JP7842399B2 - 光偏向素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向素子およびその製造方法に係り、特にハイブリッド導波路構造型の光偏向素子およびその製造方法に関する。

光の偏向を制御する光偏向素子は、３Ｄ映像表示、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）などの３次元測距、バイオメディカルイメージングなど様々な分野で多岐の用途を有する。従来から、ポリゴンミラーやガルバノミラーによる光の偏向制御や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれるマイクロマシン技術を利用した偏向素子も提案されている。

近年では、機械的稼働部を持たないナノフォトニクス技術を利用した光偏向デバイスの研究が盛んにおこなわれており、一例として熱光学（ＴＯ：Thermo-Optic）効果や電気光学（ＥＯ：Electro-Optic）効果を利用したアレイ導波路型光偏向素子が挙げられる。これは光の回折と干渉を利用した光偏向素子であり、アレイ導波路の各導波路をＴＯ効果やＥＯ効果などによって光の位相を制御することで干渉パターンを変えて光偏向を実現している。

光導波路は屈折率の高いコアとコアより屈折率の小さいクラッドから構成され、光はコアに閉じ込められて伝搬する。
アレイ導波路型光偏向素子では、光入射部、光スプリッター、光の位相を制御する位相制御部（光変調部）、および光出射部から構成されるものが多い。

ＴＯ効果を利用したアレイ導波路型光偏向素子において、主にシリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（化学式はＳｉ₃Ｎ₄：略称はＳｉＮ）をコアに用いたものが挙げられる。これらの光偏向素子は、コアに対してヒータを介して熱を与えることで、ＴＯ効果によってコアの屈折率を変化させることで光の位相を制御する。またＳｉについてはキャリアプラズマ効果と呼ばれる、Ｓｉにおける自由キャリア密度変化による屈折率変化を利用した光偏向素子も報告されている。

ＥＯ効果を利用したアレイ導波路型光偏向素子では、ニオブ酸リチウム（化学式はＬｉＮｂＯ₃：略称はＬＮ）などの結晶材料やＥＯポリマーなどがコアに用いられる（非特許文献１）。これらの光偏向素子は、コアに対して電圧を印加することでコアにＥＯ効果を発現させ、ＥＯ効果によってコアの屈折率を変化させることで光の位相を制御する。特にＥＯポリマーはＳｉなどに比べて消費電力が小さく、さらに１００ＧＨｚ程の高速動作が可能である。

アレイ導波路型光偏向素子における偏向角度θは、光の回折・干渉の原理から光出射部における導波路ピッチｐに依存し、次の式（１）で表される。

ここで、λは光の波長であり、Δφは、隣接する導波路間の位相差である。式（１）より、導波路コアが狭ピッチであるほど、偏向角度θの拡大が可能である。狭ピッチ化のためには導波路コアを小さくし、かつクラッドに光が染み出さないようコアに光を閉じ込めることが必要になる。コアへの光閉じ込めは、導波路のコアとクラッドとの屈折率差が大きいほど閉じ込めを強くできることが知られている。このことから、コアには高い屈折率材料が求められ、クラッドには小さい屈折率材料が求められる。

導波路コアに適用される材料としてはシリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）やニオブ酸リチウム（ＬＮ）、また、ポリイミド系、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、アモルファスパーフルオロ樹脂（サイトップ）、エポキシ樹脂などをベースとしたポリマー導波路が挙げられる。
導波路クラッドには屈折率が約１．５の二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）やポリマーが用いられることが多い。

非特許文献２には、ハイブリッド導波路としての先行事例が記載されている。これは、ポリマー導波路、無機（ＳｉＮ）導波路のハイブリッド構造に関しての内容である。非特許文献２では、ＳｉＮコアのパターニングやポリマーコアのパターニングの他に、ＳｉＮコアの中心とポリマーコアの中心とを一致させるために、光変調器箇所において下部クラッドをエッチングする工程を追加する必要がある。

平野芳邦、外４名、「電気光学ポリマーを用いた光フェーズドアレーの動作解析」、NHK技研 R&D、2017年11月、No.166、p.46-52 Chul-Soon Im, et al., "Hybrid Integrated Silicon Nitride-Polymer Optical Phased Array For Efficient Light Detection and Ranging," Journal of Lightwave Technology, Vol. 39, Issue 13, pp. 4402-4409, July1, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3070386.

偏向角度θを拡大する目的で光出射部における導波路コアのピッチを狭小にしようとする場合、以下の問題がある。例えばＥＯポリマーを使用したアレイ型光変調器ではＥＯポリマーの屈折率が１．６～１．７程度であるため、ＳｉやＳｉＮなどの高屈折率材料を用いる場合に比べてアレイ導波路の狭ピッチ化が難しい。

また、例えばＥＯポリマーがＥＯ効果を発現するためには、ＥＯポリマー層にポーリング処理を行う必要がある。ポーリングとは、材料をガラス転移温度まで昇温させ、かつ強電場を与えることで極性分子を配向させることである。ＥＯポリマーの場合、ポーリング処理とは、ＥＯポリマー中のＥＯ色素を配向させて二次非線形光学特性を誘起させる処理のことである。

