図示しないバッファを形成することができる。

強誘電体層３にはリッジ部１５が形成されており、リッジ部１５内にチャンネル型光導波路を設ける。光導波路は、図５において紙面と垂直な方向に向かって延びている。リッジ部１５の紙面において左側には第一の段差部２５Ａが形成されており、右側には第二の段差部２５Ｂが形成されている。各段差部２５Ａ、２５Ｂの外側にはそれぞれ溝１６が形成されており、各溝１６の外側にはそれぞれ延在部３０が形成されている。１５ａはリッジ部１５の上面である。

各発明において、強誘電体層の厚さＴ１を４μｍ以上、７μｍ以下とする。この範囲の薄型基板を用いた場合に本発明は有効である。
各発明において、リッジ部の幅Ｗ１が６．６μｍ以上、８．５μｍ以下である。Ｗ１を６．６μｍ以上とすることによってリッジ部５に光を閉じ込めることができ、伝搬損失が減少する。この観点からは、Ｗ１は７．０μｍ以上が更に好ましい。また、Ｗ１が８．５μｍを超えると、シングルモード励起が困難になり伝搬光がマルチモードとなるために伝搬損失が上昇する。

また、第一の発明においては、第一の突起１０Ａの外側エッジ１０ａと第二の突起１０Ｂの外側エッジ１０ａとの間隔Ｗ２が１０μｍ以上、１８．５μｍ以下である。

第一の発明においては、内側溝２０の深さＤ１が２．０μｍ以上、２．９μｍ以下である。Ｄ１が２．０μｍ未満であると、光が内側溝２０から横方向へのしみ出しが大きくなるためモードサイズが大きくなりスラブモードと結合し放射しやすくなる。このため伝搬損失が低下する。この観点からは、Ｄ１は２．５μｍ以上であることが更に好ましい。また、Ｄ１が２．９μｍを超えると、リッジ部５のエッジの欠けによる影響が大きくなり、光の散乱によって伝搬損失が増加する。

第一の発明においては、外側溝の深さＤ２を２．５μｍ以上、３．５μｍ以下とする。Ｄ２が２．５μｍ未満であると、モードサイズが大きくなりスラブモードに結合しやすくなるため、伝搬損失が増加する。また、Ｄ２が３．５μｍを超えると、連動してＤ１も深くなりリッジ部５のエッジの欠けによる影響が大きくなり、光の散乱によって伝搬損失が増加する。

第一の発明においては、外側溝の深さＤ２が内側溝の深さＤ１よりも大きい。これによって、モードＢ１およびＢ２のそれぞれの影響を適切に制御する。この観点からは、Ｄ２とＤ１との差は０．５μｍ以上とする。

また、各外側溝２１の各外側エッジの間隔Ｗ９は、１２．６μｍ以上とし、２４．５μｍ以下とする。

第二の発明においては、段差部２５Ａ、２５Ｂの深さＤ５が２．０μｍ以上、２．９μｍ以下である。Ｄ５が２．０μｍ未満であると、モードサイズが大きくなりやすく、伝搬損失が低下する。この観点からは、Ｄ５は２．５μｍ以上であることが更に好ましい。また、Ｄ１が２．９μｍを超えると、リッジ部５のエッジの欠けによる影響が大きくなり、光の散乱によって伝搬損失が低下する。

第二の発明においては、溝１６の深さＤ４を２．５μｍ以上、３．５μｍ以下とする。Ｄ４が２．５μｍ未満であると、モードサイズが大きくなりやすく、伝搬損失が低下する。また、Ｄ４が３．５μｍを超えると、リッジ部５のエッジの欠けによる影響が大きくなり、光の散乱によって伝搬損失が増加する。

Ｄ４とＤ５との差は０．５μｍ以上である。

第二の発明においては、段差部２５Ａ、２５Ｂの幅Ｗ５、Ｗ６が狭いと、本発明の効果が低下するので、この観点からは、Ｗ５、Ｗ６は１μｍ以上である。一方、Ｗ５、Ｗ６が広いと、光の閉じ込めが弱くなり、スラブモードと結合しやすくなるので、この観点からは、Ｗ５、Ｗ６は６．７μｍ以下である。