ポリマー層全面にポーリング処理を行うことができることが望ましいが、無機コアと有機コアとを接合するハイブリッド導波路構造において、絶縁物や構造物がある状態でポーリング処理を行う場合、これら絶縁物や構造物に電極が被らない必要があるため、電極パターンに制約が生じる。その制約された電極パターンのため全面にポーリング処理を行うことができずＥＯ色素等の極性分子の配向にムラができる。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、異なるコアを含むハイブリッド導波路構造型であって、偏向角度拡大に必要な光出射部の狭ピッチ化を可能とする光偏向素子を提供することを課題とする。
また、極性分子の配向ムラの要因を排除してＥＯポリマーを利用することができる光偏向素子の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る光偏向素子は、入射光を変調する光変調部と、変調された光を出射する光出射部とを有する複数の光導波路を基板上に備える光偏向素子であって、前記光導波路のそれぞれのコアは、前記光出射部に配置される第１コアと、前記第１コアの屈折率よりも小さな屈折率を有する屈折率変化材料からなり前記光変調部に配置される第２コアと、を備え、前記第１コアと前記第２コアとが、少なくとも前記光変調部と前記光出射部との間で不連続であり、前記第１コアと前記第２コアとがコアの長手方向に平面視において重なるコア接続部を有し、前記コア接続部において、前記第１コアと前記第２コアとは、前記基板の厚み方向に、上下に積層され、接触または近接配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る光偏向素子の製造方法は、入射光を変調する光変調部と、変調された光を出射する光出射部と、を有する複数の光導波路を基板上に備え、各光導波路のコアが少なくとも前記光変調部と前記光出射部との間で不連続な光偏向素子の製造方法であって、第１基板と、前記第１基板上の下部クラッドと、第１屈折率を有する材料からなり前記下部クラッド上の前記光出射部となる領域に所定パターンで並列に形成された複数の第１コアと、前記第１コア間の隙間を埋める中間層と、を備える第１積層体を形成する工程と、前記第１屈折率より小さな第２屈折率を有するコア材料からなる平面状コアにポーリング処理を行い、第２基板と、ポーリング処理がなされて前記第２基板上の所定領域に積層された平面状コアと、を備える第２積層体を形成する第２積層体形成工程と、前記第１積層体の前記光変調部となる領域に前記第２積層体上の平面状コアを貼り合わせて、前記第２基板を剥離することで前記平面状コアを前記第１積層体に転写する転写工程と、前記第１積層体に転写された前記平面状コアを前記複数の第１コアのパターンに合わせて分割することで複数の第２コアを形成する第２コア形成工程と、を含み、前記転写工程は、前記複数の第１コアと前記平面状コアとが、コアの長手方向に平面視において重なるコア接続部を有し、かつ、接触または近接配置されるように転写することを特徴とする。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明に係る光偏向素子によれば、少なくとも光出射部の導波路コアの屈折率が光変調部の導波路コアの屈折率よりも大きいため、光出射部で狭ピッチ化が可能な光偏向素子を提供することができる。したがって、光偏向素子によれば、光偏向の大偏向角化が可能となる。
また、本発明に係る光偏向素子の製造方法によれば、導波路パターンなどのない膜の状態の平面状コアにポーリング処理を行うことができる。したがって、極性分子の配向ムラの要因を排除してＥＯポリマーを平面状コアの材料として利用することができ、より均一にＥＯポリマーへポーリング処理を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る光偏向素子の模式図であって、（ａ）は光導波路のクラッドを透過してコアの配置を示す平面図、（ｂ）は入射側のコア接続部の拡大図、（ｃ）は出射側のコア接続部の拡大図をそれぞれ示している。 図１の光偏向素子の光導波路を模式的に示す横断面図であって、（ａ）～（ｄ）は図１のＡ－Ａ～Ｄ－Ｄ断面矢視図をそれぞれ示している。 光分配部の構成例であって、（ａ）は１×８ＭＭＩカプラ、（ｂ）は１×２ＭＭＩカプラのカスケード接続による構成例をそれぞれ示している。 本発明の実施形態に係る光偏向素子の製造方法の模式図であって、（ａ）～（ｅ）は製造工程を示す断面図、（ｆ）は平面図をそれぞれ示している。 本発明の実施形態に係る光偏向素子の製造方法の模式図であって、（ａ）～（ｃ）は製造工程を示す断面図、（ｄ）は平面図をそれぞれ示している。 本発明の実施形態に係る光偏向素子の製造方法の模式図であって、（ａ）は製造工程を示す平面図、（ｂ）～（ｄ）は製造工程を示す断面図をそれぞれ示している。 本発明の実施形態に係る光偏向素子の製造方法を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る光偏向素子の模式図であって、（ａ）は光導波路のクラッドを透過してコアの配置を示す平面図、（ｂ）は入射側のコア接続部の拡大図、（ｃ）は出射側コアの接続部の拡大図をそれぞれ示している。 （ａ）～（ｃ）は光変調部における位相シフター構成の変形例をそれぞれ示している。 実施例１の説明図であって、（ａ）は主として光変調部における縦断面図、（ｂ）は出射側のコア接続部の平面透視図、（ｃ）は光出力シミュレーション結果を示すグラフをそれぞれ示している。 比較例についての主として光変調部における縦断面図である。 実施例１および比較例における位相制御シミュレーション結果を示すグラフである。 実施例２の説明図であって、（ａ）は主として光変調部における縦断面図、（ｂ）は出射側のコア接続部の平面透視図、（ｃ）は光出力シミュレーション結果を示すグラフをそれぞれ示している。

［光偏向素子の全体構成］
本実施形態の光偏向素子の全体構成について図１を参照（適宜図２参照）して説明する。なお、各図面に示される部材のサイズや位置関係は、説明を明確にするため誇張していることがある。

光偏向素子１は、入射光を変調する光変調部４と、変調された光を出射する光出射部５とを有する複数（例えば８個）の光導波路１０を基板３１上に備えている。光導波路１０のそれぞれのコアは、光出射部５に配置される第１コア１１と、第１コア１１の屈折率よりも小さな屈折率を有する屈折率変化材料からなり光変調部４に配置される第２コア１２と、を備えている。光偏向素子１は、光導波路コア１１，１２の周囲にクラッド３２を備えている。第１コア１１と第２コア１２とは、少なくとも光変調部４と光出射部５との間（コア接続周辺部２２）で不連続である。図１（ｃ）はコア接続周辺部２２の拡大図である。図１（ｃ）に示すように、光偏向素子１は、第１コア１１と第２コア１２とがコアの長手方向に平面視において重なるコア接続部９を有している。コア接続部９において、第１コア１１と第２コア１２とは、基板３１の厚み方向の位置がずれていて、接触または近接配置されている。

光偏向素子１は、図１（ａ）に示すように、光入射部２と、光分配部３と、光変調部４と、光出射部５と、を備えている。ここでは、光変調部４よりも入射側に配置された光導波路１０と、光入射部２と、光分配部３と、をまとめて導入部６と呼称する。導入部６は、入射光を光変調部４へ導入する。本実施形態では、光導波路１０のそれぞれのコアは、導入部６と光変調部４との間（コア接続周辺部２１）で不連続であり、かつ、光変調部４と光出射部５との間（コア接続周辺部２２）で不連続であり、第１コア１１は光出射部５と導入部６とに配置されている。図１（ｂ）はコア接続周辺部２１の拡大図である。図１（ｂ）に示すように、光偏向素子１は、第１コア１１と第２コア１２とがコアの長手方向に平面視において重なるコア接続部８を有している。コア接続部８において、第１コア１１と第２コア１２とは、基板３１の厚み方向の位置がずれていて、接触または近接配置されている。

［光偏向素子の各部の構成］
本実施形態の光偏向素子の各部の構成について図２を参照（適宜図１参照）して説明する。図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ－Ａ線断面矢視図と、図１（ｃ）のＡ－Ａ線断面矢視図と、を共通に示している。図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ－Ｂ線断面矢視図と、図１（ｃ）のＢ－Ｂ線断面矢視図と、を共通に示している。図２（ｃ）は、図１（ｂ）のＣ－Ｃ線断面矢視図と、図１（ｃ）のＣ－Ｃ線断面矢視図と、を共通に示している。図２（ｄ）は、図１（ｂ）のＤ－Ｄ線断面矢視図と、図１（ｃ）のＤ－Ｄ線断面矢視図と、を共通に示している。