第二の発明においては、溝１６の段差部２５Ａ、２５Ｂの幅を差し引いたＷ７、Ｗ８が狭いと、光閉じ込めが弱く、伝搬光の損失が大きくなるので、この観点からは、Ｗ７、Ｗ８は１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。

また、各外側溝２１の各外側エッジの間隔Ｗ９は、１２．６μｍ以上とし、２４．５μｍ以下とする。

各発明において、強誘電体層の表面側を被覆する上側基板を設けることができる。また、各発明において、強誘電体層と上側基板とを接着する上側接着層を設けることができる。上側基板を設けることによって、光導波路基板の厚さ方向での光学特性、応力分布が対称になり、温度等の外乱に対して安定になる。

強誘電体層にリッジ構造を形成するための加工方法は限定されず、機械加工、イオンミリング、ドライエッチング、レーザーアブレーションなどの方法を用いることができる。

研削加工装置としては、各種装置が可能であるが、現在、その機械精度の高さから、精密マイクログラインダーと呼ばれている研削装置を使用することが特に好ましい。また、精密研削加工法としては、ＥＬＩＤ研削（電解作用によりドレッシングしながら研削を行う方法）を適用できる。ＥＬＩＤ研削とは、砥石を電解作用によりドレッシングしながら研削作業に供し、加工性能を改善、安定させる加工法である。

仕上げの平面研磨加工の方法として、ケミカルメカニカルポリシングを用いることができる。

あるいは、機械加工は、ダイシングなどの方法を用いて行うことができる。好適な実施形態においては、ダイシング加工機に幅０．１〜０．２ｍｍ、メッシュ数＃２００〜３０００の砥石を設置し、回転数１００００〜５００００ｒｐｍ、送り速度５０〜３００ｍｍ／ｍｉｎの運転条件で溝を形成する。

レーザーアブレーションとは、加工対象である材料を構成する各分子間の結合エネルギーと同等のエネルギーの波長の光を、材料へと向かって照射することによって、各分子を解離、蒸発させて除去加工する方法である。これは、熱的加工ではないので、レーザー照射部分のみを選択的に加工することができ、加工部分の周辺への影響がないので、リッジ構造体の高精度の加工が可能である。ここで言うレーザーアブレーションは、多光子吸収過程によるものを含み、若干の熱的影響がある場合（擬似熱的加工）も含む。

強誘電体層３を構成する材料の吸収端の波長と、レーザー光の波長との差を、１００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以下とすることが一層好ましい。こうした方法によって、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５、Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４からなる母材を、波長１５０〜３００ｎｍのレーザー光で加工して溝を形成できる。加工用のレーザービームの種類としてはエキシマレーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの第４次高調波等を好ましく使用できる。

好適な実施形態においては、エキシマレーザーを用いて溝を形成する。この際、単位面積当たり５〜１０Ｊ／ｃｍ^２の高い強度のレーザーを直接照射して、基材３の残り厚み１００μｍ程度まで粗加工し、１〜４Ｊ／ｃｍ^２の比較的低い強度のレーザーを１０〜３０回スキャンさせて溝を形成する。あるいは、他の実現方法として、研削、研磨加工により薄板を形成し、０.５〜２Ｊ／ｃｍ^２の比較的低い強度のレーザーを２〜３回スキャンさせて溝を形成する。

接着剤は、無機接着剤であってよく、有機接着剤であってよく、無機接着剤と有機接着剤との組み合わせであってよい。

有機接着剤の具体例は特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するアロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０^−６／Ｋ）を例示できる。

また無機接着剤としては、低誘電率で接着温度（作業温度）が約６００℃以下のものが好ましい。また、加工の際に十分な接着強度が得られるものが好ましい。具体的には、酸化珪素、酸化鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素等の組成を単体もしくは複数組み合わせたガラスが好ましい。また、他の無機接着剤としては、例えば五酸化タンタル、酸化チタン、五酸化ニオブ、酸化亜鉛がある。

無機接着層の形成方法は特に限定されず、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、ゾルゲル法などがある。

また、強誘電体層３と支持基板１との間に接着剤のシートを介在させ、接合することができる。好ましくは、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤からなるシートを、強誘電体層３の裏面と支持基板１との間に介在させ、シートを硬化させる。このようなシートとしては、３００μｍ以下のフィルム樹脂が適当である。

支持基板１の材質は特に限定されない。好適な実施形態においては、支持基板１における熱膨張係数の最小値が強誘電体層３における熱膨張係数の最小値の１／５倍以上であり、かつ支持基板１における熱膨張係数の最大値が強誘電体層３における熱膨張係数の最大値の５倍以下である。

ここで、強誘電体層３、支持基板１をそれぞれ構成する各電気光学材料に熱膨張係数の異方性がない場合には、強誘電体層３、支持基板１において最小の熱膨張係数と最大の熱膨張係数とは一致する。強誘電体層３、支持基板１を構成する各電気光学材料に熱膨張係数の異方性がある場合には、各軸ごとに熱膨張係数が変化する場合がある。例えば、強誘電体層３を構成する各電気光学材料がニオブ酸リチウムである場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の熱膨張係数が１６×１０^-6／℃であり、これが最大値となる。Ｚ軸方向の熱膨張係数が５×１０^-6／℃であり、これが最小値となる。従って、支持基板１の熱膨張係数の最小値は1×１０^-6／℃以上とし、支持基板１の熱膨張係数の最大値は８０×１０^-6／℃以下とする。なお、例えば石英ガラスの熱膨張係数は０．５×１０^-６／℃であり、１×１０^-6／℃未満である。

この観点からは、支持基板１の熱膨張係数の最小値を、強誘電体層３における熱膨張係数の最小値の１／２倍以上とすることが更に好ましい。また、支持基板１の熱膨張係数の最大値を、強誘電体層３の熱膨張係数の最大値の２倍以下とすることが更に好ましい。
支持基板１の具体的材質は、上記の条件を満足する限り、特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラスなどのガラスや水晶、Siなどを例示することができる。この場合、熱膨張差の観点では、強誘電体薄層と誘電体層とを同じ材質とすることが好ましく、ニオブ酸リチウム単結晶が特に好ましい。

上側基板の材質は特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラス等のガラスや水晶、Siなどを例示することができる。この場合、熱膨張差の観点では、支持基板と上側基板を同じ材質とすることが好ましく、ニオブ酸リチウム単結晶が特に好ましい。また、上側基板を、熱伝導性の高い材質、たとえばSiによって形成することで、基板の長さ方向の温度分布が均一になり、高出力時のSHGの安定性が改善される。

上側基板の厚さも特に限定されないが、上記の観点からは１００μｍ以上が好ましい。また、上側基板の厚さの上限も特にないが、実用的には２ｍｍ以下が好ましい。

（実施例１）
図２に示す素子を製造した。
具体的には、周期１７．６μｍの周期状分極反転構造を形成した厚さ５００μｍのMgOドープニオブ酸リチウム基板を、厚さ１ｍｍのノンドープニオブ酸リチウム基板１に貼り合わせた。次いで、MgOドープニオブ酸リチウム基板の表面を厚さ５．０μｍとなるまで研削、研磨で加工し、強誘電体層３を形成した。次いで、レーザーアブレーション加工によってリッジ部、突起１０Ａ、１０Ｂ、内側溝２０、外側溝２１を形成した。アブレーションの加工マスクの形状を変えることによって、各数値を調整した。さらに、長さ４５ｍｍの素子を作製し、素子の両端を端面研磨した。

なお、端面研磨後に断面を観察し、測長顕微鏡にて深さ、幅、厚みを測定した。

これらの光導波路の波長1.56μｍにおける伝搬損失を測定した。得られた結果を表１に示す。

表１から分かるように、リッジ部の幅Ｗ１を６．６μｍ以上、８．５μｍとし、第一の突起の外側エッジと第二の突起の外側エッジとの間隔Ｗ２を８．６μｍ以上、２０μｍ以下とし、内側溝の深さＤ１を２．０μｍ以上、２．９μｍ以下とし、外側溝の深さＤ２を２．５μｍ以上、３．５μｍ以下とすることによって、伝搬損失が著しく低下することがわかった。