光入射部２は、外部から素子に光を入力するための要素である。入力方法は素子の端面の導波路から光を入力する、もしくはグレーティングカプラー構造にすることで面直方向から入射してもよい。図１（ａ）は１入力の光を前提としたが、複数（Ｎ入力）でも良い。以下、本実施形態では、１入力を前提とする。光入射部２へ光を入力する光源は、コヒーレンス性が優れ、偏波を整えられるレーザーが良いが、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を用いても良い。

光入射部２の光導波路を横断する断面は、図２（ａ）に示す断面と同様である。光入射部２は、図２（ａ）に示すように、基板３１上にクラッド３２と第１コア１１とを備えている。クラッド３２は、この光偏向素子１の製造時に例えば３つの異なる工程でそれぞれ積層される下部クラッド３２ａと、中間層３２ｂと、上部クラッド３２ｃと、を備えている。下部クラッド３２ａは、第１コア１１の下方（基板３１の側）に配置されている。上部クラッド３２ｃは、第１コア１１の上方に配置されている。中間層３２ｂは、下部クラッド３２ａと上部クラッド３２ｃとの間に配置されている。なお、特に区別しない場合、単にクラッド３２と呼称する。

光分配部３は、光入射部２から入力した光を、光変調部４を構成する光導波路１０の本数分だけ光を等強度で分配する要素である。本実施形態では、１入力８分岐の多モード干渉（１ｘ８ＭＭＩ）を用いて８本の導波路に光分配する。分配方法としては、１ｘ８ＭＭＩを用いるほか、１ｘｎＭＭＩ（ｎ：２以上の整数、例えば１ｘ２など）やＹ分岐を用いて、カスケード状に配置するなどしてもよい。図３（ａ）に示す光分配部３は１×８ＭＭＩカプラで構成された例を示し、図３（ｂ）に示す光分配部３Ａは、１×２ＭＭＩカプラのカスケード接続によって構成された例を示す。なお、光分配部３の１本の出射光導波路を横断する断面は、図２（ａ）に示す断面と同様である。

光変調部４は、光の位相を制御する要素であり、位相シフターを備えている。
本実施形態では、電圧印加によるＥＯ効果により、コアを伝播する光の実効屈折率を変化させることで、光導波路１０ごとの光の位相変調（光変調）を可能とする。
光変調部４の１本の光導波路を横断する断面は、図２（ｄ）に示す断面と同様である。
光変調部４は、図２（ｄ）に示すように、位相シフターとしての第１電極４１および第２電極４２を備えている。光変調部４は、第２コア１２を導波路コアとしており、第２コア１２は、コアに対して垂直方向にそれぞれ配置された第１電極４１と第２電極４２の２つの電極で挟まれている。なお、第２コア１２は、第１電極４１や第２電極４２に接する必要はない。

第１電極４１は光導波路１０に沿ってパターニングされていない。勿論、光導波路１０に従ってパターニングされていてもよい。第２電極４２は光導波路１０に沿ってパターニングされている。各光導波路１０を個別に制御するため、第１電極４１もしくは第２電極４２は光導波路１０に従ったパターニングがされてあればよい。

本実施形態では、第１電極４１は、例えば複数（例えば８個）の第２コア１２にとって共通の電極であり、接地されている。第１電極４１は、例えば第２コア１２の下側に配置されている。第２電極４２は、例えば複数（例えば８個）の第２コア１２それぞれに個別の電圧Ｖ１～Ｖ８（図１（ａ）参照）を印加するために設けられた電極である。第２電極４２は、第２コア１２それぞれに独立して配置されており、第２電極４２同士が交差したり接触したりすることはない。第２電極４２は、例えば第２コア１２の上側に配置されている。

第１電極４１や第２電極４２に用いる材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌの金属電極、または、ＺｎＯ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム－スズ酸化物）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：インジウム亜鉛酸化物）などの透明電極を選択できる。第１電極４１または第２電極４２はパターニングする必要があるため、パターニング可能な材料が望ましい。

第２電極４２には信号線４３を介して電圧が印加される。導波路１０のそれぞれには、信号線４３を介して個別の電圧Ｖ１～Ｖ８を印加する電圧源が接続されている。なお、電圧源の他方の極性の端子は、第１電極４１に接続されている。信号線４３の材料は、第１電極４１や第２電極４２に用いる材料と同様である。

光出射部５は、素子外部へ光を出力する要素である。本実施形態では、光出射部５は、素子端面出力としたが、グレーティングカプラー構造を適用して面直方向への出力としてもよい。
光変調部４での光導波路１０（第２コア１２）間のピッチと、光出射部５の出射端面での光導波路１０（第１コア１１）間のピッチとは異なっており、光変調部４から光出射部５の出射端面までの間に配置された光導波路１０（第１コア１１）に曲がり導波路を設けてピッチを調整した。光出射部５は、光変調部４の図１（ａ）における右端（第２電極４２の右端）を始点として、曲がり導波路を経て素子終端（最右端まで）までを指す要素である。なお、光出射部５の１本の光導波路を横断する断面は、図２（ａ）に示す断面と同様である。

光導波路１０は、コア（第１コア１１または第２コア１２）と、クラッド３２と、を備えている。コアにはクラッドに対して屈折率が高いものを適用するのが望ましい。
以下、第１コア１１の材料の屈折率を第１屈折率と称し、第２コア１２の材料の屈折率を第２屈折率と称する。第２屈折率は第１屈折率よりも小さい。
光偏向素子１を有機材料と無機材料とを用いるハイブリッド導波路構造型とする場合、第１コア１１は無機物材料で形成されており、第２コア１２は有機物材料で形成されていることが好ましい。

１つの例として、第１コア１１は、ＳｉＮ（屈折率１．９６５）で形成されており、第２コア１２は、屈折率変化材料としてＥＯ効果を発現するＥＯポリマーで形成されていることが好ましい。ＳｉＮを用いることで、使用波長域を可視光から赤外まで適用することができる。
なお、使用波長域を１．３～１．６μｍの通信帯域の用途に限れば、第１コア１１はＳｉ（屈折率３．５）で形成されていてもよい。
また、第１コア１１は、ＳｉＮ相当の波長特性と屈折率特性を持つ材料として、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ₃または五酸化ニオブＮｂ₂Ｏ₅で形成されていてもよい。

第２コア１２は、屈折率変化材料として電気光学効果（ＥＯ効果）を発現するＥＯポリマーで形成されていることが好ましい。
ＥＯポリマーとしては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系に、非線形応答を発現する有機色素を分散配合させたポリマー材料を使用できる。そのほかＥＯ色素としてDisperse redなどを適用することが可能である。
例えば、電気光学効果を利用する場合、第２コア１２は、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃で形成されていてもよい。
第２コア１２は、ＥＯ効果を発現する屈折率変化材料で形成されているとき、第１電極４１と第２電極４２との間に印加される電界により屈折率が変化し、光の位相を変化させることで光変調に寄与する。

図２（ｄ）に示すように、光変調部４には、例えばＥＯ効果を発現することで光変調に寄与する第２コア１２が存在するが、長手方向に対面あるいは対向するように第１コア１１が存在していない。第１コア１１がＳｉＮコアの場合、電界では屈折率が変化しないので光変調に寄与しない。従来技術では、光変調部において、屈折率変化を生じないコアと、屈折率変化が生じるコアの２つが近接して併存する構造では、光がそれぞれのコアを交互に移りながら光伝搬を行うので、光変調効率が低下する。しかしながら、本実施形態に係る光偏向素子１は、光変調に寄与しない第１コア１１が光変調部４にないことから、光偏向素子１は、光変調部４では第２コア１２によって光伝搬を行うので、光変調効率の低下を抑制することができる。

コア接続部８，９は、異なるコア層、異なるコア材料、異なるコア形状間において光伝搬の授受を行う部分である。コア接続部８は、第１コア１１を伝搬する光を第２コア１２に結合・伝搬させるための要素であり、コア接続部９は、第２コア１２を伝搬する光を第１コア１１に結合・伝搬させるための要素である。

図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、第１コア１１は、コア接続部８，９に端面１１ｅを有し、平面視において長手方向で第２コア１２と重なる位置で、かつ、図２（ｂ）に示すように、第２コア１２と厚み方向の位置がずれるように配置されている。また、コア接続部８，９において、第１コア１１と、第２コア１２とは、厚み方向で接触または近接配置されている。コア接続部８，９において第１コア１１は平面視におけるコア幅が端面１１ｅに向かって先細りのテーパ状に形成されることが好ましい。
なお第１コア１１の端部の平面視のコア幅はテーパでなくて同じ太さであってもよい。

ただし、第１コア１１にテーパ構造を適用することで高い結合効率を得ることができる。第１コア１１の先端以外の全体のコア幅に対する、テーパの先細り先の端面１１ｅにおける幅の割合は、第２コア１２中の実効屈折率との兼ね合いによって決定される。第１コア１１のコア幅に対する端面１１ｅにおける幅の割合は、例えば０．５程度でもよい。

コア接続部８，９において、第１コア１１のテーパ開始箇所から第２コア１２が存在する。コア接続部９におけるテーパの向きは、コア接続部８におけるテーパの向きに対して１８０度回転した向きである。
第１コア１１のテーパ開始箇所から端面１１ｅまでの長さ（テーパ長）は、第１コア１１と第２コア１２とを伝搬可能な光同士の干渉に起因するビートによって決まる。
基板３１の厚み方向において、第１コア１１と第２コア１２とは密接している、もしくは２つのコア間にクラッド材による間隙があってもよい。クラッド材による間隙を設ける場合、間隙幅は第２コア１２中の実効屈折率との兼ね合いによって決定される。

クラッド３２は、図２（ａ）に示すように、例えば下部クラッド３２ａと、中間層３２ｂと、上部クラッド３２ｃと、を備えている。
下部クラッド３２ａは、基板３１と第１コア１１との間に設けられている。下部クラッド３２ａの材料としては、光導波路１０のコアより屈折率が小さく、コアとの屈折率差がなるべく大きな材料が良い。そのような材料として例えば、例えばＳｉＯ₂（屈折率１．４８）を用いることができる。あるいは、屈折率が１．５前後のポリマー樹脂（アクリレート系、エポキシ系）などを用いても良い。

図２（ａ）において下部クラッド３２ａと中間層３２ｂとの境界を示す破線の上に、第１コア１１は形成される。図２（ａ）において中間層３２ｂと上部クラッド３２ｃとの境界を示す破線は、製造時に２つの基板を貼り合わせた貼り合わせ面を示している。
中間層３２ｂは、下部クラッド３２ａの上で第１コア１１の周辺に、第１コア１１の側面を被覆するように設けられている。中間層３２ｂは、製造時に２つの基板を貼り合わせる前に形成される。中間層３２ｂの材料は、下部クラッド３２ａの材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。中間層３２ｂの上面と第１コア１１の上面とを面一にしてもよいし、中間層３２ｂの上面が第１コア１１の上面よりも高くなるようにしてもよい。

上部クラッド３２ｃは、中間層３２ｂの上に、第２コア１２の上面を被覆するように設けられている。上部クラッド３２ｃは、製造時に２つの基板を貼り合わせて一方の基板を剥離した後に他方の基板の側に第２コア１２が形成された後に、その第２コア１２を被覆する。上部クラッド３２ｃの材料は、下部クラッド３２ａの材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。上部クラッド３２ｃは、空気層でも構わない。
図２（ｄ）に示すように、第１コア１１と第１電極４１との間や、第２コア１２と第１電極４１との間、第２コア１２と第２電極４２との間に、クラッド材料が存在してもよい。

基板３１は、各層を支持できる機械的強度があるものを使用することができるが、各層との線膨張係数値の差が小さいものを選ぶのが望ましい。例えば、Ｓｉ基板やガラス基板などが望ましい。

本実施形態の光偏向素子によれば、少なくとも光出射部５に配置される第１コア１１の屈折率が、光変調部４に配置される第２コア１２の屈折率よりも大きいため、光出射部５の出射端で狭ピッチ化が可能な光偏向素子を提供することができる。したがって、光偏向素子１によれば、光偏向の大偏向角化が可能となる。

［光偏向素子の製造方法］
次に、本実施形態の光偏向素子の製造方法について図４～図７を参照して説明する。光偏向素子の製造方法は、第１積層体形成工程と、第２積層体形成工程と、転写工程と、第２コア形成工程と、を含んでいる。
第１積層体形成工程について図４を参照（適宜図１参照）して説明する。なお、図４（ａ）～図４（ｅ）は、各部材が積層されるそれぞれの積層工程を模式的に示す断面図であって、図１（ａ）の一点鎖線Ｌ１に沿った断面に相当する断面図を示している。まず、図４（ａ）に示すように、基板（第１基板）３１を準備する。次に、図４（ｂ）に示すように、基板３１上に、導電性材料からなり第１コア１１のパターンに合わせて例えば１つの第１電極４１を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１電極４１の上、および基板３１上に下部クラッド３２ａを形成する。下部クラッド３２ａの材料が例えばＳｉＯ₂である場合、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法などによる成膜手法が利用できる。下部クラッド３２ａの材料が例えばポリマー樹脂である場合、スピンコートとＵＶ照射による成膜手法を採用することができる。下部クラッド３２ａの厚みは、コアを伝搬する光が基板３１へ到達しない厚みとする。下部クラッド３２ａは例えば２μｍ以上の厚みとすることが好ましい。ただし、光偏向素子１に使用する光の波長、コアの屈折率、コアの大きさの各条件に応じて、必要な厚みは変わるので、これらの条件に応じて適宜設定する。