特にＡ−１、Ａ−２では、リッジ部の幅Ｗ１が６．５μｍ以下であるが、モードサイズの増大によって伝搬損失が増大する傾向が見られた。Ｗ１が８．５μｍを超えると、マルチモード伝搬が優勢となり、伝搬損失が増大した（Ａ−６）。また、内側溝の深さＤ１が２．０μｍ未満になると（Ｃ−１、Ｃ−２）、光の閉じ込めが弱くなってモードサイズが上昇し、伝搬損失が上昇した。Ｄ１が２．９μｍを超えると（Ｃ−５）、リッジ部のエッジで欠け２２が発生した場合に、欠けが大きく、光散乱による影響が大きくなり、伝搬損失が上昇した。外側溝の深さＤ２についても同様の結果が見られた。

（実施例２）
実施例１と同様にして素子を作製し、その伝搬損失を測定した。ただし、強誘電体層３の厚さＴ１を４．０μｍとした。その他の数値は表２に示すように変更した。結果を表２に示す。

表２から分かるように、実施例１と類似の傾向が見られる。

（実施例３）
実施例１と同様にして素子を作製し、その伝搬損失を測定した。ただし、強誘電体層３の厚さＴ１を７．０μｍとした。その他の数値は表３に示すように変更した。結果を表３に示す。

表３から分かるように、実施例１と類似の傾向が見られる。

（実施例４）
図５に示す素子を製造した。
具体的には、周期１７．６μｍの周期状分極反転構造を形成した厚さ５００μｍのMgOドープニオブ酸リチウム基板を、厚さ１ｍｍのノンドープニオブ酸リチウム基板１に貼り合わせた。次いで、MgOドープニオブ酸リチウム基板の表面を厚さ４．０μｍとなるまで研削、研磨で加工し、強誘電体層３を形成した。次いで、レーザーアブレーション加工によってリッジ部、段差部２５Ａ、２５Ｂ、溝１６を形成した。アブレーションの加工マスクの形状を変えることによって、各数値を調整した。

長さ４５ｍｍの素子を作製し、素子の両端を端面研磨した。これらの光導波路の波長1.56μｍにおける伝搬損失を測定した。得られた結果を表４に示す。

表４から分かるように、リッジ部の幅Ｗ１を６．６μｍ以上、８．５μｍとし、第一の突起の外側エッジと第二の突起の外側エッジとの間隔Ｗ２を８．６μｍ以上、２０μｍ以下とし、Ｄ５を２．０μｍ以上、２．９μｍ以下とし、Ｄ４を２．５μｍ以上、３．５μｍ以下とすることによって、伝搬損失が著しく低下することがわかった。

（実施例５）
実施例４と同様にして素子を作製し、その伝搬損失を測定した。ただし、強誘電体層３の厚さＴ１を７．０μｍとした。その他の数値は表５に示すように変更した。結果を表５に示す。

表５から分かるように、実施例４と類似の傾向が見られる。

１ 支持基板 ２ 接着層 ３ 強誘電体層 ５、１5 リッジ部
１０Ａ 第一の突起 １０Ｂ 第二の突起 １０ａ 突起の外側エッジ
１２、１３ 光導波路デバイス ２０ 内側溝 ２１ 外側溝
２２ 欠け ２５Ａ 第一の段差部 ２５Ｂ 第二の段差部
２６
段差部の外側エッジ ３０ 延在部 Ｄ１ 内側溝の深さ
Ｄ２ 外側溝の深さ Ｄ４ 溝の深さ Ｄ５ 段差部の深さ
Ｗ１ リッジ部の幅
Ｗ２ 第一の突起（段差部）の外側エッジと第二の突起（段差部）の外側エッジとの間隔

Claims (12)