次に、図４（ｄ）に示すように、下部クラッド３２ａ上において導入部６（光入射部２や光分配部３等）となる領域や光出射部５となる領域に、第１屈折率を有する材料を用いて、所定パターンで複数の第１コア１１を並列に形成する。使用波長域を可視光から赤外まで適用する前提で、第１コア１１としてＳｉＮを用いる場合、ＳｉＮ膜はＣＶＤ法などで製膜できる。

次に、図４（ｅ）に示すように、所定のクラッド材料を用いて、第１コア１１間の隙間を埋める中間層３２ｂを形成することで、第１積層体５０を形成する。第１積層体５０は、基板３１と、基板３１上の下部クラッド３２ａと、第１屈折率を有する材料からなり下部クラッド３２ａ上の少なくとも光出射部５となる領域に所定パターンで並列に形成された複数の第１コア１１と、第１コア１１間の隙間を埋める中間層３２ｂと、を備えている。図４（ｆ）は、第１積層体５０の平面図である。

次に、第２積層体形成工程および転写工程について図５を参照（適宜図１参照）して説明する。なお、図５（ｂ）～図５（ｃ）は、図４（ｆ）の一点鎖線Ｌ１に沿った断面に相当する断面図を模式的に示している。まず、図５（ａ）に示すように、第２基板６１を準備し、第２基板６１上の所定領域に、第２屈折率を有するコア材料を用いて平面状コア６２を形成し、この平面状コア６２にポーリング処理を行い、第２基板６１と、ポーリング処理がなされた平面状コア６２と、を備える第２積層体６３を形成する。なお、平面状コア６２の屈折率（第２屈折率）は、第１コア１１の屈折率（第１屈折率）よりも小さい。
平面状コア６２のコア材料として、例えばＥＯポリマー材料を用いる場合、平面状コア６２としてＥＯポリマーコアをスピンコート法により製膜する。なお、コアの大きさはシングルモード伝搬を許容する大きさが望ましい。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１積層体５０の光変調部４となる領域に第２積層体６３上の平面状コア６２を貼り合わせ、図５（ｃ）に示すように第２基板６１を剥離することで、平面状コア６２を第１積層体５０に転写する。転写工程は、複数の第１コア１１と平面状コア６２とが、コアの長手方向に平面視において重なるコア接続部を有し、かつ、接触または近接配置されるように転写する。図５（ｃ）のコア接続周辺部６４，６５は、コア接続部８，９（図１参照）になる箇所を含んでいる。図５（ｄ）は、第１積層体５０に転写された平面状コア６２の平面図である。

なお、第１積層体５０と第２積層体６３とを貼り合わせ後に第２基板６１を剥離する方法は、第１積層体５０と平面状コア６２との接着性が、第２基板６１と平面状コア６２との間の接着性より高くなることを利用すればよい。このような接着性を向上させる方法は従来公知の手法を採用することができる。

次に、第２コア形成工程では、第１積層体５０に転写された平面状コア６２を、図６（ａ）に示すように複数の第１コア１１のパターンに合わせてエッチングにより複数の第２コア１２に分割する。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一点鎖線Ｌ１に沿った断面図を模式的に示している。

次に、例えば、図６（ｃ）に示すように、中間層３２ｂおよび複数の第２コア１２を被覆する上部クラッド３２ｃを形成する上部クラッド形成工程をさらに含むようにしてもよい。さらに、例えば、図６（ｄ）に示すように、上部クラッド３２ｃ上に、導電性材料からなり第２コア１２のパターンに合わせた複数の第２電極４２を形成するようにしてもよい。図７は、複数の第２電極４２の平面図である。

無機コアと有機コアとを接合するハイブリッド導波路構造の従来の製造方法では絶縁物や構造物がある状態でポーリング処理を行う必要があり、全面にポーリング処理を行うことができずＥＯ色素等の極性分子の配向にムラができた。また、従来の製造方法では、絶縁物や構造物がある状態でポーリング処理を行う場合、下部クラッドには、屈折率が低くかつ、使用波長に対して透明であり、かつ導電性の高い材料の選定が必要になる。従来技術では、例えばゾルゲル有機シリカなどが用いられるが、ＳｉＯ₂に比べてゾルゲル有機シリカは導電性が高いものの安定した成膜品質に課題がある。
これに対して、本実施形態に係る光偏向素子の製造方法によれば、導波路パターンなどのない膜の状態の平面状コア６２にポーリング処理を行うことができるので、極性分子の配向のムラの要因を排除してＥＯポリマーを利用することができる。そのため、そもそもゾルゲル有機シリカ膜を使用する必要がなくなり、ＳｉＯ₂など安定的な成膜可能な材料を使用することができる。

また、本実施形態に係る光偏向素子の製造方法によれば、光変調部４に、予めポーリング処理されたＥＯポリマーをコア（第２のコア１２）として利用できる。そのため、光変調部４において第1電極４１と第２電極４２との間には、光変調に寄与しないＳｉＮコア（第１のコア１１）などの無機導波路が必要ない。そのため、光偏向素子１は、光変調部４に、光変調に寄与しない第１のコア１１を配置せずに第２のコア１２のみ配置することができる。その結果、光変調部において異なる２つのコアを近接して併存する構造に起因した光変調効率の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光偏向素子について図８を参照（適宜図１および図２参照）して説明する。なお、図８（ａ）において図１（ａ）と同じ構成には同様の符号を付して説明を適宜省略する。また、図２（ａ）は、図８（ｂ）のＡ－Ａ線断面矢視図と、図８（ｃ）のＡ－Ａ線断面矢視図と、を共通に模式的に示している。図２（ｂ）は、図８（ｂ）のＢ－Ｂ線断面矢視図と、図８（ｃ）のＢ－Ｂ線断面矢視図と、を共通に模式的に示している。図２（ｃ）は、図８（ｂ）のＣ－Ｃ線断面矢視図と、図８（ｃ）のＣ－Ｃ線断面矢視図と、を共通に示している。図２（ｄ）は、図８（ｂ）のＤ－Ｄ線断面矢視図と、図８（ｃ）のＤ－Ｄ線断面矢視図と、を共通に示している。

図８（ａ）に示すように、光偏向素子１Ｂは、入射光を変調する光変調部４Ｂと、変調された光を出射する光出射部５とを有する複数（例えば８個）の光導波路１０を基板３１上に備えている。光偏向素子１Ｂは、光導波路１０のそれぞれのコアが、光出射部５および導入部６に配置される第１コア１１と、光変調部４Ｂに配置される第２コア１２と、を備えている。また、光導波路１０のそれぞれのコアは、導入部６と光変調部４との間（コア接続周辺部２１Ｂ）で不連続であり、かつ、光変調部４と光出射部５との間（コア接続周辺部２２Ｂ）で不連続である。図８（ｂ）はコア接続周辺部２１Ｂの拡大図であり、図８（ｃ）はコア接続周辺部２２Ｂの拡大図である。

図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、第１コア１１は、平面視において長手方向で第２コア１２と重なる位置で、かつ、図２（ｂ）に示すように、第２コア１２と厚み方向の位置がずれるように配置されている。また、コア接続部８，９において、第１コア１１と、第２コア１２とは、厚み方向で接触または近接配置されている。

光偏向素子１Ｂは、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、第１コア１１は、コア接続部８，９に端面１１ｅを有し、平面視における第１コア１１の幅はコア接続部８，９において最小かつ一定である。また、コア接続部８，９に隣接する隣接領域７８，７９において第１コア１１は平面視におけるコア幅がコア接続部８，９に向かって先細りのテーパ状に形成されている。

ここで、隣接領域７８は、コア接続周辺部２１Ｂにおいてコア接続部８に隣接している。コア接続部８の平面視における形状は、テーパ状ではなく、矩形状である。すなわち、第２コア１２が第１コア１１を被覆する箇所（コア接続部８）は、直線導波路のみである。また、隣接領域７９は、コア接続周辺部２２Ｂにおいてコア接続部９に隣接している。コア接続部９の平面視における形状は、テーパ状ではなく、矩形状である。すなわち、第２コア１２が第１コア１１を被覆する箇所（コア接続部９）は、直線導波路のみである。

図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、第１コア１１のテーパ構造上部を第２コア１２が被覆する場合、生じるビートが非周期的となるため、その被覆箇所の適切なテーパ長の算出には数値解析が必要である。一方、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示す構造は、第２コア１２が第１コア１１を被覆する箇所（コア接続部８，９）がそれぞれ直線導波路であるため、生じるビートは周期的である。すなわち、光偏向素子１Ｂでは、光導波路設計時に、コア接続部８，９に生じるビート長の算出には、光伝搬方向に対して、２つの実効屈折率だけを考慮すればよいことから、容易にビート長を算出することができる。コア接続部８，９の長さ（直線導波路の長さ）は、このビート長に対応させて設計すればよい。

波長λにおけるビート長Ｌは、第１コア１１および第２コア１２に係る２つの実効屈折率をｎ₁、ｎ₂とすると次の式（２）で与えられる。なお、Ｋは導波路間の結合係数である。

本実施形態によれば、第１コア１１のテーパ構造上部を第２コア１２が被覆する場合に比べて、コア接続部８，９の長さを容易に決定することができる。なお、第２実施形態に係る光偏向素子の製造方法は、第1コア１１の端部の形状パターンを変更する点を除いて、第１実施形態に係る製造方法と同様である。

以上、本発明の各実施形態に係る光偏向素子について説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
例えば、光偏向素子１は、第１コア１１と第２コア１２との接続部において光変調部４から見て入射側と出射側にテーパ構造を有するが、出射側のみテーパ構造を有するようにしてもよい。光偏向素子１は、光変調部４から見て入射側と出射側に第１コア１１と第２コア１２との接続部を有するが、出射側のみ第２コア１２と第１コア１１との接続部を有するようにしてもよい。このような形態であっても、光出射部５の導波路コアの屈折率が光変調部４の導波路コアの屈折率よりも大きいため、光出射部５で狭ピッチ化が可能である。

前記各実施形態では、光変調部４，４Ｂにおいて、図２（ｄ）に示すように基板３１上に第１電極４１を直接積層したが、絶縁の観点から基板３１と第１電極４１との間に１００～２００ｎｍ程度のＳｉＯ₂などの絶縁性材料を積層してもよい。

前記各実施形態では、光変調部４，４Ｂにおいて第１電極４１を第２コア１２から離間させて基板３１上に形成したが、図９（ａ）に示す第１電極４１Ｃを採用してもよい。第１電極４１Ｃは、第２コア１２の下面に接合されている。このような形態の光偏向素子を製造する場合、例えば、図５（ａ）に示す第１積層体５０と第２積層体６３とを貼り合わせる前に、第２積層体６３に第１電極４１Ｃを形成しておくこともできる。この場合、図５（ａ）に示す第２積層体６３を形成してから平面状コア６２の周囲にクラッド層を積層して、そのクラッド層と平面状コア６２の上面とを被覆するように第１電極４１Ｃを形成すればよい。

前記各実施形態では、光変調部４，４Ｂにおいて２つの電極（第１電極４１、第２電極４２）で第２コア１２を上下方向から挟む形態としたが、上下方向から挟む形態に限らない。例えば、図９（ｂ）に示すように、第１電極４１をパターニングして、それぞれの第２コア１２の下方に配置し、隣り合う２つの第２コア１２の中間に、第１電極４１と同様の高さで第２電極４２Ｄを配置するようにしてもよい。この場合、第１電極４１は、第２コア１２それぞれに個別の電圧を印加する。そして、第２電極４２Ｄは、その両側の２つの第２コア１２にとって共通の電極であり、接地されている。

同様に、例えば、図９（ｃ）に示すように、第２電極４２をパターニングして、それぞれの第２コア１２の上方に配置し、隣り合う２つの第２コア１２の中間に、第２電極４２と同様の高さで第１電極４１Ｅを配置するようにしてもよい。この場合、第２電極４２は、第２コア１２それぞれに個別の電圧を印加する。そして、第１電極４１Ｅは、その両側の２つの第２コア１２にとって共通の電極であり、接地されている。

前記各実施形態では、光変調部４，４Ｂに配置される第２コア１２がＥＯ効果を発現する屈折率変化材料であるものとしたが、熱光学効果（ＴＯ効果）やキャリアプラズマ効果材料などを利用してもよい。ＴＯ効果やキャリアプラズマ効果を利用する場合、第２コア１２はＳｉ、ＳｉＮ、およびＩｎＰからなる群から選択される１つの材料で形成される。例えばＴＯ効果を動作原理とする場合、位相シフターを、流れる電流によりジュール熱を発生するヒーター（抵抗）で構成し、制御信号としての電流を注入する。第２コア１２は、ＴＯ効果を発現する屈折率変化材料で形成されているとき、ジュール熱により屈折率が変化し、光の位相を変化させることで光変調に寄与する。なお、第１コア１１は、第２コア１２よりも屈折率が高く、また、光変調には寄与しない材料であることが好ましい。