1. 強誘電性材料からなり、厚さ４μｍ以上、７μｍ以下の強誘電体層、
   支持基板、および
   前記強誘電体層の底面と前記支持基板とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
   前記強誘電体層が、チャンネル型光導波路が設けられたリッジ部、このリッジ部の一方の側に設けられた第一の突起、および前記リッジ部の他方の側に設けられた第二の突起を備えており、前記リッジ部と前記各突起との間にそれぞれ内側溝が形成されており、前記各突起の外側にそれぞれ外側溝が形成されており、前記外側溝が前記内側溝よりも深く、前記リッジ部の幅Ｗ１が６．６μｍ以上、８．５μｍ以下であり、前記第一の突起の外側エッジと前記第二の突起の外側エッジとの間隔Ｗ２が１０μｍ以上、１８．５μｍ以下であり、前記リッジ部の上面に対する前記各内側溝の深さＤ１がそれぞれ２．０μｍ以上、２．９μｍ以下であり、前記リッジ部の上面に対する前記各外側溝の深さＤ２がそれぞれ２．５μｍ以上、３．５μｍ以下であり、前記内側溝の深さＤ１と前記外側溝の深さＤ２との差が０．５μｍ以上であり、前記各外側溝の各外側エッジの間隔Ｗ９が１２．６μｍ以上、２４．５μｍ以下であり、前記強誘電性材料がニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体またはＫ _３ Ｌｉ _２ Ｎｂ _５ Ｏ _１５ から選択されることを特徴とする、光導波路デバイス。
2. 前記内側溝の深さＤ１が２．５μｍ以上、２．９μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
   
3. 前記リッジ部の幅Ｗ１が７．０μｍ以上、８．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路デバイス。
   
4. 前記接着層が、前記強誘電体層に接触する無機接着剤を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
5. 前記内側溝および前記外側溝がレーザーアブレーション法によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイスと、前記リッジ部に形成された周期分極反転構造とを備えていることを特徴とする、高調波発生デバイス。
7. 強誘電性材料からなり、厚さ４μｍ以上、７μｍ以下の強誘電体層、
   支持基板、および
   前記強誘電体層の底面と前記支持基板とを接着する接着層を備えている光導波路デバイスであって、
   前記強誘電体層が、チャンネル型光導波路が設けられたリッジ部、このリッジ部の一方の側に設けられた、前記リッジ部よりも低い第一の段差部、および前記リッジ部の他方の側に設けられた、前記リッジ部よりも低い第二の段差部を備えており、前記各段差部の外側にそれぞれ溝が形成されており、前記リッジ部の幅Ｗ１が６．６μｍ以上、８．５μｍ以下であり、前記第一の段差部の外側エッジと前記第二の段差部の外側エッジとの間隔Ｗ２が１０μｍ以上、１８．５μｍ以下であり、前記リッジ部の上面に対する前記各段差部の深さＤ５がそれぞれ２．０μｍ以上、２．９μｍ以下であり、前記リッジ部の上面に対する前記各溝の深さＤ４がそれぞれ２．５μｍ以上、３．５μｍ以下であり、前記溝の深さＤ４と前記段差部の深さＤ５との差が０．５μｍ以上であり、前記各段差部の幅Ｗ５、Ｗ６が１μｍ以上、６．７μｍ以下であり、前記強誘電性材料がニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体またはＫ _３ Ｌｉ _２ Ｎｂ _５ Ｏ _１５ から選択されることを特徴とする、光導波路デバイス。
8. 前記段差部の深さＤ５が２．５μｍ以上、２．９μｍ以下であることを特徴とする、請求項７記載の光導波路デバイス。
   
9. 前記リッジ部の幅Ｗ１が７．０μｍ以上、８．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項７または８記載の光導波路デバイス。
10. 前記接着層が、前記強誘電体層に接触する無機接着剤を含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
11. 前記溝および前記段差部がレーザーアブレーション法によって形成されていることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
12. 請求項７〜１１のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイスと、前記リッジ部に形成された周期分極反転構造とを備えていることを特徴とする、高調波発生デバイス。
    

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