また、光偏向素子の製造方法において、図５（ａ）に示す第２基板６１のサイズは、図４（ａ）に示す基板３１のサイズと異なっていてもよい。ただし、基板サイズを統一すると位置合わせが不要になるので、同じサイズであることが好ましい。

［シミュレーション］
本願発明者らは、以下のシミュレーションを行うことで、光偏向素子１の効果を確認した。光偏向素子１は、８本の光導波路を備えており、光の使用波長域を可視光から赤外まで適用することを前提として、以下の２つの実験（光出力シミュレーション、位相制御シミュレーション）を行った。

（光出力シミュレーション）
まず、図１０を参照（適宜図１等の他の図面を参照）して計算条件について説明する。図１０（ａ）には、光出力シミュレーション計算範囲に相当する縦断面構造を示す。この計算範囲は、主として光変調部４を含んでいる。また、図１０（ａ）に示すコア接続周辺部８１を、クラッドを透過して平面視した拡大図を図１０（ｂ）に示す。

図１０（ａ）に示す構造では、光導波路１０のコアは、導入部６と光変調部４との間で不連続であり、かつ、光変調部４と光出射部５との間で不連続である。第１コア１１は光出射部５と導入部６に配置され、第２コア１２は光変調部４に配置されている。
光変調部４には、第１電極４１および第２電極４２が配置されている。第２コア１２には第１電極４１および第２電極４２によって挟まれた部分があるが、第１コア１１には第１電極４１および第２電極４２によって挟まれた部分がない。よって、光変調部４には第１コア１１が配置されていない。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示す構造を実施例１とする。実施例１の各部の材料、屈折率およびスケールは以下の通りである。なお、各図面では、部材の特徴を分かり易くするために長さ、幅、厚みを誇張して示している。

＜第２コア１２＞
第２コアの材料：ＥＯポリマー（屈折率１．６６）
第２コアの幅：１．５μｍ
第２コアの厚み：１．５μｍ

＜第１コア１１＞
第１コアの材料：ＳｉＮ（屈折率１．９６５）
第１コアの幅：１．０μｍ（ただし、コア接続部以外）
第１コアの厚み：０．５μｍ

＜コア接続部８，９（ただし、第１コアのサイズ）＞
コア接続部の基端側の幅：１．０μｍ
コア接続部の先端側の幅：０．５μｍ
コア接続部の長さ：１３０μｍ
コア接続部において第１コア上面と第２コア底面との間隔：０．３μｍ

＜クラッド３２、下部クラッド３２ａ、中間層３２ｂ、上部クラッド３２ｃ＞
クラッドの材料（共通）：ＳｉＯ₂（屈折率１．４８）
下部クラッドの厚み（基板上面から第１コアの底面までのクラッド厚み）：３μｍ
中間層の厚み：０．８μｍ
上部クラッドの厚み（第２コア底面から第２電極底面までのクラッド厚み）：４．５μｍ
第２コア上面から第２電極の底面までのクラッド厚み：３μｍ
第１電極上面から第２コアの底面までのクラッド厚み：３．６μｍ
基板上面から第２コアの底面までのクラッド厚み：３．８μｍ

＜基板３１、第１電極４１、第２電極４２、導波路ピッチ、導波路長＞
基板の材料：Ｓｉ基板
第１電極の厚み：０．２μｍ
第２電極の厚み：０．２μｍ
第２電極の幅：１．５μｍ
第２コア１２および第２電極４２は８本並列に２０μｍピッチで配置した。
光出射部５の出射端における導波路ピッチは２．５μｍピッチとした。
光出力シミュレーション計算範囲の導波路長：２０００μｍ
なお、この導波路長は図１０（ａ）の断面図のＺ軸方向の長さに対応する。

実施例１について、光出力シミュレーション結果を図１０（ｃ）に示す。シミュレーションはOptiwave社製OptiBPMを用いた。図１０（ｃ）のグラフの横軸は、図１０（ａ）の断面図のＺ軸方向の長さを示す。図１０（ａ）において、入射側の第１コア１１の左端がＺ＝０μｍの位置であり、出射側の第１コア１１の右端がＺ＝２０００μｍの位置である。図１０（ｃ）のグラフの縦軸は、光強度を任意単位（ａ．ｕ．）で示している。この光強度は、図１０（ａ）の一点鎖線（Ｚ軸）に沿った光強度の１次元分布である。そのため、一点鎖線（Ｚ軸）上にコアが存在しない範囲（Ｚ＝約３００～１３００ｎｍ）の光強度は０である。図示するように、入力光強度を１としたとき、出力端で得られる出力は０．８であり、入力に対する出力比（出力／入力）は８０％となった。光変調部において、屈折率変化を生じないコアと、屈折率変化が生じるコアの２つが近接して併存する構造では光変調効率が低下するものであるが、実施例１の構造は、光変調効率の低下を大きく抑制することができた。実施例１は、コア接続部８，９にテーパ構造を適用することで、結合効率８０％の高効率出力を得ることができることが分かった。

（位相制御シミュレーション）
位相制御シミュレーションでは、実施例１の構造における位相制御を計算した。比較例として、図１１に示す構造における位相制御も計算した。図１１に示す比較例の光偏向素子１０１は、光導波路のコアとして、第１コア１１と、第２コア１２と、を備えており、比較例の各部の材料、屈折率およびスケールは、実施例１のものと同様である。しかしながら、比較例は、第１コア１１が入射側から出射側に亘って連続的に繋がって配置された構造を有している。そのため、比較例は、第１電極４１および第２電極４２によって挟まれた部分に第１コア１１が配置されており、つまり、光変調部には、光変調に寄与しないＳｉＮコア（第１コア１１）が配置されている。また、比較例は、第１コア１１にテーパ構造を有していない。

実施例１の構造における位相制御シミュレーション結果を図１２に示す。図１２のグラフの横軸は、ｘ軸であって、第２電極４２に印加する印加電圧ｘ［Ｖ］を示す。図１２のグラフの縦軸は、ｙ軸であって、初期位相に対する位相差ｙ［ラジアン］を示す。第１電極４１は接地し、第２電極４２に印加する電圧を、０Ｖから１２５Ｖまで変化させて、出射端における位相を測定し、電圧を印加しないときに得られる位相との位相差を求めた。実施例１の測定点を黒丸で示し、比較例の測定点を白丸で示す。

比較例の結果から得られた位相制御の近似式は、ｙ＝０．０１４３ｘであった。一方、実施例１の結果から得られた位相制御の近似式は、ｙ＝０．０２１６ｘであった。したがって、実施例１の光変調効率は、比較例の光変調効率の１．５倍になった。このシミュレーション結果によれば、実施例１の構造が、異なるコアを接続する箇所で第１コア１１の端部にテーパ構造を有し、光変調部４に、光変調に寄与しないＳｉＮコア（第１コア１１）を用いないことによって光変調効率が向上したものと考えられる。

また、本願発明者らは、光偏向素子１Ｂの効果を光出力シミュレーションにより確認したので、図１３を参照（適宜図８、図１０等の他の図面を参照）して説明する。図１３（ａ）に示す構造を実施例２とする。なお、実施例１の構造と同様の条件については説明を省略し、実施例１との差分を主に説明する。
図１３（ａ）に示す構造は、図１０（ａ）に示す構造とほぼ同様であるが、図１３（ａ）に示すコア接続周辺部８２は、図１０（ａ）に示すコア接続周辺部８１と相違する。
図１３（ａ）に示すコア接続周辺部８２を、クラッドを透過して平面視した拡大図を図１３（ｂ）に示す。実施例２の各部の材料、屈折率およびスケールにおいて、実施例１とは相違する条件は、以下の通りである。なお、各図面では、部材の特徴を分かり易くするために長さ、幅、厚みを誇張して示している。

＜コア接続部８，９（ただし、第１コアのサイズ）＞
コア接続部の幅：０．５μｍ（一定）
コア接続部の長さ：１６．６８μｍ
コア接続部において第１コア上面と第２コア底面との間隔：０．３μｍ（同じ）
＜隣接領域７８，７９（ただし、第１コアのサイズ）＞
隣接領域のテーパが始まる位置における幅：１．０μｍ
隣接領域のテーパ先端位置における幅：０．５μｍ
テーパの長さ（隣接領域の長さ）：１３０μｍ

実施例２について、光出力シミュレーション結果を図１３（ｃ）に示す。シミュレーションはOptiwave社製OptiBPMを用いた。図示するように、入力光強度を１としたとき、出力端で得られる出力は０．９であり、入力に対する出力比（出力／入力）は９０％となった。実施例２は、コア接続周辺部８２にテーパ構造および直線導波路を適用することで結合効率９０％の高効率出力を得ることができることが分かった。

１，１Ｂ 光偏向素子
２ 光入射部
３，３Ａ 光分配部
４，４Ｂ 光変調部
５ 光出射部
６ 導入部
８，９ コア接続部
１０ 光導波路
１１ 第１コア
１１ｅ 端面
１２ 第２コア
２１，２１Ｂ，２２，２２Ｂ コア接続周辺部
３１ 基板（第１基板）
３２ クラッド
３２ａ 下部クラッド
３２ｂ 中間層
３２ｃ 上部クラッド
４１，４１Ｃ，４１Ｅ 第１電極
４２，４２Ｄ 第２電極
５０ 第１積層体
６１ 第２基板
６２ 平面状コア
６３ 第２積層体
６４，６５ コア接続周辺部
７８，７９ 隣接領域
８１，８２ コア接続周辺部

Claims (11)

1. 入射光を変調する光変調部と、変調された光を出射する光出射部とを有する複数の光導波路を基板上に備える光偏向素子であって、
   前記光導波路のそれぞれのコアは、前記光出射部に配置される第１コアと、前記第１コアの屈折率よりも小さな屈折率を有する屈折率変化材料からなり前記光変調部に配置される第２コアと、を備え、
   前記第１コアと前記第２コアとが、少なくとも前記光変調部と前記光出射部との間で不連続であり、前記第１コアと前記第２コアとがコアの長手方向に平面視において重なるコア接続部を有し、
   前記コア接続部において、前記第１コアと前記第２コアとは、前記基板の厚み方向に、上下に積層され、接触または近接配置されていることを特徴とする光偏向素子。
2. 前記光導波路のそれぞれのコアは、入射光を前記光変調部へ導入する導入部と前記光変調部との間で不連続であり、
   前記第１コアは前記光出射部と前記導入部とに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
3. 前記第１コアは無機物材料で形成されており、前記第２コアは有機物材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光偏向素子。
4. 前記第１コアはＳｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ、ＬｉＮｂＯ₃、およびＮｂ₂Ｏ₅からなる群から選択される１つの材料で形成されており、
   前記第２コアはＥＯポリマー、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃からなる群から選択される１つの材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光偏向素子。
5. 前記光変調部には前記第１コアが存在していないことを特徴とする請求項４に記載の光偏向素子。
6. 前記第２コアはＳｉ、Ｓｉ₃Ｎ₄、およびＩｎＰからなる群から選択される１つの材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光偏向素子。
7. 前記第１コアは、前記コア接続部に端面を有し、前記コア接続部において前記第１コアは平面視におけるコア幅が前記端面に向かって先細りのテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光偏向素子。
8. 前記第１コアは、前記コア接続部に端面を有し、前記第１コアの幅は前記コア接続部において最小かつ一定であり、前記コア接続部に隣接する隣接領域において前記第１コアは平面視におけるコア幅が前記コア接続部に向かって先細りのテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光偏向素子。
9. 入射光を変調する光変調部と、変調された光を出射する光出射部と、を有する複数の光導波路を基板上に備え、各光導波路のコアが少なくとも前記光変調部と前記光出射部との間で不連続な光偏向素子の製造方法であって、
   第１基板と、前記第１基板上の下部クラッドと、第１屈折率を有する材料からなり前記下部クラッド上の前記光出射部となる領域に所定パターンで並列に形成された複数の第１コアと、前記第１コア間の隙間を埋める中間層と、を備える第１積層体を形成する工程と、
   前記第１屈折率より小さな第２屈折率を有するコア材料からなる平面状コアにポーリング処理を行い、第２基板と、ポーリング処理がなされて前記第２基板上の所定領域に積層された平面状コアと、を備える第２積層体を形成する第２積層体形成工程と、
   前記第１積層体の前記光変調部となる領域に前記第２積層体上の平面状コアを貼り合わせて、前記第２基板を剥離することで前記平面状コアを前記第１積層体に転写する転写工程と、
   前記第１積層体に転写された前記平面状コアを前記複数の第１コアのパターンに合わせて分割することで複数の第２コアを形成する第２コア形成工程と、を含み、
   前記転写工程は、前記複数の第１コアと前記平面状コアとが、コアの長手方向に平面視において重なるコア接続部を有し、かつ、接触または近接配置されるように転写することを特徴とする光偏向素子の製造方法。
10. 前記中間層および前記複数の第２コアを被覆する上部クラッドを形成する上部クラッド形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の光偏向素子の製造方法。
11. 前記転写工程の前後のいずれかのタイミングで、導電性材料からなり前記第１コアのパターンに合わせた複数の位相シフターを形成する位相シフター形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の光偏向素子の製造方法。